JPWO2017002265A1 - 太陽電池セルおよび太陽電池セルの製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
図1は、本発明の実施の形態1にかかる太陽電池セル1を受光面側から見た平面図である。図2は、本発明の実施の形態1にかかる太陽電池セル1を受光面と対向する裏面側から見た平面図である。図3は、本発明の実施の形態1にかかる太陽電池セル1の構成を示す要部断面図であり、図1におけるA−A線に沿った断面図である。
工程1では、半導体基板として、n型単結晶シリコン基板2が用意される。n型単結晶シリコン基板2は、CZ(Czochralski)法等の方法で形成した単結晶シリコンインゴットをバンドソーおよびマルチワイヤーソー等の切断機を用いて所望の外形寸法および厚さに切断およびスライスして製造される。インゴットの直径は200mm以上、210mm以下が一般的である。このようにして厚みが180μm程度、外形寸法が156mm以上、158mm以下×156mm以上、158mm以下の、正方形の角部に丸み面取りを有する正方形状のn型単結晶シリコン基板2が得られる。すなわち、n型単結晶シリコン基板2の外形は、円柱状のインゴットから切り出された156mm以上、158mm以下×156mm以上、158mm以下の正方形の四隅が円のR100以上、R105以下の丸み面取りで切り落とされた正方形状の形状である。156mm角の正方形の対角線の長さは、約220mmである。したがって、156mm角の正方形を呈するn型単結晶シリコン基板2の外形は、正方形の四隅が10mm程度切り落とされた正方形状の形状となる。
工程2では、n型単結晶シリコン基板2の受光面側の表面にテクスチャ構造としてピラミッド状の微小凹凸が形成される。テクスチャ構造の形成には、5wt%以上、10wt%以下程度の水酸化ナトリウム(NaOH)水溶液にイソプロピルアルコールが10wt%以上、15wt%以下程度混合された薬液が用いられる。80℃以上、90℃以下程度に加熱された薬液にn型単結晶シリコン基板2を15分から20分程度浸漬することにより、n型単結晶シリコン基板2の表面が異方性エッチングされて、n型単結晶シリコン基板2の表面全面に微小凹凸が形成される。
工程3では、n型単結晶シリコン基板2へのp型不純物の拡散のために、図5に示すようにボロン含有酸化膜21と保護用酸化膜22とがn型単結晶シリコン基板2における受光面となる一面上に形成される。具体的には、500℃程度に加熱されたn型単結晶シリコン基板2が、処理室内に供給された大気圧のシラン(SiH4)ガスと酸素(O2)ガスとジボラン(B2H6)ガスとの混合ガス雰囲気中に曝露されることにより、まず30nmの膜厚のボロン含有酸化膜21が形成される。
工程4では、ボロン含有酸化膜21および保護用酸化膜22が形成されたn型単結晶シリコン基板2を熱処理することにより、図6に示すようにp型不純物拡散層3が形成される。具体的には、n型単結晶シリコン基板2が載置されたボートが横型炉に挿入され、1050℃程度の温度で30分間程度の熱処理が行われる。この熱処理により、ボロン含有酸化膜21からn型単結晶シリコン基板2の表層にボロンが拡散され、n型単結晶シリコン基板2の一面側の表層にp型不純物拡散層3が形成される。このようなボロン拡散を行うことにより、シート抵抗が90Ω/sq.程度のp型不純物拡散層3を形成できる。なお、p型不純物であるボロンは、リン等のn型不純物よりもシリコンへの拡散係数が低い。このため、ボロンをn型単結晶シリコン基板2へ拡散するためには、後述するn型不純物拡散工程よりも高温での熱処理が必要となる。すなわち、p型不純物拡散層形成工程では、後述する第1拡散工程および第2拡散工程よりも高温で熱処理が行われる。
工程5では、n型不純物拡散層10における高濃度不純物拡散層である第1n型不純物拡散層11を形成するために、拡散源含有塗布剤としてのn型ドーパント含有ペースト23が、図7に示すようにn型単結晶シリコン基板2における裏面となる他面上に塗布形成される。n型ドーパント含有ペースト23は、スクリーン印刷法を用いて、n型層上電極14の形状に対応して櫛形状に印刷される。n型ドーパント含有ペースト23は、後述する工程6の第1拡散工程における熱拡散温度、すなわち熱処理温度でも昇華および焼失せず、また酸性ではなく中性の樹脂ペーストが使用される。
工程6では、n型ドーパント含有ペースト23の乾燥後、n型単結晶シリコン基板2が載置されたボートが熱拡散炉へ投入され、n型ドーパント含有ペースト23によるn型不純物であるリンの熱拡散工程である第1拡散工程として第1熱処理が行われる。この第1拡散工程は、2段階の連続拡散工程のうちの1段階目である。
工程7では、第1拡散工程の終了後、続いてオキシ塩化リン(POCl3)によるn型不純物であるリンの熱拡散工程である第2拡散工程として第2熱処理が行われる。すなわち、n型単結晶シリコン基板2は熱拡散炉から取り出されることなく、第1拡散工程後に同じ熱拡散炉内において連続して第2拡散工程が行われる。この第2拡散工程は、2段階の連続拡散工程のうちの2段階目である。
工程8では、後工程で形成される電極であるn型層上電極14とp型層上電極7とを電気的に絶縁するためにpn分離が行われる。n型不純物拡散層10は、n型単結晶シリコン基板2の表面に一様に形成されるので、表面と裏面とは電気的に接続された状態にある。このため、そのままの状態でn型層上電極14とp型層上電極7とを形成した場合には、n型層上電極14とp型層上電極7とが電気的に接続される。この電気的接続を遮断するため、n型単結晶シリコン基板2の端面領域に形成された第2n型不純物拡散層12をドライエッチングによりエッチング除去してpn分離を行う。この第2n型不純物拡散層12の影響を除くために行う別の方法として、レーザにより端面分離を行う方法もある。
工程9では、図10に示すように、n型単結晶シリコン基板2上に形成された、不純物が含まれた不純物含有層が除去される。具体的には、n型単結晶シリコン基板2が例えば10%フッ酸溶液中に360秒間程度浸漬され、その後、水洗処理が行われる。これにより、n型単結晶シリコン基板2の表面に形成されたボロン含有酸化膜21、保護用酸化膜22、n型ドーパント含有ペースト23、ガラス質層24が除去される。そして、第1導電型層であるn型シリコンからなる半導体基板2と、該半導体基板2の受光面側に形成された第2導電型層であるp型不純物拡散層3と、によりpn接合が構成された半導体基板17が得られる。また、n型不純物拡散層10として、n型単結晶シリコン基板2の裏面側に第1n型不純物拡散層11と第2n型不純物拡散層12とから構成された選択不純物拡散層構造が得られる。
工程10では、半導体基板17におけるn型不純物拡散層10が形成された裏面に、図11に示すようにn型不純物拡散層側パッシベーション膜である、n型層上パッシベーション膜13が形成される。n型層上パッシベーション膜13は、プラズマCVD法を使用して、シランガスとアンモニア(NH3)ガスとの混合ガスを原材料に用いて、屈折率2.1、膜厚80nmの窒化シリコン(SiN)膜が成膜される。また、n型層上パッシベーション膜13は、蒸着法または熱CVD法などの他の方法により形成されてもよい。
工程11では、半導体基板17におけるp型不純物拡散層3が形成された受光面に、p型不純物拡散層側パッシベーション膜である、p型層上パッシベーション膜4が形成される。まず、p型不純物拡散層3に対して良好なパッシベーション性能を得るために、図12に示すように、負の固定電荷を持つ酸化アルミニウム膜5が膜厚5nmで成膜される。つぎに、プラズマCVD法を使用して、図13に示すように、屈折率2.1、膜厚80nmの窒化シリコン膜6が成膜される。廉価に太陽電池セルを形成する場合は、酸化アルミニウム膜5を形成しなくてもかまわない。また、p型層上パッシベーション膜4は、反射防止膜としても機能する。
工程12では、図14に示すように、スクリーン印刷による電極の印刷および乾燥が行われて乾燥状態の電極が形成される。まず、半導体基板17の裏面側のn型層上パッシベーション膜13上に、Agおよびガラスフリットを含有する電極材料ペーストであるAg含有ペースト14aがn型層上グリッド電極15およびn型層上バス電極16の形状に、スクリーン印刷によって塗布される。その後、Ag含有ペースト14aが乾燥されることによって、n型不純物拡散層上電極となる乾燥状態のn型層上電極14が形成される。Ag含有ペースト14aは、例えば250℃で5分間乾燥される。
図17は、本発明の実施の形態2にかかる太陽電池セル31の構成を示す要部断面図である。図17は、図3に対応する断面図である。なお、図17においては、実施の形態1にかかる太陽電池セル1と同じ部材については、同じ符号を付してある。実施の形態2にかかる太陽電池セル31は、実施の形態1にかかる太陽電池セル1を反転させた構成を有する。すなわち、実施の形態1にかかる太陽電池セル1は、n型単結晶シリコン基板2とp型不純物拡散層3とからなるpn接合が太陽電池セル31の受光面側に形成され、n型単結晶シリコン基板2における裏面側にBSF層としてn型不純物拡散層10が形成されている。
Claims (11)
- n型シリコン基板と、
前記n型シリコン基板の一面側に形成されてp型の不純物元素を含有するp型不純物拡散層と、
n型の不純物元素が第1の濃度で拡散された第1n型不純物拡散層と、n型の不純物元素が前記第1の濃度よりも低い第2の濃度で拡散された第2n型不純物拡散層とを有して、前記n型シリコン基板の他面側に形成されてn型の不純物元素を前記n型シリコン基板よりも高い濃度で含有するn型不純物拡散層と、
前記p型不純物拡散層上に形成されたp型不純物拡散層上電極と、
前記第1n型不純物拡散層上に形成されたn型不純物拡散層上電極と、
を備え、
前記第1n型不純物拡散層の表面の前記n型の不純物元素の濃度が5×1020atoms/cm3以上、2×1021atoms/cm3以下であり、前記第2n型不純物拡散層の表面の前記n型の不純物元素の濃度が5×1019atoms/cm3以上、2×1020atoms/cm3以下であること、
を特徴とする太陽電池セル。 - 前記第1n型不純物拡散層のシート抵抗が20Ω/sq.以上、80Ω/sq.以下であり、前記第2n型不純物拡散層のシート抵抗が150Ω/sq.より大であること、
を特徴とする請求項1に記載の太陽電池セル。 - 前記n型シリコン基板の外形形状は、一辺の長さが156mm以上、158mm以下である正方形状であり、
前記第1n型不純物拡散層は、幅が50μm以上150μm以下である長尺細長のグリッド電極形成領域を100本以上300本以下の本数で有し、
前記n型不純物拡散層上電極は、長尺細長のn型不純物拡散層上グリッド電極を前記グリッド電極形成領域の領域内に100本以上300本以下の本数で有すること、
を特徴とする請求項1または2に記載の太陽電池セル。 - 前記n型の不純物元素がリンであること、
を特徴とする請求項1に記載の太陽電池セル。 - n型シリコン基板の一面側にp型の不純物元素を含有するp型不純物拡散層を形成する第1工程と、
n型不純物元素を含有するn型ドーパント含有ペーストを前記n型シリコン基板の他面側に塗布する第2工程と、
処理室内においてn型の不純物元素を含有しないガスの雰囲気下における第1熱処理を前記n型シリコン基板に施して、前記n型シリコン基板における前記n型ドーパント含有ペーストの下部領域に前記n型ドーパント含有ペーストからn型の不純物元素を拡散させることにより、n型の不純物元素が第1の濃度で拡散された第1n型不純物拡散層を前記n型シリコン基板の前記n型ドーパント含有ペーストの下部領域に形成する第3工程と、
前記処理室内においてn型の不純物元素を含有するドーパント含有ガスの雰囲気下における第2熱処理を前記n型シリコン基板に施して、前記n型シリコン基板の他面側における前記n型ドーパント含有ペーストの塗布されていない未塗布領域に前記ドーパント含有ガスからn型の不純物元素を拡散させることにより、n型の不純物元素が前記第1の濃度よりも低い第2の濃度で拡散された第2n型不純物拡散層を前記未塗布領域に形成する第4工程と、
前記n型ドーパント含有ペーストを除去する第5工程と、
前記p型不純物拡散層上にp型不純物拡散層上電極を形成する第6工程と、
前記第1n型不純物拡散層上にn型不純物拡散層上電極を形成する第7工程と、
を含むことを特徴とする太陽電池セルの製造方法。 - 前記第4工程後における、前記第1n型不純物拡散層の表面の前記n型の不純物元素の濃度を5×1020atoms/cm3以上、2×1021atoms/cm3以下とし、前記第2n型不純物拡散層の表面の前記n型の不純物元素の濃度を5×1019atoms/cm3以上、2×1020atoms/cm3以下とすること、
を特徴とする請求項5に記載の太陽電池セルの製造方法。 - 前記第4工程後における、前記第1n型不純物拡散層のシート抵抗が20Ω/sq.以上、80Ω/sq.以下であり、前記第2n型不純物拡散層のシート抵抗が150Ω/sq.より大であること、
を特徴とする請求項5または6に記載の太陽電池セルの製造方法。 - 前記n型シリコン基板の外形形状は、一辺の長さが156mm以上、158mm以下である正方形状であり、
前記第3工程では、幅が50μm以上、150μm以下である長尺細長の前記第1n型不純物拡散層を100本以上300本以下の本数で形成し、
前記第7工程では、前記n型不純物拡散層上電極として、長尺細長のn型不純物拡散層上グリッド電極を前記長尺細長の第1n型不純物拡散層の領域内に100本以上300本以下の本数で形成すること、
を特徴とする請求項5から7のいずれか1つに記載の太陽電池セルの製造方法。 - 前記第5工程では、前記第4工程において前記第2n型不純物拡散層上に堆積した前記不純物元素の化合物と前記n型ドーパント含有ペーストとをエッチングにより同時に除去すること、
を特徴とする請求項5に記載の太陽電池セルの製造方法。 - 前記n型の不純物元素がリンであること、
を特徴とする請求項5に記載の太陽電池セルの製造方法。 - 前記第2工程に引き続いて前記第3工程における前記第1熱処理が行われた後に、前記n型シリコン基板を前記処理室内から取り出さずに前記第4工程における前記第2熱処理が連続して行われ、または前記第2工程に引き続いて前記第4工程における前記第2熱処理が行われた後に、前記n型シリコン基板を前記処理室内から取り出さずに前記第3工程における前記第1熱処理が連続して行われること、
を特徴とする請求項5に記載の太陽電池セルの製造方法。
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