JPH1197726A

JPH1197726A - 太陽電池の製法

Info

Publication number: JPH1197726A
Application number: JP9256380A
Authority: JP
Inventors: Takahiro Mishima; 孝博三島; Hiroaki Shimizu; 洋昭清水; Takashi Yokoyama; 敬志横山
Original assignee: Daido Hoxan Inc
Current assignee: Daido Hoxan Inc
Priority date: 1997-09-22
Filing date: 1997-09-22
Publication date: 1999-04-09

Abstract

(57)【要約】【課題】簡便かつ低コストでＰＮ接合の完全な分離を行
うことができ、効率よく太陽電池を製造する方法を提供
する。【解決手段】Ｐ型もしくはＮ型の半導体基板１１上のＰ
Ｎ接合分離予定部に、ＳｉＯ₂ゾル−ゲルペースト１２
を塗工し硬化させることによりＳｉＯ₂マスクを形成す
る工程と、上記ＳｉＯ₂マスクが形成された基板１１に
対しドーピングを行うことにより、ＰＮ接合を、上記Ｓ
ｉＯ₂マスク形成部において分離した状態で形成する工
程と、上記分離されたＰＮ接合の各部位にそれぞれ電極
を形成する工程とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、生産性に優れた太
陽電池の製法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から、太陽電池は、例えばつぎのよ
うにして製造されている。すなわち、まず、図５（ａ）
に示すように、Ｐ型のシリコン半導体基板１を準備す
る。そして、上記基板１を、Ｎ型不純物雰囲気に晒す等
して、図５（ｂ）に示すように、その表面から一定の深
さまでＮ型不純物を拡散させ、Ｎ型層２を形成する。こ
れにより、Ｐ型層３とＮ型層２の境界部にＰＮ接合４が
形成される。つぎに、図６（ａ）および（ｂ）に示すよ
うに、基板１の裏面１ａにアルミペーストを印刷塗工
し、これを焼成することにより、Ｐ⁺層５を形成する。
このＰ⁺層５は、裏面電極となる。そして、図７（ａ）
および（ｂ）に示すように、基板１の四方の側面を研磨
することにより、ＰＮ接合４を分離する。なお、研磨に
よって除去される部分の境界線を、図６（ａ）および
（ｂ）において鎖線Ｘで示す。このようにしてＰＮ接合
分離が完了した基板１に対し、表面（Ｎ型層２の表面）
にくしの歯状の表面電極（図示せず）を形成することに
より、太陽電池を得ることができる。

【０００３】なお、アルミペーストを塗工する前に、図
８に示すように、ＰＮ接合４が形成された基板１の裏面
１ａのみを研磨して、裏面１ａのＮ型層２を除去し、そ
の後に、アルミペーストを塗工し焼成してＰ⁺層５を形
成するようにしてもよい。ただし、その場合も、ＰＮ接
合分離を完全にするために四方の側面を研磨除去するこ
とが一般に行われる。

【０００４】また、上記のように、ＰＮ接合分離を研磨
によって行うのではなく、エッチングによって行う場合
もある。その場合は、上記の製法と同様にしてＰＮ接合
４を形成した基板１（図５〔ｂ〕のもの）において、図
９（ａ）に示すように、基板１の表面１ｂを、耐酸マス
ク材料や耐酸テープ等６を貼着して保護したのち、混酸
等のエッチング処理液に浸漬することにより、保護され
ていない部分の表面層を化学的にエッチング除去する。
この状態を図９（ｂ）に示す。なお、上記エッチング除
去によっては、ＰＮ接合４を完全に分離することが困難
なため、上記エッチングされた裏面１ａに金属電極（図
示せず）を取り付けたのち、その金属電極表面および基
板１の表面１ｂを再度耐酸テープ等６で保護し、その状
態で全体をエッチング処理液に浸漬して基板１の側面を
エッチングすることが一般に行われる。

【０００５】さらに、予め基板１表面１ｂを酸化して全
面的にＳｉＯ₂膜を形成したのち、フォトリソグラフィ
等の技術により上記ＳｉＯ₂膜の特定部分のみを選択的
に窓あけし、その状態で不純物拡散を行うことにより、
部分的にＰＮ接合４を形成することも行われている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記研
磨作業は通常、手作業で行われるため、生産効率が悪い
とともに、作業に熟練が必要であるという問題がある。
また、エッチング法やフォトリソグラフィ等の技術は、
工程が複雑で時間がかかる上、材料の無駄も多く、コス
ト的に高いという問題がある。

【０００７】そこで、より簡単にＰＮ接合４の分離を行
う方法がいろいろと提案されている。例えば、特公昭６
１−５９６７８号公報には、つぎのような方法が提案さ
れている。すなわち、まず、図１０（ａ）に示すよう
に、従来と同様にしてＰＮ接合４が形成された基板１の
裏面１ａ側に、ガラス粉末もしくはガラスリングからな
る分離材７を環状に付着させるとともに、その分離材７
で囲われた部分に、シリコンとある程度反応するペース
ト状導電材（例えばアルミペースト）８を印刷する。ま
た、基板１の表面１ｂに、シリコンとは反応しにくいペ
ースト状導電性材９をくしの歯状に印刷する。そして、
この基板１を焼成することにより、表裏の導電材８，９
が電極として形成される。また、分離材７が、図１０
（ｂ）に示すように、基板１と反応して、ＰＮ接合４を
一部溶かした状態で絶縁領域７′を形成する。したがっ
て、上記絶縁領域７′によって、ＰＮ接合４が分離切断
される。

【０００８】しかし、この方法では、ＰＮ接合４の分離
切断が不完全になりやすく、得られる太陽電池の特性が
損なわれやすいという問題がある。

【０００９】本発明は、このような事情に鑑みなされた
もので、簡便かつ低コストでＰＮ接合の完全な分離を行
うことができ、効率よく太陽電池を製造することのでき
る方法の提供をその目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明の請求項１記載の発明は、半導体基板にＰＮ
接合が形成され、Ｐ型層とＮ型層のそれぞれに外部取り
出し用の電極が接続された太陽電池の製法であって、Ｐ
型もしくはＮ型の半導体基板上のＰＮ接合分離予定部
に、マスク用塗工材を塗工し硬化させることによりマス
クを形成する工程と、上記マスクが形成された基板に対
しドーピングを行うことにより、ＰＮ接合を、上記マス
ク形成部において分離した状態で形成する工程と、上記
分離されたＰＮ接合の各部位にそれぞれ電極を形成する
工程とを備えた太陽電池の製法を要旨とするものであ
る。

【００１１】また、本発明の請求項２記載の発明は、上
記太陽電池の製法において、マスク用塗工材の塗工を、
スクリーン印刷もしくはディスペンサーノズルによる塗
布によって行うようにしたものであり、本発明の請求項
３記載の発明は、上記太陽電池の製法において、マスク
用塗工材としてＳｉＯ₂ゾル−ゲルペーストを用いるよ
うにしたものである。

【００１２】なお、本発明において、ＰＮ接合を分離し
た状態で形成する工程と、上記分離されたＰＮ接合の各
部位にそれぞれ電極を形成する工程とは、順を追って段
階的になされる必要はなく、同時になされる場合も含ま
れる。

【００１３】

【発明の実施の形態】つぎに、本発明の実施の形態を詳
しく説明する。

【００１４】本発明は、例えばつぎのようにして太陽電
池を製造するものである。すなわち、まず、図１（ａ）
および（ｂ）に示すように、Ｐ型の半導体基板１１の裏
面（受光面とは反対の面）１１ａに、周知のスクリーン
印刷法を用いて、ＳｉＯ₂ゾル−ゲルペースト１２を、
環状（この場合、四角枠状）に塗工する。上記ＳｉＯ ₂
ゾル−ゲルペースト１２は、ＳｉＯ₂ゾルを水に分散さ
せてなるコロイド溶液で、通常、２〜１５重量％濃度の
ものが好適に用いられる。

【００１５】上記ＳｉＯ₂ゾル−ゲルペースト１２が塗
工された基板１１に対し、高温加熱処理（例えば６００
℃×１０分）を行い、上記ペースト１２からなるゾル−
ゲル膜を反応硬化させ、ＳｉＯ₂膜（＝マスク）を形成
する。なお、上記ＳｉＯ₂膜の厚みは、適宜に設定され
るが、通常０．０５〜０．５μｍ、なかでも０．０５〜
０．２μｍに設定することが好適である。すなわち、
０．５μｍより厚いと、ＳｉＯ₂膜にひび割れが生じる
という不都合が生じやすい。

【００１６】つぎに、上記ＳｉＯ₂膜が形成された基板
１１に、周知の熱拡散法を用いてＮ型不純物のドーピン
グを行い、図２（ａ）および（ｂ）に示すように、Ｓｉ
Ｏ₂膜１２′が形成されていない部分に、Ｎ型層１３を
形成する。なお、内側は、Ｐ型層１４である。これによ
り、ＳｉＯ₂膜１２′が形成された部分で途切れた形
で、ＰＮ接合１５が形成される。

【００１７】ここで、ドーピングに用いる熱拡散法と
は、基板１１を、ドープさせるべき不純物を含む雰囲気
中で加熱することにより、上記不純物を基板１１表面か
ら内部に拡散させ、所定厚みの拡散層（上記の例ではＮ
型層）を得る方法のことで、従来から最も汎用されてい
るドーピング方法である。

【００１８】このようにしてＰＮ接合１５が形成された
基板１１に対し、その裏面１１ａの、上記ＳｉＯ₂膜１
２′で囲われた内側部分に、図３（ａ）および（ｂ）に
示すように、アルミペーストを印刷塗工し、焼成する。
これによって、Ｎ型層１３を貫通しＰ型層１４に達する
Ｐ⁺層１６が形成される。このＰ⁺層１６は、裏面電極
となる。そして、基板１１の表面１１ｂに、従来と同様
の方法によって表面電極（図示せず）を形成することに
より、目的とする太陽電池を得ることができる。

【００１９】上記製法によれば、手間やコストのかかる
研磨作業やエッチングを行う必要がなく、ＰＮ接合１５
の分離を簡便かつ低コストで行うことができる。したが
って、太陽電池を従来よりも大幅に効率よく、かつ低コ
ストで製造することができる。また、ＰＮ接合１５の分
離部分が、基板１１表面においてＳｉＯ₂膜１２′で被
覆されているため、ＳｉＯ₂膜１２′のパッシベーショ
ン効果によって、光生成キャリアの再結合損失を低減す
ることができ、太陽電池の発電効率を向上させることが
できる。

【００２０】なお、上記製法において、基板１１は、Ｐ
型であってもＮ型であっても差し支えなく、それに応じ
て、ＰＮ接合１５形成用の不純物も適宜選択される。ま
た、基板１１の材質は、特に限定されるものではなく、
シリコン，ガリウム，ＧａＡｓ，ＩｎＰ等、適宜の半導
体材料が用いられる。

【００２１】そして、上記製法では、マスク用塗工材と
してＳｉＯ₂ゾル−ゲルペースト１２を用いているが、
これに代えて、ＳｉＣペースト，ＳｉＮペースト等を用
いることができる。ただし、ＳｉＯ₂ゾル−ゲルペース
ト１２を用いると、得られるＳｉＯ₂膜１２′がパッシ
ベーション効果を奏するので、特に好ましい。

【００２２】また、上記製法では、ＳｉＯ₂ゾル−ゲル
ペースト１２の塗工を、スクリーン印刷によって行って
いるが、これ以外に、ディスペンサーノズルによって行
っても差し支えない。ただし、生産性の点においてはス
クリーン印刷が優れ、制御性の点においては、ディスペ
ンサーノズルを用いる方が優れている。また、これら以
外に、ディップ法等によって塗工することもできる。

【００２３】さらに、上記製法において、ＳｉＯ₂ゾル
−ゲルペースト１２を硬化させるための反応条件は、上
記の数値に限らず、ペースト１２の材質，塗工量，基板
１１の材質等によって、適宜に設定される。

【００２４】なお、上記製法では、アルミペーストの焼
成によってＰ⁺層１６を形成し、これを裏面電極とした
が、裏面電極の形成方法は、上記に限らず、適宜の方法
を選択することができる。また、裏面電極と表面電極
を、段階的に形成しても、同時に形成しても差し支えは
ない。

【００２５】そして、上記製法では、ドーピング方法と
して熱拡散法を採用したが、これに代えて塗布拡散法を
採用することもできる。その場合は、上記と同様にして
ＳｉＯ₂膜１２′が形成された基板１１に対し、図４
（ａ）および（ｂ）に示すように、ＳｉＯ₂膜１２′で
囲われた内側部分に、アルミペースト，インジウムペー
スト，ボロンペースト等のＰ⁺型拡散源１７を塗布す
る。また、その外側部分には、リンペースト，アンチモ
ンペースト等のＮ型拡散源１８を塗布する。そして、熱
処理（例えば９００℃×５分）を行うことにより、Ｐ⁺
層１７′およびＮ型層１８′を形成し、分離した状態で
ＰＮ接合１５を得ることができる。そこで、Ｐ⁺層１
７′がアルミニウム等の導電材で形成されている場合
は、これを裏面電極とし、非導電材で形成されている場
合は、さらにこの上に裏面電極を形成する。また、基板
１１の表面１１ｂには、くしの歯状の表面電極を形成す
る。このようにして、目的とする太陽電池を得ることが
できる。

【００２６】上記製法において、各拡散源１７，１８の
塗布方法としては、前述の、スクリーン印刷やディスペ
ンサーノズルによる塗布等、適宜の方法を用いることが
できる。そして、各拡散源１７，１８に対する拡散条件
は、その種類や塗布量、拡散厚み等に応じて適宜に設定
される。

【００２７】また、本発明では、ドーピング方法とし
て、上記熱拡散法および塗布拡散法以外に、例えば周知
のイオン注入法やＣＶＤ（ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏ
ｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）等を用いることもできる。
作業簡便性およびコストの点からは、前記熱拡散法や塗
布拡散法が好適であり、制御性の点では、上記イオン注
入法やＣＶＤが好適である。

【００２８】

【発明の効果】以上のように、本発明の太陽電池の製法
は、マスク用塗工材を塗工し硬化して得られるマスクに
よってＰＮ接合を行うことにより、非常に簡便かつ低コ
ストで完全なＰＮ接合分離を実現できるようにしたもの
である。したがって、本発明の請求項１記載の発明によ
れば、太陽電池を、従来より大幅に効率よく、しかも低
コストで生産することができる。

【００２９】また、本発明の請求項２記載の発明によれ
ば、上記マスク用塗工材の塗工を、非常に簡便な方法で
行うため、より一層効率よく低コストで太陽電池を製造
することができる。

【００３０】さらに、本発明の請求項３記載の発明によ
れば、上記マスク用塗工材としてＳｉＯ₂ゾル−ゲルペ
ーストを用いるため、ＰＮ接合の分離部分が、基板表面
においてＳｉＯ₂膜で被覆された構造の太陽電池となる
ため、ＳｉＯ₂膜のパッシベーション効果によって、光
生成キャリアの再結合損失を低減することができ、太陽
電池の発電効率を向上させることができるという利点を
有する。

【００３１】つぎに、実施例について説明する。

【００３２】

【実施例】基板として、０．５ｍｍ×２５ｍｍ×２５ｍ
ｍのＰ型シリコン基板を準備し、前述の手順にしたがっ
て、太陽電池を製造した。なお、詳細な実施条件は下記
のとおりである。

【００３３】〔実施条件〕Ｎ型層の形成：拡散源としてＰＯＣｌ₃を用い、熱拡
散法によりＮ型層を形成した。なお、加熱条件は９００
℃×５分とした。ＳｉＯ₂膜の形成：ＳｉＯ₂ゾル−ゲルペーストを用
い、ゾル−ゲル法によりＳｉＯ₂膜を形成した。なお、
加熱条件は６００℃×１０分とした。得られたＳｉＯ₂
膜の膜厚は０．１μｍであった。Ｐ⁺層の形成：Ａｌペーストを塗布し、高温処理によ
りＰ⁺層を形成した。なお、加熱条件は７５０℃×５分
とした。

【００３４】このようにして得られた太陽電池は、ＰＮ
接合分離が完全で、高品質であった。しかも従来より大
幅に短時間かつ低コストで製造することができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本発明における一実施例の一工程の説
明図、（ｂ）はその拡大縦断面図である。

【図２】（ａ）は上記実施例のつぎの工程の説明図、
（ｂ）はその拡大縦断面図である。

【図３】（ａ）は上記実施例のそのつぎの工程の説明
図、（ｂ）はその拡大縦断面図である。

【図４】（ａ）は本発明における他の実施例の一工程の
説明図、（ｂ）はその拡大縦断面図である。

【図５】（ａ）は従来の太陽電池の製法における一工程
の説明図、（ｂ）はつぎの工程の説明図である。

【図６】（ａ）は上記従来法のそのつぎの工程の説明
図、（ｂ）はその拡大縦断面図である。

【図７】（ａ）は上記従来法のさらにつぎの工程の説明
図、（ｂ）はその拡大縦断面図である。

【図８】上記従来法の他の例の説明図である。

【図９】（ａ）は上記従来法とは異なる他の製法におけ
る一工程の説明図、（ｂ）はつぎの工程の説明図であ
る。

【図１０】（ａ）はさらに他の従来法における一工程の
説明図、（ｂ）はそのつぎの工程の説明図である。

【符号の説明】

１１基板１２ＳｉＯ₂ゾル−ゲルペースト

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体基板にＰＮ接合が形成され、Ｐ型
層とＮ型層のそれぞれに外部取り出し用の電極が接続さ
れた太陽電池の製法であって、Ｐ型もしくはＮ型の半導
体基板上のＰＮ接合分離予定部に、マスク用塗工材を塗
工し硬化させることによりマスクを形成する工程と、上
記マスクが形成された基板に対しドーピングを行うこと
により、ＰＮ接合を、上記マスク形成部において分離し
た状態で形成する工程と、上記分離されたＰＮ接合の各
部位にそれぞれ電極を形成する工程とを備えたことを特
徴とする太陽電池の製法。
【請求項２】上記マスク用塗工材の塗工を、スクリー
ン印刷もしくはディスペンサーノズルによる塗布によっ
て行うようにした請求項１記載の太陽電池の製法。
【請求項３】上記マスク用塗工材として、ＳｉＯ₂ゾ
ル−ゲルペーストを用いるようにした請求項１または２
記載の太陽電池の製法。