JP3238003B2 - 太陽電池素子の製造方法 - Google Patents
太陽電池素子の製造方法Info
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- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/546—Polycrystalline silicon PV cells
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は太陽電池素子の製造方法
に関する。
に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、太陽電池素子は単結晶シリコン基
板や多結晶シリコン基板にPN接合部を形成したり、P
層、I層およびN層から成る非晶質シリコン層を順次積
層して構成されていた。
板や多結晶シリコン基板にPN接合部を形成したり、P
層、I層およびN層から成る非晶質シリコン層を順次積
層して構成されていた。
【0003】面方位(100)を持つ単結晶シリコン基
板は、アルカリ溶液を用いた異方性エッチングを行う
と、シリコン基板の表面に数μm程度の微細なピラミッ
ド構造(テキスチャー構造)の凹凸が形成でき、シリコ
ン基板表面での光の反射を抑えることができる。この微
細なピラミッド構造のシリコン基板表面に、さらに窒化
シリコン膜や酸化シリコン膜などから成る反射防止膜を
形成することで、シリコン基板表面での反射を更に抑え
て高い短絡電流値を得ている。
板は、アルカリ溶液を用いた異方性エッチングを行う
と、シリコン基板の表面に数μm程度の微細なピラミッ
ド構造(テキスチャー構造)の凹凸が形成でき、シリコ
ン基板表面での光の反射を抑えることができる。この微
細なピラミッド構造のシリコン基板表面に、さらに窒化
シリコン膜や酸化シリコン膜などから成る反射防止膜を
形成することで、シリコン基板表面での反射を更に抑え
て高い短絡電流値を得ている。
【0004】ところが、面方位のないアモルファスシリ
コン層を用いたアモルファス太陽電池素子では、異方性
エッチングを行うことができない。そこで、アモルファ
ス太陽電池素子では、アモルファスシリコン層の表面に
電極として形成する透明導電膜を形成する際に、この透
明導電膜を構成する酸化錫(SnO2 )などの粒径を大
きくすることによって透明導電膜での反射を防止するこ
とが提案されている。一方、多結晶シリコン基板を用い
た太陽電池素子においては、面方位が揃っていないため
に、異方性エッチングでテキスチャー構造が形成できる
部分の割合が低い。そのため多結晶シリコン基板の表面
に、酸化シリコン膜(SiO2 )や窒化シリコン膜(S
iNX )を形成し、この酸化シリコン膜や窒化シリコン
膜でフォトリソグラフィーを用いて微細なエッチングマ
スクを形成した後に、アルカリ溶液を用いたエッチング
を行うことによって、多結晶シリコン基板の表面に強制
的に凹凸を形成したり、多結晶シリコン基板の表面にレ
ーザースクライブやダイシングソーを用いてV字溝を形
成することにより、多結晶シリコン基板表面での反射を
低減していた。さらに、多結晶シリコン基板の表面に酸
化亜鉛(ZnO)を有機金属化学気相成長法(MOCV
D)で形成すると共に、酸化亜鉛の粒径を大きくして反
射防止膜とすることも提案されている(例えばJPN, J,
APPL. PHYS. VOL31 (1992) pp L1665-L1667)。
コン層を用いたアモルファス太陽電池素子では、異方性
エッチングを行うことができない。そこで、アモルファ
ス太陽電池素子では、アモルファスシリコン層の表面に
電極として形成する透明導電膜を形成する際に、この透
明導電膜を構成する酸化錫(SnO2 )などの粒径を大
きくすることによって透明導電膜での反射を防止するこ
とが提案されている。一方、多結晶シリコン基板を用い
た太陽電池素子においては、面方位が揃っていないため
に、異方性エッチングでテキスチャー構造が形成できる
部分の割合が低い。そのため多結晶シリコン基板の表面
に、酸化シリコン膜(SiO2 )や窒化シリコン膜(S
iNX )を形成し、この酸化シリコン膜や窒化シリコン
膜でフォトリソグラフィーを用いて微細なエッチングマ
スクを形成した後に、アルカリ溶液を用いたエッチング
を行うことによって、多結晶シリコン基板の表面に強制
的に凹凸を形成したり、多結晶シリコン基板の表面にレ
ーザースクライブやダイシングソーを用いてV字溝を形
成することにより、多結晶シリコン基板表面での反射を
低減していた。さらに、多結晶シリコン基板の表面に酸
化亜鉛(ZnO)を有機金属化学気相成長法(MOCV
D)で形成すると共に、酸化亜鉛の粒径を大きくして反
射防止膜とすることも提案されている(例えばJPN, J,
APPL. PHYS. VOL31 (1992) pp L1665-L1667)。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ところが、反射を低減
するために多結晶シリコン基板の表面に形成する凹凸や
V字溝は、極めて微細なパターンであることが必要であ
り、フォトリソグラフィーで凹凸を形成したり、レーザ
ースクライブやダイシングソーでV字溝を形成する方法
は、加工が煩雑で長時間を要し、太陽電池素子自体が高
コストになるという問題があった。
するために多結晶シリコン基板の表面に形成する凹凸や
V字溝は、極めて微細なパターンであることが必要であ
り、フォトリソグラフィーで凹凸を形成したり、レーザ
ースクライブやダイシングソーでV字溝を形成する方法
は、加工が煩雑で長時間を要し、太陽電池素子自体が高
コストになるという問題があった。
【0006】また、MOCVD装置で反射防止膜を形成
する場合は、装置が大掛かりになり、成膜にも長時間を
要する。
する場合は、装置が大掛かりになり、成膜にも長時間を
要する。
【0007】本発明は、このような従来技術の問題点に
鑑みてなされたものであり、簡単な加工で低反射構造の
太陽電池素子を均一に得ることができる製造方法を提供
することを目的とする。
鑑みてなされたものであり、簡単な加工で低反射構造の
太陽電池素子を均一に得ることができる製造方法を提供
することを目的とする。
【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、本発明に係る太陽電池素子の製造方法では、PN接
合部を有する半導体基板の一主面側に第一の反射防止膜
を形成すると共に、この半導体基板の一主面側と他の主
面側に電極を形成した後、前記第一の反射防止膜上に第
二の反射防止膜を形成して、この第二の反射防止膜の表
面部分をリアクティブイオンエッチング法によって粗面
化する。
に、本発明に係る太陽電池素子の製造方法では、PN接
合部を有する半導体基板の一主面側に第一の反射防止膜
を形成すると共に、この半導体基板の一主面側と他の主
面側に電極を形成した後、前記第一の反射防止膜上に第
二の反射防止膜を形成して、この第二の反射防止膜の表
面部分をリアクティブイオンエッチング法によって粗面
化する。
【0009】
【作用】太陽電池素子表面での反射を防止するために形
成する凹凸は、数10〜1000Å程度であるが、この
ような凹凸をリアクティブイオンエッチング法で形成す
る場合、処理時間は非常に短く、太陽電池素子を低コス
トで製造することができる。また、反射防止膜自体の表
面を粗面化することから、多結晶太陽電池素子でも均一
に低反射構造ものが得られる。
成する凹凸は、数10〜1000Å程度であるが、この
ような凹凸をリアクティブイオンエッチング法で形成す
る場合、処理時間は非常に短く、太陽電池素子を低コス
トで製造することができる。また、反射防止膜自体の表
面を粗面化することから、多結晶太陽電池素子でも均一
に低反射構造ものが得られる。
【0010】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照しながら
説明する。図1は、本発明に係る太陽電池素子の製造方
法の工程を示す図である。まず、p型の多結晶シリコン
基板をフッ酸と硝酸の混合比率が1:9の混酸で5分間
エッチングした後、水洗する。
説明する。図1は、本発明に係る太陽電池素子の製造方
法の工程を示す図である。まず、p型の多結晶シリコン
基板をフッ酸と硝酸の混合比率が1:9の混酸で5分間
エッチングした後、水洗する。
【0011】次に、図1(a)に示すように、半導体基
板1を熱酸化炉に投入して、900℃の温度で、200
分程度熱することにより、半導体基板1の表面に厚み3
00〜5000Å程度の熱酸化膜2を形成する。なお、
この膜は熱酸化によって形成する酸化シリコン膜(Si
O2 )に限らず、CVD法などで形成する窒化シリコン
膜(SiNx )、あるいは酸化シリコン膜と窒化シリコ
ン膜の二層構造のものでもよい。
板1を熱酸化炉に投入して、900℃の温度で、200
分程度熱することにより、半導体基板1の表面に厚み3
00〜5000Å程度の熱酸化膜2を形成する。なお、
この膜は熱酸化によって形成する酸化シリコン膜(Si
O2 )に限らず、CVD法などで形成する窒化シリコン
膜(SiNx )、あるいは酸化シリコン膜と窒化シリコ
ン膜の二層構造のものでもよい。
【0012】次に、同図(b)に示すように、半導体基
板1の表面側と側面側の熱酸化膜2をフッ酸と硝酸の混
合比率が1:9の混酸でエッチング除去する。
板1の表面側と側面側の熱酸化膜2をフッ酸と硝酸の混
合比率が1:9の混酸でエッチング除去する。
【0013】次に、同図(c)に示すように、拡散炉中
で、オキシ塩化リン(POCl3 )を拡散源として、9
00℃の温度で気相反応によりリン(P)を拡散して、
半導体基板1の表面にn層1aを形成する。この場合、
リンの濃度は1×1019〜1×1020atoms/cm
-3になるような時間、具体的には30分程度の間拡散す
る。
で、オキシ塩化リン(POCl3 )を拡散源として、9
00℃の温度で気相反応によりリン(P)を拡散して、
半導体基板1の表面にn層1aを形成する。この場合、
リンの濃度は1×1019〜1×1020atoms/cm
-3になるような時間、具体的には30分程度の間拡散す
る。
【0014】次に、同図(d)に示すように、熱酸化膜
2をフッ酸と純水の1:3の混合溶液によりエッチング
除去すると共に、半導体基板1の裏面側にアルミニウム
ペーストを印刷塗布して、焼成することにより半導体基
板1の裏面側にp+ 層1bを形成する。
2をフッ酸と純水の1:3の混合溶液によりエッチング
除去すると共に、半導体基板1の裏面側にアルミニウム
ペーストを印刷塗布して、焼成することにより半導体基
板1の裏面側にp+ 層1bを形成する。
【0015】次に、同図(e)に示すように、半導体基
板1の表面に窒化シリコン膜(SiNx )から成る第一
の反射防止膜3を基板温度250℃の条件で堆積する。
堆積に使用するガスおよびその量は、シラン(Si
H4 )40cc/min、アンモニア(NH3 )100
0cc/minで、厚みは800Å程度である。なお、
この第一の反射防止膜3を形成する前に、表面パシベー
ションのため、50Å以上の酸化シリコン膜(Si
O2 )を形成してもよい。
板1の表面に窒化シリコン膜(SiNx )から成る第一
の反射防止膜3を基板温度250℃の条件で堆積する。
堆積に使用するガスおよびその量は、シラン(Si
H4 )40cc/min、アンモニア(NH3 )100
0cc/minで、厚みは800Å程度である。なお、
この第一の反射防止膜3を形成する前に、表面パシベー
ションのため、50Å以上の酸化シリコン膜(Si
O2 )を形成してもよい。
【0016】このように堆積を行った第一の反射防止膜
3に、同図(f)に示すように、電極を形成するために
電極パターンに相当する部分の第一の反射防止膜3a部
分を除去すると共に、半導体基板1の表面及び裏面にA
g粉末を主成分とするAgペーストを印刷塗布し、焼成
して電極5、6を形成する。この印刷に際して、先に第
一の反射防止膜3のパターン抜きを行った部分に電極材
料が印刷されるようにスクリーン印刷パターンを調整す
る。
3に、同図(f)に示すように、電極を形成するために
電極パターンに相当する部分の第一の反射防止膜3a部
分を除去すると共に、半導体基板1の表面及び裏面にA
g粉末を主成分とするAgペーストを印刷塗布し、焼成
して電極5、6を形成する。この印刷に際して、先に第
一の反射防止膜3のパターン抜きを行った部分に電極材
料が印刷されるようにスクリーン印刷パターンを調整す
る。
【0017】次に、同図(g)に示すように、Ag電極
5および第一の反射防止膜3上に第二の反射防止膜7を
形成する。この第二の反射防止膜7は、例えばフッ化マ
グネシウム膜(MgF2 )などから成る。このフッ化マ
グネシウム膜は、例えば電子ビーム蒸着法などにより形
成される。
5および第一の反射防止膜3上に第二の反射防止膜7を
形成する。この第二の反射防止膜7は、例えばフッ化マ
グネシウム膜(MgF2 )などから成る。このフッ化マ
グネシウム膜は、例えば電子ビーム蒸着法などにより形
成される。
【0018】最後に、同図(h)に示すように、第二の
反射防止膜7の表面をリアクティブイオンエッチング法
によって粗面化する。リアクティブイオンエッチング
は、エッチングガスとしてCHF3 、Cl2 、O2 を混
合してチャンバーに導入し、30〜50mtorrに調
圧して50〜500W(13.56MHZ )の高周波電
力を供給し、1〜10分処理することにより行う。な
お、エッチングガスとしてCF4 、H2 、SF6 などを
混合してもよい。
反射防止膜7の表面をリアクティブイオンエッチング法
によって粗面化する。リアクティブイオンエッチング
は、エッチングガスとしてCHF3 、Cl2 、O2 を混
合してチャンバーに導入し、30〜50mtorrに調
圧して50〜500W(13.56MHZ )の高周波電
力を供給し、1〜10分処理することにより行う。な
お、エッチングガスとしてCF4 、H2 、SF6 などを
混合してもよい。
【0019】なお、上記実施例では、第一の反射防止膜
3として窒化シリコン膜を用い、第二の反射防止膜7と
してフッ化マグネシウム膜を用いることについて述べた
が、第一の反射防止膜3としては、例えば二酸化チタン
(TiO2 )、五酸化タンタル(Ta2 O5 )、酸化錫
(SnO2 )、酸化シリコン(SiO)など光屈折率が
2〜3の範囲の膜を用いることができ、また第二の反射
防止膜7としては、例えば二酸化シリコン(Si
O2 )、酸化アルミニウム(Al2 O3 )、硫化亜鉛
(ZnS)など光屈折率1〜2の膜を用いることができ
る。
3として窒化シリコン膜を用い、第二の反射防止膜7と
してフッ化マグネシウム膜を用いることについて述べた
が、第一の反射防止膜3としては、例えば二酸化チタン
(TiO2 )、五酸化タンタル(Ta2 O5 )、酸化錫
(SnO2 )、酸化シリコン(SiO)など光屈折率が
2〜3の範囲の膜を用いることができ、また第二の反射
防止膜7としては、例えば二酸化シリコン(Si
O2 )、酸化アルミニウム(Al2 O3 )、硫化亜鉛
(ZnS)など光屈折率1〜2の膜を用いることができ
る。
【0020】図2に、PN接合部を有する多結晶シリコ
ン基板上に100Åの二酸化シリコン膜を形成し、この
二酸化シリコン膜上に、第一の反射防止膜3として窒化
シリコン膜を用い、第二の反射防止膜7としてフッ化マ
グネシウム膜を用いたときの、それぞれの反射防止膜の
厚みと太陽電池素子の短絡電流密度(mA/cm2 )を
示す。図2から明らかなように、前記第一の反射防止膜
である窒化シリコン膜の膜厚が400〜700Åで、前
記第二の反射防止膜であるフッ化マグネシウム膜の膜厚
が600Å以上の場合、短絡電流密度は37mA/cm
2 と最も大きな値となる。したがって、第二の反射防止
膜7としてフッ化マグネシウムを用いる場合、エッチン
グ後の厚みが600Å以上になり、且つ数10〜100
0Åの凹凸ができるようにリアクティブイオンエッチン
グ法で粗面化すればよい。
ン基板上に100Åの二酸化シリコン膜を形成し、この
二酸化シリコン膜上に、第一の反射防止膜3として窒化
シリコン膜を用い、第二の反射防止膜7としてフッ化マ
グネシウム膜を用いたときの、それぞれの反射防止膜の
厚みと太陽電池素子の短絡電流密度(mA/cm2 )を
示す。図2から明らかなように、前記第一の反射防止膜
である窒化シリコン膜の膜厚が400〜700Åで、前
記第二の反射防止膜であるフッ化マグネシウム膜の膜厚
が600Å以上の場合、短絡電流密度は37mA/cm
2 と最も大きな値となる。したがって、第二の反射防止
膜7としてフッ化マグネシウムを用いる場合、エッチン
グ後の厚みが600Å以上になり、且つ数10〜100
0Åの凹凸ができるようにリアクティブイオンエッチン
グ法で粗面化すればよい。
【0021】このように第二の反射防止膜7の表面を粗
面化して凹凸を形成すると、図3に示すように、入射光
λνはこの凹凸部で散乱して半導体基板1に入射し易く
なり、短絡電流密度の向上につながる。
面化して凹凸を形成すると、図3に示すように、入射光
λνはこの凹凸部で散乱して半導体基板1に入射し易く
なり、短絡電流密度の向上につながる。
【0022】
【発明の効果】以上のように、本発明に係る太陽電池素
子の製造方法によれば、PN接合部を有する半導体基板
の一主面側に第一の反射防止膜を形成すると共に、この
半導体基板の一主面側と他の主面側に電極を形成した
後、前記第一の反射防止膜上に第二の反射防止膜を形成
して、この第二の反射防止膜の表面部分をリアクティブ
イオンエッチング法によって粗面化することから、粗面
化するために要する処理時間は非常に短く、製造コスト
を低下させることができる。
子の製造方法によれば、PN接合部を有する半導体基板
の一主面側に第一の反射防止膜を形成すると共に、この
半導体基板の一主面側と他の主面側に電極を形成した
後、前記第一の反射防止膜上に第二の反射防止膜を形成
して、この第二の反射防止膜の表面部分をリアクティブ
イオンエッチング法によって粗面化することから、粗面
化するために要する処理時間は非常に短く、製造コスト
を低下させることができる。
【0023】また、面方位が不均一な多結晶シリコン基
板を用いた太陽電池素子でも均一に低反射構造が得られ
る。
板を用いた太陽電池素子でも均一に低反射構造が得られ
る。
【図1】本発明に係る太陽電池素子の製造方法を示す工
程図である。
程図である。
【図2】第一の反射防止膜として窒化シリコン膜を用
い、第二の反射防止膜としてフッ化マグネシウム膜を用
いたときの、それぞれの反射防止膜の厚みと太陽電池素
子の短絡電流密度(mA/cm2 )の関係を示す図であ
る。
い、第二の反射防止膜としてフッ化マグネシウム膜を用
いたときの、それぞれの反射防止膜の厚みと太陽電池素
子の短絡電流密度(mA/cm2 )の関係を示す図であ
る。
【図3】本発明に係る太陽電池素子の製造方法によって
製造された太陽電池素子の表面状態を示す図である。
製造された太陽電池素子の表面状態を示す図である。
1・・・半導体基板、2・・・熱酸化膜、3・・・第一
の反射防止膜、5、6・・・電極、7・・・第二の反射
防止膜
の反射防止膜、5、6・・・電極、7・・・第二の反射
防止膜
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平5−326989(JP,A) 特開 平6−61515(JP,A) 特開 平4−107881(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 31/04 - 31/078
Claims (3)
- 【請求項1】 PN接合部を有する半導体基板の一主面
側に第一の反射防止膜を形成すると共に、この半導体基
板の一主面側と他の主面側に電極を形成した後、前記第
一の反射防止膜上に第二の反射防止膜を形成して、この
第二の反射防止膜の表面部分をリアクティブイオンエッ
チング法によって粗面化する太陽電池素子の製造方法。 - 【請求項2】 前記半導体基板が多結晶シリコン基板で
あることを特徴とする請求項1に記載の太陽電池素子の
製造方法。 - 【請求項3】 前記第一の反射防止膜が厚み400〜7
00Åの窒化シリコン膜で、前記第二の反射防止膜が厚
み600Å以上のフッ化マグネシウム膜であることを特
徴とする請求項1又は2に記載の太陽電池素子の製造方
法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11699694A JP3238003B2 (ja) | 1994-05-30 | 1994-05-30 | 太陽電池素子の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11699694A JP3238003B2 (ja) | 1994-05-30 | 1994-05-30 | 太陽電池素子の製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH07326784A JPH07326784A (ja) | 1995-12-12 |
JP3238003B2 true JP3238003B2 (ja) | 2001-12-10 |
Family
ID=14700896
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP11699694A Expired - Fee Related JP3238003B2 (ja) | 1994-05-30 | 1994-05-30 | 太陽電池素子の製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3238003B2 (ja) |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100416740B1 (ko) * | 1997-02-17 | 2004-05-17 | 삼성전자주식회사 | 후면 부분소결형 실리콘 태양전지의 제조방법 |
JP2002270879A (ja) * | 2001-03-14 | 2002-09-20 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体装置 |
JP2006024757A (ja) * | 2004-07-08 | 2006-01-26 | Shin Etsu Handotai Co Ltd | 太陽電池および太陽電池の製造方法 |
JP4454514B2 (ja) * | 2005-02-14 | 2010-04-21 | 三洋電機株式会社 | 光起電力素子および光起電力素子を含む光起電力モジュールならびに光起電力素子の製造方法 |
JP4864661B2 (ja) * | 2006-11-22 | 2012-02-01 | 東京エレクトロン株式会社 | 太陽電池の製造方法及び太陽電池の製造装置 |
JP5014223B2 (ja) * | 2008-03-25 | 2012-08-29 | 三菱電機株式会社 | 太陽電池セルの製造方法および太陽電池モジュールの製造方法 |
CN101999176A (zh) * | 2008-04-09 | 2011-03-30 | 应用材料股份有限公司 | 太阳能电池的氮化势垒层 |
JP2011003639A (ja) * | 2009-06-17 | 2011-01-06 | Kaneka Corp | 結晶シリコン系太陽電池とその製造方法 |
US8558341B2 (en) * | 2010-12-17 | 2013-10-15 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Photoelectric conversion element |
TWI564585B (zh) | 2012-12-06 | 2017-01-01 | 大同股份有限公司 | 抗反射基板結構及其製作方法 |
JP7161900B2 (ja) * | 2018-09-26 | 2022-10-27 | 株式会社カネカ | 太陽電池モジュールの製造方法 |
-
1994
- 1994-05-30 JP JP11699694A patent/JP3238003B2/ja not_active Expired - Fee Related
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Publication number | Publication date |
---|---|
JPH07326784A (ja) | 1995-12-12 |
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