JPH0513543B2 - - Google Patents

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JPH0513543B2
JPH0513543B2 JP62283331A JP28333187A JPH0513543B2 JP H0513543 B2 JPH0513543 B2 JP H0513543B2 JP 62283331 A JP62283331 A JP 62283331A JP 28333187 A JP28333187 A JP 28333187A JP H0513543 B2 JPH0513543 B2 JP H0513543B2
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JP
Japan
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aluminum
solar cell
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semiconductor substrate
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Kunihiro Matsukuma
Shigeru Kokuchi
Hideyuki Yagi
Yasuaki Uchida
Kazuo Nishinoiri
Nobutaka Tomura
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/02Details
    • H01L31/0224Electrodes
    • H01L31/022408Electrodes for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
    • H01L31/022425Electrodes for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier for solar cells
    • HELECTRICITY
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    • H01L31/02Details
    • H01L31/0236Special surface textures
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/547Monocrystalline silicon PV cells

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は結晶形シリコン太陽電池に係り、特に
入射した光の変換効率の向上に好適な太陽電池の
製造方法に関する。
〔従来の技術〕
BSF(Back Surface Field)太陽電池素子の光
エネルギーの電気エネルギーへの変換効率は、理
論計算によればシリコン基板の厚さが少数キヤリ
ヤ拡散長の半分程度、即ち10μmで最大となる。
又、太陽電池素子内部へ入射した光が素子の裏面
で反射され外部へ抜け出ることなく再び素子内部
へ進入していき、太陽電池のおもて面で再び内部
へ反射される構造の即ち光のとじ込め
(lighttrapping)の構造の太陽電池素子ではシリ
コン基板の厚さは薄ければ薄い程、変換効率は高
い。従つて太陽電池素子は薄いシリコン基板を用
い製作されることが望ましい。
〔発明が解決しようとする問題点〕
上記従来技術はシリコン基板の厚さを薄くする
ことにより、変換効率の向上を図つていたが反面
薄くすることにより太陽電池素子製作過程につい
て配慮がされておらず、製作中に破損しやすいと
云う問題があつた。
本発明の目的は使用シリコン基板の厚さを薄く
することなく、高い変換効率の太陽電池素子の製
造方法を提供することにある。
〔問題点を解決するための手段〕
上記問題点は、互いに反対側に位置する一対の
主表面を有する所定導電型の半導体基板の一方の
主表面側にn型層を形成する第1の工程と、半導
体基板の他方の主表面上にアルミニウムを含むペ
ースト層を形成する第2の工程と、半導体基板を
加熱して半導体基板の他方の主表面側略全面に半
導体基板より高不純物濃度を有するp型層及びp
型層に隣接するアルミニウム半導体合金層を形成
する第3の工程と、半導体基板の他方の主表面上
にレーザービームを選択的に照射して、p型層及
びアルミニウム半導体合金層の選択された個所を
突起状に深くする第4の工程とにより太陽電池素
子を製造することによつて達成される。
〔作用〕
p型層とそれに隣接する電極よりなる積層の一
部を基板領域側へ突出させる事により、太陽電池
製作過程での熱応力による反りの発生を防ぐ事が
できる。さらに突起部を設けたことにより基板領
域の厚さを、実質的に薄くしたことになる。
〔実施例〕
以下第1図を用いて、本発明の一実施例を説明
する。
太陽電池1は、n+型半導体層14と、受光面
となる一方の主表面17に設けた金属電極13
と、p型の基板領域12である太陽電池ベース
と、その裏面となる他方の主表面18にアルミニ
ウムシリコン合金層10と、p+型半導体層11
とを有している。このアルミニウムシリコン合金
層10とp+型半導体層11に形成される突起状
のアルミニウムシリコン合金層10′、突起状の
p+型半導体層11′が含まれる。このアルミニウ
ムシリコン合金層10、p+型半導体層11、突
起状のアルミニウムシリコン合金層10′、突起
状のp+型半導体層11′は次の様にして形成され
る。アルミニウムをp型半導体層の裏面に蒸着す
る事や、アルミニウムペーストをその裏面に印刷
した後アルミニウムとシリコンとの共晶温度以上
に加熱し、冷却すると共晶合金反応及びアルミニ
ウムのドーピング作用により、アルミニウムシリ
コン合金層10p+型半導体層11が形成される。
次にレーザ光やランプ光のスポツトを照射し部分
的に前記の加熱温度よりも高い温度で加熱し冷却
すると、同様の共晶合金反応により突起状のアル
ミニウムシリコン合金層10′と、p+型半導体層
11′が形成される。
この突起部の深さをこの部分の太陽電池素子の
ベース厚さが、ベースのキヤリヤ拡散長の半分以
下になる様にし、突起部の裏面の全面積に対する
割合を大きくして行くと、太陽電池素子の変換効
率は大きくなる。しかしながらアルミニウムシリ
コン合金層とシリコン基板との熱膨張係数の違い
に起因する、シリコン基板の反りが大きくなり、
その後の太陽電池素子製作過程で割れる割合が高
くなり歩留が低下する。従つてアルミニウムシリ
コン合金層を部分的に突起状に深くすることによ
り、反り応力発生を少なくしたものである。そし
て太陽電池素子の変換効率向上の点に於いても、
そのベースの厚さをベースの少数キヤリヤ拡散長
の半分以下薄くすることによつて、始めて少数キ
ヤリヤの反射(BSF効果)という物理現象によ
つて効果が現われるので少なくとも、一部でもこ
の条件を満す様に深くするようにしたものであ
る。さらに太陽電池素子のベースは光学活性層で
あるためこのベースを薄くすることは、太陽光の
吸収による光生成電流を減らし、変換効率の低下
が考えられるがこれは太陽光がアルミニウムシリ
コン合金層が金属のため、この部分で反射される
ため、低下はほとんどなくむしろ受光面接合に近
い方向へ光の反射が起るため、変換効率は向上す
る。この突起部の深さの最適値及び裏面に対する
面積の最適に割合は使用するシリコン基板の厚さ
やその少数キヤリヤ拡散長や結晶粒界、結晶欠陥
の存在の有無や機械的強度等によつて異る。
多結晶キヤストシリコン基板を使用した実施例
に於いて以下説明する。このシリコン基板の最初
の厚さは400μmで少数キヤリヤ拡散長は約100μ
m、p型半導体層で比抵抗は1.5Ωcmであつた。
この基板に燐拡散により深さが約0.3μmのn+型半
導体層14を形成する。そしてこの反対面(以後
裏面と略す。)にアルミニウムを含む印刷用ペー
ストをその厚さが約30μmスクリーン印刷し、
750℃10分間、窒素雰囲気中で加熱し、冷却して、
約40μmの深さのアルミニウムシリコン合金層1
0及びこれと接するシリコン基板上に約5μmの
p+型半導体層11とを形成する。しかる後、裏
面より突起部の径が約100μm、そのエネルギー
が約4KWのレーザービームを約5msec、照射
し、突起状のアルミニウムシリコン合金層10′、
p+半導体層11′をその深さが、約300μmとなる
ようにして、この部分のベース12の厚さが約
50μmになるようにする。このような突起状のア
ルミニウムシリコン合金層10′、p+型半導体層
11′を裏面に多数形成する。この後受光面電極
13を形成し、太陽電池素子とする。
本実施例によれば、突起状のアルミニウムシリ
コン合金層10′、p+半導体層11′の数を増す
につれ、太陽電池素子の変換効率向上の効果があ
る。また突起状のアルミニウムシリコン合金層1
0′、p+型半導体層11′が裏面の面積に対して、
20%以上の割合となると、前記の反りの発生によ
り歩留の低下が見られた。さらにこの実施例にお
いて、突起状のアルミニウムシリコン合金層1
0′、p+型半導体層11′を多結晶シリコン基板
の結晶粒界の密度の高い部分に形成した場合、及
び受光面金属電極13の下面の、電極による光の
影部のp型半導体層領域を含む部分に選択的に形
成した場合、最部の有効利用となり、著しい変換
効率向上の効果がある。
本発明の他の実施例を第2図により説明する。
この太陽電池素子はn型基板領域12上に形成
されたn+型半導体層14、n型基板領域12の
下面に形成されたp+型半導体層11及び受光面
側電極13、裏面電極(アルミニウム−シリコン
合金層)10で構成されている。また、裏面電極
10及びp+層11から一部スパイク状に基板領
域12内に伸びたスパイク状アルミニウム−シリ
コン合金層10′及びスパイク状p+層11′が含
まれる。
このスパイク状アルミニウム−シリコン合金層
10′及びスパイク状p+層11′は第1図の実施
例と同じ方法で形成される。
かかる構成にすれば半導体基板の厚を薄くする
ことなく実効的な基板領域を薄くすることがで
き、少数キヤリヤ拡散長の短い半導体基板を使用
しても、低コストで変換効率の高い太陽電池が得
られる。
また、スパイク状のアルミニウム−シリコン合
金層は光の裏面反射効果をも有し、光の有効利用
につながる。
また、pn接合15が従来より長くなるためキ
ヤリヤの収集効率向上につながる。
本発明の更に他の実施例を第3図に基づいて説
明する。
この太陽電池1はp+型ボロン拡散層11、受
光面側電極となるアルミニウムシリコン合金層1
0、p+シリコン再成長層11′、n型の基板領域
は太陽電池のベース層、n+型半導体層14と裏
面電極13を有している。この受光面側10,1
1′は次の様にして形成される。
n型基板領域12に、例えばボロンを拡散し、
p+型拡散層11を形成し、端面及び裏面11を
エツチングで除去した後、裏面にイオン打込み法
で燐イオンを打込みn+型半導体層14を形成す
る。次にアルミニウムペーストを用いて印刷法に
より11上に電極パターンを形成する。
次に、レーザー光やランプ光を前記電極上に照
射する。この時の照射条件は、照射部の温度がア
ルミニウムとシリコンの共晶反応温度以上となる
条件がある。その合金反応により、アルミニウム
シリコン合金層10、p+シリコン再成長層1
1′が溝状に深く形成される。この10,11′が
形成される条件として、例えば、レーザー照射に
より照射部の温度を750℃とすることにより、1
2の深さが約50μm、13の厚さが約10μm形成
される。そして、裏面金属電極13を裏面全面に
形成する。
この実施例では、基板割れによる歩留りの低下
はなく、変換効率の大きな向上が見られた。
上記実施例では、アルミニウムペーストを用い
て印刷法にて電極パターンを形成しているが、ア
ルミニウム蒸着とホトリソグラフイー法にて電極
パターンを形成しても、同様の効果が実験により
確認されている。
次に、本発明の別の実施例について述べる。p
型又はn型の多結晶基板を用いて、上述の実施例
と同様の製法で太陽電池素子を製作した。ただ
し、本実施例では、アルミニウムシリコン合金層
とp+型シリコン再成長層を結晶粒界密度の高い
所へ選択的に通常よりも多く形成した。この結
果、変換効率の著しい向上が見られた。
〔発明の効果〕
本発明によれば、p+型層とそれに接触する電
極金属よりなる積層の一部を基板領域側に突起さ
せたことにより、太陽電池素子の製作過程での熱
応力による反りの発生を防ぐことができるので、
製作過程における破損防止の効果がある。
さらに突起部を設けたことにより、基板領域の
厚さを実質的に薄くしたことになり、受光した光
エネルギーを効率良く電気エネルギーに変換でき
る効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明太陽電池素子の製造方法で得ら
れた太陽電池素子の一例を示す概略断面図、第2
図は本発明製造方法で得られた太陽電池素子の他
の例を示す概略断面図、第3図は本発明製造方法
で得られた太陽電池素子の更に他の例を示す概略
断面図である。 10……アルミニウムシリコン合金層、11…
…p+型シリコン再成長層、12……基板領域、
13……金属、14……n+型層、10′……突起
状のアルミニウムシリコン合金層、11′……突
起状のp+型シリコン再成長層。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 互いに反対側に位置する一対の主表面を有す
    る所定導電型の半導体基板の一方の主表面側にn
    型層を形成する工程と、 半導体基板の他方の主表面上にアルミニウムを
    含むペースト層を形成する工程と、 半導体基板を加熱して半導体基板の他方の主表
    面側略全面に半導体基板より高不純物濃度を有す
    るp型層及びp型層に隣接するアルミニウム半導
    体合金層を形成する工程と、 半導体基板の他方の主表面上にレーザービーム
    を選択的に照射して、p型層及びアルミニウム半
    導体合金層の選択された個所を突起状に深くする
    工程とを具備することを特徴とする太陽電池素子
    の製造方法。
JP62283331A 1987-11-11 1987-11-11 太陽電池素子の製造方法 Granted JPH01125988A (ja)

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