JP2017208520A - Solar cell and manufacturing method of the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、太陽電池及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a solar cell and a manufacturing method thereof.
太陽電池分野において、入射光に対する多重反射、多重利用を達成させ、受光面積を増加させ、光線が吸収される機会を増加させるために、太陽電池表面の粗さ構造化(texture)設計は、既に不可欠な工程となった。太陽電池において粗面化エッチングによって入光面に異なるサイズのピラミッド形状を形成する目的は、光の有効光路を増加して、更に太陽光の吸収率を増加することにある。粗面化エッチングの途中、エッチング液がシリコンウェハ(100)の表面をエッチングして、更に(111)の断面を露出させ、ピラミッド構造を生成する。 In order to achieve multiple reflection and multiple use for incident light in the solar cell field, increase the light receiving area, and increase the chance that light rays are absorbed, the texture structure design of the solar cell surface has already been It became an indispensable process. The purpose of forming pyramid shapes of different sizes on the light incident surface by roughening etching in a solar cell is to increase the effective light path of light and further increase the absorption rate of sunlight. During the roughening etching, the etching solution etches the surface of the silicon wafer (100), and further exposes the cross section of (111) to generate a pyramid structure.
しかしながら、各ピラミッド構造の底部の間に形成した谷部が小さすぎると、谷部に残される金属不純物を後の洗浄プロセスにおいてきれいに洗浄しにくく、更に太陽電池の開回路電圧及び光電変換効率に影響を及ぼす。 However, if the valleys formed between the bottoms of each pyramid structure are too small, it is difficult to clean the metal impurities remaining in the valleys in a subsequent cleaning process, and further affects the open circuit voltage and photoelectric conversion efficiency of the solar cell. Effect.
本発明の複数の実施形態によれば、それぞれ先端を含む複数のピラミッド構造を有する入光面を具備し、任意の隣接する前記ピラミッド構造の間に曲率半径が25〜500nmである谷部を有する半導体基板と、該入光面に近接して該半導体基板内に位置するエミッタ層と、該半導体基板に位置する電極と、を備える太陽電池を提供する。 According to a plurality of embodiments of the present invention, a light incident surface having a plurality of pyramid structures each including a tip is provided, and a valley portion having a curvature radius of 25 to 500 nm is provided between any adjacent pyramid structures. Provided is a solar cell comprising a semiconductor substrate, an emitter layer located in the semiconductor substrate close to the light incident surface, and an electrode located on the semiconductor substrate.
ある実施形態において、太陽電池は、ヘテロ接合太陽電池(Hetero−Junction Solar Cell)であり、且つエミッタ層は、ホウ素のP型ドーピングである。 In some embodiments, the solar cell is a hetero-junction solar cell and the emitter layer is a P-type doping of boron.
ある実施形態において、エミッタ層を被覆する反射層を更に備える。 In some embodiments, the light emitting device further includes a reflective layer covering the emitter layer.
本発明の複数の実施形態は、プロセス面を有する半導体基板を提供するステップと、プロセス面に粗面化エッチングを行って複数のピラミッド構造を形成し、任意の隣接する複数のピラミッド構造の間に谷部を有するステップと、酸化層を形成するようにピラミッド構造の表面を酸化して、谷部のそれぞれの酸化されない部分に丸み構造を形成させるステップと、酸化層を除去して丸み構造を露出させるステップと、を含む太陽電池の製造方法を提供する。 Embodiments of the present invention provide a semiconductor substrate having a process surface, and roughening the process surface to form a plurality of pyramid structures, between any adjacent plurality of pyramid structures. A step having valleys, a step of oxidizing the surface of the pyramid structure so as to form an oxide layer, forming a round structure in each non-oxidized portion of the valley, and a step of removing the oxide layer to expose the round structure And providing a method for manufacturing a solar cell.
ある実施形態において、酸化層を除去した後に、エミッタ層をプロセス面に近接して半導体基板内に形成するように、プロセス面に対してドーピングプロセスを行うステップを更に含む。 In certain embodiments, after removing the oxide layer, the method further includes performing a doping process on the process surface such that an emitter layer is formed in the semiconductor substrate proximate the process surface.
ある実施形態において、エミッタ層を形成した後に、エミッタ層に反射防止層を形成するステップを更に含む。 In some embodiments, the method further includes forming an antireflection layer on the emitter layer after forming the emitter layer.
ある実施形態において、該酸化層を形成する方法は、大気圧プラズマを使用するステップを含む。 In certain embodiments, the method of forming the oxide layer includes using atmospheric pressure plasma.
ある実施形態において、酸化層に対するエッチングは、HF、HCl又はその組み合わせからなるエッチング剤を使用するステップを含む。 In some embodiments, etching the oxide layer includes using an etchant comprising HF, HCl, or a combination thereof.
ある実施形態において、大気圧プラズマの電力は、1〜2.5KWである。 In certain embodiments, the power of the atmospheric pressure plasma is between 1 and 2.5 KW.
ある実施形態において、エミッタ層に接触する複数の電極を形成するステップを更に含む。 In certain embodiments, the method further includes forming a plurality of electrodes in contact with the emitter layer.
本発明の上記及び他の目的、特徴、及びメリットをより分かりやすくするため、以下で、特に好ましい実施例を例示し、且つ添付図面を参照して詳細に以下のように説明する。 To make the above and other objects, features and advantages of the present invention more comprehensible, a particularly preferred embodiment will be illustrated below and described in detail below with reference to the accompanying drawings.
以下、本実施例の製造及び使用を詳細に検討するが、本発明が実務的な革新概念を提供し、広い各種の特定内容で表現することができると理解すべきである。以下で叙述する実施形態又は実施例は、説明するためのものだけであり、本発明の範囲を制限することができない。 In the following, the manufacture and use of this example will be discussed in detail, but it should be understood that the present invention provides a practical innovation concept and can be expressed in a wide variety of specific contexts. The embodiments or examples described below are for illustrative purposes only and cannot limit the scope of the present invention.
なお、本文で、図面に示すある素子又は特徴と他の素子又は特徴との関係を説明しやすくするために、空間相対用語、例えば「…下方にある」、「…下にある」、「より低い」、「…上方にある」、「より高い」及び類似する用語を使用することがある。これらの空間相対用語は、素子の使用又は操作時の全ての異なる向きを含み、図面に示す向きに制限されない。装置は他の方式で配向(90度回転して又は他の向きに位置決めする)してもよく、したがって、本文で使用する空間相対用語を相対的に理解してもよい。 In the text, in order to facilitate the explanation of the relationship between an element or feature shown in the drawing and another element or feature, spatial relative terms such as “... below”, “... below”, “more Low, “… above”, “higher” and similar terms may be used. These spatially relative terms include all different orientations during use or operation of the element and are not limited to the orientation shown in the drawings. The device may be oriented in other manners (rotated 90 degrees or positioned in other orientations) and thus may relatively understand the spatial relative terms used herein.
以下で、各種の太陽電池及びその製造方法に関する実施例を提供し、この太陽電池の構造及び性質、並びにこの太陽電池の製造工程又は操作を詳細に説明する。 Below, the Example regarding various solar cells and its manufacturing method is provided, and the structure and property of this solar cell, and the manufacturing process or operation of this solar cell are demonstrated in detail.
本発明は、太陽電池を開示する。図1A〜図1Cは、本発明の一実施形態による太陽電池の製造方法の各プロセス段階を示す断面模式図である。図1Aを参照されたい。反射光の損失を減少するように、半導体基板110のプロセス面に粗面化エッチングして複数のピラミッド構造を含む粗面を形成する。一実施例において、水酸化カリウムのアルカリ性エッチング溶液で半導体基板110の(100)表面をエッチングして、更に(111)の断面を露出させ、複数のピラミッド構造を生成する。これらのピラミッド構造の大きさは、均一であってもよいし、異なってもよい(ランダム分布)。各ピラミッド構造は、先端120を有し、且つ任意の2つのピラミッド構造の底部の間に谷部130を有する。他のある実施例において、上記のピラミッド構造は、他の形の突起構造であってもよい。
The present invention discloses a solar cell. 1A to 1C are schematic cross-sectional views showing respective process steps of a method for manufacturing a solar cell according to an embodiment of the present invention. See FIG. 1A. In order to reduce the loss of reflected light, a rough surface including a plurality of pyramid structures is formed by rough etching on the process surface of the
半導体基板110は、N型又はP型であってもよく、アモルファスシリコン(amorphous silicon)、ポリシリコン(poly crystalline)、GaAs、InGaPなどの半導体又はIII−V族半導体材料を使用することができる。異なる半導体基板110の材料を使用する場合、複数のピラミッド構造を含む粗面を形成するように、対応する異なるエッチング液又はエッチング方式を使用することができる。ある実施例において、エッチングプロセスには、異方性エッチング又は等方性エッチングを使用してもよいし、化学酸性エッチングプロセス(エッチング液は、例えばフッ化水素酸又は硝酸である)、又は化学アルカリ性エッチングプロセス(エッチング液は、例えば水酸化カリウム又はイソプロパノールである)を使用してもよい。ここで、これらのプロセス条件は説明するためのものだけであり、実施例の範囲から逸脱しない限り、任意の適切なプロセス条件を使用できると、当業者が理解すべきである。
The
図1Bでは、複数のピラミッド構造を含む粗面を完成した後に、半導体基板110の粗面を酸化して、粗面における各ピラミッド構造の表面に酸化層150を形成させ、且つ各谷部130の酸化されない部分に1つの丸み構造132を形成させる。一実施例において、酸化層150を形成するように、大気圧プラズマ(Atmospheric−pressure Plasma;AP)を使用してピラミッド構造の表面を酸化する。大気圧プラズマの電力は、1〜2.5KW、例えば1.2KW、1.4KW、1.6KW、1.8KW、2KW又は2.2KWであり、好ましくは1.4-2.0KWである。酸化層150を形成するように、例えば熱酸化プロセスのようないずれかの従来の酸化プロセスは、いずれもピラミッド構造の表面の酸化に使用されることができる。
In FIG. 1B, after a rough surface including a plurality of pyramid structures is completed, the rough surface of the
図1Cにおいて、ピラミッド構造の表面に形成した酸化層150を除去して、谷部130の丸み構造132を露出させる。一実施例において、ウェットエッチングを使用し、エッチング液がHF、HCl又はその組み合わせを含む。ドライエッチング又は反応性イオンエッチング(Reactive Ion Etch;RIE)を使用することもできる。一実施例において、酸化層150が完全に除去されることを確保するように、エッチングプロセスは、オーバーエッチング(Over Etching)である。
In FIG. 1C, the
図1Dは、上記谷部の丸み構造132を示す拡大模式図である。谷部の丸み構造132は、25-500nm、例えば50nm、100nm、150nm、200nm、250nm、300nm、350nm、400nm又は450nmであり、好ましくは100-350nmである曲率半径(rv)を有する。なお、各谷部130の丸み構造132は、酸化層150を形成する時に既に形成されたものであり、エッチングによって酸化層150を除去した後に丸み構造132を露出させる。
FIG. 1D is an enlarged schematic diagram showing the
粗面化エッチングを行って複数のピラミッド構造を形成した後に、ピラミッド構造の底部の間の谷部130が狭すぎる場合、金属不純物がその中に残留しやすく、後のプロセスでも除去されにくく、残留した金属不純物が太陽電池の光電変換効率と開回路電圧(Voc)に影響を及ぼすため、谷部130の丸み構造132の曲率半径は、小さすぎるようにすることができない。ピラミッド構造の底部間の谷部130の丸み構造132の曲率半径が大きすぎると、光電変換効率を低下させる。これは、ピラミッド構造の凹凸表面形態を酸化する時、体積の膨脹によって半導体基板110に大きな応力を発生させ、これらの応力が半導体基板110表面の臨界剪断応力を超えると、転位タイプの欠陥を形成してキャリアの再結合確率を増加させ、更に太陽電池の光電変換効率を低下させるためである。
If the
表1は、本発明の一実施例によって得られた太陽電池の効率データである。比較群は、谷部130に丸み構造がない太陽電池であり、実験群は、谷部130に丸み構造132がある太陽電池であり、ピラミッド構造表面を酸化する方法は電力が1.6KWである大気圧プラズマを使用する方法である。表1から分かるように、谷部130に丸み構造132がある太陽電池は、平均光電変換効率が0.11%向上し、開回路電圧が0.003V向上する。
Table 1 is the efficiency data of the solar cell obtained by one example of the present invention. The comparison group is a solar cell having no round structure in the
図2に示すように、ピラミッド構造表面に形成される酸化層150を除去した後に、エミッタ層260をプロセス面に近接して半導体基板内に形成するように、半導体基板110のプロセス面にドーピングプロセスを行うことができる。ドーピングプロセスに使用されるドーパントの導電型は、半導体基板110の導電型と違って、一実施例において、半導体基板110はP型であるがドーパントはN型であり、例えば単結晶シリコン太陽電池又はポリシリコン太陽電池において、半導体基板110はP型であるがドーパントはN型のリンであってよい。別の実施例において、半導体基板110はN型であるがドーパントはP型であり、例えばヘテロ接合太陽電池(Heterojunction Solar Cell)において、半導体基板110はN型であるがドーパントはP型のホウ素であってよい。エミッタ層260は、いずれかの従来のエミッタ、例えば選択エミッタであってよい。
As shown in FIG. 2, after removing the
一実施例において、太陽電池の光吸収を増加し、更に太陽電池の変換効率を向上させるように、エミッタ層260を形成した後にエミッタ層260の上面に反射防止層270を形成することができる。反射防止層のタイプは、例えば単層反射防止膜、多層反射防止膜、サブ波長構造反射防止層又はナノ構造反射防止層であってよい。反射防止層270は、プラズマ化学気相成長(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition;PECVD)又は他の従来の方式によってエミッタ層260に堆積されることができる。
In one embodiment, the
一実施例において、反射防止層270を形成した後にエミッタ層260に接触する複数の電極280を形成することができ、電極280がいずれかの従来の電極、例えばフィンガー電極であってよい。一実施例において、スクリーン印刷機により金属ペーストをチップに塗ってから、高温で燃焼することによって電極を形成する。
In one embodiment, a plurality of
本発明の実施例のメリットは、ピラミッド構造の底部間の谷部に丸み構造を有し、金属不純物の残留を減少して光電変換効率及び開回路電圧を向上させることができる太陽電池であることにある。 The merit of the embodiment of the present invention is a solar cell that has a round structure in the valley between the bottoms of the pyramid structure, and can reduce the residual of metal impurities and improve the photoelectric conversion efficiency and the open circuit voltage. It is in.
以上で複数の実施例を概略的に説明したため、当業者は前記開示した各部分をより理解できる。当業者は、これと同様な目的及び/又はこの紹介と同様なメリットを有する実施例を実施するように、これを基礎として、その他の合成及び構造を設計又は修正する必要があると理解できる。当業者は、本発明の精神及び範囲から逸脱しない限り、任意の置き換え、取り替え及び変更を加えることができることも理解できる。 Since a plurality of embodiments have been schematically described above, those skilled in the art can better understand each of the disclosed portions. Those skilled in the art will understand that other synthesis and structures need to be designed or modified on this basis to implement embodiments having similar objectives and / or advantages similar to this introduction. Those skilled in the art will also understand that any substitutions, replacements and modifications can be made without departing from the spirit and scope of the present invention.
100 太陽電池
110 半導体基板
120 先端
130 谷部
150 酸化層
132 点線ブロックで示した谷部
200 太陽電池
210 半導体基板
260 エミッタ層
270 反射防止層
280 電極
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記入光面に近接して前記半導体基板内に位置するエミッタ層と、
前記半導体基板に位置する電極と、
備える太陽電池。 A semiconductor substrate having a light incident surface having a plurality of protrusion structures each including a tip 120, and having a trough with a radius of curvature of 25 to 500 nm between any adjacent protrusion structures;
An emitter layer located in the semiconductor substrate in proximity to the light incident surface;
An electrode located on the semiconductor substrate;
Solar cell provided.
前記プロセス面に粗面化エッチングを行って複数の突起構造を形成し、また、任意の隣接する前記突起構造の間に谷部を有するステップと、
酸化層を形成するように前記突起構造の表面を酸化して、各前記谷部の酸化されない部分に丸み構造を形成させるステップと、
前記酸化層を除去して前記丸み構造を露出させるステップと、
を含む太陽電池の製造方法。 Providing a semiconductor substrate having a process surface;
Performing a roughening etch on the process surface to form a plurality of protrusion structures, and having valleys between any adjacent protrusion structures;
Oxidizing the surface of the protruding structure to form an oxide layer to form a rounded structure in the non-oxidized portions of the valleys;
Removing the oxide layer to expose the rounded structure;
The manufacturing method of the solar cell containing this.
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