JP2015109364A - Solar cell manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、シリコン基板の表面に溝を形成する工程と、溝に拡散源を形成する工程と、拡散源のドーパントをシリコン基板内に拡散させる熱処理工程と、を備える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 comprising a step of forming a groove on the surface of a silicon substrate, a step of forming a diffusion source in the groove, and a heat treatment step of diffusing a dopant of the diffusion source into the silicon substrate.
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る。太陽電池には、ｐ−ｎ接合型、ｐｉｎ型、ショットキー型などがあり、特にｐ−ｎ接合型が広く用いられている。シリコン結晶基板は比較的容易に製造されることから、シリコン結晶系太陽電池が最も普及している。 A solar cell is a semiconductor element that converts light energy into electric power. Solar cells include a pn junction type, a pin type, and a Schottky type, and the pn junction type is particularly widely used. Since silicon crystal substrates are relatively easily manufactured, silicon crystal solar cells are most popular.
太陽電池のｐ−ｎ接合構造は、半導体基板の受光面となる第一主表面側からのドーパント拡散により形成される。第一主表面には、基板本体部分の導電型とは反対の導電型を有するドーパント拡散層が形成される。さらに、該第一主表面には、太陽電池の出力を取り出すための電極が形成される。ここで、該第一主表面は受光面としても機能させなければならない。電極で覆われた領域は光が遮断されてシャドーロス領域となる。そこで、光の入射効率を高めるために、受光面側電極は、内部抵抗を低減させるために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細いフィンガー電極と、を有する構造が採用される。しかし、フィンガー電極は非常に細いため、電極接触抵抗が高くなりやすい傾向にある。 The pn junction structure of the solar cell is formed by dopant diffusion from the first main surface side that becomes the light receiving surface of the semiconductor substrate. A dopant diffusion layer having a conductivity type opposite to that of the substrate body is formed on the first main surface. Furthermore, an electrode for taking out the output of the solar cell is formed on the first main surface. Here, the first main surface must also function as a light receiving surface. The area covered with the electrodes is blocked by light and becomes a shadow loss area. Therefore, in order to increase the light incident efficiency, the light-receiving surface side electrode includes a thick bus bar electrode formed at an appropriate interval to reduce internal resistance, and a thin finger that branches from the bus bar electrode into a comb shape at a predetermined interval. A structure having an electrode is employed. However, since the finger electrode is very thin, the electrode contact resistance tends to increase.
電極接触抵抗を低減するには、拡散層のドーパント濃度を高くすればよい。しかし、太陽電池では、短波長領域での変換効率を向上させるために、受光面における拡散層のドーパント濃度をなるべく低くし、拡散層の厚みを薄くすることが望ましい。 In order to reduce the electrode contact resistance, the dopant concentration of the diffusion layer may be increased. However, in the solar cell, in order to improve the conversion efficiency in the short wavelength region, it is desirable to reduce the dopant concentration of the diffusion layer on the light receiving surface as much as possible and to reduce the thickness of the diffusion layer.
そこで、上記の相反する要求を両立させるために、フィンガー電極と接触している領域のみに高濃度拡散層を形成し、他の受光面領域を低濃度のドーパント拡散層とする方法が種々考案されている。具体的には、２種類の濃度のドーパント拡散層を受光面上に形成するために、フォトマスク法、ベリッドコンタクト法、セレクティブエミッタ法が提案されている。 Therefore, in order to satisfy the above conflicting requirements, various methods have been devised in which a high concentration diffusion layer is formed only in a region in contact with the finger electrode and another light receiving surface region is formed as a low concentration dopant diffusion layer. ing. Specifically, a photomask method, a verid contact method, and a selective emitter method have been proposed in order to form two types of concentrations of dopant diffusion layers on the light receiving surface.
しかし、前記方法には次のような問題点がある。まず、フォトマスク法では、フォトマスクを使用することにより工程数の増大と高精度の製造装置が要求され、製造コストを低減させることが困難となる。また、ベリッドコンタクト法では、主に無電解めっきでフィンガー電極を作製することから、太陽電池に必要な厚いフィンガー電極を作製するのは困難であり、生産性が劣る。セレクティブエミッタ法では、ドーパントを含んだペーストの価格が高いことと、ペーストからドーパントを拡散させる工程での安定性に欠ける、といった問題がある。このように、どの方法においても製造工程におけるコストや生産性、安定性に問題を抱えている。 However, the above method has the following problems. First, in the photomask method, the use of a photomask requires an increase in the number of processes and a highly accurate manufacturing apparatus, which makes it difficult to reduce manufacturing costs. In addition, in the verid contact method, since finger electrodes are mainly produced by electroless plating, it is difficult to produce thick finger electrodes necessary for solar cells, and productivity is inferior. The selective emitter method has a problem that the paste containing the dopant is expensive and lacks stability in the process of diffusing the dopant from the paste. As described above, any method has problems in cost, productivity, and stability in the manufacturing process.
そこで、拡散バリア膜を用いた二回拡散による高濃度層形成でのセレクティブエミッタ化（特許文献１）や、ドーパント飛散防止剤を用いての一回拡散によるセレクティブエミッタ化（特許文献２）が検討されている。 Therefore, selective emitter formation in high concentration layer formation by double diffusion using a diffusion barrier film (Patent Document 1) and selective emitter formation by single diffusion using a dopant scattering inhibitor (Patent Document 2) are examined. Has been.
しかしながら特許文献１では、熱処理工程が多くなることによりバルクライフタイムが低下しやすい。また、特許文献２ではドーパント飛散防止剤の高純度化によりコスト高となってしまうという問題がある。 However, in Patent Document 1, the bulk lifetime is likely to decrease due to an increase in the number of heat treatment steps. Further, Patent Document 2 has a problem that the cost increases due to the high purity of the dopant scattering inhibitor.
また、従来から主流のシリコン太陽電池では、受光面に形成された金属の電極がシャドーロスを発生させている。そこで、シリコン基板の受光面には電極を形成せずに、シリコン基板の裏面のみに電極を形成する、いわゆるバックコンタクト型太陽電池が開発されている。受光面に電極がないバックコンタクト型太陽電池は、電極によるシャドーロスがなく、入射してくる太陽光を１００％太陽電池に取り込むことができる。このため、原理的に太陽電池の高効率が実現可能である。 Further, in a conventional mainstream silicon solar cell, a metal electrode formed on the light receiving surface causes shadow loss. Therefore, a so-called back contact solar cell has been developed in which an electrode is formed only on the back surface of the silicon substrate without forming an electrode on the light receiving surface of the silicon substrate. A back contact solar cell having no electrode on the light receiving surface has no shadow loss due to the electrode, and 100% of incident sunlight can be taken into the solar cell. For this reason, high efficiency of the solar cell can be realized in principle.
ただ、これまでバックコンタクト型太陽電池のｐ−ｎ接合形成において、任意の部位に拡散を行なうためにフォトリソグラフィ（特許文献３）や熱酸化膜とエッチングペースト（特許文献４）を用いて、拡散マスクに所望のパターンで穴を開け、穴の開いた部分のみに拡散を行なう工程が複数回繰り返される方法が用いられてきた。このような従来の製造方法では製造コストが高くなり、工程も複雑になるという問題がある。 However, so far, in the formation of a pn junction of a back contact solar cell, diffusion is performed using photolithography (Patent Document 3), a thermal oxide film and an etching paste (Patent Document 4) in order to diffuse to an arbitrary part. A method has been used in which holes are formed in a desired pattern in a mask, and the process of diffusing only in the holed portions is repeated a plurality of times. Such a conventional manufacturing method has a problem that the manufacturing cost is high and the process is complicated.
本発明は上記課題を鑑みなされたものであり、光電変換効率を向上させた太陽電池を、簡便かつ容易な方法により安価に製造することができる太陽電池の製造方法を提供することを目的とする。 This invention is made | formed in view of the said subject, and it aims at providing the manufacturing method of the solar cell which can manufacture the solar cell which improved the photoelectric conversion efficiency by the simple and easy method at low cost. .
上記の課題を解決すべく、本発明の実施形態に係る太陽電池の製造方法は、シリコン基板の少なくとも第一表面に複数の溝を形成する工程と、前記第一表面に形成された前記複数の溝に第一ドーパントを含む第一拡散源を形成する工程と、前記第一拡散源の前記第一ドーパントを前記シリコン基板内に拡散させる熱処理工程と、を備える。 In order to solve the above problems, a method for manufacturing a solar cell according to an embodiment of the present invention includes a step of forming a plurality of grooves on at least a first surface of a silicon substrate, and a plurality of the plurality of grooves formed on the first surface. Forming a first diffusion source containing a first dopant in the groove; and a heat treatment step for diffusing the first dopant of the first diffusion source into the silicon substrate.
本発明において、前記第一拡散源を形成する工程は、前記第一拡散源をパターニングによって形成してもよい。 In the present invention, in the step of forming the first diffusion source, the first diffusion source may be formed by patterning.
本発明において、前記第一拡散源を形成する工程は、前記第一拡散源をスピンコートによって形成してもよい。 In the present invention, in the step of forming the first diffusion source, the first diffusion source may be formed by spin coating.
本発明では、前記シリコン基板の前記第一表面とは反対側の第二表面に複数の溝を形成する工程と、前記第二表面に形成された前記複数の溝に第二ドーパントを含む第二拡散源をパターニングする工程と、前記第二拡散源の前記第二ドーパントを前記シリコン基板内に拡散させる熱処理工程と、をさらに備えていてもよい。 In the present invention, a step of forming a plurality of grooves on the second surface opposite to the first surface of the silicon substrate, and a second containing a second dopant in the plurality of grooves formed on the second surface. The method may further comprise a step of patterning the diffusion source and a heat treatment step of diffusing the second dopant of the second diffusion source into the silicon substrate.
本発明において、前記第二拡散源を形成する工程は、前記第二拡散源をパターニングによって形成してもよい。 In the present invention, the step of forming the second diffusion source may form the second diffusion source by patterning.
本発明において、前記第二拡散源を形成する工程は、前記第二拡散源をスピンコートによって形成してもよい。 In the present invention, in the step of forming the second diffusion source, the second diffusion source may be formed by spin coating.
本発明の実施形態に係る太陽電池の製造方法は、シリコン基板の第一表面に複数の溝を形成する工程と、前記複数の溝に、第一ドーパントを含む第一拡散源と、第二ドーパントを含む第二拡散源と、を交互にパターニングする工程と、前記第一拡散源の前記第一ドーパントおよび前記第二拡散源の前記第二ドーパントを前記シリコン基板内に拡散させる熱処理工程と、を備える。 A method for manufacturing a solar cell according to an embodiment of the present invention includes a step of forming a plurality of grooves on a first surface of a silicon substrate, a first diffusion source including a first dopant in the plurality of grooves, and a second dopant. A step of alternately patterning, and a heat treatment step of diffusing the first dopant of the first diffusion source and the second dopant of the second diffusion source into the silicon substrate. Prepare.
本発明において、前記熱処理工程は、複数の前記シリコン基板を一括して処理することを含み、前記複数のシリコン基板のうちの一つである第一シリコン基板は、前記複数のシリコン基板のうちの他の一つである第二シリコン基板と、互いの前記第一表面を向かい合わせに配置されることを含んでいてもよい。 In the present invention, the heat treatment step includes collectively processing the plurality of silicon substrates, and the first silicon substrate that is one of the plurality of silicon substrates is the first of the plurality of silicon substrates. The second silicon substrate, which is another one, and the first surface of each other may be disposed to face each other.
本発明において、前記熱処理工程は、前記第一シリコン基板および前記第二シリコン基板の互いの前記溝を向かい合わせに配置することを含んでいてもよい。 In the present invention, the heat treatment step may include arranging the grooves of the first silicon substrate and the second silicon substrate facing each other.
本発明において、前記溝の断面形状は、円弧型、Ｖ字型、矩形またはフラスコ型であってもよい。 In the present invention, the cross-sectional shape of the groove may be an arc shape, a V shape, a rectangle, or a flask shape.
本発明において、前記溝の深さは、５μｍ以上１００μｍ以下であってもよい。 In the present invention, the depth of the groove may be not less than 5 μm and not more than 100 μm.
本発明において、前記溝の幅は、５０μｍ以上１５０μｍ以下であってもよい。 In the present invention, the width of the groove may be not less than 50 μm and not more than 150 μm.
本発明において、前記第一表面の前記溝を形成した部分以外を平坦化する工程をさらに備えていてもよい。 In the present invention, the method may further comprise a step of flattening the first surface other than the portion where the groove is formed.
本発明において、前記複数の溝は、交互に配置された第一溝と第二溝とを含み、前記第一溝は、第一幅を有し、前記第二溝は、前記第一幅よりも広い第二幅を有していてもよい。 In the present invention, the plurality of grooves include alternately arranged first grooves and second grooves, the first groove has a first width, and the second groove is more than the first width. May have a wide second width.
本発明において、前記第一幅は、５０μｍ以上２０００μｍ以下であってもよい。 In the present invention, the first width may be not less than 50 μm and not more than 2000 μm.
本発明において、前記第二幅は、２００μｍ以上５０００μｍ以下であってもよい。 In the present invention, the second width may be not less than 200 μm and not more than 5000 μm.
以下、本発明の実施形態に係る太陽電池の製造方法を図に基づき説明する。但し、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。また、以下の説明では、同一の部材には同一の符号を付し、一度説明した部材については適宜その説明を省略する。 Hereinafter, a method for manufacturing a solar cell according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the solar cell manufactured by this method. Moreover, in the following description, the same code | symbol is attached | subjected to the same member and the description is abbreviate | omitted suitably about the member once demonstrated.
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る太陽電池の製造方法を例示するフローチャートである。
すなわち、図１に表したように、第１実施形態に係る太陽電池の製造方法は、溝の形成（ステップＳ１０１）、拡散源の形成（ステップＳ１０２）および熱処理（ステップＳ１０３）を含む。
(First embodiment)
FIG. 1 is a flowchart illustrating a method for manufacturing a solar cell according to the first embodiment.
That is, as shown in FIG. 1, the method for manufacturing a solar cell according to the first embodiment includes formation of a groove (step S101), formation of a diffusion source (step S102), and heat treatment (step S103).
ステップＳ１０１に表した溝の形成では、シリコン基板の少なくとも第一表面に複数の溝を形成する。ステップＳ１０２に表した拡散源の形成では、第一表面に形成した複数の溝に、例えば第一ドーパントを含む第一拡散源を形成する。第一拡散源は、パターニングやスピンコートによって形成される。ステップＳ１０３に表した熱処理では、シリコン基板を所定の温度に加熱することで、第一拡散源の第一ドーパントをシリコン基板内に拡散させる。 In the formation of the grooves shown in step S101, a plurality of grooves are formed on at least the first surface of the silicon substrate. In the formation of the diffusion source shown in step S102, a first diffusion source containing, for example, a first dopant is formed in the plurality of grooves formed on the first surface. The first diffusion source is formed by patterning or spin coating. In the heat treatment shown in Step S103, the first dopant of the first diffusion source is diffused into the silicon substrate by heating the silicon substrate to a predetermined temperature.
ここで、ステップＳ１０１に表した溝の形成では、シリコン基板の第一表面とは反対側の第二表面にも複数の溝を形成してもよい。また、ステップＳ１０２に表した拡散源の形成では、第二表面に形成された複数の溝に、第二ドーパントを含む第二拡散源を形成してもよい。第二拡散源は、パターニングやスピンコートによって形成される。また、ステップＳ１０３に表した熱処理では、シリコン基板を所定の温度に加熱することで、第二拡散源の第二ドーパントをシリコン基板内に拡散させてもよい。 Here, in the formation of the groove shown in step S101, a plurality of grooves may be formed on the second surface opposite to the first surface of the silicon substrate. In the formation of the diffusion source shown in Step S102, a second diffusion source containing a second dopant may be formed in a plurality of grooves formed on the second surface. The second diffusion source is formed by patterning or spin coating. In the heat treatment shown in step S103, the second dopant of the second diffusion source may be diffused into the silicon substrate by heating the silicon substrate to a predetermined temperature.
次に、具体的な太陽電池素子の製造方法の一例について説明する。 Next, an example of a specific method for manufacturing a solar cell element will be described.
[両面電極型太陽電池素子の製造方法]
ここでは、太陽電池の材料として単結晶シリコンの場合を例示するが、多結晶シリコンでも同様の効果を示す。
先ず、図２に表したように、シリコン基板１０１を用意する。例えば、高純度シリコンに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０．１Ω・ｃｍ以上５Ω・ｃｍ以下としたアズカット単結晶｛１００｝ｐ型シリコン基板を用意する。そして、シリコン基板１０１の表面のスライスダメージを除去する。例えば、濃度５質量％以上６０質量％以下の水酸化ナトリウムや水酸化カリウムのような高濃度のアルカリ、または、ふっ酸と硝酸との混酸等を用いてシリコン基板１０１の表面をエッチングする。単結晶のシリコン基板１０１は、ＣＺ法、ＦＺ法いずれの方法によって作製されてもよい。シリコン基板１０１は、受光面１０１ａと、受光面１０１ａとは反対側の非受光面１０１ｂと、を有する。本実施形態において、受光面１０１ａは第一表面であり、非受光面１０１ｂは第二表面である。
[Method for producing double-sided electrode type solar cell element]
Here, the case of single crystal silicon is exemplified as the material of the solar cell, but the same effect is exhibited even with polycrystalline silicon.
First, as shown in FIG. 2, a silicon substrate 101 is prepared. For example, an as-cut single crystal {100} p-type silicon substrate is prepared by doping high purity silicon with a group III element such as boron or gallium and having a specific resistance of 0.1 Ω · cm to 5 Ω · cm. Then, slice damage on the surface of the silicon substrate 101 is removed. For example, the surface of the silicon substrate 101 is etched using a high concentration alkali such as sodium hydroxide or potassium hydroxide having a concentration of 5% by mass to 60% by mass or a mixed acid of hydrofluoric acid and nitric acid. The single crystal silicon substrate 101 may be manufactured by either the CZ method or the FZ method. The silicon substrate 101 has a light receiving surface 101a and a non-light receiving surface 101b opposite to the light receiving surface 101a. In the present embodiment, the light receiving surface 101a is a first surface, and the non-light receiving surface 101b is a second surface.
次に、シリコン基板１０１の表面にテクスチャとよばれる微小な凹凸を形成する。テクスチャの形成は、太陽電池の反射率を低下させるための有効な方法である。テクスチャは、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等のアルカリ溶液（濃度１質量％以上１０質量％以下、温度６０℃以上１００℃以下）中に１０分以上３０分以下程度浸漬することで作製される。上記溶液中に、所定量の２−プロパノールを溶解させ、反応を促進させることが多い。 Next, minute irregularities called texture are formed on the surface of the silicon substrate 101. Texture formation is an effective method for reducing the reflectance of solar cells. Texture is 10 minutes or more in heated alkaline solution such as sodium hydroxide, potassium hydroxide, potassium carbonate, sodium carbonate, sodium hydrogen carbonate (concentration 1% by mass to 10% by mass, temperature 60 ° C. to 100 ° C.) It is produced by dipping for about 30 minutes or less. In many cases, a predetermined amount of 2-propanol is dissolved in the solution to promote the reaction.
テクスチャを形成した後、レーザやダイシング装置を用いて、シリコン基板１０１の受光面１０１ａに複数の溝１０２を形成する。複数の溝１０２は、シリコン基板１０１の受光面１０１ａに沿ってほぼ平行に形成される。 After forming the texture, a plurality of grooves 102 are formed on the light receiving surface 101a of the silicon substrate 101 using a laser or a dicing apparatus. The plurality of grooves 102 are formed substantially in parallel along the light receiving surface 101 a of the silicon substrate 101.
溝１０２は、アルカリ溶液を主成分とするエッチングペーストをパターン状に印刷してシリコン基板１０１をパターン状にエッチングする方法や、ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）等によるドライエッチング法を利用して形成されてもよい。また、非受光面１０１ｂにも拡散パターンを形成する場合には、受光面１０１ａだけでなく非受光面１０１ｂに溝１０２を形成してもよい。また、この溝１０２の形成は、テクスチャを形成する前に行ってもよい。 The groove 102 is formed by using a method of printing an etching paste mainly containing an alkaline solution in a pattern to etch the silicon substrate 101 in a pattern, or a dry etching method such as RIE (Reactive Ion Etching). Also good. When a diffusion pattern is also formed on the non-light receiving surface 101b, the groove 102 may be formed not only on the light receiving surface 101a but also on the non-light receiving surface 101b. The groove 102 may be formed before the texture is formed.
図３（ａ）〜（ｄ）は、溝の断面形状を例示する模式的断面図である。
図３（ａ）〜（ｄ）には、溝１０２の延びる方向に見た模式的な断面図が表される。溝１０２の断面形状としては、図３（ａ）に表したような円弧型、図３（ｂ）に表したようなＶ字型、図３（ｃ）に表したような矩形、図３（ｄ）に表したようなフラスコ型であることが好ましい。ここで、フラスコ型とは、溝１０２の底側の幅が、開口側の幅よりも広くなっている形状のことを言う。各断面形状は、実質的にそれぞれの断面形状になっていればよい。実質的とは、製造上の誤差を含んだ範囲で同一であることを意味する。
3A to 3D are schematic cross-sectional views illustrating the cross-sectional shape of the grooves.
3A to 3D are schematic cross-sectional views viewed in the direction in which the groove 102 extends. As the cross-sectional shape of the groove 102, an arc shape as shown in FIG. 3A, a V shape as shown in FIG. 3B, a rectangle as shown in FIG. A flask type as shown in d) is preferred. Here, the flask type refers to a shape in which the width on the bottom side of the groove 102 is wider than the width on the opening side. Each cross-sectional shape should just be substantially each cross-sectional shape. “Substantially” means that they are the same within a range including manufacturing errors.
溝１０２の断面形状は、特に、図３（ｃ）に表した矩形、または図３（ｄ）に表したフラスコ型であることが好ましい。後の工程で電極を形成した場合、同じ電極体積である場合には矩形またはフラスコ型にすることで電極とシリコン基板１０１とのコンタクト面積が広くなる。 The cross-sectional shape of the groove 102 is particularly preferably a rectangle shown in FIG. 3C or a flask type shown in FIG. When an electrode is formed in a later process, when the electrode volume is the same, the contact area between the electrode and the silicon substrate 101 is increased by using a rectangular or flask shape.
溝１０２の深さは、５μｍ以上１００μｍ以下であり、好ましくは１０μｍ以上５０μｍ以下である。溝１０２の深さが５μｍ以下の場合、溝１０２によるオートディフージョンの抑制力が小さく、Ｒ（ｎ＋）のＲ（ｎ＋＋）に対する比（Ｒ（ｎ＋）／Ｒ（ｎ＋＋））は小さいままとなる。ここで、以下の説明においては、ｎ型の低濃度拡散層の抵抗を「Ｒ（ｎ＋）」、ｎ型の高濃度拡散層の抵抗を「Ｒ（ｎ＋＋）」と呼ぶ。抵抗は、シート抵抗または拡がり抵抗である。一方、溝１０２の深さが１００μｍ以上になると、シリコン基板１０１の強度が脆弱になる。 The depth of the groove 102 is 5 μm or more and 100 μm or less, preferably 10 μm or more and 50 μm or less. If the depth of the groove 102 is 5μm or less, small restraining force auto diffusion by grooves 102, R (n +) ratio R (n ++) of (R (n +) / R (n ++)) is Stay small. Here, in the following description, the resistance of the n-type low concentration diffusion layer is referred to as “R (n + )”, and the resistance of the n-type high concentration diffusion layer is referred to as “R (n + + )”. The resistance is a sheet resistance or spreading resistance. On the other hand, when the depth of the groove 102 is 100 μm or more, the strength of the silicon substrate 101 becomes weak.
ここでは、隣り合う溝１０２同士の中央部の間隔をピッチと呼ぶ。隣り合う溝１０２のピッチは、０．２ｍｍ以上３．０ｍｍ以下であり、好ましくは０．５ｍｍ以上２．０ｍｍ以下である。溝１０２のピッチが０．２ｍｍ以下では、シリコン基板１０１の強度が脆弱になり、溝１０２のピッチが３．０ｍｍ以上では、シリコン基板１０１の横流れ抵抗の増大によりフィルファクタの低下を招く。 Here, the interval between the central portions of adjacent grooves 102 is called a pitch. The pitch of the adjacent grooves 102 is 0.2 mm or more and 3.0 mm or less, preferably 0.5 mm or more and 2.0 mm or less. When the pitch of the grooves 102 is 0.2 mm or less, the strength of the silicon substrate 101 becomes weak, and when the pitch of the grooves 102 is 3.0 mm or more, the lateral flow resistance of the silicon substrate 101 increases and the fill factor decreases.
溝１０２の深さが浅いと、Ｒ（ｎ＋）のＲ（ｎ＋＋）に対する比は比較的小さいが、溝１０２の深さを深くすると、Ｒ（ｎ＋＋）は変化せずにＲ（ｎ＋）が上昇するため、Ｒ（ｎ＋）のＲ（ｎ＋＋）に対する比は大きくなる。すなわち、溝１０２の深さが深くなるとオートディフージョンの抑制力が大きくなる。これにより、低濃度拡散層の不純物濃度は低下し、Ｒ（ｎ＋）は高くなる。一方、高濃度拡散層の不純物濃度は変化せず、Ｒ（ｎ＋＋）は低いまま維持される。よって溝１０２の深さと拡散温度とにより、Ｒ（ｎ＋）とＲ（ｎ＋＋）とを制御することができるようになる。 When the shallow depth of the groove 102, but the ratio R (n ++) of R (n +) is relatively small, when the depth of the groove 102, without R (n ++) change R (n + ) Increases, the ratio of R (n + ) to R (n ++ ) increases. That is, as the depth of the groove 102 increases, the suppression force of auto diffusion increases. Thereby, the impurity concentration of the low-concentration diffusion layer decreases and R (n + ) increases. On the other hand, the impurity concentration of the high-concentration diffusion layer does not change, and R (n ++ ) is kept low. Therefore, R (n + ) and R (n ++ ) can be controlled by the depth of the groove 102 and the diffusion temperature.
溝１０２の幅は、５０μｍ以上１５０μｍ以下であり、好ましくは７０μｍ以上１００μｍ以下である。溝１０２の幅が５０μｍ以下では、ペーストの印刷が困難となる。一方、溝１０２の幅が１５０μｍ以上では、高濃度拡散層の占める面積が大きくなってしまい、セレクティブエミッタ化の優位性が失われる。 The width of the groove 102 is 50 μm or more and 150 μm or less, and preferably 70 μm or more and 100 μm or less. When the width of the groove 102 is 50 μm or less, it becomes difficult to print the paste. On the other hand, if the width of the groove 102 is 150 μm or more, the area occupied by the high-concentration diffusion layer increases, and the superiority of selective emitter formation is lost.
溝１０２を形成した後、シリコン基板１０１の表面を塩酸、硫酸、硝酸、ふっ酸等、もしくはこれらの混合液の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。清浄度を向上させるため、塩酸溶液中に、０．５％以上５％以下の過酸化水素を混合させ、６０℃以上９０℃以下に加温して洗浄してもよい。 After forming the groove 102, the surface of the silicon substrate 101 is washed in an acidic aqueous solution of hydrochloric acid, sulfuric acid, nitric acid, hydrofluoric acid, or a mixture thereof. From an economic and efficient standpoint, washing in hydrochloric acid is preferred. In order to improve the cleanliness, 0.5% or more and 5% or less of hydrogen peroxide may be mixed in a hydrochloric acid solution, and heated to 60 ° C. or more and 90 ° C. or less and washed.
次に、シリコン基板１０１を洗浄した後、ｎ型拡散層を形成する。ｎ型拡散層の形成には、イオン注入法、熱拡散法、エピタキシャル成長、レーザドーピング等があり、いずれを用いてもよい。一例として熱拡散法について記述する。 Next, after cleaning the silicon substrate 101, an n-type diffusion layer is formed. For forming the n-type diffusion layer, there are an ion implantation method, a thermal diffusion method, epitaxial growth, laser doping, and the like, and any of them may be used. The thermal diffusion method will be described as an example.
先ず、シリコン基板１０１の受光面１０１ａに形成した溝１０２内に、例えばリン酸およびシリカゲルを含有した拡散ペースト（第一拡散源）を例えばスクリーン印刷機によって印刷し、塗布する。なお、リン酸およびシリカゲルを含有した拡散源は、例えばスピンコートにより塗布してもよい。拡散ペーストは受光面１０１ａの溝１０２内とともに溝１０２以外の表面に塗布されてもよい。溝１０２が形成されている部分には拡散ペーストが多く堆積するため、後述する工程でｎ型の高濃度層が形成される。 First, in the groove 102 formed on the light receiving surface 101a of the silicon substrate 101, a diffusion paste (first diffusion source) containing, for example, phosphoric acid and silica gel is printed and applied by, for example, a screen printer. The diffusion source containing phosphoric acid and silica gel may be applied by spin coating, for example. The diffusion paste may be applied to the surface other than the groove 102 in the groove 102 of the light receiving surface 101a. Since a large amount of diffusion paste is deposited on the portion where the groove 102 is formed, an n-type high concentration layer is formed in a process described later.
次に、第一拡散源を形成したシリコン基板１０１を所定の温度で加熱する。これにより、第一拡散源に含まれるドーパントが熱拡散してｎ型拡散層が形成される。 Next, the silicon substrate 101 on which the first diffusion source is formed is heated at a predetermined temperature. Thereby, the dopant contained in the first diffusion source is thermally diffused to form an n-type diffusion layer.
図４（ａ）〜（ｃ）は、重ね合わせ基板のボートへの載置状態を例示する模式図である。図４（ａ）及び（ｂ）に示すように、２枚のシリコン基板１０１を用意し、互いの拡散ペースト２０１を塗布した面同士を向かい合わせにして重ね合わせる。そして、ボート３０２の１つの溝３０３に、重ね合わせた２枚のシリコン基板１０１を挿入する。 FIG. 4A to FIG. 4C are schematic views illustrating the mounting state of the superimposed substrate on the boat. As shown in FIGS. 4A and 4B, two silicon substrates 101 are prepared, and the surfaces coated with the diffusion paste 201 are overlapped with each other facing each other. Then, the two superimposed silicon substrates 101 are inserted into one groove 303 of the boat 302.
２枚のシリコン基板１０１同士を密着状態にするため、ボート３０２の溝３０３の幅３０３ｄは、２枚のシリコン基板１０１を重ね合わせた厚さよりも２０μｍ以上５０μｍ以下程度広くしておくことが好ましい。 In order to bring the two silicon substrates 101 into close contact with each other, the width 303d of the groove 303 of the boat 302 is preferably set to be about 20 μm or more and 50 μm or less wider than the thickness of the two silicon substrates 101 overlapped.
また、図４（ｃ）に示すように、偶数枚（例えば、４枚）のシリコン基板１０１を重ね合わせ、ボート３０５の１つの溝３０６に、偶数枚のシリコン基板１０１を挿入してもよい。偶数枚のシリコン基板１０１同士を密着状態にするため、ボート３０５の１つの溝３０６の幅３０６ｄは、偶数枚のシリコン基板１０１を重ね合わせた厚さよりも２０μｍ以上５０μｍ以下程度広くしておくことが好ましい。 Further, as shown in FIG. 4C, an even number (for example, four) of silicon substrates 101 may be overlapped, and the even number of silicon substrates 101 may be inserted into one groove 306 of the boat 305. In order to bring the even number of silicon substrates 101 into close contact with each other, the width 306d of one groove 306 of the boat 305 should be 20 μm or more and 50 μm or less wider than the stacked thickness of the even number of silicon substrates 101. preferable.
次に、シリコン基板１０１を熱処理炉に入れて、例えば８００℃以上１１００℃以下 で１分以上９０分以下の時間保持して拡散熱処理を行う。この熱処理によって、拡散ペースト２０１に含まれるドーパントがシリコン基板１０１に拡散して拡散層が形成される。この際、シリコン基板１０１の溝１０２の内壁側の部分には高濃度拡散層が形成され、シリコン基板１０１の溝１０２が形成されていない部分の表面側には低濃度拡散層が形成される。その後、シリコン基板１０１を熱処理炉から取り出す。 Next, the silicon substrate 101 is placed in a heat treatment furnace, and diffusion heat treatment is performed by holding the silicon substrate 101 at, for example, 800 ° C. to 1100 ° C. for 1 minute to 90 minutes. By this heat treatment, the dopant contained in the diffusion paste 201 is diffused into the silicon substrate 101 to form a diffusion layer. At this time, a high concentration diffusion layer is formed on the inner wall side portion of the groove 102 of the silicon substrate 101, and a low concentration diffusion layer is formed on the surface side of the portion of the silicon substrate 101 where the groove 102 is not formed. Thereafter, the silicon substrate 101 is taken out from the heat treatment furnace.
熱処理後、シリコン基板１０１に付着したガラス成分を、ふっ酸等により洗浄する。ドーパントはｎ型であればどれでもよいが、特にリンを用いるのが好ましい。 After the heat treatment, the glass component adhering to the silicon substrate 101 is washed with hydrofluoric acid or the like. Any dopant may be used as long as it is n-type, but it is particularly preferable to use phosphorus.
次に、ｐ型拡散層を形成する。ｐ型拡散層の形成には、イオン注入法、熱拡散法、エピタキシャル成長、レーザドーピング等があり、いずれを用いてもよい。一例として熱拡散法について記述する。シリコン基板１０１の非受光面（例えば、第二表面）にも拡散層のパターンを形成する場合には、シリコン基板１０１の非受光面１０１ｂに例えばホウ酸およびシリカゲルを含有した拡散ペースト（第二拡散源）を例えばスクリーン印刷機によって印刷し、塗布する。なお、ホウ酸およびシリカゲルを含有した拡散剤は、例えばスピンコートにより塗布してもよい。ここで、シリコン基板１０１の非受光面１０１ｂに溝１０２が形成されている場合には、溝１０２内にも拡散源が塗布される。溝１０２が形成されている部分に拡散源が多く堆積するため、後述する工程でｐ型の高濃度層が形成される。 Next, a p-type diffusion layer is formed. For the formation of the p-type diffusion layer, there are an ion implantation method, a thermal diffusion method, epitaxial growth, laser doping, and the like, and any of them may be used. The thermal diffusion method will be described as an example. When the pattern of the diffusion layer is also formed on the non-light-receiving surface (for example, the second surface) of the silicon substrate 101, a diffusion paste (second diffusion) containing, for example, boric acid and silica gel on the non-light-receiving surface 101b of the silicon substrate 101. The source) is printed and applied, for example, by a screen printer. The diffusing agent containing boric acid and silica gel may be applied by spin coating, for example. Here, when the groove 102 is formed on the non-light-receiving surface 101 b of the silicon substrate 101, a diffusion source is also applied in the groove 102. Since many diffusion sources are deposited in the portion where the groove 102 is formed, a p-type high-concentration layer is formed in a process described later.
塗布後、８００℃以上１１００℃以下で１分以上９０分以下の時間保持して拡散熱処理を行う。これにより、シリコン基板１０１の非受光面１０１ｂにｐ型拡散領域が形成される。熱処理後、シリコン基板１０１に付着したガラス成分をガラスエッチング等により洗浄する。ドーパントはｐ型であればどれでもよいが、特にボロンを用いるのが好ましい。 After the application, diffusion heat treatment is performed by holding at 800 ° C. to 1100 ° C. for 1 minute to 90 minutes. Thereby, a p-type diffusion region is formed on the non-light-receiving surface 101b of the silicon substrate 101. After the heat treatment, the glass component adhering to the silicon substrate 101 is washed by glass etching or the like. The dopant may be any p-type, but boron is particularly preferable.
続いて、再結合サイトの一つとなるダングリングボンドを減らすために、シリコン基板１０１上に酸化膜を形成する。酸化膜の形成には、熱酸化、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法による酸化膜の堆積、硝酸あるいは塩酸を含むオゾン水等によるウエット酸化等がある。 Subsequently, an oxide film is formed on the silicon substrate 101 in order to reduce dangling bonds that are one of recombination sites. Formation of the oxide film includes thermal oxidation, deposition of an oxide film by a CVD (Chemical Vapor Deposition) method, wet oxidation with ozone water containing nitric acid or hydrochloric acid, or the like.
熱酸化の場合は、拡散層を形成したシリコン基板１０１を酸素雰囲気下で７００℃以上１１００℃以下、３０分以上１２０分以下で熱処理して、パッシベーション膜となるシリコン酸化膜を形成する。シリコン酸化膜の膜厚は３ｎｍ以上３０ｎｍ以下が好ましい。 In the case of thermal oxidation, the silicon substrate 101 on which the diffusion layer is formed is heat-treated in an oxygen atmosphere at 700 ° C. to 1100 ° C. for 30 minutes to 120 minutes to form a silicon oxide film that serves as a passivation film. The thickness of the silicon oxide film is preferably 3 nm or more and 30 nm or less.
次に、シリコン基板１０１の受光面１０１ａに反射防止膜を形成する。また、シリコン基板１０１の非受光面１０１ｂに適宜パッシベーション膜を形成してもよい。反射防止膜及びパッシベーション膜としては窒化珪素膜を使用してもよい。反射防止膜の膜厚は、７０ｎｍ以上１００ｎｍ以下が好ましい。膜の形成には、プラズマＣＶＤ法、熱ＣＶＤ法、Ｃａｔ（Catalytic）−ＣＶＤ法等、いずれを用いてもよい。 Next, an antireflection film is formed on the light receiving surface 101 a of the silicon substrate 101. Further, a passivation film may be appropriately formed on the non-light-receiving surface 101b of the silicon substrate 101. A silicon nitride film may be used as the antireflection film and the passivation film. The thickness of the antireflection film is preferably 70 nm or more and 100 nm or less. For forming the film, any of plasma CVD, thermal CVD, Cat (Catalytic) -CVD, etc. may be used.
プラズマＣＶＤ法の場合は、反応ガスとして、モノシラン及びアンモニアを混合して用いることが多い。なお、アンモニアの代わりに窒素を用いてもよい。また、プロセス圧力の調整、反応ガスの希釈、更には、基板に多結晶シリコンを用いた場合には基板のバルクパッシベーション効果を促進するため、反応ガスに水素を混合することもある。 In the case of plasma CVD, monosilane and ammonia are often mixed and used as a reaction gas. Nitrogen may be used instead of ammonia. In addition, hydrogen may be mixed into the reaction gas in order to promote the adjustment of the process pressure, dilution of the reaction gas, and the bulk passivation effect of the substrate when polycrystalline silicon is used for the substrate.
ＣＶＤの反応ガスの励起方法としては、前述のプラズマによるもののほか、熱ＣＶＤや光ＣＶＤ等を用いてもよい。他の反射防止膜及びパッシベーション膜として、酸化珪素、二酸化チタン膜、酸化亜鉛膜、酸化スズ膜、酸化タンタル膜、酸化ニオブ膜、フッ化マグネシウム膜、酸化アルミニウム膜等で代替してもよい。また、形成方法も上記以外にコーティング法、真空蒸着法等があるが、経済的な観点から、上記窒化珪素膜をプラズマＣＶＤ法によって形成するのが好適である。 As a method of exciting the reactive gas in CVD, thermal CVD, photo CVD, or the like may be used in addition to the above-described plasma. As other antireflection films and passivation films, silicon oxide, titanium dioxide film, zinc oxide film, tin oxide film, tantalum oxide film, niobium oxide film, magnesium fluoride film, aluminum oxide film, and the like may be substituted. In addition to the above, the forming method includes a coating method, a vacuum vapor deposition method, and the like. From the economical viewpoint, it is preferable to form the silicon nitride film by a plasma CVD method.
次いで、電極を形成する。電極形成には、蒸着、印刷法、めっき等があり、いずれを用いてもよい。ここでは印刷法について記述する。スクリーン印刷装置等を用い、シリコン基板の受光面、非受光面の両面に、例えば銀を主成分とする電極ペーストを、スクリーン印刷装置を用いて形成する。 Next, an electrode is formed. Electrode formation includes vapor deposition, printing, plating, and the like, and any of them may be used. Here, the printing method is described. Using a screen printing device or the like, an electrode paste mainly composed of silver, for example, is formed on both the light receiving surface and the non-light receiving surface of the silicon substrate using the screen printing device.
図５（ａ）及び（ｂ）は、電極ペーストの形成状態を例示する模式的断面図である。
図５（ａ）及び（ｂ）に表したように、シリコン基板１０１の溝１０２の内壁側には高濃度拡散層４０５、４１０が形成される。シリコン基板１０１の溝１０２以外の表面側には低濃度拡散層４０４、４０９が形成される。
5A and 5B are schematic cross-sectional views illustrating the formation state of the electrode paste.
As shown in FIGS. 5A and 5B, high concentration diffusion layers 405 and 410 are formed on the inner wall side of the groove 102 of the silicon substrate 101. Low concentration diffusion layers 404 and 409 are formed on the surface side of the silicon substrate 101 other than the groove 102.
電極を形成するには、先ず、溝１０２の内部（ｐ型拡散層及びｎ型拡散層の高濃度拡散層４０５、４１０上）に、例えば銀を主成分とする電極ペースト４０２、４０７を印刷し、乾燥させる。また、高濃度拡散層４０５、４１０と直交する方向に集電電極としてバスバーを２本以上５本以下程度形成する場合には、溝１０２と直交する方向に電極ペースト４０２、４０７を印刷する。 In order to form an electrode, first, electrode pastes 402 and 407 mainly composed of silver, for example, are printed inside the groove 102 (on the high concentration diffusion layers 405 and 410 of the p-type diffusion layer and the n-type diffusion layer). ,dry. In addition, when two or more bus bars are formed as current collecting electrodes in a direction orthogonal to the high concentration diffusion layers 405 and 410, electrode pastes 402 and 407 are printed in a direction orthogonal to the grooves 102.
電極ペースト４０２、４０７には、ガラスフリットと呼ばれるシリコン基板１０１と電極との接着強度を向上させるための成分が含有される。ｐ型拡散層とｎ型拡散層で必要なガラスフリットの種類および量は異なるため、ｐ型電極とｎ型電極では電極ペースト４０２、４０７を分けて印刷してもよい。この場合、一度目の印刷時に例えばｐ型電極を印刷するときのスクリーンパターンと、二度目の印刷時にｎ型電極印刷するときのスクリーンパターンとを別に用意しておく必要がある。 The electrode pastes 402 and 407 contain a component called glass frit for improving the adhesive strength between the silicon substrate 101 and the electrode. Since the types and amounts of glass frit required for the p-type diffusion layer and the n-type diffusion layer are different, the electrode pastes 402 and 407 may be separately printed for the p-type electrode and the n-type electrode. In this case, for example, a screen pattern for printing a p-type electrode at the first printing and a screen pattern for printing an n-type electrode at the second printing need to be prepared separately.
これらの印刷の後、焼成炉において、５００℃以上９００℃以下で１分以上３０分以下の間、焼成を行い、窒化珪素膜に銀粉末を貫通させ（ファイアースルー）、電極とシリコンとを導通させる。これにより、両面電極型太陽電池素子が完成する。 After these printings, firing is performed at a temperature of 500 ° C. or higher and 900 ° C. or lower for 1 minute or longer and 30 minutes or shorter in order to pass silver powder through the silicon nitride film (fire-through), thereby electrically connecting the electrode and silicon. Let Thereby, a double-sided electrode type solar cell element is completed.
本実施形態によれば、シリコン基板の表面に形成した溝内に拡散源を形成し、熱処理によって拡散させることから、溝の位置及び深さによって拡散層の位置及び濃度を正確に設定することができるようになる。すなわち、シリコン基板の表面に濃度差のある拡散層を容易かつ安定して形成することができる。これにより、オーミックコンタクトを得ながら、受光面や非受光面の電極以外の部分での表面再結合およびエミッタ内の再結合が抑制される。したがって、光電変換効率を向上させた太陽電池を、簡便かつ容易な方法により安価に製造することができる。 According to this embodiment, since the diffusion source is formed in the groove formed on the surface of the silicon substrate and is diffused by heat treatment, the position and concentration of the diffusion layer can be accurately set according to the position and depth of the groove. become able to. That is, a diffusion layer having a concentration difference can be easily and stably formed on the surface of the silicon substrate. This suppresses surface recombination and recombination in the emitter at portions other than the electrodes on the light receiving surface and the non-light receiving surface while obtaining ohmic contact. Therefore, a solar cell with improved photoelectric conversion efficiency can be manufactured at a low cost by a simple and easy method.
（第２実施形態）
図６は、第２実施形態に係る太陽電池の製造方法を例示するフローチャートである。
すなわち、図６に表したように、第２実施形態に係る太陽電池の製造方法は、溝の形成（ステップＳ２０１）、第一拡散源及び第二拡散源の形成（ステップＳ２０２）及び熱処理（ステップＳ２０３）を含む。
(Second Embodiment)
FIG. 6 is a flowchart illustrating a method for manufacturing a solar cell according to the second embodiment.
That is, as shown in FIG. 6, the method for manufacturing the solar cell according to the second embodiment includes the formation of grooves (step S <b> 201), the formation of a first diffusion source and a second diffusion source (step S <b> 202), and heat treatment (steps). S203).
ステップＳ２０１に表した溝の形成では、シリコン基板の第一表面に複数の溝を形成する。ステップＳ２０２に表し第一拡散源及び第二拡散源の形成では、第一表面に形成された複数の溝に、第一ドーパントを含む第一拡散源と、第二ドーパントを含む第二拡散源と、を交互に形成する。ステップＳ２０３に表し熱処理では、シリコン基板を所定の温度に加熱することで、第一拡散源の第一ドーパント及び第二拡散源の第二ドーパントをシリコン基板内に拡散させる。 In the groove formation shown in step S201, a plurality of grooves are formed on the first surface of the silicon substrate. In the formation of the first diffusion source and the second diffusion source shown in step S202, the first diffusion source containing the first dopant and the second diffusion source containing the second dopant in the plurality of grooves formed on the first surface; Are alternately formed. In the heat treatment shown in step S203, the first dopant of the first diffusion source and the second dopant of the second diffusion source are diffused into the silicon substrate by heating the silicon substrate to a predetermined temperature.
ここで、シリコン基板の第一表面の溝を形成した部分以外を平坦化する工程をさらに備えていてもよい。 Here, you may further provide the process of planarizing except the part which formed the groove | channel of the 1st surface of a silicon substrate.
また、複数の溝は、交互に配置された第一溝と第二溝とを含んでいてもよい。第一溝は、第一幅を有し、第二溝は、第一幅よりも広い第二幅を有する。 The plurality of grooves may include first grooves and second grooves that are alternately arranged. The first groove has a first width, and the second groove has a second width wider than the first width.
次に、具体的な太陽電池素子の製造方法の一例について説明する。 Next, an example of a specific method for manufacturing a solar cell element will be described.
[バックコンタクト型太陽電池素子の製造方法]
ここでは、太陽電池の材料として単結晶シリコンの場合を例示するが、多結晶シリコンでも同様の効果を示す。
先ず、シリコン基板１０１を用意する。例えば、高純度シリコンに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０．１Ω・ｃｍ以上５Ω・ｃｍ以下としたアズカット単結晶｛１００｝ｐ型シリコン基板を用意する。そして、シリコン基板１０１の表面のスライスダメージを除去する。例えば、濃度５質量％以上６０質量％以下の水酸化ナトリウムや水酸化カリウムのような高濃度のアルカリ、または、ふっ酸と硝酸の混酸等を用いてシリコン基板の表面をエッチングする。単結晶のシリコン基板１０１は、ＣＺ法、ＦＺ法いずれの方法によって作製されてもよい。シリコン基板１０１は、受光面１０１ａと、受光面１０１ａとは反対側の非受光面１０１ｂと、を有する。本実施形態において、非受光面１０１ｂは第一表面である。
[Method of manufacturing back contact solar cell element]
Here, the case of single crystal silicon is exemplified as the material of the solar cell, but the same effect is exhibited even with polycrystalline silicon.
First, the silicon substrate 101 is prepared. For example, an as-cut single crystal {100} p-type silicon substrate is prepared by doping high purity silicon with a group III element such as boron or gallium and having a specific resistance of 0.1 Ω · cm to 5 Ω · cm. Then, slice damage on the surface of the silicon substrate 101 is removed. For example, the surface of the silicon substrate is etched using a high concentration alkali such as sodium hydroxide or potassium hydroxide having a concentration of 5% by mass to 60% by mass or a mixed acid of hydrofluoric acid and nitric acid. The single crystal silicon substrate 101 may be manufactured by either the CZ method or the FZ method. The silicon substrate 101 has a light receiving surface 101a and a non-light receiving surface 101b opposite to the light receiving surface 101a. In the present embodiment, the non-light receiving surface 101b is a first surface.
次に、シリコン基板１０１の表面にテクスチャを形成する。テクスチャは、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等のアルカリ溶液（濃度１質量％以上１０質量％以下、温度６０℃以上１００℃以下）中に１０分以上３０分以下程度浸漬することで作製される。上記溶液中に、所定量の２−プロパノールを溶解させ、反応を促進させることが多い。 Next, a texture is formed on the surface of the silicon substrate 101. Texture is 10 minutes or more in heated alkaline solution such as sodium hydroxide, potassium hydroxide, potassium carbonate, sodium carbonate, sodium hydrogen carbonate (concentration 1% by mass to 10% by mass, temperature 60 ° C. to 100 ° C.) It is produced by dipping for about 30 minutes or less. In many cases, a predetermined amount of 2-propanol is dissolved in the solution to promote the reaction.
テクスチャを形成した後、レーザやダイシング装置を用いて、シリコン基板の非受光面１０１ｂに複数の溝１０２を形成する。この溝１０２は、複数の溝１０２は、シリコン基板１０１の非受光面１０１ｂに沿ってほぼ平行に形成される。 After forming the texture, a plurality of grooves 102 are formed in the non-light-receiving surface 101b of the silicon substrate using a laser or a dicing apparatus. The plurality of grooves 102 are formed substantially in parallel along the non-light receiving surface 101 b of the silicon substrate 101.
また、図７に示すように、幅の狭い第一溝１０２ａと、幅の広い第二溝１０２ｂとを交互に等間隔で配列してもよい。第一溝１０２ａは、第一幅を有する。第二溝１０２ｂは、第一溝よりも広い第二幅を有する。なお、以下の説明で、第一溝１０２ａ及び第二溝１０２ｂを総称して溝１０２と呼ぶことにする。 Further, as shown in FIG. 7, the narrow first grooves 102a and the wide second grooves 102b may be alternately arranged at equal intervals. The first groove 102a has a first width. The second groove 102b has a second width wider than that of the first groove. In the following description, the first groove 102a and the second groove 102b are collectively referred to as the groove 102.
溝１０２は、アルカリ溶液を主成分とするエッチングペーストをパターン状に印刷してシリコン基板１０１をパターン状にエッチングする方法や、ＲＩＥ等によるドライエッチング法を利用して形成されてもよい。また、この溝１０２の形成は、テクスチャを形成する前に行ってもよい。 The groove 102 may be formed using a method of printing an etching paste mainly composed of an alkaline solution in a pattern to etch the silicon substrate 101 into a pattern, or a dry etching method such as RIE. The groove 102 may be formed before the texture is formed.
溝１０２の断面形状は、図３（ａ）に表したような円弧型、図３（ｂ）に表したようなＶ字型である。特に図２（ｃ）に表したような矩形、図３（ｄ）に表したようなフラスコ型であることが好ましい。後の工程で電極を形成した場合、同じ電極体積である場合には矩形またはフラスコ型にすることで電極とシリコン基板１０１とのコンタクト面積が広くなる。 The cross-sectional shape of the groove 102 is an arc shape as shown in FIG. 3A and a V shape as shown in FIG. In particular, a rectangle as shown in FIG. 2C and a flask type as shown in FIG. When an electrode is formed in a later process, when the electrode volume is the same, the contact area between the electrode and the silicon substrate 101 is increased by using a rectangular or flask shape.
溝１０２の深さは、２０μｍ以上１００μｍ以下であり、好ましくは３０μｍ以上７０μｍ以下である。溝１０２の深さが２０μｍ以下では、後の工程の研磨時に溝形成部以外だけでなく溝形成部分も多く研磨されてしまう可能性がある。この場合、電極の直列抵抗が大きくなり、フィルファクタの低下を招く。一方、溝の深さが１００μｍ以上では、基板の強度が脆弱になる。 The depth of the groove 102 is 20 μm or more and 100 μm or less, and preferably 30 μm or more and 70 μm or less. When the depth of the groove 102 is 20 μm or less, there is a possibility that not only the groove forming part but also the groove forming part will be polished much during polishing in the subsequent process. In this case, the series resistance of the electrode is increased, and the fill factor is reduced. On the other hand, when the groove depth is 100 μm or more, the strength of the substrate becomes weak.
ここでは、第一溝１０２ａと第一溝１０２ａ同士、あるいは第二溝１０２ｂと第二溝１０２ｂ同士の間隔を溝のピッチと呼ぶ。溝のピッチは、０．４ｍｍ以上６．０ｍｍ以下であり、好ましくは１．０ｍｍ以上４．０ｍｍ以下である。溝のピッチが０．４ｍｍ以下ではシリコン基板１０１の強度が脆弱になる。溝のピッチが６．０ｍｍ以上では、エレクトリックシャドウの増大により短絡電流が大きく低下する。 Here, the interval between the first groove 102a and the first groove 102a or between the second groove 102b and the second groove 102b is referred to as a groove pitch. The pitch of the grooves is 0.4 mm or more and 6.0 mm or less, preferably 1.0 mm or more and 4.0 mm or less. If the pitch of the grooves is 0.4 mm or less, the strength of the silicon substrate 101 becomes weak. When the pitch of the grooves is 6.0 mm or more, the short circuit current is greatly reduced due to the increase of the electric shadow.
第一溝１０２ａの幅（第一幅）は、５０μｍ以上２０００μｍ以下であり、好ましくは１００μｍ以上１０００μｍ以下である。第一溝１０２ａの幅が５０μｍ以下では、ＢＳＦ（Back Surface Field）領域が小さくフィルファクタの低下を招く。第一溝１０２ａの幅が２０００μｍ以上では、エレクトリックシャドウ増大により短絡電流の低下を招く。 The width (first width) of the first groove 102a is not less than 50 μm and not more than 2000 μm, preferably not less than 100 μm and not more than 1000 μm. When the width of the first groove 102a is 50 μm or less, the BSF (Back Surface Field) region is small and the fill factor is lowered. When the width of the first groove 102a is 2000 μm or more, the short circuit current is reduced due to an increase in electric shadow.
第二溝１０２ｂの幅（第二幅）は、２００μｍ以上５０００μｍ以下であり、好ましくは５００μｍ以上３０００μｍ以下である。第二溝１０２ｂの幅が２００μｍ以下では、エミッタ層が小さくなり、短絡電流や開放電圧の低下を招く。第二溝１０２ｂの幅が５０００μｍ以上では、シリコン基板１０１の横流れ抵抗及びエミッタ層の横流れ抵抗が大きくなり、フィルファクタの低下を招く。 The width (second width) of the second groove 102b is 200 μm or more and 5000 μm or less, and preferably 500 μm or more and 3000 μm or less. When the width of the second groove 102b is 200 μm or less, the emitter layer becomes small, leading to a decrease in short circuit current and open circuit voltage. When the width of the second groove 102b is 5000 μm or more, the lateral flow resistance of the silicon substrate 101 and the lateral flow resistance of the emitter layer increase, leading to a decrease in fill factor.
溝１０２を形成した後、シリコン基板１０１の表面を塩酸、硫酸、硝酸、ふっ酸等、もしくはこれらの混合液の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。清浄度を向上させるため、塩酸溶液中に、０．５％以上５％以下の過酸化水素を混合させ、６０℃以上９０℃以下に加温して洗浄してもよい。 After forming the groove 102, the surface of the silicon substrate 101 is washed in an acidic aqueous solution of hydrochloric acid, sulfuric acid, nitric acid, hydrofluoric acid, or a mixture thereof. From an economic and efficient standpoint, washing in hydrochloric acid is preferred. In order to improve the cleanliness, 0.5% or more and 5% or less of hydrogen peroxide may be mixed in a hydrochloric acid solution, and heated to 60 ° C. or more and 90 ° C. or less and washed.
次に、シリコン基板１０１の非受光面１０１ｂの第二溝１０２ｂにエミッタ層を、第一溝１０２ａにＢＳＦを形成する。拡散層の形成には、イオン注入法、熱拡散法、エピタキシャル成長、レーザドーピング等があり、いずれを用いてもよい。一例として熱拡散法について記述する。 Next, an emitter layer is formed in the second groove 102b of the non-light-receiving surface 101b of the silicon substrate 101, and a BSF is formed in the first groove 102a. Formation of the diffusion layer includes an ion implantation method, a thermal diffusion method, epitaxial growth, laser doping, and the like, and any of them may be used. The thermal diffusion method will be described as an example.
先ず、リン酸およびシリカゲルを含有した拡散ペースト２０１を例えばスクリーン印刷機によって幅の広い第二溝１０２ｂ内に印刷し、塗布する。一方、ホウ酸およびシリカゲルを含有した拡散ペースト２０１を例えばスクリーン印刷機によって幅の狭い第一溝１０２ａ内に印刷し、塗布する。また、受光面１０１ａ側にＦＳＦ（Front Surface Field）を形成する場合には、受光面１０１ａ側にホウ酸およびシリカゲルを含有した低濃度の拡散塗布剤を例えばスピンコートによって塗布する。 First, the diffusion paste 201 containing phosphoric acid and silica gel is printed and applied in the wide second groove 102b by, for example, a screen printer. On the other hand, the diffusion paste 201 containing boric acid and silica gel is printed and applied in the narrow first groove 102a by, for example, a screen printer. In the case where an FSF (Front Surface Field) is formed on the light receiving surface 101a side, a low concentration diffusion coating agent containing boric acid and silica gel is applied to the light receiving surface 101a side by, for example, spin coating.
次に、図４に示すように、２枚のシリコン基板１０１を用意し、互いの拡散ペースト２０１を塗布した面同士を互いに向かい合わせにして重ね合わせる。そして、ボート３０２の１つの溝３０３に、重ね合わせた２枚のシリコン基板１０１を挿入する。 Next, as shown in FIG. 4, two silicon substrates 101 are prepared, and the surfaces coated with each other's diffusion paste 201 are overlapped with each other facing each other. Then, the two superimposed silicon substrates 101 are inserted into one groove 303 of the boat 302.
２枚のシリコン基板１０同士を密着状態にするため、ボート３０２の溝３０３の幅３０３ｄは、２枚のシリコン基板１０１を重ね合わせた厚さよりも２０μｍ以上５０μｍ以下程度広くしておくことが好ましい。 In order to bring the two silicon substrates 10 into close contact with each other, the width 303d of the groove 303 of the boat 302 is preferably set to be about 20 μm or more and 50 μm or less wider than the thickness of the two silicon substrates 101 overlapped.
また、図４（ｃ）に示すように、偶数枚（例えば、４枚）のシリコン基板１０１を重ね合わせ、ボート３０５の１つの溝３０６に、偶数枚のシリコン基板１０１を挿入してもよい。偶数枚のシリコン基板１０１同士を密着状態にするため、ボート３０５の１つの溝３０６の幅３０６ｄは、偶数枚のシリコン基板１０１を重ね合わせた厚さよりも２０μｍ以上５０μｍ以下程度広くしておくことが好ましい。 Further, as shown in FIG. 4C, an even number (for example, four) of silicon substrates 101 may be overlapped, and the even number of silicon substrates 101 may be inserted into one groove 306 of the boat 305. In order to bring the even number of silicon substrates 101 into close contact with each other, the width 306d of one groove 306 of the boat 305 should be 20 μm or more and 50 μm or less wider than the stacked thickness of the even number of silicon substrates 101. preferable.
次に、シリコン基板１０１を熱処理炉に入れて、例えば８００℃以上１１００℃以下 で１分以上９０分以下の時間保持して拡散熱処理を行う。この熱処理によって、拡散ペースト２０１に含まれるドーパントがシリコン基板１０１に拡散して拡散層が形成される。この際、シリコン基板１０１の溝１０２の内壁側の部分には高濃度拡散層が形成され、シリコン基板１０１の溝１０２が形成されていない部分の表面側には低濃度拡散層が形成される。その後、シリコン基板１０１を熱処理炉から取り出す。 Next, the silicon substrate 101 is placed in a heat treatment furnace, and diffusion heat treatment is performed by holding the silicon substrate 101 at, for example, 800 ° C. to 1100 ° C. for 1 minute to 90 minutes. By this heat treatment, the dopant contained in the diffusion paste 201 is diffused into the silicon substrate 101 to form a diffusion layer. At this time, a high concentration diffusion layer is formed on the inner wall side portion of the groove 102 of the silicon substrate 101, and a low concentration diffusion layer is formed on the surface side of the portion of the silicon substrate 101 where the groove 102 is not formed. Thereafter, the silicon substrate 101 is taken out from the heat treatment furnace.
熱処理後、シリコン基板１０１の非受光面１０１ｂの溝形成部以外を平坦化する。平坦化により、凹凸減少による再結合サイトの抑制、および、ｐ−ｎ接合の分離がなされる。 After the heat treatment, the portions other than the groove forming portion of the non-light-receiving surface 101b of the silicon substrate 101 are planarized. By the planarization, recombination sites are suppressed by reducing the unevenness, and the pn junction is separated.
平坦化には、化学機械平坦化（ＣＭＰ）、ラップ研磨、スピンエッチング、レーザエッチング等が用いられる。平坦化の方法は、溝形成部以外を優先的にエッチングするものであればいずれであってもよい。 For the planarization, chemical mechanical planarization (CMP), lapping, spin etching, laser etching, or the like is used. Any flattening method may be used as long as the portion other than the groove forming portion is preferentially etched.
一例としてＣＭＰについて記述する。一般的なＣＭＰ技術（例えば、米国特許第５２４５７９４号明細書、米国特許第４９４４８３６号明細書参照）およびＣＭＰ装置（例えば、米国特許第４１９３２２６号明細書、米国特許第３８４１０３１号明細書参照）を使用する。フラットテーブル上の研磨パッドにシリコン基板１０１を配置し、研磨パッドの回転および研磨液のエッチングにより非受光面１０１ｂの主に溝形成部以外の研磨を行う。平坦化処理後、拡散処理時にシリコン基板１０１に付いたガラス成分や平坦化時の研磨残留物をふっ酸、ＲＣＡ洗浄等により洗浄する。 As an example, CMP will be described. Use general CMP techniques (see, for example, US Pat. No. 5,245,794, US Pat. No. 4,944,836) and CMP apparatus (see, for example, US Pat. No. 4,193,226, US Pat. No. 3,841,031) To do. The silicon substrate 101 is disposed on the polishing pad on the flat table, and polishing of the non-light-receiving surface 101b other than the groove forming portion is performed by rotating the polishing pad and etching the polishing liquid. After the planarization treatment, glass components attached to the silicon substrate 101 during the diffusion treatment and polishing residues during the planarization are washed by hydrofluoric acid, RCA cleaning, or the like.
続いて、再結合サイトの一つとなるダングリングボンドを減らすために、シリコン基板１０１上に酸化膜を形成する。酸化膜の形成には、熱酸化、ＣＶＤ法による酸化膜の堆積、硝酸あるいは塩酸を含むオゾン水等によるウエット酸化等がある。 Subsequently, an oxide film is formed on the silicon substrate 101 in order to reduce dangling bonds that are one of recombination sites. Examples of the formation of the oxide film include thermal oxidation, deposition of an oxide film by a CVD method, wet oxidation with ozone water containing nitric acid or hydrochloric acid, and the like.
熱酸化の場合は、拡散層を形成したシリコン基板１０１を酸素雰囲気下で７００℃以上１１００℃以下、３０分以上１２０分以下で熱処理して、パッシベーション膜となるシリコン酸化膜を形成する。シリコン酸化膜の膜厚は３ｎｍ以上３０ｎｍ以下が好ましい。 In the case of thermal oxidation, the silicon substrate 101 on which the diffusion layer is formed is heat-treated in an oxygen atmosphere at 700 ° C. to 1100 ° C. for 30 minutes to 120 minutes to form a silicon oxide film that serves as a passivation film. The thickness of the silicon oxide film is preferably 3 nm or more and 30 nm or less.
次に、シリコン基板１０１の受光面１０１ａに反射防止膜を形成する。また、シリコン基板１０１の非受光面１０１ｂに適宜パッシベーション膜を形成してもよい。反射防止膜及びパッシベーション膜としては窒化珪素膜を使用してもよい。反射防止膜の膜厚は、７０ｎｍ以上１００ｎｍ以下が好ましい。膜の形成には、プラズマＣＶＤ法、熱ＣＶＤ法、Ｃａｔ−ＣＶＤ法等、いずれを用いてもよい。 Next, an antireflection film is formed on the light receiving surface 101 a of the silicon substrate 101. Further, a passivation film may be appropriately formed on the non-light-receiving surface 101b of the silicon substrate 101. A silicon nitride film may be used as the antireflection film and the passivation film. The thickness of the antireflection film is preferably 70 nm or more and 100 nm or less. Any of a plasma CVD method, a thermal CVD method, a Cat-CVD method, or the like may be used for forming the film.
プラズマＣＶＤ法の場合は、反応ガスとして、モノシラン及びアンモニアを混合して用いることが多い。なお、アンモニアの代わりに窒素を用いてもよい。また、プロセス圧力の調整、反応ガスの希釈、更には、基板に多結晶シリコンを用いた場合には基板のバルクパッシベーション効果を促進するため、反応ガスに水素を混合することもある。 In the case of plasma CVD, monosilane and ammonia are often mixed and used as a reaction gas. Nitrogen may be used instead of ammonia. In addition, hydrogen may be mixed into the reaction gas in order to promote the adjustment of the process pressure, dilution of the reaction gas, and the bulk passivation effect of the substrate when polycrystalline silicon is used for the substrate.
ＣＶＤの反応ガスの励起方法としては、前述のプラズマによるもののほか、熱ＣＶＤや光ＣＶＤ等を用いてもよい。他の反射防止膜及びパッシベーション膜として、酸化珪素、二酸化チタン膜、酸化亜鉛膜、酸化スズ膜、酸化タンタル膜、酸化ニオブ膜、フッ化マグネシウム膜、酸化アルミニウム膜等で代替してもよい。また、形成方法も上記以外にコーティング法、真空蒸着法等があるが、経済的な観点から、上記、窒化珪素膜をプラズマＣＶＤ法によって形成するのが好適である。 As a method of exciting the reactive gas in CVD, thermal CVD, photo CVD, or the like may be used in addition to the above-described plasma. As other antireflection films and passivation films, silicon oxide, titanium dioxide film, zinc oxide film, tin oxide film, tantalum oxide film, niobium oxide film, magnesium fluoride film, aluminum oxide film, and the like may be substituted. In addition to the above, the forming method includes a coating method, a vacuum deposition method, and the like. From the economical viewpoint, it is preferable to form the silicon nitride film by the plasma CVD method.
バスバーを設ける場合には、シリコン基板１０１の非受光面１０１ｂの拡散層上に絶縁体膜を形成してもよい。絶縁体のパターンを形成するには、スクリーン印刷と加熱によるシロキサン等を形成する方法や、熱酸化膜を所望部分以外除去する方法等があり、いずれを用いてもよい。例えばシロキサン前駆体ペーストをスクリーン印刷機によって後の工程でバスバーを設けたい箇所に印刷し、ホットプレート等により加熱しシロキサンを形成してもよい。 When the bus bar is provided, an insulator film may be formed on the diffusion layer of the non-light-receiving surface 101b of the silicon substrate 101. In order to form the insulator pattern, there are a method of forming siloxane or the like by screen printing and heating, a method of removing the thermal oxide film other than the desired portion, and the like, which may be used. For example, a siloxane precursor paste may be printed on a place where a bus bar is to be provided in a later step using a screen printer, and heated with a hot plate or the like to form siloxane.
また、シリコン基板１０１の端部にバスバーを設ける場合には、図８に示すような、第一溝１０２ａおよび第二溝１０２ｂの少なくとも一方をシリコン基板１０１の端部に寄せて形成しておく。寄り度合いの長さ６０４は、２００μｍ以上５０００μｍ以下が好ましい。 Further, when the bus bar is provided at the end portion of the silicon substrate 101, at least one of the first groove 102a and the second groove 102b is formed close to the end portion of the silicon substrate 101 as shown in FIG. The shift degree length 604 is preferably 200 μm or more and 5000 μm or less.
次いで、電極を形成する。電極形成には、蒸着、印刷法、めっき等があり、いずれを用いてもよい。ここでは印刷法について記述する。スクリーン印刷装置等を用い、シリコン基板の非受光面に、例えば銀を主成分とする電極ペースト４０２、４０７を、スクリーン印刷装置を用いて形成する。図５（ａ）及び（ｂ）に表したように、電極ペースト４０２、４０７は、溝１０２の内部（ｐ型拡散層及びｎ型拡散層の高濃度拡散層４０５、４１０上）に印刷塗布される。その後、電極ペースト４０２、４０７を乾燥させる。また、シリコン基板１０１の両端や絶縁体を形成した箇所に、ほぼ直線状に集電電極としてバスバーを２本以上５本以下程度形成してもよい。 Next, an electrode is formed. Electrode formation includes vapor deposition, printing, plating, and the like, and any of them may be used. Here, the printing method is described. Using a screen printing device or the like, electrode pastes 402 and 407 mainly composed of silver, for example, are formed on the non-light-receiving surface of the silicon substrate using the screen printing device. As shown in FIGS. 5A and 5B, the electrode pastes 402 and 407 are printed and applied to the inside of the groove 102 (on the high concentration diffusion layers 405 and 410 of the p-type diffusion layer and the n-type diffusion layer). The Thereafter, the electrode pastes 402 and 407 are dried. Alternatively, about two or more and five or less bus bars may be formed as current collecting electrodes in a substantially straight line at both ends of the silicon substrate 101 or at locations where insulators are formed.
電極ペースト４０２、４０７中には、ガラスフリットと呼ばれるシリコン基板１０１と電極との接着強度を向上させるための成分が含有される。ｐ型拡散層とｎ型拡散層で必要なガラスフリットの種類および量は異なるため、ｐ型電極とｎ型電極では電極ペースト４０２、４０７を分けて印刷してもよい。この場合、一度目の印刷時に例えばｐ型電極を印刷するときのスクリーンパターンと、二度目の印刷時にｎ型電極印刷するときのスクリーンパターンとを別に用意しておく必要がある。 The electrode pastes 402 and 407 contain a component called glass frit for improving the adhesive strength between the silicon substrate 101 and the electrode. Since the types and amounts of glass frit required for the p-type diffusion layer and the n-type diffusion layer are different, the electrode pastes 402 and 407 may be separately printed for the p-type electrode and the n-type electrode. In this case, for example, a screen pattern for printing a p-type electrode at the first printing and a screen pattern for printing an n-type electrode at the second printing need to be prepared separately.
これらの印刷の後、焼成炉において、５００℃以上９００℃以下で１分以上３０分以下の間、焼成を行い、窒化珪素膜に銀粉末を貫通させ（ファイアースルー）、電極とシリコンとを導通させる。これにより、バックコンタクト型太陽電池素子が完成する。 After these printings, firing is performed at a temperature of 500 ° C. or higher and 900 ° C. or lower for 1 minute or longer and 30 minutes or shorter in order to pass silver powder through the silicon nitride film (fire-through), thereby electrically connecting the electrode and silicon. Let Thereby, a back contact type solar cell element is completed.
本実施形態によれば、シリコン基板の表面に形成した溝内に拡散源を形成し、熱処理によって拡散させることから、溝の位置及び深さによって拡散層の位置及び濃度を正確に設定することができるようになる。すなわち、シリコン基板の表面に濃度差のある拡散層を容易かつ安定して形成することができる。これにより、オーミックコンタクトを得ながら、受光面や非受光面の電極以外の部分での表面再結合およびエミッタ内の再結合が抑制される。また、受光面の電極をなくしシャドーロスをなくすことができる。したがって、光電変換効率を向上させた太陽電池を、簡便かつ容易な方法により安価に製造することができる。 According to this embodiment, since the diffusion source is formed in the groove formed on the surface of the silicon substrate and is diffused by heat treatment, the position and concentration of the diffusion layer can be accurately set according to the position and depth of the groove. become able to. That is, a diffusion layer having a concentration difference can be easily and stably formed on the surface of the silicon substrate. This suppresses surface recombination and recombination in the emitter at portions other than the electrodes on the light receiving surface and the non-light receiving surface while obtaining ohmic contact. Further, the shadow loss can be eliminated by eliminating the electrode on the light receiving surface. Therefore, a solar cell with improved photoelectric conversion efficiency can be manufactured at a low cost by a simple and easy method.
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更又は改良を加えることができることが当業者に明らかである。その様な変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、請求の範囲の記載から明らかである。例えば、上述の例ではｐ型基板を使用したが、ｎ型基板を使用してもよく、この場合は例えばエミッタ層の形成にはホウ素系拡散剤を、ＢＳＦの形成にはリン系拡散剤を使用すればよい。 As mentioned above, although this invention was demonstrated using embodiment, the technical scope of this invention is not limited to the range as described in the said embodiment. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications or improvements can be added to the above-described embodiment. It is apparent from the scope of the claims that the embodiments added with such changes or improvements can be included in the technical scope of the present invention. For example, although the p-type substrate is used in the above example, an n-type substrate may be used. In this case, for example, a boron-based diffusing agent is used for forming the emitter layer, and a phosphorus-based diffusing agent is used for forming the BSF. Use it.
以下、本発明の実施例を説明する。なお、本発明は本実施例に限定されるものではない。
［実施例１］
本発明の有効性を確認するため、基板受光面に溝を有する両面電極型太陽電池を拡散ペーストを用いて以下に示す条件で作製し、評価を行った。
Examples of the present invention will be described below. In addition, this invention is not limited to a present Example.
[Example 1]
In order to confirm the effectiveness of the present invention, a double-sided electrode type solar cell having a groove on the light-receiving surface of the substrate was produced using a diffusion paste under the following conditions and evaluated.
（作製手順及び条件）
まず、半導体基板として、縦横１００×１００ｍｍ、厚さ２５０μｍ、比抵抗１Ω・ｃｍのガリウムドープ｛１００｝ｐ型アズカットシリコン基板を６０枚用意し、加熱した水酸化カリウム水溶液により該シリコン基板のダメージ層を除去した。次に、水酸化カリウム・２−プロパノール水溶液中に浸漬し、テクスチャ形成を行った。
(Production procedure and conditions)
First, as a semiconductor substrate, 60 gallium-doped {100} p-type as-cut silicon substrates having a length and width of 100 × 100 mm, a thickness of 250 μm, and a specific resistance of 1 Ω · cm are prepared, and the silicon substrate is damaged by a heated potassium hydroxide aqueous solution. The layer was removed. Next, it was immersed in an aqueous solution of potassium hydroxide and 2-propanol to form a texture.
次いで、受光面側に溝を形成した。ダイサーにより平行で等間隔な溝のパターンを切削により形成した。溝間隔は１．０ｍｍ、溝幅は１００μｍ、溝の深さは３０μｍ、溝の形状は矩形とした。溝形成後、８０℃に保った１％の塩酸と１％の過酸化水素の水溶液中に５分浸漬し、純水で５分リンス後、クリーンオーブンにて乾燥させた。 Next, a groove was formed on the light receiving surface side. A pattern of grooves at equal intervals in parallel was formed by cutting with a dicer. The groove interval was 1.0 mm, the groove width was 100 μm, the groove depth was 30 μm, and the groove shape was rectangular. After the grooves were formed, they were immersed in an aqueous solution of 1% hydrochloric acid and 1% hydrogen peroxide maintained at 80 ° C. for 5 minutes, rinsed with pure water for 5 minutes, and then dried in a clean oven.
次に、ｎ型拡散層の形成を行った。詳しくは、リン酸およびシリカゲルを含有した拡散ペーストをスクリーン印刷機によって溝内に印刷し、シリコン基板２枚を図４に示したように溝が合わさるように受光面同士で重ねあわせた状態で、酸素を１．０ｖｏｌ％窒素中に混合させたガス雰囲気の中に配置し、９００℃で３０分熱処理を行った。続いて、シリコン基板の表面に形成されたリンガラスをふっ酸で除去した。 Next, an n-type diffusion layer was formed. Specifically, a diffusion paste containing phosphoric acid and silica gel is printed in a groove by a screen printer, and two silicon substrates are overlapped with each other so that the grooves are aligned as shown in FIG. It was placed in a gas atmosphere in which oxygen was mixed in 1.0 vol% nitrogen, and heat treatment was performed at 900 ° C. for 30 minutes. Subsequently, the phosphorous glass formed on the surface of the silicon substrate was removed with hydrofluoric acid.
次いで、これらのシリコン基板を酸素雰囲気中、１０００℃で１０分間処理することで熱酸化を行い、基板両面に熱酸化膜を２０ｎｍ形成した。 Next, these silicon substrates were thermally oxidized by treating them at 1000 ° C. for 10 minutes in an oxygen atmosphere, and 20 nm of thermal oxide films were formed on both surfaces of the substrate.
引き続き、熱酸化膜上に窒化珪素膜からなる反射防止膜を成膜した。このときプラズマＣＶＤ法を用い、反応ガスとしてはモノシラン及びアンモニアの混合ガスを用い、膜厚は８０ｎｍ、屈折率は２．０とした。 Subsequently, an antireflection film made of a silicon nitride film was formed on the thermal oxide film. At this time, a plasma CVD method was used, a mixed gas of monosilane and ammonia was used as the reaction gas, the film thickness was 80 nm, and the refractive index was 2.0.
次に、非受光面全面にアルミニウムペーストをスクリーン印刷し、乾燥した。この後、受光面に櫛歯状のパターンで銀ペーストをスクリーン印刷し、乾燥した。アルミニウムペーストは、粒径数〜数十ｎｍのアルミニウム微粒子を有機溶媒中に分散させたものである。また、銀ペーストは、粒径数〜数十ｎｍの銀微粒子を有機溶媒中に分散させたものである。最後に、８００℃の空気雰囲気下で１０秒程度熱処理し、アルミニウムおよび銀を焼結させて太陽電池を完成させた。 Next, aluminum paste was screen-printed on the entire non-light-receiving surface and dried. Thereafter, a silver paste was screen-printed in a comb-like pattern on the light receiving surface and dried. The aluminum paste is obtained by dispersing aluminum fine particles having a particle diameter of several to several tens of nanometers in an organic solvent. The silver paste is obtained by dispersing silver fine particles having a particle diameter of several to several tens of nanometers in an organic solvent. Finally, heat treatment was performed for about 10 seconds in an air atmosphere at 800 ° C., and aluminum and silver were sintered to complete a solar cell.
［実施例２］
本発明の有効性を確認するため基板受光面に溝を有する両面電極型太陽電池をスピンコート法を用いて以下に示す条件で作製し、評価を行った。
[Example 2]
In order to confirm the effectiveness of the present invention, a double-sided electrode type solar cell having a groove on the light-receiving surface of the substrate was produced using a spin coating method under the following conditions and evaluated.
（作製手順及び条件）
まず、半導体基板として、縦横１００×１００ｍｍ、厚さ２５０μｍ、比抵抗１Ω・ｃｍのガリウムドープ｛１００｝ｐ型アズカットシリコン基板を６０枚用意し、加熱した水酸化カリウム水溶液により該シリコン基板のダメージ層を除去した。次に、水酸化カリウム・２−プロパノール水溶液中に浸漬し、テクスチャ形成を行った。
(Production procedure and conditions)
First, as a semiconductor substrate, 60 gallium-doped {100} p-type as-cut silicon substrates having a length and width of 100 × 100 mm, a thickness of 250 μm, and a specific resistance of 1 Ω · cm are prepared, and the silicon substrate is damaged by a heated potassium hydroxide aqueous solution. The layer was removed. Next, it was immersed in an aqueous solution of potassium hydroxide and 2-propanol to form a texture.
次いで、受光面側に溝を形成した。ダイサーにより平行で等間隔な溝のパターンを切削により形成した。溝間隔は１．０ｍｍ、溝幅は１００μｍ、溝の深さは３０μｍ、溝の形状は矩形とした。溝形成後、８０℃に保った１％の塩酸と１％の過酸化水素の水溶液中に５分浸漬し、純水で５分リンス後、クリーンオーブンにて乾燥させた。 Next, a groove was formed on the light receiving surface side. A pattern of grooves at equal intervals in parallel was formed by cutting with a dicer. The groove interval was 1.0 mm, the groove width was 100 μm, the groove depth was 30 μm, and the groove shape was rectangular. After the grooves were formed, they were immersed in an aqueous solution of 1% hydrochloric acid and 1% hydrogen peroxide maintained at 80 ° C. for 5 minutes, rinsed with pure water for 5 minutes, and then dried in a clean oven.
次に、ｎ型拡散層の形成を行った。詳しくは、リン酸およびシリカゲルを含有した拡散ペーストをスピンコートによって塗布し、シリコン基板２枚を図４に示したように溝が合わさるように受光面同士で重ねあわせた状態で、酸素を１．０ｖｏｌ％窒素中に混合させたガス雰囲気の中に配置し、９００℃で３０分熱処理を行った。続いて、シリコン基板の表面に形成されたリンガラスをふっ酸で除去した。 Next, an n-type diffusion layer was formed. Specifically, a diffusion paste containing phosphoric acid and silica gel is applied by spin coating, and two silicon substrates are overlapped on the light receiving surfaces so that grooves are aligned as shown in FIG. It arrange | positioned in the gas atmosphere mixed in 0 vol% nitrogen, and heat-processed at 900 degreeC for 30 minutes. Subsequently, the phosphorous glass formed on the surface of the silicon substrate was removed with hydrofluoric acid.
次いで、これらのシリコン基板を酸素雰囲気中、１０００℃で１０分間処理することで熱酸化を行い、基板両面に熱酸化膜を２０ｎｍ形成した。 Next, these silicon substrates were thermally oxidized by treating them at 1000 ° C. for 10 minutes in an oxygen atmosphere, and 20 nm of thermal oxide films were formed on both surfaces of the substrate.
引き続き、熱酸化膜上に窒化珪素膜からなる反射防止膜を成膜した。このときプラズマＣＶＤ法を用い、反応ガスとしてはモノシラン及びアンモニアの混合ガスを用い、膜厚は８０ｎｍ、屈折率は２．０とした。 Subsequently, an antireflection film made of a silicon nitride film was formed on the thermal oxide film. At this time, a plasma CVD method was used, a mixed gas of monosilane and ammonia was used as the reaction gas, the film thickness was 80 nm, and the refractive index was 2.0.
次に、非受光面全面にアルミニウムペーストをスクリーン印刷し、乾燥した。この後、受光面に櫛歯状のパターンで銀ペーストをスクリーン印刷し、乾燥した。アルミニウムペーストは、粒径数ｎｍ〜数十ｎｍのアルミニウム微粒子を有機溶媒中に分散させたものである。また、銀ペーストは、粒径数ｎｍ〜数十ｎｍの銀微粒子を有機溶媒中に分散させたものである。最後に、８００℃の空気雰囲気下で１０秒程度熱処理し、アルミニウムおよび銀を焼結させて太陽電池を完成させた。 Next, aluminum paste was screen-printed on the entire non-light-receiving surface and dried. Thereafter, a silver paste was screen-printed in a comb-like pattern on the light receiving surface and dried. The aluminum paste is obtained by dispersing aluminum fine particles having a particle size of several nm to several tens of nm in an organic solvent. The silver paste is obtained by dispersing silver fine particles having a particle size of several nm to several tens of nm in an organic solvent. Finally, heat treatment was performed for about 10 seconds in an air atmosphere at 800 ° C., and aluminum and silver were sintered to complete a solar cell.
［比較例１］
比較のため、溝を形成しない従来の両面電極型太陽電池を以下に示す条件で作製し、評価を行った。
[Comparative Example 1]
For comparison, a conventional double-sided electrode type solar cell in which no groove was formed was produced and evaluated under the following conditions.
（作製手順及び条件）
まず、半導体基板として、縦横１００×１００ｍｍ、厚さ２５０μｍ、比抵抗１Ω・ｃｍのガリウムドープ｛１００｝ｐ型アズカットシリコン基板を６０枚用意し、加熱した水酸化カリウム水溶液により該シリコン基板のダメージ層を除去した。次に、水酸化カリウム・２−プロパノール水溶液中に浸漬し、テクスチャ形成を行った。その後、８０℃に保った１％の塩酸と１％の過酸化水素の水溶液中に５分浸漬し、純水で５分リンス後、クリーンオーブンにて乾燥させた。
(Production procedure and conditions)
First, as a semiconductor substrate, 60 gallium-doped {100} p-type as-cut silicon substrates having a length and width of 100 × 100 mm, a thickness of 250 μm, and a specific resistance of 1 Ω · cm are prepared, and the silicon substrate is damaged by a heated potassium hydroxide aqueous solution. The layer was removed. Next, it was immersed in an aqueous solution of potassium hydroxide and 2-propanol to form a texture. Then, it was immersed in an aqueous solution of 1% hydrochloric acid and 1% hydrogen peroxide maintained at 80 ° C. for 5 minutes, rinsed with pure water for 5 minutes, and then dried in a clean oven.
次に、ｎ型拡散層の形成を行った。詳しくは、リン酸およびシリカゲルを含有した拡散ペーストをスクリーン印刷機によって印刷し、シリコン基板２枚を受光面同士で重ねあわせた状態で、酸素を１．０ｖｏｌ％窒素中に混合させたガス雰囲気の中に配置し、９００℃で３０分熱処理を行った。続いて、シリコン基板の表面に形成されたリンガラスをふっ酸で除去した。 Next, an n-type diffusion layer was formed. Specifically, a diffusion paste containing phosphoric acid and silica gel was printed by a screen printer, and in a gas atmosphere in which oxygen was mixed in 1.0 vol% nitrogen in a state where two silicon substrates were superposed on each other. The heat treatment was performed at 900 ° C. for 30 minutes. Subsequently, the phosphorous glass formed on the surface of the silicon substrate was removed with hydrofluoric acid.
次いで、これらのシリコン基板を酸素雰囲気中、１０００℃で１０分間処理することで熱酸化を行い、基板両面に熱酸化膜を２０ｎｍ形成した。 Next, these silicon substrates were thermally oxidized by treating them at 1000 ° C. for 10 minutes in an oxygen atmosphere, and 20 nm of thermal oxide films were formed on both surfaces of the substrate.
引き続き、熱酸化膜上に窒化珪素膜からなる反射防止膜を成膜した。このときプラズマＣＶＤ法を用い、反応ガスとしてはモノシラン及びアンモニアの混合ガスを用い、膜厚は８０ｎｍ、屈折率は２．０とした。 Subsequently, an antireflection film made of a silicon nitride film was formed on the thermal oxide film. At this time, a plasma CVD method was used, a mixed gas of monosilane and ammonia was used as the reaction gas, the film thickness was 80 nm, and the refractive index was 2.0.
次に、非受光面全面にアルミニウムペーストをスクリーン印刷し、乾燥した。この後、受光面に櫛歯状のパターンで銀ペーストをスクリーン印刷し、乾燥した。アルミニウムペーストは、粒径数ｎｍ〜数十ｎｍのアルミニウム微粒子を有機溶媒中に分散させたものである。また、銀ペーストは、粒径数ｎｍ〜数十ｎｍの銀微粒子を有機溶媒中に分散させたものである。最後に、８００℃の空気雰囲気下で１０秒程度熱処理し、アルミニウムおよび銀を焼結させて太陽電池を完成させた。 Next, aluminum paste was screen-printed on the entire non-light-receiving surface and dried. Thereafter, a silver paste was screen-printed in a comb-like pattern on the light receiving surface and dried. The aluminum paste is obtained by dispersing aluminum fine particles having a particle size of several nm to several tens of nm in an organic solvent. The silver paste is obtained by dispersing silver fine particles having a particle size of several nm to several tens of nm in an organic solvent. Finally, heat treatment was performed for about 10 seconds in an air atmosphere at 800 ° C., and aluminum and silver were sintered to complete a solar cell.
（評価方法）
以上のようにして得られた太陽電池のサンプルについて、山下電装社製ソーラーシミュレータを用いてＡＭ１．５スペクトル、照射強度１００ｍＷ／ｃｍ２、２５℃の条件下で、太陽電池特性を測定した。得られた結果の平均値を表１に示す。
(Evaluation method)
About the sample of the solar cell obtained as described above, the solar cell characteristics were measured under the conditions of AM1.5 spectrum, irradiation intensity 100 mW / cm 2 , and 25 ° C. using a solar simulator manufactured by Yamashita Denso. The average value of the obtained results is shown in Table 1.
以上の結果、実施例１あるいは実施例２の太陽電池は、受光面に溝を形成し、Ｒ（ｎ＋）のＲ（ｎ＋＋）に対する比（Ｒ（ｎ＋）／Ｒ（ｎ＋＋））が大きくなるようにしたので、比較例１よりも短絡電流および開放電圧が増加し、変換効率も向上した。 As a result, the solar cell of Example 1 or Example 2, a groove is formed in the light-receiving surface, R (n +) ratio R (n ++) of (R (n +) / R (n ++)) Therefore, the short-circuit current and the open-circuit voltage increased and the conversion efficiency was improved as compared with Comparative Example 1.
［実施例３］
本発明の有効性を確認するため基板受光面に溝を有するバックコンタクト型太陽電池を以下に示す条件で作製し、評価を行った。
[Example 3]
In order to confirm the effectiveness of the present invention, a back contact solar cell having a groove on the light receiving surface of the substrate was produced and evaluated under the following conditions.
（作製手順及び条件）
まず、半導体基板として、縦横１００×１００ｍｍ、厚さ１５０μｍ、比抵抗３Ω・ｃｍのリンドープ｛１００｝ｎ型アズカットシリコン基板を６０枚用意し、加熱した水酸化カリウム水溶液により該シリコン基板のダメージ層を除去した。次に、水酸化カリウム・２−プロパノール水溶液中に浸漬し、テクスチャ形成を行った。
(Production procedure and conditions)
First, as a semiconductor substrate, 60 phosphorous-doped {100} n-type as-cut silicon substrates having a length and width of 100 × 100 mm, a thickness of 150 μm, and a specific resistance of 3 Ω · cm were prepared, and a damaged layer of the silicon substrate was heated with a heated potassium hydroxide aqueous solution. Was removed. Next, it was immersed in an aqueous solution of potassium hydroxide and 2-propanol to form a texture.
次に、非受光面側に溝を形成した。ダイサーにより平行で等間隔なピッチ１．５ｍｍで幅２５０μｍの狭い溝のパターンを切削により形成した。その後ダイサーにより狭い溝の中間に平行で等間隔なピッチ１．５ｍｍで幅１０００μｍの広い溝のパターンを切削により形成した。溝の深さは３０μｍで、溝の形状は矩形とした。溝形成後、８０℃に保った１％の塩酸と１％の過酸化水素の水溶液中に５分浸漬し、純水で５分リンス後、クリーンオーブンにて乾燥させた。 Next, a groove was formed on the non-light receiving surface side. A narrow groove pattern having a pitch of 1.5 mm and a width of 250 μm was formed by cutting with a dicer at a regular and equidistant pitch. Thereafter, a wide groove pattern having a pitch of 1.5 mm and a width of 1000 μm was formed by cutting with a dicer in parallel to the middle of the narrow groove. The depth of the groove was 30 μm, and the shape of the groove was rectangular. After the grooves were formed, they were immersed in an aqueous solution of 1% hydrochloric acid and 1% hydrogen peroxide maintained at 80 ° C. for 5 minutes, rinsed with pure water for 5 minutes, and then dried in a clean oven.
次にｐ型拡散層およびｎ型拡散層の形成を行った。リン酸およびシリカゲルを含有した拡散ペーストをスクリーン印刷機によって狭い溝内に印刷した。さらにホウ酸およびシリカゲルを含有した拡散ペーストをスクリーン印刷機によって広い溝内に印刷した。印刷したシリコン基板２枚を溝が合わさるように非受光面同士で重ねあわせた状態で、酸素を１．０ｖｏｌ％窒素中に混合させたガス雰囲気の中に配置し、１０００℃で３０分熱処理を行った。その後、非受光面の溝形成部以外をＣＭＰにより平坦化した。フラットテーブル上の研磨パッドに基板を配置し、研磨パッド（定盤）の回転および研磨液のエッチングにより非受光面の主に溝形成部以外の研磨を行った。定盤の回転速度は１００ｒｐｍで、研磨液は砥粒、分散剤、ポリアクリル酸化合物、界面活性剤、ｐＨ調整剤、リン酸化合物、水を含むものを使用した。平坦化処理後、拡散処理時にシリコン基板表面に形成したガラス成分と平坦化時の研磨残留物をふっ酸およびＲＣＡ洗浄により洗浄した。 Next, a p-type diffusion layer and an n-type diffusion layer were formed. A diffusion paste containing phosphoric acid and silica gel was printed in a narrow groove by a screen printer. Further, a diffusion paste containing boric acid and silica gel was printed in a wide groove by a screen printer. Two printed silicon substrates are placed in a gas atmosphere in which oxygen is mixed in 1.0 vol% nitrogen with the non-light-receiving surfaces overlapped so that the grooves are aligned, and heat treatment is performed at 1000 ° C. for 30 minutes. went. Thereafter, the portions other than the groove forming portion on the non-light receiving surface were flattened by CMP. A substrate was placed on a polishing pad on a flat table, and polishing of the non-light-receiving surface other than the groove forming portion was performed by rotating the polishing pad (surface plate) and etching the polishing liquid. The rotation speed of the platen was 100 rpm, and the polishing liquid used contained abrasive grains, a dispersant, a polyacrylic acid compound, a surfactant, a pH adjuster, a phosphoric acid compound, and water. After the planarization treatment, the glass component formed on the silicon substrate surface during the diffusion treatment and the polishing residue during the planarization were washed with hydrofluoric acid and RCA cleaning.
次いで、これらのシリコン基板を酸素雰囲気中、１０００℃で１０分間処理することで熱酸化を行い、基板両面に熱酸化膜を２０ｎｍ形成した。 Next, these silicon substrates were thermally oxidized by treating them at 1000 ° C. for 10 minutes in an oxygen atmosphere, and 20 nm of thermal oxide films were formed on both surfaces of the substrate.
引き続き、熱酸化膜上に窒化珪素膜からなる反射防止膜を成膜した。このときプラズマＣＶＤ法を用い、反応ガスとしてはモノシラン及びアンモニアの混合ガスを用い、膜厚は８０ｎｍ、屈折率は２．０とした。 Subsequently, an antireflection film made of a silicon nitride film was formed on the thermal oxide film. At this time, a plasma CVD method was used, a mixed gas of monosilane and ammonia was used as the reaction gas, the film thickness was 80 nm, and the refractive index was 2.0.
次に、非受光面に櫛歯状のパターンで銀ペーストをスクリーン印刷し、乾燥した。また、銀ペーストは、粒径数ｎｍ〜数十ｎｍの銀微粒子を有機溶媒中に分散させたものである。最後に、８００℃の空気雰囲気下で１０秒程度熱処理し、銀を焼結させて太陽電池を完成させた。 Next, a silver paste was screen-printed with a comb-like pattern on the non-light-receiving surface and dried. The silver paste is obtained by dispersing silver fine particles having a particle size of several nm to several tens of nm in an organic solvent. Finally, heat treatment was performed for about 10 seconds in an air atmosphere at 800 ° C., and silver was sintered to complete the solar cell.
［比較例２］
比較のため、溝を形成しない従来のバックコンタクト型太陽電池を以下に示す条件で作製し、評価を行った。
[Comparative Example 2]
For comparison, a conventional back-contact solar cell that does not form a groove was fabricated and evaluated under the following conditions.
（作製手順及び条件）
まず、半導体基板として、縦横１００×１００ｍｍ、厚さ１５０μｍ、比抵抗３Ω・ｃｍのリンドープ｛１００｝ｎ型アズカットシリコン基板を６０枚用意し、加熱した水酸化カリウム水溶液により該シリコン基板のダメージ層を除去した。その後、８０℃に保った１％の塩酸と１％の過酸化水素の水溶液中に５分浸漬し、純水で５分リンス後、クリーンオーブンにて乾燥させた。
(Production procedure and conditions)
First, as a semiconductor substrate, 60 phosphorous-doped {100} n-type as-cut silicon substrates having a length and width of 100 × 100 mm, a thickness of 150 μm, and a specific resistance of 3 Ω · cm were prepared, and a damaged layer of the silicon substrate was heated with a heated potassium hydroxide aqueous solution. Was removed. Then, it was immersed in an aqueous solution of 1% hydrochloric acid and 1% hydrogen peroxide maintained at 80 ° C. for 5 minutes, rinsed with pure water for 5 minutes, and then dried in a clean oven.
次に、常圧ＣＶＤ法によりシリコン基板両面に第１拡散マスクとして酸化珪素を４００ｎｍ形成した。リン酸を含有するエッチングペーストにより櫛型に印刷、加熱処理を行ないパターンエッチングした。そして加熱処理を終えたシリコン基板を、洗剤を含んだ超音波水洗を１０分間、純水のみの超音波洗浄を２０分間、流水洗浄を５分間の順で洗浄し、エッチングペーストの増粘剤などの残渣を除去し、２％程度のふっ酸で洗浄し、第１拡散マスクの窓開けを行なった。 Next, 400 nm of silicon oxide was formed as a first diffusion mask on both surfaces of the silicon substrate by atmospheric pressure CVD. Pattern etching was performed by printing in a comb shape using an etching paste containing phosphoric acid and performing heat treatment. Then, the silicon substrate after the heat treatment is cleaned in an order of ultrasonic cleaning with detergent for 10 minutes, cleaning with pure water only for 20 minutes, cleaning with running water for 5 minutes, thickening agent for etching paste, etc. The residue was removed, washed with about 2% hydrofluoric acid, and the window of the first diffusion mask was opened.
次に、三臭化ホウ素を用いた気相拡散により櫛型にｐ＋＋型拡散領域を形成した。拡散は、１０００℃で、６０分間行なった。ｐ＋＋型拡散領域形成後、基板表面に形成されたガラスと第１拡散マスクをふっ酸により除去した。 Next, a p ++ type diffusion region was formed in a comb shape by vapor phase diffusion using boron tribromide. Diffusion was performed at 1000 ° C. for 60 minutes. After the p ++ type diffusion region was formed, the glass formed on the substrate surface and the first diffusion mask were removed with hydrofluoric acid.
次いで、常圧ＣＶＤ法によりシリコン基板両面に第２拡散マスクとして酸化珪素を４００ｎｍ形成した。リン酸を含有するエッチングペーストにより櫛型に印刷、加熱処理を行ないパターンエッチングした。そして加熱処理を終えたシリコン基板を、洗剤を含んだ超音波水洗を１０分間、純水のみの超音波洗浄を２０分間、流水洗浄を５分間の順で洗浄し、ペーストの増粘剤などの残渣を除去し、２％程度のふっ酸で洗浄し、第２拡散マスクの窓開けを行なった。 Next, 400 nm of silicon oxide was formed as a second diffusion mask on both surfaces of the silicon substrate by atmospheric pressure CVD. Pattern etching was performed by printing in a comb shape using an etching paste containing phosphoric acid and performing heat treatment. Then, the silicon substrate after the heat treatment is washed with ultrasonic water washing containing a detergent for 10 minutes, with pure water only for 20 minutes, and with running water for 5 minutes in order, such as a paste thickener. The residue was removed, washed with about 2% hydrofluoric acid, and the second diffusion mask was opened.
次に、塩化ホスホリルを用いた気相拡散により櫛型にｎ＋＋型拡散領域を形成した。拡散は、９００℃で、６０分間行なった。ｎ＋＋型拡散領域形成後、基板表面に形成されたガラスと第２拡散マスクをふっ酸により除去した。 Next, an n ++ type diffusion region was formed in a comb shape by vapor phase diffusion using phosphoryl chloride. Diffusion was performed at 900 ° C. for 60 minutes. After forming the n ++ type diffusion region, the glass formed on the substrate surface and the second diffusion mask were removed with hydrofluoric acid.
次に、常圧ＣＶＤ法によってシリコン基板の非受光面にテクスチャエッチングマスクとして膜厚８００ｎｍの酸化珪素膜を形成した。次に、水酸化カリウム・２−プロパノール水溶液中に浸漬し、受光面にテクスチャを形成した。その後、テクスチャエッチングマスクはふっ酸によって除去した。そして、シリコン基板を９００℃、３０分間ドライ酸化を行ない、基板両面に熱酸化膜を形成した。 Next, a silicon oxide film having a thickness of 800 nm was formed as a texture etching mask on the non-light-receiving surface of the silicon substrate by atmospheric pressure CVD. Next, it was immersed in an aqueous solution of potassium hydroxide and 2-propanol to form a texture on the light receiving surface. Thereafter, the texture etching mask was removed with hydrofluoric acid. Then, the silicon substrate was dry oxidized at 900 ° C. for 30 minutes to form a thermal oxide film on both surfaces of the substrate.
次いで、受光面側にはプラズマＣＶＤ法によって窒化珪素膜を形成した。反応ガスとしてはモノシラン及びアンモニアの混合ガスを用い、膜厚は８０ｎｍ、屈折率は２．０とした。その後リン酸を含有するエッチングペーストを用いて、ｐ＋＋型拡散領域とｎ＋＋型拡散領域上に幅１００μｍ程度の櫛型のパターンを形成した。そして、銀などの電極材料を印刷し、５００℃で焼成することによりｐ型電極、ｎ型電極を形成した。 Next, a silicon nitride film was formed on the light receiving surface side by plasma CVD. As the reaction gas, a mixed gas of monosilane and ammonia was used, the film thickness was 80 nm, and the refractive index was 2.0. Thereafter, a comb-shaped pattern having a width of about 100 μm was formed on the p ++ type diffusion region and the n ++ type diffusion region using an etching paste containing phosphoric acid. And electrode materials, such as silver, were printed, and it baked at 500 degreeC, and formed the p-type electrode and the n-type electrode.
（評価方法）
以上のようにして得られた太陽電池のサンプルについて、山下電装社製ソーラーシミュレータを用いてＡＭ１．５スペクトル、照射強度１００ｍＷ／ｃｍ２、２５℃の条件下で、太陽電池特性を測定した。得られた結果の平均値を表２に示す。
(Evaluation method)
About the sample of the solar cell obtained as described above, the solar cell characteristics were measured under the conditions of AM1.5 spectrum, irradiation intensity 100 mW / cm 2 , and 25 ° C. using a solar simulator manufactured by Yamashita Denso. The average value of the obtained results is shown in Table 2.
以上の結果、実施例３の太陽電池は、非受光面に溝を形成し、溝形成部以外を平坦化したため、非受光面での表面再結合が減少し、シャントが抑制された。そのため、実施例３の太陽電池は比較例２よりも短絡電流および開放電圧が増加し、変換効率も向上した。 As a result, since the solar cell of Example 3 formed grooves on the non-light-receiving surface and flattened portions other than the groove forming portion, surface recombination on the non-light-receiving surface was reduced and shunting was suppressed. Therefore, the solar cell of Example 3 had a short circuit current and an open circuit voltage higher than those of Comparative Example 2, and improved conversion efficiency.
本発明によれば、簡便かつ容易な方法により安価にシリコン基板表面に濃度差のあるパターンの拡散層が形成される。また、基板のドーパント濃度の差を制御することができ、太陽電池の変換効率の向上が達成される。さらに、裏面を平坦化する場合、裏面再結合速度が低減するため、開放電圧が増加する。また、光閉じ込め作用が強まるため、短絡電流も増加する。その結果、太陽電池の性能が大幅に向上する。 According to the present invention, a diffusion layer having a pattern having a concentration difference is formed on the surface of a silicon substrate at a low cost by a simple and easy method. Moreover, the difference of the dopant concentration of a board | substrate can be controlled and the improvement of the conversion efficiency of a solar cell is achieved. Furthermore, when the back surface is planarized, the open-circuit voltage increases because the back surface recombination rate is reduced. Moreover, since the optical confinement action is strengthened, the short circuit current also increases. As a result, the performance of the solar cell is greatly improved.
以上、具体例を参照しつつ実施形態について説明したが、本発明はこれらの具体例に限定されるものではない。例えば、前述の実施形態に当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。 Although the embodiments have been described above with reference to specific examples, the present invention is not limited to these specific examples. For example, those in which those skilled in the art appropriately modify the design of the above-described embodiments are also included in the scope of the present invention as long as they have the characteristics of the present invention.
１０１…シリコン基板
１０１ａ…受光面
１０１ｂ…非受光面
１０２…溝
１０２ａ…第一溝
１０２ｂ…第二溝
２０１…拡散ペースト
４０２、４０７…電極ペースト
４０４、４０９…低濃度拡散層
４０５、４１０…高濃度拡散層
101 ... silicon substrate 101a ... light receiving surface 101b ... non-light receiving surface 102 ... groove 102a ... first groove 102b ... second groove 201 ... diffusion paste 402, 407 ... electrode paste 404, 409 ... low concentration diffusion layer 405, 410 ... high concentration Diffusion layer
Claims (16)
前記第一表面に形成された前記複数の溝に第一ドーパントを含む第一拡散源を形成する工程と、
前記第一拡散源の前記第一ドーパントを前記シリコン基板内に拡散させる熱処理工程と、
を備えることを特徴とする太陽電池の製造方法。 Forming a plurality of grooves on at least a first surface of the silicon substrate;
Forming a first diffusion source containing a first dopant in the plurality of grooves formed on the first surface;
A heat treatment step of diffusing the first dopant of the first diffusion source into the silicon substrate;
A method for producing a solar cell, comprising:
前記第二表面に形成された前記複数の溝に第二ドーパントを含む第二拡散源を形成する工程と、
前記第二拡散源の前記第二ドーパントを前記シリコン基板内に拡散させる熱処理工程と、
をさらに備える請求項１〜３のいずれか１つに記載の太陽電池の製造方法。 Forming a plurality of grooves in a second surface opposite to the first surface of the silicon substrate;
Forming a second diffusion source containing a second dopant in the plurality of grooves formed on the second surface;
A heat treatment step of diffusing the second dopant of the second diffusion source into the silicon substrate;
The method for manufacturing a solar cell according to claim 1, further comprising:
前記複数の溝に、第一ドーパントを含む第一拡散源と、第二ドーパントを含む第二拡散源と、を交互に形成する工程と、
前記第一拡散源の前記第一ドーパントおよび前記第二拡散源の前記第二ドーパントを前記シリコン基板内に拡散させる熱処理工程と、
を備えることを特徴とする太陽電池の製造方法。 Forming a plurality of grooves on the first surface of the silicon substrate;
Alternately forming a first diffusion source containing a first dopant and a second diffusion source containing a second dopant in the plurality of grooves;
A heat treatment step of diffusing the first dopant of the first diffusion source and the second dopant of the second diffusion source into the silicon substrate;
A method for producing a solar cell, comprising:
前記複数のシリコン基板のうちの一つである第一シリコン基板は、前記複数のシリコン基板のうちの他の一つである第二シリコン基板と、互いの前記第一表面を向かい合わせに配置されることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載の太陽電池の製造方法。 The heat treatment step includes collectively treating a plurality of the silicon substrates,
The first silicon substrate, which is one of the plurality of silicon substrates, is disposed so that the first surface of each other faces the second silicon substrate, which is the other one of the plurality of silicon substrates. The method for manufacturing a solar cell according to any one of claims 1 to 7, wherein:
前記第一溝は、第一幅を有し、
前記第二溝は、前記第一幅よりも広い第二幅を有することを特徴とする請求項７〜１１、１３のいずれか１つに記載の太陽電池の製造方法。 The plurality of grooves include alternating first and second grooves,
The first groove has a first width;
The method for manufacturing a solar cell according to claim 7, wherein the second groove has a second width wider than the first width.
The method for producing a solar cell according to claim 14 or 15, wherein the second width is not less than 200 µm and not more than 5000 µm.
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