JP2000277778A - 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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JP2000277778A
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film
solar cell
cell element
manufacturing
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Shuichi Fujii
修一 藤井
Katsuhiko Shirasawa
勝彦 白沢
Kenji Fukui
健次 福井
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Kyocera Corp
Original Assignee
Kyocera Corp
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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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、電極の被着強度が弱い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
との間に電極材料中のガラスフリットの成分と親和性の
高い酸化膜を介在させて前記電極材料を焼き付けるよう
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
防止膜上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
た場合は、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号公報、特開平5−7
5152号公報、特開平9−l02625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
滅できるようになる。
【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、プリンターや処埋
ラインなどの高価な設備を必要とする。
【0007】一方、反射防止膜であるSiN膜上に直接
電極材料をプリントして焼成してオーミック接触を形成
する方法もある。
【0008】ところが、上記のような方法ではSiN膜
と電極材料との濡れ性や親和性が低く、焼き付けた後も
電極の被着強度が弱く、モジュール化に対応できないと
いう問題があった。
【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、電極の被着強度が弱く、モ
ジュール化に対応できない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電極材料
中のガラスフリットの成分と親和性の高い酸化膜を介在
させて前記電極材料を焼き付けるようにした。
【0011】上記太陽電池の製造方法では、電極材料中
の成分と親和性の高い酸化膜がSi、Ti、Pb、Z
n、Cu、Al、Na、B、Mgのうちのいずれか一種
以上の酸化物から成ることが望ましい。
【0012】また、上記太陽電池の製造方法では前記酸
化膜が50〜300Åの厚みを有することが望ましい。
【0013】
【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。
【0014】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1×1016〜10
18atoms/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。
【0015】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がある
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。なお、シリコン基
板1表面での表面反射低減のより一層の効果を期待しな
い場合は、このような突起1cは不要である。
【0016】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30Ω/□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(HNO3 )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))。
【0017】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1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
850Å程度に形成される。
【0018】次に、反射防止膜2上に酸化膜3を形成す
る。この酸化膜3は50〜300Åに形成されることが
望ましい。この酸化膜3の厚みが50Åの場合には、十
分な電極強度が得られなくなり望ましくない。また、こ
の酸化膜3の厚みが300Å以上の場合には電極材料が
この酸化膜を突き抜けることができず、望ましくない。
この酸化膜3がSi酸化膜の場合には例えばN2 Oとシ
ランの混合ガスを用いたプラズマCVD法などで形成さ
れ、窒化シリコン膜2と連続的に形成される。この酸化
膜はTi、 Pb、Zn、Cu、Al、Na、B、Mgな
どガラスフリットの組成と同種の酸化物を少なくとも一
つを含むものであればよい。
【0019】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Ti、 Pb、Zn、
Cu、Al、Na、B、Mgの酸化物などから成るガラ
スフリットを銀100重量部に対して0.1〜5重量部
添加してぺ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。
【0020】
【実施例】比抵抗が1. 5Ωcmのシリコン基板内の一
主面側に、リン(P)を1×1017atoms/cm3
拡散させて厚み850Åの窒化シリコン膜を形成した
後、厚み100Åの酸化膜を形成した。その後、銀10
0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乾燥
した後、750℃×15分で焼き付けて、半導体装置の
電極部の引っ張り強度(kg)を測定した。
【0021】
【表1】
【0022】表1に示すように、SiN膜上に酸化膜を
形成せずに銀ペーストを直接プリントして焼成したもの
は、空気雰囲気中の焼成で0.25kg、窒素雰囲気中
の焼成で0.03kgであったが、SiN膜上にシリコ
ン酸化(SiO2 )膜を形成したものでは、空気雰囲気
中の焼成で1. 12kg、窒素雰囲気中の焼成で0.9
5kgであった。ちなみに、SiN膜をパターン抜きし
てSi基板上に銀ペーストを直接プリントして焼成した
ものは、空気雰囲気中の焼成で1. 25kg、窒素雰囲
気中の焼成で0.35kgであった。
【0023】これらの結果から明らかなように、SiN
膜上にSiO2 膜を形成したものは、空気雰囲気中およ
び窒素雰囲気中の双方の焼成で電極の被着強度が強いこ
とが判る。
【0024】
【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
料との間に電極材料中のガラスフリットの成分と親和性
の高い酸化膜を介在させて電極材料を焼き付けるように
したので、焼成の雰囲気が空気あるいは窒素の如何に拘
らず電極の被着強度が向上する。
【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。
【符号の説明】
1・・・・・・シリコン基板、1a・・・・・・逆導電型半導体不純
物を有する領域、1c・・・・・・微細な突起、2・・・・・・反射
防止膜(SiN)、3・・・・・・酸化膜、4・・・・・・裏面電
極、5・・・・・・表面電極
フロントページの続き Fターム(参考) 5F051 AA02 AA03 CB20 CB22 CB27 CB29 DA03 FA18 FA19 GA06 GA14 HA07

Claims (3)

    【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、この半導体基販の一主面側と他の主面側に
    電極材料を焼き付けて電極を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
    との間に電極材料中のガラスフリットの成分と親和性の
    高い酸化膜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。
  2. 【請求項2】 電極材料中の成分と親和性の高い酸化膜
    がSi、Ti、Pb、Zn、Cu、Al、Na、B、M
    gのうちのいずれか一種以上の酸化物から成ることを特
    徴とする請求項1に記載の太陽電池素子の製造方法。
  3. 【請求項3】 前記酸化膜が50〜300Åの厚みを有
    することを特徴とする請求項1に記載の太陽電池素子の
    製造方法。
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