JP6114205B2 - Manufacturing method of solar cell - Google Patents
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Description
本発明は、高効率な太陽電池の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a highly efficient solar cell.
単結晶や多結晶シリコン(Si)基板を用いた一般的な太陽電池の模式図を図1に示す。基板101にはホウ素(B)、ガリウム(Ga)またはインジウム(In)などのIII族元素が添加された、p型シリコン基板が主に用いられ、基板101の受光面には、光閉じ込めのための凹凸構造(テクスチャ)102が形成される。テクスチャ102は、基板101を酸性またはアルカリ性の溶液に一定時間浸漬することで得られる。酸性溶液には一般にフッ硝酸に酢酸、リン酸、硫酸、水などを混合した混合酸溶液が用いられ、これに基板101を浸漬すると、基板加工時に荒れた表面の微細な溝が優先的にエッチングされるなどして、テクスチャが形成される。またアルカリ溶液は、水酸化カリウムや水酸化ナトリウム水溶液、あるいは水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液が用いられる。アルカリエッチングはSi−OH結合を形成することでエッチングを進行させるためエッチング速度が結晶面方位に依存するので、エッチング速度の遅い面が露出したテクスチャが得られる。 A schematic diagram of a general solar cell using a single crystal or polycrystalline silicon (Si) substrate is shown in FIG. A p-type silicon substrate to which a group III element such as boron (B), gallium (Ga), or indium (In) is added is mainly used for the substrate 101, and the light receiving surface of the substrate 101 is used for light confinement. The concavo-convex structure (texture) 102 is formed. The texture 102 is obtained by immersing the substrate 101 in an acidic or alkaline solution for a certain time. In general, a mixed acid solution in which acetic acid, phosphoric acid, sulfuric acid, water, etc., is mixed with hydrofluoric acid is used as the acidic solution. When the substrate 101 is immersed in the acid solution, fine grooves on the rough surface during substrate processing are preferentially etched. As a result, a texture is formed. As the alkaline solution, potassium hydroxide, sodium hydroxide aqueous solution, or tetramethylammonium hydroxide aqueous solution is used. Alkali etching advances etching by forming Si—OH bonds, so that the etching rate depends on the crystal plane orientation, so that a texture with a surface with a slow etching rate exposed can be obtained.
また、基板101の受光面には、リン(P)やヒ素(As)またはアンチモン(Sb)などのV族元素を熱拡散させて、基板101の導電型と反対の導電型を有する第1高濃度層103が形成される。 In addition, the light receiving surface of the substrate 101 is thermally diffused with a group V element such as phosphorus (P), arsenic (As), or antimony (Sb) to have a first high conductivity type opposite to that of the substrate 101. A concentration layer 103 is formed.
さらに第1高濃度層103上には、これを覆うように保護膜104が形成されている。保護膜104には、以下のような2つの役割がある。 Further, a protective film 104 is formed on the first high concentration layer 103 so as to cover it. The protective film 104 has the following two roles.
1つ目の役割は、太陽電池に入射する光を最大限取り込むための反射防止膜としての役割であり、屈折率が結晶シリコンより小さく、空気よりも大きい誘電体が用いられる。具体的には酸化チタン、窒化シリコン、炭化シリコン、酸化シリコン、酸化アルミニウムなどが利用でき、また、これらの膜厚は、膜の屈折率により異なるが、窒化シリコン膜の場合は一般的に受光面で80〜100nm程度である。 The first role is a role as an antireflection film for maximally capturing light incident on the solar cell, and a dielectric having a refractive index smaller than that of crystalline silicon and larger than that of air is used. Specifically, titanium oxide, silicon nitride, silicon carbide, silicon oxide, aluminum oxide, etc. can be used, and these film thicknesses vary depending on the refractive index of the film, but in the case of a silicon nitride film, a light receiving surface is generally used. Is about 80 to 100 nm.
2つ目の役割は、シリコン表面のキャリア再結合抑制である。光生成したキャリアを消滅させるシリコン基板表面の欠陥を終端させる、パッシベーションの役割がある。結晶内部のシリコン原子は隣接する原子同士で共有結合し安定な状態にある。しかしながら原子配列の末端である表面では結合すべき隣接原子が不在となることで、未結合手またはダングリングボンドといわれる不安定なエネルギー準位が出現する。ダングリングボンドは電気的に活性であるためシリコン内部で光生成された電荷を捕らえて消滅させてしまい、太陽電池の特性が損なわれる。この損失を抑制するため、太陽電池では何らかの表面終端化処理を施してダングリングボンドを低減するか、または反射防止膜に電荷を持たせることにより、表面における電子あるいは正孔のいずれかの濃度を大幅に低下させることにより電子と正孔の再結合を抑制する。特に後者は電界効果パッシベーションと呼ばれる。窒化シリコン膜などは正電荷を持つことが知られており、電界効果パッシベーションとしてよく知られている。 The second role is to suppress carrier recombination on the silicon surface. It serves as a passivation that terminates defects on the surface of the silicon substrate that extinguish photogenerated carriers. The silicon atoms inside the crystal are in a stable state due to covalent bonding between adjacent atoms. However, an unstable energy level called a dangling bond or a dangling bond appears due to the absence of adjacent atoms to be bonded on the surface which is the terminal of the atomic arrangement. Since dangling bonds are electrically active, they capture and extinguish charges generated in the silicon, thereby deteriorating the characteristics of the solar cell. In order to suppress this loss, the solar cell is subjected to some surface termination treatment to reduce dangling bonds, or by giving an electric charge to the antireflection film, thereby increasing the concentration of either electrons or holes on the surface. The recombination of electrons and holes is suppressed by drastically decreasing. In particular, the latter is called field effect passivation. A silicon nitride film or the like is known to have a positive charge, and is well known as field effect passivation.
さらに第1高濃度層103上には、光生成したキャリアを取り出すための電極105が、保護膜104を貫通して形成されている。この電極の形成方法としては、コストの面から銀などの金属微粒子を有機バインダーに混ぜた金属ペーストを、スクリーン版などを用いて印刷し、熱処理を行って基板と接着する方法が広く用いられている。電極形成は誘電体膜形成後に行うのが一般的である。そのため電極とシリコンを接触させるには、電極−シリコン間の誘電体膜を除去する必要があるが、金属ペースト中のガラス成分や添加物を調整することで、金属ペーストが保護膜104を貫通してシリコンに接触する、所謂ファイヤースルーが可能になっている。 Further, an electrode 105 for extracting photogenerated carriers is formed on the first high concentration layer 103 so as to penetrate the protective film 104. As a method of forming this electrode, a method of printing a metal paste obtained by mixing metal fine particles such as silver in an organic binder with a screen plate using a screen plate and bonding it to a substrate by heat treatment is widely used. Yes. The electrode is generally formed after the dielectric film is formed. Therefore, in order to bring the electrode and silicon into contact, it is necessary to remove the dielectric film between the electrode and silicon. However, the metal paste penetrates the protective film 104 by adjusting the glass component or additive in the metal paste. In other words, so-called fire-through is possible in contact with silicon.
一方、受光面の反対側である非受光面には、光生成したキャリアの再結合を抑制するために、基板101と同じ導電型を発現させる不純物を高濃度に拡散させた第2高濃度層106が形成され、さらに第2高濃度層106を覆うように電極107が形成されている。 On the other hand, on the non-light-receiving surface opposite to the light-receiving surface, a second high-concentration layer in which impurities that express the same conductivity type as the substrate 101 are diffused at a high concentration in order to suppress recombination of photogenerated carriers. 106 is formed, and an electrode 107 is formed so as to cover the second high concentration layer 106.
第2高濃度層106の形成方法としては、コストの面から、上記p型シリコン基板に対してアルミニウム(Al)微粒子を有機バインダーに混ぜたアルミニウムペーストを、スクリーン版などを用いて印刷し、シリコンとアルミニウムの共融点(577℃)以上の温度で熱処理を行う方法が一般的である。この温度で熱処理を行うと、冷却の過程でシリコンが多くのアルミニウムを取り込みながら再結晶化し、ベース層が形成される。 As a method for forming the second high-concentration layer 106, from the viewpoint of cost, an aluminum paste in which aluminum (Al) fine particles are mixed with an organic binder is printed on the p-type silicon substrate using a screen plate or the like. In general, heat treatment is performed at a temperature equal to or higher than the eutectic point of aluminum and aluminum (577 ° C.). When heat treatment is performed at this temperature, the silicon recrystallizes while taking in a large amount of aluminum during the cooling process, and a base layer is formed.
また、上記熱処理と再結晶化の過程で、シリコンとの接触界面から離れたところの大部分のアルミニウムペーストはそのまま残り、電極107となる。 In the process of heat treatment and recrystallization, most of the aluminum paste away from the contact interface with silicon remains as it is and becomes the electrode 107.
ところが一方で、アルミニウムを使った第2高濃度層−電極構造は、太陽電池裏面におけるキャリア再結合抑制効果が限定的であり、さらに光の吸収係数が大きいため、光学的な損失が大きいという問題があった。 However, on the other hand, the second high concentration layer-electrode structure using aluminum has a limited carrier recombination suppressing effect on the back surface of the solar cell, and further has a large optical loss due to a large light absorption coefficient. was there.
そこでこれらの問題を回避し、太陽電池を高効率化するために、図2に示すような、所謂PR(Passivated Rear)構造型太陽電池が提案されている。PR構造の特徴は、基板201の非受光面を平坦化し、さらにパッシベーション効果の高い保護膜207で覆い、さらにベース層206と電極208を局在化し、キャリアの表面再結合を低減している点である。 Therefore, in order to avoid these problems and increase the efficiency of the solar cell, a so-called PR (Passive Rear) structure type solar cell as shown in FIG. 2 has been proposed. The PR structure is characterized in that the non-light-receiving surface of the substrate 201 is flattened, covered with a protective film 207 having a high passivation effect, and the base layer 206 and the electrode 208 are localized to reduce the surface recombination of carriers. It is.
受光面がテクスチャ形成され且つ非受光面を平滑化する方法としては、スライス加工後のシリコン基板をアルカリまたは酸溶液に浸してダメージエッチングを行い、その後受光面のみを反応性イオンやエッチングガスに曝してテクスチャを形成する方法や、ダメージエッチング後の基板をさらにアルカリまたは酸溶液に浸して基板両面にテクスチャを形成し、その後スピンエッチャーやコンベア型の片面エッチング装置を使って非受光面のテクスチャをウェットエッチングする方法がある。 The light-receiving surface is textured and the non-light-receiving surface is smoothed by immersing the sliced silicon substrate in an alkali or acid solution for damage etching, and then exposing only the light-receiving surface to reactive ions or etching gas. Then, the texture etched method is used, and the substrate after damage etching is further immersed in alkali or acid solution to form texture on both sides of the substrate, and then the texture on the non-light-receiving surface is wet using a spin etcher or conveyor type single-sided etching device There is a method of etching.
また、ベース層と電極を局所的に形成する方法としては、保護膜をフォトリソグラフィーやエッチングペーストなどでパターニングして開口を設け、熱拡散などで開口部に不純物を添加し、その後アルミニウムや銀(Ag)などの金属を物理蒸着により第2高濃度層上へ形成する方法が一般的に用いられる(非特許文献1)。 As a method of locally forming the base layer and the electrode, an opening is formed by patterning a protective film with photolithography or etching paste, impurities are added to the opening by thermal diffusion, and then aluminum or silver ( A method of forming a metal such as Ag) on the second high concentration layer by physical vapor deposition is generally used (Non-Patent Document 1).
しかしこれらの方法では、生産性が悪く、工程も煩雑でコストが高いという問題があった。そのため現在では、通常太陽電池の受光面電極形成に使われているファイヤースルーを非受光面に適用することで、上記のような保護膜のパターニングや金属の物理蒸着など高コストな工程を省略し、PR構造を安価に作製する検討が成されている(例えば非特許文献2)。 However, these methods have the problems of low productivity, complicated processes and high costs. Therefore, at present, by applying the fire-through, which is usually used for forming the light-receiving surface electrode of solar cells, to the non-light-receiving surface, high-cost processes such as protective film patterning and metal physical vapor deposition are omitted. Studies have been made to produce a PR structure at low cost (for example, Non-Patent Document 2).
しかしながら、図2に示したPR構造のような平滑化した面に対して、焼結性の導電性ペーストでは基板との十分な密着性と電気的接触が得られず、電極が剥離したり、抵抗損が増大したりする問題があった。 However, with respect to the smoothed surface such as the PR structure shown in FIG. 2, the sinterable conductive paste does not provide sufficient adhesion and electrical contact with the substrate, and the electrode peels off, There was a problem that resistance loss increased.
本発明者らは、上記目的を達成するために鋭意検討を重ねた結果、上記太陽電池の非受光面において、非電極形成領域のみを平滑化することで、生産性が高く、良好な出力特性と信頼性を有する太陽電池が得られることを見出し、本発明をなすに至った。 As a result of intensive investigations to achieve the above object, the present inventors smoothed only the non-electrode forming region on the non-light-receiving surface of the solar cell, thereby achieving high productivity and good output characteristics. The present inventors have found that a solar cell having high reliability can be obtained.
すなわち、本発明の実施形態に係る太陽電池の製造方法は、結晶シリコン基板の少なくとも非受光面の一部に、凹凸構造を形成する工程と、基板の受光面の少なくとも一部に添加不純物濃度が基板の添加不純物濃度より高く、かつ基板と異なる導電型を有する第1高濃度層を形成する工程と、基板の非受光面に添加不純物濃度が基板の添加不純物濃度より高く、かつ基板と同じ導電型を有する第2高濃度層を局所的に形成する工程と、基板を熱酸化する工程と、熱酸化する工程で形成された酸化膜をエッチングし、非受光面の第2高濃度層が形成された領域以外の少なくとも一部の領域において基板のシリコン表面を露出させる工程と、基板に入射した光により励起された電荷を外部に取り出す集電極を、第1高濃度層上および第2高濃度層上に形成する工程と、基板の非受光面において第1高濃度層および第2高濃度層が形成された領域以外の領域における凹凸構造の少なくとも一部を平滑化する工程とを備える。 That is, in the method for manufacturing a solar cell according to the embodiment of the present invention, the step of forming a concavo-convex structure on at least a part of the non-light-receiving surface of the crystalline silicon substrate, and the additive impurity concentration on at least a part of the light-receiving surface of the substrate Forming a first high-concentration layer having a conductivity type higher than that of the substrate and having a conductivity type different from that of the substrate; and an additive impurity concentration higher than that of the substrate on the non-light-receiving surface of the substrate and the same conductivity as the substrate The oxide film formed in the step of locally forming the second high concentration layer having a mold, the step of thermally oxidizing the substrate, and the step of thermally oxidizing is etched to form the second high concentration layer on the non-light-receiving surface A step of exposing the silicon surface of the substrate in at least a part of the region other than the formed region, and a collecting electrode for extracting the charge excited by the light incident on the substrate to the outside on the first high concentration layer and the second high concentration layer And a step of forming, a step of smoothing at least a portion of the concavo-convex structure in the region other than the first high concentration layer and a second region where the high concentration layer formed in the non-light-receiving surface of the substrate.
本発明では、熱酸化する工程は、第1高濃度層および第2高濃度層の上に、第1高濃度層および第2高濃度層が形成された領域以外の領域上よりも酸化膜を厚く形成するとよい。 In the present invention, in the thermal oxidation step, the oxide film is formed on the first high concentration layer and the second high concentration layer than on the region other than the region where the first high concentration layer and the second high concentration layer are formed. It is good to form thickly.
本発明では、露出させる工程は、第1高濃度層および第2高濃度層が形成された領域以外の領域に形成された酸化膜を酸溶液中で選択的に除去するとよい。 In the present invention, in the exposing step, the oxide film formed in a region other than the region where the first high concentration layer and the second high concentration layer are formed may be selectively removed in an acid solution.
本発明では、熱酸化する工程は、非受光面の第2高濃度層が形成された領域に膜厚が20nm以上200nm以下の酸化膜を形成するとよい。 In the present invention, the thermal oxidation step may be performed by forming an oxide film having a thickness of 20 nm or more and 200 nm or less in the region where the second high concentration layer of the non-light-receiving surface is formed.
本発明では、平滑化する工程が、露出したシリコンをアルカリ溶液でエッチングする工程を含むように構成するとよい。 In the present invention, the smoothing process may include a process of etching the exposed silicon with an alkaline solution.
本発明では、アルカリ溶液は水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化テトラメチルアンモニウムのいずれか又はこれらの組合せから選択されるとよい。 In the present invention, the alkaline solution may be selected from any of sodium hydroxide, potassium hydroxide, tetramethylammonium hydroxide, or a combination thereof.
本発明では、第2高濃度層を形成する工程は、第2高濃度層を電極が形成される領域にパターン形成する工程を含むように構成するとよい。 In the present invention, the step of forming the second high concentration layer may include a step of patterning the second high concentration layer in a region where the electrode is formed.
本発明では、p型基板を採用する場合、第2高濃度層を形成する工程が、ホウ素を基板に添加する工程を含むように構成するとよい。 In the present invention, when a p-type substrate is employed, the step of forming the second high-concentration layer may include a step of adding boron to the substrate.
本発明では、n型基板を採用する場合、第2高濃度層を形成する工程が、リンを基板に添加する工程を含み、且つ、熱酸化する工程が800℃以上950℃以下の熱処理を含むように構成するとよい。 In the present invention, when an n-type substrate is employed, the step of forming the second high concentration layer includes a step of adding phosphorus to the substrate, and the step of thermal oxidation includes a heat treatment at 800 ° C. or higher and 950 ° C. or lower. It may be configured as follows.
[第1実施形態]
以下、本発明の第1実施形態に係る太陽電池の製造方法の一例を、図3を参照しつつ以下に述べる。ただし、本発明は本実施形態の方法で作製された太陽電池に限定されるものではない。
[First Embodiment]
Hereinafter, an example of the manufacturing method of the solar cell according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. However, the present invention is not limited to the solar cell produced by the method of the present embodiment.
高純度シリコンにリンやヒ素またはアンチモンのようなV族元素をドープして抵抗率0.1〜5Ω・cmとしたアズカットn型結晶シリコン基板を準備し、その表面のスライスダメージを、濃度5〜60%の水酸化ナトリウムや水酸化カリウムのような高濃度のアルカリ、もしくは、フッ酸と硝酸の混酸などを用いてエッチングする。結晶シリコン基板は、キャスト法、Cz法またはFZ法のどの方法によって作製されたものでもよい。 An as-cut n-type crystalline silicon substrate having a resistivity of 0.1 to 5 Ω · cm by doping high purity silicon with a group V element such as phosphorus, arsenic or antimony is prepared, Etching is performed using a high concentration alkali such as 60% sodium hydroxide or potassium hydroxide, or a mixed acid of hydrofluoric acid and nitric acid. The crystalline silicon substrate may be produced by any method of cast method, Cz method or FZ method.
続いて、基板301の両面にテクスチャ302を形成する(図3(a))。テクスチャ302は、加熱した水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、水酸化テトラメチルアンモニウムなどのアルカリ溶液(濃度1〜10%、温度60〜100℃)中に10分から30分程度浸漬することで容易に作製される。上記溶液中に、所定量の2−プロパノールを溶解させ、反応を制御することが多い。この方法を結晶面方位<100>の単結晶シリコン基板に適用すると、面方位<111>がピラミッド型に多数露出した所謂ランダムピラミッド構造が得られる。一方、結晶面方位がランダムな多結晶シリコン基板の場合には、上記の方法ではテクスチャが面内均一に形成できないので、例えばH2やCHF3、SF6、CF4、C2F6、C3F8、ClF3などのガスを圧力1〜20Pa程度で高周波により励起した反応性イオンでシリコンをエッチングする方法や、より好ましくは、フッ化水素、硝酸、酢酸、リン酸などの酸性混合溶液に基板を浸漬させる方法が適用できる。後者の酸エッチングのより具体的な方法としては、たとえば、15〜31wt%濃度の硝酸と、10〜22wt%濃度のフッ酸と混合したエッチャントを使用するとよい。さらに好ましくは、前記混酸溶液にさらに酢酸を10〜50w%混合させるとよい。液温を5〜30℃としてシリコン基板を10分から30分程度浸漬すること円弧状の等方性テクスチャが容易に得られる。光閉じ込め効果を高めるため、テクスチャの高低差は一般に数μm〜10μm程度と成るように形成される。 Subsequently, the texture 302 is formed on both surfaces of the substrate 301 (FIG. 3A). Texture 302 can be applied in an alkaline solution (concentration 1 to 10%, temperature 60 to 100 ° C.) such as heated sodium hydroxide, potassium hydroxide, potassium carbonate, sodium carbonate, sodium hydrogen carbonate, tetramethylammonium hydroxide for 10 minutes. It is easily produced by dipping for about 30 minutes. In many cases, a predetermined amount of 2-propanol is dissolved in the solution to control the reaction. When this method is applied to a single crystal silicon substrate having a crystal plane orientation <100>, a so-called random pyramid structure in which a large number of plane orientations <111> are exposed in a pyramid shape is obtained. On the other hand, in the case of a polycrystalline silicon substrate having a random crystal plane orientation, the texture cannot be formed uniformly in the plane by the above method. For example, H 2 , CHF 3 , SF 6 , CF 4 , C 2 F 6 , C A method of etching silicon with reactive ions excited by a high frequency with a gas such as 3 F 8 or ClF 3 , more preferably an acidic mixed solution of hydrogen fluoride, nitric acid, acetic acid, phosphoric acid, etc. A method of immersing the substrate in can be applied. As a more specific method of the latter acid etching, for example, an etchant mixed with nitric acid having a concentration of 15 to 31 wt% and hydrofluoric acid having a concentration of 10 to 22 wt% may be used. More preferably, acetic acid is further mixed in the mixed acid solution by 10 to 50 w%. By dipping the silicon substrate for about 10 to 30 minutes at a liquid temperature of 5 to 30 ° C., an arc-shaped isotropic texture is easily obtained. In order to enhance the light confinement effect, the texture height difference is generally formed to be about several μm to 10 μm.
次に第1高濃度層(エミッタ層)303を形成する(図3(b))。一般にBBr3が好適に用いられ、900〜1100℃で気相拡散法によりホウ素(B)を基板301に添加する。またこれに限らず、化学気相法で堆積させた化合物やスクリーン印刷、あるいはスピンコートが可能な化合物を用いて、ホウ素を添加してもよい。 Next, a first high concentration layer (emitter layer) 303 is formed (FIG. 3B). In general, BBr 3 is preferably used, and boron (B) is added to the substrate 301 by a vapor phase diffusion method at 900 to 1100 ° C. Further, the present invention is not limited thereto, and boron may be added using a compound deposited by a chemical vapor deposition method or a compound that can be screen-printed or spin-coated.
第1高濃度層303は受光面にのみ形成する必要があり、これを達成するために非受光面を2枚の基板301の向かい合わせて重ねた状態で拡散したり、非受光面に窒化シリコンなどのバリアを形成したりして、非受光面に添加不純物が添加されないように工夫を施す必要がある。 The first high-concentration layer 303 needs to be formed only on the light receiving surface. To achieve this, the non-light receiving surface is diffused with the two substrates 301 facing each other, or silicon nitride is formed on the non-light receiving surface. Thus, it is necessary to devise measures such that an additive impurity is not added to the non-light-receiving surface.
第1高濃度層303表面の添加不純物濃度は、1×1019以上3×1020atoms/cm3にするのがよく、さらに好ましくは5×1019以上1×1020atoms/cm3程度にするのがよい。1×1019atoms/cm3未満であると基板と電極の接触抵抗が大きくなり、また3×1020atoms/cm3以上にすると、第1高濃度層中の欠陥とオージェ再結合による電荷キャリアの再結合が顕著になって太陽電池の出力が低下する。第1高濃度層形成後、表面にできたガラスをフッ酸などで除去する。 The additive impurity concentration on the surface of the first high-concentration layer 303 is preferably 1 × 10 19 or more and 3 × 10 20 atoms / cm 3 , more preferably 5 × 10 19 or more and 1 × 10 20 atoms / cm 3 . It is good to do. If it is less than 1 × 10 19 atoms / cm 3 , the contact resistance between the substrate and the electrode is increased, and if it is 3 × 10 20 atoms / cm 3 or more, defects in the first high concentration layer and charge carriers due to Auger recombination The recombination becomes remarkable and the output of the solar cell decreases. After the first high concentration layer is formed, the glass formed on the surface is removed with hydrofluoric acid or the like.
次に第2高濃度層(ベース層)304を、後段の工程において電極308が形成される電極形成領域に形成する(図3(c))。一般的には窒化シリコンなどの拡散バリアを非受光面全面に形成し、電極形成領域をフォトリソグラフィーやスクリーン印刷可能なエッチングペーストなどで開口した後、POCl3を用いて800〜1000℃で気相拡散法によりリン(P)を基板301に添加する。 Next, a second high-concentration layer (base layer) 304 is formed in an electrode formation region where the electrode 308 is formed in a subsequent process (FIG. 3C). In general, a diffusion barrier such as silicon nitride is formed on the entire surface of the non-light-receiving surface, an electrode formation region is opened with an etching paste that can be photolithography or screen-printed, and then a gas phase is formed at a temperature of 800 to 1000 ° C. using POCl 3. Phosphorus (P) is added to the substrate 301 by a diffusion method.
一般的なシリコン太陽電池は第2高濃度層304を非受光面にのみ形成する必要があり、これを達成するために2枚の基板301の受光面を向かい合わせた状態で重ね合わせて拡散したり、受光面側にも窒化シリコンなどの拡散バリアを形成したりして、受光面にリンが拡散しないような工夫を施す必要がある。 In general silicon solar cells, the second high-concentration layer 304 needs to be formed only on the non-light-receiving surface, and in order to achieve this, the light-receiving surfaces of the two substrates 301 are overlapped and diffused. In addition, it is necessary to devise measures to prevent phosphorus from diffusing on the light receiving surface by forming a diffusion barrier such as silicon nitride on the light receiving surface side.
また別の方法としては、イオン注入により、電極形成領域の形状にパターニングされたマスクを介してイオン化したリンを基板301に添加してもよいし、あるいはスクリーン印刷可能な化合物を電極形成領域の形状に形成し、さらにこれを熱処理して添加不純物を基板301に添加してもよい。 As another method, phosphorus ionized by ion implantation through a mask patterned into the shape of the electrode formation region may be added to the substrate 301, or a compound that can be screen printed is added to the shape of the electrode formation region. In addition, the impurity may be added to the substrate 301 by heat-treating the substrate 301.
第2高濃度層304の表面不純物濃度は、基板と電極の良好な電気的接触を得るために、1×1019以上1×1021atoms/cm3にするのがよく、さらに好ましくは5×1019以上1×1021atoms/cm3以下程度するのがよい。1×1019atoms/cm3未満であると基板と電極の接触抵抗が大きくなり、太陽電池の出力が低下する。1×1021atoms/cm3以はシリコンに対するリンの固溶限である。 The surface impurity concentration of the second high-concentration layer 304 is preferably 1 × 10 19 or more and 1 × 10 21 atoms / cm 3 , more preferably 5 × in order to obtain good electrical contact between the substrate and the electrode. It is preferable to be about 10 19 or more and 1 × 10 21 atoms / cm 3 or less. If it is less than 1 × 10 19 atoms / cm 3 , the contact resistance between the substrate and the electrode increases, and the output of the solar cell decreases. 1 × 10 21 atoms / cm 3 or more is the solid solubility limit of phosphorus in silicon.
次に、熱酸化を行い、基板表面に酸化膜305を形成する(図3(d))。熱酸化膜305の成長速度はシリコン基板表面の添加不純物濃度に依存し、高濃度層表面では成長が促進される性質がある。本実施形態では受光面には第1高濃度層が均一に形成されている一方で、非受光面には第2高濃度層が局所的に形成されているため、非受光面の第2高濃度層形成領域を除く領域では酸化膜305が比較的薄く形成される。したがって、続く工程において基板をフッ酸水溶液に浸漬することにより、非受光面における非拡散領域表面の酸化膜305のみを選択的に除去し、シリコン表面を露出させる(図3(e))。 Next, thermal oxidation is performed to form an oxide film 305 on the substrate surface (FIG. 3D). The growth rate of the thermal oxide film 305 depends on the added impurity concentration on the surface of the silicon substrate, and has a property that the growth is promoted on the surface of the high concentration layer. In this embodiment, the first high-concentration layer is uniformly formed on the light-receiving surface, while the second high-concentration layer is locally formed on the non-light-receiving surface. In the region excluding the concentration layer formation region, the oxide film 305 is formed relatively thin. Therefore, by immersing the substrate in a hydrofluoric acid aqueous solution in the subsequent process, only the oxide film 305 on the surface of the non-diffusion region on the non-light-receiving surface is selectively removed to expose the silicon surface (FIG. 3E).
熱酸化膜305は、上記エッチング工程を経た後においても最低限第2高濃度層表面を十分被覆する必要性および生産性のため、膜厚は20nm以上200nm以下、好ましくは40〜70nm程度になるように形成するのがよい。 The thermal oxide film 305 has a film thickness of 20 nm or more and 200 nm or less, preferably about 40 to 70 nm because of the necessity and productivity to sufficiently cover the surface of the second high concentration layer even after the etching process. It is good to form like this.
熱酸化の方法に特に制限は無いが、例えば石英チューブ内でのドライO2酸化やウェット酸化またはパイロジェニック酸化が好適に用いられる。酸化膜305の膜厚は上述の通り基板表面の不純物濃度により異なるため、拡散条件との兼ね合いになるが、一般に700℃〜950℃で20〜90分程度、好ましくは800℃〜920℃で30〜60分行うのがよい。800℃より低温では酸化膜305の成長速度が遅くなるため生産性が悪くなる。また950℃より高温にすると、酸化膜305の膜厚が熱酸化処理前のシリコン表面における添加不純物濃度に依存しなくなり、添加不純物濃度の濃淡による酸化膜厚差が得られなくなる。これはリンのシリコン酸化膜中とシリコン中での固溶度および拡散速度の関係から、熱酸化の進行に伴いシリコン表面にリンが偏析して空孔濃度を高めるため、熱酸化が非高濃度層表面でも促進されることによると理解されている。 Not particularly limited to the method of thermal oxidation, but for example, dry O 2 oxidation, wet oxidation or pyrogenic oxidation in a quartz tube is preferably used. Since the thickness of the oxide film 305 varies depending on the impurity concentration on the substrate surface as described above, it is in balance with the diffusion conditions. Generally, it is about 20 to 90 minutes at 700 ° C. to 950 ° C., preferably 30 to 800 ° C. to 920 ° C. It should be done for ~ 60 minutes. If the temperature is lower than 800 ° C., the growth rate of the oxide film 305 becomes slow, so that productivity is deteriorated. When the temperature is higher than 950 ° C., the film thickness of the oxide film 305 does not depend on the added impurity concentration on the silicon surface before the thermal oxidation treatment, and the oxide film thickness difference due to the concentration of the added impurity concentration cannot be obtained. This is because, due to the relationship between the solid solubility of phosphorus in silicon oxide film and silicon and the diffusion rate, phosphorus segregates on the silicon surface as the thermal oxidation progresses, increasing the vacancy concentration. It is understood that it is also promoted at the layer surface.
酸化膜305の選択エッチングは、酸化膜305の膜厚にもよるが、制御性を高めるためにエッチングレートを1〜10nm/min程度で行うのがよい。この範囲のレートはエッチング例えば濃度0.2〜1.0wt%のフッ酸水溶液を用い、処理温度を25℃とすることで得られる。 The selective etching of the oxide film 305 is preferably performed at an etching rate of about 1 to 10 nm / min in order to improve controllability although it depends on the thickness of the oxide film 305. A rate in this range can be obtained by etching, for example, using a hydrofluoric acid aqueous solution having a concentration of 0.2 to 1.0 wt% and a processing temperature of 25 ° C.
続いて基板を温度60〜95℃程度に加熱した濃度20〜60%の水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、水酸化テトラメチルアンモニウムなどのアルカリ水溶液、またはこれらを組み合わせたアルカリ水溶液に浸漬する(図3(f))。 Subsequently, an alkaline aqueous solution such as sodium hydroxide, potassium hydroxide, potassium carbonate, sodium carbonate, sodium bicarbonate, tetramethylammonium hydroxide or the like having a concentration of 20 to 60% obtained by heating the substrate to a temperature of about 60 to 95 ° C., or these is used. It is immersed in the combined alkaline aqueous solution (FIG. 3 (f)).
アルカリ水溶液はシリコン酸化膜305をエッチングしないので、非受光面側ではシリコンが露出した非拡散領域がエッチングされる一方、酸化膜に覆われた第1高濃度層303および第2高濃度層304が形成された領域のテクスチャ302は保持される。 Since the alkaline aqueous solution does not etch the silicon oxide film 305, the non-diffusion region where silicon is exposed is etched on the non-light-receiving surface side, while the first high-concentration layer 303 and the second high-concentration layer 304 covered with the oxide film are formed. The texture 302 of the formed area is retained.
エッチング処理時間は、アルカリ溶液の条件にもよるが、上記の温度および濃度範囲で30秒から2分程度行い、テクスチャ302を平滑化してもよいし、より好ましくは2分〜20分程度処理を行い、テクスチャ302を完全に除去する。さらに長時間処理を行うと第2高濃度層304が形成されている領域を側面からエッチングしてしまう。 Although the etching treatment time depends on the conditions of the alkaline solution, it may be performed for 30 seconds to 2 minutes in the above temperature and concentration range, and the texture 302 may be smoothed. More preferably, the treatment is performed for about 2 minutes to 20 minutes. And remove texture 302 completely. If the treatment is further performed for a long time, the region where the second high concentration layer 304 is formed is etched from the side surface.
続いて1.5〜2wt%のフッ酸水溶液により、第1高濃度層303および第2高濃度層304上の酸化膜305をエッチング除去する(図3(g))。 Subsequently, the oxide film 305 on the first high concentration layer 303 and the second high concentration layer 304 is removed by etching with a 1.5 to 2 wt% hydrofluoric acid aqueous solution (FIG. 3G).
上記工程により形成された電極形成領域の幅Wtは、太陽電池の設計にもよるが、一般に電極308の幅Wmの0.8〜1.5倍、より好ましくは1.0〜1.3倍にするのがよい。0.8倍未満では電極と基板の接着が不十分になることが懸念され、また1.5倍より大きいと、キャリアの表面再結合損失が顕在化してくる。 The width W t of the electrode formation region formed by the above process is generally 0.8 to 1.5 times the width W m of the electrode 308, more preferably 1.0 to 1.. It is better to triple. If it is less than 0.8 times, there is a concern that the adhesion between the electrode and the substrate will be insufficient, and if it is more than 1.5 times, the surface recombination loss of the carriers will become apparent.
次に、基板301の両面に保護膜306を形成する(図3(h))。保護膜306としては、窒化シリコン膜などを約100nm程度成膜する。成膜には化学気相堆積装置を用い反応ガスとして、SiH4およびNH3を混合して用いることが多いが、NH3の代わりに窒素を用いることも可能であり、また、H2ガスによる成膜種の希釈やプロセス圧力の調整、反応ガスの希釈を行い所望の屈折率を実現する。光学的な特性を高めるため、屈折率は1.5〜2.2程度にするのがよい。また、窒化シリコン膜に限らず、酸化シリコン、炭化シリコン、非晶質シリコン、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化錫、酸化亜鉛などを単層またはこれらの組み合わせで用いてもよい。また受光面と非受光面で異なる膜種を適用してもよい。 Next, protective films 306 are formed on both surfaces of the substrate 301 (FIG. 3H). As the protective film 306, a silicon nitride film or the like is formed to a thickness of about 100 nm. In the film formation, a chemical vapor deposition apparatus is used, and SiH 4 and NH 3 are often mixed and used as a reaction gas. However, it is also possible to use nitrogen instead of NH 3 , and use H 2 gas. The desired refractive index is realized by diluting the film formation species, adjusting the process pressure, and diluting the reaction gas. In order to enhance optical characteristics, the refractive index is preferably about 1.5 to 2.2. In addition to the silicon nitride film, silicon oxide, silicon carbide, amorphous silicon, aluminum oxide, titanium oxide, tin oxide, zinc oxide, or the like may be used as a single layer or a combination thereof. Different film types may be applied to the light receiving surface and the non-light receiving surface.
次いで上記基板301の受光面に電極307をスクリーン印刷する。銀粉末とガラスフリットを有機バインダーと混合した銀ペーストを印刷および乾燥の後、熱処理により保護膜306に銀粉末を貫通させ、電極とシリコンを導通させる(図3(i))。 Next, an electrode 307 is screen-printed on the light receiving surface of the substrate 301. After printing and drying a silver paste in which silver powder and glass frit are mixed with an organic binder, the silver powder is passed through the protective film 306 by heat treatment, and the electrode and silicon are conducted (FIG. 3 (i)).
さらに非受光面のベース層上にも同様に、電極308をスクリーン印刷し、銀粉末とガラスフリットを有機バインダーと混合した銀ペーストを印刷および乾燥の後、700〜860℃の熱処理を1秒〜5分程度行い、により保護膜306に銀粉末を貫通させ、電極とシリコンを導通させる(図3(j))。 Further, similarly, the electrode 308 is screen-printed on the base layer of the non-light-receiving surface, a silver paste in which silver powder and glass frit are mixed with an organic binder is printed and dried, and then heat treatment at 700 to 860 ° C. is performed for 1 second to After about 5 minutes, the silver powder is passed through the protective film 306, and the electrode and silicon are made conductive (FIG. 3 (j)).
電極307と電極308は、形成工程の順番を入れ替えてもよいし、焼成を一度に行ってもよい。 The electrode 307 and the electrode 308 may be interchanged in the order of formation steps, or may be fired at once.
[第2実施形態]
上記の第1実施形態では、n型シリコン基板を用いた場合の太陽電池の製造方法の一例を説明したが、本発明はp型シリコン基板を用いた太陽電池の製造方法に適用することもできる。
[Second Embodiment]
In the first embodiment, an example of a method for manufacturing a solar cell using an n-type silicon substrate has been described. However, the present invention can also be applied to a method for manufacturing a solar cell using a p-type silicon substrate. .
p型シリコン太陽電池は、上記n型シリコン太陽電池と同様に作製することが可能であり、この場合基板301は、高純度シリコンにホウ素、アルミニウム、ガリウムまたはインジウムのようなIII族元素を添加して得られ、一般には、抵抗率が0.1〜5Ω・cmに調整されたものが用いられる。 A p-type silicon solar cell can be manufactured in the same manner as the n-type silicon solar cell. In this case, the substrate 301 is obtained by adding a group III element such as boron, aluminum, gallium, or indium to high-purity silicon. In general, those having a resistivity adjusted to 0.1 to 5 Ω · cm are used.
まず、第1実施形態と同様の方法で、基板301にテクスチャ302を形成する。次に第2高濃度層(ベース層)304を、後段の工程において電極308が形成される電極形成領域に形成する。一般的には窒化シリコンなどの拡散バリアを非受光面全面に形成し、電極形成領域をフォトリソグラフィーやスクリーン印刷可能なエッチングペーストなどで開口した後、BBr3を用いて900〜1100℃で気相拡散法によりホウ素を基板301に添加する。 First, the texture 302 is formed on the substrate 301 by the same method as in the first embodiment. Next, a second high-concentration layer (base layer) 304 is formed in an electrode formation region where the electrode 308 is formed in a subsequent process. In general, a diffusion barrier such as silicon nitride is formed on the entire surface of the non-light-receiving surface, and an electrode formation region is opened with an etching paste that can be photolithographically or screen-printed, and then gas phase is used at 900 to 1100 ° C. using BBr 3. Boron is added to the substrate 301 by a diffusion method.
一般的なシリコン太陽電池は第2高濃度層304を非受光面にのみ形成する必要があり、これを達成するために2枚の基板301の受光面を向かい合わせた状態で重ね合わせて拡散したり、受光面側にも窒化シリコンなどの拡散バリアを形成したりして、受光面にリンが拡散しないような工夫を施す必要がある。 In general silicon solar cells, the second high-concentration layer 304 needs to be formed only on the non-light-receiving surface, and in order to achieve this, the light-receiving surfaces of the two substrates 301 are overlapped and diffused. In addition, it is necessary to devise measures to prevent phosphorus from diffusing on the light receiving surface by forming a diffusion barrier such as silicon nitride on the light receiving surface side.
また別の方法としては、イオン注入により、電極形成領域の形状にパターニングされたマスクを介してイオン化したホウ素を基板301に添加してもよいし、あるいはスクリーン印刷可能な化合物を電極形成領域の形状に形成し、さらにこれを熱処理して基板301に添加してもよい。 As another method, boron ionized by ion implantation through a mask patterned in the shape of the electrode formation region may be added to the substrate 301, or a compound that can be screen printed is added to the shape of the electrode formation region. In addition, it may be heat treated and added to the substrate 301.
第2高濃度層304の表面不純物濃度は、基板と電極の良好な電気的接触を得るために、1×1019以上1×1021atoms/cm3にするのがよく、さらに好ましくは5×1019以上1×1021atoms/cm3以下程度するのがよい。1×1019atoms/cm3未満であると基板と電極の接触抵抗が大きくなり、太陽電池の出力が低下する。1×1021atoms/cm3はIII族元素中最もシリコンに固溶しやすいホウ素の固溶限である。 The surface impurity concentration of the second high-concentration layer 304 is preferably 1 × 10 19 or more and 1 × 10 21 atoms / cm 3 , more preferably 5 × in order to obtain good electrical contact between the substrate and the electrode. It is preferable to be about 10 19 or more and 1 × 10 21 atoms / cm 3 or less. If it is less than 1 × 10 19 atoms / cm 3 , the contact resistance between the substrate and the electrode increases, and the output of the solar cell decreases. 1 × 10 21 atoms / cm 3 is the solid solubility limit of boron that is most easily dissolved in silicon among group III elements.
次に第1高濃度層(エミッタ層)303を形成する。一般にPOCl3が好適に用いられ、800〜1000℃で気相拡散法によりリンを基板に拡散させる。またこれに限らずスクリーン印刷やスピンコートが可能なリン化合物を用いてもよい。第1高濃度層303は受光面にのみ形成する必要があり、これを達成するために2枚の基板301の非受光面を向かい合わせて重ねた状態で拡散したり、非受光面に窒化シリコンなどの拡散バリアを形成したりして、非受光面に添加不純物が拡散されないように工夫を施す必要がある。 Next, a first high concentration layer (emitter layer) 303 is formed. In general, POCl 3 is preferably used, and phosphorus is diffused into the substrate at 800 to 1000 ° C. by a vapor phase diffusion method. Further, the present invention is not limited thereto, and a phosphorus compound that can be screen-printed or spin-coated may be used. The first high-concentration layer 303 needs to be formed only on the light-receiving surface, and in order to achieve this, diffusion is performed with the non-light-receiving surfaces of the two substrates 301 facing each other, or silicon nitride is formed on the non-light-receiving surface. It is necessary to devise a diffusion barrier such as that to prevent the added impurity from diffusing on the non-light-receiving surface.
第1高濃度層303表面のリン濃度は、1×1019以上3×1020atoms/cm3にするのがよく、さらに好ましくは5×1019以上1×1020atoms/cm3程度にするのがよい。1×1019atoms/cm3未満であると基板301と電極の接触抵抗が大きくなり、また3×1020atoms/cm3以上にすると、第1高濃度層303中の欠陥とオージェ再結合による電荷キャリアの再結合が顕著になって太陽電池の出力が低下する。 The phosphorus concentration on the surface of the first high-concentration layer 303 is preferably 1 × 10 19 or more and 3 × 10 20 atoms / cm 3 , more preferably 5 × 10 19 or more and 1 × 10 20 atoms / cm 3 . It is good. If it is less than 1 × 10 19 atoms / cm 3 , the contact resistance between the substrate 301 and the electrode increases, and if it is 3 × 10 20 atoms / cm 3 or more, defects in the first high concentration layer 303 and Auger recombination occur. Charge carrier recombination becomes prominent and the output of the solar cell decreases.
熱酸化工程の要件は、n型基板を用いる場合と概ね同様であるが、熱処理条件は一般に800℃以上で20〜90分程度、好ましくは900℃〜1050℃で30〜60分行うのがよい。ホウ素はリンと異なり、熱酸化の進行に伴いシリコン表面のホウ素が酸化膜中に偏析するので、上記のような高温領域においても、酸化膜の膜厚が初期の表面ホウ素濃度差に依存する。またなるべく高温で処理を行うことで、上記の酸化膜厚差をより大きくすることが可能になる。しかし一方で、1150℃を超える温度領域では、石英チューブが使用に耐えず、またさらにシリコンカーバイドなどを使用した耐熱性の高い炉はコストが高くなるので、コストの面から石英チューブ炉を使用し、1100℃程度までの温度域で処理するのが好ましい。 The requirements for the thermal oxidation step are almost the same as those when an n-type substrate is used, but the heat treatment conditions are generally 800 ° C. or higher for about 20 to 90 minutes, preferably 900 ° C. to 1050 ° C. for 30 to 60 minutes. . Unlike boron, boron on the silicon surface segregates in the oxide film as the thermal oxidation progresses, so the oxide film thickness depends on the initial surface boron concentration difference even in the high temperature region as described above. Further, by performing the treatment at as high a temperature as possible, the difference in the oxide film thickness can be further increased. However, on the other hand, in the temperature range exceeding 1150 ° C., the quartz tube cannot withstand use, and furthermore, a high-heat-resistant furnace using silicon carbide or the like has a high cost. It is preferable to perform the treatment in a temperature range up to about 1100 ° C.
[実施例1]
基板厚さ250μm、比抵抗1Ω・cmの、リンドープ<100>n型アズカットシリコン基板に、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。
[Example 1]
After removing the damaged layer with a hot concentrated potassium hydroxide aqueous solution on a phosphorus-doped <100> n-type as-cut silicon substrate with a substrate thickness of 250 μm and a specific resistance of 1 Ω · cm, the texture is immersed in a potassium hydroxide / 2-propanol aqueous solution. Formation was carried out, followed by washing in a hydrochloric acid / hydrogen peroxide mixed solution.
次に非受光面を向かい合わせて重ねた状態で、BBr3雰囲気下、980℃で30分間熱処理し、第1高濃度層を形成し、引き続き熱酸化により非受光面に約200nmのシリコン酸化膜を形成した。 Next, in a state where the non-light-receiving surfaces are stacked facing each other, heat treatment is performed at 980 ° C. for 30 minutes in a BBr 3 atmosphere to form a first high-concentration layer. Subsequently, a silicon oxide film of about 200 nm is formed on the non-light-receiving surface by thermal oxidation. Formed.
次に非受光面の酸化膜を、フォトリソグラフィーによりグリッドパターンに開口し、受光面を向かい合わせて重ねた状態で、POCl3雰囲気下、870℃で30分間熱処理し、第2高濃度層を形成した。拡散後、フッ酸にてガラス層を除去し、純水洗浄の後、乾燥させた。 Next, the oxide film on the non-light-receiving surface is opened in a grid pattern by photolithography, and heat-treated at 870 ° C. for 30 minutes in a POCl 3 atmosphere with the light-receiving surfaces overlapped to form a second high-concentration layer. did. After diffusion, the glass layer was removed with hydrofluoric acid, washed with pure water, and dried.
次に石英チューブ炉を用い、920℃で60分間のドライ酸化を行った。この後、一部の基板を抜取り、基板各部の断面をTEM観察した結果、各部表面の酸化膜厚は、第1高濃度層および第2高濃度層で約53nm、非受光面の非拡散領域で約25nmであった。 Next, dry oxidation was performed at 920 ° C. for 60 minutes using a quartz tube furnace. Thereafter, a part of the substrate was extracted, and the cross section of each part of the substrate was observed with a TEM. As a result, the oxide film thickness on the surface of each part was about 53 nm in the first high-concentration layer and the second high-concentration layer. And about 25 nm.
続いて濃度0.5wt%のフッ酸水溶液を用い、液温度25℃で非受光面の非拡散領域表面が撥水性を示すまで酸化膜をエッチングし、水洗浄の後、乾燥させた。 Subsequently, using an aqueous hydrofluoric acid solution having a concentration of 0.5 wt%, the oxide film was etched at a liquid temperature of 25 ° C. until the surface of the non-diffusion region of the non-light-receiving surface showed water repellency, washed with water and then dried.
次に温度70℃に加熱した濃度35%の水酸化カリウム水溶液に、基板を4分間浸漬し、非受光面の非拡散領域をエッチングした。 Next, the substrate was immersed in an aqueous 35% potassium hydroxide solution heated to a temperature of 70 ° C. for 4 minutes to etch the non-diffusion region of the non-light-receiving surface.
次に、膜厚約100nm窒化シリコン膜をプラズマCVDで受光面と非受光面全面に形成した。 Next, a silicon nitride film having a thickness of about 100 nm was formed on the entire light receiving surface and non-light receiving surface by plasma CVD.
さらに受光面と非受光面に銀ペーストをスクリーン印刷により塗布し、乾燥の後、ベルト炉で820℃の熱処理により電極を形成した。 Further, a silver paste was applied to the light receiving surface and the non-light receiving surface by screen printing, and after drying, electrodes were formed by heat treatment at 820 ° C. in a belt furnace.
[実施例2]
実施例1に対し、熱酸化工程において1100℃、60分間のドライ酸化を行った。この結果、各部表面の酸化膜厚は、第1高濃度層および第2高濃度層で約205nm、非受光面の非拡散領域で約153nmであった。続いて実施例1と同様の工程を経て、太陽電池を作製した。
[Example 2]
For Example 1, dry oxidation was performed at 1100 ° C. for 60 minutes in the thermal oxidation step. As a result, the oxide film thickness on the surface of each part was about 205 nm in the first high concentration layer and the second high concentration layer, and about 153 nm in the non-diffusion region of the non-light-receiving surface. Subsequently, a solar cell was manufactured through the same steps as in Example 1.
[比較例1]
実施例1と同様の、テクスチャ形成後基板を用意し、スピンエッチング装置を用いて、フッ硝酸により非受光面のテクスチャをエッチング除去した。続いて実施例1と同様の工程を経て、太陽電池を作製した。
[Comparative Example 1]
Similar to Example 1, a textured substrate was prepared, and the texture of the non-light-receiving surface was removed by etching with hydrofluoric acid using a spin etching apparatus. Subsequently, a solar cell was manufactured through the same steps as in Example 1.
[実施例3]
基板厚さ250μm、比抵抗1Ω・cmの、ホウ素ドープ<100>p型アズカットシリコン基板に、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。
[Example 3]
After removing the damaged layer with a hot concentrated potassium hydroxide aqueous solution on a boron-doped <100> p-type ascut silicon substrate having a substrate thickness of 250 μm and a specific resistance of 1 Ω · cm, the substrate was immersed in an aqueous potassium hydroxide / 2-propanol solution. Texture formation was performed, followed by washing in a hydrochloric acid / hydrogen peroxide mixed solution.
次に熱酸化により非受光面に約200nmのシリコン酸化膜を形成し、非受光面の酸化膜を、フォトリソグラフィーによりグリッドパターンに開口し、受光面を向かい合わせて重ねた状態で、BBr3雰囲気下、980℃で30分間熱処理して第2高濃度層を形成した。 Next, a silicon oxide film having a thickness of about 200 nm is formed on the non-light-receiving surface by thermal oxidation, the oxide film on the non-light-receiving surface is opened in a grid pattern by photolithography, and the BBr 3 atmosphere is stacked with the light-receiving surfaces facing each other. Then, a second high concentration layer was formed by heat treatment at 980 ° C. for 30 minutes.
拡散後にフッ酸にてガラス層および熱酸化膜を除去し、純水洗浄の後、乾燥させた。 After diffusion, the glass layer and the thermal oxide film were removed with hydrofluoric acid, washed with pure water, and dried.
次に非受光面を向かい合わせて重ねた状態で、POCl3雰囲気下、870℃で30分間熱処理し、第1高濃度層を形成した。 Next, in a state where the non-light-receiving surfaces face each other and overlap each other, heat treatment was performed at 870 ° C. for 30 minutes in a POCl 3 atmosphere to form a first high concentration layer.
次に石英チューブ炉を用い、920℃で60分間のドライ酸化を行った。この後、一部の基板を抜取り、基板各部の断面をTEM観察した結果、各部表面の酸化膜厚は、第1高濃度層および第2高濃度層で約51nm、非受光面の非拡散領域で約28nmであった。 Next, dry oxidation was performed at 920 ° C. for 60 minutes using a quartz tube furnace. Thereafter, a part of the substrate was extracted, and the cross section of each part of the substrate was observed with a TEM. As a result, the oxide film thickness of the surface of each part was about 51 nm in the first high-concentration layer and the second high-concentration layer. And about 28 nm.
続いて濃度0.5wt%のフッ酸水溶液を用い、液温度25℃で非拡散領域表面が撥水性を示すまで酸化膜をエッチングし、水洗浄の後、乾燥させた。 Subsequently, using an aqueous hydrofluoric acid solution having a concentration of 0.5 wt%, the oxide film was etched at a liquid temperature of 25 ° C. until the surface of the non-diffusion region showed water repellency, washed with water, and then dried.
次に温度70℃に加熱した濃度35%の水酸化カリウム水溶液に、基板を4分間浸漬し、非受光面の非拡散領域をエッチングした。 Next, the substrate was immersed in an aqueous 35% potassium hydroxide solution heated to a temperature of 70 ° C. for 4 minutes to etch the non-diffusion region of the non-light-receiving surface.
次に、膜厚約100nm窒化シリコン膜をプラズマCVDで受光面と非受光面全面に形成した。 Next, a silicon nitride film having a thickness of about 100 nm was formed on the entire light receiving surface and non-light receiving surface by plasma CVD.
さらに受光面と非受光面に銀ペーストをスクリーン印刷により塗布し、乾燥の後、ベルト炉で820℃の熱処理により電極を形成した。 Further, a silver paste was applied to the light receiving surface and the non-light receiving surface by screen printing, and after drying, electrodes were formed by heat treatment at 820 ° C. in a belt furnace.
[比較例2]
実施例3に対し、熱酸化工程において1100℃、60分間のドライ酸化を行った。この結果、各部表面の酸化膜厚は、第1高濃度層および第2高濃度層で約194nm、非受光面の非拡散領域で約145nmであった。続いて実施例3と同様の工程を経て、太陽電池を作製した。
[Comparative Example 2]
For Example 3, dry oxidation was performed at 1100 ° C. for 60 minutes in the thermal oxidation step. As a result, the oxide film thickness on the surface of each part was about 194 nm in the first high concentration layer and the second high concentration layer, and about 145 nm in the non-diffusion region of the non-light-receiving surface. Subsequently, a solar cell was manufactured through the same steps as in Example 3.
[比較例3]
実施例3と同様の、テクスチャ形成後基板を用意し、スピンエッチング装置を用いて、フッ硝酸により非受光面のテクスチャをエッチング除去した。続いて実施例3と同様の工程を経て、太陽電池を作製した。
[Comparative Example 3]
Similar to Example 3, a textured substrate was prepared, and the texture of the non-light-receiving surface was removed by etching with hydrofluoric acid using a spin etching apparatus. Subsequently, a solar cell was manufactured through the same steps as in Example 3.
実施例1〜3と比較例1〜3の暗状態およびエアマス1.5gの擬似太陽光照射下において電流電圧特性測定した。これらの測定から、太陽電池特性と直列抵抗を評価した。 The current-voltage characteristics were measured in the dark state of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 3 and under the simulated sunlight irradiation of an air mass of 1.5 g. From these measurements, solar cell characteristics and series resistance were evaluated.
表1に示すように、本発明の実施例1、2、3では比較例1、2、3に対して直列抵抗が低減され、これにより曲線因子および変換効率が大幅に改善することが示された。 As shown in Table 1, in Examples 1, 2, and 3 of the present invention, it is shown that the series resistance is reduced as compared with Comparative Examples 1, 2, and 3, thereby greatly improving the fill factor and the conversion efficiency. It was.
以上で説明した通り、本発明の実施形態に記載の製造方法により製造した太陽電池は、非受光面表面のキャリア再結合損失が抑制され、集電極と結晶シリコン基板間において良好な電気的接触を具備する裏面構造を有する。 As described above, in the solar cell manufactured by the manufacturing method described in the embodiment of the present invention, the carrier recombination loss on the surface of the non-light-receiving surface is suppressed, and good electrical contact is made between the collector electrode and the crystalline silicon substrate. It has a back surface structure.
本願発明に係る太陽電池の製造方法は、結晶シリコン太陽電池の裏面に高品質なPR構造を容易且つ安価に形成することができ、太陽電池の高効率化とコスト削減に極めて有効である。 The method for manufacturing a solar cell according to the present invention can form a high-quality PR structure on the back surface of a crystalline silicon solar cell easily and inexpensively, and is extremely effective for increasing the efficiency and reducing the cost of the solar cell.
101、201、301・・・基板
102、202、302・・・テクスチャ
103、203、303・・・第1高濃度層
104、204・・・保護膜
105、205・・・電極
106、206、304・・・第2高濃度層
107・・・電極
207・・・保護膜
208・・・電極
305・・・酸化膜
306・・・保護膜
307・・・電極
308・・・電極
101, 201, 301 ... substrate 102, 202, 302 ... texture 103, 203, 303 ... first high concentration layer 104, 204 ... protective film 105, 205 ... electrode 106, 206, 304 ... second high concentration layer 107 ... electrode 207 ... protective film 208 ... electrode 305 ... oxide film 306 ... protective film 307 ... electrode 308 ... electrode
Claims (9)
前記基板の受光面の少なくとも一部に添加不純物濃度が前記基板の添加不純物濃度より高く、かつ前記基板と異なる導電型を有する第1高濃度層を形成する工程と、
前記基板の非受光面に添加不純物濃度が前記基板の添加不純物濃度より高く、かつ前記基板と同じ導電型を有する第2高濃度層を局所的に形成する工程と、
前記基板を熱酸化する工程と、
前記熱酸化する工程で形成された酸化膜をエッチングし、非受光面の前記第2高濃度層が形成された領域以外の少なくとも一部の領域において前記基板のシリコン表面を露出させる工程と、
前記基板に入射した光により励起された電荷を外部に取り出す集電極を、前記第1高濃度層上および前記第2高濃度層上に形成する工程と、
前記基板の非受光面において前記第2高濃度層が形成された領域以外の領域における前記凹凸構造の少なくとも一部を平滑化する工程と
を備える太陽電池の製造方法。 Forming a concavo-convex structure on at least a part of the non-light-receiving surface of the crystalline silicon substrate;
Forming a first high-concentration layer having an impurity concentration higher than that of the substrate and having a conductivity type different from that of the substrate on at least a part of the light-receiving surface of the substrate;
Locally forming a second high-concentration layer having an additive impurity concentration higher than that of the substrate on the non-light-receiving surface of the substrate and having the same conductivity type as the substrate;
Thermally oxidizing the substrate;
Etching the oxide film formed in the thermal oxidation step to expose the silicon surface of the substrate in at least a part of the non-light-receiving surface other than the region where the second high-concentration layer is formed;
Forming a collecting electrode on the first high-concentration layer and the second high-concentration layer for extracting the charge excited by the light incident on the substrate to the outside;
Method for manufacturing a solar cell comprising a step of smoothing at least a portion of the concavo-convex structure in the region other than the region SL before Te non-light-receiving surface smell second high concentration layer is formed of the substrate.
The step of forming the second high concentration layer includes a step of adding phosphorus to the substrate, and the step of thermally oxidizing includes a heat treatment at 800 ° C. or higher and 950 ° C. or lower. 8. The method for producing a solar cell according to any one of 7 above.
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