JP4712073B2 - 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 - 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。
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。
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。
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。
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。
さらに、インクジェット塗布を用いるよりもより量産性を高める簡便な方法として、スピン塗布法とスクリーン印刷法とを組み合わせてドーパントの拡散量を制御する方法も報告されている(例えば、特許文献3参照)。また、塗布拡散の場合には、ドーパントとしてはリン酸またはリン酸溶液を使用する方法が、拡散が容易で低コストである点から非常に有用である。
しかしながら、通常のシリコン基板は撥水性を有するため、リン酸またはリン酸溶液をドーパントに使用してスピン塗布法とスクリーン印刷法とを組み合わせて塗布する場合、リン酸またはリン酸溶液がはじかれ易い、という問題があった。また、リン酸は酸性であるため、スクリーン印刷用のスクリーンが著しく劣化し易い、という問題があった。さらに、リン酸、またはリン酸溶液は粘度が低く、スクリーン印刷の実施が困難である、という問題があった。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、液体状の塗布拡散剤を用いたシリコン基板へのドーパントの選択配置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。
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、リンを含有する液体状の塗布拡散剤を吸水する第1の吸水層をシリコン基板の表面の第1の領域に形成する第1の吸水層形成工程と、前記塗布拡散剤を吸水する第2の吸水層を前記第1の領域に包含される第2の領域に選択的に形成する第2の吸水層形成工程と、前記第1の吸水層および前記第2の吸水層に前記塗布拡散剤を塗布することにより、前記塗布拡散剤を前記第1の吸水層および前記第2の吸水層に吸水させて保持させる保持工程と、前記第1の吸水層および前記第2の吸水層に前記塗布拡散剤を保持させた前記シリコン基板を熱処理することにより前記塗布拡散剤のリンを前記シリコン基板に拡散させて、前記シリコン基板における前記第1の領域から前記第2の領域を除いた第3の領域に第1のリン拡散層を形成し、前記シリコン基板における前記第2の領域に前記第1のリン拡散層よりもシート抵抗の低い第2のリン拡散層を形成するリン拡散工程と、を含むことを特徴とする。
この発明によれば、シリコン基板上への濃度分布を持たせたドーパントの選択配置を、液体状の塗布拡散剤を用いて容易に行うことができ、選択エミッタ構造の太陽電池用拡散層を容易に形成することができる。
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、以下に示す図面においては、理解の容易のため、各部材の縮尺が実際とは異なる場合がある。各図面間においても同様である。
実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1にかかる太陽電池用拡散層の製造方法を説明するためのフローチャートである。図1に示すように、本実施の形態にかかる太陽電池用拡散層の製造方法は、リンを含有する液体状の塗布拡散剤を吸水する第1の吸水層をシリコン基板の表面の第1の領域に形成する第1の吸水層形成工程(ステップS110)と、塗布拡散剤を吸水する第2の吸水層を第1の領域に包含される第2の領域に選択的に形成する第2の吸水層形成工程(ステップS120)と、第1の吸水層および第2の吸水層に塗布拡散剤を塗布することにより、塗布拡散剤を第1の吸水層および第2の吸水層に吸水させて保持させる保持工程(ステップS130)と、第1の吸水層および第2の吸水層に塗布拡散剤を保持させたシリコン基板を熱処理することにより塗布拡散剤のリンをシリコン基板に拡散させて、シリコン基板における第1の領域から第2の領域を除いた第3の領域に第1のリン拡散層を形成し、シリコン基板における第2の領域に第1のリン拡散層よりもシート抵抗の低い第2のリン拡散層を形成するリン拡散工程(ステップS140)と、を含む。
図1は、本発明の実施の形態1にかかる太陽電池用拡散層の製造方法を説明するためのフローチャートである。図1に示すように、本実施の形態にかかる太陽電池用拡散層の製造方法は、リンを含有する液体状の塗布拡散剤を吸水する第1の吸水層をシリコン基板の表面の第1の領域に形成する第1の吸水層形成工程(ステップS110)と、塗布拡散剤を吸水する第2の吸水層を第1の領域に包含される第2の領域に選択的に形成する第2の吸水層形成工程(ステップS120)と、第1の吸水層および第2の吸水層に塗布拡散剤を塗布することにより、塗布拡散剤を第1の吸水層および第2の吸水層に吸水させて保持させる保持工程(ステップS130)と、第1の吸水層および第2の吸水層に塗布拡散剤を保持させたシリコン基板を熱処理することにより塗布拡散剤のリンをシリコン基板に拡散させて、シリコン基板における第1の領域から第2の領域を除いた第3の領域に第1のリン拡散層を形成し、シリコン基板における第2の領域に第1のリン拡散層よりもシート抵抗の低い第2のリン拡散層を形成するリン拡散工程(ステップS140)と、を含む。
また、図2は、本発明の実施の形態1にかかる太陽電池セルの製造方法を説明するためのフローチャートである。図2に示すように、本実施の形態にかかる太陽電池セルの製造方法は、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第1のリン拡散層と該第1のリン拡散層よりもシート抵抗の低い第2のリン拡散層とを形成する太陽電池用拡散層形成工程(ステップS210)と、太陽電池用拡散層形成工程において第1のリン拡散層と第2のリン拡散層との表面に形成されたリンガラス層を除去するリンガラス層除去工程(ステップS220)と、第1のリン拡散層上に反射防止膜を形成する反射防止膜形成工程(ステップS230)と、第2のリン拡散層上およびシリコン基板の第1のリン拡散層と反対側の面に電極ペーストを配置する電極ペースト配置工程(ステップS240)と、電極ペーストを焼成して電極を形成する焼成工程(ステップS250)と、を含む。
図3−1〜図3−3は、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3−1は、太陽電池セル1の断面図、図3−2は、受光面側からみた太陽電池セル1の上面図、図3−3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3−1は、図3−3の線分A−Aにおける断面図である。
太陽電池セル1は、図3−1〜図3−3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型拡散層である第1のリン拡散層(高抵抗拡散層)13と、第1のリン拡散層13よりも低抵抗化された第2のリン拡散層(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、第1のリン拡散層(高抵抗拡散層)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(第1のリン拡散層(高抵抗拡散層)13が設けられた受光面と反対側の面)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、第2のリン拡散層(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第1のリン拡散層(高抵抗拡散層)13に囲まれて形成されている。
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11と第1のリン拡散層(高抵抗拡散層)13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、生成した電子は第1のリン拡散層(高抵抗拡散層)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、第1のリン拡散層(高抵抗拡散層)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、第1のリン拡散層(高抵抗拡散層)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。
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図4−1〜図4−6を参照して説明する。図4−1〜図4−6は、太陽電池セル1の製造工程を説明するための断面図である。
第1の吸水層形成工程(ステップS110)
まず、図4−1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4−2に示すように、p型シリコン基板11の一面側の第1の領域に第1の吸水剤を例えばスクリーン印刷により塗布して、第1の吸水層21を形成する。本実施例ではp型シリコン基板11の一面側の全面を第1の領域として第1の吸水剤をスクリーン印刷により塗布する。
まず、図4−1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4−2に示すように、p型シリコン基板11の一面側の第1の領域に第1の吸水剤を例えばスクリーン印刷により塗布して、第1の吸水層21を形成する。本実施例ではp型シリコン基板11の一面側の全面を第1の領域として第1の吸水剤をスクリーン印刷により塗布する。
第2の吸水層形成工程(ステップS120)
つぎに、図4−3に示すように、第1の吸水層21上において第1の領域に包含される第2の領域に第2の吸水剤を例えばスクリーン印刷により選択的に塗布して、第2の吸水層22を形成する。ここで、第2の領域は、第2のリン拡散層(低抵抗拡散層)19を形成する領域であり、表銀電極(上部電極)の電極パターンに相当する領域、すなわち表銀グリッド電極15と表銀バス電極16とが形成される領域である。
つぎに、図4−3に示すように、第1の吸水層21上において第1の領域に包含される第2の領域に第2の吸水剤を例えばスクリーン印刷により選択的に塗布して、第2の吸水層22を形成する。ここで、第2の領域は、第2のリン拡散層(低抵抗拡散層)19を形成する領域であり、表銀電極(上部電極)の電極パターンに相当する領域、すなわち表銀グリッド電極15と表銀バス電極16とが形成される領域である。
第1の吸水剤および第2の吸水剤には、リンを含有する液体状の塗布拡散剤を吸水して保持することができる材料が用いられる。第1の吸水剤および第2の吸水剤の塗布方法としては、スクリーン印刷の他に凹版印刷等などの手法を用いてもよい。スクリーン印刷や凹版印刷を用いることで、微細なパターンの印刷を容易に行うことができ、微細なパターンの第2のリン拡散層(低抵抗拡散層)19を形成することができる。また、第1の吸水剤および第2の吸水剤の吸水剤の塗布方法としてこのような印刷法を用いる場合、吸水性材料を有機溶媒に溶解した溶液を第1の吸水剤および第2の吸水剤として用いることで、塗布時の粘度を適切に調整することができ、容易に塗布することができる。
そして、リンを含有する液体状の塗布拡散剤として例えばリン酸またはリン酸溶液を用いる場合には、吸収性材料として例えばノニオン型のポリアルキレンオキサイド系吸水性樹脂を用いて、第1の吸水剤および第2の吸水剤としてこのノニオン型のポリアルキレンオキサイド系吸水性樹脂のキシレン溶液を用いることができる。第1の吸水剤および第2の吸水剤としてこのノニオン型のポリアルキレンオキサイド系吸水性樹脂のキシレン溶液を用いることにより、酸系であるリン酸あるいはリン酸溶液に対しても良好な吸水性を発現できる。
また、第1の吸水剤と第2の吸水剤とは同じ材料を用いてもよく、異なる材料を用いてもよい。第1の吸水剤と第2の吸水剤とに異なる材料を用いる場合は、第2の吸水剤に、上記の塗布拡散剤の吸水能力が第1の吸水剤よりも高い材料を用いることが好ましい。これにより、第2の吸水剤においてより多くの塗布拡散剤を吸水、保持させて、第1の吸水層21と第2の吸水層22とにおける塗布拡散剤の保持量に分布を持たせることができる。
保持工程(ステップS130)
つぎに、第1の吸水層21と第2の吸水層22とを形成したp型シリコン基板11に対して、ドーパント材料であるリンを含有する液体状の塗布拡散剤として例えばリン酸23またはリン酸溶液を塗布する。塗布したリン酸23またはリン酸溶液は第1の吸水層21と第2の吸水層22とに吸水され、図4−4に示すように第1の吸水層21と第2の吸水層22とに保持される。塗布拡散の場合には、ドーパント材料としてリン酸またはリン酸溶液を使用する方法が、拡散が容易で低コストである点から非常に有用である。
つぎに、第1の吸水層21と第2の吸水層22とを形成したp型シリコン基板11に対して、ドーパント材料であるリンを含有する液体状の塗布拡散剤として例えばリン酸23またはリン酸溶液を塗布する。塗布したリン酸23またはリン酸溶液は第1の吸水層21と第2の吸水層22とに吸水され、図4−4に示すように第1の吸水層21と第2の吸水層22とに保持される。塗布拡散の場合には、ドーパント材料としてリン酸またはリン酸溶液を使用する方法が、拡散が容易で低コストである点から非常に有用である。
第1の吸水剤と第2の吸水剤とが同じ材料からなる場合には、第1の吸水層21と第2の吸水層22とにおける同面積あたりの塗布拡散剤の保持量は、第1の吸水層21と第2の吸水層22との膜厚にほぼ比例する。すなわち、膜厚が厚いほど、多くの塗布拡散剤を保持することができる。したがって、第1の吸水層21と第2の吸水層22との膜厚を調整することにより、第1の吸水層21と第2の吸水層22とにおける塗布拡散剤の保持量に分布を持たせることができる。すなわち、第1の吸水剤と第2の吸水剤との塗布膜厚を調整することにより、第1の吸水層21と第2の吸水層22とにおけるリン酸23またはリン酸溶液の保持量に分布を持たせることができる。
リン酸23またはリン酸溶液の塗布方法としては特にスプレー塗布や浸漬塗布が簡便で好ましいが、ローラー塗布、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、リン酸23またはリン酸溶液の塗布が容易となる。
通常、シリコン基板の表面は撥水性を有するため、リン酸またはリン酸溶液をシリコン基板に塗布する場合にはシリコン基板の表面ではじかれ易い。また、リン酸またはリン酸溶液は粘度が低く、スクリーン印刷の実施が困難である。
しかしながら、本実施の形態においては、p型シリコン基板11の表面に第1の吸水層21と第2の吸水層22とを形成し、該第1の吸水層21と第2の吸水層22とにリン酸またはリン酸溶液を吸水させるため、p型シリコン基板11の表面に、容易に且つ確実にリン酸またはリン酸溶液を保持させることができる。すなわち、p型シリコン基板11上へのドーパントの選択配置を容易に行うことができる。
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。塗布方法に応じて粘度を調整する必要がある場合は、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。
リン拡散工程(ステップS140)
つぎに、塗布拡散剤としてリン酸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、第1の吸水層21と第2の吸水層22とに保持されたリン酸23またはリン酸溶液による、第1の領域および第2の領域に対するリンの拡散を行う。熱処理温度としては、例えば700℃〜1000℃程度が好ましい。ここで、熱処理によりリン拡散層を形成する際のリンの拡散量は、第1の吸水層21と第2の吸水層22とにおけるリン酸23またはリン酸溶液の保持量にほぼ比例する。
つぎに、塗布拡散剤としてリン酸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、第1の吸水層21と第2の吸水層22とに保持されたリン酸23またはリン酸溶液による、第1の領域および第2の領域に対するリンの拡散を行う。熱処理温度としては、例えば700℃〜1000℃程度が好ましい。ここで、熱処理によりリン拡散層を形成する際のリンの拡散量は、第1の吸水層21と第2の吸水層22とにおけるリン酸23またはリン酸溶液の保持量にほぼ比例する。
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、n型拡散層(リン拡散層)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。
したがって、p型シリコン基板11において第1の吸水層21と第2の吸水層22とが積層されている第2の領域は、リン酸23またはリン酸溶液の保持量が第1の吸水層21のみが形成されている第1の領域よりも多く、第1の領域よりも低抵抗化される。これにより、p型シリコン基板11における第1の領域から第2の領域を除いた第3の領域、すなわち図4−5に示すように第1の吸水層21のみが形成されていた領域に、第1のリン拡散層(高抵抗拡散層)13が形成される。
また、図4−5に示すようにp型シリコン基板11において第1の吸水層21と第2の吸水層22とが積層して形成されていた第2の領域に、第1のリン拡散層13よりも低抵抗化された第2のリン拡散層(低抵抗拡散層)19が形成される。なお、第1の吸水層21および第2の吸水層22は、この熱処理において焼却されて消滅する。したがって、第1の吸水層21および第2の吸水層22が、後の工程および製品に対して影響を及ぼすことが無い。
リンガラス層除去工程(ステップS220)
熱処理を施したp型シリコン基板11には、第1のリン拡散層(高抵抗拡散層)13および第2のリン拡散層(低抵抗拡散層)19の形成とともに、図4−5に示すように第1のリン拡散層(高抵抗拡散層)13および第2のリン拡散層(低抵抗拡散層)19の表面にはリンガラス層24が形成されるので、ふっ酸洗浄を行うことで図4−6に示すようにリンガラス層を除去し、第1のリン拡散層(高抵抗拡散層)13および第2のリン拡散層(低抵抗拡散層)19とを露出させる。これにより、第1のリン拡散層(高抵抗拡散層)13および第2のリン拡散層(低抵抗拡散層)19を有する選択エミッタ用拡散層が得られる。
熱処理を施したp型シリコン基板11には、第1のリン拡散層(高抵抗拡散層)13および第2のリン拡散層(低抵抗拡散層)19の形成とともに、図4−5に示すように第1のリン拡散層(高抵抗拡散層)13および第2のリン拡散層(低抵抗拡散層)19の表面にはリンガラス層24が形成されるので、ふっ酸洗浄を行うことで図4−6に示すようにリンガラス層を除去し、第1のリン拡散層(高抵抗拡散層)13および第2のリン拡散層(低抵抗拡散層)19とを露出させる。これにより、第1のリン拡散層(高抵抗拡散層)13および第2のリン拡散層(低抵抗拡散層)19を有する選択エミッタ用拡散層が得られる。
反射防止膜形成工程(ステップS230)
つぎに、第1のリン拡散層(高抵抗拡散層)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。
つぎに、第1のリン拡散層(高抵抗拡散層)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。
電極ペースト配置工程(ステップS240)、焼成工程(ステップS250)
さらに、表銀グリッド電極15と表銀バス電極16とのパターンを低抵抗拡散層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17と裏銀電極18と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を焼成する。
さらに、表銀グリッド電極15と表銀バス電極16とのパターンを低抵抗拡散層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17と裏銀電極18と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を焼成する。
以上の工程により、液体状の塗布拡散剤としてリン酸23あるいはリン酸溶液を使用して、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。
上述したように、実施の形態1にかかる太陽電池用拡散層の製造方法によれば、第1の吸水層21をp型シリコン基板11の表面の第1の領域に形成し、第2の吸水層22を第1の領域に包含される第2の領域に選択的に形成し、第1の吸水層21および第2の吸水層22に液体状の塗布拡散剤(リン酸23あるいはリン酸溶液)を吸水、保持させた後、p型シリコン基板11を熱処理することにより液体状の塗布拡散剤(リン酸23あるいはリン酸溶液)のリンをp型シリコン基板11に拡散させて、シート抵抗の異なる第1のリン拡散層(高抵抗拡散層)13と第2のリン拡散層(低抵抗拡散層)19とを選択的に形成する。これにより、p型シリコン基板11上への濃度分布を持たせたドーパントの選択配置を、液体状の塗布拡散剤であるリン酸23あるいはリン酸溶液を用いて容易に行うことができ、選択エミッタ構造の太陽電池用拡散層を容易に形成することができる。また、レーザ照射等の工程が不要であり、生産性良く選択エミッタ構造の太陽電池用拡散層を形成することができる。
また、実施の形態1にかかる太陽電池セルの製造方法によれば、従来の方法では困難であった塗布拡散剤としてリン酸23あるいはリン酸溶液を用いた選択エミッタを用いた太陽電池用拡散層の形成を行い、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。
実施の形態2.
実施の形態2では、実施の形態1における第1の吸水層21の他の形成方法について説明する。上述した実施の形態1においては、第1の吸水層形成工程(ステップS110)において、p型シリコン基板11の一面側の第1の領域に第1の吸水剤を塗布して第1の吸水層21を形成する場合について説明したが、p型シリコン基板11の表面にシリコン酸化膜を形成して、第1の吸水層21として使用することもできる。すなわち、第1の吸水剤を塗布する代わりにp型シリコン基板11の一面側を酸化処理、例えば塩酸処理して、図5−1に示すように該p型シリコン基板11の表面に膜厚が4nm〜10nm程度のシリコン酸化膜25を形成し、このシリコン酸化膜25を第1の吸水層21として使用することもできる。また、このシリコン酸化膜25の形成は、プラズマ処理により行うことも可能である。
実施の形態2では、実施の形態1における第1の吸水層21の他の形成方法について説明する。上述した実施の形態1においては、第1の吸水層形成工程(ステップS110)において、p型シリコン基板11の一面側の第1の領域に第1の吸水剤を塗布して第1の吸水層21を形成する場合について説明したが、p型シリコン基板11の表面にシリコン酸化膜を形成して、第1の吸水層21として使用することもできる。すなわち、第1の吸水剤を塗布する代わりにp型シリコン基板11の一面側を酸化処理、例えば塩酸処理して、図5−1に示すように該p型シリコン基板11の表面に膜厚が4nm〜10nm程度のシリコン酸化膜25を形成し、このシリコン酸化膜25を第1の吸水層21として使用することもできる。また、このシリコン酸化膜25の形成は、プラズマ処理により行うことも可能である。
そして、第2の吸水層形成工程(ステップS120)において、第1の吸水層21としてのシリコン酸化膜25上の第2の領域に第3の吸水剤を例えばスクリーン印刷により選択的に塗布して、図5−2に示すように第2の吸水層22を形成する。第3の吸水剤に関する条件は、第2の吸水剤と同様である。この場合には、保持工程(ステップS130)においてシリコン酸化膜25が第1の吸水層21として例えばリン酸23またはリン酸溶液を吸水し、保持する。また、このシリコン酸化膜25は、リンガラス層除去工程(ステップS220)において、リンガラス層と一緒に除去される。したがって、シリコン酸化膜25からなる第1の吸水層21が後の工程および製品に対して影響を及ぼすことが無い。そして、シリコン酸化膜25からなる第1の吸水層21を形成すること以外は、実施の形態1の場合と同様にして、太陽電池用拡散層および太陽電池セルを作製することができる。
このようにしてp型シリコン基板11の表面にシリコン酸化膜25からなる第1の吸水層21を形成した場合においても、実施の形態1の場合と同様の効果を得ることができ、これにより、p型シリコン基板11上への濃度分布を持たせたドーパントの選択配置を、液体状の塗布拡散剤であるリン酸23あるいはリン酸溶液を用いて容易に行うことができ、選択エミッタ構造の太陽電池用拡散層を容易に形成することができる。
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。
実施例1.
表面処理を施したp型シリコン基板を用意し、この片面の全面に第1の吸水剤としてノニオン型のポリアルキレンオキサイド系吸水性樹脂の10wt%〜60wt%キシレン溶液をスクリーン印刷で塗布することにより、第1の吸水層を形成した。
表面処理を施したp型シリコン基板を用意し、この片面の全面に第1の吸水剤としてノニオン型のポリアルキレンオキサイド系吸水性樹脂の10wt%〜60wt%キシレン溶液をスクリーン印刷で塗布することにより、第1の吸水層を形成した。
この第1の吸水層を形成したp型多結晶シリコン基板に対して、第2の吸水剤として第1の吸水剤と同じノニオン型のポリアルキレンオキサイド系吸水性樹脂の10wt%〜60wt%キシレン溶液を、線幅100μm〜200μmのグリッド電極と線幅1mm〜3mmのバス電極のパターンで第1の吸水層上に選択的にスクリーン印刷を行うことにより、第2の吸水層を形成した。第1の吸水層および第2の吸水層の膜厚は、それぞれ10μm〜30μmであった。
つぎに、リン酸溶液として、リン酸(85wt%以上)を水で希釈し、10wt%〜30wt%程度のリン酸水溶液を調製した。このリン酸水溶液に先の第1の吸水層および第2の吸水層の形成を行ったp型多結晶シリコン基板を浸漬し、引き上げることで、第1の吸水層および第2の吸水層にリン酸水溶液を吸水させ、保持させた。リン酸水溶液の保持量は吸水剤の膜厚にほぼ比例し、第2の吸水層を形成した領域は、吸水剤の膜厚が第1の吸水層のみを形成した領域の約2倍となるため、リン酸水溶液の保持量も約2倍となる。
このようにしてリン酸水溶液を保持させたp型多結晶シリコン基板を、700℃〜900℃の窒素中で熱処理してリンの拡散処理を行い、第1のリン拡散層(高抵抗拡散層)と第1のリン拡散層よりも低抵抗化された第2のリン拡散層(低抵抗拡散層)とを形成した。
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、電極領域である第2のリン拡散層(低抵抗拡散層)のシート抵抗は35Ω/□〜40Ω/□、受光面である第1のリン拡散層(高抵抗拡散層)のシート抵抗は80〜90Ω/□であった。
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、第1のリン拡散層(高抵抗拡散層)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第2のリン拡散層(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。
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のパターンとをスクリーン印刷し、100℃〜300℃で乾燥を行った。つぎに、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。
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。
したがって、実施例1においては、実施の形態1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。
実施例2.
表面処理を施したp型シリコン基板を用意し、この片面の全面に第1の吸水剤としてノニオン型のポリアルキレンオキサイド系吸水性樹脂の10wt%〜60wt%キシレン溶液をスクリーン印刷で塗布することにより、第1の吸水層を形成した。
表面処理を施したp型シリコン基板を用意し、この片面の全面に第1の吸水剤としてノニオン型のポリアルキレンオキサイド系吸水性樹脂の10wt%〜60wt%キシレン溶液をスクリーン印刷で塗布することにより、第1の吸水層を形成した。
この第1の吸水層を形成したp型多結晶シリコン基板に対して、第2の吸水剤として第1の吸水剤と同じノニオン型のポリアルキレンオキサイド系吸水性樹脂の10wt%〜60wt%キシレン溶液を、線幅100μm〜200μmのグリッド電極と線幅1mm〜3mmのバス電極とのパターンで第1の吸水層上に選択的にスクリーン印刷を行うことにより、第2の吸水層を形成した。第1の吸水層および第2の吸水層の膜厚は、それぞれ10μm〜30μmであった。
つぎに、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%程度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、先の第1の吸水層および第2の吸水層の形成を行ったp型多結晶シリコン基板に対して、インクジェット装置を用いて塗布することで、第1の吸水層および第2の吸水層にリン酸アルコール溶液を吸水させ、保持させた。リン酸アルコール溶液の保持量は吸水剤の膜厚にほぼ比例し、第2の吸水層を形成した領域は、吸水剤の膜厚が第1の吸水層のみを形成した領域の約2倍となるため、リン酸アルコール溶液の保持量も約2倍となる。
このようにしてリン酸アルコール溶液を保持させたp型多結晶シリコン基板を、700℃〜900℃の窒素中で熱処理してリンの拡散処理を行い、第1のリン拡散層(高抵抗拡散層)と第1のリン拡散層よりも低抵抗化された第2のリン拡散層(低抵抗拡散層)とを形成した。
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、電極領域である第2のリン拡散層(低抵抗拡散層)のシート抵抗は35Ω/□〜40Ω/□、受光面である第1のリン拡散層(高抵抗拡散層)のシート抵抗は80〜90Ω/□であった。
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、第1のリン拡散層(高抵抗拡散層)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第2のリン拡散層(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。
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のパターンとをスクリーン印刷し、100℃〜300℃で乾燥を行った。つぎに、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。
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。
したがって、実施例2においては、実施の形態1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。
実施例3.
表面処理を施したp型シリコン基板を用意し、この片面の全面に第1の吸水剤としてノニオン型のポリアルキレンオキサイド系吸水性樹脂の10wt%〜60wt%キシレン溶液をスクリーン印刷で塗布することにより、第1の吸水層を形成した。
表面処理を施したp型シリコン基板を用意し、この片面の全面に第1の吸水剤としてノニオン型のポリアルキレンオキサイド系吸水性樹脂の10wt%〜60wt%キシレン溶液をスクリーン印刷で塗布することにより、第1の吸水層を形成した。
この第1の吸水層を形成したp型多結晶シリコン基板に対して、第2の吸水剤として第1の吸水剤と同じノニオン型のポリアルキレンオキサイド系吸水性樹脂の10wt%〜60wt%キシレン溶液を、線幅100μm〜200μmのグリッド電極と線幅1mm〜3mmのバス電極とのパターンで第1の吸水層上に選択的にスクリーン印刷を行うことにより、第2の吸水層を形成した。第1の吸水層および第2の吸水層の膜厚は、それぞれ10μm〜30μmであった。
つぎに、リン酸溶液として、リン酸(85wt%以上)を水で希釈し、10wt%〜30wt%程度のリン酸水溶液を調製した。このリン酸水溶液を先の第1の吸水層および第2の吸水層の形成を行ったp型多結晶シリコン基板にスプレー塗布することで、第1の吸水層および第2の吸水層にリン酸水溶液を吸水させ、保持させた。リン酸水溶液の保持量は吸水剤の膜厚にほぼ比例し、第2の吸水層を形成した領域は、吸水剤の膜厚が第1の吸水層のみを形成した領域の約2倍となるため、リン酸水溶液の保持量も約2倍となる。
このようにしてリン酸水溶液を保持させたp型多結晶シリコン基板を、700℃〜900℃の窒素中で熱処理してリンの拡散処理を行い、第1のリン拡散層(高抵抗拡散層)と第1のリン拡散層よりも低抵抗化された第2のリン拡散層(低抵抗拡散層)とを形成した。
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、電極領域である第2のリン拡散層(低抵抗拡散層)のシート抵抗は35Ω/□〜40Ω/□、受光面である第1のリン拡散層(高抵抗拡散層)のシート抵抗は80〜90Ω/□であった。
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、第1のリン拡散層(高抵抗拡散層)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第2のリン拡散層(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。
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のパターンとをスクリーン印刷し、100℃〜300℃で乾燥を行った。つぎに、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。
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。
したがって、実施例3においては、実施の形態1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。
実施例4.
表面処理を施したp型シリコン基板を用意し、このp型シリコン基板の片面の全面に塩酸処理を施して該p型シリコン基板11の表面にシリコン酸化膜を形成することにより、第1の吸水層を形成した。
表面処理を施したp型シリコン基板を用意し、このp型シリコン基板の片面の全面に塩酸処理を施して該p型シリコン基板11の表面にシリコン酸化膜を形成することにより、第1の吸水層を形成した。
この第1の吸水層を形成したp型多結晶シリコン基板に対して、第2の吸水剤としてノニオン型のポリアルキレンオキサイド系吸水性樹脂の10wt%〜60wt%キシレン溶液を、線幅100μm〜200μmのグリッド電極と線幅1mm〜3mmのバス電極とのパターンで第1の吸水層上に選択的にスクリーン印刷を行うことにより、第2の吸水層を形成した。第1の吸水層の膜厚は、膜厚が4nm〜10nm、第2の吸水層の膜厚は10μm〜30μmであった。
つぎに、リン酸溶液として、リン酸(85wt%以上)を水で希釈し、10wt%〜30wt%程度のリン酸水溶液を調製した。このリン酸水溶液を先の第1の吸水層および第2の吸水層の形成を行ったp型多結晶シリコン基板にスプレー塗布することで、第1の吸水層および第2の吸水層にリン酸水溶液を吸水させ、保持させた。リン酸水溶液の保持量は吸水剤の膜厚にほぼ比例し、第2の吸水層を形成した領域は、吸水剤の膜厚が第1の吸水層のみを形成した領域の約2倍以上となるため、リン酸水溶液の保持量も約2倍以上となる。
このようにしてリン酸水溶液を保持させたp型多結晶シリコン基板を、700℃〜900℃の窒素中で熱処理してリンの拡散処理を行い、第1のリン拡散層(高抵抗拡散層)と第1のリン拡散層よりも低抵抗化された第2のリン拡散層(低抵抗拡散層)とを形成した。
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、電極領域である第2のリン拡散層(低抵抗拡散層)のシート抵抗は35Ω/□〜40Ω/□、受光面である第1のリン拡散層(高抵抗拡散層)のシート抵抗は80〜90Ω/□であった。
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、第1のリン拡散層(高抵抗拡散層)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第2のリン拡散層(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。
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のパターンとをスクリーン印刷し、100℃〜300℃で乾燥を行った。つぎに、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。
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。
したがって、実施例4においては、実施の形態2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。
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、太陽電池用拡散層形成においてリン酸またはリン酸溶液を使用する場合に有用である。
1 太陽電池セル
10 半導体層部
11 p型シリコン基板
12 p+層
13 第1のリン拡散層(高抵抗拡散層)
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 第2のリン拡散層(低抵抗拡散層)
21 第1の吸水層
22 第2の吸水層
23 リン酸
24 リンガラス層
25 シリコン酸化膜
10 半導体層部
11 p型シリコン基板
12 p+層
13 第1のリン拡散層(高抵抗拡散層)
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 第2のリン拡散層(低抵抗拡散層)
21 第1の吸水層
22 第2の吸水層
23 リン酸
24 リンガラス層
25 シリコン酸化膜
Claims (8)
- リンを含有する液体状の塗布拡散剤を吸水する第1の吸水層をシリコン基板の表面の第1の領域に形成する第1の吸水層形成工程と、
前記塗布拡散剤を吸水する第2の吸水層を前記第1の領域に包含される第2の領域に選択的に形成する第2の吸水層形成工程と、
前記第1の吸水層および前記第2の吸水層に前記塗布拡散剤を塗布することにより、前記塗布拡散剤を前記第1の吸水層および前記第2の吸水層に吸水させて保持させる保持工程と、
前記第1の吸水層および前記第2の吸水層に前記塗布拡散剤を保持させた前記シリコン基板を熱処理することにより前記塗布拡散剤のリンを前記シリコン基板に拡散させて、前記シリコン基板における前記第1の領域から前記第2の領域を除いた第3の領域に第1のリン拡散層を形成し、前記シリコン基板における前記第2の領域に前記第1のリン拡散層よりもシート抵抗の低い第2のリン拡散層を形成するリン拡散工程と、
を含むことを特徴とする太陽電池用拡散層の製造方法。 - 前記第1の吸水層形成工程では、前記塗布拡散剤を吸水する第1の吸水剤を前記第1の領域に塗布することで前記第1の吸水層を形成し、
前記第2の吸水層形成工程では、前記塗布拡散剤を吸水する第2の吸水剤を前記第2の領域に選択的に塗布することで前記第2の吸水層を形成すること、
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。 - 前記第1の吸水剤および前記第2の吸水剤は吸水性材料を有機溶媒に溶解した溶液であり、前記第1の吸水剤および前記第2の吸水剤をスクリーン印刷法または凹版印刷法により塗布すること、
を特徴とする請求項2に記載の太陽電池用拡散層の製造方法。 - 前記塗布拡散剤がリン酸またはリン酸溶液であり、前記第1の吸水剤および前記第2の吸水剤がノニオン型ポリマー吸水性樹脂を有機溶媒に溶解した溶液であること、
を特徴とする請求項3に記載の太陽電池用拡散層の製造方法。 - 前記第1の吸水層形成工程では、前記第1の領域に対して酸化処理を行うことでシリコン酸化膜からなる前記第1の吸水層を形成し、
前記第2の吸水層形成工程では、前記塗布拡散剤を吸水する第3の吸水剤を前記第2の領域に選択的に塗布することで前記第2の吸水層を形成すること、
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。 - 前記第3の吸水剤は吸水性材料を有機溶媒に溶解した溶液であり、前記第3の吸水剤をスクリーン印刷法または凹版印刷法により塗布すること、
を特徴とする請求項5に記載の太陽電池用拡散層の製造方法。 - 前記塗布拡散剤がリン酸またはリン酸溶液であり、前記第3の吸水剤がノニオン型ポリマー吸水性樹脂を有機溶媒に溶解した溶液であること、
を特徴とする請求項6に記載の太陽電池用拡散層の製造方法。 - 請求項1〜7のいずれか1つに記載の太陽電池用拡散層の製造方法により前記第1のリン拡散層と前記第2のリン拡散層とを形成する太陽電池用拡散層形成工程と、
前記太陽電池用拡散層形成工程において前記第1のリン拡散層と前記第2のリン拡散層との表面に形成されたリンガラス層を除去するリンガラス層除去工程と、
前記第1のリン拡散層上に反射防止膜を形成する反射防止膜形成工程と、
前記第2のリン拡散層上および前記シリコン基板の前記第1のリン拡散層と反対側の面に電極ペーストを配置する電極ペースト配置工程と、
前記電極ペーストを焼成して電極を形成する焼成工程と、
を含むことを特徴とする太陽電池セルの製造方法。
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