JP2005310830A - Solar cell and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は太陽電池および太陽電池の製造方法に関し、特に裏面のみに電極が形成されている裏面電極型の太陽電池およびその製造方法に関する。 The present invention relates to a solar cell and a method for manufacturing the solar cell, and more particularly to a back electrode type solar cell in which an electrode is formed only on the back surface and a method for manufacturing the solar cell.
近年、特に地球環境の保護の観点から、太陽光エネルギを電気エネルギに変換する太陽電池は次世代のエネルギ源としての期待が急激に高まっている。太陽電池の種類には、化合物半導体を用いたものや有機材料を用いたものなどの様々なものがあるが、現在、シリコン結晶を用いた太陽電池が主流となっている。そして、現在、最も多く製造および販売されている太陽電池においては、太陽光が入射する側の面(受光面)にn電極が形成されており、受光面と反対側の面(裏面)にp電極が形成されている。このような太陽電池の受光面に形成されているn電極は太陽光の入射により発生した電流を外部に取り出すために不可欠なものであるが、n電極の下方の部分には太陽光が入射しないためその部分には電流が発生しない。それゆえ、n電極の面積が大きくなると太陽電池の変換効率が低下してしまうという問題があった。 In recent years, especially from the viewpoint of protecting the global environment, solar cells that convert solar energy into electrical energy have been rapidly expected as next-generation energy sources. There are various types of solar cells, such as those using compound semiconductors and those using organic materials. Currently, solar cells using silicon crystals are the mainstream. And in the solar cell currently manufactured and sold most, n electrode is formed in the surface (light-receiving surface) on the side where sunlight enters, and p is formed on the surface (back surface) opposite to the light-receiving surface. An electrode is formed. The n-electrode formed on the light-receiving surface of such a solar cell is indispensable for taking out the current generated by the incidence of sunlight to the outside, but no sunlight enters the portion below the n-electrode. Therefore, no current is generated in that portion. Therefore, there is a problem that the conversion efficiency of the solar cell is lowered when the area of the n electrode is increased.
そこで、たとえば特許文献1には、太陽電池の受光面には電極を形成せず、裏面のみにn電極およびp電極を形成した裏面電極型の太陽電池が開示されている。この太陽電池においては、受光面に形成された電極によって太陽光の入射が阻害されることがないため、原理的には高い変換効率を期待することができる。 Thus, for example, Patent Document 1 discloses a back electrode type solar cell in which an electrode is not formed on the light receiving surface of the solar cell, and an n electrode and a p electrode are formed only on the back surface. In this solar cell, since the incidence of sunlight is not hindered by the electrode formed on the light receiving surface, high conversion efficiency can be expected in principle.
図8に、この裏面電極型の太陽電池の模式的な断面図を示す。この太陽電池のシリコン基板10の裏面には高濃度pドーピング領域12と高濃度nドーピング領域13とが交互に形成されている。そして、シリコン基板10の受光面および裏面にはそれぞれパッシベーション膜11が形成されており、これによりキャリアの再結合が抑制されている。また、シリコン基板10の裏面側のパッシベーション膜11の一部が除去されてコンタクトホール16、17が形成されており、コンタクトホール16、17を通して高濃度pドーピング領域12上にp電極14が、高濃度nドーピング領域13上にn電極15がそれぞれ形成されている。図8からもわかるように、太陽電池の受光面には電極が形成されていないため、受光面において太陽光の入射が阻害されない。ここで、太陽電池の受光面に形成されているパッシベーション膜11は太陽光の反射防止膜としての機能も兼ね備えている。
FIG. 8 shows a schematic cross-sectional view of this back electrode type solar cell. High-concentration p-doped
この裏面電極型の太陽電池はたとえば以下のようにして製造される。まず、シリコン基板10の受光面および裏面にそれぞれシリコン酸化膜を形成した後にシリコン窒化膜を形成してパッシベーション膜11を形成する。次に、フォトエッチングにより、シリコン基板10の裏面のパッシベーション膜11の一部を除去してコンタクトホール17を形成する。そして、CVD法を用いて、シリコン基板10の裏面側の全面にn型ドーパントを含むガラス層を堆積させる。続いて、高濃度pドーピング領域12が形成される部分に対応するガラス層の部分を除去した後、フォトエッチングによりその部分のパッシベーション膜11の一部を除去してコンタクトホール16を形成する。そして、CVD法を用いて、シリコン基板10の裏面側にp型ドーパントを含むガラス層を堆積させる。
This back electrode type solar cell is manufactured, for example, as follows. First, a silicon oxide film is formed on each of the light receiving surface and the back surface of the
次いで、このようにガラス層が堆積されたシリコン基板10を900℃に加熱することによって、シリコン基板10の裏面に高濃度pドーピング領域12および高濃度nドーピング領域13が形成される。その後、パッシベーション膜11に堆積されているガラス層をすべて除去し、水素雰囲気下で900℃以上の高温でシリコン基板10を熱処理する。これにより、シリコン基板10とシリコン基板10の裏面のパッシベーション膜11のシリコン酸化膜との界面が水素化処理される。そして、高濃度pドーピング領域12上および高濃度nドーピング領域13上に残留しているガラス層を除去した後に、スパッタリング法によりシリコン基板10の裏面側にアルミニウム膜を堆積する。このアルミニウム膜をフォトエッチングを用いてパターンニングすることによってp電極14およびn電極15がそれぞれ形成される。
Next, by heating the
しかしながら、この裏面電極型の太陽電池は、当初、集光型の太陽電池として開発されたものであり、その製造には複雑なフォトリソグラフィ技術、高品位のドーピング技術および高温における水素化処理などのパッシベーション技術が用いられていた。したがって、その製造コストが非常に高く、一般的に地上で用いられる太陽電池には適していなかった。 However, this back electrode type solar cell was originally developed as a concentrating solar cell, and its production includes complicated photolithography technology, high-quality doping technology, and high-temperature hydrogenation treatment, etc. Passivation technology was used. Therefore, the manufacturing cost is very high and it is not suitable for solar cells generally used on the ground.
そこで、たとえば非特許文献1には、製造プロセスを簡略化することによって製造コストの低減を図った裏面電極型の太陽電池が開示されている。図9に、この裏面電極型の太陽電池の模式的な断面図を示す。この裏面電極型の太陽電池においては、シリコン基板10の裏面の高濃度pドーピング領域12に対応する部分の一部が数μm程度削られており、高濃度pドーピング領域12と高濃度nドーピング領域13とが接していることを特徴としている。
Therefore, for example, Non-Patent Document 1 discloses a back electrode type solar cell in which the manufacturing process is simplified to reduce the manufacturing cost. FIG. 9 shows a schematic cross-sectional view of the back electrode type solar cell. In this back electrode type solar cell, a part of the back surface of the
この裏面電極型の太陽電池はたとえば以下のようにして製造される。まず、CVD法を用いて、シリコン基板10の裏面の全面にn型ドーパントを含むガラス層を堆積させる。その後、このガラス層をシリコン基板10ごと櫛の歯状にエッチングする。これにより、図9に示すように、シリコン基板10の裏面に段差が形成される。そして、シリコン基板10の裏面側にp型ドーパントを含むガラス層をさらに堆積させる。その後、シリコン基板10を熱処理すると、シリコン基板10の裏面においてn型ドーパントを含むガラス層に接している部分には高濃度nドーピング領域13が形成され、p型ドーパントを含むガラス層に接している部分には高濃度pドーピング領域12が形成される。そして、シリコン基板10の受光面および裏面にパッシベーション膜11を形成した後に、コンタクトホール16、17を形成する。これらのコンタクトホール16、17を通してp電極14およびn電極15が、高濃度pドーピング領域12上および高濃度nドーピング領域13上にそれぞれ形成される。
This back electrode type solar cell is manufactured, for example, as follows. First, a glass layer containing an n-type dopant is deposited on the entire back surface of the
しかしながら、この太陽電池においては、特に高濃度pドーピング領域と高濃度nドーピング領域のシリコン基板の裏面近傍におけるドーパント濃度が非常に高い。したがって、これらの領域の間にリーク電流が流れることによって太陽電池の変換効率が低下する可能性があった。
上記のような裏面電極型の太陽電池においては、太陽電池の変換効率と、シリコン基板とパッシベーション膜との界面におけるキャリアの表面再結合速度とが密接に関連している。したがって、高い変換効率を有する太陽電池を実現するためには、この表面再結合速度を低減して、キャリアの再結合損失を抑制する必要がある。 In the back electrode type solar cell as described above, the conversion efficiency of the solar cell and the surface recombination rate of the carrier at the interface between the silicon substrate and the passivation film are closely related. Therefore, in order to realize a solar cell having high conversion efficiency, it is necessary to reduce the surface recombination rate and suppress the carrier recombination loss.
本発明の目的は、太陽電池の裏面におけるキャリアの再結合損失を抑制することによって高い変換効率を有する太陽電池およびその製造方法を提供することにある。 The objective of this invention is providing the solar cell which has high conversion efficiency by suppressing the recombination loss of the carrier in the back surface of a solar cell, and its manufacturing method.
本発明は、第1導電型の半導体基板の一面に形成されている、半導体基板よりも不純物濃度が高い第1導電型の第1ドーピング領域と、第1導電型とは逆の導電型である第2導電型の第2ドーピング領域と、半導体基板よりも不純物濃度が高く第1ドーピング領域よりも不純物濃度が低い第1導電型の第3ドーピング領域または半導体基板よりも不純物濃度が高く第2ドーピング領域よりも不純物濃度が低い第2導電型の第3ドーピング領域のいずれか一方とを含む太陽電池である。ここで、導電型にはp型とn型とがあり、第1導電型がp型である場合には第2導電型がn型となり、第1導電型がn型である場合には第2導電型がp型となる。また、本発明において「不純物」は、半導体基板中においてキャリアを供給する不純物のことをいう。 The present invention has a first conductivity type first doping region formed on one surface of a first conductivity type semiconductor substrate and having a higher impurity concentration than the semiconductor substrate, and a conductivity type opposite to the first conductivity type. Second doping region of the second conductivity type and second doping region having a higher impurity concentration than the semiconductor substrate and having a higher impurity concentration than the first doping region or semiconductor substrate of the first conductivity type having a lower impurity concentration than the first doping region. A solar cell including any one of the second conductivity type third doping regions having a lower impurity concentration than the region. Here, there are p-type and n-type conductivity types. When the first conductivity type is p-type, the second conductivity type is n-type. When the first conductivity type is n-type, the first conductivity type is n-type. The two conductivity type is p-type. In the present invention, the “impurity” refers to an impurity that supplies carriers in the semiconductor substrate.
また、本発明の太陽電池においては、第3ドーピング領域が、第1ドーピング領域および第2ドーピング領域の少なくとも一方と接触していることが好ましい。 In the solar cell of the present invention, it is preferable that the third doping region is in contact with at least one of the first doping region and the second doping region.
また、本発明の太陽電池においては、第3ドーピング領域の不純物濃度が1017/cm3以上1019/cm3以下であることが好ましい。 In the solar cell of the present invention, the impurity concentration of the third doping region is preferably 10 17 / cm 3 or more and 10 19 / cm 3 or less.
さらに、本発明は、第1導電型の半導体基板の一面に、半導体基板よりも不純物濃度が高い第1導電型の第1ドーピング領域を形成する工程と、第1導電型とは逆の導電型である第2導電型の第2ドーピング領域を形成する工程と、半導体基板よりも不純物濃度が高く第1ドーピング領域よりも不純物濃度が低い第1導電型の第3ドーピング領域または半導体基板よりも不純物濃度が高く第2ドーピング領域よりも不純物濃度が低い第2導電型の第3ドーピング領域のいずれか一方を形成する工程とを含む太陽電池の製造方法である。ここで、本発明においては、これらの工程の順序が入れ替わっていてもよい。また、本発明においては、これらの工程以外の工程が含まれていてもよいことは言うまでもない。 Furthermore, the present invention provides a step of forming a first doping region of a first conductivity type having a higher impurity concentration than the semiconductor substrate on one surface of a semiconductor substrate of the first conductivity type, and a conductivity type opposite to the first conductivity type. Forming a second doping region of the second conductivity type, and a third doping region of the first conductivity type having a higher impurity concentration than the semiconductor substrate and a lower impurity concentration than the first doping region or an impurity than the semiconductor substrate. Forming any one of the second conductivity type third doping regions having a high concentration and a lower impurity concentration than the second doping region. Here, in the present invention, the order of these steps may be changed. Moreover, it cannot be overemphasized that processes other than these processes may be included in this invention.
また、本発明の太陽電池の製造方法においては、第1ドーピング領域および第2ドーピング領域を形成した後に、第3ドーピング領域を形成することができる。 In the method for manufacturing a solar cell of the present invention, the third doping region can be formed after forming the first doping region and the second doping region.
また、本発明の太陽電池の製造方法においては、第3ドーピング領域の一部に第3ドーピング領域と同じ導電型のドーパントを拡散することによって第1ドーピング領域または第2ドーピング領域を形成することができる。 In the method for manufacturing a solar cell of the present invention, the first doping region or the second doping region may be formed by diffusing a dopant having the same conductivity type as that of the third doping region in a part of the third doping region. it can.
また、本発明の太陽電池の製造方法においては、半導体基板の一面に、第1ドーピング領域または第2ドーピング領域に対応する位置に開口部を有するドーパントの透過量を低減するマスクを形成した後に半導体基板の一面にマスクを通してドーパントを拡散させることによって、マスクが形成されている半導体基板の面に第3ドーピング領域を形成すると同時に、開口部から露出している半導体基板の面に第3ドーピング領域と同じ導電型である第1ドーピング領域または第2ドーピング領域を形成することができる。 In the method for manufacturing a solar cell according to the present invention, after forming a mask on one surface of the semiconductor substrate for reducing the amount of transmitted dopant having an opening at a position corresponding to the first doping region or the second doping region, the semiconductor A dopant is diffused through a mask on one surface of the substrate to form a third doping region on the surface of the semiconductor substrate on which the mask is formed, and at the same time, a third doping region is formed on the surface of the semiconductor substrate exposed from the opening. A first doping region or a second doping region having the same conductivity type can be formed.
また、本発明の太陽電池の製造方法においては、第3ドーピング領域の一部を除去することによって半導体基板の一部を露出させ、露出した半導体基板の一部に第3ドーピング領域とは逆の導電型であるドーパントを拡散して第1ドーピング領域または第2ドーピング領域を形成することができる。 In the method of manufacturing a solar cell of the present invention, a part of the semiconductor substrate is exposed by removing a part of the third doping region, and the exposed part of the semiconductor substrate is opposite to the third doping region. The first doping region or the second doping region can be formed by diffusing a dopant having a conductivity type.
また、本発明の太陽電池の製造方法においては、半導体基板の一面の一部に固相拡散源層を設置した後に固相拡散源層を加熱することによって第3ドーピング領域を形成することができる。ここで、固相拡散源層はドーピングペーストであり得る。また、固相拡散源層はエッチングペーストによりパターンニングされ得る。 In the method for manufacturing a solar cell of the present invention, the third doping region can be formed by heating the solid phase diffusion source layer after the solid phase diffusion source layer is provided on a part of one surface of the semiconductor substrate. . Here, the solid phase diffusion source layer may be a doping paste. The solid phase diffusion source layer can be patterned with an etching paste.
また、本発明の太陽電池の製造方法においては、半導体基板の一面に、開口部を有するマスクを形成した後に、半導体基板の一面にドーパントを拡散させることによって、第1ドーピング領域、第2ドーピング領域および第3ドーパント領域の少なくとも1つが形成され、マスクがスピンオングラス膜またはマスキングペーストであり得る。 In the method for manufacturing a solar cell of the present invention, the first doping region and the second doping region are formed by diffusing a dopant on one surface of the semiconductor substrate after forming a mask having an opening on one surface of the semiconductor substrate. And at least one of the third dopant regions is formed, and the mask may be a spin-on-glass film or a masking paste.
また、本発明の太陽電池の製造方法においては、半導体基板の一面に、開口部を有するマスクを形成した後に、半導体基板の一面にドーパントを拡散させることによって、第1ドーピング領域、第2ドーピング領域および第3ドーパント領域の少なくとも1つが形成され、マスクがエッチングペーストによりパターンニングされ得る。 In the method for manufacturing a solar cell of the present invention, the first doping region and the second doping region are formed by diffusing a dopant on one surface of the semiconductor substrate after forming a mask having an opening on one surface of the semiconductor substrate. And at least one of the third dopant regions may be formed and the mask may be patterned with an etching paste.
本発明によれば、太陽電池の裏面におけるキャリアの再結合損失を抑制することによって高い変換効率を有する太陽電池およびその製造方法を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the solar cell which has high conversion efficiency by suppressing the recombination loss of the carrier in the back surface of a solar cell, and its manufacturing method can be provided.
以下、本発明の実施の形態について説明する。なお、本願の図面において、同一の参照符号は、同一部分または相当部分を表わすものとする。また、本明細書において、太陽電池モジュールに太陽光が入射する側の面を受光面とし、受光面の反対側にあって太陽光が入射しない側の面を裏面とする。 Embodiments of the present invention will be described below. In the drawings of the present application, the same reference numerals denote the same or corresponding parts. Further, in this specification, a surface on the side where sunlight enters the solar cell module is defined as a light receiving surface, and a surface on the opposite side of the light receiving surface and on which sunlight does not enter is defined as a back surface.
(実施の形態1)
図1に、本発明の太陽電池の好ましい一例の模式的な断面図を示す。この太陽電池においては、半導体基板の一例であるn型のシリコン基板10の裏面に第1ドーピング領域としての高濃度nドーピング領域13と第2ドーピング領域としての高濃度pドーピング領域12と形成されている。そして、高濃度pドーピング領域12と高濃度nドーピング領域13との間に低濃度nドーピング領域20が形成されている。ここで、低濃度nドーピング領域20の不純物濃度は、高濃度nドーピング領域13の不純物濃度よりも低く、シリコン基板10の不純物濃度よりも高い。
(Embodiment 1)
In FIG. 1, typical sectional drawing of a preferable example of the solar cell of this invention is shown. In this solar cell, a high concentration
また、シリコン基板10の受光面の全面および裏面の一部にはパッシベーション膜11が形成されている。また、シリコン基板10の裏面にはコンタクトホール16、17を通してp電極14およびn電極15が高濃度pドーピング領域12上および高濃度nドーピング領域13上にそれぞれ形成されている。
A
このような太陽電池においては、低濃度nドーピング領域20の形成によってBSF(Back Surface Field)効果が生じ、シリコン基板10の裏面でのキャリアの再結合損失が抑制される。ここで、BSFとはシリコン基板10に形成された内部電界のことである。この内部電界によってn型のシリコン基板10内で発生した少数キャリア(正孔)がシリコン基板10の裏面に流れにくくなって、シリコン基板10の裏面におけるキャリアの再結合損失が抑制されるため、太陽電池の変換効率を高くすることができる。
In such a solar cell, the formation of the low-concentration n-doped
また、シリコン基板10がp型である場合には、低濃度nドーピング領域20の形成によってFJ(Floating Junction)構造が形成され、シリコン基板10の裏面でのキャリアの再結合損失が抑制される。ここで、FJ構造とは、シリコン基板10の裏面にシリコン基板10の導電型と逆の導電型であって、電極と接触していないドーピング領域を形成した構造のことをいう。これにより、そのドーピング領域に形成されているパッシベーション膜11のパッシベーション効果を向上させることができ、シリコン基板10の裏面におけるキャリアの再結合損失が抑制されるため、太陽電池の変換効率を高くすることができる。なお、FJ構造については、これを応用したシリコン系太陽電池において720mVというシリコン系太陽電池としては最も高い開放電圧が得られたことが非特許文献2で報告されており、そのパッシベーション効果の有効性が実証されている。
Further, when the
なお、シリコン基板10がp型である場合には、高濃度pドーピング領域12と高濃度nドーピング領域13との間に低濃度pドーピング領域を形成することもできる。ここで、低濃度pドーピング領域の不純物濃度は、高濃度pドーピング領域12の不純物濃度よりも低く、シリコン基板10の不純物濃度よりも高い。この場合には、BSF効果によってシリコン基板10の裏面におけるキャリアの再結合損失が抑制されるため、太陽電池の変換効率を高くすることができる。また、この低濃度pドーピング領域が形成されたシリコン基板10がn型である場合には、FJ構造によってシリコン基板10の裏面におけるキャリアの再結合損失が抑制されるため、太陽電池の変換効率を高くすることができる。
When the
図2(A)から図2(E)の模式的断面図を参照して、本発明の太陽電池の製造工程の好ましい一例を説明する。まず、図2(A)に示すように、シリコン基板10の受光面および裏面の全面にマスクとしての拡散制御マスク30を形成する。ここで、拡散制御マスク30は、シリコン基板10内にドーパントが拡散するのを抑制または停止させる機能を有する。拡散制御マスク30としては、たとえばシリコン基板10の熱酸化より形成されたSiO2膜やスピンオングラス膜などを用いることができる。なかでも、低温で簡易に形成することができるため生産性が高く、シリコン基板10内におけるキャリアのバルクライフタイムも長くなる傾向にあるスピンオングラス膜を用いることが好ましい。なお、スピンオングラス膜とは、SiO2を溶剤の中に混入した液状体をスピンコートした後に熱処理することによって溶剤を除去して得られた薄膜のことをいう。
A preferred example of the manufacturing process of the solar cell of the present invention will be described with reference to the schematic cross-sectional views of FIGS. 2 (A) to 2 (E). First, as shown in FIG. 2A, a
次に、図2(B)に示すように、シリコン基板10の裏面の拡散制御マスク30の一部を除去して開口部を形成する。ここで、拡散制御マスク30の除去は、フォトエッチングを用いて行なうこともできるが、より簡易にはエッチングペーストを用いて行なうこともできる。エッチングペーストは除去しようとする拡散制御マスク30の部分にスクリーン印刷された後に加熱される。これにより、拡散制御マスク30の一部が除去される。ここで、エッチングペーストとは、拡散制御マスク30をエッチングすることが可能な成分を含むペースト状物質のことをいう(たとえば特許文献2参照)。また、マスキングペーストをスクリーン印刷することによって上記のように一部が除去された形状の拡散制御マスク30を形成することもできる。なお、マスキングペーストとは、拡散制御マスク30の材料を含むペースト状物質のことをいう(たとえば特許文献3参照)。
Next, as shown in FIG. 2B, a part of the
そして、拡散制御マスク30の開口部からp型ドーパント31をシリコン基板10の裏面で拡散させると、高濃度pドーピング領域12が形成される。ここで、p型ドーパント31の拡散方法としては、たとえば気相拡散法、イオンインプランテーション法または固相拡散法などを用いることができる。なかでも、固相拡散源層をシリコン基板10の裏面に印刷または塗布した後に熱処理を行なうことによってドーパントを拡散させる固相拡散法が簡易で生産性が高いため好適である。上記のように、エッチングペーストやマスキングペーストを用いて拡散制御マスク30を形成した後にp型ドーパント31を拡散させることによって、簡易に高濃度pドーピング領域12を形成することができる。それゆえ、本発明のように複雑なドーパント濃度分布を有する太陽電池であっても低コストで製造することができる。
When the p-
続いて、シリコン基板10の裏面の拡散制御マスク30をすべて除去した後に再度シリコン基板10の裏面に拡散制御マスク30を形成する。そして、図2(C)に示すように、シリコン基板10の裏面の拡散制御マスク30の一部を除去して得られた開口部からn型ドーパント32をシリコン基板10の裏面で拡散させて、高濃度nドーピング領域13を形成する。ここで、拡散制御マスク30の形成方法およびn型ドーパント32の拡散方法は上記と同様である。
Subsequently, after all of the
そして、シリコン基板10の裏面の拡散制御マスク30をすべて除去した後に再度シリコン基板10の裏面に拡散制御マスク30を形成する。そして、図2(D)に示すように、シリコン基板10の裏面の拡散制御マスク30の一部を除去して得られた開口部からn型ドーパント32をシリコン基板10の裏面で拡散させて、低濃度nドーピング領域20を形成する。ここで、n型ドーパント32は、高濃度nドーピング領域13の不純物濃度よりも低く、シリコン基板10の不純物濃度よりも高くなるようにドーパント量を調節して拡散させられる。
Then, after all the
その後、シリコン基板10の裏面の拡散制御マスク30をすべて除去した後に、図2(E)に示すパッシベーション膜11を形成する。そして、図2(E)に示すように、シリコン基板10の裏面のパッシベーション膜11の一部を除去してコンタクトホール16、17を形成する。そして、コンタクトホール16、17を通してp電極14およびn電極15を高濃度pドーピング領域12上および高濃度nドーピング領域13上にそれぞれ形成する。これにより、図1に示す太陽電池が完成する。
Thereafter, after all of the
(実施の形態2)
図3に、本発明の太陽電池の好ましい他の一例の模式的な断面図を示す。この太陽電池においては、n型のシリコン基板10の裏面の高濃度pドーピング領域12と高濃度nドーピング領域13との間に形成されている低濃度nドーピング領域20がこれらの領域と接触している点に特徴がある。
(Embodiment 2)
In FIG. 3, typical sectional drawing of another preferable example of the solar cell of this invention is shown. In this solar cell, the low-concentration n-doped
このように高濃度pドーピング領域12と高濃度nドーピング領域13との間の領域をすべて低濃度nドーピング領域20で埋めてしまうことによって、n型のシリコン基板10内で発生した少数キャリア(正孔)が高濃度pドーピング領域12と高濃度nドーピング領域13との間からシリコン基板10の裏面に到達することを防止することができる。したがって、シリコン基板10の裏面におけるキャリアの再結合損失を抑制する効果をより向上させることができ、太陽電池の変換効率もより高くすることができる傾向にある。また、図9に示す従来の太陽電池のように高濃度pドーピング領域12と高濃度nドーピング領域13とが直接接触していないため、これらの領域の間にリーク電流が流れるのを抑制することができ、太陽電池の変換効率もより高くすることができる傾向にある。
Thus, by filling the entire region between the high-concentration p-doped
また、シリコン基板10がp型である場合には、FJ構造が形成されてシリコン基板10の裏面でのキャリアの再結合損失が抑制されることとなる。この場合でもシリコン基板10の裏面においてFJ構造によるパッシベーション効果が向上した領域が広がることになるため、シリコン基板10の裏面におけるキャリアの再結合損失を抑制する効果をより向上させることができ、太陽電池の変換効率もより高くすることができる傾向にある。
When the
図4(A)から図4(D)の模式的断面図を参照して、この太陽電池の製造工程の好ましい一例を説明する。まず、図4(A)に示すように、n型のシリコン基板10の受光面に拡散制御マスク30を形成した後に、シリコン基板10の裏面の全面にn型ドーパント32を拡散させて低濃度nドーパント領域20を形成する。
A preferred example of the manufacturing process of this solar cell will be described with reference to the schematic cross-sectional views of FIGS. 4 (A) to 4 (D). First, as shown in FIG. 4A, after forming a
次に、シリコン基板10の裏面の全面に拡散制御マスク30を形成する。そして、図4(B)の模式的断面図に示すように、拡散制御マスク30の一部を除去して得られた開口部からn型ドーパント32をシリコン基板10の裏面で拡散させて高濃度nドーピング領域13を形成する。
Next, a
続いて、シリコン基板10の裏面の拡散制御マスク30をすべて除去した後に再度シリコン基板10の裏面に拡散制御マスク30を形成する。そして、図4(C)に示すように、シリコン基板10の裏面の拡散制御マスク30の一部を除去して得られた開口部からp型ドーパント31をシリコン基板10の裏面で拡散させて、高濃度pドーピング領域12を形成する。
Subsequently, after all of the
その後は上記と同様にして、拡散制御マスク30を除去した後に、図4(D)に示すようにシリコン基板10の裏面に形成されたパッシベーション膜11の一部を除去してコンタクトホール16、17を形成する。そして、コンタクトホール16、17を通してp電極14およびn電極15を高濃度pドーピング領域12上および高濃度nドーピング領域13上にそれぞれ形成する。これにより、図3に示す太陽電池が完成する。
Thereafter, in the same manner as described above, after removing the
このように、まずシリコン基板10の裏面の全面に低濃度nドーパント領域20を形成した場合には、低濃度nドーパント領域20を形成するために拡散制御マスク30を形成する必要がなくなることから、より簡易に太陽電池を製造することができるため、太陽電池の製造コストをより低減することができる。
Thus, when the low-concentration
(実施の形態3)
図5(A)から図5(C)の模式的断面図を参照して、本発明の太陽電池の製造工程の好ましい他の一例を説明する。まず、図5(A)に示すように、n型のシリコン基板10の受光面に拡散制御マスク30を形成する。そして、シリコン基板10の裏面に膜厚および/または材質を調節することによって少量のn型ドーパント32しか透過しないようにn型ドーパント32の透過量を低減させた拡散制御マスク30aを形成する。ここで、この拡散制御マスク30aはその一部に開口部を有している。次いで、この拡散制御マスク30aを通してn型ドーパント32をシリコン基板10の裏面に拡散させる。これにより、シリコン基板10の裏面の拡散制御マスク30aの開口部に対応する部分においては高濃度nドーピング領域13が形成されるが、それ以外の部分においては拡散制御マスク30aによってn型ドーパント32の透過量が低減させられるため低濃度nドーパント領域20が形成される。
(Embodiment 3)
Another preferred example of the production process of the solar cell of the present invention will be described with reference to the schematic cross-sectional views of FIGS. 5 (A) to 5 (C). First, as shown in FIG. 5A, a
次に、シリコン基板10の裏面の拡散制御マスク30aをすべて除去した後にシリコン基板10の裏面に拡散制御マスク30を形成する。そして、図5(B)に示すように、シリコン基板10の裏面の拡散制御マスク30の一部を除去して得られた開口部からp型ドーパント31をシリコン基板10の裏面で拡散させて、高濃度pドーピング領域12を形成する。
Next, after all the
その後は上記と同様にして、拡散制御マスク30を除去した後に図5(C)に示すようにシリコン基板10の裏面に形成されたパッシベーション膜11の一部を除去してコンタクトホール16、17を形成する。そして、コンタクトホール16、17を通してp電極14およびn電極15を高濃度pドーピング領域12上および高濃度nドーピング領域13上にそれぞれ形成する。これにより、本発明の太陽電池が完成する。
Thereafter, in the same manner as described above, after removing the
このように、1回のn型ドーパント32の拡散によって低濃度nドーパント領域20と高濃度nドーピング領域13とを同時に形成した場合には、さらに簡易に太陽電池を製造することができるため、太陽電池の製造コストをさらに低減することができる。
As described above, when the low-concentration
(実施の形態4)
図6(A)から図6(D)の模式的断面図を参照して、本発明の太陽電池の製造工程の好ましい他の一例を説明する。まず、上記と同様にして、図6(A)に示すように、1回のn型ドーパント32の拡散によって低濃度nドーパント領域20と高濃度nドーピング領域13とを同時に形成する。
(Embodiment 4)
With reference to schematic sectional drawing of FIG. 6 (A) to FIG. 6 (D), another preferable example of the manufacturing process of the solar cell of this invention is demonstrated. First, in the same manner as described above, as shown in FIG. 6A, the low-concentration
次に、拡散制御マスク30、30aを除去した後に、シリコン基板10の受光面および裏面の全面に図6(B)に示すエッチングマスク33を形成する。そして、図6(B)に示すように、このエッチングマスク33の一部を除去した後に、シリコン基板10をNaOHやKOHなどのアルカリ溶液や混酸などに浸漬させる。これにより、エッチングマスク33の除去部分に対応する部分のシリコン基板10を除去する。ここで、シリコン基板10の除去は低濃度nドーパント領域20が形成されていないシリコン基板10の領域が露出するまで行なわれる。
Next, after removing the
続いて、シリコン基板10に形成されているエッチングマスク33をすべて除去した後に、シリコン基板10の受光面および裏面に図6(C)に示す拡散制御マスク30を形成する。そして、図6(C)に示すように、シリコン基板10の除去部分のうちシリコン基板10の裏面に平行な部分の拡散制御マスク30を除去する。その後、p型ドーパント31をその拡散制御マスク30の除去部分から拡散させて、高濃度pドーピング領域12を形成する。
Subsequently, after all of the
そして、上記と同様にして、図6(D)に示すように、拡散制御マスク30を除去した後にシリコン基板10に形成されたパッシベーション膜11の一部を除去してコンタクトホール16、17を形成する。そして、コンタクトホール16、17を通してp電極14およびn電極15を高濃度pドーピング領域12上および高濃度nドーピング領域13上にそれぞれ形成する。これにより、本発明の太陽電池が完成する。
Then, in the same manner as described above, as shown in FIG. 6D, after removing the
このように、低濃度nドーパント領域20が形成されていない領域にp型ドーパント31を拡散させて高濃度pドーピング領域12を形成することによって、この領域の不純物濃度が高くなりすぎるのを有効に防止することができる。これにより、再結合電流やリーク電流の増大による変換効率の低下を抑制することができる。
As described above, the p-
(実施の形態5)
図7の模式的断面図に、本発明における低濃度nドーパント領域の形成方法の好ましい一例を示す。この方法においては、拡散制御マスク30ではなく固相拡散源層40を用いて低濃度nドーパント領域20を形成することに特徴がある。すなわち、低濃度nドーパント領域20を形成しようと意図しているシリコン基板10の裏面の領域に固相拡散源層40を形成し、その後熱処理をすることによって、低濃度nドーパント領域20が形成される。この方法によれば、非常に簡易に低濃度nドーパント領域を形成することができるため、太陽電池を生産性良く、安価に製造することが可能となる。
(Embodiment 5)
A schematic cross-sectional view of FIG. 7 shows a preferred example of a method for forming a low-concentration n dopant region in the present invention. This method is characterized in that the low-concentration
ここで、固相拡散源層40は、たとえば、まずドーパントを含んだスピンオングラス膜をシリコン基板10の裏面の全面に形成しておき、その後フォトエッチングやエッチングペーストなどを用いてその一部を除去してパターンニングすることによって形成される。また、さらに簡易な方法としては、ドーピングペーストを所望のパターンにスクリーン印刷する方法がある。なお、ドーピングペーストとは、固相拡散源層40の材料を含むペースト状物質のことをいう(たとえば特許文献3参照)。
Here, for example, the solid phase
(その他)
上記においては、低濃度nドーパント領域を形成する場合について説明したが、低濃度nドーパント領域を形成する代わりに低濃度pドーパント領域を形成することもできる。この場合には、シリコン基板10がn型である場合にはFJ構造によって、シリコン基板10の裏面におけるキャリアの再結合損失が抑制される。また、シリコン基板10がp型である場合にはBSF効果によってシリコン基板10の裏面におけるキャリアの再結合損失が抑制される。
(Other)
In the above description, the case where the low concentration n dopant region is formed has been described. However, instead of forming the low concentration n dopant region, a low concentration p dopant region may be formed. In this case, when the
また、上記においては半導体基板としてシリコン基板を用いているが、シリコン基板以外の半導体基板を用いてもよいことは言うまでもない。また、上記において、n型ドーパントおよびp型ドーパントの種類は特に限定されない。 In the above description, a silicon substrate is used as the semiconductor substrate, but it goes without saying that a semiconductor substrate other than the silicon substrate may be used. Moreover, in the above, the kind of n-type dopant and p-type dopant is not particularly limited.
図3に示す構造の太陽電池のモデルを用い、表1に示すパラメータの設定条件下においてシリコン基板の裏面の低濃度nドーピング領域の表面不純物濃度を変化させたときの短絡電流密度(Jsc)、開放電圧(Voc)、曲線因子(F.F.)および変換効率をISE社のデバイスシミュレータTCADにより算出した。表2にその結果を示す。 The short-circuit current density (Jsc) when the surface impurity concentration of the low-concentration n-doping region on the back surface of the silicon substrate is changed under the parameter setting conditions shown in Table 1 using the solar cell model having the structure shown in FIG. The open circuit voltage (Voc), the fill factor (FF), and the conversion efficiency were calculated by ISE device simulator TCAD. Table 2 shows the results.
このシミュレーションにおいては、シリコン基板をn型、シリコン基板の不純物濃度を1015/cm3、高濃度nドーピング領域の表面不純物濃度を1020/cm3に設定している。したがって、低濃度nドーピング領域の表面不純物濃度が1020/cm3の場合には、非特許文献1と同様に高濃度pドーピング領域と高濃度nドーピング領域とが直接接触している状態に相当する。また、低濃度nドーピング領域の表面不純物濃度が1015/cm3の場合には、低濃度nドーピング領域を形成していない状態に相当する。 In this simulation, the silicon substrate is n-type, the impurity concentration of the silicon substrate is set to 10 15 / cm 3 , and the surface impurity concentration of the high-concentration n-doped region is set to 10 20 / cm 3 . Therefore, when the surface impurity concentration of the low-concentration n-doped region is 10 20 / cm 3 , this corresponds to a state where the high-concentration p-doped region and the high-concentration n-doped region are in direct contact as in Non-Patent Document 1. To do. Further, when the surface impurity concentration of the low-concentration n-doped region is 10 15 / cm 3 , this corresponds to a state where the low-concentration n-doped region is not formed.
表2に示したように、低濃度nドーピング領域の表面不純物濃度を1015/cm3から増加させるにつれて、短絡電流密度(Jsc)、開放電圧(Voc)および曲線因子(F.F.)がいずれも増加していき、変換効率が向上していることがわかる。 As shown in Table 2, the short circuit current density (Jsc), the open circuit voltage (Voc), and the fill factor (FF) are increased as the surface impurity concentration of the low concentration n-doped region is increased from 10 15 / cm 3. Both increase and it turns out that the conversion efficiency is improving.
しかしながら、低濃度nドーピング領域の表面不純物濃度を1017/cm3よりも高くしても短絡電流密度(Jsc)は大きくならず、低濃度nドーピング領域の表面不純物濃度を1018/cm3よりも高くしても開放電圧(Voc)は大きくならない。また、低濃度nドーピング領域の表面不純物濃度を高くしすぎた場合には短絡電流密度(Jsc)および開放電圧(Voc)は逆に小さくなる。結果的に低濃度nドーピング領域の表面不純物濃度が1019/cm3である場合に最も変換効率が高くなり、低濃度nドーピング領域の表面不純物濃度が1020/cm3である場合、すなわち、高濃度pドーピング領域と高濃度nドーピング領域とが直接接触している場合には若干変換効率が低下する。したがって、この結果から、低濃度nドーピング領域の表面不純物濃度は1017/cm3以上であり、1019/cm3以下であることが変換効率を向上させる観点から望ましい。 However, even if the surface impurity concentration of the low-concentration n-doped region is higher than 10 17 / cm 3 , the short-circuit current density (Jsc) does not increase, and the surface impurity concentration of the low-concentration n-doped region is higher than 10 18 / cm 3 . However, the open circuit voltage (Voc) does not increase even if the voltage is increased. On the other hand, when the surface impurity concentration of the low-concentration n-doped region is too high, the short-circuit current density (Jsc) and the open circuit voltage (Voc) are conversely reduced. As a result, the conversion efficiency is highest when the surface impurity concentration of the low-concentration n-doped region is 10 19 / cm 3 , and when the surface impurity concentration of the low-concentration n-doped region is 10 20 / cm 3 , that is, When the high concentration p-doped region and the high concentration n-doped region are in direct contact, the conversion efficiency slightly decreases. Therefore, from this result, the surface impurity concentration of the low-concentration n-doped region is preferably 10 17 / cm 3 or more and is preferably 10 19 / cm 3 or less from the viewpoint of improving the conversion efficiency.
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 It should be understood that the embodiments and examples disclosed herein are illustrative and non-restrictive in every respect. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
本発明によれば、太陽電池の裏面におけるキャリアの再結合損失を抑制することによって高い変換効率を有する太陽電池およびその製造方法を提供することができることから、本発明は太陽電池、特に裏面電極型の太陽電池に好適に利用される。 According to the present invention, it is possible to provide a solar cell having high conversion efficiency by suppressing recombination loss of carriers on the back surface of the solar cell and a method for manufacturing the solar cell. It is suitably used for solar cells.
10 シリコン基板、11 パッシベーション膜、12 高濃度pドーピング領域、13 高濃度nドーピング領域、14 p電極、15 n電極、16,17 コンタクトホール、20 低濃度nドーピング領域、30,30a 拡散制御マスク、31 p型ドーパント、32 n型ドーパント、33 エッチングマスク、40 固相拡散源層。 10 silicon substrate, 11 passivation film, 12 high-concentration p-doped region, 13 high-concentration n-doped region, 14 p-electrode, 15 n-electrode, 16, 17 contact hole, 20 low-concentration n-doped region, 30, 30a diffusion control mask, 31 p-type dopant, 32 n-type dopant, 33 etching mask, 40 solid phase diffusion source layer.
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