JP4216059B2 - III / V compound semiconductor solar cell manufacturing method - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、III・V族化合物半導体太陽電池およびその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
III族およびV族の元素からなるIII・V族化合物半導体を用いた太陽電池は、従来よりいろいろなものが検討されている。たとえば、太陽電池の主動作領域となるpn接合ダイオードの並列抵抗の低下を防止し、変換効率の高いIII・V族化合物半導体太陽電池などが検討されている(特許文献1参照)。
【0003】
III・V族化合物半導体太陽電池の一例として、多接合型太陽電池の構造を図4に示す。図4(a)は平面図であり、図4(b)は、図4(a)におけるA−A断面図である。また、図4(c)は、受光面側電極およびその周囲の拡大図である。図4(b)において、ボトムセルであるGe基板40上に、GaAsミドルセルとGaInPトップセルからなるエピ層41があり、その上に櫛型のコンタクト層42および受光面側電極43、またGe基板40の裏面に裏面電極44が形成されている。受光面側電極43の構造は、図4(c)に示すように、下層から厚さ100nmのAuGe膜43w、厚さ20nmのNi膜43x、厚さ70nmのAu膜43yおよび受光面電極43の大部分を占める厚さ1μmのAuメッキ膜43zとからなる。
【0004】
III・V族化合物半導体太陽電池について、従来より行なわれている製造方法はつぎのとおりである。まず、Ge基板の表面にpn接合を拡散によって形成し、その表面上にMOCVDなどによりGaAsなどからなるエピ層を形成する。エピ層の構造は、Ge基板とGaAsエピ層の結晶格子の違いなどを吸収するためのバッファ層、ボトムセルとミドルセルを電気的に重ねるためのトンネル接合層、GaAsのpn接合によるミドルセル層、ミドルセルとトップセルを電気的に重ねるためのトンネル接合層、GaInPのpn接合によるトップセル層とからなる。エピ層上には、トップセルと受光面側電極を電気的に接続するための半導体層であるコンタクト層が形成される。
【0005】
続いて、コンタクト層上にフォトレジストからなる櫛型の電極パターンを形成し、電極パターンの上から全面に、AuGe膜、Ni膜およびAu膜からなる電極材料膜を蒸着法により形成する。蒸着後、レジストが可溶な有機溶剤などによって、レジストからなる電極パターンを除去し、電極パターン上に形成された不要な電極材料膜もあわせて除去する。つぎに、フォトリソグラフィによって、再度、表面に形成されているAuGe膜、Ni膜およびAu膜からなる電極材料膜の部分にのみ窓が開くようにレジストパターンを形成し、厚さ1μmのAuメッキ膜を形成する。Auメッキ膜を形成した後、電極材料膜およびAuメッキ膜からなる受光面側電極をマスクにして、受光面側電極の形成されていない領域にあるコンタクト層をエッチングにより除去する。
【0006】
エッチングは、アンモニア水、過酸化水素水および水の混合液をエッチング液とし、エッチング液に基板を浸すことにより行なう。エッチングに際して、Auは、エッチング液によりエッチングされないので、受光面側電極および受光面側電極の下にあるコンタクト層(GaAs)を残して、それ以外のコンタクト層が除去される。つぎに、フォトレジスト層を形成し、フォトリソグラフィによって、基板表面の、セルとなる領域とセルとなる領域の間にスペースが生じるようにセルパターンを形成する。セルパターンの形成後、セル領域がメサ形状となるように、スペースの部分でメサエッチングを行ない、溝をつける。さらに、基板の裏面側にAuからなる裏面電極を形成した後、受光面にARC膜を形成し、最後にメサエッチングにより付けた溝に沿ってダイシングなどによる切断を行なうと、太陽電池を製造することができる。
【0007】
これに対して、受光面側電極の主材料として高価なAuの代わりにAgを用いることにより、低価格の太陽電池を作るというテーマで研究が進められている。受光面側電極の主材料としてAgを使用するIII・V族化合物半導体太陽電池の一例を図5に示す。図5(a)は平面図であり、図5(b)は、図5(a)におけるA−A断面図である。また、図5(c)は、受光面側電極およびその周囲の拡大図である。図5(b)において、ボトムセルであるGe基板50上に、GaAsミドルセルとGaInPトップセルからなるエピ層51があり、その上に櫛型のコンタクト層52および受光面側電極53が形成され、Ge基板50の裏面に裏面電極54が形成されている。受光面側電極53の構造は、図5(c)に示すように、下層から厚さ100nmのAuGe膜53w、厚さ20nmのNi膜53x、厚さ70nmのAu膜53yおよび受光面電極53の大部分を占める厚さ5μmのAgメッキ膜53zとからなる。
【0008】
Agを受光面側電極の主材料とする太陽電池は、前述した方法と同様の方法で製造することができる。すなわち、Ge基板上にエピ層およびコンタクト層が形成され、コンタクト層上に櫛型のフォトレジストからなる電極パターンを形成し、そのうえにAuGe膜、Ni膜およびAu膜からなる電極材料膜を形成した後、レジストが可溶な有機溶剤などによってレジストを除去し、レジストからなる電極パターンおよびその上に形成されている不要な電極材料膜を除去する。つぎにこの電極材料膜をマスクにして、電極材料膜の形成されていない領域のコンタクト層をエッチングによって除去する。エッチング液は、酸性またはアルカリ性の水溶液であり、Auはエッチングされないが、AgはAuと異なり、エッチングレートが大きいため、エッチングされる。したがって、Agを電極材料に用いる場合には、エッチングの後の工程でAg膜を形成する必要がある。すなわち、コンタクト層をエッチングした後に、基板表面の電極パターンにアライメントを合わせて、電極パターン部分に窓を開けた形状のフォトレジストパターンを新たに形成し、そのレジストパターンの上から基板全面に対して厚さ5μmのAg膜を形成し、レジストが可溶な有機溶剤などによってレジストを除去し、レジスト上に形成された不要なAg膜を除去する。このような方法により、下層からAuGe膜、Ni膜、Au膜およびAg膜からなる受光面側電極を有する低価格の太陽電池を製造することができる。また、裏面電極についても、高価なAuの代わりにAgを用いてコストを削減することができる。
【0009】
【特許文献1】
特開平8−274358号公報(第2頁−第3頁)
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
図4に示すような、Auを電極の主材料とする太陽電池は、高価なAuを大量に使用するため、太陽電池が高価になる。
【0011】
一方、図5に示すような、高価なAuの代わりにAgを電極の主材料とする太陽電池では、コンタクト層上のAuGe膜、Ni膜およびAu膜からなる電極材料膜のパターンと、電極材料膜の上に形成するAg膜のパターンとのアライメント合わせが困難である。すなわち、AgはAuに比べてエッチングされやすいため、Ag膜の形成はコンタクト層のエッチング後に行なう必要があるが、AuGe膜、Ni膜およびAu膜からなる電極材料膜のパターンと、電極材料膜の上に形成するAg膜のパターンの形成を別々に行なうため、全く同じパターンとはならず、2つのパターンの間のアライメントの誤差を考慮して、図5(c)に示すようなマージンを取らなければならない。したがって、太陽電池の受光面における電極面積がそれだけ広くなり、受光面積が減少し、光電変換効率が低下する。また、AgはAuに比べてエッチングされやすいため、Agを電極材料に用いる場合には、Ag電極の上面をAuなどにより保護していても、Ag電極の側壁が露出している場合には、エッチングを免れ得ない。
【0012】
【課題を解決するための手段】
本発明のIII・V族化合物半導体太陽電池は、コンタクト層上に形成される受光面側電極がAgを主材料とし、金属製保護膜で被覆された電極であり、受光面側電極が形成されていないコンタクト層は除去されていることを特徴とする。受光面側電極の主材料を、高価なAuの代わりにAgとすることにより、安価な太陽電池を提供することができる。
【0013】
受光面側電極として、金属製保護膜で被覆された電極を使用することにより、受光面側電極の主材料がAgであっても、コンタクト層のエッチングに際して、受光面側電極の耐性を高めることができる。また、電極(配線)のエッチングを防止できるので、高性能で信頼性の高い太陽電池を製造することができる。金属製保護膜の材質としては、受光面側電極に大きな耐性を付与し得る点で、Au、Pt、Niまたはそれらの合金により形成するのが好ましく、これらの中では導電性に優れる点で、Auがより好ましい。金属保護膜の厚さとしては、十分な耐性を付与する点で、20nm以上形成するのが好ましく、30nm以上形成すると、より好ましい。また、受光面側電極が形成されていないコンタクト層を除去しておくことにより、光の透過率を高め、光電変換効率を上げることができる。
【0014】
金属製保護膜は、太陽電池の配線接続時に、金属製保護膜により被覆されている電極材料膜の材料を50容積%以上含有しているものが好ましい。金属製保護膜はAuなどにより形成され、コンタクト層のエッチング液などに対して優れた耐性を発揮するが、Auは溶接またはハンダ付けには不向きであるため、太陽電池完成後、複数の太陽電池を配線する際に、接続が困難である。一方、Agは、耐性は低いが、溶接またはハンダ付けが比較的容易である。したがって、金属製保護膜は、Auなどにより形成され、コンタクト層のエッチングが終了するまでは耐性を有するものが好ましいが、その後の配線時においては、Agなどからなる接続の信頼性の高いものが好ましい。具体的には、本発明の電極材料膜は、主材料としてAgを含有することから、配線接続時に、金属製保護膜はAgを50容積%程度以上含有しているものが、溶接またはハンダ付けが容易であり、受光面側電極にインターコネクタなどを接続する上で好ましい。
【0015】
本発明のIII・V族化合物半導体太陽電池の製造方法は、Agを主材料とし、金属製保護膜で被覆されている受光面側電極をコンタクト層上に形成する工程と、受光面側電極を保護マスクとして、受光面側電極が形成されていないコンタクト層を除去する工程とを含むことを特徴とする。かかる方法により、前述した安価で効率のよい太陽電池を製造することができる。
【0016】
金属製保護膜は、良好な薄膜が得られる点で、メッキ法により形成するのが好ましく、メッキ法としては、無電解メッキ法が好ましい。電界メッキは、加える電圧により膜厚が変化するため、他の半導体デバイスに比べて大面積である太陽電池においては、長い配線長により加えられる電圧にバラツキが生じやすく、膜厚のバラツキが大きくなる傾向がある。一方、無電界メッキは、表面反応であり、撹拌などによりメッキ液を均一化することにより、大面積でも均一な薄膜を得ることができ、膜厚の制御も容易である。無電解メッキをするときは、より均一な薄膜を容易に得る点で、メッキ液は、60℃以上が好ましく、70℃以上がより好ましい。また、メッキ液への浸漬は、20分以上が好ましく、30分以上がより好ましい。
【0017】
受光面側電極が形成されていないコンタクト層を除去する工程において、受光面側電極を保護マスクとすることにより、受光面側電極の下に形成しているコンタクト層をエッチングから保護することができる。また、受光面側電極が形成されていないコンタクト層の除去は、GaAsからなるコンタクト層のエッチングレートが大きい点で、過酸化水素を含む酸性またはアルカリ性のエッチング液により行なうことが好ましい。
【0018】
受光面側電極をコンタクト層上に形成する工程は、フォトレジストからなる電極パターンを形成する工程と、電極パターンの上から電極材料膜を形成する工程と、金属製保護膜をメッキ法により形成する工程と、フォトレジストの除去により不要な受光面側電極をリフトオフする工程とを含むことが好ましい。フォトリソグラフィにより電極パターンを形成し、得られたマスクの上から電極材料膜をメッキにより形成した後、フォトレジストを除去することにより、不要な受光面側電極を同時に除去し、所望のパターニングを有する受光面側電極をコンタクト層上に形成する。かかるリフトオフ法を採用することにより、厚い電極材料のパターニングが可能となり、配線抵抗を小さくして電極面積を抑え、光電効率を高めることができる。
【0019】
図2は、本発明の太陽電池の製造方法を示す工程図である。図2(a)は、基板20上にエピ層21およびコンタクト層22を順次形成した後の状態を示す。図2(b)において、コンタクト層22上にフォトレジスト層を形成し、フォトリソグラフィにより電極パターン25を形成する。つぎに、図2(c)に示すように、フォトレジストからなる電極パターン25の上から、電極膜材料層23aを形成する。さらに、図2(d)において、金属製保護膜23bを形成し、電極膜材料とともに電極パターン25をリフトオフすると、図2(e)に示す構造体が得られ、続いて、コンタクト層22の一部をエッチングにより除去する(図2(f))。
【0020】
本発明の太陽電池の製造方法においては、図2(c)に示すように、電極膜材料層23aと、電極膜材料層23aの両側にある電極パターン25との間に隙間を生じさせ、図2(d)に示すメッキ工程において、かかる隙間にメッキ液を浸入させることにより、電極膜材料層23aの上面および側面に金属製保護膜23bを形成する実施態様が好ましい。かかる態様によれば、新たなマスクを形成することなく、また電界メッキによらなくても、電極膜材料層の上面および側面に均一に無電界メッキを施すことができる。
【0021】
かかる実施態様においては、図2(c)に示すように、電極膜材料層23aと、電極膜材料層23aの両側にある電極パターン25との間に隙間を生じさせ、メッキ液の侵入を容易にするため、電極膜材料層23aの厚さは、電極パターン25の厚さより十分に薄くし、電極パターン25の側面の形状は、逆テーパ状にする。電極パターン25の側面の形状を逆テーパ状にする方法としては、たとえば、フォトリソグラフィにより電極パターン25を形成するときに、露光用マスクとフォトレジストとの間に一定の間隔を設けることにより、露光用マスクを介して生じる回折光を利用する方法がある。電極膜材料層23aと電極パターン25との間に隙間があると、後の工程でリフトオフが容易になる点でも好ましい。また、電極膜材料層23aの厚さが電極パターン25の厚さより十分に薄いと、電極パターン25の段差により、電極膜材料層23aを形成する際に、電極膜材料層の段切れが生じやすく、リフトオフが容易になる点でも好ましい。
【0022】
コンタクト層を除去する工程の後に、金属製保護膜に350℃〜450℃の温度で5分間以上のアニール処理をすることが好ましい。金属製保護膜は、コンタクト層を除去する工程において、耐性の小さいAgを主材料とする電極材料膜を保護する重要な役割を果たす。しかし、コンタクト層を除去した後においても、Auなどからなる保護膜が電極材料膜上に存在すると、前述のとおり、溶接またはハンダ付けなどの配線接続が困難である。金属製保護膜に350℃〜450℃の温度で5分間以上のアニール処理をすると、内部の電極材料膜中のAgなどの材料と、表層にある保護膜中のAuなどの材料とが混ざり合う結果、電極材料膜の材料を50容積%以上含有する保護膜に変化させることができる。このため、配線接続時において、溶接またはハンダ付けによるインターコネクタなどの取付けを容易にすることができる。アニール処理は、酸化を避けるため、窒素、アルゴン、ヘリウムなどの雰囲気中で行なうのが好ましい。
【0023】
たとえば、Agからなる電極材料膜の表面の全面にAu製の保護膜を形成し、インターコネクタの溶接前に、窒素雰囲気中で380℃のアニール処理を30分間行なうと、Au−Agの間で相互に移動が起こり、電極の表面にAuとAgとが混じりあった層、または、Agを主成分とする層が現れ、インターコネクタの溶接が容易になる。このとき、電極表面にある保護膜中には、Agが50容積%以上含有されている。
【0024】
浅いジャンクションを有するIII・V族化合物半導体太陽電池の製造工程においては、ジャンクションの構造を良好に保つために、アニール処理は450℃以下とするのが好ましく、430℃以下がより好ましい。一方、AuおよびAgなどの高融点金属を熱処理により相互に混ぜるには、350℃以上で処理するのが好ましく、380℃以上がより好ましい。また、金属製保護膜の厚さは、350℃〜450℃の温度で5分間以上という条件でAuおよびAgなどが十分に混ざり合うように、100nm以下が好ましく、50nm以下がより好ましい。
【0025】
【発明の実施の形態】
本発明に係るIII・V族化合物半導体太陽電池の構造を図1に示す。図1(a)は、平面図であり、図1(b)は、図1(a)におけるA−A断面図である。また、図1(c)は、受光面側電極およびその周囲の拡大図である。図1(b)において、ボトムセルであるGe基板10上に、GaAsミドルセルとGaInPトップセルからなるエピ層11、その上に櫛型のコンタクト層12および受光面側電極13、Ge基板10の受光面と反対側の面に裏面電極14が形成されている。図1(b)に示すように、本発明の太陽電池は、受光面側電極13が形成されていない領域ではコンタクト層が除去されている。受光面側電極13は、図1(c)に示すように、電極材料膜13aおよびAu製保護膜13bからなり、Au製保護膜13bは、電極材料膜13aの上面および側面を被覆している。電極材料膜13aは、厚さ100nmのAuGe膜13w、厚さ20nmのNi膜13x、厚さ70nmのAu膜13y、厚さ5μmのAg膜13zからなる。したがって、本発明の太陽電池の受光面側電極はAgを主材料とする。
【0026】
本発明の太陽電池の製造方法について、図2(a)〜(f)および図3(a)〜(c)に一実施の形態を概略的に示す。図2(a)に示すように、従来と同様の方法でGe基板20上にエピ層21とコンタクト層22を形成する。その上に比較的厚いフォトレジスト層を形成した後、フォトリソグラフィにより櫛型の電極(配線)パターン25を形成する(図2(b))。その上から全面に蒸着法により電極材料膜23aを形成する(図2(c))。電極材料膜23aは、厚さ100nmのAuGe膜、厚さ20nmのNi膜、厚さ70nmのAu膜、厚さ5μmのAg膜からなる。したがって、本発明で形成される受光面側電極は、Agを主材料とする。
【0027】
つぎに、電極材料膜23aに無電界メッキを行ない、30nmのAu製保護膜23bで被覆する(図2(d))。無電解メッキは、たとえば、亜硫酸金ナトリウム、亜硫酸ナトリウム、チオ硫酸ナトリウム、グリシン、クペロンおよびアスコルビン酸からなる非シアン化物タイプのAuメッキ液を70℃に保ち、その中に30分間浸して行なう。置換型の無電解メッキであるため、処理時間に対するプロセスマージンが大きく、長時間処理しても、Au製保護膜23bの厚さはほとんど変化がない。Ge基板20の裏面の比抵抗が小さく、Auメッキされる虞がある場合は、予め、Ge基板20の裏面をレジストで保護しておくことが好ましい。
【0028】
つづいて、レジストが可溶な有機溶剤などによって、レジストからなる電極パターン25をリフトオフする。電極パターン25の除去により、電極パターン25上に形成されている不要な電極材料膜、およびその上のAu製保護膜も合わせて除去される。その結果、図2(e)に示す構造体が得られる。この構造体は、コンタクト層22上に受光面側電極23を有し、受光面側電極23は、AuGe膜、Ni膜、Au膜およびAg膜からなる電極材料膜23aと、電極材料膜23aの側面および上面を被覆するAu製保護膜23bとにより構成される。
【0029】
つぎに、アンモニア水:過酸化水素水:水=1:1:10の割合で混合したエッチング液を常温に保ち、図2(e)に示す構造体をエッチング液中に1分間浸す。これにより、受光面側電極23の下のコンタクト層22aは、受光面側電極23が保護マスクとして機能する結果、エッチングされずに残るが、受光面側電極が形成されていない領域のコンタクト層はエッチングされ、除去される(図2(f))。電極材料膜23aは、側面および上面がAu製保護膜23bで覆われており、Au製保護膜23bがエッチング液から電極材料膜23aを保護する機能を発揮するため、受光面側電極23はエッチングされずに残る。つづいて、窒素の雰囲気中、380℃で30分間のアニール処理を行ない、電極の表面層のAg含有率を50容積%以上にする。
【0030】
その後、比較的厚いフォトレジスト層を形成した後、フォトリソグラフィにより、セルとなる領域とセルとなる領域の間にスペース36が生じるようにセルパターン35を形成する(図3(a))。セルパターン35を形成した後、セル領域がメサ形状となるように、スペース36が設けられる部分のGe基板30をメサエッチングし、溝37を付ける(図3(b))。つぎに、Ge基板30の裏面側にAg製の裏面電極34を形成し、受光面側にARC膜(図示していない)を形成した後、溝37に沿ってダイシングなどにより切断を行なう。このようにして、図3(c)に示すセル形状の太陽電池を製造することができる。
【0031】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【0032】
【発明の効果】
本発明によれば、電極の主材料としてAuの代わりにAgを使用し、従来と同一のセルサイズで電極面積の小さいIII・V族化合物半導体太陽電池を製造することができる。このIII・V族化合物半導体太陽電池は、低価格で、出力が大きく、信頼性が高い。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に係るIII・V族化合物半導体太陽電池の構造を示す概略図である。
【図2】 本発明に係るIII・V族化合物半導体太陽電池の製造方法を示す工程図である。
【図3】 本発明に係るIII・V族化合物半導体太陽電池の製造方法を示す工程図である。
【図4】 受光面側電極の主材料としてAuを使用する、従来のIII・V族化合物半導体太陽電池の構造を示す概略図である。
【図5】 受光面側電極の主材料としてAgを使用する、従来のIII・V族化合物半導体太陽電池の構造を示す概略図である。
【符号の説明】
10 Ge基板、11 エピ層、12 コンタクト層、13 受光面側電極、14 裏面電極、23a 電極材料膜、23b Au製保護膜、25 電極パターン、35 セルパターン。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a group III / V compound semiconductor solar cell and a method for producing the same.
[0002]
[Prior art]
Various types of solar cells using group III / V compound semiconductors composed of group III and group V elements have been studied. For example, a III / V group compound semiconductor solar cell that prevents a decrease in parallel resistance of a pn junction diode that is a main operating region of the solar cell and has high conversion efficiency has been studied (see Patent Document 1).
[0003]
FIG. 4 shows the structure of a multi-junction solar cell as an example of a III / V group compound semiconductor solar cell. 4A is a plan view, and FIG. 4B is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 4A. FIG. 4C is an enlarged view of the light receiving surface side electrode and its surroundings. In FIG. 4B, an epitaxial layer 41 composed of a GaAs middle cell and a GaInP top cell is provided on a
[0004]
The conventional manufacturing method for III / V group compound semiconductor solar cells is as follows. First, a pn junction is formed on the surface of the Ge substrate by diffusion, and an epitaxial layer made of GaAs or the like is formed on the surface by MOCVD or the like. The structure of the epi layer includes a buffer layer for absorbing the difference in crystal lattice between the Ge substrate and the GaAs epi layer, a tunnel junction layer for electrically overlapping the bottom cell and the middle cell, a middle cell layer by a GaAs pn junction, and a middle cell. It consists of a tunnel junction layer for electrically overlapping the top cell and a top cell layer by GaInP pn junction. A contact layer, which is a semiconductor layer for electrically connecting the top cell and the light receiving surface side electrode, is formed on the epi layer.
[0005]
Subsequently, a comb-shaped electrode pattern made of a photoresist is formed on the contact layer, and an electrode material film made of an AuGe film, an Ni film, and an Au film is formed on the entire surface of the electrode pattern by vapor deposition. After vapor deposition, the electrode pattern made of the resist is removed with an organic solvent or the like in which the resist is soluble, and unnecessary electrode material films formed on the electrode pattern are also removed. Next, a resist pattern is formed by photolithography so that a window is opened only in the portion of the electrode material film made of AuGe film, Ni film, and Au film formed on the surface, and an Au plating film having a thickness of 1 μm is formed. Form. After forming the Au plating film, the contact layer in the region where the light receiving surface side electrode is not formed is removed by etching using the light receiving surface side electrode made of the electrode material film and the Au plating film as a mask.
[0006]
Etching is performed by immersing the substrate in an etching solution using a mixed solution of ammonia water, hydrogen peroxide solution and water as an etching solution. At the time of etching, since Au is not etched by the etching solution, the contact layer (GaAs) under the light receiving surface side electrode and the light receiving surface side electrode is left, and the other contact layers are removed. Next, a photoresist layer is formed, and a cell pattern is formed by photolithography so that a space is formed between the cell region and the cell region on the substrate surface. After the cell pattern is formed, mesa etching is performed in the space so that the cell region has a mesa shape, and a groove is formed. Further, after a back electrode made of Au is formed on the back side of the substrate, an ARC film is formed on the light receiving surface, and finally cut by dicing along a groove formed by mesa etching to manufacture a solar cell. be able to.
[0007]
On the other hand, research is being carried out on the theme of making a low-cost solar cell by using Ag as the main material of the light-receiving surface side electrode instead of expensive Au. An example of a III / V group compound semiconductor solar cell using Ag as the main material of the light-receiving surface side electrode is shown in FIG. Fig.5 (a) is a top view, FIG.5 (b) is AA sectional drawing in Fig.5 (a). FIG. 5C is an enlarged view of the light receiving surface side electrode and its surroundings. In FIG. 5B, an
[0008]
A solar cell in which Ag is the main material of the light-receiving surface side electrode can be manufactured by the same method as described above. That is, after an epi layer and a contact layer are formed on a Ge substrate, an electrode pattern made of a comb-shaped photoresist is formed on the contact layer, and an electrode material film made of an AuGe film, Ni film, and Au film is formed thereon Then, the resist is removed with an organic solvent or the like in which the resist is soluble, and an electrode pattern made of the resist and an unnecessary electrode material film formed thereon are removed. Next, using this electrode material film as a mask, the contact layer in the region where the electrode material film is not formed is removed by etching. The etching solution is an acidic or alkaline aqueous solution, and Au is not etched, but Ag is etched because it has a high etching rate unlike Au. Therefore, when Ag is used as an electrode material, it is necessary to form an Ag film in a step after etching. That is, after etching the contact layer, alignment is made with the electrode pattern on the substrate surface to form a new photoresist pattern with a window in the electrode pattern portion. An Ag film having a thickness of 5 μm is formed, the resist is removed with an organic solvent or the like in which the resist is soluble, and an unnecessary Ag film formed on the resist is removed. By such a method, a low-cost solar cell having a light-receiving surface side electrode composed of an AuGe film, a Ni film, an Au film, and an Ag film can be manufactured from the lower layer. Also, the cost of the back electrode can be reduced by using Ag instead of expensive Au.
[0009]
[Patent Document 1]
JP-A-8-274358 (pages 2 to 3)
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
As shown in FIG. 4, a solar cell using Au as a main material for an electrode uses a large amount of expensive Au, so that the solar cell becomes expensive.
[0011]
On the other hand, in a solar cell in which Ag is the main electrode material instead of expensive Au as shown in FIG. 5, the pattern of the electrode material film composed of the AuGe film, Ni film and Au film on the contact layer, and the electrode material Alignment with the pattern of the Ag film formed on the film is difficult. That is, since Ag is easier to etch than Au, it is necessary to form the Ag film after etching the contact layer. However, the pattern of the electrode material film composed of the AuGe film, Ni film, and Au film, and the electrode material film Since the pattern of the Ag film to be formed is separately formed, the pattern is not exactly the same, and a margin as shown in FIG. 5C is taken in consideration of an alignment error between the two patterns. There must be. Therefore, the electrode area on the light receiving surface of the solar cell is increased accordingly, the light receiving area is reduced, and the photoelectric conversion efficiency is lowered. In addition, since Ag is more easily etched than Au, when Ag is used as an electrode material, even if the upper surface of the Ag electrode is protected by Au or the like, the side wall of the Ag electrode is exposed. Inevitable etching.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
In the III / V group compound semiconductor solar battery of the present invention, the light-receiving surface side electrode formed on the contact layer is an electrode mainly composed of Ag and covered with a metal protective film, and the light-receiving surface side electrode is formed. The contact layer that has not been removed is removed. An inexpensive solar cell can be provided by using Ag as the main material of the light-receiving surface side electrode instead of expensive Au.
[0013]
By using an electrode covered with a metal protective film as the light-receiving surface side electrode, even when the main material of the light-receiving surface side electrode is Ag, the resistance of the light-receiving surface side electrode is enhanced when etching the contact layer Can do. Further, since etching of the electrode (wiring) can be prevented, a high-performance and highly reliable solar cell can be manufactured. The metal protective film is preferably made of Au, Pt, Ni, or an alloy thereof in terms of being able to impart great resistance to the light-receiving surface side electrode. Among these, in terms of excellent conductivity, Au is more preferable. The thickness of the metal protective film is preferably 20 nm or more, and more preferably 30 nm or more in terms of imparting sufficient resistance. Further, by removing the contact layer on which the light receiving surface side electrode is not formed, the light transmittance can be increased and the photoelectric conversion efficiency can be increased.
[0014]
The metal protective film preferably contains 50% by volume or more of the electrode material film material covered with the metal protective film when the solar battery is connected to the wiring. The metal protective film is formed of Au or the like and exhibits excellent resistance to the etching solution of the contact layer. However, since Au is not suitable for welding or soldering, a plurality of solar cells are formed after the solar cell is completed. When wiring, it is difficult to connect. On the other hand, Ag has low resistance but is relatively easy to weld or solder. Therefore, the metal protective film is preferably made of Au or the like and has resistance until the etching of the contact layer is completed. However, in the subsequent wiring, a highly reliable connection made of Ag or the like is preferable. preferable. Specifically, since the electrode material film of the present invention contains Ag as a main material, the metal protective film contains about 50% by volume or more of Ag at the time of wiring connection. This is preferable for connecting an interconnector or the like to the light receiving surface side electrode.
[0015]
The method for producing a group III / V compound semiconductor solar cell of the present invention comprises a step of forming a light-receiving surface side electrode on a contact layer, which is made of Ag as a main material and covered with a metal protective film, and a light-receiving surface-side electrode. And a step of removing a contact layer on which the light receiving surface side electrode is not formed as a protective mask. With this method, the above-described inexpensive and efficient solar cell can be manufactured.
[0016]
The metal protective film is preferably formed by a plating method from the viewpoint of obtaining a good thin film, and the electroless plating method is preferable as the plating method. In electroplating, the film thickness changes depending on the applied voltage. Therefore, in a solar cell having a large area compared to other semiconductor devices, the applied voltage tends to vary due to the long wiring length, and the variation in film thickness increases. Tend. On the other hand, electroless plating is a surface reaction. By uniformizing the plating solution by stirring or the like, a uniform thin film can be obtained even in a large area, and the film thickness can be easily controlled. When electroless plating is performed, the plating solution is preferably 60 ° C. or higher, more preferably 70 ° C. or higher, from the viewpoint of easily obtaining a more uniform thin film. The immersion in the plating solution is preferably 20 minutes or longer, and more preferably 30 minutes or longer.
[0017]
In the step of removing the contact layer on which the light receiving surface side electrode is not formed, the contact layer formed under the light receiving surface side electrode can be protected from etching by using the light receiving surface side electrode as a protective mask. . The contact layer on which the light-receiving surface side electrode is not formed is preferably removed with an acidic or alkaline etching solution containing hydrogen peroxide in that the etching rate of the contact layer made of GaAs is high.
[0018]
The step of forming the light receiving surface side electrode on the contact layer includes a step of forming an electrode pattern made of a photoresist, a step of forming an electrode material film on the electrode pattern, and a metal protective film by plating. Preferably, the method includes a step of lifting off unnecessary light-receiving surface side electrodes by removing the photoresist. An electrode pattern is formed by photolithography, an electrode material film is formed on the obtained mask by plating, and then the photoresist is removed, thereby simultaneously removing unnecessary light receiving surface side electrodes and having a desired patterning. A light receiving surface side electrode is formed on the contact layer. By employing such a lift-off method, it is possible to pattern a thick electrode material, reduce the wiring resistance, suppress the electrode area, and increase the photoelectric efficiency.
[0019]
FIG. 2 is a process diagram showing the method for manufacturing a solar cell of the present invention. FIG. 2A shows a state after the
[0020]
In the solar cell manufacturing method of the present invention, as shown in FIG. 2C, a gap is formed between the electrode
[0021]
In such an embodiment, as shown in FIG. 2 (c), a gap is formed between the electrode
[0022]
After the step of removing the contact layer, it is preferable to anneal the metal protective film at a temperature of 350 ° C. to 450 ° C. for 5 minutes or more. The metal protective film plays an important role in protecting the electrode material film mainly composed of Ag having low resistance in the process of removing the contact layer. However, even after the contact layer is removed, if a protective film made of Au or the like exists on the electrode material film, wiring connection such as welding or soldering is difficult as described above. When a metal protective film is annealed at a temperature of 350 ° C. to 450 ° C. for 5 minutes or longer, a material such as Ag in the internal electrode material film and a material such as Au in the protective film on the surface layer mix. As a result, the material of the electrode material film can be changed to a protective film containing 50% by volume or more. For this reason, at the time of wiring connection, attachment of an interconnector etc. by welding or soldering can be made easy. The annealing treatment is preferably performed in an atmosphere of nitrogen, argon, helium, etc. to avoid oxidation.
[0023]
For example, if a protective film made of Au is formed on the entire surface of the electrode material film made of Ag, and annealing is performed at 380 ° C. for 30 minutes in a nitrogen atmosphere before the interconnector is welded, a gap between Au and Ag is obtained. The mutual movement occurs, and a layer in which Au and Ag are mixed or a layer mainly composed of Ag appears on the surface of the electrode, and welding of the interconnector is facilitated. At this time, the protective film on the electrode surface contains 50% by volume or more of Ag.
[0024]
In the manufacturing process of a III / V group compound semiconductor solar cell having a shallow junction, the annealing treatment is preferably performed at 450 ° C. or lower, and more preferably 430 ° C. or lower, in order to maintain a good junction structure. On the other hand, in order to mix refractory metals such as Au and Ag with each other by heat treatment, the treatment is preferably performed at 350 ° C. or higher, more preferably 380 ° C. or higher. Further, the thickness of the metal protective film is preferably 100 nm or less, and more preferably 50 nm or less so that Au, Ag, and the like are sufficiently mixed at a temperature of 350 ° C. to 450 ° C. for 5 minutes or more.
[0025]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 shows the structure of a III / V group compound semiconductor solar cell according to the present invention. Fig.1 (a) is a top view, FIG.1 (b) is AA sectional drawing in Fig.1 (a). FIG. 1C is an enlarged view of the light receiving surface side electrode and its surroundings. In FIG. 1B, an epi layer 11 composed of a GaAs middle cell and a GaInP top cell on a
[0026]
About the manufacturing method of the solar cell of this invention, one Embodiment is roughly shown to FIG. 2 (a)-(f) and FIG. 3 (a)-(c). As shown in FIG. 2A, an
[0027]
Next, the
[0028]
Subsequently, the
[0029]
Next, an etching solution mixed at a ratio of ammonia water: hydrogen peroxide solution: water = 1: 1: 10 is kept at room temperature, and the structure shown in FIG. 2E is immersed in the etching solution for 1 minute. As a result, the
[0030]
Thereafter, after forming a relatively thick photoresist layer, a
[0031]
The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
[0032]
【The invention's effect】
According to the present invention, it is possible to produce a III / V group compound semiconductor solar cell having the same cell size and a small electrode area by using Ag instead of Au as the main material of the electrode. This III / V compound semiconductor solar cell is inexpensive, has a large output, and is highly reliable.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic view showing the structure of a III / V compound semiconductor solar cell according to the present invention.
FIG. 2 is a process diagram showing a method for producing a III / V compound semiconductor solar cell according to the present invention.
FIG. 3 is a process chart showing a method for producing a III / V compound semiconductor solar cell according to the present invention.
FIG. 4 is a schematic view showing the structure of a conventional III / V group compound semiconductor solar cell using Au as the main material of the light-receiving surface side electrode.
FIG. 5 is a schematic view showing the structure of a conventional III / V group compound semiconductor solar cell using Ag as a main material of the light-receiving surface side electrode.
[Explanation of symbols]
10 Ge substrate, 11 epi layer, 12 contact layer, 13 light receiving surface side electrode, 14 back surface electrode, 23a electrode material film, 23b Au protective film, 25 electrode pattern, 35 cell pattern.
Claims (8)
Agを主材料とし、金属製保護膜で被覆されている受光面側電極をコンタクト層上に形成する工程と、
前記受光面側電極を保護マスクとして、前記受光面側電極が形成されていないコンタクト層を除去する工程と、
前記金属製保護膜に350℃〜450℃の温度で5分間以上のアニール処理をする工程とを含み、
前記金属製保護膜の材質は、Au、Pt、Niまたはそれらの合金であり、
前記アニール処理により、前記金属製保護膜中のAg含有率が50容積%以上となることを特徴とするIII・V族化合物半導体太陽電池の製造方法。In the method for producing a group III / V compound semiconductor solar cell,
A step of forming on the contact layer a light-receiving surface side electrode made of Ag as a main material and covered with a metal protective film;
Using the light receiving surface side electrode as a protective mask, removing the contact layer on which the light receiving surface side electrode is not formed ;
Annealing the metal protective film at a temperature of 350 ° C. to 450 ° C. for 5 minutes or more,
The material of the metal protective film is Au, Pt, Ni or an alloy thereof,
The method for producing a group III / V compound semiconductor solar cell, wherein the annealing treatment causes an Ag content in the metal protective film to be 50% by volume or more .
フォトレジストからなる電極パターンを形成する工程と、
前記電極パターンの上から電極材料膜を形成する工程と、
前記金属製保護膜をメッキ法により形成する工程と、
前記フォトレジストの除去により不要な受光面側電極をリフトオフする工程とを含むことを特徴とする請求項1記載のIII・V族化合物半導体太陽電池の製造方法。The step of forming the light receiving surface side electrode on the contact layer,
Forming an electrode pattern made of a photoresist;
Forming an electrode material film from above the electrode pattern;
Forming the metal protective film by a plating method;
Claim 1 III · V compound semiconductor solar manufacturing method of battery, wherein the comprising the step of lifting off the unwanted light-receiving surface side electrode by removing the photoresist.
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