JP2014007188A - Method of manufacturing solar battery - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、太陽電池の製造方法、特に、結晶シリコン系の太陽電池の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a solar cell, and more particularly to a method for manufacturing a crystalline silicon solar cell.
従来、結晶シリコン系の太陽電池の高効率化にはさまざまな手法が知られている。市場展開を考慮すると、高効率化の手法であっても、量産に適した手法を採用することが望まれている。高効率化のための比較的簡便な手法としては、例えば、セレクティブエミッタ構造の導入に関する多くの技術が開発されている。セレクティブエミッタ構造によると、太陽電池の受光面側電極の下部を低抵抗とし、それ以外の太陽光を受ける部分は高抵抗として、電気抵抗の低減と表面再結合の抑制とを同時に実現することで、高効率化を図ることとしている。 Conventionally, various techniques are known for improving the efficiency of crystalline silicon solar cells. Considering market development, it is desired to adopt a method suitable for mass production even if it is a high efficiency method. As a relatively simple technique for improving the efficiency, for example, many techniques relating to the introduction of a selective emitter structure have been developed. According to the selective emitter structure, the lower part of the light-receiving surface side electrode of the solar cell is made low resistance, and the other part that receives sunlight is made high resistance, thereby simultaneously realizing reduction of electric resistance and suppression of surface recombination. The aim is to increase efficiency.
例えば、第25回European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition (EUPVSEC)にて報告された論文である非特許文献1に、現在開発が進められているセレクティブエミッタ形成手法について説明されている。これには、不純物入りのペーストを使用する印刷法、酸化膜マスクを使用するエッチング法、イオン注入法、エッチバック法、レーザドーピング法などが紹介されている。
For example, Non-Patent
ここで、セレクティブエミッタ型の結晶シリコン系太陽電池の製造方法について簡単に説明する。ここでは、P型の単結晶シリコンウェハを基板材料として用い、レーザドーピング法によりセレクティブエミッタ構造を形成する場合を例とする。 Here, a method for manufacturing a selective emitter type crystalline silicon solar cell will be briefly described. Here, as an example, a selective emitter structure is formed by laser doping using a P-type single crystal silicon wafer as a substrate material.
まず、スライスされたP型の単結晶シリコンウェハの表面をアルカリ溶液あるいは混酸によりエッチングすることで、スライスによる表面のダメージ層を除去する。次に、光の吸収を増大させるための凹凸(テクスチャー)構造をシリコンウェハの表面に形成する。例えば、アルカリ溶液に添加剤を入れたエッチング槽を70℃〜100℃程度に加熱し、シリコンウェハを浸漬することで、シリコン結晶の異方性を利用したピラミッド構造が形成できる。 First, the surface of the sliced P-type single crystal silicon wafer is etched with an alkaline solution or a mixed acid, thereby removing the damage layer on the surface due to the slicing. Next, an unevenness (texture) structure for increasing light absorption is formed on the surface of the silicon wafer. For example, a pyramid structure using the anisotropy of silicon crystals can be formed by heating an etching bath containing an additive in an alkaline solution to about 70 ° C. to 100 ° C. and immersing the silicon wafer.
次に、シリコンウェハにPN結合を形成するために、例えばオキシ塩化リン(POCl3)ガス中での気相拡散法により、800℃程度に加熱したP型の単結晶シリコンウェハの表面にリンを拡散してn型拡散層とする。このとき、N型拡散層のシート抵抗が受光面のシート抵抗、例えば100Ω/□となるようにする。 Next, in order to form a PN bond in the silicon wafer, phosphorus is added to the surface of the P-type single crystal silicon wafer heated to about 800 ° C. by, for example, a vapor phase diffusion method in phosphorus oxychloride (POCl 3 ) gas. The n-type diffusion layer is diffused. At this time, the sheet resistance of the N-type diffusion layer is set to be the sheet resistance of the light receiving surface, for example, 100Ω / □.
均一なエミッタを持つ従来の太陽電池は、POCl3の拡散から、表面に形成されたリンガラスの除去、反射防止膜の形成、電極の印刷および焼成を経て完成する。一方、レーザドーピング法によりセレクティブエミッタ構造を形成する場合、エッチングによるリンガラスの除去より前に、シリコンウェハの表面のうち受光面側電極の下となる部分に対しレーザ光を照射させる。 A conventional solar cell having a uniform emitter is completed through diffusion of POCl 3 , removal of phosphorous glass formed on the surface, formation of an antireflection film, electrode printing and firing. On the other hand, when the selective emitter structure is formed by the laser doping method, before removing the phosphor glass by etching, a portion of the surface of the silicon wafer under the light receiving surface side electrode is irradiated with laser light.
受光面側電極の下となる部分がレーザ光の照射によって加熱されることで、リンガラス中のリン原子が電極パターンに相似するパターンでシリコンウェハ中に選択的に拡散される。リンを選択的に拡散させた部分はシート抵抗値が下がり、それ以外の部分はシート抵抗値が上がる。セレクティブエミッタ型の太陽電池は、その後リンガラスの除去、反射防止膜の形成、電極の印刷および焼成を経て完成する。 The portion under the light receiving surface side electrode is heated by laser light irradiation, so that phosphorus atoms in the phosphor glass are selectively diffused into the silicon wafer in a pattern similar to the electrode pattern. The sheet resistance value decreases at the portion where phosphorus is selectively diffused, and the sheet resistance value increases at the other portions. A selective emitter type solar cell is then completed by removing phosphorous glass, forming an antireflection film, printing an electrode, and firing.
セレクティブエミッタ型の太陽電池の製造では、選択的にシート抵抗を低下させた高濃度拡散層の上に、電極を正しく位置合わせできるか否かが最大の課題となる。セレクティブエミッタ構造において、スクリーン印刷により形成される電極の位置合わせの手法として、スクリーンマスクのパターンを高濃度拡散層に整合させるために、例えば、シリコンウェハの周辺の3点を基準とする位置合わせを行うことが知られている。 In the manufacture of a selective emitter type solar cell, the biggest issue is whether or not the electrode can be correctly positioned on the high-concentration diffusion layer with a reduced sheet resistance. In the selective emitter structure, as a method of aligning the electrodes formed by screen printing, for example, alignment with respect to three points around the silicon wafer is performed in order to align the pattern of the screen mask with the high concentration diffusion layer. It is known to do.
しかし、この位置合わせの方法では、スクリーンマスクの配置誤差や、シリコンウェハのわずかな位置ずれなどにより、高濃度拡散層と同じ幅の電極を高濃度拡散層の上に正確に載せることは非常に難しい。これに対しては、通常、電極の幅に対し高濃度拡散層の幅を大きくすることで、電極の位置が多少シフトしても高濃度拡散層の上に電極を形成できるようにしている。 However, in this alignment method, it is very difficult to accurately place an electrode having the same width as that of the high concentration diffusion layer on the high concentration diffusion layer due to an arrangement error of the screen mask or a slight displacement of the silicon wafer. difficult. For this, the width of the high-concentration diffusion layer is usually made larger than the width of the electrode so that the electrode can be formed on the high-concentration diffusion layer even if the position of the electrode is slightly shifted.
このように、電極の位置ずれにある程度の許容幅を持たせることで、本来は受光側表面には低濃度拡散層のみが露出していることが理想であるにも関わらず、高濃度拡散層の一部も受光側表面に露出している状態となる。高濃度拡散層の露出部分に入射した太陽光によって発生した光キャリアの多くは、表面での再結合によって消滅することとなる。そのため、セレクティブエミッタ構造の導入により効率を向上させるという利点は阻害されてしまう。 In this way, by providing a certain tolerance for the positional deviation of the electrode, it is ideal that only the low-concentration diffusion layer is exposed on the light-receiving side surface, but the high-concentration diffusion layer Is also exposed on the light-receiving side surface. Most of the photocarriers generated by the sunlight incident on the exposed portion of the high-concentration diffusion layer will disappear due to recombination on the surface. Therefore, the advantage of improving the efficiency by introducing the selective emitter structure is hindered.
これとは逆に、低濃度拡散層に電極がはみ出している場合、低濃度拡散層へ入射するべき太陽光の一部が電極によって遮られ、太陽光を取り込む効率を低下させることになる。また、電極は、印刷の後に焼成を経ることで、電極材料に含まれるガラス成分によって反射防止膜とシリコンウェハ表面とをエッチングし、電気的なコンタクトを実現している。低濃度拡散層は、拡散深さが浅く、電極材料の浸食によってPN結合が破壊され易い。低濃度拡散層に電極がはみ出している部分でPN結合が破壊されることで、効率の向上が阻害されることとなる。 On the contrary, when the electrode protrudes from the low concentration diffusion layer, a part of the sunlight that should enter the low concentration diffusion layer is blocked by the electrode, and the efficiency of taking in sunlight is reduced. In addition, the electrode is baked after printing, whereby the antireflection film and the surface of the silicon wafer are etched by a glass component contained in the electrode material to realize electrical contact. The low-concentration diffusion layer has a small diffusion depth, and the PN bond is easily broken by erosion of the electrode material. Since the PN bond is broken at the portion where the electrode protrudes from the low-concentration diffusion layer, the improvement in efficiency is hindered.
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、高い変換効率が得られるセレクティブエミッタ型の太陽電池を、簡便な工程により再現性良く安定して製造可能とする太陽電池の製造方法を得ることを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and provides a method for manufacturing a solar cell capable of stably manufacturing a selective emitter solar cell having high conversion efficiency with a simple process. For the purpose.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、半導体基板のうち受光面側となる表面に不純物拡散層を形成する拡散層形成工程として、前記不純物拡散層のうちのパターン状の領域にて選択的に不純物を拡散させて高濃度拡散層を形成し、前記不純物拡散層のうち前記高濃度拡散層が形成された領域以外の領域を、前記高濃度拡散層より不純物濃度が低い低濃度拡散層とする不純物拡散工程と、前記不純物拡散層のうち前記高濃度拡散層が形成された位置を検出する高濃度拡散層検出工程と、前記高濃度拡散層検出工程において検出された位置の前記高濃度拡散層の上に受光面側電極を形成する受光面側電極形成工程と、を含み、前記高濃度拡散層検出工程は、前記不純物拡散工程を経た前記不純物拡散層へ検出光を供給する検出光供給工程と、前記不純物拡散層における前記検出光の反射率を計測し、前記検出光が反射した位置に前記高濃度拡散層が形成されているか否かを前記反射率に応じて判定する判定工程と、を含むことを特徴とする。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, the present invention provides a diffusion layer forming step for forming an impurity diffusion layer on a surface on the light receiving surface side of a semiconductor substrate. In this region, impurities are selectively diffused to form a high-concentration diffusion layer, and regions other than the region where the high-concentration diffusion layer is formed in the impurity diffusion layer have an impurity concentration higher than that of the high-concentration diffusion layer. Detected in an impurity diffusion step for forming a low-concentration diffusion layer, a high-concentration diffusion layer detection step for detecting a position of the impurity diffusion layer where the high-concentration diffusion layer is formed, and the high-concentration diffusion layer detection step A light-receiving surface-side electrode forming step for forming a light-receiving surface-side electrode on the high-concentration diffusion layer at a position, and the high-concentration diffusion layer detecting step detects light to the impurity diffusion layer that has undergone the impurity diffusion step. Supply And determining whether or not the high-concentration diffusion layer is formed at a position where the detection light is reflected by measuring a reflectance of the detection light in the impurity diffusion layer And a process.
本発明によれば、半導体基板の周辺位置を基準とする位置合わせに代えて、不純物拡散層における検出光の反射率に応じて高濃度拡散層の位置を検出し、受光面側電極を形成する。半導体基板の周辺位置を基準とせず、半導体基板内における高濃度拡散層の位置を反射率によって直接的に検出可能とすることで、高濃度拡散層の上に受光面側電極を簡易かつ正確に形成することができる。これにより、高い変換効率が得られるセレクティブエミッタ型の太陽電池を、簡便な工程により再現性良く安定して製造できるという効果を奏する。 According to the present invention, instead of the alignment based on the peripheral position of the semiconductor substrate, the position of the high concentration diffusion layer is detected according to the reflectance of the detection light in the impurity diffusion layer, and the light receiving surface side electrode is formed. . By making it possible to directly detect the position of the high-concentration diffusion layer in the semiconductor substrate by reflectivity without using the peripheral position of the semiconductor substrate as a reference, the light-receiving surface side electrode can be easily and accurately placed on the high-concentration diffusion layer Can be formed. Thereby, there is an effect that a selective emitter type solar cell with high conversion efficiency can be stably manufactured with good reproducibility by a simple process.
以下に、本発明にかかる太陽電池の製造方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は、以下の記述に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。また、以下に示す図面においては、理解の容易のため、各部材の縮尺が実際とは異なる場合がある。各図面間においても同様である。 Embodiments of a method for manufacturing a solar cell according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. In addition, this invention is not limited to the following description, In the range which does not deviate from the summary of this invention, it can change suitably. In the drawings shown below, the scale of each member may be different from the actual scale for easy understanding. The same applies between the drawings.
実施の形態1.
図1および図2は、実施の形態1にかかる太陽電池の製造方法により作成した太陽電池セルの概略構成を示す図である。図1は、太陽電池セルの断面図である。図2は、受光面側から見た太陽電池セルの上面図である。図1は、図2に示すA−A断面を表している。
1 and 2 are diagrams illustrating a schematic configuration of a solar battery cell created by the solar battery manufacturing method according to the first embodiment. FIG. 1 is a cross-sectional view of a solar battery cell. FIG. 2 is a top view of the solar battery cell viewed from the light receiving surface side. FIG. 1 shows an AA cross section shown in FIG.
太陽電池セルは、光電変換機能を有する太陽電池基板である。太陽電池セルは、半導体基板1、反射防止膜2、受光面側電極3および裏面側電極4を有する。半導体基板1は、PN接合を有する。反射防止膜2は、半導体基板1のうち受光面側の表面に形成されている。反射防止膜2は、受光面での入射光の反射を防止する。
The solar battery cell is a solar battery substrate having a photoelectric conversion function. The solar battery cell includes a
受光面側電極3は、半導体基板1の受光面側の表面において、部分的に形成された電極である。裏面側電極4は、半導体基板1のうち受光面と反対側の面である裏面に形成された電極である。
The light receiving
半導体基板1は、P型(第1の導電型)単結晶シリコン5と、該P型単結晶シリコン5の表面の導電型が反転したN型(第2の導電型)不純物拡散層6とを有する。P型単結晶シリコン5およびN型不純物拡散層6は、PN接合を構成する。
The
N型不純物拡散層6は、高濃度拡散層7および低濃度拡散層8を有する。高濃度拡散層7は、N型不純物拡散層6のうち受光面側電極3の直下付近に形成されている。低濃度拡散層8は、N型不純物拡散層6のうち受光面側電極3が形成されている高濃度拡散層7部以外の、太陽光を受ける部分に形成されている。
The N-type
本実施の形態の太陽電池セルは、シート抵抗が低い高濃度拡散層7と、シート抵抗が高い低濃度拡散層8とを備えるセレクティブエミッタ構造を採用する。太陽電池セルは、受光面側電極3が形成された部分の電気抵抗を低減させるとともに、太陽光を受ける部分において表面再結合を抑制させることで、高い変換効率を得ることが可能となる。
The solar cell according to the present embodiment employs a selective emitter structure including a high
半導体基板1の受光面側の表面には、テクスチャー構造として微小凹凸(図示省略)が高密度で形成されている。微小凹凸は、受光面において反射光の角度を変えることで、複数回の反射を通じて実質的な反射率を抑え、光を閉じ込める機能を有している。
On the surface of the
受光面側電極3は、表銀バス電極11および表銀グリッド電極12を含む。表銀グリッド電極12は、所定の幅および間隔で略平行に配置されている。表銀グリッド電極12は、半導体基板1の内部で発電した電気を集電する。表銀バス電極11は、表銀グリッド電極12にほぼ直交して設けられている。表銀バス電極11は、表銀グリッド電極12で集電された電気を取り出す。裏面側電極4は、半導体基板1の裏面のうち、端部以外の全体に形成されている。
The light receiving
このように構成された太陽電池セルでは、太陽光が反射防止膜2およびN型不純物拡散層6を通過して半導体基板1に照射されると、ホールと電子が生成する。P型単結晶シリコン5内で生成した電子は、PN接合面に到達するとPN接合の電界によって、N型不純物拡散層6に向かって移動し、ホールはP型単結晶シリコン5に向かって移動する。
In the solar battery configured as described above, when sunlight passes through the
N型不純物拡散層6には電子、P型単結晶シリコン5にはホールがそれぞれ過剰となる結果、光起電力が発生する。この光起電力はPN接合を順方向にバイアスする向きに生じ、N型不純物拡散層6に接続した受光面側電極3がマイナス極となり、P型単結晶シリコン5に接続した裏面側電極4がプラス極となって、外部回路(図示省略)に電流が流れる。
As a result of excessive electrons in the N-type
次に、図1および図2に示す太陽電池セルを製造する方法の一例を説明する。図3−1から図3−6は、実施の形態1にかかる太陽電池の製造方法の手順を説明するための断面図である。 Next, an example of a method for manufacturing the solar battery cell shown in FIGS. 1 and 2 will be described. FIGS. 3-1 to 3-6 are cross-sectional views for explaining the procedure of the method for manufacturing the solar cell according to the first embodiment.
半導体基板1(図3−1参照)となるシリコン系基板としては、例えばP型単結晶シリコンウェハを用意する。本実施の形態においては、一例としてP型単結晶シリコンウェハの厚みは200μm、寸法は156mm×156mmとする。P型単結晶シリコウェハの厚さや寸法はこれに限定されず、適宜変更可能であるものとする。 For example, a P-type single crystal silicon wafer is prepared as a silicon-based substrate to be the semiconductor substrate 1 (see FIG. 3A). In this embodiment, as an example, the thickness of a P-type single crystal silicon wafer is 200 μm and the dimensions are 156 mm × 156 mm. The thickness and dimensions of the P-type single crystal silicon wafer are not limited to this, and can be changed as appropriate.
P型単結晶シリコンウェハは、溶融したシリコンを冷却固化してできたインゴットをワイヤーソーでスライスして製造される。製造されたP型単結晶シリコンウェハの表面には、スライス時のダメージによって生じたダメージ層が残されている。このダメージ層は結晶性が極めて悪いことから、半導体基板1としての機能を十分に得るにはダメージ層を除去する必要がある。そこで、スライス後のP型単結晶シリコンウェハの表面をアルカリ溶液あるいは混酸によりエッチングすることで、スライスによる表面のダメージ層を除去する。
A P-type single crystal silicon wafer is manufactured by slicing an ingot formed by cooling and solidifying molten silicon with a wire saw. On the surface of the manufactured P-type single crystal silicon wafer, a damaged layer caused by damage during slicing is left. Since this damaged layer has extremely poor crystallinity, it is necessary to remove the damaged layer in order to obtain a sufficient function as the
ダメージ層の除去に続いて、P型単結晶シリコンウェハの受光面側の表面に、テクスチャー構造として微小凹凸を形成する。テクスチャー構造の形成は、例えばP型多結晶シリコン基板を、添加剤を入れたアルカリ溶液によりエッチングすることで行う。例えば、IPA(イソプロピルアルコール)を含有させた水酸化アルカリ水溶液をエッチング槽に入れ、70℃〜100℃程度に加熱した状態でP型単結晶シリコンウェハを浸漬する。これにより、シリコン結晶の異方性を利用したピラミッド構造を形成する。 Subsequent to the removal of the damaged layer, fine irregularities are formed as a texture structure on the light-receiving surface side surface of the P-type single crystal silicon wafer. The texture structure is formed, for example, by etching a P-type polycrystalline silicon substrate with an alkaline solution containing an additive. For example, an alkali hydroxide aqueous solution containing IPA (isopropyl alcohol) is placed in an etching tank, and the P-type single crystal silicon wafer is immersed in a state heated to about 70 ° C. to 100 ° C. Thereby, a pyramid structure utilizing the anisotropy of the silicon crystal is formed.
このようなテクスチャー構造を半導体基板1の受光面側に設けることで、太陽電池セルの受光面側における光の多重反射を生じさせる。太陽電池セルは、受光面側から入射する光を効率的に半導体基板1の内部に吸収させ、反射率を実効的に低減させることで、入射する太陽光を効率良く光電変換することができる。なお、各図においては、微小凹凸の図示を省略している。
By providing such a texture structure on the light receiving surface side of the
次に、テクスチャー構造として表面に微小凹凸が形成された半導体基板1を熱酸化炉へ投入し、N型の不純物であるリンの雰囲気下で加熱する。例えば、オキシ塩化リン(POCl3)ガス雰囲気中において、半導体基板1であるP型の単結晶シリコンウェハを800℃〜900℃程度に加熱し、気相拡散法により半導体基板1の表面にリンを拡散させる。
Next, the
この拡散層形成工程では、半導体基板1のうち受光面側となる表面に、不純物元素であるリンを拡散させ、N型不純物拡散層6を形成する(図3−2参照)。なお、実際には半導体基板1の各面の全体にN型不純物拡散層6は形成されるが、ここでは太陽電池の構造概要を示すため、受光面側表面以外の表面に形成されるN型不純物拡散層6を省略している。半導体基板1のうち、N型不純物拡散層6が形成される表層より内部側の部分は、P型単結晶シリコン5となる。これにより、半導体基板1にPN接合を形成する。このとき、N型不純物拡散層6のシート抵抗が例えば100Ω/□となるように、リンの拡散を制御する。
In this diffusion layer forming step, phosphorus, which is an impurity element, is diffused on the surface on the light receiving surface side of the
次に、N型不純物拡散層6のうち受光面側電極3の下となる部分に対しレーザ光を照射させる。受光面側電極3の下となる部分がレーザ光の照射によって加熱されることで、リンガラス中のリン原子が電極パターンに相似するパターンで半導体基板1中に選択的に拡散される(レーザドーピング)。
Next, the portion of the N-type
この不純物拡散工程では、N型不純物拡散層6のうち、受光面側電極3のパターンに相似するパターン状の領域にて選択的に不純物を拡散させる。不純物を拡散させたパターン状の領域には、不純物濃度が高い高濃度拡散層7が形成される(図3−3参照)。N型不純物拡散層6のうち、高濃度拡散層7が形成された領域以外の領域は、低濃度拡散層8とされる。低濃度拡散層8は、N型不純物拡散層6のうち、高濃度拡散層7に対して不純物濃度が低い部分である。この不純物拡散工程により、リンを選択的に拡散させた部分である高濃度拡散層7はシート抵抗値が下がり、それ以外の部分のシート抵抗値は気相拡散法により形成したN型不純物拡散層6の抵抗値をほぼ維持する。
In this impurity diffusion step, impurities are selectively diffused in a pattern-like region similar to the pattern of the light-receiving
次に、拡散層形成工程における拡散の副産物であるリンガラス(図示省略)を、エッチングにより除去する。続いて、N型不純物拡散層6の表面全体に、反射防止膜2を形成する(図3−4)。反射防止膜2が形成された半導体基板1を、スクリーン印刷のための印刷機にセットする。
Next, phosphorus glass (not shown), which is a byproduct of diffusion in the diffusion layer forming step, is removed by etching. Subsequently, the
印刷機に半導体基板1をセットする際に、高濃度拡散層検出工程により、N型不純物拡散層6のうち高濃度拡散層7が形成された位置を検出する。高濃度拡散層検出工程では、反射防止膜2の形成までの工程を経た半導体基板1に対し、反射防止膜2を通してN型不純物拡散層6へ赤外光Lを供給する(図3−5)。かかる検出光供給工程において供給される赤外光Lは、高濃度拡散層7の位置を検出するための検出光である。検出光供給工程に続いて、判定工程では、N型不純物拡散層6における赤外光Lの反射率を計測し、赤外光Lが反射した位置に高濃度拡散層7が形成されているか否かを、反射率に応じて判定する。
When the
次に、受光面側電極形成工程では、高濃度拡散層検出工程において検出された位置の高濃度拡散層7の上に、受光面側電極3を形成する(図3−6)。反射防止膜2のうち、直下に高濃度拡散層7が形成されている部分に、受光面側電極3の材料である銀ペーストをスクリーン印刷によって塗布した後、銀ペーストを乾燥させる。また、半導体基板1の裏面側には、裏面側電極4の材料であるアルミニウムペーストをスクリーン印刷によって塗布した後、アルミニウムペーストを乾燥させる。
Next, in the light receiving surface side electrode forming step, the light receiving
その後、ペーストを焼成することで、受光面側電極3としての表銀バス電極11および表銀グリッド電極12と、裏面側電極4とが得られる。焼成は、大気雰囲気中、例えば750℃〜850℃の範囲から選択された温度において実施する。焼成温度は、セル構造やペースト種類を考慮して選択される。
Thereafter, by baking the paste, the front
N型不純物拡散層6のうちの高濃度拡散層7と受光面側電極3とは、受光面側電極3の銀成分が反射防止膜2を貫通することで、電気的に接続する。これにより、N型不純物拡散層6は、受光面側電極3と良好な抵抗性接合を得ることができる。以上のような工程を実施することにより、図1および図2に示す太陽電池セルを作製する。
The high-
図4は、検出光による高濃度拡散層の位置の検出について説明する図である。光源13は、例えば、1064nmの波長の赤外光Lを射出する。光源13は、例えば、1064nmの基本波を発振するYAGレーザとする。検出光供給工程において、光源13は、N型不純物拡散層6において二次元方向へ赤外光Lを走査させる。光源13からの赤外光Lの走査には、例えば、ガルバノミラー等の走査手段(図示省略)を使用する。
FIG. 4 is a diagram for explaining the detection of the position of the high concentration diffusion layer by the detection light. The
受光部14は、N型不純物拡散層6で反射した赤外光Lを検出し、N型不純物拡散層6における赤外光Lの反射率を計測する。受光部14は、赤外光Lが反射した位置に高濃度拡散層7が形成されているか否かを、計測結果である反射率に応じて判定する。
The
図5は、高濃度拡散層および低濃度拡散層における検出光の反射率と、検出光の波長との関係の例を示す図である。N型不純物拡散層6は、キャリア濃度が高いほど赤外光Lの吸収量が大きくなることから、赤外光Lの反射率は下がる。このため、高濃度拡散層7の反射率R1は、低濃度拡散層8の反射率R2より低くなる。受光部14は、このような反射率の差を利用して、赤外光Lが反射した位置に高濃度拡散層7が存在するか否かを判定する。検出光として赤外光Lを使用することで、赤外光Lの吸収による反射率の違いに応じて、N型不純物拡散層6のうち高濃度拡散層7が形成されている部分を特定可能とする。
FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a relationship between the reflectance of the detection light in the high concentration diffusion layer and the low concentration diffusion layer and the wavelength of the detection light. In the N-type
例えば、赤外光Lを走査させる走査手段は、半導体基板1の一角の外縁付近から所定の向きに赤外光Lを走査させる。例えば、受光部14は、表銀グリッド電極12の長手方向(例えば、X方向とする)について走査させた赤外光Lの反射率から、表銀グリッド電極12を形成する線状部分を検知する。なお、上述のレーザドーピングでは、半導体基板1の端部から反対側の端部にまで連続してレーザ光を照射させる。このため、X方向への赤外光Lの走査では、表銀グリッド電極12を形成する線状部分の端部についての検知は行わないものとする。
For example, the scanning unit that scans the infrared light L scans the infrared light L in a predetermined direction from the vicinity of one corner of the
かかる半導体基板1の一角における赤外光Lの走査と同時に、あるいは連続して、当該一角とは対角をなす位置についても、X方向への赤外光Lの走査により、表銀グリッド電極12を形成する線状部分を検知する。これにより、半導体基板1上の二次元方向のうち、X方向に直交する方向であるY方向について、電極パターンの位置を決定する。
Simultaneously or continuously with the scanning of the infrared light L at one corner of the
また、受光部14は、半導体基板1のうち表銀バス電極11を形成する部分付近において、表銀バス電極11の長手方向(Y方向)について走査させた赤外光Lの反射率から、表銀バス電極11を形成する線状部分を検知する。これにより、半導体基板1上の二次元方向のうち、X方向について、電極パターンの位置を決定する。なお、高濃度拡散層検出工程における赤外光Lの走査の態様は、本実施の形態における説明のとおりである場合に限られず、適宜変更しても良いものとする。
In addition, the
本実施の形態によると、半導体基板1の周辺位置を基準とする位置合わせに代えて、N型不純物拡散層6における赤外光Lの反射率に応じて高濃度拡散層7の位置を検出する。高濃度拡散層7の位置を赤外光Lの反射率によって判定することで、半導体基板1の周辺位置を基準とする場合とは異なり、半導体基板1内における高濃度拡散層7の位置を直接的に検出可能とする。直接的に検出された高濃度拡散層7の位置に受光面側電極3を整合させることで、高濃度拡散層7の上に受光面側電極3を簡易かつ正確に形成することができる。これにより、高い変換効率が得られるセレクティブエミッタ型の太陽電池を、簡便な工程により再現性良く安定して製造できるという効果を奏する。
According to the present embodiment, the position of the high
実施の形態2.
図6は、本発明の実施の形態2にかかる太陽電池の製造方法における、高濃度拡散層の位置の検出について説明する図である。実施の形態1と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。実施の形態2では、高濃度拡散層検出工程において、高濃度拡散層7の位置の検出に異常があった場合に、検出光供給工程における検出光の進行方向を変更して、検出光供給工程および判定工程を再度実施する。
FIG. 6 is a diagram for explaining the detection of the position of the high-concentration diffusion layer in the method for manufacturing a solar cell according to the second embodiment of the present invention. The same parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and repeated description will be omitted as appropriate. In the second embodiment, when there is an abnormality in the detection of the position of the high
例えば、図中破線矢印で示すように、検出光である赤外光Lを照射した場合に、半導体基板1の受光面側の表面に形成されているテクスチャー構造のうち赤外光Lが入射する部分の状態などに応じて、赤外光Lが受光部14(図4参照)とは異なる方向へ反射することがあり得る。
For example, as indicated by a broken-line arrow in the figure, when the infrared light L that is the detection light is irradiated, the infrared light L enters the texture structure formed on the light receiving surface side surface of the
N型不純物拡散層6で反射した赤外光Lが所望の方向以外の方向へ進行して、赤外光Lが十分に検出されないことにより判定工程にエラーがあった場合に、光源13(図4参照)からの赤外光Lの進行方向を変更して、再度赤外光Lを供給する。赤外光Lの進行方向の変更は、例えば、光源13の向きに応じて赤外光Lの主光線の傾きを調整することにより行うものとする。赤外光Lの主光線の傾きを変化させる向きや変化量などは、適宜設定可能であるものとする。
When the infrared light L reflected by the N-type
本実施の形態では、半導体基板1で反射した赤外光Lにより高濃度拡散層7の位置を検出するのに適した反射特性を実現するように、赤外光Lの進行方向を調整する。例えば、図中破線矢印で示す状態から実線矢印で示す状態へ、赤外光Lの進行方向を変更することで、受光部14において正常に反射率が計測されたとする。反射率が計測されると、再度の判定工程により、赤外光Lが反射した位置に高濃度拡散層7が形成されているか否かを判定する。
In the present embodiment, the traveling direction of the infrared light L is adjusted so as to realize a reflection characteristic suitable for detecting the position of the high
本実施の形態によると、実施の形態1と同様、高い変換効率が得られるセレクティブエミッタ型の太陽電池を、簡便な工程により再現性良く安定して製造することができる。さらに、本実施の形態によると、N型不純物拡散層6で反射した赤外光Lが所望の方向以外の方向へ進行することによるエラーがあった場合に、赤外光Lの進行方向を変更して高濃度拡散層検出工程をやり直すことで、反射率計測のエラーに起因して高濃度拡散層7の検出ができなくなる事態を抑制させることができる。
According to the present embodiment, as in the first embodiment, a selective emitter type solar cell capable of obtaining high conversion efficiency can be manufactured stably with good reproducibility by a simple process. Furthermore, according to the present embodiment, when there is an error due to the infrared light L reflected by the N-type
実施の形態3.
実施の形態3にかかる太陽電池の製造方法では、高濃度拡散層検出工程において、高濃度拡散層7の位置の検出に異常があった場合に、検出光供給工程における検出光の波長を変更して、検出光供給工程および判定工程を再度実施する。本実施の形態における高濃度拡散層の位置の検出について、図3−5を参照して説明する。実施の形態1と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。
In the solar cell manufacturing method according to the third embodiment, the detection light wavelength in the detection light supply step is changed when there is an abnormality in the detection of the position of the high
検出光である赤外光Lを半導体基板1の受光面側へ照射した場合に、半導体基板1の受光面側の表面に形成されているテクスチャー構造のうち赤外光Lが入射する部分の状態などに応じて、受光部14(図4参照)において赤外光Lが十分に検出されないことがあり得る。
The state of the portion where the infrared light L is incident in the texture structure formed on the surface of the
赤外光Lが十分に検出されないことにより判定工程にエラーがあった場合に、光源13(図4参照)からの赤外光Lの波長を変更して、再度赤外光Lを供給する。赤外光Lの波長を長波長および短波長のいずれに変更するか、また波長の変化量などは、適宜設定可能であるものとする。 When there is an error in the determination process because the infrared light L is not sufficiently detected, the wavelength of the infrared light L from the light source 13 (see FIG. 4) is changed and the infrared light L is supplied again. It is assumed that whether the wavelength of the infrared light L is changed to a long wavelength or a short wavelength, the amount of change in wavelength, and the like can be set as appropriate.
本実施の形態では、半導体基板1で反射した赤外光Lにより高濃度拡散層7の位置を検出するのに適した反射特性を実現するように、赤外光Lの波長を調整する。赤外光Lの波長を適宜変更することにより、受光部14において正常に反射率が計測されると、再度の判定工程により、赤外光Lが反射した位置に高濃度拡散層7が形成されているか否かを判定する。
In the present embodiment, the wavelength of the infrared light L is adjusted so as to realize a reflection characteristic suitable for detecting the position of the high-
本実施の形態によると、実施の形態1と同様、高い変換効率が得られるセレクティブエミッタ型の太陽電池を、簡便な工程により再現性良く安定して製造することができる。さらに、本実施の形態によると、赤外光Lが十分に検出されないことによるエラーがあった場合に、赤外光Lの波長を変更して高濃度拡散層検出工程をやり直すことで、反射率計測のエラーに起因して高濃度拡散層7の検出ができなくなる事態を抑制させることができる。なお、高濃度拡散層検出工程では、実施の形態2における赤外光Lの進行方向の変更と、本実施の形態における赤外光Lの波長の変更との双方を実施することとしても良い。
According to the present embodiment, as in the first embodiment, a selective emitter type solar cell capable of obtaining high conversion efficiency can be manufactured stably with good reproducibility by a simple process. Furthermore, according to the present embodiment, when there is an error due to insufficient detection of the infrared light L, the wavelength of the infrared light L is changed, and the high-concentration diffusion layer detection step is performed again, so that the reflectance is increased. It is possible to suppress a situation in which the high
実施の形態4.
図7は、本発明の実施の形態4にかかる太陽電池の製造方法における、検出光による高濃度拡散層の位置の検出について説明する図である。実施の形態1と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。本実施の形態では、検出光供給工程において、不純物拡散層6の全面に対し一括して検出光を照射させる。
Embodiment 4 FIG.
FIG. 7 is a diagram for explaining the detection of the position of the high-concentration diffusion layer with detection light in the method for manufacturing a solar cell according to the fourth embodiment of the present invention. The same parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and repeated description will be omitted as appropriate. In the present embodiment, in the detection light supply process, the entire surface of the
光源21は、検出光である赤外光Lを、半導体基板1の受光面側表面の全体へ照射させる。光源21は、赤外光Lとして、例えば、1000nm〜1500nmの波長域の赤外光を供給する。例えば、光源21は、発生させた赤外光Lを二次元方向へ拡散させる光学系を備える。かかる光学系は、光源21からの赤外光Lの光路中に設けても良い。
The
フィルタ23は、光源21から半導体基板1へ進行する赤外光Lが通過する領域に設けられている。フィルタ23は、例えば、1000nm未満の波長の光を遮蔽し、1000nm以上の波長の光を透過させる。フィルタ23は、後述の赤外カメラ22による反射率の計測においてノイズとなる波長域の光を除去する機能を果たす。なお、ノイズとなる波長域の光の影響が少ないなどの状況に応じて、フィルタ23を省略することとしても良い。
The
赤外カメラ22は、N型不純物拡散層6で反射した赤外光Lを一括して検出する。赤外カメラ22は、半導体基板1の受光面側表面の二次元方向における位置ごとの反射率を計測する。赤外カメラ22は、計測結果である反射率の分布から、N型不純物拡散層6のうち高濃度拡散層7が形成されている部分を判定する。
The
本実施の形態によると、実施の形態1と同様、高い変換効率が得られるセレクティブエミッタ型の太陽電池を、簡便な工程により再現性良く安定して製造することができる。さらに、本実施の形態によると、半導体基板1の全域へ一括して赤外光Lを照射して高濃度拡散層7の位置を確定可能とすることで、高濃度拡散層検出工程に要する時間を短縮化させ、スループットを向上させることができる。
According to the present embodiment, as in the first embodiment, a selective emitter type solar cell capable of obtaining high conversion efficiency can be manufactured stably with good reproducibility by a simple process. Furthermore, according to the present embodiment, it is possible to determine the position of the high
各実施の形態で説明する高濃度拡散層7と受光面側電極3との位置合わせの手法は、レーザドーピング法を経たセレクティブエミッタ構造の形成に適用される場合に限られない。各実施の形態の手法は、レーザドーピング法以外の方法、例えば、不純物入りのペーストを使用する印刷法、酸化膜マスクを使用するエッチング法、イオン注入法、エッチバック法などの、いずれの方法によるセレクティブエミッタ構造の形成においても適用することができる。いずれの方法を採用する場合も、高濃度拡散層7と低濃度拡散層8とにおける検出光の反射率の違いから、高濃度拡散層7の位置を検出することができる。これにより、セレクティブエミッタ構造の形成にいずれの方法を採用する場合も、レーザドーピング法を採用する場合と同様に、高い変換効率が得られる太陽電池を、簡便な工程により再現性良く安定して製造できるという効果を得ることができる。
The method of aligning the high-
各実施の形態において、半導体基板1としてP型のシリコンウェハを使用する場合について説明したが、半導体基板1としてN型のシリコンウェハを用いてP型の拡散層を形成する逆導電型の太陽電池においても上述した本発明の効果を得ることができる。また、上述した実施の形態においては、半導体基板1として単結晶のシリコンウェハを用いたが、半導体基板1として多結晶のシリコンウェハを用いた場合においても上述した本発明の効果を得られる。
In each embodiment, the case where a P-type silicon wafer is used as the
P型のシリコンウェハに拡散させるN型の不純物はリンに限られず、N型の拡散源となるいずれの元素を適用しても良い。N型のシリコンウェハに対しては、P型の不純物として例えばボロンを使用する。P型の不純物は、ボロンのほか、P型の拡散源となるいずれの元素を適用しても良い。 The N-type impurity diffused in the P-type silicon wafer is not limited to phosphorus, and any element that becomes an N-type diffusion source may be applied. For an N-type silicon wafer, for example, boron is used as a P-type impurity. As the P-type impurity, any element that becomes a P-type diffusion source in addition to boron may be used.
1 半導体基板
2 反射防止膜
3 受光面側電極
4 裏面側電極
5 P型単結晶シリコン
6 N型不純物拡散層
7 高濃度拡散層
8 低濃度拡散層
11 表銀バス電極
12 表銀グリッド電極
13 光源
14 受光部
21 光源
22 赤外カメラ
23 フィルタ
L 赤外光
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記不純物拡散層のうち前記高濃度拡散層が形成された位置を検出する高濃度拡散層検出工程と、
前記高濃度拡散層検出工程において検出された位置の前記高濃度拡散層の上に受光面側電極を形成する受光面側電極形成工程と、を含み、
前記高濃度拡散層検出工程は、
前記不純物拡散工程を経た前記不純物拡散層へ検出光を供給する検出光供給工程と、
前記不純物拡散層における前記検出光の反射率を計測し、前記検出光が反射した位置に前記高濃度拡散層が形成されているか否かを前記反射率に応じて判定する判定工程と、を含むことを特徴とする太陽電池の製造方法。 As a diffusion layer forming step for forming an impurity diffusion layer on the surface on the light receiving surface side of the semiconductor substrate, a high concentration diffusion layer is formed by selectively diffusing impurities in a patterned region of the impurity diffusion layer. An impurity diffusion step in which a region other than the region where the high concentration diffusion layer is formed in the impurity diffusion layer is used as a low concentration diffusion layer having an impurity concentration lower than that of the high concentration diffusion layer;
A high-concentration diffusion layer detection step for detecting a position where the high-concentration diffusion layer is formed in the impurity diffusion layer;
A light receiving surface side electrode forming step for forming a light receiving surface side electrode on the high concentration diffusion layer at the position detected in the high concentration diffusion layer detecting step,
The high concentration diffusion layer detection step includes:
A detection light supply step for supplying detection light to the impurity diffusion layer that has undergone the impurity diffusion step;
Determining a reflectance of the detection light in the impurity diffusion layer, and determining whether or not the high-concentration diffusion layer is formed at a position where the detection light is reflected, according to the reflectance. A method for manufacturing a solar cell.
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