JP7361045B2 - How to manufacture solar cells - Google Patents

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Description

本発明は、太陽電池の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a solar cell.

一般的な太陽電池は、半導体基板の両面(受光面・裏面)に電極を配置させた両面電極型である。昨今、電極による遮蔽損のない太陽電池として、特許文献1に示されるような、裏面のみに電極を配置させたバックコンタクト(裏面電極)型太陽電池が開発されている。 A typical solar cell is a double-sided electrode type in which electrodes are placed on both sides (light-receiving surface and back surface) of a semiconductor substrate. BACKGROUND ART Recently, as a solar cell without shielding loss due to electrodes, a back contact (back electrode) type solar cell in which an electrode is disposed only on the back surface, as shown in Patent Document 1, has been developed.

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

特開2013-120863号公報Japanese Patent Application Publication No. 2013-120863

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

また、エッチング又はリフトオフ層に対して使用される溶剤によって、層構成又は構造の設計が制限される可能性がある。例えば、p型半導体層とn型半導体層との製膜順、又は、各半導体層の膜厚若しくは幅などである。 Additionally, the solvent used for the etching or lift-off layer may limit the layer configuration or structure design. For example, it is the order in which p-type semiconductor layers and n-type semiconductor layers are formed, or the thickness or width of each semiconductor layer.

さらに、特許文献1に記載の方法では、半導体層をフォトリソグラフィとエッチングを用いてパターニングした後に、リフトオフ層を形成し、さらにリフトオフ層をフォトリソグラフィとエッチングを用いてパターニングしている。そのため、パターニングごとにレジスト層等を形成する必要があり、工程が煩雑となるので、製造時間とコストが嵩むという問題がある。 Further, in the method described in Patent Document 1, a lift-off layer is formed after patterning a semiconductor layer using photolithography and etching, and the lift-off layer is further patterned using photolithography and etching. Therefore, it is necessary to form a resist layer or the like for each patterning process, which complicates the process, resulting in an increase in manufacturing time and cost.

本発明は、従来に比べて高性能なバックコンタクト型太陽電池を効率良く製造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。 An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a solar cell that can efficiently manufacture a back-contact type solar cell with higher performance than conventional methods.

本発明の一つの様相は、半導体基板の第1主面側に第1導電型の第1半導体層を形成する第1半導体層形成工程と、前記第1半導体層上にリフトオフ層を積層するリフトオフ層積層工程と、前記第1半導体層及び前記リフトオフ層をエッチングにより選択的にそれぞれ除去するパターニング工程と、前記パターニング工程での前記第1半導体層及び前記リフトオフ層の除去部分から前記第1半導体層及び前記リフトオフ層の積層部分に跨るように、前記第1主面側に第2導電型の第2半導体層を形成する第2半導体層形成工程と、前記リフトオフ層を除去することにより、前記リフトオフ層を覆う前記第2半導体層を除去するリフトオフ工程と、を含み、前記パターニング工程では、前記半導体基板の面直方向の前記第1主面側から見て、前記第1半導体層のエッチング面積が前記リフトオフ層のエッチング面積以下になるように、2種類以上のエッチング液を用いて前記第1半導体層及び前記リフトオフ層を除去するものであり、前記リフトオフ層は、金属を主成分とする、太陽電池の製造方法である。 One aspect of the present invention includes a first semiconductor layer forming step of forming a first semiconductor layer of a first conductivity type on a first main surface side of a semiconductor substrate, and a lift-off step of laminating a lift-off layer on the first semiconductor layer. a layer stacking step; a patterning step of selectively removing the first semiconductor layer and the lift-off layer by etching; and a step of removing the first semiconductor layer from the portions of the first semiconductor layer and the lift-off layer removed in the patterning step. and a second semiconductor layer forming step of forming a second semiconductor layer of a second conductivity type on the first main surface side so as to straddle the laminated portion of the lift-off layer, and removing the lift-off layer. a lift-off step of removing the second semiconductor layer covering the second semiconductor layer, and in the patterning step, the etching area of the first semiconductor layer is The first semiconductor layer and the lift-off layer are removed using two or more types of etching solutions so that the etching area is equal to or less than the etching area of the lift-off layer. This is a method for manufacturing batteries.

ここでいうエッチング液の「種類」とは、性質や形態だけではなく、濃度も含む。すなわち、「2種類以上のエッチング液」とは、性質や形態、濃度の少なくとも一つが異なる2種類以上のエッチング液をいう。 The "type" of the etching solution used herein includes not only its properties and form but also its concentration. That is, "two or more types of etching solutions" refers to two or more types of etching solutions that differ in at least one of properties, forms, and concentrations.

本発明の一つの様相は、半導体基板の第1主面側に、第1導電型の第1半導体層、第2導電型の第2半導体層、第1電極層、及び第2電極層を備え、前記半導体基板と前記第1電極層の間に前記第1半導体層が介在し、さらに前記半導体基板と前記第2電極層の間に前記第2半導体層が介在する太陽電池の製造方法であって、前記半導体基板の前記第1主面側に前記第1半導体層を形成する第1半導体層形成工程と、前記第1半導体層上にリフトオフ層を積層するリフトオフ層積層工程と、前記リフトオフ層に対するエッチング速度が異なる2種類以上のエッチング液を用いて、前記半導体基板の面直方向の前記第1主面側から見て前記第1半導体層のエッチング面積が前記リフトオフ層のエッチング面積以下になるように、前記第1半導体層及び前記リフトオフ層のそれぞれの一部を除去するパターニング工程を含み、前記リフトオフ層は、金属を主成分とする、太陽電池の製造方法である。 One aspect of the present invention is that a first semiconductor layer of a first conductivity type, a second semiconductor layer of a second conductivity type, a first electrode layer, and a second electrode layer are provided on the first main surface side of a semiconductor substrate. , the first semiconductor layer is interposed between the semiconductor substrate and the first electrode layer, and the second semiconductor layer is further interposed between the semiconductor substrate and the second electrode layer. a first semiconductor layer forming step of forming the first semiconductor layer on the first main surface side of the semiconductor substrate; a lift-off layer laminating step of laminating a lift-off layer on the first semiconductor layer; using two or more types of etching solutions having different etching rates, the etching area of the first semiconductor layer becomes equal to or less than the etching area of the lift-off layer when viewed from the first main surface side in a direction perpendicular to the surface of the semiconductor substrate. The method of manufacturing a solar cell includes a patterning step of removing a portion of each of the first semiconductor layer and the lift-off layer, and the lift-off layer contains metal as a main component.

本発明の一つの様相は、半導体基板における互いに対向する2つの主面の一方の主面の上に、第1導電型の第1半導体層を形成する工程と、前記第1半導体層上に、金属を主成分とするリフトオフ層を積層する工程と、前記第1半導体層及び前記リフトオフ層をエッチングにより選択的に除去する工程と、前記第1半導体層及び前記リフトオフ層を含む前記一方の主面上に、第2導電型の第2半導体層を形成する工程と、前記リフトオフ層を除去することにより、前記リフトオフ層を覆う前記第2半導体層を除去する工程とを含む。そして、前記第1半導体層及び前記リフトオフ層を選択的に除去する工程では、前記半導体基板の面直方向の前記一方の主面側から見て、前記第1半導体層のエッチング面積が、前記リフトオフ層のエッチング面積以下になるように、2種類以上の異なるエッチング液を用いたウエットエッチングにより前記第1半導体層及び前記リフトオフ層を除去する、太陽電池の製造方法である。 One aspect of the present invention is a step of forming a first semiconductor layer of a first conductivity type on one of two main surfaces facing each other in a semiconductor substrate, and on the first semiconductor layer, a step of laminating a lift-off layer containing metal as a main component; a step of selectively removing the first semiconductor layer and the lift-off layer by etching; and one main surface including the first semiconductor layer and the lift-off layer. The method further includes forming a second semiconductor layer of a second conductivity type, and removing the second semiconductor layer covering the lift-off layer by removing the lift-off layer. In the step of selectively removing the first semiconductor layer and the lift-off layer, the etching area of the first semiconductor layer is equal to The method of manufacturing a solar cell includes removing the first semiconductor layer and the lift-off layer by wet etching using two or more different etching solutions so that the etching area of the layer is equal to or less than the etching area of the layer.

本発明によれば、従来に比べて高性能なバックコンタクト型太陽電池が効率良く製造できる。 According to the present invention, a back-contact solar cell with higher performance than conventional solar cells can be manufactured efficiently.

本発明の例示的な実施形態に係る太陽電池を部分的に示す模式断面図である。FIG. 1 is a schematic cross-sectional view partially showing a solar cell according to an exemplary embodiment of the present invention. 図1の太陽電池を構成する結晶基板の裏側主面を示す平面図である。FIG. 2 is a plan view showing the back main surface of a crystal substrate constituting the solar cell of FIG. 1. FIG. 図1の太陽電池の要部の分解斜視図であり、太陽電池から電極層を分解した図である。なお、理解を容易にするために、テクスチャ構造を省略して描写している。FIG. 2 is an exploded perspective view of essential parts of the solar cell in FIG. 1, and is an exploded view of an electrode layer from the solar cell. Note that for ease of understanding, the texture structure is omitted from the drawing. 図1の太陽電池の製造方法の一工程たる結晶基板準備工程後の状態を示す部分的な模式断面図である。FIG. 2 is a partial schematic cross-sectional view showing a state after a crystal substrate preparation step, which is one step of the method for manufacturing the solar cell of FIG. 1. FIG. 図1の太陽電池の製造方法の一工程たる表側半導体層形成工程後の状態を示す部分的な模式断面図である。FIG. 2 is a partial schematic cross-sectional view showing a state after a front side semiconductor layer forming step, which is one step of the method for manufacturing the solar cell of FIG. 1; 図1の太陽電池の製造方法の一工程たるリフトオフ層積層工程後の状態を示す部分的な模式断面図である。FIG. 2 is a partial schematic cross-sectional view showing a state after a lift-off layer lamination step, which is one step of the method for manufacturing the solar cell of FIG. 1. FIG. 図1の太陽電池の製造方法の一工程たるリフトオフ層除去工程後の状態を示す部分的な模式断面図である。FIG. 2 is a partial schematic cross-sectional view showing a state after a lift-off layer removal step, which is one step of the method for manufacturing the solar cell of FIG. 1. FIG. 図1の太陽電池の製造方法の一工程たる第1半導体層除去工程後の状態を示す部分的な模式断面図である。FIG. 2 is a partial schematic cross-sectional view showing a state after a first semiconductor layer removal step, which is one step of the method for manufacturing the solar cell of FIG. 1; 図1の太陽電池の製造方法の一工程たるn側半導体層形成工程後の状態を示す部分的な模式断面図である。FIG. 2 is a partial schematic cross-sectional view showing a state after an n-side semiconductor layer forming step, which is one step of the method for manufacturing the solar cell of FIG. 1. FIG. 図1の太陽電池の製造方法の一工程たるリフトオフ工程後の状態を示す部分的な模式断面図である。FIG. 2 is a partial schematic cross-sectional view showing a state after a lift-off step, which is one step of the method for manufacturing the solar cell of FIG. 1. FIG. 図1の太陽電池の製造方法の一工程たる電極層形成工程後の状態を示す部分的な模式断面図である。FIG. 2 is a partial schematic cross-sectional view showing a state after an electrode layer forming step, which is one step of the method for manufacturing the solar cell of FIG. 1. FIG. 図8の工程終了時の状態を、結晶基板の面直方向の裏側主面側から見た平面図である。FIG. 9 is a plan view of the state at the end of the process in FIG. 8 as viewed from the back main surface side in the direction perpendicular to the surface of the crystal substrate. 本実施形態の太陽電池の製造方法の各工程を示す部分的な模式断面図であり、(a)は第1半導体層除去工程後の状態を模式的に示した断面斜視図であり、(b)はn側半導体層形成工程後の状態を模式的に示した断面斜視図であり、(c)はリフトオフ工程後の状態を模式的に示した断面斜視図である。なお、理解を容易にするために、各図ではテクスチャ構造を省略して描写している。FIG. 2 is a partial schematic cross-sectional view showing each step of the solar cell manufacturing method of the present embodiment, (a) is a cross-sectional perspective view schematically showing the state after the first semiconductor layer removal step, and (b) ) is a cross-sectional perspective view schematically showing the state after the n-side semiconductor layer forming process, and (c) is a cross-sectional perspective view schematically showing the state after the lift-off process. Note that in order to facilitate understanding, the texture structure is omitted in each figure. 第1半導体層除去工程においてリフトオフ層が除去されなかった場合の説明図であり、(a)は第1半導体層除去工程後の状態を模式的に示した断面図であり、(b)はn側半導体層形成工程後の状態を模式的に示した断面図であり、(c)はリフトオフ工程後の状態を模式的に示した断面図である。It is an explanatory diagram when a lift-off layer is not removed in the first semiconductor layer removal process, (a) is a cross-sectional view schematically showing the state after the first semiconductor layer removal process, and (b) is a cross-sectional view schematically showing the state after the first semiconductor layer removal process. FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing the state after the side semiconductor layer forming process, and FIG. 10(c) is a cross-sectional view schematically showing the state after the lift-off process. 第1半導体層除去工程においてリフトオフ層の厚みが厚い場合の説明図であり、(a)は第1半導体層除去工程後の状態を模式的に示した断面図であり、(b)はn側半導体層形成工程後の状態を模式的に示した断面図であり、(c)はリフトオフ工程後の状態を模式的に示した断面図である。It is an explanatory view when the thickness of the lift-off layer is thick in the first semiconductor layer removal step, (a) is a cross-sectional view schematically showing the state after the first semiconductor layer removal step, and (b) is a cross-sectional view on the n side. FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing the state after the semiconductor layer forming process, and FIG. 10(c) is a cross-sectional view schematically showing the state after the lift-off process. 本実施形態の変形例を示す図9に相当するn側半導体層形成工程後の状態を示す模式断面図である。FIG. 10 is a schematic cross-sectional view showing a state after the n-side semiconductor layer forming step, which corresponds to FIG. 9 and shows a modification of the present embodiment. 本実施形態の変形例を示す図10に相当するリフトオフ工程後の状態を示す模式断面図である。FIG. 11 is a schematic cross-sectional view showing a state after a lift-off process corresponding to FIG. 10 showing a modification of the present embodiment.

本発明の一実施形態について説明すると以下の通りであるが、これに限定されるものではない。なお、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。また、図面における種々部材の寸法は、便宜上、見やすいように調整されている。 An embodiment of the present invention will be described as follows, but it is not limited thereto. Note that, for convenience, hatching, member symbols, etc. may be omitted, but in such cases, other drawings will be referred to. Further, the dimensions of various members in the drawings have been adjusted for convenience and ease of viewing.

太陽電池10は、図1のように、シリコン(Si)製の結晶基板11を用いる。結晶基板11は、互いに対向する2つの主面11S(11SU、11SB)を有する。
ここでは、光が入射される主面を表側主面11SUと呼び、これと反対側の主面を裏側主面11SBと呼ぶ。便宜上、表側主面11SUは、裏側主面11SBよりも積極的に受光させる側であることから受光側とし、積極的に受光させない側を非受光側とする。
As shown in FIG. 1, the solar cell 10 uses a crystal substrate 11 made of silicon (Si). The crystal substrate 11 has two main surfaces 11S (11SU, 11SB) facing each other.
Here, the main surface on which light is incident is called a front main surface 11SU, and the main surface opposite to this is called a back main surface 11SB. For convenience, the front side main surface 11SU is a side that actively receives light more than the back side main surface 11SB, so it is referred to as a light receiving side, and the side that does not actively receive light is referred to as a non-light receiving side.

太陽電池10は、いわゆるヘテロ接合結晶シリコン太陽電池であり、図1のように、電極層15(第1電極層15p、第2電極層15n)を裏側主面11SBに配置したバックコンタクト型(裏面電極型)太陽電池である。 The solar cell 10 is a so-called heterojunction crystalline silicon solar cell, and as shown in FIG. (electrode type) solar cell.

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

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

本実施形態の太陽電池10は、図1のように、結晶基板11(半導体基板)の表側主面11SU(第2主面)上に真性半導体層12U及び低反射層14がこの順に積層されている。
太陽電池10は、結晶基板11の裏側主面11SB(第1主面)の一部において真性半導体層12p、p型半導体層13p、及び第1電極層15pがこの順に積層されている。太陽電池10は、結晶基板11の裏側主面11SBの他の部分において真性半導体層12n、n型半導体層13n、及び第2電極層15nがこの順に積層されている。
また、太陽電池10は、真性半導体層12n及びn型半導体層13nの一部がp型半導体層13pの一部にオーバーラップしており、当該オーバーラップ部分では、p型半導体層13pとn型半導体層13nの間に真性半導体層12nが介在している。
In the solar cell 10 of this embodiment, as shown in FIG. 1, an intrinsic semiconductor layer 12U and a low reflection layer 14 are laminated in this order on a front side main surface 11SU (second main surface) of a crystal substrate 11 (semiconductor substrate). There is.
In the solar cell 10, an intrinsic semiconductor layer 12p, a p-type semiconductor layer 13p, and a first electrode layer 15p are stacked in this order on a part of the back main surface 11SB (first main surface) of the crystal substrate 11. In the solar cell 10, an intrinsic semiconductor layer 12n, an n-type semiconductor layer 13n, and a second electrode layer 15n are stacked in this order on the other part of the back main surface 11SB of the crystal substrate 11.
Further, in the solar cell 10, a part of the intrinsic semiconductor layer 12n and the n-type semiconductor layer 13n overlap with a part of the p-type semiconductor layer 13p, and in the overlapped part, the p-type semiconductor layer 13p and the n-type An intrinsic semiconductor layer 12n is interposed between the semiconductor layers 13n.

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

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

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

結晶基板11の厚さは、250μm以下であってもよい。
なお、厚さを測定する場合の測定方向は、結晶基板11の平均面(平均面とは、テクスチャ構造TXに依存しない基板全体としての面を意味する)に対する垂直方向である。これ以降、この垂直方向、すなわち、厚さを測定する方向を面直方向とする。
The thickness of the crystal substrate 11 may be 250 μm or less.
Note that the measurement direction when measuring the thickness is a direction perpendicular to the average plane of the crystal substrate 11 (the average plane means the plane of the entire substrate that does not depend on the texture structure TX). Hereinafter, this vertical direction, that is, the direction in which the thickness is measured, will be referred to as the perpendicular direction.

テクスチャ構造TXにおける凹凸の大きさは、例えば、頂点の数で定義することが可能である。本実施形態では、光取り込み性能と生産性との観点から、頂点の数が、50000個/mm以上100000個/mm以下の範囲であることが好ましく、特に、70000個/mm個以上85000個/mm以下であることが好ましい。The size of the unevenness in the texture structure TX can be defined, for example, by the number of vertices. In this embodiment, from the viewpoint of light intake performance and productivity, the number of vertices is preferably in the range of 50,000 pieces/ mm2 or more and 100,000 pieces/ mm2 or less, particularly 70,000 pieces/ mm2 or more. It is preferable that the number is 85,000 pieces/mm 2 or less.

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

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

真性半導体層12(12U、12p、12n)は、結晶基板11の両主面11S(11SU、11SB)を覆うことによって、結晶基板11への不純物の拡散を抑えつつ、表面パッシベーションを行う。
なお、「真性(i型)」とは、導電性不純物を含まない完全な真性に限られず、シリコン系層が真性層として機能し得る範囲で微量のn型不純物又はp型不純物を含む「弱n型」又は「弱p型」の実質的に真性である層をも包含する。
The intrinsic semiconductor layer 12 (12U, 12p, 12n) covers both main surfaces 11S (11SU, 11SB) of the crystal substrate 11, thereby suppressing diffusion of impurities into the crystal substrate 11 and performing surface passivation.
Note that "intrinsic (i-type)" is not limited to completely intrinsic, which does not contain conductive impurities, but also "weak", which contains a trace amount of n-type or p-type impurity to the extent that the silicon-based layer can function as an intrinsic layer. It also includes substantially intrinsic layers of "n-type" or "weak-p-type."

なお、真性半導体層12(12U、12p、12n)は、必須ではなく、必要に応じて、適宜形成すればよい。 Note that the intrinsic semiconductor layers 12 (12U, 12p, 12n) are not essential and may be formed as appropriate, if necessary.

真性半導体層12の材料は、特に限定されないが、非晶質シリコン系薄膜であってもよく、シリコンと水素とを含む水素化非晶質シリコン系薄膜(a-Si:H薄膜)であってもよい。なお、ここでいう非晶質とは、長周期で秩序を有していない構造を意味する。すなわち、完全な無秩序なだけでなく、短周期で秩序を有しているものも含まれる。 The material of the intrinsic semiconductor layer 12 is not particularly limited, but may be an amorphous silicon-based thin film, or a hydrogenated amorphous silicon-based thin film containing silicon and hydrogen (a-Si:H thin film). Good too. Note that the term "amorphous" here means a structure with a long period and no order. In other words, it includes not only completely disordered objects but also those that have short-period order.

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

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

なお、プラズマCVD法による薄膜の成膜条件としては、例えば、基板温度が100℃以上300℃以下、圧力が20Pa以上2600Pa以下、及び高周波のパワー密度が0.003W/cm以上0.5W/cm以下であってもよい。The conditions for forming a thin film by the plasma CVD method include, for example, a substrate temperature of 100° C. or more and 300° C. or less, a pressure of 20 Pa or more and 2,600 Pa or less, and a high frequency power density of 0.003 W/cm 2 or more and 0.5 W/cm 2 or more. It may be less than cm2 .

また、薄膜の形成に使用される原料ガスとしては、真性半導体層12の場合は、モノシラン(SiH)及びジシラン(Si)等のシリコン含有ガス、又はそれらのガスと水素(H)とを混合したガスであってもよい。In addition, in the case of the intrinsic semiconductor layer 12, the raw material gas used for forming the thin film is silicon-containing gas such as monosilane (SiH 4 ) and disilane (Si 2 H 6 ), or these gases and hydrogen (H 2 ) may also be used.

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

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

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

p型半導体層13p及びn型半導体層13nは、結晶基板11の裏側において、真性半導体層12を介して電気的に分離されるように配置される。導電型半導体層13の幅は、50μm以上3000μm以下であってよく、80μm以上500μm以下であってもよい。 The p-type semiconductor layer 13p and the n-type semiconductor layer 13n are arranged on the back side of the crystal substrate 11 so as to be electrically separated via the intrinsic semiconductor layer 12. The width of the conductive semiconductor layer 13 may be 50 μm or more and 3000 μm or less, or 80 μm or more and 500 μm or less.

なお、半導体層12,13の幅及び電極層17,18の幅は、特に断りがない限り、パターン化された各層の一部分の長さで、パターン化により、例えば、線状になった一部分の延び方向と直交する方向の長さを意味する。 Note that the widths of the semiconductor layers 12 and 13 and the widths of the electrode layers 17 and 18 are, unless otherwise specified, the length of a portion of each patterned layer. It means the length in the direction perpendicular to the extending direction.

太陽電池10では、真性半導体層12nの一部及びn型半導体層13nの一部が、p型半導体層13pの上に形成される。真性半導体層12n及びn型半導体層13nにおける、p型半導体層13pの上に形成された部分は、幅方向の端縁が略面一になるように形成される。 In the solar cell 10, a part of the intrinsic semiconductor layer 12n and a part of the n-type semiconductor layer 13n are formed on the p-type semiconductor layer 13p. The portions of the intrinsic semiconductor layer 12n and the n-type semiconductor layer 13n that are formed on the p-type semiconductor layer 13p are formed so that their edges in the width direction are substantially flush with each other.

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

p型半導体層13pは、p型のドーパント(ホウ素等)が添加されたシリコン層であって、不純物拡散の抑制又は直列抵抗の抑制の観点から、非晶質シリコンで形成されてもよい。一方、n型半導体層13nは、n型のドーパント(リン等)が添加されたシリコン層であって、p型半導体層13pと同様に、非晶質シリコン層で形成されてもよい。
導電型半導体層13の原料ガスとしては、モノシラン(SiH)若しくはジシラン(Si)等のシリコン含有ガス、又はシリコン系ガスと水素(H)との混合ガスを用いてもよい。
The p-type semiconductor layer 13p is a silicon layer doped with a p-type dopant (such as boron), and may be formed of amorphous silicon from the viewpoint of suppressing impurity diffusion or series resistance. On the other hand, the n-type semiconductor layer 13n is a silicon layer doped with an n-type dopant (such as phosphorus), and may be formed of an amorphous silicon layer similarly to the p-type semiconductor layer 13p.
As the raw material gas for the conductive semiconductor layer 13, a silicon-containing gas such as monosilane (SiH 4 ) or disilane (Si 2 H 6 ), or a mixed gas of a silicon-based gas and hydrogen (H 2 ) may be used.

なお、ドーパントガスには、p型半導体層13pの形成にはジボラン(B)等が用いられ、n型半導体層の形成にはホスフィン(PH)等が用いられる。また、ホウ素(B)又はリン(P)といった不純物の添加量は微量でよいため、ドーパントガスを原料ガスで希釈した混合ガスを用いてもよい。Note that, as the dopant gas, diborane (B 2 H 6 ) or the like is used to form the p-type semiconductor layer 13p, and phosphine (PH 3 ) or the like is used to form the n-type semiconductor layer. Further, since the amount of impurities such as boron (B) or phosphorus (P) added may be small, a mixed gas in which the dopant gas is diluted with the source gas may be used.

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

p型半導体層13p及びn型半導体層13nは、図3のように、結晶基板11を裏側主面11SB側からみたときに、それぞれ櫛状となっている。すなわち、p型半導体層13p及びn型半導体層13nは、結晶基板11を裏側主面11SB側からみたときに、所定の方向に延びたバスバー下地部30(30p、30n)(下地櫛背部)と、バスバー下地部30からバスバー下地部30の延び方向に対する交差方向に延びた複数のフィンガー下地部31(31p、31n)(下地櫛歯部)を備えている。
n型半導体層13nは、p型半導体層13pの一部に覆い被さっており、結晶基板11を裏側主面11SB側からみたときに、p型半導体層13pの一部と重なっている。
The p-type semiconductor layer 13p and the n-type semiconductor layer 13n each have a comb shape when the crystal substrate 11 is viewed from the back main surface 11SB side, as shown in FIG. That is, the p-type semiconductor layer 13p and the n-type semiconductor layer 13n are connected to the bus bar base portions 30 (30p, 30n) (base comb back portion) extending in a predetermined direction when the crystal substrate 11 is viewed from the back side main surface 11SB side. , a plurality of finger base portions 31 (31p, 31n) (base comb tooth portions) extending from the bus bar base portion 30 in a direction intersecting the extending direction of the bus bar base portion 30.
The n-type semiconductor layer 13n covers a part of the p-type semiconductor layer 13p, and overlaps with a part of the p-type semiconductor layer 13p when the crystal substrate 11 is viewed from the back main surface 11SB side.

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

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

電極層15は、導電性の高い金属のみで形成されてもよい。
p型半導体層13p及びn型半導体層13nとのそれぞれの電気的な接合の観点から、又は電極材料である金属の両半導体層13p、13nに対する原子の拡散を抑制するという観点から、太陽電池10は、透明導電性酸化物で構成された透明電極層17を、金属製の電極層18とp型半導体層13pとの間及び金属製の電極層18とn型半導体層13nとの間にそれぞれ設けてもよい。
本実施形態においては、透明導電性酸化物で形成される電極層15を透明電極層17と称し、金属製の電極層15を金属電極層18と称する。
The electrode layer 15 may be formed only of highly conductive metal.
From the viewpoint of electrical bonding with the p-type semiconductor layer 13p and the n-type semiconductor layer 13n, or from the viewpoint of suppressing the diffusion of atoms into both the metal semiconductor layers 13p and 13n, which are electrode materials, the solar cell 10 The transparent electrode layer 17 made of a transparent conductive oxide is placed between the metal electrode layer 18 and the p-type semiconductor layer 13p and between the metal electrode layer 18 and the n-type semiconductor layer 13n, respectively. It may be provided.
In this embodiment, the electrode layer 15 formed of a transparent conductive oxide is called a transparent electrode layer 17, and the metal electrode layer 15 is called a metal electrode layer 18.

図2に示す結晶基板11の裏側主面11SBの平面図に示すように、それぞれ櫛歯形状を持つp型半導体層13p及びn型半導体層13nにおいて、下地櫛背部上に形成される電極層15をバスバー部20と称し、下地櫛歯部上に形成される電極層15をフィンガー部21と称することがある。
すなわち、本実施形態の太陽電池10は、図2のように、結晶基板11を裏側主面11SB側からみたときに、櫛状の第1電極層15pと、櫛状の第2電極層15nが形成されている。各電極層15(15p、15n)は、所定の方向に延びたバスバー部20(20p、20n)と、バスバー部20からバスバー部20の延び方向に対する交差方向に延びた複数のフィンガー部21(21p、21n)を備えている。
バスバー部20(20p、20n)は、図3のように、バスバー下地部30(30p、30n)上にバスバー下地部30に沿って形成されている。
フィンガー部21(21p、21n)は、フィンガー下地部31(31p、31n)上にフィンガー下地部31に沿って形成されている。
太陽電池10は、結晶基板11を裏側主面11SB側からみたときに、第1電極層15pと第2電極層15nの間に隙間があり、接触していない。
As shown in the plan view of the back main surface 11SB of the crystal substrate 11 shown in FIG. 2, in the p-type semiconductor layer 13p and the n-type semiconductor layer 13n each having a comb-teeth shape, an electrode layer 15 formed on the underlying comb back portion may be referred to as a busbar portion 20, and the electrode layer 15 formed on the base comb tooth portion may be referred to as a finger portion 21.
That is, in the solar cell 10 of this embodiment, as shown in FIG. 2, when the crystal substrate 11 is viewed from the back main surface 11SB side, the comb-shaped first electrode layer 15p and the comb-shaped second electrode layer 15n are formed. It is formed. Each electrode layer 15 (15p, 15n) includes a busbar portion 20 (20p, 20n) extending in a predetermined direction, and a plurality of finger portions 21 (21p) extending from the busbar portion 20 in a direction crossing the direction in which the busbar portion 20 extends. , 21n).
The busbar parts 20 (20p, 20n) are formed on the busbar base part 30 (30p, 30n) along the busbar base part 30, as shown in FIG.
The finger portions 21 (21p, 21n) are formed on the finger base portions 31 (31p, 31n) along the finger base portions 31.
In the solar cell 10, when the crystal substrate 11 is viewed from the back main surface 11SB side, there is a gap between the first electrode layer 15p and the second electrode layer 15n, and they are not in contact with each other.

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

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

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

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

また、p型半導体層13p及びn型半導体層13nにおける櫛歯部たるフィンガー下地部31p、31nの幅と、この櫛歯部の上に形成される金属電極層18の幅(フィンガー部21p、21nの幅)とは、同程度であってもよい。但し、フィンガー下地部31p、31nの幅と比べて、フィンガー部21p、21nの幅が狭くてもよい。また、金属電極層18同士のリークが防止されるのであれば、フィンガー下地部31p、31nの幅と比べて、フィンガー部21p、21nの幅が広くてもよい。 Furthermore, the width of the finger base portions 31p, 31n, which are comb-teeth portions in the p-type semiconductor layer 13p and the n-type semiconductor layer 13n, and the width of the metal electrode layer 18 formed on the comb-teeth portions (finger portions 21p, 21n) are also determined. width) may be approximately the same. However, the width of the finger portions 21p, 21n may be narrower than the width of the finger base portions 31p, 31n. Further, as long as leakage between the metal electrode layers 18 is prevented, the widths of the finger parts 21p and 21n may be wider than the widths of the finger base parts 31p and 31n.

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

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

[太陽電池の製造方法]
以下、本実施形態に係る太陽電池10の製造方法について図4~図10を参照しながら説明する。
[Method for manufacturing solar cells]
Hereinafter, a method for manufacturing the solar cell 10 according to this embodiment will be described with reference to FIGS. 4 to 10.

まず、図4に示すように、表側主面11SU及び裏側主面11SBにそれぞれテクスチャ構造TXを有する結晶基板11を準備する(結晶基板準備工程)。 First, as shown in FIG. 4, a crystal substrate 11 having a texture structure TX on each of the front side main surface 11SU and the back side main surface 11SB is prepared (crystal substrate preparation step).

次に、図5に示すように、結晶基板11の表側主面11SUの上に、例えば真性半導体層12Uを形成する。続いて、形成した真性半導体層12Uの上に低反射層14を形成する(表側半導体層形成工程)。 Next, as shown in FIG. 5, for example, an intrinsic semiconductor layer 12U is formed on the front main surface 11SU of the crystal substrate 11. Subsequently, the low reflection layer 14 is formed on the formed intrinsic semiconductor layer 12U (front side semiconductor layer forming step).

このとき、低反射層14には、光閉じ込めの観点から、適した光吸収係数及び屈折率を有するシリコンナイトライド(SiN)又はシリコンオキサイド(SiO)が用いられる。At this time, from the viewpoint of light confinement, silicon nitride (SiN x ) or silicon oxide (SiO x ) having a suitable light absorption coefficient and refractive index is used for the low reflection layer 14 .

次に、裏側に半導体層12p、13pを形成するp側半導体層形成工程を行う。具体的には、まず図6に示すように、結晶基板11の裏側主面11SBの上に、例えばi型非晶質シリコンを用いた真性半導体層12pを形成する(第1真性半導体層形成工程)。
続いて、形成した真性半導体層12pの上に、p型半導体層13pを形成する(第1半導体層形成工程)。
これらの工程により、結晶基板11における一方の主面である裏側主面11SBの上に、p型半導体層13pが形成される。
Next, a p-side semiconductor layer forming step is performed to form semiconductor layers 12p and 13p on the back side. Specifically, as shown in FIG. 6, an intrinsic semiconductor layer 12p using, for example, i-type amorphous silicon is formed on the back main surface 11SB of the crystal substrate 11 (first intrinsic semiconductor layer forming step). ).
Subsequently, a p-type semiconductor layer 13p is formed on the formed intrinsic semiconductor layer 12p (first semiconductor layer forming step).
Through these steps, the p-type semiconductor layer 13p is formed on the back side main surface 11SB, which is one main surface of the crystal substrate 11.

このように、p型半導体層13p(第1半導体層)を形成する第1半導体層形成工程は、p型半導体層13pを形成する第1半導体層形成工程よりも前に、結晶基板11(半導体基板)の一方の主面11S(裏側主面11SB)の上に真性半導体層12p(第1真性半導体層)を形成する第1半導体層形成工程を含む。 In this way, the first semiconductor layer forming step for forming the p-type semiconductor layer 13p (first semiconductor layer) is performed on the crystal substrate 11 (semiconductor layer) before the first semiconductor layer forming step for forming the p-type semiconductor layer 13p. The method includes a first semiconductor layer forming step of forming an intrinsic semiconductor layer 12p (first intrinsic semiconductor layer) on one main surface 11S (back side main surface 11SB) of the substrate.

その後、形成したp型半導体層13pの上に、リフトオフ層LFを積層する(リフトオフ層積層工程)。 After that, a lift-off layer LF is laminated on the formed p-type semiconductor layer 13p (lift-off layer lamination step).

このリフトオフ層LFは、金属を主成分として含むことが好ましい(なお、主成分とは、リフトオフ層LFを形成する材料のうちの50%以上の含有材料成分である)。 This lift-off layer LF preferably contains metal as a main component (the main component is a material component that accounts for 50% or more of the material forming the lift-off layer LF).

具体的には、リフトオフ層LFは、銀又は原子番号が5n+4(nは4以上15以下の整数)の金属元素うち1種類以上から選択された元素を主成分として含む。
原子番号が5n+4である金属には、クロム(原子番号24)、銅(原子番号29)、イットリウム(原子番号39)、インジウム(原子番号49)、ガドリニウム(原子番号64)、ツリウム(原子番号69)、タングステン(原子番号74)、又は、金(原子番号79)が挙げられる。
リフトオフ層LFに求められる特性としては、溶解する液の選択性があり、銀以外の金属に対して5n+4の関係が成り立つ理由は明確になっていないが、d・f軌道の電子数とエッチング液に対するイオン化率との関係があると考えることができる。
リフトオフ層LFは、純金属又は金属合金であってもよく、純金属又は金属合金を90%以上含むことが好ましく、95%以上含むことがより好ましい。
Specifically, the lift-off layer LF contains as a main component an element selected from silver or one or more metal elements having an atomic number of 5n+4 (n is an integer of 4 to 15).
Metals with an atomic number of 5n+4 include chromium (atomic number 24), copper (atomic number 29), yttrium (atomic number 39), indium (atomic number 49), gadolinium (atomic number 64), and thulium (atomic number 69). ), tungsten (atomic number 74), or gold (atomic number 79).
The properties required for the lift-off layer LF include the selectivity of the solution in which it is dissolved, and although it is not clear why the 5n+4 relationship holds true for metals other than silver, the number of electrons in the d and f orbits and the etching solution It can be considered that there is a relationship between the ionization rate and the ionization rate.
The lift-off layer LF may be a pure metal or a metal alloy, and preferably contains 90% or more of the pure metal or metal alloy, more preferably 95% or more.

なお、リフトオフ層LFは、真空プロセス、特に、化学気相堆積法(CVD法)又は物理気相堆積法(PVD法)により形成される。これらの方法では、原料ガスの流量比、圧力、又は電源の設定電圧等の製膜条件により密度等の膜質が制御される。さらに、前記の製膜条件を膜厚方向で変えることにより、膜厚方向のエッチング特性が調整されてもよい。 Note that the lift-off layer LF is formed by a vacuum process, particularly by a chemical vapor deposition method (CVD method) or a physical vapor deposition method (PVD method). In these methods, film quality such as density is controlled by film forming conditions such as flow rate ratio of raw material gas, pressure, or set voltage of power supply. Furthermore, the etching characteristics in the film thickness direction may be adjusted by changing the film forming conditions described above in the film thickness direction.

特にPVD法の場合、スパッタリング法よりも真空蒸着法の方が好ましい場合がある。これは、製膜された金属膜の結晶の質がエッチング・リフトオフ特性に影響するためである。例えば銅や銀は、結晶粒径を大きくする方が良好な結果を得られやすいため、真空蒸着法を選択することが好ましくなる場合がある。
ここでいう「真空蒸着法」とは、抵抗加熱型真空蒸着法や、電子ビーム蒸着法、フラッシュ蒸着法を含む。
Particularly in the case of the PVD method, the vacuum evaporation method may be more preferable than the sputtering method. This is because the crystal quality of the formed metal film affects the etching lift-off characteristics. For example, in the case of copper or silver, it is easier to obtain good results when the crystal grain size is increased, so it may be preferable to select a vacuum evaporation method.
The "vacuum evaporation method" used herein includes a resistance heating vacuum evaporation method, an electron beam evaporation method, and a flash evaporation method.

次に、図7、図8に示すように、結晶基板11の裏側主面11SBにおいて、リフトオフ層LF及びp型半導体層13pをパターニングする(パターニング工程)。
これにより、p型半導体層13pが形成されない非形成領域NAが生じる。一方、結晶基板11の裏側主面11SBでエッチングされなかった領域には、リフトオフ層LF及びp型半導体層13pが残る。
Next, as shown in FIGS. 7 and 8, the lift-off layer LF and the p-type semiconductor layer 13p are patterned on the back main surface 11SB of the crystal substrate 11 (patterning step).
This creates a non-formation region NA where the p-type semiconductor layer 13p is not formed. On the other hand, the lift-off layer LF and the p-type semiconductor layer 13p remain in the region of the back side main surface 11SB of the crystal substrate 11 that is not etched.

図7、図8に示すパターニング工程では、結晶基板11の面直方向の裏側主面11SB側から見て、真性半導体層12p及びp型半導体層13pのエッチングで溶けた面積(以下、エッチング面積という)が、リフトオフ層LFのエッチング面積以下になるように、2種類以上の異なるエッチング液を用いたウエットエッチングにより、真性半導体層12p、p型半導体層13p及びリフトオフ層LFを除去する。 In the patterning process shown in FIGS. 7 and 8, the area melted by the etching of the intrinsic semiconductor layer 12p and the p-type semiconductor layer 13p (hereinafter referred to as etching area) is the ) is less than the etching area of the lift-off layer LF, the intrinsic semiconductor layer 12p, the p-type semiconductor layer 13p, and the lift-off layer LF are removed by wet etching using two or more different types of etching solutions.

より詳しくは、結晶基板11の面直方向の裏側主面11SB側から見て、真性半導体層12p及びp型半導体層13pの幅が、リフトオフ層LFの幅以上になるように、真性半導体層12p、p型半導体層13p及びリフトオフ層LFを除去する。 More specifically, the intrinsic semiconductor layer 12p is formed so that the widths of the intrinsic semiconductor layer 12p and the p-type semiconductor layer 13p are greater than or equal to the width of the lift-off layer LF when viewed from the rear main surface 11SB side in the direction perpendicular to the surface of the crystal substrate 11. , the p-type semiconductor layer 13p and the lift-off layer LF are removed.

実際の工程では、図7に示すように、リフトオフ層LFを、第1エッチング液を用いたウエットエッチングにより選択的に除去した後、図8に示すように、真性半導体層12及びp型半導体層13pを、第2エッチング液を用いたウエットエッチングにより選択的に除去する。
すなわち、パターニング工程は、第1エッチング液を用いて主にリフトオフ層LFのエッチングを行うリフトオフ層除去工程と、第2エッチング液を用いて主に真性半導体層12及びp型半導体層13pのエッチングを行う第1半導体層除去工程をこの順に含む。
In the actual process, as shown in FIG. 7, after the lift-off layer LF is selectively removed by wet etching using a first etching solution, the intrinsic semiconductor layer 12 and the p-type semiconductor layer are removed as shown in FIG. 13p is selectively removed by wet etching using a second etching solution.
That is, the patterning process includes a lift-off layer removal process in which the lift-off layer LF is mainly etched using the first etching liquid, and a lift-off layer removing process in which the intrinsic semiconductor layer 12 and the p-type semiconductor layer 13p are mainly etched using the second etching liquid. The first semiconductor layer removing step is performed in this order.

このようなパターニング工程は、フォトリソグラフィ法、例えば所定のパターンを有するレジスト膜(不図示)をリフトオフ層LFの上に形成し、レジスト膜によってマスクされた領域はエッチングにより溶けず、マスクされていない領域が溶解することで実現される。図7、図8に示すように、真性半導体層12p、p型半導体層13p及びリフトオフ層LFの各層をパターニングすることにより、結晶基板11の裏側主面11SBの一部の領域に非形成領域NA、すなわち裏側主面11SBの露出領域が生じる。 Such a patterning process is performed using a photolithography method, for example, a resist film (not shown) having a predetermined pattern is formed on the lift-off layer LF, and the region masked by the resist film is not melted by etching and remains unmasked. This is achieved by dissolving the area. As shown in FIGS. 7 and 8, by patterning each layer of the intrinsic semiconductor layer 12p, the p-type semiconductor layer 13p, and the lift-off layer LF, a non-formation area NA is formed in a part of the back main surface 11SB of the crystal substrate 11. That is, an exposed area of the back side main surface 11SB is generated.

図7に示すリフトオフ層除去工程で使用する第1エッチング液としては、例えば、塩酸又は硫酸などの強酸系のエッチング液のほかに、次亜塩素酸ナトリウム水溶液又はアルカリなどのアルカリ系のエッチングが用いられる。
一方で、図8に示す第1半導体層除去工程で使用する第2エッチング液としては、例えば、オゾンをフッ化水素酸に溶解させた溶液(以下、オゾン/フッ化水素酸液)が用いられる。
As the first etching solution used in the lift-off layer removal process shown in FIG. 7, for example, in addition to a strong acid-based etching solution such as hydrochloric acid or sulfuric acid, an alkaline-based etching solution such as a sodium hypochlorite aqueous solution or an alkali can be used. It will be done.
On the other hand, as the second etching solution used in the first semiconductor layer removal step shown in FIG. 8, for example, a solution in which ozone is dissolved in hydrofluoric acid (hereinafter referred to as ozone/hydrofluoric acid solution) is used. .

なお、第2エッチング液であるオゾン/フッ化水素酸液は、真性半導体層12p及びp型半導体層13pのみでなく、リフトオフ層LFもエッチング又は腐食する可能性がある。この場合、図8に示す第1半導体層除去工程後の状態では、図7に示すリフトオフ層除去工程後の状態と比較して、リフトオフ層LFの幅方向の端縁部が後退する。
これにより、リフトオフ層LFの端縁部がp型半導体層13pの端縁部よりも後退した状態となる。すなわち、p型半導体層13pは、図13(a)から読み取れるように、リフトオフ層LFから露出した部分(露出部分35)があり、当該露出部分35はリフトオフ層LFの縁に沿って形成されている。言い換えると、p型半導体層13pの端面とリフトオフ層LFの端面は、p型半導体層13pの主面の一部を介して段状に連続している。
この結果、図12に示すように、結晶基板11の面直方向の裏側主面11SB側から見て、真性半導体層12p及びp型半導体層13pの幅が、リフトオフ層LFの幅以上になる。
Note that the ozone/hydrofluoric acid solution that is the second etching solution may etch or corrode not only the intrinsic semiconductor layer 12p and the p-type semiconductor layer 13p but also the lift-off layer LF. In this case, in the state after the first semiconductor layer removal step shown in FIG. 8, the edge portion in the width direction of the lift-off layer LF is recessed compared to the state after the lift-off layer removal step shown in FIG.
As a result, the edge of the lift-off layer LF is set back from the edge of the p-type semiconductor layer 13p. That is, as can be read from FIG. 13A, the p-type semiconductor layer 13p has a portion (exposed portion 35) exposed from the lift-off layer LF, and the exposed portion 35 is formed along the edge of the lift-off layer LF. There is. In other words, the end face of the p-type semiconductor layer 13p and the end face of the lift-off layer LF are continuous in a stepped manner via a part of the main surface of the p-type semiconductor layer 13p.
As a result, as shown in FIG. 12, the widths of the intrinsic semiconductor layer 12p and the p-type semiconductor layer 13p become larger than the width of the lift-off layer LF when viewed from the back main surface 11SB side in the direction perpendicular to the surface of the crystal substrate 11.

次に、図9に示すように、真性半導体層12n及びn型半導体層13nを形成するn側半導体層形成工程を行う。すなわち、リフトオフ層LF、p型半導体層13p、及び真性半導体層12pを含め、結晶基板11の裏側主面11SBの上に、真性半導体層12n及びn型半導体層13nを順次形成する。
すなわち、n側半導体層形成工程では、結晶基板11の裏側主面11SB上からp型半導体層13p及びリフトオフ層LFの積層部分に跨って真性半導体層12nを積層する第2真性半導体層形成工程と、真性半導体層12n上にn型半導体層13nを積層する第2半導体層形成工程を実施する。言い換えると、パターニング工程により半導体層12p、13pが除去された除去部分(非形成領域NA)から、半導体層12p,13pのリフトオフ層LFからの露出部分及びリフトオフ層LFに跨って真性半導体層12n及び型半導体層13nを積層する。
Next, as shown in FIG. 9, an n-side semiconductor layer forming step is performed to form an intrinsic semiconductor layer 12n and an n-type semiconductor layer 13n. That is, the intrinsic semiconductor layer 12n and the n-type semiconductor layer 13n are sequentially formed on the back main surface 11SB of the crystal substrate 11, including the lift-off layer LF, the p-type semiconductor layer 13p, and the intrinsic semiconductor layer 12p.
That is, the n-side semiconductor layer forming step includes a second intrinsic semiconductor layer forming step of laminating the intrinsic semiconductor layer 12n from above the back side main surface 11SB of the crystal substrate 11 over the laminated portion of the p-type semiconductor layer 13p and the lift-off layer LF. , a second semiconductor layer forming step is performed in which an n-type semiconductor layer 13n is laminated on the intrinsic semiconductor layer 12n. In other words, the intrinsic semiconductor layer 12n and A type semiconductor layer 13n is stacked.

このようなn型半導体層13n(第2半導体層)を形成する第2半導体層形成工程は、n型半導体層13nを形成する第2半導体層形成工程よりも前に、結晶基板11(半導体基板)のリフトオフ層LF及びp型半導体層13pを含む一方の主面11S(裏側主面11SB)の上に真性半導体層12n(第2真性半導体層)を形成する第2真性半導体層形成工程が実施される。
これにより、真性半導体層12nとn型半導体層13nとの積層膜が、非形成領域NA上と、リフトオフ層LFの表面及び側面(端面)と、リフトオフ層LF、p型半導体層13p及び真性半導体層12pの側面(端面)とを覆うように形成される。
The second semiconductor layer forming step of forming such an n-type semiconductor layer 13n (second semiconductor layer) is performed by forming the crystal substrate 11 (semiconductor substrate 11) before the second semiconductor layer forming step of forming the n-type semiconductor layer 13n. ) A second intrinsic semiconductor layer forming step is performed to form an intrinsic semiconductor layer 12n (second intrinsic semiconductor layer) on one main surface 11S (back main surface 11SB) including the lift-off layer LF and the p-type semiconductor layer 13p. be done.
As a result, the stacked film of the intrinsic semiconductor layer 12n and the n-type semiconductor layer 13n is formed on the non-formation region NA, on the surface and side surfaces (end faces) of the lift-off layer LF, on the lift-off layer LF, on the p-type semiconductor layer 13p, and on the intrinsic semiconductor layer 13n. It is formed so as to cover the side surfaces (end surfaces) of the layer 12p.

ここで、本実施形態では、リフトオフ層LFの端縁部がp型半導体層13pの端縁部よりも後退した状態で、真性半導体層12n及びn型半導体層13nを形成する。そのため、図9、図13(b)に示すように、真性半導体層12nの一部及びn型半導体層13nの一部は、p型半導体層13pの上に直接乗り上げて形成される。 Here, in this embodiment, the intrinsic semiconductor layer 12n and the n-type semiconductor layer 13n are formed in a state in which the edge of the lift-off layer LF is set back from the edge of the p-type semiconductor layer 13p. Therefore, as shown in FIGS. 9 and 13(b), a part of the intrinsic semiconductor layer 12n and a part of the n-type semiconductor layer 13n are formed directly on the p-type semiconductor layer 13p.

次に、図10、図13(c)に示すように、エッチング液を用いて、積層したリフトオフ層LFを除去することにより、リフトオフ層LFを覆うn型半導体層13n及び真性半導体層12nを結晶基板11から除去する(リフトオフ工程)。
ここでは、リフトオフ層LFを覆う第2真性半導体層12n及びn型半導体層13nを溶解する必要はなく、リフトオフ層LFの除去と同時に結晶基板11から剥離され、p型半導体層13pの一部が露出する。
Next, as shown in FIGS. 10 and 13(c), by removing the stacked lift-off layer LF using an etching solution, the n-type semiconductor layer 13n and the intrinsic semiconductor layer 12n covering the lift-off layer LF are crystallized. It is removed from the substrate 11 (lift-off process).
Here, there is no need to dissolve the second intrinsic semiconductor layer 12n and the n-type semiconductor layer 13n that cover the lift-off layer LF, and they are peeled off from the crystal substrate 11 at the same time as the lift-off layer LF is removed, and a part of the p-type semiconductor layer 13p is removed. be exposed.

なお、このリフトオフ工程に使用するエッチング液は、リフトオフ層LFを溶解しかつ各真性半導体層12及び導電型半導体層13を溶解しない溶媒を用いることが好ましい。 Note that the etching solution used in this lift-off step is preferably a solvent that dissolves the lift-off layer LF but does not dissolve each intrinsic semiconductor layer 12 and the conductive semiconductor layer 13.

例えば、リフトオフ層LFが、クロム、イットリウム、ガドリニウム、又はツリウム等の場合、エッチング液は希塩酸又は希硫酸であると好ましく、リフトオフ層LFが銅の場合、エッチング液は塩化鉄水溶液であると好ましい。
リフトオフ層LFが銀の場合、エッチング液は希硝酸、又は、希硝酸に大過剰のアンモニア水を添加した水溶液であると好ましく、リフトオフ層LFがインジウムの場合、エッチング液は塩酸又は希硫酸であると好ましい。
リフトオフ層LFがタングステンの場合、エッチング液は次亜塩素酸ナトリウム水溶液であると好ましく、リフトオフ層LFが金の場合、エッチング液はシアン化カリウム水溶液であると好ましい。
For example, when the lift-off layer LF is made of chromium, yttrium, gadolinium, or thulium, the etching solution is preferably dilute hydrochloric acid or dilute sulfuric acid, and when the lift-off layer LF is made of copper, the etching solution is preferably an aqueous iron chloride solution.
When the lift-off layer LF is made of silver, the etching solution is preferably dilute nitric acid or an aqueous solution in which a large excess of aqueous ammonia is added to dilute nitric acid. When the lift-off layer LF is made of indium, the etching solution is preferably hydrochloric acid or dilute sulfuric acid. and preferable.
When the lift-off layer LF is made of tungsten, the etching solution is preferably a sodium hypochlorite aqueous solution, and when the lift-off layer LF is gold, the etching solution is preferably a potassium cyanide aqueous solution.

次に、電極層形成工程を行う。具体的には、図11に示すように、結晶基板11における裏側主面11SBの上、すなわち、p型半導体層13p及びn型半導体層13nのそれぞれに、例えば、マスクを用いたスパッタリング法により透明電極層17(17p、17n)を形成する(透明電極層形成工程)。
なお、透明電極層17(17p、17n)の形成は、スパッタリング法に代えて、以下のようにしてもよい。
Next, an electrode layer forming step is performed. Specifically, as shown in FIG. 11, a transparent layer is formed on the back main surface 11SB of the crystal substrate 11, that is, on each of the p-type semiconductor layer 13p and the n-type semiconductor layer 13n, by sputtering using a mask, for example. Electrode layers 17 (17p, 17n) are formed (transparent electrode layer forming step).
Note that the transparent electrode layer 17 (17p, 17n) may be formed as follows instead of the sputtering method.

例えば、透明電極層17は、マスクを用いずに透明導電性酸化物膜を裏側主面11SB上の全面に成膜し、その後、フォトリソグラフィ法により、p型半導体層13p上及びn型半導体層13n上にそれぞれ透明導電性酸化物膜を残すエッチングを行って形成してもよい。 For example, the transparent electrode layer 17 is formed by forming a transparent conductive oxide film on the entire back surface 11SB without using a mask, and then using a photolithography method to form a transparent conductive oxide film on the p-type semiconductor layer 13p and the n-type semiconductor layer. Alternatively, etching may be performed to leave a transparent conductive oxide film on each layer 13n.

その後、透明電極層17の上に、例えば開口部を有するメッシュスクリーン(不図示)を用いて、線状の金属電極層18(18p、18n)を形成する(金属電極層形成工程)。
このように、電極層形成工程は、透明電極層形成工程と金属電極層形成工程をこの順に含み、p型半導体層13pのn型半導体層13nからの露出部分に第1電極層15pが積層され、n型半導体層13n上に第2電極層15nが積層される。
Thereafter, linear metal electrode layers 18 (18p, 18n) are formed on the transparent electrode layer 17 using, for example, a mesh screen (not shown) having openings (metal electrode layer forming step).
In this way, the electrode layer forming step includes a transparent electrode layer forming step and a metal electrode layer forming step in this order, and the first electrode layer 15p is laminated on the exposed portion of the p-type semiconductor layer 13p from the n-type semiconductor layer 13n. , a second electrode layer 15n is stacked on the n-type semiconductor layer 13n.

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

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

まず、図10に示すリフトオフ工程では、エッチング液により、リフトオフ層LFを除去すると、このリフトオフ層LFの上に堆積していた真性半導体層12n及びn型半導体層13nも結晶基板11から同時に除去される(いわゆるリフトオフ)。
この工程では、図7に示すリフトオフ層除去工程での、例えばフォトリソグラフィ法を用いた場合と比べて、フォトリソグラフィ法に使用するレジスト塗布工程及び現像工程を要しない。このため、n型半導体層13nが簡便にパターン化できる。
First, in the lift-off step shown in FIG. 10, when the lift-off layer LF is removed using an etching solution, the intrinsic semiconductor layer 12n and the n-type semiconductor layer 13n deposited on the lift-off layer LF are also removed from the crystal substrate 11 at the same time. (so-called lift-off).
This step does not require a resist coating step and a developing step used in the photolithography method, compared to the lift-off layer removal step shown in FIG. 7, which uses, for example, a photolithography method. Therefore, the n-type semiconductor layer 13n can be easily patterned.

リフトオフ層LFは金属を主成分として含み、真性半導体層12p、p型半導体層13p、及びリフトオフ層LFをパターニングするパターニング工程では、結晶基板11の面直方向の裏側から見て、真性半導体層12p及びp型半導体層13pのエッチング面積が、リフトオフ層LFのエッチング面積以下になるように、2種類以上の異なるエッチング液を用いたウエットエッチングにより真性半導体層12p、p型半導体層13p及びリフトオフ層LFが除去される。 The lift-off layer LF contains metal as a main component, and in the patterning step of patterning the intrinsic semiconductor layer 12p, the p-type semiconductor layer 13p, and the lift-off layer LF, the intrinsic semiconductor layer 12p is The intrinsic semiconductor layer 12p, the p-type semiconductor layer 13p, and the lift-off layer LF are etched by wet etching using two or more different etching solutions so that the etching area of the p-type semiconductor layer 13p is equal to or less than the etching area of the lift-off layer LF. is removed.

このように、真性半導体層12p及びp型半導体層13pのエッチング面積が、リフトオフ層LFのエッチング面積以下になるようにエッチングすることにより、真性半導体層12n及びn型半導体層13nを形成した段階で、結晶基板11の露出が防止される。 In this way, by etching so that the etching area of the intrinsic semiconductor layer 12p and the p-type semiconductor layer 13p is equal to or less than the etching area of the lift-off layer LF, at the stage of forming the intrinsic semiconductor layer 12n and the n-type semiconductor layer 13n, , exposure of the crystal substrate 11 is prevented.

すなわち、仮に、結晶基板11の面直方向の裏側から見て、真性半導体層12p及びp型半導体層13pのエッチング面積が、リフトオフ層LFのエッチング面積よりも大きい場合、図14(a)のように、真性半導体層12p及びp型半導体層13pがリフトオフ層LFよりも後退したような状態(サイドカットされた状態)になる。
この状態で、真性半導体層12n及びn型半導体層13nを形成すると、図14(b)のように、リフトオフ層LFがマスクのような役割を果たして、非形成領域NA上の真性半導体層12nの側面と、真性半導体層12p及びp型半導体層13pの側面との間に隙間Sが生じる。
That is, if the etching area of the intrinsic semiconductor layer 12p and the p-type semiconductor layer 13p is larger than the etching area of the lift-off layer LF when viewed from the back side in the perpendicular direction of the crystal substrate 11, as shown in FIG. Then, the intrinsic semiconductor layer 12p and the p-type semiconductor layer 13p become in a state where they are set back from the lift-off layer LF (side-cut state).
When the intrinsic semiconductor layer 12n and the n-type semiconductor layer 13n are formed in this state, the lift-off layer LF plays a role like a mask, and the intrinsic semiconductor layer 12n on the non-formation area NA is formed as shown in FIG. A gap S is created between the side surface and the side surfaces of the intrinsic semiconductor layer 12p and the p-type semiconductor layer 13p.

そして、リフトオフ層LF、それを覆う真性半導体層12n及びn型半導体層13nを除去すると、図14(c)のように、真性半導体層12p及びp型半導体層13pと、真性半導体層12n及びn型半導体層13nとの間において、結晶基板11の裏側主面11SBが露出した状態になる。結晶基板11の裏側主面11SBが露出した状態になれば、露出した面積分だけ正孔及び電子の回収できる有効面積が減少するため、太陽電池10の性能が劣化してしまう。 Then, when the lift-off layer LF, the intrinsic semiconductor layer 12n covering it, and the n-type semiconductor layer 13n are removed, the intrinsic semiconductor layer 12p, the p-type semiconductor layer 13p, and the intrinsic semiconductor layers 12n and The back main surface 11SB of the crystal substrate 11 is exposed between the crystal substrate 11 and the semiconductor layer 13n. If the back side main surface 11SB of the crystal substrate 11 is exposed, the effective area from which holes and electrons can be collected will be reduced by the exposed area, and the performance of the solar cell 10 will deteriorate.

これに対して、本実施形態のように、リフトオフ層LFが金属を主成分として含まれていると、真性半導体層12p及びp型半導体層13pのエッチング特性と、リフトオフ層LFのエッチング特性とが大きく異なる。そして、リフトオフ層LFをエッチングする際のエッチング液と、真性半導体層12p及びp型半導体層13pをエッチングする際のエッチング液とを異ならせることで、各層のエッチング面積のコントロール、特に、真性半導体層12p及びp型半導体層13pの幅方向におけるパターニング精度が高くなる。これにより、真性半導体層12p及びp型半導体層13pのエッチング面積が、リフトオフ層LFのエッチング面積以下になる。 On the other hand, when the lift-off layer LF contains metal as a main component as in this embodiment, the etching characteristics of the intrinsic semiconductor layer 12p and the p-type semiconductor layer 13p and the etching characteristics of the lift-off layer LF are different. to differ greatly. By using different etching solutions for etching the lift-off layer LF and etching solutions for etching the intrinsic semiconductor layer 12p and the p-type semiconductor layer 13p, the etching area of each layer can be controlled, especially the intrinsic semiconductor layer. The patterning accuracy in the width direction of the p-type semiconductor layer 12p and the p-type semiconductor layer 13p is increased. As a result, the etching area of the intrinsic semiconductor layer 12p and the p-type semiconductor layer 13p becomes equal to or less than the etching area of the lift-off layer LF.

この結果、真性半導体層12p及びp型半導体層13pの側面とリフトオフ層LFの側面とが面一になるか、又は、リフトオフ層LFが真性半導体層12p及びp型半導体層13pよりも後退したような状態になる。この状態で、真性半導体層12n及びn型半導体層13nを形成すれば、真性半導体層12nは、少なくとも、真性半導体層12p及びp型半導体層13pの側面に接触するように形成される。そのため、結晶基板11の露出が抑制される。したがって、太陽電池10の性能の劣化が抑えられ、高性能な太陽電池10が製造される。 As a result, the side surfaces of the intrinsic semiconductor layer 12p and the p-type semiconductor layer 13p and the side surfaces of the lift-off layer LF become flush with each other, or the lift-off layer LF recedes from the intrinsic semiconductor layer 12p and the p-type semiconductor layer 13p. It becomes a state. If the intrinsic semiconductor layer 12n and the n-type semiconductor layer 13n are formed in this state, the intrinsic semiconductor layer 12n is formed so as to be in contact with at least the side surfaces of the intrinsic semiconductor layer 12p and the p-type semiconductor layer 13p. Therefore, exposure of the crystal substrate 11 is suppressed. Therefore, deterioration of the performance of the solar cell 10 is suppressed, and a high-performance solar cell 10 is manufactured.

これらのことから、本実施形態によれば、高性能なバックコンタクト型太陽電池を、効率良く製造される。 For these reasons, according to this embodiment, a high-performance back-contact solar cell can be efficiently manufactured.

前述のように、各層のエッチング面積をコントロールするためには、図7のリフトオフ層除去工程で用いられる第1エッチング液のエッチング速度が、以下の関係式(1):
真性半導体層12pのエッチング速度≦p型半導体層13pのエッチング速度<<リフトオフ層LFのエッチング速度・・・(1)
を満たすとともに、図8に示す第1半導体層除去工程で用いられる第2エッチング液のエッチング速度が、以下の関係式(2):
真性半導体層12pのエッチング速度≦p型半導体層13pのエッチング速度≦リフトオフ層LFのエッチング速度・・・(2)
を満たすことが好ましい。
As mentioned above, in order to control the etching area of each layer, the etching rate of the first etching solution used in the lift-off layer removal process of FIG. 7 is determined by the following relational expression (1):
Etching rate of intrinsic semiconductor layer 12p≦Etching rate of p-type semiconductor layer 13p<<Etching rate of lift-off layer LF (1)
The following relational expression (2) is satisfied, and the etching rate of the second etching solution used in the first semiconductor layer removal step shown in FIG.
Etching rate of intrinsic semiconductor layer 12p≦Etching rate of p-type semiconductor layer 13p≦Etching rate of lift-off layer LF (2)
It is preferable to satisfy the following.

すなわち、第1エッチング液は、真性半導体層12pのエッチング速度がp型半導体層13pのエッチング速度以下であることが好ましい。第1エッチング液は、p型半導体層13pのエッチング速度がリフトオフ層LFのエッチング速度未満であって、かつリフトオフ層LFのエッチング速度よりも非常に遅いことが好ましい。
第1エッチング液は、p型半導体層13pのエッチング速度がリフトオフ層LFのエッチング速度の10分の1以下であることが好ましく、100分の1以下であることがより好ましい。
また、第2エッチング液は、真性半導体層12pのエッチング速度がp型半導体層13pのエッチング速度以下であることが好ましい。第2エッチング液は、p型半導体層13pのエッチング速度がリフトオフ層LFのエッチング速度以下であることが好ましい。
That is, it is preferable that the etching rate of the intrinsic semiconductor layer 12p of the first etchant is lower than the etching rate of the p-type semiconductor layer 13p. It is preferable that the etching rate of the p-type semiconductor layer 13p of the first etchant is lower than the etching rate of the lift-off layer LF, and is much slower than the etching rate of the lift-off layer LF.
The etching rate of the p-type semiconductor layer 13p of the first etchant is preferably 1/10 or less, more preferably 1/100 or less of the etching rate of the lift-off layer LF.
Moreover, it is preferable that the etching rate of the intrinsic semiconductor layer 12p of the second etchant is equal to or lower than the etching rate of the p-type semiconductor layer 13p. It is preferable that the etching rate of the p-type semiconductor layer 13p of the second etchant is lower than the etching rate of the lift-off layer LF.

第1エッチング液が前記関係式(1)を満たせば、図7に示すリフトオフ層除去工程において、リフトオフ層LFを選択的にかつ速く溶解させることができる。
そして、第2エッチング液が前記関係式(2)を満たすことにより、図8に示す第1半導体層除去工程において、真性半導体層12p及びp型半導体層13pを溶解させるときに、リフトオフ層LFも一緒に溶解する。
このため、真性半導体層12p及びp型半導体層13pのエッチング面積がリフトオフ層LFのエッチング面積よりも大きくなることがなく、真性半導体層12p及びp型半導体層13pのサイドカットが生じ難い。
If the first etching solution satisfies the above relational expression (1), the lift-off layer LF can be selectively and quickly dissolved in the lift-off layer removal step shown in FIG.
Since the second etching solution satisfies the relational expression (2), the lift-off layer LF is also removed when the intrinsic semiconductor layer 12p and the p-type semiconductor layer 13p are dissolved in the first semiconductor layer removal step shown in FIG. dissolve together.
Therefore, the etching area of the intrinsic semiconductor layer 12p and the p-type semiconductor layer 13p does not become larger than the etching area of the lift-off layer LF, and side cuts of the intrinsic semiconductor layer 12p and the p-type semiconductor layer 13p are less likely to occur.

前述の関係式(1)及び(2)は、エッチング液の種類(濃度が相違するエッチング液も含む)により、満足させられる。 The above-mentioned relational expressions (1) and (2) can be satisfied depending on the type of etching solution (including etching solutions with different concentrations).

リフトオフ層LFの膜厚は、20nm以上250nm以下であることが好ましく、特には50nm以上200nm以下であることが好ましい。すなわち、リフトオフ層LFの膜厚が厚すぎると、図7に示すリフトオフ層除去工程におけるエッチング不足又は生産性の低下が懸念される。また、リフトオフ層LFの膜厚が厚すぎると、サイドエッチングによりリフトオフ層LFに逆テーパー状のアンダーカットが生じる可能性がある。 The thickness of the lift-off layer LF is preferably 20 nm or more and 250 nm or less, particularly preferably 50 nm or more and 200 nm or less. That is, if the thickness of the lift-off layer LF is too thick, there is a concern that insufficient etching or a decrease in productivity may occur in the lift-off layer removal step shown in FIG. 7. Furthermore, if the thickness of the lift-off layer LF is too thick, a reverse tapered undercut may occur in the lift-off layer LF due to side etching.

図15(a)のようにリフトオフ層LFに逆テーパー状のアンダーカットが生じると、リフトオフ層LFの幅が、p型半導体層13pに近づくほどリフトオフ層LFの表面と比べて狭くなる。このため、真性半導体層12p及びp型半導体層13pをエッチングした後の状態において、真性半導体層12p及びp型半導体層13pの端縁部が、リフトオフ層LFにおけるp型半導体層13pから最も遠い側の部分の端縁部よりも後退した状態になる。 When a reverse tapered undercut occurs in the lift-off layer LF as shown in FIG. 15(a), the width of the lift-off layer LF becomes narrower as it approaches the p-type semiconductor layer 13p compared to the surface of the lift-off layer LF. Therefore, in the state after etching the intrinsic semiconductor layer 12p and the p-type semiconductor layer 13p, the edge portions of the intrinsic semiconductor layer 12p and the p-type semiconductor layer 13p are on the farthest side from the p-type semiconductor layer 13p in the lift-off layer LF. It is set back from the edge of the part.

この状態で、図15(b)のように真性半導体層12n及びn型半導体層13nを形成すると、前述したように、リフトオフ層LFがマスクのような役割を果たして、非形成領域NA上の真性半導体層12nの側面と、真性半導体層12p及びp型半導体層13pの側面との間に隙間Sが生じて、最終的に、図15(c)のように結晶基板11の裏側主面11SBが露出してしまう。 In this state, when the intrinsic semiconductor layer 12n and the n-type semiconductor layer 13n are formed as shown in FIG. A gap S is generated between the side surface of the semiconductor layer 12n and the side surfaces of the intrinsic semiconductor layer 12p and the p-type semiconductor layer 13p, and finally, as shown in FIG. 15(c), the back main surface 11SB of the crystal substrate 11 is It will be exposed.

よって、リフトオフ層LFの膜厚は、前記のような逆テーパー状のアンダーカットを防止できる程度の膜厚にする必要がある。一方で、膜厚が薄すぎると、図7に示すリフトオフ層除去工程でリフトオフ層LFをパターニングする際にリフトオフ層LFが完全に除去される(リフトオフされる)おそれがある。そのため、ある程度の膜厚は必要になる。したがって、リフトオフ層LFの膜厚は、20nm以上250nm以下であることが好ましい。 Therefore, the thickness of the lift-off layer LF needs to be set to a thickness that can prevent the above-mentioned reverse tapered undercut. On the other hand, if the film thickness is too thin, there is a risk that the lift-off layer LF will be completely removed (lifted off) when patterning the lift-off layer LF in the lift-off layer removal process shown in FIG. Therefore, a certain degree of film thickness is required. Therefore, the thickness of the lift-off layer LF is preferably 20 nm or more and 250 nm or less.

太陽電池10は、結晶基板11がテクスチャ構造TXを有しており、この結晶基板11の裏側主面11SBの上に形成されるp型半導体層13p及びn型半導体層13nの各面には、テクスチャ構造TXを反映したテクスチャ構造(第2テクスチャ構造)が含まれることが好ましい。すなわち、p型半導体層13p及びn型半導体層13nは、下地の結晶基板11のテクスチャ構造TXが反映された第2テクスチャ構造を備えていることが好ましい。 In the solar cell 10, a crystal substrate 11 has a texture structure TX, and each surface of a p-type semiconductor layer 13p and an n-type semiconductor layer 13n formed on a back side main surface 11SB of this crystal substrate 11 includes: It is preferable that a texture structure (second texture structure) reflecting the texture structure TX is included. That is, it is preferable that the p-type semiconductor layer 13p and the n-type semiconductor layer 13n have a second texture structure in which the texture structure TX of the underlying crystal substrate 11 is reflected.

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

なお、本実施形態においては、結晶基板11の両主面11S、すなわち、表側主面11SUと裏側主面11SBとにテクスチャ構造TX(第1テクスチャ構造)を設けたが、いずれか一方の主面にのみに設けてもよい。 In the present embodiment, the texture structure TX (first texture structure) is provided on both main surfaces 11S of the crystal substrate 11, that is, the front main surface 11SU and the back main surface 11SB, but the texture structure TX (first texture structure) is provided on either main surface It may also be provided only on

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

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

例えば、前述の実施形態では、図8に示す第1半導体層除去工程では、結晶基板11の面直方向の裏側から見て、真性半導体層12p及びp型半導体層13pの幅が、リフトオフ層LFの幅よりも大きくなるように、真性半導体層12p及びp型半導体層13pをパターニングしている。
しかし、これに限らず、真性半導体層12p及びp型半導体層13pの幅が、リフトオフ層LFの幅と略同じ(実際には、リフトオフ層LFの幅が僅かに小さい)に形成されるようにパターニング(エッチング)してもよい。
For example, in the above-described embodiment, in the first semiconductor layer removal step shown in FIG. The intrinsic semiconductor layer 12p and the p-type semiconductor layer 13p are patterned to have a width larger than that of the p-type semiconductor layer 13p.
However, the present invention is not limited to this, and the width of the intrinsic semiconductor layer 12p and the p-type semiconductor layer 13p may be formed to be approximately the same as the width of the lift-off layer LF (actually, the width of the lift-off layer LF is slightly smaller). Patterning (etching) may also be performed.

すなわち、真性半導体層12p及びp型半導体層13pの幅が、リフトオフ層LFの幅と略同じ場合、リフトオフ層LFの端縁部とp型半導体層13pの端縁部とは略同じ位置に位置する。この状態で、真性半導体層12n及びn型半導体層13nを形成すると、図16に示すように、真性半導体層12n及びn型半導体層13nは、p型半導体層13pの上には直接乗り上げずに形成される。 That is, when the widths of the intrinsic semiconductor layer 12p and the p-type semiconductor layer 13p are approximately the same as the width of the lift-off layer LF, the edge portions of the lift-off layer LF and the edge portions of the p-type semiconductor layer 13p are located at approximately the same position. do. When the intrinsic semiconductor layer 12n and the n-type semiconductor layer 13n are formed in this state, as shown in FIG. It is formed.

これにより、リフトオフ層LFを除去することで、リフトオフ層LFの上に堆積したn型半導体層13n及び真性半導体層12nを結晶基板11から除去すると、図17に示すように、n型半導体層13nはp型半導体層13pの上には形成されず、幅方向において、真性半導体層12nを介してp型半導体層13pと分離される。なお、このようにして、p型半導体層13p及びn型半導体層13nを形成する場合、リークの発生を抑制する観点から、p型半導体層13pとn型半導体層13nとの境界部分に分離溝を形成することが好ましい。 As a result, when the n-type semiconductor layer 13n and the intrinsic semiconductor layer 12n deposited on the lift-off layer LF are removed from the crystal substrate 11 by removing the lift-off layer LF, the n-type semiconductor layer 13n is removed as shown in FIG. is not formed on the p-type semiconductor layer 13p, but is separated from the p-type semiconductor layer 13p via the intrinsic semiconductor layer 12n in the width direction. Note that when forming the p-type semiconductor layer 13p and the n-type semiconductor layer 13n in this way, a separation groove is formed at the boundary between the p-type semiconductor layer 13p and the n-type semiconductor layer 13n from the viewpoint of suppressing the occurrence of leakage. It is preferable to form

また、前述の実施形態では、図6で示す第1半導体層形成工程で使用する半導体層は、p型半導体層13pであったが、これに限らず、n型半導体層13nであっても構わない。また、結晶基板11の導電型も特に限定されず、p型であってもn型であってもよい。
すなわち、前述した実施形態において、p型とn型が入れ替わっていてもよい。
Further, in the above embodiment, the semiconductor layer used in the first semiconductor layer forming step shown in FIG. 6 is the p-type semiconductor layer 13p, but is not limited to this, and may be the n-type semiconductor layer 13n. do not have. Furthermore, the conductivity type of the crystal substrate 11 is not particularly limited, and may be p-type or n-type.
That is, in the embodiments described above, p-type and n-type may be exchanged.

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

以下、本開示に係る技術を実施例により具体的に説明する。但し、本開示に係る技術はこれらの実施例に限定されない。なお、以下の説明では、実施例1~8、並びに、比較例1において、条件が同じものについては、特に区別していない。 Hereinafter, the technology according to the present disclosure will be specifically explained using examples. However, the technology according to the present disclosure is not limited to these examples. Note that in the following explanation, there is no particular distinction between Examples 1 to 8 and Comparative Example 1 under the same conditions.

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

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

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

[リフトオフ層]
実施例1~5及び実施例7~8では、電子線(EB)蒸着装置(アルバック社製:EBX-2000)を用いて、p型水素化非晶質シリコン系薄膜の上に、表1に示す金属を主成分とするリフトオフ層を100nmの膜厚になるように形成した。各金属を蒸着源とし、10-4Pa以下の圧力になるまで真空排気を行い、800VAの出力で、基板温度を室温として製膜を行った。すなわち、実施例1~5,7~8は、真空蒸着法によって製膜した。
[Lift-off layer]
In Examples 1 to 5 and Examples 7 to 8, using an electron beam (EB) evaporation apparatus (EBX-2000, manufactured by ULVAC), the materials shown in Table 1 were deposited on a p-type hydrogenated amorphous silicon thin film. A lift-off layer containing the metal shown as a main component was formed to have a thickness of 100 nm. Using each metal as a vapor deposition source, vacuum evacuation was performed until the pressure reached 10 −4 Pa or less, and film formation was performed with an output of 800 VA and a substrate temperature of room temperature. That is, in Examples 1 to 5 and 7 to 8, films were formed by vacuum evaporation.

実施例6では、マグネトロンスパッタリング装置を用いて、p型水素化非晶質シリコン系薄膜の上に、タングステンを主成分とするリフトオフ層を100nmの膜厚になるように形成した。タングステンをターゲットとして使用し、基板温度を150℃とした装置のチャンバ内に、アルゴンガスを導入させて、そのチャンバ内の圧力を0.8Paとなるように設定した。交流電源を用いて0.4W/cmの電力密度で、製膜を行った。In Example 6, a lift-off layer containing tungsten as a main component was formed to a thickness of 100 nm on a p-type hydrogenated amorphous silicon thin film using a magnetron sputtering device. Argon gas was introduced into the chamber of the apparatus using tungsten as a target and the substrate temperature was set at 150° C., and the pressure inside the chamber was set to 0.8 Pa. Film formation was performed using an AC power source at a power density of 0.4 W/cm 2 .

比較例1では、CVD装置を用いて、p型水素化非晶質シリコン系薄膜の上に、酸化ケイ素(SiO)を主成分とするリフトオフ層を150nmの膜厚になるように形成した。製膜条件は、基板温度を150℃とし、圧力が0.9kPa、SiH/CO/H流量比が1/10/750、パワー密度が0.15W/cmとした。In Comparative Example 1, a lift-off layer containing silicon oxide (SiO x ) as a main component was formed to a thickness of 150 nm on a p-type hydrogenated amorphous silicon thin film using a CVD apparatus. The film forming conditions were a substrate temperature of 150° C., a pressure of 0.9 kPa, a SiH 4 /CO 2 /H 2 flow rate ratio of 1/10/750, and a power density of 0.15 W/cm 2 .

[リフトオフ層及び第1導電型半導体層のパターニング]
まず、実施例1~8、並びに、比較例1のそれぞれに対して、リフトオフ層が形成された結晶基板の裏側主面に感光性レジスト膜を製膜した。これをフォトリソグラフィ法により露光・現像を行い、リフトオフ層、p型半導体層及び真性半導体層を除去する領域を露出させた。
[Patterning of lift-off layer and first conductivity type semiconductor layer]
First, for each of Examples 1 to 8 and Comparative Example 1, a photosensitive resist film was formed on the back main surface of the crystal substrate on which the lift-off layer was formed. This was exposed and developed by photolithography to expose the regions where the lift-off layer, p-type semiconductor layer, and intrinsic semiconductor layer were to be removed.

実施例1では、露光・現像後、3重量%の硝酸に浸漬し、露出された領域のリフトオフ層を除去した。大過剰のアンモニア水で洗浄後に、純水によるリンスを行い、その後5.5重量%のフッ化水素酸に20ppmのオゾンを混合したオゾン/フッ化水素酸液に浸漬し、露出された領域のp型半導体層及び真性半導体層を除去した。 In Example 1, after exposure and development, the exposed area of the lift-off layer was removed by immersion in 3% by weight nitric acid. After cleaning with a large excess of ammonia water, rinse with pure water, and then immerse in an ozone/hydrofluoric acid solution containing 5.5% by weight hydrofluoric acid and 20 ppm ozone to remove the exposed areas. The p-type semiconductor layer and the intrinsic semiconductor layer were removed.

実施例2では、露光・現像後、5重量%の塩化鉄(III)水溶液に浸漬し、露出された領域のリフトオフ層を除去した。純水によるリンスの後に、5.5重量%のフッ化水素酸に20ppmのオゾンを混合したオゾン/フッ化水素酸液に浸漬し、露出された領域のp型半導体層及び真性半導体層を除去した。 In Example 2, after exposure and development, the exposed region of the lift-off layer was removed by immersion in a 5% by weight iron(III) chloride aqueous solution. After rinsing with pure water, the exposed areas of the p-type semiconductor layer and the intrinsic semiconductor layer are removed by immersion in an ozone/hydrofluoric acid solution containing 5.5% by weight of hydrofluoric acid and 20 ppm of ozone. did.

実施例3、4、7、8では、露光・現像後、3重量%の塩酸に浸漬し、露出された領域のリフトオフ層を除去した。純水によるリンスの後に、5.5重量%のフッ化水素酸に20ppmのオゾンを混合したオゾン/フッ化水素酸液に浸漬し、露出された領域のp型半導体層及び真性半導体層を除去した。 In Examples 3, 4, 7, and 8, after exposure and development, the exposed areas of the lift-off layer were removed by immersion in 3% by weight hydrochloric acid. After rinsing with pure water, the exposed areas of the p-type semiconductor layer and the intrinsic semiconductor layer are removed by immersion in an ozone/hydrofluoric acid solution containing 5.5% by weight of hydrofluoric acid and 20 ppm of ozone. did.

実施例5では、露光・現像後、3重量%の硫酸に浸漬し、露出された領域のリフトオフ層を除去した。純水によるリンスの後に、5.5重量%のフッ化水素酸に20ppmのオゾンを混合したオゾン/フッ化水素酸液に浸漬し、露出された領域のp型半導体層及び真性半導体層を除去した。 In Example 5, after exposure and development, the exposed area of the lift-off layer was removed by immersion in 3% by weight sulfuric acid. After rinsing with pure water, the exposed areas of the p-type semiconductor layer and the intrinsic semiconductor layer are removed by immersion in an ozone/hydrofluoric acid solution containing 5.5% by weight of hydrofluoric acid and 20 ppm of ozone. did.

実施例6では、露光・現像後、30重量%の次亜塩素酸ナトリウム水溶液に浸漬し、露出された領域のリフトオフ層を除去した。純水によるリンスの後に、5.5重量%のフッ化水素酸に20ppmのオゾンを混合したオゾン/フッ化水素酸液に浸漬し、露出された領域のp型半導体層及び真性半導体層を除去した。 In Example 6, after exposure and development, the exposed area of the lift-off layer was removed by immersion in a 30% by weight aqueous sodium hypochlorite solution. After rinsing with pure water, the exposed areas of the p-type semiconductor layer and the intrinsic semiconductor layer are removed by immersion in an ozone/hydrofluoric acid solution containing 5.5% by weight of hydrofluoric acid and 20 ppm of ozone. did.

比較例1では、露光・現像後、5重量%のフッ化水素酸に浸漬し、露出された領域のリフトオフ層を除去した。純水によるリンスの後に、5.5重量%のフッ化水素酸に20ppmのオゾンを混合したオゾン/フッ化水素酸液に浸漬し、露出された領域のp型半導体層及び真性半導体層を除去した。 In Comparative Example 1, after exposure and development, the exposed region of the lift-off layer was removed by immersion in 5% by weight hydrofluoric acid. After rinsing with pure water, the exposed areas of the p-type semiconductor layer and the intrinsic semiconductor layer are removed by immersion in an ozone/hydrofluoric acid solution containing 5.5% by weight of hydrofluoric acid and 20 ppm of ozone. did.

前記の工程をパターニング工程という。 The above process is called a patterning process.

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

[リフトオフ層及び第2導電型半導体層の除去]
実施例1では、n型半導体層が形成された結晶基板を、エッチング液として濃度が7重量%の硝酸に浸漬して、リフトオフ層、そのリフトオフ層を覆うn型半導体層、及びリフトオフ層とn型半導体層との間にある真性半導体層をまとめて除去した。
[Removal of lift-off layer and second conductivity type semiconductor layer]
In Example 1, a crystal substrate on which an n-type semiconductor layer is formed is immersed in nitric acid having a concentration of 7% by weight as an etching solution to form a lift-off layer, an n-type semiconductor layer covering the lift-off layer, and a lift-off layer and an n-type semiconductor layer. The intrinsic semiconductor layer between the semiconductor layer and the semiconductor layer was removed all at once.

実施例2では、n型半導体層が形成された結晶基板を、エッチング液として濃度が10重量%の塩化鉄(III)水溶液に浸漬して、リフトオフ層、そのリフトオフ層を覆うn型半導体層、及びリフトオフ層とn型半導体層との間にある真性半導体層をまとめて除去した。 In Example 2, a crystal substrate on which an n-type semiconductor layer is formed is immersed in an aqueous iron chloride solution having a concentration of 10% by weight as an etching solution to form a lift-off layer, an n-type semiconductor layer covering the lift-off layer, And the intrinsic semiconductor layer between the lift-off layer and the n-type semiconductor layer was removed all together.

実施例3、4、7、8では、n型半導体層が形成された結晶基板を、エッチング液として濃度が7重量%の塩酸に浸漬して、リフトオフ層、該リフトオフ層の上のn型半導体層、及びリフトオフ層とn型半導体層との間にある真性半導体層をまとめて除去した。 In Examples 3, 4, 7, and 8, the crystal substrate on which the n-type semiconductor layer was formed was immersed in hydrochloric acid having a concentration of 7% by weight as an etching solution to form a lift-off layer and an n-type semiconductor on the lift-off layer. layer, and the intrinsic semiconductor layer between the lift-off layer and the n-type semiconductor layer were removed all together.

実施例5では、n型半導体層が形成された結晶基板を、エッチング液として濃度が7重量%の硫酸に浸漬して、リフトオフ層、そのリフトオフ層を覆うn型半導体層、及びリフトオフ層とn型半導体層との間にある真性半導体層をまとめて除去した。 In Example 5, a crystal substrate on which an n-type semiconductor layer was formed was immersed in sulfuric acid with a concentration of 7% by weight as an etching solution to form a lift-off layer, an n-type semiconductor layer covering the lift-off layer, and a lift-off layer and an n-type semiconductor layer. The intrinsic semiconductor layer between the semiconductor layer and the semiconductor layer was removed all at once.

実施例6では、n型半導体層が形成された結晶基板を、エッチング液として濃度が50重量%の次亜塩素酸ナトリウム水溶液に浸漬して、リフトオフ層、そのリフトオフ層を覆うn型半導体層、及びリフトオフ層とn型半導体層との間にある真性半導体層をまとめて除去した。 In Example 6, a crystal substrate on which an n-type semiconductor layer was formed was immersed in a sodium hypochlorite aqueous solution having a concentration of 50% by weight as an etching solution to form a lift-off layer, an n-type semiconductor layer covering the lift-off layer, And the intrinsic semiconductor layer between the lift-off layer and the n-type semiconductor layer was removed all together.

比較例1では、n型半導体層が形成された結晶基板を、エッチング液として濃度が5重量%のフッ化水素酸に浸漬して、リフトオフ層、該リフトオフ層の上のn型半導体層、及びリフトオフ層とn型半導体層との間にある真性半導体層をまとめて除去した。 In Comparative Example 1, a crystal substrate on which an n-type semiconductor layer was formed was immersed in hydrofluoric acid having a concentration of 5% by weight as an etching solution to remove the lift-off layer, the n-type semiconductor layer on the lift-off layer, and The intrinsic semiconductor layer between the lift-off layer and the n-type semiconductor layer was removed all together.

前記の工程をリフトオフ工程という。 The above process is called a lift-off process.

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

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

さらに、透明電極層の上に、銀ペースト(藤倉化成製:ドータイトFA-333)を希釈せずにスクリーン印刷し、温度が150℃のオーブンで60分間の加熱処理を行った。これにより、金属電極層が形成された。 Further, a silver paste (Dotite FA-333 manufactured by Fujikura Kasei Co., Ltd.) was screen printed on the transparent electrode layer without dilution, and heat treatment was performed in an oven at a temperature of 150° C. for 60 minutes. As a result, a metal electrode layer was formed.

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

[膜厚及びエッチング性の評価]
リフトオフ層の膜厚又はエッチング状態は、光学顕微鏡(BX51:オリンパス光学工業社製)とSEM(フィールドエミッション型走査型電子顕微鏡S4800:日立ハイテクノロジーズ社製)を用いて評価した。パターニング工程の後に、設計上のパターニング除去領域に従ってエッチングされるとともに、結晶基板の裏側主面から光学顕微鏡で観察して、p型半導体層がリフトオフ層よりもエッチングされていない(p型半導体層の端縁部がリフトオフ層の端縁部よりも後退していない)場合には「A」とした。それに対して、リフトオフ層が過剰にエッチングされ、太陽電池特性に悪影響が出た場合には「B」とした。
[Evaluation of film thickness and etching properties]
The film thickness or etching state of the lift-off layer was evaluated using an optical microscope (BX51: manufactured by Olympus Optical Industries, Ltd.) and an SEM (field emission scanning electron microscope S4800: manufactured by Hitachi High-Technologies). After the patterning process, the p-type semiconductor layer is etched according to the designed pattern removal area, and when observed with an optical microscope from the back main surface of the crystal substrate, it is found that the p-type semiconductor layer is less etched than the lift-off layer (the p-type semiconductor layer is etched less than the lift-off layer). If the edge part was not recessed from the edge part of the lift-off layer, it was rated "A". On the other hand, when the lift-off layer was excessively etched and the solar cell characteristics were adversely affected, it was rated "B".

リフトオフ工程では、リフトオフ層が除去された場合には「A」とし、リフトオフ層が残った場合には「B」とした。 In the lift-off process, when the lift-off layer was removed, it was designated as "A", and when the lift-off layer remained, it was designated as "B".

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

Figure 0007361045000001
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実施例1~8は、比較例1と同様、パターニング工程及びリフトオフ工程ともにA評価となり、B評価がなかった。 In Examples 1 to 8, as in Comparative Example 1, both the patterning process and the lift-off process were rated A, and there was no B rating.

実施例1~8は、パターン精度及び太陽電池特性の共に良好であった。また、リフトオフ層が金属を主成分とする実施例1~8は、リフトオフ層として金属酸化物層を使用した比較例1に比べて高い変換効率となった。 Examples 1 to 8 had good pattern accuracy and solar cell characteristics. In addition, Examples 1 to 8 in which the lift-off layer contained metal as a main component had higher conversion efficiency than Comparative Example 1 in which a metal oxide layer was used as the lift-off layer.

特に実施例2については、銅を蒸着法により製膜することで、スパッタリング法による製膜と比べて結晶粒が大きな膜を形成することができた。これにより、パターニング工程でリフトオフ層LFのオーバーエッチングを抑制することができ、かつリフトオフ工程において除去ができた。 In particular, in Example 2, by forming a copper film by vapor deposition, it was possible to form a film with larger crystal grains than by forming a film by sputtering. Thereby, over-etching of the lift-off layer LF could be suppressed in the patterning process, and it could be removed in the lift-off process.

ところで、実施例1~8は異なる種類のエッチング液を用いるところ、比較例1は1種類のフッ化水素酸を使用し、フッ化水素の濃度を変化させてエッチング液として用いる。
実施例1~8のような複数種類のエッチング液を用いることで、より効果的にリフトオフ層・第1導電型半導体層・真性半導体層のエッチングが好適に行われることが期待できる。これは、以下のように説明可能である。
By the way, while Examples 1 to 8 use different types of etching solutions, Comparative Example 1 uses one type of hydrofluoric acid as the etching solution with varying concentrations of hydrogen fluoride.
By using a plurality of types of etching solutions as in Examples 1 to 8, it is expected that the lift-off layer, the first conductivity type semiconductor layer, and the intrinsic semiconductor layer can be etched more effectively and suitably. This can be explained as follows.

第1導電型の半導体層及び真性半導体層をエッチングするオゾン/フッ化水素酸は、第1導電型の半導体層及び真性半導体層のエッチングのみではなく、リフトオフ層も微量にエッチングする。このことから、第1導電型の半導体層及び真性半導体層のサイドカット(アンダーカット)が抑制される。 The ozone/hydrofluoric acid that etches the first conductivity type semiconductor layer and the intrinsic semiconductor layer not only etches the first conductivity type semiconductor layer and the intrinsic semiconductor layer but also slightly etches the lift-off layer. This suppresses side cuts (undercuts) in the first conductivity type semiconductor layer and the intrinsic semiconductor layer.

一方で、第1導電型の半導体層及び真性半導体層のエッチングの間に、リフトオフ層が全くエッチングされない場合、エッチング液がリフトオフ層の表面からその層の結晶粒界等を通って、第1導電型の半導体層及び真性半導体層に到達する過程が優先されることがある。 On the other hand, if the lift-off layer is not etched at all during the etching of the first conductivity type semiconductor layer and the intrinsic semiconductor layer, the etching solution passes from the surface of the lift-off layer through the crystal grain boundaries of that layer and etches the first conductivity type semiconductor layer and the intrinsic semiconductor layer. Priority may be given to processes that reach the type semiconductor layer and the intrinsic semiconductor layer.

しかしながら、実施例1~8のような太陽電池の製造方法では、第1導電型の半導体層及び真性半導体層のエッチングの間に、リフトオフ層も微量にエッチングされる。これにより、第1導電型の半導体層及び真性半導体層の端縁部がエッチングにより後退するときには、リフトオフ層の端縁部もエッチングにより後退する。すなわち、第1半導体層除去工程が実施され、第1導電型の半導体層及び真性半導体層がエッチングされている最中にリフトオフ層のエッチングも同時に起こる。
また、実施例1~8のような太陽電池の製造方法では、エッチング液がリフトオフ層の表面からその層の結晶粒界等を通って、リフトオフ層の下に位置する第1導電型の半導体層及び真性半導体層をエッチングしてしまうことが抑制される。
However, in the solar cell manufacturing methods as in Examples 1 to 8, the lift-off layer is also slightly etched during the etching of the first conductivity type semiconductor layer and the intrinsic semiconductor layer. Accordingly, when the edge portions of the first conductivity type semiconductor layer and the intrinsic semiconductor layer recede due to etching, the edge portion of the lift-off layer also recedes due to etching. That is, the first semiconductor layer removing step is performed, and while the first conductivity type semiconductor layer and the intrinsic semiconductor layer are being etched, the lift-off layer is etched at the same time.
In addition, in the method for manufacturing a solar cell as in Examples 1 to 8, the etching solution passes from the surface of the lift-off layer through the crystal grain boundaries of that layer, and etches the semiconductor layer of the first conductivity type located below the lift-off layer. And etching of the intrinsic semiconductor layer is suppressed.

総括すると、金属を主成分とするリフトオフ層にするとともに、2種類のエッチング液を用いてウエットエッチングすることにより、太陽電池特性が良好になるという結果を得た。
これは、2種類のエッチング液を用いて各層を出来るだけ早くエッチングすること、及び、第1導電型の半導体層及び真性半導体層をエッチングする際に、エッチング液でリフトオフ層が微量にエッチングされることにより、パターニング工程及びリフトオフ工程のどちらも均一で且つ精度良くパターニングされる。
これは、第1導電型の半導体層及び第2導電型の半導体層の配列又は電極層との電気的なコンタクト(直列抵抗の上昇抑制)が良好になるためと考えられる。
In summary, the results showed that solar cell characteristics were improved by forming a lift-off layer containing metal as the main component and performing wet etching using two types of etching solutions.
This is done by etching each layer as quickly as possible using two types of etching solutions, and when etching the first conductivity type semiconductor layer and the intrinsic semiconductor layer, the lift-off layer is slightly etched by the etching solution. As a result, uniform and accurate patterning can be achieved in both the patterning process and the lift-off process.
This is considered to be because the arrangement of the first conductivity type semiconductor layer and the second conductivity type semiconductor layer or the electrical contact with the electrode layer (suppression of increase in series resistance) is improved.

特に、第1導電型の半導体層及び真性半導体層をエッチングする際に、第2エッチング液でリフトオフ層が微量にエッチングされることにより、第1導電型の半導体層及び真性半導体層のサイドカットが抑制される。そのため、十分な太陽電池特性を得られると考えられる。 In particular, when etching the first conductivity type semiconductor layer and the intrinsic semiconductor layer, the lift-off layer is slightly etched with the second etching solution, resulting in side cuts in the first conductivity type semiconductor layer and the intrinsic semiconductor layer. suppressed. Therefore, it is considered that sufficient solar cell characteristics can be obtained.

以上のことから、半導体層上にリフトオフ層が積層された状態で、エッチング速度が異なる2種類以上のエッチング液を使用してエッチングを行う。こうすることで、パターニング工程及びリフトオフ工程のどちらも均一で且つ精度良くパターニングできることがわかった。
金属を主成分とするリフトオフ層を使用することで、金属酸化物を主成分とするリフトオフ層を使用した場合に比べて光電変換効率を向上できることがわかった。
From the above, with the lift-off layer stacked on the semiconductor layer, etching is performed using two or more types of etching solutions having different etching rates. It was found that by doing so, it was possible to pattern uniformly and accurately in both the patterning process and the lift-off process.
It has been found that by using a lift-off layer whose main component is a metal, the photoelectric conversion efficiency can be improved compared to the case where a lift-off layer whose main component is a metal oxide is used.

10 太陽電池
11 結晶基板(半導体基板)
12 真性半導体層
13 導電型半導体層
13p p型半導体層[第1導電型の第1半導体層/第2導電型の第2半導体層]
13n n型半導体層[第2導電型の第1半導体層/第1導電型の第2半導体層]
15 電極層
17 透明電極層
18 金属電極層
LF リフトオフ層
10 Solar cell 11 Crystal substrate (semiconductor substrate)
12 Intrinsic semiconductor layer 13 Conductivity type semiconductor layer 13p P-type semiconductor layer [first semiconductor layer of first conductivity type/second semiconductor layer of second conductivity type]
13n n-type semiconductor layer [first semiconductor layer of second conductivity type/second semiconductor layer of first conductivity type]
15 Electrode layer 17 Transparent electrode layer 18 Metal electrode layer LF Lift-off layer

Claims (12)

半導体基板の第1主面側に第1導電型の第1半導体層を形成する第1半導体層形成工程と、
前記第1半導体層上にリフトオフ層を積層するリフトオフ層積層工程と、
前記第1半導体層及び前記リフトオフ層をエッチングにより選択的にそれぞれ除去するパターニング工程と、
前記パターニング工程での前記第1半導体層及び前記リフトオフ層の除去部分から前記第1半導体層及び前記リフトオフ層の積層部分に跨るように、前記第1主面側に第2導電型の第2半導体層を形成する第2半導体層形成工程と、
前記リフトオフ層を除去することにより、前記リフトオフ層を覆う前記第2半導体層を除去するリフトオフ工程と、を含み、
前記パターニング工程では、前記半導体基板の面直方向の前記第1主面側から見て、前記第1半導体層のエッチング面積が前記リフトオフ層のエッチング面積以下になるように、2種類以上のエッチング液を用いて前記第1半導体層及び前記リフトオフ層を除去するものであり、
前記リフトオフ層は、金属を主成分とするものであり、
前記パターニング工程は、前記リフトオフ層を除去するリフトオフ層除去工程と、前記第1半導体層を除去する第1半導体層除去工程とを含み、前記リフトオフ層除去工程後に前記第1半導体層除去工程を行うものであり、
前記リフトオフ層除去工程で用いるエッチング液の種類と、前記第1半導体層除去工程で用いるエッチング液の種類が異なる、太陽電池の製造方法。
a first semiconductor layer forming step of forming a first semiconductor layer of a first conductivity type on the first main surface side of the semiconductor substrate;
a lift-off layer lamination step of laminating a lift-off layer on the first semiconductor layer;
a patterning step of selectively removing each of the first semiconductor layer and the lift-off layer by etching;
A second semiconductor of a second conductivity type is provided on the first main surface side so as to extend from the removed portion of the first semiconductor layer and the lift-off layer in the patterning step to the laminated portion of the first semiconductor layer and the lift-off layer. a second semiconductor layer forming step of forming a layer;
a lift-off step of removing the second semiconductor layer covering the lift-off layer by removing the lift-off layer,
In the patterning step, two or more types of etching solutions are used so that the etching area of the first semiconductor layer is equal to or less than the etching area of the lift-off layer when viewed from the first main surface side in the direction perpendicular to the surface of the semiconductor substrate. the first semiconductor layer and the lift-off layer are removed using
The lift-off layer has metal as a main component,
The patterning step includes a lift-off layer removing step of removing the lift-off layer and a first semiconductor layer removing step of removing the first semiconductor layer, and the first semiconductor layer removing step is performed after the lift-off layer removing step. It is a thing,
A method for manufacturing a solar cell , wherein the type of etching liquid used in the lift-off layer removing step is different from the type of etching liquid used in the first semiconductor layer removing step .
前記リフトオフ層除去工程で用いるエッチング液を第1エッチング液とし、前記第1半導体層除去工程で用いるエッチング液を第2エッチング液としたときに、
前記第1エッチング液は、前記リフトオフ層のエッチング速度が第1半導体層のエッチング速度よりも速く、
前記第2エッチング液は、前記リフトオフ層のエッチング速度が第1半導体層のエッチング速度以上であって、かつ、前記第1エッチング液の前記リフトオフ層のエッチング速度よりも遅い、請求項に記載の太陽電池の製造方法。
When the etching solution used in the lift-off layer removal step is a first etching solution, and the etching solution used in the first semiconductor layer removal step is a second etching solution,
The first etching solution has a faster etching rate for the lift-off layer than an etching rate for the first semiconductor layer,
The etching rate of the lift-off layer of the second etchant is higher than or equal to the etching rate of the first semiconductor layer, and is lower than the etching rate of the lift-off layer of the first etchant. Method of manufacturing solar cells.
前記第1エッチング液は、前記リフトオフ層のエッチング速度が前記第1半導体層のエッチング速度の10倍以上である、請求項に記載の太陽電池の製造方法。 3. The method for manufacturing a solar cell according to claim 2 , wherein the first etchant has an etching rate of the lift-off layer that is 10 times or more than an etching rate of the first semiconductor layer. 半導体基板の第1主面側に第1導電型の第1半導体層を形成する第1半導体層形成工程と、a first semiconductor layer forming step of forming a first semiconductor layer of a first conductivity type on the first main surface side of the semiconductor substrate;
前記第1半導体層上にリフトオフ層を積層するリフトオフ層積層工程と、a lift-off layer lamination step of laminating a lift-off layer on the first semiconductor layer;
前記第1半導体層及び前記リフトオフ層をエッチングにより選択的にそれぞれ除去するパターニング工程と、a patterning step of selectively removing each of the first semiconductor layer and the lift-off layer by etching;
前記パターニング工程での前記第1半導体層及び前記リフトオフ層の除去部分から前記第1半導体層及び前記リフトオフ層の積層部分に跨るように、前記第1主面側に第2導電型の第2半導体層を形成する第2半導体層形成工程と、A second semiconductor of a second conductivity type is provided on the first main surface side so as to extend from the removed portion of the first semiconductor layer and the lift-off layer in the patterning step to the laminated portion of the first semiconductor layer and the lift-off layer. a second semiconductor layer forming step of forming a layer;
前記リフトオフ層を除去することにより、前記リフトオフ層を覆う前記第2半導体層を除去するリフトオフ工程と、を含み、a lift-off step of removing the second semiconductor layer covering the lift-off layer by removing the lift-off layer,
前記パターニング工程では、前記半導体基板の面直方向の前記第1主面側から見て、前記第1半導体層のエッチング面積が前記リフトオフ層のエッチング面積以下になるように、2種類以上のエッチング液を用いて前記第1半導体層及び前記リフトオフ層を除去するものであり、In the patterning step, two or more types of etching solutions are used so that the etching area of the first semiconductor layer is equal to or less than the etching area of the lift-off layer when viewed from the first main surface side in the direction perpendicular to the surface of the semiconductor substrate. the first semiconductor layer and the lift-off layer are removed using
前記リフトオフ層は、金属を主成分とするものであり、The lift-off layer has metal as a main component,
前記リフトオフ層積層工程では、前記リフトオフ層は20nm以上250nm以下の膜厚となるように形成される、太陽電池の製造方法。In the lift-off layer lamination step, the lift-off layer is formed to have a thickness of 20 nm or more and 250 nm or less.
前記リフトオフ層は、純金属又は金属合金を90%以上含む、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。 The method for manufacturing a solar cell according to any one of claims 1 to 4, wherein the lift-off layer contains 90% or more of a pure metal or a metal alloy. 前記リフトオフ層は、銀、又は、5n+4(nは4以上15以下の整数)の原子番号を有する金属元素を主成分とする、請求項1~5のいずれか1項に記載の太陽電池の製造方法。 Production of the solar cell according to any one of claims 1 to 5, wherein the lift-off layer contains silver or a metal element having an atomic number of 5n+4 (n is an integer of 4 or more and 15 or less) as a main component. Method. 前記リフトオフ層は、銀、銅、クロム、イットリウム、インジウム、タングステン、ガドリニウム、又はツリウムの金属元素を主成分とする、請求項6に記載の太陽電池の製造方法。 7. The method for manufacturing a solar cell according to claim 6, wherein the lift-off layer contains a metal element such as silver, copper, chromium, yttrium, indium, tungsten, gadolinium, or thulium as a main component. 前記リフトオフ層は、物理気相堆積法によって製膜される、請求項1~のいずれか1項に記載の太陽電池の製造方法。 The method for manufacturing a solar cell according to any one of claims 1 to 7 , wherein the lift-off layer is formed by a physical vapor deposition method. 前記リフトオフ層は、真空蒸着法によって製膜される、請求項に記載の太陽電池の製造方法。 The method for manufacturing a solar cell according to claim 8 , wherein the lift-off layer is formed by a vacuum evaporation method. 前記半導体基板は、少なくとも前記第1主面に第1テクスチャ構造を有しており、
前記第1半導体層及び前記第2半導体層は、前記第1テクスチャ構造を反映した第2テクスチャ構造を含む、請求項1~9のいずれか1項に記載の太陽電池の製造方法。
The semiconductor substrate has a first texture structure on at least the first main surface,
The method for manufacturing a solar cell according to claim 1, wherein the first semiconductor layer and the second semiconductor layer include a second texture structure reflecting the first texture structure.
前記パターニング工程では、前記リフトオフ層の端縁部が前記第1半導体層の端縁部よりも後退して形成されるようにエッチングする、請求項1~10のいずれか1項に記載の太陽電池の製造方法。 The solar cell according to any one of claims 1 to 10 , wherein in the patterning step, etching is performed so that an edge of the lift-off layer is formed to be set back from an edge of the first semiconductor layer. manufacturing method. 半導体基板の第1主面側に、第1導電型の第1半導体層、第2導電型の第2半導体層、第1電極層、及び第2電極層を備え、前記半導体基板と前記第1電極層の間に前記第1半導体層が介在し、さらに前記半導体基板と前記第2電極層の間に前記第2半導体層が介在する太陽電池の製造方法であって、
前記半導体基板の前記第1主面側に前記第1半導体層を形成する第1半導体層形成工程と、
前記第1半導体層上にリフトオフ層を積層するリフトオフ層積層工程と、
前記リフトオフ層に対するエッチング速度が異なる2種類以上のエッチング液を用いて、前記半導体基板の面直方向の前記第1主面側から見て前記第1半導体層のエッチング面積が前記リフトオフ層のエッチング面積以下になるように、前記第1半導体層及び前記リフトオフ層のそれぞれの一部を除去するパターニング工程を含み、
前記リフトオフ層は、金属を主成分とする、太陽電池の製造方法。
A first semiconductor layer of a first conductivity type, a second semiconductor layer of a second conductivity type, a first electrode layer, and a second electrode layer are provided on the first main surface side of the semiconductor substrate, and the semiconductor substrate and the first A method for manufacturing a solar cell, wherein the first semiconductor layer is interposed between electrode layers, and the second semiconductor layer is further interposed between the semiconductor substrate and the second electrode layer,
a first semiconductor layer forming step of forming the first semiconductor layer on the first main surface side of the semiconductor substrate;
a lift-off layer lamination step of laminating a lift-off layer on the first semiconductor layer;
Using two or more types of etching solutions having different etching rates for the lift-off layer, the etching area of the first semiconductor layer is equal to the etching area of the lift-off layer when viewed from the first main surface side in a direction perpendicular to the surface of the semiconductor substrate. a patterning step of removing a portion of each of the first semiconductor layer and the lift-off layer as follows,
The method for manufacturing a solar cell, wherein the lift-off layer contains metal as a main component.
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