JP4842191B2 - Method for manufacturing solar battery cell - Google Patents
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Description
本発明は、太陽電池セルの製造方法に関し、特に結晶系シリコン太陽電池セルの製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a solar cell, and more particularly to a method for manufacturing a crystalline silicon solar cell.
太陽光発電装置は、照射される太陽光を受光することによって、光エネルギーを直接電力に変換する装置である。太陽光発電装置は、発電時に二酸化炭素などを発生することなく、他の発電装置に比べて周囲の環境への影響が少ないクリーンな発電装置である。そのため環境問題の意識の高まりとともに、公共建築物だけでなく、一般家屋にも設置されている。太陽光発電装置は、太陽電池モジュールが組合されて構成される。また太陽光発電装置に用いられる太陽電池モジュールは、太陽電池セルが組合されて構成される。 A solar power generation device is a device that directly converts light energy into electric power by receiving irradiated sunlight. A solar power generation device is a clean power generation device that does not generate carbon dioxide during power generation and has less influence on the surrounding environment than other power generation devices. For this reason, it has been installed not only in public buildings but also in ordinary houses as the awareness of environmental issues increases. The solar power generation device is configured by combining solar cell modules. Moreover, the solar cell module used for a solar power generation device is comprised combining a photovoltaic cell.
図１１は、従来技術による太陽電池セル９０の製造方法に基づく製造工程における各段階の生成物を示す断面図である。図１２は、従来技術による太陽電池セル９０の製造方法を説明する図である。図１３は、従来技術による太陽電池セル９０の製造手順を示すフローチャートである。まずステップｃ０では、半導体基板である多結晶シリコン基板を準備する。多結晶シリコン基板には、Ｐ型の極性を与えるホウ素などの３族元素からなる不純物がドーピングされている。このような多結晶シリコン基板を準備してステップｃ１に進み、太陽電池セル９０の製造を開始する。
FIG. 11 is a cross-sectional view showing products at each stage in the manufacturing process based on the manufacturing method of the
ステップｃ１では、多結晶シリコン基板からスライスダメージ層を除去する。図１１（ａ）には、スライスダメージ層が除去された後の多結晶シリコン基板１１を示す。スライスダメージ層は、エッチング処理によって除去される。次にステップｃ２では、スライスダメージ層が除去された後の多結晶シリコン基板１１の一表面１１ａに、ＰＮ接合の形成に必要なリンなどの５族元素を含む液体を塗布する。
In step c1, the slice damage layer is removed from the polycrystalline silicon substrate. FIG. 11A shows the
次にステップｃ３では、前記液膜が形成された後の多結晶シリコン基板に対して熱処理を行う。この熱処理によって、多結晶シリコン基板には、ＰＮ接合の形成に必要な物質であるリンが不純物として拡散されて導入され、これによってＰＮ接合が形成される。図１１（ｂ）には、前記ＰＮ接合が形成された後の多結晶シリコン基板５１を示す。前記ＰＮ接合が形成された後の多結晶シリコン基板５１は、ＰＮ接合の形成に必要な物質が拡散されていない非拡散層１３と、ＰＮ接合の形成に必要な物質が拡散されている拡散層１４とを含む。
Next, in step c3, heat treatment is performed on the polycrystalline silicon substrate on which the liquid film has been formed. By this heat treatment, phosphorus, which is a material necessary for forming the PN junction, is diffused and introduced into the polycrystalline silicon substrate as an impurity, thereby forming the PN junction. FIG. 11B shows the
次にステップｃ４では、拡散層１４の一表面１４ａに、反射防止膜である窒化シリコン膜５５をプラズマＣＶＤ法によって形成する。図１１（ｃ）には、前記反射防止膜５５が形成された後の多結晶シリコン基板５２を示す。次にステップｃ５では、反射防止膜５５が形成された後の多結晶シリコン基板５２の両面５２ａ，５２ｂに、ペースト状の電極前駆体１８，１９を、スクリーン印刷法によってそれぞれ形成する。図１１（ｄ）には、各電極前駆体１８，１９が形成された後の多結晶シリコン基板９１を示す。
Next, in step c4, a
次にステップｃ６では、各電極前駆体１８，１９が形成された後の多結晶シリコン基板９１に対して熱処理を行う。この熱処理によって、各電極前駆体１８，１９が焼成され、これによって各電極２３，２４がそれぞれ形成される。このようにして、図１１（ｅ）に示すような太陽電池セル９０が完成し、ステップｃ７で太陽電池セル９０の製造を完了する。
Next, in step c6, a heat treatment is performed on the
特許文献１では、半導体基板の受光面に、反射防止膜として塗布法によって酸化チタン膜を形成した太陽電池セルの製造方法が開示されている。また特許文献２では、半導体基板の受光面に、反射防止膜としてプラズマＣＶＤ法によって窒化シリコン膜を形成した太陽電池セルの製造方法が開示されている。前記特許文献２に開示される方法では、シラン（ＳｉＨ４）ガスとアンモニア（ＮＨ３）ガスとをプラズマＣＶＤ法でプラズマ分解し、窒化シリコン膜からなる反射防止膜を半導体基板に形成する。それと同時にシラン（ＳｉＨ４）ガスおよびアンモニア（ＮＨ３）ガスから分解した水素が、半導体基板中に拡散され、半導体基板中の結晶欠陥および結晶粒界を水素終端化する。 Patent Document 1 discloses a method for manufacturing a solar battery cell in which a titanium oxide film is formed as a reflection preventing film on a light receiving surface of a semiconductor substrate by a coating method. Patent Document 2 discloses a method for manufacturing a solar battery cell in which a silicon nitride film is formed as a reflection preventing film on a light receiving surface of a semiconductor substrate by a plasma CVD method. In the method disclosed in Patent Document 2, silane (SiH 4 ) gas and ammonia (NH 3 ) gas are plasma-decomposed by plasma CVD to form an antireflection film made of a silicon nitride film on a semiconductor substrate. At the same time, hydrogen decomposed from the silane (SiH 4 ) gas and the ammonia (NH 3 ) gas is diffused into the semiconductor substrate, and crystal defects and grain boundaries in the semiconductor substrate are terminated with hydrogen.
特許文献３では、半導体基板に水素プラズマを暴露することによって、原子状水素を半導体基板中に導入し、半導体基板中の結晶欠陥および結晶粒界を水素終端化する方法が開示されている。前記特許文献３に開示される方法を用いて、半導体基板中に存在する結晶欠陥および結晶粒界を水素終端化して太陽電池セルを製造する場合、水素終端化した水素の加熱による脱離を防ぐため、高温熱処理によって電極形成することができない。そのため非特許文献１では、フォトリソグラフィー法による電極形成方法が開示されている。 Patent Document 3 discloses a method in which atomic hydrogen is introduced into a semiconductor substrate by exposing the semiconductor substrate to hydrogen plasma, and crystal defects and grain boundaries in the semiconductor substrate are hydrogen-terminated. When a solar cell is manufactured by hydrogen-terminating crystal defects and crystal grain boundaries existing in a semiconductor substrate using the method disclosed in Patent Document 3, desorption due to heating of hydrogen-terminated hydrogen is prevented. Therefore, an electrode cannot be formed by high-temperature heat treatment. Therefore, Non-Patent Document 1 discloses an electrode forming method by a photolithography method.
特許文献１に開示される方法のように、反射防止膜として塗布法によって酸化チタン膜を半導体基板に形成させた場合、半導体基板中に存在する結晶欠陥および結晶粒界を水素終端化する効果がない。特許文献２に開示される方法のように、反射防止膜としてプラズマＣＶＤ法によって窒化シリコン膜を形成させた場合、半導体基板中に存在する結晶欠陥および結晶粒界を水素終端化することができるが、その水素終端化効果は十分であるとは言えない。 When a titanium oxide film is formed on a semiconductor substrate by a coating method as an antireflection film as in the method disclosed in Patent Document 1, the effect of hydrogen termination of crystal defects and crystal grain boundaries existing in the semiconductor substrate is obtained. Absent. When a silicon nitride film is formed by plasma CVD as an antireflection film as in the method disclosed in Patent Document 2, crystal defects and crystal grain boundaries existing in the semiconductor substrate can be hydrogen-terminated. The hydrogen termination effect is not sufficient.
したがって本発明の目的は、半導体基板中に存在する結晶欠陥および結晶粒界を効率よく水素終端化し、光電変換効率などの太陽電池セルに求められる特性を向上させることが可能な太陽電池セルの製造方法を提供することである。 Accordingly, an object of the present invention is to produce a solar cell capable of efficiently hydrogen-terminating crystal defects and crystal grain boundaries existing in a semiconductor substrate and improving characteristics required for the solar cell such as photoelectric conversion efficiency. Is to provide a method.
本発明は、半導体基板にＰＮ接合を形成し、
半導体基板の受光面となる面に対して反対側となる面に裏面電界層を形成し、
前記ＰＮ接合および前記裏面電界層がそれぞれ形成された後の半導体基板の前記裏面電界層上に水素化アモルファスシリコン膜を形成し、
熱処理によって前記水素化アモルファスシリコン膜を結晶化させることを特徴とする太陽電池セルの製造方法である。
The present invention forms a PN junction on a semiconductor substrate,
Forming a back surface electric field layer on the surface opposite to the light receiving surface of the semiconductor substrate;
Forming a hydrogenated amorphous silicon film on the back surface field layer of the semiconductor substrate after each of the PN junction and the back surface field layer is formed;
A method for manufacturing a solar battery cell comprising crystallizing the hydrogenated amorphous silicon film by heat treatment.
また本発明は、前記水素化アモルファスシリコン膜の水素含有量は、３ａｔ．％以上２０ａｔ．％以下の範囲に選ばれることを特徴とする。 According to the present invention, the hydrogen content of the hydrogenated amorphous silicon film is 3 at. % Or more and 20 at. % Or less is selected.
また本発明は、前記水素化アモルファスシリコン膜を形成した後、前記熱処理の前に、前記水素化アモルファスシリコン膜が形成された後の半導体基板にペースト状の電極前駆体を形成し、
前記熱処理によって、前記水素化アモルファスシリコン膜を結晶化させるとともに、前記電極前駆体を焼成して電極を形成することを特徴とする。
According to the present invention, after the hydrogenated amorphous silicon film is formed and before the heat treatment, a paste-like electrode precursor is formed on the semiconductor substrate after the hydrogenated amorphous silicon film is formed,
The hydrogenated amorphous silicon film is crystallized by the heat treatment, and the electrode precursor is baked to form an electrode.
また本発明は、前記水素化アモルファスシリコン膜を形成した後、前記熱処理の前に、前記水素化アモルファスシリコン膜が形成された後の半導体基板の両面にペースト状の電極前駆体をそれぞれ形成し、
前記熱処理によって、前記水素化アモルファスシリコン膜を結晶化させるとともに、前記両面に形成された各電極前駆体を焼成して前記両面に電極をそれぞれ形成することを特徴とする。
The present invention also includes forming a paste-like electrode precursor on both sides of the semiconductor substrate after the hydrogenated amorphous silicon film is formed, after forming the hydrogenated amorphous silicon film and before the heat treatment,
The hydrogenated amorphous silicon film is crystallized by the heat treatment, and the electrode precursors formed on the both surfaces are baked to form electrodes on the both surfaces, respectively.
また本発明は、半導体基板にＰＮ接合および裏面電界層を形成するにあたっては、前記半導体基板の一表面に、ＰＮ接合の形成に必要な物質および反射防止膜の形成に必要な物質を含む液体を塗布し、前記半導体基板の他表面に、裏面電界層の形成に必要な物質を含む液体を塗布して、それぞれの液体が塗布された後の半導体基板を加熱し、これによってＰＮ接合を形成するとともに反射防止膜および裏面電界層を形成することを特徴とする。 Further, according to the present invention, when forming the PN junction and the back surface electric field layer on the semiconductor substrate, a liquid containing a substance necessary for forming the PN junction and a substance necessary for forming the antireflection film is formed on one surface of the semiconductor substrate. Apply and apply a liquid containing a substance necessary for forming the back surface field layer to the other surface of the semiconductor substrate, and heat the semiconductor substrate after each liquid is applied, thereby forming a PN junction. In addition, an antireflection film and a back surface electric field layer are formed.
また本発明は、半導体基板が多結晶シリコン基板であることを特徴とする。 Or the present invention is characterized in that the semiconductor substrate is polycrystalline silicon substrate.
本発明によれば、ＰＮ接合および裏面電界層がそれぞれ形成された後の半導体基板の裏面電界層上に水素化アモルファスシリコン膜を形成する。そのあと熱処理によって水素化アモルファスシリコン膜を結晶化させる。このとき、水素化アモルファスシリコン膜から水素が脱離する。水素化アモルファスシリコン膜から脱離した水素は、ＰＮ接合および裏面電界層がそれぞれ形成された後の半導体基板に導入される。 According to the present invention, to form a hydrogenated amorphous silicon film on the PN junction and the back surface field layer is a back surface field layer on the semiconductor substrate after being formed. Thereafter, the hydrogenated amorphous silicon film is crystallized by heat treatment. At this time, hydrogen is desorbed from the hydrogenated amorphous silicon film. Hydrogen desorbed from the hydrogenated amorphous silicon film, PN junction and the back surface field layer is introduced into the semiconductor substrate after being formed.
ＰＮ接合および裏面電界層がそれぞれ形成された後の半導体基板に水素が導入されることによって、この半導体基板中に存在する結晶欠陥および結晶粒界が水素終端化される。結晶欠陥および結晶粒界は、キャリアの再結合中心となる。このような結晶欠陥および結晶粒界が水素終端化されるので、前記半導体基板は、品質が向上され、詳しくはキャリアの拡散長およびライフタイムが長くなる。したがって太陽電池セルに求められる特性、たとえば光電変換効率などを向上することができる。 By PN junction and the back surface field layer is introduced hydrogen into the semiconductor substrate after being formed respectively, crystal defects and grain boundaries present in the semiconductor substrate is hydrogen-terminated. Crystal defects and grain boundaries serve as carrier recombination centers. Since such crystal defects and crystal grain boundaries are hydrogen-terminated, the quality of the semiconductor substrate is improved, and in particular, the carrier diffusion length and lifetime are increased. Therefore, characteristics required for the solar battery cell, such as photoelectric conversion efficiency, can be improved.
また、水素化アモルファスシリコン膜は、ＰＮ接合および裏面電界層がそれぞれ形成された後の半導体基板の受光面に対して反対側となる面に形成された裏面電界層上に形成される。その理由は、反射防止膜として機能しない水素化アモルファスシリコンを受光面側に形成した場合、水素化アモルファスシリコン膜から水素が脱離して結晶化したシリコン層が不活性層（いわゆるデッドレイヤー）となって太陽光を吸収し発電層への光吸収を阻害するためである。また水素化アモルファスシリコン膜を半導体基板の受光面に対して反対側となる面に形成することによって、太陽電池の外観上の問題を引き起こさないための水素化アモルファスシリコン膜の均質かつ均一な膜厚にする形成条件を考えなくてよく、量産が容易となる。 Also, hydrogenated amorphous silicon film, Ru is formed in a PN junction and the back surface field layer is a back surface field layer formed on a surface on the opposite side with respect to the light-receiving surface of the semiconductor substrate after being formed. The reason is that when hydrogenated amorphous silicon that does not function as an antireflection film is formed on the light-receiving surface side, the silicon layer crystallized by desorption of hydrogen from the hydrogenated amorphous silicon film becomes an inactive layer (so-called dead layer). This is to absorb sunlight and inhibit light absorption into the power generation layer. In addition, by forming the hydrogenated amorphous silicon film on the surface opposite to the light receiving surface of the semiconductor substrate, the hydrogenated amorphous silicon film has a uniform and uniform thickness so as not to cause problems in the appearance of the solar cell. Therefore, it is not necessary to consider the forming conditions, and mass production becomes easy.
また本発明によれば、水素化アモルファスシリコン膜の水素含有量が、３ａｔ．％以上２０ａｔ．％以下の範囲で設定される。このように水素化アモルファスシリコン膜の水素含有量を設定することによって、半導体基板中に存在する結晶欠陥および結晶粒界が効率よく水素終端化される。水素化アモルファスシリコン膜の水素含有量が３ａｔ．％未満である場合、ダングリングボンドと呼ばれる欠陥が多くなり、水素化アモルファスシリコン膜の品質が低くなる。水素含有量が２０ａｔ．％を超える水素化アモルファスシリコン膜は、Ｓｉ−Ｓｉ結合のネットワークを形成することが困難となり膜の品質が低下する。 According to the present invention, the hydrogen content of the hydrogenated amorphous silicon film is 3 at. % Or more and 20 at. % Is set within the range. By setting the hydrogen content of the hydrogenated amorphous silicon film in this way, crystal defects and crystal grain boundaries existing in the semiconductor substrate are efficiently hydrogen-terminated. The hydrogen content of the hydrogenated amorphous silicon film is 3 at. If it is less than%, defects called dangling bonds increase, and the quality of the hydrogenated amorphous silicon film is lowered. The hydrogen content is 20 at. If the hydrogenated amorphous silicon film exceeds 1%, it is difficult to form a network of Si—Si bonds, and the quality of the film is deteriorated.
また本発明によれば、水素化アモルファスシリコン膜が形成された後の半導体基板にペースト状の電極前駆体を形成する。そのあと熱処理によって水素化アモルファスシリコン膜を結晶化させるとともに、電極前駆体を焼成して電極を形成する。これによって水素化アモルファスシリコン膜を結晶化させる工程が、ペースト状の電極前駆体を焼成して電極を形成する工程を兼ねる。そのため太陽電池セルの製造工程を簡略化することができ、生産効率を上げることができる。さらに電極の形成にあたって、フォトリソグラフィー法のような複雑な製造工程が必要なく、生産効率を向上することができる。 According to the present invention, the paste-like electrode precursor is formed on the semiconductor substrate after the hydrogenated amorphous silicon film is formed. Thereafter, the hydrogenated amorphous silicon film is crystallized by heat treatment, and the electrode precursor is baked to form an electrode. Thus, the step of crystallizing the hydrogenated amorphous silicon film also serves as the step of firing the paste-like electrode precursor to form the electrode. Therefore, the manufacturing process of a photovoltaic cell can be simplified and production efficiency can be raised. Further, when forming the electrode, a complicated manufacturing process like a photolithography method is not required, and the production efficiency can be improved.
また本発明によれば、水素化アモルファスシリコン膜が形成された後の半導体基板の両面にペースト状の電極前駆体をそれぞれ形成する。そのあと熱処理によって水素化アモルファスシリコン膜を結晶化させるとともに、前記両面に形成された各電極前駆体を焼成して電極をそれぞれ形成する。 According to the present invention, the pasty electrode precursors are formed on both sides of the semiconductor substrate after the hydrogenated amorphous silicon film is formed. Thereafter, the hydrogenated amorphous silicon film is crystallized by heat treatment, and the electrode precursors formed on both surfaces are fired to form electrodes.
したがって電極を形成するための熱処理を１回で済ませることができる。電極を形成するための熱処理を複数回、行う場合、１回目の熱処理で、半導体基板中に存在する結晶欠陥および結晶粒界が水素終端化されても、２回目以降の熱処理で、水素が脱離して結晶欠陥などが再発生してしまうという不具合が生じる。本発明では、電極を形成するための熱処理を１回で済ませることによって、前述のような不具合を回避することができる。 Therefore, the heat treatment for forming the electrode can be completed only once. When the heat treatment for forming the electrode is performed a plurality of times, even if crystal defects and crystal grain boundaries existing in the semiconductor substrate are hydrogen-terminated by the first heat treatment, hydrogen is removed by the second and subsequent heat treatments. There arises a problem that crystal defects and the like are regenerated. In the present invention, the above-described problems can be avoided by performing the heat treatment for forming the electrode only once.
しかも水素化アモルファスシリコン膜を結晶化させる工程が、前記両面に形成された各電極前駆体を焼成して電極をそれぞれ形成する工程を兼ねる。そのため太陽電池セルの製造工程を簡略化することができ、生産効率を上げることができる。 In addition, the step of crystallizing the hydrogenated amorphous silicon film also serves as the step of firing the electrode precursors formed on both surfaces to form electrodes. Therefore, the manufacturing process of a photovoltaic cell can be simplified and production efficiency can be raised.
また本発明によれば、ＰＮ接合の形成に必要な物質および反射防止膜の形成に必要な物質を含む液体を、半導体基板の一表面に塗布し、裏面電界層の形成に必要な物質を含む液体を、半導体基板の他表面に塗布する。そのあと半導体基板を加熱して、ＰＮ接合を形成するとともに反射防止膜および裏面電界層を形成する。これによってＰＮ接合を形成すると同時に反射防止膜および裏面電界層を形成することができるので、太陽電池セルの製造工程を簡略化することができ、生産効率を上げることができる。 According to the invention, a liquid containing a material necessary for forming the PN junction and a material necessary for forming the antireflection film is applied to one surface of the semiconductor substrate, and includes a material necessary for forming the back surface electric field layer. A liquid is applied to the other surface of the semiconductor substrate . Thereafter, the semiconductor substrate is heated to form a PN junction and to form an antireflection film and a back surface electric field layer . As a result, the antireflection film and the back surface electric field layer can be formed simultaneously with the formation of the PN junction, so that the manufacturing process of the solar cell can be simplified and the production efficiency can be increased.
また本発明によれば、半導体基板として多結晶シリコン基板を用いて太陽電池セルを製造する。そのため単結晶シリコン基板を用いる場合に比べて、製造原価を低減することができ、太陽電池セルの出力ワット当りの単価を下げることができる。 Moreover, according to this invention, a photovoltaic cell is manufactured using a polycrystalline silicon substrate as a semiconductor substrate. Therefore, compared with the case where a single crystal silicon substrate is used, the manufacturing cost can be reduced, and the unit price per output watt of the solar battery cell can be reduced.
図１は、太陽電池セル１０の製造方法に基づく製造工程における各段階の生成物を示す断面図である。図２は、太陽電池セル１０の製造手順を示すフローチャートである。
Figure 1 is a cross-sectional view showing the product of each step in the manufacturing process based on the method of manufacturing the
まず、半導体基板である多結晶シリコン基板（以下、単に「シリコン基板」という）を準備する。シリコン基板は、Ｐ型の極性を有する。シリコン基板には、Ｐ型の極性を与える不純物がドーピングされている。前記不純物としては、ホウ素などの３族元素が挙げられる。シリコン基板にＰ型の極性を与えるためにドーピングされた不純物の濃度は、１０１３〜１０１８／ｃｍ３に選ばれる。 First, a polycrystalline silicon substrate (hereinafter simply referred to as a “silicon substrate”) which is a semiconductor substrate is prepared. The silicon substrate has P-type polarity. The silicon substrate is doped with an impurity imparting P-type polarity. Examples of the impurities include group 3 elements such as boron. The concentration of the impurity doped to give the P-type polarity to the silicon substrate is selected from 10 13 to 10 18 / cm 3 .
シリコン基板の抵抗率は、０．１〜１００Ωｃｍに選ばれる。シリコン基板の形状は、厚み方向から見たとき、たとえば正方形状である。シリコン基板の寸法は、厚み方向から見たとき、１２６ｍｍ×１２６ｍｍまたは１５６ｍｍ×１５６ｍｍである。このようなシリコン基板は、Ｐ型の多結晶シリコンから成るインゴットを切断することによって得られる。シリコン基板を準備した後、ステップｓ０で、太陽電池セル１０の製造を開始して、ステップｓ１に進む。
The resistivity of the silicon substrate is selected from 0.1 to 100 Ωcm. The shape of the silicon substrate is, for example, a square shape when viewed from the thickness direction. The size of the silicon substrate is 126 mm × 126 mm or 156 mm × 156 mm when viewed from the thickness direction. Such a silicon substrate is obtained by cutting an ingot made of P-type polycrystalline silicon. After preparing a silicon substrate, manufacture of the
ステップｓ１では、シリコン基板からスライスダメージ層を除去する。図１（ａ）には、スライスダメージ層が除去された後のシリコン基板１１を示す。シリコン基板は、スライスダメージ層を有する。スライスダメージ層とは、前述のようにインゴットを切断する際に機械的衝撃によって結晶組織が破壊されてひずみが生じている層をいう。スライスダメージ層は、エッチング処理によって除去される。エッチング処理では、８０〜１００℃程度のアルカリ水溶液あるいは常温レベルの酸水溶液が用いられる。アルカリ水溶液としては、水酸化ナトリウムおよび水酸化カリウムなどが挙げられる。酸水溶液としては、フッ酸および硝酸を含む混酸などが挙げられる。スライスダメージ層が除去された後のシリコン基板１１は、除去前に比べて電気的特性が向上される。
In step s1, the slice damage layer is removed from the silicon substrate. FIG. 1A shows the
次にステップｓ２では、スライスダメージ層が除去された後のシリコン基板１１の一表面１１ａに、ＰＮ接合の形成に必要な物質および反射防止膜の形成に必要な物質を含む液体を塗布する。ＰＮ接合の形成に必要な物質としては、５族元素の化合物、たとえば五酸化リンが挙げられる。反射防止膜の形成に必要な物質としては、金属化合物、たとえばチタン有機物錯体が挙げられる。本実施の形態では、前記液体は、五酸化リンと、チタン有機物錯体と、イソプロピルアルコールとを含む混合溶液である。
Next, in step s2, a liquid containing a material necessary for forming the PN junction and a material necessary for forming the antireflection film is applied to the one
前記シリコン基板１１の一表面１１ａに前記液体を塗布するにあたっては、まず、前記シリコン基板１１の一表面１１ａに前記液体を滴下する。前記液体の滴下量は、基板面積１００ｃｍ２当り０．３〜５ｃｃ（０．３〜５ｃｍ３）に選ばれる。次に、スピンコータを用いて、前記シリコン基板１１を回転させ、これによって前記シリコン基板１１の一表面１１ａに前記液体を拡げて、膜厚が均一な液膜を形成する。スピンコータの回転速度は２００〜７０００ｍｉｎ−１に選ばれる。スピンコータが回転する時間は、１〜１０秒に選ばれる。
In applying the liquid to the one
次にステップｓ３では、前記液膜が形成された後のシリコン基板に対して熱処理を行う。熱処理では、前記シリコン基板を、８００〜１０００℃、好ましくは８００〜９５０℃の高温炉（拡散炉）に投入する。高温炉内には、金属酸化を制御するためにＯ２が導入される。このＯ２は、Ｎ２などで希釈される。高温炉内は、ガス分圧が制御されている。 Next, in step s3, the silicon substrate on which the liquid film has been formed is subjected to heat treatment. In the heat treatment, the silicon substrate is put into a high temperature furnace (diffusion furnace) at 800 to 1000 ° C., preferably 800 to 950 ° C. In the high temperature furnace, O 2 is introduced to control metal oxidation. This O 2 is diluted with N 2 or the like. The gas partial pressure is controlled in the high temperature furnace.
このような熱処理によって、前記シリコン基板には、ＰＮ接合の形成に必要な物質であるリンが不純物として拡散されて導入され、これによってＰＮ接合が形成される。図１（ｂ）には、前記ＰＮ接合が形成された後のシリコン基板１２を示す。前記ＰＮ接合が形成された後のシリコン基板１２は、ＰＮ接合の形成に必要な物質が拡散されていない非拡散層１３と、ＰＮ接合の形成に必要な物質が拡散されている拡散層１４とを含む。ＰＮ接合は、非拡散層１３と拡散層１４との間に介在する。
By such heat treatment, phosphorus, which is a material necessary for forming a PN junction, is diffused and introduced into the silicon substrate as an impurity, thereby forming a PN junction. FIG. 1B shows the
拡散層１４の層厚は、１０００〜１００００Åに選ばれる。拡散層１４の不純物濃度は、非拡散層１３の不純物濃度よりも高い。拡散層１４の不純物濃度は、非拡散層１３の不純物濃度に対して１０〜１０８倍に選ばれる。拡散層１４の不純物濃度は、不純物の種類によっても異なるが、１０１５〜１０２１／ｃｍ３に選ばれる。拡散層１４のシート抵抗は、太陽電池セルの大きさ、形成される電極形状によっても異なるが、１０〜３００Ω／□に選ばれる。
The layer thickness of the
また前記熱処理によって、反射防止膜１５が形成される。反射防止膜１５は、拡散層１４の一表面１４ａに形成される。拡散層１４の一表面１４ａは、受光面となる面である。本実施の形態では、反射防止膜１５は、酸化チタン膜である。反射防止膜１５の膜厚は、３００〜３０００Åに選ばれる。
Further, the
次にステップｓ４では、前記ＰＮ接合が形成された後のシリコン基板１２に水素化アモルファスシリコン膜１６を形成する。図１（ｃ）には、水素化アモルファスシリコン膜１６が形成された後のシリコン基板１７を示す。水素化アモルファスシリコン膜１６は、前記ＰＮ接合が形成された後のシリコン基板１２の受光面となる面１４ａに対して反対側となる面１２ｂに形成される。
Next, in step s4, a hydrogenated
換言すれば、水素化アモルファスシリコン膜１６は、前記非拡散層１３に形成される。水素化アモルファスシリコン膜１６の膜厚は、１０〜３００Åに選ばれ、好ましくは３０〜２００Åに選ばれる。水素化アモルファスシリコン膜１６の水素含有量は、３ａｔ．％以上２０ａｔ．％以下の範囲に選ばれる。
In other words, the hydrogenated
水素化アモルファスシリコン膜１６を形成するにあたっては、化学気相成長（
Chemical Vapor Deposition、略称ＣＶＤ）法、たとえばプラズマＣＶＤ法、タングステンフィラメントを用いた触媒ＣＶＤ法などが用いられる。プラズマＣＶＤ法では、他のＣＶＤ法に比べて、水素化アモルファスシリコン膜１６を低温で形成することができ、しかも水素化アモルファスシリコン膜１６の膜厚を容易に制御することができる。
In forming the hydrogenated
Chemical Vapor Deposition (abbreviation CVD) method, for example, plasma CVD method, catalytic CVD method using tungsten filament, etc. are used. In the plasma CVD method, compared to other CVD methods, the hydrogenated
原料ガスとしては、ケイ素原子（Ｓｉ）が含まれるシラン（ＳｉＨ４）ガス、フッ化シラン（ＳｉＦ４）ガスなどが用いられる。希釈ガスとしては、水素（Ｈ２）ガス、アルゴン（Ａｒ）ガスなどが用いられる。希釈ガスとして水素ガスが用いられることによって、水素含有量の多い水素化アモルファスシリコン膜１６を形成することができる。
As the source gas, silane (SiH 4 ) gas containing silicon atoms (Si), fluorinated silane (SiF 4 ) gas, or the like is used. As the dilution gas, hydrogen (H 2 ) gas, argon (Ar) gas, or the like is used. By using hydrogen gas as the dilution gas, the hydrogenated
水素化アモルファスシリコン膜１６の形成条件は、反応容器の大きさに応じて適宜、設定される。形成条件の一例を述べると、シランガスの流量が１０〜５００ｓｃｃｍに選ばれ、水素ガスの流量が５０〜１０００ｓｃｃｍに選ばれ、圧力が１０〜２００Ｐａに選ばれ、温度が１５０〜４００℃に選ばれる。形成条件を調整することによって、水素化アモルファスシリコン膜１６の膜厚および水素化アモルファスシリコン膜１６の水素含有量を調整することができる。
The conditions for forming the hydrogenated
プラズマＣＶＤでは、プラズマの生成の際に、高周波およびマイクロ波などの電磁波が使用される。電磁波の周波数は、特に限定されないが、国際電波法によって許可されている周波数帯に選ばれる。プラズマの生成には、１３．５６ＭＨｚまたは１００ＭＨｚの高周波が使用されてもよく、あるいは２．４５ＧＨｚのマイクロ波が使用されてもよい。プラズマの生成に使用される電磁波の周波数の違いによって、水素化アモルファスシリコン膜１６の特性に差が見られることはない。
In plasma CVD, electromagnetic waves such as high frequency and microwaves are used when generating plasma. The frequency of the electromagnetic wave is not particularly limited, but is selected as a frequency band permitted by the International Radio Law. A high frequency of 13.56 MHz or 100 MHz may be used for plasma generation, or a microwave of 2.45 GHz may be used. There is no difference in the characteristics of the hydrogenated
次にステップｓ５では、水素化アモルファスシリコン膜１６が形成された後のシリコン基板１７の両面１７ａ，１７ｂにペースト状の電極前駆体１８，１９をそれぞれ形成する。換言すれば、前記シリコン基板１７の反射防止膜１５にペースト状の電極前駆体１８を形成するとともに、前記シリコン基板１７の水素化アモルファスシリコン膜１６にペースト状の電極前駆体１９を形成する。各電極前駆体１８，１９は、スクリーン印刷法によってペーストが塗布されることによって形成される。図１（ｄ）には、各電極前駆体１８，１９が形成された後のシリコン基板２０を示す。
Next, in step s5, paste-
前記反射防止膜１５には、前記拡散層１４に対してオーミックコンタクトをとることができる金属を含む第１のペーストが塗布され、これによって電極前駆体１８が形成される。前記金属としては、銀およびチタンなどが挙げられる。本実施の形態では、第１のペーストは、銀を含む。
A first paste containing a metal capable of making ohmic contact with the
前記水素化アモルファスシリコン膜１６には、前記非拡散層１３に対してオーミックコンタクトをとることができる金属を含む第２のペーストが塗布され、これによって電極前駆体１９が形成される。前記金属としては、アルミニウム、銀およびチタンなどが挙げられる。本実施の形態では、第２のペーストは、アルミニウムを含む。
The hydrogenated
各電極前駆体１８，１９を形成するにあたっては、まず、前記反射防止膜１５に第１のペーストを塗布し、この第１のペーストを１００〜３００℃程度で乾燥させる。次に、前記水素化アモルファスシリコン膜１６に第２のペーストを塗布し、この第２のペーストを１００〜３００℃で乾燥させる。このようにして、まず、前記反射防止膜１５に電極前駆体１８を形成し、この後で、前記水素化アモルファスシリコン膜１６に電極前駆体１９を形成する。各電極前駆体１８，１９は、必ずしも、前述の順序で形成する必要はなく、まず、前記水素化アモルファスシリコン膜１６に電極前駆体１９を形成し、この後で、前記反射防止膜１５に電極前駆体１８を形成してもよい。
In forming each
次にステップｓ６では、各電極前駆体１８，１９が形成された後のシリコン基板２０に対して熱処理を行う。前記シリコン基板２０は、５００〜８００℃程度で熱処理される。この熱処理によって、水素化アモルファスシリコン膜１６が結晶化する。このとき、水素化アモルファスシリコン膜１６から水素が脱離する。水素化アモルファスシリコン膜１６から脱離した水素は、前記非拡散層１３および拡散層１４に導入される。
Next, in step s6, heat treatment is performed on the
これによって前記非拡散層１３中および拡散層１４中に存在する結晶欠陥および結晶粒界が水素終端化される。このようにして、前記非拡散層１３と水素化アモルファスシリコン膜１６とが第１水素終端化層２１となり、前記拡散層１４が第２水素終端化層２２となる。
As a result, crystal defects and crystal grain boundaries existing in the
また前記熱処理によって、前記反射防止膜１５上の電極前駆体１８が焼成され、これによって受光面電極２３が形成される。このとき、前記拡散層１４に対してオーミックコンタクトをとることができる金属が、反射防止膜１５中を拡散する。すなわち受光面電極２３は、ファイヤースルーによって、反射防止膜１５を貫通して前記第２水素終端化層２２と電気的に接続される。熱処理の条件は、受光面電極２３が前記第２水素終端化層２２と電気的に接続されるように、設定される。
Further, the
さらに前記熱処理によって、水素化アモルファスシリコン膜１６上の電極前駆体１９が焼成され、これによって裏面電極２４が形成される。このとき、前記非拡散層１３に対してオーミックコンタクトをとることができる金属が、不純物（ドーパント）として前記非拡散層１３に導入され、これによって前記第１水素終端化層２１の一部が裏面電界層２５となる。
Further, the
裏面電界層２５の層厚は、１００００〜１０００００Åに選ばれる。裏面電界層２５の不純物濃度は、前記第１水素終端化層２１の不純物濃度よりも高い。裏面電界層２５の不純物濃度は、前記第１水素化終端化層２１の不純物濃度に対して１０〜１０８倍に選ばれる。裏面電界層２５の不純物濃度は、不純物の種類によっても異なるが、１０１５〜１０２１／ｃｍ３に選ばれる。
The layer thickness of the back surface
このようにして、図１（ｅ）に示すような太陽電池セル１０が完成し、ステップｓ７で太陽電池セル１０の製造を完了する。
In this way, the
図３は、熱処理の温度とキャリアのライフタイムとの関係を示すグラフである。図３において、横軸は水素化アモルファスシリコン膜１６を結晶化させるための熱処理の温度を示し、縦軸はキャリアのライフタイムを示す。キャリアのライフタイムとは、少数キャリアである電子が１／ｅに減衰するまでの時間をいう。キャリアのライフタイムは、マイクロ波光導電減衰（Microwave Photo Conductivity Decay、略称μ−ＰＣＤ）で測定した。
FIG. 3 is a graph showing the relationship between the heat treatment temperature and the carrier lifetime. In FIG. 3, the horizontal axis indicates the temperature of the heat treatment for crystallizing the hydrogenated
前記熱処理の温度が７００℃程度のとき、キャリアのライフタイムが最も長くなる。前記熱処理の温度が低すぎると、水素化アモルファスシリコン膜１６から前記非拡散層１３および拡散層１４に水素が十分に導入されないので、水素終端化が十分にできず、したがってキャリアのライフタイムが短くなる。前記熱処理の温度が高すぎると、水素脱離反応が促進されるので、水素終端化が十分にできず、したがってキャリアのライフタイムが短くなる。この点を踏まえて、前記熱処理の温度は、前述のように５００〜８００℃に選ばれる。好ましくは、前記熱処理の温度は、５００〜７５０℃に選ばれる。
When the temperature of the heat treatment is about 700 ° C., the lifetime of the carrier becomes the longest. If the temperature of the heat treatment is too low, hydrogen is not sufficiently introduced from the hydrogenated
図４は、キャリアのライフタイムの変遷を示すグラフである。図４において、横軸は太陽電池セル１０の製造工程における各段階を示し、縦軸はキャリアのライフタイムを示す。第１段階は、ＰＮ接合が形成された段階である。第２段階は、水素化アモルファスシリコン膜１６が形成された段階である。第３段階は、受光面電極２３および裏面電極２４が形成された段階である。
FIG. 4 is a graph showing changes in the lifetime of the carrier. In FIG. 4, the horizontal axis indicates each stage in the manufacturing process of the
水素化アモルファスシリコン膜１６は、水素ラジカルを含むガス中で形成される。また、形成時のシリコン基板温度が１５０〜４００℃であり、水素化アモルファスシリコン膜１６を形成するとき、前記非拡散層１３および拡散層１４には、水素が導入され、水素終端化が行われる。したがって水素化アモルファスシリコン膜１６が形成された第２段階では、ＰＮ接合が形成された第１段階に比べて、キャリアのライフタイムが長くなる。
The hydrogenated
受光面電極２３および裏面電極２４を形成するとき、前記非拡散層１３に形成された水素化アモルファスシリコン膜１６は高温に加熱されることにより、全ての水素が脱離し、水素化アモルファスシリコン膜１６自身は、結晶化して、前記非拡散層１３に取込まれてシリコン基板と同化する。したがって前記非拡散層１３および拡散層１４に、水素を効率よく導入することができる。このように水素を効率よく導入することができるので、受光面電極２３および裏面電極２４が形成された第３段階では、水素化アモルファスシリコン膜１６が形成された第２段階に比べて、シリコン基板中のキャリアのライフタイムが大幅に長くなる。
When the light-receiving
以上のように、ＰＮ接合が形成された後のシリコン基板１２に水素が導入されることによって、このシリコン基板１２中、詳しくは前記非拡散層１３中および拡散層１４中に存在する結晶欠陥および結晶粒界が水素終端化される。結晶欠陥および結晶粒界は、キャリアの再結合中心となる。このような結晶欠陥および結晶粒界が水素終端化されるので、前記シリコン基板１２は、品質が向上され、詳しくはキャリアの拡散長およびライフタイムが長くなる。したがって太陽電池セル１０に求められる特性、たとえば光電変換効率などを向上することができる。
As described above, by the hydrogen is introduced into the
また、水素化アモルファスシリコン膜１６は、ＰＮ接合が形成された後のシリコン基板１２の受光面１４ａに対して反対側となる面１２ｂに形成される。その理由は、反射防止膜として機能しない水素化アモルファスシリコンを受光面側に形成した場合、水素化アモルファスシリコン膜から水素が脱離して結晶化したシリコン層が不活性層（いわゆるデッドレイヤー）となって太陽光を吸収し発電層への光吸収を阻害するためである。また水素化アモルファスシリコン膜１６をシリコン基板１２の受光面１４ａに対して反対側となる面１２ｂに形成することによって、太陽電池の外観上の問題を引き起こさないための水素化アモルファスシリコン膜１６の均質かつ均一な膜厚にする形成条件を考えなくてよく、量産が容易となる。
Also, a hydrogenated
また、水素化アモルファスシリコン膜１６の水素含有量が、３ａｔ．％以上２０ａｔ．％以下の範囲で設定される。このように水素化アモルファスシリコン膜１６の水素含有量を設定することによって、水素化アモルファスシリコン膜１６の品質を保つことができる。水素化アモルファスシリコン膜１６の水素含有量が３ａｔ．％未満である場合、ダングリングボンドと呼ばれる欠陥が多くなり、水素化アモルファスシリコン膜１６の品質が低くなる。水素含有量が２０ａｔ．％を超える水素化アモルファスシリコン膜１６は、品質の高い膜を形成することが困難である。
Also, the hydrogen content of the hydrogenated
また水素化アモルファスシリコン膜１６の水素含有量を、３ａｔ．％以上２０ａｔ．％以下の範囲で設定することによって、膜厚が１０〜３００Å程度の薄膜であっても、シリコン基板１２中に存在する結晶欠陥および結晶粒界を水素終端化することができる水素供給源としての機能を十分に発揮する。このとき、水素化アモルファスシリコン膜１６の膜厚が、数十％程度の範囲で不均一であるとしても、水素終端化することができる水素供給源としての機能を十分に発揮する。
Further, the hydrogen content of the hydrogenated
また、水素化アモルファスシリコン膜１６が形成された後のシリコン基板１７の両面１７ａ，１７ｂにペースト状の電極前駆体１８，１９をそれぞれ形成する。そのあと熱処理によって水素化アモルファスシリコン膜１６を結晶化させるとともに、前記両面１７ａ，１７ｂに形成された各電極前駆体１８，１９を焼成して受光面電極２３および裏面電極２４をそれぞれ形成する。
Also, to form two
したがって受光面電極２３および裏面電極２４を形成するための熱処理を１回で済ませることができる。受光面電極２３および裏面電極２４を形成するための熱処理を複数回、行う場合、１回目の熱処理で、結晶欠陥および結晶粒界が水素終端化されても、２回目以降の熱処理で、水素が脱離して結晶欠陥などが再発生してしまうという不具合が生じる。本実施の形態では、受光面電極２３および裏面電極２４を形成するための熱処理を１回で済ませることによって、前述のような不具合を回避することができる。
Therefore, the heat treatment for forming the light receiving
しかも水素化アモルファスシリコン膜１６を結晶化させる工程が、前記両面１７ａ，１７ｂに形成された各電極前駆体１８，１９を焼成して受光面電極２３および裏面電極２４をそれぞれ形成する工程を兼ねる。そのため太陽電池セル１０の製造工程を簡略化することができ、生産効率を上げることができる。さらに受光面電極２３および裏面電極２４の形成にあたって、フォトリソグラフィー法のような複雑な製造工程が必要なく、生産効率を向上することができる。
Moreover, the step of crystallizing the hydrogenated
また、ＰＮ接合の形成に必要な物質および反射防止膜の形成に必要な物質を含む液体を、スライスダメージ層が除去された後のシリコン基板１１の一表面１１ａに塗布する。そのあとシリコン基板を加熱して、ＰＮ接合を形成するとともに反射防止膜１５を形成する。これによってＰＮ接合を形成すると同時に反射防止膜１５を形成することができるので、太陽電池セル１０の製造工程を簡略化することができ、生産効率を上げることができる。
Also, applying a liquid containing a substance necessary for the formation of the necessary materials and anti-reflective film for the formation of a PN junction, on the one
また、反射防止膜１５が酸化チタン膜である。酸化チタン膜は、この酸化チタン膜の形成に必要な物質とＰＮ接合の形成に必要な物質とを含む液体を用いることによって、ＰＮ接合の形成と同時に、形成することができる。また酸化チタン膜は、比較的形成が容易であり、したがって生産効率を向上することができ、また製造コストを低減することができる。
Also, the
また半導体基板として多結晶シリコン基板を用いて太陽電池セル１０を製造する。そのため単結晶シリコン基板を用いる場合に比べて、製造原価を低減することができ、太陽電池セル１０の出力ワット当りの単価を下げることができる。
Moreover, the
図５は、本発明の第１実施形態である太陽電池セル３０の製造方法に基づく製造工程における各段階の生成物を示す断面図である。図６は、太陽電池セル３０の製造手順を示すフローチャートである。まず半導体基板であるシリコン基板を準備する。シリコン基板はＮ型の極性を有する。シリコン基板には、Ｎ型の極性を与える不純物がドーピングされている。前記不純物としては、リンなどの５族元素が挙げられる。シリコン基板にＮ型の極性を与えるためにドーピングされた不純物の濃度は、１０１３〜１０１８／ｃｍ３に選ばれる。シリコン基板の抵抗率は、０．１〜１００Ωｃｍに選ばれる。
Figure 5 is a sectional view showing the product of each step in the manufacturing process based on the first method of manufacturing a
シリコン基板の形状は、厚み方向から見たとき、たとえば正方形状である。シリコン基板の寸法は、厚み方向から見たとき、１２６ｍｍ×１２６ｍｍまたは１５６ｍｍ×１５６ｍｍである。このようなシリコン基板は、Ｎ型の多結晶シリコンから成るインゴットを切断することによって得られる。シリコン基板を準備した後、ステップａ０で、太陽電池セル３０の製造を開始して、ステップａ１に進む。ステップａ１では、シリコン基板からスライスダメージ層を除去する。図５（ａ）には、スライスダメージ層が除去された後のシリコン基板３１を示す。スライスダメージ層は、エッチング処理によって除去される。エッチング処理の方法は、実施の第１形態と同様の方法が用いられる。
The shape of the silicon substrate is, for example, a square shape when viewed from the thickness direction. The size of the silicon substrate is 126 mm × 126 mm or 156 mm × 156 mm when viewed from the thickness direction. Such a silicon substrate is obtained by cutting an ingot made of N-type polycrystalline silicon. After preparing the silicon substrate, in step a0, manufacturing of the
次にステップａ２では、前記シリコン基板３１の他表面３１ｂに、裏面電界層の形成に必要な物質を含む液体を塗布する。裏面電界層の形成に必要な物質としては、５族元素の化合物、たとえば五酸化リンが挙げられる。前記シリコン基板３１の他表面３１ｂに前記液体を塗布するにあたっては、まず、前記シリコン基板３１の他表面３１ｂに前記液体を滴下する。次に、スピンコータを用いて、前記シリコン基板３１を回転させ、これによって前記シリコン基板３１の他表面３１ｂに前記液体を拡げて、膜厚が均一な液膜を形成する。
Next, in step a2, a liquid containing a substance necessary for forming the back surface field layer is applied to the
次にステップａ３では、スライスダメージ層が除去された後のシリコン基板３１の一表面３１ａに、ＰＮ接合の形成に必要な物質および反射防止膜の形成に必要な物質を含む液体を塗布する。ＰＮ接合の形成に必要な物質としては、３族元素の化合物、たとえば酸化ホウ素が挙げられる。反射防止膜の形成に必要な物質としては、金属化合物、たとえばアルミニウム有機物錯体が挙げられる。本実施の形態では、前記液体は、酸化ホウ素と、アルミニウム有機物錯体と、イソプロピルアルコールとを含む混合溶液である。
Next, in step a3, a liquid containing a material necessary for forming the PN junction and a material necessary for forming the antireflection film is applied to the one
前記シリコン基板３１の一表面３１ａに前記液体を塗布するにあたっては、まず、前記シリコン基板３１の一表面３１ａに前記液体を滴下する。前記液体の滴下量は、基板面積１００ｃｍ２当り０．３〜５ｃｃ（０．３〜５ｃｍ３）に選ばれる。次に、スピンコータを用いて、前記シリコン基板３１を回転させ、これによって前記シリコン基板３１の一表面３１ａに前記液体を拡げて、膜厚が均一な液膜を形成する。スピンコータの回転速度は２００〜７０００ｍｉｎ−１に選ばれる。スピンコータが回転する時間は、１〜１０秒に選ばれる。
In applying the liquid to the one
次にステップａ４では、シリコン基板３１の両面３１ａ，３１ｂにそれぞれ液膜が形成された後のシリコン基板に対して熱処理を行う。熱処理では、前記シリコン基板を８００〜１０００℃、好ましくは８００〜９５０℃の高温炉（拡散炉）に投入する。高温炉内には、金属酸化を制御するためにＯ２が導入される。このＯ２は、Ｎ２などで希釈される。高温炉内は、ガス分圧が制御されている。
Next, in step a4, the silicon substrate after the liquid films are formed on both
このような熱処理によって、前記シリコン基板には、ＰＮ接合の形成に必要な物質であるホウ素が不純物として拡散されて導入され、これによってＰＮ接合が形成される。図５（ｂ）には、前記ＰＮ接合が形成された後のシリコン基板３２を示す。前記ＰＮ接合が形成された後のシリコン基板３２は、ＰＮ接合の形成に必要な物質が拡散されていない非拡散層３３と、ＰＮ接合の形成に必要な物質が拡散されている拡散層３４とを含む。ＰＮ接合は、非拡散層３３と拡散層３４との間に介在する。
By such heat treatment, boron, which is a material necessary for forming the PN junction, is diffused and introduced into the silicon substrate as an impurity, thereby forming the PN junction. FIG. 5B shows the
拡散層３４の層厚は、１０００〜１００００Åに選ばれる。拡散層３４の不純物濃度は、非拡散層３３の不純物濃度よりも高い。拡散層３４の不純物濃度は、非拡散層３３の不純物濃度に対して１０〜１０８倍に選ばれる。拡散層３４の不純物濃度は、不純物の種類によっても異なるが、１０１５〜１０２１／ｃｍ３に選ばれる。拡散層３４のシート抵抗は、太陽電池セルの大きさ、形成される電極形状によっても異なるが、１０〜３００Ω／□に選ばれる。
The layer thickness of the
また前記熱処理によって、反射防止膜３５が形成される。反射防止膜３５は、拡散層３４の一表面３４ａに形成される。拡散層３４の一表面３４ａは、受光面となる面である。本実施の形態では、反射防止膜３５は、酸化アルミニウム膜である。反射防止膜３５の膜厚は、３００〜３０００Åに選ばれる。
The
さらに前記熱処理によって、前記シリコン基板には、裏面電界層の形成に必要な物質であるリンが不純物として拡散されて導入され、これによって裏面電界層３６が形成される。裏面電界層３６は、前記受光面となる面３４ａに対して反対側となる非拡散層３３の一表面３３ｂに形成される。
Further, by the heat treatment, phosphorus, which is a material necessary for forming the back surface field layer, is diffused and introduced into the silicon substrate as an impurity, whereby the back
裏面電界層３６の層厚は、１００００〜１０００００Åに選ばれる。裏面電界層３６の不純物濃度は、前記非拡散層３３の不純物濃度よりも高い。裏面電界層３６の不純物濃度は、前記非拡散層３３の不純物濃度に対して１０〜１０８倍に選ばれる。裏面電界層３６の不純物濃度は、不純物の種類によっても異なるが、１０１５〜１０２１／ｃｍ３に選ばれる。裏面電界層３６のシート抵抗は、太陽電池セルの大きさ、形成される電極形状によっても異なるが、５〜１００Ω／□に選ばれる。
The layer thickness of the back surface
次にステップａ５では、前記ＰＮ接合が形成された後のシリコン基板３２に水素化アモルファスシリコン膜１６を形成する。図５（ｃ）には、水素化アモルファスシリコン膜１６が形成された後のシリコン基板３７を示す。水素化アモルファスシリコン膜１６は、前記ＰＮ接合が形成された後のシリコン基板３２に設けられた裏面電界層３６の一表面３６ｂに形成される。
Next, in step a5, a hydrogenated
水素化アモルファスシリコン膜１６の膜厚は、１０〜３００Åに選ばれ、好ましくは３０〜２００Åに選ばれる。水素化アモルファスシリコン膜１６の水素含有量は、３ａｔ．％以上２０ａｔ．％以下の範囲に選ばれる。水素化アモルファスシリコン膜１６を形成する方法は、実施の第１形態と同様の方法が用いられる。
The film thickness of the hydrogenated
次にステップａ６では、水素化アモルファスシリコン膜１６が形成された後のシリコン基板３７の両面３７ａ，３７ｂにペースト状の電極前駆体３８，３９をそれぞれ形成する。換言すれば、前記シリコン基板３７の反射防止膜３５にペースト状の電極前駆体３８を形成するとともに、前記シリコン基板３７の水素化アモルファスシリコン膜１６にペースト状の電極前駆体３９を形成する。各電極前駆体３８，３９は、スクリーン印刷法によってペーストが塗布されることによって形成される。図５（ｄ）には、各電極前駆体３８，３９が形成された後のシリコン基板４０を示す。
Next, in step a6, paste-
前記反射防止膜３５には、前記拡散層３４に対してオーミックコンタクトをとることができる金属を含む第１のペーストが塗布され、これによって電極前駆体３８が形成される。前記金属としては、アルミニウム、銀およびチタンなどが挙げられる。第１のペーストは、複数の金属を含んでいてもよい。本実施の形態では、第１のペーストは、アルミニウムを含む。
A first paste containing a metal capable of making ohmic contact with the
前記水素化アモルファスシリコン膜１６には、前記裏面電界層３６に対してオーミックコンタクトをとることができる金属を含む第２のペーストが塗布され、これによって電極前駆体３９が形成される。前記金属としては、銀およびチタンなどが挙げられる。本実施の形態では、第２のペーストは、銀を含む。
The hydrogenated
各電極前駆体３８，３９を形成するにあたっては、まず、前記反射防止膜３５に第１のペーストを塗布し、この第１のペーストを１００〜３００℃程度で乾燥させる。次に、前記水素化アモルファスシリコン膜１６に第２のペーストを塗布し、この第２のペーストを１００〜３００℃程度で乾燥させる。このようにして、まず、前記反射防止膜３５に電極前駆体３８を形成し、この後で、前記水素化アモルファスシリコン膜１６に電極前駆体３９を形成する。各電極前駆体３８，３９は、必ずしも、前述の順序で形成する必要はなく、まず、前記水素化アモルファスシリコン膜１６に電極前駆体３９を形成し、この後で、前記反射防止膜３５に電極前駆体３８を形成してもよい。
In forming the
次にステップａ７では、各電極前駆体３８，３９が形成された後のシリコン基板４０に対して熱処理を行う。前記シリコン基板４０は、５００〜８００℃程度で熱処理される。この熱処理によって、水素化アモルファスシリコン膜１６が結晶化する。このとき、水素化アモルファスシリコン膜１６から水素が脱離する。水素化アモルファスシリコン膜１６から脱離した水素は、前記非拡散層３３、拡散層３４および裏面電界層３６に導入される。
Next, in step a7, heat treatment is performed on the
これによって前記非拡散層３３中、拡散層３４中および裏面電界層３６中に存在する結晶欠陥および結晶粒界が水素終端化される。このようにして、前記非拡散層３３が第１水素終端化層４１となり、前記拡散層３４が第２水素終端化層４２となり、前記裏面電界層３６と水素化アモルファスシリコン膜１６とが第３水素終端化層４６となる。
As a result, crystal defects and crystal grain boundaries existing in the
また前記熱処理によって、前記反射防止膜３５上の電極前駆体３８が焼成され、これによって受光面電極４３が形成される。このとき、前記拡散層３４に対してオーミックコンタクトをとることができる金属が、反射防止膜３５中を拡散する。したがって受光面電極４３は、ファイヤースルーによって、反射防止膜３５を貫通して前記第２水素終端化層４２と電気的に接続されるように、設定される。
In addition, the
さらに前記熱処理によって、前記水素化アモルファスシリコン膜１６上の電極前駆体３９が焼成され、これによって裏面電極４４が形成される。このとき裏面電極４４は、前記第３水素終端化層４６と電気的に接続されるように、設定される。このようにして、図５（ｅ）に示すような太陽電池セル３０が完成し、ステップａ８で太陽電池セル３０の製造を完了する。
Further, the
以上のような本実施の形態によれば、ＰＮ接合および裏面電界層３６がそれぞれ形成された後のシリコン基板３２の裏面電界層３６上に水素化アモルファスシリコン膜１６を形成する。そのあと熱処理によって水素化アモルファスシリコン膜１６を結晶化させる。
According to the present embodiment as described above, the hydrogenated
これによって太陽電池セル１０の製造方法と同様に、シリコン基板中に存在する結晶欠陥および結晶粒界が水素終端化されるので、太陽電池セル３０に求められる特性、たとえば光電変換効率などを向上することができる。
As a result, the crystal defects and crystal grain boundaries existing in the silicon substrate are hydrogen-terminated, as in the method for manufacturing the
図７は、太陽電池セル５０の製造方法に基づく製造工程における各段階の生成物を示す断面図である。図８は、太陽電池セル５０の製造手順を示すフローチャートである。
Figure 7 is a sectional view showing the product of each step in the manufacturing process based on the method of manufacturing the
まず、半導体基板であるシリコン基板を準備する。シリコン基板は、Ｐ型の極性を有する。シリコン基板には、Ｐ型の極性を与える不純物がドーピングされている。前記不純物としては、ホウ素などの３族元素が挙げられる。シリコン基板にＰ型の極性を与えるためにドーピングされた不純物の濃度は、１０１３〜１０１８／ｃｍ３に選ばれる。 First, a silicon substrate that is a semiconductor substrate is prepared. The silicon substrate has P-type polarity. The silicon substrate is doped with an impurity imparting P-type polarity. Examples of the impurities include group 3 elements such as boron. The concentration of the impurity doped to give the P-type polarity to the silicon substrate is selected from 10 13 to 10 18 / cm 3 .
シリコン基板の抵抗率は、０．１〜１００Ωｃｍに選ばれる。シリコン基板の形状は、厚み方向から見たとき、たとえば正方形状である。シリコン基板の寸法は、厚み方向から見たとき、１２６ｍｍ×１２６ｍｍまたは１５６ｍｍ×１５６ｍｍである。このようなシリコン基板は、Ｐ型の多結晶シリコンから成るインゴットを切断することによって得られる。シリコン基板を準備した後、ステップｂ０で、太陽電池セル５０の製造を開始して、ステップｂ１に進む。
The resistivity of the silicon substrate is selected from 0.1 to 100 Ωcm. The shape of the silicon substrate is, for example, a square shape when viewed from the thickness direction. The size of the silicon substrate is 126 mm × 126 mm or 156 mm × 156 mm when viewed from the thickness direction. Such a silicon substrate is obtained by cutting an ingot made of P-type polycrystalline silicon. After preparing the silicon substrate, in step b0, manufacturing of the
ステップｂ１では、シリコン基板からスライスダメージ層を除去する。図７（ａ）には、スライスダメージ層が除去された後のシリコン基板１１を示す。スライスダメージ層は、エッチング処理によって除去される。エッチング処理の方法は、実施の第１形態と同様の方法が用いられる。
In step b1, the slice damage layer is removed from the silicon substrate. FIG. 7A shows the
次にステップｂ２では、スライスダメージ層が除去された後のシリコン基板１１の一表面１１ａに、ＰＮ接合の形成に必要な物質を含む液体を塗布する。ＰＮ接合の形成に必要な物質としては、５族元素の化合物、たとえば五酸化リンが挙げられる。
Next, in step b2, a liquid containing a substance necessary for forming a PN junction is applied to one
前記シリコン基板１１の一表面１１ａに前記液体を塗布するにあたっては、まず、前記シリコン基板１１の一表面１１ａに前記液体を滴下する。前記液体の滴下量は、基板面積１００ｃｍ２当り０．３〜５ｃｃ（０．３〜５ｃｍ３）に選ばれる。次に、スピンコータを用いて、前記シリコン基板１１を回転させ、これによって前記シリコン基板１１の一表面１１ａに前記液体を拡げて、膜厚が均一な液膜を形成する。スピンコータの回転速度は２００〜７０００ｍｉｎ−１に選ばれる。スピンコータが回転する時間は、１〜１０秒に選ばれる。
In applying the liquid to the one
次にステップｂ３では、前記液膜が形成された後のシリコン基板に対して熱処理を行う。熱処理では、前記シリコン基板を、８００〜１０００℃、好ましくは８００〜９５０℃の高温炉（拡散炉）に投入する。このような熱処理によって、前記シリコン基板には、ＰＮ接合の形成に必要な物質であるリンが不純物として拡散されて導入され、これによってＰＮ接合が形成される。 Next, in step b3, heat treatment is performed on the silicon substrate on which the liquid film has been formed. In the heat treatment, the silicon substrate is put into a high temperature furnace (diffusion furnace) at 800 to 1000 ° C., preferably 800 to 950 ° C. By such heat treatment, phosphorus, which is a material necessary for forming a PN junction, is diffused and introduced into the silicon substrate as an impurity, thereby forming a PN junction.
図７（ｂ）には、前記ＰＮ接合が形成された後のシリコン基板５１を示す。前記ＰＮ接合が形成された後のシリコン基板５１は、ＰＮ接合の形成に必要な物質が拡散されていない非拡散層１３と、ＰＮ接合の形成に必要な物質が拡散されている拡散層１４とを含む。ＰＮ接合は、非拡散層１３と拡散層１４との間に介在する。
FIG. 7B shows the
拡散層１４の層厚は、１０００〜１００００Åに選ばれる。拡散層１４の不純物濃度は、非拡散層１３の不純物濃度よりも高い。拡散層１４の不純物濃度は、非拡散層１３の不純物濃度に対して１０〜１０８倍に選ばれる。拡散層１４の不純物濃度は、不純物の種類によっても異なるが、１０１５〜１０２１／ｃｍ３に選ばれる。
The layer thickness of the
次にステップｂ４では、前記ＰＮ接合が形成された後のシリコン基板５１に窒化シリコンから成る反射防止膜５５を形成する。反射防止膜５５の膜厚は、３００〜３０００Åに選ばれる。図７（ｃ）には、窒化シリコンから成る反射防止膜５５が形成された後のシリコン基板５２を示す。窒化シリコンから成る反射防止膜５５は、拡散層１４の一表面１４ａに形成される。拡散層１４の一表面１４ａは、受光面となる面である。窒化シリコンから成る反射防止膜５５を形成するにあたっては、たとえばプラズマＣＶＤ法が用いられる。原料ガスとしては、シラン（ＳｉＨ４）ガスとアンモニア（ＮＨ３）ガスとが用いられる。
Next, in step b4, an
この窒化シリコンから成る反射防止膜５５を形成するときに、原料ガスであるシラン（ＳｉＨ４）ガスおよびアンモニア（ＮＨ３）ガスがプラズマ分解して、水素が発生する。この発生した水素は、前記非拡散層１３および拡散層１４に導入される。これによって前記非拡散層１３中および拡散層１４中に存在する結晶欠陥および結晶粒界が水素終端化される。このようにして、前記非拡散層１３が第１水素終端化層５３になり、前記拡散層１４が第２水素終端化層５４になる。
When forming the
次にステップｂ５では、前記反射防止膜５５が形成された後のシリコン基板５２に水素化アモルファスシリコン膜１６を形成する。図７（ｄ）には、水素化アモルファスシリコン膜１６が形成された後のシリコン基板５７を示す。水素化アモルファスシリコン膜１６は、前記反射防止膜５５が形成された後のシリコン基板５２の受光面となる面１４ａに対して反対側となる面５２ｂに形成される。
Next, in step b5, the hydrogenated
換言すれば、水素化アモルファスシリコン膜１６は、前記第１水素終端化層５３に形成される。水素化アモルファスシリコン膜１６の膜厚は、１０〜３００Åに選ばれ、好ましくは３０〜２００Åに選ばれる。水素化アモルファスシリコン膜１６の水素含有量は、３ａｔ．％以上２０ａｔ．％以下の範囲に選ばれる。水素化アモルファスシリコン膜１６を形成する方法は、実施の第１形態と同様の方法が用いられる。
In other words, the hydrogenated
次にステップｂ６では、水素化アモルファスシリコン膜１６が形成された後のシリコン基板５７の両面５７ａ，５７ｂにペースト状の電極前駆体１８，１９をそれぞれ形成する。換言すれば、前記シリコン基板５７の反射防止膜５５にペースト状の電極前駆体１８を形成するとともに、前記シリコン基板５７の水素化アモルファスシリコン膜１６にペースト状の電極前駆体１９を形成する。各電極前駆体１８，１９は、スクリーン印刷法によってペーストが塗布されることによって形成される。図７（ｅ）には、各電極前駆体１８，１９が形成された後のシリコン基板６０を示す。
Next, in step b6, paste-
前記反射防止膜５５には、前記第２水素終端化層５４に対してオーミックコンタクトをとることができる金属を含む第１のペーストが塗布され、これによって電極前駆体１８が形成される。前記金属としては、銀およびチタンなどが挙げられる。本実施の形態では、第１のペーストは、銀を含む。
The
前記水素化アモルファスシリコン膜１６には、前記第１水素終端化層５３に対してオーミックコンタクトをとることができる金属を含む第２のペーストが塗布され、これによって電極前駆体１９が形成される。前記金属としては、アルミニウム、銀およびチタンなどが挙げられる。第２のペーストは、複数の金属を含んでいてもよい。本実施の形態では、第２のペーストは、アルミニウムを含む。
A second paste containing a metal capable of making ohmic contact with the first hydrogen-terminated
各電極前駆体１８，１９を形成するにあたっては、まず、前記反射防止膜５５に第１のペーストを塗布し、この第１のペーストを１００〜３００℃程度で乾燥させる。次に、前記水素化アモルファスシリコン膜１６に第２のペーストを塗布し、この第２のペーストを１００〜３００℃で乾燥させる。このようにして、まず、前記反射防止膜５５に電極前駆体１８を形成し、この後で、前記水素化アモルファスシリコン膜１６に電極前駆体１９を形成する。各電極前駆体１８，１９は、必ずしも、前述の順序で形成する必要はなく、まず、前記水素化アモルファスシリコン膜１６に電極前駆体１９を形成し、この後で、前記反射防止膜５５に電極前駆体１８を形成してもよい。
In forming each of the
次にステップｂ７では、各電極前駆体１８，１９が形成された後のシリコン基板６０に対して熱処理を行う。前記シリコン基板６０は、５００〜８００℃程度で熱処理される。この熱処理によって、水素化アモルファスシリコン膜１６が結晶化する。このとき、水素化アモルファスシリコン膜１６から水素が脱離する。水素化アモルファスシリコン膜１６から脱離した水素は、前記第１水素終端化層５３および第２水素終端化層５４に導入される。
Next, in step b7, a heat treatment is performed on the
これによって前記第１水素終端化層５３中および第２水素終端化層５４中に存在する結晶欠陥および結晶粒界がさらに水素終端化される。このようにして、前記第１水素終端化層５３と水素化アモルファスシリコン膜１６とが第３水素終端化層６１となり、前記第２水素終端化層５４が第４水素終端化層６２となる。
As a result, crystal defects and crystal grain boundaries existing in the first hydrogen-terminated
また前記熱処理によって、前記反射防止膜５５上の電極前駆体１８が焼成され、これによって受光面電極２３が形成される。このとき、前記第２水素終端化層５４に対してオーミックコンタクトをとることができる金属が、反射防止膜５５中を拡散する。したがって受光面電極２３は、ファイヤースルーによって、反射防止膜５５を貫通して前記第４水素終端化層６２と電気的に接続される。熱処理の条件は、受光面電極２３が前記第４水素終端化層６２と電気的に接続されるように、設定される。
Further, the
さらに前記熱処理によって、水素化アモルファスシリコン膜１６上の電極前駆体１９が焼成され、これによって裏面電極２４が形成される。このとき、前記第１水素終端化層５３に対してオーミックコンタクトをとることができる金属が、不純物として前記第１水素終端化層５３に導入され、これによって前記第３水素終端化層６１の一部が裏面電界層６５となる。
Further, the
裏面電界層６５の層厚は、１００００〜１０００００Åに選ばれる。裏面電界層６５の不純物濃度は、前記第３水素終端化層６１の不純物濃度よりも高い。裏面電界層６５の不純物濃度は、前記第３水素化終端化層６１の不純物濃度に対して１０〜１０８倍に選ばれる。裏面電界層６５の不純物濃度は、不純物の種類によって異なるが、１０１５〜１０２１／ｃｍ３に選ばれる。
The layer thickness of the back surface
このようにして、図７（ｆ）に示すような太陽電池セル５０が完成し、ステップｂ８で太陽電池セル５０の製造を完了する。
In this way, the
以上のような太陽電池セル５０の製造方法によれば、まずＰＮ接合が形成された後のシリコン基板５１に窒化シリコンから成る反射防止膜５５を形成する。窒化シリコンから成る反射防止膜５５は、水素元素を含むシラン（ＳｉＨ４）ガスおよびアンモニア（ＮＨ３）ガスを用いて形成される。
According to the manufacturing method of the
表１は、反射防止膜の種類と太陽電池セル特性との関係を示す表である。酸化チタン膜から成る反射防止膜を形成する場合に比べて、窒化シリコン膜から成る反射防止膜を形成することによって、短絡電流および開放電圧の太陽電池セル特性が向上する。 Table 1 is a table | surface which shows the relationship between the kind of antireflection film, and a photovoltaic cell characteristic. Compared with the case of forming an antireflection film made of a titanium oxide film, the formation of an antireflection film made of a silicon nitride film improves the solar cell characteristics of short-circuit current and open-circuit voltage.
これは窒化シリコンから成る反射防止膜を形成するときに、水素元素を含む原料ガスがプラズマ分解することによって水素が発生するためである。この発生した水素は、ＰＮ接合が形成された後のシリコン基板５１に導入される。
This is because when the antireflection film made of silicon nitride is formed, hydrogen is generated by the plasma decomposition of the source gas containing hydrogen element. The generated hydrogen is introduced into the
このように窒化シリコンから成る反射防止膜５５は、水素元素を含む物質を用いて形成されるので、反射防止膜を形成する際に、シリコン基板５１に水素が導入される。
Thus, since the
さらに窒化シリコンから成る反射防止膜５５が形成された後のシリコン基板５２に水素化アモルファスシリコン膜１６を形成する。そのあと熱処理によって水素化アモルファスシリコン膜１６を結晶化させる。このとき、水素化アモルファスシリコン膜１６から水素が脱離する。水素化アモルファスシリコン膜１６から脱離した水素は、窒化シリコンからなる反射防止膜５５が形成された後のシリコン基板５２に導入される。
Further, the hydrogenated
このようにＰＮ接合が形成された後のシリコン基板５１には、このシリコン基板５１に形成された窒化シリコンから成る反射防止膜５５および水素化アモルファスシリコン膜１６から水素が導入される。したがってＰＮ接合が形成された後のシリコン基板５１に、水素を効率よく導入することができる。
Hydrogen is introduced from the
ＰＮ接合が形成された後のシリコン基板５１に水素が導入されることによって、このシリコン基板５１中に存在する結晶欠陥および結晶粒界が水素終端化される。したがって太陽電池セル５０に求められる特性、たとえば光電変換効率などをさらに向上することができる。
By introducing hydrogen into the
図９は、太陽電池セル７０の製造方法に基づく製造工程における各段階の生成物を示す断面図である。太陽電池セル７０の製造においては、太陽電池セル１０の製造時に形成させた、水素化アモルファスシリコン膜１６にかえて、Ｐ型の極性をもつＰ型水素化アモルファスシリコン膜１６Ａを形成させる以外は、太陽電池セル１０と同様の方法で、太陽電池セル７０を製造する。太陽電池セル７０の製造方法において、太陽電池セル１０の製造方法とは異なる、Ｐ型水素化アモルファスシリコン膜１６Ａの形成方法について記載する。
Figure 9 is a sectional view showing the product of each step in the manufacturing process based on the method of manufacturing the
ＰＮ接合が形成された後のシリコン基板１２にＰ型水素化アモルファスシリコン膜１６Ａを形成する。図９（ｃ）には、Ｐ型水素化アモルファスシリコン膜１６Ａが形成された後のシリコン基板７１を示す。Ｐ型水素化アモルファスシリコン膜１６Ａは、ＰＮ接合が形成された後のシリコン基板１２の受光面となる面１４ａに対して反対側となる面１２ｂに形成される。
A P-type hydrogenated
Ｐ型水素化アモルファスシリコン膜１６Ａを形成するにあたっては、たとえばプラズマＣＶＤ法が用いられる。原料ガスとしては、ケイ素原子（Ｓｉ）が含まれるシラン（ＳｉＨ４）ガス以外に、ホウ素などの３族元素を含んだガスが用いられる。本実施の形態では、ホウ素などの３族元素を含んだガスは、水素化ホウ素（Ｂ２Ｈ６）ガスである。希釈ガスとしては、水素（Ｈ２）ガスなどが用いられる。
In forming the P-type hydrogenated
このようにしてＰ型水素化アモルファスシリコン膜１６Ａが形成された後のシリコン基板７１の両面７１ａ，７１ｂにペースト状の電極前駆体１８，１９をそれぞれ形成する。図９（ｄ）には、各電極前駆体１８，１９が形成された後のシリコン基板７２を示す。
In this manner, paste-
そのあと各電極前駆体１８，１９が形成された後のシリコン基板７２に対して熱処理を行い、Ｐ型水素化アモルファスシリコン膜１６Ａを結晶化させる。このとき、Ｐ型水素化アモルファスシリコン膜１６Ａから水素が脱離する。Ｐ型水素化アモルファスシリコン膜１６Ａから脱離した水素は、非拡散層１３および拡散層１４に導入される。
Thereafter, the
これによって前記非拡散層１３中および拡散層１４中に存在する結晶欠陥および結晶粒界が水素終端化される。さらにＰ型アモルファスシリコン膜１６Ａ中に存在するホウ素が、不純物として非拡散層１３に導入される。
As a result, crystal defects and crystal grain boundaries existing in the
また前記熱処理によって、電極前駆体１８が焼成され、これによって受光面電極２３が形成される。さらに前記熱処理によって、Ｐ型アモルファスシリコン膜１６Ａ上の電極前駆体１９が焼成され、これによって裏面電極２４が形成される。このとき非拡散層１３に対してオーミックコンタクトをとることができる金属が、不純物として前記非拡散層１３に導入され、裏面電界層２６が形成される。このようにして、図９（ｅ）に示すような太陽電池セル７０が完成する。
Further, the
以上のような太陽電池セル７０の製造方法によれば、ＰＮ接合が形成された後のシリコン基板１２にＰ型水素化アモルファスシリコン膜１６Ａを形成する。そのあと熱処理によってＰ型水素化アモルファスシリコン膜１６Ａを結晶化させる。
According to the manufacturing method of the
これによって太陽電池セル１０の製造方法と同様に、シリコン基板中に存在する結晶欠陥および結晶粒界が水素終端化されるので、太陽電池セル７０に求められる特性、たとえば光電変換効率などを向上することができる。
As a result, the crystal defects and crystal grain boundaries present in the silicon substrate are hydrogen-terminated, as in the method for manufacturing the
また前記熱処理によって、Ｐ型アモルファスシリコン膜１６Ａ中に存在するホウ素が、不純物として非拡散層１３に導入される。これによって裏面電界層２６の不純物濃度を上げることができる。したがって、キャリアが裏面電極２４付近で再結合するのを効率よく防ぐことができ、これによって太陽電池セル７０に求められる特性、たとえば光電変換効率などを向上することができる。
In addition, boron present in the P-type
図１０は、本発明の第２実施形態である太陽電池セル８０の製造方法に基づく製造工程における各段階の生成物を示す断面図である。太陽電池セル８０の製造においては、第１実施形態である太陽電池セル３０の製造時に形成させた、水素化アモルファスシリコン膜１６にかえて、Ｎ型の極性をもつＮ型水素化アモルファスシリコン膜１６Ｂを形成させる以外は、太陽電池セル３０と同様の方法で、太陽電池セル８０を製造する。太陽電池セル８０の製造方法において、太陽電池セル３０の製造方法とは異なる、Ｎ型水素化アモルファスシリコン膜１６Ｂの形成方法について記載する。
Figure 10 is a sectional view showing the product of each step in the manufacturing process based on the second method of manufacturing the
ＰＮ接合が形成された後のシリコン基板３２にＮ型水素化アモルファスシリコン膜１６Ｂを形成する。図１０（ｃ）には、Ｎ型水素化アモルファスシリコン膜１６Ｂが形成された後のシリコン基板８１を示す。Ｎ型水素化アモルファスシリコン膜１６Ｂは、ＰＮ接合が形成された後のシリコン基板３２に設けられた裏面電界層３６の一表面３６ｂに形成される。
An N-type hydrogenated
Ｎ型水素化アモルファスシリコン膜１６Ｂを形成するにあたっては、たとえばプラズマＣＶＤ法が用いられる。原料ガスとしては、ケイ素原子（Ｓｉ）が含まれるシラン（ＳｉＨ４）ガス以外に、リンなどの５族元素を含んだガスが用いられる。本実施の形態では、リンなどの５族元素を含んだガスは、リン化水素（ＰＨ３）ガスである。希釈ガスとしては、水素（Ｈ２）ガスなどが用いられる。
In forming the N-type hydrogenated
このようにしてＮ型水素化アモルファスシリコン膜１６Ｂが形成された後のシリコン基板８１の両面８１ａ，８１ｂにペースト状の電極前駆体３８，３９をそれぞれ形成する。図１０（ｄ）には、各電極前駆体３８，３９が形成された後のシリコン基板８２を示す。
In this manner, paste-
そのあと各電極前駆体３８，３９が形成された後のシリコン基板８２に対して熱処理を行い、Ｎ型水素化アモルファスシリコン膜１６Ｂを結晶化させる。このとき、Ｎ型水素化アモルファスシリコン膜１６Ｂから水素が脱離する。Ｎ型水素化アモルファスシリコン膜１６Ｂから脱離した水素は、非拡散層３３、拡散層３４および裏面電界層３６に導入される。
Thereafter, the
これによって前記非拡散層３３中、拡散層３４中および裏面電界層３６中に存在する結晶欠陥および結晶粒界が水素終端化される。さらにＮ型アモルファスシリコン膜１６Ｂ中に存在するリンが、不純物として裏面電界層３６に導入される。
As a result, crystal defects and crystal grain boundaries existing in the
また前記熱処理によって、電極前駆体３８が焼成され、これによって受光面電極４３が形成される。さらに前記熱処理によって、Ｎ型アモルファスシリコン膜１６Ｂ上の電極前駆体３９が焼成され、これによって裏面電極４４が形成される。このようにして、図１０（ｅ）に示すような太陽電池セル８０が完成する。
Further, the
以上のような本実施の形態によれば、ＰＮ接合および裏面電界層３６がそれぞれ形成された後のシリコン基板３２の裏面電界層３６上にＮ型水素化アモルファスシリコン膜１６Ｂを形成する。そのあと熱処理によってＮ型水素化アモルファスシリコン膜１６Ｂを結晶化させる。
According to the present embodiment as described above, the N-type hydrogenated
これによって第１実施形態と同様に、シリコン基板中に存在する結晶欠陥および結晶粒界が水素終端化されるので、太陽電池セル８０に求められる特性、たとえば光電変換効率などを向上することができる。
This first real 施形 on purpose Similarly by the crystal defects and grain boundaries existing in a silicon substrate is hydrogen-terminated, properties required for the
また前記熱処理によって、Ｎ型アモルファスシリコン膜１６Ｂ中に存在するリンが、不純物として裏面電界層３６に導入される。これによって裏面電界層３６の不純物濃度を上げることができる。したがって、キャリアが裏面電極４４付近で再結合するのを効率よく防ぐことができ、これによって太陽電池セル８０に求められる特性、たとえば光電変換効率などを向上することができる。
In addition, phosphorus existing in the N-type
以上のような実施の各形態は、本発明の例示に過ぎず、本発明の範囲内において構成を変更することができる。たとえば水素化アモルファスシリコン膜１６の形成をプラズマＣＶＤ法によって行う例を示した。しかしながら本発明は、これに限定するものではなく、触媒ＣＶＤ法、減圧ＣＶＤ法などによって、水素化アモルファスシリコン膜１６を形成することができる。
Each embodiment as described above is merely an example of the present invention, and the configuration can be changed within the scope of the present invention. For example, an example is shown in which the hydrogenated
また半導体基板の受光面に形成される反射防止膜は、実施の各形態に示した酸化チタン膜、窒化シリコン膜および酸化アルミニウム膜以外にたとえば酸化シリコン膜などが挙げられる。また反射防止膜を形成する方法は、化学的気相成長法（Chemical
Vapor Deposition、略称ＣＶＤ）、物理的気相成長法（Physical Vapor Deposition、略称ＰＶＤ）、液相成長法などが挙げられる。
As the antireflection film formed on the light receiving surface of the semiconductor substrate, for example, a silicon oxide film can be used in addition to the titanium oxide film, the silicon nitride film, and the aluminum oxide film described in each embodiment. The method for forming the antireflection film is chemical vapor deposition (Chemical Vapor Deposition).
Examples include Vapor Deposition (abbreviation CVD), physical vapor deposition (abbreviation PVD), and liquid phase growth.
ＣＶＤ法としては、たとえばプラズマＣＶＤ法、触媒ＣＶＤ法、減圧ＣＶＤ法などが挙げられる。ＰＶＤ法としては、たとえば真空蒸着法、スパッタリング法などが挙げられる。液相成長法としては、たとえば塗布法、めっき法などが挙げられる。 Examples of the CVD method include a plasma CVD method, a catalytic CVD method, and a low pressure CVD method. Examples of the PVD method include a vacuum deposition method and a sputtering method. Examples of the liquid phase growth method include a coating method and a plating method.
また反射防止膜を形成するにあたっては、反射防止膜の膜厚均一性が求められる。反射防止膜の膜厚均一性を確保することによって、太陽電池セルの受光面の色合いの変化を抑制することができるだけでなく、太陽電池セルの光電変換効率などの特性を低下させない。 In forming the antireflection film, the film thickness uniformity of the antireflection film is required. By ensuring the film thickness uniformity of the antireflection film, not only the color change of the light receiving surface of the solar battery cell can be suppressed, but also the characteristics such as the photoelectric conversion efficiency of the solar battery cell are not deteriorated.
また電極の形成方法は、実施の各形態に示したスクリーン印刷法のような塗布法に限定されるものではなく、たとえば真空蒸着法のような気相法を挙げることができる。 The method for forming the electrode is not limited to a coating method such as the screen printing method shown in each embodiment, and examples thereof include a vapor phase method such as a vacuum evaporation method.
また実施の各形態では、半導体基板として多結晶シリコン基板を用いて太陽電池セルを製造する例を示した。しかしながら本発明は、これに限定するものではなく、半導体基板として、単結晶シリコン基板、シリコン基板以外のゲルマニウム基板などを用いることができる。 Moreover, in each embodiment, the example which manufactures a photovoltaic cell using a polycrystalline silicon substrate as a semiconductor substrate was shown. However, the present invention is not limited to this, and a single crystal silicon substrate, a germanium substrate other than the silicon substrate, or the like can be used as the semiconductor substrate.
１０，３０，５０，７０，８０，９０ 太陽電池セル
１１，３１ 多結晶シリコン基板
１４，３４ 拡散層
１５，３５，５５ 反射防止膜
１６ 水素化アモルファスシリコン膜
１８，１９，３８，３９ 電極前駆体
２３，４３ 受光面電極
２４，４４ 裏面電極
10, 30, 50, 70, 80, 90
Claims (6)
半導体基板の受光面となる面に対して反対側となる面に裏面電界層を形成し、
前記ＰＮ接合および前記裏面電界層がそれぞれ形成された後の半導体基板の前記裏面電界層上に水素化アモルファスシリコン膜を形成し、
熱処理によって前記水素化アモルファスシリコン膜を結晶化させることを特徴とする太陽電池セルの製造方法。 Forming a PN junction on the semiconductor substrate;
Forming a back surface electric field layer on the surface opposite to the light receiving surface of the semiconductor substrate;
Forming a hydrogenated amorphous silicon film on the back surface field layer of the semiconductor substrate after each of the PN junction and the back surface field layer is formed;
A method for producing a solar cell, wherein the hydrogenated amorphous silicon film is crystallized by heat treatment.
前記熱処理によって、前記水素化アモルファスシリコン膜を結晶化させるとともに、前記電極前駆体を焼成して電極を形成することを特徴とする請求項１または２に記載の太陽電池セルの製造方法。 After forming the hydrogenated amorphous silicon film, before the heat treatment, forming a paste-like electrode precursor on the semiconductor substrate after the hydrogenated amorphous silicon film is formed,
The method for manufacturing a solar cell according to claim 1 or 2 , wherein the hydrogenated amorphous silicon film is crystallized by the heat treatment and the electrode precursor is baked to form an electrode.
前記熱処理によって、前記水素化アモルファスシリコン膜を結晶化させるとともに、前記両面に形成された各電極前駆体を焼成して前記両面に電極をそれぞれ形成することを特徴とする請求項１または２に記載の太陽電池セルの製造方法。 After the hydrogenated amorphous silicon film is formed and before the heat treatment, paste-like electrode precursors are respectively formed on both sides of the semiconductor substrate after the hydrogenated amorphous silicon film is formed,
By the heat treatment, described in conjunction with crystallizing the hydrogenated amorphous silicon film, to claim 1 or 2 by firing the electrode precursor formed on the both surfaces and forming an electrode to each of the both surfaces Manufacturing method of solar cell.
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