JP6346022B2 - 薄膜形成方法および太陽電池素子の製造方法 - Google Patents
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Description
体素子のパッシベーション層の原料として用いられるような高純度の有機金属は、比較的高価な材料である。
Y≦−0.24X+41.9 ・・・ (1)
(ただし、式(1)中のXは前記基板端部から前記基板を平面視した形状の図心までの最短距離を、隣り合う前記基板の主面同士の間隔で除した値、Yは前記原料ガスと前記キャリアガスとの混合ガスの平均分子量)
図1から図3に、本発明の一実施形態に係る太陽電池素子10の概略構成を示す。図1から図3に示すように、太陽電池素子10は、例えば第1半導体層2、第2半導体層3および第3半導体層4を有する半導体基板1を備えている。また、太陽電池素子10は半導体基板1に、例えば、反射防止層5、第1電極6、第2電極7、およびパッシベーション層8を配置している。また、太陽電池素子10は、主に光が入射する受光面(図3における上面)である第1面10aと、この第1面10aの裏面に相当する非受光面(図3における下面)である第2面10bとを有する。
膜などから形成される。反射防止層5の厚みは、材料によって適宜選択可能であり、適当な入射光に対して無反射条件を実現できる厚みを採用すればよい。例えば、反射防止層5の屈折率は1.8〜2.3程度、その厚みは500〜1200Å程度とすることができる。また、反射防止層5が窒化シリコン膜からなる場合、パッシベーション効果も有することができる。
の線状の第2集電電極7bとを有する。第2出力取出電極7aの少なくとも一部は、第2集電電極7bと交差して電気的に接続されている。第2出力取出電極7aは、例えば、短手方向において、1.3〜3mm程度の幅を有している。一方、第2集電電極7bは線状であり、その短手方向の幅は、第2出力取出電極7aの短手方向の幅よりも小さい。例えば、第2集電電極7bの短手方向の幅は、50〜300μm程度の幅を有している。また、第2集電電極7bは、互いに1.5〜3mm程度の間隔を空けて複数設けられている。この第2電極7の厚みは、10〜40μm程度である。第2電極7は、例えば、銀、またはアルミニウムを主成分とする導電性ペーストを、スクリーン印刷等によって所望の形状に塗布した後、焼成することによって形成することができる。なお、第2電極7は第1電極6に比べて、短手方向の幅を広くすることによって、第2電極7の直列抵抗を下げることができ、太陽電池素子の出力特性を向上させることができる。
次に、太陽電池素子10の製造方法の一例について、半導体基板1として、p型の多結晶シリコン基板を用いた例について詳細に説明する。
る。これにより、第2面10b側にp型の導電型領域を露出させる。例えば、フッ硝酸溶液に半導体基板1における第2面10b側のみを浸して第2面10b側に形成された第2半導体層3を除去する。その後に、第2半導体層3を形成する際に半導体基板1の表面(第1面10a側)に付着した燐ガラスをエッチングして除去する。
deposition)法、蒸着法またはスパッタリング法などを用いて形成される。例えば、窒
化シリコン膜からなる反射防止層5をPECVD法で形成する場合であれば、シラン(SiH4)とアンモニア(NH3)との混合ガスを窒素(N2)で希釈して、グロー放電分解でプラズマ化させて堆積させることで反射防止層5が形成される。このときの製膜室内は500℃程度とすることができる。
、第1取出電極6aと第1集電電極6bとを1つの工程で形成することができる。
ることができる。
で処理することで、半導体基板1の第2面10b側に5〜100Å程度の厚さを有する層として形成してもよい。このように、第2面10b側に薄い酸化シリコン層9を形成することによって、パッシベーション効果をさらに高めることができる。より具体的には、半導体基板1を、硝酸溶液内に浸漬する、または、硝酸蒸気内に保持することによって、半導体基板1の表面に酸化シリコン層9を形成することができる。なお、このとき用いる硝酸溶液の温度および処理時間については、所定の厚みの酸化シリコン層9が形成されるように適宜選択すればよい。硝酸酸化法は熱酸化法に比べ処理温度が非常に低く、ウエット処理で行なうことができることから、洗浄工程を行なった後に続けて硝酸酸化法を行なうことによって、表面の汚れを低減した状態でパッシベーション層8を形成することができる。
ALD法によって各種の基板上にアルミナ膜などの薄膜を形成するALD装置について、図4から図6を用いて説明する。
まず、本実施形態に係る薄膜形成方法の基本的な工程について説明する。本薄膜形成方法は、ALD法を用いて基板の主面に薄膜を形成する薄膜形成方法であって、以下に示す工程を少なくとも有する。
から選択される膜が用いられる。アルミニウム原子を含む原料ガスとしては、例えばトリメチルアルミニウム、トリエチルアルミニウム等を用いることができる。また、ハフニウム原子を含む原料ガスとしてはテトラキスジメチルアミノハフニウム等を用いることができる。また、ジルコニウム原子を含む原料ガスとしては、テトラキスエチルメチルアミノジルコニウム、テトラ-t-ブトキシジルコニウム等を用いることができる。これらの金属
原料は常温で固体または液体のものであってもよい。その場合、バブリング、気化装置等の手段で気化させた金属原料ガスをアルゴン、窒素、ヘリウム、水素等から選択されるキャリアガスとともにチャンバー31に供給すればよい。また、酸化性ガスとしては、酸素、オゾン、水蒸気等から選択されるガスを使用することができる。
表面に薄膜を形成する(拡散工程)。拡散工程の所要時間は0.2〜20秒間であるが、原料ガスがテトラキスエチルメチルアミノジルコニウム(分子量323.6)など分子量が大きい材料である場合などは、半導体基板1間に原料ガスが均一に拡散するには長い時間を要する。その場合、キャリアガスとしてH2、HeなどN2よりも分子量の小さいガスを使用することで、N2、Ar等をキャリアガスとして用いた場合と比較して、生産性を損なうことなく、短時間で拡散が完了し、均一で効率的な製膜が可能となる。また、拡散工程の所要時間をガス供給工程の所要時間よりも長くすれば、原料ガスの消費を低減しつつ、原料ガスの拡散が十分に行われるので、さらによい。
S分析などによって測定可能である。
まず、半導体基板1として、平面視して正方形の1辺が約160mm、厚さが約200μmの多結晶シリコン基板を複数枚用意した。これらの多結晶シリコン基板は、ボロンをドープすることによって、比抵抗1.5Ω・cm程度のp型の多結晶シリコン基板(シリコン基板)を用いた。そして、シリコン基板の表面のダメージ層をNaOH水溶液でエッチングして、その後、洗浄を行った。
Y≦−0.24X+41.9
を満たす場合に、膜厚分布が±20%以下の範囲となり、光電変換効率が最も優れた(判定:○)太陽電池素子を作製できることがわかった。
1a:第1凹凸形状
2:第1半導体領域
3:第2半導体領域
4:第3半導体領域
5:反射防止層
6:第1電極
7:第2電極
8:パッシベーション層
10:太陽電池素子
10a:第1主面
10b:第2主面
30:ALD装置
30a:ガス供給部
30b:薄膜形成部
30c:排気部
31:チャンバー
32:基板載置部
33:加熱手段
34:金属原料ガス容器
35:キャリアガス容器
36:酸化性ガス容器
37:パージガス容器
Claims (8)
- ALD法を用いて基板の主面に薄膜を形成する薄膜形成方法であって、
複数の基板を、隣り合う基板の主面同士が間隔を空けて対面した状態で製膜室内に配置する基板配置工程と、
原料ガスおよびキャリアガスを前記製膜室内に供給するガス供給工程と、
前記原料ガスおよび前記キャリアガスの供給を停止して、隣り合う前記基板の主面同士の間に前記原料ガスを拡散させて前記基板の主面に薄膜を形成する拡散工程と、
前記原料ガスおよび前記キャリアガスを排気する排気工程と、を有し、
下記式(1)を満足するようにした、薄膜形成方法。
Y≦−0.24X+41.9 ・・・ (1)
(ただし、式(1)中のXは前記基板端部から前記基板を平面視した形状の図心までの最短距離を、隣り合う前記基板の主面同士の間隔で除した値、Yは前記原料ガスと前記キャリアガスとの混合ガスの平均分子量) - 前記キャリアガスとして分子量がN2よりも小さいガスを用いる請求項1に記載の薄膜
形成方法。 - 前記排気工程において、前記製膜室内に残留しているガスを排除するためのパージガスを供給して排気を行う請求項1または2に記載の薄膜形成方法。
- 前記排気工程において、前記パージガスの供給を停止する工程を有し、前記パージガスの排気は少なくとも前記パージガスの供給を停止した後に行う請求項3に記載の薄膜形成方法。
- 前記排気工程において、前記パージガスの供給前に、前記原料ガスおよび前記キャリアガスを排気して、その後、前記パージガスの供給を行う請求項3または4に記載の薄膜形成方法。
- 前記パージガスは、H2またはHeである請求項3乃至5のいずれかに記載の薄膜形成
方法。 - 前記製膜室は、前記原料ガスの供給口を複数有するものを用い、各供給口から前記原料ガスが導入されるタイミングをずらすようにした、請求項1乃至6のいずれかに記載の薄膜形成方法。
- 半導体の基板の主面に薄膜のパッシベーション層を配置している太陽電池素子の製造方法であって、前記薄膜を請求項1乃至7のいずれかに記載の薄膜形成方法によって形成する太陽電池素子の製造方法。
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