JP4610630B2 - Method for producing diffusion layer for solar cell and method for producing solar cell - Google Patents
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Description
本発明は、太陽電池用拡散層の製造方法および太陽電池セルの製造方法に関するものである。 The present invention relates to a method for producing a solar cell diffusion layer and a method for producing a solar battery cell.
一般的な結晶シリコン太陽電池では、太陽光線の照射により生成したキャリアを分離するために、pn接合の形成が必要である。例えば、基板にp型シリコンを用いる場合は、受光面側にリン等の5族元素を拡散させることでn型シリコン層を、または基板にn型シリコンを用いる場合は、受光面側に硼素等の3族元素を拡散させることでp型シリコン層を形成する。通常の多結晶シリコン太陽電池は、基板にp型シリコンを用い、リン系のドーパントを700℃〜1000℃程度の温度で熱拡散することで基板両面の全面に拡散層を形成し、必要に応じて不要な部分の拡散層を除去して、太陽電池用の拡散層とする。 In a general crystalline silicon solar cell, it is necessary to form a pn junction in order to separate carriers generated by irradiation with sunlight. For example, when p-type silicon is used for the substrate, an n-type silicon layer is diffused by diffusing Group 5 elements such as phosphorus on the light-receiving surface side, or when n-type silicon is used for the substrate, boron or the like is used on the light-receiving surface side. A p-type silicon layer is formed by diffusing the group 3 element. A normal polycrystalline silicon solar cell uses p-type silicon as a substrate, and thermally diffuses a phosphorus-based dopant at a temperature of about 700 ° C. to 1000 ° C. to form a diffusion layer on both surfaces of the substrate. Then, unnecessary portions of the diffusion layer are removed to form a diffusion layer for solar cells.
そして、この拡散層上に反射防止膜として例えばシリコン窒化膜を形成し、受光面側にグリッド状の銀ペースト、および裏面にベタ面状にアルミペースト電極を印刷、焼成することで、シリコン結晶系太陽電池を形成することができる。また、裏面側のn型拡散層を除去せずに、アルミペースト電極からのアルミ拡散で強制的に高濃度アルミ拡散のp+層に反転させる場合もある。 Then, for example, a silicon nitride film is formed on the diffusion layer as an antireflection film, and a grid-like silver paste is printed on the light-receiving surface side, and an aluminum paste electrode is printed and fired on the back surface to form a silicon crystal system. A solar cell can be formed. In some cases, the n-type diffusion layer on the back surface side is not removed, and the aluminum diffusion from the aluminum paste electrode is forcibly reversed to the p + layer of high concentration aluminum diffusion.
ここで、太陽電池の光電変換効率を上げるためには、拡散層の厚さは薄い方が良いが、薄すぎると突き抜けと言われる電極によるn層部分の破壊が起こりやすくなるうえに、高抵抗化により電極部分での集電がうまくできなくなる。そのため、好ましくは、受光面部分は拡散層を薄くした高抵抗層(低濃度拡散)とし、電極部分は拡散層を厚くした低抵抗層(高濃度拡散)とする、選択エミッタと呼ばれる構造が好ましい。しかし、従来技術でこの選択エミッタを形成しようとすると、複数回の拡散とマスキングによる部分エッチング等を組み合わせた、複雑な工程が必要であった。 Here, in order to increase the photoelectric conversion efficiency of the solar cell, it is preferable that the thickness of the diffusion layer is thin, but if it is too thin, the n-layer portion is likely to be broken by an electrode that is said to penetrate, and the high resistance is high. As a result, current collection at the electrode portion becomes impossible. Therefore, a structure called a selective emitter is preferable, in which the light receiving surface portion is a high resistance layer (low concentration diffusion) with a thin diffusion layer and the electrode portion is a low resistance layer (high concentration diffusion) with a thick diffusion layer. . However, in order to form this selective emitter by the conventional technique, a complicated process combining a plurality of times of diffusion and partial etching by masking is required.
そこで、インクジェット装置を用いて、ドーパント濃度を部分的に変化させて塗布し、一度の熱処理、あるいは部分的なレーザ照射等で選択エミッタ構造を形成する方法が提案されている(例えば、特許文献1、特許文献2参照)。これにより選択エミッタ構造が簡単に作製できると共に、インクジェット塗布を行うことで無駄に噴霧される薬液量を減らしてドーパント使用量を少なく押さえることができ、最終的な製造コストを大きく低減することができる。 In view of this, there has been proposed a method of forming a selective emitter structure by applying an ink jet apparatus while partially changing the dopant concentration and performing a single heat treatment or partial laser irradiation (for example, Patent Document 1). , See Patent Document 2). As a result, the selective emitter structure can be easily manufactured, and the amount of chemicals sprayed unnecessarily can be reduced by performing ink-jet coating, so that the amount of dopant used can be reduced and the final manufacturing cost can be greatly reduced. .
また、選択塗布の代わりに、拡散を制限したい領域にマスクを使う方法も考えられ、例えば、印刷形成マスクによりドーパント拡散を制限する方法(例えば、特許文献3参照)、さらに、類似技術として、マスク材に疎水性の樹脂フィルムを用い、レーザ照射により不要部分を除去し、マスクパターンを形成する回路基板の製造方法が報告されている(例えば、特許文献4参照)。 Further, instead of selective coating, a method of using a mask in an area where diffusion is desired to be restricted is conceivable. For example, a method of restricting dopant diffusion using a print formation mask (see, for example, Patent Document 3), and a similar technique include a mask. There has been reported a circuit board manufacturing method in which a hydrophobic resin film is used as a material, unnecessary portions are removed by laser irradiation, and a mask pattern is formed (see, for example, Patent Document 4).
インクジェット装置を用いた塗布拡散に際して、太陽電池の特性を向上させるためにはシリコン基板中の不純物を取り除くゲッタリングという工程を行ってから塗布拡散を行うことが望ましい。このゲッタリング工程は、通常、適度な拡散濃度で基板両面、あるいは片面に対してリン拡散を行い、拡散層部分に不要な鉄等の重金属不純物を偏析させ、シリコン基板のエミッタとしての電子寿命を向上させるものであり、重金属濃度が高い場合は、さらに重金属不純物が偏析した拡散層を除去する必要がある。 At the time of coating diffusion using an ink jet apparatus, it is desirable to perform coating diffusion after performing a process called gettering for removing impurities in the silicon substrate in order to improve the characteristics of the solar cell. In this gettering process, phosphorus diffusion is usually performed on both sides or one side of the substrate at an appropriate diffusion concentration, unnecessary heavy metal impurities such as iron are segregated in the diffusion layer portion, and the electron lifetime as an emitter of the silicon substrate is increased. When the heavy metal concentration is high, it is necessary to remove the diffusion layer in which the heavy metal impurities are segregated.
したがって、通常の拡散炉で高抵抗層に相当する両面拡散を行った後に、あるいはインクジェット塗布により両面あるいは片面にリン酸を塗布してゲッタリング用の拡散を行った後に、再度インクジェットで低抵抗領域のみにリン酸を塗布し、追加拡散することで選択エミッタ構造を形成する工程が考えられる。 Therefore, after performing double-sided diffusion corresponding to the high-resistance layer in a normal diffusion furnace, or after applying gettering diffusion by applying phosphoric acid on both sides or one side by inkjet coating, the low-resistance region by inkjet again It is conceivable to form a selective emitter structure by applying phosphoric acid only and additionally diffusing.
しかしながら、一度拡散工程を施し、全面にリンガラスが形成された状態でその上にリン酸のインクジェット塗布を行うと、リンガラスとリン酸の親和性が非常に良いために、塗布したリン酸が直ぐに濡れ拡がってしまい、特定の狭い領域への限定した塗布ができないという問題がある。また、濡れ拡がりを押さえるために、リンガラス層を除去してしまうと、塗布後の拡散焼成により、塗布部分以外の領域の電子寿命が著しく低下してしまう。これは、リンガラス層がある場合は高濃度のリンがシリコン基板との界面に存在するため、重金属不純物のゲッタリングが効率的に行われるのに加え、拡散層表面の中途半端な酸化を押さえ表面再結合が抑制されるためと考えられる。したがって、太陽電池の特性を向上させるためには、リン酸の塗布領域以外にはリンガラスを付けたままで拡散熱処理を行い、低抵抗層を追加形成する必要がある。一方、リンガラス層の上からリン酸あるいはリン酸溶液を塗布して低抵抗拡散を行うと、リンガラス層がマスクとなり、拡散の進行が抑制される。 However, once the diffusion process is performed and phosphoric acid glass is formed on the entire surface, phosphoric acid is coated on the phosphoric acid, the affinity between phosphorous glass and phosphoric acid is very good. There is a problem that the film spreads quickly and cannot be applied to a specific narrow area. Further, if the phosphorous glass layer is removed in order to suppress wetting and spreading, the electron lifetime in the region other than the coated portion is significantly reduced by diffusion baking after coating. This is because, in the presence of a phosphorous glass layer, high concentration of phosphorous is present at the interface with the silicon substrate, so that gettering of heavy metal impurities is performed efficiently and halfway oxidation is suppressed on the surface of the diffusion layer. This is probably because surface recombination is suppressed. Therefore, in order to improve the characteristics of the solar cell, it is necessary to perform diffusion heat treatment with the phosphor glass attached to the region other than the phosphoric acid application region to additionally form a low resistance layer. On the other hand, when a low resistance diffusion is performed by applying phosphoric acid or a phosphoric acid solution from above the phosphorus glass layer, the phosphorus glass layer serves as a mask, and the progress of diffusion is suppressed.
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、リンガラス上へのドーパントの選択塗布により選択エミッタを用いた太陽電池用拡散層を容易に形成することが可能な、太陽電池用拡散層の製造方法および太陽電池セルの製造方法を得ることを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and a solar cell diffusion layer that can easily form a solar cell diffusion layer using a selective emitter by selective application of a dopant onto phosphorous glass. It aims at obtaining the manufacturing method of this, and the manufacturing method of a photovoltaic cell.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる太陽電池用拡散層の製造方法は、リンが拡散されたリン拡散層とリンガラス層とを基板表面にこの順で有するシリコン基板の前記リンガラス層表面に撥水剤を塗布して撥水剤層を形成する撥水剤層形成工程と、前記撥水剤層を形成したシリコン基板に対してレーザ照射を行って所定のパターン領域の前記撥水剤層および少なくとも前記リンガラス層の一部を除去する除去工程と、前記レーザ照射を行った前記シリコン基板の表面にリン酸またはリン酸溶液を塗布して前記所定のパターン領域に前記リン酸または前記リン酸溶液を選択塗布する選択塗布工程と、前記リン酸または前記リン酸溶液を塗布した前記シリコン基板を熱処理することにより、前記リン酸または前記リン酸溶液のリンが少なくとも前記リン拡散層の一部に拡散させて低抵抗拡散層を形成する低抵抗拡散層形成工程と、を含むことを特徴とする。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, a method for manufacturing a diffusion layer for a solar cell according to the present invention includes a phosphorus diffusion layer in which phosphorus is diffused and a phosphor glass layer in this order on a substrate surface. A water repellent layer forming step of forming a water repellent layer by applying a water repellent to the surface of the phosphorous glass layer of the substrate; and applying a laser to the silicon substrate on which the water repellent layer is formed to give a predetermined A removal step of removing the water repellent layer in the pattern region and at least a part of the phosphor glass layer, and applying the phosphoric acid or phosphoric acid solution to the surface of the silicon substrate subjected to the laser irradiation, the predetermined pattern A selective coating step of selectively coating the phosphoric acid or the phosphoric acid solution on the region, and heat-treating the silicon substrate coated with the phosphoric acid or the phosphoric acid solution, thereby the phosphoric acid or the phosphoric acid Phosphorus of the solution, characterized in that it comprises a low-resistance diffusion layer forming step of forming at least the phosphorus diffusion layer resistance diffusion layer by diffusing a part of, a.
この発明によれば、従来の方法では困難だった、リンガラス上へのリン酸選択塗布による、選択エミッタを用いた太陽電池用拡散層の製造が容易に実現可能である、という効果を奏する。 According to the present invention, there is an effect that it is possible to easily manufacture a solar cell diffusion layer using a selective emitter by selective application of phosphoric acid onto phosphorous glass, which is difficult with the conventional method.
以下に、本発明にかかる太陽電池用拡散層の製造方法および太陽電池セルの製造方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は以下の記述に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。また、以下の図面においては、理解の容易のため、各部材間の縮尺が実際とは異なる場合がある。また、各図面間においても同様である。 EMBODIMENT OF THE INVENTION Below, embodiment of the manufacturing method of the diffusion layer for solar cells concerning this invention and the manufacturing method of a photovoltaic cell is described in detail based on drawing. In addition, this invention is not limited to the following description, In the range which does not deviate from the summary of this invention, it can change suitably. Moreover, in the following drawings, the scale between each member may differ from an actual thing for easy understanding. The same applies to the drawings.
実施の形態
本実施の形態にかかる太陽電池用拡散層の製造方法は、リンが拡散されたリン拡散層とリンガラス層とを基板表面にこの順で有するシリコン基板のリンガラス層表面に撥水剤を塗布して撥水剤層を形成する撥水剤層形成工程と、前記撥水剤層を形成したシリコン基板に対してレーザ照射を行って所定のパターン領域の撥水剤層および少なくともリンガラス層の一部を除去する除去工程と、レーザ照射を行ったシリコン基板の表面にリン酸またはリン酸溶液を塗布して所定のパターン領域にリン酸またはリン酸溶液を選択塗布する選択塗布工程と、リン酸またはリン酸溶液を塗布したシリコン基板を熱処理することにより、リン酸またはリン酸溶液のリンが少なくともリン拡散層の一部に拡散させて低抵抗拡散層を形成する低抵抗拡散層形成工程と、を含む。
Embodiment A method for manufacturing a solar cell diffusion layer according to the present embodiment includes a phosphorous diffusion layer on which phosphorus is diffused and a phosphorous glass layer on the surface of the phosphorous glass layer of the silicon substrate in this order. A water repellent layer forming step of forming a water repellent layer by applying an agent; and a silicon substrate on which the water repellent layer is formed is irradiated with a laser to form a water repellent layer in a predetermined pattern region and at least phosphorus A removing process for removing a part of the glass layer, and a selective coating process for selectively applying phosphoric acid or a phosphoric acid solution to a predetermined pattern region by applying a phosphoric acid or a phosphoric acid solution to the surface of a silicon substrate subjected to laser irradiation. And heat-treating the silicon substrate coated with phosphoric acid or phosphoric acid solution to diffuse the phosphoric acid or phosphorous in the phosphoric acid solution into at least part of the phosphorus diffusion layer to form a low resistance diffusion layer. A scattering layer forming step.
また、本実施の形態にかかる太陽電池用拡散層の製造方法は、上記の本実施の形態にかかる太陽電池用拡散層の製造方法により低抵抗拡散層を形成する工程と、撥水剤層とリンガラス層とを除去する工程と、リン拡散層上に反射防止膜を形成する工程と、反射防止膜を形成後に低抵抗拡散層表面および低抵抗拡散層表面と反対の面に電極ペーストを配置する工程と、電極ペーストを焼成して電極を形成する工程と、を含む。 Moreover, the manufacturing method of the diffusion layer for solar cells according to the present embodiment includes a step of forming a low resistance diffusion layer by the method for manufacturing a diffusion layer for solar cells according to the above-described embodiment, a water repellent layer, The process of removing the phosphorus glass layer, the process of forming an antireflection film on the phosphorus diffusion layer, and the electrode paste is disposed on the surface of the low resistance diffusion layer and the surface opposite to the surface of the low resistance diffusion layer after the antireflection film is formed And a step of baking an electrode paste to form an electrode.
図1−1〜図1−3は、本発明の実施の形態にかかる太陽電池用拡散層の製造方法および太陽電池セルの製造方法により作製した太陽電池セル1の概略構成を示す図であり、図1−1は、太陽電池セル1の断面図、図1−2は、受光面側からみた太陽電池セル1の上面図、図1−3は、受光面と反対側からみた太陽電池セル1の下面図である。図1−1は、図1−3の線分A−Aにおける断面図である。 FIGS. 1-1 to 1-3 are diagrams illustrating a schematic configuration of a solar battery cell 1 manufactured by a method for manufacturing a diffusion layer for a solar battery and a method for manufacturing a solar battery cell according to an embodiment of the present invention. 1-1 is a cross-sectional view of the solar cell 1, FIG. 1-2 is a top view of the solar cell 1 viewed from the light receiving surface side, and FIG. 1-3 is the solar cell 1 viewed from the side opposite to the light receiving surface. FIG. 1-1 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 1-3.
太陽電池セル1は、図1−1〜図1−3に示されるように、半導体基板としてのp型シリコン基板11および該p型シリコン基板11の表面の導電型が反転したn型拡散層(リン拡散層)13と、n型拡散層(リン拡散層)13よりも低抵抗化された低抵抗拡散層19と、高濃度不純物を含んだp+層(BSF(Back Surface Field)ともいう)12と、からなる光電変換機能を有する半導体層部10と、n型拡散層(リン拡散層)13上に設けられて受光面での入射光の反射を防止する反射防止膜14と、半導体層部10で発電された電気を集電するために受光面に局所的に設けられる表銀グリッド電極15と、表銀グリッド電極15で集電された電気を取り出すために表銀グリッド電極15にほぼ直交して設けられる表銀バス電極16と、半導体層部10で発電された電気の取り出しと入射光の反射を目的として半導体層部10の裏面(n型拡散層(リン拡散層)13が設けられた受光面と対向する面)のほぼ全面に設けられた裏アルミ電極17と、裏アルミ電極17に生じた電気を集電する裏銀電極18と、を備える。なお、表銀グリッド電極15と表銀バス電極16をまとめて表銀電極(上部電極)という。また、裏アルミ電極17と裏銀電極18とにより下部電極が構成される。また、低抵抗拡散層19は、表銀電極の電極パターンと略同等の形状に、表銀電極の下部領域にn型拡散層(リン拡散層)13に囲まれて形成されている。
As shown in FIGS. 1-1 to 1-3, the solar cell 1 includes a p-
このように構成された太陽電池セル1では、太陽光が太陽電池セル1の受光面側から半導体層部10のpn接合面(p型シリコン基板とn型拡散層との接合面)に照射されると、ホールと電子が生成する。pn接合部の電界によって、生成した電子はn型拡散層13に向かって移動し、ホールはp+層12に向かって移動する。これにより、n型拡散層13に電子が過剰となり、p+層12にホールが過剰となる結果、光起電力が発生する。この光起電力はpn接合を順方向にバイアスする向きに生じ、n型拡散層13に接続した表銀バス電極16がマイナス極となり、p+層12に接続した裏銀電極18がプラス極となって、図示しない外部回路に電流が流れる。
In the solar cell 1 configured as described above, sunlight is applied to the pn junction surface (the junction surface between the p-type silicon substrate and the n-type diffusion layer) of the
つぎに、このような太陽電池セル1の製造方法の一例について説明する。まず、図2−1に示すように、表面処理を施したp型シリコン基板11を用意する。ついで、図2−2に示すように、リンを熱的に拡散させることによって導電型を反転させたn型拡散層(リン拡散層)13aをp型シリコン基板11の表面層に形成する。通常、リンの拡散源として、オキシ塩化リン(POCl3)が用いられる。このとき、p型シリコン基板11の最表面にはリンガラス層21aが形成される。
Below, an example of the manufacturing method of such a photovoltaic cell 1 is demonstrated. First, as shown in FIG. 2A, a p-
ついで、p型シリコン基板11の一主面をレジストで保護した後、図2−3に示すように、一主面のみにリンガラス層21およびn型拡散層(リン拡散層)13を残すように、p型シリコン基板11の表面をエッチングし、レジストを有機溶剤などを用いて除去する。
Next, after protecting one main surface of the p-
つぎに、図2−4に示すように、リンガラス層21上に撥水剤を塗布して撥水剤層22を形成する。撥水剤としては、例えばシリコーン系の撥水剤を使用することができる。撥水剤にシリコーン系塗布剤を用いることにより、撥水剤による太陽電池特性への悪影響がなく、撥水剤の使用に起因した太陽電池特性の低下を防止することができる。
Next, as shown in FIG. 2-4, a
つぎに、撥水剤層22を形成したp型シリコン基板11の表面にレーザ照射を行い、図2−5に示すように、撥水剤層22およびリンガラス層21の削り込みを行い、撥水剤層22およびリンガラス層21を除去する。レーザ照射は、p型シリコン基板11の撥水剤層22を形成した側の表面において、表銀電極の電極パターンに相当する低抵抗拡散層19の形成領域とする部分にのみ行う。なお、リンガラス層21は非常に薄い状態で残してもよい。
Next, laser irradiation is performed on the surface of the p-
p型シリコン基板11の表面にリンガラス層21が形成された状態でその上にリン酸のインクジェット塗布を行うと、リンガラス層21とリン酸の親和性が非常に良いために、塗布したリン酸が直ぐに濡れ拡がってしまい、特定の狭い領域への限定した塗布ができない。また、濡れ拡がりを押さえるために、リンガラス層21を除去してしまうと、塗布後の拡散焼成により、塗布部分以外の領域の電子寿命が著しく低下してしまう。一方、リンガラス層21の上からリン酸あるいはリン酸溶液を塗布して低抵抗拡散を行うと、リンガラス層21がマスクとなり、拡散の進行が抑制される。
When inkjet coating of phosphoric acid is performed on the surface of the p-
したがって、リンの低抵抗拡散を行いたい領域にはリンガラス層21が無いか、あるいは非常に薄い状態で存在し、この領域にのみにリン酸あるいはリン酸溶液を塗布し、それ以外の領域には保護層としてのリンガラス層21が存在する状態が好ましい。そこで、本実施の形態においては、低抵抗拡散層19の形成領域とする部分にのみ、レーザ照射を行って、この部分の撥水剤層22およびリンガラス層21を除去する。
Therefore, there is no
レーザ照射には、赤外線レーザ、可視光レーザ、紫外線レーザなどのレーザを用いることができる。レーザ照射を行うことで、撥水剤層22およびリンガラス層21の全部あるいは一部を除去する工程が容易となる。
For laser irradiation, a laser such as an infrared laser, a visible light laser, or an ultraviolet laser can be used. By performing laser irradiation, the process of removing all or part of the
また、レーザビームとしては例えばYAG基本波を用いることができるが、p型シリコン基板11側へのダメージが少なく、ある程度のリンガラス層21の除去ができれば、YAG2倍波、同3倍波など他の波長でも構わない。一般的に、レーザの波長が長くなるほどp型シリコン基板11側へ透過するエネルギー量が増えるため、リン拡散層および基板側へのダメージが入りやすくなる。そして、レーザの波長が短いほど撥水剤層22およびリンガラス層21部分での吸収が優先的となり、これらの選択的な除去が可能となるが、レーザ装置が高価となる。
For example, a YAG fundamental wave can be used as the laser beam, but if the damage to the p-
つぎに、レーザ照射部分、すなわちレーザ照射により撥水剤層22の除去およびリンガラス層21の削り込みを行ったp型シリコン基板11に対して、図2−6に示すように、リン酸23またはリン酸溶液を塗布する。塗布方法としてはローラー塗布、スプレー塗布、浸漬塗布、およびインクジェット塗布の何れか、あるいはこれらの組み合わせなど、リン酸23またはリン酸溶液を塗布ができれば何れでも良い。これらの手法を用いることで、ドーパント材料であるリン酸23またはリン酸溶液の塗布が容易となる。
Next, as shown in FIG. 2-6,
ここで、p型シリコン基板11におけるレーザ照射部分以外には撥水剤層22が存在しており、撥水剤層22がリン酸23またはリン酸溶液をはじくため、基本的にレーザ照射部分のみに選択的にリン酸23またはリン酸溶液が付着する。また、撥水剤層22が存在する領域にリン酸23またはリン酸溶液の液滴が残存した場合は、エアブローするか、拭き取ることで、容易に液滴を除去することができる。
Here, since the
リン酸溶液としては、リン酸の水溶液やアルコール溶液が使用可能である。高濃度の溶液では、粘度が大きく、撥水剤層22の有無による塗り分けが困難となる場合があるので、適宜、水、アルコール等の溶媒で希釈してリン酸溶液とする。特に、インクジェットによる塗布を行う場合は、アルコール溶液とすることで粘度と表面張力が調整でき、インクジェット吐出が可能となる。通常、安定したインクジェット吐出を行うには、粘度が10(mPa・s)以下、表面張力が50(mN/m)以下が好ましい。また、必要とする拡散層のシート抵抗を低くしたい場合は高濃度、シート抵抗を高くしたい場合は低濃度の溶液とすればよい。また、液体であれば、リン酸以外のリン系拡散剤を用いることもできる。
As the phosphoric acid solution, an aqueous solution of phosphoric acid or an alcohol solution can be used. In a high-concentration solution, since the viscosity is large and it may be difficult to separate the coating depending on the presence or absence of the
次に、リン酸23またはリン酸溶液を塗布したp型シリコン基板11を熱処理することで、リン酸23またはリン酸溶液を塗布した領域に対応するn型拡散層(リン拡散層)13の追加拡散による低抵抗化を行う。熱処理温度としては、700℃〜1000℃が好ましい。これにより、低抵抗拡散層19が形成される。また、リン酸またはリン酸溶液が塗布されていない領域に対応するn型拡散層(リン拡散層)13も、熱処理によりリンの追加拡散が起るが、割合的にはリン酸またはリン酸溶液を塗布した部分と比較してシート抵抗の低下は少ない。
Next, the p-
n型拡散層(リン拡散層)の形成に関する一般的な傾向としては、リン酸またはリン酸溶液のリン酸濃度を高く、塗布量を多く、拡散温度を高く、および拡散時間を長くすることで、n型拡散層(リン拡散層)は厚く、高濃度になり、シート抵抗は低くなる。逆に、リン酸またはリン酸溶液のリン酸濃度を低く、塗布量を少なく、拡散温度を低く、および拡散時間を短くすることで、リン酸またはリン酸溶液は薄く、低濃度になり、シート抵抗は高くなる。一般的には、電極領域のシート抵抗は30〜50Ω/□程度、受光面のシート抵抗は60〜120Ω/□程度とすることで、選択エミッタ用の拡散層として機能させることができる。 The general trend for the formation of n-type diffusion layers (phosphorus diffusion layers) is to increase the concentration of phosphoric acid or phosphoric acid solution, increase the coating amount, increase the diffusion temperature, and increase the diffusion time. The n-type diffusion layer (phosphorus diffusion layer) is thick and has a high concentration, and the sheet resistance is low. Conversely, by lowering the phosphoric acid or phosphoric acid concentration in the phosphoric acid or phosphoric acid solution, reducing the coating amount, lowering the diffusion temperature, and shortening the diffusion time, the phosphoric acid or phosphoric acid solution becomes thinner and lower in concentration. Resistance increases. In general, the sheet resistance of the electrode region is about 30 to 50 Ω / □, and the sheet resistance of the light receiving surface is about 60 to 120 Ω / □, thereby functioning as a diffusion layer for the selective emitter.
熱処理を行ったp型シリコン基板11は、低抵抗拡散層19の形成とともに、表面にはリンガラス層が形成されるので、ふっ酸洗浄を行うことで図2−7に示すように表面のリンガラス層および撥水剤層22、リンガラス層21を除去し、低抵抗拡散層19とn型拡散層(リン拡散層)13とを露出させる。これにより、低抵抗拡散層19とn型拡散層(リン拡散層)13とを有する選択エミッタ用拡散層が得られる。
The p-
つぎに、n型拡散層(リン拡散層)13の表面に、シリコン酸化膜やシリコン窒化膜、酸化チタン膜などからなる反射防止膜14をプラズマCVD(Chemical Vapor Deposition)法などの成膜法によって、一様な厚みで形成する。この反射防止膜14は、パッシベーション膜としての機能を兼ねている。
Next, an
さらに、表銀グリッド電極のパターンと表銀バス電極のパターンとを低抵抗拡散層19上に銀ペーストでスクリーン印刷し、100℃〜300℃で乾燥させて、表銀グリッド電極15と表銀バス電極16を形成する(焼成前)。つぎに、p型シリコン基板11の裏面側に、裏アルミ電極と裏銀電極のパターンをスクリーン印刷し、100℃〜300℃で乾燥後、700℃〜1000℃で焼成することで裏アルミ電極17を形成するとともにp+層12を形成し、また同時に表銀グリッド電極も焼成する。
Further, the surface silver grid electrode pattern and the surface silver bus electrode pattern are screen-printed with a silver paste on the low
以上の工程により、選択エミッタを用いた太陽電池セル1を容易に製造することができる。一般的に、選択エミッタを用いた太陽電池セルの方が通常の均一な拡散層からなる太陽電池セルよりも0.3〜1%程度高い変換効率を得ることができる。 Through the above steps, the solar battery cell 1 using the selective emitter can be easily manufactured. Generally, a solar cell using a selective emitter can obtain a conversion efficiency that is about 0.3 to 1% higher than that of a normal solar cell made of a uniform diffusion layer.
上述したように、本実施の形態にかかる太陽電池用拡散層の製造方法によれば、リンガラス層21およびn型拡散層(リン拡散層)13を有するp型シリコン基板11のリンガラス層21上に撥水剤を塗布して撥水剤層22を形成した後、レーザ照射により撥水剤層22およびリンガラス層21を除去し、レーザを照射部分にリン酸23またはリン酸溶液を塗布した後、p型シリコン基板11の熱処理を行う。これにより、従来のインクジェット塗布法では困難であったリンガラス上へのリン酸の選択塗布により、選択エミッタを用いた太陽電池用拡散層の形成が容易に実現可能となる。
As described above, according to the method for manufacturing a solar cell diffusion layer according to the present embodiment, the
また、本実施の形態にかかる太陽電池セルの製造方法によれば、従来のインクジェット塗布法では困難であった、リンガラス上へのリン酸の選択塗布により、選択エミッタを用いた太陽電池用拡散層を形成し、高い変換効率を有する太陽電池セルを作製することが可能である。 In addition, according to the method for manufacturing a solar battery cell according to the present embodiment, the diffusion for solar battery using a selective emitter can be achieved by selective application of phosphoric acid on phosphorus glass, which is difficult with the conventional ink jet coating method. It is possible to form a solar cell having a high conversion efficiency by forming a layer.
以下、実施例により本実施の形態にかかる太陽電池用拡散層の製造方法および太陽電池セルの製造方法を具体的に説明する。 Hereinafter, the manufacturing method of the diffusion layer for solar cells and the manufacturing method of the solar battery cell according to the present embodiment will be specifically described by way of examples.
実施例1.
基板表面にシート抵抗が80Ω/□〜100Ω/□のn型拡散層が形成され、基板最表面に形成されたリンガラス層が除去されていないp型多結晶シリコン基板を用意し、この片面にシリコーン系撥水剤として、ジメチルシリコーンオイルの1wt%〜10wt%キシレン溶液をスピンコート法により塗布した。そして、100℃〜250℃の温度で乾燥を行って、リンガラス層上に撥水剤層を形成した。
Example 1.
Prepare a p-type polycrystalline silicon substrate on which the n-type diffusion layer having a sheet resistance of 80Ω / □ to 100Ω / □ is formed on the substrate surface, and the phosphor glass layer formed on the outermost surface of the substrate is not removed. As a silicone-based water repellent, 1 wt% to 10 wt% xylene solution of dimethyl silicone oil was applied by spin coating. And it dried at the temperature of 100 to 250 degreeC, and formed the water repellent layer on the phosphorus glass layer.
この撥水剤層を形成したp型多結晶シリコン基板に対して、線幅100μm〜200μmのグリッド電極と線幅1mm〜3mmのバス電極とを形成する領域のみに、YAG基本波のレーザを照射し、撥水剤層とリンガラス層とを除去した。リンガラス層に関しては、概ね、ガラス量として70%〜90%の除去が可能となる様にレーザ照射条件を調節した。 The p-type polycrystalline silicon substrate on which the water repellent layer is formed is irradiated with a YAG fundamental wave laser only in a region where a grid electrode having a line width of 100 μm to 200 μm and a bus electrode having a line width of 1 mm to 3 mm are formed. Then, the water repellent layer and the phosphorus glass layer were removed. Regarding the phosphorous glass layer, the laser irradiation conditions were generally adjusted so that 70% to 90% of the glass could be removed.
リン酸溶液として、リン酸(85wt%以上)を水で希釈し、30wt%〜60wt%のリン酸水溶液を調製した。このリン酸水溶液に先のレーザ照射を行ったp型多結晶シリコン基板を浸漬し、引き上げることで、レーザ照射部分のみにリン酸水溶液を付着させた。また、エアブローを行い、撥水剤層部分に付着したリン酸水溶液の液滴を除去した。このようにしてリン酸水溶液を塗布したp型多結晶シリコン基板を700℃〜900℃の乾燥空気、または窒素中で熱処理してリンの拡散処理を行い、低抵抗拡散層を形成した。 As a phosphoric acid solution, phosphoric acid (85 wt% or more) was diluted with water to prepare a 30 wt% to 60 wt% phosphoric acid aqueous solution. The phosphoric acid aqueous solution was adhered only to the laser irradiated portion by immersing and pulling up the p-type polycrystalline silicon substrate that had been irradiated with the laser in the phosphoric acid aqueous solution. In addition, air blowing was performed to remove droplets of the phosphoric acid aqueous solution adhering to the water repellent layer portion. The p-type polycrystalline silicon substrate coated with the phosphoric acid aqueous solution was heat-treated in dry air or nitrogen at 700 ° C. to 900 ° C. to perform phosphorus diffusion treatment to form a low resistance diffusion layer.
引き続き、ふっ酸洗浄を行い、表面のリンガラス層を全て除去した。このとき、電極領域(低抵抗拡散層)のシート抵抗は35Ω/□〜40Ω/□、受光面(n型拡散層)のシート抵抗は80Ω/□〜90Ω/□であった。 Subsequently, cleaning with hydrofluoric acid was performed to remove all the phosphorus glass layer on the surface. At this time, the sheet resistance of the electrode region (low resistance diffusion layer) was 35Ω / □ to 40Ω / □, and the sheet resistance of the light receiving surface (n-type diffusion layer) was 80Ω / □ to 90Ω / □.
このようにして選択エミッタ用拡散層を形成したp型多結晶シリコン基板に対して、n型拡散層上に反射防止膜兼パッシベーション膜となるSiN膜を形成した。さらに、表銀グリッド電極のパターンと表銀バス電極のパターンとを低抵抗拡散層上に銀ペーストでスクリーン印刷し、100℃〜300℃で乾燥を行った。 An SiN film serving as an antireflection film and passivation film was formed on the n-type diffusion layer on the p-type polycrystalline silicon substrate on which the selective emitter diffusion layer was formed in this manner. Furthermore, the pattern of the surface silver grid electrode and the pattern of the surface silver bus electrode were screen-printed with a silver paste on the low resistance diffusion layer, and dried at 100 ° C. to 300 ° C.
つぎに、p型多結晶シリコン基板の裏面側に、裏アルミ電極のパターンと裏銀電極パターンをスクリーン印刷し、100℃〜300℃で乾燥を行った。次に、700℃〜1000℃で焼成することで裏アルミ電極を形成するとともにp+層を形成し、また、同時に表銀電極の焼成を行った。以上により、選択エミッタを有する太陽電池セルを形成した。 Next, the back aluminum electrode pattern and the back silver electrode pattern were screen-printed on the back side of the p-type polycrystalline silicon substrate, and dried at 100 ° C. to 300 ° C. Next, by baking at 700 ° C. to 1000 ° C., a back aluminum electrode was formed and a p + layer was formed, and at the same time, a front silver electrode was fired. Thus, a solar battery cell having a selective emitter was formed.
この太陽電池セルの太陽電池出力特性として、光電変換効率(%)を計測評価したところ、通常の均一なn型拡散層を有する太陽電池セルよりも0.5%〜1%程度効率が高い、16%〜17%の変換効率が得られた。 As the solar cell output characteristics of this solar cell, when photoelectric conversion efficiency (%) was measured and evaluated, the efficiency is about 0.5% to 1% higher than that of a normal solar cell having a uniform n-type diffusion layer. Conversion efficiencies of 16% to 17% were obtained.
したがって、実施例1においては、実施の形態にかかる太陽電池用拡散層の製造方法および太陽電池セルの製造方法を適用することにより、選択エミッタを有し、良好な光変換効率を有する太陽電池セルを得ることができた。 Therefore, in Example 1, by using the method for manufacturing a solar cell diffusion layer and the method for manufacturing a solar cell according to the embodiment, the solar cell having a selective emitter and having good light conversion efficiency. Could get.
実施例2.
基板表面にシート抵抗が80Ω/□〜100Ω/□のn型拡散層が形成され、基板最表面に形成されたリンガラス層が除去されていないp型多結晶シリコン基板を用意し、この片面にシリコーン系撥水剤として、ジメチルシリコーンオイルの1wt%〜10wt%キシレン溶液をスピンコート法により塗布した。そして、100℃〜250℃の温度で乾燥を行って、リンガラス層上に撥水剤層を形成した。
Example 2
Prepare a p-type polycrystalline silicon substrate on which the n-type diffusion layer having a sheet resistance of 80Ω / □ to 100Ω / □ is formed on the substrate surface, and the phosphor glass layer formed on the outermost surface of the substrate is not removed. As a silicone-based water repellent, 1 wt% to 10 wt% xylene solution of dimethyl silicone oil was applied by spin coating. And it dried at the temperature of 100 to 250 degreeC, and formed the water repellent layer on the phosphorus glass layer.
この撥水剤層を形成したp型多結晶シリコン基板に対して、線幅100μm〜200μmのグリッド電極と線幅1mm〜3mmのバス電極とを形成する領域のみに、YAG基本波のレーザを照射し、撥水剤層とリンガラス層とを除去した。リンガラス層に関しては、概ね、ガラス量として70%〜90%の除去が可能となる様にレーザ照射条件を調節した。 The p-type polycrystalline silicon substrate on which the water repellent layer is formed is irradiated with a YAG fundamental wave laser only in a region where a grid electrode having a line width of 100 μm to 200 μm and a bus electrode having a line width of 1 mm to 3 mm are formed. Then, the water repellent layer and the phosphorus glass layer were removed. Regarding the phosphorous glass layer, the laser irradiation conditions were generally adjusted so that 70% to 90% of the glass could be removed.
リン酸溶液として、リン酸(85wt%以上)をエタノールで希釈し、10wt%〜30wt%のリン酸アルコール溶液を調製した。このリン酸アルコール溶液をp型多結晶シリコン基板のレーザ照射部分に対して、インクジェット装置を用いて選択的に塗布した。レーザ照射部分以外には撥水剤が塗布されているため、リン酸アルコール溶液が塗れ拡がることはない。このようにしてリン酸アルコール溶液を塗布したp型多結晶シリコン基板を700℃〜900℃の乾燥空気、または窒素中で熱処理してリンの拡散処理を行い、低抵抗拡散層を形成した。 As a phosphoric acid solution, phosphoric acid (85 wt% or more) was diluted with ethanol to prepare a 10 wt% to 30 wt% phosphoric alcohol solution. This phosphoric alcohol solution was selectively applied to the laser irradiated portion of the p-type polycrystalline silicon substrate using an ink jet apparatus. Since the water-repellent agent is applied to the portions other than the laser irradiated portion, the phosphoric alcohol solution does not spread and spread. The p-type polycrystalline silicon substrate coated with the phosphate alcohol solution in this manner was heat-treated in dry air or nitrogen at 700 ° C. to 900 ° C. to perform phosphorus diffusion treatment, thereby forming a low resistance diffusion layer.
引き続き、ふっ酸洗浄を行い、表面のリンガラス層を全て除去した。このとき、電極領域(低抵抗拡散層)のシート抵抗は35Ω/□〜40Ω/□、受光面(n型拡散層)のシート抵抗は80Ω/□〜90Ω/□であった。 Subsequently, cleaning with hydrofluoric acid was performed to remove all the phosphorus glass layer on the surface. At this time, the sheet resistance of the electrode region (low resistance diffusion layer) was 35Ω / □ to 40Ω / □, and the sheet resistance of the light receiving surface (n-type diffusion layer) was 80Ω / □ to 90Ω / □.
このようにして選択エミッタ用拡散層を形成したp型多結晶シリコン基板に対して、n型拡散層上に反射防止膜兼パッシベーション膜となるSiN膜を形成した。さらに、表銀グリッド電極のパターンと表銀バス電極のパターンとを低抵抗拡散層上に銀ペーストでスクリーン印刷し、100℃〜300℃で乾燥を行った。 An SiN film serving as an antireflection film and passivation film was formed on the n-type diffusion layer on the p-type polycrystalline silicon substrate on which the selective emitter diffusion layer was formed in this manner. Furthermore, the pattern of the surface silver grid electrode and the pattern of the surface silver bus electrode were screen-printed with a silver paste on the low resistance diffusion layer, and dried at 100 ° C. to 300 ° C.
つぎに、p型多結晶シリコン基板の裏面側に、裏アルミ電極のパターンと裏銀電極パターンをスクリーン印刷し、100℃〜300℃で乾燥を行った。次に、700℃〜1000℃で焼成することで裏アルミ電極を形成するとともにp+層を形成し、また、同時に表銀電極の焼成を行った。以上により、選択エミッタを有する太陽電池セルを形成した。 Next, the back aluminum electrode pattern and the back silver electrode pattern were screen-printed on the back side of the p-type polycrystalline silicon substrate, and dried at 100 ° C. to 300 ° C. Next, by baking at 700 ° C. to 1000 ° C., a back aluminum electrode was formed and a p + layer was formed, and at the same time, a front silver electrode was fired. Thus, a solar battery cell having a selective emitter was formed.
この太陽電池セルの太陽電池出力特性として、光電変換効率(%)を計測評価したところ、通常の均一なn型拡散層を有する太陽電池セルよりも0.5%〜1%程度効率が高い、16%〜17%の変換効率が得られた。 As the solar cell output characteristics of this solar cell, when photoelectric conversion efficiency (%) was measured and evaluated, the efficiency is about 0.5% to 1% higher than that of a normal solar cell having a uniform n-type diffusion layer. Conversion efficiencies of 16% to 17% were obtained.
したがって、実施例2においては、実施の形態にかかる太陽電池用拡散層の製造方法および太陽電池セルの製造方法を適用することにより、選択エミッタを有し、良好な光変換効率を有する太陽電池セルを得ることができた。 Therefore, in Example 2, by using the method for manufacturing a solar cell diffusion layer and the method for manufacturing a solar cell according to the embodiment, a solar cell having a selective emitter and having good light conversion efficiency. Could get.
以上のように、本発明にかかる太陽電池用拡散層の製造方法は、選択エミッタ構造の太陽電池用拡散層の製造に有用である。 As described above, the method for manufacturing a solar cell diffusion layer according to the present invention is useful for manufacturing a solar cell diffusion layer having a selective emitter structure.
10 太陽電池セル
11 半導体層部
12 p型シリコン基板
13 n型拡散層(リン拡散層)
14 反射防止膜
15 表銀グリッド電極
16 表銀バス電極
17 裏アルミ電極
18 裏銀電極
19 低抵抗拡散層
21a リンガラス層
21 リンガラス層
22 撥水剤層
23 リン酸
DESCRIPTION OF
14
Claims (5)
前記撥水剤層を形成したシリコン基板に対してレーザ照射を行って所定のパターン領域の前記撥水剤層および少なくとも前記リンガラス層の一部を除去する除去工程と、
前記レーザ照射を行った前記シリコン基板の表面にリン酸またはリン酸溶液を塗布して前記所定のパターン領域に前記リン酸または前記リン酸溶液を選択塗布する選択塗布工程と、
前記リン酸または前記リン酸溶液を塗布した前記シリコン基板を熱処理することにより、前記リン酸または前記リン酸溶液のリンが少なくとも前記リン拡散層の一部に拡散させて低抵抗拡散層を形成する低抵抗拡散層形成工程と、
を含むことを特徴とする太陽電池用拡散層の製造方法。 A water repellent layer forming step of forming a water repellent layer by applying a water repellent to the surface of the phosphor glass layer of a silicon substrate having a phosphorous diffusion layer and a phosphorous glass layer in this order on the substrate surface. When,
A removal step of removing a part of the water repellent layer and at least part of the phosphor glass layer in a predetermined pattern region by irradiating a laser on the silicon substrate on which the water repellent layer is formed;
A selective coating step in which phosphoric acid or a phosphoric acid solution is applied to the surface of the silicon substrate that has been subjected to the laser irradiation, and the phosphoric acid or the phosphoric acid solution is selectively applied to the predetermined pattern region;
By heat-treating the silicon substrate coated with the phosphoric acid or the phosphoric acid solution, phosphorus in the phosphoric acid or the phosphoric acid solution is diffused into at least a part of the phosphorus diffusion layer to form a low resistance diffusion layer. A low resistance diffusion layer forming step;
The manufacturing method of the diffusion layer for solar cells characterized by including.
を特徴とする請求項1に記載の太陽電池用拡散層の製造方法。 Using a silicone-based coating agent as the water repellent;
The manufacturing method of the diffusion layer for solar cells of Claim 1 characterized by these.
を特徴とする請求項1または2に記載の太陽電池用拡散層の製造方法。 The laser irradiation is performed using at least one of an infrared laser, a visible light laser, and an ultraviolet laser;
The manufacturing method of the diffusion layer for solar cells of Claim 1 or 2 characterized by these.
を特徴とする請求項1〜3のいずれか1つに記載の太陽電池用拡散層の製造方法。 Application of the water repellent is performed by any one of roller application, spray application, dip application, and ink jet application, or a combination thereof.
The manufacturing method of the diffusion layer for solar cells as described in any one of Claims 1-3 characterized by these.
前記撥水剤層と前記リンガラス層とを除去する工程と、
前記リン拡散層上に反射防止膜を形成する工程と、
前記反射防止膜を形成後に低抵抗拡散層表面および低抵抗拡散層表面と反対の面に電極ペーストを配置する工程と、
前記電極ペーストを焼成して電極を形成する工程と、
を含むことを特徴とする太陽電池セルの製造方法。 Forming the low-resistance diffusion layer by the method for manufacturing a solar cell diffusion layer according to any one of claims 1 to 4,
Removing the water repellent layer and the phosphorous glass layer;
Forming an antireflection film on the phosphorus diffusion layer;
Arranging an electrode paste on the surface opposite to the low resistance diffusion layer surface and the low resistance diffusion layer surface after forming the antireflection film;
Baking the electrode paste to form an electrode;
The manufacturing method of the photovoltaic cell characterized by including.
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