JP2016164969A - Solar cell element and method of manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、太陽電池素子およびその製造方法に関する。 The present invention relates to a solar cell element and a manufacturing method thereof.
結晶系のシリコン基板を用いた高効率の太陽電池素子として、ＰＥＲＣ（Passivated Emitter and Rear Cell）構造が研究されている（例えば、下記の特許文献１および特許文献２を参照）。このような太陽電池素子は、シリコン基板の非受光面となる主面側に酸化膜、窒化膜などの絶縁膜、またはそれらの積層膜からなるパッシベーション膜を配置している。さらに、パッシベーション膜を貫通してシリコン基板に電気的に接続する電極を配置している。 As a highly efficient solar cell element using a crystalline silicon substrate, a PERC (Passivated Emitter and Rear Cell) structure has been studied (see, for example, Patent Document 1 and Patent Document 2 below). In such a solar cell element, an insulating film such as an oxide film or a nitride film, or a passivation film made of a laminated film thereof is disposed on the main surface side that is a non-light-receiving surface of a silicon substrate. Furthermore, an electrode that penetrates the passivation film and is electrically connected to the silicon substrate is disposed.
現在、上述のような太陽電池素子では光電変換効率を向上しうる構造が求められている。 Currently, solar cell elements as described above are required to have a structure capable of improving photoelectric conversion efficiency.
そこで、光電変換効率を向上させることが可能な太陽電池素子およびその製造方法を提供することを本発明の目的の１つとする。 Then, it is set as one of the objectives of this invention to provide the solar cell element which can improve a photoelectric conversion efficiency, and its manufacturing method.
本発明の一形態に係る太陽電池素子は、表主面および該表主面の反対側に位置する裏主面を有する半導体基板と、該半導体基板の前記裏主面に配置されているパッシベーション膜と、該パッシベーション膜を多数箇所で貫通した状態で前記半導体基板に接している、亜鉛およびアルミニウムを導電成分として有する第１電極と、前記パッシベーション膜および前記第１電極のそれぞれを覆っているとともに、前記第１電極に接している第２電極と、を備えている。 A solar cell element according to an embodiment of the present invention includes a semiconductor substrate having a front main surface and a back main surface located on the opposite side of the front main surface, and a passivation film disposed on the back main surface of the semiconductor substrate. And covering each of the first electrode having zinc and aluminum as conductive components in contact with the semiconductor substrate in a state of penetrating the passivation film at a plurality of locations, and the passivation film and the first electrode, A second electrode in contact with the first electrode.
本発明の一形態に係る太陽電池素子の製造方法は、上記の太陽電池素子の製造方法であって、前記第１電極は、アルミニウムと、アルミニウムよりも融点が低い、亜鉛を含む金属と、を導電成分として有する導電性ペーストを焼成して形成する。 A method for manufacturing a solar cell element according to an aspect of the present invention is the above-described method for manufacturing a solar cell element, wherein the first electrode includes aluminum and a metal containing zinc having a melting point lower than that of aluminum. A conductive paste having a conductive component is formed by firing.
上記の太陽電池素子およびその製造方法によれば、光電変換効率を向上しうる構造の太陽電池素子を提供できる。 According to said solar cell element and its manufacturing method, the solar cell element of the structure which can improve a photoelectric conversion efficiency can be provided.
以下、本発明に係る太陽電池素子およびその製造方法の実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図面は模式的に示したものであり、断面図等において構成要素の一部を省略している。 Hereinafter, embodiments of a solar cell element and a manufacturing method thereof according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In addition, drawing is shown typically and a part of component is abbreviate | omitted in sectional drawing etc.
＜太陽電池素子＞
図１〜３に示すように、本実施形態に係る太陽電池素子１０は、主として光が入射する表主面である第１主面１０ａと、この第１主面１０ａの反対側に位置する裏主面である第２主面１０ｂとを有する。
<Solar cell element>
As shown in FIGS. 1 to 3, the solar cell element 10 according to the present embodiment has a first main surface 10a that is a front main surface on which light is mainly incident, and a back surface that is located on the opposite side of the first main surface 10a. And a second main surface 10b which is a main surface.
また、太陽電池素子１０に用いられる半導体基板である基板１も第１主面１ａと、この第１主面の反対側に位置する第２主面１ｂとを有する。基板１は、一導電型（例えばｐ型）半導体領域である第１半導体層２と、第１半導体層２における第１主面１ａ側に設けられた逆導電型（例えばｎ型）半導体領域である第２半導体層３とを有する。 Moreover, the board | substrate 1 which is a semiconductor substrate used for the solar cell element 10 also has the 1st main surface 1a and the 2nd main surface 1b located in the other side of this 1st main surface. The substrate 1 includes a first semiconductor layer 2 that is a one-conductivity type (for example, p-type) semiconductor region, and a reverse conductivity type (for example, n-type) semiconductor region that is provided on the first main surface 1a side in the first semiconductor layer 2. A second semiconductor layer 3.
以下、基板１（または第１半導体層２）にｐ型シリコン基板を用いる太陽電池素子を例として説明する。 Hereinafter, a solar cell element using a p-type silicon substrate for the substrate 1 (or the first semiconductor layer 2) will be described as an example.
ｐ型の多結晶または単結晶のシリコン基板は、例えば厚みが１００〜２５０μｍ程度のものを用いる。基板１の形状は、特に限定されるものではないが平面視で１辺が１５０〜２００ｍｍ程度の略四角形状であれば、複数の太陽電池素子１０を並べて太陽電池モジュールを作製しやすい。基板１からなる第１半導体層２をｐ型にする場合には、ドーパント元素として、ボロン、ガリウム等の不純物をシリコン基板に含有させる。 For example, a p-type polycrystalline or single crystal silicon substrate having a thickness of about 100 to 250 μm is used. Although the shape of the board | substrate 1 is not specifically limited, If it is a substantially square shape whose one side is about 150-200 mm by planar view, it will be easy to produce a solar cell module by arranging the several solar cell element 10. FIG. When the first semiconductor layer 2 made of the substrate 1 is made p-type, an impurity such as boron or gallium is contained in the silicon substrate as a dopant element.
第２半導体層３は、第１半導体層２における第１主面１０ａ側に設けられる。また、第２半導体層３は、第１半導体層２に対して逆の導電型（本実施形態の場合はｎ型）を有する。よって、第１半導体層２と第２半導体層３との間でｐｎ接合部が形成される。第２半導体層３は、例えば、基板１の第１主面１ａ側にドーパント元素として、リン等の不純物を含有させることによって形成できる。 The second semiconductor layer 3 is provided on the first main surface 10 a side in the first semiconductor layer 2. The second semiconductor layer 3 has a conductivity type opposite to that of the first semiconductor layer 2 (n-type in the present embodiment). Therefore, a pn junction is formed between the first semiconductor layer 2 and the second semiconductor layer 3. The second semiconductor layer 3 can be formed, for example, by containing an impurity such as phosphorus as a dopant element on the first main surface 1a side of the substrate 1.
図３に示すように、基板１の第１主面１ａ側には、照射された光の反射率を低減するための微細な凹凸構造（テクスチャ）を設けている。テクスチャの凸部の高さは０．１〜１０μｍ程度であり、隣り合う凸部同士の間隔は０．１〜２０μｍ程度である。 As shown in FIG. 3, on the first main surface 1a side of the substrate 1, a fine concavo-convex structure (texture) for reducing the reflectance of the irradiated light is provided. The height of the convex portions of the texture is about 0.1 to 10 μm, and the interval between the adjacent convex portions is about 0.1 to 20 μm.
また、太陽電池素子１０は、第１主面１０ａ側に反射防止層５および表面電極７を備えており、第２主面１０ｂ側に裏面電極８およびパッシベーション膜４を備えている。 Further, the solar cell element 10 includes the antireflection layer 5 and the surface electrode 7 on the first main surface 10a side, and includes the back electrode 8 and the passivation film 4 on the second main surface 10b side.
反射防止層５は、太陽電池素子１０の第１主面１０ａに照射された光の反射率を低減することによって、太陽電池素子１０の光電変換効率を向上する効果を有する。反射防止層
５は、例えば、酸化シリコン、酸化アルミニウムもしくは窒化シリコン層等の絶縁膜、またはこれらの積層膜からなる。反射防止層５の屈折率および厚みは、太陽光のうち、基板１に吸収されて発電に寄与し得る波長範囲の光に対して低反射条件を実現できる屈折率および厚みを適宜採用すればよい。例えば、ＰＥＣＶＤ（Plasma Enhanced Chemical Vapor
Deposition）法によって窒化シリコンからなる反射防止層５を成膜する場合では、屈折
率は１．８〜２．５程度とし、厚みは６０〜１２０ｎｍ程度とすることができる。
The antireflection layer 5 has an effect of improving the photoelectric conversion efficiency of the solar cell element 10 by reducing the reflectance of the light irradiated on the first main surface 10 a of the solar cell element 10. The antireflection layer 5 is made of, for example, an insulating film such as a silicon oxide, aluminum oxide, or silicon nitride layer, or a laminated film thereof. The refractive index and thickness of the antireflection layer 5 may be appropriately selected from refractive indexes and thicknesses capable of realizing low reflection conditions for light in a wavelength range that can be absorbed by the substrate 1 and contribute to power generation in sunlight. . For example, PECVD (Plasma Enhanced Chemical Vapor
When the antireflection layer 5 made of silicon nitride is formed by the Deposition method, the refractive index can be about 1.8 to 2.5 and the thickness can be about 60 to 120 nm.
表面電極７は、図１に示すように、基板１の第１主面１ａ側に設けられた電極である。表面電極７は、数本（例えば、図１では３本）のバスバー電極７ａと、複数の線状のフィンガー電極７ｂとを有する。バスバー電極７ａは、基板１の第１主面１ａにおいて、光電変換によって得られた電気を太陽電池素子１０の外部に取り出すための電極であり、例えば、１〜３ｍｍ程度の幅を有している。バスバー電極７ａの少なくとも一部は、フィンガー電極７ｂと略垂直に交わるように電気的に接続されている。フィンガー電極７ｂは、基板１での光発生キャリアを集電し、バスバー電極７ａに伝えるための電極である。フィンガー電極７ｂは複数の線状であって、例えば３０〜２００μｍ程度の幅を有し、互いに１〜３ｍｍ程度の間隔を空けて設けられている。なお、フィンガー電極７ｂと同様な形状のサブフィンガー電極７ｃを基板１の周縁部に設けて、フィンガー電極７ｂ同士を電気的に接続するようにしてもよい。 As shown in FIG. 1, the surface electrode 7 is an electrode provided on the first main surface 1 a side of the substrate 1. The surface electrode 7 has several (for example, three in FIG. 1) bus bar electrodes 7a and a plurality of linear finger electrodes 7b. The bus bar electrode 7a is an electrode for taking out electricity obtained by photoelectric conversion on the first main surface 1a of the substrate 1 to the outside of the solar cell element 10, and has a width of, for example, about 1 to 3 mm. . At least a part of the bus bar electrode 7a is electrically connected so as to cross the finger electrode 7b substantially perpendicularly. The finger electrode 7b is an electrode for collecting the photogenerated carriers on the substrate 1 and transmitting the collected light carriers to the bus bar electrode 7a. The finger electrodes 7b have a plurality of linear shapes, have a width of about 30 to 200 μm, for example, and are provided with an interval of about 1 to 3 mm. In addition, the sub finger electrode 7c of the shape similar to the finger electrode 7b may be provided in the peripheral part of the board | substrate 1, and you may make it electrically connect finger electrode 7b.
このような表面電極７は、例えば、銀を主成分とする導電性ペーストをスクリーン印刷等によって所望の形状に塗布した後、焼成することによって形成できる。表面電極７の厚みは、１０〜４０μｍ程度である。なお、本実施形態において、主成分とは、全体の成分に対して含有される比率が５０％以上であることを示し、以下の記述においても同様とする。 Such a surface electrode 7 can be formed by, for example, applying a conductive paste containing silver as a main component into a desired shape by screen printing or the like and then baking it. The thickness of the surface electrode 7 is about 10 to 40 μm. In the present embodiment, the main component indicates that the ratio of the total component is 50% or more, and the same applies to the following description.
パッシベーション膜４は、基板１の第２主面１ｂ側の略全面に、一主面が第２主面１ｂと当接するように設けられる。これにより、基板１との界面において、少数キャリアの再結合の原因となる欠陥凖位を低減するので、少数キャリアの再結合を低減する機能を有する。パッシベーション膜４は、例えば、酸化シリコン、酸化アルミニウムもしくは窒化シリコン層等の絶縁膜、またはこれらの積層膜からなる。パッシベーション膜４の厚みは１０〜２００ｎｍ程度である。本実施形態のように、第１半導体層２がｐ型層であれば、パッシベーション膜４として、ＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）法で形成した酸化アルミニウム層等、負の固定電荷を有する膜を用いることが好適である。このように、負の固定電荷を有するパッシベーション膜４では、電界効果によって少数キャリアである電子が基板１とパッシベーション膜４との界面から遠ざけられるので、少数キャリアの再結合が低減される。同様に、第２半導体層３がｎ型層であれば、反射防止層５としては、ＰＥＣＶＤ法などで形成した窒化シリコン等、正の固定電荷を有する膜を用いるとよい。 The passivation film 4 is provided on substantially the entire surface of the substrate 1 on the second main surface 1b side so that one main surface is in contact with the second main surface 1b. Accordingly, since the defect position that causes recombination of minority carriers at the interface with the substrate 1 is reduced, it has a function of reducing recombination of minority carriers. The passivation film 4 is made of, for example, an insulating film such as silicon oxide, aluminum oxide, or silicon nitride layer, or a laminated film thereof. The thickness of the passivation film 4 is about 10 to 200 nm. If the first semiconductor layer 2 is a p-type layer as in this embodiment, a film having a negative fixed charge, such as an aluminum oxide layer formed by an ALD (Atomic Layer Deposition) method, is used as the passivation film 4. Is preferred. As described above, in the passivation film 4 having a negative fixed charge, electrons which are minority carriers are moved away from the interface between the substrate 1 and the passivation film 4 due to the electric field effect, so that recombination of minority carriers is reduced. Similarly, if the second semiconductor layer 3 is an n-type layer, a film having a positive fixed charge such as silicon nitride formed by PECVD or the like may be used as the antireflection layer 5.
裏面電極８は、基板１の第２主面１ｂ側に設けられる電極であり、図２および図３に示すように、第１電極８ａ、第２電極８ｂおよび第３電極８ｃを有する。 The back electrode 8 is an electrode provided on the second main surface 1b side of the substrate 1, and includes a first electrode 8a, a second electrode 8b, and a third electrode 8c, as shown in FIGS.
第１電極８ａは、パッシベーション膜４を多数箇所で貫通するように設けられる。第１電極８ａの一端部は基板１の第２主面１ｂに当接して、基板１の第２主面１ｂにおいてキャリアを集電できる。第１電極８ａの他端部は、第２電極８ｂと接している。第１電極８ａの形状は、ドット（点）状であってもよいし、帯状（線状）であってもよい。第１電極８ａの径（幅）は６０〜５００μｍ程度、ピッチは０．３〜２ｍｍ程度であればよい。第１電極８ａは主成分としてアルミニウムから構成される。 The first electrode 8a is provided so as to penetrate the passivation film 4 at a number of locations. One end of the first electrode 8a abuts on the second main surface 1b of the substrate 1 and can collect carriers on the second main surface 1b of the substrate 1. The other end of the first electrode 8a is in contact with the second electrode 8b. The shape of the first electrode 8a may be a dot (dot) shape or a belt shape (linear shape). The diameter (width) of the first electrode 8a may be about 60 to 500 μm and the pitch may be about 0.3 to 2 mm. The first electrode 8a is made of aluminum as a main component.
第３電極８ｃは、基板１の第２主面１ｂにおいて、光電変換によって得られた電力を太陽電池素子１０の外部に取り出すための電極である。第３電極８ｃは平面視して第１電極
８ａに重ならない位置で、パッシベーション膜４の上に直線状に配置されている。または、第３電極８ｃは平面視して第１電極８ａに重ならない位置で、パッシベーション膜４を貫通した状態で基板１の上に直線状に配置されている。第３電極８ｃの厚みは１０〜３０μｍ程度であり、その幅は１〜７ｍｍ程度である。第３電極８ｃは、複数個、形成されて一直線状に配置されている。また、第３電極８ｃは、太陽電池モジュール製造工程において、リボン状の接続導体であるタブ銅箔を簡単に接続可能なように、ハンダ付け可能な銀を主成分として含んでいる。このような第３電極８ｃは、例えば銀を主成分とする導電性ペーストをスクリーン印刷等によって所望の形状に塗布した後、焼成することによって形成できる。なお、第３電極８ｃの形状は、第２電極８ｂと導通できる形状であればよい。例えば、図２に示すように、矩形状の電極本体部に対して突出部を設けた形状にし、この突出部を第２電極８ｂが覆うように構成にしてもよい。
The third electrode 8 c is an electrode for taking out the electric power obtained by the photoelectric conversion on the second main surface 1 b of the substrate 1 to the outside of the solar cell element 10. The third electrode 8c is linearly disposed on the passivation film 4 at a position that does not overlap the first electrode 8a in plan view. Alternatively, the third electrode 8c is linearly disposed on the substrate 1 in a state where the third electrode 8c does not overlap the first electrode 8a in plan view and penetrates the passivation film 4. The thickness of the 3rd electrode 8c is about 10-30 micrometers, and the width | variety is about 1-7 mm. A plurality of third electrodes 8c are formed and arranged in a straight line. The third electrode 8c contains silver that can be soldered as a main component so that a tab copper foil that is a ribbon-like connecting conductor can be easily connected in the solar cell module manufacturing process. Such a third electrode 8c can be formed by, for example, applying a conductive paste containing silver as a main component into a desired shape by screen printing or the like and then baking it. In addition, the shape of the 3rd electrode 8c should just be a shape which can conduct | electrically_connect with the 2nd electrode 8b. For example, as shown in FIG. 2, it may be configured such that a projecting portion is provided on a rectangular electrode main body, and the projecting portion is covered by the second electrode 8b.
第２電極８ｂは、第１電極８ａおよび第３電極８ｃのそれぞれに接して、両者を電気的に接続している。第２電極８ｂは、第３電極８ｃの一部、パッシベーション膜４および第１電極８ａのそれぞれを覆っている。第２電極８ｂは、第１電極８ａによって集電された電気を第３電極８ｃに伝えるものである。このため、第２電極８ｂは、すべての第１電極８ａを覆うように、例えば基板１の第２主面１ｂの第３電極８ｃが形成された領域の一部を除く略全面に形成され、その厚みは１５〜５０μｍ程度である。第２電極８ｂは主成分としてアルミニウムから構成される。 The second electrode 8b is in contact with and electrically connecting the first electrode 8a and the third electrode 8c. The second electrode 8b covers a part of the third electrode 8c, the passivation film 4, and the first electrode 8a. The second electrode 8b transmits electricity collected by the first electrode 8a to the third electrode 8c. For this reason, the second electrode 8b is formed on substantially the entire surface excluding a part of the region where the third electrode 8c of the second main surface 1b of the substrate 1 is formed, for example, so as to cover all the first electrodes 8a. Its thickness is about 15-50 μm. The second electrode 8b is made of aluminum as a main component.
本実施形態に係る太陽電池素子１０では、第１電極８ａは、亜鉛およびアルミニウムを導電成分として有し、アルミニウムを主成分とする。理由は定かではないが、第１電極８ａは、亜鉛を含む金属を含有することによって、第１電極８ａと第２電極８ｂとの接触抵抗が低下し、太陽電池素子１０の光電変換効率を向上させうる。また、第１電極８ａが亜鉛を含む金属を含有することによって、パッシベーション膜４がファイアースルーされやすくなり、均一なＢＳＦ層１３が形成されやすい。これにより、基板１と第１電極８ａとの界面の接触抵抗が均一になりやすい。その結果、太陽電池素子１０の光電変換効率を向上させることができる。 In the solar cell element 10 according to the present embodiment, the first electrode 8a has zinc and aluminum as conductive components, and contains aluminum as a main component. The reason is not clear, but the first electrode 8a contains a metal containing zinc, so that the contact resistance between the first electrode 8a and the second electrode 8b is reduced, and the photoelectric conversion efficiency of the solar cell element 10 is improved. It can be made. Further, when the first electrode 8a contains a metal containing zinc, the passivation film 4 is easily fired through, and the uniform BSF layer 13 is easily formed. Thereby, the contact resistance of the interface between the substrate 1 and the first electrode 8a tends to be uniform. As a result, the photoelectric conversion efficiency of the solar cell element 10 can be improved.
第１電極８ａのアルミニウムに対する亜鉛を含む金属の含有量は、０．５〜１０原子％が好ましい。上記範囲にすることによって、第１電極８ａの電気抵抗の増大を低減することができる。これにより、太陽電池素子１０の光電変換効率をさらに向上することができる。また、亜鉛を含む金属としては、亜鉛、亜鉛アルミニウム合金、亜鉛錫合金等であるが、特に亜鉛の場合において顕著な効果を奏し得る。 As for content of the metal containing zinc with respect to aluminum of the 1st electrode 8a, 0.5-10 atomic% is preferable. By setting it in the above range, an increase in the electrical resistance of the first electrode 8a can be reduced. Thereby, the photoelectric conversion efficiency of the solar cell element 10 can be further improved. Further, examples of the metal containing zinc include zinc, zinc aluminum alloy, zinc tin alloy, and the like. However, remarkable effects can be obtained particularly in the case of zinc.
また、第１電極８ａはアルミニウムを含有する導電性ペーストで形成すれば、基板１にＢＳＦ（Back Surface Field）層１３を形成することができる。例えば、アルミニウムを含有する導電性ペーストを塗布後、アルミニウムの融点以上の最高温度を有する所定の温度プロファイルで導電性ペーストを焼成する。これにより、第１電極８ａが形成されるとともに、導電性ペースト中のアルミニウムと基板１との間で相互拡散が起こる。そして、基板１と第１電極８ａとの界面には、基板１中にアルミニウムが第１半導体層２よりも高濃度に拡散したＢＳＦ層１３が形成される。アルミニウムは、ｐ型ドーパントとなりうるので、ＢＳＦ層１３が含有するドーパントの濃度は、第１半導体層２が含有するドーパントの濃度よりも高くなる。すなわち、ＢＳＦ層１３中には、第１半導体層２において一導電型にするために、ドープされるドーパント元素の濃度よりも高い濃度でドーパント元素が存在する。ＢＳＦ層１３では、基板１の第２主面１ｂ側において内部電界を形成する。これにより、基板１における第２主面１ｂの表面近傍で、少数キャリアの再結合による光電変換効率の低下を低減させる。ＢＳＦ層１３は、例えば、基板１の第２主面１ｂ側に、ボロンまたはアルミニウムなどのドーパント元素を拡散させることによって形成できる。第１半導体層２およびＢＳＦ層１３が含有するドーパント元素の濃度は、それぞれ５×１
０１５〜１×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３、１×１０１８〜５×１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３程度とすることができる。
Further, if the first electrode 8 a is formed of a conductive paste containing aluminum, a BSF (Back Surface Field) layer 13 can be formed on the substrate 1. For example, after applying a conductive paste containing aluminum, the conductive paste is baked at a predetermined temperature profile having a maximum temperature equal to or higher than the melting point of aluminum. Thereby, the first electrode 8a is formed, and mutual diffusion occurs between the aluminum in the conductive paste and the substrate 1. A BSF layer 13 in which aluminum is diffused in the substrate 1 at a higher concentration than the first semiconductor layer 2 is formed at the interface between the substrate 1 and the first electrode 8a. Since aluminum can be a p-type dopant, the concentration of the dopant contained in the BSF layer 13 is higher than the concentration of the dopant contained in the first semiconductor layer 2. That is, in the BSF layer 13, the dopant element is present at a concentration higher than the concentration of the dopant element to be doped in order to make the first semiconductor layer 2 have one conductivity type. In the BSF layer 13, an internal electric field is formed on the second main surface 1 b side of the substrate 1. Thereby, the fall of the photoelectric conversion efficiency by recombination of a minority carrier is reduced in the surface vicinity of the 2nd main surface 1b in the board | substrate 1. The BSF layer 13 can be formed, for example, by diffusing a dopant element such as boron or aluminum on the second main surface 1b side of the substrate 1. The concentration of the dopant element contained in the first semiconductor layer 2 and the BSF layer 13 is 5 × 1 respectively.
It can be set to about 0 15 to 1 × 10 17 atoms / cm 3 , or about 1 × 10 18 to 5 × 10 21 atoms / cm 3 .
第２電極８ｂは、アルミニウムを含む金属を有し、さらに亜鉛を含む金属を含有している場合には、理由は定かではないが、第２電極８ｂと、第１電極８ａまたは第３電極８ｃとの接触抵抗をさらに低下させることができる。また、亜鉛を含む金属がアルミニウムを含む金属の周囲に被膜として形成され、アルミニウムを含む金属同士の接触面積が増加する。これにより、第２電極８ｂの電気抵抗が低下して、太陽電池素子１０の光電変換効率を向上させうる。 When the second electrode 8b has a metal containing aluminum and further contains a metal containing zinc, the reason is not clear, but the second electrode 8b and the first electrode 8a or the third electrode 8c The contact resistance with can be further reduced. Moreover, the metal containing zinc is formed as a film around the metal containing aluminum, and the contact area between the metals containing aluminum increases. Thereby, the electrical resistance of the 2nd electrode 8b can fall and the photoelectric conversion efficiency of the solar cell element 10 can be improved.
また、理由は定かではないが、第２電極８ｂが亜鉛を含む金属を含有することによって、第２電極８ｂとパッシベーション膜４との密着性を向上させうる。なお、密着性の程度は、例えば、異なる接着強度を有するテープを貼り付けて引張試験を行ない、第２電極８ｂの剥離の有無で確認できる。 Moreover, although the reason is not certain, the adhesiveness between the second electrode 8b and the passivation film 4 can be improved by the second electrode 8b containing a metal containing zinc. Note that the degree of adhesion can be confirmed by, for example, the presence or absence of peeling of the second electrode 8b by performing a tensile test by attaching a tape having different adhesive strength.
第２電極８ｂのアルミニウムを含む金属に対する亜鉛を含む金属の含有量は、０．５〜１０原子％が好ましい。上記範囲にすることによって、第２電極８ｂの電気抵抗の増大を低減することができる。これにより、太陽電池素子１０の光電変換効率をさらに向上することができる。また、第２電極８ｂとパッシベーション膜４との密着性をさらに向上させうる。また、上記亜鉛を含む金属としては、特に亜鉛単体の場合において顕著な効果を奏しうる。 As for content of the metal containing zinc with respect to the metal containing aluminum of the 2nd electrode 8b, 0.5-10 atomic% is preferable. By setting it in the above range, an increase in the electrical resistance of the second electrode 8b can be reduced. Thereby, the photoelectric conversion efficiency of the solar cell element 10 can be further improved. In addition, the adhesion between the second electrode 8b and the passivation film 4 can be further improved. In addition, as the metal containing zinc, a remarkable effect can be obtained particularly in the case of zinc alone.
以上述べたように、本実施形態の太陽電池素子１０は、第１主面１ａおよび第１主面１ａの反対側に位置する第２主面１ｂを有する基板１と、基板１の裏主面に配置されているパッシベーション膜４と、基板１の裏面に配置された裏面電極８とを備えている。裏面電極８は、第１電極８ａ、第２電極８ｂおよび第３電極８ｃを有している。第１電極８ａは、パッシベーション膜４を多数箇所で貫通した状態で基板１に接している。第３電極８ｃは、平面視して第１電極８ａに重ならない位置で、パッシベーション膜４の上に、またはパッシベーション膜４を貫通して、基板１の上に直線状に配置されている。そして、特に、第２電極８ｂは、第３電極８ｃの周縁部などの一部、パッシベーション膜４および第１電極８ａのそれぞれを覆っているとともに、第１電極８ａおよび第３電極８ｃのそれぞれに接している。これらのことから、第２電極８ｂの一部が剥離しても、光発生キャリアは面状に設けられた第２電極８ｂの他の部分を通り第３電極８ｃに達することができるので、光電変換効率が低下しにくい太陽電池素子１０を提供することができる。 As described above, the solar cell element 10 of the present embodiment includes the substrate 1 having the first main surface 1a and the second main surface 1b located on the opposite side of the first main surface 1a, and the back main surface of the substrate 1. The passivation film 4 disposed on the back surface of the substrate 1 and the back surface electrode 8 disposed on the back surface of the substrate 1 are provided. The back electrode 8 includes a first electrode 8a, a second electrode 8b, and a third electrode 8c. The first electrode 8a is in contact with the substrate 1 in a state of penetrating the passivation film 4 at many places. The third electrode 8c is arranged linearly on the substrate 1 on the passivation film 4 or through the passivation film 4 at a position not overlapping the first electrode 8a in plan view. In particular, the second electrode 8b covers a part of the periphery of the third electrode 8c and the like, the passivation film 4 and the first electrode 8a, and also covers the first electrode 8a and the third electrode 8c. Touching. For these reasons, even if a part of the second electrode 8b is peeled off, the photogenerated carriers can reach the third electrode 8c through the other part of the second electrode 8b provided in a planar shape. It is possible to provide the solar cell element 10 in which the conversion efficiency is unlikely to decrease.
＜太陽電池素子の製造方法＞
次に、太陽電池素子１０の製造方法の各工程について、詳細に説明する。
<Method for producing solar cell element>
Next, each process of the manufacturing method of the solar cell element 10 is demonstrated in detail.
まず図４（ａ）に示すように基板１を用意する。基板１は、単結晶シリコンであっても多結晶シリコンであってもよい。基板１は、例えば、既存のＣＺ法または鋳造法などによって形成される。以下では、基板１として、ｐ型多結晶シリコン基板を用いた例について説明する。例えば鋳造法によって多結晶シリコンのインゴットを作製する。インゴットの抵抗率は１〜５Ω・ｃｍ程度であればよい。ドーパント元素としては、例えばボロンを添加すればよい。次いで、そのインゴットを例えば１辺約１６０ｍｍ角の正方形状で、厚さ２００μｍ程度の厚みにスライスして基板１を作製する。その後、基板１の切断面の機械的ダメージ層および汚染層を清浄にするために、基板１の表面をＮａＯＨ、ＫＯＨ、フッ酸またはフッ硝酸などの水溶液でごく微量エッチングしてもよい。 First, a substrate 1 is prepared as shown in FIG. The substrate 1 may be single crystal silicon or polycrystalline silicon. The substrate 1 is formed by, for example, an existing CZ method or a casting method. Hereinafter, an example in which a p-type polycrystalline silicon substrate is used as the substrate 1 will be described. For example, an ingot of polycrystalline silicon is produced by a casting method. The resistivity of the ingot may be about 1 to 5 Ω · cm. For example, boron may be added as the dopant element. Next, the substrate 1 is manufactured by slicing the ingot into a square shape having a side of about 160 mm square and a thickness of about 200 μm, for example. Thereafter, in order to clean the mechanically damaged layer and the contaminated layer on the cut surface of the substrate 1, the surface of the substrate 1 may be subjected to a very small amount of etching with an aqueous solution such as NaOH, KOH, hydrofluoric acid, or hydrofluoric acid.
また図４（ｂ）に示すように、基板１の第１主面１ａに、光の反射を低減するためにテクスチャを形成してもよい。テクスチャの形成方法としては、ＮａＯＨ等のアルカリ溶液
もしくはフッ硝酸等の酸溶液を使用したウエットエッチング方法、またはＲＩＥ（Reactive Ion Etching）法等を使用したドライエッチング方法を用いることができる。
Further, as shown in FIG. 4B, a texture may be formed on the first main surface 1a of the substrate 1 in order to reduce light reflection. As a texture forming method, a wet etching method using an alkali solution such as NaOH or an acid solution such as hydrofluoric acid, or a dry etching method using an RIE (Reactive Ion Etching) method or the like can be used.
次に、図４（ｃ）に示すように、テクスチャを有する基板１の第１主面１ａに、ｎ型の第２半導体層３を形成する。第２半導体層３は、ペースト状にしたＰ２Ｏ５を基板１の表面に塗布して熱拡散させる塗布熱拡散法、ガス状にしたオキシ塩化リン（ＰＯＣｌ３）を拡散源とした気相熱拡散法などによって形成される。この第２半導体層３は０．１〜２μｍ程度の厚み、４０〜２００Ω／□程度のシート抵抗値を有するように形成される。例えば、気相熱拡散法では、ＰＯＣｌ３等からなる拡散ガスを有する雰囲気中で６００〜８００℃程度の温度において基板１を５〜３０分程度熱処理してリンシリコンガラス（ＰＳＧ）を基板１の表面に形成する。その後、アルゴンや窒素等の不活性ガス雰囲気中で８００〜９００℃程度の高い温度において、基板１を１０〜４０分間程度熱処理することによって、ＰＳＧから基板１にリンが拡散して、基板１の第１主面１ａ側に第２半導体層３が形成される。 Next, as shown in FIG. 4C, the n-type second semiconductor layer 3 is formed on the first main surface 1a of the substrate 1 having texture. The second semiconductor layer 3 is a vapor phase using a coating thermal diffusion method in which paste-like P 2 O 5 is applied to the surface of the substrate 1 for thermal diffusion, and gaseous phosphorous oxychloride (POCl 3 ) as a diffusion source. It is formed by a thermal diffusion method or the like. The second semiconductor layer 3 is formed to have a thickness of about 0.1 to 2 μm and a sheet resistance value of about 40 to 200Ω / □. For example, in the vapor phase thermal diffusion method, the substrate 1 is heat-treated for about 5 to 30 minutes at a temperature of about 600 to 800 ° C. in an atmosphere having a diffusion gas composed of POCl 3 or the like, so that phosphorous silicon glass (PSG) is formed on the substrate 1. Form on the surface. Then, phosphorus is diffused from PSG to the substrate 1 by heat-treating the substrate 1 for about 10 to 40 minutes at a high temperature of about 800 to 900 ° C. in an inert gas atmosphere such as argon or nitrogen. The second semiconductor layer 3 is formed on the first main surface 1a side.
上記第２半導体層３の形成工程において、第２主面１ｂ側にも第２半導体層３が形成された場合には、第２主面１ｂ側に形成された第２半導体層３のみをエッチングして除去する。これにより、第２主面１ｂ側にｐ型の第１半導体層２を露出させる。例えば、フッ硝酸溶液に基板１における第２主面１ｂ側のみを浸して第２主面１ｂ側に形成された第２半導体層３を除去する。その後に、第２半導体層３を形成する際に基板１の第１主面１ａ側に付着したＰＳＧをエッチングして除去する。この時、基板１の側面に形成された第２半導体層３も合わせて除去してもよい。 In the step of forming the second semiconductor layer 3, when the second semiconductor layer 3 is also formed on the second main surface 1b side, only the second semiconductor layer 3 formed on the second main surface 1b side is etched. And remove. Thus, the p-type first semiconductor layer 2 is exposed on the second main surface 1b side. For example, the second semiconductor layer 3 formed on the second main surface 1b side is removed by immersing only the second main surface 1b side of the substrate 1 in the hydrofluoric acid solution. Thereafter, the PSG adhering to the first main surface 1a side of the substrate 1 when the second semiconductor layer 3 is formed is removed by etching. At this time, the second semiconductor layer 3 formed on the side surface of the substrate 1 may also be removed.
次に、パッシベーション膜形成工程として、図４（ｄ）に示すように第１半導体層２の第２主面１ｂ上に、酸化アルミニウムからなるパッシベーション膜４が形成される。パッシベーション膜４の形成方法としては、例えばＡＬＤ法、ＰＥＣＶＤ法などを用いることができるが、基板１の表面のカバーレッジに優れたＡＬＤ法を用いることによってパッシベーション効果がより大きくなるため、ＡＬＤ法を好適に使用できる。 Next, as a passivation film forming step, a passivation film 4 made of aluminum oxide is formed on the second main surface 1b of the first semiconductor layer 2 as shown in FIG. As a method for forming the passivation film 4, for example, an ALD method, a PECVD method, or the like can be used. However, since the passivation effect is further increased by using the ALD method having excellent coverage on the surface of the substrate 1, the ALD method is used. It can be used suitably.
ＡＬＤ法によるパッシベーション膜４の形成工程では、まず、成膜装置のチャンバー内に上記第２半導体層３が形成された基板１が載置される。そして、基板１が１００℃〜２５０℃の温度域で加熱された状態で、アルミニウム原料の供給、アルミニウム原料の排気除去、酸化剤の供給、酸化剤の排気除去、の各工程を複数回繰り返して酸化アルミニウムからなるパッシベーション膜４を形成する。アルミニウム原料として、例えばトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリエチルアルミニウム（ＴＥＡ）等、酸化剤として、例えば、水、オゾンガス等を用いることができる。ＡＬＤ法を用いることによって第１半導体層２の第１主面１ａと基板１の側面を含む全周囲にもパッシベーション膜４が形成される場合は、第２主面１ｂ上のパッシベーション膜４に耐酸レジストを塗布した後、フッ化水素酸（ＨＦ）などで不要なパッシベーション膜４をエッチングによって除去してもよい。 In the step of forming the passivation film 4 by the ALD method, first, the substrate 1 on which the second semiconductor layer 3 is formed is placed in the chamber of the film forming apparatus. Then, with the substrate 1 being heated in a temperature range of 100 ° C. to 250 ° C., the steps of supplying the aluminum material, removing the aluminum material, removing the oxidizing agent, and removing the oxidizing agent are repeated a plurality of times. A passivation film 4 made of aluminum oxide is formed. As an aluminum raw material, for example, trimethylaluminum (TMA), triethylaluminum (TEA) or the like can be used, and as an oxidizing agent, for example, water, ozone gas or the like can be used. When the passivation film 4 is formed on the entire periphery including the first main surface 1a of the first semiconductor layer 2 and the side surface of the substrate 1 by using the ALD method, the passivation film 4 on the second main surface 1b is protected against acid. After applying the resist, unnecessary passivation film 4 may be removed by etching with hydrofluoric acid (HF) or the like.
次に、図４（ｅ）に示すように、反射防止膜形成工程として、基板１の第１主面１ａ側に窒化シリコン膜からなる反射防止層５を形成する。反射防止層５は、例えばＰＥＣＶＤ法またはスパッタリング法を用いて形成される。ＰＥＣＶＤ法を用いる場合であれば、事前に基板１を成膜中の温度よりも高い温度で加熱する。その後、加熱した基板１にシラン（ＳｉＨ４）とアンモニア（ＮＨ３）との混合ガスを窒素（Ｎ２）で希釈して供給し、反応圧力を５０〜２００Ｐａにしてグロー放電分解でプラズマ化させて反応、堆積させることで反射防止層５が形成される。このときの成膜温度は、３５０〜６５０℃程度とする。また、グロー放電に必要な高周波電源の周波数としては１０〜５００ｋＨｚの周波数を使用する。また、ガス流量は反応室の大きさ等によって適宜決定されるが、例えばガスの流量としては、１５０〜６０００ｓｃｃｍの範囲とすることが望ましく、シランの流量Ａと
アンモニアの流量Ｂとの流量比Ｂ／Ａは０．５〜１５であればよい。
Next, as shown in FIG. 4E, an antireflection layer 5 made of a silicon nitride film is formed on the first main surface 1a side of the substrate 1 as an antireflection film forming step. The antireflection layer 5 is formed using, for example, PECVD or sputtering. If the PECVD method is used, the substrate 1 is heated in advance at a temperature higher than the temperature during film formation. Thereafter, a mixed gas of silane (SiH 4 ) and ammonia (NH 3 ) is diluted with nitrogen (N 2 ) and supplied to the heated substrate 1, and the reaction pressure is set to 50 to 200 Pa, and plasma is generated by glow discharge decomposition. The antireflection layer 5 is formed by reacting and depositing. The film forming temperature at this time is about 350 to 650 ° C. Further, a frequency of 10 to 500 kHz is used as the frequency of the high frequency power source necessary for glow discharge. The gas flow rate is appropriately determined depending on the size of the reaction chamber and the like. For example, the gas flow rate is preferably in the range of 150 to 6000 sccm, and the flow rate ratio B of the silane flow rate A and the ammonia flow rate B is B. / A should just be 0.5-15.
次に、図４（ｆ）〜（ｈ）に示すように、電極形成工程として、表面電極７（バスバー電極７ａとフィンガー電極７ｂ、サブフィンガー電極７ｃ）と、裏面電極８（第１電極８ａ、第２電極８ｂ、第３電極８ｃ）とを以下のようにして形成する。 Next, as shown in FIGS. 4F to 4H, as the electrode forming process, the front surface electrode 7 (bus bar electrode 7a and finger electrode 7b, sub finger electrode 7c) and the back surface electrode 8 (first electrode 8a, The second electrode 8b and the third electrode 8c) are formed as follows.
まず図４（ｆ）に示すように、表面電極７を第１ペースト１６を用いて形成する。第１ペースト１６は、例えば主成分として銀を含む金属粉末（例えば主たる金属成分が、平均粒径０．０５〜２０μｍ程度、好ましくは０．１〜５μｍ程度の銀粉末のみからなり、銀含有量が導電性ペーストの総質量の６５〜８５質量％程度）を有する。第１ペースト１６は、さらに有機ビヒクル（例えば、導電性ペーストの総質量の５〜１５質量％程度）およびガラスフリット（例えば、導電性ペーストの総質量の０．０５〜１０質量％程度、成分は鉛４０〜６０原子％程度、シリコン２０〜４０原子％程度、リン１〜５原子％程度、ホウ素７〜１５原子％程度）を含有する。まず、この第１ペースト１６を、スクリーン印刷を用いて、基板１の第１主面１ａに塗布する。この塗布後、所定の温度で溶剤を蒸散させて乾燥させる。 First, as shown in FIG. 4 (f), the surface electrode 7 is formed using the first paste 16. The first paste 16 is, for example, a metal powder containing silver as a main component (for example, a main metal component is composed only of silver powder having an average particle size of about 0.05 to 20 μm, preferably about 0.1 to 5 μm. Has about 65 to 85% by mass of the total mass of the conductive paste. The first paste 16 further includes an organic vehicle (for example, about 5 to 15% by mass of the total mass of the conductive paste) and a glass frit (for example, about 0.05 to 10% by mass of the total mass of the conductive paste, About 40 to 60 atomic% of lead, about 20 to 40 atomic% of silicon, about 1 to 5 atomic% of phosphorus, and about 7 to 15 atomic% of boron. First, this 1st paste 16 is apply | coated to the 1st main surface 1a of the board | substrate 1 using screen printing. After this application, the solvent is evaporated and dried at a predetermined temperature.
また裏面電極８である第３電極８ｃは、主成分として銀のみからなる金属粉末と、有機ビヒクルおよびガラスフリット等を含有する導電性ペースト（第２ペースト１７）を用いて作製される。第２ペースト１７の成分は、第１ペースト１６と同様でもよい。第２ペースト１７の塗布法としては、例えば、スクリーン印刷法などを用いることができる。この塗布後、所定の温度で溶剤を蒸散させて乾燥させる。 The third electrode 8c, which is the back electrode 8, is manufactured using a conductive powder (second paste 17) containing a metal powder composed solely of silver as a main component, an organic vehicle, glass frit, and the like. The component of the second paste 17 may be the same as that of the first paste 16. As a coating method of the second paste 17, for example, a screen printing method or the like can be used. After this application, the solvent is evaporated and dried at a predetermined temperature.
さらに第１電極８ａを第３ペースト１８を用いて形成する。第３ペースト１８は、主成分としてアルミニウムを含む金属粉末（例えば、主たる金属成分が、平均粒径０．０５〜２０μｍ程度、好ましくは０．１〜１０μｍ程度のアルミニウム粉末からなり、アルミニウム含有量が導電性ペーストの総質量の６５〜８０質量％程度）を有する。また、第３ペースト１８は、アルミニウムを含む金属粉末に対して亜鉛を含む金属粉末（亜鉛、亜鉛アルミニウム合金、亜鉛錫合金等が含まれていればよい）が０．５〜１０原子％添加されている。亜鉛を含む金属粉末の平均粒径は、０．００１〜６０μｍ程度である。また、亜鉛を含む金属粉末はアルミニウムを含む金属粉末よりも低温で溶融する。第３ペースト１８は、さらに有機ビヒクル（例えば、導電性ペーストの総質量の５〜１５質量％程度）およびガラスフリット（例えば、導電性ペーストの総質量の０．０５〜１０原子％程度、成分は鉛４０〜６０原子％程度、シリコン２０〜４０原子％程度、リン１〜５原子％程度、ホウ素７〜１５原子％程度）を含有する。この第３ペースト１８は、すでに塗布された第２ペースト１７とは離れた位置で、第２主面１ｂ上の所定の位置に、点状または線状に塗布する。塗布法としては、スクリーン印刷法などを用いることができる。この塗布後、所定の温度で溶剤を蒸散させて乾燥させてもよい。 Further, the first electrode 8 a is formed using the third paste 18. The third paste 18 is a metal powder containing aluminum as a main component (for example, the main metal component is an aluminum powder having an average particle size of about 0.05 to 20 μm, preferably about 0.1 to 10 μm, and the aluminum content is About 65 to 80% by mass of the total mass of the conductive paste). Further, the third paste 18 is added with 0.5 to 10 atomic% of metal powder containing zinc (which may contain zinc, zinc aluminum alloy, zinc tin alloy, etc.) with respect to metal powder containing aluminum. ing. The average particle diameter of the metal powder containing zinc is about 0.001 to 60 μm. Moreover, the metal powder containing zinc melts at a lower temperature than the metal powder containing aluminum. The third paste 18 further includes an organic vehicle (for example, about 5 to 15% by mass of the total mass of the conductive paste) and a glass frit (for example, about 0.05 to 10 atomic% of the total mass of the conductive paste, About 40 to 60 atomic% of lead, about 20 to 40 atomic% of silicon, about 1 to 5 atomic% of phosphorus, and about 7 to 15 atomic% of boron. The third paste 18 is applied in a dotted or linear manner at a predetermined position on the second main surface 1b at a position away from the already applied second paste 17. As a coating method, a screen printing method or the like can be used. After this application, the solvent may be evaporated and dried at a predetermined temperature.
その後、第１ペースト１６、第２ペースト１７および第３ペースト１８が塗布された基板１を、焼成炉内にて最高温度が約７００℃以上９００℃以下、加熱時間が数十秒〜数十分程度で第１焼成を行う。これにより、各導電性ペーストが焼結し、図４（ｇ）に示すように、表面電極７と裏面電極８の第１電極８ａ、第３電極８ｃとが形成される。第１焼成の際に、第１ペースト１６は反射防止膜５をファイアースルーして基板１の第１主面１ａのｎ型の第２半導体層３と接続され、表面電極７が形成される。また第３ペースト１８もパッシベーション膜４をファイアースルーして、第２主面１ｂのｐ型の第１半導体層２と接続され、第１電極８ａが形成される。また第１電極８ａの形成に伴い、ＢＳＦ層１３も形成される。さらに第２ペースト１７が焼成され、第３電極８ｃが形成される。この時第２ペースト１７は、図３に示すように、パッシベーション膜４をファイアースルーせずに、パッシベーション膜４上に形成されてもよいし、図５に示すように、パッシベーション膜４をファイアースルーして、第１半導体層２上に形成されてもよい。例えば、第２ペースト１７中のガラスフリットの成分を適宜選択することによって、ファイアースルーの有無を調整することができる。例えばパッシベーション膜４をファイアースルーさせる場合には、ガラスフリット中の酸化鉛の割合を増加させることで可能となり、パッシベーション膜４をファイアースルーさせない場合には、ガラスフリット中の酸化亜鉛の割合を増加させることで可能となる。 Thereafter, the substrate 1 on which the first paste 16, the second paste 17 and the third paste 18 are applied has a maximum temperature of about 700 ° C. to 900 ° C. and a heating time of several tens of seconds to several tens of minutes in a firing furnace. The first firing is performed to the extent. Thereby, each electrically conductive paste sinters, and as shown in FIG.4 (g), the 1st electrode 8a and the 3rd electrode 8c of the surface electrode 7 and the back surface electrode 8 are formed. During the first firing, the first paste 16 fires through the antireflection film 5 and is connected to the n-type second semiconductor layer 3 on the first main surface 1a of the substrate 1 to form the surface electrode 7. The third paste 18 also fires through the passivation film 4 and is connected to the p-type first semiconductor layer 2 on the second main surface 1b, thereby forming the first electrode 8a. Along with the formation of the first electrode 8a, the BSF layer 13 is also formed. Further, the second paste 17 is baked to form the third electrode 8c. At this time, the second paste 17 may be formed on the passivation film 4 without fire-through the passivation film 4 as shown in FIG. 3, or the second paste 17 is fire-through through the passivation film 4 as shown in FIG. Then, it may be formed on the first semiconductor layer 2. For example, the presence or absence of fire-through can be adjusted by appropriately selecting the glass frit component in the second paste 17. For example, when the passivation film 4 is fire-through, it is possible to increase the ratio of lead oxide in the glass frit. When the passivation film 4 is not fire-through, the ratio of zinc oxide in the glass frit is increased. This is possible.
第１焼成において亜鉛を含む金属粉末がアルミニウムを含む金属粉末より低い温度で溶融するために、溶融した亜鉛によって、アルミニウムを含む金属が均一に分散する。また、亜鉛を含む金属粉末を含有することによって、アルミニウムを含む金属粉末のみを含む場合と比較して、パッシベーション膜４がファイアースルーされやすくなる。その結果、ＢＳＦ層１３が均一に形成される可能性がある。これによって、基板１と第１電極８ａとの界面の接触抵抗の分布が改善されて太陽電池素子１０の光電変換効率を向上させることができる。 Since the metal powder containing zinc melts at a lower temperature than the metal powder containing aluminum in the first firing, the metal containing aluminum is uniformly dispersed by the molten zinc. Moreover, by including the metal powder containing zinc, the passivation film 4 is easily fired through as compared with the case of containing only the metal powder containing aluminum. As a result, the BSF layer 13 may be formed uniformly. Thereby, the distribution of contact resistance at the interface between the substrate 1 and the first electrode 8a is improved, and the photoelectric conversion efficiency of the solar cell element 10 can be improved.
次に、図４（ｈ）に示すように、第２電極８ｂを第４ペースト１９を用いて形成する。第４ペースト１９は、主成分としてアルミニウムを含む金属粉末（例えば、導電性ペーストの総質量の６５〜８０質量％程度）を有する。第４ペースト１９は、さらに有機ビヒクル（例えば、導電性ペーストの総質量の５〜１５質量％程度）およびガラスフリットを含有する。なお、ガラスフリットの組成は、導電性ペーストの総質量の０．０５〜１０質量％程度である。また、ガラスフリットの組成は、鉛４０〜６０原子％程度、シリコン２０〜４０原子％程度、リン１〜５原子％程度、ホウ素７〜１５原子％程度である。この第４ペースト１９は、すでに形成された第１電極８ａ上および第３電極８ｃの端部に接触するように、第２主面１ｂ上に塗布する。このとき、第２主面１ｂ上の第３電極８ｃが形成されない部位のほぼ全面に塗布することによって、厳密な位置合わせをすることなく第３電極８ｃの端部に接触するようにでき望ましい。塗布法としては、スクリーン印刷法などを用いることができる。この塗布後、所定の温度で溶剤を蒸散させて乾燥させてもよい。 Next, as shown in FIG. 4H, the second electrode 8 b is formed using the fourth paste 19. The fourth paste 19 has a metal powder containing aluminum as a main component (for example, about 65 to 80% by mass of the total mass of the conductive paste). The fourth paste 19 further contains an organic vehicle (for example, about 5 to 15% by mass of the total mass of the conductive paste) and glass frit. The composition of the glass frit is about 0.05 to 10% by mass of the total mass of the conductive paste. The composition of the glass frit is about 40 to 60 atomic% of lead, about 20 to 40 atomic% of silicon, about 1 to 5 atomic% of phosphorus, and about 7 to 15 atomic% of boron. The fourth paste 19 is applied onto the second main surface 1b so as to be in contact with the already formed first electrode 8a and the end of the third electrode 8c. At this time, it is desirable that the third electrode 8c on the second main surface 1b is applied to almost the entire surface where the third electrode 8c is not formed, so that the end of the third electrode 8c can be contacted without strict alignment. As a coating method, a screen printing method or the like can be used. After this application, the solvent may be evaporated and dried at a predetermined temperature.
その後、第４ペースト１９が塗布された基板１は、焼成炉にて最高温度が５００℃以上７００℃未満、加熱時間が数十秒〜数十分程度で第２焼成を行う。これによって、第２電極８ｂが基板１の第２主面１ｂ側に形成される。これによって、第２電極８ｂを形成する第４ペースト１９が第３ペースト１８と同じ材料を用いた場合であっても、パッシベーション膜４がファイアースルーされることが低減されるために、光発生キャリアの再結合を低減する機能の低下が改善され、太陽電池素子１０の光電変換効率を向上させうる。 Thereafter, the substrate 1 on which the fourth paste 19 has been applied is subjected to second baking in a baking furnace with a maximum temperature of 500 ° C. or higher and lower than 700 ° C. and a heating time of several tens of seconds to several tens of minutes. Thereby, the second electrode 8b is formed on the second main surface 1b side of the substrate 1. Accordingly, even when the fourth paste 19 forming the second electrode 8b is made of the same material as the third paste 18, the passivation film 4 is reduced from being fired through. The reduction in the function of reducing the recombination of the solar cell element 10 can be improved, and the photoelectric conversion efficiency of the solar cell element 10 can be improved.
また、第４ペースト１９は、亜鉛を含む金属を含有していてもよい。これによって、光発生キャリアの再結合を低減するとともに、パッシベーション膜４と第２電極８ｂとの密着性を向上させることができる。 The fourth paste 19 may contain a metal containing zinc. As a result, recombination of photogenerated carriers can be reduced, and the adhesion between the passivation film 4 and the second electrode 8b can be improved.
なお、第４ペースト１９が亜鉛を含む金属を含有している場合は、アルミニウムを含む金属粉末１００質量部に対して亜鉛を含む金属粉末が１〜２５質量部添加されている。亜鉛を含む金属粉末の平均粒径は、０．００１〜６０μｍ程度である。 In addition, when the 4th paste 19 contains the metal containing zinc, the metal powder containing zinc is added 1-25 mass parts with respect to 100 mass parts of metal powder containing aluminum. The average particle diameter of the metal powder containing zinc is about 0.001 to 60 μm.
なお、本発明は上記形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で多くの修正および変更を加えることができる。例えば電極形成工程の焼成は、成分が類似した表面電極７（バスバー電極７ａとフィンガー電極７ｂ、サブフィンガー電極７ｃ）と裏面電極８の第３電極８ｃ形成のための焼成を行った後、第２電極８ｂおよび第１電極８ａ形成のための焼成を別途行ってもよい。 In addition, this invention is not limited to the said form, Many corrections and changes can be added within the scope of the present invention. For example, the firing in the electrode forming step is performed after firing for forming the third electrode 8c of the front electrode 7 (bus bar electrode 7a, finger electrode 7b, subfinger electrode 7c) and back electrode 8 having similar components. Firing for forming the electrode 8b and the first electrode 8a may be performed separately.
＜変形例１＞
変形例１に係る実施形態は、図６に示すように、第２主面１０ｂ側において、パッシベーション膜４と基板１との間に、パッシベーション膜４よりも薄い第１酸化シリコン膜１１が介在している。他の構成については上述した実施形態と同様であるので説明を省略する。
<Modification 1>
In the embodiment according to the first modification, as shown in FIG. 6, the first silicon oxide film 11 thinner than the passivation film 4 is interposed between the passivation film 4 and the substrate 1 on the second main surface 10 b side. ing. Since other configurations are the same as those of the above-described embodiment, description thereof is omitted.
第１酸化シリコン膜１１を設けることによって、基板１表面の結晶欠陥に由来する未結合手を効果的に終端させることができ、太陽電池素子の光電変換効率をより向上させることができる。 By providing the first silicon oxide film 11, dangling bonds derived from crystal defects on the surface of the substrate 1 can be effectively terminated, and the photoelectric conversion efficiency of the solar cell element can be further improved.
この第１酸化シリコン膜１１は、カバーレッジに優れたＡＬＤ法を用いることが望ましい。ＡＬＤ法による原料ガスとしては、例えば、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’，テトラエチルシランジアミン〈Ｈ２Ｓｉ[Ｎ（Ｃ２Ｈ５）２]２〉ガスと、オゾン（Ｏ３）または水蒸気などとを用いて成膜できる。 For the first silicon oxide film 11, it is desirable to use an ALD method excellent in coverage. Examples of the source gas by the ALD method include N, N, N ′, N ′, tetraethylsilanediamine <H 2 Si [N (C 2 H 5 ) 2 ] 2 > gas, ozone (O 3 ), water vapor, and the like. Can be used to form a film.
ここで、第１酸化シリコン膜１１の膜厚を、パッシベーション膜４よりも薄くする。これにより、パッシベーション膜４を形成する酸化アルミニウムの負の固定電荷が、第１酸化シリコン膜１１の正の固定電荷に比べ優勢になる。そして、パッシベーション膜４のパッシベーション効果を低下させにくくすることができる。 Here, the thickness of the first silicon oxide film 11 is made thinner than that of the passivation film 4. As a result, the negative fixed charge of aluminum oxide forming the passivation film 4 becomes superior to the positive fixed charge of the first silicon oxide film 11. Then, it is possible to make it difficult to lower the passivation effect of the passivation film 4.
第１酸化シリコン膜１１の膜厚は、パッシベーション膜４の膜厚の半分未満であることが望ましい。例えば、パッシベーション膜４の膜厚が５０ｎｍ程度であった場合には、第１酸化シリコン膜１１の膜厚は、２０ｎｍ程度として、第１酸化シリコン膜１１の膜厚をパッシベーション膜４の膜厚の半分未満とすることが望ましい。これにより、第１酸化シリコン膜１１に加え、後述する第２酸化シリコン膜１２を形成した場合においても、パッシベーション膜４を形成する酸化アルミニウムの負の固定電荷が、第１酸化シリコン膜１１の正の固定電荷に比べ優勢になる。このため、パッシベーション膜４のパッシベーション効果を低下させにくくすることができる。 The film thickness of the first silicon oxide film 11 is desirably less than half the film thickness of the passivation film 4. For example, when the thickness of the passivation film 4 is about 50 nm, the thickness of the first silicon oxide film 11 is about 20 nm, and the thickness of the first silicon oxide film 11 is set to the thickness of the passivation film 4. Desirably less than half. As a result, even when the second silicon oxide film 12 described later is formed in addition to the first silicon oxide film 11, the negative fixed charge of the aluminum oxide forming the passivation film 4 becomes positive in the first silicon oxide film 11. It becomes dominant compared to the fixed charge. For this reason, it is possible to make it difficult to lower the passivation effect of the passivation film 4.
＜変形例２＞
変形例２に係る実施形態は、図７に示すように、パッシベーション膜４と第２電極８ｂとの間に、パッシベーション膜４よりも薄い第２酸化シリコン膜１２が介在している。他の構成については上述した実施形態と同様であるので説明を省略する。
<Modification 2>
In the embodiment according to the modification 2, as shown in FIG. 7, a second silicon oxide film 12 thinner than the passivation film 4 is interposed between the passivation film 4 and the second electrode 8 b. Since other configurations are the same as those of the above-described embodiment, description thereof is omitted.
第２酸化シリコン膜１２を設けることによって、第２電極８ｂ形成時においてアルミニウムなどがパッシベーション膜４へ拡散しにくくすることができる。これにより、パッシベーション膜４のパッシベーション効果をより向上させることができる。 By providing the second silicon oxide film 12, it is possible to make it difficult for aluminum or the like to diffuse into the passivation film 4 when the second electrode 8b is formed. Thereby, the passivation effect of the passivation film 4 can be further improved.
この第２酸化シリコン膜１２は、第１酸化シリコン膜１１と同様にカバーレッジに優れたＡＬＤ法を用いることが望ましい。 For the second silicon oxide film 12, it is desirable to use an ALD method that is excellent in coverage as in the case of the first silicon oxide film 11.
さらに、第２酸化シリコン膜１２の膜厚は、上述のようにパッシベーション膜４の膜厚の半分未満であることが望ましい。例えば、パッシベーション膜４の膜厚が５０ｎｍ程度であった場合には、第２酸化シリコン膜１２の膜厚は２０ｎｍ程度であることが望ましい。 Further, the film thickness of the second silicon oxide film 12 is desirably less than half the film thickness of the passivation film 4 as described above. For example, when the thickness of the passivation film 4 is about 50 nm, the thickness of the second silicon oxide film 12 is desirably about 20 nm.
＜変形例３＞
変形例３に係る実施形態は、図８に示すように、第３電極８ｃの周縁部とパッシベーション膜４との間に第２電極８ｂが形成されている。他の構成については上述した実施形態と同様であるので説明を省略する。
<Modification 3>
In the embodiment according to the modified example 3, as shown in FIG. 8, the second electrode 8 b is formed between the peripheral edge portion of the third electrode 8 c and the passivation film 4. Since other configurations are the same as those of the above-described embodiment, description thereof is omitted.
第２電極８ｂを形成するための導電性ペースト（第４ペースト１９）を形成した後に第３電極８ｃを形成するための導電性ペースト（第２ペースト１７）を形成して焼成を行うことによって、第３ペースト１８と第４ペースト１９を異なる条件で焼成した場合と比較して、第２電極８ｂと第３電極８ｃとの接触抵抗が低下し、さらなる変換効率の向上を図ることができる。 By forming and baking the conductive paste (second paste 17) for forming the third electrode 8c after forming the conductive paste (fourth paste 19) for forming the second electrode 8b, Compared with the case where the third paste 18 and the fourth paste 19 are fired under different conditions, the contact resistance between the second electrode 8b and the third electrode 8c is reduced, and the conversion efficiency can be further improved.
なお、変形例３に係る第２ペースト１７と第４ペースト１９の成分は、上述と同様である。 The components of the second paste 17 and the fourth paste 19 according to Modification 3 are the same as described above.
＜変形例４＞
変形例４に係る実施形態は、第３電極８ｃを形成するための導電性ペースト（第２ペースト１７）の金属成分が、主として銀とアルミニウムからなる。他の構成については上述した実施形態と同様であるので説明を省略する。
<Modification 4>
In the embodiment according to the modified example 4, the metal component of the conductive paste (second paste 17) for forming the third electrode 8c is mainly composed of silver and aluminum. Since other configurations are the same as those of the above-described embodiment, description thereof is omitted.
第２ペースト１７に、銀の他にアルミニウムを添加することによって、第２ペースト１７の焼成に伴い、第３電極８ｃの直下の基板１の第１半導体層２にもＢＳＦ層１３が形成できる。これにより、ＢＳＦ層１３部分の少数キャリアの再結合を低減し、さらなる光電変換効率の向上を図ることができる。 By adding aluminum in addition to silver to the second paste 17, the BSF layer 13 can be formed also on the first semiconductor layer 2 of the substrate 1 immediately below the third electrode 8 c as the second paste 17 is baked. Thereby, the recombination of minority carriers in the BSF layer 13 can be reduced, and the photoelectric conversion efficiency can be further improved.
なお、変形例４に係る第２ペースト１７は、金属成分の組成を除いて、他の成分は、上述と同様である。 The second paste 17 according to the modified example 4 is the same as described above except for the composition of the metal component.
また、発明者らが繰り返し行ったテストの結果では、金属成分における銀は８５〜９９．５質量％程度であり、アルミニウムは０．５〜１５質量％程度であることがより望ましい。これにより、第３電極８ｃの直下の基板１の第１半導体層２に良好なＢＳＦ層１３を形成できるとともに、第３電極８ｃへのハンダ付けも可能になる。 In addition, as a result of tests repeatedly performed by the inventors, it is more desirable that silver in the metal component is about 85 to 99.5% by mass and aluminum is about 0.5 to 15% by mass. As a result, a good BSF layer 13 can be formed on the first semiconductor layer 2 of the substrate 1 immediately below the third electrode 8c, and soldering to the third electrode 8c is also possible.
さらに、第１電極８ａを形成するための導電性ペースト（第３ペースト１８）と第３電極８ｃとを形成するための導電性ペーストを同一材料にすることが望ましい。これにより、スクリーン印刷法で、第３ペースト１８と第２ペースト１７とを同時に印刷することが可能になり、太陽電池素子１０の製造工程における工数の削減を図ることができる。 Further, it is desirable that the conductive paste (third paste 18) for forming the first electrode 8a and the conductive paste for forming the third electrode 8c are made of the same material. Accordingly, the third paste 18 and the second paste 17 can be simultaneously printed by the screen printing method, and the number of steps in the manufacturing process of the solar cell element 10 can be reduced.
以下に、本発明の実施形態をさらに具体化した実施例について説明する。 Examples that further embody the embodiments of the present invention will be described below.
＜実施例１＞
まず、半導体基板としてｐ型の導電性を有する第１半導体層２を有する基板１を用いた。基板１は、平面視して正方形の一辺が約１５６ｍｍ角、厚さが約２００μｍの多結晶シリコン基板である。これらの基板１をＮａＯＨ水溶液でエッチングして、その後、洗浄を行った。そして、基板１に対して、以下の処理を行った。
<Example 1>
First, the substrate 1 having the first semiconductor layer 2 having p-type conductivity was used as the semiconductor substrate. The substrate 1 is a polycrystalline silicon substrate having a square side of about 156 mm square and a thickness of about 200 μm in plan view. These substrates 1 were etched with an aqueous NaOH solution and then washed. Then, the following processing was performed on the substrate 1.
まず、基板１の第１主面１ａ側にＲＩＥ法を用いてテクスチャを形成した。 First, a texture was formed on the first main surface 1a side of the substrate 1 using the RIE method.
次に、基板１にガス状にしたＰＯＣｌ３（オキシ塩化リン）を拡散源とした気相熱拡散法によって、リンを拡散させて、シート抵抗が９０Ω／□程度となるｎ型の第２半導体層３を形成した。なお、基板１の第２主面１ｂ側に形成された第２半導体層３をフッ硝酸溶液で除去して、その後、ＰＳＧをフッ酸溶液でエッチングして除去した。 Next, phosphorus is diffused by a gas phase thermal diffusion method using POCl 3 (phosphorus oxychloride) gasified on the substrate 1 as a diffusion source, and an n-type second semiconductor whose sheet resistance is about 90Ω / □. Layer 3 was formed. The second semiconductor layer 3 formed on the second main surface 1b side of the substrate 1 was removed with a hydrofluoric acid solution, and then PSG was removed by etching with a hydrofluoric acid solution.
次に、基板１の片面にＡＬＤ法を用いて酸化アルミニウムからなるパッシベーション膜４を形成した。 Next, a passivation film 4 made of aluminum oxide was formed on one surface of the substrate 1 using the ALD method.
ここでは、成膜装置のチャンバー内に基板１を載置して、基板１の表面温度が１００〜２００℃程度になるように維持した。そして、アルミニウム源材料としてＴＭＡを用い、酸化剤としてオゾンガスを用いて、約３０ｎｍの厚さのパッシベーション膜４を形成した。 Here, the substrate 1 was placed in the chamber of the film forming apparatus, and the surface temperature of the substrate 1 was maintained at about 100 to 200 ° C. Then, a passivation film 4 having a thickness of about 30 nm was formed using TMA as an aluminum source material and ozone gas as an oxidizing agent.
その後、第１主面１ａの上にプラズマＣＶＤ法によって窒化シリコン膜からなる反射防止層５を形成した。 Thereafter, an antireflection layer 5 made of a silicon nitride film was formed on the first main surface 1a by plasma CVD.
そして、基板１の上に、表面電極７を形成する銀粉末を主成分とする第１ペースト１６を塗布して乾燥させ、第３電極８ｃを形成する銀粉末を主成分とする第２ペースト１７を塗布して乾燥させた。また、基板１の上に、第１電極８ａを形成するアルミニウムからなる金属粉末を主成分とし、さらに亜鉛が添加された第３ペースト１８を塗布して乾燥させた。その後、第１ペースト１６、第２ペースト１７、第３ペースト１８を８００℃で焼成して、表面電極７、第１電極８ａ、第３電極８ｃを形成した。 Then, the first paste 16 mainly composed of silver powder forming the surface electrode 7 is applied on the substrate 1 and dried, and then the second paste 17 mainly composed of silver powder forming the third electrode 8c. Was applied and dried. On the substrate 1, a third paste 18 containing, as a main component, metal powder made of aluminum forming the first electrode 8a and further added with zinc was applied and dried. Then, the 1st paste 16, the 2nd paste 17, and the 3rd paste 18 were baked at 800 degreeC, and the surface electrode 7, the 1st electrode 8a, and the 3rd electrode 8c were formed.
次に、基板１の上に、第２電極８ｂを形成するアルミニウムからなる金属粉末を主成分とする第４ペースト１９を、第２電極８ｂが形成されない部位のほぼ全面に塗布して乾燥させた。そして、これを６９０℃で焼成して第２電極８ｂを形成した。 Next, the 4th paste 19 which has as a main component the metal powder which consists of aluminum which forms the 2nd electrode 8b on the board | substrate 1 was apply | coated to the substantially whole surface of the site | part in which the 2nd electrode 8b is not formed, and was dried. . And this was baked at 690 degreeC and the 2nd electrode 8b was formed.
このようにして、表１に示す試料１〜７の第１電極８ａおよび第２電極８ｂを有する太陽電池素子１０を作製した。各試料の亜鉛含有量はＥＤＳ（Energy Dispersive X-ray Spectrometry）で分析した。なお、以下に説明する、実施例２の試料１１〜１６および比較例の試料８〜１０についても同様の分析を行った。 Thus, the solar cell element 10 having the first electrode 8a and the second electrode 8b of Samples 1 to 7 shown in Table 1 was produced. The zinc content of each sample was analyzed by EDS (Energy Dispersive X-ray Spectrometry). In addition, the same analysis was performed also about the samples 11-16 of Example 2, and the samples 8-10 of a comparative example demonstrated below.
表１に示すように、第１電極８ａのアルミニウムに対する亜鉛の含有量は、０．１原子％（試料１）、０．５原子％（試料２）、１原子％（試料３）、３原子％（試料４）、５原子％（試料５）、１０原子％（試料６）、１５原子％（試料７）であった。 As shown in Table 1, the content of zinc with respect to aluminum in the first electrode 8a is 0.1 atomic% (sample 1), 0.5 atomic% (sample 2), 1 atomic% (sample 3), 3 atoms. % (Sample 4), 5 atomic% (sample 5), 10 atomic% (sample 6), and 15 atomic% (sample 7).
＜実施例２＞
実施例１と共通する部分については説明を省略する。
<Example 2>
A description of portions common to the first embodiment will be omitted.
基板１の上に、表面電極７を形成する銀粉末を主成分とする第１ペースト１６を塗布して乾燥させた。また、基板１の上に、第３電極８ｃを形成する銀粉末を主成分とする第２ペースト１７を塗布して乾燥させた。また、基板１の上に、第１電極８ａを形成するアルミニウムを含む金属粉末を主成分とし、さらに亜鉛が添加された第３ペースト１８を塗布して乾燥させた。その後、第１ペースト１６、第２ペースト１７、第３ペースト１８を８００℃で焼成して、表面電極７、第１電極８ａ、第３電極８ｃを形成した。 On the board | substrate 1, the 1st paste 16 which has silver powder which forms the surface electrode 7 as a main component was apply | coated and dried. Moreover, the 2nd paste 17 which has as a main component silver powder which forms the 3rd electrode 8c on the board | substrate 1 was apply | coated and dried. On the substrate 1, a third paste 18 containing, as a main component, metal powder containing aluminum that forms the first electrode 8a and further added with zinc was applied and dried. Then, the 1st paste 16, the 2nd paste 17, and the 3rd paste 18 were baked at 800 degreeC, and the surface electrode 7, the 1st electrode 8a, and the 3rd electrode 8c were formed.
次に、基板１の上に、第２電極８ｂを形成するアルミニウムを含む金属粉末を主成分とし、さらに亜鉛が添加された第４ペースト１９を第３電極８ｃが形成されない部位のほぼ全面に塗布して乾燥させた。そして、６９０℃で焼成して第２電極８ｂを形成した。このようにして、表１に示す試料１１〜１６の第１電極８ａおよび第２電極８ｂを有する太陽電池素子１０を作製した。表１に示すように、第１電極８ａのアルミニウムに対する亜鉛の含有量は１原子％であった。また、第２電極８ｂの亜鉛の含有量は０．１原子％（試料１１）、０．５原子％（試料１２）、３原子％（試料１３）、５原子％（試料１４）、１０原子％（試料１５）、１５原子％（試料１６）であった。 Next, on the substrate 1, a fourth paste 19 containing, as a main component, metal powder containing aluminum for forming the second electrode 8b and further added with zinc is applied to almost the entire surface where the third electrode 8c is not formed. And dried. And it baked at 690 degreeC and the 2nd electrode 8b was formed. Thus, the solar cell element 10 having the first electrode 8a and the second electrode 8b of the samples 11 to 16 shown in Table 1 was produced. As shown in Table 1, the zinc content with respect to aluminum in the first electrode 8a was 1 atomic%. Further, the zinc content of the second electrode 8b is 0.1 atomic% (sample 11), 0.5 atomic% (sample 12), 3 atomic% (sample 13), 5 atomic% (sample 14), 10 atomic atoms. % (Sample 15) and 15 atomic% (sample 16).
＜比較例＞
実施例と共通する部分については説明を省略する。
<Comparative example>
Description of parts common to the embodiments is omitted.
基板１の上に、表面電極７を形成する銀粉末を主成分とする第１ペースト１６を塗布して乾燥させた。また、基板１の上に、第３電極８ｃを形成する銀粉末を主成分とする第２ペースト１７を塗布して乾燥させた。また、基板１の上に、第１電極８ａを形成するペーストに亜鉛を添加していない第３ペースト１８を塗布して乾燥させた。その後、第１ペースト１６、第２ペースト１７、第３ペースト１８を８００℃で焼成して、表面電極７、第１電極８ａ、第３電極８ｃを形成した。 On the board | substrate 1, the 1st paste 16 which has silver powder which forms the surface electrode 7 as a main component was apply | coated and dried. Moreover, the 2nd paste 17 which has as a main component silver powder which forms the 3rd electrode 8c on the board | substrate 1 was apply | coated and dried. Further, a third paste 18 not added with zinc was applied to the paste for forming the first electrode 8a on the substrate 1 and dried. Then, the 1st paste 16, the 2nd paste 17, and the 3rd paste 18 were baked at 800 degreeC, and the surface electrode 7, the 1st electrode 8a, and the 3rd electrode 8c were formed.
次に、基板１の上に、第２電極８ｂを形成するアルミニウムを含む金属粉末を主成分とし、さらに亜鉛がそれぞれ０、３原子％、５原子％添加された第４ペーストを第３電極８ｃが形成されない部位のほぼ全面に塗布して乾燥させた。そして、これを６９０℃で焼成して第２電極８ｂを形成した。このようにして、表１に示す試料８〜１０の第１電極８ａおよび第２電極８ｂを有する太陽電池素子１０を作製した。第２電極８ｂのアルミニウムに対する亜鉛含有量は、０原子％（試料８）、３原子％（試料９）、５原子％（試料１０）であった。 Next, a fourth paste containing, as a main component, metal powder containing aluminum for forming the second electrode 8b on the substrate 1 and further containing 0, 3 atomic%, and 5 atomic% of zinc, respectively, is added to the third electrode 8c. The film was applied to almost the entire surface of the portion where no was formed and dried. And this was baked at 690 degreeC and the 2nd electrode 8b was formed. Thus, the solar cell element 10 having the first electrode 8a and the second electrode 8b of the samples 8 to 10 shown in Table 1 was produced. The zinc content with respect to aluminum of the second electrode 8b was 0 atomic% (sample 8), 3 atomic% (sample 9), and 5 atomic% (sample 10).
＜光電変換効率＞
上述のように作製した試料１〜１１について光電変換効率を測定した。光電変換効率の測定は、ＪＩＳ Ｃ ８９１３に基づいてＡＭ(Air Mass)１．５および１００ｍＷ／ｃｍ２の条件下にて測定した。なお、光電変換効率の測定結果は、試料８の測定値を１００として規格化した光電変換効率を示す。
<Photoelectric conversion efficiency>
Photoelectric conversion efficiency was measured for samples 1 to 11 produced as described above. The photoelectric conversion efficiency was measured under the conditions of AM (Air Mass) 1.5 and 100 mW / cm 2 based on JIS C 8913. In addition, the measurement result of photoelectric conversion efficiency shows the photoelectric conversion efficiency normalized with the measured value of the sample 8 as 100.
第１電極８ａに亜鉛が含まれている試料１〜７、および、第１電極８ａおよび第２電極８ｂの双方に亜鉛が含まれている試料１１は、第１電極８ａおよび第２電極８ｂのいずれにも亜鉛が実質的に含まれていない試料８と比較すると、以下のことが分かった。表１に示すように、試料１〜７および試料１１〜１６では、少なくとも第１電極８ａに亜鉛が含まれていたので、第１電極８ａと第２電極８ｂとの接触抵抗の低下によるものと思われる光電変換効率の向上が確認された。特に、第１電極８ａのアルミニウムに対する亜鉛を含む金属の含有量が０．５〜１０原子％の試料２〜試料６では、第１電極８ａの電気抵抗の増大を低減する効果が高く、光電変換効率を向上させることができた。 Samples 1 to 7 in which zinc is contained in the first electrode 8a, and sample 11 in which zinc is contained in both the first electrode 8a and the second electrode 8b are the samples of the first electrode 8a and the second electrode 8b. The following was found when compared with Sample 8 substantially free of zinc. As shown in Table 1, in Samples 1 to 7 and Samples 11 to 16, since at least the first electrode 8a contained zinc, the contact resistance between the first electrode 8a and the second electrode 8b was reduced. The expected improvement in photoelectric conversion efficiency was confirmed. In particular, in the samples 2 to 6 in which the content of the metal containing zinc with respect to aluminum in the first electrode 8a is 0.5 to 10 atomic%, the effect of reducing the increase in electric resistance of the first electrode 8a is high, and photoelectric conversion is performed. The efficiency could be improved.
また、第１電極８ａに亜鉛が実質的に含まれていないが、第２電極８ｂに亜鉛が含まれている試料９、１０は、第１電極８ａに同程度の量の亜鉛が含まれている試料４、５と比較すると、光電変換効率の向上がみられなかった。 Further, in the samples 9 and 10 in which the first electrode 8a does not substantially contain zinc but the second electrode 8b contains zinc, the first electrode 8a contains the same amount of zinc. As compared with Samples 4 and 5, the photoelectric conversion efficiency was not improved.
さらに、第１電極８ａに亜鉛が含まれており、第２電極８ｂのアルミニウムに対する亜鉛の含有量が０．５〜１０原子％の試料１２〜１５では、試料４〜６と同様に光電変換効率が高くなった。このように、亜鉛の含有量を上記範囲にすることによって、第２電極８
ｂの電気抵抗の増大を低減できた。
Furthermore, in the samples 12 to 15 in which the first electrode 8a contains zinc and the zinc content with respect to aluminum in the second electrode 8b is 0.5 to 10 atomic%, the photoelectric conversion efficiency is the same as in the samples 4 to 6. Became high. Thus, by making zinc content into the said range, the 2nd electrode 8
The increase in the electrical resistance of b could be reduced.
１ ：基板（半導体基板）
１ａ：第１主面（表主面）
１ｂ：第２主面（裏主面）
２ ：第１半導体層（ｐ型半導体層）
３ ：第２半導体層（ｎ型半導体層）
４ ：パッシベーション膜
５ ：反射防止層
７ ：表面電極
７ａ：バスバー電極
７ｂ：フィンガー電極
７ｃ：サブフィンガー電極
８ ：裏面電極
８ａ：第１電極
８ｂ：第２電極
８ｃ：第３電極
１０ ：太陽電池素子
１０ａ：第１主面（表主面）
１０ｂ：第２主面（裏主面）
１１ ：第１酸化シリコン膜
１２ ：第２酸化シリコン膜
１３ ：ＢＳＦ層
１６ ：第１ペースト
１７ ：第２ペースト
１８ ：第３ペースト
１９ ：第４ペースト
1: Substrate (semiconductor substrate)
1a: First main surface (front main surface)
1b: Second main surface (back main surface)
2: First semiconductor layer (p-type semiconductor layer)
3: Second semiconductor layer (n-type semiconductor layer)
4: Passivation film 5: Antireflection layer 7: Front electrode 7a: Bus bar electrode 7b: Finger electrode 7c: Sub finger electrode 8: Back electrode 8a: First electrode 8b: Second electrode 8c: Third electrode 10: Solar cell element 10a: 1st main surface (front main surface)
10b: 2nd main surface (back main surface)
11: first silicon oxide film 12: second silicon oxide film 13: BSF layer 16: first paste 17: second paste 18: third paste 19: fourth paste
Claims (6)
該半導体基板の前記裏主面に配置されているパッシベーション膜と、
該パッシベーション膜を多数箇所で貫通した状態で前記半導体基板に接している、亜鉛およびアルミニウムを導電成分として有する第１電極と、
前記パッシベーション膜および前記第１電極のそれぞれを覆っているとともに、前記第１電極に接している第２電極と、
を備えている、太陽電池素子。 A semiconductor substrate having a front main surface and a back main surface located on the opposite side of the front main surface;
A passivation film disposed on the back main surface of the semiconductor substrate;
A first electrode having zinc and aluminum as conductive components, which is in contact with the semiconductor substrate in a state of penetrating the passivation film at a number of locations;
A second electrode covering each of the passivation film and the first electrode and in contact with the first electrode;
A solar cell element.
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