WO2011033826A1 - 太陽電池、その製造方法及び太陽電池モジュール - Google Patents

太陽電池、その製造方法及び太陽電池モジュール Download PDF

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WO2011033826A1
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aluminum oxide
oxide film
light
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洋 橋上
渡部 武紀
大塚 寛之
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信越化学工業株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a highly productive, inexpensive and highly efficient solar cell, a method for manufacturing the solar cell, and a solar cell module.
  • FIG. 1 shows an overview of a P-type substrate solar cell as an example of a general mass-produced solar cell using a conventional single crystal or polycrystalline silicon substrate.
  • a PN junction 103 is formed on the light-receiving surface side of a semiconductor substrate (silicon substrate) 101 by diffusing a group V element such as phosphorus at a high concentration to form an N layer 102.
  • Both P-type and N-type silicon substrates are formed.
  • Dielectric films 104 and 105 having a refractive index lower than that of silicon are formed on the surfaces (light receiving surface and non-light receiving surface) in order to capture light more efficiently.
  • titanium oxide, silicon nitride, silicon carbide, silicon oxide, tin oxide and the like are widely used.
  • the film thickness of the dielectric film for effective light confinement varies depending on the refractive index of the film, but in the case of a silicon nitride film, it is generally about 80 to 100 nm on the light receiving surface and about 90 to 300 nm on the back surface. .
  • electrodes 106 and 107 for taking out photogenerated carriers are formed on the light receiving surface and the non-light receiving surface (back surface).
  • a method for forming this electrode from the viewpoint of cost, there is a wide variety of methods in which a metal paste in which metal fine particles such as silver and aluminum are mixed with an organic binder is printed using a screen plate, and is subjected to heat treatment to come into contact with the substrate. It is used.
  • the electrode is generally formed after the dielectric film is formed. Therefore, in order to bring the electrode into contact with the silicon substrate, it is necessary to remove the dielectric film between the electrode and the silicon substrate. However, by adjusting the glass component or additive in the metal paste, the metal paste becomes the dielectric film 104. , 105 to contact the silicon substrate, so-called fire-through is possible.
  • dielectric films 104 and 105 Another important function of the dielectric films 104 and 105 is suppression of carrier recombination on the surface of the silicon substrate.
  • the silicon atoms inside the crystal are in a stable state by covalent bonding between adjacent atoms.
  • an unstable energy level called a dangling bond or a dangling bond appears on the surface that is the terminal of the atomic arrangement due to the absence of adjacent atoms to be bonded. Since the dangling bond is electrically active, the charge generated in the silicon is captured and disappears, and the characteristics of the solar cell are impaired.
  • the solar cell is subjected to some surface termination treatment to reduce dangling bonds, or by giving electric charge to the antireflection film, thereby increasing the concentration of either electrons or holes on the surface.
  • the recombination of electrons and holes is suppressed by greatly reducing.
  • the latter is called field effect passivation.
  • a silicon nitride film or the like is known to have a positive charge, and is well known as field effect passivation.
  • the aluminum oxide film is difficult to fire through at the time of electrode formation, and the electric resistance between the electrode and the silicon substrate is increased, so that sufficient solar cell characteristics cannot be obtained.
  • forming an electrode on a silicon substrate on which an aluminum oxide film has been formed requires that the pattern of the film be removed in accordance with the electrode pattern.
  • Pattern removal is usually performed by photolithography, patterning with an acid resist or the like, and etching of the film with acid.
  • any method not only the number of steps is increased, but also material costs and equipment costs are increased, so that the practicality is extremely low in terms of cost.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a solar cell that is easy to fire through an aluminum oxide film, has high productivity, is inexpensive and highly efficient, a method for manufacturing the solar cell, and a solar cell module.
  • a semiconductor substrate having a light receiving surface and a non-light receiving surface, a PN junction formed on the semiconductor substrate, the light receiving surface and the non-light receiving surface.
  • An aluminum oxide film having a thickness of 40 nm or less as a passivation layer for a solar cell comprising a passivation layer formed on one or both of the surfaces and a power extraction electrode formed on the light receiving surface and the non-light receiving surface. It has been found that by forming a layer including a film, a fire-through at the time of electrode formation becomes possible, and a solar cell having good characteristics can be obtained, and the present invention has been made.
  • this invention provides the following solar cell, its manufacturing method, and a solar cell module.
  • Claim 1 A semiconductor substrate having a light receiving surface and a non-light receiving surface, a PN junction formed on the semiconductor substrate, a passivation layer formed on one or both of the light receiving surface and the non-light receiving surface, and the light receiving surface And a power extraction electrode formed on the non-light-receiving surface, wherein the passivation layer includes an aluminum oxide film having a thickness of 40 nm or less.
  • Claim 2 The solar cell according to claim 1, wherein the passivation layer is formed on a non-light-receiving surface of a P-type semiconductor substrate or a light-receiving surface of an N-type semiconductor substrate.
  • Claim 3 The passivation layer has an aluminum oxide film and another dielectric film formed on the aluminum oxide film, and the other dielectric film is a film made of silicon oxide, titanium oxide, silicon carbide, or tin oxide.
  • Claim 5 The sintered body contains one or more atoms selected from B, Na, Al, K, Ca, Si, V, Zn, Zr, Cd, Sn, Ba, Ta, Tl, Pb, and Bi.
  • Claim 4 The solar cell of Claim 4 containing an oxide.
  • Claim 6 The solar cell according to claim 4 or 5, wherein a built-in negative charge in the aluminum oxide film is increased by the firing.
  • Claim 7 The solar cell according to any one of claims 4 to 6, wherein the aluminum oxide film is present in at least a part of a region other than immediately below the electrode by removing a portion immediately below the electrode due to penetration of the sintered body.
  • Claim 8 A solar cell module comprising the solar cells according to claim 1 connected thereto.
  • Claim 9 Forming a PN junction on the semiconductor substrate; forming a passivation layer on one or both of the light receiving surface and the non-light receiving surface of the semiconductor substrate; and extracting power on the light receiving surface and the non-light receiving surface.
  • a method for manufacturing a solar cell comprising: forming an electrode, wherein an aluminum oxide film having a thickness of 40 nm or less is formed as the passivation layer.
  • Claim 10 The electrode and substrate are formed by forming a sintered body by baking the conductive paste at 500 to 900 ° C. for 1 second to 30 minutes, and forming the sintered body through the passivation layer. The method for producing a solar cell according to claim 9, wherein is electrically contacted.
  • Claim 11 The sintered body contains one or more atoms selected from B, Na, Al, K, Ca, Si, V, Zn, Zr, Cd, Sn, Ba, Ta, Tl, Pb, and Bi.
  • the manufacturing method of the solar cell of Claim 10 containing an oxide.
  • Claim 12 The method for manufacturing a solar cell according to claim 10 or 11, wherein a built-in negative charge in the aluminum oxide film is increased by the firing.
  • an aluminum oxide film having a specific thickness on the substrate surface particularly the non-light-receiving surface of the P-type semiconductor substrate or the light-receiving surface of the N-type semiconductor substrate
  • good passivation performance can be obtained only by baking the conductive paste, which is a conventional technique.
  • Good electrical contact between the substrate and the electrode is obtained.
  • the annealing step conventionally required for obtaining the passivation effect of the aluminum oxide film can be omitted, which is extremely effective for cost reduction.
  • the slice damage on the surface of the semiconductor substrate 201 (301) is removed by etching using a high concentration alkali such as sodium hydroxide or potassium hydroxide having a concentration of 5 to 60% by mass or a mixed acid of hydrofluoric acid and nitric acid.
  • a semiconductor substrate such as a P-type or N-type single crystal silicon substrate, a P-type or N-type polycrystalline silicon substrate, or a P-type or N-type thin film silicon substrate can be used.
  • the single crystal silicon substrate may be manufactured by either the CZ method or the FZ method.
  • an as-cut single crystal ⁇ 100 ⁇ P-type silicon substrate having a specific resistance of 0.1 to 5 ⁇ ⁇ cm by doping high purity silicon with a group III element such as B, Ga, or In can be used.
  • Texture is an effective way to reduce solar cell reflectivity.
  • the texture is 10 in an alkaline solution (concentration 1 to 10% by mass, temperature 60 to 100 ° C.) such as heated sodium hydroxide, potassium hydroxide, potassium carbonate, sodium carbonate, sodium hydrogen carbonate, tetramethylammonium hydroxide. It is easily produced by immersion for about 30 minutes. In many cases, a predetermined amount of 2-propanol is dissolved in the solution to promote the reaction.
  • BSF back surface field
  • the BSF layer may be formed on the entire back surface (206 in FIG. 2) or locally according to the pattern of the back electrode (306 in FIG. 3).
  • diffusion is performed in a state where two substrates are overlapped, or a diffusion barrier such as silicon nitride is formed on the light receiving surface side. It is preferable to devise such that no P + layer is formed on the light receiving surface.
  • the BSF layer has an effect of reducing the electrical resistance between the back electrode 208 (308) and the substrate 201 (301) because impurities are diffused at a high concentration and the carrier concentration is high.
  • an N layer 202 (302) is formed by a vapor phase diffusion method using phosphorous oxychloride to form a PN junction 203 (303).
  • a PN junction must be formed only on the light-receiving surface.
  • diffusion is performed with two P + layers facing each other, or a diffusion barrier such as silicon nitride is formed on the back side.
  • a diffusion barrier such as silicon nitride is formed on the back side.
  • the glass formed on the surface is removed with hydrofluoric acid or the like.
  • this step can also be performed by a spin coating method using a diffusing agent, a spray method, or the like.
  • a dielectric film 204 (304) serving as an antireflection film on the light receiving surface of the substrate surface is formed.
  • a silicon nitride film or the like is formed to a thickness of about 50 to 100 nm.
  • a chemical vapor deposition apparatus hereinafter referred to as CVD
  • CVD chemical vapor deposition apparatus
  • monosilane (SiH 4 ) and ammonia (NH 3 ) are often used as a reaction gas, but nitrogen is used instead of NH 3.
  • the desired refractive index can be realized by diluting the film formation species with H 2 gas, adjusting the process pressure, and diluting the reaction gas.
  • silicon oxide, silicon carbide, titanium oxide, or the like by a method such as heat treatment or atomic layer deposition (hereinafter, ALD) may be used instead.
  • a passivation film (passivation layer) 205 (305) including an aluminum oxide film 205a (305a) is formed on the P-type silicon surface on the back surface.
  • a CVD method or an ALD method is mainly used, but a vacuum evaporation method or a sputtering method may be used.
  • trimethylaluminum (TMA) is generally used for the reaction, and hydrogen (H 2 ) or argon (Ar) is used as the carrier gas.
  • Film deposition in the CVD method proceeds by decomposing these molecules and attaching them to the substrate, but this decomposition may be performed thermally at 100 to 400 ° C. by heating the substrate or by a high frequency electric field. It may be performed electromagnetically at 100 to 400 ° C., and a crystalline or amorphous film in which the composition ratio of oxygen and aluminum is not limited can be obtained.
  • the aluminum oxide film thus obtained has a negative charge, which is considered to be derived from the following chemical reaction formula.
  • the reaction in the Al 2 O 3 film is shown. 2Al 2 O 3 ⁇ 3 (AlO 4/2 ) 1 ⁇ + Al 3+
  • the film is electrically neutral, but Al 3+ bonds with oxygen present in the aluminum oxide film to form a donor-acceptor pair, thereby eliminating the positive charge, and the film has a negative charge.
  • the negative charge generation mechanism described above also applies to aluminum oxide films having an arbitrary constant x in Al 1-x O x and other systems in which aluminum oxide and hydrogen, carbon, nitrogen, etc. are mixed. It is thought that the same applies, that is, it is only necessary that the chemical formula is established between at least a part of Al and O in a system in which Al and O coexist for generation of a negative charge.
  • the thickness is 40 nm or less, preferably 30 nm or less, particularly 20 nm or less.
  • a lower limit is not specifically limited, In order to cover the board
  • another dielectric film 205b (305b) may be formed on the aluminum oxide film 205a (305a).
  • silicon oxide (SiO, SiO 2 ) is preferably used from an optical point of view, but titanium oxide (TiO, TiO 2 ), silicon carbide (SiC), tin oxide (SnO, SnO). 2 , SnO 3 ) or the like may be used.
  • the film thickness of the dielectric film 205b (305b) on the back surface is preferably 50 to 250 nm, more preferably 100 to 200 nm. If the film thickness is too thin or too thick, the light confinement effect may be insufficient.
  • electrodes 207, 208 (307, 308) are formed on the light receiving surface and non-light receiving surface (back surface) of the substrate.
  • a conductive paste such as a silver paste in which silver powder and glass frit are mixed with an organic binder is printed on the light-receiving surface and the back surface, and is 1 to 30 minutes, particularly 3 seconds to 15 minutes, 500 to 900 ° C., particularly 700 It is formed by firing at a temperature of about ⁇ 850 ° C.
  • the passivation film is eroded by a conductive paste such as a silver paste, and an electrode, which is a sintered body of this conductive paste, fires through (fires through) the passivation film and makes electrical contact with the silicon substrate.
  • baking of a light-receiving surface and a back surface electrode can also be performed for each surface.
  • the passivation film penetration ability of the conductive paste is imparted by the metal oxide in the conductive paste.
  • the metal oxide B, Na, Al, K, Ca, Si, V, Zn, Zr, Cd
  • An oxide of an atom selected from Sn, Ba, Ta, Tl, Pb and Bi can be used alone or in combination of two or more.
  • the aluminum oxide film is formed in at least a part of the region other than directly under the electrode by removing the portion directly under the electrode by the film penetration of the sintered body, but in order to obtain a good passivation effect, It is preferably formed on the non-light-receiving surface (back surface) and / or the entire light-receiving surface except for the portion to be, particularly the entire non-light-receiving surface of the P-type silicon substrate or the entire light-receiving surface of the N-type silicon substrate.
  • the embodiment about the solar cell of this invention was mentioned taking the case where a P-type silicon substrate was used as an example, this invention can also be applied to the solar cell using an N-type silicon substrate.
  • the N-type silicon substrate 401 (501) is obtained by doping high-purity silicon with a group V element such as P, As, and Sb, and generally has a resistivity of 0.1. Use one adjusted to ⁇ 5 ⁇ ⁇ cm.
  • the N-type silicon solar cell can be manufactured in the same manner as the P-type silicon solar cell described above. However, since the PN junction 403 (503) needs to be formed, the formation of the P + layer 402 (502) is essential.
  • the N + layer for forming the BSF layer on the back surface may be formed on the entire back surface (406 in FIG. 4) or locally according to the pattern of the back electrode (FIG. 5). 506).
  • the aluminum oxide film 405a (505a) of the present invention is formed on the surface of the P + layer 402 (502), and further, as another dielectric film 405b (505b), silicon oxide (SiO, A dielectric film such as SiO 2 ), titanium oxide (TiO, TiO 2 ), silicon carbide (SiC), or tin oxide (SnO, SnO 2 , SnO 3 ) may be formed in an overlapping manner.
  • a dielectric film 404 (504) such as silicon nitride, silicon oxide, silicon carbide, or titanium oxide is preferably formed on the N layer on the back surface.
  • the film formation conditions such as the film thickness and the formation conditions of the electrodes 407 and 408 (507 and 508) can be the same as those of the above-described P-type silicon substrate.
  • a reflective material on the back surface of the solar cell in order to capture again the light transmitted through the substrate.
  • the reflective material aluminum or silver formed by vacuum deposition or the like may be used, but a sufficient effect can be obtained only by using a white backsheet or the like for the solar cell module without performing additional treatment.
  • the solar cell module of the present invention can be obtained by electrically connecting the solar cells obtained as described above.
  • Example 1 ⁇ Examination of electrode contact resistance>
  • the conductive paste conventionally used for the fire-through of the silicon oxide film was used, and the fire-through property for the aluminum oxide film was examined.
  • the fire-through property can be evaluated by the contact resistance between the electrode and the silicon substrate.
  • a P + layer was formed by performing B diffusion on a P-type silicon wafer having a thickness of 240 ⁇ m and 15 cm square subjected to texture treatment by vapor phase diffusion of boron bromide.
  • An aluminum oxide film was formed on the P + layer by ALD, and a silicon oxide film was formed thereon by plasma CVD.
  • the film thickness of the silicon oxide film was adjusted so that the total film thickness with the aluminum oxide film was 100 nm.
  • a commercially available fire-through Ag paste was printed on the passivation film in a comb-shaped pattern, and baked in a RTP (rapid heat treatment) furnace at a peak temperature of 800 ° C. for 3 seconds. The number of samples prepared is 5 for each condition.
  • FIG. 6 shows the relationship of the contact resistance with respect to the film thickness of the aluminum oxide film.
  • the effective carrier lifetime is a total carrier lifetime composed of a carrier lifetime in the silicon crystal bulk and a carrier lifetime at the silicon / aluminum oxide film interface, and its unit is microseconds.
  • the black square broken line indicates the effective carrier life before heat treatment
  • the white square bent line indicates the effective carrier life after heat treatment.
  • Example 1 After removing slice damage with a hot concentrated potassium hydroxide aqueous solution on 100 boron-doped ⁇ 100 ⁇ P-type ascut silicon substrates with a substrate thickness of 250 ⁇ m and a specific resistance of 1 ⁇ ⁇ cm, Immersion and texture formation were followed by washing in a hydrochloric acid / hydrogen peroxide mixed solution. Next, in a boron bromide atmosphere, heat treatment was performed at 1000 ° C. with the light receiving surfaces overlapped to form a P + layer. Subsequently, heat treatment was performed in a phosphorus oxychloride atmosphere at 850 ° C. with the back surfaces overlapped to form a PN junction.
  • a silicon nitride film having a thickness of 100 nm was formed as an antireflection film over the entire light-receiving surface using a plasma CVD apparatus.
  • a backside passivation film was formed on 50 of the obtained substrates.
  • an aluminum oxide film having a thickness of 20 nm was formed on the entire back surface at a substrate temperature of 200 ° C. by an atomic layer deposition apparatus.
  • TMA was used as the source gas
  • oxygen was used as the oxidant.
  • the aluminum oxide film obtained by this method was stoichiometric amorphous Al 2 O 3 .
  • a silicon oxide film having a thickness of 150 nm was formed by a sputtering apparatus.
  • Ag paste was screen-printed in a comb pattern on the light-receiving surface side and the back surface side of all the substrates and dried. Thereafter, baking at 800 ° C.
  • an Al film having a thickness of 2 ⁇ m was formed as a reflecting material using a vacuum deposition apparatus.
  • Example 1 The same procedure as in Example 1 was performed, except that a 100-nm thick silicon nitride film having the same manufacturing method as that of the substrate light-receiving surface of Example 1 was formed on the remaining 50 back surfaces of the substrate manufactured in Example 1.
  • Example 1 When the characteristics of the solar cells obtained in Example 1 and Comparative Example 1 were measured with a current-voltage measuring device using artificial sunlight with an air mass of 1.5, the present invention was implemented as shown in Table 1. The result that the characteristic of the solar cell of Example 1 was superior to the characteristic of the solar cell of Comparative Example 1 was obtained.
  • Example 1 good electrical contact was obtained although the thickness of the dielectric film formed on the back surface was thicker than that of Comparative Example 1. Furthermore, since the inversion layer disappeared, the leakage current was eliminated, a good fill factor was obtained, and both the open circuit voltage and the short circuit current were greatly improved.
  • Example 2 After removing slice damage with a hot concentrated aqueous solution of potassium hydroxide on 100 phosphorous-doped ⁇ 100 ⁇ N-type as-cut silicon substrates having a substrate thickness of 250 ⁇ m and a specific resistance of 1 ⁇ ⁇ cm, the substrate was placed in an aqueous solution of potassium hydroxide / 2-propanol. Immersion and texture formation were followed by washing in a hydrochloric acid / hydrogen peroxide mixed solution. Next, it heat-processed in the boron bromide atmosphere in the state which accumulated the back surfaces at 1000 degreeC, and formed PN junction. Subsequently, the BSF layer was formed by heat treatment in a phosphorus oxychloride atmosphere at 850 ° C.
  • a silicon nitride film having a thickness of 100 nm was formed as a back surface dielectric film on the entire back surface by a plasma CVD apparatus.
  • a light-receiving surface passivation film was formed on 50 of the obtained substrates.
  • an aluminum oxide film having a thickness of 20 nm was formed on the entire light-receiving surface at a substrate temperature of 200.degree. TMA was used as the source gas, and oxygen was used as the oxidant.
  • the aluminum oxide film obtained by this method was stoichiometric amorphous Al 2 O 3 .
  • a titanium oxide film having a thickness of 50 nm was formed by atmospheric pressure CVD.
  • Ag paste was screen-printed in a comb pattern on the light-receiving surface side and the back surface side of all the substrates and dried. Thereafter, baking at 800 ° C.
  • an Al film having a thickness of 2 ⁇ m was formed as a reflecting material using a vacuum deposition apparatus.
  • Example 2 The same procedure as in Example 2 was performed, except that 100 nm of a silicon nitride film having the same manufacturing method as that of the back surface of the substrate in Example 2 was formed on the remaining 50 light receiving surfaces of the substrate manufactured in Example 2.
  • Example 2 When the characteristics of the solar cells obtained in Example 2 and Comparative Example 2 were measured with a current-voltage measuring device using artificial sunlight with an air mass of 1.5, the present invention was implemented as shown in Table 2. The result that the characteristic of the solar cell of Example 2 was superior to the characteristic of the solar cell of Comparative Example 2 was obtained.

Abstract

 受光面及び非受光面を有する半導体基板と、該半導体基板に形成されたPN接合部と、上記受光面及び非受光面のいずれか一方又は両方の面に形成されたパッシベーション層と、上記受光面及び非受光面に形成された電力取り出し用電極とを具備する太陽電池であって、上記パッシベーション層が膜厚40nm以下の酸化アルミニウム膜を含むことを特徴とする太陽電池。 基板表面に特定膜厚の酸化アルミニウム膜を形成することにより、従来技術である導電性ペーストの焼成のみで良好なパッシベーション性能と、シリコンと電極の良好な電気的接触が得られる。また、酸化アルミニウム膜のパッシベーション効果を得るために従来必要とされたアニール工程を省略でき、コスト削減に極めて有効である。

Description

太陽電池、その製造方法及び太陽電池モジュール
 本発明は、生産性が高く、安価で高効率な太陽電池及びその製造方法並びに太陽電池モジュールに関する。
 従来の単結晶や多結晶シリコン基板を用いた一般的な量産型太陽電池の一例として、P型基板太陽電池の概観を図1に示す。半導体基板(シリコン基板)101の受光面側に、リンなどのV族元素を高濃度拡散してN層102を形成することでPN接合103を形成し、P型及びN型シリコン基板の両主表面(受光面及び非受光面)には、より効率よく光を取り込むため、シリコンの屈折率よりも低い屈折率を持つ誘電体膜104,105がそれぞれ形成されている。これら誘電体膜104,105には、酸化チタン、窒化シリコン、炭化シリコン、酸化シリコン、酸化錫などが広く用いられる。光閉じ込めを効果的にするための誘電体膜の膜厚は、膜の屈折率により異なるが、窒化シリコン膜の場合は一般的に受光面で80~100nm程度、裏面で90~300nm程度である。
 また、受光面と非受光面(裏面)に、光生成キャリアを取り出すための電極106,107が形成されている。この電極の形成方法としては、コストの面から、銀やアルミニウムなどの金属微粒子を有機バインダーに混ぜた金属ペーストを、スクリーン版などを用いて印刷し、熱処理を行って基板と接触させる方法が広く用いられている。電極形成は、誘電体膜形成後に行うのが一般的である。そのため電極とシリコン基板を接触させるには、電極-シリコン基板間の誘電体膜を除去する必要があるが、金属ペースト中のガラス成分や添加物を調整することで、金属ペーストが誘電体膜104,105を貫通してシリコン基板に接触する、所謂ファイアースルーが可能になっている。
 誘電体膜104,105のもう1つ重要な機能として、シリコン基板表面のキャリア再結合抑制がある。結晶内部のシリコン原子は、隣接する原子同士で共有結合し、安定な状態にある。しかしながら、原子配列の末端である表面では、結合すべき隣接原子が不在となることで、未結合手又はダングリングボンドといわれる不安定なエネルギー準位が出現する。ダングリングボンドは、電気的に活性であるため、シリコン内部で光生成された電荷を捕らえて消滅させてしまい、太陽電池の特性が損なわれる。この損失を抑制するため、太陽電池では何らかの表面終端化処理を施してダングリングボンドを低減するか、又は反射防止膜に電荷を持たせることにより、表面における電子及び正孔のいずれかの濃度を大幅に低下させて、電子と正孔の再結合を抑制する。特に、後者は電界効果パッシベーションと呼ばれる。窒化シリコン膜などは正電荷を持つことが知られており、電界効果パッシベーションとしてよく知られている。
 しかしながら、窒化シリコンなどの正電荷を持つ膜をP型シリコン表面に適用すると、太陽電池特性を低下させることが知られている。膜の正電荷によりP型シリコン表面のエネルギーバンドは反転状態に向かい、少数キャリアである電子の濃度がシリコン表面で高くなる。P型シリコン表面に電極が形成されると、表面に溜まった電子がこの電極に流れ込む。太陽電池で電子を取り出すのはN型シリコン側の電極であるが、P型シリコン側電極に流れた電子はリーク電流として太陽電池出力の損失になってしまう。そのため、P型シリコン表面のパッシベーションには、正電荷量が比較的少ないとされるシリコン酸化膜や、負電荷を持つ酸化アルミニウム膜が使用されるようになった。
 なお、本発明に関連する先行技術文献としては、下記のものが挙げられる。
S. Dauwe, L. Mittelstadt, A. Metz and R. Hezel, Proc. the 17th European Photovoltaic Solar Energy Conference, p. 339, 2001 J. Benik, B. Hoex, M. C. M. van de Sanden, W. M. M. Kessels, O. Schultz and S. W. Glunz, Applied Physics Letters 92, 253504, 2008
 しかしながら、酸化アルミニウム膜は窒化シリコン膜などに比べ、電極形成時のファイアースルーが困難で、電極とシリコン基板間の電気抵抗が大きくなってしまうことにより、十分な太陽電池特性が得られなかった。そのため、酸化アルミニウム膜が形成されたシリコン基板への電極形成には、膜のパターン抜きを電極パターンに合わせて行う必要があった。パターン抜きは、通常、フォトリソグラフィーや、酸レジストなどによるパターニングと、酸による膜のエッチングにより行う。また、エッチングペーストを印刷塗布する方法や、レーザーアブレーションによるパターニングなどもある。しかし、いずれの方法にしても、単に工程数が多くなるばかりでなく、材料費や装置費も多くかかるため、コストの点で実用性が極めて低い状況にある。
 また、一方で、酸化アルミニウム膜のパッシベーション性能を最大限高めるためには、400℃程度の熱処理が必要とされている。このため太陽電池の工程はさらに複雑になり、低コスト化の障害になっていた。さらに一般の高温硬化型導電性ペーストは酸化アルミニウム膜を貫通し難いため、電気抵抗が大きくなり太陽電池の特性を制限してしまう。
 本発明は、上記事情に鑑みなされたものであり、酸化アルミニウム膜のファイアースルーが容易で、生産性が高く、安価で高効率な太陽電池及びその製造方法並びに太陽電池モジュールを提供することを目的とする。
 本発明者らは、上記目的を達成するために鋭意検討を重ねた結果、受光面及び非受光面を有する半導体基板と、この半導体基板に形成されたPN接合部と、上記受光面及び非受光面のいずれか一方又は両方の面に形成されたパッシベーション層と、上記受光面及び非受光面に形成された電力取り出し用電極とを具備する太陽電池に、パッシベーション層として膜厚40nm以下の酸化アルミニウム膜を含む層を形成することで、電極形成時のファイアースルーが可能となり、良好な特性を有する太陽電池が得られることを見出し、本発明をなすに至った。
 即ち、本発明は、下記の太陽電池、その製造方法及び太陽電池モジュールを提供する。
請求項1:
 受光面及び非受光面を有する半導体基板と、該半導体基板に形成されたPN接合部と、上記受光面及び非受光面のいずれか一方又は両方の面に形成されたパッシベーション層と、上記受光面及び非受光面に形成された電力取り出し用電極とを具備する太陽電池であって、上記パッシベーション層が膜厚40nm以下の酸化アルミニウム膜を含むことを特徴とする太陽電池。
請求項2:
 前記パッシベーション層が、P型半導体基板の非受光面又はN型半導体基板の受光面に形成されてなる請求項1記載の太陽電池。
請求項3:
 パッシベーション層が、酸化アルミニウム膜と、該酸化アルミニウム膜上に形成された他の誘電体膜とを有し、該他の誘電体膜が酸化シリコン、酸化チタン、炭化シリコン又は酸化錫からなる膜である請求項1又は2記載の太陽電池。
請求項4:
 前記電極が導電性ペーストを焼成してなる焼結体であって、この焼結体を前記酸化アルミニウム膜を含むパッシベーション層を貫通させることで、前記電極及び基板を電気的に接触させてなる請求項1乃至3のいずれか1項記載の太陽電池。
請求項5:
 前記焼結体が、B、Na、Al、K、Ca、Si、V、Zn、Zr、Cd、Sn、Ba、Ta、Tl、Pb及びBiから選ばれる1種又は2種以上の原子を含む酸化物を含有する請求項4記載の太陽電池。
請求項6:
 前記酸化アルミニウム膜における内蔵負電荷が前記焼成により増加する請求項4又は5記載の太陽電池。
請求項7:
 前記酸化アルミニウム膜が、前記焼結体の貫通により電極直下となる部分が除去されて該電極直下以外の領域の少なくとも一部に存在する請求項4乃至6のいずれか1項記載の太陽電池。
請求項8:
 請求項1乃至7のいずれか1項記載の太陽電池を接続してなることを特徴とする太陽電池モジュール。
請求項9:
 半導体基板にPN接合を形成する工程と、該半導体基板の受光面及び非受光面のいずれか一方又は両方の面にパッシベーション層を形成する工程と、前記受光面及び非受光面上に電力取り出し用電極を形成する工程とを含む太陽電池の製造方法であって、前記パッシベーション層として膜厚40nm以下の酸化アルミニウム膜を形成することを特徴とする太陽電池の製造方法。
請求項10:
 前記電極を、導電性ペーストを500~900℃で1秒~30分間焼成することにより焼結体を形成し、この焼結体を前記パッシベーション層を貫通して形成することにより、前記電極及び基板を電気的に接触させる請求項9記載の太陽電池の製造方法。
請求項11:
 前記焼結体が、B、Na、Al、K、Ca、Si、V、Zn、Zr、Cd、Sn、Ba、Ta、Tl、Pb及びBiから選ばれる1種又は2種以上の原子を含む酸化物を含有する請求項10記載の太陽電池の製造方法。
請求項12:
 前記酸化アルミニウム膜における内蔵負電荷が前記焼成により増加する請求項10又は11記載の太陽電池の製造方法。
 基板表面、特にP型半導体基板の非受光面又はN型半導体基板の受光面に特定膜厚の酸化アルミニウム膜を形成することにより、従来技術である導電性ペーストの焼成のみで良好なパッシベーション性能と、基板と電極の良好な電気的接触が得られる。また、酸化アルミニウム膜のパッシベーション効果を得るために従来必要とされたアニール工程を省略でき、コスト削減に極めて有効である。
従来の太陽電池の構造の一例を示す断面図である。 本発明の太陽電池の一例を示す断面図である。 本発明の太陽電池の他の例を示す断面図である。 本発明の太陽電池の別の例を示す断面図である。 本発明の太陽電池のさらに別の例を示す断面図である。 酸化アルミニウム膜の膜厚に対する接触抵抗値を示すグラフである。 熱処理前後の実効キャリア寿命を示すグラフである。
 以下、本発明に係る太陽電池の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。ただし、本発明は、これらの太陽電池に限られるものではない。
 図2及び図3に本発明の太陽電池の一例を示す。半導体基板201(301)の表面のスライスダメージを、濃度5~60質量%の水酸化ナトリウムや水酸化カリウムのような高濃度のアルカリ又はふっ酸と硝酸の混酸などを用いてエッチング除去する。半導体基板としては、P型又はN型単結晶シリコン基板、P型又はN型多結晶シリコン基板、P型又はN型薄膜シリコン基板等の半導体基板を用いることができる。単結晶シリコン基板は、CZ法、FZ法のいずれの方法によって作製されてもよい。例えば、高純度シリコンにB、Ga、InのようなIII族元素をドープし、比抵抗0.1~5Ω・cmとしたアズカット単結晶{100}P型シリコン基板を用いることができる。
 引き続き、基板表面(受光面)にテクスチャと呼ばれる微小な凹凸形成を行う。テクスチャは太陽電池の反射率を低下させるための有効な方法である。テクスチャは、加熱した水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイドなどのアルカリ溶液(濃度1~10質量%、温度60~100℃)中に、10~30分程度浸漬することで容易に作製される。上記溶液中に、所定量の2-プロパノールを溶解させ、反応を促進させることが多い。
 テクスチャ形成後、塩酸、硫酸、硝酸、ふっ酸等又はこれらの混合液の酸性水溶液中で洗浄する。コスト的及び特性的観点から、塩酸中での洗浄が好ましい。清浄度を向上するため、塩酸溶液中に、0.5~5質量%の過酸化水素を混合し、60~90℃に加温して洗浄してもよい。
 この基板上に、裏面電界(BSF)層206(306)を形成するため、臭化ホウ素等を用いて900~1000℃で気相拡散を行い、P+層を形成する。BSF層は裏面全面に形成しても良いし(図2の206)、裏面電極のパターンに合わせて局所的に形成しても良い(図3の306)。一般的なシリコン太陽電池は、BSF層を裏面にのみ形成する必要があり、これを達成するために基板同士を2枚重ね合わせた状態で拡散したり、受光面側に窒化シリコンなどの拡散バリアを形成したりして、受光面にP+層ができないような工夫を施すことが好ましい。また、BSF層は不純物が高濃度に拡散されていてキャリア濃度が高いため、裏面電極208(308)と基板201(301)の電気的抵抗を低減させる効果もある。
 次に、オキシ塩化リンを用いた気相拡散法等によりN層202(302)を形成してPN接合203(303)を形成する。通常、PN接合は受光面にのみ形成する必要があり、これを達成するためにP+層側を2枚向かい合わせて重ねた状態で拡散したり、裏面側に窒化シリコンなどの拡散バリアを形成したりして、裏面にリンが拡散されないように工夫を施すことが好ましい。拡散後、表面にできたガラスをフッ酸などで除去する。なお、この行程は、上記気相拡散法以外にも、拡散剤によるスピンコート法、スプレー法等により行うこともできる。
 次に、基板表面の受光面の反射防止膜となる誘電体膜204(304)を形成する。誘電体膜としては、例えば、窒化シリコン膜などを約50~100nm程度成膜する。成膜には化学気相堆積装置(以下、CVD)等を用い、反応ガスとして、モノシラン(SiH4)及びアンモニア(NH3)を混合して用いることが多いが、NH3の代わりに窒素を用いることも可能であり、また、H2ガスによる成膜種の希釈やプロセス圧力の調整、反応ガスの希釈を行い、所望の屈折率を実現することができる。窒化シリコン膜に限らず、熱処理や原子層堆積(以下、ALD)などの方法による酸化シリコン、炭化シリコン、酸化チタンなどを代わりに用いても良い。
 一方、裏面のP型シリコン表面には、酸化アルミニウム膜205a(305a)を含むパッシベーション膜(パッシベーション層)205(305)を形成する。酸化アルミニウム膜の成膜方法にはCVD法やALD法がおもに用いられるが、真空蒸着法やスパッタリング法を用いてもよい。CVD法やALD法の場合、反応にはトリメチルアルミニウム(TMA)を使い、キャリアガスとして水素(H2)やアルゴン(Ar)を用いるのが一般的である。アルミニウムの酸化剤として、酸素(O2)、二酸化炭素(CO2)、水(H2O)、オゾン(O3)などが用いられる(例えば、反応式:Al(CH33+1.5H2O→0.5Al23+3CH4)。CVD法における膜の堆積は、これらの分子を分解し、基板に付着させることで進行するが、この分解は基板の加熱等により100~400℃で熱的に行っても良いし、高周波電界により100~400℃で電磁気的に行っても良く、酸素とアルミニウムの組成比が限定されない結晶質又は非結晶質の膜を得ることができる。
 このようにして得られる酸化アルミニウム膜は負電荷を有するが、この負電荷は、以下の化学反応式に由来すると考えられている。なお、ここでは簡単のためAl23膜での反応について示す。
 2Al23→3(AlO4/21-+Al3+
 このままでは、膜は電気的に中性であるが、Al3+は酸化アルミニウム膜中に存在する酸素と結合してドナー・アクセプターペアを形成することにより正電荷を消失し、膜は負電荷を持つようになる。
 上記の負電荷発生機構は、化学量論組成から外れた、Al1-xxにおいて任意の定数xの酸化アルミニウム膜や、酸化アルミニウムと水素、炭素、窒素などが混在したその他の系についても同様に適用されると考えられており、即ち負電荷の発生にはAlとOが共存する系において、前記化学式が少なくとも一部のAlとOの間で成立すればよい。
 ここで、本発明者らが、酸化アルミニウム膜の膜厚について検討を重ねた結果、膜厚は40nm以下であり、好ましくは30nm以下、特に20nm以下である。下限値は特に限定されないが、基板表面を一様に覆うため、通常1nm以上である。
 裏面の光閉じ込め効果をより高めるために、酸化アルミニウム膜205a(305a)上に他の誘電体膜205b(305b)を重ねるように形成しても良い。誘電体膜205b(305b)には、光学的観点から酸化シリコン(SiO、SiO2)を用いるのが良いが、酸化チタン(TiO、TiO2)、炭化シリコン(SiC)、酸化錫(SnO、SnO2、SnO3)などを用いても良い。裏面の誘電体膜205b(305b)の膜厚は、50~250nmが好ましく、より好ましくは100~200nmである。膜厚が薄すぎたり厚すぎたりすると、光閉じ込め効果が不十分になる場合がある。
 次いで、上記基板の受光面及び非受光面(裏面)に電極207,208(307,308)を形成する。電極は、銀粉末とガラスフリットを有機バインダーと混合した銀ペースト等の導電性ペーストを受光面と裏面に印刷し、1秒~30分間、特に3秒~15分間、500~900℃、特に700~850℃程度の温度で焼成することにより形成される。この熱処理によりパッシベーション膜が銀ペースト等の導電性ペーストに侵食され、この導電性ペーストの焼結体である電極がパッシベーション膜をファイアースルー(焼成貫通)してシリコン基板と電気的に接触する。なお、受光面及び裏面電極の焼成は、各面ごとに行うことも可能である。
 導電性ペーストのパッシベーション膜貫通能力は、導電性ペースト中の金属酸化物により付与されるが、金属酸化物としては、B、Na、Al、K、Ca、Si、V、Zn、Zr、Cd、Sn、Ba、Ta、Tl、Pb及びBiから選ばれる原子の酸化物を1種単独で又は2種以上を組み合わせて用いることができる。焼成によって、酸化アルミニウム膜又はこれと誘電体膜とを貫通して、基板との良好な接触を得るためには、好ましくは、B-Pb-O系、B-Pb-Zn-O系、B-Zn-V-O系、B-Si-Pb-O系、B-Si-Pb-Al-O系、B-Si-Bi-Pb-O系、B-Si-Zn-O系などのガラス材料を用いるのが良い。
 酸化アルミニウム膜は、上記焼結体の膜貫通によって電極直下となる部分が除去されてこの電極直下以外の領域の少なくとも一部に形成されるが、良好なパッシベーション効果を得るためには、電極直下となる部分を除く非受光面(裏面)及び/又は受光面全面、特にP型シリコン基板の非受光面全面又はN型シリコン基板の受光面全面に形成することが好ましい。
 以上、P型シリコン基板を用いた場合を例に挙げて本発明の太陽電池についての実施形態を説明したが、本発明は、N型シリコン基板を用いた太陽電池に適用することもできる。図4及び5に示すように、N型シリコン基板401(501)は、高純度シリコンにP、As、SbのようなV族元素をドープして得られ、一般には、抵抗率が0.1~5Ω・cmに調整されたものを用いる。N型シリコン太陽電池は、上述したP型シリコン太陽電池と同様に作製することが可能である。但し、PN接合403(503)を形成する必要からP+層402(502)の形成が必須となる。また、一方で裏面のBSF層形成のためのN+層形成は裏面全面に行っても良いし(図4の406)、裏面電極のパターンに合わせて局所的に形成しても良い(図5の506)。
 受光面パッシベーションには、P+層402(502)表面に本発明の酸化アルミニウム膜405a(505a)を形成し、この上に、他の誘電体膜405b(505b)として、さらに酸化シリコン(SiO、SiO2)、酸化チタン(TiO、TiO2)、炭化シリコン(SiC)、酸化錫(SnO、SnO2、SnO3)等の誘電体膜を重ねて形成してもよい。裏面のN層上には窒化シリコン、酸化シリコン、炭化シリコン、酸化チタンなどの誘電体膜404(504)を形成することが好ましい。膜厚等の成膜条件、電極407,408(507,508)の形成条件は、上述したP型シリコン基板の場合と同様とすることができる。
 太陽電池裏面には、基板を透過した光を再度取り込むために反射材を設けることが好ましい。反射材には、真空蒸着などで成膜されるアルミニウムや銀などを用いても良いが、付加的な処理を行わず、太陽電池モジュールに白色バックシートなどを用いるだけでも十分に効果は得られる。一方、反射材を用いずに、裏面からも散乱光などを入射させて発電することも可能で、さらには上記裏面を受光面側になるように太陽電池を配置して発電させることも可能である。
 本発明の太陽電池モジュールは、以上のようにして得られた太陽電池を電気的に接続することで得ることができる。
 以下、実験例、実施例及び比較例を示し、本発明をより具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に制限されるものではない。
  [実験例1]
<電極接触抵抗の検討>
 酸化アルミニウム膜の膜厚を検討するため、先ずシリコン酸化膜のファイアースルーに従来用いている導電性ペーストを使い、酸化アルミニウム膜に対するファイアースルー性を調べた。ファイアースルー性は電極とシリコン基板間の接触抵抗で評価することができる。
 テクスチャ処理を施した厚さ240μm、15cm角のP型シリコンウェハに臭化ホウ素の気相拡散によりB拡散を行なってP+層を形成した。P+層の上に酸化アルミニウム膜をALD法により形成し、その上にシリコン酸化膜をプラズマCVD法で形成した。シリコン酸化膜の膜厚は、酸化アルミニウム膜との合計膜厚が100nmになるように調節した。これらのパッシベーション膜上に市販のファイアースルー型Agペーストを櫛形のパターンで印刷し、RTP(高速熱処理)炉によりピーク温度800℃で3秒間焼成した。作製した試料数は各条件5枚ずつである。
 接触抵抗をラダー法により評価するため、幅1cm、長さ5cmの短冊状の測定試料を1枚のウェハから5箇所切り出し、測定を行った。
 図6は、酸化アルミニウム膜の膜厚に対する接触抵抗の関係を示す。酸化シリコン膜・酸化アルミニウム膜の場合、接触抵抗は酸化アルミニウム膜厚40nm付近で大きく低下し、20nm以下では酸化シリコン膜厚100nm(酸化アルミニウム膜厚=0nm)と同程度の接触抵抗値を得るに至った。この結果から、良好な電気的接触を得るための酸化アルミニウム膜厚は40nm以下、好ましくは30nm以下、特に20nm以下と求められた。
  [実験例2]
<電極焼成に伴うパッシベーション効果の検討>
 次に、酸化アルミニウム膜のパッシベーション効果と膜厚の関係を調べるため、キャリア寿命測定による評価を行った。
 酸エッチングで鏡面に仕上げた厚さ200μm、15cm角の0.5Ω・cmP型シリコンウェハ両面に、膜厚の異なる酸化アルミニウム膜をALD法により形成した。さらに、電極焼成熱処理の熱履歴を与えるため、各試料をRTP炉によりピーク温度800℃で3秒間熱処理した。
 図7は、熱処理の前後における実効キャリア寿命の測定結果である。実効キャリア寿命とは、シリコンの結晶バルクにおけるキャリア寿命と、シリコン・酸化アルミニウム膜界面におけるキャリア寿命からなる総合的なキャリア寿命であり、単位はマイクロ秒である。図7中、黒四角付き折線は熱処理前の実効キャリア寿命を示し、白四角付き折線は熱処理後の実効キャリア寿命を示す。
 全試料において、熱処理によりキャリア寿命が上昇する現象が見られ、さらにキャリア寿命の値は酸化アルミニウム膜の膜厚に依存しないという結果が得られた。熱処理によるキャリア寿命の増加は、酸化アルミニウム膜の内蔵負電荷量が熱処理で増加したことに起因していることがCV測定により確認できた。熱処理前における電荷量は1×1010~3×1010C・cm-2であったのに対し、熱処理後では全ての膜厚試料で約3×1012C・cm-2まで増加した。また、酸化アルミニウム膜のパッシベーション効果が膜厚に依存しないという事実から、膜中の電荷は、シリコン基板と酸化アルミニウム界面付近に集まっていると考えられる。
 この結果から、酸化アルミニウム膜厚を40nm以下としても十分なパッシベーション効果が得られることが明らかになった。また、酸化アルミニウム膜の高い負電荷量は、電極焼成時の短時間熱処理で十分発現可能であることが新たな知見として得られ、課題であった低温アニール工程が省略できる。
  [実施例1]
 基板厚さ250μm、比抵抗1Ω・cmの、ボロンドープ{100}P型アズカットシリコン基板100枚に対し、熱濃水酸化カリウム水溶液によりスライスダメージを除去後、水酸化カリウム/2-プロパノール水溶液中に浸漬し、テクスチャ形成を行い、引き続き塩酸/過酸化水素混合溶液中で洗浄を行った。次に、臭化ホウ素雰囲気下、1000℃で受光面同士を重ねた状態で熱処理し、P+層を形成した。続けて、オキシ塩化リン雰囲気下、850℃で裏面同士を重ねた状態で熱処理し、PN接合を形成した。拡散後、フッ酸にてガラス層を除去し、純水洗浄の後、乾燥させた。以上の処理の後、反射防止膜として厚さ100nmの窒化シリコン膜を、プラズマCVD装置により、受光面全面に成膜した。
 得られた基板のうち50枚に裏面パッシベーション膜を形成した。この50枚については、厚さ20nmの酸化アルミニウム膜を、原子層堆積装置により基板温度200℃で裏面全面に成膜した。原料ガスにはTMAを用い、酸化剤には酸素を使用した。この方法により得られる酸化アルミニウム膜は、ストイキオメトリックなアモルファスAl23であった。その後、スパッタリング装置によりシリコン酸化膜を150nm成膜した。
 次に、全基板の受光面側及び裏面側にAgペーストを櫛形パターンでスクリーン印刷し、乾燥した。この後、800℃の焼成を空気雰囲気下3秒間行い、Ag電極に受光面と裏面両面の誘電体膜を貫通させてシリコン基板と導通させた。太陽電池の裏面に、反射材として厚さ2μmのAl膜を真空蒸着装置で形成した。
  [比較例1]
 実施例1で作製した基板の残り50枚の裏面に、実施例1の基板受光面と同じ製法の窒化シリコン膜を100nm成膜した以外は、実施例1と同様に行った。
 実施例1及び比較例1で得られた太陽電池を、エアマス1.5の擬似太陽光を用いた電流電圧測定機で特性測定を行ったところ、表1に示すように、本発明を実施した実施例1の太陽電池の特性が比較例1の太陽電池の特性を優越する結果が得られた。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 本発明による実施例1では、裏面に形成した誘電体膜の厚さが比較例1のものよりも厚いにもかかわらず、良好な電気的接触が得られた。さらに、反転層がなくなったことにより、リーク電流が解消され、良好な曲線因子が得られ、開放電圧及び短絡電流も共に大きく改善された。
  [実施例2]
 基板厚さ250μm、比抵抗1Ω・cmの、リンドープ{100}N型アズカットシリコン基板100枚に対し、熱濃水酸化カリウム水溶液によりスライスダメージを除去後、水酸化カリウム/2-プロパノール水溶液中に浸漬し、テクスチャ形成を行い、引き続き塩酸/過酸化水素混合溶液中で洗浄を行った。次に、臭化ホウ素雰囲気下、1000℃で裏面同士を重ねた状態で熱処理し、PN接合を形成した。続けて、オキシ塩化リン雰囲気下、850℃で受光面同士を重ねた状態で熱処理し、BSF層を形成した。拡散後、フッ酸にてガラス層を除去し、純水洗浄の後、乾燥させた。以上の処理の後、裏面誘電体膜として厚さ100nmの窒化シリコン膜を、プラズマCVD装置により、裏面全面に成膜した。
 得られた基板のうち50枚に受光面パッシベーション膜を形成した。この50枚については、厚さ20nmの酸化アルミニウム膜を、原子層堆積装置により基板温度200℃で受光面全面に成膜した。原料ガスにはTMAを用い、酸化剤には酸素を使用した。この方法により得られる酸化アルミニウム膜は、ストイキオメトリックなアモルファスAl23であった。その後、常圧CVD法により酸化チタン膜を50nm成膜した。
 次に、全基板の受光面側及び裏面側にAgペーストを櫛形パターンでスクリーン印刷し、乾燥した。この後、800℃の焼成を空気雰囲気下3秒間行い、Ag電極に受光面と裏面両面の誘電体膜を貫通させてシリコン基板と導通させた。太陽電池の裏面に、反射材として厚さ2μmのAl膜を真空蒸着装置で形成した。
  [比較例2]
 実施例2で作製した基板の残り50枚の受光面に、実施例2の基板裏面と同じ製法の窒化シリコン膜を100nm成膜した以外は、実施例2と同様に行った。
 実施例2及び比較例2で得られた太陽電池を、エアマス1.5の擬似太陽光を用いた電流電圧測定機で特性測定を行ったところ、表2に示すように、本発明を実施した実施例2の太陽電池の特性が比較例2の太陽電池の特性を優越する結果が得られた。
 101,201,301,401,501 半導体基板
 102,202,302 N層
 402,502 P層
 103,203,303,403,503 PN接合部
 104,105,204,304,404,504 誘電体膜
 205,305,405,505 パッシベーション膜
 205a,305a,405a,505a 酸化アルミニウム膜
 205b,305b,405b,505b 誘電体膜
 206,306,406,506 裏面電界(BSF)層
 106,207,307,407,507 受光面電極
 107,208,308,408,508 裏面電極

Claims (12)

  1.  受光面及び非受光面を有する半導体基板と、該半導体基板に形成されたPN接合部と、上記受光面及び非受光面のいずれか一方又は両方の面に形成されたパッシベーション層と、上記受光面及び非受光面に形成された電力取り出し用電極とを具備する太陽電池であって、上記パッシベーション層が膜厚40nm以下の酸化アルミニウム膜を含むことを特徴とする太陽電池。
  2.  前記パッシベーション層が、P型半導体基板の非受光面又はN型半導体基板の受光面に形成されてなる請求項1記載の太陽電池。
  3.  パッシベーション層が、酸化アルミニウム膜と、該酸化アルミニウム膜上に形成された他の誘電体膜とを有し、該他の誘電体膜が酸化シリコン、酸化チタン、炭化シリコン又は酸化錫からなる膜である請求項1又は2記載の太陽電池。
  4.  前記電極が導電性ペーストを焼成してなる焼結体であって、この焼結体を前記酸化アルミニウム膜を含むパッシベーション層を貫通させることで、前記電極及び基板を電気的に接触させてなる請求項1乃至3のいずれか1項記載の太陽電池。
  5.  前記焼結体が、B、Na、Al、K、Ca、Si、V、Zn、Zr、Cd、Sn、Ba、Ta、Tl、Pb及びBiから選ばれる1種又は2種以上の原子を含む酸化物を含有する請求項4記載の太陽電池。
  6.  前記酸化アルミニウム膜における内蔵負電荷が前記焼成により増加する請求項4又は5記載の太陽電池。
  7.  前記酸化アルミニウム膜が、前記焼結体の貫通により電極直下となる部分が除去されて該電極直下以外の領域の少なくとも一部に存在する請求項4乃至6のいずれか1項記載の太陽電池。
  8.  請求項1乃至7のいずれか1項記載の太陽電池を接続してなることを特徴とする太陽電池モジュール。
  9.  半導体基板にPN接合を形成する工程と、該半導体基板の受光面及び非受光面のいずれか一方又は両方の面にパッシベーション層を形成する工程と、前記受光面及び非受光面上に電力取り出し用電極を形成する工程とを含む太陽電池の製造方法であって、前記パッシベーション層として膜厚40nm以下の酸化アルミニウム膜を形成することを特徴とする太陽電池の製造方法。
  10.  前記電極を、導電性ペーストを500~900℃で1秒~30分間焼成することにより焼結体を形成し、この焼結体を前記パッシベーション層を貫通して形成することにより、前記電極及び基板を電気的に接触させる請求項9記載の太陽電池の製造方法。
  11.  前記焼結体が、B、Na、Al、K、Ca、Si、V、Zn、Zr、Cd、Sn、Ba、Ta、Tl、Pb及びBiから選ばれる1種又は2種以上の原子を含む酸化物を含有する請求項10記載の太陽電池の製造方法。
  12.  前記酸化アルミニウム膜における内蔵負電荷が前記焼成により増加する請求項10又は11記載の太陽電池の製造方法。
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