JP2013120863A - 太陽電池の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】第１導電型アモルファスシリコン膜と第２導電型アモルファスシリコン膜を、より確実に電気的に分離させることが可能な太陽電池の製造方法を提供する。
【解決手段】第１導電型アモルファスシリコン膜８上に、被覆膜３１を形成する工程と、半導体基板５１の裏面及び被覆膜上に、ｉ型アモルファスシリコン膜１９及び第２導電型アモルファスシリコン膜２０を積層する工程と、被覆膜３１をエッチング除去する工程とを備え、第１導電型アモルファスシリコン膜８上の被覆膜３１は、第１導電型アモルファスシリコン膜８領域の内側に位置する太陽電池の製造方法。
【選択図】図４

Description

本発明は、太陽電池の製造方法、特に、太陽電池の入射光側の反対の面である裏面構造の製造方法に関する。

太陽光エネルギを電気エネルギに直接変換する太陽電池は、近年、特に地球環境問題の観点から、次世代のエネルギ源としての期待が急激に高まっている。太陽電池としては、化合物半導体または有機材料を用いたものなど様々な種類があるが、現在、主流となっているのは、シリコン結晶を用いたものである。

現在、最も多く製造および販売されている太陽電池は、太陽光が入射する側の面である受光面と、受光面の反対側である裏面とに電極が形成された構造のものである。

しかしながら、受光面に電極を形成した場合、電極における光の反射、吸収があることから、形成された電極の面積分だけ入射する太陽光が減少するので、裏面にのみ電極を形成した太陽電池が開発されている。

図６、図７は、特許文献１に開示されている裏面にのみ電極を形成した従来の太陽電池を表す図である。図６は、裏面側の平面図であり、図７は、図６のＡ−Ａ線における断面図である。

太陽電池１００の裏面には、ｎ側電極１４０ｎ及びｐ側電極１４０ｐが形成されている。また、半導体基板１１１の裏面には、ｉｎ接合１２０、ｉｐ接合１３０が形成されている。ｉｎ接合１２０は、ｉ型アモルファスシリコン層１２０ｉとｎ型アモルファスシリコン層１２０ｎとによって構成されている。また、ｉｐ接合１３０は、ｉ型アモルファスシリコン層１３０ｉとｐ型アモルファスシリコン層１３０ｐとによって構成されている。ｎ型アモルファスシリコン層１２０ｎとｐ型アモルファスシリコン層１３０ｐとは、ｉ型アモルファスシリコン層１３０ｉによって電気的に分離されている。１２０ｆは斜面である。

図８は、特許文献１に開示されている太陽電池の製造方法の一例である。図８に示すように模式的断面図を参照して説明する。

まず、図８（ａ）に示すように、ｎ型単結晶シリコン基板である半導体基板１１１の裏面上に、ＣＶＤ法を用いて、ｉ型アモルファスシリコン層１２０ｉとｎ型アモルファスシリコン層１２０ｎを順次形成する。これによって、ｉｎ接合が形成される。

次に、図８（ｂ）に示すように、ｎ型アモルファスシリコン層１２０ｎ上に、ＣＶＤ法を用いて、被覆層１５０を形成する。被覆層１５０としては、例えば、窒化シリコンや酸化シリコンなどを用いることができる。

次に、図８（ｃ）に示すように、フォトリソグラフィ法によって、被覆層１５０の一部を所定間隔で第１方向に沿って除去する。これによって、第１方向に沿ってそれぞれ延びる複数の第１溝１５０ｇが形成される。

次に、図８（ｄ）に示すように、被覆層１５０をマスクとし、アルカリ水溶液を用いた等方性エッチング法によって、ｉ型アモルファスシリコン層１２０ｉとｎ型アモルファスシリコン層１２０ｎとの一部を所定間隔で第１方向に沿って除去する。これによって、第１方向に沿ってそれぞれ延びる複数本の第２溝１２０ｇが形成される。第２溝１２０ｇは、第１溝１５０ｇから半導体基板１１１側に延び、半導体基板１１１まで達するように形成される。

ここで、第２溝１２０ｇを形成する工程では、ｎ型アモルファスシリコン層１２０ｎのうち、被覆層１５０の第１方向と略直交する第２方向における一端部と半導体基板１１１との間に設けられた部分をも除去する。すなわち、被覆層１５０の下に設けられたｎ型アモルファスシリコン層１２０ｎを抉るように除去する。被覆層１５０の下でエッチングを等方的に進めることによって、ｉｎ接合１２０に斜面１２０ｆが形成される。

次に、図８（ｅ）に示すように、第２溝１２０ｇの底面上及び側面上に、ＣＶＤ法を用いて、ｉ型アモルファスシリコン層１３０ｉとｐ型アモルファスシリコン層１３０ｐとを順次形成する。これによって、ｉｐ接合１３０が形成される。被覆層１５０の下部にも回り込むようにｉ型アモルファスシリコン層１３０ｉ及びｐ型アモルファスシリコン層１３０ｐを形成することによって、ｉｎ接合１２０の斜面１２０ｆは、ｉｐ接合１３０のｉ型アモルファスシリコン層１３０ｉによって覆われる。ｎ型アモルファスシリコン層１２０ｎとｐ型アモルファスシリコン層１３０ｐとは、ｉ型アモルファスシリコン層１３０ｉによって電気的に分離される。

次に、図８（ｆ）に示すように、エッチング法によって、被覆層１５０を全て除去する。これによって、ｉｐ接合１３０とｎ型アモルファスシリコン層１２０ｎとが露出される。なお、このときｐ型アモルファスシリコン層１３０ｐの端部は、ｉ型アモルファスシリコン層１３０ｉによって覆われており、ｐ型アモルファスシリコン層１３０ｐの中央部は露出される。また、本工程において、被覆層１５０の表面に形成されたｉ型アモルファスシリコン層１３０ｉとｐ型アモルファスシリコン層１３０ｐとは、被覆層１５０とともに除去される。

次に、スパッタリング法を用いて、ｎ型アモルファスシリコン層１２０ｎ上及びｐ型アモルファスシリコン層１３０ｐ上に、第１方向に沿って、ＩＴＯ（ｉｎｄｉｕｍ ｔｉｎ ｏｘｉｄｅ）層である透明電極層を形成する。続いて、印刷法や塗布法などを用いて、透明電極層上に銀ペーストである導電層を形成する。このようにして、太陽電池１１０を形成した。

特開２０１０−８０８８７号公報（平成２２年４月８日公開）

しかしながら、被覆層１５０の下を抉るようにｎ型アモルファスシリコン層１２０ｎを除去した後に、ｉｐ接合１３０形成を行うと、被覆層１５０の下側であるｉｎ接合１２０が抉れた箇所において、ｉ型アモルファスシリコン層１３０ｉの膜厚が薄くなることがあり、ｎ型アモルファスシリコン層１２０ｎとｐ型アモルファスシリコン層１３０ｐが電気的に分離されずに低品質のｐｎ接合が形成される虞があった。このように、ｎ型アモルファスシリコン層１２０ｎとｐ型アモルファスシリコン層１３０ｐが直接接すると、太陽電池の光電変換効率は低下する。

本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、より確実に電気的に分離させることが可能な太陽電池の製造方法を提供することにある。

本発明の太陽電池の製造方法は、半導体基板の裏面に、ｉ型アモルファスシリコン膜及び第１導電型アモルファスシリコン膜を積層する第１工程と、ｉ型アモルファスシリコン膜及び第１導電型アモルファスシリコン膜の一部を除去する第２工程と、第１導電型アモルファスシリコン膜上に、被覆膜を形成する第３工程と、半導体基板の裏面及び被覆膜上に、ｉ型アモルファスシリコン膜及び第２導電型アモルファスシリコン膜を積層する第４工程と、被覆膜をエッチング除去する第５工程とを備え、第３工程において、第１導電型アモルファスシリコン膜上の前記被覆膜は、第１導電型アモルファスシリコン膜領域の内側に位置する。

ここで、本発明の太陽電池の製造方法は、第１導電型は、ｐ型であり、第２導電型は、ｎ型であってもよい。

また、本発明の太陽電池の製造方法は、被覆膜は、テーパ形状であってもよい。

また、本発明の太陽電池の製造方法は、被覆膜は、ウエットエッチングによりパターン形成してもよい。

本発明によれば、第１導電型アモルファスシリコン膜と、その後に形成する第２導電型アモルファスシリコン膜を、より確実に電気的に分離させることができるので、太陽電池の変換効率低下を抑制することができる。

本発明の太陽電池の一例の模式的な裏面図である。 図１のＬ−Ｌ‘の断面を表す模式的な図である。 図２の電極を除去し裏面から見た模式的な図である。 本発明の太陽電池の製造方法の一例を示す模式的な図である。 図４（ｅ）の丸で囲んだ領域を拡大した図である。 従来技術の太陽電池の裏面側の平面図である。 図６のＡ−Ａ線における断面図である。 従来技術の太陽電池の製造方法を示す模式的な図である。

図１は、受光面と反対側の面である裏面にのみ電極を形成した本発明の一例の太陽電池を表す図である。図１は、太陽電池１の裏面側の平面図であり、太陽電池１の裏面には、第１導電型であるｐ型アモルファスシリコン膜に接しているｐ電極２、及び第２導電型であるｎ型アモルファスシリコン膜に接しているｎ電極３が形成されている。ｐ電極２およびｎ電極３は、それぞれ櫛状をしており、交互にかみ合うように配置されている。

図２は、図１で示したＬ−Ｌ′の断面を表す模式的な図である。図２は、太陽電池の裏面側が上となっている。

第２導電型であるｎ型のシリコン基板５１の受光面には、テクスチャ構造１３が形成されており、テクスチャ構造１３の上には、表面不活性化と反射防止を目的とした窒化シリコン膜である反射防止膜１２が形成されている。

また、シリコン基板５１の裏面には、ｉ型アモルファスシリコン膜７とボロンをドーピングしたｐ型アモルファスシリコン膜８からなる積層膜、及びｉ型アモルファスシリコン膜１９とリンをドーピングしたｎ型アモルファスシリコン膜２０からなる積層膜が所望の形状に形成されている。なお、ｉ型アモルファスシリコン膜７及び１９、ｐ型アモルファスシリコン膜８、ｎ型アモルファスシリコン膜２０の膜厚は、いずれも約１０ｎｍである。ｐ電極２、ｎ電極３は、アモルファスシリコン膜とオーミックコンタクトを形成する銀電極を用いる。

シリコン基板５１の裏面に形成されたアモルファスシリコン膜である半導体層は、主に３つの領域から構成されており、第１領域４は、シリコン基板５１側から、ｉ型アモルファスシリコン膜７／ｐ型アモルファスシリコン膜８／ｉ型アモルファスシリコン膜１９／ｎ型アモルファスシリコン膜２０の順である構造である。また、第２領域５は、シリコン基板５１側から、ｉ型アモルファスシリコン膜７／ｐ型アモルファスシリコン膜８の順である構造である。さらに、第３領域６は、シリコン基板５１側から、ｉ型アモルファスシリコン膜１９／ｎ型アモルファスシリコン膜２０の順である構造である。

図３は、図２を裏面側から見た図であり、ｐ電極２及びｎ電極３を除いた場合の図である。第１領域４の短辺方向の幅は、１ｍｍ以下であることが望ましい。１ｍｍよりも大きいと、光電効果により発生した少数キャリアが電極まで到達できなくなり発電効率の低下が生じるからである。

以下に、本発明の太陽電池の製造方法の一例を示す。

図４は、図１、および図２に示す本発明の太陽電池の製造方法の一例である。図４に示すように模式的断面図を参照して説明する。なお、図４は、太陽電池の裏面側が上となっている。

まず、図４（ａ）を用いて説明する。シリコン基板５１の受光面となる面（以下「シリコン基板の受光面」という）の反対側の面である裏面（以下「シリコン基板の裏面」という）に、窒化シリコン膜等のテクスチャマスクをＣＶＤ法、またはスパッタ法等で形成する。その後、シリコン基板５１の受光面にテクスチャ構造１３をエッチングにより形成する。エッチングは、たとえば、アルカリ水溶液を用いる。次に、テクスチャマスクを除去後、テクスチャ構造１３の上に、反射防止膜１２となる窒化シリコン膜をプラズマＣＶＤ法により形成する。

次に、図４（ｂ）に示すように、シリコン基板５１の裏面全面に、ｉ型アモルファスシリコン膜７及びｐ型アモルファスシリコン膜８を順次堆積して積層する。アモルファスシリコン膜の形成は、プラズマＣＶＤ法を用いる。

次に、図４（ｃ）を用いて説明する。シリコン基板５１の裏面に形成したｉ型アモルファスシリコン膜７及びｐ型アモルファスシリコン膜８を、フォトリソグラフィとエッチングを用いて一部除去する。

次に、図４（ｄ）に示すように、シリコン基板５１の裏面側全面に被覆膜３１を形成し、その後、フォトリソグラフィとエッチングを用いて、ｐ型アモルファスシリコン膜８上の被覆膜３１を残す。この際、ｐ型アモルファスシリコン膜８上の被覆膜３１は、ｐ型アモルファスシリコン膜８領域の内側に位置するように形成する。被覆膜３１は、例えば、窒化シリコン膜や酸化シリコン膜を用いることができる。なお、被覆膜３１の膜厚は、約１００ｎｍである。

次に、図４（ｅ）に示すように、シリコン基板５１の裏面側全面、すなわち、シリコン基板５１の裏面及び被覆膜３１上に、ｉ型アモルファスシリコン膜１９、ｎ型アモルファスシリコン膜２０を順次堆積して積層する。この際のアモルファスシリコン膜形成も、プラズマＣＶＤ法を用いる。

被覆膜３１の形成領域を、ｐ型アモルファスシリコン膜８の形成領域の内側にすることで、ｉ型アモルファスシリコン膜１９を堆積する際のカバレッジを良くすることができ、その後に堆積させるｎ型アモルファスシリコン膜２０と、堆積しているｐ型アモルファスシリコン膜８を、より確実に電気的に分離させることができる。

次に、図４（ｆ）に示すように、被覆膜３１を酸性のエッチング液を用いて取り除き、リフトオフにより、被覆膜３１上のｉ型アモルファスシリコン膜１９及びｎ型アモルファスシリコン膜２０を除去する。その後、ｐ型アモルファスシリコン膜８上にｐ型電極２を、ｎ型アモルファスシリコン膜２０上にｎ型電極３を、銀蒸着により形成する。このようにして、太陽電池１を形成する。

このように、ｐ型アモルファスシリコン膜８上にｉ型アモルファスシリコン膜１９を重複した形状にすることにより、ｐ型アモルファスシリコン膜８とｎ型アモルファスシリコン膜２０を、より確実に電気的に分離させることができる。

図５に、被覆膜３１をテーパ状にしたものを示す。図５は、リフトオフにより被覆膜３１上の、ｉ型アモルファスシリコン膜１９及びｎ型アモルファスシリコン膜２０を除去する前の図である。被覆膜３１の形成領域のエッジ形状はテーパ形状になっている。被覆膜３１の形成領域をｐ型アモルファスシリコン膜８の形成領域の内側にして、被覆膜３１のエッジ形状をテーパ形状にすれば、ｉ型アモルファスシリコン膜１９のカバレッジは、さらに良くなる。

被覆膜３１上のｉ型アモルファスシリコン膜１９及びｎ型アモルファスシリコン膜２０をリフトオフにより除去する際、図５のそれぞれの点線付近から、矢印で示す外側のｎ型アモルファスシリコン膜２０とｉ型アモルファスシリコン膜１９が除去される。ここで、被覆膜３１をテーパ形状にするには、ウエットエッチングで行ってもよい。

本実施形態の製造方法において、ｐ型アモルファスシリコン膜８上に形成する被覆膜３１を、ｐ型アモルファスシリコン膜８の領域よりも、内側に形成することで、ｐ型アモルファスシリコン膜８上及び被覆膜３１上に堆積するｉ型アモルファスシリコン膜１９のカバレッジを良くすることができる。そして、ｉ型アモルファスシリコン膜１９によって、その後に堆積するｎ型アモルファスシリコン膜２０と、堆積しているｐ型アモルファスシリコン膜８の、電気的な分離を保ちながら、被覆膜３１上のｉ型アモルファスシリコン膜１９及びｎ型アモルファスシリコン膜２０をリフトオフして除去することができる。

また、ｐ型アモルファスシリコン膜８上にｉ型アモルファスシリコン膜１９を重複した形状にすることにより、ｐ型アモルファスシリコン膜８とｎ型アモルファスシリコン膜２０を、より確実に電気的に分離させることができる。

今回、ｎ型のシリコン基板について記載したが、ｐ型のシリコン基板でも同様の結果が得られた。

１ 太陽電池、２ ｐ電極、３ ｎ電極、４ 第１領域、５ 第２領域、６ 第３領域、７ ｉ型アモルファスシリコン膜、８ ｐ型アモルファスシリコン膜、１２ 反射防止膜、１３ テクスチャ構造、１９ ｉ型アモルファスシリコン膜、２０ ｎ型アモルファスシリコン膜、３１ 被覆膜、５１ シリコン基板。

Claims (4)

1. 半導体基板の裏面に、ｉ型アモルファスシリコン膜及び第１導電型アモルファスシリコン膜を積層する第１工程と、
   前記ｉ型アモルファスシリコン膜及び前記第１導電型アモルファスシリコン膜の一部を除去する第２工程と、
   前記第１導電型アモルファスシリコン膜上に、被覆膜を形成する第３工程と、
   前記半導体基板の裏面及び前記被覆膜上に、ｉ型アモルファスシリコン膜及び第２導電型アモルファスシリコン膜を積層する第４工程と、
   前記被覆膜をエッチング除去する第５工程とを備え、
   前記第３工程において、
   前記第１導電型アモルファスシリコン膜上の前記被覆膜は、前記第１導電型アモルファスシリコン膜領域の内側に位置する太陽電池の製造方法。
2. 前記第１導電型は、ｐ型であり、前記第２導電型は、ｎ型である請求項１に記載の太陽電池の製造方法。
3. 前記被覆膜は、テーパ形状である請求項１または２に記載の太陽電池の製造方法。
4. 前記被覆膜は、ウエットエッチングによりパターン形成する請求項３に記載の太陽電池の製造方法。