JP2013026578A - Manufacturing method of n-type diffusion layer and manufacturing method of solar cell element - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、太陽電池素子のn型拡散層の製造方法及び太陽電池素子の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing an n-type diffusion layer of a solar cell element and a method for manufacturing a solar cell element.
従来のシリコン太陽電池セルの製造工程について説明する。
まず、光閉じ込め効果を促して高効率化を図るよう、受光面に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、続いてドナー元素含有化合物であるオキシ塩化リン(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工程が必要であった。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、裏面のn型拡散層の上にアルミニウムペーストを付与して、アルミニウムの拡散によってn型拡散層からp+型拡散層に変換させていた。
The manufacturing process of the conventional silicon solar cell will be described.
First, a p-type silicon substrate having a textured structure formed on the light receiving surface is prepared so as to promote the light confinement effect, and then a donor element-containing compound such as phosphorus oxychloride (POCl 3 ), nitrogen, oxygen The n-type diffusion layer is uniformly formed by performing several tens of minutes at 800 to 900 ° C. in the mixed gas atmosphere. In this conventional method, since phosphorus is diffused using a mixed gas, n-type diffusion layers are formed not only on the surface but also on the side surface and the back surface. Therefore, a side etching process for removing the side n-type diffusion layer is necessary. Further, the n-type diffusion layer on the back surface needs to be converted into a p + -type diffusion layer. An aluminum paste is applied on the n-type diffusion layer on the back surface, and the p + -type diffusion is performed from the n-type diffusion layer by the diffusion of aluminum. Was converted into a layer.
一方で、半導体の製造分野では、ドナー元素含有化合物として、五酸化リン(P2O5)あるいはリン酸二水素アンモニウム(NH4H2PO4)等のリン酸塩を含有する溶液の塗布によってn型拡散層を形成する方法が提案されている(例えば、特許文献1参照)。また、拡散層形成のために、ドナー元素としてリンを含むペーストを拡散源として半導体基板表面上に塗布し、熱拡散して拡散層を形成する技術も知られている(例えば、特許文献2参照)。しかしながら、これらの方法ではドナー元素またはその含有化合物が、拡散源である溶液、またはペースト中から飛散するため、上記混合ガスを用いる気相反応法と同様、拡散層形成時にリンの拡散が側面及び裏面にもおよび、塗布した部分以外にもn型拡散層が形成される。 On the other hand, in the semiconductor manufacturing field, by applying a solution containing a phosphate such as phosphorus pentoxide (P 2 O 5 ) or ammonium dihydrogen phosphate (NH 4 H 2 PO 4 ) as a donor element-containing compound. A method for forming an n-type diffusion layer has been proposed (see, for example, Patent Document 1). In addition, for forming a diffusion layer, a technique is also known in which a paste containing phosphorus as a donor element is applied as a diffusion source on the surface of a semiconductor substrate and thermally diffused to form a diffusion layer (see, for example, Patent Document 2). ). However, in these methods, since the donor element or a compound containing the same is scattered from the solution or paste as the diffusion source, the diffusion of phosphorus is caused by the side surface and the diffusion during the formation of the diffusion layer as in the gas phase reaction method using the mixed gas. An n-type diffusion layer is also formed on the back surface and in addition to the applied portion.
上述のように、n型拡散層形成の際、オキシ塩化リンを用いた気相反応では、本来n型拡散層が必要となる片面(通常は受光面、または表面)のみならず、もう一方の面(非受光面、または裏面)や側面にもn型拡散層が形成されてしまう。また、リンを含有する化合物を含む溶液、またはペーストを塗布して熱拡散させる方法でも、気相反応法と同様、表面以外にもn型拡散層が形成されてしまう。そのため、素子としてpn接合構造を有するためには、側面においてはエッチングを行い、裏面においてはn型拡散層をp型拡散層へ変換しなければならない。一般には、裏面に第13族元素であるアルミニウムのペーストを塗布、焼成し、n型拡散層をp型拡散層へ変換している。さらに、従来知られているリン等のドナー元素を含むペーストを拡散源として塗布する方法では、ドナー元素を有する化合物が揮散ガス化して、拡散が必要とされる領域以外にも拡散するため、選択的に特定の領域に拡散層を形成することが難しいという欠点がある。 As described above, in forming a n-type diffusion layer, in the gas phase reaction using phosphorus oxychloride, not only one side (usually the light receiving surface or the surface) that originally requires the n-type diffusion layer but also the other side An n-type diffusion layer is also formed on the surface (non-light-receiving surface or back surface) and side surfaces. In addition, even in a method in which a solution containing a compound containing phosphorus or a paste is applied and thermally diffused, an n-type diffusion layer is formed in addition to the surface as in the gas phase reaction method. Therefore, in order to have a pn junction structure as an element, it is necessary to perform etching on the side surface and convert the n-type diffusion layer to the p-type diffusion layer on the back surface. In general, an aluminum paste which is a Group 13 element is applied to the back surface and fired to convert the n-type diffusion layer into a p-type diffusion layer. Further, in the conventionally known method of applying a paste containing a donor element such as phosphorus as a diffusion source, the compound having the donor element is volatilized and gas is diffused and diffused in a region other than the region where diffusion is required. In particular, it is difficult to form a diffusion layer in a specific region.
これに対して、本発明者らにより、ドナー元素を含むガラス粉末及び分散媒を含有するn型拡散層形成組成物(拡散ペースト)を用いたn型拡散層の製造方法が提案されている。この方法によれば、上述のような側面及び裏面へのドナー元素の拡散が抑えられる。
前記n型拡散層形成組成物を用いる方法では、基板の側面や裏面へのリンの拡散を抑えることが可能になるものの、熱拡散後に炭化物が半導体基板上に残存する場合があった。
On the other hand, the present inventors have proposed a method for producing an n-type diffusion layer using an n-type diffusion layer forming composition (diffusion paste) containing a glass powder containing a donor element and a dispersion medium. According to this method, the diffusion of the donor element to the side surface and the back surface as described above can be suppressed.
In the method using the n-type diffusion layer forming composition, although it is possible to suppress the diffusion of phosphorus to the side surface and the back surface of the substrate, carbides may remain on the semiconductor substrate after thermal diffusion.
そこで、本発明は、不要なn型拡散層を形成させることなく、特定の部分にn型拡散層を形成することが可能であり、熱拡散後の半導体基板上に炭化物の残存がないn型拡散層の製造方法及び太陽電池素子の製造方法を提供することを課題とする。 Therefore, the present invention can form an n-type diffusion layer in a specific portion without forming an unnecessary n-type diffusion layer, and there is no carbide remaining on the semiconductor substrate after thermal diffusion. It is an object to provide a method for manufacturing a diffusion layer and a method for manufacturing a solar cell element.
本発明者らは、鋭意検討の結果、有機物を含むn型拡散層形成組成物を用いた場合に、熱拡散後の半導体基板上に残存する炭化物(残渣)は、前記有機物が熱拡散時に溶融したガラスに取り込まれてできたものであり、熱拡散前に脱バインダー処理により前記有機物を除去すれば、前記残渣をなくすことができることを見出した。即ち、本発明は、以下の通りである。 As a result of intensive studies, the present inventors have found that when an n-type diffusion layer forming composition containing an organic substance is used, the carbide (residue) remaining on the semiconductor substrate after thermal diffusion is melted when the organic substance is thermally diffused. It was found that the residue can be eliminated by removing the organic matter by debinding before heat diffusion. That is, the present invention is as follows.
<1>ドナー元素を含むガラス粉末及び有機物を含む分散媒を含有するn型拡散層形成組成物を半導体基板上に付与して組成物層を形成する工程と、
前記組成物層から前記有機物を除去する第一の熱処理工程と、
前記第一の熱処理工程後の半導体基板を熱拡散処理する第二の熱処理工程と、
を有するn型拡散層の製造方法である。
<2>前記第一の熱処理工程における処理温度を300℃から前記ガラス粉末の軟化点までの範囲内とする前記<1>に記載のn型拡散層の製造方法である。
<3>前記第一の熱処理工程における処理時間を1分間から30分間までとする前記<1>又は<2>に記載のn型拡散層の製造方法である。
<4>前記ドナー元素が、P(リン)及びSb(アンチモン)から選択される少なくとも1種である前記<1>〜<3>のいずれか1つに記載のn型拡散層の製造方法である。
<5>前記ガラス粉末が、P2O3、P2O5及びSb2O3から選択される少なくとも1種のドナー元素含有物質と、SiO2、K2O、Na2O、Li2O、BaO、SrO、CaO、MgO、BeO、ZnO、PbO、CdO、V2O5、SnO、ZrO2、及びMoO3から選択される少なくとも1種のガラス成分物質と、を含有することを特徴とする前記<1>〜<4>のいずれか1つに記載のn型拡散層の製造方法である。
<6>前記<1>〜<5>のいずれか1つに記載の製造方法で得られたn型拡散層を有する半導体基板の前記n型拡散層上に電極を形成する工程を有する太陽電池素子の製造方法である。
<1> A step of forming a composition layer by providing an n-type diffusion layer forming composition containing a glass powder containing a donor element and a dispersion medium containing an organic substance on a semiconductor substrate;
A first heat treatment step for removing the organic matter from the composition layer;
A second heat treatment step of thermally diffusing the semiconductor substrate after the first heat treatment step;
It is a manufacturing method of the n type diffused layer which has this.
<2> The method for producing an n-type diffusion layer according to <1>, wherein the treatment temperature in the first heat treatment step is in a range from 300 ° C. to the softening point of the glass powder.
<3> The method for producing an n-type diffusion layer according to <1> or <2>, wherein a treatment time in the first heat treatment step is 1 minute to 30 minutes.
<4> The method for producing an n-type diffusion layer according to any one of <1> to <3>, wherein the donor element is at least one selected from P (phosphorus) and Sb (antimony). is there.
<5> The glass powder is at least one donor element-containing material selected from P 2 O 3 , P 2 O 5 and Sb 2 O 3 , SiO 2 , K 2 O, Na 2 O, Li 2 O And at least one glass component material selected from BaO, SrO, CaO, MgO, BeO, ZnO, PbO, CdO, V 2 O 5 , SnO, ZrO 2 , and MoO 3 , The method for producing an n-type diffusion layer according to any one of <1> to <4>.
<6> A solar cell including a step of forming an electrode on the n-type diffusion layer of the semiconductor substrate having the n-type diffusion layer obtained by the manufacturing method according to any one of <1> to <5>. It is a manufacturing method of an element.
本発明によれば、不要なn型拡散層を形成させることなく、特定の部分にn型拡散層を形成することが可能であるとともに、また熱拡散後の半導体基板上に炭化物の残存がなくなる。 According to the present invention, it is possible to form an n-type diffusion layer in a specific portion without forming an unnecessary n-type diffusion layer, and there is no remaining carbide on the semiconductor substrate after thermal diffusion. .
まず、本発明において用いるn型拡散層形成組成物について説明し、次に該n型拡散層形成組成物を用いるn型拡散層及び太陽電池素子の製造方法について説明する。
本明細書において「工程」との語は、独立した工程だけではなく、他の工程と明確に区別できない場合であってもその工程の所期の作用が達成されれば、本用語に含まれる。また本明細書において「〜」は、その前後に記載される数値をそれぞれ最小値および最大値として含む範囲を示す。更に本明細書において組成物中の各成分の量について言及する場合、組成物中に各成分に該当する物質が複数存在する場合には、特に断らない限り、組成物中に存在する当該複数の物質の合計量を意味する。
First, an n-type diffusion layer forming composition used in the present invention will be described, and then an n-type diffusion layer using the n-type diffusion layer forming composition and a method for manufacturing a solar cell element will be described.
In this specification, the term “process” is not limited to an independent process, and is included in the term if the intended action of the process is achieved even when it cannot be clearly distinguished from other processes. . Further, in the present specification, “to” indicates a range including numerical values described before and after that as a minimum value and a maximum value, respectively. Further, when referring to the amount of each component in the composition in the present specification, when there are a plurality of substances corresponding to each component in the composition, the plurality of the components present in the composition unless otherwise specified. It means the total amount of substance.
[n型拡散層形成組成物]
本発明のn型拡散層形成組成物は、少なくともドナー元素を含むガラス粉末(以下、単に「ガラス粉末」と称する場合がある)と、分散媒と、を含有し、更に塗布性等を考慮してその他の添加剤を必要に応じて含有してもよい。
ここで、n型拡散層形成組成物とは、前記ガラス粉末を含有し、半導体基板に塗布した後にこのドナー元素を熱拡散することでn型拡散層を形成することが可能な材料をいう。前記ガラス粉末を含むn型拡散層形成組成物を用いることで、所望の部位にn型拡散層が形成され、裏面や側面には不要なn型拡散層が形成されない。
[N-type diffusion layer forming composition]
The n-type diffusion layer forming composition of the present invention contains a glass powder containing at least a donor element (hereinafter sometimes simply referred to as “glass powder”) and a dispersion medium, and further considers coating properties and the like. Other additives may be contained as necessary.
Here, the n-type diffusion layer forming composition refers to a material that contains the glass powder and can form an n-type diffusion layer by thermally diffusing this donor element after being applied to a semiconductor substrate. By using the composition for forming an n-type diffusion layer containing the glass powder, an n-type diffusion layer is formed at a desired site, and an unnecessary n-type diffusion layer is not formed on the back surface or side surface.
従って、本発明のn型拡散層形成組成物を適用すれば、従来広く採用されている気相反応法では必須のサイドエッチング工程が不要となり、工程が簡易化される。また、裏面に形成されたn型拡散層をp+型拡散層へ変換する工程も不要となる。そのため、裏面のp+型拡散層の形成方法や、裏面電極の材質、形状及び厚さが制限されず、適用する製造方法や材質、形状の選択肢が広がる。また詳細は後述するが、裏面電極の厚さに起因した半導体基板内の内部応力の発生が抑えられ、半導体基板の反りも抑えられる。 Therefore, if the n-type diffusion layer forming composition of the present invention is applied, the side etching step that is essential in the conventional gas phase reaction method is not required, and the process is simplified. In addition, the step of converting the n-type diffusion layer formed on the back surface into the p + -type diffusion layer is not necessary. Therefore, the method for forming the p + -type diffusion layer on the back surface and the material, shape, and thickness of the back electrode are not limited, and the choice of manufacturing method, material, and shape to be applied is widened. Moreover, although mentioned later for details, generation | occurrence | production of the internal stress in the semiconductor substrate resulting from the thickness of a back surface electrode is suppressed, and the curvature of a semiconductor substrate is also suppressed.
尚、本発明のn型拡散層形成組成物に含有されるガラス粉末は焼成により溶融し、n型拡散層の上にガラス層を形成する。しかし、従来の気相反応法やリン酸塩含有の溶液またはペーストを塗布する方法においてもn型拡散層の上にガラス層が形成されており、よって本発明において生成したガラス層は、従来の方法と同様に、エッチングにより除去することができる。従って、本発明のn型拡散層形成組成物は、従来の方法と比べても不要な生成物を発生させず、工程を増やすこともない。 In addition, the glass powder contained in the n type diffused layer formation composition of this invention fuse | melts by baking, and forms a glass layer on an n type diffused layer. However, a glass layer is formed on the n-type diffusion layer even in the conventional gas phase reaction method and the method of applying a phosphate-containing solution or paste, and thus the glass layer produced in the present invention is Similar to the method, it can be removed by etching. Therefore, the n-type diffusion layer forming composition of the present invention does not generate unnecessary products and does not increase the number of steps as compared with the conventional method.
また、ガラス粉末中のドナー成分は焼成中でも揮散しにくいため、揮散ガスの発生によって表面のみでなく裏面や側面にまでn型拡散層が形成されるということが抑制される。
この理由としては、ドナー成分がガラス粉末中の元素と結合しているか、又はガラス中に取り込まれているため、揮散しにくいものと考えられる。
In addition, since the donor component in the glass powder is difficult to volatilize even during firing, it is suppressed that the n-type diffusion layer is formed not only on the surface but also on the back surface and side surfaces due to the generation of the volatilizing gas.
The reason for this is considered that the donor component is bonded to an element in the glass powder or is taken into the glass, so that it is difficult to volatilize.
このように、本発明のn型拡散層形成組成物は、所望の部位に所望の濃度のn型拡散層を形成することが可能であることから、n型ドーパント濃度の高い選択的な領域を形成することが可能となる。一方、n型拡散層の一般的な方法である気相反応法や、リン酸塩含有溶液を用いる方法によってn型ドーパント濃度の高い選択的な領域を形成することは一般的には困難である。 Thus, since the n-type diffusion layer forming composition of the present invention can form an n-type diffusion layer having a desired concentration at a desired site, a selective region having a high n-type dopant concentration is formed. It becomes possible to form. On the other hand, it is generally difficult to form a selective region having a high n-type dopant concentration by a gas phase reaction method, which is a general method of an n-type diffusion layer, or a method using a phosphate-containing solution. .
<ガラス粉末>
前記n型拡散層形成組成物は前記ガラス粉末の少なくとも1種を含有する。
前記ガラス粉末に含まれるドナー元素とは、半導体基板中にドーピングさせることによってn型拡散層を形成することが可能な元素である。ドナー元素としては第15族の元素が使用でき、例えばP(リン)、Sb(アンチモン)、Bi(ビスマス)、As(ヒ素)等が挙げられる。安全性、ガラス化の容易さ等の観点から、P又はSbが好適である。
<Glass powder>
The n-type diffusion layer forming composition contains at least one of the glass powders.
The donor element contained in the glass powder is an element that can form an n-type diffusion layer by doping into a semiconductor substrate. As the donor element, a Group 15 element can be used, and examples thereof include P (phosphorus), Sb (antimony), Bi (bismuth), As (arsenic), and the like. From the viewpoints of safety, ease of vitrification, etc., P or Sb is preferred.
ドナー元素をガラス粉末に導入するために用いるドナー元素含有物質としては、P2O3、P2O5、Sb2O3、Bi2O3及びAs2O3が挙げられ、P2O3、P2O5及びSb2O3から選択される少なくとも1種を用いることが好ましい。 Examples of the donor element-containing material used for introducing the donor element into the glass powder include P 2 O 3 , P 2 O 5 , Sb 2 O 3 , Bi 2 O 3 and As 2 O 3 , and P 2 O 3 It is preferable to use at least one selected from P 2 O 5 and Sb 2 O 3 .
また、ドナー元素を含むガラス粉末は、必要に応じて成分比率を調整することによって、溶融温度、軟化点、ガラス転移点、化学的耐久性等を制御することが可能である。更に以下に記す、ガラス成分物質を含むことが好ましい。
前記ガラス成分物質としては、SiO2、K2O、Na2O、Li2O、BaO、SrO、CaO、MgO、BeO、ZnO、PbO、CdO、V2O5、SnO、ZrO2、MoO3、La2O3、Nb2O5、Ta2O5、Y2O3、TiO2、GeO2、TeO2及びLu2O3等が挙げられる。中でも、SiO2、K2O、Na2O、Li2O、BaO、SrO、CaO、MgO、BeO、ZnO、PbO、CdO、V2O5、SnO、ZrO2及びMoO3から選択される少なくとも1種が好ましく、半導体基板との反応物が、フッ酸処理時に残渣として残らないため、SiO2、K2O、Na2O、Li2O、BaO、SrO、CaO、MgO、BeO、ZnO、PbO、CdO、SnO、ZrO2、及びMoO3から選択される少なくとも1種がより好ましい。
Moreover, the glass powder containing a donor element can control a melting temperature, a softening point, a glass transition point, chemical durability, etc. by adjusting a component ratio as needed. Furthermore, it is preferable to contain the glass component substance described below.
Examples of the glass component material include SiO 2 , K 2 O, Na 2 O, Li 2 O, BaO, SrO, CaO, MgO, BeO, ZnO, PbO, CdO, V 2 O 5 , SnO, ZrO 2 , and MoO 3. La 2 O 3 , Nb 2 O 5 , Ta 2 O 5 , Y 2 O 3 , TiO 2 , GeO 2 , TeO 2, and Lu 2 O 3 . Among them, at least selected from SiO 2 , K 2 O, Na 2 O, Li 2 O, BaO, SrO, CaO, MgO, BeO, ZnO, PbO, CdO, V 2 O 5 , SnO, ZrO 2 and MoO 3. One type is preferable, and a reaction product with the semiconductor substrate does not remain as a residue at the time of hydrofluoric acid treatment. Therefore, SiO 2 , K 2 O, Na 2 O, Li 2 O, BaO, SrO, CaO, MgO, BeO, ZnO, At least one selected from PbO, CdO, SnO, ZrO 2 , and MoO 3 is more preferable.
前記ガラス粉末の具体例としては、前記ドナー元素含有物質と前記ガラス成分物質の双方を含む系が挙げられ、P2O5−SiO2系(ドナー元素含有物質−ガラス成分物質の順で記載、以下同様)、P2O5−K2O系、P2O5−Na2O系、P2O5−Li2O系、P2O5−BaO系、P2O5−SrO系、P2O5−CaO系、P2O5−MgO系、P2O5−BeO系、P2O5−ZnO系、P2O5−PbO系、P2O5−CdO系、P2O5−SnO系、P2O5−GeO2系、P2O5−TeO2系等のドナー元素含有物質としてP2O5を含む系、前記のP2O5を含む系のP2O5の代わりにドナー元素含有物質としてSb2O3を含む系のガラス粉末が挙げられる。
なお、P2O5−Sb2O3系、P2O5−As2O3系等のように、2種類以上のドナー元素含有物質を含むガラス粉末でもよい。
上記では2成分を含む複合ガラスを例示したが、P2O5−SiO2−CaO等、3成分以上の物質を含むガラス粉末でもよい。
Specific examples of the glass powder include a system containing both the donor element-containing substance and the glass component substance, and a P 2 O 5 —SiO 2 system (described in the order of donor element-containing substance-glass component substance, hereinafter the same), P 2 O 5 -K 2 O based, P 2 O 5 -Na 2 O-based, P 2 O 5 -Li 2 O system, P 2 O 5 -BaO-based, P 2 O 5 -SrO system, P 2 O 5 -CaO-based, P 2 O 5 -MgO-based, P 2 O 5 -BeO based, P 2 O 5 -ZnO-based, P 2 O 5 -PbO based, P 2 O 5 -CdO system, P 2 O 5 -SnO-based, P 2 O 5 -GeO 2 system, P 2 O 5 -TeO 2 system such as a donor element-containing material as a system containing P 2 O 5 of the system containing P 2 O 5 of the P 2 glass powder system containing Sb 2 O 3 as a donor element-containing material elevation instead of O 5 It is.
Note that a glass powder containing two or more kinds of donor element-containing substances, such as a P 2 O 5 —Sb 2 O 3 system and a P 2 O 5 —As 2 O 3 system, may be used.
In the above has been illustrated composite glass containing two components, P 2 O 5 -SiO 2 -CaO, etc., it may be a glass powder containing 3 components or more substances.
前記ガラス成分物質の含有比率は、溶融温度、軟化点、ガラス転移点、化学的耐久性を考慮して適宜設定することが望ましく、一般には、0.1質量%以上95質量%以下であることが好ましく、0.5質量%以上90質量%以下であることがより好ましい。 The content ratio of the glass component substance is desirably set in consideration of the melting temperature, softening point, glass transition point, and chemical durability, and is generally 0.1% by mass or more and 95% by mass or less. It is more preferable that it is 0.5 mass% or more and 90 mass% or less.
具体的には、例えば、前記ガラス成分物質として、SiO2、K2O、Na2O、Li2O、BaO、SrO、CaO、MgO、BeO、ZnO、PbO、CdO、SnO、ZrO2、及びMoO3から選択される少なくとも1種を含有するガラスである場合、半導体基板との反応物が、フッ酸処理時に残渣として残らないため、好ましい。また、ガラス成分物質として酸化バナジウムV2O5を含むガラス(例えばP2O5−V2O5系ガラス)の場合には、溶融温度や軟化点を降下させる観点から、V2O5の含有比率は、1質量%以上50質量%以下であることが好ましく、3質量%以上40質量%以下であることがより好ましい。 Specifically, for example, as the glass component substance, SiO 2 , K 2 O, Na 2 O, Li 2 O, BaO, SrO, CaO, MgO, BeO, ZnO, PbO, CdO, SnO, ZrO 2 , and A glass containing at least one selected from MoO 3 is preferable because a reaction product with the semiconductor substrate does not remain as a residue during hydrofluoric acid treatment. Moreover, in the case of glass containing vanadium oxide V 2 O 5 as a glass component substance (for example, P 2 O 5 —V 2 O 5 glass), V 2 O 5 is used from the viewpoint of lowering the melting temperature and the softening point. The content ratio is preferably 1% by mass or more and 50% by mass or less, and more preferably 3% by mass or more and 40% by mass or less.
前記ガラス粉末の軟化点は、拡散処理時の拡散性、液だれの観点から、200℃〜1000℃であることが好ましく、300℃〜900℃であることがより好ましい。 The softening point of the glass powder is preferably 200 ° C. to 1000 ° C., more preferably 300 ° C. to 900 ° C., from the viewpoints of diffusibility during the diffusion treatment and dripping.
前記ガラス粉末の形状としては、略球状、扁平状、ブロック状、板状及び鱗片状等が挙げられ、n型拡散層形成組成物とした場合の基板への塗布性や均一拡散性の点から、略球状、扁平状又は板状であることが望ましい。ガラス粉末の粒径は、100μm以下であることが望ましい。100μm以下の粒径を有するガラス粉末を用いた場合には、平滑な塗膜が得られやすい。更に、ガラス粉末の粒径は50μm以下であることがより望ましい。なお、下限は特に制限されないが、0.01μm以上であることが好ましい。
ここで、ガラスの粒径は、体積平均粒子径を表し、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。
Examples of the shape of the glass powder include a substantially spherical shape, a flat shape, a block shape, a plate shape, a scale shape, and the like. From the viewpoint of application property to a substrate and uniform diffusibility when an n-type diffusion layer forming composition is used. It is desirable that the shape is substantially spherical, flat or plate-like. The particle size of the glass powder is desirably 100 μm or less. When glass powder having a particle size of 100 μm or less is used, a smooth coating film is easily obtained. Furthermore, the particle size of the glass powder is more desirably 50 μm or less. The lower limit is not particularly limited, but is preferably 0.01 μm or more.
Here, the particle diameter of glass represents a volume average particle diameter, and can be measured by a laser scattering diffraction method particle size distribution measuring apparatus or the like.
前記ガラス粉末は、以下の手順で作製される。
最初に原料、例えば、前記ドナー元素含有物質とガラス成分物質を秤量し、るつぼに充填する。るつぼの材質としては白金、白金―ロジウム、イリジウム、アルミナ、石英、炭素等が挙げられるが、溶融温度、雰囲気、溶融物質との反応性等を考慮して適宜選ばれる。
次に、電気炉でガラス組成に応じた温度で加熱し融液とする。このとき融液が均一となるよう攪拌することが望ましい。
続いて得られた融液をジルコニア基板やカーボン基板等の上に流し出して融液をガラス化する。
最後にガラスを粉砕し粉末状とする。粉砕にはジェットミル、ビーズミル、ボールミル等公知の方法が適用できる。
The glass powder is produced by the following procedure.
First, raw materials, for example, the donor element-containing material and the glass component material are weighed and filled in a crucible. Examples of the material for the crucible include platinum, platinum-rhodium, iridium, alumina, quartz, carbon, and the like, and are appropriately selected in consideration of the melting temperature, atmosphere, reactivity with the molten material, and the like.
Next, it heats with the temperature according to a glass composition with an electric furnace, and is set as a melt. At this time, it is desirable to stir the melt uniformly.
Subsequently, the obtained melt is poured onto a zirconia substrate, a carbon substrate or the like to vitrify the melt.
Finally, the glass is crushed into powder. A known method such as a jet mill, a bead mill, or a ball mill can be applied to the pulverization.
前記n型拡散層形成組成物中の前記ガラス粉末の含有比率は、塗布性、ドナー元素の拡散性を考慮し決定される。一般には、n型拡散層形成組成物中のガラス粉末の含有比率は、0.1質量%以上95質量%以下であることが好ましく、1質量%以上90質量%以下であることがより好ましく、1.5質量%以上85質量%以下であることがさらに好ましく、2質量%以上80質量%以下が特に好ましい。 The content ratio of the glass powder in the n-type diffusion layer forming composition is determined in consideration of applicability and donor element diffusibility. In general, the content ratio of the glass powder in the n-type diffusion layer forming composition is preferably 0.1% by mass or more and 95% by mass or less, more preferably 1% by mass or more and 90% by mass or less, More preferably, it is 1.5 mass% or more and 85 mass% or less, and 2 mass% or more and 80 mass% or less are especially preferable.
<分散媒>
本発明のn型拡散層形成組成物は、有機物の少なくとも1種を含む分散媒の少なくとも1種を含有する。
前記分散媒とは、組成物中において前記ガラス粉末を分散させる媒体である。具体的に分散媒としては、バインダーや溶剤等が採用される。
<Dispersion medium>
The n-type diffusion layer forming composition of the present invention contains at least one dispersion medium containing at least one organic substance.
The dispersion medium is a medium in which the glass powder is dispersed in the composition. Specifically, a binder, a solvent, or the like is employed as the dispersion medium.
前記バインダーとしては、例えば、ポリビニルアルコール、ポリアクリルアミド類、ポリビニルアミド類、ポリビニルピロリドン、ポリエチレンオキサイド類、ポリスルホン酸、アクリルアミドアルキルスルホン酸、セルロースエーテル類、セルロース誘導体、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、エチルセルロース、ゼラチン、澱粉及び澱粉誘導体、アルギン酸ナトリウム類、キサンタン、グア及びグア誘導体、スクレログルカン及びスクレログルカン誘導体、トラガカント及びトラガカント誘導体、デキストリン及びデキストリン誘導体、(メタ)アクリル酸樹脂、(メタ)アクリル酸エステル樹脂(例えば、アルキル(メタ)アクリレート樹脂、ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレート樹脂等)、ブタジエン樹脂、スチレン樹脂、又はこれらの共重合体、他にも、シロキサン樹脂等を適宜選択しうる。これらは1種類を単独で又は2種類以上を組み合わせて使用される。 Examples of the binder include polyvinyl alcohol, polyacrylamides, polyvinyl amides, polyvinyl pyrrolidone, polyethylene oxides, polysulfonic acid, acrylamide alkyl sulfonic acid, cellulose ethers, cellulose derivatives, carboxymethyl cellulose, hydroxyethyl cellulose, ethyl cellulose, gelatin, Starch and starch derivatives, sodium alginate, xanthan, guar and gua derivatives, scleroglucan and scleroglucan derivatives, tragacanth and tragacanth derivatives, dextrin and dextrin derivatives, (meth) acrylic acid resin, (meth) acrylic acid ester resin ( For example, alkyl (meth) acrylate resin, dimethylaminoethyl (meth) acrylate resin, etc.), butadiene Resins, styrene resins, copolymers thereof, Additional be appropriately selected siloxane resin. These are used singly or in combination of two or more.
前記バインダーの分子量は特に制限されず、組成物としての所望の粘度を鑑みて適宜調整することが望ましい。 The molecular weight of the binder is not particularly limited, and it is desirable to adjust appropriately in view of the desired viscosity as the composition.
前記溶剤としては、特に限定されず、例えば、アセトン、メチルエチルケトン、メチル−n−プロピルケトン、メチル−iso−プロピルケトン、メチル−n−ブチルケトン、メチル−iso−ブチルケトン、メチル−n−ペンチルケトン、メチル−n−ヘキシルケトン、ジエチルケトン、ジプロピルケトン、ジ−iso−ブチルケトン、トリメチルノナノン、シクロヘキサノン、シクロペンタノン、メチルシクロヘキサノン、2,4−ペンタンジオン、アセトニルアセトン等のケトン系溶剤、
ジエチルエーテル、メチルエチルエーテル、メチル−n−プロピルエーテル、ジ−iso−プロピルエーテル、テトラヒドロフラン、メチルテトラヒドロフラン、ジオキサン、ジメチルジオキサン、エチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールジエチルエーテル、エチレングリコールジ−n−プロピルエーテル、エチレングリコールジブチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールメチルエチルエーテル、ジエチレングリコールメチル−n−プロピルエーテル、ジエチレングリコールメチル−n−ブチルエーテル、ジエチレングリコールジ−n−プロピルエーテル、ジエチレングリコールジ−n−ブチルエーテル、ジエチレングリコールメチル−n−ヘキシルエーテル、トリエチレングリコールジメチルエーテル、トリエチレングリコールジエチルエーテル、トリエチレングリコールメチルエチルエーテル、トリエチレングリコールメチル−n−ブチルエーテル、トリエチレングリコールジ−n−ブチルエーテル、トリエチレングリコールメチル−n−ヘキシルエーテル、テトラエチレングリコールジメチルエーテル、テトラエチレングリコールジエチルエーテル、テトラジエチレングリコールメチルエチルエーテル、テトラエチレングリコールメチル−n−ブチルエーテル、ジエチレングリコールジ−n−ブチルエーテル、テトラエチレングリコールメチル−n−ヘキシルエーテル、テトラエチレングリコールジ−n−ブチルエーテル、プロピレングリコールジメチルエーテル、プロピレングリコールジエチルエーテル、プロピレングリコールジ−n−プロピルエーテル、プロピレングリコールジブチルエーテル、ジプロピレングリコールジメチルエーテル、ジプロピレングリコールジエチルエーテル、ジプロピレングリコールメチルエチルエーテル、ジプロピレングリコールメチル−n−ブチルエーテル、ジプロピレングリコールジ−n−プロピルエーテル、ジプロピレングリコールジ−n−ブチルエーテル、ジプロピレングリコールメチル−n−ヘキシルエーテル、トリプロピレングリコールジメチルエーテル、トリプロピレングリコールジエチルエーテル、トリプロピレングリコールメチルエチルエーテル、トリプロピレングリコールメチル−n−ブチルエーテル、トリプロピレングリコールジ−n−ブチルエーテル、トリプロピレングリコールメチル−n−ヘキシルエーテル、テトラプロピレングリコールジメチルエーテル、テトラプロピレングリコールジエチルエーテル、テトラジプロピレングリコールメチルエチルエーテル、テトラプロピレングリコールメチル−n−ブチルエーテル、ジプロピレングリコールジ−n−ブチルエーテル、テトラプロピレングリコールメチル−n−ヘキシルエーテル、テトラプロピレングリコールジ−n−ブチルエーテル等のエーテル系溶剤、
酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸n−プロピル、酢酸i−プロピル、酢酸n−ブチル、酢酸i−ブチル、酢酸sec−ブチル、酢酸n−ペンチル、酢酸sec−ペンチル、酢酸3−メトキシブチル、酢酸メチルペンチル、酢酸2−エチルブチル、酢酸2−エチルヘキシル、酢酸2−(2−ブトキシエトキシ)エチル、酢酸ベンジル、酢酸シクロヘキシル、酢酸メチルシクロヘキシル、酢酸ノニル、アセト酢酸メチル、アセト酢酸エチル、酢酸ジエチレングリコールメチルエーテル、酢酸ジエチレングリコールモノエチルエーテル、酢酸ジプロピレングリコールメチルエーテル、酢酸ジプロピレングリコールエチルエーテル、ジ酢酸グリコール、酢酸メトキシトリグリコール、プロピオン酸エチル、プロピオン酸n−ブチル、プロピオン酸i−アミル、シュウ酸ジエチル、シュウ酸ジ−n−ブチル、乳酸メチル、乳酸エチル、乳酸n−ブチル、乳酸n−アミル、エチレングリコールメチルエーテルプロピオネート、エチレングリコールエチルエーテルプロピオネート、エチレングリコールメチルエーテルアセテート、エチレングリコールエチルエーテルアセテート、プロピレングリコールメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールエチルエーテルアセテート、プロピレングリコールプロピルエーテルアセテート、ジプロピレングリコールメチルエーテルアセテート、ジプロピレングリコールエチルエーテルアセテート、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン等のエステル系溶媒、
ジエチレングリコールメチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールエチルエーテルアセテート、ジエチレングリコール−n−ブチルエーテルアセテート等のエーテルアセテート系溶剤、
アセトニトリル、N−メチルピロリジノン、N−エチルピロリジノン、N−プロピルピロリジノン、N−ブチルピロリジノン、N−ヘキシルピロリジノン、N−シクロヘキシルピロリジノン、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド等の非プロトン性極性溶剤、
メタノール、エタノール、n−プロパノール、i−プロパノール、n−ブタノール、i−ブタノール、sec−ブタノール、t−ブタノール、n−ペンタノール、i−ペンタノール、2−メチルブタノール、sec−ペンタノール、t−ペンタノール、3−メトキシブタノール、n−ヘキサノール、2−メチルペンタノール、sec−ヘキサノール、2−エチルブタノール、sec−ヘプタノール、n−オクタノール、2−エチルヘキサノール、sec−オクタノール、n−ノニルアルコール、n−デカノール、sec−ウンデシルアルコール、トリメチルノニルアルコール、sec−テトラデシルアルコール、sec−ヘプタデシルアルコール、フェノール、シクロヘキサノール、メチルシクロヘキサノール、ベンジルアルコール、エチレングリコール、1,2−プロピレングリコール、1,3−ブチレングリコール、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、トリエチレングリコール、トリプロピレングリコール等のアルコール系溶剤、
エチレングリコールメチルエーテル、エチレングリコールエチルエーテル、エチレングリコールモノフェニルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノ−n−ブチルエーテル、ジエチレングリコールモノ−n−ヘキシルエーテル、エトキシトリグリコール、テトラエチレングリコールモノ−n−ブチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノエチルエーテル、トリプロピレングリコールモノメチルエーテル等のグリコールモノエーテル系溶剤、
α−テルピネン、α−テルピネオール、ミルセン、アロオシメン、リモネン、ジペンテン、α−ピネン、β−ピネン、ターピネオール、カルボン、オシメン、フェランドレン等のテルペン系溶剤、
水、等
が挙げられる。中でも、n型拡散層形成組成物とした場合、基板への塗布性の観点から、α−テルピネオール、ジエチレングリコールモノ−n−ブチルエーテル、酢酸ジエチレングリコールモノ−n−ブチルエーテルが好ましく、α−テルピネオール、ジエチレングリコールモノ−n−ブチルエーテルが好ましい。
これらは1種類を単独で又は2種類以上を組み合わせて使用される。
The solvent is not particularly limited. For example, acetone, methyl ethyl ketone, methyl-n-propyl ketone, methyl-iso-propyl ketone, methyl-n-butyl ketone, methyl-iso-butyl ketone, methyl-n-pentyl ketone, methyl Ketone solvents such as -n-hexyl ketone, diethyl ketone, dipropyl ketone, di-iso-butyl ketone, trimethylnonanone, cyclohexanone, cyclopentanone, methylcyclohexanone, 2,4-pentanedione, and acetonyl acetone;
Diethyl ether, methyl ethyl ether, methyl-n-propyl ether, di-iso-propyl ether, tetrahydrofuran, methyltetrahydrofuran, dioxane, dimethyl dioxane, ethylene glycol dimethyl ether, ethylene glycol diethyl ether, ethylene glycol di-n-propyl ether, ethylene Glycol dibutyl ether, diethylene glycol dimethyl ether, diethylene glycol diethyl ether, diethylene glycol methyl ethyl ether, diethylene glycol methyl-n-propyl ether, diethylene glycol methyl-n-butyl ether, diethylene glycol di-n-propyl ether, diethylene glycol di-n-butyl ether, diethylene glycol methyl-n Hexyl ether, triethylene glycol dimethyl ether, triethylene glycol diethyl ether, triethylene glycol methyl ethyl ether, triethylene glycol methyl-n-butyl ether, triethylene glycol di-n-butyl ether, triethylene glycol methyl-n-hexyl ether, tetra Ethylene glycol dimethyl ether, tetraethylene glycol diethyl ether, tetradiethylene glycol methyl ethyl ether, tetraethylene glycol methyl-n-butyl ether, diethylene glycol di-n-butyl ether, tetraethylene glycol methyl-n-hexyl ether, tetraethylene glycol di-n-butyl ether , Propylene glycol dimethyl ether, propylene Glycol diether ether, propylene glycol di-n-propyl ether, propylene glycol dibutyl ether, dipropylene glycol dimethyl ether, dipropylene glycol diethyl ether, dipropylene glycol methyl ethyl ether, dipropylene glycol methyl n-butyl ether, dipropylene glycol di -N-propyl ether, dipropylene glycol di-n-butyl ether, dipropylene glycol methyl-n-hexyl ether, tripropylene glycol dimethyl ether, tripropylene glycol diethyl ether, tripropylene glycol methyl ethyl ether, tripropylene glycol methyl-n- Butyl ether, tripropylene glycol di-n-butyl ether, Ripropylene glycol methyl-n-hexyl ether, tetrapropylene glycol dimethyl ether, tetrapropylene glycol diethyl ether, tetradipropylene glycol methyl ethyl ether, tetrapropylene glycol methyl n-butyl ether, dipropylene glycol di-n-butyl ether, tetrapropylene glycol Ether solvents such as methyl-n-hexyl ether and tetrapropylene glycol di-n-butyl ether;
Methyl acetate, ethyl acetate, n-propyl acetate, i-propyl acetate, n-butyl acetate, i-butyl acetate, sec-butyl acetate, n-pentyl acetate, sec-pentyl acetate, 3-methoxybutyl acetate, methyl pentyl acetate , 2-ethylbutyl acetate, 2-ethylhexyl acetate, 2- (2-butoxyethoxy) ethyl acetate, benzyl acetate, cyclohexyl acetate, methyl cyclohexyl acetate, nonyl acetate, methyl acetoacetate, ethyl acetoacetate, diethylene glycol methyl ether acetate, diethylene glycol acetate Monoethyl ether, dipropylene glycol methyl ether acetate, dipropylene glycol ethyl ether acetate, glycol diacetate, methoxytriglycol acetate, ethyl propionate, n-butyl propionate, i-a propionate , Diethyl oxalate, di-n-butyl oxalate, methyl lactate, ethyl lactate, n-butyl lactate, n-amyl lactate, ethylene glycol methyl ether propionate, ethylene glycol ethyl ether propionate, ethylene glycol methyl ether Acetate, ethylene glycol ethyl ether acetate, propylene glycol methyl ether acetate, propylene glycol ethyl ether acetate, propylene glycol propyl ether acetate, dipropylene glycol methyl ether acetate, dipropylene glycol ethyl ether acetate, γ-butyrolactone, γ-valerolactone, etc. Ester solvents,
Ether acetate solvents such as diethylene glycol methyl ether acetate, diethylene glycol ethyl ether acetate, diethylene glycol-n-butyl ether acetate,
Acetonitrile, N-methylpyrrolidinone, N-ethylpyrrolidinone, N-propylpyrrolidinone, N-butylpyrrolidinone, N-hexylpyrrolidinone, N-cyclohexylpyrrolidinone, N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, dimethylsulfoxide, etc. Aprotic polar solvent,
Methanol, ethanol, n-propanol, i-propanol, n-butanol, i-butanol, sec-butanol, t-butanol, n-pentanol, i-pentanol, 2-methylbutanol, sec-pentanol, t- Pentanol, 3-methoxybutanol, n-hexanol, 2-methylpentanol, sec-hexanol, 2-ethylbutanol, sec-heptanol, n-octanol, 2-ethylhexanol, sec-octanol, n-nonyl alcohol, n -Decanol, sec-undecyl alcohol, trimethylnonyl alcohol, sec-tetradecyl alcohol, sec-heptadecyl alcohol, phenol, cyclohexanol, methylcyclohexanol, benzyl alcohol, ethyl Glycol, 1,2-propylene glycol, 1,3-butylene glycol, diethylene glycol, dipropylene glycol, triethylene glycol, an alcohol solvent such as tripropylene glycol,
Ethylene glycol methyl ether, ethylene glycol ethyl ether, ethylene glycol monophenyl ether, diethylene glycol monomethyl ether, diethylene glycol monoethyl ether, diethylene glycol mono-n-butyl ether, diethylene glycol mono-n-hexyl ether, ethoxytriglycol, tetraethylene glycol mono-n -Glycol monoether solvents such as butyl ether, propylene glycol monomethyl ether, dipropylene glycol monomethyl ether, dipropylene glycol monoethyl ether, tripropylene glycol monomethyl ether,
terpene solvents such as α-terpinene, α-terpineol, myrcene, alloocimene, limonene, dipentene, α-pinene, β-pinene, terpineol, carvone, osimene, ferrandolene,
Water, etc. Among these, in the case of an n-type diffusion layer forming composition, α-terpineol, diethylene glycol mono-n-butyl ether, and diethylene glycol mono-n-butyl ether are preferable, and α-terpineol, diethylene glycol mono- n-Butyl ether is preferred.
These are used singly or in combination of two or more.
前記n型拡散層形成組成物中の分散媒の含有比率は、塗布性、ドナー濃度を考慮し、適宜決定すればよい。
前記n型拡散層形成組成物の粘度は、塗布性を考慮して、10mPa・s以上1000000mPa・s以下であることが好ましく、50mPa・s以上500000mPa・s以下であることがより好ましい。
The content ratio of the dispersion medium in the n-type diffusion layer forming composition may be appropriately determined in consideration of applicability and donor concentration.
The viscosity of the n-type diffusion layer forming composition is preferably 10 mPa · s or more and 1000000 mPa · s or less, and more preferably 50 mPa · s or more and 500000 mPa · s or less in consideration of applicability.
<その他>
前記n型拡散層形成組成物は、必要に応じて、例えば上記ガラス粉末と反応しやすい金属等のガラス除去剤等、その他の添加剤を含有してもよい。
<Others>
The n-type diffusion layer forming composition may contain other additives such as a glass remover such as a metal that easily reacts with the glass powder, if necessary.
前記金属の含有比率は、ガラスの種類や当該金属の種類によって適宜調整することが望ましく、一般的には上記ガラス粉末に対して0.01質量%以上10質量%以下であることが好ましい。 The content ratio of the metal is desirably adjusted as appropriate depending on the type of glass and the type of the metal, and is generally preferably 0.01% by mass or more and 10% by mass or less with respect to the glass powder.
<n型拡散層及び太陽電池素子の製造方法>
本発明のn型拡散層の製造方法は、ドナー元素を含むガラス粉末及び有機物を含む分散媒を含有するn型拡散層形成組成物を半導体基板上に付与して組成物層を形成する工程と、前記組成物層から前記有機物を除去する第一の熱処理工程と前記第一の熱処理工程後の半導体基板を熱拡散処理する第二の熱処理工程と、を有する。
前記n型拡散層の製造方法においては、第一の熱処理工程により、前記有機物が十分に除去されているので、続く第二の熱処理工程で、前記n型拡散層形成組成物に含まれるガラス成分が溶融しても、このガラス成分と前記有機物の混合物が生じることが無く、前記有機物に由来する炭化物が基板上に残存する虞がない。また、前記n型拡散層形成組成物を用いることにより、第二の熱処理工程で、所望の部位にn型拡散層を形成することが可能である。更に、n型ドーパント濃度の高い選択的な領域を形成することも可能となる。
以下に、本発明のn型拡散層及び太陽電池素子の製造方法について、図1を参照しながら説明する。尚、各図面中、共通する構成要素に同じ符号を付す。
<Manufacturing method of n-type diffusion layer and solar cell element>
The method for producing an n-type diffusion layer of the present invention comprises a step of forming a composition layer by applying an n-type diffusion layer forming composition containing a glass powder containing a donor element and a dispersion medium containing an organic substance on a semiconductor substrate; And a first heat treatment step for removing the organic substance from the composition layer and a second heat treatment step for subjecting the semiconductor substrate after the first heat treatment step to thermal diffusion treatment.
In the method for producing the n-type diffusion layer, the organic substance is sufficiently removed by the first heat treatment step. Therefore, the glass component contained in the n-type diffusion layer forming composition in the subsequent second heat treatment step. Even if the glass melts, a mixture of the glass component and the organic substance does not occur, and there is no possibility that the carbide derived from the organic substance remains on the substrate. In addition, by using the n-type diffusion layer forming composition, it is possible to form an n-type diffusion layer at a desired site in the second heat treatment step. Furthermore, a selective region with a high n-type dopant concentration can be formed.
Below, the manufacturing method of the n type diffused layer and solar cell element of this invention is demonstrated, referring FIG. In the drawings, common constituent elements are denoted by the same reference numerals.
先ず、図1(1)に示すように、半導体基板10であるp型シリコン基板にアルカリ溶液を付与してダメージ層を除去し、テクスチャー構造をエッチングにて得る。
詳細には、インゴットからスライスした際に発生する半導体表面のダメージ層を20質量%苛性ソーダで除去する。次いで1質量%苛性ソーダと10質量%イソプロピルアルコールの混合液によりエッチングを行い、テクスチャー構造を形成する(図中ではテクスチャー構造の記載を省略する)。太陽電池素子は、受光面(表面)側にテクスチャー構造を形成することにより、光閉じ込め効果が促され、高効率化が図られる。
First, as shown in FIG. 1A, an alkaline solution is applied to a p-type silicon substrate, which is a semiconductor substrate 10, to remove a damaged layer, and a texture structure is obtained by etching.
Specifically, the damaged layer on the semiconductor surface generated when slicing from the ingot is removed with 20% by mass caustic soda. Next, etching is performed with a mixed solution of 1% by mass caustic soda and 10% by mass isopropyl alcohol to form a texture structure (the description of the texture structure is omitted in the figure). In the solar cell element, by forming a texture structure on the light receiving surface (surface) side, a light confinement effect is promoted, and high efficiency is achieved.
図1(2)では、半導体基板10の表面即ち受光面となる面に、前記n型拡散層形成組成物を塗布して、n型拡散層形成組成物層11を形成する。本発明では、塗布方法には制限がないが、例えば、印刷法、スピン法、刷毛塗り、スプレー法、ドクターブレード法、ロールコーター法、インクジェット法等がある。
上記n型拡散層形成組成物の塗布量としては特に制限は無いが、例えば、ガラス粉末量として0.01g/m2〜100g/m2とすることができ、0.1g/m2〜10g/m2であることが好ましい。
In FIG. 1 (2), the n-type diffusion layer forming composition layer 11 is formed by applying the n-type diffusion layer forming composition to the surface of the semiconductor substrate 10, that is, the surface serving as the light receiving surface. In the present invention, the coating method is not limited, and examples thereof include a printing method, a spin method, a brush coating, a spray method, a doctor blade method, a roll coater method, and an ink jet method.
Is not particularly limited as coated amount of the n-type diffusion layer forming composition, for example, be a 0.01g / m 2 ~100g / m 2 as a glass powder content, 0.1 g / m 2 to 10 g / M 2 is preferable.
前記n型拡散層の製造方法においては、使用するn型拡散層形成組成物の組成に応じて、前記n型拡散層形成組成物の塗布後に、前記組成中に含まれる溶剤を揮発させるために、ホットプレートや乾燥機等を用いて、乾燥工程を行ってもよい。
前記乾燥処理における処理条件は、前記n型拡散層形成組成物の溶剤組成に応じて適宜設定すればよく、特に限定されるものではない。例えば、乾燥温度は80〜300℃程度とされることが好ましい。また、処理時間は、ホットプレートを使用する場合で、1〜10分、乾燥機等を用いる場合には、10〜30分程度とされることが好ましい。
In the manufacturing method of the n-type diffusion layer, in order to volatilize the solvent contained in the composition after application of the n-type diffusion layer forming composition, depending on the composition of the n-type diffusion layer forming composition to be used. The drying step may be performed using a hot plate or a dryer.
The treatment conditions in the drying treatment may be appropriately set according to the solvent composition of the n-type diffusion layer forming composition, and are not particularly limited. For example, the drying temperature is preferably about 80 to 300 ° C. The treatment time is preferably about 1 to 10 minutes when a hot plate is used, and about 10 to 30 minutes when a dryer or the like is used.
前記n型拡散層の製造方法においては、後述する第二の熱処理(熱拡散処理)工程前に、前記n型拡散層形成組成物を塗布した半導体基板10に対して、前記n型拡散層形成組成物に含まれる分散媒中の有機バインダー等の有機物成分を除去するための第一の熱処理(脱バインダー処理)工程を実施する。これにより、後述する第二の熱処理工程後に前記有機物成分に由来する炭化物が半導体基板10上に残存することを防止できる。これは、以下のように考えられる。
即ち、前記n型拡散層形成組成物に分散媒として有機バインダーを用いた場合、通常、前記有機バインダーはn型拡散層を形成する熱拡散処理時に焼成されてほぼなくなるが、該有機バインダー等の有機物成分の一部は、拡散時の熱処理で軟化、溶融したガラス中に取り込まれて混合有機物質ができる。この混合有機物質は熱処理のいずれにおいても除去しきれず、炭化物として半導体基板上に残存する。この有機物成分に由来する炭化物の残渣は、太陽電池素子の特性に悪影響を与える原因となると考えられる。これに対して、第二の熱処理(熱拡散処理)工程前に前記第一の熱処理工程を実施することにより、前記バインダー等の有機物成分を確実に除去することができ、前記半導体基板10上に炭化物残渣が生じることが抑えられる。従って、前記n型拡散層形成組成物に分散媒として有機バインダーが含有されていても、炭化物の残渣に起因する太陽電池素子の特性劣化が起こることを防止できる。
In the method for producing the n-type diffusion layer, the n-type diffusion layer is formed on the semiconductor substrate 10 coated with the n-type diffusion layer forming composition before the second heat treatment (thermal diffusion treatment) step described later. A first heat treatment (debinder treatment) step for removing organic components such as an organic binder in the dispersion medium contained in the composition is performed. Thereby, it can prevent that the carbide | carbonized_material derived from the said organic component remains on the semiconductor substrate 10 after the 2nd heat processing process mentioned later. This is considered as follows.
That is, when an organic binder is used as a dispersion medium in the n-type diffusion layer forming composition, the organic binder is usually baked during the thermal diffusion treatment for forming the n-type diffusion layer, but almost disappears. A part of the organic component is softened by heat treatment during diffusion and taken into the molten glass to form a mixed organic material. This mixed organic material cannot be removed in any of the heat treatments, and remains on the semiconductor substrate as a carbide. It is thought that the residue of the carbide derived from the organic component causes a bad influence on the characteristics of the solar cell element. On the other hand, by performing the first heat treatment step before the second heat treatment (thermal diffusion treatment) step, organic components such as the binder can be reliably removed, and on the semiconductor substrate 10 Generation of carbide residue is suppressed. Therefore, even if the n-type diffusion layer forming composition contains an organic binder as a dispersion medium, it is possible to prevent the deterioration of the characteristics of the solar cell element due to the carbide residue.
前記第一の熱処理工程における有機物成分の除去方法としては、酸素ガスを含む雰囲気下、又は酸素を含むガスを流しながら(例えば大気を流しながら)加熱、焼成を行う方法が挙げられる。
前記加熱、焼成に際して、処理温度(以下、加熱温度という)は、300℃から前記ガラス粉末の軟化点までの範囲内とすることが好ましく、前記有機物が確実に除去できること及びウエハ基板への熱ダメージを抑制する観点から、300℃〜700℃とすることがより好ましく、300℃〜500℃とすることがさらに好ましい。前記加熱温度が300℃以上であれば、前記有機物成分を十分に除去することができ、前記ガラス粉末の軟化点以下の場合には、溶融したガラスに有機物成分が取り込まれて混合有機物質ができる虞がない。
Examples of the organic component removal method in the first heat treatment step include a method in which heating and baking are performed in an atmosphere containing oxygen gas or in flowing oxygen-containing gas (for example, flowing air).
During the heating and baking, the processing temperature (hereinafter referred to as the heating temperature) is preferably in the range from 300 ° C. to the softening point of the glass powder, and the organic matter can be reliably removed and heat damage to the wafer substrate. From the viewpoint of suppressing the temperature, it is more preferably 300 ° C to 700 ° C, and further preferably 300 ° C to 500 ° C. When the heating temperature is 300 ° C. or higher, the organic component can be sufficiently removed. When the heating temperature is equal to or lower than the softening point of the glass powder, the organic component is taken into the molten glass to form a mixed organic material. There is no fear.
前記加熱、焼成における処理時間は、前記有機物成分の除去効果が得られる範囲で適宜設定すればよく、工程時間の短縮化の観点から、例えば1〜30分間とすることが好ましく、1分間〜15分間とすることがより好ましく、1分間〜10分間とすることが更に好ましい。但し、30分以上においても同様の効果は得られる。
前記加熱、焼成における処理条件は、300℃〜700℃で1分間〜20分間とすることが好ましく、400℃〜600℃で1分間〜10分間とすることがより好ましく、450℃〜550℃で3分間〜5分間とすることが更に好ましい。
前記第一の熱処理工程においては、従来公知の連続炉、バッチ炉等がいずれも使用可能であり、例えば国際電機社製の電気炉”ACCURON CQ−1200”等が挙げられる。
What is necessary is just to set suitably the processing time in the said heating and baking in the range from which the removal effect of the said organic-component is acquired, and it is preferable to set it as 1-30 minutes from a viewpoint of shortening of process time, for example, 1 minute-15 More preferably, the time is 1 minute to 10 minutes. However, the same effect can be obtained in 30 minutes or more.
The treatment conditions in the heating and baking are preferably 300 ° C. to 700 ° C. for 1 minute to 20 minutes, more preferably 400 ° C. to 600 ° C. for 1 minute to 10 minutes, and 450 ° C. to 550 ° C. More preferably, it is 3 minutes to 5 minutes.
In the first heat treatment step, any conventionally known continuous furnace, batch furnace, or the like can be used. Examples thereof include an electric furnace “ACCURON CQ-1200” manufactured by Kokusai Denki.
本発明の製造方法において、裏面のp+型拡散層(高濃度電界層)14の製造方法としては、アルミニウムによるn型拡散層からp+型拡散層への変換による方法に限定されることなく、いずれの方法も採用できる。例えば、B(ボロン)等の第13族の元素を含む組成物13を半導体基板上に付与して高濃度電界層14を形成する方法でもよい。従って、本発明を用いれば、製造方法の選択肢が広がる。
前記B(ボロン)等の第13族の元素を含む組成物13としては、例えば、ドナー元素を含むガラス粉末の代わりにアクセプタ元素を含むガラス粉末を用いて、n型拡散層形成組成物と同様にして構成されるp型拡散層形成組成物を挙げることができる。アクセプタ元素は第13族の元素であればよく、例えば、B(ボロン)、Al(アルミニウム)及びGa(ガリウム)等を挙げることができる。またアクセプタ元素を含むガラス粉末はB2O3、Al2O3及びGa2O3から選択される少なくとも1種を含むことが好ましい。
前記p型拡散層形成組成物を半導体基板の裏面に付与する方法は、既述のn型拡散層形成組成物を半導体基板10上に塗布する方法と同様である。
裏面に付与された前記p型拡散層形成組成物を、後述するn型拡散層形成組成物における熱拡散処理と同様に熱拡散処理することで、裏面に高濃度電界層14を形成することができる。尚、p型拡散層形成組成物の熱拡散処理は、n型拡散層形成組成物の熱拡散処理と同時に行なうことが好ましい。
In the production method of the present invention, the production method of the p + type diffusion layer (high concentration electric field layer) 14 on the back surface is not limited to the method by conversion from the n type diffusion layer by aluminum to the p + type diffusion layer, Either method can be adopted. For example, a method of forming the high-concentration electric field layer 14 by applying a composition 13 containing a Group 13 element such as B (boron) onto a semiconductor substrate may be used. Therefore, if this invention is used, the choice of a manufacturing method will spread.
As the composition 13 containing a Group 13 element such as B (boron), for example, a glass powder containing an acceptor element is used instead of a glass powder containing a donor element, and the same as the composition for forming an n-type diffusion layer. A p-type diffusion layer forming composition constituted as described above can be given. The acceptor element may be an element belonging to Group 13, and examples thereof include B (boron), Al (aluminum), and Ga (gallium). The glass powder containing acceptor element preferably comprises at least one selected from B 2 O 3, Al 2 O 3 and Ga 2 O 3.
The method for applying the p-type diffusion layer forming composition to the back surface of the semiconductor substrate is the same as the method for applying the n-type diffusion layer forming composition on the semiconductor substrate 10 described above.
The high-concentration electric field layer 14 can be formed on the back surface by subjecting the p-type diffusion layer forming composition applied to the back surface to a heat diffusion treatment in the same manner as the heat diffusion treatment in the n-type diffusion layer forming composition described later. it can. The thermal diffusion treatment of the p-type diffusion layer forming composition is preferably performed simultaneously with the thermal diffusion treatment of the n-type diffusion layer forming composition.
次いで、図1(3)では、前記n型拡散層形成組成物を塗布してn型拡散層形成組成物層11を形成した半導体基板10に熱拡散を行うための第二の熱処理工程を施す。
前記第二の熱処理工程における処理温度は、例えば600℃〜1200℃の範囲とされ、800℃〜950℃の範囲とされることが好ましい。前記第二の熱処理工程により、半導体基板10中へドナー元素が拡散し、n型拡散層12が形成される。
前記第二の熱処理工程においては、公知の連続炉、バッチ炉等が適用できる。また、前記第二の熱処理工程における炉内雰囲気は、空気、酸素、窒素等に適宜調整することもできる。中でも、酸素雰囲気とすることが好ましく、この場合、炉内の酸素濃度は5体積%未満であることが好ましい。
前記第二の熱処理工程における処理時間は、n型拡散層形成組成物に含まれるドナー元素の含有率に応じて適宜選択することができる。例えば、1分間〜60分間とすることができ、2分間〜30分間であることがより好ましい。前記処理温度が600℃以上であると、ドナー元素の拡散が十分に行われ、十分なBSF効果が得られる。1200℃以下であると、基板が劣化することを抑制できる。
尚、n型拡散層12を形成する熱処理は、短時間熱処理(RTP)技術を用いて実施することもできる。
Next, in FIG. 1 (3), a second heat treatment step is performed to thermally diffuse the semiconductor substrate 10 on which the n-type diffusion layer forming composition 11 is formed by applying the n-type diffusion layer forming composition. .
The treatment temperature in the second heat treatment step is, for example, in the range of 600 ° C to 1200 ° C, and preferably in the range of 800 ° C to 950 ° C. By the second heat treatment step, the donor element diffuses into the semiconductor substrate 10 and the n-type diffusion layer 12 is formed.
In the second heat treatment step, a known continuous furnace, batch furnace or the like can be applied. Further, the furnace atmosphere in the second heat treatment step can be appropriately adjusted to air, oxygen, nitrogen or the like. Among these, an oxygen atmosphere is preferable. In this case, the oxygen concentration in the furnace is preferably less than 5% by volume.
The treatment time in the second heat treatment step can be appropriately selected according to the content of the donor element contained in the n-type diffusion layer forming composition. For example, it may be 1 minute to 60 minutes, and more preferably 2 minutes to 30 minutes. When the treatment temperature is 600 ° C. or higher, the donor element is sufficiently diffused and a sufficient BSF effect is obtained. It can suppress that a board | substrate deteriorates that it is 1200 degrees C or less.
The heat treatment for forming the n-type diffusion layer 12 can also be performed using a short-time heat treatment (RTP) technique.
形成されたn型拡散層12の表面には、リン酸ガラス等のガラス層(図示せず)が形成される場合、このリン酸ガラスをエッチングにより除去する。エッチングとしては、フッ酸等の酸に浸漬する方法、苛性ソーダ等のアルカリに浸漬する方法等公知の方法が適用できる。
この際、半導体基板10上に前記有機物成分に由来する炭化物残渣が存在していると、この炭化物残渣はフッ酸に溶融せず、半導体基板10上に残存する。これに対して、前述の第一の熱処理工程を施すことにより、熱拡散時に溶融したガラスに前記有機物成分が取り込まれて混合有機物質ができ、この混合有機物質が半導体基板上に残存する虞れがなくなる。
When a glass layer (not shown) such as phosphate glass is formed on the surface of the formed n-type diffusion layer 12, this phosphate glass is removed by etching. As the etching, a known method such as a method of immersing in an acid such as hydrofluoric acid or a method of immersing in an alkali such as caustic soda can be applied.
At this time, if a carbide residue derived from the organic component is present on the semiconductor substrate 10, the carbide residue does not melt in hydrofluoric acid and remains on the semiconductor substrate 10. On the other hand, by performing the first heat treatment step described above, the organic component is taken into the glass melted at the time of thermal diffusion to form a mixed organic material, and this mixed organic material may remain on the semiconductor substrate. Disappears.
図1(2)及び(3)に示される、前記n型拡散層形成組成物を用いてn型拡散層12を形成する本発明のn型拡散層の形成方法では、所望の部位にのみn型拡散層12が形成され、裏面や側面には不要なn型拡散層が形成されない。
従って、従来広く採用されている気相反応法によりn型拡散層を形成する方法では、側面に形成された不要なn型拡散層を除去するためのサイドエッチング工程が必須であったが、本発明の製造方法によれば、サイドエッチング工程が不要となり、工程が簡易化される。
In the method for forming an n-type diffusion layer of the present invention in which the n-type diffusion layer 12 is formed using the n-type diffusion layer forming composition shown in FIGS. 1 (2) and (3), n is formed only at a desired site. The mold diffusion layer 12 is formed, and an unnecessary n-type diffusion layer is not formed on the back surface or side surface.
Therefore, in the conventional method of forming an n-type diffusion layer by a gas phase reaction method, a side etching process for removing an unnecessary n-type diffusion layer formed on a side surface is essential. According to the manufacturing method of the invention, the side etching process is not required, and the process is simplified.
また、従来の製造方法では、裏面に形成されたn型拡散層をp型拡散層へ変換する必要があり、この変換方法としては、裏面のn型拡散層に、第13族元素であるアルミニウムのペーストを塗布、焼成し、n型拡散層にアルミニウムを拡散させてp型拡散層へ変換する方法が採用されている。この方法においてp型拡散層への変換を充分なものとし、またp+型拡散層(前記高濃度電界層)14を形成するためには、ある程度以上のアルミニウム量が必要であることから、アルミニウム層を厚く形成する必要があった。しかしながら、アルミニウムの熱膨張率は、基板として用いるシリコンの熱膨張率と大きく異なることから、焼成及び冷却の過程で半導体基板中に大きな内部応力を発生させ、半導体基板の反りの原因となっていた。
この内部応力は、結晶の結晶粒界に損傷を与え、電力損失が大きくなるという課題があった。また、反りは、モジュール工程における太陽電池素子の搬送や、タブ線と呼ばれる銅線との接続において、太陽電池素子を破損させ易くしていた。近年では、スライス加工技術の向上から、半導体基板の厚みが薄型化されつつあり、更に太陽電池素子が割れ易い傾向にある。
Further, in the conventional manufacturing method, it is necessary to convert the n-type diffusion layer formed on the back surface into the p-type diffusion layer. As this conversion method, aluminum which is a group 13 element is formed on the back-side n-type diffusion layer. The paste is applied and fired, and aluminum is diffused into the n-type diffusion layer to convert it into the p-type diffusion layer. In this method, the conversion to the p-type diffusion layer is sufficient, and in order to form the p + -type diffusion layer (the high-concentration electric field layer) 14, an aluminum amount of a certain amount or more is required. It was necessary to form a thick layer. However, since the thermal expansion coefficient of aluminum is significantly different from that of silicon used as a substrate, a large internal stress is generated in the semiconductor substrate during the firing and cooling process, causing the semiconductor substrate to warp. .
This internal stress has a problem that the crystal grain boundary is damaged and the power loss increases. Further, the warpage easily damages the solar cell element in the transportation of the solar cell element in the module process and the connection with a copper wire called a tab wire. In recent years, the thickness of the semiconductor substrate is being reduced due to the improvement of the slice processing technique, and the solar cell element tends to be easily broken.
これに対して、本発明の製造方法によれば、裏面に不要なn型拡散層が形成されないことから、n型拡散層からp型拡散層への変換を行う必要がなくなり、アルミニウム層を厚くする必然性がなくなる。これにより、半導体基板内の内部応力の発生や反りを抑えることができ、結果として、電力損失の増大や、太陽電池素子の破損を抑えることが可能となる。 On the other hand, according to the manufacturing method of the present invention, since an unnecessary n-type diffusion layer is not formed on the back surface, there is no need to perform conversion from the n-type diffusion layer to the p-type diffusion layer, and the aluminum layer is thickened. The necessity to do is lost. Thereby, generation | occurrence | production and the curvature of the internal stress in a semiconductor substrate can be suppressed, As a result, it becomes possible to suppress an increase in power loss and damage to a solar cell element.
また、本発明の製造方法を用いる場合には、裏面のp+型拡散層(高濃度電界層)14の製造方法はアルミニウムによるn型拡散層からp+型拡散層への変換による方法に限定されることなく、いずれの方法も採用でき、製造方法の選択肢が広がる。
更に、後述するように、裏面の裏面電極用金属ペースト層20に用いる材料は第13族のアルミニウムに限定されず、例えばAg(銀)やCu(銅)等を適用することができ、裏面電極用金属ペースト層20の厚さも従来のものよりも薄く形成することが可能となる。
When the manufacturing method of the present invention is used, the manufacturing method of the p + -type diffusion layer (high-concentration electric field layer) 14 on the back surface is limited to a method by conversion from an n-type diffusion layer by aluminum to a p + -type diffusion layer. However, either method can be adopted, and the choice of manufacturing method is expanded.
Furthermore, as will be described later, the material used for the metal paste layer 20 for the back electrode on the back surface is not limited to Group 13 aluminum, and for example, Ag (silver) or Cu (copper) can be applied. The metal paste layer 20 can be made thinner than the conventional one.
図1(4)では、n型拡散層12の上に反射防止膜16を形成する。反射防止膜16は公知の技術を適用して形成される。例えば、反射防止膜16がシリコン窒化膜の場合には、SiH4とNH3の混合ガスを原料とするプラズマCVD法により形成する。このとき、水素が結晶中に拡散し、ケイ素原子の結合に寄与しない軌道、即ちダングリングボンドと水素が結合し、欠陥を不活性化(水素パッシベーション)する。
より具体的には、前記混合ガス流量比NH3/SiH4が0.05〜1.0、反応室の圧力が13.3Pa(0.1Torr)〜266.6Pa(2Torr)、成膜時の温度が300〜550℃、プラズマの放電のための周波数が100kHz以上の条件下で形成される。
In FIG. 1 (4), an antireflection film 16 is formed on the n-type diffusion layer 12. The antireflection film 16 is formed by applying a known technique. For example, when the antireflection film 16 is a silicon nitride film, it is formed by a plasma CVD method using a mixed gas of SiH 4 and NH 3 as a raw material. At this time, hydrogen diffuses into the crystal, and orbitals that do not contribute to the bonding of silicon atoms, that is, dangling bonds and hydrogen are bonded to inactivate defects (hydrogen passivation).
More specifically, the mixed gas flow ratio NH 3 / SiH 4 is 0.05 to 1.0, the reaction chamber pressure is 13.3 Pa (0.1 Torr) to 266.6 Pa (2 Torr), It is formed under conditions where the temperature is 300 to 550 ° C. and the frequency for plasma discharge is 100 kHz or more.
図1(5)では、表面(受光面)の反射防止膜16上に、表面電極用金属ペーストをスクリーン印刷法で印刷塗布乾燥させ、表面電極用金属ペースト層18を形成する。表面電極用金属ペーストは、金属粒子とガラス粒子とを必須成分とし、必要に応じて有機バインダー、その他の添加剤等を含む。 In FIG. 1 (5), the surface electrode metal paste is printed, applied and dried by a screen printing method on the antireflection film 16 on the surface (light receiving surface) to form the surface electrode metal paste layer 18. The metal paste for a surface electrode contains metal particles and glass particles as essential components, and contains an organic binder, other additives, and the like as necessary.
次いで、前記裏面の高濃度電界層14上にも裏面電極用金属ペースト層20を形成する。前述のように、本発明では裏面電極用金属ペースト層20の材質や形成方法は特に限定されない。例えば、アルミニウム、銀、又は銅等の金属を含む裏面電極用金属ペーストを塗布し、乾燥させて、裏面電極用金属ペースト層20を形成してもよい。このとき、裏面にも、モジュール工程におけるセル間の接続のために、一部に銀電極形成用銀ペースト層を設けてもよい。 Next, a back electrode metal paste layer 20 is also formed on the high concentration electric field layer 14 on the back surface. As described above, in the present invention, the material and forming method of the back electrode metal paste layer 20 are not particularly limited. For example, the back electrode metal paste layer 20 may be formed by applying and drying a back electrode metal paste containing a metal such as aluminum, silver, or copper. At this time, a silver electrode forming silver paste layer may be provided on a part of the back surface for connection between cells in the module process.
図1(6)では、表面電極用金属ペースト層18及び裏面電極用金属ペースト層20を焼成して、太陽電池素子を完成させる。600〜900℃の範囲で数秒〜数分間焼成すると、表面側では電極用金属ペーストに含まれるガラス粒子によって絶縁膜である反射防止膜16が溶融し、更に半導体基板10表面も一部溶融して、ペースト中の金属粒子(例えば銀粒子)が半導体基板10と接触部を形成し凝固する。これにより、形成した表面電極用金属ペースト層18と半導体基板10とが導通される。これはファイアースルーと称されている。 In FIG. 1 (6), the front electrode metal paste layer 18 and the back electrode metal paste layer 20 are fired to complete the solar cell element. When fired for several seconds to several minutes in the range of 600 to 900 ° C., the antireflection film 16 that is an insulating film is melted by the glass particles contained in the electrode metal paste on the surface side, and the surface of the semiconductor substrate 10 is also partially melted. The metal particles (for example, silver particles) in the paste form contact portions with the semiconductor substrate 10 and solidify. Thereby, the formed metal paste layer 18 for surface electrodes and the semiconductor substrate 10 are conducted. This is called fire-through.
ここで、表面電極用金属ペースト層18の形状について説明する。表面電極用金属ペースト層18は、例えばバスバー電極30、及び該バスバー電極30と交差しているフィンガー電極32で構成される。図2(A)は、表面電極用金属ペースト層18を、バスバー電極30、及び該バスバー電極30と交差しているフィンガー電極32からなる構成とした太陽電池素子を表面から見た平面図であり、図2(B)は、図2(A)の一部を拡大して示す斜視図である。 Here, the shape of the surface electrode metal paste layer 18 will be described. The surface electrode metal paste layer 18 includes, for example, a bus bar electrode 30 and finger electrodes 32 intersecting with the bus bar electrode 30. FIG. 2 (A) is a plan view of a solar cell element viewed from the surface, in which the surface electrode metal paste layer 18 is composed of a bus bar electrode 30 and finger electrodes 32 intersecting the bus bar electrode 30. FIG. 2B is an enlarged perspective view showing a part of FIG.
このような表面電極用金属ペースト層18は、例えば、上述の金属ペーストのスクリーン印刷、又は電極材料のメッキ、高真空中における電子ビーム加熱による電極材料の蒸着等の手段により形成することができる。バスバー電極30とフィンガー電極32とからなる表面電極用金属ペースト層18は受光面側の電極として一般的に用いられていて周知であり、受光面側のバスバー電極及びフィンガー電極の公知の形成手段を適用することができる。 Such a surface electrode metal paste layer 18 can be formed, for example, by means such as screen printing of the above metal paste, plating of the electrode material, or deposition of the electrode material by electron beam heating in a high vacuum. The metal paste layer 18 for the surface electrode composed of the bus bar electrode 30 and the finger electrode 32 is generally used as an electrode on the light receiving surface side and is well known, and a known means for forming the bus bar electrode and finger electrode on the light receiving surface side is used. Can be applied.
前記では、表面にn型拡散層、裏面にp+型拡散層を形成し、更にそれぞれの層の上に表面電極用金属ペースト層18及び裏面電極用金属ペースト層20を設けた太陽電池素子について説明したが、本発明のn型拡散層形成組成物を用いればバックコンタクト型の太陽電池素子を作製することも可能である。
バックコンタクト型の太陽電池素子は、電極を全て裏面に設けて受光面の面積を大きくするものである。つまりバックコンタクト型の太陽電池素子では、裏面にn型拡散部位及びp型拡散部位の両方を形成しpn接合構造とする必要がある。本発明のn型拡散層形成組成物は、特定の部位にのみn型拡散部位を形成することが可能であり、よってバックコンタクト型の太陽電池素子の製造に好適に適用することができる。
In the above description, a solar cell element in which an n-type diffusion layer is formed on the front surface, a p + -type diffusion layer is formed on the back surface, and a front electrode metal paste layer 18 and a back electrode metal paste layer 20 are further provided on each layer. However, a back contact type solar cell element can be produced by using the n-type diffusion layer forming composition of the present invention.
The back contact type solar cell element has all electrodes provided on the back surface to increase the area of the light receiving surface. That is, in the back contact type solar cell element, it is necessary to form both the n-type diffusion region and the p-type diffusion region on the back surface to form a pn junction structure. The n-type diffusion layer forming composition of the present invention can form an n-type diffusion site only at a specific site, and therefore can be suitably applied to the production of a back contact type solar cell element.
以下、本発明の実施例を更に具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に制限するものではない。なお、特に記述が無い限り、薬品は全て試薬を使用した。また「%」は断りがない限り「質量%」を意味する。 Examples of the present invention will be described more specifically below, but the present invention is not limited to these examples. Unless otherwise stated, all chemicals used reagents. “%” Means “% by mass” unless otherwise specified.
[実施例1]
平均粒子径が1μmで、ガラス軟化点が700℃であるP2O5−SiO2−CaO系ガラス(P2O5:50%、SiO2:43%、CaO:7%)粉末3gとエチルセルロース2.1g、テルピネオール24.9gを自動乳鉢混練装置を用いて混合してペースト化し、n型拡散層形成組成物を調製した。
次に、調製したn型拡散層形成組成物をスクリーン印刷によって半導体基板表面に塗布し、150℃のホットプレート上で5分間乾燥させ、厚さ約15μmの層を形成した。
続いて、第一の熱処理工程として、450℃に設定した電気炉で、酸素雰囲気(酸素濃度20体積%、流量0.34cm/sec)にて10分間加熱し、前記n型拡散層形成組成物に含まれるバインダー成分を十分に除去した。
そして、第二の熱処理工程として、900℃に設定した拡散用の電気炉で10分間熱拡散処理を行い、その後ガラス層を除去するために、基板をフッ酸に5分間浸漬し、流水洗浄を行った。その後、乾燥を行った。
[Example 1]
3 g of P 2 O 5 —SiO 2 —CaO-based glass (P 2 O 5 : 50%, SiO 2 : 43%, CaO: 7%) powder having an average particle diameter of 1 μm and a glass softening point of 700 ° C. and ethyl cellulose 2.1 g and 24.9 g of terpineol were mixed using an automatic mortar kneader to form a paste, thereby preparing an n-type diffusion layer forming composition.
Next, the prepared n-type diffusion layer forming composition was applied to the surface of the semiconductor substrate by screen printing and dried on a hot plate at 150 ° C. for 5 minutes to form a layer having a thickness of about 15 μm.
Subsequently, as the first heat treatment step, the n-type diffusion layer forming composition is heated for 10 minutes in an oxygen atmosphere (oxygen concentration 20 vol%, flow rate 0.34 cm / sec) in an electric furnace set at 450 ° C. The binder component contained in was sufficiently removed.
Then, as a second heat treatment step, a thermal diffusion treatment is performed for 10 minutes in a diffusion electric furnace set at 900 ° C., and then the substrate is immersed in hydrofluoric acid for 5 minutes to remove the glass layer, and washed with running water. went. Thereafter, drying was performed.
n型拡散層が形成された半導体基板の前記n型拡散層形成組成物を塗布した側の表面におけるシート抵抗を測定したところ、35Ω/□であり、P(リン)が拡散しn型拡散層が形成されていることがわかった。一方、裏面のシート抵抗は1000000Ω/□以上で測定不能であり、n型拡散層は形成されていなかった。
なお、シート抵抗は、三菱化学(株)製Loresta−EP MCP−T360型低抵抗率計を用いて四探針法により測定した。
また、前記n型拡散層形成組成物を塗布した側の表面を目視及びSEMにて観察し、残渣の有無を検討したところ、前記半導体基板上に炭化物の残渣は見られなかった。また使用したSEM(走査型電子顕微鏡)は、Philips社のXL30を用いた。
When the sheet resistance of the surface of the semiconductor substrate on which the n-type diffusion layer was formed was coated with the n-type diffusion layer forming composition, the sheet resistance was 35Ω / □, and P (phosphorus) diffused and the n-type diffusion layer Was found to be formed. On the other hand, the sheet resistance on the back surface was 1000000 Ω / □ or more, which was not measurable, and the n-type diffusion layer was not formed.
The sheet resistance was measured by a four-probe method using a Loresta-EP MCP-T360 type low resistivity meter manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation.
Moreover, when the surface of the side which apply | coated the said n type diffused layer formation composition was observed visually and by SEM and the presence or absence of a residue was examined, the residue of the carbide | carbonized_material was not seen on the said semiconductor substrate. The SEM (scanning electron microscope) used was Philips XL30 manufactured by Philips.
[実施例2]
第一の熱処理工程でバインダーを除去する際の加熱条件を、600℃の温度で1.5分間に代え、それ以外は実施例1と同様にn型拡散層形成を行った。
[Example 2]
The n-type diffusion layer was formed in the same manner as in Example 1 except that the heating condition for removing the binder in the first heat treatment step was changed to a temperature of 600 ° C. for 1.5 minutes.
そして、得られた半導体基板のn型拡散層形成組成物塗布面側の表面のシート抵抗を測定したところ、33Ω/□であり、P(リン)が拡散しn型拡散層が形成されていることがわかった。裏面のシート抵抗は1000000Ω/□以上で測定不能であり、n型拡散層は形成されていなかった。
また、前記半導体基板上に炭化物の残渣は見られなかった。
And when the sheet resistance of the surface of the obtained semiconductor substrate on the n-type diffusion layer forming composition application surface side was measured, it was 33Ω / □, and P (phosphorus) was diffused to form an n-type diffusion layer. I understood it. The sheet resistance of the back surface was 1000000 Ω / □ or more, which was not measurable, and the n-type diffusion layer was not formed.
Further, no carbide residue was found on the semiconductor substrate.
[比較例1]
第一の熱処理工程の加熱温度を800℃に代え、それ以外は実施例2と同様にn型拡散層形成を行った。尚、第二の熱処理工程の加熱温度は実施例1と同様に900℃とした。
上記加熱温度(800℃)における第一の熱処理工程後、n型拡散層形成組成物成分として含まれるガラスは既に溶融していた。
[Comparative Example 1]
The n-type diffusion layer was formed in the same manner as in Example 2 except that the heating temperature in the first heat treatment step was changed to 800 ° C. The heating temperature in the second heat treatment step was 900 ° C. as in Example 1.
After the first heat treatment step at the heating temperature (800 ° C.), the glass contained as the n-type diffusion layer forming composition component was already melted.
得られた前記半導体基板の前記n型拡散層形成組成物塗布面側の表面のシート抵抗は38Ω/□であり、P(リン)が拡散し、n型拡散層が形成されていた。裏面のシート抵抗は1000000Ω/□以上で測定不能であり、n型拡散層は形成されていなかった。
しかし、前記半導体基板上には除去しきれなかったバインダー成分に由来する黒色の炭化物残渣が見られた。この炭化物残渣は、流水洗浄を行っても除去されていなかった。
The sheet resistance of the surface of the obtained semiconductor substrate on the n-type diffusion layer forming composition application surface side was 38Ω / □, P (phosphorus) diffused, and an n-type diffusion layer was formed. The sheet resistance of the back surface was 1000000 Ω / □ or more, which was not measurable, and the n-type diffusion layer was not formed.
However, a black carbide residue derived from the binder component that could not be removed was found on the semiconductor substrate. The carbide residue was not removed even by washing with running water.
[比較例2]
第一の熱処理工程でバインダーを除去する際の加熱条件を、200℃の温度で10分間に代え、それ以外は実施例1と同様にn型拡散層形成を行った。
前記加熱条件下(200℃の温度で10分間)での処理(第一の熱処理工程)後、n型拡散層形成組成物の塗布面は茶色を呈しており、バインダーが完全に除去されていなかった。
得られた前記半導体基板のn型拡散層形成組成物塗布面側の表面のシート抵抗は35Ω/□であり、P(リン)が拡散しn型拡散層が形成されていた。裏面のシート抵抗は1000000Ω/□以上で測定不能であり、n型拡散層は形成されていなかった。
しかし、半導体基板上には除去しきれなかったバインダー成分に由来する黒色の炭化物残渣が見られた。この炭化物残渣は、流水洗浄を行っても除去されていなかった。
[Comparative Example 2]
The n-type diffusion layer was formed in the same manner as in Example 1 except that the heating condition for removing the binder in the first heat treatment step was changed to a temperature of 200 ° C. for 10 minutes.
After the treatment (first heat treatment step) under the heating conditions (temperature of 200 ° C. for 10 minutes), the coated surface of the n-type diffusion layer forming composition is brown and the binder is not completely removed. It was.
The sheet resistance of the surface of the obtained semiconductor substrate on the n-type diffusion layer forming composition application surface side was 35Ω / □, and P (phosphorus) diffused to form an n-type diffusion layer. The sheet resistance of the back surface was 1000000 Ω / □ or more, which was not measurable, and the n-type diffusion layer was not formed.
However, a black carbide residue derived from the binder component that could not be removed was observed on the semiconductor substrate. The carbide residue was not removed even by washing with running water.
10 半導体基板
12 n型拡散層
14 高濃度電界層
16 反射防止膜
18 表面電極用金属ぺースト層
20 裏面電極用金属ペースト層
30 バスバー電極
32 フィンガー電極
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Semiconductor substrate 12 N type diffused layer 14 High concentration electric field layer 16 Antireflection film 18 Metal paste layer 20 for surface electrodes Metal paste layer 30 for back electrodes Bus bar electrode 32 Finger electrode
Claims (6)
前記組成物層から前記有機物を除去する第一の熱処理工程と、
前記第一の熱処理工程後の半導体基板を熱拡散処理する第二の熱処理工程と、
を有するn型拡散層の製造方法。 Applying an n-type diffusion layer forming composition containing a glass powder containing a donor element and a dispersion medium containing an organic substance on a semiconductor substrate to form a composition layer;
A first heat treatment step for removing the organic matter from the composition layer;
A second heat treatment step of thermally diffusing the semiconductor substrate after the first heat treatment step;
The manufacturing method of the n type diffused layer which has this.
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