JPWO2012111575A1 - n型拡散層形成組成物、n型拡散層の製造方法、及び太陽電池セルの製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
まず、光閉じ込め効果を促して高効率化を図るよう、テクスチャー構造を形成したp型シリコン基板を準備し、続いてオキシ塩化リン(POCl3)、窒素、及び酸素の混合ガス雰囲気において800℃〜900℃で数十分の処理を行って一様にn型拡散層を形成する。この従来の方法では、混合ガスを用いてリンの拡散を行うため、表面のみならず、側面、裏面にもn型拡散層が形成される。そのため、側面のn型拡散層を除去するためのサイドエッチング工程が必要であった。また、裏面のn型拡散層はp+型拡散層へ変換する必要がある。そのため裏面のn型拡散層の上に第13族元素であるアルミニウムを含むアルミニウムペーストを付与した後、熱処理して、アルミニウムの拡散によってn型拡散層からp+型拡散層に変換するのと同時に、オーミックコンタクトを得ていた。
<1> 分散媒と、ZrO2、Al2O3、TiO2、ZnO、MgO、CaO、SrO、及びBaOから選択される少なくとも1種並びにP2O5を含むガラス粉末と、を含有する、n型拡散層形成組成物。
尚、本明細書において「工程」との用語は、独立した工程だけではなく、他の工程と明確に区別できない場合であってもその工程の所期の作用が達成されれば、本用語に含まれる。
また本明細書において「〜」を用いて示された数値範囲は、その前後に記載される数値をそれぞれ最小値および最大値として含む範囲を示すものとする。
さらに組成物中の各成分の量は、組成物中に各成分に該当する物質が複数存在する場合、特に断らない限り、組成物中に存在する当該複数の物質の合計量を意味する。
本発明のn型拡散層形成組成物は、ガラス粉末と、分散媒と、を含有し、更に塗布性などを考慮してその他の添加剤を必要に応じて含有してもよい。また前記ガラス粉末は、ドナー元素含有物質としてリン成分であるP2O5を含み、かつ、ガラス成分物質としてZrO2、Al2O3、TiO2、ZnO、MgO、CaO、及びBaOから選択される少なくとも1種を含むものである。
したがって本発明のn型拡散層形成組成物は、従来の方法と比べても不要な生成物を発生させず、工程を増やすこともない。
ガラス成分物質としてZrO2、Al2O3、TiO2、ZnO、MgO、CaO、SrO、及びBaOから選択される少なくとも1種を用いることで、n型拡散層形成組成物の耐水性が向上するため、ガラス粉末の吸湿に起因する不要なn型拡散層の形成が抑制されると考えられる。
すなわち、上記本発明のn型拡散層形成組成物が上記構成であるため、例えば高温高湿環境下において保存した後にn型拡散層の形成を行っても、耐水性が高いため、特定の部分により選択的にn型拡散層の形成が行われる。
以下、ZrO2、Al2O3、TiO2、ZnO、MgO、CaO、SrO、及びBaOを総称して「耐水性向上ガラス成分物質」と称する場合がある。
本発明に係るガラス粉末について、詳細に説明する。
上記の通り、本発明に係るガラス粉末は、ドナー元素含有物質としてリン成分であるP2O5を含み、かつ、ガラス成分物質として上記耐水性向上ガラス成分物質の少なくとも1種を含む。
また、耐水性向上ガラス成分物質のほかに、耐水性向上ガラス成分物質以外のガラス成分物質(以下、「その他のガラス成分物質」と称する場合がある)を併用してもよい。耐水性向上ガラス成分物質とその他のガラス成分物質とを併用することによって、耐水性、溶融温度、軟化点、ガラス転移点、化学的耐久性等を制御することが可能である。
上記その他のガラス成分物質のうち、耐水性の観点から、SiO2、Y2O3、Nb2O5、及びLa2O3がより好ましい。
一方、上記その他のガラス成分物質のうち、耐水性低下を引き起こす可能性のあるNa2O、K2O、及びLi2Oについては、耐水性の観点から、ガラス粉末全体の5質量%以下であることが好ましく、含まない方がより好ましい。
上記では2成分を含む複合ガラスを例示したが、P2O5−Al2O3−ZnO、P2O5−CaO−SiO2等必要に応じて3種類以上の複合ガラスでもよい。
また、ガラス粉末中における耐水性向上ガラス成分物質の含有比率は、耐水性の観点から、1質量%以上50質量%以下が好ましく、5質量%以上40質量%以下がより好ましく、5質量%以上30質量以下が更に好ましい。
さらに、耐水性向上ガラス成分物質の含有量は、耐水性の観点から、ドナー元素含有物質の含有量の0.05倍以上2倍以下が好ましく、0.1倍以上1倍以下がより好ましい。
ここで、前記ガラス粉末の頻度分布は、例えば、測定装置として粒度分布測定装置(ベックマンコールター株式会社製、型番:LS13320)を用い、ガラス粉末を溶媒(例えば水)に分散させた分散液を測定して得られる。
最初に原料、例えば、前記ドナー元素含有物質とガラス成分物質を秤量し、るつぼに充填する。るつぼの材質としては白金、白金―ロジウム、イリジウム、アルミナ、石英、炭素等が挙げられるが、溶融温度、雰囲気、溶融物質との反応性等を考慮して適宜選ばれる。
次に、電気炉でガラス組成に応じた温度で加熱して融液とする。このとき融液が均一となるよう攪拌することが望ましい。
続いて均一になった融液をジルコニア基板やカーボン基板等の上に流し出して融液をガラス化する。
最後にガラスを粉砕し粉末状とする。粉砕にはジェットミル、ビーズミル、ボールミル等公知の方法が適用できる。
次に、分散媒について説明する。
分散媒とは、組成物中において上記ガラス粉末を分散させる媒体である。具体的に分散媒としては、バインダーや溶剤などが採用される。
n型拡散層形成組成物の粘度は、塗布性を考慮して、10mPa・S以上1000000mPa・S以下であることが好ましく、50mPa・S以上500000mPa・S以下であることがより好ましい。
次に、本発明のn型拡散層及び太陽電池セルの製造方法について、図1を参照しながら説明する。図1は、本発明にかかる太陽電池セルの製造工程の一例を概念的に表す模式断面図である。以降の図面においては、共通する構成要素に同じ符号を付す。
詳細には、インゴットからスライスした際に発生するシリコン表面のダメージ層を20質量%苛性ソーダで除去する。次いで1質量%苛性ソーダと10質量%イソプロピルアルコールの混合液によりエッチングを行い、テクスチャー構造を形成する(図中ではテクスチャー構造の記載を省略する)。太陽電池セルは、受光面(表面)側にテクスチャー構造を形成することにより、光閉じ込め効果が促され、高効率化が図られる。
上記n型拡散層形成組成物の塗布量としては特に制限はないが、例えば、10g/m2〜250g/m2とすることができ、20g/m2〜150g/m2であることが好ましい。
熱拡散処理時間は、n型拡散層形成組成物に含まれるドナー元素の含有率などに応じて適宜選択することができる。例えば、1〜60分間とすることができ、2〜30分間であることがより好ましい。
したがって、従来広く採用されている気相反応法によりn型拡散層を形成する方法では、側面に形成された不要なn型拡散層を除去するためのサイドエッチング工程が必須であったが、本発明の製造方法によれば、サイドエッチング工程が不要となり、工程が簡易化される。
この内部応力は、結晶の結晶粒界に損傷を与え、電力損失が大きくなるという課題があった。また、反りは、モジュール工程における太陽電池セルの搬送や、タブ線と呼ばれる導線との接続において、セルを破損させ易くしていた。近年では、スライス加工技術の向上から、結晶シリコン基板の厚みが薄型化されつつあり、更にセルが割れ易い傾向にある。
また後述するように、裏面の表面電極20に用いる材料は第13族のアルミニウムに限定されず、例えばAg(銀)やCu(銅)などを適用することができ、裏面の表面電極20の厚さも従来のものよりも薄く形成することが可能となる。
より具体的には、上記混合ガス流量比NH3/SiH4が0.05〜1.0、反応室の圧力が0.1〜2Torr(13.3〜266.6Pa)、成膜時の温度が300〜550℃、プラズマの放電のための周波数が100kHz以上の条件下で形成される。
バックコンタクト型の太陽電池セルは、電極を全て裏面に設けて受光面の面積を大きくするものである。つまりバックコンタクト型の太陽電池セルでは、裏面にn型拡散部位及びp+型拡散部位の両方を形成しpn接合構造とする必要がある。本発明のn型拡散層形成組成物は、特定の部位にのみn型拡散部位を形成することが可能であり、よってバックコンタクト型の太陽電池セルの製造に好適に適用することができる。また、本発明のn型拡散層形成組成物は、例えば電極直下のみに高濃度n型拡散層(n++層)を形成する、選択エミッターにも適用できる。
本明細書に記載された全ての文献、特許出願、および技術規格は、個々の文献、特許出願、および技術規格が参照により取り込まれることが具体的かつ個々に記された場合と同程度に、本明細書中に参照により取り込まれる。
P2O5−CaO系ガラス(P2O5:80%、CaO:20%)粉末(体積平均粒径3μm)を、開封された容器に入れ、温度50℃、湿度70%の環境下において、24時間放置した。
次に、このガラス粉末10gと、エチルセルロース5gと、酢酸2−(2−ブトキシエトキシ)エチル85gと、を混合してペースト化し、n型拡散層形成組成物を調製した。
なお、上記表面のシート抵抗の値は、156cm×156cmの領域を等間隔に5点×5点測定を行い、その平均を示したもの(以下の実施例及び比較例においても同様)である。
ガラス粉末として、P2O5−ZnO系ガラス(P2O5:70%、ZnO:30%)粉末(体積平均粒径3μm)を用いた以外は、実施例1と同様にして、n型拡散層形成を行った。
n型拡散層形成組成物を塗布した側の表面のシート抵抗は20Ω/□であり、P(リン)が拡散しn型拡散層が形成されていた。
裏面のシート抵抗は測定上限(1000000Ω/□)以上で測定不能であり、n型拡散層は形成されていなかった。
ガラス粉末として、P2O5−SiO2−CaO系ガラス(P2O5:50%、SiO2:40%、CaO:10%)粉末(体積平均粒径1μm)を用いた以外は、実施例1と同様にして、n型拡散層形成を行った。
n型拡散層形成組成物を塗布した側の表面のシート抵抗は17Ω/□であり、P(リン)が拡散しn型拡散層が形成されていた。
裏面のシート抵抗は測定上限(1000000Ω/□)以上で測定不能であり、n型拡散層は形成されていなかった。
ガラス粉末として、P2O5−Al2O3−ZnO系ガラス(P2O5:65%、Al2O3:5%、ZnO:30%)粉末(体積平均粒径5μm)を用いた以外は、実施例1と同様にして、n型拡散層形成を行った。
n型拡散層形成組成物を塗布した側の表面のシート抵抗は17Ω/□であり、P(リン)が拡散しn型拡散層が形成されていた。
裏面のシート抵抗は測定上限(1000000Ω/□)以上で測定不能であり、n型拡散層は形成されていなかった。
ガラス粉末として、P2O5−ZnO−TiO2系ガラス(P2O5:60%、ZnO:35%、TiO2:5%)粉末(体積平均粒径3μm)を用いた以外は、実施例1と同様にして、n型拡散層形成を行った。
n型拡散層形成組成物を塗布した側の表面のシート抵抗は21Ω/□であり、P(リン)が拡散しn型拡散層が形成されていた。
裏面のシート抵抗は測定上限(1000000Ω/□)以上で測定不能であり、n型拡散層は形成されていなかった。
ガラス粉末として、P2O5−ZnO−ZrO2系ガラス(P2O5:63%、ZnO:35%、ZrO2:2%)粉末(体積平均粒径2μm)を用いた以外は、実施例1と同様にして、n型拡散層形成を行った。
n型拡散層形成組成物を塗布した側の表面のシート抵抗は21Ω/□であり、P(リン)が拡散しn型拡散層が形成されていた。
裏面のシート抵抗は測定上限(1000000Ω/□)以上で測定不能であり、n型拡散層は形成されていなかった。
ガラス粉末として、P2O5−ZnO−MgO系ガラス(P2O5:60%、ZnO:30%、MgO:10%)粉末(体積平均粒径4μm)を用いた以外は、実施例1と同様にして、n型拡散層形成を行った。
n型拡散層形成組成物を塗布した側の表面のシート抵抗は25Ω/□であり、P(リン)が拡散しn型拡散層が形成されていた。
裏面のシート抵抗は測定上限(1000000Ω/□)以上で測定不能であり、n型拡散層は形成されていなかった。
ガラス粉末として、P2O5−BaO−CaO系ガラス(P2O5:60%、BaO:20%、CaO:20%)粉末(体積平均粒径3μm)を用いた以外は、実施例1と同様にして、n型拡散層形成を行った。
n型拡散層形成組成物を塗布した側の表面のシート抵抗は17Ω/□であり、P(リン)が拡散しn型拡散層が形成されていた。
裏面のシート抵抗は測定上限(1000000Ω/□)以上で測定不能であり、n型拡散層は形成されていなかった。
ガラス粉末として、P2O5−SiO2−SrO系ガラス(P2O5:45%、SiO2:35%、SrO:20%)粉末(体積平均粒径1μm)を用いた以外は、実施例1と同様にして、n型拡散層形成を行った。
n型拡散層形成組成物を塗布した側の表面のシート抵抗は21Ω/□であり、P(リン)が拡散しn型拡散層が形成されていた。
裏面のシート抵抗は測定上限(1000000Ω/□)以上で測定不能であり、n型拡散層は形成されていなかった。
リン酸二水素アンモニウム(NH4H2PO4)粉末20gとエチルセルロース3g、酢酸2−(2−ブトキシエトキシ)エチル7gを混合してペースト化し、n型拡散層組成物を調製した。
次に、調製したペーストをスクリーン印刷によってp型シリコン基板表面に塗布し、150℃のホットプレート上で5分間乾燥させた。続いて、1000℃に設定した電気炉で10分間熱拡散処理を行い、その後ガラス層を除去するため基板をふっ酸に5分間浸漬し、流水洗浄、乾燥を行った。
リン酸二水素アンモニウム(NH4H2PO4)粉末1gと純水7g、ポリビニルアルコール0.7g、イソプロピルアルコール1.5gを混合して溶液を調製し、n型拡散層組成物を調製した。
次に、調製した溶液をスピンコータ(2000rpm、30sec)によってp型シリコン基板表面に塗布し、150℃のホットプレート上で5分間乾燥させた。続いて、1000℃に設定した電気炉で10分間熱拡散処理を行い、その後ガラス層を除去するため基板をふっ酸に5分間浸漬し、流水洗浄、乾燥を行った。
ガラス粉末として、P2O5−SiO2系ガラス(P2O5:40%、SiO2:60%)粉末(体積平均粒径1μm)を用いた以外は、実施例1と同様にして、n型拡散層形成を行った。
n型拡散層形成組成物を塗布した側の表面のシート抵抗は27Ω/□であり、P(リン)が拡散しn型拡散層が形成されていた。
裏面のシート抵抗は750Ω/□であり、裏面にもn型拡散層は形成されていた。
Claims (5)
- 分散媒と、
ZrO2、Al2O3、TiO2、ZnO、MgO、CaO、SrO、及びBaOから選択される少なくとも1種並びにP2O5を含むガラス粉末と、
を含有する、n型拡散層形成組成物。 - 前記ガラス粉末が、P2O5を30質量%〜90質量%含有する、請求項1に記載のn型拡散層形成組成物。
- 前記ガラス粉末の体積平均粒径が100μm以下である、請求項1又は請求項2に記載のn型拡散層形成組成物。
- 請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載のn型拡散層形成組成物を塗布する工程と、
熱拡散処理を施す工程と、
を有するn型拡散層の製造方法。 - 半導体基板上に、請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載のn型拡散層形成組成物を塗布する工程と、
熱拡散処理を施して、n型拡散層を形成する工程と、
を有する太陽電池セルの製造方法。
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