JP6661891B2 - Method of manufacturing solar cell element and solar cell element - Google Patents

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Description

本発明は、太陽電池素子の製造方法及び太陽電池素子に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a solar cell element and a solar cell element.

まず従来の太陽電池素子の製造工程について説明する。
太陽電池用基板として広く用いられているp型シリコン結晶等の結晶インゴットから数百μmほどの厚さに切り出した半導体基板に対して、受光面となる表面に凹凸(テクスチャー構造)を形成する。テクスチャー構造を形成することで、得られる太陽電池素子が効率よく光を吸収できる。続いてオキシ塩化リン(POCl)、窒素及び酸素の混合ガス雰囲気において700℃〜900℃で数十分の熱処理を行って、p型半導体基板の表面に一様にn型拡散層を形成する。これによってp型半導体基板にp−nジャンクションを形成する。混合ガスを用いてリンの拡散を行った後に、p型半導体基板の裏面にある余分なn型拡散層をエッチングする。受光面である表面のリン拡散層には、表面再結合を防ぎ集光率を高めるためSiO、Al、窒化ケイ素(SiN)等の膜を形成する。最後に、表面にAgを主成分とした電極組成物を、裏面にはAlを主成分とした電極組成物をそれぞれ塗布してこれを熱処理(焼成)してオーミックコンタクトを得る。このとき、p型半導体基板の裏側の表面にはAlによって高濃度のp型拡散層が形成される。この層は太陽電池特性を高める効果がある。
First, a manufacturing process of a conventional solar cell element will be described.
Irregularities (texture structure) are formed on the surface serving as a light receiving surface of a semiconductor substrate cut out from a crystal ingot of a p-type silicon crystal or the like, which is widely used as a solar cell substrate, to a thickness of about several hundred μm. By forming the texture structure, the obtained solar cell element can efficiently absorb light. Subsequently, in a mixed gas atmosphere of phosphorus oxychloride (POCl 3 ), nitrogen and oxygen, a heat treatment of several tens of minutes is performed at 700 ° C. to 900 ° C. to form an n-type diffusion layer uniformly on the surface of the p-type semiconductor substrate. . As a result, a pn junction is formed on the p-type semiconductor substrate. After phosphorus is diffused using the mixed gas, an extra n-type diffusion layer on the back surface of the p-type semiconductor substrate is etched. A film such as SiO 2 , Al 2 O 3 , silicon nitride (SiN x ) or the like is formed on the phosphorus diffusion layer on the surface serving as the light receiving surface to prevent surface recombination and increase the light collection rate. Finally, an electrode composition containing Ag as a main component is applied on the front surface, and an electrode composition containing Al as a main component is applied on the back surface, and heat treatment (firing) is performed to obtain an ohmic contact. At this time, a high-concentration p-type diffusion layer is formed of Al on the back surface of the p-type semiconductor substrate. This layer has the effect of enhancing solar cell characteristics.

n型半導体基板を用いた太陽電池素子は、p型半導体基板を用いた太陽電池素子よりも発電効率が高いことが知られている。これは、n型半導体基板はp型半導体基板に比べてキャリアライフタイムが長く、酸素欠陥が少ないために高い発電効率を得られやすいためである。n型半導体基板を用いて太陽電池素子を作製する場合、p−nジャンクションを形成するためにホウ素等のアクセプタ元素を拡散させる工程を含むことがある。アクセプタ元素としてホウ素を拡散させる場合の方法としては、三臭化ホウ素(BBr)ガス等を用いる方法、ホウ素を含む塗布材料を用いる方法、イオン注入法などが知られている。 It is known that a solar cell element using an n-type semiconductor substrate has higher power generation efficiency than a solar cell element using a p-type semiconductor substrate. This is because an n-type semiconductor substrate has a longer carrier lifetime and a smaller number of oxygen defects than a p-type semiconductor substrate, so that high power generation efficiency can be easily obtained. When a solar cell element is manufactured using an n-type semiconductor substrate, a step of diffusing an acceptor element such as boron to form a pn junction may be included. Known methods for diffusing boron as an acceptor element include a method using boron tribromide (BBr 3 ) gas, a method using a coating material containing boron, and an ion implantation method.

n型半導体基板を用いた太陽電池素子として、両面受光型太陽電池素子が知られている。両面受光型太陽電池素子は一般に、基板の一方の面にアクセプタ元素を用いてp型拡散層を形成し、さらにもう一方の面にはリン等のドナー元素を用いて基板よりも若干濃度が高いn型拡散層を形成する。そして、両面において光を効率よく吸収しかつ電気を効率よく通すようにAgを主成分とした電極組成物を用いて電極を形成する。現在、両面受光型太陽電池素子は、基板の一方の面の全面に可能な限り均一にp型拡散層を形成することが求められている。そこで、アクセプタ元素としてホウ素を用いてp型拡散層を形成する場合には三臭化ホウ素(BBr)ガス又は塗布材料が用いられることが多い。 As a solar cell element using an n-type semiconductor substrate, a double-sided light receiving solar cell element is known. In general, a dual-sided solar cell element has a p-type diffusion layer formed on one side of a substrate using an acceptor element, and has a slightly higher concentration than the substrate using a donor element such as phosphorus on the other side. An n-type diffusion layer is formed. Then, an electrode is formed using an electrode composition containing Ag as a main component so that light is efficiently absorbed on both surfaces and electricity is efficiently transmitted. At present, a double-sided solar cell element is required to form a p-type diffusion layer as uniformly as possible over the entire surface of one surface of a substrate. Therefore, when a p-type diffusion layer is formed using boron as an acceptor element, boron tribromide (BBr 3 ) gas or a coating material is often used.

ところで、上記に示した両面受光型太陽電池素子の発電効率を高めることを目的とした太陽電池素子の構造として、電極直下の領域の拡散層の濃度に比べて、電極直下以外の領域(受光領域)における拡散濃度を低くした選択エミッタ構造が知られている。この構造では、電極直下に拡散濃度が高い領域(以下、この領域を「選択エミッタ」ともいう)が形成されているため、電極と半導体との接触抵抗を低減できる。さらに電極が形成された領域以外では拡散濃度が相対的に低くなっているため、キャリアライフタイムがさらに長くなり、太陽電池素子の発電効率を向上することができる。   By the way, as a structure of the solar cell element for the purpose of increasing the power generation efficiency of the double-sided light receiving solar cell element described above, as compared with the concentration of the diffusion layer in the area immediately below the electrode, the area other than immediately below the electrode (light receiving area) 2), a selective emitter structure in which the diffusion concentration is lowered is known. In this structure, a region having a high diffusion concentration (hereinafter, this region is also referred to as a “selective emitter”) is formed immediately below the electrode, so that the contact resistance between the electrode and the semiconductor can be reduced. Further, since the diffusion concentration is relatively low in the region other than the region where the electrode is formed, the carrier lifetime is further increased, and the power generation efficiency of the solar cell element can be improved.

両面受光型太陽電池素子の選択エミッタ構造は、p型半導体基板を用いた従来の太陽電池素子の構造におけるリン拡散層を選択エミッタ構造としたときに高い発電効率が得られることを応用している。両面受光型太陽電池素子においては裏面側のリン拡散層を選択エミッタ構造にすることで、高い電圧特性が得られると報告されている(例えば、非特許文献1参照)。リン拡散層の選択エミッタ構造を形成する技術として、前記に示したPOClを用いるガス拡散法で半導体基板の全面に低濃度の拡散層を形成した後に、塗布材料を用いて電極直下に高濃度の拡散領域をパターン状に形成する手法、レーザーを用いて電極直下に高濃度の拡散領域をパターン状に形成する手法、POClガスを用いて高濃度の拡散層を形成した後、選択的に余分な高濃度拡散層の表層を熱酸化処理してエッチング除去するエッチバック法等が知られている。 The selective emitter structure of the double-sided light receiving solar cell element is based on the fact that high power generation efficiency can be obtained when the phosphorus diffused layer in the structure of the conventional solar cell element using the p-type semiconductor substrate is used as the selective emitter structure. . It has been reported that high voltage characteristics can be obtained by forming the phosphorus diffusion layer on the back surface of the double-sided light receiving type solar cell element into a selective emitter structure (for example, see Non-Patent Document 1). As a technique for forming a selective emitter structure of a phosphorus diffusion layer, a low-concentration diffusion layer is formed over the entire surface of a semiconductor substrate by the gas diffusion method using POCl 3 described above, and then a high-concentration diffusion layer is formed immediately below an electrode using a coating material. A method of forming a high-concentration diffusion region in a pattern just below an electrode using a laser, a method of forming a high-concentration diffusion layer using a POCl 3 gas, and then selectively. There is known an etch-back method or the like in which an excessive surface layer of a high concentration diffusion layer is thermally oxidized and removed by etching.

両面受光型太陽電池素子では、p型拡散層の形成される側の面を選択エミッタ構造とすることで、発電効率をより高めることができる。選択エミッタ構造のp型拡散層の形成も、前記に示したような塗布材料を用いる方法、レーザーを用いる方法、エッチバック法等で行うことが可能である。   In the double-sided light receiving solar cell element, the power generation efficiency can be further improved by forming the surface on the side where the p-type diffusion layer is formed with the selective emitter structure. The p-type diffusion layer having the selective emitter structure can also be formed by a method using the above-described coating material, a method using a laser, an etch-back method, or the like.

Yvonne Schiele et al. Energy Prcedia 55(2014)295−301Yvonne Schiele et al. Energy Prcedia 55 (2014) 295-301

上記のいずれの方法によっても選択エミッタ構造を形成するためには受光領域における拡散層の形成と、電極直下の拡散層の形成とを別々に行わなければならず、工程が増加することによってプロセスコストも増加するという課題があった。   In order to form the selective emitter structure by any of the above methods, the formation of the diffusion layer in the light receiving region and the formation of the diffusion layer immediately below the electrode must be performed separately. Also increased.

本発明は、上記課題に鑑み、簡便な手法で実施できる太陽電池素子の製造方法及びそれにより製造される太陽電池素子を提供する。   The present invention has been made in view of the above problems, and provides a method for manufacturing a solar cell element that can be implemented by a simple method, and a solar cell element manufactured by the method.

前記課題を解決する手段は、以下の通りである。
<1>半導体基板の少なくとも一方の表面の一部の領域にアクセプタ元素を含有するガラス化合物を含むp型拡散層形成組成物を付与する工程と、
前記半導体基板に対し、酸素濃度が5体積%以下の雰囲気中で熱拡散処理を施して、前記半導体基板の前記p型拡散層形成組成物が付与された領域に第一のp型拡散層を形成し、かつ、前記p型拡散層形成組成物が付与されていない領域の少なくとも一部に第一のp型拡散層よりもアクセプタ元素の濃度が低い第二のp型拡散層を形成する工程と、
を有する太陽電池素子の製造方法。
<2>第一のp型拡散層のアクセプタ元素の濃度が、前記半導体基板の表面からの距離が0.05μmの地点において1×1020atom/cm以上であり、第二のp型拡散層のアクセプタ元素の濃度が、前記半導体基板の表面からの距離が0.05μmの地点において5×1019atom/cm以下である<1>に記載の太陽電池素子の製造方法。
<3>前記アクセプタ元素を含むガラス化合物が、SiO、Al3、O、NaO、LiO、BaO、SrO、CaO、MgO、BeO、ZnO、PbO、CdO、V、SnO、MoO、GeO、Y、CsO、TiO及びZrOから選択される少なくとも1種のガラス成分を含む<1>又は<2>に記載の太陽電池素子の製造方法。
<4>前記アクセプタ元素がB(ホウ素)及びAl(アルミニウム)からなる群より選択される少なくとも一種を含む、<1>〜<3>のいずれか1項に記載の太陽電池素子の製造方法。
<5>前記太陽電池素子は両面受光型である、<1>〜<4>のいずれか1項に記載の太陽電池素子の製造方法。
<6><1>〜<5>のいずれか1項に記載の太陽電池素子の製造方法によって製造される太陽電池素子。
Means for solving the above problems are as follows.
<1> a step of applying a p-type diffusion layer forming composition containing a glass compound containing an acceptor element to at least a partial region of at least one surface of the semiconductor substrate;
The semiconductor substrate is subjected to a thermal diffusion process in an atmosphere having an oxygen concentration of 5% by volume or less, and a first p-type diffusion layer is formed in a region of the semiconductor substrate provided with the p-type diffusion layer forming composition. Forming a second p-type diffusion layer having a lower acceptor element concentration than the first p-type diffusion layer in at least a part of a region to which the p-type diffusion layer forming composition has not been applied; When,
A method for manufacturing a solar cell element having:
<2> The concentration of the acceptor element in the first p-type diffusion layer is 1 × 10 20 atoms / cm 3 or more at a point at a distance of 0.05 μm from the surface of the semiconductor substrate, and the second p-type diffusion layer <1> The method for manufacturing a solar cell element according to <1>, wherein the concentration of the acceptor element in the layer is 5 × 10 19 atoms / cm 3 or less at a point at a distance of 0.05 μm from the surface of the semiconductor substrate.
<3> When the glass compound containing the acceptor element is SiO 2 , Al 2 O 3, K 2 O, Na 2 O, Li 2 O, BaO, SrO, CaO, MgO, BeO, ZnO, PbO, CdO, V 2 The solar cell element according to <1> or <2>, comprising at least one glass component selected from O 5 , SnO, MoO 3 , GeO 2 , Y 2 O 3 , CsO 2 , TiO 2, and ZrO 2 . Production method.
<4> The method for manufacturing a solar cell element according to any one of <1> to <3>, wherein the acceptor element includes at least one selected from the group consisting of B (boron) and Al (aluminum).
<5> The method for manufacturing a solar cell element according to any one of <1> to <4>, wherein the solar cell element is a double-sided light receiving type.
<6> A solar cell element manufactured by the method for manufacturing a solar cell element according to any one of <1> to <5>.

本発明によれば、簡便な手法で実施できる太陽電池素子の製造方法及びそれにより製造される太陽電池素子が提供される。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the manufacturing method of the solar cell element which can be implemented by a simple method and the solar cell element manufactured by it are provided.

本発明の一実施形態にかかる両面受光型太陽電池素子の構造の概略断面図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a schematic sectional drawing of the structure of the double-sided light receiving solar cell element concerning one Embodiment of this invention.

以下、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。但し、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。以下の実施形態において、その構成要素(要素ステップ等も含む)は、特に明示した場合、原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必須ではない。数値及びその範囲についても同様であり、本発明を制限するものではない。   Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described in detail. However, the present invention is not limited to the following embodiments. In the following embodiments, the constituent elements (including element steps and the like) are not essential unless otherwise specified, and unless it is deemed essential in principle. The same applies to numerical values and their ranges, and does not limit the present invention.

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。また、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種存在する場合、特に断らない限り、組成物中に存在する当該複数種の物質の合計量を意味する。また、本明細書において組成物中の各成分の粒子径は、組成物中に各成分に該当する粒子が複数種存在する場合、特に断らない限り、組成物中に存在する当該複数種の粒子の混合物についての値を意味する。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。「積層」との語は、層を積み重ねることを示し、二以上の層が結合されていてもよく、二以上の層が着脱可能であってもよい。本明細書に記載された具体的且つ詳細な内容の一部または全てを利用せずとも本発明を実施可能であることは、当業者には明らかである。また、本発明の側面をあいまいにすることを避けるべく、公知の点については詳細な説明または図示を省略する。   In the present specification, the term “step” is included in the term as well as an independent step, even if it cannot be clearly distinguished from other steps as long as the purpose of the step is achieved. Further, in this specification, a numerical range indicated by using “to” indicates a range including numerical values described before and after “to” as a minimum value and a maximum value, respectively. Further, in the present specification, the content of each component in the composition, when there are a plurality of substances corresponding to each component in the composition, unless otherwise specified, the plurality of substances present in the composition Means the total amount of In the present specification, the particle diameter of each component in the composition, when there are a plurality of types of particles corresponding to each component in the composition, unless otherwise specified, the plurality of types of particles present in the composition Mean the value for a mixture of Further, in this specification, the term “layer” includes, in a plan view, a configuration of a partly formed shape in addition to a configuration of a partly formed shape. The term "stacking" refers to stacking layers, where two or more layers may be joined or two or more layers may be removable. It will be apparent to one skilled in the art that the present invention may be practiced without some or all of the specific and detailed details described herein. In other instances, well-known points are not described or illustrated in detail to avoid obscuring aspects of the invention.

<太陽電池素子の製造方法>
本発明の太陽電池素子の製造方法は、
半導体基板の少なくとも一方の表面の一部の領域にアクセプタ元素を含有するガラス化合物を含むp型拡散層形成組成物を付与する工程(付与工程)と、
前記半導体基板に対し、酸素濃度が5体積%以下の雰囲気中で熱拡散処理を施して、前記半導体基板の前記p型拡散層形成組成物が付与された領域に第一のp型拡散層を形成し、かつ、前記p型拡散層形成組成物が付与されていない領域の少なくとも一部に第一のp型拡散層よりもアクセプタ元素の濃度が低い第二のp型拡散層を形成する工程(熱拡散工程)と、を有する。
<Method of manufacturing solar cell element>
The method for manufacturing a solar cell element of the present invention includes:
A step of applying a p-type diffusion layer forming composition containing a glass compound containing an acceptor element to a partial region of at least one surface of the semiconductor substrate (an applying step);
The semiconductor substrate is subjected to a thermal diffusion process in an atmosphere having an oxygen concentration of 5% by volume or less, and a first p-type diffusion layer is formed in a region of the semiconductor substrate provided with the p-type diffusion layer forming composition. Forming a second p-type diffusion layer having a lower acceptor element concentration than the first p-type diffusion layer in at least a part of a region to which the p-type diffusion layer forming composition has not been applied; (Thermal diffusion step).

本発明の製造方法によれば、電極直下の領域におけるp型拡散層の形成と、太陽電池素子の受光領域におけるp型拡散層の形成とをそれぞれ別に行う必要がなく、一括して行うことができる。このため、選択エミッタ構造を有する太陽電池素子を簡便な方法で製造することができる。   According to the manufacturing method of the present invention, the formation of the p-type diffusion layer in the region immediately below the electrode and the formation of the p-type diffusion layer in the light receiving region of the solar cell element do not need to be performed separately, and can be performed collectively. it can. Therefore, a solar cell element having a selective emitter structure can be manufactured by a simple method.

本発明の製造方法において、p型拡散層形成組成物を付与していない領域の少なくとも一部に第二のp型拡散層が形成されるのは、アウトディフュージョンと呼ばれる現象のためである。アウトディフュージョンとは、p型拡散層形成組成物を付与した領域以外の領域にもアクセプタ元素が拡散する現象をいう。従来のp型拡散層の形成方法では、アクセプタ元素をガラス化合物中に含有させることにより、アクセプタ元素のガラス化合物外部への揮散を抑制してアクセプタ元素のアウトディフュージョンを抑制していた。本発明では、アクセプタ元素をある程度ガラス化合物外部へ揮散させ、アウトディフュージョンを意図的に生じさせることによって、p型拡散層形成組成物を付与していない領域に低濃度のp型拡散層を形成する。その結果、アクセプタ元素の濃度の異なる2種のp型拡散層を一度の熱拡散処理で形成することができる。   In the manufacturing method of the present invention, the reason why the second p-type diffusion layer is formed in at least a part of the region to which the p-type diffusion layer forming composition has not been applied is a phenomenon called out diffusion. Out diffusion refers to a phenomenon in which the acceptor element diffuses into a region other than the region where the p-type diffusion layer forming composition is applied. In the conventional method of forming a p-type diffusion layer, by allowing the acceptor element to be contained in the glass compound, volatilization of the acceptor element to the outside of the glass compound is suppressed, and out diffusion of the acceptor element is suppressed. In the present invention, a low-concentration p-type diffusion layer is formed in a region where the p-type diffusion layer forming composition is not provided by volatilizing the acceptor element to the outside of the glass compound to some extent and intentionally causing out diffusion. . As a result, two types of p-type diffusion layers having different acceptor element concentrations can be formed by a single thermal diffusion process.

第一のp型拡散層のアクセプタ元素の濃度は、例えば、半導体基板の表面からの距離が0.05μmの地点において1×119atom/cm以上であることが好ましく、1×1020atom/cm以上であることがより好ましい。また、第一のp型拡散層のアクセプタ元素の濃度は、例えば、半導体基板の表面からの距離が0.05μmの地点において1×1021atom/cm以下であることが好ましく、5×1020atom/cm以下であることがより好ましい。アクセプタ元素の濃度は、蛍光X線分析法、二次イオン質量分析法、擬定常状態光伝導度測定(QSSPC)法等で測定することができる。 The concentration of the acceptor element of the first p-type diffusion layer is preferably, for example, that the distance from the surface of the semiconductor substrate is 1 × 1 19 atom / cm 3 or more at the point of 0.05μm, 1 × 10 20 atom / Cm 3 or more. In addition, the concentration of the acceptor element in the first p-type diffusion layer is, for example, preferably 1 × 10 21 atoms / cm 3 or less at a point at a distance of 0.05 μm from the surface of the semiconductor substrate, and 5 × 10 5 More preferably, it is 20 atom / cm 3 or less. The concentration of the acceptor element can be measured by X-ray fluorescence analysis, secondary ion mass spectrometry, pseudo-steady state photoconductivity measurement (QSSPC), or the like.

第二のp型拡散層のアクセプタ元素の濃度は、例えば、半導体基板の表面からの距離が50μmの地点において1×1018atom/cm以上であることが好ましく、5×1018atom/cm以上であることがより好ましい。また、第二のp型拡散層のアクセプタ元素の濃度は、例えば、半導体基板の表面からの距離が0.05μmの地点において1×1020atom/cm以下であることが好ましく、5×1019atom/cm以下であることがより好ましい。 The concentration of the acceptor element in the second p-type diffusion layer is, for example, preferably 1 × 10 18 atom / cm 3 or more at a distance of 50 μm from the surface of the semiconductor substrate, and more preferably 5 × 10 18 atom / cm 3. More preferably, it is 3 or more. The concentration of the acceptor element in the second p-type diffusion layer is, for example, preferably 1 × 10 20 atoms / cm 3 or less at a distance of 0.05 μm from the surface of the semiconductor substrate, and more preferably 5 × 10 20 atoms / cm 3. More preferably, it is 19 atom / cm 3 or less.

第一のp型拡散層及び第二のp型拡散層を形成する場所は、所望の太陽電池素子の特性が得られる限りは特に制限されない。本発明のある実施態様では、半導体基板の少なくとも一方の表面の50%以下の面積の領域にp型拡散層形成組成物を付与して第一のp型拡散層を形成する。ここで、半導体基板のp型拡散層が形成される面のうち、p型拡散層形成組成物を付与した領域以外の領域の全体に第二のp型拡散層が形成されても、一部にのみ第二のp型拡散層が形成されてもよい。   The places where the first p-type diffusion layer and the second p-type diffusion layer are formed are not particularly limited as long as desired characteristics of the solar cell element can be obtained. In one embodiment of the present invention, the first p-type diffusion layer is formed by applying the p-type diffusion layer forming composition to a region having an area of 50% or less of at least one surface of the semiconductor substrate. Here, even if the second p-type diffusion layer is formed on the entire surface of the surface of the semiconductor substrate on which the p-type diffusion layer is formed, except for the region where the p-type diffusion layer forming composition is applied, Only the second p-type diffusion layer may be formed.

(p型拡散層形成組成物)
p型拡散層形成組成物は、アクセプタ元素を含むガラス化合物を含有する。p型拡散層形成組成物は、半導体基板上に付与して熱拡散処理を施すことにより、アクセプタ元素が半導体基板中に拡散してp型拡散層を形成する組成物をいう。p型拡散層形成組成物は、必要に応じて分散媒等の成分を含んでもよい。
(P-type diffusion layer forming composition)
The composition for forming a p-type diffusion layer contains a glass compound containing an acceptor element. The composition for forming a p-type diffusion layer is a composition which is applied to a semiconductor substrate and subjected to a thermal diffusion treatment, whereby an acceptor element is diffused into the semiconductor substrate to form a p-type diffusion layer. The p-type diffusion layer forming composition may contain components such as a dispersion medium as necessary.

上述のように、本発明の製造方法ではアクセプタ元素のアウトディフュージョンによってp型拡散層形成組成物を付与していない領域にも低濃度のp型拡散層を形成する。このため、アウトディフュージョンを適切にコントロールする必要がある。そこで、本願発明ではアクセプタ元素を含むガラス化合物を用いる。アクセプタ元素がガラス化合物に含まれていることで、アクセプタ元素のガラス化合物外部への揮散の程度を適切にコントロールでき、アウトディフュージョンを適切にコントロールできる。   As described above, in the manufacturing method of the present invention, a low-concentration p-type diffusion layer is formed even in a region to which the p-type diffusion layer forming composition is not applied by out-diffusion of an acceptor element. Therefore, it is necessary to appropriately control out diffusion. Therefore, in the present invention, a glass compound containing an acceptor element is used. Since the acceptor element is contained in the glass compound, the degree of volatilization of the acceptor element to the outside of the glass compound can be appropriately controlled, and out diffusion can be appropriately controlled.

アクセプタ元素とは、半導体基板中に拡散することによってp型拡散層を形成する元素をいう。アクセプタ元素としては、第13族の元素を用いることができる。安全性等の観点から、B(ホウ素)及びAl(アルミニウム)からなる群より選択される少なくとも一種を用いることが好ましい。   An acceptor element is an element that forms a p-type diffusion layer by diffusing into a semiconductor substrate. Group 13 elements can be used as the acceptor elements. From the viewpoint of safety and the like, it is preferable to use at least one selected from the group consisting of B (boron) and Al (aluminum).

アクセプタ元素を含むガラス化合物は、熱拡散により半導体基板内にアクセプタ元素が拡散しうるものであれば特に制限されない。例えば、アクセプタ元素の酸化物とガラス成分とを含んで形成されるガラス化合物が挙げられる。アクセプタ元素の酸化物としては、B及びAlからなる群より選ばれる1種以上であることが好ましい。 The glass compound containing the acceptor element is not particularly limited as long as the acceptor element can diffuse into the semiconductor substrate by thermal diffusion. For example, a glass compound formed including an oxide of an acceptor element and a glass component can be given. The oxide of the acceptor element is preferably at least one selected from the group consisting of B 2 O 3 and Al 2 O 3 .

アクセプタ元素を含むガラス粒子におけるアクセプタ元素の酸化物の含有率は、所望の効果が得られる状況によって変動する。例えば、アクセプタ元素の拡散性の観点からであれば、0.5質量%〜100質量%であることが好ましく、2質量%〜80質量%であることがより好ましい。   The content of the oxide of the acceptor element in the glass particles containing the acceptor element varies depending on the situation where the desired effect can be obtained. For example, from the viewpoint of diffusibility of the acceptor element, the content is preferably 0.5% by mass to 100% by mass, and more preferably 2% by mass to 80% by mass.

アクセプタ元素を含むガラス化合物がアクセプタ元素の酸化物とガラス成分とを含んで形成されるガラス化合物である場合、アクセプタ元素の酸化物の他に含まれるガラス成分としては、一般的に用いられるガラス成分を用いることができる。例えば、ガラス軟化点を所望する範囲とし、半導体基板の熱膨張係数との差を小さくする観点からは、SiO、KO、NaO、LiO、BaO、SrO、CaO、MgO、BeO、ZnO、PbO、CdO、V、SnO、ZrO、WO、MoO、Y、CsO、TiO、TeO、La、Nb、Ta、GeO、Lu及びMnOからなる群より選択される少なくとも1種を用いることが挙げられる。 When the glass compound containing the acceptor element is a glass compound formed containing an oxide of the acceptor element and a glass component, the glass component contained in addition to the oxide of the acceptor element may be a commonly used glass component Can be used. For example, SiO 2 , K 2 O, Na 2 O, Li 2 O, BaO, SrO, CaO, MgO, from the viewpoint of setting the glass softening point to a desired range and reducing the difference from the thermal expansion coefficient of the semiconductor substrate. BeO, ZnO, PbO, CdO, V 2 O 5, SnO, ZrO 2, WO 3, MoO 3, Y 2 O 3, CsO 2, TiO 2, TeO 2, La 2 O 3, Nb 2 O 5, Ta 2 Use of at least one selected from the group consisting of O 5 , GeO 2 , Lu 2 O 3, and MnO may be used.

ガラス化合物としての所望の効果を適当に得るためには、SiO、KO、NaO、LiO、BaO、SrO、CaO、MgO、BeO、ZnO、PbO、CdO、V、SnO、ZrO、MoO、GeO、Y、CsO及びTiOからなる群より選択される少なくとも1種を用いることが好ましく、SiO、KO、NaO、LiO、BaO、SrO、CaO、MgO、BeO、ZnO、PbO、CdO、V、SnO、ZrO及びMoOからなる群より選択される少なくとも1種を用いることがより好ましい。 In order to properly obtain the desired effect as a glass compound, SiO 2 , K 2 O, Na 2 O, Li 2 O, BaO, SrO, CaO, MgO, BeO, ZnO, PbO, CdO, V 2 O 5 , SnO, ZrO 2 , MoO 3 , GeO 2 , Y 2 O 3 , CsO 2 and at least one selected from the group consisting of TiO 2 , and SiO 2 , K 2 O, Na 2 O, Li It is more preferable to use at least one selected from the group consisting of 2 O, BaO, SrO, CaO, MgO, BeO, ZnO, PbO, CdO, V 2 O 5 , SnO, ZrO 2 and MoO 3 .

アクセプタ元素の酸化物とガラス成分の双方を含むガラス化合物の具体例としては、B−SiO系(アクセプタ元素の酸化物−ガラス成分の順で記載、以下同様)、B−ZnO系、B−PbO系、Bをアクセプタ元素の酸化物及びガラス成分の双方として用いる系等の、アクセプタ元素の酸化物としてBを含むもの、及び、Al−SiO系等の、アクセプタ元素の酸化物としてAlを含む系などが挙げられる。
上記では1成分又は2成分を含むガラス化合物を例示したが、B−SiO−CaO等の、3成分以上を含むガラス粒子でもよい。
Specific examples of the glass compound containing both the oxide of the acceptor element and the glass component include B 2 O 3 —SiO 2 (described in the order of oxide of the acceptor element—glass component, and the same applies hereinafter), B 2 O 3 -ZnO system, B 2 O 3 -PbO system, a B 2 O 3 system or the like used as both the oxide and the glass component of the acceptor element, those containing B 2 O 3 as an oxide of the acceptor element, and, Al Examples include a system containing Al 2 O 3 as an oxide of an acceptor element, such as a 2 O 3 —SiO 2 system.
Although a glass compound containing one or two components has been illustrated above, glass particles containing three or more components such as B 2 O 3 —SiO 2 —CaO may be used.

ガラス化合物はまた、Al−B系等のように、2種類以上のアクセプタ元素の酸化物を含むガラス化合物であってもよい。アクセプタ元素を2種類以上含むガラス化合物としては、形成された不純物拡散層の抵抗の観点、及びアウトディフュージョンのコントロールの観点からは、アクセプタ元素の酸化物として少なくともB及びAlと、SiO、KO、NaO、LiO、BaO、SrO、CaO、MgO、BeO、ZnO、PbO、CdO、V、SnO、ZrO、WO、MoO、GeO、Y、CsO、TiO、TeO、La、Nb、Ta、GeO、Lu及びMnOからなる群より選択される少なくとも1種のガラス成分と、を含有するガラス化合物が好ましい。 The glass compound may be a glass compound containing an oxide of two or more acceptor elements, such as an Al 2 O 3 —B 2 O 3 system. As a glass compound containing two or more kinds of acceptor elements, at least B 2 O 3 and Al 2 O 3 are used as oxides of the acceptor element from the viewpoint of the resistance of the formed impurity diffusion layer and the control of out diffusion. , SiO 2, K 2 O, Na 2 O, Li 2 O, BaO, SrO, CaO, MgO, BeO, ZnO, PbO, CdO, V 2 O 5, SnO, ZrO 2, WO 3, MoO 3, GeO 2 , Y 2 O 3, CsO 2 , TiO 2, TeO 2, La 2 O 3, Nb 2 O 5, Ta 2 O 5, GeO 2, Lu 2 O 3 and at least one selected from the group consisting of MnO A glass compound containing a glass component is preferred.

アクセプタ元素を含むガラス化合物としては、アクセプタ元素の酸化物としてB及びAlからなる群より選択される少なくとも一方と、ガラス成分としてSiO、KO、NaO、LiO、BaO、SrO、CaO、MgO、BeO、ZnO、PbO、CdO、V、SnO、ZrO、WO、MoO、GeO、Y、CsO、TiO、TeO、La、Nb、Ta、GeO、Lu及びMnOからなる群より選択される少なくとも1種を含むガラス化合物が好ましく、
アクセプタ元素の酸化物としてB及びAlからなる群より選択される少なくとも一方と、ガラス成分としてSiO、KO、NaO、LiO、BaO、SrO、CaO、MgO、BeO、ZnO、PbO、CdO、V、SnO、ZrO、MoO、GeO、Y、CsO及びTiOからなる群より選択される少なくとも1種と、を含有するガラス化合物がより好ましく、
アクセプタ元素の酸化物としてB及びAlからなる群より選択される少なくとも一方と、ガラス成分としてSiO、KO、NaO、LiO、BaO、SrO、CaO、MgO、BeO、ZnO、PbO、CdO、V、SnO、ZrO及びMoOからなる群より選択される少なくとも1種と、を含有するガラス化合物が更に好ましく、
アクセプタ元素の酸化物としてB及びAlからなる群より選択される少なくとも一方と、ガラス成分としてSiO、KO、NaO、LiO、BaO、SrO、CaO、MgO、BeO、ZnO及びZrOからなる群より選択される少なくとも1種と、を含有するガラス化合物が特に好ましく、
アクセプタ元素の酸化物としてB及びAlからなる群より選択される少なくとも一方と、ガラス成分としてSiO、ZnO、CaO、NaO、LiO及びBaOからなる群より選択される少なくとも1種と、を含むガラス化合物が最も好ましい。
The glass compound containing the acceptor element includes at least one selected from the group consisting of B 2 O 3 and Al 2 O 3 as an oxide of the acceptor element, and SiO 2 , K 2 O, Na 2 O, and Li as glass components. 2 O, BaO, SrO, CaO, MgO, BeO, ZnO, PbO, CdO, V 2 O 5 , SnO, ZrO 2 , WO 3 , MoO 3 , GeO 2 , Y 2 O 3 , CsO 2 , TiO 2 , TeO 2 , a glass compound containing at least one selected from the group consisting of La 2 O 3 , Nb 2 O 5 , Ta 2 O 5 , GeO 2 , Lu 2 O 3 and MnO is preferable,
At least one selected from the group consisting of B 2 O 3 and Al 2 O 3 as the oxide of the acceptor element, and SiO 2 , K 2 O, Na 2 O, Li 2 O, BaO, SrO, CaO, At least one selected from the group consisting of MgO, BeO, ZnO, PbO, CdO, V 2 O 5 , SnO, ZrO 2 , MoO 3 , GeO 2 , Y 2 O 3 , CsO 2 and TiO 2. Glass compound is more preferable,
At least one selected from the group consisting of B 2 O 3 and Al 2 O 3 as the oxide of the acceptor element, and SiO 2 , K 2 O, Na 2 O, Li 2 O, BaO, SrO, CaO, Glass compounds containing at least one selected from the group consisting of MgO, BeO, ZnO, PbO, CdO, V 2 O 5 , SnO, ZrO 2 and MoO 3 are more preferable,
At least one selected from the group consisting of B 2 O 3 and Al 2 O 3 as the oxide of the acceptor element, and SiO 2 , K 2 O, Na 2 O, Li 2 O, BaO, SrO, CaO, Glass compounds containing at least one selected from the group consisting of MgO, BeO, ZnO and ZrO 2 are particularly preferred,
At least one selected from the group consisting of B 2 O 3 and Al 2 O 3 as the oxide of the acceptor element, and selected from the group consisting of SiO 2 , ZnO, CaO, Na 2 O, Li 2 O and BaO as the glass component Most preferred is a glass compound containing at least one of the above.

適切な組成のガラス化合物を用いることによって、所望する効果が得られる。例えば、形成されたp型拡散層の抵抗値を低くすること、及びアウトディフュージョンをコントロールすることが容易となる。   By using a glass compound having an appropriate composition, a desired effect can be obtained. For example, it becomes easy to lower the resistance value of the formed p-type diffusion layer and to control out diffusion.

アクセプタ元素を含むガラス化合物の状態は特に制限されない。p型拡散層形成組成物の付与性、アクセプタ元素の拡散性等の観点からは、粒子であることが好ましい。ガラス化合物が粒子であるときの粒子径は、例えば、粒度分布において小径側から積算した体積が50%の場合における粒子径(D50%)が0.01μm〜100μmであることが好ましく、0.02μm〜50μmであることがより好ましく、0.05μm〜30μmであることが更に好ましい。   The state of the glass compound containing the acceptor element is not particularly limited. Particles are preferable from the viewpoints of the imparting property of the composition for forming a p-type diffusion layer and the diffusibility of an acceptor element. When the glass compound is a particle, the particle diameter (D50%) when the volume integrated from the smaller diameter side is 50% in the particle size distribution is preferably 0.01 μm to 100 μm, for example, and 0.02 μm. The thickness is more preferably from 50 to 50 μm, and even more preferably from 0.05 to 30 μm.

p型拡散層形成組成物は、本発明の効果が損なわれない範囲内において、アクセプタ元素を含むガラス化合物以外のアクセプタ元素を含む化合物を含有してもよい。このような化合物としては、酸化物、エステル化合物、窒化物、オキソ酸等が挙げられる。   The composition for forming a p-type diffusion layer may contain a compound containing an acceptor element other than a glass compound containing an acceptor element as long as the effects of the present invention are not impaired. Such compounds include oxides, ester compounds, nitrides, oxo acids and the like.

アクセプタ元素を含む酸化物としては、酸化ホウ素(B)、酸化アルミニウム(Al)等が挙げられる。
アクセプタ元素を含むエステル化合物としては、ホウ酸トリメチル等のホウ酸エステルなどが挙げられる。
アクセプタ元素を含む窒化物としては、窒化ホウ素等が挙げられる。
アクセプタ元素を含むオキソ酸としては、ホウ酸等が挙げられる。
Examples of the oxide containing the acceptor element include boron oxide (B 2 O 3 ) and aluminum oxide (Al 2 O 3 ).
Examples of the ester compound containing an acceptor element include borate esters such as trimethyl borate.
Examples of the nitride containing the acceptor element include boron nitride.
Examples of the oxo acid containing the acceptor element include boric acid.

上記以外のアクセプタ元素を含む化合物としては、ホウ素、アルミニウム等をドープしたシリコン粒子、ホウ酸カルシウム、ホウ素含有酸化ケイ素化合物、アルミニウムアルコキシド、アルキルアルミニウム等の有機アルミニウム化合物、熱拡散する際の温度(例えば、800℃以上)においてB、Al等のアクセプタ元素を含む酸化物に変化し得る化合物などが挙げられる。 Compounds containing acceptor elements other than those described above include boron, aluminum-doped silicon particles, calcium borate, boron-containing silicon oxide compounds, aluminum alkoxides, organoaluminum compounds such as alkylaluminum, and the temperature during thermal diffusion (for example, , 800 ° C. or higher), a compound which can be changed to an oxide containing an acceptor element such as B 2 O 3 or Al 2 O 3 .

p型拡散層形成組成物中のアクセプタ元素を含む化合物(アクセプタ元素を含むガラス化合物及び必要に応じて含まれるその他のアクセプタ元素を含む化合物を意味し、以下も同様である)の含有率は、付与性、アクセプタ元素の拡散性等を考慮して決定される。一般には、p型拡散層形成組成物中のアクセプタ元素を含む化合物の含有率は、p型拡散層形成組成物中に、0.1質量%〜95質量%であることが好ましく、1質量%〜90質量%であることがより好ましく、1質量%〜80質量%であることが更に好ましく、2質量%〜50質量%であることが特に好ましく、5質量%〜20質量%であることが極めて好ましい。   The content of a compound containing an acceptor element in the p-type diffusion layer forming composition (meaning a glass compound containing an acceptor element and a compound containing another acceptor element included as necessary, and the same applies to the following), It is determined in consideration of imparting property, diffusibility of the acceptor element, and the like. Generally, the content of the compound containing the acceptor element in the p-type diffusion layer forming composition is preferably from 0.1% by mass to 95% by mass in the p-type diffusion layer forming composition, and is preferably 1% by mass. The content is more preferably from 90 to 90% by mass, still more preferably from 1 to 80% by mass, particularly preferably from 2 to 50% by mass, and particularly preferably from 5 to 20% by mass. Very preferred.

p型拡散層形成組成物中のアクセプタ元素を含む化合物の含有率が0.1質量%以上であると、p型拡散層を十分に形成することができる。アクセプタ元素を含む化合物の含有率が95質量%以下であると、p型拡散層形成組成物中のアクセプタ元素を含む化合物の分散性が良好になり、半導体基板への付与性が向上する。   When the content of the compound containing the acceptor element in the composition for forming a p-type diffusion layer is 0.1% by mass or more, the p-type diffusion layer can be sufficiently formed. When the content of the compound containing the acceptor element is 95% by mass or less, the dispersibility of the compound containing the acceptor element in the composition for forming a p-type diffusion layer is improved, and the application property to the semiconductor substrate is improved.

(分散媒)
p型拡散層形成組成物は、分散媒を含んでいてもよい。分散媒とは、p型拡散層形成組成物中のアクセプタ元素を含む化合物を分散するための媒体であり、p型拡散層形成組成物の粘度を調節する等の役割を果たす。分散媒の種類は特に制限されず、通常用いられる溶剤等を使用できる。
(Dispersion medium)
The composition for forming a p-type diffusion layer may include a dispersion medium. The dispersion medium is a medium for dispersing the compound containing the acceptor element in the composition for forming a p-type diffusion layer, and plays a role of adjusting the viscosity of the composition for forming a p-type diffusion layer. The type of the dispersion medium is not particularly limited, and a commonly used solvent or the like can be used.

分散媒としては、例えば、アセトン、メチルエチルケトン、メチル−n−プロピルケトン、メチルイソプロピルケトン、メチル−n−ブチルケトン、メチルイソブチルケトン、メチル−n−ペンチルケトン、メチル−n−ヘキシルケトン、ジエチルケトン、ジプロピルケトン、ジイソブチルケトン、トリメチルノナノン、シクロヘキサノン、シクロペンタノン、メチルシクロヘキサノン、2,4−ペンタンジオン、アセトニルアセトン等のケトン溶剤;ジエチルエーテル、メチルエチルエーテル、メチル−n−プロピルエーテル、ジイソプロピルエーテル、テトラヒドロフラン、メチルテトラヒドロフラン、ジオキサン、ジメチルジオキサン、エチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールジエチルエーテル、エチレングリコールジ−n−プロピルエーテル、エチレングリコールジブチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールメチルエチルエーテル、ジエチレングリコールメチル−n−プロピルエーテル、ジエチレングリコールメチル−n−ブチルエーテル、ジエチレングリコールジ−n−プロピルエーテル、ジエチレングリコールジ−n−ブチルエーテル、ジエチレングリコールメチル−n−ヘキシルエーテル、トリエチレングリコールジメチルエーテル、トリエチレングリコールジエチルエーテル、トリエチレングリコールメチルエチルエーテル、トリエチレングリコールメチル−n−ブチルエーテル、トリエチレングリコールジ−n−ブチルエーテル、トリエチレングリコールメチル−n−ヘキシルエーテル、テトラエチレングリコールジメチルエーテル、テトラエチレングリコールジエチルエーテル、テトラエチレングリコールメチルエチルエーテル、テトラエチレングリコールメチル−n−ブチルエーテル、ジエチレングリコールジ−n−ブチルエーテル、テトラエチレングリコールメチル−n−ヘキシルエーテル、テトラエチレングリコールジ−n−ブチルエーテル、プロピレングリコールジメチルエーテル、プロピレングリコールジエチルエーテル、プロピレングリコールジ−n−プロピルエーテル、プロピレングリコールジブチルエーテル、ジプロピレングリコールジメチルエーテル、ジプロピレングリコールジエチルエーテル、ジプロピレングリコールメチルエチルエーテル、ジプロピレングリコールメチル−n−ブチルエーテル、ジプロピレングリコールジ−n−プロピルエーテル、ジプロピレングリコールジ−n−ブチルエーテル、ジプロピレングリコールメチル−n−ヘキシルエーテル、トリプロピレングリコールジメチルエーテル、トリプロピレングリコールジエチルエーテル、トリプロピレングリコールメチルエチルエーテル、トリプロピレングリコールメチル−n−ブチルエーテル、トリプロピレングリコールジ−n−ブチルエーテル、トリプロピレングリコールメチル−n−ヘキシルエーテル、テトラプロピレングリコールジメチルエーテル、テトラプロピレングリコールジエチルエーテル、テトラプロピレングリコールメチルエチルエーテル、テトラプロピレングリコールメチル−n−ブチルエーテル、テトラプロピレングリコールジ−n−ブチルエーテル、テトラプロピレングリコールメチル−n−ヘキシルエーテル、テトラプロピレングリコールジ−n−ブチルエーテル等のエーテル溶剤;酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸n−プロピル、酢酸イソプロピル、酢酸n−ブチル、酢酸イソブチル、酢酸sec−ブチル、酢酸n−ペンチル、酢酸sec−ペンチル、酢酸3−メトキシブチル、酢酸メチルペンチル、酢酸2−エチルブチル、酢酸2−エチルヘキシル、酢酸2−(2−ブトキシエトキシ)エチル、酢酸ベンジル、酢酸シクロヘキシル、酢酸メチルシクロヘキシル、酢酸ノニル、アセト酢酸メチル、アセト酢酸エチル、酢酸ジエチレングリコールメチルエーテル、酢酸ジエチレングリコールモノエチルエーテル、酢酸ジプロピレングリコールメチルエーテル、酢酸ジプロピレングリコールエチルエーテル、ジ酢酸グリコール、酢酸メトキシトリエチレングリコール、プロピオン酸エチル、プロピオン酸n−ブチル、プロピオン酸i−アミル、シュウ酸ジエチル、シュウ酸ジ−n−ブチル、乳酸メチル、乳酸エチル、乳酸n−ブチル、乳酸n−アミル、エチレングリコールメチルエーテルプロピオネート、エチレングリコールエチルエーテルプロピオネート、エチレングリコールメチルエーテルアセテート、エチレングリコールエチルエーテルアセテート、プロピレングリコールメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールエチルエーテルアセテート、プロピレングリコールプロピルエーテルアセテート、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン等のエステル溶剤;アセトニトリル、N−メチルピロリジノン、N−エチルピロリジノン、N−プロピルピロリジノン、N−ブチルピロリジノン、N−ヘキシルピロリジノン、N−シクロヘキシルピロリジノン、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド等の非プロトン性極性溶剤;メタノール、エタノール、n−プロパノール、イソプロパノール、n−ブタノール、イソブタノール、2−ブタノール、t−ブタノール、n−ペンタノール、イソペンタノール、2−メチルブタノール、sec−ペンタノール、t−ペンタノール、3−メトキシブタノール、n−ヘキサノール、2−メチルペンタノール、2−ヘキサノール、2−エチルブタノール、2−ヘプタノール、n−オクタノール、2−エチルヘキサノール、2−オクタノール、n−ノニルアルコール、n−デカノール、2−ウンデカノール、トリメチルノニルアルコール、2−テトラデカノール、2−ヘプタデカノール、フェノール、シクロヘキサノール、メチルシクロヘキサノール、ベンジルアルコール、エチレングリコール、1,2−プロピレングリコール、1,3−ブチレングリコール、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、トリエチレングリコール、トリプロピレングリコール等のアルコール溶剤;エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノフェニルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノ−n−ブチルエーテル、ジエチレングリコールモノ−n−ヘキシルエーテル、エトキシトリグリコール、テトラエチレングリコールモノ−n−ブチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノエチルエーテル、トリプロピレングリコールモノメチルエーテル等のグリコールモノエーテル溶剤;テルピネン、テルピネオール、ミルセン、アロオシメン、リモネン、ジペンテン、ピネン、カルボン、オシメン、フェランドレン等のテルペン溶剤;水などが挙げられる。これらの分散媒は、1種を単独で又は2種以上を組み合わせて使用される。p型拡散層形成組成物中の分散媒の含有率は、塗布性、粘度等を考慮して決定される。   Examples of the dispersion medium include acetone, methyl ethyl ketone, methyl-n-propyl ketone, methyl isopropyl ketone, methyl-n-butyl ketone, methyl isobutyl ketone, methyl-n-pentyl ketone, methyl-n-hexyl ketone, diethyl ketone, Ketone solvents such as propyl ketone, diisobutyl ketone, trimethylnonanone, cyclohexanone, cyclopentanone, methylcyclohexanone, 2,4-pentanedione, and acetonylacetone; diethyl ether, methyl ethyl ether, methyl-n-propyl ether, diisopropyl ether , Tetrahydrofuran, methyltetrahydrofuran, dioxane, dimethyldioxane, ethylene glycol dimethyl ether, ethylene glycol diethyl ether, ethylene glycol Di-n-propyl ether, ethylene glycol dibutyl ether, diethylene glycol dimethyl ether, diethylene glycol diethyl ether, diethylene glycol methyl ethyl ether, diethylene glycol methyl-n-propyl ether, diethylene glycol methyl-n-butyl ether, diethylene glycol di-n-propyl ether, diethylene glycol di- n-butyl ether, diethylene glycol methyl-n-hexyl ether, triethylene glycol dimethyl ether, triethylene glycol diethyl ether, triethylene glycol methyl ethyl ether, triethylene glycol methyl-n-butyl ether, triethylene glycol di-n-butyl ether, triethylene Glycol glycol -N-hexyl ether, tetraethylene glycol dimethyl ether, tetraethylene glycol diethyl ether, tetraethylene glycol methyl ethyl ether, tetraethylene glycol methyl-n-butyl ether, diethylene glycol di-n-butyl ether, tetraethylene glycol methyl-n-hexyl ether, Tetraethylene glycol di-n-butyl ether, propylene glycol dimethyl ether, propylene glycol diethyl ether, propylene glycol di-n-propyl ether, propylene glycol dibutyl ether, dipropylene glycol dimethyl ether, dipropylene glycol diethyl ether, dipropylene glycol methyl ethyl ether, Dipropylene glycol methyl- n-butyl ether, dipropylene glycol di-n-propyl ether, dipropylene glycol di-n-butyl ether, dipropylene glycol methyl-n-hexyl ether, tripropylene glycol dimethyl ether, tripropylene glycol diethyl ether, tripropylene glycol methyl ethyl ether , Tripropylene glycol methyl-n-butyl ether, tripropylene glycol di-n-butyl ether, tripropylene glycol methyl-n-hexyl ether, tetrapropylene glycol dimethyl ether, tetrapropylene glycol diethyl ether, tetrapropylene glycol methyl ethyl ether, tetrapropylene glycol Methyl-n-butyl ether, tetrapropylene glycol Ether solvents such as -n-butyl ether, tetrapropylene glycol methyl-n-hexyl ether, tetrapropylene glycol di-n-butyl ether; methyl acetate, ethyl acetate, n-propyl acetate, isopropyl acetate, n-butyl acetate, isobutyl acetate; Sec-butyl acetate, n-pentyl acetate, sec-pentyl acetate, 3-methoxybutyl acetate, methylpentyl acetate, 2-ethylbutyl acetate, 2-ethylhexyl acetate, 2- (2-butoxyethoxy) ethyl acetate, benzyl acetate, acetic acid Cyclohexyl, methylcyclohexyl acetate, nonyl acetate, methyl acetoacetate, ethyl acetoacetate, diethylene glycol methyl ether acetate, diethylene glycol monoethyl ether acetate, dipropylene glycol methyl ether acetate, acetic acid Propylene glycol ethyl ether, glycol diacetate, methoxytriethylene glycol acetate, ethyl propionate, n-butyl propionate, i-amyl propionate, diethyl oxalate, di-n-butyl oxalate, methyl lactate, ethyl lactate, lactic acid n-butyl, n-amyl lactate, ethylene glycol methyl ether propionate, ethylene glycol ethyl ether propionate, ethylene glycol methyl ether acetate, ethylene glycol ethyl ether acetate, propylene glycol methyl ether acetate, propylene glycol ethyl ether acetate, propylene Ester solvents such as glycol propyl ether acetate, γ-butyrolactone, γ-valerolactone; acetonitrile, N-methylpyro Aprotic polar solvents such as dinone, N-ethylpyrrolidinone, N-propylpyrrolidinone, N-butylpyrrolidinone, N-hexylpyrrolidinone, N-cyclohexylpyrrolidinone, N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, dimethylsulfoxide and the like Methanol, ethanol, n-propanol, isopropanol, n-butanol, isobutanol, 2-butanol, t-butanol, n-pentanol, isopentanol, 2-methylbutanol, sec-pentanol, t-pentanol, 3-methoxybutanol, n-hexanol, 2-methylpentanol, 2-hexanol, 2-ethylbutanol, 2-heptanol, n-octanol, 2-ethylhexanol, 2-octanol, n-nonyl alcohol Cole, n-decanol, 2-undecanol, trimethylnonyl alcohol, 2-tetradecanol, 2-heptadecanol, phenol, cyclohexanol, methylcyclohexanol, benzyl alcohol, ethylene glycol, 1,2-propylene glycol, 1, Alcohol solvents such as 3-butylene glycol, diethylene glycol, dipropylene glycol, triethylene glycol, and tripropylene glycol; ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether, ethylene glycol monophenyl ether, diethylene glycol monomethyl ether, diethylene glycol monoethyl ether, diethylene glycol Mono-n-butyl ether, diethylene glycol mono-n-hexyl Glycol monoether solvents such as ether, ethoxytriglycol, tetraethylene glycol mono-n-butyl ether, propylene glycol monomethyl ether, dipropylene glycol monomethyl ether, dipropylene glycol monoethyl ether, tripropylene glycol monomethyl ether; terpinene, terpineol, myrcene And terpene solvents such as allocymene, limonene, dipentene, pinene, carvone, ocimene, and phenandrene; and water. These dispersion media are used alone or in combination of two or more. The content of the dispersion medium in the composition for forming a p-type diffusion layer is determined in consideration of applicability, viscosity and the like.

半導体基板への塗布性の観点から、分散媒としては、水、アルコール溶剤、グリコールモノエーテル溶剤、又はテルペン溶剤が好ましく、水、アルコール、セロソルブ、α−テルピネオール、ジエチレングリコールモノ−n−ブチルエーテル、又は酢酸ジエチレングリコールモノ−n−ブチルエーテルが好ましく、水、アルコール、α−テルピネオール又はセロソルブがより好ましい。   From the viewpoint of applicability to a semiconductor substrate, the dispersion medium is preferably water, an alcohol solvent, a glycol monoether solvent, or a terpene solvent, and is water, alcohol, cellosolve, α-terpineol, diethylene glycol mono-n-butyl ether, or acetic acid. Diethylene glycol mono-n-butyl ether is preferred, and water, alcohol, α-terpineol or cellosolve is more preferred.

p型拡散層形成組成物が分散媒を含む場合、分散媒の含有率に特に制限はないが、p型拡散層形成組成物中に分散媒の含有率は5質量%以上、99質量%以下であることが好ましく、20質量%以上、95質量%以下であることがより好ましく、40質量%以上、90質量%以下であることが更に好ましい。   When the p-type diffusion layer forming composition contains a dispersion medium, the content of the dispersion medium is not particularly limited, but the content of the dispersion medium in the p-type diffusion layer formation composition is 5% by mass or more and 99% by mass or less. Is preferably 20% by mass or more and 95% by mass or less, and further preferably 40% by mass or more and 90% by mass or less.

(高粘度溶剤)
p型拡散層形成組成物は、高粘度溶剤を含んでいてもよい。高粘度溶剤としては、例えば、イソボルニルシクロヘキサノール、イソボルニルフェノール、1−イソプロピル−4−メチル−ビシクロ[2.2.2]オクタ−5−エン−2,3−ジカルボン酸無水物及びp−メンテニルフェノールからなる群より選ばれる少なくとも一種を含んでよく、イソボルニルシクロヘキサノール及びイソボルニルフェノールからなる群より選ばれる少なくとも一種を含むことが好ましい。これらの化合物は低温(例えば400℃以下)で分解又は揮発し、かつ、嵩高い構造のために粘度が高い。このため、従来用いられてきたエチルセルロースのようなバインダ樹脂の代替として用いることができる。
(High viscosity solvent)
The composition for forming a p-type diffusion layer may contain a high-viscosity solvent. Examples of the high-viscosity solvent include isobornylcyclohexanol, isobornylphenol, 1-isopropyl-4-methyl-bicyclo [2.2.2] oct-5-ene-2,3-dicarboxylic anhydride and It may include at least one selected from the group consisting of p-menthenylphenol, and preferably contains at least one selected from the group consisting of isobornylcyclohexanol and isobornylphenol. These compounds decompose or volatilize at low temperatures (for example, 400 ° C. or lower), and have a high viscosity due to a bulky structure. Therefore, it can be used as a substitute for a binder resin such as ethyl cellulose which has been conventionally used.

特に、p型拡散層形成組成物をスクリーン印刷法で半導体基板に付与する場合、高粘度化する必要がある。この場合、バインダ樹脂の含有率を高くする(例えばp型拡散層形成組成物中に5質量%)と、乾燥及び熱拡散工程後にバインダ樹脂の残存が生じ、この残存物が抵抗体となって太陽電池素子の発電特性に悪影響を及ぼすおそれがある。そこで、高粘度溶剤を用いることで、樹脂バインダの量を減らすことができ、その残存を問題とならない程度まで減らすことができる。   In particular, when the composition for forming a p-type diffusion layer is applied to a semiconductor substrate by a screen printing method, it is necessary to increase the viscosity. In this case, when the content of the binder resin is increased (for example, 5% by mass in the composition for forming a p-type diffusion layer), the binder resin remains after the drying and heat diffusion steps, and this residue becomes a resistor. The power generation characteristics of the solar cell element may be adversely affected. Thus, by using a high-viscosity solvent, the amount of the resin binder can be reduced, and the amount of the resin binder can be reduced to a level that does not cause a problem.

p型拡散層形成組成物が高粘度溶剤を含む場合、アクセプタ元素を含む化合物と高粘度溶剤の含有率に特に制限はないが、p型拡散層形成組成物中にアクセプタ元素を含む化合物を1質量%〜50質量%、高粘度溶剤を1質量%以上〜99質量%の範囲でそれぞれ含むことが好ましく、p型拡散層形成組成物中にアクセプタ元素を含む化合物を5質量%〜40質量%、高粘度溶剤を5質量%〜95質量%の範囲でそれぞれ含むことがより好ましい。   When the p-type diffusion layer forming composition contains a high-viscosity solvent, the content of the compound containing the acceptor element and the content of the high-viscosity solvent are not particularly limited. It is preferable that each of the p-type diffusion layer forming composition contains a compound containing an acceptor element in an amount of 5% to 40% by mass. It is more preferable to include a high-viscosity solvent in the range of 5% by mass to 95% by mass, respectively.

(バインダ樹脂)
p型拡散層形成組成物は、基板上に付与し、乾燥した状態でのアクセプタ元素を含む化合物の飛散を防止すること、及び、p型拡散層形成組成物の粘度を適切に調節する観点から、バインダ樹脂を含んでいてもよい。
(Binder resin)
The p-type diffusion layer forming composition is applied on a substrate to prevent scattering of a compound containing an acceptor element in a dry state, and from the viewpoint of appropriately adjusting the viscosity of the p-type diffusion layer forming composition. And a binder resin.

バインダ樹脂としては、例えば、ポリビニルアルコール、ポリアクリルアミド類、ポリビニルアミド類、ポリビニルピロリドン、ポリエチレンオキサイド類、ポリスルホン酸、アクリルアミドアルキルスルホン酸、セルロースエーテル類、セルロース誘導体(カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、エチルセルロースなど)、ゼラチン、澱粉及び澱粉誘導体、アルギン酸ナトリウム類、キサンタン、グアーガム及びグアーガム誘導体、スクレログルカン及びスクレログルカン誘導体、トラガカント及びトラガカント誘導体、デキストリン及びデキストリン誘導体、(メタ)アクリル酸樹脂、(メタ)アクリル酸エステル樹脂(例えば、アルキル(メタ)アクリレート樹脂、ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレート樹脂等)、ブタジエン樹脂、スチレン樹脂及びこれらの共重合体、シロキサン樹脂、金属アルコキシドなどを適宜選択しうる。これらバインダのなかでもセルロース誘導体、(メタ)アクリル酸樹脂又は(メタ)アクリル酸エステル樹脂を用いることが、少量においても容易に粘度及びチキソ性が調節できる観点から好適である。
これらのバインダ樹脂は1種を単独で又は2種以上を組み合わせて使用される。バインダ樹脂の分子量は特に制限されず、p型拡散層形成組成物としての所望の粘度を鑑みて適宜調整することが望ましい。
本発明のp型拡散層形成組成物中のバインダ樹脂の含有率は特に制限されないが、10質量%未満であることが好ましく、3質量%未満であることがより好ましく、1質量%未満であることが更に好ましい。
Examples of the binder resin include polyvinyl alcohol, polyacrylamides, polyvinylamides, polyvinylpyrrolidone, polyethylene oxides, polysulfonic acid, acrylamide alkylsulfonic acid, cellulose ethers, cellulose derivatives (carboxymethylcellulose, hydroxyethylcellulose, ethylcellulose, etc.), Gelatin, starch and starch derivatives, sodium alginate, xanthan, guar gum and guar gum derivatives, scleroglucan and scleroglucan derivatives, tragacanth and tragacanth derivatives, dextrin and dextrin derivatives, (meth) acrylic acid resins, (meth) acrylic acid esters Resin (for example, alkyl (meth) acrylate resin, dimethylaminoethyl (meth) acrylate Etc.), butadiene resins, styrene resins and copolymers thereof, siloxane resins, can such suitably selected metal alkoxide. Among these binders, it is preferable to use a cellulose derivative, a (meth) acrylate resin or a (meth) acrylate resin from the viewpoint that the viscosity and the thixotropy can be easily adjusted even in a small amount.
These binder resins are used alone or in combination of two or more. The molecular weight of the binder resin is not particularly limited, and it is desirable to appropriately adjust the molecular weight in consideration of the desired viscosity of the composition for forming a p-type diffusion layer.
The content of the binder resin in the p-type diffusion layer forming composition of the present invention is not particularly limited, but is preferably less than 10% by mass, more preferably less than 3% by mass, and more preferably less than 1% by mass. Is more preferred.

(アルコキシシラン)
p型拡散層形成組成物は、アルコキシシランを含んでいてもよい。アルコキシシランを含むことで、乾燥時におけるp型拡散層形成組成物の粘度を良好に保持できる傾向にある。アルコキシシランを構成するアルコキシ基としては、直鎖状又は分岐鎖状のアルキルオキシ基が好ましく、炭素数1〜24の直鎖状又は分岐鎖状のアルキルオキシ基がより好ましく、炭素数1〜10の直鎖状又は分岐鎖状のアルキルオキシ基が更に好ましく、炭素数1〜4の直鎖状又は分岐鎖状のアルキルオキシ基が特に好ましい。
(Alkoxysilane)
The composition for forming a p-type diffusion layer may include an alkoxysilane. By containing the alkoxysilane, there is a tendency that the viscosity of the composition for forming a p-type diffusion layer during drying can be favorably maintained. The alkoxy group constituting the alkoxysilane is preferably a linear or branched alkyloxy group, more preferably a linear or branched alkyloxy group having 1 to 24 carbon atoms, and has 1 to 10 carbon atoms. Is more preferable, and a linear or branched alkyloxy group having 1 to 4 carbon atoms is particularly preferable.

前記アルコキシ基のアルキル基として具体的には、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、イソプロピル基、イソブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、オクチル基、2−エチルヘキシル基、t−オクチル基、デシル基、ドデシル基、テトラデシル基、2−ヘキシルデシル基、ヘキサデシル基、オクタデシル基、シクロヘキシルメチル基、及びオクチルシクロヘキシル基等を挙げることができる。   Specific examples of the alkyl group of the alkoxy group include methyl, ethyl, propyl, butyl, isopropyl, isobutyl, pentyl, hexyl, octyl, 2-ethylhexyl, t-octyl, and decyl. Groups, dodecyl, tetradecyl, 2-hexyldecyl, hexadecyl, octadecyl, cyclohexylmethyl, octylcyclohexyl, and the like.

アルコキシシランとして具体的には、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン及びテトライソプロポキシシランからなる群より選択される少なくとも1種を用いることが好ましい。   Specifically, it is preferable to use at least one selected from the group consisting of tetramethoxysilane, tetraethoxysilane, and tetraisopropoxysilane as the alkoxysilane.

(p型拡散層形成組成物の製造方法)
本発明で用いるp型拡散層形成組成物の製造方法は特に制限されない。例えば、アクセプタ元素を含む化合物と、必要に応じて含まれるその他の成分とをブレンダー、ミキサー、乳鉢、ローター等を用いて混合することで得ることができる。また、混合する際は、必要に応じて加熱してもよい。混合に際して加熱する場合の温度は、例えば、30℃〜100℃とすることができる。
(Method for producing p-type diffusion layer forming composition)
The method for producing the p-type diffusion layer forming composition used in the present invention is not particularly limited. For example, it can be obtained by mixing a compound containing an acceptor element and other components contained as necessary using a blender, a mixer, a mortar, a rotor, or the like. When mixing, heating may be performed as necessary. The temperature when heating at the time of mixing can be, for example, 30 ° C to 100 ° C.

p型拡散層形成組成物中に含まれる成分の種類及び各成分の含有量は、例えば、TG/DTA(Thermo Gravimetry Analyzer/Differential Thermal Analysis、示差熱−熱重量同時測定法)等の熱分析、NMR(Nuclear Magnetic Resonance、核磁気共鳴法)、HPLC(High Performance Liquid Chromatography、高速液体クロマトグラフィー法)、GPC(Gel Permeation Chromatography、ゲル浸透クロマトグラフィー法)、GC−MS(Gas Chromatograph Mass Spectrometer、ガスクロマトグラフ質量分析法)、IR(Infrared Spectroscopy、赤外分光法)、MALDI−MS(Matrix Assisted Laser Desorption/Ionization、マトリックス支援レーザー脱離イオン化法)などを用いて確認することができる。   The types of components contained in the p-type diffusion layer forming composition and the content of each component may be determined, for example, by thermal analysis such as TG / DTA (Thermo Gravimetry Analyzer / Differential Thermal Analysis, simultaneous differential thermal-thermogravimetric method). NMR (Nuclear Magnetic Resonance, Nuclear Magnetic Resonance), HPLC (High Performance Liquid Chromatography, High Performance Liquid Chromatography), GPC (Gel Permeation Chromatography, Gel Permeation Chromatography, GC-Chromatography, Chromatography / Chromatography) Mass spectrometry), IR (Infrared) Pectroscopy, infrared spectroscopy) can be confirmed using MALDI-MS (Matrix Assisted Laser Desorption / Ionization, matrix-assisted laser desorption ionization) and the like.

本発明で用いるp型拡散層形成組成物は、ライフタイムキラー元素の総量が1000ppm以下であることが好ましく、500ppm以下であることがより好ましく、100pm以下であることが更に好ましく、50ppm以下であることが特に好ましい。ライフタイムキラー元素の総量が1000ppm以下であることで、基板のライフタイムが向上する傾向にある。   In the p-type diffusion layer forming composition used in the present invention, the total amount of the lifetime killer element is preferably 1,000 ppm or less, more preferably 500 ppm or less, still more preferably 100 pm or less, and even more preferably 50 ppm or less. Is particularly preferred. When the total amount of the lifetime killer element is 1000 ppm or less, the lifetime of the substrate tends to be improved.

ライフタイムキラー元素としては、Fe、Cu、Ni、Mn、Cr、W及びAuが挙げられる。これらの元素の量は、ICP(高周波誘導結合プラズマ、Inductively Coupled Plasma)質量分析装置、ICP発光分析装置、原子吸光分析装置等で分析できる。また、キャリアのライフタイムはマイクロ波光導電減衰法(μ−PCD法)により測定できる。これらの元素は、半導体基板中での拡散速度が速く、基板のバルク内の至る所へ到達し、再結合中心として働く。   Examples of the lifetime killer element include Fe, Cu, Ni, Mn, Cr, W, and Au. The amounts of these elements can be analyzed using an ICP (Inductively Coupled Plasma, Inductively Coupled Plasma) mass spectrometer, an ICP emission spectrometer, an atomic absorption spectrometer, or the like. The carrier lifetime can be measured by a microwave photoconductive decay method (μ-PCD method). These elements have a high diffusion rate in the semiconductor substrate, reach everywhere in the bulk of the substrate, and act as recombination centers.

(付与工程)
付与工程では、半導体基板の少なくとも一方の表面の一部の領域にアクセプタ元素を含有するガラス化合物を含むp型拡散層形成組成物を付与する。
半導体基板は特に制限されず、太陽電池素子に用いられる通常のものを適用することができる。例えば、シリコン基板、リン化ガリウム基板、窒化ガリウム基板、ダイヤモンド基板、窒化アルミニウム基板、窒化インジウム基板、ヒ化ガリウム基板、ゲルマニウム基板、セレン化亜鉛基板、テルル化亜鉛基板、テルル化カドミウム基板、硫化カドミウム基板、リン化インジウム基板、炭化シリコン、シリコンゲルマニウム基板、銅インジウムセレン基板等が挙げられる。半導体基板は単結晶であっても多結晶であってもよい。本発明においては、n型の半導体基板を用いることが好ましく、n型のシリコン基板を用いることがより好ましい。
(Applying step)
In the applying step, a p-type diffusion layer forming composition including a glass compound containing an acceptor element is applied to at least a part of a surface of a semiconductor substrate.
The semiconductor substrate is not particularly limited, and a normal substrate used for a solar cell element can be applied. For example, silicon substrate, gallium phosphide substrate, gallium nitride substrate, diamond substrate, aluminum nitride substrate, indium nitride substrate, gallium arsenide substrate, germanium substrate, zinc selenide substrate, zinc telluride substrate, cadmium telluride substrate, cadmium sulfide Substrates, indium phosphide substrates, silicon carbide, silicon germanium substrates, copper indium selenium substrates, and the like. The semiconductor substrate may be single crystal or polycrystalline. In the present invention, it is preferable to use an n-type semiconductor substrate, and it is more preferable to use an n-type silicon substrate.

半導体基板は、少なくとも一方の表面をアルカリ溶液を用いてエッチングして、テクスチャー構造を形成することが好ましい。詳細には、インゴットからスライスして得られる半導体基板に対して1質量%苛性ソーダと10質量%イソプロピルアルコールの混合液によりエッチングを行い、テクスチャー構造を形成することが好ましい。テクスチャー構造を形成した面を受光面とすることにより、光閉じ込め効果が促され、太陽電池素子としての高効率化が図られる。   It is preferable that at least one surface of the semiconductor substrate is etched using an alkaline solution to form a texture structure. Specifically, it is preferable to form a texture structure by etching a semiconductor substrate obtained by slicing the ingot with a mixture of 1% by mass of caustic soda and 10% by mass of isopropyl alcohol. By using the surface on which the texture structure is formed as the light receiving surface, the light confinement effect is promoted, and the efficiency as a solar cell element is improved.

半導体基板上にp型拡散層形成組成物を付与する方法は、所望の領域にp型拡散層形成組成物を付与できる方法であれば特に限定されない。太陽電池素子の製造工程における汎用性と実績の観点からは、スクリーン印刷技術を用いることが好ましい。   The method for applying the p-type diffusion layer forming composition on the semiconductor substrate is not particularly limited as long as the p-type diffusion layer forming composition can be applied to a desired region. From the viewpoint of versatility and performance in the manufacturing process of the solar cell element, it is preferable to use a screen printing technique.

半導体基板上に付与されるp型拡散層形成組成物の粘度は、付与の方法や付与する領域のパターンを考慮して決定される。例えば、10mPa・s〜1000000mPa・sであることが好ましく、50mPa・s〜500000mPa・sであることがより好ましい。p型拡散層形成組成物の粘度は、分散媒、高粘度溶媒等の種類、含有率等によって調節できる。   The viscosity of the p-type diffusion layer forming composition applied on the semiconductor substrate is determined in consideration of the application method and the pattern of the application area. For example, it is preferably from 10 mPa · s to 1,000,000 mPa · s, and more preferably from 50 mPa · s to 500,000 mPa · s. The viscosity of the composition for forming a p-type diffusion layer can be adjusted by the type and content of a dispersion medium, a high-viscosity solvent, and the like.

p型拡散層形成組成物を半導体基板上に付与する領域の形状は、後段のプロセスでp型拡散層上に形成される電極と同じパターンであることが好ましい。これによって得られるp型拡散層は、電極との電気的なコンタクトが十分なアクセプタの濃度となる。電極パターンの形状は、太陽光を効率よく吸収でき、半導体基板内で発生した電気を効率よく集められる構造であれば特に限定されない。一般的な太陽電池素子の電極構造としては、フィンガー電極と呼ばれる幅が約数十μm〜数百μmである複数の直線状の電極と、バスバー電極と呼ばれる幅が約1mm〜2mmである直線状の電極と、の組み合わせが挙げられる。   The shape of the region where the composition for forming a p-type diffusion layer is applied on a semiconductor substrate is preferably the same pattern as the electrode formed on the p-type diffusion layer in a subsequent process. The resulting p-type diffusion layer has a sufficient acceptor concentration for electrical contact with the electrode. The shape of the electrode pattern is not particularly limited as long as it can efficiently absorb sunlight and efficiently collect electricity generated in the semiconductor substrate. As the electrode structure of a general solar cell element, there are a plurality of linear electrodes having a width of about several tens μm to several hundred μm called finger electrodes and a linear electrode having a width of about 1 mm to 2 mm called bus bar electrodes. And the combination of the above electrodes.

p型拡散層形成組成物は、フィンガー電極のパターンに対応する領域に付与してもよく、フィンガー電極及びバスバー電極のパターンに対応する領域に付与してもよい。また、p型拡散層上に電極が確実に形成されるようにするために、p型拡散層形成組成物を付与する領域の幅を電極の幅よりも若干広くしてもよい。これによって、多少位置あわせがずれても電極がp型拡散層上に確実に形成されやすくなる。   The p-type diffusion layer forming composition may be applied to a region corresponding to the pattern of the finger electrode, or may be applied to a region corresponding to the pattern of the finger electrode and the bus bar electrode. Further, in order to ensure that the electrode is formed on the p-type diffusion layer, the width of the region where the composition for forming the p-type diffusion layer is applied may be slightly larger than the width of the electrode. This facilitates the formation of the electrode on the p-type diffusion layer even if the alignment is slightly shifted.

p型拡散層形成組成物の組成によっては、p型拡散層形成組成物を半導体基板上に付与した後、後述する熱拡散処理工程の前に、p型拡散層形成組成物に含まれる溶剤等を揮発させるための乾燥工程を行ってもよい。乾燥工程は、例えば、80℃〜300℃程度の温度で、ホットプレートを使用する場合は1分〜10分、乾燥機等を用いる場合は10分〜30分程度で行うことができる。乾燥工程の条件は、p型拡散層形成組成物に含まれる溶剤等の種類、含有率等によって調整することができる。   Depending on the composition of the p-type diffusion layer forming composition, after the p-type diffusion layer forming composition is applied on the semiconductor substrate, before the heat diffusion treatment step described later, the solvent or the like contained in the p-type diffusion layer forming composition May be performed for drying. The drying step can be performed, for example, at a temperature of about 80 ° C. to 300 ° C., for about 1 minute to 10 minutes when using a hot plate, and for about 10 minutes to 30 minutes when using a drier or the like. The conditions of the drying step can be adjusted depending on the type and content of the solvent and the like contained in the composition for forming a p-type diffusion layer.

(熱拡散処理工程)
熱拡散処理工程では、p型拡散層形成組成物を付与した半導体基板に対し、酸素濃度が5体積%以下の雰囲気中で熱拡散処理を施して、半導体基板のp型拡散層形成組成物が付与された領域に第一のp型拡散層を形成し、かつ、p型拡散層形成組成物が付与されていない領域の少なくとも一部に第一のp型拡散層よりもアクセプタ元素の濃度が低い第二のp型拡散層を形成する。
(Thermal diffusion process)
In the thermal diffusion treatment step, the semiconductor substrate to which the p-type diffusion layer forming composition has been applied is subjected to a thermal diffusion treatment in an atmosphere having an oxygen concentration of 5% by volume or less, so that the p-type diffusion layer forming composition of the semiconductor substrate becomes The first p-type diffusion layer is formed in the provided region, and the concentration of the acceptor element is higher than that of the first p-type diffusion layer in at least a part of the region where the p-type diffusion layer forming composition is not provided. A low second p-type diffusion layer is formed.

熱拡散処理は、600℃〜1200℃で行うことが好ましく、850℃〜1000℃であることが好ましい。熱拡散処理は、公知の方法により行うことができ、例えば、所定の温度、均熱性及び雰囲気となるように管理できる加熱炉を用いて行うことができる。太陽電池素子の製造のための熱拡散処理には、横置きのシリンダータイプの加熱炉が一般的に用いられる。   The heat diffusion treatment is preferably performed at 600 ° C to 1200 ° C, and more preferably at 850 ° C to 1000 ° C. The thermal diffusion treatment can be performed by a known method, for example, using a heating furnace that can be controlled to have a predetermined temperature, uniform temperature, and an atmosphere. In a heat diffusion process for manufacturing a solar cell element, a horizontal cylinder-type heating furnace is generally used.

熱拡散処理は、酸素濃度が5体積%以下の雰囲気中で行う。これにより、アクセプタ元素を含むガラス化合物からのアクセプタ元素の揮散が促され、アウトディフュージョンが生じやすくなる。酸素濃度が5体積%以下の雰囲気中の成分としては、窒素、ヘリウム、アルゴン、ネオン、キセノン等の不活性ガスが挙げられる。酸素はアウトディフュージョンを抑制するように作用する。従って、酸素濃度を調節することにより、所望の拡散濃度が得られるようにアウトディフュージョンをコントロールすることができる。ある実施態様では、熱拡散処理は、酸素濃度が3体積%以下の雰囲気中で行うことが好ましく、酸素濃度が1体積%以下の雰囲気中で行うことがより好ましく、実質的に酸素を含有しない雰囲気中で行うことが更に好ましい。   The thermal diffusion treatment is performed in an atmosphere having an oxygen concentration of 5% by volume or less. Thereby, volatilization of the acceptor element from the glass compound containing the acceptor element is promoted, and out diffusion is likely to occur. Examples of components in an atmosphere having an oxygen concentration of 5% by volume or less include inert gases such as nitrogen, helium, argon, neon, and xenon. Oxygen acts to suppress out diffusion. Therefore, by adjusting the oxygen concentration, it is possible to control the out-diffusion so as to obtain a desired diffusion concentration. In one embodiment, the thermal diffusion treatment is preferably performed in an atmosphere having an oxygen concentration of 3% by volume or less, more preferably in an atmosphere having an oxygen concentration of 1% by volume or less, and is substantially free of oxygen. More preferably, it is performed in an atmosphere.

熱拡散処理は、第一のp型拡散層のアクセプタ元素の濃度が、半導体基板の表面からの距離が0.05μmの地点において1×119atom/cm以上となるように行うことが好ましく、1×1020atom/cm以上となるように行うことがより好ましい。また、第一のp型拡散層のアクセプタ元素の濃度が、半導体基板の表面からの距離が0.05μmの地点において1×1021atom/cm以下となるように行うことが好ましく、5×1020atom/cm以下となるように行うことがより好ましい。 Thermal diffusion treatment, the concentration of the acceptor element of the first p-type diffusion layer, be carried out as the distance from the surface of the semiconductor substrate is 1 × 1 19 atom / cm 3 or more at the point of 0.05μm preferably It is more preferable to perform the treatment so as to be 1 × 10 20 atoms / cm 3 or more. It is preferable that the concentration of the acceptor element in the first p-type diffusion layer be 1 × 10 21 atom / cm 3 or less at a point at a distance of 0.05 μm from the surface of the semiconductor substrate, and preferably 5 × It is more preferable to perform the treatment so as to be 10 20 atom / cm 3 or less.

熱拡散処理は、第二のp型拡散層のアクセプタ元素の濃度が、半導体基板の表面からの距離が0.05μmの地点において1×1018atom/cm以上となるように行うことが好ましく、5×1018atom/cm以上となるように行うことがより好ましい。また、第二のp型拡散層のアクセプタ元素の濃度が、半導体基板の表面からの距離が0.05μmの地点において1×1020atom/cm以下となるように行うことが好ましく、5×1019atom/cm以下となるように行うことがより好ましい。 The thermal diffusion treatment is preferably performed such that the concentration of the acceptor element in the second p-type diffusion layer is 1 × 10 18 atoms / cm 3 or more at a point at a distance of 0.05 μm from the surface of the semiconductor substrate. More preferably, the concentration is set to 5 × 10 18 atoms / cm 3 or more. Further, the concentration is preferably set so that the concentration of the acceptor element in the second p-type diffusion layer is 1 × 10 20 atoms / cm 3 or less at a point at a distance of 0.05 μm from the surface of the semiconductor substrate, and preferably 5 × It is more preferable to perform the treatment so as to be 10 19 atoms / cm 3 or less.

(その他の工程)
熱拡散処理によりp型拡散層を形成した後の半導体基板のp型拡散層形成組成物を付与した領域の表面には、p型拡散層形成組成物の熱処理物(焼成物)からなるガラス層が形成されている。また、p型拡散層形成組成物を付与した領域以外の領域には、ボロンシリサイド等のシリサイド層が形成されている。このため、熱拡散処理の後に、エッチング液で半導体基板を処理してガラス層及びシリサイド層を除去する工程を行ってもよい。
(Other processes)
After the p-type diffusion layer is formed by the thermal diffusion treatment, the surface of the region of the semiconductor substrate to which the p-type diffusion layer forming composition has been applied is a glass layer made of a heat-treated product (fired product) of the p-type diffusion layer forming composition. Are formed. Further, a silicide layer such as boron silicide is formed in a region other than the region where the p-type diffusion layer forming composition is applied. For this reason, after the thermal diffusion treatment, a step of treating the semiconductor substrate with an etchant to remove the glass layer and the silicide layer may be performed.

エッチング液としては、例えば、フッ化水素、フッ化アンモニウム、フッ化水素アンモニウム等の水溶液、水酸化ナトリウムの水溶液などが挙げられる。エッチング処理の方法は特に制限されず、半導体基板をエッチング液に浸漬する等の公知の方法が適用できる。   Examples of the etchant include an aqueous solution of hydrogen fluoride, ammonium fluoride, ammonium hydrogen fluoride, and the like, and an aqueous solution of sodium hydroxide. The method of the etching treatment is not particularly limited, and a known method such as immersing the semiconductor substrate in an etching solution can be applied.

シリサイド層を除去しやすくするため、シリサイド層を酸化させる工程を行ってもよい。シリサイド層を除去することで、そこに含まれるFe等のライフタイムキラー元素を除去でき、次いで形成されるパッシベーション膜のパッシベーション効果を最大限に引き出すことができる。   In order to easily remove the silicide layer, a step of oxidizing the silicide layer may be performed. By removing the silicide layer, a lifetime killer element such as Fe contained therein can be removed, and the passivation effect of a passivation film formed subsequently can be maximized.

シリサイド層を酸化させる方法としては、例えば、酸素ガスを用いる熱酸化方法、硝酸と微量フッ硝酸の混合液を用いる方法、及び沸騰した硝酸液を用いる方法が挙げられる。熱酸化方法では800℃以下で酸化することで、酸化工程における、シリサイド層にゲッタリングされたライフタイムキラー元素の半導体基板中への拡散を抑制することができる。   Examples of the method of oxidizing the silicide layer include a thermal oxidation method using oxygen gas, a method using a mixed solution of nitric acid and a small amount of hydrofluoric nitric acid, and a method using a boiling nitric acid solution. In the thermal oxidation method, by oxidizing at 800 ° C. or lower, the diffusion of the lifetime killer element gettered in the silicide layer into the semiconductor substrate in the oxidation step can be suppressed.

本発明の製造方法により得られる太陽電池素子の半導体基板中のFe等のライフタイムキラー元素の含有量は、1×10〜1×1012atoms/cmであることが好ましく、1×10〜1×1011atoms/cmであることがより好ましく、1×10〜5×1011atoms/cmであることが更に好ましい。なお、半導体基板中のライフタイムキラー元素の含有量は、蛍光X線分析法、二次イオン質量分析法、擬定常状態光伝導度測定(QSSPC)法で測定することができる。 The content of the lifetime killer element such as Fe in the semiconductor substrate of the solar cell element obtained by the manufacturing method of the present invention is preferably 1 × 10 1 to 1 × 10 12 atoms / cm 3 , and more preferably 1 × 10 1 atoms / cm 3. It is more preferably from 1 to 1 × 10 11 atoms / cm 3 , and still more preferably from 1 × 10 1 to 5 × 10 11 atoms / cm 3 . Note that the content of the lifetime killer element in the semiconductor substrate can be measured by a fluorescent X-ray analysis method, a secondary ion mass spectrometry method, or a quasi-steady state photoconductivity measurement (QSSPC) method.

(選択エミッタ構造を有する両面受光型太陽電池素子の製造方法)
次に、図面を参照しながら、選択エミッタ構造を有する両面受光型太陽電池素子の製造方法について説明する。図1において、符号10はn型シリコン基板、符号20はp型拡散層1(第一のp型拡散層)、符号21はp型拡散層2(第二のp型拡散層)、符号30は電極1、符号40はn型拡散層1、符号41はn型拡散層2、符号50は電極2を示す。図中の各部材の大きさは概念的なものであり、部材間の大きさの相対的な関係はこれに限定されない。
(Method of manufacturing double-sided light receiving solar cell element having selective emitter structure)
Next, a method for manufacturing a double-sided light receiving solar cell having a selective emitter structure will be described with reference to the drawings. In FIG. 1, reference numeral 10 denotes an n-type silicon substrate, reference numeral 20 denotes a p-type diffusion layer 1 (first p-type diffusion layer), reference numeral 21 denotes a p-type diffusion layer 2 (second p-type diffusion layer), and reference numeral 30 Denotes an electrode 1, reference numeral 40 denotes an n-type diffusion layer 1, reference numeral 41 denotes an n-type diffusion layer 2, and reference numeral 50 denotes an electrode 2. The size of each member in the drawing is conceptual, and the relative size relationship between members is not limited to this.

まず、n型シリコンインゴットから厚さ200μm程度のシリコン基板をスライスし、スライスした際に発生する表面のダメージ層を20質量%苛性ソーダで除去する。次いで、1質量%苛性ソーダと10質量%イソプロピルアルコールの混合液によりエッチングを行い、テクスチャー構造を形成する。太陽電池素子は、受光面にテクスチャー構造を形成することにより、光閉じ込め効果が促され、高効率化が図られる。   First, a silicon substrate having a thickness of about 200 μm is sliced from an n-type silicon ingot, and a damaged layer on the surface generated when the silicon substrate is sliced is removed with 20% by mass of caustic soda. Then, etching is performed with a mixed solution of 1% by mass of caustic soda and 10% by mass of isopropyl alcohol to form a texture structure. By forming a texture structure on the light receiving surface of the solar cell element, a light confinement effect is promoted, and high efficiency is achieved.

次に、n型シリコン基板の一方の面に選択エミッタ構造が形成されるように、p型拡散層形成組成物を電極パターンと同じパターンでシリコン基板表面に塗布して、900℃〜1000℃の温度で、酸素濃度が5体積%以下の雰囲気中で熱拡散処理を行う。熱拡散処理により、図1に示すように、p型拡散層形成組成物を塗布した領域にp型拡散層1(第一のp型拡散層)が形成される。p型拡散層1のアクセプタ元素の濃度は電極コンタクトに十分なほど大きい。   Next, a p-type diffusion layer forming composition is applied to the surface of the silicon substrate in the same pattern as the electrode pattern so that a selective emitter structure is formed on one surface of the n-type silicon substrate. The thermal diffusion treatment is performed at a temperature in an atmosphere having an oxygen concentration of 5% by volume or less. As shown in FIG. 1, the p-type diffusion layer 1 (first p-type diffusion layer) is formed in the region where the p-type diffusion layer forming composition has been applied by the thermal diffusion treatment. The concentration of the acceptor element in the p-type diffusion layer 1 is large enough for the electrode contact.

また、p型拡散層形成組成物を付与していない領域にもアウトディフュージョンによってp型拡散層2(第二のp型拡散層)が形成され、太陽電池として動作するために十分な拡散濃度が得られる。p型拡散層2のアクセプタ元素の濃度がp型拡散層1のアクセプタ元素の濃度よりも小さくなるような条件で熱拡散処理を行うことで、キャリア再結合を抑制することができ、より高い発電効率を得ることができる。また、電極パターンの直下のみにp型拡散層形成組成物を塗布すればよいため、塗布量を節約でき、太陽電池素子の製造コストを抑えることができる。   Further, a p-type diffusion layer 2 (second p-type diffusion layer) is formed by out-diffusion also in a region to which the p-type diffusion layer forming composition is not applied, and a diffusion concentration sufficient for operating as a solar cell is obtained. can get. Carrier recombination can be suppressed by performing thermal diffusion processing under such a condition that the concentration of the acceptor element in the p-type diffusion layer 2 is lower than the concentration of the acceptor element in the p-type diffusion layer 1, and higher power generation can be achieved. Efficiency can be obtained. Further, since the p-type diffusion layer forming composition may be applied only directly below the electrode pattern, the amount of application can be reduced, and the manufacturing cost of the solar cell element can be reduced.

図1では記載を省略したが、p型拡散層1及びp型拡散層2の上に表面再結合を抑制し光反射を防止するためのパッシベーション膜を設けることが好ましい。パッシベーション膜としては、例えば、700℃以上の高温酸素雰囲気での熱処理を行って得られるSiO、ALD(Atomic Layer Deposition、原子層堆積)によるAl等の膜を用いることができる。パッシベーション膜を保護するために、その上に窒化ケイ素膜を設けてもよい。窒化ケイ素膜は、SiHとNHとの混合ガスを原料とするプラズマCVD法により形成することができる。このとき、水素が結晶中に拡散し、ケイ素原子の結合に寄与しない軌道、即ちダングリングボンドと水素とが結合し、欠陥を不活性化(水素パッシベーション)する。より具体的には、混合ガス流量比(NH/SiH)が0.05〜1.0、反応室の圧力が13.3Pa〜266.6Pa(0.1Torr〜2Torr)、成膜時の温度が300℃〜550℃、プラズマの放電のための周波数が100kHz以上の条件下で形成される。 Although not shown in FIG. 1, it is preferable to provide a passivation film on the p-type diffusion layer 1 and the p-type diffusion layer 2 for suppressing surface recombination and preventing light reflection. As the passivation film, for example, a film of SiO 2 obtained by performing a heat treatment in a high-temperature oxygen atmosphere at 700 ° C. or higher, a film of Al 2 O 3 by ALD (Atomic Layer Deposition, atomic layer deposition), or the like can be used. In order to protect the passivation film, a silicon nitride film may be provided thereon. The silicon nitride film can be formed by a plasma CVD method using a mixed gas of SiH 4 and NH 3 as a raw material. At this time, hydrogen diffuses into the crystal, and a trajectory that does not contribute to the bonding of silicon atoms, that is, a dangling bond and hydrogen are bonded to inactivate a defect (hydrogen passivation). More specifically, the mixed gas flow ratio (NH 3 / SiH 4 ) is 0.05 to 1.0, the pressure in the reaction chamber is 13.3 Pa to 266.6 Pa (0.1 Torr to 2 Torr), It is formed under the condition that the temperature is 300 ° C. to 550 ° C. and the frequency for plasma discharge is 100 kHz or more.

次に、n型シリコン半導体基板のp型拡散層が形成された面とは反対側の面に、n型拡散層1と、n型拡散層1よりも不純物濃度の低いn型拡散層2とを形成する。濃度の異なるn型拡散層1とn型拡散層2とを選択的に形成することで、高い発電効率が得られやすくなる。   Next, an n-type diffusion layer 1 and an n-type diffusion layer 2 having an impurity concentration lower than that of the n-type diffusion layer 1 are provided on a surface of the n-type silicon semiconductor substrate opposite to the surface on which the p-type diffusion layer is formed. To form By selectively forming the n-type diffusion layers 1 and 2 having different concentrations, high power generation efficiency can be easily obtained.

n型拡散層1及びn型拡散層2は、公知の方法により形成することができる。例えば、n型シリコン半導体基板の全面にPOCl等のガスによるリン拡散を行って低濃度のn型拡散層2をまず形成し、次いでレーザー、塗布材料等を用いて高濃度のn型拡散層1を形成してもよい。または、POClガスによるリン拡散を行ってn型シリコン半導体基板の全面に高濃度のn型拡散層1をまず形成し、次いでエッチバック法によって低濃度のn型拡散層2を形成してもよい。または、上述したp型拡散層1及びp型拡散層2の形成方法と同様に、ドナー元素を含むガラス化合物を含むn型拡散層形成組成物を電極下の領域のみに塗布し、熱拡散処理を行ってn型拡散層1を形成し、かつ、アウトディフュージョンによってn型拡散層2を形成してもよい。 The n-type diffusion layers 1 and 2 can be formed by a known method. For example, a low-concentration n-type diffusion layer 2 is first formed by performing phosphorus diffusion using a gas such as POCl 3 over the entire surface of the n-type silicon semiconductor substrate, and then a high-concentration n-type diffusion layer is formed using a laser, a coating material, or the like. 1 may be formed. Alternatively, a high-concentration n-type diffusion layer 1 is first formed on the entire surface of an n-type silicon semiconductor substrate by performing phosphorus diffusion using a POCl 3 gas, and then a low-concentration n-type diffusion layer 2 is formed by an etch-back method. Good. Alternatively, similarly to the method of forming the p-type diffusion layer 1 and the p-type diffusion layer 2 described above, an n-type diffusion layer forming composition containing a glass compound containing a donor element is applied only to a region below the electrode, and subjected to a thermal diffusion process. May be performed to form the n-type diffusion layer 1, and the n-type diffusion layer 2 may be formed by out-diffusion.

図1では記載を省略したが、n型拡散層1及びn型拡散層2の上に表面再結合を抑制し光反射を防止するためのパッシベーション膜を設けることが好ましい。また、窒化ケイ素膜をその上に設けてもよい。パッシベーション膜及び窒化ケイ素膜の詳細は、p型拡散層1及びp型拡散層2の上に設けられてもよいパッシベーション及びシリコン窒化膜の詳細と同様である。   Although not shown in FIG. 1, it is preferable to provide a passivation film on the n-type diffusion layer 1 and the n-type diffusion layer 2 for suppressing surface recombination and preventing light reflection. Further, a silicon nitride film may be provided thereon. The details of the passivation film and the silicon nitride film are the same as the details of the passivation and the silicon nitride film that may be provided on the p-type diffusion layers 1 and 2.

次いで、n型シリコン基板の表面の電極を形成する領域に金属ペーストをスクリーン印刷法で印刷し、乾燥させる。金属ペーストは、金属粒子とガラス粒子とを必須成分とし、必要に応じて樹脂バインダ、その他の添加剤等を含む。金属ペーストは、p型拡散層上の電極形成に適したものと、n型拡散層上の電極形成に適したものと、をそれぞれ適用することが好ましい。   Next, a metal paste is printed by a screen printing method on a region of the surface of the n-type silicon substrate where an electrode is to be formed, and dried. The metal paste contains metal particles and glass particles as essential components, and includes a resin binder and other additives as necessary. It is preferable to apply a metal paste suitable for forming an electrode on a p-type diffusion layer and a metal paste suitable for forming an electrode on an n-type diffusion layer.

そして、n型シリコン基板の熱処理(焼成)を行って、電極を形成し、太陽電池素子を完成させる。熱処理(焼成)は、例えば、600℃〜900℃の範囲で数秒〜数分間行う。熱処理(焼成)を行うことで、金属ペーストに含まれるガラス粒子によって絶縁膜である窒化ケイ素膜が溶融し、更にシリコン基板の表面も一部溶融して、金属ペースト中の金属粒子(例えば、銀粒子)がシリコン基板と接触部を形成して凝固する。これにより、形成した電極と半導体基板とが導通される。これはファイアースルーと称されている。   Then, heat treatment (firing) of the n-type silicon substrate is performed to form electrodes, thereby completing the solar cell element. The heat treatment (firing) is performed, for example, in a range of 600 ° C. to 900 ° C. for several seconds to several minutes. By performing the heat treatment (firing), the silicon nitride film serving as an insulating film is melted by the glass particles contained in the metal paste, and the surface of the silicon substrate is also partially melted, so that the metal particles (for example, silver) in the metal paste are melted. Particles) form a contact with the silicon substrate and solidify. Thereby, the formed electrode and the semiconductor substrate are conducted. This is called firethrough.

電極は、一般に、バスバー電極と、バスバー電極と交差しているフィンガー電極とから構成される。バスバー電極及びフィンガー電極は、公知の方法により形成することができる。例えば、上述したような金属ペーストのスクリーン印刷、電極材料のメッキ、高真空中における電子ビーム加熱による電極材料の蒸着等により形成することができる。   The electrodes are generally composed of busbar electrodes and finger electrodes intersecting the busbar electrodes. The bus bar electrode and the finger electrode can be formed by a known method. For example, it can be formed by screen printing of a metal paste as described above, plating of an electrode material, vapor deposition of an electrode material by electron beam heating in a high vacuum, or the like.

以下、本発明の実施例を更に具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に制限するものではない。なお、特に記述が無い限り、薬品は全て試薬を使用した。また「%」は断りがない限り「質量%」を意味する。   Hereinafter, examples of the present invention will be described more specifically, but the present invention is not limited to these examples. Unless otherwise specified, all chemicals used reagents. "%" Means "% by mass" unless otherwise specified.

[実施例1]
(ガラス粒子の合成)
、SiO、Al及びCaO(全て、株式会社高純度化学研究所)を、組成モル比がそれぞれ40mol%、40mol%、10mol%及び10mol%となるように秤量し、メノウ乳鉢で混合した。混合物を白金るつぼに入れ、ガラス溶融炉にて1500℃で2時間保持した。その後、急冷してガラス塊を得た。これをメノウ乳鉢で粉砕し、遊星型ボールミルにてさらに粉砕した。粒子形状が球状で、平均粒径(D50%)が0.35μm、軟化温度が約800℃のガラス粒子を得た。このガラス粒子、エチルセルロース及びテルピネオールをそれぞれ10g、6g及び84gの量で混合してペースト化し、p型拡散層形成組成物を調製した。
[Example 1]
(Synthesis of glass particles)
B 2 O 3 , SiO 2 , Al 2 O 3, and CaO (all manufactured by Kojundo Chemical Laboratory Co., Ltd.) were weighed such that the composition molar ratios became 40 mol%, 40 mol%, 10 mol%, and 10 mol%, respectively. Mix in an agate mortar. The mixture was placed in a platinum crucible and kept at 1500 ° C. for 2 hours in a glass melting furnace. Then, it was quenched to obtain a glass lump. This was ground in an agate mortar and further ground in a planetary ball mill. Glass particles having a spherical particle shape, an average particle size (D50%) of 0.35 μm, and a softening temperature of about 800 ° C. were obtained. The glass particles, ethylcellulose and terpineol were mixed in amounts of 10 g, 6 g and 84 g, respectively, to form a paste, thereby preparing a composition for forming a p-type diffusion layer.

次に、両面にテクスチャー構造が形成されたn型シリコン基板(厚さ:180μm、比抵抗:3.2Ω・cm)を85℃に設定した30%NaOH水溶液に浸漬し、5分間処理し、表面のダメージ層を除去した。処理後の基板厚さは160μmであった。   Next, an n-type silicon substrate (thickness: 180 μm, specific resistance: 3.2 Ω · cm) having a texture structure formed on both surfaces is immersed in a 30% NaOH aqueous solution set at 85 ° C., and treated for 5 minutes to obtain a surface. Removed the damaged layer. The thickness of the substrate after the treatment was 160 μm.

このn型シリコン基板の片面に、線幅150μmのマスクを用いて、p型拡散層形成組成物をスクリーン印刷により塗布し、150℃にて1分間乾燥した。   The composition for forming a p-type diffusion layer was applied to one surface of the n-type silicon substrate by screen printing using a mask having a line width of 150 μm, and dried at 150 ° C. for 1 minute.

次に、N:10L/minを流した拡散炉(光洋サーモシステム株式会社、206A−M100)中にて、650℃の状態でn型シリコン基板を入れたボートを投入した。その後、15℃/minの昇温速度で950℃まで温度を上げ、950℃で30分間熱拡散処理を行い、ほう素をシリコン基板中に拡散させ、p型拡散層を形成した。次いで、650℃まで4℃/minで降温し、650℃となった時にボートを取り出した。 Next, a boat containing an n-type silicon substrate was charged at 650 ° C. in a diffusion furnace (206A-M100, Koyo Thermo System Co., Ltd.) flowing N 2 : 10 L / min. Thereafter, the temperature was raised to 950 ° C. at a temperature rising rate of 15 ° C./min, and thermal diffusion treatment was performed at 950 ° C. for 30 minutes to diffuse boron into the silicon substrate to form a p-type diffusion layer. Next, the temperature was lowered to 650 ° C. at 4 ° C./min, and when the temperature reached 650 ° C., the boat was taken out.

(ガラス層の除去)
熱拡散処理後のn型シリコン基板を、5質量%HF水溶液に5分間浸漬後、超純水で3回水洗した。その後、風乾した。このようにして、p型拡散層形成組成物を塗布した領域に形成されたボロンシリケートガラス層を除去した。
(Removal of glass layer)
The n-type silicon substrate after the thermal diffusion treatment was immersed in a 5% by mass HF aqueous solution for 5 minutes, and then washed three times with ultrapure water. Then, it was air-dried. Thus, the boron silicate glass layer formed in the region where the p-type diffusion layer forming composition was applied was removed.

(シリサイド層の酸素ガスを用いた酸化及びエッチング)
次に、n型シリコン基板を、N:2L/min、O:10L/minを流した、700℃の拡散炉に入れ、30分間保持した。次いで、n型シリコン基板を取り出し、放冷した。その後、5質量%HF水溶液に5分間浸漬し、超純水で3回水洗した後、風乾した。このようにして、p型拡散層形成組成物を塗布した領域以外の領域に形成されたシリサイド層を除去した。
(Oxidation and etching of silicide layer using oxygen gas)
Next, the n-type silicon substrate was placed in a 700 ° C. diffusion furnace in which N 2 : 2 L / min and O 2 : 10 L / min were flown, and held for 30 minutes. Next, the n-type silicon substrate was taken out and allowed to cool. Then, it was immersed in a 5% by mass HF aqueous solution for 5 minutes, washed three times with ultrapure water, and air-dried. Thus, the silicide layer formed in the region other than the region where the p-type diffusion layer forming composition was applied was removed.

(シート抵抗の評価)
上記の処理を行ったn型半導体基板のシート抵抗を、低抵抗率計(三菱化学株式会社、Loresta MCP−T360)を用いて測定した。p型拡散層形成組成物を塗布した領域のシート抵抗は70Ω/sq.であり、高濃度のp型拡散層が形成されていることが分かった。p型拡散層形成組成物を塗布した領域以外の領域のシート抵抗は150Ω/sq.であり、低濃度のp型拡散層が形成されていることがわかった。
(Evaluation of sheet resistance)
The sheet resistance of the n-type semiconductor substrate subjected to the above treatment was measured using a low resistivity meter (Mitsubishi Chemical Corporation, Loresta MCP-T360). The sheet resistance of the region where the p-type diffusion layer forming composition was applied was 70 Ω / sq. It was found that a high concentration p-type diffusion layer was formed. The sheet resistance in a region other than the region where the p-type diffusion layer forming composition was applied was 150 Ω / sq. It was found that a low-concentration p-type diffusion layer was formed.

(n型拡散層の形成)
p型拡散層を形成したn型半導体基板のp型拡散層を形成した面とは逆の面に、高濃度のn型拡散層と低濃度のn型拡散層をエッチバック法により形成した。具体的には、まず拡散炉でPOClガスを用いて850℃で20分間の熱拡散処理を行い、n型半導体基板の全面にリンを拡散し、高濃度のn型拡散層を全面に形成した。その後、SiNを用いて高濃度を保護するためのバリア膜を線幅150μmでプラズマ化学気相成長法(PECVD)によりパターン状に形成し、スチーム熱酸化炉にて850℃で20分間、リン層を酸化処理した。その後、5質量%HF水溶液で酸化膜及び窒素ケイ素膜を除去した。
(Formation of n-type diffusion layer)
A high-concentration n-type diffusion layer and a low-concentration n-type diffusion layer were formed on a surface of the n-type semiconductor substrate on which the p-type diffusion layer was formed, opposite to the surface on which the p-type diffusion layer was formed, by an etch-back method. Specifically, first, a thermal diffusion process is performed at 850 ° C. for 20 minutes using a POCl 3 gas in a diffusion furnace to diffuse phosphorus over the entire surface of the n-type semiconductor substrate, thereby forming a high-concentration n-type diffusion layer over the entire surface. did. Thereafter, using the SiN x was formed on the high concentration plasma enhanced chemical vapor deposition with a barrier film line width 150μm for protecting a patterned by (PECVD), 20 minutes at 850 ° C. at a steam thermal oxidation furnace, phosphorus The layer was oxidized. Thereafter, the oxide film and the nitrogen silicon film were removed with a 5% by mass HF aqueous solution.

(シート抵抗の評価)
上記の処理を行ったn型半導体基板のシート抵抗を、低抵抗率計(三菱化学株式会社、Loresta MCP−T360)を用いて測定した。バリア膜で保護した領域のシート抵抗は40Ω/sq.であり、高濃度のn型拡散層が形成されていることが分かった。バリア膜で保護した領域以外の領域のシート抵抗は90Ω/sq.であり、低濃度のn型拡散層が形成されていることがわかった。
(Evaluation of sheet resistance)
The sheet resistance of the n-type semiconductor substrate subjected to the above treatment was measured using a low resistivity meter (Mitsubishi Chemical Corporation, Loresta MCP-T360). The sheet resistance of the area protected by the barrier film is 40Ω / sq. It was found that a high concentration n-type diffusion layer was formed. The sheet resistance of the region other than the region protected by the barrier film is 90 Ω / sq. It was found that a low-concentration n-type diffusion layer was formed.

上記のようにp型拡散層及びn型拡散層を形成したn型半導体基板に対し、酸素を5L/min流した熱酸化炉で700℃、20分間処理して両面にパッシベーション膜を形成した。その後、PECVDで両面に窒素ケイ素膜を形成した。次いで、n型半導体基板の両面にスクリーン印刷で銀ペーストを幅80μmの電極のパターン状に付与し、800℃でファイアースルーさせて、p型拡散層又はn型拡散層と電気的なコンタクトが確保された電極を形成し、両面受光型の太陽電池素子を作製した。   The n-type semiconductor substrate on which the p-type diffusion layer and the n-type diffusion layer were formed as described above was treated at 700 ° C. for 20 minutes in a thermal oxidation furnace flowing oxygen at 5 L / min to form passivation films on both surfaces. Thereafter, a nitrogen silicon film was formed on both sides by PECVD. Next, silver paste is applied to both sides of the n-type semiconductor substrate by screen printing in the form of an electrode having a width of 80 μm, and fired at 800 ° C. to secure electrical contact with the p-type diffusion layer or the n-type diffusion layer. The thus formed electrode was formed, and a double-sided light receiving type solar cell element was produced.

(I−V測定)
太陽電池素子のp型拡散層側の発電効率を、AM1.5Gに設定された光源のもと、I−Vトレーサー(英弘精機株式会社、MP−180)を用いて測定した。その結果、発電効率は19.8%であった。
(IV measurement)
The power generation efficiency on the p-type diffusion layer side of the solar cell element was measured using an IV tracer (Hideki Seiki Co., Ltd., MP-180) under a light source set to AM1.5G. As a result, the power generation efficiency was 19.8%.

[実施例2]
p型拡散層形成組成物の塗布幅を100μmにし、電極幅を60μmにした以外は実施例1と同様にして太陽電池素子を作製した。実施例1と同様にして測定した太陽電池素子の発電効率の結果は、19.7%であった。
[Example 2]
A solar cell element was produced in the same manner as in Example 1, except that the application width of the p-type diffusion layer forming composition was 100 μm and the electrode width was 60 μm. The result of the power generation efficiency of the solar cell element measured in the same manner as in Example 1 was 19.7%.

[実施例3]
n型拡散層を高濃度領域と低濃度領域とに分けず、全面にシート抵抗が70Ω/sq.になるようにリン拡散を行って形成した以外は実施例1と同様にして太陽電池素子を作製した。実施例1と同様にして測定した太陽電池素子の発電効率は19.5%であった。
[Example 3]
The sheet resistance is 70Ω / sq. over the entire surface without dividing the n-type diffusion layer into a high concentration region and a low concentration region. A solar cell element was produced in the same manner as in Example 1, except that phosphorus was diffused to form a solar cell element. The power generation efficiency of the solar cell element measured in the same manner as in Example 1 was 19.5%.

[実施例4]
n型拡散層を高濃度領域と低濃度領域とに分けず、全面にシート抵抗が70Ω/sq.になるようにリン拡散を行って形成した以外は実施例2と同様にして太陽電池素子を作製した。実施例1と同様にして測定した太陽電池素子の発電効率は19.4%であった。
[Example 4]
The sheet resistance is 70Ω / sq. over the entire surface without dividing the n-type diffusion layer into a high concentration region and a low concentration region. A solar cell element was produced in the same manner as in Example 2 except that phosphorus was diffused to form a solar cell element. The power generation efficiency of the solar cell element measured in the same manner as in Example 1 was 19.4%.

[比較例1]
p型拡散層を高濃度領域と低濃度領域とに分けず、BBrガスを用いてn型シリコン基板の片面の全面にシート抵抗が70Ω/sq.になるように形成した以外は実施例1と同様にして太陽電池素子を作製した。実施例1と同様にして測定した太陽電池素子の発電効率は18.9%であった。
[Comparative Example 1]
without dividing the p-type diffusion layer and the high concentration region and the low density region, a sheet resistance on one side of entire surface of the n-type silicon substrate with BBr 3 gas 70 ohm / sq. A solar cell element was produced in the same manner as in Example 1 except that the solar cell element was formed as follows. The power generation efficiency of the solar cell element measured in the same manner as in Example 1 was 18.9%.

[比較例2]
p型拡散層を高濃度領域と低濃度領域とに分けず、n型シリコン基板の片面の全面にp型拡散層組成物を塗布してシート抵抗が70Ω/sq.になるように形成した以外は実施例1と同様にして太陽電池素子を作製した。実施例1と同様にして測定した太陽電池素子の発電効率は19.2%であった。
[Comparative Example 2]
Without dividing the p-type diffusion layer into a high-concentration region and a low-concentration region, a p-type diffusion layer composition is applied to the entire surface of one surface of an n-type silicon substrate to obtain a sheet resistance of 70 Ω / sq. A solar cell element was produced in the same manner as in Example 1 except that the solar cell element was formed as follows. The power generation efficiency of the solar cell element measured in the same manner as in Example 1 was 19.2%.

10 n型シリコン基板
20 p型拡散層1(第一のp型拡散層)
21 p型拡散層2(第二のp型拡散層)
30 電極1
40 n型拡散層1
41 n型拡散層2
50 電極2
10 n-type silicon substrate 20 p-type diffusion layer 1 (first p-type diffusion layer)
21 p-type diffusion layer 2 (second p-type diffusion layer)
30 electrodes 1
40 n-type diffusion layer 1
41 n-type diffusion layer 2
50 electrodes 2

Claims (6)

半導体基板の少なくとも一方の表面の一部の領域にアクセプタ元素を含有するガラス化合物を含むp型拡散層形成組成物を付与する工程と、
前記半導体基板に対し、酸素濃度が5体積%以下の雰囲気中で熱拡散処理を施して、前記半導体基板の前記p型拡散層形成組成物が付与された領域に第一のp型拡散層を形成し、かつ、前記p型拡散層形成組成物が付与されていない領域の少なくとも一部に第一のp型拡散層よりもアクセプタ元素の濃度が低い第二のp型拡散層を形成する工程と、
を有する太陽電池素子の製造方法。
A step of applying a p-type diffusion layer forming composition containing a glass compound containing an acceptor element to at least a partial region of at least one surface of the semiconductor substrate,
The semiconductor substrate is subjected to a thermal diffusion process in an atmosphere having an oxygen concentration of 5% by volume or less, and a first p-type diffusion layer is formed in a region of the semiconductor substrate provided with the p-type diffusion layer forming composition. Forming a second p-type diffusion layer having a lower acceptor element concentration than the first p-type diffusion layer in at least a part of a region to which the p-type diffusion layer forming composition has not been applied; When,
A method for manufacturing a solar cell element having:
第一のp型拡散層のアクセプタ元素の濃度が、前記半導体基板の表面からの距離が0.05μmの地点において1×1020atom/cm以上であり、第二のp型拡散層のアクセプタ元素の濃度が、前記半導体基板の表面からの距離が0.05μmの地点において5×1019atom/cm以下である請求項1に記載の太陽電池素子の製造方法。 The concentration of the acceptor element in the first p-type diffusion layer is 1 × 10 20 atom / cm 3 or more at a point at a distance of 0.05 μm from the surface of the semiconductor substrate, and the acceptor in the second p-type diffusion layer The method for manufacturing a solar cell element according to claim 1, wherein the concentration of the element is 5 × 10 19 atoms / cm 3 or less at a point at a distance of 0.05 μm from the surface of the semiconductor substrate. 前記アクセプタ元素を含むガラス化合物が、SiO、Al3、O、NaO、LiO、BaO、SrO、CaO、MgO、BeO、ZnO、PbO、CdO、V、SnO、MoO、GeO、Y、CsO、TiO及びZrOから選択される少なくとも1種のガラス成分を含む請求項1又は請求項2に記載の太陽電池素子の製造方法。 When the glass compound containing the acceptor element is SiO 2 , Al 2 O 3, K 2 O, Na 2 O, Li 2 O, BaO, SrO, CaO, MgO, BeO, ZnO, PbO, CdO, V 2 O 5 , The method for manufacturing a solar cell element according to claim 1, wherein the method includes at least one glass component selected from SnO, MoO 3 , GeO 2 , Y 2 O 3 , CsO 2 , TiO 2, and ZrO 2 . 前記アクセプタ元素がB(ホウ素)及びAl(アルミニウム)からなる群より選択される少なくとも一種を含む、請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の太陽電池素子の製造方法。   4. The method according to claim 1, wherein the acceptor element includes at least one selected from the group consisting of B (boron) and Al (aluminum). 5. 前記太陽電池素子は両面受光型である、請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載の太陽電池素子の製造方法。   The method for manufacturing a solar cell element according to claim 1, wherein the solar cell element is a double-sided light receiving type. 請求項1〜請求項5のいずれか1項に記載の太陽電池素子の製造方法によって製造される太陽電池素子。   A solar cell element manufactured by the method for manufacturing a solar cell element according to claim 1.
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