JP7101264B2 - 太陽電池の製造方法 - Google Patents
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Description
しかし、半導体基板の受光面側の光学調整層に複数のピンホールが形成されていると、アルカリ溶液が光学調整層のピンホールを介して第3真性半導体層を溶解してしまう。そのため、キャリアのライフタイムが低下し、太陽電池の性能が低下してしまう。
特許文献2には、第1導電型半導体層のパターニング、および、第2導電型半導体層のパターニングの後に、半導体基板の受光面側に光学調整層を形成する技術が記載されている。
図1は、本実施形態に係る太陽電池を裏面側からみた図である。図1に示す太陽電池1は、裏面電極型の太陽電池である。太陽電池1は、2つの主面を備えるn型(第2導電型)半導体基板11を備え、半導体基板11の主面においてp型(第1導電型)領域7とn型(第2導電型)領域8とを有する。
同様に、n型領域8は、いわゆる櫛型の形状であり、櫛歯に相当する複数のフィンガー部8fと、櫛歯の支持部に相当するバスバー部8bとを有する。バスバー部8bは、半導体基板11の一方の辺部に対向する他方の辺部に沿って第1方向(X方向)に延在し、フィンガー部8fは、バスバー部8bから、第2方向(Y方向)に延在する。
フィンガー部7fとフィンガー部8fとは、第1方向(X方向)に交互に設けられている。
なお、p型領域7およびn型領域8は、ストライプ状に形成されてもよい。
半導体基板11は、受光面側からの入射光を吸収して光キャリア(電子および正孔)を生成する光電変換基板として機能する。
半導体基板11の材料として結晶シリコンが用いられることにより、暗電流が比較的に小さく、入射光の強度が低い場合であっても比較的高出力(照度によらず安定した出力)が得られる。
真性半導体層13,23,33は、いわゆるパッシベーション層として機能し、半導体基板11で生成されたキャリアの再結合を抑制し、キャリアの回収効率を高める。
第1電極層27は、p型半導体層25上に順に積層された透明電極層28と金属電極層29とを有する。第2電極層37は、n型半導体層35上に順に積層された透明電極層38と金属電極層39とを有する。
透明電極層28,38は、透明な導電性材料で形成される。透明導電性材料としては、ITO(Indium Tin Oxide:酸化インジウムおよび酸化スズの複合酸化物)等が挙げられる。金属電極層29,39は、銀等の金属粉末を含有する導電性ペースト材料で形成される。
次に、図6A~図6I、図7および図8を参照して、図1に示す本実施形態の太陽電池1と同様の構成を有する従来の太陽電池1Xの製造方法、およびその課題について説明する。図6Aは、従来の太陽電池の製造方法における光学調整層形成工程および第1導電型半導体層形成工程の一部を示す図であり、図6B~図6Dは、従来の太陽電池の製造方法における第1導電型半導体層形成工程の残りを示す図である。また、図6Eおよび図6Fは、従来の太陽電池の製造方法における第2導電型半導体層形成工程を示す図であり、図6G~図6Iは、従来の太陽電池の製造方法における電極層形成工程を示す図である。
また、図7および図8は、それぞれ、従来の太陽電池の製造方法における第1の課題および第2の課題を説明するための図である。
また、例えばCVD法を用いて、半導体基板11Xの受光面側の全面に、真性半導体層13Xおよび光学調整層15Xを順に積層(製膜)する(光学調整層形成工程)。なお、真性半導体層材料膜23ZXおよびp型半導体層材料膜25ZXと、真性半導体層13Xおよび光学調整層15Xとの製膜の順序は限定されない。
その後、図6Dに示すように、フォトレジスト90Xを剥離する。フォトレジスト90Xに対するエッチング溶液としては、安価なアルカリ溶液が用いられる。このとき、第1の課題が生じる(詳細は後述する)。
以上の工程により、従来の裏面電極型の太陽電池1Xが完成する。
一般に、p型半導体層25Xのパターニング、および、n型半導体層35Xのパターニングのうちの少なくともp型半導体層25Xのパターニングにおいて、フォトリソグラフィ技術を用いたエッチング法が用いられる。その際、コストダウンの観点から、フォトレジスト90Xを剥離する溶液としてアルカリ溶液を使用することが考えられる。
しかし、図7に示すように、半導体基板11Xの受光面側の光学調整層15Xに複数のピンホール15hが形成されていると、アルカリ溶液が光学調整層15Xのピンホールを介して真性半導体層13Xを溶解してしまう。そのため、キャリアのライフタイムが低下し、太陽電池の性能が低下してしまう。
また、光学調整層15Xのピンホール15hを介した真性半導体層13Xの溶解を抑制するためには、光学調整層15Xにおけるピンホール15hの発生を抑制することが考えられる。光学調整層15Xにおけるピンホール15hの発生を抑制するためには、
・クリーンルーム内で作業し、製造プロセス中の異物の付着を回避すること、
・光学調整層の膜厚を厚くすること、または、
・光学調整層を多層化すること、
が考えられる。しかし、製膜環境のクリーン化(クリーンルーム内での作業)は、設備投資コストが大きい。光学調整層の厚膜化は、太陽電池の性能面で好ましくない。光学調整層の多層化は、製造プロセスの増加およびコスト面で容易ではない。
また、第2導電型半導体層形成工程におけるn型半導体層35Xの製膜前のクリーニングにおいて、フッ酸処理(フッ酸、またはフッ酸と他の種類の酸との混合物での処理)を行うと、図8に示すように、光学調整層15Xの表面がエッチングされ、視認できるくらいのエッチングムラが生じる。そのため、太陽電池1Xの受光面側の外観が悪化する。
以下、図3A~図3Iを参照して、図2に示す本実施形態の太陽電池1の製造方法について説明する。図3Aは、本実施形態に係る太陽電池の製造方法における光学調整層形成工程、犠牲層形成工程および第1導電型半導体層形成工程の一部を示す図であり、図3B~図3Dは、本実施形態に係る太陽電池の製造方法における第1導電型半導体層形成工程の残りを示す図である。また、図3Eは、本実施形態に係る太陽電池の製造方法における第1洗浄工程を示す図であり、図3Fおよび図3Gは、本実施形態に係る太陽電池の製造方法における第2導電型半導体層形成工程を示す図である。また、図3Hおよび図3Iは、本実施形態に係る太陽電池の製造方法における電極層形成工程を示す図である。
また、例えばCVD法を用いて、半導体基板11の受光面側の全面に、真性半導体層13および光学調整層15を順に積層(製膜)する(光学調整層形成工程)。
下側犠牲層41は、シリコンを主成分とする材料で形成される。これにより、下側犠牲層41は、酸処理、例えばフッ酸処理(フッ酸、またはフッ酸と他の種類の酸との混合物での処理)に対して耐性を有し、アルカリ溶液で容易に除去される。
上側犠牲層43は、酸化珪素(SiO)、窒化珪素(SiN)、または酸窒化珪素(SiON)のようなそれらの複合物等の材料で形成される。これにより、上側犠牲層43は、アルカリ溶液に対して耐性を有し、フッ酸処理(フッ酸、またはフッ酸と他の種類の酸との混合物での処理)で容易に除去される。上側犠牲層43の膜厚は、例えば5nm以上300nm以下であると好ましい。
このとき、上側犠牲層43は、フォトレジスト90を剥離するアルカリ溶液から真性半導体層13および光学調整層15を保護する。そのため、光学調整層15にピンホールがあっても、アルカリ溶液による真性半導体層13の溶解が抑制される。
このとき、上側犠牲層43はフッ酸処理によって除去される。また、下側犠牲層41は、フッ酸処理から光学調整層15の表面を保護する。そのため、光学調整層15の表面のエッチングが抑制される。
このとき、下側犠牲層41は、エッチングを行うアルカリ溶液によって除去される。
なお、n型半導体層35のエッチングのためのアルカリ溶液のアルカリ濃度は、上述した第1導電型半導体層形成工程におけるフォトレジスト90の剥離のためのアルカリ溶液のアルカリ濃度よりも低い(例えば、n型半導体層のエッチングのためのアルカリ溶液のアルカリ濃度は、フォトレジストの剥離のためのアルカリ溶液のアルカリ濃度の半分以下である。)。そのため、n型半導体層35のエッチングのためのアルカリ溶液から、真性半導体層13および光学調整層15を保護する必要はない。
以上の工程により、図2に示す本実施形態の裏面電極型の太陽電池1が得られる。
また、フォトレジストを剥離する溶液として安価なアルカリ溶液を使用することができるので、太陽電池の低コスト化が可能である。
本実施形態において、図4に示すように、犠牲層は、犠牲層41のみの単数層で形成されていてもよい。犠牲層41は、シリコンを主成分とする真性半導体層、シリコンにp型ドーパントがドープされたp型半導体層、またはシリコンにn型ドーパントがドープされたn型半導体層であってもよい。なお、犠牲層41の膜厚は、例えば5nm以上300nm以下であると好ましい。
本実施形態において、第2導電型半導体層形成工程後であって電極層形成工程前に、半導体基板11の両主面をクリーニングする第2洗浄工程を備えてもよい。また、第2導電型半導体層形成工程においても、フォトレジスト90を剥離する溶液として安価なアルカリ溶液を用いてもよい。また、電極層形成工程において、透明導電層のパターニング時の現像工程においてアルカリ溶液を用いてもよい。
また、上述した本実施形態と同様に、例えばCVD法を用いて、半導体基板11の受光面側の全面に、真性半導体層13および光学調整層15を順に積層(製膜)する(光学調整層形成工程)。
このとき、上側犠牲層43は、フォトレジスト90を剥離するアルカリ溶液から真性半導体層13および光学調整層15を保護する。そのため、光学調整層15にピンホールがあっても、アルカリ溶液による真性半導体層13の溶解が抑制される。
このとき、各層の積層方向における上側犠牲層43の一部はフッ酸処理によって除去される。また、上側犠牲層43の残りは、フッ酸処理から光学調整層15の表面を保護する。そのため、光学調整層15の表面のエッチングが低減される。
このとき、n型半導体層材料膜35Z上に、後述するフォトレジスト90を剥離するアルカリ溶液に耐性を有し、かつ、後述する第2洗浄工程で除去できる層を積層してもよい(図示省略)。この層の材料としては、SiOまたはSiN等が挙げられる。また、この層の形成方法としては、CVD法またはスパッタリング法等のPVD法が挙げられる。
このとき、上側犠牲層43の残りは、フォトレジスト90を剥離するアルカリ溶液から真性半導体層13および光学調整層15を保護する。そのため、光学調整層15にピンホールがあっても、アルカリ溶液による真性半導体層13の溶解が抑制される。
このとき、上側犠牲層43の残りはフッ酸処理によって除去される。また、下側犠牲層41は、フッ酸処理から光学調整層15の表面を保護する。そのため、光学調整層15の表面のエッチングが低減される。
このとき、下側犠牲層41は、透明導電層のパターニング時の現像工程において用いられるアルカリ溶液から真性半導体層13および光学調整層15を保護する。また、下側犠牲層41はアルカリ溶液によって除去される。
以上の工程により、図2に示す本実施形態の裏面電極型の太陽電池1が得られる。
また、フォトレジストを剥離する溶液として安価なアルカリ溶液を使用することができるので、太陽電池の低コスト化が可能である。
変形例2においても、変形例1と同様に、犠牲層は、犠牲層41のみの単数層で形成されていてもよい。犠牲層41は、シリコンを主成分とする真性半導体層、シリコンにp型ドーパントがドープされたp型半導体層、またはシリコンにn型ドーパントがドープされたn型半導体層であってもよい。なお、犠牲層41の膜厚は、例えば5nm以上300nm以下であると好ましい。
また、上述した変形例2および3では、第2導電型半導体層形成工程において、アルカリ溶液で剥離可能なフォトレジスト(フォトリソグラフィ法)を用いて真性半導体層33およびp型半導体層35のパターニングを行う形態を例示した。しかし、本発明はこれに限定されず、アルカリ溶液で剥離可能な印刷レジスト等の種々のレジストを用いて真性半導体層およびn型半導体層のパターニングを行う形態にも適用可能である。
7 第1導電型領域
7b,8b バスバー部
7f,8f フィンガー部
8 第2導電型領域
9 境界領域
11,11X 半導体基板
13,13X 真性半導体層(第3真性半導体層)
15,15X 光学調整層
23,23X 真性半導体層(第1真性半導体層)
23Z,23ZX,33Z,33ZX 真性半導体層材料膜
25,25X 第1導電型半導体層
25Z,25ZX 第1導電型半導体層材料膜
27,27X 第1電極層
28,28X,38,38X 透明電極層
28Z,28Z 透明電極層材料膜
29,29X,39,39X 金属電極層
33,33X 真性半導体層(第2真性半導体層)
35,35X 第2導電型半導体層
35Z,35Z 第2導電型半導体層材料膜
37,37X 第2電極層
41 下層犠牲層(犠牲層)
43 上層犠牲層(犠牲層)
Claims (8)
- 半導体基板と、前記半導体基板の一方主面側と反対側の他方主面側の一部に順に積層された第1真性半導体層、第1導電型半導体層および第1電極層と、前記半導体基板の前記他方主面側の他の一部に順に積層された第2真性半導体層、第2導電型半導体層および第2電極層とを備える裏面電極型の太陽電池の製造方法であって、
前記半導体基板の前記一方主面側に第3真性半導体層および光学調整層を順に形成する光学調整層形成工程と、
前記半導体基板の前記一方主面側の前記光学調整層上に犠牲層を形成する犠牲層形成工程と、
前記半導体基板の前記他方主面側に、パターン化された前記第1導電型半導体層を形成する第1導電型半導体層形成工程と、
前記半導体基板の前記他方主面側に、パターン化された前記第2導電型半導体層を形成する第2導電型半導体層形成工程と、
前記半導体基板の前記他方主面側に、パターン化された前記第1電極層および前記第2電極層を形成する電極層形成工程と、
を含み、
前記犠牲層は、
シリコンを主成分とする下側犠牲層と、酸化珪素、窒化珪素またはそれらの複合物を主成分とする上側犠牲層との複数層で構成されており、
前記第1導電型半導体層形成工程および前記第2導電型半導体層形成工程の少なくとも一方の工程において、前記パターン化に使用するレジストを剥離する溶液から前記第3真性半導体層および前記光学調整層を保護しつつ、
前記第1導電型半導体層形成工程、前記第2導電型半導体層形成工程、または前記電極層形成工程において一部が除去され、前記電極層形成工程後には全てが除去されている、
太陽電池の製造方法。 - 前記第1導電型半導体層形成工程後であって前記第2導電型半導体層形成工程前に、前記半導体基板の両主面をクリーニングする第1洗浄工程を更に備え、
前記第1導電型半導体層形成工程では、レジストを用いたエッチングにより前記第1真性半導体層および前記第1導電型半導体層をパターニングし、
前記第2導電型半導体層形成工程では、レジストを用いたエッチングにより前記第2真性半導体層および前記第2導電型半導体層をパターニングし、
前記犠牲層は、
前記第1洗浄工程において、クリーニング処理から前記光学調整層の表面を保護しつつ、
前記第1導電型半導体層形成工程、前記第1洗浄工程、前記第2導電型半導体層形成工程または前記電極層形成工程において一部が除去され、前記電極層形成工程後には全てが除去されている、
請求項1に記載の太陽電池の製造方法。 - 前記第3真性半導体層は、シリコンを主成分とする材料を含み、
前記光学調整層は、酸化珪素、窒化珪素、またはそれらの複合物を主成分とする材料を含み、
前記第1導電型半導体層形成工程および前記第2導電型半導体層形成工程の少なくとも一方の工程において、レジストを剥離する溶液はアルカリ溶液であり、
前記第1洗浄工程は、フッ酸処理を含む、
請求項2に記載の太陽電池の製造方法。 - 前記第1導電型半導体層形成工程において、前記上側犠牲層は、レジストを剥離するアルカリ溶液から前記第3真性半導体層および前記光学調整層を保護し、
前記第1洗浄工程において、前記上側犠牲層はフッ酸処理によって除去されつつ、前記下側犠牲層は当該フッ酸処理から前記光学調整層の表面を保護し、
前記第2導電型半導体層形成工程において、前記下側犠牲層は、前記第2導電型半導体層のパターニングのためのエッチング溶液であるアルカリ溶液によって除去される、
請求項3に記載の太陽電池の製造方法。 - 前記第2導電型半導体層形成工程後であって前記電極層形成工程前に、前記半導体基板の両主面をクリーニングする第2洗浄工程を更に備え、
前記第2導電型半導体層形成工程では、レジストを用いたエッチングにより前記第2真性半導体層および前記第2導電型半導体層をパターニングし、
前記電極層形成工程では、レジストを用いたエッチングにより前記第1電極層または前記第2電極層をパターニングし、
前記犠牲層は、
前記第2導電型半導体層形成工程においても、前記レジストを剥離する溶液から前記第3真性半導体層および前記光学調整層を保護し、
前記第2洗浄工程において、クリーニング処理から前記光学調整層の表面を保護しつつ、
前記第1導電型半導体層形成工程、前記第1洗浄工程、前記第2導電型半導体層形成工程、前記第2洗浄工程または前記電極層形成工程において一部が除去され、前記電極層形成工程後には全てが除去されている、
請求項2に記載の太陽電池の製造方法。 - 前記第3真性半導体層は、シリコンを主成分とする材料を含み、
前記光学調整層は、酸化珪素、窒化珪素、またはそれらの複合物を主成分とする材料を含み、
前記第1導電型半導体層形成工程および前記第2導電型半導体層形成工程の少なくとも一方の工程において、レジストを剥離する溶液はアルカリ溶液であり、
前記第1洗浄工程および前記第2洗浄工程は、フッ酸処理を含み、
前記電極層形成工程において、パターニングにおける現像において用いられる溶液はアルカリ溶液である、
請求項5に記載の太陽電池の製造方法。 - 前記第1導電型半導体層形成工程において、前記上側犠牲層は、レジストを剥離するアルカリ溶液から前記第3真性半導体層および前記光学調整層を保護し、
前記第1洗浄工程において、各層の積層方向における前記上側犠牲層の一部はフッ酸処理によって除去されつつ、前記上側犠牲層の残りは当該フッ酸処理から前記光学調整層の表面を保護し、
前記第2導電型半導体層形成工程において、前記上側犠牲層の残りは、レジストを剥離する溶液から前記第3真性半導体層および前記光学調整層を保護し、
前記第2洗浄工程において、前記上側犠牲層の残りはフッ酸処理によって除去されつつ、前記下側犠牲層は当該フッ酸処理から前記光学調整層の表面を保護し、
前記電極層形成工程において、前記下側犠牲層は、パターニングで使用するアルカリ溶液から前記第3真性半導体層および前記光学調整層を保護しつつ、当該アルカリ溶液によって除去される、
請求項6に記載の太陽電池の製造方法。 - 前記上側犠牲層の膜厚は、5nm以上300nm以下である、請求項1に記載の太陽電池の製造方法。
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