JP6614348B2 - Solar cell evaluation substrate and solar cell evaluation method - Google Patents
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Description
本発明は、太陽電池セルにおける不純物拡散層の不純物拡散濃度を評価するための太陽電池セルの評価用基板および太陽電池セルの評価方法に関する。 The present invention relates to a solar cell evaluation substrate and a solar cell evaluation method for evaluating the impurity diffusion concentration of an impurity diffusion layer in a solar cell.
従来、高光電変換効率化を図る太陽電池セルの構造として、特許文献1には、n型シリコン基板の受光面側にp型エミッタ層であるp型拡散層を備え、裏面側にBSF(Back Surface Field)層を備え、p型拡散層における電極の下部領域の不純物濃度が、p型拡散層における他の領域の不純物濃度と比較して高濃度とされた太陽電池セルが開示されている。特許文献1に開示された構造を有する太陽電池セルでは、p型拡散層における電極の下部領域と電極との接触抵抗を低減できる。
Conventionally, as a structure of a solar battery cell that achieves high photoelectric conversion efficiency,
一方、近年では高光電変換効率化の観点から、グリッド電極についても150μm以下に細線化することが要求されている。そして、特許文献1に開示された太陽電池セルのようにセレクティブな不純物拡散層構造を有する太陽電池セルでは、光電変換効率の向上のためには、不純物濃度の異なる不純物拡散層のシート抵抗を評価して適正化することが重要である。
On the other hand, in recent years, the grid electrode is also required to be thinned to 150 μm or less from the viewpoint of high photoelectric conversion efficiency. And in the photovoltaic cell which has a selective impurity diffused layer structure like the photovoltaic cell disclosed by
しかしながら、電極が150μm以下程度に細線化された場合には、電極の下部の不純物拡散層についても細線化する必要があり、測定機器の機構上、太陽電池セルの構造では電極の下部の不純物拡散層のシート抵抗を測定することが困難である、という問題があった。 However, when the electrode is thinned to about 150 μm or less, the impurity diffusion layer below the electrode also needs to be thinned. Due to the mechanism of the measuring instrument, the impurity diffusion below the electrode is required in the structure of the solar cell. There was a problem that it was difficult to measure the sheet resistance of the layer.
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、不純物拡散層が細線化された場合においても、不純物拡散層のシート抵抗を精度良く測定可能な太陽電池セルの評価用基板を得ることを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and it is possible to obtain a solar cell evaluation substrate capable of accurately measuring the sheet resistance of an impurity diffusion layer even when the impurity diffusion layer is thinned. Objective.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる太陽電池セルの評価用基板は、第1導電型の半導体基板と、半導体基板の第1の表面に設けられ、評価対象となる太陽電池セルのグリッド電極の形状に対応した領域に、第1の不純物濃度で第2導電型の不純物を有する複数の細長形状のグリッド不純物領域と、半導体基板の第1の表面に設けられ、幅方向において隣り合うグリッド不純物領域の間の領域に、第1の不純物濃度よりも低い第2の不純物濃度で第2導電型の不純物を有するグリッド間不純物領域と、を備える。また、太陽電池セルの評価用基板は、半導体基板の第1の表面に設けられ、グリッド不純物領域の間隔以上の大きさを有し、第1の不純物濃度で第2導電型の不純物を有する第1不純物濃度評価領域と、を備える。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, a solar cell evaluation substrate according to the present invention is provided on a first conductivity type semiconductor substrate, a first surface of the semiconductor substrate, and an evaluation target. A plurality of elongated grid impurity regions having a second conductivity type impurity at a first impurity concentration and a region corresponding to the shape of the grid electrode of the solar battery cell, and the first surface of the semiconductor substrate; A region between grid impurity regions adjacent in the width direction is provided with an inter-grid impurity region having a second conductivity type impurity having a second impurity concentration lower than the first impurity concentration. The solar cell evaluation substrate is provided on the first surface of the semiconductor substrate, has a size greater than or equal to the interval between the grid impurity regions, and has a second conductivity type impurity at a first impurity concentration. 1 impurity concentration evaluation region.
本発明にかかる太陽電池セルの評価用基板は、不純物拡散層が細線化された場合においても、不純物拡散層のシート抵抗を精度良く測定可能となる、という効果を奏する。 The solar cell evaluation substrate according to the present invention has an effect that the sheet resistance of the impurity diffusion layer can be accurately measured even when the impurity diffusion layer is thinned.
以下に、本発明の実施の形態にかかる太陽電池セルの評価用基板および太陽電池セルの評価方法を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、以下に示す図面においては、理解の容易のため、各部材の縮尺が実際とは異なる場合がある。各図面間においても同様である。 Hereinafter, a solar cell evaluation substrate and a solar cell evaluation method according to embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments. In the drawings shown below, the scale of each member may be different from the actual scale for easy understanding. The same applies between the drawings.
実施の形態1.
まず、本実施の形態1にかかる太陽電池セルの評価用基板および太陽電池セルの評価方法が適用される太陽電池セルについて説明する。図1は、本発明の実施の形態1にかかる太陽電池セル1を受光面側から見た平面図である。図2は、本発明の実施の形態1にかかる太陽電池セル1を受光面と対向する裏面側から見た平面図である。図3は、本発明の実施の形態1にかかる太陽電池セル1の構成を示す要部断面図であり、図1におけるA−A線に沿った断面図である。
First, a solar cell to which the solar cell evaluation substrate and the solar cell evaluation method according to the first embodiment is applied will be described. FIG. 1 is a plan view of a
太陽電池セル1は、面方向の外形形状が正方形状を有する結晶系太陽電池セルである。太陽電池セル1においては、外形寸法が156mm×156mm、すなわち156mm角の正方形のp型単結晶シリコンからなる半導体基板2の受光面側にn型の不純物元素であるリンの拡散によってn型不純物拡散層3が形成されて、pn接合を有する半導体基板11が形成されている。以下、半導体基板2をp型単結晶シリコン基板2と呼ぶ場合がある。なお、半導体基板2には、p型多結晶シリコン基板を用いてもよい。
また、n型不純物拡散層3上に絶縁膜である窒化シリコン膜からなるn型不純物拡散層上パッシベーション膜6が形成されている。以下、n型不純物拡散層上パッシベーション膜6をn型層上パッシベーション膜6と呼ぶ。n型不純物拡散層3上にn型層上パッシベーション膜6を設けることにより、p型単結晶シリコン基板2の表面の欠陥を不活性化させることができる。また、n型層上パッシベーション膜6は、反射防止膜としても機能する。なお、n型層上パッシベーション膜6は、窒化シリコン膜に限定されず、シリコン酸化膜といった絶縁膜を用いてもよい。
A
ここで、n型不純物拡散層のみのシート抵抗を測定するためには、熱拡散によりp型シリコン基板上にn型不純物拡散層を形成した場合のシート抵抗値を測定すればよい。p型シリコン基板上にn型不純物拡散層を形成すれば、p型シリコン基板とn型不純物拡散層の間はpn接合により電流が流れない。このため、n型不純物拡散層の表面から4端子法によりn型不純物拡散層のシート抵抗を測定すれば、n型不純物拡散層のみのシート抵抗を測定することが可能である。また、以下では、n型の不純物元素を単にn型不純物と呼ぶ。 Here, in order to measure the sheet resistance of only the n-type impurity diffusion layer, the sheet resistance value when the n-type impurity diffusion layer is formed on the p-type silicon substrate by thermal diffusion may be measured. If an n-type impurity diffusion layer is formed on a p-type silicon substrate, no current flows between the p-type silicon substrate and the n-type impurity diffusion layer due to a pn junction. Therefore, if the sheet resistance of the n-type impurity diffusion layer is measured from the surface of the n-type impurity diffusion layer by the four-terminal method, the sheet resistance of only the n-type impurity diffusion layer can be measured. Hereinafter, an n-type impurity element is simply referred to as an n-type impurity.
p型単結晶シリコン基板2の受光面側には、光を閉じ込めるためのテクスチャ構造を構成する図示しない微小凹凸が形成されている。
On the light-receiving surface side of the p-type single
n型層上パッシベーション膜6は、透光性を有する絶縁膜である。n型層上パッシベーション膜6として、膜厚が5nmの酸化アルミニウム(Al2O3)膜と、屈折率が2.1、膜厚が80nmの窒化シリコン(SiN)膜と、がn型不純物拡散層3上に順次形成されている。なお、n型層上パッシベーション膜6は、酸化アルミニウム(Al2O3)膜と窒化シリコン(SiN)膜とに限定されず、シリコン酸化(SiO2)膜または酸化チタン(TiO2)膜といった絶縁膜により形成されてもよい。この太陽電池セル1では、n型層上パッシベーション膜6から光Lが入射する。The n-type
また、半導体基板11の受光面側には、長尺細長のn型不純物拡散層上グリッド電極8が複数並べて設けられ、n型不純物拡散層上グリッド電極8と導通するn型不純物拡散層上バス電極9が該n型不純物拡散層上グリッド電極8と直交して設けられている。以下、n型不純物拡散層上グリッド電極8をn型層上グリッド電極8と呼ぶ。また、n型不純物拡散層上バス電極9をn型層上バス電極9と呼ぶ。n型層上グリッド電極8およびn型層上バス電極9は、それぞれ底面部においてn型不純物拡散層3に電気的に接続している。
In addition, a plurality of long and narrow n-type impurity diffusion layer
n型層上グリッド電極8は、50μm以上、150μm以下程度の幅を有するとともに既定の間隔で平行に100本以上、200本以下の本数が配置され、半導体基板11の内部で発電した電気を集電する。また、n型層上バス電極9は、0.5mm以上、1.0mm以下程度の幅を有するとともに太陽電池1枚当たりに3本以上、5本以下の本数が配置され、n型層上グリッド電極8で集電した電気を外部に取り出す。そして、n型層上グリッド電極8とn型層上バス電極9とにより、櫛形を呈する受光面側電極としてのn型不純物拡散層上電極7が構成される。以下、n型不純物拡散層上電極7をn型層上電極7と呼ぶ。なお、本実施の形態1においては、n型層上グリッド電極8の本数は100本、n型層上バス電極9の本数は4本、n型層上グリッド電極8の電極幅は50μm、n型層上バス電極9の電極幅は1.0mmとしている。なお、図1においては、図示の関係上、n型層上グリッド電極8の本数を減らしている。
The n-type upper-
そして、本実施の形態1にかかる太陽電池セル1においては、n型不純物拡散層3として2種類の層が形成されて選択エミッタ構造が形成されている。すなわち、p型単結晶シリコン基板2の受光面側の表層部において、受光面側電極であるn型層上電極7の下部領域および該下部領域に隣接する領域には、n型不純物拡散層3においてn型の不純物が相対的に高濃度に均一に拡散された高濃度不純物拡散層、すなわち低抵抗拡散層である第1n型不純物拡散層4が形成されている。また、p型単結晶シリコン基板2の受光面側の表層部において、第1n型不純物拡散層4が形成されていない領域には、n型不純物拡散層3においてn型の不純物が相対的に低濃度に均一に拡散された低濃度不純物拡散層すなわち高抵抗拡散層である第2n型不純物拡散層5が形成されている。
And in the
したがって、第1n型不純物拡散層4の不純物拡散濃度を第1の拡散濃度とし、第2n型不純物拡散層5の不純物拡散濃度を第2の拡散濃度とすると、第2の拡散濃度は、第1の拡散濃度よりも小さくなる。また、第1n型不純物拡散層4のシート抵抗値を第1シート抵抗値とし、第2n型不純物拡散層5のシート抵抗値を第2シート抵抗値とすると、第2シート抵抗値は、第1シート抵抗値よりも大きくなる。
Therefore, if the impurity diffusion concentration of the first n-type
また、半導体基板11の裏面には、全体にわたって裏面側電極としてのp型不純物拡散層上電極10が構成される。以下、p型不純物拡散層上電極10をp型層上電極10と呼ぶ。
In addition, on the back surface of the
つぎに、本実施の形態1にかかる太陽電池セル1の製造方法について説明する。図4は、本発明の実施の形態1にかかる太陽電池セル1の製造方法の一例を説明するためのフローチャートである。図5から図11は、本発明の実施の形態1にかかる太陽電池セル1の製造工程の一例を説明するための要部断面図である。図5から図11は、図3に対応した要部断面図である。
Below, the manufacturing method of the
(シリコン基板準備工程)
工程1では、半導体基板として、p型単結晶シリコン基板2が用意される。p型単結晶シリコン基板2は、CZ(Czochralski)法といった方法で形成した単結晶シリコンインゴットをバンドソーおよびマルチワイヤーソーといった切断機を用いて所望の外形寸法および厚さに切断およびスライスして製造される。本実施の形態1においては、厚みが180μm程度、外形寸法が156mm以上、158mm以下×156mm以上、158mm以下の、正方形の角部に丸み面取りを有する正方形状のp型単結晶シリコン基板2が用意される。p型単結晶シリコン基板2の外形は、円柱状のインゴットから切り出された156mm以上、158mm以下×156mm以上、158mm以下の正方形の四隅が円のR100以上、R105以下の丸み面取りで切り落とされた正方形状である。156mm角の正方形の対角線の長さは、約220mmである。したがって、156mm角の正方形を呈するp型単結晶シリコン基板2の外形は、正方形の四隅が10mm程度切り落とされた正方形状となる。(Silicon substrate preparation process)
In
得られたp型単結晶シリコン基板2は、厚みおよび外形寸法といった諸条件が既定の仕様を満たしているかどうかの仕様評価が行われ、仕様を満たしている基板が太陽電池セル1の製造に用いられる。
The obtained p-type single
(表面洗浄、テクスチャ構造形成工程)
工程2では、p型単結晶シリコン基板2の受光面側の表面にテクスチャ構造としてピラミッド状の微小凹凸が形成される。テクスチャ構造の形成には、5wt%以上、10wt%以下程度の水酸化ナトリウム(NaOH)水溶液にイソプロピルアルコールが10wt%以上、15wt%以下程度混合された薬液が用いられる。80℃以上、90℃以下程度に加熱された薬液にp型単結晶シリコン基板2を15分から20分程度浸漬することにより、p型単結晶シリコン基板2の表面が異方性エッチングされて、p型単結晶シリコン基板2の表面全面に微小凹凸が形成される。(Surface cleaning, texture structure formation process)
In
ここでは、水酸化ナトリウム水溶液にイソプロピルアルコールが混入された薬液をテクスチャ構造の形成用のエッチング液として用いたが、水酸化ナトリウム水溶液または水酸化カリウム(KOH)水溶液といったアルカリ性水溶液に市販のテクスチャエッチング用の添加剤が添加された薬液をエッチング液として用いても構わない。また、この工程ではp型単結晶シリコン基板2は、基板表面から5μmから10μm程度エッチングされるので、スライス時に基板表面に形成されたダメージ層も同時に除去することができ、p型単結晶シリコン基板2の基板洗浄が同時に行われる。なお、p型単結晶シリコン基板2の基板洗浄は、あらかじめ別途行ってもよい。
Here, a chemical solution in which isopropyl alcohol is mixed in an aqueous sodium hydroxide solution is used as an etching solution for forming a texture structure. However, it is commercially available for etching in an alkaline aqueous solution such as an aqueous sodium hydroxide solution or an aqueous potassium hydroxide (KOH) solution. You may use the chemical | medical solution with which this additive was added as an etching liquid. In this step, the p-type single
(n型ドーパント含有ペースト塗布工程)
工程3では、n型不純物拡散層3における高濃度不純物拡散層である第1n型不純物拡散層4を形成するために、拡散源含有塗布剤としてのn型ドーパント含有ペースト21が、図5に示すようにp型単結晶シリコン基板2における第1の表面であって受光面となる一面上に塗布形成される。n型ドーパント含有ペースト21は、スクリーン印刷法を用いて、n型層上電極7の形状に対応して櫛形状に印刷される。図12は、本実施の形態1におけるn型ドーパント含有ペースト21の塗布パターンの一例を示す図である。n型ドーパント含有ペースト21は、図12に示すように、n型層上グリッド電極8に対応したグリッドパターン23と、n型層上バス電極9に対応したバスパターン24と、が印刷される。n型ドーパント含有ペースト21は、後述する工程4の第1拡散工程における熱拡散温度、すなわち熱処理温度でも昇華および焼失せず、また酸性ではなく中性の樹脂ペーストが使用される。(N-type dopant-containing paste application process)
In
n型ドーパント含有ペースト21の主たる構成材料には、p型単結晶シリコン基板2に対して拡散されるn型不純物を含むガラス粉末の少なくとも1種と、溶剤の少なくとも1種と、が含まれる。また、n型ドーパント含有ペースト21は、塗布性を考慮してその他の添加剤が含有されていてもよい。p型単結晶シリコン基板2に対してn型不純物を拡散するためにガラス粉末に含有されるn型不純物は、P(リン)およびSb(アンチモン)から選択される少なくとも1種の元素である。n型不純物としてP(リン)およびSb(アンチモン)から選択される少なくとも1種の元素を含むガラス粉末には、P2O3、P2O5およびSb2O3から選択される少なくとも1種のn型不純物含有物質と、SiO2、K2O、Na2O、Li2O、BaO、SrO、CaO、MgO、BeO、ZnO、PbO、CdO、V2O5、SnO、ZrO2、TiO2、およびMoO3から選択される少なくとも1種のガラス成分物質と、が含有される。そして、n型ドーパント含有ペースト21は、上記のガラス粉末が溶剤に溶かされてペースト状にされている。The main constituent material of the n-type dopant-containing
第1n型不純物拡散層4上には、後の工程でn型層上電極7が形成されて、第1n型不純物拡散層4とn型層上電極7との電気的接触が取られる。n型層上電極7の形成時には配置誤差が発生する。このため、第1n型不純物拡散層4は、p型単結晶シリコン基板2の面内においてn型層上電極7が形成される位置に、n型層上電極7の外形よりも外側に広がった外形を有して該n型層上電極7よりも大きい形状に形成される。
On the first n-type
具体的には、開口部の幅がn型層上電極7の幅よりも広く設けられたスクリーン印刷版を用いてn型ドーパント含有ペースト21のスクリーン印刷が行われる。n型層上電極7の形成幅が50μmとされる場合には、n型層上電極7の形成時の位置ずれを考慮して、n型ドーパント含有ペースト21の幅は100μmとされる。
Specifically, the screen printing of the n-type dopant-containing
n型ドーパント含有ペースト21は、p型単結晶シリコン基板2における一面上において、n型層上グリッド電極8が形成される領域に、50μm以上150μm以下の幅で、100本以上200本以下の本数で0.75mmから1.5mmの間隔で基板の全幅に渡って印刷される。また、n型ドーパント含有ペースト21は、p型単結晶シリコン基板2における一面上において、n型層上バス電極9が形成される領域に、0.5mm以上1.5mm以下の幅で、3本以上5本以下の本数が印刷される。本実施の形態1では、50μm幅のn型層上グリッド電極8が形成されるグリッド電極形成領域を形成するために、幅100μmで100本のn型ドーパント含有ペースト21を印刷する。また、1.0mm幅のn型層上バス電極9が形成されるバス電極形成領域を形成するために、幅1.2mmで4本のn型ドーパント含有ペースト21を印刷する。
The n-type dopant-containing
n型ドーパント含有ペースト21の印刷後、該n型ドーパント含有ペースト21を乾燥させる乾燥工程が行われる。n型ドーパント含有ペースト21の印刷後、n型ドーパント含有ペースト21の乾燥速度が遅い場合には、印刷されたn型ドーパント含有ペースト21がにじんで所望の印刷パターンが得られなくなる場合がある。このため、n型ドーパント含有ペースト21の乾燥は、迅速に行われることが好ましく、赤外線ヒータといった乾燥機器を用いてn型ドーパント含有ペースト21の温度を高くして乾燥させることが好ましい。
After printing the n-type dopant-containing
n型ドーパント含有ペースト21に溶剤としてテルピネオールが含有される場合には、200℃以上の温度でn型ドーパント含有ペースト21を乾燥させることが好ましい。また、n型ドーパント含有ペースト21に樹脂成分としてエチルセルロースが含有される場合には、エチルセルロースを燃焼させるために400℃以上の温度でn型ドーパント含有ペースト21を乾燥させることが好ましい。なお、400℃より低い温度でn型ドーパント含有ペースト21を乾燥させた場合でも、後の拡散工程においてエチルセルロースを燃焼させることができるため、問題はない。
When terpineol is contained as a solvent in the n-type dopant-containing
(第1拡散工程)
工程4では、n型ドーパント含有ペースト21の乾燥後、p型単結晶シリコン基板2が載置されたボートが熱拡散炉へ投入され、n型ドーパント含有ペースト21によるn型不純物であるリンの熱拡散工程である第1拡散工程として第1熱処理が行われる。この第1拡散工程は、2段階の連続拡散工程のうちの1段階目である。(First diffusion process)
In
第1拡散工程は、熱拡散炉内において、窒素ガス(N2)、酸素ガス(O2)、窒素と酸素との混合ガス(N2/O2)、大気といった雰囲気ガスを流通させた雰囲気状態で行われる。雰囲気ガスの流量は特に限定されない。また、混合雰囲気の場合の各雰囲気の流量比も特に限定されず、任意の流量でかまわない。一例として、窒素と酸素との混合ガス(N2/O2)の流量は、N2:5.7SLM、O2:0.6SLMとされる。すなわち、第1拡散工程では、オキシ塩化リン(POCl3)は使用されず、n型ドーパント含有ペースト21以外にはn型不純物であるリンの拡散源は存在しない。したがって、第1拡散工程は、ドーパント元素であるリンを含まない雰囲気において、n型ドーパント含有ペースト21からp型単結晶シリコン基板2にリンを拡散させることによって、所望のパターンにパターン化された第1n型不純物拡散層4が形成される。In the first diffusion step, an atmosphere in which an atmosphere gas such as nitrogen gas (N 2 ), oxygen gas (O 2 ), a mixed gas of nitrogen and oxygen (N 2 / O 2 ), and the atmosphere is circulated in the thermal diffusion furnace. Done in state. The flow rate of the atmospheric gas is not particularly limited. Further, the flow rate ratio of each atmosphere in the case of a mixed atmosphere is not particularly limited, and any flow rate may be used. As an example, the flow rate of the mixed gas of nitrogen and oxygen (N 2 / O 2 ) is N 2 : 5.7 SLM, O 2 : 0.6 SLM. That is, in the first diffusion step, phosphorus oxychloride (POCl 3 ) is not used, and there is no diffusion source of phosphorus as an n-type impurity other than the n-type dopant-containing
また、第1拡散工程は、870℃以上、940℃以下の温度で、5分以上、10分以下程度の時間保持されて行われる。このため、p型単結晶シリコン基板2においてn型ドーパント含有ペースト21が印刷されている領域の下部のみにn型不純物であるリンの熱拡散が行われる。これにより、p型単結晶シリコン基板2の面内においてn型層上電極7の形成領域の外形よりも外側に広がった領域のみにn型不純物であるリンの拡散が行われる。
The first diffusion step is performed at a temperature of 870 ° C. or higher and 940 ° C. or lower and held for about 5 minutes or longer and 10 minutes or shorter. Therefore, thermal diffusion of phosphorus, which is an n-type impurity, is performed only in the lower part of the region where the n-type dopant-containing
この第1拡散工程により、p型単結晶シリコン基板2の表面におけるn型ドーパント含有ペースト21の印刷領域の下部領域へ該n型ドーパント含有ペースト21からn型不純物であるリンが相対的に高濃度である第1の拡散濃度に熱拡散されて、図6に示すように第1n型不純物拡散層4が形成される。第1n型不純物拡散層4は、p型単結晶シリコン基板2の面内においてn型層上電極7の形成領域の外形よりも外側に広がった領域に形成され、太陽電池セル1においてn型層上電極7の下部領域および該下部領域に隣接する領域となる。
By this first diffusion step, phosphorus, which is an n-type impurity, has a relatively high concentration from the n-type dopant-containing
第1n型不純物拡散層4は、n型ドーパント含有ペースト21の印刷幅と同じ幅で櫛形状に形成される。本実施の形態1では、n型層上グリッド電極8が形成される領域にグリッド電極形成領域である幅100μmで100本の第1n型不純物拡散層4が形成される。また、n型層上バス電極9が形成される領域にバス電極形成領域である幅1.2mmで4本の第1n型不純物拡散層4が形成される。
The first n-type
本実施の形態1では、n型ドーパント含有ペースト21を用いて第1n型不純物拡散層4を形成することにより、n型不純物を高濃度にp型単結晶シリコン基板2に拡散し、シート抵抗が20Ω/sq.以上、80Ω/sq.以下の範囲の第1n型不純物拡散層4を形成する。すなわち、単一エミッタ層で高いシート抵抗に適合した電極材料を用いる場合に第1n型不純物拡散層4として80Ω/sq.の設定が可能である。一方、n型ドーパント含有ペースト21の条件および熱処理条件といった諸条件を調整することで、現在の実用性の観点から必要とされる、20Ω/sq.程度のシート抵抗を有する第1n型不純物拡散層4を実現できる。
In the first embodiment, by forming the first n-type
また、第1拡散工程において酸素ガス(O2)を含有する条件で熱拡散を行った場合には、p型単結晶シリコン基板2の表面におけるn型ドーパント含有ペースト21が印刷されていない領域には、熱拡散時の影響で表面に図示しない薄い酸化膜が形成されている。Further, when thermal diffusion is performed in the first diffusion step under the condition containing oxygen gas (O 2 ), the n-type dopant-containing
(第2拡散工程)
工程5では、第1拡散工程の終了後、続いてオキシ塩化リン(POCl3)によるn型不純物であるリンの熱拡散工程である第2拡散工程として第2の熱処理が行われる。すなわち、p型単結晶シリコン基板2は熱拡散炉から取り出されることなく、第1拡散工程後に同じ熱拡散炉内において連続して第2拡散工程が行われる。この第2拡散工程は、2段階の連続拡散工程のうちの2段階目である。(Second diffusion process)
In
第2拡散工程は、熱拡散炉内において、オキシ塩化リン(POCl3)ガスの存在下で行われる。すなわち、第1拡散工程ではオキシ塩化リン(POCl3)が含まれない雰囲気条件下での熱拡散が行われたが、第2拡散工程ではn型不純物であるリンの拡散源としてオキシ塩化リン(POCl3)を含む雰囲気条件下での熱拡散が行われる。雰囲気ガスの流量は特に限定されず、拡散濃度、拡散温度、拡散時間といった諸条件により適宜設定されればよい。また、第2拡散工程は、温度を第1拡散工程の870℃以上、940℃以下から、800℃以上、840℃以下に下げて、10分以上、20分以下程度の時間保持されて行われる。 The second diffusion step is performed in the presence of phosphorus oxychloride (POCl 3 ) gas in a thermal diffusion furnace. That is, in the first diffusion step, thermal diffusion was performed under an atmospheric condition that does not contain phosphorus oxychloride (POCl 3 ), but in the second diffusion step, phosphorus oxychloride (as a diffusion source of phosphorus that is an n-type impurity) Thermal diffusion is performed under atmospheric conditions including POCl 3 ). The flow rate of the atmospheric gas is not particularly limited, and may be set as appropriate according to various conditions such as diffusion concentration, diffusion temperature, and diffusion time. Further, the second diffusion step is performed by lowering the temperature from 870 ° C. or higher and 940 ° C. or lower of the first diffusion step to 800 ° C. or higher and 840 ° C. or lower and maintaining the temperature for about 10 minutes or longer and 20 minutes or shorter. .
この第2拡散工程により、p型単結晶シリコン基板2の表面における、n型ドーパント含有ペースト21の印刷領域を除く領域に、相対的に第1n型不純物拡散層4よりも低濃度である第2の拡散濃度にn型不純物であるリンが熱拡散されて、図7に示すように第2n型不純物拡散層5が形成される。第2n型不純物拡散層5は、太陽電池セル1において光が入射する受光面となる。また、第2拡散工程直後のp型単結晶シリコン基板2の表面には、拡散処理中に表面に堆積したガラス質層22である燐珪酸ガラス(Phospho-Silicate Glass:PSG)層が形成されている。
By this second diffusion step, the second concentration which is relatively lower than that of the first n-type
また、第1拡散工程では、n型不純物であるリンはn型ドーパント含有ペースト21のガラス粉末中に含まれているため、第1熱処理中でもリンが揮散しにくい。このため、揮散ガスの発生によって、p型単結晶シリコン基板2の表面におけるn型ドーパント含有ペースト21の塗布されていない領域にリンが拡散されることが抑制される。これにより、第2n型不純物拡散層5は、第2拡散工程における気相拡散のみにより形成されるため、第2n型不純物拡散層5におけるリンの拡散濃度を低く抑えて、第2n型不純物拡散層5のシート抵抗を100Ω/sq.程度にすることが可能となる。
Further, in the first diffusion step, phosphorus, which is an n-type impurity, is contained in the glass powder of the n-type dopant-containing
(pn分離工程)
工程6では、後工程で形成される電極であるn型層上電極7とp型層上電極10とを電気的に絶縁するためにpn分離が行われる。n型不純物拡散層3は、p型単結晶シリコン基板2の表面に一様に形成されるので、p型単結晶シリコン基板2の表面と裏面とは電気的に接続された状態にある。このため、そのままの状態でn型層上電極7とp型層上電極10とを形成した場合には、n型層上電極7とp型層上電極10とが電気的に接続される。この電気的接続を遮断するため、p型単結晶シリコン基板2の端面領域に形成された第2n型不純物拡散層5をドライエッチングによりエッチング除去してpn分離を行う。この第2n型不純物拡散層5の影響を除くために行う別の方法として、レーザにより端面分離を行う方法もある。(Pn separation step)
In
(ガラス質層除去工程)
工程7では、図8に示すように、p型単結晶シリコン基板2上に形成された、不純物が含まれた不純物含有層が除去される。具体的には、p型単結晶シリコン基板2が10%フッ酸溶液中に360秒間程度浸漬され、その後、水洗処理が行われる。これにより、p型単結晶シリコン基板2の表面に形成されたn型ドーパント含有ペースト21、ガラス質層22が除去される。以上の工程によりn型不純物拡散層3として、p型単結晶シリコン基板2の表面側に第1n型不純物拡散層4と第2n型不純物拡散層5とから構成された選択不純物拡散層構造が得られる。そして第1導電型層であるp型シリコンからなる半導体基板2と、該半導体基板2の受光面側に形成された第2導電型層であるn型不純物拡散層3と、によりpn接合が構成された半導体基板11が得られる。(Glassy layer removal process)
In
(n型層上パッシベーション膜形成工程)
工程8では、半導体基板11におけるn型不純物拡散層3が形成された一面に、図9に示すようにn型不純物拡散層側パッシベーション膜である、n型層上パッシベーション膜6が形成される。n型層上パッシベーション膜6は、プラズマCVD法を使用して、シランガスとアンモニア(NH3)ガスとの混合ガスを原材料に用いて、屈折率2.1、膜厚80nmの窒化シリコン(SiN)膜が成膜される。また、n型層上パッシベーション膜6は、蒸着法または熱CVD法といった他の方法により形成されてもよい。(N-type layer passivation film forming step)
In
(電極形成工程)
工程9では、図10に示すようにスクリーン印刷による電極の印刷および乾燥が行われて乾燥状態の電極が形成される。まず、半導体基板11の表面側のn型層上パッシベーション膜6上に、Ag粉およびガラスフリットを含有する電極材料ペーストであるAg含有ペースト7aが、スクリーン印刷によって塗布される。その後、Ag含有ペースト7aが乾燥されることによって、n型不純物拡散層上電極となる乾燥状態のn型層上電極7が形成される。Ag含有ペースト7aは、250℃で5分間乾燥される。(Electrode formation process)
In
ここで、n型層上電極7は、工程4の第1拡散工程で形成された幅100μmおよび幅1.2mmの第1n型不純物拡散層4の領域内に内包される位置に形成される。このため、n型層上電極7は第1n型不純物拡散層4上に位置合わせして形成される必要がある。本実施の形態1では、2段階の連続拡散工程である第1拡散工程と第2拡散工程とによる第1n型不純物拡散層4と第2n型不純物拡散層5の形成後にn型層上パッシベーション膜6が形成された半導体基板11の表面側を、第1n型不純物拡散層4を視覚化可能な専用のカメラで撮影する。これにより、第1n型不純物拡散層4と第2n型不純物拡散層5とを識別する。このようにして第1n型不純物拡散層4の領域の位置を認識してAg含有ペースト7aの印刷位置を決定することによって、Ag含有ペースト7aを第1n型不純物拡散層4上に精度良く印刷することが可能となる。
Here, the n-type layer
つぎに、半導体基板11の裏面の全面に、Al粉とガラスフリットとを含有する電極材料ペーストであるAl含有ペースト10aが、スクリーン印刷によって塗布される。その後、Al含有ペースト10aが乾燥されることによって、p型不純物拡散層上電極となる乾燥状態のp型層上電極10が形成される。Al含有ペースト10aは、250℃で5分間乾燥される。
Next, an Al-containing
(電極焼成工程)
工程10では、半導体基板11の受光面側および裏面側に印刷されて乾燥された電極材料ペーストが同時に焼成される。具体的には、半導体基板11が焼成炉へ導入され、大気雰囲気中でピーク温度600℃以上、900℃以下程度の温度、たとえば800℃で3秒の、短時間の熱処理が行われる。これにより、電極材料ペースト中の樹脂成分は消失する。そして、半導体基板11の受光面側では、n型層上電極7のAgペースト7aに含有されるガラス材料が溶融してn型層上パッシベーション膜6を貫通している間に銀材料がn型不純物拡散層3のシリコンと接触し再凝固する。これにより、図11に示すようにn型層上電極7としてのn型層上グリッド電極8およびn型層上バス電極9とが得られ、n型層上電極7と半導体基板11のシリコンとの電気的導通が確保される。
(Electrode firing process)
In
また、半導体基板11の裏面側では、p型層上電極10のAl含有ペースト10aに含有されるガラス材料が溶融してシリコンと反応し再凝固する。これにより、図11に示すようにp型層上電極10が得られ、p型層上電極10と半導体基板11のシリコンとの電気的導通が確保される。
On the back side of the
以上のような工程を実施することにより、図1から図3に示す本実施の形態1にかかる太陽電池セル1を作製することができる。なお、電極材料であるペーストの半導体基板11への配置の順番を、受光面側と裏面側とで入れ替えてもよい。
By performing the steps as described above, the
上述した本実施の形態1にかかる太陽電池セル1の製造方法においては、p型単結晶シリコン基板2にn型ドーパント含有ペースト21が塗布され、n型ドーパント含有ペースト21以外にドーパントであるリンの拡散源がない状態で第1拡散工程が実施されることにより第1n型不純物拡散層4が形成される。そして、第1拡散工程後、第1拡散工程が実施された熱拡散炉からp型単結晶シリコン基板2が取り出されることなく、リンの拡散源としてオキシ塩化リン(POCl3)を用いた第2拡散工程が同じ熱拡散炉で実施されることにより第2n型不純物拡散層5が形成される。すなわち、n型ドーパント含有ペースト21を用いた第1拡散工程とオキシ塩化リン(POCl3)を用いた第2拡散工程との2段階の連続拡散工程が、p型単結晶シリコン基板2が熱拡散炉から取り出されることなく実施される。In the manufacturing method of the
これにより、効率的にリンの拡散処理を実施して、第1n型不純物拡散層4と第2n型不純物拡散層5とを容易に作り分けて選択不純物拡散層構造を形成することができる。これにより、複雑な工程を複数実施することなく、選択不純物拡散層構造を有するn型不純物拡散層を容易に且つ低コストで形成することができる。
Thereby, the diffusion process of phosphorus can be efficiently performed, and the first n-type
すなわち、上述した太陽電池セルの製造方法においては、電極の下部領域と、他の領域と、で異なる不純物濃度を有する選択不純物拡散層構造を形成する方法として、n型の不純物を含んだn型ドーパント含有ペースト21を用いた熱拡散を行う。この場合、p型単結晶シリコン基板2における電極の下部領域にn型ドーパント含有ペースト21を印刷して熱拡散工程を実施し、続いてオキシ塩化リン(POCl3)による熱拡散工程を実施することで、電極の下部領域には高濃度のn型不純物拡散層を、他の領域には電極の下部領域よりも低濃度なn型不純物拡散層を形成することができる。That is, in the method for manufacturing a solar cell described above, as a method for forming a selective impurity diffusion layer structure having different impurity concentrations in the lower region of the electrode and other regions, an n-type impurity containing an n-type impurity is used. Thermal diffusion using the dopant-containing
上述したように、n型ドーパント含有ペースト21を使用することで選択不純物拡散層構造を有するn型不純物拡散層3を容易に且つ低コストで形成することができる。ここで、拡散工程において注意すべき事項に関して述べる。
As described above, by using the n-type dopant-containing
第2拡散工程において、p型単結晶シリコン基板2の受光面側について所望の受光面シート抵抗値を得るための拡散条件を調整する場合、以下の事項に留意する必要がある。すなわち、n型ドーパント含有ペースト21が印刷されたp型単結晶シリコン基板2に対してオキシ塩化リン(POCl3)によるリンの拡散を行う場合には、温度、圧力、流量といった拡散条件を、n型ドーパント含有ペースト21が使用されないオキシ塩化リン(POCl3)による拡散のみによりp型単結晶シリコン基板2にn型不純物拡散層3を形成する場合と同じにすると、第2n型不純物拡散層5のn型不純物濃度が低くなり、n型不純物拡散層3の形成後の受光面のシート抵抗は高くなる。In the second diffusion step, when adjusting the diffusion conditions for obtaining a desired light-receiving surface sheet resistance value on the light-receiving surface side of the p-type single
この理由は、第2拡散工程時に、p型単結晶シリコン基板2に印刷されているn型ドーパント含有ペースト21によりオキシ塩化リン(POCl3)が消費されることである。したがって、第2拡散工程では、熱拡散炉に投入されたp型単結晶シリコン基板2の数量に比例した量のオキシ塩化リン(POCl3)が消費されるので、第2拡散工程の拡散条件を調整する場合はこの点に留意する必要がある。The reason is that phosphorus oxychloride (POCl 3 ) is consumed by the n-type dopant-containing
このようにn型不純物拡散層3の形成後の受光面のシート抵抗が高くなることを防止する方法として、以下の方法が挙げられる。すなわち、シリコン基板にn型ドーパント含有ペースト21が印刷されていない、オキシ塩化リン(POCl3)のみによる拡散時と比べて、同じ処理数量当りのオキシ塩化リン(POCl3)ガスの流量を増量する。As a method for preventing the sheet resistance of the light receiving surface after the formation of the n-type
図13は、拡散工程時におけるオキシ塩化リン(POCl3)ガスの流量によるn型不純物拡散層3の形成後のp型単結晶シリコン基板2の受光面のシート抵抗の変化を示す特性図である。図13では、横軸は横長に設けられた熱拡散炉31内におけるp型単結晶シリコン基板2の配置位置を示し、縦軸は拡散工程後のp型単結晶シリコン基板2の受光面のシート抵抗[Ω/sq.]を示す。図14は、横長に設けられた熱拡散炉31内におけるp型単結晶シリコン基板2上の測定位置を示す模式図である。図14におけるp型単結晶シリコン基板2上の番号は、図13における横軸の番号、すなわち測定位置に対応している。FIG. 13 is a characteristic diagram showing a change in sheet resistance of the light-receiving surface of the p-type single
図13における◇印は、n型ドーパント含有ペースト21が印刷されていないp型単結晶シリコン基板2に対して、オキシ塩化リン(POCl3)のみによるリンの拡散を行ったサンプル1のデータを示している。図13における△印は、n型ドーパント含有ペースト21が印刷されたp型単結晶シリコン基板2に対して、上記の第1拡散工程と第2拡散工程とによる2段階の連続拡散工程によりリンの拡散を行ったサンプル2のデータを示している。サンプル2の第2拡散工程におけるオキシ塩化リン(POCl3)の流量はサンプル1の場合と同じである。図13における○印は、n型ドーパント含有ペースト21が印刷されたp型単結晶シリコン基板2に対して、上記の第1拡散工程と第2拡散工程とによるリンの拡散を行ったサンプル3のデータを示している。サンプル3の第2拡散工程におけるオキシ塩化リン(POCl3)の流量はサンプル1の場合よりも増量している。The mark ◇ in FIG. 13 indicates data of
この熱拡散炉31では、図14における左端側から、p型単結晶シリコン基板2にリンを拡散させるための拡散ガスであるオキシ塩化リン(POCl3)ガスが導入され、熱拡散炉31内を拡散ガスが流通して、右端側から排気される。p型単結晶シリコン基板2は、板面を石英チューブの中心軸および拡散ガスの流通方向と平行にして、水平方向において既定の間隔を空けた状態で並べられた数十枚ずつを1セットとして、縦置きに配置されている。そして、複数のセットが熱拡散炉31の延在方向に既定の間隔を空けて配置されている。なお、ここでは熱拡散炉31内に数百枚のp型単結晶シリコン基板2が投入されて連続拡散が行われている。ただし、図示の関係上、図13および図14においては、熱拡散炉31内における左端から7セット分のp型単結晶シリコン基板2について示している。In this
p型単結晶シリコン基板2を拡散ガスの流通方向と平行に並べることにより、p型単結晶シリコン基板2の板面と垂直な方向において隣り合うp型単結晶シリコン基板2の間に拡散ガスが流れやすくなる、という効果がある。これにより、p型単結晶シリコン基板2の板面を拡散ガスの流通方向と垂直方向にして既定の間隔を空けた状態で複数のp型単結晶シリコン基板2が並べられた場合よりも、効率良く且つ均一に、p型単結晶シリコン基板2に拡散ガスを接触させることができ、p型単結晶シリコン基板2毎のリンの拡散量のばらつきを抑制できる。
By arranging the p-type single
図13からわかるように、第2拡散工程におけるオキシ塩化リン(POCl3)の流量をサンプル1の場合と同じにして上記の第1拡散工程と第2拡散工程とによる2段階の連続拡散工程を行ったサンプル2の場合は、オキシ塩化リン(POCl3)の流通方向に進むにしたがってn型不純物拡散層3の形成後のp型単結晶シリコン基板2の受光面のシート抵抗が高くなっている。これは、第2拡散工程時に、p型単結晶シリコン基板2に印刷されているn型ドーパント含有ペースト21によりオキシ塩化リン(POCl3)が消費されていることに因る。As can be seen from FIG. 13, the flow rate of phosphorus oxychloride (POCl 3 ) in the second diffusion step is the same as that in the case of
一方、第2拡散工程におけるオキシ塩化リン(POCl3)の流量をサンプル1の場合よりも増量して上記の第1拡散工程と第2拡散工程とによる2段階の連続拡散工程を行ったサンプル3の場合は、全てのp型単結晶シリコン基板2において受光面のシート抵抗にほとんど変化がなく、均一なシート抵抗値が得られている。したがって、2段階の連続拡散工程における第2拡散工程のオキシ塩化リン(POCl3)ガスの流量を増量することにより、n型不純物拡散層3の形成後の受光面のシート抵抗において、安定して均一性の高い値を得られる。On the other hand, Sample 3 in which the flow rate of phosphorus oxychloride (POCl 3 ) in the second diffusion step was increased from that in
このような第2拡散工程におけるオキシ塩化リン(POCl3)ガスの流量の増量の例としては、n型ドーパント含有ペースト21が塗布されていないp型単結晶シリコン基板2に対するオキシ塩化リン(POCl3)のみによる拡散条件である流量条件がN2:5.8SLM、O2:0.9SLM、POCl3:1.5SLMであった場合には、n型ドーパント含有ペースト21が塗布されたp型単結晶シリコン基板2に対する第2拡散工程における拡散条件である流量条件をN2:5.8SLM、O2:0.9SLM、POCl3:2.0SLMとすればよい。なお、ここでは、100枚のp型単結晶シリコン基板2を一括して処理する場合のオキシ塩化リン(POCl3)ガスの流量として示している。Examples of such increase of the flow rate of phosphorus oxychloride (POCl 3) gas in the second diffusion step, phosphorus oxychloride to the p-type single crystal silicon substrate 2 n-type dopant-containing
つぎに、本実施の形態1において使用するn型ドーパント含有ペースト21の印刷パターンに関して説明する。上述した太陽電池セルの製造方法によってp型単結晶シリコン基板2にn型不純物であるリンの拡散を行う場合、所望の濃度にn型不純物拡散層が形成されているかどうかを確認するために、n型不純物拡散層のシート抵抗が測定される。一般的に、オキシ塩化リン(POCl3)を使用した熱拡散では、石英製のチューブを用いて、1本のチューブに300枚以上の基板を挿入した状態で処理が行われる。この際、基板のシート抵抗は、チューブの位置およびチューブ内における基板の位置に依らないことが望ましいが、実際には基板間および基板内においてシート抵抗のばらつきが発生する。シート抵抗のばらつきは、目標値にも依存するが、一例として目標値60Ω/sq.に対して、基板間および基板内で±10%程度が想定される。Next, a printing pattern of the n-type dopant-containing
これまで太陽電池セルを生産する上で、電極の下部領域と、他の領域と、で不純物濃度に差を設けない、単一の不純物拡散層を有する構造の場合は、受光面の不純物拡散層の拡散条件の管理は、実際に太陽電池セルとなる任意の基板の受光面のシート抵抗を評価すればよかった。すなわち、電極の下部領域と、他の領域と、で不純物濃度に差を設けない、単一の不純物濃度を有するn型不純物拡散層の場合は、最終的に太陽電池セルになる基板に対して、基板のどの部分も、所望の設計値が得られているかどうかを確認することが可能であり、また、管理の対象とされている。 In the case of a structure having a single impurity diffusion layer that does not make a difference in impurity concentration between the lower region of the electrode and other regions in the production of solar cells so far, the impurity diffusion layer on the light receiving surface In order to manage the diffusion conditions, the sheet resistance of the light receiving surface of an arbitrary substrate that actually becomes a solar battery cell should be evaluated. That is, in the case of an n-type impurity diffusion layer having a single impurity concentration that does not make a difference in impurity concentration between the lower region of the electrode and other regions, the substrate that will eventually become a solar cell In any part of the substrate, it is possible to confirm whether or not a desired design value is obtained, and it is a management target.
一方、電極の下部領域と、他の領域と、で不純物濃度に差を設けたセレクティブな不純物拡散層構造を形成する場合、電極の下部領域と他の領域との両領域が所望のシート抵抗になっているかどうかを確認することは、最終的に太陽電池セルになる基板で評価することは構造上、困難となっている。現在の太陽電池セルおいては、グリッド電極幅が50μmとなっている場合、電極の下部領域の不純物拡散層の幅は100μm未満が目標となってきている。 On the other hand, when forming a selective impurity diffusion layer structure in which the impurity concentration is different between the lower region of the electrode and the other region, both the lower region of the electrode and the other region have a desired sheet resistance. It is structurally difficult to confirm whether or not the evaluation is performed on a substrate that finally becomes a solar battery cell. In the current solar battery cell, when the grid electrode width is 50 μm, the target width of the impurity diffusion layer in the lower region of the electrode is less than 100 μm.
一般的に、シート抵抗は、4探針法を用いたシート抵抗測定機器により測定されている。一例として、4探針測定機器である株式会社国際電気エルテック社製VR−70を用いることにより、4探針法により基板の受光面のシート抵抗を評価できる。4探針測定機器の4探針の構成は、1mm間隔で4本の探針が直線状に配列されているので、少なくとも4mm角以上の同一の仕様の不純物拡散層が必要である。ところが、現在の太陽電池セルにおける電極の下部領域の不純物拡散層のパターンは幅が100μm程度である、一方、電極下部ではない他の領域の不純物濃度を変えた不純物拡散層の幅も2mm未満となっている。すなわち、幅方向において隣り合う、電極の下部領域の不純物拡散層のパターン間に形成された不純物拡散層も2mm未満となっている。 In general, the sheet resistance is measured by a sheet resistance measuring instrument using a four-probe method. As an example, the sheet resistance of the light-receiving surface of the substrate can be evaluated by the 4-probe method by using VR-70 manufactured by Kokusai Electric Eltech Co., Ltd., which is a 4-probe measuring instrument. The four-probe configuration of the four-probe measuring instrument requires that at least a 4 mm square or more impurity diffusion layer with the same specifications is required because four probes are linearly arranged at 1 mm intervals. However, the pattern of the impurity diffusion layer in the lower region of the electrode in the current solar cell has a width of about 100 μm, while the width of the impurity diffusion layer in which the impurity concentration in other regions other than the lower portion of the electrode is changed is less than 2 mm. It has become. That is, the impurity diffusion layer formed between the patterns of the impurity diffusion layer in the lower region of the electrode adjacent in the width direction is also less than 2 mm.
したがって、このようなセレクティブな不純物拡散層構造において、電極の下部領域と他の領域との各領域について拡散条件を導出しようとすると、最終的には太陽電池セルにはならない構造を有する、不純物拡散層の拡散条件を導出するための専用の基板を形成して評価する必要がある。以降、不純物拡散層の拡散条件を導出するための専用の基板を、をモニタウエハと呼称する。 Therefore, in such a selective impurity diffusion layer structure, when the diffusion condition is derived for each of the lower region of the electrode and other regions, the impurity diffusion has a structure that does not eventually become a solar cell. It is necessary to form and evaluate a dedicated substrate for deriving the layer diffusion conditions. Hereinafter, a dedicated substrate for deriving the diffusion conditions of the impurity diffusion layer is referred to as a monitor wafer.
モニタウエハは、不純物拡散層の拡散条件の導出に用いられるので、太陽電池セルの構造を模擬できると共にモニタウエハを熱拡散炉に挿入したことによって、最終的には太陽電池セルになる基板への熱拡散処理における影響を極力小さく留められることが好ましい。一方、最終的に太陽電池セルにはならない構造をあえて作製する必要があるので、モニタウエハの構造および作製工程が煩雑になることは好ましくない。 Since the monitor wafer is used for deriving the diffusion conditions of the impurity diffusion layer, the structure of the solar cell can be simulated, and the monitor wafer is inserted into the thermal diffusion furnace, so that the monitor wafer is finally applied to the substrate that becomes the solar cell. It is preferable that the influence in the thermal diffusion treatment can be kept as small as possible. On the other hand, since it is necessary to dare to produce a structure that does not eventually become a solar battery cell, it is not preferable that the structure of the monitor wafer and the production process become complicated.
以上のように、相対的に不純物濃度が高い電極の下部領域と、相対的に不純物濃度が低い他の領域とを有する構造を形成する場合、最終的に太陽電池セルになる基板とは別に、モニタウエハを準備する必要がある。なお、ここで示した、相対的に不純物濃度が高い電極の下部領域を形成する為のn型ドーパント含有ペーストを使用する場合は、n型ドーパント含有ペーストの影響を考慮し、拡散時のN2あるいはO2の条件を設定している。As described above, when forming a structure having a lower region of an electrode having a relatively high impurity concentration and another region having a relatively low impurity concentration, apart from a substrate that eventually becomes a solar cell, It is necessary to prepare a monitor wafer. Note that shown here, if the relatively impurity concentration using an n-type dopant-containing paste for forming the lower region of the high electrode considers the influence of the n-type dopant-containing paste, during diffusion N 2 Alternatively, an O 2 condition is set.
図15は、4探針測定機器の原理を示す模式図である。4探針測定機器は、1mm間隔で直線状に配置された4本の探針を有する。4探針測定機器によるシート抵抗の測定においては、探針をp型シリコン基板41の表層に設けられたn型不純物拡散層42に接触させる。探針をn型不純物拡散層42に接触させた状態で、4本の探針のうち両端の2本の電流探針43に印加電流源45から電流を流し、4本の探針のうち中央の2本の電圧探針44の電圧を電圧計46で測定することで、シート抵抗を測定する。pn接合は逆方向には電流が流れないため、電流はn型不純物拡散層42のみを流れるため、n型不純物拡散層42のみのシート抵抗を測定することができる。p型シリコン基板41の大きさの一例は、156mm角である。p型シリコン基板41の厚さの一例は、0.2mmである。n型不純物拡散層42の厚さの一例は、0.3μmである。
FIG. 15 is a schematic diagram showing the principle of the four-probe measuring instrument. The four-probe measuring instrument has four probes arranged linearly at 1 mm intervals. In the measurement of sheet resistance using a four-probe measuring instrument, the probe is brought into contact with the n-type
4探針測定機器の4探針は、上述したように4本の探針が1mm間隔で直線状に配列されている。したがって、4本の探針のうち一端の探針から他端の探針まで3mmの間隔がある。このため、直線状に配列されている探針が面方向において回転方向にずれが生じた場合でも適切な測定を実現するためには、少なくとも4mm角四方の面積が必要となる。 As described above, the four probes of the four-probe measuring instrument have four probes arranged in a straight line at 1 mm intervals. Accordingly, there is an interval of 3 mm from the probe at one end to the probe at the other end of the four probes. For this reason, even when the probes arranged in a straight line are displaced in the rotational direction in the surface direction, an area of at least a 4 mm square is required in order to realize appropriate measurement.
しかしながら、156mm角の外形寸法を有し、100本のグリッド電極が設けられた太陽電池セルでは、幅方向において隣り合う、グリッド電極の下部領域の不純物拡散層のパターン間の間隔は、1.5mm程度となる。また、グリッド電極の下部領域の不純物拡散層の幅は、100μm程度である。 However, in a solar cell having an outer dimension of 156 mm square and provided with 100 grid electrodes, the interval between the patterns of the impurity diffusion layers in the lower region of the grid electrode adjacent in the width direction is 1.5 mm. It will be about. The width of the impurity diffusion layer in the lower region of the grid electrode is about 100 μm.
一般に、4探針測定機器において4本の探針が装着されているヘッドは、測定対象となる基板の板面に沿った外形寸法は、幅および奥行きともに数cm程度となっている。通常、4探針測定機器では、測定対象となる基板の面内における幾つかのポイントにヘッドが自動で移動してシート抵抗が測定される。しかしながら、数cm程度の外形寸法を有するヘッドは、幅が1.5mm程度の任意の所望の部分の測定には適していない。また、目視により測定対象部分とヘッドとの位置合わせを行う場合には、幅が1.5mm程度の任意の所望の部分にヘッドを下すことは困難である。したがって、4探針測定機器においては、幅が1.5mm程度の任意の所望の部分に探針を載せることは困難である。 In general, a head equipped with four probes in a four-probe measuring instrument has external dimensions along the plate surface of a substrate to be measured of both a width and a depth of about several centimeters. Normally, in the four-probe measuring instrument, the head automatically moves to several points in the plane of the substrate to be measured, and the sheet resistance is measured. However, a head having an external dimension of about several centimeters is not suitable for measuring any desired part having a width of about 1.5 mm. Moreover, when aligning a measurement object part and a head visually, it is difficult to drop the head to an arbitrary desired part having a width of about 1.5 mm. Therefore, in the four-probe measuring instrument, it is difficult to place the probe on any desired portion having a width of about 1.5 mm.
すなわち、ヘッドに装着された探針を幅が1.5mm程度の部分に載せて測定を行うことは、理論上は可能であるが、実際には位置決め精度の問題があり、測定が困難である。また、グリッド電極の下部領域の不純物拡散層の幅は100μm程度であるため、測定できない。このため、4端子測定器を用いる場合、グリッド電極の下部領域の不純物拡散層、およびグリッド電極の下部領域の不純物拡散層のパターン間の不純物拡散層に対しては、太陽電池セルとなる基板を使用してのシート抵抗の評価では適切な評価ができない。すなわち、4探針法による測定を行う4端子測定器の原理上、測定のために必要な測定対象となるn型不純物拡散層のパターンのサイズは、1mm×4mmとなる。 In other words, it is theoretically possible to perform measurement by placing the probe mounted on the head on a portion having a width of about 1.5 mm, but in reality, there is a problem of positioning accuracy and measurement is difficult. . Further, since the width of the impurity diffusion layer in the lower region of the grid electrode is about 100 μm, it cannot be measured. For this reason, when using a four-terminal measuring instrument, a substrate to be a solar cell is used for the impurity diffusion layer between the impurity diffusion layer in the lower region of the grid electrode and the pattern of the impurity diffusion layer in the lower region of the grid electrode. In the evaluation of the sheet resistance in use, an appropriate evaluation cannot be made. In other words, the size of the pattern of the n-type impurity diffusion layer to be a measurement target necessary for the measurement is 1 mm × 4 mm based on the principle of a four-terminal measuring instrument that performs measurement by the four-probe method.
このため、セレクティブな高濃度不純物層を形成する場合、第1n型不純物拡散層4におけるグリッド電極部の領域の幅、すなわちn型層上グリッド電極8が形成される領域の幅を100μmとする場合、最終的に太陽電池セル1になる基板で評価することはシート抵抗を測定する機器の機構上、困難である。
For this reason, when a selective high-concentration impurity layer is formed, the width of the region of the grid electrode portion in the first n-type
第1n型不純物拡散層4のシート抵抗を検討する場合、第1n型不純物拡散層4のシート抵抗を確認するための何らかの構造を形成する必要がある。概念的には、単純に第1n型不純物拡散層4のシート抵抗だけを把握しようと思えば、一例として図16に示すように、p型単結晶シリコン基板2の受光面の全面が、n型ドーパント含有ペースト21が塗布されたn型ドーパント含有ペーストの塗布領域51とされた単純なn型ドーパント含有ペースト21の塗布パターンが考えられる。この場合は、p型単結晶シリコン基板2の受光面の全面に第1n型不純物拡散層4が形成される。図16は、本発明の実施の形態1にかかる第1n型不純物拡散層4のシート抵抗を確認するための、n型ドーパント含有ペースト21の塗布パターンの一例を示す模式図である。
When examining the sheet resistance of the first n-type
さらに、第1n型不純物拡散層4と第2n型不純物拡散層5とを同時に同一のp型単結晶シリコン基板2で評価しようと考えた場合、一例として図17に示すようにn型ドーパント含有ペーストの塗布領域51と、n型ドーパント含有ペースト21が塗布されていないn型ドーパント含有ペーストの非塗布領域52とがp型単結晶シリコン基板2の面内において同等の頻度で配置された、n型ドーパント含有ペーストの塗布領域51と、n型ドーパント含有ペーストの非塗布領域52とが千鳥柄となるパターンが考えられる。この場合は、n型ドーパント含有ペースト21が塗布されて形成された第1n型不純物拡散層4の領域と、n型ドーパント含有ペースト21が塗布されずに形成された第2n型不純物拡散層5の領域とが千鳥柄となる。図17は、本発明の実施の形態1にかかる第1n型不純物拡散層4のシート抵抗を確認するための、n型ドーパント含有ペースト21の塗布パターンの一例を示す模式図である。
Furthermore, when the first n-type
しかしながら、上述のように第2拡散工程時に、p型単結晶シリコン基板2に印刷されているn型ドーパント含有ペースト21によりオキシ塩化リン(POCl3)が消費される。n型ドーパント含有ペースト21の塗布量によって、オキシ塩化リン(POCl3)の消費量が変化するので、太陽電池セルの製造条件で消費されるオキシ塩化リン(POCl3)の消費量を再現した状態でモニタウエハへのリンの拡散を行う必要がある。
However, as described above, phosphorus oxychloride (POCl 3 ) is consumed by the n-type dopant-containing
すなわち、太陽電池セルの製造時の拡散工程では、オキシ塩化リン(POCl3)がn型ドーパント含有ペースト21に消費されながらp型単結晶シリコン基板2間を流れる。このため、太陽電池セルの製造時において、太陽電池セル用のp型単結晶シリコン基板2の表面付近の拡散ガスのオキシ塩化リン(POCl3)の濃度は、元の拡散ガスに含まれているオキシ塩化リン(POCl3)の濃度よりも低くなる。そして、該オキシ塩化リン(POCl3)の濃度が低下した拡散ガスで、グリッド電極の下部領域の不純物拡散層のパターン間に不純物であるリンが拡散される。That is, in the diffusion process at the time of manufacturing the solar cell, phosphorus oxychloride (POCl 3 ) flows between the p-type single
したがって、評価用のモニタウエハでも、太陽電池セル用のp型単結晶シリコン基板2と同じように、オキシ塩化リン(POCl3)の濃度が低下した拡散ガスを再現した状態でリンを拡散した場合の不純物濃度を評価する必要がある。太陽電池セルの製造条件において消費されるオキシ塩化リン(POCl3)の消費量に対して、オキシ塩化リン(POCl3)の消費量が多くなっても、またオキシ塩化リン(POCl3)の消費量が少なくなっても、太陽電池セルの不純物拡散層におけるリンの拡散濃度と、モニタウエハの不純物拡散層におけるリンの拡散濃度と、において差異が発生する。Therefore, in the case of the monitor wafer for evaluation, as in the case of the p-type single
この場合、n型ドーパント含有ペースト21の塗布パターンに要求される事項としては、n型ドーパント含有ペースト21の塗布量を極力、太陽電池セル製造時の塗布量と等しくし、第1n型不純物拡散層4の領域と第2n型不純物拡散層5の領域とのシート抵抗が同一基板内で測定でき、さらに一般的なシート抵抗測定機器での測定を可能であることである。このためには、太陽電池セルの構造に類似した構造のモニタウエハ61を用いる必要がある。
In this case, as a matter required for the coating pattern of the n-type dopant-containing
そして、モニタウエハ61は、通常の太陽電池セルの製造と近い条件で、好ましくは同じ条件で作成される。図18は、本発明の実施の形態1において熱拡散炉31を用いて太陽電池セルの製造とモニタウエハの作成とを同時に実施する場合における、熱拡散炉31内における左から2セット分の処理基板を上から見た模式図である。各々のセットでは、水平方向に3mmの間隔を空けて41枚の処理基板が配置される。モニタウエハの作成においては、太陽電池セルの製造用のp型単結晶シリコン基板2と同じ条件のp型単結晶シリコン基板2が用いられる。図18においては、モニタウエハの作成用のp型単結晶シリコン基板2もモニタウエハ61と記載することで、太陽電池セルの製造用のp型単結晶シリコン基板2と、モニタウエハの作成用のp型単結晶シリコン基板2とを区別している。
And the monitor wafer 61 is produced on the conditions close | similar to manufacture of a normal photovoltaic cell, Preferably on the same conditions. FIG. 18 shows two sets of processing from the left in the
不純物拡散層におけるリンの拡散濃度を評価しない通常の太陽電池セルの製造時には、熱拡散炉31内における全ての位置に太陽電池セル用のp型単結晶シリコン基板2が配置される。本実施の形態1における太陽電池セルの評価方法では、不純物拡散層におけるリンの拡散濃度を評価するために、各々のセットの内、処理基板が配列された配列方向における、すなわち処理基板の板面に垂直な方向における、両端部、中央部、および両端部から10枚毎にモニタウエハ61が配置される。すなわち、各セットにおいて、配列方向の一端側から1番目、11番目、21番目、31番目および41番目にモニタウエハ61が配置される。これ以外の箇所には、太陽電池セル用のp型単結晶シリコン基板2が配置される。図18において左側に記載された数字は、各セットの処理基板の、配列方向の一端側からの順番を示している。
At the time of manufacturing a normal solar cell in which the diffusion concentration of phosphorus in the impurity diffusion layer is not evaluated, the p-type single
拡散条件によっては、各セットのうち、配列方向における両端部の処理基板と中央部の処理基板とにおいて不純物拡散層におけるリンの拡散濃度に差異が発生する場合がある。一例として、配列方向における中央部には拡散ガスが流れにくいので、中央部の処理基板の不純物拡散層におけるリンの拡散濃度が、配列方向における他の箇所の処理基板の不純物拡散層におけるリンの拡散濃度に比べて、低下する場合がある。また、拡散ガスの流通方向における上流側のセットと下流側のセットとを比較すると、下流側のセットの処理基板の不純物拡散層におけるリンの拡散濃度が、上流側のセットの処理基板の不純物拡散層におけるリンの拡散濃度に比べて、低下する場合がある。このような不純物拡散層におけるリンの拡散濃度のばらつきを減らし、不純物拡散層におけるリンの拡散濃度を、均一で適切な拡散濃度で製造することが求められる。このためには、各セットで、両端部、中央部、中間部にモニタウエハを配置して評価することが好ましい。 Depending on the diffusion conditions, there may be a difference in the phosphorus diffusion concentration in the impurity diffusion layer between the processing substrate at both ends in the arrangement direction and the processing substrate at the center in each set. As an example, since the diffusion gas hardly flows in the central portion in the arrangement direction, the phosphorus diffusion concentration in the impurity diffusion layer of the processing substrate in the central portion is determined so that the diffusion of phosphorus in the impurity diffusion layer of the processing substrate in other locations in the arrangement direction. It may decrease compared to the concentration. Further, when comparing the upstream set and the downstream set in the flow direction of the diffusion gas, the diffusion concentration of phosphorus in the impurity diffusion layer of the processing substrate in the downstream set indicates that the impurity diffusion in the processing substrate in the upstream set It may be lower than the diffusion concentration of phosphorus in the layer. It is required to reduce the dispersion of the phosphorus diffusion concentration in the impurity diffusion layer and to manufacture the phosphorus diffusion concentration in the impurity diffusion layer with a uniform and appropriate diffusion concentration. For this purpose, it is preferable to evaluate by placing monitor wafers at both ends, the center, and the middle in each set.
一方で、配列方向におけるモニタウエハ61が配置されていない箇所には太陽電池セル用のp型単結晶シリコン基板2を配置することで、通常の太陽電池セル製造時に近い条件を再現するとともに、太陽電池セルの製造とモニタウエハ61の作成とを同時に実施することができる。
On the other hand, the portion where the monitor wafer 61 is not disposed in the arrangement direction by arranging the p-type single
以上の様な仕様を満たす太陽電池セルの評価用基板であるモニタウエハの構造として、発明者は図19から図21に示す構造を見出した。図19は、本発明の実施の形態1にかかるモニタウエハの不純物拡散層のパターンの概略図である。図20は、本発明の実施の形態1にかかるモニタウエハにおける第1n型不純物拡散層測定領域62の周辺の要部断面図である。図21は、本発明の実施の形態1にかかるモニタウエハにおける第2n型不純物拡散層測定領域63の周辺の要部断面図である。
The inventors have found the structure shown in FIGS. 19 to 21 as the structure of a monitor wafer that is a substrate for evaluation of a solar battery cell that satisfies the above specifications. FIG. 19 is a schematic diagram of the pattern of the impurity diffusion layer of the monitor wafer according to the first embodiment of the present invention. FIG. 20 is a main-portion cross-sectional view of the periphery of the first n-type impurity diffusion
本実施の形態1にかかるモニタウエハ61は、太陽電池セル1のn型不純物拡散層3を模擬した構造を有し、評価対象となる太陽電池セル1と同様に、p型単結晶シリコン基板2の一面にn型不純物拡散層3を有する。なお、評価対象となる太陽電池セル1を模擬したn型不純物拡散層についても、太陽電池セル1と同じ符号を付す。すなわち、モニタウエハ61は、第1n型不純物拡散層4と第2n型不純物拡散層5とを有する。また、モニタウエハ61は、第1n型不純物拡散層4と同様にn型ドーパント含有ペースト21が印刷されて形成された第1不純物濃度測定領域である第1n型不純物拡散層測定領域62と、第2n型不純物拡散層5と同様にオキシ塩化リン(POCl3)のみによる拡散により形成された第2不純物濃度測定領域である第2n型不純物拡散層測定領域63と、をp型単結晶シリコン基板2の一面に有する。The monitor wafer 61 according to the first embodiment has a structure simulating the n-type
第1n型不純物拡散層測定領域62は、シート抵抗を4探針測定機器により測定するための不純物拡散層である。第1n型不純物拡散層測定領域62は、第1n型不純物拡散層4のうち太陽電池セル1のn型層上グリッド電極8の下部に対応する細長形状の第1n型不純物拡散層4であるグリッド不純物領域が、他のグリッド不純物領域と隣り合う間隔以上の大きさを有する。これにより、測定領域を大きく確保でき、グリッド不純物領域が細線化された場合でも4探針測定機器による測定が容易になる。
The first n-type impurity diffusion
第1n型不純物拡散層測定領域62は、評価対象となる太陽電池セル1の第1n型不純物拡散層4と同一工程において、同じn型ドーパント含有ペースト21を用いて、同じ条件で形成されているため、第1n型不純物拡散層4と同等の深さおよびn型不純物濃度を有し、第1の不純物濃度でn型の不純物を有する。したがって、第1n型不純物拡散層測定領域62のシート抵抗を測定することにより、太陽電池セル1の第1n型不純物拡散層4のシート抵抗を確認することができる。そして、第1n型不純物拡散層4のシート抵抗を確認することにより、太陽電池セル1の第1n型不純物拡散層4のn型不純物濃度を推定することができる。
The first n-type impurity diffusion
第1n型不純物拡散層4と同様にn型ドーパント含有ペースト21が印刷されて形成された第1n型不純物拡散層測定領域62は、シート抵抗が20Ω/sq.程度となるので現在のn型層上電極7に用いられる一般的なn型層のシート抵抗である70Ω/sq.程度と比較すると大きな差を有していることもあり、p型単結晶シリコン基板2における第1n型不純物拡散層4のn型不純物濃度の面内の分布状況を最低限の個数で把握できるように4点に配置されている。なお、第1n型不純物拡散層測定領域62は、4点以上に配置されればよく、第1n型不純物拡散層4のn型不純物濃度の面内の分布状況を把握できるように、p型単結晶シリコン基板2の面内を左右均等に分割する中心線に対して対象となる位置に配置されることが好ましい。
Similar to the first n-type
以上のように、第1n型不純物拡散層4のシート抵抗が、太陽電池セルのn型不純物拡散層としては低い値である20Ω/sq.程度となる場合には、第1n型不純物拡散層測定領域62のシート抵抗も、同じく20Ω/sq.程度となる。この場合には、拡散設備の石英チューブ内におけるp型単結晶シリコン基板2の面内の位置に対する依存性およびp型単結晶シリコン基板2の面内におけるシート抵抗の均一性を考慮した場合においても、p型単結晶シリコン基板2の面内における第1n型不純物拡散層測定領域62のシート抵抗の測定箇所が4点程度あれば、第1n型不純物拡散層4のシート抵抗の確認には十分である。
As described above, the sheet resistance of the first n-type
また、第1n型不純物拡散層測定領域62のシート抵抗は20Ω/sq.程度であるため、p型単結晶シリコン基板2の面内において第1n型不純物拡散層測定領域62のシート抵抗にばらつきが生じた場合でも、シート抵抗が70Ω/sq.程度である場合と比べてシート抵抗のばらつきは小さい。このため、p型単結晶シリコン基板2の面内における第1n型不純物拡散層測定領域62のシート抵抗のばらつきを考慮した場合においても、p型単結晶シリコン基板2の面内における第1n型不純物拡散層測定領域62のシート抵抗の測定箇所が4点程度あれば、第1n型不純物拡散層4のシート抵抗の確認には十分である。
The sheet resistance of the first n-type impurity diffusion
そして、更にp型単結晶シリコン基板2の面内における中央の1点を、第1n型不純物拡散層測定領域62のシート抵抗の測定箇所に加えることで、太陽電池セル1の第1n型不純物拡散層4のシート抵抗の確認により適したモニタウエハ61の構造を実現できる。
Further, by adding one central point in the plane of the p-type single
第2n型不純物拡散層測定領域63は、シート抵抗を4探針測定機器により測定するための不純物拡散層である。第2n型不純物拡散層測定領域63は、第1n型不純物拡散層4のうち太陽電池セル1のn型層上グリッド電極8の下部に対応する細長形状の第1n型不純物拡散層4であるグリッド不純物領域が、他のグリッド不純物領域と隣り合う間隔以上の大きさを有する。これにより、測定領域を大きく確保でき、グリッド不純物領域が細線化された場合でも4探針測定機器による測定が容易になる。
The second n-type impurity diffusion
第2n型不純物拡散層測定領域63は、評価対象となる太陽電池セル1の第2n型不純物拡散層5と同一工程において同じ条件で形成されているため、第2n型不純物拡散層5と同等の深さおよびn型不純物濃度を有し、第2の不純物濃度でn型の不純物層を有する。したがって、第2n型不純物拡散層測定領域63のシート抵抗を測定することにより、太陽電池セル1の第2n型不純物拡散層5のシート抵抗を確認することができる。そして、第2n型不純物拡散層5のシート抵抗を確認することにより、太陽電池セル1の第2n型不純物拡散層5のn型不純物濃度を推定することができる。
Since the second n-type impurity diffusion
一方、第2n型不純物拡散層5と同様にオキシ塩化リン(POCl3)のみによる拡散により形成された第2n型不純物拡散層測定領域63は、第2n型不純物拡散層5と同様に、一般的な単一濃度のn型不純物拡散層のシート抵抗である70Ω/sq.程度の場合よりも高い、90Ω/sq.程度以上のシート抵抗となる。このため、第2n型不純物拡散層測定領域63のp型単結晶シリコン基板2の面内の分布は、一般的な単一濃度のn型不純物拡散層のシート抵抗である70Ω/sq.の場合よりも均一性は低下するので、p型単結晶シリコン基板2における第2n型不純物拡散層5のn型不純物濃度の面内の分布状況がもれなく把握できるように25点に配置されている。第2n型不純物拡散層測定領域63は、基本的にはp型単結晶シリコン基板2の面内における中央1点と、外周側の少なくとも4点の5点の位置に配置されればよいが、より細かな状況を把握できるように25点に配置している。第2n型不純物拡散層測定領域63は、外周側の4点が、中央の1点に対して対称となる2対の点とすることが好ましい。すなわち、第2n型不純物拡散層測定領域63の外周側の4点は、p型単結晶シリコン基板2の面内を左右均等に分割する中心線に対して対象となる位置に配置されることが好ましい。On the other hand, the second n-type impurity diffusion
また、本実施の形態1では、p型単結晶シリコン基板2の面内における第1n型不純物拡散層測定領域62および第2n型不純物拡散層測定領域63の寸法は、一般的なシート抵抗測定機器である4探針測定機器での測定において探針を測定部分の中央に当てた測定を容易にできるように、8mm×8mm角に設定している。上述した図13および図14については、図19に示すパターンの第1n型不純物拡散層測定領域62および第2n型不純物拡散層測定領域63を用いて導出している。
In the first embodiment, the dimensions of the first n-type impurity diffusion
第1n型不純物拡散層測定領域62の寸法は、シート抵抗の測定作業を容易に進められるという観点から、8mm角より大きい寸法は必要無い。第1n型不純物拡散層測定領域62の寸法を8mm角より大きくした場合、n型ドーパント含有ペースト21の塗布量は、元々、グリッドパターン23として太陽電池セル用のp型単結晶シリコン基板2に塗布されていた場合と比較して大幅に増加する。n型ドーパント含有ペースト21の塗布量が増加することにより、モニタウエハ61の形成での第2拡散工程においてn型ドーパント含有ペースト21によるオキシ塩化リン(POCl3)の消費量が多くなる。そして、オキシ塩化リン(POCl3)の消費量の増加が、第1n型不純物拡散層測定領域62のパターンの領域の周辺の第2n型不純物拡散層測定領域63のリンの拡散状態に及ぼす影響、すなわちリンの拡散量が低減するという影響も大きくなる。このため、第1n型不純物拡散層測定領域62の寸法は、必要以上の大きさは好ましくない。The dimension of the first n-type impurity diffusion
第2n型不純物拡散層測定領域63の寸法は、シート抵抗の測定作業を容易に進められるという観点から、8mm角より大きい寸法は必要無い。第2n型不純物拡散層測定領域63の寸法を8mm角より大きくした場合、n型ドーパント含有ペースト21の塗布量は、元々、グリッドパターン23の形成用として太陽電池セル用のp型単結晶シリコン基板2に塗布されていた場合と比較して減少する。
The dimension of the second n-type impurity diffusion
グリッドパターン23形成用のn型ドーパント含有ペースト21の塗布量が減少することにより、モニタウエハ61の形成での第2拡散工程においてn型ドーパント含有ペースト21によるオキシ塩化リン(POCl3)の消費量が少なくなる。そして、オキシ塩化リン(POCl3)の消費量の減少が、第1n型不純物拡散層測定領域62のパターンの領域の周辺の第2n型不純物拡散層測定領域63のリンの拡散状態に及ぼす影響、すなわちリンの拡散量が低減するという影響も小さくなる。このため、第1n型不純物拡散層測定領域62の寸法は、必要以上の大きさは好ましくない。By reducing the coating amount of the n-type dopant-containing
156mm角のp型単結晶シリコン基板2の面内において、第2n型不純物拡散層測定領域63を図19に示すように5列×5行の配置で25点に配置する場合、第2n型不純物拡散層測定領域63を均等に配置すると、列方向または行方向において隣り合う2つの第2n型不純物拡散層測定領域63間の配置間隔は、31.2mmとなる。ここで、実際の製造においては第2n型不純物拡散層測定領域63の配置の管理を容易にするために、列方向または行方向において隣り合う2つの第2n型不純物拡散層測定領域63の配置間隔は1mm単位とされることが好ましい。なお、ここでの配置間隔は、列方向または行方向における第2n型不純物拡散層測定領域63の中心間の距離である。
In the case where the second n-type impurity diffusion
したがって、156mm角のp型単結晶シリコン基板2の面内においては、列方向または行方向における第2n型不純物拡散層測定領域63の配置間隔は、32mmとされることが好ましい。そして、列方向における端部の第2n型不純物拡散層測定領域63と、列方向において該第2n型不純物拡散層測定領域63に隣り合うp型単結晶シリコン基板2の辺との距離は、14mmとされることが好ましい。同様に、行方向における端部の第2n型不純物拡散層測定領域63と、行方向において該第2n型不純物拡散層測定領域63に隣り合うp型単結晶シリコン基板2の辺との距離は、14mmとされることが好ましい。
Therefore, in the plane of the 156 mm square p-type single
図22は、図19の要部拡大図である。図22において横方向で見たとき、すなわち行方向で見たときに、帯域α、標準帯域β、帯域γ、標準帯域β、帯域α、が順に並ぶ。ここで、帯域αは、行方向において第2n型不純物拡散層測定領域63が配置される領域である。標準帯域βは、行方向において第1n型不純物拡散層測定領域62と第2n型不純物拡散層測定領域63とのいずれも配置されない領域である。帯域γは、行方向において第1n型不純物拡散層測定領域62が配置される領域である。帯域αの幅は8mm、帯域γの幅は8mm、隣り合う2つの帯域αの間隔は32mmなので、標準帯域βの幅は8mmとなる。隣り合う2つの帯域αの間隔は、行方向における第2n型不純物拡散層測定領域63の中心間の距離である。なお、図22においては横方向で見たときについて示しているが、図22において縦方向で見たとき、すなわち列方向で見たときも同様である。
FIG. 22 is an enlarged view of a main part of FIG. In FIG. 22, when viewed in the horizontal direction, that is, when viewed in the row direction, the band α, the standard band β, the band γ, the standard band β, and the band α are arranged in this order. Here, the band α is a region where the second n-type impurity diffusion
156mm角のp型単結晶シリコン基板2の面内に対して8mm角の25点の第2n型不純物拡散層測定領域63を、5列×5行の配置で均等に配置する場合には、列方向または行方向において、第2n型不純物拡散層測定領域63と第1n型不純物拡散層測定領域62との間に、両者と同程度の幅を有する標準帯域βを設けることができる。そして、第2n型不純物拡散層測定領域63と第1n型不純物拡散層測定領域62とは、各々の領域にリンの拡散が行われる際に、標準帯域βが存在することにより、互いの測定領域が影響し合うことが無く、各々に独立にリンの拡散が実施される。
In the case where 25 second n-type impurity diffusion
すなわち、モニタウエハ61の形成での第1拡散工程においては、n型ドーパント含有ペースト21から第2n型不純物拡散層測定領域63にリンが拡散されず、n型ドーパント含有ペースト21の直下領域にリンが拡散して第1n型不純物拡散層測定領域62が形成される。また、モニタウエハ61の形成での第2拡散工程においては、標準帯域βが存在しているので、第2n型不純物拡散層測定領域63に隣り合う第1n型不純物拡散層測定領域62上に印刷されているn型ドーパント含有ペースト21によるオキシ塩化リン(POCl3)の消費が第2n型不純物拡散層測定領域63へのリンの拡散に影響することが無い。このため、モニタウエハ61では、通常の太陽電池セルの製造条件で消費されるオキシ塩化リン(POCl3)の消費量に近い条件を再現した状態で第2n型不純物拡散層測定領域63と第1n型不純物拡散層測定領域62とが形成される。That is, in the first diffusion step in forming the monitor wafer 61, phosphorus is not diffused from the n-type dopant-containing
そして、第2n型不純物拡散層測定領域63と第1n型不純物拡散層測定領域62とのシート抵抗を測定することにより、太陽電池セル1におけるn型層上グリッド電極8の下部の第1n型不純物拡散層4と同じシート抵抗、およびn型層上グリッド電極8間の下部の第2n型不純物拡散層5と同じシート抵抗を、より精度良く測定することができる。これにより、第1n型不純物拡散層4と第2n型不純物拡散層5とのシート抵抗の適切な評価を行うことができる。
Then, by measuring the sheet resistance between the second n-type impurity diffusion
第2n型不純物拡散層測定領域63と第1n型不純物拡散層測定領域62との測定領域の寸法に関しては、測定領域の寸法を8mm角より大きくすると、標準帯域βの幅が狭くなる。この場合は、上述した第2拡散工程において、第2n型不純物拡散層測定領域63に隣り合う第1n型不純物拡散層測定領域62上に印刷されているn型ドーパント含有ペースト21によるオキシ塩化リン(POCl3)の消費が、第2n型不純物拡散層測定領域63へのリンの拡散に影響が及ぶ。このため、測定領域の寸法を8mm角より大きくすることは、適切ではない。第2n型不純物拡散層測定領域63と第1n型不純物拡散層測定領域62との測定領域の寸法を8mm角とすることで、両者と同程度の寸法の標準帯域βを確保することができるので、測定領域の寸法は、8mm角が適切である。Regarding the dimensions of the measurement regions of the second n-type impurity diffusion
なお、4探針測定機器の構成上、探針を1mm未満の単位で任意の位置に接触させることができる機構を有している場合、測定箇所の大きさは、1mm×4mm角以上の寸法があればよい。 In the configuration of the four-probe measuring instrument, when the probe has a mechanism that can contact the probe at an arbitrary position in units of less than 1 mm, the size of the measurement location is 1 mm × 4 mm square or more. If there is.
すなわち、本実施の形態1にかかるモニタウエハ61は、第1導電型である半導体基板と、半導体基板の第1の表面に設けられ、太陽電池セルのグリッド電極の形状に対応した領域に、第1の不純物濃度で第2導電型の不純物層を有する複数の細長形状のグリッド不純物領域と、半導体基板の第1の表面に設けられ、幅方向において隣り合うグリッド不純物領域の間の領域に、第1の不純物濃度よりも低い第2の不純物濃度で第2導電型の不純物層を有するグリッド間不純物領域と、半導体基板の第1の表面に設けられ、グリッド不純物領域の間隔以上の大きさを有し、第1の不純物濃度で第2導電型の不純物層を有する第1不純物濃度測定領域と、半導体基板の第1の表面に設けられ、グリッド不純物領域の間隔以上の大きさを有し、第2の不純物濃度で第2導電型の不純物層を有する第2不純物濃度測定領域と、を備える。 That is, the monitor wafer 61 according to the first embodiment is provided on the first conductive type semiconductor substrate and the region corresponding to the shape of the grid electrode of the solar battery cell on the first surface of the semiconductor substrate. A plurality of elongated grid impurity regions having a second conductivity type impurity layer at an impurity concentration of 1 and a region between grid impurity regions provided on the first surface of the semiconductor substrate and adjacent to each other in the width direction; An inter-grid impurity region having a second conductivity type impurity layer having a second impurity concentration lower than the first impurity concentration and a first surface of the semiconductor substrate, and having a size larger than the interval between the grid impurity regions. A first impurity concentration measurement region having a second conductivity type impurity layer at a first impurity concentration and a first surface of the semiconductor substrate, and having a size equal to or larger than a distance between the grid impurity regions; 2 Comprising a second impurity concentration measurement region having an impurity layer of the second conductivity type impurity concentration, the.
ここで、本実施の形態1においては、第1導電型である半導体基板は、p型単結晶シリコン基板2である。第1の表面は、p型単結晶シリコン基板2の受光面側の一面である。グリッド不純物領域は、第1n型不純物拡散層4のうち太陽電池セル1のn型不純物拡散層上グリッド電極8の下部に対応する細長形状の第1n型不純物拡散層4である。グリッド間不純物領域は、第2n型不純物拡散層5である。第1不純物濃度測定領域は、第1n型不純物拡散層測定領域62である。第2不純物濃度測定領域は、第2n型不純物拡散層測定領域63である。
Here, in the first embodiment, the semiconductor substrate of the first conductivity type is the p-type single
図23は、本発明の実施の形態1にかかる第1n型不純物拡散層測定領域62および第2n型不純物拡散層測定領域63のp型単結晶シリコン基板2の面内における形状の一例を示す図である。図23に示す第1n型不純物拡散層測定領域62および第2n型不純物拡散層測定領域63は、4探針測定機器の探針が接触する領域64の全てを内包できる広い領域を確保するために、1mm×4mm角の長方形状とされている。
FIG. 23 is a diagram showing an example of the shape of the first n-type impurity diffusion
図24は、本発明の実施の形態1にかかる第1n型不純物拡散層測定領域62および第2n型不純物拡散層測定領域63のp型単結晶シリコン基板2の面内における形状の他の例を示す図である。図24に示す第1n型不純物拡散層測定領域62および第2n型不純物拡散層測定領域63は、4探針測定機器の探針が接触する領域64の全てを内包できる広い領域を確保し、かつn型ドーパント含有ペースト21の印刷精度も考慮して、2mm×5mm角の長方形状とされている。
FIG. 24 shows another example of the shape of the first n-type impurity diffusion
図25は、本発明の実施の形態1にかかる第1n型不純物拡散層測定領域62および第2n型不純物拡散層測定領域63のp型単結晶シリコン基板2の面内における形状の他の例を示す図である。図25に示す第1n型不純物拡散層測定領域62および第2n型不純物拡散層測定領域63は、4探針測定機器の探針が接触する領域64の全てを内包できる広い領域を確保し、かつn型層上グリッド電極8の下部の細長形状の第1n型不純物拡散層4が幅方向において隣り合う間隔の2倍以上の領域であって、n型層上バス電極9の下部の第1n型不純物拡散層4の幅以上の領域となるように、8mm×8mm角の正方形状とされている。n型層上グリッド電極8の下部の細長形状の第1n型不純物拡散層4の間隔は、1.5mm程度であり、印刷精度も考慮すると、8mm×8mm角程度とすることにより、4探針の接触位置の精度を高める必要なく、容易にシート抵抗を測定することができる。
FIG. 25 shows another example of the shape of the first n-type impurity diffusion
図26は、本発明の実施の形態1にかかる第1n型不純物拡散層測定領域62および第2n型不純物拡散層測定領域63のp型単結晶シリコン基板2の面内における形状の他の例を示す図である。図26に示す第1n型不純物拡散層測定領域62および第2n型不純物拡散層測定領域63は、短径2mm×長径5mmの楕円形状であってもよい。
FIG. 26 shows another example of the shape of the first n-type impurity diffusion
図27は、本発明の実施の形態1にかかる第1n型不純物拡散層測定領域62および第2n型不純物拡散層測定領域63のp型単結晶シリコン基板2の面内における形状の他の例を示す図である。図27に示す第1n型不純物拡散層測定領域62および第2n型不純物拡散層測定領域63は、直径8mmの円形であってもよい。
FIG. 27 shows another example of the shape of the first n-type impurity diffusion
また、n型シリコン基板の表面に選択不純物拡散層構造を有するp型不純物拡散層が形成された基板でも、上述した第1n型不純物拡散層測定領域62および第2n型不純物拡散層測定領域63に対応する第1p型不純物拡散層測定領域および第2p型不純物拡散層測定領域を形成することにより、選択不純物拡散層構造を有するp型不純物拡散層のシート抵抗を確認することができる。
Even in a substrate in which a p-type impurity diffusion layer having a selective impurity diffusion layer structure is formed on the surface of an n-type silicon substrate, the first n-type impurity diffusion
上述したように、本実施の形態1にかかる太陽電池セルの評価用基板を用いて、選択不純物拡散層構造の不純物拡散層に対応するシート抵抗を測定する。これにより、選択不純物拡散層構造の不純物拡散層の細線化が進んだ場合でも、太陽電池セル1におけるn型層上グリッド電極8の下部の第1n型不純物拡散層4と同じシート抵抗、およびn型層上グリッド電極8間の下部の第2n型不純物拡散層5と同じシート抵抗を、4探針法を用いたシート抵抗測定機器である4探針測定機器により精度良く測定することができる。これにより、第1n型不純物拡散層4と第2n型不純物拡散層5とのシート抵抗を精度良く評価することができる。また、本実施の形態1にかかる太陽電池セルの評価用基板は、製品の太陽電池セル1の製造工程と同じく簡便な工程で安価に形成可能である。
As described above, the sheet resistance corresponding to the impurity diffusion layer having the selective impurity diffusion layer structure is measured using the solar cell evaluation substrate according to the first embodiment. As a result, even when the impurity diffusion layer having the selective impurity diffusion layer structure is thinned, the same sheet resistance as that of the first n-type
太陽電池セル1の光電変換効率の向上においては、第1n型不純物拡散層4の第1の不純物濃度と、第2n型不純物拡散層5の第2の不純物濃度と、の適正化が重要である。本実施の形態1にかかる太陽電池セルの評価用基板を用いることにより、第1n型不純物拡散層4と第2n型不純物拡散層5とのシート抵抗を精度良く評価することができるため、実際の太陽電池セル1における第1の不純物濃度と第2の不純物濃度を精度よく推定することができる。また、本実施の形態1にかかる太陽電池セルの評価用基板を用いることにより、太陽電池セル1の構造に近い構造で不純物濃度を精度よく推定することができる。これにより、第1の不純物濃度と第2の不純物濃度とを適正化できる拡散条件の導出が容易になり、太陽電池セル1の光電変換効率の向上を効果的に進めることが可能となる。
In improving the photoelectric conversion efficiency of the
また、本実施の形態1にかかる太陽電池セルの評価用基板では、n型ドーパント含有ペースト21の塗布量を極力、太陽電池セル製造時の塗布量と等しくし、第2拡散工程時に、p型単結晶シリコン基板2に印刷されているn型ドーパント含有ペースト21により消費されるオキシ塩化リン(POCl3)の量を極力、太陽電池セル製造時の塗布量と等しくすることができる。Moreover, in the board | substrate for evaluation of the photovoltaic cell concerning this
したがって、本実施の形態1にかかる太陽電池セルの評価用基板を用いることにより、不純物拡散層が細線化された場合においても、不純物拡散層のシート抵抗を精度良く測定することができ、不純物拡散層の不純物濃度を精度良く推定することができる。 Therefore, by using the solar cell evaluation substrate according to the first embodiment, even when the impurity diffusion layer is thinned, the sheet resistance of the impurity diffusion layer can be accurately measured, and the impurity diffusion The impurity concentration of the layer can be estimated with high accuracy.
実施の形態2.
図28は、本発明の実施の形態2にかかる太陽電池セル101を受光面側から見た平面図である。図29は、本発明の実施の形態2にかかる太陽電池セル101を受光面と対向する裏面側から見た平面図である。図30は、本発明の実施の形態2にかかる太陽電池セル101の構成を示す要部断面図であり、図28におけるB−B線に沿った断面図である。
FIG. 28: is the top view which looked at the
太陽電池セル101は、面方向の外形形状が正方形状を有する結晶系太陽電池セルである。太陽電池セル101においては、外形寸法が156mm×156mmの正方形のn型単結晶シリコンからなる半導体基板102の受光面側にp型の不純物元素であるボロンの拡散によってp型不純物拡散層103が形成されて、pn接合を有する半導体基板117が形成されている。以下、半導体基板102をn型単結晶シリコン基板102と呼ぶ場合がある。また、p型不純物拡散層103上に絶縁膜からなるp型不純物拡散層上パッシベーション膜104が形成されている。以下、p型不純物拡散層上パッシベーション膜104をp型層上パッシベーション膜104と呼ぶ。なお、半導体基板102には、n型多結晶シリコン基板を用いてもよい。実施の形態2においては、第1導電型がn型であり、第2導電型がp型である。
The
n型単結晶シリコン基板102の受光面側には、光を閉じ込めるためのテクスチャ構造を構成する図示しない微小凹凸が形成されている。
On the light-receiving surface side of the n-type single
p型層上パッシベーション膜104は、透光性を有する絶縁膜である。p型層上パッシベーション膜104として、膜厚が5nmの酸化アルミニウム(Al2O3)膜105と、屈折率が2.1、膜厚が80nmの窒化シリコン(SiN)膜106と、がp型不純物拡散層103上に順次形成されている。なお、p型層上パッシベーション膜104は、酸化アルミニウム(Al2O3)膜と窒化シリコン(SiN)膜とに限定されず、シリコン酸化(SiO2)膜または酸化チタン(TiO2)膜といった絶縁膜により形成されてもよい。この太陽電池セル101では、p型層上パッシベーション膜104から光Lが入射する。The p-type
また、半導体基板117の受光面側には、長尺細長のp型不純物拡散層上グリッド電極108が複数並べて設けられ、このp型不純物拡散層上グリッド電極108と導通するp型不純物拡散層上バス電極109が該p型不純物拡散層上グリッド電極108と直交して設けられている。以下、p型不純物拡散層上グリッド電極108をp型層上グリッド電極108と呼ぶ。また、p型不純物拡散層上バス電極109をp型層上バス電極109と呼ぶ。p型層上グリッド電極108およびp型層上バス電極109は、それぞれ底面部においてp型不純物拡散層103に電気的に接続している。
In addition, a plurality of long and narrow p-type impurity diffusion layer
p型層上グリッド電極108は、50μm以上、150μm以下程度の幅を有するとともに既定の間隔で平行に100本以上、200本以下の本数が配置され、半導体基板117の内部で発電した電気を集電する。また、p型層上バス電極109は、0.5mm以上、1.0mm以下程度の幅を有するとともに太陽電池1枚当たりに3本以上、5本以下の本数が配置され、p型層上グリッド電極108で集電した電気を外部に取り出す。そして、p型層上グリッド電極108とp型層上バス電極109とにより、櫛形を呈する受光面側電極としてのp型不純物拡散層上電極107が構成される。以下、p型不純物拡散層上電極107をp型層上電極107と呼ぶ。なお、本実施の形態2においては、p型層上グリッド電極108の本数は100本、p型層上バス電極109の本数は4本、p型層上グリッド電極108の電極幅は50μm、p型層上バス電極109の電極幅は1.0mmとしている。なお、図28においては、図示の関係上、p型層上グリッド電極108の本数を減らしている。
The p-type upper
そして、本実施の形態2にかかる太陽電池セル101においては、n型不純物拡散層110として2種類の層が形成されて選択不純物拡散層構造が形成されている。すなわち、n型単結晶シリコン基板102の裏面側の表層部において、裏面側電極であるn型不純物拡散層上電極114の下部領域および該下部領域に隣接する領域には、n型不純物拡散層110においてn型の不純物が相対的に高濃度に均一に拡散された高濃度不純物拡散層、すなわち低抵抗拡散層である第1n型不純物拡散層111が形成されている。また、n型単結晶シリコン基板102の裏面側の表層部において、第1n型不純物拡散層111が形成されていない領域には、n型不純物拡散層110においてn型の不純物が相対的に低濃度に均一に拡散された低濃度不純物拡散層すなわち高抵抗拡散層である第2n型不純物拡散層112が形成されている。
And in the
したがって、第1n型不純物拡散層111の不純物拡散濃度を第1の拡散濃度とし、第2n型不純物拡散層112の不純物拡散濃度を第2の拡散濃度とすると、第2の拡散濃度は、第1の拡散濃度よりも小さくなる。また、第1n型不純物拡散層111のシート抵抗値を第1シート抵抗値とし、第2n型不純物拡散層112のシート抵抗値を第2シート抵抗値とすると、第2シート抵抗値は、第1シート抵抗値よりも大きくなる。
Therefore, if the impurity diffusion concentration of the first n-type
低濃度不純物拡散層である第2n型不純物拡散層112は、BSF層として半導体基板117の裏面における再結合を抑制し、太陽電池セル101の良好な開放電圧の実現に寄与する。また、高濃度不純物拡散層である第1n型不純物拡散層111は、裏面側電極であるn型不純物拡散層上電極114との接触抵抗を低減し、太陽電池セル101の良好な曲線因子の実現に寄与する。
The second n-type
以上のように構成された本実施の形態2にかかる太陽電池セル101は、裏面側における裏面側電極であるn型不純物拡散層上電極114の下部には相対的にシート抵抗の低い第1n型不純物拡散層111が形成されてn型単結晶シリコン基板102とn型不純物拡散層上電極114間の接触抵抗を小さくしている。また、太陽電池セル101の裏面側における第1n型不純物拡散層111以外の領域には相対的にn型不純物濃度の低い第2n型不純物拡散層112が形成されて、ホールが発生し消滅する再結合速度を小さくする。したがって、本実施の形態1にかかる太陽電池セル101は第1n型不純物拡散層111と第2n型不純物拡散層112とから構成された選択不純物拡散層構造を有する。
The
また、半導体基板117の裏面には、全体にわたって絶縁膜であるn型不純物拡散層上パッシベーション膜113として窒化シリコン膜が設けられている。以下、n型不純物拡散層上パッシベーション膜113をn型層上パッシベーション膜113と呼ぶ。
A silicon nitride film is provided on the back surface of the
また、半導体基板117の裏面には、長尺細長のn型不純物拡散層上グリッド電極115が複数並べて設けられ、このn型不純物拡散層上グリッド電極115と導通するn型不純物拡散層上バス電極116が該n型不純物拡散層上グリッド電極115と直交して設けられている。n型不純物拡散層上グリッド電極115およびn型不純物拡散層上バス電極116は、それぞれ底面部において後述する第1n型不純物拡散層111に電気的に接続している。以下、n型不純物拡散層上グリッド電極115をn型層上グリッド電極115と呼ぶ。また、n型不純物拡散層上バス電極116をn型層上バス電極116と呼ぶ。
In addition, a plurality of elongated elongated n-type impurity diffusion layer
n型層上グリッド電極115は、50μm以上、150μm程度の幅を有するとともに既定の間隔で平行に100本以上、200本以下の本数が配置され、半導体基板117の内部で発電した電気を集電する。また、n型層上バス電極116は、0.5mm以上、1.0mm以下程度の幅を有するとともに1枚の太陽電池当たりに3本以上、5本以下の本数が配置され、n型層上グリッド電極115で集電した電気を外部に取り出す。そして、n型層上グリッド電極115とn型層上バス電極116とにより、櫛形を呈する裏面側電極としてn型不純物拡散層上電極114が構成される。以下、n型不純物拡散層上電極114をn型層上電極114と呼ぶ。なお、本実施の形態2においては、n型層上グリッド電極115の本数は100本、n型層上バス電極116の本数は4本、n型層上グリッド電極115の電極幅は60μm、n型層上バス電極116の電極幅は1.0mmとしている。なお、図29においては、図示の関係上、n型層上グリッド電極115の本数を減らしている。
The n-type upper
つぎに、本実施の形態2にかかる太陽電池セル101の製造方法について説明する。図31は、本発明の実施の形態2にかかる太陽電池セル101の製造方法の一例を説明するためのフローチャートである。図32から図42は、本発明の実施の形態2にかかる太陽電池セル101の製造工程の一例を説明するための要部断面図である。図32から図42は、図30に対応した要部断面図である。
Below, the manufacturing method of the
(シリコン基板準備工程)
工程21では、半導体基板として、n型単結晶シリコン基板102が用意される。n型単結晶シリコン基板102も実施の形態1にかかるp型単結晶シリコン基板2と同様に製造され、以降、工程22のテクスチャ構造形成工程までは、実施の形態1における工程2と同様のプロセスが行われる。(Silicon substrate preparation process)
In
(ボロン含有酸化膜、保護用酸化膜形成工程)
工程23では、n型単結晶シリコン基板102へのp型不純物の拡散のために、図32に示すようにボロン含有酸化膜121と保護用酸化膜122とがn型単結晶シリコン基板102における受光面となる一面上に形成される。具体的には、500℃程度に加熱されたn型単結晶シリコン基板102が、処理室内に供給された大気圧のシラン(SiH4)ガスと酸素(O2)ガスとジボラン(B2H6)ガスとの混合ガス雰囲気中に曝露されることにより、まず30nmの膜厚のボロン含有酸化膜121が形成される。(Boron-containing oxide film, protective oxide film forming process)
In
そして、ボロン含有酸化膜121の形成後、処理室へのジボランの供給を停止して、シランと酸素との混合ガス雰囲気中にn型単結晶シリコン基板102を曝露することにより120nmの膜厚の保護用酸化膜122がボロン含有酸化膜121上に形成される。ここでは後の熱処理工程でボロンが雰囲気中に揮散しないようにキャッピング膜として120nmの保護用酸化膜122をボロン含有酸化膜121上に重ねて成膜している。
Then, after the boron-containing
(p型不純物拡散層形成工程)
工程24では、ボロン含有酸化膜121および保護用酸化膜122が形成されたn型単結晶シリコン基板102を熱処理することにより、図33に示すようにp型不純物拡散層103が形成される。具体的には、n型単結晶シリコン基板102が載置されたボートが横型炉に挿入され、1050℃程度の温度で30分間程度の熱処理が行われる。この熱処理により、ボロン含有酸化膜121からn型単結晶シリコン基板102の表層にボロンが拡散され、n型単結晶シリコン基板102の一面側の表層にp型不純物拡散層103が形成される。このようなボロン拡散を行うことにより、シート抵抗が90Ω/sq.程度のp型不純物拡散層103を形成できる。なお、p型不純物であるボロンは、リンに代表されるn型不純物よりもシリコンへの拡散係数が低い。このため、ボロンをn型単結晶シリコン基板102へ拡散するためには、後述するn型不純物拡散工程よりも高温での熱処理が必要となる。すなわち、p型不純物拡散層形成工程では、後述する第1拡散工程および第2拡散工程よりも高温で熱処理が行われる。(P-type impurity diffusion layer forming step)
In
(n型ドーパント含有ペースト塗布工程)
工程25では、n型不純物拡散層110における高濃度不純物拡散層である第1n型不純物拡散層111を形成するために、拡散源含有塗布剤としてのn型ドーパント含有ペースト123が、図34に示すようにn型単結晶シリコン基板102における裏面となる他面上に塗布形成される。n型ドーパント含有ペースト123は、スクリーン印刷法を用いて、n型層上電極114の形状に対応して櫛形状に印刷される。n型ドーパント含有ペースト123は、実施の形態1におけるn型ドーパント含有ペースト21と同様の材料が使用される。(N-type dopant-containing paste application process)
In
工程26以降の工程は、基本的には、実施の形態1において説明した工程4以降の工程と同様の工程を経て太陽電池セルを形成する。ただし、実施の形態1では、選択不純物拡散層構造としてセレクティブなエミッタ構造を形成したが、実施の形態2の場合は、選択不純物拡散層構造としてセレクティブなBSF層を形成する。
The steps after
実施の形態2の場合は、シリコン基板がn型となり、n型ドーパント含有ペーストを塗布する面と反対の面には図31の工程24までに形成したボロン含有酸化膜121と保護用酸化膜122とp型のエミッタであるp型不純物拡散層103とが形成されている点が実施の形態1の場合と比較して異なる。図31の工程26から工程30が、それぞれ図4の工程4から工程8に対応する。また、図31の工程32および工程33が、それぞれ図4の工程9および工程10に対応する。以降の工程は、実施の形態1の場合とほぼ同様な工程であるので、概略のみの説明とする。
In the case of the second embodiment, the silicon substrate is n-type, and the boron-containing
(第1拡散工程)
工程26では、第1の拡散工程は、図4の工程4の場合と同様に処理および反応が進み、n型ドーパント含有ペースト123を用いて第1n型不純物拡散層111が形成されることにより、n型不純物を高濃度にn型単結晶シリコン基板102に拡散できる。これにより、図35に示すようにシート抵抗が20Ω/sq.以上、80Ω/sq.以下の範囲の第1n型不純物拡散層111を形成する。なお、ここでのシート抵抗値は、n型不純物をp型シリコン基板に拡散した場合を想定した値とする。n型シリコン基板にn型不純物を拡散した場合は、p型シリコン基板にn型不純物を拡散した場合と同様に拡散した場合のシート抵抗値よりも低く測定されるが、便宜上、以下の説明においてもn型不純物をシリコン基板に拡散した場合を想定した値としている。(First diffusion process)
In
(第2拡散工程)
工程27では、図4の工程5の場合と同様に処理および反応が進む。この第2拡散工程により、n型単結晶シリコン基板102の表面における、n型ドーパント含有ペースト123の印刷領域を除く領域に、相対的に第1n型不純物拡散層111よりも低濃度である第2の拡散濃度にn型不純物であるリンが熱拡散されて、図36に示すように第2n型不純物拡散層112が形成され、BSF層として第1n型不純物拡散層111と第2n型不純物拡散層112からなるn型不純物拡散層110が形成される。BSF層としては、第2n型不純物拡散層112のシート抵抗を150Ω/sq.より大とすることで高光電変換効率化が可能となる。また、第2拡散工程直後のn型単結晶シリコン基板102の表面には、拡散処理中に表面に堆積したガラス質層124である燐珪酸ガラス(PSG)層が形成されている。(Second diffusion process)
In
(pn分離工程)
工程28では、図4の工程6の場合と同様に処理を行う。(Pn separation step)
In
(ガラス質層除去工程)
工程29では、図4の工程7の場合と同様に処理を行う。ただし、工程29では、n型単結晶シリコン基板102の表面に形成されたボロン含有酸化膜121、保護用酸化膜122、n型ドーパント含有ペースト123およびガラス質層124が除去される。そして、図37に示すように第1導電型層であるn型シリコンからなる半導体基板102と、該半導体基板102の受光面側に形成された第2導電型層であるp型不純物拡散層103と、によりpn接合が構成された半導体基板117が得られる。また、n型不純物拡散層110として、n型単結晶シリコン基板102の裏面側に第1n型不純物拡散層111と第2n型不純物拡散層112とから構成された選択不純物拡散層構造が得られる。(Glassy layer removal process)
In
(n型層上パッシベーション膜形成工程)
工程30では、図4の工程8の場合と同様に、半導体基板117におけるn型不純物拡散層110が形成された裏面に、図38に示すようにn型不純物拡散層側パッシベーション膜である、n型層上パッシベーション膜113が形成される。n型層上パッシベーション膜113は、プラズマCVD法を使用して、シランガスとアンモニア(NH3)ガスとの混合ガスを原材料に用いて、屈折率2.1、膜厚80nmの窒化シリコン(SiN)膜が成膜される。また、n型層上パッシベーション膜113は、蒸着法または熱CVD法といった他の方法により形成されてもよい。(N-type layer passivation film forming step)
In
(p型層上パッシベーション膜形成工程)
工程31では、半導体基板117におけるp型不純物拡散層103が形成された受光面に、p型不純物拡散層側パッシベーション膜である、p型層上パッシベーション膜104が形成される。まず、p型不純物拡散層103に対して良好なパッシベーション性能を得るために、図39に示すように、負の固定電荷を持つ酸化アルミニウム膜105が膜厚5nmで成膜される。つぎに、プラズマCVD法を使用して、図40に示すように、屈折率2.1、膜厚80nmの窒化シリコン膜106が成膜される。また、p型層上パッシベーション膜104は、反射防止膜としても機能する。(P-type layer passivation film forming step)
In
(電極形成工程)
工程32では、スクリーン印刷による電極の印刷および乾燥が行われて乾燥状態の電極が形成される。まず、図41に示すように、半導体基板117の裏面側のn型層上パッシベーション膜113上に、Agおよびガラスフリットを含有する電極材料ペーストであるAg含有ペースト114aがn型層上グリッド電極115およびn型層上バス電極116の形状に、スクリーン印刷によって塗布される。その後、Ag含有ペースト114aが乾燥されることによって、n型不純物拡散層上電極となる乾燥状態のn型層上電極114が形成される。Ag含有ペースト114aは、250℃で5分間乾燥される。(Electrode formation process)
In
実施の形態2の工程32が実施の形態1の工程9と異なる点は、p型不純物拡散層103側の電極形成工程である。つぎに、図41に示すように、半導体基板117の受光面側のp型層上パッシベーション膜104上に、AgとAlとガラスフリットとを含有する電極材料ペーストであるAgAl含有ペースト107aがp型層上グリッド電極108とp型層上バス電極109との形状に、スクリーン印刷によって塗布される。その後、AgAl含有ペースト107aが乾燥されることによって、p型不純物拡散層上電極となる乾燥状態のp型層上電極107が形成される。ここでは、p型層上電極107とp型不純物拡散層103との良好な電気的導通を保つために、3wt%程度のAlが含有されたAgAlペーストを使用する。AgAl含有ペースト107aは、250℃で5分間乾燥される。
The
(電極焼成工程)
工程33では、半導体基板117の受光面側および裏面側に印刷されて乾燥された電極材料ペーストが同時に焼成される。具体的には、半導体基板117が焼成炉へ導入され、大気雰囲気中でピーク温度600℃以上、900℃以下程度の温度、800℃で3秒の、短時間の熱処理が行われる。これにより、電極材料ペースト中の樹脂成分は消失する。そして、半導体基板117の受光面側では、p型層上電極107のAgAl含有ペースト107aに含有されるガラス材料が溶融して窒化シリコン膜106および酸化アルミニウム膜105を貫通している間に銀材料がp型不純物拡散層103のシリコンと接触し再凝固する。これにより、図42に示すように、p型層上電極107としてのp型層上グリッド電極108およびp型層上バス電極109が得られ、p型層上電極107と半導体基板117のシリコンとの電気的導通が確保される。半導体基板117の裏面側では、n型層上電極114のAg含有ペースト114aに含有されるガラス材料が溶融してn型層上パッシベーション膜113を貫通している間に銀材料が第1n型不純物拡散層111のシリコンと接触し再凝固する。これにより、n型層上電極114としてのn型層上グリッド電極115およびn型層上バス電極116が得られ、n型層上電極114と半導体基板117のシリコンとの電気的導通が確保される。(Electrode firing process)
In
以上のような工程を実施することにより、図28から図30に示す本実施の形態2にかかる太陽電池セル101を作製することができる。なお、電極材料であるペーストの半導体基板117への配置の順番を、受光面側と裏面側とで入れ替えてもよい。
By performing the steps as described above, the
そして、本実施の形態1の場合と同様に、本実施の形態2にかかる太陽電池セル101の裏面側の選択不純物拡散層構造を模擬したn型不純物拡散層と、第1n型不純物拡散層測定領域62と、第2n型不純物拡散層測定領域63とを有する実施の形態2にかかる太陽電池セルの評価用基板を用いて、選択不純物拡散層構造の不純物拡散層に対応するシート抵抗を測定する。これにより、選択不純物拡散層構造の不純物拡散層の細線化が進んだ場合でも、太陽電池セル101における第1n型不純物拡散層111と同じシート抵抗、および第2n型不純物拡散層112と同じシート抵抗を、4探針法を用いたシート抵抗測定機器である4探針測定機器により精度良く測定することができる。これにより、第1n型不純物拡散層111と第2n型不純物拡散層112とのシート抵抗を精度良く評価することができる。
Similar to the case of the first embodiment, the n-type impurity diffusion layer simulating the selective impurity diffusion layer structure on the back surface side of the
本実施の形態2にかかる太陽電池セルの評価用基板を用いることにより、第1n型不純物拡散層111と第2n型不純物拡散層112とのシート抵抗を精度良く評価することができるため、実際の太陽電池セル101における第1の不純物濃度と第2の不純物濃度を精度よく推定することができる。これにより、太陽電池セル101における第1の不純物濃度と第2の不純物濃度とを適正化できる拡散条件の導出が容易になり、太陽電池セルの光電変換効率の向上を効果的に進めることが可能となる。
Since the sheet resistance between the first n-type
実施の形態3.
図43は、本発明の実施の形態3にかかる太陽電池セル131の構成を示す要部断面図である。図43は、図3に対応する断面図である。なお、図43においては、実施の形態2にかかる太陽電池セル101と同じ部材については、同じ符号を付してある。実施の形態3にかかる太陽電池セル131は、実施の形態2にかかる太陽電池セル101を反転させた構成を有する。すなわち、実施の形態2にかかる太陽電池セル101は、n型単結晶シリコン基板102とp型不純物拡散層103とからなるpn接合が太陽電池セル101の受光面側に形成され、n型単結晶シリコン基板102における裏面側にBSF層としてn型不純物拡散層110が形成されている。
FIG. 43 is a cross-sectional view of a main part showing the configuration of the
一方、実施の形態3にかかる太陽電池セル131は、n型単結晶シリコン基板102とp型不純物拡散層103とからなるpn接合が太陽電池セル131の裏面側に形成され、n型単結晶シリコン基板102における受光面側にFSF(Front Surface Field)層としてn型不純物拡散層110が形成されている。FSF層は、BSF層と同じ作用効果を有する。そして、太陽電池セル131では、n型層上パッシベーション膜113から光Lが入射する。すなわち、太陽電池セル131では、n型層上パッシベーション膜113側が受光面側であり、p型層上パッシベーション膜104側が裏側である。太陽電池セル131は、実施の形態2にかかる太陽電池セル101と同じ製造方法により形成される。
On the other hand, in the
そして、本実施の形態2の場合と同様に、実施の形態2にかかる太陽電池セルの評価用基板を用いて、選択不純物拡散層構造の不純物拡散層に対応するシート抵抗を測定する。これにより、選択不純物拡散層構造の不純物拡散層の細線化が進んだ場合でも、太陽電池セル131における第1n型不純物拡散層111と同じシート抵抗、および第2n型不純物拡散層112と同じシート抵抗を、4探針法を用いたシート抵抗測定機器である4探針測定機器により精度良く測定することができる。これにより、第1n型不純物拡散層111と第2n型不純物拡散層112とのシート抵抗を精度良く評価することができる。
Then, as in the case of the second embodiment, the sheet resistance corresponding to the impurity diffusion layer having the selective impurity diffusion layer structure is measured using the evaluation substrate for the solar battery cell according to the second embodiment. As a result, even when the impurity diffusion layer having the selective impurity diffusion layer structure is thinned, the same sheet resistance as that of the first n-type
したがって、実施の形態2の場合と同様に、第1n型不純物拡散層111と第2n型不純物拡散層112とのシート抵抗を精度良く評価することができるため、実際の太陽電池セル131における第1の不純物濃度と第2の不純物濃度を精度よく推定することができる。これにより、太陽電池セル131における第1の不純物濃度と第2の不純物濃度とを適正化できる拡散条件の導出が容易になり、太陽電池セルの光電変換効率の向上を効果的に進めることが可能となる。
Therefore, as in the case of the second embodiment, the sheet resistance between the first n-type
実施の形態4.
本実施の形態4では、上述した太陽電池セルの評価用基板であるモニタウエハ61を用いた太陽電池セルの評価方法について説明する。太陽電池セルの高光電変換効率化に、セレクティブエミッタの形成が重要である。特に、上述したようにドーパントペーストを用いてセレクティブエミッタを形成する製造方法を用いることにより、容易でかつ安価にセレクティブエミッタを形成することができる。
In the fourth embodiment, a solar cell evaluation method using the monitor wafer 61 which is the above-described solar cell evaluation substrate will be described. The formation of selective emitters is important for increasing the photoelectric conversion efficiency of solar cells. In particular, the selective emitter can be formed easily and inexpensively by using the manufacturing method of forming the selective emitter using the dopant paste as described above.
一方、セレクティブエミッタの構造としては、高光電変換効率化の観点から、グリッド電極に対して50μmから150μmの細線化が要求されている。グリッド電極が細線化された場合には、グリッド電極の下部の高濃度不純物拡散層の細線化の必要があるが、太陽電池セルの構造のままでは、シート抵抗測定装置の構造上、不純物拡散層の不純物濃度を確認するために不純物拡散層のシート抵抗を評価することができなかった。 On the other hand, as the structure of the selective emitter, the grid electrode is required to be thinned from 50 μm to 150 μm from the viewpoint of high photoelectric conversion efficiency. When the grid electrode is thinned, it is necessary to thin the high-concentration impurity diffusion layer below the grid electrode. However, with the structure of the solar cell, the impurity diffusion layer is required due to the structure of the sheet resistance measuring device. The sheet resistance of the impurity diffusion layer could not be evaluated in order to confirm the impurity concentration.
本実施の形態4の太陽電池セルの評価方法では、上述したモニタウエハを用いることで、セレクティブなエミッタ構造の不純物拡散領域を模擬するとともにシート抵抗測定器で測定可能な拡散領域を提供可能で、太陽電池セルの不純物濃度を評価する太陽電池セルの評価方法について説明する。 In the solar cell evaluation method of the fourth embodiment, by using the monitor wafer described above, it is possible to provide a diffusion region that can be measured with a sheet resistance measuring instrument while simulating the impurity diffusion region of the selective emitter structure, A solar cell evaluation method for evaluating the impurity concentration of the solar cell will be described.
図44は、本発明の実施の形態4にかかる太陽電池セルの評価方法の一例を説明するためのフローチャートである。ここでは、実施の形態1にかかる太陽電池セル1の評価方法を例に説明する。モニタウエハ61は、太陽電池セル1と同じ工程で作成されるため、モニタウエハ61の製造方法は、基本的に太陽電池セル1の製造方法と同じである。
FIG. 44 is a flowchart for explaining an example of the solar battery evaluation method according to the fourth embodiment of the present invention. Here, the
まず、図4のフローチャートで説明した工程1および工程2を行う。
First,
(n型ドーパント含有ペースト塗布工程)
工程41では、n型ドーパント含有ペースト21が、p型単結晶シリコン基板2における受光面となる一面上に塗布形成される。ここで、n型ドーパント含有ペースト21は、図19に示すパターンと同じパターンで、太陽電池セル1の製造時と同じく、セレクティブなエミッタ構造の不純物拡散領域を模擬する太陽電池セル1のn型不純物拡散層3に対応した櫛形状の領域と、第1n型不純物拡散層測定領域62に対応した領域と、にスクリーン印刷法を用いて印刷される。ただし、n型不純物拡散層3に対応した領域における第2n型不純物拡散層測定領域63に対応する領域には、n型ドーパント含有ペースト21は、形成されない。(N-type dopant-containing paste application process)
In
すなわち、n型ドーパント含有ペースト21は、n型不純物拡散層3に対応した領域と第1n型不純物拡散層測定領域62に対応した領域とを含み、第2n型不純物拡散層測定領域63に対応する領域を除いた領域に印刷される。n型ドーパント含有ペースト21は、拡散元素を含むガラス粉末と、印刷に適した粘度を得るための有機溶剤とから成り、有機溶剤は印刷後の乾燥工程で蒸発して拡散元素を含むガラス粉末が基板表面上に固まった状態になる。
That is, the n-type dopant-containing
(第1拡散工程)
つぎに、工程42では、図4のフローチャートで説明した工程4と同じ処理が行われる。この第1拡散工程により、p型単結晶シリコン基板2の表面におけるn型ドーパント含有ペースト21の印刷領域の下部領域へ該n型ドーパント含有ペースト21からn型不純物であるリンが相対的に高濃度である第1の拡散濃度に熱拡散されて、図19に示すパターンで、第1n型不純物拡散層4、第1n型不純物拡散層測定領域62が形成される。(First diffusion process)
Next, in
すなわち、p型単結晶シリコン基板2を、太陽電池セル1の製造時と同様に、板面を石英チューブの中心軸に平行にして、中心軸に直交する方向に等間隔に整列させて子ボート内に等間隔で縦置きする。p型単結晶シリコン基板2の間隔は2mmから5mm程度である。この間隔が小さくなるとp型単結晶シリコン基板2間のソースガスおよびキャリアガスの流れが不均一になり、不純物拡散濃度の均一性が低下する。また、この間隔が大きくなると、一度に処理できるp型単結晶シリコン基板2の枚数が低下して生産性が低下する。
That is, the p-type single
そして、熱拡散炉31内で液体拡散源の飽和蒸気を有するソースガスを流さずに基板温度を上げることにより、n型不純物拡散層3に対応した領域と第1n型不純物拡散層測定領域62に対応した領域とに塗布されたn型ドーパント含有ペースト21からn型不純物がp型単結晶シリコン基板2内に拡散する第1拡散工程を行う。
Then, by raising the substrate temperature without flowing the source gas having the saturated vapor of the liquid diffusion source in the
(第2拡散工程)
つぎに、工程43では、図4のフローチャートで説明した工程5と同じ処理が行われる。この第2拡散工程により、p型単結晶シリコン基板2の表面における、n型ドーパント含有ペースト21の印刷領域を除く領域に、相対的に第1n型不純物拡散層4よりも低濃度である第2の拡散濃度にn型不純物であるリンが熱拡散されて、図19に示すパターンで、第2n型不純物拡散層5および第2n型不純物拡散層測定領域63が形成される。(Second diffusion process)
Next, in
すなわち、第1拡散工程の実施後、熱拡散炉31から基板を取り出さずに熱拡散炉31内で、第1拡散工程に連続して、ソースガスおよびキャリアガスを流して基板全面に不純物拡散層を形成する第2拡散工程を行う。第2拡散工程では、ソースガスによりp型単結晶シリコン基板2間に拡散源が供給される。このため、p型単結晶シリコン基板2におけるn型ドーパント含有ペースト21が塗布された面において、n型ドーパント含有ペースト21が塗布されていない、幅方向において隣り合うグリッド電極の下部領域の不純物拡散層間の領域に対応する、細長形状の領域であるグリッド間領域に不純物拡散層を形成することができる。これにより、モニタウエハ61が形成される。
That is, after the first diffusion step, the impurity diffusion layer is formed on the entire surface of the substrate by flowing the source gas and the carrier gas in the
ただし、ソースガスに含まれる不純物拡散源は、グリッド間領域の基板表面にドーパントガラス、すなわちリンガラスとして付着するのみではなく、隣接するn型ドーパント含有ペースト21との反応によっても消費される。すなわち、隣接するn型ドーパント含有ペースト21の塗布領域の構成によって、グリッド間領域の不純物拡散濃度が変化する。したがって、グリッド間領域の不純物拡散濃度を適切に評価するためには、太陽電池セルの構造に類似した構造で第2拡散工程を実施した基板を用いる必要がある。このため、モニタウエハでは、セレクティブなエミッタ構造またはセレクティブなBSF層の不純物拡散領域を模擬した不純物拡散層を形成している。
However, the impurity diffusion source contained in the source gas is consumed not only by the dopant glass, that is, phosphorus glass, but also by the reaction with the adjacent n-type dopant-containing
(シート抵抗測定工程)
つぎに、工程44では、熱拡散炉31から取り出したp型単結晶シリコン基板2における、第1不純物濃度測定領域である第1n型不純物拡散層測定領域62と、第2不純物濃度測定領域である第2n型不純物拡散層測定領域63とのシート抵抗を4探針測定機器により測定し、この測定結果に基づいて、太陽電池セル1における第1の不純物濃度と第2の不純物濃度とを評価する。(Sheet resistance measurement process)
Next, in
上述したように、第1n型不純物拡散層測定領域62は、第1n型不純物拡散層4と同等の深さおよびn型不純物濃度を有し、第2n型不純物拡散層測定領域63は、第2n型不純物拡散層5と同等の深さおよびn型不純物濃度を有する。したがって、第1n型不純物拡散層測定領域62および第2n型不純物拡散層測定領域63のシート抵抗の測定結果により、太陽電池セル1の第1n型不純物拡散層4および第2n型不純物拡散層5のシート抵抗を確認できる。そして、第1n型不純物拡散層4および第2n型不純物拡散層5のシート抵抗により、太陽電池セル1の第1n型不純物拡散層4の第1の不純物濃度および第2n型不純物拡散層5の第2の不純物濃度を精度良く評価することができる。
As described above, the first n-type impurity diffusion
なお、太陽電池セルの評価方法は、セレクティブなエミッタ構造に限らず、またはセレクティブなBSF層構造およびセレクティブなFSF層構造といった選択不純物拡散層構造についても上記と同様にして不純物濃度を評価することが可能である。 Note that the solar cell evaluation method is not limited to the selective emitter structure, or the impurity concentration of the selective impurity diffusion layer structure such as the selective BSF layer structure and the selective FSF layer structure can be evaluated in the same manner as described above. Is possible.
以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。 The configuration described in the above embodiment shows an example of the contents of the present invention, and can be combined with another known technique, and can be combined with other configurations without departing from the gist of the present invention. It is also possible to omit or change the part.
1 太陽電池セル、2 半導体基板、3 n型不純物拡散層、4 第1n型不純物拡散層、5 第2n型不純物拡散層、6 n型不純物拡散層上パッシベーション膜、7 n型不純物拡散層上電極、7a Ag含有ペースト、8 n型不純物拡散層上グリッド電極、9 n型不純物拡散層上バス電極、10 p型不純物拡散層上電極、10a Al含有ペースト、11 半導体基板、21 n型ドーパント含有ペースト、22 ガラス質層、23 グリッドパターン、24 バスパターン、31 熱拡散炉、41 p型シリコン基板、42 n型不純物拡散層、43 電流探針、44 電圧探針、45 印加電流源、46 電圧計、51 塗布領域、52 非塗布領域、61 モニタウエハ、62 第1n型不純物拡散層測定領域、63 第2n型不純物拡散層測定領域、64 探針が接触する領域、101 太陽電池セル、102 半導体基板、103 p型不純物拡散層、104 p型不純物拡散層上パッシベーション膜、107 p型不純物拡散層上電極、108 p型不純物拡散層上グリッド電極、109 p型不純物拡散層上バス電極、110 n型不純物拡散層、111 第1n型不純物拡散層、112 第2n型不純物拡散層、113 n型不純物拡散層上パッシベーション膜、114 n型不純物拡散層上電極、115 n型不純物拡散層上グリッド電極、116 n型不純物拡散層上バス電極、117 半導体基板、121 ボロン含有酸化膜、122 保護用酸化膜、123 n型ドーパント含有ペースト。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Solar cell, 2 Semiconductor substrate, 3 n-type impurity diffusion layer, 4 1st n-type impurity diffusion layer, 5 2nd n-type impurity diffusion layer, 6 Passivation film on n-type impurity diffusion layer, 7 N-type impurity diffusion layer upper electrode 7a Ag-containing paste, 8 n-type impurity diffusion layer upper grid electrode, 9 n-type impurity diffusion layer upper bus electrode, 10 p-type impurity diffusion layer upper electrode, 10a Al-containing paste, 11 semiconductor substrate, 21 n-type dopant-containing paste , 22 Vitreous layer, 23 Grid pattern, 24 Bath pattern, 31 Thermal diffusion furnace, 41 p-type silicon substrate, 42 n-type impurity diffusion layer, 43 Current probe, 44 Voltage probe, 45 Applied current source, 46 Voltmeter 51 Application region 52 Non-application region 61 Monitor wafer 62 First n-type impurity diffusion layer measurement region 63 Second n-type impurity diffusion layer measurement Constant region, 64 contact region, 101 solar cell, 102 semiconductor substrate, 103 p-type impurity diffusion layer, 104 p-type impurity diffusion layer passivation film, 107 p-type impurity diffusion layer electrode, 108 p-type impurity Grid electrode on diffusion layer, bus electrode on 109 p-type impurity diffusion layer, 110 n-type impurity diffusion layer, 111 first n-type impurity diffusion layer, 112 second n-type impurity diffusion layer, 113 passivation film on n-type impurity diffusion layer, 114 n-type impurity diffusion layer upper electrode, 115 n-type impurity diffusion layer upper electrode, 116 n-type impurity diffusion layer upper bus electrode, 117 semiconductor substrate, 121 boron-containing oxide film, 122 protective oxide film, 123 n-type dopant-containing paste .
Claims (8)
前記半導体基板の第1の表面に設けられ、評価対象となる太陽電池セルのグリッド電極の形状に対応した領域に、第1の不純物濃度で第2導電型の不純物を有する複数の細長形状のグリッド不純物領域と、
前記半導体基板の前記第1の表面に設けられ、幅方向において隣り合う前記グリッド不純物領域の間の領域に、前記第1の不純物濃度よりも低い第2の不純物濃度で第2導電型の不純物を有するグリッド間不純物領域と、
前記半導体基板の前記第1の表面に設けられ、前記グリッド不純物領域の間隔以上の大きさを有し、前記第1の不純物濃度で第2導電型の不純物を有する第1不純物濃度評価領域と、
を備えることを特徴とする太陽電池セルの評価用基板。 A first conductivity type semiconductor substrate;
A plurality of elongated grids that are provided on the first surface of the semiconductor substrate and have impurities of the second conductivity type at a first impurity concentration in a region corresponding to the shape of the grid electrode of the solar battery cell to be evaluated An impurity region;
A second conductivity type impurity having a second impurity concentration lower than the first impurity concentration is provided in a region between the grid impurity regions adjacent to each other in the width direction and provided on the first surface of the semiconductor substrate. An inter-grid impurity region having,
A first impurity concentration evaluation region provided on the first surface of the semiconductor substrate, having a size greater than or equal to the interval between the grid impurity regions, and having a second conductivity type impurity at the first impurity concentration;
The board | substrate for evaluation of the photovoltaic cell characterized by providing.
前記半導体基板の第1の表面に設けられ、評価対象となる太陽電池セルのグリッド電極の形状に対応した領域に、第1の不純物濃度で第2導電型の不純物を有する複数の細長形状のグリッド不純物領域と、
前記半導体基板の前記第1の表面に設けられ、幅方向において隣り合う前記グリッド不純物領域の間の領域に、前記第1の不純物濃度よりも低い第2の不純物濃度で第2導電型の不純物を有するグリッド間不純物領域と、
前記半導体基板の前記第1の表面に設けられ、前記グリッド不純物領域の間隔以上の大きさを有し、前記第2の不純物濃度で第2導電型の不純物層を有する第2不純物濃度評価領域と、
を備え、
前記第2不純物濃度評価領域が、前記半導体基板の面内において8mm×8mm角以下の寸法を有すること、
を特徴とする太陽電池セルの評価用基板。 A first conductivity type semiconductor substrate;
A plurality of elongated grids that are provided on the first surface of the semiconductor substrate and have impurities of the second conductivity type at a first impurity concentration in a region corresponding to the shape of the grid electrode of the solar battery cell to be evaluated An impurity region;
A second conductivity type impurity having a second impurity concentration lower than the first impurity concentration is provided in a region between the grid impurity regions adjacent to each other in the width direction and provided on the first surface of the semiconductor substrate. An inter-grid impurity region having,
A second impurity concentration evaluation region provided on the first surface of the semiconductor substrate, having a size equal to or larger than the interval between the grid impurity regions and having a second conductivity type impurity layer at the second impurity concentration; ,
With
The second impurity concentration evaluation region has a size of 8 mm × 8 mm square or less in the plane of the semiconductor substrate;
Evaluation substrate of a solar cell according to claim.
を特徴とする請求項2に記載の太陽電池セルの評価用基板。 The evaluation substrate for a solar battery cell according to claim 2, wherein:
前記第2不純物濃度評価領域と、前記標準帯域と、前記第1不純物濃度評価領域とが順に並べて配置されること、 The second impurity concentration evaluation region, the standard band, and the first impurity concentration evaluation region are sequentially arranged;
を特徴とする請求項3に記載の太陽電池セルの評価用基板。 The substrate for evaluation of a solar battery cell according to claim 3.
を特徴とする請求項1に記載の太陽電池セルの評価用基板。 A second impurity concentration evaluation region provided on the first surface of the semiconductor substrate, the second impurity concentration evaluation region having a size equal to or larger than a distance between the grid impurity regions and having a second conductivity type impurity layer at the second impurity concentration; Preparing,
The evaluation substrate for a solar battery cell according to claim 1.
を特徴とする請求項5に記載の太陽電池セルの評価用基板。 The first impurity concentration evaluation region and the second impurity concentration evaluation region have dimensions of 1 mm × 4 mm square or more and 8 mm × 8 mm square or less in the plane of the semiconductor substrate;
The solar cell evaluation substrate according to claim 5 .
前記第2不純物濃度評価領域が、前記半導体基板の面内において、前記半導体基板の面内の中央の1点と、前記半導体基板の面内を左右均等に分割する中心線に対して対象となる4箇所以上の位置と、に配置されていること、
を特徴とする請求項5または6に記載の太陽電池セルの評価用基板。 The first impurity concentration evaluation region is disposed in four or more positions in a plane of the semiconductor substrate with respect to a center line that equally divides the plane of the semiconductor substrate on the left and right.
In the plane of the semiconductor substrate, the second impurity concentration evaluation region is targeted with respect to a central point in the plane of the semiconductor substrate and a center line that equally divides the plane of the semiconductor substrate in the left-right direction. Being arranged at four or more positions,
The evaluation substrate for a solar battery cell according to claim 5 or 6 .
前記半導体基板の第1の表面上における、前記グリッド不純物領域と前記第1不純物濃度評価領域とを含み、前記第2不純物濃度評価領域を除く領域に第2導電型の不純物を含有する第2導電型ドーパント含有ペーストを塗布する第2導電型ドーパントペースト塗布工程と、
前記太陽電池セルとともに、前記半導体基板を熱拡散炉内に挿入した状態でソースガスを流さずに前記半導体基板の温度を上げる第1拡散工程と、
前記太陽電池セルとともに、前記熱拡散炉内で、前記熱拡散炉から前記半導体基板を取り出さずに前記第1拡散工程に連続して、前記ソースガスを流しながら前記半導体基板を加熱することにより太陽電池セルの評価用基板を形成する第2拡散工程と、
前記熱拡散炉から取り出した前記半導体基板の第1不純物濃度評価領域と第2不純物濃度評価領域とのシート抵抗を測定する測定工程と、
を含むことを特徴とする太陽電池セルの評価方法。 A solar cell evaluation method for evaluating a solar cell using the solar cell evaluation substrate according to any one of claims 5 to 7 ,
Second conductivity containing impurities of a second conductivity type in a region including the grid impurity region and the first impurity concentration evaluation region on the first surface of the semiconductor substrate and excluding the second impurity concentration evaluation region. A second conductivity type dopant paste application step of applying a type dopant containing paste;
A first diffusion step of raising the temperature of the semiconductor substrate without flowing a source gas in a state where the semiconductor substrate is inserted into a thermal diffusion furnace together with the solar battery cell;
Along with the solar cells, in the thermal diffusion furnace, the semiconductor substrate is heated while flowing the source gas in succession to the first diffusion step without taking out the semiconductor substrate from the thermal diffusion furnace. A second diffusion step of forming a battery cell evaluation substrate;
A measurement step of measuring the sheet resistance of the first impurity concentration evaluation region and the second impurity concentration evaluation region of the semiconductor substrate taken out from the thermal diffusion furnace;
The evaluation method of the photovoltaic cell characterized by including.
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