JPS63204775A - 太陽電池素子及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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２０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（Ｓ面と記す。）には内部
電界を与えるＰ”　Ｊ！ｆ１３が設けられ、前記Ｐ゛層
１３上に裏面電梅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２
１，３１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［＾
ｐｐ１．Ｐｈｙｓ、Ｌｅｔｔ、３６（１０）　、　１５
（１９８０）　；特開昭５８−１５１０７０号公報；３
ｒｄ　ＰＶＳＥ　Ｃｏｎｆ、ＪＪ　　ＡＰ　　２１Ｓｕ
ｐ　　２１−２．４７（１９８２））　　。

本発明者等は、この公知の知見に基づきシラン（ＳｉＨ
ａ）とアンモニア（ＮＨ３）　とをプラズマＣＶＯ法で
プラズマ分解し、窒化シリコン（ＳｉＪ４）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３０ａ＋Ａ
／ｃｍ″、光電変換効率は１２．８χ（１００ｍｗ／ｃ
ｍ２．ＡＭ−１，５）　Ｔ：あったが、コノ値ハ高効率
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。

本発明汗等は、シリコンウェハー内に水素を拡ｔＩ’ｌ
　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、金属電極及び水素
の放散を抑制す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、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。

ｌ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ｌ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、ＰＪｉ！１１と
Ｎ層１２とを接合させたものであり、必要に応じてＢＳ
Ｆ　（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（Ａ
Ｉ）、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、ガラスフリフト、
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２１．３１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３
８０℃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、ｌ１ｉＦＧ法、鋳造法
、又は回転法で形成されたＰ型シリコンを適当な形状に
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２０００人〜１μ曙程度であり、このＮ層１２はリ
ンを含む気体例えばオキシ塩化リン（ＰＯＣＩｓ）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ツチン
グレジスト膜を塗布し、フッ酸（ＩＰ）と硝酸（ＨＮＯ
，）との混合溶液に浸漬する。この後、エツチングレジ
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２層１１が露出するウェハー１の裏面に
２１層からなる障壁１３を形成する工程である。

Ｐ＋層を形成するためにはＡＩ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、６５０〜８５
０℃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〜ｌＯμの深
さで形成される。

第２図（ｅ）は、前工程で形成されたＡＩペースト１３
１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５００〜１０００
人、屈折率が１．９０〜２．３０程度になる様に設計さ
れる０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
．０Ｔｏｒｒ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−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Ｉ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は、窒化シリコンの他に一酸化シ
リコン（Ｓｉｎ）　、二酸化シリコン（Ｓｔ（ｈ）、酸
化チタン（ＴｉＯｇ）等が用いられるが、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
点で窒化シリコンが好ましい。

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、膜を形成する材料によって差
異はあるが最低５０人あれば水素の放散を充分抑制でき
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。

液膜５の材料としては、前述した反射防止膜に用いられ
る材料と同様のものが使用され得るが。

上記窒化シリコン膜の場合は、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
が可能となる点で最も好ましい。

なお、膜形成後の、エツ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ることが好ましい。

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
の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、エツ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に表面電極２及び裏面電極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ｌの表面及び裏面に塗布
し、加熱焼成して形成する。ここで、加熱焼成温度は６
００〜８００℃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−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１
００ｍｗ／ｃｍ”（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、被着した窒化シリコン膜の膜
厚を７００人に設定し、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８００人に設
定した。

その結果、短絡電流値が３１．４ｍ＾／ｃｍ、、光電変
換効率が１３．７χ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−１内部の結晶粒の欠陥、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雰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ｌ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
それぞれ反射防止膜とブロッキング膜とを形成したこと
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反射防止膜及びブロッキング
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゛ｒ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・・・プロ・ノキング膜

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （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. （２）前記反射防止膜及び／又はブロッキング膜が窒化
   シリコン膜であることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項記載の太陽電池素子。
3. （３）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項乃至第２項の太陽電池素子。
4. （４）Ｐ−Ｎ接合したシリコンウェハーの受光面に、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、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。
5. （５）前記反射防止膜及び／又はブロッキング膜が窒化
   シリコン膜であることを特徴とする特許請求の範囲第４
   項記載の太陽電池素子の製造方法。