JP2013008871A - 半導体基板用パッシベーション膜形成用材料、半導体基板用パッシベーション膜及びその製造方法、並びに太陽電池素子及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】半導体基板用パッシベーション膜形成用材料を、アニオン性基又はカチオン性基を有する高分子化合物と、分散媒と、金属アルコキシドとを含んで構成する。
【選択図】なし
Description
まず、光閉じ込め効果を促して高効率化を図るよう、テクスチャー構造を形成したp型シリコン基板を準備し、続いてオキシ塩化リン(POCl3)、窒素、酸素の混合ガス雰囲気において800℃〜900℃で数十分の処理を行って一様にn型拡散層を形成する。この従来の方法では、混合ガスを用いてリンの拡散を行うため、表面のみならず、側面、裏面にもn型拡散層が形成される。そのため、側面のn型拡散層を除去するためのサイドエッチングを行う。また、裏面のn型拡散層はp+型拡散層へ変換する必要があり、裏面にアルミペーストを印刷し、これを焼成して、n型拡散層をp+型拡散層にするのと同時に、オーミックコンタクトを得ている。
このような受光面とは反対側(以下、「裏面側」ともいう)にポイントコンタクト構造を有する太陽電池の場合、アルミ電極以外の部分の表面において、少数キャリアの再結合速度を抑制する必要がある。そのための裏面側用のパッシベーション膜として、SiO2膜などが提案されている(例えば、特許文献2参照)。これは、酸化膜を形成することによりシリコン基板の裏面表層部シリコン原子の未結合手を終端させ、再結合の原因となる表面準位密度を低減させるものである。
さらに裏面用のパッシベーション膜の開口部形成には、通常、フォトリソグラフィ工程を用いるため、工程数、装置コスト等にも課題があった。
<1> アニオン性基又はカチオン性基を有する高分子化合物と、分散媒と、金属アルコキシドとを含む半導体基板用パッシベーション膜形成用材料。
本発明の半導体基板用パッシベーション膜形成用材料は、アニオン性基又はカチオン性基を有する高分子化合物(以下、「特定樹脂」ともいう)の少なくとも1種と、分散媒と、金属アルコキシドの少なくとも1種とを含み、必要に応じてその他の成分を含んで構成される。
かかる半導体基板用パッシベーション膜形成用材料を半導体基板に付与して塗膜とすることで、優れた表面パッシベーション効果を有するパッシベーション膜を、簡便な手法で所望の領域に形成することができる。
半導体基板表面に存在する欠陥と、解離性基であるアニオン性基又はカチオン性基から解離したイオンとが反応又は相互作用することで欠陥を終端させることができると考えられる。例えば、プロトン型のアニオン性基から解離するプロトンとダングリングボンドとが反応することでダングリングボンドを終端させることができると考えることができる。また欠陥における電子を解離したカチオン性基が受容することで欠陥を終端させることができると考えることができる。
1/τ=1/τb+1/τs (I)
尚、実効ライフタイムが長いほど少数キャリアの再結合速度が遅いことを示す。また太陽電池として使用した場合には変換効率が向上することが一般的に知られている。
アニオン性基又はカチオン性基を有する高分子化合物(特定樹脂)は、高分子化合物を構成する主鎖と、該主鎖に結合したアニオン性基又はカチオン性基を有する側鎖とを有する化合物であれば特に制限はされず、通常用いられる高分子化合物から適宜選択して用いることができる。アニオン性基又はカチオン性基を有する高分子化合物は、ポリマー及びオリゴマーのいずれであってもよい。
さらに特定樹脂は、例えば、イオン交換樹脂として用いられるものであってもよい。
炭化水素系の主鎖を構成するオリゴマー又はポリマーとしては、ポリエーテルケトン、ポリスルフィド、ポリホスファゼン、ポリフェニレン、ポリベンゾイミダゾール、ポリエーテルスルホン、ポリアリールエーテルスルホン、ポリフェニレンオキシド、ポリカーボネート、ポリウレタン、ポリアミド、ポリイミド、ポリ尿素、ポリスルホン、ポリスルホネート、ポリベンゾオキサゾール、ポリベンゾチアゾール、ポリチアゾール、ポリフェニルキノキサリン、ポリキノリン、ポリシロキサン、ポリトリアジン、ポリジエン、ポリピリジン、ポリピリミジン、ポリオキサチアゾール、ポリテトラザピレン、ポリオキサゾール、ポリビニルピリジン、ポリビニルイミダゾール、ポリピロリドン、ポリアクリレート誘導体、ポリメタクリレート誘導体、ポリスチレン誘導体、及びフェノール樹脂誘導体等が挙げられる。
より好ましくは、ポリエーテルケトン、ポリスルフィド、ポリホスファゼン、ポリフェニレン、ポリベンゾイミダゾール、ポリアリールエーテルスルホン、ポリフェニレンオキシド、ポリカーボネート、ポリアミド、ポリイミド、ポリ尿素、ポリスルホン、ポリスルホネート、ポリベンゾオキサゾール、ポリベンゾチアゾール、ポリフェニルキノキサリン、ポリキノリン、ポリトリアジン、ポリジエン、ポリアクリレート誘導体、ポリメタクリレート誘導体、ポリスチレン誘導体、及びフェノール樹脂誘導体等が挙げられる。
また前記特定樹脂における主鎖としては、表面パッシベーション効果と化学的耐久性の観点から、炭素原子及びフッ素原子から構成される主鎖であることもまた好ましい。
アニオン性基及びカチオン性基が2価の連結基を介して主鎖に結合する態様である場合における2価の連結基は、アニオン性基及びカチオン性基と主鎖とを連結可能であれば特に制限されない。2価の連結基は、例えば、炭素原子、水素原子、フッ素原子及び酸素原子からなる群より選ばれる少なくとも1種から構成されることが好ましい。
2価の連結基として具体的には、アルキレン基、アルキレンオキシ基、アリーレン基、アリーレンオキシ基、パーフルオロアルキレン基、及びパーフルオロアルキレンオキシ基並びにこれらの組み合わせ等を挙げることができる。
かかるアニオン性基であることで、半導体基板用パッシベーション膜に効率よく固定電荷を付与できる。
上記式中、X+及びY+はそれぞれ独立して、プロトン(H+)、1価の金属陽イオン、NH4 +、NH3R+、NH2R2 +、NHR3 +、NR4 +、又はピリジニウムイオンを表し、Rはそれぞれ独立してアルキル基又はアリール基を表し、複数存在するRはそれぞれ同一でも異なっていてもよい。またArはアリーレン基を表す。
詳細な理由は不明であるが、半導体基板用パッシベーション膜形成用材料がスルホン酸基を有する高分子化合物を少なくとも含むことで、より優れたパッシベーション効果が得られる傾向にある。これは例えば以下のように考えることができる。
かかるカチオン性基であることで、半導体基板用パッシベーション膜に効率的に固定電荷を付与できる。
尚、特定樹脂の重量平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)を用いて常法により測定(標準ポリスチレンを用いた検量線により換算)される。
以下、特定樹脂の製造方法について説明する。
スルホン化剤の添加量が30質量部以上であると、スルホン化反応が十分に進行する傾向にある。またスルホン化剤の添加量が5000質量部以下であると、反応後のスルホン化剤処理が容易になる傾向にある。
具体例としては、クロロホルム、ジクロロメタン、1,2−ジクロロエタン、トリクロロエタン、テトラクロロエタン、トリクロロエチレン、テトラクロロエチレン等のハロゲン化脂肪族炭化水素類、ジクロロベンゼン、トリクロロベンゼン等のハロゲン化芳香族炭化水素類、ニトロメタン、ニトロベンゼン、等のニトロ化合物類、トリメチルベンゼン、トリブチルベンゼン、テトラメチルベンゼン、ペンタメチルベンゼン等のアルキルベンゼン類、スルホラン等の複素環化合物類、オクタン、デカン、シクロヘキサン等の直鎖、分枝鎖又は環状の脂肪族飽和炭化水素類、N,N−ジメチルアセトアミド、N,N−ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、N−メチル−2−ピロリドン、ヘキサメチルホスホンアミド等の非プロトン極性溶剤や、メタノール、エタノールな等のアルコール系溶剤及びフェノール、クレゾール等のフェノール系溶剤から適切なものを選ぶことができるがこれらに限定されるものではない。
これらの溶剤は、可能な範囲で複数を混合して使用してもよい。溶剤量は、反応させるモノマー及び触媒の総質量に対して0.01〜2倍の範囲で用いることができる。
溶剤の量が100質量部以上であると、スルホン化反応がより均一に進行する傾向にある。また溶剤の量が2000質量部以下であると、反応後の溶剤とスルホン化剤との分離、溶剤の回収が容易になる傾向にある。
ここで、反応温度が−20℃以上であると、スルホン化反応が効率的に進行する。また反応温度が150℃以下であると、特定の芳香族環にのみスルホン酸基を導入することが容易になる傾向にある。
また、スルホン酸基を有さない高分子化合物を直接スルホン化してもよい。例えば、ポリスチレン、ポリアリールエーテルスルホン、ポリエーテルケトン、ポリイミド、ポリアミドを濃硫酸中に分散、または発煙硫酸に接触させて、反応温度−20℃〜120℃の範囲、反応時間0.5時間〜50時間の範囲でスルホン化することができる。
具体的には例えば、スチレン、酢酸ビニル、ビフェニル誘導体、フェニルエーテル誘導体、ベンゼン誘導体等を挙げることができる。
例えば、熱重合開始剤等を用いて常法により、前記モノマー組成物を重合して、アニオン性基を有する高分子化合物を製造することができる。
また、アニオン性基を有する高分子化合物は、アニオン性基を有し、2個以上の置換反応可能な官能基を有するモノマーと、このモノマーと置換反応可能な2個以上の官能基を有するモノマーを縮合反応することにより製造することもできる。
反応温度は0℃〜350℃であり、好ましくは40℃〜260℃である。反応時間は、2時間〜500時間で反応を行うことができる。
含有量が0.1質量部以上であると、形成される半導体基板用パッシベーション膜が十分にパッシベーション効果を示すことができる。
前記半導体基板用パッシベーション膜形成用材料は、分散媒を含む。前記特定樹脂は分散中に溶解していても、固体状態又はエマルションの状態で分散していてもよい。
分散媒としては、水;クロロホルム、ジクロロメタン、1,2−ジクロロエタン、トリクロロエタン、テトラクロロエタン、トリクロロエチレン及びテトラクロロエチレン等のハロゲン化脂肪族炭化水素系溶剤類;ジクロロベンゼン及びトリクロロベンゼン等のハロゲン化芳香族炭化水素系溶剤類;ニトロメタン及びニトロベンゼン等のニトロ化合物類;トリメチルベンゼン、トリブチルベンゼン、テトラメチルベンゼン及びペンタメチルベンゼン等のアルキルベンゼン類;スルホラン等の複素環化合物類;オクタン、デカン及びシクロヘキサン等の直鎖、分枝鎖又は環状の脂肪族飽和炭化水素系溶剤類;N,N−ジメチルアセトアミド、N,N−ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、N−メチル−2−ピロリドン及びヘキサメチルホスホンアミド等の非プロトン極性溶剤;メタノール、エタノール、1−プロパノール及び2−プロパノール等のアルコール系溶剤;及びフェノール及びクレゾール等のフェノール系溶剤から適切なものを選ぶことができるが、これらに限定されるものではない。
イオン液体とは、融点が100℃以下であり、100℃以下の低い温度で液状の外観を呈する塩である。
尚、イオン液体のイオン伝導率は、電気伝導率計を用いて25℃で測定される。
前記半導体基板用パッシベーション膜形成用材料は、金属アルコキシドの少なくとも1種を含む。金属アルコキシドを含むことで前記半導体基板用パッシベーション膜形成用材料を半導体基板へ塗布、乾燥して塗膜を形成する工程において、前記金属アルコキシドに起因するゾル−ゲル反応が進行する。これにより前記金属アルコキシドに由来する金属酸化物がパッシベーション膜中に均一に分散され、形成されたパッシベーション膜の保湿性が向上する。
そのため、詳細な理由は不明であるが、高温下におかれた後でも優れたパッシベーション効果を維持することができると考えられる。
中でも前記金属アルコキシドは、パッシベーション効果の観点から、シリコンアルコキシド、チタンアルコキシド、ジルコニウムアルコキシド及びアルミニウムアルコキシドからなる群より選ばれる少なくとも1種であることが好ましく、シリコンアルコキシド、チタンアルコキシド及びアルミニウムアルコキシドからなる群より選ばれる少なくとも1種であることがより好ましく、シリコンアルコキシドの少なくとも1種であることがさらに好ましく、テトラアルコシキシランの少なくとも1種であることが特に好ましい。
前記アルコキシ基として具体的には、メチル基、エチル基、プロピル基、プチル基、i-プロピル基、i-プチル基、ペンチル基、ヘキシル基、オクチル基、2−エチルヘキシル基、t-オクチル基、デシル基、ドデシル基、テトラデシル基、2−ヘキシルデシル基、ヘキサデシル基、オクタデシル基、シクロヘキシルメチル基、及びオクチルシクロヘキシル基等を挙げることができる。
アルコキシ基の炭素数が大きいほど金属アルコシキドが安定になる場合があり、反応性が悪くなってしまうので、パッシベーション膜の形成条件等に応じて、適切なアルコキシ基を選ぶことが好ましい。
前記半導体基板用パッシベーション膜形成用材料は、金属アルコキシドを1種単独でも2種以上を組み合わせて含んでいてもよい。
また酸性化合物としては、無機プロトン酸又は有機プロトン酸を挙げることができる。無機プロトン酸としては、塩酸、硫酸、ホウ酸、硝酸、リン酸、過塩素酸、テトラフルオロ硼酸、ヘキサフルオロ砒素酸、及び臭化水素酸等が挙げられる。また有機プロトン酸としては、ギ酸、酢酸、シュウ酸、メタンスルホン酸、クエン酸、シュウ酸、イタコン酸、及びリンゴ酸等が挙げられる。
前記酸性化合物又はアルカリ性化合物は1種単独でも2種以上を組み合わせて用いることができる。
化学改質剤としては、例えばアセト酢酸エステル類(アセト酢酸エチル等)、1,3−ジケトン類(アセチルアセトン等)、アセトアセタミド類(N,N’−ジメチルアミノアセトアセタミド等)等が挙げられる。
前記化学改質剤は1種単独でも2種以上を組み合わせて用いることができる。
前記半導体基板用パッシベーション膜形成用材料は、フィラーの少なくとも1種を含んでいてもよい。フィラーを含むことで形成される半導体基板用パッシベーション膜の機械的強度、保湿性、反射率、耐熱性をより向上することができる傾向にある。
前記フィラーとしては特に制限されず、有機フィラーであっても、無機フィラーであってもよい。中でもフィラーは、機械的強度、保湿性、反射率及び耐熱性の観点から無機フィラーであることが好ましい。
無機フィラーはこれらの中でも、Al2O3(酸化アルミニウム)、SiO2(酸化ケイ素)、ZrO2(酸化ジルコニウム)、及びTiO2(酸化チタン)からなる群より選ばれる少なくとも1種であることが好ましく、SiO2(酸化ケイ素)が好ましい。
これらの金属酸化物は表面に水酸基を多数持っているため、水と相互作用しやすく保湿性が高い。そのためこれらを無機フィラーとして添加することで、パッシベーション膜の保湿性をより向上することができる。
無機フィラー前駆体としては、例えば、前記金属アルコキシドを挙げることができる。
10nm以上であると半導体基板用パッシベーション膜形成用材料中でより均一な分散が可能になる。また30μm以下であると機械的強度、保湿性、反射率、耐熱性の向上効果が十分に得られる傾向がなる。
ここで、フィラーの重量平均粒子径は、レーザー散乱回折法粒度分布測定装置等により測定することができる。
シランカップリング剤としては特に制限されず、通常用いられるシランカップリング剤から適宜選択することができる。
半導体基板用パッシベーション膜の製造方法は、半導体基板上に、アニオン性基を有する高分子化合物を含む前記半導体基板用パッシベーション膜形成用材料を塗布する塗布層形成工程と、前記塗布層を乾燥して塗膜を形成する塗膜形成工程とを有し、必要に応じてその他の工程を含んで構成される。
前記半導体基板用パッシベーション膜形成用材料を用いることで、優れた表面パッシベーション効果を有する半導体基板用パッシベーション膜を形成することができる。
すなわち、半導体基板のp型層上に前記半導体基板用パッシベーション膜形成用材料を塗布する前に、p型層の表面をフッ酸水溶液で洗浄することが好ましく、更にp型層の表面をアルカリ水溶液で洗浄した後、フッ酸水溶液で洗浄することがより好ましい。
また、半導体基板に存在するダングリングボンドをSi−H結合に変えることができる。これに前記半導体基板用パッシベーション膜形成用材料を塗布することで、形成されたSi−H結合を安定化できる可能性がある。
フッ酸水溶液のフッ酸の濃度としては特に制限はない。例えば0.1質量%〜40質量%水溶液を用いることができ、0.5質量%〜10質量%であることが好ましい。0.1質量%以上であると、十分な洗浄効果が得られる傾向がある。また40質量%以下であると、洗浄プロセスのハンドリング性が低下することを抑制できる。
洗浄時間は、アルカリ洗浄及びフッ酸洗浄どちらにおいても、10秒〜10分間であることが好ましく、30秒〜5分間であることがさらに好ましい。
前記半導体基板用パッシベーション膜形成用材料を用いることで、優れた表面パッシベーション効果を有する半導体基板用パッシベーション膜を形成することができる。
すなわち、半導体基板のn型層上に前記半導体基板用パッシベーション膜形成用材料を塗布する前に、n型層の表面をフッ酸水溶液で洗浄することが好ましく、更にn型層の表面をアルカリ水溶液で洗浄した後、フッ酸水溶液で洗浄することがより好ましい。
塗布層の乾燥条件は塗膜を形成可能であれば特に制限されない。例えば、加熱温度条件として50℃以上300℃以下で乾燥することが好ましく、80℃以上250℃以下で乾燥することがより好ましい。50℃以上300℃以下で乾燥することで、ほとんどの溶媒を揮発させることができ、また金属アルコキシドの加水分解反応(ゾル−ゲル反応)が進行しやすくなる。さらに前記温度範囲で乾燥することで、パッシベーション効果が発現しやすい。この理由は不明であるが、例えば、スルホン酸基を有する高分子化合物を含む半導体基板用パッシベーション膜形成用材料を用いた場合、高分子化合物から半導体基板へとプロトンの拡散が促進され、半導体基板の欠陥を修復できるためと考えられる。
一方、300℃を超える温度で乾燥させた場合には、パッシベーション効果が小さくなる場合がある。しかし後述するように、乾燥後、室温まで冷却した後に、加湿処理することで十分なパッシベーション効果を達成することができる。
これは例えば、形成された半導体基板用パッシベーション膜中に含まれる金属アルコキシドに由来する金属酸化物粒子の保湿効果によって、パッシベーション効果がより向上すると考えることができる。
なお、塗膜に水を付与した後、10℃〜100℃の温度条件下で、10秒〜4時間さらに放置してもよい。
塗膜に水を付与する場合、付与する水の量としては特に制限されず、パッシベーション膜の膜厚等に応じて適宜選択することができる。また水の付与方法としては、液体の水をスプレー等で付与する方法であっても、気体状の水を付与する方法であってもよい。
10nm以上であると半導体基板表面の所望の領域全体を均一に覆うことが容易になる傾向にある。また膜厚が厚いほど、表面パッシベーション効果が高い傾向にある。
架橋処理の方法は特に制限されず、通常用いられる架橋方法から適宜選択して用いることができる。
図1は、本実施形態にかかる半導体基板用パッシベーション膜を有する太陽電池素子の製造方法の一例を模式的に示す工程図を断面図として例示したものである。但し、この工程図は本発明の使用方法をなんら制限するものではない。
さらにまた、裏面部分にパッシベーション膜を形成せず、側面のみに本発明の半導体基板用パッシベーション膜形成用材料を塗布、乾燥してパッシベーション膜を形成してもよい。本発明の半導体基板用パッシベーション膜形成用材料は、側面のような結晶欠陥が多い場所に使用すると、その効果が特に大きい。
ここでp型拡散層形成用組成物は、例えば、アクセプタ元素含有物質とガラス成分とを含んで構成することができる。
ここでp型拡散層形成用組成物に代えて、アルミ電極ペーストを用いてもよい。アルミ電極ペーストを用いた場合には、p+型拡散層4上にはアルミ電極8が形成される。
また裏面電極が形成される領域にはすでにp+型拡散層4が形成されているため、裏面電極5を形成する電極形成用ペーストには、アルミ電極ペーストに限定されず、銀電極ペースト等のより低抵抗な電極を形成可能な電極用ペーストを用いることもできる。これにより、さらに発電効率を高めることも可能になる。
さらにまた、裏面部分にパッシベーション膜を形成せず、側面のみに本発明の半導体基板用パッシベーション膜形成用材料を塗布、乾燥してパッシベーション膜を形成してもよい。本発明の半導体基板用パッシベーション膜形成用材料は、側面のような結晶欠陥が多い場所に使用すると、その効果が特に大きい。
図3に概略断面図を示すように、p型半導体基板1の受光面側には、表面近傍にn+型拡散層2が形成され、その表面にパッシベーション膜6及び反射防止膜3が形成されている。反射防止膜3としては、窒化ケイ素膜、酸化チタン膜などが知られている。またパッシベーション膜6は、本発明の半導体基板用パッシベーション膜形成用材料を塗布、乾燥して形成される。
p+型拡散層4は、上述のようにp型拡散層形成用組成物又はアルミ電極ペーストを所望の領域に塗布した後に熱処理することで形成することができる。またn+型拡散層2は、例えば熱拡散処理によりn+型拡散層を形成可能なn型拡散層形成用組成物を所望の領域に塗布した後に熱処理することで形成することができる。
ここでn型拡散層形成用組成物は、例えば、ドナー元素含有物質とガラス成分とを含んで構成することができる。
また、p+型拡散層4上に設けられる裏面電極5は、アルミ電極ペーストを用いてp+型拡散層4と共に形成されるアルミ電極であってもよい。
裏面に設けられるパッシベーション膜6は、半導体基板用パッシベーション膜形成用材料を裏面電極5が設けられていない領域に塗布し乾燥することで形成することができる。またパッシベーション膜6は半導体基板1の裏面のみならず、さらに側面にも形成してよい(図示せず)。
(半導体基板用パッシベーション膜形成用材料の調製)
5質量%ナフィオン樹脂分散液(パーフルオロポリオレフィンスルホン酸誘導体、1−プロパノール/2−プロパノール=45/55(質量比)、水:15〜20%、アルドリッチ社製)10gに、テトラエトキシシラン(多摩化学工業製)0.35g、10%HNO3水溶液0.035gを加えて半導体基板用パッシベーション膜形成用材料を調製した。
半導体基板として、表面がミラー形状の単結晶型p型シリコン基板(SUMCO製、25mm角、厚さ:625μm)を用いた。シリコン基板をRCA洗浄液(関東化学製Frontier Cleaner−A01)を用いて70℃にて5分間洗浄後、2.5質量%フッ酸水溶液に室温にて5分間浸漬した。次いで、水で洗浄後、エタノールで洗浄し、次いで風乾して前処理した。
その後、シリコン基板を上記で前処理して得られた半導体基板用パッシベーション膜形成用材料にディップ(浸漬)して引き上げた後に、ホットプレート上で、90℃、150℃、200℃及び250℃のそれぞれの温度で10分間乾燥後、室温で放冷して評価用基板をそれぞれ作製した。各温度で乾燥して得られた評価用基板について、以下のようにして実効ライフタイムを測定して評価した。
乾燥後のパッシベーション膜を塗布したシリコン基板の実効ライフタイム(μs)を、ライフタイム測定装置(日本セミラボ製WT−2000PVN)を用いて、反射マイクロ波光電導減衰法により測定した。測定結果を表1に示す。
(半導体基板用パッシベーション膜形成用材料の調製)
5質量%ナフィオン樹脂分散液(1−プロパノール/2−プロパノール=45/55(質量比)、水:15〜20%、アルドリッチ社製)10gに、テトラエトキシシラン(多摩化学工業製)0.18gと、10%HNO3水溶液0.018gとを加えて半導体基板用パッシベーション膜形成用材料を調製した。
調製した半導体基板用パッシベーション膜形成用材料を用いて、実施例1と同様にしてシリコン基板上にパッシベーション膜を形成し、同様にして評価した。
(半導体基板用パッシベーション膜形成用材料の調製)
スルホン化ポリスチレン水溶液(ワコーケミカル社製)を150℃にて蒸発乾固し、スルホン化ポリスチレンを得た。これをエタノールに溶解した後、水、2−プロパノール、テトラエトキシシラン、10%HNO3水溶液を加え、半導体基板用パッシベーション膜形成用材料を調製した。各成分の比率はスルホン化ポリスチレン/エタノール/2−プロパノール/水/テトラエトキシシラン/10%HNO3水溶液=5/76.15/5/10/3.5/0.35(質量比)とした。
調製した半導体基板用パッシベーション膜形成用材料を用いて、実施例1と同様にしてシリコン基板上にパッシベーション膜を形成し、同様にして評価した。
(半導体基板用パッシベーション膜形成用材料の調製)
スルホン化ポリスチレン水溶液(ワコーケミカル社製)を150℃にて蒸発乾固し、スルホン化ポリスチレンを得た。これをエタノールに溶解した後、水、2−プロパノール、テトラエトキシシラン、10%HNO3水溶液を加え、半導体基板用パッシベーション膜形成用材料を調製した。各成分の比率はスルホン化ポリスチレン/エタノール/2−プロパノール/水/テトラエトキシシラン/10%HNO3水溶液=5/72.3/5/10/7/0.7(質量比)とした。
調製した半導体基板用パッシベーション膜形成用材料を用いて、実施例1と同様にしてシリコン基板上にパッシベーション膜を形成し、同様にして評価した。
(半導体基板用パッシベーション膜形成用材料の調製)
スルホン化ポリスチレン水溶液(ワコーケミカル社製)を150℃にて蒸発乾固し、スルホン化ポリスチレンを得た。これをエタノールに溶解した後、水、2−プロパノール、テトラエトキシシラン、10%HNO3水溶液を加え、半導体基板用パッシベーション膜形成用材料を調製した。各成分の比率はスルホン化ポリスチレン/エタノール/2−プロパノール/水/テトラエトキシシラン/10%HNO3水溶液=5/78.9/5/10/1.0/0.1(質量比)とした。後は実施例1と同様にした。
調製した半導体基板用パッシベーション膜形成用材料を用いて、実施例1と同様にしてシリコン基板上にパッシベーション膜を形成し、同様にして評価した。
実施例1において、乾燥温度を250℃としてシリコン基板上にパッシベーション膜を形成した後、以下のようにして加湿処理して評価用基板を作製した。
加湿処理は、評価用基板を100℃に熱した純水上5cmの位置に10秒間保持して形成されたパッシベーション膜に水蒸気を当てた後、圧縮空気で5秒間風乾して行なった。
得られた評価用基板の実効ライフタイムは、80μsであった。
実施例3において、シリコン基板上にパッシベーション膜形成用材料を塗布し、90℃で10分間乾燥してシリコン基板上にパッシベーション膜を形成した後に、25℃相対湿度50%の状態で2時間放置したこと以外は、同様にして評価用基板を作製した。
得られた評価用基板の実効ライフタイムは、200μsであった。
実施例7において、基板の前処理として2.5質量%フッ酸水溶液による前処理を行わなかったこと以外は、同様にして評価用基板を作製した。
得られた評価用基板の実効ライフタイムは、130μsであった。
実施例1において、半導体基板用パッシベーション膜形成用材料の塗布を行わなかった以外は実施例1と同様にして、シリコン基板における実効ライフタイムを測定して評価した。
実施例1において、テトラエトキシシランを加えずに、半導体基板用パッシベーション膜形成用材料を調製した。
調製した半導体基板用パッシベーション膜形成用材料を用いて、実施例1と同様にしてシリコン基板上にパッシベーション膜を形成し、同様にして評価した。
2 n+型拡散層
3 反射防止膜
4 p+型拡散層
5 裏面電極
6 パッシベーション膜
7 表面電極
8 p+型拡散層形成組成物の熱処理物又はアルミ電極
Claims (17)
- アニオン性基又はカチオン性基を有する高分子化合物と、分散媒と、金属アルコキシドとを含む半導体基板用パッシベーション膜形成用材料。
- 前記高分子化合物は、炭素原子と、水素原子、フッ素原子、酸素原子及び硫黄原子からなる群より選ばれる少なくとも1種の原子とから構成される主鎖を有する請求項1に記載の半導体基板用パッシベーション膜形成用材料。
- 前記高分子化合物は、炭素原子と、水素原子、酸素原子及び硫黄原子からなる群より選ばれる少なくとも1種の原子とから構成される主鎖を有する請求項1又は請求項2に記載の半導体基板用パッシベーション膜形成用材料。
- 前記高分子化合物は、芳香族基を有する請求項3に記載の半導体基板用パッシベーション膜形成用材料。
- 前記高分子化合物は、炭素原子及びフッ素原子から構成される主鎖を有する請求項1又は請求項2に記載の半導体基板用パッシベーション膜形成用材料。
- 前記金属アルコキシドは、シリコンアルコキシドである請求項1〜請求項5のいずれか1項に記載の半導体基板用パッシベーション膜形成用材料。
- さらに酸性化合物の少なくとも1種を含む請求項1〜請求項6のいずれか1項に記載の半導体基板用パッシベーション膜形成用材料。
- 前記高分子化合物の含有量に対する前記金属アルコキシドの含有率が、0.1質量%〜200質量%である前記請求項1〜請求項7のいずれか1項に記載の半導体基板用パッシベーション膜形成用材料。
- 前記分散媒は、水、メタノール、エタノール、1−プロパノール及び2−プロパノールからなる群より選ばれる少なくとも1つを含む請求項1〜請求項8のいずれか1項に記載の半導体基板用パッシベーション膜形成用材料。
- 前記高分子化合物は、スルホン酸基を有する請求項1〜請求項9のいずれか1項に記載の半導体基板用パッシベーション膜形成用材料。
- 前記高分子化合物は、ポリパーフルオロオレフィンスルホン酸誘導体、スルホン化ポリスチレン誘導体及びスルホン化ポリアリールエーテルスルホンからなる群より選ばれる少なくとも1種である請求項1〜請求項10のいずれか一項に記載の半導体基板用パッシベーション膜形成用材料。
- 半導体基板上に設けられ、アニオン性基又はカチオン性基を有する高分子化合物を含む請求項1〜請求項11のいずれか1項に記載の半導体基板用パッシベーション膜形成用材料の塗膜である半導体基板用パッシベーション膜。
- 半導体基板上に、アニオン性基又はカチオン性基を有する高分子化合物を含む請求項1〜請求項11のいずれか1項に記載の半導体基板用パッシベーション膜形成用材料を塗布する塗布層形成工程と、前記塗布層を乾燥して塗膜を形成する塗膜形成工程と、を有する半導体基板用パッシベーション膜の製造方法。
- 前記塗布層形成工程の前に、半導体基板上にフッ酸水溶液を付与する工程をさらに有する請求項13に記載の半導体基板用パッシベーション膜の製造方法。
- 前記塗膜形成工程の後に、前記塗膜を加湿処理する工程をさらに有する請求項13又は請求項14に記載の半導体基板用パッシベーション膜の製造方法。
- pn接合を有する半導体基板と、電極と、前記半導体基板上に設けられた請求項12に記載の半導体基板用パッシベーション膜とを有する太陽電池素子。
- pn接合を有し、電極が設けられた半導体基板上に、請求項12に記載の半導体基板用パッシベーション膜を形成する工程を有する太陽電池素子の製造方法。
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