JP2016192499A - Solar battery and method for manufacturing the same - Google Patents
Solar battery and method for manufacturing the same Download PDFInfo
- Publication number
- JP2016192499A JP2016192499A JP2015071854A JP2015071854A JP2016192499A JP 2016192499 A JP2016192499 A JP 2016192499A JP 2015071854 A JP2015071854 A JP 2015071854A JP 2015071854 A JP2015071854 A JP 2015071854A JP 2016192499 A JP2016192499 A JP 2016192499A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- solar cell
- layer
- type semiconductor
- semiconductor layer
- manufacturing
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 55
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 45
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 143
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 83
- 238000002161 passivation Methods 0.000 claims abstract description 67
- PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M copper(1+);methylsulfanylmethane;bromide Chemical compound Br[Cu].CSC PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims abstract description 65
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 26
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 23
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 23
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 18
- 238000005546 reactive sputtering Methods 0.000 claims description 17
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 15
- 229910001873 dinitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 15
- 230000006798 recombination Effects 0.000 claims description 14
- 238000005215 recombination Methods 0.000 claims description 14
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 11
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 9
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N Dioxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 claims description 8
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 8
- 229910001882 dioxygen Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 238000005268 plasma chemical vapour deposition Methods 0.000 claims description 5
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 claims description 5
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 26
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 26
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical group [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 22
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 7
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 6
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 6
- 238000000231 atomic layer deposition Methods 0.000 description 5
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 4
- 238000002310 reflectometry Methods 0.000 description 4
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 3
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 3
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 3
- 239000012495 reaction gas Substances 0.000 description 3
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N Fluorane Chemical compound F KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N Silane Chemical compound [SiH4] BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 2
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 2
- -1 and for example Substances 0.000 description 2
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000006388 chemical passivation reaction Methods 0.000 description 2
- 230000005672 electromagnetic field Effects 0.000 description 2
- 238000003475 lamination Methods 0.000 description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 2
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 2
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 2
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 2
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 2
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 2
- 238000012421 spiking Methods 0.000 description 2
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 2
- 238000010408 sweeping Methods 0.000 description 2
- 229910017107 AlOx Inorganic materials 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N Ozone Chemical compound [O-][O+]=O CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000347 anisotropic wet etching Methods 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 229910021419 crystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002484 cyclic voltammetry Methods 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 1
- 238000004880 explosion Methods 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 231100000086 high toxicity Toxicity 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 229910021421 monocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000001020 plasma etching Methods 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 238000007650 screen-printing Methods 0.000 description 1
- 229910000077 silane Inorganic materials 0.000 description 1
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 description 1
- JLTRXTDYQLMHGR-UHFFFAOYSA-N trimethylaluminium Chemical compound C[Al](C)C JLTRXTDYQLMHGR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/02—Details
- H01L31/0216—Coatings
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
- H01L31/06—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by at least one potential-jump barrier or surface barrier
- H01L31/068—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by at least one potential-jump barrier or surface barrier the potential barriers being only of the PN homojunction type, e.g. bulk silicon PN homojunction solar cells or thin film polycrystalline silicon PN homojunction solar cells
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/547—Monocrystalline silicon PV cells
Abstract
Description
本発明は、p型半導体層と、n型半導体層と、前記p型半導体層に積層されたパッシベーション層とを備える太陽電池及び太陽電池の製造方法に関する。 The present invention relates to a solar cell including a p-type semiconductor layer, an n-type semiconductor layer, and a passivation layer stacked on the p-type semiconductor layer, and a method for manufacturing the solar cell.
太陽電池は、太陽光をエネルギー源として有効活用するという観点から、その活用が広く望まれている。太陽電池は、太陽光の光エネルギーを電気エネルギーに変換する半導体素子である。太陽電池に太陽光が入射されると、太陽電池の中に電子・正孔対が生じる。この太陽光の光エネルギーによって生じた電子・正孔対が、p型半導体層とn型半導体層との接合面の近傍の電界によって分離されて、電子、正孔が異なる電極で捕獲されて、二つの電極間に起電力が生じる。 The use of solar cells is widely desired from the viewpoint of effectively using sunlight as an energy source. A solar cell is a semiconductor element that converts light energy of sunlight into electrical energy. When sunlight is incident on the solar cell, electron-hole pairs are generated in the solar cell. Electron / hole pairs generated by the light energy of sunlight are separated by an electric field in the vicinity of the junction surface between the p-type semiconductor layer and the n-type semiconductor layer, and electrons and holes are captured by different electrodes. An electromotive force is generated between the two electrodes.
しかしながら、前記電子及び正孔の多くは、前記半導体層と電極等との界面に生じる未結合手、欠陥、界面準位等における再結合によって失われてしまうため、電荷損失が生じる。この電荷損失が太陽電池の発電効率の向上を阻害する要因として知られている。 However, most of the electrons and holes are lost due to recombination in the dangling bonds, defects, interface states, and the like generated at the interface between the semiconductor layer and the electrode, resulting in charge loss. This charge loss is known as a factor that hinders the improvement in power generation efficiency of solar cells.
この電荷損失を低く抑えるために、一般には、半導体層の表面や、半導体層と電極との間に、パッシベーション層が設けられる。パッシベーション層が設けられることにより、半導体層とパッシベーション層との界面の界面準位密度は5×1011/cm2eV程度、電荷の界面再結合速度は300cm/s程度に抑えられ、電荷損失が低く抑えられる。 In order to keep this charge loss low, a passivation layer is generally provided on the surface of the semiconductor layer or between the semiconductor layer and the electrode. By providing the passivation layer, the interface state density at the interface between the semiconductor layer and the passivation layer is suppressed to about 5 × 10 11 / cm 2 eV, the interface recombination rate of charge is suppressed to about 300 cm / s, and charge loss is reduced. It can be kept low.
このパッシベーション層には、入射光を効率的に太陽電池内に取り込むための光学特性が要求される。また、隣接して設置される電極のスパイキングを抑える物性も要求される。また、酸化アルミニウム層を10nm以上厚くすると、酸化アルミニウム層中に気泡が生じる等の問題が生じる。この光学特性、物性、及び酸化アルミニウム層の厚さの制限を満たすためにパッシベーション層として、酸化アルミニウム層の上に窒化シリコン層が積層されたものが多く使われてきた(特許文献1)。 The passivation layer is required to have optical characteristics for efficiently taking incident light into the solar cell. Moreover, the physical property which suppresses the spiking of the electrode installed adjacent is also requested | required. Further, when the aluminum oxide layer is made thicker by 10 nm or more, there arises a problem that bubbles are generated in the aluminum oxide layer. In order to satisfy the restrictions on the optical characteristics, physical properties, and thickness of the aluminum oxide layer, a passivation layer in which a silicon nitride layer is laminated on an aluminum oxide layer has been often used (Patent Document 1).
しかしながら、特許文献1に開示された太陽電池では、窒化シリコン層の正の固定電荷により、酸化アルミニウム層の負の固定電荷が持つ電界パッシベーション効果が弱められる。この結果、p型半導体層及びパッシベーション層との界面における界面再結合速度が速くなり、電荷損失が十分に抑えられない。また、前記パッシベーション層を積層するためには、危険な原料ガスを用い、積層に長時間を要し、製造装置の構成が複雑になる、という問題があった。
However, in the solar cell disclosed in
具体的には、パッシベーション層のうち酸化アルミニウム層は、例えば原子層堆積(ALD:Atomic Layer Deposition)により積層されるが、毒性と引火性の高いトリメチルアルミニウムガスが用いられる。そして、例えば20nmの酸化アルミニウム層を積層するためには約20分〜40分を要する。 Specifically, the aluminum oxide layer of the passivation layer is laminated by, for example, atomic layer deposition (ALD), and trimethylaluminum gas having high toxicity and flammability is used. For example, it takes about 20 to 40 minutes to laminate an aluminum oxide layer of 20 nm.
また、パッシベーション層のうち窒化シリコン層は、例えばプラズマを援用する化学気相成長(CVD:Chemical Vapor Deposition)により積層されるが、毒性と引火性の高いシランガスと、アンモニアガスとが用いられる。そして、例えば50nmの窒化シリコン層を積層するためには約10分〜30分を要する。 In addition, the silicon nitride layer of the passivation layer is laminated by, for example, chemical vapor deposition (CVD) using plasma, but toxic and flammable silane gas and ammonia gas are used. For example, it takes about 10 to 30 minutes to stack a 50 nm silicon nitride layer.
また、前記酸化アルミニウム層の積層と前記窒化シリコン層の積層は、ガスの混合による爆発や汚染等を避けるため、それぞれ別の装置で独立に行う必要があり、製造装置の構成が複雑になる。 In addition, the lamination of the aluminum oxide layer and the silicon nitride layer needs to be performed independently by separate apparatuses in order to avoid explosion and contamination due to gas mixing, and the configuration of the manufacturing apparatus becomes complicated.
本発明は、上記の課題を考慮してなされたものであって、p型半導体層及びパッシベーション層との界面における電荷損失を低く抑えるパッシベーション層を備える太陽電池を提供する。また、このパッシベーション層を、安全なガスを使い、従来よりも短時間で、同一の製造装置で連続して行える単純な装置構成での積層を可能とする、太陽電池の製造方法を提供する。 The present invention has been made in consideration of the above-described problems, and provides a solar cell including a passivation layer that suppresses charge loss at the interface between the p-type semiconductor layer and the passivation layer. In addition, the present invention provides a method for manufacturing a solar cell, which enables stacking with a simple device configuration in which this passivation layer can be continuously performed using the same manufacturing apparatus in a shorter time than that using a safe gas.
本発明の太陽電池は、p型半導体層と、n型半導体層と、前記p型半導体層に積層されたパッシベーション層とを備える太陽電池であって、前記パッシベーション層は、前記p型半導体層に対して酸化アルミニウム層、窒化アルミニウム層の順に積層された層を少なくとも有することを特徴とする。 The solar cell of the present invention is a solar cell comprising a p-type semiconductor layer, an n-type semiconductor layer, and a passivation layer stacked on the p-type semiconductor layer, wherein the passivation layer is formed on the p-type semiconductor layer. On the other hand, it has at least a layer in which an aluminum oxide layer and an aluminum nitride layer are stacked in this order.
前記太陽電池において、前記p型半導体層と、前記酸化アルミニウム層との間に、酸化シリコン層を有することを特徴とする。 In the solar cell, a silicon oxide layer is provided between the p-type semiconductor layer and the aluminum oxide layer.
前記太陽電池において、前記酸化アルミニウム層の厚さが1nm〜20nmであることを特徴とする。 In the solar cell, the aluminum oxide layer has a thickness of 1 nm to 20 nm.
前記太陽電池において、前記酸化シリコン層の厚さが0.5nm〜2nmであることを特徴とする。 In the solar cell, the thickness of the silicon oxide layer is 0.5 nm to 2 nm.
前記太陽電池において、前記窒化アルミニウム層の厚さが50nm〜100nmであることを特徴とする。 In the solar cell, the aluminum nitride layer has a thickness of 50 nm to 100 nm.
前記太陽電池において、前記p型半導体層と前記パッシベーション層との界面における電荷の最大界面再結合速度が38cm/s以下であることを特徴とする。 The solar cell is characterized in that the maximum interface recombination rate of charges at the interface between the p-type semiconductor layer and the passivation layer is 38 cm / s or less.
前記太陽電池において、前記p型半導体層と前記パッシベーション層との界面における界面準位密度が4×1011/cm2eV以下であることを特徴とする。 In the solar cell, an interface state density at an interface between the p-type semiconductor layer and the passivation layer is 4 × 10 11 / cm 2 eV or less.
前記太陽電池において、前記p型半導体層と前記n型半導体層とが、単結晶、多結晶、非晶質のいずれかの結晶性を有することを特徴とする。 In the solar cell, the p-type semiconductor layer and the n-type semiconductor layer have crystallinity of single crystal, polycrystal, or amorphous.
前記太陽電池において、前記p型半導体層と前記n型半導体層の一部又はすべてがシリコンであることを特徴とする。 In the solar cell, part or all of the p-type semiconductor layer and the n-type semiconductor layer is silicon.
本発明の太陽電池の製造方法は、p型半導体層と、n型半導体層と、前記p型半導体層に積層されたパッシベーション層とを備える太陽電池の製造方法であって、前記パッシベーション層は、前記p型半導体層に対して酸化アルミニウム層、窒化アルミニウム層の順に積層して形成するステップを少なくとも備えることを特徴とする。 The method for manufacturing a solar cell according to the present invention is a method for manufacturing a solar cell comprising a p-type semiconductor layer, an n-type semiconductor layer, and a passivation layer stacked on the p-type semiconductor layer, wherein the passivation layer includes: It includes at least a step of stacking and forming an aluminum oxide layer and an aluminum nitride layer in this order on the p-type semiconductor layer.
前記太陽電池の製造方法において、前記酸化アルミニウム層は、CVD法、ALD法、プラズマCVD法、スパッタリング法、反応性スパッタリング法のいずれかの又はこれらの組合せの方法で形成され、前記酸化アルミニウム層の厚さが1nm〜20nmであることを特徴とする。 In the solar cell manufacturing method, the aluminum oxide layer is formed by any one of a CVD method, an ALD method, a plasma CVD method, a sputtering method, a reactive sputtering method, or a combination thereof. The thickness is 1 nm to 20 nm.
前記太陽電池の製造方法において、前記p型半導体層と前記酸化アルミニウム層との間に、酸化シリコン層が形成されることを特徴とする。 In the solar cell manufacturing method, a silicon oxide layer is formed between the p-type semiconductor layer and the aluminum oxide layer.
前記太陽電池の製造方法において、前記酸化シリコン層の厚さが0.5nm〜2nmであることを特徴とする。 In the solar cell manufacturing method, the silicon oxide layer has a thickness of 0.5 nm to 2 nm.
前記太陽電池の製造方法において、前記窒化アルミニウム層は、CVD法、ALD法、プラズマCVD法、スパッタリング法、反応性スパッタリング法のいずれかの又はこれらの組合せの方法で形成され、前記窒化アルミニウム層の厚さが50nm〜100nmであることを特徴とする。 In the method for manufacturing a solar cell, the aluminum nitride layer is formed by any one of a CVD method, an ALD method, a plasma CVD method, a sputtering method, a reactive sputtering method, or a combination thereof. The thickness is 50 nm to 100 nm.
前記太陽電池の製造方法において、前記酸化アルミニウム層又は前記窒化アルミニウム層の少なくとも一方は、反応性スパッタリング法で形成され、前記酸化アルミニウム層を形成するための反応雰囲気として希ガスと、分圧比が10%〜50%の酸素ガスと、を少なくとも含むことを特徴とする。 In the method for manufacturing a solar cell, at least one of the aluminum oxide layer or the aluminum nitride layer is formed by a reactive sputtering method, and a partial pressure ratio is 10 as a reaction atmosphere for forming the aluminum oxide layer. % To 50% oxygen gas.
前記太陽電池の製造方法において、前記酸化アルミニウム層又は前記窒化アルミニウム層の少なくとも一方は、反応性スパッタリング法で形成され、前記窒化アルミニウム層を形成するための反応雰囲気として希ガスと、分圧比が10%〜70%の窒素ガスと、を少なくとも含むことを特徴とする。 In the method for manufacturing a solar cell, at least one of the aluminum oxide layer or the aluminum nitride layer is formed by a reactive sputtering method, and a partial pressure ratio is 10 as a reaction atmosphere for forming the aluminum nitride layer. % To 70% nitrogen gas.
前記太陽電池の製造方法において、前記酸化アルミニウム層の形成と前記窒化アルミニウム層の形成とが同一の気密容器で連続して行われることを特徴とする。 In the solar cell manufacturing method, the formation of the aluminum oxide layer and the formation of the aluminum nitride layer are continuously performed in the same hermetic container.
前記太陽電池の製造方法において、前記酸化アルミニウム層及び前記窒化アルミニウム層が反応性スパッタリング法により形成され、反応雰囲気として希ガスと、分圧比が10%〜50%の酸素ガスとを含む反応雰囲気において、アルミニウムターゲットを用いて、前記酸化アルミニウム層を形成するステップと、前記酸化アルミニウム層が形成された後に、前記反応雰囲気から、希ガスと、分圧比が10%〜70%の窒素ガスとを含む反応雰囲気に切り替えられ、前記アルミニウムターゲットを用いて、前記窒化アルミニウム層を形成するステップと、を有することを特徴とする。 In the method for manufacturing a solar cell, the aluminum oxide layer and the aluminum nitride layer are formed by a reactive sputtering method, and the reaction atmosphere includes a rare gas and an oxygen gas having a partial pressure ratio of 10% to 50%. A step of forming the aluminum oxide layer using an aluminum target; and after the aluminum oxide layer is formed, the reaction atmosphere includes a rare gas and a nitrogen gas having a partial pressure ratio of 10% to 70%. And switching to a reaction atmosphere, and forming the aluminum nitride layer using the aluminum target.
前記太陽電池の製造方法において、前記パッシベーション層が生成された後に、加熱されることを特徴とする。 In the method for manufacturing a solar cell, the solar cell is heated after the passivation layer is formed.
前記太陽電池の製造方法において、前記p型半導体層と前記パッシベーション層との界面における電荷の最大界面再結合速度が38cm/s以下であることを特徴とする。 In the method for manufacturing a solar cell, the maximum interface recombination rate of charges at the interface between the p-type semiconductor layer and the passivation layer is 38 cm / s or less.
前記太陽電池の製造方法において、前記p型半導体層と前記パッシベーション層との界面における界面準位密度が4×1011/cm2eV以下であることを特徴とする。 In the method for manufacturing a solar cell, an interface state density at an interface between the p-type semiconductor layer and the passivation layer is 4 × 10 11 / cm 2 eV or less.
本発明の太陽電池によれば、前記p型半導体層に対して酸化アルミニウム層、窒化アルミニウム層の順に積層されたパッシベーション層を少なくとも有することで、前記p型半導体層とパッシベーション層との界面における電荷損失を低く抑えられる。また、本発明の製造方法によれば、前記p型半導体層に対して酸化アルミニウム層、窒化アルミニウム層の順に積層して形成するステップを少なくとも備えることで、安全なガスを使い、従来よりも短時間で、同一の製造装置で連続して行える単純な装置構成による、太陽電池の製造が可能になる。 According to the solar cell of the present invention, there is at least a passivation layer in which an aluminum oxide layer and an aluminum nitride layer are laminated in this order with respect to the p-type semiconductor layer, so that charges at the interface between the p-type semiconductor layer and the passivation layer can be obtained. Loss can be kept low. In addition, according to the manufacturing method of the present invention, at least a step of stacking and forming an aluminum oxide layer and an aluminum nitride layer in this order on the p-type semiconductor layer is provided, so that a safe gas can be used and shorter than before. In time, it is possible to manufacture solar cells with a simple device configuration that can be continuously performed by the same manufacturing apparatus.
<本実施形態の太陽電池10の構成>
以下、本発明の実施形態について、図面を用いて説明する。図1は、本発明の実施形態に係る太陽電池10の断面を示す説明図である。図1の上方を表面とし、下方を裏面としている。
<Configuration of
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is an explanatory view showing a cross section of a
太陽電池10は、p型半導体層12、n型半導体層14、パッシベーション層16、窒化シリコン層22、表面電極24及び裏面電極26を備える。
The
p型半導体層12は、正孔を主とする電荷を含む結晶質半導体層である。添加物としてp型の不純物であるホウ素(B)が含まれる。なお、p型の不純物であれば、ホウ素(B)に限定されない。p型半導体層12としては、単結晶シリコンが用いられる。また、p型半導体層12の厚さは、例えば、0.1mm〜0.2mm、電気抵抗率は10Ω・cm〜20Ω・cmである。
The p-
n型半導体層14は、電子を主とする電荷を含む結晶質半導体層である。添加物としてn型の不純物であるリン(P)が含まれる。なお、n型の不純物であれば、リン(P)に限定されない。n型半導体層14としては、結晶質シリコンが用いられる。また、n型半導体層14の厚さは、例えば、0.1μm〜0.8μm、表面抵抗率が80〜120Ω/sqである。さらに、n型半導体層14は、p型半導体層12の表面に形成される。
The n-
パッシベーション層16は、酸化アルミニウム層18と窒化アルミニウム層20とを備える。パッシベーション層16は、p型半導体層12の裏面に形成される。
The
酸化アルミニウム層18は、厚さが1nm〜20nmの層である。酸化アルミニウム層18は、p型半導体層12の裏面に形成される。
The
窒化アルミニウム層20は、厚さが50nm〜100nmの層である。窒化アルミニウム層20は、酸化アルミニウム層18の裏面に形成される。
The
パッシベーション層16には、裏面から表面方向に裏面貫通孔28が形成されている。裏面貫通孔28は、p型半導体層12が裏面電極26と導通するための孔である。
A back surface through
窒化シリコン層22は、厚さが50nm〜100nmの層であって、透光性を有する。窒化シリコン層22は、n型半導体層14の表面に形成される。また、窒化シリコン層22には、表面から裏面方向に表面貫通孔30が形成されている。表面貫通孔30は、n型半導体層14が表面電極24と導通するための孔である。
The
表面電極24は、金属で形成された電極であり、金属として例えば、銀が用いられる。表面電極24の厚さは、例えば、5μm〜20μmである。表面電極24は、窒化シリコン層22の表面側に形成される。表面電極24は、表面貫通孔30を介してn型半導体層14と導通する。
The
裏面電極26は、金属で形成された電極であり、金属として例えば、アルミニウムが用いられる。裏面電極26の厚さは、例えば、2μm〜30μmである。裏面電極26は、窒化アルミニウム層20の裏面側に形成される。裏面電極26の表面側には、裏面貫通孔28を介してp型半導体層12と導通するための裏面突部32が形成されている。
The
<本実施形態の太陽電池10の製造方法>
次に、太陽電池10の製造方法について図2を用いて説明する。図2は、本実施形態の太陽電池10の製造方法の手順の説明図である。
<The manufacturing method of the
Next, the manufacturing method of the
まず、p型の不純物を含むシリコンウエハが用意される(ステップS1)。 First, a silicon wafer containing p-type impurities is prepared (step S1).
前記シリコンウエハの予備加工が行われる(ステップS2)。具体的には、前記シリコンウエハが希フッ化水素酸に浸漬されて、前記シリコンウエハの表面に形成された自然酸化膜が除去される。次に、前記シリコンウエハの表面が反応性イオンエッチング又は異方性ウェットエッチングにてテクスチャリングされる。その後、前記シリコンウエハに、n型の不純物が、熱拡散法により、前記シリコンウエハの表面から深さ方向に拡散され、n型半導体層14が形成される。これら予備加工により、前記シリコンウエハの表面がテクスチャリングされ、前記シリコンウエハの表面側にn型半導体層14が形成され、裏面側にp型半導体層12が形成された積層体が得られる。
The silicon wafer is preliminarily processed (step S2). Specifically, the silicon wafer is immersed in dilute hydrofluoric acid, and the natural oxide film formed on the surface of the silicon wafer is removed. Next, the surface of the silicon wafer is textured by reactive ion etching or anisotropic wet etching. Thereafter, n-type impurities are diffused into the silicon wafer in the depth direction from the surface of the silicon wafer by a thermal diffusion method, whereby the n-
次に、p型半導体層12の裏面に、酸化アルミニウム層18が反応性スパッタリングで積層される(ステップS3)。具体的には、気密容器の内部に、まず、アルミニウムターゲットが載置される。次に、p型半導体層12が前記アルミニウムターゲット側と対向する位置に載置される。さらに、アルゴンガスと、分圧比が10%〜50%の酸素ガスとからなる反応ガスが反応雰囲気として、3ミリTorrで充填される。次に、前記アルミニウムターゲットと前記積層体の間に300Wの交番電磁界が0.5分〜11分間、印加される。この結果、p型半導体層12の裏面に、厚さが1nm〜20nmの酸化アルミニウム層18が積層される(ステップS3)。
Next, the
次に、酸化アルミニウム層18の裏面に、窒化アルミニウム層20が反応性スパッタリングで積層される(ステップS4)。具体的には、前記反応ガスが気密容器から一旦排気される。次に、前記気密容器に、アルゴンガスと、分圧比が10%〜70%の窒素ガスとからなる反応ガスを反応雰囲気として、3ミリTorrで充填される。さらに、前記アルミニウムターゲットと前記積層体の間に300Wの交番電磁界が5分〜10分間、印加される。この結果、前記酸化アルミニウム層18の裏面に、厚さが50nm〜100nmの窒化アルミニウム層20が積層される(ステップS4)。
Next, the
次に、n型半導体層14の表面に、窒化シリコン層22が化学気相成長により積層される(ステップS5)。具体的には、前記気密容器とは別の他の気密容器の内部に、前記積層体のn型半導体層14がガス雰囲気と接するように、再載置される。次に、前記気密容器に、H2ガス又はHeガスで分圧比1%〜50%に希釈されたモノシラン(SiH4)ガス及びアンモニア(NH3)ガスを、原料ガスとして、1Torrから大気圧で充填される。この状態で、前記積層体が約350℃で5分〜10分間、加熱される。この結果、n型半導体層14の表面に、厚さが50nm〜100nmの窒化シリコン層22が積層される(ステップS5)。
Next, the
次に、前記積層体に電極が形成される(ステップS6)。パッシベーション層16の裏面側から、出力8W、波長266nmのパルス型DPSS(Diode-pumped solid-state)レーザーが照射され、裏面貫通孔28が形成される。その後、裏面電極26が、スクリーン印刷により窒化アルミニウム層20の裏面に形成される。また、窒化シリコン層22の表面には、ファイアースルー法により、表面貫通孔30及び、表面電極24が形成される。具体的には、窒化シリコンを侵食する銀を含む電極材料が、電極が形成される所定箇所に印刷され、200℃〜800℃で1分〜60分に加熱されることにより、表面電極24が窒化シリコン層22の表面に形成される。表面電極24、裏面電極26の形成は、先に表面電極24が形成されても良い。
Next, an electrode is formed on the laminate (step S6). From the back surface side of the
次に、表面電極24と、裏面電極26とが形成された積層体が窒素ガス雰囲気中にて200℃〜800℃で1分〜60分間、加熱される(ステップS7)。この加熱により、表面電極24、裏面電極26、酸化アルミニウム層18、窒化アルミニウム層20、窒化シリコン層22が焼きなまされ、それぞれの層の中や界面の未結合手、欠陥、界面準位の密度が下げられる。なお、ステップ6における加熱処理をステップ7において行ってもよい。
Next, the laminate on which the
以上の製造工程により、太陽電池10が得られる。
The
<本実施形態の太陽電池10の動作>
次に、本発明の実施形態に係る太陽電池10の動作について説明する。
<Operation of
Next, operation | movement of the
太陽光が、窒化シリコン層22、n型半導体層14を介してp型半導体層12へと入射される。太陽光の光エネルギーによって、n型半導体層14、p型半導体層12の中に電子・正孔対が生じる。n型半導体層14の表面はテクスチャリングされているので、入射した太陽光が、n型半導体層14とp型半導体層12との中で反射を繰り返す。その結果、電子・正孔対が効果的に発生する。太陽光によって生じた電子・正孔対は、p型半導体層12とn型半導体層14との接合面の近傍の電界によって分離されて、電子が表面電極24に移動され、正孔が裏面電極26に移動され、表面電極24と裏面電極26との間に起電力が生じる。
Sunlight enters the p-
パッシベーション層16の窒化アルミニウム層20により、裏面電極26にスパイキングと呼ばれる傷の発生が防止される。
The
また、パッシベーション層16によって、電界パッシベーション効果が得られる。具体的には、パッシベーション層16の高密度の負の固定電荷の電界によって、電子がパッシベーション層16とp型半導体層12との界面から遠ざけられ、電子が界面の未結合手、欠陥、界面準位によって失われてしまう速度を低く抑え、電荷損失が低く抑えられる。
Moreover, the
図3は、シリコン基板上に積層した窒化アルミニウム層の厚さと、窒化アルミニウム層の固定電荷密度との関係を示す図である。横軸は窒化アルミニウム層の厚さ(Thickness of AlNx)を示し、縦軸は窒化アルミニウム層の固定電荷密度(Qeff)を示す。白丸のプロット(○)はCV計測にあたって逆バイアスから順バイアスに掃引されて計測された場合の固定電荷密度である。黒丸のプロット(●)は順バイアスから逆バイアスに掃引されて計測された場合の固定電荷密度である。 FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the thickness of the aluminum nitride layer stacked on the silicon substrate and the fixed charge density of the aluminum nitride layer. The horizontal axis represents the thickness of the aluminum nitride layer (Thickness of AlN x ), and the vertical axis represents the fixed charge density (Q eff ) of the aluminum nitride layer. A white circle plot (◯) represents a fixed charge density when measured by sweeping from reverse bias to forward bias in CV measurement. The black circle plot (●) is the fixed charge density when measured by sweeping from forward bias to reverse bias.
パッシベーション層16が電界パッシベーション効果を発揮するためには、酸化アルミニウム層18の固定電荷の電荷密度と、酸化アルミニウム層18の裏面の窒化アルミニウム層20の固定電荷の電荷密度の総和が負の値を持たなければならない。ここで、酸化アルミニウム層18の固定電荷密度は−3.0×1012/cm2〜−5.0×1012/cm2である。このため、窒化アルミニウム層20の固定電荷密度が3.0×1012/cm2以下であれば、前記電荷密度の総和が負の値となる。図3より、窒化アルミニウム層の厚みが50nm以上であれば、固定電荷密度が2.0×1012/cm2以下となる。つまり、窒化アルミニウム層の厚みが50nm以上であれば、パッシベーション層16が電界パッシベーション効果を発揮する。
In order for the
図4は、本発明の実施形態に係る太陽電池10における、酸化アルミニウム層18の厚さと、最大界面再結合速度の関係を示す図である。横軸は酸化アルミニウム層18の厚さ(Thickness of AlOx)を示し、横軸はp型半導体層12と酸化アルミニウム層18との界面における最大界面再結合速度(Smax)を示す。窒化アルミニウム層20の厚さが70nmである場合において、酸化アルミニウム層18の厚さを変化させたものである。
FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the thickness of the
酸化アルミニウム層18の厚さは5nm〜20nmにおいて、最大界面再結合速度は、38cm/s以下で一定しており、いずれも従来技術の最大界面再結合速度である300cm/s程度よりも遅い。この傾向は酸化アルミニウム層18の厚さが5nm以下でも変わらない。また、信頼性の観点から、酸化アルミニウム層18の厚さは、1nm以上が望ましい。従って、酸化アルミニウム層18の厚さが、1nm〜20nmであれば、最大界面再結合速度が38cm/s以下になり、p型半導体層12とパッシベーション層16との界面における電荷損失が低く抑えられる。
When the thickness of the
図5は、本発明の実施形態に係る太陽電池10における、窒化アルミニウム層20を形成する場合における窒素ガスの分圧比と、界面準位密度との関係を示す図である。横軸は窒素ガスの分圧比を示し、縦軸はp型半導体層12と酸化アルミニウム層18との界面における界面準位密度(Dit)の関係を示す図である。酸化アルミニウム層18の厚さを5nm、窒化アルミニウム層20の厚さを70nmとして形成する場合において、窒素ガスの分圧比を変化させたものである。
FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the partial pressure ratio of nitrogen gas and the interface state density when forming the
p型半導体層12と酸化アルミニウム層18との界面における界面準位密度は、この界面の未結合手、欠陥、界面準位の密度を下げる化学的パッシベーション効果の指標であり、小さいほど電荷損失が低く抑えられる。窒素ガスの分圧比が10%以上であれば、界面準位密度が4×1011/cm2eV以下であった。パッシベーション層に水素終端された窒化シリコン層を備える従来技術では、p型半導体層と酸化アルミニウム層との界面における界面準位密度は5×1011/cm2eV程度である。経済的な理由から、窒素ガスの分圧比を70%より高くすることは現実的ではない。窒素ガスの分圧比が10%〜70%であれば、界面準位密度は4×1011/cm2eV以下に抑えられ、化学的パッシベーション効果は従来技術と比べて同程度以上である。
The interface state density at the interface between the p-
次に、本発明の実施形態の変形例について図面を用いて説明する。図6は、本発明の実施形態の変形例に係る太陽電池50の断面を示す説明図である。
Next, a modification of the embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 6 is an explanatory diagram showing a cross section of a
太陽電池50は、p型半導体層52、n型半導体層54、パッシベーション層56、窒化シリコン層62、表面電極64及び裏面電極66を備える。
The
なお、太陽電池50において、p型半導体層52は、太陽電池10におけるp型半導体層12と基本的には同様であり、同様な説明については省略する。また、以下、n型半導体層54はn型半導体層14と、パッシベーション層56はパッシベーション層16と、窒化シリコン層62は窒化シリコン層22と、表面電極64は裏面電極26と、裏面電極66は表面電極24と同様である。
In the
太陽電池50では、p型半導体層52の厚さは0.1μm〜0.8μmであり、n型半導体層54の厚さは0.1mm〜0.2mmである。また、n型半導体層54の表面にp型半導体層52が形成されている。
In the
パッシベーション層56は、酸化アルミニウム層58と窒化アルミニウム層60とを備える。パッシベーション層56は、p型半導体層52の表面に形成されている。
The passivation layer 56 includes an
酸化アルミニウム層58は、p型半導体層52の表面に形成されている。窒化アルミニウム層60は、酸化アルミニウム層58の表面に形成されている。
The
パッシベーション層56には、表面から裏面方向に表面貫通孔70が形成されている。表面貫通孔70は、p型半導体層52が表面電極64と導通するための孔である。
A surface through
窒化シリコン層62は、n型半導体層54の裏面に形成される。また、窒化シリコン層62には、裏面から表面方向に裏面貫通孔68が形成されている。裏面貫通孔68は、n型半導体層54が裏面電極66と導通するための孔である。
The
表面電極64は、窒化アルミニウム層60の表面側に形成される。表面電極64の裏面側には、表面貫通孔70を介してp型半導体層52と導通するための表面突部72が形成されている。
The
裏面電極66は、窒化シリコン層62の裏面側に形成される。裏面電極66は、裏面貫通孔68を介してn型半導体層54と導通する。
The
太陽電池50の製造方法は、太陽電池10の製造方法と同様である。
The method for manufacturing the
図7は、太陽電池に入射する光の波長と反射率との関係を示す図である。横軸は光の波長(Wavelength)を示し、縦軸は反射率(Reflectance)を示す。実線は、n型シリコン層の表面に対して、下から順番にp型半導体層、酸化アルミニウム層、窒化アルミニウム層が形成された積層体の反射率である。積層体の酸化アルミニウム層の厚さは20nmであり、窒化アルミニウム層の厚さは70nmである。点線は、研磨したシリコン結晶表面の反射率である。 FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the wavelength of light incident on the solar cell and the reflectance. The horizontal axis indicates the wavelength (Wavelength) of light, and the vertical axis indicates the reflectance (Reflectance). The solid line represents the reflectance of the stacked body in which the p-type semiconductor layer, the aluminum oxide layer, and the aluminum nitride layer are formed in order from the bottom with respect to the surface of the n-type silicon layer. The thickness of the aluminum oxide layer of the laminate is 20 nm, and the thickness of the aluminum nitride layer is 70 nm. The dotted line is the reflectivity of the polished silicon crystal surface.
積層体による光の反射率は、光の波長が400nm〜1050nmの間では0.1%〜51.0%である。一方、研磨したシリコン結晶表面の反射率は、光の波長が400nm〜1050nmの間では32.5%〜50.6%である。光の波長が400nm付近ではほぼ50%で同様の反射率だが、そこから長波長側に680nm程度まで反射率の差が大きく開き、683nmでは積層体の反射率が0.1%であるのに対して、研磨したシリコン結晶表面の反射率は35.4%である。それより長波長側でも差は大きく開いており、光の波長が1050nm付近では、積層体の反射率が19・5%であるのに対して、研磨したシリコン結晶表面の反射率は37.4%である。 The light reflectance of the laminate is 0.1% to 51.0% when the wavelength of light is between 400 nm and 1050 nm. On the other hand, the reflectance of the polished silicon crystal surface is 32.5% to 50.6% when the wavelength of light is between 400 nm and 1050 nm. When the wavelength of light is around 400 nm, the reflectivity is almost 50%, but the difference in reflectivity opens up to about 680 nm from the long wavelength side, and at 683 nm, the reflectivity of the laminate is 0.1%. On the other hand, the reflectance of the polished silicon crystal surface is 35.4%. On the longer wavelength side, the difference is greatly widened. When the wavelength of light is around 1050 nm, the reflectance of the laminate is 19.5%, whereas the reflectance of the polished silicon crystal surface is 37.4. %.
このように、前記積層体では、光の波長が400nm〜1050nmの間では、反射率は、研磨されたシリコン結晶と比較して大幅に低い。これは、パッシベーション層が備える酸化アルミニウム層と窒化アルミニウム層とがシリコン系の太陽光発電において、効果的に発電できる波長の光を入射光として積層体内に取り込めることを示している。 Thus, in the laminated body, the reflectance is significantly lower than that of the polished silicon crystal when the wavelength of light is between 400 nm and 1050 nm. This indicates that the aluminum oxide layer and the aluminum nitride layer included in the passivation layer can incorporate light having a wavelength capable of effectively generating power into the stacked body as incident light in silicon-based solar power generation.
太陽電池10は、p型半導体層12と、n型半導体層14と、前記p型半導体層12に積層されたパッシベーション層16とを備える太陽電池10であって、前記パッシベーション層16は、前記p型半導体層12に対して酸化アルミニウム層18、窒化アルミニウム層20の順に積層された層を少なくとも有する。
The
前記酸化アルミニウム層18の厚さが1nm〜20nmである。
The thickness of the
前記窒化アルミニウム層20の厚さが50nm〜100nmである。
The
前記p型半導体層12と前記パッシベーション層16との界面における電荷の最大界面再結合速度が38cm/s以下である。
The maximum interface recombination rate of charges at the interface between the p-
前記p型半導体層12と前記パッシベーション層16との界面における界面準位密度が4×1011/cm2eV以下である。
The interface state density at the interface between the p-
前記p型半導体層12と前記n型半導体層14とが、単結晶の結晶性を有する。
The p-
前記p型半導体層12と前記n型半導体層14のすべてがシリコンである。
All of the p-
太陽電池10の製造方法は、p型半導体層12と、n型半導体層14と、前記p型半導体層12に積層されたパッシベーション層16とを備える太陽電池10の製造方法であって、前記パッシベーション層16は、前記p型半導体層12に対して酸化アルミニウム層18、窒化アルミニウム層20の順に積層して形成するステップを少なくとも備える。
The manufacturing method of the
前記酸化アルミニウム層18又は前記窒化アルミニウム層20の少なくとも一方は、反応性スパッタリング法で形成され、前記酸化アルミニウム層18を形成するための反応雰囲気として希ガスと、分圧比が10%〜50%の酸素ガスと、を少なくとも含む。
At least one of the
前記酸化アルミニウム層18又は前記窒化アルミニウム層20の少なくとも一方は、反応性スパッタリング法で形成され、前記窒化アルミニウム層20を形成するための反応雰囲気として希ガスと、分圧比が10%〜70%の窒素ガスと、を少なくとも含む。
At least one of the
前記酸化アルミニウム層18の形成と前記窒化アルミニウム層20の形成とが同一の気密容器で連続して行われる。
The formation of the
前記酸化アルミニウム層18及び前記窒化アルミニウム層20が反応性スパッタリング法により形成され、反応雰囲気として希ガスと、分圧比が10%〜50%の酸素ガスとを含む反応雰囲気において、アルミニウムターゲットを用いて、前記酸化アルミニウム層18を形成するステップと、前記酸化アルミニウム層18が形成された後に、前記反応雰囲気から、希ガスと、分圧比が10%〜70%の窒素ガスとを含む反応雰囲気に切り替えられ、前記アルミニウムターゲットを用いて、前記窒化アルミニウム層20を形成するステップと、を有する。
The
前記パッシベーション層16が生成された後に、加熱される。
After the
なお、本発明は、上述の実施形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を取り得ることはもちろんである。 Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various configurations can be taken without departing from the gist of the present invention.
また、上記実施形態では、p型半導体層12とn型半導体層14とは、単結晶で形成されているがこれに限定されるものではない。例えば、経済性を考慮して、p型半導体層12とn型半導体層14は、多結晶、非晶質のいずれかの結晶性で形成されても良い。
Moreover, in the said embodiment, although the p-
また、上記実施形態では、p型半導体層12と前記n型半導体層14とは、すべてがシリコンで形成されているが、一部がシリコンで形成され、その他の部分を他の半導体材料で形成されてもよい。
In the above embodiment, the p-
上記実施形態では、太陽電池10では、p型半導体層12と酸化アルミニウム層18との間の層の有無については言及されていないが、酸化シリコン層が形成されても良い。かかる場合には、ステップS3において、雰囲気ガスとして、分圧比が0%〜15%の酸素ガスを加えて、0.5nm〜2nmの酸化シリコン層が形成されてもよい。また、ステップS3又はS7において、雰囲気ガスとして、H2OやO3(オゾン)などの酸化種が導入されることによって、又はステップS3の前に、p型半導体層12の裏面が酸化種に被曝されることによって、0.5nm〜2nmの酸化シリコン層が形成されてもよい。
In the above embodiment, in the
上記実施形態では、酸化アルミニウム層18、窒化アルミニウム層20及び窒化シリコン層22は、反応性スパッタリング法で形成されているが、これに限定されるものではない。例えば、CVD法、ALD法、プラズマCVD法、スパッタリング法で形成され、また、反応性スパッタリング法を含めて、これらの組合せの方法で形成されてもよい。
In the above embodiment, the
また、上記実施形態では、前記酸化アルミニウム層18の形成と前記窒化アルミニウム層20の形成とが同一の気密容器で連続して行われているが、別の気密容器で行われてもよい。
Moreover, in the said embodiment, although formation of the said
10、50…太陽電池
12、52…p型半導体層
14、54…n型半導体層
16、56…パッシベーション層
18、58…酸化アルミニウム層
20、60…窒化アルミニウム層
22、62…窒化シリコン層
24、64…表面電極
26、66…裏面電極
28、68…裏面貫通孔
30、70…表面貫通孔
32…裏面突部
72…表面突部
DESCRIPTION OF
Claims (21)
前記パッシベーション層は、前記p型半導体層に対して酸化アルミニウム層、窒化アルミニウム層の順に積層された層を少なくとも有することを特徴とする太陽電池。 A solar cell comprising a p-type semiconductor layer, an n-type semiconductor layer, and a passivation layer stacked on the p-type semiconductor layer,
The said passivation layer has at least the layer laminated | stacked in order of the aluminum oxide layer and the aluminum nitride layer with respect to the said p-type semiconductor layer, The solar cell characterized by the above-mentioned.
前記p型半導体層と、前記酸化アルミニウム層との間に、酸化シリコン層を有することを特徴とする太陽電池。 The solar cell according to claim 1,
A solar cell comprising a silicon oxide layer between the p-type semiconductor layer and the aluminum oxide layer.
前記酸化アルミニウム層の厚さが1nm〜20nmであることを特徴とする太陽電池。 The solar cell according to claim 1 or 2,
The solar cell, wherein the aluminum oxide layer has a thickness of 1 nm to 20 nm.
前記酸化シリコン層の厚さが0.5nm〜2nmであることを特徴とする太陽電池。 The solar cell according to claim 2,
A solar cell, wherein the silicon oxide layer has a thickness of 0.5 nm to 2 nm.
前記窒化アルミニウム層の厚さが50nm〜100nmであることを特徴とする太陽電池。 In the solar cell of any one of Claims 1-4,
The thickness of the said aluminum nitride layer is 50 nm-100 nm, The solar cell characterized by the above-mentioned.
前記p型半導体層と前記パッシベーション層との界面における電荷の最大界面再結合速度が38cm/s以下であることを特徴とする太陽電池。 In the solar cell of any one of Claims 1-5,
A solar cell, wherein a maximum interface recombination velocity of charges at an interface between the p-type semiconductor layer and the passivation layer is 38 cm / s or less.
前記p型半導体層と前記パッシベーション層との界面における界面準位密度が4×1011/cm2eV以下であることを特徴とする太陽電池。 In the solar cell of any one of Claims 1-6,
A solar cell, wherein an interface state density at an interface between the p-type semiconductor layer and the passivation layer is 4 × 10 11 / cm 2 eV or less.
前記p型半導体層と前記n型半導体層とが、単結晶、多結晶、非晶質のいずれかの結晶性を有することを特徴とする太陽電池。 In the solar cell of any one of Claims 1-7,
The solar cell, wherein the p-type semiconductor layer and the n-type semiconductor layer have a crystallinity of single crystal, polycrystal, or amorphous.
前記p型半導体層と前記n型半導体層の一部又はすべてがシリコンであることを特徴とする太陽電池。 In the solar cell of any one of Claims 1-8,
Part or all of the p-type semiconductor layer and the n-type semiconductor layer is silicon.
前記パッシベーション層は、前記p型半導体層に対して酸化アルミニウム層、窒化アルミニウム層の順に積層して形成するステップ
を少なくとも備えることを特徴とする太陽電池の製造方法。 A method for manufacturing a solar cell comprising a p-type semiconductor layer, an n-type semiconductor layer, and a passivation layer stacked on the p-type semiconductor layer,
The passivation layer comprises at least a step of forming an aluminum oxide layer and an aluminum nitride layer in this order on the p-type semiconductor layer.
前記酸化アルミニウム層は、CVD法、ALD法、プラズマCVD法、スパッタリング法、反応性スパッタリング法のいずれかの又はこれらの組合せの方法で形成され、
前記酸化アルミニウム層の厚さが1nm〜20nmであることを特徴とする太陽電池の製造方法。 In the manufacturing method of the solar cell of Claim 10,
The aluminum oxide layer is formed by a CVD method, an ALD method, a plasma CVD method, a sputtering method, a reactive sputtering method, or a combination thereof,
The thickness of the said aluminum oxide layer is 1 nm-20 nm, The manufacturing method of the solar cell characterized by the above-mentioned.
前記p型半導体層と前記酸化アルミニウム層との間に、酸化シリコン層が形成されることを特徴とする太陽電池の製造方法。 In the manufacturing method of the solar cell of Claim 10 or 11,
A method for manufacturing a solar cell, wherein a silicon oxide layer is formed between the p-type semiconductor layer and the aluminum oxide layer.
前記酸化シリコン層の厚さが0.5nm〜2nmであることを特徴とする太陽電池の製造方法。 In the manufacturing method of the solar cell of Claim 12,
The method for producing a solar cell, wherein the silicon oxide layer has a thickness of 0.5 nm to 2 nm.
前記窒化アルミニウム層は、CVD法、ALD法、プラズマCVD法、スパッタリング法、反応性スパッタリング法のいずれかの又はこれらの組合せの方法で形成され、
前記窒化アルミニウム層の厚さが50nm〜100nmであることを特徴とする太陽電池の製造方法。 In the manufacturing method of the solar cell of any one of Claims 10-13,
The aluminum nitride layer is formed by a CVD method, an ALD method, a plasma CVD method, a sputtering method, a reactive sputtering method, or a combination thereof,
The method of manufacturing a solar cell, wherein the aluminum nitride layer has a thickness of 50 nm to 100 nm.
前記酸化アルミニウム層又は前記窒化アルミニウム層の少なくとも一方は、反応性スパッタリング法で形成され、前記酸化アルミニウム層を形成するための反応雰囲気として希ガスと、分圧比が10%〜50%の酸素ガスと、を少なくとも含むことを特徴とする太陽電池の製造方法。 In the manufacturing method of the solar cell of any one of Claims 10-14,
At least one of the aluminum oxide layer or the aluminum nitride layer is formed by a reactive sputtering method, and a rare gas as a reaction atmosphere for forming the aluminum oxide layer, an oxygen gas having a partial pressure ratio of 10% to 50%, and A method for producing a solar cell, comprising:
前記酸化アルミニウム層又は前記窒化アルミニウム層の少なくとも一方は、反応性スパッタリング法で形成され、前記窒化アルミニウム層を形成するための反応雰囲気として希ガスと、分圧比が10%〜70%の窒素ガスと、を少なくとも含むことを特徴とする太陽電池の製造方法。 In the manufacturing method of the solar cell of any one of Claims 10-15,
At least one of the aluminum oxide layer or the aluminum nitride layer is formed by a reactive sputtering method, and a rare gas as a reaction atmosphere for forming the aluminum nitride layer and a nitrogen gas having a partial pressure ratio of 10% to 70% A method for producing a solar cell, comprising:
前記酸化アルミニウム層の形成と前記窒化アルミニウム層の形成とが同一の気密容器で連続して行われることを特徴とする太陽電池の製造方法。 In the manufacturing method of the solar cell of any one of Claims 10-14,
The method for producing a solar cell, wherein the formation of the aluminum oxide layer and the formation of the aluminum nitride layer are continuously performed in the same hermetic container.
前記酸化アルミニウム層及び前記窒化アルミニウム層が反応性スパッタリング法により形成され、反応雰囲気として希ガスと、分圧比が10%〜50%の酸素ガスとを含む反応雰囲気において、アルミニウムターゲットを用いて、前記酸化アルミニウム層を形成するステップと、
前記酸化アルミニウム層が形成された後に、前記反応雰囲気から、希ガスと、分圧比が10%〜70%の窒素ガスとを含む反応雰囲気に切り替えられ、前記アルミニウムターゲットを用いて、前記窒化アルミニウム層を形成するステップと、
を有することを特徴とする太陽電池の製造方法。 In the manufacturing method of the solar cell of any one of Claims 10-17,
The aluminum oxide layer and the aluminum nitride layer are formed by a reactive sputtering method, and the reaction atmosphere includes a rare gas and an oxygen gas having a partial pressure ratio of 10% to 50%, using an aluminum target, Forming an aluminum oxide layer;
After the aluminum oxide layer is formed, the reaction atmosphere is switched to a reaction atmosphere containing a rare gas and a nitrogen gas having a partial pressure ratio of 10% to 70%, and the aluminum nitride layer is formed using the aluminum target. Forming a step;
A method for producing a solar cell, comprising:
前記パッシベーション層が生成された後に、加熱されることを特徴とする太陽電池の製造方法。 In the manufacturing method of the solar cell of any one of Claims 10-18,
A method of manufacturing a solar cell, wherein the solar cell is heated after the passivation layer is formed.
前記p型半導体層と前記パッシベーション層との界面における電荷の最大界面再結合速度が38cm/s以下であることを特徴とする太陽電池の製造方法。 In the manufacturing method of the solar cell of any one of Claims 10-19,
The method for manufacturing a solar cell, wherein a maximum interface recombination rate of charges at an interface between the p-type semiconductor layer and the passivation layer is 38 cm / s or less.
前記p型半導体層と前記パッシベーション層との界面における界面準位密度が4×1011/cm2eV以下であることを特徴とする太陽電池の製造方法。 In the manufacturing method of the solar cell of any one of Claims 10-20,
A method for manufacturing a solar cell, wherein an interface state density at an interface between the p-type semiconductor layer and the passivation layer is 4 × 10 11 / cm 2 eV or less.
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2015071854A JP2016192499A (en) | 2015-03-31 | 2015-03-31 | Solar battery and method for manufacturing the same |
PCT/JP2016/060029 WO2016158906A1 (en) | 2015-03-31 | 2016-03-29 | Solar cell and method for manufacturing solar cell |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2015071854A JP2016192499A (en) | 2015-03-31 | 2015-03-31 | Solar battery and method for manufacturing the same |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2016192499A true JP2016192499A (en) | 2016-11-10 |
Family
ID=57007184
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2015071854A Pending JP2016192499A (en) | 2015-03-31 | 2015-03-31 | Solar battery and method for manufacturing the same |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2016192499A (en) |
WO (1) | WO2016158906A1 (en) |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH06125149A (en) * | 1992-10-12 | 1994-05-06 | Canon Inc | Semiconductor element and manufacture thereof |
JPH11229131A (en) * | 1998-02-17 | 1999-08-24 | Nikon Corp | Sputtering device for film formation |
JP2004165224A (en) * | 2002-11-08 | 2004-06-10 | Tdk Corp | Magnetoresistive element, thin film magnetic head, magnetic head device, and magnetic recording and reproducing device |
JP2008166393A (en) * | 2006-12-27 | 2008-07-17 | Showa Denko Kk | Method of manufacturing group iii nitride semiconductor light-emitting element |
US20110048515A1 (en) * | 2009-08-27 | 2011-03-03 | Applied Materials, Inc. | Passivation layer for wafer based solar cells and method of manufacturing thereof |
WO2013141917A1 (en) * | 2012-03-23 | 2013-09-26 | Sunpower Corporation | Solar cell having an emitter region with wide bandgap semiconductor material |
JP2014218042A (en) * | 2013-05-10 | 2014-11-20 | 小川 倉一 | Transparent heat insulation sheet and method for producing the same |
-
2015
- 2015-03-31 JP JP2015071854A patent/JP2016192499A/en active Pending
-
2016
- 2016-03-29 WO PCT/JP2016/060029 patent/WO2016158906A1/en active Application Filing
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH06125149A (en) * | 1992-10-12 | 1994-05-06 | Canon Inc | Semiconductor element and manufacture thereof |
JPH11229131A (en) * | 1998-02-17 | 1999-08-24 | Nikon Corp | Sputtering device for film formation |
JP2004165224A (en) * | 2002-11-08 | 2004-06-10 | Tdk Corp | Magnetoresistive element, thin film magnetic head, magnetic head device, and magnetic recording and reproducing device |
JP2008166393A (en) * | 2006-12-27 | 2008-07-17 | Showa Denko Kk | Method of manufacturing group iii nitride semiconductor light-emitting element |
US20110048515A1 (en) * | 2009-08-27 | 2011-03-03 | Applied Materials, Inc. | Passivation layer for wafer based solar cells and method of manufacturing thereof |
WO2013141917A1 (en) * | 2012-03-23 | 2013-09-26 | Sunpower Corporation | Solar cell having an emitter region with wide bandgap semiconductor material |
JP2014218042A (en) * | 2013-05-10 | 2014-11-20 | 小川 倉一 | Transparent heat insulation sheet and method for producing the same |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2016158906A1 (en) | 2016-10-06 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP2021190671A (en) | Solar cell module, solar cell, and manufacturing method for the same | |
US20130247972A1 (en) | Passivation film stack for silicon-based solar cells | |
WO2015182503A1 (en) | Solar cell element, method for manufacturing same and solar cell module | |
TW201128796A (en) | Enhanced passivation layer for wafer based solar cells, method and system for manufacturing thereof | |
US9735293B2 (en) | Solar cell element | |
JP2013161847A (en) | Solar cell | |
EP3012871A1 (en) | Solar cell and method for manufacturing the same | |
JP2005183469A (en) | Solar cell | |
JP5884911B2 (en) | Manufacturing method of solar cell | |
JP6688244B2 (en) | High efficiency solar cell manufacturing method and solar cell manufacturing system | |
WO2023216652A1 (en) | Bifacial solar cell and preparation method therefor | |
JP2016139762A (en) | Method of manufacturing solar cell element | |
WO2016158906A1 (en) | Solar cell and method for manufacturing solar cell | |
JP6198996B1 (en) | Solar cell and method for producing solar cell | |
TWI629804B (en) | Manufacturing method of solar cell | |
TWI606601B (en) | Sonar cell and a method of fabricaitng sonar cell | |
US11222991B2 (en) | Solar cell and method for manufacturing the same | |
TWI573286B (en) | Method of manufacturing solar cell | |
TW201818557A (en) | Solar cell with high photoelectric conversion efficiency and method for producing solar cell with high photoelectric conversion efficiency | |
KR20100012715A (en) | Solar cell and method for manufacturing the same | |
JP6647425B2 (en) | Solar cell manufacturing method | |
JP6317155B2 (en) | Solar cell element | |
JP7193393B2 (en) | Solar cell manufacturing method | |
JP2018170379A (en) | Semiconductor device, solar cell, and manufacturing method of solar cell | |
JP2013222794A (en) | Solar cell manufacturing method |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20180223 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821 Effective date: 20180223 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20180322 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20181023 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20181219 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20190508 |