JP2005209726A - Method for manufacturing solar cell - Google Patents
Method for manufacturing solar cell Download PDFInfo
- Publication number
- JP2005209726A JP2005209726A JP2004012244A JP2004012244A JP2005209726A JP 2005209726 A JP2005209726 A JP 2005209726A JP 2004012244 A JP2004012244 A JP 2004012244A JP 2004012244 A JP2004012244 A JP 2004012244A JP 2005209726 A JP2005209726 A JP 2005209726A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- solar cell
- damage layer
- silicon single
- single crystal
- slicing
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 27
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 17
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 41
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 30
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 29
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims abstract description 29
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims abstract description 27
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims abstract description 24
- 238000005422 blasting Methods 0.000 claims description 11
- 239000012670 alkaline solution Substances 0.000 claims description 5
- 238000005498 polishing Methods 0.000 claims description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 abstract description 11
- 238000003754 machining Methods 0.000 abstract 1
- KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M Potassium hydroxide Chemical compound [OH-].[K+] KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 16
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 12
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 11
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 9
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 238000005247 gettering Methods 0.000 description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 5
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 5
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N Fluorane Chemical compound F KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 4
- CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L Sodium Carbonate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]C([O-])=O CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 4
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 4
- XHXFXVLFKHQFAL-UHFFFAOYSA-N phosphoryl trichloride Chemical compound ClP(Cl)(Cl)=O XHXFXVLFKHQFAL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- BWHMMNNQKKPAPP-UHFFFAOYSA-L potassium carbonate Chemical compound [K+].[K+].[O-]C([O-])=O BWHMMNNQKKPAPP-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 4
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N Hydrogen peroxide Chemical compound OO MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 3
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- UIIMBOGNXHQVGW-UHFFFAOYSA-M Sodium bicarbonate Chemical compound [Na+].OC([O-])=O UIIMBOGNXHQVGW-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000006061 abrasive grain Substances 0.000 description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- RKTYLMNFRDHKIL-UHFFFAOYSA-N copper;5,10,15,20-tetraphenylporphyrin-22,24-diide Chemical compound [Cu+2].C1=CC(C(=C2C=CC([N-]2)=C(C=2C=CC=CC=2)C=2C=CC(N=2)=C(C=2C=CC=CC=2)C2=CC=C3[N-]2)C=2C=CC=CC=2)=NC1=C3C1=CC=CC=C1 RKTYLMNFRDHKIL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 2
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 229910021421 monocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000005240 physical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 229910000027 potassium carbonate Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000007639 printing Methods 0.000 description 2
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 2
- 229910000029 sodium carbonate Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 2
- XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N tin dioxide Chemical compound O=[Sn]=O XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 2
- 238000012935 Averaging Methods 0.000 description 1
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N Gallium Chemical compound [Ga] GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UIIMBOGNXHQVGW-DEQYMQKBSA-M Sodium bicarbonate-14C Chemical compound [Na+].O[14C]([O-])=O UIIMBOGNXHQVGW-DEQYMQKBSA-M 0.000 description 1
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 description 1
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 1
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 229910000420 cerium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003486 chemical etching Methods 0.000 description 1
- 230000003749 cleanliness Effects 0.000 description 1
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010432 diamond Substances 0.000 description 1
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 1
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- BHEPBYXIRTUNPN-UHFFFAOYSA-N hydridophosphorus(.) (triplet) Chemical compound [PH] BHEPBYXIRTUNPN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ORUIBWPALBXDOA-UHFFFAOYSA-L magnesium fluoride Chemical compound [F-].[F-].[Mg+2] ORUIBWPALBXDOA-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 229910001635 magnesium fluoride Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005121 nitriding Methods 0.000 description 1
- BMMGVYCKOGBVEV-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoceriooxy)cerium Chemical compound [Ce]=O.O=[Ce]=O BMMGVYCKOGBVEV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BPUBBGLMJRNUCC-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);tantalum(5+) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[Ta+5].[Ta+5] BPUBBGLMJRNUCC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 1
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 1
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005268 plasma chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 1
- 230000002265 prevention Effects 0.000 description 1
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 1
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 1
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 1
- 238000007650 screen-printing Methods 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011863 silicon-based powder Substances 0.000 description 1
- 229910000030 sodium bicarbonate Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000017557 sodium bicarbonate Nutrition 0.000 description 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 1
- 229910001936 tantalum oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004408 titanium dioxide Substances 0.000 description 1
- 238000007738 vacuum evaporation Methods 0.000 description 1
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 description 1
- 239000012808 vapor phase Substances 0.000 description 1
- 238000004857 zone melting Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/02—Details
- H01L31/0236—Special surface textures
- H01L31/02363—Special surface textures of the semiconductor body itself, e.g. textured active layers
-
- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Weting (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
Description
本発明は、太陽電池の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a solar cell.
太陽電池は、光エネルギーを電力に変換する半導体素子であり、シリコン単結晶系太陽電池が変換効率が高く、比較的容易に製造できることから、一般に普及している太陽電池の主力となっている。シリコン単結晶系太陽電池においては、例えば特許文献１及び特許文献２に開示されているごとく、反射損失を防止する目的でテクスチャと呼ばれる微細な突起を形成することが行なわれている。太陽電池の表面が平坦であった場合、入射した光の一部は反射され、電流に変換されなくなってしまう。しかし、このテクスチャ構造により、反射光の一部を複数回にわたって太陽電池に再入射させる機会をもたらす。その結果、太陽電池の受光面の反射率が低下するため、短絡電流は向上し、太陽電池の性能は大きく向上する。
A solar cell is a semiconductor element that converts light energy into electric power, and a silicon single crystal solar cell has high conversion efficiency and can be manufactured relatively easily. In a silicon single crystal solar cell, as disclosed in
上記のようなテクスチャ構造は、特許文献１及び特許文献２に開示されているごとく、シリコン単結晶基板への異方性エッチングにより形成される。異方性エッチングとは、シリコンの面方位によるエッチング速度の差を利用するものである。具体的には、スライス時のワイヤーソー等によって生じた深さ１０〜２０μｍのダメージ層をエッチングした後、再度、加熱した水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウムなどのアルカリ水溶液（温度６０〜１００℃）中に１０〜５０分浸漬することにより実施される。なお、上記アルカリ溶液中に所定量の２−プロパノールを溶解させて、反応を促進させることも多い。
The texture structure as described above is formed by anisotropic etching on a silicon single crystal substrate as disclosed in
現在、太陽電池に強く要求されているのは、高効率化及び低コスト化である。上記テクスチャ構造は、太陽電池の高変換効率化には必須であるが、基板面内に均一なテクスチャ構造を形成するためには、比較的低温度のエッチング溶液中に長時間浸漬しておく必要があり、製造コストの上昇する要因のひとつと考えられる。 Currently, there is a strong demand for solar cells for higher efficiency and lower cost. The texture structure is indispensable for improving the conversion efficiency of solar cells, but in order to form a uniform texture structure in the substrate surface, it is necessary to immerse it in a relatively low temperature etching solution for a long time. This is considered to be one of the factors that increase manufacturing costs.
従来、テクスチャ形成の異方性エッチングはスライス時に生ずるダメージ層（以下、一次ダメージ層という）の除去に兼用されることが多く、該一次ダメージ層がほぼ完全に除去されるまで深い異方性エッチングが施される。しかし、スライス時に生ずる加工ダメージ層は１０μｍ以上と非常に厚く、本発明者らの検討によると、このように厚い加工ダメージ層が形成されていると、アルカリ溶液を用いた異方性エッチングの速度が大幅に低下し、施すべき異方性エッチングが深いことも相俟って、テクスチャ形成工程の能率が極度に悪化することが判明した。 Conventionally, anisotropic etching for texture formation is often used to remove a damage layer (hereinafter referred to as a primary damage layer) generated during slicing, and deep anisotropic etching until the primary damage layer is almost completely removed. Is given. However, the processing damage layer generated at the time of slicing is very thick as 10 μm or more. According to the study by the present inventors, when such a thick processing damage layer is formed, the speed of anisotropic etching using an alkaline solution is increased. It has been found that the efficiency of the texture forming process is extremely deteriorated due to the significant decrease in the anisotropic etching and the deep anisotropic etching to be performed.
本発明の課題は、テクスチャ構造をきわめて能率的に形成することができ、しかも変換効率をより向上できる太陽電池の製造方法を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a method of manufacturing a solar cell that can form a texture structure very efficiently and can further improve the conversion efficiency.
上記の課題を解決するために、本発明の太陽電池の製造方法は、シリコン単結晶インゴットのスライスにより得られるシリコン単結晶基板の第一主表面側に形成されているスライス時の一次ダメージ層を機械的もしくは化学的に除去する一方、スライスとは別の機械的加工履歴に基づく新たなダメージを導入して、一次ダメージ層よりも薄い二次ダメージ層を形成し、該二次ダメージ層に異方性エッチングを施すことによりテクスチャ構造を形成し、該テクスチャ構造上に受光面側電極を形成することを特徴とする。 In order to solve the above problems, the solar cell manufacturing method of the present invention includes a primary damage layer at the time of slicing formed on the first main surface side of a silicon single crystal substrate obtained by slicing a silicon single crystal ingot. While removing mechanically or chemically, a new damage based on a mechanical processing history different from slicing is introduced to form a secondary damage layer thinner than the primary damage layer. A texture structure is formed by performing isotropic etching, and a light-receiving surface side electrode is formed on the texture structure.
本発明の太陽電池の製造方法によると、テクスチャ形成のための異方性エッチングに先立って、スライス時の一次ダメージ層を機械的もしくは化学的に一旦除去し、これに代えて新たな機械的加工履歴によるダメージを導入することにより、一次ダメージ層よりも薄い二次ダメージ層を形成する。該二次ダメージ層がスライスにより生ずる一時ダメージ層よりも薄く形成されていることにより、異方性エッチングの速度が大幅に向上し、テクスチャ構造形成の能率を大幅に向上することができる。また、テクスチャ構造形成に先立って、シリコン単結晶基板の第一主表面に上記厚さの二次ダメージ層を形成することで、該二次ダメージ層に導入されている結晶欠陥が不純物原子のゲッタリングサイトとして機能するので、テクスチャ構造形成時には、この不純物原子の濃化された二次ダメージ層も異方性エッチングにより除去される。その結果、最終的に得られるテクスチャ構造は、不純物原子が二次ダメージ層に吸い取られて浄化されているため、少数キャリアライフタイム（バルクライフタイム）が長くなり、変換効率の向上にも寄与する。 According to the method for manufacturing a solar cell of the present invention, prior to anisotropic etching for texture formation, the primary damage layer at the time of slicing is temporarily removed either mechanically or chemically, and replaced with new mechanical processing. By introducing damage due to history, a secondary damage layer thinner than the primary damage layer is formed. Since the secondary damage layer is formed thinner than the temporary damage layer generated by slicing, the speed of anisotropic etching is greatly improved, and the efficiency of texture structure formation can be greatly improved. In addition, prior to the formation of the texture structure, the secondary damage layer having the above thickness is formed on the first main surface of the silicon single crystal substrate, so that the crystal defects introduced into the secondary damage layer are getters of impurity atoms. Since it functions as a ring site, the secondary damage layer enriched with impurity atoms is also removed by anisotropic etching when the texture structure is formed. As a result, the finally obtained texture structure has been purified by absorbing the impurity atoms into the secondary damage layer, thus increasing the minority carrier lifetime (bulk lifetime) and contributing to improved conversion efficiency. .
なお、形成される二次ダメージ層の厚さは、０．５μｍ以上５μｍ以下の厚さに形成することが望ましい。二次ダメージ層の厚さが０．５μｍ未満となっても５μｍを超えても、いずれもテクスチャ構造形成のための異方性エッチング速度向上効果が十分に期待できなくなる場合がある。また、二次ダメージ層の厚さが０．５μｍ未満ではゲッタリング効果が不十分となる場合がある。 Note that the thickness of the formed secondary damage layer is desirably 0.5 μm or more and 5 μm or less. Even if the thickness of the secondary damage layer is less than 0.5 μm or more than 5 μm, the effect of improving the anisotropic etching rate for forming the texture structure may not be sufficiently expected. Further, if the thickness of the secondary damage layer is less than 0.5 μm, the gettering effect may be insufficient.
シリコン単結晶基板は主表面が｛１００｝面とすることができる。そして、異方性エッチングをアルカリ溶液を用いて行なうことにより、テクスチャ構造を４つの｛１１１｝面に囲まれた正四角錐状の突起の集合体として高能率に形成することができ、また、反射防止効果も良好である。 The main surface of the silicon single crystal substrate can be a {100} plane. Then, by performing anisotropic etching using an alkaline solution, the texture structure can be efficiently formed as an assembly of regular tetragonal pyramidal projections surrounded by four {111} faces, and reflection can be achieved. The prevention effect is also good.
二次ダメージ層を形成する機械的加工履歴は、シリコン単結晶基板の第一主表面への研磨、研削及びショットブラストのいずれか又はそれらの組み合わせに基づく履歴とすることができる。これらの加工は、主たる加工力が基板第一主表面に垂直であり、また、比較的温和な条件で実施されることから、比較的小厚の二次ダメージ層を形成するのに適している。 The mechanical processing history for forming the secondary damage layer can be a history based on any one or a combination of polishing, grinding and shot blasting on the first main surface of the silicon single crystal substrate. These processes are suitable for forming a secondary damage layer having a relatively small thickness because the main processing force is perpendicular to the first main surface of the substrate and is performed under relatively mild conditions. .
他方、二次ダメージ層を形成する機械的加工履歴は、スライス時のダメージ層除去に兼用される溝入れダイシング加工に基づく履歴とすることができる。溝入れダイシング加工では、ダイシング刃の刃先に加工応力が集中するため、多少厚い二次ダメージ層の形成が可能となり、エッチング速度向上効果もゲッタリング効果もいずれもより顕著となる。また、加工速度も大きく、スライス時のダメージ層を除去する加工も兼ねることができるので、より能率的である。５μｍを超えない二次ダメージ層を適切に形成するには、溝入れダイシング加工を、各溝の深さが１０〜１５０μｍとなるように、複数本の互いに平行な溝をシリコン単結晶基板の第一主表面に形成する形で行なうことが望ましい。特に、シリコン単結晶基板の第一主表面全面がダイシングによる二次ダメージ層領域となるように、溝入れダイシング加工を繰り返し行なうと、基板主表面の全面に渡って、良好で均一なエッチング速度向上効果とゲッタリング効果とを達成することができる。 On the other hand, the mechanical processing history for forming the secondary damage layer can be a history based on grooving dicing that is also used for removing the damaged layer during slicing. In grooving dicing, since processing stress concentrates on the cutting edge of the dicing blade, it is possible to form a somewhat thick secondary damage layer, and both the etching rate improvement effect and the gettering effect become more prominent. Further, since the processing speed is high and the processing can also be performed to remove the damaged layer at the time of slicing, it is more efficient. In order to appropriately form a secondary damage layer not exceeding 5 μm, grooving dicing is performed by forming a plurality of parallel grooves so that each groove has a depth of 10 to 150 μm. It is desirable to carry out in the form formed on one main surface. In particular, repeated grooving dicing so that the entire surface of the first main surface of the silicon single crystal substrate becomes a secondary damage layer region due to dicing improves the good and uniform etching rate over the entire surface of the substrate main surface. An effect and a gettering effect can be achieved.
図１は、本発明の製造方法の対象となる太陽電池の一実施例を模式的に示す断面図である。該太陽電池１００は、ｐ型シリコン単結晶基板（以下、単に「基板」ともいう）１の第一主表面側に、ｎ型のエミッタ層４２が形成され、基板面内方向にｐ−ｎ接合部４８が形成されている。エミッタ層４２の主表面には、受光面側電極５が形成されている。エミッタ層４２は太陽電池の受光面を形成するので、ｐ−ｎ接合部４８への光の入射効率を高めるために、受光面側電極５は、図２に示すように、ＡｌあるいはＡｇ等により、例えば内部抵抗低減のため適当な間隔で形成された太いバスバー電極と、そのバスバー電極から所定間隔で櫛型に分岐するフィンガー電極とを有するものとして構成できる。そして、エミッタ層４２の受光面側電極５の非形成領域が、窒化珪素からなる受光面側絶縁膜４３にて覆われている。
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing one embodiment of a solar cell that is an object of the manufacturing method of the present invention. In the
他方、基板１の第二主表面（裏面）は、窒化珪素からなる裏面側絶縁膜４６にて覆われてなり、当該裏面側絶縁膜４６の全面がＡｌ等からなる裏面電極４により覆われている。該裏面電極４は、該裏面側絶縁膜４６を貫通する導通部（コンタクトホール）４６ｈを介して基板１の裏面と導通してなる。
On the other hand, the second main surface (back surface) of the
基板１の構成材料であるシリコン単結晶は、波長４００〜１１００ｎｍの領域で６．００〜３．５０の大きな屈折率を持つため、太陽光線が入射したときの反射損失が問題となる。そこで、基板１の受光面となる第一主表面には、図３に示すように、外面が｛１１１｝面の多数の正四角錐状の突起からなるテクスチャ構造が形成されている。このようなテクスチャ構造は、シリコン単結晶の｛１００｝面を、アルカリエッチング液を用いて異方性エッチングすることにより形成される。
Since the silicon single crystal which is a constituent material of the
以下、テクスチャ構造の形成方法の一例を、図４を用いて説明する（ただし、本発明は、この方法で作製された太陽電池に限られるものではない）。ホウ素あるいはガリウムのようなＩＩＩ族元素をドープし、比抵抗０．１〜５Ω・ｃｍとしたシリコン単結晶から、主表面が｛１００｝面のｐ型シリコン単結晶基板１を、ワイヤーソーによるスライスにより切り出す（工程１）。単結晶シリコン基板は、ＦＺ（Floating Zone Melting）法及びＣＺ（Czochralski）法のいずれを用いて作製してもよいが、機械的強度の面から、ＣＺ法で作製されるのが望ましい。このスライスにより、基板１の両主表面には深さ１０μｍを超える厚い一次ダメージ層が形成されるので、これを、水酸化ナトリウムあるいは水酸化カリウム等の溶液を用いた化学エッチングにより除去する。
Hereinafter, an example of a texture structure forming method will be described with reference to FIG. 4 (however, the present invention is not limited to a solar cell manufactured by this method). From a silicon single crystal doped with a group III element such as boron or gallium and having a specific resistance of 0.1 to 5 Ω · cm, a p-type silicon
一次ダメージ層を除去後の基板１の第一主表面（受光面側）に対し、図５に示すように、セラミック砥粒５２を基板１の表面に投射するショットブラストを施して機械的ダメージを与え、二次ダメージ層２を形成する。また、スライス後の基板１の一次ダメージ層を敢えて除去せず、図６に示すように、高速回転刃５０を用いて、幅１００μｍ以上９００μｍ以下、高さ２０μｍ以上１００μｍ以下、周期１００μｍ以上９００μｍ以下の、互いに平行な複数の溝１ｇを形成することもできる。溝１ｇの部分の一次ダメージ層は除去され、代わって溝底位置には高速回転刃５０による二次ダメージ層２が形成される。なお、溝１ｇが不用の場合は、図７に示すように、溝形成後、高速回転刃５０を溝と垂直面内方向に移動させ再度走査することで、受光面を平坦にすることも可能である。
As shown in FIG. 5, the first main surface (light-receiving surface side) of the
図８に示すように、高速回転刃５０は、表面に直径５μｍ〜１０μｍのダイヤモンド砥粒が満遍なく電着された回転刃を複数円筒形に集合させたものが使用でき、このような高速回転刃を用いた場合、切削水を噴射しながら１秒間に１ｃｍ以上４ｃｍ以下の速度で基板１を切削することができる。高速回転刃５０は、ダイサーもしくはワイヤーソーでも代用が可能である。
As shown in FIG. 8, a high-
これらの方法によりワイヤーソーによる一次ダメージ層を除去するとともに、受光面に深さ０．５μｍ以上５μｍ以下の微細な二次ダメージ層２が形成される（工程２）。これがゲッタリングサイトとして機能し、該ゲッタリングにより二次ダメージ層２に濃化された不純物は、以降のテクスチャ構造形成時にエッチング除去される。これにより、基板１の少数キャリアライフタイム（バルクライフタイム）を向上させることができ、太陽電池の変換効率の向上に寄与する。特に、太陽電池グレードのシリコン基板を用いた場合には、顕著にライフタイムが向上する。
The primary damage layer by the wire saw is removed by these methods, and a fine
次に、工程３に進み、テクスチャ構造３の形成を行なう。テクスチャ構造３は、加熱した水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウムなどのアルカリ溶液（濃度０．１％以上２０％以下、温度６０℃以上１００℃以下）中に基板１を１０分以上３０分以下浸漬して第一主表面を異方性エッチングすることにより形成できる（第二主表面はエッチングが進行しないように、図示しないエッチングレジストで覆っておく）。なお、上記溶液中に適量の２−プロパノールを溶解させると、エッチング反応を促進することができる。均一なテクスチャ構造を形成するためには、６０℃以上７０℃以下に加熱した濃度約３質量％の水酸化ナトリウムもしくは水酸化カリウム溶液中に、濃度約５質量％の２−プロパノールを混合した溶液を用いるのが好ましい。
Next, it progresses to the
テクスチャ構造を形成後の基板１は、塩酸、硫酸、硝酸、ふっ酸もしくはこれらの混合液からなる酸性水溶液中で洗浄する。経済的及び効率的見地から、塩酸中での洗浄が好ましい。清浄度を向上するため、塩酸溶液中に１質量％以上５質量％以下の過酸化水素を混合し、６０℃以上９０℃以下に加温して洗浄してもよい。この基板１の受光面上に、オキシ塩化リンを用いた気相拡散法によりエミッタ層４２（図１）を形成する。第二主表面（以下、裏面と称する）への拡散を防ぐため、裏面同士を重ねあわせ、２枚一組で拡散ボートに並べて気相拡散するのが好ましい。具体的には、オキシ塩化リン雰囲気中で、８２０〜８８０℃で数十分熱処理し、受光面にｎ型層を形成する。形成したエミッタ層深さは０．２μｍ以上０．５μｍ以下とし、シート抵抗は４０Ω／□以上１５０Ω／□以下とする。その後、拡散反応により基板１の第一主表面上に形成されたリンガラスを、２質量％以上５質量％以下のふっ酸中に数分浸漬して除去する。
The
次に、工程４に示すように、基板１の裏面に裏面側絶縁膜４６（図１：図４では図示略）を形成し、コンタクトホール４６ｈ（図１：図４では図示略）をエッチングにより形成した後、さらに裏面電極４を０．５μｍ以上５μｍ以下の厚さにて形成する。電極材料には銀や銅等の金属が用いられるが、経済性、加工性、シリコンとの接触性の観点からアルミニウムが最も好ましい。金属の堆積は、スパッタ法、真空蒸着法、スクリーン印刷法等いずれの方法でも可能である。
Next, as shown in
この後、工程５に示すように、基板１の第一主表面に受光面側絶縁膜４３（図１：図４では図示略）及び受光面側電極５の形成を行なう。受光面側絶縁膜４３は反射防止膜の役割を兼ね、酸化シリコン、窒化シリコンをはじめ、酸化セリウム、アルミナ、二酸化錫、二酸化チタン、フッ化マグネシウム、酸化タンタル等で構成できる。また、これらを二種組み合わせた二層を使用してもよい。受光面側絶縁膜４３は、ＰＶＤ（Physical Vapor Deposition：スパッタリングなど）法あるいはＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法のいずれの方法でも形成可能であり、高変換効率の太陽電池を作製するためには、窒化シリコンをリモートプラズマＣＶＤ法で形成したものが、小さな表面再結合速度が達成可能であり好ましい。また、受光面側電極５は蒸着法、スパッタ法、メッキ法、印刷法等で作製可能である。いずれの方法を用いても構わないが、低コストで高スループットのためには、印刷法が好ましい。銀粉末とガラスフリットを有機物バインダと混合した銀ペーストを、スクリーン印刷した後、熱処理により窒化シリコン膜に銀粉末を貫通させ（ファイアースルー）、受光面側電極５とエミッタ層４２とを導通させる。なお、受光面及び裏面の処理の順序は逆であっても、何ら問題はない。
Thereafter, as shown in
以下、本発明の効果を確認するために行なった実験結果について説明する。
まず、厚さ３００μｍ、比抵抗０．５Ω・ｃｍのホウ素ドープのｐ型シリコン基板（主表面｛１００｝面、スライス上がり）８枚を用意し、濃水酸化カリウム水溶液により一次ダメージ層を除去した。次に、その８枚中の４枚を用いて受光面にショットブラストを行って二次ダメージ層（推定深さ：０．４μｍ以上０．７μｍ以下）を形成した。次に、これらの試料を同時に水酸化カリウム／２−プロパノール混合溶液に浸漬した。１０、２０、３０及び４０分後に順次試料を取出し、水洗、乾燥後、分光光度計を用いて、試料の中央部の分光反射率を測定した。ＡＭ１．５Ｇの入射スペクトルを仮定し、波長３９０〜１０８０ｎｍの範囲で反射率を加重平均した結果を表１に示す。ショットブラストの有無によらず、４０分間テクスチャ処理することで、約１３％（シリコンと空気との屈折率差に基づいて理論的に算出される下限値に近い）の反射率が得られており、均一なテクスチャが形成されたものと考えられる。ショットブラストを使用しない場合はテクスチャ形成に３０〜４０分を要するのに対し、テクスチャ前にショットブラストを使用することで、約２０分で良質なテクスチャが得られている。
Hereinafter, experimental results performed to confirm the effects of the present invention will be described.
First, eight boron-doped p-type silicon substrates (main surface {100} plane, rising slice) having a thickness of 300 μm and a specific resistance of 0.5 Ω · cm were prepared, and the primary damage layer was removed with a concentrated potassium hydroxide aqueous solution. . Next, four of the eight were used to perform shot blasting on the light-receiving surface to form a secondary damage layer (estimated depth: 0.4 μm or more and 0.7 μm or less). Next, these samples were simultaneously immersed in a potassium hydroxide / 2-propanol mixed solution. Samples were sequentially taken out after 10, 20, 30 and 40 minutes, washed with water and dried, and then the spectral reflectance at the center of the sample was measured using a spectrophotometer. Table 1 shows the result of weighted averaging of reflectance in the wavelength range of 390 to 1080 nm assuming an AM1.5G incident spectrum. Regardless of the presence or absence of shot blasting, the reflectance of about 13% (close to the lower limit theoretically calculated based on the refractive index difference between silicon and air) is obtained by texture processing for 40 minutes. It is considered that a uniform texture was formed. When shot blasting is not used, it takes 30 to 40 minutes to form a texture, whereas by using shot blasting before texture, a good quality texture is obtained in about 20 minutes.
次に、上記テクスチャ処理時間４０分の試料を、８０℃に加熱した塩酸／過酸化水素水溶液中で１０分間洗浄し、水洗、乾燥後、ショットブラスト処理していない面同士を重ねあわせ、オキシ塩化リン雰囲気下、８５０℃で熱処理し、エミッタ層を形成した。この後、前記の方法により、反射防止膜、フィンガー電極およびバスバー電極からなる受光面側電極を形成し、裏面電極をアルミ印刷して太陽電池を作製した。ソーラーシミュレータを用い、標準条件下でこれら太陽電池の電流―電圧特性を測定し、変換効率を求めた。結果を表２に示す。テクスチャ前にショットブラスト処理を用いたものは、短絡電流、開放電圧ともに、処理しなかったものに比べ高い値を示している。これはショットブラストにより形成されたにダメージ層によるゲッタリング効果に由来する効果と考えられる。 Next, the sample having a texture treatment time of 40 minutes is washed in an aqueous hydrochloric acid / hydrogen peroxide solution heated to 80 ° C. for 10 minutes, washed with water, dried, and then the surfaces not subjected to shot blasting are overlapped with each other to obtain oxychlorination. Heat treatment was performed at 850 ° C. in a phosphorus atmosphere to form an emitter layer. Thereafter, a light-receiving surface side electrode composed of an antireflection film, finger electrodes, and bus bar electrodes was formed by the above-described method, and the back electrode was printed with aluminum to produce a solar cell. Using a solar simulator, the current-voltage characteristics of these solar cells were measured under standard conditions to determine the conversion efficiency. The results are shown in Table 2. What used the shot blasting before the texture shows a higher value for both the short-circuit current and the open-circuit voltage than those not processed. This is considered to be an effect derived from the gettering effect by the damage layer formed by shot blasting.
１ シリコン単結晶基板
２ 二次ダメージ層
３ テクスチャ構造
５ 受光面側電極
1 Silicon
Claims (7)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2004012244A JP4378485B2 (en) | 2004-01-20 | 2004-01-20 | Manufacturing method of solar cell |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2004012244A JP4378485B2 (en) | 2004-01-20 | 2004-01-20 | Manufacturing method of solar cell |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2005209726A true JP2005209726A (en) | 2005-08-04 |
| JP4378485B2 JP4378485B2 (en) | 2009-12-09 |
Family
ID=34898682
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2004012244A Expired - Lifetime JP4378485B2 (en) | 2004-01-20 | 2004-01-20 | Manufacturing method of solar cell |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4378485B2 (en) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012049424A (en) * | 2010-08-30 | 2012-03-08 | Shin Etsu Chem Co Ltd | Solar cell and method of manufacturing the same |
| WO2012036002A1 (en) | 2010-09-14 | 2012-03-22 | 信越化学工業株式会社 | Solar cell and manufacturing method thereof |
| JP2012119345A (en) * | 2010-11-21 | 2012-06-21 | Yukichi Horioka | Semiconductor material surface processing method, and semiconductor material |
| KR20140014112A (en) * | 2011-01-31 | 2014-02-05 | 가부시끼가이샤 후지세이사쿠쇼 | Method for fabricating substrate for solar cell and solar cell |
| CN111106185A (en) * | 2019-12-30 | 2020-05-05 | 江苏祺创光电集团有限公司 | Environment-friendly solar photovoltaic module |
| CN114883450A (en) * | 2022-05-21 | 2022-08-09 | 一道新能源科技(衢州)有限公司 | Texturing process of perc battery |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5510935B2 (en) * | 2011-09-27 | 2014-06-04 | Ｐｖクリスタロックスソーラー株式会社 | Manufacturing method of semiconductor wafer |
-
2004
- 2004-01-20 JP JP2004012244A patent/JP4378485B2/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012049424A (en) * | 2010-08-30 | 2012-03-08 | Shin Etsu Chem Co Ltd | Solar cell and method of manufacturing the same |
| TWI513021B (en) * | 2010-09-14 | 2015-12-11 | Shinetsu Chemical Co | Solar cell and its manufacturing method |
| US9018520B2 (en) | 2010-09-14 | 2015-04-28 | Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. | Solar cell and manufacturing method thereof |
| CN103201847A (en) * | 2010-09-14 | 2013-07-10 | 信越化学工业株式会社 | Solar cell and manufacturing method thereof |
| EP2618382A1 (en) * | 2010-09-14 | 2013-07-24 | Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. | Solar cell and manufacturing method thereof |
| KR20130113454A (en) | 2010-09-14 | 2013-10-15 | 신에쓰 가가꾸 고교 가부시끼가이샤 | Solar cell and manufacturing method thereof |
| EP2618382A4 (en) * | 2010-09-14 | 2017-04-05 | Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. | Solar cell and manufacturing method thereof |
| AU2011304166B2 (en) * | 2010-09-14 | 2015-03-05 | Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. | Solar cell and manufacturing method thereof |
| KR101659451B1 (en) * | 2010-09-14 | 2016-09-23 | 신에쓰 가가꾸 고교 가부시끼가이샤 | Solar cell and manufacturing method thereof |
| WO2012036002A1 (en) | 2010-09-14 | 2012-03-22 | 信越化学工業株式会社 | Solar cell and manufacturing method thereof |
| JP2012119345A (en) * | 2010-11-21 | 2012-06-21 | Yukichi Horioka | Semiconductor material surface processing method, and semiconductor material |
| KR101662054B1 (en) * | 2011-01-31 | 2016-10-04 | 가부시끼가이샤 후지세이사쿠쇼 | Method for fabricating substrate for solar cell and solar cell |
| KR20140014112A (en) * | 2011-01-31 | 2014-02-05 | 가부시끼가이샤 후지세이사쿠쇼 | Method for fabricating substrate for solar cell and solar cell |
| CN111106185A (en) * | 2019-12-30 | 2020-05-05 | 江苏祺创光电集团有限公司 | Environment-friendly solar photovoltaic module |
| CN114883450A (en) * | 2022-05-21 | 2022-08-09 | 一道新能源科技(衢州)有限公司 | Texturing process of perc battery |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP4378485B2 (en) | 2009-12-09 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5527417B2 (en) | Solar cell and manufacturing method thereof | |
| JP5813204B2 (en) | Manufacturing method of solar cell | |
| WO2005117138A1 (en) | Semiconductor substrate for solar cell, method for manufacturing the same, and solar cell | |
| JP5737204B2 (en) | Solar cell and manufacturing method thereof | |
| WO2014054350A1 (en) | Solar cell manufacturing method | |
| JP2012049424A (en) | Solar cell and method of manufacturing the same | |
| JP5509410B2 (en) | Method for manufacturing silicon substrate for solar cell | |
| JP6144778B2 (en) | Manufacturing method of solar cell | |
| US20120288990A1 (en) | Insitu epitaxial deposition of front and back junctions in single crystal silicon solar cells | |
| JP4378485B2 (en) | Manufacturing method of solar cell | |
| JP2011228529A (en) | Solar battery cell and manufacturing method thereof | |
| JP2011003654A (en) | Crystal silicon-based solar cell | |
| JP3602323B2 (en) | Solar cell manufacturing method | |
| JP6114171B2 (en) | Manufacturing method of solar cell | |
| JP2012256713A (en) | Manufacturing method of solar cell | |
| KR101024322B1 (en) | Method of manufacturing wafer for solar cell, a wafer for solar cell manufactured by the method and method of manufacturing solar cell using the wafer | |
| JP5664738B2 (en) | Manufacturing method of semiconductor device | |
| JP6092574B2 (en) | Method for manufacturing solar cell element | |
| JP5434806B2 (en) | Manufacturing method of semiconductor device | |
| JP5434792B2 (en) | Solar cell manufacturing method and solar cell | |
| JP2011238846A (en) | Solar cell manufacturing method | |
| Kuo et al. | Investigation of laser pattern for high efficiency PERC mono silicon solar cells | |
| JP2002305313A (en) | Solar battery | |
| JP2006279071A (en) | Solar cell and manufacturing method of the same |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20061114 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20090130 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20090203 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20090331 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20090519 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20090626 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20090724 |
|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
| A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A711 Effective date: 20090821 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20090821 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821 Effective date: 20090821 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121002 Year of fee payment: 3 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 4378485 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20151002 Year of fee payment: 6 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |