JP6176195B2

JP6176195B2 - 太陽電池

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Publication number: JP6176195B2
Application number: JP2014134363A
Authority: JP
Inventors: 鈴木　健一; 健一鈴木; 渡部　武紀; 武紀渡部; 大塚　寛之; 寛之大塚
Original assignee: Shin Etsu Chemical Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Chemical Co Ltd
Priority date: 2014-06-30
Filing date: 2014-06-30
Publication date: 2017-08-09
Anticipated expiration: 2034-06-30
Also published as: JP2016012687A

Description

本発明は、高い変換効率を有する太陽電池に関するものである。

近年、単結晶半導体基板を用いた太陽電池において高効率で安定した性能を得るために、電極を細線化してシャドーロスを減らし、更に電極を多層化して半導体基板とのコンタクト抵抗を減らすことが行われている。

従来の典型的な太陽電池の基板構造としては、図９に示すように、厚さ０．２５ｍｍ程度の単結晶又は多結晶シリコンからなるｐ型半導体基板９１の主面側に、０．１〜０．５μｍの深さにリン等を拡散させた拡散層（ｎ⁺層）９２が設けられ、かつその上側には表面反射率を低減させるためのＳｉ₃Ｎ₄やＳｉＯ₂等の反射防止膜となる誘電体層９４と、電流を取り出すためのバスバー電極９６とが形成され、半導体基板の他面側（裏面側）にアルミニウム等を高濃度に拡散させたＢＳＦ（ＢａｃｋＳｕｒｆａｃｅＦｉｅｌｄ）層（ｐ⁺層）９７が形成され、該裏面上にアルミニウム電極９８と裏面バスバー電極９９とが形成された構造を有している。なお、受光面電極は、図１０のようにフィンガー電極９５とバスバー電極９６とで構成されている。また、裏面側では図１１のようなパターンで裏面バスバー電極９９が形成されている。

この種の太陽電池を製造する際、受光面側のバスバー電極９６及びフィンガー電極９５は、容易かつ低コストのため、以下に示すような印刷・焼成法で形成される。即ち、表面電極材料には、一般に銀粉末とガラスフリットと有機ビヒクルと有機溶媒とを主成分とする導電性ペーストが用いられ、スクリーン印刷法等により、導電性ペーストを塗布した後に焼成炉中で高温焼結して表面電極を形成する。高温焼成によって導電ペースト中のメタル成分は誘電体層を貫通（ファイヤースルー）して、半導体基板９１と接触している。

ここで、半導体基板９１とフィンガー電極９５との間に誘電体層９４が存在している場合には電極の細線化が進むとファイヤースルーし難くなり、フィンガー電極９５と半導体基板９１のコンタクトが悪化し、コンタクト抵抗が高くなるという問題がある。

また、基板から直接電力を取り出すためのフィンガー電極は光を遮らないように基板上での占有面積を小さくし、且つ低配線抵抗が求められているので線幅は細くて厚い電極を形成することが理想とされる。電極の占有面積を小さくする一方で直列抵抗を小さくするためには電極を多層化しなくてはならない。

この問題に対し、例えば受光面電極直下となる誘電体層上にエッチングペーストをスクリーン印刷し、印刷されたエッチングペーストを加熱してエッチングペーストの印刷箇所をエッチングすることにより、受光面電極形成前に電極形成位置にあたる誘電体層を除去する方法が提案されている（特許文献１：特表２００３−５３１８０７号公報）。

しかしながら、この手法においては、エッチングペーストの印刷量及び加熱温度などにより、エッチングペーストの印刷形状が変化し、精密なパターンでのエッチングは困難であることやエッチングペースト印刷、焼成、洗浄工程など工程の増大、装置の追加、製造の高コストといった問題がある。

また、この問題に対し、例えば第一導電型と反対の導電型の拡散層上にまずフィンガー電極を形成し、これを覆って誘電体層を形成し、次いで誘電体層の上からバスバー電極だけをファイヤースルーさせて、フィンガー電極と接続する方法が提案されている（特許文献２：特開２０１１−３５１０１号公報）。この製法によれば、シリコン基板上の拡散層と接続したフィンガー電極間に誘電体層を介していないのでシリコン基板とフィンガー電極のコンタクト性は改善するが、表裏電極のパターンの違いに因る基板の反りや割れの問題が発生した。

特表２００３−５３１８０７号公報特開２０１１−３５１０１号公報

本発明は、上記事情に鑑みなされたもので、基板の割れを低減して製品歩留まりを向上させ、電極を細線化すると共に半導体基板とのコンタクト抵抗を低減することによって、変換効率の高い太陽電池を提供することを目的とする。

本発明は、上記目的を達成するため、下記の太陽電池を提供する。
〔１〕ｐｎ接合されて受光面表面に拡散層が形成された半導体基板と、上記拡散層上に互いに所定間隔離間して点在するように形成された複数のコンタクト電極と、上記拡散層及びコンタクト電極を覆って形成された誘電体層と、この誘電体層上に形成されると共にファイヤースルーにより誘電体層を貫通して上記複数のコンタクト電極と接続するフィンガー電極とを備え、上記複数のコンタクト電極は、上記各フィンガー電極の長手方向に対して直交する方向に直線状に配列されていることを特徴とする太陽電池。
〔２〕上記１つのコンタクト電極は１本のフィンガー電極と接続する共に、１本のフィンガー電極には複数のコンタクト電極が接続している〔１〕記載の太陽電池。
〔３〕上記複数のコンタクト電極は、上記フィンガー電極の長手方向に等間隔に離間して配置されている〔１〕又は〔２〕記載の太陽電池。
〔４〕上記コンタクト電極の形状は、上記フィンガー電極の幅よりも大きい四角形又は楕円形を有している〔１〕〜〔３〕のいずれかに記載の太陽電池。
〔５〕上記受光面電極は、更に複数のフィンガー電極と交差して電気的に接続するバスバー電極を少なくとも１本有しており、上記コンタクト電極はバスバー電極と重ならないように配置されている〔１〕〜〔４〕のいずれかに記載の太陽電池。

本発明によれば、フィンガー電極と半導体基板の拡散層との間にこれら両者を電気的に接続するコンタクト電極を互いに所定間隔離間して点在するように形成するので、半導体基板の受光面表面に対する受光面電極のコンタクト抵抗を低減し、高い変換効率を得ることができる。更に、半導体基板の反りが低減されて基板の割れが減少し、製品歩留まりの向上が期待できる。

本発明に係る太陽電池の構成を示す正面図である。本発明に係る太陽電池の構成を示す図１におけるＡ−Ａ断面図である。本発明に係る太陽電池の構成を示す図１におけるＢ−Ｂ断面図である。本発明に係る太陽電池の製造方法における製造工程を示す概略断面図であり、（ａ）は拡散層形成工程、（ｂ）はコンタクト電極形成工程、（ｃ）は誘電体層形成工程、（ｄ）は受光面電極用導電性ペースト印刷工程、（ｅ）は裏面電極用導電性ペースト印刷工程、（ｆ）は焼成工程を示す図である。本発明に係る太陽電池の製造方法で用いるコンタクト電極形成用印刷版の構成を示す概略図であり、（ａ）はその全体図、（ｂ）は開口部の拡大図である。本発明に係る太陽電池の製造方法で用いるフィンガー電極及びバスバー電極形成用印刷版の構成を示す概略図である。比較例２で用いるフィンガー電極形成用印刷版の構成を示す概略図である。比較例２で用いるバスバー電極形成用印刷版の構成を示す概略図である。従来の太陽電池の構成を示す断面図である。従来の太陽電池の構成を示す正面図である。従来の太陽電池の構成を示す裏面図である。

以下に、本発明に係る太陽電池及びその製造方法の実施の形態について図面を参照して説明する。
（太陽電池）
図１は、本発明に係る太陽電池の構成を示す上面図であり、図２は、図１におけるＡ−Ａ断面図、図３は、図１におけるＢ−Ｂ断面図である。
本発明に係る太陽電池１０は、図１〜図３に示すように、ｐｎ接合されて受光面表面に拡散層１２が形成された半導体基板１１と、上記拡散層１２上に互いに所定間隔離間して点在するように形成された複数のコンタクト電極１３と、上記拡散層１２及びコンタクト電極１３を覆って形成された誘電体層１４と、この誘電体層１４上に形成されると共にファイヤースルーにより誘電体層１４を貫通して上記複数のコンタクト電極１３と接続するフィンガー電極１５とを備える。また、コンタクト電極１３はフィンガー電極１５からはみ出している部分を有し、このはみ出している部分が上記誘電体層１４で覆われている。

ここで、半導体基板１１は、単結晶又は多結晶のシリコンからなり、その導電型はｐ型、ｎ型のどちらでもよいが、ボロンなどのｐ型半導体不純物（ドーパント）を含むものが好ましい。シリコン単結晶基板としては、チョクラルスキー（ＣＺ）法及びフロートゾーン（ＦＺ）法のいずれの方法によって作製されていてもよい。半導体基板１１の比抵抗は、高性能の太陽電池を作る点から、０．１〜２０Ω・ｃｍが好ましく、０．１〜４．０Ω・ｃｍがより好ましい。ここでは、以降ｐ型の半導体基板１１を例にとり説明する。

受光面電極は、図１に示すように、半導体基板１１の表面において集電電極としてフィンガー電極１５と呼ばれる数百〜数十μｍ幅の電極を櫛歯状に多数（図１においては１０本）有し、またフィンガー電極１５と交差して電気的に接続しており、太陽電池を連結するための集電電極としてのバスバー電極１６を少なくとも１本（図１においては３本）有する。更に、半導体基板１１の受光面表面において、フィンガー電極１５ごとに対応して点在するコンタクト電極１３を多数（図１においては４０個）有する。

また、この太陽電池の断面構造として、図２に示すように、ｐ型の半導体基板１１の表面側（受光面側）には基板の導電型と逆の導電型（ｎ型）の拡散層１２が設けられ、この上にコンタクト電極１３とフィンガー電極１５とがこの順番で積層して設けられる。このとき、拡散層１２とコンタクト電極１３とは電気的に接続し、コンタクト電極１３とフィンガー電極１５とは電気的に接続しており、コンタクト電極１３が拡散層１２とフィンガー電極１５とを電気的に接続する構造となっている。

ここで、表面のフィンガー電極１５と半導体基板１１とのコンタクト抵抗（接触抵抗）と電極の配線抵抗は、太陽電池の変換効率に大きな影響を及ぼし、高効率（低セル直列抵抗、高フィルファクターＦＦ（曲線因子））を得るためには、コンタクト抵抗とフィンガー電極１５の配線抵抗の値が十分に低いことが要求される。本発明では、上記構成とすることにより、フィンガー電極１５がコンタクト電極１３を介して半導体基板１１の受光面表面（拡散層１２）と良好な接続を確保することができるようになり、コンタクト抵抗の低減が可能となる。このとき、フィンガー電極と平行でないコンタクト電極を備えることにより、フィンガー電極とコンタクトするコンタクト電極の面積が更に大きくなるのでコンタクト抵抗をより低減できる。

また、コンタクト電極１３はフィンガー電極１５からはみ出した部分を有する。なお、バスバー電極１６は図１のＡ−Ａ断面（図２）では不図示であり、図１のＢ−Ｂ断面（図３）において示している。

また、図２に示すように、拡散層１２のそれ以外の領域（フィンガー電極１５を設けていない領域）には反射防止膜兼パッシベーション膜である誘電体層１４が設けられている。即ち、誘電体層１４は、半導体基板１１の受光面表面（拡散層１２）を覆うと共に、コンタクト電極１３のフィンガー電極１５からはみ出した部分も覆っている。

ここで、１つのコンタクト電極１３は１本のフィンガー電極１５と接続すると共に、１本のフィンガー電極１５には複数のコンタクト電極１３（図１においては４個のコンタクト電極１３）が接続していることが好ましい。これにより、コンタクト電極１３が半導体基板１１受光面表面（拡散層１２）とフィンガー電極１５とを均等に電気的に接続することができる。

また、複数のコンタクト電極１３は、各フィンガー電極１５の長手方向に対して直交する方向に直線状に配列されていることが好ましい。図１では、１０個のコンタクト電極１３が１０本のフィンガー電極１５の長手方向に対して直交する方向に直線状に配列している。更に、上記複数のコンタクト電極１３は、フィンガー電極１５の長手方向に等間隔に離間して配置されていることが好ましい。図１では、４個のコンタクト電極１３がフィンガー電極１５の長手方向に等間隔に離間して配置されている。これにより、複数のコンタクト電極１３は、半導体基板１１の受光面表面（拡散層１２表面）の所定の格子パターンにおける格子点の位置に配置されているようになる。

ところで、太陽電池の電極形成方法としては、スクリーン印刷法が多く採用されている。スクリーン印刷法は、印刷パターンの作製が容易なこと、印圧の調節により基板に与えるダメージを最小限にできること、セル１枚あたりの作業速度も早く、低コストで生産性に優れた手法であり、チクソ性の高い導電性ペーストを用いることで、転写された後もその形状が保たれ、高アスペクト比の電極を形成することも可能である。
しかしながら、太陽電池の基板は通常シリコン（Ｓｉ）が用いられ、また電極材料としてはＡｌ、Ａｇ等が用いられているが、太陽電池の基板は、導電性ペーストを印刷して焼結させると、シリコン基板とＡｌやＡｇ等の電極材料の収縮率の違いにより反りが発生し、基板に割れが生じることが問題であった。
本発明では、コンタクト電極１３を上記のように配置することによりこの問題を解決する。即ち、フィンガー電極１５と直交するバスバー電極１６の他に、フィンガー電極１５と交わるコンタクト電極１３を上記のように半導体基板１１の受光面表面に点在するパターンで備えることにより、半導体基板１１の反りが低減されて基板の割れが減少し、製品歩留まりが向上する。

また、コンタクト電極１３はバスバー電極１６と重ならないように配置されていることがより好ましい。図１では、コンタクト電極１３のフィンガー電極１５の長手方向に直交する方向への直線状の配列は、各バスバー電極１６から等距離に離間するように配置されている。

コンタクト電極１３は、半導体基板１１の受光面表面（拡散層１２）と良好なコンタクトが取れ、所定の形状パターンに形成容易なものであれば、電極材料や形成方法に特に制約はないが、例えば銀やアルミニウムを含有する導電性ペーストをスクリーン印刷し焼成して形成したものや銀などの金属材料を蒸着して形成したものなどが挙げられる。

コンタクト電極１３の形状は、上記フィンガー電極１５の幅よりも大きい長方形や菱形などの四角形又は楕円形を有していることが好ましい。特に、フィンガー電極１５の長手方向に直交する方向が該フィンガー電極１５の幅よりも大きいことが好ましい。図１では、長方形のものを示している。これにより、コンタクト電極１３の上にコンタクト電極１３の長手方向に対して交差して形成されるフィンガー電極１５が多少の位置ずれを起こしてもフィンガー電極１５と確実に電気的接続を確保できるようになる。また、このような表面形状であれば後述するスクリーン印刷法やマスク蒸着法によって容易に形成可能である。なお、コンタクト電極１３の長さや幅は、拡散層１２及びフィンガー電極１５との電気的接続を考慮すると大きい方がよいが、太陽電池のシャドーロスを考慮するとできるだけ小さい方がよく、両者の兼ね合いによって決定するとよい。

フィンガー電極１５は、誘電体層１４上に印刷された導電性ペーストが焼成され、該誘電体層１４をファイヤースルーしてコンタクト電極１３に接続してなるものであることが好ましい。
バスバー電極１６は、フィンガー電極１５と同様に、導電性ペーストを印刷し、焼成して形成するとよい。

また、半導体基板１１の裏面側には、図２に示すように、ほぼ全面にアルミニウムペーストが塗布され、焼成することによりＢＳＦ（ＢａｃｋＳｕｒｆａｃｅＦｉｅｌｄ）層１７とアルミニウム電極１８が形成される。更に、裏面には、図３に示すように、銀やアルミニウムを含む導電性ペーストが塗布され、焼成することで集電用として裏面バスバー電極１９が形成される。

（太陽電池の製造方法）
次に、本発明に係る太陽電池の製造方法について図面を参照して以下に説明する。
本発明に係る太陽電池の製造方法は、上述した本発明の太陽電池の製造方法であって、例えば、図４に示す製造工程に従って製造するものである。なお、図４では、図１に示す太陽電池のＡ−Ａ断面の構成を示している。以下、図４に示す工程に従って説明する。

［シリコン基板の準備］
高純度シリコンにボロンのようなＩＩＩ族元素をドープし、比抵抗０．１〜４Ω・ｃｍとしたアズカット単結晶｛１００｝ｐ型シリコン基板表面のスライスダメージを、濃度５〜６０質量％の水酸化ナトリウムや水酸化カリウムのような高濃度のアルカリもしくはフッ化水素酸と硝酸の混酸の混合液などを用いて厚さとして１０〜２０μｍ程度エッチングして除去する。なお、本発明で用いる半導体基板の形状は特に限定されず、矩形、円形のいずれでもよいが、例えば大きさは１００〜１５０ｍｍ角、厚さは０．０５〜０．３ｍｍの板状のものがよく用いられる。ここでは、ｐ型単結晶シリコン基板であるｐ型半導体基板１１を用いる例を説明する。

［テクスチャ形成工程］
引き続き、半導体基板１１の少なくとも受光面となる表面にテクスチャと呼ばれる微小な凹凸構造の形成を行う（図４では凹凸表示省略）。テクスチャは太陽電池の受光面において光の多重反射を生じさせ、光を閉じ込めて効率よく半導体基板内に導き、光が戻らなくなるようにするので実効的に反射率が低下し、変換効率が向上する。テクスチャは、半導体基板１１を加熱した水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウムなどのアルカリ溶液（濃度１〜１０質量％、温度６０〜１００℃）中に１０〜３０分間程度浸漬することで形成される。上記溶液中に、所定量の２−プロパノールを溶解させ、反応を促進させることが多い。テクスチャ形成は、表面のエッチングを行っていることになるため、前記ダメージエッチングの代用とすることも可能である。

なお、上記テクスチャ構造に代えて、表面にＶ溝やＵ溝の凹凸構造を設けて、２回以上の反射を受光面で行なわせて可視光域の反射率を低減させるようにしてもよい。この場合、研削機を利用して形成可能である。あるいは、水酸化ナトリウムやイソプロピルアルコールを加えた水溶液に浸すウェットエッチング法、酸エッチング法によってもよい。

また、上記工程において、半導体基板１１の表面の一部を微細な凹凸をない状態とした平坦部とし、それ以外の部分を微細な凹凸面としたテクスチャを形成することが好ましい。詳しくは、後述する工程において半導体基板１１のコンタクト電極１３を形成する部分を微細な凹凸のない部分とし、それ以外を上記のような微細な凹凸を形成するようにする。例えば、半導体基板１１をフッ硝酸溶液中に１５秒間浸漬させてダメージエッチし、更に２質量％の水酸化カリウムと２質量％のイソプロピルアルコールを加えた７０℃の溶液で５分間浸してエッチングした後に純水で洗浄し、乾燥させることで半導体基板１１表面に微細な凹凸からなるテクスチャ構造を形成する。次に、９００〜１，０００℃、１〜３時間程度の熱酸化処理を行い、厚さ１００ｎｍ程度の酸化膜兼バリア膜を形成する。次いで、図５に示すような開口部パターンを有するスクリーン製版を用いて、上記酸化膜兼バリア膜上のコンタクト電極形成予定部にエッチングペーストを印刷し、３５０〜４５０℃程度のベーク炉で８〜１０分程度焼成する。その後、洗浄して半導体基板１１上のエッチングペーストを除去する。このとき、エッチングペーストを印刷した部分の酸化膜兼バリア膜は除去されて半導体基板１１表面が露出し、それ以外の部分は酸化膜兼バリア膜で保護されており、この半導体基板１１を６０〜７０℃程度のＫＯＨ水溶液に５〜１０分間程度浸漬して、半導体基板１１表面が露出している部分の微細凹凸を除去し、コンタクト電極形成予定部となる平坦部とする。最後に、この半導体基板１１を１〜２５質量％のフッ化水素水溶液に１〜５分程度浸漬した後に、純水で洗浄する。
その後、後述する拡散層１２を形成した後、テクスチャ面の上記微細凹凸を除去した部分に後述する方法でコンタクト電極１３を形成する。

これにより、テクスチャ面の微細凹凸のある部分に電極を形成した場合には電極の滲みが生じて線幅が太くなり易かったが、上記のようにコンタクト電極形成予定部となる部分の微細凹凸を除去すればその問題が改善されて受光面積をより増やすことが可能となる。また、半導体基板１１の微細な凹凸のない平坦な領域に精度よく電極を形成することができ、かつ電極の細線化に伴う断線が起こり難く、コンタクト抵抗を低減して変換効率を高め、量産するのに効果的である。更に、受光面積の増加により、シャドーロスが減り、太陽光を多く取り込めることで短絡電流密度を向上することができる。

［拡散層形成工程］
次いで、半導体基板１１の受光面側表面に基板の導電型とは逆の導電型の拡散層１２を形成する（ここまで、図４（ａ））。
例えば、ＰＯＣｌ₃等を含む８５０〜１，０００℃の高温ガス中に半導体基板１１を設置し、半導体基板１１の全面にリン等のｎ型不純物元素を拡散させる熱拡散法により、シート抵抗が３０〜３００Ω/□程度のｎ型の拡散層１２を半導体基板１１の受光面側表面に形成する。このとき、半導体基板１１の両面および端面にもｎ型拡散層１２が形成されることがあるが、必要な拡散層１２の表面を耐酸性樹脂で被覆した後、その半導体基板１１をフッ硝酸溶液中に浸漬することによって、不要なｎ型拡散層を除去するとよい。その後、熱拡散で形成されたリンガラスを数質量％のフッ化水素酸水溶液に数分浸漬して除去し、純水で洗浄する。
あるいは、半導体基板１１の受光面表面に基板１１の導電型と逆の導電型となる拡散源（Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ等のドーパント）を含む拡散剤、例えばリンやアンチモン等を含有する材料を塗布し乾燥させることで拡散剤塗布層を形成し、８００〜１，０００℃で３０分〜１時間程度の熱処理を施すことで、この表面にｎ型の拡散層１２を形成するようにしてもよい。

［コンタクト電極形成工程］
次いで、半導体基板１１の拡散層１２上に互いを所定間隔離間したコンタクト電極１３を点在させて形成する（図４（ｂ））。
例えば、図５に示す電極形状パターンＰ１３のように、印刷版面に開口部Ｐａ１３を点在させて形成した印刷版を用いたスクリーン印刷法によって拡散層１２上に導電性ペーストを印刷してコンタクト電極１３を形成することが好ましい。本工程で使用する導電性ペーストは拡散層１２との電気的接続が確保できるものであればよい。

ここで用いる印刷版は、例えばステンレスやニッケル、ポリエステルなどのメッシュの裏側に乳剤でコーティングした構造であって、電極形状パターンＰ１３に対応した乳剤層を除去した開口部Ｐａ１３を有するスクリーン製版が挙げられる。

電極形状パターンＰ１３は、図５（ａ）に示すように、開口部Ｐａ１３が一定の中心ピッチｐで互いに離間した状態で直線状に配置された直線状パターンを複数本（４本）有しており、この直線状パターンを該直線状パターンの長手方向に対して直交する方向に間隔Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３となるように離間して平行に配置したものである。この場合、中心ピッチｐは１．５〜２ｍｍ、間隔Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３は１３〜６０ｍｍであるとよい。

開口部Ｐａ１３は、図５（ｂ）に示すように、幅ａ、長さｂの長方形を呈している。幅ａは２０〜１５０μｍ、長さｂはフィンガー電極１５の幅より大となる２０〜１，５００μｍとするとよい。また、開口部Ｐａ１３は、幅ａを短径、長さｂを長径とする楕円形としてもよい。

上記のような電極形状パターンＰ１３の印刷版を用いて、その上で図５中、左方向から右方向にスキージで圧力をかけながら導電性ペーストを押出して拡散層１２上に膜厚１０〜１５μｍで印刷し、１５０〜２００℃程度で乾燥させる。この段階ではまだ最終的な電極の状態になっていないことから、図４（ｂ）においてはペースト印刷層１３ａと表記する。そして、後述するフィンガー電極１５及びバスバー電極１６を形成する際の加熱により焼成され、コンタクト電極１３ａとなる（図４（ｆ））。

また、上記スクリーン印刷法に代えて、図５に示す電極形状パターンＰ１３のように、マスク面に開口部Ｐａ１３を点在させて形成したマスクを用いた蒸着法によって拡散層１２上に金属材料を蒸着してコンタクト電極１３を形成してもよい。

ここで用いるマスクは、半導体基板１１上に金属材料の付着を防止する金属シートであり、例えばステンレス薄板に開口部Ｐａ１３を開口したメタルマスクである。電極形状パターンＰ１３及び開口部Ｐａ１３の形状及び寸法は上述したスクリーン印刷の印刷版の場合と同じでよい。

蒸着方法としては、電子ビーム（ＥＢ）蒸着や抵抗加熱式蒸着等の真空蒸着法、高周波励起型イオンプレーティング法、活性化反応性蒸着法等を用いてもよい。真空蒸着法とは成膜技術の一つで、高真空中で蒸着材料を加熱して気化又は昇華させて気体分子となった蒸着材料が基板に衝突、付着することによって、蒸着薄膜を形成する技術である。このうち、電子ビーム蒸着は高真空雰囲気の中で、蒸発材料を坩堝に入れ、電子ビームを坩堝に照射し、坩堝に入っている蒸発材料を加熱蒸発させて行う薄膜形成方法である。成膜開始到達圧力は１０^-4Ｐａ程度の高真空とする。高真空にする理由としては蒸着の密着性や膜質を向上するためである。また、成膜温度は３００〜４００℃で行う。

上記のような電極形状パターンＰ１３のマスクを半導体基板１１の受光面側表面（拡散層１２表面）に重ねた状態で成膜室内の蒸発源の上方に配置し、半導体基板１１のマスク面側に蒸発材料を堆積して薄膜を形成する。電子ビーム蒸着は抵抗加熱式蒸発源に比べて高温の材料や粉末材料の蒸着に適している。蒸発材料は、アルミニウム、クロム、金、銀のような高融点の金属材料を用いる。これにより、半導体基板１１の拡散層１２上に電極形状パターンＰ１３に対応したコンタクト電極１３が形成される（図４（ｂ））。このような蒸着法によって、膜厚精度よく、同じ品質でコンタクト電極１３を機械的ストレスや熱ストレスを受けることなく形成することができる。

［誘電体層形成工程］
次いで、半導体基板１１の受光面側表面の拡散層１２及びペースト印刷層１３ａ（又はコンタクト電極１３）を覆うように反射防止膜兼パッシベーション膜である誘電体層１４を形成する（図４（ｃ））。
誘電体層１４は、例えばＳｉＮなどからなり、例えばＳｉＨ₄とＮＨ₄との混合ガスをＮ₂で希釈し、グロー放電分解でプラズマ化されて堆積させるプラズマＣＶＤ法などで形成する。このとき、誘電体層１４は、反射防止膜として、ｐ型シリコン基板からなる半導体基板１１との屈折率が１．８〜２．３程度になるように形成され、約７０〜１００ｎｍ程度の厚みに形成される。この誘電体層１４により半導体基板１１の表面で光が反射するのを防止して、半導体基板１１内に光を有効に取り込むことができる。また、ＳｉＮからなる誘電体層１４は、拡散層１２に対してパッシベーション効果があるパッシベーション膜としても機能し、反射防止の機能と併せて、太陽電池の電気特性を向上させる効果がある。

［フィンガー電極、バスバー電極及び裏面電極形成工程］
次いで、半導体基板１１の受光面側表面の誘電体層１４上に、図６に示す電極形状パターンＰ１５及びＰ１６を有する印刷版を用いて導電性ペーストをスクリーン印刷する（図４（ｄ））。本工程で使用する導電性ペーストは誘電体層１４をファイヤースルーする機能を有する銀を含むペーストである。

ここで用いる印刷版は、例えばステンレスやニッケル、ポリエステルなどのメッシュの裏側に乳剤でコーティングした構造であって、電極形状パターンＰ１５及びＰ１６に対応して乳剤層を除去した開口部を有するスクリーン版が挙げられる。

電極形状パターンＰ１５は、櫛歯状のフィンガー電極を形成するための開口パターンであり、例えば線幅２０〜１５０μｍ、ピッチ１．５〜２ｍｍの開口パターンとするとよい。
また、電極形状パターンＰ１６は、フィンガー電極の長手方向と直交して接続するバスバー電極を形成するための開口パターンであり、例えば電幅１〜１．５ｍｍで形成される本数に応じてフィンガー電極の長手方向に均等に配置される開口パターンとするとよい。

上記のような電極形状パターンＰ１５、Ｐ１６の印刷版を用いて、その上で図６中、左方向から右方向にスキージで圧力をかけながら導電性ペーストを押出して誘電体層１４上に膜厚１０〜１５μｍで印刷し、１５０〜２００℃程度で乾燥させる。乾燥は後述する裏面電極用のスクリーン印刷後に一緒に行ってもよい。この段階ではまだ最終的な電極の状態になっていないことから、図４（ｄ）においてはフィンガー電極１５となる印刷層であるペースト印刷層１５ａと表記する（バスバー電極１６となる印刷層であるペースト印刷層１６ａは不図示）。

このとき、ペースト印刷層１５ａは、導電性ペーストが誘電体層１４上でペースト層１３ａ（又はコンタクト電極１３）と一部が重なる位置に櫛歯状に印刷されたものである。

次に、半導体基板１１の裏面側表面上に、異なる電極形状パターンを有する２種類の印刷版を用いて導電性ペーストをスクリーン印刷する（図４（ｅ））。
まず、例えばアルミニウム、ガラスフリット及びワニスなどを含む導電性ペーストを用いて図１１の裏面バスバー電極９９のような電極形状パターンを有する印刷版を用いてスクリーン印刷し、次いでアルミニウム粉末を有機バインダーで混合したペーストを上記裏面バスバー電極となる印刷層以外の領域に印刷し、その後、１５０〜２００℃程度で乾燥させる。この段階ではまだ最終的な電極の状態になっていないことから、図４（ｅ）においては裏面アルミニウム電極１８となる印刷層であるペースト印刷層１８ａと表記する（裏面バスバー電極１９となる印刷層であるペースト印刷層１９ａは不図示）。
なお、ここまでの表面電極（フィンガー電極１５及びバスバー電極１６）となるペーススト印刷層１５ａ、１６ａの形成と、裏面アルミニウム電極１８及び裏面バスバー電極１９となるペースト印刷層１８ａ、１９ａの形成順序は逆でも構わない。

最後に、上記のように両面に電極印刷した半導体基板１１について焼成炉において５００〜９００℃で１分から３０分間程度の焼成を行う。これにより、ペースト印刷層１３ａ、１５ａ、１６ａ、１８ａ、１９ａはそれぞれコンタクト電極１３、フィンガー電極１５、バスバー電極１６、裏面アルミニウム電極１８、裏面バスバー電極１９となる（図４（ｆ）、図３）。

このとき、ペースト印刷層１３ａは焼成されて半導体基板１１の受光面表面（拡散層１２）と直接接続するコンタクト電極１３となる。また、誘電体層１４上にスクリーン印刷されたペースト印刷層１５ａが焼成されてフィンガー電極１５となる際にファイヤースルー（焼破）により誘電体層１４を貫通させて、コンタクト電極１３と電気的に接続する（図４（ｆ））。また、フィンガー電極１５のコンタクト電極１３と重ならない部分やバスバー電極１６は誘電体層１４をファイヤースルーして拡散層１２と接続する。
また、裏面側では、ペースト印刷層１８ａが焼成されてＢＳＦ（ＢａｃｋＳｕｒｆａｃｅＦｉｅｌｄ）層１７とアルミニウム電極１８が形成され、ペースト印刷層１９ａが焼成されて裏面バスバー電極１９となる。

以上のように、誘電体層１４の上からフィンガー電極１５をファイヤースルーさせて、フィンガー電極１５とコンタクト電極１３とを接続させるが、コンタクト電極１３、フィンガー電極１５は共に導電性のよい金属からなるためにフィンガー電極１５と拡散層１２との間よりも電気的に接続し易い。コンタクト電極１３は半導体基板１１の受光面表面（拡散層１２）と電気的に直接接続しているので、フィンガー電極１５がコンタクト電極１３と接続することにより、フィンガー電極１５はコンタクト電極１３を介して半導体基板１１の受光面表面（拡散層１２）と良好に接続し、従来の誘電体層の上から電極ペーストでファイヤースルーさせて半導体基板とフィンガー電極とを接続させるよりもコンタクト抵抗を低減することができ、変換効率を向上できる。また、フィンガー電極１５やバスバー電極１６以外の領域（半導体基板１１の受光面側表面）が誘電体層１４で覆われていることでパッシベーション効果が得られる。

以下に、実施例及び比較例を挙げて、本発明を更に具体的に説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。

［実施例１］
本発明の有効性を確認するために、以下の工程を半導体基板５０枚について行い、図１〜図３に示す構成の太陽電池を５０枚作製した。
まず、結晶面方位＜１００＞、１５．６５ｃｍ角、２００μｍ厚、アズスライス比抵抗２Ω・ｃｍ、ボロンドープｐ型シリコン基板をフッ硝酸溶液中に１５秒間浸漬させてダメージエッチし、更に２質量％の水酸化カリウムと２質量％のイソプロピルアルコールを加えた７０℃のエッチング水溶液中に５分間浸してエッチングした後に純水で洗浄し、乾燥させることで半導体基板１１表面にテクスチャ構造を形成した。
次いで、上記半導体基板１１に対して、ＰＯＣｌ₃ガス雰囲気において８５０℃の温度で３０分間熱処理を行うことでｎ型の拡散層１２を形成した。その後、拡散層１２上に耐酸性樹脂を形成した後に、半導体基板１１をフッ硝酸溶液中に１０秒間浸漬することによって耐酸性樹脂が形成されていない部分の拡散層を除去した。その後、耐酸性樹脂を除去することによって半導体基板１１の受光面側表面のみに拡散層１２が形成された状態とした。
次に、上記半導体基板１１の受光面側表面（拡散層１２表面）にコンタクト電極１３を形成した。即ち、図５に示す印刷版（スクリーン製版、開口部８０μｍ、板厚５０μｍ）を使用してスクリーン印刷機で半導体基板１１の受光面側表面に銀を含むペーストを電極形状パターンＰ１３の形状に印刷し、１５０℃で乾燥した（コンタクト電極１３の形成）。なお、電極形状パターンＰ１３では、幅ａが８０μｍ長さｂが２００μｍの長方形の開口部Ｐａ１３をその長手方向が後で形成するフィンガー電極１５の長手方向に対して平行ではなく、直交するように配置しており、更にこの開口部Ｐａ１３をフィンガー電極１５の長手方向に対して直交する方向に中心ピッチ２ｍｍの間隔で櫛歯状のフィンガー電極１５に１対１で対応するようにまっすぐな破線状に配置した直線状パターンを有している。また、この直線状パターンを図中左側のスクリーン製版の端からフィンガー電極１５の長手方向に１３ｍｍだけ入った位置に配置し、更にその直線状パターンに対してフィンガー電極１５の長手方向に間隔Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３を３９ｍｍ、５２ｍｍ、３９ｍｍとした位置に同様の直線状パターンをそれぞれ１本ずつ、計３本配置し、計４本の直線状パターンを設けた。なお、スクリーン製版の図中右側の端から１３ｍｍだけ入った位置に４本目の直線状パターンが配置されている。
続いて、プロセスガスとしてＳｉＨ₄とＮＨ₄、Ｎ₂を用いたプラズマＣＶＤ法により、半導体基板１１の受光面表面を上記コンタクト電極１３も含めて覆うように反射防止膜兼パッシベーション膜となるＳｉＮからなる誘電体層１４を厚さ８０ｎｍで形成した。次に、半導体基板１１の受光面の端から０．２ｍｍの位置にレーザー光を照射してｐｎ分離を行った。
次に、誘電体層１４上に、図６に示す印刷版を使用してスクリーン印刷機で銀を含むペーストを電極形状パターンＰ１５及びＰ１６の形状に印刷し、１５０℃で乾燥した。なお、ここで使用した印刷版はステンレスのメッシュの裏側に乳剤でコーティングした構造で、乳剤膜厚を１５μｍとしたものであり、フィンガー電極用の電極形状パターン（開口部）Ｐ１５の線幅を５０μｍ、ピッチを２ｍｍとし、バスバー電極用の電極形状パターン（開口部）Ｐ１６の線幅を１．５ｍｍ、ピッチを５２ｍｍとした。
次に、半導体基板１１の裏面にスクリーン印刷法を用いて、銀粉末とガラスフリットを有機物バインダーで混合したペーストを用いて、裏面バスバー電極１９のパターンで印刷した後にアルミニウム粉末を有機バインダーで混合したペーストをバスバー電極以外の領域にスクリーン印刷した。その後、１５０℃で乾燥させて、裏面電極（裏面アルミニウム電極１８、裏面バスバー電極１９）を形成した。
最後に、上記のように表面電極及び裏面電極が形成された半導体基板１１について、焼成炉において９００℃で５分間程度掛けて焼成を行った。

［実施例２］
実施例１において、ｎ型拡散層１２の形成までは実施例１と同様に行い、次いで半導体基板１１の受光面側表面に実施例１と同じ電極形状パターンのコンタクト電極１３を電子ビーム蒸着を利用したマスク蒸着法で形成した。ここで、電子ビーム蒸着の成膜開始到達圧力は１０^-4Ｐａ、成膜温度は３００℃で行った。また、高真空雰囲気の中で蒸発材料として銀を坩堝に入れ、電子ビームを坩堝内に照射し、坩堝に入っている蒸発材料を加熱蒸発させて蒸着を行った。このとき、図５に示す電極形状パターンのもの（寸法及びパターンは実施例１で使用した印刷版と同じ）をメタルマスクとして半導体基板１１の受光面表面上に配置し成膜室に入れて、成膜処理を行った。コンタクト電極１３となる銀の膜厚は５００ｎｍとした。
それ以降の表面電極及び裏面電極の形成工程は実施例１と同様として、上記工程を半導体基板５０枚で行い、太陽電池を５０枚作製した。

［実施例３］
実施例１と同じ半導体基板１１をフッ硝酸溶液中に１５秒間浸漬させてダメージエッチし、更に２質量％の水酸化カリウムと２質量％のイソプロピルアルコールを加えた７０℃のエッチング水溶液中に５分浸してエッチングした後に純水で洗浄し、乾燥させることで、半導体基板１１表面にテクスチャ構造を形成した。
次に、１，０００℃、３時間の熱酸化処理を行い、厚さ１００ｎｍのシリコン酸化膜を形成した。実施例１と同じ図５に示す開口パターンを有する印刷版を用いて、上記シリコン酸化膜を形成した半導体基板１１の受光面側表面上のコンタクト電極形成予定部分にエッチングペーストを印刷し、４５０℃程度のベーク炉で８分程度焼成した。このとき、使用した印刷版は実施例１においてコンタクト電極形成用に用いたものと同じものである。
その後、洗浄して半導体基板１１からエッチングペーストを除去し、更に半導体基板１１を７０℃のＫＯＨ水溶液に１０分浸漬した。これにより、シリコン酸化膜をエッチングペーストで除去した部分のテクスチャを除去し、図５に示す開口パターンに対応する部分に微細凹凸のない平坦部を形成した。そして、半導体基板１１を２５質量％のフッ化水素水溶液に５分程度浸漬した後に、純水で洗浄した。
次に、半導体基板１１にｎ型不純物元素を拡散させて拡散層１２を形成する工程以降は実施例１と同様に処理し、コンタクト電極形成前までの処理を行った。
次いで、上記実施例１と同じ図４に示す開口パターンを有する印刷版を、この印刷版の開口部が上記半導体基板１１の受光面側表面の微細凹凸のない平坦部に位置が合うように配置し、銀を含むペーストを印刷し、乾燥した。
それ以降の表面電極及び裏面電極工程は実施例１と同様として、上記工程を半導体基板５０枚で行い、太陽電池を５０枚作製した。

［比較例１］
実施例１において、コンタクト電極１３の形成を省略し、それ以外は実施例１と同様にして太陽電池を５０枚作製した。

［比較例２］
実施例１と同じ半導体基板１１を用い、拡散層１２形成までは実施例１と同様の処理を行った。
次に、上記半導体基板１１の受光面側表面（拡散層１２表面）にフィンガー電極１５を形成した。即ち、図７に示す印刷版を使用してスクリーン印刷機で半導体基板１１の受光面側表面に銀を含むペーストを電極形状パターンＰ１５の形状に印刷し、１５０℃で乾燥し乾燥後９００℃で５分間程度掛けて焼成した（フィンガー電極１５の形成）。なお、ここで使用した印刷版はステンレスのメッシュの裏側に乳剤でコーティングした構造で、乳剤膜厚を１５μｍとしたものであり、フィンガー電極用の電極形状パターン（開口部）Ｐ１５の線幅を５０μｍ、ピッチを２ｍｍとした。
引き続き、プロセスガスとしてＳｉＨ₄とＮＨ₄、Ｎ₂を用いたプラズマＣＶＤ法により、半導体基板１１の受光面側表面をフィンガー電極１５と共に反射防止膜兼パッシベーション膜となるＳｉＮからなる厚さ８０ｎｍの誘電体層１４で覆うように形成した。
次に、誘電体層１４上に、図８に示す印刷版を使用してスクリーン印刷機で銀を含むペーストを電極形状パターンＰ１６の形状に印刷し、１５０℃で乾燥した。なお、ここで使用した印刷版はステンレスのメッシュの裏側に乳剤でコーティングした構造で、乳剤膜厚を１５μｍとしたものであり、バスバー電極用の電極形状パターン（開口部）Ｐ１６の線幅を１．５ｍｍ、ピッチを５２ｍｍとした。
次に、半導体基板１１の裏面にスクリーン印刷法を用いて、銀粉末とガラスフリットを有機物バインダーで混合したペーストを用いて、裏面バスバー電極１９のパターンで印刷した後にアルミニウム粉末を有機バインダーで混合したペーストをバスバー電極以外の領域にスクリーン印刷した。その後、１５０℃で乾燥させて、裏面電極を形成した。
最後に、上記のように表面電極及び裏面電極が形成された半導体基板１１について、焼成炉において９００℃で５分間程度掛けて焼成を行った。
上記工程を半導体基板５０枚で行い、太陽電池を５０枚作製した。

実施例１、２、３及び比較例１、２で得られた太陽電池を２５℃の雰囲気中でソーラーシミュレーター（光強度：１ｋＷ/ｍ²、スペクトル：ＡＭ１．５グローバル）の下で電流電圧特性を測定した。また、太陽電池の受光面側表面における割れの有無を目視で判定した。
上記実施例１、２、３及び比較例１、２の太陽電池５０枚の平均短絡電流密度、平均曲線因子、平均変換効率、直列抵抗の平均値及び割れ発生頻度の結果を表１に示す。表中の数値は、実施例及び比較例で試作した太陽電池５０枚の平均値である。また、割れ発生頻度は太陽電池５０枚における割れ発生の割合である。

表１において、実施例１と比較例１を比較すると、実施例１の曲線因子及び変換効率が比較例１よりもよくなっている。これは、実施例１、比較例１共に誘電体層１４の上に導電性ペーストを印刷し、誘電体層１４をファイヤースルーさせて半導体基板側とコンタクトを取っているが、両者では電気的な接続の確保のし易さが異なるためである。即ち、実施例１では誘電体層１４の下に半導体基板１１と良好に接続するコンタクト電極１３を設けており、更にフィンガー電極１５とコンタクト電極１３とは共に導電性の金属材料を含んだ電極であるために電気的に接続し易いことから、焼成されたフィンガー電極１５が誘電体層１４をファイヤースルーしてコンタクト電極１３と接続すると、フィンガー電極１５はコンタクト電極１３と容易に電気的に接続すると共に、該コンタクト電極１３を介して半導体基板１１の受光面表面（拡散層１２）と良好なコンタクトの確保が可能である。一方、比較例１では、コンタクト電極１３が存在しないために、誘電体層１４をファイヤースルーしたフィンガー電極１５が半導体基板１１の受光面表面（拡散層１２）と電気的に接続する必要があり、実施例１に比べると良好なコンタクトの確保が難しい。その結果として、実施例１では比較例１よりも半導体基板１１（拡散層１２）とフィンガー電極１５とのコンタクト抵抗が低減し、曲線因子、変換効率が向上している。
また、コンタクト電極１３の長手方向をフィンガー電極１５の長手方向に対して直交する方向としたことにより、コンタクト電極１３上に形成するフィンガー電極１５が多少の位置ずれを起こしてもコンタクト電極１３とコンタクトすることが可能となり、簡便に形成することができた。更に、フィンガー電極１５と直交配置されるバスバー電極１６の他に、長手方向がフィンガー電極１５の長手方向と交差して点在するコンタクト電極１３を備えることにより、半導体基板１１の反りが低減されて基板の割れが減少し、製品歩留まりが向上した。また、半導体基板１１の受光面表面がフィンガー電極１５やバスバー電極１６以外の領域が誘電体層１４で覆われることでパッシベーション効果が得られたと考えられる。
また、マスク蒸着法によってコンタクト電極１３を形成した実施例２も実施例１と同様に、半導体基板１１（拡散層１２）に対する受光面電極のコンタクト抵抗が低減され、曲線因子、変換効率が向上した。
更に、実施例３では、テクスチャ面においてコンタクト電極１３を形成する部分を微細な凹凸のない平坦部としたことによって、微細な凹凸を形成したままの状態では電極の滲みが生じ、線幅が太くなり易かった問題が改善されて受光面積を増やすことが可能となった。そして、平坦な領域に精度よく電極を形成でき、かつ断線が起こり難くなった。受光面積の増加により、シャドーロスが減り、太陽光を多く取り込めることで変換効率が向上した。
なお、比較例２は、曲線因子及び変換効率に関して比較例１よりも改善されているが、基板の割れ発生頻度は比較例１と同程度である。実施例１〜３は、曲線因子及び変換効率を改善しつつ、基板の割れを抑制し、製品歩留まりを向上させることができる。

なお、これまで本発明を図面に示した実施形態をもって説明してきたが、本発明は図面に示した実施形態に限定されるものではなく、他の実施形態、追加、変更、削除など、当業者が想到することができる範囲内で変更することができ、いずれの態様においても本発明の作用効果を奏する限り、本発明の範囲に含まれるものである。

１０、９０太陽電池
１１、９１半導体基板
１２、９２拡散層
１３コンタクト電極
１３ａ、１５ａ、１８ａペースト印刷層
１４、９４誘電体層（反射防止膜兼パッシベーション膜）
１５、９５フィンガー電極
１６、９６受光面バスバー電極
１７、９７ＢＳＦ層
１８、９８裏面アルミニウム電極
１９、９９裏面バスバー電極
Ｐ１３、Ｐ１５、Ｐ１６電極形状パターン
Ｐａ１３開口部

Claims

ｐｎ接合されて受光面表面に拡散層が形成された半導体基板と、上記拡散層上に互いに所定間隔離間して点在するように形成された複数のコンタクト電極と、上記拡散層及びコンタクト電極を覆って形成された誘電体層と、この誘電体層上に形成されると共にファイヤースルーにより誘電体層を貫通して上記複数のコンタクト電極と接続するフィンガー電極とを備え、上記複数のコンタクト電極は、上記各フィンガー電極の長手方向に対して直交する方向に直線状に配列されていることを特徴とする太陽電池。
上記１つのコンタクト電極は１本のフィンガー電極と接続する共に、１本のフィンガー電極には複数のコンタクト電極が接続している請求項１記載の太陽電池。
上記複数のコンタクト電極は、上記フィンガー電極の長手方向に等間隔に離間して配置されている請求項１又は２記載の太陽電池。
上記コンタクト電極の形状は、上記フィンガー電極の幅よりも大きい四角形又は楕円形を有している請求項１〜３のいずれか１項記載の太陽電池。
上記受光面電極は、更に複数のフィンガー電極と交差して電気的に接続するバスバー電極を少なくとも１本有しており、上記コンタクト電極はバスバー電極と重ならないように配置されている請求項１〜４のいずれか１項記載の太陽電池。