JP5963999B1 - 太陽電池の製造方法および太陽電池 - Google Patents
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Abstract
Description
図1は、本発明の実施の形態1にかかる結晶系シリコン太陽電池を受光面と対向する裏面側から見た下面図である。図2は、本発明の実施の形態1にかかる結晶系シリコン太陽電池を受光面側から見た上面図である。図3は、本発明の実施の形態1にかかる結晶系シリコン太陽電池の模式断面図であり、図1中のA−A’線および図2中のB−B’線に沿った断面図である。図2中のB−B’線の位置は、結晶系シリコン太陽電池の面内において図1中のA−A’線の位置に対応している。
実施の形態2では、選択エミッタ領域となる高濃度ボロンドープ層の形成方法としてドーパントペーストを利用する場合について説明する。まず、実施の形態1で説明した工程のステップS10およびn型単結晶シリコン基板1の表面の洗浄を行う。
図20は、本発明の実施の形態3にかかる結晶系シリコン太陽電池の模式断面図である。実施の形態3では、結晶系シリコン太陽電池におけるn型単結晶シリコン基板1の基板厚みE1を100μm〜150μm程度とする場合について説明する。ここでのn型単結晶シリコン基板1の基板厚みE1は、n型単結晶シリコン基板1の裏面における溝開口部16の底面からn型単結晶シリコン基板1の受光面における上面までの厚み、なお、微小凹凸2の上端位置は平均化されたものとする。
上述した実施の形態1〜実施の形態3では、シリコンインゴットからシリコン基板をスライスすることにより生じたダメージの除去、n型単結晶シリコン基板1の両面への微小凹凸2からなるテクスチャー構造の形成、n型単結晶シリコン基板1の裏面側への選択エミッタ領域となる高濃度ボロンドープ層3aと第1低濃度ボロンドープ層3bとの形成、をこの順序で実施して結晶系シリコン太陽電池を形成する場合について説明した。本実施の形態4では、図25に示すように、シリコンインゴットからシリコン基板をスライスすることにより生じたダメージの除去の後に、ステップS20におけるn型単結晶シリコン基板1の裏面側への選択エミッタ領域となる高濃度ボロンドープ層3aと第1低濃度ボロンドープ層3bとの形成、ステップS10におけるn型単結晶シリコン基板1の両面への微小凹凸2からなるテクスチャー構造の形成、の順序で結晶系シリコン太陽電池を形成する場合について説明する。図25は、本発明の実施の形態4にかかる結晶系シリコン太陽電池の製造方法を示すフローチャートである。図26〜図28は、本発明の実施の形態4にかかる結晶系シリコン太陽電池の製造工程の一例を模式的に示す要部断面図である。
実施の形態1で説明した製造方法に従って結晶系シリコン太陽電池を作製し、実施例1の結晶系シリコン太陽電池とした。高濃度ボロンドープ層3aのボロン濃度は、1.0×1020/cm3以上、1.0×1021/cm3以下となるように調整した。第1低濃度ボロンドープ層3bのボロン濃度は、5.0×1019/cm3以上、1.0×1020/cm3未満となるように調整した。第2低濃度ボロンドープ層3cのボロン濃度は、5.0×1018/cm3以上、5.0×1019/cm3以下となるように調整した。微小凹凸2は、平均が3μm程度の凹凸周期と平均が3μm程度の凹凸高さとのサイズで形成した。
実施の形態2で説明した製造方法に従って結晶系シリコン太陽電池を作製し、実施例2の結晶系シリコン太陽電池とした。高濃度ボロンドープ層3dのボロン濃度は、1.0×1020/cm3以上、1.0×1021/cm3以下となるように調整した。第1低濃度ボロンドープ層3eのボロン濃度は、5.0×1019/cm3以上、1.0×1020/cm3未満となるように調整した。第2低濃度ボロンドープ層3cのボロン濃度は、5.0×1018/cm3以上、5.0×1019/cm3以下となるように調整した。微小凹凸2は、平均が3μm程度の凹凸周期と平均が3μm程度の凹凸高さとのサイズで形成した。
実施の形態3で説明した製造方法に従って結晶系シリコン太陽電池を作製し、実施例3の結晶系シリコン太陽電池とした。高濃度ボロンドープ層3a、第1低濃度ボロンドープ層3bおよび第2低濃度ボロンドープ層3cのボロン濃度は実施例1と同じとした。溝開口部の深さD1を調整して、基板厚みE1を120μm程度とした。
実施の形態4で説明した製造方法に従って結晶系シリコン太陽電池を作製し、実施例4の結晶系シリコン太陽電池とした。高濃度ボロンドープ層3a、第1低濃度ボロンドープ層3bおよび第2低濃度ボロンドープ層3cのボロン濃度は実施例1と同じとした。突出部61の上面は平坦とし、平均が3μm程度の凹凸周期と平均が3μm程度の凹凸高さとのサイズの微小凹凸2を溝開口部62表面に形成した。
選択エミッタ領域である高濃度ボロンドープ層を、実施例1と同様にマスクを用いたイオン注入法で形成し、高濃度ボロンドープ層のボロン濃度を1.0×1020/cm3以上、1.0×1021/cm3以下となるように調整した。そして、高濃度ボロンドープ層をマスクとしたn型単結晶シリコン基板の裏面のエッチングを実施せずに、n型単結晶シリコン基板の裏面側の全面にボロンをイオン注入して低濃度ボロンドープ層を形成したこと以外は、実施例1と同様の工程で結晶系シリコン太陽電池を作製し、比較例1の結晶系シリコン太陽電池とした。
選択エミッタ領域である高濃度ボロンドープ層を、実施例2と同様にマスクを用いたドーパントペースト印刷法で形成し、高濃度ボロンドープ層のボロン濃度を1.0×1020/cm3以上、1.0×1021/cm3以下となるように調整した。そして、高濃度ボロンドープ層をマスクとしたn型単結晶シリコン基板の裏面のエッチングを実施せずに、n型単結晶シリコン基板の裏面側の全面にボロンをイオン注入して低濃度ボロンドープ層を形成したこと以外は、実施例2と同様の工程で結晶系シリコン太陽電池を作製し、比較例2の結晶系シリコン太陽電池とした。
選択エミッタ領域である高濃度ボロンドープ層を形成する前に、位置合わせ用にレーザーにより2点以上の位置合わせマーカーをn型単結晶シリコン基板の裏面に形成した。そして、選択エミッタ領域をドーパントペーストを用いて形成する際に、位置合わせマーカーと一致するように選択エミッタ領域の位置を調整した。また、画像処理装置でn型単結晶シリコン基板の裏面の画像を取り込み、取り込んだ画像を用いて選択エミッタ領域の位置と同じ位置に位置合わせして裏面電極9を形成したこと以外は、比較例2と同様の工程で結晶系シリコン太陽電池を作製し、比較例3の結晶系シリコン太陽電池とした。
Claims (10)
- 第1導電型の半導体基板における一面に、第2導電型の不純物が第1の濃度で拡散された第1ドープ層と、前記第1の濃度よりも低い第2の濃度で前記第2導電型の不純物が拡散されて前記第1ドープ層と表面粗さが異なる第2ドープ層と、を形成する第1工程と、
前記第1ドープ層に電気的に接続する金属電極を前記第1ドープ層上に形成する第2工程と、
を含み、
前記第1工程は、
前記半導体基板における一面に第1テクスチャー構造を形成する第3工程と、
前記第1テクスチャー構造が形成された前記半導体基板の一面の表層に、前記第1ドープ層を既定のパターンで形成する第4工程と、
前記半導体基板の一面における前記第1ドープ層以外の領域をエッチングして第1溝開口部を形成する第5工程と、
少なくとも前記第1溝開口部の表層に、前記第2ドープ層を形成する第6工程と、
を含み、
前記第2工程では、前記第1ドープ層と前記第2ドープ層との表面粗さの差により生じる前記第1ドープ層と前記第2ドープ層とにおける光反射率の差に基づいて前記第1ドープ層の位置を検出し、検出した前記第1ドープ層の位置に合わせて前記金属電極を形成すること、
を特徴とする太陽電池の製造方法。 - 前記第5工程では、ウエットエッチングまたはエッチングペーストを用いたエッチングにより前記第1テクスチャー構造が加工されて一部が除去された底面を有する前記第1溝開口部を形成すること、
を特徴とする請求項1に記載の太陽電池の製造方法。 - 前記第4工程では、前記第1ドープ層の形状に対応した開口部を有するマスクを用いて、前記開口部を介してイオン注入法により前記第2導電型の不純物を前記半導体基板の一面の表層に注入した後、前記半導体基板の熱処理を行うこと、
を特徴とする請求項1または2に記載の太陽電池の製造方法。 - 前記第4工程では、前記第1ドープ層の形状に対応した開口部を有するマスクを用いて、前記第2導電型の不純物を含むペーストを前記半導体基板の一面の表層に前記開口部を介して塗布した後、前記半導体基板の熱処理を行うこと、
を特徴とする請求項1または2に記載の太陽電池の製造方法。 - 前記半導体基板が単結晶シリコン基板であり、前記一面が(100)面であること、
を特徴とする請求項1に記載の太陽電池の製造方法。 - 前記第1溝開口部を被覆するパッシベーション膜を形成すること、
を特徴とする請求項1に記載の太陽電池の製造方法。 - 受光面と対向する裏面である一面の表層にp型の不純物元素が拡散されたドープ層を有するn型の半導体基板と、
前記ドープ層に電気的に接続して前記半導体基板の一面上に形成された金属電極と、
を備え、
前記ドープ層は、
前記半導体基板の一面に既定のパターンで形成されるとともに上面に第1テクスチャー構造を有する突出部の表層にp型の不純物が第1の濃度で拡散されて、前記金属電極に電気的および機械的に接続される第1ドープ層と、
前記半導体基板の一面における前記第1ドープ層以外の溝開口部の領域にp型の不純物が前記第1の濃度よりも低い第2の濃度で拡散されるとともに上面に第2テクスチャー構造を有する第2ドープ層とを有し、
前記第1ドープ層の上面は、前記第2ドープ層の上面よりも表面粗さが大きく、前記第2ドープ層の上面よりも正反射率が大きいこと、
を特徴とする太陽電池。 - 前記第1ドープ層の上面は、(111)面を主として構成されて、表面粗さが1μm以上、10μm未満とされ、
前記第1ドープ層の上面と前記第2ドープ層の上面との高低差が、前記第1ドープ層の表面粗さよりも大きいこと、
を特徴とする請求項7に記載の太陽電池。 - 前記第1の濃度が、1.0×1020/cm3以上、1.0×1021/cm3以下であり、
前記第2の濃度が、5.0×1018/cm3以上、5.0×1019/cm3以下であること、
を特徴とする請求項8に記載の太陽電池。 - 前記第1ドープ層の上面と前記第2ドープ層の上面との高低差が、1μm以上、60μm以下であること、
を特徴とする請求項8に記載の太陽電池。
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