JP6330661B2 - パッシベーション層形成用組成物、パッシベーション層付半導体基板及びその製造方法、並びに太陽電池素子及びその製造方法 - Google Patents
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Description
まず、光閉じ込め効果を促して高効率化を図るよう、受光面側にテクスチャー構造を形成したp型シリコン基板を準備する。続いてオキシ塩化リン(POCl3)、窒素及び酸素の混合ガス雰囲気において800℃〜900℃で数十分の処理を行って一様にn型拡散層を形成する。この従来の方法では、混合ガスを用いてリンの拡散を行うため、表面のみならず、側面及び裏面にもn型拡散層が形成される。そのため、側面のn型拡散層を除去するためのサイドエッチングを行う必要がある。また、裏面に形成されたn型拡散層はp+型拡散層へ変換する必要があり、裏面全体にアルミニウム粉末及びバインダを含むアルミニウムペーストを塗布し、これを熱処理(焼成)してアルミニウム電極を形成することで、n型拡散層をp+型拡散層にするのと同時に、オーミックコンタクトを得ている。
このような受光面とは反対側(以下、「裏面側」ともいう)にポイントコンタクト構造を有する太陽電池の場合、アルミ電極以外の部分の表面において、少数キャリアの再結合速度を抑制する必要がある。そのための裏面側用のパッシベーション層(以下、単に「パッシベーション層」ともいう)として、SiO2膜等が提案されている(例えば、特開2004−6565号公報参照)。このような酸化物の膜を形成することによるパッシベーション効果としては、シリコン基板の裏面表層部のケイ素原子の未結合手を終端させ、再結合の原因となる表面準位密度を低減させる効果がある。
このようなパッシベーション層は、一般的にはALD(Atomic Layer Deposition)法、CVD(Chemical Vapor Deposition)法等の方法で形成される(例えば、Journal of Applied Physics,104(2008),113703−1〜113703−7参照)。また半導体基板上に酸化アルミニウム膜を形成する簡便な手法として、ゾルゲル法による手法が提案されている(例えば、Thin Solid Films,517(2009),6327−6330;Chinese Physics Letters,26(2009),088102−1〜088102−4;及びNippon Seramikkusu Kyokai Gakujutsu Ronbunshi,97(1989)369−399参照)。
<1> 下記一般式(I)で表されるアルコキシドの少なくとも1種と、チタン化合物、ジルコニウム化合物及びシリコンアルコキシドからなる群より選択される少なくとも1種の化合物と、溶剤と、樹脂と、を含むパッシベーション層形成用組成物。
本発明のパッシベーション層形成用組成物は、下記一般式(I)で表されるアルコキシド(以下、「特定の金属アルコキシド化合物」ともいう)の少なくとも1種と、チタン化合物、ジルコニウム化合物及びシリコンアルコキシドからなる群より選択される少なくとも1種の化合物と、溶剤と、樹脂と、を含む。前記パッシベーション層形成用組成物は必要に応じてその他の成分を更に含んでいてもよい。パッシベーション層形成用組成物が上記成分を含むことで、屈折率が充分に大きいパッシベーション層を簡便な手法で所望の形状に形成することが可能である。また該パッシベーション層形成用組成物は保存安定性に優れる。
1/τ=1/τb+1/τs (A)
尚、実効ライフタイムが長いほど少数キャリアの再結合速度が遅いことを示す。また実効ライフタイムが長い半導体基板を用いて太陽電池素子を構成することで、変換効率が向上する。
前記パッシベーション層形成用組成物は前記一般式(I)で表される化合物(以下、「特定の金属アルコキシド化合物」ともいう)の少なくとも1種を含む。ここで、前記特定の金属アルコキシド化合物はNb、Ta、V、Y又はHfのアルコキシド(アルコキシド化合物)であり、パッシベーション層形成用組成物がこれらアルコキシド化合物の少なくとも1種を含むことで、優れたパッシベーション効果を有するパッシベーション層を形成することができる。これについて発明者らは以下のように考えている。
特定の金属アルコキシド化合物の少なくとも1種を含有するパッシベーション層形成用組成物を熱処理(焼成)することにより形成される金属酸化物は、金属原子または酸素原子の欠陥を生じるため、大きな固定電荷を生じやすくなると考えられる。この固定電荷が半導体基板の界面付近で電荷を発生することで少数キャリアの濃度を低下させることができ、結果的に界面でのキャリア再結合速度が抑制されるため、優れたパッシベーション効果を有するパッシベーション層を形成することができると考えられる。更にチタン化合物、ジルコニウム化合物及びシリコンアルコキシドからなる群より選択される少なくとも1種の化合物を含むことで、形成されるパッシベーション層の屈折率が大きくなると考えられる。
中でもR1は、保存安定性とパッシベーション効果の観点から、炭素数1〜8の無置換のアルキル基であることが好ましく、炭素数1〜4の無置換のアルキル基であることがより好ましい。
具体的には、ニオブメトキシド、ニオブエトキシド、ニオブイソプロポキシド、ニオブn−プロポキシド、ニオブn−ブトキシド、ニオブt−ブトキシド、ニオブイソブトキシド、タンタルメトキシド、タンタルエトキシド、タンタルイソプロポキシド、タンタルn−プロポキシド、タンタルn−ブトキシド、タンタルt−ブトキシド、タンタルイソブトキシド、イットリウムメトキシド、イットリウムエトキシド、イットリウムイソプロポキシド、イットリウムn−プロポキシド、イットリウムn−ブトキシド、イットリウムt−ブトキシド、イットリウムイソブトキシド、バナジウムメトキシドオキシド、バナジウムエトキシドオキシド、バナジウムイソプロポキシドオキシド、バナジウムn−プロポキシドオキシド、バナジウムn−ブトキシドオキシド、バナジウムt−ブトキシドオキシド、バナジウムイソブトキシドオキシド、ハフニウムメトキシド、ハフニウムエトキシド、ハフニウムイソプロポキシド、ハフニウムn−プロポキシド、ハフニウムn−ブトキシド、ハフニウムt−ブトキシド、ハフニウムイソブトキシド等を挙げることができ、中でもニオブエトキシド、ニオブn−プロポキシド、ニオブn−ブトキシド、タンタルエトキシド、タンタルn−プロポキシド、タンタルn−ブトキシド、イットリウムイソプロポキシド及びイットリウムn−ブトキシドが好ましい。負の固定電荷密度を得る観点からは、ニオブエトキシド、ニオブn−プロポキシド、ニオブn−ブトキシド、タンタルエトキシド、タンタルn−プロポキシド、タンタルn−ブトキシド、バナジウムエトキシドオキシド、バナジウムn−プロポキシドオキシド、バナジウムn−ブトキシドオキシド、ハフニウムエトキシド、ハフニウムn−プロポキシド及びハフニウムn−ブトキシドが好ましい。
本発明のパッシベーション層形成用組成物は、特定の金属アルコキシド化合物に加えて、チタン化合物、ジルコニウム化合物及びシリコンアルコキシドからなる群より選択される少なくとも1種の化合物を含有する。チタン化合物、ジルコニウム化合物及びシリコンアルコキシドから選択される少なくとも1種を含有することで、上記特定の金属アルコキシド化合物とともに屈折率の大きな複合酸化物を生成することが可能になり、更にパッシベーション効果もより向上させることができる。
本発明のパッシベーション層形成用組成物を熱処理(焼成)することで、形成されるパッシベーション層は、特定の金属アルコキシド化合物のみから形成されるパッシベーション層に比べて、屈折率が大きくなる。例えば、屈折率が大きいパッシベーション層が受光面上に形成された太陽電池素子は、光の利用効率がより向上するため、発電効率が向上する。パッシベーション層形成用組成物から形成されるパッシベーション層の屈折率は、1.4以上であることが好ましく、1.5以上であることがより好ましく、1.5〜2.5であることが更に好ましい。
一般式(III)中、R6及びR7はそれぞれ独立して炭素数1〜8のアルキル基を表す。mは0〜3の整数を表す。
また一般式(I)で表される特定の金属アルコキシド化合物の含有量に対するチタン化合物、ジルコニウム化合物及びシリコンアルコキシドからなる群より選択される少なくとも1種の化合物の含有量の比(特定の金属アルコキシド化合物/チタン化合物、ジルコニウム化合物及びシリコンアルコキシドからなる群より選択される少なくとも1種の化合物)は、生成する複合酸化物の屈折率及びパッシベーション効果の観点から、0.01〜1000であることが好ましく、0.05〜500であることがより好ましく、0.1〜100であることが更に好ましい。
本発明のパッシベーション層形成用組成物は、下記一般式(II)で表される化合物(以下、「有機アルミニウム化合物」という)の少なくとも1種を含有してもよい。
中でも保存安定性とパッシベーション効果の観点から、一般式(II)におけるR3及びR4はそれぞれ独立して、水素原子又は炭素数1〜8の無置換のアルキル基であることが好ましく、水素原子又は炭素数1〜4の無置換のアルキル基であることがより好ましい。
また一般式(II)におけるR5は、保存安定性とパッシベーション効果の観点から、水素原子又は炭素数1〜8の無置換のアルキル基であることが好ましく、水素原子又は炭素数1〜4の無置換のアルキル基であることがより好ましい。
前記アルミニウムトリアルコキシドと、2つのカルボニル基を有する特定構造の化合物とを混合すると、アルミニウムトリアルコキシドのアルコキシド基の少なくとも一部が特定構造の化合物と置換して、アルミニウムキレート構造を形成する。このとき必要に応じて、溶剤が存在してもよく、また加熱処理や触媒の添加を行ってもよい。アルミニウムアルコキシド構造の少なくとも一部がアルミニウムキレート構造に置換されることで、有機アルミニウム化合物の加水分解や重合反応に対する安定性が向上し、これを含むパッシベーション層形成用組成物の保存安定性がより向上する。また、上述した特定の金属アルコキシド化合物や、チタン化合物、ジルコニウム化合物及びシリコンアルコキシドと反応性が近いものほど、緻密で光触媒作用が小さく、屈折率が大きい複合酸化物を生成しやすくなる。
有機アルミニウム化合物は、液状であっても固体であってもよく、特に制限はない。パッシベーション効果と保存安定性の観点から、常温での安定性、溶解性又は分散性等が良好な有機アルミニウム化合物を用いることで、形成されるパッシベーション層の均一性がより向上し、所望のパッシベーション効果を安定的に得ることができる。
パッシベーション層形成用組成物は、樹脂を含有する。樹脂を含むことで、前記パッシベーション層形成用組成物が半導体基板上に付与されて形成される組成物層の形状安定性がより向上し、パッシベーション層を前記組成物層が形成された領域に、所望の形状で選択的に形成することができる。
またこれら樹脂の分子量は特に制限されず、パッシベーション層形成用組成物としての所望の粘度を鑑みて適宜調整することが好ましい。前記樹脂の重量平均分子量は、保存安定性とパターン形成性の観点から、1,000〜10,000,000であることが好ましく、1,000〜5,000,000であることがより好ましい。なお、樹脂の重量平均分子量はGPC(ゲルパーミエーションクロマトグラフィー)を用いて測定される分子量分布から標準ポリスチレンの検量線を使用して換算して求められる。検量線は、標準ポリスチレンの5サンプルセット(PStQuick MP−H、PStQuick B[東ソー(株)製、商品名])を用いて3次式で近似する。GPCの測定条件を以下に示す。
(検出器:L−2490型RI[株式会社日立ハイテクノロジーズ])
(カラムオーブン:L−2350[株式会社日立ハイテクノロジーズ])
カラム:Gelpack GL−R440 + Gelpack GL−R450 + Gelpack GL−R400M(計3本)(日立化成株式会社、商品名)
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溶離液:テトラヒドロフラン
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流量:2.05mL/分
測定温度:25℃
前記パッシベーション層形成用組成物は溶剤を含んでいてもよい。パッシベーション層形成用組成物が溶剤を含有することで、粘度の調整がより容易になり、付与性がより向上し、より均一なパッシベーション層を形成することができる。前記溶剤は特に制限されず、必要に応じて適宜選択することができる。中でも一般式(I)で表される特定の金属アルコキシド化合物、チタン化合物、ジルコニウム化合物及びシリコンアルコキシドからなる群より選択される少なくとも1種の化合物、及び必要に応じて添加される一般式(II)で表される有機アルミニウム化合物を溶解して溶液を得ることができる溶剤が好ましく、有機溶剤の少なくとも1種を含むことがより好ましい。
溶剤として具体的には、アセトン、メチルエチルケトン、メチル−n−プロピルケトン、メチルイソプロピルケトン、メチル−n−ブチルケトン、メチルイソブチルケトン、メチル−n−ペンチルケトン、メチル−n−ヘキシルケトン、ジエチルケトン、ジプロピルケトン、ジイソブチルケトン、トリメチルノナノン、シクロヘキサノン、シクロペンタノン、メチルシクロヘキサノン、2,4−ペンタンジオン、アセトニルアセトン等のケトン系溶剤;ジエチルエーテル、メチルエチルエーテル、メチル−n−プロピルエーテル、ジイソプロピルエーテル、テトラヒドロフラン、メチルテトラヒドロフラン、ジオキサン、ジメチルジオキサン、エチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールジエチルエーテル、エチレングリコールジ−n−プロピルエーテル、エチレングリコールジブチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールメチルエチルエーテル、ジエチレングリコールメチル−n−プロピルエーテル、ジエチレングリコールメチル−n−ブチルエーテル、ジエチレングリコールジ−n−プロピルエーテル、ジエチレングリコールジ−n−ブチルエーテル、ジエチレングリコールメチル−n−ヘキシルエーテル、トリエチレングリコールジメチルエーテル、トリエチレングリコールジエチルエーテル、トリエチレングリコールメチルエチルエーテル、トリエチレングリコールメチル−n−ブチルエーテル、トリエチレングリコールジ−n−ブチルエーテル、トリエチレングリコールメチル−n−ヘキシルエーテル、テトラエチレングリコールジメチルエーテル、テトラエチレングリコールジエチルエーテル、テトラエチレングリコールメチルエチルエーテル、テトラエチレングリコールメチル−n−ブチルエーテル、テトラエチレングリコールジ−n−ブチルエーテル、テトラエチレングリコールメチル−n−ヘキシルエーテル、テトラエチレングリコールジ−n−ブチルエーテル、プロピレングリコールジメチルエーテル、プロピレングリコールジエチルエーテル、プロピレングリコールジ−n−プロピルエーテル、プロピレングリコールジブチルエーテル、ジプロピレングリコールジメチルエーテル、ジプロピレングリコールジエチルエーテル、ジプロピレングリコールメチルエチルエーテル、ジプロピレングリコールメチル−n−ブチルエーテル、ジプロピレングリコールジ−n−プロピルエーテル、ジプロピレングリコールジ−n−ブチルエーテル、ジプロピレングリコールメチル−n−ヘキシルエーテル、トリプロピレングリコールジメチルエーテル、トリプロピレングリコールジエチルエーテル、トリプロピレングリコールメチルエチルエーテル、トリプロピレングリコールメチル−n−ブチルエーテル、トリプロピレングリコールジ−n−ブチルエーテル、トリプロピレングリコールメチル−n−ヘキシルエーテル、テトラプロピレングリコールジメチルエーテル、テトラプロピレングリコールジエチルエーテル、テトラプロピレングリコールメチルエチルエーテル、テトラプロピレングリコールメチル−n−ブチルエーテル、テトラプロピレングリコールジ−n−ブチルエーテル、テトラプロピレングリコールメチル−n−ヘキシルエーテル等のエーテル系溶剤;酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸n−プロピル、酢酸イソプロピル、酢酸n−ブチル、酢酸イソブチル、酢酸sec−ブチル、酢酸n−ペンチル、酢酸sec−ペンチル、酢酸3−メトキシブチル、酢酸メチルペンチル、酢酸2−エチルブチル、酢酸2−エチルヘキシル、酢酸2−(2−ブトキシエトキシ)エチル、酢酸ベンジル、酢酸シクロヘキシル、酢酸メチルシクロヘキシル、酢酸ノニル、アセト酢酸メチル、アセト酢酸エチル、酢酸ジエチレングリコールメチルエーテル、酢酸ジエチレングリコールモノエチルエーテル、酢酸ジプロピレングリコールメチルエーテル、酢酸ジプロピレングリコールエチルエーテル、ジ酢酸グリコール、酢酸メトキシトリエチレングリコール、プロピオン酸エチル、プロピオン酸n−ブチル、プロピオン酸イソアミル、シュウ酸ジエチル、シュウ酸ジ−n−ブチル、乳酸メチル、乳酸エチル、乳酸n−ブチル、乳酸n−アミル、エチレングリコールメチルエーテルプロピオネート、エチレングリコールエチルエーテルプロピオネート、エチレングリコールメチルエーテルアセテート、エチレングリコールエチルエーテルアセテート、プロピレングリコールメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールエチルエーテルアセテート、プロピレングリコールプロピルエーテルアセテート、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン等のエステル系溶剤;アセトニトリル、N−メチルピロリジノン、N−エチルピロリジノン、N−プロピルピロリジノン、N−ブチルピロリジノン、N−ヘキシルピロリジノン、N−シクロヘキシルピロリジノン、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド等の非プロトン性極性溶剤;メタノール、エタノール、n−プロパノール、イソプロパノール、n−ブタノール、イソブタノール、sec−ブタノール、t−ブタノール、n−ペンタノール、イソペンタノール、2−メチルブタノール、sec−ペンタノール、t−ペンタノール、3−メトキシブタノール、n−ヘキサノール、2−メチルペンタノール、sec−ヘキサノール、2−エチルブタノール、sec−ヘプタノール、n−オクタノール、2−エチルヘキサノール、sec−オクタノール、n−ノニルアルコール、n−デカノール、sec−ウンデシルアルコール、トリメチルノニルアルコール、sec−テトラデシルアルコール、sec−ヘプタデシルアルコール、シクロヘキサノール、メチルシクロヘキサノール、ベンジルアルコール、エチレングリコール、1,2−プロピレングリコール、1,3−ブチレングリコール、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、トリエチレングリコール、トリプロピレングリコール等のアルコール系溶剤;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フェニルエーテル、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−n−ブチルエーテル、ジエチレングリコールモノ−n−ヘキシルエーテル、エトキシトリグリコール、テトラエチレングリコールモノ−n−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、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、トリプロピレングリコールモノメチルエーテル等のグリコールモノエーテル系溶剤;α−テルピネン、α−テルピネオール、ミルセン、アロオシメン、リモネン、ジペンテン、α−ピネン、β−ピネン、ターピネオール、カルボン、オシメン、フェランドレン等のテルペン系溶剤;水などが挙げられる。これらの溶剤は1種類を単独で又は2種類以上を組み合わせて使用される。
パッシベーション層形成用組成物が溶剤を含む場合、溶剤の含有率は、付与性、パターン形成性、保存安定性を考慮して決定される。例えば溶剤の含有率は、組成物の付与性とパターン形成性の観点から、パッシベーション層形成用組成物の総質量中に5質量%〜98質量%であることが好ましく、10質量%〜95質量%であることがより好ましい。
酸性化合物としては、ブレンステッド酸及びルイス酸を挙げることができる。具体的には塩酸、硝酸等の無機酸、酢酸等の有機酸などを挙げることができる。また塩基性化合物としては、ブレンステッド塩基及びルイス塩基を挙げることができる。具体的にはアルカリ金属水酸化物、アルカリ土類金属水酸化物等の無機塩基、トリアルキルアミン、ピリジン等の有機塩基などを挙げることができる。
一方、パッシベーション層形成用組成物が樹脂の代わりに高沸点材料を含む場合、パターン形成性の観点から、せん断速度1.0s−1におけるせん断粘度η1をせん断速度1000s−1におけるせん断粘度η3で除して算出されるチキソ比(η1/η3)が1.05〜100であることが好ましく、1.1〜50であることがより好ましい。
なお、前記パッシベーション層形成用組成物中に含まれる成分、及び各成分の含有量は示差熱−熱重量同時測定(TG/DTA)等の熱分析、核磁気共鳴(NMR)、赤外分光法(IR)等のスペクトル分析、高速液体クロマトグラフィー(HPLC)、ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)等のクロマトグラフ分析などを用いて確認することができる。
本発明のパッシベーション層付半導体基板は、半導体基板と、前記半導体基板上の全面又は一部に設けられる前記パッシベーション層形成用組成物の熱処理物(焼成物)層とを有する。前記パッシベーション層付半導体基板は、前記パッシベーション層形成用組成物の熱処理物(焼成物)からなる層であるパッシベーション層を有することで優れたパッシベーション効果を示す。
また前記半導体基板の厚みは特に制限されず、目的に応じて適宜選択することができる。例えば50μm〜1000μmとすることができ、75μm〜750μmであることが好ましい。
本発明のパッシベーション層付半導体基板の製造方法は、半導体基板上の全面又は一部に、前記パッシベーション層形成用組成物を付与して組成物層を形成する工程と、前記組成物層を熱処理(焼成)してパッシベーション層を形成する工程とを有する。前記製造方法は必要に応じてその他の工程を更に含んでいてもよい。
前記パッシベーション層形成用組成物を用いることで、優れたパッシベーション効果と良好な屈折率を有するパッシベーション層を所望の形状に、簡便な方法で形成することができる。
また前記半導体基板の厚みは特に制限されず、目的に応じて適宜選択することができる。例えば50μm〜1000μmとすることができ、75μm〜750μmであることが好ましい。
組成物層の熱処理(焼成)条件は、組成物層に含まれる一般式(I)で表されるアルコキシド、チタン化合物、ジルコニウム化合物及びシリコンアルコキシドからなる群より選択される少なくとも1種の化合物、及び必要に応じて含まれる一般式(II)で表される有機アルミニウム化合物を、その熱処理物(焼成物)である金属酸化物又は複合酸化物に変換可能であれば特に制限されない。パッシベーション層に効果的に固定電荷を与え、より優れたパッシベーション効果を得るために、具体的には、熱処理(焼成)温度は300℃〜900℃が好ましく、450℃〜800℃がより好ましい。また熱処理(焼成)時間は熱処理(焼成)温度等に応じて適宜選択できる。例えば、0.1時間〜10時間とすることができ、0.2時間〜5時間であることが好ましい。
尚、形成されたパッシベーション膜の平均厚みは、触針式段差・表面形状測定装置(例えば、Ambios社)を用いて常法により、3点の厚みを測定し、その算術平均値として算出される。
本発明の太陽電池素子は、p型層及びn型層がpn接合されてなる半導体基板と、前記半導体基板上の全面又は一部に設けられる前記パッシベーション層形成用組成物の熱処理物層であるパッシベーション層と、前記半導体基板の前記p型層及びn型層の少なくとも一方の層上に設けられる電極とを有する。前記太陽電池素子は、必要に応じてその他の構成要素を更に有していてもよい。
前記太陽電池素子は、本発明のパッシベーション層形成用組成物から形成されたパッシベーション層を有することで、変換効率に優れる。
また前記半導体基板上に形成されたパッシベーション層の厚みは特に制限されず、目的に応じて適宜選択することができる。例えばパッシベーション層の平均厚みは、5nm〜50μmであることが好ましく、10nm〜30μmであることが好ましく、15nm〜20μmであることが更に好ましい。
前記太陽電池素子の形状や大きさに制限はない。例えば、一辺が125mm〜156mmの正方形であることが好ましい。
本発明の太陽電池素子の製造方法は、p型層及びn型層が接合されてなるpn接合を有し、p型層及びn型層の少なくとも一方の層上に電極を有する半導体基板の、前記電極を有する面の一方又は両方の面上に、前記パッシベーション層形成用組成物を付与して組成物層を形成する工程と、前記組成物層を熱処理して、パッシベーション層を形成する工程とを有する。前記太陽電池素子の製造方法は、必要に応じてその他の工程を更に有していてもよい。
前記パッシベーション層形成用組成物を用いてパッシベーション層を形成する方法の詳細は、既述のパッシベーション層付半導体基板の製造方法と同様であり、好ましい態様も同様である。
前記半導体基板上に形成されるパッシベーション層の厚みは特に制限されず、目的に応じて適宜選択することができる。例えばパッシベーション層の平均厚みは、5nm〜50μmであることが好ましく、10nm〜30μmであることがより好ましく、15nm〜20μmであることが更に好ましい。
更にまた、裏面部分にパッシベーション層を形成せず、側面のみに本発明のパッシベーション層形成用組成物を付与し、乾燥してパッシベーション層を形成してもよい。本発明のパッシベーション層形成用組成物は、側面のような結晶欠陥が多い場所に使用すると、その効果が特に大きい。
ここでp型拡散層形成用組成物に代えて、アルミニウム電極ペーストを用いてもよい。アルミニウム電極ペーストを用いた場合には、p+型拡散層4上にはアルミニウム電極8が形成される。
また裏面電極が形成される領域にはすでにp+型拡散層4が形成されているため、裏面電極5を形成する電極形成用ペーストには、アルミニウム電極ペーストに限定されず、銀電極ペースト等のより低抵抗な電極を形成可能な電極用ペーストを用いることもできる。これにより、更に発電効率を高めることも可能になる。
更にまた、裏面部分にパッシベーション層を形成せず、側面のみに本発明のパッシベーション層形成用組成物を付与し、これを熱処理(焼成)してパッシベーション層を形成してもよい。本発明のパッシベーション層形成用組成物は、側面のような結晶欠陥が多い場所に使用すると、その効果が特に大きい。
図3に概略断面図を示すように、p型半導体基板1の受光面側には、表面近傍にn+型拡散層2が形成され、その表面にパッシベーション層6及び反射防止膜3が形成されている。反射防止膜3としては、窒化ケイ素膜、酸化チタン膜等が知られている。またパッシベーション層6は、本発明のパッシベーション層形成用組成物を付与し、これを熱処理(焼成)して形成される。本発明にかかるパッシベーション層は良好な屈折率を示すため、受光面側に設けられることで、発電効率を向上させることができる。
p+型拡散層4は、上述のようにp型拡散層形成用組成物又はアルミニウム電極ペーストを所望の領域に付与した後に熱処理することで形成することができる。またn+型拡散層2は、例えば熱拡散処理によりn+型拡散層を形成可能なn型拡散層形成用組成物を所望の領域に付与した後に熱処理することで形成することができる。
ここでn型拡散層形成用組成物としては例えば、ドナー元素含有物質とガラス成分とを含む組成物を挙げることができる。
また、p+型拡散層4上に設けられる裏面電極5は、アルミニウム電極ペーストを用いてp+型拡散層4と一括して形成されるアルミニウム電極であってもよい。
裏面に設けられるパッシベーション層6は、パッシベーション層形成用組成物を裏面電極5が設けられていない領域に付与し、これを熱処理(焼成)することで形成することができる。
またパッシベーション層6はp型半導体基板1の裏面のみならず、更に側面にも形成してよい(図示せず)。
本発明の太陽電池は、上記の太陽電池素子と、前記太陽電池素子の電極上に設けられる配線材料とを有する。前記太陽電池は、前記太陽電池素子の少なくとも1つを含み、太陽電池素子の電極上に配線材料が配置されて構成されることが好ましい。太陽電池は更に必要に応じて、配線材料を介して複数の太陽電池素子が連結され、更に封止材で封止されて構成されていてもよい。
前記配線材料及び封止材としては特に制限されず、当業界で通常用いられているものから適宜選択することができる。
前記太陽電池の大きさに特に制限はない。例えば、0.5m2〜3m2であることが好ましい。
(パッシベーション層形成用組成物1の調製)
樹脂としてエチルセルロース(日進化成株式会社、ETHOCEL200cps)を5.0g、溶剤としてテルピネオール(日本テルペン化学株式会社、以下同じ)を95.0g混合し、150℃で1時間攪拌してエチルセルロース溶液を調製した。
次に、一般式(I)で表されるアルコキシド化合物としてニオブエトキシド(和光純薬工業株式会社、以下同じ)を9.8g、チタン化合物としてチタンテトライソプロポキシド(和光純薬工業株式会社、以下同じ)を6.7g、エチルセルロース溶液を45.5g、テルピネオール(日本テルペン化学株式会社、以下同じ)を38.0g混合して、パッシベーション層形成用組成物1を調製した。パッシベーション層形成用組成物1の組成を表1に示した。
半導体基板として、表面がミラー形状の単結晶型p型シリコン基板(株式会社SUMCO、50mm角、厚さ:625μm)を用いた。シリコン基板をRCA洗浄液(関東化学株式会社、Frontier Cleaner−A01)を用いて70℃にて5分間、浸漬洗浄し、前処理を行った。
その後、上記で得られたパッシベーション層形成用組成物1を前処理したシリコン基板上に、スクリーン印刷法を用いて、乾燥後の平均厚みが5μmとなるように全面に付与し、150℃で5分間乾燥処理した。次いで700℃で10分間熱処理(焼成)した後、室温(25℃)で放冷して評価用基板を作製した。
上記で得られたパッシベーション層形成用組成物及びこれを用いて作製した評価用基板について以下のような評価を行った、評価結果を表2に示した。
上記で調製したパッシベーション層形成用組成物1のせん断粘度を、調製直後(12時間以内)に、回転式せん断粘度計(AntonPaar社、MCR301)に、コーンプレート(直径50mm、コーン角1°)を装着し、温度25℃で、せん断速度1.0s−1及び10s−1の条件でそれぞれ測定した。
せん断速度が1.0s−1の条件でのせん断粘度(η1)は45.2Pa・s、せん断速度が10s−1の条件でのせん断粘度(η2)は36.7Pa・sとなった。せん断粘度が1.0s−1と10s−1の場合でのチキソ比(η1/η2)は1.2となった。
上記で調製したパッシベーション層形成用組成物1のせん断粘度を、調製直後(12時間以内)及び25℃で30日間保存した後にそれぞれ測定した。せん断粘度の測定は、回転式せん断粘度計(AntonPaar社、MCR301)に、コーンプレート(直径50mm、コーン角1°)を装着し、温度25℃で、せん断速度10s−1で行った。
調製直後の25℃におけるせん断粘度(η0)は36.7Pa・s、25℃で30日間保存した後の25℃におけるせん断粘度(η30)は38.2Pa・sであった。
25℃で30日間保存した後のせん断粘度の変化率を下式(B)により算出し、下記評価基準に従って保存安定性について評価した。
せん断粘度の変化率(%)=(η30−η0)/(η0)×100 (B)
[評価基準]
A:せん断粘度の変化率が10%未満。
B:せん断粘度の変化率が10%以上、30%未満。
C:せん断粘度の変化率が30%以上。
評価がA又はBであれば、パッシベーション層形成用組成物として良好である。
印刷滲みの評価では、調製したパッシベーション層形成用組成物1を、シリコン基板上にスクリーン印刷法を用いて図4に示したパターンでドット状開口部以外の全面10に印刷した。ここで、評価に用いたドット状開口部のパターンは、ドット径(La)が368μm、ドット間隔(Lb)が0.5mmである。
その後、パッシベーション層形成用組成物1を付与したシリコン基板を700℃の温度で10分間熱処理(焼成)した後、室温で放冷した。
ここで、印刷直後のドット径(La)(368μm)に対し、熱処理(焼成)後のドット径(La)の減少率が10%未満のものを「A」、10%以上、30%未満のものを「B」、30%以上のものを「C」として評価した。評価がA又はBであれば、パッシベーション層形成用組成物としては良好である。
尚、印刷滲みとは、シリコン基板上に印刷したパッシベーション層形成用組成物から形成された組成物層が、シリコン基板の面方向に広がる現象を意味する。
上記で得られた評価用基板の実効ライフタイム(μs)を、ライフタイム測定装置(日本セミラボ株式会社、WT−2000PVN)を用いて、室温で反射マイクロ波光電導減衰法により測定した。得られた評価用基板のパッシベーション層形成用組成物を付与した領域の実効ライフタイムは、450μsであった。
上記で得られた評価用基板上のパッシベーション層の厚み(平均厚み)と屈折率を干渉式膜厚計(フィルメトリクス社、F20膜厚測定システム)を用いて測定したところ、厚みは250nm、屈折率は1.66となった。
(パッシベーション層形成用組成物2の調製)
タンタル(V)メトキシド(高純度化学研究所株式会社)を7.6g、ジルコニウムエトキシド(和光純薬工業株式会社、以下同じ)を8.9g、実施例1で調製したエチルセルロース溶液を45.5g、テルピネオールを38.0g混合して、パッシベーション層形成用組成物2を調製した。パッシベーション層形成用組成物2の組成を表1に示した。
その後は実施例1と同様にして、パッシベーション層形成用組成物2のせん断粘度、チキソ性、及び保存安定性を評価した。また、実施例1と同様にしてパッシベーション層形成用組成物2をシリコン基板上に付与して熱処理(焼成)した後の印刷滲みの評価及び実効ライフタイム、パッシベーション層の厚みと屈折率の測定を行った。結果を表2に示した。
ニオブエトキシドを6.7g、オルトケイ酸テトラエチル(Si(OC2H5)4、和光純薬工業株式会社、以下同じ)を4.0g、アルミニウムエチルアセトアセテートジイソプロピレート(川研ファインケミカル株式会社、商品名:ALCH、以下同じ)を6.0g、実施例1で調製したエチルセルロース溶液を56.0g、テルピネオールを27.3g混合して、パッシベーション層形成用組成物3を調製した。パッシベーション層形成用組成物3の組成を表1に示した。
その後は実施例1と同様にして、パッシベーション層形成用組成物3のせん断粘度、チキソ性、及び保存安定性を評価した。また、実施例1と同様にしてパッシベーション層形成用組成物3をシリコン基板上に付与して熱処理(焼成)した後の印刷滲みの評価及び実効ライフタイム、パッシベーション層の厚みと屈折率の測定を行った。結果を表2に示した。
バナジウム(V)オキシトリエトキシド(高純度化学研究所株式会社、以下同じ)を8.8g、ジルコニウムエトキシドを7.7g、実施例1で調製したエチルセルロース溶液を45.5g、テルピネオールを38.0g混合して、パッシベーション層形成用組成物4を調製した。パッシベーション層形成用組成物4の組成を表1に示した。
その後は実施例1と同様にして、パッシベーション層形成用組成物4のせん断粘度、チキソ性、及び保存安定性を評価した。また、実施例1と同様にしてパッシベーション層形成用組成物4をシリコン基板上に付与して熱処理(焼成)した後の印刷滲みの評価及び実効ライフタイム、パッシベーション層の厚みと屈折率の測定を行った。結果を表2に示した。
イットリウムエトキシド(高純度化学研究所株式会社)を7.6g、オルトケイ酸テトラエチルを5.3g、アルミニウムエチルアセトアセテートジイソプロピレートを3.6g、実施例1で調製したエチルセルロース溶液を45.5g、テルピネオールを38.0g混合して、パッシベーション層形成用組成物5を調製した。パッシベーション層形成用組成物5の組成を表1に示した。
その後は実施例1と同様にして、パッシベーション層形成用組成物5のせん断粘度、チキソ性、及び保存安定性を評価した。また、実施例1と同様にしてパッシベーション層形成用組成物5をシリコン基板上に付与して熱処理(焼成)した後の印刷滲みの評価及び実効ライフタイム、パッシベーション層の厚みと屈折率の測定を行った。結果を表2に示した。
ハフニウムエトキシド(高純度化学研究所株式会社)を7.2g、チタンテトライソプロポキシドを5.4g、アルミニウムエチルアセトアセテートジイソプロピレート3.9g、実施例1で調製したエチルセルロース溶液を45.5g、テルピネオールを38.0g混合して、パッシベーション層形成用組成物6を調製した。パッシベーション層形成用組成物6の組成を表1に示した。
その後は実施例1と同様にして、パッシベーション層形成用組成物6のせん断粘度、チキソ性、及び保存安定性を評価した。また、実施例1と同様にしてパッシベーション層形成用組成物6をシリコン基板上に付与して熱処理(焼成)した後の印刷滲みの評価及び実効ライフタイム、パッシベーション層の厚みと屈折率の測定を行った。結果を表2に示した。
ニオブエトキシドを8.0g、ジルコニウムエトキシドを8.5g、実施例1で調製したエチルセルロース溶液を45.5g、テルピネオールを38.0g混合して、パッシベーション層形成用組成物7を調製した。パッシベーション層形成用組成物7の組成を表1に示した。
その後は実施例1と同様にして、パッシベーション層形成用組成物7のせん断粘度、チキソ性、及び保存安定性を評価した。また、実施例1と同様にしてパッシベーション層形成用組成物7をシリコン基板上に付与して熱処理(焼成)した後の印刷滲みの評価及び実効ライフタイム、パッシベーション層の厚みと屈折率の測定を行った。結果を表2に示した。
バナジウム(V)オキシトリエトキシドを5.6g、オルトケイ酸テトラエチルを5.5g、アルミニウムエチルアセトアセテートジイソプロピレートを5.4g、実施例1で調製したエチルセルロース溶液を45.5g、テルピネオールを38.0g混合して、パッシベーション層形成用組成物8を調製した。パッシベーション層形成用組成物8の組成を表1に示した。
その後は実施例1と同様にして、パッシベーション層形成用組成物8のせん断粘度、チキソ性、及び保存安定性を評価した。また、実施例1と同様にしてパッシベーション層形成用組成物8をシリコン基板上に付与して熱処理(焼成)した後の印刷滲みの評価及び実効ライフタイム、パッシベーション層の厚みと屈折率の測定を行った。結果を表2に示した。
ニオブエトキシドを16.5g、テルピネオールを38.0g混合して、パッシベーション層形成用組成物C1を調製した。パッシベーション層形成用組成物C1の組成を表1に示した。
その後は実施例1と同様にして、パッシベーション層形成用組成物C1のせん断粘度、チキソ性、及び保存安定性を評価した。また、実施例1と同様にしてパッシベーション層形成用組成物C1をシリコン基板上に付与して熱処理(焼成)した後の印刷滲みの評価及び実効ライフタイム、パッシベーション層の厚みと屈折率の測定を行った。結果を表2に示した。
オルトケイ酸テトラエチルを16.5g、テルピネオールを38.0g混合して、パッシベーション層形成用組成物C2を調製した。パッシベーション層形成用組成物C2の組成を表1に示した。
その後は実施例1と同様にして、パッシベーション層形成用組成物C2のせん断粘度、チキソ性、及び保存安定性を評価した。また、実施例1と同様にしてパッシベーション層形成用組成物C2をシリコン基板上に付与して熱処理(焼成)した後の印刷滲みの評価及び実効ライフタイム、パッシベーション層の厚みと屈折率の測定を行った。結果を表2に示した。
アルミニウムエチルアセトアセテートジイソプロピレートを16.5g、テルピネオールを38.0g混合して、パッシベーション層形成用組成物C3を調製した。パッシベーション層形成用組成物C3の組成を表1に示した。
その後は実施例1と同様にして、パッシベーション層形成用組成物C3のせん断粘度、チキソ性、及び保存安定性を評価した。また、実施例1と同様にしてパッシベーション層形成用組成物C3をシリコン基板上に付与して熱処理(焼成)した後の印刷滲みの評価及び実効ライフタイム、パッシベーション層の厚みと屈折率の測定を行った。結果を表2に示した。
以下は、参考実施形態1に係るパッシベーション膜、塗布型材料、太陽電池素子及びパッシベーション膜付シリコン基板である。
前記シリコン基板の受光面側に形成されたn型の不純物拡散層と、
前記シリコン基板の受光面側の前記n型の不純物拡散層の表面に形成された第1電極と、
前記シリコン基板の裏面側の表面に形成され、複数の開口部を有する酸化アルミニウムと酸化ニオブを含むパッシベーション膜と、
前記複数の開口部を通して、前記シリコン基板の裏面側の表面と電気的な接続を形成している第2電極と、
を備える太陽電池素子。
前記シリコン基板の受光面側に形成されたn型の不純物拡散層と、
前記シリコン基板の受光面側の前記n型の不純物拡散層の表面に形成された第1電極と、
前記シリコン基板の裏面側の一部又は全部に形成され、前記シリコン基板より高濃度に不純物が添加されたp型の不純物拡散層と、
前記シリコン基板の裏面側の表面に形成され、複数の開口部を有する酸化アルミニウムと酸化ニオブを含むパッシベーション膜と、
前記複数の開口部を通して、前記シリコン基板の裏面側の前記p型の不純物拡散層の表面と電気的な接続を形成している第2電極と、
を備える太陽電池素子。
前記シリコン基板の受光面側に形成されたp型の不純物拡散層と、
前記シリコン基板の裏面側に形成された第2電極と、
前記シリコン基板の受光面側の表面に形成され、複数の開口部を有する酸化アルミニウムと酸化ニオブを含むパッシベーション膜と、
前記シリコン基板の受光面側の前記p型の不純物拡散層の表面に形成され、前記複数の開口部を通して前記シリコン基板の受光面側の表面と電気的な接続を形成している第1電極と、
を備える太陽電池素子。
前記シリコン基板上の全面又は一部に設けられる<1>〜<5>のいずれか1項に記載のパッシベーション膜と、
を有するパッシベーション膜付シリコン基板。
本実施の形態の太陽電池素子の構造について図6〜図9を参照しながら説明する。図6〜図9は、本実施の形態の裏面にパッシベーション膜を用いた太陽電池素子の第1〜第4構成例を示す断面図である。
次に、上記構成をもつ本実施の形態の太陽電池素子(図6〜図9)の製造方法の一例について説明する。ただし、本実施の形態は、以下に述べる方法で作製した太陽電池素子に限るものではない。
熱処理(焼成)により酸化アルミニウム(Al2O3)が得られる市販の有機金属分解塗布型材料[株式会社高純度化学研究所SYM−AL04、濃度2.3質量%]を3.0gと、熱処理(焼成)により酸化ニオブ(Nb2O5)が得られる市販の有機金属分解塗布型材料[株式会社高純度化学研究所Nb−05、濃度5質量%]を3.0gとを混合して、塗布型材料であるパッシベーション材料(a−1)を調製した。
参考実施例1−1と同様に、熱処理(焼成)により酸化アルミニウム(Al2O3)が得られる市販の有機金属分解塗布型材料[株式会社高純度化学研究所、SYM−AL04、濃度2.3質量%]と、熱処理(焼成)により酸化ニオブ(Nb2O5)が得られる市販の有機金属分解塗布型材料[株式会社高純度化学研究所、Nb−05、濃度5質量%]とを、比率を変えて混合して、表3に示すパッシベーション材料(a−2)〜(a−7)を調製した。
市販のニオブ(V)エトキシド(構造式:Nb(OC2H5)5、分子量:318.21)を3.18g(0.010mol)と、市販のアルミニウムトリイソプロポキシド(構造式:Al(OCH(CH3)2)3、分子量:204.25)を1.02g(0.005mol)とをシクロヘキサン80gに溶解して、濃度5質量%のパッシベーション材料(c−1)を調製した。
市販のニオブ(V)エトキシド(構造式:Nb(OC2H5)5、分子量:318.21)を2.35g(0.0075mol)と、市販のアルミニウムトリイソプロポキシド(構造式:Al(OCH(CH3)2)3、分子量:204.25)を1.02g(0.005mol)と、ノボラック樹脂10gとを、ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセタート10gとシクロヘキサン10gに溶解して、パッシベーション材料(c−2)を調製した。
参考実施例1−1と同様に、熱処理(焼成)により酸化アルミニウム(Al2O3)が得られる市販の有機金属分解塗布型材料[株式会社高純度化学研究所SYM−AL04、濃度2.3質量%]と、熱処理(焼成)により酸化ニオブ(Nb2O5)が得られる市販の有機金属分解塗布型材料[株式会社高純度化学研究所Nb−05、濃度5質量%]とを、比率を変えて混合して、表4に示すパッシベーション材料(b−1)〜(b−7)を調製した。
パッシベーション材料(d−1)として、熱処理(焼成)により酸化チタン(TiO2)が得られる市販の有機金属分解塗布型材料[株式会社高純度化学研究所Ti−03−P、濃度3質量%]、パッシベーション材料(d−2)として、熱処理(焼成)によりチタン酸バリウム(BaTiO3)が得られる市販の有機金属分解塗布型材料[株式会社高純度化学研究所BT−06、濃度6質量%]、パッシベーション材料(d−3)として、熱処理(焼成)により酸化ハフニウム(HfO2)が得られる市販の有機金属分解塗布型材料[株式会社高純度化学研究所Hf−05、濃度5質量%]を準備した。
シリコン基板101として、ボロンをドーパントした単結晶シリコン基板を用いて、図8に示す構造の太陽電池素子を作製した。シリコン基板101の表面をテクスチャー処理した後、塗布型のリン拡散材を受光面側に付与し、熱処理により拡散層102(リン拡散層)を形成した。その後、塗布型のリン拡散材を希フッ酸で除去した。
また、パッシベーション膜107として、参考実施例1−3で調製したパッシベーション材料(c−1)を用いたサンプルも別途作製した。
以下は、参考実施形態2に係るパッシベーション膜、塗布型材料、太陽電池素子及びパッシベーション膜付シリコン基板である。
前記シリコン基板の受光面側である第1面側に形成されたn型の不純物拡散層と、
前記不純物拡散層上に形成された第1電極と、
前記シリコン基板の受光面側とは逆の第2面側に形成され、開口部を有するパッシベーション膜と、
前記シリコン基板の第2面側に形成され、前記シリコン基板の第2面側と前記パッシベーション膜の開口部を通して電気的に接続されている第2電極と、を備え、
前記パッシベーション膜は、酸化アルミニウムと、酸化バナジウム及び酸化タンタルからなる群より選択される少なくとも1種のバナジウム族元素の酸化物と、を含む太陽電池素子。
前記第2電極は、前記p型の不純物拡散層と前記パッシベーション膜の開口部を通して電気的に接続されている、<7>に記載の太陽電池素子。
前記シリコン基板の受光面側である第1面側に形成されたp型の不純物拡散層と、
前記不純物拡散層上に形成された第1電極と、
前記シリコン基板の受光面側とは逆の第2面側に形成され、開口部を有するパッシベーション膜と、
前記シリコン基板の第2面側に形成され、前記シリコン基板の第2面側と前記パッシベーション膜の開口部を通して電気的に接続されている第2電極と、を備え、
前記パッシベーション膜は、酸化アルミニウムと、酸化バナジウム及び酸化タンタルからなる群より選択される少なくとも1種のバナジウム族元素の酸化物と、を含む太陽電池素子。
前記第2電極は、前記n型の不純物拡散層と前記パッシベーション膜の開口部を通して電気的に接続されている、<9>に記載の太陽電池素子。
前記シリコン基板上の全面又は一部に設けられる<1>〜<5>のいずれか1項に記載の太陽電池素子用パッシベーション膜と、
を有するパッシベーション膜付シリコン基板。
[参考実施例2−1]
熱処理(焼成)により酸化アルミニウム(Al2O3)が得られる市販の有機金属薄膜塗布型材料[(株)高純度化学研究所、SYM−AL04、濃度2.3質量%]を3.0gと、熱処理(焼成)により酸化バナジウム(V2O5)が得られる市販の有機金属薄膜塗布型材料[(株)高純度化学研究所、V−02、濃度2質量%]を6.0gとを混合して、塗布型材料であるパッシベーション材料(a2−1)を調製した。
参考実施例2−1と同様に、熱処理(焼成)により酸化アルミニウム(Al2O3)が得られる市販の有機金属薄膜塗布型材料[(株)高純度化学研究所、SYM−AL04、濃度2.3質量%]と、熱処理により酸化バナジウム(V2O5)が得られる市販の有機金属薄膜塗布型材料[(株)高純度化学研究所、V−02、濃度2質量%]とを、比率を変えて混合して、表7に示すパッシベーション材料(a2−2)〜(a2−7)を調製した。
熱処理(焼成)により酸化バナジウム(V2O5)が得られる化合物として、市販のバナジウム(V)オキシトリエトキシド(構造式:VO(OC2H5)3、分子量:202.13)を1.02g(0.010mol)と、熱処理(焼成)により酸化アルミニウム(Al2O3)が得られる化合物として、市販のアルミニウムトリイソプロポキシド(構造式:Al(OCH(CH3)2)3、分子量:204.25)を2.04g(0.010mol)とをシクロヘキサン60gに溶解して、濃度5質量%のパッシベーション材料(b2−1)を調製した。
市販のバナジウム(V)オキシトリエトキシド(構造式:VO(OC2H5)3、分子量:202.13)を1.52g(0.0075mol)と、市販のアルミニウムトリイソプロポキシド(構造式:Al(OCH(CH3)2)3、分子量:204.25)を1.02g(0.005mol)と、ノボラック樹脂10gとを、ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセタート10gとシクロヘキサン10gに溶解して、パッシベーション材料(b2−2)を調製した。
[参考実施例2−5]
熱処理(焼成)により酸化アルミニウム(Al2O3)が得られる市販の有機金属薄膜塗布型材料[(株)高純度化学研究所、SYM−AL04、濃度2.3質量%]と、熱処理により酸化タンタル(Ta2O5)が得られる市販の有機金属薄膜塗布型材料[(株)高純度化学研究所、Ta−10−P、濃度10質量%]とを比率を変えて混合して、表8に示すパッシベーション材料(c2−1)〜(c2−6)を調製した。
熱処理(焼成)により酸化タンタル(Ta2O5)が得られる化合物として、市販のタンタル(V)メトキシド(構造式:Ta(OCH3)5、分子量:336.12)を1.18g(0.0025mol)と、熱処理(焼成)により酸化アルミニウム(Al2O3)が得られる化合物として、市販のアルミニウムトリイソプロポキシド(構造式:Al(OCH(CH3)2)3、分子量:204.25)を2.04g(0.010mol)とをシクロヘキサン60gに溶解して、濃度5質量%のパッシベーション材料(d2−1)を調製した。
熱処理(焼成)により酸化タンタル(Ta2O5)が得られる化合物として、市販のタンタル(V)メトキシド(構造式:Ta(OCH3)5、分子量:336.12)1.18g(0.005mol)と、熱処理(焼成)により酸化アルミニウム(Al2O3)が得られる化合物として、市販のアルミニウムトリイソプロポキシド(構造式:Al(OCH(CH3)2)3、分子量:204.25)を1.02g(0.005mol)と、ノボラック樹脂10gとを、ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセタート10gとシクロヘキサン10gの混合物に溶解して、パッシベーション材料(d2−2)を調製した。
[参考実施例2−8]
熱処理(焼成)により酸化アルミニウム(Al2O3)が得られる市販の有機金属薄膜塗布型材料[(株)高純度化学研究所、SYM−AL04、濃度2.3質量%]、熱処理(焼成)により酸化バナジウム(V2O5)が得られる市販の有機金属薄膜塗布型材料[(株)高純度化学研究所、V−02、濃度2質量%]、及び熱処理(焼成)により酸化タンタル(Ta2O5)が得られる市販の有機金属薄膜塗布型材料[(株)高純度化学研究所、Ta−10−P、濃度10質量%]を混合して、塗布型材料であるパッシベーション材料(e2−1)を調製した(表9参照)。
参考実施例2−1と同様に、熱処理(焼成)により酸化アルミニウム(Al2O3)が得られる市販の有機金属薄膜塗布型材料[(株)高純度化学研究所、SYM−AL04、濃度2.3質量%]と、熱処理(焼成)により酸化バナジウム(V2O5)が得られる市販の有機金属薄膜塗布型材料[(株)高純度化学研究所、V−02、濃度2質量%]、又は熱処理(焼成)により酸化タンタル(Ta2O5)が得られる市販の有機金属薄膜塗布型材料[(株)高純度化学研究所、Ta−10−P、濃度10質量%]を混合して、塗布型材料であるパッシベーション材料(f2−1)〜(f2−8)を調製した(表10参照)。
シリコン基板101として、ボロンをドーパントとした単結晶シリコン基板を用いて、図8に示す構造の太陽電池素子を作製した。シリコン基板101の表面をテクスチャー処理した後、塗布型のリン拡散材を受光面側のみに塗布し、熱処理により拡散層102(リン拡散層)を形成した。その後、塗布型のリン拡散材を希フッ酸で除去した。
Claims (12)
- 下記一般式(I)で表されるアルコキシドの少なくとも1種と、チタン化合物及びジルコニウム化合物からなる群より選択される少なくとも1種の化合物と、一般式(II)で表されるアルミニウム化合物の少なくとも1種と、溶剤と、樹脂と、を含む、太陽電池の受光面に設けられるパッシベーション層の形成のためのパッシベーション層形成用組成物。
[一般式(I)中、Mは、Nb、Ta、V、Y及びHfからなる群より選択される少なくとも1種の金属元素を含む。R 1 は炭素1〜8のアルキル基又は炭素数6〜14のアリール基を表す。mは1〜5の整数を表す。]
[一般式(II)中、R 2 はそれぞれ独立して炭素数1〜8のアルキル基を表す。nは0〜3の整数を表す。X 2 及びX 3 はそれぞれ独立して酸素原子又はメチレン基を表す。R 3 、R 4 及びR 5 はそれぞれ独立して水素原子又は炭素数1〜8のアルキル基を表す。] - 下記一般式(I)で表されるアルコキシドの少なくとも1種と、シリコンアルコキシドと、一般式(II)で表されるアルミニウム化合物の少なくとも1種と、溶剤と、樹脂と、を含む、太陽電池の受光面に設けられるパッシベーション層の形成のためのパッシベーション層形成用組成物。
[一般式(I)中、Mは、Nb、Ta、V、Y及びHfからなる群より選択される少なくとも1種の金属元素を含む。R1は炭素1〜8のアルキル基又は炭素数6〜14のアリール基を表す。mは1〜5の整数を表す。]
[一般式(II)中、R2はそれぞれ独立して炭素数1〜8のアルキル基を表す。nは0〜3の整数を表す。X2及びX3はそれぞれ独立して酸素原子又はメチレン基を表す。R3、R4及びR5はそれぞれ独立して水素原子又は炭素数1〜8のアルキル基を表す。] - 前記一般式(I)で表されるアルコキシドの少なくとも1種が、MがNbを含むアルコキシドである、請求項1又は請求項2に記載のパッシベーション層形成用組成物。
- 前記一般式(I)で表されるアルコキシドの少なくとも1種が、MがTa、V、Y又はHfを含むアルコキシドである、請求項1又は請求項2に記載のパッシベーション層形成用組成物。
- 前記チタン化合物及びジルコニウム化合物からなる群より選択される少なくとも1種の化合物が、少なくとも前記チタン化合物を含み、前記チタン化合物が、チタンメトキシド、チタンエトキシド、チタンイソプロポキシド、チタンn−プロポキシド、チタンn−ブトキシド、チタンt−ブトキシド、チタンイソブトキシド、チタン(ジイソプロポキシド)ビス(アセチルアセトナート)及びチタン(テトラキス(2−エチル−1−ヘキサノラート))からなる群より選択される少なくとも1種である、請求項1に記載のパッシベーション層形成用組成物。
- 前記チタン化合物及びジルコニウム化合物からなる群より選択される少なくとも1種の化合物が、少なくとも前記ジルコニウム化合物を含み、前記ジルコニウム化合物が、ジルコニウムエトキシド、ジルコニウムイソプロポキシド、ジルコニウムn−プロポキシド、ジルコニウムn−ブトキシド、ジルコニウムt−ブトキシド、ジルコニウムアセチルアセトン、ジルコニウムトリフルオロアセチルアセトナート及びジルコニウムヘキサフルオロアセチルアセトナートからなる群より選択される少なくとも1種である、請求項1に記載のパッシベーション層形成用組成物。
- 前記シリコンアルコキシドが下記一般式(III)で表されるシリコンアルコキシドである、請求項2に記載のパッシベーション層形成用組成物。
[一般式(III)中、R6及びR7はそれぞれ独立して炭素数1〜8のアルキル基を表す。mは0〜3の整数を表す。] - 前記溶剤及び樹脂の総含有率が前記パッシベーション層形成用組成物の総質量中に5質量%〜98質量%である、請求項1〜請求項7のいずれか1項に記載のパッシベーション層形成用組成物。
- 半導体基板と、前記半導体基板上の太陽電池の受光面となる側の全面又は一部に設けられる請求項1〜請求項8のいずれか1項に記載のパッシベーション層形成用組成物の熱処理物層と、を有するパッシベーション層付半導体基板。
- 半導体基板上の太陽電池の受光面となる側の全面又は一部に、請求項1〜請求項8のいずれか1項に記載のパッシベーション層形成用組成物を付与して組成物層を形成する工程と、前記組成物層を熱処理してパッシベーション層を形成する工程と、を有するパッシベーション層付半導体基板の製造方法。
- p型層及びn型層がpn接合されてなる半導体基板と、前記半導体基板上の太陽電池の受光面となる側の全面又は一部に設けられる請求項1〜請求項8のいずれか1項に記載のパッシベーション層形成用組成物の熱処理物層であるパッシベーション層と、前記p型層及びn型層の少なくとも一方の層上に設けられる電極と、を有する太陽電池素子。
- p型層及びn型層がpn接合されてなる半導体基板の太陽電池の受光面となる側の全面又は一部に請求項1〜請求項8のいずれか1項に記載のパッシベーション層形成用組成物を付与して組成物層を形成する工程と、前記組成物層を熱処理して、パッシベーション層を形成する工程と、前記p型層及びn型層の少なくとも一方の層上に、電極を形成する工程と、を有する太陽電池素子の製造方法。
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