JP2007184580A - 太陽電池及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】高濃度エミッタ部を備えた太陽電池を単純でかつ安価な工程で製造することのできる太陽電池及びその製造方法を提供する。
【解決手段】本発明の太陽電池の製造方法は、半導体基板１０の前面にエミッタ層１２を形成する段階と、エミッタ層１２の上に絶縁膜１４を形成する段階と、絶縁膜１４の上に、エミッタ層１２と同じ導電型のドーパントを含有した化合物１６を任意のパターンで形成する段階と、ドーパントを拡散させる熱処理を行って化合物１６が形成された部分の絶縁膜１４を除去して高濃度エミッタ部１２ａを形成する段階と、化合物１６を除去する段階と、高濃度エミッタ部１２ａに電気的に連結された第１電極２２を形成する段階とを含むことを特徴とする。
【選択図】図１Ｈ
【解決手段】本発明の太陽電池の製造方法は、半導体基板１０の前面にエミッタ層１２を形成する段階と、エミッタ層１２の上に絶縁膜１４を形成する段階と、絶縁膜１４の上に、エミッタ層１２と同じ導電型のドーパントを含有した化合物１６を任意のパターンで形成する段階と、ドーパントを拡散させる熱処理を行って化合物１６が形成された部分の絶縁膜１４を除去して高濃度エミッタ部１２ａを形成する段階と、化合物１６を除去する段階と、高濃度エミッタ部１２ａに電気的に連結された第１電極２２を形成する段階とを含むことを特徴とする。
【選択図】図１Ｈ
Description
本発明は、太陽電池及びその製造方法に係り、より詳しくは、工程を単純化することのできる太陽電池及びその製造方法に関するものである。
太陽電池は、太陽エネルギーから電気エネルギーを生成する電池である。太陽電池は環境と調和し易く、エネルギー源が無限である。また、寿命が長いという長所を有している。太陽電池には、シリコン太陽電池、染料感応太陽電池などがある。
このうち、シリコン太陽電池は、半導体基板と、この半導体基板と異なる導電型でｐ−ｎ接合面を構成する前面エミッタ層と、このエミッタ層上に形成される絶縁膜と、半導体基板の前面に形成される前面電極と、半導体基板の後面に形成される後面電極とを含んで構成されている。
前記エミッタ層は、所定のドーパントを半導体基板の前面にドーピングすることによって形成されている。この時、前面電極とエミッタ層の接触抵抗を考慮すれば、ドーパントを高濃度にドーピングすることが好ましい。
しかし、太陽電池の表面で発生する電子−正孔の再結合を最少化するためには、ドーパントを低濃度にドーピングすることが好ましい。つまり、同一な濃度でドーピングされたエミッタ層を形成すると、必要な太陽電池の特性を全て満足することはできない。
これを考慮して、前面電極が形成される部分に、エミッタ層と共に高濃度エミッタ部を形成したシリコン太陽電池が考案されている。高濃度エミッタ部を形成するためには、パターン転写工程、エッチング工程などの方法で絶縁膜をパターニングした後に、ドーパントを追加的にドーピングする方法が適用されていた。ところが、このような方法では、絶縁膜のパターニング時に高価な装備と材料が必要であり、さらに追加してドーパントをドーピングしなければならないので、工程が複雑になるという問題がある。
本発明は、上述した問題点を解決するためのものであって、高濃度エミッタ部を備えた太陽電池を、単純で尚且つ安価な工程で製造することのできる太陽電池及びその製造方法を提供する。
上述した課題を解決するために、本発明の一実施例に係る太陽電池の製造方法は、半導体基板の第１面にエミッタ層を形成する段階と、前記エミッタ層の上に絶縁膜を形成する段階と、前記絶縁膜の上に、前記エミッタ層と同じ導電型のドーパントを含有した化合物を任意のパターンで形成する段階と、前記化合物が形成された部分の絶縁膜を除去し、前記ドーパントを拡散させて高濃度エミッタ部を形成する段階と、前記化合物を除去する段階と、前記高濃度エミッタ部に電気的に連結された第１電極を形成する段階とを含んでいる。
前記ドーパントはリン（Ｐ）を含むようにすることができ、前記化合物は五酸化リン（Ｐ２Ｏ５）及びオキシ塩化リン（ＰＯＣｌ３）のうちの少なくともいずれか一つを含むようにすることができる。
前記第１電極は、スクリーンプリンティング、ディスペンシング、無電解メッキ、電解メッキのうちのいずれかの方法で形成することが可能である。
前記高濃度エミッタ部は、前記ドーパントを拡散させる熱処理を行って形成することができる。
前記熱処理は、８５０℃乃至９５０℃の温度で行うようにする。
前記化合物のパターンは、前記第１電極のパターンに対応したパターンで形成することができる。
前記半導体基板の第２面に、前記半導体基板と電気的に連結された第２電極を形成する段階をさらに含むようにすることができる。
本発明の一実施例に係る太陽電池は、半導体基板と、前記半導体基板の上に形成されたエミッタ層と、前記エミッタ層の上に任意のパターンで形成され、前記エミッタ層と電気的に連結された第１電極と、前記エミッタ層の上の前記第１電極のパターンが形成されていない領域に形成された絶縁膜とを含み、前記第１電極の下部に位置する前記エミッタ層には高濃度エミッタ部が形成され、前記絶縁膜の前記第１電極と接触する領域には凹凸が形成されていることを特徴とする。
本発明の太陽電池の製造方法によれば、絶縁膜をエッチングすることのできる化合物を利用することにより、少ない費用で絶縁膜をパターニングすることができる。さらに、エミッタ層と同一な導電型のドーパントを含んだ化合物を利用することにより、別途のドーピング工程を行うことなく、絶縁膜をパターニングするのと同時に高濃度エミッタ部をパターニングできるので、単純な工程で高濃度エミッタ部を有する太陽電池を製造することができる。
さらに、第１電極を高濃度エミッタ部の上に形成することにより、接触抵抗を低減させることができ、また第１電極が形成されていない部分では、相対的に低濃度となるエミッタ層が形成されるので、発生した電荷の損失を低減することができる。結果的に、太陽電池の多様な特性を共に向上させることが可能となる。
以下、添付した図面を参照して、本発明の一実施例に係る太陽電池及びその製造方法を説明する。
図１Ａ乃至図１Ｈは、本発明の一実施例に係る太陽電池の製造方法において各工程の太陽電池の構造を示した断面図である。
まず、図１Ａに示したように、シリコンからなるｐ型半導体基板１０を用意する。ただし、本発明ではｐ型半導体基板に限定するわけではなく、ｎ型半導体基板を用意してもよく、シリコン以外の多様な半導体物質からなる半導体基板を用意することも可能である。
ここで、太陽電池の特性を向上させるために、アルカリ水溶液または混合酸溶液を利用して半導体基板１０をエッチングした後、洗浄溶液を利用して不純物を除去する前処理を行う。エッチングによって半導体基板１０の損傷した部分が除去され、半導体基板１０の表面に凹凸が形成されて、太陽光の損失を低減させることができる。
次に、図１Ｂに示したように、半導体基板１０の前面に、ドーパントをドーピングしてｎ型エミッタ層１２を形成する。本実施例では、ｎ型のエミッタ層１２を形成するために、一例としてリン（Ｐ）をドーパントとして使用したが、リン以外の多様な物質、例えば砒素Ａｓをドーパントとして使用することも可能であることはもちろんである。そして、本発明はこれに限定されるわけではなく、エミッタ層１２の導電型を半導体基板１０の導電型と反対にすれば充分なので、ｎ型半導体基板を使用する場合には、ホウ素Ｂなどをドーピングしたｐ型エミッタ層を形成することも可能である。
ここで、ドーピング方法として、高温拡散法、スプレー法、スクリーン印刷法、イオンシャワー法などの多様な方法を適用することができる。
そして、ドーピングの後には、不必要に形成された燐ガラス（ＰＳＧ）をフッ酸水溶液などで除去する工程を行う。
次に、図１Ｃに示したように、エミッタ層１２の上に絶縁膜１４を形成する。絶縁膜１４は、シリコン窒化膜、シリコン酸化膜、チタン酸化膜などから形成することができ、プラズマ化学気相蒸着法、電子ビーム蒸着法、スクリーン印刷法、スプレー法などの多様な方法で形成することができる。
この絶縁膜１４は、内部に入射した太陽光の反射を低減する役割と共に、半導体基板１０の表面で発生し得る電子の損失を防止する。つまり、半導体基板１０の表面では、ダングリングボンド（dangling-bond）によって電子の損失が発生する可能性があるが、絶縁膜１４を形成することにより、半導体基板１０の表面におけるダングリングボンドによる損失を防止することができる。
次に、図１Ｄに示したように、絶縁膜１４の上に、リン（Ｐ）を含む化合物１６をスクリーン印刷で形成する。この化合物１６は、エミッタ層１２の上に形成される第１電極（図１Ｈの参照符号２２）と同一なパターンで形成し、第１電極２２の下部には後述する高濃度エミッタ部（図１Ｅの参照符号１２ａ）が配置されるようにする。
ここで、化合物１６において、リンは五酸化リン（Ｐ２Ｏ５）またはオキシ塩化リン（ＰＯＣｌ３）の形態で存在させる。このように、本発明ではドーパントにリンを利用したが、本発明がこれに限定されるわけではない。つまり、化合物１６がエミッタ層１２と同じ導電型のドーパントを含むと同時に、熱処理工程で絶縁膜１４をエッチングできるような物質を含んでいればよい。
次に、図１Ｅに示したように、絶縁膜１４をエッチングし、高濃度エミッタ部１２ａを形成する。この高濃度エミッタ部１２ａは、エミッタ層１２、絶縁膜１４及び化合物１６が形成された半導体基板１０に熱処理を行って形成する。つまり、熱処理中に、化合物１６内の五酸化リンまたはオキシ塩化リンが、化合物１６の下部に位置した絶縁膜１４を除去し、絶縁膜１４が除去された部分を通して、化合物１６内のリンが半導体基板１０側に拡散し、半導体基板１０に高濃度エミッタ部１２ａが形成される。
この時、絶縁膜１４は、スクリーン印刷された前記化合物１６によって除去されるので、図１Ｅの拡大円内に示したように、スクリーンメッシュのパターンに応じた凹凸１４ｂが、絶縁膜１４ａに形成される。
以上のように、本実施例では、絶縁膜１４をパターニングするのに、パターン転写工程またはマスクエッチング工程などを必要としないので、高価な装備や材料を必要としない。したがって、工程費用を著しく節減することができる。また、別途ドーピング工程を行うことなく高濃度エミッタ部１２ａを形成することができるので、工程を単純化することができる。
ここで、熱処理温度は、８５０℃乃至９５０℃にすることが好ましい。熱処理温度が９５０℃を超えると、高温工程になるので半導体基板１０の欠陥が増加するという問題が生じ、熱処理温度が８５０℃未満になると、拡散がうまく行われないという問題が生じ得る。
そして、熱処理のための熱源としては、赤外線ランプ、炉などを利用することができる。一例として、赤外線ランプを利用する場合には、１０秒乃至１０分間の熱処理を行うことが好ましい。
次に、図１Ｆに示したように、半導体基板１０を、超純水を利用して洗浄し、化合物１６を除去する。この時、化合物１６の構成物質などを考慮して、界面活性剤を利用することもできる。
次に、図１Ｇに示したように、半導体基板１０の後面にアルミニウムペーストをスクリーンプリンティングした後に熱処理して、半導体基板１０に電気的に連結された第２電極１８を形成する。ただし、本発明はこれに限定されるわけではなく、第２電極１８を多様な物質で形成することができ、これもまた本発明の範囲に属する。
この工程において、熱処理を行ったことにより、アルミニウムが半導体基板１０の後面に所定の厚さだけ拡散し、ｐ＋型の後面電界層２０が形成される。この後面電界層２０は電界を形成して、光励起された電子が半導体層１０の後面へ移動することを防止する役割を果たしている。
次に、図１Ｈに示したように、化合物１６が除去された部分、つまり高濃度エミッタ部１２ａに対応するように、半導体基板１０の前面に第１電極２２を形成する。第１電極２２は、スクリーンプリンティング、無電解メッキ法、電解メッキ法、インクジェット法、ディスペンシング法などの多様な方法で形成することができる。一例として、このような第１電極２２は銀（Ａｇ）で形成することができる。
本実施例の太陽電池では、高濃度エミッタ部１２ａの上に第１電極２２を形成したことにより、接触抵抗を効果的に低減させることができる。また、第１電極２２が形成されていない部分は、相対的に低濃度のエミッタ層１２が形成されて、発生した電荷の損失を低減させることができる。
上述したような製造方法によって製造された太陽電池に光が入射すれば、光電効果によって、生成された正孔−電子対が分離し、電子はｎ型のエミッタ層１２に集積され、正孔はｐ型の半導体基板１０に集積されて電位差が発生する。このような電位差により、第１電極２２、第２電極１８及び外部回路（図示せず）を通して電流が流れるようになり、太陽電池が作動する。
また、上述したように、半導体基板１０の導電型、エミッタ層１２及び高濃度エミッタ部１２ａの導電型などは多様に変形することが可能であり、これもまた本発明の範囲に属する。
さらに、本発明の実施形態及び実施例について説明したが、本発明はこれに限定されるわけではなく、特許請求の範囲と発明の詳細な説明及び添付した図面の範囲内で多様に変形して実施することが可能であり、これもまた本発明の範囲に属するものである。
１０ 半導体基板
１２ エミッタ層
１２ａ 高濃度エミッタ部
１４ 絶縁膜
１４ｂ 凹凸
１６ 化合物
１８ 第２電極
２０ 後面電界層
２２ 第１電極
１２ エミッタ層
１２ａ 高濃度エミッタ部
１４ 絶縁膜
１４ｂ 凹凸
１６ 化合物
１８ 第２電極
２０ 後面電界層
２２ 第１電極
Claims (9)
- 半導体基板の第１面にエミッタ層を形成する段階と、
前記エミッタ層の上に絶縁膜を形成する段階と、
前記絶縁膜の上に、前記エミッタ層と同じ導電型のドーパントを含有した化合物を任意のパターンで形成する段階と、
前記化合物が形成された部分の絶縁膜を除去し、前記ドーパントを拡散させて高濃度エミッタ部を形成する段階と、
前記化合物を除去する段階と、
前記高濃度エミッタ部に電気的に連結された第１電極を形成する段階と
を含むことを特徴とする太陽電池の製造方法。 - 前記ドーパントがリン（Ｐ）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。
- 前記化合物が、五酸化リン（Ｐ２Ｏ５）及びオキシ塩化リン（ＰＯＣｌ３）のうちの少なくともいずれか一つ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。
- 前記第１電極は、スクリーンプリンティング、ディスペンシング、無電解メッキ、電解メッキのうちのいずれかの方法で形成されることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の太陽電池の製造方法。
- 前記高濃度エミッタ部は、前記ドーパントを拡散させる熱処理を行って形成されることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の太陽電池の製造方法。
- 前記熱処理は、８５０℃乃至９５０℃の温度で行われることを特徴とする請求項５に記載の太陽電池の製造方法。
- 前記化合物のパターンは、前記第１電極のパターンに対応したパターンであることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の太陽電池の製造方法。
- 前記半導体基板の第２面に、前記半導体基板と電気的に連結された第２電極を形成する段階をさらに含むことを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の太陽電池の製造方法。
- 半導体基板と、
前記半導体基板の上に形成されたエミッタ層と、
前記エミッタ層の上に任意のパターンで形成され、前記エミッタ層と電気的に連結された第１電極と、
前記エミッタ層の上の前記第１電極のパターンが形成されていない領域に形成された絶縁膜とを含み、
前記第１電極の下部に位置する前記エミッタ層には高濃度エミッタ部が形成され、前記絶縁膜の前記第１電極と接触する領域には凹凸が形成されていることを特徴とする太陽電池。
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