JPWO2008065918A1 - 太陽電池およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の太陽電池の形態はどのようなものであっても良いが、シリコン基板の受光面の反対面にpn接合が形成された裏面接合型太陽電池であることが好ましい。したがって、以下、裏面接合型太陽電池を例に本発明の太陽電池について説明する。
(1)パッシベーション膜3として、シリコン基板1の裏面に第1パッシベーション膜のみを直接形成したもの。
(2)パッシベーション膜3として、シリコン基板1の裏面に第2パッシベーション膜を形成し、その上から第1パッシベーション膜を形成してなるもの。
本発明の第1パッシベーション膜は窒化シリコン膜からなり、その屈折率は2.6以上、更に好ましくは2.8以上である。第2パッシベーション膜は、酸化シリコン膜および/または酸化アルミニウム膜を含むものである。第2パッシベーション膜は、酸化シリコン膜と酸化アルミニウム膜との積層体であっても良いし、酸化アルミニウム膜のみからなるものであっても良いし、酸化シリコン膜のみからなるものであっても良い。ただし、第2パッシベーション膜は、酸化シリコン膜のみからなるものが特に好ましい。
図3(a)は、n型のシリコン基板上に形成した窒化シリコン膜の屈折率と、該シリコン基板の少数キャリアのライフタイムとの関係を示し、図3(b)は、表面にp領域を形成したn型のシリコン基板上に形成した窒化シリコン膜の屈折率と、該シリコン基板の少数キャリアのライフタイムとの関係を示す。図3(a)および図3(b)における横軸は窒化シリコン膜の屈折率の値を示し、縦軸はシリコン基板の少数キャリアのライフタイム(単位はマイクロ秒)を示す。なお、一般的にシリコン基板などの半導体のパッシベーション膜として利用されている窒化シリコン膜の屈折率は、2程度のものである。
第2パッシベーション膜は、第1パッシベーション膜とシリコン基板との間に形成される。第2パッシベーション膜は、上述のとおり酸化シリコン膜および/または酸化アルミニウム膜を含む。ただし、第2パッシベーション膜は、酸化シリコン膜のみからなるものが特に好ましい。これには、以下の理由がある。まず、酸化シリコン膜の中でも、特に熱酸化膜は、高温で形成されるため、太陽電池の製造工程における高温過程においてもその性質を変化させることなく十分なパッシベーション効果を示す。そして、酸化アルミニウム膜は、これに含まれるアルミニウムがシリコン基板に不純物として取り込まれてp領域を形成する虞があるため、n領域のパッシベーション膜としては適していない。
図4は、第1ガスと第2ガスとを含む混合ガスを用いてプラズマCVD法により窒化シリコン膜をシリコン基板に形成した場合における第2ガス/第1ガスの混合比と、形成される窒化シリコン膜の屈折率との関係を示した図である。縦軸は形成される窒化シリコン膜の屈折率を示し、横軸は第2ガス/第1ガスの混合比を示している。
<太陽電池の製造方法>
図5は、本発明の太陽電池の製造方法の一形態における各工程を示した断面図である。なお、図5においては説明の便宜のためシリコン基板の裏面にn+層とp+層を1つずつしか形成していないが、実際には複数形成できる。図5(a)〜(g)にそれぞれ対応したS1(ステップ1)〜S7(ステップ7)および図5(h),(i)にそれぞれ対応したS9(ステップ9)、S10(ステップ10)に分けてそれぞれ個別に説明する。また、S8(ステップ8)は、図5(g)を参照して説明する。ここで、本発明の太陽電池の製造方法においては、「S7:パッシベーション膜および反射防止膜の形成」を含むことが特に必要である。本発明の太陽電池の製造方法において、S7には、第2パッシベーション膜を形成する工程および第1パッシベーション膜を形成する工程を含む。また、本発明の製造方法において、シリコン基板の裏面にpn接合を形成する工程であるS1〜S6を含むことが好ましい。
≪S1:n型の半導体基板≫
図5(a)に示すように、n型のシリコン基板1を用意する。シリコン基板1は、スライス時に生じたスライスダメージを除去したものなどが用いられる。ここで、シリコン基板1のスライスダメージの除去は、シリコン基板1の表面をフッ化水素水溶液と硝酸との混酸または水酸化ナトリウムなどのアルカリ水溶液などでエッチングを行なうことにより実施される。シリコン基板1の大きさおよび形状は特に限定されないが、例えば厚さを100μm以上300μm以下、1辺100mm以上200mm以下の四角形状とすることができる。
図5(b)に示すように、シリコン基板1の裏面に酸化シリコン膜などからなるテクスチャマスク7を常圧CVD法などにより形成したのちにシリコン基板1の受光面にテクスチャ構造4を形成する。受光面のテクスチャ構造4は、テクスチャマスク7を形成したシリコン基板1をエッチング液でエッチングすることにより形成することができる。該エッチング液としては、例えば水酸化ナトリウムまたは水酸化カリウムなどのアルカリ水溶液にイソプロピルアルコールを添加した液を70℃以上80℃以下に加熱したものなどを用いることができる。テクスチャ構造4を形成したのちに、シリコン基板1の裏面のテクスチャマスク7は、フッ化水素水溶液などを用いて除去される。
図5(c)に示すように、シリコン基板1の受光面および裏面に拡散マスク8を形成し、裏面の拡散マスク8に開口部を形成する。まず、シリコン基板1の受光面および裏面のそれぞれに酸化シリコン膜からなる拡散マスク8をスチーム酸化、常圧CVD法またはSiOG(スピンオングラス)の印刷・焼成などにより形成する。そして、シリコン基板1の裏面の拡散マスク8に開口部を形成したいところに、拡散マスク8の上から、エッチングペーストを塗布する。そして、シリコン基板1を加熱処理し、続けて洗浄してエッチングペーストの残渣を除去することにより、拡散マスク8に開口部を設けることができる。このとき該開口部は、後述するp+層5の箇所に相当する部分に形成される。また、該エッチングペーストとは、拡散マスク8をエッチングするためのエッチング成分を含有するものである。
図5(d)に示すように、p型不純物を拡散した後、S3で形成した拡散マスク8をフッ化水素(HF)水溶液などでクリーニングすることで、導電型不純物拡散層としてのp+層5を形成する。まず、例えばBBr3を用いた気相拡散によってシリコン基板1の露出した裏面に導電型不純物としてのp型不純物を拡散させる。該拡散後、シリコン基板1の受光面および裏面の上述した拡散マスク8、ならびにボロンが拡散して形成されたBSG(ボロンシリケートガラス)をフッ化水素水溶液などを用いてすべて除去する。
図5(e)に示すように、シリコン基板1の受光面および裏面に拡散マスク8を形成し、裏面の拡散マスク8に開口部を形成する。操作はS3と同様であるが、S5においては、拡散マスク8の開口部は、後述するn+層6の箇所に相当する部分に形成される。
図5(f)に示すように、n型不純物を拡散した後、S5で形成した拡散マスク8をフッ化水素水溶液などでクリーニングすることで、導電型不純物拡散層としてのn+層6を形成する。まず、例えばPOCl3を用いた気相拡散によってシリコン基板1の露出した裏面に導電型不純物としてのn型不純物を拡散させる。該拡散後、シリコン基板1の受光面および裏面の上述した拡散マスク8、ならびにリンが拡散して形成されたPSG(リンシリケートガラス)をフッ化水素水溶液などを用いてすべて除去する。
図5(g)に示すように、シリコン基板1の受光面に窒化シリコン膜からなる反射防止膜2、裏面にパッシベーション膜3を形成する。
本発明において、パッシベーション膜3および反射防止膜2の形成の後に、シリコン基板1をアニール処理することが好ましい。本発明において、アニール処理とは、シリコン基板1を熱処理することをいう。該アニール処理は、水素と不活性ガスとを含む雰囲気下で、熱処理することが好ましい。該アニール処理は、350〜600℃で、より好ましくは400〜500℃でシリコン基板1を熱処理するものであることが好ましい。350℃未満でアニール処理する場合、アニール効果が得られない虞があり、600℃超過でアニール処理する場合、表面のパッシベーション膜3または反射防止膜2が破壊(膜中の水素が脱離)され特性が低下する虞があるためである。また、該アニール処理は、5分〜1時間、より好ましくは15〜30分間行なうことが好ましい。アニール処理が5分未満である場合、アニール効果が得られない虞があり、1時間超過である場合、表面のパッシベーション膜3または反射防止膜2が破壊(膜中の水素が脱離)され特性が低下する虞があるためである。
図5(h)に示すように、p+層5およびn+層6の一部を露出させるためにシリコン基板1の裏面のパッシベーション膜3を一部エッチングによって除去して、コンタクトホールを作製する。該コンタクトホールは、例えば、上述したエッチングペーストを用いて作製することができる。
図5(i)に示すように、p+層5の露出面およびn+層6の露出面のそれぞれに接触するp電極11およびn電極12を形成する。形成方法は、例えば、銀ペーストを上述したコンタクトホール面に沿ってスクリーン印刷した後、焼成することが挙げられる。該焼成によって、シリコン基板1とコンタクトをとる銀からなるp電極11およびn電極12が形成される。以上で本発明の太陽電池が完成する。
≪S1:図5(a)≫
まず、スライス時に生じたスライスダメージを除去したn型のシリコン基板1を用意した。ここで、シリコン基板1のスライスダメージの除去は、シリコン基板1の表面に水酸化ナトリウムでエッチングを行なうことにより実施した。シリコン基板1は厚さ200μm、1辺125mmの四角形状のものを用いた。
次に、シリコン基板1の裏面に酸化シリコン膜からなるテクスチャマスク7を常圧CVD法により形成したのちにシリコン基板1の受光面にテクスチャ構造4を形成した。このときテクスチャマスク7の厚さは、800nmであった。受光面のテクスチャ構造4は、テクスチャマスク7を形成したシリコン基板1をエッチング液でエッチングすることにより形成した。エッチング液には、水酸化カリウムにイソプロピルアルコールを添加した液を80℃に加熱したものを用いた。テクスチャ構造4を形成したのちに、シリコン基板1の裏面のテクスチャマスク7は、フッ化水素水溶液を用いて除去した。
次に、シリコン基板1の受光面および裏面に酸化シリコン膜からなる拡散マスク8を形成し、裏面の拡散マスク8に開口部を形成した。まず、シリコン基板1の受光面および裏面のそれぞれに酸化シリコン膜からなる拡散マスク8を常圧CVD法により形成した。このとき拡散マスク8の厚さは250nmであった。そして、シリコン基板1の裏面の拡散マスク8に開口部を形成したいところに、拡散マスク8の上から、エッチングペーストをスクリーン印刷法によって塗布した。エッチングペーストには、エッチング成分としてリン酸を含み、エッチング成分以外の成分として水、有機溶媒および増粘剤を含み、スクリーン印刷に適した粘度に調整されたものを用いた。そして、シリコン基板1をホットプレートを用いて350℃で加熱処理した。続けて界面活性剤を含む洗浄液を用いてシリコン基板を洗浄してエッチングペーストの残渣を除去することにより、拡散マスク8に開口部を設けた。このとき該開口部は、後述するp+層5の箇所に相当する部分に形成した。
p型不純物を拡散した後、S3で形成した拡散マスク8をフッ化水素(HF)水溶液でクリーニングすることで、導電型不純物拡散層としてのp+層5を形成した。まず、ボロンを含んだ溶剤を塗布した後に加熱することによってシリコン基板1の露出した裏面に導電型不純物としてのp型不純物を拡散させた。該拡散後、シリコン基板1の受光面および裏面の上述した拡散マスク8、ならびにボロンが拡散して形成されたBSG(ボロンシリケートガラス)をフッ化水素水溶液ですべて除去した。
シリコン基板1の受光面および裏面に拡散マスク8を形成し、裏面の拡散マスク8に開口部を形成した。操作はS3と同様に行なったが、S5においては、拡散マスク8の開口部は、後述するn+層6の箇所に相当する部分に形成した。
n型不純物を拡散した後、S5で形成した拡散マスク8をフッ化水素水溶液などでクリーニングすることで、導電型不純物拡散層としてのn+層6を形成した。まず、例えばPOCl3を用いた気相拡散によってシリコン基板1の露出した裏面に導電型不純物としてのn型不純物を拡散させた。該拡散後、シリコン基板1の受光面および裏面の上述した拡散マスク8、ならびにリンが拡散して形成されたPSG(リンシリケートガラス)をフッ化水素水溶液ですべて除去した。
図5(g)に示すように、シリコン基板1の受光面に窒化シリコン膜からなる反射防止膜2、裏面に窒化シリコン膜からなるパッシベーション膜3を形成した。
図5(h)に示すように、p+層5およびn+層6の一部を露出させるためにシリコン基板1の裏面のパッシベーション膜3を一部エッチング除去して、コンタクトホールを作製した。該コンタクトホールは、S3で用いたエッチングペーストと同じものによってS3と同様にして作製した。
図5(i)に示すように、p+層5の露出面およびn+層6の露出面のそれぞれに接触するp電極11およびn電極12を形成した。該p電極11および該n電極12は、銀ペーストを上述したコンタクトホール面に沿ってスクリーン印刷をした後、650℃で焼成することで形成した。該焼成によって、シリコン基板1とオーミックコンタクトをとれた銀からなるp電極11およびn電極12が形成された。
実施例1で説明したS7以外の工程は全て実施例1と同様に行ない太陽電池を作製した。
実施例1で説明したS7以外の工程は全て実施例1と同様に行ない太陽電池を作製した。パッシベーション膜3は、酸化シリコン膜のみからなるものとした。まず、熱酸化法によりシリコン基板1を800℃で90分処理することで、シリコン基板1の受光面と裏面とに酸化シリコン膜を形成した。該酸化シリコン膜の上にさらに常圧CVD法により形成した酸化シリコン膜を約2000Å堆積した。受光面の酸化シリコン膜は、フッ化水素処理(2.5%フッ化水素水溶液に100秒間浸漬)することによって除去した。そして、そのあとシリコン基板1の受光面には、屈折率2.1である窒化シリコン膜からなる反射防止膜2を形成した。
それぞれの太陽電池特性結果を表1に示す。実施例1は、比較例に対し開放電圧が若干下がる。しかし実施例1の短絡電流は比較例よりも増加するため、総合的に評価すると比較例に比べて実施例1の太陽電池の特性は改善されていることが示された。また、実施例2の太陽電池の特性は比較例1および2よりも大きく改善されていることが示された。
図5(c)に示すように、シリコン基板1の受光面および裏面に拡散マスク8を形成し、裏面の拡散マスク8に開口部を形成する。まず、シリコン基板1の受光面および裏面のそれぞれに酸化シリコン膜からなる拡散マスク8をスチーム酸化、常圧CVD法またはSOG(スピンオングラス)の印刷・焼成などにより形成する。そして、シリコン基板1の裏面の拡散マスク8に開口部を形成したいところに、拡散マスク8の上から、エッチングペーストを塗布する。そして、シリコン基板1を加熱処理し、続けて洗浄してエッチングペーストの残渣を除去することにより、拡散マスク8に開口部を設けることができる。このとき該開口部は、後述するp+層5の箇所に相当する部分に形成される。また、該エッチングペーストとは、拡散マスク8をエッチングするためのエッチング成分を含有するものである。
それぞれの太陽電池特性結果を表1に示す。実施例1は、比較例に対し開放電圧が若干下がる。しかし実施例1の短絡電流は比較例よりも増加するため、総合的に評価すると比較例に比べて実施例1の太陽電池の特性は改善されていることが示された。また、実施例2の太陽電池の特性は実施例1および比較例よりも大きく改善されていることが示された。
Claims (6)
- シリコン基板(1)の受光面の反対面に窒化シリコン膜からなる第1パッシベーション膜が形成され、その屈折率が2.6以上である太陽電池(10)。
- 前記シリコン基板(1)の前記受光面の前記反対面にpn接合が形成された裏面接合型である請求の範囲第1項に記載の太陽電池(10)。
- 前記シリコン基板(1)と前記第1パッシベーション膜との間に、酸化シリコン膜および/または酸化アルミニウム膜を含む第2パッシベーション膜を形成した請求の範囲第1項に記載の太陽電池(10)。
- シリコン基板(1)の受光面の反対面に窒化シリコン膜からなる第1パッシベーション膜が形成され、その屈折率が2.6以上である太陽電池(10)の製造工程に、
第1ガスと第2ガスとを含む混合ガスを用いたプラズマCVD法を用いた前記第1パッシベーション膜を形成する工程を含み、
前記混合ガスの中の前記第2ガス/前記第1ガスの混合比は、1.4以下であり、
前記混合ガスは窒素を含み、前記第1ガスはシランガスを含み、前記第2ガスはアンモニアガスを含む太陽電池(10)の製造方法。 - 前記シリコン基板(1)の前記受光面の前記反対面にpn接合を形成する工程を含む請求の範囲第4項に記載の太陽電池(10)の製造方法。
- 前記シリコン基板(1)と前記第1パッシベーション膜との間に、酸化シリコン膜を含む第2パッシベーション膜を形成する工程を含み、
酸化シリコン膜は、熱酸化法により形成される請求の範囲第4項に記載の太陽電池(10)の製造方法。
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