JPH1041531A - Solar battery and its manufacture - Google Patents
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- JPH1041531A JPH1041531A JP8193611A JP19361196A JPH1041531A JP H1041531 A JPH1041531 A JP H1041531A JP 8193611 A JP8193611 A JP 8193611A JP 19361196 A JP19361196 A JP 19361196A JP H1041531 A JPH1041531 A JP H1041531A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、太陽電池及びその
製造方法に関し、特に光電変換効率が改善された太陽電
池及びその製造方法に関する。The present invention relates to a solar cell and a method for manufacturing the same, and more particularly, to a solar cell with improved photoelectric conversion efficiency and a method for manufacturing the same.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来、光電変換効率の向上を目的とし
て、太陽光に励起されて生成されたキャリア(電子また
は正孔)の収集効率を改善した半導体太陽電池が知られ
ている。この太陽電池は、p型シリコン半導体基板(以
下、「p型半導体基板」と記す)の裏面側に酸化シリコ
ン膜層と水素化微結晶シリコン半導体層とを形成するこ
とにより、このp型半導体基板の内部を拡散する少数キ
ャリア(電子)が多数キャリア(正孔)と再結合して消
滅する割合(以下、「再結合損失」と記す)を低減し
て、キャリアの回収効率の改善を図るものである。2. Description of the Related Art Conventionally, there has been known a semiconductor solar cell in which the efficiency of collecting carriers (electrons or holes) generated by being excited by sunlight is improved for the purpose of improving the photoelectric conversion efficiency. This solar cell is formed by forming a silicon oxide film layer and a hydrogenated microcrystalline silicon semiconductor layer on the back side of a p-type silicon semiconductor substrate (hereinafter referred to as “p-type semiconductor substrate”). To improve the carrier collection efficiency by reducing the rate at which minority carriers (electrons) that diffuse inside the semiconductor recombine with majority carriers (holes) and disappear (hereinafter referred to as "recombination loss"). It is.
【0003】この従来の太陽電池について、図5を参照
しながら説明する。ここで、図5は、従来の太陽電池の
構造を概略的に表した断面図である。同図に示すよう
に、この太陽電池は、入射した太陽光の反射を低減する
ために凹凸状に加工されたp型半導体基板30の光入射
面側に、燐(元素記号P)を不純物(ドナー)とするn
型半導体層31、酸化シリコン膜層32、及び反射防止
膜としての窒化シリコン膜層33を積層して形成されて
いる。また、チタン(元素記号Ti)、パラジウム(元
素記号Pd)及び銀(元素記号Ag)の各金属からなる
グリッド電極34が、酸化シリコン膜層32及び窒化シ
リコン膜層33を貫通し、n型半導体層31に接続して
形成されている。なお、p型半導体基板30とn型半導
体層31との界面にはPN接合が形成されている。[0003] This conventional solar cell will be described with reference to FIG. Here, FIG. 5 is a cross-sectional view schematically showing the structure of a conventional solar cell. As shown in the figure, in this solar cell, phosphorus (element symbol P) is doped with an impurity (element symbol P) on the light incident surface side of a p-type semiconductor substrate 30 which has been processed into an uneven shape in order to reduce the reflection of incident sunlight. Donor) and n
It is formed by laminating a type semiconductor layer 31, a silicon oxide film layer 32, and a silicon nitride film layer 33 as an antireflection film. In addition, a grid electrode 34 made of each metal of titanium (element symbol Ti), palladium (element symbol Pd) and silver (element symbol Ag) penetrates the silicon oxide film layer 32 and the silicon nitride film layer 33 to form an n-type semiconductor. It is formed so as to be connected to the layer 31. Note that a PN junction is formed at the interface between the p-type semiconductor substrate 30 and the n-type semiconductor layer 31.
【0004】一方、p型半導体基板30の裏面側には,
以下に述べる裏面構造が形成されている。即ち、先のP
N接合が形成された光入射面とは反対側のp型半導体基
板30の裏面上には、開口部35を設けて酸化シリコン
膜層36が形成され、この酸化シリコン膜層36に積層
するようにして、p型半導体基板30と同じ導電型で、
より高濃度のホウ素(元素記号B)が添加された水素化
微結晶シリコン半導体層(以下、「p+型微結晶層」と
記す)37が形成されている。また、このp+型微結晶
層37は、先の開口部35を通じてp型半導体基板30
に接続される。さらに、このp+型微結晶層37に積層
するようにして、アルミニウム(元素記号Al)や銀
(元素記号Ag)などの金属からなる裏面電極層38が
形成されている。On the other hand, on the back side of the p-type semiconductor substrate 30,
The back surface structure described below is formed. That is, P
On the back surface of the p-type semiconductor substrate 30 opposite to the light incidence surface where the N junction is formed, an opening 35 is provided to form a silicon oxide film layer 36, which is laminated on the silicon oxide film layer 36. And the same conductivity type as the p-type semiconductor substrate 30,
A hydrogenated microcrystalline silicon semiconductor layer (hereinafter, referred to as “p + -type microcrystalline layer”) 37 to which a higher concentration of boron (element symbol B) is added is formed. The p + -type microcrystalline layer 37 is formed in the p-type semiconductor substrate 30 through the opening 35.
Connected to. Further, a back electrode layer 38 made of a metal such as aluminum (element symbol Al) or silver (element symbol Ag) is formed so as to be laminated on the p + -type microcrystalline layer 37.
【0005】以下、このように形成された従来の太陽電
池の各層の働きについて、光電変換効率の改善に関与す
る裏面構造を中心に説明する。先ず、p型半導体基板3
0及びn型半導体層31に太陽光が入射すると、これら
p型半導体基板30及びn型半導体層31のそれぞれ
は、太陽光に励起されて電子・正孔対を生成する。この
電子・正孔対は、p型半導体基板30とn型半導体層3
1との接合領域における界面電界の作用を受けて、電子
がn型半導体層31側に、正孔がp型半導体基板30側
に収集され、この結果、p型半導体基板30とn型半導
体層31との間に光起電力が生じる。Hereinafter, the function of each layer of the conventional solar cell formed as described above will be described focusing on the back surface structure involved in improving the photoelectric conversion efficiency. First, the p-type semiconductor substrate 3
When sunlight enters the 0 and n-type semiconductor layers 31, each of the p-type semiconductor substrate 30 and the n-type semiconductor layer 31 is excited by the sunlight to generate electron-hole pairs. The electron-hole pairs are formed by the p-type semiconductor substrate 30 and the n-type semiconductor layer 3
Under the action of the interfacial electric field in the junction region with the semiconductor device 1, electrons are collected on the n-type semiconductor layer 31 side and holes are collected on the p-type semiconductor substrate 30 side. As a result, the p-type semiconductor substrate 30 and the n-type semiconductor layer A photoelectromotive force is generated between the photovoltaic device 31 and the photovoltaic device 31.
【0006】このとき、酸化シリコン膜層36は、p型
半導体基板30の裏面表層部のシリコン原子の未結合手
(再結合中心)を不活性化すると共に、禁制帯幅がp型
半導体基板30よりも広いことに起因してp型半導体基
板30との間に電位障壁を形成する。この結果、少数キ
ャリアが裏面表層部のシリコン原子の未結合手に捕獲さ
れることがなくなり、しかも、電位障壁により裏面表層
部から少数キャリアが酸化シリコン膜36内に流れ出る
ことがないので、この裏面表層部での再結合損失が抑制
される。以下、酸化シリコン膜層36のこの働きを「パ
ッシベーション効果」と記す。At this time, the silicon oxide film layer 36 inactivates dangling bonds (recombination centers) of silicon atoms on the back surface portion of the p-type semiconductor substrate 30 and has a forbidden band width of the p-type semiconductor substrate 30. A potential barrier is formed between the semiconductor substrate 30 and the p-type semiconductor substrate 30 due to the larger width. As a result, minority carriers are not trapped by dangling bonds of silicon atoms on the back surface layer, and minority carriers do not flow into the silicon oxide film 36 from the back surface layer due to a potential barrier. Recombination loss at the surface layer is suppressed. Hereinafter, this function of the silicon oxide film layer 36 is referred to as a “passivation effect”.
【0007】また、p型半導体基板30よりも高濃度に
ホウ素が添加されたp+型微結晶層37は、その禁制帯
幅がp型半導体基板30よりも広いことに起因してp型
半導体基板30との間に内部電界を形成する。この結
果、裏面電極側に流れ出そうとする少数キャリア(電
子)は、この内部電界によりp型半導体基板30の内部
へ押し戻され、p+型微結晶層37またはp型半導体基
板30の内部における再結合損失が抑制される。以下、
p+型微結晶層37のこの働きを「裏面電界効果」と記
す。The p + -type microcrystalline layer 37 doped with boron at a higher concentration than the p-type semiconductor substrate 30 has a forbidden band wider than that of the p-type semiconductor substrate 30. An internal electric field is formed between the substrate and the substrate 30. As a result, the minority carriers (electrons) which are about to flow to the back electrode side are pushed back into the p-type semiconductor substrate 30 by the internal electric field, and are regenerated in the p + -type microcrystalline layer 37 or the p-type semiconductor substrate 30. Coupling loss is suppressed. Less than,
This function of the p + -type microcrystalline layer 37 is referred to as “back surface field effect”.
【0008】このように、従来、太陽電池の裏面側に
は、太陽光に励起されて生成されたキャリアが再結合し
て消滅する割合を低減して、光電変換効率を向上させる
ために、パッシベーション効果及び裏面電界効果を生じ
る裏面構造が形成されている。As described above, conventionally, on the rear side of a solar cell, passivation is performed to improve the photoelectric conversion efficiency by reducing the rate at which carriers generated when excited by sunlight recombine and disappear. A back surface structure that produces an effect and a back surface field effect is formed.
【0009】ここで、従来の太陽電池の裏面構造を形成
する方法を簡単に説明する。先ず、p型半導体基板30
の裏面に熱酸化法や、化学気相成長法(以下、「プラズ
マCVD法」と記す)を用いて酸化シリコン膜36を形
成する。続いて、フォトエッチングにより酸化シリコン
膜36に複数の開口部35を設けた後、プラズマCVD
法によりp+型微結晶層37を堆積する。最後に裏面電
極層38を形成して、太陽電池の裏面構造が完成する。Here, a method of forming the back surface structure of a conventional solar cell will be briefly described. First, the p-type semiconductor substrate 30
A silicon oxide film 36 is formed on the back surface of the substrate by using a thermal oxidation method or a chemical vapor deposition method (hereinafter, referred to as "plasma CVD method"). Subsequently, after a plurality of openings 35 are provided in the silicon oxide film 36 by photoetching, plasma CVD is performed.
A p + -type microcrystalline layer 37 is deposited by the method. Finally, the back electrode layer 38 is formed, and the back structure of the solar cell is completed.
【0010】[0010]
【発明が解決しようとする課題】ところで、この方法に
より、酸化シリコン膜層36にp+型微結晶層37を直
接堆積して裏面構造を形成すると、酸化シリコン膜層3
6とp型半導体基板30との界面で十分なパッシベーシ
ョン効果を得ることができず、太陽電池の光電変換効率
が有効に改善されないという問題があった(第1の問
題)。By the way, if the p + -type microcrystalline layer 37 is directly deposited on the silicon oxide film layer 36 to form the back surface structure, the silicon oxide film layer 3
There was a problem that a sufficient passivation effect could not be obtained at the interface between the p-type semiconductor substrate 6 and the p-type semiconductor substrate 30, and the photoelectric conversion efficiency of the solar cell was not effectively improved (first problem).
【0011】この問題の原因を特定するため、以下に記
す試料A及び試料Bを用いて、マイクロ波光導電減衰法
により実効ライフタイム値τの評価を行った。この実効
ライフタイム値τは、パッシベーション効果の指標とさ
れるもので、パッシベーション効果が大きい程、実効ラ
イフタイム値τが大きくなる傾向がある。In order to identify the cause of this problem, the effective lifetime τ was evaluated by the microwave photoconductive decay method using the samples A and B described below. The effective lifetime τ is used as an index of the passivation effect, and the larger the passivation effect, the larger the effective lifetime τ tends to be.
【0012】(試料A) 比抵抗が2Ω−cmのCZ単
結晶p型シリコン半導体基板(30)の両面に30nm
厚の酸化シリコン膜(36)を形成した後、さらに片面
にプラズマCVD装置を用いてp+型微結晶層(37)
を堆積した。 (試料B) 比抵抗が2Ω−cmのCZ単結晶p型シリ
コン半導体基板(30)の両面に30nm厚の酸化シリ
コン膜(36)を形成した後、プラズマCVD装置を用
いて、熱処理及びガス導入のみを行った。この場合、プ
ラズマ処理は行わず、p+型微結晶層(37)を堆積し
ない。(Sample A) A CZ single crystal p-type silicon semiconductor substrate (30) having a specific resistance of 2 Ω-cm is provided on both sides with a thickness of 30 nm.
After forming a thick silicon oxide film (36), a p + -type microcrystalline layer (37) is further formed on one side by using a plasma CVD apparatus.
Was deposited. (Sample B) After forming a silicon oxide film (36) having a thickness of 30 nm on both surfaces of a CZ single crystal p-type silicon semiconductor substrate (30) having a specific resistance of 2 Ω-cm, heat treatment and gas introduction were performed using a plasma CVD apparatus. Only done. In this case, no plasma treatment is performed, and no p + -type microcrystalline layer (37) is deposited.
【0013】表1に試料A及びBの実効ライフタイム値
τの評価結果を示す。同表に示すように、プラズマ処理
を行ってp+型微結晶層を堆積することにより、試料A
の実効ライフタイム値τは、280μsから75μsに
まで低下する。一方、プラズマ処理を行わない試料Bの
実効ライフタイム値τは、有為な変化が認められない。
この評価結果から理解されるように、p+型微結晶層を
堆積する際のプラズマ処理が、酸化シリコン膜と半導体
基板との界面にダメージを与え、パッシベーション効果
の低下をもたらす。Table 1 shows the evaluation results of the effective lifetime values τ of the samples A and B. As shown in the table, the plasma treatment was performed to deposit the p + -type
Decreases from 280 μs to 75 μs. On the other hand, no significant change is observed in the effective lifetime τ of the sample B not subjected to the plasma processing.
As understood from the evaluation results, the plasma treatment at the time of depositing the p + -type microcrystalline layer damages the interface between the silicon oxide film and the semiconductor substrate, and lowers the passivation effect.
【0014】[0014]
【表1】 [Table 1]
【0015】即ち、従来の太陽電池の裏面構造を形成す
る場合、プラズマ処理によりp+型微結晶層を酸化シリ
コン膜層上に堆積する過程において、高周波電界エネル
ギー(以下、「RFパワー」と記す)によってプラズマ
状に分解された水素ガス、モノシラン等のシラン系ガ
ス、或いはジボラン等のドーパントガスの高エネルギー
イオンが、酸化シリコン膜層の内部に侵入し、この酸化
シリコン膜層と半導体基板との界面に欠陥準位を生成す
る。そして、この欠陥準位が再結合中心を形成し、パッ
シベーション効果を低下させる原因として特定される。That is, when a back surface structure of a conventional solar cell is formed, a high frequency electric field energy (hereinafter referred to as "RF power") is used in a process of depositing a p + -type microcrystalline layer on a silicon oxide film layer by plasma treatment. ), High-energy ions of a hydrogen gas, a silane-based gas such as monosilane, or a dopant gas such as diborane penetrate into the silicon oxide film layer, thereby causing a difference between the silicon oxide film layer and the semiconductor substrate. A defect level is generated at the interface. Then, this defect level forms a recombination center and is specified as a cause for reducing the passivation effect.
【0016】また、従来の太陽電池は、半導体基板の裏
面に到達した入射光が再度基板側に反射される比率(以
下、「裏面反射率」と記す)が低く、所謂光閉じ込め特
性の改善が求められていた(第2の問題)。Further, in the conventional solar cell, the ratio of incident light reaching the back surface of the semiconductor substrate to be reflected back to the substrate side (hereinafter referred to as "back surface reflectance") is low, and so-called improvement in light confinement characteristics is achieved. Was sought (second problem).
【0017】本発明は、このような問題に鑑みてなされ
たものであり、第1に、裏面構造の形成過程において、
パッシベーション効果と裏面電界効果を損なうことがな
く、光電変換効率の高い太陽電池及びその製造方法を提
供することを課題とし、第2に、半導体基板の裏面反射
率が高く、所謂光閉じ込め特性が改善されて光電変換効
率の高い太陽電池及びその製造方法を提供することを課
題とする。The present invention has been made in view of such a problem. First, in the process of forming the back surface structure,
It is an object of the present invention to provide a solar cell having a high photoelectric conversion efficiency and a method for manufacturing the same without impairing the passivation effect and the back surface field effect. Second, the back surface reflectance of the semiconductor substrate is high and the so-called light confinement characteristics are improved. It is an object of the present invention to provide a solar cell with high photoelectric conversion efficiency and a method for manufacturing the same.
【0018】[0018]
【課題を解決するための手段】本発明は、前記課題を解
決達成するため、以下の構成を有する。即ち、請求項1
に記載の発明に係る太陽電池は、半導体基板に形成され
た太陽電池であって、少なくとも、前記半導体基板の裏
面側に所定領域を開口して形成され、該半導体基板との
界面における再結合中心を不活性化する第1の薄膜層
と、前記第1の薄膜層を挟むように前記半導体基板の裏
面側に形成され、前記所定領域において前記半導体基板
側の少数キャリアを排斥すると共に多数キャリアを収集
するように前記半導体基板との界面に電界を形成する第
2の薄膜層と、前記第1の薄膜層と第2の薄膜層との層
間に形成された金属層とを有するように構成されてい
る。Means for Solving the Problems The present invention has the following arrangement to achieve the above object. That is, claim 1
The solar cell according to the invention described in (1) is a solar cell formed on a semiconductor substrate, formed at least with a predetermined region opened on the back surface side of the semiconductor substrate, and a recombination center at an interface with the semiconductor substrate. A first thin film layer that inactivates the first thin film layer, and is formed on the back surface side of the semiconductor substrate so as to sandwich the first thin film layer. A second thin film layer for forming an electric field at an interface with the semiconductor substrate so as to collect the light, and a metal layer formed between the first thin film layer and the second thin film layer. ing.
【0019】また、請求項2に記載の発明に係る太陽電
池は、第1導電型の不純物が添加された半導体基板に形
成された太陽電池であって、前記半導体基板の裏面上に
所定領域を開口して積層された酸化シリコン膜層と、前
記酸化シリコン膜層上に前記所定領域を開口して積層さ
れた金属層と、前記金属層及び前記所定領域の上に該所
定領域において前記半導体基板と接続するように積層さ
れ、且つ前記第1導電型の不純物が前記半導体基板より
高濃度に添加された微結晶半導体層と、前記微結晶半導
体層上に積層された裏面電極層とを有するように構成さ
れている。A solar cell according to a second aspect of the present invention is a solar cell formed on a semiconductor substrate to which an impurity of a first conductivity type is added, wherein a predetermined region is formed on a back surface of the semiconductor substrate. A silicon oxide film layer laminated by opening; a metal layer laminated by opening the predetermined region on the silicon oxide film layer; and the semiconductor substrate in the predetermined region on the metal layer and the predetermined region. A microcrystalline semiconductor layer which is stacked so as to be connected to the semiconductor substrate and in which the impurity of the first conductivity type is added at a higher concentration than the semiconductor substrate; and a back electrode layer which is stacked on the microcrystalline semiconductor layer. Is configured.
【0020】さらに、請求項3に記載の発明に係る太陽
電池は、請求項1または2に記載の発明にかかる太陽電
池において、金属層がアルミニウムを主成分とする金属
からなるように構成されている。Further, a solar cell according to a third aspect of the present invention is the solar cell according to the first or second aspect, wherein the metal layer is made of a metal containing aluminum as a main component. I have.
【0021】さらにまた、請求項4に記載の発明に係る
太陽電池は、請求項1から3の何れかに記載の発明に係
る太陽電池において、酸化シリコン膜層及び金属層が開
口する所定領域を覆うようにして、微結晶半導体層と裏
面電極層との層間に前記微結晶半導体層及び前記裏面電
極層よりも小さな屈折率を有する絶縁性または導電性の
透明膜層を設けて構成されている。According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a solar cell according to the first aspect, wherein a predetermined region where the silicon oxide film layer and the metal layer are opened is formed. In order to cover, an insulating or conductive transparent film layer having a smaller refractive index than the microcrystalline semiconductor layer and the back electrode layer is provided between the microcrystalline semiconductor layer and the back electrode layer. .
【0022】さらにまた、請求項5に記載の発明に係る
太陽電池の製造方法は、第1導電型の不純物が添加され
た半導体基板に形成された太陽電池の製造方法であっ
て、前記半導体基板の裏面上に所定領域を開口して酸化
シリコン膜層を形成する第1の工程と、前記酸化シリコ
ン膜層上に前記所定領域を開口した金属層を形成する第
2の工程と、前記金属層及び前記所定領域の上に該所定
領域において前記半導体基板と接続するように、前記第
1導電型の不純物が前記半導体基板より高濃度に添加さ
れた微結晶半導体層を形成する第3の工程と、前記微結
晶半導体層上に裏面電極層を形成する第4の工程とを有
して構成されている。Furthermore, a method of manufacturing a solar cell according to the invention according to claim 5 is a method of manufacturing a solar cell formed on a semiconductor substrate to which impurities of a first conductivity type are added, wherein A first step of forming a silicon oxide film layer by opening a predetermined region on the back surface of the semiconductor device; a second step of forming a metal layer having the predetermined region opened on the silicon oxide film layer; And a third step of forming a microcrystalline semiconductor layer on the predetermined region to which the impurity of the first conductivity type is added at a higher concentration than the semiconductor substrate so as to be connected to the semiconductor substrate in the predetermined region. And a fourth step of forming a back electrode layer on the microcrystalline semiconductor layer.
【0023】さらにまた、請求項6に記載の発明に係る
太陽電池の製造方法は、請求項5に記載の発明に係る太
陽電池の製造方法において、第3の工程と第4の工程と
の間に、酸化シリコン膜層及び金属層が開口する所定領
域を覆うようにして、微結晶半導体層と裏面電極層との
層間に前記微結晶半導体層及び前記裏面電極層よりも小
さな屈折率を有する絶縁性または導電性の透明膜層を形
成する第5の工程をさらに設けて構成されている。Furthermore, the method for manufacturing a solar cell according to the invention according to claim 6 is the method for manufacturing a solar cell according to claim 5, wherein the method comprises the steps of: An insulating layer having a smaller refractive index than the microcrystalline semiconductor layer and the back electrode layer between the microcrystalline semiconductor layer and the back electrode layer so as to cover a predetermined region where the silicon oxide film layer and the metal layer are opened. A fifth step of forming a conductive or conductive transparent film layer is further provided.
【0024】上記構成された本発明の作用を以下に説明
する。即ち、請求項1または2に記載の発明に係る太陽
電池によれば、半導体基板の裏面側に形成される金属層
は第1の薄膜層(酸化シリコン膜層)を覆うことによ
り、第2の薄膜層(微結晶半導体層)を形成する過程に
おいて、雰囲気中に存在する高エネルギーイオンの第1
の薄膜層(酸化シリコン膜層)側への侵入を有効に阻止
する。この結果、先の高エネルギーイオンが半導体基板
と第1の薄膜層(酸化シリコン膜層)との界面に与える
ダメージを低減する。従って、高エネルギーイオンに起
因した再結合中心の形成が抑制され、パッシベーション
効果が改善される。The operation of the present invention constructed as described above will be described below. That is, according to the solar cell according to the first or second aspect of the present invention, the metal layer formed on the back surface side of the semiconductor substrate covers the first thin film layer (silicon oxide film layer) to form the second metal layer. In the process of forming the thin film layer (microcrystalline semiconductor layer), the first of high energy ions existing in the atmosphere
Effectively intruding into the thin film layer (silicon oxide film layer) side. As a result, damage to the interface between the semiconductor substrate and the first thin film layer (silicon oxide film layer) by the high energy ions is reduced. Therefore, the formation of recombination centers due to high-energy ions is suppressed, and the passivation effect is improved.
【0025】請求項3に記載の発明にかかる太陽電池に
よれば、請求項1または2に記載の発明に係る太陽電池
において、金属層をアルミニウムとすることにより、パ
ッシベーション効果をより一層改善すると共に、太陽光
の赤外領域に対して、金属層と第1の薄膜層(酸化シリ
コン膜層)との界面での裏面反射率を改善する。According to the solar cell according to the third aspect of the present invention, in the solar cell according to the first or second aspect of the present invention, the aluminum layer is used as the metal layer to further improve the passivation effect. In addition, in the infrared region of sunlight, the back surface reflectance at the interface between the metal layer and the first thin film layer (silicon oxide film layer) is improved.
【0026】請求項4に記載の発明にかかる太陽電池に
よれば、請求項1から3の何れかに記載の発明に係る太
陽電池において、透明膜層と微結晶半導体層との界面ま
たは透明膜層と裏面電極層との界面の何れかの界面の反
射率の差が、透明膜層を設けない場合の界面(即ち、微
結晶半導体層と裏面電極層との界面)の反射率の差より
も大きくなる。従って、所定領域に入射した光は、何れ
かの界面で有効に反射されて半導体基板側に戻される。
また、透明膜層を導電性とすることにより、透明膜層の
電気抵抗が低減する結果、半導体基板と微結晶半導体層
との間の直列抵抗が低減し、太陽電池の内部抵抗が低減
する。According to the solar cell according to the fourth aspect of the present invention, in the solar cell according to the first aspect, the interface between the transparent film layer and the microcrystalline semiconductor layer or the transparent film. The difference in the reflectance at any of the interfaces between the layer and the back electrode layer is smaller than the difference in the reflectance at the interface when the transparent film layer is not provided (that is, the interface between the microcrystalline semiconductor layer and the back electrode layer). Also increases. Therefore, the light that has entered the predetermined region is effectively reflected at any interface and returned to the semiconductor substrate side.
Further, by making the transparent film layer conductive, the electric resistance of the transparent film layer is reduced, so that the series resistance between the semiconductor substrate and the microcrystalline semiconductor layer is reduced, and the internal resistance of the solar cell is reduced.
【0027】請求項5に記載の発明にかかる太陽電池の
製造方法によれば、第1の工程により、半導体基板の主
面とは反対側の裏面上に所定領域を開口して酸化シリコ
ン膜層が形成され、第2の工程により、酸化シリコン膜
層に積層して前記所定領域を開口した金属層が形成され
る。また、第3の工程により、金属層に積層して前記所
定領域を通じて半導体基板の裏面と接続するように、前
記半導体基板より不純物濃度の高い微結晶半導体層が形
成され、さらに、第4の工程により、微結晶半導体層に
積層して裏面電極層が形成される。以上により、酸化膜
層、金属層、微結晶半導体層及び裏面電極層を積層して
形成された裏面構造を有する太陽電池を得る。ここで、
第3の工程により微結晶半導体層を形成する過程におい
て、酸化シリコン膜層は金属層に覆われているので、微
結晶半導体層を形成するために雰囲気中に存在する高エ
ネルギーイオンが、酸化シリコン膜層側に容易に侵入で
きない。この結果、先の高エネルギーイオンが半導体基
板と酸化シリコン膜層との界面に与えるダメージを低減
することができ、パッシベーション効果が改善された太
陽電池を得る。According to the method of manufacturing a solar cell according to the fifth aspect of the present invention, in the first step, the silicon oxide film layer is formed by opening a predetermined region on the back surface opposite to the main surface of the semiconductor substrate. Is formed, and in the second step, a metal layer having an opening in the predetermined region is formed on the silicon oxide film layer. A third step of forming a microcrystalline semiconductor layer having a higher impurity concentration than the semiconductor substrate so as to be stacked on the metal layer and connected to the back surface of the semiconductor substrate through the predetermined region; Thereby, a back surface electrode layer is formed by being stacked on the microcrystalline semiconductor layer. As described above, a solar cell having a back surface structure formed by stacking an oxide film layer, a metal layer, a microcrystalline semiconductor layer, and a back electrode layer is obtained. here,
In the step of forming the microcrystalline semiconductor layer in the third step, the silicon oxide film layer is covered with the metal layer, so that high-energy ions existing in the atmosphere for forming the microcrystalline semiconductor layer Cannot easily enter the film layer side. As a result, damage caused by the high-energy ions to the interface between the semiconductor substrate and the silicon oxide film layer can be reduced, and a solar cell with an improved passivation effect can be obtained.
【0028】請求項6に記載の発明にかかる太陽電池の
製造方法によれば、第5の工程により、酸化シリコン膜
層及び金属層が開口する所定領域を覆うようにして、微
結晶半導体層と裏面電極層との間に、前記微結晶半導体
層及び裏面電極層よりも小さな屈折率を有する絶縁性ま
たは導電性の透明膜層が形成された裏面構造を有する太
陽電池を得る。According to the method for manufacturing a solar cell according to the present invention, the fifth step covers the microcrystalline semiconductor layer so as to cover a predetermined region where the silicon oxide film layer and the metal layer are opened. A solar cell having a back surface structure in which an insulating or conductive transparent film layer having a smaller refractive index than the microcrystalline semiconductor layer and the back electrode layer is formed between the back electrode layer and the microcrystalline semiconductor layer.
【0029】[0029]
(第1の実施の形態について)以下、本発明に係る第1
の実施形態の太陽電池について、図1及び図2を参照し
ながら説明する。ここで、図1は、本実施形態の太陽電
池の断面図であり、図2は、本実施形態の太陽電池の製
造工程図である。なお、本実施形態の太陽電池の光入射
面側の構造は、図5に示す従来の太陽電池と同一に構成
されるので、従来の太陽電池の構成要素と同一要素には
同一符号を付して、光入射面側の構造についての詳細な
説明を省略する。(First Embodiment) Hereinafter, a first embodiment according to the present invention will be described.
The solar cell according to the embodiment will be described with reference to FIGS. 1 and 2. Here, FIG. 1 is a cross-sectional view of the solar cell of the present embodiment, and FIG. 2 is a manufacturing process diagram of the solar cell of the present embodiment. Note that the structure of the solar cell according to the present embodiment on the light incident surface side is the same as that of the conventional solar cell shown in FIG. 5. A detailed description of the structure on the light incident surface side will be omitted.
【0030】図1に示すように、本実施形態の太陽電池
は、p型半導体基板30の光入射面側には従来と同様の
構造を有する。また、裏面側には以下に詳細に説明する
ように、酸化シリコン膜層36を覆うようにアルミニウ
ム金属層10を備えた裏面構造を有し、この金属層10
により基板30側への高エネルギーイオンの侵入を阻止
するように構成されている。As shown in FIG. 1, the solar cell of this embodiment has the same structure as the conventional one on the light incident surface side of the p-type semiconductor substrate 30. Further, as will be described in detail below, the back side has a back side structure provided with an aluminum metal layer 10 so as to cover the silicon oxide film layer 36.
Thereby, high energy ions are prevented from entering the substrate 30 side.
【0031】即ち、本実施形態の太陽電池において、光
入射面とは反対側のp型半導体基板30(半導体基板)
の裏面上には、開口部11を設けてp型半導体基板30
の裏面表層部の再結合中心を不活性化するための酸化シ
リコン膜層36(第1の薄膜層)が形成され、この酸化
シリコン膜層36に積層して、アルミニウム金属層10
(金属層)が形成されている。このアルミニウム金属層
10には、先の酸化シリコン膜層36の開口部と同一の
開口部11が設けられている。That is, in the solar cell of this embodiment, the p-type semiconductor substrate 30 (semiconductor substrate) on the side opposite to the light incident surface
An opening 11 is provided on the back surface of the p-type semiconductor substrate 30.
A silicon oxide film layer 36 (first thin film layer) for inactivating the recombination centers in the back surface layer portion of the aluminum metal layer 10 is formed on the silicon oxide film layer 36.
(Metal layer) is formed. The aluminum metal layer 10 has the same opening 11 as the opening of the silicon oxide film layer 36.
【0032】また、このアルミニウム金属層10に積層
して、p型半導体基板30側に励起された少数キャリア
としての電子を基板30側に排斥すると共に多数キャリ
アとしての正孔を収集するp+型微結晶層37(第2の
薄膜層)が形成されている。このp+型微結晶層37
は、先の開口部11を通じてp型半導体基板30に接続
される。さらに、このp+型微結晶層37に積層して、
アルミニウム(元素記号Al)や銀(元素記号Ag)な
どの金属からなる裏面電極層38(裏面電極層)が形成
されている。The p + -type layer, which is stacked on the aluminum metal layer 10, rejects electrons as minority carriers excited on the p-type semiconductor substrate 30 side to the substrate 30 side and collects holes as majority carriers. A microcrystalline layer 37 (second thin film layer) is formed. This p + type microcrystalline layer 37
Are connected to the p-type semiconductor substrate 30 through the opening 11 described above. Furthermore, by laminating on this p + type microcrystalline layer 37,
A back electrode layer 38 (back electrode layer) made of a metal such as aluminum (element symbol Al) or silver (element symbol Ag) is formed.
【0033】次に、本実施形成の太陽電池の製造方法の
一例について、図1を参照しながら図2に示す製造工程
図に沿って説明する。先ず、単結晶のp型半導体基板3
0(100mm径、300μm厚、比抵抗2Ω−cm)
を洗浄し(工程S01)、表面が凹凸になるように異方
性エッチングを行う(工程S02)。ここで、単結晶の
p型半導体基板30に替えて、多結晶(アモルファス)
シリコンのp型半導体基板を用いてもよい。この場合、
表面の凹凸の形成は、レーザー等を用いて、機械的(物
理的)に溝を掘る方法により行う。Next, an example of a method of manufacturing the solar cell according to the present embodiment will be described with reference to FIG. 1 and along a manufacturing process diagram shown in FIG. First, a single crystal p-type semiconductor substrate 3
0 (100 mm diameter, 300 μm thickness, specific resistance 2Ω-cm)
Is cleaned (step S01), and anisotropic etching is performed so that the surface becomes uneven (step S02). Here, instead of the single-crystal p-type semiconductor substrate 30, polycrystalline (amorphous)
A silicon p-type semiconductor substrate may be used. in this case,
The formation of the surface irregularities is performed by a method of mechanically (physically) digging a groove using a laser or the like.
【0034】次に、オキシ塩化燐(POCl3)を用い
た燐(元素記号P)の気相拡散によってp型半導体基板
30の表面にn型半導体層31を形成する(工程S0
3)。続いて、p型半導体基板30の裏面を硝酸とフッ
酸の混合液を用いてエッチング処理し、n型半導体層3
1の形成と同時に裏面側に形成されたn型半導体層を除
去し(工程S04)、熱酸化法により光入射面側の酸化
シリコン膜層32と裏面側の酸化シリコン膜層36とを
同時に形成する(工程S05)。次に、光入射面側に反
射防止膜としての窒化シリコン膜層33をプラズマCV
D法により形成する(工程S06)。Next, an n-type semiconductor layer 31 is formed on the surface of the p-type semiconductor substrate 30 by vapor phase diffusion of phosphorus (element symbol P) using phosphorus oxychloride (POCl 3 ) (step S0).
3). Subsequently, the back surface of the p-type semiconductor substrate 30 is etched using a mixed solution of nitric acid and hydrofluoric acid to form the n-type semiconductor layer 3.
The n-type semiconductor layer formed on the rear surface side is removed simultaneously with the formation of 1 (step S04), and the silicon oxide film layer 32 on the light incident surface side and the silicon oxide film layer 36 on the rear surface side are simultaneously formed by a thermal oxidation method. (Step S05). Next, a silicon nitride film layer 33 as an anti-reflection film
Formed by Method D (Step S06).
【0035】次に、真空蒸着法によりアルミニウム金属
層を厚さ500nmで酸化シリコン膜層36を覆うよう
に蒸着する(工程S07)。このアルミニウム金属層1
0は、後述するように、p+型微結晶層37の堆積時
(プラズマ処理時)においてプラズマ状の高エネルギー
イオンの侵入を防ぐ働きをすることから、p+型微結晶
層37の堆積条件に応じて適切な厚さを設定する。Next, an aluminum metal layer is deposited to a thickness of 500 nm by a vacuum deposition method so as to cover the silicon oxide film layer 36 (step S07). This aluminum metal layer 1
0, as described later, the p + type since it serves to prevent penetration of plasma-like high energy ions during the microcrystalline layer 37 deposition (during plasma treatment), deposition conditions of the p + -type microcrystalline layer 37 Set an appropriate thickness according to.
【0036】次に、水素(H2)ガス、或いは水素ガス
と窒素ガス(N2)若しくはアルゴンガス(Ar)の混
合ガスの雰囲気中において400℃で1時間の熱処理を
行う(工程S08)。この熱処理の条件(温度及び時
間)は、雰囲気ガスの種類によりことなるが、概ね、3
50〜480℃で数分から2時間程度の熱処理を必要と
する。なお、この熱処理の条件は、雰囲気ガスの種類に
応じて適切なものを設定する。Next, heat treatment is performed at 400 ° C. for one hour in an atmosphere of hydrogen (H 2 ) gas or a mixed gas of hydrogen gas and nitrogen gas (N 2 ) or argon gas (Ar) (step S08). The conditions (temperature and time) of this heat treatment vary depending on the type of the atmosphere gas,
Heat treatment at 50 to 480 ° C. for several minutes to about 2 hours is required. The conditions of this heat treatment are set appropriately according to the type of the atmospheric gas.
【0037】次に、フォトエッチング法を用いて、アル
ミニウム金属層10及び酸化シリコン膜層36のパター
ニングを行い、後述するp+型微結晶層37をp型半導
体基板30に接続するための開口部11を形成する(工
程S09)。次に、プラズマCVD法により、p+型微
結晶層37を膜厚200nmでアルミニウム金属層10
を覆うように堆積する(工程S10)。このプラズマC
VD法によるp+型微結晶層37の堆積条件として、反
応ガスの種類をH2希釈のモノシラン(SiH4)または
ジシランSi2H6とジボランB2H6との混合ガスとし、
反応ガス流量比をH2/SiH4=150、B2H6/Si
H4=0.01とし、反応ガス圧力を20Paとし、基
板温度を150℃とし、RFパワーを100W(13.
56MHz)とした。なお、この堆積条件は一例であ
り、この条件に限定されることなく、一般的なプラズマ
CVD法の条件により成膜が可能である。Next, the aluminum metal layer 10 and the silicon oxide film layer 36 are patterned by using a photo-etching method, and an opening for connecting a p + -type microcrystalline layer 37 described later to the p-type semiconductor substrate 30 is formed. 11 is formed (Step S09). Next, the p + -type microcrystalline layer 37 is formed to a thickness of 200 nm by a plasma CVD method.
(Step S10). This plasma C
As the deposition conditions for the p + -type microcrystalline layer 37 by the VD method, the type of reaction gas is H 2 -diluted monosilane (SiH 4 ) or a mixed gas of disilane Si 2 H 6 and diborane B 2 H 6 ,
The reaction gas flow rate ratio H 2 / SiH 4 = 150, B 2 H 6 / Si
H 4 = 0.01, the reaction gas pressure was 20 Pa, the substrate temperature was 150 ° C., and the RF power was 100 W (13.
56 MHz). Note that the deposition conditions are merely examples, and a film can be formed under general plasma CVD conditions without being limited to these conditions.
【0038】次に、真空蒸着法でアルミニウムを裏面全
面に蒸着し、裏面電極層38を形成する(工程S1
1)。次に、フォトエッチング法を用いて光入射側の酸
化シリコン膜層32及び反射防止膜33を貫通するよう
に開口して、チタン(元素記号Ti)、パラジウム(元
素記号Pd)、銀(元素記号Ag)の順に各金属を蒸着
により堆積し、リフトオフ法により、グリッド電極34
を形成する(工程S12)。Next, aluminum is vapor-deposited on the entire rear surface by a vacuum vapor deposition method to form a rear electrode layer 38.
1). Next, an opening is made to penetrate the silicon oxide film layer 32 and the antireflection film 33 on the light incident side using a photoetching method, and titanium (element symbol Ti), palladium (element symbol Pd), and silver (element symbol) Ag) in order in the order of Ag), and a grid electrode 34 is deposited by a lift-off method.
Is formed (Step S12).
【0039】最後に、窒素ガス(N2)の雰囲気中にお
いて300℃で数分の熱処理を行って(工程S13)、
太陽電池が完成する。なお、この雰囲気として窒素ガス
(N2)、アルゴンガス(Ar)或いはこれらの混合ガ
スを用い、雰囲気温度を200℃〜400℃に設定し、
処理時間を数分〜1時間に設定した。ただし、この熱処
理の条件は一例であり、この条件に限定されるものでは
ない。Finally, heat treatment is performed at 300 ° C. for several minutes in an atmosphere of nitrogen gas (N 2 ) (step S13).
The solar cell is completed. Incidentally, nitrogen gas (N 2 ), argon gas (Ar) or a mixed gas thereof was used as this atmosphere, and the atmosphere temperature was set to 200 ° C. to 400 ° C.
The processing time was set from several minutes to one hour. However, the condition of this heat treatment is an example, and is not limited to this condition.
【0040】表2に、上記製造方法により作製した図1
に示す太陽電池(以下、「太陽電池I」と記す)と、上
記製造方法における金属層10をアルミニウムに代えて
銀を用いて作製した図1に示す太陽電池(以下、「太陽
電池II」と記す)と、p+型微結晶層37が酸化シリコ
ン膜層36の上に直接形成された図5に示す従来の太陽
電池(以下、「太陽電池III」と記す)とのそれぞれの
光電変換特性を比較して示す。なお、これらの太陽電池
I〜IIIは、裏面構造が異なる所以外は全て同一の条件
で作製した。また、光電変換特性は、AM1.5グロー
バルのスペクトルで100mW/cm2の太陽光と同様
の光強度を持つソーラーシミュレータを用いて測定し
た。Table 2 shows FIG. 1 prepared by the above manufacturing method.
(Hereinafter referred to as "solar cell I") and a solar cell shown in FIG. 1 (hereinafter referred to as "solar cell II") produced by using silver instead of aluminum for the metal layer 10 in the above manufacturing method. 5) and the conventional solar cell shown in FIG. 5 (hereinafter, referred to as “solar cell III”) in which the p + -type microcrystalline layer 37 is formed directly on the silicon oxide film layer 36. Are shown in comparison. In addition, these solar cells I to III were manufactured under the same conditions except for the place where the back surface structure was different. The photoelectric conversion characteristics were measured using a solar simulator having a light intensity similar to that of 100 mW / cm 2 sunlight in the AM1.5 global spectrum.
【0041】[0041]
【表2】 [Table 2]
【0042】表2から理解されるように、金属層10が
形成された太陽電池I及びIIは、従来の太陽電池IIIに
比べて、酸化シリコン層膜36とp型半導体基板30の
界面でのパッシベーション効果が改善される結果、短絡
電流密度と解放電圧とが大きく向上し、変換効率が向上
する。さらに、金属層10としてアルミニウムを用いた
太陽電池Iは、銀を用いた太陽電池IIよりも一層パッシ
ベーション効果が改善され、さらに高い光電変換効率が
得られる。As can be understood from Table 2, the solar cells I and II on which the metal layer 10 is formed have a larger interface at the interface between the silicon oxide layer film 36 and the p-type semiconductor substrate 30 than the conventional solar cell III. As a result of improving the passivation effect, the short-circuit current density and the release voltage are greatly improved, and the conversion efficiency is improved. Further, the solar cell I using aluminum as the metal layer 10 has a further improved passivation effect and a higher photoelectric conversion efficiency than the solar cell II using silver.
【0043】このように、パッシベーション効果が改善
される理由は、プラズマ処理によりp+型微結晶層37
を形成する過程において、プラズマ処理で発生する高エ
ネルギーイオンが金属層10により排除され、酸化シリ
コン膜層36の内部に侵入する高エネルギーイオンが低
減するためである。この結果、p型半導体基板との界面
において、酸化シリコン膜層36に侵入した高エネルギ
ーイオンに起因する再結合中心の形成が抑制され、パッ
シベーション効果が改善される。As described above, the reason why the passivation effect is improved is that the p + type microcrystalline layer 37 is formed by the plasma treatment.
This is because during the process of forming the high-energy ions, the high-energy ions generated by the plasma treatment are eliminated by the metal layer 10 and the high-energy ions that enter the inside of the silicon oxide film layer 36 are reduced. As a result, at the interface with the p-type semiconductor substrate, the formation of recombination centers due to the high energy ions penetrating the silicon oxide film layer 36 is suppressed, and the passivation effect is improved.
【0044】また、アルミニウムと酸化シリコンとの界
面は、p+型微結晶層と酸化シリコンとの界面に比較し
て、太陽光の赤外領域に対する反射率が大きくなる。こ
のため、金属層10をアルミニウムを用いて形成するこ
とにより、金属層10と酸化シリコン膜層36との界面
での反射率が改善され、一層裏面反射率が改善される。
従って、金属層10をアルミニウムとすることにより、
パッシベーション効果及び裏面反射率をより一層改善す
ることができる。The interface between aluminum and silicon oxide has a higher reflectance in the infrared region of sunlight than the interface between p + -type microcrystalline layer and silicon oxide. For this reason, by forming the metal layer 10 using aluminum, the reflectance at the interface between the metal layer 10 and the silicon oxide film layer 36 is improved, and the back surface reflectance is further improved.
Therefore, when the metal layer 10 is made of aluminum,
The passivation effect and the back surface reflectivity can be further improved.
【0045】(第2の実施の形態について)次に、本発
明に係る第2の実施形態の太陽電池について、図3及び
図4を参照しながら説明する。ここで、図3は、本実施
形態の太陽電池の断面図であり、図4は、本実施形態の
太陽電池の製造工程図である。なお、本実施形態の太陽
電池の光入射面側の構造は、後述するように、p+型微
結晶層37と裏面電極層38との間に屈折率の小さな透
明膜層20を形成した点を除いて、図1に示す従来の太
陽電池と同一に構成されるので、第1の実施形態の太陽
電池の構成要素と同一要素には同一符号を付して、これ
らの詳細な説明を省略する。(Second Embodiment) Next, a solar cell according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. Here, FIG. 3 is a cross-sectional view of the solar cell of the present embodiment, and FIG. 4 is a manufacturing process diagram of the solar cell of the present embodiment. The structure of the solar cell of the present embodiment on the light incident surface side is such that the transparent film layer 20 having a small refractive index is formed between the p + -type microcrystalline layer 37 and the back electrode layer 38 as described later. Except for the solar cell shown in FIG. 1, the same components as those of the conventional solar cell shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and the detailed description thereof is omitted. I do.
【0046】図3に示すように、本実施形態の太陽電池
は、図1に示す第1の太陽電池において、開口部11を
覆うように、p+型微結晶層37と裏面電極層38との
層間に透明膜層20を形成して構成される。この透明膜
層の屈折率は、p+型微結晶層37及び裏面電極層38
の何れよりも小さく設定される。このような構成を有す
る本実施形態の太陽電池は、開口部11を通して裏面電
極側に到達した太陽光をp型半導体基板30側に戻すこ
とにより、裏面反射率を改善し、所謂光閉じ込め特性を
向上させて、光電変換効率の向上を図るものである。As shown in FIG. 3, the solar cell according to this embodiment is different from the first solar cell shown in FIG. 1 in that the p + -type microcrystalline layer 37 and the back electrode layer 38 are formed so as to cover the opening 11. And a transparent film layer 20 is formed between the layers. The refractive index of this transparent film layer depends on the p + type microcrystalline layer 37 and the back electrode layer 38.
Are set to be smaller than any of the above. The solar cell according to the present embodiment having such a configuration improves the back surface reflectance by returning the sunlight reaching the back surface electrode side through the opening 11 to the p-type semiconductor substrate 30 side, thereby improving the so-called light confinement characteristics. It is intended to improve the photoelectric conversion efficiency.
【0047】即ち、屈折率の小さな透明膜層20をp+
型微結晶層37と裏面電極層38との層間に設けること
により、透明膜層20とp+型微結晶層37または透明
膜層20と裏面電極層38との界面の反射率が大きくな
る。従って、所定領域に入射した光は、この界面で有効
に反射されてp型半導体基板30側に戻される。ここ
で、透明膜層を導電性とすれば、透明膜層20の電気抵
抗が低減し、p型半導体基板30とp+型微結晶層37
との間の直列抵抗成分が低減する。この結果、太陽電池
の内部抵抗が低減し、光電変換効率が一層改善される。That is, the transparent film layer 20 having a small refractive index is formed by p +
By providing between the type microcrystalline layer 37 and the back electrode layer 38, the reflectance at the interface between the transparent film layer 20 and the p + type microcrystalline layer 37 or the interface between the transparent film layer 20 and the back electrode layer 38 is increased. Therefore, the light incident on the predetermined region is effectively reflected at this interface and returned to the p-type semiconductor substrate 30 side. Here, if the transparent film layer is made conductive, the electric resistance of the transparent film layer 20 is reduced, and the p-type semiconductor substrate 30 and the p + -type microcrystalline layer 37 are formed.
Is reduced. As a result, the internal resistance of the solar cell is reduced, and the photoelectric conversion efficiency is further improved.
【0048】一方、開口部11以外の領域に入射した光
は金属層10に反射されてp型半導体基板30側に戻さ
れる。従って、透明膜層20を設けることにより、p型
半導体基30を抜けた殆どの太陽光がp型半導体基板3
0側に戻され、裏面反射率が改善されることとなる。ま
た、前述のように、アルミニウムと酸化シリコンとの界
面は、p+型微結晶層と酸化シリコンとの界面に比較し
て、太陽光の赤外領域に対する反射率が大きくなるの
で、金属層10をアルミニウムを用いて形成することに
より、一層、裏面反射率を改善することができる。On the other hand, light incident on the area other than the opening 11 is reflected by the metal layer 10 and returned to the p-type semiconductor substrate 30 side. Therefore, by providing the transparent film layer 20, most of the sunlight passing through the p-type semiconductor substrate 30 can be removed from the p-type semiconductor substrate 3.
The value is returned to the 0 side, and the back surface reflectance is improved. As described above, the interface between aluminum and silicon oxide has a higher reflectance in the infrared region of sunlight than the interface between p + -type microcrystalline layer and silicon oxide. Is formed using aluminum, the back surface reflectance can be further improved.
【0049】次に、本実施形態の太陽電池の製造方法の
一例について、図4に示す工程図を参照しながら説明す
る。なお、本実施形態の太陽電池の裏面構造は透明膜層
20が形成された点を除いて前述の第1の実施形態の太
陽電池と同一に構成されることから、その製造工程も透
明膜層20を形成する工程を除いて同一であるので、以
下の製造方法の説明は透明膜層20を形成する工程を中
心に行う。Next, an example of a method for manufacturing a solar cell according to the present embodiment will be described with reference to the process chart shown in FIG. The back surface structure of the solar cell according to this embodiment is the same as that of the solar cell according to the first embodiment except that the transparent film layer 20 is formed. Since the steps are the same except for the step of forming the transparent film layer 20, the following description of the manufacturing method focuses on the step of forming the transparent film layer 20.
【0050】まず、第1の実施形態の太陽電池と同様
に、単結晶のp型半導体基板30の裏面側に、開口部1
1を設けて酸化シリコン膜層36及び金属層10を形成
した後、開口部11を通じてp型半導体基板30に接触
するように金属層10にp+型微結晶層37を積層する
(工程S01〜S10)。ここで、太陽光の赤外領域に
対するアルミニウム金属層及びp+型微結晶層の屈折率
は共に3.0より大きく形成する。First, similarly to the solar cell of the first embodiment, an opening 1 is formed on the back side of a single crystal p-type semiconductor substrate 30.
1, the silicon oxide film layer 36 and the metal layer 10 are formed, and then the p + -type microcrystalline layer 37 is laminated on the metal layer 10 so as to be in contact with the p-type semiconductor substrate 30 through the opening 11 (steps S01 to S01). S10). Here, the refractive indexes of the aluminum metal layer and the p + -type microcrystalline layer in the infrared region of sunlight are both formed to be larger than 3.0.
【0051】次に、プラズマCVD法により、屈折率が
2.0の窒化シリコンからなる絶縁性の透明膜層20を
膜厚300nmでp+型微結晶層37を覆うように堆積
する(工程S10A)。窒化シリコンの堆積条件とし
て、反応ガスの種類をSiH4とアンモニア(NH3)、
N2の混合ガスとし、反応ガス流量比をSiH4:N
H3:N2=3:4:10とし、反応ガス圧力を20Pa
とし、基板温度を150℃とし、RFパワーを100W
(13.56MHz)とした。ただし、この堆積条件は
一例であり、この条件に限定されることなく、一般的な
プラズマCVD法の条件により成膜が可能である。Next, an insulating transparent film layer 20 made of silicon nitride having a refractive index of 2.0 is deposited to a thickness of 300 nm so as to cover the p + -type microcrystalline layer 37 by a plasma CVD method (step S10A). ). As the deposition conditions for silicon nitride, the types of reaction gas are SiH 4 and ammonia (NH 3 ),
A mixed gas of N 2 and a reactant gas flow ratio of SiH 4 : N
H 3 : N 2 = 3: 4: 10 and the reaction gas pressure was 20 Pa
And the substrate temperature is 150 ° C. and the RF power is 100 W
(13.56 MHz). However, the deposition conditions are merely an example, and the film formation can be performed under general plasma CVD conditions without being limited to these conditions.
【0052】窒化シリコンからなる透明膜層20の屈折
率は、堆積条件を調整することにより1.8〜2.2の
範囲のものを得ることができる。また、透明膜層20の
材料は窒化シリコンに制限されるものではなく、プラズ
マCVD法で形成した酸化シリコン膜、常圧CVD法で
形成した酸化チタン膜、真空蒸着法で形成した酸化アル
ミニウム膜などを用いることができる。The refractive index of the transparent film layer 20 made of silicon nitride can be obtained in the range of 1.8 to 2.2 by adjusting the deposition conditions. The material of the transparent film layer 20 is not limited to silicon nitride, but may be a silicon oxide film formed by a plasma CVD method, a titanium oxide film formed by a normal pressure CVD method, an aluminum oxide film formed by a vacuum deposition method, or the like. Can be used.
【0053】次に、p+型微結晶層37とp型半導体基
板30とが接続された開口部11を覆う領域を残して、
フォトエッチング法により透明膜層20の一部を除去
し、この透明膜層20をパターニングする(工程S10
B)。このパターニングされた透明膜層20は、予め透
明膜層20を残す領域を開口した金属や樹脂からなるマ
スクをp+型微結晶層37に載せ、このマスクに覆われ
たp+型微結晶層37に透明膜層20を堆積することに
よっても形成することができ、この透明膜層20をどの
ような方法によって形成してもよい。透明膜層20をパ
ターニングして形成した後、前述の第1の実施形態の太
陽電池と同様に、裏面電極層38及びグリッド電極34
を形成するための一連の工程を経て(工程S10〜S1
3)、本実施形態の太陽電池が完成する。Next, leaving a region covering the opening 11 where the p + -type microcrystalline layer 37 and the p-type semiconductor substrate 30 are connected,
A part of the transparent film layer 20 is removed by a photo etching method, and the transparent film layer 20 is patterned (step S10).
B). In the patterned transparent film layer 20, a mask made of metal or resin having an opening in the region where the transparent film layer 20 is to be left is placed on the p + -type microcrystalline layer 37, and the p + -type microcrystalline layer 37 can be formed by depositing the transparent film layer 20, and this transparent film layer 20 may be formed by any method. After the transparent film layer 20 is formed by patterning, the back electrode layer 38 and the grid electrode 34 are formed in the same manner as in the solar cell of the first embodiment.
(Steps S10 to S1) through a series of steps for forming
3), the solar cell of the present embodiment is completed.
【0054】このようにして透明膜層20が形成された
本実施形態の太陽電池において、p+型微結晶層37と
透明膜層20との界面或いは透明膜層20と裏面電極層
38との界面の何れかの界面における屈折率の差が、こ
の透明膜層20を形成しない場合の反射面であるp+型
微結晶層37と裏面電極層38との界面における屈折率
の差より大きくなる。この結果、裏面反射率が改善さ
れ、開口部11に入射した太陽光が、屈折率の差がより
大きな何れかの界面で有効に反射されるので、所謂光閉
じ込め特性を改善することができる。In the solar cell of the present embodiment in which the transparent film layer 20 is thus formed, the interface between the p + -type microcrystalline layer 37 and the transparent film layer 20 or the interface between the transparent film layer 20 and the back electrode layer 38 is formed. The difference in the refractive index at any one of the interfaces is larger than the difference in the refractive index at the interface between the p + -type microcrystalline layer 37 and the back electrode layer 38, which is the reflection surface when the transparent film layer 20 is not formed. . As a result, the rear surface reflectance is improved, and sunlight incident on the opening 11 is effectively reflected at any interface having a larger difference in refractive index, so that so-called light confinement characteristics can be improved.
【0055】(第3の実施形態について)本発明の第3
の実施形態の太陽電池は、上述の第2の実施形態の太陽
電池の絶縁性の窒化シリコンからなる透明膜層20に代
えて、スパッタリング法により酸化スズ膜からなる導電
性の透明膜層を膜厚400nmで形成した構成を有し
(図示なし)、透明膜層20を導電性とすることにより
太陽電池の内部抵抗を低減して、さらなる光電変換効率
の改善を図るものである。この酸化スズ膜からなる導電
性透明膜層の屈折率として、1.8〜2.0が得られ、
一般的な蒸着条件で形成することが可能である。また、
この導電性の透明膜層として、酸化亜鉛膜(Z7nO
膜)やスズをドープした酸化インジウム膜(ITO膜)
などを用いてもよい。(Third Embodiment) The third embodiment of the present invention
In the solar cell according to the embodiment, instead of the transparent film layer 20 made of insulating silicon nitride of the solar cell according to the second embodiment, a conductive transparent film layer made of a tin oxide film is formed by a sputtering method. It has a configuration formed with a thickness of 400 nm (not shown), and is intended to further improve the photoelectric conversion efficiency by reducing the internal resistance of the solar cell by making the transparent film layer 20 conductive. 1.8 to 2.0 was obtained as the refractive index of the conductive transparent film layer made of the tin oxide film,
It can be formed under general evaporation conditions. Also,
As this conductive transparent film layer, a zinc oxide film (Z7nO)
Film) and tin-doped indium oxide film (ITO film)
Or the like may be used.
【0056】表3に、前述の第2の実施形態の太陽電池
(以下、「太陽電池IV」と記す)と、太陽電池IVの透明
膜層を導電性の透明膜に代えた本実施形態の太陽電池
(以下、「太陽電池V」と記す)と、前述の第1の実施
形態の太陽電池(太陽電池I)とについて、光電変換特
性を比較して示す。なお、これらの太陽電池は、裏面構
造が異なる所以外は全て同一の条件で作製したものであ
り、光電変換特性は、AM1.5グローバルのスペクト
ルで100mW/cm2の太陽光と同様の光強度を持つ
ソーラーシミュレータを用いて測定したものである。Table 3 shows the solar cell according to the second embodiment described above (hereinafter referred to as "solar cell IV") and the solar cell IV of the present embodiment in which the transparent film layer is replaced with a conductive transparent film. The photoelectric conversion characteristics of a solar cell (hereinafter, referred to as “solar cell V”) and the solar cell (solar cell I) of the above-described first embodiment are compared and shown. Note that these solar cells were manufactured under the same conditions except that the back surface structure was different, and the photoelectric conversion characteristics were the same as those of 100 mW / cm 2 in the AM1.5 global spectrum. It was measured using a solar simulator having.
【0057】[0057]
【表3】 [Table 3]
【0058】表3から理解されるように、透明膜層を設
けた太陽電池IVとVは、透明膜層を設けない太陽電池I
に比べて裏面反射効果が改善される結果、短絡電流等が
向上する。また、透明膜層として導電性の酸化スズ膜を
用いた本実施形態の太陽電池Vは、透明膜層として絶縁
性の窒化シリコン膜を用いた太陽電池IVよりも直列抵抗
が低減する結果、高い曲線因子が得られ、最も高い変換
効率を示すものとなる。As can be understood from Table 3, the solar cells IV and V provided with the transparent film layers are the same as the solar cells I and V provided with no transparent film layer.
As a result, the short-circuit current and the like are improved. In addition, the solar cell V of the present embodiment using the conductive tin oxide film as the transparent film layer has a higher series resistance than the solar cell IV using the insulating silicon nitride film as the transparent film layer. The fill factor is obtained, and shows the highest conversion efficiency.
【0059】以上、本発明の実施形態の説明にあたって
は、p型シリコン半導体基板30を用いて太陽電池を構
成したものを例としたが、n型シリコン半導体基板を用
いた場合にも適用が可能である。その場合、n型シリコ
ン半導体基板の光入射面側に積層されるp型半導体層の
不純物はホウ素(元素記号B)などのアクセプタであ
り、水素化微結晶シリコン半導体層として燐(元素記号
P)などのドナーが高濃度に添加されたものを用いる。In the above description of the embodiment of the present invention, an example in which a solar cell is formed using a p-type silicon semiconductor substrate 30 has been described. However, the present invention is also applicable to a case where an n-type silicon semiconductor substrate is used. It is. In this case, the impurity of the p-type semiconductor layer laminated on the light incident surface side of the n-type silicon semiconductor substrate is an acceptor such as boron (element symbol B), and phosphorus (element symbol P) is used as a hydrogenated microcrystalline silicon semiconductor layer. A donor to which a high concentration is added is used.
【0060】また、上述の実施形態の太陽電池の製造方
法の説明において、各層の膜厚、温度、時間などの各条
件は、単なる例示であって、本発明の本質を何ら限定す
るものではなく、実施の状況に合わせて適切に設定すれ
ばよい。In the description of the method of manufacturing the solar cell according to the above-described embodiment, the conditions such as the thickness of each layer, temperature, and time are merely examples, and do not limit the essence of the present invention. , May be set appropriately according to the implementation situation.
【0061】[0061]
【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
よれば、以下の効果を得ることができる。即ち、請求項
1又は2に記載の発明によれば、太陽電池の裏面構造
を、第1の薄膜層(酸化シリコン膜層)と第2の薄膜層
(p+型微結晶層)との間に金属層を設けたので、半導
体基板(p型半導体基板)と第1の薄膜層(酸化シリコ
ン膜層)の界面にダメージを与えることなく第2の薄膜
層(p+型微結晶層)でき、パッシベーション効果と裏
面電界効果を共に高めることができる。As described above, according to the present invention, the following effects can be obtained. That is, according to the first or second aspect of the present invention, the back surface structure of the solar cell is formed between the first thin film layer (silicon oxide film layer) and the second thin film layer (p + type microcrystalline layer). Since the metal layer is provided on the first thin film layer, the second thin film layer (p + type microcrystalline layer) can be formed without damaging the interface between the semiconductor substrate (p-type semiconductor substrate) and the first thin film layer (silicon oxide film layer). In addition, both the passivation effect and the back surface field effect can be enhanced.
【0062】また、請求項3に記載の発明によれば、請
求項1または2に記載の発明において、金属層をアルミ
ニウムとすることにより、酸化膜層のパッシベーション
効果をより高めることができると共に、半導体基板を透
過した太陽光の裏面反射率を改善し、所謂光閉じ込め特
性を改善することができる。According to the third aspect of the present invention, in the first or second aspect of the present invention, the metal layer is made of aluminum, so that the passivation effect of the oxide film layer can be further enhanced. It is possible to improve the back surface reflectance of sunlight transmitted through the semiconductor substrate and improve so-called light confinement characteristics.
【0063】さらに、請求項4に記載の発明によれば、
請求項1から3の何れかに記載の発明において、第2の
薄膜層(p+型微結晶層)を半導体基板に接続するため
の開口部を覆うように、第2の薄膜層(p+型微結晶
層)及び裏面電極層よりも屈折率が小さい透明膜層を設
けたので、半導体基板を透過して開口部に入射した光に
対する裏面反射率を改善することができ、所謂光閉じ込
め特性を改善することができる。また、透明膜層を導電
性とすることにより、透明膜層の電気抵抗が低減する結
果、太陽電池の内部抵抗を低減することができる。Further, according to the fourth aspect of the present invention,
In the invention according to any one of claims 1 to 3, the second thin film layer (p + -type microcrystalline layer) so as to cover the opening for connection to a semiconductor substrate, a second thin film layer (p + (A microcrystalline layer) and a transparent film layer having a smaller refractive index than the back electrode layer, so that the back reflectance of light transmitted through the semiconductor substrate and incident on the opening can be improved, so-called light confinement characteristics Can be improved. In addition, by making the transparent film layer conductive, the electric resistance of the transparent film layer is reduced, so that the internal resistance of the solar cell can be reduced.
【0064】さらにまた、請求項5及び6に記載の発明
によれば、それぞれ請求項2及び4に記載の発明の太陽
電池を得ることができる。According to the fifth and sixth aspects of the present invention, the solar cells according to the second and fourth aspects can be obtained.
【0065】従って、請求項1から6に記載の発明によ
れば、太陽電池のパッシベーション効果、裏面電界効
果、裏面反射率、所謂光閉じ込め特性及び内部抵抗を改
善する結果、光電変換効率が大幅に改善された太陽電池
を得ることができると共に、このように改善された太陽
電池を製造することが可能となる。Therefore, according to the first to sixth aspects of the present invention, as a result of improving the passivation effect, the back surface field effect, the back surface reflectivity, the so-called light confinement characteristics and the internal resistance of the solar cell, the photoelectric conversion efficiency is greatly improved. An improved solar cell can be obtained, and a solar cell improved in this way can be manufactured.
【図1】本発明の第1の実施形態に係る太陽電池の断面
図である。FIG. 1 is a sectional view of a solar cell according to a first embodiment of the present invention.
【図2】本発明の第1の実施形態に係る太陽電池の製造
工程図である。FIG. 2 is a manufacturing process diagram of the solar cell according to the first embodiment of the present invention.
【図3】本発明の第2の実施形態に係る太陽電池の断面
図である。FIG. 3 is a sectional view of a solar cell according to a second embodiment of the present invention.
【図4】本発明の第2の実施形態に係る太陽電池の製造
工程図である。FIG. 4 is a manufacturing process diagram of a solar cell according to a second embodiment of the present invention.
【図5】従来の太陽電池の断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view of a conventional solar cell.
10 金属層 11,35 開口部 20 透明膜層 30 p型半導体基板 31 n型半導体層 32 酸化シリコン膜層 33 窒化シリコン膜層 34 グリッド電極 36 酸化シリコン膜層 37 P+型微結晶層 38 裏面電極層REFERENCE SIGNS LIST 10 metal layer 11, 35 opening 20 transparent film layer 30 p-type semiconductor substrate 31 n-type semiconductor layer 32 silicon oxide film layer 33 silicon nitride film layer 34 grid electrode 36 silicon oxide film layer 37 P + type microcrystalline layer 38 back electrode layer
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 進藤 太介 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Tasuke Shindo 22-22 Nagaikecho, Abeno-ku, Osaka-shi, Osaka
Claims (6)
て、 少なくとも、 前記半導体基板の裏面側に所定領域を開口して形成さ
れ、該半導体基板との界面における再結合中心を不活性
化する第1の薄膜層と、 前記第1の薄膜層を挟むように前記半導体基板の裏面側
に形成され、前記所定領域において前記半導体基板側の
少数キャリアを排斥すると共に多数キャリアを収集する
ように前記半導体基板との界面に電界を形成する第2の
薄膜層と、 前記第1の薄膜層と第2の薄膜層との層間に形成された
金属層とを有することを特徴とする太陽電池。1. A solar cell formed on a semiconductor substrate, wherein at least a predetermined region is opened on the back surface side of the semiconductor substrate to inactivate a recombination center at an interface with the semiconductor substrate. A first thin film layer, formed on the back surface side of the semiconductor substrate so as to sandwich the first thin film layer, and excluding minority carriers on the semiconductor substrate side and collecting majority carriers in the predetermined region. A solar cell, comprising: a second thin film layer that forms an electric field at an interface with a semiconductor substrate; and a metal layer formed between the first thin film layer and the second thin film layer.
基板に形成された太陽電池であって、 前記半導体基板の裏面上に所定領域を開口して積層され
た酸化シリコン膜層と、 前記酸化シリコン膜層上に前記所定領域を開口して積層
された金属層と、 前記金属層及び前記所定領域の上に該所定領域において
前記半導体基板と接続するように積層され、且つ前記第
1導電型の不純物が前記半導体基板より高濃度に添加さ
れた微結晶半導体層と、 前記微結晶半導体層上に積層された裏面電極層とを有す
ることを特徴とする太陽電池。2. A solar cell formed on a semiconductor substrate to which impurities of a first conductivity type are added, wherein the silicon oxide film layer is formed by opening a predetermined region on a back surface of the semiconductor substrate; A metal layer laminated on the silicon oxide film layer with the predetermined region opened; and a first conductive layer laminated on the metal layer and the predetermined region so as to be connected to the semiconductor substrate in the predetermined region. A solar cell, comprising: a microcrystalline semiconductor layer to which a type impurity is added at a higher concentration than the semiconductor substrate; and a back electrode layer laminated on the microcrystalline semiconductor layer.
属からなることを特徴とする請求項1または2に記載の
太陽電池。3. The solar cell according to claim 1, wherein the metal layer is made of a metal containing aluminum as a main component.
所定領域を覆うようにして、微結晶半導体層と裏面電極
層との層間に前記微結晶半導体層及び前記裏面電極層よ
りも小さな屈折率を有する絶縁性または導電性の透明膜
層を設けたことを特徴とする請求項1から3の何れかに
記載の太陽電池。4. A lower refractive index than the microcrystalline semiconductor layer and the back electrode layer between the microcrystalline semiconductor layer and the back electrode layer so as to cover a predetermined region where the silicon oxide film layer and the metal layer are opened. The solar cell according to any one of claims 1 to 3, further comprising an insulating or conductive transparent film layer having the following.
基板に形成された太陽電池の製造方法であって、 前記半導体基板の裏面上に所定領域を開口して酸化シリ
コン膜層を形成する第1の工程と、 前記酸化シリコン膜層上に前記所定領域を開口した金属
層を形成する第2の工程と、 前記金属層及び前記所定領域の上に該所定領域において
前記半導体基板と接続するように、前記第1導電型の不
純物が前記半導体基板より高濃度に添加された微結晶半
導体層を形成する第3の工程と、 前記微結晶半導体層上に裏面電極層を形成する第4の工
程とを有することを特徴とする太陽電池の製造方法。5. A method of manufacturing a solar cell formed on a semiconductor substrate to which impurities of a first conductivity type are added, wherein a silicon oxide film layer is formed by opening a predetermined region on a back surface of the semiconductor substrate. A first step, a second step of forming a metal layer having an opening in the predetermined region on the silicon oxide film layer, and connecting to the semiconductor substrate in the predetermined region on the metal layer and the predetermined region Thus, a third step of forming a microcrystalline semiconductor layer to which the first conductivity type impurity is added at a higher concentration than the semiconductor substrate, and a fourth step of forming a back electrode layer on the microcrystalline semiconductor layer And a method for manufacturing a solar cell.
シリコン膜層及び金属層が開口する所定領域を覆うよう
にして、微結晶半導体層と裏面電極層との層間に前記微
結晶半導体層及び前記裏面電極層よりも小さな屈折率を
有する絶縁性または導電性の透明膜層を形成する第5の
工程をさらに設けたことを特徴とする請求項5に記載の
太陽電池の製造方法。6. A method according to claim 6, wherein the third step and the fourth step cover the predetermined region where the silicon oxide film layer and the metal layer are opened, so that the interlayer between the microcrystalline semiconductor layer and the back electrode layer is formed. The solar cell according to claim 5, further comprising a fifth step of forming an insulating or conductive transparent film layer having a smaller refractive index than the microcrystalline semiconductor layer and the back electrode layer. Production method.
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