JP6306855B2 - 太陽電池の製造方法 - Google Patents
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Description
第1の不純物元素を有する拡散剤と溶剤とを含む拡散材料を、前記プリウェット用組成物がスピンコートされた前記一方の面にスピンコートし、前記拡散剤の塗膜を形成する第2塗布工程と、前記塗膜が形成された前記半導体製造用基板を熱処理し、前記拡散剤が有する不純物元素を拡散させた第1不純物拡散層を形成する第1不純物拡散層形成工程と、を有する太陽電池の製造方法であって、前記プリウェット用組成物がプロトン性の極性溶媒および水を含有し、
前記プロトン性の極性溶媒が、(a)下記式(I)で表される化合物及び(b)下記式(II)で表される化合物からなる群から選ばれる少なくとも一つであり、
前記プロトン性の極性溶媒と前記水との質量比が、プロトン性極性溶媒/水=90/10〜40/60である、太陽電池の製造方法である。
また、本発明の他の一態様は、半導体製造用基板の一方の面に、前記半導体製造用基板を回転させながらプリウェット用組成物を滴下してスピンコートする第1塗布工程と、
第1の不純物元素を有する拡散剤と溶剤とを含む拡散材料を、前記プリウェット用組成物がスピンコートされた前記一方の面にスピンコートし、前記拡散剤の塗膜を形成する第2塗布工程と、
前記塗膜が形成された前記半導体製造用基板を熱処理し、前記拡散剤が有する不純物元素を拡散させた第1不純物層を形成する第1不純物層形成工程と、を有する太陽電池の製造方法であって、
前記プリウェット用組成物がプロトン性の極性溶媒および水を含有し、
前記プロトン性の極性溶媒が、炭素数1〜4のアルキルアルコールであり、
前記プロトン性の極性溶媒と前記水との質量比が、プロトン性極性溶媒/水=90/10〜70/30である、太陽電池の製造方法である。
以下、図2〜5を参照しながら、太陽電池の製造方法を説明する。
図3(a)に示すように、本実施形態の太陽電池の製造方法で用いる基板Wは、平面視円形状のウエハWAについて、円弧の一部を切り取った角が丸い略矩形状を有している。このような基板Wの加工は、太陽電池の製造工程の一部であってもよく、予め略矩形に加工された基板Wを用いて太陽電池の製造工程を実施してもよい。
次いで、図3(c)に示すように、基板Wの一方の面Waに向けて、ノズル26からプリウェット用組成物210を供給し、スピンコートすることで、一方の面Waの全面にプリウェット用組成物210の膜を形成する(図2のステップS121)。詳細な塗布条件については後述する。
プロトン性の極性溶媒は、有機溶媒であることが好ましく、例えば、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール等の1価アルコール;
メチル−3−メトキシプロピオネート、及びエチル−3−エトキシプロピオネート
等のアルキルカルボン酸エステル;
エチレングリコール、ジエチレングリコール、及びプロピレングリコール等の多価アルコール;
エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノプロピルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノプロピルエーテル、プロピレングリコールモノブチルエーテル、3−メトキシ−3−メチル−1−ブタノール、3−メトキシ−1−ブタノール、エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、及びプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート等の多価アルコール誘導体が挙げられる。
これらのプロトン性の極性溶媒は、単独で用いてもよく、組み合わせて用いてもよい。
下記の成分(a)〜(c)からなる群から選ばれる少なくとも一つであることが好ましい。
(a)下記式(I)で表される化合物、
(b)下記式(II)で表される化合物、
(c)炭素数1〜4のアルキルアルコール
ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノプロピルエーテル、ジエチレングリコールモノイソプロピルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノイソブチルエーテル、及びジエチレングリコールモノターシャリーブチルエーテルを例示できる。
上記式(II)で表される化合物としては、例えば、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノプロピルエーテル、プロピレングリコールモノイソプロピルエーテル、プロピレングリコールモノブチルエーテル、プロピレングリコールモノイソブチルエーテル、プロピレングリコールモノターシャリーブチルエーテル、
トリメチレングリコールモノメチルエーテル、トリメチレングリコールモノエチルエーテル、トリメチレングリコールモノプロピルエーテル、トリメチレングリコールモノイソプロピルエーテル、トリメチレングリコールモノブチルエーテル、トリメチレングリコールモノイソブチルエーテル、トリメチレングリコールモノターシャリーブチルエーテル、
ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノエチルエーテル、ジプロピレングリコールモノプロピルエーテル、ジプロピレングリコールモノイソプロピルエーテル、ジプロピレングリコールモノブチルエーテル、ジプロピレングリコールモノイソブチルエーテル、及びジプロピレングリコールモノターシャリーブチルエーテルを例示できる。
炭素数1〜4のアルキルアルコールとしては、例えば、メタノール、エタノール、プロパノール、及びブタノールを例示できる。
本発明のプリウェット用組成物が含有するプロトン性の極性溶媒が上記の成分(a)〜(c)からなる群から選ばれる少なくとも一つである場合、水との調整がより容易となるため、より好ましく、なかでもエチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテルであることがさらに好ましい。
拡散材料が含む溶剤と、プリウェット用組成物が含有する溶媒とは同一のものであってもよく、異なるものの組み合わせであってもよい。当該組み合わせとしては、例えば、上記式(I)で表される化合物と上記式(II)で表される化合物との組み合わせや、上記式(II)で表される化合物と炭素数1〜4のアルキルアルコールとの組み合わせが挙げられる。
次いで、図3(d)に示すように、基板Wの一方の面Waに向けて、ノズル23から拡散剤を含む拡散材料200を供給し、スピンコートすることで、一方の面Waの全面に拡散剤の塗膜を形成する(図2のステップS122)。詳細な塗布条件については後述する。
(RO)3Ga、RGa(OH)、RGa(OH)2、R2Ga〔OC(CH3)=CH−CO−(CH3)〕等のガリウム化合物;
P2O5、NH4H2・PO4、(RO)3P、(RO)2P(OH)、(RO)3PO、(RO)2P2O3(OH)3、(RO)P(OH)2等のリン化合物;
H3AsO3、H2AsO4、(RO)3As、(RO)5As、(RO)2As(OH)、R3AsO、RAs=AsR等のヒ素化合物;
H3SbO4、(RO)3Sb、SbX3、SbOX、Sb4O5X等のアンチモン化合物;
Zn(OR)2、ZnX2、Zn(NO2)2等の亜鉛化合物;
が挙げられる。上記式中、Rはハロゲン原子、アルキル基、アルケニル基又はアリール基、Xはハロゲン原子を表す。これらの化合物の中では、酸化ホウ素(B2O3)、酸化リン(P2O5)等を好ましく用いることができる。
本実施形態においては、拡散剤として酸化ホウ素を用いることとして説明する。
フェニルトリメトキシシラン、及びフェニルトリエトキシシラン等のフェニルトリアルコキシシラン;等
ジフェニルメトキシシラン、及びジフェニルエトキシシラン等のジフェニルジアルコキシシラン;等
トリフェニルメトキシシラン、トリフェニルエトキシシラン等のトリフェニルアルコキシシラン;等
次いで、図3(e)に示すように、拡散剤の塗膜を形成した基板Wを熱処理し、基板Wに不純物元素を拡散させて、基板の表面に不純物拡散層を形成する(図2のステップS13)。
次いで、図5に示すように、基板の他方の面に第2の不純物元素を拡散させて、不純物拡散層を形成する(図2のステップS14)。
T1〜T2間は、例えば0.5秒以上10秒以下である。本実施形態の製造方法においては、T1〜T2間は5秒である。
T2〜T3間は、例えば0.5秒以上2秒以下である。本実施形態の製造方法においては、T2〜T3間は1秒である。
T3〜T4間は、例えば0.2秒以上1秒以下である。
T4〜T5間は、例えば3秒以上10秒以下である。本実施形態の製造方法においては、T4〜T5間は5秒である。
T5〜T6間は、例えば0.2秒以上1秒以下である。
図7(a)は本実施形態の太陽電池の製造方法を実施する基板処理装置の平面図であり、図7(b)は図7(a)のA−A線矢視による断面図である。図8は基板処理装置100の電気的構成を示すブロック図である。
ノズル部21は、図10に示すように、拡散材料200を滴下する開口部23aが形成された第1ノズル23と、プリウェット用組成物210を滴下する開口部26aが形成された第2ノズル26と、第1ノズル23及び第2ノズル26を収容する収容部24と、を有している。
また、第2ノズル26の内部にはプリウェット用組成物210を開口部63aに流通させる図示しない流通路が設けられており、この流通路には図示しないプリウェット用組成物供給源が接続されている。このプリウェット用組成物供給源は例えば図示しないポンプを有しており、当該ポンプでプリウェット用組成物を開口部26aへと押し出すことで開口部26aからプリウェット用組成物210を滴下させる。
塗布装置10における拡散材料の塗布工程は、載置工程S1と、ノズル移動工程S2と、ノズル下降工程S3と、プリウェット用組成物滴下工程S4と、拡散材料滴下工程S5と、ノズル上昇工程S6と、ノズル退避工程S7と、を含む。
塗布装置10で行う塗布工程は、上述の図2で示すステップS12に対応する。
ノズル移動工程S2は、基板載置位置にあるチャック部20の上方にノズル部21を移動する工程である。
ノズル下降工程S3は、基板Wが載置されたチャック部20を基板載置ポジションからカップ部22内で回転動作を行う回転ポジションへと移動するとともにノズル部21を下降させる工程である。
プリウェット用組成物滴下工程S4は、回転ポジションまで移動したチャック部20上の基板Wに対して第2ノズル26の開口部26aからプリウェット用組成物210を滴下するとともにチャック部20を回転させる工程である。
拡散材料滴下工程S5は、プリウェット用組成物210を滴下した基板Wに対して第1ノズル23の開口部23aから拡散材料200を滴下するとともにチャック部20を回転させる工程である。
ノズル上昇工程S6は、ノズル部21を上昇させることでチャック部20から退避させる工程である。
ノズル退避工程S7は、カップ部22内からノズル部21を退避させる工程である。
まず、図12(a)に示すように、基板処理装置100は搬入部1に搬入された基板Wを第1搬送装置6により塗布装置10へと受け渡す(載置工程S1)。このとき、チャック部20は基板支持部材62により搬送される基板Wを載置する載置ポジションまで上昇している。また、基板処理装置100は、次の塗布工程に備えて、搬入部1内に他の基板Wを搬入しておく。
これにより、基板Wの中央部WCに滴下された拡散材料200は、基板Wの全面へと濡れ拡がる。これにより、基板Wの表面から拡散材料200を振り切ることができる。
また、基板W上に形成される拡散剤の塗膜を半乾燥状態とすることができる。
以下に本発明を実施例により説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
プロピレングリコールモノメチルエーテル(PGME)(沸点120℃)およびH2Oの2成分からなるプリウェット用組成物を、以下の表1に示す計6種の質量比率(PGME/H2O = 90/10〜30/70の範囲)で調製した。なお、以下、H2OにはDIWを用いた。
プリウェット用組成物0.92gを、n型単結晶シリコン基板に滴下し、次いで、基板回転を止めないまま、プリウェット用組成物がスピンコートされたシリコン基板に、ボロン系拡散剤を含有しPGMEを溶媒するボロン系拡散材料(EPLUS(登録商標) SC−1008、東京応化工業社製)を表1に示す量で基板へと滴下してスピンコートし、該基板を150℃のホットプレート上に30秒間載せて乾燥させ、続いて該基板を拡散炉にて酸素雰囲気下600℃、30分間の焼成後、窒素雰囲気下950℃、30分間の熱拡散を実施した。前記n型単結晶シリコン基板は、対角:200mm、辺(直線部分):156mm、厚み:180μmで、基板の両面がアルカリ溶剤でエッチングされ、両面に凹凸形状が形成されたものを用いた。また、スピンコートの条件は、図6(a)を参照して、R1=800rpm、R2=2800rpm、T1〜T2=5秒、T2〜T3=0.5〜1.5秒、T4〜T5=5秒とした。
表中の○は、ボロン系拡散材料の塗布面が、基板全面に塗り残し部分なく均一に形成されたことを示す。表中の△は、ボロン系拡散材料の塗布面が、基板のほぼ全面に形成されたものの、ストリエーションが観察されたことを示す。表中の×は、ボロン系拡散材料の塗布面が、基板の全面に形成されずに塗り残し部分が発生したことを示す。ボロン系拡散材料の塗布性が○である基板は太陽電池として良好に使用可能である。ボロン系拡散材料の塗布性が△および×である基板は太陽電池として用いるには不良である。これらの塗布性の評価は目視により行った。
シリコン基板にボロン系拡散材料をスピンコートする前にプリウェット用組成物の滴下を行わなかった以外は、実施例1と同様の方法で太陽電池の作製を行った。ボロン系拡散材料の塗布面を基板全面に塗り残し部分なく均一に形成するためには、1.50gのボロン系拡散材料を基板へと滴下する必要があった(表2)。
対して、PGMEおよびH2Oの2成分からなるプリウェット用組成物滴下をしてスピンコートを行った後に、ボロン系拡散材料を滴下して、スピンコートにより塗布を行ったシリコン基板では、はるかに少量の0.36gの拡散材料の滴下で良好な塗布面を形成することが可能であった。
一方、PGMEおよびH2Oの2成分系のプリウェット用組成物を使用した場合では、拡散材料の0.36gの滴下であっても塗布性が良好( ○ )であった。
エチレングリコールモノエチルエーテル(EGME)(沸点135℃)およびH2Oの2成分からなるプリウェット用組成物を、以下の表3に示す計7種の質量比率(EGME/H2O= 90/10〜20/80の範囲)で調製し、得られたプリウェット用組成物をプリウェットに用いた以外は、実施例1と同様の方法で太陽電池を作製した。また、プリウェット用組成物との比較対象として、EGME(EGME/H2O = 100/0)およびH2O(EGME/H2O = 0/100)をプリウェットに用い、同様の方法で太陽電池を作製した。
表3に示される結果から、EGMEおよびH2Oの2成分系プリウェット用組成物をプリウェットに使用することで、良好な塗布面を形成するために必要なボロン系拡散材料の使用量を大幅に削減可能であることが示された。
メチルアルコール(MeOH)(沸点64.7℃)およびH2Oの2成分からなるプリウェット用組成物を、以下の表4に示す計6種の質量比率(MeOH/H20 = 90/10〜30/70の範囲)で調製し、得られたプリウェット用組成物をプリウェットに用いた以外は、実施例1と同様の方法で太陽電池を作製した。
表4に示される結果から、MeOHおよびH2Oの2成分系プリウェット用組成物をプリウェットに使用することで、良好な塗布面を形成するために必要なボロン系拡散材料の使用量を大幅に削減可能であることが示された。
Claims (2)
- 半導体製造用基板の一方の面に、前記半導体製造用基板を回転させながらプリウェット用組成物を滴下してスピンコートする第1塗布工程と、
第1の不純物元素を有する拡散剤と溶剤とを含む拡散材料を、前記プリウェット用組成物がスピンコートされた前記一方の面にスピンコートし、前記拡散剤の塗膜を形成する第2塗布工程と、
前記塗膜が形成された前記半導体製造用基板を熱処理し、前記拡散剤が有する不純物元素を拡散させた第1不純物層を形成する第1不純物層形成工程と、を有する太陽電池の製造方法であって、
前記プリウェット用組成物がプロトン性の極性溶媒および水を含有し、
前記プロトン性の極性溶媒が、(a)下記式(I)で表される化合物及び(b)下記式(II)で表される化合物からなる群から選ばれる少なくとも一つであり、
前記プロトン性の極性溶媒と前記水との質量比が、プロトン性極性溶媒/水=90/10〜40/60である、太陽電池の製造方法。
- 半導体製造用基板の一方の面に、前記半導体製造用基板を回転させながらプリウェット用組成物を滴下してスピンコートする第1塗布工程と、
第1の不純物元素を有する拡散剤と溶剤とを含む拡散材料を、前記プリウェット用組成物がスピンコートされた前記一方の面にスピンコートし、前記拡散剤の塗膜を形成する第2塗布工程と、
前記塗膜が形成された前記半導体製造用基板を熱処理し、前記拡散剤が有する不純物元素を拡散させた第1不純物層を形成する第1不純物層形成工程と、を有する太陽電池の製造方法であって、
前記プリウェット用組成物がプロトン性の極性溶媒および水を含有し、
前記プロトン性の極性溶媒が、炭素数1〜4のアルキルアルコールであり、
前記プロトン性の極性溶媒と前記水との質量比が、プロトン性極性溶媒/水=90/10〜70/30である、太陽電池の製造方法。
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