JP2015211117A - Method of manufacturing solar cell and solar cell - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、太陽電池の製造方法および太陽電池に関する。 The present invention relates to a solar cell manufacturing method and a solar cell.
従来の太陽電池においては、光入射面(以下受光面と呼ぶ)、あるいは受光面と逆面(以下裏面と呼ぶ)の電極下の領域と、電極下以外の領域とに形成する不純物拡散層の不純物濃度を変え、それぞれの領域に最適な拡散層を形成するという技術がある。特に、高い光電変換効率を備えた太陽電池に関しては、電極と接触する領域に不純物を多く拡散させた低抵抗の拡散層を形成し、電極以外の領域に低濃度の高抵抗層を形成する選択エミッタ構造と呼ばれる技術を用いることが多い。選択エミッタ構造は、半導体基板表面に形成される拡散層において、電極と接続する領域に選択的に周囲よりも高い表面不純物濃度を持つエミッタ領域を形成した構造である。選択エミッタ構造とすることで、接合部分の不純物濃度を適切な濃度に保持した状態で、電極と接触するエミッタ領域の表面不純物濃度を高くすることができ、半導体基板と電極とのオーミック接触抵抗が低減し、曲線因子が向上する。さらに、エミッタ領域では、高濃度に不純物が拡散していることで電極と接続する領域での電界効果が高まり、キャリアの再結合を抑制することができ、開放電圧の向上につながる。 In a conventional solar cell, an impurity diffusion layer formed on a light incident surface (hereinafter referred to as a light receiving surface) or a region under the electrode opposite to the light receiving surface (hereinafter referred to as a back surface) and a region other than under the electrode. There is a technique of changing the impurity concentration and forming an optimum diffusion layer in each region. In particular, for solar cells with high photoelectric conversion efficiency, the choice is to form a low-resistance diffusion layer in which a large amount of impurities are diffused in a region in contact with the electrode and to form a low-concentration high-resistance layer in a region other than the electrode A technique called an emitter structure is often used. The selective emitter structure is a structure in which an emitter region having a surface impurity concentration higher than the surrounding is selectively formed in a region connected to an electrode in a diffusion layer formed on the surface of a semiconductor substrate. The selective emitter structure can increase the surface impurity concentration of the emitter region in contact with the electrode while maintaining the impurity concentration of the junction at an appropriate concentration, and the ohmic contact resistance between the semiconductor substrate and the electrode can be increased. Reduce and improve fill factor. Further, in the emitter region, since the impurity is diffused at a high concentration, the electric field effect in the region connected to the electrode is increased, carrier recombination can be suppressed, and the open circuit voltage is improved.
製造方法としては、半導体基板表面に拡散を阻害する層を形成し、阻害層の開口部に高濃度層、阻害層の除去後に低濃度の拡散層を作るという方法が開示されている(例えば特許文献1)。また、一旦高濃度の拡散層を半導体基板表面に形成し、一部の領域を削って表面の高濃度層を除去し、内部の低濃度部分を露出させる方法も開示されている(例えば特許文献2)。 As a manufacturing method, a method is disclosed in which a layer that inhibits diffusion is formed on the surface of a semiconductor substrate, and a high-concentration layer is formed in the opening of the inhibition layer, and a low-concentration diffusion layer is formed after removal of the inhibition layer (for example, a patent). Reference 1). Also disclosed is a method in which a high-concentration diffusion layer is once formed on the surface of a semiconductor substrate, a part of the region is shaved to remove the high-concentration layer on the surface, and an internal low-concentration portion is exposed (for example, Patent Documents). 2).
しかしながら、上記特許文献1に示されている技術によれば、低抵抗の不純物拡散層を形成した後、マスク膜を除去し、再び高抵抗の拡散処理を実施する必要がある。このため、熱処理を2回実施する必要があり、工程が煩雑となると共に、熱による基板品質の劣化を免れ得ないことになる。
However, according to the technique disclosed in
あるいは特許文献2に示される技術によれば、熱処理は1回のみであるが、半導体基板のエッチングを行うための表面にエッチングペーストを塗布する必要がある。このため、基板表面の汚染を洗浄する工程が新たに必要となる。さらに高抵抗領域は半導体基板表面の低抵抗部分を削って形成されるため、基板表面に前もって形成されていた反射率を低減するための凹凸形状が変化してしまうという問題もあった。
Alternatively, according to the technique disclosed in
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、1回の熱処理によって半導体基板に不純物濃度の高い低抵抗領域と、不純物濃度の低い高抵抗領域とを形成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 obtains a method for manufacturing a solar cell in which a low resistance region having a high impurity concentration and a high resistance region having a low impurity concentration are formed on a semiconductor substrate by a single heat treatment. For the purpose.
特に、本発明は、不純物濃度の低い高抵抗領域内に、電極形成のためのコンタクト領域を構成する低抵抗領域を有する太陽電池の製造方法を得ることを目的とする。 In particular, an object of the present invention is to obtain a method for manufacturing a solar cell having a low resistance region constituting a contact region for electrode formation in a high resistance region having a low impurity concentration.
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1および第2主面を有する第1導電型の半導体基板の第1主面に第2導電型の拡散層を形成する工程と、第1主面の一部に第1の集電電極を形成する工程と、第2主面に第2の集電電極を形成する工程とを含む。この第2導電型の拡散層を形成する工程は、第1主面の第1の集電電極を形成する領域で、その周辺領域よりも薄くなるように、不純物拡散を抑制する抑制膜を形成する工程と、抑制膜上に固相拡散源を形成する工程と、熱処理により、第1主面に固相拡散源から不純物拡散を行い、第2導電型の拡散層と、第1の集電電極を形成する領域に選択的に形成される第2導電型の高濃度拡散領域とを同時に形成する工程とを含む。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, the present invention forms a second conductive type diffusion layer on the first main surface of the first conductive type semiconductor substrate having the first and second main surfaces. And a step of forming the first current collecting electrode on a part of the first main surface and a step of forming the second current collecting electrode on the second main surface. The step of forming the diffusion layer of the second conductivity type is to form a suppression film that suppresses impurity diffusion so that it is thinner than the peripheral region in the region where the first current collecting electrode on the first main surface is formed. A step of forming a solid phase diffusion source on the suppression film, and a heat treatment to perform impurity diffusion from the solid phase diffusion source on the first main surface, a second conductivity type diffusion layer, and a first current collector Forming a second conductivity type high-concentration diffusion region selectively formed in a region where an electrode is to be formed.
本発明によれば、半導体基板の表面に形成された抑制膜の膜厚が領域ごとに異なるため、不純物が熱処理時に抑制膜を通過し半導体基板に到達するまでの時間に差が生じる。そのため、1回の熱処理によって半導体基板の領域ごとに不純物の進入深さを変えることができ、領域ごとに不純物の拡散量が異なる不純物拡散層を形成できるという効果を奏する。 According to the present invention, since the thickness of the suppression film formed on the surface of the semiconductor substrate differs from region to region, there is a difference in the time taken for impurities to pass through the suppression film and reach the semiconductor substrate during heat treatment. Therefore, the depth of impurity penetration can be changed for each region of the semiconductor substrate by one heat treatment, and an impurity diffusion layer having a different impurity diffusion amount for each region can be formed.
以下に、本発明にかかる太陽電池の製造方法および太陽電池の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではなく、そ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層あるいは各部材の縮尺が現実と異なる場合があり、各図面間においても同様である。また、平面図であっても、図面を見易くするためにハッチングを付す場合がある。 Below, the manufacturing method of the solar cell concerning this invention and embodiment of a solar cell are described in detail based on drawing. In addition, this invention is not limited by this embodiment, In the range which does not deviate from the summary, it can change suitably. In the drawings shown below, the scale of each layer or each member may be different from the actual for easy understanding, and the same applies to the drawings. Further, even a plan view may be hatched to make the drawing easy to see.
実施の形態1.
図1は、本発明にかかる太陽電池の実施の形態1を模式的に示す図であり、(a)は平面図、(b)は(a)のA−A断面図である。図2(a)および(b)は、同太陽電池の製造方法の概念を説明するための図、図3(a)〜(e)、図4(a)〜(c)、図5(a)〜(c)は、同太陽電池の製造工程図である。本実施の形態では結晶系太陽電池の一例である拡散型太陽電池(以下、太陽電池と呼ぶ場合がある)およびその製造方法について説明する。
FIG. 1 is a diagram schematically showing a first embodiment of a solar cell according to the present invention, in which (a) is a plan view and (b) is an AA cross-sectional view of (a). 2 (a) and 2 (b) are diagrams for explaining the concept of the solar cell manufacturing method, FIGS. 3 (a) to (e), FIGS. 4 (a) to (c), and FIG. 5 (a). ) To (c) are production process diagrams of the solar cell. In this embodiment mode, a diffusion type solar cell (hereinafter may be referred to as a solar cell) which is an example of a crystalline solar cell and a manufacturing method thereof will be described.
本実施の形態1にかかる太陽電池10は、受光面1Aとなる第1主面と裏面1Bとなる第2主面をもつ第1導電型の半導体基板としてのn型単結晶シリコン基板1に、第2導電型の拡散領域としてp型拡散層2とコンタクト領域としての高濃度p型拡散領域2Dとを形成したものである。そして裏面1B側にはn型拡散層3が形成されている。さらに受光面1Aおよび裏面1Bには、バス電極7Bとグリッド電極7Gとを含む受光面電極7と、裏面電極8とが形成されている。そしてさらに受光面1Aおよび裏面1Bには、パッシベーション膜5a,5bとしての酸化シリコン(SiO2)膜、反射防止膜6a,6bがとしての窒化シリコン(SiN膜)形成されている。
The
そしてこの第2導電型の拡散領域としてのp型拡散層2とコンタクト領域としての高濃度p型拡散領域2Dとは、図2(a)および(b)に形成方法の概念図を示すように、不純物拡散を抑制する酸化シリコン(SiO2)膜などの抑制膜12を形成し、抑制膜12の膜厚が、薄い領域12aと、厚い領域12bとに分けて形成する。そしてこの抑制膜12上に、第2導電型の半導体層を形成させるための不純物の拡散源となる固相拡散源14としてのボロンを含有するボロンシリケートガラス(BSG)層を形成する。抑制膜12の厚い領域12bに形成される固相拡散源14aに対し、薄い領域12aに形成される固相拡散源14bはn型単結晶シリコン基板1までの距離が短く形成される(図2(a))。なお、抑制膜12としては、前述の酸化シリコン膜以外にも、窒化シリコン膜(SiN)のような熱処理時に半導体基板に不要な物質が拡散して影響を与えることが無い膜を用いることもできる。一方、抑制膜12を印刷ペーストによって形成する方法もあるが、熱処理中に前述の不要な不純物が基板に進入する可能性があるため好ましくない。
The p-
こののち、n型単結晶シリコン基板1と、抑制膜12と、固相拡散源14とが一体となった半導体基板に熱処理を加え、固相拡散源14から第2導電型層4を形成する不純物がn型単結晶シリコン基板1の受光面1Aに到達し、n型単結晶シリコン基板1の受光面1Aに第2導電型層としてのp型拡散層2と、高濃度p型拡散領域2Dが形成される。第2導電型層4は、抑制膜12の厚い領域12bの直下の不純物を低量含む高抵抗の第2導電型層としてのp型拡散層2と、抑制膜12が薄い領域12aの直下の不純物を多量に含む低抵抗の第2導電型層としての高濃度p型拡散領域2Dとに分けられて形成される。
After that, a heat treatment is applied to the semiconductor substrate in which the n-type single
なお、第1導電型の半導体基板であるn型単結晶シリコン基板1の受光面1Aには、通常、光反射を低減するためにテクスチャと呼ばれる微細な凹凸構造が形成されている(図示せず)。第2導電型層4等の層構造は、テクスチャ上に形成される。また、裏面1Bにおいても受光面1A同様にテクスチャが形成される。
Note that a fine concavo-convex structure called a texture is usually formed on the
本実施の形態にかかる第1導電型の半導体基板としては、例えば微量のリンなどを含んでn型となった単結晶または多結晶のシリコン基板を用いることができる。この場合、固相拡散源14には、前述したように例えばボロンを含有するボロンシリケートガラス(BSG)層を用いることができる。BSG層の形成には、例えば減圧CVDや常圧CVDを用いることができる。
As the first conductivity type semiconductor substrate according to the present embodiment, for example, a single crystal or polycrystalline silicon substrate that is an n-type containing a small amount of phosphorus or the like can be used. In this case, as described above, for example, a boron silicate glass (BSG) layer containing boron can be used for the solid
第1導電型の半導体基板の受光面、および裏面は反射率を低減するためにテクスチャを有することが好ましいが、用途に合わせて、平坦な構造や、凹凸構造と平坦構造を組み合わせた構造などを用いてもよい。 The light-receiving surface and the back surface of the first conductivity type semiconductor substrate preferably have a texture in order to reduce reflectivity. However, a flat structure or a structure in which an uneven structure and a flat structure are combined according to the application. It may be used.
第1導電型の半導体基板の裏面は第1導電型の不純物層が形成されることもあるが、本発明とは直接の関わりが無いため、どのような構造でもよく、本発明を制限するものではない。 An impurity layer of the first conductivity type may be formed on the back surface of the first conductivity type semiconductor substrate, but since it is not directly related to the present invention, any structure may be used and the present invention is limited. is not.
また、第1導電型の半導体基板としては、n型に代えて例えば微量のボロンを含むp型の単結晶または多結晶を用いることもでき、固相拡散源にはリンを含有するリンシリケートガラス(PSG)を用いることもできる。 Further, as the first conductivity type semiconductor substrate, for example, a p-type single crystal or a polycrystal containing a small amount of boron can be used instead of the n-type, and a phosphorus silicate glass containing phosphorus as a solid phase diffusion source. (PSG) can also be used.
図3(a)〜(e)、図4(a)〜(c)、図5(a)〜(c)は、本実施の形態1の太陽電池の製造方法の製造工程を示す図である。本実施の形態1では、適切な前処理、例えばスライス後のダメージ層の除去やテクスチャの形成を施されたn型単結晶シリコン基板1を用いる(図3(a))。
3 (a) to 3 (e), 4 (a) to 4 (c), and 5 (a) to 5 (c) are diagrams illustrating a manufacturing process of the solar cell manufacturing method according to the first embodiment. . In the first embodiment, an n-type single
そしてn型単結晶シリコン基板1の受光面1Aに不純物拡散を抑制する抑制膜12として、例えばシリコン酸化膜が5nmから60nm未満の厚さで形成される(図3(b))。好ましくは、後述するように図19に示すように抑制膜の厚さが60nmまでは第1導電型の半導体基板に不純物が到達せず第1導電型から変化しないため、5nmから40nmとするのが望ましい。図19における抑制膜12としてはシリコン酸化膜を用いた。5nm以下の抑制膜を使用することも可能であるが、抑制効果が低下していくため好ましくない。抑制膜12は一様に形成される。
For example, a silicon oxide film having a thickness of 5 nm to less than 60 nm is formed on the light-receiving
一様に形成された抑制膜12の上部に抑制膜12の膜厚を削減することのできるエッチングペースト11を印刷する(図3(c))。
An
エッチングペースト11を活性化させるため、例えば100℃〜400℃で1〜30分の熱処理をn型単結晶シリコン基板1に加え、エッチングペースト11に抑制膜12を侵食させる(図3(d))。
In order to activate the
エッチングペースト11の侵食量は処理温度と時間によって制御でき、目的の抑制膜厚となるような処理を適用する。その後、エッチングペースト11をアルカリ性の溶液、例えば水酸化ナトリウム0.5〜10重量%の水溶液に浸漬させエッチングペースト11を除去する(図3(e))。
The amount of erosion of the
エッチングペースト11が侵食していた抑制膜12の領域12aは抑制膜12が薄くなっており、抑制膜12が薄い凹み部13が、例えば抑制膜12の残り厚さ5nm〜30nmで形成される。抑制膜12の残り厚さはエッチングペースト11の侵食量によって制御することができ、主には前述のエッチングペースト11の活性化温度と熱処理時間によって制御することができる。凹み部13が形成された抑制膜12の上部に第1導電型の半導体基板に拡散した際に第2導電型層を形成することのできる不純物を含有する固相拡散源14、例えばボロンを含有するシリコン酸化膜(BSG膜)を形成する(図4(a))。固相拡散源14は前述のようにBSG膜単体でも良いが、BSGと酸化膜を積層してもよく、半導体基板に不純物を拡散することができるものであれば良い。
In the
固相拡散源14は抑制膜12の凹凸に合わせて凹凸状に形成されてもよく、図4(a)に図示するように固相拡散源14の上部が平坦になるように形成されてもよい。本実施の形態では理解の容易のため、固相拡散源14の上部が平坦となるように図示している。抑制膜12の厚い領域12bはn型単結晶シリコン基板1と固相拡散源14との距離が長い状態となり、抑制膜12の薄い領域12aはn型単結晶シリコン基板1と固相拡散源14との距離が短い状態となる。続いてn型単結晶シリコン基板1に、例えば900℃〜1100℃、10分〜120分の熱処理を加える。
The solid
図4(b)〜(c)および図5(a)には熱処理時のn型単結晶シリコン基板1と、抑制膜12と、固相拡散源14と、固相拡散源14から拡散して形成される不純物層とが変化する様子も示している。固相拡散源14とn型単結晶シリコン基板1の間の抑制膜12が薄い領域12aでは熱処理初期よりn型単結晶シリコン基板1に不純物が拡散され不純物層2d2が形成される(図4(b))。第1導電型の半導体基板であるn型単結晶シリコン基板1内の不純物層2d2は第2導電型層としての機能を示すようになる。一方、固相拡散源14とn型単結晶シリコン基板1の間の抑制膜12が厚い領域12bでは、抑制膜12中に不純物が拡散した不純物層2d1が形成される。
4 (b) to 4 (c) and FIG. 5 (a), the n-type single
前述のように、熱処理初期のn型単結晶シリコン基板1には、不純物が拡散し形成された第2導電型層と、不純物が拡散されない領域が形成される。さらに熱処理を継続すると、不純物層2d2がn型単結晶シリコン基板1のより深くまで拡散していく(図4(c))。本段階においても抑制膜12の厚い領域12bの不純物層2d1はn型単結晶シリコン基板1の受光面1Aに到達することはなく、第2導電型層を形成することはない。すなわち、n型単結晶シリコン基板1の受光面1Aには、深い第2導電型層である高濃度p型拡散領域2Dとn型単結晶シリコン基板1の受光面1Aが露出した領域との2つの領域が形成される。続いて、熱処理の最終段には、抑制膜12の厚い領域12bの不純物層がn型単結晶シリコン基板1の受光面1Aに到達し、p型拡散層2が形成される(図5(a))。したがって、熱処理を終えた状態のn型単結晶シリコン基板1の受光面1Aには、不純物が少量拡散した第2導電型層であるp型拡散層2と、不純物が深くまで拡散し不純物量が多い第2導電型層である高濃度p型拡散領域2Dと、が混在して存在する。図中AA’の破線は理解を容易にするため、n型単結晶シリコン基板1と抑制膜12との界面であった箇所を示したものである。
As described above, the n-type single
熱処理終了後に第1導電型の半導体基板であるn型単結晶シリコン基板1の裏面1Bに、例えばPOCl3のガスを用いてリンを拡散させ、第1導電型層の拡散層であるn型拡散層3を形成する(図5(b))。続いて固相拡散源14と抑制膜12とを、例えばフッ化水素酸水溶液1〜10vol%の溶液に浸漬させ除去する。同時に裏面1B側に形成されるリンを含有する酸化膜層も除去することもできる。固相拡散源14と抑制膜12の除去後はn型単結晶シリコン基板1のみが残り、n型単結晶シリコン基板1の受光面1Aには不純物量が少なく浅い第2導電型層であるp型拡散層2と、不純物量が多く深い第2導電型層である高濃度p型拡散領域2Dとが形成される(図5(c))。p型拡散層2は高抵抗の導電層として機能し、高濃度p型拡散領域2Dおよび裏面1Bの第1導電型層であるn型拡散層3は低抵抗の導電層として機能する。一方裏面1Bには第1導電型層を配するのが好ましいが、形成されなくともよく、本実施の形態1を制限するものではない。
After completion of the heat treatment, phosphorus is diffused into the
本実施の形態によれば、太陽電池基板表面の形状を不純物拡散工程以降に変形させることが無いため反射率を低位に維持できる。また、1回の熱処理のみによって複数の不純物拡散層を形成できるため、低い接触抵抗と、不純物によるキャリアの失活が抑制されるために長いキャリアライフタイムと、熱履歴が少ないために基板品質の劣化を抑制することができより長いキャリアライフタイムとを具備し、光電変換効率に優れた太陽電池を製造できる。 According to this embodiment, since the shape of the solar cell substrate surface is not deformed after the impurity diffusion step, the reflectance can be maintained at a low level. In addition, since a plurality of impurity diffusion layers can be formed by only one heat treatment, a low carrier resistance, a long carrier lifetime due to suppression of carrier deactivation due to impurities, and a low thermal history result in low substrate quality. Deterioration can be suppressed, and a solar cell having a longer carrier lifetime and excellent photoelectric conversion efficiency can be produced.
また、高濃度p型拡散領域2Dがp型拡散層2よりも深い領域まで形成されているため、受光面電極形成時の合金化などにより、表面に食われが生じた場合にも、十分に低抵抗領域が残るため、コンタクト抵抗の低減を確実にすることができる。
Further, since the high-concentration p-
なお、抑制膜12の厚い領域12bと薄い領域12aの作り分け方法については、前記実施の形態1の方法に限定されることなく、他の方法を用いることもできる。この点については後述する。
The method for creating the
このような実施の形態1にかかる太陽電池の製造方法によれば、1回の熱処理によって第1導電型半導体基板の受光面に高抵抗の第2導電型層と、低抵抗の第2導電型層を形成でき、低抵抗の第2導電型層と電極とを接触させることができるとともに、複数回の熱処理によって生じる第1導電型の半導体基板の劣化を生じさせることがなく、キャリアライフタイムの長い太陽電池を製造することができる。加えて、高抵抗の第2導電型層と、低抵抗の第2導電型層と、を形成する際に、第1導電型の半導体基板の受光面は抑制膜によって覆われているため、受光面にペースト等の汚染源が接触することがなく、高い純度の太陽電池を製造することができる。さらに、受光面を削ること無く第2導電型層と、を形成することができるため、初期の受光面形状、例えばテクスチャを維持でき、低い反射率を維持した太陽電池を製造することができる。すなわち、実施の形態1にかかる太陽電池の製造方法によれば、長いキャリアライフタイムと、低い反射率と、汚染による基板品質の劣化がないという優れた特徴を備え、高光電変換効率を具備した太陽電池を製造することができる。 According to the method for manufacturing a solar cell according to the first embodiment, a high resistance second conductivity type layer and a low resistance second conductivity type are formed on the light receiving surface of the first conductivity type semiconductor substrate by one heat treatment. The layer can be formed, the low-resistance second conductivity type layer and the electrode can be brought into contact with each other, and the first conductivity type semiconductor substrate is not deteriorated due to the multiple heat treatments. Long solar cells can be manufactured. In addition, when forming the second conductive type layer having high resistance and the second conductive type layer having low resistance, the light receiving surface of the semiconductor substrate of the first conductive type is covered with the suppression film. A high-purity solar cell can be manufactured without contact of a contamination source such as a paste with the surface. Further, since the second conductivity type layer can be formed without cutting the light receiving surface, the initial light receiving surface shape, for example, texture can be maintained, and a solar cell maintaining a low reflectance can be manufactured. That is, according to the method for manufacturing a solar cell according to the first embodiment, it has excellent characteristics such as long carrier lifetime, low reflectance, and no deterioration of substrate quality due to contamination, and has high photoelectric conversion efficiency. A solar cell can be manufactured.
図1(b)は本実施の形態1の太陽電池の製造方法を用いて製造された太陽電池の断面図を示すものである。第1導電型の半導体基板であるn型単結晶シリコン基板1の受光面1A側に不純物を少量含む第2導電型層であるp型拡散層2と、不純物を多く含む低抵抗の第2導電型層である高濃度p型拡散領域2Dとが形成され、受光面1A上部にはパッシベーション膜5a、パッシベーション膜5aの上部には反射防止膜6aが形成される。なお、不純物拡散層であるp型拡散層は、一般的な熱拡散で形成されるため、このp型拡散層の深さ方向の濃度分布は、標準的な減衰形状をとる。第2導電型層の深さは、受光面電極と第1導電型の半導体基板の界面における少数キャリアの再結合を抑制するため、電界効果を付加するために500nm〜2μm程度が良い。500nmよりも浅い場合は同等の導電率を維持するためには不純物濃度が大きくなり再結合が多くなり、2μmよりも深い場合は低濃度であっても不純物の総量が多くなり、不純物によるキャリアの再結合が多くなり太陽電池の特性が低下していく。受光面電極は低抵抗の第2導電型層と接するように形成される。裏面1B側の構造は太陽電池としての機能を備えれば良いが、例えば図1(b)に示すように、パッシベーション膜5bと、反射防止膜6bと、裏面電極8と、が形成される。
FIG.1 (b) shows sectional drawing of the solar cell manufactured using the manufacturing method of the solar cell of this
なお、実施の形態1の太陽電池の製造方法では受光面1Aに前述の第2導電型層であるp型拡散層2と、第2導電型の拡散層2よりも高濃度の高濃度p型拡散領域2Dとを形成するように記載したが、第1導電型の半導体基板の裏面に形成してもよく、さらには例えば、第2導電型層を受光面に、第1導電型層を裏面にと、両面にそれぞれ濃度の異なる拡散層を形成してもよい。
In the method of manufacturing the solar cell of the first embodiment, the p-
第1導電型層の形成には、例えばリンを含むシリコン酸化膜である、リンシリケートガラス(PSG)を固相拡散源に用いることで形成できる。その際の抑制膜には例えば、シリコン酸化膜や、シリコン窒化膜を用いることができる。熱処理の方法は受光面と、裏面とに合わせて個別に行ってもよく、双方の面に同時に熱処理を加えても良い。抑制膜が薄い領域の面積は任意でよく、形状もライン状や、破線状や、ドット状、などの任意の形状で良い。 The first conductivity type layer can be formed by using, for example, phosphorus silicate glass (PSG), which is a silicon oxide film containing phosphorus, as a solid phase diffusion source. For example, a silicon oxide film or a silicon nitride film can be used as the suppression film at that time. The heat treatment method may be performed separately for the light receiving surface and the back surface, or both surfaces may be heat treated simultaneously. The area of the region where the suppression film is thin may be arbitrary, and the shape may be any shape such as a line shape, a broken line shape, or a dot shape.
実施の形態2.
実施の形態2にかかる太陽電池10の製造方法は、実施の形態1に示す太陽電池の製造方法に対し、抑制膜12の構造以外は同一であるため、実施の形態1を参照することとして詳細は省略する。
Since the manufacturing method of the
図6は実施の形態2にかかる太陽電池の製造方法によって形成された、製造途中の太陽電池の断面図である。実施の形態2にかかる太陽電池の製造方法では、抑制膜12を、n型単結晶シリコン基板1の表面に到達する開口を有するように形成し、固相拡散源14が、n型単結晶シリコン基板1の表面に接触するようにした状態で熱処理を行い、不純物拡散を行うものである。本実施の形態では抑制膜12を一様に形成した後、一部を例えばエッチングペーストを印刷し200〜400℃の温度で10分から30分の熱処理や、レーザ照射によって開口部15を形成する。続いてアルカリ性溶液、例えば水酸化ナトリウム水溶液0.5〜10重量%や、硫酸と過酸化水素の混合溶液を用いて洗浄する。その後、固相拡散源14を、抑制膜12の開口処理されない領域と、抑制膜12を開口してできた領域とに形成する。
FIG. 6 is a cross-sectional view of a solar cell being manufactured by the method for manufacturing a solar cell according to the second embodiment. In the method for manufacturing a solar cell according to the second embodiment, the
本実施の形態2にかかる太陽電池の製造方法によれば、抑制膜12の開口部15に固相拡散源14を形成するため、熱処理直後より不純物がn型単結晶シリコン基板1に拡散し、実施の形態1の太陽電池と同様、低抵抗の第2導電型層である高濃度p型拡散領域2Dが形成される。加えて、実施の形態1同様に抑制膜12が残存している領域は遅れて不純物が拡散するため、熱処理終盤に高抵抗の第2導電型層が形成される。
According to the method for manufacturing a solar cell according to the second embodiment, since the solid
したがって、実施の形態1以上に深くまで不純物が拡散した低抵抗の第2導電型層である高濃度p型拡散領域2Dと、高抵抗の第2導電型層であるp型拡散層2と、を1回の熱処理で形成できるため、基板品質の劣化を抑制でき、キャリアライフタイムの長い太陽電池が実現される。すなわち本実施の形態2にかかる太陽電池の製造方法によれば、キャリアライフタイムが長く、より深くまで不純物が拡散した低抵抗な第2導電型層と、を備える光電変換効率の高い太陽電池が実現される。
Therefore, a high-concentration p-
抑制膜を形成する工程は、抑制膜を除去して開口し、第1導電型の半導体基板表面を露呈する工程を含む。従ってこの製造方法によって製造された太陽電池は抑制膜を開口した領域の太陽電池基板により多くの不純物を拡散することができ、より低抵抗の不純物拡散層を形成でき、抵抗の低い太陽電池を製造できる。 The step of forming the suppression film includes a step of removing and opening the suppression film to expose the surface of the first conductivity type semiconductor substrate. Therefore, the solar cell manufactured by this manufacturing method can diffuse more impurities into the solar cell substrate in the region where the suppression film is opened, can form a lower resistance impurity diffusion layer, and manufactures a low resistance solar cell. it can.
実施の形態3.
前記実施の形態1および2では、抑制膜12の膜厚の薄い領域12aと厚い領域12bとを形成し、この上層に固相拡散源14を形成することで、拡散深さおよび濃度プロファイルを制御することで、1回の熱処理で高濃度領域と低濃度領域とを形成した。本実施の形態では、この抑制膜12のパターンを形成する方法の変形例について説明する。実施の形態1,2では、エッチングペーストを用いて、抑制膜12をエッチングしたが、本実施の形態では、樹脂成分(レジスト)R1のパターンを形成しておき、その部分の抑制膜12が薄く形成されるかあるいは形成されないようにする方法である。
In the first and second embodiments, the
図7(a)に示すように、n型単結晶シリコン基板1の受光面1A側に薄い抑制膜12Aを作成した後に、印刷ペーストなどを用いて樹脂成分(レジスト)R1を任意の領域に印刷する。
As shown in FIG. 7A, after forming a
続いて図7(b)に示すように、薄い抑制膜12Bを再度成膜する。このとき樹脂成分R1上には2回目の抑制膜が成膜されず薄い領域12aとして形成される。
Subsequently, as shown in FIG. 7B, a
そして最後に図7(c)に示すように、アルカリ溶液など、抑制膜12に影響を及ぼさない溶液を用いて樹脂成分R1を除去する。
Finally, as shown in FIG. 7C, the resin component R1 is removed using a solution that does not affect the
このようにして、厚い領域12bと薄い領域12aとを有する厚さの異なる抑制膜12が形成されるが、この方法によれば、エッチング工程を経ることなく形成されるため、基板表面の劣化や汚染を回避することができる。
In this way, the
この後は、例えば実施の形態1の図4(a)と同様に、固相拡散源14を形成し、熱処理を行うことで、同様の太陽電池を得ることができる。なお、図7(b)の工程で、樹脂成分R1上にも薄い抑制膜12Bが形成された場合にも、樹脂成分R1を除去する際に同様にリフトオフにより除去される。
Thereafter, for example, as in FIG. 4A of the first embodiment, the solid-
以上のように、抑制膜を形成する工程を、抑制膜を成膜する第1の成膜工程と、第1の成膜工程後に、保護膜となる物質を抑制膜上に設置し、その後抑制膜をさらに成膜して保護膜領域と、保護膜以外の領域とに異なる厚さの抑制膜を形成する第2の成膜工程とを備えている。この方法によれば、抑制膜の薄い領域の厚さを初回の抑制膜の成膜によって任意に制御できるため、抑制膜直下の太陽電池基板である第1導電型の半導体基板に形成される不純物拡散層に均一な拡散層を形成することができる。 As described above, the step of forming the suppression film includes the first film formation step of forming the suppression film and the substance that becomes the protective film after the first film formation step is placed on the suppression film and then suppressed. A film is further formed to provide a second film forming step of forming a protective film region and a suppression film having a different thickness in a region other than the protective film. According to this method, since the thickness of the thin region of the suppression film can be arbitrarily controlled by forming the suppression film for the first time, impurities formed on the first conductivity type semiconductor substrate, which is a solar cell substrate immediately below the suppression film A uniform diffusion layer can be formed in the diffusion layer.
実施の形態4.
本実施の形態では、この抑制膜12のパターンを形成する方法の変形例について説明する。実施の形態3では、樹脂成分(レジスト)R1のパターンを形成しておき、その部分の抑制膜12が薄く形成されるかあるいは形成されないようにする方法を用いたが、本実施の形態では、図8(a)〜(c)に示すように、樹脂成分(レジスト)R1のパターンに代えてステンレス製のメタルマスクMを載置するものである。
In the present embodiment, a modified example of the method for forming the pattern of the
図8(a)に示すように、前記実施の形態3の方法と同様、n型単結晶シリコン基板1の受光面1A側に薄い抑制膜12Aを作成した後に、このメタルマスクMを載置する。
As shown in FIG. 8A, similar to the method of the third embodiment, after forming a
続いて図8(b)に示すように、薄い抑制膜12Bを再度成膜する。このときメタルマスクM上には2回目の抑制膜が成膜されず薄い領域12aとして形成される。一方メタルマスクMの存在しない領域には薄い抑制膜12A上に薄い抑制膜12Bが積層されて厚い領域12bが形成される。
Subsequently, as shown in FIG. 8B, a
そして最後に図8(c)に示すように、メタルマスクMをはずす。 Finally, as shown in FIG. 8C, the metal mask M is removed.
このようにして、厚さの異なる抑制膜12が形成されるが、この方法によれば、アルカリ溶液などの溶液を用いた樹脂成分の剥離工程を経ることなく形成でき、溶液も何も不要で、ただ物理的にはずせばよいため、基板表面のダメージはさらに低減することができる。
In this way, the
この後は、例えば実施の形態1の図4(a)と同様に、固相拡散源14を形成し、熱処理を行うことで、同様の太陽電池10を得ることができる。
Thereafter, similar to FIG. 4A of the first embodiment, for example, the solid-
なお、メタルマスクに代えて、例えば半導体基板と同様のシリコンや、カーボンなどのマスク板を抑制膜上に設置し、2回目の抑制膜の成膜を実施すればよい。マスク設置領域には2回目の抑制膜が成膜されないため、薄い領域がマスク領域に形成され、マスク以外の領域には1回目と2回目を合計した厚い抑制膜が形成される。加えて、マスクを1回目の成膜時から設置しておくことも可能である。マスク領域以外は厚い抑制膜が成膜され、マスク直下の領域は成膜成分の回り込みにより薄い膜のみが形成される。 Instead of the metal mask, for example, a silicon or carbon mask plate similar to that of the semiconductor substrate may be placed on the suppression film, and the second suppression film may be formed. Since the second suppression film is not formed in the mask placement area, a thin area is formed in the mask area, and a thick suppression film is formed in the areas other than the mask, which is the sum of the first and second times. In addition, it is possible to install a mask from the first film formation. A thick suppression film is formed in areas other than the mask area, and only a thin film is formed in the area directly under the mask due to the wraparound of the film forming components.
実施の形態5.
本実施の形態では、この抑制膜12のパターンを形成する方法の変形例について説明する。実施の形態4では、ステンレス製のメタルマスクMを用いて、抑制膜の薄い部分を形成したが、本実施の形態では、図9(a)〜(c)に示すように、半導体基板と同様のシリコンや、カーボン、ステンレスなどのマスクプレートMPを成膜時にn型単結晶シリコン基板1の抑制膜成膜面から離して設置するようにしたものである。
Embodiment 5 FIG.
In the present embodiment, a modified example of the method for forming the pattern of the
図9(a)に示すように、まずn型単結晶シリコン基板1の受光面1A側にn型単結晶シリコン基板1の抑制膜成膜面から離してマスクプレートMPを設置する。
As shown in FIG. 9A, first, a mask plate MP is set on the
続いて図9(b)に示すように、抑制膜12を成膜する。このときマスクプレートMPのある領域には抑制膜が成膜されにくく薄い領域12Dとして形成される一方、マスクプレートMPのない領域では通常の膜厚の抑制膜12が形成される。
Subsequently, as shown in FIG. 9B, the
そして最後に図9(c)に示すように、マスクプレートMPをはずす。 Finally, as shown in FIG. 9C, the mask plate MP is removed.
このようにして、厚さの異なる抑制膜12が形成されるが、この方法によれば、1回の成膜工程で形成でき、アルカリ溶液などの溶液を用いた樹脂成分の剥離工程を経ることなく形成でき、剥離のための溶液も不要で、ただ物理的にはずせばよいため、基板表面のダメージのさらなる低減をはかることができる。
In this way, the
この後は、例えば実施の形態1の図4(a)と同様に、固相拡散源14を形成し、熱処理を行うことで、同様の太陽電池を得ることができる。
Thereafter, for example, as in FIG. 4A of the first embodiment, the solid-
なお、抑制膜の成膜を1回実施することにより、マスクプレートMPのマスクが無い領域は厚い抑制膜12bが形成され、マスクプレートMPの直下の領域は回りこんだ成分による薄い抑制膜12aが形成される。この方法によれば1度の抑制膜の形成にて抑制膜に膜厚差をもたせることができ、不要な物質がn型単結晶シリコン基板1などの半導体基板に触れることも無く好ましい。
In addition, by forming the suppression film once, a
マスク直下の領域の薄い抑制膜12aはマスクの開口部に近づくほど厚い膜が形成され、開口部から離れマスクによって遮蔽された中央部に近づくほど薄い膜が形成される。傾斜のついた抑制膜厚により遮蔽マスク幅よりも細い領域の抑制膜を選択的に薄く形成することができ、最も薄い領域に集中して不純物を拡散することができる。ゆえに受光面1Aにおける不純物が高濃度に拡散された面積を削減することができる。さらには、遮蔽された領域の中央が高濃度であり、遮蔽部周辺に近づくに連れ低濃度へと変化するため、変化領域である周辺部を大きく設計したとしても不純物量の増大は抑制される。したがって電極を形成する際に必要となる位置合わせのための余分領域を大きく取ることができる。すなわち、同一の不純物総量であっても、本実施の形態を用いることにより、余分領域を拡大することができ、電極形成時の位置ずれによる踏み外しに対する余裕度を向上させることができる。そのため低濃度拡散層に電極が接触することを防ぐことができ、開放電圧の低下を抑制することができる。
The
実施の形態6.
本実施の形態では、この抑制膜12のパターンを形成する方法の変形例について説明する。実施の形態5では、マスクプレートMPを基板表面から離間して配置し、抑制膜の薄い部分を形成したが、本実施の形態では、成膜時の基板温度を制御することで、膜厚の薄い領域を形成する方法である。図10(a)〜(c)に示すように、減圧CVD、常圧CVDを用いた抑制膜製膜時に、基板を設置する際、空隙PVを設けたサセプタPを用意する。空隙PVに位置する領域の基板は基板温度が他と比較して低くなるため、該領域の反応が制限され成膜される抑制膜12が薄くなり、薄い領域12Dが生じる。空隙PVに冷却用のガスを流すとより薄い膜のみが形成され易い。
Embodiment 6 FIG.
In the present embodiment, a modified example of the method for forming the pattern of the
図10(a)に示すように、まずn型単結晶シリコン基板1の裏面1B側に空隙PVを設けたサセプタPを設置する。
As shown in FIG. 10A, first, a susceptor P having a gap PV provided on the
続いて図10(b)に示すように、抑制膜12を成膜する。このとき空隙PVのある領域には抑制膜12が成膜されにくく薄い領域12Dとして形成される一方、空隙PVのない領域では通常の膜厚の抑制膜12が形成される。
Subsequently, as shown in FIG. 10B, the
そして最後に図10(c)に示すように、サセプタPをはずす。 Finally, as shown in FIG. 10C, the susceptor P is removed.
このようにして、厚さの異なる抑制膜12が形成されるが、この方法によれば、1回の成膜工程で形成でき、アルカリ溶液などの溶液を用いた樹脂成分の剥離工程を経ることなく形成できる。そして、受光面1A側ではなく裏面1B側での治具の装着でよいため、基板表面のダメージはさらに低減することができる。
In this way, the
この後は、例えば実施の形態1の図4(a)と同様に、固相拡散源14を形成し、熱処理を行うことで、同様の太陽電池を得ることができる。
Thereafter, for example, as in FIG. 4A of the first embodiment, the solid-
このように減圧CVDや常圧CVDでの抑制膜製膜時に、第1導電型の半導体基板を設置する際に裏面に空隙PVを設けたサセプタPを用意する。空隙PVに位置する領域の第1導電型の半導体基板であるn型単結晶シリコン基板1は基板温度が他と比較して低くなるため、該領域の反応が制限され成膜される抑制膜が薄くなり、薄い領域12Dが生じる。
As described above, when the suppression film is formed by the low pressure CVD or the normal pressure CVD, the susceptor P having the gap PV on the back surface is prepared when the first conductivity type semiconductor substrate is installed. Since the substrate temperature of the n-type single
前述の本実施の形態3〜6の太陽電池の製造工程を経た後、一般的な太陽電池の製造工程を用いて受光面、および裏面にパッシベーション膜を形成し、さらに、受光面のパッシベーション膜上に反射防止膜を形成する。該パッシベーション膜にはシリコン酸化膜や、シリコン窒化膜や、酸化アルミ膜などを用いることができる。反射防止膜には、例えばシリコン酸化膜や、シリコン窒化膜などを用いることができる。続いて、受光面と裏面に電極を形成する。電極は、例えば銀やアルミを含有するペーストを印刷して焼成することによって形成できる。パッシベーション膜、反射防止膜、電極、に関しては本発明を制限するものではないため、前述以外の材料や工程を用いても良い。電極の形成位置に関しては、不純物が多く拡散した低抵抗の第2導電型層上に形成されることが好ましく、第1導電型の半導体基板の外形を基準とした位置合わせや、なんらかの基準を前もって第1導電型の半導体基板に設けておくようにすることによって高濃度の第2導電型層上に電極を形成することができる。 After passing through the solar cell manufacturing steps of the above-described third to sixth embodiments, a passivation film is formed on the light receiving surface and the back surface using a general solar cell manufacturing step, and further on the passivation film on the light receiving surface. An antireflection film is formed on the surface. As the passivation film, a silicon oxide film, a silicon nitride film, an aluminum oxide film, or the like can be used. For example, a silicon oxide film or a silicon nitride film can be used as the antireflection film. Subsequently, electrodes are formed on the light receiving surface and the back surface. The electrode can be formed by printing and baking a paste containing, for example, silver or aluminum. Since the present invention is not limited to the passivation film, the antireflection film, and the electrode, materials and processes other than those described above may be used. As for the electrode formation position, it is preferable that the electrode is formed on a low-resistance second conductive type layer in which a large amount of impurities are diffused, and alignment based on the outer shape of the first conductive type semiconductor substrate or some reference in advance. By providing the first conductive type semiconductor substrate, an electrode can be formed on the high-concentration second conductive type layer.
実施の形態7.
実施の形態7にかかる太陽電池の製造方法は、抑制膜を除いて実施の形態1の太陽電池の製造方法と同一であるため、実施の形態1を参照することとして詳細は省略する。図11は、本発明にかかる太陽電池の実施の形態7を模式的に示す図であり、(a)は平面図、(b)は(a)のA−A断面図である。図12は、同太陽電池の製造方法の概念を説明するための図、図13(a)〜(e)、図14(a)〜(c)、図15(a)および(b)は、同太陽電池の製造工程図である。本実施の形態では結晶系太陽電池の一例である拡散型太陽電池(以下、太陽電池と呼ぶ場合がある)およびその製造方法について説明する。
Since the manufacturing method of the solar
実施の形態7にかかる太陽電池10の製造方法では第1導電型の半導体基板としてのn型単結晶シリコン基板1の受光面1Aに抑制膜22が形成されるが、抑制膜22が固相拡散源からなることが実施の形態1〜6の太陽電池の製造方法と異なる。抑制膜22にBSGなどの固相拡散源を用いる。抑制膜22は任意の領域を、例えばエッチングペーストを用いて100℃〜400℃で1〜30分熱処理することによって削られ薄膜化され、抑制膜22の上部には例えば含有する不純物濃度の異なるBSGからなる、別の固相拡散源24が形成される。ここで抑制膜22としては、ボロン濃度が低濃度である、例えば不純物濃度1018〜1020のp型不純物の固相拡散源が用いられる一方、固相拡散源24としては、ボロン濃度が高濃度である、例えば1021以上の固相拡散源が用いられる。鋭意検討の結果、抑制膜22に固相拡散源を用いたとしても抑制膜の厚さを変化させることにより、抑制膜22上に形成した固相拡散源24からの影響を制御することができ、不純物濃度の異なる拡散層を形成できることを筆者らは見出している。抑制膜22に固相拡散源を用いることにより抑制膜としての機能と拡散源としての機能の双方を具備させることが可能となる。図19は実施の形態に用いた抑制膜の厚さと不純物拡散後のシート抵抗変化を示すグラフである。また図20に、BSG膜上に別の固相拡散源を形成し、BSGを介して不純物を拡散させた際の不純物のピーク濃度を示すグラフを示す。縦軸は不純物最大濃度であり、固相拡散源の厚さが30nmであるものについて測定した。この結果からわかるように、固相拡散源の厚さを変化させることにより、不純物濃度の異なる拡散層を形成できることがわかる。抑制膜22としては前述のBSG膜以外にも、ガリウムやインジウムのようにアクセプタとして機能する不純物を含む酸化膜を用いることもできる。
In the manufacturing method of the
前記実施の形態1の太陽電池では、高濃度p型拡散領域2Dが、p型拡散層2よりも深い領域まで到達するように形成されたが、本実施の形態の太陽電池では、高濃度p型拡散領域2Dが、p型拡散層2の表面近傍に選択的に形成されている点が特徴である。他は本実施の形態1にかかる太陽電池と同様であり、ここでは説明を省略する。なお同一部位には同一符号を付した。
In the solar cell of the first embodiment, the high-concentration p-
製造に際しては図12に概念図を示すように第1導電型の半導体基板であるn型単結晶シリコン基板1の受光面1Aに形成され一部の領域が薄く形成された固相拡散源からなる抑制膜22と、抑制膜22よりも濃い濃度で形成された固相拡散源24が一体となった基板を形成し、この基板に熱処理を加える。
In manufacturing, as shown in the conceptual diagram of FIG. 12, the solid-phase diffusion source is formed on the light-receiving
まず、図13(a)に示すように、本実施の形態7の太陽電池の製造方法においても実施の形態1で説明したのと同様に、適切な前処理、例えばスライス後のダメージ層の除去やテクスチャの形成を施されたn型単結晶シリコン基板1を用いる。
First, as shown in FIG. 13 (a), in the solar cell manufacturing method of the seventh embodiment, as described in the first embodiment, an appropriate pretreatment, for example, removal of a damaged layer after slicing is performed. Or an n-type single
そしてn型単結晶シリコン基板1の受光面1Aに不純物拡散を抑制する抑制膜22として、例えばシリコン酸化膜が5nmから60nm未満の厚さで形成される(図13(b))。抑制膜22は一様に形成される。
For example, a silicon oxide film having a thickness of 5 nm to less than 60 nm is formed on the
一様に形成された抑制膜22の上部に抑制膜22の膜厚を削減することのできるエッチングペースト11Sを印刷する(図13(c))。
An
エッチングペースト11Sを活性化させるため、例えば100℃〜400℃で1〜30分の熱処理をn型単結晶シリコン基板1に加え、エッチングペースト11Sに抑制膜22を侵食させる(図13(d))。その後、エッチングペースト11Sをアルカリ性の溶液、例えば水酸化ナトリウム0.5〜10重量%の水溶液に浸漬させエッチングペースト11Sを除去する(図13(e))。
In order to activate the
エッチングペースト11Sが侵食していた部分の抑制膜22は薄くなっており、抑制膜22が薄い、凹み部13が、例えば抑制膜22の残り厚さ5nm〜30nmとなるように形成される。この凹み部13の下層が薄い領域22aとなっている。ここでも抑制膜22の残り厚さはエッチングペースト11Sの侵食量によって制御することができ、主には前述のエッチングペースト11Sの活性化温度と熱処理時間によって制御することができる。凹み部13が形成された抑制膜の薄い領域22aの上部に第1導電型の半導体基板に拡散した際に第2導電型層を形成することのできる不純物を含有する固相拡散源24、例えばボロンを含有するシリコン酸化膜(BSG膜)を形成する(図14(a))。
The
ここでも固相拡散源24は抑制膜22の凹凸に合わせて凹凸状に形成されてもよく、図14(a)に図示するように固相拡散源24の上部が平坦になるように形成されてもよい。本実施の形態では、理解の容易のため、固相拡散源24の上部が平坦となるように図示している。抑制膜22の厚い領域22bは第1導電型の半導体基板と固相拡散源24との距離が長い状態となり、抑制膜22の薄い領域22aは第1導電型の半導体基板と固相拡散源24との距離が短い状態となる。続いて第1導電型の半導体基板に、例えば900℃〜1100℃、10分〜120分、の熱処理を加える。
Again, the solid
図14(b)は熱処理初期の状態を示しており、n型単結晶シリコン基板1の受光面1Aの全面に低濃度の第2導電型層2d1が形成される。一方固相拡散源からなる抑制膜22が薄くなっている薄い抑制膜22aでは高濃度の不純物拡散が始まっており、抑制膜22中に高濃度の不純物拡散層2d2が形成される。さらに熱処理を加えると図14(c)に図示する状態となり、低濃度の第2導電型層2d1はより深くまで形成される。固相拡散源24からの不純物は薄い抑制膜22a中を拡散し、n型単結晶シリコン基板1の表面にまで到達する。
FIG. 14B shows an initial state of the heat treatment, and a low-concentration second conductivity type layer 2d 1 is formed on the entire light-receiving
図15(a)はさらに熱処理を加えた状態を示しており、低濃度の第2導電型層2d1はより深くまで形成され、第2導電型層であるp型拡散層2となる。さらに高濃度の不純物が第1導電型の半導体基板であるn型単結晶シリコン基板1に拡散され高濃度の第2導電型層である高濃度p型拡散領域2Dも形成される。
FIG. 15A shows a state in which heat treatment is further performed. The low-concentration second conductivity type layer 2d 1 is formed deeper and becomes the p-
その後、実施の形態1と同様に裏面の処理を実施し、図15(b)に示す形状となる。図15(b)に示すように、本実施の形態7の製造方法によれば、第1導電型の半導体基板であるn型単結晶シリコン基板1の受光面に不純物濃度が低い第2導電型層であるp型拡散層2が形成され、一部の領域に不純物濃度が高い第2導電型層である高濃度p型拡散領域2Dが形成される。図15(b)には図示しているが、裏面には第1型導電層であるn型拡散層3が形成されても、されなくとも良い。
Thereafter, the back surface is processed in the same manner as in the first embodiment, and the shape shown in FIG. As shown in FIG. 15B, according to the manufacturing method of the seventh embodiment, the second conductivity type having a low impurity concentration on the light receiving surface of the n-type single
このようにして、実施の形態7に示す製造工程を得た太陽電池は一般的なパッシベーション膜の形成、反射防止膜の形成、電極の形成を得て太陽電池として製造することができる。図11(b)は本実施の形態7の製造方法を経て製造された太陽電池の一例を示す断面図である。第1導電型の半導体基板であるn型単結晶シリコン基板1の受光面1Aに低濃度かつ深い第2導電型層であるp型拡散層2が形成され、一部の領域に高濃度かつ浅い第2導電型層である高濃度p型拡散領域2Dが形成される。第2導電型層であるp型拡散層2及び高濃度p型拡散領域2Dの上部にはパッシベーション膜5aが形成され、該パッシベーション膜5a上に反射防止膜6aが形成される。受光面電極7は、不純物が高濃度に存在するために低抵抗の性質を備える第2導電型層である高濃度p型拡散領域2Dと接するように形成される。裏面は第1導電型層であるn型拡散層3と、パッシベーション膜5bと、反射防止膜6bと、裏面電極8とが形成される。
In this way, the solar cell obtained by the manufacturing process shown in
このような実施の形態7にかかる太陽電池の製造方法を経た太陽電池は、実施の形態1に示す効果に加え、第2導電型層である高濃度p型拡散領域2Dが、低濃度かつ浅い第2導電型層であるp型拡散層2の下部であるn型単結晶シリコン基板1の内部に形成され、高濃度の拡散層が奥深くまで形成されることが無いためキャリアの失活を防ぐことができ、よりキャリアライフタイムの長い太陽電池が実現される。さらには、低濃度かつ深い拡散層が、高濃度p型拡散領域2Dの領域も含めて全面に形成され、基板最表面からの影響を低減できるために第2導電型層の飽和電流密度を低減でき、キャリアの失活をさらに抑制することができる。加えて、不純物を高濃度に含む高濃度p型拡散領域2Dが受光面の最表面に形成されるため、受光面電極7との接触抵抗を、実施の形態1に示す太陽電池と同様に低位に維持できる。すなわち、実施の形態7にかかる太陽電池の製造方法によれば、低い接触抵抗と、更に長いキャリアライフタイムと、を備えた高い光電変換効率を示す太陽電池が実現できる。
In the solar cell that has undergone the solar cell manufacturing method according to the seventh embodiment, in addition to the effects shown in the first embodiment, the high-concentration p-
上記方法によれば、固相拡散源の形成に先立ち、開口内に、固相拡散源とは濃度の異なる下層固相拡散源を形成する工程を含む。すなわち、不純物拡散を抑制する抑制膜に拡散させる不純物を含む膜を用いる工程と、任意の領域の抑制膜を除去し開口する工程と、抑制膜と、開口部との上に濃度の異なる2層の固相拡散源を形成する工程と、熱処理によって開口部に固相拡散源から不純物を拡散させて太陽電池基板上に不純物拡散層を形成する工程と、熱処理によって抑制膜を介して固相拡散源から不純物を太陽電池基板に拡散させる工程とを備える。 According to the above method, prior to the formation of the solid phase diffusion source, a step of forming a lower layer solid phase diffusion source having a concentration different from that of the solid phase diffusion source in the opening is included. That is, a step of using a film containing an impurity to be diffused into a suppression film that suppresses impurity diffusion, a step of removing and opening the suppression film in an arbitrary region, and two layers having different concentrations on the suppression film and the opening A step of forming a solid phase diffusion source, a step of diffusing impurities from the solid phase diffusion source in the opening by heat treatment to form an impurity diffusion layer on the solar cell substrate, and a solid phase diffusion through the suppression film by heat treatment Diffusing impurities from the source into the solar cell substrate.
この製造方法によれば、深い拡散層を太陽電池基板に一様に形成でき、開口した領域には新たに成膜する2層の固相拡散源が形成されるため、開口部には上記の深い拡散層とは異なる濃度の深い拡散層と浅い拡散層が形成でき、太陽電池基板に3種の異なる濃度の拡散層を一度に形成でき、抑制膜直下と、電極形成部直下と、にそれぞれ最適な拡散層を形成できるために、キャリア再結合をより抑制できるとともに接触抵抗の低い、光電変換効率に優れる太陽電池が実現される。 According to this manufacturing method, a deep diffusion layer can be uniformly formed on the solar cell substrate, and a two-phase solid phase diffusion source for newly forming a film is formed in the opened region. A deep diffusion layer and a shallow diffusion layer with different concentrations from the deep diffusion layer can be formed, and three types of diffusion layers with different concentrations can be formed at the same time on the solar cell substrate. Since an optimal diffusion layer can be formed, a solar cell that can further suppress carrier recombination and has low contact resistance and excellent photoelectric conversion efficiency is realized.
実施の形態8.
実施の形態8にかかる太陽電池の製造方法は、抑制膜と固相拡散源を除いて実施の形態1から7の太陽電池の製造方法と同一であるため、実施の形態1から7を参照することとして詳細は省略する。
The manufacturing method of the solar cell according to the eighth embodiment is the same as the manufacturing method of the solar cell of the first to seventh embodiments except for the suppression film and the solid phase diffusion source, and therefore, refer to the first to seventh embodiments. The details are omitted.
図16は、本発明にかかる太陽電池10の実施の形態8を模式的に示す図であり、(a)は平面図、(b)は(a)のA−A断面図である。図17及び図18は太陽電池の製造方法の概念を説明するための図である。本実施の形態では結晶系太陽電池の一例である拡散型太陽電池(以下、太陽電池と呼ぶ場合がある)およびその製造方法について説明する。
FIG. 16 is a diagram schematically showing an eighth embodiment of the
本実施の形態では第1導電型の半導体基板としてのn型単結晶シリコン基板1の受光面1Aにn型単結晶シリコン基板1に拡散すると第2導電型に変化させることのできる不純物を含む抑制膜22、例えばBSGが60nm以上の厚さで形成され、抑制膜22の一部の領域が開口される。開口された領域には固相拡散源22S、例えばBSGが1〜40nmの厚さで形成され、固相拡散源22S上にはさらに別の固相拡散源24が形成される。
In the present embodiment, suppression including impurities that can be changed to the second conductivity type when diffused into the n-type single
図17に示した工程を経た第1導電型の半導体基板としてのn型単結晶シリコン基板1を熱処理し、不純物を拡散させ第2導電型の拡散層であるp型拡散層2を形成させる。図18は実施の形態8にかかる太陽電池の製造方法によって形成された太陽電池の電極などを形成する前の断面図である。受光面1Aにはp型拡散層2が抑制膜22bの形成されていた領域に形成され、抑制膜22が開口されていた領域には、深い低濃度のp型拡散層2Sが形成され、深い低濃度のp型拡散層2Sの受光面1A表面近傍には高濃度p型拡散領域2Dが形成される。
The n-type single
受光面電極直下に位置する低濃度p型拡散層2Sの不純物濃度を、受光面のキャリアを移動させる必要がある第2導電型層の不純物濃度よりも低濃度で形成できるため、受光面電極の直下でのキャリアの失活をより削減することができる。加えて、受光面電極との接触のために高濃度で形成する必要がある高濃度p型拡散領域2Dを浅く形成でき、高濃度の不純物によりキャリアの失活を抑制できる。したがって第2導電型層であるp型拡散層2、及び、低濃度第2導電型層である低濃度p型拡散層2S、及び高濃度p型拡散領域2D、がそれぞれ領域に適した不純物濃度で形成されることにより、キャリアの再結合をより抑制させることができ、受光面電極との接触抵抗も低く抑えることができる。したがって実施の形態8にかかる太陽電池の製造方法を用いて製造された太陽電池は、長いキャリアライフタイムと低い接触抵抗を備えた、光電変換効率に優れた太陽電池が実現される。
Since the impurity concentration of the low-concentration p-
1 n型単結晶シリコン基板、2 p型拡散層、2D 高濃度p型拡散領域、2S 低濃度p型拡散層、3 n型拡散層、4 第2導電型層、5a,5b パッシベーション膜、6a,6b 反射防止膜、7 受光面電極、7B バス電極、7G グリッド電極、8 裏面電極、12,22 抑制膜、14,24 固相拡散源、11,11S エッチングペースト。 1 n-type single crystal silicon substrate, 2 p-type diffusion layer, 2D high-concentration p-type diffusion region, 2S low-concentration p-type diffusion layer, 3 n-type diffusion layer, 4 second conductivity type layer, 5a, 5b passivation film, 6a , 6b Antireflection film, 7 Light-receiving surface electrode, 7B Bus electrode, 7G Grid electrode, 8 Back electrode, 12, 22 Suppression film, 14, 24 Solid phase diffusion source, 11, 11S Etching paste.
Claims (8)
前記第1主面の一部に第1の集電電極を形成する工程と、
前記第2主面に第2の集電電極を形成する工程とを含み、
前記第2導電型の拡散層を形成する工程は、
前記第1主面の前記第1の集電電極を形成する領域で、その周辺領域よりも薄くなるように、不純物拡散を抑制する抑制膜を形成する工程と、
前記抑制膜上に固相拡散源を形成する工程と、
熱処理により、前記固相拡散源から前記第1主面に不純物拡散を行い、第2導電型の拡散層と、前記第1の集電電極を形成する領域に選択的に形成される第2導電型の高濃度拡散領域とを同時に形成する工程とを含む太陽電池の製造方法。 Forming a second conductive type diffusion layer on the first main surface of a first conductive type semiconductor substrate having first and second main surfaces;
Forming a first current collecting electrode on a part of the first main surface;
Forming a second current collecting electrode on the second main surface,
The step of forming the second conductivity type diffusion layer includes:
Forming a suppression film for suppressing impurity diffusion so as to be thinner than a peripheral region in a region where the first current collecting electrode is formed on the first main surface;
Forming a solid phase diffusion source on the suppression film;
By heat treatment, impurities are diffused from the solid phase diffusion source to the first main surface, and a second conductivity is selectively formed in a region where a second conductivity type diffusion layer and the first current collecting electrode are formed. And a step of simultaneously forming a high concentration diffusion region of the mold.
前記抑制膜を除去して開口し、前記第1導電型の半導体基板表面を露呈する工程を含む請求項1に記載の太陽電池の製造方法。 The step of forming the suppression film includes
The method for manufacturing a solar cell according to claim 1, further comprising a step of removing the suppression film to open and exposing the surface of the semiconductor substrate of the first conductivity type.
不純物拡散を抑制する抑制膜に拡散させる不純物を含む抑制膜を成膜する工程を含む請求項1に記載の太陽電池の製造方法。 The step of forming the suppression film includes
The manufacturing method of the solar cell of Claim 1 including the process of forming into a suppression film | membrane containing the impurity diffused in the suppression film | membrane which suppresses impurity diffusion.
前記抑制膜を成膜した後に、前記抑制膜の一部領域を薄くする工程と、
抑制膜上に前記固相拡散源を形成する工程とを備える請求項1または3に記載の太陽電池の製造方法。 The step of forming the suppression film includes
Thinning a partial region of the suppression film after forming the suppression film;
The method for producing a solar cell according to claim 1, further comprising: forming the solid phase diffusion source on a suppression film.
前記抑制膜を成膜する第1の成膜工程と、
前記第1の成膜工程後に、保護膜となる物質を抑制膜上に設置し、その後抑制膜をさらに成膜して保護膜領域と、保護膜以外の領域とに異なる厚さの抑制膜を形成する第2の成膜工程とを備えた請求項1,3,4のいずれか1項に記載の太陽電池の製造方法。 The step of forming the suppression film includes
A first film forming step of forming the suppression film;
After the first film formation step, a substance that becomes a protective film is placed on the suppression film, and then the suppression film is further formed to form a suppression film having a different thickness in the protective film region and the region other than the protective film. The manufacturing method of the solar cell of any one of Claim 1, 3, 4 provided with the 2nd film-forming process to form.
前記開口内に、前記固相拡散源とは濃度の異なる下層固相拡散源を形成する工程を含む
請求項3に記載の太陽電池の製造方法。 Prior to the formation of the solid phase diffusion source,
The method for manufacturing a solar cell according to claim 3, comprising a step of forming a lower layer solid phase diffusion source having a concentration different from that of the solid phase diffusion source in the opening.
前記半導体基板の前記第1主面上に形成された第2導電型の拡散層と、
前記第1主面上の一部に選択的に形成され、前記第2導電型の拡散層よりも不純物濃度の高い高濃度拡散領域と、前記高濃度拡散領域の下層に連続して形成され、前記第2導電型の拡散層よりも不純物濃度の低い低濃度拡散領域とを含む請求項7に記載の太陽電池。 A first conductivity type semiconductor substrate having first and second main surfaces;
A second conductivity type diffusion layer formed on the first main surface of the semiconductor substrate;
Selectively formed on a part of the first main surface, continuously formed in a high-concentration diffusion region having a higher impurity concentration than the diffusion layer of the second conductivity type, and a lower layer of the high-concentration diffusion region; The solar cell according to claim 7, further comprising a low concentration diffusion region having an impurity concentration lower than that of the second conductivity type diffusion layer.
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