JP7274899B2 - Solar cell manufacturing method - 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に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a back electrode type (back contact 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。特許文献1には、裏面電極型の太陽電池が開示されている。 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-sided electrode type solar cell. Patent Literature 1 discloses a back electrode type solar cell.

特許文献1に記載の太陽電池は、光電変換層として機能する半導体基板と、半導体基板の裏面側の一部に順に積層された第1導電型半導体層および第1電極層と、半導体基板の裏面側の他の一部に順に積層された第2導電型半導体層および第2電極層とを備える。 The solar cell described in Patent Document 1 includes a semiconductor substrate that functions as a photoelectric conversion layer, a first conductivity type semiconductor layer and a first electrode layer that are sequentially laminated on a part of the back surface side of the semiconductor substrate, and a back surface of the semiconductor substrate. A second conductivity type semiconductor layer and a second electrode layer are laminated in order on the other part of the side.

特開2014-75526号公報JP 2014-75526 A

一般に、第1導電型半導体層のパターニング(1回目のパターニング)および第2導電型半導体層のパターニング(2回目のパターニング)において、フォトリソグラフィ技術を用いたエッチング法が用いられる。しかし、フォトリソグラフィ技術を用いたエッチング法では、例えばスピンコート法によるフォトレジスト塗布、フォトレジスト乾燥、フォトレジスト露光、フォトレジスト現像、フォトレジストをマスクとして用いた半導体層のエッチング、およびフォトレジスト剥離のプロセスが必要であり、プロセスが複雑であった。 In general, an etching method using a photolithographic technique is used for patterning the first conductivity type semiconductor layer (first patterning) and patterning the second conductivity type semiconductor layer (second patterning). However, in the etching method using the photolithographic technique, for example, photoresist application by spin coating, photoresist drying, photoresist exposure, photoresist development, etching of a semiconductor layer using photoresist as a mask, and photoresist stripping are performed. A process was required and the process was complicated.

この点に関し、特許文献1には、2回目のパターニングにおいて、リフトオフ層(犠牲層)を用いたリフトオフ法により、パターニングのプロセスの簡略化を図る技術が記載されている。リフトオフ層は、1回目のパターニングの前に形成され、1回目のパターニングにおいて半導体層とともにパターニングされる。この1回目のパターニングの際に、リフトオフ層の種類とパターニングに使用するレジストの組み合わせによっては、リフトオフ層が剥離してしまうことがあった。 Regarding this point, Patent Document 1 describes a technique for simplifying the patterning process by a lift-off method using a lift-off layer (sacrificial layer) in the second patterning. The lift-off layer is formed before the first patterning and is patterned together with the semiconductor layer during the first patterning. During the first patterning, the lift-off layer may peel off depending on the combination of the type of lift-off layer and the resist used for patterning.

本発明は、製造プロセスの簡略化およびリフトオフ層の剥離の抑制が可能な太陽電池の製造方法を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a solar cell capable of simplifying the manufacturing process and suppressing peeling of the lift-off layer.

本発明に係る太陽電池の製造方法は、半導体基板と、半導体基板の一方主面側と反対側の他方主面側の一部である第1領域に順に積層された第1導電型半導体層および第1電極層と、半導体基板の他方主面側の他の一部である第2領域に順に積層された第2導電型半導体層および第2電極層とを備える裏面電極型の太陽電池の製造方法であって、半導体基板の他方主面側に、第1導電型半導体層の材料膜を形成する第1半導体層材料膜形成工程と、第1導電型半導体層の材料膜の上に、リフトオフ層を形成するリフトオフ層形成工程と、リフトオフ層の上に、リフトオフ層を保護する第1保護層を形成する第1保護層形成工程と、パターン印刷レジストを用いて、第2領域における第1保護層、リフトオフ層および第1導電型半導体層の材料膜を除去することにより、第1領域に、パターン化された第1導電型半導体層、リフトオフ層および第1保護層を形成し、パターン印刷レジストを除去する第1半導体層形成工程と、半導体基板の両主面をクリーニングする洗浄工程と、第1領域におけるリフトオフ層および第1保護層の上および第2領域に、第2導電型半導体層の材料膜を形成する第2半導体層材料膜形成工程と、リフトオフ層を除去することにより、第1領域における第1保護層および第2導電型半導体層の材料膜を除去し、第2領域に、パターン化された第2導電型半導体層を形成する第2半導体層形成工程とを含み、第1半導体層形成工程において、第1領域における第1保護層は、パターン化に使用される溶液から第1領域におけるリフトオフ層を保護し、洗浄工程において、第1領域における第1保護層は、クリーニングから第1領域におけるリフトオフ層を保護する。 A method for manufacturing a solar cell according to the present invention comprises: a semiconductor substrate; Manufacture of a back electrode type solar cell comprising a first electrode layer, and a second conductivity type semiconductor layer and a second electrode layer laminated in order on a second region which is another part of the other main surface of a semiconductor substrate a first semiconductor layer material film forming step of forming a first conductivity type semiconductor layer material film on the other main surface side of a semiconductor substrate; a lift-off layer forming step of forming a layer; a first protective layer forming step of forming a first protective layer for protecting the lift-off layer on the lift-off layer; forming a patterned first conductivity type semiconductor layer, a lift-off layer and a first protection layer in the first region by removing the material film of the layer, the lift-off layer and the first conductivity type semiconductor layer, and patterning the pattern printing resist a cleaning step of cleaning both main surfaces of the semiconductor substrate; and a second conductivity type semiconductor layer on the lift-off layer and the first protective layer in the first region and on the second region. a second semiconductor layer material film forming step of forming a material film; a second semiconductor layer forming step of forming a patterned second conductivity type semiconductor layer, wherein in the first semiconductor layer forming step, the first protective layer in the first region is removed from the solution used for patterning; Protecting the lift-off layer in one area, in a cleaning step, the first protective layer in the first area protects the lift-off layer in the first area from cleaning.

本発明によれば、太陽電池の製造プロセスの簡略化およびリフトオフ層の剥離の抑制が可能である。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the simplification of the manufacturing process of a solar cell and suppression of peeling of a lift-off layer are possible.

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1の太陽電池におけるII-II線断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line II-II in the solar cell of FIG. 1; 本実施形態に係る太陽電池の製造方法における第1半導体層材料膜形成工程、リフトオフ層形成工程、第1保護層形成工程、絶縁層形成工程および第2保護層形成工程を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a first semiconductor layer material film forming step, a lift-off layer forming step, a first protective layer forming step, an insulating layer forming step, and a second protective layer forming step in the method for manufacturing a solar cell according to the present embodiment; 本実施形態に係る太陽電池の製造方法における第1半導体層形成工程を示す図である。It is a figure which shows the 1st 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半導体層形成工程を示す図である。It is a figure which shows the 1st 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半導体層形成工程を示す図である。It is a figure which shows the 1st 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半導体層材料膜形成工程を示す図である。It is a figure which shows the 2nd semiconductor layer material film 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半導体層形成工程を示す図である。It is a figure which shows the 2nd 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. 比較例の太陽電池の製造方法における第1半導体層材料膜形成工程およびリフトオフ層形成工程を示す図である。It is a figure which shows the 1st semiconductor layer material film|membrane formation process and the lift-off layer formation process in the manufacturing method of the solar cell of a comparative example. 比較例の太陽電池の製造方法における第1半導体層形成工程を示す図である。It is a figure which shows the 1st semiconductor layer formation process in the manufacturing method of the solar cell of a comparative example. 比較例の太陽電池の製造方法における第1半導体層形成工程を示す図である。It is a figure which shows the 1st semiconductor layer formation process in the manufacturing method of the solar cell of a comparative example. 比較例の太陽電池の製造方法における第1半導体層形成工程を示す図である。It is a figure which shows the 1st semiconductor layer formation process in the manufacturing method of the solar cell of a comparative example. 比較例の太陽電池の製造方法における第2半導体層材料膜形成工程を示す図である。It is a figure which shows the 2nd semiconductor layer material film formation process in the manufacturing method of the solar cell of a comparative example. 比較例の太陽電池の製造方法における第2半導体層形成工程を示す図である。It is a figure which shows the 2nd semiconductor layer formation process in the manufacturing method of the solar cell of a comparative example. 比較例の太陽電池の製造方法における電極層形成工程を示す図である。It is a figure which shows the electrode layer formation process in the manufacturing method of the solar cell of a comparative example. 比較例の太陽電池の製造方法における光学調整層形成工程を示す図である。It is a figure which shows the optical adjustment layer formation process in the manufacturing method of the solar cell of a comparative example.

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、ハッチングや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. Also, for convenience, hatching, member numbers, etc. may be omitted, but in such cases, other drawings shall be referred to.

(太陽電池)
図1は、本実施形態に係る太陽電池を裏面側からみた図である。図1に示す太陽電池1は、裏面電極型の太陽電池である。太陽電池1は、2つの主面を備えるn型(第2導電型)半導体基板11を備え、半導体基板11の主面において第1領域7と第2領域8とを有する。
(solar cell)
FIG. 1 is a view of the solar cell according to this embodiment viewed from the back side. The solar cell 1 shown in FIG. 1 is a back electrode type solar cell. Solar cell 1 includes n-type (second conductivity type) semiconductor substrate 11 having two main surfaces, and has first region 7 and second region 8 on the main surface of semiconductor substrate 11 .

第1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第1方向(X方向)に延在し、フィンガー部7fは、バスバー部7bから、第1方向(X方向)に交差する第2方向(Y方向)に延在する。
同様に、第2領域8は、いわゆる櫛型の形状であり、櫛歯に相当する複数のフィンガー部8fと、櫛歯の支持部に相当するバスバー部8bとを有する。バスバー部8bは、半導体基板11の一方の辺部に対向する他方の辺部に沿って第1方向(X方向)に延在し、フィンガー部8fは、バスバー部8bから、第2方向(Y方向)に延在する。
フィンガー部7fとフィンガー部8fとは、第1方向(X方向)に交互に設けられている。
なお、第1領域7および第2領域8は、ストライプ状に形成されてもよい。
The first region 7 has a so-called comb shape, and includes a plurality of finger portions 7f corresponding to comb teeth and busbar portions 7b corresponding to support portions of the comb teeth. The busbar portion 7b extends in a first direction (X direction) along one side portion of the semiconductor substrate 11, and the finger portions 7f extend from the busbar portion 7b in a second direction intersecting the first direction (X direction). direction (Y direction).
Similarly, the second region 8 has a so-called comb shape, and includes a plurality of finger portions 8f corresponding to comb teeth and busbar portions 8b corresponding to support portions for the comb teeth. The busbar portion 8b extends in a first direction (X direction) along one side portion of the semiconductor substrate 11 opposite to the other side portion, and the finger portions 8f extend in a second direction (Y direction) from the busbar portion 8b. direction).
The finger portions 7f and the finger portions 8f are alternately provided in the first direction (X direction).
Note that the first region 7 and the second region 8 may be formed in stripes.

図2は、図1の太陽電池におけるII-II線断面図である。図2に示すように、太陽電池1は、半導体基板11と、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および光学調整層15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(第1領域7)に順に積層された真性半導体層23、p型(第1導電型)半導体層25および第1電極層27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(第2領域8)に順に積層された真性半導体層33、n型(第2導電型)半導体層35、および第2電極層37を備える。 FIG. 2 is a cross-sectional view of the solar cell of FIG. 1 taken along the line II-II. As shown in FIG. 2, the solar cell 1 includes a semiconductor substrate 11, an intrinsic semiconductor layer 13 and an optical semiconductor layer 13 which are sequentially laminated on the light receiving surface side which is one of the main surfaces of the semiconductor substrate 11 on the light receiving side. An adjustment layer 15 is provided. In the solar cell 1, the intrinsic semiconductor layers 23, p type (first conductivity type) semiconductor layer 25 and a first electrode layer 27 . In addition, the solar cell 1 includes an intrinsic semiconductor layer 33, an n-type (second conductivity type) semiconductor layer 35, and a second electrode, which are sequentially laminated on another portion (second region 8) of the back surface side of the semiconductor substrate 11. A layer 37 is provided.

半導体基板11は、単結晶シリコンまたは多結晶シリコン等の結晶シリコン材料で形成される。半導体基板11は、例えば結晶シリコン材料にn型ドーパントがドープされたn型の半導体基板である。n型ドーパントとしては、例えばリン(P)が挙げられる。
半導体基板11は、受光面側からの入射光を吸収して光キャリア(電子および正孔)を生成する光電変換基板として機能する。
半導体基板11の材料として結晶シリコンが用いられることにより、暗電流が比較的に小さく、入射光の強度が低い場合であっても比較的高出力(照度によらず安定した出力)が得られる。
Semiconductor substrate 11 is formed of a crystalline silicon material such as monocrystalline silicon or polycrystalline silicon. The semiconductor substrate 11 is, for example, an n-type semiconductor substrate in which a crystalline silicon material is doped with an n-type dopant. Examples of n-type dopants include phosphorus (P).
The semiconductor substrate 11 functions as a photoelectric conversion substrate that absorbs incident light from the light receiving surface side and generates photocarriers (electrons and holes).
Since crystalline silicon is used as the material of the semiconductor substrate 11, dark current is relatively small, and relatively high output (stable output regardless of illuminance) can be obtained even when the intensity of incident light is low.

真性半導体層13は、半導体基板11の受光面側に形成されている。真性半導体層23は、半導体基板11の裏面側の第1領域7に形成されている。真性半導体層33は、半導体基板11の裏面側の第2領域8に形成されている。真性半導体層13,23,33は、例えば真性(i型)アモルファスシリコンを主成分とする材料で形成される。
真性半導体層13,23,33は、いわゆるパッシベーション層として機能し、半導体基板11で生成されたキャリアの再結合を抑制し、キャリアの回収効率を高める。
The intrinsic semiconductor layer 13 is formed on the light receiving surface side of the semiconductor substrate 11 . The intrinsic semiconductor layer 23 is formed in the first region 7 on the back side of the semiconductor substrate 11 . The intrinsic semiconductor layer 33 is formed in the second region 8 on the back side of the semiconductor substrate 11 . The intrinsic semiconductor layers 13, 23, 33 are made of a material containing, for example, intrinsic (i-type) amorphous silicon as a main component.
The intrinsic semiconductor layers 13, 23, and 33 function as so-called passivation layers, suppress recombination of carriers generated in the semiconductor substrate 11, and enhance carrier recovery efficiency.

光学調整層15は、半導体基板11の受光面側の真性半導体層13上に形成されている。光学調整層15は、入射光の反射を防止する反射防止層として機能するとともに、半導体基板11の受光面側および真性半導体層13を保護する保護層として機能する。光学調整層15は、例えば酸化珪素(SiO)、窒化珪素(SiN)、または酸窒化珪素(SiON)のようなそれらの複合物等の絶縁体材料で形成される。 The optical adjustment layer 15 is formed on the intrinsic semiconductor layer 13 on the light receiving surface side of the semiconductor substrate 11 . The optical adjustment layer 15 functions as an antireflection layer that prevents reflection of incident light, and also functions as a protective layer that protects the light receiving surface side of the semiconductor substrate 11 and the intrinsic semiconductor layer 13 . The optical adjustment layer 15 is formed of an insulator material such as silicon oxide (SiO), silicon nitride (SiN), or a composite thereof such as silicon oxynitride (SiON).

p型半導体層25は、真性半導体層23上に、すなわち半導体基板11の裏面側の第1領域7に形成されている。p型半導体層25は、例えばアモルファスシリコン材料で形成される。p型半導体層25は、例えばアモルファスシリコン材料にp型ドーパントがドープされたp型の半導体層である。p型ドーパントとしては、例えばホウ素(B)が挙げられる。 The p-type semiconductor layer 25 is formed on the intrinsic semiconductor layer 23 , that is, in the first region 7 on the back side of the semiconductor substrate 11 . The p-type semiconductor layer 25 is made of, for example, an amorphous silicon material. The p-type semiconductor layer 25 is, for example, a p-type semiconductor layer in which an amorphous silicon material is doped with a p-type dopant. Examples of p-type dopants include boron (B).

n型半導体層35は、真性半導体層33上に、すなわち半導体基板11の裏面側の第2領域8に形成されている。n型半導体層35は、例えばアモルファスシリコン材料で形成される。n型半導体層35は、例えばアモルファスシリコン材料にn型ドーパント(例えば、上述したリン(P))がドープされたn型半導体層である。 The n-type semiconductor layer 35 is formed on the intrinsic semiconductor layer 33 , that is, in the second region 8 on the back side of the semiconductor substrate 11 . The n-type semiconductor layer 35 is made of, for example, an amorphous silicon material. The n-type semiconductor layer 35 is an n-type semiconductor layer in which, for example, an amorphous silicon material is doped with an n-type dopant (for example, phosphorus (P) described above).

第1電極層27は、p型半導体層25上に形成されており、第2電極層37は、n型半導体層35上に形成されている。
第1電極層27は、p型半導体層25上に順に積層された透明電極層28と金属電極層29とを有する。第2電極層37は、n型半導体層35上に順に積層された透明電極層38と金属電極層39とを有する。
透明電極層28,38は、透明な導電性材料で形成される。透明導電性材料としては、ITO(Indium Tin Oxide:酸化インジウムおよび酸化スズの複合酸化物)、ZnO(Zinc Oxide:酸化亜鉛)が挙げられる。金属電極層29,39は、銀等の金属粉末を含有する導電性ペースト材料で形成される。
The first electrode layer 27 is formed on the p-type semiconductor layer 25 and the second electrode layer 37 is formed on the n-type semiconductor layer 35 .
The first electrode layer 27 has a transparent electrode layer 28 and a metal electrode layer 29 that are sequentially laminated on the p-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 n-type semiconductor layer 35 .
The transparent electrode layers 28, 38 are made of a transparent conductive material. Transparent conductive materials include ITO (Indium Tin Oxide: composite oxide of indium oxide and tin oxide) and ZnO (Zinc Oxide: zinc oxide). The metal electrode layers 29 and 39 are made of a conductive paste material containing metal powder such as silver.

(比較例の太陽電池の製造方法)
本願発明者らは、p型半導体層のパターニング(1回目のパターニング)において、パターン印刷法によるパターン印刷レジストを用いることを考案している。これにより、スピンコート法によるフォトレジスト(フォトリソグラフィ法)を用いた場合と比較して、露光および現像の工程を削減することができ、太陽電池の製造プロセスの簡略化が可能となる。
また、本願発明者らは、n型半導体層のパターニング(2回目のパターニング)において、リフトオフ層(犠牲層)を用いたリフトオフ法を採用することを考案している。これにより、太陽電池の製造プロセスの簡略化が可能となる。
更に、本願発明者らは、p型半導体層のパターニングにおいて、パターン印刷レジストを除去する溶液として安価なアルカリ溶液を採用することを考案している。これにより、太陽電池の低コスト化が可能となる。
(Manufacturing method of solar cell of comparative example)
The inventors of the present application have devised the use of a pattern printing resist by a pattern printing method in the patterning (first patterning) of the p-type semiconductor layer. As a result, compared with the case of using a photoresist (photolithography method) by spin coating, the steps of exposure and development can be reduced, and the manufacturing process of solar cells can be simplified.
In addition, the inventors of the present application have devised adopting a lift-off method using a lift-off layer (sacrificial layer) in the patterning of the n-type semiconductor layer (second patterning). This enables simplification of the manufacturing process of the solar cell.
Furthermore, the inventors of the present application have devised the use of an inexpensive alkaline solution as a solution for removing the pattern printing resist in the patterning of the p-type semiconductor layer. As a result, the cost of the solar cell can be reduced.

なお、パターン印刷とは、フォトリソグラフィ法のように、一度、パターン化前のレジスト膜(非パターンレジスト膜)を形成した後に、露光・現像のような工程を経る印刷ではなく、スクリーン印刷若しくはグラビア印刷のようなプレス印刷、または、インクジェット印刷のような吐出印刷のような、レジスト付着面に対して、直接、パターン化したレジスト(印刷材料)を付着させる印刷法を意味する。また、パターン印刷レジストとは、パターン印刷に使用される印刷材料(レジスト材料)を意味する。 Note that pattern printing is not printing that undergoes processes such as exposure and development after forming a resist film (non-pattern resist film) before patterning, as in the photolithography method, but screen printing or gravure printing. It means a printing method such as press printing such as printing, or ejection printing such as inkjet printing, in which a patterned resist (printing material) is directly adhered to a resist adhesion surface. A pattern printing resist means a printing material (resist material) used for pattern printing.

以下に、図4A~図4Hを参照して、本願発明者らの考案に基づく比較例の太陽電池1Xの製造方法、およびその課題について説明する。図4Aは、比較例の太陽電池の製造方法における第1半導体層材料膜形成工程およびリフトオフ層形成工程を示す図であり、図4B~図4Dは、比較例の太陽電池の製造方法における第1半導体層形成工程を示す図である。また、図4Eは、比較例の太陽電池の製造方法における第2半導体層材料膜形成工程を示す図であり、図4Fは、比較例の太陽電池の製造方法における第2半導体層形成工程を示す図である。また、図4Gは、比較例の太陽電池の製造方法における電極層形成工程を示す図であり、図4Hは、比較例の太陽電池の製造方法における光学調整層形成工程を示す図である。 A method for manufacturing a solar cell 1X of a comparative example based on the invention of the inventors of the present application and problems thereof will be described below with reference to FIGS. 4A to 4H. FIG. 4A is a diagram showing a first semiconductor layer material film forming step and a lift-off layer forming step in a solar cell manufacturing method of a comparative example, and FIGS. It is a figure which shows a semiconductor layer formation process. FIG. 4E is a view showing a second semiconductor layer material film forming step in the method for manufacturing a solar cell of Comparative Example, and FIG. 4F shows a second semiconductor layer forming step in the method for manufacturing a solar cell of Comparative Example. It is a diagram. FIG. 4G is a diagram showing an electrode layer forming step in the solar cell manufacturing method of the comparative example, and FIG. 4H is a diagram showing an optical adjustment layer forming step in the solar cell manufacturing method of the comparative example.

まず、図4Aに示すように、例えばCVD法(化学気相堆積法)を用いて、半導体基板11Xの裏面側の全面に、真性半導体層材料膜23ZXおよびp型半導体層材料膜25ZXを順に積層(製膜)する(第1半導体層材料膜形成工程)。
また、例えばCVD法を用いて、半導体基板11Xの受光面側の全面に、真性半導体層13Xを積層(製膜)する。なお、真性半導体層材料膜23ZXおよびp型半導体層材料膜25ZXと、真性半導体層13Xとの製膜の順序は限定されない。
First, as shown in FIG. 4A, an intrinsic semiconductor layer material film 23ZX and a p-type semiconductor layer material film 25ZX are sequentially laminated on the entire back surface side of the semiconductor substrate 11X using, for example, the CVD method (chemical vapor deposition method). (Film formation) (First semiconductor layer material film forming step).
Further, an intrinsic semiconductor layer 13X is stacked (film-formed) on the entire surface of the semiconductor substrate 11X on the light receiving surface side by using, for example, the CVD method. The order of forming the intrinsic semiconductor layer material film 23ZX, the p-type semiconductor layer material film 25ZX, and the intrinsic semiconductor layer 13X is not limited.

次に、例えばCVD法を用いて、半導体基板11Xの裏面側の全面に、具体的にはp型半導体層材料膜25ZX上の全面に、リフトオフ層(犠牲層)41Xを積層(製膜)する(リフトオフ層形成工程)。
リフトオフ層41Xは、酸化珪素(SiO)、窒化珪素(SiN)、または酸窒化珪素(SiON)のようなそれらの複合物等の材料で形成される。
Next, a lift-off layer (sacrificial layer) 41X is laminated (formed) on the entire back surface side of the semiconductor substrate 11X, specifically, on the entire surface of the p-type semiconductor layer material film 25ZX, using, for example, the CVD method. (Lift-off layer forming step).
The lift-off layer 41X is formed of a material such as silicon oxide (SiO), silicon nitride (SiN), or a compound thereof such as silicon oxynitride (SiON).

次に、図4B~図4Dに示すように、パターン印刷レジストを用いて、半導体基板11Xの裏面側において、第2領域8における真性半導体層材料膜23ZX、p型半導体層材料膜25ZXおよびリフトオフ層41Xを除去することにより、第1領域7に、パターン化された真性半導体層23X、p型半導体層25Xおよびリフトオフ層41Xを形成する(第1半導体層形成工程)。 Next, as shown in FIGS. 4B to 4D, a pattern printing resist is used to form an intrinsic semiconductor layer material film 23ZX, a p-type semiconductor layer material film 25ZX and a lift-off layer in the second region 8 on the back side of the semiconductor substrate 11X. By removing 41X, patterned intrinsic semiconductor layer 23X, p-type semiconductor layer 25X and lift-off layer 41X are formed in first region 7 (first semiconductor layer forming step).

具体的には、図4Bに示すように、半導体基板11Xの裏面側の第1領域7、および半導体基板11Xの受光面側の全面に、パターン印刷法を用いてパターン印刷レジスト90Xを形成する。パターン印刷レジストの膜厚は、例えば1μm以上50μm以下である。パターン印刷法を用いたパターン印刷レジストによれば、従来のスピンコート法を用いたフォトレジスト(フォトリソグラフィ法)におけるレジストの露光および現像が不要となる(製造プロセスの簡略化)。 Specifically, as shown in FIG. 4B, a pattern printing resist 90X is formed on the first region 7 on the back surface side of the semiconductor substrate 11X and on the entire light receiving surface side of the semiconductor substrate 11X using a pattern printing method. The film thickness of the pattern printing resist is, for example, 1 μm or more and 50 μm or less. According to the pattern-printed resist using the pattern printing method, the exposure and development of the resist (simplification of the manufacturing process) in the photoresist using the conventional spin coating method (photolithography method) are not required.

その後、図4Cに示すように、パターン印刷レジスト90Xをマスクとして、第2領域8におけるリフトオフ層41X、p型半導体層材料膜25ZXおよび真性半導体層材料膜23ZXをエッチングすることにより、第1領域7に、パターン化された真性半導体層23X、p型半導体層25Xおよびリフトオフ層41Xを形成する。リフトオフ層41X、p型半導体層材料膜25ZXおよび真性半導体層材料膜23ZXに対するエッチング溶液としては、例えばフッ酸と硝酸との混合液等の酸性溶液が用いられる。このとき、第1の課題が生じる(詳細は後述する)。 Thereafter, as shown in FIG. 4C, the lift-off layer 41X, the p-type semiconductor layer material film 25ZX, and the intrinsic semiconductor layer material film 23ZX in the second region 8 are etched using the pattern printing resist 90X as a mask, thereby forming the first region 7. Then, patterned intrinsic semiconductor layer 23X, p-type semiconductor layer 25X and lift-off layer 41X are formed. As an etching solution for the lift-off layer 41X, the p-type semiconductor layer material film 25ZX and the intrinsic semiconductor layer material film 23ZX, an acidic solution such as a mixed solution of hydrofluoric acid and nitric acid is used. At this time, a first problem arises (details will be described later).

その後、図4Dに示すように、パターン印刷レジスト90Xを除去する。パターン印刷レジスト90Xに対するエッチング溶液としては、安価なアルカリ溶液が用いられる(低コスト化)。このとき、第2の課題が生じる(詳細は後述する)。 After that, as shown in FIG. 4D, the pattern printing resist 90X is removed. An inexpensive alkaline solution is used as an etching solution for the pattern printing resist 90X (cost reduction). At this time, a second problem arises (details will be described later).

次に、半導体基板11Xの両面側をクリーニングする(洗浄工程)。洗浄工程では、例えばオゾン処理を行った後、フッ酸処理が行われる。フッ酸処理とは、フッ酸のみならず、フッ酸に他の種類の酸(洗浄工程では、例えば塩酸)を含めた混合物での処理も含むものとする。このとき、第3の課題が生じる(詳細は後述する)。 Next, both sides of the semiconductor substrate 11X are cleaned (cleaning process). In the cleaning process, for example, hydrofluoric acid treatment is performed after ozone treatment. The hydrofluoric acid treatment includes not only hydrofluoric acid, but also treatment with a mixture containing hydrofluoric acid and other kinds of acid (for example, hydrochloric acid in the washing step). At this time, a third problem arises (details will be described later).

次に、図4Eに示すように、例えばCVD法を用いて、半導体基板11Xの裏面側の全面に、真性半導体層材料膜33ZXおよびn型半導体層材料膜35ZXを順に積層(製膜)する(第2半導体層材料膜形成工程)。 Next, as shown in FIG. 4E, an intrinsic semiconductor layer material film 33ZX and an n-type semiconductor layer material film 35ZX are sequentially laminated (formed) on the entire back surface side of the semiconductor substrate 11X using, for example, the CVD method ( second semiconductor layer material film forming step).

次に、図4Fに示すように、リフトオフ層(犠牲層)を用いたリフトオフ法を利用して、半導体基板11Xの裏面側において、第1領域7における真性半導体層材料膜33ZXおよびn型半導体層材料膜35ZXを除去することにより、第2領域8に、パターン化された真性半導体層33Xおよびn型半導体層35Xを形成する(第2半導体層形成工程)。 Next, as shown in FIG. 4F, the intrinsic semiconductor layer material film 33ZX and the n-type semiconductor layer in the first region 7 are removed from the back surface of the semiconductor substrate 11X using a lift-off method using a lift-off layer (sacrificial layer). By removing the material film 35ZX, the patterned intrinsic semiconductor layer 33X and the n-type semiconductor layer 35X are formed in the second region 8 (second semiconductor layer forming step).

具体的には、リフトオフ層41Xを除去することにより、リフトオフ層41X上の真性半導体層材料膜33ZXおよびn型半導体層材料膜35ZXを除去し、第2領域8に真性半導体層33Xおよびn型半導体層35Xを形成する。リフトオフ層41の除去溶液としては、例えばフッ酸等の酸性溶液が用いられる。 Specifically, by removing the lift-off layer 41X, the intrinsic semiconductor layer material film 33ZX and the n-type semiconductor layer material film 35ZX on the lift-off layer 41X are removed, and the intrinsic semiconductor layer 33X and the n-type semiconductor are formed in the second region 8. Form layer 35X. As a removal solution for the lift-off layer 41, for example, an acidic solution such as hydrofluoric acid is used.

次に、図4Gに示すように、半導体基板11Xの裏面側に、第1電極層27Xおよび第2電極層37Xを形成する(電極層形成工程)。
具体的には、例えばスパッタリング法等のPVD法(物理気相成長法)を用いて、半導体基板11Xの裏面側の全面に、透明電極層材料膜を積層(製膜)する。その後、例えばエッチングペーストを用いたエッチング法を用いて、透明電極層材料膜の一部を除去することにより、パターン化された透明電極層28X,38Xを形成する。透明電極層材料膜に対するエッチング溶液としては、例えば塩酸または塩化第二鉄水溶液が用いられる。
その後、例えばパターン印刷法または塗布法を用いて、透明電極層28X上に金属電極層29Xを形成し、透明電極層38Xの上に金属電極層39Xを形成することにより、第1電極層27Xおよび第2電極層37Xを形成する。
Next, as shown in FIG. 4G, a first electrode layer 27X and a second electrode layer 37X are formed on the back surface side of the semiconductor substrate 11X (electrode layer forming step).
Specifically, a transparent electrode layer material film is laminated (formed) on the entire back surface side of the semiconductor substrate 11X using, for example, a PVD method (physical vapor deposition method) such as a sputtering method. After that, patterned transparent electrode layers 28X and 38X are formed by removing part of the transparent electrode layer material film, for example, using an etching method using an etching paste. As an etching solution for the transparent electrode layer material film, for example, hydrochloric acid or ferric chloride aqueous solution is used.
After that, for example, using a pattern printing method or a coating method, the metal electrode layer 29X is formed on the transparent electrode layer 28X, and the metal electrode layer 39X is formed on the transparent electrode layer 38X, whereby the first electrode layer 27X and the A second electrode layer 37X is formed.

次に、図4Hに示すように、半導体基板11Xの受光面側の全面に、光学調整層15Xを積層(製膜)する。
以上の工程により、比較例の裏面電極型の太陽電池1Xが完成する。
Next, as shown in FIG. 4H, an optical adjustment layer 15X is laminated (formed) on the entire light receiving surface side of the semiconductor substrate 11X.
Through the above steps, the back electrode type solar cell 1X of the comparative example is completed.

(第1の課題)
第1半導体層形成工程において、真性半導体層23X、p型半導体層25Xおよびリフトオフ層41Xのパターニングの際に、パターン印刷レジスト90Xに覆われた第1領域7におけるリフトオフ層41Xが剥離してしまうことがある。
これは、従来のスピンコート法を用いたフォトレジスト(フォトリソグラフィ法)に代えて、レジストの露光および現像が不要な(製造プロセスの簡略化が可能な)、パターン印刷法を用いたパターン印刷レジストを使用したことによるものと予想される。
パターン印刷法によるパターン印刷レジストの組成は、スピンコート法によるフォトレジストの組成と比較して粗いと予想される。これにより、エッチング液の含有成分であるフッ酸がパターン印刷レジスト90Xを通過して、リフトオフ層41Xに染み込み、リフトオフ層41Xが剥離することが予想される。
リフトオフ層41Xが剥離してしまうと、第2半導体層形成工程におけるリフトオフプロセスが正常に行われなくなってしまう。
(First issue)
In the first semiconductor layer forming step, when the intrinsic semiconductor layer 23X, the p-type semiconductor layer 25X, and the lift-off layer 41X are patterned, the lift-off layer 41X in the first region 7 covered with the pattern printing resist 90X is peeled off. There is
This is a pattern printing resist using a pattern printing method that does not require exposure and development of the resist (simplification of the manufacturing process) in place of the photoresist (photolithography method) using the conventional spin coating method. presumably due to the use of
The composition of the pattern-printed resist is expected to be coarser than that of the spin-coated photoresist. As a result, it is expected that hydrofluoric acid, which is a component of the etchant, will pass through the pattern printing resist 90X and soak into the lift-off layer 41X, causing the lift-off layer 41X to peel off.
If the lift-off layer 41X is peeled off, the lift-off process in the second semiconductor layer formation process cannot be performed normally.

(第2の課題)
第1半導体層形成工程において、パターン印刷レジスト90Xを除去する際、受光面側の真性半導体層13Xがアルカリ溶液によって溶けてしまい、太陽電池1Xの性能が低下してしまう。
この点に関し、アルカリ溶液に耐性を有する、酸化珪素(SiO)、窒化珪素(SiN)、または酸窒化珪素(SiON)のようなそれらの複合物等の材料の絶縁層を、真性半導体層13X上に形成することが考えられる。
しかし、上述した第1の課題と同様の問題が発生することが予想される。すなわち、第1半導体層形成工程において、真性半導体層23X、p型半導体層25Xおよびリフトオフ層41Xのパターニングの際に、パターン印刷レジスト90Xに覆われた受光面側の絶縁層が剥離してしまうことが予想される。すると、パターン印刷レジスト90Xを除去する際、受光面側の真性半導体層13Xがアルカリ溶液によって溶けてしまう。
(Second issue)
In the first semiconductor layer forming step, when the pattern printing resist 90X is removed, the intrinsic semiconductor layer 13X on the light-receiving surface side is dissolved by the alkaline solution, which deteriorates the performance of the solar cell 1X.
In this regard, an insulating layer of a material such as silicon oxide (SiO), silicon nitride (SiN), or a composite thereof, such as silicon oxynitride (SiON), which is resistant to alkaline solutions, is deposited on the intrinsic semiconductor layer 13X. It is possible to form
However, it is expected that a problem similar to the first problem described above will occur. That is, in the first semiconductor layer forming step, when the intrinsic semiconductor layer 23X, the p-type semiconductor layer 25X, and the lift-off layer 41X are patterned, the insulating layer on the light-receiving surface side covered with the pattern printing resist 90X is peeled off. is expected. Then, when the pattern printing resist 90X is removed, the intrinsic semiconductor layer 13X on the light receiving surface side is dissolved by the alkaline solution.

(第3の課題)
洗浄工程において、半導体基板11Xの両面側のクリーニングの際に、第1領域7におけるリフトオフ層41Xがオゾン処理およびフッ酸処理によって溶けてしまい、剥離してしまうことがある。
(Third issue)
In the cleaning process, when cleaning both sides of the semiconductor substrate 11X, the lift-off layer 41X in the first region 7 may be melted and peeled off by the ozone treatment and the hydrofluoric acid treatment.

第1の課題に関し、本願発明者らは、p型半導体層のエッチング溶液からリフトオフ層を保護する保護層を、裏面側のリフトオフ層上に形成することを考案する。
また、第3の課題に関し、この保護層として、p型半導体層のパターン印刷レジストを除去するアルカリ溶液で除去されず(残り)、半導体基板の両面側のクリーニングのオゾン処理およびフッ酸処理からリフトオフ層を保護し、リフトオフ工程で自然に除去される保護層を、裏面側のリフトオフ層上に形成することを考案する。
また、第2の課題に関し、本願発明者らは、パターン印刷レジストを除去するアルカリ溶液から真性半導体層を保護する絶縁層を、受光面側の真性半導体層上に形成することを考案する。更に、本願発明者らは、p型半導体層のエッチング溶液から絶縁層を保護する保護層を、受光面側の絶縁層上に形成することを考案する。
With respect to the first problem, the inventors of the present application propose to form a protective layer on the lift-off layer on the back surface side to protect the lift-off layer from the p-type semiconductor layer etching solution.
Regarding the third problem, the protective layer is not removed (remaining) by the alkaline solution for removing the pattern printing resist of the p-type semiconductor layer, and is lifted off from the ozone treatment and hydrofluoric acid treatment for cleaning both sides of the semiconductor substrate. It is devised to form a protective layer on the back-side lift-off layer that protects the layer and is naturally removed during the lift-off process.
In relation to the second problem, the inventors of the present application propose to form an insulating layer on the intrinsic semiconductor layer on the light-receiving surface side to protect the intrinsic semiconductor layer from the alkaline solution used to remove the pattern printing resist. Furthermore, the inventors of the present application propose to form a protective layer on the insulating layer on the light-receiving surface side to protect the insulating layer from an etching solution for the p-type semiconductor layer.

(本実施形態の太陽電池の製造方法)
以下、図3A~図3Gを参照して、図1および図2に示す本実施形態の太陽電池1の製造方法について説明する。図3Aは、本実施形態に係る太陽電池の製造方法における第1半導体層材料膜形成工程、リフトオフ層形成工程、第1保護層形成工程、絶縁層形成工程および第2保護層形成工程を示す図であり、図3B~図3Dは、本実施形態に係る太陽電池の製造方法における第1半導体層形成工程を示す図である。また、図3Eは、本実施形態に係る太陽電池の製造方法における第2半導体層材料膜形成工程を示す図であり、図3Fは、本実施形態に係る太陽電池の製造方法における第2半導体層形成工程を示す図である。また、図3Gは、本実施形態に係る太陽電池の製造方法における電極層形成工程を示す図である。
(Method for manufacturing solar cell of the present embodiment)
A method for manufacturing the solar cell 1 of the present embodiment shown in FIGS. 1 and 2 will be described below with reference to FIGS. 3A to 3G. FIG. 3A is a diagram showing a first semiconductor layer material film forming step, a lift-off layer forming step, a first protective layer forming step, an insulating layer forming step, and a second protective layer forming step in the method for manufacturing a solar cell according to this embodiment; 3B to 3D are diagrams showing the first semiconductor layer forming step in the method for manufacturing a solar cell according to this embodiment. FIG. 3E is a diagram showing a second semiconductor layer material film formation step in the method for manufacturing a solar cell according to this embodiment, and FIG. It is a figure which shows a formation process. FIG. 3G is a diagram showing an electrode layer forming step in the method for manufacturing a solar cell according to this embodiment.

まず、図3Aに示すように、例えばCVD法を用いて、半導体基板11の裏面側の全面に、真性半導体層材料膜23Zおよびp型半導体層材料膜25Zを順に積層(製膜)する(第1半導体層材料膜形成工程)。
また、例えばCVD法を用いて、半導体基板11の受光面側の全面に、真性半導体層13を積層(製膜)する。
First, as shown in FIG. 3A, an intrinsic semiconductor layer material film 23Z and a p-type semiconductor layer material film 25Z are sequentially laminated (film-formed) on the entire back surface side of the semiconductor substrate 11 using, for example, the CVD method (second layer). 1 semiconductor layer material film forming step).
In addition, the intrinsic semiconductor layer 13 is laminated (film-formed) on the entire surface of the semiconductor substrate 11 on the light-receiving surface side by using, for example, the CVD method.

次に、例えばCVD法を用いて、半導体基板11の裏面側の全面に、具体的にはp型半導体層材料膜25Z上の全面に、リフトオフ層(犠牲層)41を積層(製膜)する(リフトオフ層形成工程)。
また、例えばCVD法を用いて、半導体基板11の受光面側の全面に、具体的には真性半導体層13上の全面に、絶縁層43を積層(製膜)する(絶縁層形成工程)。
リフトオフ層41および絶縁層43は、酸化珪素(SiO)、窒化珪素(SiN)、または酸窒化珪素(SiON)のようなそれらの複合物等の材料で形成される。これにより、リフトオフ層41および絶縁層43は、アルカリ溶液に対して耐性を有し、フッ酸処理(フッ酸、またはフッ酸と他の種類の酸との混合物での処理)で容易に除去される。リフトオフ層41および絶縁層43の膜厚は、例えば1nm以上1μm以下であると好ましい。
Next, a lift-off layer (sacrificial layer) 41 is laminated (formed) on the entire back surface side of the semiconductor substrate 11, specifically, on the entire surface of the p-type semiconductor layer material film 25Z, using, for example, the CVD method. (Lift-off layer forming step).
Further, an insulating layer 43 is laminated (formed) on the entire surface of the semiconductor substrate 11 on the light receiving surface side, specifically, on the entire surface of the intrinsic semiconductor layer 13 using, for example, the CVD method (insulating layer forming step).
Lift-off layer 41 and insulating layer 43 are formed of materials such as silicon oxide (SiO), silicon nitride (SiN), or a composite thereof such as silicon oxynitride (SiON). As a result, the lift-off layer 41 and the insulating layer 43 are resistant to alkaline solutions and can be easily removed by hydrofluoric acid treatment (treatment with hydrofluoric acid or a mixture of hydrofluoric acid and other types of acid). be. The film thicknesses of the lift-off layer 41 and the insulating layer 43 are preferably 1 nm or more and 1 μm or less, for example.

次に、例えばCVD法を用いて、半導体基板11の裏面側の全面に、具体的にはリフトオフ層41上の全面に、リフトオフ層41を保護する第1保護層51を積層(製膜)する(第1保護層形成工程)。
また、例えばCVD法を用いて、半導体基板11の受光面側の全面に、具体的には絶縁層43上の全面に、絶縁層43を保護する第2保護層53を積層(製膜)する(第2保護層形成工程)。
第1保護層51および第2保護層53は、シリコンを主成分とする材料(例えば、真性アモルファスシリコン)で形成される。これにより、第1保護層51および第2保護層53は、酸処理、例えばフッ酸処理(フッ酸、またはフッ酸と他の種類の酸との混合物での処理)に対して耐性を有し、アルカリ溶液で容易に除去される。第1保護層51および第2保護層53の膜厚は、例えば1nm以上50nm以下であると好ましい。
Next, the first protective layer 51 for protecting the lift-off layer 41 is laminated (formed) on the entire surface of the back surface side of the semiconductor substrate 11, specifically, on the entire surface of the lift-off layer 41 by using, for example, the CVD method. (First protective layer forming step).
Further, a second protective layer 53 for protecting the insulating layer 43 is laminated (formed) on the entire surface of the semiconductor substrate 11 on the light receiving surface side, specifically, on the entire surface of the insulating layer 43 using, for example, the CVD method. (Second protective layer forming step).
The first protective layer 51 and the second protective layer 53 are formed of a material containing silicon as a main component (for example, intrinsic amorphous silicon). As a result, the first protective layer 51 and the second protective layer 53 are resistant to acid treatment, such as hydrofluoric acid treatment (treatment with hydrofluoric acid or a mixture of hydrofluoric acid and other types of acid). , is easily removed with an alkaline solution. The film thicknesses of the first protective layer 51 and the second protective layer 53 are preferably, for example, 1 nm or more and 50 nm or less.

次に、図3B~図3Dに示すように、パターン印刷レジストを用いて、半導体基板11の裏面側において、第2領域8における第1保護層51、リフトオフ層41、p型半導体層材料膜25Zおよび真性半導体層材料膜23Zを除去することにより、第1領域7に、パターン化された真性半導体層23、p型半導体層25、リフトオフ層41および第1保護層51を形成する(第1半導体層形成工程)。 Next, as shown in FIGS. 3B to 3D, a pattern printing resist is used to form the first protective layer 51, the lift-off layer 41, and the p-type semiconductor layer material film 25Z in the second region 8 on the back side of the semiconductor substrate 11. Next, as shown in FIGS. and the intrinsic semiconductor layer material film 23Z are removed to form the patterned intrinsic semiconductor layer 23, the p-type semiconductor layer 25, the lift-off layer 41 and the first protective layer 51 in the first region 7 (first semiconductor layer 23). layer forming step).

具体的には、図3Bに示すように、半導体基板11Xの裏面側の第1領域7、および半導体基板11Xの受光面側の全面に、パターン印刷法を用いてパターン印刷レジスト90を形成する。パターン印刷レジストの膜厚は、例えば1μm以上50μm以下である。その後、図3Cに示すように、パターン印刷レジスト90をマスクとして、第2領域8における第1保護層51、リフトオフ層41、第1導電型半導体層材料膜25Zおよび真性半導体層材料膜23Zをエッチングすることにより、真性半導体層23、p型半導体層25、リフトオフ層41および第1保護層51を形成する。第1保護層51、リフトオフ層41、第1導電型半導体層材料膜25Zおよび真性半導体層材料膜23Zに対するエッチング溶液としては、例えばオゾンをフッ酸に溶解させた混合液、またはフッ酸と硝酸との混合液等の酸性溶液が用いられる。 Specifically, as shown in FIG. 3B, a pattern printing resist 90 is formed on the first region 7 on the back surface side of the semiconductor substrate 11X and on the entire light receiving surface side of the semiconductor substrate 11X using a pattern printing method. The film thickness of the pattern printing resist is, for example, 1 μm or more and 50 μm or less. Thereafter, as shown in FIG. 3C, using the pattern printing resist 90 as a mask, the first protective layer 51, the lift-off layer 41, the first conductivity type semiconductor layer material film 25Z and the intrinsic semiconductor layer material film 23Z in the second region 8 are etched. By doing so, the intrinsic semiconductor layer 23, the p-type semiconductor layer 25, the lift-off layer 41 and the first protective layer 51 are formed. As the etching solution for the first protective layer 51, the lift-off layer 41, the first conductivity type semiconductor layer material film 25Z, and the intrinsic semiconductor layer material film 23Z, for example, a mixed solution of ozone dissolved in hydrofluoric acid, or a mixture of hydrofluoric acid and nitric acid is used. An acidic solution such as a mixed solution of is used.

このとき、第1保護層51は、パターン印刷レジスト90を通過するエッチング溶液からリフトオフ層41を保護する。ここで、リフトオフ層41を保護するとは、パターン印刷レジスト90を形成した第1領域7のリフトオフ層41を第1半導体層形成工程完了時に残存させるよう、リフトオフ層41上に形成した第1保護層51により、リフトオフ層41とエッチング溶液とが接触する時間や面積を抑制することを意味する。 At this time, the first protective layer 51 protects the lift-off layer 41 from the etching solution passing through the pattern printing resist 90 . Here, to protect the lift-off layer 41 means that the first protective layer formed on the lift-off layer 41 so as to leave the lift-off layer 41 in the first region 7 on which the pattern printing resist 90 is formed remains when the first semiconductor layer forming process is completed. 51 means that the contact time and area between the lift-off layer 41 and the etching solution are suppressed.

高いパターン精度を実現することや、パターン印刷レジストの使用量を削減する観点から、第1半導体層形成工程完了時に残存させるリフトオフ層41の面積は、パターン印刷レジスト90を形成した領域の30%以上であることが好ましく、50%以上であることがより好ましく、70%以上であればさらに好ましい。
第1半導体層形成工程完了時に残存させる第1保護層51の面積は、パターン印刷レジスト90を形成した領域の30%以上であることが好ましく、50%以上であることがより好ましく、70%以上であればさらに好ましい。
From the viewpoint of achieving high pattern accuracy and reducing the amount of pattern printing resist used, the area of the lift-off layer 41 that remains after the completion of the first semiconductor layer forming process is 30% or more of the area where the pattern printing resist 90 is formed. is preferably 50% or more, and even more preferably 70% or more.
The area of the first protective layer 51 that remains after the first semiconductor layer forming step is completed is preferably 30% or more, more preferably 50% or more, and more preferably 70% or more of the area where the pattern printing resist 90 is formed. is even more preferable.

パターン印刷レジスト90を形成した領域と第1半導体層形成工程完了時のリフトオフ層41や第1保護層51が残存した領域の面積は、例えば、パターン印刷レジスト形成後と後述するパターン印刷レジスト剥離後に、同一領域を光学顕微鏡や走査型電子顕微鏡等により観察し、パターン印刷レジスト90を形成した領域と、リフトオフ層41や第1保護層51の領域の面積とをそれぞれ測定することにより求めることができる。 The area of the region where the pattern printing resist 90 is formed and the region where the lift-off layer 41 and the first protective layer 51 remain after the completion of the first semiconductor layer forming process are, for example, after forming the pattern printing resist and after stripping the pattern printing resist described later. can be obtained by observing the same region with an optical microscope, a scanning electron microscope, or the like, and measuring the areas of the region where the pattern printing resist 90 is formed and the regions of the lift-off layer 41 and the first protective layer 51, respectively. .

また、第1半導体層形成工程完了時に残存したリフトオフ層41の膜厚と、リフトオフ層41形成直後のリフトオフ層41の膜厚との差は小さい方が好ましい。これは、膜厚の減少量が少ないほど、リフトオフ層41の形成膜厚を減らし得るからである。具体的には、第1半導体層形成工程完了時に残存したリフトオフ層41の膜厚は、リフトオフ層41形成直後の膜厚の20%以上であることが好ましく、50%以上であることより好ましく、80%以上であればさらに好ましい。 Further, it is preferable that the difference between the thickness of the lift-off layer 41 remaining after the completion of the first semiconductor layer forming step and the thickness of the lift-off layer 41 immediately after the formation of the lift-off layer 41 is small. This is because the formation film thickness of the lift-off layer 41 can be reduced as the reduction amount of the film thickness is smaller. Specifically, the thickness of the lift-off layer 41 remaining after the first semiconductor layer forming step is completed is preferably 20% or more, more preferably 50% or more, of the thickness immediately after the lift-off layer 41 is formed. More preferably 80% or more.

第1半導体層形成工程完了時に残存したリフトオフ層41の膜厚と、リフトオフ層41形成直後のリフトオフ層41や第1保護層51の膜厚との比率は、例えば、次のようにして求めることができる。同じ膜厚になるように形成したリフトオフ層41を有する工程仕掛品を2枚準備する。一方の工程仕掛品のリフトオフ層41の膜厚をリフトオフ層41と第1保護層51の形成直後に測定する。もう一方の工程仕掛品に対し、第1半導体層形成工程を実施し、この工程完了後にリフトオフ層41と第1保護層51の膜厚を測定する。2つの工程仕掛品の膜厚を比較することで膜厚の比率を算出することができる。なお、リフトオフ層41や第1保護層51の膜厚は、工程仕掛品の断面を走査型顕微鏡等で観察することで測定することができる。また、リフトオフ層41や第1保護層51の膜厚に分布がある場合は、一つの工程仕掛品に対し、10か所程度の場所でリフトオフ層41や第1保護層51の膜厚を測定し、平均値を求めればよい。 The ratio between the thickness of the lift-off layer 41 remaining after the completion of the first semiconductor layer forming step and the thickness of the lift-off layer 41 and the first protective layer 51 immediately after the formation of the lift-off layer 41 can be obtained, for example, as follows. can be done. Two in-process products having the lift-off layer 41 formed to have the same film thickness are prepared. The film thickness of the lift-off layer 41 of one in-process product is measured immediately after the formation of the lift-off layer 41 and the first protective layer 51 . The first semiconductor layer forming step is performed on the other in-process product, and the film thicknesses of the lift-off layer 41 and the first protective layer 51 are measured after the completion of this step. By comparing the film thicknesses of the two in-process products, the film thickness ratio can be calculated. The film thicknesses of the lift-off layer 41 and the first protective layer 51 can be measured by observing the cross section of the in-process product with a scanning microscope or the like. In addition, when there is a distribution in the thickness of the lift-off layer 41 and the first protective layer 51, the thickness of the lift-off layer 41 and the first protective layer 51 is measured at about 10 locations for one in-process product. and find the average value.

ここで一例を挙げて考察すると、エッチング液としてフッ酸(HF)と硝酸(HNO)を用いる場合、フッ酸の含有量が少ないとパターン印刷レジスト90をエッチング液が通過しても、第1保護層51を適切な厚みとすることで、エッチング溶液からリフトオフ層41を保護すると考えられる。
また、エッチング液としてオゾンをフッ酸に溶解させた混合液を用いると、パターン印刷レジスト90に覆われていない第1保護層51を溶解させることができる。具体的には、オゾン(O)によって第1保護層51の表面が酸化してSiOとなり、フッ酸(HF)によってSiOが溶ける。これを繰り返すことにより、第1保護層51が溶解する。
一方、パターン印刷レジスト90に覆われる第1保護層51では、オゾンがパターン印刷レジスト90を通過する際に失活し、第1保護層51の酸化が生じない。これにより、パターン印刷レジスト90に覆われる第1保護層51は、パターン印刷レジスト90をフッ酸(HF)が通過しても、溶解しないものと考えられる。
Considering an example here, when hydrofluoric acid (HF) and nitric acid (HNO 3 ) are used as the etchant, if the content of hydrofluoric acid is small, even if the etchant passes through the pattern printing resist 90, the first It is considered that the protective layer 51 having an appropriate thickness protects the lift-off layer 41 from the etching solution.
Also, if a mixed solution of ozone dissolved in hydrofluoric acid is used as the etchant, the first protective layer 51 that is not covered with the pattern printing resist 90 can be dissolved. Specifically, the surface of the first protective layer 51 is oxidized to SiO 2 by ozone (O 3 ), and SiO 2 is dissolved by hydrofluoric acid (HF). By repeating this, the first protective layer 51 is dissolved.
On the other hand, the first protective layer 51 covered with the pattern-printed resist 90 is deactivated when ozone passes through the pattern-printed resist 90, and the first protective layer 51 is not oxidized. Therefore, it is considered that the first protective layer 51 covered with the pattern printing resist 90 will not dissolve even if hydrofluoric acid (HF) passes through the pattern printing resist 90 .

同様に、第2保護層53は、パターン印刷レジスト90を通過するエッチング溶液から絶縁層43を保護する。 Similarly, the second protective layer 53 protects the insulating layer 43 from the etching solution passing through the patterned printing resist 90 .

その後、図3Dに示すように、パターン印刷レジスト90を除去する。パターン印刷レジスト90に対するエッチング溶液としては、安価なアルカリ溶液が用いられる。
このとき、アルカリ溶液によって、裏面側の第1保護層51の一部が溶けるが、第1保護層51の一部が残る。
一方、アルカリ溶液によって、受光面側の第2保護層53が除去される。このとき、絶縁層43は、アルカリ溶液から真性半導体層13を保護する。
After that, as shown in FIG. 3D, the pattern printing resist 90 is removed. An inexpensive alkaline solution is used as an etching solution for the pattern printing resist 90 .
At this time, part of the first protective layer 51 on the back surface side is dissolved by the alkaline solution, but part of the first protective layer 51 remains.
On the other hand, the alkaline solution removes the second protective layer 53 on the light receiving surface side. At this time, the insulating layer 43 protects the intrinsic semiconductor layer 13 from the alkaline solution.

次に、半導体基板11の両面側をクリーニングする(洗浄工程)。洗浄工程では、例えばオゾン処理を行った後、フッ酸処理(フッ酸、またはフッ酸と他の種類の酸との混合物での処理)が行われる。
このとき、第1保護層51の残りの一部は、オゾン処理およびフッ酸処理(クリーニング)からリフトオフ層41を保護する。
一方、受光面側の絶縁層43では、オゾン処理およびフッ酸処理によって表面が少し溶けるが、多くの部分が残る。
Next, both surfaces of the semiconductor substrate 11 are cleaned (cleaning process). In the cleaning process, for example, after ozone treatment, hydrofluoric acid treatment (treatment with hydrofluoric acid or a mixture of hydrofluoric acid and other types of acid) is performed.
At this time, the remaining portion of the first protective layer 51 protects the lift-off layer 41 from ozone treatment and hydrofluoric acid treatment (cleaning).
On the other hand, the surface of the insulating layer 43 on the light-receiving surface side is slightly dissolved by the ozone treatment and the hydrofluoric acid treatment, but a large portion remains.

次に、図3Eに示すように、例えばCVD法を用いて、半導体基板11の裏面側の全面に、具体的には第1領域7におけるリフトオフ層41および第1保護層51上および第2領域8に、真性半導体層材料膜33Zおよびn型半導体層材料膜35Zを順に積層(製膜)する(第2半導体層材料膜形成工程)。 Next, as shown in FIG. 3E, for example, the CVD method is used to form a semiconductor substrate 11 on the entire back surface side of the semiconductor substrate 11, specifically, on the lift-off layer 41 and the first protective layer 51 in the first region 7 and in the second region. 8, an intrinsic semiconductor layer material film 33Z and an n-type semiconductor layer material film 35Z are sequentially laminated (formed) (second semiconductor layer material film forming step).

次に、図3Fに示すように、リフトオフ層(犠牲層)を用いたリフトオフ法を利用して、半導体基板11の裏面側において、第1領域7における第1保護層51、真性半導体層材料膜33Zおよびn型半導体層材料膜35Zを除去し、第2領域8に、パターン化された真性半導体層33およびn型半導体層35を形成する(第2半導体層形成工程)。 Next, as shown in FIG. 3F, a lift-off method using a lift-off layer (sacrificial layer) is used to remove the first protective layer 51 and the intrinsic semiconductor layer material film in the first region 7 on the back surface side of the semiconductor substrate 11 . 33Z and n-type semiconductor layer material film 35Z are removed, and patterned intrinsic semiconductor layer 33 and n-type semiconductor layer 35 are formed in second region 8 (second semiconductor layer forming step).

具体的には、リフトオフ層41を除去することにより、リフトオフ層41上の第1保護層51、真性半導体層材料膜33Zおよびn型半導体層材料膜35Zを除去し、真性半導体層33およびn型半導体層35を形成する。リフトオフ層41の除去溶液としては、例えばフッ酸等の酸性溶液が用いられる。
このとき、半導体基板11の受光面側の絶縁層43も除去される。
Specifically, by removing the lift-off layer 41, the first protective layer 51, the intrinsic semiconductor layer material film 33Z and the n-type semiconductor layer material film 35Z on the lift-off layer 41 are removed, and the intrinsic semiconductor layer 33 and the n-type semiconductor layer are removed. A semiconductor layer 35 is formed. As a removal solution for the lift-off layer 41, for example, an acidic solution such as hydrofluoric acid is used.
At this time, the insulating layer 43 on the light receiving surface side of the semiconductor substrate 11 is also removed.

次に、図3Gに示すように、半導体基板11の裏面側に、第1電極層27および第2電極層37を形成する(電極層形成工程)。
具体的には、例えばスパッタリング法等のPVD法を用いて、半導体基板11の裏面側の全面に、透明電極層材料膜を積層(製膜)する。その後、例えばエッチングペーストを用いたエッチング法を用いて、透明電極層材料膜の一部を除去することにより、透明電極層28,38のパターニングを行う。透明電極層材料膜に対するエッチング溶液としては、例えば塩酸または塩化第二鉄水溶液が用いられる。
その後、例えばパターン印刷法または塗布法を用いて、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を形成することにより、第1電極層27および第2電極層37を形成する。
Next, as shown in FIG. 3G, the first electrode layer 27 and the second electrode layer 37 are formed on the back surface side of the semiconductor substrate 11 (electrode layer forming step).
Specifically, a transparent electrode layer material film is laminated (formed) on the entire back surface side of the semiconductor substrate 11 using, for example, a PVD method such as a sputtering method. After that, the transparent electrode layers 28 and 38 are patterned by removing part of the transparent electrode layer material film, for example, using an etching method using an etching paste. As an etching solution for the transparent electrode layer material film, for example, hydrochloric acid or ferric chloride aqueous solution is used.
After that, for example, using a pattern printing method or a coating method, 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, whereby the first electrode layer 27 and the A second electrode layer 37 is formed.

次に、半導体基板11の受光面側の全面に、光学調整層15を形成する。
以上の工程により、図1および図2に示す本実施形態の裏面電極型の太陽電池1が得られる。
Next, an optical adjustment layer 15 is formed on the entire surface of the semiconductor substrate 11 on the light receiving surface side.
Through the above steps, the back electrode type solar cell 1 of the present embodiment shown in FIGS. 1 and 2 is obtained.

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、第1半導体層形成工程において、パターン印刷法によるパターン印刷レジストを用いてp型半導体層25をパターニングするので、スピンコート法によるフォトレジスト(フォトリソグラフィ法)を用いた場合と比較して、レジストの露光および現像の工程を削減することができ、太陽電池の製造プロセスの簡略化、短縮化が可能となる。
また、第2半導体層形成工程において、リフトオフ層(犠牲層)を用いたリフトオフ法を利用してn型半導体層35をパターニングするので、太陽電池の製造プロセスの簡略化、短縮化が可能となる。
また、第1半導体層形成工程において、パターン印刷レジストを除去する溶液として安価なアルカリ溶液を採用する。
これらにより、太陽電池の低コスト化、生産性向上が達成される。
As described above, according to the solar cell manufacturing method of the present embodiment, the p-type semiconductor layer 25 is patterned using a pattern printing resist by a pattern printing method in the step of forming the first semiconductor layer. As compared with the case of using a photoresist (photolithography method) according to the method, the steps of exposure and development of the resist can be reduced, and the manufacturing process of the solar cell can be simplified and shortened.
In addition, in the second semiconductor layer forming step, the lift-off method using a lift-off layer (sacrificial layer) is used to pattern the n-type semiconductor layer 35, so the solar cell manufacturing process can be simplified and shortened. .
Moreover, in the first semiconductor layer forming step, an inexpensive alkaline solution is used as a solution for removing the pattern printing resist.
As a result, cost reduction and productivity improvement of solar cells are achieved.

また、本実施形態の太陽電池の製造方法によれば、裏面側において、リフトオフ層41上に第1保護層51を形成するので、第1半導体層形成工程において、p型半導体層25をパターニングする際、第1保護層51が、パターン印刷レジストを通過したエッチング溶液、例えばオゾンをフッ酸に溶解させた混合液から、リフトオフ層41を保護する。これにより、p型半導体層25をパターニングする際に、リフトオフ層41の剥離が抑制される。
また、本実施形態の太陽電池の製造方法によれば、第1半導体層形成工程において、パターン印刷レジスト90を除去する際、第1保護層51が、アルカリ溶液によって第1保護層51の一部が溶けるが、第1保護層51の一部が残る。これにより、洗浄工程において、第1保護層51が、オゾン処理およびフッ酸処理(クリーニング)からリフトオフ層41を保護する。これにより、半導体基板11の両面側のクリーニングの際に、リフトオフ層41の剥離が抑制される。
なお、第1保護層51は、リフトオフ工程において自然に除去される。
Further, according to the solar cell manufacturing method of the present embodiment, since the first protective layer 51 is formed on the lift-off layer 41 on the back surface side, the p-type semiconductor layer 25 is patterned in the first semiconductor layer forming step. At this time, the first protective layer 51 protects the lift-off layer 41 from an etching solution that has passed through the pattern printing resist, such as a mixed solution of ozone dissolved in hydrofluoric acid. This suppresses peeling of the lift-off layer 41 when patterning the p-type semiconductor layer 25 .
Further, according to the method for manufacturing the solar cell of the present embodiment, when the pattern printing resist 90 is removed in the first semiconductor layer forming step, the first protective layer 51 is partially removed by the alkaline solution. dissolves, but a portion of the first protective layer 51 remains. Thereby, in the cleaning process, the first protective layer 51 protects the lift-off layer 41 from ozone treatment and hydrofluoric acid treatment (cleaning). As a result, peeling of the lift-off layer 41 is suppressed when both surfaces of the semiconductor substrate 11 are cleaned.
Note that the first protective layer 51 is naturally removed in the lift-off process.

また、本実施形態の太陽電池の製造方法によれば、受光面側において、真性半導体層13上に絶縁層43が形成されるので、第1半導体層形成工程において、パターン印刷レジストを除去する際、絶縁層43が、パターン印刷レジストを除去する溶液、例えばアルカリ溶液から真性半導体層13を保護する。これにより、真性半導体層13の溶解が抑制され、太陽電池の性能低下が抑制される。
なお、絶縁層43は、第2半導体層形成工程において、リフトオフ層41を除去する際に、リフトオフ層41を除去する溶液、例えばフッ酸を含む酸性溶液によって自然に除去される。
Further, according to the method for manufacturing the solar cell of the present embodiment, since the insulating layer 43 is formed on the intrinsic semiconductor layer 13 on the light receiving surface side, in the step of forming the first semiconductor layer, when the pattern printing resist is removed, The insulating layer 43 protects the intrinsic semiconductor layer 13 from solutions that remove the patterned printing resist, such as alkaline solutions. This suppresses the dissolution of the intrinsic semiconductor layer 13 and suppresses deterioration of the performance of the solar cell.
The insulating layer 43 is naturally removed by a solution for removing the lift-off layer 41, such as an acid solution containing hydrofluoric acid, when removing the lift-off layer 41 in the second semiconductor layer forming step.

更に、絶縁層43上に第2保護層53が形成されるので、第1半導体層形成工程において、p型半導体層25をパターニングする際、第2保護層53が、パターン印刷レジストを通過したエッチング溶液、例えばオゾンをフッ酸に溶解させた混合液から、絶縁層43を保護する。これにより、p型半導体層をパターニングする際に、絶縁層43の剥離が抑制される。
なお、第2保護層53は、パターン印刷レジストを除去する際に、パターン印刷レジストを除去する溶液、例えばアルカリ溶液によって自然に除去される。
Furthermore, since the second protective layer 53 is formed on the insulating layer 43, when the p-type semiconductor layer 25 is patterned in the first semiconductor layer forming step, the second protective layer 53 is etched through the pattern printing resist. The insulating layer 43 is protected from a solution such as a mixed solution of ozone dissolved in hydrofluoric acid. This suppresses peeling of the insulating layer 43 when patterning the p-type semiconductor layer.
When removing the pattern printing resist, the second protective layer 53 is naturally removed with a solution for removing the pattern printing resist, such as an alkaline solution.

(変形例1)
上述した実施形態では、第1保護層51として真性アモルファスシリコンを例示したが、第1保護層51はボロンを含むアモルファスシリコンであってもよい。ボロンを含むアモルファスシリコンは、アルカリ溶液に耐性を有する。これにより、第1保護層51は、第1半導体形成工程においてパターン印刷レジスト90を除去するアルカリ溶液によって溶けずに残り、洗浄工程においてオゾン処理およびフッ酸処理(クリーニング)からリフトオフ層41を保護する。これにより、半導体基板11の両面側のクリーニングの際に、リフトオフ層41の剥離が抑制される。
(Modification 1)
Although intrinsic amorphous silicon is used as the first protective layer 51 in the above-described embodiment, the first protective layer 51 may be amorphous silicon containing boron. Amorphous silicon containing boron is resistant to alkaline solutions. As a result, the first protective layer 51 remains undissolved by the alkaline solution used to remove the pattern printing resist 90 in the first semiconductor forming process, and protects the lift-off layer 41 from ozone treatment and hydrofluoric acid treatment (cleaning) in the cleaning process. . As a result, peeling of the lift-off layer 41 is suppressed when both surfaces of the semiconductor substrate 11 are cleaned.

ところで、洗浄工程において、オゾン処理およびフッ酸処理の後にリンス処理を行うが、フッ酸処理からリンス処理へフッ酸が持ち込まれ、リンス槽が次第に弱酸性化してしまう。
アモルファスシリコンにボロンをドープすると、酸性溶液に対する親和性が高くなるため、フッ酸処理からリンス処理へのフッ酸の持ち込み量が多くなり、リンス槽の弱酸性化を早めてしまう。この点に関しては、真性アモルファスシリコンが好ましい。
By the way, in the cleaning process, the rinse treatment is performed after the ozone treatment and the hydrofluoric acid treatment.
When amorphous silicon is doped with boron, its affinity for acidic solutions increases, so the amount of hydrofluoric acid carried from the hydrofluoric acid treatment to the rinsing treatment increases, accelerating the weak acidification of the rinsing tank. In this regard, intrinsic amorphous silicon is preferred.

第1保護層51は、ボロンが弱ドープ(ライトドープ)されたアモルファスシリコンであると好ましい。弱ドープ(ライトドープ)とは、p型半導体層のボロンのドープ量よりも少ないことを意味する。 The first protective layer 51 is preferably amorphous silicon lightly doped with boron. Weak doping (light doping) means that the doping amount of boron is less than that of the p-type semiconductor layer.

なお、第2保護層53も、真性アモルファスシリコンに代えて、ボロンを含むアモルファスシリコンであってもよい。 The second protective layer 53 may also be amorphous silicon containing boron instead of intrinsic amorphous silicon.

(変形例2)
上述した実施形態において、リフトオフ層41は、それぞれ密度が異なる2層で構成されていてもよい。例えば、リフトオフ層41における半導体基板11側の第1リフトオフ層の密度が粗であり(すなわち、エッチング速度が速く)、リフトオフ層41における半導体基板11と反対側の第2リフトオフ層の密度が密であってもよい(すなわち、エッチング速度が遅い)。より具体的には、以下の関係式(1)を満たしてもよい。
p型半導体層25のエッチング速度<第2リフトオフ層のエッチング速度<第1リフトオフ層のエッチング速度 …(1)
このように、リフトオフ層41内のエッチング速度の差を利用することにより、図3Cに示す第1半導体層形成工程および図3Fに示す第2半導体層形成工程において、それぞれのエッチングの精度が高くなる。
(Modification 2)
In the above-described embodiment, the lift-off layer 41 may be composed of two layers with different densities. For example, the density of the first lift-off layer on the semiconductor substrate 11 side of the lift-off layer 41 is low (that is, the etching rate is high), and the density of the second lift-off layer on the side opposite to the semiconductor substrate 11 in the lift-off layer 41 is high. may be present (ie, the etch rate is slow). More specifically, the following relational expression (1) may be satisfied.
Etching rate of p-type semiconductor layer 25<etching rate of second lift-off layer<etching rate of first lift-off layer (1)
In this manner, by utilizing the difference in etching rate in the lift-off layer 41, the accuracy of each etching increases in the first semiconductor layer forming process shown in FIG. 3C and the second semiconductor layer forming process shown in FIG. 3F. .

エッチングの精度、すなわち、導電型半導体層を精度良く形成することは、太陽電池における不所望の短絡若しくはリーク電流を防ぐために、重要である。図3Cに示す第1半導体層形成工程、すなわち、p型半導体層25を選択的に除去する工程(以下、p型半導体層パターニング工程と略称する。)では、リフトオフ層41の一部が、所望部分のp型半導体層25にエッチング溶液の付着を防止するマスクの役割を果たす。このため、パターン化されたp型半導体層25の幅は、残されたリフトオフ層41の幅に依存する。すなわち、p型半導体層パターニング工程においては、数百μm程度の幅方向を有するパターンを精度良くエッチングすることが求められる一方、厚さ方向の精度はそれほど重要ではない。 Accuracy of etching, that is, formation of a conductive semiconductor layer with accuracy is important in order to prevent undesirable short circuits or leak currents in solar cells. In the first semiconductor layer forming step shown in FIG. 3C, that is, the step of selectively removing the p-type semiconductor layer 25 (hereinafter abbreviated as the p-type semiconductor layer patterning step), part of the lift-off layer 41 is removed as desired. It serves as a mask to prevent the etching solution from adhering to the p-type semiconductor layer 25 at a portion. Therefore, the width of the patterned p-type semiconductor layer 25 depends on the width of the remaining lift-off layer 41 . That is, in the p-type semiconductor layer patterning process, it is required to etch a pattern having a width of about several hundred μm with high precision, but precision in the thickness direction is not so important.

従って、エッチング溶液に対するリフトオフ層41のエッチング速度が速すぎると、リフトオフ層41が幅方向に過大にエッチングされやすくなる(所望の幅よりも幅狭になる)。このため、リフトオフ層41のパターン精度が低下しかねない。このように、エッチング液に対するリフトオフ層41のエッチング速度が速すぎることは好ましくない。 Therefore, if the etching rate of the lift-off layer 41 with respect to the etching solution is too high, the lift-off layer 41 tends to be excessively etched in the width direction (the width becomes narrower than the desired width). Therefore, the pattern accuracy of the lift-off layer 41 may deteriorate. Thus, it is not preferable that the etching rate of the lift-off layer 41 with respect to the etchant is too high.

一方、図3Fに示すリフトオフ工程においては、n型半導体層35は、p型半導体層パターニング工程で残った第2リフトオフ層を覆っているだけでなく、所望位置(残存するp型半導体層25に隣接する非成型領域)にも形成される。続いて、所望位置のn型半導体層35をパターンとして残しつつ、第2リフトオフ層の上面及び側面(端面)、並びに第1リフトオフ層、p型半導体層25および真性半導体層23の側面(端面)上のn型半導体層35が除去される。従って、エッチング液として、p型半導体層25と比べてリフトオフ層のエッチング速度が速いことが好ましい。例えば、数十nmから数百nm程度の幅方向の領域において完全にエッチングされることが求められる一方、幅方向の精度は求められない。また、生産性の観点からもエッチング速度が速いほうが、処理時間が短縮され好ましい。 On the other hand, in the lift-off step shown in FIG. 3F, the n-type semiconductor layer 35 not only covers the second lift-off layer remaining in the p-type semiconductor layer patterning step, but also covers the desired position (the remaining p-type semiconductor layer 25 is adjacent non-molding regions). Subsequently, while leaving the n-type semiconductor layer 35 at a desired position as a pattern, the top surface and side surfaces (end surfaces) of the second lift-off layer, and the side surfaces (end surfaces) of the first lift-off layer, the p-type semiconductor layer 25 and the intrinsic semiconductor layer 23 are removed. The upper n-type semiconductor layer 35 is removed. Therefore, it is preferable that the etchant has a higher etching rate for the lift-off layer than for the p-type semiconductor layer 25 . For example, while it is required that a widthwise region of about several tens of nm to several hundreds of nm be etched completely, precision in the width direction is not required. Also, from the viewpoint of productivity, a faster etching rate is preferable because the processing time is shortened.

このように、リフトオフ層41は、p型半導体層パターニング工程とリフトオフ工程とで相反するエッチング特性を求められる。この特性は、第1リフトオフ層と第2リフトオフ層との密度差に起因する関係式(1)を満たせば実現する。 Thus, the lift-off layer 41 is required to have contradictory etching characteristics between the p-type semiconductor layer patterning process and the lift-off process. This characteristic is realized if the relational expression (1) caused by the density difference between the first lift-off layer and the second lift-off layer is satisfied.

p型半導体層パターニング工程において、関係式(1)が満たされていると、非成型領域では、第1リフトオフ層が最も速く溶解されるので、その上の第2リフトオフ層も半導体基板11から乖離しやすくなり(このとき、第2リフトオフ層は乖離だけでなく溶解もしてもいる)、さらに、第1リフトオフ層から露出したp型半導体層25も溶解していく。 In the p-type semiconductor layer patterning step, if the relational expression (1) is satisfied, the first lift-off layer is melted fastest in the non-molding region, so the second lift-off layer thereon is also separated from the semiconductor substrate 11. (At this time, the second lift-off layer is not only dissociated but also dissolved), and the p-type semiconductor layer 25 exposed from the first lift-off layer is also dissolved.

より詳細には、p型半導体層パターニング工程では、例えば、図3Cに示すように、積み重なって残存した各層(第2リフトオフ層、第1リフトオフ層、p型半導体層25及び真性半導体層23)の側面を通じて、仮に第2リフトオフ層の下の第1リフトオフ層がエッチングにより浸食されたとしても、浸食されなかった第1リフトオフ層が残存する。このため、それに連なった第2リフトオフ層も残る。これにより、残った第2リフトオフ層は、リフトオフ工程においてリフトオフ層41として機能する。なお、所望部分のp型半導体層25は残存しなくてはならないため、第1リフトオフ層及び第2リフトオフ層よりも、エッチング速度は遅い。 More specifically, in the p-type semiconductor layer patterning step, for example, as shown in FIG. Through the sides, even if the first lift-off layer under the second lift-off layer is eroded by the etching, the uneroded first lift-off layer remains. Therefore, the second lift-off layer connected to it also remains. Thereby, the remaining second lift-off layer functions as the lift-off layer 41 in the lift-off process. Since the desired portion of the p-type semiconductor layer 25 must remain, the etching rate is slower than that of the first lift-off layer and the second lift-off layer.

また、リフトオフ工程においては、下層である第1リフトオフ層が完全に除去されれば、この第1リフトオフ層上の第2リフトオフ層が残ったとしても、n型半導体層35をも除去される。すなわち、第2リフトオフ層、ひいてはその上のn型半導体層35がリフトオフされる。 Further, in the lift-off process, if the first lift-off layer as the lower layer is completely removed, the n-type semiconductor layer 35 is also removed even if the second lift-off layer remains on the first lift-off layer. That is, the second lift-off layer and the n-type semiconductor layer 35 thereon are lifted off.

以上のように、複層型のリフトオフ層41は、図3Fに示すリフトオフ工程でほぼ完全に除去を目指す層であるが、ここに至るまでの工程(例えば、図3Cに示すp型半導体層パターニング工程)で過剰にエッチングされないために、エッチング速度は、p型半導体層25のエッチング速度<第2リフトオフ層のエッチング速度<第1リフトオフ層のエッチング速度(関係式(1))となるように、リフトオフ層の密度差を用いて設計される。また、p型半導体層パターニング工程と同様に、リフトオフ工程においても、所望部分のp型半導体層25は残存しなくてはならないため、第1リフトオフ層及び第2リフトオフ層のエッチング速度よりも、p型半導体層25のエッチング速度は遅い。 As described above, the multi-layered lift-off layer 41 is intended to be almost completely removed in the lift-off process shown in FIG. 3F. step), the etching rate is set so that the etching rate of the p-type semiconductor layer 25 < the etching rate of the second lift-off layer < the etching rate of the first lift-off layer (relational expression (1)). Designed with density difference in the lift-off layer. In addition, as in the p-type semiconductor layer patterning step, the p-type semiconductor layer 25 must remain in a desired portion even in the lift-off step. The etching rate of the semiconductor layer 25 is slow.

このように、関係式(1)を満たすp型半導体層25及びリフトオフ層41が使用されると、例えば、リフトオフ工程で、レジスト膜を使用したエッチングを行わずに、n型半導体層35がパターニングされる。つまり、上記の太陽電池の製造方法であると、パターニング工程が簡素化され、バックコンタクト型の太陽電池が効率良く製造される。その上、パターン精度も高まっているために、太陽電池における短絡又はリーク電流の発生もが防止され、その太陽電池からは高出力が得られる。 Thus, when the p-type semiconductor layer 25 and the lift-off layer 41 that satisfy the relational expression (1) are used, the n-type semiconductor layer 35 is patterned without performing etching using a resist film in the lift-off process, for example. be done. In other words, the above-described method for manufacturing a solar cell simplifies the patterning process and efficiently manufactures a back-contact type solar cell. Moreover, since the pattern accuracy is also improved, short circuits or leak currents in the solar cell are prevented, and high output can be obtained from the solar cell.

なお、リフトオフ層41の積層数は2層以上であってもよく、生産性の観点からは2層であってもよい。 Note that the number of layers of the lift-off layer 41 may be two or more, and may be two from the viewpoint of productivity.

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、種々の変更および変形が可能である。例えば、上述した実施形態では、第1導電型半導体層25をp型半導体層、第2導電型半導体層35をn型半導体層としたが、第1導電型半導体層25をn型半導体層、第2導電型半導体層35をp型半導体層に置き換えてもよい。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various changes and modifications are possible. For example, in the above-described embodiment, the first conductivity type semiconductor layer 25 is a p-type semiconductor layer and the second conductivity type semiconductor layer 35 is an n-type semiconductor layer. The second conductivity type semiconductor layer 35 may be replaced with a p-type semiconductor layer.

また、上述した実施形態では、図2に示すようにヘテロ接合型の太陽電池1の製造方法を例示したが、本発明の特徴は、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の製造方法に適用可能である。 In the above-described embodiment, the method for manufacturing the heterojunction solar cell 1 as shown in FIG. 2 was exemplified. It is applicable to various solar cell manufacturing methods such as batteries.

また、上述した実施形態では、半導体基板11としてn型半導体基板を例示したが、半導体基板11は、結晶シリコン材料にp型ドーパント(例えば、上述したホウ素(B))がドープされたp型半導体基板であってもよい。 Further, in the above-described embodiment, an n-type semiconductor substrate is illustrated as the semiconductor substrate 11, but the semiconductor substrate 11 is a p-type semiconductor obtained by doping a p-type dopant (for example, boron (B) described above) into a crystalline silicon material. It may be a substrate.

また、上述した実施形態では、結晶シリコン基板を有する太陽電池を例示したが、これに限定されない。例えば、太陽電池は、ガリウムヒ素(GaAs)基板を有していてもよい。 Moreover, in the above-described embodiments, a solar cell having a crystalline silicon substrate was exemplified, but the present invention is not limited to this. For example, a solar cell may have a gallium arsenide (GaAs) substrate.

1,1X 太陽電池
7 第1領域
7b,8b バスバー部
7f,8f フィンガー部
8 第2領域
11,11X 半導体基板
13,13X 真性半導体層
15,15X 光学調整層
23,23X 真性半導体層
23Z,23ZX,33Z,33ZX 真性半導体層材料膜
25,25X 第1導電型半導体層
25Z,25ZX 第1導電型半導体層材料膜
27,27X 第1電極層
28,28X,38,38X 透明電極層
29,29X,39,39X 金属電極層
33,33X 真性半導体層
35,35X 第2導電型半導体層
35Z,35ZX 第2導電型半導体層材料膜
37,37X 第2電極層
41 リフトオフ層
43 絶縁層
51 第1保護層
53 第2保護層
1, 1X solar cell 7 first region 7b, 8b busbar portion 7f, 8f finger portion 8 second region 11, 11X semiconductor substrate 13, 13X intrinsic semiconductor layer 15, 15X optical adjustment layer 23, 23X intrinsic semiconductor layer 23Z, 23ZX, 33Z, 33ZX intrinsic semiconductor layer material film 25, 25X first conductivity type semiconductor layer 25Z, 25ZX first conductivity type semiconductor layer material film 27, 27X first electrode layer 28, 28X, 38, 38X transparent electrode layer 29, 29X, 39 , 39X metal electrode layer 33, 33X intrinsic semiconductor layer 35, 35X second conductivity type semiconductor layer 35Z, 35ZX second conductivity type semiconductor layer material film 37, 37X second electrode layer 41 lift-off layer 43 insulating layer 51 first protective layer 53 Second protective layer

Claims (11)

半導体基板と、前記半導体基板の一方主面側と反対側の他方主面側の一部である第1領域に順に積層された第1導電型半導体層および第1電極層と、前記半導体基板の前記他方主面側の他の一部である第2領域に順に積層された第2導電型半導体層および第2電極層とを備える裏面電極型の太陽電池の製造方法であって、
前記半導体基板の前記他方主面側に、前記第1導電型半導体層の材料膜を形成する第1半導体層材料膜形成工程と、
前記第1導電型半導体層の材料膜の上に、リフトオフ層を形成するリフトオフ層形成工程と、
前記リフトオフ層の上に、前記リフトオフ層を保護する第1保護層を形成する第1保護層形成工程と、
パターン印刷レジストを用いて、前記第2領域における前記第1保護層、前記リフトオフ層および前記第1導電型半導体層の材料膜を除去することにより、前記第1領域に、パターン化された前記第1導電型半導体層、前記リフトオフ層および前記第1保護層を形成し、前記パターン印刷レジストを除去する第1半導体層形成工程と、
前記半導体基板の両主面をクリーニングする洗浄工程と、
前記第1領域における前記リフトオフ層および前記第1保護層の上および前記第2領域に、前記第2導電型半導体層の材料膜を形成する第2半導体層材料膜形成工程と、
前記リフトオフ層を除去することにより、前記第1領域における前記第1保護層および前記第2導電型半導体層の材料膜を除去し、前記第2領域に、パターン化された前記第2導電型半導体層を形成する第2半導体層形成工程と、
を含み、
前記第1半導体層形成工程は、
前記第1領域における前記第1保護層の上に、パターン印刷法を用いて前記パターン印刷レジストを形成する工程と、
前記パターン印刷レジストをマスクとして、前記第2領域における前記第1保護層、前記リフトオフ層および前記第1導電型半導体層の材料膜をエッチングすることにより、前記第1領域に、パターン化された前記第1導電型半導体層、前記リフトオフ層および前記第1保護層を形成する工程と、
前記パターン印刷レジストを除去するとともに、前記第1領域における前記第1保護層の少なくとも一部を残す工程と、
を含み、
前記第1半導体層形成工程において、前記第1領域における前記第1保護層は、前記パターン化に使用される溶液から前記第1領域における前記リフトオフ層を保護し、
前記洗浄工程において、前記第1領域における前記第1保護層は、クリーニングから前記第1領域における前記リフトオフ層を保護する、
太陽電池の製造方法。
a semiconductor substrate; a first conductivity type semiconductor layer and a first electrode layer laminated in order in a first region which is part of the other main surface side opposite to one main surface side of the semiconductor substrate; A method for manufacturing a back electrode type solar cell comprising a second conductivity type semiconductor layer and a second electrode layer laminated in order in a second region which is another part of the other main surface, the method comprising:
a first semiconductor layer material film forming step of forming a material film of the first conductivity type semiconductor layer on the other main surface side of the semiconductor substrate;
a lift-off layer forming step of forming a lift-off layer on the material film of the first conductivity type semiconductor layer;
a first protective layer forming step of forming a first protective layer on the lift-off layer to protect the lift-off layer;
By removing the material films of the first protective layer, the lift-off layer and the first conductivity type semiconductor layer in the second region using a pattern printing resist, the patterned first layer is formed in the first region. a first semiconductor layer forming step of forming a one conductivity type semiconductor layer, the lift-off layer and the first protective layer, and removing the pattern printing resist;
a cleaning step of cleaning both main surfaces of the semiconductor substrate;
a second semiconductor layer material film forming step of forming a material film of the second conductivity type semiconductor layer on the lift-off layer and the first protective layer in the first region and in the second region;
By removing the lift-off layer, material films of the first protective layer and the second conductivity type semiconductor layer in the first region are removed, and the patterned second conductivity type semiconductor is formed in the second region a second semiconductor layer forming step of forming a layer;
including
The first semiconductor layer forming step includes:
forming the pattern printing resist on the first protective layer in the first region using a pattern printing method;
Using the pattern printing resist as a mask, the material films of the first protective layer, the lift-off layer and the first conductivity type semiconductor layer in the second region are etched, thereby forming the patterned resist in the first region. forming a first conductivity type semiconductor layer, the lift-off layer and the first protective layer;
removing the patterned printing resist while leaving at least a portion of the first protective layer in the first region;
including
In the first semiconductor layer forming step, the first protective layer in the first region protects the lift-off layer in the first region from a solution used for the patterning,
In the cleaning step, the first protective layer in the first region protects the lift-off layer in the first region from cleaning.
A method for manufacturing a solar cell.
前記リフトオフ層は、酸化珪素、窒化珪素、またはそれらの複合物を主成分とする材料を含み、
前記第1保護層は、シリコンを主成分とする材料を含み、
前記第1半導体層形成工程において、前記パターン化に使用される溶液はフッ酸を含み、
前記第1半導体層形成工程において、前記パターン印刷レジストを除去する溶液はアルカリ溶液であり、
前記洗浄工程において、クリーニングはオゾン処理およびフッ酸処理を含む、
請求項に記載の太陽電池の製造方法。
The lift-off layer contains a material mainly composed of silicon oxide, silicon nitride, or a composite thereof,
The first protective layer contains a material containing silicon as a main component,
In the first semiconductor layer forming step, the solution used for patterning contains hydrofluoric acid,
In the first semiconductor layer forming step, the solution for removing the pattern printing resist is an alkaline solution,
In the cleaning step, cleaning includes ozone treatment and hydrofluoric acid treatment,
A method for manufacturing a solar cell according to claim 1 .
前記第1保護層の材料は、真性アモルファスシリコンである、請求項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 the material of said first protective layer is intrinsic amorphous silicon. 前記第1保護層の材料は、ボロンを含むアモルファスシリコンである、請求項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 the material of said first protective layer is amorphous silicon containing boron. 前記リフトオフ層は、それぞれ密度が異なる2層からなる、請求項1~のいずれか1項に記載の太陽電池の製造方法。 5. The method for manufacturing a solar cell according to claim 1 , wherein said lift-off layer is composed of two layers having different densities. 前記第1保護層形成工程において、前記第1保護層を1nm以上50nm以下の膜厚で形成する、
請求項1または2に記載の太陽電池の製造方法。
In the first protective layer forming step, the first protective layer is formed with a thickness of 1 nm or more and 50 nm or less.
3. A method of manufacturing a solar cell according to claim 1 or 2 .
前記第1半導体層形成工程の前に、
前記半導体基板の前記一方主面側に、真性半導体層を形成する工程と、
前記真性半導体層の上に、絶縁層を形成する絶縁層形成工程と、
前記絶縁層の上に、前記絶縁層を保護する第2保護層を形成する第2保護層形成工程と、
を含み、
前記第1半導体層形成工程において、
前記第2保護層は、前記パターン化に使用される溶液から前記絶縁層を保護し、前記パターン印刷レジストを除去する溶液で除去され、
前記絶縁層は、前記パターン印刷レジストを除去する溶液から前記真性半導体層を保護し、
前記第2半導体層形成工程において、前記絶縁層は、前記リフトオフ層を除去する溶液で除去される、
請求項1~のいずれか1項に記載の太陽電池の製造方法。
Before the first semiconductor layer forming step,
forming an intrinsic semiconductor layer on the one main surface side of the semiconductor substrate;
an insulating layer forming step of forming an insulating layer on the intrinsic semiconductor layer;
a second protective layer forming step of forming a second protective layer on the insulating layer to protect the insulating layer;
including
In the first semiconductor layer forming step,
the second protective layer is removed with a solution that protects the insulating layer from the solution used for patterning and removes the patterned printing resist;
the insulating layer protects the intrinsic semiconductor layer from solutions that remove the patterned printing resist;
In the step of forming the second semiconductor layer, the insulating layer is removed with a solution that removes the lift-off layer.
A method for manufacturing a solar cell according to any one of claims 1 to 6 .
前記真性半導体層は、シリコンを主成分とする材料を含み、
前記リフトオフ層および前記絶縁層は、酸化珪素、窒化珪素、またはそれらの複合物を主成分とする材料を含み、
前記第1保護層および前記第2保護層は、シリコンを主成分とする材料を含み、
前記第1半導体層形成工程において、前記パターン化に使用される溶液はフッ酸を含み、
前記第1半導体層形成工程において、前記パターン印刷レジストを除去する溶液はアルカリ溶液であり、
前記洗浄工程において、クリーニングはオゾン処理およびフッ酸処理を含み、
前記第2半導体層形成工程において、前記リフトオフ層を除去する溶液はフッ酸を含む、
請求項に記載の太陽電池の製造方法。
The intrinsic semiconductor layer includes a material containing silicon as a main component,
the lift-off layer and the insulating layer comprise a material mainly composed of silicon oxide, silicon nitride, or a composite thereof;
The first protective layer and the second protective layer contain a material containing silicon as a main component,
In the first semiconductor layer forming step, the solution used for patterning contains hydrofluoric acid,
In the first semiconductor layer forming step, the solution for removing the pattern printing resist is an alkaline solution,
In the cleaning step, cleaning includes ozone treatment and hydrofluoric acid treatment,
In the second semiconductor layer forming step, the solution for removing the lift-off layer contains hydrofluoric acid.
A method for manufacturing a solar cell according to claim 7 .
前記第1保護層および前記第2保護層の材料は、真性アモルファスシリコンである、請求項に記載の太陽電池の製造方法。 9. The method of manufacturing a solar cell according to claim 8 , wherein the material of said first protective layer and said second protective layer is intrinsic amorphous silicon. 前記第1保護層および前記第2保護層の材料は、ボロンを含むアモルファスシリコンである、請求項に記載の太陽電池の製造方法。 9. The method of manufacturing a solar cell according to claim 8 , wherein the material of said first protective layer and said second protective layer is amorphous silicon containing boron. 前記第2保護層形成工程において、前記第2保護層を1nm以上50nm以下の膜厚で形成する、
請求項7~10のいずれか1項に記載の太陽電池の製造方法。
In the second protective layer forming step, the second protective layer is formed with a thickness of 1 nm or more and 50 nm or less.
A method for manufacturing a solar cell according to any one of claims 7 to 10 .
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