JPWO2019163648A1 - 太陽電池の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の一実施形態について図面を参照しながら説明する。
以下、本実施形態に係る太陽電池10の製造方法について図3〜図10を参照しながら説明する。
まず、結晶基板として、厚さが200μmの単結晶シリコン基板を採用した。単結晶シリコン基板の両主面に異方性エッチングを行った。これにより、結晶基板にピラミッド型のテクスチャ構造が形成された。
次に、結晶基板をCVD装置に導入し、導入した結晶基板の両主面に、シリコン製の真性半導体層(厚さ8nm)を形成した。成膜条件は、基板温度が150℃、圧力が120Pa、SiH4/H2の流量比が3/10、及びパワー密度が0.011W/cm2であった。
次に、両主面に真性半導体層を形成した結晶基板をCVD装置に導入し、結晶基板における裏側主面の真性半導体層の上に、p型水素化非晶質シリコン系薄膜(膜厚10nm)を形成した。
次に、p型半導体層の上に2層のリフトオフ層を形成した。リフトオフ層は、以下の2種類の組成で形成した。
実施例1、2及び比較例1、3に用いる第1リフトオフ層として、プラズマCVD装置を用いて、酸化ケイ素(SiOx)を200nmの膜厚(マスク遮蔽なし領域)で形成した。基板温度を150℃、圧力を0.9kPa、SiH4/CO2/H2の流量比を1/10/750、及びパワー密度を0.15W/cm2とした。続いて、第1リフトオフ層の上に第2リフトオフ層として、プラズマCVD装置を用いて、水素化非晶質シリコンを15nmの膜厚(マスク遮蔽なし領域)で形成した。基板温度を150℃、圧力を120Pa、SiH4/H2の流量比を3/10、及びパワー密度を0.011W/cm2とした。
実施例3、4に用いる第1リフトオフ層として、プラズマCVD装置を用いて、窒化ケイ素(SiNx)を200nmの膜厚(マスク遮蔽なし領域)で形成した。基板温度を150℃、圧力を0.2kPa、SiH4/HN3/H2の流量比を1/4/50、及びパワー密度を0.15W/cm2とした。続いて、第1リフトオフ層の上に第2リフトオフ層として、プラズマCVD装置を用いて、水素化非晶質シリコンを15nmの膜厚(マスク遮蔽なし領域)で形成した。基板温度を150℃、圧力を120Pa、SiH4/H2の流量比を3/10、及びパワー密度を0.011W/cm2とした。
次に、p型半導体層が形成された結晶基板を、濃度が1重量%の加水フッ化水素酸に浸漬し、露出領域のリフトオフ層が除去された後に、純水によるリンスを行った。
続いて、リフトオフ層のパターニングを行った後に、真性半導体層及びp型半導体層に対して水素プラズマエッチングを用いたパターニングを行った。以下、この工程をp型半導体層パターニング工程と略称する。
実施例1、3及び比較例2用として、結晶基板を真空チャンバに投入し、基板温度を150℃とし、圧力が0.4kPaとなるように水素(H2)を導入し、パワー密度を0.011W/cm2とした。
実施例2、4用として、結晶基板を真空チャンバに投入し、基板温度を150℃、圧力を0.4kPa、SiH4/H2の流量比を1/330、及びパワー密度を0.011W/cm2とした。 [n型半導体層(第2導電型半導体層)]
続いて、p型半導体層パターニング工程の後に、裏側主面の露出部分を濃度が2重量%のフッ化水素酸によって洗浄した結晶基板をCVD装置に導入し、裏側主面に真性半導体層、n型水素化非晶質シリコン系薄膜(膜厚10nm)を形成した。
次に、n型半導体層が形成された結晶基板を、濃度が5重量%フッ化水素酸に浸漬した。これにより、リフトオフ層、そのリフトオフ層を覆うn型半導体層、及びリフトオフ層とn型半導体層との間にある真性半導体層が同時に除去された。
次に、マグネトロンスパッタリング装置を用いて、透明電極層の基となる酸化物膜(膜厚100nm)を、結晶基板の導電型半導体層の上に形成した。透明導電性酸化物としては、酸化スズを濃度10重量%で含有した酸化インジウム(ITO)をターゲットとして使用した。スパッタリング装置のチャンバ内に、アルゴン(Ar)と酸素(O2)との混合ガスを導入し、チャンバ内の圧力を0.6Paに設定した。アルゴンと酸素との混合比率は、抵抗率が最も低くなる(いわゆるボトム)条件とした。また、直流電源を用いて、0.4W/cm2の電力密度で成膜を行った。
リフトオフ層の膜厚及びエッチングの状態は、SEM(フィールドエミッション型走査型電子顕微鏡S4800:日立ハイテクノロジーズ社製)を用い、10万倍の倍率で観察して測定した。p型半導体層パターニング工程の後に、設計上のパターニング除去領域に従ってエッチングできている場合には「○」とし、リフトオフ層が過剰にエッチングされた場合には「×」とした。
ガラス基板上に同一条件で成膜された薄膜の屈折率を、分光エリプソメトリ(商品名M2000:ジェー・エー・ウーラム社製)を用いて測定することにより求めた。フィッティングの結果から、波長が632nmの光における屈折率を抽出した。
ソーラシミュレータにより、AM(エアマス:air mass)1.5の基準太陽光を100mW/cm2の光量で照射して、太陽電池の変換効率(Eff(%))を測定した。実施例1の変換効率(太陽電池特性)を1.00とし、その相対値を[表1]に掲載した。
11 結晶基板(半導体基板)
12 真性半導体層
13 導電型半導体層
13p p型半導体層[第1導電型の第1半導体層/第2導電型の第2半導体層]
13n n型半導体層[第2導電型の第2半導体層/第1導電型の第1半導体層]
15 電極層
17 透明電極層
18 金属電極層
20 マスク
LF リフトオフ層
Claims (6)
- 半導体基板における互いに対向する2つの主面の一方の主面の上に、第1導電型の第1半導体層を形成する工程と、
前記第1半導体層の上に、シリコン系薄膜材料を含むリフトオフ層を形成する工程と、
前記リフトオフ層及び第1半導体層を選択的に除去する工程と、
前記リフトオフ層及び第1半導体層を含む前記一方の主面の上に、第2導電型の第2半導体層を形成する工程と、
エッチング溶液を用いて、前記リフトオフ層を除去することにより、前記リフトオフ層を覆う前記第2半導体層を除去する工程とを含み、
前記リフトオフ層及び第1半導体層を選択的に除去する工程において、前記リフトオフ層を除去した後に、水素を主成分とするガスを導入したプラズマエッチングで、前記第1半導体層を除去する工程を含む太陽電池の製造方法。 - 請求項1に記載の太陽電池の製造方法において、
前記リフトオフ層は、酸化ケイ素を主成分とする層を含み、波長が632nmの光における屈折率が1.45以上1.90以下である記載の太陽電池の製造方法。 - 請求項1に記載の太陽電池の製造方法において、
前記リフトオフ層は、窒化ケイ素を主成分とする層を含み、波長が632nmの光における屈折率が1.60以上2.10以下である太陽電池の製造方法。 - 請求項1〜3のいずれか1項に記載の太陽電池の製造方法において、
前記第1半導体層を形成する工程及び前記リフトオフ層を形成する工程では、
前記第1半導体層及びリフトオフ層を化学気層堆積法により形成し、且つ、
前記第2半導体層を形成する領域から間隔をおいて、該領域を遮蔽するマスクを配置する太陽電池の製造方法。 - 請求項1〜4のいずれか1項に記載の太陽電池の製造方法において、
前記半導体基板の少なくとも前記第1半導体層及び第2半導体層が形成される面は、テクスチャ構造を有している太陽電池の製造方法。 - 請求項1〜5のいずれか1項に記載の太陽電池の製造方法において、
前記第1半導体層を形成する工程は、前記第1半導体層を形成するよりも前に、前記半導体基板の前記一方の主面の上に第1真性半導体層を形成する工程を含み、
前記第1半導体層を選択的に除去する工程は、前記第1半導体層に続いて前記第1真性半導体層を選択的に除去する工程を含み、
前記第2半導体層を形成する工程は、前記第2半導体層を形成するよりも前に、前記半導体基板の前記リフトオフ層及び第1半導体層を含む前記一方の主面の上に第2真性半導体層を形成する工程を含み、
前記第2半導体層を除去する工程は、前記第2半導体層に続いて前記第2真性半導体層を選択的に除去する工程を含む太陽電池の製造方法。
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