JPH0754854B2 - 太陽電池素子及びその製造方法 - Google Patents

太陽電池素子及びその製造方法

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JPH0754854B2
JPH0754854B2 JP62038617A JP3861787A JPH0754854B2 JP H0754854 B2 JPH0754854 B2 JP H0754854B2 JP 62038617 A JP62038617 A JP 62038617A JP 3861787 A JP3861787 A JP 3861787A JP H0754854 B2 JPH0754854 B2 JP H0754854B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はP−N接合したシリコン太陽電池に関し、、特
にシリコンウェハー中に水素を拡散させた太陽電池素子
及びその製造方法に関する。
〔発明の背景〕
従来、光のエネルギーを電力エネルギーに変換するシリ
コン太陽電池は、第3図に示めす構造を成していた。例
えば厚さ0.5mmのP型多結晶ウェハー11の一面(表面と
記す。)に0.2〜0.5μの深さにリン等の原子が拡散した
N層12が設けられ、前記N層12の表面に光が照射される
ようにグリッド状の表面電極2及び該表面電極2の間隙
に反射防止膜4が設けられている。またp型多結晶ウェ
ハー1の他面(裏面と記す。)には内部電界を与えるP+
層13が設けられ、前記P+層13上に裏面電極3が設けられ
ている。そして、両電極2,3上には外部リード線の接続
を可能にする半田層21,31が被覆されている。
この様な太陽電池素子において、その光電変換効率を向
上させるため、シリコンウェハー1と反射防止膜4との
界面付近に水素を拡散することが広く知られている〔Ap
pl.Phys.Lett.36(10),15(1980);特開昭58−151070
号公報;3rd PVSE Conf.JJ AP 21Sup 21−2,47(198
2)〕。
本発明者等は、この公知の知見に基づきシラン(SiH4
アンモニア(NH3)とをプラズマCVD法でプラズマ分解
し、窒化シリコン(Si3N4)膜から成る反射防止膜4を
被覆すると同時に、シラン及びアンモニアから分解した
水素をP−N接合したシリコンウェハーに拡散させた多
結晶シリコン太陽電池素子を作製し、その特性を測定し
た。その結果、短絡電流値は30mA/cm2,光電変換効率は
12.8%(100mw/cm2,AM−1.5)であったが、この値は高
効率化と低コスト化が望まれている現状では決して満足
し得るものではない。
本発明者等は、シリコンウェハー内に水素を拡散して
も、その水素は裏面側(反射防止膜が形成されていない
面側)から自然放散しているか、或いは電極形成時の加
熱処理工程においてその放散が促進されているものと考
えている。
〔発明の目的〕
本発明は上述の背景に鑑み、案出されたものであり、そ
の目的はコストアップとなる複雑な工程を付加すること
なく、一層の高効率化が達成できる太陽電池素子及びそ
の製造方法を提供することにある。
〔目的を達成するための具体的な手段〕
本発明が上述の目的を達成するために行った具体的な手
段は、P−N接合したシリコンウェハーの受光面に、金
属電極及び窒化シリコン膜から成る反射防止膜を有し、
裏面に、金属電極及び水素の放散を抑制する窒化シリコ
ン膜から成るブロッキング膜を有することであり、その
製造方法は、P−N接合したシリコンウェハーの受光面
に、窒化シリコン膜から成る反射防止膜を被着すると同
時もしくはその前に、その面からシリコンウェハーの内
部に水素を注入する工程と、前記シリコンウェハーの裏
面に、窒化シリコン膜から成るブロッキング膜を被着す
ると同時もしくはその前に、その面からシリコンウェハ
ーの内部に水素を注入する工程とを含むものである。
〔実施例〕
以下、本発明の太陽電池素子及びその製造方法を説明す
る。
第1図は本発明の太陽電池素子の断面図である。1はP
−N接合した単結晶又は多結晶シリコンウェハーであ
り、該シリコンウェハー1はP型ドープしたウェハーに
N型ドープのリン原子を拡散させ、P層11とN層12とを
接合させたものであり、必要に応じてBSF(内部電界)
効果の障壁であるP+層13を設けることができる。これは
P型を形成するアルミニウム(Al)、ボロン(B)等の
不純物を特に高濃度にドープすることによって形成され
る。2は表面電極であり、3は裏面電極である。各電極
2,3は銀(Ag)、ニッケル(Ni)等の半田付可能な金属
をグリッド状に形成している。形成方法は、上述の金属
粉末、ガラスフリッド、有機ビヒクルを所定比で混合し
たペーストをスクリーン印刷法を用いて塗布し、乾燥後
焼成したものである。
21,31は表面電極2及び、裏面電極3上に被覆された半
田層であり、該半田層221,31によって電極2,3上に外部
リード線(図示せず)の接続が可能となる。
4は窒化シリコン等から成る反射防止膜であり、反射防
止膜4はウェハー1の受光面側に被着され、表面電極2
が形成される箇所のみが除去されている。
5は窒化シリコン等から成る耐熱性を有するブロッキン
グ膜であり、該ブロッキング膜5は高温処理、例えば38
0℃以上の雰囲気で、シリコンウェハー1中から放散す
る水素を抑制するもので、裏面電極3が形成される箇所
のみが除去され、裏面側に被着されている。
第2図(a)〜第2図(j)は本発明の太陽電池素子の
各製造工程を示す断面構造図である。
第2図(a)はCZ法、FZ法、EFG法、鋳造法、又は回転
法で形成されたP型シリコンを適当に形状に成型された
シリコンウェハー1を示し、その厚みは0.2〜1.0mmの範
囲で形成される。
第2図(b)はシリコンウェハー1の表面にN層12を形
成し、P−N接合を施す工程である。P−N接合の深さ
は2000Å〜1μm程度であり、このN層12はリンを含む
気体例えばオキシ塩化リン(POCl3)を用いることによ
り形成される。
第2図(c)は受光面以外に形成された不要のN層12を
除去する工程である。受光面となる一主面にエッチング
レジスト膜を塗布し、フッ酸(HF)と硝酸(HNO3)との
混合溶液に浸漬する。この後、エッチングレジスト膜を
除去し、シリコンウェハー1を純水で洗浄する。
第2図(d)はP層11が露出するウェハー1の裏面にP+
層からなる障壁13を形成する工程である。
P+層を形成するためはA1ペースト131をシリコンウェハ
ー1の裏面に塗布し乾燥した後、650〜850℃で0.5〜5.0
分間焼成する。これによりシリコンウェハー1のP+層の
障壁13が1.0〜10μの深さで形成される。
第2図(e)は、前工程で形成されたA1ペースト131の
焼成層を除去する工程である。
第2図(f)はシリコンウェハー1の受光面となる表面
に反射防止膜4を成膜する工程である。
反射防止膜4はシリコンウェハー1に入射される光を効
率よく吸収する膜であり、その厚みが500〜1000Å、屈
折率が1.90〜2.30程度になる様に設計される。例えばシ
ランとアンモニアとの混合ガスをプラズマ化させ、析出
させた窒化シリコン膜が使用される。具体的には、プラ
ズマCVD装置内にシリコンウェハー1を400〜600℃にま
で加熱し、ガス圧を0.2〜2.0Toorで維持しながら、高周
波電圧を印加する。この窒化シリコン膜の析出の際に、
シラン及びアンモニアから分解した水素がシリコンウェ
ハー1の内部に拡散される。また、反射防止膜4は、成
膜中にシリコンウェハー1内部に拡散された水素が、後
工程の加熱(380℃以上)処理でシリコンウェハー1の
表面側から放散することを有効に抑制するものである。
反射防止膜材料として窒化シリコン膜を用いる場合、膜
析出と同時に水素がシリコンウェハー1の内部に有効に
拡散される。
第2図(g)はシリコンウェハー1の裏面にブロッキン
グ膜5を成膜する工程である。
ブロッキング膜5は、前工程でシリコンウェハー1に拡
散した水素が裏面側から放散することを抑制するために
成膜される。
その膜厚は、膜を形成する材料のによって差異はあるが
最低50Åあれば水素の拡散を充分抑制できる。
この膜5は例えばプラズマCVD装置内にシリコンウェハ
ー1を400〜600℃にまで加熱し、シラン及びアンモニア
の混合ガスをガス圧0.2〜2.0Torrで維持し、高周波電圧
を印加することにより形成される。
該膜5の材料として窒化シリコン膜を用いる場合、裏面
側からも膜析出と同時にシリコンウェハー1内に水素を
有効に拡散することが可能になる。
なお、膜形成後、エッチング工程等において工程が簡略
化されることを考慮すると、反射防止膜4とブロッキン
グ膜5とを同一材料で形成すことが好ましい。
第2図(h)は前工程でシリコンウェハー1の両面に被
着した反射防止膜4及びブロッキング膜5を電極2,3り
形状に応じて除去する工程である。
反射防止膜4の表面電極パターンと逆パターンを形づく
るように、またブロッキング膜5の表面に裏面電極パタ
ーンと逆パターンを形づくるように、レジスト膜(図示
せず)を塗布し、反射防止膜4及びブロッキング膜5の
不要部分を除去する。
本実施例のように、反射防止膜4とブロッキング膜5と
が同一材料で形成されると、エッチング液が一種類で済
み、作業能率が向上する。その後、レジスト膜を除去剤
により除去し洗浄を行う。
第2図(i)は、前工程で除去し露出したシリコンウェ
ハー1に裏面電極3を形成する工程である。
該電極2,3は銀粉末を主成分とするペーストを、厚膜手
法により、シリコンウェハー1の表面及び裏面に塗布
し、加熱焼成して形成する。ここで、加熱背焼成温度は
600〜800℃であり。本来水素がシリコンウェハー1から
放散することが予想される温度であるが,本発明の場
合、反射防止膜4及びブロッキング膜5の形成により、
水素の放散が抑制され、更にシリコンウェハー1中の水
素を活性化させ、ウェハー1の内部中央付近にまで拡散
される。
第2図(j)は表面電極2及び裏面電極3上に、リード
線の接合を可能にする半田層21,31を形成する工程であ
る。
半田層21,31は半田が溶融する半田浴にシリコンウェハ
ー1全体を浸漬することで形成される。
本発明者等は上述の工程で製造された太陽電池素子に10
0mw/cm2(AM−1.5)の光を照射し、その特性を測定し
た。なお、反射防止膜4はシランとアンモニアとをプラ
ズマ分解し、被着した窒素シリコン膜の膜厚を700Åに
設定し、ブロッキング膜5もシランとアンモニアとをプ
ラズマ分解し、その膜厚を800Åに設定した。
その結果、短絡電流値が31.4mA/cm2、光電変換効率が1
3.7%となり、従来品よりも、特性が顕著に向上した太
陽電池素子が得られた。
また、短絡電流値の向上のために、反射防止膜4及びブ
ロッキング膜5を被着する際に、シリコンウェハー1の
基板温度を400〜600℃で行い又は反射防止膜4及びブロ
ッキング膜5を被着した後、電極2,3の焼成工程を兼ね
高温処理することが望ましい。これは、表面側及び裏面
側から注入した水素をシリコンウェハー1より内部深く
まで拡散させるためである。即ち、シリコンウェハー1
の表面状態を改善し、少数荷電担体の再結合速度を低下
させるだけでなく、該担体の寿命を低下させるようなシ
リコンウェハー1内部の結晶粒の欠落、その界面準位を
不活性化する。
上述の実施例では、反射防止膜4及びブロッキング膜5
を被着すると同時にシリコンウェハー1中に水素を拡散
したが、それぞれの膜被着工程の前にシリコンウェハー
1中に水素を拡散するために水素零囲気中で高温処理す
る注入工程を付加してもよい。
また、実施例では電極を厚膜方法で加熱焼成することに
よって形成したが、金属電極をメッキ法、真空蒸着法を
用いて形成してもよく、その後、熱処理により水素をシ
リコンウェハー1のより内部深くまで拡散するようにし
てもよい。
〔発明の効果〕
上述した様に、本発明はシリコンウェハーの表裏両面に
それぞれ窒化シリコン膜から成る反射防止膜とブロッキ
ング膜を形成したことにより、シリコンウェハーの表面
準位、結晶粒の界面準位及び結晶欠陥を不活性化するた
めに、シリコンウェハーの両面から拡散された水素が放
散することを有効に抑制することができ、その結果、少
数荷電担体の寿命が向上し、高い光電変換特性の太陽電
池素子となる。
また、シリコンウェハーに窒化シリコン膜から成る反射
防止膜とブロッキング膜を被着する際に、シリコンウェ
ハーの表面及び裏面から有効に水素が拡散でき、生産性
が向上する太陽電池素子の製造方法である。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の太陽電池素子の断面構造図であり、第
2図(a)乃至第2図(j)は本発明の太陽電池素子の
製造方法を説明するための各工程における太陽電池素子
の断面構造図である。 第3図は従来の太陽電池素子の断面構造図である。 1……シリコンウェハー 2……表面電極 3……裏面電極 4……反射防止膜 5……ブロッキング膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭58−151070(JP,A) 特公 昭53−29588(JP,B2)

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】P−N接合したシリコンウェハーの受光面
    に金属電極及び窒化シリコン膜から成る反射防止膜を有
    し、裏面に、金属電極及び水素の放散を抑制する窒化シ
    リコン膜から成るブロッキング膜を有することを特徴と
    する太陽電池素子。
  2. 【請求項2】前記ブロッキング膜はプラズマCVD法によ
    って形成され、その膜厚が50Å以上であることを特徴と
    する特許請求の範囲第1項に記載の太陽電池素子。
  3. 【請求項3】P−N接合したシリコンウェハーの受光面
    に、窒化シリコン膜から成る反射防止膜を被着すると同
    時もしくはその前に、その面からシリコンウェハーの内
    部に水素を注入する工程と、前記シリコンウェハーの裏
    面に、窒化シリコン膜から成るブロッキング膜を被着す
    ると同時もしくはその前に、その面からシリコンウェハ
    ーの内部に水素を注入する工程とを含む太陽電池素子の
    製造方法。
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