JP5625538B2 - p型拡散層形成組成物、p型拡散層の製造方法、及び太陽電池セルの製造方法 - Google Patents
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まず、光閉じ込め効果を促して高効率化を図るよう、テクスチャー構造を形成したp型シリコン基板を準備し、続いてオキシ塩化リン(POCl3)、窒素、酸素の混合ガス雰囲気において800〜900℃で数十分の処理を行って、基板に一様にn型拡散層を形成する。この従来の方法では、混合ガスを用いてリンの拡散を行うため、表面のみならず、側面、裏面にもn型拡散層が形成される。それゆえ、側面のn型拡散層を除去するためのサイドエッチングを行っている。また、裏面のn型拡散層はp+型拡散層へ変換する必要があり、裏面にアルミペーストを印刷し、これを焼成して、n型層をp+型層にするのと同時に、オーミックコンタクトを得ている。
本発明は、以上の従来の問題点に鑑みなされたものであり、結晶シリコン基板を用いた太陽電池セルの製造工程において、シリコン基板中の内部応力、基板の反りの発生を抑制しつつ、短時間でp型拡散層を形成することが可能なp型拡散層形成組成物、p型拡散の製造方法、及び太陽電池セルの製造方法の提供を課題とする。
<1> アクセプタ元素を含むガラス粉末と、分散媒と、を含み、前記ガラス粉末の含有率が1質量%以上90質量%以下の範囲であるp型拡散層形成組成物であり、
前記p型拡散層形成組成物を半導体基板上に塗布する工程と、前記p型拡散層形成組成物を塗布した半導体基板を熱処理して前記半導体基板にp型拡散層を形成する工程と、前記p型拡散層の表面に形成されるガラスを除去する工程と、を有するp型拡散層の製造方法に用いられるp型拡散層形成組成物。
尚、本明細書において「〜」は、その前後に記載される数値をそれぞれ最小値および最大値として含む範囲を示すものとする。
ここで、p型拡散層形成組成物とはアクセプタ元素を含有し、例えば、シリコン基板に塗布した後に熱拡散処理(焼成)することでこのアクセプタ元素を熱拡散させてp型拡散層を形成することが可能な材料をいう。本発明のp型拡散層形成組成物を用いることで、p+型拡散層形成工程とオーミックコンタクト形成工程とを分離でき、オーミックコンタクト形成のための電極材の選択肢が広がるとともに、電極の構造の選択肢も広がる。例えば銀等の低抵抗材を電極に用いれば薄い膜厚で低抵抗が達成できる。また、電極も全面に形成する必要はなく、櫛型等の形状のように部分的に形成してもよい。以上のように薄膜あるいは櫛型形状等の部分的形状にすることで、シリコン基板中の内部応力、基板の反りの発生を抑えながらp型拡散層を形成することが可能となる。
なお、本発明における「p型拡散層を形成する」ために要する時間とは、p型拡散層を形成し且つp型拡散層の上に形成されるガラス層を除去するために要する総時間をいう。よって、p型拡散層の上に形成されるガラス層が短時間で除去されることにより、p型拡散層を形成するための時間が短縮される。
アクセプタ元素とは、シリコン基板中にドーピングさせることによってp型拡散層を形成することが可能な元素である。アクセプタ元素としては第13族の元素が使用でき、例えばB(ほう素)、Al(アルミニウム)及びGa(ガリウム)等が挙げられる。
ガラス成分物質としては、SiO2、K2O、Na2O、Li2O、BaO、SrO、CaO、MgO、BeO、ZnO、PbO、CdO、Tl2O、SnO、ZrO2、MoO3、La2O3、Nb2O5、Ta2O5、Y2O3、TiO2、GeO2、TeO2及びLu2O3等が挙げられ、SiO2、K2O、Na2O、Li2O、BaO、SrO、CaO、MgO、BeO、ZnO、PbO、CdO、Tl2O、SnO、ZrO2、及びMoO3から選択される少なくとも1種を用いることが、好ましい。
上記では1成分ガラスあるいは2成分を含む複合ガラスを例示したが、B2O3−SiO2−Na2O等必要に応じて3種類以上の複合ガラスでもよい。
最初に原料を秤量し、るつぼに充填する。るつぼの材質としては白金、白金−ロジウム、イリジウム、アルミナ、石英、炭素等が挙げられるが、溶融温度、雰囲気、溶融物質との反応性等を考慮して適宜選ばれる。
次に、電気炉でガラス組成に応じた温度で加熱し均一な融液とする。このとき融液が均一となるよう攪拌することが望ましい。
続いて均一になった融液をジルコニア基板やカーボン基板等の上に流し出して融液をガラス化する。
最後にガラスを粉砕し粉末状とする。粉砕にはジェットミル、ビーズミル、ボールミル等公知の方法が適用できる。
分散媒とは、組成物中において上記ガラス粉末を分散させる媒体である。具体的に分散媒としては、バインダーや溶剤などが採用される。
p型拡散層形成組成物の粘度は、塗布性を考慮して、10mPa・S以上1000000mPa・S以下であることが好ましく、50mPa・S以上500000mPa・S以下であることがより好ましい。
詳細には、インゴットからスライスした際に発生するシリコン表面のダメージ層を20質量%苛性ソーダで除去する。次いで1質量%苛性ソーダと10質量%イソプロピルアルコールの混合液によりエッチングを行い、テクスチャー構造を形成する。太陽電池セルは、受光面(表面)側にテクスチャー構造を形成することにより、光閉じ込め効果が促され、高効率化が図られる。
上記p型拡散層形成組成物の塗布量としては特に制限は無いが、例えば、0.05g/m2〜1.05g/m2とすることができ、0.065g/m2〜0.02g/m2であることが好ましい。
熱拡散処理時間は、p型拡散層形成組成物に含まれるアクセプタ元素の含有率などに応じて適宜選択することができる。例えば、1〜60分間とすることができ、2〜30分間であることがより好ましい。
ここで、ガラス粉末の含有率が1質量%以上90質量%以下である本発明のp型拡散層形成組成物を用いると、p型拡散層の上に形成されるガラス層が短時間で除去される。
この内部応力は、結晶の結晶粒界に損傷を与え、電力損失が大きくなるという課題があった。また、反りは、モジュール工程における太陽電池セルの搬送や、タブ線と呼ばれる銅線との接続において、セルを破損させ易くしていた。近年では、スライス加工技術の向上から、結晶シリコン基板の厚みが薄型化されつつあり、更にセルが割れ易い傾向にある。
より具体的には、上記混合ガス流量比NH3/SiH4が0.05〜1.0、反応室の圧力が0.1〜2Torr、成膜時の温度が300〜550℃、プラズマの放電のための周波数が100kHz以上の条件下で形成される。
このような表面電極は、例えば、上述の金属ペーストのスクリーン印刷、又は電極材料のメッキ、高真空中における電子ビーム加熱による電極材料の蒸着などの手段により形成することができる。バスバー電極とフィンガー電極とからなる表面電極は受光面側の電極として一般的に用いられていて周知であり、受光面側のバスバー電極及びフィンガー電極の公知の形成手段を適用することができる。
n型拡散層の形成にn型拡散層形成組成物を用いる方法では、まず、p型半導体基板の表面である受光面にn型拡散層形成組成物を塗布し、裏面に本発明のp型拡散層形成組成物を塗布し、600〜1200℃で熱拡散処理する。この熱拡散処理により、表面ではp型半導体基板中へドナー元素が拡散してn型拡散層が形成され、裏面ではアクセプタ元素が拡散してp+型拡散層が形成される。この工程以外は上記方法と同様の工程により、太陽電池セルが作製される。
B2O3−SiO2−R2O(R:Na,K,Li)系ガラス粉末(商品名:TMX−603C、東罐マテリアル・テクノロジー(株)社製)20gとエチルセルロース0.08g、酢酸2−(2−ブトキシエトキシ)エチル2.14gを混合してペースト化し、ガラス粉末の含有率90%のp型拡散層形成組成物を調製した。
次に、調製したペーストをスクリーン印刷によって、塗布量が0.065g/m2となるように、表面にn型層が形成されたp型シリコン基板の表面に塗布し、150℃のホットプレート上で5分間乾燥させた。続いて、1000℃に設定した電気炉で10分間熱拡散処理を行い、その後ガラス層を除去するため基板を2.5%ふっ酸に90分間浸漬し、流水洗浄、乾燥を行った。
B2O3−SiO2−R2O(R:Na,K,Li)系ガラス粉末(商品名:TMX−603C、東罐マテリアル・テクノロジー(株)社製)8gとエチルセルロース0.17g、酢酸2−(2−ブトキシエトキシ)エチル4.27gを混合してペースト化し、ガラス粉末の含有率65%のp型拡散層形成組成物を調製した。
次に、調製したペーストをスクリーン印刷によって、表面にn型層が形成されたp型シリコン基板の表面に塗布し、150℃のホットプレート上で5分間乾燥させた。続いて、1000℃に設定した電気炉で10分間熱拡散処理を行い、その後ガラス層を除去するため基板を2.5%ふっ酸に40分間浸漬し、流水洗浄、乾燥を行った。
B2O3−SiO2−R2O(R:Na,K,Li)系ガラス粉末(商品名:TMX−603C、東罐マテリアル・テクノロジー(株)社製)6gとエチルセルロース0.91g、酢酸2−(2−ブトキシエトキシ)エチル23.1gを混合してペースト化し、ガラス粉末の含有率20%のp型拡散層形成組成物を調製した。
次に、調製したペーストをスクリーン印刷によって、表面にn型層が形成されたp型シリコン基板の表面に塗布し、150℃のホットプレート上で5分間乾燥させた。続いて、1000℃に設定した電気炉で10分間熱拡散処理を行い、その後ガラス層を除去するため基板を2.5%ふっ酸に30分間浸漬し、流水洗浄、乾燥を行った。
B2O3−SiO2−R2O(R:Na,K,Li)系ガラス粉末(商品名:TMX−603C、東罐マテリアル・テクノロジー(株)社製)3gとエチルセルロース1.02g、酢酸2−(2−ブトキシエトキシ)エチル26.0gを混合してペースト化し、ガラス粉末の含有率10%のp型拡散層形成組成物を調製した。
次に、調製したペーストをスクリーン印刷によって、表面にn型層が形成されたp型シリコン基板の表面に塗布し、150℃のホットプレート上で5分間乾燥させた。続いて、1000℃に設定した電気炉で10分間熱拡散処理を行い、その後ガラス層を除去するため基板を2.5%ふっ酸に30分間浸漬し、流水洗浄、乾燥を行った。
B2O3−SiO2−R2O(R:Na,K,Li)系ガラス粉末(商品名:TMX−603C、東罐マテリアル・テクノロジー(株)社製)0.5gとエチルセルロース0.36g、酢酸2−(2−ブトキシエトキシ)エチル9.14gを混合してペースト化し、ガラス粉末の含有率5%のp型拡散層形成組成物を調製した。
次に、調製したペーストをスクリーン印刷によって、表面にn型層が形成されたp型シリコン基板の表面に塗布し、150℃のホットプレート上で5分間乾燥させた。続いて、1000℃に設定した電気炉で10分間熱拡散処理を行い、その後ガラス層を除去するため基板を2.5%ふっ酸に30分間浸漬し、流水洗浄、乾燥を行った。
B2O3−SiO2−R2O(R:Na,K,Li)系ガラス粉末(商品名:TMX−603C、東罐マテリアル・テクノロジー(株)社製)0.3gとエチルセルロース0.56g、酢酸2−(2−ブトキシエトキシ)エチル14.1gを混合してペースト化し、ガラス粉末の含有率2%のp型拡散層形成組成物を調製した。
次に、調製したペーストをスクリーン印刷によって、表面にn型層が形成されたp型シリコン基板の表面に塗布し、150℃のホットプレート上で5分間乾燥させた。続いて、1000℃に設定した電気炉で10分間熱拡散処理を行い、その後ガラス層を除去するため基板を2.5%ふっ酸に30分間浸漬し、流水洗浄、乾燥を行った。
B2O3−SiO2−R2O(R:Na,K,Li)系ガラス粉末(商品名:TMX−603C、東罐マテリアル・テクノロジー(株)社製)30gとエチルセルロース0.06g、酢酸2−(2−ブトキシエトキシ)エチル1.52gを混合してペースト化し、ガラス粉末の含有率95%のp型拡散層形成組成物を調製した。
次に、調製したペーストをスクリーン印刷によって、表面にn型層が形成されたp型シリコン基板の表面に塗布し、150℃のホットプレート上で5分間乾燥させた。続いて、1000℃に設定した電気炉で10分間熱拡散処理を行い、その後ガラス層を除去するため基板を2.5%ふっ酸に90分間浸漬したが、ガラス残渣は完全に除去できなかった。その後、流水洗浄し、乾燥を行った。
B2O3−SiO2−R2O(R:Na,K,Li)系ガラス粉末(商品名:TMX−603C、東罐マテリアル・テクノロジー(株)社製)0.05gとエチルセルロース0.38g、酢酸2−(2−ブトキシエトキシ)エチル9.57gを混合してペースト化し、ガラス粉末の含有率0.5%のp型拡散層形成組成物を調製した。
次に、調製したペーストをスクリーン印刷によって、表面にn型層が形成されたp型シリコン基板表面に塗布し、150℃のホットプレート上で5分間乾燥させた。続いて、1000℃に設定した電気炉で10分間熱拡散処理を行い、その後ガラス層を除去するため基板を2.5%ふっ酸に90分間浸漬し、流水洗浄、乾燥を行った。
次に、調製したペーストをスクリーン印刷によって、表面にn型層が形成されたp型シリコン基板の表面に塗布し、150℃のホットプレート上で5分間乾燥させた。続いて、1000℃に設定した電気炉で10分間熱拡散処理を行い、その後ガラス層を除去するため基板を2.5%ふっ酸に30分間浸漬し、流水洗浄、乾燥を行った。
Claims (5)
- アクセプタ元素を含むガラス粉末と、分散媒と、を含有し、前記ガラス粉末の含有比率が1質量%以上90質量%以下であるp型拡散層形成組成物であり、
前記p型拡散層形成組成物を半導体基板上に塗布する工程と、前記p型拡散層形成組成物を塗布した半導体基板を熱処理して前記半導体基板にp型拡散層を形成する工程と、前記p型拡散層の表面に形成されるガラスを除去する工程と、を有するp型拡散層の製造方法に用いられるp型拡散層形成組成物。 - 前記アクセプタ元素が、B(ほう素)、Al(アルミニウム)及びGa(ガリウム)から選択される少なくとも1種である請求項1に記載のp型拡散層形成組成物。
- 前記アクセプタ元素を含むガラス粉末が、B2O3、Al2O3及びGa2O3から選択される少なくとも1種のアクセプタ元素含有物質と、SiO2、K2O、Na2O、Li2O、BaO、SrO、CaO、MgO、BeO、ZnO、PbO、CdO、Tl2O、SnO、ZrO2、及びMoO3から選択される少なくとも1種のガラス成分物質と、を含有する請求項1又は請求項2に記載のp型拡散層形成組成物。
- 請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載のp型拡散層形成組成物を半導体基板上に塗布する工程と、前記p型拡散層形成組成物を塗布した半導体基板を熱処理して前記半導体基板にp型拡散層を形成する工程と、前記p型拡散層の表面に形成されるガラスを除去する工程と、を有するp型拡散層の製造方法。
- 半導体基板上に、請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載のp型拡散層形成組成物を塗布する工程と、前記p型拡散層形成組成物を塗布した半導体基板を熱処理して前記半導体基板にp型拡散層を形成する工程と、前記p型拡散層の表面に形成されるガラスを除去する工程と、を有する太陽電池セルの製造方法。
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