JP7183245B2 - Solar cell manufacturing method - Google Patents

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Description

ここに開示された技術は、太陽電池の製造方法に関する技術分野に属する。 The technology disclosed herein belongs to the technical field related to the method of manufacturing a solar cell.

一般的な太陽電池は、半導体基板の両面(受光面・裏面)に電極を配置させた両面電極型であるが、昨今、電極による遮蔽損のない太陽電池として、特許文献1に示されるような、裏面のみに電極を配置させたバックコンタクト(裏面電極)型太陽電池が開発されている。 A general solar cell is a double-sided electrode type in which electrodes are arranged on both sides (light-receiving surface and back surface) of a semiconductor substrate. , a back-contact (back electrode) type solar cell in which an electrode is arranged only on the back surface has been developed.

バックコンタクト型太陽電池は、裏面にp型半導体層及びn型半導体層等の半導体層パターンを高精度で形成しなければならず、両面電極型の太陽電池と比べて製造方法が煩雑となる。製造方法を簡略化するための技術として、特許文献1に示されるように、リフトオフ法による半導体層パターンの形成技術が挙げられる。すなわち、リフトオフ層を除去して、該リフトオフ層の上に形成された半導体層を除去することにより、半導体層パターンを形成するパターニング技術の開発が進められている。 A back-contact solar cell requires a semiconductor layer pattern such as a p-type semiconductor layer and an n-type semiconductor layer to be formed on the back surface with high precision, and the manufacturing method is more complicated than that of a double-sided electrode type solar cell. As a technique for simplifying the manufacturing method, there is a technique for forming a semiconductor layer pattern by a lift-off method, as disclosed in Patent Document 1. That is, the development of a patterning technique for forming a semiconductor layer pattern by removing the lift-off layer and removing the semiconductor layer formed on the lift-off layer is underway.

特開2013-120863号JP 2013-120863

しかしながら、特許文献1に記載の方法では、リフトオフ層と半導体層との溶解性が似ている場合には、意図しない層までが除去されることもあり、パターニング精度や生産性が高くならないおそれがある。 However, in the method described in Patent Document 1, if the lift-off layer and the semiconductor layer have similar solubility, even an unintended layer may be removed, and patterning precision and productivity may not be improved. be.

また、バックコンタクト型太陽電池は、半導体層と金属電極層との間に酸化物からなる透明電極層を配置することがあるが、このとき、半導体層に対する透明電極層の剥離が問題となることがある。 Further, in a back-contact solar cell, a transparent electrode layer made of an oxide may be arranged between a semiconductor layer and a metal electrode layer. There is

ここに開示された技術は、斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、電極層と半導体層との密着性が向上された、高性能なバックコンタクト型太陽電池を効率良く製造することにある。 The technique disclosed herein has been made in view of such points, and the purpose thereof is to provide a high-performance back-contact solar cell in which the adhesion between the electrode layer and the semiconductor layer is improved. Efficient manufacturing.

前記課題を解決するために、ここに開示された技術は、半導体基板における互いに対向する2つの主面の一方の主面上に、第1導電型の第1半導体層を形成する工程と、前記第1半導体層上にリフトオフ層を積層する工程と、前記第1半導体層及び前記リフトオフ層を選択的に除去する工程と、前記第1半導体層及び前記リフトオフ層を含む前記一方の主面上に、第2導電型の第2半導体層を形成する工程と、前記リフトオフ層を除去することにより、前記リフトオフ層を覆う前記第2半導体層を除去する工程と、前記第1半導体層及び前記第2半導体層のそれぞれの上に、酸化物からなる透明電極層を形成する工程と、を含み、前記リフトオフ層を除去する工程では、前記リフトオフ層を覆う前記第2半導体層が除去された状態において、前記第1半導体層の一部が前記リフトオフ層によって被覆されるように、前記リフトオフ層を除去する、という構成とした。 In order to solve the above-mentioned problems, the technique disclosed herein comprises the steps of: forming a first conductivity type first semiconductor layer on one of two main surfaces facing each other in a semiconductor substrate; stacking a lift-off layer on a first semiconductor layer; selectively removing the first semiconductor layer and the lift-off layer; forming a second semiconductor layer of a second conductivity type; removing the second semiconductor layer covering the lift-off layer by removing the lift-off layer; forming a transparent electrode layer made of oxide on each of the semiconductor layers; The lift-off layer is removed so that part of the first semiconductor layer is covered with the lift-off layer.

ここに開示された技術によると、電極層と半導体層との密着性が向上された、高性能なバックコンタクト型太陽電池が効率良く製造される。 According to the technique disclosed herein, a high-performance back-contact solar cell with improved adhesion between the electrode layer and the semiconductor layer can be efficiently manufactured.

例示的な実施形態に係る太陽電池を部分的に示す模式断面図である。1 is a schematic cross-sectional view partially showing a solar cell according to an exemplary embodiment; FIG. 太陽電池を構成する結晶基板の裏側主面を示す平面図である。FIG. 3 is a plan view showing the back main surface of the crystal substrate that constitutes the solar cell; 太陽電池の製造方法の一工程を示す部分的な模式断面図である。It is a partial schematic cross-sectional view showing one step of a method for manufacturing a solar cell. 太陽電池の製造方法の一工程を示す部分的な模式断面図である。It is a partial schematic cross-sectional view showing one step of a method for manufacturing a solar cell. 太陽電池の製造方法の一工程を示す部分的な模式断面図である。It is a partial schematic cross-sectional view showing one step of a method for manufacturing a solar cell. 太陽電池の製造方法の一工程を示す部分的な模式断面図である。It is a partial schematic cross-sectional view showing one step of a method for manufacturing a solar cell. 太陽電池の製造方法の一工程を示す部分的な模式断面図である。It is a partial schematic cross-sectional view showing one step of a method for manufacturing a solar cell. 太陽電池の製造方法の一工程を示す部分的な模式断面図である。It is a partial schematic cross-sectional view showing one step of a method for manufacturing a solar cell. 太陽電池の製造方法の一工程を示す部分的な模式断面図である。It is a partial schematic cross-sectional view showing one step of a method for manufacturing a solar cell. リフトオフ終了時において、p型半導体層の一部を拡大した拡大断面図である。FIG. 10 is an enlarged cross-sectional view of a part of the p-type semiconductor layer at the end of lift-off; 結晶粒を混入させたリフト層を示す部分的な模式断面図である。FIG. 4 is a partial schematic cross-sectional view showing a lift layer in which crystal grains are mixed; リフトオフ層を2層で構成した場合を示す部分的な模式断面図である。FIG. 4 is a partial schematic cross-sectional view showing a case where the lift-off layer is composed of two layers; 被覆率と太陽電池特性との関係を示すグラフである。4 is a graph showing the relationship between coverage and solar cell characteristics; 屈折率と太陽電池特性との関係を示すグラフである。4 is a graph showing the relationship between refractive index and solar cell characteristics;

以下、例示的な実施形態について図面を参照しながら説明する。 Exemplary embodiments are described below with reference to the drawings.

図1は本実施形態に係る太陽電池(セル)の部分的な断面図を示す。図1に示すように、本実施形態に係る太陽電池10は、シリコン(Si)製の結晶基板11を用いている。結晶基板11は、互いに対向する2つの主面11S(11SU、11SB)を有している。ここでは、光が入射される主面を表側主面11SUと呼び、これと反対側の主面を裏側主面11SBと呼ぶ。便宜上、表側主面11SUは、裏側主面11SBよりも積極的に受光させる側を受光側とし、積極的に受光させない側を非受光側とする。 FIG. 1 shows a partial cross-sectional view of a solar cell (cell) according to this embodiment. As shown in FIG. 1, a solar cell 10 according to this embodiment uses a crystalline substrate 11 made of silicon (Si). The crystal substrate 11 has two main surfaces 11S (11SU, 11SB) facing each other. Here, the principal surface on which light is incident is called front principal surface 11SU, and the opposite principal surface is called back principal surface 11SB. For the sake of convenience, the front main surface 11SU is defined as a light-receiving side on the side that more positively receives light than the back main surface 11SB, and a non-light-receiving side on the side that does not positively receive light.

本実施形態に係る太陽電池10は、いわゆるヘテロ接合結晶シリコン太陽電池であり、電極層を裏側主面11SBに配置したバックコンタクト型(裏面電極型)太陽電池である。 The solar cell 10 according to the present embodiment is a so-called heterojunction crystalline silicon solar cell, and is a back-contact type (back electrode type) solar cell in which an electrode layer is arranged on the back main surface 11SB.

太陽電池10は、結晶基板11、真性半導体層12、導電型半導体層13(p型半導体層13p、n型半導体層13n)、低反射層14、及び電極層15(透明電極層17、金属電極層18)を含む。 Solar cell 10 includes crystalline substrate 11, intrinsic semiconductor layer 12, conductive semiconductor layer 13 (p-type semiconductor layer 13p, n-type semiconductor layer 13n), low reflection layer 14, and electrode layer 15 (transparent electrode layer 17, metal electrode layer 18).

以下では、便宜上、p型半導体層13p又はn型半導体層13nに個別に対応する部材には、参照符号の末尾に「p」又は「n」を付すことがある。また、p型、n型のように導電型が相違するため、一方の導電型を「第1導電型」、他方の導電型を「第2導電型」と称することもある。 Hereinafter, for the sake of convenience, members individually corresponding to the p-type semiconductor layer 13p or the n-type semiconductor layer 13n may be added with "p" or "n" at the end of the reference numerals. Also, since the conductivity types are different, such as p-type and n-type, one conductivity type is sometimes referred to as the "first conductivity type" and the other conductivity type as the "second conductivity type".

結晶基板11は、単結晶シリコンで形成された半導体基板であっても、多結晶シリコンで形成された半導体基板であってもよい。以下では、単結晶シリコン基板を例に挙げて説明する。 The crystal substrate 11 may be a semiconductor substrate made of monocrystalline silicon or a semiconductor substrate made of polycrystalline silicon. A single crystal silicon substrate will be described below as an example.

結晶基板11の導電型は、シリコン原子に対して電子を導入する不純物(例えば、リン(P)原子)を導入されたn型単結晶シリコン基板であっても、シリコン原子に対して正孔を導入する不純物(例えば、ホウ素(B))原子)を導入されたp型単結晶シリコン基板であってもよい。以下では、キャリア寿命が長いといわれるn型の単結晶基板を例に挙げて説明する。 Even if the conductivity type of the crystal substrate 11 is an n-type single crystal silicon substrate into which impurities (for example, phosphorus (P) atoms) that introduce electrons into silicon atoms are introduced, holes are introduced into silicon atoms. A p-type single crystal silicon substrate into which impurities (for example, boron (B)) atoms are introduced may be used. An n-type single crystal substrate, which is said to have a long carrier life, will be described below as an example.

また、結晶基板11は、受光した光を閉じこめておくという観点から、2つの主面11Sの表面に、山(凸)と谷(凹)とから構成されるテクスチャ構造TX(第1テクスチャ構造)を有していてもよい。なお、テクスチャ構造TX(凹凸面)は、例えば、結晶基板11における面方位が(100)面のエッチングレートと、面方位が(111)面のエッチングレートとの差を応用した異方性エッチングによって形成することができる。 In addition, from the viewpoint of confining the received light, the crystal substrate 11 has a texture structure TX (first texture structure) composed of peaks (convex) and valleys (concave) on the two main surfaces 11S. may have The texture structure TX (uneven surface) is formed, for example, by anisotropic etching that applies the difference between the etching rate of the crystal substrate 11 having a (100) plane orientation and the etching rate having a (111) plane orientation. can be formed.

テクスチャ構造TXにおける凹凸の大きさは、例えば、頂点の数で定義することが可能である。本実施形態では、光取り込み性能と生産性との観点から、頂点の数が、50000個/mm以上100000個/mm以下の範囲であることが好ましく、特に、70000個/mm個以上85000個/mm以下であることが好ましい。The size of unevenness in the texture structure TX can be defined, for example, by the number of vertices. In the present embodiment, the number of vertices is preferably in the range of 50,000/mm 2 or more and 100,000/mm 2 or less, particularly 70,000/mm 2 or more, from the viewpoint of light capturing performance and productivity. It is preferably 85000/mm 2 or less.

結晶基板11の厚さは、250μm以下であってもよい。なお、厚さを測定する場合の測定方向は、結晶基板11の平均面(平均面とは、テクスチャ構造TXに依存しない基板全体としての面を意味する)に対する垂直方向である。これ以降、この垂直方向、すなわち、厚さを測定する方向を面直方向とする。 The thickness of the crystal substrate 11 may be 250 μm or less. The measurement direction when measuring the thickness is perpendicular to the average plane of the crystal substrate 11 (the average plane means the plane of the entire substrate independent of the texture structure TX). Hereinafter, this vertical direction, that is, the direction in which the thickness is measured will be referred to as the perpendicular direction.

結晶基板11の厚さは、250μm以下とすると、シリコンの使用量を減らせるため、シリコン基板を確保しやすくなり、低コスト化が図れる。その上、シリコン基板内で光励起により生成した正孔と電子とを裏面側のみで回収するバックコンタクト構造では、各励起子の自由行程の観点からも好ましい。 If the thickness of the crystal substrate 11 is set to 250 μm or less, the amount of silicon used can be reduced, so it becomes easier to secure the silicon substrate and the cost can be reduced. In addition, the back contact structure in which the holes and electrons generated by photoexcitation in the silicon substrate are recovered only on the back side is preferable from the viewpoint of the free path of each exciton.

一方で、結晶基板11の厚さが過度に小さいと、機械的強度の低下が生じたり、外光(太陽光)が十分に吸収されず、短絡電流密度が減少したりする。このため、結晶基板11の厚さは、50μm以上が好ましく、70μm以上がより好ましい。結晶基板11の主面にテクスチャ構造TXが形成されている場合には、結晶基板11の厚さは、受光側及び裏面側のそれぞれの凹凸構造における凸の頂点を結んだ直線間の距離で表される。 On the other hand, if the thickness of the crystal substrate 11 is too small, the mechanical strength will be lowered, and the outside light (sunlight) will not be sufficiently absorbed, resulting in a decrease in the short-circuit current density. Therefore, the thickness of the crystal substrate 11 is preferably 50 μm or more, more preferably 70 μm or more. When the textured structure TX is formed on the main surface of the crystal substrate 11, the thickness of the crystal substrate 11 is represented by the distance between straight lines connecting the apexes of the convexes in the concave-convex structures on the light receiving side and the back side. be done.

真性半導体層12(12U、12p、12n)は、結晶基板11の両主面11S(11SU、11SB)を覆うことによって、結晶基板11への不純物の拡散を抑えつつ、表面パッシベーションを行う。なお、「真性(i型)」とは、導電性不純物を含まない完全な真性に限られず、シリコン系層が真性層として機能し得る範囲で微量のn型不純物又はp型不純物を含む「弱n型」又は「弱p型」の実質的に真性である層をも包含する。 The intrinsic semiconductor layers 12 (12U, 12p, 12n) cover both main surfaces 11S (11SU, 11SB) of the crystal substrate 11, thereby suppressing diffusion of impurities into the crystal substrate 11 and performing surface passivation. It should be noted that the term “intrinsic (i-type)” is not limited to a completely intrinsic material containing no conductive impurities, but rather a “weakly conductive material” containing a small amount of n-type or p-type impurities to the extent that the silicon-based layer can function as an intrinsic layer. It also includes layers that are substantially intrinsic of "n-type" or "weakly p-type."

真性半導体層12の材料は、特に限定されないが、非晶質シリコン系薄膜であってもよく、シリコンと水素とを含む水素化非晶質シリコン系薄膜(a-Si:H薄膜)であってもよい。なお、ここでいう非晶質とは、長周期で秩序を有していない構造を意味する。すなわち、完全な無秩序なだけでなく、短周期で秩序を有しているものも含まれる。また、真性半導体層12(12U、12p、12n)は、必須ではなく、必要に応じて、適宜形成すればよい。 Although the material of the intrinsic semiconductor layer 12 is not particularly limited, it may be an amorphous silicon thin film, or a hydrogenated amorphous silicon thin film containing silicon and hydrogen (a-Si:H thin film). good too. The term "amorphous" as used herein means a long-period, non-ordered structure. In other words, not only complete disorder but also short-period order are included. Also, the intrinsic semiconductor layers 12 (12U, 12p, 12n) are not essential, and may be appropriately formed as needed.

また、真性半導体層12の厚さは、特に限定されないが、2nm以上20nm以下であってもよい。厚さが2nm以上であると、パッシベーション層としての効果が高まり、厚さが20nm以下であると、高抵抗化により生じる変換特性の低下を抑えられるためである。 The thickness of the intrinsic semiconductor layer 12 is not particularly limited, but may be 2 nm or more and 20 nm or less. This is because when the thickness is 2 nm or more, the effect as a passivation layer is enhanced, and when the thickness is 20 nm or less, deterioration of conversion characteristics caused by high resistance can be suppressed.

真性半導体層12の形成方法は、特に限定されないが、プラズマCVD(Plasma enhanced Chemical Vapor Deposition)法が用いられる。この方法によると、単結晶シリコンへの不純物の拡散を抑制しつつ、基板表面のパッシベーションを有効に行える。また、プラズマCVD法であれば、真性半導体層12における層中の水素濃度をその厚さ方向で変化させることにより、キャリアの回収を行う上で有効なエネルギーギャッププロファイルの形成をも行える。 A method for forming the intrinsic semiconductor layer 12 is not particularly limited, but a plasma enhanced chemical vapor deposition (CVD) method is used. According to this method, it is possible to effectively passivate the substrate surface while suppressing the diffusion of impurities into single crystal silicon. Further, with the plasma CVD method, by changing the hydrogen concentration in the intrinsic semiconductor layer 12 in the thickness direction, it is possible to form an energy gap profile effective for recovering carriers.

なお、プラズマCVD法による薄膜の成膜条件としては、例えば、基板温度が100℃以上300℃以下、圧力が20Pa以上2600Pa以下、及び高周波のパワー密度が0.003W/cm以上0.5W/cm以下であってもよい。The conditions for forming a thin film by the plasma CVD method include, for example, a substrate temperature of 100° C. or higher and 300° C. or lower, a pressure of 20 Pa or higher and 2600 Pa or lower, and a high frequency power density of 0.003 W/cm 2 or higher and 0.5 W/cm2. cm 2 or less.

また、薄膜の形成に使用される原料ガスとしては、真性半導体層12の場合は、モノシラン(SiH)及びジシラン(Si)等のシリコン含有ガス、又はそれらのガスと水素(H)とを混合したガスであってもよい。In the case of the intrinsic semiconductor layer 12, the raw material gas used for forming the thin film includes silicon-containing gases such as monosilane ( SiH4 ) and disilane ( Si2H6 ), or these gases and hydrogen (H2 ) . ) may be a mixed gas.

なお、上記のガスに、メタン(CH)、アンモニア(NH)若しくはモノゲルマン(GeH)等の異種の元素を含むガスを添加して、シリコンカーバイド(SiC)、シリコンナイトライド(SiN)又はシリコンゲルマニウム(SIGe)等のシリコン合金を形成することにより、薄膜のエネルギーギャップを適宜変更してもよい。Incidentally, a gas containing a different element such as methane (CH 4 ), ammonia (NH 3 ) or monogermane (GeH 4 ) is added to the above gas to form silicon carbide (SiC) or silicon nitride (SiN X ) . ) or silicon alloys such as silicon germanium (SIGe) to change the energy gap of the thin film accordingly.

導電型半導体層13としては、p型半導体層13pとn型半導体層13nとが挙げられる。図1に示すように、p型半導体層13pは、結晶基板11の裏側主面11SBの一部に真性半導体層12pを介して形成される。n型半導体層13nは、結晶基板11の裏側主面の他の一部に真性半導体層12nを介して形成される。すなわち、p型半導体層13pと結晶基板11との間、及びn型半導体層13nと結晶基板11との間に、それぞれパッシベーションの役割を果たす中間層として真性半導体層12が介在する。 Conductive semiconductor layer 13 includes p-type semiconductor layer 13p and n-type semiconductor layer 13n. As shown in FIG. 1, p-type semiconductor layer 13p is formed on part of back surface 11SB of crystal substrate 11 with intrinsic semiconductor layer 12p interposed therebetween. N-type semiconductor layer 13n is formed on another portion of the back main surface of crystal substrate 11 with intrinsic semiconductor layer 12n interposed therebetween. In other words, between the p-type semiconductor layer 13p and the crystal substrate 11 and between the n-type semiconductor layer 13n and the crystal substrate 11, the intrinsic semiconductor layer 12 is interposed as an intermediate layer serving as passivation.

p型半導体層13p及びn型半導体層13nの各厚さは、特に限定されないが、2nm以上20nm以下であってもよい。厚さが2nm以上であると、パッシベーション層としての効果が高まり、厚さが20nm以下であると、高抵抗化により生じる変換特性の低下を抑えられるためである。 Each thickness of the p-type semiconductor layer 13p and the n-type semiconductor layer 13n is not particularly limited, but may be 2 nm or more and 20 nm or less. This is because when the thickness is 2 nm or more, the effect as a passivation layer is enhanced, and when the thickness is 20 nm or less, deterioration of conversion characteristics caused by high resistance can be suppressed.

p型半導体層13p及びn型半導体層13nは、結晶基板11の裏側において、p型半導体層13pとn型半導体層13nとが真性半導体層12を介して電気的に分離されるように配置される。導電型半導体層13の幅は、50μm以上3000μm以下であってよく、80μm以上500μm以下であってもよい。なお、半導体層12,13の幅及び電極層17,18の幅は、特に断りがない限り、パターン化された各層の一部分の長さで、パターン化により、例えば、線状になった一部分の延び方向と直交する方向の長さを意味する。 The p-type semiconductor layer 13p and the n-type semiconductor layer 13n are arranged on the back side of the crystal substrate 11 so that the p-type semiconductor layer 13p and the n-type semiconductor layer 13n are electrically separated through the intrinsic semiconductor layer 12. be. The width of the conductive semiconductor layer 13 may be 50 μm or more and 3000 μm or less, or may be 80 μm or more and 500 μm or less. Unless otherwise specified, the widths of the semiconductor layers 12 and 13 and the widths of the electrode layers 17 and 18 are the lengths of part of each patterned layer. It means the length in the direction perpendicular to the extension direction.

結晶基板11内で生成した光励起子(キャリア)が導電型半導体層13を介して取り出される場合、正孔は電子よりも有効質量が大きい。このため、輸送損を低減させるという観点から、p型半導体層13pがn型半導体層13nよりも幅が狭くてもよい。例えば、p型半導体層13pの幅は、n型半導体層13nの幅の0.5倍以上0.9倍以下であってもよく、また、0.6倍以上0.8倍以下であってもよい。 When photoexcitons (carriers) generated in the crystal substrate 11 are taken out through the conductive semiconductor layer 13, holes have a larger effective mass than electrons. Therefore, from the viewpoint of reducing transport loss, the width of p-type semiconductor layer 13p may be narrower than that of n-type semiconductor layer 13n. For example, the width of the p-type semiconductor layer 13p may be 0.5 to 0.9 times the width of the n-type semiconductor layer 13n, or 0.6 to 0.8 times the width of the n-type semiconductor layer 13n. good too.

p型半導体層13pは、p型のドーパント(ホウ素等)が添加されたシリコン層であって、不純物拡散の抑制又は直列抵抗の抑制の観点から、非晶質シリコンで形成されてもよい。一方、n型半導体層13nは、n型のドーパント(リン等)が添加されたシリコン層であって、p型半導体層13pと同様に、非晶質シリコン層で形成されてもよい。 The p-type semiconductor layer 13p is a silicon layer to which a p-type dopant (such as boron) is added, and may be formed of amorphous silicon from the viewpoint of suppressing impurity diffusion or suppressing series resistance. On the other hand, the n-type semiconductor layer 13n is a silicon layer to which an n-type dopant (such as phosphorus) is added, and may be formed of an amorphous silicon layer like the p-type semiconductor layer 13p.

導電型半導体層13の原料ガスとしては、モノシラン(SiH)若しくはジシラン(Si)等のシリコン含有ガス、又はシリコン系ガスと水素(H)との混合ガスを用いてもよい。ドーパントガスには、p型半導体層13pの形成にはジボラン(B)等が用いられ、n型半導体層の形成にはホスフィン(PH)等が用いられる。また、ホウ素(B)又はリン(P)といった不純物の添加量は微量でよいため、ドーパントガスを原料ガスで希釈した混合ガスを用いてもよい。Silicon-containing gas such as monosilane (SiH 4 ) or disilane (Si 2 H 6 ), or a mixed gas of silicon-based gas and hydrogen (H 2 ) may be used as the material gas for the conductive semiconductor layer 13 . As the dopant gas, diborane (B 2 H 6 ) or the like is used for forming the p-type semiconductor layer 13p, and phosphine (PH 3 ) or the like is used for forming the n-type semiconductor layer. Further, since the amount of impurities such as boron (B) or phosphorus (P) to be added may be very small, a mixed gas obtained by diluting a dopant gas with a raw material gas may be used.

また、p型半導体層13p又はn型半導体層13nのエネルギーギャップの調整のために、メタン(CH)、二酸化炭素(CO)、アンモニア(NH)又はモノゲルマン(GeH)等の異種の元素を含むガスを添加することにより、p型半導体層13p又はn型半導体層13nが合金化されてもよい。Further, in order to adjust the energy gap of the p-type semiconductor layer 13p or the n-type semiconductor layer 13n, a different kind of gas such as methane (CH 4 ), carbon dioxide (CO 2 ), ammonia (NH 3 ) or monogermane (GeH 4 ) is used. p-type semiconductor layer 13p or n-type semiconductor layer 13n may be alloyed by adding a gas containing the element

低反射層14は、太陽電池10が受けた光の反射を抑制する層である。低反射層14の材料には、光を透過する透光性の材料であれば、特に限定されないが、例えば、酸化ケイ素(SiO)、窒化ケイ素(SiN)、酸化亜鉛(ZnO)又は酸化チタン(TiO)が挙げられる。また、低反射層14の形成方法としては、例えば、酸化亜鉛又は酸化チタン等の酸化物のナノ粒子を分散させた樹脂材料で塗布してもよい。The low-reflection layer 14 is a layer that suppresses reflection of light received by the solar cell 10 . The material of the low-reflection layer 14 is not particularly limited as long as it is a light-transmitting material that transmits light . Titanium ( TiOx ) can be mentioned. As a method for forming the low-reflection layer 14, for example, a resin material in which nanoparticles of an oxide such as zinc oxide or titanium oxide are dispersed may be applied.

電極層15は、p型半導体層13p又はn型半導体層13nをそれぞれ覆うように形成されて、各導電型半導体層13と電気的に接続される。これにより、電極層15は、p型半導体層13p又はn型半導体層13nに生じるキャリアを導く輸送層として機能する。なお、各半導体層13p、13nに対応する電極層15p、15nは、乖離して配置されることで、p型半導体層13pとn型半導体層13nとの短絡を防止する。 Electrode layer 15 is formed to cover p-type semiconductor layer 13p or n-type semiconductor layer 13n, respectively, and is electrically connected to each conductive semiconductor layer 13 . Thereby, the electrode layer 15 functions as a transport layer that guides carriers generated in the p-type semiconductor layer 13p or the n-type semiconductor layer 13n. The electrode layers 15p and 15n corresponding to the semiconductor layers 13p and 13n are arranged apart from each other, thereby preventing a short circuit between the p-type semiconductor layer 13p and the n-type semiconductor layer 13n.

また、p型半導体層13p及びn型半導体層13nとのそれぞれの電気的な接合の観点から、又は電極材料である金属の両半導体層13p、13nに対する原子の拡散を抑制するという観点から、透明導電性酸化物で構成された電極層15を、金属製の電極層とp型半導体層13pとの間及び金属製の電極層とn型半導体層13nとの間にそれぞれ設けてもよい。 In addition, from the viewpoint of electrical connection with each of the p-type semiconductor layer 13p and the n-type semiconductor layer 13n, or from the viewpoint of suppressing the diffusion of atoms into both the metal semiconductor layers 13p and 13n, which are electrode materials, the transparent An electrode layer 15 made of a conductive oxide may be provided between the metal electrode layer and the p-type semiconductor layer 13p and between the metal electrode layer and the n-type semiconductor layer 13n.

本実施形態においては、透明導電性酸化物で形成される電極層15を透明電極層17と称し、金属製の電極層15を金属電極層18と称する。また、図2に示す結晶基板11の裏側主面11SBの平面図に示すように、それぞれ櫛歯形状を持つp型半導体層13p及びn型半導体層13nにおいて、櫛背部上に形成される電極層をバスバー部と称し、櫛歯部上に形成される電極層をフィンガ部と称することがある。 In this embodiment, the electrode layer 15 made of a transparent conductive oxide is referred to as a transparent electrode layer 17 and the metal electrode layer 15 is referred to as a metal electrode layer 18 . Further, as shown in the plan view of the back main surface 11SB of the crystal substrate 11 shown in FIG. 2, in the p-type semiconductor layer 13p and the n-type semiconductor layer 13n each having a comb-teeth shape, an electrode layer is formed on the back of the comb. are called busbar portions, and the electrode layers formed on the comb tooth portions are sometimes called finger portions.

透明電極層17は、材料としては特に限定されないが、例えば、酸化亜鉛(ZnO)若しくは酸化インジウム(InO)、又は酸化インジウムに種々の金属酸化物、例えば酸化チタン(TiO)、酸化スズ(SnO)、酸化タングステン(WO)若しくは酸化モリブデン(MoO)等を1重量%以上10重量%以下で添加した透明導電性酸化物が挙げられる。 The material of the transparent electrode layer 17 is not particularly limited. SnO x ), tungsten oxide (WO x ), molybdenum oxide (MoO x ), or the like is added in an amount of 1% by weight or more and 10% by weight or less.

透明電極層17の厚さは、20nm以上200nm以下であってもよい。この厚さに好適な透明電極層の形成方法には、例えば、スパッタ法等の物理気相堆積(PVD:physical Vapor Deposition)法、又は有機金属化合物と酸素又は水との反応を利用した金属有機化学気相堆積法(MOCVD:Metal-Organic Chemical Vapor Deposition)法等が挙げられる。 The thickness of the transparent electrode layer 17 may be 20 nm or more and 200 nm or less. Methods for forming a transparent electrode layer suitable for this thickness include, for example, a physical vapor deposition (PVD) method such as a sputtering method, or a metal organic layer using a reaction between an organometallic compound and oxygen or water. Chemical vapor deposition method (MOCVD:Metal-Organic Chemical Vapor Deposition) method etc. are mentioned.

金属電極層18は、材料としては特に限定されないが、例えば、銀(Ag)、銅(Cu)、アルミニウム(Al)又はニッケル(Ni)等が挙げられる。 Although the material of the metal electrode layer 18 is not particularly limited, examples thereof include silver (Ag), copper (Cu), aluminum (Al), nickel (Ni), and the like.

金属電極層18の厚さは、1μm以上80μm以下であってもよい。この厚さに好適な金属電極層18の形成方法には、材料ペーストをインクジェットによる印刷若しくはスクリーン印刷する印刷法、又はめっき法が挙げられる。但し、これには限定されず、真空プロセスを採用する場合には、蒸着又はスパッタリング法を採用してもよい。 The thickness of the metal electrode layer 18 may be 1 μm or more and 80 μm or less. A method of forming the metal electrode layer 18 suitable for this thickness includes a printing method in which a material paste is printed by inkjet printing or screen printing, or a plating method. However, the method is not limited to this, and vapor deposition or sputtering may be employed when a vacuum process is employed.

また、p型半導体層13p及びn型半導体層13nにおける櫛歯部の幅と、該櫛歯部の上に形成される金属電極層18の幅とは、同程度であってもよい。但し、櫛歯部の幅と比べて、金属電極層18の幅が狭くてもよい。また、金属電極層18同士のリークが防止される構成であれば、櫛歯部の幅と比べて、金属電極層18の幅が広くてもよい。 Moreover, the width of the comb tooth portions in the p-type semiconductor layer 13p and the n-type semiconductor layer 13n may be approximately the same as the width of the metal electrode layer 18 formed on the comb tooth portions. However, the width of the metal electrode layer 18 may be narrower than the width of the comb tooth portion. Moreover, the width of the metal electrode layer 18 may be wider than the width of the comb tooth portion as long as the structure prevents leakage between the metal electrode layers 18 .

本実施形態においては、結晶基板11の裏側主面11SBの上に、真性半導体層12、導電型半導体層13、低反射層14及び電極層15を積層した状態で、各接合面のパッシベーション、導電型半導体層13及びその界面における欠陥準位の発生の抑制、並びに透明電極層17における透明導電性酸化物の結晶化を目的として、所定のアニール処理を施す。 In this embodiment, the intrinsic semiconductor layer 12, the conductive semiconductor layer 13, the low-reflection layer 14, and the electrode layer 15 are laminated on the back side main surface 11SB of the crystal substrate 11, and passivation and conduction of each joint surface are performed. A predetermined annealing treatment is performed for the purpose of suppressing generation of defect levels in the semiconductor layer 13 and its interface and crystallizing the transparent conductive oxide in the transparent electrode layer 17 .

本実施形態に係るアニール処理には、例えば、上記の各層を形成した結晶基板11を150℃以上200℃以下に過熱したオーブンに投入して行うアニール処理が挙げられる。この場合、オーブン内の雰囲気は、大気でもよく、さらには、水素又は窒素を用いると、より効果的なアニール処理を行える。また、このアニール処理は、各層を形成した結晶基板11に、赤外線ヒータにより赤外線を照射させるRTA(Rapid Thermal Annealing)処理であってもよい。 An annealing treatment according to the present embodiment includes, for example, an annealing treatment in which the crystal substrate 11 having the above layers formed thereon is placed in an oven heated to 150° C. or higher and 200° C. or lower. In this case, the atmosphere in the oven may be the air, and if hydrogen or nitrogen is used, more effective annealing can be performed. Further, this annealing treatment may be an RTA (Rapid Thermal Annealing) treatment in which the crystal substrate 11 on which each layer is formed is irradiated with infrared rays from an infrared heater.

[太陽電池の製造方法]
以下、本実施形態に係る太陽電池10の製造方法について図3~図9を参照しながら説明する。
[Method for manufacturing solar cell]
A method for manufacturing the solar cell 10 according to this embodiment will be described below with reference to FIGS. 3 to 9. FIG.

まず、図3に示すように、表側主面11SU及び裏側主面11SBにそれぞれテクスチャ構造TXを有する結晶基板11を準備する。 First, as shown in FIG. 3, the crystal substrate 11 having the texture structure TX on each of the front main surface 11SU and the back main surface 11SB is prepared.

次に、図4に示すように、結晶基板11の表側主面11SUの上に、例えば真性半導体層12Uを形成する。続いて、形成した真性半導体層12Uの上に低反射層14を形成する。低反射層14には、光閉じ込めの観点から、適した光吸収係数及び屈折率を有するシリコンナイトライド(SiN)又はシリコンオキサイド(SiO)が用いられる。Next, as shown in FIG. 4, on the front main surface 11SU of the crystal substrate 11, for example, an intrinsic semiconductor layer 12U is formed. Subsequently, the low reflection layer 14 is formed on the formed intrinsic semiconductor layer 12U. Silicon nitride (SiN x ) or silicon oxide (SiO x ) having a suitable light absorption coefficient and refractive index is used for the low-reflection layer 14 from the viewpoint of light confinement.

次に、図5に示すように、結晶基板11の裏側主面11SBの上に、例えばi型非晶質シリコンを用いた真性半導体層12pを形成する。続いて、形成した真性半導体層12pの上に、p型半導体層13pを形成する。これにより、結晶基板11における一方の主面である裏側主面11SBの上に、p型半導体層13pが形成される。このように、本実施形態においては、p型半導体層(第1半導体層)13pを形成する工程は、p型半導体層13pを形成するよりも前に、結晶基板(半導体基板)11の一方の主面(裏側主面)11Sの上に真性半導体層(第1真性半導体層)12pを形成する工程を含む。 Next, as shown in FIG. 5, on the back main surface 11SB of the crystal substrate 11, an intrinsic semiconductor layer 12p is formed using i-type amorphous silicon, for example. Subsequently, a p-type semiconductor layer 13p is formed on the formed intrinsic semiconductor layer 12p. As a result, p-type semiconductor layer 13p is formed on back side main surface 11SB, which is one main surface of crystal substrate 11 . As described above, in the present embodiment, the step of forming the p-type semiconductor layer (first semiconductor layer) 13p is performed on one side of the crystal substrate (semiconductor substrate) 11 before forming the p-type semiconductor layer 13p. A step of forming an intrinsic semiconductor layer (first intrinsic semiconductor layer) 12p on the main surface (back side main surface) 11S is included.

その後、形成したp型半導体層13pの上に、リフトオフ層LFを形成する。具体的には、p型半導体層13pの上に、酸化ケイ素(SiOX)を主成分とするリフトオフ層LFを形成する。 After that, a lift-off layer LF is formed on the formed p-type semiconductor layer 13p. Specifically, a lift-off layer LF containing silicon oxide (SiOX) as a main component is formed on the p-type semiconductor layer 13p.

次に、図6に示すように、結晶基板11の裏側主面11SBにおいて、リフトオフ層LF及びp型半導体層13pをパターニングする。これにより、p型半導体層13pが選択的に除去されて、p型半導体層13pが形成されない非形成領域NAが生じる。一方、結晶基板11の裏側主面11SBでエッチングされなかった領域には、少なくともリフトオフ層LF及びp型半導体層13pが残る。 Next, as shown in FIG. 6, on the back main surface 11SB of the crystal substrate 11, the lift-off layer LF and the p-type semiconductor layer 13p are patterned. As a result, the p-type semiconductor layer 13p is selectively removed to produce a non-formation area NA where the p-type semiconductor layer 13p is not formed. On the other hand, at least the lift-off layer LF and the p-type semiconductor layer 13p remain in the region of the back main surface 11SB of the crystal substrate 11 that has not been etched.

このようなパターニング工程は、フォトリソグラフィ法、例えば所定のパターンを有するレジスト膜(不図示)をリフトオフ層LFの上に形成し、形成したレジスト膜によってマスクされた領域をエッチングすることにより実現され得る。図6に示すように、真性半導体層12p、p型半導体層13p及びリフトオフ層LFの各層をパターニングすることにより、結晶基板11の裏側主面11SBの一部の領域に非形成領域NA、すなわち裏側主面11SBの露出領域が生じる。なお、非形成領域NAについての詳細は後述する。 Such a patterning step can be realized by photolithography, for example, by forming a resist film (not shown) having a predetermined pattern on the lift-off layer LF and etching the region masked by the formed resist film. . As shown in FIG. 6, by patterning each of the intrinsic semiconductor layer 12p, the p-type semiconductor layer 13p and the lift-off layer LF, a non-formation region NA, that is, the back side, is formed in a partial region of the back side main surface 11SB of the crystal substrate 11. As shown in FIG. An exposed area of the main surface 11SB is produced. Details of the non-formation area NA will be described later.

図6に示す工程で使用するエッチング溶液として、例えばフッ化水素酸と酸化性溶液との混合溶液(例えばフッ硝酸)、又はオゾンをフッ化水素酸に溶解させた溶液(以下、オゾン/フッ酸液)が挙げられる。この場合のエッチング溶液は、第2エッチング溶液に相当する。また、リフトオフ層LFのエッチングに寄与するエッチング剤はフッ化水素である。なお、ここでのパターニングは、エッチング溶液を用いたウエットエッチングには限定されない。パターニングは、例えばドライエッチングであってもよく、エッチングペースト等を用いたパターン印刷であってもよい。 As the etching solution used in the process shown in FIG. 6, for example, a mixed solution of hydrofluoric acid and an oxidizing solution (for example, hydrofluoric acid), or a solution obtained by dissolving ozone in hydrofluoric acid (hereinafter referred to as ozone/hydrofluoric acid liquid). The etching solution in this case corresponds to the second etching solution. Hydrogen fluoride is an etchant that contributes to the etching of the lift-off layer LF. Note that the patterning here is not limited to wet etching using an etching solution. The patterning may be, for example, dry etching or pattern printing using an etching paste or the like.

次に、図7に示すように、リフトオフ層LF、p型半導体層13p及び真性半導体層12pを含め、結晶基板11の裏側主面11SBの上に、真性半導体層12n及びn型半導体層13nを順次形成する。このように、本実施形態においては、n型半導体層(第2半導体層)13nを形成する工程は、n型半導体層13nを形成するよりも前に、結晶基板(半導体基板)11のリフトオフ層LF及びp型半導体層を含む一方の主面(裏側主面)11Sの上に真性半導体層(第2真性半導体層)12nを形成する工程を含む。これにより、真性半導体層12nとn型半導体層13nとの積層膜が、非形成領域NA上と、リフトオフ層LFの表面及び側面(端面)と、リフトオフ層LF、p型半導体層13p及び真性半導体層12pの側面(端面)とを覆うように形成される。 Next, as shown in FIG. 7, the intrinsic semiconductor layer 12n and the n-type semiconductor layer 13n are formed on the back main surface 11SB of the crystal substrate 11 including the lift-off layer LF, the p-type semiconductor layer 13p and the intrinsic semiconductor layer 12p. Form sequentially. As described above, in the present embodiment, the step of forming the n-type semiconductor layer (second semiconductor layer) 13n includes the step of forming the lift-off layer of the crystal substrate (semiconductor substrate) 11 before forming the n-type semiconductor layer 13n. A step of forming an intrinsic semiconductor layer (second intrinsic semiconductor layer) 12n on one main surface (back side main surface) 11S including the LF and the p-type semiconductor layer is included. As a result, the laminated film of the intrinsic semiconductor layer 12n and the n-type semiconductor layer 13n is formed on the non-formation region NA, the surface and side surfaces (end surfaces) of the lift-off layer LF, the lift-off layer LF, the p-type semiconductor layer 13p, and the intrinsic semiconductor layer. It is formed so as to cover the side surfaces (end surfaces) of the layer 12p.

次に、図8に示すように、エッチング溶液を用いて、積層したリフトオフ層LFを除去することにより、リフトオフ層LFを覆うn型半導体層13n及び真性半導体層12nを結晶基板11から除去する。なお、このパターニングに使用するエッチング溶液としては、例えば、フッ化水素酸が用いられる。 Next, as shown in FIG. 8, an etching solution is used to remove the laminated lift-off layer LF, thereby removing the n-type semiconductor layer 13n and the intrinsic semiconductor layer 12n covering the lift-off layer LF from the crystal substrate 11. Hydrofluoric acid, for example, is used as an etching solution used for this patterning.

図8に示す工程では、p型半導体層13pの一部がリフトオフ層LFによって被覆されるように、リフトオフ層LFを除去する。すなわち、図10に示すように、リフトオフ層LFの一部がp型半導体層13上に残存して、p型半導体層13pにおける結晶基板11とは反対側の面の一部が、残存するリフトオフ層LFによって覆われるように、リフトオフ層LFが除去される。 In the process shown in FIG. 8, the lift-off layer LF is removed so that the p-type semiconductor layer 13p is partially covered with the lift-off layer LF. That is, as shown in FIG. 10, part of the lift-off layer LF remains on the p-type semiconductor layer 13, and part of the surface of the p-type semiconductor layer 13p opposite to the crystal substrate 11 is the remaining lift-off layer. The lift-off layer LF is removed so that it is covered by the layer LF.

次に、図9に示すように、結晶基板11における裏側主面11SBの上、すなわち、p型半導体層13p及びn型半導体層13nのそれぞれに、例えば、マスクを用いたスパッタリング法により、分離溝25を生じさせるように透明電極層17(17p、17n)を形成する。なお、透明電極層17(17p、17n)の形成は、スパッタリング法に代えて、以下のようにしてもよい。例えば、マスクを用いずに透明導電性酸化物膜を裏側主面11SB上の全面に成膜し、その後、フォトリソグラフィ法により、p型半導体層13p上及びn型半導体層13n上にそれぞれ透明導電性酸化物膜を残すエッチングを行って形成してもよい。ここで、p型半導体層13pとn型半導体層13nとを互いに分離絶縁する分離溝25を形成することにより、リークが発生し難くなる。 Next, as shown in FIG. 9, separation grooves are formed on the back main surface 11SB of the crystal substrate 11, that is, on each of the p-type semiconductor layer 13p and the n-type semiconductor layer 13n by sputtering using a mask, for example. A transparent electrode layer 17 (17p, 17n) is formed so as to produce 25 . The transparent electrode layers 17 (17p, 17n) may be formed in the following manner instead of the sputtering method. For example, a transparent conductive oxide film is formed on the entire back surface 11SB without using a mask, and then a transparent conductive film is formed on the p-type semiconductor layer 13p and the n-type semiconductor layer 13n by photolithography. It may be formed by performing etching to leave a protective oxide film. Leakage is less likely to occur by forming separation groove 25 that separates and insulates p-type semiconductor layer 13p and n-type semiconductor layer 13n from each other.

その後、透明電極層17の上に、例えば開口部を有するメッシュスクリーン(不図示)を用いて、線状の金属電極層18(18p、18n)を形成する。 After that, a linear metal electrode layer 18 (18p, 18n) is formed on the transparent electrode layer 17 using, for example, a mesh screen (not shown) having openings.

以上の工程により、裏面接合型の太陽電池10が形成される。 Through the steps described above, the back contact solar cell 10 is formed.

(まとめ及び効果)
上述した太陽電池10の製造方法から以下のことがいえる。
(Summary and effect)
The following can be said from the manufacturing method of the solar cell 10 mentioned above.

まず、図8に示す工程では、エッチング液により、リフトオフ層LFを除去すると、このリフトオフ層LFの上に堆積していた真性半導体層12n及びn型半導体層13nも結晶基板11から同時に除去される(いわゆるリフトオフ)。この工程では、図6に示す工程での、例えばフォトリソグラフィ法を用いた場合と比べて、フォトリソグラフィ法に使用するレジスト塗布工程及び現像工程を要しない。このため、n型半導体層13nが簡便にパターン化される。 First, in the process shown in FIG. 8, when the lift-off layer LF is removed with an etchant, the intrinsic semiconductor layer 12n and the n-type semiconductor layer 13n deposited on the lift-off layer LF are simultaneously removed from the crystal substrate 11. (So-called lift-off). This process does not require the resist coating process and the development process used in the photolithography method, as compared with the case of using the photolithography method, for example, in the process shown in FIG. Therefore, the n-type semiconductor layer 13n is easily patterned.

また、p型半導体層13pの一部がリフトオフ層LFによって被覆されていることにより、p型半導体層13pの領域における透明電極層17の密着性が向上される。すなわち、p型半導体層13p上にリフトオフ層LFの一部(以下、被覆部19という)が残渣として残っていると、被覆部19の分だけ表面積が広がって、p型半導体層13pの領域において、透明電極層17の接触面積が広くなる。また、例えば、透明電極層17が酸化スズ-酸化インジウム(ITO)で構成されている場合、ケイ素よりも酸化ケイ素の方がITOに対する密着性が高いため、酸化ケイ素を主成分とする被覆部19があれば、透明電極層17がp型半導体層13pから剥がれにくくなる。これらの結果、p型半導体層13pの領域における透明電極層17の密着性が向上する。 Further, since a part of the p-type semiconductor layer 13p is covered with the lift-off layer LF, the adhesion of the transparent electrode layer 17 in the region of the p-type semiconductor layer 13p is improved. That is, if a portion of the lift-off layer LF (hereinafter referred to as the covering portion 19) remains as a residue on the p-type semiconductor layer 13p, the surface area of the p-type semiconductor layer 13p is expanded by the amount of the covering portion 19. , the contact area of the transparent electrode layer 17 is increased. Further, for example, when the transparent electrode layer 17 is composed of tin oxide-indium oxide (ITO), since silicon oxide has higher adhesion to ITO than silicon, the covering portion 19 containing silicon oxide as a main component If there is, the transparent electrode layer 17 becomes difficult to peel off from the p-type semiconductor layer 13p. As a result, the adhesion of the transparent electrode layer 17 in the region of the p-type semiconductor layer 13p is improved.

一方で、被覆部19が多すぎると、透明電極層17とp型半導体層13pとの接触面積が減るため、透明電極層17とp型半導体層13pとの間の直列抵抗が高くなったり、太陽電池10のI-V特性が悪化したりするおそれがある。このため、p型半導体層13pにおける被覆部19で覆われた部分の面積をS1とし、p型半導体層13pにおける結晶基板11とは反対側の面全体の面積をS2としたときに、以下の式:
(被覆率(%))=100 × S1/S2
で定義される被覆率が0.2%以上16%以下であることが好ましい。被覆率が0.2%以上16%以下であれば、透明電極層17の密着性を向上させつつ、透明電極層17とp型半導体層13pとの接触面積を好適に確保することができる。
On the other hand, if the covering portion 19 is too large, the contact area between the transparent electrode layer 17 and the p-type semiconductor layer 13p decreases, so the series resistance between the transparent electrode layer 17 and the p-type semiconductor layer 13p increases, The IV characteristics of the solar cell 10 may deteriorate. Therefore, when the area of the portion of the p-type semiconductor layer 13p covered with the covering portion 19 is S1, and the area of the entire surface of the p-type semiconductor layer 13p opposite to the crystal substrate 11 is S2, the following formula:
(Coverage (%)) = 100 x S1/S2
is preferably 0.2% or more and 16% or less. If the coverage is 0.2% or more and 16% or less, the contact area between the transparent electrode layer 17 and the p-type semiconductor layer 13p can be preferably ensured while improving the adhesion of the transparent electrode layer 17 .

また、前記被覆率が0.2%以上16%以下であったとしても、局所的にサイズの大きい被覆部19があると、p型半導体層13p中の励起子(p型半導体の場合は正孔)の有効質量と自由行程との関係から、p型半導体層13pから該励起子を適切に回収できなくなるおそれがある。このため、結晶基板11の面直方向における裏型主面SB11側から見て、被覆部19の最大の長さが2.0μm以下であることが好ましい。これにより、透明電極層17の密着性を向上させつつ、p型半導体層13pから励起子を適切に回収することができる。 Even if the coverage is 0.2% or more and 16% or less, if there is a locally large covering portion 19, excitons in the p-type semiconductor layer 13p (in the case of a p-type semiconductor, positive Due to the relationship between the effective mass of the hole) and the free path, there is a possibility that the excitons cannot be appropriately recovered from the p-type semiconductor layer 13p. Therefore, it is preferable that the maximum length of the covering portion 19 is 2.0 μm or less when viewed from the back mold main surface SB11 side in the perpendicular direction of the crystal substrate 11 . This makes it possible to appropriately collect excitons from the p-type semiconductor layer 13p while improving the adhesiveness of the transparent electrode layer 17 .

前記被覆率は、例えば、リフトオフ層LFをp型半導体層13p上に堆積する工程を工夫することで調整することができる。具体的には、図12に示すように、リフトオフ層LFをp型半導体層13p上に堆積する際に、リフトオフ層LFを構成する元素からなる粒子(ここでは、シリコン粒子又は酸化ケイ素の粒子。以下、結晶粒20という)を混入させるようにする。一般に、リフトオフ層LFは、リフトオフの際にエッチングしやすいようにアモルファスで構成される。密度の影響等から、結晶粒20はアモルファスに比べてエッチング速度が遅いため、リフトオフ層LFにおけるアモルファスの部分が溶解されても、結晶粒20は溶解されずにp型半導体層13p上に残ることができる。このため、混入させる結晶粒の量を調整すれば、前記被覆率を調整することができる。 The coverage can be adjusted, for example, by devising the step of depositing the lift-off layer LF on the p-type semiconductor layer 13p. Specifically, as shown in FIG. 12, when the lift-off layer LF is deposited on the p-type semiconductor layer 13p, particles (here, silicon particles or silicon oxide particles) composed of elements constituting the lift-off layer LF are deposited. hereinafter referred to as crystal grains 20). In general, the lift-off layer LF is amorphous so as to facilitate etching during lift-off. Because the crystal grains 20 have a lower etching rate than amorphous due to the effect of density, etc., even if the amorphous portion of the lift-off layer LF is dissolved, the crystal grains 20 remain on the p-type semiconductor layer 13p without being dissolved. can be done. Therefore, the coverage can be adjusted by adjusting the amount of crystal grains to be mixed.

また、本実施形態のようにリフトオフ層LFが酸化ケイ素を主成分とする場合、リフトオフ層LFの屈折率を調整することにより、前記被覆率を調整することもできる。すなわち、屈折率は密度と比例関係にあり、屈折率が高い場合には基本的に密度も高くなる。密度が高くなると、エッチングレートが小さくなるため、被覆部19が発生しやすくなる。このため、リフトオフ層LFの屈折率を高くすれば、前記被覆率を大きくすることができる。前記被覆率を0.2%以上16%以下にする観点から、屈折率は、632nmの波長の光における値が1.45以上1.90以下であることが好ましい。 Further, when the lift-off layer LF is mainly composed of silicon oxide as in the present embodiment, the coverage can be adjusted by adjusting the refractive index of the lift-off layer LF. That is, the refractive index is proportional to the density, and the higher the refractive index, the higher the density. As the density increases, the etching rate decreases, so the covered portion 19 is likely to occur. Therefore, the coverage can be increased by increasing the refractive index of the lift-off layer LF. From the viewpoint of making the coverage ratio 0.2% or more and 16% or less, the refractive index preferably has a value of 1.45 or more and 1.90 or less for light with a wavelength of 632 nm.

なお、酸化ケイ素を主成分とするリフトオフ層LFにおいて、屈折率の調整は、例えば、CVD法を用いた成膜において圧力を調整することによって可能となる。詳しくは、圧力を高くすることにより、密な構造を得やすくなり、屈折率の高いリフトオフ層LFを得やすくなる。 In addition, in the lift-off layer LF containing silicon oxide as a main component, adjustment of the refractive index becomes possible by adjusting the pressure in the film formation using the CVD method, for example. Specifically, by increasing the pressure, it becomes easier to obtain a dense structure, and it becomes easier to obtain a lift-off layer LF with a high refractive index.

リフトオフ層LFに結晶粒を混入させる方法と、リフトオフ層LFの屈折率を調整する方法とは、それぞれ単独で用いてもよいし、両方用いてもよい。 The method of mixing crystal grains into the lift-off layer LF and the method of adjusting the refractive index of the lift-off layer LF may be used alone or both.

リフトオフ層LFに結晶粒20を混入させる方法、及び、リフトオフ層LFの屈折率を調整する方法のいずれの方法においても、リフトオフ層LFを複数の層で構成することが好ましい。例えば、図12に示すように、リフトオフ層LFを、p型半導体層13p上に積層される第1リフトオフ層LF1と、該第1リフトオフ層LF1上に積層される第2リフトオフ層LF2との2層で構成する場合、2層のうち第1リフトオフ層LF1のみ、結晶粒20を混入させたり屈折率を高くしたりする。これにより、リフトオフ層LFを除去するのにかかる時間をできる限り短くしつつ、前記被覆率を調整することができる。なお、リフトオフ層LFを複数の層で構成する場合、リフトオフ層LFを3層以上で構成してもよいが、製造コストや生産性を考慮すると、2層で構成することが好ましい。 In both the method of mixing the crystal grains 20 into the lift-off layer LF and the method of adjusting the refractive index of the lift-off layer LF, the lift-off layer LF is preferably composed of a plurality of layers. For example, as shown in FIG. 12, the lift-off layer LF is divided into two layers: a first lift-off layer LF1 laminated on the p-type semiconductor layer 13p and a second lift-off layer LF2 laminated on the first lift-off layer LF1. In the case of a layer configuration, only the first lift-off layer LF1 of the two layers is mixed with crystal grains 20 or has a high refractive index. This makes it possible to adjust the coverage while minimizing the time required to remove the lift-off layer LF. In addition, when the lift-off layer LF is composed of a plurality of layers, the lift-off layer LF may be composed of three layers or more, but considering the manufacturing cost and productivity, it is preferably composed of two layers.

リフトオフ層LFが単数である場合も複数である場合も、リフトオフ層LFの膜厚は、全体として20nm以上600nm以下であることが好ましく、特には50nm以上450nm以下であると好ましい。リフトオフ層LFが複数である場合には、この範囲内で、p型半導体層13pに最も近い層の厚膜が最も薄いことが好ましい。 Whether the number of lift-off layers LF is singular or plural, the thickness of the lift-off layers LF as a whole is preferably 20 nm or more and 600 nm or less, and particularly preferably 50 nm or more and 450 nm or less. When there are a plurality of lift-off layers LF, the thickness of the layer closest to the p-type semiconductor layer 13p is preferably the thinnest within this range.

また、結晶基板11がテクスチャ構造TXを有しており、この結晶基板11の裏側主面11SBの上に形成されるp型半導体層13p及びn型半導体層13nの各面には、テクスチャ構造TXを反映したテクスチャ構造(第2テクスチャ構造)が含まれると好ましい。 Further, the crystal substrate 11 has a texture structure TX, and each surface of the p-type semiconductor layer 13p and the n-type semiconductor layer 13n formed on the back surface 11SB of the crystal substrate 11 has the texture structure TX. It is preferable that a texture structure (second texture structure) reflecting the is included.

表面にテクスチャ構造TXを有する導電型半導体層13であると、テクスチャ構造TXの凹凸に起因して、エッチング溶液が半導体層13に染み込みやすくなる。このため、導電型半導体層13が除去されやすく、すなわちパターニングされやすくなる。 When the conductive semiconductor layer 13 has the texture structure TX on the surface, the etching solution easily permeates into the semiconductor layer 13 due to the unevenness of the texture structure TX. Therefore, the conductive semiconductor layer 13 is easily removed, that is, easily patterned.

なお、本実施形態においては、結晶基板11の両主面11S、すなわち、表側主面11SUと裏側主面11SBとにテクスチャ構造TX(第1テクスチャ構造)を設けたが、いずれか一方の主面に設けてもよい。すなわち、テクスチャ構造TXを表側主面11SUに設けた場合は、受光した光の取り込み効果及び閉じ込め効果が高くなる。一方、テクスチャ構造TXを裏側主面11SBに設けた場合は、光の取り込み効果が向上すると共に、導電型半導体層13のパターニングが容易となる。従って、結晶基板11のテクスチャ構造TXは、少なくとも一方の主面11Sに設ければよい。また、本実施形態においては、両主面11Sのテクスチャ構造TXを同一パターンとしたが、これに限られず、表側主面11SUと裏側主面11SBとでテクスチャ構造TXの凹凸の大きさを変えてもよい。 In the present embodiment, the texture structure TX (first texture structure) is provided on both main surfaces 11S of the crystal substrate 11, that is, the front main surface 11SU and the back main surface 11SB, but only one of the main surfaces may be set to That is, when the texture structure TX is provided on the front main surface 11SU, the effect of capturing and confining the received light is enhanced. On the other hand, when the texture structure TX is provided on the back main surface 11SB, the effect of taking in light is improved and the patterning of the conductive semiconductor layer 13 is facilitated. Therefore, the texture structure TX of the crystal substrate 11 may be provided on at least one main surface 11S. Further, in the present embodiment, the texture structures TX on both main surfaces 11S have the same pattern, but this is not restrictive. good too.

なお、図6に示す工程では、結晶基板11の裏側主面11SBが非形成領域NAにおいて露出しているが、これに限定されない。すなわち、裏側主面11SBの非形成領域NAの上に、真性半導体層12pが残っていても構わない。p型半導体層13pが選択的に除去されることであり、p型半導体層13pが除去された領域が非形成領域NAになっていればよい。 In addition, in the process shown in FIG. 6, the back main surface 11SB of the crystal substrate 11 is exposed in the non-formation region NA, but it is not limited to this. That is, the intrinsic semiconductor layer 12p may remain on the non-formation region NA of the back main surface 11SB. This means that the p-type semiconductor layer 13p is selectively removed, and the region where the p-type semiconductor layer 13p is removed should be the non-formation region NA.

このような場合には、残存したリフトオフ層LF及び非形成領域NAの上に、n型半導体層13nを堆積する前に、真性半導体層12nを形成する工程を減らすことができる。 In such a case, the step of forming the intrinsic semiconductor layer 12n before depositing the n-type semiconductor layer 13n on the remaining lift-off layer LF and non-formation region NA can be reduced.

また、例えば、リフトオフ層LFを前記第1リフトオフ層LF1と前記第2リフトオフ層LF2との2層で構成する場合、図6に示す工程では、第2リフトオフ層LF2に開口部を形成し、エッチング液を、形成した開口部を通して、第1リフトオフ層LF1に付着させ、エッチング溶液が付着した層を除去してもよい。さらには、図6に示す工程では、上述のようにしてリフトオフ層LFを除去すると共に、p型半導体層13pにもエッチング溶液を付着させ、エッチング溶液が付着したp型半導体層13pを除去してもよい。なお、この開口部の形成には、例えば、クラックを発生させたりすることが挙げられる。 Further, for example, when the lift-off layer LF is composed of two layers of the first lift-off layer LF1 and the second lift-off layer LF2, in the process shown in FIG. A liquid may be applied to the first lift-off layer LF1 through the formed openings to remove the layer to which the etching solution is applied. Furthermore, in the process shown in FIG. 6, the lift-off layer LF is removed as described above, the etching solution is applied to the p-type semiconductor layer 13p, and the p-type semiconductor layer 13p to which the etching solution is attached is removed. good too. Note that the formation of the opening includes, for example, the generation of cracks.

このように、第2リフトオフ層LF2に開口部を形成し、その開口部からエッチング溶液を通すことにより、エッチング溶液が第2リフトオフ層LF2、さらには第1リフトオフ層LF1に確実に付着する。このため、リフトオフ層LFの全体が効率良く除去される。その上、リフトオフ層LFが除去されることにより、このリフトオフの層LFで覆われていたp型半導体層13pにもエッチング溶液が確実に付着することにより、p型半導体層13pも除去される。これにより、リフトオフ層LF及びp型半導体層13pの溶け残りが抑えられる。 Thus, by forming an opening in the second lift-off layer LF2 and passing the etching solution through the opening, the etching solution reliably adheres to the second lift-off layer LF2 and further to the first lift-off layer LF1. Therefore, the entire lift-off layer LF is efficiently removed. In addition, removing the lift-off layer LF ensures that the etching solution adheres to the p-type semiconductor layer 13p covered with the lift-off layer LF, thereby removing the p-type semiconductor layer 13p. As a result, undissolved portions of the lift-off layer LF and the p-type semiconductor layer 13p are suppressed.

ここに開示された技術は、前記実施形態に限られるものではなく、請求の範囲の主旨を逸脱しない範囲で代用が可能である。 The technology disclosed herein is not limited to the above-described embodiments, and substitutions are possible without departing from the scope of the claims.

例えば、前述の実施形態では、図5で示す工程で使用する半導体層は、p型半導体層13pであったが、これに限らず、n型半導体層13nであっても構わない。また、結晶基板11の導電型も特に限定されず、p型であってもn型であってもよい。 For example, in the above embodiment, the semiconductor layer used in the process shown in FIG. 5 was the p-type semiconductor layer 13p, but it is not limited to this and may be the n-type semiconductor layer 13n. Also, the conductivity type of the crystal substrate 11 is not particularly limited, and may be either p-type or n-type.

上述の実施形態は単なる例示に過ぎず、本開示の技術の範囲を限定的に解釈してはならない。本開示の技術の範囲は請求の範囲によって定義され、請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本開示の技術の範囲内のものである。 The above-described embodiments are merely examples, and the technical scope of the present disclosure should not be construed to be limited. The technical scope of the present disclosure is defined by the claims, and all modifications and changes within the equivalent range of the claims are within the technical scope of the present disclosure.

以下、本開示に係る技術を実施例により具体的に説明する。但し、本開示に係る技術はこれらの実施例に限定されない。実施例及び比較例は、以下のようにして作製した([表1]を参照)。なお、以下の説明では、実施例1~3及び比較例1~3において、条件が同じものについては、特に区別していない。 Hereinafter, the technology according to the present disclosure will be specifically described with reference to examples. However, the technology according to the present disclosure is not limited to these examples. Examples and comparative examples were produced as follows (see [Table 1]). In the following description, Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 3 under the same conditions are not particularly distinguished.

[結晶基板]
まず、結晶基板として、厚さが200μmの単結晶シリコン基板を採用した。単結晶シリコン基板の両主面に異方性エッチングを行った。これにより、結晶基板にピラミッド型のテクスチャ構造が形成された。
[Crystal substrate]
First, a single crystal silicon substrate having a thickness of 200 μm was adopted as a crystal substrate. Anisotropic etching was performed on both main surfaces of the single crystal silicon substrate. As a result, a pyramidal textured structure was formed on the crystal substrate.

[真性半導体層]
結晶基板をCVD装置に導入し、導入した結晶基板の両主面に、シリコン製の真性半導体層(膜厚8nm)を形成した。製膜条件は、基板温度を150℃、圧力を120Pa、SiH/H流量比の値を3/10、及びパワー密度を0.011W/cmとした。
[Intrinsic semiconductor layer]
A crystal substrate was introduced into a CVD apparatus, and an intrinsic semiconductor layer made of silicon (thickness: 8 nm) was formed on both main surfaces of the introduced crystal substrate. The deposition conditions were a substrate temperature of 150° C., a pressure of 120 Pa, a SiH 4 /H 2 flow ratio of 3/10, and a power density of 0.011 W/cm 2 .

[p型半導体層(第1導電型半導体層)]
両主面に真性半導体層を形成した結晶基板をCVD装置に導入し、裏側主面の真性半導体層の上に、p型水素化非晶質シリコン系薄膜(膜厚10nm)を形成した。製膜条件は、基板温度を150℃、圧力を60Pa、SiH/B流量比の値を1/3、及びパワー密度を0.01W/cmとした。また、Bガスの流量は、BがHにより5000ppmまで希釈された希釈ガスの流量である。
[p-type semiconductor layer (first conductivity type semiconductor layer)]
A crystalline substrate having intrinsic semiconductor layers formed on both main surfaces was introduced into a CVD apparatus, and a p-type hydrogenated amorphous silicon thin film (thickness: 10 nm) was formed on the intrinsic semiconductor layer on the back main surface. The deposition conditions were a substrate temperature of 150° C., a pressure of 60 Pa, a SiH 4 /B 2 H 6 flow ratio of 1/3, and a power density of 0.01 W/cm 2 . Also, the flow rate of B 2 H 6 gas is the flow rate of diluent gas obtained by diluting B 2 H 6 with H 2 to 5000 ppm.

[リフトオフ層]
プラズマCVD装置を用いて、p型水素化非晶質シリコン系薄膜の上に、主成分を酸化ケイ素(SiO)とするリフトオフ層を200nmの膜厚となるように形成した。
[Lift-off layer]
Using a plasma CVD apparatus, a lift-off layer containing silicon oxide (SiO x ) as a main component was formed on the p-type hydrogenated amorphous silicon thin film so as to have a thickness of 200 nm.

実施例1では、リフトオフ層の製膜条件は、基板温度を150℃、圧力を50Pa、SiH/CO/H流量比の値を1/10/750、及びパワー密度を0.15W/cmとした。実施例2では、SiH/CO/H流量比の値を1/10/650とし、これ以外の条件は実施例1と同じ製膜条件にした。実施例3では、SiH/CO/H流量比の値を1/10/550とし、これ以外の条件は実施例1と同じ製膜条件にした。In Example 1, the deposition conditions for the lift-off layer were a substrate temperature of 150° C., a pressure of 50 Pa, a SiH 4 /CO 2 /H 2 flow ratio of 1/10/750, and a power density of 0.15 W/ cm2 . In Example 2, the value of the SiH 4 /CO 2 /H 2 flow rate ratio was set to 1/10/650, and other conditions were the same film forming conditions as in Example 1. In Example 3, the value of the SiH 4 /CO 2 /H 2 flow rate ratio was set to 1/10/550, and other conditions were the same film formation conditions as in Example 1.

比較例1では、SiH/CO/H流量比の値を1/4/750としたこと以外は、実施例1~3と同様の製膜条件とした。In Comparative Example 1, the film forming conditions were the same as in Examples 1 to 3, except that the SiH 4 /CO 2 /H 2 flow rate ratio was set to 1/4/750.

比較例2では、SiH/CO/H流量比の値を1/30/1000としたこと以外は、実施例1~3と同様の製膜条件とした。In Comparative Example 2, film formation conditions were the same as in Examples 1 to 3, except that the SiH 4 /CO 2 /H 2 flow rate ratio was set to 1/30/1000.

比較例3では、SiH/CO/H流量比の値を1/10/350としたこと以外は、実施例1~3と同様の製膜条件とした。In Comparative Example 3, the film forming conditions were the same as in Examples 1 to 3, except that the SiH 4 /CO 2 /H 2 flow rate ratio was set to 1/10/350.

[リフトオフ層及び第1導電型半導体層のパターニング]
まず、リフトオフ層が形成された結晶基板の裏側主面に感光性レジスト膜を製膜した。これをフォトリソグラフィ法により露光・現像を行い、リフトオフ層、p型半導体層及び真性半導体層を除去する領域を露出させた。複数の層が形成された結晶基板を、エッチング剤として1重量%のフッ化水素を含有する加水フッ硝酸に浸漬し、リフトオフ層を除去した。純粋によるリンスの後に、5.5重量%のフッ化水素酸に20ppmのオゾンを混合したオゾン/フッ酸液に浸漬し、リフトオフ層の除去により露出したp型半導体層とその直下の真性半導体層とを除去した。以下、この工程をパターニング工程という。
[Patterning of lift-off layer and first conductivity type semiconductor layer]
First, a photosensitive resist film was formed on the back main surface of the crystal substrate on which the lift-off layer was formed. This was exposed and developed by photolithography to expose regions where the lift-off layer, p-type semiconductor layer and intrinsic semiconductor layer were to be removed. The crystal substrate on which the multiple layers were formed was immersed in hydrofluoric nitric acid containing 1% by weight of hydrogen fluoride as an etchant to remove the lift-off layer. After rinsing with pure water, the p-type semiconductor layer exposed by removing the lift-off layer and the intrinsic semiconductor layer immediately below it were immersed in an ozone/hydrofluoric acid solution in which 5.5% by weight of hydrofluoric acid was mixed with 20 ppm of ozone. and were removed. This process is hereinafter referred to as a patterning process.

[n型半導体層(第2導電型半導体層)]
第1半導体層パターニング工程の後に、露出した裏側主面を濃度が2重量%のフッ化水素酸によって洗浄した結晶基板をCVD装置に導入し、裏側主面に真性半導体層(膜厚8nm)を1回目の真性半導体層と同様の成膜条件で形成した。続いて、形成した真性半導体層の上に、n型水素化非晶質シリコン系薄膜(膜厚10nm)を形成した。製膜条件は、基板温度が150℃、圧力が60Pa、SiH/PH/H流量比の値が1/2、及びパワー密度が0.01W/cmとした。また、PHガスの流量は、PHがHにより5000ppmまで希釈された希釈ガスの流量である。
[n-type semiconductor layer (second conductivity type semiconductor layer)]
After the first semiconductor layer patterning step, the crystal substrate whose exposed backside main surface was washed with hydrofluoric acid having a concentration of 2% by weight was introduced into a CVD apparatus, and an intrinsic semiconductor layer (thickness: 8 nm) was formed on the backside main surface. It was formed under the same film formation conditions as the first intrinsic semiconductor layer. Subsequently, an n-type hydrogenated amorphous silicon thin film (thickness: 10 nm) was formed on the formed intrinsic semiconductor layer. The deposition conditions were a substrate temperature of 150° C., a pressure of 60 Pa, a SiH 4 /PH 3 /H 2 flow rate ratio of 1/2, and a power density of 0.01 W/cm 2 . Also, the flow rate of PH 3 gas is the flow rate of diluent gas obtained by diluting PH 3 with H 2 to 5000 ppm.

[リフトオフ層及び第2導電型半導体層の除去]
n型半導体層が形成された結晶基板を、5重量%のフッ化水素酸に浸漬して、リフトオフ層、そのリフトオフ層を覆うn型半導体層、及びリフトオフ層とn型半導体層との間にある真性半導体層をまとめて除去した。以下、この工程をリフトオフ工程という。
[Removal of lift-off layer and second conductivity type semiconductor layer]
A crystal substrate having an n-type semiconductor layer formed thereon is immersed in 5% by weight hydrofluoric acid to form a lift-off layer, an n-type semiconductor layer covering the lift-off layer, and between the lift-off layer and the n-type semiconductor layer. One intrinsic semiconductor layer was removed en bloc. This process is hereinafter referred to as a lift-off process.

[電極層、低反射層]
マグネトロンスパッタリング装置を用いて、透明電極層の基となる酸化物膜(膜厚100nm)を、結晶基板の導電型半導体層の上に形成した。また、低反射層として、結晶基板の受光面側に窒化シリコン層を形成した。透明導電性酸化物としては、酸化スズを濃度10重量%で含有した酸化インジウム(ITO)をターゲットとして使用した。装置のチャンバ内にアルゴンと酸素との混合ガスを導入し、チャンバ内の圧力を0.6Paに設定した。アルゴンと酸素との混合比率は、抵抗率が最も低くなる(いわゆるボトム)条件とした。また、直流電源を用いて、0.4W/cmの電力密度で成膜を行った。
[Electrode layer, low reflection layer]
Using a magnetron sputtering apparatus, an oxide film (thickness: 100 nm) serving as the base of the transparent electrode layer was formed on the conductive semiconductor layer of the crystal substrate. A silicon nitride layer was formed on the light-receiving surface side of the crystal substrate as a low-reflection layer. As a transparent conductive oxide, indium oxide (ITO) containing tin oxide at a concentration of 10% by weight was used as a target. A mixed gas of argon and oxygen was introduced into the chamber of the apparatus, and the pressure inside the chamber was set to 0.6 Pa. The mixing ratio of argon and oxygen was set to the lowest resistivity (so-called bottom) condition. In addition, film formation was performed using a DC power supply at a power density of 0.4 W/cm 2 .

次に、フォトリソグラフィ法により、導電型半導体層(p型半導体層及びn型半導体層)上の透明導電性酸化物膜のみを残すようにエッチングして、透明電極層を形成した。このエッチングにより形成された透明電極層により、p型半導体層上の透明導電性酸化物膜と、n型半導体層上の透明導電性酸化物膜との間での導通が防止された。 Next, etching was performed by photolithography so as to leave only the transparent conductive oxide film on the conductive semiconductor layer (p-type semiconductor layer and n-type semiconductor layer) to form a transparent electrode layer. The transparent electrode layer formed by this etching prevented conduction between the transparent conductive oxide film on the p-type semiconductor layer and the transparent conductive oxide film on the n-type semiconductor layer.

さらに、透明電極層の上に、銀ペースト(藤倉化成製:ドータイトFA-333)を希釈せずにスクリーン印刷し、温度が150℃のオーブンで60分間の加熱処理を行った。これにより、金属電極層が形成された。 Further, an undiluted silver paste (Dotite FA-333 manufactured by Fujikura Kasei Co., Ltd.) was screen-printed on the transparent electrode layer and heat-treated in an oven at a temperature of 150° C. for 60 minutes. Thus, a metal electrode layer was formed.

次に、バックコンタクト型の太陽電池に対する評価方法について説明する。評価結果は、[表1]、図13及び図14を参照とする。 Next, an evaluation method for back-contact solar cells will be described. Refer to [Table 1], FIGS. 13 and 14 for the evaluation results.

[膜厚及びエッチング性の評価]
リフトオフ層の膜厚又はエッチング状態は、SEM(フィールドエミッション型走査型電子顕微鏡S4800:日立ハイテクノロジーズ社製)を用いて評価した。第1半導体層パターニング工程の後に、設計上のパターニング除去領域に従ってエッチングされている場合には「○」とし、リフトオフ層が過剰にエッチングされ、太陽電池特性に悪影響が出た場合には「×」とした。
[Evaluation of film thickness and etchability]
The film thickness or etching state of the lift-off layer was evaluated using SEM (Field Emission Scanning Electron Microscope S4800: manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation). After the first semiconductor layer patterning step, if the etching is performed according to the designed patterning removal area, it is marked as “○”, and if the lift-off layer is excessively etched and the solar cell characteristics are adversely affected, it is marked as “×”. and

[屈折率の評価]
リフトオフ層の屈折率は、ガラス基板上に、実施例1~3及び比較例1~3の製膜条件と同じ条件で製膜された薄膜の屈折率を、分光エリプソメトリー(商品名M2000、ジェー・エー・ウーラム社製)にて測定することにより求めた。フィッティング結果から、632nmの波長の光における屈折率を抽出した。
[Evaluation of refractive index]
The refractive index of the lift-off layer was measured by spectroscopic ellipsometry (trade name: M2000, J. · It was obtained by measuring with A Woollam Co.). From the fitting results, the refractive index for light with a wavelength of 632 nm was extracted.

[被覆率の評価]
リフトオフ工程後の結晶基板の裏面を、レーザーマイクロスコープ(装置名OPTELICS、レーザーテック社製)を用いて、100倍の倍率で第1導電型半導体層の表面を観察した。画像処理により、被覆部と第1導電型半導体層を色分けして、第1導電型半導体層における被覆部で覆われた部分の面積を計算した。そして、第1導電型半導体層における被覆部で覆われた部分の面積をS1とし、第1導電型半導体層における結晶基板とは反対側の面全体の面積をS2として、以下の式:
(被覆率(%))=100 × S1/S2
によって、被覆率を算出した。
[Evaluation of coverage]
Using a laser microscope (device name OPTELICS, manufactured by Lasertec), the surface of the first conductivity type semiconductor layer was observed at a magnification of 100 on the back surface of the crystal substrate after the lift-off process. By image processing, the covering portion and the first conductivity type semiconductor layer were classified by color, and the area of the portion covered with the covering portion in the first conductivity type semiconductor layer was calculated. Then, the area of the portion of the semiconductor layer of the first conductivity type covered with the covering portion is S1, and the area of the entire surface of the semiconductor layer of the first conductivity type opposite to the crystal substrate is S2.
(Coverage (%)) = 100 x S1/S2
The coverage was calculated by

[密着性の評価]
電極を形成した太陽電池セルに対して、JIS Z1522に規定された粘着テープを
貼り付け、垂直に引っ張って評価した。引っ張ったときに電極層の剥離が起きた場合には「×」とし、電極層の剥離が起こらなければ「○」とした。
[Evaluation of adhesion]
An adhesive tape specified in JIS Z1522 was attached to the solar cell with the electrodes formed thereon, and the adhesive tape was pulled vertically for evaluation. When the electrode layer was peeled off when pulled, it was rated as "X", and when the electrode layer was not peeled off, it was rated as "○".

[I-V特性の評価]
AM(エアマス:air mass)1.5の基準太陽光を100mW/cmの光量で照射したときのI-Vカーブを観測した。-1.0V~+1.5Vで走査して、I-VカーブがS字状になっていた場合(-1.0V~+1.5Vの範囲に極値点が存在する場合)には「×」とし、I-VカーブにS字状の変化が見られなかった場合には「〇」とした。
[Evaluation of IV characteristics]
An IV curve was observed when the standard sunlight of AM (air mass) 1.5 was irradiated with a light amount of 100 mW/cm 2 . When scanning at -1.0 V to +1.5 V and the IV curve is S-shaped (when there is an extreme point in the range of -1.0 V to +1.5 V), "× ”, and when no S-shaped change was observed in the IV curve, it was indicated as “◯”.

[変換効率の評価]
ソーラシミュレータにより、AM(エアマス:air mass)1.5の基準太陽光を100mW/cmの光量で照射して、太陽電池の変換効率(Eff(%))を測定した。実施例1の変換効率(太陽電池特性)を1.00とし、その相対値を[表1]に記載した。
[Evaluation of conversion efficiency]
A solar simulator was used to irradiate standard sunlight of AM (air mass) 1.5 at a light amount of 100 mW/cm 2 to measure the conversion efficiency (Eff (%)) of the solar cell. Taking the conversion efficiency (solar cell characteristics) of Example 1 as 1.00, the relative values are shown in [Table 1].

[信頼性の評価]
電極を形成した太陽電池セルをガラスとバックシートとでラミレートしたモジュールを、温度85℃、湿度85%の環境試験に投入して、3000時間後の変換効率(Eff(%))を測定した。変換効率の測定は、ソーラシミュレータにより、AM(エアマス:air mass)1.5の基準太陽光を100mW/cmの光量で照射して測定した。初期の変換効率を1.00として、その相対値を[表1]に記載した。
[Reliability evaluation]
A module in which a solar cell with electrodes formed thereon was laminated with glass and a back sheet was subjected to an environmental test at a temperature of 85° C. and a humidity of 85%, and the conversion efficiency (Eff (%)) after 3000 hours was measured. The conversion efficiency was measured by irradiating standard sunlight of AM (air mass) 1.5 with a light intensity of 100 mW/cm 2 using a solar simulator. Taking the initial conversion efficiency as 1.00, the relative values are shown in [Table 1].

Figure 0007183245000001
Figure 0007183245000001

実施例1~3は、電極の密着性、I-V特性、太陽電池特性及び信頼性の全てにおいて良好であった。 Examples 1 to 3 were good in all of electrode adhesion, IV characteristics, solar cell characteristics and reliability.

実施例1~3及び比較例1~3の結果をみると、被覆部が形成されているもの(比較例2以外のもの)については、電極層の密着性が良好であることが確認された。一方で、被覆率が高すぎる場合、I-V特性が悪化して、太陽電池特定が悪化することがわかった。これは、第1導電型半導体層における被覆部で覆われた部分からは励起子を取り出すことができないことが原因であると考えられる。すなわち、電極層の密着性を向上させつつ、太陽電池特性の悪化を抑制するには、被覆率を適切な範囲にする必要があることが確認された。図13を参照すると、実施例1の太陽電池特性を1.00としたときに、太陽電池特性を0.80以上にするためには、被覆率を0.2%以上16%以下にすればよいことが分かる。このことから、本開示の技術では、0.2%以上16%以下の範囲が好ましい被覆率の範囲であるとしている。 Looking at the results of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 3, it was confirmed that the adhesiveness of the electrode layer was good for those in which the coating portion was formed (other than Comparative Example 2). . On the other hand, it has been found that if the coverage is too high, the IV characteristics deteriorate and the solar cell specificity deteriorates. This is probably because excitons cannot be extracted from the portion of the first conductivity type semiconductor layer covered with the covering portion. That is, it was confirmed that the coverage should be within an appropriate range in order to improve the adhesion of the electrode layer and suppress the deterioration of the solar cell characteristics. Referring to FIG. 13, when the solar cell characteristic of Example 1 is 1.00, in order to make the solar cell characteristic 0.80 or more, the coverage should be 0.2% or more and 16% or less. I know it's good. For this reason, in the technology of the present disclosure, the range of 0.2% or more and 16% or less is a preferable coverage range.

また、実施例1~3及び比較例1~3の結果をみると、リフトオフ層の屈折率が高いほど、被覆率が高くなることが確認された。これは、屈折率が高いものほど、密度が高くなって、エッチングの際に溶解しにくくなるためであると考えられる。さらに、屈折率が低すぎると、パターニング工程においてリフトオフ層が過剰にエッチングされてしまうことが分かった。これは、密度が低くなってリフトオフ層の構造が疎になり、エッチングの際の溶解速度が大きくなったためと考えられる。図14を参照すると、実施例1の太陽電池特性を1.00としたときに、太陽電池特性を0.80以上にするためには、632nmの波長の光における屈折率を1.45以上1.90以下にすればよいことが分かる。このことから、本開示の技術では、1.45以上1.90以下の範囲が好ましい屈折率の範囲であるとしている。 Moreover, the results of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 3 confirmed that the higher the refractive index of the lift-off layer, the higher the coverage. It is considered that this is because the higher the refractive index, the higher the density and the more difficult it is to dissolve during etching. Furthermore, it has been found that if the refractive index is too low, the lift-off layer will be excessively etched in the patterning process. It is considered that this is because the density became low, the structure of the lift-off layer became sparse, and the dissolution rate during etching increased. Referring to FIG. 14, when the solar cell characteristics of Example 1 are 1.00, in order to make the solar cell characteristics 0.80 or more, the refractive index for light with a wavelength of 632 nm must be 1.45 or more. 0.90 or less. For this reason, in the technique of the present disclosure, the preferable refractive index range is 1.45 or more and 1.90 or less.

総括すると、第1導電型半導体層の一部をリフトオフ層によって被覆することで、第1導電型半導体層と電極層との電気的なコンタクト(密着性)が良好になるという結果が得られた。特に、実施例は比較例と比べ、被覆率を適切な範囲にすることにより、太陽電池特性が良好になるという結果を得た。これは、リフトオフ層を構成する物質(ここでは酸化ケイ素)を、第1導電型半導体層上に適度に残すことで、第1導電型半導体層と電極層との間において、密着性を向上させるだけで無く、直列抵抗の上昇をも抑制されるためと考えられる。 In summary, by covering a part of the first conductivity type semiconductor layer with the lift-off layer, good electrical contact (adhesion) between the first conductivity type semiconductor layer and the electrode layer was obtained. . In particular, in comparison with the comparative example, it was found that the solar cell characteristics were improved by adjusting the coverage to an appropriate range. This improves the adhesion between the first-conductivity-type semiconductor layer and the electrode layer by leaving an appropriate amount of the substance (here, silicon oxide) constituting the lift-off layer on the first-conductivity-type semiconductor layer. It is thought that not only this, but also an increase in series resistance is suppressed.

また、リフトオフ層の屈折率を適切な値にすることで、被覆率を前記適切な範囲にすることが可能であるという結果を得た。特に、リフトオフ層の屈折率が低すぎると、パターニング工程において、リフトオフ層が過剰に除去されてしまうため、十分な太陽電池特性を得ることができないという結果が得られた。密着性が劣るものについては、特に信頼性に課題があることがわかった。 In addition, it was found that the coverage can be set within the appropriate range by setting the refractive index of the lift-off layer to an appropriate value. In particular, when the refractive index of the lift-off layer is too low, the lift-off layer is excessively removed in the patterning process, resulting in insufficient solar cell characteristics. It has been found that there is a problem especially in reliability when the adhesiveness is poor.

10 太陽電池
11 結晶基板(半導体基板)
12 真性半導体層
13 導電型半導体層
13p p型半導体層[第1導電型の第1半導体層/第2導電型の第2半導体層]
13n n型半導体層[第2導電型の第2半導体層/第1導電型の第1半導体層]
15 電極層
17 透明電極層
18 金属電極層
19 被覆部
20 結晶粒(リフトオフ層を構成する物質の結晶からなる粒)
LF リフトオフ層
10 solar cell 11 crystal substrate (semiconductor substrate)
12 intrinsic semiconductor layer 13 conductivity type semiconductor layer 13p p-type semiconductor layer [first conductivity type first semiconductor layer/second conductivity type second semiconductor layer]
13n n-type semiconductor layer [second conductivity type second semiconductor layer/first conductivity type first semiconductor layer]
15 Electrode layer 17 Transparent electrode layer 18 Metal electrode layer 19 Coating part 20 Crystal grains (grains made of crystals of substances constituting the lift-off layer)
LF lift-off layer

Claims (7)

半導体基板における互いに対向する2つの主面の一方の主面上に、第1導電型の第1半導体層を形成する工程と、
前記第1半導体層上にリフトオフ層を積層する工程と、
前記第1半導体層及び前記リフトオフ層を選択的に除去する工程と、
前記第1半導体層及び前記リフトオフ層を含む前記一方の主面上に、第2導電型の第2半導体層を形成する工程と、
前記リフトオフ層を除去することにより、前記リフトオフ層を覆う前記第2半導体層を除去する工程と、
前記第1半導体層及び前記第2半導体層のそれぞれの上に、酸化物からなる透明電極層を形成する工程と、を含み、
前記リフトオフ層を除去する工程では、前記リフトオフ層を覆う前記第2半導体層が除去された状態において、前記第1半導体層の一部が前記リフトオフ層によって被覆されるように、前記リフトオフ層を除去する太陽電池の製造方法。
forming a first semiconductor layer of a first conductivity type on one main surface of two main surfaces facing each other in a semiconductor substrate;
stacking a lift-off layer on the first semiconductor layer;
selectively removing the first semiconductor layer and the lift-off layer;
forming a second semiconductor layer of a second conductivity type on the one main surface including the first semiconductor layer and the lift-off layer;
removing the second semiconductor layer covering the lift-off layer by removing the lift-off layer;
forming a transparent electrode layer made of oxide on each of the first semiconductor layer and the second semiconductor layer;
In the step of removing the lift-off layer, the lift-off layer is removed such that part of the first semiconductor layer is covered with the lift-off layer in a state where the second semiconductor layer covering the lift-off layer is removed. A method for manufacturing a solar cell.
請求項1に記載の太陽電池の製造方法において、
前記第1半導体層を被覆する前記リフトオフ層を被覆部とし、前記第1半導体層における前記被覆部で覆われた部分の面積をS1とし、前記第1半導体層における前記半導体基板とは反対側の面の面積をS2としたときに、以下の式:
(被覆率(%))=100 × S1/S2
で定義される被覆率が0.2%以上16%以下である太陽電池の製造方法。
In the method for manufacturing a solar cell according to claim 1,
The lift-off layer covering the first semiconductor layer is defined as a covering portion, the area of the portion of the first semiconductor layer covered by the covering portion is defined as S1, and the area of the first semiconductor layer opposite to the semiconductor substrate is defined as S1. When the surface area is S2, the following formula:
(Coverage (%)) = 100 x S1/S2
A method for producing a solar cell having a coverage of 0.2% or more and 16% or less.
請求項2に記載の太陽電池の製造方法において、
前記半導体基板の面直方向における前記一方の主面側から見て、前記被覆部の最大の長さが2.0μm以下である太陽電池の製造方法。
In the method for manufacturing a solar cell according to claim 2,
A method for manufacturing a solar cell, wherein the covering portion has a maximum length of 2.0 μm or less when viewed from the one main surface side in the direction perpendicular to the plane of the semiconductor substrate.
請求項1~3のいずれか1つに記載の太陽電池の製造方法において、
前記リフトオフ層は、酸化ケイ素を主成分とするとともに、波長632nmの光における屈折率が1.45以上1.90以下となるように構成される太陽電池の製造方法。
In the method for manufacturing a solar cell according to any one of claims 1 to 3,
The method for manufacturing a solar cell, wherein the lift-off layer contains silicon oxide as a main component and has a refractive index of 1.45 or more and 1.90 or less for light with a wavelength of 632 nm.
請求項4に記載の太陽電池の製造方法において、
前記リフトオフ層は、複数の層で構成されており、
前記リフトオフ層を構成する複数の層のうち前記第1半導体層に最も近い層は、酸化ケイ素を主成分とするとともに、波長632nmの光における屈折率が1.45以上1.90以下となるように構成される太陽電池の製造方法。
In the method for manufacturing a solar cell according to claim 4,
The lift-off layer is composed of a plurality of layers,
Among the plurality of layers constituting the lift-off layer, the layer closest to the first semiconductor layer contains silicon oxide as a main component and has a refractive index of 1.45 or more and 1.90 or less for light with a wavelength of 632 nm. A method for manufacturing a solar cell comprising:
請求項1~5のいずれか1つに記載の太陽電池の製造方法において、
前記第1半導体層上に前記リフトオフ層を積層する工程では、前記リフトオフ層が単数である場合には当該リフトオフ層を積層するとき、前記リフトオフ層が複数の場合には前記第1半導体層に最も近い層を積層するときに、当該リフトオフ層に、当該リフトオフ層を構成する元素からなる粒子を混入させる太陽電池の製造方法。
In the method for manufacturing a solar cell according to any one of claims 1 to 5,
In the step of stacking the lift-off layer on the first semiconductor layer, when stacking the lift-off layer when there is a single lift-off layer, when stacking the lift-off layer, when there are a plurality of lift-off layers, the first semiconductor layer is the most A method for manufacturing a solar cell in which particles of an element constituting the lift-off layer are mixed into the lift-off layer when stacking close layers.
請求項1~6のいずれか1つに記載の太陽電池の製造方法において、
前記半導体基板は、前記2つの主面に第1テクスチャ構造をそれぞれ有しており、
前記半導体基板の前記一方の主面に形成された前記第1半導体層及び前記第2半導体層は、前記第1テクスチャ構造を反映した第2テクスチャ構造を含む太陽電池の製造方法。
In the method for manufacturing a solar cell according to any one of claims 1 to 6,
The semiconductor substrate has a first texture structure on each of the two main surfaces,
The method of manufacturing a solar cell, wherein the first semiconductor layer and the second semiconductor layer formed on the one main surface of the semiconductor substrate include a second texture structure reflecting the first texture structure.
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