JP2006210385A

JP2006210385A - 太陽電池の製造方法

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Publication number: JP2006210385A
Application number: JP2005016446A
Authority: JP
Inventors: Keisuke Ohira; 圭祐大平
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2005-01-25
Filing date: 2005-01-25
Publication date: 2006-08-10

Abstract

【課題】半導体基板の裏面に不要な残留物がなく、外観が良好で発電効率の高い太陽電池の製造方法を提供する。
【解決手段】半導体基板（ｐ型シリコン基板２）の一方の主面側にｐｎ接合１５が形成されている太陽電池の製造方法であって、２以上の半導体基板を積層し、熱処理によりｐｎ接合の形成を防止する膜となるマスク液３を半導体基板の側面に塗布するマスク液塗布工程と、２以上の半導体基板を分離した後、側面にマスク液３を塗布した半導体基板を熱処理することにより、半導体基板の一方の主面側にｐｎ接合を形成するｐｎ接合形成工程とを含み、半導体基板の側面にはｐｎ接合が形成されないことを特徴とする太陽電池の製造方法。
【選択図】図１

Description

本発明は太陽電池の製造方法に関し、詳しくは、半導体基板の裏面に不要な残留物がなく外観および発電特性が良好な太陽電池の製造方法に関する。

従来の太陽電池は、図３を参照して、たとえば、以下のように製造されている（たとえば、特許文献１を参照）。すなわち、従来の太陽電池の製造方法においては、まず、図３（ａ）に示すように、多結晶のｐ型シリコンインゴットから、ワイヤーソーなどを用いて、３００μｍ程度の厚さに切り出したｐ型シリコン基板２が半導体基板として用いられている。このｐ型シリコン基板２の表面には、切り出しによって生じたダメージ層１が形成されている。このため、図３（ｂ）に示すように、ダメージ層１が表面に形成されているｐ型シリコン基板２をＮａＯＨ、ＫＯＨなどの塩基とイソプロピルアルコールとを含む水溶液中に浸漬させてダメージ層１をエッチングにより除去する。この時、ダメージ層１の除去と同時に、ｐ型シリコン基板２の表面に高さ数μｍの微小ピラミッド状の凹凸（テクスチャ）を形成することができる。

次に、図３（ｃ）に示すように、ｐｎ接合の形成を部分的に防止するため、ｐ型シリコン基板２の裏面（太陽電池の受光面と反対側の面）の周辺部および側面にスピンコータなどを用いてケイ素およびチタンを含むマスク液３を塗布する。これは、容易にｐｎ接合形成の部分的防止を行なう方法であり、大量生産に向いている手法である。次に、図３（ｄ）に示すように、ｐ型シリコン基板２の受光面全面にスピンコータを用いて拡散源であるＰ₂Ｏ₅を含むドーパント液４を塗布する。

次に、上記マスク液３およびドーパント液４が塗布されたｐ型シリコン基板２を拡散炉で８００℃から９００℃程度の熱処理を行なうことで、図３（ｅ）に示すように、ドーパント液４はｐ型シリコン基板と反応してＰＳＧ（リンシリケートガラス）層１４を形成するとともに、ｐ型シリコン基板２の受光面側にｎ⁺層５が形成される。このようにして、ｐ型シリコン基板２とｎ⁺層５との間にｐｎ接合１５が形成される。このとき、ｐ型シリコン基板２の裏面の周辺部および側面のマスク液３を塗布した領域には、ＴｉＯ₂とＳｉＯ₂とが混在したマスク膜１３が形成される。そのため、ｐ型シリコン基板２の裏面側および側面側にはｎ⁺層５は形成されず、ｐｎ接合も形成されない。

次に、図３（ｆ）に示すように、このｐ型シリコン基板２をフッ酸に浸漬することにより、裏面の周辺部および側面に形成されたマスク膜１３と受光面に形成されたＰＳＧ層１４を除去する。次に、図３（ｇ）に示すように、プラズマＣＶＤ（化学気相堆積）法などによりＴｉＯ₂膜などの反射防止膜６を形成する。この反射防止膜６は、パッシベーション（水素化による結晶粒界不活性化）効果および受光の際の光反射防止効果を有する。

次に、スクリーン印刷法により、基板の裏面および受光面に電極を形成する。まず、図３（ｈ）に示すように、ｐ型シリコン基板２の裏面にＡｌペーストを塗布し焼成することにより、ＢＳＦ（Back Surface Field）層７と裏面Ａｌ電極８を形成する。次に、図３（ｉ）に示すように、ｐ型シリコン基板２の裏面にＡｇペーストを塗布し、さらにｐ型シリコン基板２の受光面にＡｇペーストを塗布し焼成することにより、裏面Ａｇ電極９および受光面Ａｇ電極１０を形成する。次に、図３（ｊ）に示すように、はんだディップを行うことにより裏面および受光面のＡｇ電極９，１０にはんだ１１がコーティングされて、太陽電池が作製される。

しかし、上記のように、ｐｎ接合部分の分離を行なうために半導体基板の裏面にマスク液を塗布する方法では、裏面にマスク液残留物が存在することにより、電極形成後に裏面に凹凸もしくはＡｌ粒子が析出し、太陽電池の発電効率が低下するという問題があった。このことは、マスク液残留物がシリコン半導体基板と裏面電極の間に介在することにより、良好なシリコン合金層を形成することが困難になるためであると思われる。
特開平２−３３９８０号公報

本発明は、半導体基板の裏面に不要な残留物がなく、外観が良好で発電効率の高い太陽電池の製造方法を提供することを目的とする。

本発明は、半導体基板の一方の主面側にｐｎ接合が形成されている太陽電池の製造方法であって、２以上の半導体基板を積層し、熱処理によりｐｎ接合の形成を防止する膜となるマスク液を半導体基板の側面に塗布するマスク液塗布工程と、２以上の半導体基板を分離した後、側面にマスク液を塗布した半導体基板を熱処理することにより、半導体基板の一方の主面側にｐｎ接合を形成するｐｎ接合形成工程とを含み、半導体基板の側面にはｐｎ接合が形成されないことを特徴とする太陽電池の製造方法である。

本発明にかかる太陽電池の製造方法において、上記ｐｎ接合形成工程は、側面にマスク液を塗布した上記半導体基板の一方の主面にドーパント液を塗布するドーパント液塗布工程と、このドーパント液が塗布された半導体基板を熱処理する熱処理工程とを含むことができる。また、上記マスク液塗布工程において、スプレー、はけ、ローラー、スタンプおよびスピンコータの少なくともいずれかの方法によりマスク液を半導体基板に塗布することができる。

また、本発明にかかる太陽電池の製造方法において、上記２以上の半導体基板は角型平板であり、上記マスク液塗布工程が、一つの半導体基板の２つの側面と他の半導体基板の２つの側面とを合わせて２以上の半導体基板を積層した後、これら２つの側面にマスク液を塗布する工程と、一つの半導体基板の他の２つの側面と他の半導体基板の他の２つの側面とを合わせて２以上の半導体基板を積層した後、他の２つの側面にマスク液を塗布する工程とを含むことができる。

上記のように、本発明によれば、半導体基板の裏面に不要な残留物がなく、外観が良好で発電効率の高い太陽電池の製造方法を提供することができる。

以下、図面を参照して、本発明にかかる太陽電池の製造方法の好ましい実施形態を説明する。太陽電池に用いられる半導体基板は、ｐｎ接合の形成が可能な半導体基板であれば特に制限はないが、現在の太陽電池においては半導体基板としてｐ型シリコン基板が好ましく用いられている。本実施形態においても、半導体基板としてｐ型シリコン基板を用いている。また、本実施形態において、ｐ型シリコン基板の一方の主面は太陽光の受光面であり、受光面の反対側の主面を裏面とし、主面以外の面を側面とする。

本発明にかかる太陽電池の製造方法について、図１および図２を参照して、詳細に説明する。まず、図１（ａ）に示すように、多結晶のｐ型シリコンインゴットから、たとえば、ワイヤーソーなどを用いて、１２５ｍｍ角×厚さ３００μｍに切り出して半導体基板であるｐ型シリコン基板２を形成する。このｐ型シリコン基板２の表面には、切り出しによって生じたダメージ層１が形成されている。このため、図１（ｂ）に示すように、ダメージ層１が表面に形成されているｐ型シリコン基板２をＮａＯＨ、ＫＯＨなどの塩基とイソプロピルアルコールとを含む水溶液中に浸漬させてダメージ層１をエッチングにより除去する。この時、ダメージ層１の除去と同時に、ｐ型シリコン基板２の表面に高さ数μｍの微小ピラミッド状の凹凸（テクスチャ）が形成される。

次に、図１（ｃ）に示すように、ｐｎ接合の形成を部分的に防止するため、ｐ型シリコン基板２の側面にケイ素およびチタンを含むマスク液３を塗布する。ここで、マスク液は、後の熱処理によって、ＴｉＯ₂とＳｉＯ₂とが混在したマスク膜１３となり、マスク膜が形成される部分にはｐｎ接合は形成されない。

ここで、ｐ型シリコン基板の側面に塗布するマスク液は、熱処理されることによりｐｎ接合の形成を防止することができるものであれば特に制限はないが、ケイ素およびチタンを含むマスク液が好ましく用いられる。また、ｐ型シリコン基板２の側面にマスク液３を塗布する方法には、特に制限はなく、スプレー、はけ、ローラーおよびスタンプなどの方法のうち少なくともいずれかを用いることが好ましい。

さらに、以下の方法を用いることにより、ｐ型シリコン基板の側面のみに効率的にマスク液３を塗布することができる。すなわち、たとえば、図２を参照して、支柱２１と底部２２とを有するマガジン２０を用いて２つ以上の半導体基板であるｐ型シリコン基板２を積層することにより、一つのｐ型シリコン基板２０１の２つの側面２０１ａ、２０１ｂと他のｐ型シリコン基板２０２の２つの側面２０２ａ，２０２ｂとをそれぞれの側面で合わせることができる。こうして形成された２つの側面２ａ，２ｂのそれぞれにマスク液を塗布することにより、２つの側面２ａ，２ｂのみに効率よくマスク液を塗布することができる。

このとき、マガジン２０の支柱２１は、２つ以上のｐ型シリコン基板２の２つの側面を同時に合わせるために、４本以上あることが好ましい。また、支柱２１の高さは、ｐ型シリコン基板２を多く積層してマスク液の塗布効率を高めるために、１００ｍｍ以上であることが好ましい。また、マスク液の塗布効率を高めるために、積層するｐ型シリコン基板２の枚数は、１００枚程度以上であることが好ましい。また、ｐ型シリコン基板２の側面のみにマスク液を塗布するために、積層されるｐ型シリコン基板のｘ軸−ｚ軸面およびｙ軸−ｚ軸面には、隙間がないことが好ましい。

次に、マガジン２０を用いて、上記と同様にして、一つのｐ型シリコン基板２０１の他の２つの側面（上記においてマスク液が塗布されていない側面を含む、以下同じ）と他のｐ型シリコン基板２０２の他の２つの側面とをそれぞれの側面で合わせて、２以上のｐ型シリコン基板２を積層する。こうして形成された他の２つの側面のうちマスク液が塗布されていない側面にマスク液を塗布することにより、他の２つの側面のみに効率よくマスク液を塗布することができる。

なお、本実施形態においては、半導体基板として四角型平板であるｐ型シリコン基板を用いたが、一つのｐ型シリコン基板の２側面と他のｐ型シリコン基板の２側面とを合わせて積層できるものであれば、四角型以外の多角型平板であるｐ型シリコン基板を用いることができる。

上記のマスク液塗布工程により、ｐ型シリコン基板の全側面のみにマスク液を塗布することができ、マスク液をｐ型シリコン基板の裏面に塗布することなく、以下に説明するようにｐ型シリコン基板の側面側および裏面側におけるｐｎ接合の形成を防止することができる。

次に、図１（ｄ）に示すように、側面にマスク液が塗布されたｐ型シリコン基板２の受光面全面に拡散源としてＰ₂Ｏ₅を含むドーパント液４をスピンコータにより塗布する。上記マスク液３およびドーパント液４が塗布されたｐ型シリコン基板２を、拡散炉で８００〜９００℃程度の熱処理を行うことにより、図１（ｅ）に示すように、ドーパント液４はｐ型シリコン基板と反応してＰＳＧ層１４を形成するとともに、ｐ型シリコン基板２の受光面側にシート抵抗値が約５００Ωのｎ⁺層５が形成される。こうして、ｐ型シリコン基板２とｎ⁺層５との間にｐｎ接合１５が形成される。このとき、ｐ型シリコン基板２の側面のマスク液３を塗布した領域には、ＴｉＯ₂とＳｉＯ₂とが混在したマスク膜１３が形成される。そのため、ｐ型シリコン基板２の側面側および裏面側には、ｎ⁺層５は形成されず、ｐｎ接合も形成されない。

次に、図１（ｆ）に示すように、４９質量％のフッ酸に浸漬して、ｐ型シリコン基板２の受光面側のｎ⁺層５の表面上に形成されたＰＳＧ層１４と、ｐ型シリコン基板２の側面に形成されたマスク膜１３を除去する。

次に、図１（ｇ）に示すように、４９質量％のフッ酸に浸漬して、ｐ型シリコン基板２の受光面側のｎ⁺層５上に、プラズマＣＶＤ法により、太陽光の反射防止およびパッシベーションを目的とする反射防止膜６を形成する。反射防止膜は、上記目的を達成するものであれば特に制限はないが、ＳｉＮ_x膜、ＴｉＯ₂膜などが好ましく用いられる。

次に、図１（ｈ）に示すように、スクリーン印刷法により、ｐ型シリコン基板２の裏面にＡｌペーストを印刷し、１５０℃〜２００℃程度で乾燥した後、７００℃程度で焼成することにより、図１（ｈ）に示すように、裏面Ａｌ電極８および、ｐ型不純物であるＡｌを多量に含むｐ⁺層であるＢＳＦ層７を形成した。次に、スクリーン印刷法により、Ａｇペーストを裏面Ａｌ電極８と重なるように印刷する。また、ｐ型シリコン基板２の受光面に、集電用の櫛状の細いグリッド電極とそれに繋がる接続用電極パターンをつけたＡｇペーストをスクリーン印刷する。これを１５０℃〜２００℃で乾燥し、６００℃〜７００℃程度で焼成することにより、図１（ｉ）に示すように、裏面Ａｇ電極９および受光面Ａｇ電極１０が形成される。ここで、受光面Ａｇペースト中のＡｇは受光面側の反射防止膜６であるＳｉＮ_x膜をファイヤースルーし、ｎ⁺層５とオーミック接触する受光面Ａｇ電極１０が得られる。さらに、上記裏面Ａｇ電極９および受光面Ａｇ電極１０にはんだディップ処理を行ない、図１（ｊ）に示すように、裏面Ａｇ電極９および受光面Ａｇ電極１０をはんだ１１で被覆して、太陽電池を作製した。

上記のように、本発明にかかる太陽電池の製造法によれば、半導体基板であるｐ型シリコン基板の裏面に不要なマスク液を塗布することがなく、ｐ型シリコン基板とＡｌとの接触を良好に行なうことができ、Ａｌペーストの焼成によって均一なＢＳＦ層を形成することができる。このことにより、安定した太陽電池特性が得られるとともに、半導体基板の裏面にＡｌ粒やＡｌ−Ｓｉ合金の突起物の形成を防ぐことができる。したがって、外観が良好で発電効率の高い太陽電池を作製することが可能となる。

今回開示された実施の形態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のすべての変更が含まれることが意図される。

本発明にかかる太陽電池の製造方法を示す断面模式図である。本発明にかかる太陽電池の製造方法において、一つのｐ型シリコン基板の２つの側面と他のｐ型シリコン基板の２つの側面とを合わせて２つ以上の型シリコン基板を積層する方法を示す模式図である。ここで、（ａ）はバインダの上面からみた上面模式図であり、（ｂ）はバインダの側面からみた側面模式図である。従来の太陽電池の製造方法を示す断面模式図である。

符号の説明

１ダメージ層、２，２０１，２０２ｐ型シリコン基板、２ａ，２ｂ，２０１ａ，２０１ｂ，２０２ａ，２０２ｂ側面、３マスク液、４ドーパント液、５ｎ⁺層、６反射防止膜、７ＢＳＦ層、８裏面Ａｌ電極、９裏面Ａｇ電極、１０受光面Ａｇ電極、１１はんだ、１３マスク膜、１４ＰＳＧ層、１５ｐｎ接合、２０バインダ、２１支柱、２２底部。

Claims

半導体基板の一方の主面側にｐｎ接合が形成されている太陽電池の製造方法であって、
２以上の半導体基板を積層し、熱処理によりｐｎ接合の形成を防止する膜となるマスク液を前記半導体基板の側面に塗布するマスク液塗布工程と、
前記２以上の半導体基板を分離した後、側面に前記マスク液を塗布した前記半導体基板を熱処理することにより、前記半導体基板の一方の主面側にｐｎ接合を形成するｐｎ接合形成工程とを含み、
前記半導体基板の側面にはｐｎ接合が形成されないことを特徴とする太陽電池の製造方法。
前記ｐｎ接合形成工程が、側面に前記マスク液を塗布した前記半導体基板の一方の主面にドーパント液を塗布するドーパント液塗布工程と、前記ドーパント液が塗布された前記半導体基板を熱処理する熱処理工程とを含む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。
前記マスク液塗布工程において、スプレー、はけ、ローラーおよびスタンプの少なくともいずれかの方法により前記マスク液を前記半導体基板の側面に塗布することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の太陽電池の製造方法。
前記２以上の半導体基板は角型平板であり、
前記マスク液塗布工程が、一つの前記半導体基板の２つの側面と他の前記半導体基板の２つの側面とを合わせて前記２以上の半導体基板を積層した後、前記２つの側面に前記マスク液を塗布する工程と、一つの前記半導体基板の他の２つの側面と他の前記半導体基板の他の２つの側面とを合わせて前記２以上の半導体基板を積層した後、前記他の２つの側面に前記マスク液を塗布する工程とを含むことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の太陽電池の製造方法。