JP2013128077A - Interface passivation structure, back passivation solar cell, and manufacturing method of interface passivation structure - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an interface passivation technique which achieves excellent characteristics by suppressing occurrence of parasitic shunting.SOLUTION: A passivation film 202 is composed by laminating two kinds of passivation film having different interface fixed charge density, i.e., SiNx films 202a, 202b, on a p-type silicon substrate 101. The relation of Qf1<Qf2 is satisfied between the interface fixed charge density Qf1 when the SiNx film 202a is laminated alone on a silicon substrate 201 in contact therewith, and the interface fixed charge density Qf2 when the SiNx film 202b is laminated alone on the silicon substrate 201 in contact therewith. With such a configuration, the interface fixed charge density Qf of the whole passivation film is held down, and the interface state density can also be held down.

Description

本発明は、界面パッシベーション技術に関し、より具体的には、界面パッシベーション構造およびその製造方法、並びに、裏面パッシベーション型太陽電池に関するものである。   The present invention relates to an interface passivation technique, and more specifically to an interface passivation structure and a manufacturing method thereof, and a back surface passivation type solar cell.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

ここで、パラサイティックシャンティング現象の発生原理について、図8〜図9を参照しながら説明しておく。   Here, the principle of the occurrence of the parasitic shunting phenomenon will be described with reference to FIGS.

図8は、裏面パッシベーション型太陽電池の構造例を示す模式図である。同図において、P型シリコン基板81の表面には、n+層82、反射防止膜83が形成されている。裏面パッシベーション型太陽電池においても電気的出力を取り出すには、表面電極層84の他、裏面電極層85が必要である。同図において、裏面電極層85がP型シリコン基板81と接し、P型シリコン基板81から電気的出力を取り出すためのパッシベーション膜86の開口領域を裏面電極89と称する。   FIG. 8 is a schematic view showing a structural example of a back surface passivation type solar cell. In the figure, an n + layer 82 and an antireflection film 83 are formed on the surface of a P-type silicon substrate 81. In order to take out an electrical output also in the back surface passivation type solar cell, the back surface electrode layer 85 is required in addition to the front surface electrode layer 84. In this figure, the back electrode layer 85 is in contact with the P-type silicon substrate 81, and the opening region of the passivation film 86 for taking out electrical output from the P-type silicon substrate 81 is referred to as a back electrode 89.

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

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

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

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

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

それゆえ、図9(図8の構造例におけるパッシベーション膜と電極部分との接触領域を拡大して示す模式図)に示すように、裏面電極89とパッシベーション膜86との境界近傍では、電子91と正孔92との密度積の値が大きいので、これらが衝突再結合する確率が大きくなることに加えて、高不正準位領域88における不正準位密度も高くなり、その相互作用により大きなキャリア損失が生じる。   Therefore, as shown in FIG. 9 (a schematic diagram showing an enlarged contact region between the passivation film and the electrode portion in the structure example of FIG. 8), in the vicinity of the boundary between the back electrode 89 and the passivation film 86, the electrons 91 and Since the value of the density product with the holes 92 is large, the probability of collision recombination of these increases, and in addition, the illegal level density in the high illegal level region 88 also increases, resulting in a large carrier loss due to the interaction. Occurs.

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

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

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

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

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

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

そこで、本来的に正の界面固定電荷密度Qを有するが、太陽電池材料として使い慣れたSiNxを用いて上記問題を回避できれば、それが最も簡易な方法であって、効果が高いことになる。 Therefore, have inherently positive interfacial fixed charge density Q f, if avoid the above problems by using the SiNx familiar as a solar cell material, it is the most simple method, so that the effect is high.

正のQを有するSiNxを使用するにあたっては、前述のように、SiNx膜(パッシベーション膜)とp型シリコン基板(p型半導体層)との界面に存在する正のQをできるだけ低減するための工夫が必要とされる。その手法については、既に良く知られている。 In using the SiNx having a positive Q f, as described above, to reduce as much as possible positive Q f at the interface between SiNx film (passivation film) and p-type silicon substrate (p-type semiconductor layer) Needs to be devised. The method is already well known.

例えば、SiNx膜を製膜するときにプラズマに流すガスに含まれるアンモニアガスの分率を増やす、プラズマを励起するRF出力を増加させる、製膜時に基板温度を低下させる、または製膜時の圧力を調節するなどの手段を用いることにより、Qの低減を達成可能である。 For example, when forming a SiNx film, the fraction of ammonia gas contained in the gas flowing into the plasma is increased, the RF output for exciting the plasma is increased, the substrate temperature is decreased during film formation, or the pressure during film formation Q f can be reduced by using a means such as adjusting Q.

しかし、上記のような手段でQを低減した場合、界面準位密度Ditが増大するという問題が生じる。特にSiNx膜に熱を加えた場合、SiNx膜とシリコン基板との界面には深刻なダメージが加わり、Ditが増大することがある。 However, when Q f is reduced by the above means, there arises a problem that the interface state density D it increases. Especially when applying heat to the SiNx film, at the interface between SiNx film and the silicon substrate applied serious damage, sometimes D it increases.

すなわち、低いQを有する膜(低Q膜)を太陽電池の裏面パッシベーション膜として採用した場合、高温でアニールを行ったときに、高いQを有する膜(高Q膜)と比較して、Ditの増加が生じやすい。そのため、低Q膜を太陽電池の界面パッシベーションとして使用した場合、アニール工程(電極形成などの高温プロセス)を経ることによって、膜の特性を悪化させてしまう可能性がある。 In other words, when adopting film having a low Q f (low Q f film) as a back passivation film solar cell, when annealed at high temperature, compared to a film having a high Q f (high Q f film) Therefore, the increase in Dit is likely to occur. Therefore, when the low Qf film is used as the interface passivation of the solar cell, the film characteristics may be deteriorated through an annealing process (high temperature process such as electrode formation).

本発明はこの問題を解決するものである。すなわち、パラサイティックシャンティング現象の大幅な低減ができるほどに、低い界面固定電荷密度Qを有していながら、裏面電極を作製する時などの高温アニールにおいても、界面準位密度Ditの十分な低減を図ることができるパッシベーション膜を提供するものである。 The present invention solves this problem. That is, the more it is a significant reduction in the para site tick shunting phenomenon lower while have a surface fixed charge density Q f, even at a high temperature anneal, such as when making a back electrode, interface state density D it It is an object of the present invention to provide a passivation film that can be sufficiently reduced.

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

本発明に係る界面パッシベーション構造は、
(1)p型半導体層と、
(2)上記p型半導体層上に接して積層された第1のパッシベーション膜と、
(3)上記第1のパッシベーション膜上に接して積層された第2のパッシベーション膜とを少なくとも備え、
(4)上記第1のパッシベーション膜が単独で上記p型半導体層上に接して積層された場合の界面固定電荷密度Qf1と、上記第2のパッシベーション膜が単独で上記p型半導体層上に接して積層された場合の界面固定電荷密度Qf2との間に、Qf1<Qf2の関係が成り立つことを特徴とする。
The interface passivation structure according to the present invention is:
(1) a p-type semiconductor layer;
(2) a first passivation film stacked on and in contact with the p-type semiconductor layer;
(3) at least a second passivation film stacked on and in contact with the first passivation film,
(4) Interfacial fixed charge density Q f1 when the first passivation film is laminated on and in contact with the p-type semiconductor layer, and the second passivation film alone on the p-type semiconductor layer. A relationship of Q f1 <Q f2 is established with the interface fixed charge density Q f2 when stacked in contact with each other.

上記の構成において、Qf1<Qf2の関係が成り立つことによって、上記第1のパッシベーション膜は、p型半導体層とパッシベーション膜との間の界面における界面固定電荷密度Qを低く維持する働きをする。上記第2のパッシベーション膜は高温でアニールを行ったときに、界面準位密度Ditを低減させる働きをする。 In the above configuration, when the relationship of Q f1 <Q f2 is established, the first passivation film functions to maintain the interface fixed charge density Q f at the interface between the p-type semiconductor layer and the passivation film at a low level. To do. The second passivation film when annealed at high temperatures and serves to reduce the interface state density D it.

この2種類の性質の異なるパッシベーション膜の複合的な作用によって、界面固定電荷密度Qは低く抑えられ、しかも高温アニールによっても界面準位密度Ditは劣化しないという効果が得られる。 Due to the combined action of the two types of passivation films having different properties, the interface fixed charge density Qf can be kept low, and the interface state density Dit is not deteriorated even by high-temperature annealing.

上述の効果を説明するメカニズムの仮説は以下のようである。パッシベーション膜には水素が含まれている。そうすると、パッシベーション膜を熱に暴露することにより、上記水素はパッシベーション膜の内部から脱離し、その一部はp型半導体層界面に到達する。界面に到達した上記水素は、そこに存在する未結合手を終端し、キャリアトラップを減少させることによってDitを低減させる。 The hypothesis of the mechanism explaining the above effect is as follows. The passivation film contains hydrogen. Then, by exposing the passivation film to heat, the hydrogen is desorbed from the inside of the passivation film, and a part of the hydrogen reaches the p-type semiconductor layer interface. The hydrogen that has reached the interface terminates the dangling bonds present therein, to reduce the D it by reducing carrier traps.

ここで、界面固定電荷密度Qが高い高Q膜では、高温にならないと水素の脱離は起こらないが、界面固定電荷密度Qが低い低Q膜においては、水素の脱離は低温で起こる。したがって、従来のように、パッシベーション膜が低Q膜のみの1層の構成であれば、750℃程度の高温で膜をアニールしたとき、膜中の水素は既に脱離して無くなっているので、パッシベーション膜とp型半導体層の界面にも同様に水素は多く存在しない。この結果、未結合手が増加した状態になり、界面準位密度Ditの増加を招く。 Here, at the interface fixed charge density Q f taller Q f film, but does not occur elimination of hydrogen when he does not have a high temperature, in the low interfacial fixed charge density Q f low Q f membranes, desorption of hydrogen Happens at low temperatures. Therefore, unlike the conventional, if the passivation film is a structure of one layer of low-Q f film only, when annealing the film at a high temperature of about 750 ° C., since hydrogen in the film is lost already eliminated, Similarly, a lot of hydrogen does not exist at the interface between the passivation film and the p-type semiconductor layer. As a result, the number of dangling bonds is increased, and the interface state density Dit is increased.

一方、本発明のパッシベーション膜では、第1層の低Q膜とともに、第2層の高Q膜を含んでいるので、750℃程度の高温であっても、第2層の高Q膜から水素を十分に供給することができる。 On the other hand, the passivation film of the present invention, together with a low Q f film of the first layer, since it contains a high Q f film of the second layer, even at a high temperature of about 750 ° C., high Q f of the second layer Hydrogen can be sufficiently supplied from the membrane.

すなわち、本発明によれば、パッシベーション膜が膜質の異なる2層のパッシベーション膜を含んで構成されていることによって、高温アニール時に、p型半導体層の界面で不足する水素を、第1のパッシベーション膜からの供給が不可能となっても、高温アニールに強い第2のパッシベーション膜から供給することによって、補うことができる。これにより、高温アニールによって、パッシベーション膜全体の界面固定電荷密度Qを低く抑え、かつ界面準位密度Ditをも低く抑えることができる。 That is, according to the present invention, since the passivation film includes two passivation films having different film qualities, the first passivation film removes hydrogen deficient at the interface of the p-type semiconductor layer during high-temperature annealing. Even if the supply from is impossible, it can be compensated by supplying from the second passivation film resistant to high temperature annealing. Thus, the high-temperature annealing, suppressing the interfacial fixed charge density Q f of the entire passivation film, and can be kept low even the interface state density D it.

本発明に係る上記界面パッシベーション構造では、
(1)上記p型半導体層はシリコン層であり、
(2)上記第1のパッシベーション膜および第2のパッシベーション膜は、窒化シリコン膜であることを特徴とする。
In the interface passivation structure according to the present invention,
(1) The p-type semiconductor layer is a silicon layer,
(2) The first passivation film and the second passivation film are silicon nitride films.

これにより、窒化シリコン膜は、太陽電池の構成材料として汎用されており、しかも、窒化シリコン膜が本来的に備えている正の界面固定電荷を、既に説明したとおり、低く抑えることができるので、特性の良好な太陽電池の量産に対応することが容易になる。   Thereby, the silicon nitride film is widely used as a constituent material of the solar cell, and the positive interface fixed charge inherently included in the silicon nitride film can be kept low as already described. It becomes easy to cope with mass production of solar cells with good characteristics.

本発明に係る裏面パッシベーション型太陽電池は、上記界面パッシベーション構造を、裏面パッシベーション構造として備えたこと特徴とする。   The back surface passivation type solar cell according to the present invention includes the above-mentioned interface passivation structure as a back surface passivation structure.

上記界面パッシベーション構造により、界面固定電荷密度Qおよび界面準位密度Ditを低く抑えることができるので、裏面パッシベーション型太陽電池の特性を向上させることができる。 The by interfacial passivation structure, it is possible to suppress the interfacial fixed charge density Q f and interface state density D it, it is possible to improve the characteristics of the back passivation solar cell.

本発明に係る界面パッシベーション構造の製造方法は、
(1)プラズマを利用した気相成長法によって、シリコン層上に接して第1の窒化シリコン膜を積層した後、上記第1の窒化シリコン膜上に接して第2の窒化シリコン膜を積層する工程を含み、
(2)上記気相成長法に用いる各原料ガスの流量比としてのSiH/NH流量比の値について、上記第1の窒化シリコン膜の積層時の値より、上記第2の窒化シリコン膜の積層時の値を大きくすることを特徴とする。
The manufacturing method of the interface passivation structure according to the present invention is as follows:
(1) A first silicon nitride film is stacked on and in contact with the silicon layer by a vapor phase growth method using plasma, and then a second silicon nitride film is stacked on and in contact with the first silicon nitride film. Including steps,
(2) Regarding the value of the SiH 4 / NH 3 flow rate ratio as the flow rate ratio of each source gas used in the vapor phase growth method, the second silicon nitride film is obtained from the value at the time of stacking the first silicon nitride film. The value at the time of stacking is increased.

上記のように、上記気相成長法に用いる各原料ガスの流量比としてのSiH/NH流量比の値について、上記第1の窒化シリコン膜の積層時の値より、上記第2の窒化シリコン膜の積層時の値を大きくすることによって、前述したQf1<Qf2の関係を満足する界面パッシベーション構造を得ることができる。 As described above, regarding the value of the SiH 4 / NH 3 flow rate ratio as the flow rate ratio of each source gas used in the vapor phase growth method, the second nitridation is based on the value at the time of stacking the first silicon nitride film. By increasing the value at the time of stacking the silicon films, an interface passivation structure that satisfies the relationship of Q f1 <Q f2 described above can be obtained.

p型半導体層上に積層するパッシベーション膜を、性質が異なる2層のパッシベーション膜を含む構成とすることによって、諸特性の優れた太陽電池を提供することができるという効果を奏する。   By forming the passivation film laminated on the p-type semiconductor layer to include two layers of passivation films having different properties, it is possible to provide a solar cell with excellent characteristics.

本発明の実施形態に係る界面パッシベーション構造を示す構成図である。It is a block diagram which shows the interface passivation structure which concerns on embodiment of this invention. 高Q膜と低Q膜とにおいて、アニール温度とDitとの関係を測定した結果を示すグラフである。In a high-Q f film and a low Q f film is a graph showing the results of measuring the relationship between the annealing temperature and D it. プラズマに流す混合ガスの流量比を変化させて形成した界面パッシベーション膜のQおよびDitの測定結果を示すグラフである。It is a graph showing the results of measurement of Q f and D it interfacial passivation film formed by changing the flow rate ratio of the mixed gas flowing through the plasma. 本発明に係る太陽電池の測定サンプルを示す構成図である。It is a block diagram which shows the measurement sample of the solar cell which concerns on this invention. 従来の界面パッシベーション構造と本実施形態に係る界面パッシベーション構造について、アニール前後におけるQおよびDitの測定結果を示すグラフである。The interfacial passivation structure according to the conventional interfacial passivation structure and the present embodiment is a graph showing the results of measurement of Q f and D it before and after annealing. 本発明の実施形態に係る太陽電池の構造を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the solar cell which concerns on embodiment of this invention. 従来構造の太陽電池と本実施形態に係る太陽電池の諸特性を比較して示す図である。It is a figure which compares and shows the various characteristics of the solar cell of a conventional structure, and the solar cell which concerns on this embodiment. 裏面パッシベーション型太陽電池の構造例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structural example of a back surface passivation type solar cell. 図8に示す太陽電池の構造例の一部を拡大して示す模式図である。It is a schematic diagram which expands and shows a part of structural example of the solar cell shown in FIG.

以下、本発明の実施の形態について、図1〜図7に基づいて詳細に説明する。但し、この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. However, the dimensions, materials, shapes, relative arrangements, and the like of the components described in this embodiment are not intended to limit the scope of the present invention only to those unless otherwise specified. This is just an example.

(界面パッシベーション構造)
本実施形態に係る界面パッシベーション構造を図1に示す。図1に示す界面パッシベーション構造200は、例えばpn接合を有した光電変換素子の1形態である裏面パッシベーション型太陽電池に適用することができる。
(Interface passivation structure)
An interface passivation structure according to this embodiment is shown in FIG. The interface passivation structure 200 shown in FIG. 1 can be applied to, for example, a back surface passivation type solar cell that is one form of a photoelectric conversion element having a pn junction.

同図に示すように、界面パッシベーション構造200は、p型半導体層としてのp型シリコン基板(以下、シリコン基板と略称する)201と、パッシベーション膜202とを備えている。パッシベーション膜202は、シリコン基板201に接して積層された第1のパッシベーション膜としての窒化シリコン膜(以下、SiNx膜と略称する)202aと、SiNx膜202a上に接して積層された第2のパッシベーション膜としてのSiNx膜202bとを備えた2層構成となっている。   As shown in the figure, the interface passivation structure 200 includes a p-type silicon substrate (hereinafter abbreviated as a silicon substrate) 201 as a p-type semiconductor layer, and a passivation film 202. The passivation film 202 includes a silicon nitride film (hereinafter abbreviated as SiNx film) 202a as a first passivation film stacked in contact with the silicon substrate 201, and a second passivation film stacked in contact with the SiNx film 202a. It has a two-layer structure including a SiNx film 202b as a film.

但し、SiNx膜202aとSiNx膜202bとは、性質が以下のように相違している。すなわち、後述するように、SiNx膜202aが単独でシリコン基板201上に接して積層された場合の界面固定電荷密度Qf1と、SiNx膜202bが単独でシリコン基板201上に接して積層された場合の界面固定電荷密度Qf2との間に、Qf1<Qf2の関係が成り立っている。 However, the properties of the SiNx film 202a and the SiNx film 202b are different as follows. That is, as will be described later, the interface fixed charge density Q f1 when the SiNx film 202a is laminated on the silicon substrate 201 alone, and the SiNx film 202b is laminated on the silicon substrate 201 alone. The relationship of Q f1 <Q f2 is established between the interface fixed charge density Q f2 of the above.

上記の構成により、SiNx膜202aとSiNx膜202bとを、750℃程度の高温でアニールした場合でも、パッシベーション膜全体の界面固定電荷密度Q(以下、単にQと略記する)を低く抑え、かつ界面準位密度Dit(以下、単にDitと略記する)をも低く抑えることができる。 With the above configuration, even when the SiNx film 202a and the SiNx film 202b are annealed at a high temperature of about 750 ° C., the interface fixed charge density Q f (hereinafter simply abbreviated as Q f ) of the entire passivation film is suppressed, In addition, the interface state density D it (hereinafter simply abbreviated as D it ) can be kept low.

したがって、界面パッシベーション構造200を裏面パッシベーション膜として備えた太陽電池は、その特性を向上させることができる。   Therefore, the characteristics of the solar cell including the interface passivation structure 200 as the back surface passivation film can be improved.

(アニール温度とDitとの関係)
SiNx膜とp型シリコン基板との界面に存在する正のQを低減する従来の手法では、Ditが増大するという問題が生じることを既に説明した。
(The relationship between the annealing temperature and the D it)
In the conventional method of reducing a positive Q f at the interface between SiNx film and the p-type silicon substrate, already described that the problem of D it is increased occurs.

ここで、太陽電池を製造する際に、電極形成などの高温プロセスを経ることによって、SiNx膜に熱を加えた場合、上記界面に深刻なダメージが加わり、Ditが増大することがある。その典型例として、一つの実験結果を図2に示す。 Here, when a solar cell is manufactured, if heat is applied to the SiNx film through a high temperature process such as electrode formation, serious damage may be applied to the interface, and Dit may increase. As a typical example, one experimental result is shown in FIG.

同実験においては、SiNx膜を製膜するときに、プラズマに流すガスであるアンモニアガスとシランガスとの分率を変化させることにより、2種類のSiNx膜を作製した。一方は3.0E+12cm−2以上の高いQを有するパッシベーション膜(高Q膜)であり、他方は、1.9E+12cm−2以下の比較的低いQを有するパッシベーション膜(低Q膜)である。 In the same experiment, two types of SiNx films were produced by changing the fraction of ammonia gas and silane gas that flow into plasma when forming the SiNx film. One is a passivation film having 3.0E + 12cm -2 or more high Q f (high Q f film), the other, a passivation film (low-Q f film) having 1.9E + 12cm -2 following relatively low Q f It is.

なお、3.0E+12は3.0×1012を表し、1.9E+12は、1.9×1012を表している。また、Ditの単位は、min・cm−2・eV−1である。 Note that 3.0E + 12 represents 3.0 × 10 12 , and 1.9E + 12 represents 1.9 × 10 12 . The unit of D it is min · cm -2 · eV -1.

同図によれば、上記2種類の膜における共通した振る舞いのあることが判る。それは、上記高温プロセスにおけるアニール温度を500℃以上に高くしてゆくと、Ditが一旦減少し、再度増加するような、U字型の振舞いを見せることである。しかしながら、両者の相違点として、高Q膜においては、Ditが極小を示す温度範囲は700℃以上まで存在しているのに対して、低Q膜では、Ditは600℃近傍で極小となり、700℃ではすでに増加を始めている。 According to the figure, it can be seen that there is a common behavior in the two types of films. This is because, if slide into higher annealing temperature above 500 ° C. in the high-temperature process, D it is once decreased, as increases again, is to show the behavior of the U-shape. However, the difference between the two is that, in the high Q f film, the temperature range in which D it is minimal exists up to 700 ° C. or more, whereas in the low Q f film, D it is around 600 ° C. It has become extremely small and has already started increasing at 700 ° C.

即ち、低Q膜を太陽電池の裏面パッシベーション膜として採用した場合、高温でアニールを行ったときに、高Q膜と比較して、Ditの増加が生じやすいという結果が得られた。ゆえに、低Q膜を太陽電池の界面パッシベーションに使用した場合、電極形成などの高温プロセスを経ることによって、界面Ditの増加が生じ、特性を悪化させてしまう可能性がある。 In other words, when employing the low Q f film as a back passivation film solar cell, when annealed at high temperature, compared to the high Q f films, the increase in D it results that easily occurs is obtained. Therefore, when using a low-Q f film interface passivation of the solar cell, by going through the high temperature processes such as electrode formation, it caused an increase in interfacial D it, there is a possibility that exacerbate characteristics.

本願発明者は、高温プロセスによるDitの増加の問題を考慮し、SiNx膜の製膜後に施される一般的なアニール工程により、Ditを好適に低減させることができるQfの好ましい範囲を既に提案している(特願2010−172659号)。その提案内容にここで簡単に触れておく。   The present inventor has already proposed a preferable range of Qf in which Dit can be suitably reduced by a general annealing process performed after the formation of the SiNx film in consideration of the problem of increase in Dit due to the high temperature process. (Japanese Patent Application No. 2010-172659). Here is a brief description of the proposal.

本願発明者は、Qfがある値より小さくなると、アニール工程によって、Ditが増加し始め、太陽電池の特性を劣化させることを見出した。すなわち、アニール工程により、Ditを好適に低減させることができるQfには、下限点が存在する。   The inventor of the present application has found that when Qf becomes smaller than a certain value, Dit starts to increase and the characteristics of the solar cell deteriorate due to the annealing process. That is, there is a lower limit point in Qf that can suitably reduce Dit by the annealing process.

図3の(a)(b)は、上記提案内容に関する測定結果の一部であり、Qfの下限点を導出した測定結果を示している。   (A) and (b) of FIG. 3 are part of the measurement results related to the proposed content, and show the measurement results derived from the lower limit point of Qf.

図3の(a)は、原料ガスの流量比(SiH4/NH3)を変えてQfを測定した結果を示し、図3の(b)は、原料ガスの流量比(SiH4/NH3)を変えてDitの変化を測定した結果を示している。   FIG. 3 (a) shows the result of measuring Qf by changing the flow rate ratio (SiH4 / NH3) of the source gas, and FIG. 3 (b) shows the result of changing the flow rate ratio (SiH4 / NH3) of the source gas. The result of having measured the change of Dit is shown.

なお、sccm(standard cubic centimeter per minute)は、流量の単位であり、1気圧および一定温度の条件下で規格化された1分間あたりのガス体積(cm3)を表している。   Note that sccm (standard cubic centimeter per minute) is a unit of flow rate, and represents a gas volume (cm 3) per minute normalized under conditions of 1 atm and constant temperature.

図3の(a)から、原料ガスの流量比(SiH4/NH3)を減少させると、Qfは概ね低下する一方、アニール工程の有無によっては、Qfには、ほとんど違いが生じないことがわかる。   From FIG. 3A, it can be seen that when the flow rate ratio (SiH 4 / NH 3) of the source gas is decreased, Qf generally decreases, but there is almost no difference in Qf depending on the presence or absence of the annealing step.

他方、図3の(b)に示されるDitを見ると、アニール工程無しの場合には、SiH4/NH3流量比を変化させても大きな違いはない。   On the other hand, looking at Dit shown in FIG. 3B, there is no significant difference even if the SiH 4 / NH 3 flow rate ratio is changed without the annealing step.

しかし、アニール工程を施した場合には、SiH4/NH3流量比が25/200以上では、アニール工程無しの場合に比べて、Ditが良好に低減するのに対し、SiH4/NH3流量比が19/200以下に小さくなると、アニール工程無しの場合と比較して、Ditは低減せず、逆に増大し、その結果、アニール工程無しの場合のDitに接近することがわかる。   However, when the annealing process is performed, when the SiH 4 / NH 3 flow rate ratio is 25/200 or more, Dit is reduced more favorably than when the annealing process is not performed, whereas the SiH 4 / NH 3 flow rate ratio is 19 / It can be seen that when it becomes smaller than 200, Dit does not decrease and increases conversely, compared with the case without the annealing step, and as a result, approaches Dit without the annealing step.

この測定結果から、SiH4/NH3流量比が19/200に対応するQf=1.3E+12cm−2がQfの下限点として導出された。   From this measurement result, Qf = 1.3E + 12 cm −2 corresponding to the SiH 4 / NH 3 flow rate ratio of 19/200 was derived as the lower limit point of Qf.

このことは、パラサイティックシャンティング現象を抑制するには、Qfを小さくしたいが、Qfが上記下限点より小さいSiNx膜は、アニールに対して弱いため、これを裏面パッシベーション型太陽電池の裏面パッシベーション膜として用いるのは困難であることを意味している。   This means that in order to suppress the parasite shunting phenomenon, it is desired to reduce Qf, but a SiNx film whose Qf is smaller than the lower limit is weak against annealing, and this is used for backside passivation of a backside passivation type solar cell. This means that it is difficult to use as a film.

(実験による本発明の効果の実証)
本発明の効果を実証するために、上記界面パッシベーション構造200として、図4に示すサンプルを作製し、検証実験を行った。本実験において、SiNx膜202a,202bは、平行平板型プラズマ源を用いたプラズマCVD装置を用いて、下記の条件で作製された。
(Demonstration of effect of the present invention by experiment)
In order to verify the effect of the present invention, a sample shown in FIG. 4 was prepared as the interface passivation structure 200 and a verification experiment was performed. In this experiment, the SiNx films 202a and 202b were produced under the following conditions using a plasma CVD apparatus using a parallel plate plasma source.

圧力:100Pa
基板温度:450℃
RFパワー密度:0.074W/cm
電極間距離:30mm
本条件のもとで、高いQ(≒2.5E+12cm−2)を有するSiNx膜202bは、SiH/NH流量比を25sccm/50sccmとすることによって得られた。また、低いQ(≒9.8E+11cm−2)を有するSiNx膜202aは、SiH/NH流量比を13sccm/200sccmに設定することにより得られた。
Pressure: 100Pa
Substrate temperature: 450 ° C
RF power density: 0.074 W / cm 2
Distance between electrodes: 30mm
Under these conditions, the SiNx film 202b having a high Q f (≈2.5E + 12 cm −2 ) was obtained by setting the SiH 4 / NH 3 flow rate ratio to 25 sccm / 50 sccm. Also, the SiNx film 202a having a low Q f (≈9.8E + 11 cm −2 ) was obtained by setting the SiH 4 / NH 3 flow rate ratio to 13 sccm / 200 sccm.

SiNx膜202a,202bは、Fz(Floating−Zone)法を用いて作製された2.0Ωcmのシリコン基板201の上に、全体の膜厚が306nmの一定値となるように製膜された。まず第1のパッシベーション膜(低Q膜)としてのSiNx膜202aの膜厚xを、x=40〜160nmの範囲で変化させて堆積した。次に、第2のパッシベーション膜(高Q膜)としてのSiNx膜202bを、残りの膜厚分(306−x)nmだけ堆積して、パッシベーション膜202を作製した。 The SiNx films 202a and 202b were formed on a 2.0 Ωcm silicon substrate 201 manufactured using an Fz (Floating-Zone) method so that the entire film thickness was a constant value of 306 nm. The first of the passivation film (low Q f film) thickness x of the SiNx film 202a as was deposited varied in the range of x = 40~160nm. Next, the SiNx film 202b as a second passivation film (high Q f film) is deposited only remaining thickness min (306-x) nm, to prepare a passivation film 202.

本サンプルを焼成炉に入れ、一般的な太陽電池の電極焼成条件(750℃、12秒)でアニールを施した。その後、この試料のパッシベーション膜202とシリコン基板201の界面とを、C−V(Capacitance−Voltage)法を用いて評価した。評価は、DitおよびQを測定することにより行った。 This sample was put into a firing furnace and annealed under the general electrode firing conditions of a solar cell (750 ° C., 12 seconds). Thereafter, the interface between the passivation film 202 and the silicon substrate 201 of this sample was evaluated using a CV (Capacitance-Voltage) method. The evaluation was carried out by measuring the D it and Q f.

なお、SiNx膜202aの厚さxを40,80,160(nm)の3通りに変えて、3種類のサンプルを作製した。   Note that three types of samples were prepared by changing the thickness x of the SiNx film 202a to three types of 40, 80, and 160 (nm).

図5の(a)は、3種類のサンプルにおけるQの測定結果である。なお、参考のために、SiNx膜202aと同等の低Q膜としてのSiNx膜、およびSiNx膜202bと同等の高Q膜としてのSiNx膜を,それぞれ単独でシリコン基板201上に堆積した試料の測定結果も併記している。 (A) of FIG. 5 is a measurement result of Q f in three types of samples. Note that for reference, SiNx film 202a equivalent SiNx film as a low Q f membranes, and the SiNx film 202b equivalent SiNx film as a high Q f films were deposited on the silicon substrate 201 singly sample The measurement results are also shown.

同図から、本発明に係る3種類のサンプルでは、パッシベーション膜202が2層の性質の異なるSiNx膜202a,202bからなる構成であるにもかかわらず、アニール後のQが、SiNx膜202aを単独で堆積した試料のQに近い値を示すことがわかる。 From the drawing, on the three samples according to the present invention, different SiNx film 202a of the nature of the passivation film 202 is a two-layer, despite the structure comprising 202b, Q f after annealing, the SiNx film 202a It can be seen that the value is close to Q f of the sample deposited alone.

このように、複合膜型のパッシベーション膜202のQは、シリコン基板201の界面に接する第1層のパッシベーション膜(202a)のQ値にほぼ等しくなる。 Thus, the Q f of the composite film type passivation film 202 is substantially equal to the Q f value of the first layer passivation film (202 a) in contact with the interface of the silicon substrate 201.

次に、図5の(b)に示すDitの測定結果を検討する。SiNx膜202bと同等のSiNx膜を単独でシリコン基板201上に堆積した試料では、アニールを実行することによって、Ditは1/3以下に低減し、1E+11cm−2eV−1程度になっている。 Next, consider the results of measurement of D it shown in (b) of FIG. The sample is deposited on the silicon substrate 201 a SiNx film 202b equivalent SiNx film alone, by executing the annealing, D it is reduced to 1/3 or less, which is about 1E + 11cm -2 eV -1 .

一方、SiNx膜202aと同等のSiNx膜を単独でシリコン基板201上に堆積した試料では、アニール後にもDitは低減せず、結果としてDitは3E+11cm−2eV−1の高水準に留まっている。 On the other hand, in the sample deposited on the silicon substrate 201 a SiNx film 202a equivalent SiNx film alone, D it is not reduced even after the annealing, resulting in D it is remains high level of 3E + 11cm -2 eV -1 Yes.

これに対し、Qの値が高低2種類のSiNx膜からなるパッシベーション膜202を備えた3種類のサンプルでは、アニール後にDitは7E+10cm−2eV−1になり、アニールによって、Ditが1/5程度に大幅に低減されていることがわかる。低減の割合は、低QのSiNx膜202aの膜厚を40〜160nmの範囲で変化させても、変化を示さなかった。 In contrast, in the three samples with a passivation film 202 which the value of Q f consists height two SiNx film, D it becomes 7E + 10cm -2 eV -1 after annealing, the annealing is D it 1 It can be seen that it is greatly reduced to about / 5. Percentage of reduction, also by changing the thickness of the SiNx film 202a of the low Q f in the range of 40~160Nm, showed no change.

従来では、前述の理由により、低Q膜の単層で構成された界面パッシベーション構造では、750℃の高温アニールを行ったときに、Ditを低減することは不可能であった。しかし、本発明のように、Qの値が高低2種類のパッシベーション膜を積層した界面パッシベーション構造では、750℃のアニールを行っても、低Ditを維持する低Qを実現できることが判った。 Conventionally, due to the reasons described above, in an interface passivation structure composed of a single layer of a low Qf film, it was impossible to reduce Dit when high-temperature annealing at 750 ° C. was performed. However, it has been found that the interface passivation structure in which two types of passivation films having a high and low Q f value are stacked as in the present invention can achieve a low Q f that maintains a low Dit even when annealing is performed at 750 ° C. It was.

(太陽電池の構成)
本実施形態においては、光電変換素子の一形態である裏面パッシベーション型太陽電池として、図6に示す構造の太陽電池100を採用する。なお、本太陽電池100は、後述する数値モデル計算用のモデル構造としても使用される。
(Configuration of solar cell)
In the present embodiment, a solar cell 100 having a structure shown in FIG. 6 is employed as a back surface passivation type solar cell that is one form of the photoelectric conversion element. In addition, this solar cell 100 is used also as a model structure for numerical model calculation mentioned later.

同図において、太陽電池100の表面側(光入射側)には、p型半導体層としてのp型シリコン基板101(以下、シリコン基板101と呼称する)の表面にn層102が形成されている。一方、太陽電池100の裏面側においては、裏面電極形成部の直上に、p+層114が形成されている。太陽電池100は、さらに、反射防止膜103と、裏面パッシベーション膜106(以下、パッシベーション膜106と呼称する)とを含んでいる。上記反射防止膜103は、n層102の表面を被覆するように形成され、表面側のパッシベーション膜としての機能も有している。上記パッシベーション膜106は、シリコン基板101ないしp+層114の一部の表面を被覆するように形成されている。   In the figure, on the surface side (light incident side) of the solar cell 100, an n layer 102 is formed on the surface of a p-type silicon substrate 101 (hereinafter referred to as a silicon substrate 101) as a p-type semiconductor layer. . On the other hand, on the back surface side of solar cell 100, p + layer 114 is formed immediately above the back electrode forming portion. The solar cell 100 further includes an antireflection film 103 and a back surface passivation film 106 (hereinafter referred to as a passivation film 106). The antireflection film 103 is formed so as to cover the surface of the n layer 102 and also has a function as a passivation film on the surface side. The passivation film 106 is formed so as to cover a part of the surface of the silicon substrate 101 to the p + layer 114.

すなわち、太陽電池100は、p+層114と、パッシベーション膜106中の正電荷112によりn化したシリコン基板101とが、太陽電池100の裏面側のシリコン基板101界面で接する構造となっている。   That is, the solar cell 100 has a structure in which the p + layer 114 and the silicon substrate 101 that is n-doped by the positive charge 112 in the passivation film 106 are in contact with each other at the interface of the silicon substrate 101 on the back surface side of the solar cell 100.

さらに、太陽電池100の表面には、反射防止膜103が一部除去された領域が形成されて、当該領域には表面電極層104が設けられている。パッシベーション膜106の裏面側には、裏面電極層109が形成されている。すなわち、表面電極層104に対して、シリコン基板101を挟んで対向する位置には、前もってパッシベーション膜106を一部除去しておくことによって、上記裏面電極層109が形成される。なお、図中の正電荷112は、シリコン基板101とパッシベーション膜106との界面に固定的に存在する界面固定電荷の様子を模式的に示したものである。   Further, a region where the antireflection film 103 is partially removed is formed on the surface of the solar cell 100, and a surface electrode layer 104 is provided in the region. A back electrode layer 109 is formed on the back surface side of the passivation film 106. That is, the back electrode layer 109 is formed by removing a part of the passivation film 106 in advance at a position facing the front electrode layer 104 across the silicon substrate 101. The positive charge 112 in the figure schematically shows the state of the interface fixed charge that exists fixedly at the interface between the silicon substrate 101 and the passivation film 106.

上記パッシベーション膜106に、上記パッシベーション膜202の2層構造を適用することによって、低Ditを維持する低Qを実現した、良好な諸特性を示す太陽電池100を得ることができる。 In the passivation film 106, by applying a two-layer structure of the passivation film 202, to achieve a low Q f to maintain a low D it, it is possible to obtain a solar cell 100 having good properties.

(数値モデル計算)
本願発明者は、太陽電池の現実的な設計に基づいて、本発明に係る積層型のパッシベーション膜を太陽電池に適用した場合と適用しなかった場合との両方について、コンピュータを用いた数値モデル計算を行った。その数値モデル計算により、太陽電池特性を導出した詳細な手順について以下に説明する。
(Numerical model calculation)
Based on the realistic design of the solar cell, the inventor of the present application calculates a numerical model using a computer for both the case where the stacked passivation film according to the present invention is applied to the solar cell and the case where it is not applied to the solar cell. Went. A detailed procedure for deriving the solar cell characteristics by the numerical model calculation will be described below.

数値モデル計算の基本原理は、基板内部のキャリア輸送を支配するポアソン方程式と電流連続式とを基本に、太陽光の吸収によって励起されるキャリアの発生率とキャリアの消滅速度とを生成消滅項に代入した基本方程式を解くことにある。数値モデル計算を実行するためには、この基本方程式を線形化した後に離散化を行い、数値計算可能な連立方程式とする。そして、上記連立方程式を解くことで、太陽電池セル内部の電位分布とキャリア密度分布とが得られるので、電極間に流れる電流を求めることが可能となる。   The basic principle of the numerical model calculation is based on the Poisson equation that governs carrier transport inside the substrate and the current continuity formula. It is to solve the substituted basic equation. In order to execute the numerical model calculation, the basic equation is linearized and then discretized to obtain simultaneous equations that can be numerically calculated. Then, by solving the simultaneous equations, the potential distribution and the carrier density distribution inside the solar battery cell can be obtained, so that the current flowing between the electrodes can be obtained.

太陽電池100のモデル構造に関する数値モデル計算を実行するにあたって、キャリア移動については、パッシベーション膜106とシリコン基板101との界面に平行な方向と、同界面に垂直な方向との二方向への移動を考慮する必要が生じる。そこで、二次元でキャリア移動を扱うことのできる汎用デバイスシミュレータ(例えば、シノプシス社製 Sentaurus)を用いた。   In performing the numerical model calculation related to the model structure of the solar cell 100, carrier movement is performed in two directions: a direction parallel to the interface between the passivation film 106 and the silicon substrate 101 and a direction perpendicular to the interface. There is a need to consider. Therefore, a general-purpose device simulator (for example, Sentraus manufactured by Synopsys) that can handle carrier movement in two dimensions was used.

また、具体的な計算にあたっては、上記モデル構造に対応するように、基板厚さ、不純物濃度、電子ライフタイム、表面再結合速度、表面不純物濃度、裏面パッシベーション膜接触幅(図6でいえば、パッシベーション膜106とシリコン基板101とが接触している横幅)、太陽光のスペクトル・照度、表面反射率、表面内部反射率、裏面内部反射率、電極直下影損失などのパラメータを、実際の値として適切なものとなるように設定した。   Further, in the specific calculation, the substrate thickness, impurity concentration, electron lifetime, surface recombination velocity, surface impurity concentration, back surface passivation film contact width (in FIG. The width of the passivation film 106 and the silicon substrate 101 in contact with each other) Parameters such as sunlight spectrum / illuminance, surface reflectance, surface internal reflectance, back surface internal reflectance, and shadow loss directly under the electrode are actual values. It was set to be appropriate.

ただし、上記各種パラメータのうち、太陽電池100の裏面側において、隣り合う裏面電極105によって形成される1区画の幅(Wtot)は、200μmに設定した。但し、数値モデル計算では、太陽電池構造の対称性に鑑みて、図6に示すように、Wtot/2=100μmを用いた。   However, among the various parameters described above, the width (Wtot) of one section formed by the adjacent back surface electrode 105 on the back surface side of the solar cell 100 was set to 200 μm. However, in the numerical model calculation, Wtot / 2 = 100 μm was used as shown in FIG. 6 in view of the symmetry of the solar cell structure.

また、n層102を含むシリコン基板101の厚さについては、計算結果において裏面パッシベーション構造の影響を強く反映させるために、比較的小さい値である50μmに設定した。   Further, the thickness of the silicon substrate 101 including the n layer 102 was set to a relatively small value of 50 μm in order to strongly reflect the influence of the back surface passivation structure in the calculation result.

なお、裏面に堆積するSiNx膜の構成は、上記検証実験で得られたデータに基づき、以下の3種類に設定した。
<A>高Q膜の単層構成
〜2.5E+12cm−2,アニール後のDit=1.0E+11cm−2eV−1
<B>低Q膜の単層構成
〜9.8E+11cm−2,アニール後のDit=3.0E+11cm−2eV−1
<C>AおよびBの2層構成
〜9.8E+11cm−2,アニール後のDit=7.0E+10cm−2eV−1
A,Bは従来のパッシベーション膜であり、Cは本発明に係るパッシベーション膜である。
The configuration of the SiNx film deposited on the back surface was set to the following three types based on the data obtained in the verification experiment.
Single layer construction of <A> high Q f film Q f ~2.5E + 12cm -2, annealed D it = 1.0E + 11cm -2 eV -1
<B> single layer structure of a low-Q f film Q f ~9.8E + 11cm -2, annealed D it = 3.0E + 11cm -2 eV -1
<C> Two-layer configuration of A and B, Q f ˜9.8E + 11 cm −2 , D it after annealing = 7.0E + 10 cm −2 eV −1
A and B are conventional passivation films, and C is a passivation film according to the present invention.

上記A〜Cの構成のパッシベーション膜を使用した場合における、太陽電池の諸特性の数値モデル計算結果を図7に表にして示す。同図の一行目に示した各特性は、いずれも数値が高いほど好ましい。   FIG. 7 is a table showing numerical model calculation results of various characteristics of the solar cell when the passivation films having the above-described configurations A to C are used. Each characteristic shown on the first line of the figure is preferable as the numerical value is higher.

まずAとBとを比較する。BはAに比べて各特性が悪い。BはAに比べてQが小さいので、パラサイティックシャンティング現象が起こらず、本来であれば、特性は向上するはずである。しかしながら、BはAに比べてDitの値が劣悪であるため、Qが小さいことによる特性向上の効果を打ち消してしまい、却って特性が劣化している。 First, A and B are compared. Each characteristic of B is worse than that of A. Since B has a smaller Qf than A, the parasitic shunting phenomenon does not occur, and the characteristics should be improved. However, since B has a worse value of D it than A, the effect of improving the characteristics due to the small Q f is negated, and the characteristics are deteriorated.

一方、Cについては、QがBと同等であってAに比べて小さく、かつDitが低いという2つの効果によって、全ての特性が向上している。 On the other hand, for C, all the characteristics are improved by two effects that Q f is equal to B, smaller than A, and Dit is low.

以上のように、数値モデル計算からも、本発明の界面パッシベーション構造によって、従来よりも太陽電池の特性を向上できることが裏づけられた。   As described above, the numerical model calculation also proves that the characteristics of the solar cell can be improved by the interface passivation structure of the present invention.

(本発明に係る太陽電池の製造プロセス例)
以下の第一から第九に至る説明は、本実施形態に係る太陽電池100の製造プロセス例を示すものである。
(Example of manufacturing process of solar cell according to the present invention)
The following explanations from the first to the ninth show examples of manufacturing processes of the solar cell 100 according to the present embodiment.

第一に、シリコン基板101を、RCA社が開発したRCA洗浄法で洗浄する。続いて、NaOH水溶液とイソプロピルアルコールとの混合液を用いて、液温約90℃でエッチングを行うことによって、シリコン基板101の表面(太陽電池100における受光面側)に高さ数μmの微小な凹凸を形成する。このように、シリコン基板101の表面に微細凹凸構造を形成することは、テクスチャエッチングと呼ばれる。このようにテクスチャエッチングを行うことにより、シリコン基板101表面の光が散乱され、反射を抑えることができるので、太陽電池100の光利用効率を上げることができる。   First, the silicon substrate 101 is cleaned by an RCA cleaning method developed by RCA. Subsequently, etching is performed at a liquid temperature of about 90 ° C. using a mixed solution of NaOH aqueous solution and isopropyl alcohol, so that the surface of the silicon substrate 101 (the light receiving surface side in the solar cell 100) has a minute height of several μm. Unevenness is formed. Thus, forming a fine concavo-convex structure on the surface of the silicon substrate 101 is called texture etching. By performing texture etching in this manner, light on the surface of the silicon substrate 101 is scattered and reflection can be suppressed, so that the light utilization efficiency of the solar cell 100 can be increased.

なお、シリコン基板101は、例えばシリコン製の基板にホウ素、アルミニウムまたはガリウムなどの3価元素を微量に加えることによって得られる。また、単結晶シリコンを用いたシリコン基板も、本発明の適用対象である。   The silicon substrate 101 can be obtained, for example, by adding a small amount of a trivalent element such as boron, aluminum, or gallium to a silicon substrate. A silicon substrate using single crystal silicon is also an object to which the present invention is applied.

また、上記テクスチャエッチングには、反応性イオンエッチング法を用いてもよい。   Moreover, you may use the reactive ion etching method for the said texture etching.

第二に、POClを含む高温気体中にシリコン基板101を置き、リンを熱拡散させ、不純物を含んだn+層を、シリコン基板101の受光面(表面)側および裏面側に形成した。 Second, the silicon substrate 101 was placed in a high-temperature gas containing POCl 3 , phosphorus was thermally diffused, and n + layers containing impurities were formed on the light receiving surface (front surface) side and the back surface side of the silicon substrate 101.

なお、シリコン基板101の表面にリンを拡散させる方法として、例えば、POClを用いた上記の気相拡散法以外に、Pを用いた塗布拡散法、Pイオンを直接拡散させるイオン打ち込み法等がある。 As a method for diffusing phosphorus on the surface of the silicon substrate 101, for example, in addition to the above-mentioned vapor phase diffusion method using POCl 3 , a coating diffusion method using P 2 O 5 , ion implantation for directly diffusing P ions. There are laws.

第三に、プラズマCVD(化学気相堆積;Chemical Vapor Deposition)法によって、シリコン基板101の受光面側(太陽電池への光の入射側)に、反射防止膜103として、SiNx膜を堆積した。SiNx膜は、表面パッシベーション膜としての機能も有している。   Third, a SiNx film was deposited as an antireflection film 103 on the light-receiving surface side (light incident side of the solar cell) of the silicon substrate 101 by plasma CVD (Chemical Vapor Deposition). The SiNx film also has a function as a surface passivation film.

ここで、パッシベーション効果を有しており不活性化膜の機能を兼ねる反射防止膜103としては、上記SiNx膜のほかに、例えば、酸化アルミニウム膜、酸化シリコン膜または酸化チタン膜などが用いられる。しかしながら、多結晶シリコン基板を用いた太陽電池の場合には、変換効率を向上させる観点から、水素を含むSiNx膜を用いることが好ましい。   Here, as the antireflection film 103 having a passivation effect and also serving as an inactivating film, an aluminum oxide film, a silicon oxide film, a titanium oxide film, or the like is used in addition to the SiNx film. However, in the case of a solar cell using a polycrystalline silicon substrate, it is preferable to use a SiNx film containing hydrogen from the viewpoint of improving the conversion efficiency.

また、反射防止膜103を形成する方法として、上記プラズマCVD法のほかに、触媒CVD法、常圧熱CVD法、減圧熱CVD法または光CVD法などのCVD法や、真空蒸着法またはスパッタリング法などのPVD(物理気相堆積;Physical Vapor Deposition)法を用いることができる。なお、反射防止膜103としてSiNx膜を用いる場合には、膜厚の制御しやすさという観点からプラズマCVD法で形成することが好ましい。   Further, as a method of forming the antireflection film 103, in addition to the plasma CVD method, a CVD method such as a catalytic CVD method, an atmospheric pressure thermal CVD method, a low pressure thermal CVD method or a photo CVD method, a vacuum deposition method or a sputtering method. A PVD (Physical Vapor Deposition) method such as can be used. In the case where a SiNx film is used as the antireflection film 103, it is preferably formed by a plasma CVD method from the viewpoint of easy control of the film thickness.

第四に、シリコン基板101表面(受光面)に保護テープを貼り、硝酸:フッ酸=3:1の溶液に浸漬した。これにより、シリコン基板101表面に存在するn+層は残る一方、シリコン基板101裏面に存在するn+層が除去され、シリコン基板101裏面が露出した。以上でn層102が形成される。   Fourth, a protective tape was applied to the surface (light receiving surface) of the silicon substrate 101 and immersed in a solution of nitric acid: hydrofluoric acid = 3: 1. Thereby, while the n + layer existing on the surface of the silicon substrate 101 remains, the n + layer existing on the back surface of the silicon substrate 101 is removed, and the back surface of the silicon substrate 101 is exposed. Thus, the n layer 102 is formed.

第五に、本発明の界面パッシベーション構造の製造方法に相当する工程を実施する。すなわち、プラズマを利用した気相成長法として、プラズマCVD法を用いて、裏面にパッシベーション膜106を構成するSiNx膜202a(第1の窒化シリコン膜)およびSiNx膜202b(第2の窒化シリコン膜)をこの順に堆積した。本実施形態においては、多結晶シリコン基板を用いた太陽電池において変換効率を向上させる観点から、パッシベーション膜106には水素を含むSiNxを用いた。   Fifth, a process corresponding to the method for manufacturing the interface passivation structure of the present invention is performed. That is, as a vapor phase growth method using plasma, a plasma CVD method is used to form a SiNx film 202a (first silicon nitride film) and a SiNx film 202b (second silicon nitride film) that form the passivation film 106 on the back surface. Were deposited in this order. In the present embodiment, SiNx containing hydrogen is used for the passivation film 106 from the viewpoint of improving conversion efficiency in a solar cell using a polycrystalline silicon substrate.

本実施形態のプラズマCVD法においては、SiNx膜202a,202bの形成に、希釈用ガスとしての窒素(N)の他、原料ガスとして、モノシラン(SiH)、アンモニア(NH)の2種類のガスを用いた。 In the plasma CVD method of this embodiment, the SiNx films 202a and 202b are formed by using two types of monosilane (SiH 4 ) and ammonia (NH 3 ) as source gases in addition to nitrogen (N 2 ) as a dilution gas. The gas was used.

前述のように、低QのSiNx膜202aの積層時には、SiH/NH流量比を例えば13sccm/200sccmに設定した。また、高低QのSiNx膜202bの積層時には、SiNx膜202aの積層時の値より、SiNx膜202bの積層時の値を大きくし、SiH/NH流量比を例えば25sccm/50sccmに設定した。 As described above, during lamination of the SiNx film 202a of the low Q f was set to SiH 4 / NH 3 flow ratio for example 13 sccm / 200 sccm. Also, during lamination of the SiNx film 202b of the high and low Q f, from the value at the time of stacking of the SiNx film 202a, a larger value at the time of stacking of the SiNx film 202b, setting the SiH 4 / NH 3 flow ratio for example 25 sccm / 50 sccm .

一般的に、Qは、窒素を多く含むSiNx膜とシリコンとの界面においては小さく、シリコンを多く含むSiNx膜とシリコンとの界面においては増大することが知られている。そこで、上記SiNx膜202a,202bの形成段階において、プラズマを利用した気相成長法に使用されるモノシラン(SiH)とアンモニア(NH)の流量比または混合比(SiH/NH)を変化させることにより、SiNx膜の窒素とシリコンの組成比を変化させることにより、Qの値を調整ないし制御することができる。 Generally, Q f is small at the interface between SiNx film and the silicon containing a large amount of nitrogen, it is known to increase at the interface between SiNx film and the silicon rich silicon. Therefore, in the step of forming the SiNx films 202a and 202b, the flow ratio or mixing ratio (SiH 4 / NH 3 ) of monosilane (SiH 4 ) and ammonia (NH 3 ) used in the vapor phase growth method using plasma is set. by varying, by varying the composition ratio of nitrogen and silicon SiNx film can be adjusted to control the value of Q f.

また、上記方法の他に、プラズマを利用した気相成長時の圧力、RFパワー、放電ギャップ、シリコン基板101の温度を変える、さらに水素を原料ガスに添加するなどの手法のいずれか1つ、または複数の手法を任意に組み合わせることによっても、上記組成比を変化させ、Qの値を制御することができる。 In addition to the above method, any one of the methods such as changing the pressure during vapor phase growth using plasma, RF power, discharge gap, temperature of the silicon substrate 101, and adding hydrogen to the source gas, or also by any combination of multiple techniques, changing the composition ratio, it is possible to control the value of Q f.

なお、上記の説明においては、パッシベーション膜106を構成する層の材料としてSiNxを採用したが、本発明において採用できるパッシベーション膜106の種類はこれに限られるものではなく、SiOなど他の材料を採用してもよい。 In the above description, SiNx is used as the material of the layer constituting the passivation film 106, but the type of the passivation film 106 that can be used in the present invention is not limited to this, and other materials such as SiO 2 are used. It may be adopted.

第六に、フォトリソグラフィー等の方法を用いて、パッシベーション膜106に、前記裏面電極層109に対応した孔を開けた。   Sixth, a hole corresponding to the back electrode layer 109 was formed in the passivation film 106 by using a method such as photolithography.

第七に、裏面全面にアルミニウム膜を蒸着し、裏面電極層109を形成した。蒸着するアルミニウムの膜厚は、例えば2μmである。なお、裏面電極層105の形成法として、コスト重視の観点では、アルミニウムとガラスフリットとを主成分とするペースト材料を用いて印刷する方法が好ましい。また、上記真空蒸着法のほかに、スパッタ法を用いることもできる。   Seventh, an aluminum film was deposited on the entire back surface to form the back electrode layer 109. The film thickness of the aluminum to vapor-deposit is 2 micrometers, for example. As a method for forming the back electrode layer 105, a printing method using a paste material mainly composed of aluminum and glass frit is preferable from the viewpoint of cost. In addition to the vacuum deposition method, a sputtering method can also be used.

第八に、アニール工程を行った。このアニール工程によって、裏面電極層109からシリコン基板101に、アルミニウムがp型不純物として拡散し、シリコン基板101のうち、裏面電極層109との接触部位にアルミニウム合金部(p+層114)が形成される。このプロセスによって、正孔密度の高い良好なp+層114が生成された。このことは、太陽電池100の光電変換効率を高めることに寄与する。   Eighth, an annealing process was performed. By this annealing step, aluminum diffuses from the back electrode layer 109 to the silicon substrate 101 as a p-type impurity, and an aluminum alloy part (p + layer 114) is formed in the silicon substrate 101 at a contact portion with the back electrode layer 109. The This process produced a good p + layer 114 with a high hole density. This contributes to increasing the photoelectric conversion efficiency of the solar cell 100.

第九に、シリコン基板101の受光面側に、導電性ペーストを用いて表面電極104を印刷し、アニールした。このときに発生するファイヤースルー現象により、表面電極104は反射防止膜103を貫通し、n層102に到達する。この結果、表面電極104から電気的出力を取り出すことができる。   Ninth, the surface electrode 104 was printed on the light-receiving surface side of the silicon substrate 101 using a conductive paste and annealed. Due to the fire-through phenomenon that occurs at this time, the surface electrode 104 penetrates the antireflection film 103 and reaches the n layer 102. As a result, an electrical output can be taken out from the surface electrode 104.

表面電極層104を構成する材料は特に限定されず、例えば太陽電池の分野で従来から用いられているアルミニウム、銀、チタン、パラジウムまたは金などの材料を用いることができる。また、表面電極層104の形成方法も特に限定されず、例えばスクリーン印刷法または真空蒸着法などを用いることができるが、量産性の向上および製造コストの低下の観点からはスクリーン印刷法を用いることが好ましい。   The material which comprises the surface electrode layer 104 is not specifically limited, For example, materials, such as aluminum, silver, titanium, palladium, or gold conventionally used in the field of a solar cell, can be used. Further, the method for forming the surface electrode layer 104 is not particularly limited, and for example, a screen printing method or a vacuum deposition method can be used. However, the screen printing method is used from the viewpoint of improving mass productivity and reducing manufacturing costs. Is preferred.

なお、上記のアニール工程を施す場合のアニール条件は、裏面パッシベーション太陽電池の作製プロセスにおいて用いられる一般的なアニール条件と同じであり、例えば700℃から800℃程度の温度でアニール工程が行われる。   The annealing conditions for performing the above-described annealing step are the same as the general annealing conditions used in the back surface passivation solar cell manufacturing process. For example, the annealing step is performed at a temperature of about 700 ° C. to 800 ° C.

以上のようにして、太陽電池100を製造することができる。   The solar cell 100 can be manufactured as described above.

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

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

100 太陽電池
101 p型シリコン基板(p型半導体層、シリコン層)
106 裏面パッシベーション膜
200 界面パッシベーション構造
201 p型シリコン基板(p型半導体層、シリコン層)
202a SiNx膜(第1のパッシベーション膜、第1の窒化シリコン膜)
202b SiNx膜(第2のパッシベーション膜、第2の窒化シリコン膜)
100 solar cell 101 p-type silicon substrate (p-type semiconductor layer, silicon layer)
106 Back surface passivation film 200 Interface passivation structure 201 p-type silicon substrate (p-type semiconductor layer, silicon layer)
202a SiNx film (first passivation film, first silicon nitride film)
202b SiNx film (second passivation film, second silicon nitride film)

Claims (4)

p型半導体層と、
上記p型半導体層上に接して積層された第1のパッシベーション膜と、
上記第1のパッシベーション膜上に接して積層された第2のパッシベーション膜とを少なくとも備え、
上記第1のパッシベーション膜が単独で上記p型半導体層上に接して積層された場合の界面固定電荷密度Qf1と、上記第2のパッシベーション膜が単独で上記p型半導体層上に接して積層された場合の界面固定電荷密度Qf2との間に、Qf1<Qf2の関係が成り立つこと
を特徴とする界面パッシベーション構造。
a p-type semiconductor layer;
A first passivation film stacked on and in contact with the p-type semiconductor layer;
A second passivation film stacked on and in contact with the first passivation film,
Interfacial fixed charge density Q f1 when the first passivation film is laminated on and in contact with the p-type semiconductor layer, and the second passivation film is laminated on and in contact with the p-type semiconductor layer. An interface passivation structure characterized in that a relationship of Q f1 <Q f2 is established between the fixed interface charge density Q f2 and the interface fixed charge density Q f2 .
上記p型半導体層はシリコン層であり、
上記第1のパッシベーション膜および第2のパッシベーション膜は、窒化シリコン膜であること
を特徴とする請求項1に記載の界面パッシベーション構造。
The p-type semiconductor layer is a silicon layer;
The interface passivation structure according to claim 1, wherein the first passivation film and the second passivation film are silicon nitride films.
請求項1または2に記載の界面パッシベーション構造を、裏面パッシベーション構造として備えたこと
特徴とする裏面パッシベーション型太陽電池。
A back surface passivation type solar cell comprising the interface passivation structure according to claim 1 or 2 as a back surface passivation structure.
プラズマを利用した気相成長法によって、シリコン層上に接して第1の窒化シリコン膜を積層した後、上記第1の窒化シリコン膜上に接して第2の窒化シリコン膜を積層する工程を含み、
上記気相成長法に用いる各原料ガスの流量比としてのSiH/NH流量比の値について、上記第1の窒化シリコン膜の積層時の値より、上記第2の窒化シリコン膜の積層時の値を大きくすること
を特徴とする界面パッシベーション構造の製造方法。
A step of laminating a first silicon nitride film in contact with the silicon layer by a vapor phase growth method using plasma, and then laminating a second silicon nitride film in contact with the first silicon nitride film. ,
Regarding the value of the SiH 4 / NH 3 flow rate ratio as the flow rate ratio of each source gas used in the vapor phase growth method, the value at the time of stacking the second silicon nitride film is greater than the value at the time of stacking the first silicon nitride film. A method for manufacturing an interface passivation structure, wherein the value of is increased.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2017504186A (en) * 2013-11-19 2017-02-02 インスティテュート フォー エナジェテクニック Passivation stack on crystalline silicon solar cells
WO2022050512A1 (en) * 2020-09-07 2022-03-10 삼성디스플레이 주식회사 Light-emitting device, manufacturing method for light-emitting device, and display apparatus
CN114420770A (en) * 2022-03-30 2022-04-29 浙江晶科能源有限公司 Solar cell and photovoltaic module thereof

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017504186A (en) * 2013-11-19 2017-02-02 インスティテュート フォー エナジェテクニック Passivation stack on crystalline silicon solar cells
WO2022050512A1 (en) * 2020-09-07 2022-03-10 삼성디스플레이 주식회사 Light-emitting device, manufacturing method for light-emitting device, and display apparatus
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