JPH0415962A - 太陽電池及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、半導体基板の形状及び受光面側電極の形成位
置に特徴を有する高効率で低価格の太陽電池及びその製
造方法に関するものである。

〈従来の技術〉 太陽電池の高効率化を図るためには、表面反射率や表面
電極占有率の低減化が必要である。そこでこれまでに、
単結晶基板に対してはテクスチャ処理する方法等が、多
結晶基板に対してはンーザ光やダイサー等を用いて溝を
形成する方法等が用いられて表面面肘率が低減され、ま
た、スクリーン印刷技術の向上が図られて、表面電極占
有率が３〜４％にまで低減されている。

一方、太陽電池は各セルが接続されて用いられるために
、接続の便利な裏面での接続法が工夫されている。例え
ば第４．５図に示すようなラップ・アラウンド法による
裏面での接続法がよく用いられる。第４図では、同図（
ａ）の太陽電池の構造図に示すように、受光面側のｎ＋
層５を素子端部より裏へ回し、該ｎ生理５に沿って受光
面側電極８を裏面まで回して形成した太陽電池を、同図
（ｂ）に示スように、リードフレーム４１により太陽電
池裏面の受光面側電極８と裏面電極７間で互いに接続し
ている。第５図では、リードフレーム４１によフ受光面
側電極８を裏面に形成したｎ”Ｍ５部で接続して受光面
側電極８を裏面に引回した太陽電池を、プリント基板５
１上に半田５２によシ太陽電池裏面の受光面側電極８と
裏面電極７を接続している。

また、本出願人は表面電極占有率を低減しかつ裏面接続
の可能々太陽電池を提案している（特願昭６８−２０２
８７８）。これによれば例えば、第６図に示すような多
数の微小な貫通孔４を有するｐ型の多結晶シリコン基板
１と、該基板１の一方の面及び微小な貫通孔４の内壁に
形成されたｎ＋十層とよフなフ、該基板１の他方の面の
ｐ生理６の部分に裏面電極７を設け、該基板１の他方の
面の貫通孔４の端部のｎ生理５の部分に受光面側電極８
を設けた太陽電池である。尚、同図（ａ）は斜視図、（
ｂ）は貫通孔４周辺の拡大断面図であり、６１は反射防
止膜、６２はパッシベーション層である。

〈発明が解決しようとする課題〉 ヌクリーン印刷により達成される電極占有率は、３〜４
％まで低減されているものの、まだ低減化が十分ではな
（問題がある。これは、ヌクリーン印刷によらず、ホト
エツチング技術を用いれば解決できるが、太陽電池の低
価格化という観点から、その導入は困難であり、さらに
、上記表面反射率の低減のための溝加工を施した多結晶
基板では、表面の凹凸が５０〜１００μｍあり、精度良
ぐホトエツチングすることは不可能である。また、従来
のラップ・アラウンド法による裏面での配線方法では、
素子端部への電極形成が非常に困難であっタフ、リード
フレームをストレスフリーにするのに特殊な構造を用い
なければならなず、パッケージに組み込みにくい等の問
題がある。

これらに対し、先に提案した太陽電池では、型面占有率
が十分に低減され、かつ上記ラップ・アラウンド法にお
けるような問題もなく裏面接続が可能である。

しかしながら、この太陽電池では、貫通孔端部に設けら
れた受光面側の電極と受光面とが離れているために、該
電極部での直列抵抗が大きくなりやすいという問題があ
Ｖ、改良の余地を残している。

そこで本発明は、スクリーン印刷によっても電極占有率
を十分に小さくすることができ、ラップ・アラウンド法
のような問題を生じることなく裏面接続が可能で、かつ
上記従来提案の発明による太陽電池よりも高い変換鮪率
を有する太陽電池を提供することを目的とする。また、
このような太陽電池を容易に作製するための製造方法を
提供することを目的とする。

く課題を解決するための手段〉 上記目的を達成するために、本発明は、半導体基板の受
光面に溝が形成され、上記受光面と反対側の裏面に上記
溝と重なるように凹部が形成され、該凹部と上記溝の重
なる位置に貫通孔が形成され、上記凹部開口部は貫通孔
の径より大きくなっており、上記裏面の上記凹部を含む
場所に上記貫通孔を介して半導体基板の受光面側に達す
る受光面側と電気的に接続された受光面側電極が形成さ
れ、上記裏面側の上記凹部を含まない場所に裏面電極が
形成されていることを特徴とする太陽電池を提供する。

また、上記本発明による太陽電池を製造するための方法
として、半導体基板の受光面に第１の溝を、上記受光面
と反対側の裏面に第２の溝を、それぞれが互いに交差し
、かつ第１の溝と第２の溝の深さの和が上記半導体基板
の厚さ以上となるように形成することを特徴とする方法
ｔｉ供する。

この方法によれば本発明の太陽電池裏面の凹部が第２の
溝により形成され、貫通孔が第１と第２の溝の交差位置
に形成される。

〈作　用〉 本発明の太陽電池において、受光面に形成された溝は多
重反射によυ表面反射率を低減するように作用する。ま
た、凹部は貫通孔の長さを短くし、さらに該貫通孔の径
よりもこの凹部の開口部が大きくなっているので、基板
の受光面側に達するように受光面側電属を形成する際に
、電極材が裏面から途切れることなく容易に受光面側に
達する。

したがって、上記貫通孔の長さは短い方が良く、上記凹
部は例えば断面がＶ字状のように開口部から貫通孔部に
かけて傾斜しているのが好ましい。

また、受光面側電極は、貫通孔の径とほぼ同じ大きさの
領域を受光面に対して占めるだけであるの占 で、電極嘉有率を小さくできる。さらに、受光面側電極
は受光面側にまで達しているので、該電極部での直列抵
抗は非常に小さくなる。また、受光面側電極と裏面電極
が共に裏面側に形成されているので、裏面接続が容易と
なる。

本発明の製造方法では、第２の溝を形成することで、容
易に本発明太陽電池の凹部が形成される。

そして、第１の溝と第２の溝が平行ではなく交差するよ
うに形成されるので、溝の形成による半導体基板の強度
低下が最小限に抑えられ、上記交差する位置に貫通孔が
形成される。また、受光面側電極を第２の溝を含む場所
にヌトライプ状に形成することで、容易に平坦な電ｆｆ
ｉ’を形成することが可能となる。

〈実施例〉 以下実施例によｐ本発明を製造工程に従って説明する。

まず、第１図の断面斜視図に示すように、多結晶シリコ
ン基板１の片面に第１の溝２をダイシング装置により７
Ｊｌ］工する。多結晶シリコン基板１は、ｐ型のキャス
ト基板であフ、１００μｍ角で２００μｍ厚の大きさで
ある。第１の溝２は溝の幅４０μｍ、溝の深さ７０μｍ
、ピッチ１２０μｍとした。溝の幅４０μｍ１溝の深さ
７０μｍの場合、ピッチを１２０μｍとすると度射率が
最適となるからである。尚、ダイシング装置の刃の形状
を変えることで、種々の断面形状の溝が形成でき、最適
な溝の構成も変わる。次に、第１の溝２を形成した面と
反対の面に第１の溝２と直交する方向に第２の溝３を同
様のダイシング装置により加工する。尚、第１と第２の
溝が直交しているので、２００μｍという従来の％以下
の薄型基板に対しても強度的な問題は生じない。溝の幅
は１００μｍ、溝の深さは１３０μｍとし、溝のピッチ
は３．７ｆｆとした。溝の幅等は後で説明する表面電極
形成のためのペーストの塗布の容易性及び表面電極の形
状、特に貫通孔の大きさと数を考慮して定めれば良い。

尚、以上の加工には、ダイシング装置を用いたが、レー
ザ加工装置等他の装置を用いても良い。

次に加工の終了した多結晶基板１の洗浄を行い、表面の
ダメージ層を除去するために、弗硝酸等で化学的なエツ
チング処理を施す。本実施例では、貫通孔４は、第２の
溝８を加工した時点で溝の交差位置に形成されるが、こ
のエツチング処理を利用し、第２の溝３等の深さを少し
浅くしておいて、この段階で貫通孔が形成されるように
しても良い。

ただ、第２の溝３が形成された時点で貫通孔４が形成さ
れるようにする方が確実である。尚、このエツチング処
理によフ溝の形状、貫通孔４の大きさは変化し、エツチ
ング液、エツチング時間を調整することで、溝の形状、
貫通孔４の大きさを調節できる。本実施例ではほぼ１辺
が５０μｍの穴が形成されている。

次に、以上の加工により、第１の溝２と第２の溝３及び
貫通孔４の形成された多結晶シリコン基板１を用いて、
第２図に示す構造の太陽電池の作製を行う。同図（ａ）
は断面斜視図、同図（ｂ）はＡ　−Ａ’断面図、同図（
ｃ）はＢ−Ｂ’断面図及び同図（ｄ）はＣＣ／断面図で
ある。

まず、ｐｏｃｇ３を用いた拡散工程によシ上記多結晶シ
リコン基板１の表面にｎ＋層５を形成してＰＮ接合を形
成し、続いて酸素雰囲気中で上記ｎ生理の形成された多
結晶シリコン基板１表面にパッシベーション層となる１
５０Ａの５ｉ０２酸化膜を形成し、さらにこの酸化膜の
上へ受光面側からＴｉＯ２から成る反射防止膜ｆｔ５０
０Ａ形成する。多結晶シリコン基板１には既に貫通孔４
等が形成されているので、この工程で貫通孔４、第二の
溝３内壁にもｎ生理５が形成される。尚、第２図では上
記酸化膜、ＴｉＯ２膜の記載を略している。

次に、多結晶シリコン基板１の裏面に残っているｎ生理
５の接合を除去する。従来型素子の場合は、受光面を保
護し、裏面全体をエツチングすれば良いが、本実施例の
場合は第２の溝３部分にｎ＋層５が残るようにする。そ
こで、多結晶シリコン基板１の裏面に耐酸性のワンクス
をパターン印刷し、第２の溝と溝の間の２鱈幅の領域に
ついてエツチングを行い、この後ｎ生理除去部分にＡｌ
ベーストを印刷・焼成してｐ＋Ｍ６からなるＢＳＦ層並
びに裏面電極７の形成を同時に行う。

次に、第２の溝８内にＡｇを含むペーストを印刷によυ
充填し、焼成して受光面側電極８を形成する。ここで用
いるＡｇペーストはｎ生鉱散層に対して良好な電気的特
性を有しておフ、焼成によシ５ｉ０２膜、ＴｉＯ２膜を
貫通してｎ生鉱散層と電気的に接続されるものである。

本実施例では、３回の重ね印刷で充填が完了した。これ
は、Ａｇペーストの粘度、塗布条件等によシ変化し、ま
た、粘度調整により、貫通孔４からのＡｇペーストのだ
れの問題も発生しないことが判った。

以上によシ形成される受光面側電極８は、受光面側から
見た場合、−辺が約５０μｍ、ピッチ１２０μｍのドツ
ト電極となっておち、裏面側から見た場合、幅１００μ
ｍのグリッド電価となっている。また、受光面側表面の
ｎ生理５と第２の溝３内壁のｎ生理５とが貫通孔４を介
して連続しているので、受光面電極８の受光面側との電
気的接触状態に問題は生じない。

以上により作製された太陽電池の特性を測定した結果、
受光面側電極の太陽電池受光面に占める割合が従来の３
〜４％の約１／／１ｏと小さくなった事に伴い電流が増
加し、また、電極を埋込み構造とし、接触面積を大きく
したので曲線因子も０．７５以上と従来よフ高い値が得
られ、高効率の太陽電池となっていることがわかった。

第３図に本実施例の太陽電池のモジュール化の例を示す
。パターン配線８１，８２．８８の形成された基板３０
上に、太陽電池Ａの裏面電極７がパターン配線３１に、
受光面側電極８がパターン配線３２に接続され、太陽電
池Ｂの裏面側電極７がパターン配線３３に、受光面側電
極８がパターン配線３３に接続されて、２個の太陽電池
が直列に接続されている。

本実施例の太陽電池では、第２の溝３にＡｇペーストが
完全に充填されて受光面側電極が平坦に形成されている
ので、良好な電気的接触状態を保った配線、接続が容易
に行える。

以上示した実施例では、第２の溝３に受光面電極８を形
成するのに、印刷法を用いたが、これは蒸着法等音用い
る場合に比べて非常に低コヌトでの作製ができるからで
あフ、第２の溝が０字状の断面を有しており、かつ第１
と第２の溝がつながって貫通孔となっているために印刷
法による電極の形成を容易にしている。

尚、本実施例では裏面の凹部を溝で形成しているが、例
えばつりがね状断面を有する穴を多数形成することも可
能であり、また、印刷法によらず蒸着等によって電極を
形成することも可能である。

また、溝内部にはｎ生理を形成せずに受光面側電極を形
成することも可能である。

〈発明の効果〉 本発明の太陽電池は、太陽電池の受光面積が増加して発
生電流が向上し、電極形成においてシャドウロスを問題
にすることなしに電極を設計できるので、大きな曲線因
子の値が実現され、受光面に形成されている溝によって
入射光の利用効率が高くなり、受光面側電極部の抵抗も
小さくなって、高効率となる。しかも、容易に作製でき
るので安価に製造することができる。

また、基板の裏面だけで電極形成を行っているので、モ
ジュール化する場合、直・並列回路をパターン化した基
板の上へ直接マウントするだけで配線が完了する。従っ
て、従来のモジュール化工程に比べて工程が簡略化され
、モジュールとした場合の低価格化も実現する。

本発明の製造方法によれば、容易に本発明の太陽電池の
製造ができ、安価で高効率の太陽電池を供給することが
可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の太陽電池作製に用いる多結晶
シリコン基板の断面斜視図、第２図は本実施例の太陽電
池の構造図、第３図は本実施例の裏面配線によるモジュ
ール化の例を示す図、第４゜５図は従来のラップ・アラ
ウンド法を示す図、第６図は本土願人が先に提案した太
陽電池の１例を示す図である。 ■・・・多結晶シリコン基板　　２・・・第１の溝３・
・・第３の溝　　４・・・貫通孔　　５・・・ｎ十層６
・・・ｐ生理　　７・・・裏面電極　　８・・・受光面
側電極　　３０・・・基板　　８１．８２．８８・・・
パターン配線 代理人　弁理士　　梅　１）　勝（他２名）（Ｃ） ８−８’前ｉ国 Ｃｄ’）Ｃ−Ｃ’噸ｌ凹 第４ｆｉ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、半導体基板の受光面に溝が形成され、上記受光面と
   反対側の裏面に上記溝と重なるように凹部が形成され、
   該凹部と上記溝の重なる位置に貫通孔が形成され、上記
   凹部開口部は貫通孔の径より大きくなっており、上記裏
   面の上記凹部を含む場所に上記貫通孔を介して半導体基
   板の受光面側に達する受光面側と電気的に接続された受
   光面側電極が形成され、上記裏面側の上記凹部を含まな
   い場所に裏面電極が形成されていることを特徴とする太
   陽電池。 ２、半導体基板の受光面に第１の溝を、上記受光面と反
   対側の裏面に第２の溝を、それぞれが互いに交差し、か
   つ第１の溝と第２の溝の深さの和が上記半導体基板の厚
   さ以上となるように形成することを特徴とする請求項１
   記載の太陽電池の製造方法。