JP2006080450A - 太陽電池の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】裏面接合型太陽電池の裏面パッシベーション膜を部分的に除去する方法として、フォトリソグラフィー工程よりもプロセスが簡易な製造方法を提供する。
【解決手段】太陽電池ウエハ上にパッシベーション膜として形成されたシリコンナイトライド膜または酸化チタン膜にＹＡＧレーザーを照射して、前記パッシベーション膜を部分的に除去する。この除去された箇所を介して前記Ｐ＋拡散層またはＮ＋拡散層に接触する電極を形成する。ＹＡＧレーザーはデフォーカスして、スポット直径を１０〜２００ｎｍに調整して走査する。
【選択図】図２
【解決手段】太陽電池ウエハ上にパッシベーション膜として形成されたシリコンナイトライド膜または酸化チタン膜にＹＡＧレーザーを照射して、前記パッシベーション膜を部分的に除去する。この除去された箇所を介して前記Ｐ＋拡散層またはＮ＋拡散層に接触する電極を形成する。ＹＡＧレーザーはデフォーカスして、スポット直径を１０〜２００ｎｍに調整して走査する。
【選択図】図２
Description
本発明は太陽電池の製造方法に関し、特に裏面側にＰ＋拡散層、Ｎ＋拡散層及び各電極を有する太陽電池のパッシベ−ション膜の除去方法に関する。
裏面側にＰ＋拡散層、Ｎ＋拡散層及び各電極を有する太陽電池は、受光面側にＰ＋拡散層、Ｎ＋拡散層及び各電極がなく、実質的な受光表面積を大きくすることができて、変換効率を向上できるので有利である。裏面側にＰ＋拡散層、Ｎ＋拡散層及び各電極を有する太陽電池は、例えば特許文献１に開示されている。
図５は特許文献１に記載の太陽電池の断面図である。太陽電池はＰ型半導体基板６１の裏面側にＮ＋拡散層６２ａ、Ｐ＋拡散層６４、及び電極６６、６７を配置している。この太陽電池は受光面側に電極がある太陽電池と比較して電極による光遮断損失がなく、発電量が増加する。また、全ての電極が裏面にあるため、太陽電池セルを直列または並列接続した太陽電池モジュールを作製する際にも、表面側と裏面側にそれぞれ電極を有する単結晶シリコン太陽電池又は多結晶シリコン太陽電池に比べて、太陽電池セル同士を接続するインターコネクタが短く済み、また裏面のみの接続になるので、接続作業が簡単に行うことができる。この太陽電池は一般的に裏面電極型太陽電池、または裏面コンタクト型太陽電池と呼ばれる。
図５の太陽電池は、例えば図６の工程により製造される。最初に、図６（ａ）に示すように単結晶シリコンウエハ６１または多結晶シリコンウエハ６１が用意され、ウエハの洗浄後、リン熱拡散を行い、両面にシート抵抗１００Ω／□のＮ拡散層６２を形成する（図６（ｂ））。その後、酸化を行い両面に酸化膜６３を形成する（図６（ｃ））。この酸化膜６３にフォトリソグラフィ−技術により拡散窓を形成するために、酸化膜６３に拡散窓形状を有するマスクを介して露光後、エッチングする（図６（ｄ））。更にＮ拡散層６２をエッチングして、酸化膜６３ａ及びＮ拡散層６２ａを残す（図６（ｅ））。次にボロン拡散層６４を形成した後、フッ酸水溶液により酸化膜６３ａおよび表面側の酸化膜６３を除去する（図６（ｆ））。その後、反射防止膜を兼ねるパッシベーション膜としてシリコンナイトライド膜６５をリモートプラズマＣＶＤ法により両面に形成する（図６（ｇ））。この裏面側のシリコンナイトライド膜６５にフォトリソグラフィ−技術によりコンタクト孔を空け、チタン、パラジウム、銀の順序で蒸着して、Ｎ電極６６と、Ｐ電極６７を形成する（図６（ｈ））。最後に洗浄工程を経れば、裏面電極型太陽電池が完成する。
上記製造工程において、シリコンナイトライド膜６５にフォトリソグラフィ−技術によりコンタクト孔を形成する工程は、次のとおりである。
まず、前記図６（ｇ）の工程後、受光面にレジスト７１をスピンコーターなどで塗布後、１００℃程度で硬化ベークを行う。裏面も受光面と同様に、レジスト７２を塗布後、硬化ベークを行う（図７（ａ））。次に、裏面側のレジスト７２に、Ｐ＋拡散層６４及びＮ＋拡散層６２ａと接触させるためのコンタクト孔領域のみパターン露光し、現像してレジスト孔７３を形成する（図７（ｂ））。水洗を行った後、ウェットエッチングにより前記レジスト孔７３から裏面シリコンナイトライド膜６５の剥離を行い、コンタクト孔７４を形成する（図７（ｃ））。この場合のウェットエッチングは混酸またはフッ化アンモニウム＋フッ酸で行う。最後に、水洗、乾燥、レジスト剥離をすれば、このフォトリソグラフィー工程は終了する。この後は前記の通り、Ｎ電極６６と、Ｐ電極６７が形成される。
特開２００１‐２６７６１０号公報
まず、前記図６（ｇ）の工程後、受光面にレジスト７１をスピンコーターなどで塗布後、１００℃程度で硬化ベークを行う。裏面も受光面と同様に、レジスト７２を塗布後、硬化ベークを行う（図７（ａ））。次に、裏面側のレジスト７２に、Ｐ＋拡散層６４及びＮ＋拡散層６２ａと接触させるためのコンタクト孔領域のみパターン露光し、現像してレジスト孔７３を形成する（図７（ｂ））。水洗を行った後、ウェットエッチングにより前記レジスト孔７３から裏面シリコンナイトライド膜６５の剥離を行い、コンタクト孔７４を形成する（図７（ｃ））。この場合のウェットエッチングは混酸またはフッ化アンモニウム＋フッ酸で行う。最後に、水洗、乾燥、レジスト剥離をすれば、このフォトリソグラフィー工程は終了する。この後は前記の通り、Ｎ電極６６と、Ｐ電極６７が形成される。
上記太陽電池の製造工程において、レジスト孔７３及びコンタクト孔７４を形成するフォトリソグラフィー工程は、図７に示すように時間が大変かかり、タクトも遅い。また、乾燥炉、レジスト塗布装置、露光装置、現像ドラフト、エッチングドラフト、レジスト剥離ドラフトなどの多くの装置が必要である。更に部材としては、レジスト、現像液、エッチング液、レジスト剥離液などが必要である。このように多くの装置、部材を必要とするとともに、工程時間がかかり、タクトも遅いためコストが高くなる。
本発明は上記課題に鑑みて、上記フォトリソグラフィー工程を不要にして、裏面電極型太陽電池の製造時間を短縮し、工程数も削減することによりコストダウンを図るものである。
本発明は上記課題に鑑みて、上記フォトリソグラフィー工程を不要にして、裏面電極型太陽電池の製造時間を短縮し、工程数も削減することによりコストダウンを図るものである。
本発明の太陽電池の製造方法は、シリコン基板上にパッシベーション膜として形成されたシリコンナイトライド膜または酸化チタン膜にＹＡＧレーザーを照射して、前記パッシベーション膜を部分的に除去することにより、前記課題を解決する。
本発明の太陽電池の製造方法は、前記部分的に除去する箇所が、前記シリコン基板の裏面側に形成されたＰ＋拡散層またはＮ＋拡散層を覆うパッシベーション膜であるとよい。
また本発明の太陽電池の製造方法は、前記パッシベーション膜を部分的に除去した後、この除去された箇所を介して前記Ｐ＋拡散層またはＮ＋拡散層に接触する電極を形成するとよい。
本発明の太陽電池の製造方法は、前記ＹＡＧレーザーの波長が３５５ｎｍよりも短いことが望ましい。
本発明の太陽電池の製造方法は、前記ＹＡＧレーザーはデフォーカスして照射するのが好ましい。
本発明の太陽電池の製造方法は、前記ＹＡＧレーザーのスポット直径が１０〜２００ｎｍであるとよい。
本発明の太陽電池の製造方法は、前記部分的に除去する箇所が、前記シリコン基板の裏面側に形成されたＰ＋拡散層またはＮ＋拡散層を覆うパッシベーション膜であるとよい。
また本発明の太陽電池の製造方法は、前記パッシベーション膜を部分的に除去した後、この除去された箇所を介して前記Ｐ＋拡散層またはＮ＋拡散層に接触する電極を形成するとよい。
本発明の太陽電池の製造方法は、前記ＹＡＧレーザーの波長が３５５ｎｍよりも短いことが望ましい。
本発明の太陽電池の製造方法は、前記ＹＡＧレーザーはデフォーカスして照射するのが好ましい。
本発明の太陽電池の製造方法は、前記ＹＡＧレーザーのスポット直径が１０〜２００ｎｍであるとよい。
本発明はＹＡＧレーザーをシリコン基板上にパッシベーション膜として形成されたシリコンナイトライド膜または酸化チタン膜に照射して部分的に除去するので、上記フォトリソグラフィー工程を不要にすることができる。これにより太陽電池の製造にかかる時間を短縮し、工程数も削減することが可能である。
本発明によれば、必要な装置はＹＡＧレーザー装置のみであり、使用部材は無くなり、処理時間も短くなる。また、現像工程、水洗工程、エッチング工程がなくなるので、廃棄物や排水もなくすことが出来、環境与える影響はほとんどない。使用装置、使用部材を削減出来ること、また環境への配慮の必要が無いことから、結果的にコストダウンにもつながる。
本発明によれば、必要な装置はＹＡＧレーザー装置のみであり、使用部材は無くなり、処理時間も短くなる。また、現像工程、水洗工程、エッチング工程がなくなるので、廃棄物や排水もなくすことが出来、環境与える影響はほとんどない。使用装置、使用部材を削減出来ること、また環境への配慮の必要が無いことから、結果的にコストダウンにもつながる。
裏面電極型太陽電池の表面に形成されるシリコンナイトライドまたは酸化チタン膜は、反射防止膜と兼用されて形成されるが、シリコンナイトライドまたは酸化チタンは、短波長のレーザーを吸収する特性がある。この特性によりレーザーを吸収したシリコンナイトライドまたは酸化チタンは、熱を発生し、蒸発することにより除去することができる。シリコンウエハは直接レーザーが照射されると、結晶構造が壊れるなどのダメージを受けるが、シリコンナイトライドまたは酸化チタンは短波長のレーザーを吸収する特性があるので、レーザーがシリコンナイトライドまたは酸化チタンを透過して直接シリコンウエハ照射されることがない。本発明に使用するレーザーの波長は３５５ｎｍより短いものである。さらには２６６〜３５５ｎｍが望ましい。このように短波長のレーザーはシリコンナイトライド膜または酸化チタン膜が有効に吸収する特性を有する。ＹＡＧレーザーの３次高調波が３５５ｎｍであり、４次高調波が２６６ｎｍである。１次高調波１０６５ｎｍ、２次高調波５３３ｎｍはシリコンナイトライド膜を透過し、シリコン基板にダメージを与えるので好ましくない。
また本発明は、ＹＡＧレーザーをデフォーカスすることにより、シリコンウエハに照射するレーザーのスポット径を制御することが可能である。デフォーカスの距離として１００〜５００μｍが望ましい。ＹＡＧレーザーをシリコンウエハに照射するときのレーザーのスポット径は１０〜２００μｍが望ましい。スポット径が１０μｍ以下ではコンタクト孔が小さくなり、Ｐ＋拡散層及びＮ＋拡散層と電極との接触面積が小さくなるので、電気特性が悪くなる。２００μｍ以上ではレーザーの照射面積が大きくなって、照射パワーの分布が大きくなり、加工が不均一になることがある。これにより、パッシベーション膜にレーザーを走査式に照射することによって、Ｐ拡散層及びＮ拡散層上のパッシベーション膜のみ除去出来る。
本発明の裏面電極型太陽電池の断面図を図１に示す。
シリコン基板２１の受光面にテクスチャ２５が形成され、その表面に反射防止膜２６が形成される。裏面側にＰ＋拡散層２３とＮ＋拡散層２４が形成され、このＰ＋拡散層２３とＮ＋拡散層２４に、裏面パッシベーション膜２６のコンタクト孔を介して接触するようにＰ＋電極２７とＮ＋電極２８が形成される。
シリコン基板２１の受光面にテクスチャ２５が形成され、その表面に反射防止膜２６が形成される。裏面側にＰ＋拡散層２３とＮ＋拡散層２４が形成され、このＰ＋拡散層２３とＮ＋拡散層２４に、裏面パッシベーション膜２６のコンタクト孔を介して接触するようにＰ＋電極２７とＮ＋電極２８が形成される。
次に本発明の製造方法を図２を使用して説明する。
最初に、厚さ２７０〜５００μｍのP型単結晶シリコンウエハ２１をアルカリエッチングで２００〜２４０μｍに薄型化する（図２（ａ））。その後、両面に１００〜５００ｎｍの酸化膜２２を形成する（図２（ｂ））。次に裏面側をフォトリソグラフィー工程により、裏面にP+拡散する領域のみ露光してフッ化アンモニウム+フッ酸でウェットエッチングし、酸化膜２２を部分的に剥離する（図２（ｃ））。次にＢＢｒ３気相拡散を行いＰ＋拡散層２３を形成する（図２（ｄ））。その際、酸化膜２２は拡散マスクの役割を果たし、酸化膜２２がある部分には拡散されない。
最初に、厚さ２７０〜５００μｍのP型単結晶シリコンウエハ２１をアルカリエッチングで２００〜２４０μｍに薄型化する（図２（ａ））。その後、両面に１００〜５００ｎｍの酸化膜２２を形成する（図２（ｂ））。次に裏面側をフォトリソグラフィー工程により、裏面にP+拡散する領域のみ露光してフッ化アンモニウム+フッ酸でウェットエッチングし、酸化膜２２を部分的に剥離する（図２（ｃ））。次にＢＢｒ３気相拡散を行いＰ＋拡散層２３を形成する（図２（ｄ））。その際、酸化膜２２は拡散マスクの役割を果たし、酸化膜２２がある部分には拡散されない。
Ｎ＋拡散層２４もＰ＋拡散層２３と同様の方法により形成する。即ち酸化膜２２が部分的に剥離されている裏面に、再び酸化膜を形成し、フォトリソグラフィー工程を経て、Ｎ＋拡散を行う部分の酸化膜を剥離して、酸化膜２２ａを残す（図２（ｅ））。次にN+拡散を行い、Ｎ＋拡散層２４を形成する（図２（ｆ））。Ｎ＋拡散はＰｏＣｌ３気相拡散する。これによりＰ＋拡散層２３とＮ＋拡散層２４は同一平面に形成され、シリコンウエハ表面は平坦になる。
次に受光面にテクスチャー構造２５を形成するため、裏面全面に再び酸化膜２２ｂを保護膜として形成し、受光面側をテクスチャーエッチングする（図２（ｇ））。テクスチャーエッチングはKOHを溶かした溶液を８０℃程度に加熱し、シリコンウエハを４０分程度浸して処理を行う。またはヒドラジン水溶液や、５重量パーセント水酸化ナトリウム水溶液などのエッチング液を用いて異方性エッチングをしてランダムテクスチャを形成してもよい。
次に受光面にテクスチャー構造２５を形成するため、裏面全面に再び酸化膜２２ｂを保護膜として形成し、受光面側をテクスチャーエッチングする（図２（ｇ））。テクスチャーエッチングはKOHを溶かした溶液を８０℃程度に加熱し、シリコンウエハを４０分程度浸して処理を行う。またはヒドラジン水溶液や、５重量パーセント水酸化ナトリウム水溶液などのエッチング液を用いて異方性エッチングをしてランダムテクスチャを形成してもよい。
テクスチャーエッチング後、裏面の酸化膜２２ｂをフッ酸により剥離した後、受光面に反射防止膜２６を形成する（図２（ｈ））。反射防止膜２６はＰ−ＣＶＤ法によりＳｉＮｘ（シリコンナイトライド）を製膜する。反射防止膜２６は酸化シリコン、窒化シリコン、二酸化チタン、フッ化マグネシウム、酸化タンタル、酸化セリウム、アルミナ、二酸化錫等、及びこれらを二種組み合わせた二層膜を使用してもよい。裏面のパッシベーション膜２７としてシリコンナイトライド（ＳｉＮｘ、特にＳｉ3Ｎ4が好ましい。）、または酸化チタン（ＴｉＯｘ、特にＴｉＯ2が好ましい。）を形成する。反射防止膜２６と裏面パッシベーション膜２７をいずれもシリコンナイトライドにより形成する場合、または酸化チタンを形成する場合は、両面同時に形成することができる。シリコンナイトライド膜、または酸化チタンは常圧熱ＣＶＤ法、減圧熱ＣＶＤ法、光ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法等いずれの方法でも形成することができる。特にリモートプラズマＣＶＤ法は、３５０℃〜４００℃程度の低温プロセスで、小さな表面再結合速度を達成できるので望ましい。
次にＰ＋拡散層２３、Ｎ＋拡散層２４上の裏面パッシベーション膜２７にYAGレーザーを照射することによって部分的に除去する（図２（ｉ））。Ｐ＋拡散層２３、Ｎ＋拡散層２４は前記のようにほぼ同一平面上に形成されているので、パッシベ−ション膜２７も全面がほぼ同一平面状に形成され、ＹＡＧレーザの焦点を全面に合わせることができる。シリコンウエハに照射するレーザーのスポット径は、１０〜２００μｍが望ましい。スポット径はＹＡＧレーザーをデフォーカスすることにより制御する。デフォーカスとは、図３に示すように、レンズ４３の焦点をウエハ４１の表面から上方へずらすことである。これにより、レーザのスポット径を上記数値範囲に制御できる。シリコンウエハ表面から焦点４２までの距離Ｓは１００〜５００μｍが適当である。ＹＡＧレーザーの出力はパッシベ−ション膜の材質、膜厚、レーザの照射時間、コンタクト孔の大きさ等により決められるが、１０ｍＷ〜１ｋＷの範囲が好ましい。図４に示すように、レーザーを走査式に照射し、シリコンウエハ上のＰ＋拡散層２３、Ｎ＋拡散層２４領域に合わせてＯＮ、ＯＦＦ制御し、Ｐ＋拡散層２３、Ｎ＋拡散層２４上のパッシベーション膜２７を部分的に除去する。走査する構造は図示しないが、シリコンウエハ４１の載置台５３を移動させる方式、レーザー光源５１を移動させる方式、両者を移動させて相対的に走査する方式のいずれでもよい。
以上のようにしてコンタクト孔を形成した後、Ｐ＋拡散層２３，Ｎ＋拡散層２４上に電極２８、２９を形成する。電極２８、２９はフォトリソグラフィー工程を経て、電極蒸着、リフトオフし、Ｐ＋電極２７，Ｎ＋電極２８を形成する（図２（ｉ））。Ｐ＋電極２７，Ｎ＋電極２８は太陽電池セルを直列または並列に接続するように形成する。或いは隣接する太陽電池セルと直列または並列接続が容易になるように形成する。電極材料は銀、銅、アルミが使用され、スパッタ法、真空蒸着法、メッキ法により堆積することができる。チタン、パラジウム、銀の順序で蒸着してもよい。コスト、スループットの観点からは銀ペースト（銀とガラスフリットを有機物バインダーと混合したもの）を使用してスクリーン印刷法によるのがよい。このようにして電極を形成した後は、洗浄工程を経れば裏面電極型太陽電池として完成する。
以上の工程により、裏面電極型太陽電池の製造工程において、裏面に電極を形成する前段階として裏面パッシベーション膜を除去する工程は、フォトリソグラフィー工程を必要とせず、除去したい部分にレーザー照射することによって行うことが可能となる。
以上の工程により、裏面電極型太陽電池の製造工程において、裏面に電極を形成する前段階として裏面パッシベーション膜を除去する工程は、フォトリソグラフィー工程を必要とせず、除去したい部分にレーザー照射することによって行うことが可能となる。
２１ シリコンウエハ
２２ 酸化膜
２３ Ｐ＋拡散層
２４ Ｎ＋拡散層
２５ テクスチャ
２６ 反射防止膜
２７ 裏面パッシベーション膜
２８ Ｐ＋電極
２９ Ｎ＋電極
２２ 酸化膜
２３ Ｐ＋拡散層
２４ Ｎ＋拡散層
２５ テクスチャ
２６ 反射防止膜
２７ 裏面パッシベーション膜
２８ Ｐ＋電極
２９ Ｎ＋電極
Claims (6)
- シリコン基板上にパッシベーション膜として形成されたシリコンナイトライド膜または酸化チタン膜にＹＡＧレーザーを照射して、前記パッシベーション膜を部分的に除去することを特徴とする太陽電池の製造方法。
- 前記部分的に除去する箇所は、前記シリコン基板の裏面側に形成されたＰ＋拡散層またはＮ＋拡散層を覆うパッシベーション膜であることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池の製造方法。
- 前記パッシベーション膜を部分的に除去した後、この除去された箇所を介して前記Ｐ＋拡散層またはＮ＋拡散層に接触する電極を形成することを特徴とする請求項１または２に記載の太陽電池の製造方法。
- 前記ＹＡＧレーザーの波長は３５５ｎｍよりも短いことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の太陽電池の製造方法。
- 前記ＹＡＧレーザーはデフォーカスして照射することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の太陽電池の製造方法。
- 前記ＹＡＧレーザーのスポット直径は１０〜２００ｎｍであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の太陽電池の製造方法。
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