JP2021034518A - 太陽電池の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】半導体基板の一主面上に、第1導電型の第1半導体層、リフトオフ層を順に積層し、第1半導体層及び前記リフトオフ層を選択的に除去し、第1半導体層及びリフトオフ層上に第2導電型の第2半導体層を形成し、リフトオフ層を除去することにより、これを覆う前記第2半導体層を除去し、第1半導体層及び第2半導体層のそれぞれの上に、酸化物透明電極層を形成する製造方法において、当該リフトオフ層を除去する工程で、リフトオフ層を覆う第2半導体層が除去された状態において、第1半導体層、第2半導体層、他方の主面からなる群から選ばれる1以上の面上の少なくとも一部が、リフトオフ層、および/または、第2半導体層を構成する材料によって被覆されるように、リフトオフ層を除去する太陽電池の製造方法とする。
【選択図】図10
Description
半導体基板における互いに対向する2つの主面の一方の主面上に、第1導電型の第1半導体層を形成する工程と、
前記第1半導体層上にリフトオフ層を積層する工程と、
前記第1半導体層及び前記リフトオフ層を選択的に除去する工程と、
前記第1半導体層及び前記リフトオフ層を含む前記一方の主面上に、第2導電型の第2半導体層を形成する工程と、
前記リフトオフ層を除去することにより、前記リフトオフ層を覆う前記第2半導体層を除去する工程と、
前記第1半導体層及び前記第2半導体層のそれぞれの上に、酸化物からなる透明電極層を形成する工程と、を含み、
前記リフトオフ層を除去する工程では、前記リフトオフ層を覆う前記第2半導体層が除去された状態において、前記第1半導体層、前記第2半導体層、および前記2つの主面の他方の主面からなる群から選ばれる1以上の面上の少なくとも一部が、前記リフトオフ層、および/または、前記第2半導体層を構成する材料によって被覆されるように、前記リフトオフ層を除去する太陽電池の製造方法に関し、各種界面が高密着性有す高性能バックコンタクト型太陽電池を効率良く製造できる。
前記リフトオフ層を除去する工程では、前記リフトオフ層を覆う前記第2半導体層が除去された状態において、前記他方の主面上の一部が、前記リフトオフ層、および/または、前記第2半導体層を構成する材料によって被覆されるように、前記リフトオフ層を除去し、さらに、
前記リフトオフ層を除去する工程の後に、前記他方の主面上に反射防止膜を形成する工程を含むことが好ましく、反射防止膜の他方の主面への密着性がより高まる。
前記リフトオフ層を除去する工程では、前記リフトオフ層を覆う前記第2半導体層が除去された状態において、前記第1半導体層、前記第2半導体層面上の一部が、前記リフトオフ層、および/または、前記第2半導体層を構成する材料によって被覆されるように、前記リフトオフ層を除去し、かつ、
前記第2半導体層上の一部を被覆する、前記リフトオフ層、および/または、前記第2半導体層を構成する材料による被覆部の面積をT1とし、
前記第2半導体層の前記半導体基板とは反対側の面の面積をT2としたときに、100×T1/T2で表されるT被覆率(%)が、0.2%以上、16%以下であることが好ましく、酸化物透明電極層の第2半導体層への密着性がより高まる。
前記リフトオフ層を除去する工程では、前記リフトオフ層を覆う前記第2半導体層が除去された状態において、前記第1半導体層の一部が、前記リフトオフ層を構成する材料によって被覆されるように、前記リフトオフ層を除去し、かつ、
前記第1半導体層上の一部を被覆する、前記リフトオフ層を構成する材料による被覆部の面積をS1とし、
前記第1半導体層の前記半導体基板とは反対側の面の面積をS2としたときに、以下の式:
(被覆率(%))=100 × S1/S2
で定義される被覆率が、0.2%以上、16%以下であることが好ましく、酸化物透明電極層の第1半導体層への密着性がより高まる。
前記半導体基板の面直方向における前記一方の主面側から見て、前記被覆部の最大の長さが2.0μm以下であることが好ましく、酸化物透明電極層の第1半導体層への密着性が、さらに高まる。
前記第1半導体層上に前記リフトオフ層を積層する工程において、
前記リフトオフ層が単数である場合には当該リフトオフ層を積層するとき、
前記リフトオフ層が複数の場合には前記第1半導体層に最も近い層を積層するときに、
当該リフトオフ層に、当該リフトオフ層を構成する元素からなる粒子を混入させることが好ましい。
前記半導体基板がは、前記2つの主面に第1テクスチャ構造をそれぞれ有しており、
前記半導体基板の前記一方の主面に形成された前記第1半導体層及び前記第2半導体層が、前記第1テクスチャ構造を反映した第2テクスチャ構造を含むことが好ましい。
以下、本実施形態に係る太陽電池10の製造方法について図3〜図9を参照しながら説明する。
上述した太陽電池10の製造方法から以下のことがいえる。
(被覆率(%))=100 × S1/S2
で定義される被覆率が0.2%以上16%以下であることが好ましい。被覆率が0.2%以上16%以下であれば、透明電極層17の密着性を向上させつつ、透明電極層17とp型半導体層13pとの接触面積を好適に確保することができる。
まず、結晶基板として、厚さが200μmの単結晶シリコン基板を採用した。単結晶シリコン基板の両主面に異方性エッチングを行った。これにより、結晶基板にピラミッド型のテクスチャ構造が形成された。
結晶基板をCVD装置に導入し、導入した結晶基板の両主面に、シリコン製の真性半導体層(膜厚8nm)を形成した。製膜条件は、基板温度を150℃、圧力を120Pa、SiH4/H2流量比の値を3/10、及びパワー密度を0.011W/cm2とした。
両主面に真性半導体層を形成した結晶基板をCVD装置に導入し、裏側主面の真性半導体層の上に、p型水素化非晶質シリコン系薄膜(膜厚10nm)を形成した。製膜条件は、基板温度を150℃、圧力を60Pa、SiH4/B2H6流量比の値を1/3、及びパワー密度を0.01W/cm2とした。また、B2H6ガスの流量は、B2H6がH2により5000ppmまで希釈された希釈ガスの流量である。
プラズマCVD装置を用いて、p型水素化非晶質シリコン系薄膜の上に、主成分を酸化ケイ素(SiOX)とするリフトオフ層を200nmの膜厚となるように形成した。
まず、リフトオフ層が形成された結晶基板の裏側主面に感光性レジスト膜を製膜した。これをフォトリソグラフィ法により露光・現像を行い、リフトオフ層、p型半導体層及び真性半導体層を除去する領域を露出させた。複数の層が形成された結晶基板を、エッチング剤として1重量%のフッ化水素を含有する加水フッ硝酸に浸漬し、リフトオフ層を除去した。純粋によるリンスの後に、5.5重量%のフッ化水素酸に20ppmのオゾンを混合したオゾン/フッ酸液に浸漬し、リフトオフ層の除去により露出したp型半導体層とその直下の真性半導体層とを除去した。以下、この工程をパターニング工程という。
第1半導体層パターニング工程の後に、露出した裏側主面を濃度が2重量%のフッ化水素酸によって洗浄した結晶基板をCVD装置に導入し、裏側主面に真性半導体層(膜厚8nm)を1回目の真性半導体層と同様の成膜条件で形成した。続いて、形成した真性半導体層の上に、n型水素化非晶質シリコン系薄膜(膜厚10nm)を形成した。製膜条件は、基板温度が150℃、圧力が60Pa、SiH4/PH3/H2流量比の値が1/2、及びパワー密度が0.01W/cm2とした。また、PH3ガスの流量は、PH3がH2により5000ppmまで希釈された希釈ガスの流量である。
n型半導体層が形成された結晶基板を、5重量%のフッ化水素酸に浸漬して、リフトオフ層、そのリフトオフ層を覆うn型半導体層、及びリフトオフ層とn型半導体層との間にある真性半導体層をまとめて除去した。以下、この工程をリフトオフ工程という。
マグネトロンスパッタリング装置を用いて、透明電極層の基となる酸化物膜(膜厚100nm)を、結晶基板の導電型半導体層の上に形成した。また、低反射層として、結晶基板の受光面側に窒化シリコン層を形成した。透明導電性酸化物としては、酸化スズを濃度10重量%で含有した酸化インジウム(ITO)をターゲットとして使用した。装置のチャンバ内にアルゴンと酸素との混合ガスを導入し、チャンバ内の圧力を0.6Paに設定した。アルゴンと酸素との混合比率は、抵抗率が最も低くなる(いわゆるボトム)条件とした。また、直流電源を用いて、0.4W/cm2の電力密度で成膜を行った。
リフトオフ層の膜厚又はエッチング状態は、SEM(フィールドエミッション型走査型電子顕微鏡S4800:日立ハイテクノロジーズ社製)を用いて評価した。第1半導体層パターニング工程の後に、設計上のパターニング除去領域に従ってエッチングされている場合には「○」とし、リフトオフ層が過剰にエッチングされ、太陽電池特性に悪影響が出た場合には「×」とした。
リフトオフ層の屈折率は、ガラス基板上に、実施例1〜3及び比較例1〜3の製膜条件と同じ条件で製膜された薄膜の屈折率を、分光エリプソメトリー(商品名M2000、ジェー・エー・ウーラム社製)にて測定することにより求めた。フィッティング結果から、632nmの波長の光における屈折率を抽出した。
リフトオフ工程後の結晶基板の裏面を、レーザーマイクロスコープ(装置名OPTELICS、レーザーテック社製)を用いて、100倍の倍率で第1導電型半導体層の表面を観察した。画像処理により、被覆部と第1導電型半導体層を色分けして、第1導電型半導体層における被覆部で覆われた部分の面積を計算した。そして、第1導電型半導体層における被覆部で覆われた部分の面積をS1とし、第1導電型半導体層における結晶基板とは反対側の面全体の面積をS2として、以下の式:
(被覆率(%))=100 × S1/S2
によって、被覆率を算出した。
電極を形成した太陽電池セルに対して、JIS Z1522に規定された粘着テープを
貼り付け、垂直に引っ張って評価した。引っ張ったときに電極層の剥離が起きた場合には「×」とし、電極層の剥離が起こらなければ「○」とした。
AM(エアマス:air mass)1.5の基準太陽光を100mW/cm2の光量で照射したときのI−Vカーブを観測した。−1.0V〜+1.5Vで走査して、I−VカーブがS字状になっていた場合(−1.0V〜+1.5Vの範囲に極値点が存在する場合)には「×」とし、I−VカーブにS字状の変化が見られなかった場合には「〇」とした。
ソーラシミュレータにより、AM(エアマス:air mass)1.5の基準太陽光を100mW/cm2の光量で照射して、太陽電池の変換効率(Eff(%))を測定した。実施例1の変換効率(太陽電池特性)を1.00とし、その相対値を[表1]に記載した。
電極を形成した太陽電池セルをガラスとバックシートとでラミレートしたモジュールを、温度85℃、湿度85%の環境試験に投入して、3000時間後の変換効率(Eff(%))を測定した。変換効率の測定は、ソーラシミュレータにより、AM(エアマス:air mass)1.5の基準太陽光を100mW/cm2の光量で照射して測定した。初期の変換効率を1.00として、その相対値を[表1]に記載した。
11 結晶基板(半導体基板)
12 真性半導体層
13 導電型半導体層
13p p型半導体層[第1導電型の第1半導体層/第2導電型の第2半導体層]
13n n型半導体層[第2導電型の第2半導体層/第1導電型の第1半導体層]
15 電極層
17 透明電極層
18 金属電極層
19 被覆部
20 結晶粒(リフトオフ層を構成する物質の結晶からなる粒)
LF リフトオフ層
Claims (7)
- 半導体基板における互いに対向する2つの主面の一方の主面上に、第1導電型の第1半導体層を形成する工程と、
前記第1半導体層上にリフトオフ層を積層する工程と、
前記第1半導体層及び前記リフトオフ層を選択的に除去する工程と、
前記第1半導体層及び前記リフトオフ層を含む前記一方の主面上に、第2導電型の第2半導体層を形成する工程と、
前記リフトオフ層を除去することにより、前記リフトオフ層を覆う前記第2半導体層を除去する工程と、
前記第1半導体層及び前記第2半導体層のそれぞれの上に、酸化物からなる透明電極層を形成する工程と、を含み、
前記リフトオフ層を除去する工程では、前記リフトオフ層を覆う前記第2半導体層が除去された状態において、前記第1半導体層、前記第2半導体層、および前記2つの主面の他方の主面からなる群から選ばれる1以上の面上の少なくとも一部が、前記リフトオフ層、および/または、前記第2半導体層を構成する材料によって被覆されるように、前記リフトオフ層を除去する太陽電池の製造方法。
- 請求項1に記載の太陽電池の製造方法であって、
前記リフトオフ層を除去する工程では、前記リフトオフ層を覆う前記第2半導体層が除去された状態において、前記他方の主面上の一部が、前記リフトオフ層、および/または、前記第2半導体層を構成する材料によって被覆されるように、前記リフトオフ層を除去し、さらに、
前記リフトオフ層を除去する工程の後に、前記他方の主面上に反射防止膜を形成する工程を含む、太陽電池の製造方法
- 請求項1、又は請求項2に記載の太陽電池の製造方法であって、
前記リフトオフ層を除去する工程では、前記リフトオフ層を覆う前記第2半導体層が除去された状態において、前記第1半導体層、前記第2半導体層面上の一部が、前記リフトオフ層、および/または、前記第2半導体層を構成する材料によって被覆されるように、前記リフトオフ層を除去し、かつ、
前記第2半導体層上の一部を被覆する、前記リフトオフ層、および/または、前記第2半導体層を構成する材料による被覆部の面積をT1とし、
前記第2半導体層の前記半導体基板とは反対側の面の面積をT2としたときに、100×T1/T2で表されるT被覆率(%)が、0.2%以上、16%以下である、太陽電池の製造方法。
- 請求項1〜3のいずれかに記載の太陽電池の製造方法であって、
前記リフトオフ層を除去する工程では、前記リフトオフ層を覆う前記第2半導体層が除去された状態において、前記第1半導体層の一部が、前記リフトオフ層を構成する材料によって被覆されるように、前記リフトオフ層を除去し、かつ、
前記第1半導体層上の一部を被覆する、前記リフトオフ層を構成する材料による被覆部の面積をS1とし、
前記第1半導体層の前記半導体基板とは反対側の面の面積をS2としたときに、以下の式:
(被覆率(%))=100 × S1/S2
で定義される被覆率が、0.2%以上、16%以下である、太陽電池の製造方法。
- 請求項4に記載の太陽電池の製造方法であって、
前記半導体基板の面直方向における前記一方の主面側から見て、前記被覆部の最大の長さが2.0μm以下である、太陽電池の製造方法。
- 請求項1〜5のいずれかに記載の太陽電池の製造方法であって、
前記第1半導体層上に前記リフトオフ層を積層する工程において、
前記リフトオフ層が単数である場合には当該リフトオフ層を積層するとき、
前記リフトオフ層が複数の場合には前記第1半導体層に最も近い層を積層するときに、
当該リフトオフ層に、当該リフトオフ層を構成する元素からなる粒子を混入させる、太陽電池の製造方法。
- 請求項1〜6のいずれかに記載の太陽電池の製造方法であって、
前記半導体基板が、前記2つの主面に第1テクスチャ構造をそれぞれ有しており、
前記半導体基板の前記一方の主面に形成された前記第1半導体層及び前記第2半導体層が、前記第1テクスチャ構造を反映した第2テクスチャ構造を含む、太陽電池の製造方法。
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