JP5197760B2 - 太陽電池セルの製造方法 - Google Patents

太陽電池セルの製造方法 Download PDF

Info

Publication number
JP5197760B2
JP5197760B2 JP2010541164A JP2010541164A JP5197760B2 JP 5197760 B2 JP5197760 B2 JP 5197760B2 JP 2010541164 A JP2010541164 A JP 2010541164A JP 2010541164 A JP2010541164 A JP 2010541164A JP 5197760 B2 JP5197760 B2 JP 5197760B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
film
silicon substrate
pecvd
back surface
polycrystalline silicon
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2010541164A
Other languages
English (en)
Other versions
JPWO2010064303A1 (ja
Inventor
陽一郎 西本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
Publication of JPWO2010064303A1 publication Critical patent/JPWO2010064303A1/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP5197760B2 publication Critical patent/JP5197760B2/ja
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
    • H01L31/186—Particular post-treatment for the devices, e.g. annealing, impurity gettering, short-circuit elimination, recrystallisation
    • H01L31/1868—Passivation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/02—Details
    • H01L31/0216—Coatings
    • H01L31/02161—Coatings for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
    • H01L31/02167—Coatings for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier for solar cells
    • H01L31/02168—Coatings for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier for solar cells the coatings being antireflective or having enhancing optical properties for the solar cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/06—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers
    • H01L31/068—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers the potential barriers being only of the PN homojunction type, e.g. bulk silicon PN homojunction solar cells or thin film polycrystalline silicon PN homojunction solar cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
    • H01L31/1804—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof comprising only elements of Group IV of the Periodic Table
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/546—Polycrystalline silicon PV cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/547—Monocrystalline silicon PV cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)

Description

本発明は、太陽電池セルの製造方法に関するものであり、特に、太陽電池基板である結晶シリコン基板の裏面をパッシベート（不活性化）した太陽電池セルの製造方法に関する。
太陽電池の高効率化には、キャリアの再結合を抑えることが必要である。現在、市場に出回っている結晶系シリコン太陽電池のほとんどは、太陽電池の基板の裏面に該基板の導電型と等しい導電型の高濃度拡散層を設け、この接合の内蔵電位により少数キャリアを基板の裏面から排除することで、基板の裏面での再結合を抑制している。この基板裏面の高濃度拡散層をＢＳＦ(Back Surface Filed)層と呼ぶ。
一般のシリコン太陽電池では、ｐ型基板と、該ｐ型基板の裏面にアルミニウム（Ａｌ）を拡散させたＢＳＦ層、という組み合せが用いられている。すなわち、一般のシリコン太陽電池では、アルミニウム（Ａｌ）ペーストを基板裏面に印刷・焼成することで裏面電極を形成するとともに基板裏面にアルミニウム（Ａｌ）を拡散させてＢＳＦ（以下、Ａｌ−ＢＳＦと記述する）層を形成している。
ところで、近年のように市場規模が拡大するしたがって、太陽電池用のシリコン材料が逼迫するという状況が起こり、メーカー各社は太陽電池の薄型化に取り組んでいる。しかし、シリコン（Ｓｉ）とＡｌ−Ｓｉ合金（Ａｌ−ＢＳＦ層）との熱膨張率が異なるため、シリコン基板が薄くなるにつれて太陽電池セルの反りが大きくなり、その後のモジュール作製工程に影響を与える。すなわち、薄型のシリコン基板に対しては、Ａｌ−ＢＳＦ層の使用は極めて都合が悪い。
そこで、Ａｌ−ＢＳＦ層に代わる裏面パッシベーション方法の開発が進められている。研究レベルではあるが、単結晶シリコン太陽電池の分野ではＡｌ−ＢＳＦ層に代わる裏面パッシベーション方法が開発され、太陽電池の高効率化が図られている。豪ニューサウスウェルズ大で開発されたＰＥＲＣ（Passivated Emitter and Rear Cell）セル、ＰＥＲＬ(Passivated Emitter Rear Locally diffused)セルが、それに当たる。
これらの太陽電池は、熱酸化によりシリコン基板の裏面にシリコン酸化膜（ＳｉＯ２）を形成してシリコン基板の裏面をパッシベートしている。しかし、熱酸化によるシリコン酸化膜（ＳｉＯ２）の形成工程は、１０００℃以上の高温プロセスであり、現在、市場の主流である多結晶シリコンに適用すると結晶品質を著しく劣化させるため、多結晶シリコン基板を用いた太陽電池には適用できない。
そこで、Ｓｃｈｕｌｔｚらは、８００℃のウェット酸化によりシリコン基板の裏面にシリコン酸化膜（ＳｉＯ２）を形成してシリコン基板の裏面をパッシベートし、多結晶シリコン太陽電池の高効率化を実現している（例えば、非特許文献１参照）。しかし、ウェット酸化によるシリコン酸化膜（ＳｉＯ２）の形成工程は、酸化時間が数時間かかるため量産性の良いプロセスではない。
このため、特に、多結晶シリコン太陽電池では、低温プロセスで形成することができ、量産性が高く、且つ、パッシベーション特性の良い膜が必要とされている。
多結晶シリコン太陽電池においては、反射防止膜を兼ねた表面パッシベーション膜には、ＰＥＣＶＤ（Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition）によるシリコン窒化膜（ＳｉＮ膜、以下ＰＥＣＶＤ−ＳｉＮ膜と記述する）が使用されている。これは、ＰＥＣＶＤ−ＳｉＮ膜中に含まれている水素が電極の焼成中に結晶粒界に拡散され、シリコン基板の欠陥をパッシベートし、変換効率を改善させる効果があるからである。そこでシリコン基板の裏面をＰＥＣＶＤ−ＳｉＮ膜でパッシベートしようと考えるのは自然の流れであり、様々な研究グループが検討を行っている。
O.Schultz et.al, "THERMAL OXIDATION PROCESSES FOR HIGH-EFFICIENCY MULTICRYSTALLINE SILICON SOLAR CELLS" Proceedings of the 19th European Photovoltaic Solar Energy Conference, Paris, FRANCE, 7-11 June 2004 M.Hofmann et. al, "SILICON NITRIDE-SILICON OXIDE STACKS FOR SOLAR CELL REAR SIDE PASSIVATION" Proceedings of the 19th European Photovoltaic Solar Energy Conference, Paris, FRANCE, 7-11 June 2004 M.MCCann, et. al, "ANGLED BURIED CONTACTS:A FRONT CONTACTING SCHEME FOR HIGH EFFICIENCY CELLS WITH LOW SHADING LOSSES" Proceedings of the 20th European Photovoltaic Solar Energy Conference, Barcelona, Spain, 6-10 June 2005, p.737
しかしながら、ＰＥＣＶＤ−ＳｉＮ膜を用いたシリコン基板の裏面のパッシベート技術は、まだ実用レベルには達していない。その要因の一つとして、ＰＥＣＶＤ−ＳｉＮ膜中の固定電荷の影響が挙げられている。ＰＥＣＶＤ−ＳｉＮ膜中には固定電荷が存在する。このため、ＰＥＣＶＤ−ＳｉＮ膜をｐ型シリコン上に成膜するとＰＥＣＶＤ−ＳｉＮ膜とｐ型シリコンとの界面に反転層が形成され、界面のパッシベーション特性を劣化させる、と言われている。シリコンリッチ（屈折率：ｎ＞２．９）なＰＥＣＶＤ−ＳｉＮ膜を用いることで、固定電荷の影響は軽減すると言われているが、シリコンリッチ（屈折率：ｎ＞２．９）なＰＥＣＶＤ−ＳｉＮ膜はどちらかというとアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）に近い膜である（例えば、非特許文献２参照）。
反射防止膜用のＰＥＣＶＤ−ＳｉＮ膜およびシリコンリッチなＰＥＣＶＤ−ＳｉＮ膜のどちらの膜もＰＥＣＶＤで成膜できるとはいえ、太陽電池用にアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）膜を成膜する装置と反射防止膜用にＰＥＣＶＤ−ＳｉＮ膜を成膜する装置とが異なるように、同じ装置（反射防止膜形成用のＰＥＣＶＤ装置）で両方の膜を成膜するのは難しく、仮に成膜できたとしても安定した特性を得ることは難しい。
また、シリコンリッチなＰＥＣＶＤ−ＳｉＮ膜を用いる場合は、太陽電池の作製プロセスも複雑である。シリコン基板の裏面とパッシベーション膜との間にはｎ型の拡散層を介在させてはいけない。しかし、オキシ塩化リン（ＰＯＣｌ３）を使用してシリコン基板の表面に拡散層（ｎ層）を形成する場合には、シリコン基板の裏面にもｎ型の拡散層が形成される。Ａｌ−ＢＳＦ層を用いる場合には、シリコン基板の裏面に拡散層が形成されていても、アルミニウム（Ａｌ）の拡散により裏面の拡散層は無くなるため、セルの端面等でアイソレーションをしておけば特に問題にはならない。
しかし、シリコン基板の裏面を絶縁膜でパッシベーションする構造では、裏面のｎ型の拡散層のみを除去しなければならない。また、ＰＥＣＶＤ−ＳｉＮ膜中の水素は４００℃以上の温度で膜から離脱する。このため、ＰＥＣＶＤ−ＳｉＮ膜中の水素による結晶粒界のパッシベーション効果を狙うのであれば、ＰＥＣＶＤ−ＳｉＮ膜の形成後の高温プロセスは、一工程のみ、実際には電極焼成プロセスのみでなければならない。
これらのことを考慮すると、シリコン基板の裏面をＰＥＣＶＤ−ＳｉＮ膜でパッシベートする場合の製造プロセスは、Ａｌ−ＢＳＦ層を用いる場合の製造プロセスと比べて複雑になる。
さらに、シリコン基板の裏面の拡散層の除去においても問題がある。すなわち、シリコン基板の裏面の拡散層のみを除去しなければならないが、現在のところ、その適切な方法が見つかっていない。例えばウェットエッチングによりシリコン基板の裏面の拡散層を除去する場合は、シリコン基板の表面へ薬液がまわり込まないように裏面のみを薬液に浸漬する必要がある。しかし、この作業は極めて難しい作業である。
また、拡散層の形成後、裏面の拡散層の除去を行う前に反射防止膜を形成し、該反射防止膜をマスクとしてエッチング除去する方法が考えられる。しかし、一般に反射防止膜として使用されているＰＥＣＶＤ−ＳｉＮ膜にはピンホールの存在が確認されている。このため、シリコン基板全体を薬液に浸漬すると、表面の拡散層においても除去される箇所が生じる。そして、この表面の拡散層において除去された箇所に表電極が形成されるとリークパスが発生し、太陽電池の特性を劣化させる（例えば、非特許文献３参照）。
また、例えばドライエッチングによりシリコン基板の裏面の拡散層を除去する場合は、量産性に劣る、シリコン基板の裏面にエッチング残渣が堆積する、フロン系ガスを使用するため環境負荷が大きい、などの問題がある。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、結晶系シリコン基板の裏面を簡略な工程でＰＥＣＶＤ−ＳｉＮ膜によりパッシベート（不活性化）して光電変換効率の高効率化を図ることが可能な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セルの製造方法は、第１の導電型の結晶シリコン基板の一面側にパッシベーション膜を形成する第１工程と、前記結晶シリコン基板の他面側に熱拡散により第２の導電型の元素を拡散させて拡散層を形成してｐｎ接合部を形成する第２工程と、前記拡散層上に反射防止膜を形成する第３工程と、前記結晶シリコン基板の他面側に第１の電極ペーストを配置する第４工程と、前記パッシベーション膜上に第２の電極ペーストを配置する第５工程と、前記第１の電極ペーストおよび前記第２の電極ペーストを焼成して電極を形成する第６工程と、を含むことを特徴とする。
この発明によれば、多結晶シリコン基板の一面側にパッシベーション膜としてプラズマＣＶＤ法によりシリコン窒化膜からなるパッシベーション膜を形成した後、熱拡散工程により多結晶シリコン基板の他面側に拡散層を形成するため、多結晶シリコン基板の一面側を簡略な工程でパッシベート（不活性化）して光電変換効率に優れた太陽電池を作製することができる、という効果を奏する。
図１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２−１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により作製した太陽電池セルの概略構成を示す断面図である。 図２−２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により作製した太陽電池セルの概略構成を示す上面図である。 図２−３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により作製した太陽電池セルの概略構成を示す下面図である。 図３−１は、本発明の実施の形態１にかかる太陽電池セルの製造工程を説明するための断面図である。 図３−２は、本発明の実施の形態１にかかる太陽電池セルの製造工程を説明するための断面図である。 図３−３は、本発明の実施の形態１にかかる太陽電池セルの製造工程を説明するための断面図である。 図３−４は、本発明の実施の形態１にかかる太陽電池セルの製造工程を説明するための断面図である。 図３−５は、本発明の実施の形態１にかかる太陽電池セルの製造工程を説明するための断面図である。 図４は、太陽電池セルの開放電圧Ｖｏｃの測定結果を示す特性図である。 図５は、太陽電池セルの短絡光電流密度Ｊｓｃの測定結果を示す特性図である。 図６は、比較例１にかかる太陽電池セルの概略構成を示す断面図である。 図７は、比較例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８は、比較例２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９は、太陽電池セルの開放電圧Ｖｏｃを示す特性図である。 図１０は、太陽電池セルの短絡光電流密度Ｊｓｃを示す特性図である。 図１１は、太陽電池セルの曲線因子ＦＦを示す特性図である。 図１２は、比較例２にかかる太陽電池セルの表面状態を説明するための断面図である。 図１３は、実施例２にかかる太陽電池セルの表面状態を説明するための断面図である。 図１４は、太陽電池セルの開放電圧Ｖｏｃを示す特性図である。 図１５は、太陽電池セルの短絡光電流密度Ｊｓｃを示す特性図である。 図１６は、実施例３および実施例４にかかる太陽電池セルの内部量子効率を示す特性図である。
符号の説明
１ 太陽電池セル
１１ 半導体基板
１３ ｐ型多結晶シリコン基板
１５ ｎ型拡散層
１７ 反射防止膜
１９ 受光面側電極
２１ 裏面パッシベーション膜
２３ 裏面側電極
２５ 表銀グリッド電極
２７ 表銀バス電極
３１ ｎ型拡散層
１１１ 半導体基板
１１３ ｐ型多結晶シリコン基板
１１５ ｎ型拡散層
１１７ 反射防止膜
１１９ 受光面側電極
１２１ Ａｌ−ＢＳＦ層
１２３ 裏面側電極
２１３ ｐ型多結晶シリコン基板
２１５ ｎ型拡散層
以下に、本発明にかかる太陽電池セルの製造方法の実施例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より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１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、ダメージ層除去およびテクスチャー形成工程（ステップＳ１１０）と、裏面パッシベーション膜（ＰＥＣＶＤ−ＳｉＮ）形成工程（ステップＳ１２０）と、拡散層形成（ｐｎ接合の形成）工程（ステップＳ１３０）と、反射防止膜（ＰＥＣＶＤ−ＳｉＮ）形成工程（ステップＳ１４０）と、電極配置工程（ステップＳ１５０）と、焼成工程（ステップＳ１６０）と、を含む。
図２−１〜図２−３は、本実施の形態にかかる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２−１は、太陽電池セル１の断面図、図２−２は、受光面側からみた太陽電池セル１の上面図、図２−３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２−１は、図２−３の線分Ａ−Ａにおける断面図である。
太陽電池セル１は、図２−１〜図２−３に示されるように、光電変換機能を有する太陽電池基板であってｐｎ接合を有する半導体基板１１と、半導体基板１１の受光面側の面（表面）に形成されて受光面での入射光の反射を防止する反射防止膜１７と、半導体基板１１の受光面側の面（表面）において反射防止膜１７に囲まれて形成された受光面側電極１９と、半導体基板１１の受光面と反対側の面（裏面）に形成された裏面パッシベーション膜２１と、半導体基板１１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基板１１の裏面において裏面パッシベーション膜２１に囲まれて形成された裏面側電極２３と、を備える。
半導体基板１１は、ｐ型（第１の導電型）多結晶シリコン基板１３と、該ｐ型多結晶シリコン基板１３の表面の導電型が反転したｎ型（第２の導電型）拡散層１５を有し、これらによりｐｎ接合が構成される。受光面側電極１９としては、太陽電池セルの表銀グリッド電極２５および表銀バス電極２７を含む。表銀グリッド電極２５は、半導体基板１１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ている。表銀バス電極２７は、表銀グリッド電極２５で集電された電気を取り出すために表銀グリッド電極２５にほぼ直交して設けられている。また、裏面側電極２３は、受光面側電極１９の電極パターンと略同等のくし型形状に形成されている。
また、裏面パッシベーション膜２１としては、ＰＥＣＶＤ法によりＰＥＣＶＤ−ＳｉＮ膜が形成されている。
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基板１１のｐｎ接合面（ｐ型多結晶シリコン基板１３とｎ型拡散層１５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１５に向かって移動し、ホールはｐ型多結晶シリコン基板１３に向かって移動する。これにより、ｎ型拡散層１５に電子が過剰となり、ｐ型多結晶シリコン基板１３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１５に接続した受光面側電極１９がマイナス極となり、ｐ型多結晶シリコン基板１３に接続した裏面側電極２３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。
以上のように構成された実施の形態１にかかる太陽電池セルは、加熱処理されたＰＥＣＶＤ−ＳｉＮ膜を裏面パッシベーション膜２１として半導体基板１１の受光面の裏面に備えることにより、ｐ型多結晶シリコン基板１３の裏面側が確実にパッシベートされており、従来のＡｌ−ＢＳＦ層を有する太陽電池セルと同程度の開放電圧、短絡光電流密度を有する。したがって、実施の形態１にかかる太陽電池セルにおいては、Ａｌ−ＢＳＦ層を備えることなく、ＰＥＣＶＤ−ＳｉＮ膜によりｐ型多結晶シリコン基板１３の裏面側がパッシベートされ、光電変換効率の高効率化が図られている。
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３−１〜図３−５を参照して説明する。図３−１〜図３−５は、実施の形態１にかかる太陽電池セル１の製造工程を説明するための断面図である。
まず、図３−１に示すように半導体基板１１としてｐ型多結晶シリコン基板１３を用意する。ｐ型多結晶シリコン基板１３は、溶融したシリコンを冷却固化してできたインゴットをワイヤーソーでスライスして製造するため、表面にスライス時のダメージが残っている。そこで、まずはこのダメージ層の除去も兼ねて、ｐ型多結晶シリコン基板１３を加熱したアルカリ溶液中、例えば水酸化ナトリウム水溶液に浸漬して表面をエッチングすることにより、シリコン基板の切り出し時に発生してｐ型多結晶シリコン基板１３の表面近くに存在するダメージ領域を取り除くと同時にｐ型多結晶シリコン基板１３の表面にテクスチャー（図示せず）を形成する（ステップＳ１１０）。
つぎに、図３−２に示すようにｐ型多結晶シリコン基板１３の裏面に裏面パッシベーション膜２１としてＰＥＣＶＤ法によりＰＥＣＶＤ−ＳｉＮ膜を成膜する（ステップＳ１２０）。このｐ型多結晶シリコン基板１３の裏面に成膜した裏面パッシベーション膜２１は、ｐ型多結晶シリコン基板１３の裏面をパッシベーションするためのパッシベーション膜であると同時に、裏面の拡散マスクの役割も果たしている。すなわち、後の拡散層の形成工程においてｐ型多結晶シリコン基板１３の裏面に拡散層を形成させないためのマスクの役割も果たしている。このＰＥＣＶＤ−ＳｉＮ膜としては、屈折率：ｎ＝２．０〜２．２、膜厚：８０ｎｍ〜９０ｎｍ程度のＰＥＣＶＤ−ＳｉＮ膜を成膜する。
裏面パッシベーション膜２１として成膜される屈折率：ｎ＝２．０のＰＥＣＶＤ−ＳｉＮ膜は、反射防止膜１７に使用されるＰＥＣＶＤ−ＳｉＮ膜と同等の屈折率のＰＥＣＶＤ−ＳｉＮ膜であり、反射防止膜１７の形成に用いる装置で成膜することができる。このため、裏面パッシベーション膜２１は、既存の装置を用いて成膜することができ、新たな設備投資が不要である。
つぎに、このｐ型多結晶シリコン基板１３をオキシ塩化リン（ＰＯＣｌ３）ガス雰囲気中、約８００℃〜９００℃程度で加熱することにより、図３−３に示すようにｐ型多結晶シリコン基板１３の表面にｎ型拡散層１５を形成して半導体ｐｎ接合を形成する（ステップＳ１３０）。このように、実施の形態１にかかる太陽電池セルの製造方法では、ｐ型多結晶シリコン基板１３の表面にテクスチャーを形成した後に、該ｐ型多結晶シリコン基板１３の裏面に裏面パッシベーション膜２１としてＰＥＣＶＤ−ＳｉＮ膜を形成し、その後、拡散層の形成を行うことが大きな特徴である。これにより、ＰＥＣＶＤ−ＳｉＮ膜が焼き締まり、強固になり、裏面パッシベーション膜であるＰＥＣＶＤ−ＳｉＮ膜とシリコン基板との密着性が増すことでパッシベーション効果が向上する。
つぎに、図３−４に示すようにｐ型多結晶シリコン基板１３の表面に、反射防止膜１７としてＰＥＣＶＤ法によりシリコン窒化膜（ＰＥＣＶＤ−ＳｉＮ膜）を一様な厚みで成膜する（ステップＳ１４０）。この反射防止膜１７は、ｐ型多結晶シリコン基板１３の表面のパッシベーション膜としての機能を兼ねている。
さらに、受光面側電極１９のパターン、すなわち表銀グリッド電極２５と表銀バス電極２７とのパターンをｎ型拡散層１５上に銀（Ａｇ）ペーストでスクリーン印刷し、例えば１００℃〜３００℃で乾燥させて、表銀グリッド電極２５と表銀バス電極２７を形成する（焼成前）。
つぎに、ｐ型多結晶シリコン基板１３の裏面側に、裏面側電極２３のパターンをアルミニウム（Ａｌ）ペーストでスクリーン印刷し、１００℃〜３００℃で乾燥する（ステップＳ１５０）。ここで、ｐ型多結晶シリコン基板１３の裏面の全面を裏面側電極２３にしてしまうと、焼成時に裏面パッシベーション膜２１であるＰＥＣＶＤ−ＳｉＮ膜が食い破られパッシベーション効果が無くなる。このため、裏面側電極２３のパターンは、受光面側電極１９のパターンのような、くし型形状とする。
そして、ｐ型多結晶シリコン基板１３を例えば７００℃〜１０００℃で焼成することで、図３−５に示すように裏面側電極２３を形成するとともに受光面側電極１９を焼成する（ステップＳ１６０）。
以上のような工程を実施することにより、図２−１〜図２−３に示す実施の形態１にかかる太陽電池セル１を作製することができる。
つぎに、具体的な実施例について説明する。上述した実施の形態１にかかる太陽電池セルの製造方法により実際に太陽電池セル（実施例１）を製造し、特性を評価した。太陽電池基板としては、ボロンをドープしたｐ型多結晶シリコン基板（１５×１５ｃｍ角、厚さ：２８０μｍ、抵抗率：１Ωｃｍ〜３Ωｃｍ、）を使用した。また、裏面パッシベーション膜２１であるＰＥＣＶＤ−ＳｉＮ膜としては、屈折率：ｎ＝２．０、膜厚：８０ｎｍ〜９０ｎｍのＰＥＣＶＤ−ＳｉＮ膜を成膜した。太陽電池セルのサイズは、４ｃｍ２である。
このような実施例１にかかる太陽電池セルを用いて、実際に電池を作動させ、太陽電池出力特性として、開放電圧Ｖｏｃ（Ｖ）、短絡光電流密度Ｊｓｃ（ｍＡ／ｃｍ２）を測定した。その結果を図４および図５に示す。図４は、太陽電池セルの開放電圧Ｖｏｃ（Ｖ）の測定結果を示す特性図である。図５は、太陽電池セルの短絡光電流密度Ｊｓｃ（ｍＡ／ｃｍ２）の測定結果を示す特性図である。
また、比較対象として、図６に示すように太陽電池基板の裏面にＡｌ−ＢＳＦ層を配した従来の太陽電池セル（比較例１）を作製した。図６は、比較例１にかかる太陽電池セルの概略構成を示す断面図である。比較例１にかかる太陽電池セルの基本的な構造は、裏面パッシベーション膜の代わりにＡｌ−ＢＳＦ層を有することと、裏面側電極が半導体基板の裏面のほぼ全面に設けられていること以外は、実施例１にかかる太陽電池セルと同様である。
すなわち、比較例１にかかる太陽電池セルは、図６に示すように、光電変換機能を有する太陽電池基板であってｐｎ接合を有する半導体基板１１１と、半導体基板１１１の受光面側の面（表面）に形成されて受光面での入射光の反射を防止する反射防止膜１１７と、半導体基板１１１の受光面側の面（表面）において反射防止膜１１７に囲まれて形成された受光面側電極１１９と、半導体基板１１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基板１１の裏面のほぼ全面に設けられた裏面側電極１２３と、を備える。
半導体基板１１１は、ｐ型多結晶シリコン基板１１３と、該ｐ型多結晶シリコン基板１１３の表面の導電型が反転したｎ型拡散層１１５と、該ｐ型多結晶シリコン基板１１３の裏面側において高濃度不純物を含んだＡｌ−ＢＳＦ層１２１とを有する。受光面側電極１１９は、実施例１にかかる太陽電池セルと同様に太陽電池セルのバス電極およびグリッド電極を含み、図６においてはバス電極の長手方向に略直交する方向における断面図を示している。また、裏面側電極１２３は、半導体基板１１１の裏面のほぼ全面に設けられている。
比較例１にかかる太陽電池セルは、図７に示す従来のプロセスで作製した。図７は、比較例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。すなわち、太陽電池基板としてｐ型多結晶シリコン基板１１３を用意し、該ｐ型多結晶シリコン基板１１３を加熱したアルカリ溶液中、例えば水酸化ナトリウム水溶液に浸漬して表面をエッチングすることにより、シリコン基板の切り出し時に発生してｐ型多結晶シリコン基板１１３の表面近くに存在するダメージ領域を取り除くと同時にｐ型多結晶シリコン基板１１３の表面にテクスチャーを形成する（ステップＳ２１０）。
つぎに、このｐ型多結晶シリコン基板１１３をオキシ塩化リン（ＰＯＣｌ３）ガス雰囲気中、約８００℃〜９００℃程度で加熱することにより、ｐ型多結晶シリコン基板１１３の表面にｎ型拡散層１１５を形成して半導体ｐｎ接合を形成する（ステップＳ２２０）。
つぎに、ｐ型多結晶シリコン基板１１３の表面に、反射防止膜１１７としてＰＥＣＶＤ法によりシリコン窒化膜（ＰＥＣＶＤ−ＳｉＮ膜）を一様な厚みで成膜する（ステップＳ２３０）。
さらに、受光面側電極１１９のパターン、すなわち表銀グリッド電極と表銀バス電極とのパターンをｎ型拡散層１１５上に銀（Ａｇ）ペーストでスクリーン印刷し、例えば１００℃〜３００℃で乾燥させて、表銀グリッド電極と表銀バス電極を形成する（焼成前）。受光面側電極１１９のパターンは、実施例１にかかる太陽電池セルと同じである。
つぎに、ｐ型多結晶シリコン基板１１３の裏面側に、裏面側電極１２３のパターンをアルミニウム（Ａｌ）ペーストでスクリーン印刷し、１００℃〜３００℃で乾燥する（ステップＳ２４０）。そして、ｐ型多結晶シリコン基板１１３を例えば７００℃〜１０００℃で焼成することで、裏面側電極１２３を形成するとともにアルミニウム（Ａｌ）をｐ型多結晶シリコン基板１１３の裏面側に拡散させてＡｌ−ＢＳＦ層１２１を形成する。このとき、受光面側電極１１９も同時に焼成される（ステップＳ２５０）。
以上のような工程を実施することにより、図６に示すような比較例１にかかる太陽電池セルを作製した。太陽電池セルのサイズは、実施例１にかかる太陽電池セルと同じ４ｃｍ２である。
このような比較例１にかかる太陽電池セルを用いて、実際に電池を作動させ、太陽電池出力特性として、開放電圧Ｖｏｃ（Ｖ）および短絡光電流密度Ｊｓｃ（ｍＡ／ｃｍ２）を測定した。その結果を図４および図５に併せて示す。
図４および図５における値は平均値であり、直線により平均値を結んでいる。図４および図５から分かるように、実施例１にかかる太陽電池セルは、開放電圧Ｖｏｃ（Ｖ）および短絡光電流密度Ｊｓｃ（ｍＡ／ｃｍ２）が若干低いが、比較例１にかかる太陽電池セルとほぼ同等の値を示している。すなわち、実施の形態１にかかる太陽電池セルの製造方法では、従来のＡｌ−ＢＳＦ層を配した太陽電池セルと同等の出力特性を有する太陽電池セルが作製できることが分かる。これにより、実施の形態１にかかる太陽電池セルの製造方法は、Ａｌ−ＢＳＦ層に代わる裏面パッシベーション技術であると言える。
本発明者以外の他のグループによるこれまでの検討は、ＰＥＣＶＤ−ＳｉＮ膜中の水素によるパッシベーション効果を狙うために、シリコン基板の裏面へのＰＥＣＶＤ−ＳｉＮ膜の成膜以降の加熱処理を一回のみ（実際には電極焼成プロセスのみ）に限定している。これに対して、ｐ型多結晶シリコン基板の裏面に裏面パッシベーション膜としてＰＥＣＶＤ−ＳｉＮ膜を成膜した後に拡散工程を行うことにより、ＰＥＣＶＤ−ＳｉＮ膜中の水素によるパッシベーション効果を放棄し、代わりにプロセスを簡略化している。
他グループは、裏面パッシベーション膜のＰＥＣＶＤ−ＳｉＮ膜中の水素によるパッシベーション効果が必須であると考え、裏面へのＰＥＣＶＤ−ＳｉＮ膜の成膜以降の加熱処理を一回のみに限定していると考えられる。しかしながら、上述した結果から考えると、裏面のＰＥＣＶＤ−ＳｉＮ膜中の水素によるパッシベーション効果は無くても太陽電池セルの出力特性に問題は無い。これは、結晶粒界のパッシベーションが、反射防止膜であるシリコン基板の表面のＰＥＣＶＤ−ＳｉＮ膜からの水素で充分に行われているためであると考えられる。
また、ＰＥＣＶＤ−ＳｉＮ膜を高温で加熱するとフッ酸でのエッチングレートが極めて小さくなる。これはＰＥＣＶＤ−ＳｉＮ膜が焼き締まり強固になったためと考えられる。したがって、実施の形態１にかかる太陽電池セルの製造方法では、拡散層形成の加熱工程により裏面パッシベーション膜であるＰＥＣＶＤ−ＳｉＮ膜とシリコン基板との密着性が増すことでパッシベーション効果が向上し、今回の結果につながった一因ではないかと考えられる。
上述したように、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、ｐ型多結晶シリコン基板１３の裏面に裏面パッシベーション膜２１としてＰＥＣＶＤ−ＳｉＮ膜を成膜した後、熱拡散工程によりｐ型多結晶シリコン基板１３の表面にｐｎ接合を形成する。ここで使用するＰＥＣＶＤ−ＳｉＮ膜は、反射防止膜１７として使用されるＰＥＣＶＤ−ＳｉＮ膜と同等の屈折率の膜である。この方法により、ｐ型多結晶シリコン基板１３の裏面を確実にパッシベーションすることができ、ｐ型多結晶シリコン基板１１３の裏面にＡｌ−ＢＳＦ層を配した太陽電池セルと同等の特性を示す、光電変換効率の高効率化が図られた太陽電池セルを作製することができる。
また、実施の形態１にかかる太陽電池セルの製造方法ではＡｌ−ＢＳＦ層を形成しないため、シリコン基板の薄型化で問題となっていた太陽電池セルの反りの問題を解決することができ、シリコン基板の薄型化、即ち、シリコン原料の減量化と太陽電池の発電コストの低減に寄与する、高効率を有する太陽電池を作製することができる。
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、ｐ型多結晶シリコン基板１３の裏面に裏面拡散層（ｎ型拡散層）が形成されないため、裏面拡散層の除去工程が不要となり、プロセスの簡便化が図れ、効率良く太陽電池を製造することができる。また、フロン等を使用しないため、生産工程自体の環境負荷が生じない。また、裏面パッシベーション膜２１は、反射防止膜１７に使用されるＰＥＣＶＤ−ＳｉＮ膜と同等の屈折率を有するＰＥＣＶＤ−ＳｉＮ膜である。したがって、裏面パッシベーション膜２１は既存の装置を用いて製造することができ、新たな設備投資が不要である。
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、熱酸化などの１０００℃以上の高温プロセスを使用しないため、ｐ型多結晶シリコン基板１３の結晶品質を劣化させることなく、光電変換特性に優れた多結晶シリコン太陽電池を作製することができる。
以上により、実施の形態１にかかる太陽電池セルの製造方法は、Ａｌ−ＢＳＦ層に代わって太陽電池基板である多結晶シリコン基板の裏面のパッシベーションを可能とする方法と言える。
実施の形態２．
実施の形態２では、実施の形態１において説明した太陽電池セルの製造方法の優位性を調べるために、実施例１にかかる太陽電池セルと同じプロセスで実施例２にかかる太陽電池セルを作製した。実施例２にかかる太陽電池セルの構成は実施例１にかかる太陽電池セルと同じであり、太陽電池セルのサイズは、４ｃｍ２である。また、比較例２にかかる太陽電池セルを作製し、出力特性の比較を行った。比較例２にかかる太陽電池セルの構成は実施例２にかかる太陽電池セルと同じであり、太陽電池セルのサイズは、実施例２にかかる太陽電池セルと同じ４ｃｍ２である。
比較例２にかかる太陽電池セルは、図８に示す従来のプロセスで作製した。図８は、比較例２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。すなわち、太陽電池基板としてｐ型多結晶シリコン基板を用意し、該ｐ型多結晶シリコン基板を加熱したアルカリ溶液中、例えば水酸化ナトリウム水溶液に浸漬して表面をエッチングすることにより、シリコン基板の切り出し時に発生してｐ型多結晶シリコン基板の表面近くに存在するダメージ領域を取り除くと同時にｐ型多結晶シリコン基板の表面にテクスチャーを形成する（ステップＳ３１０）。
つぎに、このｐ型多結晶シリコン基板をオキシ塩化リン（ＰＯＣｌ３）ガス雰囲気中、約８００℃〜９００℃程度で加熱することにより、ｐ型多結晶シリコン基板の表面にｎ型拡散層を形成して半導体ｐｎ接合を形成する（ステップＳ３２０）。
つぎに、ｐ型多結晶シリコン基板の表面に、反射防止膜としてＰＥＣＶＤ法によりシリコン窒化膜（ＰＥＣＶＤ−ＳｉＮ膜）を一様な厚みで成膜する（ステップＳ３３０）。つぎに、ｐ型多結晶シリコン基板を薬液に浸漬させて、ｐ型多結晶シリコン基板の裏面に形成されたｎ型拡散層を除去する（ステップＳ３４０）。
つぎに、ｐ型多結晶シリコン基板の裏面に裏面パッシベーション膜としてＰＥＣＶＤ法によりＰＥＣＶＤ−ＳｉＮを成膜する（ステップＳ３５０）。このＰＥＣＶＤ−ＳｉＮ膜としては、屈折率：ｎ＝２．２、膜厚：８０ｎｍ〜９０ｎｍ程度のＰＥＣＶＤ−ＳｉＮ膜を成膜する。
さらに、受光面側電極のパターン、すなわち表銀グリッド電極と表銀バス電極とのパターンをｎ型拡散層上に銀（Ａｇ）ペーストでスクリーン印刷し、例えば１００℃〜３００℃で乾燥させて、表銀グリッド電極と表銀バス電極を形成する（焼成前）。受光面側電極のパターンは、実施例１の太陽電池セルと同じである。
つぎに、ｐ型多結晶シリコン基板の裏面側に、裏面側電極のパターンをアルミニウム（Ａｌ）ペーストでスクリーン印刷し、１００℃〜３００℃で乾燥する（ステップＳ３６０）。ここで、ｐ型多結晶シリコン基板の裏面の全面を裏面側電極にしてしまうと、焼成時に裏面パッシベーション膜であるＰＥＣＶＤ−ＳｉＮ膜が食い破られパッシベーション効果が無くなる。このため、裏面側電極のパターンは、実施例２にかかる太陽電池セルと同じ、くし型形状とする。
そして、ｐ型多結晶シリコン基板を例えば７００℃〜１０００℃で焼成することで、裏面側電極を形成するとともに受光面側電極を焼成する（ステップＳ３７０）。以上の工程を実施することにより、実施例２にかかる太陽電池セルと同じ構成を有する比較例２にかかる太陽電池セルを作製した。
このような比較例２にかかる太陽電池セルおよび実施例２にかかる太陽電池セルを用いて、実際に電池を作動させ、太陽電池出力特性として、開放電圧Ｖｏｃ（Ｖ）、短絡光電流密度Ｊｓｃ（ｍＡ／ｃｍ２）および曲線因子ＦＦを測定した。その結果を図９〜図１１に併せて示す。図９は、太陽電池セルの開放電圧Ｖｏｃ（Ｖ）を示す特性図である。図１０は、太陽電池セルの短絡光電流密度Ｊｓｃ（ｍＡ／ｃｍ２）を示す特性図である。図１１は、太陽電池セルの曲線因子ＦＦを示す特性図である。実施の形態１においては実施例１と比較例１とにかかる太陽電池セルの裏面側電極の形状が異なっていたので曲線因子ＦＦの比較はできなかったが、実施の形態２では実施例２と比較例２とにかかる太陽電池セルの電極形状が同じであるので曲線因子ＦＦの比較が可能である。
図４および図５と同様に、図中の値は平均値であり、直線により平均値を結んでいる。図９および図１０から分かるように、実施例２にかかる太陽電池セルと比較例２にかかる太陽電池セルとでは、開放電圧Ｖｏｃ（Ｖ）および短絡光電流密度Ｊｓｃ（ｍＡ／ｃｍ２）は、ほぼ同程度の値を示している。しかしながら、図１１から分かるように実施例２にかかる太陽電池セルと比較例２にかかる太陽電池セルとでは、曲線因子ＦＦの差が大きく、図８に示す従来のプロセスでは曲線因子ＦＦが大きくばらついているのに対し、本発明にかかるプロセスでは安定した曲線因子ＦＦが得られていることが分かる。これにより、本発明にかかる太陽電池セルの製造方法は、図８に示す従来のプロセスよりも優れており、出力特性の良好な太陽電池を作製することができることが分かる。
この曲線因子ＦＦの差は、上述したようにＰＥＣＶＤ−ＳｉＮ膜中のピンホールに起因していると考えられる。図１２に示すように、図８に示す従来のプロセス（比較例２）では、ステップＳ３４０の裏面拡散層の除去時にｐ型多結晶シリコン基板全体を薬液に浸漬するため、ｐ型多結晶シリコン基板２１３の表面のＰＥＣＶＤ−ＳｉＮ膜（反射防止膜）２１７のピンホールが開いていた箇所に対応する表面のｎ型拡散層２１５においても除去される箇所が生じる。
この場合は、ｐ型多結晶シリコン基板２１３の表面のＰＥＣＶＤ−ＳｉＮ膜（反射防止膜）２１７のピンホールが開いていた箇所にｐ型多結晶シリコン基板２１３が露出する。そして、この表面のｎ型拡散層において除去された箇所に電極が形成されるとリークパスが発生し、太陽電池の特性を劣化させる。図１２は、比較例２にかかる太陽電池セルの表面状態を説明するための断面図である。
一方、図１３に示すように、実施の形態１にかかる太陽電池セルの製造方法（実施例２）では、ステップＳ１３０の拡散層形成時に、ｐ型多結晶シリコン基板１３の裏面の裏面パッシベーション膜（ＰＥＣＶＤ−ＳｉＮ膜）２１のピンホールが開いていた箇所に、ｎ型拡散層３１が形成されることになる。図１３は、実施例２にかかる太陽電池セルの表面状態を説明するための断面図である。
光により発生したキャリアはｐｎ接合により電子とホールに分離される。比較例２にかかる太陽電池セルは、ｐ型多結晶シリコン基板２１３の表面の大部分がｎ型拡散層２１５であり、ｎ型拡散層２１５とｐ型多結晶シリコン基板２１３の露出部とが表面において占める割合は、「ｎ型拡散層２１５＞ｐ型多結晶シリコン基板２１３の露出部」となる。このため、ほとんどのキャリアがｐｎ接合で電子とホールに分離される。
一方、実施例２にかかる太陽電池セルは、ｐ型多結晶シリコン基板１３の裏面の一部にｎ型拡散層３１が形成されているだけで面積も小さく、ｎ型拡散層３１と裏面パッシベーション膜（ＰＥＣＶＤ−ＳｉＮ膜）２１とが裏面において占める割合は、「ｎ型拡散層３１＜裏面パッシベーション膜（ＰＥＣＶＤ−ＳｉＮ膜）２１」となる。したがって、ｎ型拡散層３１とｐ型多結晶シリコン基板１３とのｐｎ接合で分離されるキャリアは、表面のｎ型拡散層１５とｐ型多結晶シリコン基板１３とのｐｎ接合で分離されるキャリアと比較して圧倒的に少ない。このため、実施例２にかかる太陽電池セルでは、裏面パッシベーション膜（裏面のＰＥＣＶＤ−ＳｉＮ膜）のピンホール箇所に裏面側電極２３が位置したとしても、再結合に寄与するキャリアが少なく、曲線因子ＦＦが安定しているものと考えられる。
実施の形態３．
実施の形態３では、裏面パッシベーション膜であるＰＥＣＶＤ−ＳｉＮ膜の膜質依存性を調べるために、屈折率：ｎ＝２．０であるＰＥＣＶＤ−ＳｉＮ膜を膜厚：８０ｎｍ〜９０ｎｍでｐ型多結晶シリコンウェハの裏面に成膜して実施例３にかかる太陽電池セルを作製した。また、屈折率：ｎ＝２．２であるＰＥＣＶＤ−ＳｉＮ膜を膜厚：８０ｎｍ〜９０ｎｍでｐ型多結晶シリコンウェハの裏面に成膜して実施例４にかかる太陽電池セルを作製した。実施例３および実施例４にかかる太陽電池セルは、実施例１にかかる太陽電池セルと同じプロセスで作製した。実施例３および実施例４にかかる太陽電池セルの構成は実施例１にかかる太陽電池セルと同じであり、太陽電池セルのサイズは、４ｃｍ２である。
また、比較対象として、図６に示すように太陽電池基板の裏面にＡｌ−ＢＳＦ層を配した従来の太陽電池セル（比較例３）を図７に示すプロセスにより作製した。太陽電池セルのサイズは、実施例３および実施例４にかかる太陽電池セルと同じ４ｃｍ２である。
以上のような実施例３、実施例４にかかる太陽電池セルおよび比較例３にかかる太陽電池セルを用いて、実際に電池を作動させ、太陽電池出力特性として、開放電圧Ｖｏｃ（Ｖ）、および短絡光電流密度Ｊｓｃ（ｍＡ／ｃｍ２）を測定した。その結果を図１４および図１５に併せて示す。図１４は、太陽電池セルの開放電圧Ｖｏｃ（Ｖ）を示す特性図である。図１５は、太陽電池セルの短絡光電流密度Ｊｓｃ（ｍＡ／ｃｍ２）を示す特性図である。図４および図５と同様に、図中の値は平均値であり、直線により平均値を結んでいる。
図１４および図１５から、裏面パッシベーション膜として屈折率：ｎ＝２．２のＰＥＣＶＤ−ＳｉＮ膜を用いた実施例４にかかる太陽電池セルの特性が、裏面パッシベーション膜として屈折率：ｎ＝２．０のＰＥＣＶＤ−ＳｉＮ膜を用いた太陽電池セルより劣っていることが分かる。これについて更に詳細に調べるべく、実施例３および実施例４にかかる太陽電池セルの内部量子効率を測定した結果を図１６に示す。図１６は、実施例３および実施例４にかかる太陽電池セルの内部量子効率を示す特性図である。
図１６から、屈折率：ｎ＝２．０のＰＥＣＶＤ−ＳｉＮ膜を用いた実施例３にかかる太陽電池セルの方が、９００ｎｍ以降の波長での感度が高く、パッシベーション特性が高いことが伺える。これは化学量論的なシリコン窒化膜（Ｓｉ３Ｎ４）の屈折率：ｎは２．０５であり、屈折率：ｎ＝２．０のＰＥＣＶＤ−ＳｉＮ膜はこの値に近い、即ち化学化学量論的なシリコン窒化膜に近いためと考えられる。したがって、裏面パッシベーション膜としては屈折率：ｎ＝２．０のＰＥＣＶＤ−ＳｉＮ膜が特に好ましいと言える。なお、屈折率：ｎ＝２．２のＰＥＣＶＤ−ＳｉＮ膜でも、裏面パッシベーション膜として使用することができるが、屈折率：ｎ＝２．０のＰＥＣＶＤ−ＳｉＮ膜の方が好ましい。
なお、熱ＣＶＤで成膜したシリコン窒化膜はＳｉ３Ｎ４であるため、この膜を裏面パッシベーション膜として使用するＰＥＣＶＤ−ＳｉＮ膜の代わりにこの膜を使用しても、同等の効果が得られると考えられる。
実施の形態４．
実施の形態１〜実施の形態３においては、裏面側電極の形成にアルミニウム（Ａｌ）ペーストを使用する場合について説明したが、太陽電池セルの相互接続を行ってモジュール化する場合には、裏面側電極の形成には銀アルミニウム（ＡｇＡｌ）ペーストを使用することが好ましい。
従来の太陽電池セルでは、ｐ型多結晶シリコンウェハの裏面にＢＳＦ層を形成するために裏面側電極はアルミニウム（Ａｌ）でなければならず、太陽電池セルの相互接続まで考えた場合、相互接続用の銀（Ａｇ）電極もｐ型多結晶シリコンウェハの裏面に必要であった。しかしながら、実施の形態１〜実施の形態３にかかる太陽電池セルの製造方法においては、ｐ型多結晶シリコンウェハの裏面はＰＥＣＶＤ−ＳｉＮ膜でパッシベートされているため、裏面側電極がアルミニウム（Ａｌ）である必要は無い。
従来のようにアルミニウム（Ａｌ）電極と銀（Ａｇ）電極との組合せ、すなわちアルミニウム（Ａｌ）電極でくし型電極を形成し、相互接続用に銀（Ａｇ）を設けることでも太陽電池セルは作製できるが、ハンダ付け可能な銀アルミニウム（ＡｇＡｌ）ペーストを用いれば相互接続用の銀（Ａｇ）ペーストの印刷工程を省くことができ、工程の簡略化および低コスト化に貢献することができる。
実施の形態５．
実施の形態１〜実施の形態３においては、ｐ型多結晶シリコン基板の裏面は裏面パッシベーション膜であるＰＥＣＶＤ−ＳｉＮ膜でパッシベートされているが、ＰＥＣＶＤ−ＳｉＮ膜とシリコン（Ｓｉ）の界面にＰＥＣＶＤ法により成膜されるシリコン酸化膜（以下、ＰＥＣＶＤ−ＳｉＯ膜と記述する）を挿入しても良い。一般に、シリコン酸化膜（ＳｉＯ）とシリコン（Ｓｉ）との界面、特に熱酸化により形成したシリコン酸化膜（ＳｉＯ）とシリコン（Ｓｉ）との界面は準位が少ない、すなわち再結合中心が少ない良好な界面が形成されることが知られている。
このことから、ＰＥＣＶＤ−ＳｉＮ膜とシリコン（Ｓｉ）との界面にＰＥＣＶＤ法により形成されるシリコン酸化膜を挿入することでｐ型多結晶シリコン基板の裏面のパッシベーション特性がより改善される。ここで、ＰＥＣＶＤ−ＳｉＯ膜に限定しているのは、低温で形成でき、比較的量産性が高い装置であるからであるとともに、ＰＥＣＶＤ−ＳｉＯ膜、ＰＥＣＶＤ−ＳｉＮ膜の成膜が連続して行えるからである。
ｐ型多結晶シリコン基板の裏面に成膜したＰＥＣＶＤ−ＳｉＯ膜の上にＰＥＣＶＤ−ＳｉＮ膜を成膜することで、ＰＥＣＶＤ−ＳｉＮ膜はｎ型拡散層形成時のマスクとなるとともに、ＰＥＣＶＤ−ＳｉＯ膜を保護する保護膜の役目も果たす。通常、ｎ型拡散層の形成前には、ｐ型多結晶シリコン基板の表面に形成された自然酸化膜を除去するためにフッ酸（ＨＦ）を用いた前処理を実施するが、ＰＥＣＶＤ−ＳｉＮ膜が保護膜として機能することでこの工程におけるＰＥＣＶＤ−ＳｉＯ膜の溶解を防ぐことができる。
ＰＥＣＶＤ−ＳｉＯ膜の形成には、シランやジシランなどを成膜原料として用いることができる。なお、テトラオキシシラン（ＴＥＯＳ）は成膜原料としては不適切である。ＴＥＯＳを用いるとＰＥＣＶＤ−ＳｉＯ膜とシリコン（Ｓｉ）との界面に炭素が残り、界面特性を悪化させる可能性がある。
以上のように、本発明にかかる太陽電池セルの製造方法は、太陽電池基板である多結晶シリコン基板が薄型化された太陽電池の製造有用である。

Claims (6)

  1. 第１の導電型の結晶シリコン基板の一面側にパッシベーション膜を形成する第１工程と、
    前記結晶シリコン基板の他面側に熱拡散により第２の導電型の元素を拡散させて拡散層を形成してｐｎ接合部を形成する第２工程と、
    前記拡散層上に反射防止膜を形成する第３工程と、
    前記結晶シリコン基板の他面側に第１の電極ペーストを配置する第４工程と、
    前記パッシベーション膜上に第２の電極ペーストを配置する第５工程と、
    前記第１の電極ペーストおよび前記第２の電極ペーストを焼成して電極を形成する第６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。
  2. 前記パッシベーション膜および前記反射防止膜は、シリコン窒化膜からなること、
    を特徴とする請求項１に記載の太陽電池セルの製造方法。
  3. 前記シリコン窒化膜は、プラズマＣＶＤ法により形成すること、
    を特徴とする請求項２に記載の太陽電池セルの製造方法。
  4. 前記パッシベーション膜および前記反射防止膜は、屈折率が２．０〜２．２のシリコン窒化膜であること、
    を特徴とする請求項２または３に記載の太陽電池セルの製造方法。
  5. 前記第１の導電型の結晶シリコン基板が、ｐ型結晶シリコン基板であり、前記拡散層がｎ型拡散層であり、前記第２の電極ペーストとして銀アルミニウム（ＡｇＡｌ）ペーストを用いること、
    を特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の太陽電池セルの製造方法。
  6. 前記第１工程の前に、前記第１の導電型の結晶シリコン基板の一面側にシリコン酸化膜をプラズマＣＶＤ法により形成する工程を有し、前記第１工程では、前記シリコン酸化膜上に前記パッシベーション膜を形成すること、
    を特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の太陽電池セルの製造方法。
JP2010541164A 2008-12-02 2008-12-02 太陽電池セルの製造方法 Expired - Fee Related JP5197760B2 (ja)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2008/071901 WO2010064303A1 (ja) 2008-12-02 2008-12-02 太陽電池セルの製造方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPWO2010064303A1 JPWO2010064303A1 (ja) 2012-05-10
JP5197760B2 true JP5197760B2 (ja) 2013-05-15

Family

ID=42232968

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2010541164A Expired - Fee Related JP5197760B2 (ja) 2008-12-02 2008-12-02 太陽電池セルの製造方法

Country Status (5)

Country Link
US (1) US8377734B2 (ja)
EP (1) EP2365534A4 (ja)
JP (1) JP5197760B2 (ja)
CN (1) CN102239565B (ja)
WO (1) WO2010064303A1 (ja)

Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8377734B2 (en) * 2008-12-02 2013-02-19 Mitsubishi Electric Corporation Method for manufacturing solar battery cell
CN101976695A (zh) * 2010-09-28 2011-02-16 中国科学院微电子研究所 一种浅结太阳能电池及其制备方法
EP2490268A1 (en) * 2011-02-03 2012-08-22 Imec Method for fabricating photovoltaic cells
US9246024B2 (en) * 2011-07-14 2016-01-26 International Business Machines Corporation Photovoltaic device with aluminum plated back surface field and method of forming same
JP2013135155A (ja) * 2011-12-27 2013-07-08 Sharp Corp 太陽電池の製造方法
JP2013165160A (ja) * 2012-02-10 2013-08-22 Shin Etsu Chem Co Ltd 太陽電池の製造方法及び太陽電池
JP5851284B2 (ja) * 2012-03-01 2016-02-03 三菱電機株式会社 太陽電池の製造方法
CN102709335B (zh) * 2012-05-08 2014-12-10 常州天合光能有限公司 一种利用SiN薄膜针孔形成局部掺杂或金属化的方法
TWI505484B (zh) * 2013-05-31 2015-10-21 Motech Ind Inc 太陽能電池及其模組
KR101867855B1 (ko) * 2014-03-17 2018-06-15 엘지전자 주식회사 태양 전지
WO2015159456A1 (ja) * 2014-04-16 2015-10-22 三菱電機株式会社 太陽電池および太陽電池の製造方法
WO2016043353A1 (ko) * 2014-09-15 2016-03-24 주식회사 테스 태양전지모듈
JP5994895B2 (ja) * 2015-04-24 2016-09-21 信越化学工業株式会社 太陽電池の製造方法
FR3071358B1 (fr) * 2017-09-15 2019-09-13 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Procede de fabrication d'une cellule photovoltaique a homojonction
CN109686816B (zh) * 2018-12-06 2020-08-18 国家电投集团西安太阳能电力有限公司 钝化接触n型太阳电池的制备方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0945945A (ja) * 1995-07-28 1997-02-14 Kyocera Corp 太陽電池素子およびその製造方法
JP2002093722A (ja) * 2000-09-14 2002-03-29 Mitsubishi Electric Corp プラズマｃｖｄ装置、薄膜形成方法および太陽電池の製造方法
JP2002270869A (ja) * 2001-03-12 2002-09-20 Shin Etsu Handotai Co Ltd 太陽電池
JP2005005280A (ja) * 2002-05-21 2005-01-06 Otb Group Bv 半導体基板を不動態化する方法
JP2007234641A (ja) * 2006-02-27 2007-09-13 Sharp Corp 光電変換素子
JP2008512858A (ja) * 2004-09-07 2008-04-24 アドベント ソーラー，インク． エミッタラップスルーバックコンタクト太陽電池の製造プロセス及び製法

Family Cites Families (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2826227B2 (ja) 1992-03-19 1998-11-18 シャープ株式会社 光電変換素子
US7170001B2 (en) * 2003-06-26 2007-01-30 Advent Solar, Inc. Fabrication of back-contacted silicon solar cells using thermomigration to create conductive vias
JP2005183469A (ja) 2003-12-16 2005-07-07 Sharp Corp 太陽電池セル
US20050172996A1 (en) 2004-02-05 2005-08-11 Advent Solar, Inc. Contact fabrication of emitter wrap-through back contact silicon solar cells
DE102004050269A1 (de) 2004-10-14 2006-04-20 Institut Für Solarenergieforschung Gmbh Verfahren zur Kontakttrennung elektrisch leitfähiger Schichten auf rückkontaktierten Solarzellen und Solarzelle
EP1763086A1 (en) 2005-09-09 2007-03-14 Interuniversitair Micro-Elektronica Centrum Photovoltaic cell with thick silicon oxide and silicon nitride passivation and fabrication method
WO2006122774A1 (en) * 2005-05-17 2006-11-23 Interuniversitair Microelektronica Centrum Vzw Method for the production of photovoltaic cells
JP4963866B2 (ja) * 2006-04-28 2012-06-27 シャープ株式会社 光電変換素子の製造方法
US20090050202A1 (en) * 2007-08-24 2009-02-26 Industrial Technology Research Institute Solar cell and method for forming the same
US8309844B2 (en) 2007-08-29 2012-11-13 Ferro Corporation Thick film pastes for fire through applications in solar cells
ES2422256T3 (es) * 2007-11-09 2013-09-10 Sunpreme Inc Celdas solares de bajo coste y métodos para su producción
US8076175B2 (en) * 2008-02-25 2011-12-13 Suniva, Inc. Method for making solar cell having crystalline silicon P-N homojunction and amorphous silicon heterojunctions for surface passivation
KR100976454B1 (ko) * 2008-03-04 2010-08-17 삼성에스디아이 주식회사 태양 전지 및 이의 제조 방법
WO2010009295A2 (en) * 2008-07-16 2010-01-21 Applied Materials, Inc. Hybrid heterojunction solar cell fabrication using a metal layer mask
EP2308100A1 (en) * 2008-07-28 2011-04-13 Day4 Energy Inc. Crystalline silicon pv cell with selective emitter produced with low temperature precision etch back and passivation process
US8377734B2 (en) * 2008-12-02 2013-02-19 Mitsubishi Electric Corporation Method for manufacturing solar battery cell
DE112010000774T5 (de) * 2009-01-16 2014-06-12 Newsouth Innovations Pty Limited Solarzellenverfahren und -strukturen
CN102428565A (zh) * 2009-03-26 2012-04-25 Bp北美公司 用于在热扩散掺杂区域中带有激光烧结接触的太阳能电池的设备和方法
KR101225978B1 (ko) * 2009-06-25 2013-01-24 엘지전자 주식회사 태양전지 및 그 제조방법
US20110162706A1 (en) * 2010-01-04 2011-07-07 Applied Materials, Inc. Passivated polysilicon emitter solar cell and method for manufacturing the same
KR101661768B1 (ko) * 2010-09-03 2016-09-30 엘지전자 주식회사 태양전지 및 이의 제조 방법
EP2490268A1 (en) * 2011-02-03 2012-08-22 Imec Method for fabricating photovoltaic cells

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0945945A (ja) * 1995-07-28 1997-02-14 Kyocera Corp 太陽電池素子およびその製造方法
JP2002093722A (ja) * 2000-09-14 2002-03-29 Mitsubishi Electric Corp プラズマｃｖｄ装置、薄膜形成方法および太陽電池の製造方法
JP2002270869A (ja) * 2001-03-12 2002-09-20 Shin Etsu Handotai Co Ltd 太陽電池
JP2005005280A (ja) * 2002-05-21 2005-01-06 Otb Group Bv 半導体基板を不動態化する方法
JP2008512858A (ja) * 2004-09-07 2008-04-24 アドベント ソーラー，インク． エミッタラップスルーバックコンタクト太陽電池の製造プロセス及び製法
JP2007234641A (ja) * 2006-02-27 2007-09-13 Sharp Corp 光電変換素子

Also Published As

Publication number Publication date
JPWO2010064303A1 (ja) 2012-05-10
EP2365534A4 (en) 2014-04-02
US20110237016A1 (en) 2011-09-29
CN102239565A (zh) 2011-11-09
WO2010064303A1 (ja) 2010-06-10
EP2365534A1 (en) 2011-09-14
US8377734B2 (en) 2013-02-19
CN102239565B (zh) 2016-04-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5197760B2 (ja) 太陽電池セルの製造方法
KR101000064B1 (ko) 이종접합 태양전지 및 그 제조방법
US7910823B2 (en) Solar cell and manufacturing method thereof
JP5815776B2 (ja) 太陽電池
JP5058184B2 (ja) 光起電力装置の製造方法
JP2013239476A (ja) 光起電力装置およびその製造方法、光起電力モジュール
JP2009515336A (ja) 高効率の太陽電池及びその調製方法
KR102120147B1 (ko) 태양 전지의 제조 방법 및 태양 전지
JP2012243797A (ja) 太陽電池の製造方法
KR101985835B1 (ko) 광기전력소자 및 제조 방법
JP2013513964A (ja) 裏面接点・ヘテロ接合太陽電池
JP2008034543A (ja) 光電変換素子およびその製造方法
CN110660883A (zh) 一种太阳能电池的制备方法及太阳能电池
CN112420855A (zh) 一种基于p型硅片的太阳能电池片及其制备方法
WO2013100085A1 (ja) 太陽電池素子、太陽電池素子の製造方法および太陽電池モジュール
JP5645734B2 (ja) 太陽電池素子
Sepeai et al. Fabrication and characterization of Al-BSF bifacial solar cell
JP5014263B2 (ja) 光起電力装置およびその製造方法
JP5501549B2 (ja) 光電変換素子、およびそれから構成される光電変換モジュール
CN103904168B (zh) 太阳能电池单元的制造方法
CN113555470A (zh) 一种太阳能电池及其制作方法、光伏组件
JP2010258167A (ja) 太陽電池の製造方法
JP5029921B2 (ja) 太陽電池セルの製造方法
Schultz et al. Dielectric rear surface passivation for industrial multicrystalline silicon solar cells
JP2014154619A (ja) 光電変換素子の製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20130108

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20130205

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20160215

Year of fee payment: 3

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5197760

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees