JP7221276B2 - SOLAR CELL MANUFACTURING METHOD AND SOLAR CELL - Google Patents

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Description

本発明は、裏面電極型(バックコンタクト型)の太陽電池の製造方法、および、裏面電極型の太陽電池に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a back electrode type (back contact type) solar cell and a back electrode type solar cell.

半導体基板を用いた太陽電池として、受光面側および裏面側の両面に電極が形成された両面電極型の太陽電池と、裏面側のみに電極が形成された裏面電極型の太陽電池とがある。両面電極型の太陽電池では、受光面側に電極が形成されるため、この電極により太陽光が遮蔽されてしまう。一方、裏面電極型の太陽電池では、受光面側に電極が形成されないため、両面電極型の太陽電池と比較して太陽光の受光率が高い。 As solar cells using semiconductor substrates, there are double-sided electrode solar cells in which electrodes are formed on both the light-receiving side and the back side, and back electrode-type solar cells in which electrodes are formed only on the back side. In a double-sided electrode type solar cell, since electrodes are formed on the light receiving surface side, the electrodes block sunlight. On the other hand, in the back electrode type solar cell, no electrode is formed on the light receiving surface side, so the solar cell has a higher light receiving rate than the double electrode type solar cell.

裏面電極型の太陽電池では、高性能化のために、裏面側に、p型半導体層およびn型半導体層等の半導体層パターンを高精度に形成する必要がある。半導体層パターンを高精度に形成する方法として、フォトリソグラフィ技術を用いる方法が一般的に知られている。
また、特許文献1には、メタルマスクを用いて半導体層パターンを形成する方法が記載されている。
In a back electrode type solar cell, it is necessary to form a semiconductor layer pattern such as a p-type semiconductor layer and an n-type semiconductor layer on the back side with high precision in order to improve performance. A method using a photolithographic technique is generally known as a method for forming a semiconductor layer pattern with high precision.
Further, Patent Document 1 describes a method of forming a semiconductor layer pattern using a metal mask.

特開2009-200267号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2009-200267

しかしながら、フォトリソグラフィ技術を用いる半導体層パターンの形成方法では、パターニングのためのマスクを形成するために、塗布、露光、現像等を行う必要がある。そのため、この方法では、太陽電池の高性能化が可能であるが、太陽電池の製造が煩雑となる。
一方、特許文献1に記載のメタルマスクを用いる半導体層パターンの形成方法では、フォトリソグラフィ技術を用いる半導体層パターンの形成方法と比較して、太陽電池の製造の簡略化が可能である。しかしながら、この方法では、メタルマスクの位置合わせを高精度に行うことが困難であり、フォトリソグラフィ技術を用いる半導体層パターンの形成方法と比較して、太陽電池の性能が低下すると推測される。
However, in the method of forming a semiconductor layer pattern using photolithography, it is necessary to perform coating, exposure, development, and the like in order to form a mask for patterning. Therefore, although this method can improve the performance of the solar cell, the production of the solar cell becomes complicated.
On the other hand, the method of forming a semiconductor layer pattern using a metal mask described in Patent Document 1 can simplify the manufacture of solar cells compared to the method of forming a semiconductor layer pattern using photolithography. However, with this method, it is difficult to align the metal mask with high precision, and it is presumed that the performance of the solar cell will deteriorate compared to the method of forming the semiconductor layer pattern using the photolithography technique.

本発明は、太陽電池の性能低下を抑制しつつ、太陽電池の製造の簡易化が可能な太陽電池の製造方法、および、太陽電池を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a solar cell that can simplify the manufacturing of the solar cell while suppressing deterioration in the performance of the solar cell, and to provide a solar cell.

本発明に係る太陽電池の製造方法は、2つの主面を有する半導体基板と、半導体基板の一方の主面に配置された真性半導体層と、半導体基板の一方の主面に真性半導体層を介して配置された第1導電型半導体層および第2導電型半導体層と、第1導電型半導体層に対応する第1電極層および第2導電型半導体層に対応する第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、半導体基板の一方の主面側において真性半導体層上に第1導電型半導体材料膜を形成した後、マスクを用いて、マスクの開口部に対応する第1導電型半導体材料膜および真性半導体層の膜厚方向の一部を、プラズマエッチングにより除去することにより、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、半導体基板の一方の主面側においてマスクの開口部に対応する真性半導体層上に第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を含む。 A method for manufacturing a solar cell according to the present invention comprises: a semiconductor substrate having two main surfaces; an intrinsic semiconductor layer disposed on one of the main surfaces of the semiconductor substrate; and a first electrode layer corresponding to the first conductivity type semiconductor layer and a second electrode layer corresponding to the second conductivity type semiconductor layer. In a method for manufacturing an electrode type solar cell, after forming a first conductivity type semiconductor material film on an intrinsic semiconductor layer on one main surface side of a semiconductor substrate, a mask is used to correspond to openings of the mask. a first conductivity type semiconductor layer forming step of forming a first conductivity type semiconductor layer by removing part of the first conductivity type semiconductor material film and the intrinsic semiconductor layer in the film thickness direction by plasma etching; a second conductivity type semiconductor layer forming step of forming a second conductivity type semiconductor layer on the intrinsic semiconductor layer corresponding to the opening of the mask on one main surface side.

本発明に係る太陽電池は、2つの主面を有する半導体基板と、半導体基板の一方の主面に配置された真性半導体層と、半導体基板の一方の主面に真性半導体層を介して配置された第1導電型半導体層および第2導電型半導体層と、第1導電型半導体層に対応する第1電極層および第2導電型半導体層に対応する第2電極層とを備える裏面電極型の太陽電池であって、第1導電型半導体層と半導体基板とに挟まれる真性半導体層の厚みT1と、第2導電型半導体層と半導体基板とに挟まれる真性半導体層の厚みT2とでは、T1>T2の関係を満たす。 A solar cell according to the present invention comprises a semiconductor substrate having two main surfaces, an intrinsic semiconductor layer arranged on one main surface of the semiconductor substrate, and an intrinsic semiconductor layer arranged on one main surface of the semiconductor substrate with the intrinsic semiconductor layer interposed therebetween. a first conductivity type semiconductor layer and a second conductivity type semiconductor layer; and a first electrode layer corresponding to the first conductivity type semiconductor layer and a second electrode layer corresponding to the second conductivity type semiconductor layer. In the solar cell, the thickness T1 of the intrinsic semiconductor layer sandwiched between the semiconductor layer of the first conductivity type and the semiconductor substrate and the thickness T2 of the intrinsic semiconductor layer sandwiched between the semiconductor layer of the second conductivity type and the semiconductor substrate are T1 > satisfies the relationship of T2.

本発明によれば、高性能な太陽電池が簡易に製造される。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, a high-performance solar cell is manufactured simply.

本実施形態に係る太陽電池モジュールの一例を示す側面図である。It is a side view which shows an example of the solar cell module which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る太陽電池を裏面側からみた図である。It is the figure which looked at the solar cell which concerns on this embodiment from the back surface side. 図2の太陽電池におけるIII-III線断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line III-III in the solar cell of FIG. 2; 本実施形態の変形例に係る太陽電池の断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view of a solar cell according to a modification of the embodiment; 本実施形態の他の変形例に係る太陽電池の断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view of a solar cell according to another modification of the embodiment; 本実施形態に係る太陽電池の製造方法における真性半導体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る。It is a figure which shows a part of intrinsic semiconductor layer formation process and 1st conductivity type semiconductor layer formation process in the manufacturing method of the solar cell which concerns on this embodiment. 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他の一部を示す図である。It is a figure which shows another part of 1st conductivity type semiconductor layer formation process in the manufacturing method of the solar cell which concerns on this embodiment. 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。It is a figure which shows the 2nd conductivity type semiconductor layer formation process in the manufacturing method of the solar cell which concerns on this embodiment. 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。It is a figure which shows the electrode layer formation process in the manufacturing method of the solar cell which concerns on this embodiment. 本実施形態の変形例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。It is a figure which shows the 2nd conductivity type semiconductor layer formation process in the manufacturing method of the solar cell which concerns on the modification of this embodiment. 本実施形態の他の変形例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。It is a figure which shows the 2nd conductivity type semiconductor layer formation process in the manufacturing method of the solar cell based on the other modified example of this embodiment. 従来の太陽電池の製造方法における真性半導体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る(フォトリソグラフィ技術)。It is a figure which shows a part of intrinsic semiconductor layer formation process and 1st conductivity type semiconductor layer formation process in the manufacturing method of the conventional solar cell (photolithographic technique). 従来の太陽電池の製造方法における真性半導体層形成工程および第1導電型半導体層形成工程の他の一部を示す図である(フォトリソグラフィ技術)。It is a figure which shows another part of intrinsic semiconductor layer formation process and 1st conductivity type semiconductor layer formation process in the manufacturing method of the conventional solar cell (photolithographic technique). 従来の太陽電池の製造方法における真性半導体層形成工程および第2導電型半導体層形成工程の一部を示す図である(フォトリソグラフィ技術)。It is a figure which shows a part of intrinsic semiconductor layer formation process and 2nd conductivity type semiconductor layer formation process in the manufacturing method of the conventional solar cell (photolithographic technique). 従来の太陽電池の製造方法における真性半導体層形成工程および第2導電型半導体層形成工程の他の一部を示す図である(フォトリソグラフィ技術)。It is a figure which shows another part of intrinsic semiconductor layer formation process and 2nd conductivity type semiconductor layer formation process in the manufacturing method of the conventional solar cell (photolithographic technique). 従来の太陽電池の製造方法における真性半導体層形成工程および第2導電型半導体層形成工程を示す図である(メタルマスク技術)。It is a figure which shows the intrinsic|native semiconductor layer formation process and the 2nd conductivity type semiconductor layer formation process in the manufacturing method of the conventional solar cell (metal mask technique). 従来の太陽電池の製造方法における真性半導体層形成工程および第1導電型半導体層形成工程を示す図である(メタルマスク技術)。It is a figure which shows the intrinsic|native semiconductor layer formation process and the 1st conductivity type semiconductor layer formation process in the manufacturing method of the conventional solar cell (metal mask technique). 従来の太陽電池の製造方法における真性半導体層形成工程および第1導電型半導体層形成工程を示す図である(イオン注入技術)。It is a figure which shows the intrinsic|native semiconductor layer formation process and the 1st conductivity type semiconductor layer formation process in the manufacturing method of the conventional solar cell (ion implantation technique). 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る(イオン注入技術)。It is a figure which shows the 2nd conductivity type semiconductor layer formation process in the manufacturing method of the conventional solar cell (ion implantation technique). 本実施形態の変形例に係る太陽電池の製造方法における真性半導体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る。It is a figure which shows a part of intrinsic semiconductor layer formation process and 1st conductivity type semiconductor layer formation process in the manufacturing method of the solar cell which concerns on the modification of this embodiment. 本実施形態の変形例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他の一部を示す図である。It is a figure which shows another part of 1st conductivity type semiconductor layer formation process in the manufacturing method of the solar cell which concerns on the modification of this embodiment. 本実施形態の変形例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の一部を示す図である。It is a figure which shows a part of 2nd conductivity type semiconductor layer formation process in the manufacturing method of the solar cell which concerns on the modification of this embodiment. 本実施形態の変形例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の他の一部を示す図である。It is a figure which shows another part of 2nd conductivity type semiconductor layer formation process in the manufacturing method of the solar cell which concerns on the modification of this embodiment. 従来の太陽電池の製造方法における真性半導体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る(リフトオフ技術)。It is a figure which shows a part of intrinsic semiconductor layer formation process and 1st conductivity type semiconductor layer formation process in the manufacturing method of the conventional solar cell (lift-off technique). 従来の太陽電池の製造方法における真性半導体層形成工程および第1導電型半導体層形成工程の他の一部を示す図である(リフトオフ技術)。It is a figure which shows another part of intrinsic semiconductor layer formation process and 1st conductivity type semiconductor layer formation process in the manufacturing method of the conventional solar cell (lift-off technique). 従来の太陽電池の製造方法における真性半導体層形成工程および第2導電型半導体層形成工程の一部を示す図である(リフトオフ技術)。It is a figure which shows a part of intrinsic semiconductor layer formation process and 2nd conductivity type semiconductor layer formation process in the manufacturing method of the conventional solar cell (lift-off technique). 従来の太陽電池の製造方法における真性半導体層形成工程および第2導電型半導体層形成工程の他の一部を示す図である(リフトオフ技術)。It is a figure which shows another part of intrinsic semiconductor layer formation process and 2nd conductivity type semiconductor layer formation process in the manufacturing method of the conventional solar cell (lift-off technique). 従来の太陽電池の断面図である。1 is a cross-sectional view of a conventional solar cell; FIG.

以下、添付の図面を参照して本発明の実施形態の一例について説明する。なお、各図面において同一または相当の部分に対しては同一の符号を附すこととする。また、便宜上、ハッチングおよび部材符号等を省略する場合もあるが、かかる場合、他の図面を参照するものとする。 An example of an embodiment of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. In each drawing, the same reference numerals are given to the same or corresponding parts. For the sake of convenience, hatching, member numbers, etc. may be omitted, but in such cases, other drawings shall be referred to.

(太陽電池モジュール)
図1は、本実施形態に係る太陽電池モジュールの一例を示す側面図である。図1に示すように、太陽電池モジュール100は、二次元状に配列された複数の太陽電池セル1を備える。
(solar cell module)
FIG. 1 is a side view showing an example of a solar cell module according to this embodiment. As shown in FIG. 1, the solar cell module 100 includes a plurality of solar cells 1 arranged two-dimensionally.

太陽電池セル1は、配線部材2によって直列および/または並列に接続される。具体的には、配線部材2は、太陽電池セル1の電極におけるバスバー部(後述)に接続される。配線部材2は、例えば、タブ等の公知のインターコネクタである。 Solar cells 1 are connected in series and/or in parallel by wiring members 2 . Specifically, the wiring member 2 is connected to a busbar portion (described later) in the electrode of the solar cell 1 . The wiring member 2 is, for example, a known interconnector such as a tab.

太陽電池セル1および配線部材2は、受光面保護部材3と裏面保護部材4とによって挟み込まれている。受光面保護部材3と裏面保護部材4との間には、液体状または固体状の封止材5が充填されており、これにより、太陽電池セル1および配線部材2は封止される。受光面保護部材3は、例えばガラス基板であり、裏面保護部材4は、ガラス基板、金属板、または金属層と樹脂層とで多層化した複合シートが挙げられる。封止材5は、例えば透明樹脂である。
以下、太陽電池セル(以下、太陽電池という。)1について詳細に説明する。
Solar cell 1 and wiring member 2 are sandwiched between light-receiving surface protective member 3 and back surface protective member 4 . A liquid or solid sealing material 5 is filled between the light-receiving surface protection member 3 and the back surface protection member 4 , thereby sealing the solar cells 1 and the wiring member 2 . The light-receiving surface protection member 3 is, for example, a glass substrate, and the back surface protection member 4 is, for example, a glass substrate, a metal plate, or a composite sheet formed by multilayering a metal layer and a resin layer. The sealing material 5 is, for example, transparent resin.
The solar cell (hereinafter referred to as solar cell) 1 will be described in detail below.

(太陽電池)
図2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2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つの主面を備える半導体基板11を備え、半導体基板11の主面において第1導電型領域7と第2導電型領域8とを有する。
(solar cell)
FIG. 2 is a view of the solar cell according to this embodiment viewed from the back side. The solar cell 1 shown in FIG. 2 is a back electrode type solar cell. Solar cell 1 includes semiconductor substrate 11 having two main surfaces, and has first conductivity type region 7 and second conductivity type region 8 on the main surface of semiconductor substrate 11 .

第1導電型領域7は、いわゆる櫛型の形状をなし、櫛歯に相当する複数のフィンガー部7fと、櫛歯の支持部に相当するバスバー部7bとを有する。バスバー部7bは、半導体基板11の一方の辺部に沿ってX方向(第2方向)に延在し、フィンガー部7fは、バスバー部7bから、X方向に交差するY方向(第1方向)に延在する。
同様に、第2導電型領域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X方向(第2方向)に延在し、フィンガー部8fは、バスバー部8bから、Y方向(第1方向)に延在する。
フィンガー部7fとフィンガー部8fとは、Y方向(第1方向)に延在する帯状をなしており、X方向(第2方向)に交互に並んでいる。
なお、第1導電型領域7および第2導電型領域8は、ストライプ状に形成されてもよい。
The first conductivity type region 7 has a so-called comb shape, and includes a plurality of finger portions 7f corresponding to comb teeth and bus bar portions 7b corresponding to support portions of the comb teeth. The busbar portion 7b extends in the X direction (second direction) along one side of the semiconductor substrate 11, and the finger portions 7f extend from the busbar portion 7b in the Y direction (first direction) intersecting the X direction. extend to
Similarly, the second conductivity type region 8 has a so-called comb shape, and has a plurality of finger portions 8f corresponding to comb teeth and bus bar portions 8b corresponding to support portions of the comb teeth. The busbar portion 8b extends in the X direction (second direction) along one side portion of the semiconductor substrate 11 opposite to the other side portion, and the finger portions 8f extend from the busbar portion 8b in the Y direction (first direction). direction).
The finger portions 7f and the finger portions 8f are band-shaped extending in the Y direction (first direction) and are alternately arranged in the X direction (second direction).
The first conductivity type region 7 and the second conductivity type region 8 may be formed in stripes.

図3Aは、図2の太陽電池におけるIII-III線断面図である。図3Aに示すように、太陽電池1は、半導体基板11の主面のうちの受光する側の一方の主面である受光面側に順に積層された真性半導体層13と反射防止層15とを備える。また、太陽電池1は、半導体基板11の主面のうちの受光面の反対側の他方の主面である裏面側の一部(主に、第1導電型領域7)に順に積層された真性半導体層23と、第1導電型半導体層25と、第1電極層27とを備える。また、太陽電池1は、半導体基板11の裏面側の他の一部(主に、第2導電型領域8)に順に積層された真性半導体層23と、第2導電型半導体層35と、第2電極層37とを備える。 3A is a cross-sectional view taken along line III-III in the solar cell of FIG. 2. FIG. As shown in FIG. 3A, the solar cell 1 includes an intrinsic semiconductor layer 13 and an antireflection layer 15 laminated in order on the light-receiving surface side, which is one of the principal surfaces of the semiconductor substrate 11 on the light-receiving side. Prepare. In addition, the solar cell 1 is an intrinsic solar cell sequentially laminated on a part (mainly, the first conductivity type region 7) of the back surface side, which is the other main surface of the semiconductor substrate 11 opposite to the light receiving surface. It includes a semiconductor layer 23 , a first conductivity type semiconductor layer 25 , and a first electrode layer 27 . In addition, the solar cell 1 includes an intrinsic semiconductor layer 23, a second conductivity type semiconductor layer 35, and a second conductivity type semiconductor layer 35, which are laminated in order on another part (mainly, the second conductivity type region 8) of the back surface side of the semiconductor substrate 11. and a two-electrode layer 37 .

<半導体基板>
半導体基板11としては、導電型単結晶シリコン基板、例えばn型単結晶シリコン基板またはp型単結晶シリコン基板が用いられる。これにより、高い光電変換効率が実現する。
半導体基板11は、n型単結晶シリコン基板であると好ましい。これにより、結晶シリコン基板内のキャリア寿命が長くなる。これは、p型単結晶シリコン基板では、光照射によってp型ドーパントであるB(ホウ素)が影響して再結合中心となるLID(Light Induced Degradation)が起こる場合があるが、n型単結晶シリコン基板ではLIDをより抑制するためである。
<Semiconductor substrate>
As the semiconductor substrate 11, a conductivity type single crystal silicon substrate such as an n-type single crystal silicon substrate or a p-type single crystal silicon substrate is used. This realizes high photoelectric conversion efficiency.
Semiconductor substrate 11 is preferably an n-type single crystal silicon substrate. This prolongs the lifetime of carriers in the crystalline silicon substrate. This is because, in a p-type single crystal silicon substrate, LID (Light Induced Degradation), which is a recombination center, may occur due to the influence of B (boron), which is a p-type dopant, due to light irradiation. This is to further suppress LID in the substrate.

半導体基板11は、裏面側に、テクスチャ構造と呼ばれるピラミッド型の微細な凹凸構造を有していてもよい。これにより、半導体基板11に吸収されず通過してしまった光の回収効率が高まる。
また、半導体基板11は、受光面側に、テクスチャ構造と呼ばれるピラミッド型の微細な凹凸構造を有していてもよい。これにより、受光面において入射光の反射が低減し、半導体基板11における光閉じ込め効果が向上する。
The semiconductor substrate 11 may have a pyramid-shaped fine uneven structure called a texture structure on the back surface side. As a result, the efficiency of collecting the light that has passed through the semiconductor substrate 11 without being absorbed increases.
Further, the semiconductor substrate 11 may have a pyramid-shaped fine uneven structure called a texture structure on the light receiving surface side. As a result, the reflection of incident light on the light receiving surface is reduced, and the light confinement effect in the semiconductor substrate 11 is improved.

半導体基板11の厚さは、50μm以上300μm以下であると好ましく、60μm以上230μm以下であるとより好ましく、70μm以上210μm以下であると更に好ましい。
半導体基板11の膜厚が上記の上限値以下であると、シリコンの使用量が減少するため、シリコン基板が確保し易くなり、低コスト化が図れる。更に、シリコン基板内で光励起により生成され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、半導体基板11の膜厚が上記の上限値以下であると好ましい。
半導体基板11の膜厚が上記の下限値以上であると、適切な機械的強度が得られ、また外光(太陽光)が十分に吸収され、適切な短絡電流密度が得られる。
半導体基板11の主面にテクスチャ構造が形成されている場合、半導体基板11の膜厚は、受光面側およ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。
The thickness of the semiconductor substrate 11 is preferably 50 μm or more and 300 μm or less, more preferably 60 μm or more and 230 μm or less, and even more preferably 70 μm or more and 210 μm or less.
When the film thickness of the semiconductor substrate 11 is equal to or less than the above upper limit value, the amount of silicon used is reduced, so it becomes easier to secure the silicon substrate and the cost can be reduced. Furthermore, in the back contact structure in which the holes and electrons generated by photoexcitation in the silicon substrate are recovered only on the back surface side, the film thickness of the semiconductor substrate 11 is set to the above upper limit value also from the viewpoint of the free path of each exciton. It is preferable that it is below.
When the film thickness of the semiconductor substrate 11 is at least the above lower limit value, appropriate mechanical strength can be obtained, external light (sunlight) can be sufficiently absorbed, and an appropriate short-circuit current density can be obtained.
When a textured structure is formed on the main surface of the semiconductor substrate 11, the film thickness of the semiconductor 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 surface side and the back surface side. .

なお、半導体基板11として、導電型多結晶シリコン基板、例えばn型多結晶シリコン基板またはp型多結晶シリコン基板を用いてもよい。この場合、より安価に太陽電池が製造される。 As the semiconductor substrate 11, a conductive polycrystalline silicon substrate such as an n-type polycrystalline silicon substrate or a p-type polycrystalline silicon substrate may be used. In this case, solar cells are manufactured at a lower cost.

<反射防止層>
反射防止層15は、半導体基板11の受光面側に真性半導体層13を介して形成されている。反射防止層15は、半導体基板11の受光面側に入射する太陽光の反射を抑制する機能を有する。
反射防止層15の材料としては、太陽光を透過させる透光性を有する材料であれば特に限定されず、例えば酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸化亜鉛、または酸化チタンが挙げられる。
真性半導体層13は、真性シリコン系層で形成される。真性半導体層13は、パッシベーション層として機能し、半導体基板11におけるキャリアの再結合を抑制する。
<Antireflection layer>
The antireflection layer 15 is formed on the light receiving surface side of the semiconductor substrate 11 with the intrinsic semiconductor layer 13 interposed therebetween. The antireflection layer 15 has a function of suppressing reflection of sunlight incident on the light receiving surface side of the semiconductor substrate 11 .
The material of the antireflection layer 15 is not particularly limited as long as it is a translucent material that allows sunlight to pass therethrough, and examples thereof include silicon oxide, silicon nitride, zinc oxide, and titanium oxide.
The intrinsic semiconductor layer 13 is formed of an intrinsic silicon-based layer. The intrinsic semiconductor layer 13 functions as a passivation layer and suppresses recombination of carriers in the semiconductor substrate 11 .

本実施形態では、受光面側に電極が形成されていないため(裏面電極型)、太陽光の受光率が高く、光電変換効率が向上する。 In this embodiment, since no electrode is formed on the light-receiving surface side (rear surface electrode type), the light receiving rate of sunlight is high, and the photoelectric conversion efficiency is improved.

<真性半導体層>
真性半導体層23は、半導体基板11の裏面側の全面に形成されている。真性半導体層23は、主に真性シリコン系層で形成される。真性半導体層23は、パッシベーション層として機能し、半導体基板11におけるキャリアの再結合を抑制する。また、真性半導体層23は、第1導電型半導体層25および第2導電型半導体層35から半導体基板11への不純物の拡散を抑制する。
なお、「真性(i型)」との用語は、導電型不純物を含まない完全に真性であるものに限られず、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型不純物またはp型不純物を含む「弱n型」または「弱p型」の実質的に真性な層も包含する。
<Intrinsic semiconductor layer>
The intrinsic semiconductor layer 23 is formed on the entire back surface side of the semiconductor substrate 11 . The intrinsic semiconductor layer 23 is mainly formed of an intrinsic silicon-based layer. The intrinsic semiconductor layer 23 functions as a passivation layer and suppresses recombination of carriers in the semiconductor substrate 11 . Further, the intrinsic semiconductor layer 23 suppresses diffusion of impurities from the first conductivity type semiconductor layer 25 and the second conductivity type semiconductor layer 35 to the semiconductor substrate 11 .
Note that the term “intrinsic (i-type)” is not limited to being completely intrinsic containing no conductivity type impurities, and includes a trace amount of n-type impurities or p-type impurities to the extent that the silicon-based layer can function as an intrinsic layer. Also included are "weak n-type" or "weak p-type" substantially intrinsic layers that contain impurities.

真性半導体層23は、半導体基板11の裏面側に順に積層された第1層23aと第2層23bとを含む。換言すれば、第2層23bは、真性半導体層23の膜厚方向の第1導電型半導体層25側との界面近傍の一部(すなわち、真性半導体層23の膜厚方向の一部であって、真性半導体層23の第1導電型半導体層25と対向する面側の一部)であり、第1層23aは、真性半導体層23の一部以外の他部である。なお、第1層23aと第2層23bとは視認できない程度に一体化されていてもよい。
真性半導体層23の第1層23aとしては、特に限定されないが、上述したパッシベーション層として機能するために、非晶質シリコン系薄膜(アモルファスシリコン(a-Si))であると好ましく、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)であるとより好ましい。
真性半導体層23の第2層23bの材料としては、後述する第1導電型半導体層形成工程における水素プラズマエッチングに対して耐性を有する材料が用いられる。換言すれば、第2層23bの材料としては、第1層23aおよび第1導電型半導体層25よりも、水素プラズマエッチングのレートが遅い材料が用いられる。このような第2層23bの材料としては、例えば、高希釈水素化シリコン、酸化シリコン、窒化シリコン、炭化シリコン、またはこれらの化合物が挙げられる。なお、高希釈水素化シリコンとは、製膜時にシランに対して水素を500倍以上入れた状態で製膜したものであり、非晶質シリコンと異なり、結晶性の高いシリコンを含む。
The intrinsic semiconductor layer 23 includes a first layer 23 a and a second layer 23 b that are laminated in order on the back surface side of the semiconductor substrate 11 . In other words, the second layer 23b is a part of the intrinsic semiconductor layer 23 near the interface with the first conductivity type semiconductor layer 25 in the film thickness direction (that is, a part of the intrinsic semiconductor layer 23 in the film thickness direction). and a portion of the surface of the intrinsic semiconductor layer 23 facing the first conductivity type semiconductor layer 25 ), and the first layer 23 a is the other portion of the intrinsic semiconductor layer 23 . Note that the first layer 23a and the second layer 23b may be integrated to such an extent that they cannot be visually recognized.
The first layer 23a of the intrinsic semiconductor layer 23 is not particularly limited, but is preferably an amorphous silicon-based thin film (amorphous silicon (a-Si)) in order to function as the passivation layer described above. A hydrogenated amorphous silicon thin film (a-Si:H thin film) containing
As the material for the second layer 23b of the intrinsic semiconductor layer 23, a material that is resistant to hydrogen plasma etching in the step of forming the first conductivity type semiconductor layer, which will be described later, is used. In other words, as the material of the second layer 23b, a material having a slower hydrogen plasma etching rate than those of the first layer 23a and the first conductivity type semiconductor layer 25 is used. Materials for such a second layer 23b include, for example, highly diluted silicon hydride, silicon oxide, silicon nitride, silicon carbide, or compounds thereof. Note that highly diluted hydrogenated silicon is formed by adding hydrogen to silane by 500 times or more at the time of film formation, and unlike amorphous silicon, it contains silicon with high crystallinity.

真性半導体層23における第2導電型半導体層35と半導体基板11とに挟まれる部分の厚さT2は、真性半導体層23における第1導電型半導体層25と半導体基板11とに挟まれる部分の厚さT1よりも薄い。すなわち、第1導電型半導体層25と半導体基板11とに挟まれる真性半導体層23の厚さT1と、第2導電型半導体層35と半導体基板11とに挟まれる真性半導体層23の厚さT2とは、T1>T2の関係を満たす(詳細は後述する。)。
真性半導体層23の厚さT1,T2は、特に限定されないが、2nm以上20nm以下であると好ましい。厚みが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、厚みが20nm以下であると、高抵抗化により生じる変換特性の低下が抑制される。
The thickness T2 of the portion of the intrinsic semiconductor layer 23 sandwiched between the second conductivity type semiconductor layer 35 and the semiconductor substrate 11 is the thickness of the portion of the intrinsic semiconductor layer 23 sandwiched between the first conductivity type semiconductor layer 25 and the semiconductor substrate 11. thinner than T1. That is, the thickness T1 of the intrinsic semiconductor layer 23 sandwiched between the semiconductor layer 25 of the first conductivity type and the semiconductor substrate 11 and the thickness T2 of the intrinsic semiconductor layer 23 sandwiched between the semiconductor layer 35 of the second conductivity type and the semiconductor substrate 11 satisfies the relationship of T1>T2 (details will be described later).
Although the thicknesses T1 and T2 of the intrinsic semiconductor layer 23 are not particularly limited, they are preferably 2 nm or more and 20 nm or less. 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 is suppressed.

<第1導電型半導体層および第2導電型半導体層>
第1導電型半導体層25は、半導体基板11の裏面側の一部(主に、第1導電型領域7)に真性半導体層23を介して形成されており、第2導電型半導体層35は、半導体基板11の裏面側の他の一部(主に、第2導電型領域8)に真性半導体層23を介して形成されている。詳説すると、第1導電型半導体層25と第2導電型半導体層35とは、Y方向(第1方向)に延在する帯状をなしており、X方向(第2方向)に交互に並んでいる。
なお、太陽電池1において、少なくとも一部の、第1導電型半導体層25と第2導電型半導体層35との境界では、第1導電型半導体層25と第2導電型半導体層35とは、隣接し、かつ、重ならない。換言すれば、これらの境界において、第1導電型半導体層25と第2導電型半導体層35とが重なる領域が実質的に存在せず、かつ、第1導電型半導体層25および第2導電型半導体層35の一部または全部が接する。
<First conductivity type semiconductor layer and second conductivity type semiconductor layer>
The first-conductivity-type semiconductor layer 25 is formed on a part (mainly, the first-conductivity-type region 7) of the back surface of the semiconductor substrate 11 with the intrinsic semiconductor layer 23 interposed therebetween, and the second-conductivity-type semiconductor layer 35 is , is formed on another portion (mainly, the second conductivity type region 8) of the back surface side of the semiconductor substrate 11 with an intrinsic semiconductor layer 23 interposed therebetween. More specifically, the first-conductivity-type semiconductor layers 25 and the second-conductivity-type semiconductor layers 35 are band-shaped extending in the Y direction (first direction), and are alternately arranged in the X direction (second direction). there is
In the solar cell 1, at least part of the boundary between the first-conductivity-type semiconductor layer 25 and the second-conductivity-type semiconductor layer 35, the first-conductivity-type semiconductor layer 25 and the second-conductivity-type semiconductor layer 35 Adjacent and non-overlapping. In other words, at these boundaries, there is substantially no region where the first conductivity type semiconductor layer 25 and the second conductivity type semiconductor layer 35 overlap, and the first conductivity type semiconductor layer 25 and the second conductivity type semiconductor layer 25 do not overlap. Part or all of the semiconductor layer 35 is in contact.

第1導電型半導体層25は、第1導電型シリコン系層、例えばp型シリコン系層で形成される。第2導電型半導体層35は、第1導電型と異なる第2導電型のシリコン系層、例えばn型シリコン系層で形成される。なお、第1導電型半導体層25がn型シリコン系層であり、第2導電型半導体層35がp型シリコン系層であってもよい。
p型シリコン系層およびn型シリコン系層は、非晶質シリコン層、または、非晶質シリコンと結晶質シリコンとを含む微結晶シリコン層で形成される。なお、不純物拡散の抑制または直列抵抗の抑制の観点から、p型シリコン系層およびn型シリコン系層は、非晶質シリコンで形成されると好ましい。p型シリコン系層のドーパント不純物としては、B(ホウ素)が好適に用いられ、n型シリコン系層のドーパント不純物としては、P(リン)が好適に用いられる。
The first-conductivity-type semiconductor layer 25 is formed of a first-conductivity-type silicon-based layer, for example, a p-type silicon-based layer. The second conductivity type semiconductor layer 35 is formed of a silicon-based layer of a second conductivity type different from the first conductivity type, such as an n-type silicon-based layer. The first conductivity type semiconductor layer 25 may be an n-type silicon-based layer, and the second conductivity type semiconductor layer 35 may be a p-type silicon-based layer.
The p-type silicon-based layer and the n-type silicon-based layer are formed of an amorphous silicon layer or a microcrystalline silicon layer containing amorphous silicon and crystalline silicon. From the viewpoint of suppressing impurity diffusion or suppressing series resistance, the p-type silicon-based layer and the n-type silicon-based layer are preferably made of amorphous silicon. B (boron) is preferably used as the dopant impurity for the p-type silicon-based layer, and P (phosphorus) is preferably used as the dopant impurity for the n-type silicon-based layer.

なお、図3Bおよび図3Cに示すように、第2導電型半導体層35の幅方向における側部の厚さT4は、第2導電型半導体層35の幅方向における中心付近の厚さT3よりも薄くなっていてもよい。すなわち、幅方向における中心付近での第2導電型半導体層35の厚さT3は、幅方向における中心付近以外での第2導電型半導体層35の厚さT4に比べて厚くてもよい(詳細は後述する。)。
第1導電型半導体層25の膜厚および第2導電型半導体層35の膜厚T3,T4は、特に限定されないが、2nm以上20nm以下であると好ましい。厚さが下限以下であるとと、電界の効果が不十分となり、厚みが上限以上であると高抵抗化により生じる変換特性の低下する。第1導電型半導体層25の膜厚は上記範囲内で薄いほど好ましい(詳細は後述する)。
Note that, as shown in FIGS. 3B and 3C, the thickness T4 of the side portion of the second conductivity type semiconductor layer 35 in the width direction is greater than the thickness T3 of the vicinity of the center of the second conductivity type semiconductor layer 35 in the width direction. It may be thin. That is, the thickness T3 of the second-conductivity-type semiconductor layer 35 near the center in the width direction may be thicker than the thickness T4 of the second-conductivity-type semiconductor layer 35 other than near the center in the width direction (details will be described later).
The film thickness of the first conductivity type semiconductor layer 25 and the film thicknesses T3 and T4 of the second conductivity type semiconductor layer 35 are not particularly limited, but are preferably 2 nm or more and 20 nm or less. If the thickness is less than the lower limit, the effect of the electric field will be insufficient, and if the thickness is greater than the upper limit, conversion characteristics will deteriorate due to increased resistance. It is preferable that the film thickness of the first conductivity type semiconductor layer 25 is as thin as possible within the above range (details will be described later).

第1導電型半導体層25および第2導電型半導体層35の幅は、50μm以上3000μm以下であると好ましく、80μm以上500μm以下であるとより好ましい。第1導電型半導体層25および第2導電型半導体層35の乖離間隔は、3000μm以下であると好ましく、1000μm以下であるとより好ましい。
ところで、半導体基板11で生成した光励起子が、第1導電型半導体層25または第2導電型半導体層35を介して取り出される場合、正孔の有効質量は電子の有効質量よりも大きい。そのため、輸送損を低減させる観点から、p型半導体層の幅がn型半導体層の幅よりも細いと好ましい。例えば、p型半導体層の幅が、n型半導体層の幅の0.5倍以上0.9倍以下であると好ましく、n型半導体層の幅の0.6倍以上0.8倍以下であるとより好ましい。
なお、半導体層の幅、および、後述する電極層の幅は、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、例えば帯状になった一部分の延び方向と直交する方向の長さである。
The width of the first conductivity type semiconductor layer 25 and the second conductivity type semiconductor layer 35 is preferably 50 μm or more and 3000 μm or less, more preferably 80 μm or more and 500 μm or less. The gap between the first conductivity type semiconductor layer 25 and the second conductivity type semiconductor layer 35 is preferably 3000 μm or less, more preferably 1000 μm or less.
By the way, when the photoexcitons generated in the semiconductor substrate 11 are taken out through the first-conductivity-type semiconductor layer 25 or the second-conductivity-type semiconductor layer 35, the effective mass of holes is larger than the effective mass of electrons. Therefore, from the viewpoint of reducing transport loss, it is preferable that the width of the p-type semiconductor layer is narrower than the width of the n-type semiconductor layer. For example, the width of the p-type semiconductor layer is preferably 0.5 to 0.9 times the width of the n-type semiconductor layer, and is preferably 0.6 to 0.8 times the width of the n-type semiconductor layer. It is more preferable to have
Unless otherwise specified, the width of the semiconductor layer and the width of the electrode layer, which will be described later, are the length of a portion of each patterned layer, and are perpendicular to the extending direction of, for example, a belt-like portion of the patterned layer. is the length in the direction

<第1電極層および第2電極層>
第1電極層27は、第1導電型半導体層25上に形成されており、第2電極層37は、第2導電型半導体層35上に形成されている。これにより、第1電極層27および第2電極層37は、Y方向(第1方向)に延在する帯状をなしており、X方向(第2方向)に交互に並んでいる。
第1電極層27は、第1導電型半導体層25で回収されるキャリアを導く輸送層として機能し、第2電極層37は、第2導電型半導体層35で回収されるキャリアを導く輸送層として機能する。
<First electrode layer and second electrode layer>
The first electrode layer 27 is formed on the semiconductor layer 25 of the first conductivity type, and the second electrode layer 37 is formed on the semiconductor layer 35 of the second conductivity type. As a result, the first electrode layers 27 and the second electrode layers 37 form strips extending in the Y direction (first direction) and are alternately arranged in the X direction (second direction).
The first electrode layer 27 functions as a transport layer that guides carriers recovered by the semiconductor layer 25 of the first conductivity type, and the second electrode layer 37 is a transport layer that guides carriers recovered by the semiconductor layer 35 of the second conductivity type. function as

第1電極層27は、第1導電型半導体層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、第2導電型半導体層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。
このように、金属電極層29,39と第1導電型半導体層25および第2導電型半導体層35との間に透明電極層28,38が設けられることにより、金属電極層29,39と第1導電型半導体層25および第2導電型半導体層35との電気的接合が向上し、金属電極層29,39から第1導電型半導体層25および第2導電型半導体層35への原子拡散が抑制される。
なお、第1電極層27は、透明電極層28および金属電極層29のうちの何れか一方のみで形成されてもよい。同様に、第2電極層37は、透明電極層38および金属電極層39のうちの何れか一方のみで形成されてもよい。
The first electrode layer 27 has a transparent electrode layer 28 and a metal electrode layer 29 that are sequentially laminated on the first conductivity type semiconductor layer 25 . The second electrode layer 37 has a transparent electrode layer 38 and a metal electrode layer 39 that are sequentially laminated on the second conductivity type semiconductor layer 35 .
By providing the transparent electrode layers 28 and 38 between the metal electrode layers 29 and 39 and the semiconductor layers 25 and 35 of the first conductivity type and the semiconductor layers 35 of the second conductivity type, the metal electrode layers 29 and 39 and the second conductivity type semiconductor layer 35 are provided. The electrical connection between the 1-conductivity-type semiconductor layer 25 and the 2nd-conductivity-type semiconductor layer 35 is improved, and the atomic diffusion from the metal electrode layers 29 and 39 to the 1st-conductivity-type semiconductor layer 25 and the 2nd-conductivity-type semiconductor layer 35 is improved. Suppressed.
Note that the first electrode layer 27 may be formed of only one of the transparent electrode layer 28 and the metal electrode layer 29 . Similarly, the second electrode layer 37 may be formed of only one of the transparent electrode layer 38 and the metal electrode layer 39 .

第1電極層27の幅(すなわち、透明電極層28の幅および金属電極層29の幅)は、第1導電型半導体層25の幅と略同一であると好ましい。なお、第1電極層27の幅は、第1導電型半導体層25の幅よりも狭くてもよい。また、第1電極層27と第2電極層37との間のリークが防止されていれば、第1電極層27の幅は、第1導電型半導体層25の幅よりも広くてもよい。
同様に、第2電極層37の幅(すなわち、透明電極層38の幅および金属電極層39の幅)は、第2導電型半導体層35の幅と略同一であると好ましい。なお、第2電極層37の幅は、第2導電型半導体層35の幅よりも狭くてもよい。また、第1電極層27と第2電極層37との間のリークが防止されていれば、第2電極層37の幅は、第2導電型半導体層35の幅よりも広くてもよい。
The width of the first electrode layer 27 (that is, the width of the transparent electrode layer 28 and the width of the metal electrode layer 29 ) is preferably substantially the same as the width of the first conductivity type semiconductor layer 25 . The width of the first electrode layer 27 may be narrower than the width of the first conductivity type semiconductor layer 25 . Further, the width of the first electrode layer 27 may be wider than the width of the first conductivity type semiconductor layer 25 as long as leakage between the first electrode layer 27 and the second electrode layer 37 is prevented.
Similarly, the width of the second electrode layer 37 (that is, the width of the transparent electrode layer 38 and the width of the metal electrode layer 39 ) is preferably substantially the same as the width of the semiconductor layer 35 of the second conductivity type. The width of the second electrode layer 37 may be narrower than the width of the second conductivity type semiconductor layer 35 . Further, the width of the second electrode layer 37 may be wider than the width of the second conductivity type semiconductor layer 35 as long as leakage between the first electrode layer 27 and the second electrode layer 37 is prevented.

<<透明電極層>>
透明電極層28,38は、透明導電性材料からなる透明導電層で形成される。透明導電性材料としては、透明導電性金属酸化物、例えば、酸化インジウム、酸化錫、酸化亜鉛、酸化チタン、酸化タングステンおよびそれらの複合酸化物等が用いられる。これらの中でも、酸化インジウムを主成分とするインジウム系複合酸化物が好ましい。高い導電率と透明性の観点からは、インジウム酸化物が特に好ましい。更に、信頼性またはより高い導電率を確保するため、インジウム酸化物にドーパントを添加すると好ましい。ドーパントとしては、例えば、Sn、W、Zn、Ti、Ce、Zr、Mo、Al、Ga、Ge、As、Si、またはS等が挙げられる。
透明電極層の厚みは、50nm以上200nm以下であると好ましい。
<<Transparent electrode layer>>
The transparent electrode layers 28 and 38 are formed of transparent conductive layers made of a transparent conductive material. As the transparent conductive material, transparent conductive metal oxides such as indium oxide, tin oxide, zinc oxide, titanium oxide, tungsten oxide and composite oxides thereof are used. Among these, an indium-based composite oxide containing indium oxide as a main component is preferable. Indium oxide is particularly preferred from the viewpoint of high electrical conductivity and transparency. Additionally, dopants are preferably added to the indium oxide to ensure reliability or higher conductivity. Dopants include Sn, W, Zn, Ti, Ce, Zr, Mo, Al, Ga, Ge, As, Si, or S, for example.
The thickness of the transparent electrode layer is preferably 50 nm or more and 200 nm or less.

<<金属電極層>>
金属電極層29,39は、金属材料で形成される。金属材料としては、例えば、銀、銅、アルミニウム、ニッケル、またはこれらの合金が用いられる。
また、金属電極層の膜厚は、20μm以上80μm以下であると好ましい。
<<Metal electrode layer>>
The metal electrode layers 29 and 39 are made of metal material. Examples of metal materials include silver, copper, aluminum, nickel, and alloys thereof.
Moreover, the film thickness of the metal electrode layer is preferably 20 μm or more and 80 μm or less.

(太陽電池の製造方法)
次に、図4A~図4Dを参照して、本実施形態に係る太陽電池の製造方法について説明する。図4Aおよび図4Bは、本実施形態に係る太陽電池の製造方法における真性半導体層形成工程および第1導電型半導体層形成工程を示す図であり、図4C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り、図4Dは、本実施形態に係る太陽電池の製造方法における電極形成工程を示す図である。
(Method for manufacturing solar cell)
Next, a method for manufacturing a solar cell according to this embodiment will be described with reference to FIGS. 4A to 4D. 4A and 4B are diagrams showing the intrinsic semiconductor layer forming step and the first conductivity type semiconductor layer forming step in the solar cell manufacturing method according to the present embodiment, and FIG. 4C shows the solar cell according to the present embodiment. FIG. 4D is a diagram showing a second conductivity type semiconductor layer forming step in the manufacturing method, and FIG. 4D is a diagram showing an electrode forming step in the solar cell manufacturing method according to the present embodiment.

<真性半導体層形成工程>
まず、図4Aに示すように、少なくとも裏面側に凹凸構造を有する半導体基板(例えば、n型単結晶シリコン基板)11の裏面側の全面に真性半導体層(例えば、真性シリコン系層)23を積層する。具体的には、半導体基板11の裏面側の全面に、第1層23aとして例えば非晶質シリコン(a-Si)を積層する。その後、第1層23a上に、第2層23bとして、第1層23aおよび第1導電型半導体層25よりも、水素プラズマエッチング耐性が強い材料、換言すれば、水素プラズマエッチングのレートが遅い材料(例えば、高希釈水素化シリコンまたは酸化シリコン)を積層する。
本実施形態では、このとき、半導体基板11の受光面側の全面に、真性半導体層(例えば、真性シリコン系層)13を積層する。
<Intrinsic semiconductor layer forming step>
First, as shown in FIG. 4A, an intrinsic semiconductor layer (eg, intrinsic silicon-based layer) 23 is laminated on the entire back surface side of a semiconductor substrate (eg, n-type single crystal silicon substrate) 11 having an uneven structure on at least the back surface side. do. Specifically, for example, amorphous silicon (a-Si) is laminated as the first layer 23a on the entire back surface side of the semiconductor substrate 11 . After that, a material having higher resistance to hydrogen plasma etching than the first layer 23a and the first conductivity type semiconductor layer 25, in other words, a material having a lower hydrogen plasma etching rate, is formed on the first layer 23a as the second layer 23b. (eg, highly diluted silicon hydride or silicon oxide).
In this embodiment, at this time, an intrinsic semiconductor layer (for example, an intrinsic silicon-based layer) 13 is laminated on the entire light receiving surface side of the semiconductor substrate 11 .

真性半導体層23、13の形成方法は特に限定されないが、プラズマCVD(Chemical Vapor Deposition)法を用いると好ましい。プラズマCVD法を用いると、半導体基板11への不純物の拡散が抑制され、半導体基板11の表面のパッシベーション効果が有効に得られる。また、プラズマCVD法によれば、真性半導体層23,13の膜中水素濃度を膜厚方向で変化させることにより、キャリア回収において有効なエネルギーギャッププロファイルを形成できる。 Although the method for forming the intrinsic semiconductor layers 23 and 13 is not particularly limited, it is preferable to use a plasma CVD (Chemical Vapor Deposition) method. By using the plasma CVD method, the diffusion of impurities into the semiconductor substrate 11 is suppressed, and the passivation effect of the surface of the semiconductor substrate 11 can be effectively obtained. Further, according to the plasma CVD method, by changing the hydrogen concentration in the film of the intrinsic semiconductor layers 23 and 13 in the film thickness direction, an effective energy gap profile for carrier recovery can be formed.

プラズマCVD法による製膜条件としては、例えば、基板温度100℃以上300℃以下、圧力20Pa以上2600Pa以下、高周波パワー密度0.003W/cm以上0.5W/cmが好適に用いられる。材料ガスとしては、例えばSiH、Si等のシリコン含有ガス、またはこれらのシリコン系ガスとHとの混合ガスが好適に用いられる。
なお、上記の材料ガスに、CH、NH、GeH等の異種元素を含むガスを添加して、シリコンカーバイド、シリコンナイトライド、または、シリコンゲルマニウム等のシリコン合金を形成することにより、適宜、薄膜のエネルギーギャップを変更してもよい。
また、第2層23bとして酸化物、窒化物、炭化物を作製する場合、上記の材料ガスに、CO、NH、CH等のガスを添加してもよい。
Film formation conditions by the plasma CVD method include, for example, a substrate temperature of 100° C. to 300° C., a pressure of 20 Pa to 2600 Pa, and a high frequency power density of 0.003 W/cm 2 to 0.5 W/cm 2 . Silicon-containing gases such as SiH 4 and Si 2 H 6 , or mixed gases of these silicon-based gases and H 2 are preferably used as material gases.
Incidentally, by adding a gas containing different elements such as CH 4 , NH 3 , and GeH 4 to the above material gases to form silicon carbide, silicon nitride, or silicon alloys such as silicon germanium, , may change the energy gap of the thin film.
Further, when an oxide, nitride, or carbide is produced as the second layer 23b, gases such as CO 2 , NH 3 , and CH 4 may be added to the above material gases.

<第1導電型半導体層形成工程>
次に、図4Aに示すように、真性半導体層23上に、すなわち半導体基板11の裏面側の全面に、第1導電型半導体材料膜(例えば、p型シリコン系層)25Zを積層する。
第1導電型半導体材料膜25Zの形成方法は特に限定されないが、上述した真性半導体層23と同様に、プラズマCVD法を用いると好ましい。
第1導電型半導体材料膜25Zのドーパント添加ガスとしては、例えばBが好適に用いられる。なお、B(ホウ素)等の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させた混合ガスが用いられてもよい。添加量は、セル性能を低下させない程度に少ない方がよい。添加量の少ない第1導電型半導体はエッチングレートが早くなるため、真性半導体とのエッチングレートの差をより大きくすることができる。また、最表面だけ添加量が大きく、真性半導体との界面近傍の添加量を少なくしてもよい。さらに、膜厚は薄い方が好ましい。膜厚が薄いことによって、エッチング後の残渣を少なくすることができる。これは、P(リン)等をドーパントとした場合も同様である。
<First conductivity type semiconductor layer forming step>
Next, as shown in FIG. 4A, a first conductivity type semiconductor material film (for example, a p-type silicon-based layer) 25Z is laminated on the intrinsic semiconductor layer 23, that is, on the entire back surface side of the semiconductor substrate 11. Next, as shown in FIG.
Although the method for forming the first conductivity type semiconductor material film 25Z is not particularly limited, it is preferable to use the plasma CVD method as in the case of the intrinsic semiconductor layer 23 described above.
As the dopant additive gas for the first conductivity type semiconductor material film 25Z, for example, B 2 H 6 is suitably used. Note that a mixed gas obtained by diluting a dopant gas with a raw material gas may be used because the amount of impurities such as B (boron) to be added may be very small. The amount to be added should be as small as possible so as not to degrade the cell performance. Since the etching rate of the first conductivity type semiconductor, which is added in a small amount, is high, the difference in etching rate from the intrinsic semiconductor can be increased. Alternatively, the amount of addition may be large only on the outermost surface and the amount of addition near the interface with the intrinsic semiconductor may be small. Furthermore, the thinner the film thickness, the better. The thin film can reduce residue after etching. This is the same when P (phosphorus) or the like is used as a dopant.

次に、図4Bに示すように、半導体基板11の裏面側の第1導電型半導体材料膜25Z上にマスク90を配置する。マスク90の外形は、半導体基板11の外形よりも大きい。換言すれば、マスク90の外形で規定される領域の面積は、半導体基板11の面積よりも大きい。これにより、第1導電型半導体層形成工程および後述の第2導電型半導体層形成工程では、半導体基板11の縁はマスク90で覆われる。
マスク90は、例えば、金属製のメタルマスクである。
Next, as shown in FIG. 4B, a mask 90 is placed on the first conductivity type semiconductor material film 25Z on the back side of the semiconductor substrate 11. Next, as shown in FIG. The outline of the mask 90 is larger than the outline of the semiconductor substrate 11 . In other words, the area of the region defined by the outline of mask 90 is larger than the area of semiconductor substrate 11 . As a result, the edge of the semiconductor substrate 11 is covered with the mask 90 in the step of forming the semiconductor layer of the first conductivity type and the step of forming the semiconductor layer of the second conductivity type which will be described later.
The mask 90 is, for example, a metal mask made of metal.

次に、マスク90の開口部に対応する第1導電型半導体材料膜25Zを、すなわちマスク90の開口部から露出する第1導電型半導体材料膜25Zを、水素プラズマエッチングにより除去し、第1導電型半導体層25を形成する。
水素プラズマエッチングでは、CVDチャンバ内に水素を主成分とするガスを導入しながらプラズマ放電を行い、マスク90の開口部に対応する第1導電型半導体材料膜25Zに水素プラズマエッチングを施す。ここで、「主成分」とは、水素の含有量が、真空チャンバに導入されるガスの全量に対して90体積%以上(好ましくは、95体積%以上)であることを意味する。なお、水素以外の導入ガスの種類としては、SiHまたはCH等が挙げられる。
Next, the first conductivity type semiconductor material film 25Z corresponding to the opening of the mask 90, that is, the first conductivity type semiconductor material film 25Z exposed from the opening of the mask 90 is removed by hydrogen plasma etching, and the first conductivity type semiconductor material film 25Z is removed. A mold semiconductor layer 25 is formed.
In the hydrogen plasma etching, plasma discharge is performed while a gas containing hydrogen as a main component is introduced into the CVD chamber, and the first conductivity type semiconductor material film 25Z corresponding to the opening of the mask 90 is subjected to hydrogen plasma etching. Here, "main component" means that the content of hydrogen is 90% by volume or more (preferably 95% by volume or more) with respect to the total amount of gas introduced into the vacuum chamber. SiH 4 or CH 4 can be cited as types of introduced gas other than hydrogen.

このとき、マスク90の開口部に対応する真性半導体層23の第2層23bの膜厚方向の一部(上層)を除去するように、水素プラズマエッチングが制御される。これにより、マスク90の開口部に、第1導電型半導体材料膜25Zが残ることがなく、太陽電池1の性能低下を抑制することができる。また、水素プラズマエッチングをすることによって、真性半導体層23のパッシベーション性を損なうことなく、第1導電型半導体材料膜25Zを取り除くことができる。むしろ、水素を導入することによって、真性半導体層23のパッシベーション性を向上させることも可能である。
なお、真性半導体層23の第2層23bの水素プラズマエッチングのレートは遅いため、第2層23bの第1導電型半導体材料膜25Z側との界面近傍の一部は除去されるものの、第2層23bの他部および第1層23aは残る。
そのため、上述したように(図3A~図3C)、真性半導体層23における第2導電型半導体層35と半導体基板11とに挟まれる部分の厚さT2は、真性半導体層23における第1導電型半導体層25と半導体基板11とに挟まれる部分の厚さT1よりも薄くなる。すなわち、第1導電型半導体層25と半導体基板11とに挟まれる真性半導体層23の厚さT1と、第2導電型半導体層35と半導体基板11とに挟まれる真性半導体層23の厚さT2とは、T1>T2の関係を満たす。なお、真性半導体層23はプラズマ耐性の強い箇所、弱い箇所を膜内に有している場合があり、一様にエッチングされているとは限らないため、少なくとも一部がT1>T2を満たしていればよい。
At this time, the hydrogen plasma etching is controlled so as to remove a part (upper layer) in the film thickness direction of the second layer 23 b of the intrinsic semiconductor layer 23 corresponding to the opening of the mask 90 . As a result, the first conductivity type semiconductor material film 25Z does not remain in the openings of the mask 90, and deterioration of the performance of the solar cell 1 can be suppressed. Moreover, the first conductivity type semiconductor material film 25Z can be removed without impairing the passivation property of the intrinsic semiconductor layer 23 by hydrogen plasma etching. Rather, it is possible to improve the passivation property of the intrinsic semiconductor layer 23 by introducing hydrogen.
Since the rate of hydrogen plasma etching of the second layer 23b of the intrinsic semiconductor layer 23 is slow, a portion of the second layer 23b near the interface with the first conductivity type semiconductor material film 25Z side is removed, but the second layer 23b is removed. The rest of layer 23b and first layer 23a remain.
Therefore, as described above (FIGS. 3A to 3C), the thickness T2 of the portion of the intrinsic semiconductor layer 23 sandwiched between the semiconductor layer 35 of the second conductivity type and the semiconductor substrate 11 is equal to the thickness T2 of the intrinsic semiconductor layer 23 of the first conductivity type. It is thinner than the thickness T1 of the portion sandwiched between the semiconductor layer 25 and the semiconductor substrate 11 . That is, the thickness T1 of the intrinsic semiconductor layer 23 sandwiched between the semiconductor layer 25 of the first conductivity type and the semiconductor substrate 11 and the thickness T2 of the intrinsic semiconductor layer 23 sandwiched between the semiconductor layer 35 of the second conductivity type and the semiconductor substrate 11 satisfies the relationship of T1>T2. Note that the intrinsic semiconductor layer 23 may have portions with high plasma resistance and portions with weak plasma resistance in the film, and is not necessarily etched uniformly. All you have to do is

なお、上述したようにプラズマCVD法によって製膜された真性半導体層(アモルファスシリコン)23を水素プラズマエッチングによりエッチングすると、真性半導体層23の性能低下が抑制される。また、水素プラズマエッチングにおいてシランを添加することによって、エッチングの均一性が高まる。 As described above, when the intrinsic semiconductor layer (amorphous silicon) 23 formed by the plasma CVD method is etched by hydrogen plasma etching, deterioration in performance of the intrinsic semiconductor layer 23 is suppressed. Also, the addition of silane in the hydrogen plasma etch enhances the etching uniformity.

<第2導電型半導体層形成工程>
次に、図4Cに示すように、マスク90をそのまま用いて、マスク90の開口部に対応する真性半導体層23の第2層23b上に、すなわちマスク90の開口部から露出する真性半導体層23の第2層23b上に、第2導電型半導体層(例えば、n型シリコン系層)35を積層する。
第2導電型半導体層35の形成方法は特に限定されないが、上述した真性半導体層23および第1導電型半導体材料膜25Zと同様に、プラズマCVD法を用いると好ましい。
第2導電型半導体層35のドーパント添加ガスとしては、例えばPHが好適に用いられる。なお、P(リン)等の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させた混合ガスが用いられてもよい。
そして、第2導電型半導体層35の形成後、マスク90を除去する。
<Second conductivity type semiconductor layer forming step>
Next, as shown in FIG. 4C , using the mask 90 as it is, the intrinsic semiconductor layer 23 exposed from the openings of the mask 90 is exposed on the second layer 23 b of the intrinsic semiconductor layer 23 corresponding to the openings of the mask 90 . A second conductivity type semiconductor layer (for example, an n-type silicon-based layer) 35 is stacked on the second layer 23b.
Although the method of forming the second conductivity type semiconductor layer 35 is not particularly limited, it is preferable to use the plasma CVD method as in the intrinsic semiconductor layer 23 and the first conductivity type semiconductor material film 25Z described above.
As the dopant addition gas for the second conductivity type semiconductor layer 35, for example, PH3 is preferably used. A mixed gas obtained by diluting a dopant gas with a raw material gas may be used because the amount of impurities such as P (phosphorus) added may be very small.
After forming the second conductivity type semiconductor layer 35, the mask 90 is removed.

なお、図4Eに示すように、マスク90の開口部におけるマスク近傍では、マスク90の開口部の中央付近に比べてガスが入り難いことがある。そのため、図4Eに示すように、また上述したように(図3B)、第2導電型半導体層35の幅方向における側部の厚さT4は、第2導電型半導体層35の幅方向における中心付近の厚さT3よりも薄くなることがある。すなわち、幅方向における中心付近での第2導電型半導体層35の厚さT3は、幅方向における中心付近以外での第2導電型半導体層35の厚さT4に比べて厚くなることがある。
また、図4Fに示すように、真性半導体層23をプラズマエッチングによりエッチングする際、マスク90の開口部のみならず、マスク90の直下領域の一部をもエッチングすることがある。そのため、図4Fに示すように、また上述したように(図3C)、第2導電型半導体層35の幅方向における側部の厚さT4は、第2導電型半導体層35の幅方向における中心付近の厚さT3よりも薄くなることがある。すなわち、幅方向における中心付近での第2導電型半導体層35の厚さT3は、幅方向における中心付近以外での第2導電型半導体層35の厚さT4に比べて厚くなることがある。
なお、本工程を用いることによって、複数の太陽電池を製造する際、繰り返しマスクを用いることができる。一般的にマスク上に製膜が繰り返されると、マスクに応力がかかり、所望の条件にて製膜することが難しくなる。一方で、本工程を用いると、第2導電型半導体層が製膜されたマスク90を、次の太陽電池作製の際のプラズマエッチングによって除去することができる。そのため、マスクへの着膜が少なく応力を緩和でき、マスクの寿命を延ばすことができる。
As shown in FIG. 4E , it may be difficult for gas to enter the vicinity of the opening of the mask 90 compared to the vicinity of the center of the opening of the mask 90 . Therefore, as shown in FIG. 4E and as described above (FIG. 3B), the thickness T4 of the side portion of the second conductivity type semiconductor layer 35 in the width direction is the width of the second conductivity type semiconductor layer 35 at the center of the width direction. It may be thinner than the nearby thickness T3. That is, the thickness T3 of the second conductivity type semiconductor layer 35 near the center in the width direction may be thicker than the thickness T4 of the second conductivity type semiconductor layer 35 other than near the center in the width direction.
Moreover, as shown in FIG. 4F, when the intrinsic semiconductor layer 23 is etched by plasma etching, not only the opening of the mask 90 but also part of the region immediately below the mask 90 may be etched. Therefore, as shown in FIG. 4F and as described above (FIG. 3C), the thickness T4 of the side portion in the width direction of the second conductivity type semiconductor layer 35 is the width of the center of the second conductivity type semiconductor layer 35 in the width direction. It may be thinner than the nearby thickness T3. That is, the thickness T3 of the second conductivity type semiconductor layer 35 near the center in the width direction may be thicker than the thickness T4 of the second conductivity type semiconductor layer 35 other than near the center in the width direction.
Note that by using this step, the mask can be used repeatedly when manufacturing a plurality of solar cells. In general, when film formation is repeated on a mask, stress is applied to the mask, making it difficult to form a film under desired conditions. On the other hand, by using this step, the mask 90 with the second conductivity type semiconductor layer formed thereon can be removed by plasma etching in the subsequent fabrication of the solar cell. Therefore, less film is deposited on the mask, stress can be relaxed, and the life of the mask can be extended.

<電極層形成工程>
次に、図4Dに示すように、第1導電型半導体層25上に第1電極層27を形成し、第2導電型半導体層35上に第2電極層37を形成する。
まず、第1導電型半導体層25上に透明電極層28を、第2導電型半導体層35上に透明電極層38を形成する。透明電極層28,38の形成方法としては、例えば、スパッタリング法等の物理気相成長法(PVD)、または、有機金属化合物と酸素または水との反応を利用した化学気相成長法(MOCVD)法等が用いられる。
次に、透明電極層28上に金属電極層29を形成し、透明電極層38の上に金属電極層39を形成する。金属電極層29,39の形成方法としては、例えば、スクリーン印刷法、メッキ法、導線接着法、インクジェット法、スプレー法、真空蒸着法、スパッタリング法等が用いられる。特に、Agペーストを用いたスクリーン印刷法、銅メッキを用いたメッキ法が好ましい。
<Electrode layer forming step>
Next, as shown in FIG. 4D , a first electrode layer 27 is formed on the first conductivity type semiconductor layer 25 and a second electrode layer 37 is formed on the second conductivity type semiconductor layer 35 .
First, the transparent electrode layer 28 is formed on the semiconductor layer 25 of the first conductivity type, and the transparent electrode layer 38 is formed on the semiconductor layer 35 of the second conductivity type. Methods for forming the transparent electrode layers 28 and 38 include, for example, physical vapor deposition (PVD) such as sputtering, or chemical vapor deposition (MOCVD) utilizing a reaction between an organometallic compound and oxygen or water. Law etc. are used.
Next, a metal electrode layer 29 is formed on the transparent electrode layer 28 and a metal electrode layer 39 is formed on the transparent electrode layer 38 . As a method for forming the metal electrode layers 29 and 39, for example, a screen printing method, a plating method, a wire bonding method, an inkjet method, a spray method, a vacuum deposition method, a sputtering method, or the like is used. In particular, a screen printing method using Ag paste and a plating method using copper plating are preferable.

このとき、半導体基板11の受光面側の真性半導体層13上に反射防止層15を形成してもよい(図示省略)。反射防止層15の形成方法は特に限定されないが、塗布法を用いると好ましい。例えば、上述した酸化亜鉛また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を、真性半導体層13上に塗布することにより、反射防止層15を形成する。 At this time, an antireflection layer 15 may be formed on the intrinsic semiconductor layer 13 on the light receiving surface side of the semiconductor substrate 11 (not shown). A method for forming the antireflection layer 15 is not particularly limited, but a coating method is preferably used. For example, the antireflection layer 15 is formed by coating the intrinsic semiconductor layer 13 with a resin material in which nanoparticles of an oxide such as zinc oxide or titanium oxide are dispersed.

なお、半導体基板11に、真性半導体層23,13、第1導電型半導体層25および第2導電型半導体層35、第1電極層27および第2電極層37、および、反射防止層15を積層させた段階で、各接合界面のパッシベーション、半導体層およびその界面における欠陥準位の発生抑制、透明電極層における透明導電性酸化物の結晶化を目的として、アニール処理を施す。
アニール処理としては、例えば、各層を配置した半導体基板11を150℃以上200℃以下に過熱したオーブンに投入して加熱する加熱処理が挙げられる。この場合、オーブン内の雰囲気は、大気でも構わないが、水素または窒素を用いることで、より効果的なアニール処理が行える。また、アニール処理は、各層を配置した半導体基板11に対して赤外線ヒーターを用いて赤外線を照射させるRTA(Rapid Thermal Annealing)処理であってもよい。
以上の工程により、本実施形態の裏面電極型の太陽電池1が完成する。
In addition, the intrinsic semiconductor layers 23 and 13, the first conductivity type semiconductor layer 25 and the second conductivity type semiconductor layer 35, the first electrode layer 27 and the second electrode layer 37, and the antireflection layer 15 are laminated on the semiconductor substrate 11. At this stage, annealing is performed for the purpose of passivating each bonding interface, suppressing the generation of defect levels in the semiconductor layer and its interface, and crystallization of the transparent conductive oxide in the transparent electrode layer.
As the annealing treatment, for example, there is a heat treatment in which the semiconductor substrate 11 with the layers arranged is placed in an oven heated to 150° C. or more and 200° C. or less and heated. In this case, the atmosphere in the oven may be air, but if hydrogen or nitrogen is used, more effective annealing can be performed. Further, the annealing treatment may be RTA (Rapid Thermal Annealing) treatment in which the semiconductor substrate 11 on which each layer is arranged is irradiated with infrared rays using an infrared heater.
Through the above steps, the back electrode type solar cell 1 of the present embodiment is completed.

従来、太陽電池における真性半導体層、第1導電型半導体層および第2導電型半導体層の形成方法として、フォトリソグラフィ技術を用いる方法が一般的に知られている。
図5A~図5Dは、従来のフォトリソグラフィ技術を用いる、真性半導体層、第1導電型半導体層および第2導電型半導体層の形成工程を示す図である。
例えば、図5Aに示すように、半導体基板111の裏面の全部に真性半導体材料膜123Zおよび第1導電型半導体材料膜125Zを形成し、フォトリソグラフィ技術を用いてマスク190を形成する。次に、マスク190の開口部に対応する真性半導体材料膜123Zおよび第1導電型半導体材料膜125Zをエッチングし、図5Bに示すように、真性半導体層123および第1導電型半導体層125を形成するとともに、マスク190の開口部に対応する半導体基板111を露出させる。マスク190を除去した後、図5Cに示すように、半導体基板111の裏面側の全部に真性半導体材料膜133Zおよび第2導電型半導体材料膜135Zを形成し、同様にフォトリソグラフィ技術を用いてマスク193を形成する。次に、マスク193の開口部に対応する真性半導体材料膜133Zおよび第2導電型半導体材料膜135Zをエッチングし、図5Dに示すように、真性半導体層133および第2導電型半導体層135を形成するとともに、第1導電型半導体層125を露出させる。その後、マスク193を除去する。
Conventionally, a method using a photolithographic technique is generally known as a method of forming an intrinsic semiconductor layer, a first conductivity type semiconductor layer and a second conductivity type semiconductor layer in a solar cell.
5A to 5D are diagrams showing steps of forming an intrinsic semiconductor layer, a first conductivity type semiconductor layer and a second conductivity type semiconductor layer using a conventional photolithographic technique.
For example, as shown in FIG. 5A, an intrinsic semiconductor material film 123Z and a first conductivity type semiconductor material film 125Z are formed on the entire back surface of the semiconductor substrate 111, and a mask 190 is formed using photolithography. Next, the intrinsic semiconductor material film 123Z and the first conductivity type semiconductor material film 125Z corresponding to the openings of the mask 190 are etched to form the intrinsic semiconductor layer 123 and the first conductivity type semiconductor layer 125 as shown in FIG. 5B. At the same time, the semiconductor substrate 111 corresponding to the opening of the mask 190 is exposed. After removing the mask 190, as shown in FIG. 5C, an intrinsic semiconductor material film 133Z and a second conductivity type semiconductor material film 135Z are formed on the entire back surface of the semiconductor substrate 111, and a mask is similarly formed using photolithography. Form 193. Next, the intrinsic semiconductor material film 133Z and the second conductivity type semiconductor material film 135Z corresponding to the openings of the mask 193 are etched to form the intrinsic semiconductor layer 133 and the second conductivity type semiconductor layer 135 as shown in FIG. 5D. At the same time, the first conductivity type semiconductor layer 125 is exposed. After that, the mask 193 is removed.

このような従来のフォトリソグラフィ技術を用いる半導体層パターンの形成方法では、半導体パターンを、特に半導体パターンの間隔を、高精度に形成することができ、太陽電池の高性能化が可能である。
しかしながら、この方法では、半導体パターンのパターニングのためのマスク190,193を形成するために、レジストコート、露光、現像、レジスト剥離等のプロセスが必要である。更には、これらのプロセスが、第1導電型半導体層形成工程と第2導電型半導体層形成工程との2回必要であり、これにより、プラズマCVD処理中の大気への取出しが複数回必要となる。そのため、この方法では、太陽電池の製造が煩雑となる。
また、この方法では、真性半導体材料膜123Zおよび第1導電型半導体材料膜125Zを除去した後であって、真性半導体材料膜133Zおよび第2導電型半導体材料膜135Zを形成する前に、太陽電池の高性能化のために、露出した半導体基板111の表面を洗浄する必要があり、太陽電池の製造が煩雑となる。
In such a method of forming a semiconductor layer pattern using a conventional photolithographic technique, the semiconductor patterns, particularly the intervals between the semiconductor patterns, can be formed with high accuracy, and the performance of the solar cell can be improved.
However, this method requires processes such as resist coating, exposure, development, and resist stripping in order to form the masks 190 and 193 for patterning the semiconductor pattern. Furthermore, these processes are required twice, that is, the step of forming the semiconductor layer of the first conductivity type and the step of forming the semiconductor layer of the second conductivity type. Become. Therefore, this method complicates the production of solar cells.
Further, in this method, after removing the intrinsic semiconductor material film 123Z and the first conductivity type semiconductor material film 125Z and before forming the intrinsic semiconductor material film 133Z and the second conductivity type semiconductor material film 135Z, the solar cell In order to improve the performance of the solar cell, it is necessary to clean the exposed surface of the semiconductor substrate 111, which complicates the manufacture of the solar cell.

また、従来、太陽電池における真性半導体層、第1導電型半導体層および第2導電型半導体層の形成方法として、メタルマスクを用いる方法がある(例えば、特許文献1参照)。
図6Aおよび図6Bは、従来のメタルマスクを用いる、真性半導体層、第1導電型半導体層および第2導電型半導体層の形成工程を示す図である。
例えば、図6Aに示すように、半導体基板211の裏面側にメタルマスク290を配置し、メタルマスク290の開口部に対応する半導体基板211の裏面上に真性半導体層233および第2導電型半導体層235を形成する。マスク290を除去した後、図5Bに示すように、半導体基板11の裏面側にメタルマスク293を配置し、メタルマスク293の開口部に対応する半導体基板211の裏面上に真性半導体層223および第1導電型半導体層225を形成する。その後、メタルマスク293を除去する。
Conventionally, as a method of forming an intrinsic semiconductor layer, a first conductivity type semiconductor layer and a second conductivity type semiconductor layer in a solar cell, there is a method using a metal mask (see, for example, Patent Document 1).
6A and 6B are diagrams showing steps of forming an intrinsic semiconductor layer, a first conductivity type semiconductor layer and a second conductivity type semiconductor layer using a conventional metal mask.
For example, as shown in FIG. 6A, a metal mask 290 is arranged on the back side of the semiconductor substrate 211, and the intrinsic semiconductor layer 233 and the second conductivity type semiconductor layer are formed on the back surface of the semiconductor substrate 211 corresponding to the openings of the metal mask 290. 235 is formed. After removing the mask 290, as shown in FIG. 5B, a metal mask 293 is placed on the back surface side of the semiconductor substrate 11, and the intrinsic semiconductor layer 223 and the second layer are formed on the back surface of the semiconductor substrate 211 corresponding to the openings of the metal mask 293. As shown in FIG. A one conductivity type semiconductor layer 225 is formed. After that, the metal mask 293 is removed.

このような従来のメタルマスクを用いる半導体層パターンの形成方法では、上述した従来のフォトリソグラフィ技術を用いる半導体層パターンの形成方法と比較して、太陽電池の製造の簡略化が可能となる。
しかしながら、この方法でも、第2導電型半導体層形成工程と第1導電型半導体層形成工程とにおいてメタルマスクの配置および除去のプロセスは2回必要であり、これにより、プラズマCVD処理中の大気への取出しが複数回必要となる。そのため、この方法では、太陽電池の製造の簡略化が十分でない。
更に、この方法では、第2導電型半導体層形成工程と第1導電型半導体層形成工程との各々の工程において、個々にメタルマスクを配置する必要があるため、メタルマスクの位置合わせを高精度に行うことが困難である。そのため、この方法では、フォトリソグラフィ技術を用いる半導体層パターンの形成方法と比較して、太陽電池の性能が低下すると推測される。
Such a conventional method for forming a semiconductor layer pattern using a metal mask enables simplification of the manufacturing of solar cells compared to the method for forming a semiconductor layer pattern using the above-described conventional photolithography technique.
However, even in this method, the process of arranging and removing the metal mask is required twice in the step of forming the semiconductor layer of the second conductivity type and the step of forming the semiconductor layer of the first conductivity type. must be taken out multiple times. Therefore, this method does not sufficiently simplify the production of solar cells.
Furthermore, in this method, it is necessary to dispose metal masks individually in each of the second conductivity type semiconductor layer forming step and the first conductivity type semiconductor layer forming step. It is difficult to do Therefore, it is presumed that this method lowers the performance of the solar cell compared to the semiconductor layer pattern forming method using the photolithographic technique.

また、従来、太陽電池における真性半導体層、第1導電型半導体層および第2導電型半導体層の形成方法として、イオン注入技術を用いた方法がある。
図7Aおよび図7Bは、従来のイオン注入技術を用いる、真性半導体層、第1導電型半導体層および第2導電型半導体層の形成工程を示す図である。
例えば、図7Aに示すように、半導体基板311の裏面の全部に真性半導体層323および第1導電型半導体材料膜325Zを形成し、図7Bに示すように、メタルマスク390を配置する。次に、メタルマスク390の開口部に対応する第1導電型半導体材料膜325Zに第2導電型のイオン注入を行うことにより、第1導電型半導体層325および第2導電型半導体層335を形成する。その後、メタルマスク390を除去する。
Conventionally, as a method of forming an intrinsic semiconductor layer, a first conductivity type semiconductor layer and a second conductivity type semiconductor layer in a solar cell, there is a method using an ion implantation technique.
7A and 7B are diagrams illustrating the formation process of an intrinsic semiconductor layer, a first conductivity type semiconductor layer and a second conductivity type semiconductor layer using conventional ion implantation techniques.
For example, as shown in FIG. 7A, the intrinsic semiconductor layer 323 and the first conductivity type semiconductor material film 325Z are formed on the entire back surface of the semiconductor substrate 311, and as shown in FIG. 7B, the metal mask 390 is arranged. Next, by implanting ions of the second conductivity type into the first conductivity type semiconductor material film 325Z corresponding to the openings of the metal mask 390, the first conductivity type semiconductor layer 325 and the second conductivity type semiconductor layer 335 are formed. do. After that, the metal mask 390 is removed.

このような従来のイオン注入技術を用いる半導体層パターンの形成方法では、第2導電型半導体層および第1導電型半導体層の形成において、メタルマスクの配置および除去のプロセスは1回だけでよい。そのため、この方法では、上述した従来のメタルマスクを用いる半導体層パターンの形成方法と比較して、太陽電池の製造の簡略化が可能である。
更に、半導体パターンを、特に半導体パターンの間隔を、高精度に形成できる。そのため、この方法では、上述した従来のメタルマスクを用いる半導体層パターンの形成方法と比較して、太陽電池の高性能化が可能であると推測される。
しかしながら、この方法では、第2導電型半導体層335のみにイオン注入を行うために、数nm程度の半導体層のイオン注入深度の制御が困難であり、メタルマスクを用いる半導体層パターンの形成方法と比較して、太陽電池の性能が低下すると推測される。
In the method of forming a semiconductor layer pattern using such a conventional ion implantation technique, only one process of arranging and removing the metal mask is required in forming the second conductivity type semiconductor layer and the first conductivity type semiconductor layer. Therefore, in this method, the manufacturing of the solar cell can be simplified as compared with the above-described conventional method of forming a semiconductor layer pattern using a metal mask.
Furthermore, the semiconductor patterns, particularly the intervals between the semiconductor patterns, can be formed with high precision. Therefore, it is presumed that this method can improve the performance of the solar cell as compared with the above-described conventional method of forming a semiconductor layer pattern using a metal mask.
However, in this method, since ions are implanted only into the second conductivity type semiconductor layer 335, it is difficult to control the ion implantation depth of the semiconductor layer of about several nanometers. In comparison, it is speculated that the performance of the solar cell is degraded.

これらの従来の問題点に対して、本実施形態の太陽電池の製造方法によれば、半導体層パターンのパターニングのためのマスク90としてメタルマスクを用いるので、フォトリソグラフィ技術のようにレジストコート、露光、現像、レジスト剥離等のプロセスが不要であり、太陽電池1の製造を簡略化できる。
また、本実施形態の太陽電池の製造方法によれば、第1導電型半導体層25のパターニングと第2導電型半導体層35のパターニングとにおいて同一のマスク90を用いるので、マスク90の配置および除去のプロセスは1回だけでよく、これにより、プラズマCVD処理中の大気への取出しはマスク90の配置時の1回だけでよい。そのため、太陽電池1の製造を簡略化できる。
更に、第1導電型半導体層25のパターニングと第2導電型半導体層35のパターニングとにおいて同一のマスク90を用いることにより、第1導電型半導体層25および第2導電型半導体層35の半導体パターンを、特に半導体パターンの間隔を、高精度に形成できる。これにより、太陽電池1の高性能化が可能である。
To solve these conventional problems, according to the solar cell manufacturing method of the present embodiment, a metal mask is used as the mask 90 for patterning the semiconductor layer pattern. , development, resist stripping, etc. are not required, and the manufacturing of the solar cell 1 can be simplified.
Further, according to the solar cell manufacturing method of the present embodiment, since the same mask 90 is used for the patterning of the first conductivity type semiconductor layer 25 and the patterning of the second conductivity type semiconductor layer 35, the arrangement and removal of the mask 90 are process is required only once, thereby requiring only one extraction to atmosphere during the plasma CVD process, when the mask 90 is placed. Therefore, manufacturing of the solar cell 1 can be simplified.
Furthermore, by using the same mask 90 for the patterning of the first conductivity type semiconductor layer 25 and the patterning of the second conductivity type semiconductor layer 35, the semiconductor pattern of the first conductivity type semiconductor layer 25 and the second conductivity type semiconductor layer 35 can be changed. can be formed with high precision, especially the spacing of the semiconductor patterns. As a result, it is possible to improve the performance of the solar cell 1 .

また、本実施形態の太陽電池の製造方法によれば、第1導電型半導体層25のプラズマエッチングにおいて、真性半導体層23の第2層23bの膜厚方向の一部までしかエッチングしないので、半導体基板11が露出しない。そのため、半導体基板11を洗浄する必要がなく、太陽電池1の製造を簡略化できる。
また、真性半導体層23の第2層23bのプラズマエッチングのレートが遅いので、真性半導体層23の第2層23bの膜厚方向の一部までのエッチングの制御が容易である。これにより、太陽電池1の製造を簡略化できる。
更に、真性半導体層23の第2層23bの膜厚方向の一部までエッチングすることにより、第1導電型半導体材料膜25Zが残ることがない。これにより、太陽電池1の高性能化が可能である。
Further, according to the method of manufacturing the solar cell of the present embodiment, in the plasma etching of the first conductivity type semiconductor layer 25, the second layer 23b of the intrinsic semiconductor layer 23 is etched only partially in the film thickness direction. Substrate 11 is not exposed. Therefore, it is not necessary to wash the semiconductor substrate 11, and the manufacturing of the solar cell 1 can be simplified.
In addition, since the plasma etching rate of the second layer 23b of the intrinsic semiconductor layer 23 is slow, it is easy to control the etching up to a part of the second layer 23b of the intrinsic semiconductor layer 23 in the film thickness direction. Thereby, manufacturing of the solar cell 1 can be simplified.
Furthermore, by etching the second layer 23b of the intrinsic semiconductor layer 23 to a part in the film thickness direction, the first conductivity type semiconductor material film 25Z does not remain. As a result, it is possible to improve the performance of the solar cell 1 .

また、本実施形態の太陽電池の製造方法によれば、真性半導体層23の第2層23bが水素プラズマエッチングのストップ層として機能するので、エッチングの深度の制御が容易である。これにより、太陽電池1の高性能化が可能である。
量産プロセスの場合、複数の基板に対して同時にドライプロセスの除去を用いると、半導体層の膜厚分布が生じると、太陽電池の性能が低下する可能性がある。
この点に関し、本実施形態の太陽電池の製造方法によれば、半導体層の膜厚差がある複数の基板を同時に処理する場合であっても、または、1枚の基板内で半導体層の膜厚差がある場合であっても、真性半導体層23の第2層23bが水素プラズマエッチングのストップ層として機能する。
In addition, according to the solar cell manufacturing method of the present embodiment, the second layer 23b of the intrinsic semiconductor layer 23 functions as a stop layer for hydrogen plasma etching, so that the etching depth can be easily controlled. As a result, it is possible to improve the performance of the solar cell 1 .
In the case of mass production processes, the use of dry process removal for multiple substrates at the same time may result in poor performance of the solar cell due to the film thickness distribution of the semiconductor layers.
Regarding this point, according to the method for manufacturing a solar cell of the present embodiment, even when a plurality of substrates having different film thicknesses of the semiconductor layers are processed simultaneously, or the film thickness of the semiconductor layer in one substrate is reduced. Even if there is a thickness difference, the second layer 23b of the intrinsic semiconductor layer 23 functions as a stop layer for hydrogen plasma etching.

また、本実施形態の太陽電池の製造方法によれば、マスク90を繰り返し使用できる。例えば、第2導電型半導体層35の形成工程において、マスク90に第2導電型半導体材料が付着しても、次回の第1導電型半導体層25の形成工程における水素プラズマエッチングにおいて、マスク90に付着した第2導電型半導体材料を除去できるため、マスク90の反りなどを緩和でき、マスク90を繰り返し使用できる。 Moreover, according to the method for manufacturing a solar cell of this embodiment, the mask 90 can be used repeatedly. For example, even if the second-conductivity-type semiconductor material adheres to the mask 90 in the process of forming the second-conductivity-type semiconductor layer 35, the hydrogen plasma etching in the next process of forming the first-conductivity-type semiconductor layer 25 will cause the mask 90 to adhere to the second-conductivity-type semiconductor material. Since the adhered second conductivity type semiconductor material can be removed, warping of the mask 90 can be alleviated, and the mask 90 can be used repeatedly.

以上説明したように、本実施形態の太陽電池の製造方法によれば、太陽電池の性能低下を抑制しつつ、太陽電池の製造の簡易化が可能である。その結果、製造コストを削減できる。
また、本実施形態の太陽電池の製造方法によって製造された太陽電池1では、第1導電型半導体層25と半導体基板11とに挟まれる真性半導体層23の厚みT1と、第2導電型半導体層35と半導体基板11とに挟まれる真性半導体層23の厚みT2とは、T1>T2の関係を満たす(例えば、図3A~図3C参照)。また、この太陽電池1では、第2導電型半導体層35の幅方向における中心付近での第2導電型半導体層35の厚みT3は、幅方向における中心付近以外での第2導電型半導体層35の厚みT4に比べて厚い(例えば、図3Bおよび図3C、図4Eおよび図4F参照)。
As described above, according to the solar cell manufacturing method of the present embodiment, it is possible to simplify the manufacturing of the solar cell while suppressing deterioration in the performance of the solar cell. As a result, manufacturing costs can be reduced.
Further, in the solar cell 1 manufactured by the solar cell manufacturing method of the present embodiment, the thickness T1 of the intrinsic semiconductor layer 23 sandwiched between the first conductivity type semiconductor layer 25 and the semiconductor substrate 11 and the thickness T1 of the second conductivity type semiconductor layer The thickness T2 of the intrinsic semiconductor layer 23 sandwiched between 35 and the semiconductor substrate 11 satisfies the relationship of T1>T2 (eg, see FIGS. 3A to 3C). In addition, in this solar cell 1, the thickness T3 of the second conductivity type semiconductor layer 35 near the center in the width direction of the second conductivity type semiconductor layer 35 is equal to the thickness T3 of the second conductivity type semiconductor layer 35 other than near the center in the width direction. (see, eg, FIGS. 3B and 3C, FIGS. 4E and 4F).

ところで、上述した従来の太陽電池では、例えば図5Dに示すように、第1導電型半導体層125(および真性半導体層123)と第2導電型半導体層135(および真性半導体層133)との境界において、第1導電型半導体層125(および真性半導体層123)と第2導電型半導体層135(および真性半導体層133)とが重なり合うように、半導体層パターンを形成する必要があった。或いは、図10に示すように、第1導電型半導体層125と第2導電型半導体層135との境界において、第1導電型半導体層125と第2導電型半導体層135とが重なり合うように、半導体層パターンを形成する必要があった。これは、製造誤差を考慮しても半導体層が形成されない領域が存在することがなく、キャリアの回収効率を高めるためである、すなわち太陽電池の性能を高めるためである。 By the way, in the conventional solar cell described above, for example, as shown in FIG. 3, it was necessary to form a semiconductor layer pattern so that the first conductivity type semiconductor layer 125 (and the intrinsic semiconductor layer 123) and the second conductivity type semiconductor layer 135 (and the intrinsic semiconductor layer 133) overlap. Alternatively, as shown in FIG. 10, the first conductivity type semiconductor layer 125 and the second conductivity type semiconductor layer 135 overlap each other at the boundary between the first conductivity type semiconductor layer 125 and the second conductivity type semiconductor layer 135. It was necessary to form a semiconductor layer pattern. This is because there is no region where the semiconductor layer is not formed even if manufacturing errors are taken into consideration, and the carrier collection efficiency is improved, that is, the performance of the solar cell is improved.

これに対して、本実施形態の太陽電池の製造方法によって製造された太陽電池1では、少なくとも一部の、第1導電型半導体層25と第2導電型半導体層35との境界において、第1導電型半導体層25と第2導電型半導体層35とが重なる領域が実質的に存在せず、かつ、第1導電型半導体層25および第2導電型半導体層35の一部または全部が接する。 On the other hand, in the solar cell 1 manufactured by the solar cell manufacturing method of the present embodiment, at least part of the boundary between the first conductivity type semiconductor layer 25 and the second conductivity type semiconductor layer 35 has There is substantially no overlapping region between the semiconductor layer 25 of the conductive type and the semiconductor layer 35 of the second conductive type, and part or all of the semiconductor layer 25 of the first conductive type and the semiconductor layer 35 of the second conductive type are in contact with each other.

(変形例)
本実施形態では、メタルマスクを用いて、第1導電型半導体材料膜のエッチング、および、第2導電型半導体材料膜の形成を行った。
本実施形態の変形例では、マスクとしてリフトオフ層(マスク層または犠牲層ともいう。)を用いて、第1導電型半導体材料膜のエッチング、および、第2導電型半導体材料膜の形成を行う。
(Modification)
In this embodiment, a metal mask is used to etch the first conductivity type semiconductor material film and form the second conductivity type semiconductor material film.
In the modified example of this embodiment, a lift-off layer (also referred to as a mask layer or a sacrificial layer) is used as a mask to etch the first conductivity type semiconductor material film and form the second conductivity type semiconductor material film.

図8A~図8Dは、本実施形態の変形例に係る太陽電池の製造方法を示す図である。
<真性半導体層形成工程および第1導電型半導体層形成工程>
まず、図8Aに示すように、上述同様に、半導体基板11の裏面側の全面に真性半導体層23を積層する。具体的には、半導体基板11の裏面側の全面に、第1層23aとして例えば非晶質シリコン(a-Si)を積層する。その後、第1層23a上に、第2層23bとして、第1層23aおよび第1導電型半導体層25よりも、水素プラズマエッチング耐性が強い材料を積層する。換言すれば、水素プラズマエッチングのレートが遅い材料(例えば、高希釈水素化シリコンまたは酸化シリコン)を、第2層23bとして、積層する。
また、半導体基板11の受光面側の全面に、真性半導体層13を積層する。
次に、上述同様に、真性半導体層23上に、すなわち半導体基板11の裏面側の全面に、第1導電型半導体材料膜25Zを積層する(第1工程)。
8A to 8D are diagrams showing a method for manufacturing a solar cell according to a modification of this embodiment.
<Intrinsic Semiconductor Layer Forming Step and First Conductivity Type Semiconductor Layer Forming Step>
First, as shown in FIG. 8A, the intrinsic semiconductor layer 23 is stacked over the entire back surface side of the semiconductor substrate 11 in the same manner as described above. Specifically, for example, amorphous silicon (a-Si) is laminated as the first layer 23a on the entire back surface side of the semiconductor substrate 11 . After that, a material having stronger resistance to hydrogen plasma etching than the first layer 23a and the first conductivity type semiconductor layer 25 is laminated as the second layer 23b on the first layer 23a. In other words, a material with a slow hydrogen plasma etching rate (eg, highly diluted silicon hydride or silicon oxide) is deposited as the second layer 23b.
In addition, an intrinsic semiconductor layer 13 is laminated on the entire surface of the semiconductor substrate 11 on the light receiving surface side.
Next, in the same manner as described above, a first conductivity type semiconductor material film 25Z is laminated on the intrinsic semiconductor layer 23, that is, on the entire back surface side of the semiconductor substrate 11 (first step).

次に、第1導電型半導体材料膜25Z上に、リフトオフ層95Zを形成する。リフトオフ層95Zの材料は、金属のような無機材料であってもよいし、ドライフィルムのような有機材料であってもよい。リフトオフ層95Zの材料は、シリコン系薄膜材料を含むと好ましい。
次に、半導体基板11の裏面側の一部において、リフトオフ層95Zの一部を除去することにより、図8Bに示すように、開口部を有するリフトオフ層95を形成する。リフトオフ層95の形成方法としては、特に限定されないが、例えば、レジスト膜およびエッチング溶液を用いたウエットエッチングであってもよいし、ドライエッチングであってもよいし、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(第2工程)。
Next, a lift-off layer 95Z is formed on the first conductivity type semiconductor material film 25Z. The material of the lift-off layer 95Z may be an inorganic material such as metal, or an organic material such as dry film. The material of the lift-off layer 95Z preferably contains a silicon-based thin film material.
Next, a lift-off layer 95 having an opening is formed by removing a part of the lift-off layer 95Z on a part of the back surface side of the semiconductor substrate 11, as shown in FIG. 8B. The method for forming the lift-off layer 95 is not particularly limited, but may be wet etching using a resist film and an etching solution, dry etching, or pattern printing using an etching paste or the like. (second step).

次に、リフトオフ層95の開口部に対応する第1導電型半導体材料膜25Zを、すなわちリフトオフ層95の開口部から露出する第1導電型半導体材料膜25Zを、水素プラズマエッチングにより除去し、第1導電型半導体層25を形成する。(第3工程)。
このとき、リフトオフ層95の開口部に対応する真性半導体層23の第2層23bの膜厚方向の一部(上層)を除去するように、水素プラズマエッチングが制御される。
なお、真性半導体層23の第2層23bの水素プラズマエッチングのレートは遅いため、第2層23bの第1導電型半導体材料膜25Z側との界面近傍の一部は除去されるものの、真性半導体層23の第2層23bの他部および第1層23aは残る。
そのため、上述したように(図3A~図3C)、真性半導体層23における第2導電型半導体層35と半導体基板11とに挟まれる部分の厚さT2は、真性半導体層23における第1導電型半導体層25と半導体基板11とに挟まれる部分の厚さT1よりも薄くなる。すなわち、第1導電型半導体層25と半導体基板11とに挟まれる真性半導体層23の厚さT1と、第2導電型半導体層35と半導体基板11とに挟まれる真性半導体層23の厚さT2とは、T1>T2の関係を満たす。
Next, the first conductivity type semiconductor material film 25Z corresponding to the opening of the lift-off layer 95, that is, the first conductivity type semiconductor material film 25Z exposed from the opening of the lift-off layer 95 is removed by hydrogen plasma etching. A one conductivity type semiconductor layer 25 is formed. (Third step).
At this time, the hydrogen plasma etching is controlled so as to remove a part (upper layer) in the thickness direction of the second layer 23 b of the intrinsic semiconductor layer 23 corresponding to the opening of the lift-off layer 95 .
Since the rate of hydrogen plasma etching of the second layer 23b of the intrinsic semiconductor layer 23 is slow, a portion of the second layer 23b near the interface with the first conductivity type semiconductor material film 25Z side is removed, but the intrinsic semiconductor layer 23b is partially removed. The other part of the second layer 23b of the layer 23 and the first layer 23a remain.
Therefore, as described above (FIGS. 3A to 3C), the thickness T2 of the portion of the intrinsic semiconductor layer 23 sandwiched between the semiconductor layer 35 of the second conductivity type and the semiconductor substrate 11 is equal to the thickness T2 of the intrinsic semiconductor layer 23 of the first conductivity type. It is thinner than the thickness T1 of the portion sandwiched between the semiconductor layer 25 and the semiconductor substrate 11 . That is, the thickness T1 of the intrinsic semiconductor layer 23 sandwiched between the semiconductor layer 25 of the first conductivity type and the semiconductor substrate 11 and the thickness T2 of the intrinsic semiconductor layer 23 sandwiched between the semiconductor layer 35 of the second conductivity type and the semiconductor substrate 11 satisfies the relationship of T1>T2.

<第2導電型半導体層形成工程>
次に、図8Cに示すように、半導体基板11の裏面側の全面に、すなわち、リフトオフ層95の表面および開口部側面、並びにリフトオフ層95の開口部に対応する真性半導体層23の第2層23bを覆うように、第2導電型半導体材料膜35Zを積層する(第4工程)。
なお、リフトオフ層95の開口部におけるリフトオフ層95近傍およびリフトオフ層95の開口部側面でも、上述同様に(図4E)、リフトオフ層95の開口部の中央付近に比べてガスが入り難いことがある。そのため、上述したように(図3B)、第2導電型半導体層35の幅方向における側部の厚さT4は、第2導電型半導体層35の幅方向における中心付近の厚さT3よりも薄くなることがある。すなわち、幅方向における中心付近での第2導電型半導体層35の厚さT3は、幅方向における中心付近以外での第2導電型半導体層35の厚さT4に比べて厚くなることがある。
また、真性半導体層23をプラズマエッチングによりエッチングする際、リフトオフ層95の開口部のみならず、リフトオフ層95の直下領域の一部をもエッチングすることがある。そのため、上述したように(図3C)、第2導電型半導体層35の幅方向における側部の厚さT4は、第2導電型半導体層35の幅方向における中心付近の厚さT3よりも薄くなることがある。すなわち、幅方向における中心付近での第2導電型半導体層35の厚さT3は、幅方向における中心付近以外での第2導電型半導体層35の厚さT4に比べて厚くなることがある。
<Second conductivity type semiconductor layer forming step>
Next, as shown in FIG. 8C, the second layer of the intrinsic semiconductor layer 23 corresponding to the entire surface of the back surface of the semiconductor substrate 11, that is, the surface and side surfaces of the opening of the lift-off layer 95 and the opening of the lift-off layer 95 is formed. A second conductivity type semiconductor material film 35Z is laminated so as to cover 23b (fourth step).
In addition, in the vicinity of the lift-off layer 95 in the opening of the lift-off layer 95 and on the side of the opening of the lift-off layer 95, as in the case described above (FIG. 4E), it may be difficult for gas to enter compared to the vicinity of the center of the opening of the lift-off layer 95. . Therefore, as described above (FIG. 3B), the thickness T4 of the side portions in the width direction of the second conductivity type semiconductor layer 35 is thinner than the thickness T3 near the center of the second conductivity type semiconductor layer 35 in the width direction. can be. That is, the thickness T3 of the second conductivity type semiconductor layer 35 near the center in the width direction may be thicker than the thickness T4 of the second conductivity type semiconductor layer 35 other than near the center in the width direction.
Moreover, when the intrinsic semiconductor layer 23 is etched by plasma etching, not only the opening of the lift-off layer 95 but also part of the region immediately below the lift-off layer 95 may be etched. Therefore, as described above (FIG. 3C), the thickness T4 of the side portions in the width direction of the second conductivity type semiconductor layer 35 is thinner than the thickness T3 near the center of the second conductivity type semiconductor layer 35 in the width direction. can be. That is, the thickness T3 of the second conductivity type semiconductor layer 35 near the center in the width direction may be thicker than the thickness T4 of the second conductivity type semiconductor layer 35 other than near the center in the width direction.

次に、図8Dに示すように、リフトオフ層95を除去することにより、その上に積み重なる第2導電型半導体材料膜35Zをも除去し、第2導電型半導体層35を形成する(第5工程)。リフトオフ層95の除去方法としては、特に限定されないが、例えば、レジスト膜およびエッチング溶液を用いたウエットエッチングであってもよいし、ドライエッチングであってもよい。
その後、第1導電型半導体層25および第2導電型半導体層35の表面をリンスし、上述した電極形成工程が行われ、上述した実施形態の裏面電極型の太陽電池1と同様の太陽電池1が完成する。
Next, as shown in FIG. 8D, by removing the lift-off layer 95, the second-conductivity-type semiconductor material film 35Z stacked thereon is also removed to form the second-conductivity-type semiconductor layer 35 (fifth step). ). A method for removing the lift-off layer 95 is not particularly limited, but may be, for example, wet etching using a resist film and an etching solution, or dry etching.
After that, the surfaces of the semiconductor layer 25 of the first conductivity type and the semiconductor layer 35 of the second conductivity type are rinsed, and the electrode forming process described above is performed. is completed.

図9A~図9Dは、従来のリフトオフ技術を用いる、真性半導体層、第1導電型半導体層および第2導電型半導体層の形成工程を示す図である。
まず、図9Aに示すように、半導体基板411の裏面側に、真性半導体材料膜(a-Si)423Zおよび第1導電型半導体材料膜425Zを形成する。次に、第1導電型半導体材料膜425Z上にリフトオフ層495Zを形成する。
次に、半導体基板411の裏面側の一部において、リフトオフ層495Z、第1導電型半導体材料膜425Zおよび真性半導体材料膜423Zを除去することにより、図9Bに示すように、真性半導体層423および第1導電型半導体層425の非形成領域を生じさせる。これにより、半導体基板411の裏面側の一部以外の他部において、真性半導体層423および第1導電型半導体層425が形成される。真性半導体層423および第1導電型半導体層425上には、リフトオフ層495が残ったままとなる。
次に、図9Cに示すように、リフトオフ層495および非形成領域上に、真性半導体材料膜(a-Si)433Zおよび第2導電型半導体材料膜435Zを形成する。
次に、図9Dに示すように、リフトオフ層495を除去することにより、その上に積み重なる真性半導体材料膜433Zおよび第2導電型半導体材料膜435Zを除去し、真性半導体層433および第2導電型半導体層435を形成する。
9A to 9D are diagrams showing the formation process of an intrinsic semiconductor layer, a first conductivity type semiconductor layer and a second conductivity type semiconductor layer using a conventional lift-off technique.
First, as shown in FIG. 9A, an intrinsic semiconductor material film (a-Si) 423Z and a first conductivity type semiconductor material film 425Z are formed on the back side of a semiconductor substrate 411. Then, as shown in FIG. Next, a lift-off layer 495Z is formed on the first conductivity type semiconductor material film 425Z.
Next, the lift-off layer 495Z, the first conductivity type semiconductor material film 425Z, and the intrinsic semiconductor material film 423Z are removed from part of the back surface of the semiconductor substrate 411, thereby forming the intrinsic semiconductor layer 423 and the intrinsic semiconductor material film 423Z as shown in FIG. 9B. A non-formation region of the first conductivity type semiconductor layer 425 is generated. As a result, the intrinsic semiconductor layer 423 and the first conductivity type semiconductor layer 425 are formed on the other portion of the semiconductor substrate 411 other than the portion on the back surface side. The lift-off layer 495 remains on the intrinsic semiconductor layer 423 and the first conductivity type semiconductor layer 425 .
Next, as shown in FIG. 9C, an intrinsic semiconductor material film (a-Si) 433Z and a second conductivity type semiconductor material film 435Z are formed on the lift-off layer 495 and the non-formation region.
Next, as shown in FIG. 9D, by removing the lift-off layer 495, the intrinsic semiconductor material film 433Z and the second conductivity type semiconductor material film 435Z stacked thereon are removed, and the intrinsic semiconductor layer 433 and the second conductivity type semiconductor material film 435Z are removed. A semiconductor layer 435 is formed.

このような従来のリフトオフ技術を用いる半導体層パターンの形成方法では、第1導電型半導体層425と第2導電型半導体層435との境界において、第1導電型半導体層425と第2導電型半導体層435とが重なる領域が実質的に存在しない。
しかしながら、この方法では、第1導電型半導体層425と第2導電型半導体層435との間に真性半導体層433が残り、第1導電型半導体層425および第2導電型半導体層435によるキャリア回収効率が低下する。
In the method of forming a semiconductor layer pattern using such a conventional lift-off technique, at the boundary between the first conductivity type semiconductor layer 425 and the second conductivity type semiconductor layer 435, the first conductivity type semiconductor layer 425 and the second conductivity type semiconductor layer 425 are separated from each other. There is substantially no region of overlap with layer 435 .
However, in this method, the intrinsic semiconductor layer 433 remains between the first-conductivity-type semiconductor layer 425 and the second-conductivity-type semiconductor layer 435, and the carriers are collected by the first-conductivity-type semiconductor layer 425 and the second-conductivity-type semiconductor layer 435. Less efficient.

これに対して、本変形例の太陽電池の製造方法によって製造された太陽電池1では、第1導電型半導体層25と第2導電型半導体層35との境界において、第1導電型半導体層25と第2導電型半導体層35とが重なる領域が実質的に存在せず、かつ、第1導電型半導体層25および第2導電型半導体層35の一部または全部が接する。これにより、第1導電型半導体層および第2導電型半導体層によるキャリア回収効率の低下が抑制される。 On the other hand, in the solar cell 1 manufactured by the solar cell manufacturing method of this modification, the first conductivity type semiconductor layer 25 and the second conductivity type semiconductor layer 35 do not substantially exist, and part or all of the first conductivity type semiconductor layer 25 and the second conductivity type semiconductor layer 35 are in contact with each other. This suppresses a decrease in carrier recovery efficiency due to the first conductivity type semiconductor layer and the second conductivity type semiconductor layer.

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されることなく種々の変形が可能である。例えば、上述した実施形態では、図3Aに示すようにヘテロ接合型の太陽電池およびその製造方法を例示したが、本発明の特徴の第1導電型半導体層および第2導電型半導体層の形成方法は、ヘテロ接合型の太陽電池に限らず、ホモ接合型の太陽電池等の種々の太陽電池およびその製造方法に適用される。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications are possible. For example, in the above-described embodiments, a heterojunction solar cell and a method for manufacturing the same were illustrated as shown in FIG. 3A. is applied not only to heterojunction solar cells but also to various solar cells such as homojunction solar cells and methods for manufacturing the same.

以下、実施例に基づいて本発明を具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。 EXAMPLES The present invention will be specifically described below based on examples, but the present invention is not limited to the following examples.

(実施例1)
以下のとおり、図2および図3Aに示す太陽電池1を、図4A~図4Dに示す工程に従って作製した。
(Example 1)
Solar cell 1 shown in FIGS. 2 and 3A was fabricated according to the steps shown in FIGS. 4A to 4D as follows.

<半導体基板>
まず、半導体基板11として、厚さ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面に異方性エッチングを行うことにより、両面にピラミッド型のテクスチャ構造が形成された半導体基板11を得た。
<Semiconductor substrate>
First, a single crystal silicon substrate having a thickness of 200 μm was used as the semiconductor substrate 11 . By performing anisotropic etching on both surfaces of the single crystal silicon substrate, a semiconductor substrate 11 having a pyramid-shaped texture structure formed on both surfaces was obtained.

<真性半導体層形成>
半導体基板11をCVD装置へ導入し、半導体基板11の受光面側に真性半導体層13として非晶質シリコン(アモルファスシリコン:a-Si)を8nmの膜厚で製膜した。また、半導体基板11の裏面側に真性半導体層23の第1層23aとして非晶質シリコンを製膜し、その後、第1層23a上に、真性半導体層23の第2層23bとして高希釈水素化シリコンを製膜した。真性半導体層23の膜厚は8nmとした。
非晶質シリコンの製膜条件は、基板温度150℃、圧力120Pa、SiH/H流量比3/10、パワー密度0.011W/cmであった。
高希釈水素化シリコンの製膜条件は、圧力100Pa、SiH/H流量比1/500、パワー密度0.5W/cmであった。
<Formation of intrinsic semiconductor layer>
A semiconductor substrate 11 was introduced into a CVD apparatus, and an amorphous silicon (a-Si) film was formed with a thickness of 8 nm as an intrinsic semiconductor layer 13 on the light receiving surface side of the semiconductor substrate 11 . Further, an amorphous silicon film is formed as the first layer 23a of the intrinsic semiconductor layer 23 on the back surface side of the semiconductor substrate 11, and then highly diluted hydrogen is deposited on the first layer 23a as the second layer 23b of the intrinsic semiconductor layer 23. A silicon oxide film was formed. The film thickness of the intrinsic semiconductor layer 23 was set to 8 nm.
The amorphous silicon film formation 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 .
The film formation conditions for highly diluted hydrogenated silicon were a pressure of 100 Pa, a SiH 4 /H 2 flow ratio of 1/500, and a power density of 0.5 W/cm 2 .

<第1導電型半導体層形成>
CVD装置において、半導体基板11の裏面側の真性半導体層23上に、第1導電型半導体材料膜25Zとして、p型水素化非晶質シリコンを10nmの膜厚で製膜した。p型水素化非晶質シリコンの製膜条件は、基板温度150℃、圧力60Pa、SiH/B流量比1/3、パワー密度0.01W/cmであった。なお、Bガス流量は、BがHにより5000ppmまで希釈された希釈ガスの流量である。
<Formation of first conductivity type semiconductor layer>
In a CVD apparatus, p-type hydrogenated amorphous silicon was deposited to a thickness of 10 nm as the first conductivity type semiconductor material film 25Z on the intrinsic semiconductor layer 23 on the back side of the semiconductor substrate 11 . The deposition conditions for p-type hydrogenated amorphous silicon 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 . The B 2 H 6 gas flow rate is the flow rate of the diluent gas obtained by diluting B 2 H 6 with H 2 to 5000 ppm.

次に、半導体基板11の裏面側の第1導電型半導体材料膜25Z上にマスク90を配置した。
次に、マスク90の開口部に対応する第1導電型半導体材料膜25Zを、水素プラズマエッチングにより除去し、第1導電型半導体層25を形成した。水素プラズマエッチングの条件は、基板温度150℃、圧力100Pa、SiH/H流量比1/1000、パワー密度が0.1W/cmであった。
Next, a mask 90 is arranged on the first conductivity type semiconductor material film 25Z on the back side of the semiconductor substrate 11 .
Next, the first conductivity type semiconductor material film 25Z corresponding to the opening of the mask 90 was removed by hydrogen plasma etching to form the first conductivity type semiconductor layer 25. Next, as shown in FIG. The hydrogen plasma etching conditions were a substrate temperature of 150° C., a pressure of 100 Pa, a SiH 4 /H 2 flow ratio of 1/1000, and a power density of 0.1 W/cm 2 .

<第2導電型半導体層形成>
CVD装置において、マスク90をそのまま用いて、マスク90の開口部に対応する真性半導体層23の第2層23b上に、第2導電型半導体層35として、n型水素化非晶質シリコンを10nmの膜厚で製膜した。n型水素化非晶質シリコンの製膜条件は、基板温度150℃または180℃、圧力60Pa、SiH/PH流量比1/2、パワー密度0.01W/cmであった。なお、PHガス流量は、PHがHにより5000ppmまで希釈された希釈ガスの流量である。
<Formation of second conductivity type semiconductor layer>
In a CVD apparatus, using the mask 90 as it is, 10 nm of n-type hydrogenated amorphous silicon is deposited as the second conductivity type semiconductor layer 35 on the second layer 23b of the intrinsic semiconductor layer 23 corresponding to the openings of the mask 90. A film was formed with a film thickness of The film forming conditions for the n-type hydrogenated amorphous silicon were a substrate temperature of 150° C. or 180° C., a pressure of 60 Pa, a SiH 4 /PH 3 flow ratio of 1/2, and a power density of 0.01 W/cm 2 . The PH 3 gas flow rate is the flow rate of the diluent gas obtained by diluting PH 3 with H 2 to 5000 ppm.

<電極層形成>
マグネトロンスパッタリング装置を用いて、半導体基板11の裏面側の第1導電型半導体層25および第2導電型半導体層35上に、透明電極材料膜として透明導電性酸化物を100nmの膜厚で製膜した。透明導電性酸化物の製膜では、酸化スズを10重量%含有した酸化インジウム(ITO)をターゲットとして使用し、装置のチャンバー内に、アルゴンと酸素との混合ガスを導入させて、そのチャンバー内の圧力を0.6Paとなるように設定した。なお、アルゴンと酸素との混合比率は、抵抗率が最も低くなる条件(いわゆる、ボトム条件)とした。また、透明導電性酸化物の製膜では、直流電源を用いて、0.4W/cmの電力密度で、製膜を行った。
次に、フォトリソグラフィ法により、第1導電型半導体層25および第2導電型半導体層35上の透明導電材料膜のみが残るようにエッチングを行い、透明電極層28および透明電極層38を形成した。このように、透明電極層28と透明電極層38とが離間することにより、これらの透明電極層の間での導通が防止される。
<Electrode layer formation>
Using a magnetron sputtering apparatus, a transparent conductive oxide film is formed with a thickness of 100 nm as a transparent electrode material film on the first conductive type semiconductor layer 25 and the second conductive type semiconductor layer 35 on the back side of the semiconductor substrate 11. bottom. In the film formation of the transparent conductive oxide, indium oxide (ITO) containing 10% by weight of tin oxide is used as a target, and a mixed gas of argon and oxygen is introduced into the chamber of the apparatus, and the inside of the chamber is was set to 0.6 Pa. The mixing ratio of argon and oxygen was set to the condition that the resistivity was the lowest (so-called bottom condition). Further, in forming the film of the transparent conductive oxide, the film was formed using a DC power supply at a power density of 0.4 W/cm 2 .
Next, etching was performed by photolithography so that only the transparent conductive material films on the first conductivity type semiconductor layer 25 and the second conductivity type semiconductor layer 35 remained, thereby forming a transparent electrode layer 28 and a transparent electrode layer 38. . Separating the transparent electrode layer 28 and the transparent electrode layer 38 in this manner prevents conduction between these transparent electrode layers.

次に、透明電極層28および透明電極層38上に、Agペースト(藤倉化成製 ドータイトFA-333)をスクリーン印刷により塗布して、150℃のオーブンで60分間、加熱処理して、金属電極層29および金属電極層39を形成した。透明電極層28と金属電極層29が第1電極層27を構成し、透明電極層38と金属電極層39とが第2電極層37を構成する。 Next, on the transparent electrode layer 28 and the transparent electrode layer 38, Ag paste (Dotite FA-333 manufactured by Fujikura Kasei Co., Ltd.) is applied by screen printing and heat-treated in an oven at 150° C. for 60 minutes to form a metal electrode layer. 29 and a metal electrode layer 39 were formed. The transparent electrode layer 28 and the metal electrode layer 29 constitute the first electrode layer 27 , and the transparent electrode layer 38 and the metal electrode layer 39 constitute the second electrode layer 37 .

(実施例2)
真性半導体層23の第2層23bの材料として、高希釈水素化シリコンに代えて水素化酸化シリコンを用いた点を除いて、実施例1と同様にして太陽電池1を作製した。
(Example 2)
A solar cell 1 was fabricated in the same manner as in Example 1, except that hydrogenated silicon oxide was used as the material of the second layer 23b of the intrinsic semiconductor layer 23 instead of the highly diluted silicon hydride.

(実施例3)
真性半導体層23として非晶質シリコンを膜厚8nmの1層で製膜した点を除いて、実施例1と同様にして太陽電池1を作製した。
(Example 3)
A solar cell 1 was fabricated in the same manner as in Example 1, except that a single layer of amorphous silicon with a thickness of 8 nm was formed as the intrinsic semiconductor layer 23 .

以上のように作製した実施例1~3の太陽電池の性能特性として、開放電圧Voc、短絡電流Isc、曲線因子FF、および変換効率Effをシミュレーションした。このシミュレーションでは、ソーラーシミュレータを用い、AM(エアマス)1.5の基準太陽光を、100mW/cmの光量で照射した。
その結果を表1に示す。表1では、実施例1のVoc、Isc、FF、Effの結果を1.00とした場合の相対比率で実施例2および3の結果を示した。
また、それぞれの薄膜のエッチングレートの相対値(真性半導体の水素化非晶質シリコンを1としている)を表2に記している。薄膜は、ポリッシュシリコン基板上に製膜され、例えば分光エリプソメトリー法により膜厚を測定することによって得られた。

Figure 0007221276000001
Figure 0007221276000002
The open-circuit voltage Voc, short-circuit current Isc, fill factor FF, and conversion efficiency Eff were simulated as the performance characteristics of the solar cells of Examples 1 to 3 fabricated as described above. In this simulation, a solar simulator was used, and AM (air mass) 1.5 standard sunlight was irradiated with a light amount of 100 mW/cm 2 .
Table 1 shows the results. In Table 1, the results of Examples 2 and 3 are shown in relative proportions when the results of Voc, Isc, FF, and Eff of Example 1 are set to 1.00.
In addition, Table 2 shows the relative values of the etching rates of the respective thin films (with hydrogenated amorphous silicon, which is an intrinsic semiconductor, set to 1). A thin film was formed on a polished silicon substrate and obtained by measuring the film thickness, for example, by a spectroscopic ellipsometry method.
Figure 0007221276000001
Figure 0007221276000002

表2によれば、真性導体層の材料である、非晶質シリコン、高希釈水素化シリコン、および水素化酸化シリコンは、第1導電型半導体よりエッチングレートが遅い。表1によれば、真性半導体層23が非晶質シリコンの1層である実施例3と比較して、真性半導体層23が非晶質シリコン/高希釈水素化シリコンの2層である実施例1、および、真性半導体層23が非晶質シリコン/高希釈水素化酸化シリコンの2層である実施例2の性能が高いことがわかった。
これは、プラズマエッチングにおいて均一性が劣っていても、高希釈水素化シリコン層または水素化酸化シリコンを用いることでエッチングが緩やかになるため、部分的にパッシベーション層が失われることを防ぐことができたためと考えられる。
According to Table 2, amorphous silicon, highly diluted hydrogenated silicon, and hydrogenated silicon oxide, which are the materials of the intrinsic conductor layer, have slower etching rates than the first conductivity type semiconductor. According to Table 1, the example in which the intrinsic semiconductor layer 23 is two layers of amorphous silicon/highly diluted hydrogenated silicon compared to Example 3 in which the intrinsic semiconductor layer 23 is one layer of amorphous silicon. 1 and Example 2, in which the intrinsic semiconductor layer 23 is two layers of amorphous silicon/highly diluted hydrogenated silicon oxide, have high performance.
This is because even with poor uniformity in plasma etching, the use of highly diluted silicon hydride layers or hydrogenated silicon oxides etch more slowly, thus preventing partial loss of the passivation layer. It is thought that this is because

1 太陽電池
2 配線部材
3 受光面保護部材
4 裏面保護部材
5 封止材
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
11,111,211,311,411 半導体基板
13,23,33,113,123,133,213,223,233,313,323,333,413,423,433 真性半導体層
23a 第1層
23b 第2層
15 反射防止層
25,125,225,325,425 第1導電型半導体層
27 第1電極層
28,38 透明電極層
29,39 金属電極層
35,135,235,335,435 第2導電型半導体層
37 第2電極層
90,95,190,193,290,293,390,495 マスク
100 太陽電池モジュール
REFERENCE SIGNS LIST 1 solar cell 2 wiring member 3 light receiving surface protection member 4 back surface protection member 5 sealing material 7 first conductivity type regions 7b, 8b busbar portions 7f, 8f finger portions 8 second conductivity type regions 11, 111, 211, 311, 411 Semiconductor substrate 13, 23, 33, 113, 123, 133, 213, 223, 233, 313, 323, 333, 413, 423, 433 Intrinsic semiconductor layer 23a First layer 23b Second layer 15 Antireflection layer 25, 125, 225, 325, 425 first conductivity type semiconductor layer 27 first electrode layer 28, 38 transparent electrode layer 29, 39 metal electrode layer 35, 135, 235, 335, 435 second conductivity type semiconductor layer 37 second electrode layer 90, 95,190,193,290,293,390,495 Mask 100 Solar cell module

Claims (14)

2つの主面を有する半導体基板と、前記半導体基板の一方の主面に配置された真性半導体層と、前記半導体基板の前記一方の主面に前記真性半導体層を介して配置された第1導電型半導体層および第2導電型半導体層と、前記第1導電型半導体層に対応する第1電極層および前記第2導電型半導体層に対応する第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の主面側に前記真性半導体層の第1層と第2層とを順に形成する真性半導体層形成工程であって、前記第1層として非晶質シリコンを形成した後、前記第2層として高希釈水素化シリコン、酸化シリコン、窒化シリコン、炭化シリコン、または、これらの化合物を形成する真性半導体層形成工程と、
前記半導体基板の前記一方の主面側において前記真性半導体層上に第1導電型半導体材料膜を形成した後、マスクを用いて、前記マスクの開口部に対応する前記第1導電型半導体材料膜および前記真性半導体層の前記第2層の膜厚方向の一部を、プラズマエッチングにより除去することにより、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一方の主面側において前記マスクの開口部に対応する前記真性半導体層の前記第2層上に前記第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、
を含む、太陽電池の製造方法。
A semiconductor substrate having two principal surfaces, an intrinsic semiconductor layer disposed on one principal surface of the semiconductor substrate, and a first conductor disposed on the one principal surface of the semiconductor substrate with the intrinsic semiconductor layer interposed therebetween. a back contact type solar cell comprising a type semiconductor layer, a second conductivity type semiconductor layer, and a first electrode layer corresponding to the first conductivity type semiconductor layer and a second electrode layer corresponding to the second conductivity type semiconductor layer. A manufacturing method of
an intrinsic semiconductor layer forming step of sequentially forming a first layer and a second layer of the intrinsic semiconductor layer on the one main surface side of the semiconductor substrate, after forming amorphous silicon as the first layer; , an intrinsic semiconductor layer forming step of forming highly diluted silicon hydride, silicon oxide, silicon nitride, silicon carbide, or a compound thereof as the second layer;
After forming a first conductivity type semiconductor material film on the intrinsic semiconductor layer on the one main surface side of the semiconductor substrate, a mask is used to form the first conductivity type semiconductor material film corresponding to the opening of the mask. and a first conductivity type semiconductor layer forming step of forming the first conductivity type semiconductor layer by removing part of the intrinsic semiconductor layer in the film thickness direction of the second layer by plasma etching;
a second conductivity type semiconductor layer forming step of forming the second conductivity type semiconductor layer on the second layer of the intrinsic semiconductor layer corresponding to the opening of the mask on the one main surface side of the semiconductor substrate;
A method of manufacturing a solar cell, comprising:
前記真性半導体層の膜厚方向の一部であって、前記真性半導体層の前記第1導電型半導体層と対向する面側の前記第2層は、前記プラズマエッチングに対して耐性を有する材料を含む、請求項1に記載の太陽電池の製造方法。 The second layer, which is part of the intrinsic semiconductor layer in the film thickness direction and is located on the side of the intrinsic semiconductor layer facing the first conductivity type semiconductor layer , is made of a material resistant to the plasma etching. A method of manufacturing a solar cell according to claim 1, comprising: 前記真性半導体層の前記第2層は、前記真性半導体層の前記第1層よりも、前記プラズマエッチングのレートが遅い材料を含む、請求項2に記載の太陽電池の製造方法。 3. The method of manufacturing a solar cell according to claim 2, wherein said second layer of said intrinsic semiconductor layer comprises a material having a slower plasma etching rate than said first layer of said intrinsic semiconductor layer. 前記真性半導体層の前記第2層は、前記第1導電型半導体層よりも、前記プラズマエッチングのレートが遅い材料を含む、請求項2または3に記載の太陽電池の製造方法。 4. The method of manufacturing a solar cell according to claim 2, wherein said second layer of said intrinsic semiconductor layer includes a material having a slower plasma etching rate than said first conductivity type semiconductor layer. 前記プラズマエッチングは、水素を導入しながらプラズマ放電を行う水素プラズマエッチングである、請求項1~4のいずれか1項に記載の太陽電池の製造方法。 5. The method for manufacturing a solar cell according to claim 1, wherein said plasma etching is hydrogen plasma etching in which plasma discharge is performed while introducing hydrogen. 前記マスクは、メタルマスク、または、リフトオフ法のための有機製マスクまたは無機製マスクである、請求項1~のいずれか1項に記載の太陽電池の製造方法。 6. The method for manufacturing a solar cell according to claim 1, wherein said mask is a metal mask, or an organic or inorganic mask for a lift-off method. 前記マスクの外形は、前記半導体基板の外形よりも大きく、
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では、前記半導体基板の縁は前記マスクで覆われる、
請求項1~のいずれか1項に記載の太陽電池の製造方法。
the outer shape of the mask is larger than the outer shape of the semiconductor substrate;
In the step of forming the semiconductor layer of the first conductivity type and the step of forming the semiconductor layer of the second conductivity type, the edge of the semiconductor substrate is covered with the mask.
A method for manufacturing a solar cell according to any one of claims 1 to 6 .
前記第2導電型半導体層形成工程では、前記マスクの開口部に対応する前記真性半導体層上に、前記プラズマエッチングにより除去された分だけ真性半導体層を形成した後、前記第2導電型半導体層を形成する、請求項1~のいずれか1項に記載の太陽電池の製造方法。 In the step of forming the second conductivity type semiconductor layer, after forming an intrinsic semiconductor layer corresponding to the portion removed by the plasma etching on the intrinsic semiconductor layer corresponding to the opening of the mask, the second conductivity type semiconductor layer is formed. The method for manufacturing a solar cell according to any one of claims 1 to 7 , wherein 前記半導体基板はn型半導体基板であり、
前記第1導電型半導体層はn型半導体層であり、
前記第2導電型半導体層はp型半導体層である、
請求項1~のいずれか1項に記載の太陽電池の製造方法。
The semiconductor substrate is an n-type semiconductor substrate,
the first conductivity type semiconductor layer is an n-type semiconductor layer,
The second conductivity type semiconductor layer is a p-type semiconductor layer,
A method for manufacturing a solar cell according to any one of claims 1 to 8 .
2つの主面を有する半導体基板と、前記半導体基板の一方の主面に配置された真性半導体層と、前記半導体基板の前記一方の主面に前記真性半導体層を介して配置された第1導電型半導体層および第2導電型半導体層と、前記第1導電型半導体層に対応する第1電極層および前記第2導電型半導体層に対応する第2電極層とを備える裏面電極型の太陽電池であって、
前記真性半導体層は、前記半導体基板の前記一方の主面側に順に積層された第1層と第2層とを含み、
前記第1層は、非晶質シリコンを含み、
前記第2層は、高希釈水素化シリコン、酸化シリコン、窒化シリコン、炭化シリコン、または、これらの化合物を含み、
前記第1導電型半導体層と前記半導体基板とに挟まれる前記真性半導体層の厚みT1と、前記第2導電型半導体層と前記半導体基板とに挟まれる前記真性半導体層の厚みT2とでは、T1>T2の関係を満たす、
太陽電池。
A semiconductor substrate having two principal surfaces, an intrinsic semiconductor layer disposed on one principal surface of the semiconductor substrate, and a first conductor disposed on the one principal surface of the semiconductor substrate with the intrinsic semiconductor layer interposed therebetween. a back contact type solar cell comprising a type semiconductor layer, a second conductivity type semiconductor layer, and a first electrode layer corresponding to the first conductivity type semiconductor layer and a second electrode layer corresponding to the second conductivity type semiconductor layer. and
The intrinsic semiconductor layer includes a first layer and a second layer that are sequentially laminated on the one main surface side of the semiconductor substrate,
the first layer comprises amorphous silicon;
the second layer comprises highly diluted silicon hydride, silicon oxide, silicon nitride, silicon carbide, or a compound thereof;
Between the thickness T1 of the intrinsic semiconductor layer sandwiched between the semiconductor layer of the first conductivity type and the semiconductor substrate and the thickness T2 of the intrinsic semiconductor layer sandwiched between the semiconductor layer of the second conductivity type and the semiconductor substrate, T1 > satisfies the relation of T2,
solar cell.
前記第2導電型半導体層の幅方向における中心付近での前記第2導電型半導体層の厚みは、前記幅方向における中心付近以外での前記第2導電型半導体層の厚みに比べて厚い、請求項10に記載の太陽電池。 The thickness of the second conductivity type semiconductor layer near the center in the width direction of the second conductivity type semiconductor layer is thicker than the thickness of the second conductivity type semiconductor layer other than near the center in the width direction. Item 11. The solar cell according to item 10 . 前記真性半導体層の膜厚方向の一部であって、前記真性半導体層の前記第1導電型半導体層と対向する面側の前記第2層は、前記第1導電型半導体層を形成するためのプラズマエッチングに対して耐性を有する材料を含む、請求項10または11に記載の太陽電池。 The second layer, which is a part of the intrinsic semiconductor layer in the film thickness direction and is located on the side of the intrinsic semiconductor layer facing the first conductivity type semiconductor layer, is for forming the first conductivity type semiconductor layer. 12. A solar cell according to claim 10 or 11 , comprising a material resistant to plasma etching of . 前記真性半導体層の前記第2層は、前記真性半導体層の前記第1層よりも、前記プラズマエッチングのレートが遅い材料を含む、請求項12に記載の太陽電池。 13. The solar cell of claim 12 , wherein said second layer of said intrinsic semiconductor layer comprises a material having a slower plasma etch rate than said first layer of said intrinsic semiconductor layer. 前記真性半導体層の前記第2層は、前記第1導電型半導体層よりも、前記プラズマエッチングのレートが遅い材料を含む、請求項12または13に記載の太陽電池。 14. The solar cell according to claim 12 or 13, wherein said second layer of said intrinsic semiconductor layer comprises a material having a slower plasma etching rate than said first conductivity type semiconductor layer.
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