JP5436277B2 - 太陽電池の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、太陽電池の製造方法に関する。
結晶シリコンを用いたバルク型シリコン太陽電池の製造方法においては、P型電極とN型電極とを電気的に絶縁する工程(PN分離)が行われる。従来、このようなPN接合分離処理として各種の方法が実施されている。
例えば特許文献1には、レーザを使用してPN接合部の分離を行う一般的な方法が開示されている。特許文献1では、レーザ照射部分のシリコン表面を瞬間的に溶融除去し、PN接合端部分離を行う。特許文献2には、PN接合端部を含む太陽電池全体を酸化する処理方法が開示されている。
しかしながら、上述した特許文献1の方法においては、レーザ発振装置は一般的に高価であり、耐久性に難があり、メンテナンスにも労力を要する、という問題があった。また、光学系の装置であるため、前記溶融除去工程時の灰が、装置稼動上の障害になる、という問題があった。
また、上述した特許文献2の方法では、太陽電池全体を酸化性雰囲気で酸化処理した場合、PN接合端部を含む太陽電池全体が酸化される。また、酸化処理後にフッ酸処理を行うと、酸化された部分が全て除去されてしまうため、所望のPN接合端部のみを除去することは困難である、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、電気的なリークが防止された良好な出力特性を有する太陽電池を製造可能な太陽電池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の製造方法は、結晶シリコン太陽電池の製造方法であって、第1導電型の結晶シリコン半導体部の全面に第2導電型の結晶シリコン半導体部を形成して前記第1導電型の結晶シリコン半導体部と前記第2導電型の結晶シリコン半導体部との接合部を形成する工程と、大気圧中において前記第1導電型の結晶シリコン半導体部の面内方向における端部周辺を酸化性雰囲気とした状態で前記端部近傍に放電を発生させることにより前記第1導電型の結晶シリコン半導体部および前記第2導電型の結晶シリコン半導体部の前記端部周辺を酸化して、少なくとも前記第1導電型の結晶シリコン半導体部の側面周辺において前記第2導電型の結晶シリコン半導体部の表面から前記第1導電型の結晶シリコン半導体部に達するシリコン酸化層を形成する工程と、前記シリコン酸化層を除去して前記第1導電型の結晶シリコン半導体部および前記第2導電型の結晶シリコン半導体部を露出させることにより前記第2導電型の結晶シリコン半導体部の表面から前記第1導電型の結晶シリコン半導体部に達する深さの切り欠き部を形成して、前記接合部の一部を電気的に分断する工程と、を含むことを特徴とする。
本発明によれば、結晶シリコン太陽電池におけるPN接合分離端部における電気的なリーク要因を確実に除去することができるため、PN接合分離端部における電気的なリークが防止された良好な出力特性を有する太陽電池を製造可能である、という効果を奏する。
以下に、本発明にかかる太陽電池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にかかる結晶シリコン太陽電池の構成を示す図であり、太陽電池の断面構造を模式的に示す断面図である。実施の形態1にかかる太陽電池は、図1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1と、半導体基板1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絶縁膜である反射防止膜4と、半導体基板1の受光面側の面(表面)において半導体基板1に電気的に接続した第1電極である受光面側電極(N型電極)5と、半導体基板1の裏面において半導体基板1に電気的に接続した第2電極である裏面側電極(P型電極)6と、を備える。
図1は、本発明の実施の形態1にかかる結晶シリコン太陽電池の構成を示す図であり、太陽電池の断面構造を模式的に示す断面図である。実施の形態1にかかる太陽電池は、図1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1と、半導体基板1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絶縁膜である反射防止膜4と、半導体基板1の受光面側の面(表面)において半導体基板1に電気的に接続した第1電極である受光面側電極(N型電極)5と、半導体基板1の裏面において半導体基板1に電気的に接続した第2電極である裏面側電極(P型電極)6と、を備える。
半導体基板1は、第1導電型の結晶シリコン半導体部であるP型多結晶シリコン基板2と、半導体基板1の受光面側にリン拡散によって形成された第2導電型の結晶シリコン半導体部である不純物拡散層(N型不純物拡散層)3と、によりPN接合が構成されている。なお、P型多結晶シリコン基板の代わりに単結晶シリコン基板を用いてもよく、P型シリコン基板の代わりにN型シリコン基板を用いてもよい。反射防止膜4は、たとえばシリコン窒化膜(SiN膜)からなり、表面保護の機能も兼ねている。受光面側電極(N型電極)5は、銀、ガラス等を含む電極材料からなる。裏面側電極(P型電極)6は、アルミニウム、ガラス等を含む電極材料からなる。
図1に示すように、本実施の形態にかかる太陽電池では、P型多結晶シリコン基板2とN型不純物拡散層3とのPN接合の端部であるPN接合端部10の表面において、結晶構造が維持されている。すなわちPN接合端部10では、P型多結晶シリコン基板2の端部表面10PおよびN型不純物拡散層3の端部表面10Nにおいて結晶構造が維持されている。これにより、この太陽電池では、高抵抗化したPN接合端部10が得られており、PN接合端部10においてP型多結晶シリコン基板2の端部側面とN型不純物拡散層3の端部側面との間にリーク電流が流れることが防止されている。したがって、本実施の形態にかかる太陽電池によれば、PN接合分離端部における電気的なリークが防止された、良好な出力特性を有する太陽電池が実現されている。
つぎに、このような太陽電池の製造方法の一例について図2−1〜図2−4を参照して説明する。図2−1〜図2−4は、実施の形態1にかかる結晶シリコン太陽電池の製造工程を説明するための断面図である。
まず、半導体基板1となるシリコン基板を用意する。シリコン基板としては、例えば民生用太陽電池向けとして最も多く使用されているP型多結晶シリコン基板2を用意する。
P型多結晶シリコン基板2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2を酸または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2の表面近くに存在するダメージ領域を取り除く。ダメージ除去後のP型多結晶シリコン基板2の厚みは、例えば180μm、寸法は例えば156mm×156mmである。
また、ダメージ除去と同時に、またはダメージ除去に続いて、P型多結晶シリコン基板2の受光面側の表面にテクスチャー構造として微小凹凸を形成してもよい。このようなテクスチャー構造を半導体基板1の受光面側に形成することで、太陽電池セルの表面で光の多重反射を生じさせ、太陽電池セルに入射する光を効率的にP型多結晶シリコン基板2の内部に吸収させることができ、実効的に反射率を低減し変換効率を向上させることができる。
なお、本発明はPN分離にかかる発明であるので、テクスチャー構造の形成方法や形状については、特に制限するものではない。例えば、イソプロピルアルコールを含有させたアルカリ水溶液や主にフッ酸、硝酸の混合液からなる酸エッチングを用いる方法、部分的に開口を設けたマスク材をP型多結晶シリコン基板2の表面に形成して該マスク材を介したエッチングによりP型多結晶シリコン基板2の表面にハニカム構造や逆ピラミッド構造を得る方法、或いは反応性ガスエッチング(RIE:Reactive Ion Etching)を用いた手法など、何れの手法を用いても差し支えない。
つぎに、このP型多結晶シリコン基板2を熱酸化炉へ投入し、N型の不純物であるリン(P)の雰囲気下で加熱する。この工程によりP型多結晶シリコン基板2の表面にリン(P)を拡散させて、N型不純物拡散層3を形成して半導体PN接合を形成する(図2−1)。これにより、P型多結晶シリコン基板2とN型不純物拡散層3とのPN接合を有する半導体基板1が形成される。本実施の形態では、P型多結晶シリコン基板2をオキシ塩化リン(POCl3)ガス雰囲気中において、例えば840℃程度の温度で加熱することにより、N型不純物拡散層3を形成する。ここで、P型多結晶シリコン基板2の表面にN型不純物拡散層3が形成され、更にN型不純物拡散層3の最表面には、熱酸化時形成シリコン酸化膜11(以下、シリコン酸化膜11と呼ぶ)が形成される。
つぎに、大気圧放電熱酸化により半導体基板1の端部を酸化してシリコン酸化層12を形成する(図2−2)。シリコン酸化層12を形成するには、大気圧中において半導体基板1の端部を半導体基板1の表裏面側から放電発生用上部電極21と放電発生用下部電極22で挟んで配置する。そして、放電発生用上部電極21−放電発生用下部電極22間に電圧を印可して該放電発生用上部電極21−放電発生用下部電極22間に放電を発生させる(大気圧放電熱酸化)。また、放電発生時には、半導体基板1の端部周辺を酸化性雰囲気とした状態で放電を発生させる。例えば、高濃度の酸素またはオゾンを半導体基板1の端部周辺に供給しながら放電を発生させる。
これにより、半導体基板1の端部は高温になり、また高濃度の酸素またはオゾン雰囲気に曝される。その結果、半導体基板1の端部が酸化されてシリコン酸化層12が形成される。すなわち、P型多結晶シリコン基板2とN型不純物拡散層3とのPN接合の端部表面にシリコン酸化層12が形成される。図2−2においては、酸素供給部23から高濃度の酸素またはオゾンを供給する場合について示しているが、放電発生用上部電極21と放電発生用下部電極22とが酸素供給部23を兼ねた構成としてもよい。
このシリコン酸化層12が少なくとも半導体基板1の側面のN型不純物拡散層3の表面からP型多結晶シリコン基板2の側面に達する深さまで形成されるように放電条件、酸素またはオゾンの濃度を調整する。上記の大気圧放電熱酸化は大気圧中で行われるため、真空引きなどを行う必要が無く、特別な設備が不要である。
つぎに、半導体基板1を例えばフッ酸溶液中に浸漬してシリコン酸化膜11を溶解させて除去する。半導体基板1をフッ酸溶液に浸漬すると、シリコン酸化膜11が溶解して除去される。このシリコン酸化膜11の除去時、シリコン酸化層12も同時に除去される(図2−3)。これにより、少なくとも半導体基板1の側面のN型不純物拡散層3の表面からP型多結晶シリコン基板2に達する深さの切り欠き部13が形成され、P型多結晶シリコン基板2とN型不純物拡散層3とのPN接合の一部が電気的に分断される。
また、切り欠き部13を形成することにより作られたPN接合端部10では、表面の酸化シリコンが除去されて、結晶構造を維持した表面(P型多結晶シリコン基板2の端部表面10PおよびN型不純物拡散層3の端部表面10N)を有する。すなわち、PN接合端部10では、表面の酸化シリコンを除去してP型多結晶シリコン基板2およびN型不純物拡散層3を露出させることにより、その最表面は結晶構造を維持した表面となる。
このように、PN接合端部10においては、該PN接合端部10におけるリーク要因となるシリコン酸化層12が除去され、結晶構造を維持した高抵抗のシリコン面が最表面に露出した状態となる。したがって、高抵抗のPN分離部が得られ、PN接合端部10においてP型多結晶シリコン基板2の端部側面とN型不純物拡散層3の端部側面との間にリーク電流が流れることが防止される。
なお、上述したようにシリコン酸化膜11の除去工程において同時にシリコン酸化層12を除去できるため、新たにシリコン酸化層12の除去工程を追加することは不要である。したがって、低い生産コストで良好な特性の太陽電池を生産することができる。
つぎに、N型不純物拡散層3を形成したP型多結晶シリコン基板2の受光面側に、表面保護および光電変換効率改善のために、反射防止膜4としてシリコン窒化膜(SiN膜)を形成する。反射防止膜4の形成には、例えばプラズマCVD法を使用し、シランとアンモニアの混合ガスを用いて反射防止膜4としてシリコン窒化膜を形成する。反射防止膜4の膜厚および屈折率は、光反射を最も抑制する値に設定する。なお、反射防止膜4として、屈折率の異なる2層以上の膜を積層してもよい。また、反射防止膜4の形成には、スパッタリング法などの異なる成膜方法を用いてもよい。また、反射防止膜4としてシリコン酸化膜を形成してもよい。
つぎに、受光面側電極(N型電極)5および裏面側電極(P型電極)6を形成する(図2−4)。まず、アルミニウムおよびガラスの混入したアルミニウム電極ペーストを半導体基板1の裏面のほぼ全面にスクリーン印刷により塗布し、乾燥する。つづいて、銀およびガラスの混入した銀電極ペーストを半導体基板1の表面に櫛形にスクリーン印刷により塗布し、乾燥する。そして、焼成処理を実施する。焼成は、大気雰囲気中、例えば760℃程度で実施する。これにより、アルミニウム電極ペーストは、乾燥後状態から焼成後状態の受光面側電極(N型電極)5になり、該受光面側電極(N型電極)5中の銀が反射防止膜4を貫通して、N型不純物拡散層3と受光面側電極(N型電極)5とが電気的に接続する。銀電極ペーストは、乾燥後状態から焼成後状態の裏面側電極(P型電極)6になる。
以上により、図1に示す実施の形態1にかかる太陽電池が作製される。なお、電極材料であるペーストの塗布の順番を、受光面側と裏面側とで入れ替えてもよい。
つぎに、PN分離を行ったPN接合端部10の理想形について図3−1〜図3−3を参照して説明する。図3−1は、PN分離処理前の半導体基板(シリコン基板)1を示す断面図である。図3−1に示すように、PN分離処理前の半導体基板1においては、第1導電型の結晶シリコン半導体部であるP型多結晶シリコン基板2の表面全体に第2導電型の結晶シリコン半導体部である不純物拡散層(N型不純物拡散層)3が形成されている。
図3−2は、半導体基板1の端部を酸化してシリコン酸化層12を形成した状態、すなわちP型多結晶シリコン基板2とN型不純物拡散層3とのPN接合の端部表面にシリコン酸化層12を形成した状態を示す断面図である。図3−2に示した状態のまま受光面側電極(N型電極)5と裏面側電極(P型電極)6とが形成されると(図示せず)、該受光面側電極(N型電極)5と裏面側電極(P型電極)6との間が、比較的低抵抗であるN型不純物拡散層3とシリコン酸化層12とを介して電気的に接続される。この場合は、受光面側電極(N型電極)5と裏面側電極(P型電極)6との間が短絡し、図3−2において矢印130で示されるようなリーク経路のリーク電流が発生し、太陽電池の出力特性が低下する。
図3−3は、PN分離を行ったPN接合端部10の理想形を示す断面図である。PN分離を行ったPN接合端部10の理想形は、図3−3に示すように、シリコン酸化層12が存在せず、結晶構造を維持したシリコン表面とされていることである。この場合、キャリアは図3−3において矢印30で示されるような経路でPN接合端部10の表面に動くことができるが図3−2において矢印130で示されるようなリーク経路のリーク電流が発生せず、太陽電池の出力特性が低下することがない。本実施の形態にかかる太陽電池の製造方法では、このような理想型の構造のPN接合端部10を作製し、確実にPN分離を行うことができる。
上述したように、本実施の形態においては、半導体基板1の端部に大気圧放電熱酸化を実施して、少なくとも半導体基板1の側面のN型不純物拡散層3の表面からP型多結晶シリコン基板2の側面に達する深さまでシリコン酸化層12を形成する。そして、このシリコン酸化層12を除去する。これにより、PN接合端部10においては、該PN接合端部10におけるリーク要因となるシリコン酸化層12が除去され、結晶構造を維持した高抵抗のシリコン面が最表面に露出した状態となる。したがって、高抵抗のPN分離部が得られ、PN接合端部10においてP型多結晶シリコン基板2の端部側面とN型不純物拡散層3の端部側面との間にリーク電流が流れることが防止される。
したがって、本実施の形態によれば、結晶構造を維持したPN接合端部10を形成することにより、PN接合端部10におけるリーク電流の無い、良好な出力特性を有する太陽電池を得ることができる。また、本実施の形態にかかる太陽電池の製造方法においては、PN分離を行うために特殊な工程を採用してないため、低い生産コストで良好な特性の太陽電池を作製することができる。
また、本実施の形態においては、レーザ発振装置等の高価で、且つ使用に関してメンテナンスなどの労力が必要な装置を使用しないため、低い生産コストで良好な特性の太陽電池を作製することができる。
また、本実施の形態においては、大気圧放電酸化によって形成したシリコン酸化部分(シリコン酸化層12)と、フッ酸によるシリコン酸化膜11の除去部分が合致する。すなわち、フッ酸によるシリコン酸化膜11の除去時に、シリコン酸化層12が半導体基板1の最表面に露出している。この為、PN接合端部リーク要因になるシリコン酸化層12を残すことなく選択的に除去でき、またフッ酸により、シリコンを過剰に除去することも無く、必要最小限の加工部分で所望のPN接合端部を得ることができる。
さらに、放電の制御は容易であり、放電の条件の制御によって、シリコン酸化層12の幅方向は、N型不純物拡散層3+α程度の浅い部分のみを加工すればよい。したがって、放電が太陽電池に与えるダメージは、機械強度から見てほとんど無い。さらに、幅方向も極小面積で加工できる。このことによって太陽電池の面積損失はほとんど発生しない。真の太陽電池端部でも加工可能である。
実施の形態2.
図4は、本発明の実施の形態2にかかる結晶シリコン太陽電池の構成を示す図であり、太陽電池の断面構造を模式的に示す断面図である。以下の図面においては、上記の図1、図2−1〜図2−4と同じ部材には同じ符号を付す。
図4は、本発明の実施の形態2にかかる結晶シリコン太陽電池の構成を示す図であり、太陽電池の断面構造を模式的に示す断面図である。以下の図面においては、上記の図1、図2−1〜図2−4と同じ部材には同じ符号を付す。
本実施の形態にかかる太陽電池は、図4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1と、半導体基板1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絶縁膜である反射防止膜4と、半導体基板1の受光面側の面(表面)において半導体基板1に電気的に接続した第1電極である受光面側電極(N型電極)5と、半導体基板1の裏面において半導体基板1に電気的に接続した第2電極である裏面側電極(P型電極)6と、を備える。
図4に示すように、本実施の形態にかかる太陽電池では、P型多結晶シリコン基板2とN型不純物拡散層3とのPN接合の端部であるPN接合端部10の表面において、結晶構造が維持されている。すなわちPN接合端部10では、P型多結晶シリコン基板2の端部表面10PおよびN型不純物拡散層3の端部表面10Nにおいて結晶構造が維持されている。そして、結晶構造が維持されているPN接合端部10上に直接反射防止膜4が形成されている。これにより、この太陽電池では、高抵抗化したPN接合端部10が得られており、PN接合端部10においてP型多結晶シリコン基板2の端部側面とN型不純物拡散層3の端部側面との間にリーク電流が流れることが防止されている。したがって、本実施の形態にかかる太陽電池によれば、PN接合分離端部における電気的なリークが防止された、良好な出力特性を有する太陽電池が実現されている。
つぎに、本発明にかかる結晶シリコン太陽電池の製造方法の他の実施の形態を図5−1〜図5−4を参照して説明する。図5−1〜図5−4は、実施の形態2にかかるシリコン太陽電池の製造工程を説明するための断面図である。
まず、実施の形態1の場合と同様に、半導体基板1となるシリコン基板を用意する。シリコン基板としては、例えば民生用太陽電池向けとして最も多く使用されているP型多結晶シリコン基板2を用意する。
P型多結晶シリコン基板2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2を酸または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2の表面近くに存在するダメージ領域を取り除く。ダメージ除去後のP型多結晶シリコン基板2の厚みは、例えば180μm、寸法は例えば156mm×156mmである。
また、ダメージ除去と同時に、またはダメージ除去に続いて、P型多結晶シリコン基板2の受光面側の表面にテクスチャー構造として微小凹凸を形成してもよい。このようなテクスチャー構造を半導体基板1の受光面側に形成することで、太陽電池セルの表面で光の多重反射を生じさせ、太陽電池セルに入射する光を効率的にP型多結晶シリコン基板2の内部に吸収させることができ、実効的に反射率を低減し変換効率を向上させることができる。
つぎに、このP型多結晶シリコン基板2を熱酸化炉へ投入し、N型の不純物であるリン(P)の雰囲気下で加熱する。この工程によりP型多結晶シリコン基板2の表面にリン(P)を拡散させて、N型不純物拡散層3を形成して半導体PN接合を形成する(図5−1)。これにより、P型多結晶シリコン基板2とN型不純物拡散層3とのPN接合を有する半導体基板1が形成される。本実施の形態では、P型多結晶シリコン基板2をオキシ塩化リン(POCl3)ガス雰囲気中において、例えば840℃程度の温度で加熱することにより、N型不純物拡散層3を形成する。ここで、P型多結晶シリコン基板2の表面にN型不純物拡散層3が形成され、更にN型不純物拡散層3の最表面には、シリコン酸化膜11が形成される。
つぎに、大気圧放電熱酸化により半導体基板1の受光面の表面端部(角部)を酸化してシリコン酸化層12を形成する(図5−2)。シリコン酸化層12を形成するには、大気圧中において半導体基板1の受光面の表面端部(角部)を放電発生用上部電極21と放電発生用下部電極22との間に挟んで配置する。そして、放電発生用上部電極21−放電発生用下部電極22間に電圧を印可して該放電発生用上部電極21−放電発生用下部電極22間に放電を発生させる(大気圧放電熱酸化)。また、放電発生時には、半導体基板1の受光面の表面端部(角部)周辺を酸化性雰囲気とした状態で放電を発生させる。例えば、高濃度の酸素またはオゾンを半導体基板1の受光面の表面端部(角部)周辺に供給しながら放電を発生させる。
これにより、半導体基板1の受光面の表面端部(角部)は、高温になり、また高濃度の酸素またはオゾン雰囲気に曝される。そして、半導体基板1の受光面の表面端部(角部)が酸化されてシリコン酸化層12が形成される。すなわち、P型多結晶シリコン基板2とN型不純物拡散層3とのPN接合の端部表面にシリコン酸化層12が形成される。図5−2においては、酸素供給部23から高濃度の酸素またはオゾンを供給する場合について示しているが、放電発生用上部電極21と放電発生用下部電極22とが酸素供給部23を兼ねた構成としてもよい。
半導体基板1の受光面の表面端部(角部)において、このシリコン酸化層12が少なくともN型不純物拡散層3の表面からP型多結晶シリコン基板2に達する深さまで形成されるように放電条件、酸素またはオゾンの濃度を調整する。上記の大気圧放電熱酸化は大気圧中で行われるため、真空引きなどを行う必要が無く、特別な設備が不要である。
つぎに、半導体基板1を例えばフッ酸溶液中に浸漬してシリコン酸化膜11を溶解させて除去する。半導体基板1をフッ酸溶液に浸漬すると、シリコン酸化膜11が溶解して除去される。このシリコン酸化膜11の除去時、シリコン酸化層12も同時に除去される(図5−3)。これにより、半導体基板1の受光面の表面端部(角部)において、少なくともN型不純物拡散層3の表面からP型多結晶シリコン基板2に達する深さの切り欠き部14が形成され、P型多結晶シリコン基板2とN型不純物拡散層3とのPN接合の一部が電気的に分断される。
また、切り欠き部14を形成することにより作られたPN接合端部10では、表面の酸化シリコンが除去されて、結晶構造を維持した表面(P型多結晶シリコン基板2の端部表面10PおよびN型不純物拡散層3の端部表面10N)を有する。すなわち、PN接合端部10では、表面の酸化シリコンを除去してP型多結晶シリコン基板2およびN型不純物拡散層3を露出させることにより、その最表面は結晶構造を維持した表面となる。
このように、PN接合端部10においては、該PN接合端部10におけるリーク要因となるシリコン酸化層12が除去され、結晶構造を維持した高抵抗のシリコン面が最表面に露出した状態となる。したがって、高抵抗のPN分離部が得られ、PN接合端部10においてP型多結晶シリコン基板2の端部側面とN型不純物拡散層3の端部側面との間にリーク電流が流れることが防止される。
なお、上述したようにシリコン酸化膜11の除去工程において同時にシリコン酸化層12を除去できるため、新たにシリコン酸化層12の除去工程を追加することは不要である。したがって、低い生産コストで良好な特性の太陽電池を生産することができる。
つぎに、N型不純物拡散層3を形成したP型多結晶シリコン基板2の受光面側に、表面保護および光電変換効率改善のために、反射防止膜4として絶縁膜であるシリコン窒化膜(SiN膜)を形成する。このとき、結晶構造が維持されているPN接合端部10上には、直接反射防止膜4が形成される。反射防止膜4の形成には、例えばプラズマCVD法を使用し、シランとアンモニアの混合ガスを用いて反射防止膜4としてシリコン窒化膜を形成する。反射防止膜4の膜厚および屈折率は、光反射を最も抑制する値に設定する。なお、反射防止膜4として、屈折率の異なる2層以上の膜を積層してもよい。また、反射防止膜4の形成には、スパッタリング法などの異なる成膜方法を用いてもよい。また、反射防止膜4としてシリコン酸化膜を形成してもよい。
つぎに、受光面側電極(N型電極)5および裏面側電極(P型電極)6を形成する(図5−4)。まず、アルミニウムおよびガラスの混入したアルミニウム電極ペーストを半導体基板1の裏面のほぼ全面にスクリーン印刷により塗布し、乾燥する。つづいて、銀およびガラスの混入した銀電極ペーストを半導体基板1の表面に櫛形にスクリーン印刷により塗布し、乾燥する。そして、焼成処理を実施する。焼成は、大気雰囲気中、例えば760℃程度で実施する。これにより、アルミニウム電極ペーストは、乾燥後状態から焼成後状態の受光面側電極(N型電極)5になり、該受光面側電極(N型電極)5中の銀が反射防止膜4を貫通して、N型不純物拡散層3と受光面側電極(N型電極)5とが電気的に接続する。銀電極ペーストは、乾燥後状態から焼成後状態の裏面側電極(P型電極)6になる。
以上により、図4に示す実施の形態2にかかる太陽電池が作製される。なお、電極材料であるペーストの塗布の順番を、受光面側と裏面側とで入れ替えてもよい。
上述したように、本実施の形態においては、半導体基板1の受光面の表面端部(角部)に大気圧放電熱酸化を実施して、少なくとも半導体基板1の受光面の表面端部(角部)においてN型不純物拡散層3の表面からP型多結晶シリコン基板2に達する深さまでシリコン酸化層12を形成する。そして、このシリコン酸化層12を除去する。これにより、PN接合端部10においては、該PN接合端部10におけるリーク要因となるシリコン酸化層12が除去され、結晶構造を維持した高抵抗のシリコン面が最表面に露出した状態となる。したがって、高抵抗のPN分離部が得られ、PN接合端部10においてP型多結晶シリコン基板2の端部側面とN型不純物拡散層3の端部側面との間にリーク電流が流れることが防止される。
したがって、本実施の形態によれば、結晶構造を維持したPN接合端部10を形成することにより、PN接合端部10におけるリーク電流の無い、良好な出力特性を有する太陽電池を得ることができる。また、本実施の形態にかかる太陽電池の製造方法においては、PN分離を行うために特殊な工程を採用してないため、低い生産コストで良好な特性の太陽電池を作製することができる。
また、本実施の形態においては、レーザ発振装置等の高価で、且つ使用に関してメンテナンスなどの労力が必要な装置を使用しないため、低い生産コストで良好な特性の太陽電池を作製することができる。
また、本実施の形態においては、大気圧放電酸化によって形成したシリコン酸化部分(シリコン酸化層12)と、フッ酸によるシリコン酸化膜11の除去部分が合致する。すなわち、フッ酸によるシリコン酸化膜11の除去時に、シリコン酸化層12が半導体基板1の最表面に露出している。この為、PN接合端部リーク要因になるシリコン酸化層12を残すことなく選択的に除去でき、またフッ酸により、シリコンを過剰に除去することも無く、必要最小限の加工部分で所望のPN接合端部を得ることができる。
さらに、放電の制御は容易であり、放電の条件の制御によって、シリコン酸化層12の深さ方向は、N型不純物拡散層3+α程度の浅い部分のみを加工すればよい。したがって、放電が太陽電池に与えるダメージは、機械強度から見てほとんど無い。さらに、幅方向も極小面積で加工できる。このことによって太陽電池の面積損失はほとんど発生しない。真の太陽電池端部でも加工可能である。
以上のように、本発明にかかる太陽電池の製造方法は、PN接合端部における電気的なリークが防止された良好な出力特性を有する太陽電池を安価に製造する場合に有用である。
1 半導体基板
2 P型多結晶シリコン基板
3 不純物拡散層(N型不純物拡散層)
4 反射防止膜
5 受光面側電極(N型電極)
6 裏面側電極(P型電極)
10 PN接合端部
10P P型多結晶シリコン基板の端部表面
10N N型多結晶シリコン基板の端部表面
11 熱酸化時形成シリコン酸化膜(シリコン酸化膜)
12 シリコン酸化層
13 切り欠き部
14 切り欠き部
21 放電発生用上部電極
22 放電発生用下部電極
23 酸素供給部
2 P型多結晶シリコン基板
3 不純物拡散層(N型不純物拡散層)
4 反射防止膜
5 受光面側電極(N型電極)
6 裏面側電極(P型電極)
10 PN接合端部
10P P型多結晶シリコン基板の端部表面
10N N型多結晶シリコン基板の端部表面
11 熱酸化時形成シリコン酸化膜(シリコン酸化膜)
12 シリコン酸化層
13 切り欠き部
14 切り欠き部
21 放電発生用上部電極
22 放電発生用下部電極
23 酸素供給部
Claims (3)
- 結晶シリコン太陽電池の製造方法であって、
第1導電型の結晶シリコン半導体部の全面に第2導電型の結晶シリコン半導体部を形成して前記第1導電型の結晶シリコン半導体部と前記第2導電型の結晶シリコン半導体部との接合部を形成する工程と、
大気圧中において前記第1導電型の結晶シリコン半導体部の面内方向における端部周辺を酸化性雰囲気とした状態で前記端部近傍に放電を発生させることにより前記第1導電型の結晶シリコン半導体部および前記第2導電型の結晶シリコン半導体部の前記端部周辺を酸化して、少なくとも前記第1導電型の結晶シリコン半導体部の側面周辺において前記第2導電型の結晶シリコン半導体部の表面から前記第1導電型の結晶シリコン半導体部に達するシリコン酸化層を形成する工程と、
前記シリコン酸化層を除去して前記第1導電型の結晶シリコン半導体部および前記第2導電型の結晶シリコン半導体部を露出させることにより前記第2導電型の結晶シリコン半導体部の表面から前記第1導電型の結晶シリコン半導体部に達する深さの切り欠き部を形成して、前記接合部の一部を電気的に分断する工程と、
を含むことを特徴とする太陽電池の製造方法。 - シリコンを酸化させる酸化作用を有する酸化材料を前記端部周辺に供給することにより、前記端部周辺を酸化性雰囲気とすること、
を特徴とする請求項1に記載の太陽電池の製造方法。 - 前記シリコン酸化層をウェットエッチングにより除去すること、
を特徴とする請求項1に記載の太陽電池の製造方法。
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