JP5908763B2 - Photoelectric conversion element and method for producing photoelectric conversion element - Google Patents
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Description
本発明は、光電変換素子および光電変換素子の製造方法に関するものである。 The present invention relates to a photoelectric conversion element and a method for manufacturing the photoelectric conversion element.
現在、光を光電変換する光電変換層を有する半導体基板、および半導体基板に設けられた電極(フィンガー電極およびバスバー電極)を有する光電変換素子の研究開発において、半導体基板と電極との間で半導体基板内に発生したキャリアが表面再結合されることを抑制する目的で、電極および半導体基板の接触面積を小さくすることが求められている(例えば、特許文献1を参照)。 At present, in the research and development of a semiconductor substrate having a photoelectric conversion layer for photoelectrically converting light and an electrode (finger electrode and bus bar electrode) provided on the semiconductor substrate, a semiconductor substrate between the semiconductor substrate and the electrode For the purpose of suppressing the surface recombination of carriers generated inside, it is required to reduce the contact area between the electrode and the semiconductor substrate (see, for example, Patent Document 1).
しかしながら、特許文献1に記載された光電変換素子において、特にバスバー電極および半導体基板の接触面積を小さくすると、バスバー電極自体の電気抵抗が高くなっていた。その結果、半導体基板で発生した電力がバスバー電極で消費されることとなり、光電変換素子から取り出す電力が小さくなるという問題があった。
However, in the photoelectric conversion element described in
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、電極および半導体基板の接触面積を小さくしつつ、バスバー電極の電気抵抗を維持することが可能な光電変換素子および光電変換素子の製造方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a photoelectric conversion element and a photoelectric conversion element capable of maintaining the electrical resistance of the bus bar electrode while reducing the contact area between the electrode and the semiconductor substrate. It is to provide a manufacturing method.
本発明の光電変換素子は、入射した光を光電変換する光電変換層を有する半導体基板と、該半導体基板の主面上に設けられた、複数の電極指を備えたフィンガー電極と、前記半導体基板の主面上に複数の前記電極指の間のそれぞれに位置するように設けられた絶縁性材料からなる保護膜と、該保護膜および前記フィンガー電極上に設けられた、複数の前記電極指を接続するバスバー電極とを有する。 The photoelectric conversion element of the present invention includes a semiconductor substrate having a photoelectric conversion layer for photoelectrically converting incident light, a finger electrode provided on a main surface of the semiconductor substrate, and a plurality of electrode fingers, and the semiconductor substrate. A protective film made of an insulating material provided so as to be positioned between each of the plurality of electrode fingers on the main surface, and a plurality of the electrode fingers provided on the protective film and the finger electrodes. A bus bar electrode to be connected.
本発明の光電変換素子の製造方法は、入射した光を光電変換する光電変換層を有する半導体基板を準備する準備工程と、前記半導体基板の主面を絶縁性材料からなる保護膜で被覆する被覆工程と、前記保護膜上に導電ペーストを複数の電極指を備えたフィンガー電極のパターンに塗布する塗布工程と、該塗布工程の後、前記保護膜および前記導電ペーストを加熱して、該導電ペーストを前記パターンで前記保護膜に侵入させてそれぞれ前記半導体基板の主面上で硬化させることによって、それぞれの間に前記保護膜を配置した複数の電極指を備えたフィンガー電極を形成する第1電極形成工程と、前記保護膜および前記フィンガー電極上に、複数の前記電極指を接続するバスバー電極を形成する第2電極形成工程とを有する。 The method for producing a photoelectric conversion element of the present invention includes a preparation step of preparing a semiconductor substrate having a photoelectric conversion layer that photoelectrically converts incident light, and a coating that covers the main surface of the semiconductor substrate with a protective film made of an insulating material A coating step of applying a conductive paste on a pattern of a finger electrode having a plurality of electrode fingers on the protective film, and heating the protective film and the conductive paste after the coating step, First electrode for forming a finger electrode having a plurality of electrode fingers each having the protective film disposed therebetween, by intruding into the protective film in the pattern and curing on the main surface of the semiconductor substrate. A forming step and a second electrode forming step of forming a bus bar electrode connecting the plurality of electrode fingers on the protective film and the finger electrode.
本発明の光電変換素子によれば、半導体基板の主面に設けられたフィンガー電極および保護膜上にバスバー電極が設けられていることから、半導体基板と接触する面積を小さくしつつ、バスバー電極の電気抵抗を維持することができる。その結果、光電変換素子から取り出す電力の量を向上させることができる。 According to the photoelectric conversion element of the present invention, since the bus bar electrode is provided on the finger electrode and the protective film provided on the main surface of the semiconductor substrate, the area of the bus bar electrode can be reduced while reducing the area in contact with the semiconductor substrate. Electric resistance can be maintained. As a result, the amount of power extracted from the photoelectric conversion element can be improved.
以下、本発明の実施形態の一例について図を参照しながら説明する。 Hereinafter, an example of an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
<光電変換素子>
図1は、本発明の一実施形態に係る光電変換素子1を示す図である。図1に示すように、光電変換素子1は、具体的に半導体基板(以下、単に基板という)2、フィンガー電極3、保護膜4およびバスバー電極5を有している。
<Photoelectric conversion element>
FIG. 1 is a diagram illustrating a
基板2は、例えば半導体基板などを用いることができる。基板2は、板状のものを用いることができる。基板2は、光が入射する受光面(図1における下面方向であり、以下では第1面という)2Aと、この第1面2Aに対して裏側に位置する裏面(図1における上面方向であり、以下では第2面という)2Bとを有する。
For example, a semiconductor substrate or the like can be used as the
基板2は、第1面2Aと第2面2Bとの間に、光を電気に変換する光電変換層2aを有している。光電変換層2aは、例えば一導電型半導体と逆導電型半導体との界面付近に形成することができる。そのため、基板2は、例えば、一導電型を持つ半導体基板を用いることができ、この基板2の第2面2B側に逆導電型層2’を形成することによって、一導電型と逆導電型との間に光電変換層2aを形成することができる。
The
基板2としては、一導電型(例えば、p型)を有する板状の半導体を用いることができる。基板2を構成する半導体としては、単結晶シリコンまたは多結晶シリコン等のシリコン結晶を用いることができる。基板2の厚みは、例えば、250μm以下に設定することが
できる。基板2の形状は、特に限定されるものではないが、製法上の観点から平面視で四角形状としてもよい。
As the
本実施形態においては、基板2としてp型の導電型を持つシリコン基板を用いた例について説明する。シリコン基板からなる基板2がp型を持つようにする場合、ドーパント元素としては、例えば、ボロンあるいはガリウムなどを用いることができる。
In the present embodiment, an example in which a silicon substrate having p-type conductivity is used as the
逆導電型層2’は、基板2とpn接合を形成する半導体層である。逆導電型層2’は、基板2と逆の導電型を持つ層であり、基板2における第1面2A側に設けられている。逆導電型層2’は、例えば30nm以上2μm以下となるように設定することができる。基板2がp型の導電型を持つ場合であれば、逆導電型層2’はn型の導電型を持つように形成される。一方、基板2がn型の導電型を持つ場合であれば、逆導電型層2’はp型の導電型を持つように形成される。
The reverse
逆導電型層2’は、基板2の第1面2A上に形成または接合されていてもよいし、基板2内にイオンを注入および拡散させることによって基板2内に形成してもよい。具体的に、基板2がp型の導電型を持つシリコン基板において、逆導電型層2’がシリコン基板内に形成されている場合には、例えば逆導電型層2’はシリコン基板における第2面2B側にリン等の不純物を拡散させることによって形成できる。
The reverse
本実施形態では、逆導電型層2’が、後述するフィンガー電極3に沿って、パターニングされている。具体的に、逆導電型層2’は、一導電型に接続されるフィンガー電極3(フィンガー電極3aまたはフィンガー電極3b)の一方に沿ってパターニングされている。
In the present embodiment, the reverse
基板2の第2面2B上には、フィンガー電極3が設けられている。フィンガー電極3は、p型の導電型の基板2に接続された一導電型側のフィンガー電極3a、および逆導電型層2’と接続された逆導電型側のフィンガー電極3bを有している。なお、以下の説明において、特に明示しない限り、フィンガー電極3は、フィンガー電極3aおよびフィンガー電極3bのどちらか一方を指すものとする。
フィンガー電極3は、複数の電極指3’から構成されている。電極指3’は、例えば一方方向に延びた直方体などの多角体形状に設けられている。電極指3’の長手方向に垂直な断面は、例えば四角形状または台形状などの平面視形状に設定することができる。電極指3’は、一つの金属層で形成されていてもよいし、複数の金属層で形成されていてもよい。電極指3’の厚みは、例えば100nm以上200μm以下となるように設定することができる。
The
電極指3’の下面と基板2との接触面積は、基板2の面積によって適宜設定すればよい。具体的に、接触面積は、すべての電極指3’(フィンガー電極8)が基板2と接触する面積が、基板2の第2面2Bの面積に対して、例えば1%以上90%以下となるように設定すればよい。具体的に、基板2の第2面2Bを156mm□とした場合には、1つの電極指3’の下面を、例えば0.3mm2以上30mm2以下となるように設定することができる。
The contact area between the lower surface of the
フィンガー電極3は、複数の電極指3’が、一方方向に並んで配置されている。具体的に、複数の電極指3’は、長手方向に対して交わる方向に配置されている。複数の電極指3’は、それぞれの電極指3’同士が一定間隔を離隔して配置されている。電極指3’の間隔は、例えば10μm以上5mm以下となるように設定されている。なお、本実施形態において複数の電極指3’は全てそれぞれ離隔している場合について説明するが、一部電気的につながっていてもよい。
The
フィンガー電極3は、基板2と電気的に接続することが可能な導電性材料で構成されて
いる。具体的には、フィンガー電極3の材料として、例えば、金、銅、銀、アルミニウム、亜鉛、ニッケル、クロム、白金、鉛、モリブデン、バナジウム、インジウムまたはマグネシウムなどの金属材料、珪素などの半導体材料、および酸化インジウムおよび酸化スズを含む導電膜などを用いることができる。フィンガー電極3として、例えば透過率が50%以上となるように膜厚を設定したり、透明導電膜を用いたりすることによって、フィンガー電極3を光が入射する側の基板2の主面(第1面2A)に設けてもよい。
The
フィンガー電極3aおよびフィンガー電極3bは、同じ材料で形成してもよいし、異なる材料で形成してもよい。異なる材料で形成する場合には、フィンガー電極3aおよびフィンガー電極3bは、接続される基板2の導電性によって、その材料を変化させることができる。具体的に、フィンガー電極3aおよびフィンガー電極3bの材料としては、p型の導電型に接続される方をアルミニウムが含まれるように構成し、n型の導電型に接続される方を銀が含まれるように構成することができる。このように導電型に合せてフィンガー電極3の材料を変化させることによって、その導電型に対してフィンガー電極3がオーミック接触をとりやすくすることができる。
The finger electrode 3a and the
基板2の第2面2B上には、保護膜4が設けられている。保護膜4は、図2に示すように、複数の電極指3’の間にそれぞれ位置している。より具体的に、保護膜4は、複数の電極指3’同士の間を埋めるよう、それぞれの電極指3’の側面および基板2の第2面2Bの一部と接するように配置されている。本実施形態では、電極指3’同士の間だけでなく、基板2の第2面2B全体を覆うように保護膜4が設けられている。これによって、基板2の第2面2Bの絶縁性を向上させることができる。
A
保護膜4の厚みは、例えば電極指3’の厚みよりも小さい厚みとなるように設定することができる。本実施形態では、保護膜4の厚みおよび電極指3’の厚みが同じとなるように設定されている場合について説明する。保護膜4は、電極指3’と同じ厚みで構成されていることから、電極指3’の上面が露出するようになっており、後述するバスバー電極5と電気的に接続しやすくなっている。このように保護膜4の厚みが電極指3’の厚みと同じとなるように設定されていることによって、電極指3’間で発生する焦電を抑制することができる。なお、保護膜4の厚みを、電極指3’の厚みよりも小さくすることによって、バスバー電極5と電気的にさらに接続しやすくすることができる。
The thickness of the
保護膜4は、絶縁性材料から構成されている。具体的に、保護膜4の材料としては、酸化マグネシウム、酸化アルミニウム、酸化珪素、または酸化チタンなどの酸化物、フッ化マグネシウムなどのフッ化物、および窒化珪素などの窒化物などを用いることができる。保護膜4は、1つの材料からなる単層で形成してもよいし、異なる材料からなる層を複数積層した積層で形成してもよい。本実施形態では、保護膜4として酸化アルミニウムで構成された単層の場合を一例にして説明する。
The
バスバー電極5は、図3に示すように、保護膜4およびフィンガー電極3上に設けられている。バスバー電極5は、保護膜4を介して複数の電極指3’に跨るように設けられて、複数の電極指3’に接続されている。バスバー電極5は、フィンガー電極3の配列方向に延びるように設けられている。より具体的には、フィンガー電極3aにはバスバー電極5aが、フィンガー電極3bにはバスバー電極5bが、それぞれ接続されている。
As shown in FIG. 3, the
バスバー電極5は、フィンガー電極3で挙げた導電性材料の中から選択することができる。バスバー電極5は、例えば、フィンガー電極3と同じ材料で形成してもよいし、フィンガー電極3と異なる材料で形成してもよい。本実施形態では、バスバー電極5は、フィンガー電極3(電極指3’)の材料よりも電気抵抗が小さい材料で形成されている場合を一例に説明する。
The
バスバー電極5は、その体積を適宜設定することができる。バスバー電極5の材料と体積を調整することによって、バスバー電極5を流れる電気抵抗を調整することができる。本実施形態では、バスバー電極5が、フィンガー電極3の電極指3’よりも大きい体積となるように形成されている。このように電極指3’よりも大きい体積となるように形成した場合、電極指3’よりも電気抵抗の小さい材料で構成されていることから、電極指3’に流れる際に電気抵抗よりも、バスバー電極5に流れる際の電気抵抗よりも小さくすることができる。
The volume of the
バスバー電極5は、電極指3’よりも電気抵抗が小さくなるように設定すればよい。ここで、両者の電気抵抗を比較する方法としては、例えば、構成される材料の電気抵抗率を考慮して体積あたりの電気抵抗値を計算して比較する方法などを用いることができる。
The
本実施形態の光電変換素子は、上述の通り、フィンガー電極3および保護膜4上に、バスバー電極5が設けられていることから、バスバー電極5が基板2と接しないため、基板2と電極(フィンガー電極3およびバスバー電極5)が接触する面積を小さくすることができる。そのため、基板2および電極の間で発生していたキャリアの表面再結合を抑制することができることから、基板2内で発生したキャリアのライフタイムを長くすることができる。
Since the
また、バスバー電極5をフィンガー電極3および保護膜4上に配置したことから、バスバー電極5を従来よりも大きくすることができるため、バスバー電極5の電気抵抗を小さくすることができる。そのため、バスバー電極5で電気抵抗によって消費される電力を小さくすることができる。
In addition, since the
以上の通り、光電変換素子1は、基板2内で発生したキャリアのライフタイムを長くするとともに、バスバー電極5の電気抵抗を小さくすることができることから、光電変換素子1から取り出す電力量を高めることができる。
As described above, the
従来の光電変換素子では、基板の主面にバスバー電極およびフィンガー電極を設けていたことから、バスバー電極を小さくして基板との接触面積を小さくするとバスバー電極の電気抵抗が大きくなり、バスバー電極の電気抵抗を小さくするためにバスバー電極を大きくすると基板との接触面積が大きくなっていた。そのため、光電変換素子において、表面再結合を減らすとともに、電気抵抗を小さくすることが困難だった。 In the conventional photoelectric conversion element, the bus bar electrode and the finger electrode are provided on the main surface of the substrate. Therefore, when the bus bar electrode is reduced and the contact area with the substrate is reduced, the electric resistance of the bus bar electrode is increased. Increasing the bus bar electrode to reduce the electrical resistance increases the contact area with the substrate. Therefore, in the photoelectric conversion element, it is difficult to reduce surface recombination and reduce electrical resistance.
(光電変換素子の変形例1)
バスバー電極5は、フィンガー電極3と異なる導電性材料で構成されていてもよい。具体的には、バスバー電極5は、フィンガー電極3よりも電気抵抗の小さい導電性材料で構成されている。このように、バスバー電極5を、フィンガー電極3よりも電気抵抗の小さい導電性材料で構成することによって、バスバー電極の電気抵抗を小さくすることができる。すなわち、バスバー電極5の材料の選択肢を広げることができるため、光電変換素子の設計の自由度を高めることができる。
(
The
従来の光電変換素子では、フィンガー電極3およびバスバー電極5を基板の同じ主面に形成していたことから、同じ工程で形成していた。そのため、フィンガー電極3およびバスバー電極5を同じ材料で構成されており、フィンガー電極3およびバスバー電極5を異なる材料で構成することが難しかった。
In the conventional photoelectric conversion element, the
(光電変換素子の変形例2)
バスバー電極5は、厚みがフィンガー電極3の厚みよりも厚くなるように設定していて
もよい。バスバー電極5の厚みを厚くすることによって、フィンガー電極3(電極指3’)よりも電気抵抗を小さくすることができる。
(
The
従来の光電変換素子は、上述するように、フィンガー電極3およびバスバー電極5を同じ主面に、同じ工程で形成していたことから、フィンガー電極3およびバスバー電極5を異なる厚みで形成することが困難だった。
In the conventional photoelectric conversion element, as described above, since the
(光電変換素子の変形例3)
保護膜4およびフィンガー電極3上に、図4に示すように、バスバー電極5に重ならないように設けられた第2保護膜6を有していてもよい。第2保護膜6は、保護膜4と同じ材料を用いることができる。
(
On the
このように、フィンガー電極3上に第2保護膜6を有していることによって、フィンガー電極3の保護膜6から露出した領域を被覆することができ、フィンガー電極3が酸化されることを抑制することができる。
Thus, by having the 2nd
また、第2保護膜6は、屈折率が保護膜4の屈折率よりも大きく設定されていてもよい。本実施形態では、保護膜4として酸化アルミニウムを用いていることから、酸化アルミニウムの屈折率である1.6よりも大きい屈折率の材料を用いることができる。
Further, the second
このように第2保護膜6の屈折率が、保護膜4の屈折率よりも大きい場合には、入射した光が基板2を通り抜けてきた場合、保護膜4と第2保護膜との界面で保護膜4側に反射しやすくすることができる。その結果、基板2を一度通り抜けた光が、再度基板2内に入りやすくなることから、基板2における光電変換効率を向上させることができる。
As described above, when the refractive index of the second
(光電変換素子の変形例4)
図5に示すように、電極指3’の厚みが、保護膜4の厚みよりも厚く設定されているとともに、電極指3’上にバスバー電極5が設けられていてもよい。バスバー電極5は、図6に示すように、電極指3’のうち保護膜4から突出した突出領域3’aの表面を覆うように設けられていている。なお、電極指3’の上面全体から側面にわたってバスバー電極5が接触していればよい。
(
As shown in FIG. 5, the thickness of the
このように電極指3’の突出領域3’aを覆うようにバスバー電極5が設けられていることから、電極指3’およびバスバー電極5の接触抵抗を小さくすることができる。これによって、光電変換素子から取り出される電力を向上させることができる。
Thus, since the
また、バスバー電極5が電極指3’の突出領域3’aを覆うように設けられていることから、バスバー電極5が接触する電極指3’の面積が大きくすることができるため、バスバー電極5が電極指3’および保護膜4から剥がれることを抑制することができる。
In addition, since the
さらに、電極指3’が突出領域3’を持つことから、電極指3’および保護膜4上に形成されるバスバー電極5を隆起させることができる。これによって、他の回路基板に光電変換素子1を実装する際に、回路基板に形成された電気配線とバスバー電極5とを確実に電気的接続させることができる。
Furthermore, since the
(光電変換素子の変形例5)
電極指3’は、上述したように一方方向に延びた直方体などの多角体形状である必要はなく、図7および図8に示すように、例えば、島状に複数設けた電極部3”を用いてもよい。図7は、電極部3”、第2フィンガー電極8およびバスバー電極5の位置関係を表す図である。ここで、図7において、電極部3”は、一導電型に接続されるものを電極部3
”a、および逆導電型に接続されるものを電極部3”bと示している。
(
As described above, the
"A" and the electrode connected to the opposite conductivity type are indicated as
電極部3”aおよび電極部3”bには、それぞれ同じ導電型の電極部3”を繋ぐ第2フィンガー電極8が形成されている。第2フィンガー電極8は、具体的に、一方方向に延びた直方体などの多角体形状に形成されている。この第2フィンガー電極8は、複数の電極部3”aに接続されるものを第2フィンガー電極8a、複数の電極部3”bに接続されているものを第2フィンガー電極8bと示している。
The
電極部3”、第2フィンガー電極8およびバスバー電極5は、異なる材料を用いてもよく、同じ材料を用いてもよい。それぞれで異なる材料を用いた場合には、それぞれの電極で適した材料を用いることができるので、電気抵抗を小さくすることが容易にできる。また基板2と接触する電極(電極部3”)の面積を小さくすることができるので、両者の界面で発生する表面再結合を小さくすることができる。その結果、光電変換層で発生したキャリアが電力に変換されることになることから、光電変換素子から取り出す電力の量を向上させることができる。
The
また、上述の変形例4にもある通り、電極部3”に突出領域を設けてもよい。このように、電極部3”に突出領域を設けて、当該電極部3”の突出領域の表面を第2フィンガー電極8で覆うことによって、第2フィンガー電極8の表面を隆起させることができる。この場合、バスバー電極5を設けずに、当該光電変換素子1を回路基板に実装する際、回路基板に形成された電気配線と第2フィンガー電極8とを確実に電気的接続させることができる。
Further, as described in the above-described modification example 4, the
<光電変換素子の製造方法>
本発明の光電変換素子1の製造方法は、基板2を準備する準備工程、保護膜4で被覆する被覆工程、導電ペースト6を塗布する塗布工程、フィンガー電極3を形成する第1電極形成工程、およびバスバー電極5を形成する第2電極形成工程を有している。
<Method for producing photoelectric conversion element>
The manufacturing method of the
光電変換素子1の製造方法の各工程について、図9〜図13を参照しつつ、詳細に以下説明する。なお、図9〜図13は、(a)が図1のB−B’線で切断したときの断面に相当し、(b)が図1のC−C’線で切断したときの断面に相当する。同じ図番号の(a)および(b)の図は、それぞれ同じ工程の図である。
Each process of the manufacturing method of the
(準備工程)
光電変換層2aを有する基板2を準備する工程について説明する。本実施形態において基板2は、p型半導体基板を用いて、n型の逆導電型層2’が形成されることによって、光電変換層2aであるpn接合が形成されている。基板2が単結晶シリコン基板の場合は、例えば引き上げ法などによって形成される。また基板2が、多結晶シリコン基板の場合は、例えば鋳造法などによって形成される。なお、以下の説明において、基板2がp型の多結晶シリコン基板を用いた例について説明する。
(Preparation process)
A process of preparing the
最初に、例えば、鋳造法により多結晶シリコンのインゴットを作製する。次いで、そのインゴットを、例えば、250μm以下の厚みにスライスする。このとき、初めから砥粒を
ワイヤーに固着させた砥粒固着ワイヤーでスライスする固着砥粒タイプのワイヤーソー装置を用いて、インゴットをスライスする。その後、スライス工程で汚染された基板2は洗浄液を用いて清浄化される。このとき、基板2の切断面には機械的ダメージ層が存在する。走査型電子顕微鏡で基板2の切断面を観察すると、遊離砥粒タイプを用いた場合に比べて、マイクロクラックの数は少なく、その深さも約1μm以下と小さくすることができる。
First, a polycrystalline silicon ingot is produced by, for example, a casting method. Next, the ingot is sliced to a thickness of 250 μm or less, for example. At this time, the ingot is sliced using a fixed abrasive type wire saw device that slices with an abrasive fixed wire in which abrasive particles are fixed to the wire from the beginning. Thereafter, the
また、顕微ラマン分光法を用いて基板2の表面の残留応力を評価すると、固着砥粒タイプの場合には、200MPa以上500MPa以下の圧縮応力が存在するのに対して、遊離砥粒タイプの場合には、200MPa以下の圧縮応力となる。すなわち、固着砥粒タイプを用い
ることにより、機械的ダメージ層が少なく且つマイクロクラック等の発生による残留応力の開放が少ない基板2が得られると推察することができる。
Further, when the residual stress on the surface of the
逆導電型層2’は、基板2の第1面2A側から形成される。逆導電型層2’は、ペースト状態にしたP2O5を半導体基板1の表面に塗布して熱拡散させる塗布熱拡散法、ガス状態にしたPOCl3(オキシ塩化リン)を拡散源とした気相熱拡散法などによって形成される。逆導電型層2’は、例えば0.2μm以上2μm以下の深さ、例えば40Ω/□以上200以下Ω/□以下のシート抵抗を有するように形成される。
The reverse
気相熱拡散法では、POCl3等からなる拡散ガスを有する雰囲気中で、例えば600℃
以上800℃以下の温度において、基板2を5分以上30分以下熱処理して燐ガラスを基板2
の表面に形成する。その後、アルゴンや窒素等の不活性ガス雰囲気中で、例えば800℃以
上900℃以下の高い温度において基板2を例えば10分以上40分以下の間、熱処理すること
により燐ガラスから基板2にリンが拡散して逆導電型層2’が形成される。
In the vapor phase thermal diffusion method, for example, 600 ° C. in an atmosphere having a diffusion gas composed of POCl 3 or the like.
At a temperature of 800 ° C. or lower, the
Form on the surface. Thereafter, the
本実施形態では、その後、第2面2B側に基板の導電型の面が露出するように、図9に示すように、所定のパターンにエッチングされる。エッチングのパターンは、具体的に、露出される基板2の面が、フィンガー電極3aまたはフィンガー電極3bのどちらか一方に沿ったパターンとなるようにエッチングされる。エッチングは、フォトマスクを用いる方法など周知の方法を用いることができる。なお、以下の説明において、パターンが形成された第2面2B側の表面(エッチングされて露出した基板面およびエッチングで残った第2面2B)を、第2面2B’という。
In the present embodiment, the substrate is then etched into a predetermined pattern as shown in FIG. 9 so that the conductive surface of the substrate is exposed on the
このようにして、基板2に逆導電型層2’が形成されることによって、基板2と逆導電型層2’との界面付近がpn接合となり、この界面付近が光電変換層2aとなる。このようにして、図2に示すような、光電変換層2aを有する基板2を準備することができる。
By forming the reverse
(成膜工程)
次に、図10に示すように、基板2の第2面2B’を、絶縁性材料からなる保護膜4で被覆する。具体的に、第2面2B’を、酸素を含む雰囲気中でアルミニウムを原子堆積法によって積層することにより酸化アルミニウム膜を成膜して保護膜4を形成する。保護膜4は、基板2の第1面2Aにも成膜してもよいし、側面にも成膜してもよい。本実施形態では、第2面2B’にのみ保護膜4を成膜する場合について説明する。
(Film formation process)
Next, as shown in FIG. 10, the
保護膜4は、例えば、原子堆積法、スパッタリング法、CVD法または蒸着法などを用いて成膜を行なうことができる。本実施形態では、原子堆積法を用いて成膜を行なう場合について説明する。
The
スパッタリング法を用いて成膜を行なった場合は、成膜速度を例えば5nm/min以上で行なうことができる。スパッタリング法を用いることから、成膜速度を速めてもアルミニウム膜4の膜質の劣化を招きにくいため、10nm/min以上に設定してもよい。このように成膜速度を速めることができるため、本工程の生産性を向上させることができる。
When film formation is performed using a sputtering method, the film formation rate can be set at, for example, 5 nm / min or more. Since the sputtering method is used, even if the film formation rate is increased, the film quality of the
(塗布工程)
その後、保護膜4上に導電ペースト6を、図11に示すように、複数の電極指を備えたフィンガー電極のパターンに塗布する。導電ペースト6としては、例えば、アルミニウム、スズ、マグネシウムまたは銀などを用いることができる。導電ペースト6の材料は、接続される半導体の導電型によって決めることができる。なお、導電ペースト6の厚みは、保護膜4の厚みによって適宜設定すればよいが、例えば500nm以上30μm以下となるように設定することができる。導電ペースト6を塗布する方法としては、例えばスクリーン印刷法などを用いることができる。
(Coating process)
Thereafter, the
導電ペースト6は、具体的に、p型導電型の半導体と接続されるときには例えばアルミニウムを好適に選択することができ、n型導電型の半導体と接続されるときは例えば銀を好適に選択することができる。本実施形態では、p型に接続するフィンガー電極3aとしてはアルミニウムを、n型に接続するフィンガー電極3bとしては銀を、それぞれ主成分として含む材料を用いる場合について説明する。なお、以下の説明では、フィンガー電極3aについて説明する。
Specifically, for example, aluminum can be suitably selected for the
(第1電極形成工程)
塗布工程の後、保護膜4および導電ペースト5を加熱する。加熱温度および加熱時間は、保護膜4および導電ペースト5の材料および厚みによって適宜設定することができる。加熱温度は例えば500℃以上900℃以下となるように設定することができ、加熱時間は例えば1分以上30分以下となるように設定することができる。
(First electrode forming step)
After the coating process, the
この加熱によって、導電ペースト5中に含まれるアルミニウムの一部を保護膜4内に侵入させて、図12に示すような導電経路7を形成することができる。この導電経路7の端部は、基板2の第2面2B’の一部と接触するようになる。さらに、基板2と接触した導電経路7の一部が、基板2内に拡散されて基板2とオーミック接触されることとなる。そして、この導電経路7および保護膜4を硬化させることによって、電極指3’を備えたフィンガー電極3とすることができる。
By this heating, a part of the aluminum contained in the
このように、保護膜4内に導電ペースト5の一部を拡散させてフィンガー電極3を形成した場合、塗布した導電ペースト5の一部が残存することになる。そのため、電極指3’となった際に、上述の変形例3に示すように、保護膜4から突出した突出領域3’aを持つようにすることができる。
As described above, when the
(第2電極形成工程)
次に、図13に示すように、保護膜4およびフィンガー電極3上に、複数の電極指3’に接続するバスバー電極5を形成する。バスバー電極5は、複数の電極指3’と接続されるとともに保護膜4を跨ぐように設けられている。バスバー電極5は、このようにフィンガー電極3とは異なる工程で形成することができることから、材料および厚みを自由に変えることができる。
(Second electrode forming step)
Next, as shown in FIG. 13,
このようにして形成された光電変換素子1は、バスバー電極5をB−B’線またはC−C’線と垂直な方向(A−A’線と平行な方向)で切断したときに、上述した光電変換素子の変形例3に示すように、電極指3’が保護膜4から突出した状態になっていることから、バスバー電極5が隆起した形状になる。
When the
1 光電変換素子
2 基板
3 フィンガー電極
3’ 電極指
3’a 突出領域
4 保護膜
5 バスバー電極
6 第2保護膜
7 導電経路
8 第2フィンガー電極
DESCRIPTION OF
Claims (6)
該半導体基板および前記逆導電型層の主面上に設けられ、且つ複数の電極指を備えた、前記半導体基板に接続した一導電型側のフィンガー電極および前記逆導電型層に接続した逆導電型側のフィンガー電極と、
前記半導体基板および前記逆導電型層の主面上に複数の前記電極指の間のそれぞれに位置するように設けられた絶縁性材料からなる保護膜と、
該保護膜および前記一導電型側のフィンガー電極および前記逆導電型側のフィンガー電極上に設けられた、複数の前記電極指を接続するバスバー電極と
を有し、
前記逆導電型層の一部は、前記一導電型側のフィンガー電極に接続したバスバー電極の下方に位置している、光電変換素子。 A one-conductivity-type semiconductor substrate having a photoelectric conversion layer for photoelectrically converting incident light provided with a reverse conductivity-type layer on the main surface ;
The semiconductor substrate and the opposite conductivity type layer formed on the main surface et al are of, and having a plurality of electrode fingers, reverse connected to the finger electrode and the opposite conductivity type layer of one conductivity type side connected to the semiconductor substrate A finger electrode on the conductive side ;
A protective film made of an insulating material provided on the main surface of the semiconductor substrate and the reverse conductivity type layer so as to be located between each of the plurality of electrode fingers;
Have a bus bar electrode connected provided on the protective film and the one conductivity-type-side finger electrodes and the opposite conductivity type side of the finger electrodes on the plurality of the electrode fingers,
A part of the reverse conductivity type layer is a photoelectric conversion element located below a bus bar electrode connected to the finger electrode on the one conductivity type side .
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