JP5494511B2 - 太陽電池の製造方法 - Google Patents
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Description
η={Pmax/(S×I)}×100(%)
が太陽電池の変換効率ηとして定義される。
変換効率ηを高めるには、短絡電流Isc(電流電圧曲線にてV=0の時の出力電流値)あるいはVoc(電流電圧曲線にてI=0の時の出力電圧値)を大きくすること、及び出力電流電圧曲線をなるべく角形に近い形状のものとすることが重要である。なお、出力電流電圧曲線の角形の度合いは一般に、
FF=Pmax/(Isc×Voc)
で定義されるフィルファクタ(曲線因子)により評価でき、該FFの値が1に近いほど出力電流電圧曲線が理想的な角形に近づき、変換効率ηも高められることを意味する。
その際、電極面以外の基板表面に存在する界面準位を介して、本来電流として取り出すことのできたキャリアが再結合して失われることがあり、変換効率ηの低下に繋がる。
そこで、高効率太陽電池においては、シリコン基板の表面に、電極とのコンタクト部を除いてSiO2からなるパッシベーション膜を形成し、シリコン基板とパッシベーション膜との界面におけるキャリア再結合を抑制することで、変換効率ηの向上が図られている。
また、現在主流となっているシリコン結晶系太陽電池では、受光面電極として銀(Ag)ペーストを誘電体膜上に直接スクリーン印刷した後、適当な焼成条件によって、Agペースト中のメタル成分を、誘電体膜を貫通(ファイヤースルー)させて、シリコン基板まで到達させて形成する方法が用いられている。しかし、シリコン基板表面にシリサイドが除去しきれずに存在すると、上記のような受光面電極の形成方法では、ファイヤースルーが不十分となりフィンガー電極とシリコン基板とのコンタクト性が悪化し、コンタクト抵抗が高くなる問題があった。
請求項1:
第一導電型のシリコン基板表面に熱酸化法により膜厚10nm以上100nm以下の酸化膜を形成する工程と、上記シリコン基板の裏面側の酸化膜上に第一導電型のドーパントを含む塗布剤を塗布した後に熱処理を行って該シリコン基板の裏面側に第一導電型の拡散層を形成する工程と、上記シリコン基板の受光面側の酸化膜上に第二導電型のドーパントを含む塗布剤を塗布した後に熱処理を行って該シリコン基板の受光面側に第二導電型の拡散層を形成する工程と、エッチングにより裏面側の上記酸化膜と共に上記第一導電型拡散層形成時に該酸化膜上に形成されたガラス成分を除去する工程と、エッチングにより受光面側の上記酸化膜と共に上記第二導電型拡散層形成時に該酸化膜上に形成されたガラス成分を除去する工程と、上記第一拡散層及び第二拡散層上に誘電体膜を形成する工程と、上記第二拡散層に電気的に接続する受光面電極を形成し、上記第一導電型拡散層に電気的に接続する裏面電極を形成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。
請求項2:
上記エッチングにより受光面側の酸化膜及び裏面側の酸化膜の除去を同時に行うと共に、上記第一導電型拡散層形成時及び第二導電型拡散層形成時に該酸化膜上に形成されたガラス成分を除去することを特徴とする請求項1記載の太陽電池の製造方法。
図1(A)〜(G)、及び図2(A)〜(F)は、本発明の太陽電池の製造方法における一実施形態の製造工程を示す概略断面図である。以下、各工程について詳細に説明する。
例えば、シリコン基板1を水酸化ナトリウム水溶液に浸し、ダメージ層をエッチングで取り除く。この基板のダメージ除去は、水酸化カリウム等の強アルカリ水溶液を用いてもよく、フッ硝酸等の酸水溶液でも同様の目的を達成することが可能である。ダメージエッチングを行った基板1にランダムテクスチャを形成する。太陽電池は通常、表面に凹凸形状を形成するのが好ましい。その理由は、可視光域の反射率を低減させるために、できる限り2回以上の反射を受光面で行わせる必要があるためである。これら一つ一つの山のサイズは1〜20μm程度が好ましい。代表的な表面凹凸構造としては、V溝、U溝が挙げられる。これらは、研削機を利用して形成可能である。また、ランダムな凹凸構造を作るには、水酸化ナトリウムにイソプロピルアルコールを加えた水溶液に浸してウェットエッチングや、他には、酸エッチングやリアクティブ・イオン・エッチング等を用いることができる。なお、図中では両面に形成したテクスチャ構造は微細なため省略する。
引き続き、図1(B)及び図2(B)に示すように、加熱炉によりシリコン基板1の表面にSiO2からなる酸化膜2を形成する。この膜厚は10nm以上100nm以下が好ましい。膜厚が10nm未満ではフッ酸によるガラスエッチングでシリサイドが完全に除去されない可能性があり、また、100nmを超えると、酸化膜がドーパントの拡散を阻害してしまい、拡散層が形成されない可能性がある。より好ましくは30nm〜50nmの厚さである。上記、酸化膜の形成方法として、熱酸化法、ケミカル酸化法、プラズマCVD法等があるが、形成される酸化膜の膜質の観点から、熱酸化法によって形成するのが好適である[図1(B)、図2(B)]。
シリコン基板1がn型の場合は、裏面にドーパントを含む塗布剤を酸化膜2上に塗布した後に熱処理を行うことでn型拡散層3を裏面に形成し、シリコン基板がp型の場合は受光面にドーパントを含む塗布剤を酸化膜上に塗布した後に熱処理を行うことでn型拡散層3を受光面に形成する[図1(C)、図2(C)]。ドーパントはリンが好ましい。n型拡散層3の表面ドーパント濃度は、1×1018cm-3〜5×1020cm-3が好ましく、5×1018cm-3〜1×1020cm-3がより好ましい。
同様の処理を受光面で行い、p型拡散層5を受光面全体に形成する[図1(D)]。受光面にドーパントを含む塗布剤を酸化膜上に塗布して熱処理を行い、p型拡散層5を形成する。ドーパントはボロンが好ましく、また、p型拡散層5の表面ドーパント濃度は、1×1018cm-3〜5×1020cm-3が好ましく、更には5×1018cm-3〜1×1020cm-3がより好ましい。
ガラスエッチング剤としては、従来から用いられているいずれのものでもよく、例えばフッ酸、フッ化水素アンモニウム、フッ硝酸等が挙げられるが、本発明においては高濃度フッ酸系であることが好ましく、HF(フッ化水素)を好適に用いることができる。
プラズマエッチャーを用い、pn接合分離を行う。このプロセスではプラズマやラジカルが受光面や裏面に侵入しないよう、サンプルをスタックし、その状態で端面を数ミクロン削る。引き続き、酸化膜2上に付いたガラス成分4をフッ酸によるガラスエッチング等により除去する[図1(E)、図2(D)]。
次に、図1(F)及び図2(E)に示すように、CVD装置を用い、n型拡散層3及びp型拡散層5上に誘電体膜6である窒化珪素膜を堆積する。この膜厚は70〜100nmが好ましい。他の反射防止膜として二酸化チタン膜、酸化亜鉛膜、酸化スズ膜、酸化タンタル膜、酸化ニオブ膜、フッ化マグネシウム膜、酸化アルミニウム膜等があり、代替が可能である。また、形成方法も上記以外にリモートプラズマCVD法、コーティング法、真空蒸着法等があるが、経済的な観点から、上記窒化珪素膜をプラズマCVD法によって形成するのが好適である。
スクリーン印刷装置等を用い、受光面側及び裏面側に、例えば銀からなるペーストを、スクリーン印刷装置を用いてp型拡散層及びn型拡散層上に印刷し、櫛形電極パターン状に塗布して乾燥させる。シリコン基板にp型を使用する場合は、裏面側にAl粉末を有機バインダで混合したペーストをスクリーン印刷し乾燥させる。最後に、焼成炉において、500〜900℃で1〜30分焼成を行い、前記p型拡散層及びn型拡散層と電気的に接続するフィンガー電極7、裏面電極8、及びバスバー電極9を形成する[図1(G)、図2(F)]。
結晶面方位(100)、15.65cm角200μm厚、アズスライス比抵抗2Ω・cm(ドーパント濃度7.2×1015cm-3)リンドープn型単結晶シリコン基板を、水酸化ナトリウム水溶液に浸してダメージ層をエッチングで取り除き、水酸化カリウム水溶液にイソプロピルアルコールを加えた水溶液に浸してアルカリエッチングすることでテクスチャ形成を行った。得られたシリコン基板1を1,000℃、20分熱処理を行いシリコン基板表面に酸化膜を形成した。このときの酸化膜厚は40nmであった。引き続き、酸化膜を表面に形成したn型シリコン基板の裏面に、リンドーパントを含む塗布剤を塗布した後に、900℃,1時間熱処理を行い、n型拡散層3を裏面に形成した。
引き続き受光面にボロンドーパントを含む塗布剤を塗布した後に、1,000℃,1時間熱処理を行い、p型拡散層5を受光面全体に形成した。
上記拡散層3,5の形成により、酸化膜2上にガラス成分4が形成され、このガラス成分4及び酸化膜2を高濃度フッ酸溶液を用いてエッチング除去した。
次に、平行平板型CVD装置を用い、成膜用ガスとしてモノシランとアンモニアと水素の混合ガスを使用して、受光面側p型拡散層、及び裏面n型拡散層上に誘電体膜6である窒化珪素膜を積層した。この膜厚は70nmであった。
その後、受光面側及び裏面側にそれぞれ銀ペーストを電極印刷し、乾燥後800℃で20分焼成を行い、フィンガー電極7、裏面電極8及びバスバー電極9を形成した。
実施例1と同様に、シリコン基板にp型単結晶シリコン基板を使用し、水酸化ナトリウム水溶液に浸してダメージ層をエッチングで取り除き、水酸化カリウム水溶液にイソプロピルアルコールを加えた水溶液に浸してアルカリエッチングすることでテクスチャ形成を行った。得られたシリコン基板1を1,000℃、20分熱処理を行いシリコン基板表面に酸化膜を形成した。このときの酸化膜厚は40nmであった。引き続き、酸化膜を表面に形成したp型シリコン基板の裏面同士を合わせてPOCl3による気相拡散を行い、n型拡散層3を受光面に形成した。熱処理後、基板に付いたガラス成分4及びその内側の酸化膜2は高濃度フッ酸溶液により除去後、洗浄した。
その後、受光面側及び裏面側にそれぞれ銀ペースト及びアルミニウムペーストを電極印刷し、乾燥後800℃で20分焼成を行い、フィンガー電極7、裏面電極8及びバスバー電極9を形成した。
ダメージエッチング/テクスチャ形成後、シリコン基板表面に酸化膜を形成する工程を省いた以外は、実施例1と同様な方法にて作製した。
ダメージエッチング/テクスチャ形成後、シリコン基板表面に酸化膜を形成する工程を省いた以外は、参考例2と同様な方法にて作製した。
2 酸化膜
3 n型拡散層
4 ガラス成分
5 p型拡散層
6 誘電体膜
7 受光面電極(フィンガー電極)
8 裏面電極
9 バスバー電極
Claims (2)
- 第一導電型のシリコン基板表面に熱酸化法により膜厚10nm以上100nm以下の酸化膜を形成する工程と、上記シリコン基板の裏面側の酸化膜上に第一導電型のドーパントを含む塗布剤を塗布した後に熱処理を行って該シリコン基板の裏面側に第一導電型の拡散層を形成する工程と、上記シリコン基板の受光面側の酸化膜上に第二導電型のドーパントを含む塗布剤を塗布した後に熱処理を行って該シリコン基板の受光面側に第二導電型の拡散層を形成する工程と、エッチングにより裏面側の上記酸化膜と共に上記第一導電型拡散層形成時に該酸化膜上に形成されたガラス成分を除去する工程と、エッチングにより受光面側の上記酸化膜と共に上記第二導電型拡散層形成時に該酸化膜上に形成されたガラス成分を除去する工程と、上記第一拡散層及び第二拡散層上に誘電体膜を形成する工程と、上記第二拡散層に電気的に接続する受光面電極を形成し、上記第一導電型拡散層に電気的に接続する裏面電極を形成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。
- 上記エッチングにより受光面側の酸化膜及び裏面側の酸化膜の除去を同時に行うと共に、上記第一導電型拡散層形成時及び第二導電型拡散層形成時に該酸化膜上に形成されたガラス成分を除去することを特徴とする請求項1記載の太陽電池の製造方法。
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