JP6090209B2 - Solar cell and method for manufacturing solar cell - Google Patents
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Description
本発明は、太陽電池に関して、光利用効率を高めるセル構造、およびその製造方法に関するものである。 The present invention relates to a cell structure for improving light utilization efficiency and a method for manufacturing the same for solar cells.
太陽電池においては、光入射面(以下、受光面とも呼ぶ)、あるいは受光面と逆面(以下裏面と呼ぶ)の電極と、太陽電池の半導体基板と接続して導通を確保する必要がある。不純物を拡散させて拡散層を形成し、pn接合を作製する拡散型の太陽電池においては、拡散層の導電性が低いことから、半導体基板のアルミニウム(Al)電極と接触する部分に不純物を多く拡散させた低抵抗層を形成しておき、その後、電極を低抵抗層領域に重ねて形成する方法がある。この方法によって、金属電極と半導体基板との間に低抵抗の電気的接続を確保することができる(例えば、特許文献1参照)。 In a solar cell, it is necessary to ensure electrical continuity by connecting an electrode on a light incident surface (hereinafter also referred to as a light receiving surface) or an electrode opposite to the light receiving surface (hereinafter referred to as a back surface) and a semiconductor substrate of the solar cell. In a diffusion type solar cell in which a diffusion layer is formed by diffusing impurities to form a pn junction, since the conductivity of the diffusion layer is low, a large amount of impurities are in contact with the aluminum (Al) electrode of the semiconductor substrate. There is a method in which a diffused low resistance layer is formed, and then an electrode is formed so as to overlap the low resistance layer region. By this method, low resistance electrical connection can be ensured between the metal electrode and the semiconductor substrate (see, for example, Patent Document 1).
このような太陽電池にあっては、低抵抗の接触領域となる高濃度の不純物拡散層と、Al電極とを、同じ位置に重ねて形成する必要がある。そのため、Al電極形成工程においては、観察によって判別の困難な高濃度の不純物拡散層との位置合わせが必要となり、特殊な装置が必要となって工程が煩雑となる。 In such a solar cell, it is necessary to form a high-concentration impurity diffusion layer serving as a low-resistance contact region and an Al electrode so as to overlap each other at the same position. Therefore, in the Al electrode formation process, alignment with a high concentration impurity diffusion layer that is difficult to discriminate by observation is necessary, and a special apparatus is required, which complicates the process.
そこで、ホウ素(B)を半導体基板に拡散させる際に基板表面に生じるボロンシリケートガラス(BSG)膜を残存させ、窒化シリコン(SiNx)膜をBSG層上に積層させた後に、ホウ素含有ガラスフリットを混合したアルミニウム含有ペーストを用いて、ファイアースルー法にてBSG膜と窒化シリコン(SiNx)膜を貫通させる方法が提案されている。これは、セル内部にBSG中のホウ素とアルミニウムとを含む低抵抗の電界効果層を形成するものである(例えば、特許文献2参照)。このように作製したAl電極は、窒化シリコン膜とBSG膜を貫通した後、半導体基板のボロン拡散層の10倍程度の深さまでアルミニウムとホウ素が拡散した電界効果層を形成する。 Therefore, after boron (B) is diffused into the semiconductor substrate, the boron silicate glass (BSG) film generated on the substrate surface is left and a silicon nitride (SiN x ) film is laminated on the BSG layer, and then a boron-containing glass frit There has been proposed a method of penetrating a BSG film and a silicon nitride (SiN x ) film by a fire-through method using an aluminum-containing paste mixed with. This is to form a low-resistance field effect layer containing boron and aluminum in BSG inside the cell (see, for example, Patent Document 2). The Al electrode thus fabricated forms a field effect layer in which aluminum and boron are diffused to a depth of about 10 times the boron diffusion layer of the semiconductor substrate after penetrating the silicon nitride film and the BSG film.
特許文献2に示される様な太陽電池にあっては、電極形成に際して、高濃度の不純物拡散層との位置合わせ工程を必要としないが、ボロン拡散時に形成されるBSG層の厚みが50nm程度と、水素の拡散現象に対して障害となる厚みであるため、電極焼成時にCVD法によって形成された窒化シリコン膜から供給される水素による基板表面近傍の欠陥終端(パッシベーション)効果を得られず、CVD法によって形成された膜によるパッシベーション効果が必須となる構成において適用が困難であるという問題がある。
In a solar cell as shown in
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、電極形成に際して上記の位置合わせ工程が不要でありながらも、欠陥終端効果を確保して高い光電変換効率を示す太陽電池を得ることを目的としている。 The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and a solar cell that exhibits high photoelectric conversion efficiency by securing a defect termination effect while eliminating the above-described alignment step when forming an electrode. The purpose is to obtain.
本発明にかかる太陽電池は、第1導電型半導体基板と、第1導電型半導体基板の第1面に形成された第2導電型層と、第2導電型層上に形成された第1パッシベーション膜と、第1パッシベーション膜上に形成され、前記第2導電型層に導電性を付加することが可能な成分を含む第1機能層と、第1機能層上に形成された第1反射防止膜と、第1反射防止膜上から第1パッシベーション膜まで貫通して第2導電型層に到達するように形成された第1電極とを備え、第2導電型層の内部において、第1電極と接しており、第1機能層に含まれる前記第2導電型層に導電性を付加することが可能な成分と同じ成分を含む第1導電層を備えるものである。
A solar cell according to the present invention includes a first conductivity type semiconductor substrate, a second conductivity type layer formed on the first surface of the first conductivity type semiconductor substrate, and a first passivation formed on the second conductivity type layer. A first functional layer formed on the first passivation layer and including a component capable of adding conductivity to the second conductive type layer ; and a first antireflection formed on the first functional layer. A first electrode formed so as to penetrate from the first antireflection film to the first passivation film and reach the second conductivity type layer, and within the second conductivity type layer, the first electrode And a first conductive layer including the same component as the component capable of adding conductivity to the second conductive type layer included in the first functional layer.
本発明によれば、基板表面近傍のパッシベーション効果を確保しながら、ファイアースルー時に機能層に含まれる成分を取り込んだ電極が、低濃度不純物拡散領域である第2導電型層に到達するため、前記成分を含んで形成される導電層によって低抵抗の導通状態を得ることができる。 According to the present invention, while ensuring the passivation effect in the vicinity of the substrate surface, the electrode incorporating the component contained in the functional layer at the time of fire-through reaches the second conductivity type layer that is the low-concentration impurity diffusion region. A conductive state having a low resistance can be obtained by a conductive layer including a component.
以下に、本発明にかかる太陽電池の製造装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は以下の記述に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。また、以下に示す図面においては、理解の容易のため、各部材の縮尺が実際と異なる場合がある。各図面間においても同様である。 Embodiments of a solar cell manufacturing apparatus according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. In addition, this invention is not limited to the following description, In the range which does not deviate from the summary of this invention, it can change suitably. In the drawings shown below, the scale of each member may be different from the actual scale for easy understanding. The same applies between the drawings.
実施の形態1.
図1は、本発明を実施するための実施の形態1における太陽電池の構造を示す断面図である。本実施の形態1にかかる太陽電池は、第1導電型の半導体からなる第1導電型基板1の受光面となる第1面側に不純物拡散によって第2導電型層2が形成されており、第2導電型層2上に直に形成されたパッシベーション層3と、機能物質を含有した機能層4と、反射防止膜5と、が順に積層して形成されている。上記の機能物質は、第2導電型層2内に拡散した際に導電性を付加する作用を有する。
さらに、反射防止膜5の上から受光面の適切な位置に受光面電極6が形成され、受光面電極6が焼成される際に各層を突き破って第2導電型層2に接触している。受光面電極6が第2導電型層2に接触した界面の近傍には、焼成に伴って機能層4の前記機能物質が拡散した導電層7が形成されている。第1導電型基板1の裏面となる第2面には、不純物拡散によって形成された第1導電型層8と、パッシベーション層9と、反射防止膜10とが順に形成され、反射防止膜10上の適切な箇所に裏面電極11が形成されている。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing the structure of a solar cell according to
Further, a light receiving
なお、第1導電型基板1の受光面には、通常、光反射を低減するためにテクスチャと呼ばれる微細な凹凸構造が形成されている(図示せず)。したがって、第2導電型層2などの層構造は、テクスチャ上に形成される。また、裏面においても受光面同様にテクスチャが形成されることがある。第1導電型基板1の受光面および裏面は反射率を低減するためにテクスチャを有することが好ましいが、用途に合わせて、平坦な表面構造や凹凸構造と平坦構造を組み合わせた構成を用いてもよい。
Note that a fine concavo-convex structure called a texture is usually formed on the light receiving surface of the first conductivity type substrate 1 (not shown) in order to reduce light reflection. Therefore, a layer structure such as the second
本実施の形態にかかる第1導電型基板1としては、例えば微量のリンなどを含んでn型となった単結晶または多結晶のシリコン基板を用いることができる。この場合、第2導電型層2には、例えばホウ素が1×1020cm-3未満の不純物濃度で拡散されたp型不純物拡散層を用いることができる。その場合の機能層4には、例えばホウ素を含有するボロンシリケートガラス(BSG)層を用いればよい。受光面電極6は、例えばアルミニウム粒子と銀粒子を混合した厚膜材料を用いて形成される。パッシベーション層3は、例えばシリコン酸化膜であり、反射防止膜5は、例えばシリコン窒化(SiNx)膜である。上記のシリコン酸化膜、シリコン窒化膜、BSG層の形成には、減圧CVD法や常圧CVD法を用いることができる。
As the first
一方、裏面の第1導電型層8としては、例えばリンが拡散されたn型不純物拡散層である。パッシベーション層9は、例えばシリコン酸化膜が用いられ、反射防止膜10は、例えばシリコン窒化膜が用いられる。裏面電極11は、例えば銀粒子を主成分とする材料を用いて形成される。
On the other hand, the first conductivity type layer 8 on the back surface is, for example, an n-type impurity diffusion layer in which phosphorus is diffused. For example, a silicon oxide film is used for the passivation layer 9, and a silicon nitride film is used for the
機能層4に含有される、導電性を付加するための成分としては、ホウ素以外にも、例えば、アルミニウム、ガリウム、インジウムのようなn型の第1導電型基板1内でアクセプタとして働くものであればよい。あるいは、金、銀、銅、ニッケル、のような金属を用いることもできる。
In addition to boron, the component contained in the functional layer 4 that acts as a conductive material functions as an acceptor in the n-type first
なお、第1導電型基板1は上記のn型に限定されるものではなく、p型のシリコン基板を用いてもよい。その場合は、例えば第2導電型層2にリンを拡散してn型層を形成し、第1導電型層8にホウ素を拡散してp型層とすればよい。機能層4に含有される、導電性を付加するための成分としては、ヒ素、アンチモンのようにドナーとして機能する成分であればよい。
The first
受光面電極6は、印刷形成後の焼成工程において、反射防止膜5、機能層4、パッシベーション層3をファイアースルー法によって貫通するプロセスによって形成される。受光面電極6の材料としては、ガラスフリット粒子、金属粒子を有機バインダーと有機溶剤に分散させた厚膜印刷ペーストを用い、金属粒子としては、アルミニウム、または銀とアルミニウムを混合したものを用いることができる。
電極の反射防止膜5上へのパターン形成は、例えば前述の厚膜印刷ペーストと、パターンに対応したスクリーンマスクを用い、スクリーン印刷法によって形成すればよい。図2は、本実施の形態1における受光面側の構造を形成する工程を示すフローチャートである。
The light-receiving
The pattern formation of the electrode on the
図3は、実施の形態1の太陽電池の受光面電極の配置例を示す平面図であり、図1は、図3の領域Aとして例示される領域の縦方向断面、すなわちグリッド電極14と直行する方向の断面を示している。受光面電極6は、図3の横方向に延びた多数の直線的な細線電極であるグリッド電極14であり、図3の縦方向に延びた2本の太線電極であるバスバー電極15に接続されている。一般的には、図3に示すように、グリッド電極14とバスバー電極15とは互いに直交するように形成される。グリッド電極14とバスバー電極15の本数は適宜決められるもので、図3に示す本数より多くてもよい。前述のファイアースルー法はグリッド電極14に適用されるが、バスバー電極15において適用されてもよい。
FIG. 3 is a plan view showing an arrangement example of the light-receiving surface electrodes of the solar cell of the first embodiment. FIG. 1 is a vertical cross-section of a region illustrated as region A in FIG. The cross section of the direction to do is shown. The light-receiving
本実施の形態1にかかる太陽電池においては、裏面側の凹凸構造と第1導電型層8と、パッシベーション層9と、反射防止膜10と、裏面電極11と、は太陽電池としての機能を説明するために一例を示したものであり、本発明を制限するものではなく、受光面の構造以外は太陽電池として機能するように適宜構成されればよい。
In the solar cell according to the first embodiment, the concavo-convex structure on the back surface side, the first conductivity type layer 8, the passivation layer 9, the
パッシベーション層3、機能層4、反射防止膜5の厚さは、反射防止効果を最大限にするように光学的に設計される。しかしながら、各層は相互に依存しており、次に述べるような制約がある。
The thicknesses of the
機能層4の厚さは1nmから40nmの範囲が可能であり、概ね5nmから20nmがよい。さらに好ましくは、1nmから10nmであるとパッシベーション層3の膜厚を厚くすることができ、パッシベーション効果が十分に得られるように設計できる。40nmよりも厚い層を形成すると、反射防止膜5として用いたシリコン窒化膜からの第1導電型基板1への水素入射を妨げることになり、第1導電型基板1に対する十分なパッシベーション効果が得られない。CVD法によって形成されたシリコン窒化膜によるパッシベーション効果は、機能層4の厚さが増加するとともに徐々に得られなくなる。
The thickness of the functional layer 4 can be in the range of 1 nm to 40 nm, and is preferably about 5 nm to 20 nm. More preferably, when the thickness is from 1 nm to 10 nm, the thickness of the
また、機能層4の厚さが増大するとともに、受光面電極6と第1導電型基板1との接触抵抗は徐々に増加する傾向にある。機能層4の厚さが40nm以上になると、受光面電極6のファイアースルーによる貫通接続が困難となる。
Further, as the thickness of the functional layer 4 increases, the contact resistance between the light-receiving
パッシベーション層3の厚さは1nmから40nmであり、好ましくは5nmから20nmである。20nm以下であれば電極のファイアースルーを制限することがなく、機能層4の厚さと合わせてもファイアースルーを制限することがない。加えて、5nm以上であれば適切なパッシベーション効果が得られる。
The thickness of the
反射防止膜5の膜厚は、パッシベーション層3と機能層4の厚さと屈折率を考慮し、反射防止効果が十分に得られる厚さであればよく、例えば20nmから50nmとする。なお、BSG膜とSi酸化膜の屈折率はほぼ同等である。さらには、前述の受光面電極6のファイアースルーによって第1導電型基板1の第2導電型層2を突き抜ける深さを抑制するため、パッシベーション膜3と機能層4の合計の厚さをある程度以上確保することが必要である。電極材料によっても異なるが、合計の厚さは10nmから40nmの範囲が好ましい。
The film thickness of the
機能層4がBSG膜であれば、導電層7において基板中にアルミニウムに加えてホウ素が拡散することから、界面におけるボロンドープ濃度は、第2導電型層2に含まれる不純物濃度に重畳されてさらに濃度が高い層となる。そのため、第2導電型層2が1×1020cm-3未満の低濃度の不純物拡散層であっても、機能層4に含まれる導電性成分を加える事により、界面領域に導電性の高い導電層7が形成されるため、受光面電極6と第1導電型基板1とを低い接触抵抗で導通させることができる。
If the functional layer 4 is a BSG film, boron diffuses in addition to aluminum in the substrate in the conductive layer 7, so that the boron doping concentration at the interface is superimposed on the impurity concentration contained in the second
さらに、導電層7は、図1に示すように第2導電型層2の内部に留まって形成されることが好ましい。すなわち、第2導電型層2を突き抜けて第1導電型の領域に到達することはなく、第1導電型基板1における第2導電型層2の界面が影響を受けていない状態が好ましい。
Furthermore, the conductive layer 7 is preferably formed so as to remain inside the second
受光面電極6の形成方法としては、例えば、ガラスフリットを含み、アルミニウムの含有量が有機成分を除く全量に対して20%以下かつ1%以上であるアルミニウムと銀の混合電極ペーストを反射防止膜5の上に印刷する。電極ペーストの有機成分を除いたアルミニウム含有量は5%以下、1%以上であると、アルミニウムの侵入量を許容量以下に制御できる。乾燥工程の後、ピーク温度を700℃以上、830℃以下、ピーク温度での保持時間を10秒以下に設定した焼成工程を実施することにより、半導体基板1の最表面にのみに影響を及ぼすように侵入深さを制限することができる。保持時間は、1〜10秒で可能であるが、好ましくは2〜5秒である。保持時間が長すぎるとアルミニウムの浸食が進行しすぎてしまう。
As a method for forming the light-receiving
上記の焼成により、電極ペーストは有機成分を消失するとともに、ガラスフリットが溶融して浸透し、反射防止膜5、機能層4、パッシベーション層3を突き破り、電極ペーストが第2導電型層2とパッシベーション層3の界面に到達する。前記界面に到達した電極ペーストはアルミニウム成分を少量含むため基板の表面近傍のシリコンと溶融し、機能層4にて取り込んだ成分とともに表面近傍に導電層7を形成する。ペースト中のアルミニウム含有量を前記量に制限するとともに、焼成温度も前記温度以下に制限しているため、アルミニウムとシリコンの共晶反応が抑制される。
As a result of the firing, the organic components of the electrode paste disappear, the glass frit melts and penetrates, breaks through the
また、アルミニウムがファイアースルーしづらいパッシベーション膜3を機能層4の下に形成することにより、過度な侵入を抑制することができることから、第2導電型層2内部に導電層7が形成されるように適切なプロセス条件を見出すことが可能となる。
なお、前述の特許文献2の太陽電池では、Al電極によるファイアースルーがボロン拡散層の10倍程度の深さにまで及ぶために、電極近傍の少数キャリアが、高濃度のAlが拡散した電界効果層(BSF層)中で失活するという問題がある。また、4×1019cm-3から1×1020cm-3程度の高濃度ボロン拡散層を形成しているため、少数キャリアの失活が生じやすいという問題もある。
Moreover, since the excessive penetration | invasion can be suppressed by forming the
In the solar cell of
本実施の形態の構成を用いれば、第2導電型層2形成において不純物の拡散を必要最小限の1×1018cm-3から4×1019cm-3程度の低濃度にすることにより、第2導電型層2でのキャリアの失活を抑制して、長いキャリア寿命を実現することが可能である。加えて、キャリアの失活を低位に維持したまま第2導電型層2の形成深さを深くできるようになることから、導電層7を第2型導電層2の内部に留めて形成することが容易になる。
If the configuration of the present embodiment is used, the diffusion of impurities in the formation of the second
実施の形態1にかかる太陽電池においては、導電層7が第2導電層型層2の内部に留まるように形成されており、少数キャリアが深い第2導電型層の電界効果を受けて、導電層7から遠ざけられる作用を有している。そのため、第2導電型層に接近している少数キャリアは導電層7に到達することなく第1導電型基板1内部へと戻ることができるようになり、キャリアの失活を低位に維持した太陽電池が実現できる。なお、深い第2導電型層は、例えば500nmから2μm、好ましくは800nmから2μm、さらに好ましくは1μmから2μmの厚さで形成される。1μm以上の厚さであれば第2導電型層2を低濃度で形成したとしても導電性に影響のない条件を得ることができ、2μm以下であれば熱拡散によって形成できる条件を容易に見いだすことができる。導電層7はファイアースルー法によって形成されるため、焼成工程で電極ペーストと基板が反応する領域にのみに薄く形成され、予め低抵抗拡散層を形成する必要が無い。
In the solar cell according to the first embodiment, the conductive layer 7 is formed so as to remain inside the second conductive
以上のように、本実施の形態1によれば、第2導電型層を高抵抗の低濃度拡散層で形成したとしても、受光面電極6と第1導電型基板1を低い接触抵抗で接続することができる。さらには、導電層7の面積を必要最小限に抑制することに加えて、深い第2導電型層を備えることから、長いキャリア寿命を実現して、高い光利用効率と高い開放電圧とを有する光電変換効率の優れた太陽電池セルが実現される。
As described above, according to the first embodiment, even if the second conductive type layer is formed of a high-resistance low-concentration diffusion layer, the light-receiving
太陽電池の特性を計算する際に一般的に用いられるソフトウエアツールであるPC1Dによって特性差をシミュレーションすると、下記の通り、光電変換効率0.28%の向上の結果が得られた。このときの低抵抗領域シート抵抗は20Ω/□(Ω/sq.)、高抵抗領域シート抵抗は80Ω/□とした。表1中の比較例1に用いた太陽電池は受光面に形成する第2導電型層の構造以外は実施例1と同様とした。比較例1の第2導電型層は実施例1と同様の深さでありながら全面に渡って高濃度に不純物が拡散され50Ω/□のシート抵抗を示すのもとした。PC1Dは1次元シミュレーションであるため、実施例1の光電変換効率を計算する際に用いたシート抵抗の値は受光面電極領域と受光面電極以外の領域(表1中受光領域と記載)の面積を元に合成したシート抵抗を用いた。 When the characteristic difference was simulated by PC1D, which is a software tool that is generally used when calculating the characteristics of solar cells, the result of an improvement in photoelectric conversion efficiency of 0.28% was obtained as shown below. At this time, the sheet resistance of the low resistance region was 20Ω / □ (Ω / sq.), And the sheet resistance of the high resistance region was 80Ω / □. The solar cell used in Comparative Example 1 in Table 1 was the same as Example 1 except for the structure of the second conductivity type layer formed on the light receiving surface. The second conductivity type layer of Comparative Example 1 had the same depth as that of Example 1, but the impurity was diffused at a high concentration over the entire surface and exhibited a sheet resistance of 50Ω / □. Since PC1D is a one-dimensional simulation, the sheet resistance value used when calculating the photoelectric conversion efficiency of Example 1 is the area of the light receiving surface electrode region and the region other than the light receiving surface electrode (described as the light receiving region in Table 1). The sheet resistance synthesized based on the above was used.
(表1)第2導電型層のシート抵抗のみを変化させた時際の光電変換効率
(Table 1) Photoelectric conversion efficiency when only the sheet resistance of the second conductivity type layer is changed
なお、実施の形態1にかかる太陽電池は受光面に第2導電型層2、機能層4を含む構成を示したが、この構成の太陽電池の面を単に反転して用いることも可能であり、受光面、裏面の呼称を入れ替えて解釈すればよい。
In addition, although the solar
この発明によれば、パッシベーション層を半導体基板表面に形成できるためキャリアの失活を抑制することができ、キャリア寿命を延ばすことができる。 According to this invention, since the passivation layer can be formed on the surface of the semiconductor substrate, the deactivation of carriers can be suppressed, and the carrier life can be extended.
さらには、導電層7が第2導電型層内部2に留まって形成されることにより、少数キャリアは失活を引き起こしやすい電極成分と機能層成分を豊富に含む導電層7に到達することがなくなるため、長いキャリア寿命を維持できるという効果が得られる。また、電極と接触する半導体基板領域に予め高濃度の第2導電型層を形成する必要も無いため電極形成時に位置合わせは不要である。
Furthermore, since the conductive layer 7 is formed while remaining in the second
これらの効果により、位置合わせ機構が不要で製造の容易さを損なうことなく、キャリア寿命の長い、従来にない高い光電変換効率を具備する太陽電池が得られる。 Due to these effects, a solar cell having an unprecedented high photoelectric conversion efficiency with a long carrier life can be obtained without deteriorating the ease of manufacture without requiring an alignment mechanism.
実施の形態2.
実施の形態2にかかる太陽電池は、第1導電型基板の裏面構造以外は実施の形態1と同様であるため、受光面に関する詳細な説明は省略する。図4は実施の形態2にかかる太陽電池の構造を説明するための断面図である。本実施の形態2は、実施の形態1の受光面側の構造と類似の構造を裏面に形成したものである。
Since the solar cell according to the second embodiment is the same as that of the first embodiment except for the back surface structure of the first conductivity type substrate, detailed description regarding the light receiving surface is omitted. FIG. 4 is a cross-sectional view for explaining the structure of the solar cell according to the second embodiment. In the second embodiment, a structure similar to the structure on the light receiving surface side of the first embodiment is formed on the back surface.
第1導電型基板22の裏面側に第1導電型の、不純物拡散によって形成された厚い第1導電型層16と、第1導電型層16に接するように形成されたパッシベーション層17を備える。第1導電型層16の層の厚みは500nm〜2μmが可能であり、好ましくは800nm〜2μmである。さらに、第1導電型層16を低濃度で形成したとしても、第1導電型層16が1μm以上の厚さであれば、導電性に影響のない条件を得ることができ、2μm以下であれば平易な熱拡散による形成が可能となる。
A first conductive type thick first
さらに、パッシベーション層17上には、機能層18と反射防止膜19が順に形成される。ここでは、第1導電型はn型として説明を行う。第1導電型層16は、例えば、リンが第1導電型基板22に拡散されて形成された層である。パッシベーション層17は、例えばシリコン酸化膜である。機能層18は、第1導電型基板22に拡散した際に導電領域を形成できる成分を含む層であって、例えば、高濃度のリンを含むシリコン酸化膜を用いることができる。
Furthermore, a
裏面電極20は反射防止膜19の上から形成され、ファイアースルー法を用いてパッシベーション層17、機能層18、反射防止膜19を貫通して第1導電型層16に到達して第1導電型基板22との導通を確保する。実施の形態1の受光面同様に、ファイアースルー法によって裏面電極20と第1導電型層16との界面に生じる導電層21は、第1導電型拡散層16の内部に形成され、低い接触抵抗を実現する。なお、反射防止膜19は両面受光型の太陽電池として作製する場合に用いられるもので、片面受光型の太陽電池とする場合は、反射防止膜19を絶縁性の層で代用してもよい。
The
裏面電極20の材料としては、例えばガラスフリットを含む銀ペーストを用いることができる。裏面電極の焼成を受光面電極の焼成と同時に行うことも可能である。その場合は、受光面電極の焼成条件と合わせるために、ガラスフリットや銀の量を調整する必要がある。焼成工程のピーク温度を700℃以上、830℃以下、ピーク温度での保持時間を10秒以下(1〜10秒で可能。好ましくは2〜5秒。)に設定した焼成工程を実施すれば、裏面の導電層21が、裏面の第1導電型層16の内部に留まるように形成することが可能である。
As a material for the
実施の形態2にかかる太陽電池では、裏面にも機能層17を含むため、受光面と裏面の双方の電極を形成する際に位置合わせ機構を用いることなく、低接触抵抗の電極接続を実現できる。加えて、裏面の導電層21が、裏面の第1導電型層16の内部に留まるように形成することにより、導電層でのキャリアの失活が最小限となって、より光電変換効率に優れた太陽電池が実現される。
In the solar cell according to the second embodiment, since the functional layer 17 is also included on the back surface, electrode connection with low contact resistance can be realized without using an alignment mechanism when forming both electrodes on the light receiving surface and the back surface. . In addition, by forming the back surface
実施の形態3.
図5は実施の形態3にかかる太陽電池の電極構造を示す断面図であり、図6の太陽電池の平面図に示す受光面電極の領域Bで例示される部分のグリッド電極に沿った断面を示している。本実施の形態3にかかる太陽電池は、ファイアースルー法で形成される電極を点状に配置するもので、ポイント電極23が一定の間隔で配置されている。図7は、本発明の実施の形態3にかかる太陽電池の受光面電極の構造を示す平面図であり、一定間隔で離間したポイント電極23をつなぐように、直線的な橋桁電極24が覆った構成を有している。この例では、円形領域を有するポイント電極23が離散的に形成され、帯状に長く形成された橋桁電極24によって連結されてグリッド電極を構成している。なお、裏面側に同様の構成を用いてもよいのは言うまでもない。
FIG. 5 is a cross-sectional view showing the electrode structure of the solar cell according to the third embodiment, and shows a cross section along the grid electrode of the portion exemplified by the region B of the light-receiving surface electrode shown in the plan view of the solar cell of FIG. Show. In the solar cell according to the third embodiment, the electrodes formed by the fire-through method are arranged in a dot shape, and the
受光面電極はファイアースルーが生じるポイント電極23は、実施の形態1に記載したように、低い接触抵抗によって第1導電型基板25と接触するため、受光面電極のグリッド電極全域でファイアースルーを生じさせなくともキャリアを取り出すことができる。さらに、界面でキャリアの失活を多く発生させる導電層26の面積をも低減できるため、キャリアが導電層にて失活することを抑制できる。
As described in the first embodiment, the
本実施の形態3の太陽電池の作製プロセスにおいては、橋桁電極24をポイント電極23の位置に合わせる作業が必要となる。従来の拡散層を作り分ける方法では、拡散層に見た目や形状の違いが無いために、精密な位置合わせに困難があったが、ポイント電極23は基板と異なる色目を有し、凸形状でもあるため、目視により容易に確認することができる。生産ラインにおいては、例えばCCDカメラを用いたコントラスト検出により、容易にポイント電極23の位置を認識して橋桁電極24の形成位置を調整することができる。橋桁電極24は、例えば400℃以下の低温で焼成することができる銀ペーストなどを用いることにより、ファイアースルーを生じさせること無く、第1導電型基板25上に形成することができる。
In the manufacturing process of the solar cell according to the third embodiment, an operation of aligning the
したがって、実施の形態3にかかる太陽電池では、キャリアの失活が抑制された、より長いキャリア寿命を維持できるという効果が得られ、高い光電変換効率を示す太陽電池が実現される。 Therefore, in the solar cell according to the third embodiment, the effect of maintaining a longer carrier life with suppressed carrier deactivation is obtained, and a solar cell exhibiting high photoelectric conversion efficiency is realized.
本発明のいくつかの実施の形態を説明したが、これらの実施の形態は例として提示したものであり、発明の範囲を限定することを意図するものではない。これらの実施の形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施の形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
1 第1導電型基板
2 第2導電型層
3 パッシベーション層
4 機能層
5 反射防止膜
6 受光面電極
7 導電層
8 1導電型層
9 パッシベーション層
10 反射防止膜
11 裏面電極
14 グリッド電極
15 バスバー電極
16 第1導電型層
17 パッシベーション層
18 機能層
19 反射防止膜
20 裏面電極
21 導電層
22 第1導電型基板
23 ポイント電極
24 橋桁電極
25 第1導電型基板
26 導電層
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記第1導電型半導体基板の第1面に形成された第2導電型層と、
前記第2導電型層上に形成された第1パッシベーション膜と、
前記第1パッシベーション膜上に形成され、前記第2導電型層に導電性を付加することが可能な成分を含む第1機能層と、
前記第1機能層上に形成された第1反射防止膜と、
前記第1反射防止膜上から前記第1パッシベーション膜まで貫通して前記第2導電型層に到達するように形成された第1電極と、
前記第1導電型半導体基板の第1面の反対側の面となる第2面に形成された第2電極とを備え、
前記第2導電型層の内部において、前記第1電極と接しており、前記第1機能層に含まれる前記第2導電型層に導電性を付加することが可能な成分と同じ成分を含む第1導電層を備える太陽電池。 A first conductivity type semiconductor substrate;
A second conductivity type layer formed on the first surface of the first conductivity type semiconductor substrate;
A first passivation film formed on the second conductivity type layer;
A first functional layer formed on the first passivation film and including a component capable of adding conductivity to the second conductivity type layer ;
A first antireflection film formed on the first functional layer;
A first electrode formed so as to penetrate from the first antireflection film to the first passivation film and reach the second conductivity type layer;
A second electrode formed on a second surface which is a surface opposite to the first surface of the first conductivity type semiconductor substrate,
The second conductive type layer is in contact with the first electrode and includes the same component as the component that can add conductivity to the second conductive type layer included in the first functional layer. A solar cell comprising one conductive layer.
前記第1機能層はボロンシリケートガラスを主成分とする膜であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の太陽電池。 The first conductive semiconductor substrate is an n-type silicon crystal substrate;
The solar cell according to any one of claims 1 to 3, wherein the first functional layer is a film containing boron silicate glass as a main component.
前記第1反射防止膜が水素を含有すること、
を特徴とする請求項4に記載の太陽電池。 The thickness of the first functional layer is 1 nm to 20 nm,
The first antireflection film contains hydrogen;
The solar cell according to claim 4.
前記第1導電型層上に形成された第2パッシベーション膜と、
前記第2パッシベーション膜上に形成された第2機能層と、
前記第2機能層上に形成された第2反射防止膜と、
前記第2反射防止膜上から前記第2パッシベーション膜まで貫通して前記第1導電型層に到達するように形成された第2電極と、
をさらに備え、
前記第1導電型層の内部において、前記第2電極と前記第1導電型層との境界領域から前記第2機能層中の成分が拡散して形成された第2導電層を備える請求項1〜5のいずれか一項に記載の太陽電池。 A first conductivity type layer formed on the second surface;
A second passivation film formed on the first conductivity type layer;
A second functional layer formed on the second passivation film;
A second antireflection film formed on the second functional layer;
A second electrode formed so as to penetrate from the second antireflection film to the second passivation film and reach the first conductivity type layer;
Further comprising
2. A second conductive layer formed by diffusing components in the second functional layer from a boundary region between the second electrode and the first conductivity type layer inside the first conductivity type layer. The solar cell as described in any one of -5.
前記第2導電型層上に第1パッシベーション膜を形成する工程と、
前記第1パッシベーション膜上に前記第2導電型層に導電性を付加することが可能な成分を含む第1機能層を形成する工程と、
前記第1機能層上に第1反射防止膜を形成する工程と、
前記第1反射防止膜上から前記第1パッシベーション膜まで貫通して前記第2導電型層に到達するように第1電極を焼成によって形成する工程と、
を備え、
前記第1電極を焼成によって形成する工程において前記第2導電型層の内部に前記第1電極と前記第2導電型層との境界領域から前記第1機能層中の前記第2導電型層に導電性を付加することが可能な成分が拡散して第1導電層を形成する太陽電池の製造方法。 Forming a second conductivity type layer on the first surface of the first conductivity type semiconductor substrate;
Forming a first passivation film on the second conductivity type layer;
Forming a first functional layer containing a component capable of adding conductivity to the second conductivity type layer on the first passivation film;
Forming a first antireflection film on the first functional layer;
Forming a first electrode by firing so as to penetrate from the first antireflection film to the first passivation film and reach the second conductivity type layer;
With
In the step of forming the first electrode by firing, from the boundary region between the first electrode and the second conductivity type layer to the second conductivity type layer in the first functional layer in the second conductivity type layer. The manufacturing method of the solar cell which the component which can add electroconductivity diffuses, and forms a 1st conductive layer.
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