JP6434310B2 - Passivation film, coating type material, solar cell element, and silicon substrate with passivation film - Google Patents

Passivation film, coating type material, solar cell element, and silicon substrate with passivation film Download PDF

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Description

本発明は、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に関するものである。   The present invention relates to a passivation film, a coating material, a solar cell element, and a silicon substrate with a passivation film.

太陽電池素子は、太陽光エネルギーを電気エネルギーに変換する光電変化素子であり、無公害で無限な再生可能エネルギーのひとつとして、今後、一層の普及が期待されている。   The solar cell element is a photoelectric conversion element that converts solar energy into electric energy, and is expected to be further spread in the future as one of pollution-free and infinite renewable energy.

太陽電池素子は、通常p型半導体及びn型半導体を含み、太陽光エネルギーを吸収することにより、半導体の内部で電子−正孔対を生成する。ここで、生成した電子はn型半導体に、正孔(ホール)はp型半導体にそれぞれ移行し、これらが電極で収集されることによって、外部で電気エネルギーを利用することができる。   A solar cell element usually includes a p-type semiconductor and an n-type semiconductor, and generates electron-hole pairs inside the semiconductor by absorbing solar energy. Here, the generated electrons are transferred to the n-type semiconductor and the holes (holes) are transferred to the p-type semiconductor, and these are collected by the electrodes, whereby electric energy can be used outside.

一方、太陽電池素子では太陽光エネルギーをできる限り多くの電気エネルギーに変換し、出力することができるように効率を高めることが重要である。このような太陽電池素子の効率を高めるためには、半導体の内部でできる限り多くの電子−正孔対を生成することが重要である。それに加えて生成された電荷の損失を抑えて外部に取り出すことも重要である。   On the other hand, in a solar cell element, it is important to increase efficiency so that sunlight energy can be converted into as much electrical energy as possible and output. In order to increase the efficiency of such a solar cell element, it is important to generate as many electron-hole pairs as possible inside the semiconductor. In addition, it is important to take out the generated charge while suppressing loss of the generated charge.

電荷の損失は様々な原因によって発生する。特に、生成した電子及び正孔が再結合し、電荷が消滅することにより電荷の損失が発生する。   Charge loss can occur for a variety of reasons. In particular, the generated electrons and holes are recombined, and the charge is lost.

現在主流となっている結晶シリコン太陽電池素子では、図1に示すように、テクスチャーと呼ばれる反射防止のためのピラミッド構造部(図示は省略)を有するp型のシリコン基板11を用いて、受光面にn層12を形成し、裏面にはp層14を形成している。更に、受光面側には受光面パッシベーション膜として、窒化ケイ素(SiN)膜13があり、フィンガー電極15と呼ばれる銀の集電極が形成されている。裏面側には、裏面での光透過の抑制を兼ねたアルミニウムの電極16が全面に形成されている。As shown in FIG. 1, a crystalline silicon solar cell element that is currently mainstream uses a p-type silicon substrate 11 having a pyramid structure portion (not shown) for preventing reflection, which is called a texture. The n layer 12 is formed on the back surface, and the p + layer 14 is formed on the back surface. Further, a silicon nitride (SiN) film 13 is provided as a light-receiving surface passivation film on the light-receiving surface side, and a silver collector electrode called a finger electrode 15 is formed. On the back surface side, an aluminum electrode 16 that also serves to suppress light transmission on the back surface is formed on the entire surface.

上記ケイ素のn層12は、一般に気相又は固相からリンをシリコン基板11中に拡散させることにより形成している。裏面のp層14は裏面のアルミニウムの電極16の形成時に、アルミニウムとp型のシリコン基板11の接触部において、700℃以上の熱を加えることにより形成している。この工程により、アルミニウムがシリコン基板11中に拡散して合金が生成し、p層14が形成される。The silicon n layer 12 is generally formed by diffusing phosphorus into the silicon substrate 11 from a gas phase or a solid phase. The p + layer 14 on the back surface is formed by applying heat of 700 ° C. or more at the contact portion between the aluminum and the p-type silicon substrate 11 when forming the aluminum electrode 16 on the back surface. Through this step, aluminum diffuses into the silicon substrate 11 to form an alloy, and the p + layer 14 is formed.

p型のシリコン基板11とp層14との界面には、ポテンシャル差に由来する電界が形成される。p層14が作り出すこの電界は、主としてp型のシリコン基板11内で発生し、裏面に拡散してきた正孔と電子のうち、電子をp型のシリコン基板11の内部に反射し、正孔を選択的にp層14へ通過させる働きを有する。すなわち、この作用は、電子を排斥し、太陽電池素子の裏面界面において正孔と電子が再結合することを低減するという効果をもたらす。このようなアルミニウムの合金層を裏面に備えた従来方式の太陽電池素子は、製造が比較的簡単であるため、量産に適する太陽電池素子の構造として広く用いられている。An electric field derived from a potential difference is formed at the interface between the p-type silicon substrate 11 and the p + layer 14. This electric field generated by the p + layer 14 is mainly generated in the p-type silicon substrate 11, and of the holes and electrons diffused on the back surface, the electrons are reflected inside the p-type silicon substrate 11, and holes are formed. Is selectively passed through the p + layer 14. That is, this action brings about an effect of eliminating electrons and reducing recombination of holes and electrons at the back surface interface of the solar cell element. A conventional solar cell element having such an aluminum alloy layer on the back surface is widely used as a structure of a solar cell element suitable for mass production because it is relatively easy to manufacture.

しかしながら、上記のような裏面にp層14を有する従来方式の太陽電池素子においては、p層14と裏面の電極16との界面には、界面再結合速度を減らす不活性化処理がなされていない。また、このp層14の高濃度にドーピングされたアルミニウム自体、つまりアルミニウムシリコンの合金が再結合中心を形成するために、再結合中心の存在密度が高く、半導体としての品質が他の領域よりも低くなっている。However, in the conventional solar cell element having the p + layer 14 on the back surface as described above, an inactivation process is performed on the interface between the p + layer 14 and the back electrode 16 to reduce the interface recombination rate. Not. In addition, since the aluminum itself highly doped in the p + layer 14, that is, an alloy of aluminum silicon, forms a recombination center, the existence density of the recombination center is high, and the quality as a semiconductor is higher than that of other regions. Is also low.

この問題を解決するために、上記従来方式の太陽電池素子の将来的な置き換えを目指して、裏面パッシベーション型太陽電池素子の開発が進められている。裏面パッシベーション型太陽電池素子は、上記従来方式の太陽電池素子とは異なり、太陽電池素子の裏面をパッシベーション膜で覆うことにより、シリコン基板とパッシベーション膜との界面に本来的に存在し再結合の原因となる未結合手(ダングリングボンド)を終端することができる。すなわち、裏面パッシベーション型太陽電池素子は、p/p界面に生じる電界により、キャリア再結合速度を減らそうとするのではなく、裏面における再結合中心の密度自体を低減させ、キャリア(正孔及び電子)の再結合を減らそうとするものである。一方、パッシベーション膜中の固定電荷によって発生させる電界によってキャリア濃度を低下させて、キャリア再結合速度を抑制するパッシベーション膜は、電界効果パッシベーション膜と称されている。特に、裏面における再結合中心の密度が大きい場合、電界によってキャリアを再結合中心から遠ざけることができる電界効果パッシベーション膜は有効である。In order to solve this problem, the development of a back-side passivation type solar cell element is underway for the future replacement of the conventional solar cell element. Unlike the conventional solar cell elements described above, the back surface passivation type solar cell element is inherently present at the interface between the silicon substrate and the passivation film by covering the back surface of the solar cell element with a passivation film. The dangling bond can be terminated. That is, the back surface passivation type solar cell element does not attempt to reduce the carrier recombination rate due to the electric field generated at the p / p + interface, but reduces the density of recombination centers on the back surface itself, and the carrier (hole and hole). To recombine electrons). On the other hand, a passivation film that suppresses the carrier recombination rate by lowering the carrier concentration by an electric field generated by a fixed charge in the passivation film is called a field effect passivation film. In particular, when the density of recombination centers on the back surface is large, a field-effect passivation film that can move carriers away from the recombination centers by an electric field is effective.

電界効果パッシベーション膜としては、ALD−CVD(Atomic Layer Deposition - Chemical Vapor Deposition )成膜による酸化アルミニウム膜が知られている。また、成膜コストを低下させるために、酸化アルミニウムのゾルゲルの塗布膜をパッシベーション膜として用いる技術が知られている(例えば、国際公開第2008/137174号パンフレット、特開2009−194120号公報及びB. Hoex, J. Schmidt, P. Pohl, M. C. M. van de Sanden, W. M. M. Kesseles, “Silicon surface passivation by atomic layer deposited Al2O3”, J Appl. Phys, 104, p.44903(2008))。また、塗布型の裏面ハ゜ッシベーション材として、チタン及びリンを含む誘電体コーティング材、ポリイミド樹脂等のその他の材料を用いる技術も知られている(例えば、国際公開第2009/052227号パンフレット及び特開2012−69592号公報)。   As a field effect passivation film, an aluminum oxide film formed by ALD-CVD (Atomic Layer Deposition-Chemical Vapor Deposition) is known. Further, in order to reduce the film formation cost, a technique using an aluminum oxide sol-gel coating film as a passivation film is known (for example, International Publication No. 2008/137174 pamphlet, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2009-194120 and B). Hoex, J. Schmidt, P. Pohl, MCM van de Sanden, WMM Kesseles, “Silicon surface passivation by atomic layer deposited Al2O3”, J Appl. Phys, 104, p.44903 (2008)). In addition, a technique using other materials such as a dielectric coating material containing titanium and phosphorus and a polyimide resin as a coating-type back surface passivation material is also known (for example, International Publication No. 2009/052227 pamphlet and Japanese Patent Laid-Open No. 2012). -65992).

しかしながら、一般にALD法は堆積速度が遅く高スループットが得られないために、低コスト化は難しいという問題がある。更には酸化アルミニウム膜を成膜した後には、裏面の電極によりコンタクトをとるためのスルーホールが必要であり、何らかのパターニング技術を必要とする。   However, in general, the ALD method has a problem that it is difficult to reduce the cost because the deposition rate is low and high throughput cannot be obtained. Furthermore, after forming the aluminum oxide film, a through hole for making contact with the electrode on the back surface is necessary, and some patterning technique is required.

また、酸化アルミニウム膜の成膜を低コスト化するために、酸化アルミニウムのゾルゲルのような塗布膜をパッシベーション膜として用いる技術が知られている。   In addition, in order to reduce the cost of forming an aluminum oxide film, a technique using a coating film such as a sol-gel of aluminum oxide as a passivation film is known.

しかし、酸化アルミニウムの塗布膜では、負の固定電荷が不安定のため、CV(Capacitance Voltage)法では負の固定電荷が得られにくい傾向がある。
以上の問題点に鑑み、本発明が解決しようとする第1の課題は、シリコン基板のキャリアライフタイムを長くし且つ負の固定電荷を有するパッシベーション膜を低コストで実現することである。第2の課題は、そのパッシベーション膜の形成を実現するための塗布型材料を提供することである。第3の課題は、そのパッシベーション膜を用いた低コストで効率の高い太陽電池素子を低コストで実現することである。第4の課題は、シリコン基板のキャリアライフタイムを長くし且つ負の固定電荷を有するパッシベーション膜付シリコン基板を低コストで実現することである。
However, since the negative fixed charge is unstable in the aluminum oxide coating film, it tends to be difficult to obtain the negative fixed charge by the CV (Capacitance Voltage) method.
In view of the above problems, the first problem to be solved by the present invention is to realize a passivation film having a long carrier lifetime and a negative fixed charge at a low cost. A second problem is to provide a coating type material for realizing the formation of the passivation film. A third problem is to realize a low-cost and highly efficient solar cell element using the passivation film at a low cost. A fourth problem is to realize a silicon substrate with a passivation film that extends the carrier lifetime of the silicon substrate and has a negative fixed charge at low cost.

本発明の上記課題及びその他の課題と新規な特徴は、本願明細書の記載及び添付図面から明らかになるであろう。   The above and other problems and novel features of the present invention will become apparent from the description of the present specification and the accompanying drawings.

上記課題を解決するための手段は、以下の態様を含む。
<1>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、を含み、シリコン基板を有する太陽電池素子に用いられるパッシベーション膜。
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、を含むことにより、シリコン基板のキャリアライフタイムを長くし且つ負の固定電荷を有することができる。キャリアライフタイムが長くなる理由は明らかではないが、その理由の一つとして、ダングリングボンドの終端が考えられる。
Means for solving the above problems include the following aspects.
<1> A passivation film for use in a solar cell element having a silicon substrate, comprising aluminum oxide and at least one oxide of vanadium group element selected from the group consisting of vanadium oxide and tantalum oxide.
By including aluminum oxide and an oxide of at least one vanadium group element selected from the group consisting of vanadium oxide and tantalum oxide, the carrier lifetime of the silicon substrate is increased and negative fixed charge is provided. Can do. The reason why the carrier lifetime becomes long is not clear, but one of the reasons may be termination of dangling bonds.

<2>前記バナジウム族元素の酸化物と前記酸化アルミニウムの質量比(バナジウム族元素の酸化物/酸化アルミニウム)が30/70〜90/10である<1>に記載のパッシベーション膜。
これにより大きな安定した負の固定電荷をもつことができる。
<2> The passivation film according to <1>, wherein a mass ratio of the vanadium group element oxide to the aluminum oxide (vanadium group element oxide / aluminum oxide) is 30/70 to 90/10.
This can have a large stable negative fixed charge.

<3>前記バナジウム族元素の酸化物及び前記酸化アルミニウムの総含有率が90%以上である<1>又は<2>に記載のパッシベーション膜。   <3> The passivation film according to <1> or <2>, in which a total content of the oxide of the vanadium group element and the aluminum oxide is 90% or more.

<4>前記バナジウム族元素の酸化物として、酸化バナジウム、酸化ニオブ及び酸化タンタルよりなる群から選択される2種又は3種のバナジウム族元素の酸化物を含む<1>〜<3>のいずれか1項に記載のパッシベーション膜。   <4> The oxide of the vanadium group element includes any of oxides of two or three vanadium group elements selected from the group consisting of vanadium oxide, niobium oxide, and tantalum oxide. Any of <1> to <3> The passivation film according to claim 1.

<5>酸化アルミニウムの前駆体と、酸化バナジウムの前駆体及び酸化タンタルの前駆体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の前駆体と、を含む塗布型材料の熱処理物である<1>〜<4>のいずれか1項に記載のパッシベーション膜。   <5> Heat treatment of a coating-type material comprising: a precursor of aluminum oxide; and a precursor of an oxide of at least one vanadium group element selected from the group consisting of a precursor of vanadium oxide and a precursor of tantalum oxide. The passivation film according to any one of <1> to <4>, which is a product.

第2の課題を解決するための、本発明の塗布型材料は、以下の通りである。
<6>酸化アルミニウムの前駆体と、酸化バナジウムの前駆体及び酸化タンタルの前駆体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の前駆体と、を含み、シリコン基板を有する太陽電池素子のパッシベーション膜の形成に用いられる塗布型材料。
The coating type material of the present invention for solving the second problem is as follows.
<6> an aluminum oxide precursor, and at least one vanadium group element oxide precursor selected from the group consisting of a vanadium oxide precursor and a tantalum oxide precursor, and having a silicon substrate A coating type material used for forming a passivation film of a solar cell element.

第3の課題を解決するための、本発明の太陽電池素子は、以下の通りである。
<7>p型のシリコン基板と、
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。
The solar cell element of the present invention for solving the third problem is as follows.
<7> a p-type silicon substrate;
An n-type impurity diffusion layer formed on the first surface side which is the light-receiving surface side of the silicon substrate;
A first electrode formed on the impurity diffusion layer;
A passivation film formed on the second surface side opposite to the light receiving surface side of the silicon substrate and having an opening;
A second electrode formed on the second surface side of the silicon substrate and electrically connected to the second surface side of the silicon substrate through the opening of the passivation film;
The said passivation film is a solar cell element containing aluminum oxide and the oxide of the at least 1 sort (s) of vanadium group element selected from the group which consists of vanadium oxide and a tantalum oxide.

<8>前記シリコン基板の第2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型の不純物拡散層を有し、
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。
<8> A p-type impurity diffusion layer formed on part or all of the second surface side of the silicon substrate and doped with an impurity at a higher concentration than the silicon substrate,
The solar cell element according to <7>, wherein the second electrode is electrically connected to the p-type impurity diffusion layer through an opening of the passivation film.

<9>n型のシリコン基板と、
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。
<9> an n-type silicon substrate;
A p-type impurity diffusion layer formed on the first surface which is the light-receiving surface side of the silicon substrate;
A first electrode formed on the impurity diffusion layer;
A passivation film formed on the second surface side opposite to the light receiving surface side of the silicon substrate and having an opening;
A second electrode formed on the second surface side of the silicon substrate and electrically connected to the second surface side of the silicon substrate through the opening of the passivation film;
The said passivation film is a solar cell element containing aluminum oxide and the oxide of the at least 1 sort (s) of vanadium group element selected from the group which consists of vanadium oxide and a tantalum oxide.

<10>前記シリコン基板の第2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n型の不純物拡散層を有し、
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。
<10> An n-type impurity diffusion layer formed on a part or all of the second surface side of the silicon substrate and doped with impurities at a higher concentration than the silicon substrate,
The solar cell element according to <9>, wherein the second electrode is electrically connected to the n-type impurity diffusion layer through an opening of the passivation film.

<11>前記パッシベーション膜の前記バナジウム族元素の酸化物と前記酸化アルミニウムの質量比が30/70〜90/10である、<7>〜<10>のいずれか1項に記載の太陽電池素子。   <11> The solar cell element according to any one of <7> to <10>, wherein a mass ratio of the oxide of the vanadium group element and the aluminum oxide in the passivation film is 30/70 to 90/10. .

<12>前記パッシベーション膜の前記バナジウム族元素の酸化物及び前記酸化アルミニウムの総含有率が90%以上である、<7>〜<11>のいずれか1項に記載の太陽電池素子。   <12> The solar cell element according to any one of <7> to <11>, wherein a total content of the oxide of the vanadium group element and the aluminum oxide in the passivation film is 90% or more.

<13>前記バナジウム族元素の酸化物として、酸化バナジウム、酸化ニオブ、及び酸化タンタルよりなる群から選択される2種又は3種のバナジウム族元素の酸化物を含む、<7>〜<12>のいずれか1項に記載の太陽電池素子。   <13> The oxide of the vanadium group element includes oxides of two or three vanadium group elements selected from the group consisting of vanadium oxide, niobium oxide, and tantalum oxide, <7> to <12> The solar cell element according to any one of the above.

第4の課題を解決するための、本発明のパッシベーション膜付シリコン基板は、以下の通りである。
<14>シリコン基板と、
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。
The silicon substrate with a passivation film of the present invention for solving the fourth problem is as follows.
<14> a silicon substrate;
The passivation film for solar cell elements according to any one of <1> to <5>, provided on the entire surface or a part of the silicon substrate,
A silicon substrate with a passivation film.

本発明によれば、シリコン基板のキャリアライフタイムを長くし且つ負の固定電荷を有するパッシベーション膜を低コストで実現することができる。また、そのパッシベーション膜の形成を実現するための塗布型材料を提供することができる。また、そのパッシベーション膜を用いた低コストで効率の高い太陽電池素子を実現することができる。また、シリコン基板のキャリアライフタイムを長くし且つ負の固定電荷を有するパッシベーション膜付シリコン基板を低コストで実現することができる。   According to the present invention, a passivation film having a long carrier lifetime of a silicon substrate and having a negative fixed charge can be realized at low cost. In addition, a coating type material for realizing the formation of the passivation film can be provided. In addition, a low-cost and highly efficient solar cell element using the passivation film can be realized. In addition, a silicon substrate with a passivation film having a long carrier lifetime and a negative fixed charge can be realized at low cost.

従来の両面電極型の太陽電池素子の構造を示した断面図である。It is sectional drawing which showed the structure of the conventional double-sided electrode type solar cell element. 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構成例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the 1st structural example of the solar cell element which used the passivation film for the back surface. 裏面にパッシベーション膜を用いた太陽電池素子の第2構成例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the 2nd structural example of the solar cell element which used the passivation film for the back surface. 裏面にパッシベーション膜を用いた太陽電池素子の第3構成例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the 3rd structural example of the solar cell element which used the passivation film for the back surface. 裏面にパッシベーション膜を用いた太陽電池素子の第4構成例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the 4th structural example of the solar cell element which used the passivation film for the back surface. 受光面にパッシベーション膜を用いた太陽電池素子の構成例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structural example of the solar cell element which used the passivation film for the light-receiving surface.

本明細書において「工程」との語は、独立した工程だけではなく、他の工程と明確に区別できない場合であってもその工程の目的が達成されれば、本用語に含まれる。また本明細書において「〜」を用いて示された数値範囲は、「〜」の前後に記載される数値をそれぞれ最小値及び最大値として含む範囲を示す。更に本明細書において組成物中の各成分の含有量は、組成物中に各成分に該当する物質が複数存在する場合、特に断らない限り、組成物中に存在する当該複数の物質の合計量を意味する。また、本明細書において「層」との語は、平面図として観察したときに、全面に形成されている形状の構成に加え、一部に形成されている形状の構成も包含される。   In this specification, the term “process” is not limited to an independent process, and is included in this term if the purpose of the process is achieved even when it cannot be clearly distinguished from other processes. In the present specification, a numerical range indicated by using “to” indicates a range including the numerical values described before and after “to” as the minimum value and the maximum value, respectively. Further, in the present specification, the content of each component in the composition is the total amount of the plurality of substances present in the composition unless there is a specific notice when there are a plurality of substances corresponding to each component in the composition. Means. In addition, in the present specification, the term “layer” includes a configuration of a shape formed in part in addition to a configuration of a shape formed on the entire surface when observed as a plan view.

(実施の形態1)
本実施の形態のパッシベーション膜は、シリコン太陽電池素子に用いられるパッシベーション膜であり、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、を含むようにしたものである。
(Embodiment 1)
The passivation film of the present embodiment is a passivation film used for a silicon solar cell element, and includes aluminum oxide and an oxide of at least one vanadium group element selected from the group consisting of vanadium oxide and tantalum oxide. It is what was included.

パッシベーション膜が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、を含むことにより、シリコン基板のキャリアライフタイムを長くし且つ負の固定電荷を有することができる。よって、本発明のパッシベーション膜は、シリコン太陽電池素子の光電変換効率を向上させることができる。更に、本発明のパッシベーション膜は、塗布法又は印刷法を用いて形成することができるために、成膜工程が簡単であり、成膜のスループットが高い。その結果、パターン形成もし易く、低コスト化を図ることができる。   The passivation film includes aluminum oxide and an oxide of at least one vanadium group element selected from the group consisting of vanadium oxide and tantalum oxide, thereby extending the carrier lifetime of the silicon substrate and negative fixed charge. Can have. Therefore, the passivation film of the present invention can improve the photoelectric conversion efficiency of the silicon solar cell element. Furthermore, since the passivation film of the present invention can be formed using a coating method or a printing method, the film formation process is simple and the film formation throughput is high. As a result, pattern formation is easy and cost reduction can be achieved.

また、本実施の形態では、パッシベーション膜の組成を変えることにより、パッシベーション膜が有する固定電荷の量を制御することができる。ここで、バナジウム族元素とは、周期律表の第5族元素であり、バナジウム、ニオブ及びタンタルから選ばれる元素である。   In this embodiment mode, the amount of fixed charges included in the passivation film can be controlled by changing the composition of the passivation film. Here, the vanadium group element is a Group 5 element in the periodic table, and is an element selected from vanadium, niobium, and tantalum.

一般的なパッシベーション膜の機能としては、〔1〕ダングリングボンドの終端、〔2〕膜中の固定電荷によるバンドベンディングがある。このうち〔2〕の膜中の固定電荷によるバンドベンディングの機能を備えたパッシベーション膜は、電界効果パッシベーション膜と呼ばれ、その電荷で、正孔及び電子のいずれかを追いやって再結合を防ぐ働きがある。通常のp型のシリコン基板を用いた太陽電池素子では、生成したキャリアのうち、電子を受光面側、正孔を裏面側から取り出す。そのため、p型のシリコン基板における裏面側のパッシベーション膜としては、電子を受光面側に追い返すために、負の固定電荷を持った電界効果パッシベーション膜が必要である(例えば、特開2012−33759号公報)。   The functions of a general passivation film include [1] termination of dangling bonds and [2] band bending due to fixed charges in the film. Of these, the passivation film having the function of band bending by the fixed charge in the film [2] is called a field effect passivation film, and it works to prevent recombination by chasing either holes or electrons with the charge. There is. In a solar cell element using a normal p-type silicon substrate, electrons are extracted from the light-receiving surface side and holes are extracted from the back surface side among the generated carriers. Therefore, as a passivation film on the back surface side of the p-type silicon substrate, a field-effect passivation film having a negative fixed charge is required in order to drive electrons back to the light receiving surface side (for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2012-33759). Publication).

これに対して、本実施の形態では、バナジウム族元素の酸化物と酸化アルミニウムとを併用することでパッシベーション膜の固定電荷を負にすることができ、更に、バナジウム族元素の酸化物と酸化アルミニウムの質量比[バナジウム族元素の酸化物/酸化アルミニウム]を調整することで、パッシベーション膜の固定電荷を安定して負にすることができる。具体的には、バナジウム族元素の酸化物と酸化アルミニウムの質量比[バナジウム族元素の酸化物/酸化アルミニウム]を30/70〜90/10とすることで、大きな安定化した負の固定電荷を達成することができる傾向にある。そして、上述の通り、本発明のパッシベーション膜は、塗布法又は印刷法を用いて形成することができるために、成膜工程が簡単であり、成膜のスループットが高い。その結果、本実施の形態では、パターン形成もし易く、低コスト化を図ることができる。   On the other hand, in this embodiment, the fixed charge of the passivation film can be made negative by using the oxide of the vanadium group element and aluminum oxide in combination, and further, the oxide of the vanadium group element and the aluminum oxide By adjusting the mass ratio [oxide of vanadium group element / aluminum oxide], the fixed charge of the passivation film can be stably made negative. Specifically, the mass ratio of the oxide of vanadium group element to aluminum oxide [the oxide of vanadium group element / aluminum oxide] is 30/70 to 90/10, so that a large stabilized negative fixed charge can be obtained. Tend to be achieved. As described above, since the passivation film of the present invention can be formed using a coating method or a printing method, the film formation process is simple and the film formation throughput is high. As a result, in the present embodiment, pattern formation is easy and cost reduction can be achieved.

また、バナジウム族元素の酸化物と酸化アルミニウムの質量比が35/65〜90/10であることが、負の固定電荷を安定化できるという観点からより好ましく、50/50〜90/10であることが更に好ましい。   The mass ratio of the vanadium group element oxide to aluminum oxide is more preferably 35/65 to 90/10, from the viewpoint that the negative fixed charge can be stabilized, and is 50/50 to 90/10. More preferably.

パッシベーション膜中のバナジウム族元素の酸化物と酸化アルミニウムの質量比は、エネルギー分散型X線分光法(EDX)、二次イオン質量分析法(SIMS)及び高周波誘導結合プラズマ質量分析法(ICP−MS)によって測定することができる。具体的な測定条件は、例えばICP−MSの場合は次の通りである。パッシベーション膜を酸又はアルカリ水溶液に溶解し、この溶液を霧状にしてArプラズマに導入し、励起された元素が基底状態に戻る際に放出される光を分光して波長及び強度を測定し、得られた波長から元素の定性を行い、得られた強度から定量を行う。   The mass ratio of vanadium group element oxide and aluminum oxide in the passivation film is determined by energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX), secondary ion mass spectrometry (SIMS), and high frequency inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS). ) Can be measured. Specific measurement conditions are as follows in the case of ICP-MS, for example. Dissolving the passivation film in acid or alkaline aqueous solution, atomizing this solution and introducing it into Ar plasma, measuring the wavelength and intensity by spectroscopically analyzing the light emitted when the excited element returns to the ground state, Element qualification is performed from the obtained wavelength, and quantification is performed from the obtained intensity.

パッシベーション膜中のバナジウム族元素の酸化物及び酸化アルミニウムの総含有率は80質量%以上であることが好ましく、良好な特性を維持できる観点から90質量%以上であることがより好ましい。パッシベーション膜中のバナジウム族元素の酸化物及び酸化アルミニウム以外の成分が多くなると、負の固定電荷の効果が大きくなる。   The total content of vanadium group oxide and aluminum oxide in the passivation film is preferably 80% by mass or more, and more preferably 90% by mass or more from the viewpoint of maintaining good characteristics. When the components other than the oxide of vanadium group elements and aluminum oxide in the passivation film increase, the effect of negative fixed charges increases.

また、パッシベーション膜中には、膜質の向上及び弾性率の調整の観点から、バナジウム族元素の酸化物及び酸化アルミニウム以外の成分が有機成分として含まれていてもよい。パッシベーション膜中の有機成分の存在は、元素分析及び膜のFT−IRの測定から確認することができる。   Further, in the passivation film, components other than the oxide of vanadium group element and aluminum oxide may be contained as an organic component from the viewpoint of improving the film quality and adjusting the elastic modulus. The presence of the organic component in the passivation film can be confirmed by elemental analysis and measurement of the FT-IR of the film.

前記バナジウム族元素の酸化物としては、より大きい負の固定電荷を得る観点からは、酸化バナジウム(V)を選択することが好ましい。酸化バナジウムの方が酸化タンタルより大きい負の固定電荷を持つことから、より効果的にキャリアの再結合を防ぐことができる。As the oxide of the vanadium group element, it is preferable to select vanadium oxide (V 2 O 5 ) from the viewpoint of obtaining a larger negative fixed charge. Since vanadium oxide has a negative fixed charge larger than that of tantalum oxide, carrier recombination can be more effectively prevented.

前記パッシベーション膜は、バナジウム族元素の酸化物として、酸化バナジウム、酸化ニオブ及び酸化タンタルからなる群より選択される2種又は3種のバナジウム族元素の酸化物を含んでもよい。   The passivation film may include an oxide of a vanadium group element selected from the group consisting of vanadium oxide, niobium oxide, and tantalum oxide as an oxide of a vanadium group element.

前記パッシベーション膜は、塗布型材料を熱処理することにより得られることが好ましく、塗布型材料を塗布法や印刷法を用いて成膜し、その後に熱処理により有機成分を除去することにより得られることがより好ましい。すなわち、パッシベーション膜は、酸化アルミニウム前駆体及びバナジウム族元素の酸化物の前駆体を含む塗布型材料の熱処理物として得てもよい。塗布型材料の詳細を後述する。   The passivation film is preferably obtained by heat-treating a coating-type material, and can be obtained by forming a coating-type material using a coating method or a printing method, and then removing organic components by heat treatment. More preferred. That is, the passivation film may be obtained as a heat-treated product of a coating type material containing an aluminum oxide precursor and a vanadium group element oxide precursor. Details of the coating type material will be described later.

(実施の形態2)
本実施の形態の塗布型材料は、シリコン基板を有する太陽電池素子用のパッシベーション膜に用いる塗布型材料であって、酸化アルミニウムの前駆体と、酸化バナジウムの前駆体及び酸化タンタルの前駆体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の前駆体と、を含む。塗布型材料が含有するバナジウム族元素の酸化物の前駆体としては、塗布材料より形成されるパッシベーション膜の負の固定電荷の観点からは、酸化バナジウム(V)の前駆体を選択することが好ましい。塗布型材料は、バナジウム族元素の酸化物の前駆体として、酸化バナジウムの前駆体、酸化ニオブの前駆体及び酸化タンタルの前駆体からなる群より選択される2種又は3種のバナジウム族元素の酸化物の前駆体を含んでもよい。
(Embodiment 2)
The coating type material of the present embodiment is a coating type material used for a passivation film for a solar cell element having a silicon substrate, and includes a precursor of aluminum oxide, a precursor of vanadium oxide, and a precursor of tantalum oxide. And a precursor of an oxide of at least one vanadium group element selected from the group. As a precursor of the oxide of the vanadium group element contained in the coating material, a precursor of vanadium oxide (V 2 O 5 ) is selected from the viewpoint of the negative fixed charge of the passivation film formed from the coating material. It is preferable. The coating type material is composed of two or three vanadium group elements selected from the group consisting of vanadium oxide precursors, niobium oxide precursors and tantalum oxide precursors as vanadium group oxide precursors. An oxide precursor may also be included.

酸化アルミニウム前駆体は、酸化アルミニウムを生成するものであれば、特に限定されることなく用いることができる。酸化アルミニウム前駆体としては、酸化アルミニウムをシリコン基板上に均一に分散させる点、及び化学的に安定な観点から、有機系の酸化アルミニウム前駆体を用いることが好ましい。有機系の酸化アルミニウム前駆体の例として、アルミニウムトリイソプロポキシド(構造式:Al(OCH(CH、(株)高純度化学研究所、SYM−AL04を挙げることができる。The aluminum oxide precursor can be used without particular limitation as long as it produces aluminum oxide. As the aluminum oxide precursor, it is preferable to use an organic aluminum oxide precursor from the viewpoint of uniformly dispersing aluminum oxide on the silicon substrate and a chemically stable viewpoint. Examples of the organic aluminum oxide precursor include aluminum triisopropoxide (structural formula: Al (OCH (CH 3 ) 2 ) 3 , Kojundo Chemical Laboratory, SYM-AL04.

バナジウム族元素の酸化物の前駆体は、バナジウム族元素の酸化物を生成するものであれば、特に限定されることなく用いることができる。バナジウム族元素の酸化物の前駆体としては、酸化アルミニウムをシリコン基板上に均一に分散させる点、及び化学的に安定な観点から有機系のバナジウム族元素の酸化物の前駆体を用いることが好ましい。   The precursor of the oxide of the vanadium group element can be used without particular limitation as long as it generates an oxide of the vanadium group element. The vanadium group element oxide precursor is preferably an organic vanadium group oxide oxide precursor from the viewpoint of uniformly dispersing aluminum oxide on the silicon substrate and chemically stable. .

有機系の酸化バナジウムの前駆体の例としては、バナジウム(V)オキシトリエトキシド(構造式:VO(OC、分子量:202.13)、(株)高純度化学研究所、V−02を挙げることができる。有機系の酸化タンタルの前駆体の例としては、タンタル(V)メトキシド(構造式:Ta(OCH、分子量:336.12)、(株)高純度化学研究所、Ta−10−Pを挙げることができる。有機系の酸化ニオブ前駆体の例としては、ニオブ(V)エトキシド(構造式:Nb(OC、分子量:318.21)、(株)高純度化学研究所、Nb−05を挙げることができる。Examples of organic vanadium oxide precursors include vanadium (V) oxytriethoxide (structural formula: VO (OC 2 H 5 ) 3 , molecular weight: 202.13), High Purity Chemical Laboratory, V-02 can be mentioned. Examples of organic tantalum oxide precursors include tantalum (V) methoxide (structural formula: Ta (OCH 3 ) 5 , molecular weight: 336.12), Kojundo Chemical Laboratory, Ta-10-P Can be mentioned. Examples of organic niobium oxide precursors include niobium (V) ethoxide (structural formula: Nb (OC 2 H 5 ) 5 , molecular weight: 318.21), High Purity Chemical Laboratory, Nb-05. Can be mentioned.

有機系のバナジウム族元素の酸化物の前駆体及び有機系の酸化アルミニウム前駆体を含む塗布型材料を塗布法又は印刷法を用いて成膜し、その後の熱処理により有機成分を除去することにより、パッシベーション膜を得ることができる。したがって、結果として、有機成分を含むパッシベーション膜であってもよい。パッシベーション膜中の有機成分の含有率は、10質量%未満であることがより好ましく、5質量%以下であることが更に好ましく、1質量%以下であることが特に好ましい。   By forming a coating type material containing an organic vanadium group oxide precursor and an organic aluminum oxide precursor using a coating method or a printing method, and then removing the organic components by a heat treatment, A passivation film can be obtained. Therefore, as a result, a passivation film containing an organic component may be used. The content of the organic component in the passivation film is more preferably less than 10% by mass, still more preferably 5% by mass or less, and particularly preferably 1% by mass or less.

(実施の形態3)
本実施の形態の太陽電池素子(光電変換装置)は、シリコン基板の光電変換界面の近傍に上記実施の形態1で説明したパッシベーション膜(絶縁膜、保護絶縁膜)、すなわち、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膜を有するものである。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ことにより、シリコン基板のキャリアライフタイムを長くし且つ負の固定電荷を有することができ、太陽電池素子の特性(光電変換効率)を向上させることができる。
(Embodiment 3)
The solar cell element (photoelectric conversion device) of the present embodiment has a passivation film (insulating film, protective insulating film) described in the first embodiment in the vicinity of the photoelectric conversion interface of the silicon substrate, that is, aluminum oxide and oxidized It has a film containing at least one oxide of a vanadium group element selected from the group consisting of vanadium and tantalum oxide. By containing aluminum oxide and an oxide of at least one vanadium group element selected from the group consisting of vanadium oxide and tantalum oxide, the carrier lifetime of the silicon substrate can be extended and negative fixed charges can be obtained. And the characteristics (photoelectric conversion efficiency) of the solar cell element can be improved.

<構造説明>
まず、本実施の形態の太陽電池素子の構造について図2〜図5を参照しながら説明する。図2〜図5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。
<Description of structure>
First, the structure of the solar cell element of the present embodiment will be described with reference to FIGS. 2-5 is sectional drawing which shows the 1st-4th structural example of the solar cell element which used the passivation film for the back surface of this Embodiment.

本実施の形態で用いるシリコン基板(結晶シリコン基板、半導体基板)としては、単結晶シリコン、又は、多結晶シリコンのどちらを用いてもよい。また、導電型がp型の結晶シリコン基板又は導電型がn型の結晶シリコン基板のどちらを用いてもよい。シリコン基板1としては、導電型がp型の結晶シリコン、又は、導電型がn型の結晶シリコンのどちらを用いてもよい。本発明の効果をより発揮する観点からは、導電型がp型の結晶シリコンがより適している。   As a silicon substrate (a crystalline silicon substrate or a semiconductor substrate) used in this embodiment mode, either single crystal silicon or polycrystalline silicon may be used. Further, either a p-type crystalline silicon substrate or an n-type crystalline silicon substrate may be used. As the silicon substrate 1, either p-type crystalline silicon or n-type crystalline silicon may be used. From the viewpoint of further exerting the effects of the present invention, p-type crystalline silicon is more suitable.

以下の図2〜図5においては、シリコン基板1として、p型単結晶シリコンを用いた例について説明する。尚、当該シリコン基板1に用いる単結晶シリコン又は多結晶シリコンは、任意のものでよいが、抵抗率が0.5Ω・cm〜10Ω・cmである単結晶シリコン又は多結晶シリコンが好ましい。   In the following FIGS. 2 to 5, an example in which p-type single crystal silicon is used as the silicon substrate 1 will be described. The single crystal silicon or polycrystalline silicon used for the silicon substrate 1 may be arbitrary, but single crystal silicon or polycrystalline silicon having a resistivity of 0.5 Ω · cm to 10 Ω · cm is preferable.

図2(第1構成例)に示すように、p型のシリコン基板1の受光面側(図中上側、第1面、表面)に、リン等のV族の元素をドーピング(添加)したn型の拡散層2が形成される。そして、シリコン基板1と拡散層2との間でpn接合が形成される。拡散層2の表面には、窒化ケイ素(SiN)膜等の受光面反射防止膜3、及び銀(Ag)等を用いた第1電極5(受光面側の電極、第1面電極、上面電極、表面電極)が形成される。受光面反射防止膜3は、受光面パッシベーション膜としての機能を兼ね備えてもよい。SiN膜を用いることで、受光面反射防止膜と受光面パッシベーション膜の機能を両方兼ね備えることができる。   As shown in FIG. 2 (first configuration example), n is obtained by doping (adding) a group V element such as phosphorus on the light-receiving surface side (upper side, first surface, surface in the figure) of the p-type silicon substrate 1. A mold diffusion layer 2 is formed. A pn junction is formed between the silicon substrate 1 and the diffusion layer 2. On the surface of the diffusion layer 2, a light receiving surface antireflection film 3 such as a silicon nitride (SiN) film, and a first electrode 5 (light receiving surface side electrode, first surface electrode, upper surface electrode) using silver (Ag) or the like. , Surface electrode) is formed. The light receiving surface antireflection film 3 may also have a function as a light receiving surface passivation film. By using the SiN film, both functions of the light receiving surface antireflection film and the light receiving surface passivation film can be provided.

尚、本発明の太陽電池素子は、受光面反射防止膜3を有していても有していなくてもよい。また、太陽電池素子の受光面には、表面での反射率を低減するため、凹凸構造(テクスチャー構造)が形成されることが好ましいが、本発明の太陽電池素子は、テクスチャー構造を有していても有していなくてもよい。   Note that the solar cell element of the present invention may or may not have the light-receiving surface antireflection film 3. The light receiving surface of the solar cell element is preferably formed with a concavo-convex structure (texture structure) in order to reduce the reflectance on the surface, but the solar cell element of the present invention has a texture structure. Even if it does not have.

一方、シリコン基板1の裏面側(図中下側、第2面、裏面)には、アルミニウム、ボロン等のIII族の元素をドーピングした層であるBSF(Back Surface Field)層4が形成される。ただし、本発明の太陽電池素子は、BSF層4を有していても有していなくてもよい。   On the other hand, a BSF (Back Surface Field) layer 4, which is a layer doped with a group III element such as aluminum or boron, is formed on the back surface side (lower side, second surface, back surface in the figure) of the silicon substrate 1. . However, the solar cell element of the present invention may or may not have the BSF layer 4.

このシリコン基板1の裏面側には、BSF層4(BSF層4が無い場合はシリコン基板1の裏面側の表面)とコンタクト(電気的接続)をとるために、アルミニウム等で構成される第2電極6(裏面側の電極、第2面電極、裏面電極)が形成されている。   On the back side of the silicon substrate 1, a second layer made of aluminum or the like is used to make contact (electrical connection) with the BSF layer 4 (or the surface on the back side of the silicon substrate 1 when there is no BSF layer 4). Electrodes 6 (back surface side electrode, second surface electrode, back surface electrode) are formed.

更に、図2(第1構成例)においては、BSF層4(BSF層4が無い場合はシリコン基板1の裏面側の表面)と第2電極6とが電気的に接続されているコンタクト領域(開口部OA)を除いた部分に、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、を含むパッシベーション膜7(パッシべーション層)が形成されている。本発明のパッシベーション膜7は、実施の形態1で詳細に説明したように、負の固定電荷を有することが可能である。この固定電荷により、光によりシリコン基板1内で発生したキャリアのうち少数キャリアである電子を表面側へ跳ね返す。このため、短絡電流が増加し、光電変換効率が向上することが期待される。   Further, in FIG. 2 (first configuration example), the contact region (the surface on the back surface side of the silicon substrate 1 when the BSF layer 4 is not provided) and the second electrode 6 are electrically connected. A passivation film 7 (passivation layer) containing aluminum oxide and an oxide of at least one vanadium group element selected from the group consisting of vanadium oxide and tantalum oxide is provided in a portion excluding the opening OA). Is formed. As described in detail in Embodiment 1, the passivation film 7 of the present invention can have a negative fixed charge. Due to this fixed charge, electrons which are minority carriers among the carriers generated in the silicon substrate 1 by light rebound to the surface side. For this reason, a short circuit current increases and it is anticipated that photoelectric conversion efficiency will improve.

次いで、図3に示す第2構成例について説明する。図2(第1構成例)においては、第2電極6は、コンタクト領域(開口部OA)とパッシベーション膜7上の全面に形成されているが、図3(第2構成例)においては、コンタクト領域(開口部OA)のみに第2電極6が形成されている。コンタクト領域(開口部OA)とパッシベーション膜7上の一部のみに第2電極6が形成される構成としてもよい。図3に示す構成の太陽電池素子であっても図2(第1構成例)と同様の効果を得ることができる。   Next, a second configuration example shown in FIG. 3 will be described. In FIG. 2 (first configuration example), the second electrode 6 is formed on the entire surface of the contact region (opening OA) and the passivation film 7. In FIG. The second electrode 6 is formed only in the region (opening OA). The second electrode 6 may be formed only on the contact region (opening OA) and part of the passivation film 7. Even with the solar cell element having the configuration shown in FIG. 3, the same effect as that of FIG. 2 (first configuration example) can be obtained.

次いで、図4に示す第3構成例について説明する。図4に示す第3構成例においては、BSF層4が、第2電極6とのコンタクト領域(開口部OA部)を含む裏面側の一部のみに形成され、図2(第1構成例)のように、裏面側の全面に形成されていない。このような構成の太陽電池素子(図4)であっても、図2(第1構成例)と同様の効果を得ることができる。また、図4の第3構成例の太陽電池素子によれば、BSF層4、つまり、アルミニウム、ボロン等のIII族の元素をドーピングすることでシリコン基板1よりも不純物が高い濃度でドーピングされた領域が少ないため、図2(第1構成例)より高い光電変換効率を得ることが可能である。   Next, a third configuration example shown in FIG. 4 will be described. In the third configuration example shown in FIG. 4, the BSF layer 4 is formed only on a part of the back side including the contact region (opening OA portion) with the second electrode 6, and FIG. 2 (first configuration example). Thus, it is not formed on the entire back surface side. Even with the solar cell element having such a configuration (FIG. 4), the same effect as that of FIG. 2 (first configuration example) can be obtained. Further, according to the solar cell element of the third configuration example of FIG. 4, the BSF layer 4, that is, the impurity is doped at a higher concentration than the silicon substrate 1 by doping a group III element such as aluminum or boron. Since the area is small, it is possible to obtain higher photoelectric conversion efficiency than that in FIG. 2 (first configuration example).

次いで、図5に示す第4構成例について説明する。図4(第3構成例)においては、第2電極6は、コンタクト領域(開口部OA)とパッシベーション膜7上の全面に形成されているが、図5(第4構成例)においては、コンタクト領域(開口部OA)のみに第2電極6が形成されている。コンタクト領域(開口部OA)とパッシベーション膜7上の一部のみに第2電極6が形成される構成としてもよい。図5に示す構成の太陽電池素子であっても図4(第3構成例)と同様の効果を得ることができる。   Next, a fourth configuration example shown in FIG. 5 will be described. In FIG. 4 (third configuration example), the second electrode 6 is formed on the entire surface of the contact region (opening OA) and the passivation film 7, but in FIG. 5 (fourth configuration example), the contact The second electrode 6 is formed only in the region (opening OA). The second electrode 6 may be formed only on the contact region (opening OA) and part of the passivation film 7. Even with the solar cell element having the configuration shown in FIG. 5, the same effect as that of FIG. 4 (third configuration example) can be obtained.

また、第2電極6を印刷法で塗布し、高温で焼成することにより裏面側の全面に形成した場合は、降温過程で上に凸の反りが発生しやすい。このような反りは、太陽電池素子の破損を引き起こす場合があり、歩留りが低下する恐れがある。また、シリコン基板の薄膜化が進む際には反りの問題が大きくなる。この反りの原因は、シリコン基板よりも金属(例えばアルミニウム)よりなる第2電極6の熱膨張係数が大きく、その分、降温過程での収縮が大きいため、応力が発生することにある。   In addition, when the second electrode 6 is applied by a printing method and baked at a high temperature to form the entire surface on the back side, a convex warpage tends to occur in the temperature lowering process. Such warpage may cause damage to the solar cell element, which may reduce the yield. Further, the problem of warpage increases as the silicon substrate becomes thinner. The cause of this warp is that stress is generated because the second electrode 6 made of metal (for example, aluminum) has a larger thermal expansion coefficient than the silicon substrate, and the shrinkage in the temperature lowering process is correspondingly large.

以上のことから、図3(第2構成例)及び図5(第4構成例)のように第2電極6を裏面側の全面に形成しない方が、電極構造が上下で対称になり易く、熱膨張係数の差による応力が発生しにくいため好ましい。ただし、その場合は、別途反射層を設けることが好ましい。   From the above, when the second electrode 6 is not formed on the entire back surface side as shown in FIG. 3 (second configuration example) and FIG. 5 (fourth configuration example), the electrode structure tends to be symmetrical vertically. This is preferable because stress due to the difference in thermal expansion coefficient is unlikely to occur. However, in that case, it is preferable to provide a separate reflective layer.

<製法説明>
次に、上記構成をもつ本実施の形態の太陽電池素子(図2〜図5)の製造方法の一例について説明する。ただし、本発明は、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。
<Product description>
Next, an example of a method for manufacturing the solar cell element (FIGS. 2 to 5) of the present embodiment having the above-described configuration will be described. However, the present invention is not limited to the solar cell element produced by the method described below.

まず、図2等に示すシリコン基板1の表面にテクスチャー構造を形成する。テクスチャー構造は、シリコン基板1の両面に形成しても、片面(受光面側)のみに形成してもよい。テクスチャー構造を形成するため、まず、シリコン基板1を加熱した水酸化カリウム又は水酸化ナトリウムの溶液に浸して、シリコン基板1のダメージ層を除去する。その後、水酸化カリウム及びイソプロピルアルコールを主成分とする溶液に浸すことで、シリコン基板1の両面又は片面(受光面側)にテクスチャー構造を形成する。尚、上述したとおり、本発明の太陽電池素子はテクスチャー構造を有していても有していなくてもよいため、本工程は省略してもよい。   First, a texture structure is formed on the surface of the silicon substrate 1 shown in FIG. The texture structure may be formed on both sides of the silicon substrate 1 or only on one side (light receiving side). In order to form a texture structure, first, the damaged layer of the silicon substrate 1 is removed by immersing the silicon substrate 1 in a heated potassium hydroxide or sodium hydroxide solution. Then, a texture structure is formed on both surfaces or one surface (light receiving surface side) of the silicon substrate 1 by immersing in a solution containing potassium hydroxide and isopropyl alcohol as main components. As described above, since the solar cell element of the present invention may or may not have a texture structure, this step may be omitted.

続いて、シリコン基板1を塩酸、フッ酸等の溶液で洗浄した後、シリコン基板1にオキシ塩化リン(POCl)等の熱拡散により、拡散層2としてリン拡散層(n層)を形成する。リン拡散層は、例えば、リンを含んだ塗布型のドーピング材の溶液をシリコン基板1に塗布し、熱処理をすることによって形成できる。熱処理後、表面に形成されたリンガラスの層をフッ酸等の酸で除去することで、拡散層2としてリン拡散層(n層)が形成される。リン拡散層を形成する方法は特に制限されない。リン拡散層は、シリコン基板1の表面からの深さが0.2μm〜0.5μmの範囲、シート抵抗が40Ω/□(ohm/square)〜100Ω/□の範囲となるように形成することが好ましい。Subsequently, after cleaning the silicon substrate 1 with a solution such as hydrochloric acid or hydrofluoric acid, a phosphorus diffusion layer (n + layer) is formed as the diffusion layer 2 on the silicon substrate 1 by thermal diffusion of phosphorus oxychloride (POCl 3 ) or the like. To do. The phosphorus diffusion layer can be formed, for example, by applying a coating-type doping material solution containing phosphorus to the silicon substrate 1 and performing heat treatment. After the heat treatment, the phosphorus glass layer formed on the surface is removed with an acid such as hydrofluoric acid, whereby a phosphorus diffusion layer (n + layer) is formed as the diffusion layer 2. The method for forming the phosphorus diffusion layer is not particularly limited. The phosphorus diffusion layer may be formed so that the depth from the surface of the silicon substrate 1 is in the range of 0.2 μm to 0.5 μm, and the sheet resistance is in the range of 40Ω / square (ohm / square) to 100Ω / □. preferable.

その後、シリコン基板1の裏面側にボロン、アルミニウム等を含んだ塗布型のドーピング材の溶液を塗布し、熱処理を行うことで、裏面側のBSF層4を形成する。塗布には、スクリーン印刷、インクジェット、ディスペンス、スピンコート等の方法を用いることができる。熱処理後、裏面に形成されたボロンガラス、アルミニウム等の層をフッ酸、塩酸等によって除去することでBSF層4が形成される。BSF層4を形成する方法は特に制限されない。好ましくは、BSF層4は、ボロン、アルミニウム等の濃度の範囲が1018cm−3〜1022cm−3となるように形成されることが好ましく、ドット状又はライン状にBSF層4を形成することが好ましい。尚、本発明の太陽電池素子はBSF層4を有していても有していなくてもよいため、本工程は省略してもよい。Thereafter, a BSF layer 4 on the back surface side is formed by applying a coating-type doping material solution containing boron, aluminum or the like to the back surface side of the silicon substrate 1 and performing heat treatment. For the application, methods such as screen printing, ink jet, dispensing, spin coating and the like can be used. After the heat treatment, the BSF layer 4 is formed by removing the layer of boron glass, aluminum or the like formed on the back surface with hydrofluoric acid, hydrochloric acid or the like. The method for forming the BSF layer 4 is not particularly limited. Preferably, the BSF layer 4 is preferably formed so that the concentration range of boron, aluminum, etc. is 10 18 cm −3 to 10 22 cm −3, and the BSF layer 4 is formed in a dot shape or a line shape It is preferable to do. Since the solar cell element of the present invention may or may not have the BSF layer 4, this step may be omitted.

また、受光面の拡散層2、及び裏面のBSF層4とも塗布型のドーピング材の溶液を用いて形成する場合は、上記のドーピング材の溶液をそれぞれシリコン基板1の両面に塗布して、拡散層2としてのリン拡散層(n層)とBSF層4の形成を一括して行い、その後、表面に形成したリンガラス、ボロンガラス等を一括して除去してもよい。Further, when both the diffusion layer 2 on the light receiving surface and the BSF layer 4 on the back surface are formed using a coating-type doping material solution, the above-described doping material solution is applied to both surfaces of the silicon substrate 1 and diffused. The phosphorus diffusion layer (n + layer) and the BSF layer 4 as the layer 2 may be formed in a lump, and then the phosphorus glass, boron glass, etc. formed on the surface may be removed in a lump.

その後、拡散層2の上に、受光面反射防止膜3である窒化ケイ素膜を形成する。受光面反射防止膜3を形成する方法は特に制限されない。受光面反射防止膜3は、厚さが50〜100nmの範囲、屈折率が1.9〜2.2の範囲となるように形成することが好ましい。受光面反射防止膜3は、窒化ケイ素膜に限られず、酸化ケイ素膜、酸化アルミニウム膜、酸化チタン膜等であってもよい。窒化ケイ素膜等の表面反射防止膜3は、プラズマCVD、熱CVD等の方法で作製でき、350℃〜500℃の温度範囲で形成可能なプラズマCVDで作製することが好ましい。   Thereafter, a silicon nitride film that is the light-receiving surface antireflection film 3 is formed on the diffusion layer 2. The method for forming the light receiving surface antireflection film 3 is not particularly limited. The light-receiving surface antireflection film 3 is preferably formed to have a thickness in the range of 50 to 100 nm and a refractive index in the range of 1.9 to 2.2. The light-receiving surface antireflection film 3 is not limited to a silicon nitride film, and may be a silicon oxide film, an aluminum oxide film, a titanium oxide film, or the like. The surface antireflection film 3 such as a silicon nitride film can be produced by a method such as plasma CVD or thermal CVD, and is preferably produced by plasma CVD that can be formed in a temperature range of 350 ° C. to 500 ° C.

次に、パッシベーション膜7を形成する。パッシベーション膜7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み、例えば、焼成後に酸化アルミニウムが得られる有機金属分解塗布型材料に代表される酸化アルミニウム前駆体と、焼成後に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が得られる市販の有機金属分解塗布型材料に代表される前駆体とを含む材料(パッシベーション材料)を塗布し、熱処理(焼成)することにより形成される(実施の形態1参照)。   Next, a passivation film 7 is formed. The passivation film 7 includes aluminum oxide and an oxide of at least one vanadium group element selected from the group consisting of vanadium oxide and tantalum oxide. For example, an organometallic decomposable coating material from which aluminum oxide can be obtained after firing. And a precursor represented by a commercially available organometallic decomposition coating material from which an oxide of at least one vanadium group element selected from the group consisting of vanadium oxide and tantalum oxide is obtained after firing. A material including a body (passivation material) is applied and heat-treated (fired) (see Embodiment 1).

パッシベーション膜7の形成は、例えば以下のようにして行うことができる。上記の塗布型材料を、濃度0.49質量%のフッ酸で自然酸化膜をあらかじめ除去した725μm厚で8インチ(20.32cm)のp型のシリコン基板(8Ω・cm〜12Ω・cm)の片面に回転塗布し、ホットプレート上において120℃、3分間のプリベークを行う。その後、窒素雰囲気下で、650℃、1時間の熱処理を行う。この場合、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、を含むパッシベーション膜7が得られる。上記のような方法で形成されるパッシベーション膜7のエリプソメーターにより測定される膜厚は、通常は数十nm程度である。   The formation of the passivation film 7 can be performed as follows, for example. A 725 μm-thick 8-inch (20.32 cm) p-type silicon substrate (8 Ω · cm to 12 Ω · cm) obtained by removing the natural oxide film in advance with hydrofluoric acid having a concentration of 0.49% by mass. It spin-coats on one side and performs prebaking for 3 minutes at 120 degreeC on a hotplate. Thereafter, heat treatment is performed at 650 ° C. for 1 hour in a nitrogen atmosphere. In this case, a passivation film 7 containing aluminum oxide and at least one vanadium group element oxide selected from the group consisting of vanadium oxide and tantalum oxide is obtained. The thickness of the passivation film 7 formed by the above method is usually about several tens of nanometers as measured by an ellipsometer.

上記の塗布型材料は、スクリーン印刷、オフセット印刷、インクジェットによる印刷、ディスペンサーによる印刷等の方法により、コンタクト領域(開口部OA)を含んだ所定のパターンに塗布される。尚、上記の塗布型材料は、塗布後、80℃〜180℃の範囲でプリベークして溶媒を蒸発させた後、窒素雰囲気下又は空気中において、600℃〜1000℃で、30分〜3時間程度の熱処理(アニール)を施し、パッシベーション膜7(酸化物の膜)とすることが望ましい。   The coating type material is applied to a predetermined pattern including the contact region (opening OA) by a method such as screen printing, offset printing, inkjet printing, or dispenser printing. In addition, after apply | coating, after said application | coating type material pre-baked in the range of 80 to 180 degreeC and evaporating a solvent, it is 600 degreeC to 1000 degreeC in nitrogen atmosphere or in the air for 30 minutes to 3 hours. It is desirable to perform a degree of heat treatment (annealing) to form a passivation film 7 (oxide film).

更に、開口部(コンタクト用の孔)OAは、BSF層4上に、ドット状又はライン状に形成することが望ましい。   Furthermore, the opening (contact hole) OA is desirably formed in a dot shape or a line shape on the BSF layer 4.

上記の太陽電池素子に用いるパッシベーション膜7としては、実施の形態1で詳細に説明したように、バナジウム族元素の酸化物と酸化アルミニウムの質量比(バナジウム族元素の酸化物/酸化アルミニウム)が30/70〜90/10の範囲内であることが好ましく、35/65〜90/10の範囲内であることがより好ましく、50/50〜90/10の範囲内であることが更に好ましい。これにより、負の固定電荷を安定化させることができる。   As described in detail in Embodiment 1, the passivation film 7 used in the solar cell element has a mass ratio of oxide of vanadium group element to aluminum oxide (oxide of vanadium group element / aluminum oxide) of 30. It is preferably within the range of / 70 to 90/10, more preferably within the range of 35/65 to 90/10, and even more preferably within the range of 50/50 to 90/10. Thereby, the negative fixed charge can be stabilized.

更にパッシベーション膜7において、バナジウム族元素の酸化物及び酸化アルミニウムの総含有率が90%以上であることが好ましい。   Further, in the passivation film 7, the total content of vanadium group oxide and aluminum oxide is preferably 90% or more.

次に、受光面側の電極である第1電極5を形成する。第1電極5は、受光面反射防止膜3上に銀(Ag)を主成分とするペーストをスクリーン印刷により形成し、熱処理(ファイアスルー)を行うことで形成される。第1電極5の形状は、任意の形状でよく、例えば、フィンガー電極とバスバー電極とからなる周知の形状でよい。   Next, the first electrode 5 which is an electrode on the light receiving surface side is formed. The 1st electrode 5 is formed by forming the paste which has silver (Ag) as a main component on the light-receiving surface antireflection film 3 by screen printing, and performing heat processing (fire through). The shape of the 1st electrode 5 may be arbitrary shapes, for example, may be a well-known shape which consists of a finger electrode and a bus-bar electrode.

そして、裏面側の電極である第2電極6を形成する。第2電極6は、アルミニウムを主成分とするペーストをスクリーン印刷又はディスペンサーを用いて塗布し、それを熱処理することによって形成できる。また、第2電極6の形状は、BSF層4の形状と同じ形状、裏面側の全面を覆う形状、櫛型状、格子状等であることが望ましい。尚、受光面側の電極である第1電極5と第2電極6を形成するためのペーストの印刷をそれぞれ先に行って、その後、熱処理(ファイアスルー)することにより第1電極5と第2電極6とを一括して形成してもよい。   And the 2nd electrode 6 which is an electrode of the back side is formed. The 2nd electrode 6 can be formed by apply | coating the paste which has aluminum as a main component using screen printing or a dispenser, and heat-processing it. The shape of the second electrode 6 is desirably the same shape as the shape of the BSF layer 4, a shape covering the entire back surface, a comb shape, a lattice shape, or the like. Note that the first electrode 5 and the second electrode 6 are printed by first printing pastes for forming the first electrode 5 and the second electrode 6 that are electrodes on the light receiving surface side, and then performing heat treatment (fire-through). The electrodes 6 may be formed together.

また第2電極6の形成にアルミニウム(Al)を主成分とするペーストを用いることにより、アルミニウムがドーパントとして拡散して、自己整合で第2電極6とシリコン基板1との接触部にBSF層4が形成される。尚、先に述べたように、シリコン基板1の裏面側にボロン、アルミニウム等を含んだ塗布型のドーピング材の溶液を塗布し、それを熱処理することで別途BSF層4を形成してもよい。   Further, by using a paste mainly composed of aluminum (Al) for forming the second electrode 6, aluminum diffuses as a dopant, and the BSF layer 4 is formed in a contact portion between the second electrode 6 and the silicon substrate 1 in a self-alignment manner. Is formed. As described above, the BSF layer 4 may be separately formed by applying a coating-type doping material solution containing boron, aluminum or the like to the back side of the silicon substrate 1 and then heat-treating it. .

尚、上記においては、シリコン基板1にp型のシリコンを用いた構造例及び製法例を示したが、シリコン基板1としてn型のシリコン基板も用いることができる。この場合は、拡散層2は、ボロン等のIII族の元素をドーピングした層で形成され、BSF層4は、リン等のV族の元素をドーピングして形成される。ただし、この場合は、負の固定電荷により界面に形成された反転層と裏面側の金属が接触した部分を通じて漏れ電流が流れ、変換効率が上がりにくい場合がある点に留意すべきである。   In the above description, a structural example and a manufacturing method example using p-type silicon for the silicon substrate 1 are shown, but an n-type silicon substrate can also be used as the silicon substrate 1. In this case, the diffusion layer 2 is formed by a layer doped with a group III element such as boron, and the BSF layer 4 is formed by doping a group V element such as phosphorus. However, it should be noted that in this case, a leakage current flows through a portion where the inversion layer formed at the interface due to the negative fixed charge and the metal on the back surface are in contact with each other, and the conversion efficiency may be difficult to increase.

またn型のシリコン基板を用いる場合には、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、を含むパッシベーション膜7を図6に示すように受光面側に用いることができる。図6は、本実施の形態の受光面パッシベーション膜を用いた太陽電池素子の構成例を示す断面図である。   When an n-type silicon substrate is used, a passivation film 7 including aluminum oxide and an oxide of at least one vanadium group element selected from the group consisting of vanadium oxide and tantalum oxide is shown in FIG. Thus, it can be used on the light receiving surface side. FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a configuration example of a solar cell element using the light-receiving surface passivation film of the present embodiment.

この場合、受光面側の拡散層2は、ボロンをドーピングしてp型となっており、生成したキャリアのうち正孔を受光面側に、電子を裏面側に集める。このために、負の固定電荷をもったパッシベーション膜7が受光面側にあることが好ましい。   In this case, the diffusion layer 2 on the light receiving surface side is p-type doped with boron, and collects holes on the light receiving surface side and electrons on the back surface side of the generated carriers. Therefore, it is preferable that the passivation film 7 having a negative fixed charge is on the light receiving surface side.

パッシベーション膜7の上には、更にCVD等によりSiN等で構成される反射防止膜を形成してもよい。   An antireflection film made of SiN or the like may be further formed on the passivation film 7 by CVD or the like.

(実施の形態4)
本実施の形態のパッシベーション膜付シリコン基板は、シリコン基板と、シリコン基板上の全面又は一部に設けられる上記実施の形態1で説明したパッシベーション膜、すなわち、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、を含む膜を有するものである。パッシベーション膜が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、を含むことにより、シリコン基板のキャリアライフタイムを長くし且つ負の固定電荷を有することができ、太陽電池素子の特性(光電変換効率)を向上させることができる。
(Embodiment 4)
The silicon substrate with a passivation film of the present embodiment is composed of a silicon substrate and the passivation film described in the first embodiment provided on the entire surface or part of the silicon substrate, that is, aluminum oxide, vanadium oxide, and tantalum oxide. And a film containing at least one oxide of a vanadium group element selected from the group consisting of: The passivation film includes aluminum oxide and an oxide of at least one vanadium group element selected from the group consisting of vanadium oxide and tantalum oxide, thereby extending the carrier lifetime of the silicon substrate and negative fixed charge. The characteristics (photoelectric conversion efficiency) of the solar cell element can be improved.

以下に実施例及び比較例を参照しながら詳細に説明する。   Details will be described below with reference to Examples and Comparative Examples.

<バナジウム族元素の酸化物として酸化バナジウムを使用した場合>
[実施例1]
熱処理(焼成)により酸化アルミニウム(Al)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(V)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(a−1)を調製した。
<When vanadium oxide is used as the oxide of vanadium group element>
[Example 1]
3.0 g of a commercially available organometallic thin film coating type material [High purity chemical research laboratory, SYM-AL04, concentration 2.3 mass%] from which aluminum oxide (Al 2 O 3 ) can be obtained by heat treatment (firing) And 6.0 g of a commercially available organometallic thin film coating material [Vitamin Purity Laboratory, V-02, concentration 2 mass%] from which vanadium oxide (V 2 O 5 ) can be obtained by heat treatment (firing). By mixing, a passivation material (a-1) which is a coating type material was prepared.

パッシベーション材料(a−1)を、濃度0.49質量%のフッ酸で自然酸化膜をあらかじめ除去した725μm厚で8インチのp型のシリコン基板(8Ω・cm〜12Ω・cm)の片面に回転塗布し、ホットプレート上に置いて120℃、3分間のプリベークを行った。その後、窒素雰囲気下で、700℃、30分の熱処理(焼成)を行い、酸化アルミニウム及び酸化バナジウムを含むパッシベーション膜[酸化バナジウム/酸化アルミニウム=63/37(質量%)]を得た。エリプソメーターにより膜厚を測定したところ51nmであった。パッシベーション膜のFT−IRを測定したところ、1200cm−1付近に、ごくわずかのアルキル基に起因するピークが見られた。Passivation of passivation material (a-1) on one side of a 725 μm thick 8-inch p-type silicon substrate (8Ω · cm to 12Ω · cm) from which a natural oxide film was previously removed with hydrofluoric acid having a concentration of 0.49% by mass It was applied and placed on a hot plate and prebaked at 120 ° C. for 3 minutes. Thereafter, a heat treatment (firing) was performed at 700 ° C. for 30 minutes in a nitrogen atmosphere to obtain a passivation film containing vanadium oxide and vanadium oxide [vanadium oxide / aluminum oxide = 63/37 (mass%)]. It was 51 nm when the film thickness was measured with the ellipsometer. When the FT-IR of the passivation film was measured, a peak due to a very few alkyl groups was observed in the vicinity of 1200 cm −1 .

次に、上記のパッシベーション膜上に、メタルマスクを介して、直径1mmのアルミ電極を複数個蒸着により形成し、MIS(metal-insulator-semiconductor;金属−絶縁体−半導体)構造のキャパシタを作製した。このキャパシタの静電容量の電圧依存性(C−V特性)を市販のプローバー及びLCRメーター(HP社、4275A)により測定した。その結果、フラットバンド電圧(Vfb)が理想値の−0.81Vから、+0.02Vにシフトしたことが判明した。このシフト量からパッシベーション材料(a−1)から得たパッシベーション膜は、固定電荷密度(Nf)が−5.2×1011cm−2で負の固定電荷を示すことがわかった。Next, a plurality of aluminum electrodes having a diameter of 1 mm were formed on the above-described passivation film by vapor deposition through a metal mask, thereby manufacturing a capacitor having a MIS (metal-insulator-semiconductor) structure. . The voltage dependence (CV characteristics) of the capacitance of this capacitor was measured with a commercially available prober and LCR meter (HP, 4275A). As a result, it was found that the flat band voltage (Vfb) shifted from an ideal value of −0.81 V to +0.02 V. From this shift amount, it was found that the passivation film obtained from the passivation material (a-1) showed a negative fixed charge with a fixed charge density (Nf) of −5.2 × 10 11 cm −2 .

上記と同様に、パッシベーション材料(a−1)を8インチのp型のシリコン基板の両面に塗布し、プリベークして、窒素雰囲気下で、650℃、1時間の熱処理(焼成)を行い、シリコン基板の両面がパッシベーション膜で覆われたサンプルを作製した。このサンプルのキャリアライフタイムをライフタイム測定装置((株)コベルコ科研、RTA−540)により測定した。その結果、キャリアライフタイムは400μsであった。比較のために、同じ8インチのp型のシリコン基板をヨウ素パッシベーション法によりパッシベーションして測定したところ、キャリアライフタイムは、1100μsであった。また、サンプルの作製から14日後に、再度キャリアライフタイムを測定したところ、キャリアライフタイムは380μsであった。これにより、キャリアライフタイムの低下(400μsから380μs)は−10%以内となり、キャリアライフタイムの低下が小さいことがわかった。   In the same manner as described above, the passivation material (a-1) was applied to both sides of an 8-inch p-type silicon substrate, pre-baked, and subjected to heat treatment (baking) at 650 ° C. for 1 hour in a nitrogen atmosphere. A sample in which both surfaces of the substrate were covered with a passivation film was produced. The carrier lifetime of this sample was measured with a lifetime measuring device (Kobelco Research Institute, RTA-540). As a result, the carrier lifetime was 400 μs. For comparison, the same 8-inch p-type silicon substrate was measured by passivation using the iodine passivation method, and the carrier lifetime was 1100 μs. Further, when the carrier lifetime was measured again 14 days after the preparation of the sample, the carrier lifetime was 380 μs. Thereby, it was found that the decrease in carrier lifetime (from 400 μs to 380 μs) was within −10%, and the decrease in carrier lifetime was small.

以上のことから、パッシベーション材料(a−1)を熱処理(焼成)して得られるパッシベーション膜は、ある程度のパッシベーション性能を示し、負の固定電荷を示すことがわかった。   From the above, it was found that the passivation film obtained by heat-treating (sintering) the passivation material (a-1) exhibits a certain degree of passivation performance and a negative fixed charge.

[実施例2]
実施例1と同様に、熱処理(焼成)により酸化アルミニウム(Al)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(V)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1に示すパッシベーション材料(a−2)〜(a−7)を調製した。
[Example 2]
Similar to Example 1, a commercially available organometallic thin film coating material from which aluminum oxide (Al 2 O 3 ) can be obtained by heat treatment (calcination) [High Purity Chemical Laboratory, SYM-AL04, concentration 2.3 mass] %] And a commercially available organometallic thin film coating material [Vitamin Purity Laboratory, V-02, concentration 2 mass%] from which vanadium oxide (V 2 O 5 ) can be obtained by heat treatment are changed in ratio. Then, the passivation materials (a-2) to (a-7) shown in Table 1 were prepared.

実施例1と同様に、パッシベーション材料(a−2)〜(a−7)のそれぞれをp型のシリコン基板の片面に塗布し、熱処理(焼成)してパッシベーション膜を作製した。得られたパッシベーション膜の静電容量の電圧依存性を測定し、そこから固定電荷密度を算出した。   In the same manner as in Example 1, each of the passivation materials (a-2) to (a-7) was applied to one side of a p-type silicon substrate and heat-treated (fired) to produce a passivation film. The voltage dependence of the capacitance of the obtained passivation film was measured, and the fixed charge density was calculated therefrom.

更に、実施例1と同様に、パッシベーション材料をp型のシリコン基板の両面に塗布し、熱処理(焼成)して得たサンプルを用いて、キャリアライフタイムを測定した。   Further, in the same manner as in Example 1, the carrier lifetime was measured using a sample obtained by applying a passivation material to both surfaces of a p-type silicon substrate and performing heat treatment (firing).

得られた結果を表1にまとめた。またサンプルの作製から14日後に、再度キャリアライフタイムを測定したところ、キャリアライフタイムの低下は、表1に示すパッシベーション材料(a−2)〜(a−7)を用いたパッシベーション膜のいずれも−10%以内であり、キャリアライフタイムの低下が小さいことがわかった。   The results obtained are summarized in Table 1. Further, when the carrier lifetime was measured again 14 days after the preparation of the sample, the decrease in the carrier lifetime was found in any of the passivation films using the passivation materials (a-2) to (a-7) shown in Table 1. It was within -10%, and it was found that the decrease in carrier lifetime was small.

熱処理(焼成)後の酸化バナジウム/酸化アルミニウムの比率(質量比)により、異なる結果ではあるが、パッシベーション材料(a−2)〜(a−7)については、熱処理(焼成)後にいずれも負の固定電荷を示し、キャリアライフタイムもある程度の値を示していることから、パッシベーション膜として機能することが示唆された。パッシベーション材料(a−2)〜(a−7)から得られるパッシベーション膜は、いずれも安定的に負の固定電荷を示し、p型のシリコン基板のパッシベーションとしても好適に用いることができることがわかった。   Although the results are different depending on the ratio (mass ratio) of vanadium oxide / aluminum oxide after the heat treatment (firing), the passivation materials (a-2) to (a-7) are all negative after the heat treatment (firing). Since it showed a fixed charge and a certain carrier lifetime, it was suggested that it functions as a passivation film. It was found that the passivation films obtained from the passivation materials (a-2) to (a-7) all stably show negative fixed charges and can be suitably used as a passivation for a p-type silicon substrate. .


[実施例3]
熱処理(焼成)により酸化バナジウム(V)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(OC、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(Al)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(CH、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(b−1)を調製した。
[Example 3]
As a compound for obtaining vanadium oxide (V 2 O 5 ) by heat treatment (firing), commercially available vanadium (V) oxytriethoxide (structural formula: VO (OC 2 H 5 ) 3 , molecular weight: 202.13) is 1 0.02 g (0.010 mol) and a compound obtained from aluminum oxide (Al 2 O 3 ) by heat treatment (calcination), commercially available aluminum triisopropoxide (structure: Al (OCH (CH 3 ) 2 ) 3 , A passivation material (b-1) having a concentration of 5% by mass was prepared by dissolving 2.04 g (0.010 mol) of molecular weight: 204.25) in 60 g of cyclohexane.

パッシベーション材料(b−1)を、濃度0.49質量%のフッ酸で自然酸化膜をあらかじめ除去した725μm厚で8インチのp型のシリコン基板(8Ω・cm〜12Ω・cm)の片面に回転塗布し、ホットプレート上において120℃、3分間のプリベークを行った。その後、窒素雰囲気下で、650℃、1時間の熱処理(焼成)を行い、酸化アルミニウム及び酸化バナジウムを含むパッシベーション膜を得た。エリプソメーターにより膜厚を測定したところ、60nmであった。元素分析の結果、V/Al/C=64/33/3(質量%)であることがわかった。パッシベーション膜のFT−IRを測定したところ、1200cm−1付近に、ごくわずかのアルキル基に起因するピークが見られた。Passivation of passivation material (b-1) to one side of a 725 μm thick 8-inch p-type silicon substrate (8Ω · cm to 12Ω · cm) from which a natural oxide film was previously removed with hydrofluoric acid having a concentration of 0.49% by mass This was applied and prebaked at 120 ° C. for 3 minutes on a hot plate. Thereafter, a heat treatment (firing) was performed at 650 ° C. for 1 hour in a nitrogen atmosphere to obtain a passivation film containing aluminum oxide and vanadium oxide. When the film thickness was measured with an ellipsometer, it was 60 nm. As a result of elemental analysis, it was found that V / Al / C = 64/33/3 (mass%). When the FT-IR of the passivation film was measured, a peak due to a very few alkyl groups was observed in the vicinity of 1200 cm −1 .

次に、上記のパッシベーション膜上に、メタルマスクを介して、直径1mmのアルミ電極を複数個蒸着により形成し、MIS(metal-insulator-semiconductor;金属−絶縁体−半導体)構造のキャパシタを作製した。このキャパシタの静電容量の電圧依存性(C−V特性)を市販のプローバー及びLCRメーター(HP社、4275A)により測定した。その結果、フラットバンド電圧(Vfb)が理想値の−0.81Vから、+0.10Vにシフトしたことが判明した。このシフト量からパッシベーション材料(b−1)から得たパッシベーション膜は、固定電荷密度(Nf)が−6.2×1011cm−2で負の固定電荷を示すことがわかった。Next, a plurality of aluminum electrodes having a diameter of 1 mm were formed on the above-described passivation film by vapor deposition through a metal mask, thereby manufacturing a capacitor having a MIS (metal-insulator-semiconductor) structure. . The voltage dependence (CV characteristics) of the capacitance of this capacitor was measured with a commercially available prober and LCR meter (HP, 4275A). As a result, it was found that the flat band voltage (Vfb) shifted from an ideal value of −0.81 V to +0.10 V. From this shift amount, it was found that the passivation film obtained from the passivation material (b-1) showed a negative fixed charge with a fixed charge density (Nf) of −6.2 × 10 11 cm −2 .

上記と同様に、パッシベーション材料(b−1)を8インチのp型のシリコン基板の両面に塗布し、プリベークして、窒素雰囲気下で、600℃、1時間の熱処理(焼成)を行い、シリコン基板の両面がパッシベーション膜で覆われたサンプルを作製した。このサンプルのキャリアライフタイムをライフタイム測定装置((株)コベルコ科研、RTA−540)により行った。その結果、キャリアライフタイムは400μsであった。比較のために、同じ8インチのp型のシリコン基板をヨウ素パッシベーション法によりパッシベーションして測定したところ、キャリアライフタイムは、1100μsであった。   In the same manner as described above, the passivation material (b-1) was applied to both sides of an 8-inch p-type silicon substrate, pre-baked, and subjected to heat treatment (baking) at 600 ° C. for 1 hour in a nitrogen atmosphere to obtain silicon. A sample in which both surfaces of the substrate were covered with a passivation film was produced. The carrier lifetime of this sample was measured by a lifetime measuring device (Kobelco Research Institute, RTA-540). As a result, the carrier lifetime was 400 μs. For comparison, the same 8-inch p-type silicon substrate was measured by passivation using the iodine passivation method, and the carrier lifetime was 1100 μs.

以上のことから、パッシベーション材料(b−1)を熱処理(焼成)して得られるパッシベーション膜は、ある程度のパッシベーション性能を示し、負の固定電荷を示すことがわかった。   From the above, it was found that the passivation film obtained by heat-treating (sintering) the passivation material (b-1) exhibits a certain degree of passivation performance and a negative fixed charge.

[実施例4]
市販のバナジウム(V)オキシトリエトキシド(構造式:VO(OC、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(CH、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(b−2)を調製した。
[Example 4]
1.52 g (0.0075 mol) of commercially available vanadium (V) oxytriethoxide (structural formula: VO (OC 2 H 5 ) 3 , molecular weight: 202.13) and commercially available aluminum triisopropoxide (structural formula : Al (OCH (CH 3 ) 2 ) 3 , molecular weight: 204.25), 1.02 g (0.005 mol) and 10 g of novolak resin were dissolved in 10 g of diethylene glycol monobutyl ether acetate and 10 g of cyclohexane to passivate. Material (b-2) was prepared.

パッシベーション材料(b−2)を、濃度0.49質量%のフッ酸で自然酸化膜をあらかじめ除去した725μm厚で8インチのp型のシリコン基板(8Ω・cm〜12Ω・cm)の片面に回転塗布し、ホットプレート上に置いて120℃、3分間のプリベークを行った。その後、窒素雰囲気下で、650℃、1時間の加熱を行い、酸化アルミニウム及び酸化バナジウムを含むパッシベーション膜を得た。エリプソメーターにより膜厚を測定したところ、22nmであった。元素分析の結果、V/Al/C=71/22/7(質量%)であることがわかった。パッシベーション膜のFT−IRを測定したところ、1200cm−1付近に、ごくわずかのアルキル基に起因するピークが見られた。Passivation of passivation material (b-2) on one side of a 725 μm thick 8-inch p-type silicon substrate (8 Ω · cm to 12 Ω · cm) with natural oxide film removed beforehand with hydrofluoric acid at a concentration of 0.49% by mass It was applied and placed on a hot plate and prebaked at 120 ° C. for 3 minutes. Thereafter, heating was performed at 650 ° C. for 1 hour in a nitrogen atmosphere to obtain a passivation film containing aluminum oxide and vanadium oxide. When the film thickness was measured with an ellipsometer, it was 22 nm. As a result of elemental analysis, it was found that V / Al / C = 71/22/7 (mass%). When the FT-IR of the passivation film was measured, a peak due to a very few alkyl groups was observed in the vicinity of 1200 cm −1 .

次に、上記のパッシベーション膜上に、メタルマスクを介して、直径1mmのアルミ電極を複数個蒸着により形成し、MIS(metal-insulator-semiconductor;金属−絶縁体−半導体)構造のキャパシタを作製した。このキャパシタの静電容量の電圧依存性(C−V特性)を市販のプローバー及びLCRメーター(HP社、4275A)により測定した。その結果、フラットバンド電圧(Vfb)が理想値の−0.81Vから、+0.03Vにシフトしたことが判明した。このシフト量からパッシベーション材料(b−2)から得たパッシベーション膜は、固定電荷密度(Nf)が−2.0×1011cm−2で負の固定電荷を示すことがわかった。Next, a plurality of aluminum electrodes having a diameter of 1 mm were formed on the above-described passivation film by vapor deposition through a metal mask, thereby manufacturing a capacitor having a MIS (metal-insulator-semiconductor) structure. . The voltage dependence (CV characteristics) of the capacitance of this capacitor was measured with a commercially available prober and LCR meter (HP, 4275A). As a result, it was found that the flat band voltage (Vfb) shifted from the ideal value of −0.81 V to +0.03 V. From this shift amount, it was found that the passivation film obtained from the passivation material (b-2) had a fixed charge density (Nf) of −2.0 × 10 11 cm −2 and a negative fixed charge.

上記と同様に、パッシベーション材料(b−2)を8インチのp型のシリコン基板の両面に塗布し、プリベークして、窒素雰囲気下で、600℃、1時間の熱処理(焼成)を行い、シリコン基板の両面がパッシベーション膜で覆われたサンプルを作製した。このサンプルのキャリアライフタイムをライフタイム測定装置((株)コベルコ科研、RTA−540)により行った。その結果、キャリアライフタイムは170μsであった。比較のために、同じ8インチのp型のシリコン基板をヨウ素パッシベーション法によりパッシベーションして測定したところ、キャリアライフタイムは、1100μsであった。   In the same manner as described above, the passivation material (b-2) is applied to both sides of an 8-inch p-type silicon substrate, pre-baked, and subjected to heat treatment (baking) at 600 ° C. for 1 hour in a nitrogen atmosphere. A sample in which both surfaces of the substrate were covered with a passivation film was produced. The carrier lifetime of this sample was measured by a lifetime measuring device (Kobelco Research Institute, RTA-540). As a result, the carrier lifetime was 170 μs. For comparison, the same 8-inch p-type silicon substrate was measured by passivation using the iodine passivation method, and the carrier lifetime was 1100 μs.

以上のことから、パッシベーション材料(b−2)が硬化したパッシベーション膜は、ある程度のパッシベーション性能を示し、負の固定電荷を示すことがわかった。   From the above, it was found that the passivation film obtained by curing the passivation material (b-2) exhibited a certain degree of passivation performance and a negative fixed charge.

<バナジウム族元素の酸化物として酸化タンタルを使用した場合>
[実施例5]
熱処理(焼成)により酸化アルミニウム(Al)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(Ta)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2に示すパッシベーション材料(c−1)〜(c−6)を調製した。
<When tantalum oxide is used as the oxide of vanadium group element>
[Example 5]
Commercially available organometallic thin film coating type material [High Purity Chemical Laboratory, SYM-AL04, concentration 2.3 mass%] from which aluminum oxide (Al 2 O 3 ) can be obtained by heat treatment (firing) and oxidation by heat treatment A commercially available organometallic thin film coating type material [Tapuro Chemical Laboratory Co., Ltd., Ta-10-P, concentration 10% by mass] from which tantalum (Ta 2 O 5 ) can be obtained is mixed at different ratios. The passivation materials (c-1) to (c-6) shown in 2 were prepared.

パッシベーション材料(c−1)〜(c−6)のそれぞれを濃度0.49質量%のフッ酸で自然酸化膜をあらかじめ除去した725μm厚で8インチのp型のシリコン基板(8Ω・cm〜12Ω・cm)の片面に回転塗布し、ホットプレート上に置いて120℃、3分間のプリベークを行った。その後、窒素雰囲気下で、700℃、30分の熱処理(焼成)を行い、酸化アルミニウム及び酸化タンタルを含むパッシベーション膜を得た。このパッシベーション膜を用いて、静電容量の電圧依存性を測定し、そこから固定電荷密度を算出した。   Each of the passivation materials (c-1) to (c-6) is a 725 μm-thick 8-inch p-type silicon substrate (8Ω · cm to 12Ω) from which a natural oxide film has been removed in advance with hydrofluoric acid having a concentration of 0.49% by mass. (Cm) was spin-coated on one side, placed on a hot plate, and pre-baked at 120 ° C. for 3 minutes. Thereafter, a heat treatment (firing) was performed at 700 ° C. for 30 minutes in a nitrogen atmosphere to obtain a passivation film containing aluminum oxide and tantalum oxide. Using this passivation film, the voltage dependence of the capacitance was measured, and the fixed charge density was calculated therefrom.

次いで、パッシベーション材料(c−1)〜(c−6)のそれぞれを8インチのp型のシリコン基板の両面に塗布し、プリベークして、窒素雰囲気下で、650℃、1時間の熱処理(焼成)を行い、シリコン基板の両面がパッシベーション膜で覆われたサンプルを作製した。このサンプルのキャリアライフタイムをライフタイム測定装置((株)コベルコ科研、RTA−540)により行った。   Next, each of the passivation materials (c-1) to (c-6) was applied to both sides of an 8-inch p-type silicon substrate, pre-baked, and heat-treated (fired) at 650 ° C. for 1 hour in a nitrogen atmosphere. ) To prepare a sample in which both surfaces of the silicon substrate were covered with a passivation film. The carrier lifetime of this sample was measured by a lifetime measuring device (Kobelco Research Institute, RTA-540).

得られた結果を表2にまとめた。またサンプルの作製から14日後に、再度キャリアライフタイムを測定したところ、キャリアライフタイムの低下は、表2に示すパッシベーション材料(c−1)〜(c−6)を用いたパッシベーション膜のいずれも−10%以内であり、キャリアライフタイムの低下が小さいことがわかった。   The results obtained are summarized in Table 2. Further, when the carrier lifetime was measured again 14 days after the preparation of the sample, the decrease in the carrier lifetime was found in any of the passivation films using the passivation materials (c-1) to (c-6) shown in Table 2. It was within -10%, and it was found that the decrease in carrier lifetime was small.

熱処理(焼成)後の酸化タンタル/酸化アルミニウムの比率(質量比)により、異なる結果ではあるが、パッシベーション材料(c−1)〜(c−6)については、熱処理(焼成)後にいずれも負の固定電荷を示し、キャリアライフタイムもある程度の値を示していることから、パッシベーション膜として機能することが示唆された。   Although the results differ depending on the ratio (mass ratio) of tantalum oxide / aluminum oxide after heat treatment (firing), the passivation materials (c-1) to (c-6) are all negative after heat treatment (firing). Since it showed a fixed charge and a certain carrier lifetime, it was suggested that it functions as a passivation film.


[実施例6]
熱処理(焼成)により酸化タンタル(Ta)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(OCH、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(Al)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(CH、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(d−1)を調製した。
[Example 6]
As a compound from which tantalum oxide (Ta 2 O 5 ) can be obtained by heat treatment (firing), 1.18 g (0.002) of commercially available tantalum (V) methoxide (structural formula: Ta (OCH 3 ) 5 , molecular weight: 336.12) is obtained. As a compound from which aluminum oxide (Al 2 O 3 ) can be obtained by heat treatment (firing), commercially available aluminum triisopropoxide (structural formula: Al (OCH (CH 3 ) 2 ) 3 , molecular weight: 204.25 2.04 g (0.010 mol) was dissolved in 60 g of cyclohexane to prepare a passivation material (d-1) having a concentration of 5% by mass.

パッシベーション材料(d−1)を、濃度0.49質量%のフッ酸で自然酸化膜をあらかじめ除去した725μm厚で8インチのp型のシリコン基板(8Ω・cm〜12Ω・cm)の片面に回転塗布し、ホットプレート上に置いて120℃、3分間のプリベークをした。その後、窒素雰囲気下で、700℃、1時間の加熱を行い、酸化アルミニウム及び酸化タンタルを含むパッシベーション膜を得た。エリプソメーターにより膜厚を測定したところ、40nmであった。元素分析の結果、Ta/Al/C=75/22/3(wt%)であることがわかった。パッシベーション膜のFT−IRを測定したところ、1200cm−1付近に、ごくわずかのアルキル基に起因するピークが見られた。Passivation of passivation material (d-1) on one side of a 725 μm thick 8-inch p-type silicon substrate (8Ω · cm to 12Ω · cm) with natural oxide film removed beforehand with hydrofluoric acid at a concentration of 0.49% by mass It was applied and placed on a hot plate and prebaked at 120 ° C. for 3 minutes. Thereafter, heating was performed at 700 ° C. for 1 hour in a nitrogen atmosphere to obtain a passivation film containing aluminum oxide and tantalum oxide. When the film thickness was measured with an ellipsometer, it was 40 nm. As a result of elemental analysis, it was found that Ta / Al / C = 75/22/3 (wt%). When the FT-IR of the passivation film was measured, a peak due to a very few alkyl groups was observed in the vicinity of 1200 cm −1 .

次に、上記のパッシベーション膜上に、メタルマスクを介して、直径1mmのアルミ電極を複数個蒸着により形成し、MIS(metal-insulator-semiconductor;金属−絶縁体−半導体)構造のキャパシタを作製した。このキャパシタの静電容量の電圧依存性(C−V特性)を市販のプローバー及びLCRメーター(HP社、4275A)により測定した。その結果、フラットバンド電圧(Vfb)が理想値の−0.81Vから、−0.30Vにシフトしたことが判明した。このシフト量から、パッシベーション材料(d−1)から得たパッシベーション膜は、固定電荷密度(Nf)が−6.2×1010cm−2で負の固定電荷を示すことがわかった。Next, a plurality of aluminum electrodes having a diameter of 1 mm were formed on the above-described passivation film by vapor deposition through a metal mask, thereby manufacturing a capacitor having a MIS (metal-insulator-semiconductor) structure. . The voltage dependence (CV characteristics) of the capacitance of this capacitor was measured with a commercially available prober and LCR meter (HP, 4275A). As a result, it was found that the flat band voltage (Vfb) was shifted from an ideal value of −0.81 V to −0.30 V. From this shift amount, it was found that the passivation film obtained from the passivation material (d-1) had a fixed charge density (Nf) of −6.2 × 10 10 cm −2 and a negative fixed charge.

上記と同様に、パッシベーション材料(d−1)を8インチのp型のシリコン基板の両面に塗布し、プリベークして、窒素雰囲気下で、600℃、1時間の熱処理(焼成)を行い、シリコン基板の両面がパッシベーション膜で覆われたサンプルを作製した。このサンプルのキャリアライフタイムをライフタイム測定装置((株)コベルコ科研、RTA−540)により行った。その結果、キャリアライフタイムは610μsであった。比較のために、同じ8インチのp型のシリコン基板をヨウ素パッシベーション法によりパッシベーションして測定したところ、キャリアライフタイムは、1100μsであった。   In the same manner as described above, the passivation material (d-1) was applied to both sides of an 8-inch p-type silicon substrate, pre-baked, and subjected to heat treatment (baking) at 600 ° C. for 1 hour in a nitrogen atmosphere. A sample in which both surfaces of the substrate were covered with a passivation film was produced. The carrier lifetime of this sample was measured by a lifetime measuring device (Kobelco Research Institute, RTA-540). As a result, the carrier lifetime was 610 μs. For comparison, the same 8-inch p-type silicon substrate was measured by passivation using the iodine passivation method, and the carrier lifetime was 1100 μs.

以上のことから、パッシベーション材料(d−1)を熱処理して得られるパッシベーション膜は、ある程度のパッシベーション性能を示し、負の固定電荷を示すことがわかった。   From the above, it was found that the passivation film obtained by heat-treating the passivation material (d-1) exhibits a certain degree of passivation performance and a negative fixed charge.

[実施例7]
熱処理(焼成)により酸化タンタル(Ta)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(OCH、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(Al)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(CH、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(d−2)を調製した。
[Example 7]
As a compound for obtaining tantalum oxide (Ta 2 O 5 ) by heat treatment (firing), 1.18 g (0.005 mol) of commercially available tantalum (V) methoxide (structural formula: Ta (OCH 3 ) 5 , molecular weight: 336.12) ) And aluminum oxide (Al 2 O 3 ) obtained by heat treatment (firing), a commercially available aluminum triisopropoxide (structure: Al (OCH (CH 3 ) 2 ) 3 , molecular weight: 204.25) 1.02 g (0.005 mol) and 10 g of novolak resin were dissolved in a mixture of 10 g of diethylene glycol monobutyl ether acetate and 10 g of cyclohexane to prepare a passivation material (d-2).

パッシベーション材料(d−2)を、濃度0.49質量%のフッ酸で自然酸化膜をあらかじめ除去した725μm厚で8インチのp型のシリコン基板(8Ω・cm〜12Ω・cm)の片面に回転塗布し、ホットプレート上において120℃、3分間のプリベークをした。その後、窒素雰囲気下で、650℃、1時間の加熱を行い、酸化アルミニウム及び酸化タンタルを含むパッシベーション膜を得た。エリプソメーターにより膜厚を測定したところ、18nmであった。元素分析の結果、Ta/Al/C=72/20/8(wt%)であることがわかった。パッシベーション膜のFT−IRを測定したところ、1200cm−1付近に、ごくわずかのアルキル基に起因するピークが見られた。Passivation of passivation material (d-2) on one side of a 725 μm thick 8-inch p-type silicon substrate (8Ω · cm to 12Ω · cm) with natural oxide film removed beforehand with hydrofluoric acid at a concentration of 0.49% by mass This was applied and prebaked at 120 ° C. for 3 minutes on a hot plate. Thereafter, heating was performed at 650 ° C. for 1 hour in a nitrogen atmosphere to obtain a passivation film containing aluminum oxide and tantalum oxide. When the film thickness was measured with an ellipsometer, it was 18 nm. As a result of elemental analysis, it was found that Ta / Al / C = 72/20/8 (wt%). When the FT-IR of the passivation film was measured, a peak due to a very few alkyl groups was observed in the vicinity of 1200 cm −1 .

次に、上記のパッシベーション膜上に、メタルマスクを介して、直径1mmのアルミ電極を複数個蒸着により形成し、MIS(metal-insulator-semiconductor;金属−絶縁体−半導体)構造のキャパシタを作製した。このキャパシタの静電容量の電圧依存性(C−V特性)を市販のプローバー及びLCRメーター(HP社、4275A)により測定した。その結果、フラットバンド電圧(Vfb)が理想値の−0.81Vから、−0.43Vにシフトしたことが判明した。このシフト量から、パッシベーション材料(d−2)から得たパッシベーション膜は、固定電荷密度(Nf)が−5.5×1010cm−2で負の固定電荷を示すことがわかった。Next, a plurality of aluminum electrodes having a diameter of 1 mm were formed on the above-described passivation film by vapor deposition through a metal mask, thereby manufacturing a capacitor having a MIS (metal-insulator-semiconductor) structure. . The voltage dependence (CV characteristics) of the capacitance of this capacitor was measured with a commercially available prober and LCR meter (HP, 4275A). As a result, it was found that the flat band voltage (Vfb) shifted from an ideal value of −0.81 V to −0.43 V. From this shift amount, it was found that the passivation film obtained from the passivation material (d-2) had a fixed charge density (Nf) of −5.5 × 10 10 cm −2 and a negative fixed charge.

上記と同様に、パッシベーション材料(d−2)を8インチのp型のシリコン基板の両面に塗布し、プリベークして、窒素雰囲気下で、600℃、1時間の熱処理(焼成)を行い、シリコン基板の両面がパッシベーション膜で覆われたサンプルを作製した。このサンプルのキャリアライフタイムをライフタイム測定装置((株)コベルコ科研、RTA−540)により行った。その結果、キャリアライフタイムは250μsであった。比較のために、同じ8インチのp型のシリコン基板をヨウ素パッシベーション法によりパッシベーションして測定したところ、キャリアライフタイムは、1100μsであった。   In the same manner as described above, the passivation material (d-2) was applied to both sides of an 8-inch p-type silicon substrate, pre-baked, and subjected to heat treatment (baking) at 600 ° C. for 1 hour in a nitrogen atmosphere to obtain silicon. A sample in which both surfaces of the substrate were covered with a passivation film was produced. The carrier lifetime of this sample was measured by a lifetime measuring device (Kobelco Research Institute, RTA-540). As a result, the carrier lifetime was 250 μs. For comparison, the same 8-inch p-type silicon substrate was measured by passivation using the iodine passivation method, and the carrier lifetime was 1100 μs.

以上のことから、パッシベーション材料(d−2)を熱処理(焼成)して得たパッシベーション膜は、ある程度のパッシベーション性能を示し、負の固定電荷を示すことがわかった。   From the above, it was found that the passivation film obtained by heat-treating (firing) the passivation material (d-2) exhibits a certain degree of passivation performance and a negative fixed charge.

<2種以上のバナジウム族元素の酸化物を使用した場合>
上記実施例1〜7に示されるとおり、酸化アルミニウムと酸化バナジウムを含むパッシベーション膜、及び酸化アルミニウムと酸化タンタルを含むパッシベーション膜において、負の固定電荷を示し、パッシベーションによるキャリアライフタイム向上の効果があることが判明した。
<When two or more vanadium group element oxides are used>
As shown in Examples 1 to 7, the passivation film containing aluminum oxide and vanadium oxide and the passivation film containing aluminum oxide and tantalum oxide exhibit a negative fixed charge and have an effect of improving the carrier lifetime due to the passivation. It has been found.

また、本発明者らは、既出願(特願2012−160336)において、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が負の固定電荷を示し、パッシベーションによるキャリアライフタイム向上の効果があることを見出している。   In addition, the present inventors have found in a previously filed application (Japanese Patent Application No. 2012-160336) that a passivation film containing aluminum oxide and niobium oxide exhibits a negative fixed charge and has an effect of improving the carrier lifetime by the passivation. Yes.

そこで、酸化アルミニウムと、バナジウム族元素の酸化物として、酸化バナジウム、酸化ニオブ及び酸化タンタルよりなる群から選択される2種又は3種のバナジウム族元素の酸化物を含むパッシベーション膜について以下のとおり検討した。   Accordingly, a passivation film containing aluminum oxide and two or three vanadium group oxides selected from the group consisting of vanadium oxide, niobium oxide and tantalum oxide as oxides of vanadium group elements is examined as follows. did.

[実施例8]
熱処理(焼成)により酸化アルミニウム(Al)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(V)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(Ta)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(e−1)を調製した(表3参照)。
[Example 8]
Commercially available organometallic thin film coating type material that can obtain aluminum oxide (Al 2 O 3 ) by heat treatment (firing) [High Purity Chemical Laboratory, SYM-AL04, concentration 2.3 mass%], heat treatment (firing) Commercially available organometallic thin film coating type material (VCO, Co., Ltd., V-02, concentration 2% by mass) from which vanadium oxide (V 2 O 5 ) can be obtained by heat treatment, and tantalum oxide (Ta 2 O 5 ), a commercially available organometallic thin film coating material [High Purity Chemical Laboratory Co., Ltd., Ta-10-P, concentration 10% by mass] is mixed to form a passivation material (e -1) was prepared (see Table 3).

熱処理(焼成)により酸化アルミニウム(Al)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(V)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)により酸化ニオブ(Nb)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、Nb−05、濃度5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(e−2)を調製した(表3参照)。By commercially available organometallic thin film coating type material [Coal Chemical Industries Ltd. SYM-AL04, concentration 2.3 mass%] from which aluminum oxide (Al 2 O 3 ) can be obtained by heat treatment (firing), heat treatment (firing) Niobium oxide (Nb 2 O) by commercially available organometallic thin film coating type material (Vitamin Co., Ltd., V-02, concentration 2 mass%) from which vanadium oxide (V 2 O 5 ) is obtained, and heat treatment (firing) 5 ) A commercially available organometallic thin film coating type material [High Purity Chemical Laboratory, Nb-05, concentration 5 mass%] obtained is mixed to obtain a passivation material (e-2) which is a coating type material. Prepared (see Table 3).

熱処理(焼成)により酸化アルミニウム(Al)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)により酸化タンタル(Ta)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%]、及び熱処理(焼成)により酸化ニオブ(Nb)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Nb−05、濃度5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(e−3)を調製した(表3参照)。By commercially available organometallic thin film coating type material [Coal Chemical Industries Ltd. SYM-AL04, concentration 2.3 mass%] from which aluminum oxide (Al 2 O 3 ) can be obtained by heat treatment (firing), heat treatment (firing) Niobium oxide (Nb) by commercially available organometallic thin film coating material [Tapuro Chemical Laboratories Ta-10-P, concentration 10% by mass] from which tantalum oxide (Ta 2 O 5 ) can be obtained, and heat treatment (firing) 2 O 5 ), a commercially available organometallic thin film coating type material [High Purity Chemical Laboratory Nb-05, concentration 5 mass%] is mixed to form a passivation material (e-3) that is a coating type material Was prepared (see Table 3).

熱処理(焼成)により酸化アルミニウム(Al)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(V)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%]、熱処理(焼成)により酸化タンタル(Ta)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%]、及び熱処理(焼成)により酸化ニオブ(Nb)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Nb−05、濃度5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(e−4)を調製した(表3参照)。By commercially available organometallic thin film coating type material [Coal Chemical Industries Ltd. SYM-AL04, concentration 2.3 mass%] from which aluminum oxide (Al 2 O 3 ) can be obtained by heat treatment (firing), heat treatment (firing) Tantalum oxide (Ta 2 O 5 ) by commercially available organic metal thin film coating type material [Co., Ltd., Purity Chemical Laboratory V-02, concentration 2 mass%] from which vanadium oxide (V 2 O 5 ) is obtained, and heat treatment (firing) Niobium oxide (Nb 2 O 5 ) can be obtained by a commercially available organometallic thin film coating type material [High purity chemical research laboratory Ta-10-P, concentration 10% by mass] and heat treatment (firing). Commercially available organic metal thin film coating type material [High Purity Chemical Laboratory Nb-05, concentration 5 mass%] was mixed to prepare a passivation material (e-4) which is a coating type material (see Table 3). ).

パッシベーション材料(e−1)〜(e−4)のそれぞれを、実施例1と同様に、濃度0.49質量%のフッ酸で自然酸化膜をあらかじめ除去した725μm厚で8インチのp型のシリコン基板(8Ω・cm〜12Ω・cm)の片面に回転塗布し、ホットプレート上に置いて120℃、3分間のプリベークをした。その後、窒素雰囲気下で、650℃、1時間の熱処理(焼成)を行い、酸化アルミニウムと2種以上のバナジウム族元素の酸化物を含むパッシベーション膜を得た。   As in Example 1, each of the passivation materials (e-1) to (e-4) is a 725 μm-thick 8-inch p-type film in which the natural oxide film is previously removed with hydrofluoric acid having a concentration of 0.49% by mass. A silicon substrate (8Ω · cm to 12Ω · cm) was spin-coated on one side, placed on a hot plate, and pre-baked at 120 ° C. for 3 minutes. Thereafter, a heat treatment (firing) was performed at 650 ° C. for 1 hour in a nitrogen atmosphere to obtain a passivation film containing aluminum oxide and two or more vanadium group element oxides.

上記で得られたパッシベーション膜を用いて、静電容量の電圧依存性を測定し、そこから固定電荷密度を算出した。   Using the passivation film obtained above, the voltage dependence of the capacitance was measured, and the fixed charge density was calculated therefrom.

次いで、パッシベーション材料(e−1)〜(e−4)のそれぞれを8インチのp型のシリコン基板の両面に塗布し、プリベークして、窒素雰囲気下で、650℃、1時間の熱処理(焼成)を行い、シリコン基板の両面がパッシベーション膜で覆われたサンプルを作製した。このサンプルのキャリアライフタイムをライフタイム測定装置((株)コベルコ科研、RTA−540)により行った。   Next, each of the passivation materials (e-1) to (e-4) is applied to both sides of an 8-inch p-type silicon substrate, pre-baked, and heat-treated (fired) at 650 ° C. for 1 hour in a nitrogen atmosphere. ) To prepare a sample in which both surfaces of the silicon substrate were covered with a passivation film. The carrier lifetime of this sample was measured by a lifetime measuring device (Kobelco Research Institute, RTA-540).

得られた結果を表3にまとめた。   The results obtained are summarized in Table 3.

熱処理(焼成)後の2種以上のバナジウム族元素の酸化物と酸化アルミニウムの比率(質量比)により、異なる結果ではあるが、パッシベーション材料(e−1)〜(e−4)を用いたパッシベーション膜については、熱処理(焼成)後にいずれも負の固定電荷を示し、キャリアライフタイムもある程度の値を示していることから、パッシベーション膜として機能することが示唆された。   Passivation using passivation materials (e-1) to (e-4), depending on the ratio (mass ratio) of two or more vanadium group element oxides and aluminum oxide after heat treatment (firing). Regarding the films, all showed negative fixed charges after heat treatment (firing), and the carrier lifetime also showed a certain value, suggesting that it functions as a passivation film.


[実施例9]
実施例1と同様に、熱処理(焼成)により酸化アルミニウム(Al)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(V)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(Ta)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(f−1)〜(f−8)を調製した(表4参照)。
[Example 9]
Similar to Example 1, a commercially available organometallic thin film coating material from which aluminum oxide (Al 2 O 3 ) can be obtained by heat treatment (calcination) [High Purity Chemical Laboratory, SYM-AL04, concentration 2.3 mass] %] And a commercially available organometallic thin film coating type material [Vitamin Purity Laboratory, V-02, concentration 2 mass%] from which vanadium oxide (V 2 O 5 ) is obtained by heat treatment (firing), or heat treatment Commercially available organometallic thin film coating type material [Takara Chemical Lab., Ltd., Ta-10-P, concentration 10% by mass] obtained by calcination (tantalum oxide (Ta 2 O 5 )) is applied and mixed. Passivation materials (f-1) to (f-8) as mold materials were prepared (see Table 4).

また、酸化アルミニウムを単独で用いたパッシベーション材料(f−9)を調製した(表4参照)。   Moreover, the passivation material (f-9) which used aluminum oxide independently was prepared (refer Table 4).

実施例1と同様に、パッシベーション材料(f−1)〜(f−9)のそれぞれをp型のシリコン基板の片面に塗布し、その後、熱処理(焼成)を行って、パッシベーション膜を作製し、それを用いて、静電容量の電圧依存性を測定し、そこから固定電荷密度を算出した。   As in Example 1, each of the passivation materials (f-1) to (f-9) was applied to one side of a p-type silicon substrate, and then heat treatment (firing) was performed to produce a passivation film, Using this, the voltage dependence of the capacitance was measured, and the fixed charge density was calculated therefrom.

更に、実施例1と同様に、パッシベーション材料(f−1)〜(f−9)のそれぞれをp型のシリコン基板の両面に塗布し、熱処理(焼成)して得られたサンプルを用いて、キャリアライフタイムを測定した。得られた結果を表4にまとめた。   Further, in the same manner as in Example 1, each of the passivation materials (f-1) to (f-9) was applied to both sides of a p-type silicon substrate, and a sample obtained by heat treatment (firing) was used. Career lifetime was measured. The results obtained are summarized in Table 4.

表4に示すように、パッシベーション材料中の酸化アルミニウム/酸化バナジウム又は酸化タンタルが90/10及び80/20の場合には、固定電荷密度の値にばらつきが大きく、負の固定電荷密度を安定的に得ることができなかったが、酸化アルミニウムと酸化ニオブを用いることで負の固定電荷密度を実現できることが確認できた。酸化アルミニウム/酸化バナジウム又は酸化タンタルが90/10及び80/20のパッシベーション材料を用いてCV法により測定した際には、場合によって正の固定電荷を示すパッシベーション膜となるため、負の固定電荷を安定的に示すまでには至っていないことが判る。なお、正の固定電荷を示すパッシベーション膜は、n型のシリコン基板のパッシベーション膜として使用可能である。
一方、酸化アルミニウムが100質量%となるパッシベーション材料(f−9)では、負の固定電荷密度を得ることができなかった。
As shown in Table 4, when the aluminum oxide / vanadium oxide or tantalum oxide in the passivation material is 90/10 and 80/20, the fixed charge density varies greatly, and the negative fixed charge density is stable. However, it was confirmed that a negative fixed charge density can be realized by using aluminum oxide and niobium oxide. When measured by the CV method using a passivation material in which aluminum oxide / vanadium oxide or tantalum oxide is 90/10 and 80/20, a passivation film showing a positive fixed charge is obtained in some cases. It turns out that it has not reached to show stably. Note that a passivation film exhibiting a positive fixed charge can be used as a passivation film for an n-type silicon substrate.
On the other hand, a negative fixed charge density could not be obtained with the passivation material (f-9) containing 100% by mass of aluminum oxide.


<まとめ>
以上の結果から、次のことが考察できる。
<Summary>
From the above results, the following can be considered.

(1)酸化アルミニウムと酸化バナジウムを含むパッシベーション膜、及び酸化アルミニウムと酸化タンタルを含むパッシベーション膜において、負の固定電荷を示し、パッシベーションによるキャリアライフタイム向上の効果がある。   (1) A passivation film containing aluminum oxide and vanadium oxide and a passivation film containing aluminum oxide and tantalum oxide exhibit a negative fixed charge, and have an effect of improving carrier lifetime due to passivation.

(2)酸化バナジウムと酸化アルミニウムの質量比については、30/70〜90/10、より好ましくは35/65〜90/10であることが、キャリアライフタイムの向上と安定した負の固定電荷を両立できるという観点からより好ましい。   (2) The mass ratio of vanadium oxide to aluminum oxide is 30/70 to 90/10, more preferably 35/65 to 90/10, which improves carrier lifetime and provides a stable negative fixed charge. It is more preferable from the viewpoint of achieving both.

(3)酸化タンタルと酸化アルミニウムの質量比については、30/70〜90/10、より好ましくは35/65〜90/10であることが、キャリアライフタイムの向上と安定した負の固定電荷を両立できるという観点からより好ましい。   (3) The mass ratio of tantalum oxide to aluminum oxide is 30/70 to 90/10, more preferably 35/65 to 90/10, which improves carrier lifetime and provides stable negative fixed charge. It is more preferable from the viewpoint of achieving both.

(4)パッシベーション膜において、元素分析や膜のFT−IRの測定結果から、膜中のバナジウム族元素の酸化物(ここでは、酸化バナジウム又は酸化タンタル)及び酸化アルミニウム以外の成分が有機成分として含まれることがわかるが、パッシベーション膜中のバナジウム族元素の酸化物(ここでは、酸化バナジウム又は酸化タンタル)及び酸化アルミニウムの含有率(質量)が、90%以上、より好ましくは95%以上であれば、パッシベーション膜としてより良い特性を維持できる傾向にある。   (4) In the passivation film, based on the results of elemental analysis and FT-IR measurement of the film, components other than the oxide of vanadium group elements (here, vanadium oxide or tantalum oxide) and aluminum oxide are included as organic components. It can be seen that the content (mass) of the vanadium group element oxide (here vanadium oxide or tantalum oxide) and aluminum oxide in the passivation film is 90% or more, more preferably 95% or more. Therefore, it tends to maintain better characteristics as a passivation film.

(5)酸化アルミニウムと2種以上のバナジウム族元素の酸化物を含むパッシベーション膜について、負の固定電荷を示し、パッシベーションによるキャリアライフタイム向上の効果がある。   (5) A passivation film containing aluminum oxide and two or more vanadium group element oxides exhibits a negative fixed charge, and has an effect of improving carrier lifetime due to passivation.

[実施例10]
シリコン基板1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4に示す構造の太陽電池素子を作製した。シリコン基板1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2(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。
[Example 10]
Using a single crystal silicon substrate with boron as a dopant as the silicon substrate 1, a solar cell element having the structure shown in FIG. 4 was produced. After the surface of the silicon substrate 1 was textured, a coating type phosphorous diffusion material was applied only to the light receiving surface side, and a diffusion layer 2 (phosphorus diffusion layer) was formed by heat treatment. Thereafter, the coating type phosphorus diffusing material was removed with dilute hydrofluoric acid.

次に、受光面側に、受光面反射防止膜3として、プラズマCVDでSiN膜を形成した。その後、実施例1で調製したパッシベーション材料(a−1)を、インクジェット法により、シリコン基板1の裏面側に、コンタクト領域(開口部OA)を除いた領域に塗布した。その後、熱処理を行って、開口部OAを有するパッシベーション膜7を形成した。また、パッシベーション膜7として、実施例5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。   Next, a SiN film was formed on the light receiving surface side by plasma CVD as the light receiving surface antireflection film 3. Thereafter, the passivation material (a-1) prepared in Example 1 was applied to the region excluding the contact region (opening OA) on the back surface side of the silicon substrate 1 by an inkjet method. Thereafter, heat treatment was performed to form a passivation film 7 having an opening OA. In addition, a sample using the passivation material (c-1) prepared in Example 5 was separately prepared as the passivation film 7.

次に、シリコン基板1の受光面側に形成された受光面反射防止膜3(SiN膜)の上に、銀を主成分とするペーストを所定のフィンガー電極及びバスバー電極の形状でスクリーン印刷した。裏面側においては、アルミニウムを主成分とするペーストを全面にスクリーン印刷した。その後、850℃で熱処理(ファイアスルー)を行って、電極(第1電極5及び第2電極6)を形成し、且つ裏面の開口部OAの部分にアルミニウムを拡散させて、BSF層4を形成して、図4に示す構造の太陽電池素子を形成した。   Next, on the light-receiving surface antireflection film 3 (SiN film) formed on the light-receiving surface side of the silicon substrate 1, a paste mainly composed of silver was screen-printed in the shape of predetermined finger electrodes and bus bar electrodes. On the back side, a paste mainly composed of aluminum was screen-printed on the entire surface. Thereafter, heat treatment (fire-through) is performed at 850 ° C. to form electrodes (first electrode 5 and second electrode 6), and aluminum is diffused into the opening OA on the back surface to form the BSF layer 4. Thus, a solar cell element having the structure shown in FIG. 4 was formed.

尚、ここでは、受光面の銀電極の形成に関しては、SiN膜に穴あけをしないファイアスルー工程を記載したが、SiN膜に初めに開口部OAをエッチング等により形成し、その後に銀電極を形成することもできる。   In this case, regarding the formation of the silver electrode on the light receiving surface, the fire-through process in which the SiN film is not perforated is described. However, the opening OA is first formed in the SiN film by etching or the like, and then the silver electrode is formed. You can also

比較のために、上記作製工程のうち、パッシベーション膜7の形成を行わず、裏面側の全面にアルミニウムペーストを印刷し、BSF層4と対応するp層14及び第2電極と対応する電極16を全面に形成して、図1の構造の太陽電池素子を形成した。これらの太陽電池素子について、特性評価(短絡電流、開放電圧、曲線因子及び変換効率)を行った。特性評価は、JIS−C−8913(2005年度)及びJIS−C−8914(2005年度)に準拠して測定した。その結果を表5に示す。For comparison, the passivation film 7 is not formed in the above manufacturing process, an aluminum paste is printed on the entire back surface, the p + layer 14 corresponding to the BSF layer 4 and the electrode 16 corresponding to the second electrode. Was formed on the entire surface to form a solar cell element having the structure of FIG. About these solar cell elements, characteristic evaluation (a short circuit current, an open circuit voltage, a fill factor, and conversion efficiency) was performed. Characteristic evaluation was measured based on JIS-C-8913 (2005) and JIS-C-8914 (2005). The results are shown in Table 5.

表5より、本発明のパッシベーション膜を有する太陽電池素子は、パッシベーション膜を有しない太陽電子素子と比較すると、短絡電流及び開放電圧が共に増加しており、変換効率(光電変換効率)が最大で0.6%向上して、本発明の効果が得られることが判明した。   From Table 5, the solar cell element having the passivation film of the present invention has both the short-circuit current and the open-circuit voltage increased, and the conversion efficiency (photoelectric conversion efficiency) is maximum as compared with the solar electronic element not having the passivation film. It has been found that the effect of the present invention can be obtained with an improvement of 0.6%.


以上、本発明者によってなされた発明をその実施の形態及び実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施の形態及び実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。   As mentioned above, the invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiments and examples. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments and examples, and does not depart from the gist of the invention. Various changes can be made.

日本出願第2012−160336号、第2012−218389号及び第2013−011934号の開示はその全体が参照により本明細書に取り込まれる。本明細書に記載された全ての文献、特許出願、及び技術規格は、個々の文献、特許出願、及び技術規格が参照により取り込まれることが具体的かつ個々に記された場合と同程度に、本明細書中に参照により取り込まれる。   The disclosures of Japanese Application Nos. 2012-160336, 2012-218389, and 2013-011934 are incorporated herein by reference in their entirety. All documents, patent applications, and technical standards mentioned in this specification are to the same extent as if each individual document, patent application, and technical standard were specifically and individually stated to be incorporated by reference, Incorporated herein by reference.

Claims (10)

酸化アルミニウムの前駆体と、酸化バナジウムの前駆体及び酸化タンタルの前駆体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の前駆体と、を含む塗布型材料の熱処理物である、シリコン基板を有する太陽電池素子に用いられるパッシベーション膜。   A heat-treated product of a coating-type material comprising: a precursor of aluminum oxide; and a precursor of an oxide of at least one vanadium group element selected from the group consisting of a precursor of vanadium oxide and a precursor of tantalum oxide. A passivation film used for a solar cell element having a silicon substrate. 前記バナジウム族元素の酸化物及び前記酸化アルミニウムの総含有率が90質量%以上である請求項1に記載のパッシベーション膜。   The passivation film according to claim 1, wherein a total content of the oxide of the vanadium group element and the aluminum oxide is 90% by mass or more. 前記バナジウム族元素の酸化物として、酸化ニオブ及び酸化タンタルよりなる群から選択される少なくとも一種を更に含む請求項1又は請求項2に記載のパッシベーション膜。   The passivation film according to claim 1, further comprising at least one selected from the group consisting of niobium oxide and tantalum oxide as the oxide of the vanadium group element. 酸化アルミニウムの前駆体と、酸化バナジウムの前駆体及び酸化タンタルの前駆体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の前駆体と、を含み、シリコン基板を有する太陽電池素子のパッシベーション膜の形成に用いられる塗布型材料。   A solar cell element having a silicon substrate, comprising: a precursor of aluminum oxide; and a precursor of an oxide of at least one vanadium group element selected from the group consisting of a precursor of vanadium oxide and a precursor of tantalum oxide Coating type material used to form a passivation film. 前記バナジウム族元素の酸化物の前駆体として、酸化ニオブの前駆体及び酸化タンタルの前駆体よりなる群から選択される少なくとも一種を更に含む請求項4に記載の塗布型材料。  The coating type material according to claim 4, further comprising at least one selected from the group consisting of a niobium oxide precursor and a tantalum oxide precursor as the vanadium group element oxide precursor. p型のシリコン基板と、
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、請求項1〜請求項3のいずれか項に記載のパッシベーション膜を含む太陽電池素子。
a p-type silicon substrate;
An n-type impurity diffusion layer formed on the first surface side which is the light-receiving surface side of the silicon substrate;
A first electrode formed on the impurity diffusion layer;
A passivation film formed on the second surface side opposite to the light receiving surface side of the silicon substrate and having an opening;
A second electrode formed on the second surface side of the silicon substrate and electrically connected to the second surface side of the silicon substrate through the opening of the passivation film;
The said passivation film is a solar cell element containing the passivation film of any one of Claims 1-3 .
前記シリコン基板の第2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型の不純物拡散層を有し、
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、請求項6に記載の太陽電池素子。
A p-type impurity diffusion layer formed on a part or all of the second surface side of the silicon substrate and doped with impurities at a higher concentration than the silicon substrate;
The solar cell element according to claim 6, wherein the second electrode is electrically connected to the p-type impurity diffusion layer through an opening of the passivation film.
n型のシリコン基板と、
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、請求項1〜請求項3のいずれか項に記載のパッシベーション膜を含む太陽電池素子。
an n-type silicon substrate;
A p-type impurity diffusion layer formed on the first surface which is the light-receiving surface side of the silicon substrate;
A first electrode formed on the impurity diffusion layer;
A passivation film formed on the second surface side opposite to the light receiving surface side of the silicon substrate and having an opening;
A second electrode formed on the second surface side of the silicon substrate and electrically connected to the second surface side of the silicon substrate through the opening of the passivation film;
The said passivation film is a solar cell element containing the passivation film of any one of Claims 1-3 .
前記シリコン基板の第2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n型の不純物拡散層を有し、
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、請求項8に記載の太陽電池素子。
An n-type impurity diffusion layer formed on part or all of the second surface side of the silicon substrate and doped with impurities at a higher concentration than the silicon substrate;
The solar cell element according to claim 8, wherein the second electrode is electrically connected to the n-type impurity diffusion layer through an opening of the passivation film.
シリコン基板と、
前記シリコン基板上の全面又は一部に設けられる請求項1〜請求項のいずれか1項に記載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。
A silicon substrate;
The passivation film according to any one of claims 1 to 3 , provided on the entire surface or a part of the silicon substrate,
A silicon substrate with a passivation film.
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