JP4237435B2

JP4237435B2 - 太陽電池の製造方法および太陽電池

Info

Publication number: JP4237435B2
Application number: JP2001366274A
Authority: JP
Inventors: 量二南方; 義之北條
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2001-11-30
Filing date: 2001-11-30
Publication date: 2009-03-11
Anticipated expiration: 2021-11-30
Also published as: JP2003168809A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、単結晶または多結晶のシリコン基板を用いた太陽電池の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の、単結晶または多結晶のシリコン基板を用いた太陽電池の製造方法の一例を以下に示す。ｐ型シリコン基板の表面にｎ型不純物を拡散して、ｎ型領域を形成し、ｐｎ接合を形成する。その後、受光面となるｎ型領域上にパッシベーション膜および反射防止膜を形成した後、表面電極を形成する。さらに受光面と反対側の面には、高濃度のｐ型不純物の拡散領域であるｐ＋層を形成し、ｐ＋層下に裏面電極を形成することによって、太陽電池が形成される。
上記の工程において、太陽電池の高効率化を図るための手法として、受光面側の少数キャリアの再結合を低下させるパッシベーション膜の成膜、ならびに、太陽光の反射量を抑える反射防止膜の成膜、は非常に重要である。
【０００３】
例えば、ＡｐｐｌｉｅｄＰｈｙｓｉｃｓＬｅｔｔｅｒｓ、Ｖｏｌ．６２、Ｎｏ．１１、ｐ．１２８０〜１２８２（１９９３）では、ｐｎ接合を有するシリコン基板の受光面側にパッシベーション膜として酸化シリコン膜を成膜し、その上に反射防止膜としてフッ化マグネシウムと硫化亜鉛のような比較的屈折率の高い材料で二層膜を成膜し、シリコン太陽電池の高効率化を図っている。なお、酸化シリコン膜は、シリコン基板を酸素雰囲気中９００℃で加熱する熱酸化法で形成され、反射防止膜は真空蒸着法で形成されている。
また、特開昭５８−２３４８６号公報では、パッシベーション膜が省略され、反射防止膜として、酸化タンタル膜または酸化ニオブ膜が使用されている。また、これらの酸化膜は、前駆体をスピン法、スプレー法またはディップ法でシリコン基板表面に塗布後、焼成することで形成している。
また、特開昭５８−２２０４７７号公報では、ｐｎ接合を有するシリコン基板の受光面側に窒化シリコン膜をＰ−ＣＶＤ法で成膜することにより、パッシベーションと反射防止の両方の効果が得られることが開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
例えば、ＡｐｐｌｉｅｄＰｈｙｓｉｃｓＬｅｔｔｅｒｓ、Ｖｏｌ．６２、Ｎｏ．１１、ｐ．１２８０〜１２８２（１９９３）に開示されている方法では、パッシベーション膜の成膜と反射防止膜の成膜が必要であり、装置が複数必要となる。また、酸化シリコン膜の形成に使用されている熱酸化法では高温プロセスを通るため、不鈍物の再拡散によりｐｎ接合が影響され、太陽電池の効率が低下する、あるいは、シリコン基板と酸化シリコン膜の界面に大きな応力がかかるという問題が発生する。
また、特開昭５８−２３４８６号公報に記載されている方法では、酸化タンタル膜または酸化ニオブ膜は高い反射防止効果を有しているが、パッシベーション効果がないため、シリコン基板表面でキャリアの再結合が発生し、太陽電池の効率が低下する。また、スピン法を用いる場合は、材料の利用効率が低く、その多くが無駄になる。
また、特開昭５８−２２０４７７号公報に記載されている方法では、窒化シリコン膜は反射防止とパッシベーションの両方の効果を有しているが、窒化シリコン膜を成膜する際に用いられるＰ−ＣＶＤ法では真空装置やガス処理装置を必要とするため、設備費用が高価であり、タクトタイムが長くなる問題がある。
さらにまた、上記のいずれの方法においても、シリコン基板の受光面全体に成膜されてしまうため、受光面側の電極を形成する際に、フォトリソ工程等が必要となるので、これらの装置が必要になり、工程が多岐にわたる問題がある。
本発明の目的は、これらの問題を克服することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、第１の態様において、（１）ｐｎ接合を有するシリコン基板の受光面側にシリコン化合物材料を塗布、乾燥、焼成して酸化シリコン膜を形成する工程と、該酸化シリコン膜を窒化する工程を含むことを特徴とする太陽電池の製造方法を提供する。これにより、低温で、かつ安価な装置で、パッシベーション効果と反射防止効果を同時に満たす膜を形成することができる。
【０００６】
本発明は、第２の態様において、（２）前記シリコン化合物材料の塗布方法として、インクジェット方式を用いることを特徴とする前記（１）記載の太陽電池の製造方法を提供する。これにより、電極形成のためのパターニングが不要となる。
【０００７】
本発明は、第３の態様において、（３）前記シリコン化合物材料がＳｉ−ＯＲ(Ｒ＝Ｃ_ｎＨ_ｍ、ｎ、ｍ＝１、２、‥・・・)またはＳｉ−ＯＨを有するシラノール化合物を含むことを特徴とする前記（１）または（２）記載の太陽電池の製造方法を提供する。これにより、低温プロセスが可能となる。
【０００８】
本発明は、第４の態様において、（４）前記酸化シリコン膜の膜厚を６００Å以上１５００Å以下とすることを特徴とする前記（１）または（３）記載の太陽電池の製造方法を提供する。これにより、好適な反射防止効果が奏される。
【０００９】
本発明は、第５の態様において、（５）前記シリコン化合物材料の焼成温度を５００℃以上９００℃以下とすることを特徴とする前記（１）ないし（４）記載の太陽電池の製造方法を提供する。これにより、従来のような高温プロセスが回避される。
【００１０】
本発明は、第６の態様において、（６）前記シリコン化合物材料の焼成温度を６００℃以上８００℃以下とすることを特徴とする前記（５）記載の太陽電池の製造方法を提供する。これにより、不純物の再拡散や、シリコン基板と酸化シリコン膜の界面へ大きな応力がかかるという問題が解消される。
【００１１】
本発明は、第７の態様において、（７）前記（１）ないし（６）のいずれかに記載の製造工程を経て得られた太陽電池を提供する。かかる太陽電池はパッシベーション効果および反射防止効果を兼ね備える。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の実施例に基づいた工程図を図１に示す。ｐ型のシリコン基板１１の受光面側にリン等の不純物を拡散させてｎ層１２を形成し、ｐｎ接合を形成する(図１(ａ))。この場合、ｎ型のシリコン基板を用い、ホウ素等の不純物を拡散させてｐ層を形成することによりｐｎ接合を形成してもよい。また、シリコン基板は単結晶シリコン基板または多結晶シリコン基板のいずれを用いてもよい。
その後、受光面側にシリコン化合物材料１３を塗布する（図１（ｂ））。塗布方法はスピン法、スプレー法、ディップ法など様々の方法が適用可能であるが、インクジェット方式を用いれば、直接パターン形成が可能となり、後述する電極形成のためのパターニング工程が不要となる。シリコン化合物材料１３としては、Ｓｉ−ＯＲまたはＳｉ−ＯＨを有するシラノール化合物とエタノール等の有機溶剤との混合物が用いられ、さらに酢酸エチル等を混合してもよい。ここに、Ｒは炭化水素基Ｃ_ｎＨ_ｍ（ｎ、ｍ＝１、２、３・・・）を示す。通常Ｒとしてはメチル基（ＣＨ_３）が使用される場合が多い。シリコン化合物材料１３を塗布後、乾燥、焼成を行い、酸化シリコン膜１４を形成する。乾燥は大気中で８０℃から２００℃の任意の温度で行い、８０℃次いで２００℃などのように多段階に行ってもよい。また、焼成は大気中または窒素雰囲気中５００℃以上９００℃以下で行い、シリコン化合物材料１３を酸化シリコン膜１４にする。
【００１３】
本実施例で用いたシリコン化合物材料をｐ型単結晶シリコン基板に塗布、乾燥、焼成した時の、少数キャリアのライフタイムの変化を図２に示す。ライフタイムは焼成温度６００℃から顕著に大きくなり、熱酸化法による酸化シリコン膜と同等のパッシベーション効果を得られることが分かる。焼成温度が高いほど、膜の緻密化が進み、パッシベーション性は向上するが、一方、熱酸化法の場合と同様に、不純物の再拡散や、シリコン基板と酸化シリコン膜の界面に大きな応力がかかるという問題が発生するため、焼成温度は８００℃以下が望ましい。従って、６００℃以上８００℃以下で焼成することが望ましい。
酸化シリコン膜の膜厚は、反射防止効果を得るためには太陽光強度の強い４００ｎｍ〜７００ｎｍで反射率を小さくするのが適当であり、このために、酸化シリコン膜の膜厚は６００Å以上１５００Å以下が望ましい。
【００１４】
しかしながら、住宅用太陽電池のように、シリコン基板上にガラスやＥＶＡシートを装着し、モジュール化して使用する場合には、酸化シリコン膜とガラスやＥＶＡシートの屈折率がほぼ同一となるために、酸化シリコン膜の反射防止膜としての効果が著しく低減する。そこで、上記の通り酸化シリコン膜１４を形成した後、窒素ラジカル中で酸化シリコン膜１４を窒化し、酸窒化シリコン膜１５を形成する。窒素ラジカルの発生方法としては、窒素ガスまたは窒素原子を含むガスを高周波またはマイクロ波でプラズマ化する方法や、光で励起する方法等が利用できる。窒素雰囲気中で熱処理することにより窒化することも可能であるが、熱酸化法と同様に高温による悪影響が予想されることから、望ましくない。
【００１５】
上記の方法では、シリコン化合物材料を塗布、乾燥、焼成して酸化シリコン膜を形成した後に窒化を行ったが、焼成と窒化を同時に行うことも可能であり、プロセスを短縮することができる。また、窒素ラジカル発生時に水素ガスまたは水素原子を含むガスを添加することにより、窒化処理時にパッシベーション効果を追加することも可能である。このように、酸化シリコン膜を窒化することにより、屈折率を酸化シリコン膜の１．４から窒化シリコン膜の２．０程度に増加することができ、モジュール化しても、反射防止膜としての機能を十分発揮することが可能となる。
【００１６】
その後、フォトリソ工程などを用いて酸窒化シリコン膜１５のパターニングを行い、表面電極１６を形成する（図１（ｃ））。さらに、受光面側と反対側のｐ型のシリコン基板表面にｐ＋層１７を形成した後、裏面電極１８を形成し、太陽電池となる（図１（ｄ））。表面電極材料と形成条件を選択すれば、酸窒化シリコン膜をパターニングすること無くファイヤスルー法により、直接表面電極を形成することも可能である。
また、本実施例では、酸窒化シリコン膜を形成した後に表面電極、裏面電極を形成したが、上記のような酸窒化シリコン膜を形成する工程を含んでいれば工程の順序は不問であり、例えば、裏面電極を形成した後に酸窒化シリコン膜を形成してもよい。
【００１７】
【発明の効果】
本発明によると、従来の熱酸化法に比べ、低温で安価に、かつ工程を簡略化して、パッシベーション効果および反射防止効果を同時に満足する膜を形成することが可能となった。また、シリコン化合物材料の塗布にインクジェット法を用いることにより膜材料の利用効率を向上し、装置および工程の簡略化が可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による実施例に基づく太陽電池および工程の図である。
【図２】本発明で用いたシリコン化合物材料を塗布した場合のライフタイムの焼成温度依存性を示す概略図である。
【符号の説明】
１１ｐ型シリコン基板
１２ｎ層
１３シリコン化合物材料
１４酸化シリコン膜
１５酸窒化シリコン膜
１６表面電極
１７ｐ＋層
１８裏面電極

Claims

ｐｎ接合を有するシリコン基板の受光面側に、Ｓｉ−ＯＲ(Ｒ＝Ｃ_ｎＨ_ｍ、ｎ、ｍ＝１、２、‥‥‥)またはＳｉ−ＯＨを有するシラノール化合物を含むシリコン化合物材料を塗布、乾燥、焼成して酸化シリコン膜を形成する工程と、該酸化シリコン膜を、窒素ラジカル中で窒化して、酸窒化シリコン膜を形成する工程を含むことを特徴とする太陽電池の製造方法。
前記シリコン化合物材料の塗布方法として、インクジェット方式を用いることを特徴とする請求項１記載の太陽電池の製造方法。
前記酸化シリコン膜の膜厚を６００Å以上１５００Å以下とすることを特徴とする請求項１記載の太陽電池の製造方法。
前記シリコン化合物材料の焼成温度を５００℃以上９００℃以下とすることを特徴とする請求項１記載の太陽電池の製造方法。
前記シリコン化合物材料の焼成温度を６００℃以上８００℃以下とすることを特徴とする請求項４記載の太陽電池の製造方法。