JP3926822B2 - 半導体装置及び半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Description
現在の電力用太陽電池の主流はシリコン太陽電池であるが、その量産レベルにおけるプロセスフローはかなり簡略化されたものになっている。
図5は一般的に行われている太陽電池の作製フローである。
図5中、1は半導体基板としてのp型Si基板であり、図5(b)において例えばリン(P)を熱的に拡散することにより導電型を反転させたn型拡散層2を形成する。通常、リンの拡散源としては、オキシ塩化リン(POCl3)が用いられることが多い。また、特に工夫の無い場合、n型拡散層2はp型Si基板1の全面に形成される。なお、このn型拡散層2のシート抵抗は数十Ω/□程度で、拡散層の深さは0.3〜0.5μm程度である。
この後、図5(c)におけるn型拡散層2の対向面に、例えばスクリーン印刷法(またはロールコーター方式)でアルミペースト電極3を印刷後(図5(d))、700〜900℃で数分から十数分、近赤外炉中で焼成することによりアルミペーストから不純物としてアルミがp型Si基板1中に拡散し、図5(e)に示すように、高濃度不純物を含んだp+ 層4が形成される。この層は、一般にBSF(Back Surface Field)層と呼ばれ、太陽電池のエネルギー変換効率の向上に寄与するものである。また、図では簡略化のため省略したが、この後、n型拡散層2の表面に反射防止膜を設けてもよい。
他方、図5(h)は裏面のアルミペースト電極3を例えば王水で除去した状態であり、引き続き、裏面に銀ペースト電極5を印刷乾燥した状態を示したものが図5(i)である。これら裏面の銀ペースト電極5は、太陽電池を複数直列・並列接続したモジュールを作製する際の配線の接続部分として機能させるものである。最終的には、何れのプロセスにおいても、図5(g)、(j)何れも表面(受光面)に銀ペースト電極6を印刷し、再度焼成を行うことで太陽電池が完成する。なお、工程簡略化の為に、図5(e)の焼成工程を省略し、図5(g)、(j)の工程の後に、一度の焼成で太陽電池を完成させることも可能である。
例えば図5(a)〜(e)から(f)、(g)に至る方法では、電極焼成工程でアルミペースト電極3と銀ペースト電極5の合金化が生じると、銀ペースト電極5部に半田付けで配線を行うような場合、アルミとの合金化の影響により全く半田が付着しないあるいは付着しても配線の付着強度が弱いといった問題が生じていた。
また、図5(a)〜(e)から(h)、(j)に至る方法では、アルミペースト電極3を全てエッチング除去する必要があり、工程の複雑化、製造コストの増加を招くといった問題が生じていた。
また、この発明に係る半導体装置の製造方法は、太陽電池の受光素子として用いる半導体装置の製造方法であって、p型シリコン基板に接合を形成する工程と、上記p型シリコン基板上に第1の電極パターンを形成する工程と、上記p型シリコン基板上に上記第1の電極パターンと一部が重なるように第2の電極パターンを形成する工程と、上記第1の電極パターンにより上記p型シリコン基板内にBSF層を形成し、上記第2の電極パターンにより上記p型シリコン基板内に拡散層を形成する工程とを備え、上記第1の電極パターンはアルミペーストを焼成したものであり、上記第2の電極パターンは銀とアルミを含んだ銀アルミペーストを焼成したものであり、上記第2の電極パターンにより上記p型シリコン基板内に形成する拡散層におけるアルミの濃度は、上記第1の電極パターンにより上記p型シリコン基板内に形成するBSF層におけるアルミの濃度よりも低濃度である。
本実施の形態1では、図1のフローチャートで、ステップS1−ステップS2−ステップS3−ステップS4−ステップS5b−(ステップS6)一ステップS7−ステップS8−ステップS9のフローで作製される太陽電池および太陽電池のモジュールについて説明を行う。ここで、括弧付の工程であるステップS6での焼成工程は、従来例で説明したのと同じ理由により、工程簡略化のために省略可能であり、ステップS7の工程後に、ステップS8により一度の焼成で行うこともできる。
ここで、p型Si基板1は図5(a)と同等のものであるが、例えば基板サイズは10cm×10cmとする。また、アルミペースト電極3のパターンは例えば外周9.8cm×9.8cmであり、図2(a)に示すように、中央に2カ所9.4cm×0.3cmの開口部3aを設けたものである。
図2(b)は、このアルミペースト電極3のパターンの開口部3aに開口部周辺のアルミペースト電極3と一部重なるように、銀アルミペースト電極7(または銀ペースト電極5)のパターンを印刷した状態を示している。この銀アルミペースト電極7のパターンサイズは、9.5cm×0.4cmである。すなわち、アルミペースト電極3のパターンと銀アルミペースト電極7(または銀ペースト電極5)のパターンとの重なる領域としては500ミクロンとした。
本実施の形態1では、特に重ね合わせ精度を要求しないパターンのため、500ミクロンの重なり合う幅を確保しているが、微細なパターンを必要とする場合には、この最小重ね幅を充分考慮して電極パターンを設計する必要がある。
この後、ステップS8の工程において、全電極を一括で焼成する。焼成条件は、近赤外炉を用い乾燥空気中にて、例えば700から750℃で数十秒から数分間行えば良い。
図3(a)は、アルミペースト電極3と銀アルミペースト電極7とを重ねて印刷した状態である。図中、8が重なり部分に相当する。勿論、この乾燥したままの状態では、両ペースト電極は電気的に接続されていない。これを焼成した後の状態が、図3(b)である。ここで、図3(b)において、9は両ペースト電極が合金化された領域を示している。この領域は完全にアルミペースト電極3と銀アルミペースト電極7とが混合され、高濃度のアルミを含む銀・アルミ合金になっている。
本実施の形態2では、図1のフローチャートで、ステップS1−ステップS2−ステップS3−ステップS4−ステップS5a一(ステップS6)−ステップS7−ステップS8−ステップS9のフローで作製される太陽電池及び太陽電池のモジュールについて説明を行う。
この場合、実施の形態1と異なるのは、裏面電極の銀アルミペースト電極7を銀ペースト電極5に変更する(図2(b)参照)だけで、同様の効果を奏することができる。但し、この場合、図3(b)で説明したようなアルミの拡散層10は形成されないが、アルミペースト電極3領域を充分に広くとっていれば裏面電極の接触抵抗の増大を招くことはない。
図4(a)は裏面用銀ペースト電極5、裏面用アルミペースト電極3を形成する迄の工程を示したもので、基本的には各装置が全て直結され、印刷、ウエハ乾燥等各種工程はオートメーション機構を備え、連続的かつ自動的に処理が行われるものを想定している。
このことは、単純に各々の電極パターンの印刷厚さが同じであるとすると、アルミペースト電極3の使用量が12倍であることに相当する。実際には実施の形態1で示したメッシュサイズのスクリーン印刷マスクを用いると、アルミペースト電極3の印刷厚さは実際に銀ペースト電極5よりも多くなるのでさらに使用量は増加することになる。
従って、この段階もしくはこの段階に至る前に、ペーストを新たに供給するあるいは印刷マスク自体を交換する作業が必ず必要になる。
従って、先頭に裏面用銀ペースト電極5を印刷する工程を持ってくると、裏面用アルミペースト電極3の印刷工程での停止時間を吸収する為のウエハストッカー部、いわゆるバッファーゾーンを設け、裏面用銀ペースト電極5の印刷工程をなるべく停止させないような複雑なライン構成が必要となってくる。
Claims (6)
- 太陽電池の受光素子として用いる半導体装置であって、
表面のn型層とのpn接合を有するp型シリコン基板と、
上記p型シリコン基板上に設けられた第1の電極と、
上記第1の電極により上記p型シリコン基板内に形成されたBSF層と、
上記p型シリコン基板上に上記第1の電極と一部が合金化するように形成された第2の電極と、
上記第2の電極により上記p型シリコン基板内に形成された拡散層と
を備え、
上記第1の電極はアルミペーストを焼成したものであり、上記第2の電極は銀とアルミを含んだ銀アルミペーストを焼成したものであり、
上記第2の電極により上記p型シリコン基板内に形成された拡散層におけるアルミの濃度は、上記第1の電極により上記p型シリコン基板内に形成されたBSF層におけるアルミの濃度よりも低濃度である半導体装置。 - 上記銀アルミペースト中に含まれるアルミは1−3%である請求項1に記載の半導体装置。
- 上記第1の電極は開口部を有し、
上記第2の電極は上記開口部を覆うように形成され、
焼成後に上記第1の電極と合金化しなかった上記第2の電極の幅は、上記開口部の幅以上である請求項1または2に記載の半導体装置。 - 太陽電池の受光素子として用いる半導体装置の製造方法であって、
p型シリコン基板に接合を形成する工程と、
上記p型シリコン基板上に第1の電極パターンを形成する工程と、
上記p型シリコン基板上に上記第1の電極パターンと一部が重なるように第2の電極パターンを形成する工程と、
上記第1の電極パターンにより上記p型シリコン基板内にBSF層を形成し、上記第2の電極パターンにより上記p型シリコン基板内に拡散層を形成する工程と
を備え、
上記第1の電極パターンはアルミペーストを焼成したものであり、上記第2の電極パターンは銀とアルミを含んだ銀アルミペーストを焼成したものであり、
上記第2の電極パターンにより上記p型シリコン基板内に形成する拡散層におけるアルミの濃度は、上記第1の電極パターンにより上記p型シリコン基板内に形成するBSF層におけるアルミの濃度よりも低濃度である半導体装置の製造方法。 - 上記銀アルミペースト中に含まれるアルミは1−3%である請求項4に記載の半導体装置の製造方法。
- 上記第1の電極は開口部を有し、
上記第2の電極は上記開口部を覆うように形成され、
焼成後に上記第1の電極と合金化しなかった上記第2の電極の幅は、上記開口部の幅以上である請求項4または5に記載の半導体装置。
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