JP5131860B2 - Silicon sheet and solar cell - Google Patents
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Description
本発明は太陽電池用などに用いられるシリコンシートに関する。 The present invention relates to a silicon sheet used for solar cells and the like.
太陽電池の作製などに用いられるシリコン基板(シリコンシート)は、例えば、特開平11−21120号公報(特許文献1)、特開平11−92284号公報(特許文献2)に開示されているようなキャスト法により一般的に製造されている。キャスト法は、坩堝内で溶解したシリコンを坩堝底面から徐々に冷却することによってシリコン融液を固化させ、坩堝底面から上方に向けて成長した長い柱状結晶構造を主体とするインゴット(凝固塊)を製造する方法である。 Silicon substrates (silicon sheets) used for manufacturing solar cells are disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-21120 (Patent Document 1) and Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-92284 (Patent Document 2). Generally manufactured by a casting method. In the casting method, silicon melted in the crucible is gradually cooled from the bottom of the crucible to solidify the silicon melt. It is a manufacturing method.
しかし、キャスト法は、インゴットにクラックを生じさせないようにして成長させるために、また半導体品質確保の観点から、一つのシリコンインゴットの製造には数十時間もの長時間を要する。また、インゴットからシリコン基板を切り出すスライス工程にも長時間を要し、マルチワイヤーソーによるスライス技術を用いても数十時間を要する。したがって、キャスト法を利用したシリコン基板の作製において、大幅なコストの低減を行うことは困難な状況にある。 However, the casting method takes a long time of several tens of hours to manufacture one silicon ingot in order to grow without causing cracks in the ingot and from the viewpoint of ensuring semiconductor quality. In addition, a slicing process for cutting a silicon substrate from an ingot takes a long time, and even a slicing technique using a multi-wire saw requires several tens of hours. Therefore, it is difficult to significantly reduce the cost in manufacturing a silicon substrate using a casting method.
他方、別のシリコン基板の製造方法としてスライスが不要なウエブ(web)法やEFG(edge-defined film-fed growth)法によるシリコンリボンの成長方法も研究されている。また、近年ではより速い成長を目指して、シリコン融液から直接的に薄板状のシリコンリボンを作製するRGS(ribbon growth on substrate)法が注目されるようになっている(非特許文献1)。 On the other hand, as another silicon substrate manufacturing method, a silicon ribbon growth method using a web method or an EFG (edge-defined film-fed growth) method which does not require slicing has been studied. In recent years, the RGS (ribbon growth on substrate) method for producing a thin silicon ribbon directly from a silicon melt has been attracting attention with the aim of faster growth (Non-patent Document 1).
RGS法は、凝固成長面に近い面からの高速熱移動(抜熱)によってシリコンリボンの高速成長を行うものである。具体的には、溶融シリコンの側部周囲を支える側部支持枠に対してその開放下面を支える下面支持平板を冷却しながら相対的に横方向に移動させることにより、その下面支持平板上にシリコンリボンを高速成長させる方法である。以下、ウエブ法、EFG法、RGS法などのシリコンリボン作成法をリボン作成法という。 The RGS method performs high-speed growth of a silicon ribbon by high-speed heat transfer (heat removal) from a surface close to a solidification growth surface. Specifically, the lower support plate supporting the open lower surface is moved relative to the side support frame supporting the periphery of the molten silicon in the lateral direction while cooling, so that the silicon is placed on the lower support plate. This is a method for growing a ribbon at a high speed. Hereinafter, a silicon ribbon creation method such as a web method, an EFG method, or an RGS method is referred to as a ribbon creation method.
さらに別のシリコン基板の製造方法としては、シリコン融液に基体を接触させて液相からの凝固によって直接的にシート状のシリコン基板を得る方法(シート形成法)が、たとえば、特開2001−223172号公報(特許文献3)に開示されている。 As another method for producing a silicon substrate, a method (sheet forming method) in which a base is brought into contact with a silicon melt and a sheet-like silicon substrate is directly obtained by solidification from a liquid phase is disclosed, for example, in JP-A-2001-2001. No. 223172 (Patent Document 3).
なお上述したリボン作成法・シート形成法によって得られるシリコン基板は多結晶体であるが、多結晶体においては、(1)粒界では物質の拡散速度が速いこと、および(2)物質が固化(凝固)する際、粒界に不純物が偏析しやすいという2つの現象が一般的に知られている。 The silicon substrate obtained by the ribbon forming method and the sheet forming method described above is a polycrystal, but in the polycrystal, (1) the diffusion rate of the substance is high at the grain boundary, and (2) the substance is solidified. Two phenomena are generally known that impurities are likely to segregate at the grain boundaries during (solidification).
このことより、不純物濃度が高い状態のときには、粒界部分に不純物偏析が増えることとなる。よって、多結晶シリコン基板では粒界に不純物であるボロンが偏析し、粒界部分の抵抗値が周囲より低くなると考えられる。 From this, when the impurity concentration is high, impurity segregation increases in the grain boundary portion. Therefore, it is considered that boron, which is an impurity, segregates at the grain boundary in the polycrystalline silicon substrate, and the resistance value of the grain boundary part is lower than that of the surrounding area.
これにより、太陽電池モジュール内の一部のウエハ(シリコンシート)が日陰になった状態を想定し、逆方向に電流を流す試験である逆耐圧試験においては、受光面側にあるpn接合層が電気を通さないように働くため、ウエハ面内で抵抗の低い部分を伝わって電流(短絡電流)が流れることになる。このため上記の抵抗の低い粒界部分に集中して電流が流れることになる。 As a result, assuming a state where a part of the wafer (silicon sheet) in the solar cell module is shaded, in the reverse withstand voltage test, which is a test in which a current flows in the reverse direction, the pn junction layer on the light receiving surface side is Since it works so as not to conduct electricity, a current (short-circuit current) flows through a low resistance portion in the wafer surface. For this reason, the current flows concentrated on the grain boundary portion having the low resistance.
また、非特許文献2によると、現在の太陽電池用の多結晶シリコンシートの比抵抗値は実験によって経験的に太陽電池特性が良好となるとされる1〜3Ω・cm程度が一般的であるが、理論的には比抵抗値が3Ω・cmを超えても10Ω・cm程度までは比抵抗が大きくなるにともなってライフタイムが増大し、太陽電池特性を大きく悪化させないことが示唆されている。
In addition, according to Non-Patent
しかし、比抵抗が10Ω・cmを超えるとライフタイムの伸びが小さくなり、また発電された電流のロスが大きくなって効率が悪くなってしまうため、10Ω・cmを超える高比抵抗のウエハは望ましくない。 However, if the specific resistance exceeds 10 Ω · cm, the increase in lifetime will be small, and the loss of generated current will increase and the efficiency will deteriorate, so a wafer with a high specific resistance exceeding 10 Ω · cm is desirable. Absent.
本発明は、太陽電池用などに用いられるシリコンシートにおいて、良好な半導体特性を付与し、そのシリコンシートを用いた太陽電池のさらなる高効率化を図ることを目的とする。 An object of the present invention is to impart good semiconductor characteristics to a silicon sheet used for solar cells and the like, and to further increase the efficiency of a solar cell using the silicon sheet.
本発明は、シリコン融液に被接触体を接触させて形成されるシリコンシートであって、0.04〜0.2ppmwのボロンを含有することを特徴とするシリコンシートである。また両方または一方の主面に凹凸を有することが好ましい。また、前記両方の主面の凹凸の周期が同一であることが好ましい。 The present invention is a silicon sheet formed by bringing a contacted body into contact with a silicon melt and containing 0.04 to 0.2 ppmw of boron. Moreover, it is preferable to have an unevenness | corrugation in both or one main surface. Moreover, it is preferable that the uneven | corrugated period of both the said main surfaces is the same.
また、最も薄い箇所の厚みが100μm以上であることが好ましい。また、前記凹凸の大きさが200μm以下であることが好ましい。また、100μmから1mmの範囲内の平均厚さを有することが好ましい。 Moreover, it is preferable that the thickness of the thinnest part is 100 micrometers or more. Moreover, it is preferable that the size of the unevenness is 200 μm or less. Moreover, it is preferable to have an average thickness in the range of 100 μm to 1 mm.
本発明は、さらに上記のシリコンシートを備えた太陽電池にも関する。 The present invention further relates to a solar cell provided with the above silicon sheet.
本発明のシリコンシートは、太陽電池用などに用いられるシリコンシートにおいて、良好な半導体特性を付与し、そのシリコンシートを用いた太陽電池のさらなる高効率化を図ることができる。 The silicon sheet of the present invention imparts good semiconductor characteristics in a silicon sheet used for solar cells and the like, and can further increase the efficiency of a solar cell using the silicon sheet.
(第1の実施形態)
図1から図7、表1および表2を用いて本発明に係る実施形態を説明する。ここで、本実施形態においてはシリコン融液に基体を接触させて液相からの凝固によって直接的にシート状のシリコン基板を得る方法(シート形成法)によって作成されたシリコンシートについて説明するが、ウエブ(web)法やEFG(edge-defined film-fed growth)法、RGS(ribbon growth on substrate)法などのリボン作成法などの他の製造方法であっても、以下に説明する特性を有するシリコンシートが得られる方法であれば特に限定されるものではない。また、本実施形態においては「被接触体」として「基体」を用いたが、本発明に用いられる「被接触体」とは、Web法であれば「回転体」、RGS法なら「下面支持平板」、シート形成法なら「基体」などであり、シリコン融液に浸漬・接触させて表面にシリコンシートを形成するもの全てをいう。
(First embodiment)
Embodiments according to the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 7 and Tables 1 and 2. Here, in this embodiment, a silicon sheet created by a method (sheet forming method) in which a substrate is brought into contact with a silicon melt and solidified from a liquid phase to obtain a sheet-like silicon substrate will be described. Silicon having the characteristics described below, even in other manufacturing methods such as a web method, an EFG (edge-defined film-fed growth) method, and a ribbon production method such as an RGS (ribbon growth on substrate) method The method is not particularly limited as long as the sheet is obtained. In the present embodiment, the “substrate” is used as the “contacted body”. However, the “contacted body” used in the present invention is a “rotating body” in the Web method, and “underside support” in the RGS method. “Flat plate”, “substrate” in the case of a sheet forming method, and the like, which are all formed by dipping and contacting a silicon melt to form a silicon sheet on the surface.
図1はリボン作成法またはシート形成法によって得られる多結晶体シリコンシートの断面図であり、多結晶体シリコンシート1は受光面側表面12から裏面側表面13にかけて粒界11が存在している。上述したようにこの粒界11には不純物が偏析しやすく、逆耐圧試験において抵抗の低い粒界部分に集中して電流が流れることになる。
FIG. 1 is a cross-sectional view of a polycrystalline silicon sheet obtained by a ribbon forming method or a sheet forming method. The
(製造方法)
次に図2を用いて本発明のシリコンシートをシート形成法によって製造するための方法を説明する。図2(a)の模式的な断面図に示されているように、シリコンの融点である1415℃より低い温度に加熱冷却し得る温度制御手段5によって温度制御された耐熱性の基体2の表面を坩堝4中のシリコン融液3に接触(または浸漬)させることによって、基体2の表面にシリコンシート1が成長する。必要な厚さのシリコンシート1が成長した後に、そのシートが付着した基体2が坩堝4から取り出される。基体2に付着しているシリコンシート1は高温から冷却される段階で、図1(b)に示されるように、基体2とシリコンシート1の熱膨張係数差に起因して基体2とシリコンシート1は自然に分離し、または小さい衝撃を基体2に加えることにより分離され、液相からの凝固によって直接的に形成されたシリコンシート1が得られる。
(Production method)
Next, a method for producing the silicon sheet of the present invention by the sheet forming method will be described with reference to FIG. As shown in the schematic cross-sectional view of FIG. 2A, the surface of the heat-
すなわち、基体2がシリコン融液3の温度より低い温度なので、基体表面にシリコンの結晶核が随所に発生する。そして、これらの結晶核がシリコン融液3に接している方向に向けて一方向に結晶成長することによって、多結晶シリコンシートが形成される。
That is, since the
多結晶シリコンシートにおいては、平均結晶粒径が大きい程、半導体特性の低下原因となる結晶粒界密度が減少してキャリヤの拡散長が伸び、シリコンシートの半導体特性が改善される。この改善効果により、液相からの凝固によって直接的に形成されたシリコンシートが、太陽電池等のデバイス用として用いられ得るものとなる。 In the polycrystalline silicon sheet, the larger the average crystal grain size, the lower the grain boundary density, which causes a decrease in semiconductor characteristics, and the carrier diffusion length is increased, thereby improving the semiconductor characteristics of the silicon sheet. By this improvement effect, the silicon sheet directly formed by solidification from the liquid phase can be used for devices such as solar cells.
また、上記シート形成法に用いられる基体2の材質としては、例えば、グラファイトや、その表面に炭化珪素を熱CVD法で形成した基体を用いることができ、このほかにも、窒化珪素のようなセラミックスや高温に耐える耐熱性金属や、セラミックスを部分的もしくは全面的にコートしたカーボン、セラミックス、または耐熱金属も使用することができる。
Moreover, as a material of the base |
また、基体2の温度制御手段5としては、例えば、基体2のシリコン融液と接触する面と反対側の表面近くに空間部を設けて窒素、アルゴン、または空気などを加圧導入させるガス冷媒方式を採用することができ、その他にも、基体2内にステンレス、銅などの金属製配管を埋め込んで温度制御を行う温度制御手段5を備えた液体冷媒方式などの種々の手段を採用することができ、これにより基体2の表面上に多結晶シリコンシート1を高速かつ安定に形成することができるが、シート形成法において温度制御手段5は備えられていなくても良い。
Further, as the temperature control means 5 of the
また、シリコンシート製造時におけるシリコン融液の温度は、シートの成長条件との兼ね合い等に応じて、通常、過冷却温度の1380℃以上からより高温の1600℃までの範囲内(例えば、1450℃)に設定され得る。シリコン融液面が規定の高さになった後に、基体2の温度制御を温度制御手段5によって行い、基体2の表面温度がシリコン融点に比べて1000℃から120℃だけ低い温度(例えば、1200℃)に安定化した状態で、その表面がシリコン融液に浸漬されるようになっていてもよい。
Further, the temperature of the silicon melt at the time of manufacturing the silicon sheet is usually within a range from a supercooling temperature of 1380 ° C. or higher to a higher temperature of 1600 ° C. (for example, 1450 ° C.) depending on the balance with the growth conditions of the sheet. ). After the silicon melt surface reaches a specified height, the temperature of the
以上、本発明によるシリコンシートは、基体2の初期温度をシリコン融点(1415℃)よりも120℃から1000℃程度低い温度範囲で制御し、または適当な厚さのグラファイト材料を用いることによって基体2の熱容量を適切にし、または基体2の加熱冷却を行う温度制御手段5内に冷媒を用い、またはシリコン融液3への基体2の浸漬時間を最適厚さのシリコンシートが得られるよう制御することによりシリコン溶液の固化を促進させる等の基本的条件を設定することにより、基体2の表面上に多結晶シリコンシートを高速かつ安定に形成することができる。
As described above, in the silicon sheet according to the present invention, the initial temperature of the
(実施例1および比較例1)
次に表1、表2および図3、図4を用いて本発明に係るシリコンシートの特性を説明する。表1はボロン濃度が0.05ppmwであり比抵抗が10Ω・cmである厚み324μmのシート形成法により作成したシリコンシート(実施例1)と、ボロン濃度が0.15ppmwであり比抵抗が2Ω・cmである厚み336μmのシート形成法により作成したシリコンシート(比較例1)の逆耐圧試験における電流値を比較した表であり、図3はその結果をグラフ化したものである。
(Example 1 and Comparative Example 1)
Next, the characteristics of the silicon sheet according to the present invention will be described with reference to Tables 1 and 2 and FIGS. Table 1 shows a silicon sheet (Example 1) prepared by a sheet forming method with a thickness of 324 μm having a boron concentration of 0.05 ppmw and a specific resistance of 10 Ω · cm, and a boron concentration of 0.15 ppmw and a specific resistance of 2 Ω · cm. 3 is a table comparing current values in a reverse withstand voltage test of a silicon sheet (Comparative Example 1) prepared by a sheet forming method having a thickness of 336 μm, and FIG. 3 is a graph showing the results.
(逆耐圧試験)
表1において実施例1および比較例1のシリコンシートに、1〜15Vの逆方向の電圧をシートの厚み方向にかけたときの電流値(逆方向の電流値)を示す。なお、逆方向とは、シリコンシートを太陽電池としたときに光を受けて発電する方向(順方向)と逆の方向であり、電流値の測定は電流計により行った。
(Reverse pressure test)
In Table 1, the current value (reverse current value) when a reverse voltage of 1 to 15 V is applied to the silicon sheets of Example 1 and Comparative Example 1 in the thickness direction of the sheet is shown. In addition, the reverse direction is a direction opposite to the direction (forward direction) in which light is generated by receiving light when a silicon sheet is used as a solar cell, and the current value was measured by an ammeter.
表1および図3に示される結果から、実施例1(比抵抗10Ω)のシリコンシートにおいては、逆方向電圧を上げても比較例1(比抵抗2Ω)のシリコンシートに比して電流の流れる量が少なく、比抵抗の値が高いシリコンシートのほうが短絡電流が生じにくいものとなっていることが分かる。ここで、逆耐圧試験は発熱量で評価を行うが、仮にウエハの抵抗値が2倍になれば電流量は1/2になり、発熱を抑制する効果が2倍になるため、実施例1のシリコンシートを用いて太陽電池を作成したとき、太陽電池として良好な特性を示すものが得られる。 From the results shown in Table 1 and FIG. 3, in the silicon sheet of Example 1 (specific resistance 10Ω), the current flows as compared with the silicon sheet of Comparative Example 1 (specific resistance 2Ω) even when the reverse voltage is increased. It can be seen that a silicon sheet having a small amount and a high specific resistance is less likely to cause a short-circuit current. Here, the reverse withstand voltage test is evaluated by the heat generation amount. However, if the resistance value of the wafer is doubled, the current amount is ½, and the effect of suppressing the heat generation is doubled. When a solar cell is produced using this silicon sheet, a solar cell having good characteristics can be obtained.
(比抵抗の比較)
次に表2と図4を用いてボロン濃度と比抵抗の関係を説明する。表2は従来のシリコンシートの一例としてキャスト法によって得られるシリコンシートと、上記シート形成法によって得られたシリコンシートとのボロン濃度と比抵抗の関係を比較したものである。また図4は表2の結果をグラフ化したものである。これより、キャスト法、シート形成法によって作成されたシリコンシートは両者共にボロン濃度が低くなるほど比抵抗は高くなる傾向があることがわかる。
(Comparison of specific resistance)
Next, the relationship between boron concentration and specific resistance will be described with reference to Table 2 and FIG. Table 2 compares the relationship between the boron concentration and the specific resistance of a silicon sheet obtained by a casting method as an example of a conventional silicon sheet and a silicon sheet obtained by the sheet forming method. FIG. 4 is a graph of the results in Table 2. From this, it can be seen that the specific resistance of the silicon sheets prepared by the casting method and the sheet forming method tends to increase as the boron concentration decreases.
しかしながら、このボロン濃度と比抵抗の関係はキャスト法によって得られたシリコンシートと、リボン作成法およびシート形成法によって得られたシリコンシートでは異なった特性を示し、一般的なキャスト法で得られるシリコンシートの比抵抗値と比べると、同じ濃度のボロンを含有するシート形成法によって作成されたシリコンシートは遥かに高い比抵抗を有するものであることが分かる。 However, the relationship between the boron concentration and the specific resistance shows different characteristics between the silicon sheet obtained by the casting method and the silicon sheet obtained by the ribbon making method and the sheet forming method, and silicon obtained by a general casting method. Compared with the specific resistance value of the sheet, it can be seen that the silicon sheet produced by the sheet forming method containing the same concentration of boron has a much higher specific resistance.
このようにシート形成法で製造されたシリコンシートがボロン濃度以外の要因により高い比抵抗を示すかの理由は明らかではないが、シート形成法は製造工程での温度変化がキャスト法等に比べて速やかであり、これが結晶粒径などに影響し、何らかの結晶構造の違いが生じていることなどが推測される。 The reason why the silicon sheet manufactured by the sheet forming method as described above exhibits a high specific resistance due to factors other than the boron concentration is not clear, but the sheet forming method has a temperature change in the manufacturing process compared to the casting method or the like. It is presumed that this has an influence on the crystal grain size and the like, and that some difference in crystal structure occurs.
また、図4をみると、シート形成法によって作成されたシリコンシートは、ボロン濃度が0.2ppmw付近から比抵抗の増大量が急激に大きくなっていることがわかる。上述したように逆耐圧試験は発熱量で評価し、比抵抗の値が大きくなれば電流値はそれに比例して小さくなるため、比抵抗が急激に増大すれば電流値は急激に小さくなり、短絡電流の生じにくいシートが得られる。 In addition, it can be seen from FIG. 4 that the increase in the specific resistance of the silicon sheet prepared by the sheet forming method increases rapidly from the boron concentration around 0.2 ppmw. As described above, the reverse withstand voltage test is evaluated by the calorific value, and if the specific resistance value increases, the current value decreases proportionally. Therefore, if the specific resistance increases rapidly, the current value decreases rapidly, causing a short circuit. A sheet that is less likely to generate current is obtained.
また非特許文献2より比抵抗が10Ω・cm以上のシリコンシートでは良好な特性を有する太陽電池の作成は困難であるため、シート形成法によって作成されたシリコンシートではボロン濃度が0.04ppm以上含まれている必要がある。
In addition, since it is difficult to produce a solar cell having good characteristics with a silicon sheet having a specific resistance of 10 Ω · cm or more from
ボロン濃度が0.04ppm未満ではシリコンシート全体の比抵抗が高くなり、ライフタイムの伸びが小さくなり、また発電された電流のロスが大きくなり効率が悪くなってしまうためである。 This is because if the boron concentration is less than 0.04 ppm, the specific resistance of the entire silicon sheet increases, the lifetime increases, the loss of the generated current increases, and the efficiency decreases.
以上説明したように、本発明のシリコンシートは、0.04〜0.2ppmwのボロンを含有する多結晶シリコンシートであるが、該シリコンシート中のボロン濃度は0.04〜0.1ppmwであればなお比抵抗の値が大きいため好適であり、またボロン濃度が0.04〜0.07ppmwであればさらに急激に比抵抗の値が大きくなっており、さらに好ましい。 As described above, the silicon sheet of the present invention is a polycrystalline silicon sheet containing 0.04 to 0.2 ppmw of boron, but the boron concentration in the silicon sheet may be 0.04 to 0.1 ppmw. It is preferable because the specific resistance value is large, and it is more preferable that the boron concentration is 0.04 to 0.07 ppmw because the specific resistance value increases more rapidly.
(太陽電池)
本発明のシリコンシートを利用して太陽電池を作製する方法について、一例としては、図5のフロー図に示された手順に従う方法を挙げることができる。この実施例では、シリコンシートがp型半導体にされたが、n型半導体であってもよい。pまたはnの導電型のシリコンシートを形成する場合には、原料シリコンの溶融時にボロン(B)またはリン(P)のようなドーパントを混入することが望ましい。
(Solar cell)
As an example of a method for producing a solar cell using the silicon sheet of the present invention, a method according to the procedure shown in the flowchart of FIG. 5 can be given. In this embodiment, the silicon sheet is a p-type semiconductor, but it may be an n-type semiconductor. When forming a p-type or n-type silicon sheet, it is desirable to mix a dopant such as boron (B) or phosphorus (P) when the raw silicon is melted.
図5のフロー図では、まずステップSlとS2において、硝酸とフッ酸との混合液を用いてシリコンシートの洗浄と表面エッチングを行った。その後のステップS3において、水酸化ナトリウムを用いて、シートの光入射側主面にテクスチャエッチングを行った。このエッチングとしてはプラズマ放電によるドライエッチング法なども可能であるが、ウエットエッチング法を用いることで、より低コストで表面テクスチャの形成が可能となる。 In the flow chart of FIG. 5, first, in steps Sl and S2, the silicon sheet was cleaned and the surface was etched using a mixed solution of nitric acid and hydrofluoric acid. In subsequent step S3, texture etching was performed on the light incident side main surface of the sheet using sodium hydroxide. As this etching, a dry etching method using plasma discharge or the like can be used, but by using a wet etching method, a surface texture can be formed at a lower cost.
次にステップS4では、PSG拡散(リンシリケートガラス膜を用いた拡散方法)によりn型拡散層を形成した。ステップS5においては、表面に形成されているPSG膜をフッ酸で除去した後に、受光面側主面に反射防止膜としてシリコン窒化膜を形成した。 Next, in step S4, an n-type diffusion layer was formed by PSG diffusion (diffusion method using a phosphorus silicate glass film). In step S5, the PSG film formed on the surface was removed with hydrofluoric acid, and then a silicon nitride film was formed as an antireflection film on the light receiving surface side main surface.
次にステップS6において、裏面側に形成された拡散層を硝酸とフッ酸の混合液を用いて除去した。ステップS7では、Alペーストを用いて裏面側に合金層と裏面電極を同時に形成した。最後にステップS8において、受光面側の電極が銀ペースト材料のスクリーン印刷により形成された。 Next, in step S6, the diffusion layer formed on the back side was removed using a mixed solution of nitric acid and hydrofluoric acid. In step S7, an alloy layer and a back electrode were simultaneously formed on the back side using Al paste. Finally, in step S8, the electrode on the light receiving surface side was formed by screen printing of a silver paste material.
このようにして、図6の模式的断面図に示されているような太陽電池セルが作製される。図6の太陽電池セルは、シリコンシート6、拡散層61、光電変換層62、合金層63、表面電極64、および裏面電極65を含んで形成される。
In this way, a solar battery cell as shown in the schematic cross-sectional view of FIG. 6 is produced. The solar battery cell of FIG. 6 is formed including a
(第2の実施形態)
本実施形態のシリコンシートの形状は、その両方または一方の主面に凹凸を有することを特徴とするものであり、図7から図9を用いてその説明をする。
(Second Embodiment)
The shape of the silicon sheet of the present embodiment is characterized in that both or one of the main surfaces has irregularities, which will be described with reference to FIGS.
図7は基体8の表面に基体頂部81および基体底部82を有する基体8の回転方向に沿った溝、または規則的もしくは不規則に配置した微細凹凸面などが形成されているものであり、このような基体8の表面に形成された溝や微細凹凸面は、シリコンシート7の成長を高速化する機能を有する。
In FIG. 7, grooves along the rotation direction of the
このような形状の基体8をシリコン融液に接触または浸漬させると、基体8が有する溝や凹凸は、シリコン結晶成長の起点となりやすいため、ここから結晶の成長が始まり、最終的にシリコンシート7は凹凸の形状を有するものとなる。ここで基体8の溝や凹凸の分布を決定することによりシリコンシート7の凹凸の分布、溝間隔等を決定することができ、シリコンシート7はある程度規則性をもった形状を形成することが可能である。なお、図7においては図9(a)に示すような表面に周期的溝が形成された基体を用いたが、図9(b)に示すような表面に周期的なピラミッド状凹凸が形成された基体を用いても凹凸を有するシリコンシートを得ることができる。
When the
ここで両方または一方の主面に凹凸を有するとは、シリコンシートの縁の面を除く2つの主面の両方または一方に厚み方向の高低差(起伏)を有することである。例えば、溝状、ピラミッド状などの規則的な周期の凹凸を有するシートなどが挙げられるが、周期性はシート全体にわたって均一に周期性があるもののみを意味するものではなく、シートの一部に周期性があればよく、また人工的に設計される程度の厳密な周期性は必要としない。また、不規則な周期の凹凸のものであってもよい。また、凹部または凸部のみを有する形状であってもよい。 Here, having both the or one main surface has irregularities means having a height difference (undulation) in the thickness direction on both or one of the two main surfaces excluding the edge surface of the silicon sheet. For example, a sheet having irregular periodicities such as a groove shape and a pyramid shape can be mentioned, but the periodicity does not mean only a sheet having periodicity uniformly over the entire sheet, but a part of the sheet. It only needs to have periodicity, and does not require strict periodicity that is artificially designed. Further, irregularities with irregular cycles may be used. Moreover, the shape which has only a recessed part or a convex part may be sufficient.
次に図8を用いてシリコンシート7の凹凸形状について詳細に説明する。本発明のシリコンシートは、両方の主面が凹凸を有する場合に特に有効であり、さらに、図8(a)(b)のように前記両方の主面の凹凸の周期が同一である場合にさらに有効である。ここで、両方の主面の凹凸の周期が同一であるとは、主面表面に凹部と凸部が交互に表れる周期が両面でほぼ同様であるような状態を意味する。 Next, the uneven shape of the silicon sheet 7 will be described in detail with reference to FIG. The silicon sheet of the present invention is particularly effective when both main surfaces have unevenness, and furthermore, when the unevenness periods of both the main surfaces are the same as shown in FIGS. 8 (a) and 8 (b). It is even more effective. Here, the same period of concaves and convexes on both main surfaces means a state in which the period in which concave and convex portions appear alternately on the main surface is substantially the same on both sides.
両方の主面が凹凸を有する場合、局部的にシート厚みの薄い部分が形成されやすく、特に、両方の主面の凹凸の周期が同一である場合、局部的にシート厚みの薄い部分(両方の主面が凹部となる箇所)が周期的に多数存在するため、その箇所での厚み方向の短絡電流が生じる可能性が高くなるためである。 When both main surfaces have unevenness, a portion with a thin sheet thickness is likely to be formed locally. Particularly, when the unevenness period of both main surfaces is the same, a portion with a locally thin sheet thickness (both This is because there is a high possibility that a short-circuit current in the thickness direction at that portion will occur because there are a large number of portions where the main surface becomes concave portions.
また凹凸の大きさとは、図8(b)に示すような両面に凹凸を有するシリコンシートの部分断面図である図8(a)において、一主面において凸部における基準面から頂部までの高さ(a)もしくは(a’)と、該凸部に隣接する凹部における基準面から底部までの高さ(b)との高さの差(c)や(c’)とする。基準面は、両主面の高さの平均値であっても良いし、両主面の凹部における底部の高さの平均値であっても良く、基準面は、シリコンシートの厚み方向に対して垂直な平面であればいかなるものを基準としても良い。 Further, the size of the unevenness is a height from the reference surface to the top of the convex portion on one main surface in FIG. 8 (a) which is a partial sectional view of a silicon sheet having unevenness on both sides as shown in FIG. 8 (b). The height difference (c) or (c ′) between the height (a) or (a ′) and the height (b) from the reference surface to the bottom of the concave portion adjacent to the convex portion. The reference surface may be an average value of the heights of both main surfaces, or may be an average value of the heights of the bottoms of the recesses of both main surfaces, and the reference surface is relative to the thickness direction of the silicon sheet. Any plane can be used as long as it is a vertical plane.
また図8(a)、(b)においては両主面に凹凸を有するシートを示したが、図8(c)に示すような凹凸が上面のみにあり下面が平面であるシリコンシートについても、上面の凹凸の大きさは上記と同様に定義される。ここで、平面とは厳密な意味での平面に限られず、10μm未満の誤差程度の凹凸を有する面を含むものとする。 8 (a) and 8 (b) show a sheet having irregularities on both main surfaces. However, a silicon sheet having irregularities only on the upper surface and a lower surface as shown in FIG. The size of the unevenness on the upper surface is defined in the same manner as described above. Here, the plane is not limited to a plane in a strict sense, and includes a plane having irregularities with an error of less than 10 μm.
また、本発明のシリコンシートは、図8(a)における同一周期の第一の主面側底部72と第二の主面側底部74の基準面からの距離の和(基準面が第一の主面側底部72と第ニの主面側底部74の間にあるとき)であるeの最小値(シリコンシートの最も薄い箇所の厚み)が100μm以上であることが好ましい。このような場合、局部的に厚みの薄い部分が形成されにくく短絡電流が生じにくいからである。
Further, the silicon sheet of the present invention is the sum of the distances from the reference surface of the first main surface
上記凹凸の大きさが大きすぎると太陽電池等に適用する上で不都合が生じるため、シリコンシート7の表面凹凸の大きさは200μm以下であることが好ましく、この場合、スライスや研磨等のプロセスを経ることなくシートの太陽電池等への利用が可能となり、表面エッチング時間の短縮または表面エッチングの省略が可能になる。また、シリコンシート内のキャリヤの拡散長が30μm以上であることにより、変換効率の比較的良好な太陽電池を得ることができる。 If the size of the unevenness is too large, inconvenience is caused in application to a solar cell or the like. Therefore, the size of the surface unevenness of the silicon sheet 7 is preferably 200 μm or less. In this case, a process such as slicing or polishing is performed. The sheet can be used for a solar cell or the like without passing, and the surface etching time can be shortened or the surface etching can be omitted. In addition, since the diffusion length of the carrier in the silicon sheet is 30 μm or more, a solar cell with relatively good conversion efficiency can be obtained.
本発明のシリコンシートのシリコン純度は5ナイン以上であることが好ましく、この場合、太陽電池等へ利用した場合にも良好なデバイス特性値を得ることができる。太陽電池の特性の観点からは、シリコンシートの純度が7ナイン以上であることがより好ましい。 The silicon purity of the silicon sheet of the present invention is preferably 5 or more, and in this case, a good device characteristic value can be obtained even when used for a solar cell or the like. From the viewpoint of the characteristics of the solar cell, it is more preferable that the purity of the silicon sheet is 7 or more.
また、シリコンシートの平均厚さは、100μmから1mmの範囲内に設定することが好ましい。シリコンシートの平均厚さを100μm以上にすることにより、そのシートを利用した太陽電池の作製プロセスにおいて高いハンドリング性を得ることができる。また、シート厚を1mm以下にすることにより、シートの製造時間を短縮でき、低コストのシリコン基板の提供が可能になる。
The average thickness of the silicon sheet is preferably set in the range of 100 μm to 1 mm. By setting the average thickness of the silicon sheet to 100 μm or more, high handling properties can be obtained in the solar cell manufacturing process using the sheet. Further, by making the
シート製造の容易さの観点からは、シートの平均厚さが200〜600μmの範囲内にあることがより好ましい。なお、シリコンシートの平均厚さとは、シリコンシートの面内の各点におけるシート厚の平均値であり、凸部の厚みも凹部の厚みも含むシート厚の平均値である。本発明の製造方法においては、かかる厚さのシリコンシートをシリコン融液から直接製造することにより、キャスト法の場合のようなシリコンインゴットのスライス工程等が不要になり、また良好な半導体特性を得ることができる。 From the viewpoint of ease of sheet production, it is more preferable that the average thickness of the sheet is in the range of 200 to 600 μm. The average thickness of the silicon sheet is the average value of the sheet thickness at each point in the plane of the silicon sheet, and is the average value of the sheet thickness including the thickness of the convex portion and the thickness of the concave portion. In the manufacturing method of the present invention, by directly manufacturing a silicon sheet having such a thickness from a silicon melt, a silicon ingot slicing step or the like as in the case of the casting method becomes unnecessary, and good semiconductor characteristics are obtained. be able to.
本発明によればシリコンインゴッドをスライスすることなく効率的にシリコンシートが作成でき、比抵抗を太陽電池用等に用いられるのに適切な値とすることができる。これによって、太陽電池等の用途に要求される特性を低下させることなく、シートの部分的に短絡しやすくなっている箇所における厚み方向の短絡電流の発生を防止できるため、太陽電池等に用いた場合の電力損失を回避し高効率な太陽電池等の製品を提供することができる。 According to the present invention, a silicon sheet can be efficiently produced without slicing the silicon ingot, and the specific resistance can be set to an appropriate value for use in solar cells and the like. As a result, it is possible to prevent occurrence of short-circuit current in the thickness direction in the portion where the sheet is easily short-circuited without deteriorating the characteristics required for applications such as solar cells. In this case, it is possible to provide a highly efficient product such as a solar cell that avoids power loss in some cases.
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。 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.
1,6,7 シリコンシート、11 粒界、12 受光面側表面、13 裏面側表面、2,8 基体、3 シリコン融液、4 坩堝、5 温度制御手段、61 拡散層、62 光電変換層、63 合金層、64 表面電極、65 裏面電極、71 シリコンシートの第一の主面側頂部、72 シリコンシートの第一の主面側底部、73 シリコンシートの第二の主面側頂部、74 シリコンシートの第二の主面側底部、81 基体頂部、82 基体底部。 1,6,7 silicon sheet, 11 grain boundary, 12 light-receiving surface side surface, 13 back surface side, 2,8 substrate, 3 silicon melt, 4 crucible, 5 temperature control means, 61 diffusion layer, 62 photoelectric conversion layer, 63 Alloy layer, 64 Front electrode, 65 Back electrode, 71 First main surface side top of silicon sheet, 72 First main surface side bottom of silicon sheet, 73 Second main surface side top of silicon sheet, 74 Silicon The second main surface side bottom of the sheet, 81 base top, 82 base bottom.
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