JP2016004916A - Solar battery and method of manufacturing the same - 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係り、特に太陽電池のpn分離に関する。 The present invention relates to a solar cell manufacturing method and a solar cell, and more particularly to pn separation of a solar cell.
一般的な単結晶シリコン太陽電池あるいは多結晶シリコン太陽電池においてpn接合を形成する方法の一つに、p型シリコン基板に熱拡散でn型不純物を拡散させてn型層を形成しpn接合を形成する方法がある。熱拡散に際し、同時に基板端部にもn型の導電性をもったガラス層であるPSG層(Phosphorus Silicon Glass)が堆積する。そこで基板端部のPSG層を残したままにすると電気的なリークが発生し、セル特性が低下する。そこで、pn接合を分離するため、基板の端部のPSG層がエッチングされる。PSG層を除去するために、従来から多く用いられている方法としては、RIE(Reactive Ion Etching:反応性イオンエッチング)法を用いてドライエッチングする方法がある。 One method of forming a pn junction in a general single crystal silicon solar cell or polycrystalline silicon solar cell is to form an n-type layer by diffusing an n-type impurity in a p-type silicon substrate by thermal diffusion. There is a method of forming. During thermal diffusion, a PSG layer (Phosphorus Silicon Glass), which is a glass layer having n-type conductivity, is deposited at the same time on the edge of the substrate. Therefore, if the PSG layer at the edge of the substrate is left, electrical leakage occurs and cell characteristics are degraded. Therefore, the PSG layer at the edge of the substrate is etched to separate the pn junction. In order to remove the PSG layer, a conventionally used method is dry etching using a RIE (Reactive Ion Etching) method.
そしてPSG層を除去した後に工程にて、入射光を効率良く吸収するため、通常、反射防止膜と呼ばれる薄膜を受光面に堆積、もしくは成長させる。反射防止膜は数十〜百nm前後の厚さの酸化シリコン(SiO2)、窒化シリコン(SiNx)、酸化チタン、フッ化マグネシウム、酸化アルミニウム、酸化タンタル、硫化亜鉛などを単層もしくは2層以上組み合わせて用いられる。中でも、窒化シリコン膜は、化学量論的にはSi3N4の組成を持つが、生成条件により膜中のシリコン(Si)と窒素(N)の比率を制御することが可能であり、SiNxと表記されることもある。窒化シリコン膜は、生成条件により屈折率を変化させることが比較的容易なため、他の物質に比べて応用範囲が広い。近年、例えば、SiNx膜を大量かつ高速に成膜できるプラズマCVD装置が開発され、注目を浴びている。 In order to efficiently absorb the incident light in the process after removing the PSG layer, a thin film called an antireflection film is usually deposited or grown on the light receiving surface. The antireflection film is made of silicon oxide (SiO 2 ), silicon nitride (SiN x ), titanium oxide, magnesium fluoride, aluminum oxide, tantalum oxide, zinc sulfide or the like having a thickness of about several tens to hundreds of nanometers. Used in combination. Among them, the silicon nitride film has a composition of Si 3 N 4 stoichiometrically, but the ratio of silicon (Si) and nitrogen (N) in the film can be controlled by the generation conditions. Sometimes referred to as x . A silicon nitride film has a wider range of application than other materials because it is relatively easy to change the refractive index depending on the generation conditions. In recent years, for example, a plasma CVD apparatus capable of forming a large amount of SiN x film at a high speed has been developed and attracts attention.
一方、この反射防止膜をプラズマCVD装置にて成膜すると半導体基板の側面又は他面に回り込むことにより特性が低下するという問題がある。このため一方の面に形成される反射防止膜が、半導体基板の側面又は他面に回り込むのを防止するための、成膜方法が特許文献1に開示されている。特許文献1では、プラズマCVD装置における基板ホルダー枠体により、半導体基板の側面又は他面に回り込むのを抑制している。
On the other hand, when this antireflection film is formed by a plasma CVD apparatus, there is a problem that the characteristics are deteriorated by wrapping around the side surface or the other surface of the semiconductor substrate. For this reason,
また、反射防止膜成膜後にレーザーあるいはブラスト処理にて物理的にPSG層と反射防止膜とを同時に除去する方法、あるいはPSG層をウエットエッチングする方法も提案されている。特許文献2では、反射防止膜形成後にレーザーを用いて物理的に切断している。
In addition, a method of physically removing the PSG layer and the antireflection film simultaneously by laser or blasting after the formation of the antireflection film, or a method of wet etching the PSG layer has been proposed. In
しかしながら、上記従来の技術を用いて、上記のような回り込みによる特性低下を防止しようとすると以下の問題があった。例えば特許文献1では、プラズマCVD装置に設置される基板ホルダーに枠体を設けることで回り込みを抑制している。上記特許文献1の方法では、プラズマCVD膜の回り込みは防げるものの、反射防止膜の未形成領域においては反射防止効果と基板終端効果すなわちパッシベーション効果がないため有効面積が減少する。
However, when the above conventional technique is used to prevent the characteristic deterioration due to the wraparound as described above, there are the following problems. For example, in
特許文献2では、レーザーを用いて分離溝を形成すると、基板にダメージを与えてしまい、特性低下を招くという課題があった。また、特許文献1,2のいずれの場合も製造コストが高くなる。
In
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、製造工数を増加させることなく、回り込みによる特性低下を抑制することができる太陽電池の製造方法を得ることを目的とする。 This invention is made | formed in view of the above, Comprising: It aims at obtaining the manufacturing method of the solar cell which can suppress the characteristic fall by wraparound, without increasing a manufacturing man-hour.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、受光面である第1主面と、前記第1主面に対向する第2主面とを有する第1導電型を有する結晶系の半導体基板に対し、第2導電型の不純物を拡散し、第2導電型の半導体層を形成する工程と、第1主面と第2主面間に位置する側面の第2導電型の半導体層を除去し、第1および第2導電型に領域分離するpn分離処理工程と、CVD法により、半導体基板の前記第1主面から前記側面にまで到達するように、窒化シリコン膜を形成する工程とを含み、窒化シリコン膜を形成する工程は、膜厚55〜60nmの範囲で成膜する工程である。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, the present invention provides a crystal having a first conductivity type having a first main surface that is a light-receiving surface and a second main surface that faces the first main surface. A step of diffusing a second conductivity type impurity to form a second conductivity type semiconductor layer in a semiconductor substrate, and a second conductivity type of a side surface located between the first main surface and the second main surface A silicon nitride film is formed so as to reach from the first main surface to the side surface of the semiconductor substrate by a pn separation process step of removing the semiconductor layer and performing region separation into first and second conductivity types and a CVD method And the step of forming the silicon nitride film is a step of forming a film with a thickness in the range of 55 to 60 nm.
本発明によれば、窒化シリコン膜の膜厚を55〜60nmに制御するだけで、製造工数を増加させることなく、回り込みによる特性低下を抑制することができるという効果を奏する。 According to the present invention, there is an effect that it is possible to suppress deterioration of characteristics due to wraparound without increasing the number of manufacturing steps only by controlling the film thickness of the silicon nitride film to 55 to 60 nm.
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、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。 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 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は、実施の形態1に係る太陽電池を示すものであり、図1(a)は、太陽電池の受光面側の外観を示す平面図であり、図1(b)は、太陽電池1の裏面側の外観を示す平面図であり、図1(c)は、図1(a)のA−A断面、図1(b)のB−B断面に相当する断面図である。実施の形態1にかかる太陽電池10は、第1導電型を有する結晶系の半導体基板として機能するp型単結晶シリコン基板1の第1主面である受光面1Aおよび第1主面に対向する第2主面である裏面1Bには、光を閉じ込めるためのテクスチャー1Tとよばれる表面凹凸部が10μm程度の深さで形成されている。そしてp型単結晶シリコン基板1の受光面1A側のテクスチャー1T表面には厚さ0.2μmの第2導電型の半導体層であるn型拡散層2が形成されpn接合を形成している。このn型拡散層2上に反射を低減し光利用率を向上するための窒化シリコン膜からなる反射防止膜3が形成されている。そして受光面1A側の表面には多数の細いフィンガー電極4と、フィンガー電極4に直交する数本の太いバス電極5とからなる受光面電極が反射防止膜3の開口部に形成されている。そして本実施の形態では、反射防止膜3がCVD法により形成された膜厚55nm〜60nmの窒化シリコン膜であることを特徴とする。ここでp型単結晶シリコン基板1の表面にはテクスチャー1Tが形成されているが、視認性を高めるために凹凸を誇張表現している。
FIG. 1 shows a solar cell according to
p型単結晶シリコン基板1は、光が入射する側である受光面1Aと、受光面1Aと対向する裏面1Bと、受光面1Aと裏面1Bとの間に位置して受光面1Aと裏面1Bとを接続する側面1Cとを有する。裏面1Bは、受光面1Aの裏側に位置する面であり、受光面1Aと同一形状を有する。本実施の形態においては、受光面1Aと裏面1Bの平面形状は、図1に示したように角を除去する加工をした角加工ウェハ(pseudo−square wafers)であるが正方形を用いることも可能である。そして、第1導電型の半導体基板としては、p型に限定されることなくn型でもよく、また単結晶に限定されることなく多結晶であってもよい。
The p-type single
一方、太陽電池の裏面1Bには、p型単結晶シリコン基板1上に集電用の裏面集電電極7と外部取り出し電極8とからなる裏面電極が配置される。裏面集電電極7下には、焼成によるアルミニウムとシリコンの合金層(図示せず)が形成され、アルミニウムとシリコンの合金層の下にはアルミ拡散によるP+層で構成される裏面電界層すなわちBSF層6が形成されている。そしてp型単結晶シリコン基板1の裏面1BにはBSF層6が形成されているが、裏面1Bの外周縁すなわち端縁にはわずかにn型拡散層2が残留している。
On the other hand, on the
p型単結晶シリコン基板1は、例えば1辺が150mm〜160mm程度、厚みが150μm〜250μm程度である角加工のなされた矩形の平板である。このp型単結晶シリコン基板1の外周表面には、p型シリコンとn型シリコンとが接合したpn接合領域が形成されている。すなわちpn接合は、半導体基板であるp型単結晶シリコン基板1の外周表面に沿って設けられており、受光面1Aから側面1Cおよび裏面1Bの外周端縁に亘って設けられている。より具体的には、pn接合は、受光面1Aの全面、側面1Cの全面および裏面1Bのうち集電用の裏面集電電極7が設けられていない外周部に設けられている場合がある。詳細については後述する。
The p-type single
図1(a)に示すように、受光面1A側の電極は、n型の電極としてバス電極5とこれに接続されるフィンガー電極4とを有する。バス電極5は、幅1mm〜3mm程度の広い幅を有しており、受光面1A上に、互いに平行に2本〜4本程度設けられている。そして、フィンガー電極4は、このバス電極5に対して垂直に交わるように、受光面1A上に、1mm〜5mm程度のピッチで多数本設けられている。フィンガー電極4の幅は、20μm〜200μm程度である。このようなバス電極5、フィンガー電極4の厚みは、10μm〜20μm程度である。なお、受光面1Aの全面には、光の吸収を向上させるための反射防止膜3が形成されている。実際には図1(c)に示すように、この反射防止膜3は受光面1Aから側面1Cを経て裏面1Bの外周縁まで到達するように形成されている。
As shown in FIG. 1A, the electrode on the
図1(b)に示すように、裏面1B側の電極は、集電用の裏面集電電極7と、裏面集電電極7で集電された電流を取り出すための出力取出電極8とを有する。裏面集電電極7は、p型単結晶シリコン基板1の裏面1Bのうち外周部を除く全面に形成されている。出力取出電極8は、2mm〜5mm程度の幅を有しており、裏面1B上に、上記バス電極5が延びる方向と同じ方向に延びて、2本〜4本程度設けられている。そして、出力取出電極8の少なくとも一部は、裏面集電電極7と電気的に当接する。出力取出電極8の厚みは、10μm〜20μm程度、裏面集電電極7の厚みは15μm〜50μm程度とする。
As shown in FIG. 1B, the electrode on the
ここでフィンガー電極4、裏面集電電極7は、光電変換により生成されたキャリアを集電する役割を有している。バス電極5、出力取出電極8は、フィンガー電極4、裏面集電電極7で集めたキャリアを集め、外部に出力する役割を有している。
Here, the
なお、上述したように、pn接合は、裏面1Bのうち裏面集電電極7が設けられていない外周部に設けられている。したがって、裏面1Bにおいて、裏面集電電極7は、pn接合領域に隣接して設けられている。
As described above, the pn junction is provided in the outer peripheral portion of the
本実施の形態においては、p型単結晶シリコン基板1の受光面1Aおよび裏面1Bの外周縁の端部すなわち端縁は、pn分離を行うためにドライエッチング装置により、エッチング処理がなされ、端面のn型拡散層2が除去されている。つまり、p型単結晶シリコン基板1表面全体にn型拡散層2を形成し、pn分離のための端面エッチングにより側面のn型拡散層2は除去される。また裏面側のn型拡散層2は、裏面拡散により、反転されてBSF層6となる。しかしながら、ドライエッチングにより端面エッチングを行った場合、特にテクスチャーの谷の部分は影になりエッチングされずに残留する場合がある。n型拡散層2は、残留していたとしてもわずかであるため図示はしない。ただしわずかでもn型拡散層2が残留した場合には、上述したように受光面1Aから側面1Cおよび裏面1Bの外周端縁に亘ってpn接合が形成されている場合がある。さらに裏面1Bについては反射防止膜としての窒化シリコン膜3の成膜後にBSF層6が形成されるため、裏面1Bの外周縁すなわち端縁にはわずかにn型拡散層2が残留する場合がある。
In the present embodiment, the edges of the outer peripheral edges of the
本実施の形態の太陽電池によれば、裏面側の端縁、あるいは側面にはn型拡散層2が残留せず、端面エッチングが確実になされるようにするのが望ましいが、上述したように、裏面側の端縁、あるいは側面にもn型拡散層2が残留している場合にも、窒化シリコン膜の膜厚を制御することで、リーク電流の低減をはかることができ、n型拡散層2の回り込みによる特性劣化を抑制することができる。
According to the solar cell of the present embodiment, it is desirable that the n-
このように構成された太陽電池では、太陽光が太陽電池の受光面1A側からp型単結晶シリコン基板1のpn接合面(p型単結晶シリコン基板1とn型拡散層2との接合面)に照射されると、ホールと電子が生成される。生成された電子はn型拡散層2に向かって移動し、ホールはpn接合部の電界によって、p+層であるp型単結晶シリコン基板1に向かって移動する。これにより、n型拡散層2に電子が過剰となり、p+層にホールが過剰となる結果、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型拡散層2に接続したフィンガー電極4およびバス電極5がマイナス極となり、p+層であるBSF層6に接続した裏面集電電極7および出力取出電極8がプラス極となって、外部回路に電流が流れる。これにより、キャリアが両電極に集められ、両電極間に電位差を生ずる。
In the solar cell configured as described above, the sunlight is from the
次にこの太陽電池の製造方法について説明する。図2は実施の形態1に係る太陽電池の製造方法を示すフローチャート図、図3(a)〜(g)は、工程断面図である。まず、ここでは、図3(a)に示すように、シリコンのインゴットをスライスして得られる平板状のp型単結晶シリコン基板1を準備する。このn型単結晶シリコン基板1は例えば、シリコンにボロン(B)の不純物を微量添加することによりp型の導電型を呈する、比抵抗0.2Ω・cm〜2.0Ω・cm程度のp型単結晶シリコン基板1を用いることができる。ここで添加する不純物としてはボロンに限定されることなく、他のIII族元素にも適用可能である。
Next, the manufacturing method of this solar cell is demonstrated. FIG. 2 is a flowchart showing the method for manufacturing the solar cell according to
より具体的には、半導体基板は、単結晶半導体基板を用いる場合は、例えばチョクラルスキー法などの引き上げ法によって作製され、ワイヤーソーなどの切断装置を用いてスライスして作製される。多結晶半導体基板を用いる場合は、例えば鋳造法などの多結晶形成法で作製されたシリコンインゴットを、ワイヤーソーを用いて350μm以下、より好ましくは150μm〜250μm程度の厚みにスライスして作製される。 More specifically, when a single crystal semiconductor substrate is used, the semiconductor substrate is manufactured by, for example, a pulling method such as the Czochralski method, and is manufactured by slicing using a cutting apparatus such as a wire saw. In the case of using a polycrystalline semiconductor substrate, for example, a silicon ingot produced by a polycrystal formation method such as a casting method is sliced to a thickness of 350 μm or less, more preferably about 150 μm to 250 μm using a wire saw. .
半導体基板の形状は、円形や正方形、矩形であってもよく、半導体基板の大きさは円形では直径100mm〜200mm程度、正方形、矩形では一辺が100mm〜200mm程度のものであってもよい。いずれの形状をなす半導体基板も、上述のように受光面、裏面と側面とを有している。 The shape of the semiconductor substrate may be a circle, a square, or a rectangle, and the size of the semiconductor substrate may be a diameter of about 100 mm to 200 mm for a circle, and a side of a square or a rectangle may be about 100 mm to 200 mm. The semiconductor substrate having any shape has a light receiving surface, a back surface, and a side surface as described above.
まず、半導体基板として例えば数百μm厚のp型単結晶シリコン基板1を用意し、基板洗浄を行う(基板洗浄ステップS10)。p型単結晶シリコン基板1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するため、表面にスライス時のダメージが残っている。そこで、p型単結晶シリコン基板1をフッ酸などの酸または加熱したアルカリ溶液中、例えば水酸化ナトリウム水溶液に浸漬して表面をエッチングすることにより、p型単結晶シリコン基板1の切り出し時に発生してp型単結晶シリコン基板1の表面近くに存在するダメージ領域を取り除く。その後、純水で洗浄する(図3(a))。
First, a p-type single
ダメージ除去に続いて、例えば水酸化ナトリウムとイソプロピルアルコール(IPA)との混合溶液にp型単結晶シリコン基板1を浸漬して該p型単結晶シリコン基板1の異方性エッチングを行ない、p型単結晶シリコン基板1の受光面1A側および裏面1B側の表面に10μm程度の深さで微小凹凸からなるテクスチャー1Tを形成する(図3(b):テクスチャー形成ステップS20)。またはRIEなどのドライエッチングプロセスで表面に1μm〜3μmの凹凸形状を形成しても良い。
Following the damage removal, the p-type single
このようなテクスチャー構造をp型単結晶シリコン基板1の受光面1A側および裏面1B側に設けることで、太陽電池素子の受光面1A側で光の多重反射を生じさせ、太陽電池素子に入射する光を効率的にp型単結晶シリコン基板1の内部に吸収させることができ、実効的に反射率を低減して変換効率を向上させることができる。アルカリ溶液で、ダメージ層の除去およびテクスチャー構造の形成を行う場合は、アルカリ溶液の濃度をそれぞれの目的に応じた濃度に調整し、連続処理をする場合がある。また、RIEなどのドライエッチングプロセスでp型単結晶シリコン基板1の表面に1μm〜3μm程度の深さのテクスチャー1Tを形成してもよい。
By providing such a texture structure on the
つぎに、拡散処理を行ってp型単結晶シリコン基板1にpn接合を形成する。すなわち、リン(P)などのV族元素をp型単結晶シリコン基板1に拡散させてn型拡散層2を形成する(図3(c):拡散処理ステップS30)。ここでは、表面にテクスチャー構造を形成したp型単結晶シリコン基板1に対して、オキシ塩化リン(POCl3)ガス中で気相拡散法により高温で熱拡散によりリンを拡散させてpn接合を形成する。すなわち、p型単結晶シリコン基板1の受光面1Aから側面1C、裏面1Bに亘ってn型拡散層2を形成する。n型化ドーピング元素としてはP(リン)を用いることができる。n型拡散層2は、シート抵抗が30Ω/□〜150Ω/□程度のn型の層とすることができる。これにより上述のp型のバルク領域であるp型単結晶シリコン基板1とn型拡散層2との間にpn接合部が形成される。このような方法を用いることによって、n型拡散層2がp型単結晶シリコン基板2の表面に0.2μm〜0.7μm程度の深さで形成される。
Next, diffusion treatment is performed to form a pn junction in the p-type single
その後、図6(a)および(b)に示すように、基板端部のみを露出した状態(好ましくは複数枚の基板表面と裏面を重ね合わせ、基板端部のみを露出した状態(以後「スタック」と呼ぶ。)にして、ドライエッチング装置にて、基板端部のみをエッチングする(図3(d):pn分離ステップS40)。端部をエッチングするのは、基板全面(受光面、裏面、端部)において拡散層としてのn型層が形成されている状態から、受光面と裏面をそれぞれp型とn型に分離する(pn分離)ためである。裏面をp型化する方法については後述する。pn分離を行うにあたっては、ドライエッチング装置を用いる方法の他、ウエットエッチング法などの化学的除去法、特許文献2のようなレーザーを使用する方法などの物理的除去法、さらには化学的除去法と物理的除去法との併用法がある。
Thereafter, as shown in FIGS. 6A and 6B, only the substrate end is exposed (preferably a plurality of substrate front and back surfaces are overlapped, and only the substrate end is exposed (hereinafter referred to as “stack”). Then, only the substrate edge is etched by a dry etching apparatus (FIG. 3D: pn separation step S40). The edge is etched on the entire surface of the substrate (light receiving surface, back surface, This is for separating the light-receiving surface and the back surface into p-type and n-type, respectively (pn separation), from the state where the n-type layer as the diffusion layer is formed in the end portion. In performing pn separation, in addition to a method using a dry etching apparatus, a chemical removal method such as a wet etching method, a physical removal method such as a method using a laser as in
ドライエッチング処理によるpn分離後に、受光面1Aに反射防止膜3を形成する(図3(e):反射防止膜形成ステップS50)。この反射防止膜3は受光面1Aから側面1Cを経て裏面1Bの外周縁まで到達するように形成されている。反射防止膜3の材料としては、最も一般的な窒化シリコン膜(SiNx膜:ストイキオメトリな状態、すなわち、SiN化合物を構成している原子数の比(組成)が化学式どおりに存在しているSi3N4を中心にして組成比(x)には幅がある窒化シリコン膜)を用いる。ここで、反射防止膜3の膜厚は、55μm〜60μmの範囲でプラズマCVD装置にて成膜される。図4は、反射防止膜であるSiNx膜の膜厚を変化させたときの、膜厚とセル変換効率との関係を測定した結果を示す図である。横軸は膜厚(nm)、縦軸はセル変換効率(単位は規格値)を示す。この結果、反射防止膜3の膜厚を、55μm〜60μmの範囲としたとき、セル変換効率が最も高くなっていることがわかる。ここで反射防止膜3の膜厚を、62μm程度としたところでセルの変換効率が高くなっている点があるが、その直後に急峻な低下部分があるため、安全をみた範囲が、55μm〜60μmである。反射防止膜3の膜厚の最適範囲は、周辺条件によってわずかにずれることもあるが、大きな差異はなく、上記範囲を選択することで、FF(フィルファクタ)の向上をはかることができる。例えば、シリコンの場合、反射防止膜3の屈折率は1.8〜2.3程度であり、本実施の形態1では例えば2.1程度であるものを用いた。
After pn separation by dry etching, an
SiNx層の回り込みによって低下する特性は、主に暗電流Idの増加に伴うFFである。因みに暗電流Idの増加はpn接合の分離が十分ではないことを意味している。通常太陽電池の反射防止膜の成膜に用いられているようなプラズマCVD装置で成膜したCVD(SiNx)膜は、ある程度の導電性がある。このためSiNx層が受光面(第1導電型、例えばn型の領域)側から裏面(第2導電型、例えばp型の領域)側に回り込むことにより、暗電流Idが増加するものと考えられる。 The characteristic that decreases due to the wraparound of the SiN x layer is mainly FF accompanying the increase in the dark current Id. Incidentally, the increase in the dark current Id means that the separation of the pn junction is not sufficient. A CVD (SiN x ) film formed by a plasma CVD apparatus usually used for forming an antireflection film of a solar cell has a certain degree of conductivity. For this reason, it is considered that the dark current Id increases when the SiN x layer wraps around from the light receiving surface (first conductivity type, for example, n-type region) side to the back surface (second conductivity type, for example, p-type region) side. It is done.
本発明者らは、図5に示すように暗電流Idと反射防止膜であるSiNx膜の膜厚に直線性の相関があること、また、膜厚と太陽電池セルの変換効率に適切な範囲があることを見出した。図5において横軸は窒化シリコン膜SiNxの膜厚(nm)であり、縦軸は一点を1とし、SiNの膜厚のみを変化させたときの膜厚と変換効率(単位は規格値)との関係を測定した結果を示している。したがって、デバイスとして使用するに適切な変換効率をえることのできる範囲で反射防止膜の膜厚を制御することにより反射防止膜を物理的に分離する必要がなく、太陽電池セルの製造工数を増加させることなく、回り込みによる特性低下を抑制することができるという効果を奏する。 As shown in FIG. 5, the inventors of the present invention have a linear relationship between the dark current Id and the film thickness of the SiN x film as the antireflection film, and are suitable for the film thickness and the conversion efficiency of the solar battery cell Found that there is a range. In FIG. 5, the horizontal axis represents the film thickness (nm) of the silicon nitride film SiN x , and the vertical axis represents one film thickness and conversion efficiency when only one film thickness of SiN is changed (unit is a standard value). The result of having measured the relationship with is shown. Therefore, it is not necessary to physically separate the antireflective film by controlling the film thickness of the antireflective film within a range where conversion efficiency suitable for use as a device can be obtained, and the number of manufacturing steps of the solar battery cell is increased. The effect that the characteristic fall by wraparound can be suppressed is produced.
次に、p型単結晶シリコン基板1の裏面1Bに裏面集電電極7および出力取出し電極8を形成する(図3(f):裏面電極形成ステップS60)。裏面集電電極7は、アルミニウムを主成分とするペーストを裏面1Bの全面に塗布することで形成する。該ペーストを塗布した後、温度700℃〜900℃程度で熱処理(焼成)してアルミニウムをp型単結晶シリコン基板1に焼き付ける。このように塗布されたアルミニウムペーストを印刷後、焼成することにより、p型不純物であるアルミニウムをp型単結晶シリコン基板1の塗布部分に高濃度に拡散させることができ、裏面1Bにも形成されているn型拡散層2を反転させp型高濃度ドープ層(p+層)であるBSF層6に置き換えることができる。このようにして形成された裏面1Bにおけるp型高濃度ドープ層が裏面集電電極7に対するコンタクト層となる。
Next, the back
次に、受光面1Aに位置する電極、すなわちバス電極5およびフィンガー電極4(不図示)を形成する(図3(g):受光面電極形成ステップS70)。ここでは、焼成炉内にて最高温度が500℃〜650℃で数十秒〜数十分程度焼成することによりバス電極5およびフィンガー電極4が得られる。
Next, electrodes located on the
裏面1Bの出力取出電極8および受光面電極であるバス電極5およびフィンガー電極4は、銀を主成分とする導電ペーストを塗布することにより形成する。この銀を主成分とする導電ペーストは、例えば、銀フィラー100重量部に対して有機ビヒクルとガラスフリットを、それぞれ5重量部〜30重量部、0.1重量部〜15重量部配合、混練し、溶剤を用いて、50Pa・S〜200Pa・Sの程度の粘度に調節したものを用いることができる。
The
導電ペーストの塗布法としては、スクリーン印刷法などの印刷法を用いることができ、塗布後一定の温度で溶剤を蒸散させて乾燥させてもよい。また、裏面1B側の出力取出電極8は、印刷後乾燥しておき、受光面1A側のバス電極5およびフィンガー電極4と同時に一括焼成してもよい。これにより、高温工程となる熱処理工程を1回にすることができ、生産性を高めることができる。
As a method for applying the conductive paste, a printing method such as a screen printing method can be used, and after application, the solvent may be evaporated and dried at a constant temperature. Further, the
次に、p型単結晶シリコン基板1の受光面1Aの電極(バス電極5とフィンガー電極4)を形成する。このバス電極5とフィンガー電極4の形成においても、上述のように銀を主成分とする導電ペーストを、スクリーン印刷法などの印刷法を用いて塗布、乾燥、焼成することにより形成することができる。以上の工程を経て、太陽電池10を製造することができる。
Next, electrodes (
このようにして、反射防止膜3をCVD法により形成された膜厚55nm〜60nmの窒化シリコン膜とすることでFF特性の良好な太陽電池を得ることができる。また製造に際しても、極めて容易に作業性よく、形成することが可能となる。
Thus, the solar cell with favorable FF characteristic can be obtained by using the
実施の形態2.
前記実施の形態1では、pn分離ステップに際し、ドライエッチングを用いたが、実施の形態2ではこのドライエッチング工程の生産性向上を図る方法について説明する。図6(a)および(b)は、実施の形態2にかかる太陽電池の製造工程のうち、pn分離処理ステップを示す工程断面模式図である。本実施の形態では、太陽電池基板として機能する、n型拡散層2の形成されたp型単結晶シリコン基板1を、1枚ごとではなく、複数枚積層し、スタック構造体を形成し、スタック構造体としてドライエッチングを実施する。
In the first embodiment, dry etching is used in the pn separation step. In the second embodiment, a method for improving the productivity of the dry etching process will be described. 6A and 6B are process cross-sectional schematic diagrams showing a pn separation process step in the manufacturing process of the solar cell according to the second embodiment. In the present embodiment, a plurality of p-type single
すなわち、実施の形態1においてn型拡散層2を形成する拡散処理ステップS30の実施されたp型単結晶シリコン基板1を、図6(a)に示すように、受光面側が内側に来るようにして、スタック構造体の外側に露出しないように積層してスタック構造体を形成する。なお、pn分離処理ステップまでは、図2のステップS10〜S30および図3(a)〜(c)に示す、実施の形態1と同様であるためここでは説明を省略する。
That is, the p-type single
図6(a)に示すように、スタック構造体とした状態でドライエッチングを行い、側面のn型拡散層2をエッチング除去する。以上のようにドライエッチングによって側面のn型拡散層2を除去することによりpn分離がなされる(pn分離処理ステップ)。ドライエッチング工程に際し、最表層のp型単結晶シリコン基板1を基板ホルダ(図示せず)で支持するとともに保護することで、図6(b)に示すように、側面のn型拡散層2のみをエッチング除去することができる。このとき、異方性エッチング法であるRIE法を用いることで、露呈する、側面のみを選択的にエッチング除去し、内部でのエッチング回り込みを抑制することで、受光面側のn型拡散層2がエッチングされるのを抑制することができる。また、基板ホルダーの隙間からエッチングガスが回り込むことがあっても、スタック構造体の最表面をp型単結晶シリコン基板1の裏面1B側となるようにスタック構造体を積層しておくことにより、受光面側のn型拡散層2がエッチングされるのを抑制することができる。
As shown in FIG. 6A, dry etching is performed in a state of a stack structure, and the n-
本実施の形態によれば、n型拡散層2の形成されたp型単結晶シリコン基板1を複数枚積層して、スタック構造体を形成し、スタック構造体としてドライエッチングを実施することで、極めて容易にかつ作業性良く、複数枚のpn分離を一括して実現することが可能となる。
According to the present embodiment, by stacking a plurality of p-type single
また、本実施の形態の方法では、エッチングにおけるマスクが不要であり、薬液を用いたウエットエッチング工程に比べて比較的安価な装置を選択することができる。さらにブラスト法あるいはレーザーを用いた物理的な方法によるpn分離工程に比べ、表面の荒れが少ないという効果もある。 Further, the method of this embodiment does not require a mask for etching, and a relatively inexpensive apparatus can be selected as compared with a wet etching process using a chemical solution. Further, there is an effect that the surface is less rough than the pn separation step by a blasting method or a physical method using a laser.
実施の形態3.
前記実施の形態1では、pn分離ステップに際し、ドライエッチングを用いたが、ウエットエッチングを用いても良い。本実施の形態3では、ウエットエッチングによりp型単結晶シリコン基板1側面1Cのn型拡散層2をエッチング除去する。この場合も、pn分離ステップS40以外の工程はすべて実施の形態1と同様にすればよい。
In the first embodiment, dry etching is used for the pn separation step, but wet etching may be used. In the third embodiment, the n-
ウエットエッチングを用いた場合、エッチングの回り込みにより、側面から裏面周縁部までのn型拡散層2が効率よくエッチング除去され、裏面1B側の周縁部のn型拡散層2は除去され易い。このため、実施の形態1のようにドライエッチングによりpn分離がなされた場合のように、暗電流Idの増大は大きくはない。しかしながら、本実施の形態3の場合もやはりn型拡散層2の上層に形成される反射防止膜が導電性を帯びると暗電流Idの増大が、反射防止膜を構成する窒化シリコン膜の膜厚を55nm〜60nmとすることにより、暗電流の増大を抑制し、FFの高い太陽電池を得ることができる。
When wet etching is used, the n-
実施の形態4.
本実施の形態4では、pn分離ステップS40に、RIE(反応性イオンエッチング)を用いたことを特徴とする。この場合も、pn分離ステップS40以外の工程はすべて実施の形態1と同様にすればよい。
The fourth embodiment is characterized in that RIE (reactive ion etching) is used for the pn separation step S40. Also in this case, all the steps other than the pn separation step S40 may be performed in the same manner as in the first embodiment.
RIEを用いた場合、側面1Cのn型拡散層2は効率よくエッチング除去されるが、エッチングが裏面まで回り込むことは少ないため、裏面1B側のn型拡散層2は確実に基板端部まで残留している。これにより、n型拡散層2の上層に形成される反射防止膜3が導電性を帯びると暗電流Idの増大を免れ得ないが、反射防止膜3を構成する窒化シリコン膜の膜厚を55nm〜60nmとすることにより、暗電流の増大を抑制し、FFの高い太陽電池を得ることができる。
When RIE is used, the n-
なお、太陽電池を構成する半導体基板は、実施の形態1から4で用いたp型単結晶シリコン基板に限定されることなく、n型でもよく、また単結晶シリコン、多結晶シリコンなどの結晶系シリコン基板をはじめとする結晶系の半導体基板を用いることができる。ここで用いられる半導体基板は、例えば1辺が150mm〜160mm程度、厚みが150μm〜250μm程度の角加工のなされた矩形の平板であることが多い。この半導体基板の外周表面には、p型シリコンとn型シリコンとが接合してpn接合領域が形成されている。すなわちpn接合は、半導体基板であるp型単結晶シリコン基板1の外周表面に沿って設けられており、受光面1Aから側面1Cおよび裏面1Bの外周部に亘って設けられている。また実施の形態では、p型単結晶シリコン基板の受光面側に形成される受光面電極は、平行に配列されたフィンガー電極4とこのフィンガー電極4に直交するバス電極5とで構成されているが、フィンガー電極はグリッド電極と呼ばれることもあり、形状についても適宜変更可能である。またバス電極についても本数および形成位置は適宜変更可能であり、バス電極が形成されない場合もある。また、電極の構成あるいは構造についても、適宜変更可能である。
Note that the semiconductor substrate constituting the solar cell is not limited to the p-type single crystal silicon substrate used in
さらにまた、実施の形態では、p型単結晶シリコン基板1の表面全体にn型拡散層を形成する場合について説明したが、拡散工程において基板ホルダーなどの遮蔽治具で裏面あるいは側面への拡散を抑制しつつ、n型拡散層を形成する場合にも、わずかに不純物拡散が生じ、裏面あるいは側面へのn型拡散層の形成が免れえない場合もある。このように意図せずして裏面あるいは側面へのn型拡散層の形成がなされる場合にも、窒化シリコン膜の膜厚を、55nmから60nmの範囲とすることで、特性劣化を抑制することが可能となる。
Furthermore, in the embodiment, the case where the n-type diffusion layer is formed on the entire surface of the p-type single
また、窒化シリコン膜を形成するためのCVD法については、プラズマCVD法に限定されることなく、常圧CVD法および減圧CVD法などのCVD法全般に適用可能である。ただし、スパッタリング法の場合には、リークの発生があまりみられず、本発明は、CVD法による成膜の場合に有用な方法であると考えられる。 Further, the CVD method for forming the silicon nitride film is not limited to the plasma CVD method, and can be applied to general CVD methods such as an atmospheric pressure CVD method and a low pressure CVD method. However, in the case of the sputtering method, the occurrence of leak is not so much, and the present invention is considered to be a useful method in the case of film formation by the CVD method.
本発明のいくつかの実施の形態を説明したが、これらの実施の形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施の形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施の形態あるいはその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented as examples and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments or modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
1 p型単結晶シリコン基板、1T テクスチャー、1A 受光面、1B 裏面、1C 側面、2 n型拡散層、3 反射防止膜、4 フィンガー電極、5 バス電極、6 BSF層、7 裏面集電電極、8 出力取出電極、10 太陽電池。 1 p-type single crystal silicon substrate, 1T texture, 1A light-receiving surface, 1B back surface, 1C side surface, 2 n-type diffusion layer, 3 antireflection film, 4 finger electrode, 5 bus electrode, 6 BSF layer, 7 back surface collecting electrode, 8 Output extraction electrode, 10 solar cell.
Claims (5)
前記第1主面と前記第2主面間に位置する側面の前記第2導電型の半導体層を除去し、第1および第2導電型に領域分離するpn分離処理工程と、
CVD法により、前記半導体基板の前記第1主面から前記側面にまで到達するように、窒化シリコン膜を形成する工程とを含み、
前記窒化シリコン膜を形成する工程は、膜厚55nmから60nmの範囲で成膜する工程である太陽電池の製造方法。 A second conductivity type impurity is diffused into a crystalline semiconductor substrate having a first conductivity type having a first main surface as a light receiving surface and a second main surface opposite to the first main surface. Forming a two-conductivity-type semiconductor layer;
A pn isolation treatment step of removing the second conductivity type semiconductor layer on a side surface located between the first main surface and the second main surface and separating the regions into first and second conductivity types;
Forming a silicon nitride film so as to reach the side surface from the first main surface of the semiconductor substrate by a CVD method,
The step of forming the silicon nitride film is a method of manufacturing a solar cell, which is a step of forming a film with a film thickness in the range of 55 nm to 60 nm.
前記結晶系の半導体基板を複数枚、前記第1主面を内側にして積層しスタック構造体を形成する工程と、
前記スタック構造体の側面の窒化シリコン膜をドライエッチングでエッチングする工程とを含む請求項1から3のいずれか1項に記載の太陽電池の製造方法。 The pn separation process step includes
A step of forming a stack structure by laminating a plurality of the crystalline semiconductor substrates, the first main surface being the inside, and
The method for manufacturing a solar cell according to claim 1, further comprising: a step of etching a silicon nitride film on a side surface of the stack structure by dry etching.
前記半導体基板の側面を除く前記第1主面と前記第2主面の一部に形成された第2導電型の半導体層と、
前記半導体基板の前記第1主面から前記側面にまで到達するように形成された、膜厚55nmから60nmの窒化シリコン膜とを含む太陽電池。 A crystalline semiconductor substrate having a first conductivity type having a first main surface which is a light-receiving surface and a second main surface opposite to the first main surface;
A second conductivity type semiconductor layer formed on a part of the first main surface and the second main surface excluding the side surface of the semiconductor substrate;
A solar cell including a silicon nitride film having a film thickness of 55 nm to 60 nm formed so as to reach the side surface from the first main surface of the semiconductor substrate.
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