JP5573854B2 - ドーパント吸着用部材、及び太陽電池の製造方法 - Google Patents
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Description
したがって、高効率の太陽電池を安定して製造するためには、エミッタ層又はBSF層形成の熱処理時に、反対面にドーパントが回り込むことを極力避ける必要がある。
〔1〕 太陽電池セル作製用の半導体基板にエミッタ層又はBSF層を形成するためにドーパントを塗布又は印刷した半導体基板についてドーパントを拡散させる熱処理を行う際、熱処理炉内にあって半導体基板の近傍に配置され、ドーパントが半導体基板の反対面側に回り込み、該反対面に拡散することを防止する治具となる板状、ブロック状、粒状のいずれかの形状を有するドーパント吸着用部材であって、その表面に、熱処理の際に飛散する前記ドーパントを吸着する微細で非貫通の穴及び/又は亀裂として、前記穴の当該ドーパント吸着用部材の表面における開口部が円形状である場合、該開口部の径が1〜10μm、前記穴の深さが1〜20μmであるもの、前記穴の当該ドーパント吸着用部材の表面における開口部が長円形状である場合、該開口部の幅が1〜10μm、長さが1〜10μm、前記穴の深さが1〜20μmであるもの、及び前記亀裂の場合、当該ドーパント吸着用部材の表面における開口部の幅が1〜10μm、長さが1〜10μm、前記亀裂の深さが1〜20μmであるものの少なくともいずれかを1平方センチ当たり1000個以上有することを特徴とするドーパント吸着用部材。
〔2〕 材質がシリコン又はセラミックスであることを特徴とする前記〔1〕記載のドーパント吸着用部材。
〔3〕 シリコンインゴットのスライス加工部材である前記〔1〕又は〔2〕記載のドーパント吸着用部材。
〔4〕 セラミックス焼結部材である前記〔1〕又は〔2〕記載のドーパント吸着用部材。
〔5〕 ドーパントを塗布又は印刷した半導体基板を、前記〔1〕〜〔4〕のいずれかに記載のドーパント吸着用部材とともに炉内に配置して熱処理を行い、前記半導体基板にエミッタ層又はBSF層を形成する工程を含むことを特徴とする太陽電池の製造方法。
本発明の太陽電池の製造方法によれば、本発明のドーパント吸着用部材を用いるので、エミッタ層及びBSF層の不純物拡散層を形成するための熱処理工程においてドーパント吸着用部材が炉内に飛散したドーパントを吸着し、半導体基板のドーパントを塗布又は印刷した面とは反対面に拡散されるドーパント量を低減することができ、これにより高性能の太陽電池を得ることが可能となる。
図5は、本発明に係るドーパント吸着用部材の一例を示す斜視図である。
ドーパント吸着用部材501は、太陽電池セル作製用の半導体基板にエミッタ層又はBSF層を形成するためにドーパントを拡散させる熱処理を行う際に、該半導体基板の汚染を防止する治具となるものであり、その表面に開口し、当該ドーパント吸着用部材501を貫通していない微細な穴及び/又は亀裂502を多数持つ構造を有する。なお、図では板状のドーパント吸着用部材が示されているが、形状は板状に限られるものではなく、その表面に微細な穴及び/又は亀裂を多数保持できるのであれば、ブロック状(塊状ともいう)、粒状のいずれの形態であっても何ら問題ない。
なお、長円形であるとは、略真円でない状態であり、例えば矩形、多角形、楕円形、及びそれらに近似した形状、あるいは不定形も含む。また、そのような穴603の開口部における幅、長さは、該穴603の開口部の形状を矩形とみなし、該矩形の幅、長さを採用する。
例えば、図7に示す横型熱処理炉701を用いて角形半導体基板702の熱処理を行う場合、本発明のドーパント吸着用部材703は例えば角形半導体基板702を搭載した熱処理用ボート704の間や角形半導体基板702の上又は車輪付きボート705を移動させるためのレール706の下等に配置することができる。
本発明のドーパント吸着用部材を用いた太陽電池の作製方法の一例を図8をもとに以下に述べる。ただし、本発明の利用はこの方法で作製された太陽電池に限られるものではない。
また、前記CVD工程前にボロン塗布剤を裏面にスピンコートし、熱拡散することによりBSF層を形成でき、その上にSiNx膜をCVD法で成膜後、電極をスクリーン印刷法等で作製することも可能である。
本発明の有効性を確認するため、本発明のドーパント吸着用部材を炉内に半導体基板とともに配置し熱拡散を行い、実際に太陽電池を作製した。
厚さ250μm、比抵抗1Ω・cmの、ホウ素ドープ{100}P型アズカット単結晶シリコン基板(以下、半導体基板と称する。)40枚に対し、熱濃水酸化カリウム水溶液によりダメージ層を除去後、水酸化カリウム/2−プロパノール水溶液中に浸漬し、テクスチャ形成を行い、引き続き塩酸/過酸化水素混合溶液中で洗浄を行った。
次に、洗浄した40枚の半導体基板に対し、リン酸を拡散源とする拡散剤をスピンコーターを用い、表面にのみ塗布した。塗布量は半導体基板1枚あたり5ミリリットル、毎秒3000回転で10秒間処理を行った。
この半導体基板を870℃で熱処理し、エミッタ層を形成した。熱処理には図1記載の石英製熱処理用ボート1を用い、裏面同士を重ね合わせにした2枚の半導体基板を熱処理用ボート1中の1つの溝に納めて、熱処理炉内に配置し、熱拡散を行った。
その際、処理する半導体基板上方に、ドーパント吸着用部材として、実施例1ではアズカット単結晶シリコン基板を、実施例2では焼結により作製した板形状のAl2O3セラミックスを、比較例1ではテクスチャ形成後の単結晶シリコン基板をそれぞれ配置し、比較例2では一切のドーパント吸着用部材を炉内に配置せず、全て別バッチに分けて各10枚の基板について熱処理した。
また、Al2O3セラミックスをドーパント吸着用部材として用いた実施例2においては、表面における開口部が円形状の穴が形成されており、表面の開口径が1〜10μm、深さが1〜18μmの微細な穴が1平方センチ当たり平均で96万個形成されていた。なお、各値は5箇所を観察したそれぞれの平均値である。
一方、比較例1で用いたテクスチャ形成後のシリコン基板表面には均一なピラミッド状テクスチャが形成されており、ドーパントを吸着し得る微細な穴は一切見られなかった。
次に、全試料に対し、裏面電極としてAlペーストを裏面全面にスクリーン印刷し、乾燥した。次いで、受光面の第一電極層としてAgペーストをスクリーン印刷後乾燥した。最後に780℃の空気雰囲気下で焼成し太陽電池を作製した。
作製された太陽電池について、25℃、100mW/cm2、スペクトルAM1.5グローバルの擬似太陽光照射時の電気特性を測定した。なお、裏面平均シート抵抗は、熱処理してエミッタ層を形成した段階で、四探針法で半導体基板の裏面(エミッタ層形成面とは反対面)のシート抵抗を測定し、10枚の平均値を求めた。また、短絡電流、開放電圧、形状因子、光電変換効率は(株)エヌ・ピー・シー製セルテスターにより測定した。
その結果(10枚の平均値)を表1に示す。
101…梁
102a,102b,102c,102d…溝
103…支柱
201,702…角形半導体基板
501,601,604,703…ドーパント吸着用部材
502,602,603…穴
605…気孔
701…横型熱処理炉
705…車輪付きボート
706…レール
801…太陽電池用基板(基板)
802…n型エミッタ層(拡散層)
803…反射防止膜
804…Al層(Al電極)
805…受光面電極
Claims (5)
- 太陽電池セル作製用の半導体基板にエミッタ層又はBSF層を形成するためにドーパントを塗布又は印刷した半導体基板についてドーパントを拡散させる熱処理を行う際、熱処理炉内にあって半導体基板の近傍に配置され、ドーパントが半導体基板の反対面側に回り込み、該反対面に拡散することを防止する治具となる板状、ブロック状、粒状のいずれかの形状を有するドーパント吸着用部材であって、その表面に、熱処理の際に飛散する前記ドーパントを吸着する微細で非貫通の穴及び/又は亀裂として、前記穴の当該ドーパント吸着用部材の表面における開口部が円形状である場合、該開口部の径が1〜10μm、前記穴の深さが1〜20μmであるもの、前記穴の当該ドーパント吸着用部材の表面における開口部が長円形状である場合、該開口部の幅が1〜10μm、長さが1〜10μm、前記穴の深さが1〜20μmであるもの、及び前記亀裂の場合、当該ドーパント吸着用部材の表面における開口部の幅が1〜10μm、長さが1〜10μm、前記亀裂の深さが1〜20μmであるものの少なくともいずれかを1平方センチ当たり1000個以上有することを特徴とするドーパント吸着用部材。
- 材質がシリコン又はセラミックスであることを特徴とする請求項1記載のドーパント吸着用部材。
- シリコンインゴットのスライス加工部材である請求項1又は2記載のドーパント吸着用部材。
- セラミックス焼結部材である請求項1又は2記載のドーパント吸着用部材。
- ドーパントを塗布又は印刷した半導体基板を、請求項1〜4のいずれかに記載のドーパント吸着用部材とともに炉内に配置して熱処理を行い、前記半導体基板にエミッタ層又はBSF層を形成する工程を含むことを特徴とする太陽電池の製造方法。
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