JP2015073065A - 太陽電池の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、品質の良いパッシベーション層の開口を形成し、さらにＰＥＲＣ型太陽電池の品質を高める太陽電池の製造方法を提供する。【解決手段】太陽電池の製造方法は、少なくとも、基板を供給するステップと、基板の第１表面にエミッタ層を形成し、基板とエミッタ層との間にｐｎ接合面を形成するステップと、エミッタ層に反射防止層を形成するステップと、基板の第２表面にマスクを設置し、第２表面が第１表面に対して設置されるステップと、前記マスクにパッシベーション層を形成するステップと、マスクを除去することにより、第２表面の一部を露出させて開口を形成するステップと、第１表面と第２表面とに金属メッキ膜を行うステップと、第１表面に少なくとも１つの第１電極を形成するとともに、第２表面の開口に隣接する箇所に、裏面電界と、開口およびパッシベーション層を被覆する少なくとも１つの第２電極とを形成するステップと、を含む。【選択図】図2J

Description

本発明は、太陽電池に関し、特にＰＥＲＣ(Passivated Emitter Rear Cell)型太陽電池の製造方法に関する。

近年、エネルギーの世界的な不足および環境意識の高まりに伴い、関連産業では、環境にやさしく、クリーンかつ高効率のエネルギーの供給について、最も関心が寄せられている。代替エネルギーとして、太陽光により光電変換で電気エネルギーを生成する太陽電池（Ｓｏｌａｒ Ｃｅｌｌ）は、幅広く普及されているとともに、研究開発の対象となっている。関連産業により太陽電池に関する研究開発が進むにつれ、太陽電池給電に関する技術は、進歩、発達してきた。さらに、パッシベーション層をパターン化し、電極接触面積を最低限にし、導電電極の膜厚を増加させることにより、ＰＥＳＣ型太陽電池（Ｐａｓｓｉｖａｔｅｄ Ｅｍｉｔｔｅｒ Ｓｏｌａｒ Ｃｅｌｌ）、ＰＥＲＣ型太陽電池(Ｐａｓｓｉｖａｔｅｄ Ｅｍｉｔｔｅｒ Ｒｅａｒ Ｃｅｌｌ)、およびＰＥＲＬ型太陽電池（Ｐａｓｓｉｖａｔｅｄ Ｅｍｉｔｔｅｒ Ｒｅａｒ Ｌｏｃａｌｌｙ Ｄｉｆｆｕｓｅｄ Ｃｅｌｌ）等の高効率太陽電池は、開発されている。

ＰＥＲＣ型太陽電池（Ｐａｓｓｉｖａｔｅｄ Ｅｍｉｔｔｅｒ Ｒｅａｒ Ｃｅｌｌ）では、裏面全面にアルミニウム合金に接することに代えて、裏面接点に接することを適用する。ＰＥＲＣ型太陽電池の特徴としては、電池の前面側と裏面側上には誘電体であるパッシベーション層（Ｐａｓｓｉｖａｔｉｏｎ）を有するとともに、前面側のパッシベーション層を反射防止層とし、裏面側の誘電体であるパッシベーション層には開口を有するため、電荷キャリアの寿命を延長させることで光変換効率を改善することである。従来の太陽電池の製造工程に類似するように、図１Ａ〜図１Ｅは、現行のＰＥＲＣ型太陽電池の製造工程を示す図である。図１Ａに示すように、まず、Ｐ型基板１０を供給し、基板１０の表面に凹凸模様（Ｔｅｘｔｕｒｉｎｇ）を形成することにより、光の反射率を低減させる。図１Ａでは、凹凸模様が非常に微細なので省略して図示されている。次に、ドーパントを供給し、熱拡散法を用いて前面ＦにＮ型半導体からなるエミッタ層１１（Ｅｍｉｔｔｅｒ Ｌａｙｅｒ）を形成し、かつ、基板１０とエミッタ層１１の間にｐｎ接合面１０１（ｐｎ ｊｕｎｃｔｉｏｎ）を形成する。そのとき、エミッタ層１１上にリンシリケートガラス層（Ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ Ｓｉｌｉｃａｔｅ ｇｌａｓｓ：ＰＳＧ）（図示せず）を形成することなる。さらに、エッチング法を用いて表面におけるリンシリケートガラス層を除去する。

次に、図１Ｂに示すように、堆積法（Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）を用いてエミッタ層１１上には、珪素の窒化物（ＳｉＮ_ｘ）からなる反射防止層１２（Ａｎｔｉ−Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ Ｃｏａｔｉｎｇ）を形成することにより、光の反射率を低減させてエミッタ層１１を保護する。その後、図１Ｃに示すように、裏面Ｒに１層のアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）を堆積してパッシベーション層１３としている。さらに、図１Ｄ示すように、局所接点を形成するために、レーザまたはエッチングクリームを用いてパッシベーション層１３上に複数の開口１４を形成することにより、基板１０の裏面の一部Ｒ'を露出させる。最後に、図１Ｅに示すように、前面Ｆおよび裏面Ｒに金属メッキ膜（Ｍｅｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎ）の付着を行うとともに、同時焼成（Ｃｏ−Ｆｉｒｉｎｇ）工程を行うことにより、前面Ｆに複数の第１電極１５を形成し、裏面Ｒの開口１４に隣接する箇所には、局所裏面電界１６（Ｂａｃｋ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｆｉｅｌｄ：ＢＳＦ）と、開口１４およびパッシベーション層１３を被覆する第２電極１７とを形成した。それにより、ＰＥＲＣ型太陽電池１の製造を行う。

ＰＥＲＣ型太陽電池の製造工程において、優れたパッシベーション層１３および優れた局所裏面電界１６の形成は、太陽電池の構成に対して最も重要な課題となっている。現行の太陽電池の製造工程では、上述したようにレーザ法またはエッチング法を用いてパッシベーション層１３上に複数の開口１４を形成し、さらに開口１４に隣接する基板１０の裏面の一部Ｒ'に、局所裏面電界１６を形成する。しかしながら、従来のように、レーザで開口することは、パッシベーション層１３の一部の損傷を招き易い。エッチングクリームでパッシベーション層１３を開口する工程を行うと、パッシベーション層１３の損傷程度を低下させることができるが、その製造コストが上昇してしまうことになる。そのため、パッシベーション層を破壊することなく局所的に開口すると同時に、製造コストを低減させて生産効率を向上させることは、急務となっています。

本発明の目的は、従来の太陽電池の裏面でパッシベーション層に開口させる時に、パッシベーション層を容易に破壊する問題を解決することができる太陽電池の製造方法を提供する。

本発明の別の目的は、パッシベーション層の開口による破壊程度を低下させることにより、太陽電池の優れたパッシベーション層および裏面電界を確保すると同時に、太陽電池の製造コストを低減し生産効率を向上させることのできる太陽電池の製造方法を提供する。

上述の目的を実現するため、本発明の実施形態に係る太陽電池の製造方法は、少なくとも、基板を供給するステップ（ａ）と、基板の第１表面にエミッタ層を形成し、基板とエミッタ層との間にｐｎ接合面を形成するステップ（ｂ）と、エミッタ層に反射防止層を形成するステップ（ｃ）と、基板の第２表面にマスクを設置し、第２表面が第１表面に対して設置されるステップ（ｄ）と、マスクにパッシベーション層を形成するステップ（ｅ）と、マスクを除去することにより、第２表面の一部を露出させて開口を形成するステップ（ｆ）と、第１表面と第２表面とに金属メッキ膜の付着を行うステップ（ｇ）と、第１表面に少なくとも１つの第１電極を形成するとともに、第２表面の開口に隣接する箇所に、裏面電界と、前記開口および前記パッシベーション層を被覆する少なくとも１つの第２電極とを形成するステップ（ｈ）と、を含む。

図１Ａは、従来のＰＥＲＣ型太陽電池の製造工程を示す図である。 図１Ｂは、従来のＰＥＲＣ型太陽電池の製造工程を示す図である。 図１Ｃは、従来のＰＥＲＣ型太陽電池の製造工程を示す図である。 図１Ｄは、従来のＰＥＲＣ型太陽電池の製造工程を示す図である。 図１Ｅは、従来のＰＥＲＣ型太陽電池の製造工程を示す図である。 図２Ａは、本発明の好適な実施例に係るＰＥＲＣ型太陽電池の製造工程を示す図である。 図２Ｂは、本発明の好適な実施例に係るＰＥＲＣ型太陽電池の製造工程を示す図である。 図２Ｃは、本発明の好適な実施例に係るＰＥＲＣ型太陽電池の製造工程を示す図である。 図２Ｄは、本発明の好適な実施例に係るＰＥＲＣ型太陽電池の製造工程を示す図である。 図２Ｅは、本発明の好適な実施例に係るＰＥＲＣ型太陽電池の製造工程を示す図である。 図２Ｆは、本発明の好適な実施例に係るＰＥＲＣ型太陽電池の製造工程を示す図である。 図２Ｇは、本発明の好適な実施例に係るＰＥＲＣ型太陽電池の製造工程を示す図である。 図２Ｈは、本発明の好適な実施例に係るＰＥＲＣ型太陽電池の製造工程を示す図である。 図２Ｉは、本発明の好適な実施例に係るＰＥＲＣ型太陽電池の製造工程を示す図である。 図２Ｊは、本発明の好適な実施例に係るＰＥＲＣ型太陽電池の製造工程を示す図である。

以下、本発明の特徴およびメリットを表す典型的な実施例について詳細に説明する。ここで理解すべきことは、本発明は異なる態様において様々な変更が可能で、これらはいずれも本願発明の特許請求の範囲を逸脱せず、かつ明細書および図面も本願発明に対して制限するものではなく、本質的には本願発明を説明するものである。

本発明について、図２Ａ〜図２Ｊを用いて説明する。図２Ａ〜図２Ｊは、本発明の好適な実施例に係るＰＥＲＣ型太陽電池の製造工程を示す図である。図２Ａに示すように、まず、基板２０を供給し、かつ、基板２０の第１表面Ｓ１に凹凸模様を形成することにより、光の反射率を低減させる。図２Ａは、凹凸模様が非常に微細でありため省略して図示されている。一部の実施例において、基板２０は、Ｐ型シリコン基板であってもよいが、これに限定されない。しかも、基板２０の第１表面Ｓ１に凹凸模様を形成する方法は、ウェットエッチングまたは反応性イオンエッチングなどの方法を用いてもよいが、これらに限定されない。

次に、図２Ｂに示すように、ドーパントを供給し、及び例えば、熱拡散法を用いて基板２０の第１表面Ｓ１にエミッタ層２１を形成する。本実施例において、エミッタ層２１は、Ｎ型エミッタ層であってもよいが、これに限定されない。ここで、熱拡散の拡散源としてはオキシ塩化リン（ＰＯＣｌ_３）であってもよい。前記基板２０とエミッタ層２１の間にｐｎ接合面２０１を形成する。そのとき、エミッタ層２１上にリンシリケートガラス層２２が形成される。その後、図２Ｃに示すように、例えば、フッ化水素酸（ＨＦ）でエッチングする方式を用いて、リンシリケートガラス層２２を除去するため、基板２０の表面にエミッタ層２１のみ被覆される。

次に、図２Ｄに示すように、エミッタ層２１上に反射防止層２３を形成する。当該反射防止層２３は、化学気相堆積法（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＣＶＤ）を用いて珪素の窒化物を堆積して形成されることが好ましいが、これに限定されない。反射防止層２３は、光の反射率を低減し、かつ高透過性を有するなどのメリットを持つため、反射防止層２３内から基板２０の内部に水素を大量に透過させて水素不活性化工程を行うことができ、それにより、太陽電池の性能を向上させる。一部の実施例において、反射防止層２３は、窒化珪素、シリカ、酸化亜鉛、酸化錫、二酸化マンガンなどの材質によりなるものであってもよいが、これらに限定されない。

その後、図２Ｅに示すように、基板２０の第２表面Ｓ２上にマスク２４を設置する。ここで、前記基板２０の第２表面Ｓ２は、その第１表面Ｓ１に対して設置される。前記マスク２４は、格子または網状構造であってもよいが、これらに限定されない。本実施例において、前記マスク２４は、複数の中空貫通孔２４１を有している。貫通孔２４１の形態は、所望のパッシベーション層２５のサイズ、形状に応じて変更されることができる。そのため、マスク２４を基板２０の第２表面Ｓ２に設置している場合、マスク２４の貫通孔２４１によって第２表面の一部Ｓ２'を露出させることができる。次に、図２Ｆに示すように、前記マスク２４にパッシベーション層２５を堆積する。当該パッシベーション層２５がスク２４の貫通孔２４１中に充填されることにより、露出されていた基板２０の第２表面の一部Ｓ２'は、マスク２４およびパッシベーション層２５によって完全に被覆される。本実施例において、前記パッシベーション層２５は、原子層堆積法（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＡＬＤ）でアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）を堆積して形成されることが好ましいが、これに限定されない。前記原子層堆積法は、従来の物理気相堆積法（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＰＶＤ）または化学気相堆積法に比べ、大面積での被覆性、均一性に優れ、薄膜構造が繊密かつ無孔質で、膜厚を確実に制御することが可能で、作動温度が低いなどのメリットを持つ。さらに、図２Ｇに示すように、マスク２４を除去することで、基板２０の第２表面Ｓ２は、パッシベーション層２５のみに被覆される。しかも、パッシベーション層２５の外観形態は、マスク２４の貫通孔２４１に対応している。それと同時に、元の基板２０の第２表面Ｓ２のマスク２４で被覆される箇所は、マスク２４の除去によって露出され、かつ、開口２６が形成される。

最後に、図２Ｈ、図２Ｉおよび図２Ｊに示すように、第１導電材料を反射防止層２３に、第２導電材料をパッシベーション層２５にそれぞれ設置するとともに、金属メッキ膜（Ｍｅｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎ）の付着処理、即ち、電気めっき（Plating）またはスクリーン印刷（Ｓｃｒｅｅｎ Ｐｒｉｎｔｉｎｇ）の技術などを用いて第１導電材料を反射防止層２３に塗布する。本実施例において、第１導電材料は銀であってもよいがこれに限定されない。同様に、金属メッキ膜の付着処理によって第２導電材料をパッシベーション層２５に塗布し、かつ、前記第２導電材料はアルミニウムであることが好ましいが、これに限定されない。その後、第１導電材料および第２導電材料に対して同時焼成（Ｃｏ−Ｆｉｒｉｎｇ）工程を行う。それにより、第１導電材料は、基板２０の第１表面Ｓ１において第１電極２７に形成されるとともに、反射防止層２３を貫通し、かつ延在してエミッタ層２１に接続される。一方、基板２０の第２表面Ｓ２では、第２導電材料の熱伝達によって、基板２０の第２表面Ｓ２の開口２６に隣接する一部、即ち、パッシベーション層２５により被覆されていない第２表面Ｓ２に、局所裏面電界２８を形成し（図２Ｊに示す）、裏面局所接点を生成すると同時に、第２表面Ｓ２の一部およびパッシベーション層２５に第２電極２９を形成し、かつ、当該第２電極２９は開口２６およびパッシベーション層２５を被覆する。それにより、本発明に係るＰＥＲＣ型太陽電池２の製造を完成する。

以上の説明により、本発明に係るＰＥＲＣ型太陽電池の製造工程において、基板の第２表面にマスクを設置することで、パッシベーション層に品質の良い開口を形成し、その後の局所裏面電界の形成に寄与する。そのため、従来の、レーザまたはエッチングクリームによってパッシベーション層に開口する工程に比べ、本発明は、パッシベーション層の破壊を最低限にすることができ、さらに太陽電池が品質の良いパッシベーション層および裏面電界を有することを確保するとともに、製造コストを低減させ、生産性を高める。本発明に係るＰＥＲＣ型太陽電池の製造方法は、実用性が高く、産業的価値を有する発明である。

本発明は当該技術を熟知する当業者によって各種の修飾を加えてもよいが、いずれも特許請求の保護範囲から逸脱しない。

１、２：ＰＥＲＣ型太陽電池
１０：基板
１０１、２０１：ｐｎ接合面
１１：エミッタ層
１２：反射防止層
１３：パッシベーション層
１４：開口
１５：第１電極
１６：裏面電界
１７：第２電極
Ｆ：前面
Ｒ：裏面
Ｒ'：裏面の一部
２０：基板
２１：エミッタ層
２２：リンシリケートガラス層
２３：反射防止層
２４：マスク
２４１：貫通孔
２５：パッシベーション層
２６：開口
２７：第１電極
２８：裏面電界
２９：第２電極
Ｓ１：第１表面
Ｓ２：第２表面
Ｓ２'：第２表面の一部

Claims (10)

1. 太陽電池の製造方法であって、少なくとも、
   基板を供給するステップ（ａ）と、
   前記基板の第１表面にエミッタ層を形成し、前記基板と前記エミッタ層との間にｐｎ接合面を形成するステップ（ｂ）と、
   前記エミッタ層に反射防止層を形成するステップ（ｃ）と、
   前記基板の第２表面にマスクを設置し、前記第２表面が前記第１表面に対して設置されるステップ（ｄ）と、
   前記マスクにパッシベーション層を形成するステップ（ｅ）と、
   前記マスクを除去することにより、前記第２表面の一部を露出させて開口を形成するステップ（ｆ）と、
   前記第１表面と前記第２表面とに金属メッキ膜を行うステップ（ｇ）と、
   前記第１表面に少なくとも１つの第１電極を形成するとともに、前記第２表面の前記開口に隣接する箇所に、裏面電界と、前記開口および前記パッシベーション層を被覆する少なくとも１つの第２電極とを形成するステップ（ｈ）と、を含むことを特徴とする太陽電池の製造方法。
2. 前記ステップ（ａ）の後に、前記基板の前記第１表面に凹凸模様を形成するステップ（ａ１）をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池の製造方法。
3. 前記ステップ（ｂ）の後に、
   前記エミッタ層にリンシリケートガラス層を形成するステップ（ｂ１）と、
   前記リンシリケートガラス層を除去するステップ（ｂ２）と、をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池の製造方法。
4. 前記ステップ（ｃ）は、化学気相堆積法により行われ、
   前記エミッタ層は、珪素の窒化物からなることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池の製造方法。
5. 前記マスクが複数の中空貫通孔を有することにより、前記ステップ（ｄ）において、前記マスクを前記基板の前記第２表面に設置する時に、前記マスクの前記貫通孔によって前記第２表面の一部を露出可能にすることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池の製造方法。
6. 前記ステップ（ｅ）において、前記マスクの前記貫通孔中に前記パッシベーション層を充填することにより、前記基板の前記第２表面を前記マスクおよび前記パッシベーション層で完全被覆することを特徴とする請求項５に記載の太陽電池の製造方法。
7. 前記ステップ（ｅ）は、原子層堆積法により行われ、
   前記パッシベーション層は、アルミナによりなることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池の製造方法。
8. 前記ステップ（ｆ）において、前記パッシベーション層の形状は、前記マスクの前記貫通孔に対応し、
   前記パッシベーション層の前記マスクに覆われた箇所は、露出されて前記開口を形成することを特徴とする請求項５に記載の太陽電池の製造方法。
9. 前記ステップ（ｆ）の後に、第１導電材料と第２導電材料とを、それぞれ、前記第１表面と前記第２表面とに設置するステップ（ｆ１）をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池の製造方法。
10. 前記太陽電池は、ＰＥＲＣ型太陽電池であることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池の製造方法。