JP2012216656A - 太陽電池の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】必要以上のエッチングを減少させることで、プラズマが与えるウェハ受光の面損傷の抑制、拡散層の削り量の抑制が可能な太陽電池の製造方法を得る。
【解決手段】太陽電池の製造方法は、第１導電型の半導体基板１の主表面および側面に第１導電型とは異なる導電型の第２導電型の不純物を拡散して拡散層２を形成する第１工程と、前記半導体基板の前記主表面の周辺部に保護領域を設ける第２工程と、前記保護領域の内側の前記半導体基板の前記主表面をエッチングしてテクスチャ構造を形成する第３工程と、第１工程乃至第３工程を経た前記半導体基板を前記主表面が同一方向を向くように複数積み重ね、その側面をエッチングして前記拡散層を除去する第４工程とを備える。
【選択図】図１−２

Description

本発明は、太陽電池の製造方法に関する。

現在の太陽電池基板(以下、基板と呼ぶ)を製造するにあたり、その製造方法として、ＰＮ接合分離が行われる。太陽電池は半導体内にＰＮ接合を形成し、発生した電力をＰ電極とＮ電極から取り出すが、基板に拡散により一方の導電型（ＰまたはＮ）の領域を全面に形成した後に、他方の導電型の電極と短絡しないように、一方の導電型の一部を除去することが行われる（ＰＮ接合分離）。

その方法として、プラズマッチングやドライ（ＤＲＹ）エッチングという技術が用いられている。例えば特許文献１にはｐ型拡散層形成後に、基板をスタックしてプラズマエッチャーにより端面を数ミクロン削る方法が開示されている。

特開２０１０−１８６９００号公報

太陽電池基板に形成された拡散層は、基板の側面まで形成されている。側面の拡散層を除去せずに基板を作製すると短絡が起こり電流を取り出せない。そのため、拡散層を分離するため、プラズマによるエッチングを実施している。

しかし、端面エッチング時にはプラズマによる拡散層と受光面に対する必要以上のエッチングが行われている。たとえば、特開２００４−２７３８２９号公報に開示された技術などのように、表面に高さの異なる領域があると、スタックした側面に隙間ができて、隙間内にプラズマが侵入して、表面の一部が削れてしまうという問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、必要以上のエッチングを減少させることで、プラズマが与えるウェハ受光の面損傷の抑制、拡散層の削り量の抑制が可能な太陽電池の製造方法を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、第１導電型の半導体基板の主表面および側面に第１導電型とは異なる導電型の第２導電型の不純物を拡散して拡散層を形成する第１工程と、前記半導体基板の前記主表面の周辺部に保護領域を設ける第２工程と、前記保護領域の内側の前記半導体基板の前記主表面をエッチングしてテクスチャ構造を形成する第３工程と、第１工程乃至第３工程を経た前記半導体基板を前記主表面が同一方向を向くように複数積み重ね、その側面をエッチングして前記拡散層を除去する第４工程とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、端面エッチング時にプラズマが基盤部分に与える損傷を抑制することができ、短絡電流の減少が可能となる。それに伴い、ライフタイムが改善し、光電変換効率に優れた太陽電池素子を得ることができるという効果を奏する。

図１−１は、本発明の実施の形態１にかかる太陽電池セルを受光面からみた平面図である。 図１−２は、本発明の実施の形態１にかかる太陽電池セルの構成を説明するための要部（図１−１の線分Ａ−Ａ）断面図である。 図２−１は、本発明の実施の形態１にかかる太陽電池セルの製造方法を説明するための断面図である。 図２−２は、本発明の実施の形態１にかかる太陽電池セルの製造方法を説明するための断面図である。 図２−３は、本発明の実施の形態１にかかる太陽電池セルの製造方法を説明するための断面図である。 図２−４は、本発明の実施の形態１にかかる太陽電池セルの製造方法を説明するための断面図である。 図２−５は、本発明の実施の形態１にかかる太陽電池セルの製造方法を説明するための断面図である。 図２−６は、本発明の実施の形態１にかかる太陽電池セルの製造方法を説明するための断面図である。 図２−７は、本発明の実施の形態１にかかる太陽電池セルの製造方法を説明するための断面図である。 図２−８は、本発明の実施の形態１にかかる太陽電池セルの製造方法を説明するための断面図である。 図３は、本発明の実施の形態２にかかる太陽電池セルを受光面からみた平面図である。

以下に、本発明にかかる太陽電池及び、その製造方法の実施の形態について説明する。本発明は以下の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を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、各部材の縮尺が実施とは異なる場合がある。各図面内においても同様である。

実施の形態１．
図１−１は本発明の実施の形態にかかる太陽電池セル構成を説明するための受光面側から見た平面図である。図１−２は実施の形態１にかかる太陽電池セルの図１−１における線分Ａ−Ａにおける要部断面図である。

本実施の形態における太陽電池セルにおいては、第１導電型の半導体基板１の受光面側に、第１導電型とは異なる導電型の第２導電型層２が形成されていると共に第２導電型層２の表面にシリコン窒化膜から形成される絶縁層４が形成されている。窒化膜はパッシベーション層として作用する。半導体基板１は、ｐ型の単結晶もしくは多結晶のシリコン基板を用いることができる。この場合の第２導電型層２は、半導体基板１にリンが拡散された不純物拡散層(ｎ型不純物拡散層)である。

また、半導体基板１はこれに限定されるものではく、ｎ型のシリコン基板を用いてもよい。パッシベーション層４として、シリコン酸化膜を用いてもよい。また、太陽電池セルの半導体基板１の受光面側の表面にはテクスチャ構造として微小な凹凸が形成されている。微小面凹凸は受光面側において外部からの光を吸収する面積を増加させ、受光面側における反射率を抑制し、光を閉じ込める構造となっている。

半導体基板１の受光面側のパッシベーション膜４上には例えばガラスを主成分とする突起部３が形成されている。第１電極５が設けられ、第１電極５と交差するように第２電極８が形成されている。第２電極８と第１電極５は、例えば銀、ガラスを含む電極材料により構成される。第１電極５と第２電極８とが受光面側電極９を形成する。なお、突起部３はガラスが主成分でなくともスペーサーのようなもので、電極と同じかそれ以上の高さがあれば良い。第２電極８と第１電極５は同一材料から構成されることを限定するものではない。突起部３は図１−１のように基板表面の周縁付近に形成されている。突起部３は全周を囲むように形成されていることが望ましい。

第２電極８はグリッド電極とも呼ばれ、受光面の面内方向において長尺細長の電極として複数並べて設けられ、このグリッド電極と導通するようにバス電極と呼ばれる第１電極５が設けられている。該グリッド電極は低面部において第２導電型層２に電気的に接続されている。なお、該グリッド電極の低面部と第２導電型層２の間にはパッシベーション層が形成されていてもよい。たとえば、太陽電池製造工程における熱処理により、グリッド電極のファイアースルーによって第２導電型層との間が導通されていればよい。ファイアースルー（焼成貫通）とはＡｇなどを含むペースト電極が焼成された際にパッシベーション層を貫通して、その下の第２導電型層２に接続する技術として一般に知られている。

次に、本実施の形態にかかる太陽電池セルの製造方法について図２−１〜図２−８を参照して説明する。図２−１〜図２−８は、本実施の形態にかかる太陽電池の製造方法の各工程を示す断面図である。なお、図２−１〜図２−８は、図１−２と同様、図１−１の線分Ａ−Ａの位置の断面図である。

まず、図２−１に示すように、半導体基板１として、ｐ型シリコン基板を用意し、ｐ型シリコン基板をウェットエッチングによりスライス時に形成されたダメージ層を除去する。次に、ダメージが除去された半導体基板１に対して、たとえばリンなどを熱拡散させてｎ型の第２導電型層２を形成する。ここで第２導電型層２の形成後にはガラスを主成分とする膜が形成されるため、フッ素酸等を用いて除去する。

その後、図２−２に示すように、第２導電型層２の半導体基板１の主表面側にシリコン窒化膜から形成される絶縁層４を形成する。

次に、図２−３に示すように、例えば高温下で水蒸気などを充ててやることで、第２導電型層２を形成した半導体基板１の周り全体に保護膜１０を形成する。後述のように保護膜１０はテクスチャエッチング時にマスクとなる膜である。

次に、図２−４に示すように保護膜１０を形成した半導体基板1に対して、レジスト１５をスクリーン印刷法により電極の形に印刷をし、乾燥する。またその時同時に、電極の形だけではなく半導体基板１の受光面側の周辺部を囲うように５μｍ以上１５μｍ以下の厚さでレジスト１３をスクリーン印刷する。なお、レジスト印刷は主成分が樹脂ではない材料からなっていても良い。レジスト１３とレジスト１５は同時に形成されても、別々の印刷マスクで形成されても良い。

次に、図２−５に示すようにレジスト１３およびレジスト１５が印刷された半導体基板１に対して、たとえばアルミナの砥粒を用いて高圧で射出し、保護膜１０にランダムに分散する微小な穴を開ける。

次に、図２−６に示すように、保護膜１０に穴を開けた半導体基板１に対して、アルカリ水溶液でエッチングを行うことで半導体基板１の受光面側の表面にテクスチャ構造として微小凹凸を形成する。その後、レジスト１３およびレジスト１５を除去し、フッ酸につけることで、パッシベーション膜４を除去する。なお、レジスト１３およびレジスト１５はアルカリ水溶液のエッチング前に除去してもよいし、工程を簡略化するためアルカリ水溶液によってテクスチャ構造の形成と同時に除去しても良い。

このような構造を半導体基板１の受光面側に形成することで、太陽電池セルの表面で光の多重反射を生じさせて、実行的に反射率を低減し変換効率を向上させることができる。テクスチャ構造が形成された領域は第２導電形層２が一部、またはほぼ全部除去される。一方、レジスト１３およびレジスト１５が形成されていた領域や、保護膜１０が付着して穴が形成されなかった領域は第２導電型層２が残る。またこれらの領域の頂面は、ダメージ層の除去の工程で多少の凹凸はあるものの、テクスチャ構造が形成された領域に比べてはるかに平坦な面となっている。テクスチャエッチングされない基板の裏面側も同様に平坦である。

次に、図２−７に示すように、たとえば、リンなどを熱拡散させてもう一度第２導電型の層を形成する。この時、リンの濃度は図２−１で第２導電型層２を形成した時より低濃度にして形成する。これにより、テクスチャ構造が形成された領域に不純物濃度が低い第２導電型層７ができる。一方、最初に高濃度の不純物を拡散した第２導電型層２は、もともと不純物濃度が高いため、高濃度不純物領域（低抵抗領域）となる。

次に、半導体基板１の端面に残存している第２導電型層２をプラズマ等でエッチング除去する。ここで、表側のｎ型の拡散部が裏面側に接続しないように、上記工程を経た半導体基板１を、図２−８に示すように複数個をつみ重ねて側面をプラズマでエッチングする。このとき、周囲を囲むような突起部３があると、積み重ねた際の太陽電池セルの隙間が突起部３により閉じられることになるので、太陽電池セルを重ねた隙間の内部までプラズマが届かなくなることにより、必要以上のエッチングを防ぐことができる。

テクスチャ構造が形成された部分の低濃度の第２導電型層７は特に厚みが薄く、少しでもエッチングされると抵抗が大幅に上昇するが、図２−８に示すようにしてプラズマでエッチングすれば、突起部３の上の高濃度の第２導電形層２を含め、それより内側の第２導電型層７のエッチングを防止できる。

その後、基板の表面や裏面に第２導電型層７の形成後にガラスを主成分とする膜が付着しているので、フッ素酸等を用いて除去する。

次に、図１−２に示すように光電変換効率改善のために、受光面側に、パッシベーション層４として例えばシリコン窒化膜などの膜を形成する。パッシベーション層４であるシリコン窒化膜は反射防止膜の効果も具備しており、形成には、例えばプラズマＣＶＤ法を使用し、シランとアンモニアの混合ガスを用いて形成する。

パッシベーション膜４の形成後、受光面とは逆側の面に裏面側電極６との電極材料であって例えばアルミニウム、ガラス等を含む裏面側電極材料ペーストをスクリーン印刷法により塗布し、乾燥する。つぎに、パッシベーション層４上に第１電極５の電極材料であって例えば銀、ガラス等を含むペーストを、スクリーン印刷法により塗布し、乾燥する。その後、大気中において、例えば７５０℃〜９００℃の温度で焼成を行う。これにより銀がパッシベーション層４を貫通する。さらに、裏面側電極６が形成される。また、裏面側電極６にアルミニウムを用いた場合、アルミニウムがシリコン中に拡散して高濃度のｐ型の導電層１３ができる（図１−２）。

最後に、第１電極５および第２電極８の構成部位を例えば銀、ガラス等を含む電極材料ペーストをスクリーン印刷法により塗布し、乾燥する。第１電極５および第２電極８の構成部位はそれぞれ別の材料からなっていても良い。その後、必要があれば第１電極５および第２電極８の構成部位の電極材料に応じ焼成を行い、第１電極５および第２電極８とを形成する（図１−２）。以上により、図１−１および図１−２に示す太陽電池セルが完成する。

突起部３の上に電極を形成してもよいが、図のように突起部３の上に電極を形成していない構成とすると、突起部３の部分もパッシベーション膜４が形成された受光領域として発電に寄与するので、変換効率を向上することができる。突起部３の上に部分的に電極を形成し、残りの領域に電極を形成せず、受光領域としても良い。

以上のように、基板の周辺に突起部３を形成し、その後に端面の不純物拡散層をプラズマエッチングで除去する方法を用いたので、突起部３から内側がエッチングされることを防いで、高性能な太陽電池を製造することができる。

本実施の形態においては、太陽電池セルの作製時、太陽電池セルの周辺部にスクリーン印刷を使って電極よりも高い突起部３を形成し端面のプラズマエッチングを行うことを特徴とする。この作製法により、端面のプラズマエッチング時に必要以上の拡散層の削れを防ぐことができ、キャリア寿命を延ばすことができる。また、光電変換効率に優れた太陽電池セルを作成できる。

実施の形態２．
実施の形態２では、スクリーン印刷法以外での突起部３の作製法について説明する。実施の形態２にかかる太陽電池の製造方法は、実施の形態１にかかる太陽電池の製造方法と突起部３の作製方法以外を除いては同様であるので、その部分に関しては実施の形態１の説明を参照することとして詳細な説明は省略する。

図３は実施の形態２にかかるアルミナ砥粒を射出する時の太陽電池セルを受光面側から見た平面図である。上述した実施の形態１にかかる太陽電池の製造方法においては、スクリーン印刷を行う時に突起部３を形成する方法で行った。実施の形態２ではアルミナの砥粒を用いて高圧で射出し、保護層１０に穴を開ける工程の時、実施の形態１のようにスクリーン印刷によるレジスト１３は用いない。

実施の形態２では、図３に示すように半導体基板１の周辺部にアルミナ砥粒の射出では貫通できないよう太陽電池セルを押さえるブラストマスク１１、たとえば、樹脂等でできた形成物を乗せてから砥粒を射出する。このように太陽電池セルを作製することにより、実施の形態１と同じような突起部３を形成することができ、端面のプラズマエッチング時における、必要以上の第２導電型層２のエッチングを抑えることができ、より光電変換効率に優れた太陽電池セルが実現される。

実施の形態１では、突起部３を印刷によるマスクを利用して形成したので、基板のエッジまで突起部３を形成することが難しかったが、この方法では、基板のエッジまで突起部３を形成することできるので、エッジ付近までエッチングを抑えることができ、より光電変換効率に優れた太陽電池セルが実現される。

以上説明したように、本実施の形態においては、太陽電池セルの作成時において、パッシベーション膜に穴を開ける工程で、太陽電池セルの周辺部に穴が開かないように、保護枠を置くことによって、太陽電池セル周辺部に電極よりも高い突起部を形成することを特徴とする。

この作製法により、端面のプラズマエッチング時に必要以上の拡散層の削れを防ぐことができ、キャリア寿命を延ばすことができる。また、光電変換効率に優れた太陽電池セルを作成することができる。

更に、本願発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。また、上記実施の形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出されうる。

例えば、上記実施の形態１または２それぞれに示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出されうる。更に、上記実施の形態１または２にわたる構成要件を適宜組み合わせてもよい。

以上のように、本発明にかかる太陽電池の製造方法は、プラズマエッチングによる受光面損傷の抑制に有用であり、特に、光電変換効率に優れた太陽電池素子の製造に適している。

１ 半導体基板
２ 第２導電型層
３ 突起部
４ 絶縁層（パッシベーション層）
５ 第１電極
６ 裏面側電極
７ 第２導電型層（低濃度ドープ層）
８ 第２電極
１０ 保護膜
１１ ブラストマスク
Ａ 要部断面指示線

Claims (6)

1. 第１導電型の半導体基板の主表面および側面に第１導電型とは異なる導電型の第２導電型の不純物を拡散して拡散層を形成する第１工程と、
   前記半導体基板の前記主表面の周辺部に保護領域を設ける第２工程と、
   前記保護領域の内側の前記半導体基板の前記主表面をエッチングしてテクスチャ構造を形成する第３工程と、
   第１工程乃至第３工程を経た前記半導体基板を前記主表面が同一方向を向くように複数積み重ね、その側面をエッチングして前記拡散層を除去する第４工程と、
   を備えることを特徴とする太陽電池の製造方法。
2. 第３工程において、前記保護領域には、前記テクスチャ構造よりも前記同一方向の高さが高い突起部が形成される
   ことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池の製造方法。
3. 第４工程において、１つの前記半導体基板の前記突起部が別の前記半導体基板の裏面に接するように積み重ねられた状態でエッチングする
   ことを特徴とする請求項２に記載の太陽電池の製造方法。
4. 第２工程の後、第３工程の前に、前記拡散層の上に形成されている保護膜にブラスト加工により穴をあける工程を
   さらに含むことを特徴とする請求項１、２または３に記載の太陽電池の製造方法。
5. 第２工程において、ブラストマスクで囲むことにより保護領域を設ける
   ことを特徴とする請求項４に記載の太陽電池の製造方法。
6. 第３工程のエッチングはアルカリ水溶液によるウェットエッチングである
   ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の太陽電池の製造方法。

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