JP2017045887A - n-TYPE DIFFUSION LAYER COMPOSITION, SEMICONDUCTOR SUBSTRATE AND MANUFACTURING METHOD THEREFOR, AND SOLAR CELL ELEMENT AND MANUFACTURING METHOD THEREFOR - Google Patents

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光則 岩室
野尻 剛
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剛 野尻
倉田 靖
Yasushi Kurata
靖 倉田
明博 織田
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明博 織田
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麻理 清水
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鉄也 佐藤
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an n-type diffusion layer formation composition capable of diffusing n-type impurities uniformly to a desired part of a semiconductor substrate, and to provide a semiconductor substrate having an n-type diffusion layer formed by using the same and a manufacturing method therefor, and a solar cell element having the semiconductor substrate and a manufacturing method therefor.SOLUTION: An n-type diffusion layer formation composition contains glass particles containing a donor element, a dispersion medium, and a silicone compound.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、n型拡散層形成組成物、半導体基板及びその製造方法、並びに太陽電池素子及びその製造方法に関する。   The present invention relates to an n-type diffusion layer forming composition, a semiconductor substrate and a manufacturing method thereof, and a solar cell element and a manufacturing method thereof.

現在量産されている太陽電池は、半導体基板の受光面にn型電極を形成し、裏面にp型電極を形成した両面電極型の太陽電池が多数を占めている。しかしながら、両面電極型の太陽電池においては、受光面に形成されているn型電極直下の領域には太陽光が入射しないため、その部分においては電流が発生しない。そこで、太陽電池の受光面には電極を形成せず、受光面とは反対側の裏面にn++型電極およびp+型電極の双方を形成した裏面電極型太陽電池が提案されている。この裏面電極型太陽電池においては、受光面に形成された電極によって太陽光の入射が阻害されることがないことから、原理的には高い変換効率を期待することができる。 Currently, a large number of solar cells that are mass-produced include double-sided electrode type solar cells in which an n-type electrode is formed on the light receiving surface of a semiconductor substrate and a p-type electrode is formed on the back surface. However, in a double-sided electrode type solar cell, no sunlight is incident on a region immediately below the n-type electrode formed on the light-receiving surface, so that no current is generated in that portion. Therefore, a back electrode type solar cell has been proposed in which no electrode is formed on the light receiving surface of the solar cell, and both an n ++ type electrode and a p + type electrode are formed on the back surface opposite to the light receiving surface. In this back electrode type solar cell, since the incidence of sunlight is not hindered by the electrode formed on the light receiving surface, high conversion efficiency can be expected in principle.

裏面電極型太陽電池の製造方法としては、例えば、以下の製造方法が特許文献1に記載されている。
まず、半導体基板としてのシリコン基板の受光面及び裏面の全面に、拡散制御マスクを形成する。ここで、拡散制御マスクは、シリコン基板内に不純物が拡散するのを抑制する機能を有する。次に、シリコン基板の裏面に形成された拡散制御マスクの一部を除去して開口部を形成する。そして、拡散制御マスクの開口部からリン等のn型不純物をシリコン基板の裏面に拡散させ、開口部にのみn型不純物拡散層を形成する。次に、シリコン基板の裏面の拡散制御マスクをすべて除去した後に、裏面の全領域に酸化シリコン膜等の酸化物膜を形成する。ここで、n型不純物拡散層が形成された領域と、n型不純物拡散層が形成されていない領域とでは酸化物膜の形成速度が異なるため、n型不純物拡散層が形成された領域の酸化物膜は、n型不純物拡散層が形成されていない領域の酸化物膜よりも厚く形成される。
As a manufacturing method of a back electrode type solar cell, for example, the following manufacturing method is described in Patent Document 1.
First, a diffusion control mask is formed on the entire light receiving surface and back surface of a silicon substrate as a semiconductor substrate. Here, the diffusion control mask has a function of suppressing the diffusion of impurities into the silicon substrate. Next, a part of the diffusion control mask formed on the back surface of the silicon substrate is removed to form an opening. Then, n-type impurities such as phosphorus are diffused from the opening of the diffusion control mask to the back surface of the silicon substrate, and an n-type impurity diffusion layer is formed only in the opening. Next, after all of the diffusion control mask on the back surface of the silicon substrate is removed, an oxide film such as a silicon oxide film is formed on the entire back surface. Here, since the formation rate of the oxide film is different between the region where the n-type impurity diffusion layer is formed and the region where the n-type impurity diffusion layer is not formed, oxidation of the region where the n-type impurity diffusion layer is formed is performed. The physical film is formed thicker than the oxide film in the region where the n-type impurity diffusion layer is not formed.

なお、n型不純物拡散層が形成された領域の酸化物膜が、n型不純物拡散層が形成されていない領域の酸化物膜よりも厚く形成される理由は以下の通りである。n型不純物拡散層が形成されていない領域では、シリコン原子同士がSi−Si共有結合により強固に結合している。この領域を酸化する際、酸素原子はシリコン原子間の共有結合を切断してSi−Si間に介在し、Si−O−Si結合を形成することで酸化が進む。Si−Si供給結合は結合エネルギーが高く、酸化するには高温かつ長時間の加熱が必要になる。一方、n型不純物拡散層が形成された領域は、ドナー原子であるリンが多く拡散しており、シリコン基板中のシリコン原子の多くがリン原子に置換した状態となっている。n型不純物拡散層が形成された領域では、一般的に、1立方センチメートルあたりに、10の19乗から21乗のリン原子が拡散されており、その多くがシリコン原子と置換した形態をとる。リン原子とシリコン原子との結合(P−Si結合)は、イオン結合性が強く、Si−Si共有結合よりも結合エネルギーが小さい。従って、酸化処理の際、P−Si結合の方がSi−Si結合よりも酸素原子によって切断されやすい。従って、n型不純物拡散層が形成された領域は、n型不純物拡散層が形成された領域よりも酸化速度が速く、その結果、酸化物膜が厚く形成される。   The reason why the oxide film in the region where the n-type impurity diffusion layer is formed is thicker than the oxide film in the region where the n-type impurity diffusion layer is not formed is as follows. In the region where the n-type impurity diffusion layer is not formed, silicon atoms are firmly bonded by Si—Si covalent bonds. When this region is oxidized, oxygen atoms break a covalent bond between silicon atoms and intervene between Si-Si, and oxidation proceeds by forming a Si-O-Si bond. The Si-Si supply bond has high bond energy, and high temperature and long time heating are required for oxidation. On the other hand, in the region where the n-type impurity diffusion layer is formed, a large amount of phosphorus, which is a donor atom, is diffused, and most of the silicon atoms in the silicon substrate are replaced with phosphorus atoms. In the region where the n-type impurity diffusion layer is formed, generally, 10 19 to 21 21 phosphorus atoms are diffused per cubic centimeter, and many of them are replaced with silicon atoms. A bond between a phosphorus atom and a silicon atom (P—Si bond) has strong ionic bond properties and a bond energy smaller than that of a Si—Si covalent bond. Therefore, during the oxidation treatment, the P—Si bond is more easily broken by oxygen atoms than the Si—Si bond. Therefore, the region in which the n-type impurity diffusion layer is formed has a higher oxidation rate than the region in which the n-type impurity diffusion layer is formed, and as a result, a thick oxide film is formed.

続いてエッチング処理により、n型不純物拡散層が形成された領域以外の酸化物膜を完全に除去する。n型不純物拡散層が形成された領域の酸化物膜もエッチングにより膜厚が減少するが、n型不純物拡散層が形成されていない領域の酸化物膜よりも厚いため、完全には除去されずに一部が残存する。残存する酸化物膜は、その後のp型不純物拡散処理においてバリア膜として機能する。続いて、バリア膜としての酸化物膜が残存する、n型不純物拡散層が形成された領域以外の領域にp型不純物拡散層を形成する。さらに、テクスチャ構造、反射防止膜、パッシベーション膜、電極等を形成することで裏面電極型太陽電池が完成する。   Subsequently, the oxide film other than the region where the n-type impurity diffusion layer is formed is completely removed by etching. Although the thickness of the oxide film in the region where the n-type impurity diffusion layer is formed is also reduced by etching, it is not completely removed because it is thicker than the oxide film in the region where the n-type impurity diffusion layer is not formed. Part remains. The remaining oxide film functions as a barrier film in the subsequent p-type impurity diffusion treatment. Subsequently, a p-type impurity diffusion layer is formed in a region other than the region where the n-type impurity diffusion layer is formed where the oxide film as the barrier film remains. Furthermore, a back electrode type solar cell is completed by forming a texture structure, an antireflection film, a passivation film, an electrode, and the like.

特開2014−86587号公報JP 2014-86587 A

前記方法において、n型不純物拡散層領域上の酸化物膜は、エッチング処理によって完全に除去されないように厚く形成されなければならない。この酸化物膜が薄いと、後のp型不純物拡散処理時にバリア膜として機能しなくなり、n型不純物拡散層が形成された領域にもホウ素等のp型不純物が拡散してしまい、半導体特性が劣化するおそれがある。また、バリア膜として残存する酸化物膜は、均一な膜厚を有していることが望ましい。酸化物膜の一部に厚さの不充分な領域があると、そこからホウ素等のp型不純物が拡散してしまい、半導体特性が劣化するおそれがある。   In the above method, the oxide film on the n-type impurity diffusion layer region must be formed thick so as not to be completely removed by the etching process. If this oxide film is thin, it will not function as a barrier film during subsequent p-type impurity diffusion treatment, and p-type impurities such as boron will diffuse into the region where the n-type impurity diffusion layer is formed, resulting in semiconductor characteristics. May deteriorate. In addition, it is desirable that the oxide film remaining as the barrier film has a uniform thickness. If there is an insufficiently thick region in part of the oxide film, p-type impurities such as boron diffuse from there, and the semiconductor characteristics may be deteriorated.

n型不純物拡散層領域に充分に均一な厚さの酸化物膜を形成するためには、n型不純物の塗布量を増やしたり、n型不純物形成組成物中のn型不純物濃度を高くしてn型不純物の拡散量を増やす必要がある。しかしながら、太陽電池素子の量産時の製造コスト又は生産性の観点から、太陽電池素子1枚の生産に使用されるn型拡散層形成組成物の量の低減が望まれている。例えば、1平方センチメートルあたり1mg以下とすることが望まれている。従来のn型拡散層形成組成物で上記の塗布量とした場合、n型不純物の拡散が微視的領域で不充分となり、そこに形成される酸化物膜の厚さが不充分となる。従って、限られた塗布量で充分に均一なn型不純物の拡散を可能とするn型拡散層形成組成物が望まれる。   In order to form an oxide film having a sufficiently uniform thickness in the n-type impurity diffusion layer region, the amount of n-type impurity applied is increased or the n-type impurity concentration in the n-type impurity forming composition is increased. It is necessary to increase the diffusion amount of n-type impurities. However, from the viewpoint of manufacturing cost or productivity at the time of mass production of solar cell elements, it is desired to reduce the amount of the n-type diffusion layer forming composition used for production of one solar cell element. For example, 1 mg or less per square centimeter is desired. When the conventional n-type diffusion layer forming composition has the above coating amount, the diffusion of n-type impurities is insufficient in the microscopic region, and the thickness of the oxide film formed there is insufficient. Therefore, an n-type diffusion layer forming composition that enables sufficiently uniform diffusion of n-type impurities with a limited coating amount is desired.

本発明は、上記事情に鑑みなされたものであり、半導体基板の所望の部位にn型不純物を均一に拡散できるn型拡散層形成組成物、これを用いて形成されるn型拡散層を有する半導体基板及びその製造方法、並びに前記半導体基板を有する太陽電池素子及びその製造方法を提供することを課題とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and has an n-type diffusion layer forming composition capable of uniformly diffusing n-type impurities in a desired portion of a semiconductor substrate, and an n-type diffusion layer formed using the same. It is an object of the present invention to provide a semiconductor substrate and a manufacturing method thereof, a solar cell element having the semiconductor substrate, and a manufacturing method thereof.

上記課題を解決するための手段には、以下の実施態様が含まれる。
<1>ドナー元素を含むガラス粒子と、分散媒と、シリコーン化合物と、を含有するn型拡散層形成組成物。
<2>前記ドナー元素が、P(リン)及びSb(アンチモン)からなる群より選択される少なくとも1種である<1>に記載のn型拡散層形成組成物。
<3>前記ドナー元素を含むガラス粒子が、P、P及びSbからなる群より選択される少なくとも1種のドナー元素含有物質と、SiO、KO、NaO、LiO、BaO、SrO、CaO、MgO、BeO、ZnO、PbO、CdO、V、SnO、ZrO及びMoOからなる群より選択される少なくとも1種のガラス成分物質と、を含有する<1>又は<2>に記載のn型拡散層形成組成物。
<4>前記シリコーン化合物の重量平均分子量が1000〜100000である<1>〜<3>のいずれか1項に記載のn型拡散層形成組成物。
<5><1>〜<4>のいずれか1項に記載のn型拡散層形成組成物を用いて形成したn型拡散層を有する、半導体基板。
<6>半導体基板の少なくとも一方の面の少なくとも一部に<1>〜<4>のいずれか1項に記載のn型拡散層形成組成物を付与してn型拡散層形成組成物層を形成する工程と、前記n型拡散層形成組成物層を熱処理してn型拡散層を形成する工程と、を含む半導体基板の製造方法。
<7><1>〜<4>のいずれか1項に記載のn型拡散層形成組成物を用いて形成したn型拡散層を有する半導体基板と、前記半導体基板の上に設けられる電極と、を有する太陽電池素子。
<8><1>〜<4>のいずれか1項に記載のn型拡散層形成組成物を用いて形成したn型拡散層を有する半導体基板の上に、電極を設ける工程を含む太陽電池素子の製造方法。
Means for solving the above problems include the following embodiments.
<1> An n-type diffusion layer forming composition containing glass particles containing a donor element, a dispersion medium, and a silicone compound.
<2> The n-type diffusion layer forming composition according to <1>, wherein the donor element is at least one selected from the group consisting of P (phosphorus) and Sb (antimony).
<3> At least one donor element-containing material selected from the group consisting of P 2 O 3 , P 2 O 5 and Sb 2 O 3, wherein the glass particles containing the donor element are SiO 2 , K 2 O, At least one glass component material selected from the group consisting of Na 2 O, Li 2 O, BaO, SrO, CaO, MgO, BeO, ZnO, PbO, CdO, V 2 O 5 , SnO, ZrO 2 and MoO 3 And the n type diffused layer formation composition as described in <1> or <2> containing.
<4> The n-type diffusion layer forming composition according to any one of <1> to <3>, wherein the silicone compound has a weight average molecular weight of 1,000 to 100,000.
<5> A semiconductor substrate having an n-type diffusion layer formed using the n-type diffusion layer forming composition according to any one of <1> to <4>.
<6> The n-type diffusion layer forming composition according to any one of <1> to <4> is applied to at least a part of at least one surface of the semiconductor substrate to form an n-type diffusion layer forming composition layer. The manufacturing method of a semiconductor substrate including the process of forming, and the process of heat-processing the said n type diffused layer formation composition layer and forming an n type diffused layer.
<7> A semiconductor substrate having an n-type diffusion layer formed using the n-type diffusion layer forming composition according to any one of <1> to <4>, and an electrode provided on the semiconductor substrate; And a solar cell element.
<8> A solar cell including a step of providing an electrode on a semiconductor substrate having an n-type diffusion layer formed using the n-type diffusion layer forming composition according to any one of <1> to <4>. Device manufacturing method.

本発明によれば、半導体基板の所望の部位にn型不純物を均一に拡散できるn型拡散層形成組成物、これを用いて形成されるn型拡散層を有する半導体基板及びその製造方法、並びに前記半導体基板を有する太陽電池素子及びその製造方法が提供される。   According to the present invention, an n-type diffusion layer forming composition capable of uniformly diffusing n-type impurities in a desired portion of a semiconductor substrate, a semiconductor substrate having an n-type diffusion layer formed using the same, a method for manufacturing the same, and A solar cell element having the semiconductor substrate and a manufacturing method thereof are provided.

本発明の実施態様の半導体基板及び太陽電池素子の製造方法の一例を概念的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows notionally an example of the manufacturing method of the semiconductor substrate of the embodiment of this invention, and a solar cell element.

以下、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。但し、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。以下の実施形態において、その構成要素(要素ステップ等も含む)は、特に明示した場合、原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必須ではない。数値及びその範囲についても同様であり、本発明を制限するものではない。   Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described in detail. However, the present invention is not limited to the following embodiments. In the following embodiments, the constituent elements (including element steps and the like) are not essential unless explicitly specified, unless otherwise clearly considered essential in principle. The same applies to numerical values and ranges thereof, and the present invention is not limited thereto.

本明細書において「工程」との語は、独立した工程だけではなく、他の工程と明確に区別できない場合であってもその工程の目的が達成されれば、本用語に含まれる。また本明細書において「〜」を用いて示された数値範囲は、「〜」の前後に記載される数値をそれぞれ最小値及び最大値として含む範囲を示す。また、本明細書において組成物中の各成分の含有量は、組成物中に各成分に該当する物質が複数種存在する場合、特に断らない限り、組成物中に存在する当該複数種の物質の合計量を意味する。また、本明細書において組成物中の各成分の粒子径は、組成物中に各成分に該当する粒子が複数種存在する場合、特に断らない限り、組成物中に存在する当該複数種の粒子の混合物についての値を意味する。   In this specification, the term “process” is not limited to an independent process, and is included in this term if the purpose of the process is achieved even when it cannot be clearly distinguished from other processes. In the present specification, a numerical range indicated by using “to” indicates a range including the numerical values described before and after “to” as the minimum value and the maximum value, respectively. In addition, in the present specification, the content of each component in the composition is such that when there are a plurality of substances corresponding to each component in the composition, the plurality of substances present in the composition unless otherwise specified. Means the total amount. In the present specification, the particle diameter of each component in the composition is such that when there are a plurality of particles corresponding to each component in the composition, the plurality of particles present in the composition unless otherwise specified. The value for a mixture of

本明細書において「含有率」とは、特に記載がなければ、n型拡散層形成組成物の全量を100質量%としたときの、各成分の質量%を表す。また、本明細書において「層」又は「膜」との語には、平面図として観察したときに、全面に形成されている形状の構成に加え、一部に形成されている形状の構成も包含される。   In this specification, “content ratio” represents mass% of each component when the total amount of the n-type diffusion layer forming composition is 100 mass% unless otherwise specified. In addition, in this specification, the term “layer” or “film” includes a configuration formed in a part in addition to a configuration formed over the entire surface when observed as a plan view. Is included.

以下、まず本発明で用いられるn型拡散層形成組成物について説明する。次に、これらのn型拡散層形成組成物を用いる半導体基板の製造方法及び太陽電池素子の製造方法について説明する。   Hereinafter, first, the n-type diffusion layer forming composition used in the present invention will be described. Next, the manufacturing method of the semiconductor substrate using these n type diffused layer formation compositions and the manufacturing method of a solar cell element are demonstrated.

<n型拡散層形成組成物>
本発明の実施態様のn型拡散層形成組成物は、ドナー元素を含むガラス粒子と、分散媒と、シリコーン化合物と、を含有する。n型拡散層形成組成物は、付与性、n型拡散層形成後の除去性等を考慮して、その他の成分を必要に応じて含有してもよい。
<N-type diffusion layer forming composition>
The n-type diffusion layer forming composition of an embodiment of the present invention contains glass particles containing a donor element, a dispersion medium, and a silicone compound. The n-type diffusion layer forming composition may contain other components as necessary in consideration of the imparting property, the removability after forming the n-type diffusion layer, and the like.

ここで、n型拡散層形成組成物とは、n型不純物であるドナー元素を含有し、半導体基板に付与した後にこのドナー元素を熱拡散することで、半導体基板のn型拡散層形成組成物を付与した部位にn型拡散層を形成することが可能な材料をいう。n型拡散層形成組成物を用いることで、半導体基板の裏面、側面等に不要なn型拡散層を形成せずに、所望の部位にのみ選択的にn型拡散層を形成できる。   Here, the n-type diffusion layer forming composition contains a donor element which is an n-type impurity, and after applying to the semiconductor substrate, the donor element is thermally diffused, thereby forming the n-type diffusion layer forming composition of the semiconductor substrate. The material which can form an n-type diffused layer in the site | part which provided. By using the n-type diffusion layer forming composition, an n-type diffusion layer can be selectively formed only in a desired portion without forming an unnecessary n-type diffusion layer on the back surface, side surface, or the like of the semiconductor substrate.

従って、n型拡散層形成組成物を適用すれば、従来広く採用されている気相反応法で行われているサイドエッチング工程が不要となり、工程が簡易化される傾向にある。また、半導体基板の裏面に形成されたn型拡散層をp型拡散層へ変換する工程も不要となる。そのため、裏面のp型拡散層の形成方法、裏面電極の材質、形状、厚さ等の選択肢が広がる。また、詳細は後述するが、裏面電極の厚さに起因する半導体基板内の内部応力の発生が抑えられ、半導体基板の反りも抑えられる傾向にある。 Therefore, when the n-type diffusion layer forming composition is applied, the side etching step performed by the conventionally widely used gas phase reaction method becomes unnecessary, and the process tends to be simplified. Further, there is no need to convert the n-type diffusion layer formed on the back surface of the semiconductor substrate into a p + -type diffusion layer. Therefore, options such as the method for forming the p + -type diffusion layer on the back surface, the material, shape, and thickness of the back surface electrode are expanded. Moreover, although mentioned later for details, generation | occurrence | production of the internal stress in the semiconductor substrate resulting from the thickness of a back surface electrode is suppressed, and it exists in the tendency for the curvature of a semiconductor substrate to be suppressed.

尚、n型拡散層形成組成物に含有されるガラス粒子は熱処理により溶融し、n型拡散層の上にガラス層を形成する。しかし、従来の気相反応法、リン酸塩含有の溶液を塗布する方法等においてもn型拡散層の上にガラス層が形成される。よって、本発明において生成したガラス層は、従来の方法と同様に、エッチングにより除去することができる。従って、n型拡散層形成組成物は、従来の方法と比べても不要な生成物を発生させず、工程を増やすこともない傾向にある。   The glass particles contained in the n-type diffusion layer forming composition are melted by heat treatment to form a glass layer on the n-type diffusion layer. However, a glass layer is formed on the n-type diffusion layer even in a conventional gas phase reaction method, a method of applying a phosphate-containing solution, or the like. Therefore, the glass layer produced | generated in this invention can be removed by an etching similarly to the conventional method. Therefore, the n-type diffusion layer forming composition does not generate unnecessary products and does not increase the number of steps as compared with the conventional method.

また、ガラス粒子内のドナー元素は熱処理中でも外部に揮散しないため、揮散ガスの発生によって半導体基板の裏面又は側面にまでn型拡散層が形成されるのが防止される傾向にある。この理由は、例えば、ドナー成分がガラス粒子中のガラス成分物質に由来する元素と結合しているか、又はガラス中に取り込まれているため、揮散しにくくなっているためと考えられる。   In addition, since the donor element in the glass particles does not volatilize outside even during the heat treatment, the n-type diffusion layer tends to be prevented from being formed on the back surface or side surface of the semiconductor substrate due to the generation of the volatilizing gas. The reason for this is considered to be that, for example, the donor component is bonded to an element derived from the glass component substance in the glass particles or is taken into the glass, so that it is difficult to volatilize.

(ガラス粒子)
本発明に係るドナー元素を含むガラス粒子について、詳細に説明する。
ドナー元素とは、半導体基板中にドーピングさせることによってn型拡散層を形成することが可能な元素を意味する。ドナー元素としては、第15族の元素が使用でき、例えば、P(リン)、Sb(アンチモン)及びAs(ヒ素)が挙げられる。安全性、ガラス化の容易さ等の観点から、ドナー元素はP(リン)及びSb(アンチモン)からなる群より選択される少なくとも1種を含むことが好ましい。
本明細書においてガラス粒子とは、ガラス(ガラス転移現象を示す非晶質固体)が粒子状になったものを意味する。
(Glass particles)
The glass particles containing the donor element according to the present invention will be described in detail.
The donor element means an element that can form an n-type diffusion layer by doping into a semiconductor substrate. As the donor element, an element belonging to Group 15 can be used, and examples thereof include P (phosphorus), Sb (antimony), and As (arsenic). From the viewpoint of safety, easiness of vitrification, etc., the donor element preferably contains at least one selected from the group consisting of P (phosphorus) and Sb (antimony).
In the present specification, the glass particles mean particles in which glass (an amorphous solid exhibiting a glass transition phenomenon) is formed into particles.

ドナー元素をガラス粒子に導入するために用いるドナー元素含有物質としては、P、P、Sb、Bi、As等が挙げられ、P、P及びSbからなる群より選択される少なくとも1種を用いることが好ましい。 As the donor element-containing substance used to introduce the donor element to the glass particles, P 2 O 3, P 2 O 5, Sb 2 O 3, Bi 2 O 3, As 2 O 3 and the like, P 2 O 3 , at least one selected from the group consisting of P 2 O 5 and Sb 2 O 3 is preferably used.

ドナー元素を含むガラス粒子は、必要に応じてその成分比率を調整することによって、溶融温度、軟化点、ガラス転移点、化学的耐久性等を制御することが可能である。この観点から、ドナー元素を含むガラス粒子は、更に以下に記す成分を含むことが好ましい。   The glass particles containing a donor element can control the melting temperature, softening point, glass transition point, chemical durability, and the like by adjusting the component ratio as necessary. From this viewpoint, it is preferable that the glass particle containing a donor element further contains the components described below.

ガラス成分物質としては、SiO、KO、NaO、LiO、BaO、SrO、CaO、MgO、BeO、ZnO、PbO、CdO、SnO、ZrO、WO、MoO、MnO、La、Nb、Ta、Y、TiO、ZrO、GeO、TeO、Lu等が挙げられる。ドナー元素を含むガラス粒子は、SiO、KO、NaO、LiO、BaO、SrO、CaO、MgO、BeO、ZnO、PbO、CdO、SnO、ZrO、WO、MoO及びMnOからなる群より選択される少なくとも1種をガラス成分物質として含むことが好ましい。ドナー元素を含むガラス粒子は、SiO、KO、NaO、LiO、BaO、SrO、CaO、MgO、BeO、ZnO、PbO、CdO、V、SnO、ZrO及びMoOからなる群より選択される少なくとも1種をガラス成分物質として含むことがより好ましい。 Examples of glass component materials include SiO 2 , K 2 O, Na 2 O, Li 2 O, BaO, SrO, CaO, MgO, BeO, ZnO, PbO, CdO, SnO, ZrO 2 , WO 3 , MoO 3 , MnO, Examples include La 2 O 3 , Nb 2 O 5 , Ta 2 O 5 , Y 2 O 3 , TiO 2 , ZrO 2 , GeO 2 , TeO 2 , and Lu 2 O 3 . Glass particles containing a donor element are SiO 2 , K 2 O, Na 2 O, Li 2 O, BaO, SrO, CaO, MgO, BeO, ZnO, PbO, CdO, SnO, ZrO 2 , WO 3 , MoO 3 and It is preferable that at least one selected from the group consisting of MnO is included as a glass component substance. Glass particles containing a donor element are SiO 2 , K 2 O, Na 2 O, Li 2 O, BaO, SrO, CaO, MgO, BeO, ZnO, PbO, CdO, V 2 O 5 , SnO, ZrO 2 and MoO. More preferably, at least one selected from the group consisting of 3 is included as a glass component substance.

ドナー元素を含むガラス粒子は、P、P及びSbからなる群より選択される少なくとも1種のドナー元素含有物質と、SiO、KO、NaO、LiO、BaO、SrO、CaO、MgO、BeO、ZnO、PbO、CdO、V、SnO、ZrO及びMoOからなる群より選択される少なくとも1種のガラス成分物質と、を含有することが好ましい。
本明細書においてドナー元素を含むガラス粒子がドナー元素含有物質を「含む」とは、当該ドナー元素含有物質の成分を含むことを意味し、ガラス成分物質を「含む」とは、当該ガラス成分物質の成分を含むことを意味する。
Glass particles containing a donor element include at least one donor element-containing material selected from the group consisting of P 2 O 3 , P 2 O 5 and Sb 2 O 3 , SiO 2 , K 2 O, Na 2 O, Containing at least one glass component material selected from the group consisting of Li 2 O, BaO, SrO, CaO, MgO, BeO, ZnO, PbO, CdO, V 2 O 5 , SnO, ZrO 2 and MoO 3 It is preferable to do.
In the present specification, the glass particle containing a donor element “includes” a donor element-containing substance means that it contains a component of the donor element-containing substance, and “includes” a glass component substance means the glass component substance It means that it contains the component of.

ドナー元素を含むガラス粒子の具体例としては、P−SiO系ガラス粒子、P−KO系ガラス粒子、P−NaO系ガラス粒子、P−LiO系ガラス粒子、P−BaO系ガラス粒子、P−SrO系ガラス粒子、P−CaO系ガラス粒子、P−MgO系ガラス粒子、P−BeO系ガラス粒子、P−ZnO系ガラス粒子、P−CdO系ガラス粒子、P−PbO系ガラス粒子、P−SnO系ガラス粒子、P−GeO系ガラス粒子、P−Sb系ガラス粒子、P−TeO系ガラス粒子、P−As系ガラス粒子等のP系ガラス粒子、Sb系ガラス粒子が挙げられる。 Specific examples of the glass particles containing a donor element include P 2 O 5 —SiO 2 glass particles, P 2 O 5 —K 2 O glass particles, P 2 O 5 —Na 2 O glass particles, and P 2 O. 5 -Li 2 O system glass particles, P 2 O 5 -BaO-based glass particles, P 2 O 5 -SrO based glass particles, P 2 O 5 -CaO-based glass particles, P 2 O 5 -MgO-based glass particles, P 2 O 5 -BeO glass particles, P 2 O 5 -ZnO-based glass particles, P 2 O 5 -CdO glass particles, P 2 O 5 -PbO based glass particles, P 2 O 5 -SnO-based glass particles, P 2 O 5 -GeO 2 glass particles, P 2 O 5 -Sb 2 O 3 based glass particles, P 2 O 5 -TeO 2 glass particles, P 2 O 5 -As 2 O 3 system P 2 of the glass particles and the like O 5 based glass particles, Sb 2 O 3 Glass particles, and the like.

上記では2成分を含む複合ガラスを例示したが、P−SiO−CaO、P−SiO−MgO等の3種類以上の成分を含む複合ガラス粒子であってもよい。 In the above it has been illustrated composite glass containing two components, P 2 O 5 -SiO 2 -CaO , or may be a composite glass particles containing 3 or more components, such as P 2 O 5 -SiO 2 -MgO.

ドナー元素を含むガラス粒子中のガラス成分物質の含有率は、溶融温度、軟化点、ガラス転移点、化学的耐久性等を考慮して適宜設定することが望ましい。ガラス成分物質の含有率は、0.1質量%〜95質量%であることが好ましく、0.5質量%〜90質量%であることがより好ましい。   The content of the glass component substance in the glass particles containing the donor element is preferably set as appropriate in consideration of the melting temperature, softening point, glass transition point, chemical durability, and the like. The content of the glass component substance is preferably 0.1% by mass to 95% by mass, and more preferably 0.5% by mass to 90% by mass.

ドナー元素を含むガラス粒子の軟化点は、熱処理の際のn型拡散層形成組成物の成分の拡散性、液だれ抑制等の観点から、200℃〜1000℃であることが好ましく、300℃〜900℃であることがより好ましい。   The softening point of the glass particles containing the donor element is preferably 200 ° C. to 1000 ° C. from the viewpoint of diffusibility of components of the n-type diffusion layer forming composition during heat treatment, suppression of dripping, etc. More preferably, it is 900 ° C.

ドナー元素を含むガラス粒子の形状としては、略球状、扁平状、ブロック状、板状、鱗片状、針状等が挙げられる。n型拡散層形成組成物とした場合の半導体基板への塗布性、均一拡散性等の点から、ガラス粒子は略球状、扁平状又は板状であることが好ましい。   Examples of the shape of the glass particles containing the donor element include a substantially spherical shape, a flat shape, a block shape, a plate shape, a scale shape, and a needle shape. The glass particles are preferably substantially spherical, flat or plate-like from the viewpoint of application properties to a semiconductor substrate, uniform diffusibility, and the like when an n-type diffusion layer forming composition is used.

ドナー元素を含むガラス粒子の平均粒子径は、100μm以下であることが好ましい。100μm以下の平均粒子径を有するガラス粒子を用いる場合、平滑な組成物層が得られやすい。更に、ガラス粒子の平均粒子径は50μm以下であることが好ましく、30μm以下であることが更に好ましい。なお、下限は特に制限されないが、0.01μm以上であることが好ましい。
本明細書においてドナー元素を含むガラス粒子の平均粒子径は、体積平均粒子径を表し、レーザー散乱回折法粒度分布測定装置等により測定することができる。具体的には、粒度分布において小径側からの体積の累積50%に対応する粒子径を意味する。
The average particle diameter of the glass particles containing the donor element is preferably 100 μm or less. When glass particles having an average particle diameter of 100 μm or less are used, a smooth composition layer is easily obtained. Furthermore, the average particle diameter of the glass particles is preferably 50 μm or less, and more preferably 30 μm or less. The lower limit is not particularly limited, but is preferably 0.01 μm or more.
In this specification, the average particle diameter of the glass particle containing a donor element represents a volume average particle diameter, and can be measured with a laser scattering diffraction particle size distribution analyzer or the like. Specifically, it means the particle diameter corresponding to 50% of the cumulative volume from the small diameter side in the particle size distribution.

ドナー元素を含むガラス粒子は、例えば、以下の手順で作製することができる。
まず、ドナー元素を含むガラス粒子の原料となるドナー元素含有物質及びガラス成分物質を電気炉等で加熱して溶融させる。次いで、溶融物をガラス化させる。得られたガラスを粉砕して所望の大きさの粒子とする。粉砕は公知の方法により行うことができる。
The glass particle containing a donor element can be produced, for example, by the following procedure.
First, a donor element-containing material and a glass component material, which are raw materials for glass particles containing a donor element, are heated and melted in an electric furnace or the like. The melt is then vitrified. The obtained glass is pulverized into particles of a desired size. The pulverization can be performed by a known method.

n型拡散層形成組成物中のドナー元素を含むガラス粒子の含有率は、付与性、ドナー元素の拡散性等を考慮し決定される。一般には、n型拡散層形成組成物中のガラス粒子の含有率は、n型拡散層形成組成物の全質量に対して、0.1質量%〜95質量%であることが好ましく、1質量%〜90質量%であることがより好ましく、2質量%〜80質量%であることが更に好ましい。   The content of the glass particles containing the donor element in the n-type diffusion layer forming composition is determined in consideration of the imparting property, the diffusibility of the donor element, and the like. In general, the content of the glass particles in the n-type diffusion layer forming composition is preferably 0.1% by mass to 95% by mass with respect to the total mass of the n-type diffusion layer forming composition. % To 90% by mass is more preferable, and 2% to 80% by mass is even more preferable.

n型拡散層形成組成物中のドナー元素を含むガラス粒子の含有率は、n型拡散層形成組成物の不揮発成分の総量に対して、0.1質量%〜99質量%であることが好ましく、1質量%〜95質量%であることがより好ましく、2質量%〜90質量%であることが更に好ましい。
ここで、「不揮発成分」とは、後述する溶剤等の揮発する物質以外のn型拡散層形成組成物中の成分を意味する。ここで、揮発する物質とは、沸点が大気圧下で250℃以下である物質のことを意味する。
It is preferable that the content rate of the glass particle containing the donor element in an n type diffused layer formation composition is 0.1 mass%-99 mass% with respect to the total amount of the non-volatile component of an n type diffused layer formation composition. The content is more preferably 1% by mass to 95% by mass, and further preferably 2% by mass to 90% by mass.
Here, the “nonvolatile component” means a component in the n-type diffusion layer forming composition other than a volatile substance such as a solvent described later. Here, the volatile substance means a substance having a boiling point of 250 ° C. or lower under atmospheric pressure.

(分散媒)
次に、分散媒について説明する。分散媒は、n型拡散層形成組成物中において上記ガラス粒子を分散させる媒体である。分散媒としては、バインダー、溶剤等が使用される。
(Dispersion medium)
Next, the dispersion medium will be described. The dispersion medium is a medium in which the glass particles are dispersed in the n-type diffusion layer forming composition. As the dispersion medium, a binder, a solvent, or the like is used.

バインダーとしては、例えば、ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレートポリマー、ポリビニルアルコール、ポリアクリルアミド類、ポリビニルアミド類、ポリビニルピロリドン、ポリ(メタ)アクリル酸類、ポリエチレンオキサイド類、ポリスルホン酸、アクリルアミドアルキルスルホン酸、セルロースエーテル類、セルロース誘導体、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、エチルセルロース、ゼラチン、澱粉及び澱粉誘導体、アルギン酸ナトリウム類、キサンタン、グアーガム及びグアーガム誘導体、スクレログルカン、トラガカント、デキストリン誘導体、アクリル酸樹脂、アクリル酸エステル樹脂、ブタジエン樹脂、スチレン樹脂、これらの樹脂を構成するモノマーの共重合体、並びに二酸化ケイ素が挙げられる。バインダーは1種類を単独で又は2種類以上を組み合わせて使用される。   Examples of the binder include dimethylaminoethyl (meth) acrylate polymer, polyvinyl alcohol, polyacrylamides, polyvinylamides, polyvinylpyrrolidone, poly (meth) acrylic acids, polyethylene oxides, polysulfonic acid, acrylamide alkyl sulfonic acid, and cellulose ether. , Cellulose derivatives, carboxymethyl cellulose, hydroxyethyl cellulose, ethyl cellulose, gelatin, starch and starch derivatives, sodium alginate, xanthan, guar gum and guar gum derivatives, scleroglucan, tragacanth, dextrin derivatives, acrylic acid resin, acrylic ester resin, butadiene Resins, styrene resins, copolymers of monomers that make up these resins, and silicon dioxide It is. A binder is used individually by 1 type or in combination of 2 or more types.

バインダーの重量平均分子量は特に制限されず、n型拡散層形成組成物としての所望の粘度を考慮して、適宜調整することが望ましい。   The weight average molecular weight of the binder is not particularly limited, and it is desirable to adjust appropriately in consideration of a desired viscosity as the n-type diffusion layer forming composition.

溶剤としては、例えば、アセトン、メチルエチルケトン、メチル−n−プロピルケトン、メチルイソプロピルケトン、メチル−n−ブチルケトン、メチルイソブチルケトン、メチル−n−ペンチルケトン、メチル−n−ヘキシルケトン、ジエチルケトン、ジプロピルケトン、ジイソブチルケトン、トリメチルノナノン、シクロヘキサノン、シクロペンタノン、メチルシクロヘキサノン、2,4−ペンタンジオン、アセトニルアセトン、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン等のケトン系溶剤、ジエチルエーテル、メチルエチルエーテル、メチル−n−ジ−n−プロピルエーテル、ジイソプロピルエーテル、テトラヒドロフラン、メチルテトラヒドロフラン、ジオキサン、ジメチルジオキサン、エチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールジエチルエーテル、エチレングリコールジ−n−プロピルエーテル、エチレングリコールジブチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールメチルエチルエーテル、ジエチレングリコールメチルモノ−n−プロピルエーテル、ジエチレングリコールメチルモノ−n−ブチルエーテル、ジエチレングリコールジ−n−プロピルエーテル、ジエチレングリコールジ−n−ブチルエーテル、ジエチレングリコールメチルモノ−n−ヘキシルエーテル、トリエチレングリコールジメチルエーテル、トリエチレングリコールジエチルエーテル、トリエチレングリコールメチルエチルエーテル、トリエチレングリコールメチルモノ−n−ブチルエーテル、トリエチレングリコールジ−n−ブチルエーテル、トリエチレングリコールメチルモノ−n−ヘキシルエーテル、テトラエチレングリコールジメチルエーテル、テトラエチレングリコールジエチルエーテル、テトラエチレングリコールメチルエチルエーテル、テトラエチレングリコールメチルモノ−n−ブチルエーテル、ジエチレングリコールジ−n−ブチルエーテル、テトラエチレングリコールメチルモノ−n−ヘキシルエーテル、テトラエチレングリコールジ−n−ブチルエーテル、プロピレングリコールジメチルエーテル、プロピレングリコールジエチルエーテル、プロピレングリコールジ−n−プロピルエーテル、プロピレングリコールジブチルエーテル、ジプロピレングリコールジメチルエーテル、ジプロピレングリコールジエチルエーテル、ジプロピレングリコールメチルエチルエーテル、ジプロピレングリコールメチルモノ−n−ブチルエーテル、ジプロピレングリコールジ−n−プロピルエーテル、ジプロピレングリコールジ−n−ブチルエーテル、ジプロピレングリコールメチルモノ−n−ヘキシルエーテル、トリプロピレングリコールジメチルエーテル、トリプロピレングリコールジエチルエーテル、トリプロピレングリコールメチルエチルエーテル、トリプロピレングリコールメチルモノ−n−ブチルエーテル、トリプロピレングリコールジ−n−ブチルエーテル、トリプロピレングリコールメチルモノ−n−ヘキシルエーテル、テトラプロピレングリコールジメチルエーテル、テトラプロピレングリコールジエチルエーテル、テトラプロピレングリコールメチルエチルエーテル、テトラプロピレングリコールメチルモノ−n−ブチルエーテル、ジプロピレングリコールジ−n−ブチルエーテル、テトラプロピレングリコールメチルモノ−n−ヘキシルエーテル、テトラプロピレングリコールジ−n−ブチルエーテル等のエーテル系溶剤、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸n−プロピル、酢酸イソプロピル、酢酸n−ブチル、酢酸イソブチル、酢酸sec−ブチル、酢酸n−ペンチル、酢酸sec−ペンチル、酢酸3−メトキシブチル、酢酸メチルペンチル、酢酸2−エチルブチル、酢酸2−エチルヘキシル、酢酸2−(2−ブトキシエトキシ)エチル、酢酸ベンジル、酢酸シクロヘキシル、酢酸メチルシクロヘキシル、酢酸ノニル、アセト酢酸メチル、アセト酢酸エチル、酢酸ジエチレングリコールモノメチルエーテル、酢酸ジエチレングリコールモノエチルエーテル、酢酸ジエチレングリコールモノ−n−ブチルエーテル、酢酸ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、酢酸ジプロピレングリコールモノエチルエーテル、ジ酢酸グリコール、酢酸メトキシトリエチレングリコール、プロピオン酸エチル、プロピオン酸n−ブチル、プロピオン酸イソアミル、シュウ酸ジエチル、シュウ酸ジ−n−ブチル等のエステル系溶媒、エチレングリコールメチルエーテルプロピオネート、エチレングリコールエチルエーテルプロピオネート、エチレングリコールメチルエーテルアセテート、エチレングリコールエチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールメチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールエチルエーテルアセテート、ジエチレングリコール−n−ブチルエーテルアセテート、プロピレングリコールメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールエチルエーテルアセテート、プロピレングリコールプロピルエーテルアセテート、ジプロピレングリコールメチルエーテルアセテート、ジプロピレングリコールエチルエーテルアセテート等のエーテルアセテート系溶剤、アセトニトリル、N−メチルピロリジノン、N−エチルピロリジノン、N−プロピルピロリジノン、N−ブチルピロリジノン、N−ヘキシルピロリジノン、N−シクロヘキシルピロリジノン、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、N,N−ジメチルスルホキシド、メタノール、エタノール、n−プロパノール、イソプロパノール、n−ブタノール、イソブタノール、sec−ブタノール、t−ブタノール、n−ペンタノール、イソペンタノール、2−メチルブタノール、sec−ペンタノール、t−ペンタノール、3−メトキシブタノール、n−ヘキサノール、2−メチルペンタノール、sec−ヘキサノール、2−エチルブタノール、sec−ヘプタノール、n−オクタノール、2−エチルヘキサノール、sec−オクタノール、n−ノニルアルコール、n−デカノール、sec−ウンデシルアルコール、トリメチルノニルアルコール、sec−テトラデシルアルコール、sec−ヘプタデシルアルコール、フェノール、シクロヘキサノール、メチルシクロヘキサノール、ベンジルアルコール、エチレングリコール、1,2−プロピレングリコール、1,3−ブチレングリコール、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、トリエチレングリコール、トリプロピレングリコール、テルピネオール等のアルコール系溶剤、エチレングリコールメチルエーテル、エチレングリコールエチルエーテル、エチレングリコールモノフェニルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノ−n−ブチルエーテル、ジエチレングリコールモノ−n−ヘキシルエーテル、エトキシトリグリコール、テトラエチレングリコールモノ−n−ブチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノエチルエーテル、トリプロピレングリコールモノメチルエーテル等のエーテル系溶剤、乳酸メチル、乳酸エチル、乳酸n−ブチル、乳酸n−アミル等のエステル系溶剤、及び水が挙げられる。これらの溶剤は1種類を単独で又は2種類以上を組み合わせて使用される。   Examples of the solvent include acetone, methyl ethyl ketone, methyl n-propyl ketone, methyl isopropyl ketone, methyl n-butyl ketone, methyl isobutyl ketone, methyl n-pentyl ketone, methyl n-hexyl ketone, diethyl ketone, and dipropyl. Ketone solvents such as ketone, diisobutyl ketone, trimethylnonanone, cyclohexanone, cyclopentanone, methylcyclohexanone, 2,4-pentanedione, acetonylacetone, γ-butyrolactone, γ-valerolactone, diethyl ether, methyl ethyl ether, Methyl-n-di-n-propyl ether, diisopropyl ether, tetrahydrofuran, methyltetrahydrofuran, dioxane, dimethyldioxane, ethylene glycol dimethyl ether, ethyl Glycol diether ether, ethylene glycol di-n-propyl ether, ethylene glycol dibutyl ether, diethylene glycol dimethyl ether, diethylene glycol diethyl ether, diethylene glycol methyl ethyl ether, diethylene glycol methyl mono-n-propyl ether, diethylene glycol methyl mono-n-butyl ether, diethylene glycol di -N-propyl ether, diethylene glycol di-n-butyl ether, diethylene glycol methyl mono-n-hexyl ether, triethylene glycol dimethyl ether, triethylene glycol diethyl ether, triethylene glycol methyl ethyl ether, triethylene glycol methyl mono-n-butyl ether, Triecile Glycol di-n-butyl ether, triethylene glycol methyl mono-n-hexyl ether, tetraethylene glycol dimethyl ether, tetraethylene glycol diethyl ether, tetraethylene glycol methyl ethyl ether, tetraethylene glycol methyl mono-n-butyl ether, diethylene glycol di-n -Butyl ether, tetraethylene glycol methyl mono-n-hexyl ether, tetraethylene glycol di-n-butyl ether, propylene glycol dimethyl ether, propylene glycol diethyl ether, propylene glycol di-n-propyl ether, propylene glycol dibutyl ether, dipropylene glycol dimethyl ether , Dipropylene glycol diethyl ether Dipropylene glycol methyl ethyl ether, dipropylene glycol methyl mono-n-butyl ether, dipropylene glycol di-n-propyl ether, dipropylene glycol di-n-butyl ether, dipropylene glycol methyl mono-n-hexyl ether, tripropylene glycol Dimethyl ether, tripropylene glycol diethyl ether, tripropylene glycol methyl ethyl ether, tripropylene glycol methyl mono-n-butyl ether, tripropylene glycol di-n-butyl ether, tripropylene glycol methyl mono-n-hexyl ether, tetrapropylene glycol dimethyl ether, Tetrapropylene glycol diethyl ether, tetrapropylene glycol methyl ethyl Ether solvents such as ether, tetrapropylene glycol methyl mono-n-butyl ether, dipropylene glycol di-n-butyl ether, tetrapropylene glycol methyl mono-n-hexyl ether, tetrapropylene glycol di-n-butyl ether, methyl acetate, acetic acid Ethyl, n-propyl acetate, isopropyl acetate, n-butyl acetate, isobutyl acetate, sec-butyl acetate, n-pentyl acetate, sec-pentyl acetate, 3-methoxybutyl acetate, methylpentyl acetate, 2-ethylbutyl acetate, acetic acid 2 -Ethylhexyl, 2- (2-butoxyethoxy) ethyl acetate, benzyl acetate, cyclohexyl acetate, methyl cyclohexyl acetate, nonyl acetate, methyl acetoacetate, ethyl acetoacetate, diethylene glycol monomethyl acetate Ether, diethylene glycol monoethyl ether, diethylene glycol mono-n-butyl ether acetate, dipropylene glycol monomethyl ether acetate, dipropylene glycol monoethyl ether acetate, glycol diacetate, methoxytriethylene glycol acetate, ethyl propionate, n-butyl propionate Ester solvents such as isoamyl propionate, diethyl oxalate, di-n-butyl oxalate, ethylene glycol methyl ether propionate, ethylene glycol ethyl ether propionate, ethylene glycol methyl ether acetate, ethylene glycol ethyl ether acetate, Diethylene glycol methyl ether acetate, diethylene glycol ethyl ether acetate, diethylene glycol Cole-n-butyl ether acetate, propylene glycol methyl ether acetate, propylene glycol ethyl ether acetate, propylene glycol propyl ether acetate, dipropylene glycol methyl ether acetate, dipropylene glycol ethyl ether acetate and other ether acetate solvents, acetonitrile, N-methyl Pyrrolidinone, N-ethylpyrrolidinone, N-propylpyrrolidinone, N-butylpyrrolidinone, N-hexylpyrrolidinone, N-cyclohexylpyrrolidinone, N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, N, N-dimethylsulfoxide, methanol, Ethanol, n-propanol, isopropanol, n-butanol, isobutanol, sec-but Tanol, t-butanol, n-pentanol, isopentanol, 2-methylbutanol, sec-pentanol, t-pentanol, 3-methoxybutanol, n-hexanol, 2-methylpentanol, sec-hexanol, 2 -Ethylbutanol, sec-heptanol, n-octanol, 2-ethylhexanol, sec-octanol, n-nonyl alcohol, n-decanol, sec-undecyl alcohol, trimethylnonyl alcohol, sec-tetradecyl alcohol, sec-heptadecyl Alcohol, phenol, cyclohexanol, methylcyclohexanol, benzyl alcohol, ethylene glycol, 1,2-propylene glycol, 1,3-butylene glycol, diethylene glycol, dipropylene Alcohols such as ethylene glycol, triethylene glycol, tripropylene glycol, terpineol, ethylene glycol methyl ether, ethylene glycol ethyl ether, ethylene glycol monophenyl ether, diethylene glycol monomethyl ether, diethylene glycol monoethyl ether, diethylene glycol mono-n-butyl ether, Ether solvents such as diethylene glycol mono-n-hexyl ether, ethoxytriglycol, tetraethylene glycol mono-n-butyl ether, propylene glycol monomethyl ether, dipropylene glycol monomethyl ether, dipropylene glycol monoethyl ether, tripropylene glycol monomethyl ether, Methyl lactate, ethyl lactate Lactate n- butyl, ester solvents such as lactic acid n- amyl and water. These solvents are used alone or in combination of two or more.

n型拡散層形成組成物中の分散媒の含有率は、塗布性、ドナー元素の濃度等を考慮して決定される。n型拡散層形成組成物の粘度は、塗布性を考慮して、10mPa・s〜1000000mPa・sであることが好ましく、50mPa・s〜500000mPa・sであることがより好ましい。   The content of the dispersion medium in the n-type diffusion layer forming composition is determined in consideration of the coating property, the concentration of the donor element, and the like. The viscosity of the n-type diffusion layer forming composition is preferably 10 mPa · s to 1,000,000 mPa · s, more preferably 50 mPa · s to 500,000 mPa · s in consideration of applicability.

(シリコーン化合物)
次に、シリコーン化合物について説明する。シリコーン化合物がn型拡散層形成組成物に含まれることで、半導体基板の所望の部位にn型不純物を均一に拡散できる。その結果、n型拡散層が形成された領域からガラス層を除去した後に形成される酸化物膜の厚さがより均一になり、良好なバリア層としての機能が得られる。その理由は明らかではないが、以下のように推測される。
(Silicone compound)
Next, the silicone compound will be described. By including the silicone compound in the n-type diffusion layer forming composition, n-type impurities can be uniformly diffused in a desired portion of the semiconductor substrate. As a result, the thickness of the oxide film formed after removing the glass layer from the region where the n-type diffusion layer is formed becomes more uniform, and a good function as a barrier layer is obtained. The reason is not clear, but is presumed as follows.

ドナー元素を含むガラス粒子は熱処理時の加熱により溶融し、ガラス粒子同士が結合を始め、ガラス層を形成する。ここで、半導体基板上のガラス粒子の量が少ないと、ガラス粒子同士が溶融して一体化せず、ガラス層に微視的な薄膜領域(穴、窪み等)が発生する場合がある。しかし、n型拡散層形成組成物がシリコーン化合物を含む場合は、ガラス粒子の間を埋めるようにシリコーン化合物が存在し、これによってガラス粒子同士の溶融及び一体化が促される。その結果、ガラス粒子に含まれるドナー元素がより均一に半導体基板に拡散すると考えられる。なお、シリコーン化合物は熱処理によって酸化ケイ素となり、ガラス粒子のガラス成分とともにガラス層を形成する。   The glass particles containing the donor element are melted by heating during the heat treatment, and the glass particles start to bond to form a glass layer. Here, when the amount of the glass particles on the semiconductor substrate is small, the glass particles are not melted and integrated, and a microscopic thin film region (hole, dent, etc.) may be generated in the glass layer. However, when the n-type diffusion layer-forming composition contains a silicone compound, the silicone compound is present so as to fill in the space between the glass particles, thereby promoting melting and integration of the glass particles. As a result, it is considered that the donor element contained in the glass particles diffuses more uniformly into the semiconductor substrate. In addition, a silicone compound turns into a silicon oxide by heat processing, and forms a glass layer with the glass component of a glass particle.

上記のように、シリコーン化合物を含むn型拡散層形成組成物を用いて形成したn型拡散層は、シリコーン化合物を含まないn型拡散層形成組成物を用いて形成したn型拡散層よりも、n型不純物が均一に拡散している。このため、ガラス層の除去後に酸化処理を行ってn型拡散層上に形成される酸化物膜の厚さがより均一になる。その結果、エッチング後にも充分に均一な厚みの酸化物膜がn型拡散層上に残存し、p型拡散層形成工程で行われるp型不純物のn型拡散層への拡散を抑制するバリア層として良好に機能する。   As described above, the n-type diffusion layer formed using the n-type diffusion layer-forming composition containing the silicone compound is more than the n-type diffusion layer formed using the n-type diffusion layer-forming composition containing no silicone compound. N-type impurities are uniformly diffused. For this reason, the thickness of the oxide film formed on the n-type diffusion layer by performing the oxidation treatment after the removal of the glass layer becomes more uniform. As a result, an oxide film having a sufficiently uniform thickness remains on the n-type diffusion layer even after etching, and a barrier layer that suppresses diffusion of p-type impurities into the n-type diffusion layer performed in the p-type diffusion layer forming step. As well as it works.

上記の効果を充分に得る観点からは、シリコーン化合物は、n型拡散層を形成するための熱処理を行うまで消失せずに残存することが好ましい。すなわち、n型拡散層形成組成物に含まれる分散媒を除去するための加熱が行われる場合は、分散媒が除去される温度(例えば、200℃〜500℃)では固体又は液体の状態を維持できるものが望ましい。   From the viewpoint of sufficiently obtaining the above effect, it is preferable that the silicone compound remains without disappearing until heat treatment for forming the n-type diffusion layer is performed. That is, when heating is performed to remove the dispersion medium contained in the n-type diffusion layer forming composition, the solid or liquid state is maintained at the temperature at which the dispersion medium is removed (for example, 200 ° C. to 500 ° C.). What you can do is desirable.

本明細書においてシリコーン化合物は、主骨格にシロキサン結合(Si−O−Si)を有する化合物(ポリシロキサン)を意味する。ケイ素は4価であるため、他の原子との共有結合サイトを4つ有する。共有結合サイトのうち2つは酸素と結合しており、残りの2つの共有結合サイトは種々の置換基と結合している。   In this specification, the silicone compound means a compound (polysiloxane) having a siloxane bond (Si—O—Si) in the main skeleton. Since silicon is tetravalent, it has four covalent bonding sites with other atoms. Two of the covalent bonding sites are bonded to oxygen, and the remaining two covalent bonding sites are bonded to various substituents.

シリコーン化合物のケイ素原子に結合する置換基は特に制限されず、例えば、メチル基等の脂肪族炭化水素基、フェニル基等の芳香族炭化水素基、エーテル結合含有基、水酸基アミノ基、アミド基、スルホニル基、スルフィド結合含有基、チオール基等が挙げられる。中でもメチル基及びフェニル基が好ましく、フェニル基がより好ましい。   The substituent bonded to the silicon atom of the silicone compound is not particularly limited, for example, an aliphatic hydrocarbon group such as a methyl group, an aromatic hydrocarbon group such as a phenyl group, an ether bond-containing group, a hydroxyl group amino group, an amide group, Examples include a sulfonyl group, a sulfide bond-containing group, and a thiol group. Of these, a methyl group and a phenyl group are preferable, and a phenyl group is more preferable.

シリコーン化合物として具体的には、ポリメチルシロキサン及びポリメチルフェニルシロキサンが挙げられ、ポリメチルフェニルシロキサンが好ましい。シリコーン化合物は1種を単独で用いても、2種以上を併用してもよい。   Specific examples of the silicone compound include polymethylsiloxane and polymethylphenylsiloxane, with polymethylphenylsiloxane being preferred. A silicone compound may be used individually by 1 type, or may use 2 or more types together.

n型拡散層形成組成物中のシリコーン化合物の含有率は、特に制限されない。例えば、0.1質量%〜3質量%であることが好ましい。シリコーン化合物の含有率が0.1質量%未満であると、本発明の効果が充分に得られる。3質量%以下であると、ガラス粒子中のドナー元素の半導体基板への拡散がシリコーン化合物によって阻害されにくくなる。   The content rate of the silicone compound in the n-type diffusion layer forming composition is not particularly limited. For example, the content is preferably 0.1% by mass to 3% by mass. The effect of this invention is fully acquired as the content rate of a silicone compound is less than 0.1 mass%. When the content is 3% by mass or less, the diffusion of the donor element in the glass particles into the semiconductor substrate is hardly inhibited by the silicone compound.

シリコーン化合物の重量平均分子量は、特に制限されない。例えば、1000〜100000であることが好ましい。シリコーン化合物の重量平均分子量が1000以下であると、拡散処理時に分解して気相中に飛散するのが抑制される傾向にある。シリコーン化合物の重量平均分子量が100000以上であると、n型拡散層形成組成物の粘度が上がりすぎず、良好なハンドリング性が維持される傾向にある。   The weight average molecular weight of the silicone compound is not particularly limited. For example, it is preferably 1000 to 100,000. If the weight average molecular weight of the silicone compound is 1000 or less, decomposition and scattering in the gas phase tend to be suppressed during the diffusion treatment. When the weight average molecular weight of the silicone compound is 100,000 or more, the viscosity of the n-type diffusion layer forming composition does not increase excessively and good handling properties tend to be maintained.

(その他の添加剤)
必要に応じ、n型拡散層形成組成物は、その他の添加剤を含有してもよい。その他の添加物としては、例えば、金属が挙げられる。
(Other additives)
If necessary, the n-type diffusion layer forming composition may contain other additives. Examples of other additives include metals.

n型拡散層形成組成物は、半導体基板上に付与され、高温で熱処理されることでn型拡散層を形成する際にガラス層を形成する。このガラス層は、エッチングにより除去することができる。しかし、形成されるガラスの種類によっては除去し難い場合がある。その場合に、ガラス層と結晶化しやすい金属をn型拡散層形成組成物に添加しておくことにより、ガラス層を除去し易くなる傾向がある。   The n-type diffusion layer forming composition is applied on a semiconductor substrate and heat-treated at a high temperature to form a glass layer when forming the n-type diffusion layer. This glass layer can be removed by etching. However, it may be difficult to remove depending on the type of glass formed. In that case, there is a tendency that the glass layer is easily removed by adding a metal that easily crystallizes with the glass layer to the n-type diffusion layer forming composition.

ガラス層と結晶化しやすい金属としては、例えば、Al、Ag、Mn、Cu、Fe、Zn及びSiが挙げられる。n型拡散層形成組成物が金属を含む場合、金属はAl、Ag、Si、Cu、Fe、Zn及びMnからなる群より選択される少なくとも1種が好ましく、Al、Ag、Si及びZnからなる群より選択される少なくとも1種がより好ましく、Agが更に好ましい。   Examples of the metal that easily crystallizes with the glass layer include Al, Ag, Mn, Cu, Fe, Zn, and Si. When the n-type diffusion layer forming composition contains a metal, the metal is preferably at least one selected from the group consisting of Al, Ag, Si, Cu, Fe, Zn and Mn, and consists of Al, Ag, Si and Zn. At least one selected from the group is more preferable, and Ag is still more preferable.

n型拡散層形成組成物が金属を含有する場合、その含有率は、ガラスの種類、金属の種類等に応じて適宜調整することが望ましい。n型拡散層形成組成物は、電極形成用組成物と区別されることから、導電物質である金属を主成分(n型拡散層形成組成物の10質量%を占める成分)としないことが好ましい。   When the n-type diffusion layer forming composition contains a metal, it is desirable to adjust the content appropriately according to the type of glass, the type of metal, and the like. Since the n-type diffusion layer forming composition is distinguished from the electrode forming composition, it is preferable not to use a metal that is a conductive material as a main component (a component that occupies 10% by mass of the n-type diffusion layer forming composition). .

n型拡散層形成組成物が金属を含有する場合、n型拡散層形成組成物中の金属の含有率は、半導体基板のバルクライフタイムを低下させない観点から、ガラス粒子100質量%に対して、10質量%以下であることが好ましく、7質量%以下であることがより好ましく、5質量%以下であることが更に好ましい。n型拡散層形成組成物が金属を含有する場合、金属の含有率は、ガラス層の除去効率の観点からは、ガラス粒子100質量%に対して、0.01質量%以上であることが好ましく、1質量%以上であることがより好ましく、3質量%以上であることが更に好ましい。   When the n-type diffusion layer forming composition contains a metal, the metal content in the n-type diffusion layer forming composition is based on 100% by mass of the glass particles from the viewpoint of not reducing the bulk lifetime of the semiconductor substrate. It is preferably 10% by mass or less, more preferably 7% by mass or less, and further preferably 5% by mass or less. When the n-type diffusion layer forming composition contains a metal, the metal content is preferably 0.01% by mass or more with respect to 100% by mass of the glass particles from the viewpoint of the glass layer removal efficiency. It is more preferably 1% by mass or more, and further preferably 3% by mass or more.

<半導体基板>
本発明の実施態様のn型拡散層を有する半導体基板は、上述したn型拡散層形成組成物を用いて形成したn型拡散層を有する。
<Semiconductor substrate>
A semiconductor substrate having an n-type diffusion layer according to an embodiment of the present invention has an n-type diffusion layer formed using the above-described n-type diffusion layer forming composition.

半導体基板の種類は特に制限されず、太陽電池素子の基板として使用可能な半導体基板を適用することができる。例えば、シリコン基板、リン化ガリウム基板、窒化ガリウム基板、ダイヤモンド基板、窒化アルミニウム基板、窒化インジウム基板、ヒ化ガリウム基板、ゲルマニウム基板、セレン化亜鉛基板、テルル化亜鉛基板、テルル化カドミウム基板、硫化カドミウム基板、リン化インジウム基板、炭化シリコン、シリコンゲルマニウム基板、及び銅インジウムセレン基板が挙げられる。シリコン基板としては、結晶シリコン基板等が挙げられる。半導体基板はn型半導体基板であっても、p型半導体基板であってもよい。   The kind in particular of a semiconductor substrate is not restrict | limited, The semiconductor substrate which can be used as a board | substrate of a solar cell element is applicable. For example, silicon substrate, gallium phosphide substrate, gallium nitride substrate, diamond substrate, aluminum nitride substrate, indium nitride substrate, gallium arsenide substrate, germanium substrate, zinc selenide substrate, zinc telluride substrate, cadmium telluride substrate, cadmium sulfide Examples include substrates, indium phosphide substrates, silicon carbide, silicon germanium substrates, and copper indium selenium substrates. Examples of the silicon substrate include a crystalline silicon substrate. The semiconductor substrate may be an n-type semiconductor substrate or a p-type semiconductor substrate.

半導体基板のn型拡散層は、上述したn型拡散層形成組成物を半導体基板に付与して形成する。半導体基板は、n型拡散層形成組成物を付与する前に、前処理を施すことが好ましい。前処理としては、例えば、以下の工程が挙げられる。
半導体基板にアルカリ溶液を付与してダメージ層を除去し、テクスチャ構造をエッチングにて得る。詳細には、インゴットからスライスした際に発生する半導体基板の表面のダメージ層を20質量%水酸化ナトリウム水溶液で除去する。次いで、1質量%苛性ソーダと10質量%イソプロピルアルコールとの混合液によりエッチングを行い、テクスチャ構造を形成する。太陽電池素子は、受光面側にテクスチャ構造を形成することにより、光閉じ込め効果が促され、高効率化が図られる。
The n-type diffusion layer of the semiconductor substrate is formed by applying the above-described n-type diffusion layer forming composition to the semiconductor substrate. The semiconductor substrate is preferably subjected to pretreatment before applying the n-type diffusion layer forming composition. Examples of the pretreatment include the following steps.
An alkali solution is applied to the semiconductor substrate to remove the damaged layer, and a texture structure is obtained by etching. Specifically, the damaged layer on the surface of the semiconductor substrate generated when slicing from the ingot is removed with a 20% by mass aqueous sodium hydroxide solution. Next, etching is performed with a mixed solution of 1% by mass caustic soda and 10% by mass isopropyl alcohol to form a texture structure. In the solar cell element, by forming a texture structure on the light receiving surface side, a light confinement effect is promoted and high efficiency is achieved.

<半導体基板の製造方法>
本発明の実施態様の半導体基板の製造方法は、半導体基板の少なくとも一方の面の少なくとも一部に上述したn型拡散層形成組成物を付与してn型拡散層形成組成物層を形成する工程と、前記n型拡散層形成組成物層を熱処理してn型拡散層を形成する工程と、を含む。
<Semiconductor substrate manufacturing method>
In the method of manufacturing a semiconductor substrate according to the embodiment of the present invention, the n-type diffusion layer forming composition layer is formed by applying the n-type diffusion layer forming composition described above to at least a part of at least one surface of the semiconductor substrate. And a step of heat-treating the n-type diffusion layer forming composition layer to form an n-type diffusion layer.

半導体基板の製造方法で使用されるn型拡散層形成組成物及び半導体基板の詳細及び好ましい態様は、上述したn型拡散層形成組成物及び半導体基板の詳細及び好ましい態様と同様である。   Details and preferred embodiments of the n-type diffusion layer forming composition and the semiconductor substrate used in the method for producing a semiconductor substrate are the same as the details and preferred embodiments of the n-type diffusion layer forming composition and the semiconductor substrate described above.

[n型拡散層形成組成物層形成工程]
半導体基板の製造方法は、熱処理工程の前に、ドナー元素を含むガラス粒子と、分散媒と、を含有するn型拡散層形成組成物を半導体基板の少なくとも一部に付与して、n型拡散層形成組成物層を形成する工程(以下、「n型拡散層形成組成物層形成工程」とも称する)を含んでいてもよい。
[N-type diffusion layer forming composition layer forming step]
In the method for manufacturing a semiconductor substrate, an n-type diffusion layer-forming composition containing glass particles containing a donor element and a dispersion medium is applied to at least a part of the semiconductor substrate before the heat treatment step, and the n-type diffusion is performed. A step of forming a layer forming composition layer (hereinafter also referred to as “n-type diffusion layer forming composition layer forming step”) may be included.

n型拡散層形成組成物層を形成する方法は特に限定されず、例えば、印刷法、スピンコート法、刷毛塗り、スプレー法、ドクターブレード法、ロールコート法及びインクジェット法が挙げられる。n型拡散層形成組成物を付与する領域は、n型拡散層を形成したい領域にあわせて適宜その形状を変更できる。   A method for forming the n-type diffusion layer forming composition layer is not particularly limited, and examples thereof include a printing method, a spin coating method, a brush coating method, a spray method, a doctor blade method, a roll coating method, and an ink jet method. The shape of the region to which the n-type diffusion layer forming composition is applied can be appropriately changed according to the region where the n-type diffusion layer is to be formed.

n型拡散層形成組成物層を形成した後、必要に応じて、n型拡散層形成組成物層を乾燥することにより、分散媒の少なくとも一部を除去してもよい。乾燥温度は特に限定されず、例えば、80℃〜300℃程度の温度が挙げられる。例えば、ホットプレートを使用する場合は1分〜10分、乾燥機等を用いる場合は10分〜30分程度乾燥させることができる。この乾燥条件は、n型拡散層形成組成物の分散媒組成に応じて選択でき、本発明では特に上記条件に限定されない。   After forming the n-type diffusion layer forming composition layer, if necessary, at least a part of the dispersion medium may be removed by drying the n-type diffusion layer forming composition layer. A drying temperature is not specifically limited, For example, the temperature of about 80 to 300 degreeC is mentioned. For example, when using a hot plate, it can be dried for about 1 minute to 10 minutes, and when using a dryer or the like, it can be dried for about 10 minutes to 30 minutes. The drying conditions can be selected according to the dispersion medium composition of the n-type diffusion layer forming composition, and are not particularly limited to the above conditions in the present invention.

[熱処理工程]
熱処理工程では、n型拡散層形成組成物層を熱処理してn型拡散層を形成する。熱処理は、例えば、ガスの流量が線速度で3mm/秒〜60mm/秒である条件下で行う。熱処理を行うことにより、半導体基板中にトナー元素が拡散し、n型拡散層が形成される。更に、このn型拡散層の表面には、リン酸ガラス等のガラス層が形成される。
[Heat treatment process]
In the heat treatment step, the n-type diffusion layer forming composition layer is heat-treated to form an n-type diffusion layer. The heat treatment is performed, for example, under conditions where the gas flow rate is 3 mm / second to 60 mm / second in linear velocity. By performing the heat treatment, the toner element diffuses into the semiconductor substrate, and an n-type diffusion layer is formed. Furthermore, a glass layer such as phosphate glass is formed on the surface of the n-type diffusion layer.

熱処理工程におけるガスの流量が線速度で3mm/秒以上であると、形成されるn型拡散層中に高濃度のドナー元素を拡散できる傾向にある。ガスの流量が線速度で60mm/秒以下であると、熱処理温度を一定に維持することが容易となり、安定した品質のn型拡散層が得られなくなる傾向がある。   When the gas flow rate in the heat treatment step is 3 mm / second or more in terms of linear velocity, a high concentration of donor element tends to be diffused in the n-type diffusion layer to be formed. When the gas flow rate is 60 mm / second or less in linear velocity, it becomes easy to maintain the heat treatment temperature constant, and there is a tendency that a stable quality n-type diffusion layer cannot be obtained.

より高濃度のドナー元素を拡散する観点からは、ガスの流量は線速度で4mm/秒以上であることが好ましく、5mm/秒以上であることがより好ましく、6mm/秒以上であることが更に好ましい。
熱処理温度の維持の観点からは、ガスの流量は線速度で50mm/秒以下であることが好ましく、40mm/秒以下であることがより好ましく、30mm/秒以下であることが更に好ましく、20mm/秒以下であることが特に好ましい。
From the viewpoint of diffusing a higher concentration of the donor element, the gas flow rate is preferably 4 mm / second or more, more preferably 5 mm / second or more, and more preferably 6 mm / second or more in terms of linear velocity. preferable.
From the viewpoint of maintaining the heat treatment temperature, the gas flow rate is preferably 50 mm / second or less, more preferably 40 mm / second or less, further preferably 30 mm / second or less, and 20 mm / second in terms of linear velocity. It is particularly preferred that it be less than a second.

熱処理温度は特に限定されず、例えば、600℃〜1200℃が挙げられ、加熱装置内の温度均一性が得られる観点からは、700℃〜1150℃であることが好ましく、750℃〜1100℃であることがより好ましい。
熱処理時間は特に限定されず、例えば、1分〜60分が挙げられる。n型拡散層を有する半導体基板及び後述する太陽電池素子の製造の量産性の観点からは、2分〜40分であることが好ましく、3分〜25分であることがより好ましい。
The heat treatment temperature is not particularly limited, and examples thereof include 600 ° C. to 1200 ° C. From the viewpoint of obtaining temperature uniformity in the heating apparatus, it is preferably 700 ° C. to 1150 ° C., and is preferably 750 ° C. to 1100 ° C. More preferably.
The heat treatment time is not particularly limited, and examples thereof include 1 minute to 60 minutes. From the viewpoint of mass productivity in the production of a semiconductor substrate having an n-type diffusion layer and a solar cell element described later, it is preferably 2 minutes to 40 minutes, and more preferably 3 minutes to 25 minutes.

熱処理工程におけるガスの種類は、特に限定されない。使用できる単体ガスの種類としては、窒素ガス、酸素ガス、水素ガス、ヘリウムガス、ネオンガス、アルゴンガス、クリプトンガス、キセノンガス、ラドンガス、ハロゲンガス等が挙げられる。使用できる化合物ガスとしては、メタン、プロパン等の有機ガス、加熱によりガス化可能な化合物であるオキシ塩化リン、三臭化ホウ素、三塩化ホウ素等から得られるガスも使用できる。これらのガスは、1種類を単独で又は2種類以上を組み合わせて使用できる。熱処理工程におけるガスは、空気を含んでいてもよい。   The type of gas in the heat treatment step is not particularly limited. Examples of the usable single gas include nitrogen gas, oxygen gas, hydrogen gas, helium gas, neon gas, argon gas, krypton gas, xenon gas, radon gas, and halogen gas. As the compound gas that can be used, an organic gas such as methane or propane, or a gas obtained from phosphorus oxychloride, boron tribromide, boron trichloride, or the like that can be gasified by heating can be used. These gases can be used alone or in combination of two or more. The gas in the heat treatment step may contain air.

熱処理工程におけるガスは、n型拡散層を半導体基板上の所望の領域に均一に形成する観点から、酸素ガスを含むことが好ましい。酸素ガスの混合比は、特に限定されない。例えば、ガス全体の10体積%〜100体積%とすることができ、30体積%〜90体積%であることが好ましい。   The gas in the heat treatment step preferably contains oxygen gas from the viewpoint of uniformly forming the n-type diffusion layer in a desired region on the semiconductor substrate. The mixing ratio of oxygen gas is not particularly limited. For example, it can be 10 volume%-100 volume% of the whole gas, and it is preferable that it is 30 volume%-90 volume%.

熱処理工程は、公知の連続拡散炉、バッチ拡散炉等を使用して行うことができる。   The heat treatment step can be performed using a known continuous diffusion furnace, batch diffusion furnace or the like.

[第一のエッチング工程]
半導体基板の製造方法は、熱処理工程の後、半導体基板上に形成されたガラス層をエッチングにより除去する工程(以下、「第一のエッチング工程」とも称する)を更に含んでいてもよい。例えば、熱処理工程の後、半導体基板を常温(例えば、20℃〜40℃)まで冷却した後でエッチングを行うことができる。
[First etching process]
The semiconductor substrate manufacturing method may further include a step of removing the glass layer formed on the semiconductor substrate by etching after the heat treatment step (hereinafter also referred to as “first etching step”). For example, after the heat treatment step, the semiconductor substrate can be cooled to room temperature (for example, 20 ° C. to 40 ° C.) and then etched.

第一のエッチング工程におけるエッチングの方法としては、フッ酸等の酸に浸漬する方法、苛性ソーダ等のアルカリに浸漬する方法等の公知の方法が適用できる。   As an etching method in the first etching step, a known method such as a method of immersing in an acid such as hydrofluoric acid or a method of immersing in an alkali such as caustic soda can be applied.

熱処理工程によりn型拡散層の表面に形成されるガラス層は、上記熱処理温度でガラス粒子が溶融し、それが冷却されることで形成される。このとき、冷却速度が低くなることで、結晶成分がガラス層に混在し、その後のエッチングによる除去が困難となり、残渣となることがある。そのため、冷却速度は5℃/秒〜300℃/秒の範囲であることが好ましい。冷却速度が300℃/秒以下であると、ガラス層の表面のみが急激に冷却されることを抑制し、ガラス層内部の冷却速度の低下を抑制し、微結晶の生成を抑制しやすくなる傾向にある。また、現在流通する熱拡散炉を用いて冷却速度の制御を行うこと及び工程時間を考慮すると、冷却速度は10℃/秒〜50℃/秒であることがより好ましい。   The glass layer formed on the surface of the n-type diffusion layer by the heat treatment step is formed by melting the glass particles at the above heat treatment temperature and cooling it. At this time, when the cooling rate is low, the crystal component is mixed in the glass layer, and subsequent removal by etching may be difficult, resulting in a residue. Therefore, the cooling rate is preferably in the range of 5 ° C./second to 300 ° C./second. When the cooling rate is 300 ° C./second or less, only the surface of the glass layer is suppressed from being rapidly cooled, the decrease in the cooling rate inside the glass layer is suppressed, and the formation of microcrystals is likely to be suppressed. It is in. Further, considering the control of the cooling rate using currently distributed thermal diffusion furnaces and the process time, the cooling rate is more preferably 10 ° C./second to 50 ° C./second.

第一のエッチングを行った後、ガラス層が除去された半導体基板を洗浄及び乾燥してもよい。   After the first etching, the semiconductor substrate from which the glass layer has been removed may be washed and dried.

[酸化処理工程]
半導体基板の製造方法は、n型拡散層を有する半導体基板を酸化処理する工程(以下、「酸化処理工程」とも称する)を更に含んでいてもよい。酸化処理により、酸化シリコン膜等の酸化物膜が半導体基板上に形成される。酸化物膜は、n型不純物拡散層が形成された領域の方がn型不純物拡散層が形成されていない領域よりも形成速度が速い。そのため、n型拡散層が形成された領域には、それ以外の領域よりも酸化物膜が厚く形成される傾向にある。
[Oxidation treatment process]
The method for manufacturing a semiconductor substrate may further include a step of oxidizing the semiconductor substrate having an n-type diffusion layer (hereinafter also referred to as “oxidation step”). By the oxidation treatment, an oxide film such as a silicon oxide film is formed over the semiconductor substrate. The formation rate of the oxide film is higher in the region where the n-type impurity diffusion layer is formed than in the region where the n-type impurity diffusion layer is not formed. Therefore, the oxide film tends to be formed thicker in the region where the n-type diffusion layer is formed than in other regions.

酸化処理の方法は特に限定されず、ドライ酸化及びウェット酸化からなる群より選択される少なくとも1種であることが好ましい。
ドライ酸化とは、酸素ガス雰囲気下で、高温で処理することによる酸化方法を意味する。ドライ酸化の条件は特に限定されず、例えば、800℃〜1100℃で10分〜240分間の処理を行うことが好ましい。ウェット酸化とは、酸素ガス及び脱イオン水蒸気を用いて高温で処理することによる酸化方法を意味する。ウェット酸化の条件は特に限定されず、例えば、800℃〜1100℃で10分〜240分間の処理を行うことが好ましい。
The method for the oxidation treatment is not particularly limited, and is preferably at least one selected from the group consisting of dry oxidation and wet oxidation.
Dry oxidation means an oxidation method by treating at a high temperature in an oxygen gas atmosphere. Dry oxidation conditions are not particularly limited, and for example, it is preferable to perform a treatment at 800 ° C. to 1100 ° C. for 10 minutes to 240 minutes. Wet oxidation means an oxidation method by processing at a high temperature using oxygen gas and deionized water vapor. The conditions for wet oxidation are not particularly limited, and for example, it is preferable to perform treatment at 800 ° C. to 1100 ° C. for 10 minutes to 240 minutes.

[第二のエッチング工程]
半導体基板の製造方法は、酸化処理工程の後、半導体基板上に形成された酸化物膜をエッチングにより除去する工程(以下、「第二のエッチング工程」ともいう)を更に含んでいてもよい。
[Second etching process]
The method for manufacturing a semiconductor substrate may further include a step of removing the oxide film formed on the semiconductor substrate by etching after the oxidation treatment step (hereinafter also referred to as “second etching step”).

第二のエッチング工程は、n型拡散層が形成された領域以外の酸化物膜が充分に除去され、n型拡散層が形成された領域には酸化物膜が残存するように行われることが好ましい。上述のように、酸化物膜はn型拡散層が形成された領域により厚く形成される傾向にある。従って、n型拡散層が形成された領域以外の酸化物膜が充分除去され、n型拡散層が形成された領域には酸化物膜が残存している状態でエッチングを止めることで、n型拡散層が形成された領域に酸化物膜を残存させることができる。n型拡散層が形成された領域に酸化物膜を充分に残存させるためには、例えば、n型拡散層が形成された領域に形成される酸化物膜の厚さが、n型拡散層が形成された領域以外の領域に形成される酸化物膜の厚さの3倍以上であることが好ましく、5倍〜6倍程度であることがより好ましい。   The second etching step may be performed such that the oxide film other than the region where the n-type diffusion layer is formed is sufficiently removed, and the oxide film remains in the region where the n-type diffusion layer is formed. preferable. As described above, the oxide film tends to be formed thicker in the region where the n-type diffusion layer is formed. Therefore, the oxide film other than the region where the n-type diffusion layer is formed is sufficiently removed, and the etching is stopped in a state where the oxide film remains in the region where the n-type diffusion layer is formed. The oxide film can be left in the region where the diffusion layer is formed. In order to sufficiently leave the oxide film in the region where the n-type diffusion layer is formed, for example, the thickness of the oxide film formed in the region where the n-type diffusion layer is formed is The thickness of the oxide film formed in a region other than the formed region is preferably 3 times or more, more preferably about 5 to 6 times.

第二のエッチング工程におけるエッチングの方法としては、フッ酸、フッ硝酸等を用いる方法などの公知の方法が適用できる。   As an etching method in the second etching step, a known method such as a method using hydrofluoric acid, hydrofluoric acid, or the like can be applied.

[p型不純物拡散工程]
半導体基板の製造方法は、第二のエッチング工程の後、p型不純物を半導体基板に拡散する工程(以下、「p型不純物拡散工程」ともいう)を更に含んでいてもよい。
[P-type impurity diffusion process]
The method for manufacturing a semiconductor substrate may further include a step of diffusing p-type impurities into the semiconductor substrate after the second etching step (hereinafter also referred to as “p-type impurity diffusion step”).

p型不純物拡散工程を行う場合、半導体基板のn型拡散層が形成された領域には酸化物膜が残存し、p型不純物拡散に対するバリア層として機能する。このため、p型不純物のn型拡散層が形成された領域への拡散が効果的に抑制される。   When the p-type impurity diffusion step is performed, an oxide film remains in a region of the semiconductor substrate where the n-type diffusion layer is formed, and functions as a barrier layer against p-type impurity diffusion. For this reason, the diffusion of the p-type impurity to the region where the n-type diffusion layer is formed is effectively suppressed.

p型不純物としては、アクセプタ元素が使用できる。アクセプタ元素とは、半導体基板中にドーピングさせることによってp型拡散層を形成することが可能な元素を意味する。アクセプタ元素としては、第13族の元素が使用でき、例えば、ホウ素(B)、アルミニウム(Al)ガリウム(Ga)及びインジウム(In)が挙げられる。原料価格と汎用性の観点からは、アクセプタ元素はホウ素及びアルミニウムからからなる群より選択される少なくとも1種であることが好ましい。   An acceptor element can be used as the p-type impurity. An acceptor element means an element that can form a p-type diffusion layer by doping into a semiconductor substrate. As the acceptor element, a Group 13 element can be used, and examples thereof include boron (B), aluminum (Al) gallium (Ga), and indium (In). From the viewpoint of raw material price and versatility, the acceptor element is preferably at least one selected from the group consisting of boron and aluminum.

アクセプタ元素の拡散源としては、例えば、三臭化ホウ素(BBr)、三塩化ホウ素(BCl)等のアクセプタ元素を含むガス、及びアクセプタ元素を含む組成物が挙げられる。
アクセプタ元素を含むガスを用いてp型不純物拡散を行う方法としては、例えば、加熱した拡散炉内にBBr等の拡散ガスを導入し、n型半導体基板の表面にアクセプタ元素を拡散及び堆積させる方法が挙げられる。
Examples of the acceptor element diffusion source include a gas containing an acceptor element such as boron tribromide (BBr 3 ) and boron trichloride (BCl 3 ), and a composition containing the acceptor element.
As a method for performing p-type impurity diffusion using a gas containing an acceptor element, for example, a diffusion gas such as BBr 3 is introduced into a heated diffusion furnace to diffuse and deposit the acceptor element on the surface of the n-type semiconductor substrate. A method is mentioned.

アクセプタ元素を含む組成物を用いてp型不純物拡散を行う方法としては、例えば、アクセプタ元素を含む組成物を半導体基板に付与し、次いで、加熱した拡散炉内でアクセプタ元素を半導体基板に拡散させる方法が挙げられる。アクセプタ元素を含む組成物を半導体基板に付与する方法は特に制限されず、例えば、印刷法、スピンコート法、刷毛塗り、スプレー法、ドクターブレード法、ロールコート法及びインクジェット法が挙げられる。   As a method for performing p-type impurity diffusion using a composition containing an acceptor element, for example, a composition containing an acceptor element is applied to a semiconductor substrate, and then the acceptor element is diffused into the semiconductor substrate in a heated diffusion furnace. A method is mentioned. The method for applying the composition containing the acceptor element to the semiconductor substrate is not particularly limited, and examples thereof include a printing method, a spin coating method, a brush coating method, a spray method, a doctor blade method, a roll coating method, and an ink jet method.

[第三のエッチング工程]
半導体基板の製造方法は、p型不純物拡散工程の後、半導体基板のn型拡散層が形成された領域の酸化物膜をエッチングにより除去する工程(以下、「第三のエッチング工程」ともいう)を更に含んでいてもよい。p型不純物拡散工程でアクセプタ元素を含む層が半導体基板上に形成される場合は、当該層をこの工程で除去してもよい。
[Third etching step]
In the method for manufacturing a semiconductor substrate, after the p-type impurity diffusion step, the step of removing the oxide film in the region where the n-type diffusion layer of the semiconductor substrate is formed by etching (hereinafter also referred to as “third etching step”). May further be included. When a layer containing an acceptor element is formed on a semiconductor substrate in the p-type impurity diffusion step, the layer may be removed in this step.

第三のエッチング工程におけるエッチングの方法としては、フッ酸、フッ硝酸等を用いる方法などの公知の方法が適用できる。   As an etching method in the third etching step, a known method such as a method using hydrofluoric acid, hydrofluoric acid, or the like can be applied.

<太陽電池素子>
本発明の実施態様の太陽電池素子は、上述したn型拡散層形成組成物を用いて形成したn型拡散層を有する半導体基板と、前記n型拡散層を有する半導体基板の上に設けられる電極と、を有する。この太陽電池素子は、半導体基板のn型拡散層が形成される面と同じ面にp型拡散層が形成されていても、p型不純物のn型拡散層への拡散が抑制され、半導体特性の劣化が抑制される。従って、両面に電極が設けられる両面型太陽電池の太陽電池素子としてのみならず、裏面にのみ電極が設けられる裏面電極型太陽電池の太陽電池素子としても好適に用いられる。
<Solar cell element>
A solar cell element according to an embodiment of the present invention includes a semiconductor substrate having an n-type diffusion layer formed using the n-type diffusion layer forming composition described above, and an electrode provided on the semiconductor substrate having the n-type diffusion layer. And having. In this solar cell element, even if the p-type diffusion layer is formed on the same surface as the n-type diffusion layer of the semiconductor substrate, the diffusion of p-type impurities into the n-type diffusion layer is suppressed, and the semiconductor characteristics Deterioration of is suppressed. Therefore, it is suitably used not only as a solar cell element of a double-sided solar cell in which electrodes are provided on both sides but also as a solar cell element of a back-side electrode type solar cell in which electrodes are provided only on the back surface.

電極の材質及び形成方法は特に限定されず、例えば、後述する太陽電池素子の製造方法で用いられる材質及び形成方法を適用できる。   The material and forming method of the electrode are not particularly limited, and for example, the material and forming method used in the method for manufacturing a solar cell element described later can be applied.

<太陽電池素子の製造方法>
本発明の実施態様の太陽電池素子の製造方法は、上述したn型拡散層を有する半導体基板の上に電極を設ける工程を含む。この製造方法によれば、半導体基板のn型拡散層が形成される面と同じ面にp型拡散層が形成されていても、p型不純物のn型拡散層への拡散が抑制され、半導体特性の劣化が抑制される。従って、両面型太陽電池の太陽電池素子のみならず、裏面電極型太陽電池の太陽電池素子の製造方法としても好適に用いられる。
<Method for producing solar cell element>
The manufacturing method of the solar cell element of the embodiment of this invention includes the process of providing an electrode on the semiconductor substrate which has an n-type diffused layer mentioned above. According to this manufacturing method, even if the p-type diffusion layer is formed on the same surface as the surface on which the n-type diffusion layer of the semiconductor substrate is formed, the diffusion of p-type impurities into the n-type diffusion layer is suppressed, and the semiconductor Deterioration of characteristics is suppressed. Therefore, it can be suitably used not only as a solar cell element of a double-sided solar cell but also as a method of manufacturing a solar cell element of a back electrode solar cell.

上記太陽電池素子の製造方法によれば、電極を形成する工程をn型拡散層を形成する工程とは別個に行うことができる。このため、電極の材質、形成方法等の選択肢が広がる傾向にある。
電極の材質及び形成方法は特に限定されず、当該技術分野において既知の材質及び形成方法を採用できる。電極の材質としては、従来技術で使用されている第13族のアルミニウムに限定されず、Ag(銀)、Cu(銅)等を適用することができ、電極の厚さも従来のものよりも薄く形成することが可能となる。
According to the method for manufacturing a solar cell element, the step of forming the electrode can be performed separately from the step of forming the n-type diffusion layer. For this reason, there exists a tendency for the choices, such as an electrode material and a formation method, to spread.
The material and forming method of the electrode are not particularly limited, and materials and forming methods known in the art can be adopted. The material of the electrode is not limited to Group 13 aluminum used in the prior art, and Ag (silver), Cu (copper), etc. can be applied, and the thickness of the electrode is also thinner than the conventional one. It becomes possible to form.

上記製造方法で用いられるn型拡散層を有する半導体基板は、上述したn型拡散層形成組成物を使用して製造されるため、半導体基板の所望の部位に選択的にn型拡散層が形成されている。   Since the semiconductor substrate having an n-type diffusion layer used in the above manufacturing method is manufactured using the above-described n-type diffusion layer forming composition, the n-type diffusion layer is selectively formed in a desired portion of the semiconductor substrate. Has been.

従来広く採用されている気相反応法では、所望の部位以外に形成された不要なn型拡散層をp型拡散層へ変換する必要がある。この変換方法としては、所望の部位以外に形成されたn型拡散層に、第13族元素であるアルミニウムのペーストを付与及び熱処理し、n型拡散層にアルミニウムを拡散させてp型拡散層へ変換する方法が採用されている。この方法においてp型拡散層への変換を充分なものとし、更にp型拡散層の高濃度電界層を形成するためには、ある程度以上のアルミニウム量が必要であることから、アルミニウム層を厚く形成する必要があった。しかしながら、アルミニウムの熱膨張率は、半導体基板の熱膨張率と大きく異なることから、熱処理及び冷却の過程で半導体基板中に大きな内部応力を発生させ、半導体基板の反りの原因となっていた。 In the gas phase reaction method that has been widely adopted conventionally, it is necessary to convert an unnecessary n-type diffusion layer formed in a region other than a desired site into a p-type diffusion layer. As this conversion method, an n-type diffusion layer formed in a region other than a desired portion is applied with a paste of aluminum which is a Group 13 element and heat-treated, and aluminum is diffused into the n-type diffusion layer to form a p-type diffusion layer. The conversion method is adopted. In this method, conversion to the p-type diffusion layer is sufficient, and in order to form a high-concentration electric field layer of the p + -type diffusion layer, a certain amount of aluminum is required. There was a need to form. However, since the thermal expansion coefficient of aluminum is significantly different from the thermal expansion coefficient of the semiconductor substrate, a large internal stress is generated in the semiconductor substrate during the heat treatment and cooling, causing the warpage of the semiconductor substrate.

この内部応力は、半導体基板として結晶シリコンを用いたときに結晶粒界に損傷を与え、この半導体基板を用いた太陽電池では電力損失が大きくなるという課題があった。また、半導体基板の反りは、モジュール工程における太陽電池素子の搬送時、及びタブ線と呼ばれる銅線との接続時において、太陽電池素子を破損させ易くしていた。近年では、スライス加工技術の向上から、半導体基板であるシリコン基板の厚みが薄型化されつつあり、更に太陽電池素子が割れ易い傾向にある。   This internal stress damages the crystal grain boundary when crystalline silicon is used as the semiconductor substrate, and there is a problem that power loss increases in a solar cell using this semiconductor substrate. Further, the warpage of the semiconductor substrate easily damages the solar cell element when the solar cell element is transported in the module process and when it is connected to a copper wire called a tab wire. In recent years, the thickness of a silicon substrate, which is a semiconductor substrate, is being reduced due to the improvement of slicing technology, and the solar cell element tends to be easily broken.

しかし、本発明の太陽電池素子の製造方法では、所望の部位にn型拡散層が形成されたn型拡散層を有する半導体基板を使用するため、従来の方法で行われていた所望の部位以外に形成されたn型拡散層を除去するためのサイドエッチング等が不要となり、工程が簡易化される傾向にある。また、所望の部位以外に形成されたn型拡散層をp型拡散層へ変換する工程も不要となり、アルミニウム層を厚くする必然性がなくなる。その結果、半導体基板の内部応力の発生及び半導体基板の反りを抑えることができる。結果として、この半導体基板を用いた太陽電池における電力損失の増大、及び太陽電池セルの破損を抑えることが可能となる。
その結果、p型拡散層の形成方法、電極の材質、形状、厚さ等が従来の方法に制限されず、適用する製造方法、材質、形状等の選択肢が広がる傾向にある。
However, in the method for manufacturing a solar cell element of the present invention, since a semiconductor substrate having an n-type diffusion layer in which an n-type diffusion layer is formed in a desired portion is used, other than the desired portion that has been performed by the conventional method. Side etching or the like for removing the n-type diffusion layer formed on the substrate becomes unnecessary, and the process tends to be simplified. Further, the step of converting the n-type diffusion layer formed in a region other than the desired portion into the p + -type diffusion layer is not necessary, and the necessity of increasing the thickness of the aluminum layer is eliminated. As a result, generation of internal stress in the semiconductor substrate and warpage of the semiconductor substrate can be suppressed. As a result, it is possible to suppress an increase in power loss and damage of the solar battery cell in the solar battery using this semiconductor substrate.
As a result, the method for forming the p + -type diffusion layer, the material, shape, thickness, etc. of the electrode are not limited to the conventional methods, and there are tendencies to expand the choices of manufacturing method, material, shape, etc. to be applied.

次に、n型拡散層を有する半導体基板の製造方法及び太陽電池素子の製造方法について、図1を参照しながら説明する。図1は、n型拡散層を有する半導体基板の製造方法及び太陽電池素子の製造方法の工程の一例を概念的に表す模式断面図である。尚、共通する構成要素には同じ符号を付す。   Next, a method for manufacturing a semiconductor substrate having an n-type diffusion layer and a method for manufacturing a solar cell element will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view conceptually showing an example of steps of a method for manufacturing a semiconductor substrate having an n-type diffusion layer and a method for manufacturing a solar cell element. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to a common component.

まず、図1(1)に示すように、n型半導体基板1である結晶シリコン基板にアルカリ溶液を付与してダメージ層を除去し、テクスチャ構造をエッチングにて得る。詳細には、インゴットからスライスした際に発生するシリコン基板表面のダメージ層を20質量%苛性ソーダで除去する。次いで、1質量%苛性ソーダと10質量%イソプロピルアルコールとの混合液を用いてエッチングを行い、テクスチャ構造を形成する(図1(1)中では、n型半導体基板1の片面のみテクスチャ構造の記載とする)。太陽電池素子は、受光面(図1(1)中では、下側の面)側にテクスチャ構造を形成することにより、光閉じ込め効果が促され、高効率化が図られる。   First, as shown in FIG. 1A, an alkaline solution is applied to a crystalline silicon substrate which is an n-type semiconductor substrate 1 to remove a damaged layer, and a texture structure is obtained by etching. Specifically, the damaged layer on the surface of the silicon substrate generated when slicing from the ingot is removed with 20% by mass caustic soda. Next, etching is performed using a mixed solution of 1% by mass caustic soda and 10% by mass isopropyl alcohol to form a textured structure (in FIG. 1 (1), only one side of the n-type semiconductor substrate 1 has a description of the textured structure) To do). In the solar cell element, by forming a texture structure on the light receiving surface (the lower surface in FIG. 1 (1)), the light confinement effect is promoted, and high efficiency is achieved.

次に、図1(2)に示すように、n型半導体基板1の裏面、すなわち受光面となる面とは逆側の面に、n型拡散層形成組成物を部分的に付与することにより、n型拡散層形成組成物層2を形成する。   Next, as shown in FIG. 1 (2), by partially applying the n-type diffusion layer forming composition to the back surface of the n-type semiconductor substrate 1, that is, the surface opposite to the light-receiving surface. Then, the n-type diffusion layer forming composition layer 2 is formed.

次に、n型拡散層形成組成物層2が形成されたn型半導体基板1を、600℃〜1200℃で、ガスの流量を線速度で3mm/秒〜60mm/秒の範囲として熱処理(熱拡散)する。この熱処理により、n型半導体基板1中にn型拡散層形成組成物層2に含まれるドナー元素が拡散し、n型拡散層3が形成される。このとき、n型拡散層3の表面にはリン酸ガラス等のガラス層(不図示)が形成される。   Next, the n-type semiconductor substrate 1 on which the n-type diffusion layer forming composition layer 2 is formed is subjected to heat treatment (heat) at a temperature of 600 ° C. to 1200 ° C. and a gas flow rate of 3 mm / second to 60 mm / second at a linear velocity. Spread. By this heat treatment, the donor element contained in the n-type diffusion layer forming composition layer 2 is diffused into the n-type semiconductor substrate 1 to form the n-type diffusion layer 3. At this time, a glass layer (not shown) such as phosphate glass is formed on the surface of the n-type diffusion layer 3.

熱処理後に、n型半導体基板1を常温まで冷却する。その後、n型半導体基板1の上に形成されたガラス層をエッチング(第一のエッチング)により除去する。   After the heat treatment, the n-type semiconductor substrate 1 is cooled to room temperature. Thereafter, the glass layer formed on the n-type semiconductor substrate 1 is removed by etching (first etching).

次に、酸化処理を行って酸化物膜4をn型半導体基板1の上に形成する。図1(3)に示すように、酸化物膜4は、n型拡散層3が形成された領域に厚く形成され、それ以外の領域には薄く形成される。   Next, oxidation treatment is performed to form the oxide film 4 on the n-type semiconductor substrate 1. As shown in FIG. 1 (3), the oxide film 4 is formed thick in the region where the n-type diffusion layer 3 is formed, and thin in the other regions.

次に、n型拡散層3が形成された領域以外の領域の酸化物膜4をエッチング(第二のエッチング)により除去する。その際、n型拡散層3が形成された領域以外の酸化物膜4は充分除去され、n型拡散層3が形成された領域の酸化物膜4は一部が除去されていない段階でエッチングを止める。これにより、図1(4)に示すように、n型拡散層3が形成された領域に酸化物膜4が残存するn型半導体基板を得る。   Next, the oxide film 4 in a region other than the region where the n-type diffusion layer 3 is formed is removed by etching (second etching). At that time, the oxide film 4 other than the region where the n-type diffusion layer 3 is formed is sufficiently removed, and the oxide film 4 in the region where the n-type diffusion layer 3 is formed is etched at a stage where the oxide film 4 is not partially removed. Stop. As a result, as shown in FIG. 1D, an n-type semiconductor substrate is obtained in which the oxide film 4 remains in the region where the n-type diffusion layer 3 is formed.

次に、n型半導体基板1及び残存する酸化物膜4の上にホウ素シリケートガラス層5を形成し、ホウ素を拡散してp型拡散層6を形成する。図1(5)に示すように、n型半導体基板1の上に酸化物膜4が残存していない領域には、ホウ素シリケートガラス層5からホウ素が拡散してp型拡散層6が形成される。一方、酸化物膜4が残存している領域では、酸化物膜4がホウ素の拡散を抑制するバリア層として機能する。その結果、酸化物膜4の下部のn型拡散層3に対するホウ素の拡散が抑えられる。   Next, a boron silicate glass layer 5 is formed on the n-type semiconductor substrate 1 and the remaining oxide film 4, and boron is diffused to form a p-type diffusion layer 6. As shown in FIG. 1 (5), boron is diffused from the boron silicate glass layer 5 to form a p-type diffusion layer 6 in a region where the oxide film 4 does not remain on the n-type semiconductor substrate 1. The On the other hand, in the region where the oxide film 4 remains, the oxide film 4 functions as a barrier layer that suppresses boron diffusion. As a result, boron diffusion to the n-type diffusion layer 3 below the oxide film 4 is suppressed.

その後、ホウ素シリケートガラス層5及び酸化物膜4をエッチング(第三のエッチング)により除去して、図1(6)に示すような、裏面にn型拡散層3及びp型拡散層6を備えるn型半導体基板1を得る。   Thereafter, the boron silicate glass layer 5 and the oxide film 4 are removed by etching (third etching), and the n-type diffusion layer 3 and the p-type diffusion layer 6 are provided on the back surface as shown in FIG. An n-type semiconductor substrate 1 is obtained.

次に、n型半導体基板1の受光面にパッシベーション膜7及び反射防止膜9を形成し、更に電極8を設けることにより、図1(7)に示す太陽電池素子が得られる。   Next, the passivation film 7 and the antireflection film 9 are formed on the light receiving surface of the n-type semiconductor substrate 1, and the electrode 8 is further provided, whereby the solar cell element shown in FIG.

上記では、n型半導体基板1の裏面にn型拡散層3及びp型拡散層6を備える裏面電極型(バックコンタクト型)の太陽電池素子の製造方法について説明した。しかし、上記方法は、両面電極型の太陽電池素子にも適用可能である。   In the above, the manufacturing method of the back surface electrode type (back contact type) solar cell element provided with the n type diffusion layer 3 and the p type diffusion layer 6 on the back surface of the n type semiconductor substrate 1 has been described. However, the above method can also be applied to a double-sided electrode type solar cell element.

以下、本発明を、実施例を参照して具体的に説明する。しかし、本発明はこれらの実施例に制限するものではない。なお、特に記述が無い限り、薬品は試薬を使用した。また、「%」は断りがない限り「質量%」を意味する。   Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to examples. However, the present invention is not limited to these examples. Unless otherwise stated, chemicals used reagents. “%” Means “% by mass” unless otherwise specified.

<実施例1>
平均粒子径が1μmであるP−SiO−MgOガラス(P:34%、SiO:39%、MgO:27%)粒子4.5gと、エチルセルロース1.5gと、重量平均分子量が10000のポリメチルフェニルシロキサン0.03gと、テルピネオール13.7gとを混合して、ペースト状のn型拡散層形成組成物を調製した。
次に、調製したn型拡散層形成組成物をスクリーン印刷によって、n型のシリコン基板に1mg/cmとなるように塗布し、150℃のホットプレート上で5分間乾燥させた。次に、450℃に設定したオーブンで1.5分間保持し、エチルセルロースを除去した。
<Example 1>
4.5 g of P 2 O 5 —SiO 2 —MgO glass (P 2 O 5 : 34%, SiO 2 : 39%, MgO: 27%) particles having an average particle diameter of 1 μm, 1.5 g of ethyl cellulose, and weight A paste-like n-type diffusion layer forming composition was prepared by mixing 0.03 g of polymethylphenylsiloxane having an average molecular weight of 10,000 and 13.7 g of terpineol.
Next, the prepared n-type diffusion layer forming composition was applied to an n-type silicon substrate at 1 mg / cm 2 by screen printing and dried on a hot plate at 150 ° C. for 5 minutes. Next, it was kept in an oven set at 450 ° C. for 1.5 minutes to remove ethyl cellulose.

続いて、950℃に設定した拡散炉にn型拡散層形成組成物を塗布したシリコン基板を入れ、20分間保持することで熱拡散処理を行った。その際、拡散炉内には、線速度3mm/秒で窒素と酸素の混合ガス(窒素:酸素の体積比=50:50)を流した。その後、拡散炉からシリコン基板を取り出した。   Subsequently, the silicon substrate coated with the n-type diffusion layer forming composition was placed in a diffusion furnace set at 950 ° C., and heat diffusion treatment was performed by holding for 20 minutes. At that time, a mixed gas of nitrogen and oxygen (nitrogen: oxygen volume ratio = 50: 50) was flowed into the diffusion furnace at a linear velocity of 3 mm / second. Thereafter, the silicon substrate was taken out from the diffusion furnace.

取り出したシリコン基板のn型拡散層形成組成物を塗布した領域には、透明なガラス層が形成されていた。このガラス層を除去するために、シリコン基板をフッ酸に5分間浸漬し、流水にて洗浄し、自然乾燥を行った。   The transparent glass layer was formed in the area | region which apply | coated the n type diffused layer formation composition of the taken out silicon substrate. In order to remove this glass layer, the silicon substrate was immersed in hydrofluoric acid for 5 minutes, washed with running water, and naturally dried.

その後、得られたシリコン基板に対し、下記の方法でドライ酸化処理を行った。まず、酸素10Lを流した状態で拡散炉を1000℃まで加熱し、上記シリコン基板を拡散炉に入れ、3時間放置した。   Thereafter, dry oxidation treatment was performed on the obtained silicon substrate by the following method. First, the diffusion furnace was heated to 1000 ° C. with 10 L of oxygen flowing, and the silicon substrate was placed in the diffusion furnace and left for 3 hours.

拡散炉から取り出したシリコン基板のn型拡散層形成組成物を塗布した領域には、青みがかった酸化シリコン膜が形成されていた。この酸化シリコン膜を倍率100倍の光学顕微鏡で観察したところ、酸化シリコン膜の厚さは充分に均一であった。   A bluish silicon oxide film was formed in a region of the silicon substrate taken out from the diffusion furnace where the n-type diffusion layer forming composition was applied. When this silicon oxide film was observed with an optical microscope having a magnification of 100, the thickness of the silicon oxide film was sufficiently uniform.

<実施例2>
n型拡散層形成組成物中のシリコーン化合物の量を0.3gとした以外は、実施例1と同様にして酸化シリコン膜を形成した。シリコン基板のn型拡散層形成組成物を塗布した領域には、青みがかった酸化シリコン膜が形成されていた。この酸化シリコン膜を倍率100倍の光学顕微鏡で観察したところ、酸化シリコン膜の厚さは充分に均一であった。
<Example 2>
A silicon oxide film was formed in the same manner as in Example 1 except that the amount of the silicone compound in the n-type diffusion layer forming composition was 0.3 g. A bluish silicon oxide film was formed in the region of the silicon substrate where the n-type diffusion layer forming composition was applied. When this silicon oxide film was observed with an optical microscope having a magnification of 100, the thickness of the silicon oxide film was sufficiently uniform.

<実施例3>
n型拡散層形成組成物中のシリコーン化合物の重量平均分子量を100000とした以外は、実施例1と同様にして酸化シリコン膜を形成した。得られたシリコン基板のn型拡散層形成組成物を塗布した領域には、青みがかった酸化シリコン膜が形成されていた。この酸化シリコン膜を倍率100倍の光学顕微鏡で観察したところ、酸化シリコン膜の厚さは充分に均一であった。
<Example 3>
A silicon oxide film was formed in the same manner as in Example 1 except that the weight average molecular weight of the silicone compound in the n-type diffusion layer forming composition was 100,000. A bluish silicon oxide film was formed in a region where the composition for forming an n-type diffusion layer of the obtained silicon substrate was applied. When this silicon oxide film was observed with an optical microscope having a magnification of 100, the thickness of the silicon oxide film was sufficiently uniform.

<比較例1>
n型拡散層形成組成物にシリコーン化合物を添加しない以外は、実施例1と同様にして酸化シリコン膜を形成した。得られたシリコン基板のn型拡散層形成組成物を塗布した領域には、青みがかった酸化シリコン膜が形成されていることが目視にて確認できたが、この酸化シリコン膜を倍率100倍の光学顕微鏡で観察したところ、大きさが1μm〜5μmの白色の領域が無数に観察された。この白色の領域を電子顕微鏡で観察すると、酸化シリコン膜が極めて薄い領域であることがわかり、得られた酸化シリコン膜の厚さが不均一であると判断した。
<Comparative Example 1>
A silicon oxide film was formed in the same manner as in Example 1 except that no silicone compound was added to the n-type diffusion layer forming composition. Although it was confirmed by visual observation that a bluish silicon oxide film was formed in a region where the n-type diffusion layer forming composition of the obtained silicon substrate was applied, this silicon oxide film was optically magnified 100 times. When observed with a microscope, countless white regions having a size of 1 μm to 5 μm were observed. When this white region was observed with an electron microscope, it was found that the silicon oxide film was a very thin region, and it was determined that the thickness of the obtained silicon oxide film was non-uniform.

1 n型半導体基板
2 n型拡散層形成組成物層
3 n型拡散層
4 酸化シリコン膜
5 ホウ素シリケート層
6 p型拡散層
7 パッシベーション膜
8 電極
9 反射防止膜
1 n-type semiconductor substrate 2 n-type diffusion layer forming composition layer 3 n-type diffusion layer 4 silicon oxide film 5 boron silicate layer 6 p-type diffusion layer 7 passivation film 8 electrode 9 antireflection film

Claims (8)

ドナー元素を含むガラス粒子と、分散媒と、シリコーン化合物と、を含有するn型拡散層形成組成物。   An n-type diffusion layer forming composition containing glass particles containing a donor element, a dispersion medium, and a silicone compound. 前記ドナー元素が、P(リン)及びSb(アンチモン)からなる群より選択される少なくとも1種である請求項1に記載のn型拡散層形成組成物。   The n-type diffusion layer forming composition according to claim 1, wherein the donor element is at least one selected from the group consisting of P (phosphorus) and Sb (antimony). 前記ドナー元素を含むガラス粒子が、P、P及びSbからなる群より選択される少なくとも1種のドナー元素含有物質と、SiO、KO、NaO、LiO、BaO、SrO、CaO、MgO、BeO、ZnO、PbO、CdO、V、SnO、ZrO及びMoOからなる群より選択される少なくとも1種のガラス成分物質と、を含有する請求項1又は請求項2に記載のn型拡散層形成組成物。 The glass particles containing the donor element include at least one donor element-containing material selected from the group consisting of P 2 O 3 , P 2 O 5 and Sb 2 O 3 ; and SiO 2 , K 2 O, Na 2 O At least one glass component material selected from the group consisting of Li 2 O, BaO, SrO, CaO, MgO, BeO, ZnO, PbO, CdO, V 2 O 5 , SnO, ZrO 2 and MoO 3. The n-type diffused layer formation composition of Claim 1 or Claim 2 to contain. 前記シリコーン化合物の重量平均分子量が1000〜100000である請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載のn型拡散層形成組成物。   The n-type diffusion layer forming composition according to any one of claims 1 to 3, wherein the silicone compound has a weight average molecular weight of 1,000 to 100,000. 請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載のn型拡散層形成組成物を用いて形成したn型拡散層を有する、半導体基板。   The semiconductor substrate which has an n-type diffused layer formed using the n-type diffused layer formation composition of any one of Claims 1-4. 半導体基板の少なくとも一方の面の少なくとも一部に請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載のn型拡散層形成組成物を付与してn型拡散層形成組成物層を形成する工程と、前記n型拡散層形成組成物層を熱処理してn型拡散層を形成する工程と、を含む半導体基板の製造方法。   A step of forming an n-type diffusion layer forming composition layer by applying the n-type diffusion layer forming composition according to any one of claims 1 to 4 to at least a part of at least one surface of a semiconductor substrate. And a step of heat-treating the n-type diffusion layer forming composition layer to form an n-type diffusion layer. 請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載のn型拡散層形成組成物を用いて形成したn型拡散層を有する半導体基板と、前記半導体基板の上に設けられる電極と、を有する太陽電池素子。   A semiconductor substrate having an n-type diffusion layer formed using the n-type diffusion layer forming composition according to any one of claims 1 to 4, and an electrode provided on the semiconductor substrate. Solar cell element. 請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載のn型拡散層形成組成物を用いて形成したn型拡散層を有する半導体基板の上に、電極を設ける工程を含む太陽電池素子の製造方法。   Manufacture of a solar cell element including a step of providing an electrode on a semiconductor substrate having an n-type diffusion layer formed using the n-type diffusion layer forming composition according to any one of claims 1 to 4. Method.
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