JP2004179334A - Method of forming solar cell element - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は太陽電池素子の形成方法に関し、特に金属ペーストを焼き付けて表面電極と裏面電極を形成する太陽電池素子の形成方法に関する。
【0002】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】
従来の太陽電池素子を図1に示す。例えばP型半導体基板1の表面近傍の全面に一定の深さまでN型不純物を拡散させてN型を呈する拡散層2を設け、半導体基板1の表面に窒化シリコン膜などから成る反射防止膜3を設け、表面に表面電極4を設けるとともに、裏面にアルミニウムなどから成る集電部5と銀などから成る出力取出部6とで構成される裏面電極5、6を設けている。また半導体基板1の裏面には高濃度のP型拡散層7が形成される。
【0003】
これらの太陽電池素子の表面電極4および裏面電極5、6を形成するには、アルミニウムからなる第二の金属を主成分とするペーストを半導体基板1の裏面の一部を除いた大部分に塗布して乾燥した後、この第二の金属を主成分とするペーストを塗布しなかった部分とその周縁部を覆うように銀からなる第三の金属を主成分とするペーストを塗布して乾燥し、最後に半導体基板1の表面に銀からなる第一の金属を主成分とするペーストを塗布して乾燥して、第一の金属を主成分とするペーストと第二の金属を主成分とするペーストと第三の金属を主成分とするペーストとを同時に焼成する方法、すなわち同時焼成法が従来用いられてきた(例えば特許文献1参照。)。
【0004】
また、アルミニウムからなる第二の金属を主成分とするペーストを半導体基板1の裏面の一部を除いた大部分に塗布して乾燥した後、この第二の金属を主成分とするペーストを塗布しなかった部分とその周縁部を覆うように銀からなる第三の金属を主成分とするペーストを塗布して乾燥して1回目の焼成を行った後、半導体基板1の表面に銀からなる第一の金属を主成分とするペーストを塗布して乾燥して2回目の焼成を行う方法もある(例えば特許文献1参照。)。
【0005】
さらに、アルミニウムからなる第二の金属を主成分とするペーストを半導体基板1の裏面の一部を除いた大部分に塗布して乾燥して1回目の焼成を行った後、この第二の金属を主成分とするペーストを塗布しなかった部分とその周縁部を覆うように銀からなる第三の金属を主成分とするペーストを塗布して乾燥した後、半導体基板1の表面に銀からなる第一の金属を主成分とするペーストを塗布して乾燥して2回目の焼成を行う方法もある(例えば特許文献1参照。)。
【0006】
これによって半導体基板1の裏面には、集電部5とはんだ濡れ性の良好な出力取出部6が形成されるとともに、集電部5の下の半導体基板1には高濃度のP型拡散層7が形成される。
【0007】
その後、表面電極4および裏面電極の出力取出部6上にはんだ(不図示)を被着して、太陽電池素子を直列もしくは並列に接続するインナーリードを接続する。
【0008】
しかしこれらの方法によると、表面電極4が形成時もしくはそれ以降に剥離するという問題が発生することがあった。すなわち、図2および図3からわかるように表面電極4や出力取出部6の面積に比べ、集電部5の面積が広く使用するペースト量も多く、これらのペーストは金属の他に溶剤とエチルセルロース等のバインダーを混合して構成されるため、集電部5を焼成する際に揮発する溶剤やバインダーの成分が飛散し、半導体基板1の表面を汚染したり表面電極4の焼結を阻害するためにこの剥離の問題は発生するものと思われる。なお、図2は一般的な太陽電池素子の表面電極の構造を示し、図3は裏面電極の構造を示す。
【0009】
この問題を解決する方法としては裏面電極の集電部5を形成した後に、半導体基板1の表面を洗浄して、その後表面電極4を形成する方法が考えられる。しかし、この方法を行うと工程数が増加してしまい製造上不適である。
【0010】
さらに半導体基板1の表面に銀からなる第一の金属を主成分とするペーストを塗布して1回目の焼成を行い、アルミニウムからなる第二の金属を主成分とするペーストを半導体基板1の裏面の一部を除いた大部分に塗布して2回目の焼成を行った後、この第二の金属を主成分とするペーストを塗布しなかった部分とその周縁部を覆うように銀からなる第三の金属を主成分とするペーストを塗布して3回目の焼成を行う方法もある(例えば特許文献2参照。)。この方法によれば、集電部5を形成する前に表面電極4を形成してしまうため、上記のような剥離の問題は発生しない。
【0011】
しかしこの方法によれば、表面電極4を形成した後、集電部5を形成し、更にその後に出力取出部6を形成するため、3回の高温焼成を繰り返すことになり、太陽電池素子の出力特性の低下の問題が発生したりすることがあった。そしてこの問題を回避するため、焼成温度を下げたり時間を短くしたりすると、裏面電極の集電部5と出力取出部6の間で剥離が発生してしまうという問題が発生することもあった。
【0012】
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、電極の剥離の発生を防止するとともに、出力特性の良好な太陽電池素子の形成方法を提供することを目的とする。
【0013】
【特許文献1】
特開平10−335267号公報
【特許文献2】
特開2000−188409号公報
【0014】
【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形成方法では、一導電型を呈する半導体基板の一主面側に逆導電型半導体不純物を拡散するとともに、第一の金属を主成分とする表面電極を形成し、他の主面側に第二の金属を主成分とする集電部とこの第二の金属よりも半田濡れ性のよい第三の金属を主成分とする出力取出部とから成る裏面電極を形成する太陽電池素子の形成方法において、前記半導体基板の一主面側に前記表面電極となる第一の金属を主成分とするペーストを塗布して1回目の焼成を行った後、他の主面側に前記裏面電極の集電部となる第二の金属を主成分とするペーストを塗布するとともに、前記出力取出部となる第三の金属を主成分とするペーストを塗布して2回目の焼成を行うことを特徴とする。
【0015】
上記太陽電池素子の形成方法では前記第一の金属と前記第三の金属は銀からなることが望ましい。
【0016】
また上記太陽電池素子の形成方法では、前記半導体基板がシリコンからなり、前記第三の金属を主成分とするペーストにアルミニウムを含有することが望ましい。
【0017】
また上記太陽電池素子の形成方法では、前記第二の金属がアルミニウムからなることが望ましい。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を詳細に説明する。
本発明に係る太陽電池素子の構造も基本的には従来の太陽電池素子と同様である。すなわち、例えばP型半導体基板1の表面近傍全面に一定の深さまでN型不純物を拡散させてN型を呈する拡散層2を設け、半導体基板1の表面に窒化シリコン膜などから成る反射防止膜3を設け、表面に表面電極4を設けるとともに、裏面にはアルミニウムなどから成る集電部5と銀などから成る出力取出部6とで構成される裏面電極を設けている。また半導体基板1の裏面には高濃度のP型拡散層7が形成される。
【0019】
このような太陽電池素子は、例えばP型半導体基板1をN型不純物雰囲気中で熱処理などして、表面領域の全面に一定の深さまでN型不純物を拡散させてN型を呈する拡散層2を形成し、CVD法などで反射防止膜3を形成して拡散層2を分離した後、表面電極4および集電部5と電極取出部6とから成る裏面電極が形成されるとともに、集電部5の下の半導体基板1に高濃度のP型拡散層7が形成される。
【0020】
上記表面電極4、集電部5、および電極取出部6は、以下のように形成される。すなわち、半導体基板1の表面に表面電極4となる例えば銀からなる第一の金属を主成分とするペーストを塗布して約700〜800℃で1〜30分程度の1回目の焼成を行う。このときの焼成温度が700℃以下であったり、焼成時間が1分以下であったりすると、表面電極4の半導体基板1との接触抵抗を十分に低下させることができず太陽電池素子の特性低下を招くおそれがある。また、焼成温度が800℃以上であったり、焼成時間が30分以上であったりすると、拡散層2の不純物が再度拡散されることによって接合が深くなったり、表面電極4が拡散層2の接合を破壊するなどの問題が発生するおそれがある。
【0021】
次に、半導体基板1の裏面に集電部5となるアルミニウムからなる第二の金属を主成分とするペーストを塗布するとともに、出力取出部6となる例えば銀からなる第三の金属を主成分とするペーストを塗布し、約650〜780℃で0.5〜20分程度の2回目の焼成を行う。このときの焼成温度が650℃以下であったり、焼成時間が0.5分以下であったりすると、銀とアルミニウムが十分に焼結せずに剥離の原因となったり、接触抵抗が十分に低下しないなどの問題が発生するおそれがある。またアルミニウムが十分に半導体基板1に拡散されず、出力特性が低下するなどの問題が発生するおそれがある。反対に焼成温度が780℃以上であったり、焼成時間が20分以上であったりすると、上記と同様に拡散層2の不純物が再度拡散されることによって接合が深くなったり、表面電極4が拡散層2の接合を破壊するなどの問題が発生するおそれがある。
【0022】
この方法によれば、表面電極4の銀からなる第一の金属は1回目の焼成によって焼結する。したがって、その後半導体基板の裏面の大部分にアルミニウムからなる第二の金属を塗布し焼成しても、そのときに揮発するバインダーや溶剤によって表面電極の下の半導体基板表面が汚染されたり、第一の金属の焼結が阻害されるといった問題は発生せず、表面電極の剥離の問題を有効に回避できる。
【0023】
そしてその後、集電部5のアルミニウムからなる第二の金属を主成分とするペーストと出力取出部6の銀からなる第三の金属を主成分とするペーストを同時に焼成するため、両者の重なり部では第二の金属と第三の金属の合金が形成されるため、この重なり部での剥離の問題は発生しない。
【0024】
また、出力取出部6として塗布される銀からなる第三の金属を主成分とするペーストにはアルミニウムを含有することが望ましい。これにより第二の金属と第三の金属はより合金化しやすくなり、2回目の焼成の温度を下げたり時間を短くしたりしても剥離の問題を回避できるようになる。
【0025】
このような金属を主成分とするペーストは、他にガラスフリット、溶剤とエチルセルロース等のバインダーを混合して構成される。第二の金属を主成分とするペーストと第三の金属を主成分とするペーストには同じガラスフリット、溶剤、バインダーを使用することが望ましい。これにより2つのペーストはその金属部分以外は同時に反応することになり、第二の金属と第三の金属はさらに合金化しやすくなる。これによって重なり部での剥離の問題を有効に解決できるようになる。
【0026】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で多くの修正および変更を加えることができる。例えば2回目の焼成によって形成される集電部5のアルミニウムからなる第二の金属を主成分とするペーストと出力取出部6の銀からなる第三の金属を主成分とするペーストとを塗布する順番はどちらが先でも構わない。また、ペーストを塗布した後の乾燥は、次のペーストを塗布するときに印刷機の作業テーブルやスクリーンに前のペーストが付着するといった問題がなければ省略してもよい。
【0027】
第1の金属および第3の金属としては、白金や金を用いることもできる。
【0028】
【発明の効果】
以上のように、本発明に係る太陽電池素子の形成方法によれば、半導体基板1の一主面側に表面電極となる第一の金属を主成分とするペーストを塗布して1回目の焼成を行った後、他の主面側に裏面電極の集電部となる第二の金属を主成分とするペーストを塗布するとともに、裏面電極の出力取出部となる第三の金属を主成分とするペーストを塗布して2回目の焼成を行うことから、集電部の焼成時に揮発するバインダーや溶剤によって表面電極の下の半導体基板の表面が汚染されたり、第一の金属の焼結が阻害されるといった問題は発生せず、表面電極の剥離の問題を有効に回避できる。
【0029】
また集電部のアルミニウムからなる第二の金属を主成分とするペーストと出力取出部の銀からなる第三の金属を主成分とするペーストを同時に焼成するため、両者の重なり部では第二の金属と第三の金属の合金が形成されるため、この重なり部での剥離の問題は発生しない。
【0030】
本発明の形成方法により得た太陽電池素子は、特に強い電極強度を必要とする、直列数の多い太陽電池モジュールに使用すれば更にその効果を有効に発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図1】太陽電池素子の構造を説明する図である。
【図2】太陽電池素子の表面電極構造を説明する図である。
【図3】太陽電池素子の裏面電極構造を説明する図である。
【符号の説明】
1・・・半導体基板、2・・・拡散層、3・・・反射防止膜、4・・・表面電極、5・・・集電部、6・・・出力取出部、7・・・高濃度P型拡散層[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for forming a solar cell element, and more particularly to a method for forming a solar cell element in which a front electrode and a back electrode are formed by baking a metal paste.
[0002]
2. Description of the Related Art
FIG. 1 shows a conventional solar cell element. For example, an N-type impurity is diffused to a predetermined depth over the entire surface near the surface of the P-type semiconductor substrate 1 to provide an N-
[0003]
In order to form the
[0004]
Further, a paste mainly composed of the second metal made of aluminum is applied to most of the back surface of the semiconductor substrate 1 except for a part thereof and dried, and then the paste mainly composed of the second metal is applied. A paste mainly composed of a third metal made of silver is applied so as to cover the unprocessed portion and the peripheral portion thereof, dried and baked for the first time, and then the surface of the semiconductor substrate 1 is made of silver. There is also a method in which a paste containing a first metal as a main component is applied, dried, and fired a second time (for example, see Patent Document 1).
[0005]
Further, a paste mainly composed of a second metal made of aluminum is applied to most of the semiconductor substrate 1 except for a part of the back surface, dried and baked for the first time. After applying a paste composed mainly of a third metal composed of silver so as to cover a part where the paste composed mainly of the third metal was not applied and its peripheral part and drying it, the surface of the semiconductor substrate 1 is composed of silver There is also a method in which a paste containing a first metal as a main component is applied, dried, and fired a second time (for example, see Patent Document 1).
[0006]
As a result, a
[0007]
After that, solder (not shown) is applied on the
[0008]
However, according to these methods, there was a problem that the
[0009]
As a method of solving this problem, a method of forming the
[0010]
Further, a paste mainly composed of a first metal made of silver is applied to the surface of the semiconductor substrate 1 and baked for the first time, and a paste mainly composed of a second metal made of aluminum is applied to the back surface of the semiconductor substrate 1. After the second baking is performed by applying to most of the second metal, a second portion made of silver is formed so as to cover the portion where the paste containing the second metal as a main component is not applied and the peripheral portion thereof. There is also a method of applying a paste mainly composed of three metals and performing the third baking (for example, see Patent Document 2). According to this method, since the
[0011]
However, according to this method, after the
[0012]
The present invention has been made in view of such problems of the related art, and it is an object of the present invention to provide a method for forming a solar cell element having good output characteristics while preventing the occurrence of electrode peeling. .
[0013]
[Patent Document 1]
JP 10-335267 A [Patent Document 2]
JP 2000-188409 A
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, in a method for forming a solar cell element according to the present invention, a semiconductor material having one conductivity type is diffused with a semiconductor impurity of a reverse conductivity type on one main surface side, and a first metal is used as a main component. Forming a front surface electrode, and collecting, on the other main surface side, a current collector mainly composed of a second metal and an output extraction mainly composed of a third metal having better solder wettability than the second metal. In a method for forming a solar cell element for forming a back electrode composed of a part and a paste comprising a first metal as a main component serving as the front electrode on one principal surface side of the semiconductor substrate, a first firing is performed. After that, a paste containing a second metal as a main component serving as a current collecting portion of the back electrode is applied to the other main surface side, and a paste containing a third metal as a main component serving as the output extraction portion is applied. And performing the second baking.
[0015]
In the method for forming a solar cell element, the first metal and the third metal are preferably made of silver.
[0016]
In the method for forming a solar cell element, it is preferable that the semiconductor substrate is made of silicon, and the paste containing the third metal as a main component contains aluminum.
[0017]
In the method for forming a solar cell element, the second metal is preferably made of aluminum.
[0018]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.
The structure of the solar cell element according to the present invention is basically the same as the conventional solar cell element. That is, for example, an N-type impurity is diffused to a certain depth over the entire surface near the surface of the P-type semiconductor substrate 1 to provide an N-
[0019]
In such a solar cell element, for example, a P-type semiconductor substrate 1 is heat-treated in an N-type impurity atmosphere to diffuse an N-type impurity to a certain depth over the entire surface region to form an N-
[0020]
The above-mentioned
[0021]
Next, on the back surface of the semiconductor substrate 1, a paste mainly composed of a second metal made of aluminum serving as a
[0022]
According to this method, the first metal made of silver of the
[0023]
Then, after that, the paste mainly composed of the second metal made of aluminum of the current collecting
[0024]
It is desirable that the paste mainly composed of the third metal made of silver, which is applied as the
[0025]
Such a paste containing a metal as a main component is formed by mixing a glass frit, a solvent, and a binder such as ethyl cellulose. It is desirable to use the same glass frit, solvent, and binder for the paste containing the second metal as the main component and the paste containing the third metal as the main component. As a result, the two pastes react simultaneously except for the metal portion, and the second metal and the third metal are more easily alloyed. As a result, the problem of peeling at the overlapping portion can be effectively solved.
[0026]
The present invention is not limited to the above embodiment, and many modifications and changes can be made within the scope of the present invention. For example, a paste mainly composed of a second metal made of aluminum of the
[0027]
As the first metal and the third metal, platinum and gold can also be used.
[0028]
【The invention's effect】
As described above, according to the method for forming a solar cell element according to the present invention, the first baking is performed by applying a paste containing a first metal as a main component to be a surface electrode on one main surface side of the semiconductor substrate 1. After that, while applying a paste containing a second metal as a main component serving as a current collecting portion of the back electrode to the other main surface side, a third metal serving as an output extracting portion of the back electrode as a main component The paste to be applied and baking for the second time, the surface of the semiconductor substrate under the surface electrode is contaminated by a binder or a solvent volatilized during baking of the current collector, or sintering of the first metal is hindered. Such a problem does not occur, and the problem of peeling of the surface electrode can be effectively avoided.
[0029]
In addition, since the paste mainly composed of the second metal made of aluminum of the current collecting portion and the paste mainly composed of the third metal made of silver of the output extraction portion are simultaneously baked, the second portion is overlapped in both portions. Since the alloy of the metal and the third metal is formed, the problem of separation at the overlapping portion does not occur.
[0030]
The solar cell element obtained by the forming method of the present invention exhibits its effect more effectively when used in a solar cell module requiring a particularly high electrode strength and having a large number of series.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram illustrating the structure of a solar cell element.
FIG. 2 is a diagram illustrating a surface electrode structure of a solar cell element.
FIG. 3 is a diagram illustrating a back electrode structure of a solar cell element.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Semiconductor substrate, 2 ... Diffusion layer, 3 ... Anti-reflection film, 4 ... Surface electrode, 5 ... Current collecting part, 6 ... Output extraction part, 7 ... High Concentration P-type diffusion layer
Claims (4)
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