JP2013172121A

JP2013172121A - 光電変換素子の製造方法

Info

Publication number: JP2013172121A
Application number: JP2012037013A
Authority: JP
Inventors: Hiroki Nishino; 浩己西野; Kyotaro Nakamura; 京太郎中村
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2012-02-23
Filing date: 2012-02-23
Publication date: 2013-09-02

Abstract

【課題】特性が悪くなるのを回避しつつ、電極と拡散領域との接触抵抗を低減することができる、光電変換素子の製造方法を提供することを、目的とする。
【解決手段】本発明に係る光電変換素子の製造方法は、不純物が拡散された拡散領域１６、１８をシリコン基板１２の裏面側に形成する工程と、拡散領域１６、１８の一部と対応する位置に電極ペースト２８ａ、２８ｂを印刷する工程と、電極ペースト２８ａ、２８ｂにレーザ３０を照射する工程とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、光電変換素子の製造方法に関し、特に裏面接合型太陽電池の製造方法に関する。

近年、光電変換素子としての太陽電池が注目されている。太陽電池には、例えば、裏面接合型の太陽電池がある（例えば、特開２０１０−２３２５３０号公報参照）。

裏面接合型太陽電池の電極は、例えば、次のように形成される。先ず、裏面側のパッシベーション膜にコンタクトホールを形成する。続いて、銀ペーストをコンタクトホールに印刷する。その後、銀ペーストを焼成して、電極を形成する。

このようにして電極を形成する場合、シリコン基板を焼成炉に入れて、シリコン基板の全体を加熱する。ここで、太陽電池の特性が悪くなるのを回避するためには、焼成温度を５００℃程度の低い温度にする必要がある。そのため、電極と拡散領域との接触抵抗を低減するのが難しい。また、電極ペーストを低温で焼成するため、ファイヤースルー（焼成貫通）に適した電極材料が採用し難い。

特開２０１０−２３２５３０号公報

本発明の目的は、特性が悪くなるのを回避しつつ、電極と拡散領域との接触抵抗を低減することができる、光電変換素子の製造方法を提供することにある。

本発明の光電変換素子の製造方法は、不純物が拡散された拡散領域をシリコン基板の裏面側に形成する工程と、前記拡散領域の一部と対応する位置に電極ペーストを印刷する工程と、前記電極ペーストにレーザを照射する工程とを備える。

本発明の光電変換素子の製造方法においては、特性が悪くなるのを回避しつつ、電極と拡散領域との接触抵抗を低減することができる。

図１は、本発明の実施の形態にかかる光電変換素子の概略構成の一例を示す断面図である。図２は、図１に示す光電変換素子の裏面図である。図３Ａは、図１に示す光電変換素子の製造方法を説明するための断面図であって、ｎ型拡散領域とｐ型拡散領域とが裏面側に形成され、且つ、高濃度領域が表面側に形成されたシリコン基板を準備する工程を示す断面図である。図３Ｂは、図１に示す光電変換素子の製造方法を説明するための断面図であって、反射防止膜が形成された状態を示す断面図である。図３Ｃは、図１に示す光電変換素子の製造方法を説明するための断面図であって、パッシベーション膜が形成された状態を示す断面図である。図３Ｄは、図１に示す光電変換素子の製造方法を説明するための断面図であって、パッシベーション膜にコンタクトホールが形成された状態を示す断面図である。図３Ｅは、図１に示す光電変換素子の製造方法を説明するための断面図であって、コンタクトホール内に電極ペーストが印刷された状態を示す断面図である。図３Ｆは、図１に示す光電変換素子の製造方法を説明するための断面図であって、電極ペーストにレーザを照射する工程を示す断面図である。図３Ｇは、図１に示す光電変換素子の製造方法を説明するための断面図であって、電極が形成された状態を示す断面図である。図４Ａは、図１に示す光電変換素子の製造方法の応用例を説明するための断面図であって、電極ペーストがパッシベーション膜上に印刷された状態を示す断面図である。図４Ｂは、図１に示す光電変換素子の製造方法の応用例を説明するための断面図であって、電極ペーストにレーザを照射する工程を示す断面図である。図４Ｃは、図１に示す光電変換素子の製造方法の応用例を説明するための断面図であって、電極が形成された状態を示す断面図である。

本発明の一実施形態に係る光電変換素子の製造方法は、不純物が拡散された拡散領域をシリコン基板の裏面側に形成する工程と、前記拡散領域の一部と対応する位置に電極ペーストを印刷する工程と、前記電極ペーストにレーザを照射する工程とを備える。

この場合、電極ペーストにレーザが照射されることで、電極が形成される。つまり、電極を形成するとき、シリコン基板は、電極の形成位置だけが高温になる。そのため、シリコン基板の全体を加熱する場合に比して、光電変換素子の特性が悪化するのを回避できる。

電極ペーストが高温で焼成される。そのため、電極と拡散領域との界面にシリサイドを形成できる。その結果、電極と拡散領域との接触抵抗を低減できる。

好ましくは、前記拡散領域上にパッシベーション膜を形成する工程と、前記パッシベーション膜上で前記拡散領域の一部と対応する位置に、コンタクトホールを形成する工程とをさらに備え、前記電極ペーストを印刷する工程では、前記コンタクトホール内に前記電極ペーストを印刷する。この場合、パッシベーション効果を得ることができる。

好ましくは、前記拡散領域上にパッシベーション膜を形成する工程をさらに備え、前記電極ペーストを印刷する工程では、前記パッシベーション膜上で前記拡散領域の一部と対応する位置に、前記電極ペーストを印刷する。この場合、パッシベーション膜にコンタクトホールを形成しなくてもよい。そのため、製造工程が簡単になる。

以下、本発明のより具体的な実施形態について、図面を参照しながら説明する。図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。なお、以下で参照する図面においては、説明を分かりやすくするために、構成が簡略化または模式化して示されたり、一部の構成部材が省略されたりしている。また、各図に示された構成部材間の寸法比は、必ずしも実際の寸法比を示すものではない。

［実施形態］
図１には、本発明の実施形態に係る光電変換素子１０が示されている。光電変換素子１０は、裏面接合型の太陽電池である。

［光電変換素子の全体構成］
光電変換素子１０は、シリコン基板１２を備える。シリコン基板１２は、例えば、ｎ型の単結晶シリコン基板である。シリコン基板１２の厚さは、例えば、１００〜３００μｍである。シリコン基板１２の比抵抗は、例えば、１．０〜１０．０Ω・ｃｍである。

シリコン基板１２の受光面側（図１の上面側）には、高濃度領域１４が形成されている。高濃度領域１４は、シリコン基板１２と同じ導電型を有する不純物が高濃度にドーピングされた領域である。高濃度領域１４の不純物濃度は、例えば、１×１０^２０ｃｍ^−３である。高濃度領域１４の深さ寸法（図１の上下方向の寸法）は、例えば、０．３〜１．０μｍである。高濃度領域１４は、ＦＳＦ（Front Surface Field）として機能する。

シリコン基板１２の裏面側（図１の下面側）には、ｎ型拡散領域１６と、ｐ型拡散領域１８とが、シリコン基板１２の面内方向で交互に形成されている。図１に示す例では、ｎ型拡散領域１６とｐ型拡散領域１８の何れもが、図１の紙面に垂直な方向に延びている。

ｎ型拡散領域１６の幅寸法（図１の左右方向の寸法）は、例えば、３０〜３００μｍである。ｎ型拡散領域１６の不純物濃度は、例えば、１×１０^２０ｃｍ^−３以上である。ｎ型拡散領域１６の深さ寸法（図１の上下方向の寸法）は、例えば、０．３〜１．０μｍである。

ｐ型拡散領域１８の幅寸法（図１の左右方向の寸法）は、例えば、３００〜１２００μｍである。ｐ型拡散領域１８の不純物濃度は、例えば、１×１０^１９ｃｍ^−３である。ｐ型拡散領域１８の深さ寸法（図１の上下方向の寸法）は、例えば、０．３〜１．０μｍである。

シリコン基板１２の導電型がｎ型である場合、ｐ型拡散領域１８の幅寸法は、ｎ型拡散領域１６の幅寸法よりも大きい。

シリコン基板１２の受光面は、反射防止膜２０で覆われている。反射防止膜２０は、例えば、窒化珪素膜である。反射防止膜２０の膜厚は、例えば、５０〜１００ｎｍである。反射防止膜２０は、パッシベーション膜として機能してもよい。

シリコン基板１２の裏面は、パッシベーション膜２２で覆われている。パッシベーション膜２２は、例えば、シリコン酸化膜である。パッシベーション膜２２の膜厚は、例えば、５０〜１００ｎｍである。

パッシベーション膜２２には、コンタクトホール２４ａ、２４ｂが形成されている。コンタクトホール２４ａは、ｎ型拡散領域１６の一部に接して形成されている。コンタクトホール２４ｂは、ｐ型拡散領域１８の一部に接して形成されている。

コンタクトホール２４ａ内に、電極２６ａが形成されている。電極２６ａは、ｎ型拡散領域１６に接続されている。コンタクトホール２４ｂ内に、電極２６ｂが形成されている。電極２６ｂは、ｐ型拡散領域１８に接続されている。電極２６ａ、２６ｂは、例えば、銀である。

ここで、図２に示すように、シリコン基板１２の裏面側から見たとき、電極２６ａ、２６ｂは、何れも、円形である。電極２６ａの直径は、例えば、３０〜１５０μｍである。電極２６ｂの直径は、例えば、３０〜１５０μｍである。

また、図２に示すように、シリコン基板１２の裏面側から見たとき、電極２６ａ、２６ｂは、それぞれ、所定の方向（図２の上下方向）に複数並んでいる。

図２に示す例では、シリコン基板１２の裏面側から見たときの電極２６ａ、２６ｂは円形であるが、シリコン基板１２の裏面側から見たときの電極２６ａ、２６ｂは円形に限定されない。

［光電変換素子の製造方法］
続いて、図３Ａ〜図３Ｇを参照しながら、光電変換素子１０の製造方法について説明する。

先ず、図３Ａに示すように、受光面側に高濃度領域１４が形成され、且つ、裏面側にｎ型拡散領域１６とｐ型拡散領域１８とが交互に形成されたシリコン基板１２を準備する。

高濃度領域１４は、例えば、シリコン基板１２の受光面からｎ型不純物（例えば、リン）を熱拡散させることによって形成される。ｎ型不純物の拡散源は、例えば、ＰＳＧ（Phosphorus Silicate Glass）である。

ｎ型拡散領域１６は、例えば、シリコン基板１２の裏面からｎ型不純物（例えば、リン）を熱拡散させることによって形成される。ｎ型不純物の拡散源は、例えば、ＰＳＧである。

ｐ型拡散領域１８は、例えば、シリコン基板１２の裏面からｐ型不純物（例えば、ホウ素）を熱拡散させることによって形成される。ｐ型不純物の拡散源は、例えば、ＢＳＧ（Boron Silicate Glass）である。

続いて、図３Ｂに示すように、シリコン基板１２の裏面にパッシベーション膜２２を形成する。パッシベーション膜２２は、例えば、熱ＣＶＤによって形成される。

続いて、図３Ｃに示すように、シリコン基板１２の受光面に反射防止膜２０を形成する。反射防止膜２０は、例えば、プラズマＣＶＤによって形成される。

続いて、図３Ｄに示すように、パッシベーション膜２２をパターニングする。これにより、パッシベーション膜２２にコンタクトホール２４ａ，２４ｂが形成される。パターニングは、例えば、フォトリソグラフィ及びエッチングによって実施される。

続いて、図３Ｅに示すように、電極ペースト２８ａ、２８ｂをコンタクトホール２４ａ、２４ｂ内に印刷する。電極ペースト２８ａ、２８ｂの印刷は、例えば、スクリーン印刷法によって実施される。電極ペースト２８ａ、２８ｂは、例えば、銀ペーストである。

続いて、図３Ｆに示すように、電極ペースト２８ａ、２８ｂにレーザ３０を照射する。これにより、電極ペースト２８ａ，２８ｂが焼成される。その結果、図３Ｇに示すように、電極２６ａ，２６ｂが形成される。

レーザ３０は、例えば、ＹＡＧレーザである。レーザ３０の照射時間は、例えば、５〜５０ｍｓである。レーザ３０のエネルギー密度は、例えば、１００〜６００ｍＪ／ｃｍ^２である。

このような製造方法においては、シリコン基板１２において、電極２６ａ，２６ｂの形成領域だけが高温になる。そのため、シリコン基板１２の全体を加熱する場合に比して、光電変換素子１０の特性が悪化するのを回避できる。

電極ペースト２８ａ，２８ｂが高温で焼成される。そのため、電極２６ａとｎ型拡散領域１６との接触界面および電極２６ｂとｐ型拡散領域１８との接触界面にシリサイドを形成できる。その結果、電極２６ａとｎ型拡散領域１６との接触抵抗および電極２６ｂとｐ型拡散領域１８との接触抵抗を低減することができる。

［製造方法の応用例１］
光電変換素子１０の製造方法の応用例１について、以下に説明する。本応用例において、シリコン基板１２の裏面にパッシベーション膜２２が形成されるまでの工程は、上述の製造方法と同じである。そこで、シリコン基板１２の裏面にパッシベーション膜２２が形成された後の工程について、図４Ａ〜図４Ｃを参照しながら、説明する。

パッシベーション膜２２をシリコン基板１２の裏面に形成すると、図４Ａに示すように、パッシベーション膜２２上に電極ペースト２８ａ、２８ｂを印刷する。電極ペースト２８ａは、ｎ型拡散領域１６の一部と対応する位置に印刷される。電極ペースト２８ｂは、ｐ型拡散領域１８の一部と対応する位置に印刷される。

続いて、図４Ｂに示すように、電極ペースト２８ａ、２８ｂにレーザ３０を照射する。これにより、電極ペースト２８ａ、２８ｂが高温で焼成され、電極２６ａ、２６ｂが形成される。このとき、図４Ｃに示すように、電極２６ａは、パッシベーション膜２２を貫通して、ｎ型拡散領域１６に接触する。電極２６ｂは、パッシベーション膜２２を貫通して、ｐ型拡散領域１８に接触する。したがって、パッシベーション膜２２にコンタクトホール２４ａ、２４ｂを形成し、コンタクトホール２４ａ、２４ｂ内に電極ペースト２８ａ、２８ｂを印刷する場合に比して、製造工程を簡単にすることができる。

［製造方法の応用例２］
ｐ型拡散領域１８の一部と対応する位置に印刷される電極ペースト２８ｂは、アルミニウムペーストであってもよい。この場合、レーザ３０を照射して、電極ペースト２８ｂを焼成するときに、電極ペースト２８ｂに含まれるアルミニウムがｐ型拡散領域１８に入り込む。これにより、ｐ型拡散領域１８のうち、電極２６ｂと接触する領域の不純物濃度を、他の領域の不純物濃度よりも高くすることができる。つまり、ｐ型拡散領域１８において、選択エミッタ構造を実現できる。

以上、本発明の実施形態について、詳述してきたが、これらはあくまでも例示であって、本発明は、上述の実施形態によって、何等、限定されない。

例えば、前記実施形態では、シリコン基板１２の受光面にテクスチャ構造が形成されていないが、シリコン基板１２の受光面にテクスチャ構造を形成してもよい。これにより、シリコン基板１２に入射した光を閉じ込めて、光の利用効率を高めることができる。単結晶シリコン基板を採用する場合には、その面方位は（１００）が望ましい。これにより、テクスチャ構造の形成が容易になる。

前記実施形態では、ｎ型拡散領域１６とｐ型拡散領域１８のそれぞれが特定の方向に延びていたが、例えば、ｎ型拡散領域１６が特定の方向（例えば、図１の紙面に垂直な方向）に複数並んで形成されていてもよい。

１０：光電変換素子、１２：シリコン基板、１６：ｎ型拡散領域、１８：ｐ型拡散領域、２８ａ：電極ペースト、２８ｂ：電極ペースト

Claims

不純物が拡散された拡散領域をシリコン基板の裏面側に形成する工程と、
前記拡散領域の一部と対応する位置に電極ペーストを印刷する工程と、
前記電極ペーストにレーザを照射する工程とを備える、光電変換素子の製造方法。
請求項１に記載の光電変換素子の製造方法であって、
前記拡散領域上にパッシベーション膜を形成する工程と、
前記パッシベーション膜上で前記拡散領域の一部と対応する位置に、コンタクトホールを形成する工程とをさらに備え、
前記電極ペーストを印刷する工程では、前記コンタクトホール内に前記電極ペーストを印刷する、光電変換素子の製造方法。
請求項１に記載の光電変換素子の製造方法であって、
前記拡散領域上にパッシベーション膜を形成する工程をさらに備え、
前記電極ペーストを印刷する工程では、前記パッシベーション膜上で前記拡散領域の一部と対応する位置に、前記電極ペーストを印刷する、光電変換素子の製造方法。