本發(fā)明涉及對在基板上的涂布膏并經(jīng)燒結(jié)后的部分進行焊接的超聲波焊接方法及超聲波焊接裝置。

背景技術(shù)：

以往，利用可再生能源之一的太陽電池，是以20世紀的主角的半導體技術(shù)作為基礎(chǔ)而進行其開發(fā)。其為影響人類生存的全球性水準的重要開發(fā)。該開發(fā)課題不僅是將太陽光轉(zhuǎn)換成為電能的效率，亦一邊面對削減制造成本及無公害的課題一邊進展。實現(xiàn)這些的著手進行，削減或不使用在電極所使用的銀(Ag)和鉛(pb)的使用量特別重要。

通常，太陽電池的構(gòu)造，如圖18(a)的平面圖及圖18(b)的剖面圖所示，由以下的各要素所構(gòu)成：N型/P型的硅基板43，是將太陽光能源轉(zhuǎn)換成為電能；氮化硅45，具有防止硅基板43的表面反射的機能且為絕緣體薄膜；指狀電極(finger electrode)42，取出在硅基板43中所產(chǎn)生的電子；匯流排電極(bus bar electrode)41，以指狀電極42收集所取出的電子；及引出導線47，將收集至匯流排電極41的電子取出至外部。

其中，在匯流排電極(匯流電極，bus electrode)41及指狀電極42使用銀(銀膏)及鉛(鉛玻璃)，優(yōu)選為將不使用銀或削減銀的使用量，更甚者，將鉛(鉛玻璃)的使用量削減或不使用，使其形成為低成本且無公害。

特別是，為了燒結(jié)形成上述電極(匯流排電極41、指狀電極42)，以往使用銀膏(或一部分銅膏)，該銀膏中，由于含有銀成分(粉末)、玻璃成分(鉛玻璃)、有機材料成分、有機溶劑成分、樹脂成分，故期望將其中前兩者的銀成分(粉末)以及玻璃成分(鉛玻璃)不使用，而改由替代物替換(例如替換為NTA玻璃(于后述說明))，再于此經(jīng)網(wǎng)版印刷并燒結(jié)而形成的電極(沒有Ag、Cu、Pb)焊接引出導線等。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

[發(fā)明所欲解決的課題]

為了燒結(jié)而形成構(gòu)成上述例如太陽電池的電極(匯流排電極41及指狀電極42等)，不使用以往的銀膏中的銀成分(粉末)以及玻璃成分(鉛玻璃)，改由替代物(例如NTA玻璃)置換，其中，由不使用或削減銀、鉛的NTA膏(日本特愿第2015-191857號)經(jīng)燒結(jié)而形成的電極部分中，由于沒有Ag等(或僅有些微Ag)，發(fā)生不能進行以往的焊接法的情形。

期望有解決此情形，而在沒有或僅有些微Ag等的部分(電極等)進行焊接。

[解決課題的手段]

本發(fā)明人們，發(fā)現(xiàn)可在由膏中使用100％后述的NTA玻璃(釩酸鹽玻璃)，并且在由不含有或僅混入些微的Ag及玻璃(鉛玻璃)的膏(以下稱為膏)經(jīng)燒結(jié)而作成的匯流電極等上進行焊接的方法。也發(fā)現(xiàn)通過該方法進行焊接的太陽電池相較于使用以往的銀膏的情形，可作成具有較優(yōu)異特性的太陽電池(于后述說明)。于該NTA膏經(jīng)燒結(jié)的部分(電極等)焊接的手法不限定于上述的太陽電池的匯流電極等，是在網(wǎng)版印刷等中作成電極等時也可使用的焊接手法。

本發(fā)明根據(jù)這些發(fā)現(xiàn)，可以在由不使用或僅混入些微銀、且鉛(鉛玻璃)的使用量削減或不使用的膏(例如NTA膏)經(jīng)燒結(jié)而作成的例如太陽電池的匯流電極(匯流排電極)上進行后述的超聲波焊接，以于表面上焊接焊料(也就是鍍覆焊料)、以及引出導線等，使得如以往的安裝成為可能，此結(jié)果，能夠?qū)τ诒缓附硬糠种胁缓蠥g及鉛或混入量經(jīng)削減的電極進行焊接。

因此，本發(fā)明為一種焊接方法，是對在基板上的任意部分涂布膏且經(jīng)燒結(jié)后的部分進行焊接的焊接方法，且具有下述步驟：預備加熱步驟，是對在任意部分涂布有不含有Ag、Cu、Pb的膏并經(jīng)燒結(jié)后的基板或該基板上的膏部分，預備加熱至低于焊料的熔融溫度的第一指定溫度；以及超聲波焊接步驟，是在前述預備加熱步驟中已預備加熱至第一指定溫度的前述基板的膏部分，通過將抵接的烙鐵尖端部分調(diào)整至第二指定溫度的狀態(tài)，使前述烙鐵尖端部分抵接于前述膏部分，或者在抵接于前述膏部分的同時進行移動，而對前述膏部分進行焊接；該第二指定溫度是在施加超聲波的狀態(tài)下所供給的焊料產(chǎn)生熔融，并且低于未施加超聲波時焊料會熔融焊料的溫度。

此時，將第一指定溫度設(shè)為室溫以上至第二指定溫度范圍內(nèi)的溫度。

又，將前述第二指定溫度設(shè)為較未施加超聲波時焊料會熔融的溫度低10至40℃范圍內(nèi)的溫度。

又，作為不含有Ag、Cu、Pb的膏，設(shè)為不含有Ag、Cu、Pb且釩酸鹽玻璃為100wt％，或，不含有Cu、Pb且含有Ag為0以上至50wt％而剩余為釩酸鹽玻璃的NTA膏。

又，焊料至少含有Sn、Zn、Cl。

又，在超聲波焊接步驟中進行焊接之際，為了使膏中的有機溶劑不殘留，事先對該膏部分進行干燥或加熱干燥。

又，以涂布于基板上的膏部分盡可能地成為平滑的方式進行燒結(jié)。

又，超聲波設(shè)為20KHz至150KHz的頻率。

[發(fā)明效果]

本發(fā)明如上述，通過使用不含有Ag、Cu、Pb的例如導電性的NTA玻璃100％的NTA膏，甚至NTA玻璃設(shè)至50％左右(也可更減少含量)的NTA膏以取代以往的銀(或Cu)膏來燒制電極，并于該電極進行超聲波焊接，發(fā)現(xiàn)即使不使用在以往的銀膏中的銀或削減其使用量，且削減鉛(鉛玻璃)的利用量或不使用，也可對膏燒結(jié)部分進行焊接而安裝引出導線等。借此，具有下述特征。

第1是為了形成例如太陽電池的匯流排電極(匯流電極)，使用屬于導電性釩酸鹽玻璃的NTA玻璃(參照日本注冊商標第5009023號，日本專利第5333976號)100％，進一步為至50％左右，以取代銀膏，即使不使用Ag或削減其使用量，更甚至削減鉛(鉛玻璃)的使用量或不使用，也可通過本發(fā)明的超聲波焊接對膏燒結(jié)部分進行焊接。

第2通過將例如匯流排電極(匯流電極)使用NTA玻璃100％至50％左右(也可更減少含量)，由目前初期階段的實驗結(jié)果可得到與太陽能轉(zhuǎn)換為電子能量的效率幾乎相同或略高的發(fā)揮作為匯流排電極效果的電極形成(參照圖17)。考察這是由于NTA玻璃形成如下者所達成：(1)具有導電性；(2)通過使用NTA玻璃使指狀電極形成與該匯流排電極(匯流電極)的上面為相同高度的部分、或穿出而于上面突出的部分，并以導線的本發(fā)明的超聲波焊接來接合這些部分，結(jié)果，高電子濃度領(lǐng)域與導線直接以指狀電極連接；以及，其他因素(參照例如下述“第3”)。

第3與以往的不同，其在于使用的膏含有與指狀電極的形成與匯流排電極的形成為不同的玻璃料。以往，在指狀電極的形成中，必須產(chǎn)生稱為燒穿(fire through)的現(xiàn)象。此是通過使用作為銀的燒結(jié)助劑的玻璃料中的成分分子，例如鉛玻璃中的鉛分子的作用，以使其突破經(jīng)形成在硅基板的表層的氮化硅膜而形成指狀電極的方式，有效率地收集生成在硅基板的電子。然而，在匯流排電極的形成時，并不需要燒穿現(xiàn)象。以往，由于匯流排電極也使用含有鉛成分的鉛玻璃作為燒結(jié)助劑而進行燒結(jié)，因此結(jié)構(gòu)不同的匯流排電極與硅基板會形成電性導通路而發(fā)生轉(zhuǎn)換效率削減的情形。通過于匯流排電極形成所使用的燒結(jié)助劑使用不會發(fā)生燒穿現(xiàn)象的NTA玻璃，可消除轉(zhuǎn)換效率的削減。而且，在以NTA膏燒結(jié)而成的匯流排電極的部分，可以本發(fā)明的超聲波焊接焊接引出導線而取出電荷。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的一實施例構(gòu)成圖。

圖2為本發(fā)明的一實施例構(gòu)成圖(其2)。

圖3為本發(fā)明的說明圖(焊料材料等)。

圖4為本發(fā)明的動作說明流程圖。

圖5為本發(fā)明的動作說明流程圖(接續(xù))。

圖6為本發(fā)明的超聲波焊接裝置的特性例。

圖7為本發(fā)明的超聲波焊接例(NTA100％)。

圖8為本發(fā)明的超聲波焊接例(NTA50％)。

圖9為本發(fā)明的一實施例構(gòu)造圖(步驟的完成圖：剖面圖)。

圖10為本發(fā)明的動作說明流程圖。

圖11為本發(fā)明的詳細步驟說明圖(其1)。

圖12為本發(fā)明的詳細步驟說明圖(其2)。

圖13為本發(fā)明的詳細說明圖(匯流排電極的燒制)。

圖14為本發(fā)明的說明圖(匯流排電極)(其1)。

圖15為本發(fā)明的說明圖(匯流排電極)(其2)。

圖16為本發(fā)明的說明圖(超聲波焊接)。

圖17為本發(fā)明的測定例(效率)。

圖18為現(xiàn)有技術(shù)的說明圖。

主要組件符號說明

1、11、43 硅基板

2、16、46 背面電極

3 氮化膜

4、42 指狀電極

5 匯流排電極

6 焊料

7 條帶

12 高電子濃度區(qū)域(擴散摻雜)

13 絕緣膜(氮化硅膜)

14 電子取出口(指狀電極)

15、41 匯流排電極

17 導線

21 預備加熱臺

22 超聲波烙鐵

23 超聲波發(fā)送機及加熱器

24 烙鐵尖端部分

44 N/P擴散層

45 氮化硅

47 引出導線電極

71 銅

72 預焊料。

具體實施方式

[實施例1]

圖1表示本發(fā)明的一實施例構(gòu)成圖。圖1是太陽電池的電極的超聲波焊接之例，下述將以在匯流排電極5上超聲波焊接作為引出導線的條帶7的例進行詳細地說明。此處，超聲波焊接包含對電極鍍覆焊料(引出導線等)，及對電極焊接導線等，下述亦相同。

圖1(a)示意性表示經(jīng)超聲波焊接后的主要部分的正視圖，圖1(b)示意性表示點線圓形狀部分經(jīng)放大的側(cè)面圖。

在圖1(a)及(b)中，太陽電池具有由：設(shè)置在硅基板1背面的背面電極2，接著設(shè)置在硅基板1正面的氮化膜3、匯流排電極5、以貫穿氮化膜3的形式取出產(chǎn)生在硅基板1的PN層的電子的指狀電極4、在指狀電極4的上面以焊料6經(jīng)本發(fā)明的超聲波焊接的條帶7(引出導線)所構(gòu)成的結(jié)構(gòu)。此處，示意性表示在作為電極的匯流排電極5的上面以焊料6將條狀7超聲波焊接時的樣子。

關(guān)于匯流排電極5，由于由本發(fā)明人們所發(fā)現(xiàn)的不含有Ag、Cu、Pb且釩酸鹽玻璃設(shè)為100wt％的NTA膏(日本特愿第2015-202461號)經(jīng)燒結(jié)而形成的該匯流排電極5中，完全不含有Ag、Cu、Pb，又或者，由不含有Cu、Pb且Ag含有0以上至50wt％而剩余為釩酸鹽玻璃所構(gòu)成的NTA膏燒結(jié)而形成的該匯流排電極中，Ag為50％以下，因此屬于使用以往普通的焊接法時無法焊接或極為困難進行的電極。特別是在完全不含有Ag、Cu、Pb的匯流排電極5的情形，完全無法進行以往的焊接，而在Ag含有50％以下的情形，只有含Ag的部分可焊接，其他部分則無法焊接且機械強度極弱，有剝離的情形。在本發(fā)明的超聲波焊接中，發(fā)現(xiàn)可對NTA膏經(jīng)燒結(jié)的部分，即，對不含有Ag、Cu、Pb等的部分、或者含有及不含有的部分全部進行超聲波焊接(超聲波鍍覆焊料)，如同實驗的結(jié)果(參照圖7、圖8的照片)。

在圖2中，焊料6是在匯流排電極5的上面進行超聲波焊接的焊料，且為至少含有Sn、Zn、Cl的焊料，以本發(fā)明的超聲波烙鐵尖端部分24熔融進行焊接者。

條帶7是從匯流排電極5將電荷取出至外部的引出導線，此處，在銅的條帶的上面及下面事先附加預焊料72，使銅71的條帶7通過焊料6而容易超聲波焊接在匯流排電極5。

預備加熱臺21載置太陽電池整體且預備加熱至第一指定溫度(室溫以上、超聲波焊接時焊料會熔融的溫度以下的范圍內(nèi)的溫度)。通過以預備加熱臺21進行預備加熱，在匯流排電極5的焊接部分，自未附圖的超聲波焊接裝置的超聲波烙鐵尖端部分24所供給的熱量只需少量即可，可以小容量的超聲波焊接裝置進行超聲波焊接，并且超聲波烙鐵尖端部分24的溫度控制成為容易且可順利進行超聲波焊接順利。

接著，根據(jù)圖1的構(gòu)成，使用圖2詳細地說明進行超聲波焊接時的構(gòu)成。

圖2表示本發(fā)明的一實施例構(gòu)成圖(其2)。

圖2(a)示意性表示對應于圖1(b)的太陽電池的主要部份的側(cè)面圖，圖2(b)與(c)示意性表示以超聲波烙鐵22將匯流排電極5超聲波焊接時的正視圖。圖2(b)表示將焊料6焊接于匯流排電極5的情形者，即，在匯流排電極5上鍍覆焊料情形的構(gòu)成，圖2(c)表示將焊料6與經(jīng)預焊料的條帶7焊接于匯流排電極5的情形者，即，在匯流排電極5上焊接條帶7情形的構(gòu)成。

由于圖2(a)與圖1(b)相同而省略說明。

在圖2(b)及(c)中，超聲波烙鐵22表示本發(fā)明的超聲波焊接裝置的1例，其如圖所示，由烙鐵尖端部分24、將烙鐵尖端部分24加熱及供給超聲波的超聲波發(fā)送機以及加熱器23所構(gòu)成者(參照圖6)。通常使用20KHz至150KHz范圍內(nèi)的頻率，而在實驗中則使用60KHz者。加熱容量取決于預備加熱臺21的溫度，但在實驗中使用10W左右者(附有自動溫度調(diào)整)(使用對應依據(jù)超聲波焊接部分(匯流排電極5部分)的尺寸所得的熱容量的容量者)。

烙鐵尖端部分24用于使焊料6熔融并且加熱匯流排電極5的超聲波焊接部分的溫度而進行超聲波焊接。烙鐵尖端部分24在實驗中如圖所示，使用圓柱的尖端頭部切成45度左右的斜面者，但不限于此形狀，為了提高量產(chǎn)制作等，也可使用橢圓形狀或任意形狀、進一步使用旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)體或滑動的滑動臺等，只要可將超聲波及熱傳導至要進行超聲波焊接的部分則任何形狀皆可。

如圖2(b)的構(gòu)成，可通過將供給至超聲波烙鐵22的烙鐵尖端部分24的焊料6超聲波焊接在匯流排電極5上，而在匯流排電極5上進行鍍覆焊料。

如圖2(c)的構(gòu)成，可通過將供給至超聲波烙鐵22的烙鐵尖端部分24的焊料6與經(jīng)預焊料的條帶7超聲波焊接在匯流排電極5上，而在匯流排電極5上焊接條帶7(引出導線)。又，也可事先如圖2(b)所示進行預焊料，并在其上超聲波焊接條帶7。

圖3表示本發(fā)明的說明圖。圖3表示焊料材料等。圖3表示將圖1、圖2所述的太陽電池的匯流排電極5本身的材料、條帶7等予以焊接的焊料6的材料等的1例。

如上所述，本發(fā)明中由于匯流排電極5由NTA玻璃的膏(NTA膏)經(jīng)燒制所形成，在以往的焊料的情況下并無法或極為難以進行焊接，然而，以本發(fā)明的超聲波焊接，在預備加熱狀態(tài)下使用焊料6進行焊接，借此以超聲波焊接極良好地在匯流排電極5上焊接鍍覆焊料及條帶7(引出導線)，業(yè)經(jīng)實驗可確認到。

接著，按照圖4及圖5的流程圖的順序，根據(jù)圖1至圖3的構(gòu)成，詳細地說明太陽電池的電極部(例如匯流排電極5)的超聲波焊接的步驟。

圖4表示本發(fā)明的動作說明流程圖。

在圖4中，S1為形成NTA匯流排電極。此為圖1至圖3的匯流排電極5，將NTA玻璃100wt％(至50wt％)的NTA膏進行網(wǎng)版印刷且燒結(jié)，形成由NTA所構(gòu)成的匯流排電極5。而且，匯流排電極5如右側(cè)所記載。

1.以使膏中的不殘留有機溶劑的方式進行處理(溶劑揮散)。

2.以使NTA玻璃電極表面成為平滑的方式進行燒結(jié)。

又，所謂1.的以使膏中的不殘留有機溶劑的方式進行處理(溶劑揮散)，指為了使NTA膏中的不殘留有機溶劑，而進行干燥處理、或加熱干燥處理，使膏中的溶劑充分地蒸發(fā)(揮散)消除。殘留溶劑時，會發(fā)生超聲波焊接無法順利進行的現(xiàn)象。

所謂其2.的以使NTA玻璃電極成為平滑的方式進行燒結(jié)，指要注意在對成為圖1、圖2的匯流排電極5的部分網(wǎng)版印刷NTA膏并燒結(jié)的時，以盡可能成為平滑的方式進行網(wǎng)版印刷，并且在燒制時及燒結(jié)后以盡可能成為平滑的方式進行燒結(jié)。反過來說，要注意避免形成細小的凹凸，以盡可能成為平滑的方式燒結(jié)。若為不平滑時，會發(fā)生超聲波焊接無法順利進行的現(xiàn)象。

S2是將基板載置于加熱臺上，加溫至當供給超聲波時焊料會熔化的溫度以下的溫度。此預備加熱溫度，在超聲波烙鐵尖端部分24抵接于焊料6且供給超聲波并同時加熱時，由于焊料6在略低于未供給超聲波時的溫度便會熔融，因此將烙鐵尖端部分24的溫度設(shè)定(調(diào)整)至較該焊料6在供給超聲波時會熔融的溫度(稱為第二指定溫度)更低的溫度(第一指定溫度(為室溫以上，供給超聲波時焊料的熔融溫度以下))。此外，第二指定溫度位于邊供給超聲波邊加熱焊料6時焊料6會熔融的溫度范圍內(nèi)，較未供給超聲波的情形的焊料6的熔融溫度低的溫度，通常低10至40℃范圍內(nèi)的溫度(由于取決于焊料的種類而通過實驗求得)。

S3是將烙鐵尖端部分24，溫度提高至對焊料供給超聲波時會熔融的溫度的范圍內(nèi)。

S4是對烙鐵尖端部分24供給超聲波20至150KHz。這些S3、S4是在對烙鐵尖端部分24供給超聲波20至150KHz的同時，提高其溫度，設(shè)定(調(diào)整)至焊料6會熔融的溫度(第二指定溫度)。

通過上述的S1至S4，完成在NTA膏經(jīng)燒結(jié)而形成的匯流排電極5上進行超聲波焊接的準備，即，完成將烙鐵尖端部分24抵接于焊料6并使焊料6熔融而于匯流排5進行超聲波焊接的準備。

在圖5中，圖5接續(xù)S4，在匯流排電極的上面焊接焊料(鍍覆焊料)。此為將通過S1至S4完成超聲波焊接準備的烙鐵尖端部分24，如上述的圖2(b)所示，在與匯流排電極5的上面供給焊料6的同時，抵接該烙鐵尖端部分24，使焊料6熔融而在匯流排電極5上進行超聲波焊接。通過此超聲波焊接，如圖7(b)及圖8(b)所示，使焊料6焊接在匯流排電極5上。

通過上述，可在匯流排電極5的上面將焊料6超聲波焊接(鍍覆焊料)。

S6是以附加條帶1的方式與S3及S4同樣地進行。此與圖4的S3及S4同樣進行，為了將經(jīng)預焊料72的條帶7超聲波焊接于匯流排電極5，將烙鐵尖端部分24設(shè)定(調(diào)整)為第二指定溫度并且供給超聲波，形成為可超聲波焊接條帶7的狀態(tài)。若熔融的焊料為與鍍覆焊料匯流排電極5時為相同的焊料，則第二指定溫度及超聲波與S3、S4時相同，若為不同者則供給(施加)適合(依照焊料6、預焊料72等的種類經(jīng)由實驗所求取)于其的第二指定溫度及超聲波。

S7是以附加條帶2的方式，將超聲波烙鐵尖端部分抵接于條帶并進行焊接。此為將超聲波烙鐵尖端部分24抵接于條帶7，使被預焊料72于該條帶7的焊料、或被鍍覆焊料于匯流排電極5的焊料、或從外部供給的焊料熔融而超聲波焊接于匯流排電極5。

S8是完成。意指完成在匯流排電極5上面的銅的條帶7的超聲波焊接。

通過上述，可在構(gòu)成太陽電池的NTA膏經(jīng)網(wǎng)版印刷并燒制后的匯流排電極5上，利用超聲波焊接進行鍍覆焊料，并進一步焊接條帶7。

圖6表示本發(fā)明的超聲波焊接裝置的特性例。此表示在圖1至圖5所述的試作實驗中使用的超聲波焊接裝置的特性的1例。

在圖6中，作為超聲波焊接裝置的特性，是在試作實驗中使用附圖的下述者。在量產(chǎn)時由于考量到量產(chǎn)性，所以只要能在所述的圖1至圖5中所述的由NTA膏經(jīng)燒制而作成的匯流排電極5等的上面良好地進行超聲波焊接，則可采用任何特性者。

此外，烙鐵尖端部分24的溫度由未附圖的溫度計進行計測(例如將熱電偶埋入烙鐵尖端部分24進行實測。而且，根據(jù)此實測值自動調(diào)整至第二指定溫度)。

圖7表示本發(fā)明的超聲波焊接例(NTA100％)。附圖的照片表示有關(guān)在圖4及圖5所說明的NTA膏(NTA100％)經(jīng)網(wǎng)版印刷并燒結(jié)而形成的匯流排電極5(NTA100％)，在超聲波焊接前及后的照片。

圖7(a)表示超聲波焊接前(NTA100％)的照片例。在圖7(a)的照片上，橫向的棒狀者為指狀電極4(Ag100％，參照圖1、圖2)，如包覆在指狀電極4上的縱向的帶狀者為經(jīng)本次的試作實驗的NTA膏(100％)經(jīng)燒制而形成的匯流排電極(NTA100％)5。對于此匯流排電極(NTA100％)5的部分，在本發(fā)明中抵接烙鐵尖端部分24而進行焊接，或附加條帶，進行試作實驗。

圖7(b)表示在圖7(a)的匯流排電極(NTA100％)5上，按照所述的圖4、圖5的步驟僅超聲波焊接焊料6的照片例。實際上，將作為使電荷取出至外部的引出導線使用的條帶7予以超聲波焊接，但由于焊接有條帶7時并無法看見其以下的狀態(tài)，故此處表示實驗性地僅將焊料6予以超聲波焊接后者。如圖所示，匯流排電極(NTA100％)5的部分，可明確見到淺白色的焊料被焊接在匯流排電極(NTA100％)5上的樣子。

如上述，通過在匯流排電極(NTA100％)上按照本發(fā)明圖4、圖5的步驟進行超聲波焊接，可確認到在以往無法進行焊接的NTA100％的匯流排電極5上能夠焊接焊料6的情形(本發(fā)明人們發(fā)現(xiàn)此事實)。

接著，與圖7的NTA100％同樣地，關(guān)于NTA50％的匯流排電極5的照片例表示在圖8。

圖8表示本發(fā)明的超聲波焊接例(NTA50％)。附圖的照片表示有關(guān)在圖4及圖5所說明的NTA膏(NTA50％)經(jīng)網(wǎng)版印刷并燒結(jié)而形成的匯流排電極(NTA50％)5，在超聲波焊接前及后的照片。

圖8(a)表示超聲波焊接前(NTA50％)的照片例。在圖8(a)照片上端部分的橫向棒狀者為指狀電極4(Ag100％，參照圖1、圖2)，如包覆在指狀電極4上的縱向帶狀者為經(jīng)本次的試作實驗的NTA膏(50％)經(jīng)燒制而形成的匯流排電極(NTA50％)5。對于此匯流排電極(NTA50％)5的部分，在本發(fā)明中抵接烙鐵尖端部分24而進行焊接，或附加條帶，進行試作實驗。

圖8(b)表示在圖8(a)的匯流排電極(NTA50％)5上，按照已述的圖4、圖5的步驟僅超聲波焊接焊料6的照片例。實際上，將作為使電荷取出至外部的引出導線使用的條帶7進行超聲波焊接，由于焊接有條帶7時并無法看見其以下的狀態(tài)，故此處表示實驗性地僅將焊料6超聲波焊接者。如圖所示，匯流排電極(NTA50％)5的部分，可明確見到淺白色的焊料被焊接在匯流排電極(NTA50％)5上的樣子。

如上所述，通過在匯流排電極(NTA50％)上按照本發(fā)明圖4、圖5的步驟進行超聲波焊接，可確認到在以往無法或極為難以進行焊接、或容易剝離的NTA50％的匯流排電極5上能夠焊接焊料6的情形(由本發(fā)明人們發(fā)現(xiàn))。

下述，將上述的經(jīng)本發(fā)明的超聲波焊接的太陽電池的匯流排電極5等作成時的實施例(實驗例)進行詳細地說明(以下的實施例與日本特愿第2015-180720號(申請日：平成27年9月14日)的發(fā)明者、申請人為相同的申請案的實施例)。

圖9表示本發(fā)明的一實施例構(gòu)造圖(步驟的完成圖:剖面圖)。

于圖9中，硅基板11為公知的半導體硅基板。

高電子濃度區(qū)域(擴散摻雜層)12通過擴散摻雜等于硅基板11上形成有所期望的p型/n型層的公知的區(qū)域(層)，在圖中從上方向入射太陽光時，會在硅基板11產(chǎn)生電子(發(fā)電)且積蓄該電子的區(qū)域。在此，所積蓄的電子通過電子取出口(指狀電極(銀))14朝上方向被取出(參照發(fā)明的效果)。

絕緣膜(氮化硅膜)13是使太陽光通過(穿透)且使匯流排電極15與高電子濃度區(qū)域14電性絶緣的公知的膜。

電子取出口(指狀電極(銀))14是經(jīng)由形成在絕緣膜13的孔穴而將積蓄在高電子濃度區(qū)域12中的電子取出的口(指狀電極)。指狀電極14在本發(fā)明中如圖所示，當以NTA玻璃100％(至71％左右)燒制匯流排電極15時，指狀電極14是形成(燒制)與匯流排電極15的上面為相同高度的部分、或穿出而于上面突出的部分，而可經(jīng)由該指狀電極14使高電子濃度區(qū)域12中的電子直接流入至導線17(直接取出電子)。即，可用高電子濃度區(qū)域12、指狀電極14、匯流排電極15、導線17的路徑1(傳統(tǒng)的路徑1)，與高電子濃度區(qū)域12、指狀電極14、導線17的路徑2(本發(fā)明所追加的路徑2)這2條路徑將高電子濃度區(qū)域12中的電子(電流)經(jīng)由導線17取出至外部，就結(jié)果而言，可使高電子濃度區(qū)域12與導線17之間的電阻值為非常小，減低損失，就結(jié)果而言可提升太陽電池的效率。

匯流排電極(電極1(NTA玻璃100％))15是電性連接多個電子取出口(指狀電極)14的電極，為不使用到Ag或削減Ag的使用量的對象的電極(參照發(fā)明的效果)。

背面電極(電極2(鋁))16是形成在硅基板11下面的公知的電極。

導線(焊接形成)17，是電性連接多個匯流排電極15的將電子(電流I)取出至外部的導線；或更進一步將該導線超聲波焊接接合在本發(fā)明中的指狀電極14與匯流排電極15的上面為相同高度的部分或穿出匯流排電極15的上面的部分，而將電子(電流)取出至外部的導線。

基于以上圖1的構(gòu)造，從上往下方向照射太陽光時，太陽光通過無導線17和無電子取出口14的部分及絕緣膜13，入射至硅基板11而產(chǎn)生電子。然后，積蓄于高電子濃度區(qū)域12的電子，經(jīng)由電子取出口(指狀電極)14、匯流排電極15、導線17的路徑1，以及電子取出口(指狀電極)14、導線17的路徑2這兩個路徑被取出至外部。此時，如后述的圖13至圖17，在焊膏中混入100％至71％(也可更少，參照圖17)的NTA玻璃(導電性玻璃)作為玻璃料(frit)且進行燒制而形成匯流排電極15，能夠不使用Ag或減低Ag的使用量。以下將依序詳細地說明。

圖10表示本發(fā)明的動作說明流程圖，圖11及圖12表示各步驟的詳細構(gòu)造。

在圖10中，S1是準備硅基板。

S2是進行清洗。這些S1、S2如圖11(a)所示，將在S1所準備的硅基板11的面(形成高電子濃度區(qū)域12的面)良好地清洗。

S3是進行擴散摻雜。如圖11(b)所示，在圖11(a)所清洗過的硅基板11上進行公知的擴散摻雜，形成高電子濃度區(qū)域12。

S4是形成抗反射膜(氮化硅膜)。如圖11(c)所示，在形成圖11(b)的高電子濃度區(qū)域12后，通過公知的手法形成例如氮化硅膜作為抗反射膜(使太陽光通過，而且盡可能減少表面反射的膜)。

S5是網(wǎng)版印刷指狀電極。如圖11(d)所示，在形成圖11(c)的氮化硅膜13后，網(wǎng)版印刷形成的指狀電極14的圖案。印刷材料是例如使用在銀混入鉛玻璃作為玻璃料者。

S6是對指狀電極進行燒制且使其燒穿。對圖11(d)的進行網(wǎng)版印刷后的指狀電極14的圖案(混入銀與鉛玻璃的玻璃料而成者)進行燒制，如圖11(e)所示，使氮化硅膜13燒穿而形成于其中形成有銀(導電性)的指狀電極14。

S7是網(wǎng)版印刷匯流排電極(電極1)。如圖12(f)所示，在形成圖11(e)的指狀電極14后，網(wǎng)版印刷形成匯流排電極15的圖案。印刷材料例如使用NTA氣體(100％)者作為玻璃料。

S8是燒制匯流排電極。對在圖12(f)的進行網(wǎng)版印刷后的匯流排電極15的圖案(NTA玻璃(100％)的玻璃料)進行燒制(燒制時間即便較長亦為1分鐘以內(nèi)，燒制1至3秒以上)，如圖12(g)所示，匯流排電極15形成于最上層，且為本發(fā)明的特征，指狀電極14是形成與形成于其最上層的匯流排電極15的上面為相同高度的部分、或穿出匯流排電極15的上面的部分。

此外，進行S5及S7的印刷，也可將兩者同時燒制。

S9是形成背面電極(電極2)。如圖12(h)所示，于硅基板11的下側(cè)(背面)形成例如鋁電極。

S10是焊料形成導線。如圖12(i)所示，以焊接形成電性連接圖12(g)的匯流排電極的導線，例如以超聲波焊接而形成并電性連接，則可以高電子濃度區(qū)域12、指狀電極14、匯流排電極16、導線17的路徑1(傳統(tǒng)的路徑1)，與高電子濃度區(qū)域12、指狀電極14、導線17的路徑2(本發(fā)明所追加的路徑2)這兩種路徑，將高電子濃度領(lǐng)域12中的電子(電流)經(jīng)由導線17取出至外部，可以使高電子濃度區(qū)域12與導線17之間的電阻值為非常小而減少損失，進而提升太陽電池的效率。即，本發(fā)明所追加的路徑2是指狀電極14的一端位于高電子濃度區(qū)域12之中，且具有另一端與NTA玻璃100％的匯流排電極15的上面為相同高度的部分或穿出匯流排電極15的上面的部分，并于該部分直接接合(以超聲波焊接直接接合)導線，因此形成高電子濃度區(qū)域12、指狀電極14、導線17的路徑2。又，路徑1為傳統(tǒng)的路徑。

通過以上的步驟，能夠于硅基板制作太陽電池。

圖13表示本發(fā)明的詳細說明圖(匯流排電極的燒制)。

圖13(a)示意性表示以銀100％、NTA0％(重量比)燒制匯流排電極的例，圖13(b)示意性表示以銀50％、NTA50％(重量比)燒制匯流排電極的例，圖13(c)示意性表示以NTA100％(重量比)燒制匯流排電極的例。燒制時間即便較長亦為1分鐘以內(nèi)，且設(shè)為1至3秒以上。

如圖13(a)、圖13(b)及圖13(c)的附圖，以成為大致相同構(gòu)造的方式所形成的太陽電池的試作實驗，可得到如下述的實驗結(jié)果。

太陽電池的轉(zhuǎn)換效率

圖13(a)的Ag 100％、 NTA 0％ 平均約17.0％

圖13(b)的Ag 50％、 NTA 50％ 平均約17.0％

圖13(c)的Ag 0％、 NTA 100％ 平均約17.2％

試作實驗結(jié)果，就印刷匯流排電極的圖案的材料而言，在圖13(a)及圖13(b)制成太陽電池時的轉(zhuǎn)換效率為平均約17.0％，得到大致相同的結(jié)果，再者，在圖13(c)得到轉(zhuǎn)換效率為平均約17.2％。由初期實驗結(jié)果得知，圖13(a)至(c)均于大致相同的轉(zhuǎn)換效率的范圍內(nèi)，或者圖13(c)的NTA 100％為稍高的轉(zhuǎn)換效率。此外，NTA玻璃由釩、鋇、鐵所構(gòu)成，特別是鐵在內(nèi)部強力地鍵結(jié)且殘留于該內(nèi)部，具有即便與其他材料混合其結(jié)合性亦極小的性質(zhì)(參照日本專利第5333976號等)，更且推測是由所述的本發(fā)明的高電子濃度區(qū)域與導線之間的路徑(路徑1與路徑2并列)的改善所致。

圖14及圖15表示本發(fā)明的說明圖(匯流排電極)。

圖14(a)及圖14(b)為NTA 50％、Ag50％者，其中，圖14(a)表示全體平面圖，圖14(b)表示放大圖。圖15(c)為NTA 100％、Ag 0％者，而圖15(c)表示放大圖。

于圖14(a)及圖14(b)中，匯流排電極15如圖14(a)的全體平面圖所示，為長條狀的電極，將此以光學顯微鏡放大時，可觀察到如圖14(b)所示的構(gòu)造。

于圖14(b)中，匯流排電極15在使用傳統(tǒng)的Ag及鉛玻璃的玻璃料進行燒制時，Ag均勻地分散，但在使用本發(fā)明的Ag及NTA玻璃的玻璃料進行燒制(即便較長亦為1分鐘以內(nèi)、1至3秒以上的燒制)時，如該圖14(b)所示，清楚明白Ag聚集形成在匯流排電極15的中央部分。因此，如在發(fā)明的效果一段所說明，于Ag混入NTA玻璃并進行短時間燒制(即便較長亦為1分鐘、1至3秒以上的燒制)時，Ag會聚集在中央部分而使導電性提升(相較于傳統(tǒng)Ag均勻地分散的情況，導電性會提升)，且因NTA玻璃本身也具有導電性等總合性作用，即便減少Ag的比例而增加NTA玻璃，制造作為太陽電池時的轉(zhuǎn)換效率如前述，為約16.9％，在實驗中可得到大致相同的結(jié)果。

而且，燒制溫度為500℃至900℃，但需視實驗而決定在制成作為太陽電池時最適的溫度。過低或過高均無法得到如圖14(b)的構(gòu)造，需依實驗而決定。

于圖15(c)中，匯流排電極15是附圖的中央部分的橫向?qū)挾容^寬的條狀的電極，表示本發(fā)明的NTA 100％的放大照片的1例。

能清楚明白，此圖15(c)的匯流排電極15是具有于縱向的寬度較窄的指狀電極14穿出該匯流排電極15而于上側(cè)稍微突出的部分，且該突出的部分的周圍較原本的指狀電極14的寬度更粗。然后，在圖示的匯流排電極15上，以與該匯流排電極15的寬度相同、寬度稍小、或稍大的寬度，以如后述圖16所詳細說明的方式進行超聲波焊接，借此可以前述的路徑1(光電子濃度區(qū)域12、指狀電極14、匯流排電極15、導線17的路徑1)及路徑2(光電子濃度區(qū)域12、指狀電極14、導線17的路徑2)的兩種路徑導電連接高濃度電子區(qū)域與該導線，減少電子(電流)的損失而有效率地取出至外部，得到與圖14(a)、(b)大致相同的轉(zhuǎn)換效率，或稍高的轉(zhuǎn)換效率(約17.2％)。

而且，燒制溫度為與圖14(a)、(b)大致相同的500℃至900℃，但需依實驗而決定制成作為太陽電池時最適的溫度。過低或過高均無法得到如圖15(c)的構(gòu)造，需依實驗而決定。

圖16表示本發(fā)明的說明圖(超聲波焊接)。這是前述圖15(c)的NTA 100％的情況者(而且，同樣可適用于圖14(a)、(b))。

圖16(a)表示指狀電極14經(jīng)燒制后的狀態(tài)。

圖16(b)表示傳統(tǒng)例，是在圖16(a)的匯流排電極15上，焊接以虛線表示的在此圖為稍大(也可為相同或較小)的導線17。在此傳統(tǒng)例中，是進行一般的焊接，故指狀電極14所突出的部分(Ag)與導線17焊接接合，但指狀電極14的未突出的部分(NTA100％的部分)與導線17并未充分地焊接接合，機械強度并不充分。另一方面，在后述的圖16(c)的超聲波焊接時焊接接合，機械強度會大幅提升。

圖16(c)表示本發(fā)明的例，是在圖16(a)的匯流排電極15(圖15(c)的匯流排電極15)上超聲波焊接以虛線表示的稍大的導線17。此本發(fā)明的例中，進行超聲波焊接，故指狀電極14突出的部分(Ag)與導線17焊接接合，而且，無指狀電極14的部分(NTA100％的部分)與導線17亦焊接接合，故機械強度大幅提升，同時提升了前述的路徑2(高電子濃度區(qū)域12、指狀電極14、匯流排電極15、導線17的路徑2)的導電性。

圖17表示本發(fā)明的測定例(效率)。本圖17針對前述的匯流排電極15使NTA由100％變化至70％時的良好的測定例，圖17的橫軸表示樣本的編號，縱軸表示效率(％)。樣本設(shè)為：

以這些制成太陽電池，各測定結(jié)果(效率)如附圖所示。此外，由于是初期實驗，故如圖所示，測定結(jié)果中呈現(xiàn)相當?shù)碾x散，但均落在16.9至17.5的范圍內(nèi)，且即便在以NTA 100％制成匯流排電極15(即，不含Ag而制成)來制造太陽電池時，仍可得到與NTA 70％(或進一步為80％、90％)相比為相同程度或稍高的效率，而能清楚明白也可使用NTA 100％(發(fā)明人們發(fā)現(xiàn)此事實)。