JPWO2020137582A1 - 太陽電池の製造方法および太陽電池の製造装置 - Google Patents
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Abstract
Description
図1は、本実施形態に係る太陽電池を裏面側からみた図である。図1に示す太陽電池1は、裏面電極型(バックコンタクト型)の太陽電池である。太陽電池1は、2つの主面を備えるn型(第2導電型)半導体基板11を備え、半導体基板11の一方の主面において第1領域7と第2領域8とを有する。
同様に、第2領域8は、いわゆる櫛型の形状であり、櫛歯に相当する複数のフィンガー部8fと、櫛歯の支持部に相当するバスバー部8bとを有する。バスバー部8bは、半導体基板11の一方の辺部に対向する他方の辺部に沿って第1方向(X方向)に延在し、フィンガー部8fは、バスバー部8bから、第2方向(Y方向)に延在する。
フィンガー部7fとフィンガー部8fとは、第1方向(X方向)に交互に設けられている。
なお、第1領域7および第2領域8は、ストライプ状に形成されてもよい。
半導体基板11は、受光面側からの入射光を吸収して光キャリア(電子および正孔)を生成する光電変換基板として機能する。
パッシベーション層13,23,33は、半導体基板11で生成されたキャリアの再結合を抑制し、キャリアの回収効率を高める。
第1電極層27は、p型半導体層25上に順に積層された透明電極層28と金属電極層29とを有する。第2電極層37は、n型半導体層35上に順に積層された透明電極層38と金属電極層39とを有する。
透明電極層28,38は、透明な導電性材料で形成される。透明導電性材料としては、ITO(Indium Tin Oxide:酸化インジウムおよび酸化スズの複合酸化物)、ZnO(Zinc Oxide:酸化亜鉛)が挙げられる。金属電極層29,39は、銀等の金属粉末を含有する導電性ペースト材料で形成される。
次に、図3A〜図3Fを参照して、図1および図2に示す本実施形態の太陽電池1の製造方法について説明する。図3Aは、本実施形態に係る太陽電池の製造方法におけるパッシベーション層形成工程および光学調整層形成工程を示す図であり、図3Bは、本実施形態に係る太陽電池の製造方法における第1半導体層材料膜形成工程を示す図である。図3Cは、本実施形態に係る太陽電池の製造方法におけるリフトオフ層形成工程を示す図であり、図3Dは、本実施形態に係る太陽電池の製造方法における第1半導体層形成工程を示す図である。図3Eは、本実施形態に係る太陽電池の製造方法における第2半導体層材料膜形成工程を示す図であり、図3Fは、本実施形態に係る太陽電池の製造方法における第2半導体層形成工程を示す図である。
なお、少なくとも第1半導体層材料膜形成工程、リフトオフ層形成工程、第1半導体層形成工程、および第2半導体層材料膜形成工程が、大気開放されることなくインラインで順に行われればよく、パッシベーション層形成工程および光学調整層形成工程では、大気開放されてもよい。
基板トレイ3は、半導体基板11の側面側、および半導体基板11の裏面側の周縁領域を被覆するように構成されている。これにより、半導体基板11の側面側、および半導体基板11の裏面側の周縁領域への製膜ガスの回り込みが抑制される。
なお、両面開口型の基板トレイ3を用いる場合、CVD法による製膜時、半導体基板11を加熱してもよい。例えばヒーター(加熱手段)を用いて、半導体基板11の受光面側の製膜時には裏面側から半導体基板11を加熱し、半導体基板11の裏面側の製膜時には受光面側から半導体基板11を加熱してもよい。これにより、半導体基板11を均一に加熱することができ、半導体基板11の均熱性を高めることができる。その結果、均一かつ均質な膜形成が可能となり、太陽電池の性能向上が期待される。
一方、リフトオフ層40は、窒化珪素を主成分とする材料を含む場合、波長632nmの光に対して1.60以上2.10以下の屈折率を有すると好ましく、1.70以上2.00以下の屈折率を有するとより好ましく、1.80以上1.95以下の屈折率を有すると更に好ましい。
なお、上記の屈折率は、分光エリプソメトリ測定における誘電関数からフィッティングを行い、波長632nmの光における数値を抽出した値である。
この際、半導体基板11の裏面側の第2領域8における真性半導体層材料膜23Zの一部または全部を残すように、水素プラズマエッチングを行ってもよい。
なお、第1半導体層形成工程において、半導体基板11の裏面側の第2領域8における真性半導体層材料膜23Zの全部が残る場合、パッシベーション層材料膜の積層(製膜)を行わなくてもよい。また、第1半導体層形成工程において、半導体基板11の裏面側の第2領域8における真性半導体層材料膜23Zの一部が残る場合、除去された分だけパッシベーション層材料膜の積層(製膜)を行えばよい。
具体的には、例えばスパッタリング法等のPVD法(物理気相成長法)を用いて、半導体基板11の裏面側の全面に、透明電極層材料膜を積層(製膜)する。その後、例えばエッチングペーストを用いたエッチング法を用いて、透明電極層材料膜の一部を除去することにより、透明電極層28,38のパターニングを行う。透明電極層材料膜に対するエッチング溶液としては、例えば塩酸または塩化第二鉄水溶液が用いられる。
その後、例えばパターン印刷法または塗布法を用いて、透明電極層28上に金属電極層29を形成し、透明電極層38の上に金属電極層39を形成することにより、第1電極層27および第2電極層37を形成する。
次に、本実施形態の太陽電池の製造方法で用いられる太陽電池の製造装置の一例について説明する。
図4は、本実施形態に係る太陽電池の製造装置の一例を示す断面図(模式図)である。図4に示す太陽電池の製造装置100は、半導体基板11を水平に配置する例えば水平型のプラズマCVD装置である。なお、本実施形態の特徴は、半導体基板を垂直に配置する例えば垂直型のプラズマCVD装置に適用されてもよい。また、本実施形態の特徴は、プラズマCVD装置に限定されず、真空チャンバを備える種々の太陽電池の製造装置に適用されうる。
同様に、第2空間112側には、製膜ガスの供給口131と排気口133とが形成されている。また、第2空間112側には、プラズマ放電のための電極142が配置されている。
また、第1空間111側および第2空間112側には、上述したように半導体基板11を加熱する加熱手段(図示省略)が配置されていてもよい。例えば、加熱手段は、両面開口型の基板トレイ3の開口を介して、半導体基板11の製膜面と反対側の面を加熱するように配置されてもよい。
(A1)半導体基板の裏面側に、第1導電型半導体層の材料膜を形成し(第1半導体層材料膜形成工程)、
(A2’)第1導電型半導体層材料膜上の全面に、リフトオフ層を形成し(リフトオフ層形成工程)、
(A3’)レジストを用いて、第2領域におけるリフトオフ層および第1導電型半導体層の材料膜を除去することにより、第1領域に、パターン化された第1導電型半導体層およびリフトオフ層を形成し(第1半導体層形成工程:パターニングプロセス:レジストをウェットプロセスで形成するため大気開放必要)、
(A11)レジスト除去溶液を用いて、レジストを除去し(レジスト除去工程:レジスト除去溶液を用いるため大気開放必要)、
(A12)洗浄液を用いて、第2領域における露出した半導体基板の表面を洗浄する(洗浄工程:洗浄液を用いるため大気開放必要)、
を含む。
(A1)半導体基板11の裏面側に、第1導電型半導体層材料膜25Zを形成し(第1半導体層材料膜形成工程)、
(A2)マスク43を用いて、第1領域7における第1導電型半導体層材料膜25Zの上に選択的に、リフトオフ層40を形成し(リフトオフ層形成工程)、
(A3)リフトオフ層40をマスクとして用いて、水素プラズマエッチングによって、第2領域8における第1導電型半導体層材料膜25Zを除去することにより、第1領域7に、パターン化された第1導電型半導体層25を形成する(第1半導体層形成工程)。
このように、(A2)リフトオフ層形成工程において、マスク43を用いて、第1領域7における第1導電型半導体層材料膜25Zの上に選択的に、リフトオフ層40を形成し、(A3)第1半導体層形成工程において、リフトオフ層40をマスクとして用いて、水素プラズマエッチングによって、第2領域8における第1導電型半導体層材料膜25Zを除去することにより、(A3’)マスクを用いたレジスト形成工程(例えばフォトリソグラフィ技術を用いたエッチング法では、例えばスピンコート法によるフォトレジスト塗布、フォトレジスト焼成、フォトレジスト露光、およびフォトレジスト現像)、(A11)レジスト除去工程および(A12)洗浄工程を削減できる。
これにより、太陽電池の製造プロセスの簡略化、短縮化が可能となり、その結果、太陽電池の低コスト化、生産性向上が達成される。
(A3’)第1半導体層形成工程におけるパターニングプロセス(ウェットプロセス)
(A11)レジスト除去工程、
(A12)洗浄工程、
において、大気開放する必要があった。
これにより、半導体基板の表面に異物(contamination、dust)または汚れが付着することにより、後に形成される第2領域のパッシベーション層にピンホールが生じ、その結果、太陽電池の性能が低下することが考えられる。
また、大気開放時のハンドリングにより、半導体基板にダメージが生じ、その結果、太陽電池の性能が低下することが考えられる。
(A1)第1半導体層材料膜形成工程、(A2)リフトオフ層形成工程、(A3)第1半導体層形成工程および(A4)第2半導体層材料膜形成工程を、大気開放することなく、インライン(In line)で順に行うことができる。
これにより、半導体基板11の表面に異物(contamination、dust)または汚れが付着することを抑制でき、太陽電池1の性能低下を抑制できる。
また、大気開放時のハンドリングに起因して、半導体基板11にダメージが生じることがなく、太陽電池1の性能低下を防止できる。
これにより、半導体基板11の表面に異物(contamination、dust)または汚れが付着することを抑制でき、太陽電池1の性能低下を抑制できる。
また、大気開放時のハンドリングに起因して、半導体基板11にダメージが生じることがなく、太陽電池1の性能低下を防止できる。
また、第2半導体層材料膜形成工程および第2半導体層形成工程では、リフトオフ層40を用いたリフトオフ法を用いて、換言すれば、マスク43を用いて形成したリフトオフ層40をマスクのように利用して、第2導電型半導体層35を形成するため、マスク43の位置合わせ精度は比較的に低くてもよい。
7 第1領域
7b,8b バスバー部
7f,8f フィンガー部
8 第2領域
11 半導体基板
13 パッシベーション層
15 光学調整層
23 パッシベーション層
23Z,33Z パッシベーション層材料膜
25 第1導電型半導体層
25Z 第1導電型半導体層材料膜
27 第1電極層
28,38 透明電極層
29,39 金属電極層
33 パッシベーション層
35 第2導電型半導体層
35Z 第2導電型半導体層材料膜
37 第2電極層
40 リフトオフ層(第2マスク)
43 第1マスク
Claims (9)
- 半導体基板と、前記半導体基板の一方主面側と反対側の他方主面側の一部である第1領域に順に積層された第1導電型半導体層および第1電極層と、前記半導体基板の前記他方主面側の他の一部である第2領域に順に積層された第2導電型半導体層および第2電極層とを備える裏面電極型の太陽電池の製造方法であって、
前記半導体基板の前記他方主面側に、前記第1導電型半導体層の材料膜を形成する第1半導体層材料膜形成工程と、
第1マスクを用いて、前記第1領域における前記第1導電型半導体層の材料膜の上に選択的に、リフトオフ層を形成するリフトオフ層形成工程と、
前記リフトオフ層を第2マスクとして用いて、水素プラズマエッチングによって、前記第2領域における前記第1導電型半導体層の材料膜を除去することにより、前記第1領域に、パターン化された前記第1導電型半導体層を形成する第1半導体層形成工程と、
前記第1領域における前記リフトオフ層の上および前記第2領域に、前記第2導電型半導体層の材料膜を形成する第2半導体層材料膜形成工程と、
エッチング溶液を用いたエッチングによって、前記リフトオフ層を除去することにより、前記第1領域における前記第2導電型半導体層の材料膜を除去し、前記第2領域に、パターン化された前記第2導電型半導体層を形成する第2半導体層形成工程と、
を含む、太陽電池の製造方法。 - 前記第1半導体層材料膜形成工程、前記リフトオフ層形成工程、前記第1半導体層形成工程および前記第2半導体層材料膜形成工程は、大気開放されずに順に行われる、請求項1に記載の太陽電池の製造方法。
- 前記第1半導体層材料膜形成工程の前に、
前記半導体基板の前記一方主面側に、パッシベーション層を形成するパッシベーション層形成工程と、
前記パッシベーション層の上に、光学調整層を形成する光学調整層形成工程と、
を含み、
前記パッシベーション層形成工程、前記光学調整層形成工程、前記第1半導体層材料膜形成工程、前記リフトオフ層形成工程、前記第1半導体層形成工程および前記第2半導体層材料膜形成工程は、大気開放されずに順に行われる、
請求項2に記載の太陽電池の製造方法。 - 前記第1半導体層材料膜形成工程、前記リフトオフ層形成工程、前記第1半導体層形成工程および前記第2半導体層材料膜形成工程では、前記半導体基板をホールドする基板トレイを用い、
前記基板トレイは、前記半導体基板の側面側および前記半導体基板の前記他方主面側の周縁領域を被覆し、前記半導体基板の前記他方主面側の前記第1領域および前記第2領域を露出するように構成される、
請求項1または2に記載の太陽電池の製造方法。 - 前記パッシベーション層形成工程、前記光学調整層形成工程、前記第1半導体層材料膜形成工程、前記リフトオフ層形成工程、前記第1半導体層形成工程および前記第2半導体層材料膜形成工程では、前記半導体基板をホールドする基板トレイを用い、
前記基板トレイは、前記半導体基板の側面側および前記半導体基板の前記他方主面側の周縁領域を被覆し、前記半導体基板の前記一方主面側を露出するとともに、前記半導体基板の前記他方主面側の前記第1領域および前記第2領域を露出するように構成されている、
請求項3に記載の太陽電池の製造方法。 - 前記リフトオフ層は、酸化珪素を主成分とする材料を含み、波長632nmの光に対して1.45以上1.90以下の屈折率を有する、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。
- 前記リフトオフ層は、窒化珪素を主成分とする材料を含み、波長632nmの光に対して1.60以上2.10以下の屈折率を有する、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。
- 請求項2に記載の太陽電池の製造方法で用いられる太陽電池の製造装置であって、
前記第1半導体層材料膜形成工程、前記リフトオフ層形成工程、前記第1半導体層形成工程および前記第2半導体層材料膜形成工程を、大気開放せずに順に行う真空チャンバを備える、太陽電池の製造装置。 - 請求項3に記載の太陽電池の製造方法で用いられる太陽電池の製造装置であって、
前記パッシベーション層形成工程、前記光学調整層形成工程、前記第1半導体層材料膜形成工程、前記リフトオフ層形成工程、前記第1半導体層形成工程および前記第2半導体層材料膜形成工程を、大気開放せずに順に行う真空チャンバを備える、太陽電池の製造装置。
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