JP2989373B2 - 光電変換装置の製造方法 - Google Patents

光電変換装置の製造方法

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    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、光電変換装置の製造方
法の改良に関するものであり、特にシリコン結晶系の太
陽電池の製造に適したものである。
【0002】
【従来の技術】図2は従来のシリコン太陽電池の一例の
略断面図である。
【0003】同図において、たとえばP型シリコン基板
10にPOCl3 などを含む雰囲気中での熱拡散あるい
はリン等を含む塗布溶液をシリコン基板全面に塗布し、
熱処理することによってN型拡散層1を形成して受光面
となるPN接合を形成する。この後、裏面側の不要なN
型拡散層を除去し、Alペーストの焼成等により、裏面
電極4およびP+ 層6を形成する。このP+ 層6により
BSF(Back SurfaceField)と呼ばれるP/P+ のハ
イ−ロー障壁層を設ける構造が一般的である。このほか
受光面側に反射低減を目的とした反射防止膜12が形成
される。最後に受光面側に集電極を設けるが、量産化の
進む近年においては、従来の真空蒸着法に代わり、Ag
を主成分とする金属ペーストの印刷,焼成により、上記
反射防止膜12を貫通してN型拡散層1と接する焼成貫
通型の受光面電極5が用いられる。
【0004】一般的には、上述のように基板の両面に拡
散層を形成し、この後で裏面および基板側面の不要な接
合を、受光面側へのレジスト形成や耐酸性フィルムの接
着などの方法によって、受光面側を覆い該シリコン基板
を酸性エッチング溶液に浸すことによって、裏面および
側面の不要な接合を取除く処理が行なわれている。
【0005】図3(a)〜(g)は、これに代わる最近
の方法で、P型シリコン基板10(a)の裏面外周部に
SiO2 やTiO2 等のペーストによる不純物拡散防止
層11を印刷し(b)、その不純物拡散防止層11を除
く全表面にN型拡散層1を形成する(c)。このとき不
純物としてリンを用いると、表面にリン拡散によりPS
G酸化膜2−1ができる。しかる後、この不純物拡散防
止層11およびPSG酸化膜2−1を取除き(d)、裏
面の外周部を除く部分にAlペーストを印刷し焼成する
(e)ことによって、上記の不要接合除去プロセスをな
くする方法も検討されている。これは、Alペーストと
シリコンとの共晶反応で裏面のN型層を貫通してP型シ
リコン基板中にP+ 層6を形成できるからである。その
後表面に反射防止膜12を形成する(f)。このとき裏
面のN型拡散層1は消滅する。次に表面に前記の焼成貫
通型の受光面電極5を形成する(g)。このような技術
は、たとえば特公平3−62031号に記載されてい
る。
【0006】また近年、太陽電池の高効率化の一環とし
て、表面パッシペーションと呼ばれる手法の検討が進ん
でいる。これは、拡散層あるいは高濃度層表面に存在す
る未結合手等を、酸化膜によって不動態化することによ
って、光照射により発生した少数キャリアの再結合を抑
制し、短絡電流および開放電圧の向上を図ろうとするも
のである。
【0007】図4(a)〜(h)はこのプロセスの一例
である。P型シリコン基板10(a)の全表面にN型拡
散層1を形成する(b)。このときリンを用いると表面
にPSG酸化膜2−1が形成される。次にPSG酸化膜
2−1を除去し(c)、N型拡散層1の表面に100Å
程度のごく薄いシリコン酸化膜15を酸化性雰囲気の中
で成長させ、その後反射防止膜12を形成する(d)。
次に受光面側にレジスト,ワックス等の耐薬品性材料1
3を塗布し、基板の側面および裏面のシリコン酸化膜1
5およびN型拡散層1を除去する(e)。耐薬品性材料
13を除去し(f)、裏面にAl蒸着あるいはAlペー
ストの印刷、焼成により裏面電極4およびP+ 層6を形
成する(g)。反射防止膜12の表面に前述のような焼
成貫通型の受光面電極5を形成する(h)。
【0008】裏面でも当然同じようなパッシベーション
層形成が必要になるが、通常は省略されていることが多
い。これは、現状の一般的な太陽電池では400μm程
度の厚みがあり、裏面での少数キャリアの再結合がそれ
ほど影響しないことによる。
【0009】しかしながら、最近では、シリコン基板の
コストダウンとさらに高効率化を目的として基板の薄型
化が図られつつあり、現在200μm以下のスライス技
術が開発されている。このように薄型化が進むにともな
って、今度は裏面での少数キャリアの再結合の影響が大
きくなり、前述した裏面パッシベーションが必要になっ
てくるが、通常、この裏面パッシベーション膜形成を含
んだ太陽電池製造プロセスでは、まず、シリコン基板を
酸化性雰囲気中で熱処理し基板両面に酸化膜を形成した
後、片面をフォトレジストあるいは印刷レジストで覆っ
た後、受光面側となる他方の面の酸化膜を除去し、P型
シリコン基板の場合にはN型となるリン等を含む不純物
雰囲気中で熱処理することによって拡散層を形成する。
この場合裏面の酸化膜は最終的にパッシベーション膜と
なると同時に裏面への拡散防止の役目を果たす。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】前述のように従来は、
いずれのプロセスにおいても、片面の不要な接合,不純
物拡散防止層あるいは酸化膜を除去するプロセスが必要
となり、プロセスが複雑となる欠点がある。また基板の
薄型化に伴って、Alペーストとシリコンとの熱膨張係
数の違いから、裏面のBSF層形成後に基板の反りが見
られ、その後に続く受光面電極形成などのプロセスにお
いて問題点が生じることが多い。
【0011】すなわち、プロセスを複雑化させずに、不
要な接合除去法を行なうと同時に表および裏面パッシベ
ーション効果を持たせ、特に薄型セルにおけるAl−B
SF形成時の基板の反りを解決することが困難であっ
た。
【0012】本発明の目的は、単純なプロセスで表およ
び裏面のパッシベーション効果を持たせるとともに、裏
面側の不要な接合除去プロセスを省略することにある。
【0013】
【課題を解決するための手段】本発明においては、シリ
コン基板の一方の面に熱処理後SiO2となる成分を主
成分とする材料を塗布し、該シリコン基板の他方の面に
ドーパントを含む材料を塗布した後、同時に熱処理す
ることにより他方の面にPN接合層を形成するととも
に、ドーパントを含む他方の面の酸化膜と一方の面のシ
リコン酸化膜とを形成し、該一方の面のシリコン酸化膜
を裏面パッシベーション効果を高める膜として残存させ
るようにした。
【0014】
【作用】本発明によれば複雑なフォトエッチ工程を経る
ことなく、簡単なプロセスで高効率な太陽電池を得るこ
とができる。特に、基板裏面のパッシベーション効果を
持たせられるため、長波長光に対する感度が向上し、セ
ルの短絡電流が改善され、特に薄型セルの場合には開放
電圧,短絡電流ともに向上する。
【0015】
【実施例】図1(a)〜(e)は本発明の一実施例の各
プロセスの略断面図である。
【0016】まず、図1(a)のP型シリコン基板10
の洗浄後、破砕層除去のための化学エッチングを施す。
【0017】続いて図1(b)に示すように、P型シリ
コン基板10の一方の面に熱処理後SiO2 となる成分
を含んだ塗布体3−1を、回転数300rpmで30秒
塗布し、厚みが約1500Åの酸化膜を形成し200℃
で5分間乾燥した。続いて該シリコン基板10を上下反
対にし、他方の面すなわち受光面側に不純物リンを含む
酸化物塗布体1−1を同じく3000rpmで20秒間
塗布した。
【0018】この後図1(c)に示されるように、酸化
性雰囲気中において、850℃から900℃の温度で熱
処理することによって、受光面側にはN型拡散層1と反
射防止膜を兼ねる酸化膜2が、裏面にはシリコン酸化膜
3が形成される。このシリコン酸化膜3の存在によって
裏面には拡散層が形成されない。
【0019】ここで用いる受光面側の酸化物塗布体1−
1については、リンを含むPSG(Phospho-silicate g
lass)あるいはPTG(Phospho-titanate glass)液が
適しているが、PSG液で形成されるSiO2 膜の屈折
率が約1.45であるのに対し、PTG液で形成される
TiO2 膜の屈折率が約1.9であることから、空気/
反射防止膜/セルの構造を考えた場合、光学的な反射防
止の意味からはPTG膜の方が優れている。また、各々
の膜厚は、光学的な最適膜厚の設計により決定され、P
SG膜の場合約1200Å、PTG膜の場合約700Å
となる。裏面シリコン酸化膜3については、ほぼ140
0Åである。実施例には示されていないが、両面同時に
塗布できるような治具を作製すれば、同時塗布および乾
燥が可能となりプロセスはなお一層簡略化される。
【0020】この後、図1(d)に示されるように、裏
面側にはP型シリコン基板10と接触する電極を形成す
るが、通常は従来技術のようにAlペーストの印刷,焼
成により形成していたが、裏面のシリコン酸化膜3によ
るパッシベーション効果をより有効とさせるため、ドッ
ト状にAlペーストを印刷し、750℃で焼成すること
によって、複数の裏面電極4とP+ 層6が形成される。
このときのAlペーストの形成ピッチは、光により発生
した少数キャリアの拡散長を考慮して200μm、大き
さは50μm径とした。
【0021】続いて、図1(e)に示されるように、受
光面側に所望のパターンのAgペーストを印刷し、70
0℃での焼成により受光面電極5を形成した。ここで、
受光面側のAgペーストは焼成後、反射防止膜を兼ねる
表面の酸化膜2を貫通して、N型拡散層1とオーミック
接触を持ち、太陽電池セルが完成する。
【0022】図1(a)〜(e)に示される本発明のプ
ロセスを、図3(a)〜(g)および図4(a)〜
(h)に示される従来のプロセスと比較すると、本発明
のプロセスは従来に比較して大幅に簡略されていること
がわかる。
【0023】このようにして製造された太陽電池は、 (1) 裏面の不要接合処理が不必要なためプロセスが
大きく簡略化される。
【0024】(2) 裏面の拡散防止のためのシリコン
酸化膜3をパッシベーション膜としても併用するため、
裏面の少数キャリアの再結合速度が抑制され、長波長感
度が改善され、また開放電圧も向上する。
【0025】(3) 裏面のパッシベーション効果を高
めるため、裏面電極をドット状の高濃度なAl電極とす
ることで、BSF効果を持たせると同時に、薄型セルで
問題であった基板の反りやうねりがなくなり、太陽電池
作製歩留りと太陽電池特性も向上する。
【0026】(4) 薄型セルにおける長波長光の透過
については、図6に示すように、セル20をシリコン樹
脂22に埋設し受光面をガラス21で覆い裏面に反射フ
ィルム22を設けた屋外使用に適したモジュール構造と
することによって、モジュール裏面の反射フィルム22
の反射により再度基板側に入射させることができるた
め、裏面電極をドット状とすることによる光の透過ロス
を、最小にすることができる。等の特徴を持ち、図4
(a)〜(h)に示される製法による太陽電池と比較し
て、下記の表1に示すような特性が得られた。
【0027】
【表1】
【0028】図5は、表1で示した各々の太陽電池の分
光感度特性を示すものであり、実線Aは本発明のプロセ
スで製造した太陽電池の分光感度特性を示し、一点鎖線
Bで示されるものは図4(a)〜(h)のプロセスによ
る太陽電池の分光感度特性を示している。本発明によれ
ば長波長領域での感度が向上していることがわかる。
【0029】
【発明の効果】本発明によれば、表面にはPN接合と反
射防止膜を、裏面にはパッシベーション膜を、同時に簡
単なプロセスで形成することができる。また、この裏面
パッシベーション層の存在により、少数キャリアの裏面
再結合速度が大幅に低減されるため、長波長感度が大き
く改善され、特に最近開発の進んでいる薄型太陽電池に
おいては、その効果は大きく、さらに電極形成で問題で
あった基板の反り,うねり等プロセス上の問題点も改善
される。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)〜(e)は本発明によるプロセスの略断
面図である。
【図2】従来の太陽電池の略断面図である。
【図3】(a)〜(g)は従来のプロセスの一例の略断
面図である。
【図4】(a)〜(h)は従来の他の例の各プロセスの
略断面図である。
【図5】本発明による太陽電池と図4のプロセスによる
太陽電池との分光感度特性のグラフである。
【図6】太陽電池モジュールの一例の略断面図である。
【符号の説明】
1 N型拡散層 2 酸化膜 3 裏面シリコン酸化膜 4 裏面電極 5 受光面電極 6 P+ 層 10 P型シリコン基板 12 反射防止膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 森内 荘太 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シャープ株式会社内 (72)発明者 中嶋 一孝 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シャープ株式会社内 (56)参考文献 特開 昭54−64985(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01L 31/04 - 31/078

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 シリコン基板の一方の面に熱処理後Si
    O2となる成分を主成分とする材料を塗布し、該シリコ
    ン基板の他方の面にドーパントを含む材料を塗布した
    後、同時に熱処理することにより他方の面にPN接合層
    を形成するとともに、ドーパントを含む他方の面の酸化
    膜と一方の面のシリコン酸化膜とを形成し、該一方の面
    のシリコン酸化膜を裏面パッシベーション効果を高める
    膜として残存させることを特徴とする光電変換装置の製
    造方法。
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