JP2010177264A - Solar battery element and manufacturing method for the same - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a simply-manufacturable and high-efficiency solar battery element, and a manufacturing method for the same. <P>SOLUTION: The solar battery element includes a polysilicon substrate including a light-receiving surface and the rear surface of the light-receiving surface and having a one conductivity type in which the longitudinal direction of each crystal grain is almost vertical with respect to the thickness direction of the substrate. A first intrinsic thin-film layer is provided on the rear-surface side of the polysilicon substrate. In a first region on the rear-surface side of the polysilicon substrate, an opposite conductivity type second thin-film layer and a first electrode are provided on the first thin-film layer. In a second region on the rear-surface side of the polysilicon substrate, a one conductivity type third thin-film layer and a second electrode are provided on the first thin-film layer. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は太陽電池素子および太陽電池素子の製造方法に関する。   The present invention relates to a solar cell element and a method for manufacturing the solar cell element.

現在、太陽電池素子の主流製品は、結晶シリコン基板を用いたバルク型の結晶シリコン太陽電池素子である。この結晶シリコン太陽電池素子は、結晶シリコン基板が素子化工程により加工されることで作製される。この結晶シリコン太陽電池素子を複数個接続した構成を有するのが、結晶シリコン太陽電池モジュールである。   At present, the mainstream solar cell element is a bulk type crystalline silicon solar cell element using a crystalline silicon substrate. This crystalline silicon solar cell element is manufactured by processing a crystalline silicon substrate by an element forming process. A crystalline silicon solar cell module has a configuration in which a plurality of crystalline silicon solar cell elements are connected.

結晶シリコン太陽電池素子には、受光面に金属からなる表電極(多くはバスバー及びフィンガーと呼ばれる金属電極からなる)を有するタイプのほか、受光面には電極を設けず、正・負の両電極を非受光面側に配置したいわゆるBC(バックコンタクト)型太陽電池素子がある。   The crystalline silicon solar cell element has a surface electrode made of metal on the light receiving surface (mostly metal electrodes called busbars and fingers), and has no positive electrode on the light receiving surface. Both positive and negative electrodes There is a so-called BC (back contact) type solar cell element in which is arranged on the non-light-receiving surface side.

従来のBC型太陽電池素子には、光生成キャリアが結晶粒界に衝突することを抑制でき、さらに出力特性を大きくすることを目的として、多結晶シリコン基板の結晶粒の長手方向が基板の厚さ方向に対して、ほぼ垂直になるように形成したBC型太陽電池素子があった(例えば、特許文献1参照)。   In the conventional BC type solar cell element, the longitudinal direction of the crystal grain of the polycrystalline silicon substrate is the thickness of the substrate for the purpose of suppressing the collision of the photogenerated carrier with the crystal grain boundary and further increasing the output characteristics. There was a BC type solar cell element formed so as to be substantially perpendicular to the vertical direction (see, for example, Patent Document 1).

特開2005−333016号公報JP 2005-333016 A

しかしながら、上記構造において電極および拡散領域は櫛歯状に形成され、p型領域とn型領域がかなり近接した状態で設けられる。そのため、それぞれ対極の電極が同じ結晶粒界と直接接触することにより、結晶粒界が電極間の橋渡しとなることからリークが起こり易い。また、基板内部にそれぞれ導電型の異なる拡散領域が同じ結晶粒界内に存在することにより、結晶粒界では不純物拡散速度が速いため、それぞれのドーパントが結晶粒界へ拡散して結晶粒界で高濃度のp型領域とn型領域が接触することからトンネル電流が増大するといった問題があり、十分な出力特性の向上が得られなかった。   However, in the above structure, the electrode and the diffusion region are formed in a comb-like shape, and are provided in a state where the p-type region and the n-type region are quite close. For this reason, each counter electrode is in direct contact with the same crystal grain boundary, and the crystal grain boundary serves as a bridge between the electrodes, so that leakage easily occurs. Further, since diffusion regions having different conductivity types exist within the same grain boundary within the substrate, the impurity diffusion rate is high at the crystal grain boundary, so that each dopant diffuses into the crystal grain boundary and Since the high-concentration p-type region and the n-type region are in contact with each other, there is a problem that the tunnel current increases, and a sufficient improvement in output characteristics cannot be obtained.

本発明は、出力特性の高いBC型の太陽電池素子及びその製造方法を提供することを目的とする。   It is an object of the present invention to provide a BC type solar cell element with high output characteristics and a method for manufacturing the same.

本発明の太陽電池素子は、受光面と前記受光面の裏面とを含み、結晶粒の長手方向が基板の厚み方向に対してほぼ垂直となる一導電型を有する多結晶シリコン基板を備え、前記多結晶シリコン基板の裏面側に真性の第一薄膜層を備え、前記多結晶シリコン基板の裏面側の第一領域では、真性の第一薄膜層の上に逆導電型を示す第二薄膜層と、第一電極を有し、前記多結晶シリコン基板の裏面側の第二領域では、前記第一薄膜層の上に一導電型を示す第三薄膜層と、第二電極を有する。   The solar cell element of the present invention comprises a polycrystalline silicon substrate having one conductivity type including a light receiving surface and a back surface of the light receiving surface, wherein the longitudinal direction of crystal grains is substantially perpendicular to the thickness direction of the substrate, An intrinsic first thin film layer is provided on the back side of the polycrystalline silicon substrate, and in the first region on the back side of the polycrystalline silicon substrate, a second thin film layer showing a reverse conductivity type on the intrinsic first thin film layer; The second region on the back side of the polycrystalline silicon substrate has a third thin film layer showing one conductivity type and a second electrode on the first thin film layer.

また、本発明の太陽電池素子は、受光面と前記受光面の裏面とを含み、結晶粒の長手方向が基板の厚み方向に対してほぼ垂直となる一導電型を有する多結晶シリコン基板を備え、前記多結晶シリコン基板の裏面側に真性の第一薄膜層を備え、前記多結晶シリコン基板の裏面側の第一領域では、真性の第一薄膜層の上に逆導電型を示す第二薄膜層と、第一電極を有し、前記多結晶シリコン基板の裏面側の第二領域では、一導電型を示す第一拡散層と、第二電極を有する。   In addition, a solar cell element of the present invention includes a polycrystalline silicon substrate having one conductivity type including a light receiving surface and a back surface of the light receiving surface, wherein the longitudinal direction of crystal grains is substantially perpendicular to the thickness direction of the substrate. A second thin film having an intrinsic first thin film layer on the back side of the polycrystalline silicon substrate and having a reverse conductivity type on the intrinsic first thin film layer in the first region on the back side of the polycrystalline silicon substrate; The second region on the back side of the polycrystalline silicon substrate has a first diffusion layer showing one conductivity type and a second electrode.

本発明の太陽電池素子は、上述した構成を有することから、電極と結晶粒界とが隔離されるためリークが生じる問題を低減することができる。さらに、接合領域がヘテロ接合により形成されるため、少なくとも一方のドーパントが結晶粒界へ拡散しないことから、トンネル電流が増大するといった問題を低減することができる。   Since the solar cell element of the present invention has the above-described configuration, it is possible to reduce the problem of leakage because the electrode and the crystal grain boundary are isolated. Furthermore, since the junction region is formed by a heterojunction, at least one dopant does not diffuse into the crystal grain boundary, so that a problem that the tunnel current increases can be reduced.

本発明の第一の実施形態の太陽電池素子の構造を示す断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram which shows the structure of the solar cell element of 1st embodiment of this invention. (a)本発明の一実施形態の太陽電池素子を表面(受光面)側から見た図、(b)は(a)の太陽電池素子を裏側から見た図、(c)は(b)の領域Rを拡大して模式図である。(A) The figure which looked at the solar cell element of one Embodiment of this invention from the surface (light-receiving surface) side, (b) was the figure which looked at the solar cell element of (a) from the back side, (c) was (b) FIG. 3 is a schematic diagram enlarging a region R of FIG. 本発明の第二の実施形態の太陽電池素子の構造を示す断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram which shows the structure of the solar cell element of 2nd embodiment of this invention. (a)、(b)、(c)は本発明の第二の実施形態の太陽電池素子の構造の変形例を示す断面模式図である。(A), (b), (c) is a cross-sectional schematic diagram which shows the modification of the structure of the solar cell element of 2nd embodiment of this invention. 多結晶シリコンインゴットを示す模式図である。It is a schematic diagram which shows a polycrystal silicon ingot. (a)は太陽電池モジュールの一実施形態を示す断面図であり、(b)は(a)の太陽電池モジュールを表面(受光面)側から見た平面図である。(A) is sectional drawing which shows one Embodiment of a solar cell module, (b) is the top view which looked at the solar cell module of (a) from the surface (light-receiving surface) side.

本明細書において、aEnという表記は、a×10を表すものとする。 In the present specification, the notation aEn represents a × 10 n .

<第一の実施の形態>
≪太陽電池素子≫
図1は、第一の実施形態の太陽電池素子の構造を部分的に示す断面模式図である。図2(a)は図1に示す太陽電池素子20を表面(受光面)側から見た図、図2(b)は太陽電池素子を裏面側から見た図、図2(c)は図2(b)のR部分拡大図である。なお、図1、図2をはじめ、各図において図示される構成要素同士のサイズの大小関係は、必ずしも実際の関係を反映しているわけではない。
<First embodiment>
≪Solar cell element≫
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view partially showing the structure of the solar cell element of the first embodiment. 2A is a view of the solar cell element 20 shown in FIG. 1 as viewed from the front surface (light receiving surface) side, FIG. 2B is a view of the solar cell element as viewed from the back surface side, and FIG. It is R partial enlarged view of 2 (b). Note that the size relationship between the components illustrated in each drawing including FIGS. 1 and 2 does not necessarily reflect the actual relationship.

本実施形態の太陽電池素子は、シリコン基板1の裏面側(図1においては下面側)に、不純物がドープされていない真性の第一薄膜層2(i型シリコン薄膜層)が設けられている。また、第一薄膜層2上には、逆導電型を有する第二薄膜層3と一導電型を有する第三薄膜層4とが設けられている。第二薄膜層3上には第一電極5が形成されており、第一薄膜層4上には第二電極6が形成されている。このように本実施形態の太陽電池素子はBC型太陽電池素子である。そして、シリコン基板1の結晶粒9は、その長手方向がシリコン基板1の厚み方向aに対してほぼ垂直となるように形成されている。本実施形態において、第一領域7とは第一薄膜層2上において、第二薄膜層3と第一電極5が形成された領域をいい、第二領域8とは第一薄膜層2上において、第三薄膜層4が形成された領域をいう。   In the solar cell element of the present embodiment, an intrinsic first thin film layer 2 (i-type silicon thin film layer) that is not doped with impurities is provided on the back surface side (the lower surface side in FIG. 1) of the silicon substrate 1. . On the first thin film layer 2, a second thin film layer 3 having a reverse conductivity type and a third thin film layer 4 having a single conductivity type are provided. A first electrode 5 is formed on the second thin film layer 3, and a second electrode 6 is formed on the first thin film layer 4. Thus, the solar cell element of this embodiment is a BC type solar cell element. The crystal grains 9 of the silicon substrate 1 are formed so that the longitudinal direction thereof is substantially perpendicular to the thickness direction a of the silicon substrate 1. In the present embodiment, the first region 7 is a region where the second thin film layer 3 and the first electrode 5 are formed on the first thin film layer 2, and the second region 8 is the first thin film layer 2. The region where the third thin film layer 4 is formed.

図1に示した太陽電池素子のシリコン基板1としては、例えば所定のドーパント元素(導電型制御用の不純物)を有して一導電型を有する多結晶シリコン基板1が用いられる。p型の結晶シリコン基板1が用いられる場合、例えばドーパント元素としてBあるいはGaが1E14〜1E17atoms/cm程度ドープされて成る。n型の結晶シリコン基板1が用いられる場合は、例えばドーパント元素としてPが1E14〜1E17atoms/cm程度ドープされて成る。なお、板状シリコンが用いられてもよい。このようなシリコン基板1の厚みは、300μm以下であるのが好ましく、250μm以下であるのがより好ましく、150μm以下であるのがさらに好ましい。そして、多結晶シリコンインゴットの結晶成長方向に対して平行にスライスすることにより、結晶粒9の長手方向が基板の厚み方向に対してほぼ垂直となるように形成される。以下、本実施の形態においては、半導体基板1としてn型シリコン基板が用いられる場合を対象に説明を行う。 As the silicon substrate 1 of the solar cell element shown in FIG. 1, for example, a polycrystalline silicon substrate 1 having a predetermined dopant element (impurity for conductivity control) and having one conductivity type is used. When the p-type crystalline silicon substrate 1 is used, for example, B or Ga as a dopant element is doped by about 1E14 to 1E17 atoms / cm 3 . When the n-type crystalline silicon substrate 1 is used, for example, P is doped as a dopant element by about 1E14 to 1E17 atoms / cm 3 . In addition, plate-like silicon may be used. The thickness of the silicon substrate 1 is preferably 300 μm or less, more preferably 250 μm or less, and further preferably 150 μm or less. Then, by slicing parallel to the crystal growth direction of the polycrystalline silicon ingot, the longitudinal direction of the crystal grains 9 is formed so as to be substantially perpendicular to the thickness direction of the substrate. Hereinafter, in the present embodiment, the case where an n-type silicon substrate is used as the semiconductor substrate 1 will be described.

図1において、太陽電池素子のシリコン基板1の受光面側(図1においては上面側)はテクスチャ構造(凹凸構造)1aとされてもよい。
テクスチャ構造(凹凸構造)1aは、シリコン基板1の表面において入射光の反射率を低減する役割を有しており、シリコン基板1の受光面側に多数の微細な突起1bからなる凹凸面を構成する。係る突起1bは、幅と高さがそれぞれ2μm以下であり、かつアスペクト比(高さ/幅)が0.1以上2以下であるのが好適である。
In FIG. 1, the light-receiving surface side (upper surface side in FIG. 1) of the silicon substrate 1 of the solar cell element may be a texture structure (uneven structure) 1a.
The texture structure (uneven structure) 1 a has a role of reducing the reflectance of incident light on the surface of the silicon substrate 1, and forms an uneven surface composed of a large number of fine protrusions 1 b on the light receiving surface side of the silicon substrate 1. To do. The protrusion 1b preferably has a width and a height of 2 μm or less and an aspect ratio (height / width) of 0.1 or more and 2 or less.

反射防止層11は、入射光の反射を低減する役割を有するものであり、シリコン基板1の受光面上に形成されている。反射防止層11は、窒化珪素膜(SiN膜(Siストイキオメトリを中心にして組成比(x)には幅がある))あるいは酸化物材料膜(TiO膜、MgO膜、ITO膜、SnO膜、ZnO膜、SiO膜)などによって形成されるのが好適である。なお、反射防止層11を構成する膜に表面パッシベーション効果を有する膜を使用してもよく、または、シリコン基板と反射防止膜の間に水素化アモルファスシリコン(a−Si:H)膜あるいは水素化微結晶シリコン(μc−Si:H)膜、SiC膜、窒化シリコン膜、酸化シリコン膜の単層または積層によって形成されるパッシベーション膜を設けてもよい。 The antireflection layer 11 has a role of reducing reflection of incident light, and is formed on the light receiving surface of the silicon substrate 1. The antireflection layer 11 is formed of a silicon nitride film (SiN x film (composition ratio (x) having a width centered on Si 3 N 4 stoichiometry)) or an oxide material film (TiO 2 film, MgO film, (ITO film, SnO 2 film, ZnO film, SiO x film) or the like is preferable. Note that a film having a surface passivation effect may be used as the film constituting the antireflection layer 11, or a hydrogenated amorphous silicon (a-Si: H) film or hydrogenation is provided between the silicon substrate and the antireflection film. A passivation film formed by a single layer or a stacked layer of a microcrystalline silicon (μc-Si: H) film, a SiC film, a silicon nitride film, or a silicon oxide film may be provided.

i型シリコン薄膜層2は、i型の水素化アモルファスシリコン膜(a−Si:H(i)膜)あるいはi型の水素化微結晶シリコン薄膜(μc−Si:H(i)膜)によって、厚みが0.5〜10nm程度で形成されるのが好適である。   The i-type silicon thin film layer 2 is made of an i-type hydrogenated amorphous silicon film (a-Si: H (i) film) or an i-type hydrogenated microcrystalline silicon thin film (μc-Si: H (i) film). The thickness is preferably about 0.5 to 10 nm.

第二薄膜層(p型シリコン薄膜層)3は、第一領域(p型領域)7となるi型シリコン薄膜層2a上に、例えばドーパントとしてBがドープされてなるp型の水素化アモルファスシリコン膜(a−Si:H(p)膜)あるいはp型の水素化微結晶シリコン膜(μc−Si:H(p)膜)によって、厚みが5〜50nm程度、ドーパント濃度が1E18〜1E21atoms/cm程度で形成されるのが好適である。 The second thin film layer (p-type silicon thin film layer) 3 is a p-type hydrogenated amorphous silicon obtained by doping, for example, B as a dopant on the i-type silicon thin film layer 2a to be the first region (p-type region) 7. Depending on the film (a-Si: H (p) film) or p-type hydrogenated microcrystalline silicon film (μc-Si: H (p) film), the thickness is about 5 to 50 nm and the dopant concentration is 1E18 to 1E21 atoms / cm. It is preferable to form with about 3 .

第三薄膜層(n型シリコン薄膜層)4は、第二領域(n型領域)8となるi型シリコン薄膜層2b上に、例えばドーパントとしてPがドープされてなるn型の水素化アモルファスシリコン膜(a−Si:H(n)膜)あるいはn型の水素化微結晶シリコン膜(μc−Si:H(n)膜)によって、厚みが5〜50nm程度、ドーパント濃度が1E18〜1E21atoms/cm程度で形成されるのが好適である。
なお、本明細書における微結晶シリコンとは、結晶シリコン粒の結晶粒界をアモルファスシリコンが埋めている状態のシリコンを指し示すものとする。
The third thin film layer (n-type silicon thin film layer) 4 is an n-type hydrogenated amorphous silicon obtained by doping, for example, P as a dopant on the i-type silicon thin film layer 2b to be the second region (n-type region) 8. Depending on the film (a-Si: H (n) film) or n-type hydrogenated microcrystalline silicon film (μc-Si: H (n) film), the thickness is about 5 to 50 nm and the dopant concentration is 1E18 to 1E21 atoms / cm. It is preferable to form with about 3 .
Note that microcrystalline silicon in this specification refers to silicon in a state where crystal silicon grain boundaries are filled with amorphous silicon.

これによって、n型である多結晶シリコン基板1とi型シリコン薄膜層2及びp型シリコン薄膜層3、n型シリコン薄膜層4によって、いわゆるヘテロ接合が形成される。   Thus, a so-called heterojunction is formed by the n-type polycrystalline silicon substrate 1, the i-type silicon thin film layer 2, the p-type silicon thin film layer 3, and the n-type silicon thin film layer 4.

第一電極(正電極)5および第二電極(負電極)6は、図2(b)に示す半導体基板1の裏面側に、複数の電極指を有する櫛歯状の出力取出電極として設けられている。第一電極5は、第二薄膜層3上に設けられており、第二電極6は第三薄膜層4上に設けられており、それぞれ、太陽電池素子をモジュール化する際に異なる太陽電池素子と接続するための配線が接続されるバスバー部5a、6aと、それぞれのバスバー部5a、6aから延在し、所定間隔で交互に位置する複数のフィンガー部5b、6bとを含んで構成される。第一電極のフィンガー部5bと第二電極のフィンガー部6bの幅は、0.1〜2mmとされ、第一電極のフィンガー部5bと第二電極のフィンガー部6bとの間隔は、0.1〜0.5mmとされる。   The first electrode (positive electrode) 5 and the second electrode (negative electrode) 6 are provided on the back side of the semiconductor substrate 1 shown in FIG. 2B as comb-like output extraction electrodes having a plurality of electrode fingers. ing. The first electrode 5 is provided on the second thin film layer 3, and the second electrode 6 is provided on the third thin film layer 4, which are different solar cell elements when modularizing the solar cell elements, respectively. The bus bar portions 5a and 6a to which wiring for connecting to each other is connected, and a plurality of finger portions 5b and 6b extending from the respective bus bar portions 5a and 6a and alternately positioned at predetermined intervals. . The width of the finger part 5b of the first electrode and the finger part 6b of the second electrode is 0.1 to 2 mm, and the distance between the finger part 5b of the first electrode and the finger part 6b of the second electrode is 0.1 ˜0.5 mm.

また、正電極5および負電極6は、例えば、シリコン薄膜層上に透光性導電層を形成し、さらに導電層を形成した構成を有する。透光性導電層はシリコン薄膜層と導電層との接着強度を高める役割を有する。さらに、受光面側から入射する入射光のうちシリコン基板1を透過する成分、例えば900nm以上の長波長光をより高い反射率で反射させて、シリコン基板1に再入射させる役割も有する。透光性導電層として、例えば、ITO膜、SnO膜、ZnO膜などが用いられ、その厚みは5〜100nm程度であるのが好適である。導電層は、例えば、Al、Ag、Cu等を主成分として単層または複層に形成される。導電層の厚みは0.1〜3μm程度であるのが好適であるが、さらに抵抗を低減するために厚く形成しても構わない。 Moreover, the positive electrode 5 and the negative electrode 6 have the structure which formed the translucent conductive layer on the silicon thin film layer, and also formed the conductive layer, for example. The translucent conductive layer has a role of increasing the adhesive strength between the silicon thin film layer and the conductive layer. Further, the component that transmits through the silicon substrate 1 among incident light incident from the light receiving surface side, for example, a long wavelength light of 900 nm or more is reflected with a higher reflectivity and re-enters the silicon substrate 1. As the translucent conductive layer, for example, an ITO film, a SnO 2 film, a ZnO film or the like is used, and the thickness is preferably about 5 to 100 nm. For example, the conductive layer is formed in a single layer or multiple layers containing Al, Ag, Cu, or the like as a main component. The thickness of the conductive layer is preferably about 0.1 to 3 μm, but may be formed thicker to further reduce resistance.

また、必要に応じて、正電極5及び負電極6の上に、半田領域を形成してもよい。   Further, a solder region may be formed on the positive electrode 5 and the negative electrode 6 as necessary.

第一の実施形態の太陽電池素子は、図2(a)に示されるように、シリコン基板1の結晶粒9の長手方向が基板の厚み方向aに対してほぼ垂直となるように形成されている。また、図2(c)に示されるように第一電極のフィンガー部5bおよび第二電極のフィンガー部6bの延びる方向が、結晶粒9の長手方向に対してほぼ垂直となるように形成されている。光生成キャリアはシリコン基板1の内部を横方向に拡散および移動して、接合部分に到達しなければ、光電流として取出すことができないが、基板の主表面にほぼ垂直に結晶粒界10を設けないように形成されていることから、光生成キャリアが結晶粒界10に衝突することを減少させることができる。すなわち、形成された光生成キャリアのうち、結晶粒界に衝突せずに接合の部分に到達する光生成キャリアを多くすることができる。   The solar cell element of the first embodiment is formed such that the longitudinal direction of the crystal grains 9 of the silicon substrate 1 is substantially perpendicular to the thickness direction a of the substrate, as shown in FIG. Yes. Further, as shown in FIG. 2C, the extending direction of the finger portion 5 b of the first electrode and the finger portion 6 b of the second electrode is formed so as to be substantially perpendicular to the longitudinal direction of the crystal grains 9. Yes. If the photogenerated carriers diffuse and move in the lateral direction inside the silicon substrate 1 and do not reach the junction, they cannot be extracted as a photocurrent. However, a crystal grain boundary 10 is provided almost perpendicularly to the main surface of the substrate. Therefore, it is possible to reduce the collision of the photogenerated carriers with the crystal grain boundaries 10. That is, of the formed photogenerated carriers, the number of photogenerated carriers that reach the junction without colliding with the crystal grain boundary can be increased.

そして、第一電極5および第二電極6はシリコン基板1との間に第一薄膜層2が介在していることから、第一電極5および第二電極6が結晶粒界10と隔離されるためにリークが生じる問題を低減することができる。さらに、接合領域がヘテロ接合により形成されるため、従来のようにドーパントが接合領域内に拡散しないため、高濃度のp型領域とn型領域とが結晶粒界10を通して接触することがなく、トンネル電流の増大を低減することができる。さらには、基板裏面表面に水素化アモルファスシリコン膜(第一薄膜層2)を形成することによって、水素を拡散し、結晶粒界10を水素パッシベーションすることができるため、さらに出力特性を向上させることができる。   The first electrode 5 and the second electrode 6 are isolated from the crystal grain boundary 10 because the first thin film layer 2 is interposed between the first electrode 5 and the second electrode 6. Therefore, the problem of leakage can be reduced. Furthermore, since the junction region is formed by a heterojunction, the dopant does not diffuse into the junction region as in the prior art, so that the high-concentration p-type region and the n-type region do not contact through the crystal grain boundary 10, An increase in tunnel current can be reduced. Furthermore, by forming a hydrogenated amorphous silicon film (first thin film layer 2) on the back surface of the substrate, hydrogen can be diffused and the crystal grain boundaries 10 can be hydrogen-passivated, thereby further improving the output characteristics. Can do.

以上の理由から、第一の実施形態の太陽電池素子は出力特性が高い高効率な太陽電池素子を得ることができる。   For the above reasons, the solar cell element of the first embodiment can obtain a highly efficient solar cell element with high output characteristics.

≪太陽電池素子の製造方法≫
第一の実施形態に係る太陽電池素子の製造方法は、結晶粒の長手方向が基板の厚み方向に対してほぼ垂直となる一導電型を有する多結晶シリコン基板を準備し、シリコン基板1の裏面側に真性の第一薄膜層2を形成する工程と、シリコン基板1の裏面側の第一領域7に、第一薄膜層2の上に逆導電型を示す第二薄膜層3を形成する工程と、シリコン基板1の裏面側の第二領域8に、第一薄膜層2の上に一導電型を示す第三薄膜層4を形成する工程と、第二薄膜層3の上に第一電極5を形成する工程と、第三薄膜層4の上に第二電極6を形成する工程と、を有する。
≪Method for manufacturing solar cell element≫
In the method for manufacturing a solar cell element according to the first embodiment, a polycrystalline silicon substrate having one conductivity type in which the longitudinal direction of crystal grains is substantially perpendicular to the thickness direction of the substrate is prepared. Forming intrinsic first thin film layer 2 on the side, and forming second thin film layer 3 having a reverse conductivity type on first thin film layer 2 in first region 7 on the back side of silicon substrate 1 Forming a third thin film layer 4 having one conductivity type on the first thin film layer 2 in the second region 8 on the back surface side of the silicon substrate 1, and a first electrode on the second thin film layer 3. 5 and a step of forming the second electrode 6 on the third thin film layer 4.

<シリコン基板の準備工程>
まずn型の導電型を有するシリコン基板1を準備する。図5に示されるようにキャスト法や鋳型内凝固法などにより作製された多結晶シリコンインゴット14を結晶成長方向に対して平行に切り出すことで、結晶粒9の長手方向が基板の厚み方向に対してほぼ垂直となる多結晶シリコン基板を得ることができる。このようなn型の導電型を有する結晶シリコン基板は、ドーパント元素としてPを1E13〜1E17atoms/cm、より好ましくは1E14〜1E16atoms/cm程度ドープされて成る。
<Preparation process of silicon substrate>
First, a silicon substrate 1 having an n-type conductivity is prepared. As shown in FIG. 5, a polycrystalline silicon ingot 14 produced by a casting method, a solidification method in a mold, or the like is cut out in parallel to the crystal growth direction, so that the longitudinal direction of the crystal grains 9 is relative to the thickness direction of the substrate. Thus, a polycrystalline silicon substrate that is substantially vertical can be obtained. Such a crystalline silicon substrate having n-type conductivity is formed by doping P as a dopant element to about 1E13 to 1E17 atoms / cm 3 , more preferably about 1E14 to 1E16 atoms / cm 3 .

しかし、シリコン融液中のドーパント元素は凝固成長に際して偏析現象により一定の比率でシリコン固体結晶中に取り込まれていくため、結晶成長方向において比抵抗値(ρb)の変動を生じる。特に、Pの偏析係数は0.35とBの偏析係数に比べかなり小さく、多結晶シリコンインゴット14の高さ方向において大きく比抵抗が異なる。つまり、切り出した多結晶シリコン基板は比抵抗のバラツキが大きくなる。そのため、多結晶シリコン基板の比抵抗の範囲が最小ρb≧最大ρb/2となるように、多結晶シリコンインゴット14の高さを多結晶シリコン基板の1辺の長さよりも大きく調整し、多結晶シリコンインゴット14の上部を除去して、多結晶シリコンインゴット14の下部を結晶成長方向に対して平行にスライスする。なお、多結晶シリコンインゴット14の上部は、ウェットエッチングやブラスト処理などにより、最表面に偏析している不純物を除去して、次のシリコンインゴットを作製する原料として再利用される。   However, since the dopant element in the silicon melt is taken into the silicon solid crystal at a constant ratio due to segregation during solidification growth, the resistivity (ρb) varies in the crystal growth direction. In particular, the segregation coefficient of P is 0.35, which is considerably smaller than the segregation coefficient of B, and the specific resistance is greatly different in the height direction of the polycrystalline silicon ingot 14. That is, the resistivity variation of the cut polycrystalline silicon substrate increases. Therefore, the height of the polycrystalline silicon ingot 14 is adjusted to be larger than the length of one side of the polycrystalline silicon substrate so that the specific resistance range of the polycrystalline silicon substrate is minimum ρb ≧ maximum ρb / 2. The upper part of the silicon ingot 14 is removed, and the lower part of the polycrystalline silicon ingot 14 is sliced parallel to the crystal growth direction. The upper part of the polycrystalline silicon ingot 14 is reused as a raw material for producing the next silicon ingot by removing impurities segregated on the outermost surface by wet etching or blasting.

なお、切り出し(スライス)に伴うシリコン基板1の表層部の機械的ダメージ層や汚染層を除去するために、切り出したシリコン基板1の表面側及び裏面側の表層部をNaOHやKOH、あるいはフッ酸と硝酸の混合液などでそれぞれ10〜20μm程度エッチングし、その後、純水などで洗浄することで、有機成分や金属成分を除去しておくようにする。加えて、希フッ酸処理+純水リンス処理によって、次述する工程でシリコン薄膜層が形成される側の面を水素で終端させておくことが好ましい。係る場合、シリコン基板1とシリコン薄膜層との間に、品質の優れたヘテロ接合界面をより容易に形成することができる。   In addition, in order to remove the mechanical damage layer and the contamination layer of the surface layer portion of the silicon substrate 1 due to the cutting (slicing), the surface layer portions on the front surface side and the back surface side of the cut silicon substrate 1 are made of NaOH, KOH, or hydrofluoric acid. Etching is about 10 to 20 μm each with a mixed solution of nitric acid and nitric acid, and then washed with pure water to remove organic components and metal components. In addition, it is preferable that the surface on which the silicon thin film layer is formed is terminated with hydrogen in the following step by dilute hydrofluoric acid treatment + pure water rinsing treatment. In such a case, a heterojunction interface with excellent quality can be more easily formed between the silicon substrate 1 and the silicon thin film layer.

<第一薄膜層の形成工程>
次に、シリコン基板の非受光面側に、真性の第一薄膜層であるi型シリコン薄膜層2を形成する。具体的には、i型シリコン薄膜層2として、a−Si:H(i)膜あるいはμc−Si:H(i)膜)を形成する。なお、必要に応じて、i型シリコン薄膜層2が形成される基板面をクリーニングガスで処理する態様であってもよい。例えば、CF、SF等のガスプラズマで基板上の該形成面を微量エッチング処理すると、表面を好適に清浄化することができる。
<Formation process of the first thin film layer>
Next, an i-type silicon thin film layer 2 which is an intrinsic first thin film layer is formed on the non-light-receiving surface side of the silicon substrate. Specifically, an a-Si: H (i) film or a μc-Si: H (i) film) is formed as the i-type silicon thin film layer 2. In addition, the aspect which processes the board | substrate surface in which the i-type silicon thin film layer 2 is formed with a cleaning gas may be sufficient as needed. For example, when the formation surface on the substrate is subjected to a small amount of etching treatment with gas plasma such as CF 4 or SF 6 , the surface can be suitably cleaned.

i型シリコン薄膜層2の形成方法としては、CVD法、特に、プラズマCVD(PECVD)法やCat−CVD法などを好適に用いることができる。特に、Cat−PECVD法を用いれば、極めて品質の高いシリコン薄膜層を形成することが可能であるので、シリコン基板1とシリコン薄膜層との間に形成されるヘテロ接合の品質が向上する。これにより、太陽電池素子の高特性・高歩留まりをより実現し易くなる。   As a method for forming the i-type silicon thin film layer 2, a CVD method, particularly a plasma CVD (PECVD) method, a Cat-CVD method, or the like can be preferably used. In particular, if the Cat-PECVD method is used, it is possible to form a silicon thin film layer with extremely high quality, so that the quality of the heterojunction formed between the silicon substrate 1 and the silicon thin film layer is improved. Thereby, it becomes easier to realize the high characteristics and high yield of the solar cell element.

これらCVD法を用いる場合、シランと水素とを原料ガスとして用いればよい。   When these CVD methods are used, silane and hydrogen may be used as source gases.

また、その際の成膜条件としては、プラズマCVD法を用いる場合、電力密度を調整し、Cat−CVD法を用いる場合、熱触媒体の種類、温度を調整し、Cat−PECVD法を用いる場合、電力密度および熱触媒体の種類、温度を調整する。具体的には、基板温度を100℃〜300℃(例えば200℃程度)、ガス圧力を10Pa〜500Pa、熱触媒体としてタングステン等を使用する場合、熱触媒体の温度を1500℃〜2000℃、電力密度を0.01W/cm〜1W/cmとする。これにより、極めて品質の高いシリコン薄膜層を200℃程度という比較的低温でかつ短時間で形成することができる。 In addition, as film formation conditions at that time, when using the plasma CVD method, adjusting the power density, using the Cat-CVD method, adjusting the type and temperature of the thermal catalyst, and using the Cat-PECVD method Adjust the power density, the type of thermal catalyst, and the temperature. Specifically, when the substrate temperature is 100 ° C. to 300 ° C. (for example, about 200 ° C.), the gas pressure is 10 Pa to 500 Pa, and tungsten is used as the thermal catalyst, the temperature of the thermal catalyst is 1500 ° C. to 2000 ° C. the power density to 0.01W / cm 2 ~1W / cm 2 . Thereby, an extremely high quality silicon thin film layer can be formed at a relatively low temperature of about 200 ° C. in a short time.

<第二薄膜層の形成工程>
次に、i型シリコン薄膜層2の上に、逆導電型を有する第二薄膜層であるp型シリコン薄膜層3を形成する。具体的には、p型シリコン薄膜層3として、a−Si:H(p)膜あるいはμc−Si:H(p)膜を形成する。これによって基板/薄膜層間にヘテロ接合が形成される。
<Second thin film layer forming step>
Next, a p-type silicon thin film layer 3 which is a second thin film layer having a reverse conductivity type is formed on the i-type silicon thin film layer 2. Specifically, an a-Si: H (p) film or a μc-Si: H (p) film is formed as the p-type silicon thin film layer 3. This forms a heterojunction between the substrate / thin film layer.

p型シリコン薄膜層の形成方法としては、第一薄膜層2と同様に、CVD法、特に、プラズマCVD(PECVD)法やCat−CVD法などを第一薄膜層の形成工程と同様の条件で好適に用いることができる。   As a method for forming the p-type silicon thin film layer, the CVD method, in particular, the plasma CVD (PECVD) method, the Cat-CVD method, and the like are performed under the same conditions as the first thin film layer forming step, as in the first thin film layer 2. It can be used suitably.

なお、第一領域7のみに第二薄膜層3を形成する場合には形成領域以外を覆うようにメタルマスクを形成し、第二薄膜層形成後、不必要な薄膜層をメタルマスクとともに除去すればよい。   When the second thin film layer 3 is formed only in the first region 7, a metal mask is formed so as to cover other than the formation region, and after the second thin film layer is formed, unnecessary thin film layers are removed together with the metal mask. That's fine.

<第三薄膜層の形成工程>
次に、i型シリコン薄膜層2の上に、一導電型を有する第三薄膜層であるn型シリコン薄膜層4を形成する。具体的には、n型シリコン薄膜層4として、a−Si:H(p)膜あるいはμc−Si:H(p)膜を形成する。
<Step of forming the third thin film layer>
Next, an n-type silicon thin film layer 4 which is a third thin film layer having one conductivity type is formed on the i-type silicon thin film layer 2. Specifically, an a-Si: H (p) film or a μc-Si: H (p) film is formed as the n-type silicon thin film layer 4.

n型シリコン薄膜層4の形成方法としては、第一薄膜層2と同様に、CVD法、特に、プラズマCVD(PECVD)法やCat−CVD法などを第一薄膜層の形成工程と同様の条件で好適に用いることができる。   As a method for forming the n-type silicon thin film layer 4, as with the first thin film layer 2, a CVD method, in particular, a plasma CVD (PECVD) method, a Cat-CVD method, or the like is used under the same conditions as the first thin film layer forming step. Can be suitably used.

なお、第二領域8のみに第三薄膜層4を形成する場合には形成領域以外を覆うようにメタルマスクを形成し、第三薄膜層形成後、不必要な薄膜層をメタルマスクとともに除去すればよい。   When the third thin film layer 4 is formed only in the second region 8, a metal mask is formed so as to cover other than the formation region, and after the third thin film layer is formed, unnecessary thin film layers are removed together with the metal mask. That's fine.

<第一電極、第二電極の形成工程>
次に、p型シリコン薄膜層3、n型シリコン薄膜層4上に導電層を形成する。特に、上述した透光性導電層を形成した上で、導電層を形成すると、光学的反射率が向上するため好ましい。
<First electrode and second electrode forming step>
Next, a conductive layer is formed on the p-type silicon thin film layer 3 and the n-type silicon thin film layer 4. In particular, it is preferable to form the conductive layer after forming the above-described translucent conductive layer because the optical reflectance is improved.

透光性導電層は、スパッタ法、蒸着法、イオンプレーティング法、熱CVD法、MOCVD法、ゾルゲル法、あるいは液状にした原料を噴霧加熱する方法やインクジェット法などを用いて形成することができる。例えば、透光性導電層としてのITO膜、またはZnO膜をスパッタ法により形成する場合であれば、SnOを0.5wt%〜4wt%ドープしたITOターゲット、またはAlを0.5wt%〜4wt%ドープしたZnOターゲットを用いて、ArガスまたはArガスとOガスの混合ガスを流し、基板温度が25℃〜250℃、ガス圧力が0.1〜1.5Pa、電力が0.01kW〜2kWという条件でスパッタ処理を行うのが好適な一例である。なお、第一電極と第二電極を隔離するために、形成領域以外を覆うようにメタルマスクを形成し、透光性導電膜形成後、不必要な透光性導電膜をメタルマスクとともに除去すればよく、または形成後エッチングにより除去しても良い。 The light-transmitting conductive layer can be formed by a sputtering method, a vapor deposition method, an ion plating method, a thermal CVD method, an MOCVD method, a sol-gel method, a method of spraying and heating a liquid material, an inkjet method, or the like. . For example, in the case of forming an ITO film or a ZnO film as a translucent conductive layer by sputtering, an ITO target doped with SnO 2 by 0.5 wt% to 4 wt%, or Al from 0.5 wt% to 4 wt%. Ar gas or a mixed gas of Ar gas and O 2 gas is flowed using a% doped ZnO target, the substrate temperature is 25 ° C. to 250 ° C., the gas pressure is 0.1 to 1.5 Pa, and the power is 0.01 kW to A preferred example is to perform the sputtering process under the condition of 2 kW. In order to separate the first electrode and the second electrode, a metal mask is formed so as to cover the region other than the formation region, and after forming the light-transmitting conductive film, the unnecessary light-transmitting conductive film is removed together with the metal mask. Or may be removed by etching after formation.

導電層は、スパッタ法、蒸着法、イオンプレーティング法、インクジェット法等を用いて形成することができる。特に、加熱温度を低く抑えることができ、また、加熱時間を短くでき、接着力が高いという観点から、スパッタ法を用いることが好ましい。例えば、導電層としてのAg膜、またはAl膜をスパッタ法により形成する場合、それぞれ銀またはアルミニウムのターゲットを用いて、ArガスまたはArガスとOガスの混合ガスを流し、基板温度が25℃〜250℃、ガス圧力が0.1〜1.5Pa、電力が0.01kW〜2kWという条件でスパッタ処理を行うのが好適な一例である。なお、第一電極と第二電極を隔離するために、上記と同様にメタルマスクを形成するか、形成後エッチングにて除去すればよい。また、印刷法などの塗布法によってAgやAl等の金属粉末と有機成分とを混成した金属ペーストからなる電極パターンを形成し、その後焼成することによって形成してもよい。このときシリコン薄膜層にダメージを与えないために、200℃近傍で硬化する樹脂系のバインダを使用する。このような樹脂系のバインダとしては、エポキシ樹脂,フェノール樹脂,ウレタン樹脂,ポリエステル樹脂の中の一つまたは複数のものを使用できる。焼成は約1時間程度行えばよい。また、メッキ法によってCu膜を形成してもよく、上記製法を組み合わせて形成しても構わない。 The conductive layer can be formed by a sputtering method, an evaporation method, an ion plating method, an inkjet method, or the like. In particular, it is preferable to use a sputtering method from the viewpoint that the heating temperature can be kept low, the heating time can be shortened, and the adhesive strength is high. For example, when an Ag film or an Al film as a conductive layer is formed by sputtering, Ar gas or a mixed gas of Ar gas and O 2 gas is flowed using a silver or aluminum target, respectively, and the substrate temperature is 25 ° C. A preferred example is that the sputtering process is performed under conditions of ˜250 ° C., gas pressure of 0.1 to 1.5 Pa, and power of 0.01 kW to 2 kW. In order to separate the first electrode and the second electrode, a metal mask may be formed in the same manner as described above or removed by etching after formation. Alternatively, an electrode pattern made of a metal paste in which a metal powder such as Ag or Al and an organic component are mixed by a coating method such as a printing method may be formed and then fired. At this time, in order not to damage the silicon thin film layer, a resin binder that cures at around 200 ° C. is used. As such a resin binder, one or more of epoxy resin, phenol resin, urethane resin, and polyester resin can be used. Firing may be performed for about 1 hour. Further, the Cu film may be formed by a plating method, or may be formed by combining the above manufacturing methods.

<テクスチャ構造の形成工程>
次に、シリコン基板1の表面(受光面)側に、エッチング法によりテクスチャ構造1aを形成することが好ましい。
<Texture structure forming process>
Next, it is preferable to form the texture structure 1a on the surface (light receiving surface) side of the silicon substrate 1 by an etching method.

テクスチャ構造1aの形成方法としては、アルカリ水溶液によるウェットエッチング法や、エッチングガスを用いるドライエッチング法を用いることができる。なお、ウェットエッチング法の場合は、上記薄膜層を形成する前に行う方が好ましい。   As a method for forming the texture structure 1a, a wet etching method using an alkaline aqueous solution or a dry etching method using an etching gas can be used. In the case of the wet etching method, it is preferable to perform it before forming the thin film layer.

ドライエッチング法を用いる場合は、処理面側(受光面側)にだけ微細なテクスチャ構造1aを形成することができる。本実施の形態に係る太陽電池素子20AのようなBC型太陽電池素子の場合、ドライエッチング法を用いることによって半導体基板1の受光面側にのみテクスチャ構造が形成されるようにすれば、n/pあるいはp/p接合の形成箇所にテクスチャ構造が形成されることはないので、これらの接合部に起因するダイオード電流の電流密度(≒暗電流密度)や、導電層界面起源のダイオード電流の電流密度が小さい、より特性の優れた太陽電池素子を得ることができる。また、ウェットエッチング法を用いる場合、裏面側にマスクを形成した後、エッチングを行っても良い。 When the dry etching method is used, the fine texture structure 1a can be formed only on the processing surface side (light receiving surface side). In the case of a BC type solar cell element such as the solar cell element 20A according to the present embodiment, if a texture structure is formed only on the light receiving surface side of the semiconductor substrate 1 by using a dry etching method, n / Since a texture structure is not formed at the p or p / p + junction formation location, the current density of the diode current (≈dark current density) caused by these junctions or the diode current originating from the conductive layer interface A solar cell element having a small current density and excellent characteristics can be obtained. In the case of using a wet etching method, etching may be performed after a mask is formed on the back surface side.

ここで、ドライエッチング法には様々な手法があるが、特に、RIE法(ReactiveIon Etching法)を用いると、広い波長域に渡って極めて低い光反射率に抑えられる微細なテクスチャ構造1aを広い面積に渡って短時間で形成することができる。   Here, there are various methods for the dry etching method, and in particular, when the RIE method (Reactive Ion Etching method) is used, a fine texture structure 1a that can be suppressed to an extremely low light reflectance over a wide wavelength region has a wide area. And can be formed in a short time.

RIE法を用いる場合、例えば、塩素ガス(Cl)、酸素ガス(O)、及び六フッ化硫黄ガス(SF)を、1:5:5程度の混合比となるようにエッチング装置のエッチング室(チャンバー)に処理対象の基板を導入し、反応ガス圧力を7Pa程度、プラズマ生成のためRFパワー密度を5kW/m程度として、5分間程度エッチング処理を行うことで、テクスチャ構造1aを良好に形成することができる。なお、ガス流量等の示量変数はチャンバーのサイズに依存する。なお、必要に応じて、上記の混合ガスにさらに三フッ化メタンガス(CHF)やHOガスを適量混合させてもよい。 In the case of using the RIE method, for example, chlorine gas (Cl 2 ), oxygen gas (O 2 ), and sulfur hexafluoride gas (SF 6 ) are mixed in the etching apparatus so as to have a mixing ratio of about 1: 5: 5. The substrate to be processed is introduced into the etching chamber (chamber), the reactive gas pressure is set to about 7 Pa, the RF power density is set to about 5 kW / m 2 for plasma generation, and the etching process is performed for about 5 minutes. It can be formed satisfactorily. Note that the reading variables such as the gas flow rate depend on the size of the chamber. If necessary, an appropriate amount of trifluoromethane gas (CHF 3 ) or H 2 O gas may be mixed with the above mixed gas.

なお、テクスチャ構造1aの形成をこの段階で行うことは必須の態様ではなく、例えば、シリコン薄膜層の形成前に行ってもよいし、電極を形成した後に行う態様であっても構わない。なお、ウェットエッチング法を用いる場合は、先に述べた基板表層部のダメージ層を除去するプロセスに連続してテクスチャ構造1aを形成することができる。   The formation of the texture structure 1a at this stage is not an essential aspect. For example, the texture structure 1a may be performed before the formation of the silicon thin film layer or may be performed after the electrodes are formed. When the wet etching method is used, the texture structure 1a can be formed in succession to the process for removing the damaged layer on the substrate surface layer described above.

<反射防止層の形成工程>
次にシリコン基板1の受光面側に反射防止層9を形成する。
反射防止層11は、PECVD法、蒸着法、スパッタ法などを用いて形成することができる。反射防止層11を形成する場合、成膜温度は、400℃以下、より好ましくは300℃以下とする。なお、反射防止層11がパッシベーション層を兼用するようにしてもよい。
<Formation process of antireflection layer>
Next, an antireflection layer 9 is formed on the light receiving surface side of the silicon substrate 1.
The antireflection layer 11 can be formed using PECVD, vapor deposition, sputtering, or the like. When the antireflection layer 11 is formed, the film forming temperature is 400 ° C. or lower, more preferably 300 ° C. or lower. Note that the antireflection layer 11 may also serve as a passivation layer.

<半田の形成工程>
必要であれば、さらに、半田ディップ処理によって、第一電極5及び第二電極6上に半田領域を形成する態様であってもよい。
以上のような手順によって、太陽電池素子が作製される。
<Solder formation process>
If necessary, a mode in which solder regions are formed on the first electrode 5 and the second electrode 6 by solder dipping may be used.
A solar cell element is produced by the procedure as described above.

<第二の実施の形態>
図3は、第二の実施形態の太陽電池素子の構造を部分的に示す断面模式図である。なお、太陽電池素子の構成要素のうち、第一の実施の形態に係る太陽電池素子の構成要素と同様の作用効果を奏するものについては、同一の符号を付してその説明を省略する。
<Second Embodiment>
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view partially showing the structure of the solar cell element of the second embodiment. In addition, about the component which has the same effect as the component of the solar cell element which concerns on 1st embodiment among the components of a solar cell element, the same code | symbol is attached | subjected and the description is abbreviate | omitted.

本実施形態の太陽電池素子のシリコン基板1は、裏面側(図3においては下面側)の第二の領域8において、内部に拡散層12を有する。また、シリコン基板1の裏面側には、第一薄膜層2(i型シリコン薄膜層)が設けられており、第一領域7における第一薄膜層2上には、逆導電型を有する第二薄膜層3と第一電極5とが順次積層されている。また、第一薄膜層2は、第二領域8において、第一薄膜層2は貫通孔を有しており、貫通孔内に露出した拡散層12上と第一薄膜層2上とに第二電極6が形成されている。このように本実施形態の太陽電池素子はBC型太陽電池素子である。
以下、本実施の形態においては、半導体基板1としてn型シリコン基板が用いられる場合を対象に説明を行う。
The silicon substrate 1 of the solar cell element of the present embodiment has a diffusion layer 12 inside in the second region 8 on the back surface side (lower surface side in FIG. 3). A first thin film layer 2 (i-type silicon thin film layer) is provided on the back surface side of the silicon substrate 1, and a second electrode having a reverse conductivity type is formed on the first thin film layer 2 in the first region 7. The thin film layer 3 and the first electrode 5 are sequentially laminated. The first thin film layer 2 has a through hole in the second region 8, and the second thin film layer 2 is formed on the diffusion layer 12 and the first thin film layer 2 exposed in the through hole. An electrode 6 is formed. Thus, the solar cell element of this embodiment is a BC type solar cell element.
Hereinafter, in the present embodiment, the case where an n-type silicon substrate is used as the semiconductor substrate 1 will be described.

n型拡散層12は、第二領域8となるシリコン基板表面に、例えばドーパントとしてP(リン)が基板内部にドープされ、深さが0.2μm〜0.5μm程度、ドーパント濃度が1E18〜1E21atoms/cm程度で形成されるのが好適である。 In the n-type diffusion layer 12, for example, P (phosphorus) as a dopant is doped inside the surface of the silicon substrate serving as the second region 8, the depth is about 0.2 μm to 0.5 μm, and the dopant concentration is 1E18 to 1E21 atoms. / Cm 3 is preferable.

これによって、n型である多結晶シリコン基板1とi型シリコン薄膜層2及びp型シリコン薄膜層3によって、いわゆるヘテロ接合が形成される。   Thus, a so-called heterojunction is formed by the n-type polycrystalline silicon substrate 1, the i-type silicon thin film layer 2 and the p-type silicon thin film layer 3.

第二の実施形態の太陽電池素子は、第一の実施形態の太陽電池素子と同様に、シリコン基板1の結晶粒9の長手方向が基板の厚み方向に対してほぼ垂直となるように形成されている。また、第一電極の第二の線部5bおよび第二電極の第二の線部6bの延びる方向が、結晶粒9の長手方向に対してほぼ垂直となるように形成されている。上記構成により形成された光生成キャリアのうち、結晶粒界に衝突せずに接合の部分に到達する光生成キャリアを多くすることができる。   Similar to the solar cell element of the first embodiment, the solar cell element of the second embodiment is formed such that the longitudinal direction of the crystal grains 9 of the silicon substrate 1 is substantially perpendicular to the thickness direction of the substrate. ing. Further, the extending direction of the second line portion 5 b of the first electrode and the second line portion 6 b of the second electrode is formed so as to be substantially perpendicular to the longitudinal direction of the crystal grains 9. Of the photogenerated carriers formed by the above configuration, the number of photogenerated carriers that reach the junction without colliding with the crystal grain boundary can be increased.

そして、第一電極5はシリコン基板1との間に第一薄膜層2が介在していることから、第二電極6が結晶粒界10と接触しているものの第一電極5が結晶粒界10と隔離されるためにリークが生じる問題を低減することができる。さらに、接合領域がヘテロ接合により形成されるため、逆導電型のドーパント(p型)は接合領域内に拡散しないため、高濃度n型領域は形成されるものの結晶粒界10を通してp型領域と接触することがなく、トンネル電流の増大を低減することができる。さらには、基板裏面表面に水素化アモルファスシリコン膜(第一薄膜層2)を形成することによって、水素を拡散し、結晶粒界10を水素パッシベーションすることができるため、さらに出力特性を向上させることができる。   And since the 1st thin film layer 2 interposes between the 1st electrode 5 and the silicon substrate 1, although the 2nd electrode 6 is contacting the crystal grain boundary 10, the 1st electrode 5 is a crystal grain boundary. Therefore, it is possible to reduce the problem of leakage due to being isolated from 10. Furthermore, since the junction region is formed by a heterojunction, the reverse conductivity type dopant (p-type) does not diffuse into the junction region, but a high-concentration n-type region is formed, but the p-type region and the p-type region are formed through the crystal grain boundary 10. There is no contact, and an increase in tunneling current can be reduced. Furthermore, by forming a hydrogenated amorphous silicon film (first thin film layer 2) on the back surface of the substrate, hydrogen can be diffused and the crystal grain boundaries 10 can be hydrogen-passivated, thereby further improving the output characteristics. Can do.

また、第二電極6は第一薄膜層2を介して第一拡散層12と接続してもよい。   The second electrode 6 may be connected to the first diffusion layer 12 via the first thin film layer 2.

また、図3においては第一拡散層12上に第一薄膜層2が形成されているが、図4(a)に示すように、第一拡散層12上に第一薄膜層2を設けなくてもよい。さらに、図4(b)に示すように、シリコン基板1の受光面側に第二拡散層13を形成してもよく、受光面側に移動してきた光生成キャリアを反射し、接合領域に到達するキャリア量を増加させることができる。さらに、図4(c)に示すように、第一拡散層の上に第二薄膜層4を形成し、その上に第二電極6を形成してもよく、BSF効果が高まり少数キャリアの再結合を低減することができる。   In FIG. 3, the first thin film layer 2 is formed on the first diffusion layer 12. However, as shown in FIG. 4A, the first thin film layer 2 is not provided on the first diffusion layer 12. May be. Further, as shown in FIG. 4B, a second diffusion layer 13 may be formed on the light receiving surface side of the silicon substrate 1, and the photogenerated carriers that have moved to the light receiving surface side are reflected to reach the junction region. The amount of carriers to be increased can be increased. Further, as shown in FIG. 4C, the second thin film layer 4 may be formed on the first diffusion layer, and the second electrode 6 may be formed thereon. Bonding can be reduced.

以上の理由から、第二の実施形態の太陽電池素子は出力特性が高い高効率な太陽電池素子を得ることができる。   For the above reasons, the solar cell element of the second embodiment can provide a highly efficient solar cell element with high output characteristics.

第二の実施形態に係る太陽電池素子の製造方法は、結晶粒の長手方向が基板の厚み方向に対してほぼ垂直となる一導電型を有する多結晶シリコン基板1を準備し、シリコン基板1の裏面側の第二領域8に、一導電型を示す第一拡散層12を形成する工程と、シリコン基板1の裏面側に真性の第一薄膜層2を形成する工程と、多結晶シリコン基板の裏面側の第一領域7に、第一薄膜層2の上に逆導電型を示す第二薄膜層3を形成する工程と、第二薄膜層の上に第一電極5を形成する工程と、第一拡散層12の上に第二電極6を形成する工程と、を有する。なお、以下第一の実施形態と同様の内容については省略し、変更部分のみ説明を行う。   In the method for manufacturing a solar cell element according to the second embodiment, a polycrystalline silicon substrate 1 having one conductivity type in which the longitudinal direction of crystal grains is substantially perpendicular to the thickness direction of the substrate is prepared. A step of forming a first diffusion layer 12 showing one conductivity type in the second region 8 on the back surface side, a step of forming an intrinsic first thin film layer 2 on the back surface side of the silicon substrate 1, and a polycrystalline silicon substrate Forming a second thin film layer 3 having a reverse conductivity type on the first thin film layer 2 in the first region 7 on the back side; forming a first electrode 5 on the second thin film layer; Forming the second electrode 6 on the first diffusion layer 12. Hereinafter, the same contents as those in the first embodiment will be omitted, and only the changed parts will be described.

<第一拡散層の形成工程>
第一の実施形態と同様にシリコン基板を準備した後、シリコン基板1の非受光面側に、第一拡散層であるn型拡散層11を形成する。具体的にはシリコン基板中にPを拡散させる。
<First diffusion layer forming step>
After preparing a silicon substrate as in the first embodiment, an n-type diffusion layer 11 that is a first diffusion layer is formed on the non-light-receiving surface side of the silicon substrate 1. Specifically, P is diffused in the silicon substrate.

n型拡散層11の形成方法として、ペースト状態にしたPをシリコン基板1表面に塗布して熱拡散させる塗布熱拡散法、ガス状態にしたPOCl(オキシ塩化リン)を拡散源とした気相熱拡散法、及び直接拡散させるイオン打ち込み法などによって形成される。なお、第二領域8のみに拡散層を形成する場合には、形成領域以外に予め拡散防止膜を形成したり、その部分を後からエッチングして除去すればよい。 As a method for forming the n-type diffusion layer 11, a coating thermal diffusion method in which P 2 O 5 in a paste state is applied to the surface of the silicon substrate 1 to thermally diffuse, and POCl 3 (phosphorus oxychloride) in a gas state is used as a diffusion source. The gas phase thermal diffusion method and the ion implantation method for direct diffusion are used. In the case where the diffusion layer is formed only in the second region 8, a diffusion prevention film may be formed in advance other than the formation region, or the portion may be removed by etching later.

また、シリコン基板1の受光面側に第二拡散層13を形成する場合においても、上記と同様の方法を用いればよく、気相熱拡散法であれば受光面と非受光面の両方同時に拡散層を形成することができる。   In addition, when the second diffusion layer 13 is formed on the light receiving surface side of the silicon substrate 1, the same method as described above may be used. In the case of vapor phase thermal diffusion, both the light receiving surface and the non-light receiving surface are diffused simultaneously. A layer can be formed.

次に、第一の実施形態と同様にシリコン基板1の非受光面側に、第二領域8の少なくとも一部を除いてi型シリコン薄膜層2を形成し、第一領域7においてi型シリコン薄膜層2の上にp型シリコン薄膜層3を形成する。そして、p型シリコン薄膜層3、n型拡散層11上に導電層を設けて第一電極5、第二電極6とが形成されることによって、太陽電池素子が作製される。   Next, as in the first embodiment, the i-type silicon thin film layer 2 is formed on the non-light-receiving surface side of the silicon substrate 1 except for at least a part of the second region 8. A p-type silicon thin film layer 3 is formed on the thin film layer 2. And a solar cell element is produced by providing a conductive layer on the p-type silicon thin film layer 3 and the n-type diffusion layer 11 to form the first electrode 5 and the second electrode 6.

≪太陽電池モジュール≫
太陽電池モジュールは、複数の太陽電池素子を直列および並列に接続することで構成される。
≪Solar cell module≫
The solar cell module is configured by connecting a plurality of solar cell elements in series and in parallel.

図6は、図1の太陽電池素子20を複数用いて構成された太陽電池モジュール30の構成を概略的に示す図である。図6(a)は太陽電池モジュール30の断面図であり、図6(b)は太陽電池モジュール30を表面(受光面)側から見た平面図である。   FIG. 6 is a diagram schematically showing a configuration of a solar cell module 30 configured using a plurality of the solar cell elements 20 of FIG. 6A is a cross-sectional view of the solar cell module 30, and FIG. 6B is a plan view of the solar cell module 30 viewed from the surface (light receiving surface) side.

図6(a)に示すように、太陽電池モジュール30は、例えば、ガラスなどの透明部材22と、透明のエチレンビニルアセテート共重合体(EVA)などからなる表側充填材24と、配線部材21によって隣接する太陽電池素子の第一電極11と第二電極12とを交互に接続して成る複数の太陽電池素子20と、EVAなどからなる裏側充填材25と、ポリエチレンテレフタレート(PET)や金属箔をポリフッ化ビニル樹脂(PVF)で挟みこんだ裏面保護材23と、を主として備える。隣接する太陽電池素子20同士は、例えば、厚さ0.1〜0.2mm程度、幅2mm程度の銅箔の全面を半田材料によって被覆された配線部材21が用いられる。   As shown in FIG. 6A, the solar cell module 30 includes, for example, a transparent member 22 such as glass, a front side filler 24 made of a transparent ethylene vinyl acetate copolymer (EVA), and the wiring member 21. A plurality of solar cell elements 20 formed by alternately connecting the first electrodes 11 and the second electrodes 12 of adjacent solar cell elements, a back-side filler 25 made of EVA or the like, polyethylene terephthalate (PET) or metal foil And a back surface protective material 23 sandwiched between polyvinyl fluoride resins (PVF). Adjacent solar cell elements 20 use, for example, a wiring member 21 in which the entire surface of a copper foil having a thickness of about 0.1 to 0.2 mm and a width of about 2 mm is covered with a solder material.

また、直列接続された複数の太陽電池素子20のうち、最初の太陽電池素子20と最後の太陽電池素子20の電極の一端は、出力取出部である端子ボックス27に、出力取出配線26によって接続される。また、図6(a)では図示を省略しているが、図6(b)に示すように、本実施形態の太陽電池モジュール30は、アルミニウムなどの枠28を備える。   In addition, among the plurality of solar cell elements 20 connected in series, one end of the electrode of the first solar cell element 20 and the last solar cell element 20 is connected to a terminal box 27 which is an output extraction unit by an output extraction wiring 26. Is done. Moreover, although illustration is abbreviate | omitted in Fig.6 (a), as shown in FIG.6 (b), the solar cell module 30 of this embodiment is provided with frames 28, such as aluminum.

本実施形態の太陽電池モジュール30は、従来よりも低コストかつ高効率な光電変換素子及び光電変換モジュールとなる。   The solar cell module 30 of the present embodiment is a photoelectric conversion element and a photoelectric conversion module that are lower in cost and higher than conventional ones.

<変形例>
尚、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良等が可能である。
<Modification>
In addition, this invention is not limited to the above-mentioned embodiment, A various change, improvement, etc. are possible in the range which does not deviate from the summary of this invention.

たとえば、上述の実施形態においては、n型の導電型を有するシリコン基板を用いた場合について説明しているが、これに代えてp型の導電型を有するシリコン基板を用いることもできる。この場合、各層の極性を逆にすれば、上述の実施形態と同様の工程で、同様の作用効果を奏する太陽電池素子を得ることができる。   For example, in the above-described embodiment, the case where a silicon substrate having n-type conductivity is used has been described, but a silicon substrate having p-type conductivity may be used instead. In this case, if the polarity of each layer is reversed, a solar cell element having the same effect can be obtained in the same process as in the above-described embodiment.

また、上述の実施形態においては、シリコン基板1および薄膜層としてシリコンを例に挙げて説明しているが、本発明においてシリコン基板1および薄膜層の材料はこれに限定されるわけではなく、SiC、SiGe、Geなどの他の半導体材料を用いる場合についても適用することができる。   In the above-described embodiment, the silicon substrate 1 and the thin film layer are described by taking silicon as an example. However, in the present invention, the material of the silicon substrate 1 and the thin film layer is not limited to this. It can also be applied to the case of using other semiconductor materials such as SiGe and Ge.

また、太陽電池素子の形成順序は上記順序に限定されるものではなく、まず受光面側のテクスチャ構造の形成工程、反射防止膜の形成工程を行った後、非受光面側の薄膜形成工程および導電層形成工程を行っても構わない。   In addition, the order of forming the solar cell elements is not limited to the above order. First, after performing the texture structure forming step on the light receiving surface side and the antireflection film forming step, the thin film forming step on the non-light receiving surface side and You may perform a conductive layer formation process.

1 :シリコン基板
2 :第一薄膜層(i型シリコン薄膜層)
3 :第二薄膜層(p型シリコン薄膜層)
4 :第三薄膜層(n型シリコン薄膜層)
5 :第一電極(正電極)
6 :第二電極(負電極)
12 :第一拡散層(n型拡散層)
20 :太陽電池素子
1: Silicon substrate 2: First thin film layer (i-type silicon thin film layer)
3: Second thin film layer (p-type silicon thin film layer)
4: Third thin film layer (n-type silicon thin film layer)
5: First electrode (positive electrode)
6: Second electrode (negative electrode)
12: First diffusion layer (n-type diffusion layer)
20: Solar cell element

Claims (7)

受光面と前記受光面の裏面とを含み、結晶粒の長手方向が基板の厚み方向に対してほぼ垂直となる一導電型を有する多結晶シリコン基板を備え、
前記多結晶シリコン基板の裏面側に真性の第一薄膜層を備え、
前記多結晶シリコン基板の裏面側の第一領域では、前記第一薄膜層の上に逆導電型を示す第二薄膜層と、第一電極とを有し
前記多結晶シリコン基板の裏面側の第二領域では、前記第一薄膜層の上に一導電型を示す第三薄膜層と、第二電極とを有することを特徴とする太陽電池素子。
A polycrystalline silicon substrate having one conductivity type including a light receiving surface and a back surface of the light receiving surface, wherein the longitudinal direction of the crystal grains is substantially perpendicular to the thickness direction of the substrate;
An intrinsic first thin film layer is provided on the back side of the polycrystalline silicon substrate,
The first region on the back side of the polycrystalline silicon substrate has a second thin film layer having a reverse conductivity type on the first thin film layer, and a first electrode. In the two regions, a solar cell element having a third thin film layer having one conductivity type and a second electrode on the first thin film layer.
受光面と前記受光面の裏面とを含み、結晶粒の長手方向が基板の厚み方向に対してほぼ垂直となる一導電型を有する多結晶シリコン基板を備え、
前記多結晶シリコン基板の裏面側に真性の第一薄膜層を備え、
前記多結晶シリコン基板の裏面側の第一領域では、前記第一薄膜層の上に逆導電型を示す第二薄膜層と、第一電極とを有し
前記多結晶シリコン基板の裏面側の第二領域では、一導電型を示す第一拡散層と、第二電極とを有することを特徴とする太陽電池素子。
A polycrystalline silicon substrate having one conductivity type including a light receiving surface and a back surface of the light receiving surface, wherein the longitudinal direction of the crystal grains is substantially perpendicular to the thickness direction of the substrate;
An intrinsic first thin film layer is provided on the back side of the polycrystalline silicon substrate,
The first region on the back side of the polycrystalline silicon substrate has a second thin film layer having a reverse conductivity type on the first thin film layer, and a first electrode. In the two regions, a solar cell element having a first diffusion layer exhibiting one conductivity type and a second electrode.
前記第一拡散層の上に第一薄膜層を有することを特徴とする請求項2に記載の太陽電池素子。   The solar cell element according to claim 2, further comprising a first thin film layer on the first diffusion layer. 前記第一薄膜層がアモルファスシリコンであることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の太陽電池素子。   The solar cell element according to any one of claims 1 to 3, wherein the first thin film layer is amorphous silicon. 前記第一電極と前記第二電極とはそれぞれ、前記半導体基板の前記裏面側に複数の電極指を有する櫛歯状電極として形成されており、
前記第一電極および前記第二電極の前記電極指の延びる方向が、結晶粒の長手方向に対してほぼ垂直となることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の太陽電池素子。
Each of the first electrode and the second electrode is formed as a comb-like electrode having a plurality of electrode fingers on the back side of the semiconductor substrate,
5. The solar cell element according to claim 1, wherein the extending direction of the electrode fingers of the first electrode and the second electrode is substantially perpendicular to the longitudinal direction of the crystal grains.
受光面と前記受光面の裏面とを含み、結晶粒の長手方向が基板の厚み方向に対してほぼ垂直となる一導電型を有する多結晶シリコン基板を準備する工程と、
前記多結晶シリコン基板の裏面側に真性の第一薄膜層を形成する工程と、
前記多結晶シリコン基板の裏面側の第一領域に、前記第一薄膜層の上に逆導電型を示す第二薄膜層を形成する工程と、
前記多結晶シリコン基板の裏面側の第二領域に、前記第一薄膜層の上に一導電型を示す第三薄膜層を形成する工程と、
前記第二薄膜層の上に第一電極を形成する工程と、
前記第三薄膜層の上に第二電極を形成する工程と、
を有することを特徴とする太陽電池素子の製造方法。
Preparing a polycrystalline silicon substrate having one conductivity type including a light receiving surface and a back surface of the light receiving surface, wherein the longitudinal direction of the crystal grains is substantially perpendicular to the thickness direction of the substrate;
Forming an intrinsic first thin film layer on the back side of the polycrystalline silicon substrate;
Forming a second thin film layer having a reverse conductivity type on the first thin film layer in the first region on the back side of the polycrystalline silicon substrate;
Forming a third thin film layer having one conductivity type on the first thin film layer in a second region on the back side of the polycrystalline silicon substrate;
Forming a first electrode on the second thin film layer;
Forming a second electrode on the third thin film layer;
The manufacturing method of the solar cell element characterized by having.
受光面と前記受光面の裏面とを含み、結晶粒の長手方向が基板の厚み方向に対してほぼ垂直となる一導電型を有する多結晶シリコン基板を準備する工程と、
前記多結晶シリコン基板の裏面側の第二領域に、一導電型を示す第一拡散層を形成する工程と、
前記多結晶シリコン基板の裏面側に真性の第一薄膜層を形成する工程と、
前記多結晶シリコン基板の裏面側の第一領域に、前記第一薄膜層の上に逆導電型を示す第二薄膜層を形成する工程と、
前記第二薄膜層の上に第一電極を形成する工程と、
前記第一拡散層の上に第二電極を形成する工程と、
を有することを特徴とする太陽電池素子の製造方法。
Providing a polycrystalline silicon substrate having one conductivity type including a light receiving surface and a back surface of the light receiving surface, wherein the longitudinal direction of the crystal grains is substantially perpendicular to the thickness direction of the substrate;
Forming a first diffusion layer having one conductivity type in the second region on the back surface side of the polycrystalline silicon substrate;
Forming an intrinsic first thin film layer on the back side of the polycrystalline silicon substrate;
Forming a second thin film layer having a reverse conductivity type on the first thin film layer in the first region on the back side of the polycrystalline silicon substrate;
Forming a first electrode on the second thin film layer;
Forming a second electrode on the first diffusion layer;
The manufacturing method of the solar cell element characterized by having.
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