JP2010092961A

JP2010092961A - 太陽電池の製造方法

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Publication number: JP2010092961A
Application number: JP2008259381A
Authority: JP
Inventors: Hiroki Narutomi; 弘紀成富
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2008-10-06
Filing date: 2008-10-06
Publication date: 2010-04-22

Abstract

【課題】リーク電流を低減して電池特性の向上を図ることが可能な太陽電池の製造方法を提供する。
【解決手段】この太陽電池の製造方法は、ｐ型シリコン基板１の表面上に、Ｐ₂Ｏ₅を含む拡散剤を塗布する工程と、そのｐ型シリコン基板１を熱拡散処理することによりｐｎ接合を形成する工程とを備えている。そして、ｐｎ接合を形成する工程に先立って、ｐ型シリコン基板１の裏面上に、ケイ酸アルキルおよびチタン酸アルキルの少なくとも一方を含む拡散防止剤を塗布する工程をさらに備え、ｐ型シリコン基板１の裏面上に拡散防止剤を塗布する際に、ｐ型シリコン基板１の周辺の除湿を行う。
【選択図】図２

Description

本発明は、太陽電池の製造方法に関する。

従来、太陽電池のｐｎ接合を形成する方法の１つとして、ｐ型シリコン基板の表面（受光面）上にリンを含む拡散剤を塗布した後に熱拡散処理することによって、ｐ型シリコン基板の表面側にｎ⁺層を形成するという方法が知られている。しかしながら、この従来の方法では、熱拡散時に拡散剤中のリンが気化し、ｐ型シリコン基板の裏面（反受光面）側にまでリンが拡散する場合がある。そして、ｐ型シリコン基板の裏面側にまでリンが拡散すると、リーク電流が増加し、太陽電池の特性が著しく低下してしまう。

そこで、従来では、ｐ型シリコン基板の裏面上に、拡散剤の拡散を抑制するための拡散防止膜を形成する技術が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。

上記した特許文献１には、ケイ酸アルキルやチタン酸アルキルを含む拡散防止剤をｐ型シリコン基板の裏面上に塗布することによって、ｐ型シリコン基板の裏面上に拡散防止膜を形成する技術が開示されている。この特許文献１では、ｐ型シリコン基板の裏面上に形成された拡散防止膜により、ｐ型シリコン基板の裏面側における拡散剤の拡散の抑制を図ることが可能となる。

特開平７−１３５３３３号公報

しかしながら、上記した特許文献１の方法では、拡散防止膜の緻密性が十分に保たれていない場合がある。その場合、ｐ型シリコン基板の裏面上に拡散防止膜を形成したとしても、拡散防止膜下でのｐ型シリコン基板の裏面側にまで拡散剤が拡散することで、リーク電流による太陽電池の特性の低下が起こる。このため、製造方法のさらなる改善が望まれていた。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の目的は、より安定した拡散防止膜を形成し、リーク電流を抑えることで、太陽電池の特性の向上を図ることが可能な太陽電池の製造方法を提供することである。

上記目的を達成するために、この発明の一の局面による太陽電池の製造方法は、第１導電型の半導体基板の表面上に、第２導電型のドーパントを含む拡散剤を塗布する工程と、拡散剤が塗布された半導体基板を熱拡散処理することにより、半導体基板の表面側にｐｎ接合を形成する工程とを備えている。そして、半導体基板の表面側にｐｎ接合を形成する工程に先立って、半導体基板の表面の反対側面である裏面上に、拡散剤の拡散を防止するための拡散防止剤を塗布する工程をさらに備え、半導体基板の裏面上に拡散防止剤を塗布する際に、半導体基板の周辺の除湿を行う。

この一の局面による太陽電池の製造方法では、上記のように、半導体基板の裏面上に拡散防止剤を塗布する際に、半導体基板の周辺の除湿を行うことによって、吸湿性が強く、湿度の高い雰囲気中において凝集しやすい性質を持つもの（たとえば、ケイ酸アルキルやチタン酸アルキル）を主成分とする薬液を拡散防止剤として用いる場合、その主成分が凝集するのを抑制することができる。このため、拡散防止剤からなる拡散防止膜の膜質が良好なものとなり、拡散防止膜の機能が低下するのを抑制することができる。すなわち、半導体基板の裏面側への拡散剤の拡散を拡散防止膜によって十分に抑制することができる。その結果、リーク電流が低減するため、太陽電池の特性の向上を図ることが可能となる。

上記一の局面による太陽電池の製造方法において、好ましくは、半導体基板の裏面上に拡散防止剤を塗布する際に、半導体基板の周辺に乾燥した気体を吹き込むことによって、半導体基板の周辺の除湿を行う。このように構成すれば、容易に、半導体基板の周辺の湿度を下げることができる。

また、上記一の局面による太陽電池の製造方法において、拡散防止剤は、ケイ酸アルキルおよびチタン酸アルキルの少なくとも一方を含む薬液であることが好ましい。

以上のように、本発明によれば、より安定した拡散防止膜を形成し、リーク電流を抑えることで、太陽電池の特性の向上を図ることが可能な太陽電池の製造方法を容易に得ることができる。

図１は、本発明の一実施形態による太陽電池の製造方法を用いて製造される太陽電池の構造を示した断面図である。以下に、図１を参照して、本実施形態による太陽電池の製造方法を用いて製造される太陽電池の構造について説明する。

この太陽電池では、図１に示すように、ｐ型シリコンを固化することにより得られる多結晶のｐ型シリコン基板１の表面（受光面）にｎ⁺層２が形成されている。そして、ｐ型シリコン基板１の表面のｎ⁺層２が形成された部分がＰＮ接合となっている。このｐ型シリコン基板１は、本発明の「第１導電型の半導体基板」の一例である。

また、ｐ型シリコン基板１の表面（ｎ⁺層２）には凹凸部３が形成されており、その凹凸部３上には反射防止膜４が形成されている。なお、ｐ型シリコン基板１の表面（ｎ⁺層２）の凹凸部３は、太陽光の吸収を促進する機能を有している。その一方、反射防止膜４は、太陽光の反射を防止するためのものであって、窒化シリコン膜や酸化チタン膜などからなっている。

また、ｐ型シリコン基板１の表面（ｎ⁺層２）上には、銀からなる表面電極５が部分的に形成されている。さらに、ｐ型シリコン基板１の裏面にはｐ⁺層６が形成されているとともに、そのｐ型シリコン基板１の裏面（ｐ⁺層６）上に裏面電極が形成されている。この裏面電極は、アルミニウム電極７と銀電極８とを含んでいる。

図２〜図４は、本発明の一実施形態による太陽電池の製造方法を説明するための図である。以下に、図１〜図４を参照して、本実施形態による太陽電池の製造方法について説明する。

本実施形態による太陽電池の製造方法では、まず、ｐ型シリコン基板１（図１参照）を準備し、そのｐ型シリコン基板１の表面（受光面）に凹凸部３を形成する。このｐ型シリコン基板１の表面への凹凸部３の形成は、三フッ化塩素ガスなどの塩素性ガスによるドライエッチング技術を用いて行う。なお、この方法以外に、水酸化ナトリウム水溶液などのアルカリ水溶液によるウェットエッチング技術を用いてもよいし、フッ酸と硝酸とを所定の混合比で混ぜ合わせて作製した混酸によるウェットエッチング技術を用いてもよい。

次に、図２に示すようなスピンコータ（塗布装置）１０を用いて、ｐ型シリコン基板１の表面にｎ⁺層２（図１参照）を形成する。

このスピンコータ１０は、拡散剤の塗布を行うポジション１１と、拡散防止剤の塗布を行うポジション１２とを有している。そして、ポジション１１には、拡散剤を吐出するためのノズル１１ａが設けられているとともに、ポジション１２には、拡散防止剤を吐出するためのノズル１２ａが設けられている。また、スピンコータ１０は、除湿ユニット１３を持っており、ポジション１２付近の除湿を行うようになっている。

ところで、拡散剤とは、ｐ型シリコン基板１の表面にｎ⁺層２を形成するためのものであり、拡散防止剤とは、拡散剤の拡散を防止するためのものである。そして、本実施形態では、Ｐ₂Ｏ₅を含む薬液を拡散剤として用い、ケイ酸アルキルおよびチタン酸アルキルの少なくとも一方を含む薬液を拡散防止剤として用いるようにする。また、この拡散剤および拡散防止剤には有機成分が含まれているため、約１００℃の温度条件下で約３０分間の乾燥処理を行うことによって有機成分を除去しておく。なお、拡散剤に含まれるリン（Ｐ）は、本発明の「第２導電型のドーパント」の一例である。

そして、ｐ型シリコン基板１の表面にｎ⁺層２を形成する際には、まず、ｐ型シリコン基板１の裏面を上方に向け、その状態で、ポジション１２にｐ型シリコン基板１をセットする。この後、ｐ型シリコン基板１を回転（スピン）させながらノズル１２ａから拡散防止剤を吐出することによって、ｐ型シリコン基板１の裏面上に拡散防止剤を塗布する。このようにして、ｐ型シリコン基板１の裏面上の周辺部に拡散防止膜２１が形成された状態（図３参照）にする。なお、この拡散防止膜２１は、ｐ型シリコン基板１の裏面上の全面に形成してもよい。

ここで、本実施形態では、ｐ型シリコン基板１の裏面上に拡散防止剤を塗布する際に、除湿ユニット１３によりｐ型シリコン基板１の周辺の除湿を同時に行いながら、ｐ型シリコン基板１の裏面上に拡散防止剤を塗布する。このような湿度のコントロールを行うと、以下のような効果が得られる。

すなわち、拡散防止剤に含まれるケイ酸アルキルやチタン酸アルキルは、吸湿性が高いため、湿度の高い雰囲気中では凝集しやすいという性質を持っている。そして、ケイ酸アルキルやチタン酸アルキルが凝集すると、拡散防止膜２１の機能が低下してしまう。このことから、ｐ型シリコン基板１の裏面上に拡散防止剤を塗布する際に、ｐ型シリコン基板１の周辺の除湿を行えば、ｐ型シリコン基板１の裏面上に形成される拡散防止膜２１の機能の低下を抑制することが可能となる。

なお、この工程では、乾燥した空気（気体）でｐ型シリコン基板１の周辺の湿度を下げるようにしてもよいし、ケイ酸アルキルおよびチタン酸アルキルに対して不活性な（化学変化を起こさない）ガスである窒素ガスや、希ガス（ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノンおよびラドン）などの気体を所望の湿度まで下げてからｐ型シリコン基板１の周辺に吹き込んでもよい。

続いて、ｐ型シリコン基板１を反転させてｐ型シリコン基板１の表面を上方に向け、その状態で、ポジション１１にｐ型シリコン基板１をセットする。そして、ｐ型シリコン基板１を回転（スピン）させながらノズル１１ａから拡散剤を吐出することによって、ｐ型シリコン基板１の表面上に拡散剤を塗布する。このようにして、ｐ型シリコン基板１の表面上に拡散膜２２が形成された状態（図３参照）にする。

次に、石英製のダンパーボート１４の内部にｐ型シリコン基板１を複数セットし、約９００℃の温度条件下で約３０分間の熱拡散処理を複数のｐ型シリコン基板１に対して同時に行う。このとき、生産性の向上を図るため、ダンパーボート１４の内部に大量のｐ型シリコン基板１をセットする場合（図４参照）があり、ｐ型シリコン基板１の間隔が４ｍｍ〜１０ｍｍ程度となってしまう。このようにｐ型シリコン基板１の間隔が比較的狭い場合には、拡散剤中の気化したリン（Ｐ）がｐ型シリコン基板１の裏面側にまで拡散する確率が高くなるが、本実施形態では、ｐ型シリコン基板１の裏面上に拡散防止膜２１（図３参照）を形成しているので、拡散剤中の気化したリン（Ｐ）が拡散防止膜２１下でのｐ型シリコン基板１の裏面側にまで拡散するのを抑制することが可能となる。

この後、反射防止膜４、表面電極５、ｐ⁺層６および裏面電極７（図１参照）を形成する。

反射防止膜４は、それを窒化シリコン膜によって構成する場合、シランとアンモニアとの混合ガスを原料としたプラズマＣＶＤ（ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法を用いて形成する。その一方、反射防止膜４を酸化チタン膜によって構成する場合には、チタン酸アルコキシドを原料とした常圧ＣＶＤ法を用いて形成する。

また、表面電極５は、ｐ型シリコン基板１の表面（ｎ⁺層２）上に銀ペーストを塗布した後、それを焼成することによって形成する。

また、裏面電極に含まれるアルミニウム電極７は、パターニングされたスクリーンを用いてｐ型シリコン基板１の裏面上にアルミニウムを含むペーストを印刷し、それを約７００℃の温度条件下で焼成することによって形成する。この際、ｐ型シリコン基板１中にアルミニウムが拡散して合金化することにより、ｐ型シリコン基板１の裏面にｐ⁺層６が形成される。

また、裏面電極に含まれる銀電極８は、ｐ型シリコン基板１の裏面にｐ⁺層６を形成した後、ｐ型シリコン基板１の裏面（ｐ⁺層６）上に銀ペーストを塗布し、それを焼成することによって形成する。

本実施形態の太陽電池の製造方法では、上記のように、ｐ型シリコン基板１の裏面上に拡散防止剤を塗布する際に、ｐ型シリコン基板１の周辺の除湿を行うことによって、ケイ酸アルキルやチタン酸アルキルが凝集するのを抑制することができる。このため、拡散防止剤からなる拡散防止膜２１の膜質が良好なものとなり、拡散防止膜２１の機能が低下するのを抑制することができる。すなわち、ｐ型シリコン基板１の裏面側への拡散剤の拡散を拡散防止膜２１によって十分に抑制することができる。その結果、リーク電流が低減するため、太陽電池の特性の向上を図ることが可能となる。

次に、ケイ酸アルキルやチタン酸アルキルを主成分とする拡散防止剤の塗布時の湿度とリーク電流との関係について、以下の表１を参照して説明する。なお、以下の表１では、スピンコータ内の湿度が３３％の時のリーク電流値を１としている。

上記表１を参照して、スピンコータ内の湿度が高くなるとリーク電流値も高くなり、スピンコータ内の湿度が低くなるとリーク電流値も低くなることが分かる。この結果から、ケイ酸アルキルやチタン酸アルキルを主成分とする拡散防止剤を用いる場合には、それを塗布する時の湿度をコントロールすることによって、リーク電流の発生を抑制することができると言える。

今回開示された実施形態は、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、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに、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。

本発明の一実施形態による太陽電池の製造方法を用いて製造される太陽電池の構造を示した断面図である。本発明の一実施形態による太陽電池の製造方法を説明するための図（スピンコータの概略図）である。本発明の一実施形態による太陽電池の製造方法を説明するための図（ｐ型シリコン基板に拡散剤および拡散防止剤が塗布された状態の図）である。本発明の一実施形態による太陽電池の製造方法を説明するための図（複数のｐ型シリコン基板がダンパーボート内にセットされた状態の図）である。

符号の説明

１ｐ型シリコン基板（半導体基板）
２ｎ⁺層
２１拡散防止膜
２２拡散膜

Claims

第１導電型の半導体基板の表面上に、第２導電型のドーパントを含む拡散剤を塗布する工程と、
前記拡散剤が塗布された前記半導体基板を熱拡散処理することにより、前記半導体基板の表面側にｐｎ接合を形成する工程とを備え、
前記半導体基板の表面側にｐｎ接合を形成する工程に先立って、前記半導体基板の表面の反対側面である裏面上に、前記拡散剤の拡散を防止するための拡散防止剤を塗布する工程をさらに備え、
前記半導体基板の裏面上に前記拡散防止剤を塗布する際に、前記半導体基板の周辺の除湿を行うことを特徴とする太陽電池の製造方法。
前記半導体基板の裏面上に前記拡散防止剤を塗布する際に、前記半導体基板の周辺に乾燥した気体を吹き込むことによって、前記半導体基板の周辺の除湿を行う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。
前記拡散防止剤は、ケイ酸アルキルおよびチタン酸アルキルの少なくとも一方を含む薬液であ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。