JP2020170830A - TOPCon−BC構造の結晶系太陽電池の製造方法、及びTOPCon−BC構造の結晶系太陽電池 - Google Patents
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Abstract
【課題】裏面に配された異なるイオン注入領域どうしの間を狭めて、微細パターン化が図れる、TOPCon−BC構造の結晶系太陽電池の製造方法を提供する。【解決手段】基板における光の非入射面を順に重ねて覆う極薄酸化層102及びi型a−Si層103を形成する工程と、i型a−Si層103に内在され、i型a−Si層103の外面側に、マスクを利用したイオン注入法により、第一導電型の部位Aおよび第一導電型と異なる導電型の部位Bを、フォトレジストにより離間した位置に形成する工程と、アニール処理をする工程と、部位A、部位B、及びフォトレジストを覆うように、導電性の部材BMを形成する工程と、導電性BMの部材によって被覆されたフォトレジストを除去する工程と、導電性の部材BMをマスクとして利用し、i型a−Si層103の外面側において、部位Aと部位Bとの間に位置する離間部Cの表層域を絶縁部Zへ変換する工程と、を備える。【選択図】図10
Description
本発明は、裏面(光入射面と反対側の面)に配された異なるイオン注入領域どうしの間をさらに狭めて、微細パターン化を図ることが可能な、TOPCon−BC構造の結晶系太陽電池の製造方法、及びTOPCon−BC構造の結晶系太陽電池に関する。
近年、結晶系シリコンを基板とする太陽電池(以下、結晶系太陽電池とも呼ぶ)の中で、最も発電効率が改善し注目がされている構造は、パッシベーション層(passivation layer)に酸化シリコン(SiOx)を用いるTOPCon(Tunnel Oxide Passivating Contacts)構造である。
EUPVSEC2018では、TOPCon−BC(Tunnel Oxide Passivating Contact-Back Contact)構造により発電効率が26.1%(EU内記録)が、ドイツ・ISFHから報告された(非特許文献1)。TOPCon構造を採用した結晶系太陽電池に関する量産化が、中国など各国において今後、検討されている状況にある。
TOPCon−BC構造における課題は、裏面(光入射面の反対側の面)に配置された、異なるイオン注入領域[p層(領域)、n層(領域)]どうしの間に生じる空乏層を通り越すリーク電流(leak current)の存在である。このリーク電流を防ぐために、次の2つの手法A、Bが開示されている。
手法Aは、異なるイオン注入領域どうしの間に位置する部分をエッチングして除去する手法である。手法Aを用いることにより、2017年にドイツ・FraunhoferISEは、発電効率23.1%を達成した(非特許文献2)。
手法Bは、異なるイオン注入領域どうしの間に30μm程度の真性層(intrinsic layer)を挿入する手法である。手法Bを用いることにより、2018年にドイツ・ISFHは、発電効率26.1%を達成した(非特許文献1)。
手法Aは、異なるイオン注入領域どうしの間に位置する部分をエッチングして除去する手法である。手法Aを用いることにより、2017年にドイツ・FraunhoferISEは、発電効率23.1%を達成した(非特許文献2)。
手法Bは、異なるイオン注入領域どうしの間に30μm程度の真性層(intrinsic layer)を挿入する手法である。手法Bを用いることにより、2018年にドイツ・ISFHは、発電効率26.1%を達成した(非特許文献1)。
しかしながら、2つの手法A、Bには、以下の課題がある。
手法Aには、エッチングによる除去工程が必要である。このため、除去工程の前後にはマスク設置および除去などの工程が増加し、低コスト化が図りにくい。
手法Bには、真性層の挿入工程が必要でありる。また、異なるイオン注入領域どうしの間に挿入する真性層は30μm程度を要するので、異なるイオン注入領域どうしの間の距離を縮めることは難しい。
手法Aには、エッチングによる除去工程が必要である。このため、除去工程の前後にはマスク設置および除去などの工程が増加し、低コスト化が図りにくい。
手法Bには、真性層の挿入工程が必要でありる。また、異なるイオン注入領域どうしの間に挿入する真性層は30μm程度を要するので、異なるイオン注入領域どうしの間の距離を縮めることは難しい。
これらの手法A、Bでは、異なるイオン注入領域どうしの間をさらに狭めて、微細パターン化を図るには限界がある。また、太陽電池というデバイス用途ゆえに、低コスト化が同時に求められている。
よって、今後は、異なるイオン注入領域どうしの間の距離に依存せず、この距離を短くしても両者間に絶縁部を簡易な工程によって形成可能な手法の開発が期待されている。
よって、今後は、異なるイオン注入領域どうしの間の距離に依存せず、この距離を短くしても両者間に絶縁部を簡易な工程によって形成可能な手法の開発が期待されている。
"Laser contact openings for local poly-Si-metal contacts enabling 26.1%-efficient POLO-IBC solar cells", Solar Energy Materials and Solar Cells 186(2018)184-193
"INTERDIGITATED BACK CONTACT SILICON SOLAR CELLS FEATURING ION-IMPLANTED POLY-SI/SIOX PASSIVATING CONTACTS", Presented at the 33rd European PV Solar Energy Conference and Exhibition, 25-29 September 2017, Amsterdam, The Netherlands
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、裏面(光入射面と反対側の面)に配された異なるイオン注入領域どうしの間をさらに狭めて、微細パターン化を図ることが可能な、TOPCon−BC構造の結晶系太陽電池の製造方法、及びTOPCon−BC構造の結晶系太陽電池を提供することを目的とする。
本発明の請求項1に記載のTOPCon−BC構造の結晶系太陽電池の製造方法は、
第一導電型の結晶系シリコンからなる基板を用い、
前記基板に対して光が入射する一面を覆うパッシベーション層(SiNxまたはSiOx)と該一面とは反対側に位置する他面を覆う極薄酸化層(SiOx)とを、個別にあるいは同時に形成する工程と、
前記極薄酸化層を覆うi型a−Si層を形成する工程と、
後段の工程において、前記i型a−Si層の外面のうち、不純物を導入しない領域を覆うように、フォトレジストを形成する工程と、
前記i型a−Si層に内在され、かつ、該i型a−Si層の外面側に一部が露呈されるように、マスクを利用したイオン注入法により、前記第一導電型と同じ導電型の部位Aおよび前記第一導電型と異なる導電型の部位Bを、前記フォトレジストにより互いに離間した位置に形成する工程と、
前記イオン注入後の前記i型a−Si層に対して、アニール処理をする工程と、
前記パッシベーション層を覆う反射防止層を形成する工程と、
前記アニール処理後の前記i型a−Si層の外面側に位置する、前記部位A、前記部位B、及び前記フォトレジストを覆うように、導電性の部材を形成する工程と、
前記導電性の部材によって被覆されたフォトレジストを除去する工程と、
前記導電性の部材をマスクとして利用し、前記i型a−Si層の外面側において、前記部位Aと前記部位Bとの間に位置する離間部Cの表層域を絶縁部Zへ変換する工程と、
を順に備える。
第一導電型の結晶系シリコンからなる基板を用い、
前記基板に対して光が入射する一面を覆うパッシベーション層(SiNxまたはSiOx)と該一面とは反対側に位置する他面を覆う極薄酸化層(SiOx)とを、個別にあるいは同時に形成する工程と、
前記極薄酸化層を覆うi型a−Si層を形成する工程と、
後段の工程において、前記i型a−Si層の外面のうち、不純物を導入しない領域を覆うように、フォトレジストを形成する工程と、
前記i型a−Si層に内在され、かつ、該i型a−Si層の外面側に一部が露呈されるように、マスクを利用したイオン注入法により、前記第一導電型と同じ導電型の部位Aおよび前記第一導電型と異なる導電型の部位Bを、前記フォトレジストにより互いに離間した位置に形成する工程と、
前記イオン注入後の前記i型a−Si層に対して、アニール処理をする工程と、
前記パッシベーション層を覆う反射防止層を形成する工程と、
前記アニール処理後の前記i型a−Si層の外面側に位置する、前記部位A、前記部位B、及び前記フォトレジストを覆うように、導電性の部材を形成する工程と、
前記導電性の部材によって被覆されたフォトレジストを除去する工程と、
前記導電性の部材をマスクとして利用し、前記i型a−Si層の外面側において、前記部位Aと前記部位Bとの間に位置する離間部Cの表層域を絶縁部Zへ変換する工程と、
を順に備える。
本発明の請求項2に記載のTOPCon−BC構造の結晶系太陽電池の製造方法は、請求項1において、前記離間部Cの表層域を絶縁部Zへ変換する工程が、熱酸化方式を用いることを特徴とする。
本発明の請求項3に記載のTOPCon−BC構造の結晶系太陽電池の製造方法は、請求項1において、前記離間部Cの表層域を絶縁部Zへ変換する工程が、ウェット酸化方式を用いることを特徴とする。
本発明の請求項4に記載のTOPCon−BC構造の結晶系太陽電池の製造方法は、請求項1において、前記離間部Cの表層域を絶縁部Zへ変換する工程が、ウェットエッチング方式を用いることを特徴とする。
本発明の請求項5に記載のTOPCon−BC構造の結晶系太陽電池の製造方法は、請求項1において、前記離間部Cの表層域を絶縁部Zへ変換する工程が、イオン注入方式(イオンドーピング方式)を用いることを特徴とする。
本発明の請求項6に記載のTOPCon−BC構造の結晶系太陽電池は、
光電変換機能を発現する第一導電型の結晶系シリコンからなる基板と、
前記基板に対して光が入射する一面を覆うように順に重ねて配されるパッシベーション層及び反射防止層と、
前記基板の一面とは反対側に位置する他面を覆うように順に重ねて配される極薄酸化層及びi型a−Si層と、を少なくとも備え、
前記i型a−Si層に内在され、かつ、該i型a−Si層の外面側に一部が露呈されるように、前記第一導電型と同じ導電型の部位Aおよび前記第一導電型と異なる導電型の部位Bが、互いに離間して配置されており、
前記部位Aと前記部位Bの露呈された外面を各々、個別に覆うように導電性の部材からなる電極が配されており、
前記i型a−Si層の外面側において、前記部位Aと前記部位Bとの間に位置する離間部Cの表層域に絶縁部Zを有する、
ことを特徴とする。
光電変換機能を発現する第一導電型の結晶系シリコンからなる基板と、
前記基板に対して光が入射する一面を覆うように順に重ねて配されるパッシベーション層及び反射防止層と、
前記基板の一面とは反対側に位置する他面を覆うように順に重ねて配される極薄酸化層及びi型a−Si層と、を少なくとも備え、
前記i型a−Si層に内在され、かつ、該i型a−Si層の外面側に一部が露呈されるように、前記第一導電型と同じ導電型の部位Aおよび前記第一導電型と異なる導電型の部位Bが、互いに離間して配置されており、
前記部位Aと前記部位Bの露呈された外面を各々、個別に覆うように導電性の部材からなる電極が配されており、
前記i型a−Si層の外面側において、前記部位Aと前記部位Bとの間に位置する離間部Cの表層域に絶縁部Zを有する、
ことを特徴とする。
本発明に係るTOPCon−BC構造の結晶系太陽電池の製造方法は、基板の裏面(光入射面と反対側の面)を覆うように極薄酸化層(SiOx)を形成した後、前記極薄酸化層を覆うようにi型a−Si層を形成する。次に、前記i型a−Si層に異なるイオン注入領域(部位Aと部位B)を形成した後、各々のイオン注入領域上に個別に電極として機能する導電性の部材を形成する。この電極として機能する導電性の部材をマスクとして利用し、導電性の部材を載置するi型a−Si層の外面側において、前記部位Aと前記部位Bとの間に位置する離間部Cの表層域を絶縁部Zへ変換する工程を備えている。
これにより、本発明によれば、裏面に配された異なるイオン注入領域どうしの間をさらに狭めて、微細パターン化を図ることが可能となる。また、前記部位Aと前記部位Bとの間に位置する離間部Cの表層域を絶縁部Zへ変換するだけなので、簡易な工程によって離間部Cを絶縁化できる。
したがって、本発明は、製造コストの増加を抑えたプロセスを構築することが可能な、TOPCon−BC構造の結晶系太陽電池の製造方法をもたらす。
これにより、本発明によれば、裏面に配された異なるイオン注入領域どうしの間をさらに狭めて、微細パターン化を図ることが可能となる。また、前記部位Aと前記部位Bとの間に位置する離間部Cの表層域を絶縁部Zへ変換するだけなので、簡易な工程によって離間部Cを絶縁化できる。
したがって、本発明は、製造コストの増加を抑えたプロセスを構築することが可能な、TOPCon−BC構造の結晶系太陽電池の製造方法をもたらす。
本発明に係るTOPCon−BC構造の結晶系太陽電池は、基板の裏面(光入射面と反対側の面)を覆うように配されるi型a−Si層に、異なるイオン注入領域(部位Aと部位B)が、互いに離間して配置されている。前記部位Aと前記部位Bの露呈された外面を各々、個別に覆うように導電性の部材からなる電極が配されており、前記i型a−Si層の外面側において、前記部位Aと前記部位Bとの間に位置する離間部Cの表層域に絶縁部Zを有する。
本発明によれば、前記i型a−Si層の外面側において、前記部位Aと前記部位Bとの間に位置する離間部Cの表層域に絶縁部Zを有する構造を採用したことにより、最も近い位置にある部位Aと部位Bは、確実に絶縁部Zにより分離された状態が安定して得られる。
したがって、本発明は、裏面に配された異なるイオン注入領域どうしの間をさらに狭めて、微細パターン化を図ることが可能な、TOPCon−BC構造の結晶系太陽電池の提供に貢献する。
本発明によれば、前記i型a−Si層の外面側において、前記部位Aと前記部位Bとの間に位置する離間部Cの表層域に絶縁部Zを有する構造を採用したことにより、最も近い位置にある部位Aと部位Bは、確実に絶縁部Zにより分離された状態が安定して得られる。
したがって、本発明は、裏面に配された異なるイオン注入領域どうしの間をさらに狭めて、微細パターン化を図ることが可能な、TOPCon−BC構造の結晶系太陽電池の提供に貢献する。
以下、本発明に係るTOPCon−BC構造の結晶系太陽電池の一実施形態を、図面に基づいて説明する。
<第一実施形態>
(TOPCon−BC構造の結晶系太陽電池)
図1は、本発明の実施形態に係る、TOPCon−BC構造の結晶系太陽電池100M(100)の構成について説明する図である。
(TOPCon−BC構造の結晶系太陽電池)
図1は、本発明の実施形態に係る、TOPCon−BC構造の結晶系太陽電池100M(100)の構成について説明する図である。
第一実施形態の太陽電池100M(100)は、基板101の裏面(光入射面と反対側の面:図1では下面)101bを覆うように順に重ねて、極薄酸化層102及びi型a−Si層103が配されている。i型a−Si層103には、異なるイオン注入領域(部位A105と部位B106)が、互いに離間して配置されている。
また、太陽電池100Mでは、部位A105と部位B106の露呈された外面を各々、個別に覆うように導電性の部材からなる電極BMが配されている。
さらに、太陽電池100Mでは、i型a−Si層103の外面側において、部位A105と部位B106との間に位置する離間部Cの表層域103bに絶縁部Zを有する。
また、太陽電池100Mでは、部位A105と部位B106の露呈された外面を各々、個別に覆うように導電性の部材からなる電極BMが配されている。
さらに、太陽電池100Mでは、i型a−Si層103の外面側において、部位A105と部位B106との間に位置する離間部Cの表層域103bに絶縁部Zを有する。
なお、第一実施形態では、n+ 部位とp+ 部位を形成するためにイオン注入法を用いるが、i型a−Si層に不純物原子をイオンの状態で導入するものであれば、手法はイオン注入法には限らず、プラズマドーピング法などを用い、不純物導入を行ってもよい。ただし、以下の説明では、不純物導入法の代表例としてイオン注入法を用いて詳述する。
また、第一実施形態では、前記離間部Cの表層域を絶縁部Zへ変換する工程が、熱酸化膜形成法を用いるが、本発明はこれに限定されるものではない。絶縁部Zへ変換する工程としては、たとえば、ウェット酸化膜形成法や、ウェットエッチング法、イオン注入法(イオンドーピング法)などを用いてもよい。ただし、以下の説明では、絶縁部Zへ変換する工程では熱酸化膜形成法を用いて詳述する。
第一実施形態に係る太陽電池100Mは、光電変換機能を発現する第一導電型(たとえばn型半導体)の結晶系シリコンからなる基板101と、前記基板101に対して光(矢印にて表示)が入射する一面101aを覆うようにパッシベーション層(SiOx)112と、該一面101aとは反対側に位置する他面101bを覆うように順に重ねて配される極薄酸化層102及びi型a−Si層103と、を少なくとも備えている。
太陽電池100Mにおいては、基板101の一面101a側には、パッシベーション層(SiOx)112を覆うように、反射防止層(Anti Reflection Layer:AR層)114が順に重ねて配されている。反射防止層114としては、たとえば、絶縁性の窒化膜、窒化ケイ素膜、酸化チタン膜、酸化アルミニウム膜などが好適に用いられる。
また、太陽電池100Mは、前記i型a−Si層103に内在され、かつ、該i型a−Si層103の外面側に一部が露呈されるように、前記第一導電型と同じ導電型(たとえばn+ 型)の部位A105および前記第一導電型と異なる導電型の部位B106が、互いに離間して配置されている。図1において、部位Cが、部位A105と部位B106の離間部を表わしている。
ここで、部位A105および部位B106は各々、基板101の表層部に所望の元素を注入して形成された局在領域である場合である。
図1において、符号d1が前記i型a−Si層103の厚さであり、符号d2が部位A105および部位B106の深さを表わしている。i型a−Si層103の厚さd1の一例としては、約200nmが挙げられる。部位A105および部位B106は、後述するイオン注入法により形成される。
図1において、符号d1が前記i型a−Si層103の厚さであり、符号d2が部位A105および部位B106の深さを表わしている。i型a−Si層103の厚さd1の一例としては、約200nmが挙げられる。部位A105および部位B106は、後述するイオン注入法により形成される。
さらに、太陽電池100Mでは、部位Aと部位Bの露呈された外面を各々、個別に覆うように導電性の部材からなる電極BMが配されており、i型a−Si層103の外面側において、部位A105および部位B106との間に位置する離間部Cの表層域103bに絶縁部Zを有するように構成されている。
ここで、絶縁部Zは、新たなマスクを形成することなく、既に形成されている電極BMをマスクとして利用し、部位A105と部位B106との間に位置する離間部Cの表層域103bに形成された局在領域である。
図1に示すように、絶縁部Zは電極BMが存在しない離間部Cの表層域103bに形成された絶縁部Zの深さd3は、部位A105および部位B106の深さd2に比べて浅いものとされる。絶縁部Zは部位A105と部位B106との間を満たすように配されるなら、その深さは0.2〜2[μm]程度あれば十分である。
絶縁部Zは、既に形成されている電極BMをマスクとして利用し、部位A105と部位B106との間に位置する離間部Cの表層域103bに形成することから、電極BMの形状パターンに応じて、電極BMの存在しない領域である離間部Cの表層域103bに、絶縁部Zを確実に形成できる。つまり、電極BMの形状パターンが複雑な場合でも、電極BMの形状パターンにおいて離間部Cをなす領域に、絶縁部Zを設けることが可能である。
第一実施形態では、離間部Cの表層域を絶縁部Zへ変換する工程が、熱酸化方式を用いる。熱酸化には、酸化に用いるガスの種類により、ドライ酸化、ウェット酸化、スチーム酸化の3方式がある。ドライ酸化は酸素ガスを用い、ウェット酸化は酸素ガスに脱イオン水蒸気を加えて用い、スチーム酸化は脱イオン水蒸気のみ用いる。第一実施形態における熱酸化方式は、上記3方式の何れであっても構わない。
熱酸化方式で使用する処理装置としては、たとえば、横型炉、縦型炉、RTP(rapid-thermal processing)装置が挙げられるが、第一実施形態における処理装置は、上記3方式の何れであってもよい。
なお、本発明における絶縁部Zへ変換する工程は、熱酸化方式に限定されるものではなく、ウェットエッチング方式やイオン注入方式(イオンドーピング方式)を用いても構わない。
なお、本発明における絶縁部Zへ変換する工程は、熱酸化方式に限定されるものではなく、ウェットエッチング方式やイオン注入方式(イオンドーピング方式)を用いても構わない。
上述した手法によれば、i型a−Si層103に対して、部位A105と部位B106を各々作製するためのイオン注入処理を施すだけで形成することができる。ゆえに、この構成は、部位A105と部位B106を形成した後でも、i型a−Si層103の外面は平坦なプロファイルが維持される。ゆえに、後工程において部位A105と部位B106の上に形成される、導電性の部材からなる電極BMも平坦性が保たれる。また、部位Aと部位Bに各々重なる部分に電極BMを残すために行われるフォトレジスト除去の安定化も図れる。
また、上述した手法によれば、新たなマスクを形成することなく、既に形成されている電極BMをマスクとして利用することにより、部位A105と部位B106との間に位置する離間部Cの表層域103bを絶縁部Zに変換できる。ゆえに、この構成によれば、裏面に配された異なるイオン注入領域[部位A105、部位B106]どうしの間をさらに狭めて、微細パターン化を図ることが可能となる。また、前記部位Aと前記部位Bとの間に位置する離間部Cの表層域を絶縁部Zへ変換するだけなので、シンプルな工程によって離間部Cの絶縁化が図れる。特に、本発明によれば、電極BMをマスクとするため、電極BMの形状に依存せず、如何なる形状の電極BMであっても、電極BMどうしの間に位置する離間部Cの表層域103bを、電極BMの形状に応じて絶縁部Zに変換できる。
(TOPCon−BC構造の結晶系太陽電池の製造方法)
図1に示した、第一実施形態に係るTOPCon−BC構造の結晶系太陽電池100M(100)の製造方法について説明する。
図2〜図9は、図1に示したTOPCon−BC構造の結晶系太陽電池を製造する手順を示す模式断面図である。
図10は、図1に示したTOPCon−BC構造の結晶系太陽電池の製造工程を示すフロー図である。以下では、「アモルファスSi」を「a−Si」と略記する。
以下では、従来例を示す図16を適宜用いて、従来例と第一実施形態との相違点についても説明する。
図1に示した、第一実施形態に係るTOPCon−BC構造の結晶系太陽電池100M(100)の製造方法について説明する。
図2〜図9は、図1に示したTOPCon−BC構造の結晶系太陽電池を製造する手順を示す模式断面図である。
図10は、図1に示したTOPCon−BC構造の結晶系太陽電池の製造工程を示すフロー図である。以下では、「アモルファスSi」を「a−Si」と略記する。
以下では、従来例を示す図16を適宜用いて、従来例と第一実施形態との相違点についても説明する。
第一実施形態に係る、TOPCon−BC構造の結晶系太陽電池100を製造するための各工程について、詳しく説明する。まず、テクスチャー形成工程において、基板101に対して、例えば水酸化カリウム(KOH)や水酸化ナトリウム(NaOH)をエッチャントとして用いたウェットエッチング処理を行う。そして、処理後の基板101に残存する有機物および金属汚染物を、フッ硝酸を用いて除去する。これにより、テクスチャーを有する形状に基板101の一面101aと他面101bを加工する[第一工程:図2(a)]。ここでは、基板101として、光電変換機能を発現する第一導電型(n型)の結晶系シリコンからなる基板を用いる。
上記のテクスチャーを有する形状に加工された、基板101の一面101aにはパッシベーション層(SiOx)112を、基板101の他面101bには極薄酸化層(SiOx)102を、個別にあるいは同時に、CVD法により成膜する[第二工程:図2(b)]。特に、パッシベーション層がSiNxの場合には、極薄酸化層(SiOx)と個別に成膜することが好ましい。
次いで、極薄酸化層(SiOx)を覆うようにi型a−Si層103を、CVD法により成膜する[第三工程:図2(c)]。
上記の第二工程や第三工程における成膜は、たとえば、図13に示すCVD法を用いて成膜する製造装置(以下では、CVD装置とも呼ぶ)700を用いて行う。
図13のCVD装置700は、各プロセス室が直列に接続して配置されており、結晶系シリコンからなる基板101を搭載したトレイ(不図示)が、各プロセス室を順に通過することにより、パッシベーション層(SiOx)112、極薄酸化層(SiOx)102、i型a−Si層103を、基板101上に作製する。
図13のCVD装置700は、各プロセス室が直列に接続して配置されており、結晶系シリコンからなる基板101を搭載したトレイ(不図示)が、各プロセス室を順に通過することにより、パッシベーション層(SiOx)112、極薄酸化層(SiOx)102、i型a−Si層103を、基板101上に作製する。
CVD装置700は、仕込室(L)751、加熱室(H)752、成膜入口室(EN)753、第一成膜室(S1)754、第二成膜室(S2)755、第三成膜室(S3)756、第四成膜室(S4)757、成膜出口室(EX)758、搬送室(T)759、取出室(UL)760を備えている。
仕込室(L)751から搬入されたトレイ(不図示)に搭載された基板101は、予め、表裏両面にテクスチャーが形成されており、トレイ(不図示)に搭載された状態で、仕込室(L)751から取出室(UL)760へ向けて、順方向にのみ移動することができる。つまり、図10の製造装置700においては、トレイ(不図示)に搭載された基板101は、逆方向[取出室(UL)760から仕込室(L)751の方向]へ戻る必要がない。ゆえに、図10の製造装置700は、量産性に優れている。
仕込室751に搬入された基板101は、所望の減圧雰囲気になった後、仕込室751から加熱室752に移動され、地点Aにおいて、加熱ヒーター752Hにより加熱処理が施される。所望の温度になった基板101は成膜入口室753に移動され、基板101が収容された成膜入口室753の雰囲気は、次の第一成膜室754において極薄酸化層(SiOx)102が形成される際の雰囲気条件に合わせて調整される。成膜入口室753は加熱ヒーター753Hを有し、基板101の温度を、極薄酸化層(SiOx)102の作製に好ましい温度となるように温度調整する。
次に、温度調整された基板101は第一成膜室754に移動され、地点Cを通過することにより、CVD法によって、基板101の他面側にのみ、極薄酸化層(SiOx)102が形成される[第一工程:図2(b)]。これにより、基体101の他面(101b)上に極薄酸化層(SiOx)102が形成された状態が得られる。ここで、カソード754C2は電源754E2に接続されており、成膜時にはガス供給手段754Gから所望の成膜用ガスが導入される。
次に、極薄酸化層(SiOx)102が形成された基板101は第二成膜室755に移動され、地点Dを通過することにより、CVD法によって、基板101の一面側にのみ、パッシベーション層(SiOx)112が形成される[第二工程:図2(b)]。これにより、基体101の一面(101a)上にパッシベーション層(SiOx)112が、基板101の他面(101b)上に極薄酸化層(SiOx)102が、各々形成された状態が得られる。この状態が、図2(b)に示した構成の結晶系太陽電池100Bである。ここで、カソード755C1は電源755E1に接続されており、成膜時にはガス供給手段755Gから所望の成膜用ガスが導入される。
次に、極薄酸化層(SiOx)102とパッシベーション層(SiOx)112とが形成された基板101は第三成膜室756に移動され、地点Eを通過することにより、CVD法によって、基板101の他面101b側にのみ、i型a−Si層103が形成される[第三工程:図2(c)]。これにより、基体101の他面(101b)上に極薄酸化層(SiOx)102を覆うようにi型a−Si層103が重ねて形成された状態が得られる。この状態が、図2(c)に示した構成の結晶系太陽電池100Cである。ここで、カソード756C2は電源756E2に接続されており、成膜時にはガス供給手段756Gから所望の成膜用ガスが導入される。
第一成膜室754〜第三成膜室756において、極薄酸化層(SiOx)102、パッシベーション層(SiOx)112、i型a−Si層103を形成する際には、各成膜室内に設けた温度制御手段754TC1、755TC2、756TC1を用いて、各薄膜の作製に好ましい温度となるように、基板の温度を制御してもよい。
図2(c)に示すように、一面側にパッシベーション層(SiOx)112が、他面側に極薄酸化層(SiOx)102とi型a−Si層103が、それぞれ形成された基板101は、成膜出口室(EX)758に移動された後、搬送室(T)759を経て、取出室(UL)760に移動され、取出室の内部を大気圧とすることにより、スパッタ装置の外部へ搬出される。
その後、基板101の他面側に配されたi型a−Si層103上に、所望のフォトレジストPRを塗布した後、パターニングする[第四工程:図2(d)]。これにより、後段の工程において、イオン注入する領域に所定の開口部を有するフォトレジストPRをi型a−Si層103上に形成した状態が得られる。この状態が、図2(d)に示した構成の結晶系太陽電池100Dである。
なおフォトレジスト材料は公知のものを採用することができるが、PMMAのような完全有機系のフォトレジスト材料よりも、SOG(Spin−On−Glass)材料のような有機無機ハイブリッド系のフォトレジスト材料がイオン注入に対する耐性が強く、好ましい。また公知のフォトレジスト材料でフォトレジストを形成した後、数nm(例えば1〜5nm)のごく薄い金属膜を形成して、フォトレジストとしての機能を持たせてもよい。
次に、i型a−Si層103の外面103b近傍に、ボロン(B)イオン等のp型イオンを、マスクM1を介して局所的に注入する[第五工程:図3(a)]ことにより、p+ 部位A105を形成する[第五工程:図3(c)]。
その際、図3(b)に示すように、マスクM1としては、マスクの開口部を通してイオン注入される部位Aを平面視した場合、該部位Aの外形を規定するフォトレジストPRの部位が見えるような、開口部の形状を有するマスクを用いる。
その際、図3(b)に示すように、マスクM1としては、マスクの開口部を通してイオン注入される部位Aを平面視した場合、該部位Aの外形を規定するフォトレジストPRの部位が見えるような、開口部の形状を有するマスクを用いる。
図3(b)において、M1eはマスクM1の端部をフォトレジストPRに投射した際の位置、PReはフォトレジストPRの開口部を規定する端部の位置と規定した場合、マスクM1の各々の端部における、M1eとPReの差分(Δm1A、Δm1B)がゼロより大きくなるように設計される。本発明では、マスクM1に加えてフォトレジストPRも併用したことにより、マスクM1のみを用いる場合に比べて、該部位Aの外形をよりシャープに規定することができる。ゆえに、本発明によれば、p+ 部位A105は、その外縁まで明確な形状で作製することが可能となる。
次いで、i型a−Si層103の外面103b近傍にあって、p+ 部位A105どうしの間で、かつ、p+ 部位A105と重ならない位置に、リン(P)イオン等のn型イオンを、マスクM2を介して局所的に注入する[第六工程:図4(a)]ことにより、n+ 部位B106を形成する[第六工程:図4(c)]。
その際、図4(b)に示すように、マスクM2としては、マスクの開口部を通してイオン注入される部位Bを平面視した場合、該部位Bの外形を規定するフォトレジストPRの部位が見えるような、開口部の形状を有するマスクを用いる。
その際、図4(b)に示すように、マスクM2としては、マスクの開口部を通してイオン注入される部位Bを平面視した場合、該部位Bの外形を規定するフォトレジストPRの部位が見えるような、開口部の形状を有するマスクを用いる。
図4(b)において、M2eはマスクM2の端部をフォトレジストPRに投射した際の位置、PReはフォトレジストPRの開口部を規定する端部の位置と規定した場合、マスクM2の各々の端部における、M2eとPReの差分(Δm1A、Δm1B)がゼロより大きくなるように設計される。本発明では、マスクM2に加えてフォトレジストPRも併用したことにより、マスクM2のみを用いる場合に比べて、該部位Bの外形をよりシャープに規定することができる。ゆえに、本発明によれば、n+ 部位B106は、その外縁まで明確な形状で作製することが可能となる。
これにより、i型a−Si層103に内在され、かつ、該i型a−Si層103の外面側に一部が露呈されるように、基板の第一導電型と同じ導電型(たとえばn+ 型)の部位B106および前記第一導電型と異なる導電型の部位A105、互いに離間して配置されてなる結晶系太陽電池100Hが形成される[図4(c)]。この段階では、i型a−Si層103のうち、部位Aと部位Bの離間部をなす部位Cの上にはフォトレジストPRが存在する。
次に、アニール処理[第七工程]をした後、部位A、部位B、及びフォトレジストを覆うように、電極として機能する導電性の部材BMを形成する。なお、アニール処理については、後段において詳細に説明する。
次に、基板101の一面側にパッシベーション層(SiOx)112上に、窒化シリコン(SiN)膜からなる反射防止層114を、所定の条件で、CVD法により成膜する[第七工程:図5]。これにより、反射防止層114をパッシベーション層(SiOx)112上に形成した状態が得られる。この状態が、図5に示した構成の結晶系太陽電池100Iである。窒化シリコン(SiN)膜114の成膜には、たとえば、上述したCVD装置(図13)が用いられる。
導電性の部材BMは、所定の条件で、スパッタ法により成膜する[第八工程:図6]。これにより、部位Aや部位Bの上に形成された導電性の部材BMと、フォトレジストの上に形成された導電性の部材BMとが断絶した状態となる。
導電性の部材BMとしては、電極として利用するため、導電率の高い(低抵抗な)材料が好適であり、たとえば、Ag、Al、Cu、Ti等が挙げられる。導電性の部材BMは、単層膜の他に、2層以上の積層膜としても構わない。その代表例としては、透明導電膜(ITO等)と金属膜(Ag等)の積層膜が挙げられる。
導電性の部材BMとしては、電極として利用するため、導電率の高い(低抵抗な)材料が好適であり、たとえば、Ag、Al、Cu、Ti等が挙げられる。導電性の部材BMは、単層膜の他に、2層以上の積層膜としても構わない。その代表例としては、透明導電膜(ITO等)と金属膜(Ag等)の積層膜が挙げられる。
次に、たとえばUV光を照射することにより、i型a−Si層103の外面からフォトレジストを剥離する[第九工程:図7]。そのとき、フォトレジスト上にある導電性の部材BMも一緒に取り除かれる。これにより、導電性の部材BMは、部位Aや部位Bの上に形成された部分だけ、i型a−Si層103の外面に残存する。ゆえに、部位Aや部位Bに沿った導電性の部材BMが形成され、電極として利用できる。この工程は、いわゆる「リフトオフ」と呼ばれるプロセスである。
これにより、図7に示した太陽電池100K(100)は、基板101の裏面(光入射面と反対側の面:図7では下面)101bを覆うように配されるi型a−Si層103に、異なるイオン注入領域(部位A105と部位B106)が、互いに離間して配されている。また、太陽電池100Kでは、部位A105と部位B106の露呈された外面を各々、個別に覆うように導電性の部材からなる電極BMが配されている。
最後に、図8および図9に示すように、i型a−Si層103の外面側において、部位A105と部位B106との間に位置する離間部Cの表層域103bを絶縁部Zに変換する。離間部Cの表層域103bを絶縁部Zに変換する際、本発明では、前工程で作製した電極BMをマスクとして利用する。
図8に示した上向き矢印が、後述する手法により、離間部Cの表層域103bを絶縁部Zに変換するための作用を表している。つまり、図8に示した太陽電池100Lが変換前の状態を、図9に示した太陽電池100Mが変換後の状態を、各々表している。
図8に示した上向き矢印が、後述する手法により、離間部Cの表層域103bを絶縁部Zに変換するための作用を表している。つまり、図8に示した太陽電池100Lが変換前の状態を、図9に示した太陽電池100Mが変換後の状態を、各々表している。
ここで、絶縁部Zは、新たなマスクを形成することなく、既に形成されている電極BMをマスクとして利用し、部位A105と部位B106との間に位置する離間部Cの表層域103bに形成された局在領域である。
図1に示すように、絶縁部Zは電極BMが存在しない離間部Cの表層域103bに形成され、絶縁部Zの深さは、部位A105と部位B106の深さd2に比べて浅いものとされる。絶縁部Zは部位A105と部位B106との間を満たすように配されるなら、その深さは0.2〜2[μm]程度あれば十分である。
図1に示すように、絶縁部Zは電極BMが存在しない離間部Cの表層域103bに形成され、絶縁部Zの深さは、部位A105と部位B106の深さd2に比べて浅いものとされる。絶縁部Zは部位A105と部位B106との間を満たすように配されるなら、その深さは0.2〜2[μm]程度あれば十分である。
絶縁部Zは、既に形成されている電極BMをマスクとして利用し、部位A105と部位B106との間に位置する離間部Cの表層域103bに形成することから、電極BMの形状パターンに応じて、電極BMの存在しない領域である離間部Cの表層域103bに、絶縁部Zを確実に形成できる。つまり、電極BMの形状パターンが複雑な場合でも、電極BMの形状パターンにおいて離間部Cをなす領域に、絶縁部Zを設けることが可能である。
以上の各工程を順に備えるだけで、図1に示した構成のTOPCon−BC構造の結晶系太陽電池100M(100)を作製できる。
これにより、本発明によれば、裏面に配された異なるイオン注入領域どうしの間をさらに狭めて、微細パターン化を図ることが可能となる。また、前記部位Aと前記部位Bとの間に位置する離間部Cの表層域を絶縁部Zへ変換するだけなので、簡易な工程によって離間部Cを絶縁化できる。ゆえに、本発明は、製造コストの増加を抑えたプロセスを構築することが可能な、TOPCon−BC構造の結晶系太陽電池の製造方法をもたらす。
なお、第一実施形態では、n+ 部位とp+ 部位を形成するためにイオン注入法を用いるが、i型a−Si層に不純物原子をイオンの状態で導入するものであれば、手法はイオン注入法には限らず、プラズマドーピング法などを用い、不純物導入を行ってもよい。ただし、以下の説明では、不純物導入法の代表例としてイオン注入法を用いて詳述する。
第一実施形態では、前記離間部Cの表層域を絶縁部Zへ変換する工程が、熱酸化膜形成法を用いるが、本発明はこれに限定されるものではない。絶縁部Zへ変換する工程としては、たとえば、ウェット酸化膜形成法や、ウェットエッチング法、イオン注入法(イオンドーピング法)などを用いてもよい。熱酸化膜形成法や、ウェット酸化膜形成法、ウェットエッチング法については公知の技術が採用可能であり、ここでは詳細な記載を省略する。またイオン注入法については、たとえばArを2〜10[keV]で、1e15〜1e16[ions/cm2]注入すればよく、注入ドーパントガスは希ガスであればよい。
なお、図2(c)に示されるように、i型a−Si層103はもともとが、厚さ方向および面内方向において単一の膜として形成されたものである。このため、その後の第三工程および第四工程によりi型a−Si層103の外面103b近傍に、p+ 部位A105およびn+ 部位B106を形成した場合でも、離間部である部位C、すなわちイオン注入されていない領域は、その厚さ方向で単一の膜として存在している。
さらに、単一の膜であるi型a−Si層103に対して、基板の他面101bに設けた極薄酸化層102に達しないように、p+ 部位A105およびn+ 部位B106を形成することで、基板の他面101b側において極薄酸化層102上に接して存在するi型a−Si層103は、基板の面内方向にわたって連続した単一の膜として存在している。
このように、第一実施形態(図1)のTOPCon−BC構造の結晶系太陽電池100M(100)では、i型a−Si層103が、p+ 部位A105およびn+ 部位B106以外の領域において「単一の膜」として存在する(ここで、「単一の膜」とは、i型a−Si層103の内部に界面が存在しないことを意味する)ことにより、i型a−Si層103のパッシベーション膜としての機能が維持される。
図11は、ボロン(B)のイオンエネルギー(Ion Energy)とストッピングレンジ(Stopping Range)との関係を示すグラフである。
ストッピングレンジは、注入したイオンが、膜の深さ方向において、どこまで膜に進入できるかを表わす指標である。
このグラフより、イオンエネルギーとストッピングレンジとは、イオンエネルギーが増加すればイオンが注入される深さが大きくなるという比例の関係にあることが分かった。ゆえに、所定のイオンエネルギーを選択することにより、i型a−Si層102に対して、ボロン(B)をイオン注入した際に、特定の深さで留める位置を変えることが可能である。この関係を利用することにより、図1のp+ 部位A105を再現性よく形成できる。
ストッピングレンジは、注入したイオンが、膜の深さ方向において、どこまで膜に進入できるかを表わす指標である。
このグラフより、イオンエネルギーとストッピングレンジとは、イオンエネルギーが増加すればイオンが注入される深さが大きくなるという比例の関係にあることが分かった。ゆえに、所定のイオンエネルギーを選択することにより、i型a−Si層102に対して、ボロン(B)をイオン注入した際に、特定の深さで留める位置を変えることが可能である。この関係を利用することにより、図1のp+ 部位A105を再現性よく形成できる。
一例を示すと、イオンエネルギーとして3keVを選択することで、15nm程度の深さのp+ 部位A105を得ることができる。この場合、図1に示されるi型a−Si層103の厚さd1を200nmとすると、ボロン(B)イオンが注入されずに残る厚さは図1で(d1−d2)で示される値となり、このd1−d2の厚さを有するi型a−Si層103の部分は、基板の面内方向にわたって単一の膜として存在することになる。
イオン注入の際のイオンエネルギーとしては、上記の例のように、p+ 部位A105およびn+ 部位B106を形成するi型a−Si層103の厚さd1と、パッシベーション膜として必要になるi型a−Si層103の部分の厚さ(d1−d2)、さらにp+ 部位A105およびn+ 部位B106として必要な厚さd2によって、適切な値を選択することになる。しかし、イオンエネルギーが大きくなると、処理の対象であるi型a−Si層103の表面が粗くなり、平坦性が保てなくなるという問題がある。このため、i型a−Si層103に対して処理を行う場合は、イオンエネルギー[keV]としては20以下であることが好ましく、さらに、i型a−Si層103の膜厚(すなわち、i型a−Si層の厚さとパッシベーション膜として残したい厚さとの関係)を考慮すると、5以下が好適であると言える。イオンエネルギー[keV]が5以下であれば、さらに低エネルギーによる処理となるため、i型a−Si層103の表面の平坦性を保つことが可能となる。
なお、リン(P)についても、上述したボロン(B)における、イオンエネルギーとストッピングレンジとの関係が成立していることが確認された。ゆえに、この関係を利用することにより、図1のn+ 部位B106を再現性よく形成できる。さらに、リン(P)についても、n+ 部位B106を形成する対象であるi型a−Si層103の膜厚等の条件、およびi型a−Si層103の表面の平坦性の確保という意味から、ボロン(B)の場合と同様に、イオンエネルギー[keV]としては、20以下、さらに5以下を選択することで、ボロン(B)の場合と同様の効果を得ることが可能である。
図12は、リン(P)のイオンエネルギーを変えて、基板の深さ方向に観測したリン(P)濃度のプロファイルを示すグラフである。
このグラフより、イオン注入する際のイオンエネルギー[keV]を、3、6、15と変えた場合、リン濃度[atoma/cm3]が10+18となる基板の深さ方向の位置[nm]は、およそ30、43、78となることが確認される。これにより、各深さ位置において、所定のリン濃度となるように、n+ 部位B106を深さ方向に形成できる。
このグラフより、イオン注入する際のイオンエネルギー[keV]を、3、6、15と変えた場合、リン濃度[atoma/cm3]が10+18となる基板の深さ方向の位置[nm]は、およそ30、43、78となることが確認される。これにより、各深さ位置において、所定のリン濃度となるように、n+ 部位B106を深さ方向に形成できる。
ボロン(B)についても、上述したリン(P)における、基板の深さ方向に観測したリン(P)濃度のプロファイルと同様の関係が成立していることが確認された。ゆえに、この関係を利用することにより、所定のボロン濃度となるように、図1のp+ 部位A105を深さ方向に形成できる。
上記の第一工程や第二工程におけるイオンの注入は、たとえば、図14に示すイオン注入装置1200を用いて行う。
図14は、本発明において、p型イオン注入工程(第五工程)およびn型イオン注入工程(第六工程)に用いる、イオン注入装置1200の断面図である。イオン注入装置1200は真空槽1201と、永久磁石1205、RF導入コイル1206、RF導入窓(石英)1212を用いたICP放電によるプラズマ発生手段と、真空排気手段(不図示)とを備えている。
図14は、本発明において、p型イオン注入工程(第五工程)およびn型イオン注入工程(第六工程)に用いる、イオン注入装置1200の断面図である。イオン注入装置1200は真空槽1201と、永久磁石1205、RF導入コイル1206、RF導入窓(石英)1212を用いたICP放電によるプラズマ発生手段と、真空排気手段(不図示)とを備えている。
真空槽1201の内部は、複数の開口を有する(たとえば、メッシュ状の)電極1208、1209により、プラズマ発生室とプラズマ処理室とに分離されている。プラズマ処理室に被処理体である基板(テクスチャー形成工程後の基板101に相当)1203を支持する基板支持台1204が配されている。なお、電極1208は、浮遊電位とされており、プラズマ1207の電位を安定させる機能を有する。また、電極1209は、負電位を印加され、プラズマ1207から正イオンを引き出す機能を有する。
真空層1201内を減圧し、プラズマ発生室に、基板1203に注入する不純物原子を含んだガスを導入する。そして、プラズマ発生手段を用いてプラズマ1207を励起させることにより、不純物原子をイオン化させ、電極1208、1209を経由して引き出されたp型あるいはn型のイオンを、基板1203に注入させることができる。
ここで、p型イオンの注入量やn型イオンの注入量は、後述するアニール処理後のn+ 部位B106のシート抵抗、及び、p+ 部位A105のシート抵抗と、TOPCon−BC構造の結晶系太陽電池の光電変換効率との関係から、太陽電池100を製造する上での最適値として決定される。ただし、n+ 部位B106におけるn型イオンの濃度は、少なくとも基板101におけるn型イオンの濃度より高く設定されているものとする。
なお、上述したp型イオンの注入やn型イオンの注入を行う際に、不純物原子を含んだガス(たとえば、BF3 など)に水素を添加したプロセスガスを用い、前記アモルファスSi層に対して水素がイオン注入されるように条件設定してもよい。イオン注入時に水素も一緒にイオン注入することにより、アモルファスSi層の構造欠陥が修復され、キャリアの再結合の抑制効果が向上し、部位Aや部位Bまで到達する電子やホールの総量が増加するため、発電効率の向上を図ることができる。
i型a−Si層103に対して効果的に水素を注入する手法として、非質量分離型イオン注入の採用が挙げられる。n型イオン、p型イオン(たとえば、Pイオン、Bイオン)のみを分離して注入する質量分離型イオン注入とは異なり、非質量分離型イオン注入では、不純物原子を含んだガスとしてPH3 、B2H6等の水素を含むガスを用いる。これにより、非質量分離型イオン注入においては、前述のように水素を添加したプロセスガスを用いなくとも、基板に対して、n型イオン、p型イオンと同時に、水素も注入することが可能となる。さらに、非質量分離型イオン注入では、イオンを分離する機構が不要であるため、装置構造としてフットプリントが小さくなるというメリットもある。
このように、プロセスガスに水素を添加したり、非質量分離型イオン注入を選択したりすることによって、n型イオン、p型イオンと同時にi型a−Si層103に注入された水素は、i型a−Si層103の深さ方向において濃度分布を持つことになる。
このように、プロセスガスに水素を添加したり、非質量分離型イオン注入を選択したりすることによって、n型イオン、p型イオンと同時にi型a−Si層103に注入された水素は、i型a−Si層103の深さ方向において濃度分布を持つことになる。
次に、第六工程を経て行われるアニール処理(第七工程)は、たとえば、図15に示すアニール処理装置1300を用いて行う。図15のアニール装置1300は、縦型加熱炉を採用し、バッチ式で、1カセットに1枚の基板(第四工程および第五工程により、p型およびn型イオン注入工程後の基板)がセットされ、このカセットを複数枚、同時に熱処理することが可能とされている。
図15のアニール装置1300は、加熱室1310と前室1320から構成されており、加熱室1310の内部空間1312と前室1320の内部空間1322は、仕切弁1314によって遮断可能とされている。
図15のアニール装置1300は、加熱室1310と前室1320から構成されており、加熱室1310の内部空間1312と前室1320の内部空間1322は、仕切弁1314によって遮断可能とされている。
前室1320の内部空間1322において、表裏が露呈した状態となるように基板の外周部を保持したカセット1301を複数枚、多段に重ねてなるカセットラック1303を、カセットベース1302上に配置する。
加熱室1310の内部空間1312を大気開放した状態で仕切弁1314を開けて、この状態にあるカセットベース1302を、前室1320の内部空間1322から加熱室1310の内部空間1312へ、不図示の移動手段により上昇させる(上向き矢印)。その後、仕切弁1314を閉じ、排気手段(P)1315を用いて、加熱室1310の内部空間1312を減圧雰囲気とする。なお、加熱室1310の内部空間1312を減圧雰囲気とはせず、そのまま後述のアニールガスを導入し、大気圧アニールを行ってもよい。
加熱室1310の内部空間1312を大気開放した状態で仕切弁1314を開けて、この状態にあるカセットベース1302を、前室1320の内部空間1322から加熱室1310の内部空間1312へ、不図示の移動手段により上昇させる(上向き矢印)。その後、仕切弁1314を閉じ、排気手段(P)1315を用いて、加熱室1310の内部空間1312を減圧雰囲気とする。なお、加熱室1310の内部空間1312を減圧雰囲気とはせず、そのまま後述のアニールガスを導入し、大気圧アニールを行ってもよい。
その後、加熱室1310の内部空間1312に、アニールガスを導入し、管理された雰囲気下で、所定の温度プロファイルにより、大気圧アニール処理を行う。ここで、導入するガスは窒素ガスであり、これに水素ガスを添加して用いてもよい。このように、アニールガスに水素を添加することで、第二、第三工程においてi型a−Si層に注入された水素が、加熱により基板から離脱することを補うことが可能となる。一例としては、窒素ガスに対し3%水素を添加したアニールガスを利用する。
基板温度を所定の温度以下とした後、上記ガスの導入を停止し、加熱室1310の内部空間1312を大気開口した状態として仕切弁1314を開ける。その後、カセットベース1302を、加熱室1310の内部空間1312から前室1320の内部空間1322へ、不図示の移動手段により下降させる(下向き矢印)。
基板温度を所定の温度以下とした後、上記ガスの導入を停止し、加熱室1310の内部空間1312を大気開口した状態として仕切弁1314を開ける。その後、カセットベース1302を、加熱室1310の内部空間1312から前室1320の内部空間1322へ、不図示の移動手段により下降させる(下向き矢印)。
以上の手順により、本発明のアニール処理は行われる。その際、アニール処理の条件は、基板内部における、n型イオン及びp型イオンの拡散係数に応じた最適な条件として決定される。たとえば、アニール処理の温度は、600〜950℃であることが望ましい。また、アニール処理にかける時間は、30分〜60分程度であることが望ましい。
上述した電極の形成工程では、p+ 部位A105、n+ 部位B106、およびフォトレジストPRを含む、i型a−Si層103の外面103bの全域を覆うように、金属膜(たとえばCu膜)を形成する。金属膜としては、Cu膜の他に、Ag膜などが好適に用いられる。ただし、電極は金属膜に限定されるものではなく、金属膜に代えて透明導電膜を用いてもよい。金属膜または透明導電膜は、たとえば、汎用のスパッタ装置を用いて作製される。
次に、金属膜を通してフォトレジストPRに、たとえばUV光を照射することにより、a−Si層102の外面からフォトレジストPRを剥離する[第九工程:図5(b)]。そのとき、フォトレジスト上にある導電性の部材BMも一緒に取り除かれる。
これにより、導電性の部材BMは、部位Aや部位Bの上に形成された部分だけ、i型a−Si層103の外面に残存する。その結果、p+ 部位A105およびn+ 部位B106が存在する領域のみを覆うように配置された、導電性の部材BMからなる電極が安定して形成される。本発明では、第九工程のことを、「リフトオフ」工程とも呼ぶ。
これにより、導電性の部材BMは、部位Aや部位Bの上に形成された部分だけ、i型a−Si層103の外面に残存する。その結果、p+ 部位A105およびn+ 部位B106が存在する領域のみを覆うように配置された、導電性の部材BMからなる電極が安定して形成される。本発明では、第九工程のことを、「リフトオフ」工程とも呼ぶ。
最後に、既に形成されている電極BMをマスクとして利用し、p+ 部位A105、n+ 部位B106との間に位置する離間部Cの表層域103bを絶縁部Zに変換する。この変換には、上述した熱酸化方式を用いる。これにより、電極BMの形状パターンに応じて、電極BMの存在しない領域である離間部Cの表層域102bに、絶縁部Zを確実に形成できる。つまり、電極BMの形状パターンが複雑な場合でも、電極BMの形状パターンにおいて離間部Cをなす領域に、絶縁部Zを設けることが可能である。
本発明は、TOPCon−BC構造の結晶系太陽電池に広く適用可能である。このようなTOPCon−BC構造の結晶系太陽電池は、たとえば、単位面積当たりの高い発電効率に加えて、稼働状況における軽量化も求められるタイプの太陽電池として好適に用いられる。
BM 導電性の部位、PR フォトレジスト、Z 絶縁部、100 TOPCon−BC構造の結晶系太陽電池、101 基板、101a 一面、101b 他面、102 極薄酸化層、103 i型a−Si層、105 p+ 部位A(異なるイオン注入領域)、106 n+ 部位B(異なるイオン注入領域)、112 パッシベーション層、114 反射防止層。
Claims (6)
- TOPCon−BC構造の結晶系太陽電池の製造方法であって、
第一導電型の結晶系シリコンからなる基板を用い、
前記基板に対して光が入射する一面を覆うパッシベーション層と該一面とは反対側に位置する他面を覆う極薄酸化層とを、個別にあるいは同時に形成する工程と、
前記極薄酸化層を覆うi型a−Si層を形成する工程と、
後段の工程において、前記i型a−Si層の外面のうち、不純物を導入しない領域を覆うように、フォトレジストを形成する工程と、
前記i型a−Si層に内在され、かつ、該i型a−Si層の外面側に一部が露呈されるように、マスクを利用したイオン注入法により、前記第一導電型と同じ導電型の部位Aおよび前記第一導電型と異なる導電型の部位Bを、前記フォトレジストにより互いに離間した位置に形成する工程と、
前記イオン注入後の前記i型a−Si層に対して、アニール処理をする工程と、
前記パッシベーション層を覆う反射防止層を形成する工程と、
前記アニール処理後の前記i型a−Si層の外面側に位置する、前記部位A、前記部位B、及び前記フォトレジストを覆うように、導電性の部材を形成する工程と、
前記導電性の部材によって被覆されたフォトレジストを除去する工程と、
前記導電性の部材をマスクとして利用し、前記i型a−Si層の外面側において、前記部位Aと前記部位Bとの間に位置する離間部Cの表層域を絶縁部Zへ変換する工程と、
を順に備えることを特徴とするTOPCon−BC構造の結晶系太陽電池の製造方法。 - 前記離間部Cの表層域を絶縁部Zへ変換する工程が、熱酸化方式を用いることを特徴とする請求項1に記載のTOPCon−BC構造の結晶系太陽電池の製造方法。
- 前記離間部Cの表層域を絶縁部Zへ変換する工程が、ウェット酸化方式を用いることを特徴とする請求項1に記載のTOPCon−BC構造の結晶系太陽電池の製造方法。
- 前記離間部Cの表層域を絶縁部Zへ変換する工程が、ウェットエッチング方式を用いることを特徴とする請求項1に記載のTOPCon−BC構造の結晶系太陽電池の製造方法。
- 前記離間部Cの表層域を絶縁部Zへ変換する工程が、イオン注入方式(イオンドーピング方式)を用いることを特徴とする請求項1に記載のTOPCon−BC構造の結晶系太陽電池の製造方法。
- TOPCon−BC構造の結晶系太陽電池であって、
光電変換機能を発現する第一導電型の結晶系シリコンからなる基板と、
前記基板に対して光が入射する一面を覆うように順に重ねて配されるパッシベーション層及び反射防止層と、
前記基板の一面とは反対側に位置する他面を覆うように順に重ねて配される極薄酸化層及びi型a−Si層と、を少なくとも備え、
前記i型a−Si層に内在され、かつ、該i型a−Si層の外面側に一部が露呈されるように、前記第一導電型と同じ導電型の部位Aおよび前記第一導電型と異なる導電型の部位Bが、互いに離間して配置されており、
前記部位Aと前記部位Bの露呈された外面を各々、個別に覆うように導電性の部材からなる電極が配されており、
前記i型a−Si層の外面側において、前記部位Aと前記部位Bとの間に位置する離間部Cの表層域に絶縁部Zを有する、
ことを特徴とするTOPCon−BC構造の結晶系太陽電池。
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Cited By (1)
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WO2022209591A1 (ja) * | 2021-03-30 | 2022-10-06 | 株式会社カネカ | 太陽電池パネルの製造方法、太陽電池パネルの製造装置、太陽電池パネル、及び光電変換基板の製造方法 |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20110186118A1 (en) * | 2010-02-01 | 2011-08-04 | Sang-Ho Kim | Method of doping impurities, method of manufacturing a solar cell using the method and solar cell manufactured by using the method |
CN102800714A (zh) * | 2011-05-27 | 2012-11-28 | 友达光电股份有限公司 | 一种背面接触式异质射极太阳能电池及其制造方法 |
JP2015015472A (ja) * | 2013-07-05 | 2015-01-22 | エルジー エレクトロニクス インコーポレイティド | 太陽電池及びその製造方法 |
JP2015532529A (ja) * | 2012-09-28 | 2015-11-09 | サンパワー コーポレイション | 酸素イオン注入を用いる太陽電池におけるスペーサー形成 |
DE102015107842B3 (de) * | 2015-05-19 | 2016-10-27 | Institut Für Solarenergieforschung Gmbh | Verfahren zum Herstellen einer Solarzelle mit oxidierten Zwischenbereichen zwischen Poly-Silizium-Kontakten |
JP2017228661A (ja) * | 2016-06-22 | 2017-12-28 | 株式会社アルバック | Hbc型結晶系太陽電池の製造方法、及びhbc型結晶系太陽電池 |
-
2019
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Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20110186118A1 (en) * | 2010-02-01 | 2011-08-04 | Sang-Ho Kim | Method of doping impurities, method of manufacturing a solar cell using the method and solar cell manufactured by using the method |
CN102800714A (zh) * | 2011-05-27 | 2012-11-28 | 友达光电股份有限公司 | 一种背面接触式异质射极太阳能电池及其制造方法 |
JP2015532529A (ja) * | 2012-09-28 | 2015-11-09 | サンパワー コーポレイション | 酸素イオン注入を用いる太陽電池におけるスペーサー形成 |
JP2015015472A (ja) * | 2013-07-05 | 2015-01-22 | エルジー エレクトロニクス インコーポレイティド | 太陽電池及びその製造方法 |
DE102015107842B3 (de) * | 2015-05-19 | 2016-10-27 | Institut Für Solarenergieforschung Gmbh | Verfahren zum Herstellen einer Solarzelle mit oxidierten Zwischenbereichen zwischen Poly-Silizium-Kontakten |
JP2017228661A (ja) * | 2016-06-22 | 2017-12-28 | 株式会社アルバック | Hbc型結晶系太陽電池の製造方法、及びhbc型結晶系太陽電池 |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2022209591A1 (ja) * | 2021-03-30 | 2022-10-06 | 株式会社カネカ | 太陽電池パネルの製造方法、太陽電池パネルの製造装置、太陽電池パネル、及び光電変換基板の製造方法 |
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