JP5329107B2

JP5329107B2 - 太陽電池及びその製造方法

Info

Publication number: JP5329107B2
Application number: JP2008048871A
Authority: JP
Inventors: 大輔井手
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2008-02-28
Filing date: 2008-02-28
Publication date: 2013-10-30
Anticipated expiration: 2028-02-28
Also published as: JP2009206375A

Description

本発明は、半導体基板の裏面側にｎ型領域とｐ型領域とを形成した裏面接合型の太陽電池及びその製造方法に関する。

太陽電池は、クリーンで無尽蔵に供給される太陽光を直接電気に変換することができるため、新しいエネルギー源として期待されている。

従来、半導体基板の裏面側にｎ型領域とｐ型領域の両方が形成された、いわゆる裏面接合型の太陽電池が提案されている（特許文献１参照）。ｎ型領域とｐ型領域とは、半導体基板の裏面側において、所定の方向に沿って形成される。ｎ型領域上には、半導体基板内部で生成された電子を収集するｎ側電極が形成される。ｐ型領域上には、半導体基板内部で生成された正孔を収集するｐ側電極が形成される。

一般的に、ｎ側電極及びｐ側電極（以下、「電極」という。）は、フォトリソグラフィー法、インクジェット法、スクリーン印刷法、或いはディスペンサー法を用いて、導電性材料を所定のパターンで配置することにより形成される。
特開２００１−２６７６１０号公報

しかしながら、電極の形成に上記各手法を用いると、次のような問題があった。

すなわち、フォトリソグラフィー法を用いると、電極を微細に形成できるものの、電極の形成に複数の複雑な工程を要するため、太陽電池の製造コストが増大するという問題があった。

また、インクジェット法を用いると、製造コストを低減できるものの、電極の厚膜化が困難であるため、電極の電気抵抗が増大するという問題があった。

また、スクリーン印刷法またはディスペンサー法を用いると、製造コストの低減と電極の厚膜化とを実現できるものの、電極を形成する位置の精度が低いという問題があった。従って、ｎ型領域とｐ型領域とを微小な間隔で形成する場合、ｎ型領域上にｐ側電極が、或いは、ｐ型領域上にｎ側電極が形成されてしまうおそれがあった。

本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、ｎ型領域上及びｐ型領域上に精度良く低抵抗の電極を形成できる裏面接合型の太陽電池及びその製造方法を提供することを目的とする。

本発明の一の特徴に係る太陽電池は、光を受ける受光面と受光面の反対側に設けられる裏面とを有し、裏面側において所定の方向に沿ってそれぞれ形成される一導電型領域と他導電型領域とを含む半導体基板と、一導電型領域上に配設され、所定の方向に沿って形成された溝部を有する絶縁層と、一導電型領域上に形成され、一導電型領域と接触する一導電側電極と、他導電型領域上に形成され、他導電型領域と接触する他導電側電極とを備え、一導電側電極は、溝部に配設され、絶縁層は、半導体基板への拡散により一導電型領域を形成する一導電型不純物を含むことを要旨とする。

本発明の一の特徴に係る太陽電池において、他導電型領域上に配設され、所定の方向に沿って形成された他の溝部を有する他の絶縁層を備え、他導電側電極は、他の溝部に配設され、他の絶縁層は、半導体基板への拡散により他導電型領域を形成する他導電型不純物を含んでいてもよい。

本発明の一の特徴に係る太陽電池において、所定の方向に略直交する方向において、溝部の幅は、半導体基板から離れるほど大きくてもよい。

本発明の一の特徴に係る太陽電池において、一導電側電極は、溝部から絶縁層上に跨って配設されていてもよい。

本発明の一の特徴に係る太陽電池において、裏面のうち一導電側電極及び他導電側電極それぞれが形成される領域を除いた領域は、絶縁性を有するパッシベーション層によって覆われており、絶縁層は、パッシベーション層上に形成されていてもよい。

本発明の一の特徴に係る太陽電池の製造方法は、半導体基板の裏面上において、一導電型不純物を含む絶縁層を所定の方向に沿って形成する工程と、絶縁層にレーザ光を所定の方向に沿って照射することにより、絶縁層に溝部を形成する工程と、溝部に導電性材料を配設する工程とを備え、溝部を形成する工程において、一導電型不純物は、半導体基板の裏面側に拡散されることを要旨とする。

本発明の一の特徴に係る太陽電池の製造方法において、裏面上において、他導電型不純物を含む他の絶縁層を所定の方向に沿って形成する工程と、他の絶縁層にレーザ光を所定の方向に沿って照射することにより、他の絶縁層に他の溝部を形成する工程と、他の溝部に導電性材料を配設する工程とを備え、他の溝部を形成する工程において、他導電型不純物は、半導体基板の裏面側に拡散されてもよい。

本発明によれば、ｎ型領域上及びｐ型領域上に精度良く低抵抗の電極を形成できる裏面接合型の太陽電池及びその製造方法を提供することができる。

次に、図面を用いて、本発明の実施形態について説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には、同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、各寸法の比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。従って、具体的な寸法等は以下の説明を参酌して判断すべきものである。又、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。

（太陽電池の構成）
本発明の実施形態に係る太陽電池１０の構成について、図面を参照しながら説明する。

図１は、本実施形態に係る太陽電池１０の裏面側の平面図である。図２は、図１のＡ−Ａ線における断面図である。

図１及び図２に示すように、太陽電池１０は、半導体基板１１、パッシベーション層１２、第１絶縁層１３、第２絶縁層１４、ｐ側電極１５及びｎ側電極１６を備える。

半導体基板１１は、太陽光を受ける受光面と、受光面の反対側に設けられた裏面とを有する。半導体基板１１は、ｎ型又はｐ型の導電型を有する単結晶Ｓｉ、多結晶Ｓｉなどの結晶系半導体材料や、ＧａＡｓ、ＩｎＰなどの化合物半導体材料を含む一般的な半導体材料によって構成される。

半導体基板１１は、図２に示すように、裏面側に形成されたｐ型領域１１ａとｎ型領域１１ｂとを含んでおり、受光面における受光によって内部で光生成キャリアを生成する。光生成キャリアとは、光が半導体基板１１に吸収されて生成される正孔と電子とをいう。

なお、図示しないが、半導体基板１１の受光面及び裏面には、微小な凹凸（テクスチャー）が形成されていてもよい。

ｐ型領域１１ａは、半導体基板１１の裏面にアクセプタ（ボロン、アルミニウムなどの不純物）をドーピングすることにより形成される高濃度のｐ型拡散領域である。半導体基板１１内部で生成される正孔は、ｐ型領域１１ａに集まる。ｐ型領域１１ａは、第１方向に沿ってライン状に形成される。

また、ｎ型領域１１ｂは、半導体基板１１の裏面にドナー（リン、砒素など不純物）をドーピングすることにより形成される高濃度のｎ型拡散領域である。半導体基板１１内部で生成される電子は、ｎ型領域１１ｂに集まる。ｎ型領域１１ｂは、第１方向に沿ってライン状に形成される。ｐ型領域１１ａとｎ型領域１１ｂとは、第１方向に略直交する第２方向に沿って、隣接して交互に形成される。

パッシベーション層１２は、半導体基板１１の裏面における光生成キャリアの再結合を抑制するパッシベーション性と絶縁性とを有する。パッシベーション層１２は、ｉ型アモルファスシリコン、窒化ケイ素、酸化ケイ素などの単層膜、又は、これらの積層膜によって構成される。パッシベーション層１２は、ＣＶＤ法、印刷法、塗布法などによって形成できる。また、パッシベーション層１２は、半導体基板１１の表面を熱や水蒸気などにより酸化することによっても形成できる。

パッシベーション層１２は、第１方向に沿って形成されるパッシベーション層溝部１２ａを有する。パッシベーション層溝部１２ａには、後述するｐ側電極１５及びｎ側電極１６が配設される。パッシベーション層１２は、半導体基板１１の裏面のうち、ｐ側電極１５及びｎ側電極１６が形成される領域を除いた領域を覆う。

第１絶縁層１３は、母材と、半導体基板１１に対するｐ型不純物（アクセプタ）とを含む。母材としては、ＳｉＯ_２、ＳｉＮ、或いは有機系樹脂などを用いることができる。アクセプタとしては、例えば、約１〜５ｗｔ％のＢ_２Ｏ_３などを用いることができる。

第１絶縁層１３は、パッシベーション層１２上において、ｐ型領域１１ａに沿って形成される。ここで、第１絶縁層１３は、第１方向に沿って形成された第１溝部１３ａを有する。第１溝部１３ａの第２方向における幅は、半導体基板１１から離れるほど大きい。

第２絶縁層１４は、母材と、半導体基板１１に対するｎ型不純物（ドナー）とを含む。母材としては、ＳｉＯ_２、ＳｉＮ、或いは有機系樹脂などを用いることができる。ドナーとしては、例えば、約１〜１０ｗｔ％のＰ_２Ｏ_５などを用いることができる。

第２絶縁層１４は、パッシベーション層１２上において、ｎ型領域１１ｂに沿って形成される。第２絶縁層１４は、第１方向に沿って形成された第２溝部１４ａを有する。第２溝部１４ａの第２方向における幅は、半導体基板１１から離れるほど大きい。

ｐ側電極１５は、ｐ型領域１１ａに集まる正孔を収集する収集電極である。図２に示すように、ｐ側電極１５は、第１溝部１３ａ及びパッシベーション層溝部１２ａに配設され、ｐ型領域１１ａと接触する。ｐ側電極１５は、例えば、樹脂型或いは焼結型の導電性ペーストを印刷することにより形成できる。このような導電性ペーストは、銀や銅などの導電性の高い金属を含むことが好ましい。

ｎ側電極１６は、ｎ型領域１１ｂに集まる電子を収集する収集電極である。図２に示すように、ｎ側電極１６は、第２溝部１４ａ及びパッシベーション層溝部１２ａに配設され、ｎ型領域１１ｂと接触する。ｎ側電極１６は、ｐ側電極１５と同様に形成できる。

なお、半導体基板１１の受光面上には、半導体基板１１に入射する光の反射を防止する反射防止層（不図示）が形成されていてもよい。このような反射防止層は、例えば、窒化ケイ素、酸化ケイ素などを用いて形成できる。

（太陽電池の製造方法）
次に、太陽電池１０の製造方法について、図３〜５を参照しながら説明する。なお、各図（ａ）は、半導体基板１１を裏面側から見た平面図である。各図（ｂ）は、各図（ａ）の基準線における断面図である。

（ａ）テクスチャーの形成
まず、半導体基板１１をインゴットからスライスした際に表面に形成されたダメージ、及び表面に付着した汚れ（金属、有機物）を除去するため、酸溶液またはアルカリ溶液を用いて半導体基板１１の表面を洗浄する。また、これにより、半導体基板１１の受光面及び裏面にテクスチャーを形成する。

（ｂ）反射防止層、パッシベーション層の形成
次に、半導体基板１１の受光面上に、反射防止層を形成する。

続いて、図３に示すように、半導体基板１１の裏面略全域に、パッシベーション層１２を形成する。パッシベーション層１２は、例えば、ＣＶＤ法を用いて形成されるｉ型アモルファスＳｉ層である。

（ｃ）絶縁層の形成
次に、図４に示すように、パッシベーション層１２において、第１絶縁層１３を第１方向に沿って形成する。第１絶縁層１３は、例えば、インクジェット法を用いて、アクセプタを含む有機系樹脂などを塗布することにより形成できる。

次に、第１絶縁層１３を加熱する。これによって、第１絶縁層１３に含まれる溶剤を気化させることにより、第１絶縁層１３を固化させる。

次に、図４に示すように、パッシベーション層１２上に、第２絶縁層１４を第１方向に沿って形成する。第２絶縁層１４は、例えば、インクジェット法を用いて、ドナーを含む有機系樹脂などを塗布することにより形成することができる。

次に、第２絶縁層１４を加熱する。これによって、第２絶縁層１４に含まれる溶剤を気化させることにより、第２絶縁層１４を固化させる。

（ｄ）溝部、ｎ型領域及びｐ型領域の形成
次に、第１絶縁層１３及び第２絶縁層１４それぞれの第２方向中央にレーザ光を照射し、第１方向に沿ってレーザ光を走査する。

これにより、第１絶縁層１３、第２絶縁層１４及びパッシベーション層１２それぞれの一部を昇華させる。その結果、第１溝部１３ａ、第２溝部１４ａ及びパッシベーション層溝部１２ａが形成される。

また、この際、第１絶縁層１３に含まれるアクセプタは半導体基板１１の裏面側に拡散されるとともに、第２絶縁層１４に含まれるドナーは半導体基板１１の裏面側に拡散される。その結果、ｐ型領域１１ａとｎ型領域１１ｂとが形成される。

従って、図５（ａ）に示すように、第１溝部１３ａ内にｐ型領域１１ａが露出し、第２溝部１４ａ内にｎ型領域１１ｂが露出する。また、図５（ｂ）に示すように、第１溝部１３ａとパッシベーション層溝部１２ａとは繋がっており、第２溝部１４ａとパッシベーション層溝部１２ａとは繋がっている。

なお、レーザ装置としては、ＹＡＧレーザ（基本波、２倍波、３倍波）、ＸｅＣｌエキシマレーザ（３０８ｎｍ）、ＫｒＦエキシマレーザ（２４８ｎｍ）、ＡｒＦエキシマレーザ（１９８ｎｍ）などを用いることができる。また、レーザ光の走査は、ガルバノミラーやＸＹステージを用いて行うことができる。

（ｅ）電極の形成
次に、導電性材料を、第１溝部１３ａ、第２溝部１４ａ及びパッシベーション層溝部１２ａに配設する。導電性材料としては、例えば、樹脂型或いは焼結型の銀ペーストを用いることができる。導電性材料の配設には、例えば、スクリーン印刷法、ディスペンサー法、或いはインクジェット法などを用いることができる。

以上により、図１及び図２に示す太陽電池１０が作製される。

（作用及び効果）
本実施形態に係る太陽電池１０において、ｐ側電極１５は、第１溝部１３ａに配設され、ｐ型領域１１ａと接触する。また、ｎ側電極１６は、第２溝部１４ａに配設され、ｎ型領域１１ｂと接触する。

このように、ｐ側電極１５は、第１溝部１３ａに配設される。そのため、スクリーン印刷法やディスペンサー法などを用いてｐ側電極１５を形成する際、導電性材料を第１溝部１３ａに従ってｐ型領域１１ａまで到達させることができる。従って、スクリーン印刷装置やディスペンサー装置による位置制御に誤差がある場合であっても、ｐ側電極１５を精度良くｐ型領域１１ａに接触させることができる。同様に、ｎ側電極１６は第２溝部１４ａに配設されるため、ｎ側電極１６を精度良くｎ型領域１１ｂに接触させることができる。また、第１溝部１３ａ及び第２溝部１４ａは平面視において容易に画像認識されるため、インクジェット法を好適に用いることができる。

また、ｐ側電極１５は第１溝部１３ａに配設されており、ｎ側電極１６は第２溝部１４ａに配設されるため、導電性材料が滲み広がることを抑制できる。従って、ｐ側電極１５とｎ側電極１６とが交わってしまうことを抑制できる。その結果、ｐ側電極１５とｎ側電極１６とを微小な間隔で形成できる。

また、同様の理由から、ｐ側電極１５とｎ側電極１６との高さを大きくすることができる。従って、ｐ側電極１５とｎ側電極１６との電気抵抗を低減できる。

また、本実施形態では、第１溝部１３ａは第１絶縁層１３に形成されており、第２溝部１４ａは第２絶縁層１４に形成される。従って、第１絶縁層１３及び第２絶縁層１４によって、ｐ側電極１５とｎ側電極１６との絶縁性を十分に確保できる。

また、本実施形態では、第１溝部１３ａの第２方向における幅は、半導体基板１１から離れるほど大きい。そのため、導電性材料を第１溝部１３ａの側壁に沿わせながらｐ型領域１１ａに導くことができる。従って、導電性材料をｐ型領域１１ａに到達させ易くすることができる。同様に、第２溝部１４ａの第２方向における幅は、半導体基板１１から離れるほど大きいため、導電性材料をｎ型領域１１ｂに到達させ易くすることができる。

また、本実施形態では、ｐ側電極１５及びｎ側電極１６が形成される領域を除く領域は、パッシベーション層１２によって覆われており、第１絶縁層１３及び第２絶縁層１４は、パッシベーション層１２上に形成される。従って、第１絶縁層１３と第２絶縁層１４との間に間隙が設けられている場合であっても、半導体基板１１の裏面側におけるパッシベーション性を確保できる。

また、本実施形態に係る第１絶縁層１３は、半導体基板１１に対するアクセプタを含む。そのため、第１絶縁層１３にレーザ光を照射することにより、ｐ側電極１５を配設するための第１溝部１３ａを形成するとともに、ｐ型領域１１ａを形成することができる。同様に、第２絶縁層１４が半導体基板１１に対するドナーを含むため、ｎ側電極１６を配設するための第２溝部１４ａを形成するとともに、ｎ型領域１１ｂを形成することができる。このように、溝部と半導体領域とを一工程で形成できるため、太陽電池１０の製造コストを削減することができる。

（その他の実施形態）
本発明は上記の実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。

例えば、上記実施形態では、第１絶縁層１３、第２絶縁層１４、第１溝部１３ａ及び第２溝部１４ａを形成したが、一組の絶縁層及び溝部のみを形成してもよい。例えば、第１絶縁層１３及び第１溝部１３ａを形成せずに、ｎ型領域１１ｂ上に第２絶縁層１４及び第２溝部１４ａを形成した後、導電性材料を、第２溝部１４ａ内及びｐ型領域１１ａ上に配設してもよい。これによれば、電子に比べて拡散距離の短い正孔の収集効率を向上させるためにｐ型領域１１ａを広く（ｎ型領域１１ｂを狭く）形成する場合であっても、ｐ側電極１５及びｎ型領域１１ｂそれぞれとｎ側電極１６との絶縁性を十分に確保することができる。なお、この場合、ｐ型領域１１ａは、熱拡散法などを用いて形成すればよい。

また、上記実施形態では、ｐ型領域１１ａ及びｎ型領域１１ｂの形状及び本数を等しくしたが、それぞれは異なっていても良い。例えば、半導体基板１１の導電型がｎ型である場合には、ｐ型領域１１ａをｎ型領域１１ｂより広く形成してもよい。この場合には、少数キャリア（正孔）をｐ型領域１１ａに優先的に集めることができるため、太陽電池１０全体としての収集効率を維持できる。

また、上記実施形態では、ｐ型領域１１ａ、第１絶縁層１３及びｐ側電極１５それぞれの一端部を連結させたが、これらは連結されていなくてもよい。同様に、ｎ型領域１１ｂ、第２絶縁層１４及びｎ側電極１６それぞれの一端部は連結されていなくてもよい。

また、上記実施形態では、ｐ側電極１５を第１溝部１３ａに配設することとしたが、ｐ側電極１５は、図６に示すように、第１溝部１３ａから第１絶縁層１３上に跨って配設されてもよい。同様に、ｎ側電極１６は、図６に示すように、第２溝部１４ａから第２絶縁層１４上に跨って配設されてもよい。この場合、ｐ側電極１５とｎ側電極１６との断面積を大きくすることができるため、ｐ側電極１５とｎ側電極１６との電気抵抗をさらに低減することができる。

また、上記実施形態では、第１絶縁層１３と第２絶縁層１４との間に微小な間隙を設けたが、図７に示すように、第１絶縁層１３と第２絶縁層１４とは接触していてもよい。

また、上記実施形態では、半導体基板１１の裏面上にパッシベーション層１２を形成したが、図７に示すように、パッシベーション層１２は形成されなくてもよい。

本発明の実施形態に係る太陽電池１０の裏面側の平面図である。図１のＡ−Ａ線における断面図である。本発明の実施形態に係る太陽電池１０の製造方法を説明するための図である（その１）。本発明の実施形態に係る太陽電池１０の製造方法を説明するための図である（その２）。本発明の実施形態に係る太陽電池１０の製造方法を説明するための図である（その３）。本発明の実施形態に係るｐ側電極１５及びｎ側電極１６の構成を説明するための図である。本発明の実施形態に係る第１絶縁層１３及び第２絶縁層１４の構成を説明するための図である。

符号の説明

１０…太陽電池
１１…半導体基板
１１ａ…ｐ型領域
１１ｂ…ｎ型領域
１２…パッシベーション層
１２ａ…パッシベーション層溝部
１３…第１絶縁層
１３ａ…第１溝部
１４…第２絶縁層
１４ａ…第２溝部
１５…ｐ側電極
１６…ｎ側電極

Claims

光を受ける受光面と前記受光面の反対側に設けられた裏面とを有する半導体基板を備える太陽電池の製造方法であって、
前記裏面上において、一導電型不純物を含む絶縁層を所定の方向に沿って形成する工程と、
前記絶縁層にレーザ光を前記所定の方向に沿って照射することにより、前記絶縁層に溝部を形成する工程と、
前記溝部に導電性材料を配設する工程と
を備え、
前記溝部を形成する工程において、前記一導電型不純物は、前記半導体基板の前記裏面側に拡散される
ことを特徴とする太陽電池の製造方法。
前記裏面上において、他導電型不純物を含む他の絶縁層を所定の方向に沿って形成する工程と、
前記他の絶縁層にレーザ光を前記所定の方向に沿って照射することにより、前記他の絶縁層に他の溝部を形成する工程と、
前記他の溝部に導電性材料を配設する工程と
を備え、
前記他の溝部を形成する工程において、前記他導電型不純物は、前記半導体基板の前記裏面側に拡散される
ことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池の製造方法。