WO2013002060A1 - 太陽電池用ウエハ、太陽電池およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
平均粒径が8μm以上11μm以下の砥粒(22)を備えた電着ワイヤ(53)によりシリコン結晶インゴット(50)をスライスする工程と、上記シリコン結晶インゴット(50)の上記スライスにより得られた結晶シリコンウエハ(11)を、上記結晶シリコンウエハ(11)の表面に10μm以上150μm以下の幅のファセット(62)を有するように、エッチングする工程と、を含む、太陽電池用シリコンウエハ(1)の製造方法である。
Description
本発明は、太陽電池用シリコンウエハの製造方法、太陽電池用シリコンウエハ、半導体装置の製造方法、および、半導体装置に関する。
近年、エネルギ資源の枯渇の問題や大気中のCO2の増加のような地球環境問題などからクリーンなエネルギの開発が望まれており、特に太陽電池セルを用いた太陽光発電が新しいエネルギ源として開発、実用化され、発展の道を歩んでいる。
太陽電池セルは、従来から、たとえば単結晶または多結晶のシリコンウエハの受光面にシリコンウエハの導電型と反対の導電型となる不純物を拡散することによってpn接合を形成し、シリコンウエハの受光面と受光面の反対側の裏面にそれぞれ電極を形成して製造された両面電極型太陽電池セルが主流となっている。また、両面電極型太陽電池セルにおいては、シリコンウエハの裏面にシリコンウエハと同じ導電型の不純物を高濃度で拡散することによって、裏面電界効果による高出力化を図ることも一般的となっている。
また、シリコンウエハの受光面に電極を形成せず、裏面のみに電極を形成した裏面電極型太陽電池セルについても研究開発が進められている(たとえば、特許文献1参照)。
以下、図28(a)~図28(f)の模式的断面図を参照して、従来の裏面電極型太陽電池セルの製造方法の一例について説明する。
まず、図28(a)に示すように、マスキングペースト102をn型またはp型の導電型を有するシリコンウエハ101の受光面側の全面にスクリーン印刷して乾燥させた後に、シリコンウエハ101の裏面側には部分的に開口部114を設けてマスキングペースト102をスクリーン印刷する。
次に、図28(b)に示すように、シリコンウエハ101の裏面の開口部114からn型ドーパント104を拡散させることにより、n型ドーパント拡散領域103が形成される。
その後、シリコンウエハ101の受光面側および裏面側のマスキングペースト102をすべて除去し、再度、図28(c)に示すように、マスキングペースト102をシリコンウエハ101の受光面側の全面にスクリーン印刷して乾燥させた後に、シリコンウエハ101の裏面側に部分的に開口部115を設けてマスキングペースト102をスクリーン印刷する。
次に、図28(d)に示すように、シリコンウエハ101の裏面の開口部115からp型ドーパント106を拡散させることにより、p型ドーパント拡散領域105が形成される。
次に、図28(e)に示すように、シリコンウエハ101の受光面側の表面をテクスチャエッチングすることによってテクスチャ構造108を形成した後に、テクスチャ構造108上に反射防止膜109を形成するとともに、シリコンウエハ101の裏面側にパッシベーション膜107を形成する。
その後、図28(f)に示すように、シリコンウエハ101の裏面のパッシベーション膜107にn型ドーパント拡散領域103およびp型ドーパント拡散領域105のそれぞれの表面を露出させる開口部を設けた後に、当該開口部を通して、n型ドーパント拡散領域103に接触するn型用電極112を形成するとともに、p型ドーパント拡散領域105に接触するp型用電極113を形成する。以上により、従来の裏面電極型太陽電池セルが作製される。
また、非特許文献1には、アルカリ濃度が51.9%、48.0%、35.0%、10.0%のNaOH水溶液を円筒容器に入れて65℃に設定した後に2インチのシリコンウエハを浸漬させて20分及び30分のエッチングを行なうことが記載されている。
また、非特許文献1には、48.0%NaOHで20分間、51.9%NaOHで30分間、共に65℃でシリコンウエハをエッチングし、表面粗度を測定した結果、表面粗度は、48.0%エッチング品で0.354μm、51.9%エッチング品で0.216μmであって、51.9%エッチング品の方が良好なエッチング状態であり、より高濃度のアルカリの方がエッチング状態が良いことも記載されている。
なお、結晶シリコンを用いる電子デバイスの分野(特にLSI)では機械的研磨にてシリコンウエハの表面の平滑性を向上させる手法が一般的であるが、太陽電池の技術分野では、高スループットおよび低コスト化のため、非特許文献1に記載されているようなケミカルエッチングを用いることが主流となっている。
西村 康雄、「高濃度水酸化ナトリウム水溶液に関する考察」、東亜合成グループ研究年報、TREND 2006、第9号、第8~第12頁
シリコンウエハを用いて良好な特性の裏面電極型太陽電池セルを安定して作製するためには、電極との接触抵抗をなるべく低減することができ、シリコンウエハの表面と電極との界面でのキャリアの再結合を防止できるようなシリコンウエハの表面の平滑化を行なうことが有効である。さらに、マスキングペーストの印刷精度を向上させることも有効である。
背景技術でも述べたようなケミカルエッチングによるシリコンウエハの表面の平滑化は、エッチング量を増やすことでシリコンウエハの表面の平滑性を向上させることが容易であることはよく知られている。
その一方で、高スループットおよび低コスト化のため、裏面電極型太陽電池セルのシリコンウエハの薄型化が求められており、スライス直後のシリコンウエハの厚みは年々薄くなりつつある。このような状況下において、エッチング量を増やすことは裏面電極型太陽電池セルの機械的強度および変換効率の低下を招くという問題がある。
このような問題は、裏面電極型太陽電池セルだけの問題ではなく、両面電極型太陽電池セルなどの太陽電池セルを含む太陽電池全体の問題でもある。
上記の事情に鑑みて、本発明の目的は、良好な特性を有する太陽電池を安定して製造することができる太陽電池用シリコンウエハの製造方法、および、良好な特性を有する太陽電池を安定して製造するために用いられる太陽電池用シリコンウエハを提供することにある。また、本発明の目的は、このような太陽電池用シリコンウエハの製造方法を用いた半導体装置の製造方法、および、太陽電池用シリコンウエハを用いた半導体装置を提供することにある。
本発明は、平均粒径が8μm以上11μm以下の砥粒を備えた電着ワイヤによりシリコン結晶インゴットをスライスする工程と、上記シリコン結晶インゴットの上記スライスにより得られた結晶シリコンウエハを、上記結晶シリコンウエハの表面に10μm以上150μm以下の幅のファセットを有するように、エッチングする工程と、を含む、太陽電池用シリコンウエハの製造方法である。
ここで、本発明の太陽電池用シリコンウエハの製造方法において、エッチングする工程においては、結晶シリコンウエハの表面に0.1μm以上10μm以下の深さのファセットを有するように結晶シリコンウエハをエッチングすることが好ましい。
また、、本発明の太陽電池用シリコンウエハの製造方法において、上記エッチングする工程においては、上記結晶シリコンウエハのエッチング量は、上記結晶シリコンウエハの片側の表面につき5μm以上25μm以下であることが好ましい。
また、上記エッチングする工程においては、濃度が20質量%以上35質量%以下の水酸化ナトリウム水溶液を用いることが好ましい。
また、本発明の太陽電池用シリコンウエハの製造方法において、シリコン結晶インゴットは、単結晶シリコンであることが好ましい。
また、本発明の太陽電池用シリコンウエハの製造方法においては、スライスする工程において、シリコン結晶インゴットは、{100}面が露出するようにスライスされることが好ましい。
また、本発明の太陽電池用シリコンウエハの製造方法においては、スライスする工程において、結晶シリコンウエハの表面を占めるスクラッチの面積比が0.1%以下であることが好ましい。
また、本発明は、平均粒径が8μm以上11μm以下の砥粒を備えた電着ワイヤによりシリコン結晶インゴットをスライスする工程を含む製造方法により得られ、上記シリコン結晶インゴットの上記スライスにより得られた結晶シリコンウエハの表面を占めるスクラッチの面積比が0.1%以下である、太陽電池用シリコンウエハにも関する。
また、本発明は、電着ワイヤにより単結晶シリコン結晶インゴットを{100}面が露出するようにスライスする工程と、上記単結晶シリコン結晶インゴットの上記スライスにより得られた単結晶シリコンウエハを水酸化ナトリウムを用いてエッチングする工程と、を含む製造方法により得られ、厚さが200μm以下の太陽電池用シリコンウエハにも関する。
ここで、本発明の太陽電池用シリコンウエハにおいて、上記エッチングする工程においては、上記単結晶シリコンウエハの表面に10μm以上150μm以下の幅のファセットを有するように上記単結晶シリコンウエハをエッチングすることが好ましい。
また、本発明の太陽電池用シリコンウエハにおいて、上記エッチングする工程においては、上記単結晶シリコンウエハの表面に0.1μm以上10μm以下の深さのファセットを有するように上記単結晶シリコンウエハをエッチングすることが好ましい。
また、本発明は、平均粒径が8μm以上11μm以下の砥粒を備えた電着ワイヤによりシリコン結晶インゴットをスライスする工程と、上記シリコン結晶インゴットの上記スライスにより得られた結晶シリコンウエハを、上記結晶シリコンウエハの表面に10μm以上150μm以下の幅のファセットを有するように、エッチングする工程と、上記結晶シリコンウエハの上記ファセットを有する上記表面に電極を形成する工程と、を含み、上記エッチングする工程においては、上記結晶シリコンウエハのエッチング量は、上記結晶シリコンウエハの片側の表面につき5μm以上25μm以下であり、上記エッチングする工程においては、濃度が20質量%以上35質量%以下の水酸化ナトリウム水溶液を用いる、半導体装置の製造方法にも関する。
また、本発明は、上記の太陽電池用シリコンウエハと、上記結晶シリコンウエハの上記ファセットを有する上記表面に設けられた電極と、を備えた、半導体装置にも関する。
本発明によれば、良好な特性を有する太陽電池を安定して製造することができる太陽電池用シリコンウエハの製造方法、および、良好な特性を有する太陽電池を安定して製造するために用いられる太陽電池用シリコンウエハを提供することができる。また、このような太陽電池用シリコンウエハの製造方法を用いた半導体装置の製造方法、および、太陽電池用シリコンウエハを用いた半導体装置を提供することができる。
以下、本発明の実施の形態について説明する。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わすものとする。
<電着ワイヤによるスライス工程>
図1に、本実施の形態の太陽電池用シリコンウエハの製造方法において、電着ワイヤでシリコン結晶インゴットをスライスする工程の一例を図解する模式的な斜視図を示す。ここで、シリコン結晶インゴット50は、電着ワイヤ53によってスライスされる。
図1に、本実施の形態の太陽電池用シリコンウエハの製造方法において、電着ワイヤでシリコン結晶インゴットをスライスする工程の一例を図解する模式的な斜視図を示す。ここで、シリコン結晶インゴット50は、電着ワイヤ53によってスライスされる。
図1に示すように、電着ワイヤ53は、所定の間隔をあけて配置されたガイドローラ51,52の間に巻き掛けられている。その結果、電着ワイヤ53は、それぞれのガイドローラ51,52において、ガイドローラ51,52の長手方向に沿って、所定の間隔をあけて複数箇所で張られた状態となる。この状態で、ガイドローラ51,52が正転・逆転を繰り返すことによって、電着ワイヤ53が矢印55の方向に往復走行を行なうことになる。
電着ワイヤ53が矢印55の方向に往復走行をしている状態で、シリコン結晶インゴット50を矢印54の方向に移動させる。そして、シリコン結晶インゴット50を往復走行をしている電着ワイヤ53に押し付けることによって、たとえば図2の模式的斜視図に示すように、シリコン結晶インゴット50が複数箇所でスライスされて、複数枚の板状の結晶シリコンウエハ11が形成される。なお、シリコン結晶インゴット50のスライス時にはシリコン結晶インゴット50の表面にグリコールを塗布してスライスしている。
シリコン結晶インゴット50は、{100}面が露出するようにスライスされることが好ましい。この場合には、本発明によって得られる太陽電池用シリコンウエハの受光面を{100}面とすることができ、アルカリエッチングによるテクスチャ構造の形成が容易になるため、良好な特性を有する太陽電池を安定して製造することができる傾向にある。
図3に、図1に示す電着ワイヤ53の一例の模式的な断面図を示す。ここで、電着ワイヤ53は、芯線20と、芯線20の外周面に電着ボンド材21で固着された砥粒22と、を含んでいる。
芯線20としては、たとえばピアノ線などを用いることができる。芯線20の直径は、たとえば115μm程度とすることができる。砥粒22としてはたとえばダイヤモンド砥粒などを用いることができる。電着ボンド材21としてはたとえば芯線20の外表面にめっきされたニッケルなどを用いることができる。電着ボンド材21の厚さは、たとえば3~5μm程度とすることができる。
本実施の形態の太陽電池用シリコンウエハの製造方法において、電着ワイヤ53の砥粒22としては、平均粒径が8μm以上11μm以下の砥粒22が用いられる。従来においては、結晶シリコンウエハ11の表面にスクラッチが多く形成されて、太陽電池の製造時に結晶シリコンウエハ11の表面に印刷されるマスキングペーストのパターンニング性が低下し、太陽電池の電極直下においてキャリアの再結合が生じること等によって太陽電池の特性が低下することがあった。そこで、本発明者が鋭意検討した結果、平均粒径が8μm以上11μm以下の砥粒22を備えた電着ワイヤ53を用いてシリコン結晶インゴット50をスライスすることによって、結晶シリコンウエハ11の表面のスクラッチの形成を抑えることができ、良好な特性を有する太陽電池を安定して製造することができることが見い出された。
なお、本明細書において、砥粒22の平均粒径が8μm以上11μm以下とは、砥粒22の長径aと短径bとから以下の式(i)により算出される砥粒22の粒径の90%以上が8μm以上11μm以下の範囲内に含まれていることを意味する。
砥粒22の粒径=(長径a+短径b)/2 …(i)
シリコン結晶インゴット50としては、たとえば、チョクラルスキー法または鋳造法によって作製された単結晶シリコンインゴットまたは多結晶シリコンインゴットなどが用いられるが、単結晶シリコンインゴットであることが好ましい。シリコン結晶インゴット50が単結晶シリコンインゴットである場合には、本発明によって得られた太陽電池用シリコンウエハを用いて製造された太陽電池の特性が良好なものとなる傾向にある。なお、シリコン結晶インゴット50は、n型またはp型のドーパントがドープされることによって、n型またはp型の導電型を有していてもよい。
シリコン結晶インゴット50としては、たとえば、チョクラルスキー法または鋳造法によって作製された単結晶シリコンインゴットまたは多結晶シリコンインゴットなどが用いられるが、単結晶シリコンインゴットであることが好ましい。シリコン結晶インゴット50が単結晶シリコンインゴットである場合には、本発明によって得られた太陽電池用シリコンウエハを用いて製造された太陽電池の特性が良好なものとなる傾向にある。なお、シリコン結晶インゴット50は、n型またはp型のドーパントがドープされることによって、n型またはp型の導電型を有していてもよい。
図4に、電着ワイヤ53でシリコン結晶インゴット50がスライスされることによって得られた結晶シリコンウエハ11の一例の模式的な断面図を示す。ここで、結晶シリコンウエハ11の表面には、電着ワイヤ53を用いたシリコン結晶インゴット50のスライスによってスライスダメージ1aが生じている。
図5に、図4に示す結晶シリコンウエハ11の表面の一部の一例の模式的な拡大断面図を示す。図5に示すように、結晶シリコンウエハ11の表面には大きなうねり(以下「ソーマーク」という)61が形成されている。また、結晶シリコンウエハ11の表面にはスクラッチ71が形成されている。
ソーマーク61は、電着ワイヤ53を用いたシリコン結晶インゴット50の切断に起因して形成される。すなわち、図1に示すように、結晶シリコンウエハ11は、往復走行する電着ワイヤ53にシリコン結晶インゴット50を押し付けて切断することにより得られるが、電着ワイヤ53の走行方向55が切り替わるたびに電着ワイヤ53が一時停止して線速が落ちる。これにより、電着ワイヤ53に対するシリコン結晶インゴット50の移動方向(矢印54の方向)に沿って電着ワイヤ53によるシリコン結晶インゴット50への切り込み深さが異なるため、それが大きなうねりであるソーマーク61として結晶シリコンウエハ11の表面に現れる。
図6(a)に、図4に示す結晶シリコンウエハ11の表面の一例の模式的な拡大平面図を示し、図6(b)に、図6(a)のVIb-VIbに沿った拡大断面図を示す。結晶シリコンウエハ11の表面には上記の電着ワイヤ53の砥粒22によって砥粒痕72が直線状に形成されるとともに、砥粒痕72よりも大きな凹状の傷であるスクラッチ71が形成されている。
本明細書において、スクラッチ71は、幅Wが1μm以上であって、長さLが1μm以上であって、かつ深さHが1μm以上である傷のことを意味する。ここで、幅Wは、砥粒痕72の伸長方向と直交する方向の傷の長さであり、長さLは、砥粒痕72の伸長方向に平行な方向の傷の長さであり、深さHは結晶シリコンウエハ11の表面に対して垂直な方向の最深の長さである。
このようなスクラッチ71の幅W、長さLおよび深さHは、それぞれ、たとえばレーザ顕微鏡を用いて測定することができる。レーザ顕微鏡としては、たとえば、オリンパス(株)製のOLS3000などを用いることができる。
ここで、結晶シリコンウエハ11の表面を占めるスクラッチの面積比は0.1%以下であることが好ましい。この場合には、太陽電池の製造時に結晶シリコンウエハ11の表面に印刷されるマスキングペーストのパターンニング性が低下し、太陽電池の電極直下においてキャリアの再結合が生じること等による太陽電池の特性の低下を抑制することができる傾向が大きくなる。
なお、上記のスクラッチの面積比(%)は、以下の式(ii)により算出することができる。
スクラッチの面積比(%)=100×(結晶シリコンウエハ11の表面に存在するスクラッチの面積の総和)/(結晶シリコンウエハ11の表面の面積) …(ii)
<結晶シリコンウエハをエッチングする工程>
次に、結晶シリコンウエハ11の表面をエッチングする工程を行なう。これにより、図4に示す結晶シリコンウエハ11の表面のスライスダメージ1aを除去することができるとともに、結晶シリコンウエハ11の表面にクレーター状の窪み(ファセット)を形成することができる。
<結晶シリコンウエハをエッチングする工程>
次に、結晶シリコンウエハ11の表面をエッチングする工程を行なう。これにより、図4に示す結晶シリコンウエハ11の表面のスライスダメージ1aを除去することができるとともに、結晶シリコンウエハ11の表面にクレーター状の窪み(ファセット)を形成することができる。
結晶シリコンウエハ11の表面をエッチングする工程は、結晶シリコンウエハ11の表面をエッチングすることができるものであれば特には限定されないが、水酸化ナトリウム濃度が20質量%以上35質量%以下、好ましくは24質量%以上32質量%以下の水酸化ナトリウム水溶液で結晶シリコンウエハ11の片側の表面につき5μm以上25μm以下の厚さのエッチング量だけエッチングすることにより行なうことが好ましい。
これは、本発明者が鋭意検討した結果、水酸化ナトリウム濃度が20質量%以上35質量%以下、好ましくは24質量%以上32質量%以下の水酸化ナトリウム水溶液で結晶シリコンウエハ11の表面をエッチングした場合には、結晶シリコンウエハ11の片側の表面につき5μm以上25μm以下の厚さだけエッチングすると、水酸化ナトリウム濃度が35質量%よりも高い水酸化ナトリウム水溶液で同じ厚さだけエッチングした場合よりもはるかに結晶シリコンウエハ11の表面の平滑性を向上させることができることを見出したことによるものである。
たとえば、水酸化ナトリウム濃度が30質量%の水酸化ナトリウム水溶液で結晶シリコンウエハ11の片側の表面につき13μmの厚さのエッチングを行なった場合には、水酸化ナトリウム濃度が48質量%の水酸化ナトリウム水溶液で結晶シリコンウエハ11の片側の表面につき30μm程度の厚さのエッチング量である従来のエッチングと同等以上の結晶シリコンウエハ11の表面の平滑性を達成することができる。
これにより、平滑性が向上した結晶シリコンウエハ11の表面と電極との接触面積を増加させることにより結晶シリコンウエハ11の表面と電極との接触抵抗および結晶シリコンウエハ11の表面と電極との界面でのキャリアの再結合を低減することができるとともに、平滑性が向上した結晶シリコンウエハ11の表面に印刷したマスキングペーストの印刷精度を向上させることによって、シャント抵抗を向上させ、逆方向飽和電流を低減することができる。
さらに、エッチング量を抑えることにより結晶シリコンウエハ11の機械的強度およびその結晶シリコンウエハ11を用いて製造された太陽電池セルの変換効率の低下を抑えることができる。これにより、良好な特性を有する太陽電池を安定して製造することができる太陽電池用シリコンウエハを製造することが可能となる。
ここで、結晶シリコンウエハ11の片側の表面のエッチング量(エッチング深さ)は、5μm以上20μm以下であることが好ましく、5μm以上15μm以下であることがより好ましい。結晶シリコンウエハ11の片側の表面のエッチング量が5μm以上20μm以下である場合、特に5μm以上15μm以下である場合には、結晶シリコンウエハ11の片側の表面のエッチング量をさらに抑えながら結晶シリコンウエハ11の表面の平滑性を向上させることができる傾向が大きくなる。
なお、結晶シリコンウエハ11の表面のエッチング量は、当該エッチングによる結晶シリコンウエハ11の片側の表面の結晶シリコンウエハ11の厚さ方向における厚みの減少量(μm)を意味する。
<太陽電池用シリコンウエハ>
図7に図4に示す結晶シリコンウエハの表面が上記のようにエッチングされることにより形成された太陽電池用シリコンウエハの一例の模式的な断面図を示し、図8に図7に示す太陽電池用シリコンウエハの表面の一例の模式的な拡大断面図を示す。
図7に図4に示す結晶シリコンウエハの表面が上記のようにエッチングされることにより形成された太陽電池用シリコンウエハの一例の模式的な断面図を示し、図8に図7に示す太陽電池用シリコンウエハの表面の一例の模式的な拡大断面図を示す。
図7に示すように、太陽電池用シリコンウエハ1の表面にはスライスダメージは最早存在していないが、図8に示すように上記濃度の水酸化ナトリウム水溶液のエッチングに起因して形成されたファセット62が形成されている。
図9に、図8に示すファセット62の一例の模式的な拡大断面図を示す。水酸化ナトリウム濃度が20質量%以上35質量%以下、好ましくは24質量%以上32質量%以下の水酸化ナトリウム水溶液で結晶シリコンウエハ11の片側の表面につき5μm以上25μm以下、好ましくは5μm以上20μm以下、より好ましくは5μm以上15μm以下の厚さだけエッチングされて太陽電池用シリコンウエハ1の表面に形成されたファセット62の幅は10μm以上150μm以下、好ましくは20μm以上60μm以下であって、ファセット62の深さは0.1μm以上10μm以下となる。
たとえば、水酸化ナトリウム濃度が30質量%である水酸化ナトリウム水溶液で結晶シリコンウエハ11の片側の表面を13μmだけエッチングすることによって得られる太陽電池用シリコンウエハ1の表面のファセット62の幅はたとえば図9に示すように20μm以上60μm以下となる。
一方、図10の模式的拡大断面図に示すように、水酸化ナトリウム濃度が35質量%よりも大きい水酸化ナトリウム水溶液で結晶シリコンウエハの片側の表面につき5μm以上25μm以下だけエッチングされた太陽電池用シリコンウエハの表面に形成されたファセット63の幅は、水酸化ナトリウム濃度が20質量%以上35質量%以下の水酸化ナトリウム水溶液で同じエッチング量だけエッチングした場合よりも非常に狭小となり、ファセット63の深さは0.1μm以上10μm以下となる。
たとえば、水酸化ナトリウム濃度が48質量%である水酸化ナトリウム水溶液で結晶シリコンウエハの片側の表面を13μmだけエッチングすることによって得られる太陽電池用シリコンウエハの表面のファセット63の幅はたとえば図10に示すように3μm以上15μm以下となる。
さらに、図11の模式的拡大断面図に示すように、水酸化ナトリウム濃度が20質量%未満の水酸化ナトリウム水溶液で結晶シリコンウエハの片側の表面につき5μm以上25μm以下だけエッチングされた太陽電池用シリコンウエハの表面に形成されたファセット64の内部にはピラミッド状の突起物65が形成される。
このように、水酸化ナトリウム濃度が20質量%以上35質量%以下、好ましくは24質量%以上32質量%以下の水酸化ナトリウム水溶液で5μm以上25μm以下、好ましくは5μm以上20μm以下、より好ましくは5μm以上15μm以下の厚さだけエッチングして形成された10μm以上150μm以下、好ましくは20μm以上150μm以下の幅と0.1μm以上10μm以下の深さとを有するファセット62を有する太陽電池用シリコンウエハ1の表面はその他の場合と比べてなだらかな表面となる。
このようななだらかな表面に電極を形成した場合には、図10に示すようなファセット63の幅が狭くなだらかではない表面、および図11に示すようなファセット64の内部に突起物65が形成されてなだらかではない表面に電極を形成した場合と比べて、太陽電池用シリコンウエハ1と電極との接触抵抗および太陽電池用シリコンウエハ1の表面と電極との界面でのキャリアの再結合を低減できるのは明らかである。
また、このようななだらかな表面にマスキングペーストを印刷した場合には、図10に示すようなファセット63の幅が狭くなだらかではない表面および図11に示すようなファセット64の内部に突起物65が形成されてなだらかではない表面にマスキングペーストを印刷した場合と比べてマスキングペーストの印刷精度が向上することは明らかである。そのため、水酸化ナトリウム濃度が20質量%以上35質量%以下、好ましくは24質量%以上32質量%以下の水酸化ナトリウム水溶液で5μm以上25μm以下、好ましくは5μm以上20μm以下、より好ましくは5μm以上15μm以下の厚さだけエッチングして形成された太陽電池用シリコンウエハ1を用いた場合には、良好な特性を有する太陽電池を安定して製造することができる。
太陽電池用シリコンウエハ1の表面に形成されたファセット62の90%以上が、幅10μm以上150μm以下、好ましくは20μm以上150μm以下であって、深さ0.1μm以上10μm以下のファセット62であることが好ましい。この場合には、太陽電池用シリコンウエハ1の表面がさらになだらかになって良好な特性を有する太陽電池を安定して製造することができる傾向が大きくなる。
<裏面電極型太陽電池セルの製造方法>
以下、図12~図21を参照して、実施の形態の裏面電極型太陽電池セルの製造方法について説明する。
以下、図12~図21を参照して、実施の形態の裏面電極型太陽電池セルの製造方法について説明する。
まず、図12(a)の模式的断面図および図12(b)の模式的平面図に示すように、上記のエッチングにより幅広のファセット62を有するように作製されたn型またはp型の太陽電池用シリコンウエハ1の受光面側の表面(受光面)の全面にマスキングペースト2を設置するとともに太陽電池用シリコンウエハ1の裏面側の表面(裏面)に開口部14を設けるようにしてマスキングペースト2を帯状に設置する。図12(b)は、図12(a)を太陽電池用シリコンウエハ1の裏面側から見たときの模式的な平面図である。
なお、上記のエッチングは、水酸化ナトリウム濃度が20質量%以上35質量%以下、好ましくは24質量%以上32質量%以下の水酸化ナトリウム水溶液を用いて片側の表面につき5μm以上25μm以下、好ましくは5μm以上20μm以下、より好ましくは5μm以上15μm以下の厚さだけエッチングすることにより行なわれており、当該エッチングは太陽電池用シリコンウエハ1の受光面および裏面のそれぞれに対して行なわれている。
マスキングペースト2としては、たとえば、溶剤、増粘剤、ならびに酸化シリコン前駆体および/または酸化チタン前駆体を含むものなどを用いることができる。また、マスキングペースト2としては、増粘剤を含まないものも用いることができる。
溶剤としては、たとえば、エチレングリコール、メチルセロソルブ、メチルセロソルブアセテート、エチルセロソルブ、ジエチルセロソルブ、セロソルブアセテート、エチレングリコールモノフェニルエーテル、メトキシエタノール、エチレングリコールモノアセテート、エチレングリコールジアセテート、ジエチレングリコール、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アセテート、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、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メチルエチルエーテル、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アセテート、トリエチルグリコール、トリエチレングリコールモノメチルエーテル、トリエチレングリコールモノエチルエーテル、テトラエチレングリコール、液体ポリエチレングリコール、プロピレングリコール、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノブチルエーテル、1-ブトキシエトキシプロパノール、ジプロピルグリコール、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、ポリプロピレングリコール、トリメチレングリコール、ブタンジアール、1,5-ペンタンジアール、ヘキシレングリコール、グリセリン、グリセリルアセテート、グリセリンジアセテート、グリセリルトリアセテート、トリメチロールプロピン、1,2,6-ヘキサントリオール、1,2-プロパンジオール、1,5-ペンタンジオール、オクタンジオール、1,2-ブタンジオール、1,4-ブタンジオール、1,3-ブタンジオール、ジオキサン、トリオキサン、テトラヒドロフラン、テトラヒドロピラン、メチラール、ジエチルアセタール、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、ジエチルケトン、アセトニルアセトン、ジアセトンアルコール、ギ酸メチル、ギ酸エチル、ギ酸プロピル、酢酸メチル、酢酸エチルを単独でまたは2種以上併用して用いることができる。
増粘剤としては、エチルセルロース、ポリビニルピロリドンまたは双方の混合物を用いることが望ましいが、様々な品質および特性のベントナイト、様々な極性溶剤混合物用の一般に無機のレオロジー添加剤、ニトロセルロースおよびその他のセルロース化合物、デンプン、ゼラチン、アルギン酸、高分散性非晶質ケイ酸(Aerosil(登録商標))、ポリビニルブチラール(Mowital(登録商標))、ナトリウムカルボキシメチルセルロース(vivistar)、熱可塑性ポリアミド樹脂(Eurelon(登録商標))、有機ヒマシ油誘導体(Thixin R(登録商標))、ジアミド・ワックス(Thixatrol plus(登録商標))、膨潤ポリアクリル酸塩(Rheolate(登録商標))、ポリエーテル尿素-ポリウレタン、ポリエーテル-ポリオールなどを用いることもできる。
酸化シリコン前駆体としては、たとえば、TEOS(テトラエチルオルソシリケート)のような一般式R1’nSi(OR1)4-n(R1’はメチル、エチルまたはフェニルを示し、R1はメチル、エチル、n-プロピルまたはi-プロピルを示し、nは0、1または2を示す。)で示される物質を用いることができる。
酸化チタン前駆体には、たとえば、Ti(OH)4のほか、TPT(テトライソプロポキシチタン)のようなR2’nTi(OR2)4-nで示される物質(R2’はメチル、エチルまたはフェニルを示し、R2はメチル、エチル、n-プロピルまたはi-プロピルを示し、nは0、1または2を示す。)であり、その他、TiCl4、TiF4およびTiOSO4なども含まれる。
増粘剤を用いる場合には、増粘剤としては、たとえば、ヒマシ油、ベントナイト、ニトロセルロース、エチルセルロース、ポリビニルピロリドン、デンプン、ゼラチン、アルギン酸、非晶質ケイ酸、ポリビニルブチラール、ナトリウムカルボキシメチルセルロース、ポリアミド樹脂、有機ヒマシ油誘導体、ジアミド・ワックス、膨潤ポリアクリル酸塩、ポリエーテル尿素-ポリウレタン、ポリエーテル-ポリオールなどを単独でまたは2種以上を併用して用いることができる。
マスキングペースト2の設置方法は、特に限定されず、たとえば従来から公知の塗布方法などを用いることができる。
その後、太陽電池用シリコンウエハ1の受光面および裏面にそれぞれ設置されたマスキングペースト2を乾燥させる。
マスキングペースト2の乾燥方法としては、たとえばマスキングペースト2の設置後の太陽電池用シリコンウエハ1をオーブン内に設置し、たとえば300℃程度の温度でたとえば数十分間の時間マスキングペースト2を加熱することにより行なうことができる。
そして、上記のようにして乾燥させた後のマスキングペースト2を焼成することによって、マスキングペースト2を固化させる。マスキングペースト2の焼成は、たとえば800℃以上1000℃以下の温度でたとえば10分間以上60分間以下の時間マスキングペースト2を加熱することにより行なうことができる。
次に、図13(a)の模式的断面図および図13(b)の模式的平面図に示すように、n型ドーパント含有ガス4を流すことによって、太陽電池用シリコンウエハ1の裏面側の開口部14から露出している太陽電池用シリコンウエハ1の裏面にn型ドーパントを拡散させてn型ドーパント拡散領域3を帯状に形成する。
n型ドーパント含有ガス4としては、たとえばn型ドーパントであるリンを含むPOCl3などを用いることができる。また、n型ドーパント拡散領域3は、太陽電池用シリコンウエハ1よりもn型ドーパント濃度が高い領域である。また、図13(b)は、図13(a)を太陽電池用シリコンウエハ1の裏面側から見たときの模式的な平面図である。
その後、太陽電池用シリコンウエハ1の受光面および裏面のそれぞれのマスキングペースト2を一旦すべて除去する。マスキングペースト2の除去は、たとえば、マスキングペースト2が設置された太陽電池用シリコンウエハ1をフッ酸水溶液中に浸漬させることなどにより行なうことができる。
次に、図14(a)の模式的断面図および図14(b)の模式的平面図に示すように、太陽電池用シリコンウエハ1の受光面側の表面(受光面)の全面にマスキングペースト2を設置するとともに、太陽電池用シリコンウエハ1の裏面側の表面(裏面)に開口部15を設けるようにしてマスキングペースト2を設置する。開口部15は開口部14とは異なる箇所に形成される。なお、図14(b)は、図14(a)を太陽電池用シリコンウエハ1の裏面側から見たときの模式的な平面図である。
そして、太陽電池用シリコンウエハ1の受光面および裏面にそれぞれ塗布されたマスキングペースト2を乾燥させた後に、マスキングペースト2を焼成することによって、マスキングペースト2を固化させる。
次に、図15(a)の模式的断面図および図15(b)の模式的平面図に示すように、p型ドーパント含有ガス6を流すことによって、太陽電池用シリコンウエハ1の裏面側の開口部15から露出している太陽電池用シリコンウエハ1の裏面にp型ドーパントを拡散させてp型ドーパント拡散領域5を帯状に形成する。なお、p型ドーパント含有ガス6としては、たとえばp型ドーパントであるボロンを含むBBr3などを用いることができる。また、p型ドーパント拡散領域5は、太陽電池用シリコンウエハ1よりもp型ドーパント濃度が高い領域である。また、図15(b)は、図15(a)を太陽電池用シリコンウエハ1の裏面側から見たときの模式的な平面図である。
次に、図16(a)の模式的断面図および図16(b)の模式的平面図に示すように、太陽電池用シリコンウエハ1の受光面および裏面のそれぞれのマスキングペースト2をすべて除去する。これにより、太陽電池用シリコンウエハ1の受光面全面および裏面全面が露出して、帯状のn型ドーパント拡散領域3および帯状のp型ドーパント拡散領域5をそれぞれ露出させることができる。なお、図16(b)は、図16(a)を太陽電池用シリコンウエハ1の裏面側から見たときの模式的な平面図である。
次に、図17(a)の模式的断面図および図17(b)の模式的平面図に示すように、太陽電池用シリコンウエハ1の裏面上にパッシベーション膜7を形成する。パッシベーション膜7としては、たとえば、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜または酸化シリコン膜と窒化シリコン膜との積層体などを用いることができる。パッシベーション膜7は、たとえば、プラズマCVD法などにより形成することができる。なお、図17(b)は、図17(a)を太陽電池用シリコンウエハ1の裏面側から見たときの模式的な平面図である。
次に、図18(a)の模式的断面図および図18(b)の模式的平面図に示すように、太陽電池用シリコンウエハ1のパッシベーション膜7が形成されている側と反対側となる受光面をテクスチャエッチングすることによってテクスチャ構造8を形成する。テクスチャ構造8を形成するためのテクスチャエッチングは、太陽電池用シリコンウエハ1の裏面に形成されたパッシベーション膜7をエッチングマスクとして用いることによって行なうことができる。なお、テクスチャエッチングは、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た液をたとえば70℃以上80℃以下に加熱したエッチング液を用いて太陽電池用シリコンウエハ1の受光面をエッチングすることによって行なうことができる。
次に、図19(a)の模式的断面図および図19(b)の模式的平面図に示すように、太陽電池用シリコンウエハ1のテクスチャ構造8上に反射防止膜9を形成する。反射防止膜9としては、たとえば、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜または酸化シリコン膜と窒化シリコン膜との積層体などを用いることができる。反射防止膜9は、たとえば、プラズマCVD法などにより形成することができる。なお、図19(b)は、図19(a)を太陽電池用シリコンウエハ1の裏面側から見たときの模式的な平面図である。
次に、図20(a)の模式的断面図および図20(b)の模式的平面図に示すように、パッシベーション膜7の一部を除去することによってコンタクトホール10a,10bを形成して、コンタクトホール10aからn型ドーパント拡散領域3の一部を露出させるとともに、コンタクトホール10bからp型ドーパント拡散領域5の一部を露出させる。なお、図20(b)は、図20(a)を太陽電池用シリコンウエハ1の裏面側から見たときの模式的な平面図である。
コンタクトホール10a,10bは、たとえば、パッシベーション膜7上にフォトリソグラフィ技術を用いてコンタクトホール10a,10bのそれぞれの形成箇所に対応する部分に開口部を有するレジストパターンを形成した後に、レジストパターンの開口部からパッシベーション膜7をエッチングにより除去する方法などにより形成することができる。
次に、図21(a)の模式的断面図および図21(b)の模式的平面図に示すように、コンタクトホール10aを通してn型ドーパント拡散領域3に電気的に接続されるn型用電極12を形成するとともに、コンタクトホール10bを通してp型ドーパント拡散領域5に電気的に接続されるp型用電極13を形成する。ここで、n型用電極12およびp型用電極13としては、たとえば、銀などの金属からなる電極を用いることができる。以上により、裏面電極型太陽電池セルを作製することができる。
以上のように作製された裏面電極型太陽電池セルにおいては、幅広のファセット62を有する太陽電池用シリコンウエハ1のなだらかな裏面にn型用電極12およびp型用電極13がそれぞれ形成されており、太陽電池用シリコンウエハ1の裏面と、n型用電極12およびp型用電極13のそれぞれとの接触面積を増加させることができるため、太陽電池用シリコンウエハ1と電極(n型用電極12,p型用電極13)との接触抵抗および太陽電池用シリコンウエハ1の表面と電極との界面でのキャリアの再結合を低減することができる。
また、太陽電池用シリコンウエハ1の裏面の凹凸に起因してマスキングペースト2の印刷パターンが乱れることが少ないため、マスキングペースト2の印刷精度を向上させることができる。さらには、従来よりもエッチング量が抑えられて太陽電池用シリコンウエハ1が形成されているため、太陽電池用シリコンウエハ1の機械的強度および裏面電極型太陽電池セルの変換効率の低下を抑えることができる。そのため、上記のようにして作製された裏面電極型太陽電池セルにおいては、良好な特性を有する裏面電極型太陽電池セルを安定して製造することができる。
なお、上記においては、本実施の形態の太陽電池用シリコンウエハ1を用いて裏面電極型太陽電池セルを製造する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、両面電極型太陽電池セルなどの裏面電極型太陽電池セル以外の太陽電池セルを製造してもよい。
<結晶シリコンウエハの作製と評価>
まず、チョクラルスキー法によって形成したn型単結晶シリコンインゴットを、往復走行を行なっている電着ワイヤに押し付けて{100}面が露出するようにスライスした。これにより、面積が239.7cm2の擬似正方形状の受光面および裏面を有するとともに厚さが200μmの板状のn型単結晶シリコンウエハ(実施例のn型単結晶シリコンウエハ)が複数枚作製された。
まず、チョクラルスキー法によって形成したn型単結晶シリコンインゴットを、往復走行を行なっている電着ワイヤに押し付けて{100}面が露出するようにスライスした。これにより、面積が239.7cm2の擬似正方形状の受光面および裏面を有するとともに厚さが200μmの板状のn型単結晶シリコンウエハ(実施例のn型単結晶シリコンウエハ)が複数枚作製された。
ここで、電着ワイヤとしては、断面直径110μmのピアノ線の外周面に、平均粒径8μm以上11μm以下のダイヤモンド砥粒を、厚さ3~5μmのニッケルめっきで固着したものを用いた。
図22(a)~図26(a)に、それぞれ、上記スライス後の実施例のn型単結晶シリコンウエハの表面の顕微鏡写真を示し、図22(b)~図26(b)に、それぞれ、図22(a)~図26(a)の実施例のn型単結晶シリコンウエハの表面のレーザ顕微鏡による凹凸の測定結果を示す。
図22~図26に示すように、実施例のn型単結晶シリコンウエハの表面はなだらかであることが確認された。
また、図22~図26に示される実施例のn型単結晶シリコンウエハの表面を占めるスクラッチの面積比を測定した。ここで、スクラッチの面積比は、レーザ顕微鏡(オリンパス(株)製の「OLS3000」)を用いて、実施例のn型単結晶シリコンウエハの表面にスポット径が0.4μmのレーザ光を照射することにより行なった。具体的には、以下の(I)~(III)により行なった。
(I)実施例のn型単結晶シリコンウエハの表面に上記のレーザ顕微鏡から上記スポット径を有するレーザ光を照射して、n型単結晶シリコンウエハ1枚当たり100箇所についてスクラッチの有無を確認する(検査面積の総和は、100μm×100μm×100=1mm2)。
(II)(I)によって発見されたスクラッチのそれぞれの面積を算出し、その面積の総和を求める。
(III)(II)で求めたスクラッチの面積の総和を検査面積の総和で割ることによってスクラッチの面積比(%)を算出する。
スクラッチの面積比(%)=100×(スクラッチの面積の総和)/(検査面積の総和)
その結果、実施例のn型単結晶シリコンウエハのスクラッチの面積比(%)は、それぞれ0.1%以下であることが確認された。また、実施例のn型単結晶シリコンウエハのスクラッチの最大の深さは5μmであることも確認された。
その結果、実施例のn型単結晶シリコンウエハのスクラッチの面積比(%)は、それぞれ0.1%以下であることが確認された。また、実施例のn型単結晶シリコンウエハのスクラッチの最大の深さは5μmであることも確認された。
また、比較として、電着ワイヤのダイヤモンド砥粒の平均粒径を10μm以上20μm以下(ダイヤモンド砥粒の粒径の90%以上が10μm以上20μm以下の範囲内に含まれている)に変更したこと以外は上記と同様にしてn型単結晶シリコンウエハ(比較例のn型単結晶シリコンウエハ)を作製した。
図27(a)に比較例のn型単結晶シリコンウエハの表面の顕微鏡写真を示し、図27(b)に図27(a)の比較例のn型単結晶シリコンウエハの表面のレーザ顕微鏡による凹凸の測定結果を示す。
図27に示すように、比較例のn型単結晶シリコンウエハの表面は、実施例のn型単結晶シリコンウエハの表面と比べてなだらかではないことが確認された。
また、上記と同様にして、比較例のn型単結晶シリコンウエハの表面を占めるスクラッチの面積比を測定した。その結果、比較例のn型単結晶シリコンウエハのスクラッチの面積比(%)は、0.5%以上であることが確認された。また、比較例のn型単結晶シリコンウエハのスクラッチの最大の深さは10μmであることも確認された。
<太陽電池用シリコンウエハの作製>
次に、上記のようにして形成した実施例および比較例のそれぞれのn型単結晶シリコンウエハの表面を水酸化ナトリウム濃度が30質量%の水酸化ナトリウム水溶液で片側の表面のエッチング量が13μm(両方の表面のエッチング量を合わせて26μm、エッチング後のn型単結晶シリコンウエハの厚みが174μm)となるようにエッチングした。これにより、実施例のn型単結晶シリコンウエハから実施例の太陽電池用シリコンウエハを複数枚作製し、比較例のn型単結晶シリコンウエハから比較例の太陽電池用シリコンウエハを作製した。
次に、上記のようにして形成した実施例および比較例のそれぞれのn型単結晶シリコンウエハの表面を水酸化ナトリウム濃度が30質量%の水酸化ナトリウム水溶液で片側の表面のエッチング量が13μm(両方の表面のエッチング量を合わせて26μm、エッチング後のn型単結晶シリコンウエハの厚みが174μm)となるようにエッチングした。これにより、実施例のn型単結晶シリコンウエハから実施例の太陽電池用シリコンウエハを複数枚作製し、比較例のn型単結晶シリコンウエハから比較例の太陽電池用シリコンウエハを作製した。
上記のレーザ顕微鏡を用いて、実施例の太陽電池用シリコンウエハの表面および比較例の太陽電池用シリコンウエハの表面をそれぞれ観察したところ、実施例の太陽電池用シリコンウエハの表面に形成されたファセットの90%が、幅20μm以上60μm以下であって、深さ0.1μm以上10μm以下のファセットであることが確認された。
<裏面電極型太陽電池セルの作製と評価>
実施例の太陽電池用シリコンウエハおよび比較例の太陽電池用シリコンウエハを用いて、それぞれ、実施例の裏面電極型太陽電池セルおよび比較例の裏面電極型太陽電池セルを作製した。
実施例の太陽電池用シリコンウエハおよび比較例の太陽電池用シリコンウエハを用いて、それぞれ、実施例の裏面電極型太陽電池セルおよび比較例の裏面電極型太陽電池セルを作製した。
具体的には、まず、実施例の太陽電池用シリコンウエハおよび比較例の太陽電池用シリコンウエハのそれぞれの一方の表面全面にマスキングペーストを印刷するとともに、その反対側の表面に開口部を複数有するように帯状のマスキングペーストを印刷した。
次に、マスキングペーストの印刷後のそれぞれの太陽電池用シリコンウエハをオーブン内に設置して加熱することによりマスキングペーストを乾燥させた。
次に、上記のようにして乾燥させた後のマスキングペーストを加熱して焼成することによってマスキングペーストを固化させた。
次に、マスキングペーストを固化させた後のそれぞれの太陽電池用シリコンウエハにPOCl3を流すことによって、それぞれの太陽電池用シリコンウエハの上記開口部にリンを拡散させてn型ドーパント拡散領域を形成した。
次に、それぞれの太陽電池用シリコンウエハをフッ酸水溶液中に浸漬させることによりそれぞれの太陽電池用シリコンウエハのマスキングペーストをすべて除去した。
次に、それぞれの太陽電池用シリコンウエハのn型ドーパント拡散領域形成側の表面にn型ドーパント拡散領域と平行な帯状に露出してなる開口部を複数有するようにマスキングペーストを印刷した。ここで、マスキングペーストは、n型ドーパント拡散領域とは異なる領域が開口部から露出するように印刷された。
また、それぞれの太陽電池用シリコンウエハのn型ドーパント拡散領域形成側とは反対側の表面全面にもマスキングペーストを設置した。
そして、それぞれの太陽電池用シリコンウエハをオーブン内に設置して加熱することによりマスキングペーストを乾燥させ、その後、マスキングペーストを加熱して焼成することによってマスキングペーストを固化させた。
次に、それぞれの太陽電池用シリコンウエハにBBr3を流すことによって、それぞれの太陽電池用シリコンウエハの上記開口部にボロンを拡散させてp型ドーパント拡散領域を形成した。
次に、それぞれの太陽電池用シリコンウエハをフッ酸水溶液中に浸漬させることによりそれぞれの太陽電池用シリコンウエハのマスキングペーストをすべて除去した。
次に、それぞれの太陽電池用シリコンウエハのn型ドーパント拡散領域およびp型ドーパント拡散領域の形成側の表面全面にプラズマCVD法により窒化シリコン膜からなるパッシベーション膜を形成した。
次に、それぞれの太陽電池用シリコンウエハのパッシベーション膜形成側とは反対側の表面をテクスチャエッチングすることによってテクスチャ構造を形成した。ここで、テクスチャエッチングは、水酸化ナトリウム濃度が3体積%の水酸化ナトリウム水溶液にイソプロピルアルコールを添加した70℃~80℃のエッチング液を用いて行なった。
次に、それぞれの太陽電池用シリコンウエハのテクスチャ構造上にプラズマCVD法により窒化シリコン膜からなる反射防止膜を形成した。
次に、それぞれの太陽電池用シリコンウエハのパッシベーション膜の一部を帯状に除去することによって、コンタクトホールを形成し、n型ドーパント拡散領域およびp型ドーパント拡散領域のそれぞれの一部を露出させた。
その後、それぞれの太陽電池用シリコンウエハのコンタクトホールを埋めるようにして市販の銀ペーストを塗布し、乾燥させ、加熱することによって銀ペーストを焼成し、n型ドーパント拡散領域およびp型ドーパント拡散領域にそれぞれ接する銀電極を形成した。
以上により、実施例の太陽電池用シリコンウエハから実施例の裏面電極型太陽電池セルを作製するとともに、比較例の太陽電池用シリコンウエハから比較例の裏面電極型太陽電池セルを作製した。
そして、実施例の裏面電極型太陽電池セルおよび比較例の裏面電極型太陽電池セルに、ソーラシミュレータを用いて擬似太陽光を照射し、電流-電圧(IV)特性を測定して、短絡電流密度(mA/cm2)、開放電圧(V)、F.F.(Fill Factor)および光電変換効率(%)を測定した。
その結果、実施例の裏面電極型太陽電池セルの短絡電流密度、開放電圧、F.F.および光電変換効率をそれぞれ100としたときの、比較例の裏面電極型太陽電池セルの短絡電流密度の相対値は100であり、開放電圧の相対値は99であり、F.F.相対値は97であり、および光電変換効率の相対値は96であった。
以上により、実施例の裏面電極型太陽電池セルは、比較例の裏面電極型太陽電池セルと比べて、良好な特性を安定して得ることができることが確認された。
これは、実施例の裏面電極型太陽電池セルにおいては、スクラッチの少ない実施例の太陽電池用シリコンウエハのなだらかな表面に銀電極が形成されたことにより、実施例の太陽電池用シリコンウエハの表面と銀電極との接触面積が増加して、実施例の太陽電池用シリコンウエハの表面と銀電極との接触抵抗を低減することができたとともに、実施例の太陽電池用シリコンウエハの表面と銀電極との界面でのキャリアの再結合を低減できたためと考えられる。
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。
本発明は、太陽電池用シリコンウエハの製造方法に利用することができる。
1 太陽電池用シリコンウエハ、1a スライスダメージ、2 マスキングペースト、3 n型ドーパント拡散領域、4 n型ドーパント含有ガス、5 p型ドーパント拡散領域、6 p型ドーパント含有ガス、7 パッシベーション膜、8 テクスチャ構造、9 反射防止膜、10a,10b コンタクトホール、11 結晶シリコンウエハ、12 n型用電極、13 p型用電極、14,15 開口部、20 芯線、21 電着ボンド材、22 砥粒、50 シリコン結晶インゴット、51,52 ガイドローラ、53 電着ワイヤ、54,55 矢印、61 ソーマーク、62,63,64 ファセット、65 突起物、71 スクラッチ、72 砥粒痕、101 シリコンウエハ、102 マスキングペースト、103 n型ドーパント拡散領域、104 n型ドーパント、105 p型ドーパント拡散領域、106 p型ドーパント、107 パッシベーション膜、108 テクスチャ構造、109 反射防止膜、112 n型用電極、113 p型用電極、114,115 開口部。
Claims (13)
- 平均粒径が8μm以上11μm以下の砥粒(22)を備えた電着ワイヤ(53)によりシリコン結晶インゴット(50)をスライスする工程と、
前記シリコン結晶インゴット(50)の前記スライスにより得られた結晶シリコンウエハ(11)を、前記結晶シリコンウエハ(11)の表面に10μm以上150μm以下の幅のファセットを有するように、エッチングする工程と、を含む、太陽電池用シリコンウエハ(1)の製造方法。 - 前記エッチングする工程においては、前記結晶シリコンウエハ(11)の表面に0.1μm以上10μm以下の深さのファセット(62)を有するように前記結晶シリコンウエハ(11)をエッチングする、請求項1に記載の太陽電池用シリコンウエハ(1)の製造方法。
- 前記エッチングする工程においては、前記結晶シリコンウエハ(11)のエッチング量は、前記結晶シリコンウエハ(11)の片側の表面につき5μm以上25μm以下である、請求項1または2に記載の太陽電池用シリコンウエハ(1)の製造方法。
- 前記エッチングする工程においては、濃度が20質量%以上35質量%以下の水酸化ナトリウム水溶液を用いる、請求項1から3のいずれかに記載の太陽電池用シリコンウエハ(1)の製造方法。
- 前記シリコン結晶インゴット(50)は、単結晶シリコンである、請求項1から4のいずれかに記載の太陽電池用シリコンウエハ(1)の製造方法。
- 前記スライスする工程において、前記シリコン結晶インゴット(50)は、{100}面が露出するようにスライスされる、請求項5に記載の太陽電池用シリコンウエハ(1)の製造方法。
- 前記スライスする工程において、前記結晶シリコンウエハ(11)の表面を占めるスクラッチ(71)の面積比が0.1%以下である、請求項1から6のいずれかに記載の太陽電池用シリコンウエハ(1)の製造方法。
- 平均粒径が8μm以上11μm以下の砥粒(22)を備えた電着ワイヤ(53)によりシリコン結晶インゴット(50)をスライスする工程を含む製造方法により得られ、
前記シリコン結晶インゴット(50)の前記スライスにより得られた結晶シリコンウエハ(11)の表面を占めるスクラッチの面積比が0.1%以下である、太陽電池用シリコンウエハ(1)。 - 電着ワイヤ(53)により単結晶シリコン結晶インゴット(50)を{100}面が露出するようにスライスする工程と、
前記単結晶シリコン結晶インゴット(50)の前記スライスにより得られた単結晶シリコンウエハ(11)を水酸化ナトリウムを用いてエッチングする工程と、を含む製造方法により得られ、
厚さが200μm以下の太陽電池用シリコンウエハ(1)。 - 前記エッチングする工程においては、前記単結晶シリコンウエハ(11)の表面に10μm以上150μm以下の幅のファセット(62)を有するように前記単結晶シリコンウエハ(11)をエッチングする、請求項9に記載の太陽電池用シリコンウエハ(1)。
- 前記エッチングする工程においては、前記単結晶シリコンウエハ(11)の表面に0.1μm以上10μm以下の深さのファセット(62)を有するように前記単結晶シリコンウエハ(11)をエッチングする、請求項9または10に記載の太陽電池用シリコンウエハ(1)。
- 平均粒径が8μm以上11μm以下の砥粒(22)を備えた電着ワイヤ(53)によりシリコン結晶インゴット(50)をスライスする工程と、
前記シリコン結晶インゴット(50)の前記スライスにより得られた結晶シリコンウエハ(11)を、前記結晶シリコンウエハ(11)の表面に10μm以上150μm以下の幅のファセット(62)を有するように、エッチングする工程と、
前記結晶シリコンウエハ(11)の前記ファセット(62)を有する前記表面に電極(12,13)を形成する工程と、を含み、
前記エッチングする工程においては、前記結晶シリコンウエハ(11)のエッチング量は、前記結晶シリコンウエハ(11)の片側の表面につき5μm以上25μm以下であり、
前記エッチングする工程においては、濃度が20質量%以上35質量%以下の水酸化ナトリウム水溶液を用いる、半導体装置の製造方法。 - 請求項10または11に記載の太陽電池用シリコンウエハ(1)と、前記結晶シリコンウエハ(11)の前記ファセット(62)を有する前記表面に設けられた電極(12,13)と、を備えた、半導体装置。
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