JP6817764B2 - Solar cell and manufacturing method of solar cell - Google Patents
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Description
本発明は、太陽電池セル、及び太陽電池セルの製造方法に関する。 The present invention relates to a solar cell and a method for manufacturing the solar cell.
従来、最も多く製造・販売されている太陽電池は結晶シリコン系太陽電池である。結晶シリコン系太陽電池では、電流の取出し効率の点から通常金属電極が設けられる。しかし、結晶シリコン電池の受光面に金属電極を設ける場合、不透明な金属電極により受光面での受光が一部遮られるため、受光面の面積に相応する発電効率を得ることが困難である。 Conventionally, the most manufactured and sold solar cells are crystalline silicon solar cells. In crystalline silicon solar cells, metal electrodes are usually provided from the viewpoint of current extraction efficiency. However, when the metal electrode is provided on the light receiving surface of the crystalline silicon battery, it is difficult to obtain the power generation efficiency corresponding to the area of the light receiving surface because the light receiving on the light receiving surface is partially blocked by the opaque metal electrode.
かかる課題を解消するために、結晶シリコン基板の受光面の反対に位置する裏面側に、p型及びn型の半導体層を形成し、これらの上に電極が形成されたバックコンタクト(裏面電極)型の太陽電池の開発が進められている。
バックコンタクト型の太陽電池では受光面側に電極が形成されない。このため、電極による太陽光の遮蔽がなく、高い受光効率による高い発電効率が実現される。
ところが、バックコンタクト型の太陽電池では、裏面側にp型及びn型の半導体層を形成する必要が有るため、どのように太陽電池を形成するかが問題となる。
In order to solve this problem, a back contact (back surface electrode) in which p-type and n-type semiconductor layers are formed on the back surface side opposite to the light receiving surface of the crystalline silicon substrate and electrodes are formed on them. Development of type solar cells is underway.
In the back contact type solar cell, an electrode is not formed on the light receiving surface side. Therefore, there is no shielding of sunlight by the electrodes, and high power generation efficiency due to high light receiving efficiency is realized.
However, in a back contact type solar cell, it is necessary to form p-type and n-type semiconductor layers on the back surface side, so how to form the solar cell becomes a problem.
典型的なバックコンタクト型太陽電池では、積層された電極層と半導体層とが、溝により分断された状態で存在する。ここで、電極層と半導体層とは、結晶シリコン基板上に積層されている。また、溝は、通常、エッチングにより形成される。
しかし、本発明者らが、例えば特許文献1に記載されるような、従来の方法に従って、上記の溝を有するバックコンタクト型の太陽電池の製造を試みたところ、溝により分断された電極層間でのリークパスが生じやすかったり、太陽電池製造時の結晶シリコン基板のダメージに起因して、太陽電池セルの開放電圧が低下しやすかったりする問題があることが明らかになった。
In a typical back contact type solar cell, the laminated electrode layer and the semiconductor layer exist in a state of being separated by a groove. Here, the electrode layer and the semiconductor layer are laminated on the crystalline silicon substrate. Also, the grooves are usually formed by etching.
However, when the present inventors attempted to manufacture a back-contact type solar cell having the above groove according to a conventional method as described in
本発明は、上記の課題に鑑みなされたものであって、分断された電極層間のリークパスと、結晶シリコン基板でのダメージの発生とを抑制し、性能の優れた太陽電池セルと、当該太陽電池セルの製造方法とを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and is a solar cell having excellent performance by suppressing a leak path between the divided electrode layers and the occurrence of damage on a crystalline silicon substrate, and the solar cell. It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a cell.
本発明者らは、結晶シリコン基板と、半導体領域とを含む太陽電池セルであって、半導体領域が、結晶シリコン基板の第1主面上にあり、且つ、分離溝によって2つの領域に隔てられて電気的に絶縁されており、半導体領域が、半導体層と、電極層とを含み、第1主面から半導体領域への方向を上方とする場合に、電極層は半導体層の上面側にある太陽電池セルにおいて、分離溝を挟んで対向する一方の半導体領域の電極層と、他方の半導体領域の電極層との最短距離Wtを、一方の半導体領域の半導体層と、他方の半導体領域の半導体層との最短距離Wnの1.2倍以上10倍以下とすることにより上記の課題を解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。 The present inventors are solar cells including a crystalline silicon substrate and a semiconductor region, in which the semiconductor region is on the first main surface of the crystalline silicon substrate and is separated into two regions by a separation groove. The electrode layer is on the upper surface side of the semiconductor layer when the semiconductor region includes the semiconductor layer and the electrode layer and the direction from the first main surface to the semiconductor region is upward. In a solar cell, the shortest distance Wt between the electrode layer in one semiconductor region and the electrode layer in the other semiconductor region facing each other across the separation groove is set to the semiconductor layer in one semiconductor region and the semiconductor in the other semiconductor region. We have found that the above problems can be solved by setting the shortest distance to the layer, Wn, to 1.2 times or more and 10 times or less, and have completed the present invention.
すなわち、本発明は、
(i)結晶シリコン基板と、半導体領域とを含む太陽電池セルであって、
半導体領域は、結晶シリコン基板の第1主面上にあり、且つ、分離溝によって2つの領域に隔てられて電気的に絶縁されており、
半導体領域は、半導体層と、電極層とを含み、
第1主面から半導体領域への方向を上方とする場合に、電極層は半導体層の上面側にあり、
分離溝を挟んで対向する一方の半導体領域の電極層と、他方の半導体領域の電極層との最短距離Wtが、一方の半導体領域の半導体層と、他方の半導体領域の半導体層との最短距離Wnの1.2倍以上10倍以下である、太陽電池セル、及び
(ii)(i)に記載の太陽電池セルの製造方法であって、
結晶シリコン基板と、半導体層及び電極層とを含む半導体領域と、最表層であるエッチングマスクとを含む前駆積層体について、エッチングマスクの開口部から電極層と半導体層とをエッチングして溝を形成することにより、半導体領域を分割することを含み、
半導体層の上面側に電極層が積層され、電極層上にエッチングマスクが積層される、太陽電池セルの製造方法、
を提供する。
That is, the present invention
(I) A solar cell including a crystalline silicon substrate and a semiconductor region.
The semiconductor region is on the first main surface of the crystalline silicon substrate and is electrically isolated by being separated into two regions by a separation groove.
The semiconductor region includes a semiconductor layer and an electrode layer, and includes.
When the direction from the first main surface to the semiconductor region is upward, the electrode layer is on the upper surface side of the semiconductor layer.
The shortest distance Wt between the electrode layer in one semiconductor region and the electrode layer in the other semiconductor region facing each other across the separation groove is the shortest distance between the semiconductor layer in one semiconductor region and the semiconductor layer in the other semiconductor region. The method for manufacturing a solar cell, which is 1.2 times or more and 10 times or less of Wn, and the solar cell according to (ii) and (i).
A groove is formed by etching the electrode layer and the semiconductor layer from the opening of the etching mask on the precursor laminate including the crystalline silicon substrate, the semiconductor region including the semiconductor layer and the electrode layer, and the etching mask which is the outermost layer. Including dividing the semiconductor region by
A method for manufacturing a solar cell, in which an electrode layer is laminated on the upper surface side of a semiconductor layer and an etching mask is laminated on the electrode layer.
I will provide a.
本発明によれば、分断された電極層間のリークパスと、結晶シリコン基板でのダメージの発生とが抑制され、その結果、性能が優れる太陽電池セルと、当該太陽電池セルの製造方法とを提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a solar cell having excellent performance and a method for manufacturing the solar cell, in which a leak path between the divided electrode layers and the occurrence of damage in a crystalline silicon substrate are suppressed. be able to.
≪太陽電池セル≫
図6に示すように、太陽電池セルは、結晶シリコン基板1と、半導体領域4とを含む太陽電池セルである。
半導体領域4は、結晶シリコン基板1の第1主面1a上にあり、且つ、分離溝9によって2つの領域に隔てられて電気的に絶縁されている。
半導体領域4は、半導体層5と、電極層7とを含む。
第1主面1aから半導体領域4への方向を上方とする場合に、電極層7は半導体層5の上面側にある。
分離溝9を挟んで対向する一方の半導体領域4aの電極層7aと、他方の半導体領域4bの電極層7bとの最短距離Wtが、一方の半導体領域4aの半導体層5と、他方の半導体領域4bの半導体層5との最短距離Wnの1.2倍以上10倍以下である。
太陽電池セルは、以上説明した構成以外の他の構成を、上記の構成外の構成を必要に応じて備える。
≪Solar cell≫
As shown in FIG. 6, the solar cell is a solar cell including a
The
The
The
The shortest distance Wt between the
The solar cell includes a configuration other than the configuration described above, if necessary, with a configuration other than the above configuration.
まず、典型的なバックコンタクト型太陽電池の製造方法と、その製造方法について本発明者らが明らかにした課題とについて、図1〜図5を参照して、以下に説明する。 First, a typical back-contact type solar cell manufacturing method and the problems clarified by the present inventors regarding the manufacturing method will be described below with reference to FIGS. 1 to 5.
図1〜図3は、バックコンタクト型太陽電池の製造方法における所定の段階での、結晶シリコン基板を含む積層体の、当該積層体の面方向に対して垂直な断面を模式的に示す図である。
図1について説明する。まず、結晶シリコン基板1の受光面側(第2主面1b側)に真性半導体層2及び受光面側保護層3を形成する。次いで、裏面側(第1主面1a側)に真性半導体層6b及び第1導電型半導体層6a及び絶縁層8をこの順で積層する。続いて、裏面側の絶縁層8及び第1導電型半導体層6a及び真性半導体層6bの一部をエッチングにより除去し、結晶シリコン基板1の第1主面1aの一部を露出させる。
1 to 3 are diagrams schematically showing a cross section of a laminate containing a crystalline silicon substrate at a predetermined stage in a method for manufacturing a back contact type solar cell, perpendicular to the plane direction of the laminate. is there.
FIG. 1 will be described. First, the
図2について説明する。図1に示される積層体において、第1導電型半導体層6a及び絶縁層8を含む第1主面1a側の略全面に真性半導体層5b及び第2導電型半導体層5aを形成する。次いで、第2導電型半導体層5a及び真性半導体層5b及び絶縁層8の一部をエッチングによって除去し、第1導電型半導体層6aを露出させる。
FIG. 2 will be described. In the laminate shown in FIG. 1, the
図3について説明する。図2に示される積層体において、第1導電型半導体層6a及び第2導電型半導体層5a上に、電極層7を製膜した後、フォトリソグラフィ法により絶縁膜8に重なる電極層7を電極層7aと電極層7bとに分断する。分断された電極層7aと電極7b上に、それぞれ第2電極10aと第2電極10bとが形成されることで、図3に示される構造を含むバックコンタクト型太陽電池が製造される。
FIG. 3 will be described. In the laminate shown in FIG. 2, an
しかしながら、前述の通り、特許文献1に記載されるような従来の方法で製造されるバックコンタクト型太陽電池には、溝により分断された電極層間でのリークパスが生じやすかったり、太陽電池製造時の結晶シリコン基板のダメージに起因して、太陽電池セルの開放電圧が低下しやすかったりする問題がある。
本発明者らは、これらの問題が、以下に説明する原因により生じると推察した。これらの問題の原因について、図4及び図5を参照しながら説明する。
However, as described above, in the back contact type solar cell manufactured by the conventional method as described in
The present inventors have speculated that these problems are caused by the causes described below. The causes of these problems will be described with reference to FIGS. 4 and 5.
まず、リークパスの問題について図4を参照して説明する。
図4は、リークパスの問題が生じる程度に狭い開口幅を有するエッチングマスク11を用いて、エッチングにより溝を形成することで電極層7(電極層7a及び電極層7b)と半導体層5とが分断された状態を模式的に示す図である。
エッチングマスク11の開口幅が狭い場合、電極層7aと電極層7bとの間で電極層7のエッチング残渣が生じやすい。このため、電極層7aと電極層7bとの間に残存又は堆積するエッチング残渣に起因して、電極層7aと電極層7bとの間にリークパスが生じやすいと考えられる。
First, the problem of leak path will be described with reference to FIG.
In FIG. 4, the electrode layer 7 (
When the opening width of the
次に、開放電圧の低下について図5を参照して説明する。
図5は、解放電圧の低下が生じる程度に広い開口幅を有するエッチングマスク11を用いて、エッチングにより溝を形成することで電極層7(電極層7a及び電極層7b)と半導体層5とが分断された状態を模式的に示す図である。エッチングマスク11の開口幅が広い場合、エッチングマスク11の開口部の位置が所定の位置からわずかにずれることによって、エッチング後に、結晶シリコン基板1の表面が露出する場合がある。
この場合、図5に示されるように、結晶シリコン基板1が塩基等によるダメージを受ける場合がある。そうすると、結晶シリコン基板1がダメージを受けた場合に、太陽電池セルの開放電圧が低下してしまうと考えられる。
Next, the decrease in the open circuit voltage will be described with reference to FIG.
In FIG. 5, the electrode layer 7 (
In this case, as shown in FIG. 5, the
以上説明した、従来の方法で製造されるバックコンタクト型太陽電池に関する、問題とその原因とに基づいて、本発者らが鋭意検討した結果、前述の本願発明にかかる太陽電池セルの構造に想到するに至った。
前述の構造を備える、本願発明にかかる太陽電池セルでは、分断された電極層7aと電極層7bとの間では広い開口幅を有するためリークパスの発生が抑制される一方で、分断された一方の半導体層と他方の半導体層との開口幅が狭いため、結晶シリコン基板1がエッチングによるダメージを受けにくい。このため、上記構造を備える太陽電池セルでは、リーク抵抗と、開放電圧とが高い。
As a result of diligent studies by the present authors based on the problems and their causes regarding the back contact type solar cell manufactured by the conventional method described above, the structure of the solar cell according to the present invention described above was conceived. I came to do it.
In the solar cell according to the present invention having the above-mentioned structure, since the divided
以下、本発明にかかる太陽電池セルについて、図6を参照しつつ説明する。
図6は、好適な太陽電池セルの一例について、当該太陽電池セルの面方向に対して垂直な断面を模式的に示す図である。
Hereinafter, the solar cell according to the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 6 is a diagram schematically showing a cross section perpendicular to the plane direction of the solar cell for an example of a suitable solar cell.
図6に示される太陽電池セルは、結晶シリコン基板1の第1主面1a上に、分離溝9により隔てられた半導体領域4aと、半導体領域4bとからなる半導体領域4を備える。
半導体領域4aは、図6中、電極層7aと、半導体層5とからなる。
半導体層5は、通常、第2導電型半導体層5aと、真性半導体層5bとからなる。
また、半導体領域4bは、図6中、電極層7bと、半導体層5とからなる。
The solar cell shown in FIG. 6 includes a
The
The
Further, the
図6に示される太陽電池セルでは、真性半導体層5b及び真性半導体層6b上において、第2導電型半導体層5aと、第1導電型半導体層6aとが、真性半導体層5bを介して接合されている。真性半導体層6bは、第1導電型半導体層6aと積層され、半導体層6を構成する。
第2導電型半導体層5aと、第1導電型半導体層6aとは、一方がn型半導体層であり、他方がp型半導体層である。通常、第2導電型半導体層5aがn型半導体層であり、第1導電型半導体層6aがp型半導体層である。
In the solar cell shown in FIG. 6, the second
One of the second
図6に示される太陽電池セルでは、第1導電型半導体層6a上に絶縁層8があり、絶縁層8上において、電極層7と、半導体層5とが、分離溝9により隔てられる。
隔てられた一方の電極層7aについては、分離溝9以外の部分において第2導電型半導体層5aを被覆するように形成される。他方の電極層7bについては、分離溝9以外の部分において、半導体層5の表面と第1導電型半導体層6aの表面とを被覆するように形成される。
In the solar cell shown in FIG. 6, an insulating
One of the separated
電極層7(電極層7a及び電極層7b)の材質は特に限定されないが、透明な導電性材料が好ましい。透明な導電性材料としては、酸化インジウム錫(ITO)、酸化インジウム亜鉛(IZO)、酸化インジウムタングステン(IWO)、アルミドープ酸化亜鉛(AZO)、フッ素ドープ酸化スズ(FTO)、メタルメッシュ、ナノ炭素材料、導電性ポリマー等が挙げられる。透明な導電性材料は、これらの材料の中から、電気特性、透明性、パターニングの容易さ等を勘案して選択される。これらの材料の中では、酸化インジウム錫(ITO)がより好ましい。
電極層7がITOからなる場合、ITOとしては、アモルファスITOでも、結晶性ITOでもよく、アモルファスITOであるのが好ましい。
アモルファスITOを用いる場合、第2導電型半導体層5a、第1導電型半導体層6a等の半導体層との界面でのコンタクトが良好である電極層7を形成しやすい。
また、アモルファスITOを用いる場合、分離溝9を形成する際の電極層7のエッチングレートが高く、所望する形状の分離溝9の形成が容易である。
The material of the electrode layer 7 (
When the
When amorphous ITO is used, it is easy to form the
Further, when amorphous ITO is used, the etching rate of the
前述の通り、分離溝9を挟んで対向する一方の半導体領域4aの電極層7aと、他方の半導体領域4bの電極層7bとの最短距離Wtが、一方の半導体領域4aの半導体層5と、他方の半導体領域4bの半導体層5との最短距離Wnの1.2倍以上10倍以下である。
WtとWnとが上記の関係であることにより、分離溝9の電極層7aと電極層7bとを隔てる領域では、Wtが十分に広いため、電極層7のエッチング残渣に起因するリークパスの発生が抑制される。
他方、WtとWnとが上記の関係であることにより、分離溝9の半導体層5を隔てる領域ではWnが十分に狭く、太陽電池セルの製造時に結晶シリコン基板1の表面が露出しにくい。その結果、結晶シリコン基板1がダメージを受けにくく、太陽電池セルの開放電圧の低下を抑制できる。
As described above, the shortest distance Wt between the
Since Wt and Wn have the above relationship, the Wt is sufficiently wide in the region separating the
On the other hand, since Wt and Wn have the above relationship, Wn is sufficiently narrow in the region of the separation groove 9 that separates the
WtとWnとの測定は以下のようにして行われる。
まず、電極層7と分離溝9との境界、及び半導体層5と分離溝9との境界の特定は断面SEMを利用して行う。電極層7の材質がITO等のInを含む材料であり、電極層7と分離溝9との境界があいまいな場合はEDS(X線分析)でのIn検出を用いて境界を特定することができる。
境界を確認した後、Lasertec製コンフォーカル顕微鏡H1200の50倍もしくは100倍の対物レンズで境界領域を撮影し、Wt、Wn(分離された2つの電極層又は半導体層の端面間の最短距離)をそれぞれ測定することができる。
The measurement of Wt and Wn is performed as follows.
First, the boundary between the
After confirming the boundary, the boundary region is photographed with a 50x or 100x objective lens of the Lasertec confocal microscope H1200, and Wt and Wn (the shortest distance between the end faces of the two separated electrode layers or semiconductor layers) are measured. Each can be measured.
上記の通り、Wt/Wnの値は1.2以上であり、1.4以上が好ましく、1.6以上がより好ましい。また、太陽電池セルにおける所望する積層構造の制御が容易である点から、Wt/Wnの値は、10以下が好ましく、8以下がより好ましく、5以下が特に好ましい。 As described above, the value of Wt / Wn is 1.2 or more, preferably 1.4 or more, and more preferably 1.6 or more. Further, the value of Wt / Wn is preferably 10 or less, more preferably 8 or less, and particularly preferably 5 or less, from the viewpoint that the desired laminated structure in the solar cell can be easily controlled.
Wnの値は、本発明の目的を阻害しない範囲で特に限定されない。典型的には、Wnは10μm以上が好ましく、20μm以上がより好ましく、30μm以上が特に好ましく、50μm以上が最も好ましい。また、Wnは、80μm以下が好ましく、70μm以下がより好ましく、60μm以下が特に好ましい。 The value of Wn is not particularly limited as long as it does not interfere with the object of the present invention. Typically, Wn is preferably 10 μm or more, more preferably 20 μm or more, particularly preferably 30 μm or more, and most preferably 50 μm or more. Further, Wn is preferably 80 μm or less, more preferably 70 μm or less, and particularly preferably 60 μm or less.
図6にはバックコンタクト型の太陽電池セルの断面が示される。図6に示される太陽電池セルは、第2主面1b上に、真性半導体層2と、受光面側保護層3とが、この順で積層されている。
真性半導体層2は、結晶シリコン基板1の表面パッシベーションを目的に形成される。真性半導体層2の材質としては、水素化アモルファスシリコン、窒化シリコン、酸化シリコン、及び酸化アルミニウム等が用いられる。
FIG. 6 shows a cross section of a back contact type solar cell. In the solar cell shown in FIG. 6, the
The
また、一方の半導体領域4aの電極層7aと、他方の半導体領域4bの電極層7bとの間であって、半導体層5の上面上に、電極層7と同様の材質からなる凸部(図6中、不図示)が島状に点在しているのも好ましい。
つまり、分離溝9中に露出する分離された第2導電型半導体層5aの上面に、電極層7と同様の材質からなる1以上の凸部が形成されてもよい。
この場合、凸部による光の散乱が生じ、それにより、それにより分光感度電流値の向上が見込まれる。
Further, between the
That is, one or more convex portions made of the same material as the
In this case, light is scattered by the convex portion, which is expected to improve the spectral sensitivity current value.
そして、電極層7a上に第2電極10aが形成され、電極層7b上に第2電極10bが形成される。第2電極10a及び第2電極10bにより、太陽電池セルで発生した電流が取出される。
Then, the
≪太陽電池セルの製造方法≫
以下、前述の太陽電池セルの、好適な製造方法について説明する。
前述の結晶シリコン基板1と、半導体層5及び電極層7とを含む半導体領域4と、最表層であるエッチングマスク11とを含む前駆積層体について、エッチングマスク11の開口部から電極層7と半導体層5とをエッチングして分離溝9を形成することにより、半導体領域4を分割することを含む。
前駆積層体においては、半導体層5上に電極層7が積層されている。
エッチングが施される上記の前駆積層体の断面を図7に示す。
そして、エッチングマスク11の開口部幅方向について、半導体層5よりも、電極層7においてエッチングを速く進行させることにより、太陽電池セルについて説明した所定の条件を満たす分離溝9が形成される。
≪Manufacturing method of solar cells≫
Hereinafter, a suitable manufacturing method for the above-mentioned solar cell will be described.
With respect to the precursor laminate including the above-mentioned
In the precursor laminate, the
A cross section of the precursor laminate to be etched is shown in FIG.
Then, in the opening width direction of the
エッチングにより所望する形状の分離溝9が形成され、エッチングマスク11が剥離されていない状況の太陽電池セルの断面を図8に示す。
所望する形状の分離溝9を形成する場合、電極層7のエッチングは、エッチングマスク11の開口部から絶縁層8への方向だけでなく、エッチングマスク11の開口部の幅方向にも進行する。このような、アンダーエッチを生じさせることで、分離溝9中に、幅Wtである電極層を隔てる幅広の領域が形成される。ここで、前述の通り、WtはWnの1.2倍以上10倍以下である。
また、半導体層5よりも、電極層7においてエッチングを速く進行させるが、半導体層5は、電極層7のエッチングに用いるエッチング液によりエッチングされないのが好ましい。この場合、半導体層5は、電極層7のエッチングに用いるエッチング液とは異なるエッチング液によりエッチングされる。
FIG. 8 shows a cross section of the solar cell in a state where the separation groove 9 having a desired shape is formed by etching and the
When the separation groove 9 having a desired shape is formed, the etching of the
Further, although the etching proceeds faster in the
半導体層5のエッチングは、エッチングマスク11の開口部の幅方向にはほとんど進行せず、エッチングマスク11の開口幅Wrと同一かほぼ同じ幅で、絶縁層8に向かって進行する。このようにして、分離溝9中に、幅Wnである半導体層5を隔てる領域が形成される。ここで、Wrは、Wnと等しいかほぼ等しい。
The etching of the
このようなエッチングについて、電極層7に対するエッチングレートが5nm/sec以上であるエッチング液を用いて行われるのが好ましい。このようなエッチング液を用いることで、WtとWnとに所望する程度の差をつけつつ、所望する形状の分離溝を短時間で形成しやすい。また、このようなエッチング液を用いることで、電極層7半導体層5の上面上に、電極層7を島状に残存させやすい。
エッチング液の電極層7に対するエッチングレートは、10nm/sec以上がより好ましく、15nm/sec以上が特に好ましい。また、エッチング液の電極層7に対するエッチングレートは、50nm/sec以下が好ましい。
他方、半導体層5のエッチングは、KOH水溶液等のアルカリ性のエッチング液を用いて行われるのが好ましい。アルカリ性のエッチング液を用いる場合、Wnを過度に大きくすることなく所望する形状の分離溝9を形成しやすい。
Such etching is preferably performed using an etching solution having an etching rate of 5 nm / sec or more for the
The etching rate of the etching solution with respect to the
On the other hand, the etching of the
電極層7に対して上記のエッチングレートを示すエッチング液としては、例えば、塩化水素水溶液、塩酸以外の他のハロゲン化水素水溶液、及び塩化第二鉄水溶液が挙げられる。これらの中では、塩化水素水溶液(塩酸)が好ましい。塩酸の濃度としては、5〜40質量%が好ましく、7〜20質量%がより好ましく、8〜15質量%が特に好ましい。
Examples of the etching solution showing the above etching rate with respect to the
エッチング時間は、エッチング液の種類に応じて、WtとWnとがそれぞれ所望する値である分離溝9が形成されるように適宜選択される。 The etching time is appropriately selected according to the type of the etching solution so that the separation groove 9 in which Wt and Wn are desired values is formed.
以上説明したように分離溝9を形成した後に、電極層7(電極層7a及び電極層7b)をアニールするのが好ましい。電極層7をアニールすることにより、電極層7の結晶性が向上し、電極層7と、第2導電型半導体層5a、第1導電型半導体層6a等の半導体層との界面でのコンタクトを向上させることができる。
かかる硬化は、ITOからなる電極層7において顕著であり、アモルファスITOからなる電極層7においてより顕著である。
As described above, it is preferable to anneal the electrode layer 7 (
Such curing is remarkable in the
アニールの条件は、特に限定されないが、典型的には、150〜220℃、及び10〜60分である。 The annealing conditions are not particularly limited, but are typically 150 to 220 ° C. and 10 to 60 minutes.
以下、本発明を実施例に基づき、さらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail based on Examples, but the present invention is not limited to these Examples.
〔比較例1〕
入射面方位が(100)で、厚みが200μmのn型単結晶シリコン基板を用い、この基板を2重量%のHF水溶液に3分間浸漬し、表面の酸化シリコン膜を除去した。その後、超純水によるリンスを2回行った。リンスされた基板を、70℃に保持された、5質量%のKOHを含む、濃度15質量%のイソプロピルアルコール水溶液に15分間浸漬して基板の表面のエッチングを行い、基板表面にテクスチャを形成した。次いで、超純水によるリンスを2回行った。
[Comparative Example 1]
An n-type single crystal silicon substrate having an incident plane orientation of (100) and a thickness of 200 μm was used, and the substrate was immersed in a 2 wt% HF aqueous solution for 3 minutes to remove the silicon oxide film on the surface. Then, rinsing with ultrapure water was performed twice. The rinsed substrate was immersed in a 15% by mass isopropyl alcohol aqueous solution containing 5% by mass of KOH kept at 70 ° C. for 15 minutes to etch the surface of the substrate to form a texture on the surface of the substrate. .. Then, rinsing with ultrapure water was performed twice.
原子間力顕微鏡(AFM、パシフィックナノテクノロジー社製)により、単結晶シリコン基板の表面観察を行ったところ、基板の表面はエッチングが最も進行しており、(111)面が露出したピラミッド型のテクスチャが形成されていた。
このようにして得られた表面にテクスチャを備える基板を、結晶シリコン基板1として用いた。
When the surface of a single crystal silicon substrate was observed with an atomic force microscope (AFM, manufactured by Pacific Nanotechnology), the surface of the substrate was most etched, and the (111) surface was exposed in a pyramid-shaped texture. Was formed.
The substrate having a texture on the surface thus obtained was used as the
結晶シリコン基板1がCVD装置へ導入され、受光面(第2主面1b)側に真性半導体層2として真性非晶質シリコン層が10nmの膜厚で製膜された。
次に、真性半導体層2の上に受光面側保護層3として窒化シリコン層が60nmの膜厚で製膜された。
The
Next, a silicon nitride layer was formed on the
また、裏面(第1主面1a)側に真性半導体層6bとして真性非晶質シリコン層が8nmの膜厚で製膜された。真性半導体層6b上に、第1導電型半導体層6aとしてp型非晶質シリコン層が7nmの膜厚で製膜された。
さらに第1導電型半導体層6a上に、絶縁層8として酸化ケイ素層が60nmの膜厚で製膜された。
Further, an intrinsic amorphous silicon layer was formed as an
Further, a silicon oxide layer was formed as an insulating
次に、絶縁層8上にフォトレジストを用いてフォトリソグラフィ法によりエッチングマスクを形成した後、絶縁層8の一部をHF水溶液を用いて除去した。
絶縁層8の一部の除去後、常法に従い、エッチングマスクを剥離、除去した。
さらに、第1導電型半導体層6a及び真性半導体層6bの一部(絶縁層8が除去された面)に対する等方性エッチングを行い、結晶シリコン基板1の第1主面aを露出させた。エッチングを経て得られた基板は、図1に示される構造を有する。
Next, an etching mask was formed on the insulating
After removing a part of the insulating
Further, isotropic etching was performed on a part of the first
洗浄後にシリコン基板をCVD装置へ導入して、絶縁層8を含む第1主面a側に、真性半導体層5bとして真性非晶質シリコン層が8nmの膜厚で製膜された。
真性半導体層5b上に第2導電型半導体層5aとしてn型非晶質シリコン層が12nmの膜厚で製膜された。
このようにして形成された第2導電型半導体層5a上に、フォトレジストを用いてフォトリソグラフィ法によりエッチングマスクを形成した後、第2導電型半導体層5a及び真性半導体層5bの一部をKOH水溶液を用いて除去した。
続けて、第2導電型半導体層5a及び真性半導体層5bの除去により露出した箇所の絶縁層8を、HF水溶液によって除去し、第1導電型半導体層6aの表面の一部を露出させた。
絶縁層8の一部の除去後、常法に従い、エッチングマスクを剥離、除去した。
エッチングを経て得られた基板は、図2に示される構造を有する。
After cleaning, the silicon substrate was introduced into the CVD apparatus, and an intrinsic amorphous silicon layer as the
An n-type amorphous silicon layer was formed as a second conductive
An etching mask is formed on the second
Subsequently, the insulating
After removing a part of the insulating
The substrate obtained through etching has the structure shown in FIG.
さらに第1導電型半導体層6a及び第2導電型半導体層5aが形成された第1主面1aの略全面に、電極層7として、酸化インジウム錫(ITO、屈折率:1.9)が80nmの膜厚で製膜された。電極層7の製膜は、ターゲットとして酸化インジウム錫を用い、基板温度:室温、圧力:0.2Paのアルゴン雰囲気中で、0.5W/cm2のパワー密度を印加して行われた。
Further, indium tin oxide (ITO, refractive index: 1.9) is 80 nm as an
電極層7を形成した後、電極層7上にフォトレジストを用いてフォトリソグラフィ法によりエッチングマスク11を形成した。形成されたエッチングマスクは、分離溝9を形成するための開口部を有し、当該開口部の開口幅は50μmであった。
次いで、シリコン基板を濃度10質量%の塩酸水溶液に30秒間浸漬させて、電極層7の一部をエッチングした。さらに、シリコン基板を濃度3質量%のKOH水溶液に300秒間浸漬させて、半導体層5の一部をエッチングした。
このエッチング工程により、電極層7と半導体層5とからなる半導体領域4が、半導体領域4aと半導体領域4bとに分離された。
エッチング後のシリコン基板の断面を光学顕微鏡により観察したところ、アンダーカットは生じておらず、Wt、Wnのいずれもエッチングマスク11の開口幅と同じく50μmであった。
エッチング後に、常法に従い、エッチングマスク11を剥離、除去した後、分離された電極層7a及び電極層7b上それぞれに、銀ペーストを用いるスクリーン印刷により、第2電極10a及び第2電極10bを形成して、比較例1の太陽電池セルを得た。
After forming the
Next, the silicon substrate was immersed in a hydrochloric acid aqueous solution having a concentration of 10% by mass for 30 seconds to etch a part of the
By this etching step, the
When the cross section of the silicon substrate after etching was observed with an optical microscope, no undercut occurred, and both Wt and Wn were 50 μm, which was the same as the opening width of the
After etching, the
得られた太陽電池セルについて、短絡電流Isc、開放電圧Voc、曲率因子FF、及び変換効率Effを求めた。
比較例1の太陽電池セルの短絡電流Isc、開放電圧Voc、曲率因子FF、及び変換効率Effの値を、実施例及び比較例2の太陽電池との比較を行う際の基準として、それぞれ1.000として表1に記す。
For the obtained solar cell, the short-circuit current Isc, the open circuit voltage Voc, the curvature factor FF, and the conversion efficiency Eff were determined.
The values of the short-circuit current Isc, the open circuit voltage Voc, the curvature factor FF, and the conversion efficiency Eff of the solar cell of Comparative Example 1 are used as criteria for comparison with the solar cells of Example and Comparative Example 2, respectively. It is shown in Table 1 as 000.
〔比較例2〕
エッチングマスク11の開口部の幅を50μmから60μmに変えることの他は、比較例1と同様にして太陽電池セルを得た。
エッチング後のシリコン基板の断面を光学顕微鏡により観察したところ、アンダーカットは生じておらず、Wt、Wnのいずれもエッチングマスク11の開口幅と同じく60μmであった。
得られた太陽電池セルについて、短絡電流Isc、開放電圧Voc、曲率因子FF、及び変換効率Effを求めた。
比較例1の太陽電池の短絡電流Isc、開放電圧Voc、曲率因子FF、及び変換効率Effの値を1.000とした場合の、比較例1の太陽電池の短絡電流Isc、開放電圧Voc、曲率因子FF、及び変換効率Effの値を表1に記す。
[Comparative Example 2]
A solar cell was obtained in the same manner as in Comparative Example 1 except that the width of the opening of the
When the cross section of the silicon substrate after etching was observed with an optical microscope, no undercut occurred, and both Wt and Wn were 60 μm, which was the same as the opening width of the
For the obtained solar cell, the short-circuit current Isc, the open circuit voltage Voc, the curvature factor FF, and the conversion efficiency Eff were determined.
When the values of the short-circuit current Isc, open-circuit voltage Voc, curvature factor FF, and conversion efficiency Eff of the solar cell of Comparative Example 1 are 1.000, the short-circuit current Isc, open-circuit voltage Voc, and curvature of the solar cell of Comparative Example 1 The values of the factor FF and the conversion efficiency Eff are shown in Table 1.
〔実施例1〕
電極層7をエッチングする際の時間を30秒から150秒に変えることの他は、比較例1と同様にして太陽電池セルを得た。
エッチング後のシリコン基板の断面を光学顕微鏡により観察したところ、アンダーカットが生じており、Wtが60μmであり、Wnが50μmであった。
得られた太陽電池セルについて、短絡電流Isc、開放電圧Voc、曲率因子FF、及び変換効率Effを求めた。
比較例1の太陽電池の短絡電流Isc、開放電圧Voc、曲率因子FF、及び変換効率Effの値を1.000とした場合の、実施例1の太陽電池の短絡電流Isc、開放電圧Voc、曲率因子FF、及び変換効率Effの値を表1に記す。
[Example 1]
A solar cell was obtained in the same manner as in Comparative Example 1 except that the time for etching the
When the cross section of the silicon substrate after etching was observed with an optical microscope, undercut occurred, and Wt was 60 μm and Wn was 50 μm.
For the obtained solar cell, the short-circuit current Isc, the open circuit voltage Voc, the curvature factor FF, and the conversion efficiency Eff were determined.
When the values of the short-circuit current Isc, the open circuit voltage Voc, the curvature factor FF, and the conversion efficiency Eff of the solar cell of Comparative Example 1 are 1.000, the short-circuit current Isc, the open circuit voltage Voc, and the curvature of the solar cell of Example 1 The values of the factor FF and the conversion efficiency Eff are shown in Table 1.
〔実施例2〕
電極層7をエッチングする際の時間を30秒から300秒に変えることの他は、比較例1と同様にして太陽電池セルを得た。
エッチング後のシリコン基板の断面を光学顕微鏡により観察したところ、アンダーカットが生じており、Wtが70μmであり、Wnが50μmであった。
得られた太陽電池セルについて、短絡電流Isc、開放電圧Voc、曲率因子FF、及び変換効率Effを求めた。
比較例1の太陽電池の短絡電流Isc、開放電圧Voc、曲率因子FF、及び変換効率Effの値を1.000とした場合の、実施例2の太陽電池の短絡電流Isc、開放電圧Voc、曲率因子FF、及び変換効率Effの値を表1に記す。
[Example 2]
A solar cell was obtained in the same manner as in Comparative Example 1 except that the time for etching the
When the cross section of the silicon substrate after etching was observed with an optical microscope, undercut occurred, and Wt was 70 μm and Wn was 50 μm.
For the obtained solar cell, the short-circuit current Isc, the open circuit voltage Voc, the curvature factor FF, and the conversion efficiency Eff were determined.
When the values of the short-circuit current Isc, the open circuit voltage Voc, the curvature factor FF, and the conversion efficiency Eff of the solar cell of Comparative Example 1 are 1.000, the short-circuit current Isc, the open circuit voltage Voc, and the curvature of the solar cell of Example 2 The values of the factor FF and the conversion efficiency Eff are shown in Table 1.
〔実施例3〕
電極層7を形成する際のパワー密度を、0.5W/cm2から3.5W/cm2に変えて結晶性ITOからなる電極層7を形成することと、電極層7のエッチングを35質量%濃度の塩酸水溶液を用いて300秒間行うこととの他は、比較例1と同様にして太陽電池セルを得た。
エッチング後のシリコン基板の断面を光学顕微鏡により観察したところ、アンダーカットが生じており、Wtが60μmであり、Wnが50μmであった。
得られた太陽電池セルについて、短絡電流Isc、開放電圧Voc、曲率因子FF、及び変換効率Effを求めた。
比較例1の太陽電池の短絡電流Isc、開放電圧Voc、曲率因子FF、及び変換効率Effの値を1.000とした場合の、実施例3の太陽電池の短絡電流Isc、開放電圧Voc、曲率因子FF、及び変換効率Effの値を表1に記す。
[Example 3]
The power density when forming the
When the cross section of the silicon substrate after etching was observed with an optical microscope, undercut occurred, and Wt was 60 μm and Wn was 50 μm.
For the obtained solar cell, the short-circuit current Isc, the open circuit voltage Voc, the curvature factor FF, and the conversion efficiency Eff were determined.
When the values of the short-circuit current Isc, the open circuit voltage Voc, the curvature factor FF, and the conversion efficiency Eff of the solar cell of Comparative Example 1 are 1.000, the short-circuit current Isc, the open circuit voltage Voc, and the curvature of the solar cell of Example 3 The values of the factor FF and the conversion efficiency Eff are shown in Table 1.
〔実施例4〕
電極層7のエッチングに用いる塩酸水溶液の濃度を10質量%から5質量%に変えることと、電極層7のエッチングの際の浸漬時間を30秒から300秒に変えることとの他は、比較例1と同様にして太陽電池セルを得た。
エッチング後のシリコン基板の断面を光学顕微鏡により観察したところ、アンダーカットが生じており、Wtが60μmであり、Wnが50μmであった。
得られた太陽電池セルについて、短絡電流Isc、開放電圧Voc、曲率因子FF、及び変換効率Effを求めた。
比較例1の太陽電池の短絡電流Isc、開放電圧Voc、曲率因子FF、及び変換効率Effの値を1.000とした場合の、実施例4の太陽電池の短絡電流Isc、開放電圧Voc、曲率因子FF、及び変換効率Effの値を表1に記す。
[Example 4]
Comparative examples other than changing the concentration of the aqueous hydrochloric acid solution used for etching the
When the cross section of the silicon substrate after etching was observed with an optical microscope, undercut occurred, and Wt was 60 μm and Wn was 50 μm.
For the obtained solar cell, the short-circuit current Isc, the open circuit voltage Voc, the curvature factor FF, and the conversion efficiency Eff were determined.
When the values of the short-circuit current Isc, the open circuit voltage Voc, the curvature factor FF, and the conversion efficiency Eff of the solar cell of Comparative Example 1 are 1.000, the short-circuit current Isc, the open circuit voltage Voc, and the curvature of the solar cell of Example 4 The values of the factor FF and the conversion efficiency Eff are shown in Table 1.
〔実施例5〕
得られた太陽電池セルに対して、170℃1時間の条件でのアニールを行うことの他は、実施例2と同様にして太陽電池セルを得た。
エッチング後のシリコン基板の断面を光学顕微鏡により観察したところ、アンダーカットが生じており、Wtが70μmであり、Wnが50μmであった。
得られた太陽電池セルについて、短絡電流Isc、開放電圧Voc、曲率因子FF、及び変換効率Effを求めた。
比較例1の太陽電池の短絡電流Isc、開放電圧Voc、曲率因子FF、及び変換効率Effの値を1.000とした場合の、実施例5の太陽電池の短絡電流Isc、開放電圧Voc、曲率因子FF、及び変換効率Effの値を表1に記す。
[Example 5]
A solar cell was obtained in the same manner as in Example 2 except that the obtained solar cell was annealed under the condition of 170 ° C. for 1 hour.
When the cross section of the silicon substrate after etching was observed with an optical microscope, undercut occurred, and Wt was 70 μm and Wn was 50 μm.
For the obtained solar cell, the short-circuit current Isc, the open circuit voltage Voc, the curvature factor FF, and the conversion efficiency Eff were determined.
When the values of the short-circuit current Isc, the open circuit voltage Voc, the curvature factor FF, and the conversion efficiency Eff of the solar cell of Comparative Example 1 are 1.000, the short-circuit current Isc, the open circuit voltage Voc, and the curvature of the solar cell of Example 5 The values of the factor FF and the conversion efficiency Eff are shown in Table 1.
分離溝の開口幅を広げることによりFFの改善が見込まれるが、比較例1と比較例2との比較によれば、WtとWnが等しい場合、開口を広げることによりFFが改善されても、Vocが損なわれてしまうことが分かる。 Improvement of FF is expected by widening the opening width of the separation groove. However, according to the comparison between Comparative Example 1 and Comparative Example 2, when Wt and Wn are equal, even if the FF is improved by widening the opening, It can be seen that the Voc is impaired.
比較例1と、実施例1及び実施例2との比較によれば、Wt/Wnが1.2以上である所定の形状の分離溝を形成する場合、Isc、Voc、FF、及びEffの全てが良好であることが分かる。
これは、実施例1及び実施例2では、Wtが十分に広いため、電極層7が十分にエッチングされリークパスが減少し、且つWnが十分に狭いため結晶シリコン基板1へのダメージが生じにくいためと考えられる。
According to the comparison between Comparative Example 1 and Example 1 and Example 2, when forming a separation groove having a predetermined shape in which Wt / Wn is 1.2 or more, all of Isc, Voc, FF, and Eff are formed. It turns out that is good.
This is because, in Examples 1 and 2, since the Wt is sufficiently wide, the
実施例1と、実施例3及び4とを比較すると、実施例1の太陽電池セルの性能が、実施例3及び実施例4の太陽電池セルの性能よりも良好であることが分かる。
これは、実施例3及び実施例4では、エッチングレートが低いため、実施例1と比べて若干エッチング残渣によるリークパスが生じすいためであると考えられる。
以上より、電極層7のエッチングレートは15nm/s以上が好ましく、電極層7の材質として、エッチングレートの高いアモルファスITOが好ましいことが分かる。
Comparing Example 1 with Examples 3 and 4, it can be seen that the performance of the solar cells of Example 1 is better than the performance of the solar cells of Examples 3 and 4.
It is considered that this is because the etching rate is low in Examples 3 and 4, so that a leak path due to the etching residue is slightly generated as compared with Example 1.
From the above, it can be seen that the etching rate of the
実施例5の太陽電池セルは、実施例2の太陽電池セルをアニールしたものである。このため、実施例5の太陽電池セルではFFが大きく向上している。これは、アモルファスITOからなる電極層7がアニールされることにより、電極層7と半導体層との界面のコンタクトが改善したためと考えられる。
The solar cell of Example 5 is an annealed solar cell of Example 2. Therefore, in the solar cell of Example 5, the FF is greatly improved. It is considered that this is because the contact between the
1 結晶シリコン基板
2 真性半導体層
3 受光面側保護層
4 半導体領域
5,6 半導体層
7 電極層
8 絶縁層
9 分離溝
10a,10b 第2電極
11 エッチングマスク
1
Claims (5)
前記半導体領域は、前記結晶シリコン基板の第1主面上にあり、且つ、分離溝によって2つの領域に隔てられて電気的に絶縁されており、
前記半導体領域は、半導体層と、電極層とを含み、
前記第1主面から前記半導体領域への方向を上方とする場合に、前記電極層は前記半導体層の上面側にあり、
前記分離溝を挟んで対向する一方の半導体領域の電極層と、他方の半導体領域の電極層との最短距離Wtが、前記一方の半導体領域の半導体層と、前記他方の半導体領域の半導体層との最短距離Wnの1.2倍以上10倍以下であり、
前記Wnが10μm以上80μm以下であり、
前記一方の半導体領域の電極層と、前記他方の半導体領域の電極層の間であって、前記半導体層の上面上に、電極層と同様の材質からなる凸部が島状に点在する、太陽電池セル。 A solar cell including a crystalline silicon substrate and a semiconductor region.
The semiconductor region is on the first main surface of the crystalline silicon substrate, and is electrically isolated by being separated into two regions by a separation groove.
The semiconductor region includes a semiconductor layer and an electrode layer.
When the direction from the first main surface to the semiconductor region is upward, the electrode layer is on the upper surface side of the semiconductor layer.
The shortest distance Wt between the electrode layer in one semiconductor region and the electrode layer in the other semiconductor region facing each other across the separation groove is the semiconductor layer in one semiconductor region and the semiconductor layer in the other semiconductor region. 10 times der less than 1.2 times greater than the shortest distance Wn of is,
The Wn is 10 μm or more and 80 μm or less.
And the electrode layer of said one semiconductor region, be between the electrode layers of the other semiconductor regions, on the upper surface of the semiconductor layer, convex portions made of the same material as the electrode layer you scattered like islands , Solar cell.
前記結晶シリコン基板と、半導体層及び電極層とを含む前記半導体領域と、最表層であるエッチングマスクとを含む前駆積層体について、前記エッチングマスクの開口部から前記電極層と前記半導体層とをエッチングして前記分離溝を形成することにより、前記半導体領域を分割することを含み、
前記半導体層の上面側に前記電極層が積層され、前記電極層上に前記エッチングマスクが積層される、太陽電池セルの製造方法。 The method for manufacturing a solar cell according to claim 1 or 2 .
With respect to the precursor laminate containing the crystalline silicon substrate, the semiconductor region including the semiconductor layer and the electrode layer, and the etching mask which is the outermost layer, the electrode layer and the semiconductor layer are etched from the opening of the etching mask. The semiconductor region is divided by forming the separation groove.
A method for manufacturing a solar cell, wherein the electrode layer is laminated on the upper surface side of the semiconductor layer, and the etching mask is laminated on the electrode layer.
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