JP2003133567A - 太陽電池素子の製造方法およびそれに用いる電極材料 - Google Patents

太陽電池素子の製造方法およびそれに用いる電極材料

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明はこのような従来技術の問題点に鑑み
てなされたものであり、基板と電極材料との接触抵抗が
大きく、曲線因子が悪いという従来の問題を解消した太
陽電池の製造方法を提供することを目的とする。 【解決手段】 一導電型を呈する半導体基板の表面側に
微細な凹凸を形成するとともに、この半導体基板の表面
側に逆導電型を呈する領域を形成し、この半導体基板の
表面側と裏面側に電極を形成する太陽電池素子の製造方
法であって、上記半導体基板の表面側に銀を主成分と
し、その銀100重量部に対して0.1〜0.5μmの
範囲の粒径のものを5〜50重量部含有する銀ペースト
を塗布して焼き付ける。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は太陽電池素子の製造
方法とそれに用いる電極材料に関し、特に半導体基板の
表面に微細な凹凸を形成した太陽電池素子の製造方法お
よびそれに用いる電極材料に関する。
【0002】
【従来の技術】太陽電池素子には、単結晶半導体基板を
用いた太陽電池素子、多結晶半導体基板を用いた太陽電
池素子、アモルファス半導体層を用いた太陽電池素子が
ある。このうち、量産性の点では多結晶半導体基板を用
いた太陽電池素子が最も優れている。
【0003】このような多結晶半導体基板を用いた太陽
電池素子の高効率化を図るために、従来から種々の検討
がなされている。例えば半導体基板に照射された光をで
きるだけ多く半導体基板内に取り込むとともに、半導体
基板内に取り込まれた光をできるだけ多く半導体基板内
に閉じ込めるために、半導体基板の表面に微細な凹凸を
形成することが提案されている。
【0004】このような微細な凹凸は、例えば反応性イ
オンエッチング(Reactive Ion Etching:RIE)法で
形成される(例えば特公昭60−27195号、特開平
5−75152号、特開平9−102625号公報参
照)。この方法によると、半導体基板として多結晶シリ
コンを用いた場合でも、結晶の不規則な面方位に左右さ
れることなく、均一な凹凸を形成することができ、特に
多結晶シリコンを用いた太陽電池素子においては、より
効果的に表面反射を低減できるようになる。
【0005】すなわち、単結晶シリコン基板は、結晶の
面方位が均一であることから、例えば濃度が5%程度の
水酸化ナトリウム水溶液などのアルカリ溶液で等方性エ
ッチングを行うと基板の表面の全面にわたって微細な凹
凸を均一に形成することができるが、多結晶シリコン基
板は結晶の面方位が不均一であることから、アルカリ溶
液でエッチングしても凹凸が均一にならず、基板表面で
の反射を効果的に防止することができず、太陽電池の高
効率化を図ることができない。
【0006】ところが、このような多結晶シリコン基板
でも、反応性イオンエッチング法などのドライエッチン
グ法であれば、その面方位に左右されることなく、微細
な凹凸を均一に形成することができる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上記の方法
で形成された微細な凹凸部の上にスクリーン印刷法等を
用いて銀ペースト等の導電性ペーストを塗布して焼成し
た場合、この銀ペーストには銀の粒径が1〜5μm程度
のものを多量に含んでいるために、凹凸部の深さが0.
2〜0.5μm、幅が0.2〜1.0μm程度しかない
凹部には銀が入り込めず、シリコン基板との接触が行え
なくなって接触抵抗が高くなり、とりわけ曲線因子が低
下して太陽電池素子の変換効率を低下させるという問題
があった。
【0008】本発明はこのような従来技術の問題点に鑑
みてなされたものであり、基板と電極材料との接触抵抗
が大きく、曲線因子が悪いという従来の問題を解消した
太陽電池素子の製造方法を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係る太陽電池素子の製造方法によれば、一
導電型を呈する半導体基板の表面側に微細な凹凸を形成
するとともに、この半導体基板の表面側に逆導電型を呈
する領域を形成し、この半導体基板の表面側と裏面側に
電極を形成する太陽電池素子の製造方法において、前記
半導体基板の表面側に銀を主成分とし、その銀100重
量部に対して0.1〜0.5μmの範囲の粒径のものを
5〜50重量部含有する銀ペーストを塗布して焼き付け
ることを特徴とする。
【0010】また、本発明に係る太陽電池素子用電極材
料によれば、前記半導体接合部を有する半導体基板の表
面側に焼き付けられる太陽電池素子用電極材料におい
て、前記電極材料が銀を主成分とし、その銀100重量
部に対して0.1〜0.5μmの範囲の粒径のものを5
〜50重量部含有することを特徴とする。
【0011】
【発明の実施の形態】以下、本発明を添付図面に基づき
詳細に説明する。図1は本発明の太陽電池素子の製造方
法を示す断面図であり、1は半導体基板、2は反射防止
膜、3は裏面電極、4は表面電極である。
【0012】まず、半導体基板1を用意する(図1
(a)参照)。この半導体基板1は、単結晶又は多結晶
シリコンなどから成る。この半導体基板1をシリコンで
形成する場合は、ボロン(B)などの一導電型半導体不
純物を1×1016 18atoms/cm3程度含有し、
比抵抗1.5Ω・cm程度の基板である。単結晶シリコ
ンの場合は引き上げ法などによって形成され、多結晶シ
リコンの場合は鋳造法などによって形成される。多結晶
シリコンは、大量生産が可能であり製造コスト面で単結
晶シリコンよりも有利である。引き上げ法や鋳造法によ
って形成されたブロックを10cm×10cmもしくは
15cm×15cm程度の大きさに切断し、300〜5
00μm程度の厚みにスライスして半導体基板とする。
【0013】次に、半導体基板1の表面側に、微細な凹
凸1cを多数形成する(図1(b)参照)。この微細な
凹凸1cは、半導体基板1の表面側に照射される光を多
重反射させて、表面反射を減少させるために設ける。こ
の微細な凹凸1cは、円錐形もしくは角錐形を呈し、R
IE法によるガス濃度若しくはエッチング時間を制御す
ることにより、その大きさを変化させることができる。
この微細な凹凸1cの幅と高さはそれぞれ2μm以下に
形成される。この凹凸1cの幅と高さが2μm以上にな
ると、エッチングの処理時間が長くなる反面、基板1表
面での反射率はさほど低減されない。この微細な凹凸1
cを半導体基板1の表面側の全面にわたって均一且つ正
確に制御性を持たせて形成するには、その幅と高さは1
μm以下が好適である。また、この微細な凹凸1cは極
めて微小なものでも反射率低滅の効果はあるが、面内に
均一かつ正確に形成するためには、製造工程上1nm以
上であることが望まれる。
【0014】次に、半導体基板1を拡散炉中に配置し
て、オキシ塩化リン(POCl3)などの中で加熱する
ことによって、半導体基板1の表面部分にリン原子を拡
散させて他の導電型を呈する領域1aを形成する(図1
(c)参照)。この他の導電型を呈する領域1aは、
0.3〜0.5μm程度の深さに形成され、シート抵抗
が60Ω/□以上になるように形成される。この熱拡散
により、半導体基板1の外表面全体に他の導電型を呈す
る領域とリン原子を含むリンガラス層(不図示)が形成
されるが、半導体基板1の一主面側の他の導電型を呈す
る領域のみを残して他の部分は、弗酸(HF)と硝酸
(HNO3)を主成分とするエッチング液に浸漬して除
去した後、純水で洗浄する(図1(c))。
【0015】次に、半導体基板1の一主面側に反射防止
膜2を形成する(図1(d))。この反射防止膜2は例
えば窒化シリコン膜などから成り、シランとアンモニア
との混合ガスを用いたプラズマCVD法などで形成され
る。この反射防止膜2は、半導体基板1の表面で光が反
射するのを防止して、半導体基板1内に光を有効に取り
込むために設ける。また、半導体基板1の表面部の界面
準位を低下させると共に、半導体基板1の内部の結晶欠
陥を緩和するために設ける。この反射防止膜2は、半導
体基板1との屈折率差などを考慮して、屈折率が1.8
〜2.3程度になるように形成され、厚み850Å程度
に形成される。
【0016】次に、裏面電極材料3を塗布して乾燥した
後、表面電極材料4を塗布して乾燥する。この際に使用
される裏面電極材料3、4は0.1〜5μm程度の銀粉
末の100重量部に対し、有機ビヒクルを10〜30重
量部、ガラスフリットを0.1〜5重量部含有する電極
材料を用いる。また、表面電極材料4の銀粉末は、銀粉
末の100重量部に対して0.1〜0.5μmの粒径の
銀粉末を5〜50重量部含有する。このような電極材料
を用いると、図2に示すように、半導体基板1の表面側
の凹部1cに電極材料が入り込み、半導体基板1と電極
材料4との接触抵抗を極力低減できる。この表面電極材
料4の0.1〜0.5μmの粒径の銀粉末が5重量部よ
り少ない場合には、微細な凹凸1cの凹部に銀が充分に
入りこまず、電極の接触抵抗が増大する。また、50重
量部を越える場合には、ペースト中のガラスフリット成
分がシリコンと電極との界面に多量に押し出されて電極
の接触抵抗が増大する。
【0017】このような電極材料3、4は塗布して乾燥
した後、600〜800℃で1〜30分程度焼成するこ
とにより焼き付けられる。
【0018】
【実施例】比抵抗が1.5Ωcmの半導体基板の一主面
側をドライエッチング法により表面に凹部の深さが0.
2〜0.5μm、凸部の間隔が0.2〜1.0μmとな
る微細な凹凸を形成して粗面化したのち、リンを1×1
17atoms/cm3拡散させて、厚み850Åの窒
化シリコン膜を形成した。その後、銀粉末100重量部
に対し有機ビヒクル25重量部、ガラスフリット2重量
部からなる裏面電極材料を塗布したのち、銀粉末100
重量部に対し有機ビヒクル25重量部、ガラスフリット
2重量部からなる表面電極材料で銀ペーストの粒径が
0.1〜5μmの銀粉末のうち、0.1〜0.5μmの
銀粉末の重量比が1%、5%、15%、25%、35
%、50%、60%のものを750℃×15分で焼き付
けて、太陽電池素子の電極部とした。このときの曲線因
子および太陽電池特性を測定した。その結果を表1に示
す。
【0019】
【表1】
【0020】粒径が0.1〜5μmの銀粉末を含有する
銀ペーストで、粒径が0.1〜0.5μmの銀粉末の重
量比を変えた場合の曲線因子の結果は表1に示すとおり
である。すなわち、0.1〜0.5μmの銀粉末の重量
比が1%のとき、曲線因子は74.0%であった。0.
1〜0.5μmの銀粉末の重量比が5%のとき、曲線因
子は75.5%であった。0.1〜0.5μmの銀粉末
の重量比が15%のとき、曲線因子は76.1%であっ
た。0.1〜0.5μmの銀粉末の重量比が25%のと
き、曲線因子は76.8%であった。0.1〜0.5μ
mの銀粉末の重量比が35%のとき、曲線因子は76.
2%であった。0.1〜0.5μmの銀粉末の重量比が
50%のとき、曲線因子は75.0%であった。0.1
〜0.5μmの銀粉末の重量比が60%のとき、曲線因
子は74.2%であった。
【0021】
【発明の効果】以上のように、本発明に係る太陽電池素
子の製造方法によれば、一導電型を呈する半導体基板の
表面側に微細な凹凸を形成するとともに、この半導体基
板の表面側に銀を主成分とし、その銀100重量部に対
して0.1〜0.5μmの範囲の粒径のものを5〜50
重量部含有する銀ペーストを塗布して焼き付けることか
ら、電極の接触抵抗が低減できて良好な曲線因子を有す
る太陽電池素子を得ることができる。
【0022】また、本発明に係る太陽電池用電極材料に
よれば、銀を主成分とし、その銀100重量部に対して
0.1〜0.5μmの範囲の粒径のものを5〜50重量
部含有することから、表面に微細な凹凸部を形成した太
陽電池素子においても、電極の接触抵抗が低減でき、良
好な曲線因子を有する太陽電池素子を得ることができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る太陽電池素子の製造方法を説明す
るための図であり、(a)〜(e)は工程毎の断面図で
ある。
【図2】本発明に係る太陽電池素子の製造方法の表面側
の凹凸部を拡大して示す図である。
【符号の説明】
1・・・半導体基板、1a・・・逆導電型半導体不純物
を有する領域、1c・・・微細な凹凸部、2・・・反射
防止膜、3・・・裏面電極、4・・・表面電極

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 一導電型を呈する半導体基板の表面側に
    微細な凹凸を形成するとともに、この半導体基板の表面
    側に逆導電型を呈する領域を形成し、この半導体基板の
    表面側と裏面側に電極を形成する太陽電池素子の製造方
    法において、前記半導体基板の表面側に銀を主成分と
    し、その銀100重量部に対して0.1〜0.5μmの
    範囲の粒径のものを5〜50重量部含有する銀ペースト
    を塗布して焼き付けることを特徴とする太陽電池素子の
    製造方法。
  2. 【請求項2】 前記半導体接合部を有する半導体基板の
    表面側に焼き付けられる太陽電池素子用電極材料におい
    て、前記電極材料が銀を主成分とし、その銀100重量
    部に対して0.1〜0.5μmの範囲の粒径のものを5
    〜50重量部含有することを特徴とする太陽電池素子用
    電極材料。
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