JP3173392B2 - Solar cell element and method of manufacturing the same - Google Patents

Solar cell element and method of manufacturing the same

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JP3173392B2
JP3173392B2 JP29997196A JP29997196A JP3173392B2 JP 3173392 B2 JP3173392 B2 JP 3173392B2 JP 29997196 A JP29997196 A JP 29997196A JP 29997196 A JP29997196 A JP 29997196A JP 3173392 B2 JP3173392 B2 JP 3173392B2
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solar cell
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    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、太陽電池素子の改
良及び改良された太陽電池素子の製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an improved solar cell device and a method for manufacturing the improved solar cell device.

【0002】[0002]

【従来の技術】太陽電池を高性能化するためには、基板
となるシリコンウエハにおけるキャリア移動特性を向上
させる必要がある。しかし、通常のシリコン基板には、
結晶格子欠陥、混入酸素原子、汚染不純物等が存在し、
これらがシリコン基板中を移動中のキャリアを捕獲する
再結合中心となってキャリアの移動特性を低下させる。
従って、キャリア移動特性の向上のためには、キャリア
を捕獲し消滅させる再結合中心すなわち欠陥を減少さ
せ、太陽光によって発生したキャリアを損失なく電極ま
で到達させることが必要である。
2. Description of the Related Art In order to improve the performance of a solar cell, it is necessary to improve the carrier transfer characteristics of a silicon wafer serving as a substrate. However, ordinary silicon substrates have
Crystal lattice defects, mixed oxygen atoms, contamination impurities, etc.
These become recombination centers for capturing the carriers moving in the silicon substrate, and lower the carrier movement characteristics.
Therefore, in order to improve the carrier transfer characteristics, it is necessary to reduce the recombination centers, ie, defects, which capture and annihilate the carriers, and allow the carriers generated by sunlight to reach the electrodes without loss.

【0003】シリコン基板中の欠陥を低減させるため
に、従来より太陽電池素子に使用されるシリコン基板の
品質を向上させる努力がなされてきた。このため、例え
ばフローティングゾーン(FZ)法でシリコン基板を形
成する等の方法が用いられてきたが、このような方法に
よっても、シリコン基板の品質向上が十分とはいえず、
太陽電池素子の高性能化には限界があった。
In order to reduce defects in a silicon substrate, efforts have been made to improve the quality of a silicon substrate used in a solar cell device. For this reason, for example, a method of forming a silicon substrate by a floating zone (FZ) method has been used. However, even by such a method, the quality of the silicon substrate cannot be sufficiently improved.
There has been a limit in improving the performance of solar cell elements.

【0004】一方、半導体デバイス(IC,LSI)の
分野では、熱処理等により欠陥を基板の一部分に移動、
集中させ、各素子を作り込むための、欠陥の非常に減少
された層を基板中に形成するゲッタリングと呼ばれる技
術が知られている。「超高速MOSデバイス」、香山晋
著、昭和61年2月10日発行、等にこのゲッタリング
が開示されている。従って、太陽電池素子に使用される
シリコン基板についても、このゲッタリングを適用する
ことが考えられる。
On the other hand, in the field of semiconductor devices (IC, LSI), defects are moved to a part of the substrate by heat treatment or the like.
There is known a technique called gettering, which forms a layer in a substrate with a very reduced number of defects for concentrating and forming each element. This gettering is disclosed in "Ultra High Speed MOS Device", written by Susumu Kayama, published on February 10, 1986. Therefore, it is conceivable to apply this gettering also to a silicon substrate used for a solar cell element.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記ゲッタリ
ングは、半導体基板中の欠陥を減少させるものではな
く、これを基板中の一部分に集めて集中させることによ
り、他の部分の欠陥を減少させるものである。例えば、
IC、LSI等は、図9に示されるように、シリコン基
板10の表面近傍のみに素子形成領域100が形成され
るので、シリコン基板10の厚さ方向の中央にある中央
層領域あるいは素子形成領域100と反対側の裏面領域
には素子形成領域100がない。従って、これらの部分
にシリコン基板10中の欠陥を集めた欠陥集中領域12
を置けばよく、上記ゲッタリングを使用することが可能
となっている。
However, the above-mentioned gettering does not reduce the defects in the semiconductor substrate, but collects and concentrates the defects in one part of the substrate to reduce the defects in other parts. Things. For example,
As shown in FIG. 9, in the case of an IC, an LSI, or the like, the element formation region 100 is formed only near the surface of the silicon substrate 10. There is no element formation region 100 in the back surface region opposite to 100. Therefore, the defect concentration regions 12 where the defects in the silicon substrate 10 are collected in these portions.
And the gettering described above can be used.

【0006】これに対して、図10及び図11には太陽
電池素子の断面図が示されるが、図10においては、シ
リコン基板10の表裏面に拡散層14及び電極16が形
成されている。また、図11においては、シリコン基板
10の裏面側に拡散層14及び電極16が形成されてい
る。図10及び図11に示されたいずれの場合において
も、太陽光によって発生されたキャリアは、シリコン基
板10の全面をその厚さ方向に移動する。このため、図
10及び図11に示されるように、シリコン基板10の
中央層領域に欠陥集中領域12があると、ここでキャリ
アが捕獲され消滅してしまう。従って、太陽電池素子に
おいては、通常の半導体デバイスのように、シリコン基
板10の中央層領域や裏面領域にゲッタリングにより欠
陥集中領域12を形成することはかえって特性低下をも
たらすという問題があった。
On the other hand, FIGS. 10 and 11 are cross-sectional views of a solar cell element. In FIG. 10, a diffusion layer 14 and an electrode 16 are formed on the front and back surfaces of a silicon substrate 10. In FIG. 11, a diffusion layer 14 and an electrode 16 are formed on the back surface of the silicon substrate 10. In both cases shown in FIGS. 10 and 11, the carriers generated by sunlight move on the entire surface of the silicon substrate 10 in the thickness direction. For this reason, as shown in FIGS. 10 and 11, if there is a defect concentration region 12 in the central layer region of the silicon substrate 10, carriers are captured and disappear here. Therefore, in the solar cell element, there is a problem that the formation of the defect concentration region 12 by the gettering in the central layer region or the back surface region of the silicon substrate 10 rather than the usual semiconductor device causes a deterioration in characteristics.

【0007】本発明は上記従来の課題に鑑みなされたも
のであり、その目的は、ゲッタリングによりキャリアの
移動特性が向上した太陽電池素子及びその製造方法を提
供することにある。
The present invention has been made in view of the above-mentioned conventional problems, and an object of the present invention is to provide a solar cell element having improved carrier movement characteristics by gettering and a method for manufacturing the same.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、第1の発明は、受光部の裏面に電極が形成された裏
面電極型の結晶シリコン太陽電池素子であって、受光部
の周囲には補強部が形成され、シリコン基板中に存在し
ていた欠陥が集中された領域が補強部のみに存在してい
ることを特徴とする。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a back electrode type crystalline silicon solar cell device having an electrode formed on the back surface of a light receiving portion, wherein the periphery of the light receiving portion is provided. Is characterized in that a reinforcing portion is formed, and a region where defects existing in the silicon substrate are concentrated exists only in the reinforcing portion.

【0009】また、第2の発明は、受光部の裏面に電極
が形成された裏面電極型の結晶シリコン太陽電池素子で
あって、受光部の周囲には補強部が形成され、シリコン
基板中に存在していた欠陥が集中された領域が補強部及
び補強部の裏面領域に存在していることを特徴とする。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a back electrode type crystalline silicon solar cell element in which an electrode is formed on a back surface of a light receiving portion, wherein a reinforcing portion is formed around the light receiving portion, and the silicon substrate is provided with a reinforcing portion. The region where the existing defects are concentrated is present in the reinforcing portion and the back surface region of the reinforcing portion.

【0010】また、第3の発明は、第1の発明の太陽電
池素子の製造方法であって、ゲッタリングによりシリコ
ン基板中の欠陥を基板の表面層領域または中央層領域に
集中させる工程と、シリコン基板を、その周囲に補強部
を残して、欠陥の集中領域よりも深くエッチングする工
程と、を含むことを特徴とする。
A third invention is a method of manufacturing a solar cell device according to the first invention, wherein the step of concentrating defects in the silicon substrate in the surface layer region or the central layer region of the substrate by gettering; Etching the silicon substrate deeper than the defect concentration region while leaving the reinforcing portion around the silicon substrate.

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施の形態
を図面に基づいて説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0012】図1には、本発明に係る太陽電池素子の一
実施形態の部分断面図が示される。図1において、シリ
コン基板10の周囲には、機械強度を保つための補強部
18が形成されている。また、この補強部18に囲まれ
た部分は、エッチングによりシリコン基板10が薄くさ
れており、発電領域20を形成している。この発電領域
20の表面は、反射防止膜22が形成され、受光部24
を構成している。発電領域20の裏面側には、拡散層1
4及び電極16が形成されており、入射光26が受光部
24に入射して発生したキャリアを発電領域20の裏面
から取り出せる構造となっている。なお、発電領域20
が薄く形成されているのは、発生したキャリアが電極1
6まで到達する距離を短縮し、発電特性を向上させるた
めである。
FIG. 1 is a partial sectional view of one embodiment of a solar cell element according to the present invention. In FIG. 1, a reinforcing portion 18 for maintaining mechanical strength is formed around a silicon substrate 10. In a portion surrounded by the reinforcing portion 18, the silicon substrate 10 is thinned by etching to form a power generation region 20. An antireflection film 22 is formed on the surface of the power generation region 20, and the light receiving portion 24 is formed.
Is composed. On the back side of the power generation region 20, the diffusion layer 1
4 and the electrode 16 are formed, and the carrier generated by the incident light 26 incident on the light receiving portion 24 can be taken out from the back surface of the power generation region 20. The power generation area 20
Are formed thinly because the generated carrier is the electrode 1
This is for shortening the distance to 6 and improving the power generation characteristics.

【0013】図1に示されるように、電極16は発電領
域20の裏面側に図に示されるような形状で配置されて
いる。この電極16はそれぞれ正極、負極が交互に並ん
だ構成となっている。
As shown in FIG. 1, the electrodes 16 are arranged on the back side of the power generation area 20 in a shape as shown in FIG. The electrode 16 has a configuration in which positive electrodes and negative electrodes are alternately arranged.

【0014】補強部18の厚さ方向のほぼ中央部分にあ
る中央層領域には、欠陥集中領域12が存在している。
この欠陥集中領域12は、シリコン基板10をエッチン
グして発電領域20を形成する前に、ゲッタリングによ
りシリコン基板10中の欠陥を中央層領域に移動し集中
させ、その後にエッチング処理を行うために、補強部1
8の中央層領域にのみ残ったものである。このような処
理により、発電領域20における欠陥濃度は大幅に低減
されている。このため、図1に示された太陽電池素子に
おいては、キャリアの移動特性が向上し、太陽電池素子
を高性能化することができる。なお、この場合の欠陥と
は、シリコン基板10中に混入している重金属元素、ア
ルカリ金属元素、結晶の格子欠陥、溶存酸素等の再結合
中心である。
A defect concentration region 12 exists in a central layer region substantially at the center of the reinforcing portion 18 in the thickness direction.
This defect concentration region 12 is used to move and concentrate the defects in the silicon substrate 10 to the central layer region by gettering before forming the power generation region 20 by etching the silicon substrate 10, and then perform an etching process. , Reinforcement part 1
No. 8 remained only in the central layer region. By such a process, the defect concentration in the power generation region 20 is significantly reduced. For this reason, in the solar cell element shown in FIG. 1, the carrier movement characteristics are improved, and the performance of the solar cell element can be improved. The defect in this case is a recombination center such as a heavy metal element, an alkali metal element, a crystal lattice defect, or dissolved oxygen mixed in the silicon substrate 10.

【0015】以上のように、シリコン基板10の中央層
領域に欠陥を集中させ、これを除去することにより、発
電領域20の欠陥濃度を大幅に低減することができ、キ
ャリアの移動特性が向上して太陽電池の発電特性を向上
させることができる。なお、補強部18は太陽光発電に
ほとんど寄与しない部分なので、補強部18に残された
欠陥集中領域12は、太陽電池素子の特性にはほとんど
影響しない。
As described above, by concentrating defects in the central layer region of the silicon substrate 10 and removing them, the defect concentration in the power generation region 20 can be greatly reduced, and the carrier mobility characteristics can be improved. As a result, the power generation characteristics of the solar cell can be improved. Since the reinforcing portion 18 hardly contributes to photovoltaic power generation, the defect concentration region 12 left in the reinforcing portion 18 hardly affects the characteristics of the solar cell element.

【0016】図2及び図3には、図1に示された太陽電
池素子の製造方法が示される。図2において、所定の厚
さ、例えば600μm程度の単結晶シリコン基板10を
用い、イントリンシックゲッタリング処理を行う。この
シリコン基板10は、CZ(チョクラルスキー)法で形
成されたものであり、5〜50ppm(原子数)程度の
酸素を含有し、また多数の格子欠陥を含んでいる。
FIGS. 2 and 3 show a method of manufacturing the solar cell element shown in FIG. In FIG. 2, an intrinsic gettering process is performed using a single-crystal silicon substrate 10 having a predetermined thickness, for example, about 600 μm. This silicon substrate 10 is formed by the CZ (Czochralski) method, contains about 5 to 50 ppm (atomic number) of oxygen, and contains many lattice defects.

【0017】このシリコン基板10を洗浄後、清浄度に
優れた熱処理炉内に入れ、窒素雰囲気中で1000〜1
200℃で2〜50時間熱処理を行うことによりイント
リンシックゲッタリング処理を行う。この処理により、
シリコン基板10の表裏面近傍の欠陥濃度を減少させる
ことができ、図2に示されるように、シリコン基板10
の厚み方向の中央部分すなわち中央層領域に欠陥集中領
域12が形成される。この欠陥集中領域12は、シリコ
ン基板10の上下から加熱処理をすることにより、シリ
コン基板10中に含まれる酸素や格子欠陥が中央層領域
に移動することにより形成されるものである。
After cleaning the silicon substrate 10, the silicon substrate 10 is placed in a heat treatment furnace having excellent cleanliness, and is subjected to 1000-1
An intrinsic gettering process is performed by performing a heat treatment at 200 ° C. for 2 to 50 hours. With this process,
The defect concentration in the vicinity of the front and back surfaces of the silicon substrate 10 can be reduced, and as shown in FIG.
The defect concentration region 12 is formed in the central portion in the thickness direction of the substrate, that is, in the central layer region. The defect concentration region 12 is formed by performing a heat treatment from above and below the silicon substrate 10 so that oxygen and lattice defects contained in the silicon substrate 10 move to the central layer region.

【0018】次に、図3に示されるように、発電領域2
0の発電特性を向上させるために発電領域20の薄型化
を行う。これは、まずシリコン基板10の裏面側全面と
表面側の補強部18として残す部分に絶縁膜28を形成
し、この絶縁膜28が形成されていない部分のみをTM
AH(テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド)
水溶液等を加熱したものによってエッチングすることに
より行う。このTMAHは、シリコン基板10の欠陥と
なって電気特性を低下させるアルカリ金属元素等を含有
していない。
Next, as shown in FIG.
In order to improve the power generation characteristics of the power generation region 0, the power generation region 20 is made thinner. First, an insulating film 28 is formed on the entire back surface of the silicon substrate 10 and a portion to be left as the reinforcing portion 18 on the front surface, and only the portion where the insulating film 28 is not formed is formed by TM.
AH (tetramethylammonium hydroxide)
The etching is performed by heating an aqueous solution or the like. This TMAH does not contain an alkali metal element or the like that becomes a defect of the silicon substrate 10 and lowers the electrical characteristics.

【0019】このエッチングにより発電領域20は薄型
化され、例えば100μm程度の厚さとされる。この場
合シリコン基板10は、上記ゲッタリング処理により欠
陥が集中した欠陥集中領域12よりも深くまでエッチン
グされることになる。このため、発電領域20となる部
分の上部に存在していた欠陥集中領域12は全て除去さ
れ、発電領域20には欠陥集中領域12が存在せず、そ
の欠陥濃度を非常に低減させることができる。また、発
電領域20の周囲にエッチングされずに残された補強部
18は、シリコン基板10の元の厚さである600μm
程度の厚みが保たれており、発電領域20が形成されて
薄くなったシリコン基板10の機械的強度を維持してい
る。
By this etching, the power generation region 20 is thinned, for example, to a thickness of about 100 μm. In this case, the silicon substrate 10 is etched deeper than the defect concentration region 12 where the defects are concentrated by the gettering process. For this reason, all the defect concentration regions 12 existing above the portion to be the power generation region 20 are removed, and the power generation region 20 does not have the defect concentration region 12, so that the defect concentration can be greatly reduced. . Further, the reinforcing portion 18 left without being etched around the power generation region 20 has a thickness of 600 μm, which is the original thickness of the silicon substrate 10.
The thickness of the silicon substrate 10 is kept small, and the mechanical strength of the thinned silicon substrate 10 with the power generation region 20 formed is maintained.

【0020】次に、シリコン基板10の裏面全面と補強
部18の上に形成された絶縁膜を除去し、裏面に拡散層
14及び電極16を形成し、発電領域20の受光部24
に反射防止膜22を形成して図1に示される構造の太陽
電池素子を完成させる。
Next, the insulating film formed on the entire back surface of the silicon substrate 10 and on the reinforcing portion 18 is removed, and a diffusion layer 14 and an electrode 16 are formed on the back surface.
Then, an anti-reflection film 22 is formed to complete the solar cell element having the structure shown in FIG.

【0021】以上述べた工程により、シリコン基板10
中にもともと存在していた欠陥は、ゲッタリング処理に
よって欠陥集中領域12に集中され、他の部分の欠陥濃
度が大幅に低減する。また、この欠陥集中領域12は補
強部18のみに存在している。この結果、発電領域20
のキャリアの移動特性が向上し、太陽電池素子の出力電
圧、電流密度を向上させることができる。本実施形態に
おいては、標準太陽光での出力電力を5〜12%程度向
上できた。さらに、本実施形態では、太陽光を集光して
受光面24に入射させたときにおける出力電力が特に大
きく向上し、例えば50倍集光時における出力電力は8
〜17%程度向上させることができた。
By the steps described above, the silicon substrate 10
The defects originally present therein are concentrated in the defect concentration region 12 by the gettering process, and the defect concentration in other portions is significantly reduced. Further, the defect concentration region 12 exists only in the reinforcing portion 18. As a result, the power generation area 20
Carrier characteristics of the solar cell element can be improved, and the output voltage and current density of the solar cell element can be improved. In the present embodiment, the output power in standard sunlight can be improved by about 5 to 12%. Furthermore, in the present embodiment, the output power when sunlight is condensed and made incident on the light receiving surface 24 is particularly greatly improved.
Approximately 17% could be improved.

【0022】なお、上記実施形態においては、欠陥集中
領域12をシリコン基板10の中央層領域に形成してい
るが、これをシリコン基板10の表面側に形成すること
もできる。
Although the defect concentration region 12 is formed in the central layer region of the silicon substrate 10 in the above embodiment, it may be formed on the surface of the silicon substrate 10.

【0023】図4には、本発明に係る太陽電池素子の他
の実施形態の部分断面図が示される。図4において、欠
陥集中領域12が、補強部18の中央層領域に加え、補
強部18の裏面領域にも形成されている。
FIG. 4 is a partial sectional view of another embodiment of the solar cell element according to the present invention. In FIG. 4, the defect concentration region 12 is formed not only in the central layer region of the reinforcing portion 18 but also in the back surface region of the reinforcing portion 18.

【0024】このような構成とすることにより、欠陥集
中領域12が増え、その分だけ発電領域20に残る欠陥
濃度を低減することができ、発電領域20の発電特性が
さらに向上する。特に、発電領域20の裏面側の表面付
近すなわち拡散層14が形成されている領域の欠陥の低
減に大きな効果がある。
With this configuration, the number of defect concentration regions 12 increases, and the defect concentration remaining in the power generation region 20 can be reduced by that amount, and the power generation characteristics of the power generation region 20 are further improved. In particular, there is a great effect in reducing defects in the vicinity of the surface on the back surface side of the power generation region 20, that is, in the region where the diffusion layer 14 is formed.

【0025】図5には、図4に示された太陽電池素子の
製造方法が示される。図5において、CZ法で形成され
た、厚さ600μm程度の単結晶シリコン基板10を用
い、このシリコン基板10の表裏面に2層の欠陥集中領
域12を形成した。このためには、まずシリコン基板1
0を洗浄後、熱酸化法により200〜700nmの酸化
膜すなわち絶縁膜28をシリコン基板10の表裏両面に
形成する。次に、フォトリソグラフィー法を用い、発電
領域20となる部分の裏面以外の絶縁膜28を除去す
る。続いて熱拡散法により、高濃度のリン(P)元素を
含む薄膜を上記絶縁膜28が残っている部分以外に形成
し、清浄な雰囲気において窒素雰囲気中で950〜11
00℃でリンをシリコン基板10内に高濃度に拡散させ
る。次に、高濃度のリン元素を含む薄膜をエッチングに
より除去した後、このシリコン基板10を清浄度に優れ
た熱処理炉内に入れ、窒素雰囲気中で1000〜120
0℃で2〜50時間熱処理を行う。これにより、シリコ
ン基板10のリンの拡散部分に欠陥を集中でき、シリコ
ン基板10の欠陥濃度を減少できる。
FIG. 5 shows a method of manufacturing the solar cell element shown in FIG. In FIG. 5, a single crystal silicon substrate 10 having a thickness of about 600 μm formed by the CZ method was used, and two layers of defect concentration regions 12 were formed on the front and back surfaces of the silicon substrate 10. For this, first, the silicon substrate 1
After cleaning 0, an oxide film of 200 to 700 nm, that is, an insulating film 28 is formed on both front and back surfaces of the silicon substrate 10 by a thermal oxidation method. Next, the insulating film 28 other than the back surface of the portion to be the power generation region 20 is removed by photolithography. Subsequently, a thin film containing a high-concentration phosphorus (P) element is formed in a portion other than the portion where the insulating film 28 remains by a thermal diffusion method.
At 00 ° C., phosphorus is diffused into the silicon substrate 10 at a high concentration. Next, after the thin film containing a high concentration of phosphorus element is removed by etching, the silicon substrate 10 is placed in a heat treatment furnace having excellent cleanliness, and is subjected to 1000 to 120 in a nitrogen atmosphere.
Heat treatment is performed at 0 ° C. for 2 to 50 hours. Thereby, the defects can be concentrated on the phosphorus diffusion portion of the silicon substrate 10, and the defect concentration of the silicon substrate 10 can be reduced.

【0026】次に、発電領域20を形成するために、図
3と同様にしてエッチングを行う。エッチング溶液とし
ては、前述したTMAH水溶液等を使用することができ
る。このエッチングは、図5に示されるように、シリコ
ン基板10の表面側に形成された欠陥集中領域12より
も深くまで行われるので、結果としてエッチングされた
部分には欠陥集中領域12が残らないことになる。これ
により、発電領域20には欠陥集中領域12が存在しな
いようになる。
Next, in order to form the power generation region 20, etching is performed in the same manner as in FIG. As the etching solution, the above-mentioned TMAH aqueous solution or the like can be used. Since this etching is performed deeper than the defect concentration region 12 formed on the surface side of the silicon substrate 10 as shown in FIG. 5, the defect concentration region 12 does not remain in the etched portion as a result. become. As a result, the defect concentration region 12 does not exist in the power generation region 20.

【0027】次に、発電領域20の裏面に拡散層14及
び電極16を形成し、表面側に反射防止膜22を形成
し、図4に示される構造の太陽電池素子を完成させる。
Next, the diffusion layer 14 and the electrode 16 are formed on the back surface of the power generation region 20, and the antireflection film 22 is formed on the front surface side, thereby completing the solar cell device having the structure shown in FIG.

【0028】以上述べたゲッタリング処理により、発電
領域20の欠陥濃度が大幅に低減するので、この部分の
キャリア移動特性が向上し、出力電圧及び電流密度がさ
らに向上する。
By the above-described gettering process, the defect concentration in the power generation region 20 is greatly reduced, so that the carrier transfer characteristics of this portion are improved, and the output voltage and current density are further improved.

【0029】図6及び図7には、本発明に係る太陽電池
素子に使用されるシリコン基板10の他の製造方法が示
される。
FIGS. 6 and 7 show another method of manufacturing the silicon substrate 10 used in the solar cell element according to the present invention.

【0030】図6においては、厚さ600μm程度の、
CZ法で形成された単結晶シリコン基板10を洗浄し、
これを清浄度に優れた熱処理炉内に入れ、窒素等の不活
性ガス雰囲気中で1000〜1200℃で熱処理を行
う。このようなイントリンシックゲッタリング処理によ
り、図6に示されるように、シリコン基板10の中央層
領域に欠陥集中領域12が形成される。
In FIG. 6, the thickness is about 600 μm.
Cleaning the single crystal silicon substrate 10 formed by the CZ method,
This is placed in a heat treatment furnace having excellent cleanliness, and heat treatment is performed at 1000 to 1200 ° C. in an atmosphere of an inert gas such as nitrogen. By such an intrinsic gettering process, a defect concentration region 12 is formed in the central layer region of the silicon substrate 10 as shown in FIG.

【0031】その後、エッチングあるいは研磨等の方法
により欠陥集中領域12が形成された部分を含めてシリ
コン基板10から除去し、残ったシリコン基板10を用
いて太陽電池を形成する。
Thereafter, the silicon substrate 10 including the portion where the defect concentration region 12 is formed is removed from the silicon substrate 10 by a method such as etching or polishing, and a solar cell is formed using the remaining silicon substrate 10.

【0032】また、図7においては、図6と同様の単結
晶シリコン基板10を洗浄後、蒸着法により高濃度のリ
ン元素を含む薄膜を一方側の面に形成し、清浄な雰囲気
において、窒素雰囲気中で950〜1100℃で熱処理
し、リンをシリコン基板10内に高濃度に拡散させる。
この際に、シリコン基板10の内部に存在する重金属や
アルカリ金属あるいは酸素等の汚染不純物及び格子欠陥
等の欠陥がリン拡散部に集中され、シリコン基板10の
表面側に欠陥集中領域12が形成される。
In FIG. 7, after cleaning the single-crystal silicon substrate 10 similar to that of FIG. 6, a thin film containing a high concentration of phosphorus element is formed on one side by a vapor deposition method. Heat treatment is performed at 950 to 1100 ° C. in an atmosphere to diffuse phosphorus into the silicon substrate 10 at a high concentration.
At this time, contaminant impurities such as heavy metals, alkali metals or oxygen and defects such as lattice defects existing inside the silicon substrate 10 are concentrated in the phosphorus diffusion portion, and a defect concentration region 12 is formed on the surface side of the silicon substrate 10. You.

【0033】次に、欠陥集中領域12が形成された面を
エッチングあるいは研磨し、これにより欠陥集中領域1
2を含む部分を除去する。この際、エッチングあるいは
研磨は、リン拡散面から200μm程度行い、太陽電池
を形成する部分として400μm程度の厚さを残す。
Next, the surface on which the defect concentration region 12 is formed is etched or polished to thereby form the defect concentration region 1.
The part containing 2 is removed. At this time, the etching or polishing is performed about 200 μm from the phosphorus diffusion surface, leaving a thickness of about 400 μm as a part for forming a solar cell.

【0034】以上のように、図6及び図7に示される方
法によって得たシリコン基板10に、表面側にn型拡散
層、裏面側に高濃度のp+ 型拡散層を形成し、さらにn
型拡散層が形成された表面側に櫛形状電極を形成し、裏
面ほぼ全面に電極を形成する。また、表面側にはさらに
反射防止膜等も形成する。これにより、図8に示される
ような両面電極型の太陽電池素子が形成できる。
As described above, on the silicon substrate 10 obtained by the method shown in FIGS. 6 and 7, an n-type diffusion layer is formed on the front side and a high concentration p + -type diffusion layer is formed on the back side.
A comb-shaped electrode is formed on the front surface side on which the mold diffusion layer is formed, and the electrode is formed on almost the entire back surface. Further, an antireflection film or the like is further formed on the front surface side. Thereby, a double-sided electrode type solar cell element as shown in FIG. 8 can be formed.

【0035】なお、図6及び図7のようにして得られた
シリコン基板10を使用し、図1に示されるような周囲
に補強部18を有する、裏面電極型の太陽電池素子を形
成することももちろん可能である。
Using the silicon substrate 10 obtained as shown in FIGS. 6 and 7 to form a back electrode type solar cell element having a reinforcing portion 18 around it as shown in FIG. Of course, it is possible.

【0036】図6及び図7のようにして得られたシリコ
ン基板10には、欠陥集中領域12が存在しないので、
キャリアの移動特性を向上させることができ、出力電圧
及び電流密度を向上させることができる。これにより、
図8に示されるような太陽電池において、標準太陽光で
の出力電力が4〜10%程度向上できた。
Since the silicon substrate 10 obtained as shown in FIGS. 6 and 7 has no defect concentration region 12,
Carrier movement characteristics can be improved, and output voltage and current density can be improved. This allows
In the solar cell as shown in FIG. 8, the output power under standard sunlight could be improved by about 4 to 10%.

【0037】なお、上記例においては、シリコン基板1
0として、CZ法で形成された単結晶シリコンを用いて
いるが、他の方法、例えばFZ法で形成された単結晶シ
リコンや多結晶シリコンを使用した場合でもゲッタリン
グにより性能を向上させることができる。さらに、ガリ
ウム砒素や、インジウムリン等の化合物半導体、ゲルマ
ニウム等の他のIV族元素を用いた半導体等の場合にも
有効である。さらに、非晶質シリコン等の薄膜系材料へ
の適用も可能である。
In the above example, the silicon substrate 1
Although the single crystal silicon formed by the CZ method is used as 0, the performance can be improved by gettering even when other methods, for example, single crystal silicon or polycrystalline silicon formed by the FZ method are used. it can. Further, the present invention is also effective for compound semiconductors such as gallium arsenide and indium phosphide, and semiconductors using other group IV elements such as germanium. Further, application to a thin film material such as amorphous silicon is also possible.

【0038】また、ゲッタリングとしては、イントリン
シックゲッタリング及びリン元素の高濃度拡散の2例に
ついて述べたが、これに限られることはなく、シリコン
基板10の片面にサンドブラスト処理やスクライブ処理
等により加工歪みを形成する方法あるいはイオン注入や
他の不純物元素を用いた高濃度拡散等の手法も同様に用
いることが可能である。
As the gettering, two examples of intrinsic gettering and high-concentration diffusion of the phosphorus element have been described. However, the present invention is not limited thereto, and one side of the silicon substrate 10 may be subjected to sandblasting or scribe processing. A method of forming a processing strain or a method of high-concentration diffusion using ion implantation or another impurity element can be similarly used.

【0039】[0039]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ゲッタリングによりシリコン基板の一部に集中した欠陥
を、素子として動作しない補強部のみに残すようにした
ので、発電領域には欠陥がなくなり、キャリア移動特性
が向上して太陽電池素子の高性能化を図ることができ
る。また、補強部のみに欠陥を残すようにしたので、従
来太陽電池素子に適用することができなかったゲッタリ
ング手法を適用することができる。
As described above, according to the present invention,
Defects concentrated on a part of the silicon substrate by gettering are left only in the reinforcing part that does not operate as an element, so there is no defect in the power generation area, carrier carrier characteristics are improved, and the performance of the solar cell element is improved. Can be achieved. In addition, since a defect is left only in the reinforcing portion, a gettering method which cannot be applied to the conventional solar cell element can be applied.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本発明に係る太陽電池素子の一実施形態の部
分断面図である。
FIG. 1 is a partial cross-sectional view of one embodiment of a solar cell element according to the present invention.

【図2】 図1に示された太陽電池素子の製造方法の説
明図である。
FIG. 2 is an explanatory diagram of a method of manufacturing the solar cell element shown in FIG.

【図3】 図1に示された太陽電池素子の製造方法の説
明図である。
FIG. 3 is an explanatory diagram of a method of manufacturing the solar cell element shown in FIG.

【図4】 本発明に係る太陽電池素子の他の実施形態の
部分断面図である。
FIG. 4 is a partial cross-sectional view of another embodiment of the solar cell element according to the present invention.

【図5】 図4に示された太陽電池素子の製造方法の説
明図である。
FIG. 5 is an explanatory diagram of a method of manufacturing the solar cell element shown in FIG.

【図6】 本発明に係る太陽電池に使用されるシリコン
基板の製造方法の一例の説明図である。
FIG. 6 is an explanatory diagram of an example of a method for manufacturing a silicon substrate used for a solar cell according to the present invention.

【図7】 本発明に係る太陽電池に使用されるシリコン
基板の製造方法の他の例の説明図である。
FIG. 7 is an explanatory view of another example of a method for manufacturing a silicon substrate used for a solar cell according to the present invention.

【図8】 図6又は図7に示されたシリコン基板を使用
して作製した両面電極型太陽電池素子の斜視図である。
FIG. 8 is a perspective view of a double-sided electrode solar cell element manufactured using the silicon substrate shown in FIG. 6 or FIG.

【図9】 従来における半導体デバイスを製造する際の
ゲッタリングの説明図である。
FIG. 9 is an explanatory diagram of gettering when a conventional semiconductor device is manufactured.

【図10】 太陽電池素子に使用されるシリコン基板に
従来のゲッタリング手法を適用した場合の説明図であ
る。
FIG. 10 is an explanatory diagram in a case where a conventional gettering method is applied to a silicon substrate used for a solar cell element.

【図11】 太陽電池素子に使用されるシリコン基板に
従来のゲッタリング手法を適用した場合の説明図であ
る。
FIG. 11 is an explanatory diagram when a conventional gettering method is applied to a silicon substrate used for a solar cell element.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 シリコン基板、12 欠陥集中領域、14 拡散
層、16 電極、18補強部、20 発電領域、22
反射防止膜、24 受光部、26 入射光、28 絶縁
膜。
Reference Signs List 10 silicon substrate, 12 defect concentration region, 14 diffusion layer, 16 electrodes, 18 reinforcing portion, 20 power generation region, 22
Anti-reflection film, 24 light receiving section, 26 incident light, 28 insulating film.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平8−204214(JP,A) 特開 平8−213642(JP,A) 特開 平4−192474(JP,A) 特開 平6−342798(JP,A) 特開 平2−302039(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 31/04 - 31/078 H01L 21/322 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) References JP-A-8-204214 (JP, A) JP-A-8-213642 (JP, A) JP-A-4-192474 (JP, A) JP-A-6-204 342798 (JP, A) JP-A-2-302039 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) H01L 31/04-31/078 H01L 21/322

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 受光部の裏面に電極が形成された裏面電
極型の結晶シリコン太陽電池素子であって、前記受光部
の周囲には補強部が形成され、シリコン基板中に存在し
ていた欠陥が集中された領域が前記補強部のみに存在し
ていることを特徴とする太陽電池素子。
1. A back electrode type crystalline silicon solar cell element having an electrode formed on the back surface of a light receiving portion, wherein a reinforcing portion is formed around the light receiving portion, and a defect existing in the silicon substrate is provided. A solar cell element in which a region where is concentrated is present only in the reinforcing portion.
【請求項2】 受光部の裏面に電極が形成された裏面電
極型の結晶シリコン太陽電池素子であって、前記受光部
の周囲には補強部が形成され、シリコン基板中に存在し
ていた欠陥が集中された領域が前記補強部及び前記補強
部の裏面領域に存在していることを特徴とする太陽電池
素子。
2. A back-side electrode type crystalline silicon solar cell element having an electrode formed on the back surface of a light receiving portion, wherein a reinforcing portion is formed around the light receiving portion, and a defect existing in the silicon substrate is provided. A solar cell element, wherein a region where is concentrated is present in the reinforcing portion and a back surface region of the reinforcing portion.
【請求項3】 請求項1記載の太陽電池素子の製造方法
であって、 ゲッタリングによりシリコン基板中の欠陥を基板の表面
層領域または中央層領域に集中させる工程と、 前記シリコン基板を、その周囲に前記補強部を残して、
前記欠陥の集中領域よりも深くエッチングする工程と、 を含むことを特徴とする太陽電池素子の製造方法。
3. The method of manufacturing a solar cell element according to claim 1, wherein the step of concentrating defects in the silicon substrate in a surface layer region or a central layer region of the substrate by gettering; Leaving the reinforcing part around
A step of etching deeper than the defect concentration region.
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