JP2008186927A - 裏面接合型太陽電池とその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】第1導電型のシリコン基板の受光面とは反対側の裏面にpn接合が形成された裏面接合型太陽電池の製造方法であって、前記裏面に、第2導電型の第1不純物拡散領域を形成する工程と、前記裏面に前記第1不純物拡散領域を含む領域に前記第1不純物拡散領域よりも不純物濃度が低い第2導電型の第2不純物拡散領域を形成する工程と、前記裏面に前記シリコン基板よりも不純物濃度が高い第1導電型の第3不純物拡散領域を形成する工程とを含むことを特徴とする裏面接合型太陽電池の製造方法と、製造される変換効率が高い裏面接合型太陽電池を提供する。
【選択図】図2
Description
裏面接合型太陽電池は、集光型の太陽電池として開発されたものであるが、裏面接合型太陽電池の作製には、上記のように工程数の多いフォトリソグラフィが用いられているため製造コストが高くなり、工程も複雑であるため、一般に普及していない。
本発明の太陽電池は、受光面の反対側である裏面(以下、裏面という)にpn接合が形成された裏面接合型太陽電池である。以下図1に基づいてその構造について説明する。図1において、第1導電型はn型であり、第2導電型はp型である。
<実施の形態1:エッチングペーストを用いた製造方法>
まず、本発明において使用するシリコン基板は、p型、n型どちらでもよいが以下、便宜上n型のシリコン基板を用いて説明する。したがって、以下の説明においては、第1導電型はn型であり、第2導電型はp型である。所望の厚さにスライスされたシリコン基板のスライスダメージを除去するため、片面10〜20μm程度表面をフッ酸と硝酸の混酸もしくは水酸化ナトリウムなどのアルカリ溶液でエッチングする。こうして、厚さが100〜300μm、外形が1辺100〜150mmの擬似四角形であるシリコン基板を準備する。シリコン基板は不純物濃度が1015〜1016/cm3が好ましい。
(工程1:第1不純物拡散領域を形成する工程)
(a)n型のシリコン基板201両面に第1拡散マスク221を2000〜4000Å形成する。第1拡散マスク221は常圧CVD法、スチーム酸化法、SOGの塗布・焼成などにより形成される酸化珪素膜など、従来から不純物拡散の際に拡散マスクとして利用されてきたものを用いることができる。
(d)次に再度図2(a)と同様にシリコン基板201両面に酸化珪素膜等からなる第2拡散マスク222を厚さ2000〜4000Å形成する。形成された第2拡散マスク222をエッチングする成分を含有するエッチングペースト224により任意の形状に印刷、加熱処理を行ないパターンエッチングする。そして図示はしないが、加熱処理を終えたシリコン基板201を、洗剤を含んだ超音波水洗、純水のみの超音波洗浄、流水洗浄の順で洗浄し、ペーストの増粘剤などの残渣を除去し、2%程度のHFで洗浄し、第2拡散マスク222の窓開けを行なう。このときの窓のパターンは、図2(b)よりも面積の広い櫛形形状であり、かつ、図2(c)に示す窓を含むかたちで行なう。
(f)そして、再度図2(a)と同様にシリコン基板201両面に酸化珪素膜等からなる第3拡散マスク223を2000〜4000Å形成する。そして、図2(b)と同様の方法で所望のパターンで第3拡散マスク223に窓開けを行なう。n型ドーパント232としてPOCl3を用いた気相拡散を行なうことにより、櫛型に第3不純物拡散領域としてのn+型拡散領域203を形成する。このとき気相拡散のかわりに、リンを含んだ溶剤をスピンコートして高温でアニールする塗布拡散を行なってもよい。n+型拡散領域203の不純物濃度が1017〜1019/cm3となるように、気相拡散の場合には、800〜900℃で30〜60分間拡散を行なうことが好ましい。そして、図示はしないが、n型ドーパント232拡散によって形成されたPSG(リンシリケートグラス)と第3拡散マスク223をHF処理により除去する。なお、n型ドーパント232拡散時、受光面側の第3拡散マスク223を形成せずにFSF(フロントサーフェスフィールド)を形成してもよい。
(g)次に受光面側をテクスチャ構造208とするため数%の水酸化ナトリウムもしくは水酸化カリウム溶液に数%のイソプロピルアルコールを含有したアルカリ溶液を70〜80℃に加熱した溶液でテクスチャエッチングを行なう。このとき図示はしないが、シリコン基板201の裏面にテクスチャエッチングマスクとして酸化珪素膜もしくは窒化珪素膜を形成しておくことによって、シリコン基板201裏面をフラットにすることができる。ここで使用する酸化珪素膜はスチーム酸化、常圧CVD、SOGの塗布・焼成により形成される酸化珪素膜のいずれかであり、膜厚は300〜800nmである。窒化珪素膜はプラズマCVD、常圧CVDで形成される窒化珪素膜のいずれかであり、膜厚は60〜100nmである。
<実施の形態2:マスキングペーストを用いた製造方法>
本実施の形態においても、実施の形態1で説明したn型のシリコン基板と同様のものを用いる。したがって、以下の説明においては、第1導電型はn型であり、第2導電型はp型である。以下、第1マスキングペースト、第2マスキングペースト、第3マスキングペーストとは、拡散マスクと同様の材料、たとえば酸化珪素などを含むペースト状の物質のことをいう(特許文献3参照)。
(工程1:第1不純物拡散領域を形成する工程)
(a)第1マスキングペースト325をシリコン基板301の受光面側の全面にスクリーン印刷し、オーブンを用いて数十分間300℃程度で乾燥させる。次にシリコン基板301の裏面側には所望の形状に開口部を設けたパターンに第1マスキングペースト325をスクリーン印刷し、再度オーブンにより乾燥させる。次にこのシリコン基板301を酸素雰囲気下において800℃〜1050℃で10〜60分間焼成し、第1マスキングペースト325の材料である酸化珪素などを焼結させる。
(c)再度図3(a)と同様の方法で第2マスキングペースト326を形成する。なお、このときの第2マスキングペーストの開口部のパターンは、図3(a)よりも面積の広い櫛形形状であり、かつ、図3(a)の開口部を含むかたちで行なう。次に、800〜1000℃で30〜60分間、図3(b)と同様にp型ドーパント331を拡散させることにより、第2マスキングペースト326の開口部に相当する部分のみ第2不純物拡散領域としてのp+型拡散領域309が形成される。このときp+型拡散領域309の不純物濃度が1017〜1018/cm3とすることが好ましい。その後図示はしないが、濃度10%程度のフッ酸処理で第2マスキングペースト326を除去する。
(d)再度図3(a)と同様の方法で第3マスキングペースト327を形成する。その後800〜1000℃、30〜60分間、n型ドーパント332を拡散することにより、第3不純物拡散領域としてのn+型拡散領域303を形成する。このときn+型拡散領域303の不純物濃度が1017〜1019/cm3とすることが好ましい。拡散方法としては気相拡散やリンを含む溶液をスピンコートして高温でアニールする塗布拡散などが挙げられる。その後図示はしないが、濃度10%程度のフッ酸処理で第3マスキングペースト327を除去する。なお、前述のとおり図示はしないが、FSFを形成してもよい。
(e)次に受光面側をテクスチャ構造308とするため数%の水酸化ナトリウムもしくは水酸化カリウム溶液に数%のイソプロピルアルコールを含有したアルカリ溶液を70〜80℃に加熱した溶液でテクスチャエッチングを行なう。このとき図示はしないが、シリコン基板301の裏面にテクスチャエッチングマスクとして酸化珪素膜もしくは窒化珪素膜を形成しておくことによって、シリコン基板301裏面をフラットにすることができる。ここで使用する酸化珪素膜はスチーム酸化、常圧CVD、SOGの塗布・焼成により形成される酸化珪素膜のいずれかであり、膜厚は300〜800nmである。窒化珪素膜はプラズマCVD、常圧CVDで形成される窒化珪素膜のいずれかであり、膜厚は60〜100nmである。
実施の形態1で用いたシリコン基板と同様のものを用いる。したがって、以下の説明においては、第1導電型はn型であり、第2導電型はp型である。以下、図4に基づいて説明する。
(a)スライスダメージを除去したシリコン基板401上にp型不純物を含んだp型ドーピングペースト428を任意のパターンにスクリーン印刷し、加熱する。このとき、800〜1000℃で30〜60分間加熱することが好ましい。加熱によって、p型ドーパント431がシリコン基板401内に拡散される。
(c)先と同様にp型不純物を含んだp型ドーピングペースト428を任意のパターンにスクリーン印刷し、800〜1000℃で30〜60分間加熱することで、p型ドーパント431がシリコン基板401内に拡散される。このときp型ドーピングペースト428のスクリーン印刷は、図4(a)よりも面積の広い櫛形形状であり、かつ、含むかたちで行なう。
(e)続いて、n型不純物を含んだn型ドーピングペースト429を任意のパターンにスクリーン印刷し、800〜1000℃で30〜60分間加熱する。
(g)次に受光面側をテクスチャ構造408とするため数%の水酸化ナトリウムもしくは水酸化カリウム溶液に数%のイソプロピルアルコールを含有したアルカリ溶液を70〜80℃に加熱した溶液でテクスチャエッチングを行なう。このとき図示はしないが、シリコン基板401の裏面にテクスチャエッチングマスクとして酸化珪素膜もしくは窒化珪素膜を形成しておくことによって、シリコン基板401裏面をフラットにすることができる。ここで使用する酸化珪素膜はスチーム酸化、常圧CVD、SOGの塗布・焼成により形成される酸化珪素膜のいずれかであり、膜厚は300〜800nmである。窒化珪素膜はプラズマCVD、常圧CVDで形成される窒化珪素膜のいずれかであり、膜厚は60〜100nmである。
本実施例では高いライフタイムが得やすいn型のシリコン基板を用い、形状は厚さ200μm、100mm角のものを用いた。まず、スライスダメージを除去するため、片面20μm表面を水酸化ナトリウムなどのアルカリ溶液でエッチングした。
(工程1:p++型拡散拡散領域を形成する工程)
(a)n型のシリコン基板201両面に第1拡散マスク221を4000Å形成した。第1拡散マスク221は常圧CVD法により形成される酸化珪素膜を用いた。
(d)そして、図2(a)と同様にシリコン基板201両面に酸化珪素膜等からなる第2拡散マスク222を4000Å形成した。形成された第2拡散マスク222をエッチングする成分を含有するエッチングペースト224により任意の形状に印刷、加熱処理を行ないパターンエッチングした。そして図示されていないが、加熱処理を終えたシリコン基板201を、洗剤を含んだ超音波水洗、純水のみの超音波洗浄、流水洗浄の順で洗浄し、ペーストの増粘剤などの残渣を除去し、2%程度のHFで洗浄し、第2拡散マスク222の窓開けを行なった。このときの窓のパターンは、図2(b)よりも面積の広い櫛形形状であり、かつ、シリコン基板201表面のp++型拡散領域202を含むかたちで行なった。
(f)そして、図2(a)と同様にシリコン基板201両面に酸化珪素膜等からなる第3拡散マスク223を4000Å形成した。そして、図2(b)と同様の方法で所望のパターンで第3拡散マスク223に窓開けを行なった。n型ドーパント232としてPOCl3を用いた気相拡散を行なうことにより、櫛型のn+型拡散領域203を形成した。そして、図示されていないが、n型ドーパント232拡散後に、形成されたPSG(リンシリケートグラス)と第3拡散マスク223をHF処理により除去した。n+型拡散領域203とp+型拡散領域209の間には100μm間隔を開けた。
(g)次に受光面側をテクスチャ構造208とするため水酸化カリウム溶液にイソプロピルアルコールを含有したアルカリ溶液を75℃に加熱した溶液でテクスチャエッチングを行なった。このとき図示されてないが、常圧CVD法によってシリコン基板201の裏面にテクスチャエッチングマスクとして膜厚8000Åの酸化珪素膜を形成した。
本実施例においては、実施例1で用いたシリコン基板と同様のものを用いた。
(工程1:p++型拡散領域を形成する工程)
(a)第1マスキングペースト325をシリコン基板301の受光面側の全面にスクリーン印刷し、オーブンを用いて数十分間300℃程度で乾燥させた。次にシリコン基板301の裏面側には所望の形状に開口部を設けたパターンに第1マスキングペースト325をスクリーン印刷し、再度オーブンにより乾燥させた。次にこのシリコン基板301を酸素雰囲気下において900℃で30分間焼成し、第1マスキングペースト325の材料である酸化珪素を焼結させた。
(c)再度図3(a)と同様の方法で第2マスキングペーストを形成した。なお、このときの第2マスキングペーストの開口部のパターンは、図3(a)よりも面積の広い櫛形形状であり、かつ、シリコン基板301表面のp++型拡散領域302を含むかたちで行なった。次に、900℃で30分間、図3(b)と同様にp型ドーパント331を拡散させ、第2マスキングペースト326の開口部に相当する部分のみp+型拡散領域309を形成した。このとき、幅1mmとした。その後図示はしないが、濃度10%程度のフッ酸処理で第2マスキングペースト326を除去した。
(d)再度図3(a)と同様の方法で第3マスキングペースト327を形成した。その後900℃、60分間、n型ドーパント332を拡散することにより、n+型拡散領域303を形成する。拡散方法としてはPOCl3を用いた気相拡散を用いた。その後図示はしないが、濃度10%程度のフッ酸処理で第3マスキングペースト327を除去した。
以後の操作は、実施例1の図2(g)以下の説明と同様に行なった。
本実施例においては、実施例1で用いたシリコン基板と同様のものを用いる。以下、図4に基づいて説明する。
(a)スライスダメージを除去したシリコン基板401上にp型不純物を含んだp型ドーピングペースト428を任意のパターンにスクリーン印刷し、1000℃で60分間加熱した。加熱によって、p型ドーパント431がシリコン基板401内に拡散された。
(c)先と同様にp型不純物を含んだp型ドーピングペースト428を任意のパターンにスクリーン印刷し、900℃、30分間加熱することで、p型ドーパント431がシリコン基板401内に拡散された。このときp型ドーピングペースト428のスクリーン印刷は、図4(a)よりも面積の広い櫛形形状であり、かつ、含むかたちで行なった。
(e)続いて、n型不純物を含んだn型ドーピングペースト429を任意のパターンにスクリーン印刷し、900℃、60分間加熱した。
(工程4:裏面接合型太陽電池の製造仕上げ工程)
以後の操作は、実施例1の図2(g)以下の説明と同様に行なった。
Claims (5)
- 第1導電型のシリコン基板の受光面の反対側である裏面にpn接合が形成された裏面接合型太陽電池の製造方法であって、
前記裏面に、第2導電型の第1不純物拡散領域を形成する工程と、
前記裏面に前記第1不純物拡散領域を含む領域に、前記第1不純物拡散領域よりも不純物濃度が低い、第2導電型の第2不純物拡散領域を形成する工程と、
前記裏面に前記シリコン基板よりも不純物濃度が高い第1導電型の第3不純物拡散領域を形成する工程と、
を含むことを特徴とする裏面接合型太陽電池の製造方法。 - 前記第1不純物拡散領域および/または第2不純物拡散領域および/または第3不純物拡散領域を形成する工程に、エッチングペースト、および/またはマスキングペースト、および/またはドーピングペーストを使用することを特徴とする請求項1に記載の裏面接合型太陽電池の製造方法。
- 前記第1不純物拡散領域は、第2不純物拡散領域よりも小さいことを特徴とする請求項1または2に記載の裏面接合型太陽電池の製造方法。
- 第1導電型のシリコン基板の受光面とは反対側の裏面にpn接合が形成された裏面接合型太陽電池であって、
前記裏面に、第2導電型の第1不純物拡散領域と、
前記第1不純物拡散領域を含む領域に、前記第1不純物拡散領域よりも不純物濃度が低い第2導電型の第2不純物拡散領域と、
前記シリコン基板よりも不純物濃度が高い第1導電型の第3不純物拡散領域と、を含むことを特徴とする裏面接合型太陽電池。 - 前記第1不純物拡散領域は、第2不純物拡散領域よりも小さいことを特徴とする請求項4に記載の裏面接合型太陽電池。
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