JP4434455B2 - Method for manufacturing solar battery cell - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は太陽電池の材料として有用なシリコン単結晶ウェーハを用いた太陽電池セルの製造方法に関し、特に、太陽電池セルの製造工程において発生する重金属等の汚染物をゲッタリング除去することが可能な太陽電池セルの製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
太陽電池をその基板材料をもとに分類すると、大きく分けてシリコン結晶系太陽電池、アモルファス(非晶質)シリコン系太陽電池、化合物半導体系太陽電池の3種類が挙げられ、更にシリコン結晶系太陽電池には、単結晶系太陽電池と多結晶系太陽電池がある。この中で太陽電池として最も重要な特性である変換効率が高い太陽電池は化合物半導体系太陽電池であり、その変換効率は25%近くに達する。なお、「変換効率」とは、太陽電池セルに入射した光のエネルギーに対し、太陽電池により電気エネルギーに変換して取り出すことができたエネルギーの割合を示す値であり百分率(%)で表わされた値を言う。
【0003】
しかし、化合物半導体系太陽電池は、その材料となる化合物半導体を作ることが非常に難しく、太陽電池基板の製造コストが高くなるなど、一般に普及するには問題があり、その用途は限られたものとなっている。
【0004】
一方、シリコン単結晶系太陽電池は、化合物半導体系太陽電池の次に変換効率が高く、20%前後の変換効率を発揮する上、太陽電池基板となるシリコンウェーハも比較的容易に調達できることから、一般に普及している太陽電池の主力となっている。
【0005】
シリコン単結晶ウェーハを用いた一般的な太陽電池セルの製造工程を図2により説明する。
まず、CZ法(チョクラルスキー法)またはFZ法(浮遊帯域溶融法)等により製造したシリコン単結晶インゴットをスライスしてシリコンウェーハを作製する(図2(a))。このスライスは、ダイヤモンド微粒子を付着させた円板状ブレードを高速回転させて切断する方法や、ワイヤーソーを用いて多数枚を一度に切断する方法などにより行われる。このようにしてインゴットをスライスして得られたウェーハ2の表裏両面には、切断時の機械的衝撃による加工歪み1a,1bが生じている。
【0006】
この加工歪み1a,1bはウェーハのライフタイム等の電気的特性を低下させ、太陽電池セルの変換効率にも悪影響を及ぼすので、化学エッチングや研磨等により除去される(図2(b))。
その後、必要に応じて太陽電池セルの受光面となる一方の面にテクスチャ処理と呼ばれる光の反射を低減するための処理(通常はアルカリエッチング)が行われ、さらにpn接合形成工程、電極形成工程、反射防止膜形成工程等を施して太陽電池セルが形成される。
【0007】
図2(c)はpn接合形成工程を示しており、ウェーハの導電型とは反対の導電型を有する拡散層3が形成される。通常はp型のシリコン単結晶ウェーハ表面にn型不純物を導入することによって片側(受光面側)にpn接合が形成される。その際の不純物導入にはガス拡散法、固相拡散法、イオン注入法などが用いられ、数百℃から1000℃或いはそれ以上の温度の熱処理が行われる。
【0008】
図2(d)は受光面側の電極形成工程を示しており、拡散層3の表面にパッシベーション用の極薄(例えば数nm〜十数nm程度)の酸化膜5を形成した後、蒸着法、メッキ法、印刷法などにより金属からなる電極4を形成する工程であり、通常は、数百℃程度の熱処理が加えられる。
さらに、図2(e)に示されるように、ウェーハの裏面側にも電極7が形成される。
【0009】
図2(f)は反射防止膜形成工程を示しており、CVD法(化学的気相成長法)やPVD法(物理的気相成長法)等により、受光面側にSiO、CeO等の堆積膜6が形成され、その際にやはり数百℃〜800℃程度の熱処理が加えられる。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
太陽電池セルは低コストで製造することが必要であり、使用するシリコン単結晶ウェーハは、必ずしも集積回路等の半導体デバイスの作製で使用するシリコンウェーハほど純度が高いものではない。高純度、高精度のものを用いようとすると必然的にコスト高になってしまうからである。しかし、不純物が混入したシリコンウェーハを用いたり、あるいは上記のようなプロセスにより太陽電池セルを製造する場合、プロセス中に発生した重金属不純物によりウェーハのライフタイムが低下し、その結果、太陽電池セルの変換効率を低下させるという問題があった。
【0011】
本発明はこのような問題点に鑑みなされたものであり、製造コストを上げることなく、太陽電池セルの製造工程において発生する重金属不純物を除去し、シリコンウェーハのライフタイムの低下を防止することができる太陽電池セルの製造方法を提供することを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は、シリコン単結晶をスライスして作製されたシリコンウェーハに、少なくともpn接合形成工程、電極形成工程とを施して太陽電池セルを製造する方法において、前記スライスされたシリコンウェーハの表面側の加工歪みを除去し、該表面側に少なくともpn接合形成処理を行った後、裏面側の加工歪みを除去することを特徴とする太陽電池セルの製造方法である(請求項1)。
【0013】
このように、スライスによる加工歪みが残っているウェーハの表面側のみの加工歪みを除去した状態でpn接合形成等の熱処理を伴う工程を行えば、その工程で発生した重金属不純物等は裏面側の加工歪み層にゲッタリングされ、その後裏面側の加工歪みを除去することによりシリコンウェーハの重金属不純物等も除去することができる。
【0014】
また、前記表面側の加工歪みの除去をスピンエッチングにて行えば(請求項2)、裏面側を保護膜等で保護することなく、表面側のみの加工歪みを簡便に除去することができる。
【0015】
また、前記シリコンウェーハを作製するためのシリコン単結晶として、CZ法により作製されたGaをドーパントとするシリコン単結晶を用いることが好ましく(請求項3)、特に、シリコン単結晶中のGaの濃度が、3×1015atoms/cm〜5×1017atoms/cmであることが好ましい(請求項4)。
このようにCZ法によるGaをドーパントとした結晶とすれば、大口径シリコン単結晶インゴットの製造が容易であり、また、これをスライスして得たシリコン単結晶ウェーハを太陽電池基板として用いれば、光劣化によるライフタイムの低下を効果的に防ぐことができ、高い変換効率を有する太陽電池セルを製造することができる。
【0016】
本発明者は、太陽電池セルの製造工程において、熱処理中に重金属不純物が発生し、それによりシリコンウェーハが汚染されてライフタイムが低下し、結果として太陽電池セルの変換効率を低下させる可能性があると考えた。特に太陽電池の製造では、低品質のウエーハが原料ウエーハとして用いられる可能性があるためなおさらである。そこで、太陽電池セルの製造工程中にシリコンウェーハにゲッタリング能力をもたせておけば、重金属不純物によるライフタイムの低下を防ぐことができることを発想した。
【0017】
シリコンウェーハにゲッタリング能力をもたせる方法としては、IG(イントリンシックゲッタリング)とEG(エクストリンシックゲッタリング)があることが知られている。しかしながら、IGはシリコンウェーハのバルク中に酸素析出物を形成する方法であるため、それによるライフタイムの低下を招くおそれがあり適当ではない。また、EGとしては、ウェーハの裏面にポリシリコン膜を形成したり、サンドブラスト等によるダメージを与えたりすることにより歪みを形成する手法が知られているが、いずれも付加的な工程が必要とされるので、低価格化が特に要請される太陽電池の製造工程では好ましくない。
【0018】
そこで本発明者は鋭意研究した結果、シリコン単結晶からスライスされたウェーハの表面に生じる加工歪みに着目し、このシリコン単結晶をスライスして作製されたシリコンウェーハに、少なくともpn接合形成工程、電極形成工程とを施して太陽電池セルを製造する際、前記スライスされたシリコンウェーハの表面側のみの加工歪みを除去し、該表面側に少なくともpn接合形成処理を行った後、裏面側の加工歪みを除去することで重金属不純物を除去できることを見出し、本発明を完成させた。
【0019】
すなわち、上記方法によれば、スライスによって生じるウェーハ裏面側の加工歪みを利用して重金属不純物をゲッタリングし、さらにこの加工歪みを除去したシリコンウェーハが太陽電池セルを構成することになる。従って、実質的に付加的な処理を必要とせず、ライフタイムの低下を防止することができ、ひいては低コストで、高性能の太陽電池セルを製造すことができる。
【0020】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながらさらに具体的に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
本発明では、まず、シリコンウェーハを作製するためのシリコン単結晶インゴットを用意する。使用するシリコン単結晶としては、CZ法(MCZ法(磁界下引上げ法)を含む)、あるいはFZ法等によって製造することができる。
【0021】
現在、太陽電池として用いられているウェーハの導電型はp型が主流であり、通常このp型ウェーハにはボロンがドーパントとして添加されている。CZ法によれば、このようにボロンがドープされた大直径の単結晶を比較的低コストで作ることができる。しかし、CZ法によって製造される結晶中には高濃度の酸素が存在し、このようなp型CZ法シリコン単結晶を用いて作った太陽電池セルに強い光を当てると、結晶中のボロンと酸素がライフタイム特性に影響を与え光劣化が生じる場合がある。
【0022】
そこで、本発明で用意するシリコン単結晶としては、通常用いられるボロンがドープされたp型シリコン単結晶でもよいが、太陽電池セルの光劣化を効果的に防止するため、CZ法により作製された、Gaをドーパントとするシリコン単結晶を用いることが好ましい。
【0023】
このようにGaをp型ドーパントとしてCZ法によりシリコン単結晶を作製すれば、ボロンと格子間酸素によるライフタイム特性への悪影響を考慮する必要がないので低酸素濃度のシリコン単結晶にする必要がなく、8インチ以上の大口径のシリコン単結晶を作製することが容易となる。また、このようなGaドープのシリコン単結晶を用いれば、光劣化が生じ難く、高い変換効率を有する太陽電池セルを製造することができる。
【0024】
ドープするGaの濃度としては、3×1015〜5×1017atoms/cm(抵抗率で5〜0.1Ω・cm)とするのが好ましい。
Ga濃度が3×1015atoms/cmよりも小さい場合には、作製されるシリコンウェーハの抵抗率が必要以上に高くなり、太陽電池の内部抵抗により電力が消費され、変換効率が低下するおそれがある。また、Ga濃度が5×1017atoms/cmよりも大きい場合には、ウェーハの抵抗率が極端に低下するためウェーハ内部にオージェ再結合による少数キャリアのライフタイムが低下するおそれがあるので、シリコン単結晶中のGaの濃度は上記範囲内にあることが好ましい。
【0025】
Gaが添加されたシリコン単結晶をCZ法により製造するためには、ルツボ内のシリコン融液にGaを添加した後、シリコン融液に種結晶を接触させ、これを回転させながら引き上げればよい。この場合、ルツボ内の融液へのGaの添加は、予め高濃度のGaを添加したシリコン結晶棒を育成し、この高濃度Gaドープシリコン結晶棒を砕いて作製したドープ剤を、計算により適切な量だけシリコン融液に添加することが好ましい。
【0026】
図1は、本発明にかかる太陽電池セルの製造工程の一例を示している。
上記のようにCZ法等により製造したシリコン単結晶インゴットを、円板状ブレードやワイヤーソーを用いた通常の手法によりスライスして、シリコンウェーハを作製する。図1(A)は、スライスされた直後のシリコンウェーハ2を示しており、ウェーハ2の表裏両面には、切断時の機械的衝撃による加工歪み1a,1bが存在している。
【0027】
図1(B)は、太陽電池セルの受光面となるウェーハ2の表面側の加工歪み1aのみを除去する工程であり、裏面側の加工歪み1bは残存させておく。なお、スライス直後のウェーハは、通常、表面側、裏面側の区別はないが、本発明では受光面となる側の面を表面側、反対側の面を裏面側と呼ぶ。
【0028】
表面側のみの加工歪みを除去する方法としては、特に限定されないが、例えば裏面側を耐エッチング性の保護膜あるいは保護テープにより保護して、混酸(例えばフッ酸、硝酸、酢酸、水からなる酸液)あるいはKOH、NaOH等を含むアルカリ性水溶液などのエッチング液に浸漬する方法や、片面のみを平面研削やメカノケミカル研磨する方法などがある。好適には、いわゆるスピンエッチングにて表面側の加工歪みのみを除去することができる。
【0029】
このスピンエッチングは、例えば、図3に示すように、ウェーハ支持台10上にウェーハ11をその表面側がエッチング液供給ノズル12に向けられるように固定し、ウェーハを回転させながら前記したようなエッチング液を供給する。このようなスピンエッチングによれば、エッチング液は表面側にのみ接触し振り飛ばされるので、裏面の保護の必要もなく表面側の加工歪みのみを簡便に除去することができる。
なお、加工歪みを除去するためのエッチングの取りしろは、スライスの条件により加工歪み深さが異なるので一概に言えないが、通常は10μm〜数十μm程度である。
【0030】
エッチングが行われた表面に対し、必要に応じてテクスチャ処理と呼ばれる光の反射を低減するための処理(通常はアルカリエッチング)を行う。この際、前記図1(B)のエッチングと同様に保護膜等により裏面側を保護してエッチングを行うか、または前記スピンエッチングを行ってもよい。また、表面側の加工歪み除去とテクスチャ処理を兼ねて行うこともできる。
【0031】
図1(C)はpn接合形成工程を示しており、加工歪みを除去したウェーハ2の表面側にウェーハ2の導電型(例えばp型)とは反対の導電型(n型)を有する拡散層3を形成する。その際の不純物導入には従来同様、ガス拡散法、固相拡散法、イオン注入法などが用いられ、数百℃から1000℃、或いはそれ以上の温度の熱処理が行われる。通常、太陽電池セルの製造工程ではこの工程が最も高温の処理となり、本発明では発生した重金属不純物はウェーハ裏面側の加工歪み層1bにゲッタリングされることになる。
【0032】
本発明においては、少なくとも上記pn接合形成工程の後に裏面側の加工歪み1bを除去する処理を行えばよいが、裏面側の加工歪み1bを残しておけば、この後の各工程における熱処理においても重金属不純物をゲッタリングすることができる。従って、以下の例のようにできるだけさらに他の工程を行った後に裏面側の加工歪み1bを除去する処理を行うことが好ましい。
【0033】
図1(D)は表面側(受光面側)の電極形成工程を示しており、拡散層3の表面にパッシベーション用の極薄の酸化膜5を形成した後、蒸着法、メッキ法、印刷法などにより金属からなる電極4を形成する工程である。電極材料としては、Ni、Au、Ag、Ti、Pd、Alなどを用いることができる。
なお、この後に裏面側の加工歪み1bを除去してもよいが、前記したようにできるだけ後工程とするのが好ましい。
【0034】
図1(E)は反射防止膜形成工程を示しており、CVD法やPVD法等により、反射防止膜としての堆積膜6が形成され、その際にやはり数百℃〜800℃程度の熱処理が加えられる。反射防止膜6としては、例えば屈折率が1.8〜1.9のSiOを使用することができ、このほか、CeO、Al、Si、SnO、SiO-TiOなどが用いられる。なお、反射防止膜6を2層とする場合には、通常、TiOやTaのように屈折率の大きいものが用いられる。
【0035】
図1(F)は、ウェーハの裏面側に残しておいた加工歪み1bを除去する工程を示している。裏面側の加工歪み1bのみを除去する手法としては、前記図1(B)の工程と同様の手法を用いることができ、保護テープ等により反射防止膜を保護して混酸やアルカリ性水溶液などのエッチング液に浸漬する方法、裏面のみをメカノケミカル研磨する方法、あるいはスピンエッチングにより裏面側の加工歪み1bのみを容易に除去することができる。
【0036】
図1(G)は、裏面側の電極形成工程を示しており、ゲッタリングされた重金属不純物と共に加工歪みが除去されたウェーハの裏面側に電極金属7を形成する工程である。具体的な電極金属の種類や形成方法は前記図1(D)の表面側(受光面側)の電極形成と同様である。
【0037】
以上のように、太陽電池セルの製造工程において、シリコン単結晶インゴットをスライスして得たシリコンウェーハの表面側の加工歪みのみを除去し、少なくともpn接合工程を行った後、好ましくは、できるだけ熱処理を伴う他の多くの工程をも行った後に裏面側の加工歪みを除去するようにすれば、これらの工程中に発生する重金属不純物をウェーハ裏面側の加工歪み層でゲッタリングして除去することができる。このようにスライスにより生じた加工歪みを利用してゲッタリングを行えば、サンドブラスト等の実質的に付加的な工程も必要がなく、ゲッタリングのための酸素析出物を形成させる必要もないので、製造コストを増加させることなく、太陽電池セルのライフタイムの低下を防止することができる。
【0038】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は単なる例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【0039】
例えば、前記実施の形態では反射防止膜形成工程(図1(E))の後に裏面側の加工歪みを除去する場合について説明したが、図1の(A)〜(G)までの工程は一例であり、pn接合形成工程(図1(C))、あるいは表面側電極形成工程(図1(D))の後に裏面側の加工歪みを除去することもできる。
また、例えば、電極形成工程(図1(D))の後に裏面側の加工歪みを除去した場合は、裏面側に電極形成した後に、反射防止膜形成工程を行うこともできる。
また、太陽電池セルの製造工程では、テクスチャ処理の追加や反射防止膜の形成を省略するなど、工程の入れ換え、追加、あるいは省略を行うこともある。
【0040】
【発明の効果】
本発明の太陽電池セルの製造方法によれば、スライスされたシリコンウェーハの加工歪みを裏面側のみ残し、pn接合形成工程、電極形成工程、あるいは反射防止膜形成工程において発生する重金属不純物をゲッタリングしてから裏面側加工歪みを除去するため、付加的な工程が実質的に不要である上、シリコンウェーハのライフタイムの低下を防止することができる。従って、製造コストの上昇を抑えるとともに、太陽電池セルの性能の向上を達成することができ、ひいては変換効率の高い太陽電池セルを安価に提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明にかかる太陽電池セルの製造工程の一例を示す工程図である。
【図2】従来の太陽電池セルの製造工程を示す工程図である。
【図3】ウェーハの一方の面のみの加工歪みを除去するスピンエッチングを示す概略図である。
【符号の説明】
1a,1b…加工歪み、 2…シリコンウェーハ、 3…拡散層、 4…表面側電極、、 5…酸化膜、 6…堆積膜(反射防止膜)、 7…裏面側電極、 10…ウェーハ支持台、 11…シリコンウェーハ、 12…エッチング液供給ノズル。
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for manufacturing a solar cell using a silicon single crystal wafer useful as a material for a solar cell, and in particular, it is possible to getter and remove contaminants such as heavy metals generated in the manufacturing process of a solar cell. The present invention relates to a method for manufacturing a solar battery cell.
[0002]
[Prior art]
When solar cells are classified based on their substrate materials, there are roughly three types: silicon crystal solar cells, amorphous (amorphous) silicon solar cells, and compound semiconductor solar cells. The battery includes a single crystal solar cell and a polycrystalline solar cell. Among these, a solar cell with high conversion efficiency, which is the most important characteristic as a solar cell, is a compound semiconductor solar cell, and the conversion efficiency reaches nearly 25%. The “conversion efficiency” is a value indicating the ratio of energy that can be extracted by converting into electric energy by the solar battery with respect to the energy of light incident on the solar battery cell, and expressed as a percentage (%). Say the value was.
[0003]
However, it is very difficult to make a compound semiconductor as a material for the compound semiconductor solar cell, and there are problems in widespread use such as an increase in the manufacturing cost of the solar cell substrate, and its use is limited. It has become.
[0004]
On the other hand, the silicon single crystal solar cell has the next highest conversion efficiency after the compound semiconductor solar cell, exhibits a conversion efficiency of around 20%, and can easily procure a silicon wafer as a solar cell substrate. It has become the mainstay of popular solar cells.
[0005]
A general manufacturing process of a solar battery cell using a silicon single crystal wafer will be described with reference to FIG.
First, a silicon wafer is manufactured by slicing a silicon single crystal ingot manufactured by the CZ method (Czochralski method) or FZ method (floating zone melting method) (FIG. 2A). This slicing is performed by a method of cutting a disk-shaped blade having diamond fine particles attached thereto at a high speed and a method of cutting a large number of sheets at once using a wire saw. Processing distortions 1a and 1b due to mechanical impact at the time of cutting are generated on both front and back surfaces of the wafer 2 obtained by slicing the ingot in this way.
[0006]
The processing strains 1a and 1b deteriorate electrical characteristics such as the lifetime of the wafer and adversely affect the conversion efficiency of the solar battery cell, and therefore are removed by chemical etching, polishing, or the like (FIG. 2B).
Thereafter, if necessary, one surface serving as the light receiving surface of the solar battery cell is subjected to a process (usually alkaline etching) for reducing light reflection called texture processing, and further a pn junction forming process and an electrode forming process Then, the solar cell is formed by applying an antireflection film forming step or the like.
[0007]
FIG. 2C shows a pn junction forming step, in which a diffusion layer 3 having a conductivity type opposite to that of the wafer is formed. Normally, a pn junction is formed on one side (light-receiving surface side) by introducing an n-type impurity into the surface of a p-type silicon single crystal wafer. In this case, a gas diffusion method, a solid phase diffusion method, an ion implantation method, or the like is used for introducing impurities, and heat treatment is performed at a temperature of several hundred to 1000 ° C. or higher.
[0008]
FIG. 2D shows an electrode forming process on the light-receiving surface side. After forming an extremely thin oxide film 5 for passivation (for example, about several nm to several tens of nm) on the surface of the diffusion layer 3, a vapor deposition method is performed. In this step, the electrode 4 made of metal is formed by a plating method, a printing method, or the like, and usually a heat treatment of about several hundred degrees C is applied.
Furthermore, as shown in FIG. 2E, the electrode 7 is also formed on the back side of the wafer.
[0009]
FIG. 2 (f) shows an anti-reflection film forming step, and SiO, CeO 2 or the like is formed on the light receiving surface side by a CVD method (chemical vapor deposition method), a PVD method (physical vapor deposition method), or the like. A deposited film 6 is formed, and a heat treatment of about several hundred to 800 ° C. is applied at that time.
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
Solar cells need to be manufactured at low cost, and the silicon single crystal wafers used are not necessarily as pure as silicon wafers used in the manufacture of semiconductor devices such as integrated circuits. This is because the use of high purity and high accuracy inevitably increases the cost. However, when using a silicon wafer mixed with impurities or manufacturing a solar cell by the process as described above, the lifetime of the wafer is reduced due to heavy metal impurities generated during the process. There was a problem of reducing the conversion efficiency.
[0011]
The present invention has been made in view of such problems, and it is possible to remove heavy metal impurities generated in the manufacturing process of solar cells without increasing the manufacturing cost and prevent the lifetime of the silicon wafer from being lowered. It aims at providing the manufacturing method of the photovoltaic cell which can be performed.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention provides a method for producing a solar cell by subjecting a silicon wafer produced by slicing a silicon single crystal to at least a pn junction forming step and an electrode forming step. A method of manufacturing a solar battery cell comprising: removing the processing strain on the front surface side of the silicon wafer, performing at least a pn junction forming process on the front surface side, and then removing the processing strain on the back surface side. Item 1).
[0013]
In this way, if a process involving a heat treatment such as pn junction formation is performed in a state where the processing distortion only on the front surface side of the wafer in which the processing distortion due to slicing remains is removed, heavy metal impurities and the like generated in the process are Heavy metal impurities and the like of the silicon wafer can be removed by gettering to the processing strain layer and then removing the processing strain on the back surface side.
[0014]
Further, if the processing strain on the front side is removed by spin etching (claim 2), the processing strain only on the front side can be easily removed without protecting the back side with a protective film or the like.
[0015]
Moreover, it is preferable to use a silicon single crystal having Ga as a dopant produced by the CZ method as the silicon single crystal for producing the silicon wafer (Claim 3), and in particular, the concentration of Ga in the silicon single crystal. Is preferably 3 × 10 15 atoms / cm 3 to 5 × 10 17 atoms / cm 3 (Claim 4).
Thus, if a crystal using Ga as a dopant by the CZ method is used, it is easy to produce a large-diameter silicon single crystal ingot, and if a silicon single crystal wafer obtained by slicing this is used as a solar cell substrate, The lifetime can be effectively prevented from decreasing due to light deterioration, and a solar cell having high conversion efficiency can be manufactured.
[0016]
The present inventor has a possibility that heavy metal impurities are generated during the heat treatment in the manufacturing process of the solar cell, thereby contaminating the silicon wafer and reducing the lifetime, resulting in a decrease in the conversion efficiency of the solar cell. I thought it was. This is especially true in the manufacture of solar cells because low quality wafers may be used as raw material wafers. Accordingly, the inventors have conceived that if the silicon wafer is provided with a gettering capability during the manufacturing process of the solar battery cell, the lifetime can be prevented from being reduced by heavy metal impurities.
[0017]
It is known that there are IG (intrinsic gettering) and EG (extrinsic gettering) as methods for providing a silicon wafer with gettering capability. However, since IG is a method for forming oxygen precipitates in the bulk of a silicon wafer, there is a risk that the lifetime will be reduced, which is not appropriate. Moreover, as EG, there is known a method for forming a strain by forming a polysilicon film on the back surface of a wafer or by damaging by sandblasting or the like, but both require an additional process. Therefore, it is not preferable in the manufacturing process of a solar cell in which a reduction in price is particularly required.
[0018]
Therefore, as a result of diligent research, the present inventor has paid attention to processing strain generated on the surface of a wafer sliced from a silicon single crystal, and at least a pn junction forming step and an electrode on a silicon wafer produced by slicing the silicon single crystal. When manufacturing the solar battery cell by performing the forming step, after removing the processing strain only on the surface side of the sliced silicon wafer and performing at least pn junction forming processing on the surface side, processing strain on the back surface side It has been found that heavy metal impurities can be removed by removing, and the present invention has been completed.
[0019]
That is, according to the above method, a silicon wafer is configured by gettering heavy metal impurities using processing distortion on the back side of the wafer caused by slicing and further removing the processing distortion. Therefore, substantially no additional treatment is required, the lifetime can be prevented from being lowered, and a high-performance solar cell can be manufactured at low cost.
[0020]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described more specifically with reference to the drawings. However, the present invention is not limited thereto.
In the present invention, first, a silicon single crystal ingot for preparing a silicon wafer is prepared. The silicon single crystal to be used can be manufactured by CZ method (including MCZ method (including pulling method under magnetic field)) or FZ method.
[0021]
Currently, p-type is the main conductivity type of wafers used as solar cells, and boron is usually added to this p-type wafer as a dopant. According to the CZ method, a large-diameter single crystal doped with boron can be produced at a relatively low cost. However, there is a high concentration of oxygen in the crystal produced by the CZ method, and when strong light is applied to a solar cell made using such a p-type CZ method silicon single crystal, boron in the crystal Oxygen may affect lifetime characteristics and cause photodegradation.
[0022]
Therefore, the silicon single crystal prepared in the present invention may be a p-type silicon single crystal doped with boron, which is usually used, but was produced by the CZ method in order to effectively prevent photodegradation of solar cells. It is preferable to use a silicon single crystal having Ga as a dopant.
[0023]
Thus, if a silicon single crystal is produced by the CZ method using Ga as a p-type dopant, it is not necessary to consider the adverse effect on lifetime characteristics due to boron and interstitial oxygen, so it is necessary to use a silicon single crystal with a low oxygen concentration Therefore, it becomes easy to produce a silicon single crystal having a large diameter of 8 inches or more. Moreover, when such a Ga-doped silicon single crystal is used, it is difficult to cause photodegradation, and a solar battery cell having high conversion efficiency can be manufactured.
[0024]
The concentration of Ga to be doped is preferably 3 × 10 15 to 5 × 10 17 atoms / cm 3 (resistivity is 5 to 0.1 Ω · cm).
When the Ga concentration is lower than 3 × 10 15 atoms / cm 3 , the resistivity of the silicon wafer to be manufactured becomes higher than necessary, and power is consumed by the internal resistance of the solar cell, which may reduce conversion efficiency. There is. In addition, when the Ga concentration is larger than 5 × 10 17 atoms / cm 3 , the resistivity of the wafer is extremely lowered, so that the lifetime of minority carriers due to Auger recombination may be reduced inside the wafer. The Ga concentration in the silicon single crystal is preferably within the above range.
[0025]
In order to produce a silicon single crystal to which Ga is added by the CZ method, after adding Ga to the silicon melt in the crucible, the seed crystal is brought into contact with the silicon melt, and it is pulled up while rotating it. . In this case, the addition of Ga to the melt in the crucible is performed by appropriately calculating a dopant prepared by growing a silicon crystal rod to which a high concentration of Ga has been added in advance and crushing the high concentration Ga-doped silicon crystal rod. It is preferable to add an appropriate amount to the silicon melt.
[0026]
FIG. 1 shows an example of a manufacturing process of a solar battery cell according to the present invention.
The silicon single crystal ingot manufactured by the CZ method or the like as described above is sliced by a normal method using a disk blade or a wire saw to produce a silicon wafer. FIG. 1A shows a silicon wafer 2 immediately after being sliced, and processing strains 1a and 1b due to mechanical impact at the time of cutting exist on both the front and back surfaces of the wafer 2. FIG.
[0027]
FIG. 1B shows a process of removing only the processing strain 1a on the front surface side of the wafer 2 which becomes the light receiving surface of the solar battery cell, and the processing strain 1b on the back surface side is left. The wafer immediately after slicing usually does not distinguish between the front surface side and the back surface side, but in the present invention, the surface serving as the light receiving surface is referred to as the front surface side, and the opposite surface is referred to as the back surface side.
[0028]
The method for removing the processing strain only on the front side is not particularly limited. For example, the back side is protected with an etching-resistant protective film or a protective tape, and mixed acid (for example, hydrofluoric acid, nitric acid, acetic acid, water) Liquid) or a method of immersing in an etching solution such as an alkaline aqueous solution containing KOH, NaOH or the like, or a method of surface grinding or mechanochemical polishing only on one side. Preferably, only processing distortion on the surface side can be removed by so-called spin etching.
[0029]
For example, as shown in FIG. 3, the spin etching is performed by fixing the wafer 11 on the wafer support 10 so that the surface side thereof faces the etching solution supply nozzle 12 and rotating the wafer as described above. Supply. According to such spin etching, since the etching solution contacts and is swung away only on the front surface side, only the processing distortion on the front surface side can be easily removed without the need for protecting the back surface.
Note that the etching margin for removing the processing strain cannot be generally described because the processing strain depth varies depending on the slicing conditions, but is usually about 10 μm to several tens of μm.
[0030]
A treatment (usually alkali etching) for reducing reflection of light called texture treatment is performed on the etched surface as necessary. At this time, similarly to the etching of FIG. 1B, the back side may be protected by a protective film or the like, or the etching may be performed. It is also possible to perform both processing distortion removal on the front side and texture processing.
[0031]
FIG. 1C shows a pn junction formation step, and a diffusion layer having a conductivity type (n-type) opposite to the conductivity type (for example, p-type) of the wafer 2 on the surface side of the wafer 2 from which processing strain has been removed. 3 is formed. In the introduction of impurities at this time, a gas diffusion method, a solid phase diffusion method, an ion implantation method, or the like is used as in the conventional case, and a heat treatment is performed at a temperature of several hundred to 1000 ° C. or higher. Normally, this process is the hottest process in the manufacturing process of solar cells, and in the present invention, the generated heavy metal impurities are gettered to the processed strain layer 1b on the back side of the wafer.
[0032]
In the present invention, at least after the pn junction forming step, a process for removing the processing strain 1b on the back surface side may be performed. However, if the processing strain 1b on the back surface side is left, the heat treatment in each subsequent process is also performed. Heavy metal impurities can be gettered. Therefore, it is preferable to perform the process of removing the processing strain 1b on the back side after performing other steps as much as possible as in the following example.
[0033]
FIG. 1D shows an electrode forming process on the surface side (light-receiving surface side). After forming a very thin oxide film 5 for passivation on the surface of the diffusion layer 3, a vapor deposition method, a plating method, and a printing method are shown. In this step, the electrode 4 made of metal is formed. As an electrode material, Ni, Au, Ag, Ti, Pd, Al, or the like can be used.
Although the processing strain 1b on the back surface side may be removed thereafter, it is preferable to perform the post-process as much as possible as described above.
[0034]
FIG. 1E shows an antireflection film forming process, in which a deposited film 6 as an antireflection film is formed by a CVD method, a PVD method, or the like, and a heat treatment of about several hundred to 800 ° C. is also performed at that time. Added. As the antireflection film 6, for example, SiO 2 having a refractive index of 1.8 to 1.9 can be used. In addition, CeO 2 , Al 2 O 3 , Si 3 N 4 , SnO 2 , SiO 2 − TiO 2 or the like is used. When the antireflection film 6 has two layers, a film having a large refractive index such as TiO 2 or Ta 2 O 5 is usually used.
[0035]
FIG. 1F shows a process of removing the processing strain 1b left on the back side of the wafer. As a method for removing only the processing strain 1b on the back surface side, the same method as in the step of FIG. 1B can be used. The antireflection film is protected by a protective tape or the like, and etching of mixed acid or alkaline aqueous solution is performed. Only the processing strain 1b on the back surface side can be easily removed by a method of dipping in a liquid, a method of mechanochemical polishing of only the back surface, or spin etching.
[0036]
FIG. 1G shows an electrode forming process on the back surface side, in which the electrode metal 7 is formed on the back surface side of the wafer from which processing strain is removed together with the gettered heavy metal impurities. The specific type and formation method of the electrode metal are the same as those for forming the electrode on the surface side (light receiving surface side) in FIG.
[0037]
As described above, in the manufacturing process of the solar cell, after removing only the processing strain on the surface side of the silicon wafer obtained by slicing the silicon single crystal ingot and performing at least the pn bonding step, preferably, heat treatment as much as possible If the processing strain on the back side is removed after many other processes involving the process are performed, heavy metal impurities generated during these steps should be gettered and removed by the processing strain layer on the back side of the wafer. Can do. If gettering is performed by utilizing the processing strain generated by slicing in this way, there is no need for substantially additional steps such as sandblasting, and it is not necessary to form oxygen precipitates for gettering. A decrease in the lifetime of the solar battery cell can be prevented without increasing the manufacturing cost.
[0038]
The present invention is not limited to the above embodiment. The above embodiment is merely an example, and the present invention has the same configuration as that of the technical idea described in the claims of the present invention, and any device that exhibits the same function and effect is the present invention. It is included in the technical scope of the invention.
[0039]
For example, in the above embodiment, the case where the processing distortion on the back surface side is removed after the antireflection film forming step (FIG. 1E) has been described, but the steps from (A) to (G) in FIG. In addition, after the pn junction forming step (FIG. 1C) or the front surface side electrode forming step (FIG. 1D), the processing strain on the back side can be removed.
For example, when processing distortion on the back surface side is removed after the electrode forming step (FIG. 1D), the antireflection film forming step can be performed after forming the electrode on the back surface side.
In addition, in the manufacturing process of the solar battery cell, the process may be replaced, added, or omitted, such as omitting the addition of texture processing or the formation of an antireflection film.
[0040]
【The invention's effect】
According to the method for manufacturing a solar cell of the present invention, processing distortion of a sliced silicon wafer is left only on the back surface side, and heavy metal impurities generated in the pn junction forming process, the electrode forming process, or the antireflection film forming process are gettered. Then, since the back side processing distortion is removed, an additional process is substantially unnecessary, and the lifetime of the silicon wafer can be prevented from being lowered. Therefore, it is possible to suppress an increase in manufacturing cost and to achieve an improvement in the performance of the solar battery cell. As a result, a solar battery cell with high conversion efficiency can be provided at a low cost.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a process diagram showing an example of a manufacturing process of a solar battery cell according to the present invention.
FIG. 2 is a process diagram showing a manufacturing process of a conventional solar battery cell.
FIG. 3 is a schematic view showing spin etching for removing processing strain on only one surface of a wafer.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1a, 1b ... Work distortion, 2 ... Silicon wafer, 3 ... Diffusion layer, 4 ... Surface side electrode, 5 ... Oxide film, 6 ... Deposition film (antireflection film), 7 ... Back side electrode, 10 ... Wafer support stand 11 ... Silicon wafer, 12 ... Etch solution supply nozzle.

Claims (4)

シリコン単結晶をスライスして作製されたシリコンウェーハに、少なくともpn接合形成工程、電極形成工程とを施して太陽電池セルを製造する方法において、前記スライスされたシリコンウェーハの表面側の加工歪みを除去し、該表面側に少なくともpn接合形成処理を行った後、裏面側の加工歪みを除去することを特徴とする太陽電池セルの製造方法。In a method of manufacturing a solar cell by subjecting a silicon wafer produced by slicing a silicon single crystal to at least a pn junction forming step and an electrode forming step, processing strain on the surface side of the sliced silicon wafer is removed. Then, after performing at least a pn junction forming process on the front surface side, a processing strain on the back surface side is removed. 前記表面側の加工歪みの除去をスピンエッチングにて行うことを特徴とする請求項1に記載された太陽電池セルの製造方法。The method for manufacturing a solar cell according to claim 1, wherein the processing strain on the surface side is removed by spin etching. 前記シリコン単結晶として、CZ法により作製された、Gaをドーパントとするシリコン単結晶を用いることを特徴とする請求項1または請求項2に記載された太陽電池セルの製造方法。The method for producing a solar battery cell according to claim 1 or 2, wherein a silicon single crystal having Ga as a dopant produced by a CZ method is used as the silicon single crystal. 前記シリコン単結晶中のGaの濃度が、3×1015atoms/cm〜5×1017atoms/cmであることを特徴とする請求項3に記載された太陽電池セルの製造方法。4. The method for manufacturing a solar cell according to claim 3, wherein a concentration of Ga in the silicon single crystal is 3 × 10 15 atoms / cm 3 to 5 × 10 17 atoms / cm 3 .
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