JP2015130367A - Solar cell and manufacturing method therefor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、太陽電池およびその製造方法に関する。 The present invention relates to a solar cell and a manufacturing method thereof.
太陽電池の高効率化技術の一つにグリッド電極細線化がある。太陽電池の受光面に形成されているグリッド電極は光を遮らないように占有面積を少なくし、光電変換に寄与する光を増大させることが重要である。また、発生した光電流を損失なく外部に出力するために、より低抵抗なグリッド電極にする必要もある。太陽電池用グリッド電極の最も適切な形状としては細線、かつ厚膜の高アスペクト比のものが求められる。太陽電池のグリッド電極は一般的にスクリーン印刷を用いて形成される。 One of the technologies for improving the efficiency of solar cells is to make the grid electrode thin. It is important to reduce the occupied area of the grid electrode formed on the light receiving surface of the solar cell so as not to block light and increase the light contributing to photoelectric conversion. Further, in order to output the generated photocurrent to the outside without loss, it is necessary to form a grid electrode having a lower resistance. As the most suitable shape of the grid electrode for solar cells, a thin wire and a thick film having a high aspect ratio are required. The grid electrode of a solar cell is generally formed using screen printing.
スクリーン印刷は装置構成も非常に簡単で安価であるため、量産プロセスに導入しやすい。しかし、電極材料であるペーストの性状が電極性能や印刷性へ大きく影響するため、印刷技術以外にも課題を多く抱えている。太陽電池電極用銀ペーストは主に銀フィラー、有機溶剤、樹脂、ガラス粉末を混合したもので作られている。ペースト材料の改良により高アスペクト化も試みられている(例えば、特許文献1や特許文献2参照)。細線・高アスペクトの太陽電池用グリッド電極を得るためには、印刷技術とペースト性能を両立させなければならない。
Since screen printing is very simple and inexpensive, it is easy to introduce into mass production processes. However, since the properties of the paste, which is an electrode material, greatly affect electrode performance and printability, there are many problems other than printing technology. The silver paste for solar cell electrodes is mainly made of a mixture of silver filler, organic solvent, resin, and glass powder. An attempt has been made to increase the aspect ratio by improving the paste material (see, for example,
しかしながら、上記従来の技術によれば、スクリーン印刷での太陽電池用グリッド電極形成時、ペーストが基板に転写された後、ペーストがその形状を保てず、ダレや滲みが発生する。そのため、線幅が増加し、受光面での入射光が減少した結果、太陽電池出力を低下させる。 However, according to the conventional technique, when the grid electrode for solar cell is formed by screen printing, after the paste is transferred to the substrate, the paste cannot maintain its shape, and sagging and bleeding occur. Therefore, the line width increases and the incident light on the light receiving surface decreases, resulting in a decrease in solar cell output.
この滲みを防ぐために、特許文献3では太陽電池の受光面に溝を形成し、その溝に電極を埋め込み、高アスペクト比の電極を形成する方法を提示している。しかし、コスト削減のため、基板厚100〜200μmほどのウエハを使用し、幅40〜80μm、深さ30〜60μmの溝を形成すると、基板が割れやすくなり、量産時の歩留まりが低下するという問題がある。さらに、溝へのスクリーン印刷では溝の底部とペーストが接触し難いため、ペーストの充填不足が起きやすくなる。充填力を上げるために、ペーストの組成や粘度を調整する方法もあるが、ペーストの状態管理が必要で、コストがかかる。また、充填力を高め、断線を防ぐために処理速度を低速化する必要があり、タクトタイムが増加するなどの問題があった。
In order to prevent this bleeding,
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、ペースト滲みの広がりを防いで特性の向上を図った太陽電池およびそ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 an object of the present invention is to obtain a solar cell and a method for manufacturing the same, in which the spread of paste spread is prevented and the characteristics are improved.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、第一導電型の半導体基板の受光面側の受光面電極形成予定領域の延伸方向に沿った両脇に溝を形成する工程と、前記溝の形成後に、前記半導体基板の受光面側の表面に不純物を拡散させることにより第一導電型とは異なる第二導電型の層を形成する工程と、第二導電型の層の上に反射防止膜を形成する工程と、前記受光面電極形成予定領域の上にスクリーン印刷を用いて受光面電極を形成する工程と、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 includes a step of forming grooves on both sides along the extending direction of the light-receiving surface electrode formation scheduled region on the light-receiving surface side of the first conductivity type semiconductor substrate. And forming a second conductivity type layer different from the first conductivity type by diffusing impurities on the light receiving surface side surface of the semiconductor substrate after forming the groove; and The method includes a step of forming an antireflection film thereon, and a step of forming a light receiving surface electrode on the light receiving surface electrode formation scheduled region using screen printing.
本発明によれば、電極周りに溝が形成されていることにより、ペースト滲みの広がりを防ぎ、電極幅を狭くすることができる。これにより発電量を増加させ、太陽電池特性を向上させるという効果を奏する。また、印刷時、基板とペーストが接触しやすく、ペーストの組成、粘度調整を行わなくても安定して印刷ができる。このため、ペースト管理が容易になり、歩留まりの改善やタクトタイムの短縮が可能になるという効果を奏する。 According to the present invention, since the grooves are formed around the electrodes, the spread of paste bleeding can be prevented and the electrode width can be reduced. This produces the effect of increasing the amount of power generation and improving the solar cell characteristics. Further, during printing, the substrate and the paste are easily in contact with each other, and printing can be stably performed without adjusting the composition and viscosity of the paste. For this reason, paste management becomes easy, and there is an effect that yield can be improved and tact time can be shortened.
以下に、本発明にかかる太陽電池およびそ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い。 Embodiments of a solar cell and a method for manufacturing the solar cell according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. The present invention is not limited to the following description.
実施の形態.
図1乃至5は、本発明の実施の形態にかかる太陽電池の製造方法を説明するための各工程での断面図を示している。これにより製造された図5に示す太陽電池は、表面(受光面)に微小凹凸(テクスチャ)2が形成された第一導電型の半導体基板1に第二導電型層3を形成し、その上に反射防止膜5、表銀電極6(受光面グリッド電極)が形成され、半導体基板1の裏側には裏面アルミ電極7(裏面電極)が取り付けられた構造となっている。表銀電極6は紙面垂直方向に延伸している。
Embodiment.
1 to 5 show cross-sectional views at each step for explaining a method for manufacturing a solar cell according to an embodiment of the present invention. The solar cell shown in FIG. 5 manufactured in this way has a second
図1に示す半導体基板1としては、p型の単結晶もしくは多結晶シリコンの基板を用いる。シリコンインゴットからスライスされたウエハ表面、及び表面付近は、スライス時にクラックなどの物理的ダメージが存在する。そこで、このダメージ層を除去するために、加熱されたアルカリ溶液に浸漬し、エッチングする。半導体基板1にはp型に限らず、n型の基板を用いてもよい。
As the
次に、図2に示すように、例えばアルカリエッチングなどの手法により半導体基板1に微小凹凸2を形成する。太陽電池表面はできるだけ多くの光を取り込むためにピラミッド型の微小凹凸2が形成されている。これにより受光面の面積を拡大することができ、反射光を減らし、できるだけ多くの光を取り込める構造となっている。ピラミッド型の他に微小凹凸2の形状として、V字溝を形成した逆ピラミッド構造もある。微小凹凸2は、例えば水酸化ナトリウムなどのアルカリ溶液にIPA(イソプロピルアルコール)などの添加剤を混ぜ、ウエハを浸漬させると形成することができる。溶液濃度、添加剤の量、温度、時間により微小凹凸2の形状は調整可能である。その他の形成方法として、ドライエッチングであるRIE(Reactive Ion Etching)でも受光面に微小凹凸2を形成することができる。RIEは多結晶基板の場合において有効である。
Next, as shown in FIG. 2,
次に、図3に示すように受光面電極形成予定領域10の両脇に溝4を形成する。受光面電極形成予定領域10は紙面垂直方向に延伸しているので、両脇の溝4も共に紙面垂直方向に延伸している。溝4の形成方法としては例えば、レーザを用いたスクライビングにより形成する方法がある。受光面電極形成予定領域10の両脇の溝4と溝4の間隔は例えば50〜90μmで、溝幅5〜10μm、溝深さ15〜30μmで形成する。このような条件であることが、後述するスクリーン印刷でペースト滲みが発生しても、溝を超えないようにして受光面グリッド電極の狭幅化を図るためには望ましい。溝4の幅、深さや形状はレーザ出力や波長を変えて調整することができ、形状としては、例えばV字、U字、矩形などがある。なお、溝4の深さは、微小凹凸2の凹凸の深さよりも一般には深い。
Next, as shown in FIG. 3, grooves 4 are formed on both sides of the light receiving surface electrode formation scheduled
上述した手順とは逆に、微小凹凸2を形成する前に、電極形成箇所の両脇にレーザを用いたスクライビングを行い、溝4を形成する方法もある。図1のダメージ層除去後、電極形成予定領域10の両脇にレーザスクライブを行う。その後、図2のようにアルカリエッチングを施すことにより、レーザダメージが除去されると同時にV字溝を形成することも可能である。
Contrary to the above-described procedure, there is also a method of forming the groove 4 by performing scribing using a laser on both sides of the electrode forming portion before forming the
また、ダメージ層除去後に酸化膜を形成し、受光面電極形成予定領域10の両脇にレーザ照射し、酸化膜を開口後、フッ硝酸、アルカリ処理を施すことにより、溝部をV字形状にすることができる。その後、図2の微小凹凸2の形成に移行することができるが、この酸化膜マスクにレーザにより、直径5−20μmの微小開口を規則的に形成することにより、逆ピラミッド構造にすることもできる。酸化膜に、電極脇には直線状の開口を、そのほかは微小開口を形成し、フッ硝酸、アルカリ処理を施すことにより、電極脇のV字溝(溝4)と逆ピラミッド(微小凹凸2)を同時に形成することができる。
Further, after removing the damaged layer, an oxide film is formed, laser irradiation is performed on both sides of the light-receiving surface electrode formation planned
この他に、エッチングペーストを溝形成部にスクリーン印刷でパターニングする方法やダイシングソーを用いて機械的に溝4を形成する方法もある。このように、溝4は、レーザ加工、ドライ・ウェットエッチング、ダイシング等での形成のいかなる方法でも作成可能である。なお、微小凹凸2の形成は必須ではなく、受光面電極形成予定領域10の両脇に溝4を形成すればよいので、受光面電極形成予定部がフラットになっていても構わない。
In addition, there are a method of patterning an etching paste on the groove forming portion by screen printing and a method of mechanically forming the groove 4 using a dicing saw. As described above, the groove 4 can be formed by any method such as laser processing, dry / wet etching, or dicing. Note that the formation of the
なお、電極脇の溝の形成方向は、例えば(110)方向に平行であることが望ましい。 In addition, it is desirable that the formation direction of the groove on the side of the electrode is parallel to the (110) direction, for example.
続いて、図4に示すように半導体基板1に半導体基板1とは異なる導電型の第二導電型層3(n型不純物層)を形成し、pn接合を形成する。pn接合があるため、光照射により発生した電荷は分離され、外部回路に取り出される。半導体基板1とは異なる不純物が拡散された第二導電型層3は炉内温度700〜1000℃で、リン拡散の場合はPOCl3、ボロン拡散の場合はBBr3雰囲気中で気相拡散にて、半導体基板1の表面へ形成される。第二導電型層3の厚さは100〜300nm程となっている。この層は炉内温度や処理時間、ガス流量などで調整可能である。
Subsequently, as shown in FIG. 4, a second conductivity type layer 3 (n-type impurity layer) having a conductivity type different from that of the
次に、図5に示すように、反射防止膜5を第二導電型層3(n型不純物層)の上に形成する。反射防止膜5としては、例えば、窒化シリコン膜や酸化シリコン膜などの絶縁膜が利用される。その形成方法はプラズマCVD法、常圧CVD法などがある。 Next, as shown in FIG. 5, the antireflection film 5 is formed on the second conductivity type layer 3 (n-type impurity layer). As the antireflection film 5, for example, an insulating film such as a silicon nitride film or a silicon oxide film is used. The formation method includes a plasma CVD method and an atmospheric pressure CVD method.
さらに、図5に示すように、半導体基板1の裏面に裏面アルミ電極7、受光面に表銀電極6をそれぞれ形成する。裏面アルミ電極7と受光面の表銀電極6はスクリーン印刷を用いて形成する。スクリーン印刷は電極形状がパターニング開口された印刷マスクと銀やアルミなどの導電性ペーストを用いて形成される。印刷速度は例えば100〜300mm/sである。まず、裏面アルミ電極7をベタ印刷し、仮乾燥する。その後、受光面側に形成された溝4と溝4の間に表銀電極6を形成する。この時、印刷ペーストの滲みやダレが生じた場合でも、溝4が形成されていることから、溝4を超えての滲みやダレは低減できる。また、表銀電極6が印刷される領域である2本の溝4の間は溝4の外の大部分を占める受光領域と同等の高さであり、印刷時、スクリーンと受光面電極形成予定領域10との間の隙間が小さく、押し出されたペーストと基板が接触するため、ペーストの組成および粘度の調整を行わなくても電極グリッドのカスレや断線もなく安定した印刷が可能である。従って、ペースト管理が容易になり、歩留まりの改善やタクトタイムの短縮も可能となる。なお、受光面電極形成予定領域10に微小凹凸2が形成されていることにより、ペーストと基板の密着性が高まるので、より安定した印刷をすることができる。これにより、印刷速度を低速化せずに印刷することが可能となる。
Further, as shown in FIG. 5, the back
印刷乾燥後、温度700〜800℃で高速焼成すると受光面の表銀電極6はファイアースルーにて反射防止膜5(窒化膜)を突き破り、第二導電型層3(拡散層)まで到達する。また、裏面アルミ電極7はBSF(Back Surface Field)を形成する。
After printing and drying, if the
以上説明したように、実施の形態にかかる太陽電池の製造方法によれば、受光面電極形成予定領域10の両脇に溝4を形成することにより、スクリーン印刷における印刷ペースト滲みの広がりを抑制すことが可能となる。即ち、受光面グリッド電極の電極幅を狭幅化することができる。これにより、受光面のシャドーロスを減らして発電量を増加させ、太陽電池特性を向上することが可能となる。
As described above, according to the method for manufacturing a solar cell according to the embodiment, the groove 4 is formed on both sides of the light receiving surface electrode formation scheduled
さらに、本願発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。また、上記実施の形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出されうる。例えば、上記実施の形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出されうる。更に、異なる実施の形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。 Furthermore, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention in the implementation stage. Further, the above embodiments include inventions at various stages, and various inventions can be extracted by appropriately combining a plurality of disclosed constituent requirements. For example, even if some constituent requirements are deleted from all the constituent requirements shown in the above embodiment, the problem described in the column of the problem to be solved by the invention can be solved, and is described in the column of the effect of the invention. In the case where a certain effect can be obtained, a configuration from which this configuration requirement is deleted can be extracted as an invention. Furthermore, the constituent elements over different embodiments may be appropriately combined.
以上のように、本発明にかかる太陽電池およびその製造方法は、スクリーン印刷を用いて受光面グリッド電極を形成する太陽電池およびその製造方法に有用であり、特に、細線、かつ厚膜の高アスペクト比の受光面グリッド電極を有する太陽電池およびその製造方法に適している。 As described above, the solar cell and the method for manufacturing the solar cell according to the present invention are useful for the solar cell for forming the light-receiving surface grid electrode using screen printing and the method for manufacturing the solar cell. It is suitable for a solar cell having a ratio light receiving surface grid electrode and a method for manufacturing the solar cell.
1 半導体基板
2 微小凹凸
3 第二導電型層
4 溝
5 反射防止膜
6 表銀電極(受光面電極)
7 裏面アルミ電極
10 受光面電極形成予定領域
DESCRIPTION OF
7 Back
Claims (9)
前記溝の形成後に、前記半導体基板の受光面側の表面に不純物を拡散させることにより第一導電型とは異なる第二導電型の層を形成する工程と、
第二導電型の層の上に反射防止膜を形成する工程と、
前記受光面電極形成予定領域の上にスクリーン印刷を用いて受光面電極を形成する工程と、
を含む
ことを特徴とする太陽電池の製造方法。 Forming grooves on both sides along the extending direction of the light receiving surface electrode formation scheduled region on the light receiving surface side of the semiconductor substrate of the first conductivity type;
Forming a second conductivity type layer different from the first conductivity type by diffusing impurities on the light receiving surface side surface of the semiconductor substrate after the formation of the groove;
Forming an antireflection film on the second conductivity type layer;
Forming a light-receiving surface electrode on the light-receiving surface electrode formation planned area using screen printing;
The manufacturing method of the solar cell characterized by including.
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。 2. The method according to claim 1, further comprising a step of forming, on the light receiving surface side of the semiconductor substrate, minute irregularities having irregularities smaller than the depth of the groove before the step of forming the second conductivity type layer. The manufacturing method of the solar cell of description.
ことを特徴とする請求項1または2に記載の太陽電池の製造方法。 The method for manufacturing a solar cell according to claim 1, wherein the groove is formed so that the width is 5 to 10 μm and the depth is 15 to 30 μm.
ことを特徴とする請求項1、2または3に記載の太陽電池の製造方法。 The said groove | channel is formed so that the space | interval of the groove | channels of the both sides may be 50-90 micrometers. The manufacturing method of the solar cell of Claim 1, 2, or 3 characterized by the above-mentioned.
ことを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の太陽電池の製造方法。 The solar cell according to any one of claims 1 to 4, wherein the groove is formed so that a shape in a cross section perpendicular to the extending direction of the groove is V-shaped, U-shaped, or rectangular. Manufacturing method.
ことを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の太陽電池の製造方法。 The said extending | stretching direction is parallel to a (110) direction. The manufacturing method of the solar cell of any one of Claims 1-5 characterized by the above-mentioned.
をさらに含む
ことを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の太陽電池の製造方法。 7. The method according to claim 1, further comprising: contacting the light receiving surface electrode with the second conductivity type layer by heating to a temperature of 700 to 800 ° C. after forming the light receiving surface electrode. The manufacturing method of the solar cell of Claim 1.
ことを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の太陽電池の製造方法。 The method for manufacturing a solar cell according to any one of claims 1 to 7, wherein the first conductivity type is p-type, and the second conductivity type is n-type.
ことを特徴とする太陽電池。 It manufactured with the manufacturing method of the solar cell of any one of Claims 1-8. The solar cell characterized by the above-mentioned.
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