JP2011238846A - Solar cell manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、単結晶シリコン基板を用いた太陽電池セルの製造方法に関するものである。 The present invention relates to a method for manufacturing a solar battery cell using a single crystal silicon substrate.
結晶シリコン系太陽電池セルでは、光吸収を向上させるために、基板の表面にテクスチャー構造が形成されている。一般にこのテクスチャー構造は、アルカリ溶液にプロパノール溶液を添加した湿式エッチングにより形成されている。 In crystalline silicon solar cells, a texture structure is formed on the surface of the substrate in order to improve light absorption. Generally, this texture structure is formed by wet etching in which a propanol solution is added to an alkaline solution.
しかし、このような湿式エッチングによりテクスチャー形成を行う場合、危険物であるプロパノール溶液の消費量が増加するため高価な防爆設備が必要となる、または、添加剤によりエッチング速度が著しく低下するために処理時間が長くなる、という問題がある。 However, when texture formation is performed by such wet etching, the consumption of propanol solution, which is a dangerous substance, increases, so expensive explosion-proof equipment is required, or processing is performed because the etching rate is significantly reduced by additives. There is a problem that the time becomes longer.
かかる課題を解決する従来技術として、例えばブラストや研削などにより、0.5〜5μm程度のダメージ層を形成し、その後にダメージ層をエッチングすることによりエッチング速度を向上するという技術が提案されている(例えば、特許文献1参照)。 As a conventional technique for solving such a problem, a technique is proposed in which a damaged layer of about 0.5 to 5 μm is formed by, for example, blasting or grinding, and then the damaged layer is etched to improve the etching rate. (For example, refer to Patent Document 1).
しかしながら、上記従来の技術の太陽電池セルの製造方法でテクスチャーを形成した場合は、ダメージ層における加工ダメージが不均一なため形成されるテクスチャーのサイズが不均一になる、加工ダメージに起因する太陽電池セルの開放電圧の低下が生じる、という問題がある。 However, when a texture is formed by the above-described conventional solar cell manufacturing method, the size of the formed texture is non-uniform because the processing damage in the damage layer is non-uniform. There is a problem that the open circuit voltage of the cell is lowered.
また、上記従来技術でテクスチャーを高密度に形成するには、1回のブラスト加工で高密度の加工ダメージを与えなければならない為、非常に長時間に及ぶブラスト加工時間が必要となる、という問題がある。例えば、3μm程度のテクスチャー形状を0.2〜0.8個/μm2程度の密度で面内に均一に形成するには、約150mm四方のセルに対して約30分のブラスト加工を行わなければならない。 In addition, in order to form a texture with high density with the above-mentioned conventional technology, since it is necessary to give high-density processing damage by one blast processing, a problem that a very long blast processing time is required There is. For example, in order to uniformly form a texture shape of about 3 μm in a plane with a density of about 0.2 to 0.8 / μm 2, a blasting process of about 30 minutes must be performed on a cell of about 150 mm square. I must.
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、均一なサイズのテクスチャーを効率良く高密度に形成することが可能な光電変換効率に優れた太陽電池セルの製造方法を得ることを目的とする。 This invention is made in view of the above, Comprising: It aims at obtaining the manufacturing method of the photovoltaic cell excellent in the photoelectric conversion efficiency which can form the texture of uniform size efficiently in high density. To do.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる太陽電池セルの製造方法は、第1導電型の単結晶シリコン基板の表面にマスク層を形成する第1の工程と、前記単結晶シリコン基板の前記マスク層が形成された面にブラスト加工を施して前記マスク層に開口部を形成する第2の工程と、前記開口部が形成された前記マスク層をエッチングマスクとして、前記単結晶シリコン基板の前記マスク層が形成された面に対して異方性エッチングを施して、前記開口部の下部およびその近傍領域に凹部を形成する第3の工程と、前記マスク層を除去する第4の工程と、前記単結晶シリコン基板の前記凹部が形成された一面側に、第2導電型の不純物元素を拡散して不純物拡散層を形成する第5の工程と、前記半導体基板の一面側における電極形成領域および前記半導体基板の他面側に電極を形成する第6の工程と、を含むことを特徴とする。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, a method for manufacturing a solar battery cell according to the present invention includes a first step of forming a mask layer on the surface of a first conductivity type single crystal silicon substrate, A second step of forming an opening in the mask layer by blasting the surface of the single crystal silicon substrate on which the mask layer is formed, and using the mask layer in which the opening is formed as an etching mask, A third step of forming a recess in the lower part of the opening and the vicinity thereof by performing anisotropic etching on the surface of the single crystal silicon substrate on which the mask layer is formed, and removing the mask layer A fourth step, a fifth step of diffusing an impurity element of a second conductivity type to form an impurity diffusion layer on one surface side of the single crystal silicon substrate where the recess is formed, and one surface of the semiconductor substrate On the side Characterized in that it comprises a sixth step of forming a pole forming region and electrodes on the other surface of the semiconductor substrate.
本発明によれば、均一なサイズのテクスチャーを効率良く高密度に形成することができ、光電変換効率に優れた太陽電池セルを得ることができる、という効果を奏する。 According to the present invention, it is possible to efficiently form a texture having a uniform size at a high density and to obtain a solar cell excellent in photoelectric conversion efficiency.
以下に、本発明にかかる太陽電池セルの製造方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は以下の記述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適宜変更可能である。また、以下に示す図面においては、理解の容易のため、各部材の縮尺が実際とは異なる場合がある。各図面間においても同様である。 Embodiments of a method for manufacturing a solar battery cell according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. In addition, this invention is not limited to the following description, In the range which does not deviate from the summary of this invention, it can change suitably. In the drawings shown below, the scale of each member may be different from the actual scale for easy understanding. The same applies between the drawings.
実施の形態1.
実施の形態1では、光吸収に有効な3μm程度のサイズのテクスチャーを均一に多数、高密度で単結晶シリコン基板の表面に形成する場合を例に、図1および図2−1〜図2−5を参照して本発明を説明する。図1は、基本的な太陽電池セル製造プロセスのうち本発明の実施の形態1にかかるテクスチャー形成プロセスフローを説明するためのフローチャートである。図2−1〜図2−5は、基本的な太陽電池セル製造プロセスのうち本発明の実施の形態1にかかるテクスチャー形成プロセスフローを説明するための断面図である。
Embodiment 1 FIG.
In the first embodiment, an example in which a large number of textures having a size of about 3 μm effective for light absorption are uniformly formed on the surface of a single crystal silicon substrate at a high density is shown as an example in FIGS. The present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a flowchart for explaining a texture forming process flow according to the first embodiment of the present invention in a basic solar cell manufacturing process. FIGS. 2-1 to 2-5 are cross-sectional views for explaining the texture forming process flow according to the first embodiment of the present invention in the basic solar cell manufacturing process.
通常、太陽電池セルに用いるシリコン基板は、単結晶、多結晶を問わず、インゴットをワイヤソーでスライスすることにより、ウェハーにしている。このため、シリコン基板の表面には、スライス時に発生する深さ5〜10μmに及ぶダメージ層ができている。 Usually, a silicon substrate used for a solar battery cell is made into a wafer by slicing an ingot with a wire saw regardless of single crystal or polycrystal. For this reason, a damage layer having a depth of 5 to 10 μm generated during slicing is formed on the surface of the silicon substrate.
このダメージ層は一般に、水酸化ナトリウム溶液や水酸化カリウム溶液などのアルカリ溶液を用いた湿式エッチング、またはフッ硝酸溶液などの酸を用いた湿式エッチングにより除去される。 This damaged layer is generally removed by wet etching using an alkaline solution such as a sodium hydroxide solution or a potassium hydroxide solution, or by wet etching using an acid such as a hydrofluoric acid solution.
そこで、まず準備された例えばP型単結晶シリコン基板1(以下、シリコン基板1と呼ぶ)の(100)面に対する水酸化ナトリウム溶液を用いた湿式エッチングにより、スライスに起因したダメージ層を除去する(ステップS10)。つぎに、ダメージ層を除去したシリコン基板1に対して、酸素雰囲気下、1,000℃、500秒程度の条件で酸化処理を行い、ブラスト加工の際のブラスト緩衝材、及び、エッチング工程におけるエッチングマスクとして機能するマスク層2として熱酸化膜を形成する(ステップS20、図2−1)。ここでは、熱酸化膜として、酸化珪素膜(SiO2膜)が形成される。
Therefore, for example, a damaged layer caused by slicing is removed by wet etching using a sodium hydroxide solution on the (100) plane of a prepared P-type single crystal silicon substrate 1 (hereinafter referred to as silicon substrate 1) ( Step S10). Next, the silicon substrate 1 from which the damaged layer has been removed is subjected to an oxidation treatment in an oxygen atmosphere at 1,000 ° C. for about 500 seconds, and a blast buffer material for blasting and etching in the etching process A thermal oxide film is formed as the
つぎに、第1段階のテクスチャー形成プロセスを実施する。まず、ブラスト加工法により1回目のマスク層2の穴開け加工工程を実施する(ステップS30、図2−2)。マスク層2の下部のシリコン基板1の表面に深さ4μm〜8μm程度の加工を最大10μmピッチで行うために、酸化アルミニウム(Al2O3)からなる500番手の研磨材3を用いてシリコン基板1におけるマスク層2の形成面に対してサンドブラスト加工を行い、マスク層2に開口部を形成する。ここでのサンドブラスト加工は、例えば穴密度が0.01〜0.05個/μm2程度になるように行われる。また、サンドブラスト加工により、マスク層2の開口部に露出したシリコン基板1の表面には、深さが4μm〜8μm程度の加工痕が形成される。
Next, the texture formation process in the first stage is performed. First, a first drilling process of the
つぎに、1回目の異方性エッチング工程を実施する(ステップS40、図2−3)。1回目のテクスチャー形成工程では、開口部が形成されたマスク層2をマスクとして、シリコン基板1のマスク層2が形成された面に対して異方性エッチングを施して、開口部の下部およびその近傍領域に第1凹部(第1テクスチャー)4を形成する。異方性エッチングは、アルカリ溶液である水酸化ナトリウム溶液をエッチング液に用いた湿式エッチングにより行う。
Next, the first anisotropic etching process is performed (step S40, FIG. 2-3). In the first texture formation step, the
上記のステップS20からステップS40の工程を実施することにより、サンドブラスト加工により形成されたマスク層2の開口部とシリコン基板1の表面の加工痕とを起点として、異方性エッチングが行われ、他の面と比較してエッチング速度が遅い(111)面が残り、逆四角錘型の第1凹部(第1テクスチャー)4が形成される。このとき、シリコン基板1の表面における加工痕が4〜8μm程度であり、また、エッチングマスクとなるマスク層2が形成されていることから、シリコン基板1の表面にはサンドブラスト加工による転移欠陥は発生しにくい。このため、ステップS40実施後のシリコン基板1の表面付近の断面状態は図2−3に示すようになり、第1凹部(第1テクスチャー)4のテクスチャーサイズも深さが概ね4μm〜8μm程度である。
By performing the above steps S20 to S40, anisotropic etching is performed starting from the opening of the
また、マスク層2に形成された開口部のピッチが10μm以下であったために、未加工領域の長さも5μm以下になっている。更に、酸化アルミニウム(Al2O3)からなる研磨材3を用いることにより、ステップS40におけるアルカリ溶液を用いた湿式エッチング時に、シリコン基板1に埋没した研磨材3がシリコン基板1と同時にエッチングされる。このため、シリコン基板1に埋没した研磨材3を容易にシリコン基板1から剥離することができ、シリコン基板1に埋没した研磨材3が後工程での破損の原因になることや、エッチング後のテクスチャー形状を変化させることがない。
In addition, since the pitch of the openings formed in the
第1段階のテクスチャー形成プロセス(ステップS30、ステップS40)の終了後、第2段階のテクスチャー形成プロセスを実施する。まず、サンドブラスト加工法により2回目のマスク層2の穴開け加工工程を実施する(ステップS50、図2−4)。ここでは、酸化アルミニウム(Al2O3)からなる2000番手の研磨材5を用いて加工ピッチが最大3μmとなるようにサンドブラスト加工を行う。すなわち、ステップS30でのサンドブラスト加工で用いた研磨材3よりも小さいサイズの研磨材5を用いてサンドブラスト加工を行う。
After the first-stage texture formation process (steps S30 and S40), the second-stage texture formation process is performed. First, a second drilling process of the
このサンドブラスト加工により、図2−4に示されるように、マスク層2または第1段階のテクスチャー形成プロセスで形成された第1凹部(第1テクスチャー)4上に研磨材3が高密度に噴射され、マスク層2の穴開け加工および1.0μm未満の転移をシリコン基板の第1凹部(第1テクスチャー)4に0.2〜0.8個/μm2程度の高密度に発生させる。
By this sandblasting, as shown in FIG. 2-4, the abrasive 3 is sprayed at a high density onto the
つぎに、2回目の異方性エッチング工程を実施する(ステップS60、図2−5)。2回目のテクスチャー形成工程では、2回目のマスク層2の穴開け加工工程により開口部が形成されたマスク層2をマスクとして、シリコン基板1のマスク層2が形成された面に対して異方性エッチングを施して、開口部の下部およびその近傍領域に第2凹部(第2テクスチャー)6を形成する。異方性エッチングは、アルカリ溶液である水酸化ナトリウム溶液をエッチング液に用いた湿式エッチングにより行う。
Next, a second anisotropic etching step is performed (step S60, FIG. 2-5). In the second texture formation step, the
この結果、第1段階のテクスチャー形成プロセス後にマスク層2が残っていた部分では、新たな開口部を起点に異方性エッチングが進行し、(111)面が残る。また、第1段階のテクスチャー形成プロセスで深さ4μm〜8μm程度の第1凹部(第1テクスチャー)4が形成されていた領域では、1.0μm未満の転移を起点に異方性エッチングが進行し、(111)面が残る。これにより、図2−5に示されるように、第1段階のテクスチャー形成プロセスにおけるマスク層2の残存部、および、4μm〜8μm程度の第1凹部(第1テクスチャー)4の形成部ともに2μm〜3μm程度の第2凹部(第2テクスチャー)6が一様に高密度且つ均一に形成される。
As a result, in the portion where the
酸化珪素膜(SiO2膜)からなるマスク層2のエッチングレートに適合したエッチング処理時間、並びに、マスク層2の厚みを選択することで、マスク層2の除去工程は不要となるが、ステップS60の後にステップS70としてマスク層2の除去工程を採用しても何ら問題は無い。
By selecting the etching process time suitable for the etching rate of the
以上の工程を実施することにより、シリコン基板1の表面に2μm〜3μm程度の第2凹部(第2テクスチャー)6を高密度且つ均一に形成することができる。 By performing the above steps, the second recesses (second texture) 6 of about 2 μm to 3 μm can be formed on the surface of the silicon substrate 1 with high density and uniformity.
上述した実施の形態1においては、マスク層2を用いてサンドブラスト加工を行うため、サンドブラスト加工時に発生する転移欠陥のサイズを抑制するとともに、その後も異方性を失うことなくエッチングを行うことができる。
In the first embodiment described above, since the sand blast process is performed using the
また、上述した実施の形態1においては、研磨材のサイズを異ならせて2段階でサンドブラスト加工を行う。第1段階のサンドブラスト加工で深く低密度な加工を行い、その後にアルカリ溶液を用いた湿式エッチングにより、この加工点を起点として不揃いなサイズのテクスチャーを形成する。その後、第2段階のサンドブラスト加工で大きなサイズのテクスチャーや受光部のマスク層2の残存箇所に浅く高密度な加工を行い、この加工点を起点として新たなテクスチャーを形成する。このような処理を実施することにより、光吸収に有効な3μm程度のサイズのテクスチャーをシリコン基板1の表面に均一に多数、高密度で形成することができる。
In the first embodiment described above, sandblasting is performed in two stages with different abrasive sizes. A deep and low-density process is performed in the first stage of sandblasting, and then textures of irregular sizes are formed starting from this processed point by wet etching using an alkaline solution. After that, a second textured sandblasting process is performed on the large-sized texture and the remaining portion of the
すなわち、同じサイズの研磨材を用いてブラスト加工を1回だけで実施すると、加工ダメージが不均一であり、形成されるテクスチャーのサイズ及び密度を制御することが難しい。また、1回のブラスト加工でシリコン基板1に対して加工ダメージを均一かつ高密度に与えようとすると、ブラスト加工処理時間が著しく増加するか、またはエッチング時間が大幅に増加する。 That is, when blasting is performed only once using the same size abrasive, processing damage is non-uniform and it is difficult to control the size and density of the texture to be formed. Further, if processing damage is uniformly and densely applied to the silicon substrate 1 by one blast processing, the blast processing time significantly increases or the etching time significantly increases.
しかしながら、実施の形態1においては2段階のサンドブラスト加工を行い、異方性エッチングを行うため、同じサイズのテクスチャーを高密度にシリコン基板1の表面に形成できる。 However, in the first embodiment, since two-step sandblasting is performed and anisotropic etching is performed, a texture having the same size can be formed on the surface of the silicon substrate 1 with high density.
また、上述した実施の形態1においては、ブラスト加工による加工痕がシリコン基板1の表面に残らないため、ブラスト加工による加工痕に起因した太陽電池セルの電気特性の開放電圧の低下、或いは、電流リークの発生が防止される。 Moreover, in Embodiment 1 mentioned above, since the process trace by a blast process does not remain on the surface of the silicon substrate 1, the fall of the open voltage of the electrical characteristic of the photovoltaic cell resulting from the process trace by a blast process, or electric current Leakage is prevented.
また、実施の形態1においては、2段階のサンドブラスト加工を実施することにより、それぞれの処理時間を短縮でき、約150mm四方のシリコン基板1に対して約15分のブラスト加工時間で3μm程度の第2凹部(第2テクスチャー)6を0.2〜0.8個/μm2程度の密度で面内に均一に形成できる。したがって、短時間で効率的にテクスチャーを形成することができる。 Further, in the first embodiment, by performing the two-stage sand blast processing, each processing time can be shortened, and the first blast processing time of about 3 μm is performed on the silicon substrate 1 of about 150 mm by about 15 minutes. Two concave portions (second texture) 6 can be uniformly formed in the plane at a density of about 0.2 to 0.8 pieces / μm 2 . Therefore, the texture can be efficiently formed in a short time.
また、実施の形態1においては、マスク層2がブラスト加工時の緩衝材とエッチングマスクとを兼ねるため、ブラスト加工時の緩衝材とエッチングマスクとを個別に形成する必要が無く、工程が簡素化される。
In the first embodiment, since the
また、実施の形態1においては、酸化アルミニウム(Al2O3)からなる研磨材3、5を用いることにより、アルカリ溶液を用いた湿式エッチングにより、シリコン基板1に埋没した研磨材3、5がエッチングされるため、容易にシリコン基板1から剥離する。これにより、研磨材3、5がエッチング後のシリコン基板1に残って破損の原因になることや、エッチング後のテクスチャー形状を変化させることがない。
In the first embodiment, the
したがって、実施の形態1によれば、可視光の光吸収の効率が高い3μm程度の均一なサイズのテクスチャー構造を、シリコン基板1の表面に対して従来よりも短時間で効率良く且つ高密度に形成することができる。そして、このシリコン基板1を用いることにより光電変換効率に優れた太陽電池セルを効率良く作製することができる。 Therefore, according to the first embodiment, a texture structure having a uniform size of about 3 μm with high efficiency of light absorption of visible light can be efficiently and densely formed on the surface of the silicon substrate 1 in a shorter time than before. Can be formed. And the solar cell excellent in photoelectric conversion efficiency can be efficiently produced by using this silicon substrate 1. FIG.
実施の形態2.
実施の形態2では、マスク層2としてプラズマCVD法を用いて窒化珪素膜からなるマスク層2を形成する場合について図3および上記図2−1〜図2−5を参照して説明する。図3は、基本的な太陽電池セル製造プロセスのうち本発明の実施の形態2にかかるテクスチャー形成プロセスフローを説明するためのフローチャートである。
In the second embodiment, the case where the
まず、準備された例えばシリコン基板1の(100)面に対する水酸化ナトリウム溶液を用いた湿式エッチングにより、スライスに起因したダメージ層を除去する(ステップS10)。つぎに、ダメージ層を除去したシリコン基板1に対して、プラズマCVD法を用いて、ブラスト加工の際のブラスト緩衝材、及び、エッチング工程におけるエッチングマスクとして機能するマスク層2を形成する(ステップS120、図2−1)。ここでは、マスク層2として、窒化珪素膜(SiN膜)を形成する。窒化珪素膜(SiN膜)も実施の形態1において形成した酸化珪素膜(SiO2膜)と同様にマスク層2として使用可能である。
First, the damaged layer resulting from the slice is removed by wet etching using a sodium hydroxide solution on the prepared (100) surface of the silicon substrate 1, for example (step S10). Next, a blast buffer material at the time of blasting and a
以降は、実施の形態1におけるステップS30および図2−2〜ステップS60および図2−5において説明した工程を実施する。 Thereafter, the steps described in step S30 and FIGS. 2-2 to S60 and FIG. 2-5 in the first embodiment are performed.
なお、実施の形態1の場合と同様に、窒化珪素膜からなるマスク層2のエッチングレートに適合したエッチング処理時間、並びに、マスク層2の厚みを選択することで、マスク層2の除去工程は不要となるが、ステップS60の後にステップS70としてマスク層2の除去工程を採用しても何ら問題は無い。
As in the case of the first embodiment, the removal process of the
以上の工程を実施することにより、シリコン基板1の表面に2μm〜3μm程度の第2凹部(第2テクスチャー)6を高密度且つ均一に形成することができる。 By performing the above steps, the second recesses (second texture) 6 of about 2 μm to 3 μm can be formed on the surface of the silicon substrate 1 with high density and uniformity.
上述した実施の形態2においては、実施の形態1の場合と同様にマスク層2を用いてサンドブラスト加工を行うため、サンドブラスト加工時に発生する転移欠陥のサイズを抑制するとともに、その後も異方性を失うことなくエッチングを行うことができる。
In the second embodiment described above, since the sand blast process is performed using the
また、上述した実施の形態2においては、実施の形態1の場合と同様に研磨材のサイズを異ならせて2段階でサンドブラスト加工を行う。第1段階のサンドブラスト加工で深く低密度な加工を行い、その後にアルカリ溶液を用いた湿式エッチングにより、この加工点を起点として不揃いなサイズのテクスチャーを形成する。その後、第2段階のサンドブラスト加工で大きなサイズのテクスチャーや受光部のマスク層2の残存箇所に浅く高密度な加工を行い、この加工点を起点として新たなテクスチャーを形成する。このような処理を実施することにより、光吸収に有効な3μm程度のサイズのテクスチャーをシリコン基板1の表面に均一に多数、高密度で形成することができる。
Further, in the second embodiment described above, sandblasting is performed in two stages with different abrasive sizes as in the case of the first embodiment. A deep and low-density process is performed in the first stage of sandblasting, and then textures of irregular sizes are formed starting from this processed point by wet etching using an alkaline solution. After that, a second textured sandblasting process is performed on the large-sized texture and the remaining portion of the
また、上述した実施の形態2においては、実施の形態1の場合と同様にブラスト加工による加工痕がシリコン基板1の表面に残らないため、ブラスト加工による加工痕に起因した太陽電池セルの電気特性の開放電圧の低下、或いは、電流リークの発生が防止される。
Moreover, in
また、実施の形態2においては、実施の形態1の場合と同様に2段階のサンドブラスト加工を実施することにより、それぞれの処理時間を短縮でき、約150mm四方のシリコン基板1に対して約15分のブラスト加工時間で3μm程度の第2凹部(第2テクスチャー)6を0.2〜0.8個/μm2程度の密度で面内に均一に形成できる。したがって、短時間で効率的にテクスチャーを形成することができる。 Further, in the second embodiment, by performing the two-stage sandblasting as in the first embodiment, each processing time can be shortened, and about 15 minutes for the silicon substrate 1 of about 150 mm square. The second recesses (second texture) 6 of about 3 μm can be uniformly formed in the plane at a density of about 0.2 to 0.8 pieces / μm 2 in the blasting time of. Therefore, the texture can be efficiently formed in a short time.
また、実施の形態2においては、実施の形態1の場合と同様にマスク層2がブラスト加工時の緩衝材とエッチングマスクとを兼ねるため、ブラスト加工時の緩衝材とエッチングマスクとを個別に形成する必要が無く、工程が簡素化される。
In the second embodiment, the
また、実施の形態1においては、実施の形態1の場合と同様に酸化アルミニウム(Al2O3)からなる研磨材3、5を用いることにより、アルカリ溶液を用いた湿式エッチングにより、シリコン基板1に埋没した研磨材3、5がエッチングされるため、容易にシリコン基板1から剥離する。これにより、研磨材3、5がエッチング後のシリコン基板1に残って破損の原因になることや、エッチング後のテクスチャー形状を変化させることがない。
Further, in the first embodiment, as in the case of the first embodiment, by using the
したがって、実施の形態2によれば、実施の形態1の場合と同様に可視光の光吸収の効率が高い3μm程度の均一なサイズのテクスチャー構造を、シリコン基板1の表面に対して従来よりも短時間で効率良く且つ高密度に形成することができる。そして、このシリコン基板1を用いることにより光電変換効率に優れた太陽電池セルを効率良く作製することができる。 Therefore, according to the second embodiment, as in the first embodiment, a texture structure having a uniform size of about 3 μm, which has a high light absorption efficiency of visible light, is formed on the surface of the silicon substrate 1 compared to the conventional case. It can be formed efficiently and densely in a short time. And the solar cell excellent in photoelectric conversion efficiency can be efficiently produced by using this silicon substrate 1. FIG.
実施の形態3.
図4−1および図4−2は、上述した実施の形態1にかかる方法によりテクスチャーが形成されたシリコン基板1を用いて作製した太陽電池セルを示す図であり、図4−1は断面図であり、図4−2は上面図である。図4−1および図4−2に示す太陽電池セルは、基板表層に第2導電型の不純物が拡散された不純物拡散層であるN型不純物層101aを有する第1導電型の半導体基板101と、半導体基板101の受光面側の面(表面)に形成された反射防止膜102と、半導体基板101の受光面側の面(表面)に形成された受光面側電極103と、半導体基板101の受光面と反対側の面(裏面)に形成された裏面電極104と、を備える。
FIGS. 4-1 and FIGS. 4-2 are figures which show the photovoltaic cell produced using the silicon substrate 1 by which the texture was formed by the method concerning Embodiment 1 mentioned above, FIG. 4-1 is sectional drawing. FIG. 4B is a top view. The solar battery cell shown in FIGS. 4A and 4B includes a first conductivity
また、受光面側電極103としては、太陽電池のグリッド電極103aおよびバス電極103bを含み、図4−1においてはグリッド電極103aの長手方向に垂直な断面における断面図を示している。そして、半導体基板101には、上述したテクスチャーの形成方法を用いて基板表面に微細なテクスチャー(図示せず)を形成した基板101を使用して太陽電池セルを構成している。
Moreover, as the light-receiving
つぎに、上述した基板101を用いて図4−1および図4−2に示す太陽電池セルを製造するための工程を説明する。なお、ここで説明する工程は、一般的なシリコン基板を用いた太陽電池セルの製造工程と同様であるため、特に図示しない。
Next, steps for manufacturing the solar battery cell shown in FIGS. 4-1 and 4-2 using the
実施の形態1におけるステップS60の処理が完了した基板101を熱酸化炉へ投入し、オキシ塩化リン(POCl3)蒸気の存在下で加熱して基板101の表面にリンガラスを形成することで基板101中にリンを拡散させ、基板101の表層に第2導電型のN型不純物層101aを形成する。拡散温度は、例えば840℃とされる。これにより、基板表層にN型不純物層101aを有する半導体基板101が得られる。なお、ここではp型シリコン基板を使用したため、pn接合を形成するために異なる導電型のリンを拡散させたが、n型シリコン基板を使用した場合はp型の不純物を拡散させればよい。
The
次に、フッ酸溶液中で基板101のリンガラス層を除去した後、反射防止膜102としてプラズマCVD法によりSiN膜をN型不純物層101a上に形成する。反射防止膜102の膜厚および屈折率は、光反射を最も抑制する値に設定する。なお、屈折率の異なる2層以上の膜を積層してもよい。また、反射防止膜102は、スパッタリング法など、異なる成膜方法により形成しても良い。
Next, after removing the phosphor glass layer of the
次に、基板101の受光面に銀の混入したペーストを櫛形にスクリーン印刷にて印刷し、基板101の裏面にアルミニウムの混入したペーストを全面にスクリーン印刷にて印刷した後、焼成処理を実施して受光面側電極103と裏面電極104とを形成する。焼成は大気雰囲気中において例えば760℃で実施する。以上のようにして、図4−1および図4−2に示す太陽電池が作製される。また、上述した実施の形態2にかかる方法によりテクスチャーが形成されたシリコン基板1を用いた場合も上記と同様にして太陽電池セルを作製することができる。
Next, a paste mixed with silver is printed on the light receiving surface of the
上述した実施の形態3にかかる太陽電池セルの製造方法によれば、上記の実施の形態1または実施の形態2にかかるテクスチャーの形成方法を用いて基板表面にテクスチャーを形成したシリコン基板1を用いて太陽電池セルを作製するため、光入射側の基板表面における表面光反射損失が大幅に低減され、光電変換効率の向上が図られた、良好な光電変換効率を有する太陽電池セルを作製することができる。これにより、従来と同等の光電変換効率を有する太陽電池セルを作製する際には、基板の面積を小さくし、基板の原材料の減量化を図るとともに、太陽電池セルの小型化、軽量化、減容化を図ることが可能である。 According to the manufacturing method of the solar cell according to the third embodiment described above, the silicon substrate 1 in which the texture is formed on the substrate surface using the texture forming method according to the first embodiment or the second embodiment is used. Therefore, it is possible to produce a solar cell having a good photoelectric conversion efficiency, in which the surface light reflection loss on the substrate surface on the light incident side is significantly reduced and the photoelectric conversion efficiency is improved. it can. As a result, when producing a photovoltaic cell having photoelectric conversion efficiency equivalent to the conventional one, the area of the substrate is reduced, the amount of the raw material of the substrate is reduced, and the solar cell is reduced in size, weight, and reduction. It is possible to make it easier.
以上のように、本発明にかかる太陽電池セルの製造方法は、均一なサイズのテクスチャーを効率良く高密度に形成する場合に有用である。 As described above, the method for manufacturing a solar battery cell according to the present invention is useful for efficiently forming a uniform-sized texture with high density.
1 P型単結晶シリコン基板
2 マスク層
3 研磨材
4 第1凹部(第1テクスチャー)
5 研磨材
101a N型不純物層
101 半導体基板
102 反射防止膜
103 受光面側電極
103a グリッド電極
103b バス電極
104 裏面電極
1 P-type single
5
Claims (6)
前記単結晶シリコン基板の前記マスク層が形成された面にブラスト加工を施して前記マスク層に開口部を形成する第2の工程と、
前記開口部が形成された前記マスク層をエッチングマスクとして、前記単結晶シリコン基板の前記マスク層が形成された面に対して異方性エッチングを施して、前記開口部の下部およびその近傍領域に凹部を形成する第3の工程と、
前記マスク層を除去する第4の工程と、
前記単結晶シリコン基板の前記凹部が形成された一面側に、第2導電型の不純物元素を拡散して不純物拡散層を形成する第5の工程と、
前記半導体基板の一面側における電極形成領域および前記半導体基板の他面側に電極を形成する第6の工程と、
を含むことを特徴とする太陽電池セルの製造方法。 A first step of forming a mask layer on a surface of a first conductivity type single crystal silicon substrate;
A second step of forming an opening in the mask layer by blasting the surface of the single crystal silicon substrate on which the mask layer is formed;
Using the mask layer in which the opening is formed as an etching mask, anisotropic etching is performed on the surface of the single crystal silicon substrate on which the mask layer is formed, so that the lower portion of the opening and the vicinity thereof are formed. A third step of forming a recess;
A fourth step of removing the mask layer;
A fifth step of forming an impurity diffusion layer by diffusing an impurity element of a second conductivity type on the one surface side of the single crystal silicon substrate where the concave portion is formed;
A sixth step of forming an electrode on one side of the semiconductor substrate and an electrode on the other side of the semiconductor substrate;
The manufacturing method of the photovoltaic cell characterized by including.
前記2回目の第2工程では、1回目の前記第2工程と異なる大きさの研磨材を用いてブラスト加工を行うこと、
を特徴とする請求項1に記載の太陽電池セルの製造方法。 Between the third step and the fourth step, perform the second step and the third step for the second time again,
In the second second step, blasting is performed using an abrasive having a size different from that of the first second step,
The manufacturing method of the photovoltaic cell of Claim 1 characterized by these.
を特徴とする請求項2に記載の太陽電池セルの製造方法。 In the second step of the second time, blasting is performed using a larger abrasive than the abrasive used in the second step of the first time,
The manufacturing method of the photovoltaic cell of Claim 2 characterized by these.
前記マスク層が前記アルカリ溶液に対する選択比の大きい材料からなること、
を特徴とする請求項1に記載の太陽電池セルの製造方法。 The anisotropic etching is wet etching using an alkaline solution,
The mask layer is made of a material having a high selectivity to the alkaline solution;
The manufacturing method of the photovoltaic cell of Claim 1 characterized by these.
を特徴とする請求項4に記載の太陽電池セルの製造方法。 The mask layer is made of silicon oxide or silicon nitride;
The manufacturing method of the photovoltaic cell of Claim 4 characterized by these.
を特徴とする請求項4に記載の太陽電池セルの製造方法。 In the second step, blasting is performed using an abrasive made of aluminum oxide,
The manufacturing method of the photovoltaic cell of Claim 4 characterized by these.
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---|---|---|---|---|
WO2012105441A1 (en) * | 2011-01-31 | 2012-08-09 | 株式会社不二製作所 | Method for fabricating substrate for solar cell and solar cell |
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