JP3805299B2

JP3805299B2 - 太陽電池素子およびその製造方法

Info

Publication number: JP3805299B2
Application number: JP2002342879A
Authority: JP
Inventors: 義一岡林; 祐子府川
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2002-11-26
Filing date: 2002-11-26
Publication date: 2006-08-02
Anticipated expiration: 2022-11-26
Also published as: JP2004179335A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は太陽電池素子およびその製造方法に関し、特に表面電極をフィンガー電極とバスバー電極で構成した太陽電池素子とその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術と発明が解決しようとする課題】
従来の太陽電池素子を図４に示す。図４において、１は一導電型（例えばＰ型）を示す半導体基板、２は半導体基板１の表面部分にリン原子が高濃度に拡散された他の導電型を呈する拡散層、３は反射防止膜、４は一導電型不純物が高濃度に拡散されたＢＳＦ層、５は表面電極、６は裏面電極である。表面電極５は、複数のフィンガー電極５ａとこの複数のフィンガー電極５ａを相互に接続するバスバー電極５ｂとで構成される。
【０００３】
従来の太陽電池素子の表面電極の構造を図５に示す。図５において、１２は太陽電池素子、５ａはフィンガー電極、５ｂはバスバー電極を示す。太陽電池素子１２の表面にバスバー電極５ａが設けられると共に、このバスバー電極５ａと垂直に複数のフィンガー電極５ｂが設けられている。この種太陽電池の電極パターンは拡散層３（図４参照）のシート抵抗によりフィンガー電極５ｂのピッチが決定されるとともに、配線抵抗が極小になるように設計されると共に、その表面が半田７で被覆される。
【０００４】
図６（ａ）は半田７の被覆方法を説明するための図である。１３は半田槽、１４は溶融半田を示す。このとき、図５に示すパターンによると、二つのバスバー部５ａとフィンガー部５ｂで閉じたパターン部ができるので、この部分に半田の膜が張るおそれがある。太陽電池素子１２を半田槽１３から引き上げた後に、この半田膜がはじけないときは半田ブリッジが形成されて隣接するフィンガー電極５ａ間が半田膜で覆われて受光面積が減少する。一方、半田膜がはじけたときは、行き場のない半田によって半田玉が表面電極５部分に形成される。これら半田膜や半田玉は外観を阻害するとともに、モジュール化のときの歩留りを低下させる。
【０００５】
従来、これらの解決法として半田槽１３から太陽電池素子１２を引き上げるときに、ヒータで熱風を送って半田膜が剥がれるようにしたり、引き上げた太陽電池素子１２を加熱するといった方法があった（例えば特許文献１参照。）。
【０００６】
また、半田と半導体基板１との濡れ性を向上させるために、半田温度を必要以上に上げたり、半田槽１３からゆっくり引き上げることによって対処していた。
【０００７】
しかしながら、半田ディップ時や引き上げ時に太陽電池素子１２を必要以上に加熱すると表面電極５と半導体基板１との密着強度が低下するという問題を誘発する。
【０００８】
この問題を解決するために、表面電極５を半田７で被覆する際に、表面電極５の一部にレジスト膜（不図示）を塗布して半田７で被覆することが行われている（例えば特許文献２参照）。この方法によると、フィンガー電極５ａの交わる箇所のバスバー電極５ｂの中ほどに例えば有機硬化樹脂などから成る半田レジストを塗布して半田７で被覆することから、閉じたパターンを持つ表面電極５であっても半田７を被覆するときに半田７の膜が形成されず、従って半田玉の発生を防ぐことができる。また、半田槽１３への浸漬時間が短縮されるので、半導体基板１と表面電極５の密着強度が向上する。
【０００９】
しかし、この方法によると従来よりもバスバー電極５ｂ上に被覆される半田７の量が多くなるという問題が発生するとともに、その余剰な半田７が後工程で半田玉となってしまうという問題があった。
【００１０】
さらに、この問題を解決するために、図７に示すように、フィンガー電極５ａの略中央を切断するとともに、図７（ｂ）に示すようにバスバー電極５ｂを鉛直方向に向けて半田槽１３に浸漬させる方法もある（例えば特許文献３参照）。図７（ａ）は太陽電池素子１２を受光面側から見たときの図、図７（ｂ）は図７（ａ）のＡ部拡大図、図７（ｃ）は図７（ｂ）の断面図である。この方法によると、フィンガー電極５ａが略中央で切断されているために閉じたパターンが存在せず、半田７を被覆するときに半田７の膜が形成されず、従って半田玉の発生を防ぐことができる。また、バスバー電極５ｂ上に被覆される半田７の量が多くなるという問題の発生も抑止できる。
【００１１】
しかし、この方法によると、図７に示すように、フィンガー電極５ａが略中央部分１１で切断されているため、２本のバスバー電極５ｂ間のフィンガー電極５ａに線切れや抵抗の高い部分が発生すると、バスバー電極５ｂに接続されない部分が発生し、大幅な出力低下を招くという問題があった。
【００１２】
本発明はこのような従来方法の問題点に鑑みてなされたものであり、電極を半田で被覆する際に、半田ブリッジや半田玉が生じることを極力解消するとともに、安定した発電出力を確保することができる太陽電池素子およびその製造方法を提供することを目的とする。
【００１３】
【特許文献１】
特開平３−１４５１６６号公報
【特許文献２】
特開２００２−４３５９６号公報
【特許文献３】
特開平１１−２９８０１９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、請求項１に係る太陽電池素子では、半導体接合部を有する半導体基板の表面側に、この半導体基板の一辺と略同一の長さを持つフィンガー電極とバスバー電極とを格子状に設けた表面電極を形成すると共に、この半導体基板の裏面側に裏面電極を形成し、この表裏両面の電極を半田で被覆した太陽電池素子において、前記フィンガー電極の略中央部分に半田の切除部を設けたことを特徴とする。
【００１５】
請求項２に係る太陽電池素子の製造方法では、半導体接合部を有する半導体基板の表面側に、この半導体基板の一辺と略同一の長さを持つフィンガー電極とバスバー電極とを格子状に設けた表面電極を形成すると共に、この半導体基板の裏面側に裏面電極を形成し、この表裏両面の電極を半田で被覆する太陽電池素子の製造方法において、前記フィンガー電極の略中央部分に半田レジストを塗布して他の部分を半田で被覆することを特徴とする。
【００１６】
上記太陽電池素子の製造方法では、前記半導体基板を半田槽に浸漬して前記フィンガー電極を前記半田で被覆することが望ましい。
【００１７】
また、上記太陽電池素子の製造方法では、前記バスバー電極を鉛直方向に向けて前記半田槽に浸漬することが望ましい。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を添付図面にもと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断面図で示したものである。まず、半導体基板１を用意する。この半導体基板１は、単結晶または多結晶シリコンなどからなる。このシリコン基板１は、ボロン（Ｂ）などの一導電型半導体不純物を１×１０¹⁶〜１×１０¹⁸ａｔｏｍｓ／ｃｍ³程度含有し、比抵抗１．５Ωｃｍ程度の基板である。単結晶シリコン基板の場合は引き上げ法などによって形成され、多結晶シリコン基板の場合は鋳造法などによって形成される。多結晶シリコン基板は、大量生産が可能であり、製造コスト面で単結晶シリコン基板よりも有利である。引き上げ法や鋳造法によって形成されたインゴットを３００〜５００μｍ程度の厚みにスライスして、１５ｃｍ×１５ｃｍ程度の大きさに切断して半導体基板１とする。
【００１９】
次に、シリコン基板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、シリコン基板１の表面部分にリン原子を１×１０¹⁶〜１×１０¹⁸ａｔｏｍｓ／ｃｍ³程度拡散させて他の導電型を呈する拡散層２を形成する（図１（ｂ）参照）。この拡散層２は、０．２〜０．５μｍ程度の深さに形成され、シート抵抗が４０Ω／□以上になるように形成される。シリコン基板１の一主面側の拡散層２のみを残して他の部分の拡散層２をエッチングする（図１（ｃ））。
【００２０】
次に、シリコン基板１の一主面側に反射防止膜３を形成する。この反射防止膜３はたとえば窒化シリコン膜などからなり、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３は、シリコン基板１の表面で光が反射するのを防止して、シリコン基板１内に光を有効に取り込むために設ける。また他の主面側には高濃度の一導電型半導体不純物を拡散させて、ＢＳＦ層４を形成する（図１（ｄ）参照）。
【００２１】
そして、この反射防止膜３の表面電極５に相当する部分をエッチングした上で電極ペーストを塗布して焼成することにより表面電極５を形成する（図１（ｅ）参照）。この表面電極５は、反射防止膜３上に直接電極ペーストを塗布して焼成することにより、ペースト下の反射防止膜３を溶融させ、シリコン基板１と直接接触させるいわゆるファイヤースルー法により形成してもよい。また、裏面にも電極ペーストを塗布して焼成することにより裏面電極６を形成する。この電極ペーストは銀粉末と有機ビヒクルにガラスフリットを銀１００重量部に対して０．１〜５重量部添加してペースト状にしたものをスクリーン印刷法で印刷して６００〜８００℃で１〜３０分程度焼成することにより焼き付けられる。このガラスフリットは、ＰｂＯ、Ｂ₂Ｏ₃、ＳｉＯ₂のうち少なくとも一種を含む軟化点が５００℃以下のものなどから成る。その後、長期信頼性の確保および後工程で太陽電池素子同士をインナーリードで接続するために、電極表面に半田層７、８を形成する（図１（ｆ）参照）。
【００２２】
本発明の太陽電池素子では、図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、フィンガー電極５ａの略中央部分に半田切除部９が存在している。図２（ａ）は太陽電池素子１２を受光面側から見たときの図、図２（ｂ）は図２（ａ）のＡ部拡大図、図２（ｃ）は図２（ｂ）の断面図である。しかし図２（ｃ）に示すように、フィンガー電極５ａ自体はつながっているため、何らかの原因により２本のバスバー電極５ｂ間のフィンガー電極５ａに線切れや抵抗の高い部分が発生しても、図５に示すパターンの太陽電池素子１２と同様の信頼性が確保できる。
【００２３】
このような半田切除部９を形成するには、半田層７を形成する前に、図３（ａ）に示すように、フィンガー電極５ａの中央部分に半田レジスト１０を先ず塗布する。この半田レジスト１０は、その塗布部分に半田７が付着することを防ぐことが目的であり、半田７との濡れ性の悪い材料が用いられる。また後の工程で溶けてしまうのを防ぐため、その融点は２００℃以上であることが望ましい。例えば有機樹脂やガラスなどを用いる。塗布のパターンは例えば幅と長さをそれぞれ２ｍｍ程度にすればよい。
【００２４】
その後、図６に示すように、半田槽１３内の溶融半田１４に浸漬させて表面半田層７を形成する。これによって図３に示すようなフィンガー電極５ａの略中央に半田の切除部９が存在する太陽電池素子１２を得る。このとき半田レジスト１０は図３に示すように残しても構わないし、図２に示すように半田７を被覆した後に除去しても構わない。この方法により従来と同様、閉じたパターンを持つ電極５であっても半田７を被覆するときに半田７の膜が形成されず、従って半田玉の発生を防ぐことができる。
【００２５】
このとき溶融半田１４への太陽電池素子１２の浸漬方向は、図６（ａ）に示すように、フィンガー電極５ａを鉛直方向に向けて半田槽１３に浸漬することも可能であるが、図６（ｂ）に示すように、バスバー電極５ｂを鉛直方向に向けて浸漬させると更に有効にその効果を発揮する。また、図６（ｂ）に示すように、バスバー電極５ｂを鉛直方向に向けて浸漬させることにより、バスバー電極５ｂ上に被覆される半田７が流れやすくなり、半田量を抑制できる。
【００２６】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、請求項１に係る太陽電池素子によれば、フィンガー電極の略中央部分に半田の切除部を設けたことから、２本のバスバー電極間のフィンガー電極に線切れや抵抗の高い部分が発生しても、フィンガー電極はつながっており、フィンガー電極とバスバー電極とを格子状に設けた電極パターンの太陽電池素子と全く同様の信頼性を確保できる。
【００２７】
また、請求項２に係る太陽電池素子の製造方法によれば、フィンガー電極の略中央部分に半田レジストを塗布して他の部分を半田で被覆することから、フィンガー電極とバスバー電極とを格子状に設けた電極パターンの太陽電池素子と全く同様の信頼性を確保できる太陽電池素子を容易に形成できる。この場合、バスバー電極を鉛直方向に向けて浸漬させると、バスバー電極上に被覆される半田が流れやすくなって半田量を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る太陽電池素子の形成方法を示す図である。
【図２】本発明に係る太陽電池素子を示す図であり、（ａ）は太陽電池素子を受光面側から見た図、（ｂ）は（ａ）のＡ部を拡大して示す図、（ｃ）は（ｂ）の断面図である。
【図３】本発明に係る他の太陽電池素子を示す図であり、（ａ）は太陽電池素子を受光面側から見た図、（ｂ）は（ａ）のＡ部を拡大して示す図、（ｃ）は（ｂ）の断面図である。
【図４】従来の太陽電池を示す図である。
【図５】従来の太陽電池素子の表面電極の構造を示すである。
【図６】従来の他の太陽電池素子を示す図であり、（ａ）は太陽電池素子を受光面側から見た図、（ｂ）は（ａ）のＡ部を拡大して示す図、（ｃ）は（ｂ）の断面図である。
【図７】従来の太陽電池素子の電極への半田の被覆方法を示す図である。
【符号の説明】
１：半導体基板、５ａ：フィンガー電極、５ｂ：バスバー電極、５：表面電極、６：裏面電極、７：半田、９：半田が切除している部分

Claims

半導体接合部を有する半導体基板の表面側に、この半導体基板の一辺と略同一の長さを持つフィンガー電極とバスバー電極とを格子状に設けた表面電極を形成するとを共に、この半導体基板の裏面側に裏面電極を形成し、この表裏両面の電極を半田で被覆した太陽電池素子において、前記フィンガー電極の略中央部分に半田の切除部を設けたことを特徴とする太陽電池素子。
半導体接合部を有する半導体基板の表面側に、この半導体基板の一辺と略同一の長さを持つフィンガー電極とバスバー電極とを格子状に設けた表面電極を形成すると共に、この半導体基板の裏面側に裏面電極を形成し、この表裏両面の電極を半田で被覆する太陽電池素子の製造方法において、前記フィンガー電極の略中央部分に半田レジストを塗布して他の部分を半田で被覆することを特徴とする太陽電池素子の製造方法。
前記半導体基板を半田槽に浸漬して前記フィンガー電極を前記半田で被覆することを特徴とする請求項２に記載の太陽電池素子の製造方法。
前記バスバー電極を鉛直方向に向けて前記半田槽に浸漬することを特徴とする請求項３に記載の太陽電池素子の製造方法。