JP2005050925A

JP2005050925A - Method for manufacturing solar battery element

Info

Publication number: JP2005050925A
Application number: JP2003204160A
Authority: JP
Inventors: Tomonari Sakamoto; 智成坂元
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2003-07-30
Filing date: 2003-07-30
Publication date: 2005-02-24
Anticipated expiration: 2023-07-30
Also published as: JP4412930B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for manufacturing a solar battery element decreasing a use amount of a chemical in a simpler method than the conventional. <P>SOLUTION: The method for manufacturing the solar battery element having a diffusion layer 2 and an anti-reflection layer 3 on the surface of a semiconductor substrate 1 removes a damage layer 11 by performing chemical treatment after forming on the semiconductor layer 1 the damage layer 11 penetrating the anti-reflection layer 3 by performing physical processing above the anti-reflection film 3. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は太陽電池の製造方法に関し、特に拡散層および反射防止膜を有する太陽電池素子の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
太陽電池素子は入射した光エネルギーを電気エネルギーに変換するものである。
【０００３】
太陽電池素子のうち主要なものは使用材料の種類によって結晶系、アモルファス系、化合物系などに分類される。このうち、現在市場で流通しているのはほとんどが結晶系シリコン太陽電池素子である。
【０００４】
これらの結晶系シリコン太陽電池素子は、直列もしくは並列に複数枚接続し、ガラス材などからなる透光性基板と裏面保護シートとの間に、樹脂などを封入して太陽電池モジュールとして使用するのが一般的である。
【０００５】
近年、環境問題がとりざたされる中、太陽電池の需要は急速に高まっており、その使用用途も広がってきている。これに伴い、太陽電池に求められる仕様は様々であり、その使用用途によっては、高い電圧値を要求される場合がある。その場合、昇圧回路を組み込むことにより昇圧して使用する場合もあるが、電圧値に対して電流値を必要としない場合には、太陽電池素子を分割して接続してモジュール化することにより、高い電圧のモジュールを作成する場合もある。
【０００６】
その場合、半導体基板を分割してから太陽電池素子を形成する方法があり、例えばサイズが１５ｃｍ×１５ｃｍである一枚の半導体基板に、複数の太陽電池素子を作りこみ、出来上がった後で分割する方が製造コスト面で有利であり、一般的である。
【０００７】
さらにこのとき、出力特性を測定してから分割するようにすれば、一枚の太陽電池素子から分割され、得られる複数の太陽電池素子を個々に同時に測定することが可能になり、出力測定にかかる時間も短縮することができる。
【０００８】
このようにするためには、例えば１５ｃｍ×１５ｃｍの一枚の半導体基板に光を照射した際に、中に作りこまれた複数の太陽電池素子を個別に同時に測定する測定機が必要になると同時に、一枚の半導体基板の中に作りこまれる太陽電池素子がそれぞれ絶縁分離されていなくてはならない。
【０００９】
図４〜図６は一枚の半導体基板に複数の太陽電池素子を作りこむ従来の製造方法を説明するための図である。ここでは結晶系シリコン太陽電池素子を例にとり説明する。
【００１０】
これらの図に示す（ａ）〜（ｉ）は、工程順序である。
【００１１】
１は半導体基板、２は拡散層、３は反射防止膜、５はダメージ層のない溝、６は表面電極、７は出力取出電極、８は集電電極、９はＢＳＦ（ＢａｃｋＳｕｒｆａｃｅＦｉｅｌｄ）層、１０は太陽電池素子、１２はレジスト膜を示す。
【００１２】
まず半導体基板１を用意する。この半導体基板１はｐ型、ｎ型いずれでもよい。例えば単結晶シリコンの場合は引き上げ法などで形成され、多結晶シリコンの場合は鋳造法などで形成される。多結晶シリコンは、大量生産が容易で製造コスト面で単結晶シリコンよりもきわめて有利である。引き上げ法や鋳造法で形成されたインゴットを３００μｍ程度の厚みにスライスして、１５ｃｍ×１５ｃｍ程度の大きさに切断して半導体基板１となる。
【００１３】
その後、アルカリなどの溶液でエッチングすることにより、スライスや切断の際に表面に付着した汚れや、ダメージを除去し清浄化する（図４（ａ）参照）。
【００１４】
次に半導体接合を形成するために、一導電型を呈する半導体基板１の一主面側に逆導電型半導体領域である拡散層２を形成する（図４（ｂ）参照）。この拡散層２の製造方法としては、例えば半導体基板１を設置した容器内に加熱しながらキャリアガスを用いて、例えば半導体基板１がｐ型である場合ＰＯＣｌ_３を流すことで不純物拡散源となるリンガラスを半導体基板１の表面に形成し、同時に半導体基板１の表面への拡散も行うという気相拡散法が一般的である。
【００１５】
次に、半導体基板１の表面側に反射防止膜３を形成する（図４（ｃ）参照）。この反射防止膜３は例えば窒化シリコン膜などから成り、例えばシラン（ＳｉＨ_４）とアンモニア（ＮＨ_４）との混合ガスをグロー放電分解してプラズマ化させて堆積させるプラズマＣＶＤ法などで形成される。
【００１６】
次に、太陽電池素子形成予定領域の受光面側の反射防止膜３の上に、スクリーン印刷法などによりレジスト膜１２を形成する（図５（ｄ）参照）。このレジスト膜は熱硬化や紫外線硬化などの耐酸性のレジストを用いてフォトリソ法やスクリーン印刷法によって形成する。
【００１７】
その後、例えばフッ酸溶液などに浸漬させることによって、レジスト膜１２を被着した領域を除く反射防止膜３の部分を除去する（図５（ｅ）参照）。
【００１８】
その後、マスクとして使用したレジスト膜１２を有機溶剤などで除去する（図５（ｆ）参照）。
【００１９】
そして、残った反射防止膜３をマスクとして、苛性ソーダなどを溶かしたアルカリ溶液に浸漬させることにより、反射防止膜３の下以外の部分をエッチングする。これにより、半導体基板１の側面および裏面にある不要な拡散層２を除去するとともに、太陽電池素子の形成予定位置間毎にダメージ層のない溝５が形成され、拡散層２を分離する（図６（ｇ）参照）。
【００２０】
そして、裏面にアルミニウムを主成分とするペーストをスクリーン印刷などによって塗布して焼き付けることによって集電電極８が形成されるともに、半導体基板１中にアルミニウムが拡散してＰ型高濃度層であるＢＳＦ層９が形成される。また、表裏面に銀からなる電極材料を塗布して焼き付けることよって表面電極６および出力取出電極７を形成する（図６（ｈ）参照）。
【００２１】
その後、表面電極６と出力取出電極７を半田で被覆し（図示せず）、一枚の半導体基板１の中に作りこまれた個々の太陽電池素子の出力特性を同時に測定する。
【００２２】
最後に裏面側からレーザーなどを照射し太陽電池素子を分離して完成する（図６（ｉ）参照）。
【００２３】
【発明が解決しようとする課題】
この様にしてダメージ層のない溝５を形成する事により、シリコン（Ｓｉ）基板上に任意形状，任意面積の幾つかの太陽電池素子を形成することが出来るが、その反面、工程が煩雑であるとともに、化学薬品を多く使用するため、薬液や廃液が多く、環境に対する負荷が大きくなるとともに、それらの処理にコストがかかるという問題があった。
【００２４】
本発明はこのような従来の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は従来に比べ簡素な方法で、化学薬品の使用量を減らした太陽電池素子の製造方法を提供することにある。
【００２５】
【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では、半導体基板の表面に、拡散層と反射防止膜を有する太陽電池素子の形成方法において、前記反射防止膜上から物理的処理を施すことによって、前記半導体基板に前記反射防止膜を貫通したダメージ層を形成した後に、化学的処理を施すことによって前記ダメージ層を除去することを特徴とする。
【００２６】
望ましくは、前記反射防止膜は窒化シリコン膜にすればよい。
【００２７】
さらに前記物理的処理はレーザー光を用いるとよい。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、結晶系シリコン太陽電池を例にして、図を用いて詳細に説明する。
【００２９】
図１と図２は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、これらの図に示す（ａ）〜（ｇ）は、工程順序である。
【００３０】
これらの図において、１は半導体基板、２は拡散層、３は反射防止膜、４はダメージ層を有する溝、５はダメージ層のない溝、６は表面電極、７は出力取出電極、８は集電電極、９はＢＳＦ層を示す。
【００３１】
そして、本発明によれば、順次下記工程を経て複数の太陽電池素子を得ることを特徴とする。
【００３２】
以下、各工程を詳しく述べる。
【００３３】
まず半導体基板１を用意する。この半導体基板１はｐ型、ｎ型いずれでもよい。例えば単結晶シリコンの場合は引き上げ法などで形成され、多結晶シリコンの場合は鋳造法などで形成される。多結晶シリコンは、大量生産が容易で製造コスト面で単結晶シリコンよりもきわめて有利である。引き上げ法や鋳造法で形成されたインゴットを３００μｍ程度の厚みにスライスして、１５ｃｍ×１５ｃｍ程度の大きさに切断して半導体基板１となる。
【００３４】
その後、アルカリなどの溶液でエッチングすることにより、スライスや切断の際に表面に付着した汚れや、ダメージを除去し清浄化する（図１（ａ）参照）。
【００３５】
次に半導体接合を形成するために、一導電型を呈する半導体基板１の一主面側に逆導電型半導体領域である拡散層２を形成する（図１（ｂ）参照）。この拡散層２の製造方法としては、例えば半導体基板１を設置した容器内に加熱しながらキャリアガスを用いて、例えば半導体基板１がｐ型である場合、ＰＯＣｌ_３を流すことで不純物拡散源となるリンガラスを半導体基板１の表面に形成し、同時に半導体基板１の表面への拡散も行うという気相拡散法が一般的である。
【００３６】
また、他の方法としては塗布拡散などがあり、これは不純物拡散源となる薄膜を半導体基板１の上にスピンコートなどで塗布し、これを加熱処理によって拡散させて逆導電型半導体領域である拡散層２を形成する方法である。このときの表面側のシート抵抗は３０〜３００Ω／□程度にする。
【００３７】
この値は四探針法により測定される値である。すなわち、半導体基板１の表面に一直線上に並んだ４本の金属針を加圧しながら接触させ、外側の２本の針に電流を流したときに内側の２本の針の間に発生した電圧を測定し、この電圧と流した電流からオームの法則により抵抗値を求める。
【００３８】
次に、半導体基板１の表面側に反射防止膜３を形成する（図１（ｃ）参照）。この反射防止膜３は例えば窒化シリコン膜などから成り、例えばシラン（ＳｉＨ_４）とアンモニア（ＮＨ_４）との混合ガスをグロー放電分解してプラズマ化させて堆積させるプラズマＣＶＤ法などで形成される。窒化シリコン膜以外にも酸化シリコン膜や二酸化チタン膜なども反射防止膜として使用することができる。
【００３９】
この反射防止膜３は半導体基板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５００〜１０００Å程度の厚みに形成される。この窒化シリコン膜３は形成する際にパッシベート効果があり、反射防止の機能と併せて太陽電池の電気特性を向上させる効果がある。
【００４０】
前工程により得られた半導体基板を各太陽電池素子毎に区分すべく、反射防止膜３の上から少なくとも反射防止膜３を貫通するような溝４を物理的処理を施すことにより、この溝４の内壁面に当該物理的処理によりダメージ層１１を形成する。（図１（ｄ）参照）。このダメージ層１１は図３に示す。
【００４１】
このときの物理的処理としては各種レーザー、ウォータージェット、ダイシング、ブラスト処理などの機械的表面加工などがあげられる。
【００４２】
各種レーザーは基本的にどれも局所的な熱加工で、レ−ザ−で照射された部分の温度が上昇し、そこが融解、蒸散することにより行う加工である。
【００４３】
ウォータージェットは細いビーム状の高速水噴流によって加工を行う方法で、高圧、高速の液体の持つ力学的破壊、運搬などの作用と、液体本来の冷却作用などにより、高温に加熱されることなく行える加工手段である。
【００４４】
またダイシングは数μｍ〜数百μｍの厚みのダイヤモンドブレードを高速で回転させ、そこに被処理体を接触させることによって行う加工である。
【００４５】
さらにブラスト処理は、粒子を局所的に高速で吹き付けることによって行う加工である。
【００４６】
特にレーザーを使用すれば、他の方法よりも微細なパターニングが可能になるため、太陽電池素子の受光面積の増加につながり、出力特性を向上させることができる。
【００４７】
図３は図１（ｄ）のダメージ層を有する溝４の部分の拡大図であり、同図において、１は半導体基板、２は拡散層、３は反射防止膜、４はダメージ層を有する溝、１１はダメージ層を示す。
【００４８】
反射防止膜３の上から物理的処理を施すことによって、特別なマスクを要することなく、反射防止膜３を太陽電池素子の形成予定位置にあわせてパターニングすることができる。図３において、ダメージ層を有する溝４は、深さ方向に反射防止膜３を貫通し、拡散層２の途中まで形成されているが、これに限定されるものではなく、深さ方向に反射防止膜３と拡散層２を貫通して、半導体基板１まで到達していてもよい。しかし、反射防止膜３は貫通している必要がある。
【００４９】
このように物理的処理により、特別なマスクを使用することなくパターニングすることができるが、形成される溝には同時にダメージ層１１も形成される。
【００５０】
このようなダメージ層１１は例えば物理的処理として、各種レーザーを用いた場合、その光熱により溝の壁面は溶解し拡散層２のドーパントである例えばリンが、半導体基板１の中や、拡散層２の溝の壁面で拡散してダメージ層１１となってしまう。これにより、このまま素子化すると絶縁ができていなかったり、拡散層２の不均一による特性低下の問題が発生する。
【００５１】
また、各種レーザーのみならず、ウォータージェット、ダイシングなどの機械的表面加工、ブラスト処理などの物理的処理を行うと、その衝撃により欠陥が多数形成されたダメージ層１１となってしまい、太陽電池素子の出力特性を低下させてしまう。
【００５２】
次に化学的処理を施し、ダメージ層１１を除去する。
【００５３】
すなわち、反射防止膜３の上から物理的処理を施した後、化学的処理を施すことによって物理的処理によって形成されたダメージ層１１を除去することを特徴とする（図２（ｅ）参照）。
【００５４】
化学的処理を行う方法としては、反射防止膜３の上に耐酸性もしくは耐アルカリ性のレジストを塗布し、耐酸性のレジストを塗布した場合には酸性の薬品で化学的処理を行い、耐アルカリ性のレジストを塗布した場合にはアルカリ性の薬品で化学的処理を行うことによってダメージ層１１を除去すればよい。ダメージ層１１の厚みは先に行う物理的処理の方法によっても異なるが、通常数μｍに及ぶこともあるため、ダメージ層１１を除去すれば同時に拡散層２を分離することができる。その後反射防止膜１１の上のレジストを除去することによってダメージ層のない溝５を形成する（図２（ｅ）参照）。
【００５５】
このようにすることにより、従来反射防止膜３のパターニングと拡散層２の分離のため２回行っていた化学的処理を１回に減らすことができるため、化学薬品の使用を減らすことができる。
【００５６】
また、本発明の方法によれば、反射防止膜３の上から後の化学的処理の際のマスクとなるレジストを塗布するときに、先に半導体基板１の表面に物理的処理によりダメージ層を有する溝４が形成されているため、極端にチキソ性の低い、低粘度のレジストを使用しない限り、特にパターニングを行わなくても溝４の中にレジストが入り込むことはない。よって作業性も大幅に向上する。
【００５７】
さらに反射防止膜３として窒化シリコン膜を使用すれば、反射防止膜３をマスクとして使用することができるので、化学的処理の前に反射防止膜３の上からレジストを塗布する必要もなくなる。
【００５８】
つまり、表面に拡散層２と窒化シリコンからなる反射防止膜３を有する半導体基板１の表面に、窒化シリコン膜３の上から物理的処理を施すことにより、反射防止膜３を貫通させた後、化学的処理として例えば７０〜９０℃程度の１０〜３０％程度の苛性ソーダ水溶液に１０〜１００秒程度浸漬させればよい。
【００５９】
このようにすることにより従来反射防止膜３のパターニングと拡散層２の分離のため２回行っていた化学的処理を１回に減らすことができるため、化学薬品の使用を減らすことができるとともに、反射防止膜３をマスクとして使用することができるので、化学的処理の前に反射防止膜３の上からレジストを塗布する必要もなくなる。
【００６０】
さらにプラズマＣＶＤで成膜した窒化シリコン膜は反射防止膜としての役割に加え、パッシベーション膜としての機能も併せ持つため、太陽電池素子の特性の向上にもつながる。
【００６１】
その後、裏面にアルミニウムを主成分とするペーストを塗布して焼き付けることによって集電電極８が形成されるともに、半導体基板１中にアルミニウムが拡散してＰ型高濃度層であるＢＳＦ層９が形成される。
【００６２】
また、表裏面に銀からなる電極材料を塗布して焼き付けることよって表面電極５および出力取出電極７を形成する（図２（ｆ）参照）。
【００６３】
この電極材料は銀と有機ビヒクルとガラスフリットを銀１００重量％に対してそれぞれ１０〜３０重量％、０．１〜５重量％を添加してペースト状にしたもので、これ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よって焼き付けられる。
【００６４】
表面電極５は反射防止膜３の上から直接電極材料を塗布し、焼き付けることによって表面電極５と、半導体基板１の表面に形成された拡散層２のコンタクトをとるいわゆるファイヤースルー法で形成してもよいし、表面電極５の形成予定位置の反射防止膜３を除去してから電極材料を塗布して焼きつけても構わない。しかし本発明の目的である化学薬品の使用量削減の観点からは、ファイヤースルー法を用いた方がより好ましい。
【００６５】
その後、表面電極６と出力取出電極７を半田で被覆し（図示せず）、一枚の半導体基板１の中に作りこまれた個々の太陽電池素子の出力特性を同時に測定するとよい。
【００６６】
その後、裏面側からレーザーなどを照射し太陽電池素子を分離して完成する（図２（ｇ）参照）。
【００６７】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で多くの修正および変更を加えることができる。
【００６８】
例えば上記半導体基板はｐ型シリコン基板に限定されるものではなく、ｎ型シリコン基板でも構わないし、シリコン以外の結晶系基板でもよい。
【００６９】
また、化学的処理は、反射防止膜３をマスクとして使用することから、耐酸性の反射防止膜３を使用した場合には、酸性の薬品を使用し、耐アルカリ性の反射防止膜３を使用する場合にはアルカリ性の薬品を使用することが必要となるため、反射防止膜３の性質により適宜選択することが必要である。またその処理条件も上記実施形態に限定されるものではない。
【００７０】
さらに本発明は、一枚の半導体基板１に複数の太陽電池素子１０を形成する場合に限定されるものではなく、一枚の半導体基板１に一つの太陽電池素子を形成する場合の拡散層２の分離にも応用することが可能である。
【００７１】
つまり拡散層２と反射防止膜３の上から物理的処理を施すことによってダメージ層１１を形成した後、化学的処理を施すことによってダメージ層１１を除去して拡散層２を分離することも可能である。
【００７２】
【発明の効果】
以上の通り、本発明に係る太陽電池素子の製造方法によれば、半導体基板の表面に、拡散層や反射防止膜を有する太陽電池素子の製造方法において、この反射防止膜上から物理的処理を施すことによって、半導体基板にダメージ層を形成し、そして、その後、化学的処理を施すことによってダメージ層を除去することを特徴とする。
【００７３】
このように反射防止膜の上から物理的処理を施すことによって、従来、反射防止膜３のパターニングと拡散層２の分離のため２回行っていた化学的処理を１回に減らすことができるため、化学薬品の使用を減らすことができる。
【００７４】
また物理的処理を施した後、化学的処理を施すことによってダメージ層を除去すれば、絶縁不良などに起因する出力特性の低下を招くことはない。
【００７５】
また本発明の方法によれば、反射防止膜の上から後の化学的処理の際のマスクとなるレジストを塗布しても、先に半導体基板の表面に物理的処理によりダメージ層を有する溝が形成されているため、極端にチキソ性の低い、低粘度のレジストを使用しない限り、特にパターニングを行わなくても溝の中にレジストが入り込むことはない。よって作業性も大幅に向上する。
【００７６】
また、反射防止膜として窒化シリコン膜を使用すれば、反射防止膜をマスクとして使用することができるので、従来必要であったレジスト膜の形成や、その除去、ならびに反射防止膜に対するエッチングが必要がなくなり、これにより、製造工程の簡略化がはかれるとともに化学薬品の使用量を削減することができる。
【００７７】
さらに窒化シリコン膜は反射防止膜としての役割をもつだけでなく、パッシベーション膜としての効果も併せ持つため、太陽電池素子の出力特性を向上させることができる。また、耐アルカリ性を有する膜であることから、化学的処理をアルカリ性の薬品で行えば、窒化シリコン膜に影響を及ぼすことなく、物理的処理で形成されたダメージ層を除去することが可能になる。よって、従来よりも簡素な方法で、化学薬品の使用量を減らすことができるとともに、出力特性の高い太陽電池素子を得ることができる。
【００７８】
また、例えば物理的処理にレーザーなどを使用することにより、従来のレジスト膜を形成する方法よりも微細なパターニングが可能になり、太陽電池素子の受光面積の増加が図れ、太陽電池素子の出力特性の向上を図ることができる。
【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る。
【図２】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る。
【図３】本発明に係る太陽電池素子のダメージ層を有する溝を説明するための図であり、図１（ｄ）の４部の拡大図である。
【図４】従来の太陽電池素子の製造方法を説明するための図である。
【図５】従来の太陽電池素子の製造方法を説明するための図である。
【図６】従来の太陽電池素子の製造方法を説明するための図である。
【符号の説明】
１：半導体基板、２：拡散層、３：反射防止膜、４：ダメージ層を有する溝、５：ダメージ層のない溝、６：表面電極、７：出力取出電極、８：集電電極、９：ＢＳＦ層、１０：太陽電池素子、１１：ダメージ層、１２：レジスト膜[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for manufacturing a solar cell, and more particularly to a method for manufacturing a solar cell element having a diffusion layer and an antireflection film.
[0002]
[Prior art]
The solar cell element converts incident light energy into electric energy.
[0003]
Major solar cell elements are classified into crystalline, amorphous, and compound types depending on the type of materials used. Of these, most of the crystalline silicon solar cell elements currently on the market are in the market.
[0004]
These crystalline silicon solar cell elements are connected in series or in parallel, and are used as a solar cell module by encapsulating a resin or the like between a translucent substrate made of glass or the like and a back surface protective sheet. Is common.
[0005]
In recent years, as environmental problems have been addressed, the demand for solar cells has been rapidly increasing, and its usage has been expanded. Along with this, the specifications required for solar cells are various, and depending on the intended use, a high voltage value may be required. In that case, it may be used by boosting by incorporating a booster circuit, but when the current value is not required for the voltage value, by dividing and connecting the solar cell elements into a module, Sometimes a high voltage module is created.
[0006]
In that case, there is a method of forming a solar cell element after dividing the semiconductor substrate. For example, a plurality of solar cell elements are formed on a single semiconductor substrate having a size of 15 cm × 15 cm, and divided after being completed. This is advantageous in terms of manufacturing cost and is general.
[0007]
Furthermore, at this time, if the output characteristics are measured and then divided, it is possible to measure a plurality of solar cell elements that are divided from a single solar cell element at the same time, for output measurement. Such time can also be shortened.
[0008]
In order to do this, for example, when a single semiconductor substrate of 15 cm × 15 cm is irradiated with light, a measuring machine that simultaneously measures a plurality of solar cell elements built therein is required at the same time. The solar cell elements built in one semiconductor substrate must be insulated and separated from each other.
[0009]
4 to 6 are views for explaining a conventional manufacturing method in which a plurality of solar cell elements are formed on a single semiconductor substrate. Here, a crystalline silicon solar cell element will be described as an example.
[0010]
(A)-(i) shown in these figures is a process order.
[0011]
1 is a semiconductor substrate, 2 is a diffusion layer, 3 is an antireflection film, 5 is a groove without a damage layer, 6 is a surface electrode, 7 is an output extraction electrode, 8 is a collector electrode, 9 is a BSF (Back Surface Field) layer Reference numeral 10 denotes a solar cell element, and 12 denotes a resist film.
[0012]
First, the semiconductor substrate 1 is prepared. The semiconductor substrate 1 may be either p-type or n-type. For example, in the case of single crystal silicon, it is formed by a pulling method or the like, and in the case of polycrystalline silicon, it is formed by a casting method or the like. Polycrystalline silicon is very advantageous over single-crystal silicon in terms of manufacturing cost and easy mass production. An ingot formed by a pulling method or a casting method is sliced to a thickness of about 300 μm and cut into a size of about 15 cm × 15 cm to form the semiconductor substrate 1.
[0013]
After that, by etching with a solution such as alkali, dirt and damage attached to the surface at the time of slicing and cutting are removed and cleaned (see FIG. 4A).
[0014]
Next, in order to form a semiconductor junction, a diffusion layer 2 which is a reverse conductivity type semiconductor region is formed on one main surface side of the semiconductor substrate 1 exhibiting one conductivity type (see FIG. 4B). As a method for manufacturing the diffusion layer 2, for example, a carrier gas is used while heating in a container in which the semiconductor substrate 1 is installed. For example, when the semiconductor substrate 1 is p-type, POCl ₃ is flowed to become an impurity diffusion source. A vapor phase diffusion method in which phosphorous glass is formed on the surface of the semiconductor substrate 1 and at the same time diffusion to the surface of the semiconductor substrate 1 is also performed.
[0015]
Next, the antireflection film 3 is formed on the surface side of the semiconductor substrate 1 (see FIG. 4C). The antireflection film 3 is made of, for example, a silicon nitride film, and is formed by, for example, a plasma CVD method in which a mixed gas of silane (SiH ₄ ) and ammonia (NH ₄ ) is decomposed by glow discharge to be converted into plasma and deposited. .
[0016]
Next, a resist film 12 is formed by a screen printing method or the like on the antireflection film 3 on the light receiving surface side of the solar cell element formation scheduled region (see FIG. 5D). This resist film is formed by a photolithographic method or a screen printing method using an acid resistant resist such as heat curing or ultraviolet curing.
[0017]
Thereafter, the portion of the antireflection film 3 excluding the region where the resist film 12 is deposited is removed by, for example, immersing in a hydrofluoric acid solution or the like (see FIG. 5E).
[0018]
Thereafter, the resist film 12 used as a mask is removed with an organic solvent or the like (see FIG. 5F).
[0019]
Then, by using the remaining antireflection film 3 as a mask, it is immersed in an alkaline solution in which caustic soda or the like is dissolved, so that portions other than the bottom of the antireflection film 3 are etched. As a result, unnecessary diffusion layers 2 on the side surface and the back surface of the semiconductor substrate 1 are removed, and a groove 5 having no damage layer is formed between the positions where the solar cell elements are to be formed, thereby separating the diffusion layer 2 (FIG. 6 (g)).
[0020]
A collector electrode 8 is formed by applying and baking a paste mainly composed of aluminum on the back surface by screen printing or the like, and at the same time, aluminum diffuses into the semiconductor substrate 1 and is a P-type high concentration layer BSF. Layer 9 is formed. Moreover, the surface electrode 6 and the output extraction electrode 7 are formed by apply | coating and baking the electrode material which consists of silver on front and back (refer FIG.6 (h)).
[0021]
Thereafter, the surface electrode 6 and the output extraction electrode 7 are covered with solder (not shown), and the output characteristics of individual solar cell elements formed in one semiconductor substrate 1 are measured simultaneously.
[0022]
Finally, the solar cell element is separated and completed by irradiating a laser or the like from the back side (see FIG. 6 (i)).
[0023]
[Problems to be solved by the invention]
By forming the groove 5 having no damage layer in this way, several solar cell elements having an arbitrary shape and an arbitrary area can be formed on a silicon (Si) substrate. However, the process is complicated. In addition, since many chemicals are used, there are many chemicals and waste liquids, and there is a problem that the burden on the environment becomes large and the processing is costly.
[0024]
The present invention has been made in view of such conventional problems, and an object of the present invention is to provide a method for manufacturing a solar cell element in which the amount of chemicals used is reduced by a simpler method than the conventional method. .
[0025]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, in a method for manufacturing a solar cell element according to the present invention, in a method for forming a solar cell element having a diffusion layer and an antireflection film on the surface of a semiconductor substrate, A damaged layer penetrating the antireflection film is formed on the semiconductor substrate by performing a treatment, and then the damaged layer is removed by performing a chemical treatment.
[0026]
Desirably, the antireflection film may be a silicon nitride film.
[0027]
Further, laser light may be used for the physical treatment.
[0028]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings, taking a crystalline silicon solar cell as an example.
[0029]
1 and 2 are diagrams for explaining a method for producing a solar cell element according to the present invention, and (a) to (g) shown in these drawings are process orders.
[0030]
In these figures, 1 is a semiconductor substrate, 2 is a diffusion layer, 3 is an antireflection film, 4 is a groove having a damage layer, 5 is a groove without a damage layer, 6 is a surface electrode, 7 is an output extraction electrode, and 8 is an output extraction electrode. A collecting electrode 9 indicates a BSF layer.
[0031]
And according to this invention, a several solar cell element is obtained through the following process sequentially.
[0032]
Hereinafter, each step will be described in detail.
[0033]
First, the semiconductor substrate 1 is prepared. The semiconductor substrate 1 may be either p-type or n-type. For example, in the case of single crystal silicon, it is formed by a pulling method or the like, and in the case of polycrystalline silicon, it is formed by a casting method or the like. Polycrystalline silicon is very advantageous over single-crystal silicon in terms of manufacturing cost and easy mass production. An ingot formed by a pulling method or a casting method is sliced to a thickness of about 300 μm and cut into a size of about 15 cm × 15 cm to form the semiconductor substrate 1.
[0034]
Thereafter, by etching with a solution such as alkali, dirt and damage attached to the surface during slicing and cutting are removed and cleaned (see FIG. 1A).
[0035]
Next, in order to form a semiconductor junction, a diffusion layer 2 that is a reverse conductivity type semiconductor region is formed on one main surface side of the semiconductor substrate 1 exhibiting one conductivity type (see FIG. 1B). As a method for producing the diffusion layer 2, for example using a carrier gas while heating the vessel was placed a semiconductor substrate 1, for example, when the semiconductor substrate 1 is a p-type, and the impurity diffusion source by flowing POCl ₃ A vapor phase diffusion method in which a phosphorous glass to be formed is formed on the surface of the semiconductor substrate 1 and at the same time diffusion to the surface of the semiconductor substrate 1 is also performed.
[0036]
Other methods include coating diffusion, which is a reverse conductivity type semiconductor region by applying a thin film serving as an impurity diffusion source on the semiconductor substrate 1 by spin coating or the like, and diffusing it by heat treatment. This is a method of forming the diffusion layer 2. At this time, the sheet resistance on the surface side is set to about 30 to 300Ω / □.
[0037]
This value is a value measured by the four probe method. That is, a voltage generated between two inner needles when four metal needles arranged in a straight line are brought into contact with the surface of the semiconductor substrate 1 while being pressed and current is passed through the two outer needles. And the resistance value is obtained from the voltage and the flowing current by Ohm's law.
[0038]
Next, the antireflection film 3 is formed on the surface side of the semiconductor substrate 1 (see FIG. 1C). The antireflection film 3 is made of, for example, a silicon nitride film, and is formed by, for example, a plasma CVD method in which a mixed gas of silane (SiH ₄ ) and ammonia (NH ₄ ) is decomposed by glow discharge to be converted into plasma and deposited. . In addition to the silicon nitride film, a silicon oxide film, a titanium dioxide film, or the like can be used as the antireflection film.
[0039]
The antireflection film 3 is formed so as to have a refractive index of about 1.8 to 2.3 in consideration of a difference in refractive index with the semiconductor substrate 1, and is formed to a thickness of about 500 to 1000 mm. The silicon nitride film 3 has a passivating effect when formed, and has an effect of improving the electric characteristics of the solar cell together with an antireflection function.
[0040]
In order to divide the semiconductor substrate obtained in the previous process into each solar cell element, the groove 4 that penetrates at least the antireflection film 3 from above the antireflection film 3 is subjected to physical treatment to thereby form the groove 4. The damage layer 11 is formed on the inner wall surface of the substrate by the physical treatment. (See FIG. 1 (d)). This damage layer 11 is shown in FIG.
[0041]
Examples of the physical treatment at this time include mechanical surface processing such as various lasers, water jets, dicing, and blasting.
[0042]
Each of the various lasers is basically a local thermal processing, in which the temperature of the portion irradiated by the laser rises and is melted and evaporated.
[0043]
A water jet is a method of processing with a high-speed water jet in the form of a thin beam. It can be performed without being heated to a high temperature due to the action of mechanical destruction and transportation of high-pressure and high-speed liquid and the original cooling action of the liquid. It is a processing means.
[0044]
Dicing is a process performed by rotating a diamond blade having a thickness of several μm to several hundreds of μm at a high speed and bringing a workpiece into contact therewith.
[0045]
Furthermore, blasting is a process performed by spraying particles locally at high speed.
[0046]
In particular, if a laser is used, finer patterning is possible than in other methods, leading to an increase in the light receiving area of the solar cell element and improving output characteristics.
[0047]
FIG. 3 is an enlarged view of a portion of the groove 4 having a damaged layer shown in FIG. 1D. In FIG. 3, 1 is a semiconductor substrate, 2 is a diffusion layer, 3 is an antireflection film, and 4 is a groove having a damaged layer. , 11 indicates a damage layer.
[0048]
By performing physical treatment from above the antireflection film 3, the antireflection film 3 can be patterned in accordance with the planned position of the solar cell element without requiring a special mask. In FIG. 3, the groove 4 having the damage layer penetrates the antireflection film 3 in the depth direction and is formed partway through the diffusion layer 2, but is not limited to this, and is reflected in the depth direction. The protective film 3 and the diffusion layer 2 may be penetrated to reach the semiconductor substrate 1. However, the antireflection film 3 needs to penetrate.
[0049]
In this way, patterning can be performed by using a physical process without using a special mask, but the damage layer 11 is also formed in the formed groove at the same time.
[0050]
For example, when various lasers are used as such a damaged layer 11 as a physical treatment, the wall surface of the groove is dissolved by light heat, and the dopant of the diffusion layer 2 such as phosphorus is contained in the semiconductor substrate 1 or the diffusion layer 2. It diffuses on the wall surface of the groove and becomes the damage layer 11. As a result, if it is made into an element as it is, insulation is not achieved, and problems such as deterioration of characteristics due to non-uniformity of the diffusion layer 2 occur.
[0051]
Further, when not only various lasers but also physical surface processing such as water jet and dicing, and physical processing such as blasting, the impact results in a damage layer 11 in which many defects are formed, and the solar cell element. Will degrade the output characteristics.
[0052]
Next, chemical treatment is performed to remove the damaged layer 11.
[0053]
That is, after the physical treatment is performed on the antireflection film 3, the damaged layer 11 formed by the physical treatment is removed by performing a chemical treatment (see FIG. 2E). .
[0054]
As a method of chemical treatment, an acid-resistant or alkali-resistant resist is applied on the antireflection film 3, and when an acid-resistant resist is applied, the chemical treatment is performed with an acidic chemical, When the resist is applied, the damaged layer 11 may be removed by chemical treatment with an alkaline chemical. Although the thickness of the damaged layer 11 varies depending on the physical treatment method performed first, it usually reaches several μm. Therefore, if the damaged layer 11 is removed, the diffusion layer 2 can be separated at the same time. Thereafter, the resist on the antireflection film 11 is removed to form a groove 5 having no damage layer (see FIG. 2E).
[0055]
By doing so, the chemical treatment that has been performed twice for the patterning of the antireflection film 3 and the separation of the diffusion layer 2 can be reduced to one time, so that the use of chemicals can be reduced.
[0056]
Further, according to the method of the present invention, when a resist serving as a mask for subsequent chemical treatment is applied from above the antireflection film 3, a damage layer is first formed on the surface of the semiconductor substrate 1 by physical treatment. Since the groove 4 is formed, the resist does not enter the groove 4 without performing patterning unless a resist having extremely low thixotropy and low viscosity is used. Therefore, workability is also greatly improved.
[0057]
Further, if a silicon nitride film is used as the antireflection film 3, the antireflection film 3 can be used as a mask, so that it is not necessary to apply a resist from above the antireflection film 3 before chemical treatment.
[0058]
In other words, the surface of the semiconductor substrate 1 having the diffusion layer 2 and the antireflection film 3 made of silicon nitride on the surface is subjected to physical treatment from above the silicon nitride film 3 to penetrate the antireflection film 3. What is necessary is just to immerse for about 10 to 100 seconds as about 10 to 30% of caustic soda aqueous solution of about 70 to 90 degreeC as a chemical treatment, for example.
[0059]
By doing so, the chemical treatment which has been performed twice for the patterning of the antireflection film 3 and the separation of the diffusion layer 2 can be reduced to one time, so that the use of chemicals can be reduced. Since the antireflection film 3 can be used as a mask, it is not necessary to apply a resist from above the antireflection film 3 before chemical treatment.
[0060]
Furthermore, since the silicon nitride film formed by plasma CVD has a function as a passivation film in addition to a role as an antireflection film, the characteristics of the solar cell element are also improved.
[0061]
Thereafter, a collector electrode 8 is formed by applying and baking a paste mainly composed of aluminum on the back surface, and aluminum is diffused in the semiconductor substrate 1 to form a BSF layer 9 which is a P-type high concentration layer. Is done.
[0062]
Moreover, the surface electrode 5 and the output extraction electrode 7 are formed by apply | coating and baking the electrode material which consists of silver on front and back (refer FIG.2 (f)).
[0063]
This electrode material is made by adding silver, organic vehicle and glass frit in a paste form by adding 10 to 30% by weight and 0.1 to 5% by weight, respectively, with respect to 100% by weight of silver. It is baked by printing and baking at 600 to 800 ° C. for about 1 to 30 minutes.
[0064]
The surface electrode 5 is formed by a so-called fire-through method in which a contact is made between the surface electrode 5 and the diffusion layer 2 formed on the surface of the semiconductor substrate 1 by applying and baking an electrode material directly on the antireflection film 3. Alternatively, the electrode material may be applied and baked after removing the antireflection film 3 at the position where the surface electrode 5 is to be formed. However, it is more preferable to use the fire-through method from the viewpoint of reducing the amount of chemicals used, which is the object of the present invention.
[0065]
Thereafter, the surface electrode 6 and the output extraction electrode 7 may be covered with solder (not shown), and the output characteristics of individual solar cell elements formed in one semiconductor substrate 1 may be measured simultaneously.
[0066]
Thereafter, the solar cell element is separated and completed by irradiating a laser or the like from the back side (see FIG. 2G).
[0067]
In addition, this invention is not limited to the said embodiment, Many corrections and changes can be added within the scope of the present invention.
[0068]
For example, the semiconductor substrate is not limited to a p-type silicon substrate, but may be an n-type silicon substrate or a crystalline substrate other than silicon.
[0069]
Further, since the chemical treatment uses the antireflection film 3 as a mask, when the acid resistant antireflection film 3 is used, an acidic chemical is used and the alkali resistant antireflection film 3 is used. In some cases, it is necessary to use an alkaline chemical, and therefore it is necessary to select appropriately depending on the properties of the antireflection film 3. Also, the processing conditions are not limited to the above embodiment.
[0070]
Furthermore, the present invention is not limited to the case where a plurality of solar cell elements 10 are formed on a single semiconductor substrate 1, but the diffusion layer 2 when a single solar cell element is formed on a single semiconductor substrate 1. It can also be applied to the separation of
[0071]
That is, it is possible to form the damaged layer 11 by performing physical treatment on the diffusion layer 2 and the antireflection film 3, and then remove the damaged layer 11 by chemical treatment to separate the diffusion layer 2. It is.
[0072]
【The invention's effect】
As described above, according to the method for manufacturing a solar cell element according to the present invention, in the method for manufacturing a solar cell element having a diffusion layer or an antireflection film on the surface of a semiconductor substrate, physical treatment is performed from above the antireflection film. By applying, a damaged layer is formed on the semiconductor substrate, and then the damaged layer is removed by performing chemical treatment.
[0073]
By performing physical treatment from above the antireflection film in this way, the chemical treatment which has been conventionally performed twice for patterning the antireflection film 3 and separating the diffusion layer 2 can be reduced to one time. Can reduce the use of chemicals.
[0074]
Further, if the damaged layer is removed by performing chemical treatment after performing physical treatment, the output characteristics are not deteriorated due to insulation failure or the like.
[0075]
In addition, according to the method of the present invention, even if a resist serving as a mask for subsequent chemical treatment is applied from above the antireflection film, a groove having a damaged layer is first formed on the surface of the semiconductor substrate by physical treatment. Since it is formed, the resist does not enter the groove without performing patterning unless a resist having extremely low thixotropy and low viscosity is used. Therefore, workability is also greatly improved.
[0076]
In addition, if a silicon nitride film is used as an antireflection film, the antireflection film can be used as a mask. Therefore, it is necessary to form and remove a resist film, and to etch the antireflection film, which are conventionally required. As a result, the manufacturing process can be simplified and the amount of chemicals used can be reduced.
[0077]
Furthermore, since the silicon nitride film not only has a role as an antireflection film but also has an effect as a passivation film, the output characteristics of the solar cell element can be improved. In addition, since the film has alkali resistance, if the chemical treatment is performed with an alkaline chemical, the damaged layer formed by the physical treatment can be removed without affecting the silicon nitride film. . Therefore, the amount of chemicals used can be reduced by a simpler method than before, and a solar cell element with high output characteristics can be obtained.
[0078]
In addition, for example, by using a laser or the like for physical processing, fine patterning becomes possible compared to the conventional method of forming a resist film, the light receiving area of the solar cell element can be increased, and the output characteristics of the solar cell element Can be improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram for explaining a method for manufacturing a solar cell element according to the present invention.
FIG. 2 is a diagram for explaining a method for manufacturing a solar cell element according to the present invention.
FIG. 3 is a view for explaining a groove having a damaged layer of the solar cell element according to the present invention, and is an enlarged view of a part 4 in FIG. 1 (d).
FIG. 4 is a diagram for explaining a conventional method for manufacturing a solar cell element.
FIG. 5 is a diagram for explaining a conventional method for manufacturing a solar cell element.
FIG. 6 is a diagram for explaining a conventional method for manufacturing a solar cell element.
[Explanation of symbols]
1: semiconductor substrate, 2: diffusion layer, 3: antireflection film, 4: groove with damage layer, 5: groove without damage layer, 6: surface electrode, 7: output extraction electrode, 8: collector electrode, 9 : BSF layer, 10: solar cell element, 11: damage layer, 12: resist film

Claims

In a method of manufacturing a solar cell element having a diffusion layer and an antireflection film on a surface of a semiconductor substrate, a damage layer penetrating the antireflection film is formed on the semiconductor substrate by performing physical treatment on the antireflection film. After forming, the said damage layer is removed by performing a chemical process, The manufacturing method of the solar cell element characterized by the above-mentioned.

The method for manufacturing a solar cell element according to claim 1, wherein the antireflection film is a silicon nitride film.

The method of manufacturing a solar cell element according to claim 1, wherein the physical treatment uses laser light.