JP2017050402A - 太陽電池セル及び太陽電池セルの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 凹凸部と平坦部を形成した半導体基板上に酸化シリコン膜を形成し、酸化シリコン膜の上からドーパントの拡散処理を行う。この時、凹凸部はドーパントの拡散が進みやすいため高濃度不純物拡散層が形成されるが、平坦部はドーパントの拡散が進みにくいため低濃度不純物拡散層が形成される。これにより、電極とシリコン基板の界面には高濃度の不純物拡散層及び凹凸が形成されるため、接触抵抗は低く接着強度は高くなり、一方で電極が接しない不純物拡散層の界面準位密度は低くすることができる。
【選択図】図4
Description
半導体基板201を用意する(図3(a))。この半導体基板は、単結晶または多結晶シリコンなどからなり、p型、n型いずれでもよいが、ボロンなどのp型の半導体不純物を含み、比抵抗は0.1〜4.0Ω・cmのp型シリコン基板が用いられることが多い。以下、p型シリコン基板を用いた太陽電池セル製造方法を例にとって説明する。大きさは100〜150 mm角、厚みは0.05〜0.30mmの板状のものが好適に用いられる。基板201を、例えば酸性溶液中に浸漬してスライスなどによる表面のダメージを除去してから、さらに水酸化カリウム水溶液などのアルカリ溶液で化学エッチングして洗浄、乾燥することで、テクスチャとよばれる凹凸構造を基板の両面に形成する(図3(b))。凹凸構造は、太陽電池セル受光面において光の多重反射を生じさせる。そのため、凹凸構造を形成することにより、実効的に反射率が低減し、変換効率が向上する。
まず、ボロンがドープされ、厚さ0.2mmにスライスして作製された比抵抗が約1Ω・cmのp型の単結晶シリコンからなるp型シリコン基板に外径加工を行うことによって、一辺15cmの正方形の板状とした。そして、この基板をフッ硝酸溶液中に15秒間浸漬させてダメージエッチし、さらに2%のKOHと2%のIPAを含む70℃の溶液で5分間化学エッチングした後に純水で洗浄し、乾燥させることで、基板の両面にテクスチャ構造を形成した。
比較例1と同様の方法で基板の両面にテクスチャ構造を形成した。そして、テクスチャ形成済み基板の裏面に対して、シリコンエッチングペーストを部分的にスクリーン印刷して、100℃の温度で加熱して乾燥させることで、裏面の一部の凹凸を除去して平坦化した。ここで、シリコンエッチングペーストとしては、メルク社製isishapeペーストを用いた。この基板を、2%のKOHと2%のIPAを含む70℃の溶液で5分間化学エッチングした後に純水で洗浄し、乾燥させた。これにより、基板の受光面全面にはテクスチャ構造を、裏面には一部にテクスチャ構造(凹凸部)を、一部には平坦部を形成した。
比較例2と同様の方法で凹凸部と平坦部を形成済みの基板を準備した。そして凹凸部と平坦部を形成済みの基板を、酸素雰囲気中において、1000℃の温度で120分間の条件で熱酸化することにより、基板の両面に酸化シリコン膜を厚さ700 Åで形成した。その酸化シリコン膜形成済み基板の裏面に対して、BBr3ガス雰囲気中において、1100℃の温度で50分間の条件で熱拡散処理を行うことにより、基板裏面の凹凸部に高濃度BSF層としての高濃度p型拡散層とガラス層を、平坦部に低濃度BSF層としての低濃度p型拡散層とガラス層を、それぞれ形成した。ここで用意した基板裏面の凹凸部のシート抵抗は、約30Ω/□、ボロン濃度の最大値は1×1020atoms/cm3、p層の拡散深さは1.3μmであり、基板裏面の平坦部のシート抵抗は、約100Ω/□、ボロン濃度の最大値は6×1019atoms/cm3、p層の拡散深さは0.6μmであった。その後、基板を、25%のフッ酸水溶液に浸漬した後、純水で洗浄し、乾燥させることで、ガラス層及び酸化シリコン膜を除去した。
比較例2と同様の方法で凹凸部と平坦部を形成済みの基板を準備した。そして、上記凹凸部と平坦部を形成済みの基板を、酸素雰囲気中において、1000℃の温度で120分間の条件で熱酸化することにより、基板の両面に酸化シリコン膜を厚さ700 Åで形成した。その酸化シリコン膜形成済み基板の裏面に対して、5wt%のホウ酸含有水溶液をスピン塗布し、100℃の温度で加熱して乾燥させることで、裏面の凹凸部及び平坦部の酸化シリコン膜の上にホウ素を付着させた。その後、基板を1100℃の温度で50分間の条件で熱拡散処理を行うことにより、基板裏面の凹凸部に高濃度BSF層としての高濃度p型拡散層とガラス層を、平坦部に低濃度BSF層としての低濃度p型拡散層とガラス層を、それぞれ形成した。ここで用意した基板裏面の凹凸部のシート抵抗は、約30Ω/□、ボロン濃度の最大値は1×1020atoms/cm3、p層の拡散深さは1.3μmであり、基板裏面の平坦部のシート抵抗は、約100Ω/□、ボロン濃度の最大値は6×1019atoms/cm3、p層の拡散深さは0.6μmであった。その後、基板を、25%のフッ酸水溶液に浸漬した後、純水で洗浄し、乾燥させることで、ガラス層及び酸化シリコン膜を除去した。
まず、リンがドープされ、厚さ0.2mmにスライスして作製された比抵抗が約2Ω・cmのn型の単結晶シリコンからなるn型シリコン基板401に外径加工を行うことによって、一辺15cmの正方形の板状とした(図7(a))。そして、この基板401をフッ硝酸溶液中に15秒間浸漬させてダメージエッチし、さらに2%のKOHと2%のIPAを含む70℃の溶液で5分間化学エッチングした後に純水で洗浄し、乾燥させることで、基板の両面にテクスチャ構造を形成した(図7(b))。
比較例3と同様の方法(図7(a)及び(b)で基板501の両面にテクスチャ構造を形成した。そして、上記テクスチャ形成済み基板501の裏面に対して、シリコンエッチングペーストを部分的にスクリーン印刷して、100℃の温度で加熱して乾燥させることで、裏面の一部凹凸を除去して平坦化した(図8(a))。ここで、シリコンエッチングペーストとしては、メルク社製isishapeペーストを用いた。この基板を純水で洗浄し、乾燥させた後、酸素雰囲気中において、1000℃の温度で120分間の条件で熱酸化することにより、基板の両面に酸化シリコン膜511を厚さ700 Åで形成した(図8(b))。その酸化シリコン膜形成済み基板の裏面に対して、5wt%のホウ酸含有水溶液をスピン塗布し、100℃の温度で加熱して乾燥させることで、裏面の凹凸部及び平坦部の酸化シリコン膜の上にホウ素を付着させた。その後、基板501を1100℃の温度で50分間の条件で熱拡散処理を行うことにより、基板裏面の凹凸部に高濃度BSF層としての高濃度p型拡散層508とガラス層を、平坦部に低濃度BSF層としての低濃度p型拡散層504とガラス層を、それぞれ形成した(図8(c))。ここで用意した基板裏面の凹凸部のシート抵抗は、約30Ω/□、ボロン濃度の最大値は1×1020atoms/cm3、p層の拡散深さは1.3μmであり、基板裏面の平坦部のシート抵抗は、約100Ω/□、ボロン濃度の最大値は6×1019atoms/cm3、p層の拡散深さは0.6μmであった。その基板の裏面の平坦部に対して、シリコンエッチングペーストを部分的にスクリーン印刷して、100℃の温度で加熱して乾燥させることで、裏面の一部の酸化シリコン膜511及びp型拡散層504及びガラス層を除去した(図8(d))。ここで、シリコンエッチングペーストとしては、メルク社製isishapeペーストを用いた。この基板を純水で洗浄し、乾燥させた後、POCl3ガス雰囲気中において、950℃の温度で60分間の条件で熱拡散処理を行うことにより、前記の酸化シリコン膜及びp型拡散層及びガラス層除去箇所に、n型拡散層502とガラス層を形成した(図8(e))。ここで形成したn型拡散層502のシート抵抗は約30Ω/□、リン濃度の最大値は1.2×1020atoms/cm3、n層の拡散深さは0.8μmであった。その後、基板を25%のフッ酸水溶液に浸漬した後、純水で洗浄し、乾燥させることで、ガラス層及び酸化シリコン膜511を除去した(図8(f))。
102,202,302,402,502 エミッタ層
103,203,206,303,306 反射防止膜兼パッシベーション膜
104,204,404 BSF層
304,504 低濃度BSF層
308,508 高濃度BSF層
105,106,205,207,305,307 電極
Claims (7)
- 半導体基板を用いた拡散層及び電極を有する太陽電池セルであって、
前記半導体基板は、第一の主表面に凹凸部と平坦部をそれぞれ有しており、
前記凹凸部には、第一の不純物拡散層が形成されており、
前記平坦部には前記第一の不純物拡散層と導電型が同じで不純物表面濃度が前記第一の不純物拡散層の不純物表面濃度より低い第二の不純物拡散層が形成されており、
少なくとも前記凹凸部上に電極を有することを特徴とする、太陽電池セル。 - 前記第一の不純物拡散層の不純物濃度の最大値が1×1018atoms/cm3以上5×1020atoms/cm3以下であり、前記第二の不純物拡散層の不純物濃度の最大値が1×1015atoms/cm3以上2×1020atoms/cm3以下であることを特徴とする、請求項1に記載の太陽電池セル。
- 前記第一の不純物拡散層及び前記第二の不純物拡散層を形成する不純物がホウ素であることを特徴とする、請求項1または請求項2に記載の太陽電池セル。
- 半導体基板の第一の主表面に、凹凸部と平坦部をそれぞれ有する太陽電池セルの製造方法にであって、
前記凹凸部と前記平坦部上に酸化シリコン膜を形成する工程と、
前記酸化シリコン膜の上から不純物拡散を行うことで、前記凹凸部には第一の不純物拡散層を形成し、前記平坦部には前記第一の不純物拡散層と導電型が同じで不純物表面濃度が前記第一の不純物拡散層の不純物表面濃度より低い第二の不純物拡散層を形成する工程と、
を備えることを特徴とする、太陽電池セルの製造方法。 - 前記酸化シリコン膜の膜厚が20nm以上300nm以下であることを特徴とする、請求項4に記載の太陽電池セルの製造方法。
- 前記不純物拡散が、前記酸化シリコン膜の上に不純物含有溶液を塗布してから熱処理することによってなることを特徴とする、請求項4または請求項5に記載の太陽電池セルの製造方法。
- 前記酸化シリコン膜の上からホウ素含有材料を塗布してから熱処理することを特徴とする、請求項4から請求項6のいずれか一項に記載の太陽電池セルの製造方法。
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