JP2016046400A - Method of manufacturing solar cell - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method of manufacturing a solar cell which allows for stabilized manufacturing of a solar cell excellent in the conversion efficiency, by using a gallium-doped substrate.SOLUTION: In a method of manufacturing a solar cell having a step for forming an n-type diffusion layer on the first principal surface of a p-type semiconductor substrate by thermal diffusion of an n-type dopant, a step for forming a p-type diffusion layer on the second principal surface of the semiconductor substrate by thermal diffusion of a p-type dopant, and a step for forming an electrode connected electrically with the n-type diffusion layer and p-type diffusion layer, the semiconductor substrate is a gallium-doped silicon substrate, the peak temperatures when performing thermal diffusion of the n-type dopant and p-type dopant are 800°C-900°C, respectively, and the peak temperature holding time is 1-90 minutes.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、太陽電池セル及びその製造方法に関する。   The present invention relates to a solar battery cell and a manufacturing method thereof.

従来、太陽電池として用いられている半導体基板の導電型はp型が主流であり、通常、このp型半導体基板にはボロンがドーパントとして添加されている。そして、この半導体基板の材料となる単結晶棒は、CZ法(チョクラルスキー法)やFZ法(フローティングゾーン法又は浮遊帯溶融法)等の方法を用いて製造することができる。ただし、FZ法では単結晶棒の製造コストがCZ法に比べ高いことに加えて、CZ法の方が大直径のシリコン単結晶を製造し易い。そのため、太陽電池用半導体基板は、通常、比較的低コストで大直径の単結晶を作ることができるCZ法によって製造されている。   Conventionally, a p-type conductivity type of a semiconductor substrate used as a solar cell has been the mainstream, and boron is usually added as a dopant to the p-type semiconductor substrate. And the single crystal rod used as the material of this semiconductor substrate can be manufactured using methods, such as CZ method (Czochralski method) and FZ method (floating zone method or floating zone melting method). However, in the FZ method, the manufacturing cost of the single crystal rod is higher than that in the CZ method, and in addition, the CZ method is easier to manufacture a silicon single crystal having a large diameter. Therefore, the semiconductor substrate for solar cells is usually manufactured by a CZ method capable of producing a single crystal having a large diameter at a relatively low cost.

しかし、現在の単結晶棒製造方法の主流であるCZ法で作ったボロンをドープした単結晶は、太陽電池に加工した際に太陽電池セルに強い光を照射すると太陽電池基板のライフタイムの低下が起こり、光劣化を生じるために十分な変換効率を得ることができない。そこで、太陽電池の性能の面でも改善が求められている。なお、ここで「変換効率」とは、「太陽電池セルに入射した光のエネルギーに対し、太陽電池により電気エネルギーに変換して取り出すことができたエネルギーの割合」を示す値であり百分率(%)で表わされた値を言う。   However, the boron-doped single crystal produced by the CZ method, which is the mainstream of current single crystal rod manufacturing methods, reduces the lifetime of the solar cell substrate when it is irradiated with strong light when it is processed into a solar cell. Therefore, sufficient conversion efficiency cannot be obtained because light degradation occurs. Therefore, improvement is also required in terms of the performance of solar cells. Here, the “conversion efficiency” is a value indicating the “ratio of energy that can be extracted by converting into electric energy by the solar battery with respect to the energy of light incident on the solar battery cell”. ).

このCZ法シリコン単結晶を用いて太陽電池を製造した時に、強い光を太陽電池セルに当てるとライフタイムが低下し光劣化が起こる原因は、単結晶基板中に存在するボロンと酸素による影響であることが知られている。   When a solar cell is manufactured using this CZ method silicon single crystal, the cause of light degradation when the strong light is applied to the solar cell is due to the influence of boron and oxygen present in the single crystal substrate. It is known that there is.

このような光劣化の問題を解決するため、特許文献1では、p型のドーパントとしてボロンの代わりにガリウムを使用することが提案されている。このようにガリウムをドーパントとすることにより、ボロンと酸素の影響によるライフタイムの低下を防止することができるようになった。   In order to solve such a problem of photodegradation, Patent Document 1 proposes to use gallium instead of boron as a p-type dopant. By using gallium as a dopant in this way, it has become possible to prevent a decrease in lifetime due to the influence of boron and oxygen.

国際公開第WO2000/073542号パンフレットInternational Publication No. WO2000 / 073542 Pamphlet

太陽電池を製造するために、半導体基板上にエミッタ層やBSF(back surface field)層を形成する方法としては、半導体基板を熱処理して、半導体基板の表面にボロンやリン等のドーパントを熱拡散する方法がある。ガリウムをドープしたシリコン基板(以下、ガリウムドープ基板とも記載する。)を用いた太陽電池セルを製造する場合、このようなドーパント拡散熱処理を行った場合に、製造した太陽電池セルの変換効率が低いという問題があった。   In order to manufacture a solar cell, an emitter layer or a BSF (back surface field) layer is formed on a semiconductor substrate by thermally treating the semiconductor substrate and thermally diffusing dopants such as boron and phosphorus on the surface of the semiconductor substrate. There is a way to do it. When manufacturing a solar cell using a silicon substrate doped with gallium (hereinafter also referred to as a gallium-doped substrate), the conversion efficiency of the manufactured solar cell is low when such a dopant diffusion heat treatment is performed. There was a problem.

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、ガリウムドープ基板を用いて、変換効率に優れた太陽電池セルを安定して製造することができる太陽電池セルの製造方法を提供することを目的とする。   This invention is made | formed in view of the said problem, Comprising: The manufacturing method of the photovoltaic cell which can manufacture stably the photovoltaic cell excellent in conversion efficiency using a gallium dope board | substrate is provided. For the purpose.

上記目的を達成するために、本発明では、第一導電型の半導体基板の第一主表面に、前記第一導電型と反対の導電型である第二導電型のドーパントを熱拡散して第二導電型拡散層を形成する工程と、前記半導体基板の第二主表面に、前記第一導電型のドーパントを熱拡散して第一導電型拡散層を形成する工程と、前記第二導電型拡散層及び前記第一導電型拡散層と電気的に接続した電極を形成する工程とを有する太陽電池セルの製造方法であって、
前記半導体基板を、ガリウムをドープしたシリコン基板とし、
前記第二導電型のドーパントの熱拡散及び前記第一導電型のドーパントの熱拡散を行う際のピーク温度を、それぞれ800℃以上900℃以下とし、前記ピーク温度の保持時間を、1分以上90分以下とすることを特徴とする太陽電池セルの製造方法を提供する。
In order to achieve the above object, in the present invention, a second conductivity type dopant, which is a conductivity type opposite to the first conductivity type, is thermally diffused on a first main surface of a first conductivity type semiconductor substrate. A step of forming a second conductivity type diffusion layer, a step of thermally diffusing the first conductivity type dopant on the second main surface of the semiconductor substrate to form a first conductivity type diffusion layer, and the second conductivity type. A step of forming a diffusion layer and an electrode electrically connected to the first conductivity type diffusion layer,
The semiconductor substrate is a silicon substrate doped with gallium,
The peak temperatures when the thermal diffusion of the second conductivity type dopant and the thermal diffusion of the first conductivity type dopant are performed are 800 ° C. or more and 900 ° C. or less, respectively, and the holding time of the peak temperature is 1 minute or more and 90 ° C. The manufacturing method of the photovoltaic cell characterized by setting it as less than a minute is provided.

このような太陽電池セルの製造方法であれば、ガリウムドープ基板を用いたことにより光劣化が抑制された太陽電池セルを、さらに、優れた変換効率を有するものとして、安定して製造することができる。   If it is a manufacturing method of such a photovoltaic cell, it can manufacture stably the solar cell by which photodegradation was suppressed by having used the gallium dope board | substrate as what has the further excellent conversion efficiency. it can.

また、前記第二導電型のドーパントの熱拡散を、前記半導体基板の第一主表面上に、前記第二導電型のドーパントを含む材料を塗布し、熱処理することによって行い、
前記第一導電型のドーパントの熱拡散を、前記半導体基板の第二主表面上に、前記第一導電型のドーパントを含む材料を塗布し、熱処理することによって行うことが好ましい。
In addition, thermal diffusion of the second conductivity type dopant is performed by applying a material containing the second conductivity type dopant on the first main surface of the semiconductor substrate, and performing heat treatment.
It is preferable that the thermal diffusion of the first conductivity type dopant is performed by applying a material containing the first conductivity type dopant on the second main surface of the semiconductor substrate and performing a heat treatment.

このような、いわゆる塗布拡散法を用いることよって、POClやBBr等をキャリアガスと共に熱処理炉内に導入して拡散させる気相拡散法を用いる場合に比べて、マスク形成やマスク除去の工程を減らすことができるので、太陽電池セルの製造コストを抑えることができる。 By using such a so-called coating diffusion method, mask formation and mask removal steps are performed as compared with the case of using a vapor phase diffusion method in which POCl 3 , BBr 3, or the like is introduced into a heat treatment furnace together with a carrier gas and diffused. Therefore, the manufacturing cost of the solar battery cell can be suppressed.

この場合、一度の熱処理で前記第二導電型のドーパントの熱拡散及び前記第一導電型のドーパントの熱拡散を行うことが好ましい。   In this case, it is preferable to perform thermal diffusion of the second conductivity type dopant and thermal diffusion of the first conductivity type dopant in one heat treatment.

このように異なる導電型のドーパントを一度の熱処理で拡散させる同時拡散を行うことによって、製造工程数を更に減らすことができ、製造コストを更に抑えることができる。   Thus, by performing simultaneous diffusion in which dopants of different conductivity types are diffused by a single heat treatment, the number of manufacturing steps can be further reduced, and the manufacturing cost can be further suppressed.

また、前記電極を形成する工程は、前記第二導電型拡散層及び前記第一導電型拡散層の上にパッシベーション膜を積層し、前記パッシベーション膜上の所定の位置に導電性粒子とガラスフリットを含有する導電性ペーストを塗布し、前記導電性ペーストを塗布した半導体基板を焼成して、前記パッシベーション膜を貫通し、前記第二導電型拡散層及び前記第一導電型拡散層と電気的に接続した電極を形成することにより行うことが好ましい。   In the step of forming the electrode, a passivation film is laminated on the second conductive type diffusion layer and the first conductive type diffusion layer, and conductive particles and glass frit are formed at predetermined positions on the passivation film. Applying the conductive paste contained, firing the semiconductor substrate coated with the conductive paste, penetrating the passivation film, and electrically connected to the second conductive type diffusion layer and the first conductive type diffusion layer It is preferable to carry out by forming the prepared electrode.

このように各拡散層の上にパッシベーション膜を積層することによって、シリコン表面近傍で発生する少数キャリアの再結合速度を低減することができる。   Thus, by laminating the passivation film on each diffusion layer, the recombination rate of minority carriers generated in the vicinity of the silicon surface can be reduced.

また、前記第二導電型拡散層を形成する工程及び前記第一導電型拡散層を形成する工程において、前記第二導電型のドーパントの熱拡散及び前記第一導電型のドーパントの熱拡散を行う際のピーク温度保持時の雰囲気を不活性ガスと活性ガスの混合気体とし、該混合気体における不活性ガス/活性ガスの比を50〜300とすることが好ましい。   In the step of forming the second conductivity type diffusion layer and the step of forming the first conductivity type diffusion layer, thermal diffusion of the second conductivity type dopant and thermal diffusion of the first conductivity type dopant are performed. The atmosphere at the time of holding the peak temperature is preferably a mixed gas of an inert gas and an active gas, and the ratio of the inert gas / active gas in the mixed gas is preferably 50 to 300.

本発明において、ピーク温度保持時の雰囲気は、このように設定することが好適である。その理由は、活性ガスとして好適に利用される酸素が、不活性ガスとともに導入されることで、拡散時に基板表面に形成されるドーパント含有ガラスの成長を制御し、良好な膜厚分布のないドーパント含有ガラスが形成できて、熱処理後のシート抵抗分布を無くすことができるためである。   In the present invention, the atmosphere at the time of holding the peak temperature is preferably set in this way. The reason is that oxygen, which is preferably used as an active gas, is introduced together with an inert gas to control the growth of the dopant-containing glass formed on the substrate surface during diffusion, and has a good thickness distribution. This is because the contained glass can be formed and the sheet resistance distribution after the heat treatment can be eliminated.

更に、本発明では、上記本発明の太陽電池セルの製造方法を用いて製造したものであることを特徴とする太陽電池セルを提供する。   Furthermore, in this invention, it manufactures using the manufacturing method of the photovoltaic cell of the said invention, The solar cell characterized by the above-mentioned is provided.

このような太陽電池セルであれば、変換効率に優れる。また、この太陽電池セルは、ガリウムドープ基板を用いているので、強い光を当ててもライフタイムが低下しにくく、光劣化が抑制されたものである。   If it is such a photovoltaic cell, it is excellent in conversion efficiency. In addition, since this solar battery cell uses a gallium-doped substrate, the lifetime is not easily lowered even when strong light is applied, and the light deterioration is suppressed.

本発明の太陽電池セルの製造方法であれば、ガリウムドープ基板を用いたことにより光劣化が抑制された太陽電池セルを、さらに、優れた変換効率を有するものとして、安定して製造することができる。本発明の太陽電池セルは、変換効率に優れる。また、この太陽電池セルは、ガリウムドープ基板を用いているので、強い光を当ててもライフタイムが低下しにくく、光劣化が抑制されたものである。   If it is the manufacturing method of the photovoltaic cell of this invention, it can manufacture stably the solar cell by which photodegradation was suppressed by using a gallium dope board | substrate as what has the further excellent conversion efficiency. it can. The solar battery cell of the present invention is excellent in conversion efficiency. In addition, since this solar battery cell uses a gallium-doped substrate, the lifetime is not easily lowered even when strong light is applied, and the light deterioration is suppressed.

実施例1〜6、比較例1〜18における、ピーク温度(℃)とセル変換効率(%)の関係を示したグラフである。It is the graph which showed the relationship of the peak temperature (degreeC) and cell conversion efficiency (%) in Examples 1-6 and Comparative Examples 1-18. 実施例1〜6、比較例1〜6における、ピーク温度(℃)と熱拡散後の基板ライフタイム(μ秒)の関係を示したグラフである。It is the graph which showed the relationship between the peak temperature (degreeC) and the board | substrate lifetime (microsecond) after thermal diffusion in Examples 1-6 and Comparative Examples 1-6. 実施例7〜10、比較例19〜26における、ピーク温度の保持時間(分)とセル変換効率(%)の関係を示したグラフである。It is the graph which showed the relationship of holding time (minute) of peak temperature and cell conversion efficiency (%) in Examples 7-10 and Comparative Examples 19-26. 本発明の太陽電池セルの製造方法の一例を示すフロー図である。It is a flowchart which shows an example of the manufacturing method of the photovoltaic cell of this invention. 本発明の太陽電池セルの一例を示す断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram which shows an example of the photovoltaic cell of this invention.

以下、本発明をより詳細に説明する。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail.

上記のように、ガリウムドープ基板を用いて、変換効率に優れた太陽電池セルを安定して製造することができる太陽電池セルの製造方法が求められている。   As described above, a solar cell manufacturing method that can stably manufacture a solar cell excellent in conversion efficiency by using a gallium-doped substrate is demanded.

本発明者らは、上記目的を達成するために鋭意検討を行った。その結果、ドーパントの熱拡散を行う際のピーク温度及びピーク温度の保持時間を、それぞれ特定の範囲内とする太陽電池セルの製造方法が、上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成させた。   The present inventors have intensively studied to achieve the above object. As a result, it has been found that a method for manufacturing a solar cell in which the peak temperature and the retention time of the peak temperature during the thermal diffusion of the dopant are within a specific range can solve the above-mentioned problems, and the present invention has been completed. .

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be specifically described with reference to the drawings, but the present invention is not limited thereto.

まず、本発明の太陽電池セルの製造方法によって得られる太陽電池セルについて、図5を参照して説明する。図5は、本発明の太陽電池セルの一例を示す断面模式図である。図5に示すように、本発明の太陽電池セルの製造方法によって得られる太陽電池セル10は、第一導電型の半導体基板11を含む。半導体基板11の第一主表面(以下、受光面とも記載する。)に、第一導電型と反対の導電型である第二導電型のドーパントが拡散された第二導電型拡散層(n型拡散層)12が形成され、半導体基板11の第二主表面(以下、裏面とも記載する。)に、第一導電型のドーパントが拡散された第一導電型拡散層(p型拡散層)13が形成されている。受光面には、第二導電型拡散層12と電気的に接続した受光面電極16が形成され、裏面には、第一導電型拡散層13と電気的に接続した裏面電極17が形成されている。通常、第二導電型拡散層12の上に受光面パッシベーション膜14が形成され、第一導電型拡散層13の上に裏面パッシベーション膜15が形成されている。ここで、第二導電型拡散層12は、エミッタ層として、第一導電型拡散層13は、BSF層として機能することができる。   First, the solar cell obtained by the method for manufacturing a solar cell of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing an example of the solar battery cell of the present invention. As shown in FIG. 5, a solar battery cell 10 obtained by the method for manufacturing a solar battery cell of the present invention includes a first conductivity type semiconductor substrate 11. A second conductivity type diffusion layer (n-type) in which a second conductivity type dopant, which is a conductivity type opposite to the first conductivity type, is diffused on a first main surface (hereinafter also referred to as a light receiving surface) of the semiconductor substrate 11. A diffusion layer) 12 is formed, and a first conductivity type diffusion layer (p-type diffusion layer) 13 in which a first conductivity type dopant is diffused on a second main surface (hereinafter also referred to as a back surface) of the semiconductor substrate 11. Is formed. A light receiving surface electrode 16 electrically connected to the second conductivity type diffusion layer 12 is formed on the light receiving surface, and a back electrode 17 electrically connected to the first conductivity type diffusion layer 13 is formed on the back surface. Yes. Usually, a light-receiving surface passivation film 14 is formed on the second conductivity type diffusion layer 12, and a back surface passivation film 15 is formed on the first conductivity type diffusion layer 13. Here, the second conductivity type diffusion layer 12 can function as an emitter layer, and the first conductivity type diffusion layer 13 can function as a BSF layer.

本発明では、第一導電型の半導体基板11は、p型のドーパントであるガリウムをドープしたシリコン基板である。従って、以下では、第一導電型をp型、第二導電型をn型とも記載する。   In the present invention, the first conductivity type semiconductor substrate 11 is a silicon substrate doped with gallium which is a p-type dopant. Therefore, hereinafter, the first conductivity type is also referred to as p-type and the second conductivity type is also referred to as n-type.

本発明の太陽電池セル10は、裏面電極17のパターンを変更することで、通常の片面受光型太陽電池の他に両面受光型太陽電池とすることもできる。   The solar battery cell 10 of the present invention can be a double-sided light-receiving solar battery in addition to a normal single-sided light-receiving solar battery by changing the pattern of the back electrode 17.

ここで、受光面に拡散されるn型のドーパントとしては、P(リン)、Sb(アンチモン)、As(ヒ素)、Bi(ビスマス)等を挙げることができる。裏面に拡散されるp型のドーパントとしては、B(ボロン)、Ga(ガリウム)、Al(アルミニウム)、In(インジウム)等を挙げることができる。   Here, examples of the n-type dopant diffused on the light receiving surface include P (phosphorus), Sb (antimony), As (arsenic), and Bi (bismuth). Examples of the p-type dopant diffused on the back surface include B (boron), Ga (gallium), Al (aluminum), and In (indium).

次に、本発明の太陽電池セルの製造方法について、図4を参照して説明する。図4は、本発明の太陽電池セルの製造方法の一例を示すフロー図である。以下で説明する方法は典型例であり、本発明はこれに限定されない。まず、図4(a)に示すように、ガリウムドープ基板を準備する。ガリウムドープ基板を切り出すシリコン単結晶は、例えば、CZ法を用いて製造することができる。この場合、ガリウムと多結晶原料を一緒にルツボに入れ、原料融液とすればよい。特に、量産にあたっては精細な濃度調整が必要となることから、高濃度のガリウムドープシリコン単結晶を作製し、それを細かく砕いてドープ剤を作製し、これを多結晶シリコンを溶融した後に所望濃度になるよう調整して投入するのが望ましい。このようにして得られたガリウムドープシリコン単結晶をスライスすることによってガリウムドープ基板を得ることができる。   Next, the manufacturing method of the photovoltaic cell of this invention is demonstrated with reference to FIG. FIG. 4 is a flowchart showing an example of a method for producing a solar battery cell of the present invention. The method described below is a typical example, and the present invention is not limited to this. First, as shown in FIG. 4A, a gallium doped substrate is prepared. The silicon single crystal from which the gallium-doped substrate is cut out can be manufactured using, for example, the CZ method. In this case, gallium and a polycrystalline raw material may be put together in a crucible to form a raw material melt. In particular, since it is necessary to finely adjust the concentration for mass production, a high concentration gallium-doped silicon single crystal is prepared, and then finely crushed to prepare a dopant, which is melted to a desired concentration after polycrystalline silicon is melted. It is desirable to adjust and input so that A gallium-doped substrate can be obtained by slicing the gallium-doped silicon single crystal thus obtained.

ここで、基板の比抵抗は特に限定されないが、例えば、0.1〜5Ω・cmの範囲内とすることができる。基板の厚さも特に限定されず、例えば、100〜200μm厚とすることができる。基板の主面の形状及び面積は特に限定されない。   Here, the specific resistance of the substrate is not particularly limited, but may be, for example, in the range of 0.1 to 5 Ω · cm. The thickness of the substrate is not particularly limited, and can be, for example, 100 to 200 μm. The shape and area of the main surface of the substrate are not particularly limited.

次に、図4(b)に示すように、基板表面のスライスダメージを、濃度5〜60%の水酸化ナトリウムや水酸化カリウムのような高濃度のアルカリ、もしくは、フッ酸と硝酸の混酸等を用いてエッチングすることができる。   Next, as shown in FIG. 4B, slicing damage on the substrate surface is caused by a high concentration alkali such as sodium hydroxide or potassium hydroxide having a concentration of 5 to 60%, or a mixed acid of hydrofluoric acid and nitric acid. Can be used for etching.

引き続き、基板表面にテクスチャと呼ばれる微小な凹凸形成を行うことができる。テクスチャは太陽電池セルの反射率を低下させるための有効な方法である。テクスチャは、加熱した水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム等のアルカリ溶液(濃度1〜10%、温度60〜100℃)中に10分から30分程度浸漬することで作製される。上記溶液中に、所定量の2−プロパノール(IPA:イソプロピルアルコール)を溶解させ、反応を促進させることが多い。   Subsequently, minute unevenness called texture can be formed on the substrate surface. Texture is an effective method for reducing the reflectance of solar cells. The texture is immersed for about 10 to 30 minutes in an alkali solution (concentration 1 to 10%, temperature 60 to 100 ° C.) such as heated sodium hydroxide, potassium hydroxide, potassium carbonate, sodium carbonate, sodium hydrogen carbonate, etc. Produced. A predetermined amount of 2-propanol (IPA: isopropyl alcohol) is often dissolved in the solution to promote the reaction.

ダメージエッチング及びテクスチャ形成の後は、図4(c)に示すように、基板を洗浄することが好ましい。洗浄は、例えば、塩酸、硫酸、硝酸、フッ酸等、もしくはこれらの混合液の酸性水溶液中、又は純水を用いて行うことができる。   After the damage etching and texture formation, it is preferable to clean the substrate as shown in FIG. Washing can be performed, for example, using hydrochloric acid, sulfuric acid, nitric acid, hydrofluoric acid, or the like, or an acidic aqueous solution of a mixed solution thereof, or using pure water.

次に、図4(d)に示すように、第一導電型の半導体基板の第一主表面に、第一導電型と反対の導電型である第二導電型のドーパントを熱拡散して第二導電型拡散層を形成する。また、図4(e)に示すように、第一導電型の半導体基板の第二主表面に、第一導電型のドーパントを熱拡散して第一導電型拡散層を形成する。工程(d)及び工程(e)を行う順番は特に限定されず、また、以下に示すように工程(d)及び工程(e)を同時に行ってもよい。   Next, as shown in FIG. 4D, a second conductivity type dopant, which is the conductivity type opposite to the first conductivity type, is thermally diffused on the first main surface of the first conductivity type semiconductor substrate. A two-conductive type diffusion layer is formed. Further, as shown in FIG. 4E, the first conductivity type diffusion layer is formed by thermally diffusing the first conductivity type dopant on the second main surface of the first conductivity type semiconductor substrate. The order in which the step (d) and the step (e) are performed is not particularly limited, and the step (d) and the step (e) may be performed simultaneously as shown below.

本発明では、第二導電型のドーパントの熱拡散及び第一導電型のドーパントの熱拡散を行う際のピーク温度を、それぞれ800℃以上900℃以下とする。また、ピーク温度の保持時間を、1分以上90分以下とする。ここで、ピーク温度は、好ましくは800℃以上850℃以下である。このようなピーク温度とすることにより、ガリウムドープ基板のライフタイムの減少を防止することができ、太陽電池セルの変換効率を高くすることができることがわかった。この理由は必ずしも定かではないが、900℃を超える熱処理をガリウムドープ基板に対して行うと、ガリウムドープ基板中に酸素析出物による欠陥が生じやすくなり、スワールが発現するためと考えられる。このような900℃を超える熱処理により変換効率が悪化する現象は、ガリウムドープ基板に特に顕著であり、従来のボロンをドープしたシリコン基板(ボロンドープ基板)を使用した太陽電池セルでは問題となっていなかった。ピーク温度の保持時間は、好ましくは20分以上40分以下である。ピーク温度が800℃未満の場合、ドーパントが熱拡散しづらく、太陽電池セルの拡散層形成には不向きである。ピーク温度が900℃を超える場合、ライフタイムが低くなってしまう。なお、本発明においてピーク温度とは、第二導電型のドーパント及び第一導電型のドーパントを熱拡散する際に、ガリウムドープ基板を投入して熱処理する拡散熱処理炉内の最高温度のことである。ピーク温度の保持時間が1分未満であると、ドーパントの熱拡散が不十分となる。ピーク温度の保持時間が90分を超えると生産性が悪化する。   In the present invention, the peak temperatures at the time of thermal diffusion of the second conductivity type dopant and thermal diffusion of the first conductivity type dopant are set to 800 ° C. or more and 900 ° C. or less, respectively. In addition, the peak temperature holding time is 1 minute or more and 90 minutes or less. Here, the peak temperature is preferably 800 ° C. or higher and 850 ° C. or lower. It was found that by setting such peak temperature, the lifetime of the gallium-doped substrate can be prevented from decreasing, and the conversion efficiency of the solar battery cell can be increased. The reason for this is not necessarily clear, but it is considered that if heat treatment at over 900 ° C. is performed on the gallium-doped substrate, defects due to oxygen precipitates are likely to occur in the gallium-doped substrate, and swirl appears. Such a phenomenon that the conversion efficiency is deteriorated by heat treatment exceeding 900 ° C. is particularly remarkable in a gallium-doped substrate, and is not a problem in a conventional solar cell using a silicon substrate (boron-doped substrate) doped with boron. It was. The holding time of the peak temperature is preferably 20 minutes or more and 40 minutes or less. When the peak temperature is less than 800 ° C., it is difficult for the dopant to thermally diffuse, and it is not suitable for forming a diffusion layer of the solar battery cell. When the peak temperature exceeds 900 ° C., the lifetime is lowered. In the present invention, the peak temperature is the maximum temperature in a diffusion heat treatment furnace in which a gallium-doped substrate is introduced and heat treated when the second conductivity type dopant and the first conductivity type dopant are thermally diffused. . When the holding time of the peak temperature is less than 1 minute, the thermal diffusion of the dopant becomes insufficient. When the holding time of the peak temperature exceeds 90 minutes, productivity deteriorates.

工程(d)及び工程(e)において、ドーパントを熱拡散させる方法は特に限定されない。例えば、POClやBBr等をキャリアガスと共に熱処理炉内に導入して拡散させる気相拡散法や、リンやボロンを含む材料を基板上に塗布した後、熱処理する塗布拡散法等を用いることができる。塗布拡散法における塗布方法としては、スピン塗布法、スプレー塗布法、インクジェット法、スクリーン印刷法等を挙げることができる。 In the step (d) and the step (e), the method for thermally diffusing the dopant is not particularly limited. For example, a vapor phase diffusion method in which POCl 3 or BBr 3 or the like is introduced into a heat treatment furnace together with a carrier gas and diffused, or a coating diffusion method in which a material containing phosphorus or boron is coated on a substrate and then heat treated is used. Can do. Examples of the coating method in the coating diffusion method include a spin coating method, a spray coating method, an ink jet method, and a screen printing method.

本発明では、気相拡散法に比べて、マスク形成やマスク除去の工程を減らすことができ、製造コストを抑えることができる塗布拡散法を用いることが好ましい。具体的には、第二導電型のドーパントの熱拡散を、半導体基板の第一主表面上に、第二導電型のドーパントを含む材料を塗布し、熱処理することによって行い、第一導電型のドーパントの熱拡散を、半導体基板の第二主表面上に、第一導電型のドーパントを含む材料を塗布し、熱処理することによって行うことが好ましい。   In the present invention, it is preferable to use a coating diffusion method that can reduce the steps of mask formation and mask removal and suppress the manufacturing cost as compared with the vapor phase diffusion method. Specifically, the thermal diffusion of the second conductivity type dopant is performed by applying a material containing the second conductivity type dopant on the first main surface of the semiconductor substrate and heat-treating the first conductivity type dopant. It is preferable that the thermal diffusion of the dopant is performed by applying a material containing the dopant of the first conductivity type on the second main surface of the semiconductor substrate and performing a heat treatment.

この際、一度の熱処理で第二導電型のドーパントの熱拡散及び第一導電型のドーパントの熱拡散を行うことがより好ましい。これにより製造工程数を更に減らすことができ、製造コストを更に抑えることができる。この場合、例えば、まず、受光面にn型のドーパントを含む材料を塗布し、基板を乾燥炉に投入し、材料を乾燥させることでn型ドーパント含有膜を形成し、次に、同様の方法で、裏面にp型ドーパント含有膜を形成する。その後熱処理を実施して、n型拡散層及びp型拡散層を一度の熱処理で同時に形成することができる。なお、n型拡散層及びp型拡散層のいずれか一方を、塗布拡散法を用いて形成し、他方を気相拡散法によって形成することもできる。   At this time, it is more preferable to perform thermal diffusion of the second conductivity type dopant and thermal diffusion of the first conductivity type dopant by a single heat treatment. Thereby, the number of manufacturing steps can be further reduced, and the manufacturing cost can be further suppressed. In this case, for example, first, a material containing an n-type dopant is applied to the light receiving surface, the substrate is placed in a drying furnace, and the material is dried to form an n-type dopant-containing film. Then, a p-type dopant-containing film is formed on the back surface. Thereafter, heat treatment is performed, and the n-type diffusion layer and the p-type diffusion layer can be simultaneously formed by one heat treatment. Note that one of the n-type diffusion layer and the p-type diffusion layer can be formed using a coating diffusion method, and the other can be formed using a vapor phase diffusion method.

ここで、第二導電型のドーパントを含む材料としては、熱処理によってガラス化するリン拡散剤を用いることができる。このリン拡散剤は、公知のものを用いることができ、例えば、P、純水、PVA(ポリビニルアルコール)、TEOS(テトラエチルオルソシリケート)を混合することによって得ることもできる。 Here, as the material containing the second conductivity type dopant, a phosphorus diffusing agent that vitrifies by heat treatment can be used. As the phosphorus diffusing agent, a known one can be used, and for example, it can be obtained by mixing P 2 O 5 , pure water, PVA (polyvinyl alcohol), and TEOS (tetraethylorthosilicate).

第一導電型のドーパントを含む材料としては、熱処理によってガラス化するボロン拡散剤を用いることができる。このボロン拡散剤は、公知のものを用いることができ、例えば、B、純水、PVAを混合することによって得ることもできる。 As the material containing the first conductivity type dopant, a boron diffusing agent that vitrifies by heat treatment can be used. As the boron diffusing agent, a known one can be used, and for example, it can be obtained by mixing B 2 O 3 , pure water, and PVA.

本発明では工程(d)及び工程(e)において、第二導電型のドーパントの熱拡散及び第一導電型のドーパントの熱拡散を行う際のピーク温度保持時の雰囲気を不活性ガスと活性ガスの混合気体とすることが好ましい。この際、この混合気体における不活性ガス/活性ガスの比を50〜300とすることが好ましい。ここで、不活性ガスとしては、Nガスを、活性ガスとしてはOガスを挙げることができる。なお、この不活性ガス/活性ガスの比は、体積流量比である。微量のOガスを、Nガスとともに熱拡散時に流すことで、拡散時に基板表面に形成されるドーパント含有ガラスの成長を制御し、良好な膜厚分布のないドーパント含有ガラスが形成できて、熱処理後のシート抵抗分布を無くすことができるためである。 In the present invention, in the step (d) and the step (e), the atmosphere at the time of holding the peak temperature when performing the thermal diffusion of the second conductivity type dopant and the thermal diffusion of the first conductivity type dopant is the inert gas and the active gas. It is preferable to use a mixed gas of At this time, the ratio of inert gas / active gas in the mixed gas is preferably 50 to 300. Here, as the inert gas, N 2 gas can be used, and as the active gas, O 2 gas can be used. The inert gas / active gas ratio is a volume flow rate ratio. By flowing a small amount of O 2 gas together with N 2 gas during thermal diffusion, the growth of the dopant-containing glass formed on the substrate surface during diffusion can be controlled, and a dopant-containing glass without a good film thickness distribution can be formed. This is because the sheet resistance distribution after the heat treatment can be eliminated.

上記熱拡散を行うと半導体基板の表面には少なからずガラス層が形成される。そのため、図4(f)に示すように、フッ酸等で表面のガラスを除去する。   When the thermal diffusion is performed, a glass layer is formed on the surface of the semiconductor substrate. Therefore, as shown in FIG. 4F, the glass on the surface is removed with hydrofluoric acid or the like.

次に、図4(g)に示すように、プラズマエッチャーを用い、pn接合の分離を行う。このプロセスではプラズマやラジカルが受光面や裏面に侵入しないよう、サンプルをスタックし、その状態で、端面を数ミクロン削る。このプラズマエッチングによるpn分離は、ボロンガラスおよびリンガラスの除去前に行ってもよいし、除去後に行ってもよい。pn分離の代替手法として、レーザーによる溝形成を行ってもよい。   Next, as shown in FIG. 4G, a pn junction is separated using a plasma etcher. In this process, the sample is stacked so that plasma and radicals do not enter the light-receiving surface and back surface, and in this state, the end surface is cut by several microns. This pn separation by plasma etching may be performed before or after the removal of boron glass and phosphorus glass. As an alternative method of pn separation, groove formation by a laser may be performed.

次に、第二導電型拡散層及び第一導電型拡散層と電気的に接続した電極を形成する。例えば、図4(h)〜図4(j)に示す方法で、電極を形成することができる。まず、図4(h)に示すように、第二導電型拡散層の上に受光面パッシベーション膜を形成し、第一導電型拡散層の上に裏面パッシベーション膜を形成する。ここで、受光面パッシベーション膜は、反射防止膜としても働く。パッシベーション膜としてはプラズマCVD装置を用いて形成できるSiNx膜やSiO膜等が使用でき、熱酸化膜も使用可能である。膜厚は85〜105nmが反射率低減効果が最大となり好適である。 Next, an electrode electrically connected to the second conductivity type diffusion layer and the first conductivity type diffusion layer is formed. For example, the electrodes can be formed by the method shown in FIGS. 4 (h) to 4 (j). First, as shown in FIG. 4H, a light-receiving surface passivation film is formed on the second conductivity type diffusion layer, and a back surface passivation film is formed on the first conductivity type diffusion layer. Here, the light-receiving surface passivation film also functions as an antireflection film. As the passivation film, a SiNx film or a SiO 2 film that can be formed using a plasma CVD apparatus can be used, and a thermal oxide film can also be used. A film thickness of 85 to 105 nm is preferable because the effect of reducing the reflectance is maximized.

次に、図4(i)に示すように、各パッシベーション膜上の所定の位置に導電性粒子とガラスフリットを含有する導電性ペーストを塗布する。導電性粒子としては、例えば、銀を用いることができる。この場合、基板の受光面及び裏面に、銀とガラスフリットを含有する導電性銀ペーストをくし型パターンでそれぞれ印刷することができる。なお、導電性ペーストは、スクリーン印刷法等の印刷法の他に、蒸着法、スパッタ法等で基板上に形成することも可能である。   Next, as shown in FIG. 4I, a conductive paste containing conductive particles and glass frit is applied to predetermined positions on each passivation film. As the conductive particles, for example, silver can be used. In this case, a conductive silver paste containing silver and glass frit can be printed on each of the light receiving surface and the back surface of the substrate in a comb pattern. Note that the conductive paste can be formed on the substrate by a vapor deposition method, a sputtering method, or the like in addition to a printing method such as a screen printing method.

次に、図4(j)に示すように、導電性ペーストを塗布した半導体基板を焼成して、パッシベーション膜を貫通(ファイアースルー)し、第二導電型拡散層及び第一導電型拡散層と電気的に接続した電極を形成する。裏面電極及び受光面電極の焼成は一度に行うことも可能である。   Next, as shown in FIG. 4 (j), the semiconductor substrate coated with the conductive paste is baked to penetrate through the passivation film (fire through), and the second conductivity type diffusion layer and the first conductivity type diffusion layer An electrically connected electrode is formed. The back electrode and the light-receiving surface electrode can be baked at the same time.

このようにして図5の太陽電池セルを製造することができる。本発明の太陽電池セルの製造方法は、ガリウムドープ基板を用いること及び工程(d),(e)の拡散層形成時におけるピーク温度に主な特徴を有しており、種々の太陽電池セルの製造方法に適用することができる。   In this way, the solar battery cell of FIG. 5 can be manufactured. The solar cell manufacturing method of the present invention is characterized mainly by the use of a gallium-doped substrate and the peak temperature when forming the diffusion layer in steps (d) and (e). It can be applied to a manufacturing method.

以下、実施例及び比較例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明はこの実施例に限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example and a comparative example are shown and this invention is demonstrated more concretely, this invention is not limited to this Example.

(実施例1〜6、比較例1〜6)
まず、ガリウムがドープされ、厚さ0.2mmにスライスして作製された比抵抗が約1Ω・cmのp型の単結晶シリコンからなるp型シリコン基板に外形加工を行うことによって、一辺15cmの正方形の板状とした(図4(a))。そして、このp型シリコン基板をフッ硝酸溶液中に15秒間浸漬させてダメージエッチングし、更に、2%のKOHと2%のIPAを含む70℃の溶液で5分間化学エッチングした後に純水で洗浄し、乾燥させることで、p型シリコン基板表面にテクスチャ構造を形成した(図4(b)、図4(c))。
(Examples 1-6, Comparative Examples 1-6)
First, by performing external processing on a p-type silicon substrate made of p-type single crystal silicon doped with gallium and sliced to a thickness of 0.2 mm and having a specific resistance of about 1 Ω · cm, A square plate was formed (FIG. 4A). The p-type silicon substrate is dipped in a hydrofluoric acid solution for 15 seconds for damage etching, and further chemically etched with a 70 ° C. solution containing 2% KOH and 2% IPA for 5 minutes, followed by washing with pure water. Then, by drying, a texture structure was formed on the surface of the p-type silicon substrate (FIGS. 4B and 4C).

上記のp型シリコン基板に対して、受光面となる側(以下オモテ面と呼ぶ)の全面に、ベルギーのSoltech NVのリン含有ドーパントペーストP101を、スクリーン印刷法を用いて塗布した後、乾燥炉に投入し、200℃10分で乾燥して固定することで、リン含有膜を形成した。   After applying the phosphorus-containing dopant paste P101 of Soltech NV, Belgium on the entire surface of the p-type silicon substrate, which will be the light receiving surface (hereinafter referred to as the front surface), using a screen printing method, a drying furnace And dried and fixed at 200 ° C. for 10 minutes to form a phosphorus-containing film.

その後、上記のp型シリコン基板の受光面の反対となる側(以下ウラ面と呼ぶ)の全面に、アメリカ合衆国のハネウェルインターナショナルコーポレーテッドのホウ素含有インクを、スクリーン印刷法を用いて塗布した後、乾燥炉に投入し、200℃10分で乾燥して固定することで、ボロン含有膜を形成した。   Thereafter, a boron-containing ink of Honeywell International Co. of the United States is applied to the entire surface of the p-type silicon substrate opposite to the light-receiving surface (hereinafter referred to as the back surface) using a screen printing method, and then dried. A boron-containing film was formed by placing in a furnace, drying and fixing at 200 ° C. for 10 minutes.

その後、上記のp型シリコン基板を拡散熱処理炉に投入し、以下の条件で拡散熱処理を行った。拡散炉内はNガス/Oガス比=200の混合雰囲気中であって、ピーク温度(ピーク熱拡散温度)は750℃,800℃,850℃,900℃,950℃,1000℃の各温度で、ピーク熱拡散温度の保持時間は20分間又は40分間で拡散熱処理を行うことにより、基板のオモテ面にn型拡散層を、ウラ面にp型拡散層を形成した(図4(d)、図4(e))。 Thereafter, the p-type silicon substrate was put into a diffusion heat treatment furnace, and diffusion heat treatment was performed under the following conditions. The inside of the diffusion furnace is in a mixed atmosphere of N 2 gas / O 2 gas ratio = 200, and peak temperatures (peak thermal diffusion temperatures) are 750 ° C., 800 ° C., 850 ° C., 900 ° C., 950 ° C., and 1000 ° C. By performing diffusion heat treatment for 20 minutes or 40 minutes at the peak heat diffusion temperature, an n-type diffusion layer was formed on the front surface of the substrate, and a p-type diffusion layer was formed on the back surface (FIG. 4D). ), FIG. 4 (e)).

その後、上記の基板表面に残る拡散ガラスを25%フッ酸水溶液中に5分間浸漬し、続いて純水で5分間リンスすることによって除去した(図4(f))。更に、基板のオモテ面とウラ面の全面を覆う治具で押さえつけ、基板の外周のみが露出している状態でチャンバーに入れ、CFガスのプラズマエッチングを30分間施すことにより、基板の外周をエッチングして、n型拡散層とp型拡散層を分離した(図4(g))。続いて、SiHとNH、Nを用いたプラズマCVD法により、基板のオモテ面とウラ面の両方に、反射防止膜兼パッシベーション膜となるSiNを厚さ1000Åで形成した(図4(h))。 Thereafter, the diffusion glass remaining on the surface of the substrate was removed by immersing in a 25% aqueous hydrofluoric acid solution for 5 minutes and then rinsing with pure water for 5 minutes (FIG. 4 (f)). Furthermore, the outer periphery of the substrate is pressed by a jig that covers the entire front and back surfaces of the substrate, put into the chamber with only the outer periphery of the substrate exposed, and subjected to plasma etching of CF 4 gas for 30 minutes. The n-type diffusion layer and the p-type diffusion layer were separated by etching (FIG. 4G). Subsequently, SiN serving as an antireflection film and a passivation film was formed to a thickness of 1000 mm on both the front and back surfaces of the substrate by plasma CVD using SiH 4 , NH 3 , and N 2 (FIG. 4 ( h)).

次に、ここまでの処理を施した基板のウラ面に、スクリーン印刷法を用いて、導電性銀ペーストをくし型パターンで印刷し、150℃で乾燥させた。更に、基板のオモテ面に、スクリーン印刷法を用いて、導電性銀ペーストをくし型パターンで印刷し、150℃で乾燥させた(図4(i))。この導電性銀ペースト塗布済み基板を焼成炉に投入し、最高温度800℃で5秒間、導電性銀ペーストを焼成して、太陽電池セルを作製した(図4(j))。   Next, a conductive silver paste was printed in a comb pattern using a screen printing method on the back surface of the substrate that had been treated so far, and dried at 150 ° C. Further, a conductive silver paste was printed in a comb pattern on the front side of the substrate using a screen printing method and dried at 150 ° C. (FIG. 4 (i)). The substrate coated with the conductive silver paste was put into a baking furnace, and the conductive silver paste was baked at a maximum temperature of 800 ° C. for 5 seconds to produce a solar battery cell (FIG. 4 (j)).

(比較例7〜18)
基板として、ボロンがドープされ、厚さ0.2mmにスライスして作製された比抵抗が約1Ω・cmのp型の単結晶シリコンからなるp型シリコン基板に外形加工を行うことによって、一辺15cmの正方形の板状としたものを用いた以外は、実施例1〜6、比較例1〜6と同様の処理を行って太陽電池セルを作製した。
(Comparative Examples 7-18)
A p-type silicon substrate made of p-type single crystal silicon doped with boron and sliced to a thickness of 0.2 mm and having a specific resistance of about 1 Ω · cm is processed into a 15 cm side. A solar battery cell was produced by performing the same treatment as in Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 6, except that the square plate was used.

表1、表2及び図1に実施例1〜6、比較例1〜18の結果を示す。表1は、実施例1〜6、比較例1〜6の熱拡散後の基板ライフタイム(μ秒)とセル変換効率(%)を示すものである。表2は、比較例7〜18のセル変換効率(%)を示すものである。   Tables 1 and 2 and FIG. 1 show the results of Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 18. Table 1 shows the substrate lifetime (μ seconds) and cell conversion efficiency (%) after thermal diffusion of Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 6. Table 2 shows the cell conversion efficiency (%) of Comparative Examples 7 to 18.

Figure 2016046400
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図1は、実施例1〜6、比較例1〜18における、ピーク温度(℃)とセル変換効率(%)の関係を示した図である。図1には、上記の方法でボロンドープ基板(ボロンドープp型シリコン基板)とガリウムドープ基板(ガリウムドープp型シリコン基板)を使用して、ピーク温度は、750℃,800℃,850℃,900℃,950℃,1000℃の各温度で、ピーク温度の保持時間は、20分間又は40分間で、拡散熱処理を行って、各条件10枚ずつの太陽電池セルを作製した際の、太陽電池セルの平均変換効率が示されている。なお、図1及び図2における「保持時間」は、ピーク温度の保持時間を示している。   FIG. 1 is a graph showing the relationship between peak temperature (° C.) and cell conversion efficiency (%) in Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 18. In FIG. 1, using a boron-doped substrate (boron-doped p-type silicon substrate) and a gallium-doped substrate (gallium-doped p-type silicon substrate) by the above method, the peak temperatures are 750 ° C., 800 ° C., 850 ° C., 900 ° C. , 950 ° C., 1000 ° C., and the peak temperature holding time is 20 minutes or 40 minutes. When the diffusion heat treatment is performed, 10 solar cells are manufactured for each condition. Average conversion efficiency is shown. Note that “holding time” in FIGS. 1 and 2 indicates the holding time of the peak temperature.

表1、表2及び図1に示すように、ピーク温度を800℃以上900℃以下とし、ガリウムドープ基板を用いた場合(実施例1〜6)は、ピーク温度を800℃以上900℃以下とし、ボロンドープ基板を用いた場合(比較例8〜10、比較例14〜16)よりも太陽電池セルの平均変換効率を高めることができる。ガリウムドープ基板は、これより高い温度で熱拡散すると(比較例2、3、5、6)ライフタイムが低くなってしまう。これは、酸素欠陥が析出しやすくなってスワールが発現することによると考えられる。また、これより低い温度(比較例1、4)では、ドーパントが熱拡散しづらく、太陽電池セルの拡散層形成には不向きである。   As shown in Table 1, Table 2, and FIG. 1, when the peak temperature is 800 ° C. or higher and 900 ° C. or lower and a gallium doped substrate is used (Examples 1 to 6), the peak temperature is 800 ° C. or higher and 900 ° C. or lower. The average conversion efficiency of the solar cells can be increased more than when the boron-doped substrate is used (Comparative Examples 8 to 10 and Comparative Examples 14 to 16). If the gallium-doped substrate is thermally diffused at a temperature higher than this (Comparative Examples 2, 3, 5, 6), the lifetime will be lowered. This is thought to be due to the fact that oxygen defects are likely to precipitate and swirl is developed. Further, at lower temperatures (Comparative Examples 1 and 4), the dopant is difficult to thermally diffuse and is not suitable for forming a diffusion layer of a solar battery cell.

図2は、実施例1〜6、比較例1〜6における、ピーク温度(℃)と熱拡散後の基板ライフタイム(μ秒)の関係を示した図である。表1及び図2に示すように、ガリウムドープ基板のライフタイムは、ピーク温度の条件を、800℃以上900℃以下(実施例1〜6)、特に、800℃以上850℃以下とした場合に高くなることがわかる。   FIG. 2 is a graph showing the relationship between the peak temperature (° C.) and the substrate lifetime (μ seconds) after thermal diffusion in Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 6. As shown in Table 1 and FIG. 2, the lifetime of the gallium-doped substrate is determined when the peak temperature condition is 800 ° C. or higher and 900 ° C. or lower (Examples 1 to 6), particularly 800 ° C. or higher and 850 ° C. or lower. It turns out that it becomes high.

(実施例7〜10、比較例19〜20)
ピーク温度の保持時間を、30秒,1分,30分,50分,90分,100分とした以外は実施例2(ピーク温度を850℃とした実施例)と同様の処理を行って太陽電池セルを作製した。
(Examples 7 to 10, Comparative Examples 19 to 20)
The solar cell was processed in the same manner as in Example 2 (Example in which the peak temperature was 850 ° C.) except that the holding time of the peak temperature was 30 seconds, 1 minute, 30 minutes, 50 minutes, 90 minutes, and 100 minutes. A battery cell was produced.

(比較例21〜26)
ピーク温度の保持時間を、30秒,1分,30分,50分,90分,100分とした以外は比較例9(ピーク温度を850℃とした比較例)と同様の処理を行って太陽電池セルを作製した。
(Comparative Examples 21-26)
The solar cell was processed in the same manner as in Comparative Example 9 (Comparative Example in which the peak temperature was 850 ° C.) except that the holding time of the peak temperature was 30 seconds, 1 minute, 30 minutes, 50 minutes, 90 minutes, and 100 minutes. A battery cell was produced.

表3及び図3に、実施例7〜10、比較例19〜26の結果を示す。表3は、実施例7〜10、比較例19〜26のセル変換効率(%)を示すものである。   In Table 3 and FIG. 3, the result of Examples 7-10 and Comparative Examples 19-26 is shown. Table 3 shows the cell conversion efficiencies (%) of Examples 7 to 10 and Comparative Examples 19 to 26.

Figure 2016046400
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図3は、実施例7〜10、比較例19〜26における、ピーク温度の保持時間(分)とセル変換効率(%)の関係を示した図である。図3には、実施例2、5、比較例9、15の結果もプロットしてある。図3に示すように、ピーク温度の保持時間を1分以上90分以下とし、ガリウムドープ基板を用いた場合(実施例7〜10)は、ピーク温度の保持時間を1分以上90分以下とし、ボロンドープ基板を用いた場合(比較例22〜25)よりも太陽電池セルの平均変換効率を高めることができる。ピーク温度の保持時間は1分未満だと短すぎ、変換効率が不十分なものとなった。ピーク温度の保持時間は90分以下で十分である。これを超えても変換効率は改善しない。生産性の観点から、ピーク温度の保持時間は90分以下とする。   FIG. 3 is a graph showing the relationship between peak temperature retention time (minutes) and cell conversion efficiency (%) in Examples 7 to 10 and Comparative Examples 19 to 26. In FIG. 3, the results of Examples 2 and 5 and Comparative Examples 9 and 15 are also plotted. As shown in FIG. 3, the peak temperature holding time is 1 minute or more and 90 minutes or less, and when a gallium doped substrate is used (Examples 7 to 10), the peak temperature holding time is 1 minute or more and 90 minutes or less. The average conversion efficiency of the solar battery cells can be increased more than when the boron-doped substrate is used (Comparative Examples 22 to 25). When the holding time of the peak temperature was less than 1 minute, it was too short, and the conversion efficiency was insufficient. A retention time of 90 minutes or less is sufficient for the peak temperature. Exceeding this does not improve the conversion efficiency. From the viewpoint of productivity, the peak temperature holding time is 90 minutes or less.

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。   The present invention is not limited to the above embodiment. The above-described embodiment is an exemplification, and the present invention has substantially the same configuration as the technical idea described in the claims of the present invention, and any device that exhibits the same function and effect is the present invention. It is included in the technical scope of the invention.

10…太陽電池セル、 11…第一導電型の半導体基板、
12…第二導電型拡散層(n型拡散層)、 13…第一導電型拡散層(p型拡散層)、
14…受光面パッシベーション膜、 15…裏面パッシベーション膜、
16…受光面電極、 17…裏面電極。
10 ... solar cell, 11 ... first conductivity type semiconductor substrate,
12 ... Second conductivity type diffusion layer (n-type diffusion layer), 13 ... First conductivity type diffusion layer (p-type diffusion layer),
14 ... Light-receiving surface passivation film, 15 ... Back surface passivation film,
16 ... Light-receiving surface electrode, 17 ... Back electrode.

Claims (6)

第一導電型の半導体基板の第一主表面に、前記第一導電型と反対の導電型である第二導電型のドーパントを熱拡散して第二導電型拡散層を形成する工程と、前記半導体基板の第二主表面に、前記第一導電型のドーパントを熱拡散して第一導電型拡散層を形成する工程と、前記第二導電型拡散層及び前記第一導電型拡散層と電気的に接続した電極を形成する工程とを有する太陽電池セルの製造方法であって、
前記半導体基板を、ガリウムをドープしたシリコン基板とし、
前記第二導電型のドーパントの熱拡散及び前記第一導電型のドーパントの熱拡散を行う際のピーク温度を、それぞれ800℃以上900℃以下とし、前記ピーク温度の保持時間を、1分以上90分以下とすることを特徴とする太陽電池セルの製造方法。
Forming a second conductivity type diffusion layer by thermally diffusing a second conductivity type dopant which is the conductivity type opposite to the first conductivity type on the first main surface of the first conductivity type semiconductor substrate; A step of thermally diffusing the first conductive type dopant on the second main surface of the semiconductor substrate to form a first conductive type diffusion layer; and the second conductive type diffusion layer, the first conductive type diffusion layer, and the electric A step of forming an electrically connected electrode, comprising the steps of:
The semiconductor substrate is a silicon substrate doped with gallium,
The peak temperatures when the thermal diffusion of the second conductivity type dopant and the thermal diffusion of the first conductivity type dopant are performed are 800 ° C. or more and 900 ° C. or less, respectively, and the holding time of the peak temperature is 1 minute or more and 90 ° C. The manufacturing method of the photovoltaic cell characterized by being less than or equal to minutes.
前記第二導電型のドーパントの熱拡散を、前記半導体基板の第一主表面上に、前記第二導電型のドーパントを含む材料を塗布し、熱処理することによって行い、
前記第一導電型のドーパントの熱拡散を、前記半導体基板の第二主表面上に、前記第一導電型のドーパントを含む材料を塗布し、熱処理することによって行うこと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。
Thermal diffusion of the second conductivity type dopant is performed by applying a material containing the second conductivity type dopant on the first main surface of the semiconductor substrate, and performing a heat treatment.
The thermal diffusion of the first conductivity type dopant is performed by applying a material containing the first conductivity type dopant on the second main surface of the semiconductor substrate and performing a heat treatment. The manufacturing method of the photovoltaic cell of description.
一度の熱処理で前記第二導電型のドーパントの熱拡散及び前記第一導電型のドーパントの熱拡散を行うことを特徴とする請求項2に記載の太陽電池セルの製造方法。   The method of manufacturing a solar battery cell according to claim 2, wherein thermal diffusion of the second conductive type dopant and thermal diffusion of the first conductive type dopant are performed by a single heat treatment. 前記電極を形成する工程は、前記第二導電型拡散層及び前記第一導電型拡散層の上にパッシベーション膜を積層し、前記パッシベーション膜上の所定の位置に導電性粒子とガラスフリットを含有する導電性ペーストを塗布し、前記導電性ペーストを塗布した半導体基板を焼成して、前記パッシベーション膜を貫通し、前記第二導電型拡散層及び前記第一導電型拡散層と電気的に接続した電極を形成することにより行うことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の太陽電池セルの製造方法。   The step of forming the electrode includes laminating a passivation film on the second conductive type diffusion layer and the first conductive type diffusion layer, and containing conductive particles and glass frit at predetermined positions on the passivation film. An electrode electrically conductively connected to the second conductive diffusion layer and the first conductive diffusion layer by applying a conductive paste, firing a semiconductor substrate coated with the conductive paste, penetrating the passivation film It forms by forming, The manufacturing method of the photovoltaic cell of any one of Claims 1-3 characterized by the above-mentioned. 前記第二導電型拡散層を形成する工程及び前記第一導電型拡散層を形成する工程において、前記第二導電型のドーパントの熱拡散及び前記第一導電型のドーパントの熱拡散を行う際のピーク温度保持時の雰囲気を不活性ガスと活性ガスの混合気体とし、該混合気体における不活性ガス/活性ガスの比を50〜300とすることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の太陽電池セルの製造方法。   In the step of forming the second conductivity type diffusion layer and the step of forming the first conductivity type diffusion layer, thermal diffusion of the second conductivity type dopant and thermal diffusion of the first conductivity type dopant are performed. The atmosphere at the time of holding the peak temperature is a mixed gas of an inert gas and an active gas, and the ratio of the inert gas / active gas in the mixed gas is set to 50 to 300. The manufacturing method of the photovoltaic cell of Claim 1. 請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の太陽電池セルの製造方法を用いて製造したものであることを特徴とする太陽電池セル。   A solar battery cell manufactured using the method for manufacturing a solar battery cell according to any one of claims 1 to 5.
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