JPWO2014014109A1 - Passivation layer forming composition, semiconductor substrate with passivation layer, method for manufacturing semiconductor substrate with passivation layer, solar cell element, method for manufacturing solar cell element, and solar cell - Google Patents

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Abstract

一般式(I):M(OR1)mで表される化合物と、フィラーと、液状媒体と、樹脂と、を含むパッシベーション層形成用組成物。一般式(I)中、Mは、Nb、Ta、V、Y及びHfからなる群より選択される少なくとも1種の金属元素を含む。R1はそれぞれ独立して炭素数1〜8のアルキル基又は炭素数6〜14のアリール基を表す。mは1〜5の整数を表す。A composition for forming a passivation layer comprising a compound represented by the general formula (I): M (OR1) m, a filler, a liquid medium, and a resin. In general formula (I), M contains at least one metal element selected from the group consisting of Nb, Ta, V, Y, and Hf. R1 independently represents an alkyl group having 1 to 8 carbon atoms or an aryl group having 6 to 14 carbon atoms. m represents an integer of 1 to 5.

Description

本発明は、パッシベーション層形成用組成物、パッシベーション層付半導体基板、パッシベーション層付半導体基板の製造方法、太陽電池素子、太陽電池素子の製造方法及び太陽電池に関する。   The present invention relates to a composition for forming a passivation layer, a semiconductor substrate with a passivation layer, a method for manufacturing a semiconductor substrate with a passivation layer, a solar cell element, a method for manufacturing a solar cell element, and a solar cell.

従来のシリコン太陽電池素子の製造工程について説明する。
まず、光閉じ込め効果を促して高効率化を図るよう、受光面側に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(POCl)、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、受光面である表面のみならず、側面及び裏面にもn型拡散層が形成される。そのため、側面に形成されたn型拡散層を除去するためのサイドエッチングを行っている。また、裏面に形成されたn型拡散層はp型拡散層へ変換する必要がある。このため、裏面全体にアルミニウム粉末及びバインダを含むアルミニウムペーストを付与し、これを熱処理(焼成)することで、n型拡散層をp型拡散層に変換し、且つアルミニウム電極を形成することでオーミックコンタクトを得ている。
The manufacturing process of the conventional silicon solar cell element is demonstrated.
First, a p-type silicon substrate having a texture structure formed on the light-receiving surface side is prepared so as to promote the light confinement effect and increase the efficiency, and then in a mixed gas atmosphere of phosphorus oxychloride (POCl 3 ), nitrogen and oxygen An n-type diffusion layer is uniformly formed by performing several tens of minutes at 800 ° C. to 900 ° C. In this conventional method, since phosphorus is diffused using a mixed gas, n-type diffusion layers are formed not only on the front surface, which is the light receiving surface, but also on the side surface and the back surface. Therefore, side etching is performed to remove the n-type diffusion layer formed on the side surface. Further, the n-type diffusion layer formed on the back surface needs to be converted into a p + -type diffusion layer. For this reason, by applying an aluminum paste containing aluminum powder and a binder to the entire back surface and heat-treating (baking) it, the n-type diffusion layer is converted into a p + -type diffusion layer and an aluminum electrode is formed. Get ohmic contact.

しかしながら、アルミニウムペーストから形成されるアルミニウム電極は導電率が低い。そのためシート抵抗を下げるために、通常裏面全体に形成したアルミニウム電極は熱処理(焼成)後において10μm〜20μmほどの厚みを有していなければならない。更に、ケイ素とアルミニウムとでは熱膨脹率が大きく異なることから、アルミニウム電極が形成されたシリコン基板において、熱処理(焼成)及び冷却の過程で、シリコン基板中に大きな内部応力が発生し、結晶粒界へのダメージ、結晶欠陥の増長及び反りの原因となる。   However, an aluminum electrode formed from an aluminum paste has low conductivity. Therefore, in order to reduce the sheet resistance, the aluminum electrode formed on the entire back surface usually must have a thickness of about 10 μm to 20 μm after heat treatment (firing). Furthermore, since silicon and aluminum have different thermal expansion rates, a large internal stress is generated in the silicon substrate during the heat treatment (firing) and cooling in the silicon substrate on which the aluminum electrode is formed, leading to the grain boundaries. Cause damage, increase of crystal defects and warpage.

この問題を解決するために、アルミニウムペーストの付与量を減らし、裏面電極層の厚さを薄くする方法がある。しかしながら、アルミニウムペーストの付与量を減らすと、シリコン半導体基板の表面から内部に拡散するアルミニウムの量が不充分となる。その結果、所望のBSF(Back Surface Field)効果(P型拡散層の存在により生成キャリアの収集効率が向上する効果)を達成することができないため、太陽電池の特性が低下するという問題が生じる。In order to solve this problem, there is a method of reducing the applied amount of the aluminum paste and reducing the thickness of the back electrode layer. However, if the amount of aluminum paste applied is reduced, the amount of aluminum diffusing from the surface of the silicon semiconductor substrate to the inside becomes insufficient. As a result, the desired BSF (Back Surface Field) effect (the effect of improving the collection efficiency of the generated carriers due to the presence of the P + -type diffusion layer) cannot be achieved, resulting in a problem that the characteristics of the solar cell deteriorate. .

上記に関連して、アルミニウムペーストをシリコン基板表面の一部に付与して部分的にp型拡散層とアルミニウム電極とを形成するポイントコンタクトの手法が提案されている(例えば、特許第3107287号公報参照)。
このような受光面とは反対の面(以下、「裏面」ともいう)にポイントコンタクト構造を有する太陽電池の場合、アルミニウム電極以外の部分の表面において、少数キャリアの再結合速度を抑制する必要がある。そのためのパッシベーション層として、SiO膜等が提案されている(例えば、特開2004−6565号公報参照)。このようなSiO膜を形成することによるパッシベーション効果としては、シリコン基板の裏面の表層部におけるケイ素原子の未結合手を終端させ、再結合の原因となる表面準位密度を低減させる効果がある。
In relation to the above, a point contact method has been proposed in which an aluminum paste is applied to a part of the surface of a silicon substrate to partially form a p + -type diffusion layer and an aluminum electrode (for example, Japanese Patent No. 3107287). (See the publication).
In the case of a solar cell having a point contact structure on the surface opposite to the light receiving surface (hereinafter also referred to as “back surface”), it is necessary to suppress the recombination rate of minority carriers on the surface of the portion other than the aluminum electrode. is there. For this purpose, a SiO 2 film or the like has been proposed as a passivation layer (see, for example, JP-A-2004-6565). As a passivation effect by forming such a SiO 2 film, there is an effect of terminating the dangling bonds of silicon atoms in the surface layer portion on the back surface of the silicon substrate, and reducing the surface state density causing recombination. .

また、少数キャリアの再結合を抑制する別の方法として、パッシベーション層内の固定電荷が発生する電界によって少数キャリア密度を低減する方法がある。このようなパッシベーション効果は一般に電界効果と呼ばれ、負の固定電荷をもつ材料として酸化アルミニウム(Al)膜等が提案されている(例えば、特許第4767110号公報参照)。
このようなパッシベーション層は、一般的にはALD(Atomic Layer Deposition)法、CVD(Chemical Vapor Deposition)法等の方法で形成される(例えば、Journal of Applied Physics, 104(2008), 113703-1〜113703-7参照)。また、半導体基板上に酸化アルミニウム膜を形成する簡便な手法として、ゾルゲル法による手法が提案されている(例えば、Thin Solid Films, 517(2009), 6327-6330、及びChinese Physics Letters, 26(2009), 088102-1〜088102-4参照)。
As another method of suppressing recombination of minority carriers, there is a method of reducing the minority carrier density by an electric field that generates fixed charges in the passivation layer. Such a passivation effect is generally called a field effect, and an aluminum oxide (Al 2 O 3 ) film or the like has been proposed as a material having a negative fixed charge (see, for example, Japanese Patent No. 4767110).
Such a passivation layer is generally formed by a method such as an ALD (Atomic Layer Deposition) method or a CVD (Chemical Vapor Deposition) method (for example, Journal of Applied Physics, 104 (2008), 113703-1 to 113703-7). As a simple method for forming an aluminum oxide film on a semiconductor substrate, a sol-gel method has been proposed (for example, Thin Solid Films, 517 (2009), 6327-6330, and Chinese Physics Letters, 26 (2009 ), 088102-1-088102-4).

Journal of Applied Physics, 104(2008), 113703-1〜113703-7に記載の手法は、蒸着等の複雑な製造工程を含むため、生産性を向上させることが困難な場合がある。また、Thin Solid Films, 517(2009), 6327-6330、及びChinese Physics Letters, 26(2009), 088102-1〜088102-4に記載の手法では、ゾルゲル法に用いるパッシベーション層形成用組成物において、経時的にゲル化等の不具合が発生してしまい保存安定性が充分とは言い難い。   Since the technique described in Journal of Applied Physics, 104 (2008), 113703-1 to 113703-7 includes a complicated manufacturing process such as vapor deposition, it may be difficult to improve productivity. Further, in the method described in Thin Solid Films, 517 (2009), 6327-6330 and Chinese Physics Letters, 26 (2009), 088102-1-088102-4, in the composition for forming a passivation layer used in the sol-gel method, Problems such as gelation occur over time, and it is difficult to say that the storage stability is sufficient.

また、上記パッシベーション層形成用組成物では、半導体基板上に付与した際に印刷滲みが発生しやすいため、半導体基板上に所望のパターン形状のパッシベーション層を形成することも困難である。尚、印刷滲みとは、半導体基板上に付与したパッシベーション層形成用組成物が広がる現象をいう。   Moreover, since the said composition for formation of a passivation layer tends to generate | occur | produce a printing blur when provided on a semiconductor substrate, it is difficult to form the passivation layer of a desired pattern shape on a semiconductor substrate. Note that printing bleeding refers to a phenomenon in which a composition for forming a passivation layer applied on a semiconductor substrate spreads.

ここで、テクスチャーなどの凹凸構造を有する基板を用いて太陽電池を製造する場合、前記パッシベーション層形成用組成物の印刷滲みが、より発生しやすくなると考えられる。また、前記ポイントコンタクト構造を有する太陽電池を製造する場合、局所的に開口部(コンタクト部)を開けたパターンでパッシベーション層形成用組成物を形成することになる。この開口部の寸法は、例えば、直径は0.5mm以下、ピッチは2mm以下になる場合が有り、パターンを均質に形成するためには、パッシベーション層形成用組成物の印刷滲みを大幅に抑制することが求められる。   Here, when manufacturing a solar cell using the board | substrate which has uneven | corrugated structures, such as a texture, it is thought that the printing bleeding of the said composition for formation of a passivation layer becomes easy to generate | occur | produce. Moreover, when manufacturing the solar cell which has the said point contact structure, the composition for formation of a passivation layer will be formed with the pattern which opened the opening part (contact part) locally. The dimensions of the opening may be, for example, a diameter of 0.5 mm or less and a pitch of 2 mm or less. In order to form a pattern uniformly, the printing bleeding of the composition for forming a passivation layer is significantly suppressed. Is required.

本発明は、以上の従来の問題点に鑑みなされたものであり、保存安定性に優れ、パッシベーション層を簡便な手法で、印刷滲みを抑制して所望の形状に形成することが可能で、パッシベーション効果に優れたパッシベーション層を半導体基板上に形成可能なパッシベーション層形成用組成物を提供することを課題とする。また、本発明は前記パッシベーション層形成用組成物を用いて得られ、所望の形状に形成され、パッシベーション効果に優れたパッシベーション層を有するパッシベーション層付半導体基板、パッシベーション層付半導体基板の製造方法、太陽電池素子、太陽電池素子の製造方法及び太陽電池を提供することを課題とする。   The present invention has been made in view of the above-described conventional problems, and has excellent storage stability, and a passivation layer can be formed into a desired shape while suppressing printing bleeding by a simple method. It is an object of the present invention to provide a composition for forming a passivation layer capable of forming a passivation layer having an excellent effect on a semiconductor substrate. The present invention also provides a semiconductor substrate with a passivation layer obtained by using the composition for forming a passivation layer, formed in a desired shape and having a passivation layer having an excellent passivation effect, a method for manufacturing a semiconductor substrate with a passivation layer, a solar It is an object to provide a battery element, a method for manufacturing a solar battery element, and a solar battery.

前記課題を解決するための具体的手段は以下の通りである。
<1> 下記一般式(I)で表される化合物と、フィラーと、液状媒体と、樹脂と、を含むパッシベーション層形成用組成物。
Specific means for solving the above problems are as follows.
<1> A composition for forming a passivation layer comprising a compound represented by the following general formula (I), a filler, a liquid medium, and a resin.

M(OR (I)M (OR 1 ) m (I)

一般式(I)中、Mは、Nb、Ta、V、Y及びHfからなる群より選択される少なくとも1種の金属元素を含む。Rはそれぞれ独立して炭素数1〜8のアルキル基又は炭素数6〜14のアリール基を表す。mは1〜5の整数を表す。In general formula (I), M contains at least one metal element selected from the group consisting of Nb, Ta, V, Y, and Hf. R 1 each independently represents an alkyl group having 1 to 8 carbon atoms or an aryl group having 6 to 14 carbon atoms. m represents an integer of 1 to 5.

<2> 更に、下記一般式(II)で表される化合物を含む、上記<1>に記載のパッシベーション層形成用組成物。 <2> The composition for forming a passivation layer according to <1>, further comprising a compound represented by the following general formula (II).

一般式(II)中、Rはそれぞれ独立して炭素数1〜8のアルキル基を表す。nは0〜3の整数を表す。X及びXはそれぞれ独立して酸素原子又はメチレン基を表す。R、R及びRはそれぞれ独立して水素原子又は炭素数1〜8のアルキル基を表す。In the general formula (II), R 2 each independently represent an alkyl group having 1 to 8 carbon atoms. n represents an integer of 0 to 3. X 2 and X 3 each independently represent an oxygen atom or a methylene group. R 3 , R 4 and R 5 each independently represent a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 8 carbon atoms.

<3> 前記フィラーが、二酸化ケイ素、水酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、及び炭化ケイ素からなる群より選択される少なくとも1種の粒子を含む、上記<1>又は<2>に記載のパッシベーション層形成用組成物。 <3> The above <1> or <1>, wherein the filler contains at least one particle selected from the group consisting of silicon dioxide, aluminum hydroxide, aluminum nitride, silicon nitride, aluminum oxide, zirconium oxide, and silicon carbide. 2> The composition for forming a passivation layer according to 2>.

<4> 前記フィラーの体積平均粒子径が0.01μm〜50μmである、上記<1>〜<3>のいずれか1項に記載のパッシベーション層形成用組成物。 <4> The composition for forming a passivation layer according to any one of <1> to <3>, wherein the filler has a volume average particle diameter of 0.01 μm to 50 μm.

<5> 前記フィラーが、ガラス粒子を含む、上記<1>〜<4>のいずれか1項に記載のパッシベーション層形成用組成物。 <5> The composition for forming a passivation layer according to any one of <1> to <4>, wherein the filler includes glass particles.

<6> 前記ガラス粒子のガラス軟化点が300℃〜1000℃である、上記<5>に記載のパッシベーション層形成用組成物。 <6> The composition for forming a passivation layer according to <5>, wherein the glass particles have a glass softening point of 300 ° C to 1000 ° C.

<7> 前記一般式(I)で表される化合物及び前記一般式(II)で表される化合物の総含有率が0.1質量%〜80質量%、前記フィラーの含有率が0.1質量%〜50質量%、前記液状媒体及び前記樹脂の総含有率が5質量%〜98質量%である、前記<2>〜<6>のいずれか1項に記載のパッシベーション層形成用組成物。 <7> The total content of the compound represented by the general formula (I) and the compound represented by the general formula (II) is 0.1% by mass to 80% by mass, and the content of the filler is 0.1%. The composition for forming a passivation layer according to any one of <2> to <6>, wherein the total content of the liquid medium and the resin is from 5% by mass to 50% by mass, and from 5% by mass to 98% by mass. .

<8> 半導体基板にパッシベーション層を形成するために用いられる、上記<1>〜<7>のいずれか1項に記載のパッシベーション層形成用組成物。 <8> The composition for forming a passivation layer according to any one of <1> to <7>, which is used for forming a passivation layer on a semiconductor substrate.

<9> 半導体基板と、前記半導体基板上の全面又は一部に設けられる上記<1>〜<8>のいずれか1項に記載のパッシベーション層形成用組成物の熱処理物であるパッシベーション層と、を有するパッシベーション層付半導体基板。 <9> A semiconductor substrate, and a passivation layer that is a heat treatment product of the composition for forming a passivation layer according to any one of the above <1> to <8> provided on the entire surface or a part of the semiconductor substrate, A semiconductor substrate with a passivation layer.

<10> 半導体基板上の全面又は一部に<1>〜<8>のいずれか1項に記載のパッシベーション層形成用組成物を付与して組成物層を形成する工程と、前記組成物層を熱処理してパッシベーション層を形成する工程と、を有するパッシベーション層付半導体基板の製造方法。 <10> A step of forming a composition layer by applying the composition for forming a passivation layer according to any one of <1> to <8> on the entire surface or a part of a semiconductor substrate, and the composition layer And a step of forming a passivation layer by heat-treating a semiconductor substrate with a passivation layer.

<11> p型層及びn型層がpn接合されてなる半導体基板と、前記半導体基板上の全面又は一部に設けられる<1>〜<8>のいずれか1項に記載のパッシベーション層形成用組成物の熱処理物であるパッシベーション層と、前記p型層及びn型層の少なくとも一方の層上に設けられる電極と、を有する太陽電池素子。 <11> A semiconductor substrate in which a p-type layer and an n-type layer are pn-junction, and a passivation layer formation according to any one of <1> to <8> provided on the entire surface or a part of the semiconductor substrate. A solar cell element having a passivation layer, which is a heat-treated product of the composition for use, and an electrode provided on at least one of the p-type layer and the n-type layer.

<12> p型層及びn型層がpn接合されてなる半導体基板の全面又は一部に上記<1>〜<8>のいずれか1項に記載のパッシベーション層形成用組成物を付与して組成物層を形成する工程と、前記組成物層を熱処理して、パッシベーション層を形成する工程と、前記p型層及びn型層の少なくとも一方の層上に、電極を形成する工程と、を有する太陽電池素子の製造方法。 <12> The passivation layer forming composition according to any one of <1> to <8> above is applied to the entire surface or a part of a semiconductor substrate in which a p-type layer and an n-type layer are pn-junctioned. Forming a composition layer; heat-treating the composition layer to form a passivation layer; and forming an electrode on at least one of the p-type layer and the n-type layer. The manufacturing method of the solar cell element which has.

<13> 上記<11>に記載の太陽電池素子と、前記太陽電池素子の電極上に配置される配線材料と、を有する太陽電池。 <13> A solar cell comprising the solar cell element according to <11> above and a wiring material disposed on an electrode of the solar cell element.

本発明によれば、保存安定性に優れ、パッシベーション層を簡便な手法で、印刷滲みを抑制して所望の形状に形成することが可能で、パッシベーション効果に優れたパッシベーション層を半導体基板上に形成可能なパッシベーション層形成用組成物を提供することができる。また、本発明は前記パッシベーション層形成用組成物を用いて得られ、所望の形状に形成され、パッシベーション効果に優れたパッシベーション層を有するパッシベーション層付半導体基板、パッシベーション層付半導体基板の製造方法、太陽電池素子、太陽電池素子の製造方法及び太陽電池を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to form a passivation layer having a superior passivation effect on a semiconductor substrate, which is excellent in storage stability and can be formed into a desired shape by suppressing printing bleeding by a simple method. A possible composition for forming a passivation layer can be provided. The present invention also provides a semiconductor substrate with a passivation layer obtained by using the composition for forming a passivation layer, formed in a desired shape and having a passivation layer having an excellent passivation effect, a method for manufacturing a semiconductor substrate with a passivation layer, a solar A battery element, a method for manufacturing a solar battery element, and a solar battery can be provided.

パッシベーション層を有する太陽電池素子の製造方法の一例を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically an example of the manufacturing method of the solar cell element which has a passivation layer. パッシベーション層を有する太陽電池素子の製造方法の他の一例を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically another example of the manufacturing method of the solar cell element which has a passivation layer. パッシベーション層を有する太陽電池素子の製造方法の他の一例を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically another example of the manufacturing method of the solar cell element which has a passivation layer. 太陽電池素子の受光面の一例を示す概略平面図である。It is a schematic plan view which shows an example of the light-receiving surface of a solar cell element. パッシベーション層の裏面における形成パターンの一例を示す概略平面図である。It is a schematic plan view which shows an example of the formation pattern in the back surface of a passivation layer. パッシベーション層の裏面における形成パターンの他の一例を示す概略平面図である。It is a schematic plan view which shows another example of the formation pattern in the back surface of a passivation layer. 図5のA部を拡大した概略平面図である。It is the schematic plan view to which the A section of FIG. 5 was expanded. 図5のB部を拡大した概略平面図である。It is the schematic plan view to which the B section of FIG. 5 was expanded. 太陽電池素子の裏面の一例を示す概略平面図である。It is a schematic plan view which shows an example of the back surface of a solar cell element. 太陽電池の製造方法の一例を説明するための図である。It is a figure for demonstrating an example of the manufacturing method of a solar cell. 両面電極型の太陽電池素子の構造を示した断面図である。It is sectional drawing which showed the structure of the double-sided electrode type solar cell element. 参考実施形態に係る太陽電池素子の第1構成例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the 1st structural example of the solar cell element which concerns on reference embodiment. 参考実施形態に係る太陽電池素子の第2構成例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the 2nd structural example of the solar cell element which concerns on reference embodiment. 参考実施形態に係る太陽電池素子の第3構成例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the 3rd structural example of the solar cell element which concerns on reference embodiment. 参考実施形態に係る太陽電池素子の第4構成例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the 4th structural example of the solar cell element which concerns on reference embodiment. 参考実施形態に係る太陽電池素子の別の構成例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows another structural example of the solar cell element which concerns on reference embodiment.

本明細書において「工程」との語は、独立した工程だけでなく、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目的が達成されれば、本用後に含まれる。また「〜」を用いて示された数値範囲は、「〜」の前後に記載される数値をそれぞれ最小値及び最大値として含む範囲を示す。更に組成物中の各成分の含有量は、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。また、本明細書において「層」との語は、平面図として観察したときに、全面に形成されている形状の構成に加え、一部に形成されている形状の構成も包含される。   In this specification, the term “process” includes not only an independent process but also an after-use if the intended purpose of the process is achieved even if it cannot be clearly distinguished from other processes. . Moreover, the numerical range shown using "to" shows the range which includes the numerical value described before and behind "to" as a minimum value and a maximum value, respectively. Furthermore, the content of each component in the composition means the total amount of the plurality of substances present in the composition unless there is a specific notice when there are a plurality of substances corresponding to each component in the composition. In addition, in the present specification, the term “layer” includes a configuration of a shape formed in part in addition to a configuration of a shape formed on the entire surface when observed as a plan view.

<パッシベーション層形成用組成物>
本発明のパッシベーション層形成用組成物は、下記一般式(I)で表される化合物(以下、「特定の金属アルコキシド化合物」ともいう)と、フィラーと、液状媒体と、樹脂と、を含む。前記パッシベーション層形成用組成物は必要に応じて他の成分を更に含んでいてもよい。かかる構成であることにより、優れたパッシベーション効果を有し、保存安定性に優れ、印刷滲みを抑制できるパッシベーション層形成用組成物が得られ、パッシベーション層を簡便な手法で、所望の形状に形成することができる。
<Composition for forming a passivation layer>
The composition for forming a passivation layer of the present invention contains a compound represented by the following general formula (I) (hereinafter also referred to as “specific metal alkoxide compound”), a filler, a liquid medium, and a resin. The composition for forming a passivation layer may further contain other components as necessary. With this configuration, a composition for forming a passivation layer that has an excellent passivation effect, excellent storage stability, and can suppress printing bleeding is obtained, and the passivation layer is formed into a desired shape by a simple method. be able to.

M(OR (I)M (OR 1 ) m (I)

一般式(I)中、Mは、Nb、Ta、V、Y及びHfからなる群より選択される少なくとも1種の金属元素を含む。Rはそれぞれ独立して炭素数1〜8のアルキル基又は炭素数6〜14のアリール基を表す。mは1〜5の整数を表す。In general formula (I), M contains at least one metal element selected from the group consisting of Nb, Ta, V, Y, and Hf. R 1 each independently represents an alkyl group having 1 to 8 carbon atoms or an aryl group having 6 to 14 carbon atoms. m represents an integer of 1 to 5.

上記パッシベーション層形成用組成物は、半導体基板に付与して所望形状の組成物層を形成し、これを熱処理(焼成)することで、優れたパッシベーション効果を有するパッシベーション層を所望の形状に形成することができる。本発明の手法は、蒸着装置等を必要としない簡便で生産性の高い方法である。更にマスク処理等の煩雑な工程を要することなく、所望の形状にパッシベーション層を形成できる。   The composition for forming a passivation layer is applied to a semiconductor substrate to form a composition layer having a desired shape, and this is heat-treated (fired) to form a passivation layer having an excellent passivation effect in a desired shape. be able to. The method of the present invention is a simple and highly productive method that does not require a vapor deposition apparatus or the like. Further, the passivation layer can be formed in a desired shape without requiring a complicated process such as mask processing.

本明細書において、半導体基板のパッシベーション効果は、パッシベーション層が形成された半導体基板内の少数キャリアの実効ライフタイムを、日本セミラボ株式会社、WT−2000PVN等の装置を用いて、反射マイクロ波導電減衰法によって測定することで評価することができる。   In this specification, the passivation effect of a semiconductor substrate refers to an effective lifetime of minority carriers in a semiconductor substrate on which a passivation layer is formed, by reflection microwave conduction attenuation using a device such as Nippon Semi-Lab Co., Ltd. or WT-2000PVN. It can be evaluated by measuring by the method.

ここで、実効ライフタイムτは、半導体基板内部のバルクライフタイムτと、半導体基板表面の表面ライフタイムτとによって下記式(A)のように表される。半導体基板表面の表面準位密度が小さい場合にはτが長くなる結果、実効ライフタイムτが長くなる。また、半導体基板内部のダングリングボンド等の欠陥が少なくなっても、バルクライフタイムτが長くなって実効ライフタイムτが長くなる。すなわち、実効ライフタイムτの測定によってパッシベーション層と半導体基板との界面特性、及び、ダングリングボンド等の半導体基板の内部特性を評価することができる。Here, the effective lifetime τ is expressed by the following equation (A) by the bulk lifetime τ b inside the semiconductor substrate and the surface lifetime τ s of the semiconductor substrate surface. When the surface state density on the surface of the semiconductor substrate is small, τ s becomes long, resulting in a long effective lifetime τ. Further, even if defects such as dangling bonds in the semiconductor substrate are reduced, the bulk lifetime τ b is increased and the effective lifetime τ is increased. That is, by measuring the effective lifetime τ, the interface characteristics between the passivation layer and the semiconductor substrate and the internal characteristics of the semiconductor substrate such as dangling bonds can be evaluated.

1/τ=1/τ+1/τ (A)1 / τ = 1 / τ b + 1 / τ s (A)

尚、実効ライフタイムτが長いほど少数キャリアの再結合速度が遅いことを示す。また実効ライフタイムが長い半導体基板を用いて太陽電池素子を構成することで、変換効率が向上する。   In addition, it shows that the recombination rate of a minority carrier is so slow that effective lifetime (tau) is long. Moreover, conversion efficiency improves by comprising a solar cell element using the semiconductor substrate with a long effective lifetime.

(一般式(I)で表される化合物)
パッシベーション層形成用組成物は、前記一般式(I)で表される化合物(以下、「特定の金属アルコキシド化合物」ともいう)の少なくとも1種を含む。ここで、特定の金属アルコキシド化合物は、Nb、Ta、V、Y及びHfからなる群より選択される少なくとも1種の金属元素を含むアルコキシドである。パッシベーション層形成用組成物がこれらアルコキシドの少なくとも1種を含むことで、優れたパッシベーション効果を有するパッシベーション層を形成することができる。この理由は以下のように考えることができる。
(Compound represented by formula (I))
The composition for forming a passivation layer contains at least one compound represented by the general formula (I) (hereinafter also referred to as “specific metal alkoxide compound”). Here, the specific metal alkoxide compound is an alkoxide containing at least one metal element selected from the group consisting of Nb, Ta, V, Y, and Hf. When the composition for forming a passivation layer contains at least one of these alkoxides, a passivation layer having an excellent passivation effect can be formed. The reason can be considered as follows.

特定の金属アルコキシド化合物を含有するパッシベーション層形成用組成物を熱処理(焼成)することにより形成される金属酸化物では、金属原子又は酸素原子の欠陥を有し、固定電荷を生じやすくなると考えられる。この固定電荷が半導体基板の界面付近で電荷を発生することで少数キャリアの濃度を低下させることができ、結果的に界面でのキャリア再結合速度が抑制され、優れたパッシベーション効果が奏されると考えられる。   A metal oxide formed by heat-treating (firing) a composition for forming a passivation layer containing a specific metal alkoxide compound is considered to have defects of metal atoms or oxygen atoms and easily generate fixed charges. When this fixed charge is generated near the interface of the semiconductor substrate, the concentration of minority carriers can be reduced, and as a result, the carrier recombination rate at the interface is suppressed, and an excellent passivation effect is achieved. Conceivable.

ここで、走査型透過電子顕微鏡(STEM、Scanning Transmission Electron Microscope)を用いる電子エネルギー損失分光法(EELS、Electron Energy Loss Spectroscopy)により半導体基板の断面を分析することで、パッシベーション層中の結合様式を調べることができる。また、X線回折スペクトル(XRD、X-ray diffraction)を測定することにより、パッシベーション層の界面付近の結晶相を確認することができる。更に、パッシベーション層がもつ固定電荷は、CV法(Capacitance Voltage measurement)で評価することが可能である。   Here, the bonding mode in the passivation layer is examined by analyzing the cross section of the semiconductor substrate by electron energy loss spectroscopy (EELS) using a scanning transmission electron microscope (STEM). be able to. Further, by measuring an X-ray diffraction spectrum (XRD, X-ray diffraction), the crystal phase near the interface of the passivation layer can be confirmed. Furthermore, the fixed charge of the passivation layer can be evaluated by the CV method (Capacitance Voltage measurement).

一般式(I)において、Mは、Nb、Ta、V、Y及びHfからなる群より選択される少なくとも1種の金属元素を含み、パッシベーション効果の観点から、MはNb、Ta及びYからなる群より選択される少なくとも1種であることが好ましく、Nbであることがより好ましい。また、パッシベーション層の固定電荷密度を負にする観点からは、Mは、Nb、Ta、VO、及びHfからなる群より選択される少なくとも1種であることが好ましい。   In the general formula (I), M includes at least one metal element selected from the group consisting of Nb, Ta, V, Y, and Hf. From the viewpoint of the passivation effect, M is composed of Nb, Ta, and Y. It is preferably at least one selected from the group, and more preferably Nb. Further, from the viewpoint of making the fixed charge density of the passivation layer negative, M is preferably at least one selected from the group consisting of Nb, Ta, VO, and Hf.

一般式(I)において、Rはそれぞれ独立に、炭素数1〜8のアルキル基又は炭素数6〜14のアリール基を表し、炭素数1〜8のアルキル基が好ましく、炭素数1〜4のアルキル基がより好ましい。Rで表されるアルキル基は直鎖状であっても分岐鎖状であってもよい。Rで表されるアルキル基として具体的には、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、sec−ブチル基、t−ブチル基、ヘキシル基、オクチル基、2−エチルヘキシル基、3−エチルヘキシル基等を挙げることができる。Rで表されるアリール基として具体的には、フェニル基等を挙げることができる。Rで表されるアリール基として具体的には、フェニル基を挙げることができる。Rで表されるアルキル基及びアリール基は、置換基を有していてもよい。アルキル基の置換基としては、ハロゲン原子、アミノ基、ヒドロキシル基、カルボキシル基、スルホン基、ニトロ基等が挙げられる。アリール基の置換基としては、ハロゲン原子、メチル基、エチル基、イソプロピル基、アミノ基、ヒドロキシル基、カルボキシル基、スルホン基、ニトロ基等が挙げられる。
中でもRは、保存安定性とパッシベーション効果の観点から、炭素数1〜8の無置換のアルキル基であることが好ましく、炭素数1〜4の無置換のアルキル基であることがより好ましい。
In the general formula (I), each R 1 independently represents an alkyl group having 1 to 8 carbon atoms or an aryl group having 6 to 14 carbon atoms, preferably an alkyl group having 1 to 8 carbon atoms, and preferably 1 to 4 carbon atoms. The alkyl group is more preferable. The alkyl group represented by R 1 may be linear or branched. Specific examples of the alkyl group represented by R 1 include methyl group, ethyl group, propyl group, isopropyl group, butyl group, isobutyl group, sec-butyl group, t-butyl group, hexyl group, octyl group, 2- Examples thereof include an ethylhexyl group and a 3-ethylhexyl group. Specific examples of the aryl group represented by R 1 include a phenyl group. Specific examples of the aryl group represented by R 1 include a phenyl group. The alkyl group and aryl group represented by R 1 may have a substituent. Examples of the substituent for the alkyl group include a halogen atom, an amino group, a hydroxyl group, a carboxyl group, a sulfone group, and a nitro group. Examples of the substituent for the aryl group include a halogen atom, a methyl group, an ethyl group, an isopropyl group, an amino group, a hydroxyl group, a carboxyl group, a sulfone group, and a nitro group.
Among these, R 1 is preferably an unsubstituted alkyl group having 1 to 8 carbon atoms, and more preferably an unsubstituted alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, from the viewpoint of storage stability and a passivation effect.

一般式(I)において、mは1〜5の整数を表す。ここで、保存安定性の観点から、MがNbである場合にはmが5であることが好ましく、MがTaである場合にはmが5であることが好ましく、MがVOである場合にはmが3であることが好ましく、MがYである場合にはmが3であることが好ましく、MがHfである場合にはmが4であることが好ましい。   In general formula (I), m represents an integer of 1 to 5. From the viewpoint of storage stability, m is preferably 5 when M is Nb, m is preferably 5 when M is Ta, and M is VO. M is preferably 3, m is preferably 3 when M is Y, and m is preferably 4 when M is Hf.

一般式(I)で表される化合物は、パッシベーション効果の観点からは、Mが、Nb、Ta及びYからなる群より選択される少なくとも1種であることが好ましく、パッシベーション層の固定電荷密度を負にする観点からは、Mは、Nb、Ta、VO、及びHfからなる群より選択される少なくとも1種であることが好ましく、保存安定性とパッシベーション効果の観点から、Rが炭素数1〜4の無置換のアルキル基であることが好ましく、保存安定性の観点から、mが1〜3の整数であることが好ましい。In the compound represented by the general formula (I), from the viewpoint of the passivation effect, M is preferably at least one selected from the group consisting of Nb, Ta and Y, and the fixed charge density of the passivation layer is increased. From the viewpoint of making it negative, M is preferably at least one selected from the group consisting of Nb, Ta, VO, and Hf. From the viewpoint of storage stability and a passivation effect, R 1 has 1 carbon atom. It is preferable that it is an unsubstituted alkyl group of -4, and it is preferable that m is an integer of 1-3 from a viewpoint of storage stability.

一般式(I)で表される化合物は、ニオブメトキシド、ニオブエトキシド、ニオブイソプロポキシド、ニオブn−プロポキシド、ニオブn−ブトキシド、ニオブt−ブトキシド、ニオブイソブトキシド、タンタルメトキシド、タンタルエトキシド、タンタルイソプロポキシド、タンタルn−プロポキシド、タンタルn−ブトキシド、タンタルt−ブトキシド、タンタルイソブトキシド、イットリウムメトキシド、イットリウムエトキシド、イットリウムイソプロポキシド、イットリウムn−プロポキシド、イットリウムn−ブトキシド、イットリウムt−ブトキシド、イットリウムイソブトキシド、バナジウムメトキシドオキシド、バナジウムエトキシドオキシド、バナジウムイソプロポキシドオキシド、バナジウムn−プロポキシドオキシド、バナジウムn−ブトキシドオキシド、バナジウムt−ブトキシドオキシド、バナジウムイソブトキシドオキシド、ハフニウムメトキシド、ハフニウムエトキシド、ハフニウムイソプロポキシド、ハフニウムn−プロポキシド、ハフニウムn−ブトキシド、ハフニウムt−ブトキシド、ハフニウムイソブトキシド等を挙げることができ、中でもニオブエトキシド、ニオブn−プロポキシド、ニオブn−ブトキシド、タンタルエトキシド、タンタルn−プロポキシド、タンタルn−ブトキシド、イットリウムイソプロポキシド、及びイットリウムn−ブトキシド等を挙げることができる。負の固定電荷密度を得る観点からは、ニオブエトキシド、ニオブn−プロポキシド、ニオブn−ブトキシド、タンタルエトキシド、タンタルn−プロポキシド、タンタルn−ブトキシド、バナジウムエトキシドオキシド、バナジウムn−プロポキシドオキシド、バナジウムn−ブトキシドオキシド、ハフニウムエトキシド、ハフニウムn−プロポキシド及びハフニウムn−ブトキシドが好ましい。   Compounds represented by the general formula (I) are niobium methoxide, niobium ethoxide, niobium isopropoxide, niobium n-propoxide, niobium n-butoxide, niobium t-butoxide, niobium isobutoxide, tantalum methoxide, tantalum. Ethoxide, tantalum isopropoxide, tantalum n-propoxide, tantalum n-butoxide, tantalum t-butoxide, tantalum isobutoxide, yttrium methoxide, yttrium ethoxide, yttrium isopropoxide, yttrium n-propoxide, yttrium n- Butoxide, yttrium t-butoxide, yttrium isobutoxide, vanadium methoxide oxide, vanadium ethoxide oxide, vanadium isopropoxide oxide, vanadium n-propoxide oxide , Vanadium n-butoxide oxide, vanadium t-butoxide oxide, vanadium isobutoxide oxide, hafnium methoxide, hafnium ethoxide, hafnium isopropoxide, hafnium n-propoxide, hafnium n-butoxide, hafnium t-butoxide, hafnium isobutoxide Niobium ethoxide, niobium n-propoxide, niobium n-butoxide, tantalum ethoxide, tantalum n-propoxide, tantalum n-butoxide, yttrium isopropoxide, yttrium n-butoxide, etc. Can be mentioned. From the viewpoint of obtaining a negative fixed charge density, niobium ethoxide, niobium n-propoxide, niobium n-butoxide, tantalum ethoxide, tantalum n-propoxide, tantalum n-butoxide, vanadium ethoxide oxide, vanadium n-propoxy Preference is given to oxides, vanadium n-butoxide oxide, hafnium ethoxide, hafnium n-propoxide and hafnium n-butoxide.

また一般式(I)で表わされる化合物は、調製したものを用いても、市販品を用いてもよい。市販品としては、例えば、株式会社高純度化学研究所のペンタメトキシニオブ、ペンタエトキシニオブ、ペンタ−i−プロポキシニオブ、ペンタ−n−プロポキシニオブ、ペンタ−i−ブトキシニオブ、ペンタ−n−ブトキシニオブ、ペンタ−sec−ブトキシニオブ、ペンタメトキシタンタル、ペンタエトキシタンタル、ペンタ−i−プロポキシタンタル、ペンタ−n−プロポキシタンタル、ペンタ−i−ブトキシタンタル、ペンタ−n−ブトキシタンタル、ペンタ−sec−ブトキシタンタル、ペンタ−t−ブトキシタンタル、バナジウム(V)トリメトキシドオキシド、バナジウム(V)トリエトキシオキシド、バナジウム(V)トリ−i−プロポキシドオキシド、バナジウム(V)トリ−n−プロポキシドオキシド、バナジウム(V)トリ−i−ブトキシドオキシド、バナジウム(V)トリ−n−ブトキシドオキシド、バナジウム(V)トリ−sec−ブトキシドオキシド、バナジウム(V)トリ−t−ブトキシドオキシド、トリ−i−プロポキシイットリウム、トリ−n−ブトキシイットリウム、テトラメトキシハフニウム、テトラエトキシハフニウム、テトラ−i−プロポキシハフニウム、テトラ−t−ブトキシハフニウム、北興化学工業株式会社のペンタエトキシニオブ、ペンタエトキシタンタル、ペンタブトキシタンタル、イットリウム−n−ブトキシド、ハフニウム−tert−ブトキシド、日亜化学工業株式会社のバナジウムオキシトリエトキシド、バナジウムオキシトリノルマルプロポキシド、バナジウムオキシトリノルマルブトキシド、バナジウムオキシトリイソブトキシド、バナジウムオキシトリセカンダリーブトキシド等を挙げることができる。   Moreover, the compound represented by general formula (I) may use what was prepared, or may use a commercial item. Commercially available products include, for example, pentamethoxyniobium, pentaethoxyniobium, penta-i-propoxyniobium, penta-n-propoxyniobium, penta-i-butoxyniobium, penta-n-butoxyniobium from High Purity Chemical Laboratory, Inc. , Penta-sec-butoxy niobium, pentamethoxy tantalum, pentaethoxy tantalum, penta-i-propoxy tantalum, penta-n-propoxy tantalum, penta-i-butoxy tantalum, penta-n-butoxy tantalum, penta-sec-butoxy tantalum , Penta-t-butoxytantalum, vanadium (V) trimethoxide oxide, vanadium (V) triethoxy oxide, vanadium (V) tri-i-propoxide oxide, vanadium (V) tri-n-propoxide oxide, vanadium (V Tri-i-butoxide oxide, vanadium (V) tri-n-butoxide oxide, vanadium (V) tri-sec-butoxide oxide, vanadium (V) tri-t-butoxide oxide, tri-i-propoxy yttrium, tri-n -Butoxy yttrium, tetramethoxy hafnium, tetraethoxy hafnium, tetra-i-propoxy hafnium, tetra-t-butoxy hafnium, pentaethoxyniobium, pentaethoxy tantalum, pentaboxy tantalum, yttrium-n-butoxide from Hokuko Chemical Co., Ltd. Hafnium-tert-butoxide, vanadium oxytriethoxide, vanadium oxytrinormal propoxide, vanadium oxytrinormal butoxide, vanadium oxy from Nichia Corporation Riisobutokishido, it can be mentioned vanadium oxy-tri secondary butoxide and the like.

一般式(I)で表される化合物の調製には、特定の金属(M)のハロゲン化物とアルコールとを不活性有機溶媒の存在下で反応させ、更にハロゲンを引き抜くためにアンモニア又はアミン化合物を添加する方法(特開昭63−227593号公報及び特開平3−291247号公報)等、既知の製法を用いることができる。   In the preparation of the compound represented by the general formula (I), a halide of a specific metal (M) and an alcohol are reacted in the presence of an inert organic solvent, and ammonia or an amine compound is used to further extract the halogen. Known methods such as a method of adding (JP-A 63-227593 and JP-A 3-291247) can be used.

一般式(I)で表される化合物は、後述する2つのカルボニル基を有する特定構造の化合物と混合することでキレート構造を形成した化合物を用いてよい。キレート化するカルボニル基数には特に制限はないが、MがNbである場合にはキレート化するカルボニル基数が1〜5であることが好ましく、MがTaである場合にはキレート化するカルボニル基数が1〜5であることが好ましく、MがVOである場合にはキレート化するカルボニル基数が1〜3であることが好ましく、MがYである場合にはキレート化するカルボニル基数が1〜3であることが好ましく、MがHfである場合にはキレート化するカルボニル基数が1〜4であることが好ましい。   As the compound represented by the general formula (I), a compound in which a chelate structure is formed by mixing with a compound having a specific structure having two carbonyl groups described later may be used. The number of carbonyl groups to be chelated is not particularly limited, but when M is Nb, the number of carbonyl groups to be chelated is preferably 1 to 5, and when M is Ta, the number of carbonyl groups to be chelated is Preferably, the number of carbonyl groups to be chelated is preferably 1 to 3 when M is VO, and the number of carbonyl groups to be chelated is 1 to 3 when M is Y. It is preferable that when M is Hf, the number of carbonyl groups to be chelated is preferably 1 to 4.

一般式(I)で表される化合物におけるキレート構造の存在は、通常用いられる分析方法で確認することができる。例えば、赤外分光スペクトル、核磁気共鳴スペクトル、融点等を用いて確認することができる。   The presence of the chelate structure in the compound represented by the general formula (I) can be confirmed by a commonly used analytical method. For example, it can be confirmed using an infrared spectrum, a nuclear magnetic resonance spectrum, a melting point, or the like.

パッシベーション層形成用組成物に含まれる特定の金属アルコキシド化合物の含有率は、必要に応じて適宜選択することができる。特定の金属アルコキシド化合物の含有率は、保存安定性及びパッシベーション効果の観点から、パッシベーション層形成用組成物中に0.1質量%〜80質量%とすることができ、0.5質量%〜70質量%であることが好ましく、1質量%〜60質量%であることがより好ましく、1質量%〜50質量%であることが更に好ましい。   The content rate of the specific metal alkoxide compound contained in the composition for forming a passivation layer can be appropriately selected as necessary. The content of the specific metal alkoxide compound can be 0.1% by mass to 80% by mass, and 0.5% by mass to 70% by mass in the composition for forming a passivation layer, from the viewpoint of storage stability and a passivation effect. The mass is preferably 1% by mass, more preferably 1% by mass to 60% by mass, and still more preferably 1% by mass to 50% by mass.

(フィラー)
パッシベーション層形成用組成物は、フィラーの少なくとも1種を含む。これによりスクリーン印刷等により半導体基板上にパッシベーション層形成用組成物を付与する際に、印刷性を向上させることができる。尚、ここで言う印刷性の向上とは、印刷滲み(基板上に付与したパッシベーション層形成用組成物が広がる現象)の低減を言う。
(Filler)
The composition for forming a passivation layer contains at least one filler. Thereby, when applying the composition for forming a passivation layer on a semiconductor substrate by screen printing or the like, the printability can be improved. In addition, the improvement of printability said here means reduction of printing bleeding (a phenomenon in which the composition for forming a passivation layer applied on a substrate spreads).

また、パッシベーション層形成用組成物中にフィラーを含むことにより、パッシベーション効果を向上させることができる。この理由は、以下のように考えることができる。すなわち、フィラーを含まないパッシベーション層形成用組成物を半導体基板に付与して熱処理(焼成)した場合、形成されるパッシベーション層は緻密である一方、パッシベーション層の厚みが薄くなる傾向にある。このとき、パッシベーション層中にボイド等の欠陥があると、その箇所から水分又は不純物が半導体基板に付着する等して、半導体基板の実効ライフタイムが低下してしまう可能性がある。   Moreover, the passivation effect can be improved by including a filler in the composition for forming a passivation layer. The reason for this can be considered as follows. That is, when a composition for forming a passivation layer containing no filler is applied to a semiconductor substrate and subjected to heat treatment (firing), the formed passivation layer tends to be dense while the thickness of the passivation layer tends to be thin. At this time, if there is a defect such as a void in the passivation layer, moisture or impurities may adhere to the semiconductor substrate from the location, and the effective lifetime of the semiconductor substrate may be reduced.

これに対し、パッシベーション層形成用組成物がフィラーを含むことで、熱処理(焼成)中にフィラー同士が焼結等によりネットワーク化し、半導体基板に対して保護膜として機能し、実効ライフタイムの低下を抑制すると考えられる。半導体基板に対する保護層としての機能は、テクスチャー等の凹凸構造を有する半導体基板には特に効果的である。すなわち、フィラー由来のネットワーク層を形成することで、半導体基板の表面に存在する凹凸構造の部分もパッシベーション層で保護できるようになり、パッシベーション効果が向上するものと考えられる。   On the other hand, the composition for forming a passivation layer contains a filler, so that the fillers are networked by sintering or the like during heat treatment (firing), function as a protective film for the semiconductor substrate, and reduce the effective lifetime. It is thought to suppress. The function as a protective layer for the semiconductor substrate is particularly effective for a semiconductor substrate having an uneven structure such as a texture. That is, by forming the network layer derived from the filler, it is considered that the uneven structure portion existing on the surface of the semiconductor substrate can be protected by the passivation layer, and the passivation effect is improved.

フィラーは、二酸化ケイ素、水酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、及び炭化ケイ素からなる群より選択される少なくとも1種の粒子を含むことが好ましい。フィラーは、1種単独で、又は複数種を併用してもよい。ここで、特定の金属アルコキシド化合物との反応性、パッシベーション効果、保存安定性、及び作業性の観点から、フィラーとして二酸化ケイ素、水酸化アルミニウム及び酸化ジルコニウムからなる群より選択される少なくとも1種の粒子を含むことが好ましく、二酸化ケイ素及び水酸化アルミニウムからなる群より選択される少なくとも1種の粒子を含むことがより好ましい。   The filler preferably includes at least one particle selected from the group consisting of silicon dioxide, aluminum hydroxide, aluminum nitride, silicon nitride, aluminum oxide, zirconium oxide, and silicon carbide. A filler may be used alone or in combination of two or more. Here, from the viewpoint of reactivity with a specific metal alkoxide compound, passivation effect, storage stability, and workability, at least one particle selected from the group consisting of silicon dioxide, aluminum hydroxide, and zirconium oxide as a filler. It is preferable that it contains at least one kind of particles selected from the group consisting of silicon dioxide and aluminum hydroxide.

パッシベーション層形成用組成物が二酸化ケイ素の粒子を含む利点として、熱処理(焼成)中においても、特定の金属アルコキシド化合物と反応せず、パッシベーション層形成用組成物中に安定して存在することから、パッシベーション層形成用組成物の保存安定性が優れる点が挙げられる。   As an advantage that the composition for forming a passivation layer contains particles of silicon dioxide, it does not react with a specific metal alkoxide compound even during heat treatment (firing) and is stably present in the composition for forming a passivation layer. The point which is excellent in the storage stability of the composition for formation of a passivation layer is mentioned.

また、特定の金属アルコキシド化合物との反応性、パッシベーション効果、保存安定性、及び作業性の観点から、フィラーは、ガラス粒子であることが好ましい。ガラス粒子としては、二酸化ケイ素、酸化ホウ素、酸化ビスマス、酸化アルミニウム、酸化亜鉛、酸化チタン及び酸化カルシウムからなる群より選択される少なくとも1種を含むものが挙げられる。   Moreover, it is preferable that a filler is a glass particle from the viewpoint of the reactivity with a specific metal alkoxide compound, a passivation effect, storage stability, and workability | operativity. Examples of the glass particles include those containing at least one selected from the group consisting of silicon dioxide, boron oxide, bismuth oxide, aluminum oxide, zinc oxide, titanium oxide, and calcium oxide.

パッシベーション層形成用組成物がフィラーとしてガラス粒子を含む利点として、パッシベーション効果に優れたパッシベーション層を形成することができる。これは、例えば以下のようにして考えることができる。
パッシベーション層形成用組成物中のガラス粒子が、熱処理(焼成)処理中に軟化することで、ガラス粒子同士が一部又は全体に渡ってネットワーク化し、特定の金属アルコキシド化合物の熱処理物(焼成物)であるパッシベーション層に対する保護膜として機能し、実効ライフタイムの低下を抑制すると考えられる。このとき、ガラス粒子の軟化点が低いほど、上記効果が得られ易いが、軟化点が低くなりすぎると、熱処理(焼成)中に溶融ガラスの粘度が低くなりすぎて、半導体基板上でパッシベーション層の滲みを引き起こし、所望の形状にパッシベーション層を形成することが困難になる場合がある。
As an advantage that the composition for forming a passivation layer contains glass particles as a filler, a passivation layer having an excellent passivation effect can be formed. This can be considered, for example, as follows.
The glass particles in the composition for forming a passivation layer are softened during the heat treatment (firing) treatment, so that the glass particles are partly or wholly networked, and a heat treatment product (firing product) of a specific metal alkoxide compound. It is considered that it functions as a protective film for the passivation layer, and suppresses a decrease in effective lifetime. At this time, the lower the softening point of the glass particles, the more easily the above effect can be obtained. However, if the softening point is too low, the viscosity of the molten glass becomes too low during the heat treatment (firing), and the passivation layer is formed on the semiconductor substrate. In some cases, it is difficult to form a passivation layer in a desired shape.

パッシベーション層形成用組成物がガラス粒子を含む場合、ガラス粒子同士のネットワーク形成能、溶融後のガラスの粘性、パッシベーション層の滲み防止、ライフタイムの観点から、ガラス粒子の軟化点は300℃〜1000℃であることが好ましく、350℃〜800℃であることがより好ましく、350℃〜750℃であることが更に好ましい。   When the composition for forming a passivation layer contains glass particles, the softening point of the glass particles is 300 ° C. to 1000 ° C. from the viewpoint of network forming ability between glass particles, viscosity of glass after melting, prevention of bleeding of the passivation layer, and lifetime. Is preferably 350 ° C., more preferably 350 ° C. to 800 ° C., and still more preferably 350 ° C. to 750 ° C.

パッシベーション層形成用組成物がガラス粒子を含む場合、ガラス粒子同士のネットワーク形成能、溶融後のガラスの粘性、パッシベーション層の滲み防止、ライフタイムの観点から、ガラス粒子の結晶化温度は450℃〜950℃であることが好ましく、450℃〜900℃であることがより好ましく、480℃〜900℃であることが更に好ましい。   When the composition for forming a passivation layer contains glass particles, the crystallization temperature of the glass particles is 450 ° C. to 450 ° C. from the viewpoint of network forming ability between the glass particles, viscosity of the glass after melting, prevention of bleeding of the passivation layer, and lifetime. The temperature is preferably 950 ° C, more preferably 450 ° C to 900 ° C, and still more preferably 480 ° C to 900 ° C.

フィラーの体積平均粒子径は特に制限はなく、粒度分布における体積基準の積算値が50%の場合における粒子径(以下、単に「粒子径」とも言い、「D50%」と略記することがある)として、0.01μm〜50μmであることが好ましく、0.01μm〜30μmであることがより好ましく、0.01μm〜20μmであることが更に好ましく、0.01〜10μmであることが特に好ましい。フィラーのD50%を0.01μm以上とすることで、パッシベーション層形成用組成物に対して印刷に適した粘度特性を付与することができ、印刷ムラ及び印刷滲みをより抑制できる傾向にある。またフィラーのD50%を50μm以下とすることで、フィラー由来のネットワーク層をより均一に形成することができ、パッシベーション効果をより向上させることができる傾向にある。尚、印刷ムラとは、スクリーン版が半導体基板から離れる際に、一部版離れが悪い部分が生じたためにできる、組成物層の厚さが場所によりばらつく現象をいう。   The volume average particle diameter of the filler is not particularly limited, and the particle diameter when the volume-based integrated value in the particle size distribution is 50% (hereinafter also simply referred to as “particle diameter”, sometimes abbreviated as “D50%”). The thickness is preferably 0.01 μm to 50 μm, more preferably 0.01 μm to 30 μm, still more preferably 0.01 μm to 20 μm, and particularly preferably 0.01 to 10 μm. By setting D50% of the filler to 0.01 μm or more, viscosity characteristics suitable for printing can be imparted to the composition for forming a passivation layer, and printing unevenness and printing bleeding tend to be further suppressed. Moreover, by making D50% of a filler into 50 micrometers or less, it exists in the tendency which can form the network layer derived from a filler more uniformly and can improve the passivation effect more. In addition, the printing unevenness refers to a phenomenon in which the thickness of the composition layer varies depending on a location, which is caused when a part of the screen plate is badly separated when the screen plate is separated from the semiconductor substrate.

尚、フィラーの粒子径は、レーザ回折散乱法粒度分布測定装置(ベックマン・コールター株式会社、LS 13 320)によって測定される。以下に、より詳細な粒子径の測定方法を示す。測定には、フィラーを0.01g〜0.10g用い、125mlの溶剤(テルピネオール)に分散させて測定する。このとき、溶剤の屈折率を1.48、フィラーの屈折率を各物質の値に設定する(例えば、水酸化アルミニウム粒子の場合は1.57である)。上記条件で測定された粒度分布から、体積基準の積算値が50%における粒子径(D50%)を算出する。   The particle size of the filler is measured by a laser diffraction / scattering particle size distribution analyzer (Beckman Coulter, Inc., LS 13 320). Hereinafter, a more detailed method for measuring the particle diameter will be described. For the measurement, 0.01 g to 0.10 g of filler is used and dispersed in 125 ml of solvent (terpineol). At this time, the refractive index of the solvent is set to 1.48, and the refractive index of the filler is set to the value of each substance (for example, 1.57 in the case of aluminum hydroxide particles). From the particle size distribution measured under the above conditions, the particle size (D50%) when the volume-based integrated value is 50% is calculated.

上記測定方法は、原料としてのフィラーの粒度分布から粒子径を算出するものであるが、本発明のパッシベーション層形成用組成物を用いてフィラーの粒子径を測定することもできる。この場合、パッシベーション層形成用組成物1gと溶剤としてのテルピネオール9gとを混ぜ合わせ、粒子径測定サンプルとする。粒子径の測定には、上記と同様、レーザ回折散乱法粒度分布測定装置(ベックマン・コールター株式会社、LS 13 320)を用いる。この場合、上記粒子径測定サンプルを0.05g〜0.50g用い、これを、125mlの溶剤(テルピネオール)に分散させて測定する。   Although the said measuring method calculates a particle diameter from the particle size distribution of the filler as a raw material, the particle diameter of a filler can also be measured using the composition for passivation layer formation of this invention. In this case, 1 g of the composition for forming a passivation layer and 9 g of terpineol as a solvent are mixed to obtain a particle size measurement sample. For the measurement of the particle diameter, a laser diffraction scattering method particle size distribution measuring apparatus (Beckman Coulter, LS 13 320) is used as described above. In this case, 0.05 g to 0.50 g of the particle size measurement sample is used, and this is measured by dispersing it in 125 ml of a solvent (terpineol).

パッシベーション層形成用組成物中のフィラーの含有量は特に制限されない。印刷ムラ及び印刷滲みの抑制の観点から、パッシベーション層形成用組成物中に対するフィラーの含有率は、0.1質量%〜50質量%であることが好ましく、1質量%〜50質量%であることがより好ましく、2質量%〜45質量%であることが更に好ましい。   The filler content in the composition for forming a passivation layer is not particularly limited. From the viewpoint of suppressing printing unevenness and printing bleeding, the filler content in the composition for forming a passivation layer is preferably 0.1% by mass to 50% by mass, and preferably 1% by mass to 50% by mass. Is more preferable, and it is still more preferable that it is 2 mass%-45 mass%.

(液状媒体)
パッシベーション層形成用組成物は、液状媒体(溶媒又は分散媒)の少なくとも1種を含む。これによりパッシベーション層形成用組成物の液物性(粘度、表面張力等)を、半導体基板等に付与する際の付与方法に応じて必要とされる範囲に調整することができる。
(Liquid medium)
The composition for forming a passivation layer contains at least one liquid medium (solvent or dispersion medium). Thereby, the liquid physical properties (viscosity, surface tension, etc.) of the composition for forming a passivation layer can be adjusted to a required range depending on the application method when applying to a semiconductor substrate or the like.

液状媒体としては特に制限はない。液状媒体として具体的には、アセトン、メチルエチルケトン、メチル−n−プロピルケトン、メチルイソプロピルケトン、メチル−n−ブチルケトン、メチルイソブチルケトン、メチル−n−ペンチルケトン、メチル−n−ヘキシルケトン、ジエチルケトン、ジプロピルケトン、ジイソブチルケトン、トリメチルノナノン、シクロヘキサノン、シクロペンタノン、メチルシクロヘキサノン、2,4−ペンタンジオン、アセトニルアセトン等のケトン溶剤;ジエチルエーテル、メチルエチルエーテル、メチル−n−プロピルエーテル、ジイソプロピルエーテル、テトラヒドロフラン、メチルテトラヒドロフラン、ジオキサン、ジメチルジオキサン、エチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールジエチルエーテル、エチレングリコールジ−n−プロピルエーテル、エチレングリコールジブチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールメチルエチルエーテル、ジエチレングリコールメチル−n−プロピルエーテル、ジエチレングリコールメチル−n−ブチルエーテル、ジエチレングリコールジ−n−プロピルエーテル、ジエチレングリコールジ−n−ブチルエーテル、ジエチレングリコールメチル−n−ヘキシルエーテル、トリエチレングリコールジメチルエーテル、トリエチレングリコールジエチルエーテル、トリエチレングリコールメチルエチルエーテル、トリエチレングリコールメチル−n−ブチルエーテル、トリエチレングリコールジ−n−ブチルエーテル、トリエチレングリコールメチル−n−ヘキシルエーテル、テトラエチレングリコールジメチルエーテル、テトラエチレングリコールジエチルエーテル、テトラエチレングリコールメチルエチルエーテル、テトラエチレングリコールメチル−n−ブチルエーテル、テトラエチレングリコールジ−n−ブチルエーテル、テトラエチレングリコールメチル−n−ヘキシルエーテル、テトラエチレングリコールジ−n−ブチルエーテル、プロピレングリコールジメチルエーテル、プロピレングリコールジエチルエーテル、プロピレングリコールジ−n−プロピルエーテル、プロピレングリコールジブチルエーテル、ジプロピレングリコールジメチルエーテル、ジプロピレングリコールジエチルエーテル、ジプロピレングリコールメチルエチルエーテル、ジプロピレングリコールメチル−n−ブチルエーテル、ジプロピレングリコールジ−n−プロピルエーテル、ジプロピレングリコールジ−n−ブチルエーテル、ジプロピレングリコールメチル−n−ヘキシルエーテル、トリプロピレングリコールジメチルエーテル、トリプロピレングリコールジエチルエーテル、トリプロピレングリコールメチルエチルエーテル、トリプロピレングリコールメチル−n−ブチルエーテル、トリプロピレングリコールジ−n−ブチルエーテル、トリプロピレングリコールメチル−n−ヘキシルエーテル、テトラプロピレングリコールジメチルエーテル、テトラプロピレングリコールジエチルエーテル、テトラプロピレングリコールメチルエチルエーテル、テトラプロピレングリコールメチル−n−ブチルエーテル、テトラプロピレングリコールジ−n−ブチルエーテル、テトラプロピレングリコールメチル−n−ヘキシルエーテル、テトラプロピレングリコールジ−n−ブチルエーテル等のエーテル溶剤;酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸n−プロピル、酢酸イソプロピル、酢酸n−ブチル、酢酸イソブチル、酢酸sec−ブチル、酢酸n−ペンチル、酢酸sec−ペンチル、酢酸3−メトキシブチル、酢酸メチルペンチル、酢酸2−エチルブチル、酢酸2−エチルヘキシル、酢酸2−(2−ブトキシエトキシ)エチル、酢酸ベンジル、酢酸シクロヘキシル、酢酸メチルシクロヘキシル、酢酸ノニル、アセト酢酸メチル、アセト酢酸エチル、酢酸ジエチレングリコールメチルエーテル、酢酸ジエチレングリコールモノエチルエーテル、酢酸ジプロピレングリコールメチルエーテル、酢酸ジプロピレングリコールエチルエーテル、ジ酢酸グリコール、酢酸メトキシトリエチレングリコール、プロピオン酸エチル、プロピオン酸n−ブチル、プロピオン酸イソアミル、シュウ酸ジエチル、シュウ酸ジ−n−ブチル、乳酸メチル、乳酸エチル、乳酸n−ブチル、乳酸n−アミル、エチレングリコールメチルエーテルプロピオネート、エチレングリコールエチルエーテルプロピオネート、エチレングリコールメチルエーテルアセテート、エチレングリコールエチルエーテルアセテート、プロピレングリコールメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールエチルエーテルアセテート、プロピレングリコールプロピルエーテルアセテート、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン等のエステル溶剤;アセトニトリル、N−メチルピロリジノン、N−エチルピロリジノン、N−プロピルピロリジノン、N−ブチルピロリジノン、N−ヘキシルピロリジノン、N−シクロヘキシルピロリジノン、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド等の非プロトン性極性溶剤;メタノール、エタノール、n−プロパノール、イソプロパノール、n−ブタノール、イソブタノール、sec−ブタノール、t−ブタノール、n−ペンタノール、イソペンタノール、2−メチルブタノール、sec−ペンタノール、t−ペンタノール、3−メトキシブタノール、n−ヘキサノール、2−メチルペンタノール、sec−ヘキサノール、2−エチルブタノール、sec−ヘプタノール、n−オクタノール、2−エチルヘキサノール、sec−オクタノール、n−ノニルアルコール、n−デカノール、sec−ウンデシルアルコール、トリメチルノニルアルコール、sec−テトラデシルアルコール、sec−ヘプタデシルアルコール、シクロヘキサノール、メチルシクロヘキサノール、ベンジルアルコール、エチレングリコール、1,2−プロピレングリコール、1,3−ブチレングリコール、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、トリエチレングリコール、トリプロピレングリコール等のアルコール溶剤;エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノフェニルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノ−n−ブチルエーテル、ジエチレングリコールモノ−n−ヘキシルエーテル、エトキシトリグリコール、テトラエチレングリコールモノ−n−ブチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノエチルエーテル、トリプロピレングリコールモノメチルエーテル等のグリコールモノエーテル溶剤;α−テルピネン等のテルピネン、α−テルピネオール等のテルピネオール(ターピネオール)、ミルセン、アロオシメン、リモネン、ジペンテン、α−ピネン、β−ピネン、カルボン、オシメン、フェランドレン等のテルペン溶剤;水などが挙げられる。これらの液状媒体は1種類を単独で又は2種類以上を組み合わせて使用される。   There is no restriction | limiting in particular as a liquid medium. Specific examples of the liquid medium include acetone, methyl ethyl ketone, methyl n-propyl ketone, methyl isopropyl ketone, methyl n-butyl ketone, methyl isobutyl ketone, methyl n-pentyl ketone, methyl n-hexyl ketone, diethyl ketone, Ketone solvents such as dipropyl ketone, diisobutyl ketone, trimethylnonanone, cyclohexanone, cyclopentanone, methylcyclohexanone, 2,4-pentanedione, acetonylacetone; diethyl ether, methyl ethyl ether, methyl-n-propyl ether, diisopropyl Ether, tetrahydrofuran, methyltetrahydrofuran, dioxane, dimethyldioxane, ethylene glycol dimethyl ether, ethylene glycol diethyl ether, ethylene glycol Rudi-n-propyl ether, ethylene glycol dibutyl ether, diethylene glycol dimethyl ether, diethylene glycol diethyl ether, diethylene glycol methyl ethyl ether, diethylene glycol methyl n-propyl ether, diethylene glycol methyl n-butyl ether, diethylene glycol di-n-propyl ether, diethylene glycol di- n-butyl ether, diethylene glycol methyl-n-hexyl ether, triethylene glycol dimethyl ether, triethylene glycol diethyl ether, triethylene glycol methyl ethyl ether, triethylene glycol methyl-n-butyl ether, triethylene glycol di-n-butyl ether, triethylene Glycolme Ru-n-hexyl ether, tetraethylene glycol dimethyl ether, tetraethylene glycol diethyl ether, tetraethylene glycol methyl ethyl ether, tetraethylene glycol methyl n-butyl ether, tetraethylene glycol di-n-butyl ether, tetraethylene glycol methyl n- Hexyl ether, tetraethylene glycol di-n-butyl ether, propylene glycol dimethyl ether, propylene glycol diethyl ether, propylene glycol di-n-propyl ether, propylene glycol dibutyl ether, dipropylene glycol dimethyl ether, dipropylene glycol diethyl ether, dipropylene glycol methyl Ethyl ether, dipropylene glycol Cyl-n-butyl ether, dipropylene glycol di-n-propyl ether, dipropylene glycol di-n-butyl ether, dipropylene glycol methyl-n-hexyl ether, tripropylene glycol dimethyl ether, tripropylene glycol diethyl ether, tripropylene glycol methyl Ethyl ether, tripropylene glycol methyl-n-butyl ether, tripropylene glycol di-n-butyl ether, tripropylene glycol methyl-n-hexyl ether, tetrapropylene glycol dimethyl ether, tetrapropylene glycol diethyl ether, tetrapropylene glycol methyl ethyl ether, tetra Propylene glycol methyl-n-butyl ether, tetrapropylene glycol Ether solvents such as alkyl di-n-butyl ether, tetrapropylene glycol methyl-n-hexyl ether, tetrapropylene glycol di-n-butyl ether; methyl acetate, ethyl acetate, n-propyl acetate, isopropyl acetate, n-butyl acetate, isobutyl acetate Sec-butyl acetate, n-pentyl acetate, sec-pentyl acetate, 3-methoxybutyl acetate, methylpentyl acetate, 2-ethylbutyl acetate, 2-ethylhexyl acetate, 2- (2-butoxyethoxy) ethyl acetate, benzyl acetate, Cyclohexyl acetate, methyl cyclohexyl acetate, nonyl acetate, methyl acetoacetate, ethyl acetoacetate, diethylene glycol methyl ether acetate, diethylene glycol monoethyl ether acetate, dipropylene glycol methyl ether acetate Dipropylene glycol ethyl ether, glycol diacetate, methoxytriethylene glycol acetate, ethyl propionate, n-butyl propionate, isoamyl propionate, diethyl oxalate, di-n-butyl oxalate, methyl lactate, ethyl lactate, lactic acid n-butyl, n-amyl lactate, ethylene glycol methyl ether propionate, ethylene glycol ethyl ether propionate, ethylene glycol methyl ether acetate, ethylene glycol ethyl ether acetate, propylene glycol methyl ether acetate, propylene glycol ethyl ether acetate, propylene Ester solvents such as glycol propyl ether acetate, γ-butyrolactone, γ-valerolactone; acetonitrile, N-methyl Aprotic polar solvents such as pyrrolidinone, N-ethylpyrrolidinone, N-propylpyrrolidinone, N-butylpyrrolidinone, N-hexylpyrrolidinone, N-cyclohexylpyrrolidinone, N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, dimethylsulfoxide Methanol, ethanol, n-propanol, isopropanol, n-butanol, isobutanol, sec-butanol, t-butanol, n-pentanol, isopentanol, 2-methylbutanol, sec-pentanol, t-pentanol, 3-methoxybutanol, n-hexanol, 2-methylpentanol, sec-hexanol, 2-ethylbutanol, sec-heptanol, n-octanol, 2-ethylhexanol, sec-octa Nord, n-nonyl alcohol, n-decanol, sec-undecyl alcohol, trimethylnonyl alcohol, sec-tetradecyl alcohol, sec-heptadecyl alcohol, cyclohexanol, methylcyclohexanol, benzyl alcohol, ethylene glycol, 1,2- Alcohol solvents such as propylene glycol, 1,3-butylene glycol, diethylene glycol, dipropylene glycol, triethylene glycol, tripropylene glycol; ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether, ethylene glycol monophenyl ether, diethylene glycol monomethyl ether, diethylene glycol Monoethyl ether, diethylene glycol mono-n-butyl ether Glycol monoether solvents such as diethylene glycol mono-n-hexyl ether, ethoxytriglycol, tetraethylene glycol mono-n-butyl ether, propylene glycol monomethyl ether, dipropylene glycol monomethyl ether, dipropylene glycol monoethyl ether, tripropylene glycol monomethyl ether Terpinene such as α-terpinene, terpineol such as α-terpineol (terpineol), terpene solvent such as myrcene, alloocimene, limonene, dipentene, α-pinene, β-pinene, carvone, osimene, ferrandrene; water, etc. . These liquid media are used alone or in combination of two or more.

液状媒体は、半導体基板への付与性及びパターン形成性の観点から、テルペン溶剤、エステル溶剤及びアルコール溶剤からなる群より選択される少なくとも1種を含むことが好ましく、テルペン溶剤からなる群より選択される少なくとも1種を含むことがより好ましい。   The liquid medium preferably contains at least one selected from the group consisting of a terpene solvent, an ester solvent, and an alcohol solvent from the viewpoints of impartability to a semiconductor substrate and pattern formation, and is selected from the group consisting of terpene solvents. More preferably, it contains at least one of the above.

パッシベーション層形成用組成物中の、液状媒体の含有率は、付与性、パターン形成性、又は保存安定性を考慮して決定される。例えば、液状媒体の含有率は、組成物の付与性とパターン形成性の観点から、パッシベーション層形成用組成物の総質量中、5質量%〜98質量%であることが好ましく、10質量%〜95質量%であることがより好ましい。   The content rate of the liquid medium in the composition for forming a passivation layer is determined in consideration of the imparting property, pattern forming property, or storage stability. For example, the content of the liquid medium is preferably 5% by mass to 98% by mass in the total mass of the composition for forming a passivation layer, from the viewpoint of the impartability of the composition and the pattern forming property. More preferably, it is 95 mass%.

(樹脂)
パッシベーション層形成用組成物は、樹脂の少なくとも1種を含有する。樹脂を含むことで、パッシベーション層形成用組成物が半導体基板上に付与されて形成される組成物層の形状安定性がより向上し、パッシベーション層を前記組成物層が形成された領域に、所望の形状で選択的に形成することができる。
(resin)
The composition for forming a passivation layer contains at least one resin. By including a resin, the shape stability of the composition layer formed by applying the composition for forming the passivation layer on the semiconductor substrate is further improved, and the passivation layer is desired in the region where the composition layer is formed. It can be selectively formed in the shape.

樹脂の種類は特に制限されない。パッシベーション層形成用組成物を半導体基板上に付与する際に、良好なパターン形成ができる範囲に粘度調整が可能な樹脂であることが好ましい。樹脂として具体的には、ポリビニルアルコール、ポリアクリルアミド、ポリアクリルアミド誘導体、ポリビニルアミド、ポリビニルアミド誘導体、ポリビニルピロリドン、ポリエチレンオキサイド、ポリエチレンオキサイド誘導体、ポリスルホン酸、ポリアクリルアミドアルキルスルホン酸、セルロース、セルロース誘導体(カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、エチルセルロース等のセルロースエーテルなど)、ゼラチン、ゼラチン誘導体、澱粉、澱粉誘導体、アルギン酸ナトリウム、アルギン酸ナトリウム誘導体、キサンタン、キサンタン誘導体、グアーガム、グアーガム誘導体、スクレログルカン、スクレログルカン誘導体、トラガカント、トラガカント誘導体、デキストリン、デキストリン誘導体、(メタ)アクリル酸樹脂、(メタ)アクリル酸エステル樹脂(アルキル(メタ)アクリレート樹脂、ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレート樹脂等)、ブタジエン樹脂、スチレン樹脂、シロキサン樹脂、これらの共重合体などを挙げることができる。これら樹脂は1種類を単独で又は2種類以上を組み合わせて使用される。
尚、本明細書における「(メタ)アクリル酸」とは「アクリル酸」及び「メタクリル酸」の少なくとも一方を意味し、「(メタ)アクリレート」とは「アクリレート」及び「メタクリレート」の少なくとも一方を意味する。
The type of resin is not particularly limited. When the composition for forming a passivation layer is applied on a semiconductor substrate, the resin is preferably a resin whose viscosity can be adjusted within a range where a good pattern can be formed. Specific examples of the resin include polyvinyl alcohol, polyacrylamide, polyacrylamide derivatives, polyvinylamide, polyvinylamide derivatives, polyvinylpyrrolidone, polyethylene oxide, polyethylene oxide derivatives, polysulfonic acid, polyacrylamide alkylsulfonic acid, cellulose, and cellulose derivatives (carboxymethylcellulose). , Cellulose ethers such as hydroxyethyl cellulose and ethyl cellulose), gelatin, gelatin derivatives, starch, starch derivatives, sodium alginate, sodium alginate derivatives, xanthan, xanthan derivatives, guar gum, guar gum derivatives, scleroglucan, scleroglucan derivatives, tragacanth, Tragacanth derivative, dextrin, dextrin derivative, (meta) Examples include crylic acid resin, (meth) acrylic acid ester resin (alkyl (meth) acrylate resin, dimethylaminoethyl (meth) acrylate resin, etc.), butadiene resin, styrene resin, siloxane resin, and copolymers thereof. . These resins are used alone or in combination of two or more.
In the present specification, “(meth) acrylic acid” means at least one of “acrylic acid” and “methacrylic acid”, and “(meth) acrylate” means at least one of “acrylate” and “methacrylate”. means.

これらの樹脂のなかでも、保存安定性とパターン形成性の観点から、酸性及び塩基性の官能基を有さない中性樹脂を用いることが好ましく、含有量が少量の場合においても容易に粘度及びチキソ性を調節できる観点から、エチルセルロール等のセルロース誘導体を用いることがより好ましい。   Among these resins, from the viewpoint of storage stability and pattern formation, it is preferable to use a neutral resin having no acidic or basic functional group, and even when the content is small, viscosity and From the viewpoint of adjusting thixotropy, it is more preferable to use a cellulose derivative such as ethyl cellulose.

また、樹脂の分子量は特に制限されず、パッシベーション層形成用組成物としての所望の粘度を鑑みて適宜調整することが好ましい。樹脂の重量平均分子量は、保存安定性とパターン形成性の観点から、1,000〜10,000,000であることが好ましく、1,000〜5,000,000であることがより好ましい。尚、樹脂の重量平均分子量はGPC(ゲルパーミエーションクロマトグラフィー)を用いて測定される分子量分布から標準ポリスチレンの検量線を使用して換算して求められる。検量線は、標準ポリスチレンの5サンプルセット(PStQuick MP−H、PStQuick B[東ソー株式会社、商品名])を用いて3次式で近似する。GPCの測定条件を以下に示す。   Further, the molecular weight of the resin is not particularly limited, and it is preferable to adjust appropriately in view of the desired viscosity as the composition for forming a passivation layer. The weight average molecular weight of the resin is preferably 1,000 to 10,000,000, and more preferably 1,000 to 5,000,000, from the viewpoints of storage stability and pattern formation. In addition, the weight average molecular weight of resin is calculated | required by converting using the analytical curve of a standard polystyrene from the molecular weight distribution measured using GPC (gel permeation chromatography). The calibration curve is approximated by a cubic equation using a standard polystyrene 5 sample set (PStQuick MP-H, PStQuick B [Tosoh Corporation, trade name]). The measurement conditions for GPC are shown below.

装置:(ポンプ:L−2130型[株式会社日立ハイテクノロジーズ])
(検出器:L−2490型RI[株式会社日立ハイテクノロジーズ])
(カラムオーブン:L−2350[株式会社日立ハイテクノロジーズ])
カラム:Gelpack GL−R440 + Gelpack GL−R450 + Gelpack GL−R400M(計3本)(日立化成株式会社、商品名)
カラムサイズ:10.7mm(内径)×300mm
溶離液:テトラヒドロフラン
試料濃度:10mg/2mL
注入量:200μL
流量:2.05mL/分
測定温度:25℃
Device: (Pump: L-2130 [Hitachi High-Technologies Corporation])
(Detector: L-2490 RI [Hitachi High-Technologies Corporation])
(Column oven: L-2350 [Hitachi High-Technologies Corporation])
Column: Gelpack GL-R440 + Gelpack GL-R450 + Gelpack GL-R400M (3 in total) (Hitachi Chemical Co., Ltd., trade name)
Column size: 10.7 mm (inner diameter) x 300 mm
Eluent: Tetrahydrofuran Sample concentration: 10 mg / 2 mL
Injection volume: 200 μL
Flow rate: 2.05 mL / min Measurement temperature: 25 ° C

パッシベーション層形成用組成物中の樹脂の含有率は、必要に応じて適宜選択することができる。例えば、樹脂の含有率は、パッシベーション層形成用組成物の総質量中に0.1質量%〜50質量%であることが好ましい。パターン形成をより容易にするようなチキソ性を発現させる観点から、樹脂の含有率は0.2質量%〜25質量%であることがより好ましく、0.5質量%〜20質量%であることが更に好ましく、0.5質量%〜15質量%であることが特に好ましい。
パッシベーション層形成用組成物では、保存安定性、パターン形成性及び印刷性を向上させる観点から、パッシベーション層形成用組成物中の液状媒体及び樹脂の総含有率が、5質量%〜98質量%であることが好ましい。
The content of the resin in the composition for forming a passivation layer can be appropriately selected as necessary. For example, the resin content is preferably 0.1% by mass to 50% by mass in the total mass of the composition for forming a passivation layer. From the viewpoint of expressing thixotropy that facilitates pattern formation, the resin content is more preferably 0.2% by mass to 25% by mass, and 0.5% by mass to 20% by mass. Is more preferable, and it is particularly preferably 0.5% by mass to 15% by mass.
In the composition for forming a passivation layer, the total content of the liquid medium and the resin in the composition for forming a passivation layer is 5% by mass to 98% by mass from the viewpoint of improving storage stability, pattern forming property, and printability. Preferably there is.

(一般式(II)で表される化合物)
パッシベーション層形成用組成物は、前記一般式(II)で表される化合物(以下、「有機アルミニウム化合物」ともいう)の少なくとも1種を含有してもよい。パッシベーション層形成用組成物が有機アルミニウム化合物を含むことで、パッシベーション効果を更に向上させることができる。これは、以下のようにして考えることができる。
(Compound represented by formula (II))
The composition for forming a passivation layer may contain at least one compound represented by the general formula (II) (hereinafter also referred to as “organoaluminum compound”). When the composition for forming a passivation layer contains an organoaluminum compound, the passivation effect can be further improved. This can be considered as follows.

有機アルミニウム化合物は、アルミニウムアルコキシド、アルミニウムキレート等と呼ばれる化合物を包含し、アルミニウムアルコキシド構造に加えてアルミニウムキレート構造を有していることが好ましい。また、Nippon Seramikkusu Kyokai Gakujitsu Ronbunshi, vol.97, pp369-399(1989)にも記載されているように、有機アルミニウム化合物は熱処理(焼成)により酸化アルミニウム(Al)となる。このとき、形成された酸化アルミニウムはアモルファス状態となりやすいため、4配位酸化アルミニウム層が半導体基板との界面付近に形成されやすく、4配位酸化アルミニウムに起因する大きな負の固定電荷をもつことができると考えられる。このとき、固定電荷を持つ特定の金属アルコキシド化合物由来の酸化物と複合化することで、結果として優れたパッシベーション効果を有するパッシベーション層を形成することができるものと考えられる。The organoaluminum compound includes compounds called aluminum alkoxide, aluminum chelate and the like, and preferably has an aluminum chelate structure in addition to the aluminum alkoxide structure. Further, as described in Nippon Seramikkusu Kyokai Gakujitsu Ronbunshi, vol. 97, pp369-399 (1989), the organoaluminum compound becomes aluminum oxide (Al 2 O 3 ) by heat treatment (firing). At this time, since the formed aluminum oxide is likely to be in an amorphous state, a four-coordinate aluminum oxide layer is easily formed in the vicinity of the interface with the semiconductor substrate, and may have a large negative fixed charge due to the four-coordinate aluminum oxide. It is considered possible. At this time, it is considered that a passivation layer having an excellent passivation effect can be formed by compounding with an oxide derived from a specific metal alkoxide compound having a fixed charge.

一般式(II)において、Rはそれぞれ独立して炭素数1〜8のアルキル基を表し、炭素数1〜4のアルキル基であることが好ましい。Rで表されるアルキル基は直鎖状であっても分岐鎖状であってもよい。Rで表されるアルキル基として具体的には、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、sec−ブチル基、t−ブチル基、ヘキシル基、オクチル基、2−エチルヘキシル基、3−エチルヘキシル基等を挙げることができる。中でもRで表されるアルキル基は、保存安定性とパッシベーション効果の観点から、炭素数1〜8の無置換のアルキル基であることが好ましく、炭素数1〜4の無置換のアルキル基であることがより好ましい。In general formula (II), R 2 each independently represents an alkyl group having 1 to 8 carbon atoms is preferably an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms. The alkyl group represented by R 2 may be linear or branched. Specific examples of the alkyl group represented by R 2 include methyl group, ethyl group, propyl group, isopropyl group, butyl group, isobutyl group, sec-butyl group, t-butyl group, hexyl group, octyl group, 2- Examples thereof include an ethylhexyl group and a 3-ethylhexyl group. Among them, the alkyl group represented by R 2 is preferably an unsubstituted alkyl group having 1 to 8 carbon atoms from the viewpoint of storage stability and a passivation effect, and is an unsubstituted alkyl group having 1 to 4 carbon atoms. More preferably.

一般式(II)において、nは0〜3の整数を表わす。nは保存安定性の観点から、1〜3の整数であることが好ましく、1又は3であることがより好ましい。またX及びXはそれぞれ独立して酸素原子又はメチレン基を表す。保存安定性の観点から、X及びXの少なくとも一方は酸素原子であることが好ましい。In general formula (II), n represents an integer of 0 to 3. From the viewpoint of storage stability, n is preferably an integer of 1 to 3, and more preferably 1 or 3. X 2 and X 3 each independently represent an oxygen atom or a methylene group. From the viewpoint of storage stability, at least one of X 2 and X 3 is preferably an oxygen atom.

一般式(II)におけるR、R及びRはそれぞれ独立して水素原子又は炭素数1〜8のアルキル基を表す。R、R及びRで表されるアルキル基は直鎖状であっても分岐鎖状であってもよい。R、R及びRで表されるアルキル基は、置換基を有していても、無置換であってもよく、無置換であることが好ましい。R、R及びRで表されるアルキル基としては、炭素数1〜8のアルキル基であり、炭素数1〜4のアルキル基であることが好ましい。R、R及びRで表されるアルキル基として具体的には、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、sec−ブチル基、t−ブチル基、ヘキシル基、オクチル基、エチルヘキシル基等を挙げることができる。R 3 , R 4 and R 5 in the general formula (II) each independently represent a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 8 carbon atoms. The alkyl group represented by R 3 , R 4 and R 5 may be linear or branched. The alkyl group represented by R 3 , R 4 and R 5 may have a substituent or may be unsubstituted, and is preferably unsubstituted. The alkyl group represented by R 3 , R 4 and R 5 is an alkyl group having 1 to 8 carbon atoms, and preferably an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms. Specific examples of the alkyl group represented by R 3 , R 4 and R 5 include a methyl group, an ethyl group, a propyl group, an isopropyl group, a butyl group, an isobutyl group, a sec-butyl group, a t-butyl group, and a hexyl group. Octyl group, ethylhexyl group and the like.

中でも保存安定性とパッシベーション効果の観点から、一般式(II)におけるR及びRはそれぞれ独立して、水素原子又は炭素数1〜8の無置換のアルキル基であることが好ましく、水素原子又は炭素数1〜4の無置換のアルキル基であることがより好ましい。
また、一般式(II)におけるRは、保存安定性とパッシベーション効果の観点から、水素原子又は炭素数1〜8の無置換のアルキル基であることが好ましく、水素原子又は炭素数1〜4の無置換のアルキル基であることがより好ましい。
Among these, from the viewpoint of storage stability and a passivation effect, R 3 and R 4 in the general formula (II) are preferably each independently a hydrogen atom or an unsubstituted alkyl group having 1 to 8 carbon atoms. Or it is more preferable that it is a C1-C4 unsubstituted alkyl group.
In addition, R 5 in the general formula (II) is preferably a hydrogen atom or an unsubstituted alkyl group having 1 to 8 carbon atoms from the viewpoint of storage stability and a passivation effect, and is preferably a hydrogen atom or 1 to 4 carbon atoms. The unsubstituted alkyl group is more preferable.

一般式(II)で表される化合物は、保存安定性の観点から、nが1〜3であり、Rがそれぞれ独立して水素原子又は炭素数1〜4のアルキル基である化合物であることが好ましい。The compound represented by the general formula (II) is a compound in which n is 1 to 3 and R 5 is independently a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms from the viewpoint of storage stability. It is preferable.

一般式(II)で表される化合物は、保存安定性とパッシベーション効果の観点から、nが0であり、Rがそれぞれ独立して炭素数1〜4のアルキル基である化合物、並びにnが1〜3であり、Rがそれぞれ独立して炭素数1〜4のアルキル基であり、X及びXの少なくとも一方が酸素原子であり、R及びRがそれぞれ独立して水素原子又は炭素数1〜4のアルキル基であり、Rがそれぞれ独立して水素原子又は炭素数1〜4のアルキル基である化合物からなる群より選択される少なくとも1種であることが好ましい。
より好ましくは、一般式(II)で表される化合物は、nが0であり、Rがそれぞれ独立して炭素数1〜4の無置換のアルキル基である化合物、並びにnが1〜3であり、Rがそれぞれ独立して炭素数1〜4の無置換のアルキル基であり、X及びXの少なくとも一方が酸素原子であり、前記酸素原子に結合するR又はRが炭素数1〜4のアルキル基であり、X又はXがメチレン基の場合、前記メチレン基に結合するR又はRが水素原子であり、Rが水素原子である化合物からなる群より選択される少なくとも1種である。
The compound represented by the general formula (II) is a compound in which n is 0, R 2 is each independently an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, and n is from the viewpoint of storage stability and a passivation effect. 1 to 3, R 2 is independently an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, at least one of X 2 and X 3 is an oxygen atom, and R 3 and R 4 are each independently a hydrogen atom. or an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, it is preferably at least one R 5 is selected from each independently consisting of a hydrogen atom or an alkyl group is a compound having 1 to 4 carbon atoms in the group.
More preferably, in the compound represented by the general formula (II), n is 0, R 2 is each independently an unsubstituted alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, and n is 1 to 3 R 2 is each independently an unsubstituted alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, at least one of X 2 and X 3 is an oxygen atom, and R 3 or R 4 bonded to the oxygen atom is A group consisting of a compound having an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms and when X 2 or X 3 is a methylene group, R 3 or R 4 bonded to the methylene group is a hydrogen atom, and R 5 is a hydrogen atom; It is at least one selected from more.

一般式(II)で表され、nが0の有機アルミニウム化合物であるアルミニウムトリアルコキシドとして具体的には、トリメトキシアルミニウム、トリエトキシアルミニウム、トリイソプロポキシアルミニウム、トリsec−ブトキシアルミニウム、モノsec−ブトキシ−ジイソプロポキシアルミニウム、トリt−ブトキシアルミニウム、トリn−ブトキシアルミニウム等を挙げることができる。   Specific examples of the aluminum trialkoxide, which is an organoaluminum compound represented by the general formula (II) and n is 0, include trimethoxyaluminum, triethoxyaluminum, triisopropoxyaluminum, trisec-butoxyaluminum, monosec-butoxy -Diisopropoxyaluminum, tri-t-butoxyaluminum, tri-n-butoxyaluminum, etc. can be mentioned.

また一般式(II)で表され、nが1〜3である有機アルミニウム化合物として具体的には、アルミニウムエチルアセトアセテートジイソプロピレート、トリス(エチルアセトアセタト)アルミニウム等を挙げることができる。   Specific examples of the organoaluminum compound represented by the general formula (II) where n is 1 to 3 include aluminum ethyl acetoacetate diisopropylate and tris (ethyl acetoacetate) aluminum.

また一般式(II)で表され、nが1〜3である有機アルミニウム化合物は、調製したものを用いても、市販品を用いてもよい。市販品としては例えば、川研ファインケミカル株式会社の商品名、ALCH、ALCH−50F、ALCH−75、ALCH−TR、ALCH−TR−20等を挙げることができる。   Moreover, as the organoaluminum compound represented by the general formula (II) and n is 1 to 3, a prepared product or a commercially available product may be used. Examples of commercially available products include Kawaken Fine Chemical Co., Ltd. trade names, ALCH, ALCH-50F, ALCH-75, ALCH-TR, ALCH-TR-20, and the like.

また一般式(II)で表され、nが1〜3である有機アルミニウム化合物は、アルミニウムトリアルコキシドと、2つのカルボニル基を有する特定構造の化合物とを混合することで調製することができる。また市販されているアルミニウムキレート化合物を用いてもよい。   The organoaluminum compound represented by the general formula (II) and n is 1 to 3 can be prepared by mixing an aluminum trialkoxide and a compound having a specific structure having two carbonyl groups. A commercially available aluminum chelate compound may also be used.

アルミニウムトリアルコキシドと、2つのカルボニル基を有する特定構造の化合物とを混合すると、アルミニウムトリアルコキシドのアルコキシド基の少なくとも一部が特定構造の化合物と置換して、アルミニウムキレート構造を形成する。このとき必要に応じて、液状媒体が存在してもよく、また加熱処理、触媒の添加等を行ってもよい。アルミニウムアルコキシド構造の少なくとも一部がアルミニウムキレート構造に置換されることで、有機アルミニウム化合物の加水分解及び重合反応に対する安定性が向上し、これを含むパッシベーション層形成用組成物の保存安定性がより向上する。   When an aluminum trialkoxide and a compound having a specific structure having two carbonyl groups are mixed, at least a part of the alkoxide group of the aluminum trialkoxide is substituted with the compound having the specific structure to form an aluminum chelate structure. At this time, if necessary, a liquid medium may be present, or heat treatment, addition of a catalyst, and the like may be performed. By replacing at least a part of the aluminum alkoxide structure with the aluminum chelate structure, the stability of the organoaluminum compound to hydrolysis and polymerization reaction is improved, and the storage stability of the composition for forming a passivation layer containing this is further improved. To do.

2つのカルボニル基を有する特定構造の化合物としては、反応性と保存安定性の観点から、β−ジケトン化合物、β−ケトエステル化合物及びマロン酸ジエステルからなる群より選択される少なくとも1種であることが好ましい。   The compound having a specific structure having two carbonyl groups may be at least one selected from the group consisting of a β-diketone compound, a β-ketoester compound, and a malonic acid diester from the viewpoint of reactivity and storage stability. preferable.

β−ジケトン化合物として具体的には、アセチルアセトン、3−メチル−2,4−ペンタンジオン、2,3−ペンタンジオン、3−エチル−2,4−ペンタンジオン、3−ブチル−2,4−ペンタンジオン、2,2,6,6−テトラメチル−3,5−ヘプタンジオン、2,6−ジメチル−3,5−ヘプタンジオン、6−メチル−2,4−ヘプタンジオン等を挙げることができる。   Specific examples of the β-diketone compound include acetylacetone, 3-methyl-2,4-pentanedione, 2,3-pentanedione, 3-ethyl-2,4-pentanedione, and 3-butyl-2,4-pentane. Examples include dione, 2,2,6,6-tetramethyl-3,5-heptanedione, 2,6-dimethyl-3,5-heptanedione, 6-methyl-2,4-heptanedione, and the like.

β−ケトエステル化合物として具体的には、アセト酢酸メチル、アセト酢酸エチル、アセト酢酸プロピル、アセト酢酸イソブチル、アセト酢酸ブチル、アセト酢酸t−ブチル、アセト酢酸ペンチル、アセト酢酸イソペンチル、アセト酢酸ヘキシル、アセト酢酸n−オクチル、アセト酢酸ヘプチル、アセト酢酸3−ペンチル、2−アセチルヘプタン酸エチル、2−ブチルアセト酢酸エチル、4,4−ジメチル−3−オキソ吉草酸エチル、4−メチル−3−オキソ吉草酸エチル、2−エチルアセト酢酸エチル、ヘキシルアセト酢酸エチル、4−メチル−3−オキソ吉草酸メチル、アセト酢酸イソプロピル、3−オキソヘキサン酸エチル、3−オキソ吉草酸エチル、3−オキソ吉草酸メチル、3−オキソヘキサン酸メチル、2−メチルアセト酢酸エチル、3−オキソヘプタン酸エチル、3−オキソヘプタン酸メチル、4,4−ジメチル−3−オキソ吉草酸メチル等を挙げることができる。   Specific examples of β-ketoester compounds include methyl acetoacetate, ethyl acetoacetate, propyl acetoacetate, isobutyl acetoacetate, butyl acetoacetate, t-butyl acetoacetate, pentyl acetoacetate, isopentyl acetoacetate, hexyl acetoacetate, acetoacetic acid n-octyl, heptyl acetoacetate, 3-pentyl acetoacetate, ethyl 2-acetylheptanoate, ethyl 2-butylacetoacetate, ethyl 4,4-dimethyl-3-oxovalerate, ethyl 4-methyl-3-oxovalerate , Ethyl 2-ethylacetoacetate, ethyl hexylacetoacetate, methyl 4-methyl-3-oxovalerate, isopropyl acetoacetate, ethyl 3-oxohexanoate, ethyl 3-oxovalerate, methyl 3-oxovalerate, 3- Methyl oxohexanoate, 2-methylacetoacetate Le, ethyl 3-oxo heptanoic acid, 3-oxo heptanoic acid methyl, can be mentioned 4,4-dimethyl-3-oxo-valerate, such as methyl.

マロン酸ジエステルとして具体的には、マロン酸ジメチル、マロン酸ジエチル、マロン酸ジプロピル、マロン酸ジイソプロピル、マロン酸ジブチル、マロン酸ジ−t−ブチル、マロン酸ジヘキシル、マロン酸t−ブチルエチル、メチルマロン酸ジエチル、エチルマロン酸ジエチル、イソプロピルマロン酸ジエチル、ブチルマロン酸ジエチル、sec−ブチルマロン酸ジエチル、イソブチルマロン酸ジエチル、1−メチルブチルマロン酸ジエチル等を挙げることができる。   Specific examples of the malonic acid diester include dimethyl malonate, diethyl malonate, dipropyl malonate, diisopropyl malonate, dibutyl malonate, di-t-butyl malonate, dihexyl malonate, t-butylethyl malonate, methyl malonate Examples include diethyl, diethyl ethylmalonate, diethyl isopropylmalonate, diethyl butylmalonate, diethyl sec-butylmalonate, diethyl isobutylmalonate, diethyl 1-methylbutylmalonate, and the like.

有機アルミニウム化合物がアルミニウムキレート構造を有する場合、アルミニウムキレート構造の数は1〜3であれば特に制限されない。中でも、保存安定性の観点から、1又は3であることが好ましく、溶解度の観点から、1であることがより好ましい。アルミニウムキレート構造の数は、例えば、アルミニウムトリアルコキシドと、2つのカルボニル基を有する特定構造の化合物とを混合する比率を適宜調整することで制御することができる。また市販のアルミニウムキレート化合物から所望の構造を有する化合物を適宜選択してもよい。   When the organoaluminum compound has an aluminum chelate structure, the number of aluminum chelate structures is not particularly limited as long as it is 1 to 3. Among these, 1 or 3 is preferable from the viewpoint of storage stability, and 1 is more preferable from the viewpoint of solubility. The number of aluminum chelate structures can be controlled, for example, by appropriately adjusting the ratio of mixing aluminum trialkoxide and a compound having a specific structure having two carbonyl groups. Moreover, you may select suitably the compound which has a desired structure from a commercially available aluminum chelate compound.

一般式(II)で表される化合物のうち、パッシベーション効果及び液状媒体との相溶性の観点から、具体的にはアルミニウムエチルアセトアセテートジイソプロピレート及びトリイソプロポキシアルミニウムからなる群より選択される少なくとも1種を用いることが好ましく、アルミニウムエチルアセトアセテートジイソプロピレートを用いることがより好ましい。   Of the compounds represented by the general formula (II), at least selected from the group consisting of aluminum ethylacetoacetate diisopropylate and triisopropoxyaluminum from the viewpoint of the passivation effect and compatibility with the liquid medium One type is preferably used, and aluminum ethyl acetoacetate diisopropylate is more preferably used.

有機アルミニウム化合物におけるアルミニウムキレート構造の存在は、通常用いられる分析方法で確認することができる。例えば、赤外分光スペクトル、核磁気共鳴スペクトル、融点等を用いて確認することができる。   The presence of the aluminum chelate structure in the organoaluminum compound can be confirmed by a commonly used analytical method. For example, it can be confirmed using an infrared spectrum, a nuclear magnetic resonance spectrum, a melting point, or the like.

有機アルミニウム化合物は、液状であっても固体であってもよく、特に制限はない。パッシベーション効果と保存安定性の観点から、常温(25℃)での安定性、及び溶解性又は分散性が良好な有機アルミニウム化合物であることが好ましい。このような特定有機アルミニウム化合物を用いることで、形成されるパッシベーション層の均質性がより向上し、所望のパッシベーション効果を安定的に得ることができる。   The organoaluminum compound may be liquid or solid and is not particularly limited. From the viewpoint of the passivation effect and storage stability, an organoaluminum compound having favorable stability at room temperature (25 ° C.) and good solubility or dispersibility is preferable. By using such a specific organoaluminum compound, the homogeneity of the formed passivation layer can be further improved, and a desired passivation effect can be stably obtained.

パッシベーション層形成用組成物が有機アルミニウム化合物を含む場合、有機アルミニウム化合物の含有率は、必要に応じて適宜選択することができる。特定の金属アルコキシド化合物及び有機アルミニウム化合物の総含有率は、保存安定性とパッシベーション効果の観点から、パッシベーション層形成用組成物中に0.1質量%〜80質量%とすることができ、0.1質量%〜50質量%であることが好ましく、0.1質量%〜45質量%であることがより好ましく、0.5質量%〜45質量%であることが更に好ましく、1質量%〜40質量%であることが特に好ましい。   When the composition for forming a passivation layer contains an organoaluminum compound, the content of the organoaluminum compound can be appropriately selected as necessary. The total content of the specific metal alkoxide compound and the organoaluminum compound can be 0.1% by mass to 80% by mass in the composition for forming a passivation layer from the viewpoint of storage stability and a passivation effect. It is preferably 1% by mass to 50% by mass, more preferably 0.1% by mass to 45% by mass, still more preferably 0.5% by mass to 45% by mass, and 1% by mass to 40%. It is particularly preferable that the content is% by mass.

(その他の成分)
パッシベーション層形成用組成物は、酸性化合物又は塩基性化合物を含有してもよい。パッシベーション層形成用組成物が酸性化合物又は塩基性化合物を含有する場合、保存安定性の観点から、酸性化合物又は塩基性化合物の含有率が、パッシベーション層形成用組成物中にそれぞれ1質量%以下であることが好ましく、0.1質量%以下であることがより好ましい。
(Other ingredients)
The composition for forming a passivation layer may contain an acidic compound or a basic compound. When the composition for forming a passivation layer contains an acidic compound or a basic compound, from the viewpoint of storage stability, the content of the acidic compound or the basic compound is 1% by mass or less in the composition for forming a passivation layer, respectively. It is preferable that the content is 0.1% by mass or less.

酸性化合物としては、ブレンステッド酸及びルイス酸を挙げることができる。具体的には塩酸、硝酸等の無機酸、酢酸等の有機酸などを挙げることができる。塩基性化合物としては、ブレンステッド塩基及びルイス塩基を挙げることができる。具体的には、塩基性化合物としては、アルカリ金属水酸化物、アルカリ土類金属水酸化物等の無機塩基;トリアルキルアミン、ピリジン等の有機塩基などを挙げることができる。   Examples of acidic compounds include Bronsted acid and Lewis acid. Specific examples include inorganic acids such as hydrochloric acid and nitric acid, and organic acids such as acetic acid. Examples of basic compounds include Bronsted bases and Lewis bases. Specifically, examples of the basic compound include inorganic bases such as alkali metal hydroxides and alkaline earth metal hydroxides; organic bases such as trialkylamine and pyridine.

<パッシベーション層付半導体基板>
本発明のパッシベーション層付半導体基板は、半導体基板と、前記半導体基板上の全面又は一部に設けられた前記パッシベーション層形成用組成物の熱処理物であるパッシベーション層(焼成物層)とを有する。パッシベーション層付半導体基板は、前記パッシベーション層形成用組成物の熱処理物層(焼成物層)であるパッシベーション層を有することで優れたパッシベーション効果を示す。
<Semiconductor substrate with passivation layer>
The semiconductor substrate with a passivation layer of the present invention includes a semiconductor substrate and a passivation layer (baked product layer) that is a heat treatment product of the composition for forming a passivation layer provided on the entire surface or a part of the semiconductor substrate. The semiconductor substrate with a passivation layer exhibits an excellent passivation effect by having a passivation layer that is a heat-treated product layer (baked product layer) of the composition for forming a passivation layer.

半導体基板は特に制限されず、目的に応じて通常用いられるものから適宜選択することができる。半導体基板としては、シリコン、ゲルマニウム等にp型不純物又はn型不純物をドープ(拡散)したものが挙げられる。中でも、半導体基板としてはシリコン基板であることが好ましい。半導体基板は、p型半導体基板であっても、n型半導体基板であってもよい。中でもパッシベーション効果の観点から、パッシベーション層が形成される面がp型層である半導体基板であることが好ましい。半導体基板上のp型層は、p型半導体基板に由来するp型層であっても、p型拡散層又はp型拡散層として、n型半導体基板又はp型半導体基板上に形成されたものであってもよい。The semiconductor substrate is not particularly limited, and can be appropriately selected from those usually used according to the purpose. Examples of the semiconductor substrate include those obtained by doping (diffusing) p-type impurities or n-type impurities into silicon, germanium, or the like. In particular, the semiconductor substrate is preferably a silicon substrate. The semiconductor substrate may be a p-type semiconductor substrate or an n-type semiconductor substrate. Among these, from the viewpoint of the passivation effect, it is preferable that the surface on which the passivation layer is formed is a semiconductor substrate having a p-type layer. Even if the p-type layer on the semiconductor substrate is a p-type layer derived from the p-type semiconductor substrate, the p-type layer is formed on the n-type semiconductor substrate or the p-type semiconductor substrate as a p-type diffusion layer or a p + -type diffusion layer. It may be a thing.

半導体基板の厚みは特に制限されず、目的に応じて適宜選択することができる。例えば、半導体基板の厚みは50μm〜1000μmとすることができ、75μm〜750μmであることが好ましい。   The thickness in particular of a semiconductor substrate is not restrict | limited, According to the objective, it can select suitably. For example, the thickness of the semiconductor substrate can be 50 μm to 1000 μm, and preferably 75 μm to 750 μm.

半導体基板上に形成されたパッシベーション層の厚みは特に制限されず、目的に応じて適宜選択することができる。例えば、パッシベーション層の平均厚みは5nm〜50μmであることが好ましく、10nm〜30μmであることが好ましく、15nm〜20μmであることが更に好ましい。   The thickness of the passivation layer formed on the semiconductor substrate is not particularly limited and can be appropriately selected depending on the purpose. For example, the average thickness of the passivation layer is preferably 5 nm to 50 μm, preferably 10 nm to 30 μm, and more preferably 15 nm to 20 μm.

パッシベーション層付半導体基板は、太陽電池素子、発光ダイオード素子等に適用することができる。例えば、パッシベーション層付半導体基板を太陽電池素子に適用することで、変換効率に優れた太陽電池素子及び太陽電池を得ることができる。パッシベーション層付半導体基板を太陽電池素子に適用する場合、パッシベーション層は太陽電池素子の受光面側及び裏面側のいずれに設けられてもよい。また、パッシベーション層は太陽電池素子の側面側に設けられてもよい。   The semiconductor substrate with a passivation layer can be applied to a solar cell element, a light emitting diode element, or the like. For example, a solar cell element and a solar cell excellent in conversion efficiency can be obtained by applying a semiconductor substrate with a passivation layer to a solar cell element. When the semiconductor substrate with a passivation layer is applied to a solar cell element, the passivation layer may be provided on either the light receiving surface side or the back surface side of the solar cell element. Moreover, the passivation layer may be provided on the side surface side of the solar cell element.

<パッシベーション層付半導体基板の製造方法>
本発明のパッシベーション層付半導体基板の製造方法は、半導体基板上の全面又は一部に、前記パッシベーション層形成用組成物を付与して組成物層を形成する工程と、前記組成物層を熱処理(焼成)してパッシベーション層を形成する工程とを有する。前記製造方法は必要に応じてその他の工程を更に含んでいてもよい。
<Method for manufacturing semiconductor substrate with passivation layer>
The method for producing a semiconductor substrate with a passivation layer according to the present invention includes a step of forming the composition layer by applying the composition for forming a passivation layer on the entire surface or a part of the semiconductor substrate, and heat-treating the composition layer ( Firing) to form a passivation layer. The manufacturing method may further include other steps as necessary.

本発明のパッシベーション層形成用組成物を用いることで、印刷滲みを抑制し、パッシベーション層を簡便な手法で所望の形状に形成することができる。また、本発明のパッシベーション層形成用組成物を用いることで、パッシベーション効果に優れたパッシベーション層を、半導体基板の付与面に、より均質に形成することができる。   By using the composition for forming a passivation layer of the present invention, printing bleeding can be suppressed and the passivation layer can be formed into a desired shape by a simple method. Moreover, the passivation layer excellent in the passivation effect can be more uniformly formed on the application surface of the semiconductor substrate by using the composition for forming a passivation layer of the present invention.

パッシベーション層付半導体基板としては、パッシベーション層付半導体基板で説明したものを使用することができ、好適に使用できるものも同様である。   As the semiconductor substrate with a passivation layer, those described for the semiconductor substrate with a passivation layer can be used, and those that can be suitably used are also the same.

パッシベーション層付半導体基板の製造方法は、組成物層を形成する工程の前に、半導体基板上にアルカリ水溶液を付与する工程を更に有することが好ましい。すなわち、半導体基板上にパッシベーション層形成用組成物を付与する前に、半導体基板の表面をアルカリ水溶液で洗浄することが好ましい。アルカリ水溶液で洗浄することで、半導体基板表面に存在する有機物、パーティクル等を除去することができ、パッシベーション効果がより向上する。   It is preferable that the manufacturing method of the semiconductor substrate with a passivation layer further has the process of providing aqueous alkali solution on a semiconductor substrate before the process of forming a composition layer. That is, it is preferable to wash the surface of the semiconductor substrate with an alkaline aqueous solution before applying the composition for forming a passivation layer on the semiconductor substrate. By washing with an alkaline aqueous solution, organic substances, particles, and the like present on the surface of the semiconductor substrate can be removed, and the passivation effect is further improved.

アルカリ水溶液による洗浄の方法としては、一般的に知られているRCA洗浄等を例示することができる。例えば、アンモニア水−過酸化水素水の混合溶液に半導体基板を浸し、60℃〜80℃で処理することで、半導体基板の表面から有機物及びパーティクルを除去し、半導体基板を洗浄することできる。洗浄時間は、10秒〜10分間であることが好ましく、30秒〜5分間であることがより好ましい。   As a method for cleaning with an alkaline aqueous solution, generally known RCA cleaning and the like can be exemplified. For example, the semiconductor substrate is immersed in a mixed solution of aqueous ammonia and hydrogen peroxide and treated at 60 ° C. to 80 ° C., whereby organic substances and particles are removed from the surface of the semiconductor substrate, and the semiconductor substrate can be cleaned. The cleaning time is preferably 10 seconds to 10 minutes, and more preferably 30 seconds to 5 minutes.

半導体基板上にパッシベーション層形成用組成物を付与して組成物層を形成する方法には、特に制限はない。例えば、公知の付与方法等を用いて、半導体基板上にパッシベーション層形成用組成物を付与する方法を挙げることができる。具体的には、付与方法として、スクリーン印刷、インクジェット法、ディスペンサー法等を挙げることができ、生産性の観点から、スクリーン印刷が好ましい。   There is no particular limitation on the method of forming the composition layer by applying the passivation layer forming composition on the semiconductor substrate. For example, a method for applying a composition for forming a passivation layer on a semiconductor substrate using a known application method or the like can be mentioned. Specifically, examples of the application method include screen printing, an ink jet method, a dispenser method, and the like. From the viewpoint of productivity, screen printing is preferable.

パッシベーション層形成用組成物の付与量は、目的に応じて適宜選択することができる。例えば、形成されるパッシベーション層の厚さが、後述する所望の厚さとなるように、パッシベーション層形成用組成物の付与量を適宜調整することができる。   The application amount of the composition for forming a passivation layer can be appropriately selected according to the purpose. For example, the application amount of the composition for forming a passivation layer can be appropriately adjusted so that the thickness of the formed passivation layer becomes a desired thickness described later.

パッシベーション層形成用組成物をスクリーン印刷によって付与する場合、パッシベーション層形成用組成物の粘度は、0.01Pa・s〜10000Pa・sとすることができる。中でもパターン形成性の観点から、パッシベーション層形成用組成物の粘度は0.1Pa・s〜1000Pa・sであることが好ましい。尚、粘度は、回転式せん断粘度計を用いて、25℃、せん断速度1.0s−1で測定される。When the composition for forming a passivation layer is applied by screen printing, the viscosity of the composition for forming a passivation layer can be set to 0.01 Pa · s to 10,000 Pa · s. Among these, from the viewpoint of pattern formability, the viscosity of the composition for forming a passivation layer is preferably 0.1 Pa · s to 1000 Pa · s. The viscosity is measured at 25 ° C. and a shear rate of 1.0 s −1 using a rotary shear viscometer.

また、パッシベーション層形成用組成物は、チキソ性を有していることが好ましい。パターン形成性の観点から、せん断速度1.0s−1におけるせん断粘度ηをせん断速度10s−1におけるせん断粘度ηで除して算出されるチキソ比(η/η)は、1.05〜100であることが好ましく、1.1〜50であることがより好ましい。尚、せん断粘度は、コーンプレート(直径50mm、コーン角1°)を装着した回転式のせん断粘度計を用いて、温度25℃で測定される。Moreover, it is preferable that the composition for forming a passivation layer has thixotropy. From the viewpoint of pattern formability, thixotropic index is calculated by dividing the shear viscosity eta 2 of the shear viscosity eta 1 at a shear rate of 1.0 s -1 at a shear rate of 10s -1 (η 1 / η 2 ) is 1. It is preferable that it is 05-100, and it is more preferable that it is 1.1-50. The shear viscosity is measured at a temperature of 25 ° C. using a rotary shear viscometer equipped with a cone plate (diameter 50 mm, cone angle 1 °).

パッシベーション層形成用組成物によって形成された組成物層を熱処理(焼成)して、組成物層に由来する熱処理物層(焼成物層)を形成することで、半導体基板上にパッシベーション層を形成することができる。
組成物層の熱処理(焼成)条件は、組成物層に含まれる一般式(I)で表される化合物、及び必要に応じて含まれる一般式(II)で表される化合物を、その熱処理物(焼成物)である金属酸化物又は複合酸化物に変換可能であれば特に制限されない。パッシベーション層に効果的に固定電荷を与え、より優れたパッシベーション効果を得るために、具体的には、熱処理(焼成)温度は300℃〜900℃が好ましく、450℃〜800℃がより好ましい。ここでいう熱処理(焼成)温度は、熱処理(焼成)に用いる炉の中の最高温度を意味する。また熱処理(焼成)時間は熱処理(焼成)温度等に応じて適宜選択できる。例えば、熱処理(焼成)時間は0.1時間〜10時間とすることができ、0.1時間〜5時間であることが好ましい。ここでいう熱処理(焼成)時間は、最高温度での保持時間を意味する。
A passivation layer is formed on a semiconductor substrate by heat-treating (baking) the composition layer formed by the composition for forming a passivation layer to form a heat-treated material layer (baked material layer) derived from the composition layer. be able to.
The heat treatment (firing) condition of the composition layer is the heat treatment product of the compound represented by the general formula (I) contained in the composition layer and the compound represented by the general formula (II) contained as necessary. If it can convert into the metal oxide or composite oxide which is (baked product), it will not be restrict | limited in particular. In order to effectively give a fixed charge to the passivation layer and obtain a more excellent passivation effect, specifically, the heat treatment (firing) temperature is preferably 300 ° C to 900 ° C, more preferably 450 ° C to 800 ° C. The heat treatment (firing) temperature here means the maximum temperature in the furnace used for the heat treatment (firing). The heat treatment (firing) time can be appropriately selected according to the heat treatment (firing) temperature and the like. For example, the heat treatment (firing) time can be 0.1 hour to 10 hours, preferably 0.1 hour to 5 hours. The heat treatment (firing) time here means the holding time at the maximum temperature.

なお、熱処理(焼成)は、拡散炉(例えば、ACCURON CQ−1200、株式会社日立国際電気)等を用いて行うことができる。熱処理(焼成)を行う雰囲気は特に制限されず、大気中で実施することができる。   In addition, heat processing (baking) can be performed using a diffusion furnace (for example, ACCURON CQ-1200, Hitachi Kokusai Electric). The atmosphere in which the heat treatment (firing) is performed is not particularly limited, and can be performed in the air.

パッシベーション層付半導体基板の製造方法によって製造されるパッシベーション層の厚みは特に制限されず、目的に応じて適宜選択できる。例えば、パッシベーション層の平均厚みは、5nm〜50μmであることが好ましく、10nm〜30μmであることがより好ましく、15nm〜20μmであることが更に好ましい。
尚、パッシベーション層の平均厚みは、干渉式膜厚計(例えば、F20膜厚測定システム、フィルメトリクス株式会社)を用いて常法により、3点の厚みを測定し、その算術平均値として算出される。
The thickness of the passivation layer produced by the method for producing a semiconductor substrate with a passivation layer is not particularly limited and can be appropriately selected according to the purpose. For example, the average thickness of the passivation layer is preferably 5 nm to 50 μm, more preferably 10 nm to 30 μm, and still more preferably 15 nm to 20 μm.
The average thickness of the passivation layer is calculated as an arithmetic average value obtained by measuring the thickness at three points by an ordinary method using an interference film thickness meter (for example, F20 film thickness measurement system, Filmetrics Co., Ltd.). The

パッシベーション層付半導体基板の製造方法は、パッシベーション層形成用組成物を半導体基板に付与した後、熱処理(焼成)によってパッシベーション層を形成する工程の前に、パッシベーション層形成用組成物からなる組成物層を乾燥処理する工程を更に有していてもよい。組成物層を乾燥処理する工程を有することで、より厚さの揃ったパッシベーション効果を有するパッシベーション層を形成することができる。   A method of manufacturing a semiconductor substrate with a passivation layer includes: a composition layer comprising a composition for forming a passivation layer, after the composition for forming a passivation layer is applied to the semiconductor substrate and before the step of forming the passivation layer by heat treatment (firing). You may further have the process of drying-processing. By including the step of drying the composition layer, a passivation layer having a more uniform passivation effect can be formed.

組成物層を乾燥処理する工程は、パッシベーション層形成用組成物に含まれる液状媒体の少なくとも一部を除去することができれば、特に制限されない。乾燥処理は、例えば、30℃〜250℃で1分間〜60分間の加熱処理とすることができ、40℃〜220℃で3分間〜40分間の加熱処理であることが好ましい。また乾燥処理は、常圧下で行なっても減圧下で行なってもよい。   The step of drying the composition layer is not particularly limited as long as at least a part of the liquid medium contained in the composition for forming a passivation layer can be removed. The drying treatment can be, for example, a heat treatment at 30 ° C. to 250 ° C. for 1 minute to 60 minutes, and is preferably a heat treatment at 40 ° C. to 220 ° C. for 3 minutes to 40 minutes. The drying treatment may be performed under normal pressure or under reduced pressure.

パッシベーション層付半導体基板の製造方法は、パッシベーション層形成用組成物を付与した後、熱処理(焼成)によってパッシベーション層を形成する工程の前に、パッシベーション層形成用組成物からなる組成物層を脱脂処理する工程を更に有していてもよい。組成物層を脱脂処理する工程を有することで、より均質なパッシベーション効果を有するパッシベーション層を形成することができる。   The manufacturing method of the semiconductor substrate with a passivation layer is a method of degreasing a composition layer made of the composition for forming a passivation layer after applying the composition for forming a passivation layer and before the step of forming the passivation layer by heat treatment (firing). You may have further the process to do. By having a step of degreasing the composition layer, a passivation layer having a more uniform passivation effect can be formed.

組成物層を脱脂処理する工程は、パッシベーション層形成用組成物に含まれる樹脂の少なくとも一部を除去することができれば、特に制限されない。脱脂処理は、例えば、250℃〜450℃で10分間〜120分間の熱処理とすることができ、300℃〜400℃で3分間〜60分間の熱処理であることが好ましい。また脱脂処理は、酸素存在下で行うことが好ましく、大気中で行なうことがより好ましい。   The step of degreasing the composition layer is not particularly limited as long as at least part of the resin contained in the composition for forming a passivation layer can be removed. The degreasing treatment can be, for example, a heat treatment at 250 ° C. to 450 ° C. for 10 minutes to 120 minutes, and preferably a heat treatment at 300 ° C. to 400 ° C. for 3 minutes to 60 minutes. The degreasing treatment is preferably performed in the presence of oxygen, and more preferably performed in the air.

<太陽電池素子>
本発明の太陽電池素子は、p型層及びn型層がpn接合されてなる半導体基板と、前記半導体基板上の全面又は一部に設けられる前記パッシベーション層形成用組成物の熱処理物であるパッシベーション層と、前記半導体基板の前記p型層及びn型層の少なくとも一方の層上に設けられる電極とを有する。太陽電池素子は、必要に応じてその他の構成要素を更に有していてもよい。
太陽電池素子は、本発明のパッシベーション層形成用組成物から形成されたパッシベーション層を有することで、変換効率に優れる。
<Solar cell element>
The solar cell element of the present invention is a passivation that is a heat treatment product of a semiconductor substrate in which a p-type layer and an n-type layer are pn-junction, and the passivation layer forming composition provided on the entire surface or part of the semiconductor substrate. A layer, and an electrode provided on at least one of the p-type layer and the n-type layer of the semiconductor substrate. The solar cell element may further include other components as necessary.
A solar cell element is excellent in conversion efficiency by having the passivation layer formed from the composition for passivation layer formation of this invention.

パッシベーション層形成用組成物を付与する半導体基板としては特に制限されず、目的に応じて通常用いられるものから適宜選択することができる。パッシベーション層付半導体基板で説明したものを使用することができ、好適に使用できるものも同様である。また、パッシベーション層が設けられる半導体基板の面は、太陽電池素子における受光面、裏面、及び側面のいずれでもよい。   It does not restrict | limit especially as a semiconductor substrate which provides the composition for formation of a passivation layer, According to the objective, it can select suitably from what is normally used. What was demonstrated by the semiconductor substrate with a passivation layer can be used, and what can be used conveniently is also the same. In addition, the surface of the semiconductor substrate on which the passivation layer is provided may be any of the light receiving surface, the back surface, and the side surface of the solar cell element.

また、半導体基板上に形成されたパッシベーション層の厚みは特に制限されず、目的に応じて適宜選択することができる。例えば、パッシベーション層の平均厚みは、5nm〜50μmであることが好ましく、10nm〜30μmであることが好ましく、15nm〜20μmであることが更に好ましい。
太陽電池素子の形状や大きさに制限はなく、例えば、一辺が125〜156mmの正方形であることが好ましい。
Further, the thickness of the passivation layer formed on the semiconductor substrate is not particularly limited and can be appropriately selected depending on the purpose. For example, the average thickness of the passivation layer is preferably 5 nm to 50 μm, preferably 10 nm to 30 μm, and more preferably 15 nm to 20 μm.
There is no restriction | limiting in the shape and magnitude | size of a solar cell element, For example, it is preferable that one side is a square with 125-156 mm.

<太陽電池素子の製造方法>
本発明の太陽電池素子の製造方法は、p型層及びn型層がpn接合されてなる半導体基板の全面又は一部に、前記パッシベーション層形成用組成物を付与して組成物層を形成する工程と、前記組成物層を熱処理(焼成)して、パッシベーション層を形成する工程と、前記p型層及び前記n型層の少なくとも一方の層上に、電極を形成する工程と、を有する。太陽電池素子の製造方法は、必要に応じてその他の工程を更に有していてもよい。
<Method for producing solar cell element>
In the method for producing a solar cell element of the present invention, the composition layer is formed by applying the passivation layer forming composition to the entire surface or a part of a semiconductor substrate in which a p-type layer and an n-type layer are pn-junctioned. A step of heat-treating (baking) the composition layer to form a passivation layer, and a step of forming an electrode on at least one of the p-type layer and the n-type layer. The manufacturing method of the solar cell element may further include other steps as necessary.

前記パッシベーション層形成用組成物を用いることで、印刷滲みを抑制し、変換効率に優れる太陽電池素子を簡便な方法で製造することができる。更に、半導体基板上に、所望の形状となるようにパッシベーション層を形成することができ、太陽電池素子の生産性に優れる。   By using the composition for forming a passivation layer, it is possible to produce a solar cell element that suppresses printing bleeding and is excellent in conversion efficiency by a simple method. Furthermore, the passivation layer can be formed on the semiconductor substrate so as to have a desired shape, and the productivity of the solar cell element is excellent.

半導体基板におけるp型層及びn型層の少なくとも一方の層上に電極を形成する方法としては、通常用いられる方法を採用することができる。例えば、半導体基板の所望の領域に、銀ペースト、アルミニウムペースト等の電極形成用ペーストを付与し、必要に応じて熱処理(焼成)することで製造することができる。   As a method for forming an electrode on at least one of a p-type layer and an n-type layer in a semiconductor substrate, a commonly used method can be employed. For example, it can be manufactured by applying an electrode forming paste such as a silver paste or an aluminum paste to a desired region of a semiconductor substrate and performing a heat treatment (firing) as necessary.

パッシベーション層が設けられる半導体基板の面は、p型層であっても、n型層であってもよい。中でも変換効率の観点からp型層であることが好ましい。
パッシベーション層形成用組成物を用いてパッシベーション層を形成する方法の詳細は、既述のパッシベーション層付半導体基板の製造方法と同様であり、好ましい態様も同様である。
The surface of the semiconductor substrate on which the passivation layer is provided may be a p-type layer or an n-type layer. Among these, a p-type layer is preferable from the viewpoint of conversion efficiency.
The details of the method for forming a passivation layer using the composition for forming a passivation layer are the same as the method for manufacturing a semiconductor substrate with a passivation layer described above, and the preferred embodiments are also the same.

半導体基板上に形成されるパッシベーション層の厚みは特に制限されず、目的に応じて適宜選択することができる。例えば、パッシベーション層の平均厚みは、5nm〜50μmであることが好ましく、10nm〜30μmであることがより好ましく、15nm〜20μmであることが更に好ましい。   The thickness of the passivation layer formed on the semiconductor substrate is not particularly limited and can be appropriately selected depending on the purpose. For example, the average thickness of the passivation layer is preferably 5 nm to 50 μm, more preferably 10 nm to 30 μm, and still more preferably 15 nm to 20 μm.

次に図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。
図1は、本実施形態にかかるパッシベーション層を有する太陽電池素子の製造方法の一例を模式的に示す工程図を断面図として示したものである。但し、この工程図は、本発明をなんら制限するものではない。
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a sectional view schematically showing an example of a method for producing a solar cell element having a passivation layer according to this embodiment. However, this process diagram does not limit the present invention at all.

図1(1)では、p型半導体基板1をアルカリ水溶液で洗浄し、p型半導体基板1の表面の有機物、パーティクル等を除去する。これにより、パッシベーション効果がより向上する。アルカリ水溶液による洗浄方法としては、一般的に知られるRCA洗浄等を用いることができる。   In FIG. 1A, the p-type semiconductor substrate 1 is washed with an alkaline aqueous solution to remove organic substances, particles, and the like on the surface of the p-type semiconductor substrate 1. Thereby, the passivation effect improves more. As a cleaning method using an alkaline aqueous solution, generally known RCA cleaning or the like can be used.

その後、図1(2)に示すように、p型半導体基板1の表面を、アルカリエッチング等を施し、表面に凹凸(テクスチャともいう)を形成する。これにより、受光面側では太陽光の反射を抑制することができる。尚、アルカリエッチングには、NaOHとIPA(イソプロピルアルコール)とからなるエッチング溶液を使用することができる。   Thereafter, as shown in FIG. 1B, the surface of the p-type semiconductor substrate 1 is subjected to alkali etching or the like to form irregularities (also referred to as texture) on the surface. Thereby, reflection of sunlight can be suppressed on the light receiving surface side. For alkali etching, an etching solution composed of NaOH and IPA (isopropyl alcohol) can be used.

次いで、図1(3)に示すように、p型半導体基板1の表面にリン等を熱的に拡散させることにより、n型拡散層2がサブミクロンオーダーの深さで形成されるとともに、p型バルク部分との境界にpn接合部が形成される。Next, as shown in FIG. 1 (3), by thermally diffusing phosphorus or the like on the surface of the p-type semiconductor substrate 1, an n + -type diffusion layer 2 is formed with a depth of submicron order, A pn junction is formed at the boundary with the p-type bulk portion.

リンを拡散させるための手法としては、例えば、オキシ塩化リン(POCl)、窒素及び酸素の混合ガス雰囲気において、800℃〜1000℃で数十分の処理を行う方法が挙げられる。この方法では、混合ガスを用いてリンの拡散を行うため、図1(3)に示すように、受光面(表面)以外に、裏面及び側面(図示せず)にもn型拡散層2が形成される。またn型拡散層2の上には、PSG(リンシリケートガラス)層3が形成される。そこで、サイドエッチングを行い、側面のPSG層3及びn型拡散層2を除去する。As a method for diffusing phosphorus, for example, a method of performing several tens of minutes at 800 ° C. to 1000 ° C. in a mixed gas atmosphere of phosphorus oxychloride (POCl 3 ), nitrogen, and oxygen can be cited. In this method, since phosphorus is diffused using a mixed gas, the n + -type diffusion layer 2 is formed not only on the light receiving surface (front surface) but also on the back surface and side surfaces (not shown) as shown in FIG. Is formed. A PSG (phosphosilicate glass) layer 3 is formed on the n + -type diffusion layer 2. Therefore, side etching is performed to remove the side PSG layer 3 and the n + -type diffusion layer 2.

その後、図1(4)に示すように、受光面及び裏面のPSG層3をフッ酸等のエッチング溶液を用いて除去する。更に裏面については、図1(5)に示すように、別途エッチング処理を行い、裏面のn型拡散層2を除去する。Thereafter, as shown in FIG. 1 (4), the PSG layer 3 on the light receiving surface and the back surface is removed using an etching solution such as hydrofluoric acid. Further, as shown in FIG. 1 (5), the back surface is separately etched to remove the n + -type diffusion layer 2 on the back surface.

そして、図1(6)に示すように、受光面のn型拡散層2上に、PECVD(Plasma Enhansed Chemical Vapor Deposition)法等によって、窒化ケイ素等の反射防止膜4を厚さ90nm前後で設ける。Then, as shown in FIG. 1 (6), an antireflection film 4 such as silicon nitride is formed on the n + type diffusion layer 2 on the light receiving surface by a PECVD (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) method or the like at a thickness of about 90 nm. Provide.

次いで、図1(7)に示すように、裏面の一部に本発明のパッシベーション層形成用組成物をスクリーン印刷等にて付与した後、乾燥後に400℃〜900℃の温度で熱処理(焼成)を行い、パッシベーション層5を形成する。   Next, as shown in FIG. 1 (7), the composition for forming a passivation layer of the present invention is applied to a part of the back surface by screen printing or the like, followed by heat treatment (baking) at a temperature of 400 ° C. to 900 ° C. after drying. To form a passivation layer 5.

図5に、裏面におけるパッシベーション層5の形成パターンの一例を概略平面図として示す。図7は、図5のA部を拡大した概略平面図である。図8は、図5のB部を拡大した概略平面図である。図5に示すパッシベーション層5の形成パターンの場合、図7及び図8からも分かるように、裏面のパッシベーション層5は後の工程で裏面出力取出し電極7が形成される部分を除き、ドット状にp型半導体基板1が露出したパターンで形成される。このドット状開口部のパターンは、ドット径(L)及びドット間隔(L)で規定され、規則正しく配列していることが好ましい。ドット径(L)及びドット間隔(L)は任意に設定でき、パッシベーション効果及び少数キャリアの再結合抑制の観点から、Lが5μm〜2mmでLが10μm〜3mmであることが好ましく、Lが10μm〜1.5mmでLが20μm〜2.5mmであることがより好ましく、Lが20μm〜1.3mmでLが30μm〜2mmであることが更に好ましい。In FIG. 5, an example of the formation pattern of the passivation layer 5 in the back surface is shown as a schematic plan view. FIG. 7 is an enlarged schematic plan view of a portion A in FIG. FIG. 8 is an enlarged schematic plan view of a portion B in FIG. In the case of the formation pattern of the passivation layer 5 shown in FIG. 5, as can be seen from FIGS. 7 and 8, the passivation layer 5 on the back surface has a dot shape except for a portion where the back surface output extraction electrode 7 is formed in a later step. The p-type semiconductor substrate 1 is formed with an exposed pattern. The pattern of the dot-shaped openings is defined by the dot diameter (L a ) and the dot interval (L b ), and is preferably arranged regularly. Dot diameter (L a) and the dot interval (L b) can be arbitrarily set, in view of the recombination-inhibiting passivation effect and minority carriers, it is preferable that L a is L b is 10μm~3mm in 5μm~2mm , more preferably L a is L b is 20μm~2.5mm in 10Myuemu~1.5Mm, it is more preferable L a is L b in 20μm~1.3mm is 30Myuemu~2mm.

次いで、図1(8)に示すように、受光面に、ガラス粒子を含む銀電極ペーストをスクリーン印刷等にて付与する。図4は、太陽電池素子の受光面の一例を示す概略平面図である。図4に示すように、受光面電極は、受光面集電用電極8と受光面出力取出し電極9からなる。受光面積を確保するため、これら受光面電極の形成面積は少なく抑える必要がある。その他、受光面電極の抵抗率及び生産性の観点から、受光面集電用電極8の幅は10μm〜250μmで、受光面出力取出し電極9の幅は100μm〜2mmであることが好ましい。また、図4では受光面出力取出し電極9を2本設けているが、少数キャリアの取出し効率(発電効率)の観点から、受光面出力取出し電極9の本数を3本又は4本とすることもできる。   Next, as shown in FIG. 1 (8), a silver electrode paste containing glass particles is applied to the light receiving surface by screen printing or the like. FIG. 4 is a schematic plan view showing an example of the light receiving surface of the solar cell element. As shown in FIG. 4, the light receiving surface electrode includes a light receiving surface current collecting electrode 8 and a light receiving surface output extraction electrode 9. In order to secure a light receiving area, it is necessary to suppress the formation area of these light receiving surface electrodes. In addition, from the viewpoint of the resistivity and productivity of the light receiving surface electrode, the width of the light receiving surface current collecting electrode 8 is preferably 10 μm to 250 μm, and the width of the light receiving surface output extraction electrode 9 is preferably 100 μm to 2 mm. In FIG. 4, two light receiving surface output extraction electrodes 9 are provided. However, from the viewpoint of minority carrier extraction efficiency (power generation efficiency), the number of light receiving surface output extraction electrodes 9 may be three or four. it can.

一方、図1(8)に示すように、裏面には、ガラス粉末を含むアルミニウム電極ペースト及びガラス粒子を含む銀電極ペーストを、スクリーン印刷等にて付与する。図9は、太陽電池素子の裏面の一例を示す概略平面図である。裏面出力取出し電極7の幅は特に制限されず、後の太陽電池の製造工程での配線材料の接続性等の観点から、裏面出力取出し電極7の幅は、100μm〜10mmであることが好ましい。   On the other hand, as shown in FIG. 1 (8), an aluminum electrode paste containing glass powder and a silver electrode paste containing glass particles are applied to the back surface by screen printing or the like. FIG. 9 is a schematic plan view showing an example of the back surface of the solar cell element. The width of the back surface output extraction electrode 7 is not particularly limited, and the width of the back surface output extraction electrode 7 is preferably 100 μm to 10 mm from the viewpoint of the connectivity of the wiring material in the subsequent manufacturing process of the solar cell.

受光面及び裏面にそれぞれ電極ペーストを付与した後は、乾燥後に大気中450℃〜900℃程度の温度で、受光面及び裏面ともに熱処理(焼成)して、受光面に受光面集電用電極8及び受光面出力取出し電極9を、裏面に裏面集電用電極6及び裏面出力取出し電極7を、それぞれ形成する。   After applying the electrode paste to the light receiving surface and the back surface, after drying, the light receiving surface and the back surface are both heat-treated (fired) at a temperature of about 450 ° C. to 900 ° C. in the atmosphere, and the light receiving surface collecting electrode 8 And the light receiving surface output extraction electrode 9 and the back surface collecting electrode 6 and the back surface output extraction electrode 7 are formed on the back surface, respectively.

熱処理(焼成)後、図1(9)に示すように、受光面では、受光面電極を形成する銀電極ペーストに含まれるガラス粒子と、反射防止膜4とが反応(ファイアースルー)して、受光面電極(受光面集電用電極8、受光面出力取出し電極9)とn型拡散層2とが電気的に接続(オーミックコンタクト)される。一方、裏面では、ドット状に半導体基板1が露出した部分(パッシベーション層5が形成されなかった部分)では、熱処理(焼成)により、アルミニウム電極ペースト中のアルミニウムが半導体基板1中に拡散することで、p型拡散層10が形成される。本発明のパッシベーション層形成用組成物を用いることで、印刷滲みを抑制し、所望の形状に形成することが可能なパッシベーション層を形成でき、パッシベーション効果を向上させることで、発電性能に優れた太陽電池素子を製造することができる。After heat treatment (firing), as shown in FIG. 1 (9), on the light receiving surface, the glass particles contained in the silver electrode paste forming the light receiving surface electrode react with the antireflection film 4 (fire through), The light-receiving surface electrode (light-receiving surface current collecting electrode 8, light-receiving surface output extraction electrode 9) and the n + -type diffusion layer 2 are electrically connected (ohmic contact). On the other hand, on the back surface, in the portion where the semiconductor substrate 1 is exposed in the form of dots (the portion where the passivation layer 5 is not formed), the aluminum in the aluminum electrode paste diffuses into the semiconductor substrate 1 by heat treatment (firing). , P + -type diffusion layer 10 is formed. By using the composition for forming a passivation layer of the present invention, it is possible to form a passivation layer that can suppress printing bleeding and can be formed into a desired shape, and by improving the passivation effect, solar power with excellent power generation performance A battery element can be manufactured.

図2は、本実施形態にかかるパッシベーション層を有する太陽電池素子の製造方法の他の一例を示す工程図を断面図として示したものであり、裏面のn型拡散層2がエッチング処理によって除去された後に、更に裏面が平坦化されること以外は、図1と同様にして太陽電池セルを製造することができる。平坦化する際は、硝酸、フッ酸及び酢酸の混合溶液又は水酸化カリウム溶液に、半導体基板の裏面を浸す等の手法を用いることができる。FIG. 2 is a cross-sectional view showing another example of a method for manufacturing a solar cell element having a passivation layer according to this embodiment, and the n + -type diffusion layer 2 on the back surface is removed by an etching process. After that, the solar battery cell can be manufactured in the same manner as in FIG. 1 except that the back surface is further flattened. When flattening, a technique such as immersing the back surface of the semiconductor substrate in a mixed solution of nitric acid, hydrofluoric acid and acetic acid or a potassium hydroxide solution can be used.

図3は、本実施形態にかかるパッシベーション層を有する太陽電池素子の製造方法の他の一例を示す工程図を断面図として示したものである。この方法では、半導体基板1にテクスチャー構造、n型拡散層2及び反射防止膜4を形成する工程(図3(19)〜(24))までは、図1の方法と同様である。FIG. 3 is a cross-sectional view showing a process diagram illustrating another example of a method for manufacturing a solar cell element having a passivation layer according to the present embodiment. This method is the same as the method of FIG. 1 until the step of forming the texture structure, the n + -type diffusion layer 2 and the antireflection film 4 on the semiconductor substrate 1 (FIGS. 3 (19) to (24)).

反射防止膜4を形成した後、図3(25)に示すように、パッシベーション層形成用組成物を付与する。図6に、裏面におけるパッシベーション層の形成パターンの一例を概略平面図として示す。図6に示すパッシベーション層の形成パターンでは、裏面の全面に、ドット状開口部が配列し、後の工程で裏面出力取出し電極が形成される部分にもドット状開口部が配列されている。   After forming the antireflection film 4, a composition for forming a passivation layer is applied as shown in FIG. In FIG. 6, an example of the formation pattern of the passivation layer in the back surface is shown as a schematic plan view. In the formation pattern of the passivation layer shown in FIG. 6, dot-like openings are arranged on the entire back surface, and dot-like openings are also arranged on the portion where the back-surface output extraction electrode is formed in a later step.

その後、図3(26)に示すように、裏面においてドット状に半導体基板1が露出した部分(パッシベーション層5が形成されなかった部分)から、ホウ素又はアルミニウムを拡散させ、p型拡散層10を形成する。p型拡散層を形成する際に、ホウ素を拡散させる場合は、三塩化ホウ素(BCl)を含むガス中で、1000℃付近の温度で処理する方法を用いることができる。但し、オキシ塩化リンを用いる場合と同様にガス拡散の手法であることから、半導体基板1の受光面、裏面及び側面にp型拡散層10が形成されてしまうため、これを抑制するためにドット状開口部以外の部分をマスキング処理して、ホウ素がp型半導体基板1の不要な部分に拡散するのを防止する等の措置が必要である。Thereafter, as shown in FIG. 3 (26), from the portion where the semiconductor substrate 1 in a dot shape is exposed (the portion passivation layer 5 is not formed) on the rear surface, to diffuse boron or aluminum, p + -type diffusion layer 10 Form. When boron is diffused when forming the p + -type diffusion layer, a method of treating at a temperature of about 1000 ° C. in a gas containing boron trichloride (BCl 3 ) can be used. However, since it is a gas diffusion method as in the case of using phosphorus oxychloride, the p + -type diffusion layer 10 is formed on the light-receiving surface, the back surface, and the side surface of the semiconductor substrate 1. It is necessary to take measures such as masking the portions other than the dot-shaped openings to prevent boron from diffusing into unnecessary portions of the p-type semiconductor substrate 1.

また、p型拡散層10を形成する際にアルミニウムを拡散させる場合は、アルミニウムペーストをドット状開口部に付与し、これを450℃〜900℃の温度で熱処理(焼成)し、ドット状開口部からアルミニウムを拡散させてp型拡散層10を形成し、その後、塩酸等によりエッチングして、p型拡散層10上に形成されたアルミニウムペースト由来の熱処理物層(焼成物層)を除去する手法を用いることができる。In addition, when aluminum is diffused when forming the p + -type diffusion layer 10, an aluminum paste is applied to the dot-shaped opening, and this is heat-treated (fired) at a temperature of 450 ° C. to 900 ° C. to form the dot-shaped opening. A p + -type diffusion layer 10 is formed by diffusing aluminum from the portion, and then etched with hydrochloric acid or the like to form a heat-treated product layer (baked product layer) derived from the aluminum paste formed on the p + -type diffusion layer 10 A method of removing can be used.

次いで、図3(27)に示すように、裏面の全面にアルミニウムを物理的に蒸着することで、アルミニウム電極11を形成する。   Next, as shown in FIG. 3 (27), aluminum electrode 11 is formed by physically depositing aluminum on the entire back surface.

その後、図3(28)に示すように、受光面にはガラス粒子を含む銀電極ペーストをスクリーン印刷等にて付与し、裏面にはガラス粒子を含む銀電極ペーストをスクリーン印刷等にて付与する。受光面の銀電極ペーストは図4に示す受光面電極の形状に合わせて、裏面の銀電極ペーストは図9に示す裏面電極の形状に合わせて、パターン状に付与する。   Thereafter, as shown in FIG. 3 (28), a silver electrode paste containing glass particles is applied to the light receiving surface by screen printing or the like, and a silver electrode paste containing glass particles is applied to the back surface by screen printing or the like. . The silver electrode paste on the light receiving surface is applied in a pattern according to the shape of the light receiving surface electrode shown in FIG. 4, and the silver electrode paste on the back surface is applied in a pattern according to the shape of the back electrode shown in FIG.

受光面及び裏面にそれぞれ電極ペーストを付与した後は、乾燥後に大気中450℃〜900℃程度の温度で、受光面及び裏面ともに熱処理(焼成)して、図3(29)に示すように、受光面に受光面集電用電極8及び受光面出力取出し電極9を、裏面に裏面集電用電極11及び裏面出力取出し電極7を、それぞれ形成する。このとき、受光面では受光面電極とn型拡散層2が電気的に接続され、裏面では、蒸着により形成された裏面集電用電極11と裏面出力取出し電極7とが電気的に接続される。After applying the electrode paste to each of the light receiving surface and the back surface, after drying, the light receiving surface and the back surface are both heat-treated (fired) at a temperature of about 450 ° C. to 900 ° C. in the atmosphere, and as shown in FIG. A light receiving surface collecting electrode 8 and a light receiving surface output extraction electrode 9 are formed on the light receiving surface, and a back surface collecting electrode 11 and a back surface output extraction electrode 7 are formed on the back surface, respectively. At this time, the light receiving surface electrode and the n + -type diffusion layer 2 are electrically connected on the light receiving surface, and the back surface collecting electrode 11 and the back surface output extraction electrode 7 formed by vapor deposition are electrically connected on the back surface. The

<太陽電池>
太陽電池は、上記の太陽電池素子と、前記太陽電池素子の電極上に設けられる配線材料とを有する。図10は、太陽電池の製造方法の一例を説明するための図である。
太陽電池は、前記太陽電池素子12の少なくとも1つを含み、太陽電池素子の出力取出し電極上に配線材料13が配置されて構成される。太陽電池は更に必要に応じて、配線材料13を介して複数の太陽電池素子が連結され、更に封止材14で封止され、ガラス板16とバックシート15を重ね合わせて構成される。前記配線材料及び封止材としては特に制限されず、当分野で通常用いられているものから適宜選択することができる。
<Solar cell>
The solar cell includes the above-described solar cell element and a wiring material provided on the electrode of the solar cell element. FIG. 10 is a diagram for explaining an example of a method for manufacturing a solar cell.
The solar cell includes at least one of the solar cell elements 12 and is configured by arranging the wiring material 13 on the output extraction electrode of the solar cell element. If necessary, the solar cell is formed by connecting a plurality of solar cell elements via a wiring material 13, further sealing with a sealing material 14, and overlapping a glass plate 16 and a back sheet 15. The wiring material and the sealing material are not particularly limited, and can be appropriately selected from those usually used in this field.

以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。   EXAMPLES The present invention will be specifically described below with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples.

<実施例1>
(パッシベーション層形成用組成物1の調製)
樹脂としてエチルセルロース(日進化成株式会社、ETHOCEL200cps、以下「EC」と略記することがある)を5.0g、及び液状媒体としてテルピネオール(日本テルペン化学株式会社、以下「TPO」と略記することがある)を95.0g混合し、150℃で1時間攪拌してエチルセルロース溶液を調製した。
次に、一般式(I)で表される化合物としてニオブエトキシド(和光純薬工業株式会社)を25.0g、フィラーとして二酸化ケイ素粒子(日本アエロジル株式会社、疎水性フュームドシリカ「AEROSIL RY 200」、粒子径(D50%)は20nm)を10.0g、エチルセルロース溶液を30.0g、及びテルピネオールを35.0g混合して、パッシベーション層形成用組成物1を調製した。表1に組成等を纏めて示した。
<Example 1>
(Preparation of composition 1 for forming a passivation layer)
5.0 g of ethyl cellulose (Nihon Kasei Co., Ltd., ETHOCEL 200 cps, hereinafter sometimes abbreviated as “EC”) as a resin, and terpineol (Nippon Terpene Chemical Co., Ltd., hereinafter abbreviated as “TPO”) as a liquid medium 95.0 g) was mixed and stirred at 150 ° C. for 1 hour to prepare an ethylcellulose solution.
Next, 25.0 g of niobium ethoxide (Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) as a compound represented by the general formula (I), and silicon dioxide particles (Nippon Aerosil Co., Ltd., hydrophobic fumed silica “AEROSIL RY 200” as a filler. “The particle diameter (D50%) is 20 nm) 10.0 g, the ethylcellulose solution 30.0 g, and the terpineol 35.0 g were mixed to prepare a composition 1 for forming a passivation layer. Table 1 summarizes the composition and the like.

(保存安定性の評価)
上記で調製したパッシベーション層形成用組成物1のせん断粘度を、調製直後(12時間以内)及び25℃で30日間保存した後にそれぞれ測定した。せん断粘度の測定は、AntonPaar社、MCR301に、コーンプレート(直径50mm、コーン角1°)を装着し、温度25℃でせん断速度1.0s−1で行った。25℃におけるせん断粘度は、調製直後は35.6Pa・s、25℃で30日間保存した後は36.2Pa・sであった。
保存安定性の評価では、30日間保存した後のせん断粘度の変化率が10%未満のものを「A」、10%以上30%未満のものを「B」、30%以上のものを「C」として評価した。評価がA及びBであれば、パッシベーション層形成用組成物の保存安定性としては良好である。表2に、調製直後のせん断粘度の数値と、保存安定性の評価結果を示した。
(Evaluation of storage stability)
The shear viscosity of the composition 1 for forming a passivation layer prepared above was measured immediately after preparation (within 12 hours) and after storage at 25 ° C. for 30 days, respectively. The shear viscosity was measured by attaching a cone plate (diameter 50 mm, cone angle 1 °) to Anton Paar, MCR301, at a temperature of 25 ° C. and a shear rate of 1.0 s −1 . The shear viscosity at 25 ° C. was 35.6 Pa · s immediately after preparation, and 36.2 Pa · s after storage at 25 ° C. for 30 days.
In the evaluation of storage stability, the change rate of the shear viscosity after storage for 30 days is “A” when the change rate is less than 10%, “B” when the change rate is 10% or more and less than 30%, and “C” when the change rate is 30% or more. ". If evaluation is A and B, it is favorable as the storage stability of the composition for forming a passivation layer. Table 2 shows the values of the shear viscosity immediately after preparation and the evaluation results of storage stability.

(印刷性の評価)
パッシベーション層形成用組成物の印刷性の評価を行う際は、半導体基板として、表面がミラー形状の単結晶p型シリコン基板(50mm角、厚さ625μm、以下、基板Aと呼ぶ)と、表面にテクスチャー構造が形成された単結晶p型シリコン基板(50mm角、厚さ180μm、以下、基板Bと呼ぶ)の2種類を使用した。
(Evaluation of printability)
When evaluating the printability of the composition for forming a passivation layer, a semiconductor substrate having a mirror-shaped single crystal p-type silicon substrate (50 mm square, thickness 625 μm, hereinafter referred to as substrate A), Two types of single crystal p-type silicon substrates (50 mm square, thickness 180 μm, hereinafter referred to as substrate B) on which a texture structure was formed were used.

印刷ムラの評価では、上記で調製したパッシベーション層形成用組成物1を、基板A及び基板Bのぞれぞれに10回連続で印刷を行い、基板Aについては10枚すべてに、基板Bについては9枚に印刷ムラがないことを目視で確認した。
ここで、印刷中に目視によって印刷ムラが生じなかったものが10枚中9枚以上の場合を「A」、8枚以下かつ6枚以上の場合を「B」、5枚以下の場合を「C」として評価した。評価がA及びBであれば、パッシベーション層形成用組成物の印刷ムラとしては良好である。
尚、印刷ムラとは、スクリーン版がシリコン基板から離れる際に、一部版離れが悪い部分が生じたためにできる、組成物層の厚さが場所によりばらつく現象を指す。
In the evaluation of printing unevenness, the composition 1 for forming a passivation layer prepared as described above was continuously printed 10 times on each of the substrate A and the substrate B. Visually confirmed that 9 sheets had no printing unevenness.
Here, “A” is the case where printing unevenness is not visually observed during printing is 9 or more out of 10 sheets, “B” is the case of 8 or less and 6 or more, and the case of 5 or less is “ Evaluated as “C”. If evaluation is A and B, it is favorable as printing unevenness of the composition for forming a passivation layer.
The uneven printing refers to a phenomenon in which the thickness of the composition layer varies depending on the location, which is caused when a part of the screen plate is badly separated when the screen plate is separated from the silicon substrate.

印刷滲みの評価では、調製したパッシベーション層形成用組成物1を、基板A及び基板Bそれぞれに、スクリーン印刷法を用いて、図8に示すパターンでドット状開口部以外の全面に印刷した。ここで、評価に用いたドット状開口部のパターンは、ドット径(L)が368μm、ドット間隔(L)が0.5mmである。
その後、パッシベーション層形成用組成物1を付与した基板A及び基板Bを150℃で3分間加熱し、液状媒体を蒸散させることで乾燥処理した。次いで、基板A及び基板Bを700℃の温度で10分間熱処理(焼成)した後、室温(25℃)で放冷した。
In the evaluation of printing bleeding, the prepared composition 1 for forming a passivation layer was printed on the entire surface of the substrate A and the substrate B in a pattern shown in FIG. Here, the dot-shaped opening pattern used in the evaluation has a dot diameter (L a ) of 368 μm and a dot interval (L b ) of 0.5 mm.
Then, the board | substrate A and the board | substrate B which provided the composition 1 for passivation layer formation were heated at 150 degreeC for 3 minute (s), and were dried by evaporating a liquid medium. Next, the substrate A and the substrate B were heat-treated (fired) at a temperature of 700 ° C. for 10 minutes, and then allowed to cool at room temperature (25 ° C.).

印刷滲みの評価では、熱処理(焼成)後の基板に形成されるパッシベーション層内のドット状開口部のドット径(L)を測定した。尚、ドット径(L)を10点測定し、その平均値を算出した。基板Aについてはドット径(L)が348μm、基板Bについては340μmであった。
ここで、印刷直後のドット径(L)(368μm)に対し、熱処理(焼成)後のドット径(L)の減少率が10%未満のものを「A」、10%以上30%未満のものを「B」、30%以上のものを「C」として評価した。評価がA及びBであれば、パッシベーション層形成用組成物の印刷滲みの抑制としては良好である。
尚、印刷滲みとは、半導体基板上に付与したパッシベーション層形成用組成物が広がる現象をいう。
In the evaluation of printing bleeding, the dot diameter (L a ) of the dot-shaped opening in the passivation layer formed on the substrate after heat treatment (firing) was measured. In addition, the dot diameter (L a ) was measured at 10 points, and the average value was calculated. For substrate A, the dot diameter (L a ) was 348 μm, and for substrate B, it was 340 μm.
Here, when the dot diameter (L a ) (368 μm) immediately after printing is less than 10%, the decrease rate of the dot diameter (L a ) after heat treatment (firing) is “A”, 10% or more and less than 30% Were evaluated as “B”, and 30% or more as “C”. If evaluation is A and B, it is favorable as suppression of printing bleeding of the composition for forming a passivation layer.
Note that printing bleeding refers to a phenomenon in which a composition for forming a passivation layer applied on a semiconductor substrate spreads.

(実効ライフタイムの測定)
上記印刷ムラの評価で作製したパッシベーション層形成用組成物1を全面に付与した10枚の基板Aのうち1枚を、150℃で3分間加熱し、液状媒体を蒸散させることで乾燥処理した。次いで、半導体基板を700℃の温度で10分間熱処理(焼成)した後、室温(25℃)で放冷し、評価用基板とした。
熱処理(焼成)は、拡散炉(ACCURON CQ−1200、株式会社日立国際電気)を用いて、大気中雰囲気下、最高温度700℃、保持時間10分間の条件で行った。
上記で得られた評価用基板の実効ライフタイムを、ライフタイム測定装置(日本セミラボ株式会社、WT−2000PVN)を用いて、室温(25℃)で反射マイクロ波光電導減衰法により測定した。得られた評価用基板において、パッシベーション層形成用組成物を付与した領域の実効ライフタイムは、380μsであった。
(Measurement of effective lifetime)
One of the 10 substrates A to which the passivation layer forming composition 1 prepared by the evaluation of the printing unevenness was applied on the entire surface was heated at 150 ° C. for 3 minutes to evaporate the liquid medium, thereby drying. Next, the semiconductor substrate was heat-treated (baked) at a temperature of 700 ° C. for 10 minutes, and then allowed to cool at room temperature (25 ° C.) to obtain an evaluation substrate.
The heat treatment (firing) was performed using a diffusion furnace (ACCURON CQ-1200, Hitachi Kokusai Electric Inc.) under conditions of a maximum temperature of 700 ° C. and a holding time of 10 minutes in an air atmosphere.
The effective lifetime of the substrate for evaluation obtained above was measured by a reflected microwave photoconductive decay method at room temperature (25 ° C.) using a lifetime measuring device (Nippon Semi-Lab Co., Ltd., WT-2000PVN). In the obtained evaluation substrate, the effective lifetime of the region to which the composition for forming a passivation layer was applied was 380 μs.

(太陽電池素子の作製)
まず、単結晶p型半導体基板(125mm角、厚さ200μm)を用意し、アルカリエッチングにより、受光面及び裏面にテクスチャー構造を形成した。次いでオキシ塩化リン(POCl)、窒素及び酸素の混合ガス雰囲気において、900℃の温度で30分間処理し、受光面、裏面及び側面にn型拡散層を形成した。その後、サイドエッチングを行い、側面のPSG層及びn型拡散層を除去し、そしてフッ酸を含むエッチング溶液を用いて受光面及び裏面のPSG層を除去した。更に裏面については別途エッチング処理を行い、裏面のn型拡散層を除去した。その後、受光面のn型拡散層上に窒化ケイ素からなる反射防止膜をPECVDにより約90nmの厚さで形成した。
(Production of solar cell element)
First, a single crystal p-type semiconductor substrate (125 mm square, thickness 200 μm) was prepared, and texture structures were formed on the light receiving surface and the back surface by alkali etching. Next, in a mixed gas atmosphere of phosphorus oxychloride (POCl 3 ), nitrogen and oxygen, treatment was performed at a temperature of 900 ° C. for 30 minutes to form n + -type diffusion layers on the light receiving surface, the back surface, and the side surfaces. Thereafter, side etching was performed to remove the side PSG layer and the n + -type diffusion layer, and the PSG layer on the light-receiving surface and the back surface was removed using an etching solution containing hydrofluoric acid. Further, the back surface was separately etched to remove the n + -type diffusion layer on the back surface. Thereafter, an antireflection film made of silicon nitride was formed on the n + -type diffusion layer on the light-receiving surface with a thickness of about 90 nm by PECVD.

次いで、上記で調製したパッシベーション層形成用組成物1を、裏面に図5、図7及び図8のパターンで付与した後、150℃の温度で5分間乾燥し、拡散炉(ACCURON CQ−1200、株式会社日立国際電気)を用いて、大気中雰囲気下、最高温度700℃、保持時間10分間の熱処理(焼成)を行い、パッシベーション層5を形成した。尚、図5、図7及び図8では、裏面のパッシベーション層5は後の工程で裏面出力取出し電極が形成される部分を除き、ドット状にp型半導体基板が露出したパターンで形成した。このドット状開口部のパターンは、印刷滲みの評価で用いたものと同じ形状で、ドット径(L)は368μm、ドット間隔(L)は0.5mmとした。Next, the passivation layer forming composition 1 prepared above was applied to the back surface in the pattern of FIGS. 5, 7, and 8, and then dried at a temperature of 150 ° C. for 5 minutes, and a diffusion furnace (ACCURON CQ-1200, The passivation layer 5 was formed by performing a heat treatment (firing) with a maximum temperature of 700 ° C. and a holding time of 10 minutes in the atmosphere using Hitachi Kokusai Electric). 5, 7 and 8, the back surface passivation layer 5 is formed in a pattern in which the p-type semiconductor substrate is exposed in a dot shape except for a portion where the back surface output extraction electrode is formed in a later step. The pattern of the dot-shaped openings has the same shape as that used in the printing bleeding evaluation, the dot diameter (L a ) is 368 μm, and the dot interval (L b ) is 0.5 mm.

次いで、受光面には市販の銀電極ペースト(PV−16A、デュポン株式会社)をスクリーン印刷法にて図4に示すパターンで印刷した。電極パターンは、120μm幅の受光面(出力)集電用電極8と、1.5mm幅の受光面出力取出し電極9で構成され、熱処理(焼成)後の厚さが20μmとなるように、印刷条件(スクリーン版のメッシュ、印刷速度及び印圧)を適宜調整した。これを150℃の温度で5分間加熱し、液状媒体を蒸散させることで乾燥処理を行った。   Next, a commercially available silver electrode paste (PV-16A, DuPont) was printed on the light receiving surface with the pattern shown in FIG. 4 by screen printing. The electrode pattern is composed of a light receiving surface (output) current collecting electrode 8 having a width of 120 μm and a light receiving surface output extraction electrode 9 having a width of 1.5 mm, and printed so that the thickness after heat treatment (firing) is 20 μm. Conditions (screen plate mesh, printing speed and printing pressure) were adjusted as appropriate. This was heated at a temperature of 150 ° C. for 5 minutes to evaporate the liquid medium, thereby performing a drying treatment.

一方、裏面には、市販のアルミニウム電極ペースト(PVG−AD−02、PVG Solutions株式会社)及び市販の銀電極ペースト(PV−505、デュポン株式会社)をスクリーン印刷法にて図9のパターンで印刷した。銀電極ペーストからなる裏面出力取出し電極7のパターンは、123mm×4mmで構成した。   On the other hand, a commercially available aluminum electrode paste (PVG-AD-02, PVG Solutions Co., Ltd.) and a commercially available silver electrode paste (PV-505, DuPont Co., Ltd.) are printed on the back surface in the pattern shown in FIG. did. The pattern of the back surface output extraction electrode 7 made of silver electrode paste was constituted by 123 mm × 4 mm.

尚、熱処理(焼成)後の裏面出力取出し電極7の厚さが20μmとなるように、銀電極ペーストの印刷条件(スクリーン版のメッシュ、印刷速度及び印圧)を適宜調整した。また、アルミニウム電極ペーストを、裏面出力取出し電極7以外の全面に印刷して、裏面集電用電極パターンを形成した。このとき、熱処理(焼成)後の裏面集電用電極8の厚さが30μmとなるように、アルミニウム電極ペーストの印刷条件を適宜調整した。
各電極ペーストを印刷した後、150℃の温度で5分間熱処理し、液状媒体を蒸散させることで乾燥処理を行った。
In addition, the printing conditions (screen plate mesh, printing speed, and printing pressure) of the silver electrode paste were appropriately adjusted so that the thickness of the back surface output extraction electrode 7 after heat treatment (firing) was 20 μm. Moreover, the aluminum electrode paste was printed on the entire surface other than the back surface output extraction electrode 7 to form a back surface current collecting electrode pattern. At this time, the printing conditions of the aluminum electrode paste were appropriately adjusted so that the thickness of the back surface collecting electrode 8 after heat treatment (firing) was 30 μm.
After printing each electrode paste, a heat treatment was performed at a temperature of 150 ° C. for 5 minutes, and the liquid medium was evaporated to perform a drying process.

続いて、トンネル炉(1列搬送W/Bトンネル炉、株式会社ノリタケカンパニーリミテド)を用いて大気中雰囲気下、最高温度800℃、保持時間10秒の条件で熱処理(焼成)を行って、所望の電極が形成された太陽電池素子1を作製した。   Subsequently, heat treatment (firing) was performed using a tunnel furnace (single-line transport W / B tunnel furnace, Noritake Co., Ltd.) under atmospheric conditions at a maximum temperature of 800 ° C. and a holding time of 10 seconds. The solar cell element 1 in which the electrode was formed was produced.

(太陽電池の作製)
上記で得られた太陽電池素子1の受光面出力取出し電極9及び裏面出力取出し電極7の上に、配線部材(太陽電池用はんだめっき平角線、製品名:SSA−TPS 0.2×1.5(20)、厚さ0.2mm×幅1.5mmの銅線にSn−Ag−Cu系鉛フリーはんだを片面あたり最大20μmの厚さでめっきした仕様、日立金属株式会社[(旧)日立電線株式会社])を配置し、タブ線接続装置(NTS−150−M、Tabbing & Stringing Machine、株式会社エヌピーシー)を用い、最高温度250℃、保持時間10秒の条件ではんだを溶融させることで、上記配線材料と受光面出力取出し電極9及び裏面出力取出し電極7とを接続した。
(Production of solar cells)
On the light-receiving surface output extraction electrode 9 and the back surface output extraction electrode 7 of the solar cell element 1 obtained above, a wiring member (soldered rectangular wire for solar cell, product name: SSA-TPS 0.2 × 1.5) (20), specifications in which a Sn-Ag-Cu-based lead-free solder is plated on a copper wire having a thickness of 0.2 mm x a width of 1.5 mm with a maximum thickness of 20 μm per side, Hitachi Metals, Ltd. [(old) Hitachi Cable Co., Ltd.] and using a tab wire connection device (NTS-150-M, Tabbing & Stringing Machine, NPC Corporation) to melt the solder under conditions of a maximum temperature of 250 ° C. and a holding time of 10 seconds. The wiring material was connected to the light receiving surface output extraction electrode 9 and the back surface output extraction electrode 7.

その後、ガラス板(白板強化ガラス3KWE33、旭硝子株式会社)、封止材(エチレンビニルアセテート;EVA)、バックシートを用いて、図10に示すように、ガラス板16/封止材14/配線材料13を接続した太陽電池素子12/封止材14/バックシート15の順に重層し、この重層体を真空ラミネータ(LM−50×50、株式会社エヌピーシー)を用いて、配線部材の一部が露出するように、140℃の温度で5分間真空ラミネートし、太陽電池1を作製した。   Then, using a glass plate (white plate tempered glass 3KWE33, Asahi Glass Co., Ltd.), a sealing material (ethylene vinyl acetate; EVA), and a back sheet, as shown in FIG. 10, glass plate 16 / sealing material 14 / wiring material 13 are layered in the order of the solar cell element 12 / sealing material 14 / back sheet 15, and a part of the wiring member is formed by using this multilayer body with a vacuum laminator (LM-50 × 50, NPC Corporation). The solar cell 1 was produced by vacuum lamination at a temperature of 140 ° C. for 5 minutes so as to be exposed.

作製した太陽電池の発電性能の評価は、擬似太陽光(WXS−155S−10、株式会社ワコム電創)と、電圧−電流(I−V)評価測定器(I−V CURVE TRACER MP−180、英弘精機株式会社)の測定装置を組み合わせて行った。太陽電池としての発電性能を示すJsc(短絡電流)、Voc(開放電圧)、F.F.(形状因子)、η(変換効率)は、それぞれJIS−C−8913(2005年度)及びJIS−C−8914(2005年度)に準拠して測定を行い得られたものである。得られた測定値を、後に示す比較例1で作製した太陽電池(太陽電池C1)の測定値を100.0とした相対値に換算した。   Evaluation of the power generation performance of the produced solar cell was performed using pseudo-sunlight (WXS-155S-10, Wacom Electric Co., Ltd.) and a voltage-current (IV) evaluation measuring instrument (IV CURVE TRACER MP-180, This was performed in combination with a measuring device of Eihiro Seiki Co., Ltd.). Jsc (short circuit current), Voc (open voltage), F. F. (Form factor) and η (conversion efficiency) are obtained by measuring in accordance with JIS-C-8913 (2005) and JIS-C-8914 (2005), respectively. The obtained measured value was converted into a relative value with the measured value of the solar cell (solar cell C1) produced in Comparative Example 1 shown later as 100.0.

<実施例2>
タンタル(V)メトキシドを22.5g、二酸化ケイ素粒子(AEROSIL RY 200、粒子径(D50%)は20nm)を12.5g、実施例1で調製したエチルセルロース溶液を30.0g、及びテルピネオールを35.0g混合して、パッシベーション層形成用組成物2を調製した。
その後は実施例1と同様にして、パッシベーション層形成用組成物2の保存安定性の評価、印刷性(印刷ムラ及び印刷滲み)の評価、並びに実効ライフタイムの測定を行った。更に実施例1と同様にして太陽電池素子2及び太陽電池2を作製し、発電性能を評価した。
<Example 2>
22.5 g of tantalum (V) methoxide, 12.5 g of silicon dioxide particles (AEROSIL RY 200, particle diameter (D50%) is 20 nm), 30.0 g of the ethylcellulose solution prepared in Example 1, and 35. of terpineol. A composition 2 for forming a passivation layer was prepared by mixing 0 g.
Thereafter, in the same manner as in Example 1, the storage stability of the passivation layer forming composition 2 was evaluated, the printability (printing unevenness and printing bleeding), and the effective lifetime were measured. Furthermore, the solar cell element 2 and the solar cell 2 were produced in the same manner as in Example 1, and the power generation performance was evaluated.

<実施例3>
ニオブエトキシドを16.0g、水酸化アルミニウム粒子(HP−360、昭和電工株式会社、粒子径(D50%)は3.2μm、純度99.0質量%)を20.0g、アルミニウムエチルアセトアセテートジイソプロピレート(川研ファインケミカル株式会社、商品名:ALCH)を7.5g、実施例1で調製したエチルセルロース溶液を30.0g、及びテルピネオールを26.5g混合して、パッシベーション層形成用組成物3を調製した。
その後は実施例1と同様にして、パッシベーション層形成用組成物3の保存安定性の評価、印刷性(印刷ムラ及び印刷滲み)の評価、並びに実効ライフタイムの測定を行った。更に実施例1と同様にして太陽電池素子3及び太陽電池3を作製し、発電性能を評価した。
<Example 3>
16.0 g of niobium ethoxide, 20.0 g of aluminum hydroxide particles (HP-360, Showa Denko KK, particle size (D50%) is 3.2 μm, purity 99.0% by mass), aluminum ethyl acetoacetate di 7.5 g of isopropylate (Kawaken Fine Chemical Co., Ltd., trade name: ALCH), 30.0 g of the ethylcellulose solution prepared in Example 1, and 26.5 g of terpineol were mixed to obtain composition 3 for forming a passivation layer. Prepared.
Thereafter, in the same manner as in Example 1, the storage stability of the passivation layer forming composition 3 was evaluated, the printability (printing unevenness and printing blur) was evaluated, and the effective lifetime was measured. Furthermore, the solar cell element 3 and the solar cell 3 were produced in the same manner as in Example 1, and the power generation performance was evaluated.

<実施例4>
二酸化ケイ素(SiO)1.5部、酸化ホウ素(B)13.5部、酸化ビスマス(Bi)83.0部、酸化アルミニウム(Al)1.5部、酸化亜鉛(ZnO)0.5部からなるガラス(以下、「G01」と略記することがある)を調製した。得られたガラスG01の軟化点は420℃、結晶化温度は650℃を超えていた。
得られたガラスG01を用いて、粒子径(D50%)が1.5μmであるガラスG01粒子を得た。またその形状は略球状であった。
<Example 4>
Silicon (SiO 2) 1.5 parts dioxide, (2 O 3 B) 13.5 parts of boron oxide, bismuth oxide (Bi 2 O 3) 83.0 parts of aluminum oxide (Al 2 O 3) 1.5 parts, A glass composed of 0.5 part of zinc oxide (ZnO) (hereinafter sometimes abbreviated as “G01”) was prepared. The obtained glass G01 had a softening point of 420 ° C. and a crystallization temperature of over 650 ° C.
By using the obtained glass G01, glass G01 particles having a particle diameter (D50%) of 1.5 μm were obtained. The shape was substantially spherical.

尚、ガラス粒子形状は、株式会社日立ハイテクノロジーズ製TM−1000型走査型電子顕微鏡を用いて観察して判定した。ガラスの平均粒子径は、ベックマン・コールター社、LS 13 320型レーザ散乱回折法粒度分布測定装置(測定波長:632nm)を用いて算出した。ガラスの軟化点は、株式会社島津製作所、DTG−60H型示差熱・熱重量同時測定装置を用いて、示差熱(DTA)曲線により求めた。   The glass particle shape was determined by observation using a TM-1000 scanning electron microscope manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation. The average particle size of the glass was calculated using a Beckman Coulter, LS 13 320 type laser scattering diffraction particle size distribution analyzer (measurement wavelength: 632 nm). The softening point of the glass was determined from a differential heat (DTA) curve using a Shimadzu Corporation, DTG-60H type differential heat / thermogravimetric measuring device.

バナジウム(V)オキシトリエトキシドを24.5g、ガラスG01粒子を10.5g、実施例1で調製したエチルセルロース溶液を30.0g、及びテルピネオールを35.0g混合して、パッシベーション層形成用組成物4を調製した。
その後は実施例1と同様にして、パッシベーション層形成用組成物4の保存安定性の評価、印刷性(印刷ムラ及び印刷滲み)の評価、並びに実効ライフタイムの測定を行った。更に実施例1と同様にして太陽電池素子4及び太陽電池4を作製し、発電性能を評価した。
A composition for forming a passivation layer by mixing 24.5 g of vanadium (V) oxytriethoxide, 10.5 g of glass G01 particles, 30.0 g of the ethylcellulose solution prepared in Example 1, and 35.0 g of terpineol. 4 was prepared.
Thereafter, in the same manner as in Example 1, the storage stability of the passivation layer forming composition 4 was evaluated, the printability (printing unevenness and printing bleeding), and the effective lifetime were measured. Furthermore, the solar cell element 4 and the solar cell 4 were produced in the same manner as in Example 1, and the power generation performance was evaluated.

<実施例5>
イットリウムエトキシドを25.0g、水酸化アルミニウム粒子(粒子径(D50%)は3.2μm)を10.0g、実施例1で調製したエチルセルロース溶液を30.0g、及びテルピネオールを35.0g混合して、パッシベーション層形成用組成物5を調製した。
その後は実施例1と同様にして、パッシベーション層形成用組成物5の保存安定性の評価、印刷性(印刷ムラ及び印刷滲み)の評価、並びに実効ライフタイムの測定を行った。更に実施例1と同様にして太陽電池素子5及び太陽電池5を作製し、発電性能を評価した。
<Example 5>
25.0 g of yttrium ethoxide, 10.0 g of aluminum hydroxide particles (particle diameter (D50%) is 3.2 μm), 30.0 g of the ethylcellulose solution prepared in Example 1, and 35.0 g of terpineol were mixed. Thus, a passivation layer forming composition 5 was prepared.
Thereafter, in the same manner as in Example 1, the storage stability of the passivation layer forming composition 5 was evaluated, the printability (printing unevenness and printing blur) was evaluated, and the effective lifetime was measured. Furthermore, the solar cell element 5 and the solar cell 5 were produced in the same manner as in Example 1, and the power generation performance was evaluated.

<実施例6>
ハフニウムエトキシドを14.5g、二酸化ケイ素粒子(AEROSIL RY 200、粒子径(D50%)は20nm)を8.0g、アルミニウムエチルアセトアセテートジイソプロピレート(ALCH)を12.5g、実施例1で調製したエチルセルロース溶液を30.0g、及びテルピネオールを35.0g混合して、パッシベーション層形成用組成物6を調製した。
その後は実施例1と同様にして、パッシベーション層形成用組成物6の保存安定性の評価、印刷性(印刷ムラ及び印刷滲み)の評価、並びに実効ライフタイムの測定を行った。更に実施例1と同様にして太陽電池素子6及び太陽電池6を作製し、発電性能を評価した。
<Example 6>
14.5 g of hafnium ethoxide, 8.0 g of silicon dioxide particles (AEROSIL RY 200, particle size (D50%) is 20 nm), 12.5 g of aluminum ethyl acetoacetate diisopropylate (ALCH), prepared in Example 1 The composition 6 for forming a passivation layer was prepared by mixing 30.0 g of the ethyl cellulose solution and 35.0 g of terpineol.
Thereafter, in the same manner as in Example 1, the storage stability of the passivation layer forming composition 6 was evaluated, the printability (printing unevenness and printing blur) was evaluated, and the effective lifetime was measured. Furthermore, the solar cell element 6 and the solar cell 6 were produced in the same manner as in Example 1, and the power generation performance was evaluated.

<実施例7>
二酸化ケイ素(SiO)49.0部、酸化ホウ素(B)16.0部、酸化アルミニウム(Al)13.5部、酸化亜鉛(ZnO)8.5部、酸化チタン(TiO)7.5、酸化カルシウム(CaO)5.5からなるガラス(以下、「G02」と略記することがある)を調製した。得られたガラスG02の軟化点は800℃、結晶化温度は650℃を超えていた。
得られたガラスG02を用いて、粒子径(D50%)が1.5μmであるガラスG02粒子を得た。ガラスG02粒子の形状は略球状であった。
<Example 7>
Silicon dioxide (SiO 2 ) 49.0 parts, boron oxide (B 2 O 3 ) 16.0 parts, aluminum oxide (Al 2 O 3 ) 13.5 parts, zinc oxide (ZnO) 8.5 parts, titanium oxide ( A glass composed of TiO 2 ) 7.5 and calcium oxide (CaO) 5.5 (hereinafter sometimes abbreviated as “G02”) was prepared. The obtained glass G02 had a softening point of 800 ° C. and a crystallization temperature of over 650 ° C.
By using the obtained glass G02, glass G02 particles having a particle diameter (D50%) of 1.5 μm were obtained. The shape of the glass G02 particles was substantially spherical.

ニオブエトキシドを20.0g、ガラスG02粒子を9.5g、アルミニウムエチルアセトアセテートジイソプロピレート(ALCH)を5.5g、実施例1で調製したエチルセルロース溶液を30.0g、及びテルピネオールを35.0g混合して、パッシベーション層形成用組成物7を調製した。
その後は実施例1と同様にして、パッシベーション層形成用組成物7の保存安定性の評価、印刷性(印刷ムラ及び印刷滲み)の評価、並びに実効ライフタイムの測定を行った。更に実施例1と同様にして太陽電池素子7及び太陽電池7を作製し、発電性能を評価した。
20.0 g of niobium ethoxide, 9.5 g of glass G02 particles, 5.5 g of aluminum ethyl acetoacetate diisopropylate (ALCH), 30.0 g of the ethylcellulose solution prepared in Example 1, and 35.0 g of terpineol A composition 7 for forming a passivation layer was prepared by mixing.
Thereafter, in the same manner as in Example 1, the storage stability of the passivation layer forming composition 7 was evaluated, the printability (printing unevenness and printing blur) was evaluated, and the effective lifetime was measured. Furthermore, the solar cell element 7 and the solar cell 7 were produced in the same manner as in Example 1, and the power generation performance was evaluated.

<実施例8>
タンタルメトキシドを19.0g、ガラスG01粒子を16.0g、実施例1で調製したエチルセルロース溶液を30.0g、及びテルピネオールを35.0g混合して、パッシベーション層形成用組成物8を調製した。
その後は実施例1と同様にして、パッシベーション層形成用組成物8の保存安定性の評価、印刷性(印刷ムラ及び印刷滲み)の評価、並びに実効ライフタイムの測定を行った。更に実施例1と同様にして太陽電池素子8及び太陽電池8を作製し、発電性能を評価した。
<Example 8>
A composition 8 for forming a passivation layer was prepared by mixing 19.0 g of tantalum methoxide, 16.0 g of glass G01 particles, 30.0 g of the ethylcellulose solution prepared in Example 1, and 35.0 g of terpineol.
Thereafter, in the same manner as in Example 1, the storage stability of the passivation layer forming composition 8 was evaluated, the printability (printing unevenness and printing bleeding), and the effective lifetime were measured. Furthermore, the solar cell element 8 and the solar cell 8 were produced in the same manner as in Example 1, and the power generation performance was evaluated.

<比較例1>
半導体基板へのパッシベーション層の形成において、パッシベーション層形成用組成物を用いずに、ALD(Atomic Layer Deposition)法を用いて酸化アルミニウム(Al)からなるパッシベーション層を形成した。
具体的には、原子層堆積装置を用いて、Al層が20nmの厚さになるよう、製膜条件を調節した。尚、製膜後の層の厚みは干渉式膜厚計(F20膜厚測定システム、フィルメトリクス株式会社)を用いて測定した。
<Comparative Example 1>
In forming a passivation layer on a semiconductor substrate, a passivation layer made of aluminum oxide (Al 2 O 3 ) was formed using an ALD (Atomic Layer Deposition) method without using a composition for forming a passivation layer.
Specifically, the film forming conditions were adjusted using an atomic layer deposition apparatus so that the Al 2 O 3 layer had a thickness of 20 nm. In addition, the thickness of the layer after film formation was measured using the interference type film thickness meter (F20 film thickness measuring system, Filmetrics Co., Ltd.).

上記の手法で、実効ライフタイム測定用基板、太陽電池素子C1及び太陽電池C1を作製し、実効ライフタイムの測定と太陽電池C1の発電性能の評価を行った。尚、それぞれの評価に用いた半導体基板の種類や、製膜パターン、受光面及び裏面の電極形成方法は、実施例1と同じである。   The effective lifetime measurement substrate, the solar cell element C1, and the solar cell C1 were prepared by the above method, and the effective lifetime was measured and the power generation performance of the solar cell C1 was evaluated. In addition, the kind of semiconductor substrate used for each evaluation, the film formation pattern, the light-receiving surface, and the electrode formation method of the back surface are the same as Example 1.

<比較例2>
実施例1におけるパッシベーション層形成用組成物の調製において、フィラーとしての二酸化ケイ素粒子を用いずに、表1に示したように、ニオブエトキシドと液状媒体(TPO)と樹脂(EC)とからなるパッシベーション層形成用組成物C2を調製した。
その後は実施例1と同様にして、パッシベーション層形成用組成物C2の保存安定性の評価、印刷性(印刷ムラ及び印刷滲み)の評価、並びに実効ライフタイムの測定を行った。更に実施例1と同様にして太陽電池素子C2及び太陽電池C2を作製し、発電性能を評価した。
<Comparative example 2>
In the preparation of the composition for forming a passivation layer in Example 1, it is composed of niobium ethoxide, a liquid medium (TPO), and a resin (EC) as shown in Table 1 without using silicon dioxide particles as a filler. A composition C2 for forming a passivation layer was prepared.
Thereafter, in the same manner as in Example 1, the storage stability of the passivation layer forming composition C2, evaluation of printability (print unevenness and print bleeding), and measurement of effective lifetime were performed. Further, a solar cell element C2 and a solar cell C2 were produced in the same manner as in Example 1, and the power generation performance was evaluated.

<比較例3>
実施例1におけるパッシベーション層形成用組成物の調製において、フィラーとしての二酸化ケイ素粒子を用いずに、表1に示したように、バナジウムエトキシドと液状媒体(TPO)と樹脂(EC)とからなるパッシベーション層形成用組成物C3を調製した。
その後は実施例1と同様にして、パッシベーション層形成用組成物C3の保存安定性の評価、印刷性(印刷ムラ及び印刷滲み)の評価、並びに実効ライフタイムの測定を行った。
<Comparative Example 3>
In the preparation of the composition for forming a passivation layer in Example 1, the composition is composed of vanadium ethoxide, a liquid medium (TPO), and a resin (EC) as shown in Table 1 without using silicon dioxide particles as a filler. A composition C3 for forming a passivation layer was prepared.
Thereafter, in the same manner as in Example 1, the storage stability of the passivation layer forming composition C3 was evaluated, the printability (printing unevenness and printing bleeding) was evaluated, and the effective lifetime was measured.



実施例1〜8及び比較例1〜3で実施したパッシベーション層形成用組成物のせん断粘度、保存安定性の評価結果、印刷性の評価結果及びライフタイム測定結果、並びに太陽電池の発電性能の評価結果を纏めて表2に示した。
実施例1〜8で作製したパッシベーション層形成用組成物は、いずれも保存安定性及び印刷性が良好であることがわかった。
Evaluation results of shear viscosity, storage stability evaluation results, printability evaluation results, lifetime measurement results, and solar cell power generation performance of the compositions for forming a passivation layer implemented in Examples 1 to 8 and Comparative Examples 1 to 3 The results are summarized in Table 2.
It was found that the passivation layer forming compositions prepared in Examples 1 to 8 all had good storage stability and printability.

また、実施例1〜8で評価した実効ライフタイム及び太陽電池の発電性能は、比較例1で測定したものとほぼ同等であり、本発明のパッシベーション層形成用組成物を用いることにより、ALD法の酸化アルミニウム(Al)に匹敵する優れたパッシベーション効果を有するパッシベーション層が形成されていることが分かる。Moreover, the effective lifetime evaluated in Examples 1-8 and the electric power generation performance of a solar cell are substantially equivalent to what was measured in Comparative Example 1, and by using the composition for forming a passivation layer of the present invention, the ALD method It can be seen that a passivation layer having an excellent passivation effect comparable to that of aluminum oxide (Al 2 O 3 ) is formed.

一方、比較例2及び比較例3については、パッシベーション層形成用組成物の保存安定性及び印刷性が著しく低下することが分かった。これは、パッシベーション層形成用組成物中にフィラーが含まれなかったことにより、パッシベーション層形成用組成物中で液状媒体と特定の金属アルコキシド化合物とで相分離を生じる等して保存安定性が悪化したこと、及びパッシベーション層形成用組成物のチキソ性が低下したことにより印刷性が悪化したものと考えられる。   On the other hand, with respect to Comparative Example 2 and Comparative Example 3, it was found that the storage stability and printability of the composition for forming a passivation layer were significantly lowered. This is due to the fact that no filler is contained in the composition for forming a passivation layer, so that the storage stability is deteriorated by causing phase separation between the liquid medium and a specific metal alkoxide compound in the composition for forming a passivation layer. It is considered that the printability deteriorated due to the decrease in the thixotropy of the composition for forming a passivation layer and the passivation layer.

比較例2及び比較例3で作製した太陽電池C2及びC3の発電性能についても、比較例1に比べ大幅に低下した。これは上記の印刷性悪化、つまり印刷滲みの進行により、パッシベーション層形成用組成物の印刷パターンの中のドット状開口部(ドット径Lは368μm)がほとんど消失してしまい、後の工程で、アルミニウム電極ペーストを印刷し熱処理(焼成)した際に、裏面集電用電極と半導体基板との間で形成されるオーミックコンタクト部の面積が大幅に減少したことによると考えられる。The power generation performance of the solar cells C2 and C3 produced in Comparative Example 2 and Comparative Example 3 was also significantly lower than that of Comparative Example 1. This above printability deteriorates, i.e. the progression of the bleeding printing, dot-shaped opening in the printed pattern of the passivation layer forming composition (dot diameter L a is 368Myuemu) is at almost disappeared and will, after step It is considered that when the aluminum electrode paste was printed and heat-treated (fired), the area of the ohmic contact portion formed between the back surface collecting electrode and the semiconductor substrate was greatly reduced.

<参考実施形態1>
以下は、参考実施形態1に係るパッシベーション膜、塗布型材料、太陽電池素子及びパッシベーション膜付シリコン基板である。
<Reference Embodiment 1>
The following are the passivation film, the coating material, the solar cell element, and the silicon substrate with the passivation film according to Reference Embodiment 1.

<1> 酸化アルミニウムと酸化ニオブとを含み、シリコン基板を有する太陽電池素子に用いられるパッシベーション膜。 <1> A passivation film used for a solar cell element including aluminum oxide and niobium oxide and having a silicon substrate.

<2> 前記酸化ニオブと前記酸化アルミニウムの質量比(酸化ニオブ/酸化アルミニウム)が30/70〜90/10である<1>に記載のパッシベーション膜。 <2> The passivation film according to <1>, wherein a mass ratio (niobium oxide / aluminum oxide) between the niobium oxide and the aluminum oxide is 30/70 to 90/10.

<3> 前記酸化ニオブ及び前記酸化アルミニウムの総含有率が90質量%以上である<1>又は<2>に記載のパッシベーション膜。 <3> The passivation film according to <1> or <2>, wherein a total content of the niobium oxide and the aluminum oxide is 90% by mass or more.

<4> 更に有機成分を含む<1>〜<3>のいずれか1項に記載のパッシベーション膜。 <4> The passivation film according to any one of <1> to <3>, further including an organic component.

<5> 酸化アルミニウム前駆体及び酸化ニオブ前駆体を含む塗布型材料の熱処理物である<1>〜<4>のいずれか1項に記載のパッシベーション膜。 <5> The passivation film according to any one of <1> to <4>, which is a heat-treated product of a coating material containing an aluminum oxide precursor and a niobium oxide precursor.

<6> 酸化アルミニウム前駆体及び酸化ニオブ前駆体を含み、シリコン基板を有する太陽電池素子のパッシベーション膜の形成に用いられる塗布型材料。 <6> A coating-type material that includes an aluminum oxide precursor and a niobium oxide precursor and is used to form a passivation film for a solar cell element having a silicon substrate.

<7> 単結晶シリコン又は多結晶シリコンからなり、受光面及び前記受光面とは反対側の裏面を有するp型のシリコン基板と、
前記シリコン基板の受光面側に形成されたn型の不純物拡散層と、
前記シリコン基板の受光面側の前記n型の不純物拡散層の表面に形成された第1電極と、
前記シリコン基板の裏面側の表面に形成され、複数の開口部を有する酸化アルミニウムと酸化ニオブを含むパッシベーション膜と、
前記複数の開口部を通して、前記シリコン基板の裏面側の表面と電気的な接続を形成している第2電極と、
を備える太陽電池素子。
<7> A p-type silicon substrate made of single crystal silicon or polycrystalline silicon and having a light receiving surface and a back surface opposite to the light receiving surface;
An n-type impurity diffusion layer formed on the light-receiving surface side of the silicon substrate;
A first electrode formed on the surface of the n-type impurity diffusion layer on the light-receiving surface side of the silicon substrate;
A passivation film comprising aluminum oxide and niobium oxide formed on the back surface of the silicon substrate and having a plurality of openings;
A second electrode forming an electrical connection with the surface on the back side of the silicon substrate through the plurality of openings;
A solar cell element comprising:

<8> 単結晶シリコン又は多結晶シリコンからなり、受光面及び前記受光面とは反対側の裏面を有するp型のシリコン基板と、
前記シリコン基板の受光面側に形成されたn型の不純物拡散層と、
前記シリコン基板の受光面側の前記n型の不純物拡散層の表面に形成された第1電極と、
前記シリコン基板の裏面側の一部又は全部に形成され、前記シリコン基板より高濃度に不純物が添加されたp型の不純物拡散層と、
前記シリコン基板の裏面側の表面に形成され、複数の開口部を有する酸化アルミニウムと酸化ニオブを含むパッシベーション膜と、
前記複数の開口部を通して、前記シリコン基板の裏面側の前記p型の不純物拡散層の表面と電気的な接続を形成している第2電極と、
を備える太陽電池素子。
<8> A p-type silicon substrate made of single crystal silicon or polycrystalline silicon and having a light receiving surface and a back surface opposite to the light receiving surface;
An n-type impurity diffusion layer formed on the light-receiving surface side of the silicon substrate;
A first electrode formed on the surface of the n-type impurity diffusion layer on the light-receiving surface side of the silicon substrate;
A p-type impurity diffusion layer formed on a part or all of the back side of the silicon substrate and doped with impurities at a higher concentration than the silicon substrate;
A passivation film comprising aluminum oxide and niobium oxide formed on the back surface of the silicon substrate and having a plurality of openings;
A second electrode that forms an electrical connection with the surface of the p-type impurity diffusion layer on the back side of the silicon substrate through the plurality of openings;
A solar cell element comprising:

<9> 単結晶シリコン又は多結晶シリコンからなり、受光面及び前記受光面とは反対側の裏面を有するn型のシリコン基板と、
前記シリコン基板の受光面側に形成されたp型の不純物拡散層と、
前記シリコン基板の裏面側に形成された第2電極と、
前記シリコン基板の受光面側の表面に形成され、複数の開口部を有する酸化アルミニウムと酸化ニオブを含むパッシベーション膜と、
前記シリコン基板の受光面側の前記p型の不純物拡散層の表面に形成され、前記複数の開口部を通して前記シリコン基板の受光面側の表面と電気的な接続を形成している第1電極と、
を備える太陽電池素子。
<9> An n-type silicon substrate made of single crystal silicon or polycrystalline silicon and having a light receiving surface and a back surface opposite to the light receiving surface;
A p-type impurity diffusion layer formed on the light-receiving surface side of the silicon substrate;
A second electrode formed on the back side of the silicon substrate;
A passivation film formed on the light-receiving surface side surface of the silicon substrate and including a plurality of openings and containing aluminum oxide and niobium oxide;
A first electrode formed on the surface of the p-type impurity diffusion layer on the light-receiving surface side of the silicon substrate and forming an electrical connection with the surface on the light-receiving surface side of the silicon substrate through the plurality of openings; ,
A solar cell element comprising:

<10> パッシベーション膜における酸化ニオブと酸化アルミニウムの質量比(酸化ニオブ/酸化アルミニウム)が30/70〜90/10である<7>〜<9>のいずれか1項に記載の太陽電池素子。 <10> The solar cell element according to any one of <7> to <9>, wherein the mass ratio of niobium oxide to aluminum oxide (niobium oxide / aluminum oxide) in the passivation film is 30/70 to 90/10.

<11> 前記パッシベーション膜における前記酸化ニオブ及び前記酸化アルミニウムの総含有率が90質量%以上である<7>〜<10>のいずれか1項に記載の太陽電池素子。 <11> The solar cell element according to any one of <7> to <10>, wherein a total content of the niobium oxide and the aluminum oxide in the passivation film is 90% by mass or more.

<12> シリコン基板と、
前記シリコン基板上の全面又は一部に設けられる<1>〜<5>のいずれか1項に記載のパッシベーション膜と、
を有するパッシベーション膜付シリコン基板。
<12> a silicon substrate;
The passivation film according to any one of <1> to <5> provided on the entire surface or a part of the silicon substrate;
A silicon substrate with a passivation film.

上記の参考実施形態によれば、シリコン基板のキャリアライフタイムを長くし且つ負の固定電荷を有するパッシベーション膜を低コストで実現することができる。また、そのパッシベーション膜の形成を実現するための塗布型材料を提供することができる。また、そのパッシベーション膜を用いた効率の高い太陽電池素子を低コストで実現することができる。また、キャリアライフタイムを長くし且つ負の固定電荷を有するパッシベーション膜付シリコン基板を低コストで実現することができる。   According to the reference embodiment described above, a passivation film having a long silicon carrier lifetime and a negative fixed charge can be realized at a low cost. In addition, a coating type material for realizing the formation of the passivation film can be provided. In addition, a highly efficient solar cell element using the passivation film can be realized at low cost. In addition, a silicon substrate with a passivation film having a long carrier lifetime and a negative fixed charge can be realized at low cost.

本実施の形態のパッシベーション膜は、シリコン太陽電池素子に用いられるパッシベーション膜であり、酸化アルミニウムと酸化ニオブとを含むようにしたものである。   The passivation film of the present embodiment is a passivation film used for a silicon solar cell element, and includes aluminum oxide and niobium oxide.

また、本実施の形態では、パッシベーション膜の組成を変えることにより、その膜が持つ固定電荷量を制御することができる。   In this embodiment mode, the fixed charge amount of the film can be controlled by changing the composition of the passivation film.

また、酸化ニオブと酸化アルミニウムの質量比が30/70〜80/20であることが、負の固定電荷を安定化できるという観点からより好ましい。また、酸化ニオブと酸化アルミニウムの質量比が35/65〜70/30であることが、負の固定電荷を更に安定化することができるという観点から更に好ましい。また、酸化ニオブと酸化アルミニウムの質量比が50/50〜90/10であることが、キャリアライフタイムの向上と負の固定電荷を両立できるという観点から好ましい。   Further, it is more preferable that the mass ratio of niobium oxide and aluminum oxide is 30/70 to 80/20 from the viewpoint that the negative fixed charge can be stabilized. Further, the mass ratio of niobium oxide and aluminum oxide is more preferably 35/65 to 70/30 from the viewpoint that the negative fixed charge can be further stabilized. In addition, it is preferable that the mass ratio of niobium oxide and aluminum oxide is 50/50 to 90/10 from the viewpoint that both improvement of carrier lifetime and negative fixed charge can be achieved.

パッシベーション膜中の酸化ニオブと酸化アルミニウムの質量比は、エネルギー分散型X線分光法(EDX)、二次イオン質量分析法(SIMS)及び高周波誘導結合プラズマ質量分析法(ICP−MS)によって測定することができる。具体的な測定条件は次の通りである。パッシベーション膜を酸又はアルカリ水溶液に溶解し、この溶液を霧状にしてArプラズマに導入し、励起された元素が基底状態に戻る際に放出される光を分光して波長及び強度を測定し、得られた波長から元素の定性を行い、得られた強度から定量を行う。   The mass ratio of niobium oxide to aluminum oxide in the passivation film is measured by energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX), secondary ion mass spectrometry (SIMS), and high frequency inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS). be able to. Specific measurement conditions are as follows. Dissolving the passivation film in acid or alkaline aqueous solution, atomizing this solution and introducing it into Ar plasma, measuring the wavelength and intensity by spectroscopically analyzing the light emitted when the excited element returns to the ground state, Element qualification is performed from the obtained wavelength, and quantification is performed from the obtained intensity.

パッシベーション膜中の酸化ニオブ及び酸化アルミニウムの総含有率が、80質量%以上であることが好ましく、良好な特性を維持できる観点から90質量%以上であることがより好ましい。パッシベーション膜中の酸化ニオブ及び酸化アルミニウムの成分が多くなると、負の固定電荷の効果が大きくなる。   The total content of niobium oxide and aluminum oxide in the passivation film is preferably 80% by mass or more, and more preferably 90% by mass or more from the viewpoint of maintaining good characteristics. As the components of niobium oxide and aluminum oxide in the passivation film increase, the effect of negative fixed charges increases.

パッシベーション膜中の酸化ニオブ及び酸化アルミニウムの総含有率は、熱重量分析、蛍光X線分析、ICP−MS及びX線吸収分光法を組み合わせることによって測定することができる。具体的な測定条件は次の通りである。熱重量分析によって無機成分の割合を算出し、蛍光X線やICP−MS分析によってニオブ及びアルミニウムの割合を算出し、酸化物の割合はX線吸収分光法で調べることができる。   The total content of niobium oxide and aluminum oxide in the passivation film can be measured by combining thermogravimetric analysis, fluorescent X-ray analysis, ICP-MS, and X-ray absorption spectroscopy. Specific measurement conditions are as follows. The ratio of inorganic components can be calculated by thermogravimetric analysis, the ratio of niobium and aluminum can be calculated by fluorescent X-ray or ICP-MS analysis, and the ratio of oxide can be examined by X-ray absorption spectroscopy.

また、パッシベーション膜中には、膜質の向上や弾性率の調整の観点から、酸化ニオブ及び酸化アルミニウム以外の成分が有機成分として含まれていてもよい。パッシベーション膜中の有機成分の存在は、元素分析及び膜のFT−IRの測定から確認することができる。   Further, the passivation film may contain components other than niobium oxide and aluminum oxide as organic components from the viewpoint of improving the film quality and adjusting the elastic modulus. The presence of the organic component in the passivation film can be confirmed by elemental analysis and measurement of the FT-IR of the film.

パッシベーション膜中の有機成分の含有率は、パッシベーション膜中、10質量%未満であることがより好ましく、5質量%以下であることが更に好ましく、1質量%以下であることが特に好ましい。   The content of the organic component in the passivation film is more preferably less than 10% by mass, further preferably 5% by mass or less, and particularly preferably 1% by mass or less in the passivation film.

パッシベーション膜は、酸化アルミニウム前駆体及び酸化ニオブ前駆体を含む塗布型材料の熱処理物として得てもよい。塗布型材料の詳細を次に説明する。   The passivation film may be obtained as a heat-treated product of a coating type material containing an aluminum oxide precursor and a niobium oxide precursor. Details of the coating type material will be described next.

本実施の形態の塗布型材料は、酸化アルミニウム前駆体及び酸化ニオブ前駆体を含み、シリコン基板を有する太陽電池素子用のパッシベーション膜の形成に用いられる。   The coating material of the present embodiment includes an aluminum oxide precursor and a niobium oxide precursor, and is used for forming a passivation film for a solar cell element having a silicon substrate.

酸化アルミニウム前駆体は、酸化アルミニウムを生成するものであれば、特に限定されることなく用いることができる。酸化アルミニウム前駆体としては、酸化アルミニウムをシリコン基板上に均一に分散させる点、及び化学的に安定な点から、有機系の酸化アルミニウム前駆体を用いることが好ましい。有機系の酸化アルミニウム前駆体の例として、アルミニウムトリイソプロポキシド(構造式:Al(OCH(CH、(株)高純度化学研究所SYM−AL04等を挙げることができる。The aluminum oxide precursor can be used without particular limitation as long as it produces aluminum oxide. As the aluminum oxide precursor, it is preferable to use an organic aluminum oxide precursor from the viewpoint of uniformly dispersing aluminum oxide on the silicon substrate and chemically stable. Examples of the organic aluminum oxide precursor include aluminum triisopropoxide (structural formula: Al (OCH (CH 3 ) 2 ) 3 , High Purity Chemical Research Laboratory SYM-AL04, and the like.

酸化ニオブ前駆体は、酸化ニオブを生成するものであれば、特に限定されることなく用いることができる。酸化ニオブ前駆体としては、酸化ニオブをシリコン基板上に均一に分散させる点、及び化学的に安定な観点から有機系の酸化ニオブ前駆体を用いることが好ましい。有機系の酸化ニオブ前駆体の例として、ニオブ(V)エトキシド(構造式:Nb(OC、分子量:318.21)、(株)高純度化学研究所Nb−05等を挙げることができる。The niobium oxide precursor can be used without particular limitation as long as it produces niobium oxide. As the niobium oxide precursor, it is preferable to use an organic niobium oxide precursor from the viewpoint of uniformly dispersing niobium oxide on the silicon substrate and chemically stable. Examples of organic niobium oxide precursors include niobium (V) ethoxide (structural formula: Nb (OC 2 H 5 ) 5 , molecular weight: 318.21), High Purity Chemical Laboratory Nb-05, etc. be able to.

有機系の酸化ニオブ前駆体及び有機系の酸化アルミニウム前駆体を含む塗布型材料を塗布法又は印刷法を用いて成膜し、その後の熱処理(焼成)により有機成分を除去することにより、パッシベーション膜を得ることができる。したがって、結果として、有機成分を含むパッシベーション膜であってもよい。   A passivation film is formed by forming a coating type material containing an organic niobium oxide precursor and an organic aluminum oxide precursor using a coating method or a printing method, and then removing organic components by a subsequent heat treatment (firing). Can be obtained. Therefore, as a result, a passivation film containing an organic component may be used.

<太陽電池素子の構造説明>
本実施の形態の太陽電池素子の構造について図12〜図15を参照しながら説明する。図12〜図15は、本実施の形態の裏面にパッシベーション膜を用いた太陽電池素子の第1〜第4構成例を示す断面図である。
<Structure explanation of solar cell element>
The structure of the solar cell element of the present embodiment will be described with reference to FIGS. 12-15 is sectional drawing which shows the 1st-4th structural example of the solar cell element which used the passivation film for the back surface of this Embodiment.

本実施の形態で用いるシリコン基板(結晶シリコン基板、半導体基板)101としては、単結晶シリコン、又は、多結晶シリコンのどちらを用いてもよい。また、シリコン基板101としては、導電型がp型の結晶シリコン、又は、導電型がn型の結晶シリコンのどちらを用いてもよい。本実施の形態の効果をより発揮する観点からは、導電型がp型の結晶シリコンがより適している。   As the silicon substrate (crystalline silicon substrate, semiconductor substrate) 101 used in this embodiment mode, either single crystal silicon or polycrystalline silicon may be used. Further, as the silicon substrate 101, either p-type crystalline silicon or n-type crystalline silicon may be used. From the standpoint of exerting the effects of the present embodiment, p-type crystalline silicon is more suitable.

以下の図12〜図15においては、シリコン基板101として、p型単結晶シリコンを用いた例について説明する。尚、当該シリコン基板101に用いる単結晶シリコン又は多結晶シリコンは、任意のものでよいが、抵抗率が0.5Ω・cm〜10Ω・cmである単結晶シリコン又は多結晶シリコンが好ましい。   In the following FIGS. 12 to 15, an example in which p-type single crystal silicon is used as the silicon substrate 101 will be described. Note that single crystal silicon or polycrystalline silicon used for the silicon substrate 101 may be any material, but single crystal silicon or polycrystalline silicon having a resistivity of 0.5 Ω · cm to 10 Ω · cm is preferable.

図12(第1構成例)に示すように、p型のシリコン基板101の受光面側(図中上側、第1面)に、リン等のV族の元素をドーピングしたn型の拡散層102が形成される。そして、シリコン基板101と拡散層102との間でpn接合が形成される。拡散層102の表面には、窒化ケイ素(SiN)膜等の受光面反射防止膜103、及び銀(Ag)等を用いた第1電極105(受光面側の電極、第1面電極、上面電極、受光面電極)が形成される。受光面反射防止膜103は、受光面パッシベーション膜としての機能を兼ね備えてもよい。SiN膜を用いることで、受光面反射防止膜と受光面パッシベーション膜の機能を両方兼ね備えることができる。   As shown in FIG. 12 (first configuration example), an n-type diffusion layer 102 doped with a group V element such as phosphorus on the light-receiving surface side (upper side, first surface in the figure) of a p-type silicon substrate 101. Is formed. A pn junction is formed between the silicon substrate 101 and the diffusion layer 102. On the surface of the diffusion layer 102, a light receiving surface antireflection film 103 such as a silicon nitride (SiN) film, and a first electrode 105 (light receiving surface side electrode, first surface electrode, upper surface electrode) using silver (Ag) or the like. , A light receiving surface electrode) is formed. The light receiving surface antireflection film 103 may also have a function as a light receiving surface passivation film. By using the SiN film, both functions of the light receiving surface antireflection film and the light receiving surface passivation film can be provided.

尚、本実施の形態の太陽電池素子は、受光面反射防止膜103を有していても有していなくてもよい。また、太陽電池素子の受光面には、表面での反射率を低減するため、凹凸構造(テクスチャー構造)が形成されることが好ましいが、本実施の形態の太陽電池素子は、テクスチャー構造を有していても有していなくてもよい。   Note that the solar cell element of the present embodiment may or may not have the light-receiving surface antireflection film 103. In addition, the light receiving surface of the solar cell element is preferably formed with a concavo-convex structure (texture structure) in order to reduce the reflectance on the surface, but the solar cell element of the present embodiment has a texture structure. It may or may not have.

一方、シリコン基板101の裏面側(図中下側、第2面、裏面)には、アルミニウム、ボロン等のIII族の元素をドーピングした層であるBSF(Back Surface Field)層104が形成される。ただし、本実施の形態の太陽電池素子は、BSF層104を有していても有していなくてもよい。   On the other hand, a BSF (Back Surface Field) layer 104, which is a layer doped with a group III element such as aluminum or boron, is formed on the back side (lower side, second side, back side in the figure) of the silicon substrate 101. . However, the solar cell element of this embodiment may or may not have the BSF layer 104.

このシリコン基板101の裏面側には、BSF層104(BSF層104が無い場合はシリコン基板101の裏面側の表面)とコンタクト(電気的接続)をとるために、アルミニウム等で構成される第2電極106(裏面側の電極、第2面電極、裏面電極)が形成されている。   A second surface made of aluminum or the like is used on the back surface side of the silicon substrate 101 to make contact (electrical connection) with the BSF layer 104 (or the surface on the back surface side of the silicon substrate 101 when the BSF layer 104 is not provided). Electrodes 106 (back side electrode, second side electrode, back side electrode) are formed.

更に、図12(第1構成例)においては、BSF層104(BSF層104が無い場合はシリコン基板101の裏面側の表面)と第2電極106とが電気的に接続されているコンタクト領域(開口部OA)を除いた部分に、酸化アルミニウム及び酸化ニオブを含むパッシベーション膜(パッシベーション層)107が形成されている。本実施の形態のパッシベーション膜107は、負の固定電荷を有することが可能である。この固定電荷により、光によりシリコン基板101内で発生したキャリアのうち少数キャリアである電子を表面側へ跳ね返す。このため、短絡電流が増加し、光電変換効率が向上することが期待される。   Further, in FIG. 12 (first configuration example), a contact region (a surface on the back side of the silicon substrate 101 when the BSF layer 104 is not provided) and the second electrode 106 are electrically connected ( A passivation film (passivation layer) 107 containing aluminum oxide and niobium oxide is formed in a portion excluding the opening OA). The passivation film 107 of this embodiment can have a negative fixed charge. With this fixed charge, electrons which are minority carriers among the carriers generated in the silicon substrate 101 by light are bounced back to the surface side. For this reason, a short circuit current increases and it is anticipated that photoelectric conversion efficiency will improve.

次いで、図13に示す第2構成例について説明する。図12(第1構成例)においては、第2電極106は、コンタクト領域(開口部OA)とパッシベーション膜107上の全面に形成されているが、図13(第2構成例)においては、コンタクト領域(開口部OA)のみに第2電極106が形成されている。コンタクト領域(開口部OA)とパッシベーション膜107上の一部のみに第2電極106が形成される構成としてもよい。図13に示す構成の太陽電池素子であっても図12(第1構成例)と同様の効果を得ることができる。   Next, a second configuration example shown in FIG. 13 will be described. In FIG. 12 (first configuration example), the second electrode 106 is formed on the entire surface of the contact region (opening OA) and the passivation film 107. In FIG. The second electrode 106 is formed only in the region (opening OA). The second electrode 106 may be formed only in part on the contact region (opening OA) and the passivation film 107. Even with the solar cell element having the configuration shown in FIG. 13, the same effect as in FIG. 12 (first configuration example) can be obtained.

次いで、図14に示す第3構成例について説明する。図14に示す第3構成例においては、BSF層104が、第2電極106とのコンタクト領域(開口部OA部)を含む裏面側の一部のみに形成され、図12(第1構成例)のように、裏面側の全面に形成されていない。このような構成の太陽電池素子(図14)であっても、図12(第1構成例)と同様の効果を得ることができる。また、図14の第3構成例の太陽電池素子によれば、BSF層104、つまり、アルミニウム、ボロン等のIII族の元素をドーピングすることでシリコン基板101よりも不純物が高い濃度でドーピングされた領域が少ないため、図12(第1構成例)より高い光電変換効率を得ることが可能である。   Next, a third configuration example shown in FIG. 14 will be described. In the third configuration example shown in FIG. 14, the BSF layer 104 is formed only on a part of the back surface side including the contact region (opening OA portion) with the second electrode 106, and FIG. 12 (first configuration example). Thus, it is not formed on the entire back surface side. Even with the solar cell element having such a configuration (FIG. 14), the same effect as that of FIG. 12 (first configuration example) can be obtained. Further, according to the solar cell element of the third configuration example of FIG. 14, the BSF layer 104, that is, the impurity is doped at a higher concentration than the silicon substrate 101 by doping a group III element such as aluminum or boron. Since there are few areas, it is possible to obtain higher photoelectric conversion efficiency than that in FIG. 12 (first configuration example).

次いで、図15に示す第4構成例について説明する。図14(第3構成例)においては、第2電極106は、コンタクト領域(開口部OA)とパッシベーション膜107上の全面に形成されているが、図15(第4構成例)においては、コンタクト領域(開口部OA)のみに第2電極106が形成されている。コンタクト領域(開口部OA)とパッシベーション膜107上の一部のみに第2電極106が形成される構成としてもよい。図15に示す構成の太陽電池素子であっても図14(第3構成例)と同様の効果を得ることができる。   Next, a fourth configuration example shown in FIG. 15 will be described. In FIG. 14 (third configuration example), the second electrode 106 is formed on the entire surface of the contact region (opening OA) and the passivation film 107, but in FIG. 15 (fourth configuration example), the contact The second electrode 106 is formed only in the region (opening OA). The second electrode 106 may be formed only in part on the contact region (opening OA) and the passivation film 107. Even with the solar cell element having the configuration shown in FIG. 15, the same effect as in FIG. 14 (third configuration example) can be obtained.

また、第2電極106を印刷法で付与し、高温で焼成することにより裏面側の全面に形成した場合は、降温過程で上に凸の反りが発生しやすい。このような反りは、太陽電池素子の破損を引き起こす場合があり、歩留りが低下する恐れがある。また、シリコン基板の薄膜化が進む際には反りの問題が大きくなる。この反りの原因は、シリコン基板よりも金属(例えばアルミニウム)よりなる第2電極106の熱膨張係数が大きく、その分、降温過程での収縮が大きいため、応力が発生することにある。   In addition, when the second electrode 106 is applied by a printing method and baked at a high temperature to form the entire surface on the back surface side, a convex warpage tends to occur in the temperature lowering process. Such warpage may cause damage to the solar cell element, which may reduce the yield. Further, the problem of warpage increases as the silicon substrate becomes thinner. The cause of this warp is that stress is generated because the thermal expansion coefficient of the second electrode 106 made of metal (for example, aluminum) is larger than that of the silicon substrate, and the shrinkage in the temperature lowering process is correspondingly large.

以上のことから、図13(第2構成例)及び図15(第4構成例)のように第2電極106を裏面側の全面に形成しない方が、電極構造が上下で対称になり易く、熱膨張係数の差による応力が発生しにくいため好ましい。ただし、その場合は、別途反射層を設けることが好ましい。   From the above, when the second electrode 106 is not formed on the entire back surface side as shown in FIG. 13 (second configuration example) and FIG. 15 (fourth configuration example), the electrode structure tends to be symmetrical vertically. This is preferable because stress due to the difference in thermal expansion coefficient is not easily generated. However, in that case, it is preferable to provide a separate reflective layer.

<太陽電池素子の製法説明>
次に、上記構成をもつ本実施の形態の太陽電池素子(図12〜図15)の製造方法の一例について説明する。ただし、本実施の形態は、以下に述べる方法で作製した太陽電池素子に限るものではない。
<Description of manufacturing method of solar cell element>
Next, an example of a method for manufacturing the solar cell element (FIGS. 12 to 15) of the present embodiment having the above-described configuration will be described. However, the present embodiment is not limited to the solar cell element manufactured by the method described below.

まず、図12等に示すシリコン基板101の表面にテクスチャー構造を形成する。テクスチャー構造の形成は、シリコン基板101の両面に形成しても、片面(受光面側)のみに形成してもよい。テクスチャー構造を形成するため、まず、シリコン基板101を加熱した水酸化カリウム又は水酸化ナトリウムの溶液に浸して、シリコン基板101のダメージ層を除去する。その後、水酸化カリウム及びイソプロピルアルコールを主成分とする溶液に浸すことで、シリコン基板101の両面又は片面(受光面側)にテクスチャー構造を形成する。尚、上述したとおり、本実施の形態の太陽電池素子は、テクスチャー構造を有していても有していなくてもよいため、本工程は省略してもよい。   First, a texture structure is formed on the surface of the silicon substrate 101 shown in FIG. The texture structure may be formed on both sides of the silicon substrate 101 or only on one side (light receiving side). In order to form a texture structure, first, the damaged layer of the silicon substrate 101 is removed by immersing the silicon substrate 101 in a heated potassium hydroxide or sodium hydroxide solution. Then, a texture structure is formed on both surfaces or one surface (light receiving surface side) of the silicon substrate 101 by dipping in a solution containing potassium hydroxide and isopropyl alcohol as main components. Note that, as described above, the solar cell element of the present embodiment may or may not have a texture structure, and thus this step may be omitted.

続いて、シリコン基板101を塩酸、フッ酸等の溶液で洗浄した後、シリコン基板101にオキシ塩化リン(POCl)等の熱拡散により、拡散層102としてリン拡散層(n層)を形成する。リン拡散層は、例えば、リンを含んだ塗布型のドーピング材の溶液をシリコン基板101に付与し、熱処理をすることによって形成できる。熱処理後、表面に形成されたリンガラスの層をフッ酸等の酸で除去することで、拡散層102としてリン拡散層(n層)が形成される。リン拡散層を形成する方法は特に制限されない。リン拡散層は、シリコン基板101の表面からの深さが0.2μm〜0.5μmの範囲、シート抵抗が40Ω/□〜100Ω/□(ohm/square)の範囲となるように形成することが好ましい。Subsequently, after the silicon substrate 101 is washed with a solution of hydrochloric acid, hydrofluoric acid, etc., a phosphorus diffusion layer (n + layer) is formed as the diffusion layer 102 by thermal diffusion of phosphorus oxychloride (POCl 3 ) or the like on the silicon substrate 101. To do. The phosphorus diffusion layer can be formed, for example, by applying a coating-type doping material solution containing phosphorus to the silicon substrate 101 and performing heat treatment. After the heat treatment, the phosphorous glass layer formed on the surface is removed with an acid such as hydrofluoric acid, whereby a phosphorous diffusion layer (n + layer) is formed as the diffusion layer 102. The method for forming the phosphorus diffusion layer is not particularly limited. The phosphorus diffusion layer may be formed so that the depth from the surface of the silicon substrate 101 is in the range of 0.2 μm to 0.5 μm, and the sheet resistance is in the range of 40Ω / □ to 100Ω / □ (ohm / square). preferable.

その後、シリコン基板101の裏面側にボロン、アルミニウム等を含んだ塗布型のドーピング材の溶液を付与し、熱処理を行うことで、裏面側のBSF層104を形成する。付与には、スクリーン印刷、インクジェット、ディスペンス、スピンコート等の方法を用いることができる。熱処理後、裏面に形成されたボロンガラス、アルミニウム等の層をフッ酸、塩酸等によって除去することでBSF層104が形成される。BSF層104を形成する方法は特に制限されない。好ましくは、BSF層104は、ボロン、アルミニウム等の濃度の範囲が1018cm−3〜1022cm−3となるように形成されることが好ましく、ドット状又はライン状にBSF層104を形成することが好ましい。尚、本実施の形態の太陽電池素子は、BSF層104を有していても有していなくてもよいため、本工程は省略してもよい。Thereafter, a BSF layer 104 on the back surface side is formed by applying a coating-type doping material solution containing boron, aluminum or the like to the back surface side of the silicon substrate 101 and performing heat treatment. For the application, methods such as screen printing, inkjet, dispensing, spin coating and the like can be used. After the heat treatment, the BSF layer 104 is formed by removing a layer of boron glass, aluminum, or the like formed on the back surface with hydrofluoric acid, hydrochloric acid, or the like. The method for forming the BSF layer 104 is not particularly limited. Preferably, the BSF layer 104 is preferably formed such that the concentration range of boron, aluminum, or the like is 10 18 cm −3 to 10 22 cm −3, and the BSF layer 104 is formed in a dot shape or a line shape It is preferable to do. Note that the solar cell element of the present embodiment may or may not have the BSF layer 104, and thus this step may be omitted.

また、受光面の拡散層102、及び裏面のBSF層104とも塗布型のドーピング材の溶液を用いて形成する場合は、上記のドーピング材の溶液をそれぞれシリコン基板101の両面に付与して、拡散層102としてのリン拡散層(n層)とBSF層104の形成を一括して行い、その後、表面に形成したリンガラス、ボロンガラス等を一括して除去してもよい。Further, when the diffusion layer 102 on the light-receiving surface and the BSF layer 104 on the back surface are formed using a coating-type doping material solution, the above-described doping material solution is applied to both sides of the silicon substrate 101 to diffuse. The phosphorous diffusion layer (n + layer) and the BSF layer 104 as the layer 102 may be formed in a lump, and then phosphorous glass, boron glass, or the like formed on the surface may be removed all at once.

その後、拡散層102の上に、受光面反射防止膜103である窒化ケイ素膜を形成する。受光面反射防止膜103を形成する方法は特に制限されない。受光面反射防止膜103は、厚さが50〜100nmの範囲、屈折率が1.9〜2.2の範囲となるように形成することが好ましい。受光面反射防止膜103は、窒化ケイ素膜に限られず、酸化ケイ素膜、酸化アルミニウム膜、酸化チタン膜等であってもよい。窒化イ素膜等の表面反射防止膜103は、プラズマCVD、熱CVD等の方法で作製でき、350℃〜500℃の温度範囲で形成可能なプラズマCVDで作製することが好ましい。   Thereafter, a silicon nitride film as the light-receiving surface antireflection film 103 is formed on the diffusion layer 102. The method for forming the light receiving surface antireflection film 103 is not particularly limited. The light-receiving surface antireflection film 103 is preferably formed to have a thickness in the range of 50 to 100 nm and a refractive index in the range of 1.9 to 2.2. The light-receiving surface antireflection film 103 is not limited to a silicon nitride film, and may be a silicon oxide film, an aluminum oxide film, a titanium oxide film, or the like. The surface antireflection film 103 such as an silicon nitride film can be manufactured by a method such as plasma CVD or thermal CVD, and is preferably manufactured by plasma CVD that can be formed in a temperature range of 350 ° C. to 500 ° C.

次に、シリコン基板101の裏面側にパッシベーション膜107を形成する。パッシベーション膜107は、酸化アルミニウムと酸化ニオブを含み、例えば、熱処理(焼成)により酸化アルミニウムが得られる有機金属分解塗布型材料に代表される酸化アルミニウム前駆体と、熱処理(焼成)により酸化ニオブが得られる市販の有機金属分解塗布型材料に代表される酸化ニオブ前駆体とを含む材料(パッシベーション材料)を付与し、熱処理(焼成)することにより形成される。   Next, a passivation film 107 is formed on the back side of the silicon substrate 101. The passivation film 107 contains aluminum oxide and niobium oxide. For example, an aluminum oxide precursor typified by an organometallic decomposition coating material from which aluminum oxide can be obtained by heat treatment (firing), and niobium oxide obtained by heat treatment (firing). It is formed by applying a material (passivation material) containing a niobium oxide precursor typified by a commercially available organometallic decomposition coating type material and heat-treating (firing).

パッシベーション膜107の形成は、例えば、以下のようにして行うことができる。上記の塗布型材料を、濃度0.049質量%のフッ酸で自然酸化膜をあらかじめ除去した725μm厚で8インチ(20.32cm)のp型のシリコン基板(8Ωcm〜12Ωcm)の片面に回転塗布し、ホットプレート上において120℃、3分間のプリベークを行う。その後、窒素雰囲気下で、650℃、1時間の熱処理を行う。この場合、酸化アルミニウム及び酸化ニオブを含むパッシベーション膜が得られる。上記のような方法で形成されるパッシベーション膜107のエリプソメーターにより測定される膜厚は、通常は数十nm程度である。   The formation of the passivation film 107 can be performed as follows, for example. The above coating material is spin-coated on one side of a 725 μm thick 8-inch (20.32 cm) p-type silicon substrate (8Ω-12Ωcm) from which a natural oxide film has been previously removed with hydrofluoric acid having a concentration of 0.049% by mass. Then, pre-baking is performed on a hot plate at 120 ° C. for 3 minutes. Thereafter, heat treatment is performed at 650 ° C. for 1 hour in a nitrogen atmosphere. In this case, a passivation film containing aluminum oxide and niobium oxide is obtained. The thickness of the passivation film 107 formed by the above method is usually about several tens of nanometers as measured by an ellipsometer.

上記の塗布型材料は、スクリーン印刷、オフセット印刷、インクジェットによる印刷、ディスペンサーによる印刷等の方法により、コンタクト領域(開口部OA)を含んだ所定のパターンに付与される。尚、上記の塗布型材料は、付与後、80℃〜180℃の範囲でプリベークして溶媒を蒸発させた後、窒素雰囲気下又は空気中において、600℃〜1000℃で、30分〜3時間程度の熱処理(アニール)を施し、パッシベーション膜107(酸化物の膜)とすることが好ましい。   The coating material is applied to a predetermined pattern including the contact region (opening OA) by a method such as screen printing, offset printing, ink jet printing, or dispenser printing. In addition, after apply | coating the said coating type material, after pre-baking in the range of 80 to 180 degreeC and evaporating a solvent, in nitrogen atmosphere or in air, it is 600 to 1000 degreeC, and 30 minutes to 3 hours. It is preferable to perform a degree of heat treatment (annealing) to form a passivation film 107 (oxide film).

更に、開口部(コンタクト用の孔)OAは、BSF層104上に、ドット状又はライン状に形成することが好ましい。   Furthermore, the opening (contact hole) OA is preferably formed on the BSF layer 104 in a dot shape or a line shape.

上記の太陽電池素子に用いるパッシベーション膜107としては、酸化ニオブと酸化アルミニウムの質量比(酸化ニオブ/酸化アルミニウム)が30/70〜90/10であることが好ましく、30/70〜80/20であることがより好ましく、35/65〜70/30であることが更に好ましい。これにより、負の固定電荷を安定化させることができる。また、酸化ニオブと酸化アルミニウムの質量比が50/50〜90/10であることが、キャリアライフタイムの向上と負の固定電荷を両立できるという観点から好ましい。   As the passivation film 107 used for the above solar cell element, the mass ratio of niobium oxide to aluminum oxide (niobium oxide / aluminum oxide) is preferably 30/70 to 90/10, and 30/70 to 80/20. More preferably, it is more preferably 35/65 to 70/30. Thereby, the negative fixed charge can be stabilized. In addition, it is preferable that the mass ratio of niobium oxide and aluminum oxide is 50/50 to 90/10 from the viewpoint that both improvement of carrier lifetime and negative fixed charge can be achieved.

更にパッシベーション膜107において、酸化ニオブ及び酸化アルミニウムの総含有率が80質量%以上であることが好ましく、90質量%以上であることがより好ましい。   Further, in the passivation film 107, the total content of niobium oxide and aluminum oxide is preferably 80% by mass or more, and more preferably 90% by mass or more.

次に、受光面側の電極である第1電極105を形成する。第1電極105は、受光面反射防止膜103上に銀(Ag)を主成分とするペーストをスクリーン印刷により形成し、熱処理(ファイアースルー)を行うことで形成される。第1電極105の形状は、任意の形状でよく、例えば、フィンガー電極とバスバー電極とからなる周知の形状でよい。   Next, the first electrode 105 which is an electrode on the light receiving surface side is formed. The first electrode 105 is formed by forming a paste mainly composed of silver (Ag) on the light-receiving surface antireflection film 103 by screen printing and performing a heat treatment (fire through). The shape of the 1st electrode 105 may be arbitrary shapes, for example, may be a known shape which consists of a finger electrode and a bus-bar electrode.

そして、裏面側の電極である第2電極106を形成する。第2電極106は、アルミニウムを主成分とするペーストをスクリーン印刷又はディスペンサーを用いて付与し、それを熱処理することによって形成できる。また、第2電極106の形状は、BSF層104の形状と同じ形状、裏面側の全面を覆う形状、櫛型状、格子状等であることが好ましい。尚、受光面側の電極である第1電極105と第2電極106とを形成するためのペーストの印刷をそれぞれ先に行って、その後、熱処理(ファイアスルー)することにより第1電極105と第2電極106とを一括して形成してもよい。   And the 2nd electrode 106 which is an electrode of the back side is formed. The second electrode 106 can be formed by applying a paste containing aluminum as a main component using screen printing or a dispenser and heat-treating it. The shape of the second electrode 106 is preferably the same shape as the shape of the BSF layer 104, a shape covering the entire back surface, a comb shape, a lattice shape, or the like. The paste for forming the first electrode 105 and the second electrode 106, which are the electrodes on the light receiving surface side, is first printed, and then heat-treated (fire-through), whereby the first electrode 105 and the second electrode 106 are formed. The two electrodes 106 may be formed together.

また第2電極106の形成にアルミニウム(Al)を主成分とするペーストを用いることにより、アルミニウムがドーパントとして拡散して、自己整合で第2電極106とシリコン基板101との接触部にBSF層104が形成される。尚、先に述べたように、シリコン基板101の裏面側にボロン、アルミニウム等を含んだ塗布型のドーピング材の溶液を付与し、それを熱処理することで別途BSF層104を形成してもよい。   Further, by using a paste containing aluminum (Al) as a main component for forming the second electrode 106, aluminum diffuses as a dopant, and the BSF layer 104 is formed in a contact portion between the second electrode 106 and the silicon substrate 101 in a self-alignment manner. Is formed. As described above, the BSF layer 104 may be separately formed by applying a coating-type doping material solution containing boron, aluminum, or the like to the back side of the silicon substrate 101 and heat-treating it. .

尚、上記においては、シリコン基板101にp型のシリコンを用いた構造例及び製法例を示したが、シリコン基板101としてn型のシリコン基板も用いることができる。この場合は、拡散層102は、ボロン等のIII族の元素をドーピングした層で形成され、BSF層104は、リン等のV族の元素をドーピングして形成される。ただし、この場合は、負の固定電荷により界面に形成された反転層と裏面側の金属が接触した部分を通じて漏れ電流が流れ、変換効率が上がりにくい場合がある点に留意すべきである。   In the above description, a structural example and a manufacturing method example in which p-type silicon is used for the silicon substrate 101 are shown, but an n-type silicon substrate can also be used as the silicon substrate 101. In this case, the diffusion layer 102 is formed by a layer doped with a group III element such as boron, and the BSF layer 104 is formed by doping a group V element such as phosphorus. However, it should be noted that in this case, a leakage current flows through a portion where the inversion layer formed at the interface due to the negative fixed charge and the metal on the back surface are in contact with each other, and the conversion efficiency may be difficult to increase.

またn型のシリコン基板を用いる場合には、酸化ニオブ及び酸化アルミニウムを含むパッシベーション膜107を図16に示すように受光面側に用いることができる。図16は、本実施の形態の受光面パッシベーション膜を用いた太陽電池素子の構成例を示す断面図である。   When an n-type silicon substrate is used, a passivation film 107 containing niobium oxide and aluminum oxide can be used on the light receiving surface side as shown in FIG. FIG. 16 is a cross-sectional view illustrating a configuration example of a solar cell element using the light-receiving surface passivation film of the present embodiment.

この場合、受光面側の拡散層102は、ボロンをドーピングしてp型となっており、生成したキャリアのうち正孔を受光面側に、電子を裏面側に集める。このために、負の固定電荷をもったパッシベーション膜107が受光面側にあることが好ましい。   In this case, the diffusion layer 102 on the light receiving surface side is p-type doped with boron, and collects holes of the generated carriers on the light receiving surface side and electrons on the back surface side. For this reason, it is preferable that the passivation film 107 having a negative fixed charge is on the light receiving surface side.

酸化ニオブ及び酸化アルミニウムを含むパッシベーション膜の上には、更にCVD等によりSiN等で構成される反射防止膜を形成してもよい。   On the passivation film containing niobium oxide and aluminum oxide, an antireflection film made of SiN or the like may be further formed by CVD or the like.

以下、本実施の形態の参考実施例及び参考比較例を参照しながら詳細に説明する。   Hereafter, it demonstrates in detail, referring the reference Example and reference comparative example of this Embodiment.

[参考実施例1−1]
熱処理(焼成)により酸化アルミニウム(Al)が得られる市販の有機金属分解塗布型材料[株式会社高純度化学研究所SYM−AL04、濃度2.3質量%]を3.0gと、熱処理(焼成)により酸化ニオブ(Nb)が得られる市販の有機金属分解塗布型材料[株式会社高純度化学研究所Nb−05、濃度5質量%]を3.0gとを混合して、塗布型材料であるパッシベーション材料(a−1)を調製した。
[Reference Example 1-1]
3.0 g of a commercially available organometallic decomposition coating type material [High Purity Chemical Laboratory, Ltd. SYM-AL04, concentration 2.3 mass%] from which aluminum oxide (Al 2 O 3 ) can be obtained by heat treatment (firing), and heat treatment A commercially available organometallic decomposition coating-type material [High Purity Chemical Laboratory Nb-05, concentration 5% by mass] from which niobium oxide (Nb 2 O 5 ) is obtained by (baking) is mixed with 3.0 g, A passivation material (a-1) which is a coating type material was prepared.

パッシベーション材料(a−1)を、濃度0.049質量%のフッ酸で自然酸化膜をあらかじめ除去した725μm厚で8インチのp型のシリコン基板(8Ωcm〜12Ωcm)の片面に回転塗布し、ホットプレート上において120℃、3分間のプリベークを行った。その後、窒素雰囲気下で、650℃、1時間の熱処理(焼成)を行い、酸化アルミニウム及び酸化ニオブを含むパッシベーション膜[酸化ニオブ/酸化アルミニウム=68/32(質量比)]を得た。エリプソメーターにより膜厚を測定したところ43nmであった。パッシベーション膜のFT−IRを測定したところ、1200cm−1付近に、ごくわずかのアルキル基に起因するピークが見られた。The passivation material (a-1) was spin-coated on one side of a 725 μm-thick 8-inch p-type silicon substrate (8 Ωcm to 12 Ωcm) from which a natural oxide film was previously removed with hydrofluoric acid having a concentration of 0.049% by mass. Pre-baking was performed on the plate at 120 ° C. for 3 minutes. Thereafter, a heat treatment (firing) was performed at 650 ° C. for 1 hour in a nitrogen atmosphere to obtain a passivation film containing nitric oxide and niobium oxide [niobium oxide / aluminum oxide = 68/32 (mass ratio)]. It was 43 nm when the film thickness was measured with the ellipsometer. When the FT-IR of the passivation film was measured, a peak due to a very few alkyl groups was observed in the vicinity of 1200 cm −1 .

次に、上記のパッシベーション膜上に、メタルマスクを介して、直径1mmのアルミ電極を複数個蒸着により形成し、MIS(Metal−Insulator−Semiconductor;金属−絶縁体−半導体)構造のキャパシタを作製した。このキャパシタの静電容量の電圧依存性(C−V特性)を市販のプローバー及びLCRメーター(HP社、4275A)により測定した。その結果、フラットバンド電圧(Vfb)が理想値の−0.81Vから、+0.32Vにシフトしたことが判明した。このシフト量からパッシベーション材料(a−1)から得たパッシベーション膜は、固定電荷密度(Nf)が−7.4×1011cm−2で負の固定電荷を示すことがわかった。Next, a plurality of aluminum electrodes having a diameter of 1 mm were formed by vapor deposition on the passivation film through a metal mask, and a capacitor having a MIS (Metal-Insulator-Semiconductor) structure was produced. . The voltage dependence (CV characteristics) of the capacitance of this capacitor was measured with a commercially available prober and LCR meter (HP, 4275A). As a result, it was found that the flat band voltage (Vfb) shifted from an ideal value of −0.81 V to +0.32 V. From this shift amount, it was found that the passivation film obtained from the passivation material (a-1) showed a negative fixed charge with a fixed charge density (Nf) of −7.4 × 10 11 cm −2 .

上記と同様に、パッシベーション材料(a−1)を8インチのp型のシリコン基板の両面に付与し、プリベークして、窒素雰囲気下で、650℃、1時間の熱処理(焼成)を行い、シリコン基板の両面がパッシベーション膜で覆われたサンプルを作製した。このサンプルのキャリアライフタイムをライフタイム測定装置(株式会社コベルコ科研、RTA−540)により行った。その結果、キャリアライフタイムは530μsであった。比較のために、同じ8インチのp型のシリコン基板をヨウ素パッシベーション法によりパッシベーションして測定したところ、キャリアライフタイムは、1100μsであった。   In the same manner as described above, the passivation material (a-1) is applied to both sides of an 8-inch p-type silicon substrate, pre-baked, and subjected to heat treatment (baking) at 650 ° C. for 1 hour in a nitrogen atmosphere. A sample in which both surfaces of the substrate were covered with a passivation film was produced. The carrier lifetime of this sample was measured by a lifetime measuring device (Kobelco Research Institute, RTA-540). As a result, the carrier lifetime was 530 μs. For comparison, the same 8-inch p-type silicon substrate was measured by passivation using the iodine passivation method, and the carrier lifetime was 1100 μs.

以上のことから、パッシベーション材料(a−1)を熱処理(焼成)して得られるパッシベーション膜は、ある程度のパッシベーション性能を示し、負の固定電荷を示すことがわかった。   From the above, it was found that the passivation film obtained by heat-treating (sintering) the passivation material (a-1) exhibits a certain degree of passivation performance and a negative fixed charge.

[参考実施例1−2]
参考実施例1−1と同様に、熱処理(焼成)により酸化アルミニウム(Al)が得られる市販の有機金属分解塗布型材料[株式会社高純度化学研究所、SYM−AL04、濃度2.3質量%]と、熱処理(焼成)により酸化ニオブ(Nb)が得られる市販の有機金属分解塗布型材料[株式会社高純度化学研究所、Nb−05、濃度5質量%]とを、比率を変えて混合して、表3に示すパッシベーション材料(a−2)〜(a−7)を調製した。
[Reference Example 1-2]
As in Reference Example 1-1, a commercially available organometallic decomposition coating material from which aluminum oxide (Al 2 O 3 ) can be obtained by heat treatment (firing) [High Purity Chemical Laboratory, SYM-AL04, concentration 2. 3 mass%] and a commercially available organometallic decomposable coating material from which niobium oxide (Nb 2 O 5 ) is obtained by heat treatment (firing) [High Purity Chemical Laboratory, Nb-05, concentration 5 mass%] Then, the materials were mixed at different ratios to prepare passivation materials (a-2) to (a-7) shown in Table 3.

参考実施例1−1と同様に、パッシベーション材料(a−2)〜(a−7)のそれぞれをp型のシリコン基板の片面に付与し、熱処理(焼成)してパッシベーション膜を作製した。得られたパッシベーション膜の静電容量の電圧依存性を測定し、そこから固定電荷密度を算出した。   Similarly to Reference Example 1-1, each of the passivation materials (a-2) to (a-7) was applied to one side of a p-type silicon substrate, and heat treatment (firing) was performed to produce a passivation film. The voltage dependence of the capacitance of the obtained passivation film was measured, and the fixed charge density was calculated therefrom.

更に、参考実施例1−1と同様に、パッシベーション材料をp型のシリコン基板の両面に付与し、熱処理(焼成)して得たサンプルを用いて、キャリアライフタイムを測定した。得られた結果を表3にまとめた。   Further, in the same manner as in Reference Example 1-1, the carrier lifetime was measured using a sample obtained by applying a passivation material to both sides of a p-type silicon substrate and performing heat treatment (firing). The results obtained are summarized in Table 3.

熱処理(焼成)後の酸化ニオブ/酸化アルミニウムの比率(質量比)により、異なる結果ではあるが、パッシベーション材料(a−2)〜(a−7)については、熱処理(焼成)後にキャリアライフタイムもある程度の値を示していることから、パッシベーション膜として機能することが示唆された。パッシベーション材料(a−2)〜(a−7)から得られるパッシベーション膜は、いずれも安定的に負の固定電荷を示し、p型のシリコン基板のパッシベーションとしても好適に用いることができることが分かった。   Although the results are different depending on the ratio (mass ratio) of niobium oxide / aluminum oxide after heat treatment (firing), the passivation materials (a-2) to (a-7) also have a carrier lifetime after heat treatment (firing). Since it showed a certain value, it was suggested that it functions as a passivation film. It was found that all of the passivation films obtained from the passivation materials (a-2) to (a-7) stably show negative fixed charges and can be suitably used as a passivation for a p-type silicon substrate. .

[参考実施例1−3]
市販のニオブ(V)エトキシド(構造式:Nb(OC、分子量:318.21)を3.18g(0.010mol)と、市販のアルミニウムトリイソプロポキシド(構造式:Al(OCH(CH、分子量:204.25)を1.02g(0.005mol)とをシクロヘキサン80gに溶解して、濃度5質量%のパッシベーション材料(c−1)を調製した。
[Reference Example 1-3]
3.18 g (0.010 mol) of commercially available niobium (V) ethoxide (structural formula: Nb (OC 2 H 5 ) 5 , molecular weight: 318.21) and commercially available aluminum triisopropoxide (structural formula: Al ( A passivation material (c-1) having a concentration of 5% by mass was prepared by dissolving 1.02 g (0.005 mol) of OCH (CH 3 ) 2 ) 3 , molecular weight: 204.25) in 80 g of cyclohexane.

パッシベーション材料(c−1)を、濃度0.049質量%のフッ酸で自然酸化膜をあらかじめ除去した725μm厚で8インチのp型のシリコン基板(8Ωcm〜12Ωcm)の片面に回転塗布し、ホットプレート上において120℃、3分間のプリベークをした。その後、窒素雰囲気下で、600℃、1時間の熱処理(焼成)を行い、酸化アルミニウム及び酸化ニオブを含むパッシベーション膜を得た。エリプソメーターにより膜厚を測定したところ50nmであった。元素分析の結果、Nb/Al/C=81/14/5(質量%)であることがわかった。パッシベーション膜のFT−IRを測定したところ、1200cm−1付近に、ごくわずかのアルキル基に起因するピークが見られた。The passivation material (c-1) is spin-coated on one side of a 725 μm-thick 8-inch p-type silicon substrate (8 Ωcm to 12 Ωcm) from which a natural oxide film has been previously removed with hydrofluoric acid having a concentration of 0.049% by mass. Pre-baking was performed at 120 ° C. for 3 minutes on the plate. Thereafter, heat treatment (baking) was performed at 600 ° C. for 1 hour in a nitrogen atmosphere to obtain a passivation film containing aluminum oxide and niobium oxide. When the film thickness was measured with an ellipsometer, it was 50 nm. As a result of elemental analysis, it was found that Nb / Al / C = 81/14/5 (mass%). When the FT-IR of the passivation film was measured, a peak due to a very few alkyl groups was observed in the vicinity of 1200 cm −1 .

次に、上記のパッシベーション膜上に、メタルマスクを介して、直径1mmのアルミ電極を複数個蒸着により形成し、MIS(Metal−Insulator−Semiconductor;金属−絶縁体−半導体)構造のキャパシタを作製した。このキャパシタの静電容量の電圧依存性(C−V特性)を市販のプローバー及びLCRメーター(HP社、4275A)により測定した。その結果、フラットバンド電圧(Vfb)が理想値の−0.81Vから、+4.7Vにシフトしたことが判明した。このシフト量からパッシベーション材料(c−1)から得たパッシベーション膜は、固定電荷密度(Nf)が−3.2×1012cm−2で負の固定電荷を示すことがわかった。Next, a plurality of aluminum electrodes having a diameter of 1 mm were formed by vapor deposition on the passivation film through a metal mask, and a capacitor having a MIS (Metal-Insulator-Semiconductor) structure was produced. . The voltage dependence (CV characteristics) of the capacitance of this capacitor was measured with a commercially available prober and LCR meter (HP, 4275A). As a result, it was found that the flat band voltage (Vfb) was shifted from an ideal value of −0.81 V to +4.7 V. From this shift amount, it was found that the passivation film obtained from the passivation material (c-1) had a fixed charge density (Nf) of −3.2 × 10 12 cm −2 and a negative fixed charge.

上記と同様に、パッシベーション材料(c−1)を8インチのp型のシリコン基板の両面に付与し、プリベークして、窒素雰囲気下で、600℃、1時間の熱処理(焼成)を行い、シリコン基板の両面がパッシベーション膜で覆われたサンプルを作製した。このサンプルのキャリアライフタイムをライフタイム測定装置(株式会社コベルコ科研、RTA−540)により行った。その結果、キャリアライフタイムは330μsであった。比較のために、同じ8インチのp型のシリコン基板をヨウ素パッシベーション法によりパッシベーションして測定したところ、キャリアライフタイムは、1100μsであった。   In the same manner as above, the passivation material (c-1) is applied to both sides of an 8-inch p-type silicon substrate, pre-baked, and subjected to heat treatment (baking) at 600 ° C. for 1 hour in a nitrogen atmosphere to obtain silicon. A sample in which both surfaces of the substrate were covered with a passivation film was produced. The carrier lifetime of this sample was measured by a lifetime measuring device (Kobelco Research Institute, RTA-540). As a result, the carrier lifetime was 330 μs. For comparison, the same 8-inch p-type silicon substrate was measured by passivation using the iodine passivation method, and the carrier lifetime was 1100 μs.

以上のことから、パッシベーション材料(c−1)を熱処理(焼成)して得られるパッシベーション膜は、ある程度のパッシベーション性能を示し、負の固定電荷を示すことがわかった。   From the above, it was found that the passivation film obtained by heat-treating (sintering) the passivation material (c-1) showed a certain degree of passivation performance and a negative fixed charge.

[参考実施例1−4]
市販のニオブ(V)エトキシド(構造式:Nb(OC、分子量:318.21)を2.35g(0.0075mol)と、市販のアルミニウムトリイソプロポキシド(構造式:Al(OCH(CH、分子量:204.25)を1.02g(0.005mol)と、ノボラック樹脂10gとを、ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセタート10gとシクロヘキサン10gに溶解して、パッシベーション材料(c−2)を調製した。
[Reference Example 1-4]
2.35 g (0.0075 mol) of commercially available niobium (V) ethoxide (structural formula: Nb (OC 2 H 5 ) 5 , molecular weight: 318.21) and commercially available aluminum triisopropoxide (structural formula: Al ( 1.02 g (0.005 mol) of OCH (CH 3 ) 2 ) 3 , molecular weight: 204.25) and 10 g of novolac resin were dissolved in 10 g of diethylene glycol monobutyl ether acetate and 10 g of cyclohexane to obtain a passivation material (c -2) was prepared.

パッシベーション材料(c−2)を、濃度0.049質量%のフッ酸で自然酸化膜をあらかじめ除去した725μm厚で8インチのp型のシリコン基板(8Ωcm〜12Ωcm)の片面に回転塗布し、ホットプレート上において120℃、3分間のプリベークをした。その後、窒素雰囲気下で、600℃、1時間の熱処理(焼成)を行い、酸化アルミニウム及び酸化ニオブを含むパッシベーション膜を得た。エリプソメーターにより膜厚を測定したところ14nmであった。元素分析の結果、Nb/Al/C=75/17/8(質量%)であることがわかった。パッシベーション膜のFT−IRを測定したところ、1200cm−1付近に、ごくわずかのアルキル基に起因するピークが見られた。The passivation material (c-2) is spin-coated on one side of a 725 μm-thick 8-inch p-type silicon substrate (8 Ωcm to 12 Ωcm) from which a natural oxide film has been removed in advance with a hydrofluoric acid having a concentration of 0.049% by mass. Pre-baking was performed at 120 ° C. for 3 minutes on the plate. Thereafter, heat treatment (baking) was performed at 600 ° C. for 1 hour in a nitrogen atmosphere to obtain a passivation film containing aluminum oxide and niobium oxide. When the film thickness was measured by an ellipsometer, it was 14 nm. As a result of elemental analysis, it was found that Nb / Al / C = 75/17/8 (mass%). When the FT-IR of the passivation film was measured, a peak due to a very few alkyl groups was observed in the vicinity of 1200 cm −1 .

次に、上記のパッシベーション膜上に、メタルマスクを介して、直径1mmのアルミ電極を複数個蒸着して形成し、MIS(Metal−Insulator−Semiconductor;金属−絶縁体−半導体)構造のキャパシタを作製した。このキャパシタの静電容量の電圧依存性(C−V特性)を市販のプローバー及びLCRメーター(HP社、4275A)により測定した。その結果、フラットバンド電圧(Vfb)が理想値の−0.81Vから、+0.10Vにシフトしたことが判明した。このシフト量からパッシベーション材料(c−2)から得たパッシベーション膜は、固定電荷密度(Nf)が−0.8×1011cm−2で負の固定電荷を示すことがわかった。Next, a plurality of 1 mm diameter aluminum electrodes are deposited on the passivation film through a metal mask to form a MIS (Metal-Insulator-Semiconductor) capacitor. did. The voltage dependence (CV characteristics) of the capacitance of this capacitor was measured with a commercially available prober and LCR meter (HP, 4275A). As a result, it was found that the flat band voltage (Vfb) shifted from an ideal value of −0.81 V to +0.10 V. From this shift amount, it was found that the passivation film obtained from the passivation material (c-2) showed a negative fixed charge with a fixed charge density (Nf) of −0.8 × 10 11 cm −2 .

上記と同様に、パッシベーション材料(c−2)を8インチのp型のシリコン基板の両面に付与し、プリベークして、窒素雰囲気下で、600℃、1時間の熱処理(焼成)を行い、シリコン基板の両面がパッシベーション膜で覆われたサンプルを作製した。このサンプルのキャリアライフタイムをライフタイム測定装置(株式会社コベルコ科研コ、RTA−540)により行った。その結果、キャリアライフタイムは200μsであった。比較のために、同じ8インチのp型のシリコン基板をヨウ素パッシベーション法によりパッシベーションして測定したところ、キャリアライフタイムは、1100μsであった。   In the same manner as described above, the passivation material (c-2) is applied to both sides of an 8-inch p-type silicon substrate, pre-baked, and subjected to heat treatment (firing) at 600 ° C. for 1 hour in a nitrogen atmosphere to obtain silicon. A sample in which both surfaces of the substrate were covered with a passivation film was produced. The carrier lifetime of this sample was measured by a lifetime measuring device (Kobelco Research Institute Co., Ltd., RTA-540). As a result, the carrier lifetime was 200 μs. For comparison, the same 8-inch p-type silicon substrate was measured by passivation using the iodine passivation method, and the carrier lifetime was 1100 μs.

以上のことから、パッシベーション材料(c−2)から得られるパッシベーション膜は、ある程度のパッシベーション性能を示し、負の固定電荷を示すことがわかった。   From the above, it was found that the passivation film obtained from the passivation material (c-2) exhibited a certain degree of passivation performance and a negative fixed charge.

[参考実施例1−5及び参考比較例1−1]
参考実施例1−1と同様に、熱処理(焼成)により酸化アルミニウム(Al)が得られる市販の有機金属分解塗布型材料[株式会社高純度化学研究所SYM−AL04、濃度2.3質量%]と、熱処理(焼成)により酸化ニオブ(Nb)が得られる市販の有機金属分解塗布型材料[株式会社高純度化学研究所Nb−05、濃度5質量%]とを、比率を変えて混合して、表4に示すパッシベーション材料(b−1)〜(b−7)を調製した。
[Reference Example 1-5 and Reference Comparative Example 1-1]
As in Reference Example 1-1, a commercially available organometallic decomposition coating material from which aluminum oxide (Al 2 O 3 ) can be obtained by heat treatment (calcination) [SYM-AL04, Purity Chemical Laboratory Co., Ltd., concentration 2.3]. % By mass] and a commercially available organometallic decomposable coating type material [High Purity Chemical Laboratory Nb-05, concentration 5% by mass] from which niobium oxide (Nb 2 O 5 ) can be obtained by heat treatment (firing) The materials were changed and mixed to prepare passivation materials (b-1) to (b-7) shown in Table 4.

参考実施例1−1と同様に、パッシベーション材料(b−1)〜(b−7)のそれぞれをp型のシリコン基板の片面に付与し、熱処理(焼成)して、パッシベーション膜を作製し、それを用いて、静電容量の電圧依存性を測定し、そこから固定電荷密度を算出した。   As in Reference Example 1-1, each of the passivation materials (b-1) to (b-7) was applied to one side of a p-type silicon substrate, and heat treatment (firing) was performed to produce a passivation film. Using this, the voltage dependence of the capacitance was measured, and the fixed charge density was calculated therefrom.

更に、参考実施例1−1と同様に、パッシベーション材料(塗布型材料)をp型のシリコン基板の両面に付与し、硬化させたサンプルを用いて、キャリアライフタイムを測定した。得られた結果を表4にまとめた。   Furthermore, as in Reference Example 1-1, a carrier material was measured using a sample obtained by applying a passivation material (coating material) to both sides of a p-type silicon substrate and curing it. The results obtained are summarized in Table 4.

パッシベーション材料(b−1)〜(b−6)から得られるパッシベーション膜は、キャリアライフタイムがいずれも大きくパッシベーションとしての機能があることがわかった。また、酸化ニオブ/酸化アルミニウムが10/90及び20/80の場合には、固定電荷密度の値にばらつきが大きく、負の固定電荷密度を安定的に得ることができなかったが、酸化アルミニウムと酸化ニオブを用いることで負の固定電荷密度を実現できることが確認できた。酸化ニオブ/酸化アルミニウムが10/90及び20/80のパッシベーション材料を用いてCV法により測定した際には、場合によって正の固定電荷を示すパッシベーション膜となるため、負の固定電荷を安定的に示すまでには至っていないことが分かる。なお、正に固定電荷を示すパッシベーション膜は、n型のシリコン基板のパッシベーションとして使用可能である。
一方、酸化アルミニウムが100質量%となるパッシベーション材料(b−7)では、負の固定電荷密度を得ることができなかった。
It was found that the passivation film obtained from the passivation materials (b-1) to (b-6) has a large carrier lifetime and has a function as a passivation. In addition, when the niobium oxide / aluminum oxide ratios were 10/90 and 20/80, the fixed charge density values varied greatly, and a negative fixed charge density could not be stably obtained. It was confirmed that a negative fixed charge density can be realized by using niobium oxide. When measured by the CV method using passivation materials with niobium oxide / aluminum oxide of 10/90 and 20/80, a negative fixed charge is stably generated because a passivation film showing a positive fixed charge is obtained in some cases. It turns out that it has not reached to show. Note that a passivation film exhibiting a fixed charge can be used as a passivation for an n-type silicon substrate.
On the other hand, a negative fixed charge density could not be obtained with the passivation material (b-7) containing 100% by mass of aluminum oxide.

[参考比較例1−2]
パッシベーション材料(d−1)として、熱処理(焼成)により酸化チタン(TiO)が得られる市販の有機金属分解塗布型材料[株式会社高純度化学研究所Ti−03−P、濃度3質量%]、パッシベーション材料(d−2)として、熱処理(焼成)によりチタン酸バリウム(BaTiO)が得られる市販の有機金属分解塗布型材料[株式会社高純度化学研究所BT−06、濃度6質量%]、パッシベーション材料(d−3)として、熱処理(焼成)により酸化ハフニウム(HfO)が得られる市販の有機金属分解塗布型材料[株式会社高純度化学研究所Hf−05、濃度5質量%]を準備した。
[Reference Comparative Example 1-2]
Commercially available organometallic decomposable coating material that can obtain titanium oxide (TiO 2 ) by heat treatment (firing) as the passivation material (d-1) [High-Purity Chemical Laboratory Co., Ltd. Ti-03-P, concentration 3 mass%] As a passivation material (d-2), a commercially available organometallic decomposition coating type material [High Purity Chemical Research Institute BT-06, concentration 6 mass%] from which barium titanate (BaTiO 3 ) is obtained by heat treatment (firing) As a passivation material (d-3), a commercially available organometallic decomposition coating material [High-Purity Chemical Laboratory Co., Ltd., Hf-05, concentration 5 mass%] from which hafnium oxide (HfO 2 ) is obtained by heat treatment (firing) is used. Got ready.

参考実施例1−1と同様に、パッシベーション材料(d−1)〜(d−3)のそれぞれをp型のシリコン基板の片面に付与し、その後、熱処理(焼成)して、パッシベーション膜を作製し、それを用いて、静電容量の電圧依存性を測定し、そこから固定電荷密度を算出した。   As in Reference Example 1-1, each of the passivation materials (d-1) to (d-3) is applied to one side of a p-type silicon substrate, and then heat-treated (fired) to produce a passivation film. Using this, the voltage dependence of the capacitance was measured, and the fixed charge density was calculated therefrom.

更に、参考実施例1−1と同様に、パッシベーション材料をp型のシリコン基板の両面に付与し、熱処理(焼成)により得たサンプルを用いて、キャリアライフタイムを測定した。得られた結果を表5にまとめた。   Further, as in Reference Example 1-1, a passivation material was applied to both sides of a p-type silicon substrate, and a carrier lifetime was measured using a sample obtained by heat treatment (firing). The results obtained are summarized in Table 5.

パッシベーション材料(d−1)〜(d−3)から得られるパッシベーション膜は、キャリアライフタイムがいずれも小さくパッシベーションとしての機能が不充分であることがわかった。また、正の固定電荷を示した。パッシベーション材料(d−3)から得られるパッシベーション膜は、負の固定電荷ではあるが、その値が小さかった。またキャリアライフタイムも比較的小さくパッシベーションとして機能が不十分であることがわかった。   It was found that the passivation film obtained from the passivation materials (d-1) to (d-3) has a small carrier lifetime and an insufficient function as a passivation. It also showed a positive fixed charge. The passivation film obtained from the passivation material (d-3) had a negative fixed charge, but its value was small. It was also found that the carrier lifetime was relatively small and the function as a passivation was insufficient.

[参考実施例1−6]
シリコン基板101として、ボロンをドーパントした単結晶シリコン基板を用いて、図14に示す構造の太陽電池素子を作製した。シリコン基板101の表面をテクスチャー処理した後、塗布型のリン拡散材を受光面側に付与し、熱処理により拡散層102(リン拡散層)を形成した。その後、塗布型のリン拡散材を希フッ酸で除去した。
[Reference Example 1-6]
Using a single crystal silicon substrate doped with boron as the silicon substrate 101, a solar cell element having the structure shown in FIG. 14 was manufactured. After the surface of the silicon substrate 101 was textured, a coating type phosphorous diffusion material was applied to the light receiving surface side, and a diffusion layer 102 (phosphorus diffusion layer) was formed by heat treatment. Thereafter, the coating type phosphorus diffusing material was removed with dilute hydrofluoric acid.

次に、受光面側に、受光面反射防止膜103として、プラズマCVDで作製したSiN膜を形成した。その後、参考実施例1−1で調製したパッシベーション材料(a−1)をインクジェット法により、シリコン基板101の裏面側に、コンタクト領域(開口部OA)を除いた領域に付与した。その後、熱処理を行って、開口部OAを有するパッシベーション膜107を形成した。
また、パッシベーション膜107として、参考実施例1−3で調製したパッシベーション材料(c−1)を用いたサンプルも別途作製した。
Next, an SiN film produced by plasma CVD was formed as the light-receiving surface antireflection film 103 on the light-receiving surface side. Thereafter, the passivation material (a-1) prepared in Reference Example 1-1 was applied to the region excluding the contact region (opening OA) on the back surface side of the silicon substrate 101 by an inkjet method. Thereafter, heat treatment was performed to form a passivation film 107 having an opening OA.
In addition, a sample using the passivation material (c-1) prepared in Reference Example 1-3 was separately prepared as the passivation film 107.

次に、シリコン基板101の受光面側に形成された受光面反射防止膜103(SiN膜)の上に、銀を主成分とするペーストを所定のフィンガー電極及びバスバー電極の形状でスクリーン印刷した。裏面側においては、アルミニウムを主成分とするペーストを全面にスクリーン印刷した。その後、850℃で熱処理(ファイアスルー)を行って、電極(第1電極105及び第2電極106)を形成し、且つ裏面の開口部OAの部分にアルミニウムを拡散させて、BSF層104を形成して、図14に示す構造の太陽電池素子を形成した。   Next, on the light-receiving surface antireflection film 103 (SiN film) formed on the light-receiving surface side of the silicon substrate 101, a paste mainly composed of silver was screen-printed in the shape of predetermined finger electrodes and bus bar electrodes. On the back side, a paste mainly composed of aluminum was screen-printed on the entire surface. Thereafter, heat treatment (fire-through) is performed at 850 ° C. to form electrodes (first electrode 105 and second electrode 106), and aluminum is diffused into the opening OA on the back surface to form the BSF layer 104. Thus, a solar cell element having the structure shown in FIG. 14 was formed.

尚、ここでは、受光面の銀電極に関しては、SiN膜に穴あけをしないファイアスルー工程を記載したが、SiN膜に初めに開口部OAをエッチング等により形成し、その後に銀電極を形成することもできる。   In this case, regarding the silver electrode on the light receiving surface, the fire-through process in which the SiN film is not perforated is described, but the opening OA is first formed in the SiN film by etching or the like, and then the silver electrode is formed. You can also.

比較のために、上記作製工程のうち、パッシベーション膜107の形成を行わず、裏面側の全面にアルミニウムペーストを印刷し、BSF層104と対応するp層114及び第2電極と対応する電極116を全面に形成して、図11に示す構造の太陽電池素子を形成した。これらの太陽電池素子について、特性評価(短絡電流、開放電圧、曲線因子及び変換効率)を行った。特性評価は、JIS−C−8913(2005年度)及びJIS−C−8914(2005年度)に準拠して測定した。その結果を表6に示す。For comparison, the passivation film 107 is not formed in the above manufacturing process, aluminum paste is printed on the entire back surface, and the p + layer 114 corresponding to the BSF layer 104 and the electrode 116 corresponding to the second electrode. Was formed on the entire surface to form a solar cell element having the structure shown in FIG. About these solar cell elements, characteristic evaluation (a short circuit current, an open circuit voltage, a fill factor, and conversion efficiency) was performed. Characteristic evaluation was measured based on JIS-C-8913 (2005) and JIS-C-8914 (2005). The results are shown in Table 6.

表6より、酸化ニオブ及び酸化アルミニウム層を含むパッシベーション膜107を有する太陽電池素子は、パッシベーション膜107を有しない太陽電池素子と比較すると、短絡電流及び開放電圧が共に増加しており、変換効率(光電変換効率)が最大で1%向上することが判明した。   From Table 6, the solar cell element having the passivation film 107 including the niobium oxide and aluminum oxide layers has both increased short-circuit current and open-circuit voltage as compared with the solar cell element not having the passivation film 107, and the conversion efficiency ( It was found that the photoelectric conversion efficiency was improved by 1% at the maximum.


<参考実施形態2>
以下は、参考実施形態2に係るパッシベーション膜、塗布型材料、太陽電池素子及びパッシベーション膜付シリコン基板である。
<Reference Embodiment 2>
The following are the passivation film, coating material, solar cell element, and silicon substrate with passivation film according to Reference Embodiment 2.

<1>酸化アルミニウムと、酸化バナジウム及び酸化タンタルからなる群より選択される少なくとも1種のバナジウム族元素の酸化物と、を含み、シリコン基板を有する太陽電池素子に用いられるパッシベーション膜。   <1> A passivation film for use in a solar cell element having a silicon substrate, comprising aluminum oxide and at least one oxide of vanadium group element selected from the group consisting of vanadium oxide and tantalum oxide.

<2>前記バナジウム族元素の酸化物と前記酸化アルミニウムの質量比(バナジウム族元素の酸化物/酸化アルミニウム)が30/70〜90/10である<1>に記載のパッシベーション膜。   <2> The passivation film according to <1>, wherein a mass ratio of the vanadium group element oxide to the aluminum oxide (vanadium group element oxide / aluminum oxide) is 30/70 to 90/10.

<3>前記バナジウム族元素の酸化物及び前記酸化アルミニウムの総含有率が90%以上である<1>又は<2>に記載のパッシベーション膜。   <3> The passivation film according to <1> or <2>, in which a total content of the oxide of the vanadium group element and the aluminum oxide is 90% or more.

<4>前記バナジウム族元素の酸化物として、酸化バナジウム、酸化ニオブ及び酸化タンタルよりなる群から選択される2種又は3種のバナジウム族元素の酸化物を含む<1>〜<3>のいずれか1項に記載のパッシベーション膜。   <4> The oxide of the vanadium group element includes any of oxides of two or three vanadium group elements selected from the group consisting of vanadium oxide, niobium oxide, and tantalum oxide. Any of <1> to <3> The passivation film according to claim 1.

<5>酸化アルミニウムの前駆体と、酸化バナジウムの前駆体及び酸化タンタルの前駆体からなる群より選択される少なくとも1種のバナジウム族元素の酸化物の前駆体と、を含む塗布型材料の熱処理物である<1>〜<4>のいずれか1項に記載のパッシベーション膜。   <5> Heat treatment of a coating-type material comprising: a precursor of aluminum oxide; and a precursor of an oxide of at least one vanadium group element selected from the group consisting of a precursor of vanadium oxide and a precursor of tantalum oxide. The passivation film according to any one of <1> to <4>, which is a product.

<6>酸化アルミニウムの前駆体と、酸化バナジウムの前駆体及び酸化タンタルの前駆体からなる群より選択される少なくとも1種のバナジウム族元素の酸化物の前駆体と、を含み、シリコン基板を有する太陽電池素子のパッシベーション膜の形成に用いられる塗布型材料。   <6> an aluminum oxide precursor, and at least one vanadium group element oxide precursor selected from the group consisting of a vanadium oxide precursor and a tantalum oxide precursor, and having a silicon substrate A coating type material used for forming a passivation film of a solar cell element.

<7>p型のシリコン基板と、
前記シリコン基板の受光面側である第1面側に形成されたn型の不純物拡散層と、
前記不純物拡散層上に形成された第1電極と、
前記シリコン基板の受光面側とは逆の第2面側に形成され、開口部を有するパッシベーション膜と、
前記シリコン基板の第2面側に形成され、前記シリコン基板の第2面側と前記パッシベーション膜の開口部を通して電気的に接続されている第2電極と、を備え、
前記パッシベーション膜は、酸化アルミニウムと、酸化バナジウム及び酸化タンタルからなる群より選択される少なくとも1種のバナジウム族元素の酸化物と、を含む太陽電池素子。
<7> a p-type silicon substrate;
An n-type impurity diffusion layer formed on the first surface side which is the light-receiving surface side of the silicon substrate;
A first electrode formed on the impurity diffusion layer;
A passivation film formed on the second surface side opposite to the light receiving surface side of the silicon substrate and having an opening;
A second electrode formed on the second surface side of the silicon substrate and electrically connected to the second surface side of the silicon substrate through the opening of the passivation film;
The said passivation film is a solar cell element containing aluminum oxide and the oxide of the at least 1 sort (s) of vanadium group element selected from the group which consists of vanadium oxide and a tantalum oxide.

<8>前記シリコン基板の第2面側の一部又は全部に形成され、前記シリコン基板より高濃度に不純物が添加されたp型の不純物拡散層を有し、
前記第2電極は、前記p型の不純物拡散層と前記パッシベーション膜の開口部を通して電気的に接続されている、<7>に記載の太陽電池素子。
<8> A p-type impurity diffusion layer formed on part or all of the second surface side of the silicon substrate and doped with an impurity at a higher concentration than the silicon substrate,
The solar cell element according to <7>, wherein the second electrode is electrically connected to the p-type impurity diffusion layer through an opening of the passivation film.

<9>n型のシリコン基板と、
前記シリコン基板の受光面側である第1面側に形成されたp型の不純物拡散層と、
前記不純物拡散層上に形成された第1電極と、
前記シリコン基板の受光面側とは逆の第2面側に形成され、開口部を有するパッシベーション膜と、
前記シリコン基板の第2面側に形成され、前記シリコン基板の第2面側と前記パッシベーション膜の開口部を通して電気的に接続されている第2電極と、を備え、
前記パッシベーション膜は、酸化アルミニウムと、酸化バナジウム及び酸化タンタルからなる群より選択される少なくとも1種のバナジウム族元素の酸化物と、を含む太陽電池素子。
<9> an n-type silicon substrate;
A p-type impurity diffusion layer formed on the first surface which is the light-receiving surface side of the silicon substrate;
A first electrode formed on the impurity diffusion layer;
A passivation film formed on the second surface side opposite to the light receiving surface side of the silicon substrate and having an opening;
A second electrode formed on the second surface side of the silicon substrate and electrically connected to the second surface side of the silicon substrate through the opening of the passivation film;
The said passivation film is a solar cell element containing aluminum oxide and the oxide of the at least 1 sort (s) of vanadium group element selected from the group which consists of vanadium oxide and a tantalum oxide.

<10>前記シリコン基板の第2面側の一部又は全部に形成され、前記シリコン基板より高濃度に不純物が添加されたn型の不純物拡散層を有し、
前記第2電極は、前記n型の不純物拡散層と前記パッシベーション膜の開口部を通して電気的に接続されている、<9>に記載の太陽電池素子。
<10> An n-type impurity diffusion layer formed on a part or all of the second surface side of the silicon substrate and doped with impurities at a higher concentration than the silicon substrate,
The solar cell element according to <9>, wherein the second electrode is electrically connected to the n-type impurity diffusion layer through an opening of the passivation film.

<11>前記パッシベーション膜の前記バナジウム族元素の酸化物と前記酸化アルミニウムの質量比が30/70〜90/10である、<7>〜<10>のいずれか1項に記載の太陽電池素子。   <11> The solar cell element according to any one of <7> to <10>, wherein a mass ratio of the oxide of the vanadium group element and the aluminum oxide in the passivation film is 30/70 to 90/10. .

<12>前記パッシベーション膜の前記バナジウム族元素の酸化物及び前記酸化アルミニウムの総含有率が90%以上である、<7>〜<11>のいずれか1項に記載の太陽電池素子。   <12> The solar cell element according to any one of <7> to <11>, wherein a total content of the oxide of the vanadium group element and the aluminum oxide in the passivation film is 90% or more.

<13>前記バナジウム族元素の酸化物として、酸化バナジウム、酸化ニオブ、及び酸化タンタルよりなる群から選択される2種又は3種のバナジウム族元素の酸化物を含む、<7>〜<12>のいずれか1項に記載の太陽電池素子。   <13> The oxide of the vanadium group element includes oxides of two or three vanadium group elements selected from the group consisting of vanadium oxide, niobium oxide, and tantalum oxide, <7> to <12> The solar cell element according to any one of the above.

<14>シリコン基板と、
前記シリコン基板上の全面又は一部に設けられる<1>〜<5>のいずれか1項に記載の太陽電池素子用パッシベーション膜と、
を有するパッシベーション膜付シリコン基板。
<14> a silicon substrate;
The passivation film for solar cell elements according to any one of <1> to <5>, provided on the entire surface or a part of the silicon substrate,
A silicon substrate with a passivation film.

上記の参考実施形態によれば、シリコン基板のキャリアライフタイムを長くし且つ負の固定電荷を有するパッシベーション膜を低コストで実現することができる。また、そのパッシベーション膜の形成を実現するための塗布型材料を提供することができる。また、そのパッシベーション膜を用いた低コストで効率の高い太陽電池素子を実現することができる。また、シリコン基板のキャリアライフタイムを長くし且つ負の固定電荷を有するパッシベーション膜付シリコン基板を低コストで実現することができる。   According to the reference embodiment described above, a passivation film having a long silicon carrier lifetime and a negative fixed charge can be realized at a low cost. In addition, a coating type material for realizing the formation of the passivation film can be provided. In addition, a low-cost and highly efficient solar cell element using the passivation film can be realized. In addition, a silicon substrate with a passivation film having a long carrier lifetime and a negative fixed charge can be realized at low cost.

本実施の形態のパッシベーション膜は、シリコン太陽電池素子に用いられるパッシベーション膜であり、酸化アルミニウムと、酸化バナジウム及び酸化タンタルからなる群より選択される少なくとも1種のバナジウム族元素の酸化物と、を含むようにしたものである。   The passivation film of the present embodiment is a passivation film used for a silicon solar cell element, and includes aluminum oxide and an oxide of at least one vanadium group element selected from the group consisting of vanadium oxide and tantalum oxide. It is what was included.

また、本実施の形態では、パッシベーション膜の組成を変えることにより、パッシベーション膜が有する固定電荷の量を制御することができる。ここで、バナジウム族元素とは、周期律表の第5族元素であり、バナジウム、ニオブ及びタンタルから選ばれる元素である。   In this embodiment mode, the amount of fixed charges included in the passivation film can be controlled by changing the composition of the passivation film. Here, the vanadium group element is a Group 5 element in the periodic table, and is an element selected from vanadium, niobium, and tantalum.

また、バナジウム族元素の酸化物と酸化アルミニウムの質量比が35/65〜90/10であることが、負の固定電荷を安定化できるという観点からより好ましく、50/50〜90/10であることが更に好ましい。   The mass ratio of the vanadium group element oxide to aluminum oxide is more preferably 35/65 to 90/10, from the viewpoint that the negative fixed charge can be stabilized, and is 50/50 to 90/10. More preferably.

パッシベーション膜中のバナジウム族元素の酸化物と酸化アルミニウムの質量比は、エネルギー分散型X線分光法(EDX)、二次イオン質量分析法(SIMS)及び高周波誘導結合プラズマ質量分析法(ICP−MS)によって測定することができる。具体的な測定条件は、例えばICP−MSの場合は次の通りである。パッシベーション膜を酸又はアルカリ水溶液に溶解し、この溶液を霧状にしてArプラズマに導入し、励起された元素が基底状態に戻る際に放出される光を分光して波長及び強度を測定し、得られた波長から元素の定性を行い、得られた強度から定量を行う。   The mass ratio of vanadium group element oxide and aluminum oxide in the passivation film is determined by energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX), secondary ion mass spectrometry (SIMS), and high frequency inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS). ) Can be measured. Specific measurement conditions are as follows in the case of ICP-MS, for example. Dissolving the passivation film in acid or alkaline aqueous solution, atomizing this solution and introducing it into Ar plasma, measuring the wavelength and intensity by spectroscopically analyzing the light emitted when the excited element returns to the ground state, Element qualification is performed from the obtained wavelength, and quantification is performed from the obtained intensity.

パッシベーション膜中のバナジウム族元素の酸化物及び酸化アルミニウムの総含有率は80質量%以上であることが好ましく、良好な特性を維持できる観点から90質量%以上であることがより好ましい。パッシベーション膜中のバナジウム族元素の酸化物及び酸化アルミニウム以外の成分が多くなると、負の固定電荷の効果が大きくなる。   The total content of vanadium group oxide and aluminum oxide in the passivation film is preferably 80% by mass or more, and more preferably 90% by mass or more from the viewpoint of maintaining good characteristics. When the components other than the oxide of vanadium group elements and aluminum oxide in the passivation film increase, the effect of negative fixed charges increases.

また、パッシベーション膜中には、膜質の向上及び弾性率の調整の観点から、バナジウム族元素の酸化物及び酸化アルミニウム以外の成分が有機成分として含まれていてもよい。パッシベーション膜中の有機成分の存在は、元素分析及び膜のFT−IRの測定から確認することができる。   Further, in the passivation film, components other than the oxide of vanadium group element and aluminum oxide may be contained as an organic component from the viewpoint of improving the film quality and adjusting the elastic modulus. The presence of the organic component in the passivation film can be confirmed by elemental analysis and measurement of the FT-IR of the film.

前記バナジウム族元素の酸化物としては、より大きい負の固定電荷を得る観点からは、酸化バナジウム(V)を選択することが好ましい。As the oxide of the vanadium group element, it is preferable to select vanadium oxide (V 2 O 5 ) from the viewpoint of obtaining a larger negative fixed charge.

前記パッシベーション膜は、バナジウム族元素の酸化物として、酸化バナジウム、酸化ニオブ及び酸化タンタルからなる群より選択される2種又は3種のバナジウム族元素の酸化物を含んでもよい。   The passivation film may include an oxide of a vanadium group element selected from the group consisting of vanadium oxide, niobium oxide, and tantalum oxide as an oxide of a vanadium group element.

前記パッシベーション膜は、塗布型材料を熱処理することにより得られることが好ましく、塗布型材料を塗布法や印刷法を用いて成膜し、その後に熱処理により有機成分を除去することにより得られることがより好ましい。すなわち、パッシベーション膜は、酸化アルミニウム前駆体及びバナジウム族元素の酸化物の前駆体を含む塗布型材料の熱処理物として得てもよい。塗布型材料の詳細を後述する。   The passivation film is preferably obtained by heat-treating a coating-type material, and can be obtained by forming a coating-type material using a coating method or a printing method, and then removing organic components by heat treatment. More preferred. That is, the passivation film may be obtained as a heat-treated product of a coating type material containing an aluminum oxide precursor and a vanadium group element oxide precursor. Details of the coating type material will be described later.

本実施の形態の塗布型材料は、シリコン基板を有する太陽電池素子用のパッシベーション膜に用いる塗布型材料であって、酸化アルミニウムの前駆体と、酸化バナジウムの前駆体及び酸化タンタルの前駆体からなる群より選択される少なくとも1種のバナジウム族元素の酸化物の前駆体と、を含む。塗布型材料が含有するバナジウム族元素の酸化物の前駆体としては、塗布材料より形成されるパッシベーション膜の負の固定電荷の観点からは、酸化バナジウム(V)の前駆体を選択することが好ましい。塗布型材料は、バナジウム族元素の酸化物の前駆体として、酸化バナジウムの前駆体、酸化ニオブの前駆体及び酸化タンタルの前駆体からなる群より選択される2種又は3種のバナジウム族元素の酸化物の前駆体を含んでもよい。The coating type material of the present embodiment is a coating type material used for a passivation film for a solar cell element having a silicon substrate, and includes a precursor of aluminum oxide, a precursor of vanadium oxide, and a precursor of tantalum oxide. And a precursor of an oxide of at least one vanadium group element selected from the group. As a precursor of the oxide of the vanadium group element contained in the coating material, a precursor of vanadium oxide (V 2 O 5 ) is selected from the viewpoint of the negative fixed charge of the passivation film formed from the coating material. It is preferable. The coating type material is composed of two or three vanadium group elements selected from the group consisting of vanadium oxide precursors, niobium oxide precursors and tantalum oxide precursors as vanadium group oxide precursors. An oxide precursor may also be included.

酸化アルミニウム前駆体は、酸化アルミニウムを生成するものであれば、特に限定されることなく用いることができる。酸化アルミニウム前駆体としては、酸化アルミニウムをシリコン基板上に均一に分散させる点、及び化学的に安定な観点から、有機系の酸化アルミニウム前駆体を用いることが好ましい。有機系の酸化アルミニウム前駆体の例として、アルミニウムトリイソプロポキシド(構造式:Al(OCH(CH、(株)高純度化学研究所、SYM−AL04を挙げることができる。The aluminum oxide precursor can be used without particular limitation as long as it produces aluminum oxide. As the aluminum oxide precursor, it is preferable to use an organic aluminum oxide precursor from the viewpoint of uniformly dispersing aluminum oxide on the silicon substrate and a chemically stable viewpoint. Examples of the organic aluminum oxide precursor include aluminum triisopropoxide (structural formula: Al (OCH (CH 3 ) 2 ) 3 , Kojundo Chemical Laboratory, SYM-AL04.

バナジウム族元素の酸化物の前駆体は、バナジウム族元素の酸化物を生成するものであれば、特に限定されることなく用いることができる。バナジウム族元素の酸化物の前駆体としては、酸化アルミニウムをシリコン基板上に均一に分散させる点、及び化学的に安定な観点から有機系のバナジウム族元素の酸化物の前駆体を用いることが好ましい。   The precursor of the oxide of the vanadium group element can be used without particular limitation as long as it generates an oxide of the vanadium group element. The vanadium group element oxide precursor is preferably an organic vanadium group oxide oxide precursor from the viewpoint of uniformly dispersing aluminum oxide on the silicon substrate and chemically stable. .

有機系の酸化バナジウムの前駆体の例としては、バナジウム(V)オキシトリエトキシド(構造式:VO(OC、分子量:202.13)、(株)高純度化学研究所、V−02を挙げることができる。有機系の酸化タンタルの前駆体の例としては、タンタル(V)メトキシド(構造式:Ta(OCH、分子量:336.12)、(株)高純度化学研究所、Ta−10−Pを挙げることができる。有機系の酸化ニオブ前駆体の例としては、ニオブ(V)エトキシド(構造式:Nb(OC、分子量:318.21)、(株)高純度化学研究所、Nb−05を挙げることができる。Examples of organic vanadium oxide precursors include vanadium (V) oxytriethoxide (structural formula: VO (OC 2 H 5 ) 3 , molecular weight: 202.13), High Purity Chemical Laboratory, V-02 can be mentioned. Examples of organic tantalum oxide precursors include tantalum (V) methoxide (structural formula: Ta (OCH 3 ) 5 , molecular weight: 336.12), Kojundo Chemical Laboratory, Ta-10-P Can be mentioned. Examples of organic niobium oxide precursors include niobium (V) ethoxide (structural formula: Nb (OC 2 H 5 ) 5 , molecular weight: 318.21), High Purity Chemical Laboratory, Nb-05. Can be mentioned.

有機系のバナジウム族元素の酸化物の前駆体及び有機系の酸化アルミニウム前駆体を含む塗布型材料を塗布法又は印刷法を用いて成膜し、その後の熱処理により有機成分を除去することにより、パッシベーション膜を得ることができる。したがって、結果として、有機成分を含むパッシベーション膜であってもよい。パッシベーション膜中の有機成分の含有率は、10質量%未満であることがより好ましく、5質量%以下であることが更に好ましく、1質量%以下であることが特に好ましい。   By forming a coating type material containing an organic vanadium group oxide precursor and an organic aluminum oxide precursor using a coating method or a printing method, and then removing the organic components by a heat treatment, A passivation film can be obtained. Therefore, as a result, a passivation film containing an organic component may be used. The content of the organic component in the passivation film is more preferably less than 10% by mass, still more preferably 5% by mass or less, and particularly preferably 1% by mass or less.

本実施の形態の太陽電池素子(光電変換装置)は、シリコン基板の光電変換界面の近傍に上記実施の形態で説明したパッシベーション膜(絶縁膜、保護絶縁膜)、すなわち、酸化アルミニウムと、酸化バナジウム及び酸化タンタルからなる群より選択される少なくとも1種のバナジウム族元素の酸化物とを含む膜を有するものである。酸化アルミニウムと、酸化バナジウム及び酸化タンタルからなる群より選択される少なくとも1種のバナジウム族元素の酸化物とを含むことにより、シリコン基板のキャリアライフタイムを長くし且つ負の固定電荷を有することができ、太陽電池素子の特性(光電変換効率)を向上させることができる。   The solar cell element (photoelectric conversion device) of the present embodiment includes the passivation film (insulating film, protective insulating film) described in the above embodiment in the vicinity of the photoelectric conversion interface of the silicon substrate, that is, aluminum oxide and vanadium oxide. And at least one oxide of a vanadium group element selected from the group consisting of tantalum oxide. By containing aluminum oxide and an oxide of at least one vanadium group element selected from the group consisting of vanadium oxide and tantalum oxide, the carrier lifetime of the silicon substrate can be extended and negative fixed charges can be obtained. And the characteristics (photoelectric conversion efficiency) of the solar cell element can be improved.

本実施の形態に係る太陽電池素子の構造説明及び製法説明は、参考実施形態1に係る太陽電池素子の構造説明及び製法説明を参照することができる。   For the description of the structure and manufacturing method of the solar cell element according to the present embodiment, reference can be made to the description of the structure and manufacturing method of the solar cell element according to Reference Embodiment 1.

以下、本実施の形態の参考実施例及び参考比較例を参照しながら詳細に説明する。   Hereafter, it demonstrates in detail, referring the reference Example and reference comparative example of this Embodiment.

<バナジウム族元素の酸化物として酸化バナジウムを使用した場合>
[参考実施例2−1]
熱処理(焼成)により酸化アルミニウム(Al)が得られる市販の有機金属薄膜塗布型材料[(株)高純度化学研究所、SYM−AL04、濃度2.3質量%]を3.0gと、熱処理(焼成)により酸化バナジウム(V)が得られる市販の有機金属薄膜塗布型材料[(株)高純度化学研究所、V−02、濃度2質量%]を6.0gとを混合して、塗布型材料であるパッシベーション材料(a2−1)を調製した。
<When vanadium oxide is used as the oxide of vanadium group element>
[Reference Example 2-1]
3.0 g of a commercially available organometallic thin film coating type material [High purity chemical research laboratory, SYM-AL04, concentration 2.3 mass%] from which aluminum oxide (Al 2 O 3 ) can be obtained by heat treatment (firing) And 6.0 g of a commercially available organometallic thin film coating material [Vitamin Purity Laboratory, V-02, concentration 2 mass%] from which vanadium oxide (V 2 O 5 ) can be obtained by heat treatment (firing). By mixing, a passivation material (a2-1) which is a coating type material was prepared.

パッシベーション材料(a2−1)を、濃度0.49質量%のフッ酸で自然酸化膜をあらかじめ除去した725μm厚で8インチのp型のシリコン基板(8Ω・cm〜12Ω・cm)の片面に回転塗布し、ホットプレート上に置いて120℃、3分間のプリベークを行った。その後、窒素雰囲気下で、700℃、30分の熱処理(焼成)を行い、酸化アルミニウム及び酸化バナジウムを含むパッシベーション膜[酸化バナジウム/酸化アルミニウム=63/37(質量%)]を得た。エリプソメーターにより膜厚を測定したところ51nmであった。パッシベーション膜のFT−IRを測定したところ、1200cm−1付近に、ごくわずかのアルキル基に起因するピークが見られた。Passivation of passivation material (a2-1) to one side of a 725 μm thick 8-inch p-type silicon substrate (8 Ω · cm to 12 Ω · cm) with natural oxide film removed beforehand with hydrofluoric acid at a concentration of 0.49% by mass It was applied and placed on a hot plate and prebaked at 120 ° C. for 3 minutes. Thereafter, a heat treatment (firing) was performed at 700 ° C. for 30 minutes in a nitrogen atmosphere to obtain a passivation film containing vanadium oxide and vanadium oxide [vanadium oxide / aluminum oxide = 63/37 (mass%)]. It was 51 nm when the film thickness was measured with the ellipsometer. When the FT-IR of the passivation film was measured, a peak due to a very few alkyl groups was observed in the vicinity of 1200 cm −1 .

次に、上記のパッシベーション膜上に、メタルマスクを介して、直径1mmのアルミ電極を複数個蒸着により形成し、MIS(metal-insulator-semiconductor;金属−絶縁体−半導体)構造のキャパシタを作製した。このキャパシタの静電容量の電圧依存性(C−V特性)を市販のプローバー及びLCRメーター(HP社、4275A)により測定した。その結果、フラットバンド電圧(Vfb)が理想値の−0.81Vから、+0.02Vにシフトしたことが判明した。このシフト量からパッシベーション材料(a2−1)から得たパッシベーション膜は、固定電荷密度(Nf)が−5.2×1011cm−2で負の固定電荷を示すことがわかった。Next, a plurality of aluminum electrodes having a diameter of 1 mm were formed on the above-described passivation film by vapor deposition through a metal mask, thereby manufacturing a capacitor having a MIS (metal-insulator-semiconductor) structure. . The voltage dependence (CV characteristics) of the capacitance of this capacitor was measured with a commercially available prober and LCR meter (HP, 4275A). As a result, it was found that the flat band voltage (Vfb) shifted from an ideal value of −0.81 V to +0.02 V. From this shift amount, it was found that the passivation film obtained from the passivation material (a2-1) showed a negative fixed charge with a fixed charge density (Nf) of −5.2 × 10 11 cm −2 .

上記と同様に、パッシベーション材料(a2−1)を8インチのp型のシリコン基板の両面に塗布し、プリベークして、窒素雰囲気下で、650℃、1時間の熱処理(焼成)を行い、シリコン基板の両面がパッシベーション膜で覆われたサンプルを作製した。このサンプルのキャリアライフタイムをライフタイム測定装置((株)コベルコ科研、RTA−540)により測定した。その結果、キャリアライフタイムは400μsであった。比較のために、同じ8インチのp型のシリコン基板をヨウ素パッシベーション法によりパッシベーションして測定したところ、キャリアライフタイムは、1100μsであった。また、サンプルの作製から14日後に、再度キャリアライフタイムを測定したところ、キャリアライフタイムは380μsであった。これにより、キャリアライフタイムの低下(400μsから380μs)は−10%以内となり、キャリアライフタイムの低下が小さいことがわかった。   In the same manner as described above, the passivation material (a2-1) was applied to both sides of an 8-inch p-type silicon substrate, pre-baked, and subjected to heat treatment (baking) at 650 ° C. for 1 hour in a nitrogen atmosphere. A sample in which both surfaces of the substrate were covered with a passivation film was produced. The carrier lifetime of this sample was measured with a lifetime measuring device (Kobelco Research Institute, RTA-540). As a result, the carrier lifetime was 400 μs. For comparison, the same 8-inch p-type silicon substrate was measured by passivation using the iodine passivation method, and the carrier lifetime was 1100 μs. Further, when the carrier lifetime was measured again 14 days after the preparation of the sample, the carrier lifetime was 380 μs. Thereby, it was found that the decrease in carrier lifetime (from 400 μs to 380 μs) was within −10%, and the decrease in carrier lifetime was small.

以上のことから、パッシベーション材料(a2−1)を熱処理(焼成)して得られるパッシベーション膜は、ある程度のパッシベーション性能を示し、負の固定電荷を示すことがわかった。   From the above, it was found that the passivation film obtained by heat-treating (sintering) the passivation material (a2-1) exhibits a certain degree of passivation performance and a negative fixed charge.

[参考実施例2−2]
参考実施例2−1と同様に、熱処理(焼成)により酸化アルミニウム(Al)が得られる市販の有機金属薄膜塗布型材料[(株)高純度化学研究所、SYM−AL04、濃度2.3質量%]と、熱処理により酸化バナジウム(V)が得られる市販の有機金属薄膜塗布型材料[(株)高純度化学研究所、V−02、濃度2質量%]とを、比率を変えて混合して、表7に示すパッシベーション材料(a2−2)〜(a2−7)を調製した。
[Reference Example 2-2]
Similar to Reference Example 2-1, a commercially available organometallic thin film coated material from which aluminum oxide (Al 2 O 3 ) can be obtained by heat treatment (firing) [High Purity Chemical Laboratory, SYM-AL04, concentration 2 .3 mass%] and a commercially available organic metal thin film coating type material [Vitamin Purity Laboratory, V-02, concentration 2 mass%] from which vanadium oxide (V 2 O 5 ) is obtained by heat treatment, Passivation materials (a2-2) to (a2-7) shown in Table 7 were prepared by changing the ratio.

参考実施例2−1と同様に、パッシベーション材料(a2−2)〜(a2−7)のそれぞれをp型のシリコン基板の片面に塗布し、熱処理(焼成)してパッシベーション膜を作製した。得られたパッシベーション膜の静電容量の電圧依存性を測定し、そこから固定電荷密度を算出した。   As in Reference Example 2-1, each of the passivation materials (a2-2) to (a2-7) was applied to one side of a p-type silicon substrate, and heat treatment (firing) was performed to produce a passivation film. The voltage dependence of the capacitance of the obtained passivation film was measured, and the fixed charge density was calculated therefrom.

更に、参考実施例2−1と同様に、パッシベーション材料をp型のシリコン基板の両面に塗布し、熱処理(焼成)して得たサンプルを用いて、キャリアライフタイムを測定した。   Further, in the same manner as in Reference Example 2-1, the carrier lifetime was measured using a sample obtained by applying a passivation material to both surfaces of a p-type silicon substrate and performing heat treatment (firing).

得られた結果を表7にまとめた。またサンプルの作製から14日後に、再度キャリアライフタイムを測定したところ、キャリアライフタイムの低下は、表7に示すパッシベーション材料(a2−2)〜(a2−7)を用いたパッシベーション膜のいずれも−10%以内であり、キャリアライフタイムの低下が小さいことがわかった。   The results obtained are summarized in Table 7. Further, when the carrier lifetime was measured again 14 days after the preparation of the sample, the decrease in the carrier lifetime was caused by any of the passivation films using the passivation materials (a2-2) to (a2-7) shown in Table 7. It was within -10%, and it was found that the decrease in carrier lifetime was small.

熱処理(焼成)後の酸化バナジウム/酸化アルミニウムの比率(質量比)により、異なる結果ではあるが、パッシベーション材料(a2−2)〜(a2−7)については、熱処理(焼成)後にいずれも負の固定電荷を示し、キャリアライフタイムもある程度の値を示していることから、パッシベーション膜として機能することが示唆された。パッシベーション材料(a2−2)〜(a2−7)から得られるパッシベーション膜は、いずれも安定的に負の固定電荷を示し、p型のシリコン基板のパッシベーションとしても好適に用いることができることが分かった。   Although the results are different depending on the ratio (mass ratio) of vanadium oxide / aluminum oxide after heat treatment (firing), the passivation materials (a2-2) to (a2-7) are all negative after heat treatment (firing). Since it showed a fixed charge and a certain carrier lifetime, it was suggested that it functions as a passivation film. It was found that all the passivation films obtained from the passivation materials (a2-2) to (a2-7) stably show negative fixed charges, and can be suitably used as a passivation for a p-type silicon substrate. .

[参考実施例2−3]
熱処理(焼成)により酸化バナジウム(V)が得られる化合物として、市販のバナジウム(V)オキシトリエトキシド(構造式:VO(OC、分子量:202.13)を1.02g(0.010mol)と、熱処理(焼成)により酸化アルミニウム(Al)が得られる化合物として、市販のアルミニウムトリイソプロポキシド(構造式:Al(OCH(CH、分子量:204.25)を2.04g(0.010mol)とをシクロヘキサン60gに溶解して、濃度5質量%のパッシベーション材料(b2−1)を調製した。
[Reference Example 2-3]
As a compound for obtaining vanadium oxide (V 2 O 5 ) by heat treatment (firing), commercially available vanadium (V) oxytriethoxide (structural formula: VO (OC 2 H 5 ) 3 , molecular weight: 202.13) is 1 0.02 g (0.010 mol) and a compound obtained from aluminum oxide (Al 2 O 3 ) by heat treatment (calcination), commercially available aluminum triisopropoxide (structure: Al (OCH (CH 3 ) 2 ) 3 , A passivation material (b2-1) having a concentration of 5% by mass was prepared by dissolving 2.04 g (0.010 mol) of molecular weight: 204.25) in 60 g of cyclohexane.

パッシベーション材料(b2−1)を、濃度0.49質量%のフッ酸で自然酸化膜をあらかじめ除去した725μm厚で8インチのp型のシリコン基板(8Ω・cm〜12Ω・cm)の片面に回転塗布し、ホットプレート上において120℃、3分間のプリベークを行った。その後、窒素雰囲気下で、650℃、1時間の熱処理(焼成)を行い、酸化アルミニウム及び酸化バナジウムを含むパッシベーション膜を得た。エリプソメーターにより膜厚を測定したところ、60nmであった。元素分析の結果、V/Al/C=64/33/3(質量%)であることがわかった。パッシベーション膜のFT−IRを測定したところ、1200cm−1付近に、ごくわずかのアルキル基に起因するピークが見られた。Passivation of passivation material (b2-1) on one side of a 725 μm thick 8-inch p-type silicon substrate (8Ω · cm to 12Ω · cm) from which a natural oxide film was previously removed with hydrofluoric acid having a concentration of 0.49% by mass This was applied and prebaked at 120 ° C. for 3 minutes on a hot plate. Thereafter, a heat treatment (firing) was performed at 650 ° C. for 1 hour in a nitrogen atmosphere to obtain a passivation film containing aluminum oxide and vanadium oxide. When the film thickness was measured with an ellipsometer, it was 60 nm. As a result of elemental analysis, it was found that V / Al / C = 64/33/3 (mass%). When the FT-IR of the passivation film was measured, a peak due to a very few alkyl groups was observed in the vicinity of 1200 cm −1 .

次に、上記のパッシベーション膜上に、メタルマスクを介して、直径1mmのアルミ電極を複数個蒸着により形成し、MIS(metal-insulator-semiconductor;金属−絶縁体−半導体)構造のキャパシタを作製した。このキャパシタの静電容量の電圧依存性(C−V特性)を市販のプローバー及びLCRメーター(HP社、4275A)により測定した。その結果、フラットバンド電圧(Vfb)が理想値の−0.81Vから、+0.10Vにシフトしたことが判明した。このシフト量からパッシベーション材料(b2−1)から得たパッシベーション膜は、固定電荷密度(Nf)が−6.2×1011cm−2で負の固定電荷を示すことがわかった。Next, a plurality of aluminum electrodes having a diameter of 1 mm were formed on the above-described passivation film by vapor deposition through a metal mask, thereby manufacturing a capacitor having a MIS (metal-insulator-semiconductor) structure. . The voltage dependence (CV characteristics) of the capacitance of this capacitor was measured with a commercially available prober and LCR meter (HP, 4275A). As a result, it was found that the flat band voltage (Vfb) shifted from an ideal value of −0.81 V to +0.10 V. From this shift amount, it was found that the passivation film obtained from the passivation material (b2-1) showed a negative fixed charge with a fixed charge density (Nf) of −6.2 × 10 11 cm −2 .

上記と同様に、パッシベーション材料(b2−1)を8インチのp型のシリコン基板の両面に塗布し、プリベークして、窒素雰囲気下で、600℃、1時間の熱処理(焼成)を行い、シリコン基板の両面がパッシベーション膜で覆われたサンプルを作製した。このサンプルのキャリアライフタイムをライフタイム測定装置((株)コベルコ科研、RTA−540)により行った。その結果、キャリアライフタイムは400μsであった。比較のために、同じ8インチのp型のシリコン基板をヨウ素パッシベーション法によりパッシベーションして測定したところ、キャリアライフタイムは、1100μsであった。   In the same manner as described above, the passivation material (b2-1) was applied to both sides of an 8-inch p-type silicon substrate, pre-baked, and subjected to heat treatment (baking) at 600 ° C. for 1 hour in a nitrogen atmosphere. A sample in which both surfaces of the substrate were covered with a passivation film was produced. The carrier lifetime of this sample was measured by a lifetime measuring device (Kobelco Research Institute, RTA-540). As a result, the carrier lifetime was 400 μs. For comparison, the same 8-inch p-type silicon substrate was measured by passivation using the iodine passivation method, and the carrier lifetime was 1100 μs.

以上のことから、パッシベーション材料(b2−1)を熱処理(焼成)して得られるパッシベーション膜は、ある程度のパッシベーション性能を示し、負の固定電荷を示すことがわかった。   From the above, it was found that the passivation film obtained by heat-treating (sintering) the passivation material (b2-1) exhibited a certain degree of passivation performance and a negative fixed charge.

[参考実施例2−4]
市販のバナジウム(V)オキシトリエトキシド(構造式:VO(OC、分子量:202.13)を1.52g(0.0075mol)と、市販のアルミニウムトリイソプロポキシド(構造式:Al(OCH(CH、分子量:204.25)を1.02g(0.005mol)と、ノボラック樹脂10gとを、ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセタート10gとシクロヘキサン10gに溶解して、パッシベーション材料(b2−2)を調製した。
[Reference Example 2-4]
1.52 g (0.0075 mol) of commercially available vanadium (V) oxytriethoxide (structural formula: VO (OC 2 H 5 ) 3 , molecular weight: 202.13) and commercially available aluminum triisopropoxide (structural formula : Al (OCH (CH 3 ) 2 ) 3 , molecular weight: 204.25), 1.02 g (0.005 mol) and 10 g of novolak resin were dissolved in 10 g of diethylene glycol monobutyl ether acetate and 10 g of cyclohexane to passivate. Material (b2-2) was prepared.

パッシベーション材料(b2−2)を、濃度0.49質量%のフッ酸で自然酸化膜をあらかじめ除去した725μm厚で8インチのp型のシリコン基板(8Ω・cm〜12Ω・cm)の片面に回転塗布し、ホットプレート上に置いて120℃、3分間のプリベークを行った。その後、窒素雰囲気下で、650℃、1時間の加熱を行い、酸化アルミニウム及び酸化バナジウムを含むパッシベーション膜を得た。エリプソメーターにより膜厚を測定したところ、22nmであった。元素分析の結果、V/Al/C=71/22/7(質量%)であることがわかった。パッシベーション膜のFT−IRを測定したところ、1200cm−1付近に、ごくわずかのアルキル基に起因するピークが見られた。Passivation of passivation material (b2-2) on one side of a 725 μm thick 8-inch p-type silicon substrate (8 Ω · cm to 12 Ω · cm) with natural oxide film removed beforehand with hydrofluoric acid at a concentration of 0.49% by mass It was applied and placed on a hot plate and prebaked at 120 ° C. for 3 minutes. Thereafter, heating was performed at 650 ° C. for 1 hour in a nitrogen atmosphere to obtain a passivation film containing aluminum oxide and vanadium oxide. When the film thickness was measured with an ellipsometer, it was 22 nm. As a result of elemental analysis, it was found that V / Al / C = 71/22/7 (mass%). When the FT-IR of the passivation film was measured, a peak due to a very few alkyl groups was observed in the vicinity of 1200 cm −1 .

次に、上記のパッシベーション膜上に、メタルマスクを介して、直径1mmのアルミ電極を複数個蒸着により形成し、MIS(metal-insulator-semiconductor;金属−絶縁体−半導体)構造のキャパシタを作製した。このキャパシタの静電容量の電圧依存性(C−V特性)を市販のプローバー及びLCRメーター(HP社、4275A)により測定した。その結果、フラットバンド電圧(Vfb)が理想値の−0.81Vから、+0.03Vにシフトしたことが判明した。このシフト量からパッシベーション材料(b2−2)から得たパッシベーション膜は、固定電荷密度(Nf)が−2.0×1011cm−2で負の固定電荷を示すことがわかった。Next, a plurality of aluminum electrodes having a diameter of 1 mm were formed on the above-described passivation film by vapor deposition through a metal mask, thereby manufacturing a capacitor having a MIS (metal-insulator-semiconductor) structure. . The voltage dependence (CV characteristics) of the capacitance of this capacitor was measured with a commercially available prober and LCR meter (HP, 4275A). As a result, it was found that the flat band voltage (Vfb) shifted from the ideal value of −0.81 V to +0.03 V. From this shift amount, it was found that the passivation film obtained from the passivation material (b2-2) had a fixed charge density (Nf) of −2.0 × 10 11 cm −2 and a negative fixed charge.

上記と同様に、パッシベーション材料(b2−2)を8インチのp型のシリコン基板の両面に塗布し、プリベークして、窒素雰囲気下で、600℃、1時間の熱処理(焼成)を行い、シリコン基板の両面がパッシベーション膜で覆われたサンプルを作製した。このサンプルのキャリアライフタイムをライフタイム測定装置((株)コベルコ科研、RTA−540)により行った。その結果、キャリアライフタイムは170μsであった。比較のために、同じ8インチのp型のシリコン基板をヨウ素パッシベーション法によりパッシベーションして測定したところ、キャリアライフタイムは、1100μsであった。   In the same manner as described above, the passivation material (b2-2) is applied to both sides of an 8-inch p-type silicon substrate, pre-baked, and subjected to heat treatment (baking) at 600 ° C. for 1 hour in a nitrogen atmosphere to obtain silicon. A sample in which both surfaces of the substrate were covered with a passivation film was produced. The carrier lifetime of this sample was measured by a lifetime measuring device (Kobelco Research Institute, RTA-540). As a result, the carrier lifetime was 170 μs. For comparison, the same 8-inch p-type silicon substrate was measured by passivation using the iodine passivation method, and the carrier lifetime was 1100 μs.

以上のことから、パッシベーション材料(b2−2)が硬化したパッシベーション膜は、ある程度のパッシベーション性能を示し、負の固定電荷を示すことがわかった。   From the above, it was found that the passivation film obtained by curing the passivation material (b2-2) exhibited a certain degree of passivation performance and a negative fixed charge.

<バナジウム族元素の酸化物として酸化タンタルを使用した場合>
[参考実施例2−5]
熱処理(焼成)により酸化アルミニウム(Al)が得られる市販の有機金属薄膜塗布型材料[(株)高純度化学研究所、SYM−AL04、濃度2.3質量%]と、熱処理により酸化タンタル(Ta)が得られる市販の有機金属薄膜塗布型材料[(株)高純度化学研究所、Ta−10−P、濃度10質量%]とを比率を変えて混合して、表8に示すパッシベーション材料(c2−1)〜(c2−6)を調製した。
<When tantalum oxide is used as the oxide of vanadium group element>
[Reference Example 2-5]
Commercially available organometallic thin film coating type material [High Purity Chemical Laboratory, SYM-AL04, concentration 2.3 mass%] from which aluminum oxide (Al 2 O 3 ) can be obtained by heat treatment (firing) and oxidation by heat treatment A commercially available organometallic thin film coating type material [Tapuro Chemical Laboratory Co., Ltd., Ta-10-P, concentration 10% by mass] from which tantalum (Ta 2 O 5 ) can be obtained is mixed at different ratios. Passivation materials (c2-1) to (c2-6) shown in Fig. 8 were prepared.

パッシベーション材料(c2−1)〜(c2−6)のそれぞれを濃度0.49質量%のフッ酸で自然酸化膜をあらかじめ除去した725μm厚で8インチのp型のシリコン基板(8Ω・cm〜12Ω・cm)の片面に回転塗布し、ホットプレート上に置いて120℃、3分間のプリベークを行った。その後、窒素雰囲気下で、700℃、30分の熱処理(焼成)を行い、酸化アルミニウム及び酸化タンタルを含むパッシベーション膜を得た。このパッシベーション膜を用いて、静電容量の電圧依存性を測定し、そこから固定電荷密度を算出した。   Each of the passivation materials (c2-1) to (c2-6) is a 725 μm thick 8-inch p-type silicon substrate (8Ω · cm to 12Ω) from which the natural oxide film has been removed in advance with hydrofluoric acid having a concentration of 0.49% by mass. (Cm) was spin-coated on one side, placed on a hot plate, and pre-baked at 120 ° C. for 3 minutes. Thereafter, a heat treatment (firing) was performed at 700 ° C. for 30 minutes in a nitrogen atmosphere to obtain a passivation film containing aluminum oxide and tantalum oxide. Using this passivation film, the voltage dependence of the capacitance was measured, and the fixed charge density was calculated therefrom.

次いで、パッシベーション材料(c2−1)〜(c2−6)のそれぞれを8インチのp型のシリコン基板の両面に塗布し、プリベークして、窒素雰囲気下で、650℃、1時間の熱処理(焼成)を行い、シリコン基板の両面がパッシベーション膜で覆われたサンプルを作製した。このサンプルのキャリアライフタイムをライフタイム測定装置((株)コベルコ科研、RTA−540)により行った。   Next, each of the passivation materials (c2-1) to (c2-6) was applied to both sides of an 8-inch p-type silicon substrate, pre-baked, and heat-treated (fired) at 650 ° C. for 1 hour in a nitrogen atmosphere. ) To prepare a sample in which both surfaces of the silicon substrate were covered with a passivation film. The carrier lifetime of this sample was measured by a lifetime measuring device (Kobelco Research Institute, RTA-540).

得られた結果を表8にまとめた。またサンプルの作製から14日後に、再度キャリアライフタイムを測定したところ、キャリアライフタイムの低下は、表8に示すパッシベーション材料(c2−1)〜(c2−6)を用いたパッシベーション膜のいずれも−10%以内であり、キャリアライフタイムの低下が小さいことがわかった。   The results obtained are summarized in Table 8. Further, when the carrier lifetime was measured again 14 days after the preparation of the sample, the decrease in the carrier lifetime was found in any of the passivation films using the passivation materials (c2-1) to (c2-6) shown in Table 8. It was within -10%, and it was found that the decrease in carrier lifetime was small.

熱処理(焼成)後の酸化タンタル/酸化アルミニウムの比率(質量比)により、異なる結果ではあるが、パッシベーション材料(c2−1)〜(c2−6)については、熱処理(焼成)後にいずれも負の固定電荷を示し、キャリアライフタイムもある程度の値を示していることから、パッシベーション膜として機能することが示唆された。   Although the results differ depending on the ratio (mass ratio) of tantalum oxide / aluminum oxide after heat treatment (firing), the passivation materials (c2-1) to (c2-6) are all negative after heat treatment (firing). Since it showed a fixed charge and a certain carrier lifetime, it was suggested that it functions as a passivation film.


[参考実施例2−6]
熱処理(焼成)により酸化タンタル(Ta)が得られる化合物として、市販のタンタル(V)メトキシド(構造式:Ta(OCH、分子量:336.12)を1.18g(0.0025mol)と、熱処理(焼成)により酸化アルミニウム(Al)が得られる化合物として、市販のアルミニウムトリイソプロポキシド(構造式:Al(OCH(CH、分子量:204.25)を2.04g(0.010mol)とをシクロヘキサン60gに溶解して、濃度5質量%のパッシベーション材料(d2−1)を調製した。
[Reference Example 2-6]
As a compound from which tantalum oxide (Ta 2 O 5 ) can be obtained by heat treatment (firing), 1.18 g (0.002) of commercially available tantalum (V) methoxide (structural formula: Ta (OCH 3 ) 5 , molecular weight: 336.12) is obtained. As a compound from which aluminum oxide (Al 2 O 3 ) can be obtained by heat treatment (firing), commercially available aluminum triisopropoxide (structural formula: Al (OCH (CH 3 ) 2 ) 3 , molecular weight: 204.25 2.04 g (0.010 mol) was dissolved in 60 g of cyclohexane to prepare a passivation material (d2-1) having a concentration of 5% by mass.

パッシベーション材料(d2−1)を、濃度0.49質量%のフッ酸で自然酸化膜をあらかじめ除去した725μm厚で8インチのp型のシリコン基板(8Ω・cm〜12Ω・cm)の片面に回転塗布し、ホットプレート上に置いて120℃、3分間のプリベークをした。その後、窒素雰囲気下で、700℃、1時間の加熱を行い、酸化アルミニウム及び酸化タンタルを含むパッシベーション膜を得た。エリプソメーターにより膜厚を測定したところ、40nmであった。元素分析の結果、Ta/Al/C=75/22/3(wt%)であることがわかった。パッシベーション膜のFT−IRを測定したところ、1200cm−1付近に、ごくわずかのアルキル基に起因するピークが見られた。Passivation of passivation material (d2-1) to one side of a 725 μm thick 8-inch p-type silicon substrate (8 Ω · cm to 12 Ω · cm) with natural oxide film removed beforehand with hydrofluoric acid at a concentration of 0.49% by mass It was applied and placed on a hot plate and prebaked at 120 ° C. for 3 minutes. Thereafter, heating was performed at 700 ° C. for 1 hour in a nitrogen atmosphere to obtain a passivation film containing aluminum oxide and tantalum oxide. When the film thickness was measured with an ellipsometer, it was 40 nm. As a result of elemental analysis, it was found that Ta / Al / C = 75/22/3 (wt%). When the FT-IR of the passivation film was measured, a peak due to a very few alkyl groups was observed in the vicinity of 1200 cm −1 .

次に、上記のパッシベーション膜上に、メタルマスクを介して、直径1mmのアルミ電極を複数個蒸着により形成し、MIS(metal-insulator-semiconductor;金属−絶縁体−半導体)構造のキャパシタを作製した。このキャパシタの静電容量の電圧依存性(C−V特性)を市販のプローバー及びLCRメーター(HP社、4275A)により測定した。その結果、フラットバンド電圧(Vfb)が理想値の−0.81Vから、−0.30Vにシフトしたことが判明した。このシフト量から、パッシベーション材料(d2−1)から得たパッシベーション膜は、固定電荷密度(Nf)が−6.2×1010cm−2で負の固定電荷を示すことがわかった。Next, a plurality of aluminum electrodes having a diameter of 1 mm were formed on the above-described passivation film by vapor deposition through a metal mask, thereby manufacturing a capacitor having a MIS (metal-insulator-semiconductor) structure. . The voltage dependence (CV characteristics) of the capacitance of this capacitor was measured with a commercially available prober and LCR meter (HP, 4275A). As a result, it was found that the flat band voltage (Vfb) was shifted from an ideal value of −0.81 V to −0.30 V. From this shift amount, it was found that the passivation film obtained from the passivation material (d2-1) showed a negative fixed charge at a fixed charge density (Nf) of −6.2 × 10 10 cm −2 .

上記と同様に、パッシベーション材料(d2−1)を8インチのp型のシリコン基板の両面に塗布し、プリベークして、窒素雰囲気下で、600℃、1時間の熱処理(焼成)を行い、シリコン基板の両面がパッシベーション膜で覆われたサンプルを作製した。このサンプルのキャリアライフタイムをライフタイム測定装置((株)コベルコ科研、RTA−540)により行った。その結果、キャリアライフタイムは610μsであった。比較のために、同じ8インチのp型のシリコン基板をヨウ素パッシベーション法によりパッシベーションして測定したところ、キャリアライフタイムは、1100μsであった。   In the same manner as described above, the passivation material (d2-1) was applied to both sides of an 8-inch p-type silicon substrate, pre-baked, and subjected to heat treatment (baking) at 600 ° C. for 1 hour in a nitrogen atmosphere. A sample in which both surfaces of the substrate were covered with a passivation film was produced. The carrier lifetime of this sample was measured by a lifetime measuring device (Kobelco Research Institute, RTA-540). As a result, the carrier lifetime was 610 μs. For comparison, the same 8-inch p-type silicon substrate was measured by passivation using the iodine passivation method, and the carrier lifetime was 1100 μs.

以上のことから、パッシベーション材料(d2−1)を熱処理して得られるパッシベーション膜は、ある程度のパッシベーション性能を示し、負の固定電荷を示すことがわかった。   From the above, it was found that the passivation film obtained by heat-treating the passivation material (d2-1) exhibits a certain degree of passivation performance and a negative fixed charge.

[参考実施例2−7]
熱処理(焼成)により酸化タンタル(Ta)が得られる化合物として、市販のタンタル(V)メトキシド(構造式:Ta(OCH、分子量:336.12)1.18g(0.005mol)と、熱処理(焼成)により酸化アルミニウム(Al)が得られる化合物として、市販のアルミニウムトリイソプロポキシド(構造式:Al(OCH(CH、分子量:204.25)を1.02g(0.005mol)と、ノボラック樹脂10gとを、ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセタート10gとシクロヘキサン10gの混合物に溶解して、パッシベーション材料(d2−2)を調製した。
[Reference Example 2-7]
As a compound for obtaining tantalum oxide (Ta 2 O 5 ) by heat treatment (firing), 1.18 g (0.005 mol) of commercially available tantalum (V) methoxide (structural formula: Ta (OCH 3 ) 5 , molecular weight: 336.12) ) And aluminum oxide (Al 2 O 3 ) obtained by heat treatment (firing), a commercially available aluminum triisopropoxide (structure: Al (OCH (CH 3 ) 2 ) 3 , molecular weight: 204.25) 1.02 g (0.005 mol) and 10 g of novolak resin were dissolved in a mixture of 10 g of diethylene glycol monobutyl ether acetate and 10 g of cyclohexane to prepare a passivation material (d2-2).

パッシベーション材料(d2−2)を、濃度0.49質量%のフッ酸で自然酸化膜をあらかじめ除去した725μm厚で8インチのp型のシリコン基板(8Ω・cm〜12Ω・cm)の片面に回転塗布し、ホットプレート上において120℃、3分間のプリベークをした。その後、窒素雰囲気下で、650℃、1時間の加熱を行い、酸化アルミニウム及び酸化タンタルを含むパッシベーション膜を得た。エリプソメーターにより膜厚を測定したところ、18nmであった。元素分析の結果、Ta/Al/C=72/20/8(wt%)であることがわかった。パッシベーション膜のFT−IRを測定したところ、1200cm−1付近に、ごくわずかのアルキル基に起因するピークが見られた。Passivation of passivation material (d2-2) on one side of a 725 μm thick 8-inch p-type silicon substrate (8 Ω · cm to 12 Ω · cm) with natural oxide film removed beforehand with hydrofluoric acid at a concentration of 0.49% by mass This was applied and prebaked at 120 ° C. for 3 minutes on a hot plate. Thereafter, heating was performed at 650 ° C. for 1 hour in a nitrogen atmosphere to obtain a passivation film containing aluminum oxide and tantalum oxide. When the film thickness was measured with an ellipsometer, it was 18 nm. As a result of elemental analysis, it was found that Ta / Al / C = 72/20/8 (wt%). When the FT-IR of the passivation film was measured, a peak due to a very few alkyl groups was observed in the vicinity of 1200 cm −1 .

次に、上記のパッシベーション膜上に、メタルマスクを介して、直径1mmのアルミ電極を複数個蒸着により形成し、MIS(metal-insulator-semiconductor;金属−絶縁体−半導体)構造のキャパシタを作製した。このキャパシタの静電容量の電圧依存性(C−V特性)を市販のプローバー及びLCRメーター(HP社、4275A)により測定した。その結果、フラットバンド電圧(Vfb)が理想値の−0.81Vから、−0.43Vにシフトしたことが判明した。このシフト量から、パッシベーション材料(d−2)から得たパッシベーション膜は、固定電荷密度(Nf)が−5.5×1010cm−2で負の固定電荷を示すことがわかった。Next, a plurality of aluminum electrodes having a diameter of 1 mm were formed on the above-described passivation film by vapor deposition through a metal mask, thereby manufacturing a capacitor having a MIS (metal-insulator-semiconductor) structure. . The voltage dependence (CV characteristics) of the capacitance of this capacitor was measured with a commercially available prober and LCR meter (HP, 4275A). As a result, it was found that the flat band voltage (Vfb) shifted from an ideal value of −0.81 V to −0.43 V. From this shift amount, it was found that the passivation film obtained from the passivation material (d-2) had a fixed charge density (Nf) of −5.5 × 10 10 cm −2 and a negative fixed charge.

上記と同様に、パッシベーション材料(d2−2)を8インチのp型のシリコン基板の両面に塗布し、プリベークして、窒素雰囲気下で、600℃、1時間の熱処理(焼成)を行い、シリコン基板の両面がパッシベーション膜で覆われたサンプルを作製した。このサンプルのキャリアライフタイムをライフタイム測定装置((株)コベルコ科研、RTA−540)により行った。その結果、キャリアライフタイムは250μsであった。比較のために、同じ8インチのp型のシリコン基板をヨウ素パッシベーション法によりパッシベーションして測定したところ、キャリアライフタイムは、1100μsであった。   In the same manner as above, the passivation material (d2-2) was applied to both sides of an 8-inch p-type silicon substrate, pre-baked, and subjected to heat treatment (baking) at 600 ° C. for 1 hour in a nitrogen atmosphere. A sample in which both surfaces of the substrate were covered with a passivation film was produced. The carrier lifetime of this sample was measured by a lifetime measuring device (Kobelco Research Institute, RTA-540). As a result, the carrier lifetime was 250 μs. For comparison, the same 8-inch p-type silicon substrate was measured by passivation using the iodine passivation method, and the carrier lifetime was 1100 μs.

以上のことから、パッシベーション材料(d2−2)を熱処理(焼成)して得たパッシベーション膜は、ある程度のパッシベーション性能を示し、負の固定電荷を示すことがわかった。   From the above, it was found that the passivation film obtained by heat-treating (sintering) the passivation material (d2-2) exhibited a certain degree of passivation performance and a negative fixed charge.

<2種以上のバナジウム族元素の酸化物を使用した場合>
[参考実施例2−8]
熱処理(焼成)により酸化アルミニウム(Al)が得られる市販の有機金属薄膜塗布型材料[(株)高純度化学研究所、SYM−AL04、濃度2.3質量%]、熱処理(焼成)により酸化バナジウム(V)が得られる市販の有機金属薄膜塗布型材料[(株)高純度化学研究所、V−02、濃度2質量%]、及び熱処理(焼成)により酸化タンタル(Ta)が得られる市販の有機金属薄膜塗布型材料[(株)高純度化学研究所、Ta−10−P、濃度10質量%]を混合して、塗布型材料であるパッシベーション材料(e2−1)を調製した(表9参照)。
<When two or more vanadium group element oxides are used>
[Reference Example 2-8]
Commercially available organometallic thin film coating type material that can obtain aluminum oxide (Al 2 O 3 ) by heat treatment (firing) [High Purity Chemical Laboratory, SYM-AL04, concentration 2.3 mass%], heat treatment (firing) Commercially available organometallic thin film coating type material (VCO, Co., Ltd., V-02, concentration 2% by mass) from which vanadium oxide (V 2 O 5 ) can be obtained by heat treatment, and tantalum oxide (Ta 2 O 5 ), a commercially available organometallic thin film coating material [High Purity Chemical Laboratory, Ta-10-P, concentration 10% by mass] is mixed to form a passivation material (e2) that is a coating material. -1) was prepared (see Table 9).

熱処理(焼成)により酸化アルミニウム(Al)が得られる市販の有機金属薄膜塗布型材料[(株)高純度化学研究所SYM−AL04、濃度2.3質量%]、熱処理(焼成)により酸化バナジウム(V)が得られる市販の有機金属薄膜塗布型材料[(株)高純度化学研究所V−02、濃度2質量%]、及び熱処理(焼成)により酸化ニオブ(Nb)が得られる市販の有機金属薄膜塗布型材料[(株)高純度化学研究所、Nb−05、濃度5質量%]を混合して、塗布型材料であるパッシベーション材料(e2−2)を調製した(表9参照)。By commercially available organometallic thin film coating type material [Coal Chemical Industries Ltd. SYM-AL04, concentration 2.3 mass%] from which aluminum oxide (Al 2 O 3 ) can be obtained by heat treatment (firing), heat treatment (firing) Niobium oxide (Nb 2 O) by commercially available organometallic thin film coating type material (Vitamin Co., Ltd., V-02, concentration 2 mass%) from which vanadium oxide (V 2 O 5 ) is obtained, and heat treatment (firing) 5 ) A commercially available organometallic thin film coating type material [Co., Ltd., High Purity Chemical Laboratory Co., Ltd., Nb-05, concentration 5 mass%] is mixed to obtain a passivation material (e2-2) which is a coating type material. Prepared (see Table 9).

熱処理(焼成)により酸化アルミニウム(Al)が得られる市販の有機金属薄膜塗布型材料[(株)高純度化学研究所SYM−AL04、濃度2.3質量%]、熱処理(焼成)により酸化タンタル(Ta)が得られる市販の有機金属薄膜塗布型材料[(株)高純度化学研究所Ta−10−P、濃度10質量%]、及び熱処理(焼成)により酸化ニオブ(Nb)が得られる市販の有機金属薄膜塗布型材料[(株)高純度化学研究所Nb−05、濃度5質量%]を混合して、塗布型材料であるパッシベーション材料(e2−3)を調製した(表9参照)。By commercially available organometallic thin film coating type material [Coal Chemical Industries Ltd. SYM-AL04, concentration 2.3 mass%] from which aluminum oxide (Al 2 O 3 ) can be obtained by heat treatment (firing), heat treatment (firing) Niobium oxide (Nb) by commercially available organometallic thin film coating material [Tapuro Chemical Laboratories Ta-10-P, concentration 10% by mass] from which tantalum oxide (Ta 2 O 5 ) can be obtained, and heat treatment (firing) 2 O 5 ), a commercially available organometallic thin film coating material [High Purity Chemical Laboratory Nb-05, concentration 5 mass%] is mixed to form a passivation material (e2-3) that is a coating material. Was prepared (see Table 9).

熱処理(焼成)により酸化アルミニウム(Al)が得られる市販の有機金属薄膜塗布型材料[(株)高純度化学研究所SYM−AL04、濃度2.3質量%]、熱処理(焼成)により酸化バナジウム(V)が得られる市販の有機金属薄膜塗布型材料[(株)高純度化学研究所V−02、濃度2質量%]、熱処理(焼成)により酸化タンタル(Ta)が得られる市販の有機金属薄膜塗布型材料[(株)高純度化学研究所Ta−10−P、濃度10質量%]、及び熱処理(焼成)により酸化ニオブ(Nb)が得られる市販の有機金属薄膜塗布型材料[(株)高純度化学研究所Nb−05、濃度5質量%]を混合して、塗布型材料であるパッシベーション材料(e2−4)を調製した(表9参照)。By commercially available organometallic thin film coating type material [Coal Chemical Industries Ltd. SYM-AL04, concentration 2.3 mass%] from which aluminum oxide (Al 2 O 3 ) can be obtained by heat treatment (firing), heat treatment (firing) Tantalum oxide (Ta 2 O 5 ) by commercially available organic metal thin film coating type material [Co., Ltd., Purity Chemical Laboratory V-02, concentration 2 mass%] from which vanadium oxide (V 2 O 5 ) is obtained, and heat treatment (firing) Niobium oxide (Nb 2 O 5 ) can be obtained by a commercially available organometallic thin film coating type material [High purity chemical research laboratory Ta-10-P, concentration 10% by mass] and heat treatment (firing). Commercially available organic metal thin film coating type material [Co., Ltd. High Purity Chemical Laboratory Nb-05, concentration 5 mass%] was mixed to prepare a passivation material (e2-4) which is a coating type material (see Table 9). ).

パッシベーション材料(e2−1)〜(e2−4)のそれぞれを、参考実施例2−1と同様に、濃度0.49質量%のフッ酸で自然酸化膜をあらかじめ除去した725μm厚で8インチのp型のシリコン基板(8Ω・cm〜12Ω・cm)の片面に回転塗布し、ホットプレート上に置いて120℃、3分間のプリベークをした。その後、窒素雰囲気下で、650℃、1時間の熱処理(焼成)を行い、酸化アルミニウムと2種以上のバナジウム族元素の酸化物を含むパッシベーション膜を得た。   Each of the passivation materials (e2-1) to (e2-4) has a thickness of 725 μm and 8 inches, in which the natural oxide film is previously removed with hydrofluoric acid having a concentration of 0.49% by mass, as in Reference Example 2-1. A p-type silicon substrate (8 Ω · cm to 12 Ω · cm) was spin-coated on one side, placed on a hot plate, and pre-baked at 120 ° C. for 3 minutes. Thereafter, a heat treatment (firing) was performed at 650 ° C. for 1 hour in a nitrogen atmosphere to obtain a passivation film containing aluminum oxide and two or more vanadium group element oxides.

上記で得られたパッシベーション膜を用いて、静電容量の電圧依存性を測定し、そこから固定電荷密度を算出した。   Using the passivation film obtained above, the voltage dependence of the capacitance was measured, and the fixed charge density was calculated therefrom.

次いで、パッシベーション材料(e2−1)〜(e2−4)のそれぞれを8インチのp型のシリコン基板の両面に塗布し、プリベークして、窒素雰囲気下で、650℃、1時間の熱処理(焼成)を行い、シリコン基板の両面がパッシベーション膜で覆われたサンプルを作製した。このサンプルのキャリアライフタイムをライフタイム測定装置((株)コベルコ科研、RTA−540)により行った。   Next, each of the passivation materials (e2-1) to (e2-4) is applied to both sides of an 8-inch p-type silicon substrate, pre-baked, and heat-treated (fired) at 650 ° C. for 1 hour in a nitrogen atmosphere. ) To prepare a sample in which both surfaces of the silicon substrate were covered with a passivation film. The carrier lifetime of this sample was measured by a lifetime measuring device (Kobelco Research Institute, RTA-540).

得られた結果を表9にまとめた。   The results obtained are summarized in Table 9.

熱処理(焼成)後の2種以上のバナジウム族元素の酸化物と酸化アルミニウムの比率(質量比)により、異なる結果ではあるが、パッシベーション材料(e2−1)〜(e2−4)を用いたパッシベーション膜については、熱処理(焼成)後にいずれも負の固定電荷を示し、キャリアライフタイムもある程度の値を示していることから、パッシベーション膜として機能することが示唆された。   Passivation using passivation materials (e2-1) to (e2-4), depending on the ratio (mass ratio) of the oxide of two or more vanadium group elements and the aluminum oxide after heat treatment (firing). Regarding the films, all showed negative fixed charges after heat treatment (firing), and the carrier lifetime also showed a certain value, suggesting that it functions as a passivation film.


[参考実施例2−9]
参考実施例2−1と同様に、熱処理(焼成)により酸化アルミニウム(Al)が得られる市販の有機金属薄膜塗布型材料[(株)高純度化学研究所、SYM−AL04、濃度2.3質量%]と、熱処理(焼成)により酸化バナジウム(V)が得られる市販の有機金属薄膜塗布型材料[(株)高純度化学研究所、V−02、濃度2質量%]、又は熱処理(焼成)により酸化タンタル(Ta)が得られる市販の有機金属薄膜塗布型材料[(株)高純度化学研究所、Ta−10−P、濃度10質量%]を混合して、塗布型材料であるパッシベーション材料(f2−1)〜(f2−8)を調製した(表10参照)。
[Reference Example 2-9]
Similar to Reference Example 2-1, a commercially available organometallic thin film coated material from which aluminum oxide (Al 2 O 3 ) can be obtained by heat treatment (firing) [High Purity Chemical Laboratory, SYM-AL04, concentration 2 .3 mass%] and a commercially available organic metal thin film coating type material that can be obtained by heat treatment (firing) vanadium oxide (V 2 O 5 ) [High Purity Chemical Laboratory, V-02, concentration 2 mass%] Or a commercially available organic metal thin film coating type material [Tapuro Chemical Laboratory Co., Ltd., Ta-10-P, concentration 10% by mass] from which tantalum oxide (Ta 2 O 5 ) can be obtained by heat treatment (firing) is mixed. Then, passivation materials (f2-1) to (f2-8), which are coating-type materials, were prepared (see Table 10).

また、酸化アルミニウムを単独で用いたパッシベーション材料(f2−9)を調製した(表10参照)。   Moreover, the passivation material (f2-9) which used aluminum oxide independently was prepared (refer Table 10).

参考実施例2−1と同様に、パッシベーション材料(f2−1)〜(f2−9)のそれぞれをp型のシリコン基板の片面に塗布し、その後、熱処理(焼成)を行って、パッシベーション膜を作製し、それを用いて、静電容量の電圧依存性を測定し、そこから固定電荷密度を算出した。   As in Reference Example 2-1, each of the passivation materials (f2-1) to (f2-9) was applied to one side of a p-type silicon substrate, and then heat treatment (firing) was performed to form a passivation film. This was used to measure the voltage dependence of the capacitance, and the fixed charge density was calculated therefrom.

更に、参考実施例2−1と同様に、パッシベーション材料(f2−1)〜(f2−9)のそれぞれをp型のシリコン基板の両面に塗布し、熱処理(焼成)して得られたサンプルを用いて、キャリアライフタイムを測定した。得られた結果を表10にまとめた。   Further, as in Reference Example 2-1, samples obtained by applying each of the passivation materials (f2-1) to (f2-9) to both sides of a p-type silicon substrate and heat-treating (firing) were obtained. Used to measure the carrier lifetime. The results obtained are summarized in Table 10.

表10に示すように、パッシベーション材料中の酸化アルミニウム/酸化バナジウム又は酸化タンタルが90/10及び80/20の場合には、固定電荷密度の値にばらつきが大きく、負の固定電荷密度を安定的に得ることができなかったが、酸化アルミニウムと酸化ニオブを用いることで負の固定電荷密度を実現できることが確認できた。酸化アルミニウム/酸化バナジウム又は酸化タンタルが90/10及び80/20のパッシベーション材料を用いてCV法により測定した際には、場合によって正の固定電荷を示すパッシベーション膜となるため、負の固定電荷を安定的に示すまでには至っていないことが判る。なお、正の固定電荷を示すパッシベーション膜は、n型のシリコン基板のパッシベーション膜として使用可能である。一方、酸化アルミニウムが100質量%となるパッシベーション材料(f2−9)では、負の固定電荷密度を得ることができなかった。   As shown in Table 10, when the aluminum oxide / vanadium oxide or tantalum oxide in the passivation material is 90/10 and 80/20, the fixed charge density value varies widely, and the negative fixed charge density is stable. However, it was confirmed that a negative fixed charge density can be realized by using aluminum oxide and niobium oxide. When measured by the CV method using a passivation material in which aluminum oxide / vanadium oxide or tantalum oxide is 90/10 and 80/20, a passivation film showing a positive fixed charge is obtained in some cases. It turns out that it has not reached to show stably. Note that a passivation film exhibiting a positive fixed charge can be used as a passivation film for an n-type silicon substrate. On the other hand, in the passivation material (f2-9) in which aluminum oxide is 100% by mass, a negative fixed charge density could not be obtained.


[参考実施例2−10]
シリコン基板101として、ボロンをドーパントとした単結晶シリコン基板を用いて、図14に示す構造の太陽電池素子を作製した。シリコン基板101の表面をテクスチャー処理した後、塗布型のリン拡散材を受光面側のみに塗布し、熱処理により拡散層102(リン拡散層)を形成した。その後、塗布型のリン拡散材を希フッ酸で除去した。
[Reference Example 2-10]
Using a single crystal silicon substrate with boron as a dopant as the silicon substrate 101, a solar cell element having the structure shown in FIG. 14 was manufactured. After the surface of the silicon substrate 101 was textured, a coating type phosphorous diffusion material was applied only to the light receiving surface side, and a diffusion layer 102 (phosphorus diffusion layer) was formed by heat treatment. Thereafter, the coating type phosphorus diffusing material was removed with dilute hydrofluoric acid.

次に、受光面側に、受光面反射防止膜103として、プラズマCVDでSiN膜を形成した。その後、参考実施例2−1で調製したパッシベーション材料(a2−1)を、インクジェット法により、シリコン基板101の裏面側に、コンタクト領域(開口部OA)を除いた領域に塗布した。その後、熱処理を行って、開口部OAを有するパッシベーション膜107を形成した。また、パッシベーション膜107として、参考実施例2−5で調製したパッシベーション材料(c2−1)を用いたサンプルも別途作製した。   Next, a SiN film was formed on the light receiving surface side by plasma CVD as the light receiving surface antireflection film 103. Thereafter, the passivation material (a2-1) prepared in Reference Example 2-1 was applied to the region excluding the contact region (opening OA) on the back surface side of the silicon substrate 101 by an inkjet method. Thereafter, heat treatment was performed to form a passivation film 107 having an opening OA. In addition, a sample using the passivation material (c2-1) prepared in Reference Example 2-5 was separately prepared as the passivation film 107.

次に、シリコン基板101の受光面側に形成された受光面反射防止膜103(SiN膜)の上に、銀を主成分とするペーストを所定のフィンガー電極及びバスバー電極の形状でスクリーン印刷した。裏面側においては、アルミニウムを主成分とするペーストを全面にスクリーン印刷した。その後、850℃で熱処理(ファイアスルー)を行って、電極(第1電極105及び第2電極106)を形成し、且つ裏面の開口部OAの部分にアルミニウムを拡散させて、BSF層104を形成して、図14に示す構造の太陽電池素子を形成した。   Next, on the light-receiving surface antireflection film 103 (SiN film) formed on the light-receiving surface side of the silicon substrate 101, a paste mainly composed of silver was screen-printed in the shape of predetermined finger electrodes and bus bar electrodes. On the back side, a paste mainly composed of aluminum was screen-printed on the entire surface. Thereafter, heat treatment (fire-through) is performed at 850 ° C. to form electrodes (first electrode 105 and second electrode 106), and aluminum is diffused into the opening OA on the back surface to form the BSF layer 104. Thus, a solar cell element having the structure shown in FIG. 14 was formed.

尚、ここでは、受光面の銀電極の形成に関しては、SiN膜に穴あけをしないファイアスルー工程を記載したが、SiN膜に初めに開口部OAをエッチング等により形成し、その後に銀電極を形成することもできる。   In this case, regarding the formation of the silver electrode on the light-receiving surface, the fire-through process in which the SiN film is not perforated is described. You can also

比較のために、上記作製工程のうち、パッシベーション膜107の形成を行わず、裏面側の全面にアルミニウムペーストを印刷し、BSF層104と対応するp層114及び第2電極と対応する電極116を全面に形成して、図11の構造の太陽電池素子を形成した。これらの太陽電池素子について、特性評価(短絡電流、開放電圧、曲線因子及び変換効率)を行った。特性評価は、JIS−C−8913(2005年度)及びJIS−C−8914(2005年度)に準拠して測定した。その結果を表11に示す。For comparison, the passivation film 107 is not formed in the above manufacturing process, aluminum paste is printed on the entire back surface, and the p + layer 114 corresponding to the BSF layer 104 and the electrode 116 corresponding to the second electrode. Was formed on the entire surface to form a solar cell element having the structure of FIG. About these solar cell elements, characteristic evaluation (a short circuit current, an open circuit voltage, a fill factor, and conversion efficiency) was performed. Characteristic evaluation was measured based on JIS-C-8913 (2005) and JIS-C-8914 (2005). The results are shown in Table 11.

表11より、パッシベーション膜107を有する太陽電池素子は、パッシベーション膜107を有しない太陽電子素子と比較すると、短絡電流及び開放電圧が共に増加しており、変換効率(光電変換効率)が最大で0.6%向上することが判明した。   From Table 11, the solar cell element having the passivation film 107 has both a short-circuit current and an open-circuit voltage that are increased as compared with the solar electronic element not having the passivation film 107, and the conversion efficiency (photoelectric conversion efficiency) is 0 at the maximum. It was found to improve by 6%.

日本国特許出願第2012−160336号、第2012−218389号、第2013−011934号、第2013−038895号及び第2013−040153号の開示はその全体が参照により本明細書に取り込まれる。本明細書に記載された全ての文献、特許出願、及び技術規格は、個々の文献、特許出願、及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、本明細書に参照により取り込まれる。   The disclosures of Japanese Patent Applications Nos. 2012-160336, 2012-218389, 2013-011934, 2013-038895, and 2013-0410153 are incorporated herein by reference in their entirety. All documents, patent applications, and technical standards mentioned in this specification are to the same extent as if each individual document, patent application, and technical standard were specifically and individually stated to be incorporated by reference, Incorporated herein by reference.

本明細書において「工程」との語は、独立した工程だけでなく、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目的が達成されれば、本用語に含まれる。また「〜」を用いて示された数値範囲は、「〜」の前後に記載される数値をそれぞれ最小値及び最大値として含む範囲を示す。更に組成物中の各成分の含有量は、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。また、本明細書において「層」との語は、平面図として観察したときに、全面に形成されている形状の構成に加え、一部に形成されている形状の構成も包含される。 In this specification, the term “process” is not limited to an independent process, and is included in this term if the intended purpose of the process is achieved even when it cannot be clearly distinguished from other processes. . Moreover, the numerical range shown using "to" shows the range which includes the numerical value described before and behind "to" as a minimum value and a maximum value, respectively. Furthermore, the content of each component in the composition means the total amount of the plurality of substances present in the composition unless there is a specific notice when there are a plurality of substances corresponding to each component in the composition. In addition, in the present specification, the term “layer” includes a configuration of a shape formed in part in addition to a configuration of a shape formed on the entire surface when observed as a plan view.

一般式(I)において、Rはそれぞれ独立に、炭素数1〜8のアルキル基又は炭素数6〜14のアリール基を表し、炭素数1〜8のアルキル基が好ましく、炭素数1〜4のアルキル基がより好ましい。Rで表されるアルキル基は直鎖状であっても分岐鎖状であってもよい。Rで表されるアルキル基として具体的には、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、sec−ブチル基、t−ブチル基、ヘキシル基、オクチル基、2−エチルヘキシル基、3−エチルヘキシル基等を挙げることができる。R で表されるアリール基として具体的には、フェニル基を挙げることができる。Rで表されるアルキル基及びアリール基は、置換基を有していてもよい。アルキル基の置換基としては、ハロゲン原子、アミノ基、ヒドロキシル基、カルボキシル基、スルホン基、ニトロ基等が挙げられる。アリール基の置換基としては、ハロゲン原子、メチル基、エチル基、イソプロピル基、アミノ基、ヒドロキシル基、カルボキシル基、スルホン基、ニトロ基等が挙げられる。
中でもRは、保存安定性とパッシベーション効果の観点から、炭素数1〜8の無置換のアルキル基であることが好ましく、炭素数1〜4の無置換のアルキル基であることがより好ましい。
In the general formula (I), each R 1 independently represents an alkyl group having 1 to 8 carbon atoms or an aryl group having 6 to 14 carbon atoms, preferably an alkyl group having 1 to 8 carbon atoms, and preferably 1 to 4 carbon atoms. The alkyl group is more preferable. The alkyl group represented by R 1 may be linear or branched. Specific examples of the alkyl group represented by R 1 include methyl group, ethyl group, propyl group, isopropyl group, butyl group, isobutyl group, sec-butyl group, t-butyl group, hexyl group, octyl group, 2- Examples thereof include an ethylhexyl group and a 3-ethylhexyl group . Specific examples of the aryl group represented by R 1 include a phenyl group. The alkyl group and aryl group represented by R 1 may have a substituent. Examples of the substituent for the alkyl group include a halogen atom, an amino group, a hydroxyl group, a carboxyl group, a sulfone group, and a nitro group. Examples of the substituent for the aryl group include a halogen atom, a methyl group, an ethyl group, an isopropyl group, an amino group, a hydroxyl group, a carboxyl group, a sulfone group, and a nitro group.
Among these, R 1 is preferably an unsubstituted alkyl group having 1 to 8 carbon atoms, and more preferably an unsubstituted alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, from the viewpoint of storage stability and a passivation effect.

これに対し、パッシベーション層形成用組成物がフィラーを含むことで、熱処理(焼成)中にフィラー同士が焼結等によりネットワーク化し、半導体基板に対して保護として機能し、実効ライフタイムの低下を抑制すると考えられる。半導体基板に対する保護層としての機能は、テクスチャー等の凹凸構造を有する半導体基板には特に効果的である。すなわち、フィラー由来のネットワーク層を形成することで、半導体基板の表面に存在する凹凸構造の部分もパッシベーション層で保護できるようになり、パッシベーション効果が向上するものと考えられる。 On the other hand, the composition for forming a passivation layer contains a filler, so that the fillers are networked by sintering or the like during heat treatment (firing), function as a protective layer for the semiconductor substrate, and reduce the effective lifetime. It is thought to suppress. The function as a protective layer for the semiconductor substrate is particularly effective for a semiconductor substrate having an uneven structure such as a texture. That is, by forming the network layer derived from the filler, it is considered that the uneven structure portion existing on the surface of the semiconductor substrate can be protected by the passivation layer, and the passivation effect is improved.

これらの樹脂のなかでも、保存安定性とパターン形成性の観点から、酸性及び塩基性の官能基を有さない中性樹脂を用いることが好ましく、含有量が少量の場合においても容易に粘度及びチキソ性を調節できる観点から、エチルセルロー等のセルロース誘導体を用いることがより好ましい。 Among these resins, from the viewpoint of storage stability and pattern formation, it is preferable to use a neutral resin having no acidic or basic functional group, and even when the content is small, viscosity and from the viewpoint of adjusting the thixotropy, it is more preferable to use a cellulose derivative such as ethyl cellulose scan.

半導体基板上に形成されたパッシベーション層の厚みは特に制限されず、目的に応じて適宜選択することができる。例えば、パッシベーション層の平均厚みは5nm〜50μmであることが好ましく、10nm〜30μmであることがより好ましく、15nm〜20μmであることが更に好ましい。 The thickness of the passivation layer formed on the semiconductor substrate is not particularly limited and can be appropriately selected depending on the purpose. For example, the average thickness of the passivation layer is preferably 5 nm to 50 μm, more preferably 10 nm to 30 μm, and still more preferably 15 nm to 20 μm.

そして、図1(6)に示すように、受光面のn型拡散層2上に、PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)法等によって、窒化ケイ素等の反射防止膜4を厚さ90nm前後で設ける。 Then, as shown in FIG. 1 (6), on the n + -type diffusion layer 2 of the light-receiving surface, PECVD (Plasma Enhan c ed Chemical Vapor Deposition) method or the like by thickness 90nm of antireflection film 4, such as silicon nitride Provide at the front and back.

尚、熱処理(焼成)後の裏面出力取出し電極7の厚さが20μmとなるように、銀電極ペーストの印刷条件(スクリーン版のメッシュ、印刷速度及び印圧)を適宜調整した。また、アルミニウム電極ペーストを、裏面出力取出し電極7以外の全面に印刷して、裏面集電用電極パターンを形成した。このとき、熱処理(焼成)後の裏面集電用電極11の厚さが30μmとなるように、アルミニウム電極ペーストの印刷条件を適宜調整した。
各電極ペーストを印刷した後、150℃の温度で5分間熱処理し、液状媒体を蒸散させることで乾燥処理を行った。
In addition, the printing conditions (screen plate mesh, printing speed, and printing pressure) of the silver electrode paste were appropriately adjusted so that the thickness of the back surface output extraction electrode 7 after heat treatment (firing) was 20 μm. Moreover, the aluminum electrode paste was printed on the entire surface other than the back surface output extraction electrode 7 to form a back surface current collecting electrode pattern. At this time, the printing conditions of the aluminum electrode paste were appropriately adjusted so that the thickness of the back surface collecting electrode 11 after heat treatment (firing) was 30 μm.
After printing each electrode paste, a heat treatment was performed at a temperature of 150 ° C. for 5 minutes, and the liquid medium was evaporated to perform a drying process.

<実施例7>
二酸化ケイ素(SiO)49.0部、酸化ホウ素(B)16.0部、酸化アルミニウム(Al)13.5部、酸化亜鉛(ZnO)8.5部、酸化チタン(TiO)7.5、酸化カルシウム(CaO)5.5からなるガラス(以下、「G02」と略記することがある)を調製した。得られたガラスG02の軟化点は800℃、結晶化温度は650℃を超えていた。
得られたガラスG02を用いて、粒子径(D50%)が1.5μmであるガラスG02粒子を得た。ガラスG02粒子の形状は略球状であった。
<Example 7>
Silicon dioxide (SiO 2 ) 49.0 parts, boron oxide (B 2 O 3 ) 16.0 parts, aluminum oxide (Al 2 O 3 ) 13.5 parts, zinc oxide (ZnO) 8.5 parts, titanium oxide ( A glass composed of 7.5 parts of TiO 2 and 5.5 parts of calcium oxide (CaO) (hereinafter sometimes abbreviated as “G02”) was prepared. The obtained glass G02 had a softening point of 800 ° C. and a crystallization temperature of over 650 ° C.
By using the obtained glass G02, glass G02 particles having a particle diameter (D50%) of 1.5 μm were obtained. The shape of the glass G02 particles was substantially spherical.

その後、拡散層102の上に、受光面反射防止膜103である窒化ケイ素膜を形成する。受光面反射防止膜103を形成する方法は特に制限されない。受光面反射防止膜103は、厚さが50〜100nmの範囲、屈折率が1.9〜2.2の範囲となるように形成することが好ましい。受光面反射防止膜103は、窒化ケイ素膜に限られず、酸化ケイ素膜、酸化アルミニウム膜、酸化チタン膜等であってもよい。窒化イ素膜等の受光面反射防止膜103は、プラズマCVD、熱CVD等の方法で作製でき、350℃〜500℃の温度範囲で形成可能なプラズマCVDで作製することが好ましい。 Thereafter, a silicon nitride film as the light-receiving surface antireflection film 103 is formed on the diffusion layer 102. The method for forming the light receiving surface antireflection film 103 is not particularly limited. The light-receiving surface antireflection film 103 is preferably formed to have a thickness in the range of 50 to 100 nm and a refractive index in the range of 1.9 to 2.2. The light-receiving surface antireflection film 103 is not limited to a silicon nitride film, and may be a silicon oxide film, an aluminum oxide film, a titanium oxide film, or the like. Receiving surface antireflection film 103 such as a nitride silicic Motomaku a plasma CVD, can be manufactured by a method such as thermal CVD, it is preferably prepared in a form capable of plasma CVD at a temperature range of 350 ° C. to 500 ° C..

熱処理(焼成)後の酸化ニオブ/酸化アルミニウムの比率(質量比)により、異なる結果ではあるが、パッシベーション材料(a−2)〜(a−7)については、熱処理(焼成)後にキャリアライフタイムもある程度の値を示していることから、パッシベーション膜として機能することが示唆された。パッシベーション材料(a−2)〜(a−7)から得られるパッシベーション膜は、いずれも安定的に負の固定電荷を示し、p型のシリコン基板のパッシベーションとしても好適に用いることができることが分かった。 Although the results are different depending on the ratio (mass ratio) of niobium oxide / aluminum oxide after heat treatment (firing), the passivation materials (a-2) to (a-7) also have a carrier lifetime after heat treatment (firing). Since it showed a certain value, it was suggested that it functions as a passivation film. It can be seen that the passivation films obtained from the passivation materials (a-2) to (a-7) all stably show negative fixed charges and can be suitably used as a passivation film for a p-type silicon substrate. It was.

上記と同様に、パッシベーション材料(c−2)を8インチのp型のシリコン基板の両面に付与し、プリベークして、窒素雰囲気下で、600℃、1時間の熱処理(焼成)を行い、シリコン基板の両面がパッシベーション膜で覆われたサンプルを作製した。このサンプルのキャリアライフタイムをライフタイム測定装置(株式会社コベルコ科、RTA−540)により行った。その結果、キャリアライフタイムは200μsであった。比較のために、同じ8インチのp型のシリコン基板をヨウ素パッシベーション法によりパッシベーションして測定したところ、キャリアライフタイムは、1100μsであった。 In the same manner as described above, the passivation material (c-2) is applied to both sides of an 8-inch p-type silicon substrate, pre-baked, and subjected to heat treatment (firing) at 600 ° C. for 1 hour in a nitrogen atmosphere to obtain silicon. A sample in which both surfaces of the substrate were covered with a passivation film was produced. The carrier lifetime of this sample was measured by a lifetime measuring device (Kobelco Research Institute , RTA-540). As a result, the carrier lifetime was 200 μs. For comparison, the same 8-inch p-type silicon substrate was measured by passivation using the iodine passivation method, and the carrier lifetime was 1100 μs.

パッシベーション材料(b−1)〜(b−6)から得られるパッシベーション膜は、キャリアライフタイムがいずれも大きくパッシベーションとしての機能があることがわかった。また、酸化ニオブ/酸化アルミニウムが10/90及び20/80の場合には、固定電荷密度の値にばらつきが大きく、負の固定電荷密度を安定的に得ることができなかったが、酸化アルミニウムと酸化ニオブを用いることで負の固定電荷密度を実現できることが確認できた。酸化ニオブ/酸化アルミニウムが10/90及び20/80のパッシベーション材料を用いてCV法により測定した際には、場合によって正の固定電荷を示すパッシベーション膜となるため、負の固定電荷を安定的に示すまでには至っていないことが分かる。なお、正に固定電荷を示すパッシベーション膜は、n型のシリコン基板のパッシベーションとして使用可能である。
一方、酸化アルミニウムが100質量%となるパッシベーション材料(b−7)では、負の固定電荷密度を得ることができなかった。
It has been found that the passivation film obtained from the passivation materials (b-1) to (b-6) has a large carrier lifetime and functions as a passivation film . In addition, when the niobium oxide / aluminum oxide ratios were 10/90 and 20/80, the fixed charge density values varied greatly, and a negative fixed charge density could not be stably obtained. It was confirmed that a negative fixed charge density can be realized by using niobium oxide. When measured by the CV method using passivation materials with niobium oxide / aluminum oxide of 10/90 and 20/80, a negative fixed charge is stably generated because a passivation film showing a positive fixed charge is obtained in some cases. It turns out that it has not reached to show. Note that a passivation film exhibiting a fixed charge can be used as a passivation film for an n-type silicon substrate.
On the other hand, a negative fixed charge density could not be obtained with the passivation material (b-7) containing 100% by mass of aluminum oxide.

パッシベーション材料(d−1)〜(d−3)から得られるパッシベーション膜は、キャリアライフタイムがいずれも小さくパッシベーションとしての機能が不充分であることがわかった。また、正の固定電荷を示した。パッシベーション材料(d−3)から得られるパッシベーション膜は、負の固定電荷ではあるが、その値が小さかった。またキャリアライフタイムも比較的小さくパッシベーションとして機能が不十分であることがわかった。 It has been found that the passivation film obtained from the passivation materials (d-1) to (d-3) has a small carrier lifetime and an insufficient function as a passivation film . It also showed a positive fixed charge. The passivation film obtained from the passivation material (d-3) had a negative fixed charge, but its value was small. It was also found that the carrier lifetime was relatively small and the function as a passivation film was insufficient.

熱処理(焼成)後の酸化バナジウム/酸化アルミニウムの比率(質量比)により、異なる結果ではあるが、パッシベーション材料(a2−2)〜(a2−7)については、熱処理(焼成)後にいずれも負の固定電荷を示し、キャリアライフタイムもある程度の値を示していることから、パッシベーション膜として機能することが示唆された。パッシベーション材料(a2−2)〜(a2−7)から得られるパッシベーション膜は、いずれも安定的に負の固定電荷を示し、p型のシリコン基板のパッシベーションとしても好適に用いることができることが分かった。 Although the results are different depending on the ratio (mass ratio) of vanadium oxide / aluminum oxide after heat treatment (firing), the passivation materials (a2-2) to (a2-7) are all negative after heat treatment (firing). Since it showed a fixed charge and a certain carrier lifetime, it was suggested that it functions as a passivation film. It can be seen that the passivation films obtained from the passivation materials (a2-2) to (a2-7) all stably show negative fixed charges and can be suitably used as a passivation film for a p-type silicon substrate. It was.

表11より、パッシベーション膜107を有する太陽電池素子は、パッシベーション膜107を有しない太陽電素子と比較すると、短絡電流及び開放電圧が共に増加しており、変換効率(光電変換効率)が最大で0.6%向上することが判明した。 From Table 11, the solar cell element having a passivation layer 107 is different from the solar cells elements having no passivation film 107 has increased short-circuit current and open circuit voltage are both conversion efficiency (photoelectric conversion efficiency) at the maximum It was found to improve by 0.6%.

Claims (13)

下記一般式(I)で表される化合物と、フィラーと、液状媒体と、樹脂と、を含むパッシベーション層形成用組成物。
M(OR (I)
[一般式(I)中、Mは、Nb、Ta、V、Y及びHfからなる群より選択される少なくとも1種の金属元素を含む。Rはそれぞれ独立して炭素数1〜8のアルキル基又は炭素数6〜14のアリール基を表す。mは1〜5の整数を表す。]
A composition for forming a passivation layer, comprising a compound represented by the following general formula (I), a filler, a liquid medium, and a resin.
M (OR 1 ) m (I)
[In General Formula (I), M contains at least one metal element selected from the group consisting of Nb, Ta, V, Y and Hf. R 1 each independently represents an alkyl group having 1 to 8 carbon atoms or an aryl group having 6 to 14 carbon atoms. m represents an integer of 1 to 5. ]
更に、下記一般式(II)で表される化合物を含む、請求項1に記載のパッシベーション層形成用組成物。

[一般式(II)中、Rはそれぞれ独立して炭素数1〜8のアルキル基を表す。nは0〜3の整数を表す。X及びXはそれぞれ独立して酸素原子又はメチレン基を表す。R、R及びRはそれぞれ独立して水素原子又は炭素数1〜8のアルキル基を表す。]
Furthermore, the composition for passivation layer formation of Claim 1 containing the compound represented with the following general formula (II).

[In General Formula (II), each R 2 independently represents an alkyl group having 1 to 8 carbon atoms. n represents an integer of 0 to 3. X 2 and X 3 each independently represent an oxygen atom or a methylene group. R 3 , R 4 and R 5 each independently represent a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 8 carbon atoms. ]
前記フィラーが、二酸化ケイ素、水酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、及び炭化ケイ素からなる群より選択される少なくとも1種の粒子を含む、請求項1又は請求項2に記載のパッシベーション層形成用組成物。   The said filler contains at least 1 sort (s) of particles selected from the group consisting of silicon dioxide, aluminum hydroxide, aluminum nitride, silicon nitride, aluminum oxide, zirconium oxide, and silicon carbide. A composition for forming a passivation layer. 前記フィラーの体積平均粒子径が0.01μm〜50μmである、請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載のパッシベーション層形成用組成物。   4. The composition for forming a passivation layer according to claim 1, wherein the filler has a volume average particle diameter of 0.01 μm to 50 μm. 前記フィラーが、ガラス粒子を含む、請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載のパッシベーション層形成用組成物。   The composition for forming a passivation layer according to any one of claims 1 to 4, wherein the filler comprises glass particles. 前記ガラス粒子のガラス軟化点が300℃〜1000℃である、請求項5に記載のパッシベーション層形成用組成物。   The composition for forming a passivation layer according to claim 5, wherein the glass particles have a glass softening point of 300 ° C. to 1000 ° C. 前記一般式(I)で表される化合物及び前記一般式(II)で表される化合物の総含有率が0.1質量%〜80質量%、前記フィラーの含有率が0.1質量%〜50質量%、前記液状媒体及び前記樹脂の総含有率が5質量%〜98質量%である、請求項2〜請求項6のいずれか1項に記載のパッシベーション層形成用組成物。   The total content of the compound represented by the general formula (I) and the compound represented by the general formula (II) is 0.1% by mass to 80% by mass, and the content of the filler is 0.1% by mass to The composition for forming a passivation layer according to any one of claims 2 to 6, wherein the total content of 50% by mass and the liquid medium and the resin is 5% by mass to 98% by mass. 半導体基板にパッシベーション層を形成するために用いられる、請求項1〜請求項7のいずれか1項に記載のパッシベーション層形成用組成物。   The composition for forming a passivation layer according to any one of claims 1 to 7, which is used for forming a passivation layer on a semiconductor substrate. 半導体基板と、前記半導体基板上の全面又は一部に設けられる請求項1〜請求項8のいずれか1項に記載のパッシベーション層形成用組成物の熱処理物であるパッシベーション層と、を有するパッシベーション層付半導体基板。   A passivation layer comprising: a semiconductor substrate; and a passivation layer that is a heat treatment product of the composition for forming a passivation layer according to claim 1, which is provided on the entire surface or a part of the semiconductor substrate. Attached semiconductor substrate. 半導体基板上の全面又は一部に、請求項1〜請求項8のいずれか1項に記載のパッシベーション層形成用組成物を付与して組成物層を形成する工程と、前記組成物層を熱処理してパッシベーション層を形成する工程と、を有するパッシベーション層付半導体基板の製造方法。   A step of applying the passivation layer forming composition according to any one of claims 1 to 8 to the entire surface or a part of the semiconductor substrate to form a composition layer, and heat-treating the composition layer And forming a passivation layer, and a method of manufacturing a semiconductor substrate with a passivation layer. p型層及びn型層がpn接合されてなる半導体基板と、前記半導体基板上の全面又は一部に設けられる請求項1〜請求項8のいずれか1項に記載のパッシベーション層形成用組成物の熱処理物であるパッシベーション層と、前記p型層及びn型層の少なくとも一方の層上に設けられる電極と、を有する太陽電池素子。   The composition for forming a passivation layer according to any one of claims 1 to 8, which is provided on a semiconductor substrate in which a p-type layer and an n-type layer are pn-junctioned, and on the entire surface or a part of the semiconductor substrate. The solar cell element which has a passivation layer which is the heat processing thing of, and the electrode provided on at least one layer of the said p-type layer and n-type layer. p型層及びn型層がpn接合されてなる半導体基板の全面又は一部に請求項1〜請求項8のいずれか1項に記載のパッシベーション層形成用組成物を付与して組成物層を形成する工程と、前記組成物層を熱処理してパッシベーション層を形成する工程と、前記p型層及び前記n型層の少なくとも一方の層上に、電極を形成する工程と、を有する太陽電池素子の製造方法。   The composition layer is formed by applying the composition for forming a passivation layer according to any one of claims 1 to 8 to the entire surface or a part of a semiconductor substrate in which a p-type layer and an n-type layer are pn-junctioned. A solar cell element comprising: a step of forming; a step of heat-treating the composition layer to form a passivation layer; and a step of forming an electrode on at least one of the p-type layer and the n-type layer. Manufacturing method. 請求項11に記載の太陽電池素子と、
前記太陽電池素子の電極上に配置される配線材料と、
を有する太陽電池。
A solar cell element according to claim 11,
A wiring material disposed on the electrode of the solar cell element;
A solar cell having:
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