JP3786809B2

JP3786809B2 - 太陽電池の製法

Info

Publication number: JP3786809B2
Application number: JP36337999A
Authority: JP
Inventors: 敬志横山; 孝博三島; 茂樹伊藤
Original assignee: Air Water Inc
Current assignee: Air Water Inc
Priority date: 1999-12-21
Filing date: 1999-12-21
Publication date: 2006-06-14
Anticipated expiration: 2019-12-21
Also published as: JP2001177128A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高性能の太陽電池を得ることのできる太陽電池の製法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
シリコン結晶太陽電池は、一般的に、例えば図３に示すような構造になっている。すなわち、ｐ型のシリコン結晶基板１の表層部分に、ｎ型不純物の導入によりｎ⁺層２が形成されて、内部電場をつくり出すＰＮ接合３がつくられている。また、その表面（受光面）には、反射防止膜４を介して、細いフィンガー電極５と太いバスバー電極６とが取り付けられており、この部分から発生した電力を取り出すようになっている。７は裏面電極である。
【０００３】
このような太陽電池セルにおいて、高い性能を得るには、入射した光によって発生した少数キャリアが接合部分（図３における３）に有効に到達する必要がある。そのため、いわゆるパッシベーション層、すなわち太陽電池表面の大部分を熱酸化膜で被覆して、表面での少数キャリアの再結合を減少させる方法が提案され使用されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
また、ＰＮ接合の深さや濃度も重要な問題となる。すなわち、短波長側の光を有効に使用するためには、接合の深さをできるだけ浅くするとともに濃度をできるだけ低くする必要があるが、あまり浅く薄くしすぎると、表面電極を形成した場合に、電極がＰＮ接合を突き破るおそれがあり、ＰＮ接合を突き破らないようにして電極を形成したとしても、電極との抵抗が高くなり、結局太陽電池の性能向上にはつながらず、かえって性能の悪い太陽電池になってしまうという問題がある。
【０００５】
そこで、表面電極を形成する部分に限って、キャリア濃度が高く深さの深い拡散層を形成し、それ以外の基板表面には、濃度が低く深さの浅い拡散層を形成する方法がいくつか提案されている（特開昭５５−１５８６８０号公報、特開昭５６−１２７８２号公報、特開昭５９−７９５８０号公報等）。しかしながら、これらの方法はいずれも、浅い拡散層と深い拡散層を、それぞれ別の拡散条件で段階的に行うため、工程が複雑で、製造コストが高くなるという問題がある。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みなされたもので、上記浅い拡散層と深い拡散層を、同一拡散条件のもとで同時に形成することにより、高性能の太陽電池を低コストで製造する方法の提供をその目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明は、形成すべき表面電極の形成予定部分以外の表面部分に、厚み５〜２０ｎｍの酸化膜層が形成された半導体基板を準備する工程と、上記部分的に酸化膜層が形成された半導体基板に、ガス拡散法を用いて拡散処理を施すことにより、酸化膜層が形成されていない部分の基板表層部に、キャリア濃度が高く深さの深い拡散層（以下「濃く深い拡散層」という）を形成し、酸化膜層が形成されている部分の基板表層部に、キャリア濃度が低く深さの浅い拡散層（以下「薄く浅い拡散層」という）を形成する工程と、上記酸化膜層を除去する工程と、上記キャリア濃度が高く深さの深い拡散層が形成された基板部分の上に表面電極を形成する工程とを備えた太陽電池の製法を第１の要旨とする。
【０００８】
また、本発明は、上記太陽電池の製法のなかでも、特に、上記キャリア濃度が高く深さの深い拡散層として、表面抵抗が１０〜５０Ω／ｃｍ²で深さ０．３〜０．５μｍの拡散層が形成され、上記キャリア濃度が低く深さの浅い拡散層として、表面抵抗が１００〜３００Ω／ｃｍ²で深さ０．００１〜０．１μｍの拡散層が形成されるようにした製法を第２の要旨とする。
【０００９】
すなわち、本発明は、拡散層の形成に先立って、半導体基板表面のうち、表面電極の形成予定部分以外の部分を、特定範囲の厚みに設定された酸化膜層でマスクし、その状態で、ガス拡散法を用いて拡散処理を施すことにより、上記酸化膜層でマスクされていない部分、すなわち表面電極形成予定部分には、濃く深い拡散層を形成し、上記酸化膜層でマスクされている部分には、この酸化膜層を通して、薄く浅い拡散層を形成するようにしたものである。したがって、この方法によれば、一工程で、簡単に、濃く深い拡散層と薄く浅い拡散層とを形成することができ、高性能の太陽電池を低コストで得ることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
つぎに、本発明の実施の形態について説明する。
【００１１】
本発明によれば、例えばつぎのようにして太陽電池を得ることができる。すなわち、まず、図１（ａ）に示すように、半導体基板１０（以下、単に「基板」という）を準備する。ただし、基板１０の表裏面は、ミラー面となるよう、例えばＨＦ：ＨＮＯ₃＝１：５の処理液を用いてケミカルエッチングを施すことが好適である。また、基板１０は、ｐ型であってもｎ型であってもよいが、通常、ｐ型のシリコン基板が好適に用いられる。もちろん、材質は、シリコンに限らず、太陽電池に用いることのできる半導体であれば、どのようなものであっても差し支えない。そして、単結晶であっても多結晶であっても差し支えない。
【００１２】
つぎに、上記基板１０の表面全体に、図１（ｂ）に示すように、ＳｉＯ₂等からなる酸化膜層１１を、熱酸化法等によって形成する。
【００１３】
なお、上記酸化膜層１１の厚みは、後で、この酸化層１１を通して、薄くて浅い拡散層を形成することになるため、上記薄くて浅い拡散層の要求される厚みに応じて、適宜に調整される。そして、上記薄くて浅い拡散層を好ましい状態で得るためには、上記酸化膜層１１の厚みを、５〜２０ｎｍに設定しなければならない。すなわち、酸化膜層１１が厚すぎると、薄くて浅い拡散層の形成が困難となり、逆に薄すぎると、酸化膜層１１としての効果が殆ど期待できず、濃く深い拡散層との差異があまり得られなくなるからである。
【００１４】
つぎに、上記酸化膜層１１のうち、表面電極の形成予定部分に、図１（ｃ）に示すように、その形状と略等しい形状の切欠き１２を形成する。このとき、上記切欠き１２の大きさは、上記表面電極の形成予定部分と全く同一にするか、それよりもやや大きく設定することが好適である。
【００１５】
なお、上記切欠き１２の形成は、ホトリソグラフィ工程、スクリーン印刷工程等によって行うことが好適である。
【００１６】
つぎに、拡散処理を施すことにより、図２（ａ）に示すように、基板１０の表層部のうち、上記切欠き１２が形成され酸化膜層１１がない部分に、濃く深い拡散層１３を形成し、酸化膜層１１が形成されている部分に、薄く浅い拡散層１４を形成する。
【００１７】
すなわち、上記拡散処理において、酸化膜層１１がない部分（切欠き１２の部分）では、不純物が直接基板１０の表層部に入っていくため、濃く深い拡散層１３となる。一方、酸化膜層１１が形成されている部分では、不純物が、酸化膜層１１を通って基板１０内に低い濃度で入っていくため、薄く浅い拡散層１４となる。したがって、上記拡散処理の方法としては、ガス拡散法を用いる。また、拡散源としては、例えばＰＯＣｌ₃（液体）やＰＨ₃（気体）、Ｐ₂Ｏ₅（固体）等があげられ、９００〜１０００℃×１０〜３０分の処理条件で処理することが好適である。
【００１８】
つぎに、全体をＨＦに浸す等して、拡散層１３，１４が形成された基板１０の表面から酸化膜層１１を除去する。この状態を、図２（ｂ）に示す。
【００１９】
このようにして、濃く深い拡散層１３と薄く浅い拡散層１４とが形成された基板１０を得ることができる。この基板１０に対し、例えば図２（ｃ）に示すように、まず、基板１０の表面に、パッシベーション膜１５を形成し、つぎに、反射防止膜１６を形成する。そして、裏面電極１７を形成したのち、濃く深い拡散層１３が形成された部分に、表面電極１８を形成する。そして、鎖線で示すように、側面の薄く浅い拡散層１４を除去することにより、太陽電池を得ることができる。
【００２０】
上記製法によれば、濃く深い拡散層１３と薄く浅い拡散層１４とを、一工程で同時に形成することができるため、工程管理が簡単で、製造コストも低く抑えることができる。そして、上記濃く深い拡散層１３の上に、表面電極１８を形成することができるため、電極１８がＰＮ接合を突き破ることがなく、また、他の部分は薄く浅い拡散層１４になっているため、高性能の太陽電池を得ることができる。
【００２１】
なお、本発明において、濃く深い拡散層１３の「濃く深い」程度と、薄く浅い拡散層１４の「薄く浅い」程度は、両者の相対的な関係によるのであり、特に限定するものではないが、一般に、「濃く深い」とは、表面抵抗が１０〜５０Ω／ｃｍ²で深さ０．３〜０．５μｍ程度であることが好適であり、「薄く浅い」とは、表面抵抗が１００〜３００Ω／ｃｍ²で深さ０．００１〜０．１μｍ程度であることが好適である。
【００２２】
また、上記の方法では、酸化膜層１１を基板１０の全面に形成したのち、パターニングにより切欠き１２を形成しているが、場合によっては、ゾル−ゲル法等によって、一工程で、切欠き１２付の酸化膜層１１を形成するようにしても差し支えはない。ただし、その場合、非常に薄い膜を均一に形成しなければならないため、造膜条件の制御管理が重要となる。
【００２３】
つぎに、本発明の実施例について説明する。
【００２４】
【実施例】
【００２５】
まず、基板として、厚み０．４ｍｍ、１０ｃｍ角のｐ型単結晶シリコンウェーハ（抵抗率１Ω・ｃｍ）を準備し、その表面をアルカリ溶液でエッチングすることにより、反射防止構造（テクスチャ構造）を得た。そして、酸素雰囲気中で、９２０℃×３０分処理することにより、この基板表面に、約１０ｎｍの酸化膜（ＳｉＯ₂膜）を形成した。
【００２６】
つぎに、上記酸化膜のうち、形成すべき表面電極の形状予定部分に、ホトリソ工程によって、その形状に略一致する形状の切欠きをパターニングした。このとき、幅５００μｍのバスバー電極が形成される部分に相当する切欠きの幅を５５０μｍとした。また、幅１００μｍの細線電極が形成される部分に相当する切欠きの幅を１５０μｍとした。そして、切欠きをつくるための酸化膜除去には、ＨＦを用いた。
【００２７】
つぎに、８５０℃のチャンバ内に基板を装填し、１０分間保持したのち、ＰＯＣｌ₃（液体）を拡散源とし、これをＮ₂バブリングによってチャンバ内に気化させながら注入することにより、拡散処理を行った。この処理を１７分間維持したのち、基板を取り出して徐冷した。
【００２８】
つぎに、全体をＨＦに浸漬し、基板表面の酸化膜層を全て除去した。このようにして、表面電極形成予定部に濃く深い拡散層が形成され、それ以外の部分に薄く浅い拡散層が形成された基板を得た。
【００２９】
なお、上記濃く深い拡散層は、その部分の表面抵抗が４０Ω／ｃｍ²で、その深さは０．５μｍであった。また、上記薄く浅い拡散層は、その部分の表面抵抗が３００Ω／ｃｍ²で、その深さは０．０５μｍであった。
【００３０】
そして、従来公知の方法にしたがって、パッシベーション膜、反射防止膜、裏面電極を形成したのち、上記濃く深い拡散層が形成された部分の上に、表面電極を形成して、目的とする太陽電池を得た。この太陽電池は、セル変換効率（〔出力電気エネルギー／太陽光エネルギー〕×１００）が１８〜１９％であり、良好な変換効率であった。
【００３１】
【発明の効果】
以上のように、本発明の太陽電池の製法によれば、濃く深い拡散層と薄く浅い拡散層とを、一工程で同時に形成することができるため、工程管理が簡単で、製造コストも低く抑えることができる。そして、上記濃く深い拡散層の上に、表面電極を形成することができるため、電極がＰＮ接合を突き破ることがなく、また、他の部分は薄く浅い拡散層となっているため、高性能の太陽電池を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）〜（ｃ）はいずれも本発明の一実施例における工程説明図である。
【図２】（ａ）〜（ｃ）はいずれも本発明の一実施例における工程説明図である。
【図３】従来の太陽電池の一例を示す説明図である。
【符号の説明】
１０基板
１１酸化膜層
１２切欠き
１３濃く深い拡散層
１４薄く浅い拡散層
１８表面電極

Claims

形成すべき表面電極の形成予定部分以外の表面部分に、厚み５〜２０ｎｍの酸化膜層が形成された半導体基板を準備する工程と、上記部分的に酸化膜層が形成された半導体基板に、ガス拡散法を用いて拡散処理を施すことにより、酸化膜層が形成されていない部分の基板表層部に、キャリア濃度が高く深さの深い拡散層を形成し、酸化膜層が形成されている部分の基板表層部に、キャリア濃度が低く深さの浅い拡散層を形成する工程と、上記酸化膜層を除去する工程と、上記キャリア濃度が高く深さの深い拡散層が形成された基板部分の上に表面電極を形成する工程とを備えたことを特徴とする太陽電池の製法。
上記キャリア濃度が高く深さの深い拡散層として、表面抵抗が１０〜５０Ω／ｃｍ²で深さ０．３〜０．５μｍの拡散層が形成され、上記キャリア濃度が低く深さの浅い拡散層として、表面抵抗が１００〜３００Ω／ｃｍ²で深さ０．００１〜０．１μｍの拡散層が形成されるようにした請求項１記載の太陽電池の製法。