このアプリケーションの一部のコンテンツは現時点では利用できません。
このような状況が続く場合は、にお問い合わせくださいフィードバック & お問い合わせ
1. (WO2018181128) 光電変換素子の製造方法
Document

明 細 書

発明の名称 光電変換素子の製造方法

技術分野

0001  

背景技術

0002  

先行技術文献

特許文献

0003  

発明の概要

発明が解決しようとする課題

0004   0005  

課題を解決するための手段

0006   0007   0008   0009   0010   0011   0012   0013   0014   0015  

図面の簡単な説明

0016  

発明を実施するための形態

0017   0018   0019   0020   0021   0022   0023   0024   0025   0026   0027   0028   0029   0030   0031   0032   0033   0034   0035   0036   0037   0038   0039   0040   0041   0042   0043   0044   0045   0046   0047   0048   0049   0050   0051   0052   0053   0054   0055   0056   0057   0058   0059   0060   0061   0062   0063   0064   0065   0066   0067   0068   0069   0070   0071   0072   0073   0074   0075   0076   0077   0078   0079   0080   0081   0082   0083   0084   0085   0086   0087   0088  

請求の範囲

1   2   3   4   5   6   7   8   9   10  

図面

1   2   3   4   5   6   7   8   9   10  

明 細 書

発明の名称 : 光電変換素子の製造方法

技術分野

[0001]
 本発明は、光電変換素子の製造方法に関する。

背景技術

[0002]
 下記特許文献1には、樹脂中に導電性物質を分散させた導電性ペーストを、大気圧及び常温の環境下において、n型半導体領域、p型半導体領域の上に塗布、乾燥させることによって、電極層を形成する太陽電池の製造方法が開示されている。

先行技術文献

特許文献

[0003]
特許文献1 : 特開2013-131586号公報

発明の概要

発明が解決しようとする課題

[0004]
 しかし、従来の太陽電池の製造方法においては、大気圧下における乾燥工程において、導電性ペースト内の溶剤が十分に除去されておらず、上層の製膜工程において当該溶剤が製膜装置内に放出されるため、上層の製膜品質に影響を及ぼす可能性があった。
[0005]
 本開示は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、より良好な品質を有する第1電極の上層を得ることである。

課題を解決するための手段

[0006]
 (1)本開示に係る光電変換素子の製造方法は、光電変換部における少なくとも第1の主面側に、導電性粒子、熱硬化性樹脂、溶剤を含む導電性ペーストを用いて第1電極を形成する第1電極形成工程と、前記第1電極を、大気圧下において前記熱硬化性樹脂の硬化温度を超えないように加熱し、乾燥させる大気乾燥工程と、前記大気乾燥工程の後に、前記第1電極を、真空下において前記熱硬化性樹脂の硬化温度を超えないように加熱し、真空乾燥させる真空乾燥工程と、前記真空乾燥工程後に、前記第1電極の前記第1の主面側に絶縁膜を形成する絶縁膜形成工程と、を含む。
[0007]
 (2)上記(1)における光電変換素子の製造方法において、前記大気乾燥工程は、前記溶剤の沸点以上に加熱する方法としてもよい。
[0008]
 (3)上記(1)~(2)における光電変換素子の製造方法において、前記真空乾燥工程は、前記溶剤の沸点以上に加熱する方法としてもよい。
[0009]
 (4)上記(1)~(3)における光電変換素子の製造方法は、前記絶縁膜形成工程後に、前記熱硬化性樹脂を熱硬化させ、前記第1電極を収縮させることにより前記絶縁膜に変形部を形成する熱硬化工程と、前記熱硬化工程後に、前記変形部を介して、前記第1電極を起点とする電解析出により第2電極を形成する第2電極形成工程と、を更に含む方法としてもよい。
[0010]
 (5)上記(1)~(4)における光電変換素子の製造方法は、前記絶縁膜形成工程において、前記光電変換部の前記第1の主面側における前記第1電極の非形成領域から前記第1電極の前記第1の主面側にまで前記絶縁膜を形成する方法としてもよい。
[0011]
 (6)上記(5)における光電変換素子の製造方法は、前記光電変換部は、透明電極層を含み、前記第2電極形成工程において、前記絶縁膜が前記透明電極層を起点とする電解析出を抑制する方法としてもよい。
[0012]
 (7)上記(5)~(6)における光電変換素子の製造方法は、前記絶縁膜形成工程において、前記第1電極の前記第1の主面側における前記絶縁膜の膜厚を、前記光電変換部の前記第1の主面側における前記第1電極の非形成領域における前記絶縁膜の膜厚よりも薄く形成する方法としてもよい。
[0013]
 (8)上記(4)~(7)における光電変換素子の製造方法は、前記第1電極形成工程において、前記導電性粒子として銀を用い、前記第2電極形成工程において、前記第1電極を起点として銅を析出させる方法としてもよい。
[0014]
 (9)上記(1)~(8)における光電変換素子の製造方法は、前記第1電極形成工程において、前記光電変換部における前記第1の主面側とは反対側の第2の主面側にも、前記第1電極を形成する方法としてもよい。
[0015]
 (10)上記(9)における光電変換素子の製造方法は、前記絶縁膜形成工程において、前記第1の主面側に形成された第1電極の前記第1の主面側に前記絶縁膜を形成し、前記第2の主面側に形成された第1電極の前記第2の主面側にも前記絶縁膜を形成する方法としてもよい。

図面の簡単な説明

[0016]
[図1] 図1は本実施形態に係る光電変換素子の表面側(入射面側)を示す平面図である。
[図2] 図2は本実施形態に係る光電変換素子の裏面側を示す平面図である。
[図3] 図3は図1におけるIII-III線の断面を示す断面図である。
[図4] 図4は本実施形態に係る光電変換素子の製造方法を示す断面図である。
[図5] 図5は本実施形態に係る光電変換素子の製造方法を示す断面図である。
[図6] 図6は本実施形態に係る光電変換素子の製造方法を示す断面図である。
[図7] 図7は本実施形態に係る光電変換素子の製造方法を示す断面図である。
[図8] 図8は本実施形態に係る光電変換素子の製造方法を示す断面図である。
[図9] 図9は本実施形態に係る光電変換素子の製造方法を示す断面図である。
[図10] 図10は本実施形態に係る光電変換素子の製造方法を示す断面図である。

発明を実施するための形態

[0017]
 本開示の実施形態について、図面を用いて以下に説明する。
[0018]
[光電変換素子100]
 図1は、本実施形態に係る光電変換素子100の表面側(入射面側)を示す平面図である。図2は、本実施形態に係る光電変換素子100の裏面側を示す平面図である。
[0019]
 図1、図2に示すように、本実施形態の光電変換素子100は光電変換部を有する半導体基板の一の辺に対して略平行な3本の幅広な電極(バスバー電極80)と、バスバー電極80に略直行する多数の幅の狭いフィンガー電極90とが形成されて構成される。バスバー電極80およびフィンガー電極90は、半導体基板上に形成された第1電極と、その第1電極を起点として、めっき工程により形成された第2電極とからなる。光電変換素子100の表面および裏面のうち、バスバー電極80およびフィンガー電極90が形成されていない領域には絶縁膜70が形成されている。なお、表面側のみにバスバー電極80、フィンガー電極90を形成する構成としてもよく、その場合は、絶縁膜70も表面側のみに形成する構成としてもよい。
[0020]
 図3は、図1におけるIII-III線の断面を示す断面図である。
[0021]
 図3に示す光電変換部10は、例えば単結晶シリコン、多結晶シリコンなどの半導体基板を含む。光電変換部10は、n型半導体領域とp型半導体領域とを有し、それらの界面部分においてPN接合部が形成されている。n型半導体領域及びp型半導体領域は、結晶系半導体を用いて構成してもよく、非晶質半導体を用いて構成してもよい。なお、結晶系シリコン基板と非晶質シリコン層との間に真性半導体領域を設けることで、その界面での欠陥を低減し、接合界面の特性を改善する構造としてもよい。その場合、n型半導体領域とp型半導体領域との間には、PIN接合部が形成されることとなる。
[0022]
 図3に示すように、光電変換部10の第1の主面、及び第2の主面には、導電性粒子、熱硬化性樹脂、溶剤を含む導電性ペーストを印刷して形成された第1電極20を設けている。第1電極20は、後述する第2電極40を、めっき法(電解析出法)により形成する際の導電性下地層として機能する。なお、本開示においては、体積抵抗率が10 -2Ω・cm以下であれば導電性であると定義する。また、体積抵抗率が、10 Ω・cm以上であれば、絶縁性であると定義する。導電性粒子としては、例えば銀、銅、アルミニウム、ニッケル、錫、ビスマス、亜鉛、ガリウム、カーボン及びこれらの混合物等を用いることができる。熱硬化性樹脂としては、エポキシ系樹脂、フェノール系樹脂、アクリル系樹脂等を用いることができる。
[0023]
 光電変換部10の第1の主面側に設けられた第1電極20の第1の主面側には、絶縁膜70を設けている。本実施形態においては、光電変換部10、及び第1電極20の第1の主面側、及び第2の主面側の双方に、絶縁膜70を設けている。この絶縁膜70は、少なくとも第1電極20の形成領域における、第1電極20の第1の主面側に設けられる。この絶縁膜70は、第1電極20と、後述する第2電極40との密着力の向上に寄与する。特に、第1電極20として銀を用い、第2電極40として銅を用いた場合、銀と銅の密着力は小さいが、酸化シリコン等からなる絶縁膜70の上に銅が形成されることにより、第2電極40と絶縁膜70との間の密着力を向上させることができ、光電変換素子100の信頼性を向上させることができる。
[0024]
 なお、本実施形態においては、絶縁膜70を、第1電極20の形成領域のみならず、光電変換部10の第1の主面側、及び第2の主面側の全面に形成している。絶縁膜70を第1電極20の非形成領域にも形成することにより、第2電極40を形成する際に、光電変換部10をめっき液から化学的及び電気的に保護することが可能となる。
[0025]
 この絶縁膜70における第1電極20と接する部分には、複数の変形部としての開口部72が設けられている。開口部72が設けられることにより、後述する第2電極40を形成する際に、第1電極20の表面の一部が、開口部72から露出し、めっき液に曝されて導通するため、この開口部72から露出された第1電極20の表面を起点として金属を析出させることが可能となる。
[0026]
 第1電極20の形成領域における、絶縁膜70上には、絶縁膜70に設けられた開口部72から第2電極40が形成されている。この第2電極40は、絶縁膜70に設けられた複数の開口部72を介して、第1電極20を起点として金属を析出させることにより形成されている。第2電極40として析出させる金属としては、例えば銅、ニッケル、錫、アルミニウム、クロム、銀、などを用いることができ、めっき法(電解析出)で形成することができる材料であればよい。
[0027]
 この第2電極40及び、第1電極20により、図1、図2に示した複数のバスバー電極80と、複数のフィンガー電極90が構成される。
[0028]
 本開示の光電変換素子100は、後述する製造方法により製造するため、第1電極20形成後に製膜した絶縁膜70の品質が良い。
[0029]
 更に、第1電極20内における空隙が少なく、抵抗率の低い第1電極20を実現することができる。
[0030]
 更に、光電変換素子100自体が長時間、高温化に曝されることがないため、光電変換素子100の特性を担保することができる。
[0031]
[光電変換素子100の製造方法]
 以下、図4から図10までを用いて、本開示の光電変換素子100の製造方法について説明する。
[0032]
[光電変換部10準備工程]
 図4に示すように、例えば単結晶シリコン、多結晶シリコンなどの結晶系シリコンからなる半導体基板11を含み、p型半導体領域13Aとn型半導体領域13Bとを有する光電変換部10を準備する。
[0033]
 半導体基板11として、単結晶シリコン基板を用いた場合、導電性を持たせるために、シリコンに対して電荷を供給する不純物を含有している。具体例としては、単結晶シリコン基板は、シリコン原子に電子を導入するための原子(例えばリン)を含有させたn型と、シリコン原子に正孔を導入する原子(例えばボロン)を含有させたp型がある。正孔と電子とを比較した場合、有効質量および散乱断面積の小さい電子の方が、一般的に移動度が大きい。以上の観点から、半導体基板11として、n型単結晶シリコン基板を用いることが望ましい。
[0034]
 半導体基板11の第1の主面側には、p型半導体領域13Aを形成する。p型半導体領域13Aを形成する上で用いる材料としては、非晶質シリコン薄膜、微結晶シリコン(非晶質シリコンと結晶質シリコンとを含む薄膜)等、非晶質成分を含む非晶質シリコン層を含むことが望ましい。また、ドーパント不純物としては、B(ホウ素)などを用いることができる。
[0035]
 p型半導体領域13Aの製膜方法は特に限定されないが、例えばCVD法(Chemical Vapor Deposition)を使用することができる。CVD法を用いる場合、SiH ガスを用い、ドーパント添加ガスとしては、水素希釈されたB が好ましく用いられる。なお、ドーパント不純物の添加量は微量でよいため、予めSiH やH で希釈された混合ガスを用いることが好ましい。p型半導体領域13Aの製膜時に、CH 、CO 、NH 、GeH 等の異種元素を含むガスを添加して、シリコン系薄膜を合金化することにより、シリコン系薄膜のエネルギーギャップを変更することもできる。また、光の透過性を向上させるために酸素や炭素といった不純物を微量添加しても良い。その場合、CO やCH といったガスをCVD製膜製膜の際に導入することにより形成することができる。
[0036]
 半導体基板11の第2の主面側には、n型半導体領域13Bを形成する。n型半導体領域13Bを形成する上で用いる材料としては、非晶質シリコン薄膜、微結晶シリコン等、非晶質成分を含む非晶質シリコン層を含むことが望ましい。また、ドーパント不純物としては、P(リン)などを用いることができる。
[0037]
 n型半導体領域13Bの製膜方法は特に限定されないが、例えばCVD法を使用することができる。CVD法を用いる場合、SiH ガスを用い、ドーパント添加ガスとしては、水素希釈されたPH が好ましく用いられる。なお、ドーパント不純物の添加量は微量でよいため、予めSiH やH で希釈された混合ガスを用いることが好ましい。n型半導体領域13Bの製膜時に、CH 、CO 、NH 、GeH 等の異種元素を含むガスを添加して、シリコン系薄膜を合金化することにより、シリコン系薄膜のエネルギーギャップを変更することもできる。また、光の透過性を向上させるために酸素や炭素といった不純物を微量添加しても良い。その場合、CO やCH といったガスをCVD製膜の際に導入することにより形成することができる。
[0038]
 半導体基板11がn型の場合は、半導体基板11とp型半導体領域13Aとの界面部分において、半導体基板11がp型の場合は、半導体基板11とn型半導体領域13Bとの界面部分において、PN接合が形成されている。
[0039]
 本実施形態においては、半導体基板11とp型半導体領域13Aとの間に、第1の真性半導体領域12Aを設け、半導体基板11とn型半導体領域13Bとの間に、第2の真性半導体領域12Bを設けている。第1の真性半導体領域12A、第2の真性半導体領域12Bを設けることで、半導体基板11とp型半導体領域13Aとの界面、及び半導体基板11とn型半導体領域13Bとの界面での欠陥を低減し、接合界面の特性を改善することができる。その場合、p型半導体領域13Aとn型半導体領域13Bとの間には、PIN接合部が形成されることとなる。
[0040]
 第1の真性半導体領域12A、第2の真性半導体領域12Bとしては、シリコンと水素で構成されるi型水素化非晶質シリコンを用いることが好ましい。単結晶シリコンからなる半導体基板11の表裏面に、CVD法によってi型水素化非晶質シリコンが製膜されると、半導体基板11への不純物拡散を抑えつつ表面パッシベーションを有効に行うことができる。また、膜中の水素量を変化させることで、エネルギーギャップにプロファイルを持たせることができる。
[0041]
 本実施形態においては、p型半導体領域13Aの第1の主面側に第1の透明電極層14Aを形成し、n型半導体領域13Bの第2の主面側に第2の透明電極層14Bを形成する。
[0042]
 第1の透明電極層14A、第2の透明電極層14Bの製膜方法は、特に限定されないが、スパッタ法等の物理気相堆積法や、有機金属化合物と酸素または水との反応を利用した化学気相堆積(MOCVD)法等が好ましい。いずれの製膜方法においても、熱やプラズマ放電によるエネルギーを利用することもできる。
[0043]
 第1の透明電極層14A、第2の透明電極層14Bの構成材料としては、酸化インジウム、酸化亜鉛、酸化錫、酸化チタン、及びそれらの複合酸化物等の透明導電性金属酸化物を用いる。また、グラフェンのような非金属からなる透明導電性材料であってもよい。上述した構成材料の中でも、高い導電率と透明性の観点からは、酸化インジウムを主成分とするインジウム系複合酸化物を第1の透明電極層14A、第2の透明電極層14Bとして用いることが好ましい。また、信頼性やより高い導電率を確保する為に、インジウム酸化物にドーパントを添加して用いることが更に好ましい。ドーパントとして用いる不純物としては、Sn、W、Ce、Zn、As、Al、Si、S、Ti等が挙げられる。
[0044]
[第1電極20A形成工程]
 次に、図5に示すように、光電変換部10の第1の主面側に、導電性粒子、熱硬化性樹脂、溶剤を含む第1電極20Aを形成する。第1電極20Aは、後述する第2電極40を、めっき法(電解析出法)により形成する際の導電性下地層として機能する。なお、本実施形態においては、光電変換部10の第2の主面側においても、第1電極20Aを形成する。
[0045]
 第1電極20Aは、例えば、インクジェット法、スクリーン印刷法、スプレー法、ロールコート法等により形成することができる。第1電極20Aは、櫛形等の所定形状にパターン化されていることが好ましい。パターン化された第1電極20Aの形成には、生産性の観点からスクリーン印刷法が適している。スクリーン印刷法では、導電性の微粒子を含む印刷ペーストを集電極のパターン形状に対応した開口パターンを有するスクリーン版を用いて印刷する方法が好ましく用いられる。
[0046]
 第1電極20Aは、複数の層から構成されてもよい。例えば、光電変換部10表面の第1の透明電極層14A、第2の透明電極層14Bとの接触抵抗が低い下層を含む構造にすることにより、第1の透明電極層14A、第2の透明電極層14Bとの接触抵抗の低下に伴う太陽電池の曲線因子向上が期待できる。
[0047]
 第1電極20Aに含まれる導電性粒子としては、例えば銀、銅、アルミニウム、ニッケル、錫、ビスマス、亜鉛、ガリウム、カーボン及びこれらの混合物等を用いることができる。本実施形態においては、導電性の観点から銀の微粒子を用いる。
[0048]
 第1電極20Aに含まれる熱硬化性樹脂としては、エポキシ系樹脂、フェノール系樹脂、アクリル系樹脂等を用いることができる。熱硬化性樹脂を第1電極20に含ませておくことにより、後述する熱硬化工程において、第1電極20Aを硬化させることができる。
[0049]
[大気乾燥工程]
 次に、第1電極20Aを大気圧下において乾燥させる大気乾燥工程を行う。この大気乾燥工程を行う際は、第1電極20Aを加熱しつつも、熱硬化性樹脂の硬化温度以下で乾燥させる。さらに、第1電極20Aに含まれる溶剤の沸点以上で乾燥させることが好ましい。なお、本開示における大気圧下とは、1013mbarのみならず、地球上での通常の気候変動による気圧変動範囲を含み、その環境下において加熱装置で作動する場合に生じる圧力変動範囲も含み、例えば、圧力調整機構を有さない密封型の乾燥機で、昇温・降温により生じる圧力変動も含むものとする。
[0050]
 図8は、光電変換部10の第1の主面側に形成された直後の第1電極20Aの状態を示す模式的な断面図である。形成された直後の第1電極20Aは、銀などの導電性粒子22の中に、溶剤24や熱硬化性樹脂26が混在された状態となっている。
[0051]
 この第1電極20Aが形成された光電変換部10を、熱硬化性樹脂26の硬化温度以下に調整されたトンネル状の加熱炉の中に通すことにより、大気圧乾燥工程を行う。
[0052]
 図9は、この大気乾燥工程後における第1電極20Bの状態を示す模式的な断面図である。図9に示すように、大気乾燥工程において、加熱乾燥を行うため、溶剤の多くが蒸発した状態となっている。大気乾燥のため、溶剤が突沸することを抑制することができ、その結果として、第1電極20B内において空隙が発生することを抑制することができる。なお、この段階では、全ての溶剤24を蒸発しきれておらず、第1電極20Bの深部にわずかな溶剤24が残っている可能性がある。
[0053]
 また、この大気乾燥工程においては、熱硬化性樹脂26の硬化温度以下にて行う。そのため、熱硬化性樹脂26は、この段階ではまだ完全に硬化していない。熱硬化性樹脂26を未硬化状態とすることで、後述する絶縁膜70形成工程後に行う、熱硬化工程により、絶縁膜70に変形部を設けることができる。
[0054]
 このように、この大気乾燥工程においては、熱硬化性樹脂26は未硬化の状態とし、第1電極20Bに大きな空隙を生じさせることなく、溶剤24の大半を蒸発させることが重要となる。
[0055]
[真空乾燥工程]
 次に、大気乾燥工程後の第1電極20Bを真空下において乾燥させる真空乾燥工程を行う。この真空乾燥を行う際は、熱硬化性樹脂26の硬化温度以下で乾燥させる。さらに、第1電極20Bに含まれる溶剤の沸点以上で乾燥させることが好ましい。なお、本開示における真空下とは、上記において定義した大気圧下を下回る圧力条件下を意味する。また、この真空乾燥工程における「溶剤24の沸点」とは、真空下の溶剤24の沸点ではなく、大気圧下での溶剤24の沸点を意味する。
[0056]
 大気乾燥工程後の第1電極20Bを、熱硬化性樹脂26の硬化温度以下に調整された、真空の加熱チャンバー内において乾燥させる。
[0057]
 図10は、この真空乾燥工程後における第1電極20Cの状態を示す模式的な断面図である。真空下においては、溶剤24の実際の沸点は下がっているため、大気圧下の溶剤24の沸点以上に調整された真空のチャンバー内においては、第1電極20Cの深部に残された溶剤24も蒸発させることが可能となる。また、この真空乾燥工程の前段階である大気乾燥工程において、既に大半の溶剤24を蒸発させているため、この真空乾燥工程において溶剤24を蒸発させるに際しても大きな突沸を起こしにくく、その結果として大きな空隙が生じることを抑制することができる。
[0058]
 このように、大気乾燥工程と真空乾燥工程の2段階の乾燥工程を行うことにより、第1電極20B内に大きな空隙を生じさせることなく、溶剤24を蒸発させることができ、低抵抗な第1電極20Bを実現することができる。
[0059]
 また、第1電極20Bの深部に残された溶剤24を蒸発させることにより、後述する絶縁膜70形成工程において、残された溶剤24が製膜装置内に蒸発し、絶縁膜70の製膜成分と混在することで、製膜品質を阻害することを抑制することができる。また、製膜装置の故障などが発生するリスクを低減させることができる。
[0060]
 また、この真空乾燥工程においては、熱硬化性樹脂26の硬化温度以下にて行う。そのため、熱硬化性樹脂26は、この段階においても未硬化状態である。熱硬化性樹脂26を未硬化状態とすることで、後述する絶縁膜70形成工程後に行う、熱硬化工程により、絶縁膜70に変形部を設けることができる。
[0061]
 また、熱硬化性樹脂26の硬化温度以下で真空乾燥工程を行うことにより、長時間、光電変換素子100を高温下に曝すことなく、溶剤24を蒸発させてしまえるという効果も得ることができる。即ち、後述する熱硬化工程において溶剤24を蒸発させるのではなく、その前工程である真空乾燥工程において溶剤24を蒸発させておくことで、熱硬化工程の時間を必要最小限にすることができる。その結果として、光電変換素子100の特性劣化を抑制することができる。
[0062]
 このように、この真空乾燥工程においては、熱硬化性樹脂26は未硬化の状態とし、第1電極20Cに大きな空隙を生じさせることなく、第1電極20Cの深部に残された溶剤24をも蒸発させることが重要となる。
[0063]
[絶縁膜70形成工程]
 次に、図6に示すように、少なくとも光電変換部10の第1の主面側に設けられた第1電極20Cの第1の主面側に絶縁膜70を形成する。本実施形態においては、光電変換部10の第2の主面側に設けられた第1電極20Cの第2の主面側においても絶縁膜70を形成する。更に、本実施形態においては、第1電極20Cの非形成領域における、光電変換部10の第1の主面側及び第2の主面側においても絶縁膜70を形成する。
[0064]
 この絶縁膜70は、第1電極20と、後述する第2電極40との密着力の向上に寄与するものと考えらえる。特に、第1電極20として銀を用い、第2電極40として銅を用いた場合、銀と銅の密着力は小さいが、酸化シリコン等からなる絶縁膜70の上に銅が形成されることにより、第2電極40と絶縁膜70との間の密着力を向上させることができ、光電変換素子100の信頼性を向上させることができる。そのため、図1、2に示したバスバー電極80、フィンガー電極90が細線化された構成においても、第1電極20と第2電極40との密着性を担保することができ、剥がれ抑制による歩留まりの向上と電極の細線化による集光効率の向上を両立することが可能となる。
[0065]
 なお、本実施形態においては、絶縁膜70を、第1電極20の形成領域のみならず、光電変換部10の第1の主面側、及び第2の主面側の全面に形成している。絶縁膜70を第1電極20の非形成領域にも形成することにより、後述する第2電極形成工程において、光電変換部10をめっき液から化学的及び電気的に保護することが可能となる。例えば、光電変換部10が、第1の透明電極層14A、第2の透明電極層14Bを含む構成とした場合、絶縁膜70を第1の透明電極層14A、第2の透明電極層14Bの露出する表面全体に形成しておくことにより、第1の透明電極層14A、第2の透明電極層14Bの表面に金属が析出されてしまうことを抑制することができる。
[0066]
 また、絶縁膜70を、光電変換部10、及び第1電極20Cの第1の主面側、及び第2の主面側の全面に形成することにより、絶縁膜70が第1電極20Cを覆う構成とすることができ、その結果として、第1電極20Cを細線化した構成においても、光電変換部10から第1電極20Cが剥離されることを抑制することができ、歩留まり向上に関して効果を得ることができる。
[0067]
 また、製造効率の観点からも、光電変換部10、及び第1電極20Cの第1の主面側、及び第2の主面側の全面に形成する方法とすることで、位置合わせを行う必要がなく望ましい。
[0068]
 絶縁膜70を構成する材料としては、電気的に絶縁性を示す材料が用いる必要があり、めっき液に対する化学的安定性を有する材料であることが望ましい。めっき液に対する化学的安定性が高い材料を用いることにより、後述する第2電極形成工程において、絶縁膜70が溶解しにくく、光電変換部10の第1の主面及び第2の主面へのダメージが生じるのを抑制することができる。
[0069]
 また、第1電極20を形成しない領域上においても絶縁膜70を形成する場合、絶縁膜70を構成する材料としては、光電変換部10との密着強度が大きいことが好ましい。例えば、光電変換部10が、その最外層に第1の透明電極層14A、第2の透明電極層14Bを有する場合には、絶縁膜70を構成する材料としては、第1の透明電極層14A、第2の透明電極層14Bとの密着強度が大きい材料を用いることが好ましい。第1の透明電極層14A、第2の透明電極層14Bと絶縁膜70との密着強度を大きくすることにより、後述する第2電極形成工程において、絶縁膜70が剥離しにくくなり、第1の透明電極層14A、第2の透明電極層14Bへの金属の析出を防ぐことができる。
[0070]
 絶縁膜70には、光電変換部10が吸収可能な波長領域における光透過率が高い材料を用いることが好ましい。絶縁膜70は、光電変換部10の受光面側においても形成されるため、絶縁膜70による光吸収が小さければ、より多くの光を光電変換部10へ取り込むことが可能となる。例えば、絶縁膜70が透過率90%以上の十分な透明性を有する場合、絶縁膜70での光吸収による光学的な損失が小さく、第2電極形成工程後に絶縁膜70を除去する工程を必要とせず、そのまま光電変換素子100の一部として使用することができる。そのため、光電変換素子100の製造工程を単純化でき、生産性をより向上させることが可能となる。また、絶縁膜70を除去する工程を設けることなく、そのまま光電変換素子100の一部として使用される場合、絶縁膜70は、光電変換部10が吸収可能な波長領域における高い光透過率加えて、十分な耐候性、および熱・湿度に対する安定性を有する材料を用いることがより望ましい。
[0071]
 絶縁膜70を構成する材料としては、無機絶縁性材料でも、有機絶縁性材料でもよい。無機絶縁性材料としては、例えば、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム等の材料を用いることができる。有機絶縁性材料としては、例えば、ポリエステル、エチレン酢酸ビニル共重合体、アクリル、エポキシ、ポリウレタン等の材料を用いることができる。
[0072]
 このような無機材料の中でも、めっき液耐性や透明性の観点からは、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化窒化シリコン、酸化アルミニウム、サイアロン(SiAlON)、酸化イットリウム、酸化マグネシウム、チタン酸バリウム、酸化サマリウム、タンタル酸バリウム、酸化タンタル、フッ化マグネシウム、酸化チタン、チタン酸ストロンチウム等が好ましく用いられる。中でも、電気的特性や透明電極層との密着性等の観点からは、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化窒化シリコン、酸化アルミニウム、サイアロン(SiAlON)、酸化イットリウム、酸化マグネシウム、チタン酸バリウム、酸化サマリウム、タンタル酸バリウム、酸化タンタル、フッ化マグネシウム等が好ましく、屈折率を適宜に調整し得る観点からは、酸化シリコンや窒化シリコン等が特に好ましく用いられる。なお、これらの無機材料は、化学量論的(Stoichiometric)組成を有するものに限定されず、酸素欠損等を含むものであってもよい。
[0073]
 また、第1電極20Cを形成する領域における絶縁膜70の光学特性や膜厚を適宜設定することで、光反射特性を改善し、光電変換部10内部へ導入される光量を増加させ、変換効率をより向上させることが可能となる。このような効果を得るためには、絶縁膜70の屈折率が、光電変換部10の表面の屈折率よりも低いことが好ましい。また、絶縁膜70に好適な反射防止特性を付与する観点から、膜厚は20nm以上で設定されることが好ましく、50nm以上で設定されることがより好ましい。なお、第1電極20Cの形成領域上の絶縁膜70の膜厚と第1電極20Cの非形成領域上の絶縁膜70の膜厚は異なっていてもよい。例えば、第1電極20Cの形成領域では、絶縁膜70の開口部72を形成する上で適切な膜厚を設定し、第1電極20Cの非形成領域では、適宜の反射防止特性を有する光学膜厚となるように膜厚を設定してもよい。即ち、第1電極20Cの形成領域における絶縁膜70の膜厚を、第1電極20Cを形成しない領域における絶縁膜70の膜厚よりも薄く形成してもよい。
[0074]
 また、後述する熱硬化工程において、絶縁膜70に開口部72を形成する観点からは、絶縁膜70を構成する材料としては、破断伸びが小さい無機材料を用いることが望ましい。
[0075]
 絶縁膜70の構成材料として、酸化シリコンや窒化シリコン等の無機絶縁性材料を用いる場合は、絶縁膜70の形成方法として、プラズマCVD法、スパッタ法等の乾式法が好ましく用いられる。また、絶縁膜70の構成材料として、有機絶縁性材料を用いる場合は、絶縁膜70の形成方法として、スピンコート法、スクリーン印刷法等の湿式法が好ましく用いられる。これらの方法によれば、ピンホール等の欠陥が少なく、緻密な構造の膜を形成することが可能となる。
[0076]
 本開示において、絶縁膜70を形成する際の温度は特に制限されないが、膜厚の均一性を向上させる観点から加熱しながら製膜することが好ましい。また、光電変換部10の耐熱温度よりも低い温度で形成することが好ましく、例えば、光電変換部10に非晶質シリコン材料や透明電極層を含む場合は、250℃以下で形成することが好ましい。
[0077]
 本実施形態においては、より緻密な構造の膜を形成する観点から、絶縁膜70をプラズマCVD法で形成する。この方法により、200nm程度の厚いものだけでなく、30~100nm程度の薄い膜厚の絶縁膜70を形成した場合も、緻密性の高い構造の膜を形成することができる。
[0078]
 ここで、真空乾燥工程において上述した通り、第1電極20Bの深部に残された溶剤24を蒸発させられているため、CVD装置において絶縁膜70を形成するに際しても、CVD装置内に、残された溶剤24がCVD装置内において蒸発し、絶縁膜70の製膜成分と混在することがなく、製膜品質を向上させることできる。また、CVD装置の故障などが発生するリスクを低減させることができる。
[0079]
 このように、本開示の製造方法を用いることにより、第1電極20形成後に製膜する上層の、製膜品質を向上させる効果を得ることができる。
[0080]
 なお、この絶縁膜70形成工程においても、第1電極20Cに含まれる熱硬化性樹脂26は、未硬化の状態である。
[0081]
[熱硬化工程]
 次に、熱硬化性樹脂の硬化温度以上で第1電極20Cを熱硬化させる熱硬化工程を行う。この熱硬化工程により、第1電極20C内の熱硬化性樹脂26が硬化するとともに、銀などからなる導電性粒子22が融着する。この熱硬化工程により、図7に示す第1電極20の導電性が確保される。
[0082]
 また、図7に示すように、熱硬化性樹脂26の硬化と、導電性粒子22の融着に伴い、第1電極20が収縮し、その結果として、絶縁膜70に複数の変形部としての開口部72を形成することができる。この開口部72が設けられることにより、後述する第2電極40を形成する際に、第1電極20の表面の一部が、開口部72から露出し、めっき液に曝されて導通するため、この開口部72から露出された第1電極20の表面を起点として金属を析出させることが可能となる。
[0083]
 なお、真空乾燥工程において上述した通り、真空乾燥工程において既に溶剤24を蒸発させているため、この熱硬化工程においては熱硬化性樹脂26の硬化と導電性粒子22の融着が行われる最小限の時間で行うことが可能となり、その結果として、光電変換素子100の特性劣化を抑制することができる。
[0084]
 なお、この熱硬化工程における開口部72が完全に形成されることが望ましいが、開口部72が完全に形成されなくても、第1電極20の形成領域における絶縁膜70に、局所的に薄い膜厚の領域である薄膜領域が変形部として形成されれば、後述する第2電極形成工程において、第2電極40を形成することが可能となる。即ち、絶縁膜70の厚さが小さくなると、一般に絶縁耐圧は低くなる。このことから、後述する第2電極形成工程での通電直前まで絶縁膜70に開口部72が形成されていない場合であっても、第2電極形成工程の通電により、絶縁膜70に電圧が印加されることにより、絶縁膜70に設けられた薄膜領域から、選択的に絶縁膜70の絶縁破壊が発生し、絶縁膜70に開口部72が形成される。
[0085]
 なお、この熱硬化工程後、後述する第2電極40形成工程前に、さらにアニール処理を行うアニール工程を含む製造方法としても良い。アニール処理を行うことにより、より確実に絶縁膜70に開口部72を形成することができる。
[0086]
[第2電極40形成工程]
 次に、第1電極20を起点として、第2電極40を形成する、第2電極40形成工程を行う。本実施形態においては、第1電極20を、光電変換部10の第1の主面側、及び第2の主面側に設けているため、第1電極20の形成領域における絶縁膜70の第1の主面側、及び第2の主面側に、第2電極40が形成されている。この第2電極40は、絶縁膜70に設けられた複数の開口部72を起点として金属を析出させることにより形成されており、この開口部72を介して第1電極20と導通されている。第2電極40として析出させる金属としては、例えば銅、ニッケル、錫、アルミニウム、クロム、銀、などを用いることができ、めっき法(電解析出)で形成することができる材料であればよい。
[0087]
 なお、第2電極40は、無電解めっき法、電解めっき法のいずれでも形成され得るが、生産性の観点から、電解めっき法が好適である。電解めっき法では、金属の析出速度を大きくすることができるため、第2電極40を短時間で形成することができる。
[0088]
 なお、第2電極40は、複数の層から構成させても良い。例えば、銅等の導電率の高い材料からなる第一の第2電極層を、絶縁膜70を介して第1電極20上に形成した後、化学的安定性に優れる第二の第2電極層を第一の第2電極層の表面に形成することにより、低抵抗で化学的安定性に優れた集電極を形成することができる。


請求の範囲

[請求項1]
 光電変換部における少なくとも第1の主面側に、導電性粒子、熱硬化性樹脂、溶剤を含む導電性ペーストを用いて第1電極を形成する第1電極形成工程と、
 前記第1電極を、大気圧下において前記熱硬化性樹脂の硬化温度を超えないように加熱し、乾燥させる大気乾燥工程と、
 前記大気乾燥工程の後に、前記第1電極を、真空下において前記熱硬化性樹脂の硬化温度を超えないように加熱し、真空乾燥させる真空乾燥工程と、
 前記真空乾燥工程後に、前記第1電極の前記第1の主面側に絶縁膜を形成する絶縁膜形成工程と、
 を含む、光電変換素子の製造方法。
[請求項2]
 前記大気乾燥工程は、前記溶剤の沸点以上に加熱する、請求項1に記載の光電変換素子の製造方法。
[請求項3]
 前記真空乾燥工程は、前記溶剤の沸点以上に加熱する、請求項1又は2に記載の光電変換素子の製造方法。
[請求項4]
 前記絶縁膜形成工程後に、前記熱硬化性樹脂を熱硬化させ、前記第1電極を収縮させることにより前記絶縁膜に変形部を形成する熱硬化工程と、
 前記熱硬化工程後に、前記変形部を介して、前記第1電極を起点とする電解析出により第2電極を形成する第2電極形成工程と、
 を更に含む、請求項1乃至3のいずれか一つに記載の光電変換素子の製造方法。
[請求項5]
 前記絶縁膜形成工程において、前記光電変換部の前記第1の主面側における前記第1電極の非形成領域から前記第1電極の前記第1の主面側にまで前記絶縁膜を形成する、
 請求項1乃至4のいずれか一つに記載の光電変換素子の製造方法。
[請求項6]
 前記光電変換部は、透明電極層を含み、
 前記第2電極形成工程において、前記絶縁膜が前記透明電極層を起点とする電解析出を抑制する、
 請求項5に記載の光電変換素子の製造方法。
[請求項7]
 前記絶縁膜形成工程において、前記第1電極の前記第1の主面側における前記絶縁膜の膜厚を、前記光電変換部の前記第1の主面側における前記第1電極の非形成領域における前記絶縁膜の膜厚よりも薄く形成する、
 請求項5又は6に記載の光電変換素子の製造方法。
[請求項8]
 前記第1電極形成工程において、前記導電性粒子として銀を用い、
 前記第2電極形成工程において、前記第1電極を起点として銅を析出させる、
 請求項4乃至7のいずれか一つに記載の光電変換素子の製造方法。
[請求項9]
 前記第1電極形成工程において、前記光電変換部における前記第1の主面側とは反対側の第2の主面側にも、前記第1電極を形成する、
 請求項1乃至8のいずれか一つに記載の光電変換素子の製造方法。
[請求項10]
 前記絶縁膜形成工程において、前記第1の主面側に形成された第1電極の前記第1の主面側に前記絶縁膜を形成し、前記第2の主面側に形成された第1電極の前記第2の主面側にも前記絶縁膜を形成する、
 請求項9に記載の光電変換素子の製造方法。

図面

[ 図 1]

[ 図 2]

[ 図 3]

[ 図 4]

[ 図 5]

[ 図 6]

[ 図 7]

[ 図 8]

[ 図 9]

[ 図 10]