WO2011052465A1 - 太陽電池セルの製造方法 - Google Patents

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香 岡庭
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日立化成工業株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a method for producing a solar battery cell, and more specifically, a reduction in photoelectric conversion loss due to crystal defects inherent in polycrystalline silicon as a semiconductor substrate and electron-hole recombination at a crystal grain boundary, and
  • the present invention relates to a technique capable of reducing the internal stress of a polycrystalline silicon solar battery cell and thereby warping of the cell and improving the yield in the cell-module manufacturing process.
  • FIG. 4A A manufacturing process of a conventional polycrystalline silicon solar battery cell will be described with reference to FIG.
  • the damaged layer on the silicon surface generated when slicing from the cast ingot is removed with 20% caustic soda.
  • etching is performed with a mixed solution of 1% sodium hydroxide and 10% isopropyl alcohol to form a texture structure.
  • the solar battery cell promotes a light confinement effect by forming a texture structure on the light receiving surface (front surface) side, thereby achieving high efficiency.
  • a liquid containing P 2 O 5 is applied and treated for several tens of minutes at 800 to 900 ° C., or in a mixed gas atmosphere of phosphorus oxychloride (POCl 3 ), nitrogen, and oxygen.
  • the n-type layer 22 is uniformly formed by performing several tens of minutes at 800 to 900 ° C.
  • the diffusion of phosphorus extends to the side surface and the back surface, and the n-type layer is formed not only on the surface but also on the side surface and the back surface.
  • side etching is performed to remove the n-type layer on the side surface.
  • an antireflection film 16 made of a silicon nitride film is formed on the n-type layer surface with a uniform thickness.
  • the silicon nitride film is formed by a plasma CVD method using a mixed gas of SiH 4 and NH 3 as a raw material.
  • hydrogen diffuses into the crystal, and orbitals that are not associated with the bonding of silicon atoms, that is, dangling bonds and hydrogen are combined to inactivate crystal defects.
  • Such an operation for correcting crystal defects is referred to as hydrogen passivation.
  • Patent Document 1 describes the operation.
  • defect inactivation a method using hydrogenated amorphous silicon has also been proposed and described in Patent Document 2.
  • the surface electrode silver paste is applied and dried by screen printing to form the surface electrode 18. At this time, the surface electrode 18 is formed on the antireflection film.
  • the back surface aluminum paste is printed, applied, and dried to form the back electrode 20. At this time, a part of the back surface is provided with a silver paste for silver electrode formation for connection between cells in the module process.
  • an electrode is baked and it completes as a photovoltaic cell.
  • the glass material contained in the silver paste melts the antireflection film, which is an insulating film, and a part of silicon on the surface side, so that silver is in ohmic contact with silicon. Is possible. This is called fire-through.
  • the back side is also an n-type layer, but aluminum in the aluminum paste reacts with silicon on the back side to form a p-type layer, thereby improving the power generation capability. A surface field layer is formed.
  • the polycrystalline silicon serving as the substrate contains many crystal defects coming from the crystal grain boundaries. These become recombination centers of electron and hole carriers generated by light irradiation such as sunlight and cause power loss.
  • an aluminum paste is printed on the back surface, and this is baked to make an n-type layer into a p-type layer, and at the same time an ohmic contact is obtained.
  • the electrical conductivity of the aluminum paste is low, the sheet resistance must be lowered, and usually a thickness of about 10 to 20 ⁇ m must be formed after firing the aluminum layer on the entire back surface.
  • the thermal expansion coefficients of silicon and aluminum differ greatly, a large internal stress is generated in the silicon substrate during the firing and cooling process, causing warpage.
  • This internal stress and warpage are undesirable both in the characteristics of the cell itself and in the subsequent module manufacturing process. That is, this stress damages the polycrystalline grain boundaries, increases the recombination centers, and increases power loss. Further, the warp tends to damage the cell during the transport of the cell in the module process and the connection with the copper wire called a tab wire. Recently, due to the improvement of the slicing technique, the thickness of the polycrystalline silicon substrate is 170 ⁇ m, which will be made thinner in the near future, and tends to be more easily broken than before.
  • hydrogen passivation treatment for compensating for crystal defects is performed simultaneously with the formation of the antireflection film. For this reason, hydrogen passivation treatment is effective only on the front surface, and crystal defects are not treated inside the crystal (referred to as bulk) or on the back surface, and remain as recombination centers.
  • An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a solar cell that can reduce the generation of internal stresses in the manufacturing process of a solar cell using a polycrystalline silicon substrate and thereby reduce crystal defects and recombination loss. There is to do. At the same time, warpage due to internal stress is also reduced, and damage to the cells in the cell and module manufacturing process is reduced to improve yield.
  • Means for solving the problems are as follows.
  • a method for producing a solar battery cell having a pn junction A step of applying a diffusion coating solution containing an impurity serving as an acceptor to the semiconductor substrate and diffusing the impurity by a thermal diffusion process to form a p-type layer, and / or a diffusion containing an impurity serving as a donor in the semiconductor substrate
  • the manufacturing method of the photovoltaic cell characterized by including the process of apply
  • the solar cell according to (1) comprising a step of forming a solid electrode layer having a thickness of 1 to 5 ⁇ m on the p-type layer after forming the p-type layer. Cell manufacturing method.
  • non-solid electrode is an electrode including a bus bar electrode and a finger electrode intersecting with the bus bar electrode.
  • the back electrode thickness can be reduced. Furthermore, it is not necessary that the back electrode has a solid shape with a uniform thickness. If a highly conductive material is used, an electrode composed of a bus bar and finger electrodes can be applied as well as a light receiving surface.
  • the method for manufacturing a solar cell according to the present invention is a method for manufacturing a solar cell having a pn junction, wherein a diffusion coating liquid containing an impurity serving as an acceptor is applied to a semiconductor substrate, and the impurity is removed by thermal diffusion treatment.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view conceptually showing the manufacturing process of the solar battery cell according to the first embodiment of the present invention.
  • components that are substantially the same as those in FIG. 4 described above are denoted by the same reference numerals.
  • FIG. 1 (1) polycrystalline silicon which is a p-type semiconductor substrate 10 as in the prior art, the damaged layer is removed with an alkaline solution as in the prior art, and a texture structure is obtained by etching.
  • an n-type layer forming diffusion liquid (diffusion coating liquid) is formed on the front surface, ie, the light receiving surface, to form the n-type layer 12, and the back surface, ie, the non-light receiving surface,
  • a p-type layer forming diffusion liquid (a diffusion coating liquid) is applied.
  • the coating method is not limited, and examples thereof include a printing method, a spin method, a brush coating method, and a spray method.
  • solvent drying may be required after coating each surface. This is a temperature of about 80 to 150 ° C., and 1 to 5 minutes when a hot plate is used. When using a furnace such as the above, it is dried in about 10 to 30 minutes. This drying condition depends on the solvent composition of the diffusion liquid, and is not particularly limited to this condition in the present invention.
  • the n-type layer forming diffusion liquid used here contains a compound having a Group 15 element such as phosphorus as an impurity serving as a donor.
  • a compound having a Group 15 element such as phosphorus as an impurity serving as a donor.
  • P 2 O 5 , P (OR) 3 , P (OR) 5 , PO (OR) 3 phosphates such as ammonium dihydrogen phosphate, AsX 3 , AsX 5 , As 2 O 3 , As 2 O 5 , As (OR) 3 , As (OR) 5 , SbX 3 , SbX 5 , Sb (OR) 3 , Sb (OR) 5 (wherein R represents an alkyl group, an allyl group, a vinyl group, an acyl group, and X represents a halogen atom). .
  • the p-type layer forming diffusion liquid used here contains a single group 13 element such as boron or a compound having it as an impurity serving as an acceptor.
  • a single group 13 element such as boron or a compound having it as an impurity serving as an acceptor.
  • these impurity compounds are not specified in the n-type and p-type layer forming diffusion liquid, and the n-type layer and the p-type layer can be satisfactorily formed in the semiconductor layer. , Regardless of the type.
  • the diffusion liquid for forming each of n and p includes (1) the above-mentioned impurity compound, (2) a binder as an essential component, and (3) a solvent and (4) other additives as required.
  • the binder is roughly classified into a silica binder and an organic binder. Either or both of the silica-based binder and the organic-based binder can be blended.
  • the silica-based binder is used to control the dopant concentration uniformity, depth, and the like when forming the n and p layers. Specifically, a halogenated silane, an alkoxysilane, or a condensate thereof is used.
  • halogenated silane examples include tetrachlorosilane, tetrabromosilane, dibromodichlorosilane, vinyltrichlorosilane, methyltrichlorosilane, ethyltrichlorosilane, diphenyldichlorosilane, and diethyldichlorosilane.
  • silicon alkoxide examples include tetraalkoxysilane, trialkoxysilane, and diorganodialkoxysilane.
  • tetraalkoxysilane examples include tetramethoxysilane, tetraethoxysilane, tetra-n-propoxysilane, tetra-iso-propoxysilane, tetra-n-butoxysilane, tetra-sec-butoxysilane, and tetra-tert-butoxysilane. And tetraphenoxysilane.
  • trialkoxysilanes include trimethoxysilane, triethoxysilane, tripropoxysilane, fluorotrimethoxysilane, fluorotriethoxysilane, methyltrimethoxysilane, methyltriethoxysilane, methyltri-n-propoxysilane, and methyltri-iso.
  • -Propoxysilane methyltri-n-butoxysilane, methyltri-iso-butoxysilane, methyltri-tert-butoxysilane, methyltriphenoxysilane, ethyltrimethoxysilane, ethyltriethoxysilane, ethyltri-n-propoxysilane, ethyltri-iso -Propoxysilane, ethyltri-n-butoxysilane, ethyltri-iso-butoxysilane, ethyltri-tert-butoxysilane, ethyltriphenoxy Lan, n-propyltrimethoxysilane, n-propyltriethoxysilane, n-propyltri-n-propoxysilane, n-propyltri-iso-propoxysilane, n-propyltri-n-butoxysilane, n-propyl
  • diorganodialkoxysilane examples include dimethyldimethoxysilane, dimethyldiethoxysilane, dimethyldi-n-propoxysilane, dimethyldi-iso-propoxysilane, dimethyldi-n-butoxysilane, dimethyldi-sec-butoxysilane, and dimethyldi-tert.
  • Examples of compounds other than the above include bis (trimethoxysilyl) methane, bis (triethoxysilyl) methane, bis (tri-n-propoxysilyl) methane, bis (tri-iso-propoxysilyl) methane, and bis (tri Methoxysilyl) ethane, bis (triethoxysilyl) ethane, bis (tri-n-propoxysilyl) ethane, bis (tri-iso-propoxysilyl) ethane, bis (trimethoxysilyl) propane, bis (triethoxysilyl) propane Bis (tri-n-propoxysilyl) propane, bis (tri-iso-propoxysilyl) propane, bis (trimethoxysilyl) benzene, bis (triethoxysilyl) benzene, bis (tri-n-propoxysilyl) benzene, Bis (tri-iso-propoxysilyl) Bis silyl alkane
  • hexaalkoxydisilanes such as hexamethoxydisilane, hexaethoxydisilane, hexa-n-propoxydisilane, hexa-iso-propoxydisilane, 1,2-dimethyltetramethoxydisilane, 1,2-dimethyltetraethoxydisilane, 1, And dialkyltetraalkoxydisilanes such as 2-dimethyltetrapropoxydisilane.
  • the organic binder is mainly used for the purpose of adjusting the viscosity of the coating solution and controlling the coating film thickness, and further for the purpose of controlling the stability of the impurity compound and the silica-based binder.
  • a hydrophilic group at least in part. Examples of the hydrophilic group include —OH, —NH 3 , —COOH, —CHO. ,> CO and the like.
  • the organic binder is advantageously a high molecular weight having the above hydrophilic group, for example, dimethylaminoethyl (meth) acrylate polymer, polyvinyl alcohol, polyacrylamides, polyvinylamides, polyvinylpyrrolidone, poly (meth) acrylic acids, Polyethylene oxides, polysulfonic acids, acrylamide alkyl sulfonic acids, cellulose ethers, cellulose derivatives, carboxymethyl cellulose, hydroxyethyl cellulose, gelatin, starch and starch derivatives, sodium alginate, xanthan, gua and gua derivatives, scleroglucan, tragacanth or dextrin Derivatives and the like.
  • dimethylaminoethyl (meth) acrylate polymer polyvinyl alcohol, polyacrylamides, polyvinylamides, polyvinylpyrrolidone, poly (meth) acrylic acids, Polyethylene oxides, polysulfonic acids
  • the solvent used in the present invention is a compound having a Group 15 element such as phosphorus as an impurity serving as a donor, or a single group 13 element such as boron or the like as an impurity serving as an acceptor It is necessary that the silica-based binder and / or the organic binder component be soluble, and a mixed solution of water and an organic solvent is used.
  • the organic solvent capable of dissolving the silicon alkoxide component used in the present invention include aprotic solvents (2,5-dimethylformamide (DMF), tetrahydrofuran (THF), chloroform, toluene, etc.), protic solvents (methanol and methanol). Alcohols such as ethanol) and the like. These may be used alone or in combination of two or more.
  • aprotic solvent examples include acetone, methyl ethyl ketone, methyl-n-propyl ketone, methyl-iso-propyl ketone, methyl-n-butyl ketone, methyl-iso-butyl ketone, methyl-n-pentyl ketone, methyl-n- Such as hexyl ketone, diethyl ketone, dipropyl ketone, di-iso-butyl ketone, trimethylnonanone, cyclohexanone, cyclopentanone, methylcyclohexanone, 2,4-pentanedione, acetonylacetone, ⁇ -butyrolactone, ⁇ -valerolactone, etc.
  • Ketone solvents diethyl ether, methyl ethyl ether, methyl-n-di-n-propyl ether, di-iso-propyl ether, tetrahydrofuran, methyltetrahydrofuran, dioxane, dimethyldioxane, ethyl Lenglycol dimethyl ether, ethylene glycol diethyl ether, ethylene glycol di-n-propyl ether, ethylene glycol dibutyl ether, diethylene glycol dimethyl ether, diethylene glycol diethyl ether, diethylene glycol methyl ethyl ether, diethylene glycol methyl mono-n-propyl ether, diethylene glycol methyl mono-n- Butyl ether, diethylene glycol di-n-propyl ether, diethylene glycol di-n-butyl ether, diethylene glycol methyl mono-n-hexyl ether, triethylene glycol dimethyl ether, triethylene
  • protic solvents examples include methanol, ethanol, n-propanol, i-propanol, n-butanol, i-butanol, sec-butanol, t-butanol, n-pentanol, i-pentanol, and 2-methylbutanol.
  • alcohol System solvents are preferred.
  • ethanol, isopropyl alcohol, propylene glycol propyl ether and the like are preferable from the viewpoint of suppressing coating unevenness and repellency. These are used singly or in combination of two or more.
  • additives in the present invention include, for example, when a silica-based binder is used as the binder component of (2), water and a catalyst are used.
  • the catalyst is a catalyst used in a silica sol-gel reaction, and examples of such a catalyst include an acid catalyst, an alkali catalyst, and a metal chelate compound.
  • Examples of the acid catalyst include organic acids and inorganic acids.
  • organic acids include formic acid, maleic acid, fumaric acid, phthalic acid, malonic acid, succinic acid, tartaric acid, malic acid, lactic acid, citric acid, acetic acid, propionic acid, butanoic acid, pentanoic acid, hexanoic acid, heptanoic acid , Octanoic acid, nonanoic acid, decanoic acid, oxalic acid, adipic acid, sebacic acid, butyric acid, oleic acid, stearic acid, linoleic acid, linolenic acid, salicylic acid, benzenesulfonic acid, benzoic acid, p-aminobenzoic acid, p- Examples thereof include toluenesulfonic acid, methanesulfonic acid, trifluoromethanesulfonic acid, trifluoroethanesulfonic acid,
  • Examples of the alkali catalyst include inorganic alkali and organic alkali.
  • Examples of the inorganic alkali include sodium hydroxide, potassium hydroxide, rubidium hydroxide, cesium hydroxide and the like.
  • Examples of the organic alkali include pyridine, monoethanolamine, diethanolamine, triethanolamine, dimethylmonoethanolamine, monomethyldiethanolamine, ammonia, tetramethylammonium hydroxide, tetraethylammonium hydroxide, tetrapropylammonium hydroxide, methylamine, and ethylamine.
  • metal chelate compound examples include trimethoxy mono (acetyl acetonate) titanium, triethoxy mono (acetyl acetonate) titanium, tri-n-propoxy mono (acetyl acetonate) titanium, tri-iso-propoxy mono ( Acetyl acetonate) titanium, tri-n-butoxy mono (acetyl acetonate) titanium, tri-sec-butoxy mono (acetyl acetonate) titanium, tri-tert-butoxy mono (acetyl acetonate) titanium, dimethoxy Mono (acetylacetonate) titanium, diethoxy-di (acetylacetonate) titanium, di-n-propoxy-di (acetylacetonate) titanium, diiso-propoxy-di (acetylacetonate) titanium, di-n-butoxy-di (Acetylacetonate) titanium, di ec-Butoxy di (acetylacetonate
  • the semiconductor substrate coated with the n- and p-layer diffusion liquids is heat-treated at 600 to 1200 ° C. to diffuse impurities into the semiconductor layer, and the n-type layer 12 and the p-type layer 14 are formed. obtain.
  • the antireflection film 16 is obtained by a method similar to the conventional method. That is, for example, the silicon nitride film is formed by a plasma CVD method using a mixed gas of SiH 4 and NH 3 as a raw material. At this time, hydrogen diffuses into the crystal, and orbitals, which are not associated with the bonding of silicon atoms, that is, dangling bonds and hydrogen are bonded to inactivate defects (hydrogen passivation). More specifically, the mixed gas flow ratio NH 3 / SiH 4 is 0.05 to 1.0, the reaction chamber pressure is 0.1 to 2 Torr, the temperature during film formation is 300 to 550 ° C., and plasma discharge Is formed under the condition of a frequency of 100 KHz or more.
  • a surface electrode metal paste is printed, applied and dried by a screen printing method on the antireflection film 16 on the surface (light receiving surface) to form the surface electrode 18.
  • the back surface metal paste is printed, applied, and dried to form the back surface electrode (electrode layer) 20.
  • the back surface electrode electrode layer
  • the p-type layer is already formed on the back electrode side, there is no need for a step of converting the n-type layer into the p-type layer with an aluminum paste as in the prior art. It is not necessary to use group 13 element aluminum or the like as the back electrode formed on the p-type layer.
  • Non-solid electrodes include bus bar electrodes, electrodes composed of finger electrodes intersecting with the bus bar electrodes, mesh electrodes, etc., all of which suppress the generation of stress in the polycrystalline silicon substrate. Can do.
  • the film thickness after firing should be controlled so as not to exceed 5 ⁇ m. Is preferred. Specifically, it is preferable to control the film thickness to be 1 to 5 ⁇ m. Further, it is preferable that the metal paste for the back surface can obtain a sufficiently low sheet resistance of 1 ⁇ 10 ⁇ 4 ⁇ / ⁇ or less even when the film thickness is 5 ⁇ m or less.
  • the metal paste that can be formed includes (1) metal powder and (2) glass frit as essential components, and (3) a resin binder, (4) other additives, and the like as necessary. That is, in the present invention, it is not necessary to use aluminum, and by using a material having high conductivity, sheet resistance can be formed low without increasing the thickness of the back electrode, and generation of stress on the substrate can be suppressed.
  • the metal powder examples include silver (Ag), copper (Cu), gold (Au), aluminum (Al), and alloys thereof. These metal powders are preferably flaky and spherical, and the particle size is preferably 0.001 to 10.0 ⁇ m.
  • the glass frit is made of an inorganic oxide such as SiO 2 , Bi 2 O 3 , PbO, B 2 O 3 , ZnO, V 2 O 5 , P 2 O 5 , Sb 2 O 3 , BaO, TeO 2 at a high temperature. What was melt
  • the resin binder is not particularly limited as long as it has thermal decomposability.
  • celluloses such as methyl cellulose, ethyl cellulose, carboxymethyl cellulose, polyvinyl alcohols, polyvinyl pyrrolidones, acrylic resins, vinyl acetate -Acrylic acid ester copolymers, butyral resins such as polyvinyl butylal, phenol-modified alkyd resins, castor oil fatty acid-modified alkyd resins, and the like.
  • additives examples include sintering inhibitors, sintering aids, thickeners, stabilizers, dispersants, viscosity modifiers, and the like.
  • FIG. 2 (A) is a plan view seen from the back surface of a solar cell in which the back surface electrode is configured by a bus bar electrode and finger electrodes intersecting with the bus bar electrode, and FIG. It is a perspective view which expands and shows a part of FIG.
  • the back electrode of this configuration includes a bus bar electrode 30 and finger electrodes 32.
  • a large number of finger electrodes 32 are configured to be orthogonal to the two bus bar electrodes 30. Yes.
  • Such a back electrode can be formed by means such as screen printing of the above-described metal paste, plating of the electrode material, or vapor deposition of the electrode material by electron beam heating in a high vacuum.
  • the electrode composed of the bus bar electrode and the finger electrode is generally used as the electrode on the light receiving surface side and is well known, and the means for forming the bus bar electrode and the finger electrode on the light receiving surface side can be applied as they are.
  • the electrode is baked and completed as a solar battery cell.
  • the antireflection film 16 that is an insulating film is melted on the surface side by the glass material contained in the silver paste, and further, the silicon surface is also partially melted. Electrical contact is made possible by the silver material forming contact portions with the silicon and solidifying. This phenomenon ensures conduction between the surface silver electrode and silicon.
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view conceptually showing the manufacturing process of the polycrystalline silicon solar battery cell according to the second embodiment of the present invention.
  • the second embodiment uses a p-type layer forming diffusion liquid (diffusion coating liquid) instead of forming the p-type layer with aluminum paste in the above-described conventional manufacturing method (FIG. 4).
  • a p-type layer is formed. That is, in FIG. 3, steps (1) to (4) are substantially the same as the conventional steps shown in FIG.
  • the surface electrode 18 is formed by applying a surface electrode metal paste on the antireflection film 16 on the surface (light receiving surface) by a screen printing method.
  • a p-type layer forming diffusion liquid is applied to the surface of the n-type layer 22 and subjected to a thermal diffusion treatment to reconvert the n-type layer into a p-type layer.
  • the p-type layer forming diffusion liquid used here is the same as that of the first embodiment described above.
  • the back surface metal paste is printed, applied, and dried on the surface of the diffused n type layer 22 reconverted into the p type layer to form the back electrode 20.
  • the film thickness after firing is controlled so as not to exceed 5 ⁇ m.
  • the metal paste for back surfaces is the same as 1st Embodiment.
  • the n-type layer is formed by using phosphorus oxychloride
  • the n-type layer is formed not only on the surface but also on the side surface and the back surface.
  • the production method of the present invention As shown in the second embodiment, by converting the n-type layer formed on the back surface into a p-type layer, it is necessary to form a thick back electrode of about 10 to 20 ⁇ m using aluminum paste as in the prior art.
  • the back electrode can be 5 ⁇ m or less, and the generation of internal stress can be suppressed.

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Abstract

 太陽電池セルの製造工程における内部応力の発生を低減し、これにより結晶欠陥、再結合損失を低減する。 pn接合を有する太陽電池セルの製造方法であって、半導体基板に、アクセプタとなる不純物を含む拡散用塗布液を塗布し、熱拡散処理により前記不純物を拡散してp型層を形成する工程、及び/又は半導体基板に、ドナーとなる不純物を含む拡散用塗布液を塗布し、熱拡散処理により前記不純物を拡散してn型層を形成する工程を含む太陽電池セルの製造方法。

Description

太陽電池セルの製造方法
 本発明は、太陽電池セルの製造方法に関するものであり、更に詳しくは、半導体基板である多結晶シリコンに内在する結晶欠陥や結晶粒界における電子-正孔再結合による光電変換損失の低減、および多結晶シリコン太陽電池セルの内部応力、それによるセルの反りを低減し、セル-モジュール製造工程における歩留まりを向上させうる技術に関するものである。
 従来の多結晶シリコン太陽電池セルの製造工程を、図4を用いて説明する。図4(1)では、ボロンドープのp型半導体基板10において、鋳造インゴットからスライスした際に発生するシリコン表面のダメージ層を20%苛性ソーダで除去する。次いで1%苛性ソーダと10%イソプロピルアルコールの混合液によりエッチングを行い、テクスチャー構造を形成する。太陽電池セルは、受光面(表面)側にテクスチャー構造を形成することにより、光閉じ込め効果を促し、高効率化が図られる。図4(2)では、続いて、Pを含む液を塗布し、800~900℃で数十分処理するか、またはオキシ塩化リン(POCl)、窒素、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型層22を形成する。このとき、オキシ塩化リン雰囲気を用いた方法では、リンの拡散は側面及び裏面にも及び、n型層は表面のみならず、側面、裏面にも形成される。そのために、図4(3)では、側面のn型層を除去するために、サイドエッチが施される。さらに、図4(4)では、シリコン窒化膜からなる反射防止膜16をn型層表面に一様な厚さに形成する。
 例えばシリコン窒化膜は、SiHとNHの混合ガスを原料とするプラズマCVD法により形成する。このとき、水素が結晶中に拡散し、シリコン原子の結合にあずからない軌道、すなわちダングリングボンドと水素が結合し、結晶欠陥を不活性化する。このように結晶欠陥を修正するための操作を水素パッシベーションというが、たとえば特許文献1にその記載がある。また、欠陥の不活性化に関しては、水素化アモルファスシリコンを用いた方法も提案され、特許文献2にその記載がある。
 次に、図4(5)では、表面電極用銀ペーストをスクリーン印刷法で塗布乾燥させ、表面電極18を形成する。このとき、表面電極18は反射防止膜上に形成される。次いで、裏面側においても表面側と同様に、裏面用アルミペーストを印刷塗布乾燥させ、裏面電極20を形成する。このとき、裏面でも一部は、モジュール工程におけるセル間の接続のために、銀電極形成用銀ペーストを設ける。さらに、図4(6)では、電極を焼成し太陽電池セルとして完成させる。600~900℃の温度範囲で数分間焼成すると、表面側では銀ペースト中に含まれているガラス材料によって絶縁膜である反射防止膜とシリコンの一部も溶融して、銀がシリコンとオーミックコンタクトが可能となる。このことをファイアースルーと呼んでいる。一方、裏面側では、上記のように裏面もn型層であったところを、アルミペースト中のアルミが裏面側のシリコンと反応してp型層を形成し、発電能力を改善するBSF(Back Surface Field)層を形成する。
 上述のように、n型層形成の際、特にオキシ塩化リンを用いた気相反応では、本来n型層が必要となる片面(通常受光面=表面)のみならず、もう一方の面(非受光面=裏面)や側面にもn型層が形成されてしまう。そのため、素子としてpn接合構造を持つためには、側面エッチング、および非受光面においては、n型層をp型層へ再変換しなければならない。上記の場合は、従来の多結晶シリコン太陽電池セルの製造工程において、裏面に第13族元素であるアルミニウムのペーストを塗布、焼成し、n型層をp型層へ再度変換している。
特開昭59-136926号公報 特開2008-251726号公報
 上記の多結晶シリコン太陽電池セルの製造工程において、基板となる多結晶シリコンは、結晶粒界からくる結晶欠陥を多く含む。これらは、太陽光などの光照射で生じた電子および正孔のキャリアの再結合中心となり、電力損失の原因となる。特に、多結晶シリコン太陽電池セルの製造工程において、裏面にアルミペーストを印刷し、これを焼成して、n型層をp型層にするのと同時に、オーミックコンタクトを得る。しかしながら、アルミペーストの導電率が低いため、シート抵抗を下げなければならず、通常裏面全面にアルミ層を焼成後10~20μmほどの厚みを形成しなければならない。さらに、シリコンとアルミでは熱膨張率が大きく異なることから、焼成および冷却の過程で、シリコン基板中に大きな内部応力を発生させ、反りの原因となる。
 この内部応力および反りは、セルそのものの特性においても、その後のモジュール製造工程においても望ましくない。すなわち、この応力により、多結晶の結晶粒界にダメージを与え、上記の再結合中心を増長させ、電力損失を大きくしてしまう。また、反りは、モジュール工程におけるセルの搬送や、タブ線と呼ばれる銅線との接続において、セルを破損させやすい。最近では、スライス技術の向上から、多結晶シリコン基板の厚みが、170μmと、さらに近い将来にはより薄型化されることになり、従来よりもさらに割れやすくなっていく傾向にある。
 このような内部応力軽減のためには、裏面のアルミペーストの使用を回避することが考えられるが、従来の製造工程において、上で述べたようにn型層をp型層へ再変換し、セルの特性を保つためには、困難なことであった。
 また、上記の多結晶シリコン太陽電池セルの製造工程では、結晶欠陥を補うための水素パッシベーションを行った後に応力の発生する裏面電極の印刷および焼成を行うため、そこでの応力により再び結晶欠陥を増やしてしまうことになる。
 また、上記の多結晶シリコン太陽電池セルの製造工程では、結晶欠陥を補うための水素パッシベーション処理が反射防止膜形成時に同時に行われる。そのため、水素パッシベーション処理が有効なのは表面のみになり、結晶内部(バルクという)や裏面では、結晶欠陥は処理されず再結合中心のままであり続ける。
 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、以下の目的を達成することを課題とする。
 本発明の目的は、特に、多結晶シリコン基板を用いた太陽電池セルの製造工程における内部応力の発生を低減し、これにより結晶欠陥、再結合損失を低減し得る太陽電池セルの製造方法を提供することにある。また、同時に内部応力による反りも低減することになり、セルおよびモジュール製造工程におけるセルの破損を低減し、歩留まり向上させることにある。
 前記課題を解決する手段は以下の通りである。
(1)pn接合を有する太陽電池セルの製造方法であって、
 半導体基板に、アクセプタとなる不純物を含む拡散用塗布液を塗布し、熱拡散処理により前記不純物を拡散してp型層を形成する工程、及び/又は
 半導体基板に、ドナーとなる不純物を含む拡散用塗布液を塗布し、熱拡散処理により前記不純物を拡散してn型層を形成する工程
を含むことを特徴とする太陽電池セルの製造方法。
(2)前記p型層を形成した後、該p型層上に、厚みが1~5μmのベタ状の電極層を形成する工程を含むことを特徴とする前記(1)に記載の太陽電池セルの製造方法。
(3)前記電極層のシート抵抗が1×10-4Ω/□以下となるように設定することを特徴とする前記(2)に記載の太陽電池セルの製造方法。
(4)前記p型層を形成した後、該p型層上に、非ベタ状の電極層を形成する工程を含むことを特徴とする前記(1)に記載の太陽電池セルの製造方法。
(5)前記非ベタ状の電極が、バスバー電極、及び該バスバー電極と交差しているフィンガー電極からなる電極であることを特徴とする前記(4)に記載の太陽電池セルの製造方法。
(6)前記非ベタ状の電極が、網目状の電極であることを特徴とする前記(4)に記載の太陽電池セルの製造方法。
(7)前記半導体基板が多結晶シリコンからなることを特徴とする前記(1)~(6)のいずれかに記載の太陽電池セルの製造方法。
 本発明によれば、従来技術におけるn型層からp型層への再変換や、裏面p型層形成のためにボロンなどの第13族元素を含む拡散塗布液を使用するため、裏面電極としてアルミニウムを使う必然性はない。したがって、電気伝導度の高い電極材を使用しうることから、裏面電極厚みを薄くすることができる。さらには、裏面電極が一様な厚みをもつベタ状である必要もなく、導電性の高い材料を用いれば、受光面同様バスバーとフィンガー電極からなる電極を適用することもできる。このため内部応力の発生を抑制することができ、そのことから結晶粒界へのダメージ抑制、結晶欠陥増長抑制、工程における破損の低減が可能となり、高効率化、高歩留化に寄与する。同時に水素パッシベーション処理の後に、上記応力の発生する工程を含まないことから、一度不活性化した結晶欠陥を再度活性化させてしまう可能性も低くなる。
本発明の第1の実施形態である太陽電池セルの製造工程を概念的に表す断面図である。 バスバー電極、及び該バスバー電極と交差しているフィンガー電極からなる裏面電極について説明する概略図である。 本発明の第2の実施形態である太陽電池セルの製造工程を概念的に表す断面図である。 従来の多結晶シリコン太陽電池の製造工程を概念的に示す断面図である。
 本発明の太陽電池セルの製造方法は、pn接合を有する太陽電池セルの製造方法であって、半導体基板に、アクセプタとなる不純物を含む拡散用塗布液を塗布し、熱拡散処理により前記不純物を拡散してp型層を形成する工程、及び/又は半導体基板に、ドナーとなる不純物を含む拡散用塗布液を塗布し、熱拡散処理により前記不純物を拡散してn型層を形成する工程を含むことを特徴としている。
 以下、本発明の製造方法について、図1を参照して説明する。図1は、本発明の第1の実施形態である太陽電池セルの製造工程を概念的に表す模式断面図である。図1において、既述の図4の構成要素と実質的に同じ構成要素には同じ符号を付している。
 図1(1)では、従来技術と同様にp型半導体基板10である多結晶シリコンであり、従来技術と同様にアルカリ溶液でダメージ層を除去し、テクスチャー構造をエッチングにて得る。
 図1(2)では、表面すなわち受光面となる面に、n型層12を形成するためにn型層形成用拡散液(拡散用塗布液)を、裏面すなわち非受光面となる面には、p型層14を形成するためにp型層形成用拡散液(拡散用塗布液)を塗布する。本発明は、塗布方法には制限がないが、たとえば印刷法、スピン法、刷毛塗り、スプレー法などがある。また、拡散液の組成によっては、各面塗布後に溶剤乾燥が必要となる場合があり、これには、80~150℃程度の温度で、ホットプレートを使用する場合は1~5分、電気炉などの炉を用いる場合は10~30分程度で乾燥させる。この乾燥条件は、拡散液の溶剤組成に依存しており、本発明では特にこの条件に限ったものではない。
 ここで用いるn型層形成用拡散液は、ドナーとなる不純物として、リンなどの第15族元素を有する化合物を含むもので、具体的には、P、P(OR)、P(OR)、PO(OR)、リン酸二水素アンモニウムなどのリン酸塩、AsX、AsX、As、As、As(OR)、As(OR)、SbX、SbX、Sb(OR)、Sb(OR)(式中、Rはアルキル基、アリル基、ビニル基、アシル基を示し、Xはハロゲン原子を示す)などを挙げることができる。
 また、ここで用いるp型層形成用拡散液は、アクセプタとなる不純物として、ボロンなどの第13族元素の単体又はそれを有する化合物を含むもので、具体的には、B、B、B(OR)、Al(OR)、AlX、Ga(NO、Ga(OR)、GaX(式中Rはアルキル基、アリル基、ビニル基、アシル基を、Xはハロゲン原子を示す)などを挙げることができる。
 ただし、本発明では、n、p型層形成用拡散液において、これらの不純物化合物を指定するものではなく、半導体層中に、n型層、p型層を良好に形成しうるものであれば、その種類を問わない。
 また、n、p各形成用拡散液は、(1)上記不純物化合物に加え、(2)バインダーを必須成分とし、必要に応じて(3)溶剤、(4)その他の添加剤が用いられる。
 (2)のバインダーとしては、シリカ系バインダーと有機系バインダーに大別される。シリカ系バインダーと有機系バインダーは、どちらか一方または両方を配合することができる。シリカ系バインダーは、n、p各層を形成する際、ドーパント濃度均一性、深さなどを制御するために用いられ、具体的には、ハロゲン化シラン、アルコキシシランあるいはその縮合物が用いられる。
 ハロゲン化シランとしては、テトラクロロシラン、テトラブロモシラン、ジブロモジクロロシラン、ビニルトリクロロシラン、メチルトリクロロシラン、エチルトリクロロシラン、ジフェニルジクロロシラン、ジエチルジクロロシランなどを挙げることができる。
 シリコンアルコキシドとしては、例えば、テトラアルコキシシラン、トリアルコキシシラン、ジオルガノジアルコキシシラン等が挙げられる。
 テトラアルコキシシランとしては、例えば、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、テトラ-n-プロポキシシラン、テトラ-iso-プロポキシシラン、テトラ-n-ブトキシシラン、テトラ-sec-ブトキシシラン、テトラ-tert-ブトキシシラン、テトラフェノキシシラン等が挙げられる。
 トリアルコキシシランとしては、例えば、トリメトキシシラン、トリエトキシシラン、トリプロポキシシラン、フルオロトリメトキシシラン、フルオロトリエトキシシラン、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、メチルトリ-n-プロポキシシラン、メチルトリ-iso-プロポキシシラン、メチルトリ-n-ブトキシシラン、メチルトリ-iso-ブトキシシラン、メチルトリ-tert-ブトキシシラン、メチルトリフェノキシシラン、エチルトリメトキシシラン、エチルトリエトキシシラン、エチルトリ-n-プロポキシシラン、エチルトリ-iso-プロポキシシラン、エチルトリ-n-ブトキシシラン、エチルトリ-iso-ブトキシシラン、エチルトリ-tert-ブトキシシラン、エチルトリフェノキシシラン、n-プロピルトリメトキシシラン、n-プロピルトリエトキシシラン、n-プロピルトリ-n-プロポキシシラン、n-プロピルトリ-iso-プロポキシシラン、n-プロピルトリ-n-ブトキシシラン、n-プロピルトリ-iso-ブトキシシラン、n-プロピルトリ-tert-ブトキシシラン、n-プロピルトリフェノキシシラン、iso-プロピルトリメトキシシラン、iso-プロピルトリエトキシシラン、iso-プロピルトリ-n-プロポキシシラン、iso-プロピルトリ-iso-プロポキシシラン、iso-プロピルトリ-n-ブトキシシラン、iso-プロピルトリ-iso-ブトキシシラン、iso-プロピルトリ-tert-ブトキシシラン、iso-プロピルトリフェノキシシラン、n-ブチルトリメトキシシラン、n-ブチルトリエトキシシラン、n-ブチルトリ-n-プロポキシシラン、n-ブチルトリ-iso-プロポキシシラン、n-ブチルトリ-n-ブトキシシラン、n-ブチルトリ-iso-ブトキシシラン、n-ブチルトリ-tert-ブトキシシラン、n-ブチルトリフェノキシシラン、sec-ブチルトリメトキシシラン、sec-ブチルトリエトキシシラン、sec-ブチルトリ-n-プロポキシシラン、sec-ブチルトリ-iso-プロポキシシラン、sec-ブチルトリ-n-ブトキシシラン、sec-ブチルトリ-iso-ブトキシシラン、sec-ブチルトリ-tert-ブトキシシラン、sec-ブチルトリフェノキシシラン、t-ブチルトリメトキシシラン、t-ブチルトリエトキシシラン、t-ブチルトリ-n-プロポキシシラン、t-ブチルトリ-iso-プロポキシシラン、t-ブチルトリ-n-ブトキシシラン、t-ブチルトリ-iso-ブトキシシラン、t-ブチルトリ-tert-ブトキシシラン、t-ブチルトリフェノキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、フェニルトリ-n-プロポキシシラン、フェニルトリ-iso-プロポキシシラン、フェニルトリ-n-ブトキシシラン、フェニルトリ-iso-ブトキシシラン、フェニルトリ-tert-ブトキシシラン、フェニルトリフェノキシシラン、トリフルオロメチルトリメトキシシラン、ペンタフルオロエチルトリメトキシシラン、3,3,3-トリフルオロプロピルトリメトキシシラン、3,3,3-トリフルオロプロピルトリエトキシシラン等が挙げられる。
 ジオルガノジアルコキシシランとしては、例えば、ジメチルジメトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、ジメチルジ-n-プロポキシシラン、ジメチルジ-iso-プロポキシシラン、ジメチルジ-n-ブトキシシラン、ジメチルジ-sec-ブトキシシラン、ジメチルジ-tert-ブトキシシラン、ジメチルジフェノキシシラン、ジエチルジメトキシシラン、ジエチルジエトキシシラン、ジエチルジ-n-プロポキシシラン、ジエチルジ-iso-プロポキシシラン、ジエチルジ-n-ブトキシシラン、ジエチルジ-sec-ブトキシシラン、ジエチルジ-tert-ブトキシシラン、ジエチルジフェノキシシラン、ジ-n-プロピルジメトキシシラン、ジ-n-プロピルジエトキシシラン、ジ-n-プロピルジ-n-プロポキシシラン、ジ-n-プロピルジ-iso-プロポキシシラン、ジ-n-プロピルジ-n-ブトキシシラン、ジ-n-プロピルジ-sec-ブトキシシラン、ジ-n-プロピルジ-tert-ブトキシシラン、ジ-n-プロピルジフェノキシシラン、ジ-iso-プロピルジメトキシシラン、ジ-iso-プロピルジエトキシシラン、ジ-iso-プロピルジ-n-プロポキシシラン、ジ-iso-プロピルジ-iso-プロポキシシラン、ジ-iso-プロピルジ-n-ブトキシシラン、ジ-iso-プロピルジ-sec-ブトキシシラン、ジ-iso-プロピルジ-tert-ブトキシシラン、ジ-iso-プロピルジフェノキシシラン、ジ-n-ブチルジメトキシシラン、ジ-n-ブチルジエトキシシラン、ジ-n-ブチルジ-n-プロポキシシラン、ジ-n-ブチルジ-iso-プロポキシシラン、ジ-n-ブチルジ-n-ブトキシシラン、ジ-n-ブチルジ-sec-ブトキシシラン、ジ-n-ブチルジ-tert-ブトキシシラン、ジ-n-ブチルジフェノキシシラン、ジ-sec-ブチルジメトキシシラン、ジ-sec-ブチルジエトキシシラン、ジ-sec-ブチルジ-n-プロポキシシラン、ジ-sec-ブチルジ-iso-プロポキシシラン、ジ-sec-ブチルジ-n-ブトキシシラン、ジ-sec-ブチルジ-sec-ブトキシシラン、ジ-sec-ブチルジ-tert-ブトキシシラン、ジ-sec-ブチルジフェノキシシラン、ジ-tert-ブチルジメトキシシラン、ジ-tert-ブチルジエトキシシラン、ジ-tert-ブチルジ-n-プロポキシシラン、ジ-tert-ブチルジ-iso-プロポキシシラン、ジ-tert-ブチルジ-n-ブトキシシラン、ジ-tert-ブチルジ-sec-ブトキシシラン、ジ-tert-ブチルジ-tert-ブトキシシラン、ジ-tert-ブチルジフェノキシシラン、ジフェニルジメトキシシラン、ジフェニルジエトキシシラン、ジフェニルジ-n-プロポキシシラン、ジフェニルジ-iso-プロポキシシラン、ジフェニルジ-n-ブトキシシラン、ジフェニルジ-sec-ブトキシシラン、ジフェニルジ-tert-ブトキシシラン、ジフェニルジフェノキシシラン、ビス(3,3,3-トリフルオロプロピル)ジメトキシシラン、メチル(3,3,3-トリフルオロプロピル)ジメトキシシラン等が挙げられる。
 上記以外の化合物としては、例えば、ビス(トリメトキシシリル)メタン、ビス(トリエトキシシリル)メタン、ビス(トリ-n-プロポキシシリル)メタン、ビス(トリ-iso-プロポキシシリル)メタン、ビス(トリメトキシシリル)エタン、ビス(トリエトキシシリル)エタン、ビス(トリ-n-プロポキシシリル)エタン、ビス(トリ-iso-プロポキシシリル)エタン、ビス(トリメトキシシリル)プロパン、ビス(トリエトキシシリル)プロパン、ビス(トリ-n-プロポキシシリル)プロパン、ビス(トリ-iso-プロポキシシリル)プロパン、ビス(トリメトキシシリル)ベンゼン、ビス(トリエトキシシリル)ベンゼン、ビス(トリ-n-プロポキシシリル)ベンゼン、ビス(トリ-iso-プロポキシシリル)ベンゼン等のビスシリルアルカン、ビスシリルベンゼン等が挙げられる。
 また、ヘキサメトキシジシラン、ヘキサエトキシジシラン、ヘキサ-n-プロポキシジシラン、ヘキサ-iso-プロポキシジシラン等のヘキサアルコキシジシラン類、1,2-ジメチルテトラメトキシジシラン、1,2-ジメチルテトラエトキシジシラン、1,2-ジメチルテトラプロポキシジシラン等のジアルキルテトラアルコキシジシラン類等が挙げられる。
 有機系バインダーは、主に塗布液の粘度を調整し、塗布膜厚を制御する目的で使用され、さらには、上記不純物化合物、シリカ系バインダーの安定性を制御する目的で使用される。本発明の有機系バインダーは、特にシリカ系バインダーと併用する場合、少なくともその一部に親水性基をもつ必要があり、親水性基としてはたとえば、-OH、-NH、-COOH、-CHO、>COなどが挙げられる。有機バインダーは、上記親水性基を持つ高分子量体が好都合であり、たとえば、ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレートポリマー、ポリビニルアルコール、ポリアクリルアミド類、ポリビニルアミド類、ポリビニルピロリドン、ポリ(メタ)アクリル酸類、ポリエチレンオキサイド類、ポリスルホン酸、アクリルアミドアルキルスルホン酸、セルロースエーテル類、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、ゼラチン、澱粉および澱粉誘導体、アルギン酸ナトリウム類、キサンタン、グアおよびグア誘導体、スクレログルカン、トラガカントまたはデキストリン誘導体などが挙げられる。
 ただし、バインダーとして単独に高分子量体を用いる場合は、親水性の必要性は特になく、アクリル酸樹脂、アクリル酸エステル樹脂、ブタジエン樹脂、スチレン樹脂、これらの共重合体など自由に選択しうる。
 本発明に用いられる(3)溶剤としては、ドナーとなる不純物として、リンなどの第15族元素を有する化合物または、アクセプタとなる不純物として、ボロンなどの第13族元素の単体又はそれを有する化合物、シリカ系バインダーおよび/または、有機系バインダー成分を溶解可能であることが必要であり、水と有機溶媒の混合溶液が用いられる。本発明に用いられるシリコンアルコキシド成分を溶解可能である有機溶媒としては、非プロトン性溶媒(2,5-ジメチルホルムアミド(DMF)、テトラヒドロフラン(THF)、クロロホルム、トルエン等)、プロトン性溶媒(メタノール及びエタノール等のアルコール類)等が挙げられる。これらは単独で又は2種類以上を組み合わせて使用される。
 非プロトン性溶媒としては、例えば、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-iso-プロピルケトン、メチル-n-ブチルケトン、メチル-iso-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-iso-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、γ-ブチロラクトン、γ-バレロラクトン等のケトン系溶媒、ジエチルエーテル、メチルエチルエーテル、メチル-n-ジ-n-プロピルエーテル、ジ-iso-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モノ-n-プロピルエーテル、ジエチレングリコールメチルモノ-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モノ-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モノ-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モノ-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、テトラジ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モノ-n-ブチルエーテル、ジ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モノ-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モノ-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モノ-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モノ-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モノ-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、テトラジ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モノ-n-ブチルエーテル、ジプロピレングリコールジ-n-ブチルエーテル、テトラプロピレングリコールメチルモノ-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系溶媒、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸n-プロピル、酢酸i-プロピル、酢酸n-ブチル、酢酸i-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モノメチルエーテル、酢酸ジエチレングリコールモノエチルエーテル、酢酸ジエチレングリコールモノ-n-ブチルエーテル、酢酸ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、酢酸ジプロピレングリコールモノエチルエーテル、ジ酢酸グリコール、酢酸メトキシトリグリコール、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i-アミル、シュウ酸ジエチル、シュウ酸ジ-n-ブチル等のエステル系溶媒、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、ジエチレングリコールメチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールエチルエーテルアセテート、ジエチレングリコール-n-ブ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、ジプロピレングリコールメチルエーテルアセテート、ジプロピレングリコールエチルエーテルアセテート等のエーテルアセテート系溶媒、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、N,N-ジメチルスルホキシド等が挙げられ、これらは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。
 プロトン性溶媒としては、例えば、メタノール、エタノール、n-プロパノール、i-プロパノール、n-ブタノール、i-ブタノール、sec-ブタノール、t-ブタノール、n-ペンタノール、i-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、フェノール、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系溶媒、エチレングリコールメチルエーテル、エチレングリコールエチルエーテル、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エーテル系溶媒、乳酸メチル、乳酸エチル、乳酸n-ブチル、乳酸n-アミル等のエステル系溶媒等が挙げられ、保管安定性の観点から、アルコール系溶媒が好ましい。これらの中でも塗布ムラやはじきを抑える観点から、エタノール、イソプロピルアルコール、プロピレングリコールプロピルエーテル等が好ましい。これらは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。
 本発明における(4)その他の添加剤としては、たとえば(2)のバインダー成分として、シリカ系バインダーを使用する場合、水および触媒を用いることが挙げられる。
 触媒としては、シリカのゾルゲル反応に使用される触媒であり、このような触媒の種類としては、例えば、酸触媒、アルカリ触媒、金属キレート化合物等が挙げられる。
 酸触媒としては、例えば、有機酸及び無機酸などが挙げられる。有機酸としては、例えば、蟻酸、マレイン酸、フマル酸、フタル酸、マロン酸、コハク酸、酒石酸、リンゴ酸、乳酸、クエン酸、酢酸、プロピオン酸、ブタン酸、ペンタン酸、ヘキサン酸、ヘプタン酸、オクタン酸、ノナン酸、デカン酸、シュウ酸、アジピン酸、セバシン酸、酪酸、オレイン酸、ステアリン酸、リノール酸、リノレイン酸、サリチル酸、ベンゼンスルホン酸、安息香酸、p-アミノ安息香酸、p-トルエンスルホン酸、メタンスルホン酸、トリフルオロメタンスルフォン酸、トリフルオロエタンスルフォン酸等が挙げられる。無機酸としては、例えば、塩酸、燐酸、硝酸、ホウ酸、硫酸、フッ酸等が挙げられる。これらは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。
 アルカリ触媒としては、例えば、無機アルカリ及び有機アルカリなどが挙げられる。無機アルカリとしては、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化ルビジウム、水酸化セシウム等が挙げられる。有機アルカリとしては、例えば、ピリジン、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、ジメチルモノエタノールアミン、モノメチルジエタノールアミン、アンモニア、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド、テトラエチルアンモニウムハイドロオキサイド、テトラプロピルアンモニウムハイドロオキサイド、メチルアミン、エチルアミン、プロピルアミン、ブチルアミン、ペンチルアミン、ヘキシルアミン、ヘプチルアミン、オクチルアミン、ノニルアミン、デシルアミン、ウンデカシルアミン、ドデカシルアミン、シクロペンチルアミン、シクロヘキシルアミン、N,N-ジメチルアミン、N,N-ジエチルアミン、N,N-ジプロピルアミン、N,N-ジブチルアミン、N,N-ジペンチルアミン、N,N-ジヘキシルアミン、N,N-ジシクロペンチルアミン、N,N-ジシクロヘキシルアミン、トリメチルアミン、トリエチルアミン、トリプロピルアミン、トリブチルアミン、トリペンチルアミン、トリヘキシルアミン、トリシクロペンチルアミン、トリシクロヘキシルアミン等が挙げられる。これらは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。
 金属キレート化合物としては、例えば、トリメトキシ・モノ(アセチルアセナート)チタン、トリエトキシ・モノ(アセチルアセナート)チタン、トリ-n-プロポキシ・モノ(アセチルアセナート)チタン、トリ-iso-プロポキシ・モノ(アセチルアセナート)チタン、トリ-n-ブトキシ・モノ(アセチルアセナート)チタン、トリ-sec-ブトキシ・モノ(アセチルアセナート)チタン、トリ-tert-ブトキシ・モノ(アセチルアセナート)チタン、ジメトキシ・モノ(アセチルアセナート)チタン、ジエトキシ・ジ(アセチルアセナート)チタン、ジn-プロポキシ・ジ(アセチルアセナート)チタン、ジiso-プロポキシ・ジ(アセチルアセナート)チタン、ジn-ブトキシ・ジ(アセチルアセナート)チタン、ジsec-ブトキシ・ジ(アセチルアセナート)チタン、ジtert-ブトキシ・ジ(アセチルアセナート)チタン、モノメトキシ・トリス(アセチルアセナート)チタン、モノエトキシ・トリス(アセチルアセナート)チタン、モノn-プロポキシ・トリス(アセチルアセナート)チタン、モノiso-プロポキシ・トリス(アセチルアセナート)チタン、モノn-ブトキシ・トリス(アセチルアセナート)チタン、モノsec-ブトキシ・トリス(アセチルアセナート)チタン、モノtert-ブトキシ・トリス(アセチルアセナート)チタン、テトラキス(アセチルアセナート)チタン、トリメトキシ・モノ(エチルアセトアセテート)チタン、トリエトキシ・モノ(エチルアセトアセテート)チタン、トリ-n-プロポキシ・モノ(エチルアセトアセテート)チタン、トリ-iso-プロポキシ・モノ(エチルアセトアセテート)チタン、トリ-n-ブトキシ・モノ(エチルアセトアセテート)チタン、トリ-sec-ブトキシ・モノ(エチルアセトアセテート)チタン、トリ-tert-ブトキシ・モノ(エチルアセトアセテート)チタン、ジメトキシ・モノ(エチルアセトアセテート)チタン、ジエトキシ・ジ(エチルアセトアセテート)チタン、ジn-プロポキシ・ジ(エチルアセトアセテート)チタン、ジiso-プロポキシ・ジ(エチルアセトアセテート)チタン、ジn-ブトキシ・ジ(エチルアセトアセテート)チタン、ジsec-ブトキシ・ジ(エチルアセトアセテート)チタン、ジtert-ブトキシ・ジ(エチルアセトアセテート)チタン、モノメトキシ・トリス(エチルアセトアセテート)チタン、モノエトキシ・トリス(エチルアセトアセテート)チタン、モノn-プロポキシ・トリス(エチルアセトアセテート)チタン、モノiso-プロポキシ・トリス(エチルアセトアセテート)チタン、モノn-ブトキシ・トリス(エチルアセトアセテート)チタン、モノsec-ブトキシ・トリス(エチルアセトアセテート)チタン、モノtert-ブトキシ・トリス(エチルアセトアセテート)チタン、テトラキス(エチルアセトアセテート)チタン等のチタンを有する金属キレート化合物、上記チタンを有する金属キレート化合物のチタンがジルコニウム、アルミニウム等に置換された化合物などが挙げられる。これらは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。
 図1(3)では、上記n、p各層拡散液を塗布した半導体基板を、600~1200℃で熱処理することにより、半導体層中へ不純物を拡散させ、n型層12、p型層14を得る。
 図1(4)では、従来法と同様の方法で、反射防止膜16を得る。すなわち、例えば、シリコン窒化膜ではSiHとNHの混合ガスを原料とするプラズマCVD法により形成する。このとき、水素が結晶中に拡散し、シリコン原子の結合にあずからない軌道、すなわちダングリングボンドと水素が結合し、欠陥を不活性化(水素パッシベーション)する。
 より具体的には、上記混合ガス流量比NH/SiHが0.05~1.0、反応室の圧力が0.1~2Torr、成膜時の温度が300~550℃、プラズマの放電のための周波数が100KHz以上の条件の下で形成される。
 図1(5)では、表面(受光面)の反射防止膜16上に、表面電極用金属ペーストをスクリーン印刷法で印刷塗布乾燥させ、表面電極18を形成する。次いで、裏面側においても表面側と同様に、裏面用金属ペーストを印刷塗布乾燥させ、裏面電極(電極層)20を形成する。ここで、本発明においては、裏面電極側にp型層は既に形成されているため、従来のように、アルミペーストによりn型層をp型層に変換する工程は不要であり、その上、p型層上に形成する裏面電極として、第13族元素のアルミニウム等を用いる必要はない。そのため、裏面電極の材質や形態について選択の自由度が高く、従来のようにアルミニウムを用いた場合の問題を回避することができる。具体的には、裏面電極として、材質面からは、後述するように、銀や銅などのアルミニウム以外の金属を用いることができるし、形態面からは、ベタ状に形成することも、非ベタ状に形成することもできる。非ベタ状の電極としては、バスバー電極、及び該バスバー電極と交差しているフィンガー電極からなる電極や、網目状の電極などが挙げられ、いずれも、多結晶シリコン基板の応力の発生を抑えることができる。
 裏面用金属ペーストを全面に塗布する場合、すなわちベタ状に形成する場合、多結晶シリコン基板の応力の発生を抑えるには、焼成後の膜厚が5μmを超えないような膜厚に制御することが好ましい。具体的には、1~5μmの膜厚となるように制御することが好ましい。また、裏面用金属ペーストは、膜厚が5μm以下であっても、1×10-4Ω/□以下の十分に低いシート抵抗が得られるものであることが好ましく、たとえば、低抵抗の電極を形成しうる金属ペーストとしては、(1)金属粉末と(2)ガラスフリットとを必須成分とし、必要に応じて(3)樹脂バインダー、(4)その他の添加剤などを含むものである。つまり、本発明においては、アルミニウムを用いる必要がなく、導電率が高い材料を用いることで、裏面電極を厚くすることなくシート抵抗を低く形成でき、基板の応力の発生を抑えることができる。
 (1)金属粉末としては、銀(Ag)、銅(Cu)、金(Au)、アルミ(Al)あるいはそれらの合金が挙げられる。これらの金属粉末は、フレーク状、球状であることが好ましく、その粒径は、0.001~10.0μmが好ましい。
 (2)ガラスフリットは、SiO、Bi、PbO、B、ZnO、V、P、Sb、BaO、TeOなどの無機酸化物を高温で溶解し、冷却したものをボールミルなどで粉砕し、10μm程度としたものを用いる。このとき、ガラスフリットは、金属ペーストの焼成温度600~900℃よりも低い温度の軟化点となるように調整する。
 (3)樹脂バインダーは、熱分解性を有するものであれば特に限定されるものではなく、たとえば、メチルセルロース、エチルセルロース、カルボキシメチルセルロースなどのセルロース類、ポリビニルアルコール類、ポリビニルピロリドン類、アクリル樹脂、酢酸ビニル-アクリル酸エステル共重合体、ポリビニルビチラールなどのブチラール樹脂類、フェノール変性アルキド樹脂、ひまし油脂肪酸変性アルキド樹脂などが挙げられる。
 (4)その他の添加剤としては、たとえば、焼結抑制剤、焼結補助剤、濃化剤、安定化剤、分散剤、粘度調整剤などが挙げられる。
 一方、バスバー電極、及び該バスバー電極と交差しているフィンガー電極からなる裏面電極について、図2を参照して説明する。図2(A)は、裏面電極を、バスバー電極、及び該バスバー電極と交差しているフィンガー電極からなる構成とした太陽電池セルの裏面から見た平面図であり、図2(B)は、図2(A)の一部を拡大して示す斜視図である。本構成の裏面電極は、バスバー電極30と、フィンガー電極32とからなり、図2に示す裏面電極おいては、2本のバスバー電極30に対し、多数のフィンガー電極32が直交して構成されている。
 このような裏面電極は、例えば、上述の金属ペーストのスクリーン印刷、又は電極材料のメッキ、高真空中における電子ビーム加熱による電極材料の蒸着などの手段により形成することができる。もっとも、バスバー電極とフィンガー電極とからなる電極は受光面側の電極として一般的に用いられていて周知であり、受光面側のバスバー電極及びフィンガー電極の形成手段をそのまま適用することができる。
 なお、本発明で使用する拡散液(ペースト)を用いることで、単結晶シリコン基板、多結晶シリコン基板ともに、選択拡散技術により部分的に高濃度拡散をすることができる。より具体的には、金属電極の近傍のみリンを高濃度にしてn型層をn++型層とし、逆側の電極もp型層をp++型層とすることが、印刷および焼成により可能となる。これらの選択拡散により、高シート抵抗を保ったままコンタクト抵抗を低下させることができ、高効率の太陽電池セルが得られる。
 図1(6)では、電極を焼成し太陽電池セルとして完成した状態である。600~900℃の温度範囲で数分間焼成すると、表面側では銀ペースト中に含まれているガラス材料によって絶縁膜である反射防止膜16が溶融、さらにシリコン表面も一部溶融している間に銀材料がシリコンと接触部を形成し凝固することによって電気的な接触が可能となる。本現象により表銀電極とシリコンの導通が確保されるのである。
 次に、本発明の製造方法の第2の実施形態について説明する。図3は、本発明の第2の実施形態である多結晶シリコン太陽電池セルの製造工程を概念的に示す模式断面図である。第2の実施形態は、既述の従来の製造方法において(図4)、アルミペーストによってp型層を形成するのに代え、p型層形成用拡散液(拡散用塗布液)を使用してp型層を形成するものである。すなわち、図3において、(1)~(4)の工程は、実質的に図4で示した従来の工程と同様である。そして、(5)の工程において、表面(受光面)の反射防止膜16上に、表面電極用金属ペーストをスクリーン印刷法で印刷塗布乾燥させ、表面電極18を形成する。
 次いで、n型層22の表面にp型層形成用拡散液と塗布し、熱拡散処理を施し、n型層をp型層に再変換する。ここで使用するp型層形成用拡散液は、既述の第1の実施形態と同じである。p型層に再変換された拡散n型層22の表面に、第1の実施形態と同様に、裏面用金属ペーストを印刷塗布乾燥させ、裏面電極20を形成する。このとき特に裏面では、第1の実施形態と同様に、全面に塗布する場合、焼成後の膜厚が5μmを超えないような膜厚に制御する。また、裏面用金属ペーストは、第1の実施形態と同じである。
 既述のように、オキシ塩化リンを使用してn型層を形成した場合には、n型層が表面のみならず側面や裏面にも形成されるが、本発明の製造方法によれば、第2の実施形態で示したように、裏面に形成されたn型層をp型層に再変換することで、従来のようにアルミペーストによる10~20μmほどの厚い裏面電極を形成する必要がなく、5μm以下の裏面電極とすることができ、内部応力の発生を抑制することができる。
10 p型半導体基板
12 22 n型層
14 p型層
16 反射防止膜
18 表面電極
20 裏面電極(電極層)
30 バスバー電極
32 フィンガー電極

Claims (7)

  1.  pn接合を有する太陽電池セルの製造方法であって、
     半導体基板に、アクセプタとなる不純物を含む拡散用塗布液を塗布し、熱拡散処理により前記不純物を拡散してp型層を形成する工程、及び/又は
     半導体基板に、ドナーとなる不純物を含む拡散用塗布液を塗布し、熱拡散処理により前記不純物を拡散してn型層を形成する工程
    を含むことを特徴とする太陽電池セルの製造方法。
  2.  前記p型層を形成した後、該p型層上に、厚みが1~5μmのベタ状の電極層を形成する工程を含むことを特徴とする請求項1に記載の太陽電池セルの製造方法。
  3.  前記電極層のシート抵抗が1×10-4Ω/□以下となるように設定することを特徴とする請求項2に記載の太陽電池セルの製造方法。
  4.  前記p型層を形成した後、該p型層上に、非ベタ状の電極層を形成する工程を含むことを特徴とする請求項1に記載の太陽電池セルの製造方法。
  5.  前記非ベタ状の電極が、バスバー電極、及び該バスバー電極と交差しているフィンガー電極からなる電極であることを特徴とする請求項4に記載の太陽電池セルの製造方法。
  6.  前記非ベタ状の電極が、網目状の電極であることを特徴とする請求項4に記載の太陽電池セルの製造方法。
  7.  前記半導体基板が多結晶シリコンからなることを特徴とする請求項1~6のいずれか1項に記載の太陽電池セルの製造方法。
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