JP6076814B2 - 太陽電池の製造方法 - Google Patents
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Description
太陽電池の出力特性は、一般に、ソーラーシミュレーターを用いて出力電流電圧曲線を測定することにより評価される。この曲線上で出力電流Imaxと出力電圧Vmaxとの積、Imax×Vmaxが最大となる点を最大出力Pmaxとよび、該Pmaxを太陽電池に入射する総光エネルギー(S×I:Sは素子面積、Iは照射する光の強度)で除した値:
η={Pmax/(S×I)}×100(%)
が太陽電池の変換効率ηとして定義される。
FF=Pmax/(Isc×Voc)
で定義されるフィルファクタ(曲線因子)により評価でき、該FFの値が1に近いほど出力電流電圧曲線が理想的な角形に近づき、変換効率ηも高められることを意味する。
上記変換効率ηを向上させるには、キャリアの表面再結合を低減させることが重要である。シリコン結晶系太陽電池においては、太陽光の入射光によって光生成した少数キャリアが、主に拡散によってp−n接合面へ到達した後、受光面及び裏面に取り付けられた電極から多数キャリアとして外部へ取り出され、電気エネルギーとなる。その際、電極面以外の基板表面に存在する界面準位を介して、本来電流として取り出すことの出来たキャリアが再結合して失われることがあり、変換効率ηの低下に繋がる。
パッシベーション膜の形成方法としては、主に熱酸化法が用いられ、シリコン基板を酸素雰囲気中または大気雰囲気中で熱酸化炉内において、900℃以上に加熱しシリコン基板の表面に酸化膜を形成する。しかし、パッシベーション膜を熱酸化法にて形成する場合、900℃以上という高温でシリコン基板を処理する必要があり、このような高温処理による不純物の再拡散によって、シリコン基板のライフタイムが低下するといった問題が発生する。
例えば、シリコン基板1を水酸化ナトリウム水溶液に浸し、ダメージ層をエッチングで取り除く。この基板のダメージ除去は、水酸化カリウム等の強アルカリ水溶液を用いてもよく、フッ硝酸等の酸水溶液でも同様の目的を達成することが可能である。ダメージエッチングを行ったシリコン基板1にランダムテクスチャを形成する。太陽電池は通常、表面に凹凸形状を形成するのが好ましい。その理由は、可視光域の反射率を低減させる目的で、できる限り2回以上の反射を受光面で行わせる必要があるためである。これら一つ一つの凹凸形状のサイズは1〜20μm程度が好ましい。代表的な表面凹凸構造としては、V溝、U溝が挙げられる。これらは、研削機を利用して形成可能である。また、水酸化ナトリウムにイソプロピルアルコールを加えた水溶液に浸してウェットエッチングすることで、ランダムな凹凸構造を作ることができる。他には、酸エッチングやリアクティブ・イオン・エッチング等を用いてランダムな凹凸構造を作ることもできる。なお、図中では両面に形成したテクスチャ構造は微細なため省略している。
シリコン基板1がn型の場合は、裏面にドーパントを含む塗布剤を塗布した後に熱処理を行うことでn型拡散層3を裏面に形成する[図1(B)]。熱処理後、シリコン基板1に付いたガラス成分はガラスエッチング等により洗浄する。ドーパントはリンが好ましい。n型拡散層3の表面ドーパント濃度は、1×1018cm−3〜5×1020cm−3が好ましく、5×1018cm−3〜1×1020cm−3がより好ましい。
同様の処理を受光面で行い、p型拡散層2を受光面全体に形成する[図1(C)]。n型拡散層3を形成した裏面同士を合わせて、BBr3による気相拡散により、p型拡散層2を形成する。ドーパントはボロンが好ましく、また、p型拡散層2の表面ドーパント濃度は、1×1018cm−3〜5×1020cm−3が好ましく、更には5×1018cm−3〜1×1020cm−3がより好ましい。
プラズマエッチャーを用い、pn接合分離を行う。このプロセスではプラズマやラジカルが受光面や裏面に侵入しないよう、サンプルをスタックし、その状態で端面を数ミクロン削る。接合分離後、シリコン基板1に付いたガラス成分、シリコン粉等はガラスエッチング等により洗浄する。
続いて、p型拡散層2上、すなわちシリコン基板1の受光面に、ハロゲン元素を溶剤に溶解させた溶液を塗布しシリコン基板1の表面を不活性化させる[図1(D)]。すなわち、図中に示したp型拡散層2上の基板表面4は、ハロゲン元素を溶剤に溶解させた溶液にて処理される。
ここで使用するハロゲン元素としては取扱が容易な観点からヨウ素が好適である。
また、シリコン基板1の表面へのハロゲン元素含有溶液の塗布方法としては、スピンコート法、スプレーコート法、ディップコート法、ロールコート法など、特に限定されないが、スピンコート法が簡便であり好適である。本工程で塗布された溶液に含まれるハロゲン元素は、処理後の基板表面4においてダングリングボンドを終端するとともに、負電荷として作用してp型拡散層2に対するパッシベーション効果を向上させる。
引き続き、図1(E)に示すように、CVD装置を用い、n型拡散層3及びp型拡散層2上に誘電体膜5である窒化珪素膜を堆積する。この膜厚は70〜100nmが好ましい。他の反射防止膜として二酸化チタン膜、酸化亜鉛膜、酸化スズ膜、酸化タンタル膜、酸化ニオブ膜、ふっ化マグネシウム膜、酸化アルミニウム膜等があり、代替が可能である。また、形成方法も上記以外にリモートプラズマCVD法、コーティング法、真空蒸着法等があるが、経済的な観点から、上記、窒化珪素膜をプラズマCVD法によって形成するのが好適である。
スクリーン印刷装置等を用い、受光面側及び裏面側に、例えば銀からなるペーストを、スクリーン印刷装置を用いてp型拡散層2及びn型拡散層3上に印刷し、櫛形電極パターン状に塗布して乾燥させる。シリコン基板にp型を使用する場合は、裏面側にAl粉末を有機バインダで混合したペーストをスクリーン印刷し乾燥させる。最後に、焼成炉において、500〜900℃で1〜30分焼成を行い、p型拡散層2及びn型拡散層3と電気的に接続するフィンガー電極6、裏面電極7、及びバスバー電極8を形成する[図1(F)]。
結晶面方位(100)、15.65cm角200μm厚、アズスライス比抵抗2Ω・cm(ドーパント濃度7.2×1015cm−3)リンドープn型単結晶シリコン基板を、水酸化ナトリウム水溶液に浸してダメージ層をエッチングで取り除き、水酸化カリウム水溶液にイソプロピルアルコールを加えた水溶液に浸してアルカリエッチングすることでテクスチャ形成を行った。得られたシリコン基板1の裏面に、リンドーパントを含む塗布剤を塗布した後に、900℃,1時間熱処理を行い、n型拡散層3を裏面に形成した。熱処理後、基板に付いたガラス成分は高濃度フッ酸溶液等により除去後、洗浄した。
窒化珪素膜形成前に、ヨウ素メタノール溶液をスピンコート法にてp型拡散層2上に塗布し、表面処理を行う工程を省いた以外は、実施例1と同様の方法にて作製した。
2 p型拡散層
3 n型拡散層
4 ハロゲン元素を溶剤に溶解させた溶液にて処理した基板表面
5 誘電体膜(反射防止膜)
6 受光面電極(フィンガー電極)
7 裏面電極
8 バスバー電極
Claims (4)
- 第一導電型のシリコン基板の受光面側に第一導電型と反対の導電型となる受光面側拡散層を形成する工程と、
前記受光面側拡散層を形成する工程の後で、前記シリコン基板表面のダングリングボンドを終端するとともに前記シリコン基板の表面において負電荷として作用するハロゲン元素を0.001〜0.1mol/lの濃度で溶剤に溶解させた溶液を前記シリコン基板の受光面にのみに塗布して該シリコン基板の表面を処理する工程と、
前記シリコン基板の表面を処理する工程の後で、前記受光面側拡散層上に反射防止膜となる誘電体膜を形成する工程と、
前記誘電体膜を形成する工程の後で、前記受光面側拡散層に電気的に接続する受光面電極を形成する工程とを備え、
前記受光面側拡散層が前記シリコン基板におけるp型拡散層である太陽電池の製造方法。 - 前記シリコン基板の受光面と反対側の裏面側に第一導電型と同じ導電型の裏面側拡散層を形成する工程を更に有し、
前記誘電体膜を形成する工程において、前記受光面側拡散層上に加え前記裏面側拡散層上に前記誘電体膜を形成し、
前記シリコン基板の表面を処理する工程は、前記裏面側拡散層を形成する工程の後で行われることを特徴とする請求項1に記載の太陽電池の製造方法。 - 前記ハロゲン元素を溶剤に溶解させた溶液が有機溶媒又は水を含有することを特徴とする請求項1または2に記載の太陽電池の製造方法。
- 前記ハロゲン元素がヨウ素であることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の太陽電池の製造方法。
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