JP2016032073A - Method and device for manufacturing solar cell - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、太陽電池セルの製造方法および太陽電池セルの製造装置に関し、ウォーターマークの発生を抑制する太陽電池セルの製造方法および太陽電池セルの製造装置に関する。 The present invention relates to a solar cell manufacturing method and a solar cell manufacturing device, and more particularly to a solar cell manufacturing method and a solar cell manufacturing device that suppress the generation of watermarks.
シリコン基板を用いた半導体デバイス、たとえば太陽電池セルの製造工程において、pn接合を形成するための熱拡散工程がある。たとえば、p型シリコン基板にリン拡散を行う場合には以下の熱拡散工程が行われる。すなわち、p型シリコン基板を熱酸化炉へ投入して該p型シリコン基板をオキシ塩化リン(POCl3)蒸気の存在下で加熱し、リンを含む酸化膜であるリンガラスを該p型シリコン基板の表面に成膜する。そして、リンガラスからリンをp型シリコン基板内へ熱拡散させることによって、n型不純物拡散層となるリン拡散層を該p型シリコン基板の表面に形成してpn接合を形成する。 There is a thermal diffusion process for forming a pn junction in a manufacturing process of a semiconductor device using a silicon substrate, for example, a solar battery cell. For example, when phosphorus diffusion is performed on a p-type silicon substrate, the following thermal diffusion process is performed. That is, a p-type silicon substrate is put into a thermal oxidation furnace, the p-type silicon substrate is heated in the presence of phosphorus oxychloride (POCl 3 ) vapor, and a phosphorus glass that is an oxide film containing phosphorus is added to the p-type silicon substrate A film is formed on the surface. Then, phosphorus is thermally diffused from the phosphorus glass into the p-type silicon substrate, thereby forming a phosphorus diffusion layer serving as an n-type impurity diffusion layer on the surface of the p-type silicon substrate to form a pn junction.
上記熱拡散工程後のリン拡散層の表面には、ガラスを主成分とするリンガラスが成膜されている。リン拡散層の表面にリンガラスが残留していると太陽電池セルの光電変換効率を低下させてしまうため、該リンガラスを除去するための洗浄工程が必要となる。 On the surface of the phosphorous diffusion layer after the thermal diffusion step, phosphorous glass containing glass as a main component is formed. If phosphorous glass remains on the surface of the phosphorous diffusion layer, the photoelectric conversion efficiency of the solar battery cell is lowered, so that a cleaning step for removing the phosphorous glass is required.
一般的に行われるリンガラスを除去するための洗浄工程は、初めにフッ酸(HF)、またはHFと硝酸(HNO3)と硫酸(H2SO4)との混酸などのHFを含む溶液を用いたウェットエッチング処理によるリンガラスの除去処理と、シリコン基板の表面に残留するHFを含む溶液を純水によって洗浄する洗浄処理と、シリコン基板の表面の純水の水切りおよび乾燥を行う乾燥処理から成る。 In general, the cleaning step for removing phosphorus glass is performed by first using a solution containing HF such as hydrofluoric acid (HF) or a mixed acid of HF, nitric acid (HNO 3 ), and sulfuric acid (H 2 SO 4 ). From the removal processing of phosphorus glass by the wet etching process used, the cleaning process of cleaning the solution containing HF remaining on the surface of the silicon substrate with pure water, and the drying process of draining and drying the pure water on the surface of the silicon substrate Become.
太陽電池セルの製造においては、低コストで太陽電池セルを製造することが求められる。このため、上記洗浄工程は、多数枚のシリコン基板を一度に一括処理するバッチ方式で行われる。また、乾燥処理は、タクト短縮およびコスト削減のために、昇温したドライエアーを上下左右方向からシリコン基板に向けて吹き付けるドライエアーブローによって行われる。 In the production of solar cells, it is required to produce solar cells at low cost. For this reason, the above-mentioned cleaning process is performed by a batch method in which a large number of silicon substrates are collectively processed at a time. In addition, the drying process is performed by dry air blowing in which heated dry air is blown from the top, bottom, left, and right directions toward the silicon substrate in order to reduce tact time and reduce costs.
しかしながら、ドライエアーブローでは、1バッチの全数のシリコン基板を一様に乾燥することは困難である。さらに、太陽電池セルのシリコン基板表面にはテクスチャ構造とよばれる凹凸構造が形成されるため、該テクスチャの形状効果により表面状態が変化しやすく、疎水性の場合にはより疎水性に、親水性の場合にはより親水性になりやすく、シリコン基板の面内の表面状態にムラが生じる。上記の理由から、上述した太陽電池セルの製造方法では、シリコン基板の表面状態および乾燥時間にムラが生じ、シリコン基板の表面にウォーターマークとよばれるシリコン酸化物(SiOx)が発生しやすい。 However, with dry air blow, it is difficult to uniformly dry all the silicon substrates in one batch. Furthermore, since the uneven structure called texture structure is formed on the surface of the silicon substrate of the solar battery cell, the surface state is likely to change due to the shape effect of the texture, and in the case of hydrophobicity, it becomes more hydrophobic and hydrophilic. In this case, the surface becomes more hydrophilic and unevenness occurs in the surface state of the silicon substrate. For the above reasons, in the method for manufacturing a solar cell described above, the surface state and drying time of the silicon substrate are uneven, and silicon oxide (SiO x ) called a watermark is likely to be generated on the surface of the silicon substrate.
ウォーターマークが発生すると、シリコン基板の表面が白濁して外観不良となり、該外観不良により太陽電池セルの歩留まりが低下する。ウォーターマークの発生には乾燥方式、基板表面の水素結合状態および表面形状などの条件が影響する。 When the watermark is generated, the surface of the silicon substrate becomes cloudy and the appearance is deteriorated, and the yield of solar cells is reduced due to the appearance failure. The generation of the watermark is affected by conditions such as the drying method, the hydrogen bonding state of the substrate surface, and the surface shape.
ウォーターマークの発生を抑制する方法として、たとえば特許文献1では、リンガラスを除去するためにシリコン基板を希フッ酸水溶液に浸漬した後に、該シリコン基板を希フッ酸水溶液に浸漬した状態で該希フッ酸水溶液に酸化性水溶液を混合することで、基板表面を親水化する。 As a method for suppressing the generation of a watermark, for example, in Patent Document 1, after a silicon substrate is immersed in a dilute hydrofluoric acid aqueous solution in order to remove phosphorous glass, the silicon substrate is immersed in the dilute hydrofluoric acid aqueous solution. The substrate surface is hydrophilized by mixing an oxidizing aqueous solution with a hydrofluoric acid aqueous solution.
しかしながら、上記従来の技術によれば、希フッ酸水溶液に酸化性水溶液を混合した混合溶液にシリコン基板を浸漬するため、シリコン基板の表面では酸化膜形成と該酸化膜およびリンガラスのエッチングとが同時に進行する。太陽電池セルの製造では、光電変換効率の高い太陽電池セルを得るために、先の工程でp型シリコン基板の表面に形成したn型不純物拡散層となるリン拡散層のリン濃度が重要である。したがって、エッチングによるリン拡散層の表面のリン濃度の変動を抑制しなければならない。また、エッチングによって、シリコン基板の表面に形成されているテクスチャ構造の表面ラフネスが大きくなり、テクスチャ構造による光電変換効率向上効果が設計通りに得られない、という問題があった。さらに、希フッ酸水溶液に酸化性水溶液を混合して使用するため、希フッ酸水溶液をバッチごとに新たに準備する必要があり、環境負荷が大きいという問題があった。 However, according to the above conventional technique, since the silicon substrate is immersed in a mixed solution obtained by mixing an oxidizing aqueous solution with a dilute hydrofluoric acid aqueous solution, the formation of the oxide film and the etching of the oxide film and the phosphor glass on the surface of the silicon substrate are performed. Progress at the same time. In the production of solar cells, in order to obtain a solar cell with high photoelectric conversion efficiency, the phosphorus concentration of the phosphorus diffusion layer that becomes the n-type impurity diffusion layer formed on the surface of the p-type silicon substrate in the previous step is important. . Therefore, fluctuations in the phosphorus concentration on the surface of the phosphorus diffusion layer due to etching must be suppressed. In addition, the surface roughness of the texture structure formed on the surface of the silicon substrate is increased by the etching, and the photoelectric conversion efficiency improvement effect by the texture structure cannot be obtained as designed. Further, since the oxidizing aqueous solution is mixed with the dilute hydrofluoric acid aqueous solution, it is necessary to newly prepare the dilute hydrofluoric acid aqueous solution for each batch, and there is a problem that the environmental load is large.
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、環境負荷を増加させることなく、太陽電池セルの品質向上および太陽電池セルの歩留まり向上が可能な太陽電池セルの製造方法および該太陽電池セルの製造方法を実現する太陽電池セルの製造装置を得ることを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and a method for manufacturing a solar cell capable of improving the quality of the solar cell and improving the yield of the solar cell without increasing the environmental load, and the solar cell It aims at obtaining the manufacturing apparatus of the photovoltaic cell which implement | achieves this manufacturing method.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる太陽電池セルの製造方法は、第1導電型のシリコン系基板の表面に凹凸構造を形成する第1工程と、前記シリコン系基板の表面に第2導電型の不純物を拡散して前記シリコン系基板の表層に不純物拡散層を形成する第2工程と、前記不純物拡散層上に形成された前記不純物と前記シリコン系基板の材料とを含む化合物層を除去する第3工程と、を含み、前記第3工程は、フッ酸を含む溶液を用いて前記シリコン系基板の表面をエッチングする第4工程と、前記シリコン系基板の表面に残存する前記フッ酸を含む溶液を純水で洗浄する第5工程と、酸化性薬液を用いて前記シリコン系基板の表面に均一に酸化膜を形成する第6工程と、前記シリコン系基板の表面に残存する前記酸化性薬液を純水で洗浄する第7工程と、前記シリコン系基板の表面を乾燥させる第8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, a method for manufacturing a solar battery cell according to the present invention includes a first step of forming a concavo-convex structure on the surface of a silicon substrate of a first conductivity type, and the silicon system. A second step of diffusing impurities of a second conductivity type on the surface of the substrate to form an impurity diffusion layer on a surface layer of the silicon-based substrate; the impurities formed on the impurity diffusion layer; and a material of the silicon-based substrate And a third step of removing a compound layer including: a fourth step of etching the surface of the silicon substrate using a solution containing hydrofluoric acid; and a surface of the silicon substrate. A fifth step of cleaning the solution containing hydrofluoric acid remaining in the substrate with pure water, a sixth step of uniformly forming an oxide film on the surface of the silicon-based substrate using an oxidizing chemical solution, and The acid remaining on the surface It characterized in that it comprises a seventh step of washing the sexual chemical with pure water, and an eighth step of drying the surface of the silicon-based substrate.
本発明によれば、環境負荷を増加させることなく、太陽電池セルの品質向上および太陽電池セルの歩留まり向上が可能になる、という効果を奏する。 According to the present invention, it is possible to improve the quality of solar cells and the yield of solar cells without increasing the environmental load.
以下に、本発明にかかる太陽電池セルの製造方法および太陽電池セルの製造装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は以下の記述に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。また、以下に示す図面においては、理解の容易のため、各部材の縮尺が実際とは異なる場合がある。各図面間においても同様である。 EMBODIMENT OF THE INVENTION Below, embodiment of the manufacturing method of the photovoltaic cell concerning this invention and the manufacturing apparatus of a photovoltaic cell is described in detail based on drawing. In addition, this invention is not limited to the following description, In the range which does not deviate from the summary of this invention, it can change suitably. In the drawings shown below, the scale of each member may be different from the actual scale for easy understanding. The same applies between the drawings.
実施の形態
本実施の形態は、太陽電池セルの製造に関するものであり、特に、拡散工程後の洗浄工程に起因するウォーターマークの発生の抑制に関するものである。詳細には、本実施の形態は、第1導電型のシリコン系基板の表層に第2導電型の不純物を熱拡散させることによってシリコン系基板の表層に不純物拡散層を形成した後に実施される、シリコン系基板の表面に形成された、不純物とシリコン系基板との化合物層の除去処理に関するものである。該化合物層は、より詳細には、第2導電型の不純物とシリコン系基板の材料であるシリコンと酸素とを主成分とする化合物層である。
Embodiment The present embodiment relates to the manufacture of solar cells, and particularly relates to the suppression of the generation of watermarks resulting from the cleaning process after the diffusion process. Specifically, the present embodiment is performed after the impurity diffusion layer is formed in the surface layer of the silicon substrate by thermally diffusing the second conductivity type impurity in the surface layer of the first conductivity type silicon substrate. The present invention relates to a removal process of a compound layer formed between an impurity and a silicon substrate formed on the surface of the silicon substrate. More specifically, the compound layer is a compound layer mainly composed of impurities of the second conductivity type, silicon that is a material of the silicon-based substrate, and oxygen.
まず、本実施の形態にかかる太陽電池セルの製造方法を用いて作製される太陽電池セルについて説明する。図1および図2は、本実施の形態にかかる太陽電池セルの製造方法を用いて作製された太陽電池セルを示す図であり、図1は太陽電池セルの要部断面図、図2は太陽電池セルの上面図である。図1および図2に示す太陽電池セルは、p型シリコン基板11aの基板表層にn型不純物拡散層11bを有してpn接合が形成されたシリコン基板11と、シリコン基板11の受光面側の面に形成された反射防止膜12と、シリコン基板11の受光面側の面に形成された受光面側電極13と、シリコン基板11の受光面と対向する面である裏面に形成された裏面電極14とを備える。また、シリコン基板11の裏面側の表層部における裏面電極14の下部領域には、p型シリコン基板11aよりもp型不純物を高濃度に含んだP+層11cが形成されている。P+層11cは、BSF(Back Surface Field)効果を得るために設けられる。
First, the solar battery cell produced using the manufacturing method of the solar battery cell concerning this Embodiment is demonstrated. FIG. 1 and FIG. 2 are views showing a solar battery cell manufactured using the method for manufacturing a solar battery cell according to the present embodiment, FIG. 1 is a cross-sectional view of the main part of the solar battery cell, and FIG. It is a top view of a battery cell. 1 and 2 includes a
受光面側電極13は、グリッド電極13aおよびバス電極13bを含み、図1においてはグリッド電極13aの長手方向に垂直な断面における断面図を示している。また、n型不純物拡散層11bと反射防止膜12との間には、シリコン酸化膜21が形成されている。シリコン基板11の受光面側の表面、すなわちn型不純物拡散層11bの表面には、微細な凹凸構造であるテクスチャ構造15が形成されている。
The light receiving
つぎに、図1および図2に示す太陽電池セルを製造するための工程を説明する。図3〜図6は、実施の形態にかかる太陽電池セルの製造方法を説明する要部断面図である。 Below, the process for manufacturing the photovoltaic cell shown in FIG.1 and FIG.2 is demonstrated. 3-6 is principal part sectional drawing explaining the manufacturing method of the photovoltaic cell concerning embodiment.
まず、p型シリコン基板11aがシリコンインゴットからスライス加工により切り出される。p型シリコン基板11aは、単結晶シリコン基板でもよく、多結晶シリコン基板でもよい。本実施の形態では、p型シリコン基板11aに単結晶シリコン基板を用いるものとする。シリコンインゴットからスライス加工により切り出されたp型シリコン基板11aの表面には、スライス加工時にワイヤーが削れて生じる切り粉および研磨剤などからなる汚染物質である有機不純物と金属不純物とが付着している。このため、シリコンインゴットから切り出されたp型シリコン基板11aに対して、スライス加工により切り出された際の残渣である有機不純物および金属不純物の洗浄除去処理が行われる。
First, the p-
有機不純物および金属不純物の洗浄除去処理が行われたp型シリコン基板11aには、太陽電池セルがより多くの太陽光を吸収できるように、ウェットエッチング工程において図3に示すように基板表面に微細な凹凸構造であるテクスチャ構造15が形成される。テクスチャは、シリコンの面方位によりエッチングレートが異なる性質を利用して、異方性エッチングによって該p型シリコン基板11aの表面に形成できる。テクスチャ形成においては、水酸化ナトリウム水溶液または水酸化カリウム水溶液等のアルカリ性水溶液に添加剤であるイソプロピルアルコール(isopropyl alcohol:IPA)等の有機物を加えた高温の薬液であるウェットエッチング液にp型シリコン基板11aを浸漬する。なお、ウェットエッチング液をp型シリコン基板11aの表面に供給してテクスチャを形成できれば、p型シリコン基板11aをウェットエッチング液に浸漬しなくてもよい。
The p-
つぎに、表面にテクスチャが形成されたp型シリコン基板11aを熱拡散炉へ投入し、オキシ塩化リン(POCl3)蒸気または水素化リン(PH3)蒸気等のリンを含む雰囲気の存在下で加熱してp型シリコン基板11aの表面にリンガラス層を堆積させる。そして、該リンガラス層からリンを供給することでp型シリコン基板11a中にリンを拡散させる。これにより、p型シリコン基板11aの全面の表層にn型不純物拡散層11bが形成され、pn接合が形成される。そして、n型不純物拡散層11bの表面は、リンガラス層が形成されている状態となる。リンガラス層は、第2導電型の不純物であるリンと、第1導電型のシリコン系基板であるp型シリコン基板11aの材料であるシリコンとを含む化合物層である。該化合物層は、より詳細には、リンとシリコンと酸素とを主成分とする化合物層である。
Next, the p-
ここで、n型不純物拡散層11bの形成直後の、n型不純物拡散層11bを含むp型シリコン基板11aの表面には、図4に示すようにリンガラス層31が形成されている。このため、エッチング液を用いてウェットエッチングにより該リンガラス層31を除去するリンガラス除去工程が行われる。
Here, immediately after the formation of the n-type
図7は、本実施の形態にかかる太陽電池セルの製造方法におけるリンガラス除去工程のフローを説明するフローチャートである。本実施の形態にかかるリンガラス除去工程は、ステップS10において実施されるリンガラスエッチング工程と、ステップS20において実施される第1洗浄工程と、ステップS30において実施される酸化膜形成工程と、ステップS40において実施される第2洗浄工程と、ステップS50において実施される乾燥工程と、を含む。 FIG. 7 is a flowchart for explaining the flow of the phosphorus glass removing step in the method for manufacturing a solar battery cell according to the present embodiment. The phosphorus glass removing process according to the present embodiment includes a phosphorus glass etching process performed in step S10, a first cleaning process performed in step S20, an oxide film forming process performed in step S30, and step S40. The 2nd washing process performed in and a drying process performed in Step S50 are included.
ステップS10のリンガラスエッチング工程では、フッ酸(HF)、またはHFとHNO3とH2SO4との混酸等の、HFを含む溶液をエッチング液に用いたウェットエッチング処理によって、n型不純物拡散層11bを含むp型シリコン基板11aの表面に形成されているリンガラス層31をエッチング除去する。HFを含む溶液におけるフッ酸の濃度は特に限定されず、n型不純物拡散層11bの形成条件などの諸条件により適宜設定されればよい。また、HFを含む溶液であるエッチング液へのp型シリコン基板11aの浸漬時間は、n型不純物拡散層11bの形成条件およびフッ酸の濃度などの諸条件により適宜設定されればよい。
In the phosphor glass etching process of step S10, n-type impurity diffusion is performed by wet etching using a solution containing HF such as hydrofluoric acid (HF) or a mixed acid of HF, HNO 3 and H 2 SO 4 as an etchant. The
リンガラスエッチング工程では、たとえばHF:H2O=1:10で調製されたHF溶液にp型シリコン基板11aを450秒間浸漬して、n型不純物拡散層11bを含むp型シリコン基板11aの表面に形成されているリンガラス層31をエッチング除去する。
In the phosphorous glass etching step, for example, the p-
ステップS20の第1洗浄工程では、リンガラスエッチング工程の実施後に、p型シリコン基板11aの表面に純水を供給することによって、p型シリコン基板11aの表面に残存している、HFを含む溶液を純水で洗浄する第1洗浄処理を行う。第1洗浄工程では、たとえばp型シリコン基板11aを純水に浸漬して、p型シリコン基板11aの表面に残留しているHF溶液を洗浄により洗い流す。
In the first cleaning process of step S20, after the phosphorus glass etching process is performed, pure water is supplied to the surface of the p-
このとき、p型シリコン基板11aの表面は、HF溶液に浸漬したために疎水性になっている。このため、純水から引き揚げたp型シリコン基板11aは水をはじくが、一部水滴状に純水が残留することがある。そして、純水から引き揚げたp型シリコン基板11aの表面に水滴状に残留した純水は、シリコン酸化物(SiOx)からなるウォーターマーク発生の要因となる。
At this time, the surface of the p-
そこで、ウォーターマークの発生防止の対策として、ステップS30の酸化膜形成工程では、第1洗浄工程の実施後に、酸化作用を有する酸化性薬液をp型シリコン基板11aの表面に供給することによって、p型シリコン基板11aの表面にウェット酸化処理によりシリコン酸化膜21を均一に形成して、p型シリコン基板11aの表面を均一に親水化する。酸化性薬液は、たとえばオゾンガスを溶解させたオゾン水および過酸化水素水が例示される。
Therefore, as a countermeasure for preventing the occurrence of the watermark, in the oxide film forming process in step S30, after the first cleaning process is performed, an oxidizing chemical solution having an oxidizing action is supplied to the surface of the p-
酸化膜形成工程では、ステップS20の純水による洗浄後に、たとえば酸化性薬液が貯留された貯留槽にp型シリコン基板11aを浸漬することで、図5に示すようにp型シリコン基板11aの表面に酸化膜であるシリコン酸化膜21を均一に形成してp型シリコン基板11a表面を均一に親水化する。
In the oxide film forming step, after cleaning with pure water in step S20, for example, the p-
酸化性薬液としては、たとえばオゾンガスを溶解させたオゾン水を使用する。そして、オゾン水が貯留された貯留槽にp型シリコン基板11aを浸漬した後、溶存オゾン濃度を既定の濃度に調整したオゾン水を貯留槽に常時供給して、貯留槽のオゾン水の溶存オゾン濃度を一定に保つ。オゾン水の溶存オゾン濃度は、0.1mg/L以上であればよく、高濃度ほど短時間での親水化処理が可能である。オゾン水の溶存オゾン濃度は、より好ましくは1mg/L以上である。なお、高濃度オゾン水の製造上の理由の観点から、オゾン水の溶存オゾン濃度の上限は、180mg/Lである。オゾン水の溶存オゾン濃度は、0.1mg/L程度の場合は、オゾン水へのp型シリコン基板11aの浸漬時間は30秒以上であればよい。
As the oxidizing chemical solution, for example, ozone water in which ozone gas is dissolved is used. And after immersing the p-
また、ステップS30の酸化膜形成工程で形成されたシリコン酸化膜21のうちシリコン基板11の受光面側のn型不純物拡散層11b上に形成されたシリコン酸化膜21は、反射防止膜またはパッシベーション膜として用いることができる。また、ステップS30の酸化膜形成工程で形成されたシリコン酸化膜21のうち、シリコン基板11の裏面および側面に形成されたシリコン酸化膜21は、リンガラス除去工程の後に不要なn型不純物拡散層11bをエッチング除去する際に一部または全部が除去される。
In addition, the
なお、あらかじめp型シリコン基板11aの片面側にのみn型不純物拡散層11bを形成している場合には、上記不要なn型不純物拡散層11bのエッチング処理は不要なため、p型シリコン基板11aにおける受光面側以外の裏面および側面にもシリコン酸化膜21が残存する。p型シリコン基板11aにおける裏面および側面のシリコン酸化膜21は、除去してもよく、また除去しなくてもよい。
When the n-type
ステップS40の第2洗浄工程では、酸化膜形成工程の実施後に、p型シリコン基板11aの表面に純水を供給することによって、p型シリコン基板11aの表面に残存している酸化性薬液を純水で洗浄する第2洗浄処理を行う。第2洗浄工程では、たとえばp型シリコン基板11aを純水に浸漬して、p型シリコン基板11aの表面に残留している酸化性薬液を洗浄により洗い流す。
In the second cleaning process of step S40, after the oxide film forming process is performed, pure water is supplied to the surface of the p-
なお、ステップS10〜ステップS40の各工程では、各処理液をp型シリコン基板11aの表面に供給することで目的の処理が行えれば、p型シリコン基板11aを各処理液に浸漬しなくてもよい。
In each step of Step S10 to Step S40, if the target processing can be performed by supplying each processing solution to the surface of the p-
ステップS50の乾燥工程では、第2洗浄工程の実施後にp型シリコン基板11aの表面に残存している純水の水切りおよび乾燥を行う。乾燥工程では、たとえば150℃程度の温風をp型シリコン基板11aに吹き付けることで純水を吹き飛ばす、もしくは蒸発させることで、p型シリコン基板11aの表面に残存している純水の水切りおよび乾燥を行う。温風を利用した温風ドライ方式の基板乾燥では、基板の表面の温度が50℃以上となるように、100℃以上、好ましくは140℃以上の温風を基板に吹きかけ、基板の表面に付着した水を吹き飛ばす、もしくは蒸発させることで基板を乾燥させる。以上のステップS50を行って、一連のリンガラス除去処理を終了する。
In the drying process of step S50, the pure water remaining on the surface of the p-
本実施の形態にかかるリンガラス除去工程は、ステップS30の酸化膜形成工程においてp型シリコン基板11aの表面がシリコン酸化膜21に均一に覆われ、p型シリコン基板11aの表面が均一に親水性化される。このため、第2洗浄工程後のp型シリコン基板11aの表面には、純水が水滴状に残留することがなく、p型シリコン基板11aの表面の活性なシリコンが空気中の酸素と反応することがない。すなわち、p型シリコン基板11aの表面の親水化により、該表面の水切れは悪くなる。そして、p型シリコン基板11aの表面が不均一に親水化されると、該p型シリコン基板11aの表面に純水が水滴状に残留する。そこで、本実施の形態にかかるリンガラス除去工程では、p型シリコン基板11aの表面を均一に親水性化して、該p型シリコン基板11aの表面に純水が水滴状に残留することを防止する。これにより、p型シリコン基板11aの表面に残存した純水に起因したウォーターマークの発生を防止でき、p型シリコン基板11aの乾燥方式が温風ドライ方式であってもウォーターマークの発生を防止できる。
In the phosphorus glass removing process according to the present embodiment, the surface of the p-
上述した本実施の形態にかかるリンガラス除去工程は、図8に示す太陽電池セルの製造装置を用いて実施することができる。図8は、本実施の形態にかかる太陽電池セルの製造方法におけるリンガラス除去工程を実施する太陽電池セルの製造装置の概略構成を示す模式図である。 The phosphorus glass removing step according to the present embodiment described above can be performed using the solar cell manufacturing apparatus shown in FIG. FIG. 8 is a schematic diagram showing a schematic configuration of a solar cell manufacturing apparatus that performs the phosphorus glass removing step in the solar cell manufacturing method according to the present embodiment.
図8に示す太陽電池セルの製造装置は、シリコン系基板の表面の酸化膜を除去するためのフッ酸(HF)を含む薬液が貯留された第1槽であるエッチング処理槽101と、シリコン系基板の表面に残留したフッ酸(HF)を含む薬液を洗浄するための純水が貯留された第2槽である第1洗浄処理槽102と、シリコン系基板の表面を酸化するための酸化性薬液が貯留された第3槽である酸化処理槽103と、シリコン系基板の表面に残留した酸化性薬液を洗浄するための純水が貯留された第4槽である第2洗浄処理槽104と、シリコン系基板の表面に残存している純水の水切りおよび乾燥を行う第5槽である乾燥槽105と、が処理工程順に配置されている。
The solar cell manufacturing apparatus shown in FIG. 8 includes an
太陽電池セルの製造では、量産性の観点から、一度に多数枚の基板を処理するバッチ処理方式が用いられる。図8に示す太陽電池セルの製造装置は、図示しないキャリアに収納された多数枚のシリコン系基板をエッチング処理槽101から第2洗浄処理槽104までの槽に貯留された溶液に順次浸漬するための図示しない搬送機構を有する。
In the production of solar cells, a batch processing method for processing a large number of substrates at a time is used from the viewpoint of mass productivity. The solar cell manufacturing apparatus shown in FIG. 8 sequentially immerses a large number of silicon-based substrates housed in a carrier (not shown) in a solution stored in a tank from the
乾燥槽105では、第2洗浄処理槽104までの浸漬処理を終えた後に、キャリアに収納されたシリコン系基板に高温のドライエアー、もしくは窒素等の不活性ガスを吹き付けて基板を乾燥させる。なお、図8に示す太陽電池セルの製造装置におけるエッチング処理槽101から第2洗浄処理槽104までの槽は、いずれも1槽以上あればよく、すべての槽は薬液を循環させるシステム、または薬液もしくは純水を常時供給するシステムを有してもよい。また薬液の溶媒および純水には、たとえばイオン交換水などの水が使用され、液温度調整機構を有してもよい。
In the
つぎに、上述したリンガラス除去工程の後、p型シリコン基板11aの一面側に形成されたn型不純物拡散層11bをレジストにより保護した後、p型シリコン基板11aの一主面のみにn型不純物拡散層11bを残すようにp型シリコン基板11aにエッチング処理を行う。これにより、図6に示すように不要なn型不純物拡散層11bであるp型シリコン基板11aの他面側および側面に形成されたn型不純物拡散層11bがエッチング除去されて、pn接合を有するシリコン基板11が形成される。そして、p型シリコン基板11aにおいて、n型不純物拡散層11bが残された側が受光面側とされる。
Next, after the phosphorus glass removing step described above, the n-type
ここで、除去されたn型不純物拡散層11b上に形成されていたシリコン酸化膜21も除去されるため、シリコン酸化膜21は、受光面側に残されたn型不純物拡散層11b上にのみ残存する。処理後の残存レジストは、有機溶剤等を用いて除去される。
Here, since the
また、上述したリンガラス除去工程の後、p型シリコン基板11aの基板端部のn型不純物拡散層11bをプラズマ処理によりエッチング除去することによってp型不純物拡散層であるp型シリコン基板11aと、該p型シリコン基板11aの受光面側のn型不純物拡散層11bとの分離を行ってシリコン基板11を形成してもよい。この状態では、シリコン基板11の裏面にはn型不純物拡散層11bがまだ残っている。ここで、除去されたn型不純物拡散層11b上に形成されていたシリコン酸化膜21も除去されるため、シリコン酸化膜21は、受光面側および裏面側に残されたn型不純物拡散層11b上に残存する。なお、あらかじめp型シリコン基板11aの片面側にのみn型不純物拡散層11bを形成している場合には、上記不要なn型不純物拡散層11bのエッチング処理は不要である。
In addition, after the phosphorus glass removing step described above, the p-
つぎに、絶縁膜からなる反射防止膜12としてプラズマCVD法等の成膜方法によって窒化シリコン膜(SiN膜)を、たとえば70nm〜90nm程度の膜厚でn型不純物拡散層11b上に形成する。なお、詳細には、n型不純物拡散層11b上には後述するようにシリコン酸化膜21が形成されているため、反射防止膜12はシリコン酸化膜21上に形成される。反射防止膜12の膜厚および屈折率は、光反射を最も抑制する値に設定する。なお、反射防止膜12として、屈折率の異なる2層以上の膜を積層してもよい。また、反射防止膜12は、スパッタリング法など、異なる成膜方法により形成してもよい。
Next, a silicon nitride film (SiN film) is formed on the n-type
つぎに、銀の混入した銀ペーストをシリコン基板11の受光面に櫛形にスクリーン印刷して乾燥させ、アルミニウムの混入したアルミニウムペーストをシリコン基板11の裏面の全面にスクリーン印刷して乾燥させる。また、通常、アルミニウムペースト面上の一部あるいは開口部に銀ペーストを重ねて印刷される。
Next, the silver paste mixed with silver is screen-printed in a comb shape on the light receiving surface of the
その後、印刷されたペーストに焼成処理を実施して受光面側電極13と裏面電極14とが形成される。受光面側電極13は、いわゆるファイヤースルーにより反射防止膜12およびシリコン酸化膜21を貫通してn型不純物拡散層11bに接続する。シリコン基板11の裏面側では、アルミニウムペーストがシリコン基板11の裏面のシリコンと反応して裏面電極14が得られ、かつシリコン基板11の裏面の表層にアルミニウムペーストからアルミニウムが拡散して裏面電極14の直下にP+層11cが形成される。また、裏面電極14は、シリコン基板11の裏面にシリコン酸化膜21が存在する場合には、いわゆるファイヤースルーにより該シリコン酸化膜21を貫通してシリコン基板11の裏面であるp型シリコン基板11aに接続する。
Thereafter, the printed paste is baked to form the light receiving
また、上述したように、p型シリコン基板11aの基板端部のn型不純物拡散層11bのみを除去してシリコン基板11を形成した場合には、p型シリコン基板11aの裏面にはn型不純物拡散層11bが残っている。この場合は、アルミニウムペーストがシリコン基板11の裏面に残存しているn型不純物拡散層11bのシリコンと反応して裏面電極14が得られ、かつp型シリコン基板11aの裏面に残存しているn型不純物拡散層11bにアルミニウムペーストからアルミニウムが拡散して裏面電極14の直下にP+層11cが形成される。以上のようにして、図1および図2に示す太陽電池セルが作製される。
Further, as described above, when only the n-type
つぎに、比較例として、上述した酸化膜形成工程と第2洗浄工程とを実施しないリンガラス除去工程について説明する。図9は、比較例のリンガラス除去工程のフローを説明するフローチャートである。比較例のリンガラス除去工程は、ステップS110において実施されるリンガラスエッチング工程と、ステップS120において実施される洗浄工程と、ステップS130において実施される乾燥工程と、を含む。 Next, as a comparative example, a phosphorus glass removing process in which the above-described oxide film forming process and the second cleaning process are not performed will be described. FIG. 9 is a flowchart for explaining the flow of the phosphorus glass removing step of the comparative example. The phosphorus glass removal process of the comparative example includes a phosphorus glass etching process performed in step S110, a cleaning process performed in step S120, and a drying process performed in step S130.
ステップS110において実施されるリンガラスエッチング工程では、上述した本実施の形態にかかるリンガラス除去工程のステップS10において実施されるリンガラスエッチング工程と同じ処理が行われる。ステップS120において実施される洗浄工程では、上述した本実施の形態にかかるリンガラス除去工程のステップS20において実施される第1洗浄工程と同じ処理が行われる。ステップS130において実施される乾燥工程では、上述した本実施の形態にかかるリンガラス除去工程のステップS50において実施される乾燥工程と同じ処理が行われる。 In the phosphorus glass etching process performed in step S110, the same processing as the phosphorus glass etching process performed in step S10 of the phosphorus glass removing process according to the above-described embodiment is performed. In the cleaning process performed in step S120, the same process as the first cleaning process performed in step S20 of the phosphorus glass removing process according to the above-described embodiment is performed. In the drying process performed in step S130, the same process as the drying process performed in step S50 of the phosphorus glass removing process according to the present embodiment described above is performed.
比較例のリンガラス除去工程のフローでは、ステップS110においてフッ酸を含む溶液にシリコン基板を浸漬することでシリコン基板の表面が疎水化する。そして、ステップS120における純水での洗浄後に、シリコン基板の表面に不均一な水残りが生じることがある。ここで、ステップS110のリンガラスエッチング工程は、たとえばHF:H2O=1:10で調製されたHF溶液にシリコン基板を450秒間浸漬する処理である。 In the flow of the phosphorus glass removing process of the comparative example, the surface of the silicon substrate is hydrophobized by immersing the silicon substrate in a solution containing hydrofluoric acid in step S110. Then, after cleaning with pure water in step S120, uneven water residue may occur on the surface of the silicon substrate. Here, the phosphorus glass etching process in step S110 is a process of immersing the silicon substrate in an HF solution prepared at, for example, HF: H 2 O = 1: 10 for 450 seconds.
また、リンが拡散されたn型不純物拡散層のリン濃度またはフッ酸を含む溶液によるリンガラス除去の処理条件によっては、シリコン基板の表面に荒れが生じ、ステップS120の洗浄工程後にシリコン基板の表面に水残りが生じやすくなることが分かっている。洗浄工程後におけるシリコン基板の表面の水残りは、微細凹凸構造を有するシリコン基板で生じやすく、水残りはその後の温風ドライによる乾燥工程でシリコンと空気中の酸素との反応を誘発し、ウォーターマークを形成する要因となる。 Further, depending on the processing conditions for removing phosphorus glass with a solution containing phosphorus concentration or hydrofluoric acid in the n-type impurity diffusion layer in which phosphorus is diffused, the surface of the silicon substrate is roughened, and the surface of the silicon substrate after the cleaning process in step S120. It has been found that water residue is likely to occur. Water residue on the surface of the silicon substrate after the cleaning process is likely to occur in the silicon substrate having a fine concavo-convex structure, and the water residue induces a reaction between silicon and oxygen in the air in the subsequent drying process by hot air drying. It becomes a factor which forms a mark.
また、上記特許文献1の技術では、希フッ酸水溶液に酸化性水溶液を混合した混合溶液にシリコン基板を浸漬するため、シリコン基板の表面では酸化膜形成と該酸化膜のエッチングとが同時に進行する。このため、先の工程でシリコン基板の表面に形成したn型シリコン層となるリン拡散層のリン濃度に変動が生じ、また、シリコン基板の面内においてリン拡散層のリン濃度にばらつきが生じ、所望のリン濃度が得られない。また、シリコン基板の表面に形成されているテクスチャ構造の表面ラフネスが大きくなるという問題が生じる。さらに、希フッ酸水溶液をバッチごとに新たに準備する必要があり、環境負荷が大きいという問題が生じる。 In the technique of Patent Document 1, since the silicon substrate is immersed in a mixed solution obtained by mixing an oxidizing aqueous solution with a dilute hydrofluoric acid aqueous solution, the formation of the oxide film and the etching of the oxide film proceed simultaneously on the surface of the silicon substrate. . For this reason, the phosphorus concentration of the phosphorus diffusion layer, which is the n-type silicon layer formed on the surface of the silicon substrate in the previous step, varies, and the phosphorus concentration of the phosphorus diffusion layer varies within the plane of the silicon substrate, The desired phosphorus concentration cannot be obtained. Further, there arises a problem that the surface roughness of the texture structure formed on the surface of the silicon substrate is increased. Furthermore, it is necessary to newly prepare a dilute hydrofluoric acid aqueous solution for each batch, which causes a problem that the environmental load is large.
これに対して、本実施の形態にかかる太陽電池セルの製造方法におけるリンガラス除去工程は、フッ酸を含む溶液によるウェットエッチング処理によりp型シリコン基板11aの表面のリンガラス層を除去した後、ウェット酸化処理を実施してp型シリコン基板11aの表面にシリコン酸化膜21を均一に形成して、p型シリコン基板11aの表面を均一に親水性化する。p型シリコン基板11aの表面が均一に親水性化されることによって、該p型シリコン基板11aの表面の親水性の不均一に起因して第2洗浄工程後にp型シリコン基板11aの表面に純水が水滴状に残留することが抑制される。また、フッ酸を含む溶液によるリンガラス除去の処理条件によってp型シリコン基板11aの表面に荒れが生じた場合でも、p型シリコン基板11aの表面が均一に親水性化されることによって、p型シリコン基板11aの表面の荒れに起因して第2洗浄工程後にp型シリコン基板11aの表面に純水が水滴状に残留することが抑制される。
On the other hand, the phosphorus glass removing step in the method for manufacturing the solar cell according to the present embodiment is performed after removing the phosphorus glass layer on the surface of the p-
また、p型シリコン基板11aの表面がシリコン酸化膜21で均一に覆われることによって、p型シリコン基板11aの表面の活性なシリコンが空気中の酸素と反応することが防止される。したがって、本実施の形態にかかるリンガラス除去工程を実施することによって、p型シリコン基板11aの表面におけるウォーターマークの形成を抑制できる。
Further, since the surface of the p-
また、本実施の形態にかかるリンガラス除去工程では、特許文献1とは異なり、p型シリコン基板11aの表面では酸化膜形成と該酸化膜のエッチングとが同時に進行しないため、p型シリコン基板11aの表面にリンがドープされたn型不純物拡散層11bの表面のリン濃度を変動させることがなく、またテクスチャ構造の表面ラフネスを増大させることなく、ウォーターマークの発生を抑制できる。また、リンガラス層の除去のために用いる薬液であるフッ酸を再利用することが可能であり、薬液コストの削減と環境負荷の低減が可能である。
In addition, in the phosphorus glass removing process according to the present embodiment, unlike Patent Document 1, the formation of the oxide film and the etching of the oxide film do not proceed simultaneously on the surface of the p-
つぎに、具体的な実施例に基づいて本実施の形態にかかる太陽電池セルの製造方法について説明する。上述した本実施の形態にかかる太陽電池セルの製造方法によるウォーターマーク発生の抑制効果を検証する実験を以下のように実施した。 Below, the manufacturing method of the photovoltaic cell concerning this Embodiment is demonstrated based on a specific Example. An experiment for verifying the suppression effect of watermark generation by the method for manufacturing a solar battery cell according to the present embodiment described above was performed as follows.
(実施例1)
まず、IPA等の添加剤を混合した、濃度1質量%の85℃のアルカリ薬液にp型シリコン基板を20分間浸漬することで表面処理を行い、該p型シリコン基板の表面にテクスチャ構造を形成した。その後、表面にテクスチャ構造が形成されたp型シリコン基板を熱拡散炉へ投入し、オキシ塩化リン(POCl3)蒸気の存在下で加熱して、熱拡散によりp型シリコン基板の表面にリン拡散層であるn型不純物拡散層を形成した。
Example 1
First, surface treatment is performed by immersing the p-type silicon substrate for 20 minutes in an alkaline chemical solution having a concentration of 1% by mass mixed with an additive such as IPA, and a texture structure is formed on the surface of the p-type silicon substrate. did. After that, the p-type silicon substrate having a texture structure formed on the surface is put into a thermal diffusion furnace, heated in the presence of phosphorous oxychloride (POCl 3 ) vapor, and diffused into the surface of the p-type silicon substrate by thermal diffusion. An n-type impurity diffusion layer as a layer was formed.
つぎに、n型不純物拡散層を形成したp型シリコン基板に対して、図7に示すフローチャートに従って、本実施の形態にかかるリンガラス除去工程を行った。ステップS30の酸化膜形成工程では、溶存オゾン濃度が5mg/Lのオゾン水を酸化性薬液に用いて、該オゾン水にp型シリコン基板を180秒浸漬した。このようにして本実施の形態にかかるリンガラス除去工程を実施したp型シリコン基板を実施例1のサンプルとした。 Next, the phosphorus glass removing step according to the present embodiment was performed on the p-type silicon substrate on which the n-type impurity diffusion layer was formed, according to the flowchart shown in FIG. In the oxide film forming step of step S30, ozone water having a dissolved ozone concentration of 5 mg / L was used as an oxidizing chemical solution, and the p-type silicon substrate was immersed in the ozone water for 180 seconds. Thus, the p-type silicon substrate which performed the phosphorus glass removal process concerning this Embodiment was used as the sample of Example 1. FIG.
また、実施例1のサンプルと同様にしてn型不純物拡散層を形成したp型シリコン基板に対して、図9に示すフローチャートに従って、酸化膜形成工程を実施しない比較例にかかるリンガラス除去工程を行った。このようにして比較例にかかるリンガラス除去工程を実施したp型シリコン基板を比較例のサンプルとした。 Further, the phosphorus glass removing step according to the comparative example in which the oxide film forming step is not performed according to the flowchart shown in FIG. went. Thus, the p-type silicon substrate which performed the phosphorus glass removal process concerning a comparative example was made into the sample of a comparative example.
実施例1のサンプルおよび比較例のサンプルの表面におけるウォーターマークの発生率を比較した結果を図10に示す。図10は、フッ酸を含む溶液によるリンガラスエッチング工程後の、オゾン水による酸化膜形成工程の有無によるウォーターマークの発生率を示す特性図である。 FIG. 10 shows a result of comparison of the occurrence rate of the watermark on the surface of the sample of Example 1 and the sample of the comparative example. FIG. 10 is a characteristic diagram showing the rate of occurrence of watermarks depending on the presence or absence of an oxide film forming step using ozone water after a phosphor glass etching step using a solution containing hydrofluoric acid.
比較例のサンプルのウォーターマーク発生確率を1とすると、実施例1のサンプルのウォーターマークの発生確率は0であった。これは、リンガラス層を除去した後のウェット酸化処理において、p型シリコン基板の表面がシリコン酸化膜で均一に覆われることによってp型シリコン基板の表面の活性なシリコンが空気中の酸素と反応することが抑制され、p型シリコン基板の表面が均一に親水性化されたことによってp型シリコン基板の表面に純水が水滴状に残留することが抑制されたためと考えられる。本比較により、本実施の形態にかかる太陽電池セルの製造方法によるウォーターマーク発生確率の低減効果が確認された。 Assuming that the watermark occurrence probability of the sample of the comparative example is 1, the probability of occurrence of the watermark of the sample of the example 1 was 0. This is because active silicon on the surface of the p-type silicon substrate reacts with oxygen in the air by uniformly covering the surface of the p-type silicon substrate with a silicon oxide film in the wet oxidation process after removing the phosphorous glass layer. This is thought to be due to the fact that the surface of the p-type silicon substrate was made hydrophilic and the water on the surface of the p-type silicon substrate was prevented from remaining on the surface of the p-type silicon substrate. This comparison confirmed the effect of reducing the probability of watermark generation by the method for manufacturing a solar battery cell according to the present embodiment.
(実施例2)
本実施の形態にかかるリンガラス除去工程におけるステップS30の酸化膜形成工程では酸化性薬液に過酸化水素水を用いることも可能である。酸化性薬液に過酸化水素水を用いる場合の過酸化水素水の濃度は、0.01重量体積%(w/v%)以上であればよく、より好ましくは0.1重量体積%(w/v%)以上である。なお、環境負荷を考慮した排水処理の観点から、過酸化水素水の濃度の上限は、30重量体積%(w/v%)である。実施例2では、上述した実施例1の場合と同じ方法で、p型シリコン基板に対してテクスチャ形成とリン拡散層であるn型不純物拡散層の形成を行った。重量体積%(w/v%)は、溶液100ml中に溶媒が何グラム溶けているかを表す単位である。
(Example 2)
In the oxide film forming process of step S30 in the phosphorus glass removing process according to the present embodiment, it is possible to use hydrogen peroxide solution as the oxidizing chemical solution. The concentration of hydrogen peroxide solution in the case of using hydrogen peroxide solution as the oxidizing chemical solution may be 0.01% by weight (w / v%) or more, more preferably 0.1% by weight (w / v). v%) or more. From the viewpoint of wastewater treatment in consideration of environmental load, the upper limit of the concentration of the hydrogen peroxide solution is 30% by weight (w / v%). In Example 2, the texture formation and the n-type impurity diffusion layer, which is a phosphorus diffusion layer, were performed on the p-type silicon substrate by the same method as in Example 1 described above. The weight volume% (w / v%) is a unit representing how many grams of the solvent is dissolved in 100 ml of the solution.
つぎに、n型不純物拡散層を形成したp型シリコン基板に対して、図7に示すフローチャートに従って、本実施の形態にかかるリンガラス除去工程を行った。ステップS30の酸化膜形成工程では、濃度0.1(w/v%)の過酸化水素水を酸化性薬液に用いて、該過酸化水素水にp型シリコン基板を180秒浸漬した。このようにして本実施の形態にかかるリンガラス除去工程を実施したp型シリコン基板を実施例2のサンプルとした。 Next, the phosphorus glass removing step according to the present embodiment was performed on the p-type silicon substrate on which the n-type impurity diffusion layer was formed, according to the flowchart shown in FIG. In the oxide film forming step of step S30, a hydrogen peroxide solution having a concentration of 0.1 (w / v%) was used as an oxidizing chemical solution, and the p-type silicon substrate was immersed in the hydrogen peroxide solution for 180 seconds. Thus, the p-type silicon substrate which performed the phosphorus glass removal process concerning this Embodiment was used as the sample of Example 2. FIG.
実施例2のサンプルおよび上記比較例のサンプルの表面におけるウォーターマークの発生率を比較した結果を図11に示す。図11は、フッ酸を含む溶液によるリンガラスエッチング工程後の、過酸化水素水による酸化膜形成工程の有無によるウォーターマークの発生率を示す特性図である。 FIG. 11 shows the result of comparison of the occurrence rate of watermarks on the surface of the sample of Example 2 and the sample of the comparative example. FIG. 11 is a characteristic diagram showing the rate of occurrence of watermarks depending on the presence or absence of an oxide film forming step using hydrogen peroxide after the phosphor glass etching step using a solution containing hydrofluoric acid.
比較例のサンプルのウォーターマーク発生確率を1とすると、実施例2のサンプルのウォーターマークの発生確率は0.2であった。これは、リンガラス層を除去した後のウェット酸化処理において、p型シリコン基板の表面がシリコン酸化膜で均一に覆われることによってp型シリコン基板の表面の活性なシリコンが空気中の酸素と反応することが抑制され、p型シリコン基板の表面が均一に親水性化されたことによってp型シリコン基板の表面に純水が水滴状に残留することが抑制されたためと考えられる。本比較により、本実施の形態にかかる太陽電池セルの製造方法によるウォーターマーク発生確率の低減効果が確認された。 When the watermark occurrence probability of the sample of the comparative example is 1, the probability of occurrence of the watermark of the sample of Example 2 was 0.2. This is because active silicon on the surface of the p-type silicon substrate reacts with oxygen in the air by uniformly covering the surface of the p-type silicon substrate with a silicon oxide film in the wet oxidation process after removing the phosphorous glass layer. This is thought to be due to the fact that the surface of the p-type silicon substrate was made hydrophilic and the water on the surface of the p-type silicon substrate was prevented from remaining on the surface of the p-type silicon substrate. This comparison confirmed the effect of reducing the probability of watermark generation by the method for manufacturing a solar battery cell according to the present embodiment.
本実施の形態にかかるリンガラス除去工程によるウォーターマークの発生のさらなる抑制は、ステップS30の酸化膜形成工程における処理温度の高温化および適切化、処理時間の延長および適切化、多槽処理等により、適切な膜厚の酸化膜の形成を短時間で達成することが可能である。 Further suppression of the generation of watermarks by the phosphorus glass removing process according to the present embodiment is achieved by increasing and optimizing the processing temperature in the oxide film forming process of step S30, extending and optimizing the processing time, multi-tank processing, etc. Therefore, it is possible to achieve formation of an oxide film having an appropriate thickness in a short time.
なお、上記においてはp型シリコン基板を用いる場合について説明したが、n型シリコン基板を用いてもよい。n型シリコン基板を用いる場合には、不純物であるホウ素(B)を熱拡散によりn型シリコン基板の表層に拡散して不純物拡散層を形成する。この場合、n型シリコン基板の表面には、ホウ珪酸ガラス層が形成される。この場合も上述したリンガラス除去工程と同様にして、ホウ珪酸ガラス除去工程を実施することにより、リンガラス除去工程と同様にウォーターマークの発生を抑制および防止できる。ホウ珪酸ガラス層は、第2導電型の不純物であるボロンと、第1導電型のシリコン系基板であるn型シリコン基板の材料であるシリコンとを含む化合物層である。 In the above description, a p-type silicon substrate is used. However, an n-type silicon substrate may be used. When an n-type silicon substrate is used, an impurity diffusion layer is formed by diffusing boron (B) as an impurity into the surface layer of the n-type silicon substrate by thermal diffusion. In this case, a borosilicate glass layer is formed on the surface of the n-type silicon substrate. Also in this case, by performing the borosilicate glass removal step in the same manner as the above-described phosphorus glass removal step, generation of watermarks can be suppressed and prevented similarly to the phosphorus glass removal step. The borosilicate glass layer is a compound layer containing boron, which is an impurity of the second conductivity type, and silicon, which is a material of an n-type silicon substrate, which is a silicon substrate of the first conductivity type.
ホウ珪酸ガラス除去工程は、ホウ珪酸ガラスエッチング工程と、第1洗浄工程と、酸化膜形成工程と、第2洗浄工程と、乾燥工程とを含む。ホウ珪酸ガラス除去工程は、リンガラスエッチング工程の代わりに、ホウ珪酸ガラスエッチング工程を有すること以外は、リンガラス除去工程と同じである。 The borosilicate glass removing process includes a borosilicate glass etching process, a first cleaning process, an oxide film forming process, a second cleaning process, and a drying process. The borosilicate glass removing step is the same as the phosphorous glass removing step except for having a borosilicate glass etching step instead of the phosphorous glass etching step.
ホウ珪酸ガラスエッチング工程は、フッ酸(HF)、またはHFとHNO3とH2SO4との混酸等、HFを含む溶液をエッチング液に用いたウェットエッチング処理によって、n型不純物拡散層を含むp型シリコン基板の表面に形成されているホウ珪酸ガラス層をエッチング除去する。HFを含む溶液におけるフッ酸の濃度は特に限定されず、n型不純物拡散層の形成条件などの諸条件により適宜設定されればよい。 The borosilicate glass etching step includes an n-type impurity diffusion layer by wet etching using a solution containing HF such as hydrofluoric acid (HF) or a mixed acid of HF, HNO 3 and H 2 SO 4 as an etchant. The borosilicate glass layer formed on the surface of the p-type silicon substrate is removed by etching. The concentration of hydrofluoric acid in the solution containing HF is not particularly limited, and may be set as appropriate according to various conditions such as the conditions for forming the n-type impurity diffusion layer.
上述したように、本実施の形態においては、フッ酸を含む溶液によるウェットエッチング処理によりp型シリコン基板11aの表面のリンガラス層を除去した後、ウェット酸化処理を実施してp型シリコン基板11aの表面にシリコン酸化膜21を均一に形成して、p型シリコン基板11aの表面を均一に親水性化する。p型シリコン基板11aの表面の親水化により、該表面の水切れは悪くなる。そして、p型シリコン基板11aの表面が不均一に親水化されると、該p型シリコン基板11aの表面に純水が水滴状に残留する。そこで、本実施の形態においては、p型シリコン基板11aの表面を均一に親水性化して、該p型シリコン基板11aの表面に純水が水滴状に残留することを防止する。すなわち、p型シリコン基板11aの表面が均一に親水性化されることによって、その後の洗浄工程後にp型シリコン基板11aの表面に純水が水滴状に残留することが防止される。また、p型シリコン基板11aの表面がシリコン酸化膜21で均一に覆われることによって、p型シリコン基板11aの表面の活性なシリコンが空気中の酸素と反応することが防止される。これにより、本実施の形態においては、p型シリコン基板11aの表面におけるウォーターマークの形成を抑制できる。
As described above, in the present embodiment, the phosphorus glass layer on the surface of the p-
また、本実施の形態においては、特許文献1とは異なり、p型シリコン基板11aの表面では酸化膜形成と該酸化膜およびリンガラスエッチングのエッチングとが同時に進行しないため、p型シリコン基板11aの表面にリンがドープされたn型不純物拡散層11bの表面のリン濃度を変動させることがなく、またテクスチャ構造の表面ラフネスを増大させることなく、ウォーターマークの発生を抑制できる。また、リンガラス層の除去のために用いる薬液であるフッ酸を再利用することが可能であり、薬液コストの削減と環境負荷の低減が可能である。
In the present embodiment, unlike Patent Document 1, the formation of the oxide film and the etching of the oxide film and phosphor glass etching do not proceed simultaneously on the surface of the p-
したがって、本実施の形態によれば、環境負荷を増加させることなく、太陽電池セルの品質向上および太陽電池セルの歩留まり向上が可能になる、という効果を奏する。 Therefore, according to the present embodiment, it is possible to improve the quality of solar cells and the yield of solar cells without increasing the environmental load.
11 シリコン基板、11a p型シリコン基板、11b n型不純物拡散層、11c P+層、12 反射防止膜、13 受光面側電極、13a グリッド電極、13b バス電極、14 裏面電極、21 シリコン酸化膜、101 エッチング処理槽、102 第1洗浄処理槽、103 酸化処理槽、104 第1洗浄処理槽、105 乾燥槽。 11 silicon substrate, 11a p-type silicon substrate, 11b n-type impurity diffusion layer, 11c P + layer, 12 antireflection film, 13 light-receiving surface side electrode, 13a grid electrode, 13b bus electrode, 14 back electrode, 21 silicon oxide film, 101 Etching tank, 102 First cleaning tank, 103 Oxidation tank, 104 First cleaning tank, 105 Drying tank.
Claims (12)
前記シリコン系基板の表面に第2導電型の不純物を拡散して前記シリコン系基板の表層に不純物拡散層を形成する第2工程と、
前記不純物拡散層上に形成された前記不純物と前記シリコン系基板の材料とを含む化合物層を除去する第3工程と、
を含み、
前記第3工程は、
フッ酸を含む溶液を用いて前記シリコン系基板の表面をエッチングする第4工程と、
前記シリコン系基板の表面に残存する前記フッ酸を含む溶液を純水で洗浄する第5工程と、
酸化性薬液を用いて前記シリコン系基板の表面に均一に酸化膜を形成する第6工程と、
前記シリコン系基板の表面に残存する前記酸化性薬液を純水で洗浄する第7工程と、
前記シリコン系基板の表面を乾燥させる第8工程と、
を含むことを特徴とする太陽電池セルの製造方法。 A first step of forming a concavo-convex structure on the surface of a first conductivity type silicon-based substrate;
A second step of diffusing impurities of a second conductivity type on the surface of the silicon substrate to form an impurity diffusion layer on a surface layer of the silicon substrate;
A third step of removing a compound layer including the impurity and the material of the silicon-based substrate formed on the impurity diffusion layer;
Including
The third step includes
A fourth step of etching the surface of the silicon-based substrate using a solution containing hydrofluoric acid;
A fifth step of cleaning the solution containing hydrofluoric acid remaining on the surface of the silicon-based substrate with pure water;
A sixth step of uniformly forming an oxide film on the surface of the silicon-based substrate using an oxidizing chemical solution;
A seventh step of washing the oxidizing chemical remaining on the surface of the silicon-based substrate with pure water;
An eighth step of drying the surface of the silicon-based substrate;
The manufacturing method of the photovoltaic cell characterized by including.
を特徴とする請求項1に記載の太陽電池セルの製造方法。 In the eighth step, blowing hot air to the surface of the silicon substrate to dry the surface of the silicon substrate;
The manufacturing method of the photovoltaic cell of Claim 1 characterized by these.
前記不純物がリンであること、
を特徴とする請求項1または2に記載の太陽電池セルの製造方法。 The silicon-based substrate is a p-type silicon substrate;
The impurity is phosphorus;
The manufacturing method of the photovoltaic cell of Claim 1 or 2 characterized by these.
前記不純物がホウ素であること、
を特徴とする請求項1または2に記載の太陽電池セルの製造方法。 The silicon-based substrate is an n-type silicon substrate;
The impurity is boron;
The manufacturing method of the photovoltaic cell of Claim 1 or 2 characterized by these.
を特徴とする請求項1から4のいずれか1つに記載の太陽電池セルの製造方法。 The oxidizing chemical solution is ozone water or hydrogen peroxide solution in which ozone gas is dissolved;
The manufacturing method of the photovoltaic cell as described in any one of Claim 1 to 4 characterized by these.
を特徴とする請求項5に記載の太陽電池セルの製造方法。 The dissolved ozone concentration of the ozone water is 0.1 mg / L or more and 180 mg / L or less,
The manufacturing method of the photovoltaic cell of Claim 5 characterized by these.
を特徴とする請求項5に記載の太陽電池セルの製造方法。 The concentration of the hydrogen peroxide solution is 0.01 w / v% or more and 30 w / v% or less,
The manufacturing method of the photovoltaic cell of Claim 5 characterized by these.
前記化合物をエッチングするためのフッ酸を含む溶液が供給されて、前記シリコン系基板が前記フッ酸を含む溶液に浸漬される第1槽と、
前記第1槽で前記化合物がエッチングされた前記シリコン系基板の表面に残存する前記フッ酸を含む溶液を洗浄するための純水が供給されて、前記シリコン系基板が前記純水に浸漬される第2槽と、
前記第2槽で洗浄された前記シリコン系基板の表面に酸化膜を形成するための酸化性薬液が供給されて、前記シリコン系基板が前記酸化性薬液に浸漬される第3槽と、
前記第3槽で前記酸化物が形成された前記シリコン系基板の表面に残存する前記酸化性薬液を洗浄するための純水が供給されて、前記シリコン系基板が前記純水に浸漬される第4槽と、
前記第4槽で洗浄された前記シリコン系基板の表面を乾燥させる第5槽と、
を備えることを特徴とする太陽電池セルの製造装置。 A solar cell manufacturing apparatus for cleaning the silicon substrate in which a compound containing an impurity and a material of the silicon substrate is formed on the surface of the silicon substrate,
A first tank in which a solution containing hydrofluoric acid for etching the compound is supplied and the silicon-based substrate is immersed in the solution containing hydrofluoric acid;
Pure water for cleaning the solution containing hydrofluoric acid remaining on the surface of the silicon-based substrate etched with the compound in the first tank is supplied, and the silicon-based substrate is immersed in the pure water. The second tank;
A third tank in which an oxidizing chemical solution for forming an oxide film on the surface of the silicon-based substrate cleaned in the second tank is supplied, and the silicon-based substrate is immersed in the oxidizing chemical solution;
Pure water for cleaning the oxidizing chemical remaining on the surface of the silicon substrate on which the oxide is formed in the third tank is supplied, and the silicon substrate is immersed in the pure water. 4 tanks,
A fifth tank for drying the surface of the silicon-based substrate cleaned in the fourth tank;
The manufacturing apparatus of the photovoltaic cell characterized by including.
を特徴とする請求項8に記載の太陽電池セルの製造装置。 The silicon-based substrate has an uneven structure on the surface,
The solar cell manufacturing apparatus according to claim 8.
を特徴とする請求項8または9に記載の太陽電池セルの製造装置。 In the fifth tank, spraying warm air on the surface of the silicon-based substrate to dry the surface of the silicon-based substrate;
The manufacturing apparatus of the photovoltaic cell of Claim 8 or 9 characterized by these.
を特徴とする請求項8から10のいずれか1つに記載の太陽電池セルの製造装置。 In the first tank, the second tank, the third tank, the fourth tank, and the fifth tank, processing is performed in a state where a plurality of the silicon-based substrates are stored in a carrier,
The solar cell manufacturing apparatus according to any one of claims 8 to 10, wherein:
を特徴とする請求項8から11のいずれか1つに記載の太陽電池セルの製造装置。 The oxidizing chemical solution is ozone water or hydrogen peroxide solution in which ozone gas is dissolved;
The solar cell manufacturing apparatus according to any one of claims 8 to 11, wherein:
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