JP2012033758A - Solar battery - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To achieve good characteristics by a field passivation effect while avoiding occurrence of a parasitic shunting phenomenon, in a rear face passivation type solar battery.SOLUTION: A solar battery has a pn junction, and configures a photoelectric conversion element. An insulation film and a rear face electrode are formed on a front face of a p-type semiconductor layer on a side opposite to a light reception side. A value of an interface fixed charge density Qon an interface between the p-type semiconductor layer and the insulation film is in a range of 2e11 cm≤Q≤4e12 cm. Thereby, good characteristics can be obtained while avoiding occurrence of a parasitic shunting phenomenon.

Description

本発明は、光電変換素子を構成する太陽電池に関し、より具体的には、例えば裏面パッシベーション型太陽電池に関するものである。   The present invention relates to a solar cell constituting a photoelectric conversion element, and more specifically to, for example, a back surface passivation type solar cell.

光電変換素子の一種である太陽電池は、受光によって発生した+電荷の正孔が集まるp型半導体層と、−電荷の電子が集まるn型半導体層とのpn接合を基本構成としている。具体的には、p型シリコン基板の受光面側にn型不純物拡散層を形成することによって上記pn接合を形成し、さらに、p型シリコン基板の受光面側とその裏面側とに、それぞれ電極を設けている。   A solar cell which is a kind of photoelectric conversion element basically has a pn junction of a p-type semiconductor layer that collects positively charged holes generated by light reception and an n-type semiconductor layer that collects negatively charged electrons. Specifically, the pn junction is formed by forming an n-type impurity diffusion layer on the light-receiving surface side of the p-type silicon substrate, and electrodes are respectively formed on the light-receiving surface side and the back surface side of the p-type silicon substrate. Is provided.

裏面に形成する電極は、一般的に、p型シリコン基板に形成されたp+層と、その層上に形成された金属層との二層構造により構成されている。   The electrode formed on the back surface generally has a two-layer structure of a p + layer formed on a p-type silicon substrate and a metal layer formed on the layer.

上記金属層の形成材料には、従来、アルミニウムが用いられている。アルミニウムを上記p型シリコン基板と接触させた状態で、700℃以上の熱を加えると、アルミニウムがp型シリコン基板中に拡散した拡散領域が形成され、アルミニウムとシリコンの合金が生成される。アルミニウムはシリコンに対して正孔を供給するドーパントとして働くので、上記拡散領域にはp+層が形成される。このようにアルミニウムの一部はp+層形成に寄与し、残りのアルミニウムはそのまま金属電極となる。   Conventionally, aluminum is used as a material for forming the metal layer. When heat of 700 ° C. or higher is applied in a state where aluminum is in contact with the p-type silicon substrate, a diffusion region in which aluminum diffuses in the p-type silicon substrate is formed, and an alloy of aluminum and silicon is generated. Since aluminum serves as a dopant for supplying holes to silicon, a p + layer is formed in the diffusion region. Thus, a part of aluminum contributes to p + layer formation, and the remaining aluminum becomes a metal electrode as it is.

このタイプの太陽電池では、p型シリコン基板とp+層との界面(p/p+界面)には、ポテンシャル差に由来する電界が形成される。p+層が作り出すこの電界は、主としてp型シリコン基板内で発生し裏面に拡散してきた正孔と電子のうち、電子をp型シリコン基板内部に反射し、正孔を選択的にp+層へ通過させる働きを有する。すなわち、この作用は、電子を排斥し、太陽電池の裏面界面において正孔および電子が再結合することによるキャリア損失を低減するという効果(フィールドパッシベーション効果)をもたらす。   In this type of solar cell, an electric field derived from a potential difference is formed at the interface (p / p + interface) between the p-type silicon substrate and the p + layer. This electric field generated by the p + layer is mainly generated in the p-type silicon substrate and diffused to the back surface, and reflects the electrons into the p-type silicon substrate and selectively passes the holes to the p + layer. It has a function to make it. That is, this action brings about an effect (field passivation effect) of eliminating carriers and reducing carrier loss due to recombination of holes and electrons at the back surface interface of the solar cell.

これは、上記p/p+界面に生じる電界が、上記裏面近傍において正孔と電子との各分布を空間的に引き離し、上記裏面において密度差を生じさせるので、両者の結合の確率を著しく低減するからである。この結果、太陽電池の変換効率向上に寄与することになる。   This is because the electric field generated at the p / p + interface spatially separates the distributions of holes and electrons in the vicinity of the back surface and causes a density difference on the back surface, thereby significantly reducing the probability of coupling between the two. Because. As a result, this contributes to improvement of the conversion efficiency of the solar cell.

このようなアルミニウム合金層を裏面に備えた従来方式の太陽電池は、製造が比較的簡単であるため、量産技術として広く用いられている。しかし、本方式は太陽電池の究極的な高効率化という面から考えると次の問題を含んでいる。   A conventional solar cell having such an aluminum alloy layer on the back surface is widely used as a mass production technique because it is relatively easy to manufacture. However, this method has the following problems in view of the ultimate high efficiency of solar cells.

すなわち、上述のように、大部分の電子はp+層が作り出す電界により排斥されるが、それでもなお、p/p+界面に生じるポテンシャル差より高い運動エネルギーを有する少数の電子は、このポテンシャル差を乗り越えて、p+層/裏面電極界面に至ることになる。ところが、上記従来方式においては、p+層/裏面電極界面には、界面再結合速度を減らす不活性化処理が何らなされていない。また、このp+層自体、高濃度にドーピングされたアルミニウムが再結合中心を形成するために、再結合中心の存在密度が高く、半導体としての品質が悪い領域となっている。   That is, as described above, most of the electrons are rejected by the electric field created by the p + layer, but still a few electrons with kinetic energy higher than the potential difference generated at the p / p + interface will overcome this potential difference. This leads to the p + layer / back electrode interface. However, in the conventional method, no deactivation treatment is performed on the p + layer / back electrode interface to reduce the interface recombination rate. In addition, since the p + layer itself is formed by highly doped aluminum to form recombination centers, the density of recombination centers is high and the quality as a semiconductor is poor.

したがって、障壁を乗り越えた少数の電子は、p+層内、またはp+層/裏面電極界面において、高い確率で再結合を起こして消滅し、この電子消滅は、太陽電池の電気的出力の損失原因となる。   Therefore, a small number of electrons that have overcome the barrier are recombined with high probability and disappear in the p + layer or at the p + layer / back electrode interface. This electron annihilation causes the loss of the electrical output of the solar cell. Become.

また、太陽電池の表面から入射して裏面に到達した一部の光は裏面において反射されることにより、再び太陽電池内部に戻り発電に寄与することが望ましい。しかし、上記従来方式では、p+層における光吸収率が大きい。このため、太陽電池裏面に到達した光は大部分がp+層で吸収されてしまい、その際に生じた電子正孔対もただちに再結合を起こして消滅してしまうので、電気的出力に寄与しない。さらには、一般に、p+層と電極との界面の物理的形状は凹凸が激しく、滑らかな平面とはなっていないので、この凹凸形状にも起因して到達光の反射率は低下してしまう。   Further, it is desirable that a part of the light incident from the front surface of the solar cell and reaching the back surface is reflected on the back surface to return to the inside of the solar cell again and contribute to power generation. However, in the conventional method, the light absorption rate in the p + layer is large. For this reason, most of the light reaching the back surface of the solar cell is absorbed by the p + layer, and the electron-hole pairs generated at that time immediately recombine and disappear, so that they do not contribute to the electrical output. . Furthermore, since the physical shape of the interface between the p + layer and the electrode is generally uneven and is not a smooth flat surface, the reflectance of the reaching light decreases due to this uneven shape.

このように、上記従来方式の太陽電池は、太陽電池裏面に到達した光を発電に有効に利用することができないという問題を有している。   As described above, the conventional solar cell has a problem that the light reaching the back surface of the solar cell cannot be effectively used for power generation.

この問題に対し、裏面パッシベーション型太陽電池は、上記従来方式の太陽電池の将来的な置き換えを目指して開発が進められている。本型太陽電池は、上記従来方式の太陽電池とは異なる。具体的には、太陽電池の裏面をパッシベーション膜で覆うことにより、基板とパッシベーション膜との界面に本来的に存在し再結合の原因となる未結合手を終端する。すなわち、裏面パッシベーション型太陽電池は、p/p+界面に生じる電界により、キャリア再結合速度を減らそうとするのではなく、裏面における再結合中心の密度自体を低減させ、キャリアの再結合を減らそうとする思想に基づいている。   In response to this problem, development of backside passivation solar cells is underway with the aim of future replacement of the conventional solar cells. The present solar cell is different from the conventional solar cell. Specifically, by covering the back surface of the solar cell with a passivation film, the dangling bonds that inherently exist at the interface between the substrate and the passivation film and cause recombination are terminated. That is, the back surface passivation type solar cell does not attempt to reduce the carrier recombination velocity by the electric field generated at the p / p + interface, but rather reduces the density of the recombination centers on the back surface itself and reduces the carrier recombination. Based on the idea.

したがって、本型太陽電池において、裏面パッシベーション膜の性能を十分に高くした場合、半導体として低品質なp+層は不要になり、p+層に起因した再結合損失及びp+層における大きな光吸収を排除することができる。さらに、パッシベーション膜と基板の界面を滑らかに作製することができ、界面における光反射率を高くすることができる。   Therefore, in this solar cell, when the performance of the back surface passivation film is sufficiently high, a low-quality p + layer as a semiconductor becomes unnecessary, and recombination loss caused by the p + layer and large light absorption in the p + layer are eliminated. be able to. Furthermore, the interface between the passivation film and the substrate can be produced smoothly, and the light reflectance at the interface can be increased.

裏面パッシベーション型太陽電池に使用される裏面パッシベーション膜にはシリコンや水素が含まれている。p型シリコン基板と裏面パッシベーション膜との界面に本来的に存在し再結合の原因となる未結合手は、裏面パッシベーション膜のシリコン元素や水素元素により終端される結果、再結合中心ではなくなる。したがって、裏面に到達した正孔と電子とは未結合手に捕捉されることなく、何事もなかったかのように界面で反射し、p型シリコン基板に戻っていく。   The back surface passivation film used for the back surface passivation type solar cell contains silicon and hydrogen. The dangling bonds that are inherently present at the interface between the p-type silicon substrate and the back surface passivation film and cause recombination are terminated by the silicon element and the hydrogen element of the back surface passivation film, so that they are not recombination centers. Therefore, the holes and electrons that have reached the back surface are not captured by dangling bonds, but are reflected at the interface as if nothing happened, and return to the p-type silicon substrate.

このアイデアは界面不活性化という一つの観点から見ると極めて有望に見える。しかし、実際の太陽電池セルに適用した場合には問題を含んでいる。太陽電池表面又は裏面には、パッシベーション膜で覆われた部分と電極とが隣り合って存在する。2者間での相互作用を考えたとき、必ずしも上記のように単純なシナリオが成立するわけではない。すなわち、裏面パッシベーション型太陽電池においてはパラサイティックシャンティングとして世に知られている特有の特性劣化現象が生じ、特性改善に限界を生じるという問題点が知られている。   This idea looks very promising from one point of view of interface deactivation. However, there is a problem when applied to actual solar cells. A portion covered with a passivation film and an electrode are adjacent to each other on the front or back surface of the solar cell. When an interaction between two parties is considered, a simple scenario as described above is not necessarily established. That is, in the backside passivation type solar cell, there is a problem that a characteristic deterioration phenomenon known as parasaimatic shunting occurs in the world, and the improvement in characteristics is limited.

ここで、パラサイティックシャンティング現象の発生原理について、図11〜図12を参照しながら説明しておく。   Here, the principle of occurrence of the parasitic shunting phenomenon will be described with reference to FIGS.

図11は、裏面パッシベーション型太陽電池の構造例を示す模式図である。同図において、P型シリコン基板81の表面には、n+層82、反射防止膜83が形成されている。裏面パッシベーション型太陽電池においても電気的出力を取り出すには、表面電極層84の他、裏面電極層85が必要である。同図において、裏面電極層85がP型シリコン基板81と接し、P型シリコン基板81から電気的出力を取り出すためのパッシベーション膜86の開口領域を裏面電極89と称する。   FIG. 11 is a schematic view showing a structural example of a back surface passivation type solar cell. In the figure, an n + layer 82 and an antireflection film 83 are formed on the surface of a P-type silicon substrate 81. In order to take out an electrical output also in the back surface passivation type solar cell, the back surface electrode layer 85 is required in addition to the front surface electrode layer 84. In this figure, the back electrode layer 85 is in contact with the P-type silicon substrate 81, and the opening region of the passivation film 86 for taking out electrical output from the P-type silicon substrate 81 is referred to as a back electrode 89.

裏面電極89を形成する部分においてはP型シリコン基板81から電気的出力を取り出す必要があるので、パッシベーション膜86(多くの場合、絶縁体の膜)を堆積するわけにはいかない。裏面電極89は、裏面の一部にドット状またはストライプ状に設けられるので、裏面全体の数%の領域を占めることになる。この結果、裏面パッシベーション型太陽電池の裏面には、パッシベーション膜で覆われた部分と裏面電極部分とが隣り合って存在することになる。   Since it is necessary to take out an electrical output from the P-type silicon substrate 81 at a portion where the back electrode 89 is formed, a passivation film 86 (in many cases, an insulator film) cannot be deposited. Since the back surface electrode 89 is provided in a dot shape or a stripe shape on a part of the back surface, it occupies several percent of the entire back surface. As a result, the portion covered with the passivation film and the back electrode portion are adjacent to each other on the back surface of the back surface passivation type solar cell.

このとき、P型シリコン基板81を用いる裏面パッシベーション型太陽電池の場合であって、パッシベーション膜86とP型シリコン基板81との界面(以降、裏面界面と呼ぶ)に正の固定電荷が存在するならば、パッシベーション膜86直下のP型シリコン基板81には、この固定電荷により電界が生じる結果、正孔は界面から排斥され、電子は界面に引き寄せられることになる。この結果、パッシベーション膜86直下にはp型シリコンでありながら電子が正孔の密度より高くなった反転層87が出現する。   At this time, in the case of the back surface passivation type solar cell using the P type silicon substrate 81, if a positive fixed charge is present at the interface between the passivation film 86 and the P type silicon substrate 81 (hereinafter referred to as the back surface interface). For example, in the P-type silicon substrate 81 immediately below the passivation film 86, an electric field is generated by this fixed charge. As a result, holes are expelled from the interface and electrons are attracted to the interface. As a result, an inversion layer 87 in which electrons are higher than the hole density appears although it is p-type silicon immediately below the passivation film 86.

この反転層87の出現は次の2つの効果を生む。
(1)上記裏面界面における電子の横方向への移動が容易になる。
(2)裏面電極89とパッシベーション膜86との接触領域で電子密度の増加を招く。
The appearance of the inversion layer 87 has the following two effects.
(1) The movement of electrons in the back surface interface in the lateral direction is facilitated.
(2) The electron density is increased in the contact region between the back electrode 89 and the passivation film 86.

上記(2)に述べられた接触領域、即ち裏面電極89の周辺部分には、前述のように、P型シリコン基板81内から選択的にp+層へ通過された正孔が集まってくるので、基板内部に比べて正孔の密度が高い状態となる。   As described above, since the holes selectively passed from the P-type silicon substrate 81 to the p + layer gather in the contact region described in the above (2), that is, the peripheral portion of the back electrode 89, The hole density is higher than that inside the substrate.

裏面電極89とパッシベーション膜86との接触領域では、上記(2)により電子密度が増加するので、電子と正孔の密度の両方が高くなる。さらにこの接触領域は、電極材料とパッシベーション膜材料とが隣接している材料的に不連続な領域であるから、その不連続性に起因した高不正準位領域88が生じることになる。   In the contact region between the back electrode 89 and the passivation film 86, the electron density is increased by the above (2), so that both the electron and hole densities are increased. Further, since this contact region is a materially discontinuous region in which the electrode material and the passivation film material are adjacent to each other, a high inaccurate level region 88 is generated due to the discontinuity.

それゆえ、図12(図11の構造例におけるパッシベーション膜と電極部分との接触領域を拡大して示す模式図)に示すように、裏面電極89とパッシベーション膜86との境界近傍では、電子91と正孔92との密度積の値が大きくなり、これらが衝突再結合する確率が大きくなることに加えて、高不正準位領域88における不正準位密度も高くなり、その相互作用により大きなキャリア損失が生じる。   Therefore, as shown in FIG. 12 (schematic diagram showing an enlarged contact region between the passivation film and the electrode portion in the structural example of FIG. 11), in the vicinity of the boundary between the back electrode 89 and the passivation film 86, electrons 91 and In addition to an increase in the value of the density product with the holes 92 and an increase in the probability that they will collide and recombine, the illegal level density in the high illegal level region 88 also increases. Occurs.

上記(1)により、このようなキャリア損失に釣り合うだけの電子がパッシベーション膜86とp型シリコン基板81の界面の反転層によって供給される。   According to the above (1), electrons that are commensurate with such carrier loss are supplied by the inversion layer at the interface between the passivation film 86 and the p-type silicon substrate 81.

即ち、上記(2)により高いキャリア再結合損失の土壌が生まれ、損失した電子を補うべく電子を効率的に輸送する輸送路が(1)により構築される。本現象はパラサイティックシャンティング現象として知られており、裏面パッシベーション型太陽電池の諸特性における深刻な劣化原因となる。   That is, (2) creates a soil with high carrier recombination loss, and (1) establishes a transport path for efficiently transporting electrons to compensate for the lost electrons. This phenomenon is known as a parasite shunting phenomenon, and causes a serious deterioration in various characteristics of the back surface passivation type solar cell.

裏面パッシベーション型太陽電池において、パラサイティックシャンティング現象の発生を抑制するためには、パッシベーション膜とシリコン基板との界面に存在する正の界面固定電荷密度Qを低減し、好ましくは負の値とすることが求められる。 In the back side passivation solar cell, in order to suppress the occurrence of para Sai tick shunting phenomenon reduces the positive interface fixed charge density Q f at the interface between the passivation film and the silicon substrate, preferably a negative value Is required.

具体的な対策としては、パッシベーション膜材料を工夫することにより、界面固定電荷密度Qを負の値とすることにより、パラサイティックシャンティング現象の発生を抑制する技術が非特許文献1に開示されている。同文献記載の方法においては、パッシベーション膜材料として、代表的にはアルミナを採用することにより、パッシベーション膜とシリコン基板との界面における界面固定電荷密度Qが負の値となり、この界面固定電荷密度Qにより、シリコン中の正孔が界面に引き寄せられることになる。そうすると、直下のp+部に正孔が集まってくる電極部分近傍とパッシベーション膜部分との両方において、高密度となるキャリアは同じ種類(正孔)となるから、電子と正孔との再結合が起こりにくくなり、パラサイティックシャンティング現象の発生を回避して、裏面パッシベーション型太陽電池の特性劣化を抑制することが可能となる。 As a specific countermeasure, Non-Patent Document 1 discloses a technique for suppressing the occurrence of the parasitic shunting phenomenon by devising the passivation film material and setting the interface fixed charge density Qf to a negative value. Has been. In the method according this publication, as the passivation film material, by typically employing alumina interfacial fixed charge density Q f at the interface between the passivation film and the silicon substrate becomes a negative value, the interface fixed charge density Q f attracts holes in the silicon to the interface. Then, since the high-density carriers are the same type (holes) in both the vicinity of the electrode part where holes are collected in the p + part immediately below and the passivation film part, recombination of electrons and holes is caused. It becomes difficult to occur, and it is possible to avoid the occurrence of the parasitic shunting phenomenon and to suppress the deterioration of the characteristics of the back surface passivation type solar cell.

B. Hoex, J. Schmidt, R. Bock, P. P. Altermatt, M. C. M. van de Sanden, and W. M. M. Kessels, “Excellent passivation of highly doped p-type Si surfaces by the negative-charge-dielectric Al2O3”, Appl. Phys. Lett. 91, 112107 (2007)B. Hoex, J. Schmidt, R. Bock, PP Altermatt, MCM van de Sanden, and WMM Kessels, “Excellent passivation of highly doped p-type Si surfaces by the negative-charge-dielectric Al2O3”, Appl. Phys. Lett 91, 112107 (2007)

しかし、上述のように、パッシベーション膜材料としてアルミナを採用すれば、界面固定電荷密度Qを負の値としてパラサイティックシャンティング現象の発生を回避することができるとしても、アルミナは、太陽電池の不活性化膜材料としてはあまり使われておらず、ALD(Atomic Layer Deposition)等の特殊な方法を用いて堆積する必要がある。一般に、ALDによるアルミナ堆積速度は極めて遅いので、スループットが低く、パッシベーション膜としての量産利用に適していない。 However, as described above, if alumina is used as the passivation film material, even if it is possible to avoid the occurrence of the parasite shunting phenomenon by setting the interface fixed charge density Qf to a negative value, the alumina is a solar cell. However, it is necessary to deposit using a special method such as ALD (Atomic Layer Deposition). In general, the deposition rate of alumina by ALD is extremely slow, so the throughput is low and it is not suitable for mass production as a passivation film.

かかる問題点に鑑みて、本願発明者は、裏面パッシベーション型太陽電池の性能向上を鋭意検討した結果、p型半導体層とその表面上に形成される絶縁膜との界面における界面固定電荷密度Qを所定の数値範囲内とすることにより、パラサイティックシャンティング現象の発生を抑制することができることを見出した。 In view of such a problem, the present inventor has intensively studied the performance improvement of the back surface passivation type solar cell, and as a result, the interface fixed charge density Q f at the interface between the p-type semiconductor layer and the insulating film formed on the surface thereof. It has been found that the occurrence of the parasite shunting phenomenon can be suppressed by setting the value within a predetermined numerical range.

上記の問題点に鑑み、本発明は、パラサイティックシャンティング現象の発生を抑制し、良好な特性を実現する太陽電池を提供することを目的としている。   In view of the above-described problems, an object of the present invention is to provide a solar cell that suppresses the occurrence of a parasite shunting phenomenon and realizes good characteristics.

本発明に係る太陽電池は、上記の課題を解決するために、pn接合を有し、光電変換素子を構成する太陽電池であって、光受光側とは反対側のp型半導体層の表面上に絶縁膜と裏面電極とが形成されているとともに、前記p型半導体層と前記絶縁膜との界面における界面固定電荷密度Qの値が、2e11cm−2≦Q≦4e12cm−2の範囲内であることを特徴としている。 In order to solve the above problems, a solar cell according to the present invention is a solar cell having a pn junction and constituting a photoelectric conversion element, on the surface of a p-type semiconductor layer opposite to the light receiving side And an interface fixed charge density Q f at the interface between the p-type semiconductor layer and the insulating film is in the range of 2e11 cm −2 ≦ Q f ≦ 4e12 cm −2 . It is characterized by being.

上記の構成によれば、p型半導体層とその表面上に形成される絶縁膜との界面における界面固定電荷密度Qの上限値が、4e12cm−2となっていることから、裏面電極と絶縁膜との相互作用によって生じるパラサイティックシャンティング現象の発生が回避される一方、また、界面固定電荷密度Qの下限値が、2e11cm−2となっていることからフィールドパッシベーション効果が的確に反映されることになる。 According to the above configuration, since the upper limit value of the interface fixed charge density Q f at the interface between the p-type semiconductor layer and the insulating film formed on the surface thereof is 4e12 cm −2 , it is insulated from the back electrode. one generation of para Sai tick shunting phenomenon caused by the interaction of the membrane is avoided, also, the lower limit value of the surfactant fixed charge density Q f is the field passivation effect can accurately reflect the fact that a 2E11cm -2 Will be.

これにより、良好な諸特性を有する太陽電池を実現することができる。   Thereby, the solar cell which has a favorable various characteristic is realizable.

本発明に係る太陽電池は、上記の課題を解決するために、絶縁膜の膜材料は、SiNxであることを特徴としている。   In order to solve the above problems, the solar cell according to the present invention is characterized in that the film material of the insulating film is SiNx.

上記の構成によれば、取り扱いが簡便でパッシベーション膜材料として広く用いられてきたSiNxを採用しながら、パラサイティックシャンティング現象の発生回避とフィールドパッシベーション効果の反映とが的確に実現されることになる。   According to the above configuration, the SiNx that is easy to handle and widely used as a passivation film material can be used, and the occurrence of the parasite shunting phenomenon and the reflection of the field passivation effect can be accurately realized. Become.

これにより、従来の製造プロセスを大きく変更することなく、良好な諸特性を有する太陽電池を簡便に実現することができる。   Thereby, the solar cell which has a favorable characteristic can be simply implement | achieved, without changing the conventional manufacturing process largely.

裏面パッシベーション型太陽電池において、界面固定電荷密度Qの値が、2e11cm−2≦Q≦4e12cm−2の範囲内であることによって、パラサイティックシャンティング現象の発生を回避しながら、フィールドパッシベーション効果による良好な諸特性を実現することができるという効果を奏する。 In the back-side passivation type solar cell, the value of the interface fixed charge density Q f is in the range of 2e11 cm −2 ≦ Q f ≦ 4e12 cm −2 , thereby avoiding the occurrence of the parasite shunting phenomenon and the field passivation There is an effect that various characteristics due to the effect can be realized.

本発明における太陽電池における界面固定電荷密度の好適範囲を模式的に示すグラフである。It is a graph which shows typically the suitable range of the interface fixed charge density in the solar cell in the present invention. 数値モデル計算に用いた太陽電池のモデル構造を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the model structure of the solar cell used for numerical model calculation. 界面固定電荷密度Qを変化させたときの太陽電池の諸特性計算結果を示すグラフであり、(a)は、界面固定電荷密度Qと開放電圧(VOC)との関係、同図(b)は、界面固定電荷密度Qと短絡電流密度(JSC)との関係、同図(c)は、界面固定電荷密度Qと曲線因子(FF)との関係、同図(d)は、界面固定電荷密度Qと光電変換効率(EFF)との関係を示している。Is a graph showing the characteristics calculation result of the solar cell when changing the interfacial fixed charge density Q f, (a) shows the relationship between the interfacial fixed charge density Q f and the open-circuit voltage (V OC), FIG ( b) is the relationship between the interface fixed charge density Q f and the short-circuit current density (J SC ), and FIG. 10C is the relationship between the interface fixed charge density Q f and the fill factor (FF), FIG. Shows the relationship between the interface fixed charge density Q f and the photoelectric conversion efficiency (E FF ). 数値モデル計算において、界面固定電荷密度Qを正負に変化させたときの太陽電池の基板におけるエネルギーバンド図、および当該基板中での正孔密度および電子密度の変化の様子を示したグラフであり、(a)は、Q>0のときのエネルギーバンドおよびポテンシャル、(b)は、Q>0のときの様子、(c)は、Q<0のときのエネルギーバンドおよびポテンシャル、(d)は、Q<0のときの様子を示すものである。In numerical model calculation, it is the energy band figure in the board | substrate of a solar cell when changing interface fixed charge density Qf to positive / negative, and the graph which showed the mode of the change of the hole density and electron density in the said board | substrate. , (A) is an energy band and potential when Q f > 0, (b) is a state when Q f > 0, (c) is an energy band and potential when Q f <0, ( d) shows the situation when Q f <0. 数値モデル計算において、界面固定電荷密度Qを変化させたときの太陽電池の裏面界面近傍での正孔密度および電子密度の変化の様子を示したグラフである。In numerical model calculations, a hole density and the graph showing the manner of change in the electron density at the back surface near the interface of the solar cell at the time of changing the interfacial fixed charge density Q f. 数値モデル計算において、界面固定電荷密度Qを変化させたときの太陽電池の裏面界面近傍における表面再結合速度(SRV)の変化の様子を示したグラフである。In numerical model calculations is a graph showing a state of a change in the surface recombination velocity (SRV) on the rear surface near the interface of the solar cell when changing the interfacial fixed charge density Q f. =6e12cm−2のときの太陽電池の裏面電極近傍における電子電流の流れ(ベクトル)と電子電流の絶対値(コンター)を示した分布図である。Is a distribution diagram showing the absolute value of the electron current flows electron current (vector) (contours) in the back electrode vicinity of the solar cell when the Q f = 6e12cm -2. 太陽電池の裏面電極近傍におけるSRH再結合確率分布を示した分布図であり、(a)は、Q=6e12cm−2のときの様子、(b)は、Q=1e12cm−2の様子を示すものである。A distribution diagram showing the SRH recombination probability distribution in the back electrode vicinity of the solar cell, (a) shows the, state when the Q f = 6e12cm -2, the state of (b) is Q f = 1E12 cm -2 It is shown. 本発明に係る太陽電池の製造方法における前半の工程を順に示す工程図である。It is process drawing which shows the process of the first half in the manufacturing method of the solar cell which concerns on this invention in order. 上記製造方法における後半の工程を順に示す工程図である。It is process drawing which shows the process of the latter half in the said manufacturing method in order. 裏面パッシベーション型太陽電池の構造例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structural example of a back surface passivation type solar cell. 図11の構造例におけるパッシベーション膜と電極部分との接触領域を拡大して示す模式図である。FIG. 12 is a schematic diagram showing an enlargement of a contact region between a passivation film and an electrode portion in the structural example of FIG. 11.

以下、本発明の実施の形態について、図1〜図10に基づいて詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to FIGS.

〔1.本発明に係る太陽電池の特徴点〕
以下に示す考察により、本願発明者は、裏面パッシベーション型太陽電池の諸特性を良好なものとするために、p型シリコン基板とパッシベーション膜との界面における界面固定電荷密度Qの値を、2e11cm−2≦Q≦4e12cm−2とするように設計することが好ましいことを見出した。なお、2e11は、2×1011を表し、4e12は、4×1012を表している。
[1. Features of the solar cell according to the present invention]
Based on the following considerations, the present inventor has determined the value of the interface fixed charge density Q f at the interface between the p-type silicon substrate and the passivation film to be 2e11 cm in order to improve various characteristics of the back surface passivation type solar cell. It has been found that it is preferable to design such that −2 ≦ Q f ≦ 4e12 cm −2 . Note that 2e11 represents 2 × 10 11 and 4e12 represents 4 × 10 12 .

この界面固定電荷密度Qの好適範囲を模式的に図示すると、図1のようになる。 When the preferred range of the interface fixed charge density Q f shown schematically, it is shown in Figure 1.

同図に示すように、界面固定電荷密度Qが4e12cm−2より大きくなるとパラサイティックシャンティング現象による電極近傍での再結合増加により、裏面パッシベーション型太陽電池の諸特性(図1では、代表的な諸特性として光電変換効率EFFを図示した)が劣化する一方、界面固定電荷密度Qが2e11cm−2より小さくなるとフィールドパッシベーション効果増加による再結合速度SRVの改善効果が十分に得られないので、2e11cm−2≦Q≦4e12cm−2の数値範囲が好ましい適正な範囲となる。 As shown in the figure, when the interface fixed charge density Q f is larger than 4e12 cm −2 , various characteristics of the back surface passivation type solar cell (represented in FIG. illustrating the photoelectric conversion efficiency E FF) is while degradation, improvement in recombination rate SRV can not be sufficiently obtained by field passivation effect increases when the interface fixed charge density Q f is smaller than 2E11cm -2 as specific properties Therefore, the numerical range of 2e11 cm −2 ≦ Q f ≦ 4e12 cm −2 is a preferable appropriate range.

本発明に係る裏面パッシベーション型太陽電池によれば、裏面パッシベーション型太陽電池において、パラサイティックシャンティング現象の発生を回避しながら、フィールドパッシベーション効果による良好な諸特性を実現することができるという効果を奏する。   According to the back surface passivation type solar cell of the present invention, in the back surface passivation type solar cell, it is possible to realize various characteristics due to the field passivation effect while avoiding the occurrence of the parasaimatic shunting phenomenon. Play.

〔2.数値モデル計算による界面固定電荷密度の好適化設計〕
次に、本願発明者が、数値モデル計算により、太陽電池のp型シリコン基板とパッシベーション膜との界面における界面固定電荷密度Qの上記好適範囲を導出した詳細な手順について説明する。
[2. Optimization design of interface fixed charge density by numerical model calculation)
Then, the present inventors have found by numerical model calculations, the detailed procedure to derive the above preferred range of surface fixed charge density Q f at the interface between the p-type silicon substrate and the passivation film of a solar cell.

前述のように、パッシベーション膜と裏面の電極部分との接触領域では、電子および正孔が高密度に混在し、さらには不正準位密度の高い領域が生じるために、正孔および電子が再結合することによるキャリア損失(パラサイティックシャンティング現象)が生じる。   As described above, in the contact region between the passivation film and the electrode portion on the back surface, electrons and holes are mixed in a high density, and a region with a high illegal level density is generated. Causes carrier loss (parasite shunting phenomenon).

ここで、パッシベーション膜の膜材料として、例えば一般的なSiNxを用いる場合には、パッシベーション膜とp型シリコン基板との界面に存在する界面固定電荷密度Qは負にはならないことが一般に知られているが、このような正の界面固定電荷を有する膜材料を採用する場合に界面固定電荷密度Qをどのような値とすれば、パラサイティックシャンティング現象の発生を回避することができるのかについては知られていない。 Here, as the film material of the passivation film, when used, for example a general SiNx, the surfactant fixed charge density Q f at the interface between the passivation film and the p-type silicon substrate is known that in general to negatively not However, when a film material having such a positive interface fixed charge is adopted, what value the interface fixed charge density Q f can be set to avoid the occurrence of the parasite shunting phenomenon. It is not known about.

そこで、本願発明者は、コンピュータを用いた数値モデル計算により、現実的な設計のもとで界面固定電荷密度Qを変化させた場合、どのような界面固定電荷密度Qにおいて、太陽電池のパラサイティックシャンティング現象は発生するのか、仮にパラサイティックシャンティング現象が発生した場合、結果として、太陽電池の諸特性がどの程度劣化するのかを検証した。 Therefore, the present inventor has a numerical model calculations using a computer, when changing the interfacial fixed charge density Q f under realistic design, in any interface fixed charge density Q f, solar cells We examined whether the characteristics of the solar cell deteriorated as a result of the occurrence of the parasite shunting phenomenon.

〔2−1.数値モデル計算の具体的手法〕
数値モデル計算の基本原理は、基板内部のキャリア輸送を支配するポアソン方程式と電流連続式とを基本に、太陽光の吸収によって励起されるキャリアの発生率とキャリアの消滅速度とを生成消滅項に入れた基本方程式を解くことにある。数値モデル計算を実行するためには、この基本方程式を線形化した後に離散化を行い、数値計算可能な連立方程式とする。連立方程式を解くことで、デバイス内部の電位分布とキャリア密度分布が得られて電極間に流れる電流を求めることが可能となる。
[2-1. (Specific method of numerical model calculation)
The basic principle of the numerical model calculation is based on the Poisson equation that governs carrier transport inside the substrate and the current continuity formula. The solution is to solve the basic equation. In order to execute the numerical model calculation, the basic equation is linearized and then discretized to obtain simultaneous equations that can be numerically calculated. By solving the simultaneous equations, the potential distribution and carrier density distribution inside the device can be obtained, and the current flowing between the electrodes can be obtained.

本実施形態においては、pn接合を有した光電変換素子の1形態である裏面パッシベーション型太陽電池の数値モデル計算用構造として、図2に示す太陽電池10のモデル構造を採用した。同図において、太陽電池10の表面側(光入射側)においては、p型シリコン基板31の表面にn層32が形成される一方、太陽電池10の裏面側においては、裏面電極形成部33の直下にP+層34が形成されており、n層32の表面を被覆するように表面パッシベーション膜としての機能も有する反射防止膜35、p型シリコン基板31ないしP+層34の一部の表面を被覆するように裏面パッシベーション膜36が形成されている。これにより、P+層34と、裏面パッシベーション膜36中の正電荷によりn化したp型シリコン基板31との界面とが太陽電池10の裏面側の平面で接する構造となっている。   In the present embodiment, the model structure of the solar cell 10 shown in FIG. 2 is adopted as the structure for numerical model calculation of the back surface passivation type solar cell which is one form of the photoelectric conversion element having a pn junction. In the figure, an n layer 32 is formed on the surface of a p-type silicon substrate 31 on the surface side (light incident side) of the solar cell 10, while a back electrode forming portion 33 is formed on the back surface side of the solar cell 10. A P + layer 34 is formed immediately below, and an antireflection film 35 that also functions as a surface passivation film so as to cover the surface of the n layer 32, and covers a part of the surface of the p-type silicon substrate 31 to the P + layer 34. Thus, a back surface passivation film 36 is formed. As a result, the P + layer 34 and the interface between the p-type silicon substrate 31 and n-typed by the positive charge in the back surface passivation film 36 are in contact with the back surface of the solar cell 10.

さらに、反射防止膜35が除去された領域に電極層37が設けられ、裏面パッシベーション膜36が除去された領域に電極層33が設けられている。図中の電荷38は、p型シリコン基板31と裏面パッシベーション膜36との界面に固定的に存在する固定電荷の様子を模式的に示したものである。   Furthermore, an electrode layer 37 is provided in the region from which the antireflection film 35 has been removed, and an electrode layer 33 is provided in the region from which the back surface passivation film 36 has been removed. The charge 38 in the figure schematically shows the state of the fixed charge that is fixedly present at the interface between the p-type silicon substrate 31 and the back surface passivation film 36.

上記モデル構造について、数値計算を実行するにあたっては、キャリア移動について、裏面パッシベーション膜とp型シリコン基板との界面に平行な方向と同界面に垂直な方向との二方向への移動を考慮する必要が生じるため、二次元でキャリア移動を扱うことのできる汎用デバイスシミュレータ(例えば、シノプシス社製 Sentaurus)を用いた。   In performing the numerical calculation for the above model structure, it is necessary to consider the movement in two directions, the direction parallel to the interface between the back surface passivation film and the p-type silicon substrate, and the direction perpendicular to the interface for the carrier movement. Therefore, a general-purpose device simulator (for example, Sentaurus manufactured by Synopsys) that can handle carrier movement in two dimensions was used.

また、具体的な計算にあたっては、上記モデル構造に対応するように、基板厚さ、不純物濃度、電子ライフタイム、表面再結合速度、表面不純物濃度、裏面パッシベーション膜接触幅、太陽光のスペクトル・照度、表面反射率、表面内部反射率、裏面内部反射率、電極直下影損失などのパラメータを、実際の値として適切なものとなるように設定した。   In the specific calculation, the substrate thickness, impurity concentration, electron lifetime, surface recombination velocity, surface impurity concentration, backside passivation film contact width, solar spectrum / illuminance, and so on, corresponding to the above model structure. Parameters such as surface reflectance, surface internal reflectance, back surface internal reflectance, and shadow loss directly under the electrode were set to be appropriate as actual values.

ただし、上記各種パラメータのうち、太陽電池10の裏面側において隣り合う電極層33によって形成される1区画の幅(Wtot)については、200μmに設定し、数値モデル計算には、太陽電池構造の対称性に鑑みて、100μmを用いた。また、n層32を含むp型シリコン基板31の厚さについては、計算結果において裏面パッシベーション構造の影響を強く反映させるために比較的小さく50μmに設定した。   However, among the various parameters described above, the width (Wtot) of one section formed by the electrode layer 33 adjacent on the back surface side of the solar cell 10 is set to 200 μm, and the numerical model calculation uses the symmetry of the solar cell structure. In view of the properties, 100 μm was used. In addition, the thickness of the p-type silicon substrate 31 including the n layer 32 was set to a relatively small value of 50 μm in order to strongly reflect the influence of the back surface passivation structure in the calculation result.

〔2−2.界面固定電荷密度Qの好ましい下限値〕
まず、本願発明者が、数値モデル計算により、太陽電池1のp型シリコン基板31と裏面パッシベーション膜36との界面における界面固定電荷密度Qの上記好適範囲のうち、好ましい下限値を導出した手順について、図3〜図6を参照しながら説明する。
[2-2. The preferable lower limit value of the surfactant fixed charge density Q f]
First, the present inventors have found by numerical model calculations, of the above preferred ranges of surface fixed charge density Q f at the interface between the p-type silicon substrate 31 and the back passivation film 36 of the solar cell 1, to derive the preferred lower limit value procedures Will be described with reference to FIGS.

図3(a)〜(d)は、数値モデル計算において、裏面パッシベーション膜36とp型シリコン基板31との界面に存在する界面固定電荷密度Qを、−1e12cm−2≦Q≦+5e13cm−2の範囲で変化させたときの太陽電池10の諸特性について、計算結果を示したグラフである。 3A to 3D show the interface fixed charge density Q f existing at the interface between the back surface passivation film 36 and the p-type silicon substrate 31 in the numerical model calculation, −1e12 cm −2 ≦ Q f ≦ + 5 e13 cm −. It is the graph which showed the calculation result about the various characteristics of the solar cell 10 when it changed in the range of 2. FIG.

具体的には、同図(a)は、界面固定電荷密度Qと開放電圧(VOC)との関係、同図(b)は、界面固定電荷密度Qと短絡電流密度(JSC)との関係、同図(c)は、界面固定電荷密度Qと曲線因子(FF)との関係、同図(d)は、界面固定電荷密度Qと光電変換効率(EFF)との関係を示している。なお、上記諸特性のうち、開放電圧とは、光照射時に於いて端子を開放した時の出力電圧を指し、短絡電流密度とは、光照射時に於いて端子を短絡した時の電流を有効受光面積で割ったものを指している。 Specifically, FIG. 10A shows the relationship between the interface fixed charge density Q f and the open circuit voltage (V OC ), and FIG. 10B shows the interface fixed charge density Q f and the short-circuit current density (J SC ). (C) shows the relationship between the interface fixed charge density Qf and the fill factor (FF), and (d) shows the relationship between the interface fixed charge density Qf and the photoelectric conversion efficiency ( EFF ). Showing the relationship. Of the above characteristics, the open circuit voltage refers to the output voltage when the terminal is opened during light irradiation, and the short circuit current density refers to the effective light reception when the terminal is shorted during light irradiation. It is the one divided by the area.

図3(a)〜(d)のグラフを参照すると、いずれの諸特性についても、界面固定電荷密度Qが負の領域(Q<0)では、比較的単純な振る舞いをするのに対して、界面固定電荷密度Qが正の領域(Q>0)では、非常に複雑な振る舞いを示すことがわかる。 Referring to the graphs of FIGS. 3 (a) to 3 (d), for all the characteristics, in the region where the interface fixed charge density Qf is negative ( Qf <0), the behavior is relatively simple. Thus, it can be seen that in the region where the interface fixed charge density Q f is positive (Q f > 0), very complicated behavior is exhibited.

具体的には、界面固定電荷密度Qの絶対値が比較的小さい領域に着目すると、界面固定電荷密度Qが負の領域では、界面固定電荷密度Qの絶対値の増加と共に諸特性VOC、JSC、FF、EFFが概ね増加するのに対して、界面固定電荷密度Qが正の領域では、界面固定電荷密度Qの絶対値の増加と共に諸特性VOC、JSC、FF、EFFは減少し、Q=1e11cm−2のとき極小値をとって、さらに界面固定電荷密度Qの絶対値を増やしていくと、諸特性VOC、JSC、FF、EFFは増加して、Q=1e12cm−2のとき極大値をとり、さらに、界面固定電荷密度Qの絶対値を増やしていくと、諸特性VOC、JSC、FF、EFFは急激に減少する。 Specifically, when the absolute value of the surfactant fixed charge density Q f is focused on a relatively small area at the interface fixed charge density Q f is negative region, properties with an increase in the absolute value of the surfactant fixed charge density Q f V OC, J SC, FF, whereas E FF increases largely at the interface fixed charge density Q f is positive region, properties V OC with an increase in the absolute value of the surfactant fixed charge density Q f, J SC, FF and E FF decrease. When Q f = 1e11 cm −2 , the minimum value is obtained, and when the absolute value of the interface fixed charge density Q f is further increased, various characteristics V OC , J SC , FF, E FF When Q f = 1e12 cm −2 , the maximum value is obtained, and when the absolute value of the interface fixed charge density Q f is further increased, the characteristics V OC , J SC , FF, and E FF rapidly increase. Decrease.

上記傾向の原因を考えるために、太陽電池10の裏面界面近傍(〜50μm)における諸パラメーターを計算した。図4(a)(c)は、p型シリコン基板31の厚み方向に沿ったエネルギーバンド図である。同グラフの横軸は、基板厚み方向の変位、縦軸はエネルギー準位の変化を示しており、各グラフの横軸右端部における50μmの位置は、図2におけるp型シリコン基板31の裏面界面に対応している。   In order to consider the cause of the above tendency, various parameters in the vicinity of the back surface interface (˜50 μm) of the solar cell 10 were calculated. 4A and 4C are energy band diagrams along the thickness direction of the p-type silicon substrate 31. FIG. The horizontal axis of the graph shows the displacement in the substrate thickness direction, and the vertical axis shows the change in energy level. The position of 50 μm at the right end of the horizontal axis of each graph is the back surface interface of the p-type silicon substrate 31 in FIG. It corresponds to.

界面固定電荷密度Qが正のとき(Q>0)、図4(a)に示すように、伝導帯端(Conduction band Edge)エネルギーEcおよび価電子帯端(Valence band Edge)エネルギーEvは、裏面界面において、低準位側へ曲げられる。なお、このときのポテンシャルは、裏面界面において、高準位側へ曲げられる。 When the interface fixed charge density Q f is positive (Q f > 0), as shown in FIG. 4A, the conduction band edge energy Ec and the valence band edge energy Ev are In the back surface interface, it is bent to the low level side. Note that the potential at this time is bent toward the high level side at the back surface interface.

一方、界面固定電荷密度Qが負のとき(Q<0)、図4(c)に示すように、伝導帯端エネルギーEcおよび価電子帯端エネルギーEvは、裏面界面において、上記とは逆に、高準位側へ曲げられる。なお、このときのポテンシャルは、裏面界面において、低準位側へ曲げられる。 On the other hand, when the interface fixed charge density Q f is negative (Q f <0), as shown in FIG. 4C, the conduction band edge energy Ec and the valence band edge energy Ev are Conversely, it is bent toward the high level side. Note that the potential at this time is bent toward the lower level at the back surface interface.

上記のような裏面界面におけるポテンシャル変化を吸収し、シリコン基板内部にポテンシャル変化を伝えないようにするように、裏面界面近傍(〜50μm)の電荷が移動する。   The charge in the vicinity of the back surface interface (˜50 μm) moves so as to absorb the potential change at the back surface interface and not transmit the potential change to the inside of the silicon substrate.

図4(b)(d)は、上記裏面界面に存在する界面固定電荷密度Qを変化させたときの、太陽電池10のp型シリコン基板31の裏面界面近傍(〜50μm)での正孔密度および電子密度の変化の様子を示したグラフである。 FIGS. 4B and 4D show the holes in the vicinity of the back surface interface (˜50 μm) of the p-type silicon substrate 31 of the solar cell 10 when the interface fixed charge density Q f existing at the back surface interface is changed. It is the graph which showed the mode of the change of a density and an electron density.

図4(b)(d)によると、太陽電池10の裏面界面近傍(〜50μm)での正孔密度および電子密度は、界面固定電荷密度Qが正のとき(Q>0)、界面近傍では、正孔は排斥されてその密度が減少し、逆に電子の密度が高くなる。これに対して、界面固定電荷密度Qが負のとき(Q<0)、界面近傍では電子は排斥されてその密度が減少し、逆に正孔の密度が高くなる。 According to FIGS. 4B and 4D, the hole density and electron density in the vicinity of the back surface interface (˜50 μm) of the solar cell 10 are obtained when the interface fixed charge density Q f is positive (Q f > 0). In the vicinity, holes are eliminated and their density decreases, and conversely, the electron density increases. On the other hand, when the interface fixed charge density Q f is negative (Q f <0), electrons are rejected in the vicinity of the interface and the density decreases, and conversely, the hole density increases.

図5は、上記数値モデル計算において、界面固定電荷密度Qを変化させたときの太陽電池10の裏面界面近傍での正孔密度および電子密度の変化の様子を示したグラフである。そして図6は、界面固定電荷密度Qを変化させたときの太陽電池10の裏面界面近傍における表面再結合速度(SRV)の変化の様子を示したグラフである。 FIG. 5 is a graph showing how the hole density and the electron density change in the vicinity of the back surface interface of the solar cell 10 when the interface fixed charge density Qf is changed in the numerical model calculation. And Figure 6 is a graph showing a state of a change in the surface recombination velocity (SRV) on the rear surface near the interface of the solar cell 10 in the case of changing the interfacial fixed charge density Q f.

図5に示すように、正であれ負であれQの絶対値が大きくなったときには、正孔と電子の密度差は拡大する。この密度差の存在により両者の密度積は小さくなる。これは正孔と電子が再結合する確率、即ち裏面界面における再結合速度を減少させる。実際に図6を見ると、Qの絶対値が大きくなったときに再結合速度が減少している、即ち界面特性が改善していることが判る。 As shown in FIG. 5, when the absolute value of the long Q f is negative there be positive becomes large, the density difference between the holes and electrons to expand. Due to the presence of this density difference, the density product of both becomes small. This reduces the probability of recombination of holes and electrons, i.e. the recombination rate at the back interface. In fact to Figure 6, the recombination rate when the absolute value of Q f is increased is reduced, i.e., it can be seen that the interface characteristics are improved.

逆に裏面界面における正孔と電子の密度が近い値になったとき再結合速度は増加する。これは、正孔と電子が再結合する確率が相対的に増えるからである。図5を見ると、裏面界面における正孔と電子の密度がQ=1e11cm−2において同程度となるが、図6では、実際に、そのときに再結合速度が最大値となっていること、即ち界面特性が劣化していることが示されている。 Conversely, the recombination rate increases when the density of holes and electrons at the back interface becomes close. This is because the probability of recombination of holes and electrons is relatively increased. As shown in FIG. 5, the density of holes and electrons at the back surface interface is approximately the same at Q f = 1e11 cm −2 , but in FIG. 6, the recombination velocity is actually the maximum value at that time. That is, it is shown that the interface characteristics are deteriorated.

このように、上記計算結果からは、太陽電池10の界面固定電荷密度Qの絶対値を大きくすれば、表面再結合速度(SRV)を減少させてキャリア損失を低減し、諸特性を良好なものとすることが理解される。 Thus, from the above calculation results, a by increasing the absolute value of the interface fixed charge density Q f of the solar cell 10, to reduce the surface recombination velocity (SRV) to reduce carrier loss, the characteristics good It is understood that

図5および図6に示した計算結果に基づいて、本願発明者は、表面再結合速度(SRV)を十分に減少させて、フィールドパッシベーション効果を太陽電池特性に反映させるためには、正の界面固定電荷密度Qの好ましい下限値として、2e11cm−2が適切であり、より好ましくは3e11cm−2が適切であり、更に好ましくは4e11cm−2が適切であると考察した。 Based on the calculation results shown in FIG. 5 and FIG. 6, the present inventor has made a positive interface to sufficiently reduce the surface recombination velocity (SRV) and reflect the field passivation effect on the solar cell characteristics. preferred lower limit value of the fixed charge density Q f, 2e11cm -2 are suitable, more preferably from appropriate 3E11cm -2, more preferably discussed with 4E11cm -2 is appropriate.

〔2−3.界面固定電荷密度Qの好ましい上限値〕
次に、本願発明者が、数値モデル計算により、太陽電池1のp型シリコン基板31とパッシベーション膜36との界面における界面固定電荷密度Qの上記好適範囲のうち、好ましい上限値を導出した手順について、図3、図7〜図8を参照しながら説明する。
[2-3. Preferred upper limit of the interface fixed charge density Q f]
Then, the present inventors have found by numerical model calculations, of the above preferred ranges of surface fixed charge density Q f at the interface between the p-type silicon substrate 31 and the passivation film 36 of the solar cell 1, to derive the preferred upper limit procedure Will be described with reference to FIGS. 3 and 7 to 8.

2−2で述べた知見からは、一見すると、界面固定電荷密度Qが高いほど再結合速度が減少するので太陽電池特性にも良い効果が現れると考えられがちである。しかし、前述の図3(a)〜(d)を参照すると、界面固定電荷密度Q>2e12cm−2の領域においては、太陽電池10の諸特性VOC、JSC、FF、EFFは急激に劣化することがわかる。この太陽電池特性の急激な低下は、2−2で述べた正孔と電子の密度差に基づくフィールドパッシベーションの理屈では説明できない。 From the findings described in 2-2, at first glance, it tend considered good effect on solar cell characteristics appear because recombination rate is reduced the higher the interfacial fixed charge density Q f. However, referring to FIGS. 3A to 3D described above, in the region where the interface fixed charge density Q f > 2e12 cm −2 , the characteristics V OC , J SC , FF, and E FF of the solar cell 10 are abrupt. It turns out that it deteriorates. This rapid decrease in solar cell characteristics cannot be explained by the theory of field passivation based on the density difference between holes and electrons described in 2-2.

これを説明するため、前述のパラサイティックシャンティングの概念を導入する。Q(>0)が大きくなると裏面界面に電子密度が高い反転層87(図11参照)が出現し、この事実は次の2つの効果を生む。この2つの効果の相互作用によりパラサイティックシャンティングが生じることは前述のとおりである。
(1)裏面界面における電子の横方向への移動が容易になる。
(2)裏面電極とパッシベーション膜との接触領域で電子密度の増加を招く。
In order to explain this, the concept of the above-mentioned parasaimatic shunting is introduced. When Q f (> 0) increases, an inversion layer 87 (see FIG. 11) having a high electron density appears at the back surface interface, and this fact produces the following two effects. As described above, the interaction between these two effects causes parasite shunting.
(1) The movement of electrons in the lateral direction at the back interface is facilitated.
(2) The electron density is increased in the contact region between the back electrode and the passivation film.

これら2つの効果を個別に数値計算により検証する。図7は、パラサイティックシャンティングが生じているために、太陽電池特性の低下が見られるQ=6e12cm−2のとき、太陽電池10裏面の電極層33(図2参照)近傍における電子電流の流れ(ベクトル)と電子電流の絶対値(コンター:Acm−2)とを示した分布図である。図中の矢印は電子の向きを意味している。 These two effects are individually verified by numerical calculation. FIG. 7 shows the electron current in the vicinity of the electrode layer 33 on the back surface of the solar cell 10 (see FIG. 2) when Q f = 6e12 cm −2 where the degradation of the solar cell characteristics is observed due to the occurrence of parasite shunting. It is the distribution map which showed the flow (vector) and the absolute value (contour: Acm <-2 >) of an electronic current. The arrow in the figure means the direction of electrons.

なお、x=0は、図2に示す電極層33(裏面電極)の中心で、電極層33の端部とパッシベーション膜36との接点はx=10μmの位置である。y軸は太陽電池10の厚み方向を示しており、y=50の位置はp型シリコン基板31の裏面の位置に相当する。色分布の示す値は電子電流密度であり、Acm−2の次元を持っている。 Note that x = 0 is the center of the electrode layer 33 (back electrode) shown in FIG. 2, and the contact point between the end of the electrode layer 33 and the passivation film 36 is at a position x = 10 μm. The y axis indicates the thickness direction of the solar cell 10, and the position of y = 50 corresponds to the position of the back surface of the p-type silicon substrate 31. The value indicated by the color distribution is the electron current density and has a dimension of Acm −2 .

図7において、x>15μmの領域では、裏面パッシベーション膜36に向かって電子が流入する様子が現れている。この電流のうち一部は、裏面パッシベーション膜36において正孔と再結合を起こして消滅するが、消滅せずに残る大部分の電流は、セル裏面近傍のごく薄い部分である反転層を電極に向かって図中横方向に流れることになる。   In FIG. 7, in a region where x> 15 μm, a state in which electrons flow toward the back surface passivation film 36 appears. A part of this current disappears due to recombination with holes in the back surface passivation film 36, but most of the current that remains without disappearing is applied to the inversion layer, which is a very thin portion near the back surface of the cell, as an electrode. It will flow in the horizontal direction in the figure.

同図において、上記のような電流の様子は、裏面パッシベーション膜36とp型シリコン基板31(図2参照)との界面に存在する、x<0方向の大きな矢印として表されており、電子がx<0方向すなわち電極に向かっていることを示している。このように、上記効果(1)が実際に生じていることが示された。   In the figure, the state of the current as described above is represented as a large arrow in the x <0 direction, which exists at the interface between the back surface passivation film 36 and the p-type silicon substrate 31 (see FIG. 2). x <0 direction, that is, toward the electrode. Thus, it was shown that the above effect (1) actually occurs.

このような電子の流れは、電極近傍に達し、P+層34(図2参照)とパッシベーション膜36とに挟まれた領域において、正孔と再結合して消滅するものと推測された。この推測を検証するために、Q=6e12cm−2のときの裏面電極近傍におけるSRH再結合確率(cm−3−1)の分布図が図8(a)である。x軸およびy軸の定義は図7と同じである。同図(a)における10μm<x<12μmの領域では、電子の流れが、電極近傍に達し、P+層34と裏面パッシベーション膜36とに挟まれた領域において正孔と再結合して消滅するとの推測通り、正孔との再結合速度が著しく増加して、SRH再結合確率が1.0E+20(cm−3−1)に近づき、電子の吸収端となっていることがわかる。このように、上記効果(2)が実際に生じていることが示された。 It was assumed that such an electron flow reaches the vicinity of the electrode and disappears by recombination with holes in a region sandwiched between the P + layer 34 (see FIG. 2) and the passivation film 36. To verify this assumption, the distribution diagram of SRH recombination probability in the back electrode near the time of Q f = 6e12cm -2 (cm -3 s -1) is shown in FIG 8 (a). The definition of the x-axis and the y-axis is the same as in FIG. In the region of 10 μm <x <12 μm in FIG. 9A, the electron flow reaches the vicinity of the electrode and recombines with holes in the region sandwiched between the P + layer 34 and the back surface passivation film 36 and disappears. As can be seen, the recombination velocity with holes increases remarkably, and the SRH recombination probability approaches 1.0E + 20 (cm −3 s −1 ), which is the electron absorption edge. Thus, it was shown that the effect (2) actually occurs.

この吸収端では、電子が大量に消滅するので、その消滅分に釣り合うだけの電子が、裏面パッシベーション膜36とp型シリコン基板31との界面における電子の横方向輸送によって供給されることになる。以上のように、これら2つの計算結果は、パラサイティックシャンティング現象の発生を示すものであると考えられる。   Since a large amount of electrons disappear at the absorption edge, electrons that are commensurate with the disappearance are supplied by the lateral transport of electrons at the interface between the back surface passivation film 36 and the p-type silicon substrate 31. As described above, these two calculation results are considered to indicate the occurrence of the parapsychic shunting phenomenon.

これに対して、諸特性の劣化が見られなかった領域(図3参照)のうち、Q=1e12cm−2における再結合の様子を示す分布図が図8(b)である。 On the other hand, FIG. 8B is a distribution diagram showing the state of recombination at Q f = 1e12 cm −2 in the region where the deterioration of various characteristics was not observed (see FIG. 3).

図8(b)においては、同図(a)において見られたような電子の吸収端、すなわち電極近傍での再結合増大領域は存在せず、パラサイティックシャンティング現象は発生していないことがわかる。   In FIG. 8 (b), there is no electron absorption edge as seen in FIG. 8 (a), that is, no recombination increasing region near the electrode, and no parasite shunting phenomenon has occurred. I understand.

このように、太陽電池10における諸特性の計算結果(図3参照)と、図7および図8(a)(b)の分布図とを対比することにより、上記諸特性VOC、JSC、FF、EFFの劣化とパラサイティックシャンティング現象の発生との間に相関関係が存在することを確認することができた。 Thus, by comparing the calculation results of various characteristics in the solar cell 10 (see FIG. 3) with the distribution diagrams of FIGS. 7 and 8A and 8B, the above characteristics V OC , J SC , It has been confirmed that there is a correlation between the deterioration of FF and EFF and the occurrence of the parasite shunting phenomenon.

すなわち、界面固定電荷密度Qが大きくなると、パラサイティックシャンティング現象の発生が顕著になり、太陽電池10の諸特性の劣化に大きく影響を与えるようになると考えられるので、同現象の発生を回避して太陽電池10の諸特性を良好なものとするためには、界面固定電荷密度Qを所定値以下とすることが好ましいことがわかる。 That is, when the interface fixed charge density Qf is increased, the occurrence of the parasitic shunting phenomenon becomes conspicuous, and it is considered that the deterioration of various characteristics of the solar cell 10 is greatly affected. to avoid to be made good the characteristics of the solar cell 10, it can be seen that it is preferable that the interfacial fixed charge density Q f equal to or less than a predetermined value.

図3に示した計算結果に基づいて考察すると、パラサイティックシャンティング現象の発生が顕著になり、太陽電池の諸特性を大きく劣化させるようになるのは、Q>4e12cm−2の領域であると考えられる。そこで、本願発明者は、パラサイティックシャンティング現象の発生を回避して、太陽電池の諸特性を良好なものとするためには、界面固定電荷密度Qの好ましい上限値として、4e12cm−2が適切であり、より好ましくは3e12cm−2が適切であり、更に好ましくは2e12cm−2が適切であると判断した。
〔2−4.好適範囲のまとめ〕
以上のように、本願発明者は、太陽電池10の諸特性を良好なものとするために、パッシベーション膜36とp型シリコン基板2との界面における界面固定電荷密度Qの値を、2e11cm−2≦Q≦4e12cm−2とするように設計することが好ましいことを見出した。
Considering based on the calculation results shown in FIG. 3, the occurrence of the parasite shunt phenomenon becomes remarkable, and the characteristics of the solar cell are greatly deteriorated in the region of Q f > 4e12 cm −2 . It is believed that there is. Therefore, the inventor of the present application avoids the occurrence of the parasitic shunting phenomenon, and makes various characteristics of the solar cell favorable, so that a preferable upper limit value of the interface fixed charge density Q f is 4e12 cm −2. are suitable, more preferably 3E12cm -2 are suitable, more preferably it determines that 2E12cm -2 is appropriate.
[2-4. (Summary of preferred range)
As described above, the present inventors in order to make good characteristics of solar cell 10, the value of the interface fixed charge density Q f at the interface between the passivation film 36 and the p-type silicon substrate 2, 2e11cm - It has been found that it is preferable to design so that 2 ≦ Q f ≦ 4e12 cm −2 .

すなわち、界面固定電荷密度Qが4e12cm−2より大きくなるとパラサイティックシャンティング現象による電極部分近傍での再結合増加により、裏面パッシベーション型太陽電池の諸特性が劣化する一方、界面固定電荷密度Qが2e11cm−2より小さくなると大きくなるとフィールドパッシベーション効果増加による再結合速度の改善効果が十分に得られないので、2e11cm−2≦Q≦4e12cm−2の数値範囲が好ましい適正な範囲となる。 That is, when the interface fixed charge density Q f is larger than 4e12 cm −2 , various characteristics of the back surface passivation type solar cell are deteriorated due to an increase in recombination in the vicinity of the electrode portion due to the parasite shunt phenomenon, while the interface fixed charge density Q If f is smaller than 2e11 cm −2, the recombination rate is not sufficiently improved by increasing the field passivation effect. Therefore, the numerical range of 2e11 cm −2 ≦ Q f ≦ 4e12 cm −2 is a preferable appropriate range.

なお、界面固定電荷密度Qの下限値および上限値として、上記したより好ましい値、およびさらに好ましい値を任意に組み合わせて得られる範囲も、本発明の範囲内であることはいうまでもない。
〔3.製造プロセスの具体例〕
以下の説明は、本実施形態に係る太陽電池10の製造プロセス例を示すものである。
Incidentally, as a lower limit and an upper limit of the interface fixed charge density Q f, preferred than the above, and also the range obtained by any combination of more preferred values, it is needless to say that within the scope of the present invention.
[3. Specific example of manufacturing process)
The following description shows an example of a manufacturing process of the solar cell 10 according to the present embodiment.

図9に示すように、第一に、p型多結晶シリコン基板20(縦横10cm×10cm、厚さ200μm、抵抗率1Ωcm)を、RCA社が開発したRCA洗浄法で洗浄した。続いて、NaOH水溶液とイソプロピルアルコールとの混合液を用いて、液温約90℃でテクスチャエッチングを行うことによって、同図にS1として示すように、p型多結晶シリコン基板20(以下、シリコン基板20と略称する)の表面(受光面、光入射面)に高さ数μmの微小ピラミッド21を形成した。   As shown in FIG. 9, first, a p-type polycrystalline silicon substrate 20 (vertical and horizontal 10 cm × 10 cm, thickness 200 μm, resistivity 1 Ωcm) was cleaned by an RCA cleaning method developed by RCA. Subsequently, by performing texture etching using a mixed solution of NaOH aqueous solution and isopropyl alcohol at a liquid temperature of about 90 ° C., as shown as S1 in FIG. A micro pyramid 21 having a height of several μm was formed on the surface (abbreviated as 20) (light receiving surface, light incident surface).

なお、シリコン基板20は、多結晶シリコン基板にホウ素、アルミニウムまたはガリウムなどの3価元素を微量に加えることによって得られる。また、単結晶シリコンを用いたp型シリコン基板も、本発明の適用対象である。   The silicon substrate 20 is obtained by adding a trace amount of a trivalent element such as boron, aluminum, or gallium to a polycrystalline silicon substrate. A p-type silicon substrate using single crystal silicon is also an application target of the present invention.

また、上記テクスチャエッチングには、反応性イオンエッチング法を用いてもよい。シリコン基板の表面に微細凹凸構造を形成することによって、シリコン基板表面の光の反射を抑えることができるので、太陽電池10の光利用効率を上げることができる。   Moreover, you may use the reactive ion etching method for the said texture etching. By forming a fine concavo-convex structure on the surface of the silicon substrate, reflection of light on the surface of the silicon substrate can be suppressed, so that the light use efficiency of the solar cell 10 can be increased.

第二に、図9にS2として示すように、POClを含む高温気体中にシリコン基板20を置くことでリンを熱拡散させ、厚さ1.0μm、不純物濃度1.2×1020cm−3のn型シリコン層22,23を受光面側及び裏面側に形成した。熱拡散時のシリコン基板20の温度および拡散炉の温度は850℃とし、拡散時間を10分に設定した。 Second, as shown as S2 in FIG. 9, the silicon substrate 20 is placed in a high-temperature gas containing POCl 3 to thermally diffuse phosphorus, thereby having a thickness of 1.0 μm and an impurity concentration of 1.2 × 10 20 cm −. 3 n-type silicon layers 22 and 23 were formed on the light-receiving surface side and the back surface side. The temperature of the silicon substrate 20 and the temperature of the diffusion furnace during thermal diffusion were set to 850 ° C., and the diffusion time was set to 10 minutes.

なお、シリコン基板20の表面にリンを拡散させる方法として、例えば、POClを用いた上記の気相拡散法以外に、Pを用いた塗布拡散法、Pイオンを直接拡散させるイオン打ち込み法等がある。 As a method for diffusing phosphorus on the surface of the silicon substrate 20, for example, in addition to the above-mentioned vapor phase diffusion method using POCl 3 , a coating diffusion method using P 2 O 5 , ion implantation for directly diffusing P ions. There are laws.

第三に、図9にS3として示すように、プラズマCVD(化学気相堆積;Chemical Vapor Deposition)法によって、シリコン基板20の受光面側に、不活性化膜および反射防止膜としてSiNx膜24を80nm堆積した。   Third, as shown as S3 in FIG. 9, an SiNx film 24 as an inactive film and an antireflection film is formed on the light-receiving surface side of the silicon substrate 20 by plasma CVD (Chemical Vapor Deposition). Deposited 80 nm.

ここで、パッシベーション効果を奏する不活性化膜の機能を兼ねる反射防止膜としては、例えば、SiNx膜のほかに、酸化アルミニウム膜、酸化シリコン膜または酸化チタン膜などが用いられる。中でも、多結晶シリコン基板を用いた太陽電池の場合には、変換効率を向上させる観点から、水素を含むSiNを用いることが好ましい。   Here, as the antireflection film that also functions as an inactivating film exhibiting a passivation effect, for example, an aluminum oxide film, a silicon oxide film, a titanium oxide film, or the like is used in addition to the SiNx film. In particular, in the case of a solar cell using a polycrystalline silicon substrate, it is preferable to use SiN containing hydrogen from the viewpoint of improving the conversion efficiency.

また、反射防止膜を形成する方法として、上記プラズマCVD法のほかに、触媒CVD
法、常圧熱CVD法、減圧熱CVD法または光CVD法などのCVD法や、真空蒸着法またはスパッタリング法などのPVD(物理気相堆積;Physical Vapor Deposition)法を用いることができる。なお、反射防止膜としてSiNx膜を用いる場合には、膜厚を制御しやすい観点からプラズマCVD法が好ましい。
In addition to the plasma CVD method described above, as a method of forming an antireflection film, catalytic CVD
A CVD method such as an atmospheric pressure thermal CVD method, a low pressure thermal CVD method or a photo CVD method, or a PVD (Physical Vapor Deposition) method such as a vacuum evaporation method or a sputtering method can be used. In the case where a SiNx film is used as the antireflection film, the plasma CVD method is preferable from the viewpoint of easy control of the film thickness.

第四に、図9にS4として示すように、受光面に保護テープを貼り、硝酸:フッ酸=3:1の溶液に約4分間浸漬した。これにより、裏面に存在するn型シリコン層22が除去されるので、p型シリコン面が露出する。   Fourth, as shown as S4 in FIG. 9, a protective tape was applied to the light receiving surface, and immersed in a solution of nitric acid: hydrofluoric acid = 3: 1 for about 4 minutes. Thereby, the n-type silicon layer 22 existing on the back surface is removed, so that the p-type silicon surface is exposed.

第五に、図9にS5として示すように、プラズマCVD法を用いて、裏面にSiNx膜25を約100nm堆積した。本実施形態においては、多結晶シリコン基板を用いた太陽電池の場合には、変換効率を向上させる観点から、水素を含むSiNxを用いた。反射防止膜としてSiNx膜を用いる場合には、膜厚を制御しやすい観点からプラズマCVD法が好ましい。   Fifth, as shown as S5 in FIG. 9, a SiNx film 25 was deposited to a thickness of about 100 nm on the back surface using a plasma CVD method. In the present embodiment, in the case of a solar cell using a polycrystalline silicon substrate, SiNx containing hydrogen is used from the viewpoint of improving conversion efficiency. When a SiNx film is used as the antireflection film, the plasma CVD method is preferable from the viewpoint of easy control of the film thickness.

本実施形態のプラズマCVD法においては、SiNx膜25の形成に、希釈用ガスとしての窒素(N)の他、原料ガスとして、モノシラン(SiH)、アンモニア(NH)の2種類のガスを用いるが、この製膜時のプロセス条件を、当該絶縁膜とn型シリコン層22との界面における界面固定電荷密度Qの値を、前述のように、2e11cm−2≦Q≦4e12cm−2の数値範囲内となるように制御している。 In the plasma CVD method of the present embodiment, for forming the SiNx film 25, two types of gases, monosilane (SiH 4 ) and ammonia (NH 3 ), are used as source gases in addition to nitrogen (N 2 ) as a dilution gas. However, the process conditions at the time of the film formation are the same as the value of the interface fixed charge density Q f at the interface between the insulating film and the n-type silicon layer 22 as described above, 2e11 cm −2 ≦ Q f ≦ 4e12 cm −. It is controlled to be within the numerical range of 2 .

一般的に、界面固定電荷密度Qは、窒素を多く含む窒化シリコン膜とシリコンの界面においては小さく、シリコンを多く含む窒化シリコン膜とシリコンの界面においては増大することが知られている。界面固定電荷密度Qを制御する最も基本的且つ直感的理解のし易い方法は、上記絶縁膜形成段階において、プラズマを利用した気相成長法に用いるモノシラン(SiH)とアンモニア(NH)の流量比または混合比(SiH/NH)を変化させることにより、窒化シリコン膜の窒素とシリコンの組成比を変化させることである。これにより界面固定電荷密度Qの値を上記範囲内のものとなるように調整ないし制御できる。 Generally, the interface fixed charge density Q f is small in the interface between the silicon film and a silicon nitride containing a large amount of nitrogen, it is known to increase at the interface between the silicon film and silicon nitride containing a large amount of silicon. The most basic and intuitive method for controlling the interface fixed charge density Q f is monosilane (SiH 4 ) and ammonia (NH 3 ) used in the vapor phase growth method using plasma in the insulating film formation stage. The composition ratio of nitrogen and silicon in the silicon nitride film is changed by changing the flow ratio or the mixing ratio (SiH 4 / NH 3 ). Thus the value of the interface fixed charge density Q f can be adjusted or controlled so as to be within the above range.

また、上記方法の他に、プラズマを利用した気相成長時の圧力、RFパワー、放電ギャップ、基板温度を変える、さらに水素を原料ガスに添加することによっても上記組成比を変化させ、界面固定電荷密度Qの値を制御することができる。 In addition to the above method, the composition ratio is changed by changing the pressure, RF power, discharge gap, substrate temperature during vapor phase growth using plasma, and adding hydrogen to the source gas, thereby fixing the interface. it is possible to control the value of the charge density Q f.

また、窒化シリコン膜の製膜に先立ち、シリコン表面をアンモニア(NH)プラズマまたは酸素(O)プラズマまたはNOプラズマに暴露して、20nm以下の表面層を窒化又は酸化することによって、シリコン基板内部に異なる原子構造を作り込み、界面を形成することができる。このような方法によっても界面固定電荷密度Qの値を制御できることが知られている。特にこれらの方法は1011cm−2台の低いQの値を得ることができる方法として有望である。 Further, prior to the formation of the silicon nitride film, the silicon surface is exposed to ammonia (NH 3 ) plasma, oxygen (O 2 ) plasma, or N 2 O plasma, and a surface layer of 20 nm or less is nitrided or oxidized, Different atomic structures can be created inside the silicon substrate to form an interface. It is known that can control the value of the interface fixed charge density Q f by this method. In particular, these methods are promising as methods capable of obtaining a low Q f value of 10 11 cm −2 .

なお、上記の説明においては、反射防止膜としてSiNx膜を採用したが、本発明において採用する絶縁膜の種類はこれに限られるものではなく、SiO膜など他の膜材料を採用してもよい。 In the above description, the SiNx film is used as the antireflection film. However, the type of the insulating film used in the present invention is not limited to this, and other film materials such as a SiO 2 film may be used. Good.

上記の説明においては、界面固定電荷密度Qの値を制御する方法として、気相成長法に用いる混合ガスの流量比または混合比を変化させる方法を示したが、絶縁膜における界面固定電荷密度Qの値を制御する方法はこれに限られるものではなく、S6におけるアニール温度やアニール時間、アニール時の雰囲気設定など、他のプロセス条件を調整することにより、界面固定電荷密度Qの値が上記範囲に収まるようにしてもよい。また、このアニールは、SiNx膜25の形成後の他、形成時に行われてもよい。 In the above description, as a method for controlling the value of the interface fixed charge density Q f, although the method of changing the flow rate ratio or mixing ratio of the mixed gas used in the vapor deposition method, an interfacial fixed charge in the insulating film density how to control the value of Q f is not limited to this, the annealing temperature and annealing time in S6, such an atmosphere set during annealing, by adjusting the other process conditions, the value of the interface fixed charge density Q f May fall within the above range. Further, this annealing may be performed at the time of formation other than after the formation of the SiNx film 25.

それゆえ、気相成長法に用いる各原料ガスの流量比または混合比を調整するなど、他の製造プロセスの調整では界面固定電荷密度Qの値を上記数値範囲とすることが難しい場合であっても、アニールの実施または併用によって、界面固定電荷密度Qの値を上記数値範囲のものとすることができる。 Hence, such as adjusting the flow rate ratio or mixing ratio of each raw material gas used for vapor phase growth method, a value of the interface fixed charge density Q f If it is difficult to the numerical range by adjusting the other manufacturing processes even, by the practice or combination of annealing, the value of the interface fixed charge density Q f can be of the numerical range.

第六に、図10にS6として示すように、フォトリソグラフィー等の方法を用いて、SiNx膜25に、前記裏面電極形成部4に対応した孔を開けた。   Sixthly, as shown as S6 in FIG. 10, a hole corresponding to the back electrode forming portion 4 was formed in the SiNx film 25 by using a method such as photolithography.

第七に、図10にS7として示すように、裏面全面にアルミニウム膜26を2μm蒸着した。なお、アルミニウム膜26の形成法として、コスト重視の観点では、アルミニウムとガラスフリットとを主成分とするペースト材料を用いて印刷する方法が好ましい。また、真空蒸着法のほかに、スパッタ法を用いることもできる。   Seventh, as shown as S7 in FIG. 10, an aluminum film 26 was deposited on the entire back surface by 2 μm. As a method for forming the aluminum film 26, a printing method using a paste material mainly composed of aluminum and glass frit is preferable from the viewpoint of cost. In addition to the vacuum deposition method, a sputtering method can also be used.

第八に、図10にS8として示すようにアニールを行った。このアニールによって、アルミニウム膜26からシリコン基板20へ、アルミニウムがp型不純物として拡散し、前記アルミニウム合金部6が形成されると同時にSiNx膜のアニールが行われた。   Eighth, annealing was performed as shown as S8 in FIG. By this annealing, aluminum diffuses from the aluminum film 26 to the silicon substrate 20 as a p-type impurity, and the aluminum alloy portion 6 is formed, and at the same time, the SiNx film is annealed.

第九に、図10にS9として示すように、受光面側に、導電性ペーストを用いて主面電極27を印刷し、アニールした。このときに発生するファイヤースルー現象により、主面電極27はSiNx膜24を貫通し、n型シリコン層23に到達する。この結果、主面電極27から電気的出力を取り出すことができる。   Ninthly, as shown as S9 in FIG. 10, the main surface electrode 27 was printed on the light receiving surface side using a conductive paste and annealed. Due to the fire-through phenomenon that occurs at this time, the principal surface electrode 27 penetrates the SiNx film 24 and reaches the n-type silicon layer 23. As a result, an electrical output can be extracted from the main surface electrode 27.

上記主面電極27を構成する材料は特に限定されず、例えば太陽電池の分野で従来から用いられているアルミニウム、銀、チタン、パラジウムまたは金などの材料を用いることができる。中でも、ファイヤースルー現象が生じる材料として、銀が最も好ましい。また、主面電極27の形成方法も特に限定されず、例えばスクリーン印刷法または真空蒸着法などを用いることができるが、量産性の向上および製造コストの低下の観点からはスクリーン印刷法を用いることが好ましい。   The material which comprises the said main surface electrode 27 is not specifically limited, For example, materials, such as aluminum, silver, titanium, palladium, or gold conventionally used in the field of a solar cell, can be used. Among them, silver is most preferable as a material that causes a fire-through phenomenon. Further, the method for forming the main surface electrode 27 is not particularly limited, and for example, a screen printing method or a vacuum deposition method can be used. However, the screen printing method is used from the viewpoint of improving the mass productivity and reducing the manufacturing cost. Is preferred.

以上のプロセスによって、裏面パッシベーション特性に優れ、かつ正孔密度の高い良好なp+層としてのアルミニウム合金部6が生成され、光電変換効率の高い太陽電池10を製造することができた。   By the above process, the aluminum alloy part 6 as a good p + layer having excellent back surface passivation characteristics and high hole density was generated, and the solar cell 10 having high photoelectric conversion efficiency could be manufactured.

これにより、本実施形態の太陽電池10によれば、パラサイティックシャンティング現象による電極近傍での再結合増加を抑制して、フィールドパッシベーション効果増加による再結合速度の改善効果を担保して、諸特性を良好なものとすることができる。   Thereby, according to the solar cell 10 of the present embodiment, an increase in recombination in the vicinity of the electrode due to the parasitic shunting phenomenon is suppressed, and an improvement effect of the recombination speed due to an increase in the field passivation effect is ensured. Good characteristics can be obtained.

本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、上記実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる他の実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。   The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications are possible within the scope of the claims, and other embodiments obtained by appropriately combining the technical means disclosed in the above-described embodiments. The form is also included in the technical scope of the present invention.

本発明は、光電変換素子を構成する太陽電池に関し、より具体的には、例えば裏面パッシベーション型太陽電池に好適に利用することができる。   The present invention relates to a solar cell constituting a photoelectric conversion element, and more specifically, can be suitably used for, for example, a back surface passivation type solar cell.

10 太陽電池(光電変換素子)
31 p型シリコン基板(p型半導体層)
33 電極層(裏面電極)
36 裏面パッシベーション膜(絶縁膜)
10 Solar cell (photoelectric conversion element)
31 p-type silicon substrate (p-type semiconductor layer)
33 Electrode layer (back electrode)
36 Back surface passivation film (insulating film)

Claims (2)

pn接合を有し、光電変換素子を構成する太陽電池であって、
光受光側とは反対側のp型半導体層の表面上に絶縁膜と裏面電極とが形成されているとともに、前記p型半導体層と前記絶縁膜との界面における界面固定電荷密度Qの値が、2e11cm−2≦Q≦4e12cm−2の範囲内であることを特徴とする太陽電池。
A solar cell having a pn junction and constituting a photoelectric conversion element,
An insulating film and a back electrode are formed on the surface of the p-type semiconductor layer opposite to the light receiving side, and the value of the interface fixed charge density Q f at the interface between the p-type semiconductor layer and the insulating film Is within the range of 2e11 cm −2 ≦ Q f ≦ 4e12 cm −2 .
前記絶縁膜の膜材料は、SiNxであることを特徴とする請求項1記載の太陽電池。   The solar cell according to claim 1, wherein a film material of the insulating film is SiNx.
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