WO2012117877A1 - 太陽電池、および太陽電池の製造方法 - Google Patents

太陽電池、および太陽電池の製造方法 Download PDF

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WO2012117877A1
WO2012117877A1 PCT/JP2012/053925 JP2012053925W WO2012117877A1 WO 2012117877 A1 WO2012117877 A1 WO 2012117877A1 JP 2012053925 W JP2012053925 W JP 2012053925W WO 2012117877 A1 WO2012117877 A1 WO 2012117877A1
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light
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solar cell
film
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English (en)
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横沢 雄二
博之 赤田
伊坂 隆行
山崎 努
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Sharp Corp
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Sharp Corp
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    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H10F77/30Coatings
    • H10F77/306Coatings for devices having potential barriers
    • H10F77/311Coatings for devices having potential barriers for photovoltaic cells
    • H10F77/315Coatings for devices having potential barriers for photovoltaic cells the coatings being antireflective or having enhancing optical properties
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10FINORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
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    • HELECTRICITY
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    • H10F77/707Surface textures, e.g. pyramid structures of the substrates or of layers on substrates, e.g. textured ITO layer on a glass substrate
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/547Monocrystalline silicon PV cells

Definitions

  • the present invention relates to a solar cell and a method for manufacturing the solar cell, and more particularly to a structure on the light receiving surface side of the solar cell.
  • solar cells that directly convert solar energy into electrical energy have rapidly been expected as next-generation energy sources, particularly from the viewpoint of global environmental problems.
  • solar cells there are various types of solar cells such as a solar cell made of a compound semiconductor material or a solar cell made of an organic material.
  • the mainstream solar cell is a solar cell made of a silicon crystal material.
  • an antireflection film for suppressing reflection of incident light is formed on the light receiving surface located on the incident light side of the solar cell.
  • FIG. 9 is a schematic cross-sectional configuration diagram of an example of a conventional solar cell 100 disclosed in Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 57-114291).
  • a diffusion layer 102 is formed on the light receiving surface side of the silicon wafer 101, and a titanium oxide film 103 and a surface side electrode 104 are formed on the upper surface of the diffusion layer 102.
  • the back electrode 105 is formed on the back side of the silicon wafer 101. That is, in the solar cell 100 shown in Patent Document 1, the side on which the surface side electrode 104 is provided is the light receiving surface.
  • Patent Document 1 a pn junction is formed by applying a mixed solution containing at least a dopant raw material, a titanate ester and an alcohol to a silicon substrate and heat-treating, and at the same time, a titanium oxide film which is an antireflection film is disclosed. It is described that it is formed.
  • Patent Document 1 describes oxides such as phosphorus pentoxide, boron oxide, and arsenic trioxide, or organic compounds such as phosphate esters and boron esters as dopant materials. And the Example of patent document 1 describes using phosphorus pentoxide as a dopant raw material and forming a titanium oxide film containing phosphorus as an impurity on a silicon substrate as an antireflection film.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide a solar cell having an antireflection film excellent in durability and weather resistance.
  • the solar cell of the present invention is formed on the light-receiving surface side diffusion layer formed on the light-receiving surface side of the silicon substrate, the light-receiving surface-side passivation film formed on the light-receiving surface-side diffusion layer, and the light-receiving surface-side passivation film. And an antireflection film including an impurity having the same conductivity type as that of the light receiving surface side diffusion layer.
  • the antireflection film is made of a titanium oxide containing titanium phosphate.
  • the sheet resistance value of the light-receiving surface side diffusion layer is preferably 100 ⁇ / ⁇ or more and less than 250 ⁇ / ⁇ .
  • the content of titanium phosphate contained in the antireflection film is preferably 15 wt% or more and 35 wt% or less as the phosphor oxide.
  • the method for manufacturing a solar cell of the present invention is a method for manufacturing a solar cell having a light receiving surface side diffusion layer on the light receiving surface side of a silicon substrate.
  • a light-receiving surface is coated with a solution containing at least an impurity-containing compound, titanium alkoxide, and alcohol to be contained in the light-receiving surface side diffusion layer, and then heat-treated in a nitrogen atmosphere.
  • the heat treatment in the step of forming the light-receiving surface side passivation film is performed in an oxygen atmosphere.
  • the heat treatment in the step of forming the light-receiving surface side passivation film is preferably performed at a temperature higher than 850 ° C.
  • the back-surface-side passivation film is formed on the back surface of the silicon substrate located on the side opposite to the light-receiving surface.
  • the step of forming the light receiving surface diffusion layer and the antireflection film and the step of forming the light receiving surface side passivation film are performed by a series of heat treatments.
  • the antireflection film contains titanium phosphate having excellent durability and weather resistance, the durability and weather resistance of the solar cell can be improved.
  • FIG.4 (j) is an enlarged view of the IVJ area
  • FIG.4 (j) is an enlarged view of the IVJ area
  • FIG.4 (g) is an enlarged view of the IVJ area
  • FIGS. 1 and 2 show an example of the configuration of the solar cell of the present invention in which electrodes are formed only on the back surface located on the side opposite to the light receiving surface.
  • FIG. 1 is a schematic plan view showing an example of the configuration of the back surface side of the solar cell 1 of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing an example of the configuration of the solar cell of the present invention, and is a cross-sectional view taken along the line II-II shown in FIG.
  • an uneven shape 5 having a texture structure is formed on the light receiving surface of the n-type silicon substrate 4 which is a single crystal silicon substrate (the surface serving as the light receiving surface of the solar cell 1). ing.
  • the height of the unevenness is not particularly limited, but is preferably on the order of several ⁇ m to several tens of ⁇ m.
  • an n + semiconductor layer that is the light receiving surface side diffusion layer 6 is formed as an FSF (Front Surface Field) layer, and on the light receiving surface side diffusion layer 6, the light receiving surface side passivation film is formed. 13 is formed.
  • An antireflection film 12 is formed on the light receiving surface side passivation film 13.
  • the structure of the light-receiving surface side diffusion layer 6 is not particularly limited, but the sheet resistance value of the light-receiving surface side diffusion layer 6 is preferably 100 ⁇ / ⁇ or more and less than 250 ⁇ / ⁇ , more preferably 100 ⁇ / ⁇ or more and 150 ⁇ / ⁇ or less. It is. Thereby, since the recombination current generated on the light receiving surface side of the solar cell 1 is reduced, the characteristics of the solar cell are improved. By adjusting the diffusion conditions and the impurity concentration, the sheet resistance value of the light-receiving surface side diffusion layer 6 can be made 100 ⁇ / ⁇ or more and less than 250 ⁇ / ⁇ .
  • the light-receiving surface side passivation film 13 is preferably a silicon oxide film, for example.
  • the film thickness of the light-receiving surface side passivation film 13 is preferably 5 nm to 200 nm, preferably 5 nm to 60 nm, or 100 nm to 200 nm.
  • the antireflection film 12 is made of a titanium oxide containing titanium phosphate.
  • titanium phosphate is more excellent in durability and weather resistance than phosphorus oxide. Therefore, the antireflection film 12 containing titanium phosphate is more excellent in durability and weather resistance than the antireflection film containing phosphorus oxide or the antireflection film not containing phosphorus oxide. Therefore, in the solar cell provided with such an antireflection film 12, durability and weather resistance are further improved.
  • the content of titanium phosphate contained in the antireflection film 12 is preferably 15 wt% or more and 35 wt% or less as the phosphor oxide, and is 30 wt% or more and 35 wt% or less. It is more preferable.
  • the content of titanium phosphate contained in the antireflection film 12 is 15 wt% or more and 35 wt% or less as the phosphor oxide” means that the mass of the titanium phosphate contained in the antireflection film 12 is the phosphor oxide. This means that the mass of phosphorus oxide contained in the antireflection film 12 is 15% or more and 35% or less with respect to the total mass of the antireflection film 12.
  • the content of the phosphor oxide in the antireflection film 12 is measured according to, for example, ICP (Inductively Coupled Plasma) emission spectroscopy or ICP mass spectrometry.
  • the film thickness of the antireflection film 12 is preferably 10 nm or more and 400 nm or less, for example.
  • a strip-shaped n-type electrode 2 and a strip-shaped p-type electrode 3 are formed on the back side of the n-type silicon substrate 4 located on the side opposite to the light receiving surface of the n-type silicon substrate 4. It is formed alternately. Specifically, n ++ regions 9 as n-type semiconductor regions and p + regions 10 as p-type semiconductor regions are alternately formed adjacent to each other on the back side of the n-type silicon substrate 4.
  • the n ++ region 9 is recessed closer to the n-type silicon substrate 4 side than the portion other than the n ++ region 9 on the back surface of the n-type silicon substrate 4, and the depth d (the bottom surface of the n ++ region 9 and p
  • the distance from the lower surface of the + region 10 is preferably on the order of several tens of nm. Since n ++ regions 9 and p + regions 10 are alternately formed adjacent to each other on the back side of n-type silicon substrate 4, the voltage is locally applied when reverse bias is applied to solar cell 1. Therefore, it is possible to prevent heat generation due to local occurrence of leakage current.
  • the n-type impurity concentration is preferably higher in the order of the n-type silicon substrate 4, the n + semiconductor layer that is the light-receiving surface side diffusion layer 6, and the n ++ region 9.
  • a back surface side passivation film 14 composed of a second back surface side passivation film 8 and a first back surface side passivation film 11 is formed.
  • the second back-side passivation film 8 and the first back-side passivation film 11 are preferably, for example, a silicon oxide film.
  • the thickness of the back-side passivation film 14 on the n ++ region 9 and the thickness of the back-side passivation film 14 on the p + region 10 are different from each other, and the thickness of the back-side passivation film 14 on the n ++ region 9 is different.
  • the film thickness is larger than the film thickness of the back-side passivation film 14 on the p + region 10.
  • the thickness of the second back-side passivation film 8 formed on the n ++ region 9 is preferably not less than 30 nm and not more than 100 nm, for example, and the second back-side passivation film 8 formed on the p + region 10 is formed.
  • the film thickness of the back surface side passivation film 8 is preferably not less than 10 nm and not more than 40 nm, for example.
  • n-type electrode 2 for example it is preferably made of silver
  • p-type electrode 3 is connected through the backside passivation film 14 on the p + region 10 to the p + region 10.
  • FIG. 3 is a schematic plan view showing an example of the configuration of the semiconductor region as viewed from the back side of the solar cell of the present invention. From the solar cell 1 to the n-type electrode 2, the p-type electrode 3, and the back side. This corresponds to a plan view of the solar cell after removing the passivation film 14 as seen from the back side.
  • a semiconductor region 71 (hereinafter referred to as “p + region 71”) to which neither the n-type electrode nor the p-type electrode is connected is formed on the periphery of the back surface of the n-type silicon substrate 4. .
  • p + region 71 A semiconductor region 71 (hereinafter referred to as “p + region 71”) to which neither the n-type electrode nor the p-type electrode is connected is formed on the periphery of the back surface of the n-type silicon substrate 4. .
  • the n ++ region 9 form different p + region 71 of the conductivity type around the n ++ region 9, even the semiconductor region is formed in an edge portion or the like of the solar cell 1,
  • the semiconductor region and the n ++ region 9 and the p + region 10 can be electrically separated.
  • a semiconductor region to which no electrode is connected exists at the periphery of the back surface of the n-type silicon substrate 4. Therefore, when a reverse bias is applied to the solar cell 1, it can be suppressed that a leak current is generated through the periphery of the n-type silicon substrate 4.
  • n ++ region 9 and p + region 10 are not limited to the configuration shown in FIG.
  • the n ++ regions 9 are all connected in FIG. 3 to form one semiconductor region, they are not necessarily connected.
  • the p + region 10 is separated into a plurality of regions in FIG. 3, but may be connected to each other to form one semiconductor region.
  • the solar cell can have a 180 ° rotation target structure. Therefore, when producing a solar cell module by arranging a plurality of solar cells, for example, the solar cells can be arranged upside down in FIG.
  • FIGS. 1 and 2 are schematic cross-sectional views showing an example of a method for manufacturing the solar cell of the present invention shown in FIGS. 1 and 2, and FIG. 4 (j) is a cross-sectional view of FIG. It is an enlarged view of IVJ area
  • a texture mask 21 made of a silicon nitride film or the like is formed on the back surface of an n-type silicon substrate 4 having a thickness of 100 ⁇ m, for example, by CVD or sputtering.
  • an uneven shape 5 having a texture structure is formed on the light receiving surface of the n-type silicon substrate 4 by etching.
  • Etching is preferably performed using, for example, a solution in which isopropyl alcohol is added to an alkaline aqueous solution such as sodium hydroxide or potassium hydroxide and heated to 70 ° C. or higher and 80 ° C. or lower.
  • FIG. 4C after removing the texture mask 21 formed on the back surface of the n-type silicon substrate 4, a diffusion mask 22 made of a silicon oxide film or the like on the light-receiving surface of the n-type silicon substrate 4. Form. Thereafter, in addition to the location where the n ++ region 9 is to be formed on the back surface of the n-type silicon substrate 4, for example, a masking paste containing a solvent, a thickener and a silicon oxide precursor is applied by inkjet or screen printing, Heat treatment is performed.
  • a diffusion mask 23 is formed on the back surface of the n-type silicon substrate 4 in addition to the portion where the n ++ region 9 is to be formed.
  • phosphorus which is an n-type impurity, diffuses into a portion of the back surface of the n-type silicon substrate 4 exposed from the diffusion mask 23. As a result, an n ++ region 9 is formed.
  • thermal oxidation is performed by steam at 900 ° C.
  • the thickness of the silicon oxide film 24 formed on the region other than the n ++ region 9 becomes 70nm or 90nm or less, formed on the n ++ region 9
  • the film thickness of the silicon oxide film 24 is 250 nm or more and 350 nm or less.
  • the surface concentration of phosphorus in the n ++ region 9 before thermal oxidation with oxygen or water vapor is preferably 5 ⁇ 10 19 / cm 3 or more.
  • the treatment temperature for thermal oxidation with oxygen or water vapor is preferably 800 ° C. or higher and 1000 ° C. or lower for thermal oxidation with oxygen, and preferably 800 ° C. or higher and 950 ° C. or lower for thermal oxidation with water vapor.
  • the growth rate of the silicon oxide film by thermal oxidation is determined by the type of impurity diffused in the silicon substrate and the concentration of the impurity.
  • the n ++ region 9 has a higher n-type impurity concentration than the n-type silicon substrate 4. Therefore, the thickness of the silicon oxide film 24 formed on the n ++ region 9 is larger than the thickness of the silicon oxide film 24 formed on the n-type silicon substrate 4. Since the silicon oxide film 24 is formed by combining silicon and oxygen during thermal oxidation, the n ++ region 9 is recessed closer to the n-type silicon substrate 4 than the region where the n ++ region 9 is not formed. .
  • the film thickness of the silicon oxide film 24 formed on the n ++ region 9 and the n + The difference from the film thickness of the silicon oxide film 24 formed on the region other than the + region 9 is preferably 60 nm or more.
  • the silicon oxide film 24 formed on the light-receiving surface of the n-type silicon substrate 4 and the region other than the n ++ region 9 on the back surface of the n-type silicon substrate 4 are formed.
  • the silicon oxide film 24 thus formed is removed by etching.
  • the silicon oxide film 24 is formed thick on the n ++ region 9.
  • the etching rate is different between the silicon oxide film 24 formed on the formed areas other than the silicon oxide film 24 and the n ++ region 9 was on the n ++ region 9. Therefore, only the silicon oxide film 24 formed on the n ++ region 9 remains by etching.
  • the silicon oxide film 24 is formed by performing thermal oxidation with water vapor at 900 ° C. for 30 minutes, and the silicon oxide film 24 formed on the region other than the n ++ region 9 is removed by hydrofluoric acid treatment.
  • the silicon oxide film 24 having a thickness of about 120 nm remains on the n ++ region 9.
  • the difference between the thickness of the silicon oxide film 24 formed on the film thickness and n ++ region 9 other than the area of the silicon oxide film 24 formed on n ++ region 9 than 60nm the silicon oxide film 24 functions as a diffusion mask for the n ++ region 9 when the p + region 10 is formed. Therefore, the silicon oxide film 24 (having a film thickness of about 120 nm) remaining on the n ++ region 9 by the above method can function as a diffusion mask for the n ++ region 9 when the p + region 10 is formed.
  • a diffusion mask 25 made of a silicon oxide film or the like is formed on the light receiving surface of the n-type silicon substrate 4.
  • a solution obtained by dissolving a polymer obtained by reacting an organic polymer with a boron compound in an alcohol solvent is applied on the back surface of the n-type silicon substrate 4, and after drying, heat treatment is performed.
  • boron which is a p-type impurity, diffuses into a portion of the back surface of the n-type silicon substrate 4 exposed from the silicon oxide film 24, thereby forming a p + region 10 and a p + region 71.
  • the light receiving surface side of the n-type silicon substrate 4 is shown above.
  • the layer is removed, for example, by hydrofluoric acid treatment.
  • the first back surface side made of a silicon oxide film or the like on the back surface of the n-type silicon substrate 4 by CVD or by applying and baking SOG (spin-on-glass) on the back surface of the n-type silicon substrate 4.
  • a passivation film 11 is formed.
  • the first back-side passivation film 11 formed in this way has a film thickness of, for example, 50 nm to 100 nm and can also function as a diffusion mask.
  • an n + semiconductor layer and an antireflection film 12 which are the light-receiving surface side diffusion layers 6 are formed on the light-receiving surface of the n-type silicon substrate 4.
  • a liquid mixture containing at least a phosphorus compound, titanium alkoxide and alcohol is applied to the light receiving surface of the n-type silicon substrate 4 and dried.
  • phosphorus pentoxide or the like can be used as the phosphorus compound in the mixed solution
  • tetraisopropyl titanate or the like can be used as the titanium alkoxide
  • isopropyl alcohol or the like can be used as the alcohol.
  • heat treatment is performed.
  • the phosphorous diffusion is n-type impurity
  • Figure 4 n + semiconductor layer and the antireflection film 12 is a light receiving surface side diffusion layer 6 in the light-receiving surface the whole surface of the n-type silicon substrate 4, as shown in (j) Is formed.
  • This heat treatment is preferably performed in a nitrogen atmosphere, whereby the n-type impurity surface concentration of the light-receiving surface side diffusion layer 6 can be reduced.
  • the heat treatment temperature is preferably 850 ° C. or higher and 1000 ° C. or lower, and more preferably 880 ° C. or higher and 950 ° C. or lower.
  • a second back-side passivation film 8 that is a silicon oxide film is formed on the back surface of the n-type silicon substrate 4. Specifically, thermal oxidation is performed in an oxygen atmosphere. As a result, a silicon oxide film, which is the second back-side passivation film 8, is formed on the back surface of the n-type silicon substrate 4, and the entire light-receiving surface of the n-type silicon substrate 4 is formed as shown in FIG. A silicon oxide film is also formed. The silicon oxide film formed on the entire surface of the light receiving surface is formed between the light receiving surface side diffusion layer 6 and the antireflection film 12 and becomes the light receiving surface side passivation film 13. In addition, the antireflection film 12 becomes a titanium oxide film containing titanium phosphate.
  • the light receiving surface side passivation film 13 is formed between the light receiving surface side diffusion layer 6 and the antireflection film 12. .
  • the reason is as follows. In the concave portion of the concavo-convex shape 5 formed on the light receiving surface of the n-type silicon substrate 4, the antireflection film 12 is cracked because the antireflection film 12 is thick. Then, when oxygen enters from the location where the crack occurs, a silicon oxide film which is the light-receiving surface side passivation film 13 grows.
  • the film thickness of the antireflection film 12 is thin at the convex portion of the concavo-convex shape 5 formed on the light receiving surface of the n-type silicon substrate 4, oxygen can pass through the antireflection film 12. Then, when oxygen passes through the antireflection film 12, a silicon oxide film that is the light-receiving surface side passivation film 13 grows.
  • the second back surface passivation film 8 is formed between the back surface of the n-type silicon substrate 4 and the first back surface passivation film 11 by thermal oxidation in an oxygen atmosphere.
  • the reason is as follows. Since the first back surface passivation film 11 on the back surface of the n-type silicon substrate 4 is formed by a CVD method or the like, oxygen easily passes through the inside of the first back surface passivation film 11. Then, when oxygen passes through the first back surface side passivation film 11, a silicon oxide film as the second back surface side passivation film 8 is grown.
  • the antireflection film 12 can be a titanium oxide film containing titanium phosphate.
  • the reason is as follows. As described above, when the second back-side passivation film 8 is formed by thermal oxidation in an oxygen atmosphere, oxygen enters from cracks generated in the antireflection film 12 or oxygen passes through the antireflection film 12. A part of the oxygen that has entered the antireflection film 12 is combined with phosphorus and titanium in the antireflection film 12, thereby producing titanium phosphate.
  • the content of titanium phosphate contained in the antireflection film 12 is preferably 15 wt% or more and 35 wt% or less, and more preferably 30 wt% or more and 35 wt% or less as the phosphor oxide. When the content of the phosphorous oxide contained in the antireflection film 12 exceeds 35 wt%, the antireflection film 12 may turn white. If the content of phosphorous oxide contained in the antireflection film 12 is less than 15 wt%, the durability and weather resistance of the antireflection film 12 may not be sufficiently improved.
  • the heat treatment temperature in an oxygen atmosphere is not particularly limited, but is preferably higher than 850 ° C, more preferably 900 ° C or higher and 1000 ° C or lower.
  • oxygen easily diffuses, so that the light-receiving surface side passivation film 13 and the second back surface passivation film 8 are easily formed.
  • the antireflection film 12 can be a titanium oxide film containing titanium phosphate.
  • the recombination current generated on the light receiving surface side of the solar cell 1 can be reduced, the battery characteristics of the solar cell are further improved. Note that the recombination current generated on the light receiving surface side of the solar cell 1 can also be reduced by setting the sheet resistance value of the light receiving surface side diffusion layer 6 to 100 ⁇ / ⁇ or more and less than 250 ⁇ / ⁇ .
  • the film thickness of the light-receiving surface side passivation film 13 is preferably, for example, 5 nm to 200 nm, preferably 5 nm to 60 nm, or 100 nm to 200 nm.
  • the film thickness of the second back-side passivation film 8 formed on the n ++ region 9 is preferably, for example, 30 nm or more and 100 nm or less, and the p + region
  • the thickness of the second back-side passivation film 8 formed on 10 is preferably 10 nm or more and 40 nm or less, for example.
  • the formation of the second back surface side passivation film 8, the formation of the light receiving surface side passivation film 13, and the formation of the antireflection film 12 as a titanium oxide film containing titanium phosphate can be achieved by the light receiving surface side diffusion layer 6 and the reflection layer.
  • the heat treatment for forming the prevention film 12 it can be performed by switching the gas. That is, the heat treatment for forming the n + semiconductor layer and the antireflection film 12 that are the light-receiving surface side diffusion layer 6 and the heat treatment for forming the light-receiving surface side passivation film 13 can be performed by a series of heat treatments. Thereby, the manufacturing process number of a solar cell can be reduced.
  • electrodes are formed on each of the n ++ region 9 and the p + region 10 formed on the back surface side of the n-type silicon substrate 4.
  • patterning is performed on the back surface side passivation film 14 formed on the back surface of the n-type silicon substrate 4.
  • the patterning is performed by applying an etching paste on the backside passivation film 14 by screen printing or the like and then performing a heat treatment. Thereafter, the etching paste is ultrasonically cleaned and then removed by acid treatment.
  • the etching paste preferably contains at least one selected from the group consisting of phosphoric acid, hydrogen fluoride, ammonium fluoride, and ammonium hydrogen fluoride as an etching component, for example, water, an organic solvent, and a thickening agent. It is preferable to further contain an agent.
  • n-type electrode 2 is connected to n ++ region 9
  • p-type electrode 3 is connected to p + region 10. In this way, the solar cell 1 shown in FIGS. 1 and 2 is manufactured.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view showing a configuration of a sample 81 produced for evaluating the performance of the antireflection film 12.
  • XRD X-Ray Diffraction
  • FIG. 5 is a cross-sectional view showing a configuration of a sample 81 produced for evaluating the performance of the antireflection film 12.
  • an n + semiconductor layer 83 corresponding to the light receiving surface side diffusion layer is formed on the light receiving surface side of the n-type silicon substrate 82, and the n + semiconductor layer 83 corresponds to the passivation film.
  • a silicon oxide film 84 and a film 85 corresponding to the antireflection film are sequentially formed.
  • FIG. 6 is a flowchart showing an example of a method for manufacturing the sample 81 shown in FIG.
  • a sample 81 shown in FIG. 5 was manufactured according to the following method.
  • step S1 the surface of the n-type silicon substrate 82 was flattened by etching or the like.
  • step S2 a mixed solution containing at least a phosphorus compound, titanium alkoxide, and alcohol was applied to the flat surface of the n-type silicon substrate 82 and dried.
  • phosphorus pentoxide was used as the phosphorus compound of the mixed solution
  • tetraisopropyl titanate was used as the titanium alkoxide
  • isopropyl alcohol was used as the alcohol.
  • step S3 phosphorus, which is an n-type impurity, was diffused by heat treatment, so that an n + semiconductor layer 83 and a film made of titanium oxide containing phosphorus (a film corresponding to an antireflection film) 85 were formed.
  • the heat treatment in step S3 was performed at 920 ° C. in a nitrogen atmosphere.
  • step S4 thermal oxidation was performed to form a silicon oxide film 84.
  • the heat treatment in step S4 was performed at 950 ° C.
  • step S4 is performed in an oxygen atmosphere and a water vapor atmosphere
  • the heat treatment in step S4 is performed in an oxygen atmosphere
  • the heat treatment in step S4 is performed in a water vapor atmosphere. It was set as Comparative Example 1.
  • FIG. 7A is a graph showing the measurement result of the X-ray diffraction of the antireflection film in Example 1.
  • FIG. 7B is an XRD pattern (JCPDS (Joint Committee for Powder Diffraction Standards) -ICDD (International Center for Diffraction Data) -PDF (Powder Diffraction Files)) of titanium phosphate (TiP 2 O 7 ).
  • FIG. 7C shows an XRD pattern (JCPDS-ICDD-PDF) of anatase type titanium oxide (TiO 2 ).
  • FIG. 8A is a graph showing the measurement result of the X-ray diffraction of the antireflection film in the comparative example.
  • FIG. 8B is an XRD pattern (JCPDS-ICDD-PDF) of anatase-type titanium oxide (TiO 2 ).
  • the heat treatment for producing the n + semiconductor layer that is the light-receiving surface side diffusion layer and the antireflection film is performed in a nitrogen atmosphere, and then the silicon oxide that is the light-receiving surface side passivation film
  • the antireflection film can be a titanium oxide film containing titanium phosphate. Therefore, since the antireflection film excellent in durability and weather resistance can be provided, a solar cell excellent in durability and weather resistance can be provided.
  • the n-type silicon substrate is described, but a p-type silicon substrate can also be used.
  • the light-receiving surface side diffusion layer becomes a p + semiconductor layer containing p-type impurities
  • the antireflection film becomes a film containing p-type impurities.
  • the solar cell structure other than the light-receiving surface side diffusion layer and the antireflection film is preferably the same as the solar cell structure provided with the n-type silicon substrate.
  • the total area of n ++ regions having a conductivity type different from that of the silicon substrate conductivity type and having electrodes formed thereon. Is preferably larger than the total area of the p + regions where the electrodes are formed.
  • n ++ region between the p + region is formed, p + regions may be separated in a direction perpendicular to the length direction, n ++ region length It may be separated in a direction perpendicular to the vertical direction, or an n ++ region may be formed between the p + regions.
  • the total area of n ++ regions is the total area of n ++ regions in a plane perpendicular to the growth direction
  • the total area of p + regions is a plane perpendicular to the growth direction. Is the sum of the areas of the p + regions at.
  • the concept of the solar cell of the present invention includes not only a solar cell in which both the p-type electrode and the n-type electrode are formed only on the back surface of the semiconductor substrate, but also the light-receiving surface of the semiconductor substrate and the semiconductor substrate.
  • a part of the electrode is disposed in a through hole provided in a semiconductor substrate in a solar cell in which electrodes are formed on each of the back surface of the substrate and an MWT (Metal Wrap Through) type solar cell (in the MWT type solar cell) ) Etc. are also included.
  • the phosphorus compound, titanium alkoxide, and alcohol contained in the mixed solution used when forming the light-receiving surface side diffusion layer 6 and the antireflection film 12 are merely examples, and are not limited to the above materials.
  • the material of the member which comprises solar cells other than the antireflection film 12, and the material of the mask used when manufacturing a solar cell are not limited to the said material.
  • the thickness of the member which comprises a solar cell is not limited to the said numerical value.
  • the constituent member of the solar cell includes an n-type impurity or a p-type impurity
  • the n-type impurity material, the p-type impurity material, the n-type impurity concentration, and the p-type impurity concentration in the constituent member are not particularly limited.
  • the substrate is a p-type silicon substrate
  • the p-type impurity concentration in p + region 10 is preferably higher than the p-type impurity concentration in the p-type silicon substrate.
  • the method for forming the n-type electrode 2 and the p-type electrode 3 is not particularly limited. Further, the heat treatment conditions for forming the n ++ region 9 and the p + region 10 are not particularly limited. Furthermore, the method for removing the texture mask or the diffusion mask is not particularly limited.

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Abstract

 太陽電池(1)は、シリコン基板(4)の受光面側に形成された受光面側拡散層(6)と、受光面側拡散層(6)上に形成された受光面側パッシベーション膜(13)と、受光面側パッシベーション膜(13)上に形成され且つ受光面側拡散層(6)の導電型と同じ導電型の不純物を含む反射防止膜(12)とを有する。反射防止膜(12)は、リン酸チタンを含むチタン酸化物からなる。

Description

太陽電池、および太陽電池の製造方法
 本発明は、太陽電池、および太陽電池の製造方法に関し、特に、太陽電池の受光面側の構造に関する。
 太陽光エネルギを電気エネルギに直接変換する太陽電池は、近年、特に地球環境問題の観点から、次世代のエネルギ源としての期待が急速に高まっている。太陽電池としては、化合物半導体材料からなる太陽電池または有機材料からなる太陽電池など種々の太陽電池があるが、現在、主流の太陽電池は、シリコン結晶材料からなる太陽電池である。太陽電池の入射光側に位置する受光面には、一般に、入射光の反射を抑えるための反射防止膜が形成されている。
 図9は、特許文献1(特開昭57-114291号公報)に示されている従来技術の太陽電池100の一例の模式的な断面構成図である。特許文献1に示されている太陽電池100では、シリコンウエハ101の受光面側には拡散層102が形成されており、拡散層102の上面上には酸化チタン膜103と表面側電極104とが形成されており、シリコンウエハ101の裏面側には裏面側電極105が形成されている。つまり、特許文献1に示されている太陽電池100では、表面側電極104が設けられている側が受光面である。特許文献1には、ドーパント用原料、チタン酸エステルおよびアルコールを少なくとも含む混合液をシリコン基板に塗布して熱処理することにより、p-n接合が形成され、同時に反射防止膜である酸化チタン膜が形成されるということが記載されている。特許文献1には、ドーパント用原料としては、五酸化リン、酸化ホウ素、あるいは三酸化砒素等の酸化物、またはリン酸エステルあるいはボロンエステル等の有機化合物が記載されている。そして、特許文献1の実施例には、ドーパント用原料に五酸化リンを用い、リンを不純物として含む酸化チタン膜を反射防止膜としてシリコン基板に形成することが記載されている。
特開昭57-114291号公報(昭和57年7月16日公開)
 しかしながら、近年、太陽電池に設けられる反射防止膜として、特許文献1に記載のリンを不純物として含む酸化チタン膜よりも耐久性および耐候性にさらに優れた膜が切望されている。
 本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、耐久性および耐候性に優れた反射防止膜を有する太陽電池を提供することにある。
 本発明の太陽電池は、シリコン基板の受光面側に形成された受光面側拡散層と、受光面側拡散層上に形成された受光面側パッシベーション膜と、受光面側パッシベーション膜上に形成された、受光面側拡散層の導電型と同じ導電型の不純物を含む反射防止膜とを備える。反射防止膜は、リン酸チタンを含むチタン酸化物からなる。
 受光面側拡散層のシート抵抗値が、100Ω/□以上250Ω/□未満であることが好ましい。
 反射防止膜に含まれるリン酸チタンの含有量は、リン酸化物として15wt%以上35wt%以下であることが好ましい。
 本発明の太陽電池の製造方法は、シリコン基板の受光面側に受光面側拡散層を有する太陽電池を製造する方法である。この製造方法は、受光面側拡散層に含まれることとなる不純物を含む化合物、チタンアルコキシドおよびアルコールを少なくとも含む溶液をシリコン基板の受光面に塗布してから窒素雰囲気下で熱処理することにより、受光面拡散層と反射防止膜とをシリコン基板の受光面上に形成する工程と、シリコン基板の受光面上に、熱処理により受光面側パッシベーション膜を形成する工程とを備える。受光面側パッシベーション膜を形成する工程の熱処理は、酸素雰囲気下で行われる。
 受光面側パッシベーション膜を形成する工程の熱処理は、850℃よりも高い温度で行なわれることが好ましい。
 受光面側パッシベーション膜を形成する工程において、受光面とは反対側に位置するシリコン基板の裏面上に裏面側パッシベーション膜が形成されることが好ましい。
 受光面拡散層および反射防止膜を形成する工程と受光面側パッシベーション膜を形成する工程とを一連の熱処理によって行うことが好ましい。
 本発明によれば、反射防止膜が耐久性および耐候性に優れたリン酸チタンを含むので、太陽電池の耐久性および耐候性を向上させることができる。
本発明の太陽電池の裏面側の構成の一例を示す模式的な平面図である。 本発明の太陽電池の構成の一例を示す模式的な断面図である。 本発明の太陽電池の裏面側から見た半導体領域の構成の一例を示す模式的な平面図である。 本発明の太陽電池の製造方法の一例を示す模式的な断面図であり、図4(j)は、図4(g)に示すIVJ領域の拡大図である。 本発明の効果を評価するためのサンプルの構成の一例を示す模式的な断面図である。 本発明の効果を評価するためのサンプルの製造方法の一例を示すフロー図である。 実施例1における反射防止膜のX線回折の測定結果、および、当該測定結果を評価するためのリファレンスのX線回折スペクトルを示すグラフである。 比較例1における反射防止膜のX線回折の測定結果、および、当該測定結果を評価するためのリファレンスのX線回折スペクトルを示すグラフである。 従来技術の太陽電池の構成の一例を示す模式的な断面図である。
 以下、本発明の太陽電池およびその製造方法について図面を用いて説明する。なお、本発明の図面において、同一の参照符号は、同一部分または相当部分を表すものである。また、長さ、幅、厚さ、深さなどの寸法関係は図面の明瞭化と簡略化のために適宜変更されており、実際の寸法関係を表すものではない。
 図1~図2には、受光面とは反対側に位置する裏面にのみ電極が形成された本発明の太陽電池の構成の一例を示す。図1は、本発明の太陽電池1の裏面側の構成の一例を示す模式的な平面図である。図2は、本発明の太陽電池の構成の一例を示す模式的な断面図であり、図1に示すII-II線における断面図である。
 図1~図2に示す太陽電池1では、たとえば単結晶シリコン基板であるn型シリコン基板4の受光面(太陽電池1の受光面となる面)にはテクスチャ構造である凹凸形状5が形成されている。この凹凸の高さは特に限定されないが、数μm~数十μmオーダーであることが好ましい。n型シリコン基板4の受光面全面には、受光面側拡散層6であるn+半導体層がFSF(Front Surface Field)層として形成され、受光面側拡散層6上には受光面側パッシベーション膜13が形成されている。受光面側パッシベーション膜13上には反射防止膜12が形成されている。
 受光面側拡散層6の構成は特に限定されないが、受光面側拡散層6のシート抵抗値は100Ω/□以上250Ω/□未満であることが好ましく、より好ましくは100Ω/□以上150Ω/□以下である。これにより、太陽電池1の受光面側で発生する再結合電流が低減するので、太陽電池の特性が向上する。拡散条件および不純物濃度などを調整することにより、受光面側拡散層6のシート抵抗値を100Ω/□以上250Ω/□未満とすることができる。
 受光面側パッシベーション膜13は、たとえば酸化シリコン膜であることが好ましい。受光面側パッシベーション膜13の膜厚は、5nm以上200nm以下であることが好ましく、5nm以上60nm以下であっても良いし、100nm以上200nm以下であっても良い。
 反射防止膜12は、リン酸チタンを含むチタン酸化物からなる。ここで、リン酸チタンは、酸化リンよりも耐久性および耐候性に優れる。よって、リン酸チタンを含む反射防止膜12は、酸化リンを含む反射防止膜または酸化リンを含まない反射防止膜に比べて、耐久性および耐候性に優れる。したがって、このような反射防止膜12を備えた太陽電池では、耐久性および耐候性がさらに向上する。このような効果を有効に得るためには、反射防止膜12に含まれるリン酸チタンの含有量はリン酸化物として15wt%以上35wt%以下であることが好ましく、30wt%以上35wt%以下であることがより好ましい。ここで、「反射防止膜12に含まれるリン酸チタンの含有量がリン酸化物として15wt%以上35wt%以下である」とは、反射防止膜12に含まれるリン酸チタンの質量をリン酸化物の質量として換算したときに、反射防止膜12に含まれるリン酸化物の質量が反射防止膜12の全質量に対して15%以上35%以下であることを意味する。反射防止膜12中のリン酸化物の含有量はたとえばICP(Inductively Coupled Plasma)発光分光分析法またはICP質量分析法などにしたがって測定される。また、反射防止膜12の膜厚は、たとえば10nm以上400nm以下であることが好ましい。
 n型シリコン基板4の受光面とは反対側に位置するn型シリコン基板4の裏面側には、図1に示すように、帯状のn型用電極2と帯状のp型用電極3とが交互に形成されている。具体的には、n型シリコン基板4の裏面側には、n型半導体領域であるn++領域9とp型半導体領域であるp+領域10とが交互に隣接して形成されている。n++領域9はn型シリコン基板4の裏面のうちn++領域9以外の部分よりもn型シリコン基板4側に凹んでおり、その深さd(n++領域9の下面とp+領域10の下面との距離、図2参照)は数十nmオーダーであることが好ましい。n++領域9とp+領域10とがn型シリコン基板4の裏面側において交互に隣接して形成されているので、太陽電池1に逆方向のバイアスがかかったときに、電圧が局所的にかかることを防止でき、よって、リーク電流が局所的に発生することに起因する発熱をさけることができる。なお、n型不純物濃度は、n型シリコン基板4、受光面側拡散層6であるn+半導体層、およびn++領域9の順に高くなることが好ましい。
 n型シリコン基板4の裏面上には、第2の裏面側パッシベーション膜8と第1の裏面側パッシベーション膜11とからなる裏面側パッシベーション膜14が形成されている。第2の裏面側パッシベーション膜8および第1の裏面側パッシベーション膜11は、たとえば酸化シリコン膜などであることが好ましい。n++領域9上の裏面側パッシベーション膜14の膜厚とp+領域10上の裏面側パッシベーション膜14の膜厚とは互いに異なっており、n++領域9上の裏面側パッシベーション膜14の膜厚はp+領域10上の裏面側パッシベーション膜14の膜厚よりも厚い。具体的には、n++領域9上に形成された第2の裏面側パッシベーション膜8の膜厚はたとえば30nm以上100nm以下であることが好ましく、p+領域10上に形成された第2の裏面側パッシベーション膜8の膜厚はたとえば10nm以上40nm以下であることが好ましい。
 n型用電極2は、たとえば銀からなることが好ましく、n++領域9上の裏面側パッシベーション膜14を貫通してn++領域9に接続されている。p型用電極3は、たとえば銀からなることが好ましく、p+領域10上の裏面側パッシベーション膜14を貫通してp+領域10に接続されている。
 図3は、本発明の太陽電池の裏面側から見た半導体領域の構成の一例を示す模式的な平面図であり、太陽電池1からn型用電極2、p型用電極3、および裏面側パッシベーション膜14を除去した後の太陽電池を裏面側から見た平面図に相当する。
 n型シリコン基板4の裏面の周縁には、n型用電極およびp型用電極のどちらの電極も接続されていない半導体領域71(以下では「p+領域71」と記す)が形成されている。このように、n++領域9とは導電型の異なるp+領域71をn++領域9の周囲に形成することにより、太陽電池1のエッジ部等に半導体領域が形成されたとしても、その半導体領域とn++領域9およびp+領域10とを電気的に分離することが出来る。また、n型シリコン基板4の裏面の周縁にp+領域71を設けることにより、電極が接続されていない半導体領域がn型シリコン基板4の裏面の周縁に存在することとなる。よって、太陽電池1に逆方向のバイアスがかかったときには、リーク電流がn型シリコン基板4の周縁を通して発生することを抑制できる。
 なお、n++領域9およびp+領域10の各構成は図3に記載の構成に限定されない。たとえば、n++領域9は、図3では全てがつながって1つの半導体領域を形成しているが、必ずしも全てがつながっていなくても良い。また、p+領域10は、図3では複数の領域に分離されているが、互いにつながって1つの半導体領域を形成していても良い。
 また、図1に示すように、n型シリコン基板4の裏面側では最も周縁に位置する電極の導電型が同じであるため、太陽電池を180°回転対象構造とすることが可能である。よって、太陽電池を複数並べて太陽電池モジュールを作製するときには、たとえば太陽電池を図1における上下逆にして配置することができる。
 以下に、本発明の太陽電池の製造方法の一例を示す。
 図4(a)~(i)は、図1および図2に示す本発明の太陽電池の製造方法の一例を示す模式的な断面図であり、図4(j)は、図4(g)に示すIVJ領域の拡大図である。
 まず、図4(a)に示すように、たとえば100μm厚のn型シリコン基板4の裏面上に、窒化シリコン膜等からなるテクスチャマスク21をCVD法またはスパッタ法等により形成する。
 次に、図4(b)に示すように、n型シリコン基板4の受光面にテクスチャ構造である凹凸形状5をエッチングにより形成する。エッチングは、たとえば水酸化ナトリウムまたは水酸化カリウムなどのアルカリ水溶液にイソプロピルアルコールを添加して70℃以上80℃以下に加熱した溶液を用いて、行われることが好ましい。
 次に、図4(c)を用いて次工程を説明する。図4(c)では、n型シリコン基板4の裏面側を上に記している。図4(c)に示すように、n型シリコン基板4の裏面上に形成されたテクスチャマスク21を除去してから、n型シリコン基板4の受光面上に酸化シリコン膜等からなる拡散マスク22を形成する。その後、n型シリコン基板4の裏面においてn++領域9を形成しようとする箇所以外に、例えば、溶剤、増粘剤および酸化シリコン前駆体を含むマスキングペーストをインクジェットまたはスクリーン印刷等で塗布し、熱処理を行う。この熱処理により、n型シリコン基板4の裏面においてn++領域9を形成しようとする箇所以外に、拡散マスク23が形成される。POCl3を用いた気相拡散によって、n型シリコン基板4の裏面のうち拡散マスク23から露出した箇所に、n型不純物であるリンが拡散する。これにより、n++領域9が形成される。
 次に、図4(d)に示すように、n型シリコン基板4に形成された拡散マスク22,23と、拡散マスク22,23のそれぞれにリンが拡散することにより形成されたガラス層とを、たとえばフッ化水素酸処理により除去する。その後、酸素または水蒸気による熱酸化を行い、酸化シリコン膜24を形成する。この際、図4(d)に示すように、n型シリコン基板4の裏面側に形成されたn++領域9上の酸化シリコン膜24の膜厚が厚くなる。たとえば900℃での水蒸気による熱酸化を行うと、n++領域9以外の領域の上に形成された酸化シリコン膜24の膜厚は70nm以上90nm以下となり、n++領域9の上に形成された酸化シリコン膜24の膜厚は250nm以上350nm以下となる。ここで、酸素または水蒸気による熱酸化前のn++領域9におけるリンの表面濃度は5×1019/cm3以上であることが好ましい。また、酸素または水蒸気による熱酸化の処理温度としては、たとえば、酸素による熱酸化では800℃以上1000℃以下であることが好ましく、水蒸気による熱酸化では800℃以上950℃以下であることが好ましい。
 熱酸化により形成された酸化シリコン膜の膜厚がn++領域9の上とn++領域9以外の領域の上とで異なる理由は次に示すとおりである。熱酸化による酸化シリコン膜の成長速度は、シリコン基板に拡散している不純物の種類とその不純物の濃度とによって決まる。特にシリコン基板におけるn型不純物濃度が高い場合には、熱酸化による酸化シリコン膜の成長速度は速くなる。ここで、n++領域9の方が、n型シリコン基板4よりも、n型不純物濃度は高い。よって、n++領域9上に形成された酸化シリコン膜24の膜厚の方が、n型シリコン基板4上に形成された酸化シリコン膜24の膜厚よりも厚くなる。酸化シリコン膜24は、熱酸化時にシリコンと酸素とが結びつくことにより形成されるので、n++領域9は、n++領域9が形成されていない領域よりもn型シリコン基板4側に凹む。
 なお、酸化シリコン膜24をp+領域10の形成時におけるn++領域9の拡散マスクとして使用する場合には、n++領域9上に形成された酸化シリコン膜24の膜厚とn++領域9以外の領域の上に形成された酸化シリコン膜24の膜厚との差が60nm以上であることが好ましい。
 次に、図4(e)に示すように、n型シリコン基板4の受光面に形成された酸化シリコン膜24とn型シリコン基板4の裏面におけるn++領域9以外の領域の上に形成された酸化シリコン膜24とをエッチングにより除去する。n型シリコン基板4の裏面では、先述したように、酸化シリコン膜24がn++領域9の上に厚く形成されている。それだけでなく、n++領域9の上に形成された酸化シリコン膜24とn++領域9以外の領域の上に形成された酸化シリコン膜24とではエッチングレートが異なる。よって、エッチングにより、n++領域9の上に形成された酸化シリコン膜24のみが残るようになる。たとえば900℃での水蒸気による熱酸化を30分間行なうことにより酸化シリコン膜24を形成し、フッ化水素酸処理によりn++領域9以外の領域の上に形成された酸化シリコン膜24を除去した場合、n++領域9の上には膜厚が120nm程度の酸化シリコン膜24が残存する。先述したように、n++領域9上に形成された酸化シリコン膜24の膜厚とn++領域9以外の領域の上に形成された酸化シリコン膜24の膜厚との差が60nm以上であれば、酸化シリコン膜24はp+領域10の形成時におけるn++領域9の拡散マスクとして機能する。よって、上記方法によりn++領域9の上に残存した酸化シリコン膜24(膜厚が120nm程度)は、p+領域10の形成時におけるn++領域9の拡散マスクとして機能しうる。
 その後、n型シリコン基板4の受光面上に酸化シリコン膜等からなる拡散マスク25を形成する。続いて、n型シリコン基板4の裏面上に、有機性高分子にホウ素化合物を反応させて得られたポリマーをアルコール系溶媒に溶解させることにより得られた溶液を塗布し、乾燥後、熱処理を行なう。これにより、n型シリコン基板4の裏面のうち酸化シリコン膜24から露出した箇所には、p型不純物であるボロンが拡散し、よって、p+領域10とp+領域71とが形成される。
 次に、図4(f)を用いて次工程を説明する。図4(f)では、n型シリコン基板4の受光面側を上に記している。図4(f)に示すように、n型シリコン基板4に形成された酸化シリコン膜24および拡散マスク25と、酸化シリコン膜24および拡散マスク25のそれぞれにボロンが拡散することにより形成されたガラス層とを、たとえばフッ化水素酸処理により除去する。その後、CVD法により、または、n型シリコン基板4の裏面上にSOG(スピンオングラス)を塗布し焼成することにより、n型シリコン基板4の裏面上に酸化シリコン膜等からなる第1の裏面側パッシベーション膜11を形成する。このようにして形成された第1の裏面側パッシベーション膜11は、たとえば50nm以上100nm以下の膜厚を有し、拡散マスクとしても機能しうる。
 その後、図4(g)および図4(j)に示すように、n型シリコン基板4の受光面上に、受光面側拡散層6であるn+半導体層および反射防止膜12を形成する。具体的には、n型シリコン基板4の受光面に、リン化合物、チタンアルコキシドおよびアルコールを少なくとも含む混合液を塗布して乾燥する。ここで、混合液のリン化合物としては、五酸化リンなどを用いることができ、チタンアルコキシドとしてはテトライソプロピルチタネートなどを用いることができ、アルコールとしてはイソプロピルアルコールなどを用いることができる。次に、熱処理を行なう。これにより、n型不純物であるリンが拡散して、図4(j)に示すようにn型シリコン基板4の受光面全面に受光面側拡散層6であるn+半導体層および反射防止膜12が形成される。この熱処理は窒素雰囲気で行なわれることが好ましく、これにより、受光面側拡散層6のn型不純物表面濃度を低減することができる。この熱処理の処理温度はたとえば850℃以上1000℃以下であることが好ましく、より好ましくは880℃以上950℃以下である。
 その後、n型シリコン基板4の裏面上に、酸化シリコン膜である第2の裏面側パッシベーション膜8を形成する。具体的には、酸素雰囲気下における熱酸化を行う。これにより、n型シリコン基板4の裏面上に第2の裏面側パッシベーション膜8である酸化シリコン膜が形成されるとともに、図4(j)に示すようにn型シリコン基板4の受光面全面にも酸化シリコン膜が形成される。この受光面全面に形成された酸化シリコン膜は、受光面側拡散層6と反射防止膜12との間に形成され、受光面側パッシベーション膜13となる。それだけでなく、反射防止膜12がリン酸チタンを含むチタン酸化膜となる。
 このように、酸素雰囲気下における熱酸化により第2の裏面側パッシベーション膜8を形成する際に、受光面側拡散層6と反射防止膜12との間に受光面側パッシベーション膜13が形成される。その理由としては、次に示すことが挙げられる。n型シリコン基板4の受光面に形成された凹凸形状5の凹部では、反射防止膜12の膜厚が厚いため、反射防止膜12にクラックが生じる。そして、クラックが生じた箇所から酸素が入り込むことにより、受光面側パッシベーション膜13である酸化シリコン膜が成長する。また、n型シリコン基板4の受光面に形成された凹凸形状5の凸部では、反射防止膜12の膜厚が薄いため、酸素が反射防止膜12を透過可能である。そして、酸素が反射防止膜12を透過することにより、受光面側パッシベーション膜13である酸化シリコン膜が成長する。
 また、酸素雰囲気下における熱酸化により、第2の裏面側パッシベーション膜8はn型シリコン基板4の裏面と第1の裏面側パッシベーション膜11との間に形成される。その理由としては、次に示すことが挙げられる。n型シリコン基板4の裏面上の第1の裏面側パッシベーション膜11はCVD法等により形成されるため、第1の裏面側パッシベーション膜11の内部を酸素が透過しやすい。そして、酸素が第1の裏面側パッシベーション膜11を透過することにより、第2の裏面側パッシベーション膜8である酸化シリコン膜が成長する。
 それだけでなく、酸素雰囲気下における熱酸化により第2の裏面側パッシベーション膜8を形成すると、反射防止膜12をリン酸チタンを含むチタン酸化膜とすることができる。その理由としては、次に示すことが挙げられる。上述のように、酸素雰囲気下における熱酸化により第2の裏面側パッシベーション膜8を形成すると、酸素が反射防止膜12に生じたクラックから入り込む、または、酸素が反射防止膜12を透過する。そして、反射防止膜12内に入り込んだ酸素のうちの一部が反射防止膜12内のリンおよびチタンと結合することにより、リン酸チタンが生じる。
 反射防止膜12に含まれるリン酸チタンの含有量はリン酸化物として15wt%以上35wt%以下であることが好ましく、30wt%以上35wt%以下であることがより好ましい。反射防止膜12に含まれるリン酸化物の含有量が35wt%を超えると、反射防止膜12は白く変色することがある。反射防止膜12に含まれるリン酸化物の含有量が15wt%未満であれば、反射防止膜12の耐久性および耐候性が十分に向上しないことがある。
 酸素雰囲気下における熱処理温度は、特に限定されないが、好ましくは850℃よりも高く、より好ましくは900℃以上1000℃以下である。これにより、酸素が拡散しやすくなるため、受光面側パッシベーション膜13および第2の裏面側パッシベーション膜8が形成されやすくなる。また、反射防止膜12を、リン酸チタンを含むチタン酸化膜とすることができる。それだけでなく、太陽電池1の受光面側で発生する再結合電流を低減することができるので、太陽電池の電池特性がさらに向上する。なお、受光面側拡散層6のシート抵抗値を100Ω/□以上250Ω/□未満とすることによっても、太陽電池1の受光面側で発生する再結合電流を低減させることができる。
 なお、受光面側パッシベーション膜13の膜厚は、たとえば5nm以上200nm以下であることが好ましく、5nm以上60nm以下であっても良いし、100nm以上200nm以下であっても良い。第2の裏面側パッシベーション膜8の膜厚については、n++領域9上に形成された第2の裏面側パッシベーション膜8の膜厚はたとえば30nm以上100nm以下であることが好ましく、p+領域10上に形成された第2の裏面側パッシベーション膜8の膜厚はたとえば10nm以上40nm以下であることが好ましい。
 また、第2の裏面側パッシベーション膜8の形成、受光面側パッシベーション膜13の形成、および反射防止膜12を、リン酸チタンを含むチタン酸化膜とすることは、受光面側拡散層6および反射防止膜12を形成する熱処理に引き続き、ガスを切り替えることにより行なうことが可能である。すなわち、受光面側拡散層6であるn+半導体層および反射防止膜12を形成するための熱処理と受光面側パッシベーション膜13を形成するための熱処理とを一連の熱処理によって行なうことができる。これにより、太陽電池の製造工程数を減らすことができる。
 次に、図4(h)に示すように、n型シリコン基板4の裏面側に形成されたn++領域9およびp+領域10のそれぞれに電極を形成する。具体的には、n型シリコン基板4の裏面上に形成された裏面側パッシベーション膜14にパターニングを行う。パターニングは、エッチングペーストをスクリーン印刷法などで裏面側パッシベーション膜14上に塗布してから加熱処理を行なうことにより、行なわれる。その後、エッチングペーストを超音波洗浄してから酸処理により除去する。ここで、エッチングペーストは、例えば、エッチング成分としてリン酸、フッ化水素、フッ化アンモニウムおよびフッ化水素アンモニウムからなる群から選択された少なくとも1種を含むことが好ましく、水、有機溶媒および増粘剤をさらに含むことが好ましい。
 次に、図4(i)に示すように、n型シリコン基板4の裏面の所定の位置(裏面側パッシベーション膜14に形成された貫通孔内)に、銀ペーストをたとえばスクリーン印刷法により塗布し、乾燥する。その後、焼成を行なう。これにより、n++領域9にはn型用電極2が接続され、p+領域10にはp型用電極3が接続される。このようにして、図1~図2に示す太陽電池1が作製される。
 ここで、反射防止膜12の性能を評価するためのサンプルを作製して、反射防止膜12に対してX線回折(XRD(X-Ray Diffraction))測定を行った。図5は、反射防止膜12の性能を評価するために作製したサンプル81の構成を示す断面図である。図5に示すサンプル81では、n型シリコン基板82の受光面側に受光面側拡散層に対応するn+半導体層83が形成されており、n+半導体層83上にはパッシベーション膜に対応する酸化シリコン膜84と反射防止膜に対応する膜85とが順に形成されている。
 図6は、図5に示すサンプル81の製造方法の一例を示すフロー図である。図5に示すサンプル81は次に示す方法にしたがって製造された。まず、工程S1では、n型シリコン基板82の表面をエッチング等でフラットにした。次に、工程S2では、フラットにされたn型シリコン基板82の面に、リン化合物、チタンアルコキシドおよびアルコールを少なくとも含む混合液を塗布し、乾燥させた。ここで、混合液のリン化合物としては五酸化リンを用い、チタンアルコキシドとしてはテトライソプロピルチタネートを用い、アルコールとしてはイソプロピルアルコールを用いた。混合液中の五酸化リンの濃度は0.02g/cm3であった。続いて、工程S3では、熱処理によりn型不純物であるリンが拡散し、n+半導体層83およびリンを含有したチタン酸化物からなる膜(反射防止膜に対応する膜)85が形成された。工程S3における熱処理を920℃、窒素雰囲気下で行った。続いて、工程S4では、熱酸化を行って酸化シリコン膜84を形成した。工程S4における熱処理を950℃で行った。また、工程S4における熱処理を酸素雰囲気下および水蒸気雰囲気下のそれぞれで行い、工程S4における熱処理を酸素雰囲気下で行った場合を実施例1とし、工程S4における熱処理を水蒸気雰囲気下で行った場合を比較例1とした。
 図7(a)は、実施例1における反射防止膜のX線回折の測定結果を示すグラフである。図7(b)は、リン酸チタン(TiP27)のXRDパターン(JCPDS(Joint Committee for Powder Diffraction Standards)-ICDD(International Centre for Diffraction Data)-PDF(Powder Diffraction Files))である。図7(c)は、アナタース型の酸化チタン(TiO2)のXRDパターン(JCPDS-ICDD-PDF)である。また、図8(a)は、比較例における反射防止膜のX線回折の測定結果を示すグラフである。図8(b)は、アナタース型の酸化チタン(TiO2)のXRDパターン(JCPDS-ICDD-PDF)である。
 図7(a)に示すグラフには、リン酸チタンに由来する強度の高いピークが観察され、また図7(a)において矢印で示した2θ=47度~48度付近にリン酸チタンおよびアナタース型酸化チタンのそれぞれに特有なピークが並んで観察された。このことから、工程S3での熱処理を窒素雰囲気下で行い、次いで工程S4での熱酸化を酸素雰囲気下で行った場合には、反射防止膜に対応する膜85は、微量のアナタース型酸化チタンを含むと考えられる。一方、図8(a)に示すグラフには、アナタース型酸化チタンに由来するピークのみが観察された。そのため、工程S4での熱酸化を水蒸気雰囲気下で行った場合には、反射防止膜に対応する膜は、アナタース型酸化チタンを含んだ膜であると考えられる。
 以上より、太陽電池の作製時において、受光面側拡散層であるn+半導体層と反射防止膜とを作製するときの熱処理を窒素雰囲気下で行い、その後、受光面側パッシベーション膜である酸化シリコン膜を酸素雰囲気下での熱酸化により形成することにより、反射防止膜をリン酸チタンを含むチタン酸化膜とすることができる。よって、耐久性および耐候性に優れた反射防止膜を提供できるため、耐久性および耐候性に優れた太陽電池を提供できる。
 なお、上記では、n型シリコン基板について記載したが、p型シリコン基板を用いることも可能である。その際、受光面側拡散層はp型不純物を含むp+半導体層となり、反射防止膜はp型不純物を含む膜となる。受光面側拡散層および反射防止膜以外の太陽電池の構造はn型シリコン基板を備えた太陽電池の構造と同一であることが好ましい。
 また、p型シリコン基板を用いる場合、より高い短絡電流を得るためには、シリコン基板の導電型であるp型とは異なる導電型を有し且つ電極が形成されたn++領域の合計面積の方が、電極が形成されたp+領域の合計面積よりも大きいことが好ましい。この場合、p+領域の間にn++領域が形成されていることが好ましく、p+領域は長さ方向に対して垂直な方向に分離されていても良いし、n++領域は長さ方向に対して垂直な方向に分離されていても良いし、p+領域の間にn++領域が形成されていても良い。ここで、n++領域の合計面積とは、成長方向に対して垂直な面におけるn++領域の面積の合計であり、p+領域の合計面積とは、成長方向に対して垂直な面におけるp+領域の面積の合計である。
 また、本発明の太陽電池の概念には、半導体基板の裏面上にのみp型用電極およびn型用電極の双方が形成された構成の太陽電池だけでなく、半導体基板の受光面と半導体基板の裏面とのそれぞれに電極が形成された太陽電池、およびMWT(Metal Wrap Through)型太陽電池(MWT型太陽電池では、半導体基板に設けられた貫通孔内に電極の一部が配置されている)なども含まれる。
 受光面側拡散層6および反射防止膜12を形成するときに用いる混合液に含まれるリン化合物、チタンアルコキシドおよびアルコールについては、それぞれ、一例を記したに過ぎず、上記材料に限定されない。
 また、反射防止膜12以外の太陽電池を構成する部材の材料および太陽電池を製造する際に用いるマスクの材料は、上記材料に限定されない。また、太陽電池を構成する部材の厚さは、上記数値に限定されない。また、太陽電池の構成部材がn型不純物またはp型不純物を含む場合、n型不純物の材料、p型不純物の材料、当該構成部材におけるn型不純物濃度およびp型不純物濃度は特に限定されない。また、基板がp型シリコン基板であるときには、p+領域10におけるp型不純物濃度はp型シリコン基板におけるp型不純物濃度よりも高いことが好ましい。
 n型用電極2およびp型用電極3を形成する方法は特に限定されない。また、n++領域9およびp+領域10を形成するための熱処理の条件は特に限定されない。さらに、テクスチャマスクまたは拡散マスクを除去する方法は特に限定されない。
 今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
 1 太陽電池、2 n型用電極、3 p型用電極、4 n型シリコン基板、5 凹凸形状、6 受光面側拡散層、8 第2の裏面側パッシベーション膜、9 n++領域、10 p+領域、11 第1の裏面側パッシベーション膜、12 反射防止膜、13 受光面側パッシベーション膜、14 裏面側パッシベーション膜、21 テクスチャマスク、22 拡散マスク、23 拡散マスク、24 酸化シリコン膜、25 拡散マスク、71 p+領域、81 サンプル、82 n型シリコン基板、83 n+半導体層、84 酸化シリコン膜、85 反射防止膜となる膜、100 太陽電池、101 シリコンウエハ、102 拡散層、103 酸化チタン膜、104 表面側電極、105 裏面側電極。

Claims (7)

  1.  シリコン基板(4)の受光面側に形成された受光面側拡散層(6)と、
     前記受光面側拡散層(6)上に形成された受光面側パッシベーション膜(13)と、
     前記受光面側パッシベーション膜(13)上に形成された、前記受光面側拡散層(6)の導電型と同じ導電型の不純物を含む反射防止膜(12)とを有し、
     前記反射防止膜(12)は、リン酸チタンを含むチタン酸化物からなる太陽電池(1)。
  2.  前記受光面側拡散層(6)のシート抵抗値が、100Ω/□以上250Ω/□未満である請求項1に記載の太陽電池(1)。
  3.  前記反射防止膜(12)に含まれるリン酸チタンの含有量は、リン酸化物として15wt%以上35wt%以下である請求項1または2に記載の太陽電池(1)。
  4.  シリコン基板(4)の受光面側に受光面側拡散層(6)を有する太陽電池(1)の製造方法であって、
     前記受光面側拡散層(6)に含まれることとなる不純物を含む化合物、チタンアルコキシドおよびアルコールを少なくとも含む溶液を前記シリコン基板(4)の受光面に塗布してから窒素雰囲気下で熱処理することにより、前記受光面拡散層(6)と反射防止膜(12)とを前記シリコン基板(4)の受光面上に形成する工程と、
     前記シリコン基板(4)の受光面上に、熱処理により受光面側パッシベーション膜(13)を形成する工程とを備え、
     前記受光面側パッシベーション膜(13)を形成する工程の熱処理は、酸素雰囲気下で行われる太陽電池(1)の製造方法。
  5.  前記受光面側パッシベーション膜(13)を形成する工程の熱処理は、850℃よりも高い温度で行なわれる請求項4に記載の太陽電池(1)の製造方法。
  6.  前記受光面側パッシベーション膜(13)を形成する工程において、前記受光面とは反対側に位置するシリコン基板(4)の裏面上に裏面側パッシベーション膜(14)が形成される請求項4または5に記載の太陽電池(1)の製造方法。
  7.  前記受光面拡散層(6)および前記反射防止膜(12)を形成する工程と前記受光面側パッシベーション膜(13)を形成する工程とを一連の熱処理によって行う請求項4~6のいずれかに記載の太陽電池(1)の製造方法。
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