JP2004281569A

JP2004281569A - 太陽電池素子の製造方法

Info

Publication number: JP2004281569A
Application number: JP2003068734A
Authority: JP
Inventors: Kenji Fuseya; 健司伏谷
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2003-03-13
Filing date: 2003-03-13
Publication date: 2004-10-07

Abstract

【課題】簡易な工程で高効率の太陽電池素子を製造する。
【解決手段】一導電型半導体基板の一主面側に逆導電型の不純物拡散領域と表面電極とを形成する太陽電池素子の製造方法であって、上記半導体基板の一主面または両主面側の略全面に一回目の熱処理を行って第一の不純物拡散領域を形成した後、上記半導体基板の前記表面電極の形成予定位置領域に不純物拡散剤を塗布して二回目の熱処理を行って第二の不純物拡散領域を形成する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は太陽電池素子の製造方法に関し、特に一主面側に異なる濃度の不純物拡散領域を形成する太陽電池素子の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】
従来の太陽電池素子を図２に示す。図２において、１は半導体基板、２は拡散領域、６は反射防止膜、７はＢＳＦ層、８は表面電極、９は裏面電極を示す。
【０００３】
例えばＰ型半導体基板１の表面近傍の略全面に一定の深さまでＮ型不純物を拡散させてＮ型を呈する拡散領域２と窒化シリコン膜などから成る反射防止膜６を設け、他の主面側には例えばアルミニウムを高濃度に拡散させたＢＳＦ層７を設ける。また、一主面側には表面電極８を設けるとともに、他の主面側に裏面電極９を設けている。
【０００４】
図２に示すような太陽電池は、一導電型の半導体基板１の一主面側に逆導電型不純物を均一に拡散することにより拡散領域２が形成されている。太陽光の照射により半導体基板１内部で発生した電子−正孔対はＰ型半導体基板１とＮ型拡散領域２の界面である接合の電界により、Ｎ型領域とＰ型領域に分離される。これを両主面側の電極８、９から取り出すことで電力を得ることができる。しかし、光照射により半導体基板１の内部で発生した電子と正孔は不純物拡散領域２の表面で一部が再結合してしまう。したがって、太陽電池の変換効率を向上させるためにはこの表面再結合を低減することが重要である。
【０００５】
表面再結合を低減するためには表面の不純物濃度が低い方がよい。しかし、表面電極８と拡散領域２の接触部分で不純物濃度が低い場合、接触抵抗が増大して太陽電池の変換効率が低下してしまう。また、表面電極８の接合の突抜けによるリーク電流の増大を防ぐためにも表面電極８の下部の拡散領域２は深い、即ち高濃度の方が好ましい。これらの相反する条件を満足する方法として、表面電極８の下部に当たる部分に高濃度拡散領域を形成し、それ以外の受光領域を低濃度とする選択的不純物拡散法が考案されている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００６】
図３はこのような選択的不純物拡散による太陽電池素子の製造方法の一実施例を説明するための図である。図３において、１は半導体基板、２は第一の不純物拡散領域、３は不純物元素を含む酸化膜、５は第二の不純物拡散領域、６は反射防止膜、７はＢＳＦ層、８は表面電極、９は裏面電極、１０はレジストを示す。
【０００７】
例えばＰ型の半導体基板１を用意する（ａ）。次に、半導体基板１をＰＯＣｌ_３などの拡散源を用いて酸素を流しながら加熱することにより、半導体基板１の表面にリンの不純物元素を含む酸化膜３が形成されるとともに、その酸化膜３からリンが拡散されて半導体基板１の表面に第一の不純物拡散領域２が形成される（ｂ）。表面電極の形成予定位置領域に耐薬品性のあるレジスト１０を塗布し（ｃ）、エッチングしてレジスト１０を塗布した以外の部分の第一の不純物拡散領域２を除去する（ｄ）。レジスト１０および酸化膜３を除去してから（ｅ）、表面に第二の不純物拡散領域５を形成する（ｆ）。表面には反射防止膜６を形成するとともに、裏面には例えばアルミニウムなどを拡散させてＢＳＦ層７を形成する（ｇ）。その後、表面電極８および裏面電極９を形成し（ｈ）選択的不純物拡散による太陽電池素子が完成する。
【０００８】
このような方法によれば、選択的に均一な拡散領域を形成することができる。しかしこの方法によると、工程が煩雑になり生産コストの高騰を招く。また、第一の不純物拡散領域２を形成した後に半導体基板１の表面をエッチングすることにより、電極の形成予定位置領域領域以外の第一の不純物拡散領域２を除去するため、反射率低減のために半導体基板１の表面に微細な凹凸を形成することは困難になる。つまり図３（ａ）の状態で半導体基板１の表面に微細な凹凸を形成し、その後、（ｂ）に示すように第一の不純物拡散領域２を形成しても、電極の形成予定位置領域領域以外の受光面にあたる部分をエッチングするため、微細な凹凸はなくなってしまう。
【０００９】
これを回避するために、電極の形成予定位置領域領域以外の受光面にあたる部分を微細な凹凸を形成しながらエッチングすることも考えられる。この方法によれば受光面に微細な凹凸を形成でき、太陽電池素子表面の反射率を下げることができる。しかし、より有効に反射率を低減するために微細な凹凸を形成しようとすると、エッチング量が足りず第一の不純物拡散領域２を除去することができないため、あらかじめ薬液などで第一の不純物拡散領域２を除去してから微細な凹凸を形成することになり、さらに工程の増加を招くことになる。
【００１０】
図４は選択的不純物拡散による太陽電池素子の他の製造方法を示す図である。図４において、１は半導体基板、２は第一の不純物拡散領域、５は第二の不純物拡散領域、６は反射防止膜、７はＢＳＦ層、８は表面電極、９は裏面電極、１０はレジスト、１１は酸化膜を示す。
【００１１】
たとえばＰ型の半導体基板１を準備する（ａ）。この半導体基板１を酸化雰囲気中で加熱することにより、表面に酸化膜１１を形成する（ｂ）。次に、表面電極８の形成予定位置領域以外をレジスト１０で覆い（ｃ）、薬液で処理することによって酸化膜１１の表面電極８の形成予定位置領域に窓を開ける（ｄ）。この窓を用いて逆導電型不純物を拡散することにより第二の不純物拡散領域５を選択的に形成する（ｅ）。その後、表面側の酸化膜１１のみを除去し（ｆ）再度拡散することによって表面に第一の不純物拡散領域２を形成し、その後酸化膜１１を除去する（ｇ）。その後、表面側に反射防止膜６を形成するとともに、裏面側にアルミニウムなどを拡散させることによってＢＳＦ層７を形成する（ｈ）。その後、表面電極８および裏面電極９を形成することによって太陽電池素子が完成する。
【００１２】
この方法によれば、選択的に均一な拡散領域５を形成することができる。しかしこの方法によっても工程が複雑になり製造コストの高騰を招く。また、酸化膜１１を形成するための高温プロセスが増えるため、半導体基板１に与えるダメージが増大して半導体基板１の割れが発生しやすくなったり、太陽電池素子の出力特性の低下を招くといった問題が発生する。
【００１３】
本発明はこのような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、簡易な工程で高効率の太陽電池素子を製造する方法を提供することを目的とする。
【００１４】
【非特許文献１】
ＪｉａｎｈｕａＺｈａｏ，ｅｔｃ．”２２．３％ＥＦＦＩＣＩＥＮＴＳＩＬＩＣＯＮＳＯＬＡＲＣＥＬＬＭＯＤＵＬＥ” ２５ｔｈＰｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃＳｐｅｃｉａｌｉｓｔｓＣｏｎｆ．（１９９６）Ｐ．１２０３−１２０６
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係る太陽電池素子の製造方法では、一導電型半導体基板の一主面側に逆導電型の不純物拡散領域と表面電極とを形成する太陽電池素子の製造方法において、前記半導体基板の一主面側または両主面側の略全面に一回目の熱処理を行って第一の不純物拡散領域を形成した後、前記半導体基板の前記表面電極の形成予定位置領域に不純物拡散剤を塗布して二回目の熱処理を行って第二の不純物拡散領域を形成することを特徴とする。
【００１６】
このとき、前記半導体基板の一主面側または両主面側の略全面に不純物元素を含む酸化膜を形成して前記一回目の熱処理を行って第一の不純物拡散領域を形成したほうがよい。
【００１７】
また、前記酸化膜上の前記電極の形成予定位置領域に前記不純物拡散剤を塗布して前記二回目の熱処理を行って前記第二の不純物拡散領域を形成したほうがよい。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づき詳細に説明する。図１に本発明に係る太陽電池素子の製造方法を示す。図１において、１は半導体基板、２は第一の不純物拡散領域、３は不純物元素を含む酸化膜、４は不純物拡散剤、５は第二の不純物拡散領域、６は反射防止膜、７はＢＳＦ層、８は表面電極、９は裏面電極を示す。
【００１９】
本発明に係る太陽電池素子の製造方法では、まず、例えばｐ型半導体基板１をＰＯＣｌ_３などの不純物ガスを含む酸性ガス中、温度約７００〜９００℃で１回目の熱処理を行うことにより半導体基板１表面にＰ_２Ｏ_５などの不純物元素を含む厚さ数十ｎｍの酸化膜３を形成すると同時に、酸化膜３からの不純物拡散で約第一の不純物拡散領域２を形成する（ａ）（ｂ）。この第１の不純物拡散層は太陽電池素子の受光部に当たるため、シート抵抗で約７０〜２００Ω／□の低濃度の不純物拡散層を形成することが望ましい。このような気相拡散法では、炉内の温度やガスの分布を制御することで比較的均一な拡散領域２を形成することが可能である。
【００２０】
次に、不純物元素を含む酸化膜３上からスクリーン印刷法等により不純物拡散剤４を表面電極８のパターンに合わせて約１０μｍの厚みで塗布する（ｃ）。このとき印刷の幅は、この後の表電極形成工程の位置合わせ誤差を考慮して表電極の幅よりも数１０μｍ程度広くしておく。なお、不純物拡散剤４は、例えばりん酸やリン酸塩等の不純物元素と樹脂と溶剤を主成分とするペーストであり、印刷条件に合わせて１０〜１００Ｐａｓ程度の粘度に調整されている。このとき、半導体基板１上の不純物元素を含む酸化膜３の表面にスクリーン表面の金属等のライフタイムキラーと呼ばれる特性低下の原因となり得る不純物元素が若干付着する。
【００２１】
この後、半導体基板１を約７００〜９００℃で二回目の熱処理を行うことにより表面電極８のパターンに不純物を高濃度に含む酸化膜を形成するとともにこの酸化膜からの不純物拡散により第二の不純物拡散領域５を形成する（ｄ）。この第二の不純物拡散領域は表面電極との接点に当たるため、シート抵抗で約１０〜６０Ω／□の高濃度の不純物拡散層を形成することが望ましい。このとき、半導体基板１の表面の不純物元素を含む酸化膜３は金属等の不純物固溶度が高く、不純物の拡散係数も小さいため、不純物のバリア層となり、印刷時に不純物元素を含む酸化膜３の表面に付着した金属等の不純物が半導体基板１内部に拡散することを抑制する。また、第一の不純物拡散領域２をスクリーン印刷前に形成するため、比較的均一な第一の不純物拡散領域２を形成することが可能となる。このため、太陽電池の特性低下を防ぎ、高効率な太陽電池素子を得ることができる。
【００２２】
次に、薬液処理により不純物元素を含む酸化膜３とその上に余剰に残った不純物拡散剤４を除去した後（ｅ）、半導体基板１の一主面側に窒化シリコン膜などから成る反射防止膜６を設けるとともに、他の主面側にアルミニウム等を拡散させることによってＢＳＦ層７を形成する（ｆ）。その後、表面電極８と裏面電極９を設けることにより太陽電池素子が完成する。
【００２３】
なお、半導体基板１は、単結晶または多結晶シリコンなどからなり、引き上げ法や鋳造法などによって形成される。また、反射防止膜６は例えば窒化シリコン膜などからなり、シランとアンモニアとの混合ガスを用いたプラズマＣＶＤ法などで形成される。さらに、裏面電極７と表面電極８は銀などからなり、銀粉末と有機ビヒクルにガラスフリットを添加してペースト状にしたものをスクリーン印刷法で印刷して６００〜８００℃で１〜３０分程度焼成することによって焼き付けて形成される。この電極７、８の表面ははんだ（不図示）で被覆される。
【００２４】
【実施例】
本発明に係る太陽電池素子の製造方法の実施例を説明する。まず、半導体基板１としてＰ型を呈する板状のシリコン基板１の一主面側に、反応性イオンエッチング法を用いて略全面に微細な凹凸を多数形成した（図不示）。微細な凹凸は入射光を閉じこめて反射率を低減させ、太陽電池素子の短絡電流を増大させる。次に、ＰＯＣｌ_３とＯ_２を含むガス中で約７００℃、３０ｍｉｎの一回目の熱処理を行い表面に約３０ｎｍの不純物元素を含有する酸化膜３と第一の不純物拡散領域２を形成した。
【００２５】
次に、スクリーン印刷法により、表面電極８の形成予定パターンに合わせて不純物拡散剤４を塗布した。このとき、スクリーンは約５０００枚の印刷に使用後のものを用いた。これは長時間使用してスクリーン表面に金属等の特性低下の原因となり得る不純物元素が付着した状態を再現するためである。また、スクリーンはナイロン製、１５０メッシュを使用した。この後、窒素雰囲気中で８００℃、１０ｍｉｎの二回目の熱処理を行い、第二の不純物拡散領域５を形成した。
【００２６】
次に、半導体基板１の一主面側にＣＶＤ装置で反射防止膜６を形成し、一主面側以外の第一の不純物拡散領域２を除去した。また、他の主面側にはアルミニウムペーストを塗布して焼成することによりＢＳＦ層７を形成した。その後、第二の不純物拡散領域５の上に銀などからなる電極材料を塗布するとともに、他の主面側も銀を主成分とする電極材料を塗布して焼き付けることにより、表面電極８および裏面電極９を形成して太陽電池素子を得た。
【００２７】
以上のようにして作製した太陽電池素子と図４に示す従来の方法で電極８の下部に高濃度の拡散領域５を形成した太陽電池素子の電気特性（１００枚平均）を表１に示す。
【００２８】
【表１】

【００２９】
表１から分かるように、本発明による方法を用いれば従来よりも簡易な方法で高特性の太陽電池素子を得ることができる。
【００３０】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で多くの修正および変更を加えることができる。例えば低濃度拡散領域の形成はガラス成分を含む拡散剤を塗布して熱処理する方法でもよい。この方法であっても半導体基板表面の酸化膜と低濃度拡散領域は比較的均一に形成される。
【００３１】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明に係る太陽電池素子の製造方法によれば、半導体基板の一主面側または両主面側の略全面に一回目の熱処理を行って第一の不純物拡散領域を形成した後、上記半導体基板の上記表面電極の形成予定位置領域に不純物拡散剤を塗布して二回目の熱処理を行って第二の不純物拡散領域を形成することから、簡易な方法で選択的拡散領域を有する太陽電池素子を得ることができ、また第二の不純物拡散領域を形成する前に太陽電池素子の出力特性に与える影響の大きい第一の不純物拡散領域を比較的均一に形成することができ、出力特性が向上した太陽電池素子を得ることができる。
【００３２】
また、半導体基板の一主面または両主面側の略全面に不純物元素を含む酸化膜を形成して一回目の熱処理を行って第一の不純物拡散領域を形成すると、太陽電池素子の出力特性に与える影響の大きい第一の不純物拡散領域をさらに均一に形成することができ、出力特性が向上した太陽電池素子を得ることができる。
【００３３】
また、酸化膜上の前記電極の形成予定位置領域に前記不純物拡散剤を塗布して二回目の熱処理を行って第二の不純物拡散領域を形成すると、半導体基板の表面の不純物元素を含む酸化膜は金属等の不純物固溶度が高く、不純物の拡散係数も小さいため、不純物のバリア層となり、印刷時に不純物元素を含む酸化膜の表面に付着した金属等の不純物が半導体基板内部に拡散することを抑制できることから、不純物拡散剤を塗布する際に付着する金属などの不純物が半導体基板内に拡散することを防止することができ、特性低下を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る太陽電池素子の製造方法の一実施形態を示す図である。
【図２】従来の太陽電池素子の構造を説明するための図である。
【図３】従来の太陽電池素子の製造方法の一例を示す図である。
【図４】従来の太陽電池素子の製造方法の他の例を示す図である。
【符号の説明】
１・・・半導体基板、２・・・第一の不純物拡散領域、３・・・不純物元素を含む酸化膜、４・・・不純物拡散剤、５・・・第二の不純物拡散領域、６・・・反射防止膜、７・・・ＢＳＦ層、８・・・表面電極、９・・・裏面電極

Claims

一導電型半導体基板の一主面側に逆導電型の不純物拡散領域と表面電極とを形成する太陽電池素子の製造方法において、前記半導体基板の一主面側または両主面側の略全面に一回目の熱処理を行って第一の不純物拡散領域を形成した後、前記半導体基板の前記表面電極の形成予定位置領域に不純物拡散剤を塗布して二回目の熱処理を行って第二の不純物拡散領域を形成することを特徴とする太陽電池素子の製造方法。
前記半導体基板の一主面側または両主面側の略全面に不純物元素を含む酸化膜を形成して前記一回目の熱処理を行って前記第一の不純物拡散領域を形成することを特徴とする請求項１に記載の太陽電池素子の製造方法。
前記酸化膜上の前記電極の形成予定位置領域に前記不純物拡散剤を塗布して前記二回目の熱処理を行って前記第二の不純物拡散領域を形成することを特徴とする請求項２に記載の太陽電池素子の製造方法。