JP2010118473A - 太陽電池セルおよびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】p型の半導体基板1と、半導体基板1の受光面側に形成されたn型の拡散層と、n型の拡散層に部分的に形成される1または複数の受光面グリッド電極7とから構成される太陽電池セルであって、n型の拡散層には、複数の高濃度拡散領域5と、それら高濃度拡散領域5間に位置する低濃度拡散領域6が形成され、受光面グリッド電極7は、高濃度拡散領域5に形成され、隣接する高濃度拡散領域5の中心間距離Lが1.5〜3.0mmであり、高濃度拡散領域5の幅Mが、中心間距離Lの20〜60%である。
【選択図】図1
Description
その後、基板裏面側の裏面電極9以外の部分にアルミニウムなどからなるペーストを塗布、乾燥させる。
さらに、各高濃度拡散領域5の上に受光面グリッド電極7が形成される。例えば、受光面グリッド電極7は、Agを含有する導電性ペーストをスクリーン印刷で各高濃度拡散領域5上に塗布することにより形成される。
その後、焼成を行ない、受光面グリッド電極7や裏面電極9を焼結させ、裏面電極9以外の部分にAL−BSF10を形成させ、太陽電池セル20が製造される。
また、半導体基板1の受光面全面に高濃度拡散領域5を形成した後、高濃度拡散領域5を保持すべき部分にレジスト膜3をマスクとして塗布し、露出している部分を、例えばHNO3/HFなどでエッチングを行ない、低濃度拡散領域6を形成する方法でも良い。
また、半導体基板1上の酸化膜(絶縁膜)にSiO2を形成し、その上に塗付されたレジスト膜3をマスクとして、SiO2を所定のパターンにエッチングを行なった後、レジスト膜3を除去し、半導体基板1の露出部分を高濃度拡散領域5とし、かつ、同時に拡散源である拡散元素がSiO2を貫通して低濃度拡散領域6を形成する方法でも良い。
実施例1として、p型単結晶シリコン基板(ウエハサイズ12.5×12.5cm、比抵抗0.5〜6.0Ω・cm)を用意し、高濃度(10wt%)の水酸化ナトリウム水溶液に浸漬させて、ダメージ層を取り除いた。さらに低濃度(2wt%)の水酸化ナトリウム水溶液に浸漬させ、基板表面全体にテクスチャ構造を形成した。その後、基板を洗浄した。洗浄後、980℃でドライ酸化を行い、受光面全面へ酸化膜を形成した。その後、低濃度n型拡散を行なう部分をマスクするため、スクリーン印刷機にて、レジスト剤を印刷し、160℃の電気乾燥炉で乾燥させた。乾燥後、10wt%のフッ化水素酸水溶液へ浸漬させ、高濃度n型拡散部分の酸化膜を除去した後、2wt%の水酸化ナトリウム水溶液によりレジスト剤を取り除き、基板を洗浄、乾燥させた。洗浄後、基板の受光面にオキシ塩化リンを含む雰囲気の電気拡散炉内で拡散を行ない、高濃度n型拡散層を形成した。実施例1では、高濃度n型拡散層のシート抵抗設計値を20〜45Ω/□の範囲で変更した。
さらに受光面側にもスクリーン印刷機を用いて、Ag電極パターンを印刷し、乾燥させた。その後、焼成を行い、AL−BSFと裏面電極、受光面グリッド電極を形成し、太陽電池セルを作製した。その断面概略図を、図2に示す。
実施例2として、実施例1と同様の製造方法で行なった。但し、高濃度n型拡散層形成の温度を870℃とし、低濃度n型拡散層のシート抵抗設計値を60〜105Ω/□の範囲で変更した。
低濃度n型拡散層のシート抵抗設計値を変更した時の変換効率(Eff)の変化について、図4にその結果を示す。
実施例3として、中心間距離を種々変更させて太陽電池セルを作製した。作製した太陽電池セルの変換効率(Eff)と中心間距離の変化について、図5にその結果を示す。
実施例4として、高濃度拡散幅を種々変更させて太陽電池セルを作製した。作製した太陽電池セルの変換効率(Eff)と高濃度拡散幅の変化について、図6にその結果を示す。
実施例5として、ゲッタリングの効果を確認する実験を行なった。従来、電極直下のみにドーパントを高濃度に含む高濃度n型拡散層を形成し、受光面の他の部分の拡散層の表面濃度を下げることにより、変換効率を向上させる方法として、特許文献2(特開2004−273826号公報)が公知となっている。当然、高濃度n型拡散層の幅を広げてしまうことにより、短絡電流が減少してしまい、変換効率が低下することが懸念される。
1.高濃度n型拡散層によるリンゲッタリング効果
太陽電池セルに使用される単結晶シリコン基板は、原料コスト削減を目的として半導体用単結晶シリコンインゴットの端材(インゴットのトップ、テール)を利用したり、半導体デバイスウエハーの再利用をしたりと、種々のシリコン原料を使用することから、汚染不純物(特に重金属汚染)が多く含まれている。また、太陽電池製造過程においても基板が汚染不純物(特に重金属汚染)により汚染される。これらの汚染不純物(特に重金属汚染)により低下した基板品質はリンゲッタリングにより改質でき、太陽電池の変換効率改善に大きな効果をもたらすことが一般的に知られている。
そして、より高温下での熱処理を行なうことで、ゲッタリングの効果が大きく得られることも公知のため、高濃度拡散処理にリンゲッタリングを導入することで、太陽電池の性能向上を図った。
図7は、従来の熱拡散処理(工程A)とリンゲッタリングを導入した熱拡散処理(工程B)の比較実験の結果である。
熱拡散処理にリンゲッタリングを導入することで、基板内部の重金属不純物が拡散層へ捕獲され、開放電圧の上昇による変換効率の向上が確認出来た。
また、Core scan(Sunlab社製、太陽電池セル特性評価装置)を使用し、受光面グリッド電極印刷前の基板について、開放電圧(Voc)の面内分布を測定した結果を図8に示す。
面内分布の結果より、高濃度拡散部分のほうが、低濃度拡散部分よりも、15〜20mV程度高い結果であった。これは、高濃度拡散部分において、より強いゲッタリング効果が得られていることを示唆している。
つまり、高濃度n型拡散層幅を従来の選択拡散構造よりもかなり広くとることにより、開放電圧(Voc)ならびに変換効率(Eff)の向上を確認することが出来た。
2.印刷精度の低いスクリーン印刷機での量産化対策
図6に示す高濃度拡散幅を広げることで、受光面グリッド電極の印刷にてアライメントにズレが生じても、低濃度n型拡散層に受光面グリッド電極が接触することなく、選択拡散構造を製造することが出来る。
高精度なアライメント機能(例えば、CCDカメラによるアライメント機能)を持ったスクリーン印刷機を使用せずに、アライメント精度の低いスクリーン印刷機でも、本発明の太陽電池セルは製造可能であり、新規に高精度なスクリーン印刷機を購入する必要もなく、コストの面においても、優位性を発揮することが出来る。
M 幅
1 半導体基板
2 酸化膜
3 レジスト膜
4 隙間部
5 高濃度拡散領域
6 低濃度拡散領域
7 受光面グリッド電極
8 反射防止膜
9 裏面電極
10 AL−BSF
20 太陽電池セル
Claims (14)
- p型の半導体基板と、
前記半導体基板の受光面側に形成されたn型の拡散層と、
前記n型の拡散層に部分的に形成される1または複数の受光面グリッド電極とから構成される太陽電池セルであって、
前記n型の拡散層には、複数の高濃度拡散領域と、それら高濃度拡散領域間に位置する低濃度拡散領域が形成され、
前記受光面グリッド電極は、前記高濃度拡散領域に形成され、
隣接する前記高濃度拡散領域の中心間距離が1.5〜3.0mmであり、
前記高濃度拡散領域の幅が、前記中心間距離の20〜60%である、太陽電池セル。 - n型の半導体基板と、
前記半導体基板の受光面側に形成されたp型の拡散層と、
前記p型の拡散層に部分的に形成される1または複数の受光面グリッド電極とから構成される太陽電池セルであって、
前記p型の拡散層には、複数の高濃度拡散領域と、それら高濃度拡散領域間に位置する低濃度拡散領域が形成され、
前記受光面グリッド電極は、前記高濃度拡散領域に形成され、
隣接する前記高濃度拡散領域の中心間距離が1.5〜3.0mmであり、
前記高濃度拡散領域の幅が、前記中心間距離の20〜60%である、太陽電池セル。 - 前記高濃度拡散領域のシート抵抗が25〜55Ω/□である、請求項1または2に記載の太陽電池セル。
- 前記低濃度拡散領域のシート抵抗が60〜150Ω/□である、請求項1〜3のいずれかに記載の太陽電池セル。
- 前記半導体基板が単結晶または多結晶シリコンであり、その比抵抗が0.3〜50Ω・cmである、請求項1〜4のいずれかに記載の太陽電池セル。
- 太陽電池セルの製造方法であって、
半導体基板上の絶縁膜に塗布されたレジスト膜をマスクとして、前記絶縁膜を所定のパターンにエッチングする工程と、
所定のパターンに形成された前記絶縁膜をマスクとして、前記半導体基板の露出部分を高濃度拡散領域とする工程と、
所定のパターンに形成された前記絶縁膜を除去し、前記半導体基板の残りの部分を低濃度拡散領域とする工程と、
前記高濃度拡散領域の上に導電性ペーストからなる電極をスクリーン印刷によって形成する工程とを備える、太陽電池セルの製造方法。 - 太陽電池セルの製造方法であって、
半導体基板の受光面全面に低濃度拡散領域を形成する工程と、
高濃度拡散領域とするべき部分にリン酸ガラスを残し、追加の熱処理を行なうことで、高濃度拡散領域を形成する工程と、
前記高濃度拡散領域の上に導電性ペーストからなる電極をスクリーン印刷によって形成する工程とを備える、太陽電池セルの製造方法。 - 太陽電池セルの製造方法であって、
半導体基板の受光面全面に高濃度拡散領域を形成する工程と、
高濃度拡散領域とするべき部分にレジスト膜をマスクとして形成し、露出している部分をエッチングすることにより低濃度拡散領域を形成する工程と、
前記高濃度拡散領域の上に導電性ペーストからなる電極をスクリーン印刷によって形成する工程とを備える、太陽電池セルの製造方法。 - 太陽電池セルの製造方法であって、
半導体基板に絶縁膜を形成する工程と、
絶縁膜上に形成されたレジスト膜をマスクとして、絶縁膜を所定のパターンにエッチングする工程と、
レジスト膜を除去し、半導体基板の露出部分を高濃度拡散領域とし、同時に拡散源である拡散元素が絶縁膜を貫通して低濃度拡散領域を形成する工程と、
前記高濃度拡散領域の上に導電性ペーストからなる電極をスクリーン印刷によって形成する工程とを備える、太陽電池セルの製造方法。 - 前記高濃度拡散領域のシート抵抗が25〜55Ω/□である、請求項6〜9のいずれかに記載の太陽電池セルの製造方法。
- 前記低濃度拡散領域のシート抵抗が60〜150Ω/□である、請求項6〜10のいずれかに記載の太陽電池セルの製造方法。
- 前記半導体基板が単結晶または多結晶シリコンであり、その比抵抗が0.3〜50Ω・cmである、請求項6〜11のいずれかに記載の太陽電池セルの製造方法。
- 前記高濃度拡散領域および/または前記低濃度拡散領域を形成するためのマスクであるレジスト膜を、スクリーン印刷によって形成する、請求項6〜12のいずれかに記載の太陽電池セルの製造方法。
- 前記レジスト膜の形成に用いるレジスト剤として、スクリーン印刷法にて印刷可能であり、耐HF(フッ化水素酸)性を有し、アルカリ性水溶液にて剥離が可能なレジスト剤を用いる、請求項6〜13のいずれかに記載の太陽電池セルの製造方法。
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2008
- 2008-11-12 JP JP2008290235A patent/JP2010118473A/ja active Pending
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