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技術 太陽電池素子およびその製造方法

出願人 京セラ株式会社
発明者 河北典保府川祐子藤井修一
出願日 2003年7月31日 (16年9ヶ月経過) 出願番号 2003-205207
公開日 2005年2月24日 (15年2ヶ月経過) 公開番号 2005-050983
状態 特許登録済
技術分野 光起電力装置 光起電力装置
主要キーワード 金属添加物 FF値 温湿度サイクル試験 から焼き 一酸化シリコン 直接電極 電極材料中 酸化マグネシウム粉末
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2005年2月24日)のものです。
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図面 (3)

課題

電極反射防止膜の上から焼き付けた後、酸処理工程と電極表面に半田層被覆を行わずに、従来と同様の出力特性を得て、さらに長期信頼性の低下を起こすことのない低コスト太陽電池素子を提供することを目的とする。

解決手段

一導電型を呈する半導体基板の表面側に逆導電型拡散層を有し、その上に反射防止膜と表面電極を設けると共に、裏面側に裏面電極を設けた太陽電池素子において、前記表面電極および/または裏面電極が銀を主成分とし、Ti、Co、Mg、Bi、Zn、Zr、Fe、Crもしくはその化合物のうちいずれか一種または複数種を前記銀100重量部に対して金属換算で0.05〜5重量部含有すると共にハロゲン化合物を0.1〜10重量部含有することを特徴とする太陽電池素子。

概要

背景

従来の太陽電池素子の断面図を図2に示す。1は例えばp型シリコン半導体基板、2は半導体基板1の表面部分リン(P)などを拡散して形成された拡散層、3は窒化シリコン膜酸化シリコン膜などから成る反射防止膜である。また、半導体基板1の裏面側には例えばアルミニウムなどを拡散して形成された高濃度p型のBSF層4を有する。

概要

電極を反射防止膜の上から焼き付けた後、酸処理工程と電極表面に半田層被覆を行わずに、従来と同様の出力特性を得て、さらに長期信頼性の低下を起こすことのない低コストな太陽電池素子を提供することを目的とする。一導電型を呈する半導体基板の表面側に逆導電型の拡散層を有し、その上に反射防止膜と表面電極を設けると共に、裏面側に裏面電極を設けた太陽電池素子において、前記表面電極および/または裏面電極が銀を主成分とし、Ti、Co、Mg、Bi、Zn、Zr、Fe、Crもしくはその化合物のうちいずれか一種または複数種を前記銀100重量部に対して金属換算で0.05〜5重量部含有すると共にハロゲン化合物を0.1〜10重量部含有することを特徴とする太陽電池素子。

目的

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、電極を反射防止膜の上から焼き付けた後、酸処理工程と電極表面に半田層の被覆を行わずに、従来と同様の出力特性を得て、さらに長期信頼性の低下を起こすことのない低コストな太陽電池素子を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
1件

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請求項1

一導電型を呈する半導体基板の表面側に逆導電型拡散層を有し、その上に反射防止膜表面電極を設けると共に、裏面側に裏面電極を設けた太陽電池素子において、前記表面電極および/または裏面電極が銀を主成分とし、Ti、Co、Mg、Bi、Zn、Zr、Fe、Crもしくはその化合物のうちいずれか一種または複数種を前記銀100重量部に対して金属換算で0.05〜5重量部含有すると共にハロゲン化合物を0.1〜10重量部含有することを特徴とする太陽電池素子。

請求項2

前記表面電極または裏面電極に第V族元素化合物を含有させたことを特徴とする請求項1に記載の太陽電池素子。

請求項3

一導電型を呈する半導体基板の表面側に逆導電型の拡散層を形成すると共に、この半導体基板の表面側に反射防止膜を形成し、この反射防止膜と前記半導体基板の裏面側に銀、有機ビヒクルガラスフリットを含む電極材料焼き付けることによって表面電極と裏面電極を形成する太陽電池素子の製造方法において、前記電極材料にTi、Co、Mg、Bi、Zn、Zr、Fe、Crもしくはその化合物のうちいずれか一種または複数種を前記銀100重量部に対して金属換算で0.05〜5重量部含有すると共にハロゲン化合物を0.1〜10重量部含有することを特徴とする太陽電池素子の製造方法。

請求項4

前記電極材料に第V族元素化合物を含有させた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。

技術分野

0001

本発明は太陽電池素子に関し、特に半導体基板電極を有する太陽電池素子に関する。

0002

従来の太陽電池素子の断面図を図2に示す。1は例えばp型シリコンの半導体基板、2は半導体基板1の表面部分リン(P)などを拡散して形成された拡散層、3は窒化シリコン膜酸化シリコン膜などから成る反射防止膜である。また、半導体基板1の裏面側には例えばアルミニウムなどを拡散して形成された高濃度p型のBSF層4を有する。

0003

さらに、半導体基板1の表裏両面にはそれぞれ出力を取り出すための表面電極5および裏面電極6が形成される。その形成法としては一般的に低コスト化のため、スクリーン印刷法が用いられ、銀粉末有機ビヒクルおよびガラスフリットを含むペーストを半導体基板1の表面に印刷し、600〜800℃で1〜30分程度焼成することによって焼き付けられる。つまり、電極ペースト中にガラスフリットを添加して、電極ペースト中の金属成分の焼結を促進させるとともに、基板材料シリコン共融状態を作って密着強度を向上させるものである。この表面電極5を形成する際、前記反射防止膜3の電極形成部を除去して、この部分に表面電極5を焼き付けて形成する場合と、反射防止膜の電極形成部の除去を行わずに、反射防止膜の上から直接表面電極5を焼き付けて形成する場合とがある。
この後、金属ペースト中のバインダーあるいはガラスフリットなどを取り除いて、電気伝導性を向上させるために酸処理を行い、そして表面電極5および裏面電極6の表面を、後工程で太陽電池素子同士を接続するためにインナーリード(不図示)と接続しやすくするため、また太陽電池素子の長期信頼性を確保するために半田層7で被覆されている。(例えば特許文献1参照)従来、このような半田層7としては、Sn−Pbの共晶半田が用いられていた。

0004

【特許文献1】
特開2002−111016号公報

0005

【特許文献2】
特開2001−313400号公報

0006

【特許文献3】
特開1997−213979号公報

背景技術

0007

【特許文献4】
特開2000−332271号公報

0008

この従来の太陽電池素子では、反射防止膜の電極形成部を除去して、この部分に電極を焼き付けて形成する場合、工程が多いため作業が煩雑となり、たとえば反射防止膜の電極形成部にペースト状の電極材料を印刷する際には、厳密な位置合わせが必要となり、位置ずれなどが生じると歩留まりを低下させる要因になる。

0009

一方、反射防止膜の上から直接電極材料を焼き付ける場合、焼成による高温状態反射防止膜材料溶融させて、電極材料とシリコン基板とを接触させるため、安定したオーミック接触が得られなかった。

0010

また、表面電極5と裏面電極6を焼き付けた後に酸処理を行うことから、電気伝導性が向上して素子の特性が著しく向上するようになるが、酸が電極中に残存した場合、電極が腐食し、長期信頼性の低下を起こす恐れがあり、そのため半田層を被覆する必要があった。

0011

また、近年環境問題が重要視される中、Sn−Pbの共晶半田に含まれる鉛が問題となってきており、鉛フリー半田の開発が進められている。しかしながら、その使用温度や長期信頼性および高コスト化の観点から、従来のSn−Pn共晶半田に勝る太陽電池素子に適した鉛フリー半田は未だ開発されていない。

0012

また、この従来の太陽電池素子では、表面電極5および裏面電極6を焼き付けた後に酸処理、半田被覆工程を行うことで高コストとなり、また太陽電池素子の製造工程が煩雑であるという問題もある。

0013

特許文献2(特開2001−313400号公報)には、Ti、Bi、Co、Zn、Zr、Fe、Cr、成分のうちいずれか一種または複数種を含有する太陽電池の電極材料であって、この電極材料を反射防止膜の上から塗布して焼き付けることで、安定的なオーミック接触と引っ張り強度の強い太陽電池素子が得られることが開示されている。ところが、電極材料を焼き付けた後、酸処理を行う必要があり、また半田層を被覆しない場合において長期信頼性の低下を起こすという問題があった。

0014

特許文献3(特開1997−213979号公報)には、電極の上に半田層を被覆しない太陽電池素子の製造方法であって、焼成して形成した電極を酸で化学処理することで高出力の太陽電池素子が得られることが開示されている。ところが、酸が電極中に残存した場合、電極を腐食し、長期信頼性の低下を起こすという問題があった。

0015

特許文献4(特開2000−332271号公報)には、表面電極および/または裏面電極に金属フッ化物を含有させることで、酸処理工程を行うことなく電気伝導性が得られ電極強度が向上することが開示されている。ところが、金属添加物を添加すると良好な電極強度が得られるが、半田層を被覆しない場合において長期信頼性が十分に得られなかった。

発明が解決しようとする課題

0016

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、電極を反射防止膜の上から焼き付けた後、酸処理工程と電極表面に半田層の被覆を行わずに、従来と同様の出力特性を得て、さらに長期信頼性の低下を起こすことのない低コストな太陽電池素子を提供することを目的とする。

0017

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、一導電型を呈する半導体基板の表面側に逆導電型の拡散層を有し、その上に反射防止膜と表面電極を設けると共に、裏面側に裏面電極を設けた太陽電池素子において、前記表面電極および/または裏面電極が銀を主成分とし、Ti、Co、Mg、Bi、Zn、Zr、Fe、Crもしくはその化合物のうちいずれか一種または複数種を前記銀100重量部に対して金属換算で0.05〜5重量部含有すると共にハロゲン化合物を0.1〜10重量部含有することを特徴とする。

0018

また、上記太陽電池素子では、前記表面電極または裏面電極に第V族元素化合物を含有させたほうが好ましい。

0019

また、上記太陽電池素子の製造方法では、一導電型を呈する半導体基板の表面側に逆導電型の拡散層を形成すると共に、この半導体基板の表面側に反射防止膜を形成し、この反射防止膜と前記半導体基板の裏面側に銀、有機ビヒクル、ガラスフリットを含む電極材料を焼き付けることによって表面電極と裏面電極を形成する太陽電池素子の製造方法において、前記電極材料にTi、Co、Mg、Bi、Zn、Zr、Fe、Crもしくはその化合物のうちいずれか一種または複数種を前記銀100重量部に対して金属換算で0.05〜5重量部含有すると共にハロゲン化合物を0.1〜10重量部含有することを特徴とする。

課題を解決するための手段

0020

また、上記太陽電池素子の形成方法では、前記電極材料に第V族元素化合物も含有させたほうが好ましい。

0021

以下、本発明の実施形態を添付図面に基づき詳細に説明する。

0022

図1は本発明に係る太陽電池素子の一実施形態を示す断面図である。図1において、1は半導体基板、2は拡散層、3は反射防止膜、4はBSF層、5は表面電極、6は裏面電極を示す。

0023

本発明では、一導電型の半導体基板1の表面側に逆導電型の拡散層2と反射防止膜3を形成した太陽電池素子において、前記反射防止膜3の上に形成した表面電極5と前記半導体基板1の裏面側に形成した裏面電極6が銀を主成分としTi、Co、Mg、Bi、Zn、Zr、Fe、Crもしくはその化合物のいずれか一種または複数種を銀100重量部に対して金属換算で0.05〜5重量部の範囲で含有すると共にハロゲン化合物を0.1〜10重量部の範囲で含有することを特徴とする。このようにすることにより、電極に酸処理を行うと共に電極表面に半田層を被覆した従来の太陽電池素子と同様の初期特性が得られ、また長期信頼性も得ることができる。

0024

ここでいう初期特性とは、電極形成後にソーラーシュミレーターを用いて、25℃、Am−1.5の条件で測定したときにおける出力特性、特に曲線因子FFのことであり、電極に酸処理を行うと共に電極表面に半田層を被覆した従来の太陽電池素子のFF値に対して初期特性が99%未満の場合、従来と同様の初期特性が得られたとはいえない。また、長期信頼性の評価にはJIS C8917に基づき温湿度サイクル試験を行い、試験後のFF値が試験前のFF値の92%未満の場合、電極の出力特性が著しく低下することから、長期信頼性に問題があるといえる。

0025

電極中に前記Ti、Co、Mg、Bi、Zn、Zr、Fe、Crもしくはその化合物は銀100重量部に対して金属換算で0.05〜5重量部の範囲で含有させることにより、電極に酸処理を行うと共に電極表面に半田層を被覆した従来の太陽電池素子と同様の初期特性が得られ、長期信頼性を確保できる太陽電池素子を得ることができる。しかし、前記Ti、Co、Mg、Bi、Zn、Zr、Fe、Crもしくはその化合物の含有量が銀100重量部に対して金属換算で0.05重量部以下の含有であれば、長期信頼性を確保することができない。また、金属換算で5重量部以上の含有であれば、不純物混入により電極の線抵抗が増大し、初期特性におけるFF値の低下が生じる。

0026

電極中に前記ハロゲン化合物は銀100重量部に対して0.1〜10重量部の範囲で含有させることにより、電極に酸処理を行うと共に電極表面に半田層を被覆した従来の太陽電池素子と同様の初期特性が得られ、長期信頼性を確保できる太陽電池素子を得ることができる。しかし、前記ハロゲン化合物の含有量が銀100重量部に対して0.1重量部以下の含有であれば、長期信頼性を確保することができない。また、10重量部以上の含有であれば、不純物の混入により電極の線抵抗が増大し、初期特性においてFF値の低下が生じる。

0027

また、上記太陽電池素子において、前記表面電極5または前記裏面電極6に第V族元素化合物を含有させたほうが好ましい。ただし、第V族元素化合物は前記半導体基板1がp型の半導体基板であり、前記拡散層がn型である場合は前記表面電極5に、また前記半導体基板1がn型の半導体基板であり、前記拡散層がp型である場合は前記裏面電極6に含有させる。第V族元素化合物を含有させることにより、表面電極5または裏面電極6と前記半導体基板1との接触抵抗を小さくすることができ、初期特性において高いFF値を得ることができる。

0028

次に、上記太陽電池素子の製造工程を説明する。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。この半導体基板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1.0〜2.0Ω・cm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、10cm×10cmもしくは15cm×15cm程度の大きさに切断して半導体基板1とする。

0029

次に、半導体基板1を拡散炉中に配置して,オキシ塩化リン(POCl3)など不純物元素を含むガス中熱処理を行って不純物を拡散させる方法や、不純物元素を含む薬液を基板表面に塗布した後、熱処理を行うことにより形成する方法によって、半導体基板1の表面部分にリン原子などの不純物元素を1×1016〜1×1018atoms/cm3程度拡散させて拡散層2を形成する。この拡散層2は0.2〜0.5μm程度の深さに、またシート抵抗が40Ω/□以上になるように形成される。次に、半導体基板1の表面側に反射防止膜3を形成する。この反射防止膜3は半導体基板1内に光が有効に取り込むための膜であり、その厚みが500〜1000Å、屈折率が1.9〜2.3程度になるようにプラズマCVD法などで形成される。この反射防止膜の材料としては窒化シリコン膜の他に、一酸化シリコン(SiO)、二酸化シリコン(SiO2)、二酸化チタン(TiO2)などがある。

0030

裏面側に電極材料を塗布するとともに、前記反射防止膜3の上に直接電極材料を塗布して焼成するいわゆるファイヤースルー法により表面電極5と裏面電極6が形成される。

0031

電極材料としては銀粉末と有機ビヒクルにガラスフリットを銀100重量部に対してそれぞれ10〜30重量部、0.1〜0.5重量部を添加してペースト状にした電極ペーストなどが用いられ、電極ペーストをスクリーン印刷法で印刷して650〜900℃で1〜30分程度焼成することにより焼き付けられる。

0032

本発明において、電極材料にTi、Co、Mg、Bi、Zn、Zr、Fe、Crの金属粉末酸化物粉末あるいは焼成によってこれらを析出し得る有機金属化合物のいずれか1つ、または2つ以上を銀100重量部に対して金属換算で0.05〜5重量部を含有し、かつ例えばフッ化銀塩化銀、フッ化クロム塩化コバルトなどのハロゲン化合物を銀100重量部に対して0.1〜10重量部を含有させることによって、表面電極5と裏面電極6中に前記Ti、Co、Mg、Bi、Zn、Zr、Fe、Cr成分と前記ハロゲン成分を含有させる。

0033

前記Ti、Co、Mg、Bi、Zn、Zr、Fe、Cr成分が焼成中に、ガラスフリットに作用してその一部が溶け込むことによって、反射防止膜に作用し、コンタクト性および接着強度が向上する。さらに、ハロゲン成分がすべての元素と強い化学反応をおこす性質をもつことから、ハロゲン化合物を添加した電極材料を太陽電池素子の電極として印刷、乾燥、焼成すると電気伝導性を得ることができ、従来の酸処理工程が不要となる。よって、電極に酸処理を行うと共に電極表面に半田層を被覆した従来の太陽電池素子と同様の初期特性が得られ、また電極材料に上記添加物を含有させることで長期信頼性も確保することができる。

0034

電極材料中に前記Ti、Co、Mg、Bi、Zn、Zr、Fe、Crもしくはその化合物は銀100重量部に対して金属換算で0.05〜5重量部の範囲で含有させることにより、ファイヤースルー法による十分なコンタクト性および接着強度を持ち、電極に酸処理を行うと共に電極表面に半田層を被覆した従来の太陽電池素子と同様の初期特性が得られ、長期信頼性を確保できる太陽電池素子を得ることができる。しかし、前記Ti、Co、Mg、Bi、Zn、Zr、Fe、Crもしくはその化合物の含有量が銀100重量部に対して金属換算で0.05重量部以下の含有であれば、十分なコンタクト性および接着強度が得らないためFF値が低く、また長期信頼性を確保することができない。また、5重量部以上の含有であれば、不純物の混入により電極の線抵抗が増大し、初期特性におけるFF値の低下が生じる。

0035

電極材料中に前記ハロゲン化合物は銀100重量部に対して0.1〜10重量部の範囲で含有することにより、電極に酸処理を行うと共に電極表面に半田層を被覆した従来の太陽電池素子と同様の初期特性が得られ、長期信頼性を確保できる太陽電池素子を得ることができる。前記ハロゲン化合物の含有量が銀100重量部に対して0.1重量部以下の含有であれば、接触抵抗が大きくなるためFF値が低下し、また長期信頼性を確保することができない。また、10重量部以上の含有であれば、電極ペースト中の金属成分の焼結が十分促進されず、また不純物の混入により電極の線抵抗が増大し、初期特性におけるFF値の低下が生じる。

0036

また、上記太陽電池素子において、前記表面電極5または前記裏面電極6を形成するのに電極材料中に第V族元素化合物を含有させたほうが好ましい。ただし、前記電極材料は前記半導体基板1がp型の半導体基板であり、前記拡散層がn型である場合は前記表面電極5に、また前記半導体基板1がn型の半導体基板であり、前記拡散層がp型である場合は前記裏面電極6を形成するのために用いる。第V族元素化合物を含有する電極材料を用いることにより、表面電極5または裏面電極6と前記半導体基板1との接触抵抗を小さくすることができ、高いFF値を得ることができる。第V族元素化合物としては、たとえばP2O5、Sb2O3、As2O3などがある。

0037

【実施例1】
以下、本発明の実施例を説明する。15cm×15cmで比抵抗1.5Ω・cmの多結晶半導体基板1表面のダメージ層アルカリエッチングして洗浄した。次に、半導体基板1を拡散炉中に配置して、オキシ塩化リン(POCl3)の中で加熱することによって、半導体基板1の表面にリン原子を拡散させて拡散層2を形成した。このときのシート抵抗は60Ω/□であった。次に、半導体基板1の表面側にプラズマCVD法によって反射防止膜3となる厚み850Åの窒化シリコン膜を形成した後、裏面にアルミニウムペーストを塗布して850℃で焼き付けることによってBSF層を形成した。その後表面に残った余剰なアルミニウムを除去した後、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、酸化チタン粉末を銀100重量部に対して金属換算で0.04〜5.5重量部と、フッ化銀を銀100重量部に対して0.09〜10.5重量部を含有した電極ペースト(条件No.9〜13、15〜19、21〜25、27〜31、33〜37)を表裏面にスクリーン印刷法によって各10枚塗布し、800℃で10分間焼き付けて太陽電池素子を形成した。電極に酸処理を行わないと共に電極表面に半田層を被覆せずに、ソーラーシュミレーターを用いて25℃、Am−1.5の条件で初期特性の測定を行うとともに、JIS C8917に基づき温湿度サイクル試験を行って長期信頼性の評価を行った。比較例として、上記添加物を含まない電極ペーストで印刷・焼成した電極に、酸処理、半田層の被覆を行った太陽電池素子(条件No.1)、と、酸化チタン粉末および/またはフッ化銀を含まない電極ペーストで印刷・焼成した電極について、酸処理、半田層の被覆を行わない太陽電池素子(条件No.2〜8、14、20、26、32)についても同様の測定を行った。これらの結果を表1に示す。

0038

【表1】

0039

表1に示すように、条件No.2の酸化チタンとフッ化銀を含有しない電極に酸処理を行わないと共に電極表面に半田層を被覆しない太陽電池素子においては、条件No.1の上記添加物を含有しない電極に酸処理を行うと共に電極表面に半田層を被覆した太陽電池素子の初期特性に対する条件No.2の初期特性がPm、FF値は84.5%、87.1%と大きく下回り、JIS C8917の温湿度サイクル試験前に対する試験後のPm、FF値の比率も76.5%、78.4%と大きく低下している。また、条件No.3、8、9などのように電極中の酸化チタンの含有量が0もしくは0.04重量部の条件、またはフッ化銀の含有量が0もしくは0.09重量部の条件では温湿度サイクル試験後の出力特性の低下が大きく、長期信頼性に問題がある。また、条件No.31、36、37などのように電極中の酸化チタンの含有量が5.5重量%の条件、またはフッ化銀の含有量が10.5重量部の条件では、温湿度サイクル試験後の出力特性の低下は小さいものの初期の出力特性が低い。

0040

しかしながら、条件No.16〜18、22〜24、28〜30の酸化チタンの含有量が0.05〜5重量部とフッ化銀の含有量が0.1〜10重量部の条件では、条件No.1の上記添加物を含有しない電極に酸処理を行うと共に電極表面に半田層を被覆した太陽電池素子の初期特性に対する各条件の初期特性がPm、FF値とも99%を超える値を得ることができる。また、JIS C8917の温湿度サイクル試験前に対する試験後のPm、FF値の比率も92%を超える条件となり、表面電極と裏面電極に酸処理を行わないと共に電極表面に半田層を被覆しなくても、電極に酸処理を行うと共に電極表面に半田層を被覆した場合と同様の初期特性が得られ、長期信頼性を確保できる太陽電池素子が得られた。

0041

【実施例2】
実施例1の形成プロセスに従って、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、酸化コバルト粉末を銀100重量部に対して金属換算で0.04〜5.5重量部と、フッ化銀を銀100重量部に対して0.09〜10.5重量部を含有した電極ペースト(条件No.39〜43、45〜49、51〜55、57〜61、63〜67)を表裏面にスクリーン印刷法によって各10枚塗布し、800℃で10分間焼き付けて太陽電池素子を形成し、初期特性と長期信頼性を調査した。比較例として条件No.1と、酸化コバルト粉末および/またはフッ化銀を含まない電極ペーストで印刷・焼成した電極について、酸処理、半田層の被覆を行わない太陽電池素子(条件No.2〜8、44、50、56、62)についても同様の測定を行った。これらの結果を表2に示す。

0042

【表2】

0043

表2に示すように、条件No.3、38、39などのように電極中の酸化コバルトの含有量が0もしくは0.04重量部の条件、またはフッ化銀の含有量が0もしくは0.09重量%の条件では温湿度サイクル試験後の出力特性の低下が大きく、長期信頼性に問題がある。また、条件No.61、66、67などのように電極中の酸化コバルトの含有量が5.5重量%の条件、またはフッ化銀の含有量が10.5重量部の条件では、温湿度サイクル試験後の出力特性の低下は小さいものの初期の出力特性が低い。

0044

しかしながら、条件No.46〜48、52〜54、58〜60の酸化コバルトの含有量が0.05〜5重量部とフッ化銀の含有量が0.1〜10重量部の条件では、条件No.1の上記添加物を含有しない電極に酸処理を行うと共に電極表面に半田層を被覆した太陽電池素子の初期特性に対する各条件の初期特性がPm、FF値とも99%を超える値を得ることができる。また、JIS C8917の温湿度サイクル試験前に対する試験後のPm、FF値の比率も92%を超える条件となり、表面電極と裏面電極に酸処理を行わないと共に電極表面に半田層を被覆しなくても、電極に酸処理を行うと共に電極表面に半田層を被覆した場合と同様の初期特性が得られ、長期信頼性を確保できる太陽電池素子が得られた。

0045

【実施例3】
実施例1の形成プロセスに従って、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、酸化マグネシウム粉末を銀100重量部に対して金属換算で0.04〜5.5重量部と、フッ化銀を銀100重量部に対して0.09〜10.5重量部を含有した電極ペースト(条件No.69〜73、75〜79、81〜85、87〜91、93〜97)を表裏面にスクリーン印刷法によって各10枚塗布し、800℃で10分間焼き付けて太陽電池素子を形成し、初期特性と長期信頼性を調査した。比較例として条件No.1と、酸化マグネシウム粉末および/またはフッ化銀を含まない電極ペーストで印刷・焼成した電極について、酸処理、半田層の被覆を行わない太陽電池素子(条件No.2〜8、74、80、86、92)についても同様の測定を行った。これらの結果を表3に示す。

0046

【表3】

0047

表3に示すように、条件No.3、68、69などのように電極中の酸化マグネシウムの含有量が0もしくは0.04重量部の条件、またはフッ化銀の含有量が0もしくは0.09重量部の条件では温湿度サイクル試験後の出力特性の低下が大きく、長期信頼性に問題がある。また、条件No.91、96、97などのように電極中の酸化マグネシウムの含有量が5.5重量部の条件、またはフッ化銀の含有量が10.5重量部の条件では、温湿度サイクル試験後の出力特性の低下は小さいものの初期の出力特性が低い。

0048

しかしながら、条件No.76〜78、82〜84、88〜90の酸化マグネシウムの含有量が0.05〜5重量部とフッ化銀の含有量が0.1〜10重量部の条件では、条件No.1の上記添加物を含有しない電極に酸処理を行うと共に電極表面に半田層を被覆した太陽電池素子の初期特性に対する各条件の初期特性がPm、FF値とも99%を超える値を得ることができる。また、JIS C8917の温湿度サイクル試験前に対する試験後のPm、FF値の比率も92%を超える条件となり、表面電極と裏面電極に酸処理を行わないと共に電極表面に半田層を被覆しなくても、電極に酸処理を行うと共に電極表面に半田層を被覆した場合と同様の初期特性が得られ、長期信頼性を確保できる太陽電池素子が得られた。

0049

なお、酸化チタン、酸化コバルト、酸化マグネシウムに代えて酸化ビスマス酸化亜鉛酸化ジルコニア酸化鉄酸化クロムを使用した場合であっても、条件No.1の上記添加物を含有しない電極に酸処理を行うと共に電極表面に半田層を被覆した太陽電池素子の初期特性に対する各条件の初期特性がPm、FF値とも99%を超える値を得ることができ、またJIS C8917の温湿度サイクル試験前に対する試験後のPm、FF値の比率も92%を超える条件となり、表面電極と裏面電極に酸処理を行わないと共に電極表面に半田層を被覆しなくても、電極に酸処理を行うと共に電極表面に半田層を被覆した場合と同様の初期特性が得られ、長期信頼性を確保できる太陽電池素子が得られた。

0050

【実施例4】
実施例1の形成プロセスに従って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、酸化チタン粉末を銀100重量部に対して金属換算で0.04〜5.5重量部と、フッ化銀を銀100重量部に対して0.09〜10.5重量部と第V元素化合物である五酸化二リンを銀100重量部に対して0.5重量部を含有した電極ペースト(条件No.105〜109、111〜115、117〜121、123〜127、129〜133)を表面に、五酸化二リンを含有しない上記電極ペーストを裏面にスクリーン印刷法によって各10枚塗布し、800℃で10分間焼き付けて太陽電池素子を形成し、初期特性と長期信頼性を調査した。比較例として条件No.1と、酸化チタン粉末および/またはフッ化銀を含まない電極ペーストで印刷・焼成した電極について、酸処理、半田層の被覆を行わない太陽電池素子(条件No.88〜104、110、116、122、128)についても同様の測定を行った。これらの結果を表4に示す。

0051

【表4】

0052

表4に示すように、条件No.99、104、105などのように電極中の酸化マグネシウムの含有量が0もしくは0.04重量部の条件、またはフッ化銀の含有量が0もしくは0.09重量部の条件では温湿度サイクル試験後の出力特性の低下が大きく、長期信頼性に問題がある。また、条件No.127、132、133などのように電極中の酸化マグネシウムの含有量が5.5重量部の条件、またはフッ化銀の含有量が10.5重量部の条件では、温湿度サイクル試験後の出力特性の低下は小さいものの初期の出力特性が低い。

発明を実施するための最良の形態

0053

しかしながら、条件No.112〜114、118〜120、124〜126の酸化チタンの含有量が0.05〜5重量部とフッ化銀の含有量が0.1〜10重量部の条件では、条件No.1の上記添加物を含有しない電極に酸処理を行うと共に電極表面に半田層を被覆した太陽電池素子の初期特性に対する各条件の初期特性がPm、FF値とも99%を超える値を得ることができる。また、第V元素化合物を含有しない条件No.16〜18、22〜24、28〜30に比べて、電極中に第V元素化合物を含有することで電極と半導体基板との接触抵抗を小さくすることができ、Pm、FF値とも約1%向上する。また、JIS C8917の温湿度サイクル試験前に対する試験後のPm、FF値の比率も92%を超える条件となり、表面電極と裏面電極に酸処理を行わないと共に電極表面に半田層を被覆しなくても、電極に酸処理を行うと共に電極表面に半田層を被覆した場合と同様の初期特性が得られ、長期信頼性を確保できる太陽電池素子が得られた。

発明の効果

0054

以上説明したように、本発明に係る太陽電池素子によれば、表面電極および/または裏面電極にTi、Co、Mg、Bi、Zn、Zr、Fe、Crもしくはその化合物のうちいずれか一種または複数種を銀100重量部に対して金属換算で0.05〜5重量部含有すると共にハロゲン化合物を0.1〜10重量部含有させることから、この反射防止膜上に直接電極材料を塗布して焼成するいわゆるファイヤースルー法によっても半導体基板と電極との安定したオーミック接触が得られ、さらに酸処理を行うことなく電気伝導性を得ることができるために従来と同様の出力特性が得られる。また、電極に半田層を被覆しなくても太陽電池素子の長期信頼性を確保することができる。そのため、酸処理工程、半田被覆工程を行う必要がなく、製造工程を簡略化できる。

図面の簡単な説明

0055

また、上記太陽電池素子では、前記表面電極または裏面電極に第V族元素化合物を含有することで、電極と半導体基板との接触抵抗を小さくすることができ、高いFF値を得ることができる。

図1
本発明に係る太陽電池素子を示す断面図である。
図2
従来の太陽電池素子を示す断面図である。
【符号の説明】
1・・・半導体基板
2・・・拡散層
3・・・反射防止膜
4・・・BSF層
5・・・表面電極
6・・・裏面電極
7・・・半田層

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