JP5677469B2 - 太陽電池素子の製造方法、太陽電池素子、および太陽電池モジュール - Google Patents
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Description
図1から図3は、一実施形態に係る太陽電池素子10を示す図である。図1から図3で示されるように、太陽電池素子10は、第1主面10aおよび第2主面10bを有している。第1主面10aは、入射光を受光する面(受光面とも言う)である。また、第2主面10bは、太陽電池素子10のうちの第1主面10aの反対側に位置する面(非受光面とも言う)である。図3では、第1主面10aが太陽電池素子10の+Z側の上面として描かれており、第2主面10bが太陽電池素子10の−Z側の下面として描かれている。
一実施形態に係る太陽電池モジュール20は、1つ以上の太陽電池素子10を備えている。例えば、太陽電池モジュール20は、電気的に接続されている複数の太陽電池素子10を備えていれば良い。このような太陽電池モジュール20は、単独の太陽電池素子10の電気出力が小さな場合に、複数の太陽電池素子10が例えば直列および並列に接続されることで形成される。そして、例えば、複数の太陽電池モジュール20が組み合わされることで、実用的な電気出力が取り出され得る。以下では、太陽電池モジュール20が、複数の太陽電池素子10を備えている一例を挙げて説明する。
<(3−1)太陽電池素子の製造方法の概要>
図6は、一実施形態に係る太陽電池素子10の製造フローを示すフローチャートである。ここでは、図6で示されるように、ステップS1〜S6が順に行われることで、太陽電池素子10が製造される。
半導体基板1が単結晶シリコン基板である場合は、例えば引き上げ法等によって半導体基板1が形成される。また、半導体基板1が多結晶シリコン基板である場合は、例えば鋳造法等によって半導体基板1が形成される。なお、以下では、半導体基板1としてp型の多結晶シリコン基板が用いられた一例について説明する。
凹凸部1aLの形成方法としては、NaOH等のアルカリ水溶液およびフッ硝酸等の酸水溶液が用いられた湿式のエッチング処理、あるいはRIE(Reactive Ion Etching)等が使用された乾式のエッチング処理等が採用される。以下では、凹凸部形成工程の第1〜3態様を例示して説明する。
凹凸部形成工程の第1態様では、酸水溶液を用いた湿式のエッチング処理およびアルカリ水溶液による処理が行われる。具体的には、凹凸部形成工程の第1態様では、半導体基板1の第1主面1aにエッチング処理が施される第1処理工程と、アルカリ水溶液が用いられて第1主面1aが処理される第2処理工程と、第1主面1aにエッチング処理が施される第3処理工程が順に行われる。ここで、第1処理工程では、フッ酸および硝酸を含む酸水溶液によるエッチング処理が第1主面1aに施される。これにより、第1主面1aに凹凸部1aLが形成される。第3処理工程では、フッ酸および塩酸を含む酸水溶液(混合酸水溶液とも言う)によるエッチング処理、ならびにフッ酸水溶液および塩酸水溶液によるエッチング処理のうちの少なくとも一方のエッチング処理が第1主面1aに施される。
凹凸部形成工程の第2態様では、RIE等が用いられた乾式のエッチング処理が行われる。具体的には、凹凸部形成工程の第2態様では、半導体基板1の第1主面1aにエッチング残渣を付着させてエッチングを施す工程(残渣利用エッチング工程とも言う)と、第1主面1aからエッチング残渣を除去する工程(残渣除去工程とも言う)が順に行われる。ここで、残渣除去工程では、フッ酸および塩酸が用いられたエッチング処理が第1主面1aに施される。これにより、第1主面1aからエッチング残渣が除去される。
凹凸部形成工程の第3態様では、酸水溶液を用いた湿式のエッチング処理が行われる。具体的には、凹凸部形成工程の第3態様では、半導体基板1の第1主面1aに第1エッチング処理が施される第1エッチング工程と、該第1主面1aに第2エッチング処理が施される第2エッチング工程が順に行われる。これにより、第1主面1aに凹凸部1aLが形成される。ここで、第1エッチング工程は、フッ酸、硝酸および硫酸を含む酸水溶液(第1酸水溶液とも言う)による第1エッチング処理が第1主面1aに施される。第2エッチング工程では、フッ酸および硝酸を含み且つ硫酸を実質的に含まない酸水溶液(第2酸水溶液とも言う)による第2エッチング処理が第1主面1aに施される。ここで、硫酸を実質的に含まないとは、ごく微量の硫酸を含むことが許容されることを意味している。
半導体層形成工程では、例えば、熱拡散法が用いられて第2半導体層3が形成される。以下、半導体形成工程の具体的な態様について説明する。
積層部形成工程では、例えば、半導体基板1の第1主面1a側の領域に第2導電型の第2半導体層3およびガラス層が形成される。第2導電型は、例えば、n型であれば良い。また、積層部形成工程では、半導体基板1の第2主面1b側の領域に第2導電型の第2半導体層3およびガラス層が形成されても良い。
積層部除去工程においては、例えば、フッ酸および硝酸を含む酸水溶液(第2混合酸水溶液とも言う)が用いられて、半導体基板1の第2主面1b側に形成されたガラス層と第2半導体層3とを含む積層部が除去される。これにより、半導体基板1の第2主面1bにおいて第1導電型の第1半導体層2が露出させられる。第1導電型は、例えばp型であれば良い。
積層部除去工程の第1態様では、第2混合酸水溶液を用いた湿式のエッチング処理およびアルカリ水溶液による処理が行われる。
積層部除去工程の第2態様では、上記積層部除去工程の第1態様と同様なエッチング工程が行われた後に、半導体基板1が水洗いされる水洗工程が行われる。また、該水洗工程の後に半導体基板1の表面にステイン膜が形成される場合には、上記積層部除去工程の第1態様と同様な第1アルカリ処理工程が行われても良い。さらに、該第1アルカリ処理工程の後に、半導体基板1が水洗いされる水洗工程が行われても良い。
ガラス層除去工程においては、例えば、フッ酸および塩酸が用いられたエッチング処理が行われる。該エッチング処理では、例えば、フッ酸および塩酸を含む酸水溶液(第1混合酸水溶液とも言う)が用いられた湿式のエッチング処理が行われれば良い。また、該エッチング処理では、例えば、フッ酸の蒸気および塩酸の蒸気が用いられたエッチング処理が行われても良い。これにより、半導体基板1の第1主面1a側に配されているガラス層が除去されて、半導体基板1の第1主面1aにおいて第2導電型の第2半導体層3が露出させられる。第2導電型は、例えば、n型であれば良い。
ガラス層除去工程の第1態様では、フッ酸および塩酸を含む第1混合酸水溶液が用いられた湿式のエッチング処理が行われる。
ガラス層除去工程の第2態様では、酸を含む蒸気が用いられたエッチング処理によって半導体基板1の第1主面1a側に配されているガラス層が除去される。なお、ガラス層除去工程の第2態様におけるエッチング処理以外の工程については、上記ガラス層除去工程の第1態様におけるエッチング処理以外の工程と同様であるため、重複説明を省略する。
反射防止層形成工程では、まず、半導体基板1の第1主面1a側に、反射防止層5が形成される。すなわち、第2半導体層3上に反射防止層5が形成される。ここで、反射防止層5の形成方法としては、例えば、PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)法、蒸着法およびスパッタリング法等が採用される。PECVD法が用いられる場合、例えば、シラン(SiH4)とアンモニア(NH3)との混合ガスが、窒素(N2)で希釈された後に、グロー放電分解によってプラズマ化されて、主として窒化シリコンが堆積される。これにより、窒化シリコンを主に含む膜が反射防止層5として形成される。なお、この場合、ガスがグロー放電分解によってプラズマ化される反応室内の温度は、例えば、500℃程度であれば良い。
高濃度拡散形成工程では、半導体基板1の第2主面1b側に、第1導電型に係る不純物元素が高濃度に拡散されることで、第3半導体層4が形成される。第3半導体層4の形成方法としては、例えば、次の第1の形成方法と第2の形成方法とが採用される。
電極形成工程では、第1出力取出電極6aと第1集電電極6bとを含む第1電極6、および第2出力取出電極7aと第2集電電極7bとを含む第2電極7が形成される。第1電極6および第2電極7の形成方法としては、例えば、次のような形成方法が採用される。
以上のように、一実施形態に係る太陽電池素子10の製造方法によれば、例えば、第1酸水溶液による第1エッチング処理と第2酸水溶液による第2エッチング処理とがこの順に行われることで、上記好適な凹凸部1aLが形成される。これにより、受光面における光の反射率が低減され、光を内部に効率良く取り込むことが可能な太陽電池素子10が実現される。その結果、短絡電流密度が向上し、出力特性の優れた太陽電池素子10が実現される。すなわち、出力特性に優れた太陽電池モジュール20が実現される。
なお、本発明は上記一実施形態に限定されるものではなく、以下のように、本発明の範囲内で多くの修正および変更を加えることができる。
以下に、一実施形態に係る太陽電池素子10の製造方法の第1の実施例について説明する。なお、参照図面は、図1〜図3である。
以下に、一実施形態に係る太陽電池素子10の製造方法の第2の実施例について説明する。なお、参照図面は、図1〜図3である。
1a,10a 第1主面
1b,10b 第2主面
1aL 凹凸部
2 第1半導体層
3 第2半導体層
4 第3半導体層
5 反射防止層
6 第1電極
6a 第1出力取出電極
6b 第1集電電極
7 第2電極
7a 第2出力取出電極
7b 第2集電電極
10 太陽電池素子
Claims (10)
- 第1導電型の半導体基板の第1主面に酸水溶液によるエッチング処理を施すことで、該半導体基板の前記第1主面に凹凸部を形成する凹凸部形成工程と、
前記半導体基板の前記第1主面側の領域に前記第1導電型とは逆の導電型である第2導電型の半導体層を形成する半導体層形成工程とを有し、
前記凹凸部形成工程は、前記半導体基板の前記第1主面に、フッ酸、硝酸および硫酸を含む第1酸水溶液による第1エッチング処理を施す第1エッチング工程と、該第1エッチング工程の後に、前記半導体基板の前記第1主面に、フッ酸および硝酸を含み且つ硫酸を実質的に含まない第2酸水溶液による第2エッチング処理を施す第2エッチング工程とを有する太陽電池素子の製造方法。 - 前記第2エッチング工程において、前記第1エッチング工程における前記第1酸水溶液の温度よりも低い温度の前記第2酸水溶液によって、前記第2エッチング処理を前記半導体基板の前記第1主面に施す、請求項1に記載の太陽電池素子の製造方法。
- 前記第2エッチング工程において、フッ酸の質量に対する硝酸の質量の比率が前記第1酸水溶液におけるフッ酸の質量に対する硝酸の質量の比率よりも大きい前記第2酸水溶液によって、前記第2エッチング処理を前記半導体基板の前記第1主面に施す、請求項1または請求項2に記載の太陽電池素子の製造方法。
- 前記凹凸部形成工程は、前記第1エッチング工程の後であって前記第2エッチング工程の前に前記半導体基板の前記第1主面の水洗を行う第1水洗工程と、前記第2エッチング工程の後に前記半導体基板の前記第1主面の水洗を行う第2水洗工程とをさらに有し、
前記第2水洗工程において、前記第1水洗工程における水洗の時間よりも長い時間の水洗を行う、請求項1から請求項3のいずれか1つの請求項に記載の太陽電池素子の製造方法。 - 前記第1エッチング工程において、前記半導体基板の前記第1主面と前記第1酸水溶液の液面とが略垂直の関係を有するように、前記半導体基板を前記第1酸水溶液に浸漬する、請求項1から請求項4のいずれか1つの請求項に記載の太陽電池素子の製造方法。
- 半導体材料のインゴットを、砥粒が固着しているワイヤーによって薄切りにして、前記半導体基板を準備する基板準備工程をさらに有する、請求項1から請求項5のいずれか1つの請求項に記載の太陽電池素子の製造方法。
- 前記半導体層形成工程において、熱拡散法によって、前記半導体基板の前記第1主面側の領域に前記半導体層および前記半導体層上に配され且つ前記第2導電型に係るドーパントとなる元素を含むガラス層を形成する積層部形成工程と、
フッ酸および塩酸を用いた前記ガラス層の除去を行うガラス層除去工程とを有する請求項1から請求項6のいずれか1つの請求項に記載の太陽電池素子の製造方法。 - 前記ガラス層除去工程において、フッ酸の質量濃度が塩酸の質量濃度の2倍以上で且つ100倍以下である第1混合酸水溶液を用いる、請求項7に記載の太陽電池素子の製造方法。
- 前記積層部形成工程において、前記半導体基板の前記第1主面側の領域および前記第1主面とは逆側の第2主面側の領域に、前記半導体層および該半導体層上に配される前記ガラス層を形成して、
前記積層部形成工程の後であって前記ガラス層除去工程の前に、前記半導体基板の前記第2主面側の領域に形成された前記ガラス層および前記半導体層を除去する積層部除去工程をさらに有し、
該積層部除去工程は、フッ酸および硝酸を含む第2混合酸水溶液を用いて、前記半導体基板の前記第2主面側の領域に形成された前記ガラス層および前記半導体層を除去するとともに、前記第2主面にエッチング処理を施すエッチング工程と、該エッチング工程の後にアルカリ水溶液を用いて前記第2主面を処理する第1アルカリ処理工程とを有している、請求項7または請求項8に記載の太陽電池素子の製造方法。 - 前記エッチング工程において、フッ酸、硝酸および硫酸を含む前記第2混合酸水溶液を用いて、前記半導体基板の前記第2主面側の領域に形成された前記ガラス層および前記半導体層を除去するとともに、前記第2主面に前記エッチング処理を施す、請求項9に記載の太陽電池素子の製造方法。
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