JP2000049368A - 太陽電池素子の製造方法 - Google Patents

太陽電池素子の製造方法

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宏明 高橋
Yuko Fukawa
祐子 府川
Shuichi Fujii
修一 藤井
Kenji Fukui
健次 福井
Katsuhiko Shirasawa
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 電極材料を反射防止膜上から焼き付けて形成
する際に、半導体接合部が破壊されて出力特性が低下す
るという問題があった。 【解決手段】 一導電型を呈する半導体基板1の一主面
側に他の導電型を呈する領域1aを形成すると共に、反
射防止膜2を形成し、この半導体基板1の他の主面側と
上記反射防止膜に電極材料4、5を焼き付けて形成する
太陽電池素子の製造方法であって、上記反射防止膜2と
電極材料5との間にシリサイド化しうる金属材料3を介
在させて上記電極材料5を焼き付けるようにした。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は太陽電池素子の製造
方法に関し、特に半導体基板の一主面側に形成した反射
防止膜に電極材料を焼き付けて形成する太陽電池素子の
製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】シリ
コン基板を用いて太陽電池素子を形成する場合、まず基
板の切断面を清浄化するために表面を15μm程度エッ
チングする。このエッチングは、例えば濃度が15%程
度で80℃程度の水酸化ナトリウム水溶液を用いて行
う。また、基板表面での反射率をより低減するために、
薄い濃度のアルカリ水溶液でエッチングする。例えば濃
度が5%程度で75℃程度の水酸化ナトリウム水溶液を
用いてエッチングを行うと、表面に微細な凹凸が形成さ
れ、基板表面での反射率をある程度低減できる。
【0003】(100)面の単結晶シリコン基板を用い
た場合、このような方法で基板表面にテクスチャー構造
と呼ばれる微細な凹凸を均一に形成することができるも
のの、多結晶シリコン基板で太陽電池素子を形成する場
合、アルカリ水溶液によるエッチングは結晶の面方位に
依存することから、テクスチャー構造を均一には形成で
きず、そのため全体の反射率も効果的には低減できない
という問題があった。基板表面での反射率を低減できな
ければ、太陽電池素子の特性も効果的には向上させるこ
とができない。
【0004】このような問題を解決するために、多結晶
シリコン基板で太陽電池素子を形成する場合、反応性イ
オンエッチング(Reactive Ion Etching: RIE)法で基板
表面に微細な突起を形成することが提案されている(例
えば特公昭60−27195号、特開平5−75152
号、特開平9−102625号公報参照)。この方法に
よると、多結晶シリコンにおける結晶の不規則な面方位
に左右されることなく、微細な突起を均一に形成するこ
とができ、特に多結晶シリコンを用いた太陽電池素子に
おいては、より効果的に表面反射を低減できるようにな
る。
【0005】表面が平坦な太陽電池では、シリコン基板
上に反射防止膜として850Å程度の厚みを有する窒化
シリコン膜を形成し、この窒化シリコン膜における電極
形成部を弗酸(HF)などで除去して、この部分に銀ペ
ーストをプリントして焼成することにより、電極を形成
していた。
【0006】ところが、窒化シリコン膜のパターン抜き
を行って電極を形成する場合、工程が多いために作業が
煩雑となり、例えば窒化シリコン膜のパターン抜き部分
に銀ペーストをプリントする際には、位置合わせが必要
となり、この位置ずれなどは歩留りを低下させる要因に
なる。また、パターン抜き工程でも、プリンターや処理
ラインなどの高価な設備を必要とする。
【0007】一方、反射防止膜をSiO2 やTiO2
どの酸化膜で形成すると共に、この酸化膜のパターン抜
きを行わずに銀ペーストを酸化膜上に直接プリントして
焼き付ける方法もある(例えば特開平8−148446
号)。ところが、酸化膜上に電極を直接形成する場合、
電極の強度が弱く、モジュール化に対応できないという
問題があった。また、酸化膜上に電極材料を直接焼き付
ける場合、反射防止膜を突き抜けてオーミックコンタク
トを得る必要があるが、反射防止膜を突き抜けてオーミ
ックコンタクトを得るには、一般に短時間の高温処理が
必要とされる。そのため焼成中にAgペースト中の成分
(例えばガラスフリット)が拡散し、シリコン基板内の
表面側に形成された半導体接合を破壊する、換言すれば
ガラスフリットが他の導電型を呈する領域を突き抜けて
拡散するという問題があった。このことはこの方法が浅
い拡散層を有する太陽電池には適用できないことを意味
するものである。
【0008】また、受光面側の電極をTiを含むAgペ
ーストで形成してオーミック特性を改善することも提案
されている(特開昭59−11687号公報参照)。と
ころが、n型不純物をAgペーストに混合しても、この
銀ペースト中にガラスフリットなどが存在すると、半導
体接合部の破壊が依然として発生するという問題があっ
た。
【0009】本発明は、このような従来方法の問題点に
鑑みてなされたものであり、電極材料を反射防止膜上か
ら焼き付けて形成する際に、半導体接合部が破壊されて
出力特性が低下するという従来方法の問題点を解消した
太陽電池素子の製造方法を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係る太陽電池素子の製造方法によれば、一
導電型を呈する半導体基板の一主面側に他の導電型を呈
する領域を形成すると共に、反射防止膜を形成し、この
半導体基板の他の主面側と前記反射防止膜に電極材料を
焼き付けて形成する太陽電池素子の製造方法において、
前記反射防止膜と一主面側の電極材料との間にシリサイ
ド化しうる金属材料を介在させて前記電極材料を焼き付
けるようにした。
【0011】
【発明の実施の形態】以下、本発明を添付図面に基づき
詳細に説明する。図1は本発明の太陽電池素子の製造方
法を示す断面図である。まず、半導体基板1を用意する
(図1(a)参照)。この半導体基板1は、単結晶又は
多結晶シリコンなどから成る。このシリコン基板1は、
ボロン(B)などの一導電型半導体不純物を1×1016
18atom/cm3 程度含有し、比抵抗1.5Ωcm
程度の基板である。単結晶シリコン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。多結晶シリコンは、大量生産
が可能で製造コスト面で単結晶シリコンよりも有利であ
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、10
cm×10cmもしくは15cm×15cm程度の大き
さに切断してシリコン基板とする。
【0012】次に、シリコン基板1の表面側に、微細な
突起1cを多数形成する(図1(b)参照)。この微細
な突起1cは、シリコン基板1の表面側に照射される光
を多重反射させて、表面反射を減少させるために設け
る。この微細な突起1cは、円錐形もしくは角錐形を呈
し、RIE法によるガス濃度若しくはエッチング時間を
制御することにより、その大きさを変化させることがで
きる。この微細な突起1cの幅と高さはそれぞれ2μm
以下に形成される。この突起1cの幅と高さが2μm以
上になると、エッチングの処理時間が長くなる反面、基
板1表面での反射率はさほど低減されない。この微細な
突起1cをシリコン基板1の表面側の全面にわたって均
一且つ正確に制御性を持たせて形成するには、その幅と
高さは1μm以下が好適である。また、この微細な突起
1cは極めて微小なものでも反射率低減の効果はある
が、面内に均一かつ正確に形成するためには、製造工程
上1nm以上であることが望まれる。
【0013】次に、シリコン基板1を拡散炉中に配置し
て、オキシ塩化リン(POCl3 )などの中で加熱する
ことによって、ウェハー1の表面部分にリン原子を拡散
させて他の導電型を呈する領域1aを形成し、半導体接
合部3を形成する(図1(c)参照)。この他の導電型
を呈する領域1aは、0.3〜0.5μm程度の深さに
形成され、シート抵抗が60Ω/□以上になるように形
成される。この熱拡散により、シリコン基板1の外表面
全体に他の導電型を呈する領域とリン原子を含むリンガ
ラス層(不図示)が形成されるが、シリコン基板1の一
主面側の他の導電型を呈する領域のみを残して他の部分
は、弗酸(HF)と硝酸(N2 O)を主成分とするエッ
チング液に浸漬して除去した後、純水で洗浄する(図1
(c))。
【0014】次に、シリコン基板1の一主面側に反射防
止膜2を形成する(図1(d))。この反射防止膜2は
例えば窒化シリコン膜などから成り、シランとアンモニ
アとの混合ガスを用いたプラズマCVD法などで形成さ
れる。この反射防止膜2は、シリコン基板1の表面で光
が反射するのを防止して、シリコン基板1内に光を有効
に取り込むために設ける。また、シリコン基板の表面部
の界面準位を低下させると共に、シリコン基板1の内部
の結晶欠陥を緩和するために設ける。この反射防止膜2
は、シリコン基板1との屈折率差などを考慮して、屈折
率が1.8〜2.3程度になるように形成され、厚み8
50Å程度に形成される。
【0015】次に、反射防止膜2上で電極の形成される
部分にシリサイド化しうる物質3を形成する。このシリ
サイド化しうる物質3には、チタン、ニッケル、クロ
ム、銅などがあり、スパッタリング法、蒸着法のみなら
ず、ペースト状のものを塗布したり、印刷することによ
って設けられる。チタンの場合、例えば200Å程度の
厚みに形成される。このように、シリサイド化しうる物
質3を電極4の下に挿入することにより、浅い拡散層の
面においてもリークがなく、さらにオーミック性も良好
な電極が得られる。
【0016】次に、裏面電極材料4を塗布して乾燥した
後、表面電極材料5を塗布して乾燥する。この電極材料
4、5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0.1〜5重量部添加してペース
ト状にしたものをスクリーン印刷法で印刷して、600
〜800℃で1〜30分程度焼成することにより焼き付
けられる。このガラスフリットは、PbO、B2 3
SiO2 のうちの少なくとも一種を含む軟化点が500
℃以下のものなどから成る。
【0017】
【実施例】比抵抗が1.5Ωcmのシリコン基板内の一
主面側に、Pを1×1017atom/cm3 拡散させて
厚み850Åの窒化シリコン膜を形成した後、銀100
重量部に対してガラスフリットを3重量部含有した銀粉
末と有機ビヒクルから成る銀ペーストを印刷して焼き付
けた後、750℃×15分で焼き付けて、太陽電池の出
力特性を測定した。
【0018】反射防止膜上にシリサイド化物質を形成せ
ずに、銀ペーストを印刷して焼き付けたときは、図2に
示すように、電流密度が28.8mA/cm2 で、開放
電圧が0.35Vで、FFが0.42で、変換効率は
4.2%であったが、反射防止膜上にチタン(Ti)を
400Åの厚みに塗布して銀ペーストを印刷して焼き付
けたときは、図3に示すように、電流密度32.9mA
/cm2 、開放電圧0.627V、FF0.758で、
変換効率は15.6%であった。
【0019】
【発明の効果】以上のように、本発明に係る太陽電池素
子の製造方法によれば、反射防止膜と一主面側の電極材
料との間にシリサイド化しうる金属材料を介在させて電
極材料を焼き付けることから、浅い拡散層を有する太陽
電池にも適用でき、光吸収効率が向上し、電気特性の向
上が図れる。もって表面に微細な凹凸を多数形成したシ
リコン基板を用いる太陽電池にも有効である。また、オ
ーミック性の改善により、FFが向上し、電気特性が向
上する。さらに、ファイヤースルーで電極を形成するた
めの工程が簡略になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る太陽電池素子の製造方法を説明す
るための図であり、(a)〜(f)は工程毎の断面図で
ある。
【図2】反射防止膜上にシリサイド化物質がない太陽電
池素子の特性を示す図である。
【図3】反射防止膜上にシリサイド化物質がある太陽電
池素子の特性を示す図である。
【符号の説明】
1‥‥‥シリコン基板、1b‥‥‥逆導電型半導体不純
物を含有する領域、1c‥‥‥微細な突起、2‥‥‥反
射防止膜、3‥‥‥シリサイド化しうる物質、4‥‥‥
裏面電極材料、5‥‥‥表面電極材料
フロントページの続き (72)発明者 藤井 修一 滋賀県八日市市蛇溝町長谷野1166番地の6 京セラ株式会社滋賀工場内 (72)発明者 福井 健次 滋賀県八日市市蛇溝町長谷野1166番地の6 京セラ株式会社滋賀工場内 (72)発明者 白沢 勝彦 滋賀県八日市市蛇溝町長谷野1166番地の6 京セラ株式会社滋賀工場内 Fターム(参考) 5F051 BA11 BA17 CB22 CB27 DA03 FA01 FA17 FA21 FA30 GA04 GA14 HA05

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 一導電型を呈する半導体基板の一主面側
    に他の導電型を呈する領域を形成すると共に、反射防止
    膜を形成し、この半導体基板の他の主面側と前記反射防
    止膜に電極材料を焼き付けて形成する太陽電池素子の製
    造方法において、前記反射防止膜と一主面側の電極材料
    との間にシリサイド化しうる金属材料を介在させて前記
    電極材料を焼き付けることを特徴とする太陽電池素子の
    製造方法。
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