JP4053284B2 - プレーナー型太陽電池セルの製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、人工衛星などに用いられるプレーナー型太陽電池セルの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、人工衛星では大型化や消費電力の増大が問題となっている。そのため、人工衛星には、薄型軽量であって低価格であるシリコンを基板材料としたプレーナー型太陽電池セルが用いられ、プレーナー型太陽電池セルの高出力化が進められている。
【０００３】
また、特に宇宙環境特有の放射線を受けることによるプレーナー型太陽電池セルの劣化をどのようにして抑えるかという対策も進められている。この放射線によるプレーナー型太陽電池セルの劣化の原因は、主に放射線が照射されることで誘起される欠陥によりキャリアライフタイムが縮まり、その結果、出力電流の低下が起こることにある。このプレーナー型太陽電池セルの劣化を抑制するには、キャリアの電極へ到達する確率をあげる必要があり、そのために基板を薄くする必要がある。
【０００４】
この問題に取り組み、開発されたプレーナー型太陽電池セルがある。このプレーナー型太陽電池セルは、基板にＰ型シリコン基板を用いたプレーナー型太陽電池セルであり、受光面にテクスチャー構造が形成されている。このテクスチャー構造とは光の反射を低減させるものであり、異方性エッチングにより複数の逆ピラミッド状の凹凸が受光面に形成される。
【０００５】
次に、このプレーナー型太陽電池セルの製造工程を、図５を用いて以下に詳説する。なお、図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）および（ｆ）は順に、プレーナー型太陽電池セルの製造工程における、基板にＮ⁺ 拡散層及びＰ⁺ 拡散層を形成する工程図である。また、この工程で行われる酸化膜の生成にはＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法を用いている。
【０００６】
受光面９１１の裏面９１３にＰ⁺ 拡散を行い、Ｐ⁺ 拡散層９４を生成する（図５（ａ））。Ｐ⁺ 拡散層９４を生成した後に裏面９１３に酸化膜９６を生成し（図５（ｂ））、続けて受光面９１１に酸化膜９６を生成する（図５（ｃ））。受光面９１１及びその裏面９１３に酸化膜９６を生成した後にフォトリソグラフィーを行いフォトレジスト９７を塗布するとともに、受光面９１１に塗布したフォトレジスト９７に開口部９７１を形成する（図５（ｄ））。形成した開口部９７１から露出した酸化膜９６をエッチングして除去し逆ピラミッド９１２状の凹凸を露出させて、その後にフォトレジスト９７を除去する（図５（ｅ））。フォトレジスト９７を除去した後に、露出させた逆ピラミッド９１２状の凹凸にＮ⁺ 拡散を行ってＮ⁺ 拡散層９２を生成する。Ｎ⁺ 拡散層９２を生成した後に酸化膜９６を除去して（図５（ｆ））、Ｎ⁺ 拡散層９２及びＰ⁺ 拡散層９４を生成した基板９１が製造される。
【０００７】
そして、前記Ｐ⁺ 拡散層９４裏面の任意部分に酸化膜９６を生成し、これらＰ⁺ 拡散層９４及び酸化膜９６を被覆するように裏面９１３一面にＰ側電極９５を形成する。Ｐ側電極を形成した後に、リフトオフ技術により前記Ｎ⁺ 拡散層９２表面に櫛形のＮ側電極を形成する。Ｎ側電極とＰ側電極を形成した後にダイシングを行い、プレーナー型太陽電池セルが製造される。
【０００８】
上述したように製造されたプレーナー型太陽電池セルを用いることで、高出力化および放射線によるプレーナー型太陽電池セルの劣化の抑制を行うことができる。
【０００９】
さらに、上述したプレーナー型太陽電池セルの製造工程では、酸化膜９６の生成に高温を要する酸化膜生成法、例えば熱酸化法を用いないで、低温下で酸化膜９６を生成することが可能なＣＶＤ法を用いている。そのため、高温を要する酸化膜生成法が原因となってプレーナー型太陽電池セルのキャリアライフタイムを縮めることはない。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、ＣＶＤ法を用いて上述したような製造工程で酸化膜９６を生成すると、図６に示すように基板９１が反るという新たな問題が発生する。この基板９１の反り量は、図７に示すように基板９１の厚みが薄くなるほど増す。なお、図６は、酸化膜生成時におけるプレーナー型太陽電池セルの側面図であり、図７は、基板９１の厚さと、基板９１の反り量との関係を示したグラフである。
【００１１】
この図７に示すように、基板９１の厚さが略７５μｍ以下から急激に基板９１の反り量が増加している。これには、基板９１であるシリコンと、ＣＶＤ法により生成された酸化膜９６との熱膨張係数の差（熱膨張係数 Ｓｉ＝２．６〜３．５＊１０^-6／Ｋ^-1、ＳｉＯ₂ ＝８〜１０＊１０^-6／Ｋ^-1）が関係している。また、基板を薄くし厚さを６０μｍにして上述した製造工程を行うと、基板９１の反りがＣＶＤヘッドの高さを越えてしまい、基板９１がＣＶＤヘッドと接触する。そのため、基板９１に生成させる酸化膜９６の膜厚が不均一になるだけでなく、プレーナー型太陽電池セルの製造自体も中止せざるを得ない。
【００１２】
そこで、上記課題を解決するために本発明は、プレーナー型太陽電池セルのキャリアライフタイムを縮めることなく、かつ、基板を反らせることなく薄型のプレーナー型太陽電池セルを製造する方法を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため本発明に係るプレーナー型太陽電池 セルの製造方法は、基板の表面及び裏面に酸化膜を生成する工程を含み、前記表面がテクスチャー構造の受光面とされたプレーナー型太陽電池セルの製造方法であって、前記基板の熱膨張係数より前記酸化膜の熱膨張係数が高く、前記酸化膜を生成する工程は、低温下で酸化膜を生成することができる酸化膜生成法により、酸化膜を前記受光面に生成し、その後、酸化膜を前記裏面に生成することを特徴とする。
【００１４】
この発明によれば、前記基板の熱膨張係数より前記酸化膜の熱膨張係数が高く、前記酸化膜を生成する工程は、低温下で酸化膜を生成することができる酸化膜生成法により、酸化膜を前記受光面に生成し、その後、酸化膜を前記裏面に生成するので、受光面及びその裏面に酸化膜を生成することで起こる基板の反りを防止することが可能となる。
【００１５】
上記酸化膜を生成する工程には、ＣＶＤ法が用いられてもよい。
【００１６】
この場合、酸化膜を生成する工程に低温下で酸化膜を生成することが可能なＣＶＤ法が用いられているので、高温を要する酸化膜生成法を用いる場合とは異なり、プレーナー型太陽電池セルのキャリアライフタイムが縮まるおそれがない。
【００１７】
上記基板には厚さが７５μｍ以下であるシリコンが用いられ、上記テクスチャー構造の開口面が、一辺長が略４０μｍである正方形に形成され、上記酸化膜を生成する時の生成温度が略４３０℃であってもよい。
【００１８】
この場合、酸化膜を生成する時の生成温度が略４３０℃であるので、高温を要する酸化膜生成法を用いる場合とは異なり、プレーナー型太陽電池セルのキャリアライフタイムが縮まるおそれがないだけでなく、基板には厚さが７５μｍ以下であるシリコンが用いられ、上記テクスチャー構造の開口面が、一辺長が略４０μｍである正方形に形成されているので、薄型のプレーナー型太陽電池セルを製造することが可能となる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図１を参照して説明する。なお、図１は、受光面に複数の逆ピラミッド状の凹凸を形成したプレーナー型太陽電池セルの斜視図である。
【００２０】
図１に示されたプレーナー型太陽電池セル１は、基板１１にＰ型シリコン基板を用いたプレーナ型太陽電池セルであり、受光面１１１にテクスチャー構造が形成されている。なお、符号１２はＮ⁺ 拡散層であり、このＮ⁺ 拡散層１２表面には、櫛形のＮ側電極１３が形成されている。また、符号１４はＰ⁺ 拡散層であり、このＰ⁺ 拡散層１４裏面の任意部分に酸化膜１６が生成され、これらＰ⁺ 拡散層１４及び酸化膜１６を被覆するように基板１１の裏面１１３一面にＰ側電極１５が形成されている。
【００２１】
前記テクスチャー構造とは光の反射を低減させるものであり、異方性エッチングにより複数の逆ピラミッド１１２状の凹凸が受光面１１１に形成されている。この逆ピラミッド１１２状の凹凸は以下のようにして形成される。
【００２２】
Ｐ形Ｓｉウエハ（基板径１０５ｍｍφ、基板厚３００μｍ）を１００℃のＮａＯＨ溶液（５０％濃度）で３０分エッチングして、厚さを６０μｍまで薄型化させた基板１１を形成する。この形成した基板１１にフォトリソグラフィーを行って、マスクパターンを形成し、その後、８５℃のＫＯＨ溶液（１０％濃度）でエッチングすることで、逆ピラミッド１１２状の凹凸が形成される。なお、この凹凸の開口面１１２ａは、一辺長が略４０μｍである正方形に形成されている。
【００２３】
また、本実施の形態では、受光面１１１が複数の逆ピラミッド１１２状の凹凸に形成されているが、これに限定されるものではなく、テクスチャー構造であれば図２に示すように複数のピラミッド１１４状の凹凸に形成されているものでもよい。なお、図２は、受光面に複数のピラミッド１１４状の凹凸を形成したプレーナー型太陽電池セルの斜視図である。
【００２４】
次に、このプレーナー型太陽電池セル１の製造工程を、図３を用いて以下に詳説する。なお、図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）および（ｆ）は順に、プレーナー型太陽電池セル１の製造工程における、基板１１にＮ⁺ 拡散層１２及びＰ⁺ 拡散層１４を生成する工程を示した、図１記載の円Ａで囲む部分の拡大図である。また、この工程で行われる酸化膜の生成にはＣＶＤ法を用い、生成温度を４３０℃に設定している。
【００２５】
受光面１１１の裏面１１３に１０００℃のＢ（ｂｏｒｏｎ）を用いて３０分Ｐ⁺ 拡散を行い、Ｐ⁺ 拡散層１４を生成する（図３（ａ））。Ｐ⁺ 拡散層１４を生成した後に、Ｎ⁺ 拡散層をセルエッジから３５μｍ内側の領域に限定するために受光面１１１に５０００Åの酸化膜１６を生成し（図３（ｂ））、続けて裏面１１３に５０００Åの酸化膜１６を生成する（図３（ｃ））。受光面１１１及びその裏面１１３に酸化膜１６を生成した後に、フォトリソグラフィーを行いフォトレジスト１７を塗布するとともに、受光面１１１に塗布したフォトレジスト１７に開口部１７１を形成する（図３（ｄ））。形成した開口部１７１から露出した酸化膜１６をエッチングして除去し逆ピラミッド１１２状の凹凸を露出させ、その後にフォトレジスト１７を除去する（図３（ｅ））。フォトレジスト１７を除去した後に、露出させた逆ピラミッド１１２状の凹凸に８００℃のＰ（ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ）を用いて２０分Ｎ⁺ 拡散を行い、Ｎ⁺ 拡散層１２を生成する。Ｎ⁺ 拡散層１２を生成した後に、酸化膜１６を除去して（図３（ｆ））、Ｎ⁺ 拡散層１２及びＰ⁺ 拡散層１４を生成した基板１１が製造される。
【００２６】
そして、リフトオフ技術により前記Ｎ⁺ 拡散層１２表面に、Ｔｉ（Ｔｉｔａｎｉｕｍ）、Ｐｄ（Ｐａｌｌａｄｉｕｍ）およびＡｇ（Ａｒｇｅｎｔｕｍ）を順に積層蒸着して櫛形のＮ側電極１３を形成する。Ｎ側電極１３を形成した後に、前記Ｐ⁺ 拡散層１４裏面の任意部分に酸化膜１６を生成し、これらＰ⁺ 拡散層１４及び酸化膜１６を被覆するように裏面１１３一面に、Ａｌ（Ａｌｕｍｉｎｉｕｍ）、Ｔｉ、ＰｄおよびＡｇを順に積層蒸着してＰ側電極１５を形成する。Ｎ側電極１３とＰ側電極１５を形成した後にダイシングを行い、４０ｍｍ＊７０ｍｍに形成したプレーナー型太陽電池セル１が製造される。
【００２７】
また、本実施の形態では、酸化膜の生成にＣＶＤ法を用いているが、これに限定されるものではなく、低温下で酸化膜を生成することができる酸化膜生成法であればよい。
【００２８】
上述したように製造されたプレーナー型太陽電池セル１の効率は、初期効率η＝１６．８％、電子線照射（１Ｅ＋１５ｅ／ｃｍ² ）後効率η＝１３．５％を達成した。すなわち、従来のプレーナー型太陽電池セルの効率が、初期効率η＝１７．６％、電子線照射後効率η＝１２．５％であるため、本実施の形態にかかるプレーナー型太陽電池セル１によれば、高出力と耐放射線特性の両方を達成することができる。
【００２９】
このように、高温を要する酸化膜生成法が原因となってプレーナー型太陽電池セル１のキャリアライフタイムを縮めることをＣＶＤ法を用いることで防止するだけでなく、本発明によれば、酸化膜１６を受光面１１１に生成した後、裏面１１３に生成するので、図４に示すように、基板１１の少なくとも受光面１１１及びその裏面１１３に酸化膜１６を生成することで起こる基板１１の反りを防止することができる。なお、図４は、酸化膜生成時におけるプレーナー型太陽電池セル１の側面図である。
【００３０】
また、本実施の形態では、受光面１１１が複数の逆ピラミッド１１２状の凹凸に形成されているので、光の反射を低減させ、かつ、酸化膜１６を受光面に生成した際に基板１１を反らせる力を抑制することができる。
【００３１】
さらに、基板１１には厚さが７５μｍ以下であるシリコンが用いられ、上記開口面１１２ａが、一辺長が略４０μｍである正方形に形成されているので、薄型のプレーナー型太陽電池セル１を製造することができる。
【００３２】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明によれば、プレーナー型太陽電池セルのキャリアライフタイムを縮めることなく、かつ、基板を反らせることなく薄型のプレーナー型太陽電池セルを製造することができる。
【００３３】
すなわち、高温を要する酸化膜生成法ではプレーナー型太陽電池セルのキャリアライフタイムを縮めてしまうといった問題があったが、この問題をＣＶＤ法を用いることで解消できるだけでなく、酸化膜を、受光面に生成した後裏面に生成するので、基板の受光面及びその裏面に同時に酸化膜を生成することで起きていた基板の反りを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態にかかる、受光面に複数の逆ピラミッドの凹凸を形成したプレーナー型太陽電池セルの斜視図である。
【図２】本実施の形態にかかる、受光面に複数のピラミッドの凹凸を形成したプレーナー型太陽電池セルの斜視図である。
【図３】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）および（ｆ）は順に、本実施の形態にかかるプレーナー型太陽電池セルの製造工程における、基板にＮ⁺ 拡散層及びＰ⁺ 拡散層を形成する工程を示した、図１記載の円Ａで囲む部分の拡大図である。
【図４】本実施の形態にかかる、酸化膜生成時におけるプレーナー型太陽電池セルの側面図である。
【図５】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）および（ｆ）は順に、他の従来のプレーナー型太陽電池セルの製造工程における、基板にＮ⁺ 拡散層及びＰ⁺ 拡散層を形成する工程図である。
【図６】他の従来の、酸化膜生成時におけるプレーナー型太陽電池セルの側面図である。
【図７】従来のプレーナー型太陽電池セルの基板厚さと、基板の反り量との関係を示したグラフである。
【符号の説明】
プレーナー型太陽電池セル １
基板 １１
受光面 １１１
逆ピラミッド １１２
開口面 １１２ａ
裏面 １１３
ピラミッド １１４
酸化膜 １６

Claims (3)

1. 基板の表面及び裏面に酸化膜を生成する工程を含み、前記表面がテクスチャー構造の受光面とされたプレーナー型太陽電池セルの製造方法であって、
   前記基板の熱膨張係数より前記酸化膜の熱膨張係数が高く、
   前記酸化膜を生成する工程は、低温下で酸化膜を生成することができる酸化膜生成法により、酸化膜を前記受光面に生成し、その後、酸化膜を前記裏面に生成することを特徴とするプレーナー型太陽電池セルの製造方法。
2. 前記酸化膜を生成する工程にＣＶＤ法が用いられることを特徴とする請求項１記載のプレーナー型太陽電池セルの製造方法。
3. 前記基板には厚さが７５μｍ以下であるシリコンが用いられ、前記テクスチャー構造の開口面が、一辺長が略４０μｍである正方形に形成され、前記酸化膜を生成する時の生成温度が略４３０℃であることを特徴とする請求項１または２記載のプレーナー型太陽電池セルの製造方法。

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