JP2002222973A - Photoelectric converter and its manufacturing method - Google Patents

Photoelectric converter and its manufacturing method

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JP2002222973A
JP2002222973A JP2001019965A JP2001019965A JP2002222973A JP 2002222973 A JP2002222973 A JP 2002222973A JP 2001019965 A JP2001019965 A JP 2001019965A JP 2001019965 A JP2001019965 A JP 2001019965A JP 2002222973 A JP2002222973 A JP 2002222973A
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diffusion
silicon substrate
photoelectric conversion
layer
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JP2001019965A
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Minkyo Yo
民挙 楊
Hiroshi Taniguchi
浩 谷口
Toru Nunoi
徹 布居
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To form a bonding layer or a BSF layer in simple steps by forming the boding layer by a thermal diffusion, then switching to an oxygen atmosphere in a furnace, and annealing to form a protective film on a surface of a substrate. SOLUTION: A method for manufacturing a photoelectric converter comprises the steps of forming the bonding layer by the thermal diffusion in an atmosphere containing an N-type or P-type dopant on a P-type or an N-type silicon substrate in a diffusion furnace, then switching the atmosphere in the furnace to the oxygen atmosphere, and starting annealing to form the protective film on the surface of the silicon substrate.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、光電変換素子およ
びその製造方法に関し、さらに詳しくは、実用シリコン
太陽電池の光電変換効率の向上や、高効率化が可能なタ
ンデム型太陽電池の下部セル用として適用可能であり、
さらには薄型結晶シリコン太陽電池や、フォトセンサな
どにも適用可能な光電変換素子およびその製造方法に関
する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a photoelectric conversion element and a method for manufacturing the same, and more particularly to a photoelectric conversion element for a lower cell of a tandem solar cell capable of improving the photoelectric conversion efficiency of a practical silicon solar cell and increasing the efficiency. Is applicable as
Furthermore, the present invention relates to a photoelectric conversion element applicable to a thin crystalline silicon solar cell, a photosensor, and the like, and a method for manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体を用いて太陽光を直接電気に変換
する光電変換装置は太陽電池と呼ばれる。現在、地上で
の各種用途に応じて、一部アモルファス太陽電池なども
使用されているが、主に単一接合を有する単結晶または
多結晶シリコン太陽電池が、実用太陽電池の主流となっ
ている。
2. Description of the Related Art A photoelectric conversion device that directly converts sunlight into electricity using a semiconductor is called a solar cell. At present, amorphous solar cells and the like are partially used according to various uses on the ground, but single-crystal or polycrystalline silicon solar cells having a single junction are mainly used in practical solar cells. .

【0003】この太陽電池セルは、P型シリコン基板を
用い、基本プロセスとしては、受光面側にリンを熱拡散
し、裏面にはAlペーストを焼結し、セル内部に電界を
形成する。この電界は一般にBSF(Back Surface Fie
ld:裏面電界)と呼ばれる。セル構造は、入射側からN
+ /P/P+ としている。この太陽電池では、基板材料
等で異なるが、裏面のP+ 構造により、変換効率16〜
24%の良好な値が得られるようになっている。
[0003] This solar cell uses a P-type silicon substrate. As a basic process, phosphorus is thermally diffused on the light receiving surface side, Al paste is sintered on the back surface, and an electric field is formed inside the cell. This electric field is generally generated by BSF (Back Surface Fie
ld: back surface electric field). The cell structure is N
+ / P / P + . In this solar cell, it varies with the substrate materials or the like, the back surface of the P + structure, the conversion efficiency 16
A good value of 24% is obtained.

【0004】新たな試みとしては、Neuchatel 大学から
P−I−N/P−N構造で示される二つの接合を重ねた
タンデム型の太陽電池が発表された(第2回太陽光発電
世界会議99年6月ウィーン)。これはP−I−N上部
アモルファスシリコン光電変換部分と、P−N下部微結
晶シリコン光電変換部分とを直接接続する積層型太陽電
池であり、この太陽電池では、光電変換効率は10.7
%となっている。
As a new attempt, the University of Neuchatel has announced a tandem type solar cell having two junctions shown in a PIN / PN structure (2nd World Conference on Photovoltaics 99). June, Vienna). This is a stacked solar cell in which a PIN upper amorphous silicon photoelectric conversion part and a PN lower microcrystalline silicon photoelectric conversion part are directly connected. In this solar cell, the photoelectric conversion efficiency is 10.7.
%.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】アルミニウムを主体と
するBSF構造の太陽電池セルは、裏面のAl−Si層
および残存Al層の熱膨張率と、シリコンの熱膨張率と
の差が大きいため、セルが曲がった状態になりやすい。
特に基板の厚さが250μm以下になると、大きな反り
(3.5mm以上)が発生するため、大面積の太陽電池
セルの製造は困難で、大面積化による低コスト化が難し
いという問題がある。
The BSF solar cell mainly composed of aluminum has a large difference between the coefficient of thermal expansion of the Al-Si layer and the remaining Al layer on the back surface and the coefficient of thermal expansion of silicon. Cells tend to be bent.
In particular, when the thickness of the substrate is 250 μm or less, a large warpage (3.5 mm or more) occurs, so that it is difficult to manufacture a large-area solar cell, and it is difficult to reduce the cost by increasing the area.

【0006】タンデム型の太陽電池セルは、波長分割で
高効率化が可能と考えられるが、薄膜シリコンセルを上
部セルとした場合、薄膜の半導体特性に起因し、光入射
側からP−I−Nの順にする必要があり、下部セルはN
型基板の入射側にP層を形成する必要がある。この裏面
側のBSF層としてはN+ が必要で、実用プロセスとし
てはプロセスコストを考慮するとリン拡散に限られる。
しかし、同じ基板に2回の熱拡散を行おうとすれば工程
が増加してしまうという問題がある。
Although it is considered that the tandem type solar cell can achieve high efficiency by wavelength division, when the thin film silicon cell is used as the upper cell, it is caused by the P-I- N, and the bottom cell is N
It is necessary to form a P layer on the incident side of the mold substrate. The backside BSF layer requires N + , and the practical process is limited to phosphorus diffusion in consideration of the process cost.
However, there is a problem that the number of steps increases if thermal diffusion is performed twice on the same substrate.

【0007】本発明は、このような事情を考慮してなさ
れたもので、熱拡散による接合層の形成の後、炉内を酸
素雰囲気に切り換えて徐冷を行うことで、基板表面に保
護膜を形成し、これにより簡単な工程で接合層やBSF
層を形成するものであり、また、上記2つの構造の太陽
電池、つまり大面積の太陽電池や、タンデム型の太陽電
池を低コストで実現できるようにした光電変換素子およ
びその製造方法を提供するものである。
The present invention has been made in view of such circumstances. After forming a bonding layer by thermal diffusion, the inside of the furnace is switched to an oxygen atmosphere and slowly cooled to perform a protective film on the substrate surface. To form a bonding layer and a BSF in a simple process.
The present invention also provides a photoelectric conversion element which forms a layer and is capable of realizing a solar cell having the above two structures, that is, a large-area solar cell or a tandem-type solar cell at a low cost, and a method for manufacturing the same. Things.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明は、拡散炉内で第
1導電型シリコン基板に第2導電型ドーパントを含む雰
囲気で熱拡散によって接合層を形成した後、その炉内の
雰囲気を酸素雰囲気に切り換えるとともに、徐冷を開始
して第1導電型シリコン基板表面に保護膜を形成する工
程を含んでなる光電変換素子の製造方法である。
According to the present invention, a bonding layer is formed on a silicon substrate of a first conductivity type by thermal diffusion in an atmosphere containing a dopant of a second conductivity type in a diffusion furnace. A method for manufacturing a photoelectric conversion element, comprising a step of switching to an atmosphere and starting slow cooling to form a protective film on a surface of a first conductivity type silicon substrate.

【0009】本発明において、第1導電型と第2導電型
とは、第1導電型がP型であれば第2導電型がN型、第
1導電型がN型であれば第2導電型がP型であることを
意味する。
In the present invention, the first conductivity type and the second conductivity type are N-type if the first conductivity type is P-type and second conductivity type if the first conductivity type is N-type. Means that the type is P-type.

【0010】本発明によれば、熱拡散による接合層形成
の後、同じ炉内で、次の、例えばBSF層を形成する熱
拡散工程における保護膜を同時に形成する。この方法
は、酸化炉とその工程を削減でき、同時に光電変換素子
の特性に直接影響する半導体特性である基板拡散長を拡
散前と同値にできるので、品質を保持できるなど、従来
技術と比べてもコスト面、特性面共に良好な状態で、光
電変換素子用の接合層と、BSF層を得ることができ
る。
According to the present invention, after the formation of the bonding layer by thermal diffusion, a protective film in a subsequent thermal diffusion step of forming a BSF layer, for example, is simultaneously formed in the same furnace. This method can reduce the number of oxidation furnaces and the number of steps, and at the same time, make the substrate diffusion length, which is a semiconductor characteristic that directly affects the characteristics of the photoelectric conversion element, the same value as before diffusion. In addition, a bonding layer for a photoelectric conversion element and a BSF layer can be obtained in a favorable state in terms of both cost and characteristics.

【0011】特に、酸素雰囲気に切り換える徐冷によっ
て、早い酸化速度を得ながら、次の拡散工程での保護膜
を形成できること、および酸化膜下の拡散表面の不純物
濃度Cs低下を極力防ぐことにより、高い変換効率の光
電変換素子を、低コストな工程で得られるようにする。
つまり、セル表面の急峻な不純物濃度勾配はセル内部で
の発生キャリアの内部電界による収集効率を高める作用
をもたらしているので、Csが表面であまり低下しない
ようにすることが必要である。
In particular, it is possible to form a protective film in the next diffusion step while obtaining a high oxidation rate by slow cooling by switching to an oxygen atmosphere, and to minimize a decrease in the impurity concentration Cs on the diffusion surface under the oxide film. A photoelectric conversion element with high conversion efficiency can be obtained at low cost.
In other words, since the steep impurity concentration gradient on the cell surface has the effect of increasing the collection efficiency of the generated carriers inside the cell due to the internal electric field, it is necessary to prevent Cs from decreasing so much on the surface.

【0012】徐冷条件、すなわち酸素流量、徐冷速度、
炉からの取り出し時温度は、実験によれば、例えば開管
拡散で、内径14cm(断面積約150cm2 )、長さ
120cmの円筒形の開管を用いた場合には、徐冷時の
酸素流量は1〜5リットル/分であることが望ましい。
これは、例えば徐冷前にボロン拡散を行っていた場合に
は、ボロンキャリアガスの流量を0.05〜0.45リ
ットル/分とすれば、炉の容積を考慮するとボロンキャ
リアガスの密度は0.25〜2.5%の範囲であるの
で、徐冷時の雰囲気条件としては、この条件を前提とし
て、酸素密度が5〜30%の範囲となるような酸素流量
を適用することが望ましい。また、徐冷速度は1〜10
℃/分の範囲で、徐冷後に炉内から基板を引き出す温度
は600〜750℃の範囲であることが望ましく、この
範囲において、上記基板の拡散長特性が、徐冷のない条
件に比べて改善効果を示した。
Slow cooling conditions, ie, oxygen flow rate, slow cooling rate,
According to experiments, the temperature at the time of taking out from the furnace is, for example, by open-tube diffusion, when a cylindrical open tube having an inner diameter of 14 cm (a cross-sectional area of about 150 cm 2 ) and a length of 120 cm is used, oxygen during slow cooling is used. The flow rate is desirably 1 to 5 liters / minute.
For example, when boron diffusion is performed before slow cooling, if the flow rate of the boron carrier gas is set to 0.05 to 0.45 liter / min, the density of the boron carrier gas becomes Since it is in the range of 0.25 to 2.5%, it is desirable to apply an oxygen flow rate such that the oxygen density is in the range of 5 to 30%, based on this condition, as the atmosphere condition during slow cooling. . The slow cooling rate is 1 to 10
In the range of ° C./min, the temperature at which the substrate is drawn out of the furnace after slow cooling is desirably in the range of 600 to 750 ° C. In this range, the diffusion length characteristics of the substrate are lower than those without slow cooling. The improvement effect was shown.

【0013】この方法によると、まず、窒素の雰囲気で
ボロン拡散を行う。次に、徐冷を行いながら、酸化が早
く進行するように酸素雰囲気に切り換える。これにより
保護膜とする必要な厚みがほぼ確保できる。徐冷後半で
は、厚みより品質確保を発揮しながら、十分な厚みの酸
化膜を形成できる。つまり、この徐冷という簡単なプロ
セスによって、多結晶シリコン基板内の残留応力が緩和
され、高温による結晶内部の欠陥の発生が抑えられて、
ボロン拡散後、多結晶シリコン基板の少数キャリア拡散
長の劣化がなく(図4参照)、ほぼボロン拡散前と同じ
ような少数キャリア拡散長を維持できると同時に、十分
な厚みの酸化膜を得ることができる。
According to this method, first, boron is diffused in a nitrogen atmosphere. Next, while performing slow cooling, the atmosphere is switched to an oxygen atmosphere so that oxidation proceeds quickly. Thereby, the necessary thickness of the protective film can be almost secured. In the latter half of the slow cooling, an oxide film having a sufficient thickness can be formed while ensuring the quality more than the thickness. In other words, this simple process of slow cooling alleviates the residual stress in the polycrystalline silicon substrate and suppresses the occurrence of defects inside the crystal due to high temperatures.
After the boron diffusion, the minority carrier diffusion length of the polycrystalline silicon substrate is not deteriorated (see FIG. 4), and the minority carrier diffusion length almost equal to that before the boron diffusion can be maintained, and an oxide film having a sufficient thickness is obtained. Can be.

【0014】第1導電型シリコン基板としては、抵抗率
0.1〜10Ω−cmの範囲の単結晶または多結晶シリ
コン基板を用いることが、変換効率の点で望ましい(図
5参照)。
As the first conductivity type silicon substrate, it is desirable to use a single crystal or polycrystalline silicon substrate having a resistivity in the range of 0.1 to 10 Ω-cm in terms of conversion efficiency (see FIG. 5).

【0015】また、第1導電型シリコン基板としては、
250μm以下の厚さのP型シリコン基板を用いること
が望ましく、このような基板を用いた場合には、P型シ
リコン基板の裏面に同じく第1導電型のボロン拡散によ
りBSF層を形成するとともに、裏面の電極焼成温度
は、その電極材料とシリコンとの共晶温度以下にするこ
とが望ましい。この条件は、基板型、基板厚さ、電極形
成温度との関係で、良好な太陽電池特性の得られる範囲
を与えるものである。
Further, as the first conductivity type silicon substrate,
It is desirable to use a P-type silicon substrate having a thickness of 250 μm or less, and when such a substrate is used, a BSF layer is formed on the back surface of the P-type silicon substrate by the same boron diffusion of the first conductivity type. The electrode baking temperature on the back surface is desirably equal to or lower than the eutectic temperature of the electrode material and silicon. This condition gives a range in which good solar cell characteristics can be obtained in relation to the substrate type, substrate thickness, and electrode forming temperature.

【0016】第1導電型シリコン基板としてN型シリコ
ン基板を用い、第2導電型ドーパントとしてボロンを用
いて、結晶シリコン下部光電変換素子を製造し、この光
電変換素子の上に、一つ以上の光電変換素子を積層して
タンデム型光電変換素子を形成してもよい。このように
基板導電型とドーパント種の構成を特定すれば、本発明
の光電変換素子を太陽電池セルに適用した場合、タンデ
ム太陽電池セルとして良好な特性が得られる。
Using a N-type silicon substrate as the first conductivity type silicon substrate and boron as the second conductivity type dopant, a crystalline silicon lower photoelectric conversion element is manufactured. A tandem photoelectric conversion element may be formed by stacking photoelectric conversion elements. When the configuration of the substrate conductivity type and the type of the dopant are specified as described above, when the photoelectric conversion element of the present invention is applied to a solar cell, good characteristics as a tandem solar cell can be obtained.

【0017】[0017]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づき説明する。なお、これによって本発明が限定さ
れるものではない。以下の実施形態では、本発明の光電
変換素子を多結晶シリコン基板を用いた太陽電池セルに
適用した例について説明する。まず、本発明の太陽電池
セルの製造方法について説明するが、製造工程の比較の
ため、比較例として、従来の製造プロセスを述べてお
く。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited by this. In the following embodiments, examples in which the photoelectric conversion element of the present invention is applied to a solar cell using a polycrystalline silicon substrate will be described. First, a method for manufacturing a solar cell according to the present invention will be described. For comparison of manufacturing steps, a conventional manufacturing process will be described as a comparative example.

【0018】従来の製造プロセスでは、図1に示すよう
に、まず、N型多結晶シリコン基板21を洗浄する(S
TEP1)。次に、そのN型シリコン基板21に対して
拡散炉内でボロン拡散を行い、ボロン拡散層22を形成
する(STEP2)。
In the conventional manufacturing process, as shown in FIG. 1, first, the N-type polycrystalline silicon substrate 21 is cleaned (S
TEP1). Next, boron diffusion is performed on the N-type silicon substrate 21 in a diffusion furnace to form a boron diffusion layer 22 (STEP 2).

【0019】次に、酸化炉内で表面(受光面)側のボロ
ン拡散層22上に保護膜23を形成する(STEP
3)。次に、裏面の不必要なボロン拡散層22を樹脂マ
スクと化学ウエットエッチングを用いて除去する(ST
EP4)。この化学ウエットエッチングに代えて、スパ
ッタリングのドライエッチングを用いることも可能であ
る。
Next, a protective film 23 is formed on the boron diffusion layer 22 on the front surface (light receiving surface) side in the oxidation furnace (STEP).
3). Next, unnecessary boron diffusion layers 22 on the back surface are removed using a resin mask and chemical wet etching (ST).
EP4). Instead of the chemical wet etching, it is also possible to use dry etching by sputtering.

【0020】次に、裏面のエッチング除去面にリン拡散
を行い、リン拡散層24を形成する(STEP5)。こ
の時、表面側のボロン拡散面は、保護膜23でリン不純
物の侵入を防止できる。次に、裏面電極25を形成し、
保護膜23を除去する(STEP6)。
Next, phosphorus diffusion is performed on the etching-removed surface on the back surface to form a phosphorus diffusion layer 24 (STEP 5). At this time, the protective film 23 prevents the boron diffusion surface on the front surface from invading the phosphorus impurity. Next, a back electrode 25 is formed,
The protection film 23 is removed (STEP 6).

【0021】以上が従来の製造プロセスである。次に、
本発明の太陽電池セルの製造プロセスについて説明す
る。本発明の製造プロセスは、接合層と同時に、次の熱
拡散時、例えばBSF層を形成する時の保護膜を同時に
形成することを特徴としている。
The above is the conventional manufacturing process. next,
The manufacturing process of the solar cell of the present invention will be described. The manufacturing process of the present invention is characterized in that a protective film at the time of the next thermal diffusion, for example, when a BSF layer is formed, is formed simultaneously with the bonding layer.

【0022】本発明の太陽電池セルの製造プロセスで
は、図2に示すように、まず、N型多結晶シリコン基板
21を洗浄する(STEP1)。この工程は図1のST
EP1と同じである。
In the manufacturing process of the solar cell according to the present invention, as shown in FIG. 2, first, the N-type polycrystalline silicon substrate 21 is cleaned (STEP 1). This step corresponds to ST in FIG.
Same as EP1.

【0023】次に、そのN型シリコン基板21に対して
拡散炉内でボロン拡散を行い、ボロン拡散層22を形成
する。そして、ボロン拡散層22形成の直後から、同一
拡散炉内で、拡散炉内の雰囲気を酸素雰囲気に切り換
え、徐冷を行いながら、次の熱拡散工程に対する保護膜
23として酸化膜(BSG:Boron Silicon Glass )を
同時に形成する(STEP2)。
Next, boron diffusion is performed on the N-type silicon substrate 21 in a diffusion furnace to form a boron diffusion layer 22. Immediately after the formation of the boron diffusion layer 22, in the same diffusion furnace, the atmosphere in the diffusion furnace is switched to an oxygen atmosphere, and while being cooled slowly, an oxide film (BSG: Boron) is used as the protective film 23 for the next thermal diffusion step. Silicon Glass) is simultaneously formed (STEP 2).

【0024】次に、裏面の不必要なボロン拡散層22と
保護膜23を樹脂マスクと化学ウエットエッチングを用
いて除去する(STEP3)。この工程は図1のSTE
P4と同じである。
Next, unnecessary boron diffusion layer 22 and protective film 23 on the back surface are removed by using a resin mask and chemical wet etching (STEP 3). This step corresponds to the STE of FIG.
Same as P4.

【0025】次に、裏面のエッチング除去面にリン拡散
を行い、リン拡散層24を形成する(STEP4)。こ
の工程は図1のSTEP5と同じである。次に、裏面電
極25を形成し、保護膜23を除去する(STEP
5)。この工程は図1のSTEP6と同じである。
Next, phosphorus diffusion is performed on the etching-removed surface on the back surface to form a phosphorus diffusion layer 24 (STEP 4). This step is the same as STEP 5 in FIG. Next, a back electrode 25 is formed, and the protective film 23 is removed (STEP 11).
5). This step is the same as STEP 6 in FIG.

【0026】本製造方法では、図2のSTEP2に示す
ように、ボロン拡散と同時に保護膜23を形成する。S
TEP3以降は図1のSTEP4以降と同じ工程であ
る。
In this manufacturing method, as shown in STEP 2 of FIG. 2, the protective film 23 is formed simultaneously with the diffusion of boron. S
The steps after STEP 3 are the same as those after STEP 4 in FIG.

【0027】本発明の太陽電池セルの製造方法では、高
価な酸化炉の使用を不要にできる。さらに、ボロン拡散
後、酸素雰囲気で徐冷を行うことで、太陽電池特性に直
接影響する半導体特性である基板の少数キャリア拡散長
を拡散前と同品質に保持できるなど、従来技術に比較し
て、コスト面、特性面共に良好な状態で、太陽電池用の
拡散層と裏面電界(BSF)層を得ることができる。
In the method for manufacturing a solar cell according to the present invention, the use of an expensive oxidation furnace can be eliminated. Furthermore, by slow cooling in an oxygen atmosphere after boron diffusion, the minority carrier diffusion length of the substrate, which is a semiconductor characteristic that directly affects the solar cell characteristics, can be maintained at the same quality as before diffusion. Thus, a diffusion layer and a back surface field (BSF) layer for a solar cell can be obtained in a favorable state in terms of cost and characteristics.

【0028】本製造方法では、ボロン拡散後、炉内の雰
囲気を酸素雰囲気に切り換え、徐冷を行うが、この徐冷
効果について述べる。図3はボロン拡散から徐冷、取り
出しまでの一連のシーケンスを示すグラフである。
In this manufacturing method, after boron diffusion, the atmosphere in the furnace is switched to an oxygen atmosphere to perform slow cooling. The slow cooling effect will be described. FIG. 3 is a graph showing a series of sequences from boron diffusion to slow cooling and removal.

【0029】このグラフに示すように、本製造方法では
以下のようなプロセスを実行する。多結晶シリコン太陽
電池セルの製造工程において、例えば、内径14cm
(断面積約150cm2 )、長さ120cmの円筒形の
開管を用いた開管拡散を行い、高温の約950℃でボロ
ンの熱拡散により、サンプル(シリコン基板)に接合層
を形成する。
As shown in this graph, in the present manufacturing method, the following process is executed. In the manufacturing process of the polycrystalline silicon solar cell, for example, an inner diameter of 14 cm
An open pipe diffusion is performed using a cylindrical open pipe having a cross section of about 150 cm 2 and a length of 120 cm, and a bonding layer is formed on a sample (silicon substrate) by thermal diffusion of boron at a high temperature of about 950 ° C.

【0030】この時の拡散雰囲気は、 ボロンキャリアガス流量:0.05リットル/分 N2 流量:5リットル/分 O2 流量:0.1リットル/分 に設定しておく。この場合、拡散炉の容積は、約180
00cm3 であるので、ボロンキャリアガスの密度は
0.28%程度、酸素密度は0.56%程度となる。こ
の状態でサンプルを15分間程度炉内に保持して、接合
層を形成する。
At this time, the diffusion atmosphere is set such that the flow rate of the boron carrier gas is 0.05 l / min, the flow rate of N 2 is 5 l / min, and the flow rate of O 2 is 0.1 l / min. In this case, the volume of the diffusion furnace is about 180
Since it is 00 cm 3 , the density of the boron carrier gas is about 0.28% and the oxygen density is about 0.56%. In this state, the sample is held in a furnace for about 15 minutes to form a bonding layer.

【0031】そして、接合層形成の後、引き続き同一拡
散炉内にて、拡散層上に保護膜となる酸化膜(BSG)
を形成するために、酸素雰囲気に切り換える。この時の
徐冷条件は、徐冷雰囲気を ボロンキャリアガス流量:0.05リットル/分 N2 流量:なし O2 流量:5.0リットル/分 に設定する。この場合、拡散炉の容積を考慮すると、ボ
ロンキャリアガスの密度は徐冷前と同じ0.28%程度
であるが、酸素密度は28%程度と大きく変化する。そ
して、冷却速度10℃/分以下、例えば5℃/分で炉温
を下げてゆき、炉温が750℃以下になったらサンプル
を引き出す。
After the formation of the bonding layer, an oxide film (BSG) serving as a protective film is formed on the diffusion layer in the same diffusion furnace.
Is switched to an oxygen atmosphere to form Annealing conditions at this time, the boron carrier gas flow rate gradually cooled Atmosphere 0.05 l / min N 2 flow rate: None O 2 flow rate: set to 5.0 liters / min. In this case, considering the volume of the diffusion furnace, the density of the boron carrier gas is about 0.28%, which is the same as before the slow cooling, but the oxygen density changes greatly to about 28%. Then, the furnace temperature is lowered at a cooling rate of 10 ° C./min or less, for example, 5 ° C./min, and when the furnace temperature becomes 750 ° C. or less, a sample is withdrawn.

【0032】従来の方法では、ボロン拡散後、多結晶シ
リコン基板の少数キャリア拡散長が低下してしまうとい
う問題があったが、本製造方法では、窒素の雰囲気でボ
ロン拡散を行い、次に、酸素雰囲気に切り換えて酸化を
早く進行させるので、保護膜に必要な厚みがほぼ確保で
きる。この酸化は、徐冷後半では、基板品質確保に効果
がある。
In the conventional method, there is a problem that the minority carrier diffusion length of the polycrystalline silicon substrate is reduced after boron diffusion. However, in this manufacturing method, boron diffusion is performed in a nitrogen atmosphere, and then, Since the oxidization proceeds quickly by switching to the oxygen atmosphere, the thickness required for the protective film can be substantially secured. This oxidation is effective in ensuring substrate quality in the latter half of slow cooling.

【0033】図4は徐冷処理を行った場合と行わなかっ
た場合の拡散前と拡散後の拡散長の比較を示すグラフで
ある。N型キャスト基板による徐冷効果例は、このグラ
フにに示すように、この徐冷プロセスによって、多結晶
シリコン基板内の残留応力が緩和され、高温による結晶
内部の欠陥発生を抑えて、ボロン拡散後の多結晶シリコ
ン基板の少数キャリア拡散長の低下がなく、ほぼボロン
の拡散前と同じ少数キャリア拡散長を維持できた。同時
に拡散の保護膜となる十分な厚みの酸化膜が、この徐冷
中の酸化条件で得られる。
FIG. 4 is a graph showing a comparison between the diffusion length before diffusion and the diffusion length after diffusion without annealing. As shown in this graph, an example of the slow cooling effect by the N-type cast substrate is that, as shown in this graph, the slow cooling process reduces the residual stress in the polycrystalline silicon substrate, suppresses the generation of defects inside the crystal due to high temperature, and increases the boron diffusion. The minority carrier diffusion length of the subsequent polycrystalline silicon substrate did not decrease, and the minority carrier diffusion length almost equal to that before boron diffusion could be maintained. At the same time, an oxide film having a sufficient thickness to serve as a protective film for diffusion is obtained under the oxidizing conditions during the slow cooling.

【0034】図5はシリコン基板の抵抗率と太陽電池セ
ルの変換効率との関係を示すグラフである。シリコン基
板は単結晶、多結晶いずれのシリコン基板もほぼ同じ値
を示す。図中、黒丸はP型基板を示し、白角はN型基板
を示している。
FIG. 5 is a graph showing the relationship between the resistivity of the silicon substrate and the conversion efficiency of the solar cell. The silicon substrate shows almost the same value for both single crystal and polycrystalline silicon substrates. In the figure, black circles indicate a P-type substrate, and white squares indicate an N-type substrate.

【0035】このグラフに示すように、太陽電池セルの
変換効率はシリコン基板の抵抗率に依存する。したがっ
て、シリコン基板としては、抵抗率0.1〜10Ω−c
mの範囲の単結晶または多結晶シリコン基板を用いるこ
とが望ましい。
As shown in this graph, the conversion efficiency of the solar cell depends on the resistivity of the silicon substrate. Therefore, the resistivity of the silicon substrate is 0.1 to 10 Ω-c.
It is desirable to use a single crystal or polycrystalline silicon substrate in the range of m.

【0036】実施形態1 本発明の製造方法を単一接合を持つ大面積の150mm
角の多結晶シリコン太陽電池セルの製造に適用した例に
ついて述べる。
Embodiment 1 A manufacturing method of the present invention is applied to a large-area 150 mm
An example in which the present invention is applied to the manufacture of a corner polycrystalline silicon solar cell will be described.

【0037】図7は本発明の製造方法で製造した大面
積、薄型単一接合太陽電池セルの断面状態を示す説明図
である。図において、1はアルミニウムからなる裏面電
極、2はP+ 層(P型シリコン層:BSF層)、3はP
型多結晶シリコン基板、4はN + 層(N型シリコン
層)、5はSiNxからなる反射防止膜、6は表面電極
である。
FIG. 7 shows a large surface manufactured by the manufacturing method of the present invention.
Explanatory diagram showing the cross-sectional state of a product, a thin single-junction solar cell
It is. In the figure, reference numeral 1 denotes an aluminum back surface electrode.
Pole, 2 is P+Layer (P-type silicon layer: BSF layer), 3 is P
Type polycrystalline silicon substrate, 4 is N +Layer (N-type silicon
Layer), 5 is an antireflection film made of SiNx, 6 is a surface electrode
It is.

【0038】P型多結晶シリコン基板3は、キャスト法
インゴットからスライスして得られた150mm角、厚
さ150μmのP型キャストシリコン多結晶基板であ
り、基板抵抗率は0.5Ω−cmである。
The P-type polycrystalline silicon substrate 3 is a 150-mm square, 150-μm thick P-type cast silicon polycrystalline substrate obtained by slicing from a cast ingot, and has a substrate resistivity of 0.5 Ω-cm. .

【0039】本太陽電池セルの製造プロセスは、シリコ
ン基板がP型であるため、図2で示したプロセスとは多
少異なるが、接合層形成後、炉内の雰囲気を酸素雰囲気
に切り換え、徐冷を行いながら、次の熱拡散工程の保護
膜を形成するという点では同じである。
The manufacturing process of the present solar cell is slightly different from the process shown in FIG. 2 because the silicon substrate is a P-type, but after the bonding layer is formed, the atmosphere in the furnace is switched to an oxygen atmosphere, and the furnace is gradually cooled. While forming a protective film in the next thermal diffusion step.

【0040】まず、多結晶シリコン基板3を洗浄した
後、内径20cm(断面積約300cm2 )、長さ20
0cmの円筒形の高温ボロン拡散炉(〜950℃)を用
いて、ボロン拡散を行い、続いて酸素雰囲気での徐冷処
理を行い、セルの表面と裏面にP+ 層2を形成した。ボ
ロン拡散シーケンスは図3で示したシーケンスで行っ
た。
First, after cleaning the polycrystalline silicon substrate 3, the inner diameter is 20 cm (cross-sectional area is about 300 cm 2 ) and the length is 20 cm.
Boron was diffused using a 0 cm cylindrical high-temperature boron diffusion furnace (up to 950 ° C.), followed by slow cooling in an oxygen atmosphere to form a P + layer 2 on the front and back surfaces of the cell. The boron diffusion sequence was performed according to the sequence shown in FIG.

【0041】具体的には、高温ボロン拡散炉にゆっくり
入れ、温度が安定してから、拡散雰囲気(BBr3 キャ
リアガス流量CN2 :0.17リットル/min、窒素
流量N2 :17.0リットル/min、酸素流量O2
0.34リットル/min、)で、15分間ボロン熱拡
散を行い、その直後、同一拡散炉にて、拡散雰囲気を酸
素雰囲気(BBr3 キャリアガス流量CN2 :0.17
リットル/min、窒素流量N2 :0リットル/mi
n、酸素流量O2 :17リットル/min)に切り換
え、冷却速度5℃/minで炉温を徐々に下げた。炉温
が750℃以下まで下がってからサンプルを引き出し
た。
Specifically, the sample was slowly put into a high-temperature boron diffusion furnace, and after the temperature was stabilized, the diffusion atmosphere (BBr 3 carrier gas flow rate CN 2 : 0.17 liter / min, nitrogen flow rate N 2 : 17.0 liter) / Min, oxygen flow O 2 :
At a rate of 0.34 l / min.), And immediately thereafter, the diffusion atmosphere was changed to an oxygen atmosphere (BBr 3 carrier gas flow rate CN 2 : 0.17) in the same diffusion furnace.
Liter / min, nitrogen flow rate N 2 : 0 liter / mi
n, oxygen flow rate O 2 : 17 l / min), and the furnace temperature was gradually lowered at a cooling rate of 5 ° C./min. After the furnace temperature was lowered to 750 ° C. or lower, a sample was drawn.

【0042】次に、表面側のP+ 層2を混酸で除去し、
シリコン基板3を露出させ、裏面のP+ 層2の上にボロ
ン拡散時に成長させた保護膜(BSG)を残存させたま
ま、シリコン基板3の表面側に、炉温850℃で、PO
Cl3 ソースによるリン拡散を行い、厚さ約0.32μ
m、不純物濃度約1020cm-3のN+ 層4を形成した
(P−N接合)。
Next, the P + layer 2 on the surface side is removed with a mixed acid,
While exposing the silicon substrate 3 and leaving the protective film (BSG) grown at the time of boron diffusion on the P + layer 2 on the back surface, a PO temperature at a furnace temperature of 850 ° C.
Phosphorus diffusion by Cl 3 source, thickness about 0.32μ
An N + layer 4 having a thickness of m and an impurity concentration of about 10 20 cm −3 was formed (PN junction).

【0043】図6はN+ 層4の深さと濃度の関係を示す
グラフである。N型の拡散層4について、SR(Spread
ing Resistance)法によるリン不純物ドーパントのプロ
ファイルを測定した結果、このグラフに示すように、良
好な光電変換が行える拡散層プロファイル20が得られ
た。
FIG. 6 is a graph showing the relationship between the depth of the N + layer 4 and the concentration. For the N-type diffusion layer 4, the SR (Spread
As a result of measuring the profile of the phosphorus impurity dopant by the ing resistance method, as shown in this graph, a diffusion layer profile 20 capable of performing favorable photoelectric conversion was obtained.

【0044】比較としてプロファイル19を示したが、
このプロファイル19は、従来の水蒸気による酸化方法
で行ったものであり、この酸化膜は保護膜として有効で
あったが、拡散層の表面不純物濃度Csとして大幅な低
下を招致する状態のプロファイルとなった。
The profile 19 is shown for comparison.
This profile 19 was obtained by a conventional oxidation method using water vapor, and this oxide film was effective as a protective film, but became a profile in which a significant decrease in the surface impurity concentration Cs of the diffusion layer was caused. Was.

【0045】その後、このN+ 層4の表面にプラズマC
VDによりシリコン窒化膜を反射防止膜5として形成し
た。表面電極6は電極用のAgからなるペースト材料を
スクリーン印刷法で塗布し、焼成して形成した。
Thereafter, plasma C is applied to the surface of the N + layer 4.
A silicon nitride film was formed as an antireflection film 5 by VD. The surface electrode 6 was formed by applying a paste material made of Ag for an electrode by a screen printing method and firing it.

【0046】また、裏面電極1は、Alペーストを全面
にコーティングして、約400℃の温度で焼成して形成
した。リード線を各電極に接続して、本発明の太陽電池
セルができあがった。
The back electrode 1 was formed by coating the entire surface with an Al paste and firing at a temperature of about 400.degree. The lead wire was connected to each electrode, and the solar cell of the present invention was completed.

【0047】ボロン拡散により形成したBSF層2は、
Alペースト法とほぼ同じ不純物濃度であり、良好なセ
ル特性が得られた。(短絡電流Jsc=36mA/cm
2 、開放電圧Voc=0.625V、曲線因子(フィル
ファクター)FF=0.76、変換効率Eff=17.
1%)。また、このセルの反りは1.5mm以下に低減
でき、従来の方法によるセルの大きな反りの問題(3.
5mm以上)に対して良く改善された。
The BSF layer 2 formed by boron diffusion is
The impurity concentration was almost the same as that of the Al paste method, and good cell characteristics were obtained. (Short circuit current Jsc = 36 mA / cm
2 , open circuit voltage Voc = 0.625 V, fill factor FF = 0.76, conversion efficiency Eff = 17.
1%). Further, the warpage of the cell can be reduced to 1.5 mm or less, and the problem of large warpage of the cell by the conventional method (3.
5 mm or more).

【0048】なお、この実施形態では、キャスト基板を
用いたが、リボン基板などを用いても、同様の効果が得
られる。
Although a cast substrate is used in this embodiment, a similar effect can be obtained by using a ribbon substrate or the like.

【0049】実施形態2 次に、本発明の製造方法をタンデム型太陽電池に適用し
た例について説明する。図8は本発明の製造方法で製造
した積層型シリコン光電変換装置の例を示す説明図であ
る。ここでは、本発明の製造方法で製造した下部セルを
有するタンデム型太陽電池セルを例に挙げ、その断面状
態を示している。
Embodiment 2 Next, an example in which the manufacturing method of the present invention is applied to a tandem solar cell will be described. FIG. 8 is an explanatory diagram showing an example of a stacked silicon photoelectric conversion device manufactured by the manufacturing method of the present invention. Here, a tandem solar cell having a lower cell manufactured by the manufacturing method of the present invention is taken as an example, and a cross-sectional state thereof is shown.

【0050】図において、7はTi/Pd/Agからな
る三層メタル電極、8はN+ 層(N型シリコン層)、9
はN型多結晶シリコン基板、10はP+ 層(P型シリコ
ン層)、11は中間層、12はN型アモルファスシリコ
ン半導体、13はI型アモルファスシリコン半導体、1
4はP型アモルファスシリコン半導体、15はITOか
らなる透明な導電性膜で形成された透明電極、16はA
gからなる表面収集電極、17は上部光電変換素子部
分、18は下部光電変換素子部分である。
In the figure, 7 is a three-layer metal electrode made of Ti / Pd / Ag, 8 is an N + layer (N-type silicon layer), 9
Is an N-type polycrystalline silicon substrate, 10 is a P + layer (P-type silicon layer), 11 is an intermediate layer, 12 is an N-type amorphous silicon semiconductor, 13 is an I-type amorphous silicon semiconductor, 1
4 is a P-type amorphous silicon semiconductor, 15 is a transparent electrode formed of a transparent conductive film made of ITO, and 16 is A
g is a surface collecting electrode, 17 is an upper photoelectric conversion element part, and 18 is a lower photoelectric conversion element part.

【0051】このタンデム型太陽電池セルにおいて、上
部光電変換素子部分17は、高エネルギーバンドギャッ
プを持つアモルファスシリコンの材料でP−I−N構造
を構成している。中間層11は酸化亜鉛膜で形成してい
る。下部光電変換素子部分18は、本発明の製造方法で
製造した多結晶シリコン太陽電池セルとなっている。こ
れら3つの部分から、二層縦列直列接続の二端子光電変
換装置を構成した(以下タンデム型太陽電池セルとい
う)。
In this tandem solar cell, the upper photoelectric conversion element portion 17 has a PIN structure made of amorphous silicon material having a high energy band gap. The intermediate layer 11 is formed of a zinc oxide film. The lower photoelectric conversion element portion 18 is a polycrystalline silicon solar cell manufactured by the manufacturing method of the present invention. From these three parts, a two-terminal photoelectric conversion device of a two-layer tandem series connection was formed (hereinafter referred to as a tandem solar cell).

【0052】下部光電変換素子部分18の製造プロセス
では、ボロン拡散シーケンスは図3で示したシーケンス
で行った。徐冷処理は、酸素雰囲気で行われているた
め、サンプルの引き出し温度までボロンを拡散した表面
に200nm以上のBSG膜が同時に形成された。この
BSG膜を用いて、裏面のN+ 層(BSF層)8を形成
するためのリン熱拡散工程における表面PN接合の保護
膜とする。この方法で従来の保護膜形成の工程を省略で
きた。
In the manufacturing process of the lower photoelectric conversion element portion 18, the boron diffusion sequence was performed according to the sequence shown in FIG. Since the slow cooling process was performed in an oxygen atmosphere, a BSG film of 200 nm or more was simultaneously formed on the surface where boron was diffused to the temperature at which the sample was drawn. The BSG film is used as a protective film for the surface PN junction in the phosphorous diffusion process for forming the N + layer (BSF layer) 8 on the back surface. With this method, the conventional step of forming a protective film could be omitted.

【0053】この下部光電変換素子部分18の製造で
は、結晶面(100)、抵抗率0.1〜5.0Ω−cm
のN型多結晶シリコン基板9を用いた。このシリコン基
板9をアルカリ性(NH4OH:H22:H2O=1:
1:5)および酸性(HCl:H 22:H2O=1:
1:5)化学溶液でそれぞれ30分間洗浄した後、実施
形態1と同じような高温ボロン拡散炉(〜950℃)に
ゆっくり入れ、温度が安定してから、拡散雰囲気(BB
3 キャリアガス流量CN2 :0.05リットル/mi
n、窒素流量N2 :5.0リットル/min、酸素流量
2 :0.1リットル/min、)で、15分間ボロン
熱拡散を行い、その直後、同一拡散炉にて、拡散雰囲気
を酸素雰囲気(BBr3 キャリアガス流量CN2 :0.
05リットル/min、窒素流量N2 :0リットル/m
in、酸素流量O2 :5リットル/min)に切り換
え、冷却速度5℃/minで炉温を徐々に下げた。炉温
が750℃以下まで下がってからサンプルを引き出し
た。熱拡散法によって厚さ約0.45μm、不純物濃度
約1020cm-3のP型シリコン層10が形成された。
In the manufacture of the lower photoelectric conversion element portion 18,
Is the crystal plane (100), and the resistivity is 0.1 to 5.0 Ω-cm.
N-type polycrystalline silicon substrate 9 was used. This silicon base
The plate 9 is made alkaline (NHFourOH: HTwoOTwo: HTwoO = 1:
1: 5) and acidic (HCl: H TwoOTwo: HTwoO = 1:
1: 5) After cleaning with a chemical solution for 30 minutes each,
High temperature boron diffusion furnace (up to 950 ℃)
Insert slowly and allow the temperature to stabilize before the diffusion atmosphere (BB
rThreeCarrier gas flow rate CNTwo: 0.05 liter / mi
n, nitrogen flow rate NTwo: 5.0 liter / min, oxygen flow rate
OTwo: 0.1 liter / min), boron for 15 minutes
Immediately after performing thermal diffusion, in the same diffusion furnace, in a diffusion atmosphere
In an oxygen atmosphere (BBrThreeCarrier gas flow rate CNTwo: 0.
05 liter / min, nitrogen flow rate NTwo: 0 liter / m
in, oxygen flow rate OTwo: 5 liter / min)
The furnace temperature was gradually lowered at a cooling rate of 5 ° C./min. Furnace temperature
Pull out the sample after the temperature drops below 750 ° C
Was. Approximately 0.45μm thick by thermal diffusion method, impurity concentration
About 1020cm-3Was formed.

【0054】裏面P型シリコン層を混酸で除去し、P型
シリコン層10の上に表面BSG膜が着いたまま、炉温
850℃でPOCl3 ソースによるリン拡散を行い、厚
さ約0.32μm、不純物濃度約1020cm-3のN型シ
リコン層8を形成した(BSF)。
The backside P-type silicon layer is removed with a mixed acid, and phosphorus is diffused by a POCl 3 source at a furnace temperature of 850 ° C. while the front surface BSG film remains on the P-type silicon layer 10 to a thickness of about 0.32 μm. Then, an N-type silicon layer 8 having an impurity concentration of about 10 20 cm −3 was formed (BSF).

【0055】表面と裏面の酸化シリコンを除いた後に、
Ti/Pd/Agの三層メタル電極7を蒸着して、窒素
の雰囲気でアニールを行った。これで徐冷プロセスによ
り形成された下部光電変換素子部分18ができた。
After removing the silicon oxide on the front and back surfaces,
A three-layer metal electrode 7 of Ti / Pd / Ag was deposited and annealed in a nitrogen atmosphere. Thus, the lower photoelectric conversion element portion 18 formed by the slow cooling process was obtained.

【0056】次に、この下部光電変換素子部分18の上
に、上述のテクスチャ表面を有する酸化亜鉛中間層11
をスパッタリング法(DC)で形成した。スパッタ蒸着
装置の雰囲気は、アルゴン(Ar)と酸素(O2 )の混
合気体であり、真空度は約6×10-3Torr程度に制
御しながら、厚さ30nmの酸化亜鉛中間層11を形成
した。また、窒素の雰囲気で200℃、アニールを行っ
た。
Next, on the lower photoelectric conversion element portion 18, the zinc oxide intermediate layer 11 having the above-described textured surface is formed.
Was formed by a sputtering method (DC). The atmosphere of the sputter deposition apparatus is a mixed gas of argon (Ar) and oxygen (O 2 ), and the zinc oxide intermediate layer 11 having a thickness of 30 nm is formed while controlling the degree of vacuum to about 6 × 10 −3 Torr. did. Annealing was performed at 200 ° C. in a nitrogen atmosphere.

【0057】さらに、この中間層11の上に、上部光電
変換素子部分17をプラズマCDV法により形成した。
基板温度は150〜180℃程度、成膜室の圧力は〜
0.3Torr、プラズマに供給されたエネルギーは〜
30mW/cm2 。原料ガスとしては、SiH4 (シラ
ン)、H2 (高純度水素)、B2 6 (ジボラン)、P
3 (ホスフィン)を用いた。
Further, an upper photoelectric conversion element portion 17 was formed on the intermediate layer 11 by a plasma CDV method.
The substrate temperature is about 150 to 180 ° C, and the pressure in the film forming chamber is
0.3 Torr, the energy supplied to the plasma is ~
30 mW / cm 2 . Source gases include SiH 4 (silane), H 2 (high-purity hydrogen), B 2 H 6 (diborane), P
H 3 (phosphine) was used.

【0058】そして、N型アモルファスシリコン半導体
12、水素が添加されたI型アモルファスシリコン半導
体13(厚さ300nm)およびP型アモルファスシリ
コン半導体14をそれぞれ形成した。また、スパッタリ
ング法により透明電極15を107nm蒸着した。さら
に、電子ビーム蒸着で表面収集電極16を形成して、タ
ンデム型太陽電池セルを完成させた。
Then, an N-type amorphous silicon semiconductor 12, an I-type amorphous silicon semiconductor 13 (thickness 300 nm) to which hydrogen was added, and a P-type amorphous silicon semiconductor 14 were formed. Further, a transparent electrode 15 having a thickness of 107 nm was deposited by a sputtering method. Further, the surface collecting electrode 16 was formed by electron beam evaporation to complete a tandem solar cell.

【0059】本実施形態において、N型多結晶シリコン
基板を用いたが、リボン基板を用いた場合でも同様の効
果が得られる。同様にP型多結晶シリコン基板を用いて
もよい。
In this embodiment, the N-type polycrystalline silicon substrate is used, but the same effect can be obtained even when a ribbon substrate is used. Similarly, a P-type polycrystalline silicon substrate may be used.

【0060】アモルファスセル(P−I−N)/多結晶
シリコン積層型太陽電池セル(P−N)におけるN型多
結晶シリコン下部光電変換素子の製造において、以上の
製造方法を用いたので、太陽電池セルの形成工程が簡易
化され、下部光電変換素子の特性も顕著に改善された。
In the production of the N-type polycrystalline silicon lower photoelectric conversion element in the amorphous cell (PIN) / polycrystalline silicon laminated solar cell (PN), the above-described production method was used. The process of forming the battery cells was simplified, and the characteristics of the lower photoelectric conversion element were significantly improved.

【0061】この積層型太陽電池セルにおいては、短絡
電流は上部アモルファスシリコン電流の影響を受けるの
で、下部セルが積層型太陽電池特性に与える要因となる
重要なパラメータは、開放電圧Vocと曲線因子FFで
ある。本発明の製造方法によれば、高温拡散に基板の少
数キャリア拡散長の劣化を防止することができたので、
開放電圧Vocは0.57Vから0.59Vに改善さ
れ、曲線因子FFも0.74から0.79に改善され
た。これによって、積層型太陽電池の変換効率は従来の
12%から16%に大幅に向上した。また、BSG膜を
保護膜とするため、表面凹凸のある基板にも適用でき、
下部光電変換素子の製造プロセスの簡略化も図ることが
できる。
In this stacked solar cell, since the short-circuit current is affected by the upper amorphous silicon current, the important parameters that the lower cell gives to the stacked solar cell characteristics are the open voltage Voc and the fill factor FF. It is. According to the manufacturing method of the present invention, since the deterioration of the minority carrier diffusion length of the substrate due to high-temperature diffusion can be prevented,
The open circuit voltage Voc was improved from 0.57 V to 0.59 V, and the fill factor FF was also improved from 0.74 to 0.79. As a result, the conversion efficiency of the stacked solar cell has been greatly improved from the conventional 12% to 16%. In addition, since the BSG film is used as a protective film, it can be applied to a substrate having an uneven surface.
The manufacturing process of the lower photoelectric conversion element can be simplified.

【0062】さらに、大面積、薄型キャスト太陽電池へ
の応用では、ボロン拡散による不純物濃度はAlペース
トより1桁以上高く、BSFの電界強度を増加するた
め、セル特性を従来に比較して著しく改善することがで
きる。
Further, in the application to a large-area, thin cast solar cell, the impurity concentration due to boron diffusion is higher than that of the Al paste by one digit or more, and the electric field strength of the BSF is increased. can do.

【0063】また、本発明の製造方法によれば、裏面電
極の焼成温度の低温化を図ることが可能となる。この低
温化により、太陽電池の反りを、1.5mm以下に低減
することができるので、従来のセルの大きな反りの問題
(3.5mm上)を解決することができた。
Further, according to the manufacturing method of the present invention, it is possible to lower the firing temperature of the back electrode. This lowering of the temperature can reduce the warpage of the solar cell to 1.5 mm or less, so that the problem of large warpage (3.5 mm above) of the conventional cell could be solved.

【0064】すなわち、本発明によれば、以下の効果を
奏する。 裏面電界層を形成する拡散工程における保護膜を同時
に形成するので、酸化炉での酸化工程を削減できる。 太陽電池特性に直接影響する半導体特性である基板拡
張長を拡散前と同値にできるので、品質を保持できる。 酸化膜下の拡散表面の不純物濃度Cs低下を極力防ぐ
ことにより、高い変換効率の光電変換素子を低コストな
工程で得ることができる。
That is, according to the present invention, the following effects can be obtained. Since the protective film in the diffusion step of forming the back surface electric field layer is formed at the same time, the oxidation step in the oxidation furnace can be reduced. Since the substrate extension length, which is a semiconductor characteristic that directly affects the solar cell characteristics, can be set to the same value as before diffusion, the quality can be maintained. By minimizing a decrease in the impurity concentration Cs on the diffusion surface below the oxide film, a photoelectric conversion element with high conversion efficiency can be obtained at low cost.

【0065】[0065]

【発明の効果】本発明によれば、熱拡散による接合層形
成の直後から、次の、例えばBSF層を形成する熱拡散
工程における保護膜を同時に形成するので、酸化炉とそ
の工程を削減できる。また、この保護膜の形成により、
光電変換素子の特性に直接影響する半導体基板の拡散長
を拡散前と同値にできるので、高い品質を保持したま
ま、製造工程の簡略化を図ることができる。
According to the present invention, a protective film is simultaneously formed in the next thermal diffusion step of forming a BSF layer, for example, immediately after the formation of the bonding layer by thermal diffusion, so that the oxidation furnace and the number of steps can be reduced. . Also, by forming this protective film,
Since the diffusion length of the semiconductor substrate, which directly affects the characteristics of the photoelectric conversion element, can be set to the same value as before diffusion, the manufacturing process can be simplified while maintaining high quality.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】従来の太陽電池セルの製造プロセスを示す説明
図である。
FIG. 1 is an explanatory view showing a manufacturing process of a conventional solar cell.

【図2】本発明の太陽電池セルの製造プロセスを示す説
明図である。
FIG. 2 is an explanatory diagram showing a manufacturing process of the solar battery cell of the present invention.

【図3】本発明の製造プロセスのボロン拡散から徐冷、
取り出しまでの一連のシーケンスを示すグラフである。
FIG. 3 shows a gradual cooling from boron diffusion in the production process of the present invention;
It is a graph which shows a series of sequences until taking out.

【図4】徐冷処理を行った場合と行わなかった場合の拡
散前と拡散後の拡散長の比較を示すグラフである。
FIG. 4 is a graph showing a comparison of the diffusion length before and after diffusion with and without slow cooling.

【図5】シリコン基板の抵抗率と太陽電池セルの変換効
率との関係を示すグラフである。
FIG. 5 is a graph showing the relationship between the resistivity of a silicon substrate and the conversion efficiency of a solar cell.

【図6】N型拡散層の深さと濃度の関係を示すグラフで
ある。
FIG. 6 is a graph showing the relationship between the depth and the concentration of an N-type diffusion layer.

【図7】本発明の製造方法で製造した大面積、薄型単一
接合太陽電池セルの断面状態を示す説明図である。
FIG. 7 is an explanatory diagram showing a cross-sectional state of a large-area, thin single-junction solar cell manufactured by the manufacturing method of the present invention.

【図8】本発明の製造方法で製造した積層型シリコン光
電変換装置の例を示す説明図である。
FIG. 8 is an explanatory view showing an example of a stacked silicon photoelectric conversion device manufactured by the manufacturing method of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,25 裏面電極 2 P型シリコン層 3 P型多結晶シリコン基板 4 N型シリコン層 5 反射防止膜 6 表面電極 7 三層メタル電極 8 N型シリコン層 9,21 N型多結晶シリコン基板 10 P型シリコン層 11 中間層 12 N型アモルファスシリコン半導体 13 I型アモルファスシリコン半導体 14 P型アモルファスシリコン半導体 15 透明電極 16 表面収集電極 17 上部光電変換素子部分 18 下部光電変換素子部分 22 ボロン拡散層 23 保護膜 24 リン拡散層 1, 25 Back electrode 2 P-type silicon layer 3 P-type polycrystalline silicon substrate 4 N-type silicon layer 5 Antireflection film 6 Surface electrode 7 Three-layer metal electrode 8 N-type silicon layer 9, 21 N-type polycrystalline silicon substrate 10 P Type silicon layer 11 Intermediate layer 12 N-type amorphous silicon semiconductor 13 I-type amorphous silicon semiconductor 14 P-type amorphous silicon semiconductor 15 Transparent electrode 16 Surface collecting electrode 17 Upper photoelectric conversion element part 18 Lower photoelectric conversion element part 22 Boron diffusion layer 23 Protective film 24 Phosphorus diffusion layer

フロントページの続き (72)発明者 布居 徹 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 Fターム(参考) 5F051 AA02 AA03 AA05 AA16 CB14 CB20 CB21 CB24 CB29 DA04 DA15 DA20 FA06 GA04 HA20Continued on the front page (72) Inventor Toru Fukui 22-22, Nagaike-cho, Abeno-ku, Osaka-shi, Osaka F-term (reference) 5F051 AA02 AA03 AA05 AA16 CB14 CB20 CB21 CB24 CB29 DA04 DA15 DA20 FA06 GA04 HA20

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 拡散炉内で第1導電型シリコン基板に第
2導電型ドーパントを含む雰囲気で熱拡散によって接合
層を形成した後、その炉内の雰囲気を酸素雰囲気に切り
換えるとともに、徐冷を開始して第1導電型シリコン基
板表面に保護膜を形成する工程を含んでなる光電変換素
子の製造方法。
After a bonding layer is formed on a silicon substrate of a first conductivity type in an atmosphere containing a dopant of a second conductivity type by thermal diffusion in a diffusion furnace, the atmosphere in the furnace is switched to an oxygen atmosphere, and slow cooling is performed. A method for manufacturing a photoelectric conversion element, comprising a step of starting and forming a protective film on a surface of a first conductivity type silicon substrate.
【請求項2】 徐冷時の雰囲気条件が酸素密度5〜30
%の範囲で、かつ徐冷速度が1〜10℃/分の範囲であ
り、徐冷後に炉内から基板を引き出す温度が600〜7
50℃の範囲である請求項1記載の光電変換素子の製造
方法。
2. An atmosphere condition during slow cooling is an oxygen density of 5 to 30.
% And the slow cooling rate is in the range of 1 to 10 ° C./min, and the temperature at which the substrate is drawn out of the furnace after slow cooling is 600 to 7
The method according to claim 1, wherein the temperature is in a range of 50C.
【請求項3】 第1導電型シリコン基板として抵抗率
0.1〜10Ω−cmの範囲の単結晶または多結晶シリ
コン基板を用いて、請求項1または2記載の光電変換素
子の製造方法によって製造された光電変換素子。
3. The method according to claim 1, wherein a single-crystal or polycrystalline silicon substrate having a resistivity in the range of 0.1 to 10 Ω-cm is used as the first conductivity type silicon substrate. Photoelectric conversion element.
【請求項4】 第1導電型シリコン基板として250μ
m以下の厚さのP型シリコン基板を用い、そのP型シリ
コン基板の裏面の電極焼成温度がその電極材料とシリコ
ンとの共晶温度以下にされて、請求項1または2記載の
光電変換素子の製造方法によって製造された光電変換素
子。
4. A silicon substrate having a first conductivity type of 250 μm
The photoelectric conversion element according to claim 1 or 2, wherein a P-type silicon substrate having a thickness of not more than m is used, and an electrode sintering temperature on a back surface of the P-type silicon substrate is set to be equal to or lower than a eutectic temperature of the electrode material and silicon. The photoelectric conversion element manufactured by the manufacturing method of 1.
【請求項5】 第1導電型シリコン基板としてN型シリ
コン基板を用い、第2導電型ドーパントとしてボロンを
用いて、請求項1または2記載の光電変換素子の製造方
法によって製造された光電変換素子の上に、一つ以上の
光電変換素子を積層してなるタンデム型光電変換素子。
5. A photoelectric conversion device manufactured by the method for manufacturing a photoelectric conversion device according to claim 1, wherein an N-type silicon substrate is used as the first conductivity type silicon substrate, and boron is used as the second conductivity type dopant. A tandem-type photoelectric conversion element obtained by stacking one or more photoelectric conversion elements on a substrate.
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