JPH06500671A - 改良された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】 改良された太陽電池及びその製造方法 買置 １０発明の分野 本発明は、全体として、光起動電池に関する。より具体的には、本発明は、改良 された導電性正面の格子状接点の形態による太陽電池及びその製造方法に関する 。

■、従来技術の概要 光起電力電池は、その正面に略隣接するように形成された浅いＰ−Ｎ接合部を有 する一つの導電性塁の半導体基板を備えている。電池は、その正面及び９面の電 気的接点（一般に、金属組成物であり、「電極」と称されることがある）が半導 体基板に接触し、太陽光線に露出されたときに、電池から電流を捕集し得るよう にする必要がある。これら接点は、一般に、アルミニウム、銀又はニッケルで形 成される。例えば、ケイ素基板を有する太陽電池に対する一般的な構成は、後部 接点をアルミニウムで、正面接点を銀で形成することである。

電池の正面接点は、一般に、一方向に伸長する一列の狭小で細長い平行なフィン ガと、これらフィンガに直角に交差する少な（とも一つの細長い母線と、から成 る格子状の形状をしている。フィンガの幅、数及び構成は、太陽光線に露出され 得るようにした平坦面の面積が最大であるようにする。更に、電池の変換効率を 向上させるため、電池の正面には、窒化ケイ素又はケイ素、或はチタニウム酸化 物のような材料から成る薄い反射防止被覆を施すことが有利であることが確認さ れている。

その正面に隣接して浅いＰ−Ｎ接合部を有する半導体基板を利用して形成され、 その正面が窒化ケイ素のような絶縁被覆で被覆された太陽電池は、当該技術分野 で周知である。かかる基板は、以下、「太陽電池素材」として説明する。当業者 には、典型的な太陽電池素材は、その正面から約０．５μｍの位ｌに配置したＰ −Ｎ接合部を有するＰ型厚電性のＥＦＧ成長法で成長させたケイ素基板であって 、その正面に約８００人の厚さの窒化ケイ素被覆を有する基板から成ることが理 解されよう。同等の太陽電池素材も又周知である。例えば、単一結晶のケイ素基 板、鋳造多結晶基板、金属溶着格子ケイ素の上のエビタクシャルケイ素、又化学 的又は物理的蒸着により形成された微細な格子多ケイ素層を使用して、太陽電池 素材を製造することも出来る。同様に、Ｎ型及びＰ型材料の使用も可能であり、 例えば、円形の金属片、円弧状又は多角形断面の基板のような平坦な材料以外の 形状の採用も許容可能である。

背面接点は、一般に、太陽電池素材の略全背面をアルミニウムペーストで被覆し 、その後にアルミニウムをケイ素基板と合金化させ得るように被覆した太陽電池 素材を加熱することで、形成される。通常、アルミニウム被覆は、背面の外周に 隣接する僅かな部分を除いて、背面の全体を被う。しかし、アルミニウムの外面 は酸化傾向となり、これにより、アルミニウム面と太陽電池を隣接する太陽電池 又は外部の電気回路に電気的に接続するのに使用されるタブとの間のはんだ付は 接点の抵抗性が増す。従って、背面領域の中央部分のアルミニウム被覆に穴を形 成すれば更に効果的であることが判明している。次に、銀を含むインキを使用し 、これら穴を充填し、隣接するアルミニウム層に僅かに重ね合わせる。これら銀 領域は、アルミニウムに直接取り付ける場合よりも遥かに効率的である、タブを 太陽電池の後部接点に取り付けるべき位置を形成する。

正面の格子状接点は、各種の方法で形成される。例えば、ある場合には、スクリ ーン印刷又はその他の技術で正面上に格子パターンを形成し、その後、加熱して 、インキに含まれる金属粒子がケイ素基板と完全に合金化されるようにする。

格子パターンが合金化された基板には、次に、反射防止被覆を被覆する。半導体 基板に最初に反射防止被覆を被覆し、その後に格子接点を付与するより直接的な 方法も従来技術で採用されている。後者の目的を達成するため、反射防止被覆の 部分は、場合により、エツチング腐食させ、半導体基板の正面部分を所望の格子 電極パターンで露出させる。その後、反射防止被覆をエツチング腐食させた領域 内の正面に蒸着又はその他の方法で正面接点を形成する。

太陽電池素材に正面接点を形成する別の方法は、いわゆる「ファイヤード・スル ー（ｆｉｒｅｄ−ｔｈｒｏｕｇｈ）　Ｊ法である。該方法は、次の段階から成る 。即ち、（１）所望の格子電極の形状に対応する所定のパターンにて金属−ガラ スフリットインキ、又はペーストの被覆を太陽電池素材の正面に付与する段階と 、（２）金属／ガラス組成分が反射防止被覆を溶融させ且つ下方の半導体基板の 正面に対する電気抵抗接点を形成するのに十分な温度及び時間、被覆した太陽電 池素材を加熱する段階と、である。「ファイヤード・スルー」法により接点を形 成することは、１９８稗６月１０日付けでジャック・ハノーカ（Ｊａｃｋ　Ｈａ ｎｏｋａ）の出願した［太陽電池の接点の改良された製造方法（Ｉｍｐｒｏｖｅ ｄ　Ｍｅｔｈｃｘｉ　ｏｆ　Ｆａｂｒｉｃａｔｉｎｇ　Ｃｏｎｔａｃｔｓ　ｆｏ ｒ　Ｓ。

ｌａｒ　Ｃｅ１ｌｓ）　Ｊという名称の米国特許出願第２０５３０４号に基づき 、１９８９年１２月１４日付けで公開されたＰＣＴ国際公開第１０８９／１２３ １２号に記載されている。又、反射防止絶縁被覆を通じて金属接点を加熱する着 想も又、Ｙ、ナガハラ（Ｙ、　Ｎａｇａｈａｒａ）等に付与された［ペースト接 点を備える太陽電池Ｊ　（Ｓｏｌａｒ　Ｃｅ１ｌ　ｗｉｔｈ　Ｐａ５ｔｅ　Ｃ。

ｎｔａｃｔ）という名称の米国特許第４．７３７．１９７号に開示されている。

いわゆる「ファイヤード・スルー」技術は、適当なペースト又は粘性インキが金 属を含む比較的厚い膜を太陽電池素材に形成し、その膜が加熱されたとき、反射 防止被覆を溶融させ、その下方のケイ素、又はその他の半導体に結合されるよう にした厚膜技術を前提とするものである。１９９１年３月７日付けでジャック・ Ｉ・ハノーカ及びスコツト・Ｅ・ダニエルシン（Ｓｃｏｔｔ　Ｅ、　Ｄａｎｉｅ ｌｓｏｎ）が出願した［接点の製造方法及び装置（Ｍｅｔｈｅｄ　ａｎｄ　Ａｐ ｐａｒａｔｕｓ　ｆｏｒ　Ｆｏｒｍｉｎｇ　Ｃｏｎｔａｃｔｓ）　Ｊという名称 の米国特許出願第６６６、３３４号において、厚いインキ膜のようなものを太陽 電池素材又はその他の基板の正面に直接書き込む改良された方法が開示されてい る。この方法において、ペンの排出オリフィスは、太陽電池素材の移動面よりも 遥かに離れて配属されているため、ペンが素材上に付着したインキに接触するこ とはない。これは太陽電池の製造工程を一層効率的なものにし、従来可能なアス ペクト比（即ち、フィンガの高さ対フィンガの幅の比）の大きいフィンガ接点の 製造を可能にする。フィンガ幅を増大させずにフィンガの高さ寸法を増すことは 、これによりいわゆる「光の遮蔽効果」　（即ち、太陽光線が太陽電池素材の正 面に達するのを遮断する効果）を増大させることな（、フィンガはより多くの電 流を保持することが出来るため、望ましいことである。

上述のように、太陽電池素材の正面の接点パターンは、少なくとも一つの母線と 、該母線に直角に交差する一列の狭小で細長い平行なフィンガと、を備えている 。この形状は、太陽電池素材の正面に達する太陽の放射エネルギーの量を最適な ものにすると同時に、半導体基板中で発生された電流を集め且つ伝達する効率的 な手段を提供する。フィンガ及び母線は、従来共に、半導体基板に直接合金化さ れていた。これは、格子接点を半導体正面に形成し、その後に反射防止被覆で被 覆する方法、及び、格子接点を太陽電池素材の正面に形成し、被覆部分のエツチ ング処理した開口部を通じ又は被覆部分を通じて加熱することにより、その下方 の半導体に直接、接触するようにした方法でも同様である。形成された正面格子 状電極の形状は、全体の金属融着パターン（母線及びフィンガ）が同一材料（一 般に金属を含むインキ）を利用して、同一の処理段階中に同時に印刷可能である ため、工程の経済性が向上する。

当該技術分野では、太陽電池の正面の太陽光線を受け取る側の電気的特性を改良 する技術が常にめられている。かかる改良を実現するためのより良い公知の方法 の幾つかは、電池に一層優れた光捕集機能を持たせること、格子パターンによる 太陽電池素材の正面の遮蔽を少なくすること、及び電池の正面におけるエミッタ ーの飽和電流密度の理想的な成分及び理想的でない成分を少なくすること等の改 良を実現する。理想的なエミッター飽和電流密度は、エミッタ一層の再結合、半 導体／反射防止被覆の境界の再結合及び金属／半導体の境界の再結合という三つ の要素から成る。太陽電池の効率を顕著に向上させるためには、これら三つの再 結合の原因の全てを軽減することが必要である。更に、現在達成可能な太陽電池 の効率及び／又は予想寿命に悪影響及ぼすことなく、製造を簡略化し且つ／又は コストを削減する改良技術の開発も又望ましいことである。

発明の概要 従って、本発明の一つの目的は、太陽電池の金属／半導体の境界の再結合が軽減 されるようにした太陽電池用の改良した正面接点を提供することである。

本発明の一つの目的は、製造労力及び材料コストの双方の点で、コスト的に有利 に製造可能な正面接点を備える太陽電池を備えることである。

本発明の一つの目的は、改良された（即ち、増大した）開放回路の電圧を有する 太陽電池を提供することである。

更に、本発明の目的は、利用可能な製造設備により月つ低コストで現在利用可能 な太陽電池と比肩可能な効率の改良された太陽電池を製造する方法を提供するこ とである。

本発明の上記及びその他の特徴並びに利点は、母線が半導体基板との緊密な接触 する状態から解除され、望ましくは、電極格子のその他の部分と異なる材料から 成る太陽電池の新規な正面形状を提供することにより実現される。故に、本発明 の新規な太陽電池は、（１）その正面に隣接する浅いＰ−Ｎ接合部を有する非導 体基板と、（２）該基板の背面と機械的に接着し且つ電気的に接触する後部電気 接点と、（３）その背面が半導体基板の正面と良好に確実でＰつ電気抵抗が小さ い接触状態で固定された非常な導電性材料から成る、−列の狭小で細長い平行な フィンガと、（４）該フィンガに対し直角に配置され且つ各フィンガの正面と小 さい抵抗状態に電気的に接触する導電性材料から成る少なくとも一つの母線と、 を備えている。該母線の材料はフィンガの材料と等しくすることが出来るが、こ れは、必須のことではない。

好適な実施例において、半導体基板の正面は、窒化ケイ素のような反射防止材料 の薄い被覆で覆われている。フィンガは、ガラスフリットが反射防止被覆を溶融 させ且つ銀がその下方の半導体基板と密着するのに１−分な熱及び時間、加熱し た銀及びガラスフリット粒子を含むペースト、又は粘性インキから成る。母線は 、フィンガ番一対し直角に付与され月つ該フィンガに接触する反射防止被覆の正 面に付与された選択したペースト、又は粘性インキ或は導電性金属粒子を含むエ ポキシ組成分にて形成される。母線用に選択される材料の性質いかんにより、該 母線は、（ａ）反射防止被覆の正面に固定するか、又は（ｂ）層の深さよりも浅 い深さまで反射防止層内に部分的に埋め込む（即ち、母線が反射防止層の正面内 に保持されるが、半導体基板の正面に対しては離間した関係となるようにする） ことが出来る。粘性インキ、又はペーストが適当なバインダを含むため、エポキ シはこれら選択例の第一の例を実現する。ガラスフリットを含む粘性インキは、 後者の選択例を実現する。しかし、フィンガは、その下方の反射防止被覆を溶融 させ、フィンガ材料と半導体基板とを密着させる一方、母線は、反射防１Ｆ層の その他の部分しか溶融させないようにする注意が必要である。最後の＠徴は、以 下に更に詳細に説明するように、母線及びフィンガの形態を同時に且つ同−一一 状態で加熱しなければならない場合、特に重要なことである。

本発明の方法は、次の段階を含む。即ち、（１）その正面に隣接する浅いＰ−Ｎ 接合部と、該正面を被覆する窒化ケイ素のような反射防止材料層と、を有する半 導体基板を提供する段階と、（２）銀粒子及びガラスフリットを含むぺ−・スト 又はインキで反射防止層の正面を選択的に被覆し、該被覆が狭小で細長く且つ平 行なフィンガの一列のパターンを形成するようにする段階と、（３）銀／ガラス フリット被覆が反射防止被覆に浸透し、迅速且つ効率的に半導体基板の正面に電 気抵抗性接点を形成する時間、７５０乃至８５０”　Ｃの範囲の温度で基板を加 熱する段階と、（４）反射防止層に接着するペースト、インキ、エポキシ又はそ の他の導電性材料で反射防止層の正面を選択的に被覆し、該被覆が、フィンガに 対し直角で且つ該フィンガに対し信頼性が高く且つ抵抗の小さい電気的接続状態 で半導体基板の正面から変位された少なくとも一つの母線を形成するようにする 段階と、を備える方法である。

該新規な方法は、後部の電気抵抗性接点が既に固定されたケイ素太陽電池基板に 対し実施することが出来、又は正面の形状を形成した後に、該接点を形成するこ とが出来る。

電池製造方法の段階は、母線に選択される材料に応じて変更することが可能であ ることが理解されよう。例えば、母線用として、ペースト又はインキを含む金属 粒子及びガラスフリットを選択する場合、組成分は、フィンガを形成するのに使 用される材料の組成分とは異なるものとし、同一の加熱条件下で、フィンガが反 射防止被覆に浸透し、半導体に対する電気抵抗接点を形成する一方、母線は、反 射防止層の一部にしか浸透せず、半導体基板に対する電気抵抗接点を形成しない ようにすることが出来る。この別の選択例において、上述の段階（４）は段階（ ３）よりも先に実施する。母線を保持する目的のため、浸透ではな（、反射防止 層への接着を利用する場合、ペースト、インキ又はエポキシは、フィンガを印刷 し且つ加熱した後に、例えば、直接書き込み、）ぐラド印刷、スクリーン印刷等 の任意の従来の方法で加熱した太陽電池に被覆することが出来る。

図面の簡単な説明 本発明による太陽電池の構造及び製造方法を一層完全に理解し得るよう、改良さ れた太陽電池の好適な実施例及びその好適な製造方法について、添付図面番二関 して以下に詳細に説明する。図面全体を通じ、同様の構成要素は同様の参照符号 で表示する。又、図面の簡単な説明のみを目的とするものであることを理解すべ きである。各種の層、被覆及び領域の厚さ及び深さは、縮尺通りではなく、又そ の相対的比率に応じて正確に図示したものではなく、便宜上及び明確に示すため にのみ作成したものである。同様に、明確にするため、断面図は、斜線を施さず に示しである。より具体的には、各種の図面は次のような内容である。

第１図は、本発明による改良された太陽電池の平面図、第２図は、その正面に隣 接した浅いｐ−ｎ接合部（点線で図示）と、その正面の反射防止材料被覆と、そ の背面に固定された電気的接点と、を有する半導体基板の一部の概略図的な断面 図、 第３図は、半導体基板の背面に固定された電気的接点の穴内に導電性ペースト又 はインキを配置し、ガラスフリットを含む導電性インキ又はペーストの狭小で細 長（平行なフィンガを反射防止材料の被覆の正面に一列に付与した代表的な位置 を示す、第２図と同様の概略図、 第４図は、本発明の方法により加熱した後の第３図に示した要素の相対的位置を 示す、第３図と同様の概略図、 第５図は、母線を反射防止被覆の正面で上記列のフィンガの各々と電気的接触状 態に配置した状態を示す、第４図と同様の概略図である。

好適な実施　の詳細な説明 図面、特に、第１図及び第５図を参照すると、本発明による改良された太陽電池 が全体として符号１で示しである。当該技術分野で周知であるように、太陽電池 は、その正面４に隣接して配置した浅いｐ−ｎ接合部３を有する半導体基板２を 備えている。反射防止（ｒＡＲＪ　）被覆５が半導体基板２の正面４上に配置さ れている。後部電極６が半導体基板の背面７に低抵抗の電気的且つ機械的接触状 態に取り付けられている。

好適な実施例において、後部電極６は、背面７の外周に隣接する僅かな部分を除 いて、半導体基板２の背面７の全体を覆う。又、後部電極６は、典型的に符号８ で示した所定の数の穴を所定の離間した位置に形成する。高導電性パッド９が六 ８の各々を充填し、半導体基板に対する電気抵抗接点を形成する。又、パッド９ は、穴８の側部に接触し、それぞれの穴に近接する領域内で後部電極６に重なり 合う。パッド９の材料は、タブ手段（図示せず）により後部電極６に対する低抵 抗の電気的接点を形成し、太陽電池をその他の電池に、又は外部電気回路内に機 械的且つ電気的に接続し易いように選択する。一つの好適な場合、後部電極６を アルミニウム材料で形成する一方、パッド９は銀材料で形成する。この材料の選 択は、後部電極６に対するはんだ付けした低抵抗の電気的接点の形成を容易にす ると同時に、高価な銀と比較して低コストのアルミニウムの利点を活用するもの である。

全体として符号１４で示した正面電極の格子状の形態は、その各々が、正面１１ と、背面１２（第３図）と、を有する一列の狭小で細長く、平行な非常な導電性 フィンガｌＯを備えている。これらフィンガｌＯの各々は、反射防止被覆５を通 って伸長し、その背面１２は、半導体基板２の正面４ど接着的で且つ低抵抗の電 気的接触状態となる。

フィンガ１０の各々は、反射防止被覆５の厚さに等しく、又はこれを僅かに土建 る高さ寸法であることが望ましい（第４図参照）。これら電極の形成には、銀系 材料が最適である。

正面電極格子の母線部分１３は、フィンガ１０に対して直角に反射防止被覆５の 正面１５の上に配置されている。母線１３は、母線を含む垂直面がフィンガ１０ の各々を含む垂直面ど交差する箇所にて、反射防止被覆５の正面１５と確実な接 着状態に結合し且つフィンガ１０の各々の少な（とも正面１１と低抵抗の電気的 接触状態となる導電性材料から成る。

以下の説明から明らかであるように、母線の材料は、フィンガの材料と同一、又 は同様とし、或は実質的に異なる材料であってもよい。現在の太陽電池の正面電 極格子の形状とは著しく異なるものとなり、フィンガ及び母線は、全体として、 （ａ）同一の材料で形成され、（ｂ）同一の加工工程で形成され、（ｅ）共に、 その下方の半導体基板の正面と直接接着し且つ電気抵抗接触状態になる。しかし 、当業者には、太陽電池の正面の格子パターンのフィンガ及び母線は、別の主要 な目的を果たし、異なる基準が要求される形態とすることも可能であることが理 解されよう。フィンガは、半導体から電流を集め、その電流をいわゆる母線に伝 達する。故に、フィンガは、導電性に優れ、半導体基板の正面と良好で信頼性が 高（且つ低抵抗の電気的接点を形成することが必要とされる。他方、母線は、個 々の電池を接続してモジュールにし、又は電池を外部電気回路に接続するのに利 用されるタブ材料（図示せず）にフィンガから受け取った回収電流を伝達する。

故に、母線は、太陽電池に十分に接着し各フィンガからタブ材料への導電路を提 供することを要する。これに基づき、本出願人は、所望の方法で機能する目的で 母線を半導体の正面に密着させる必要がないことを知見した。母線を半導体の付 近から除去することで、フィンガの間の空隙内で母線により付与される、正面電 極の全体的な電流捕集容量の最小限の量が失われるが、母線が半導体付近に存在 しないことに伴う利点は、顕著である。金属と半導体との境界面積が約４０％減 少し、これにより、金属／半導体の境界の再結合に起因するエミッタ一部分の飽 和電流密度を小さくするのみならず、母線をフィンガの材料と異なる材料で（し かも、より低廉に）形成することが可能となる。太陽電池の効率が向上し且つ製 造材料のコストの削減が可能であるという利点だけで上記に詳細に記載した新規 な電極の形態は重要なものとなる。

本発明に従い、完成した改良太陽電池を製造する好適な方法について、第２図乃 至第５図を参照しつつ説明する。この方法は、次の段階から成る。即ち、（１） その正面４に隣接する浅いｐ−ｎ接合部３と、その正面４上に薄い窒化ケイ素層 ５と、を有するケイ素基板２を提供する段階と、（２）ケイ素基板２の背面７を アルミニウムペーストで被覆し、該ペーストが背面の外周に隣接する狭い領域と 、背面６の中央部分の複数の狭い所定の離間した領域と、被うようにする段階と 、（３）ケイ素基板の背面に塗布した後、アルミニウムペーストを乾燥させ、そ の後にケイ素基板を加熱し、アルミニウムが迅速且つ効率的にケイ素基板２の背 面７に合金化させた後部電気的接点６を形成する段階と（段階１乃至３の終了時 に形成された構造体は、略第２図に示す通りである）、（４）背面の狭い所定の 離間した領域を銀粒子を含むインキ又はペーストで被覆し、ペースト又はインキ が隣接するアルミニウム接点６により形成された六８を充填し、各穴８の外周に 隣接するアルミニウム接点の背面の上になるようにする段階と、（５）窒化ケイ 素層５の正面を銀粒子及びガラスフリットを含むペースト又はインキで被覆し、 窒化ケイ素上に一列の狭く細長い平行なフィンガ１０を形成する段階と（この段 階の構造体は、第３図に示しである）、（６）ケイ素基板の正面及び背面に付与 した後、ペーストを含む銀を乾燥させ、その後に、（ａ）窒化ケイ素層を被覆す るペーストの金属及びフリット成分が層に浸透し、半導体基板２の正面４の上に 接着性で且つ導電性の接点を形成し、（ｂ）ケイ素基板の背面の小さい所定の離 間した領域内に配置された銀を含むインキ又はペーストがケイ素基板及び該基板 に隣接するアルミニウムの双方と信頼性が高（低抵抗の電気的接点を形成するの に十分な時間、該基板を７５０−８５００Ｃの温度に加熱する段階と（形成され る構造体は、第４図に概略図で示しである）、（７）形成される構造体の正面１ ５を銀粒子を含む導電性エポキシで被覆し、その上に予め付着したフィンガ１０ の列に対し直角に伸長する少なくとも一つの母線１３（第５図）を形成し、その 後に、該エポキシを適当な方法（例えば、加熱等）で、エポキシが談判の各フィ ンガと信頼性が高く低抵抗の電気的接点を形成するようにする段階と、を備えて いる。

完成された構造体は、第５図に概略図で示しである。その後、該基板は、例えば 、電気回路に接続する準備のため更に加工することも可能である。

一般に、フィンガの形成に使用される銀インキは、４５乃至８０重量％の金属粒 子と、１乃至５重量％のガラスフリットと、残りの％の有機担体と、を含む必要 がある。適当であることが確認されているかかる一つのインキは、カルフォルニ ア州、サンタパーバラのフェロ−・エレクトロニクス・マテリアルズ・ディビジ ョン（Ｆｅｒｒｏ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ　ｌ１ａｔｅｒｉａｌｓ　Ｄｉｖｉ ｓｉｏｎ）が製造するフエａ−−：］］ンダクトロクスＦｅｒｒｏ　Ｃｏｎｄｕ ｃｔｒｏｘ　（登録商標）　）　３３４９ペーストである。該インキの組成分は 、次の通りであると考えられる。即ち、４５−８０重量％の銀粒子、１−５重１ ％の鉛ホウ素ケイ酸塩ガラスフリット、１０−３０重量％のジエチレン・グリコ ール・モノブチルエーテル、１−５重量％のエチレン・グリコール・モノブチル テールエーテル・エーテルである。

正面格子状電極の母線部分を形成する場合を除いて、上記の方法は、上記の米国 特許出願第２０５３０４号の一部係属出願として、１９９０年１１月田付けでジ ャク、■。

ハノーカが出願した「太陽電池用接点の製造方法（Ｍｅｔｈｏｄ　ｆｏｒ　Ｆａ ｂｒｉｃａｔｉｎｇ　Ｃｏｎｔａｃｔｓ　ｆｏｒ　５ｏｌａｒ　Ｃｅ１ｌｓ）　 Ｊという名称の米国特許出願第０７／６０７．８８３号に詳細に記載された方法 と略同様である。これら両出願は、共に現在、本出願の譲受人に譲渡されている 。これら出願は、各々、引用して本明細書の一部に含めである。

後部電極６の構造の詳細は、現在、本出願人に公知の本発明を実施する最良の方 法の一部分を形成する以外、本発明の内容を何ら構成するものではない。本出願 人の発明は、太陽電池の正面接点の母線部分の形状、組成分及びその製造方法に 関するものである。

以下の実験例は、本発明による好適な製品及びその製造方法の更に一例を示すも のであり、実現される改良点を実証する実験試験結果も含めて説明する。

実験例 １（Ｌ１６ｃｍ　（４インチ）平方のＥＦＧ成長法によるケイ素基板の二つの群 を用意した。各群の同様の基板は、同様に成長し、又、同様の基板は、拡散加熱 路内で略同−の時間／温度プロファイルを示し且つ同一の固体原料から同一のド ーパント溶剤が供給されるように考慮した。それぞれの対の同様の基板の正面と 背面との間の抵抗値の測定値の平均差は、僅か０．０８Ωに過ぎなかった。故に 、それぞれの群の同様の基板は、結晶構造体の点、及び各基板の正面から約６． ０００人下方の位置に形成された浅いＰ−Ｎ結合部の性質の点で、略同−である と考えられる。

全ての基板は、その正面が約８００人の厚さの窒化銀層で被覆した。更に、全て の基板は、その背面にアルミニウムを含むペーストを所望のパターンで被覆し、 該アルミニウムをケイ素基板の背面に合金化させるべ（加熱することにより、略 同−のアルミニウム接点がその背面に形成された。

次に、同様の基板を一方が制御群及び他方が実験群という二つの群に分けた。

フェロ−・エレクトロニクス・マテリアルズ・ディビジョンが製品Ｎｏ、　３３ ４９として製造する銀及びガラスフリット粒子の双方を含むインキを直接書き込 み技術により、窒化ケイ素で被覆した基板の正面に付与した。制御群の基板の場 合、インキにより正面に形成されたパターンは、−例の狭小で細長い平行なフィ ンガと、該フィンガに対して直角にフィンガ列を横断して伸長する一対の母線と 、から成る格子とした。実験群の場合、形成されたパターンは、−列の狭小で細 長い平行なフィンガからのみ構成した。又、アルミニウム背面接点に存在する穴 には、上記フェロ−・コンダクトロクス（登録商標）３３４９インキを使用して 、銀インキパッドを形成した。インキ層は乾燥させ、その後、基板の正面のイン キがその下方の窒化ケイ素を溶融させ、ケイ素基板の正面と確実に接着し且つ低 抵抗接触状態となるように、加熱路内で約１０秒間、約８００９Ｃの温度で加熱 した。

次に、実験群は、直接書き込み処理装置に戻し、ここで、ＡＩテクノロジー（Ａ Ｉ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）により商品Ｎｏ、　Ｍ　Ｅ　８４５０として製造さ れる銀エポキシペーストを列の加熱フィンガを横断して該フィンガに直角に伸長 する母線パターンで付与した。Ｍ　Ｅ　８４５０エポキシ材料の組成分は、次の 通りであると考えられる。即ち、２０重量％の銀粒子、７０重量％のエポキシ樹 脂、１０重量％のその他の材料である。その後、湿潤エポキシは、一時間、１５ ０°Ｃで加熱路内で乾燥させた。漏洩電流量が１ｍＡ／ｃｍ”以下の制御群及び 実験群の同様の基板を試験した。

これら試験の結果、試験した同様の基板の場合、実験群（本発明の正面接点の形 状を有するもの）の平均開放回路の電圧は、制御群（ケイ素基板の正面と完全に 接触した従来の正面格子パターンの電極を有するもの）の開放回路の電圧を平均 で２ミリボルト上廻るものであった。又、実験群の平均効率は、充填ファクタも 向上したため、制御群の効率を約０．１ｍＷ／ｃｍ２上廻る結果が得られた。

従って、本発明は、正面格子電極の母線部分が上記に詳細に説明した型式の太陽 電池中の半導体基板の正面と密着する状態から解放させるものであることが理解 されよう。この電極が従来許容されていた形状と異なるものとなることは、電池 の全体的な効率及び開放回路の電圧の点で有利なことである。更に、母線バーの 材料は、格子のフィンガ部分の材料と同一である必要がないため、電池の全体的 な効率を犠牲にすることなく、太陽電池の製造における材料コストの顕著な節約 が可能となる。銀は、その導電性に優れる点、及び一般に、ニッケル系であるタ ブ材料と低抵抗のはんだ付は接点を形成し得る点で、正面格子パターンに選択す べき材料であることが判明した。しかし、許容可能な接点を半導体基板の正面に 結合させ、電池の他の部分を損傷させない加工状態下で反射防止層に完全に浸透 させるために、銀粒子を特定の比率でガラスフリット材料と混合させることが必 要な場合、特に、銀インキ及びペーストは、高価なものとなる。加工中に、反射 防止被覆に完全に浸透しない濃度（又は型式）の銀粒子を含むエポキシ及びイン キ、又は銀粒子及びガラスフリブトを含むペーストは、本発明により形成した母 線に許容可能である。更に、当業者は、本発明の上記説明に鑑み、その他の材料 を使用して、正面電極の母線を形成することも可能であることが認識されよう。

本発明の好適な実験例に関する上記説明に鑑み、当業者には、各種の更なる変更 、応用例、変形例及び当然の言換が理解されよう。故に、本発明の上記説明は、 単に一例に過ぎず、本発明の範囲を何ら限定するものでないことを理解すべきで ある。本発明は、請求の範囲の用語によってのみ限定されるべきである。

国際調査報告

Claims (20)

【特許請求の範囲】
1. １．太陽電池にして、 正面と、背面と、前記正面に隣接する浅いｐ−ｎ接合部と、を有する半導体基板 と、 前記背面と機械的且つ電気的接触状態に固定された第一の電極と、前記第一の電 極と機械的且つ低抵抗の電気的接触状態に固定された一列の狭小で細長い平行な 第二の電極と、 前記第二の電極の各々に対し直角に前記列を横断して伸長する少なくとも一つの 第三の電極であって、前記第二の電極の各々と電気的に接触し且つ前記半導体基 板の正面から変位された第三の電極と、を備えることを特徴とする太陽電池。
2. ２．請求の範囲第１項に記載の太陽電池にして、前記半導体基板の正面に配置さ れ、前記第二の電極の各々と側部で接するようにした反射防止材料層を備えるこ とを更に特徴とする太陽電池。
3. ３．請求の範囲第２項に記載の太陽電池にして、前記半導体基板がケイ素にて形 成され、前記反射防止被覆が窒化ケイ素にて形成されることを特徴とする太陽電 池。
4. ４．請求の範囲第２項に記載の太陽電池にして、前記第二の電極が、前記反射防 止材料に浸透し、該反射防止材料を前記半導体基板の前記正面に結合させ得るよ うに加熱した銀粒子及びガラスフリットを含むペースト、又はインキにて形成さ れることを特徴とする太陽電池。
5. ５．請求の範囲第２項に記載の太陽電池にして、前記第三の電極が前記反射防止 被覆に接着する材料にて形成されることを特徴とする太陽電池。
6. ６．請求の範囲第５項に記載の太陽電池にして、前記第三の電極の前記材料が導 電性粒子を含むエポキシであることを特徴とする太陽電池。
7. ７．請求の範囲第６項に記載の太陽電池にして、前記エポキシ内に含まれる前記 導電性粒子が銀であることを特徴とする太陽電池。
8. ８．請求の範囲第５項に記載の太陽電池にして、前記第三の電極の材料が該材料 を前記反射防止被覆中に浸透させ得るように加熱した金属粒子及びガラスフリッ トを含むペースト又はインキであることを特徴とする太陽電池。
9. ９．請求の範囲第８項に記載の太陽電池にして、前記インキ又はペーストに含ま れる前記金属粒子が銀であることを特徴とする太陽電池。
10. １０．太陽電池の製造方法にして、 （ａ）正面と、背面と、前記正面に隣接する浅いｐ−ｎ接合部と、を有する半導 体基板と、前記背面と機械的に且つ電気的に接触する第一の電極と、を提供する 段階と、 （ｂ）前記第二の電極の各々が前記半導体基板の前記正面と機械的に接着し且つ 低抵抗の電気的接触状態となるように、前記半導体基板の前記正面に一列の狭小 で細長く且つ平行な第二の電極を形成する段階と、（ｃ）少なくとも一つの細長 い第三の電極を前記第二の電極の各々に固定し、前記第三の電極が前記第二の電 極の各々に対し等しい角度で前記列を横断して伸長し且つ前記半導体基板の前記 正面から変位されるようにする段階と、を備えることを特徴とする方法。
11. １１．請求の範囲第１０項に記載の方法にして、前記半導体基板が、前記正面を 被覆する反射防止材料を更に備え、前記第二の電極の前記列を形成する前記段階 が、金属粒子及びガラスフリットを含む第一のペースト又はインキで前記反射防 止材料を所望の列のパターンで選択的に被覆する段階と、前記第一のペースト又 はインキが前記反射防止材料に浸透し、前記半導体基板の前記正面と接着する機 械的且つ低抵抗の電気的接点を形成する温度及び時間、前記半導体基板を加熱す る段階と、を備えることを特徴とする方法。
12. １２．請求の範囲第１１項に記載の方法にして、前記半導体基板がケイ素であり 、前記反射防止被覆が窒化ケイ素であることを特徴とする方法。
13. １３．請求の範囲第１１項に記載の方法にして、前記第一のペースト又はインキ に含まれる金属粒子が銀であることを特徴とする方法。
14. １４．請求の範囲第１１項に記載の方法にして、前記第三の電極を前記第二の電 極に固定する前記段階が、金属粒子及びガラスフリットを含む第二のインキ又は ペーストで前記反射防止被覆を選択的に被覆する段階と、前記第二のインキ又は ペーストが前記反射防止材料の途中まで浸透し且つ該反射防止材料に接着状態に 結合するような温度及び時間、前記半導体基板を加熱する段階と、を更に備える ことを特徴とする方法。
15. １５．請求の範囲第１４項に記載の方法にして、前記列の前記第二の電極を形成 する前記段階と、前記第三の電極を固定する前記段階と、を組み合わせ、前記第 一のインキ又はペーストが前記反射防止被覆の上に所望の列のパターンで選択的 に被覆され、次に、前記第二のインキ又はペーストが前記反射防止被覆の上及び 前記第一のインキ又はペーストの上に所望のパターンで選択的に被覆され、その 後、半導体基板を所定の時間、所定の温度に加熱し、前記列パターンが前記反射 防止被覆に浸透し且つ前記半導体基板の正面と接着状態で機械的に且つ低抵抗の 電気的接触状態にし、前記第二のインキ又はペーストが前記反射防止被覆の途中 までしか浸透せず、該反射防止被覆と機械的に接着する結合状態及び前記第二の 電極の各々と低抵抗の電気的接触状態にするように、前記第一及び第二のインキ 又はペーストが選択されることを特徴とする方法。
16. １６．請求の範囲第１４項に記載の方法にして、前記第二のインキ又はペースト に含まれる前記金属粒子が銀であることを特徴とする方法。
17. １７．請求の範囲第１１項に記載の方法にして、第三の電極を前記第二の電極に 固定する前記段階が、導電性粒子を含むエポキシ材料で前記反射防止材料及び前 記列の第二の電極を所望のパターンに選択的に被覆し、その後、該エポキシ材料 を乾燥させることを特徴とする方法。
18. １８．請求の範囲第１７項に記載の方法にして、前記エポキシに含まれる前記導 電性粒子が銀であることを特徴とする方法。
19. １９．請求の範囲第１４項に記載の方法にして、前記第一のインキ又はペースト に含まれる金属粒子が第二のインキ又はペーストに含まれる金属粒子と異なるこ とを特徴とする方法。
20. ２０．請求の範囲第１４項に記載の方法にして、前記第一のインキ又はペースト が直接書き込み手段により前記反射防止材料に付与され、前記第二のペースト又 はインキがスクリーン印刷、パッド印刷及び直接書き込みから成る群から選択さ れた手段により付与されることを特徴とする方法。