JP6176783B2 - 結晶系シリコン太陽電池及びその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明の構成1は、一の導電型の結晶系シリコン基板を用意する工程と、結晶系シリコン基板の一方の表面に、他の導電型の不純物拡散層を形成する工程と、フッ酸、硫酸及び硝酸を含むエッチング溶液を用いて、不純物拡散層の一部をエッチングするとともに、不純物拡散層の表面にシリコン酸化膜を形成する工程と、該シリコン酸化膜の表面に反射防止膜を形成する工程と、第1の導電性ペーストを、反射防止膜の表面に印刷し、及び焼成することによって光入射側電極を形成する工程とを含む、結晶系シリコン太陽電池の製造方法である。
本発明の構成2は、エッチング溶液が、フッ酸1重量部に対し、硫酸を8〜30重量部及び硝酸を150〜700重量部含む、構成1の結晶系シリコン太陽電池の製造方法である。エッチング溶液が、所定割合の成分を含むことにより、パッシベーション膜の機能を有するシリコン酸化膜を確実に形成することができる。
本発明の構成3は、エッチング溶液が、フッ酸1重量部に対し、水を90〜500重量部含む、構成1又は2の結晶系シリコン太陽電池の製造方法である。エッチング溶液が、所定割合の水を含むことにより、エッチング溶液の取り扱いを容易にし、パッシベーション膜の機能を有するシリコン酸化膜をより確実に形成することができる。
本発明の構成4は、シリコン酸化膜を形成する工程において、エッチング溶液の温度が、0〜40℃であり、不純物拡散層の一部をエッチングする時間が、40〜500秒である、構成1〜3のいずれかの結晶系シリコン太陽電池の製造方法である。エッチング溶液が所定温度であり、エッチングする時間が所定の時間であることによって、パッシベーション膜の機能を有するシリコン酸化膜を、より確実に形成することができる。
本発明の構成5は、シリコン酸化膜を形成する工程において、エッチング前のシート抵抗が40〜60Ω/□であり、エッチング後の不純物拡散層のシート抵抗が70〜150Ω/□となるように不純物拡散層の一部をエッチングする、構成1〜4のいずれかの結晶系シリコン太陽電池の製造方法である。エッチング後の不純物拡散層のシート抵抗が、エッチング前のシート抵抗より高くなるように不純物拡散層表面をエッチングすることにより、結晶系シリコン太陽電池の短絡電流密度(Jsc)を、増加させることができる。
本発明の構成6は、シリコン酸化膜を形成する工程において、膜厚が0.1〜10nmとなるようにシリコン酸化膜を形成する、構成1〜5のいずれかの結晶系シリコン太陽電池の製造方法である。シリコン酸化膜の膜厚が所定の範囲であることにより、その後に形成される反射防止膜とともに、反射防止膜としての機能を発揮することができる。
本発明の構成7は、シリコン酸化膜を形成する工程において、不純物拡散層の一部をエッチングする際のエッチングレートが、0.3〜1.0μg/(cm2・s)である、構成1〜6のいずれかの結晶系シリコン太陽電池の製造方法である。不純物拡散層の一部をエッチングする際のエッチングレートが、所定の範囲であることにより、上述の所定の機能を有するシリコン酸化膜を確実に形成することができる。
本発明の構成8は、反射防止膜が、窒化シリコン膜である、構成1〜7のいずれかの結晶系シリコン太陽電池の製造方法である。反射防止膜が窒化シリコン膜であることにより、上述のように形成されたシリコン酸化膜とともに、入射した光に対して反射防止機能を発揮することができる。
本発明の構成9は、結晶系シリコン基板の他方の表面に、第2の導電性ペーストを印刷し、及び焼成することによって裏面電極を形成する工程をさらに含む、構成1〜8のいずれかの結晶系シリコン太陽電池の製造方法である。光入射側電極とともに、裏面電極が形成されることにより、結晶系シリコン太陽電池によって発電された電力を外部に取り出すことができる。
本発明は、本発明の構成10は、構成1〜9のいずれかの製造方法によって製造される結晶系シリコン太陽電池である。本発明の結晶系シリコン太陽電池では、簡便な方法によって所定のシリコン酸化膜を形成することができるので、低コストで高性能の結晶系シリコン太陽電池を得ることができる。
実施例1〜4として、本発明の製造方法により不純物拡散層4の表面にシリコン酸化膜3が形成されている単結晶シリコン太陽電池を製造し、太陽電池特性を測定した。比較のため、比較例1〜4として、不純物拡散層4の表面に形成されたシリコン酸化膜3を除去した単結晶シリコン太陽電池を製造し、太陽電池特性を測定した。
・導電性粉末: Ag(100重量部)。球状、BET値が1.0m2/g、平均粒径D50が1.4μmのものを用いた。
・有機バインダ: エチルセルロース(2重量部)、エトキシ含有量48〜49.5重量%のものを用いた。
・可塑剤: オレイン酸(0.2重量部)を用いた。
・溶剤: ブチルカルビトール(5重量部)を用いた。
・ガラスフリット: PbO−SiO2−Al2O3−P2O5−TiO2−ZnO系のガラスフリットを用いた。なお、導電性ペースト中のガラスフリットの重量割合は、2重量部とした。また、ガラスフリットの平均粒径D50は2μmとした。
太陽電池セルの電気的特性の測定は、次のように行った。すなわち、製造した単結晶シリコン太陽電池の電流−電圧特性を、ソーラーシミュレータ光(AM1.5、エネルギー密度100mW/cm2)の照射下で測定し、測定結果から開放電圧(Voc)及び短絡電流密度(Jsc)を算出した。
表1に、実施例1〜4及び比較例1〜4の単結晶シリコン太陽電池の特性である開放電圧(Voc)及び短絡電流密度(Jsc)の測定結果を示す。また、図3及び図4に、表1に示した開放電圧(Voc)及び短絡電流密度(Jsc)の測定結果を、それぞれ図示する。
上述の実施例1〜4では、n型不純物拡散層4のシート抵抗は、50Ω/□だったものを、所定の組成のエッチング溶液によって90秒間のエッチング(エッチバック)を行ったことにより、高い開放電圧及び高い短絡電流密度を有する結晶系シリコン太陽電池を製造することができた。そこで、さらに、n型不純物拡散層4のエッチング特性について考察するために、表2に示すような条件で、n型不純物拡散層4のエッチバックを行った。なお、このエッチバックに用いた結晶系シリコン基板1及びn型不純物拡散層4の形成条件は、上述の実施例1〜4で用いたものと同様である。表2の試料1として示すように、エッチングを行わなかった場合のn型不純物拡散層4のシート抵抗は、48.6Ω/□だった。また、エッチング溶液の調合にあたり、フッ酸は重量濃度50%、硫酸は重量濃度96%、硝酸は重量濃度61%のものを用いた。表2には、各成分の体積割合(体積部)及び重量割合(重量部)を示す。
2 反射防止膜
3 シリコン酸化膜
4 不純物拡散層(n型不純物拡散層)
15 裏面電極
20 光入射側電極(表面電極)
Claims (8)
- 一の導電型の結晶系シリコン基板を用意する工程と、
結晶系シリコン基板の一方の表面に、他の導電型の不純物拡散層を形成する工程と、
フッ酸、硫酸及び硝酸を含むエッチング溶液を用いて、不純物拡散層の一部をエッチングするとともに、不純物拡散層の表面にシリコン酸化膜を形成する工程であって、エッチング溶液が、フッ酸1重量部に対し、硫酸を8〜30重量部及び硝酸を150〜700重量部含む、工程と、
シリコン酸化膜の表面に反射防止膜を形成する工程と、
第1の導電性ペーストを、反射防止膜の表面に印刷し、及び焼成することによって光入射側電極を形成する工程とを含む、結晶系シリコン太陽電池の製造方法。 - エッチング溶液が、フッ酸1重量部に対し、水を90〜500重量部含む、請求項1に記載の結晶系シリコン太陽電池の製造方法。
- シリコン酸化膜を形成する工程において、
エッチング溶液の温度が、0〜40℃であり、
不純物拡散層の一部をエッチングする時間が、40〜500秒である、請求項1又は2に記載の結晶系シリコン太陽電池の製造方法。 - シリコン酸化膜を形成する工程において、エッチング前のシート抵抗が40〜60Ω/□であり、エッチング後の不純物拡散層のシート抵抗が70〜150Ω/□となるように不純物拡散層の一部をエッチングする、請求項1〜3のいずれかに記載の結晶系シリコン太陽電池の製造方法。
- シリコン酸化膜を形成する工程において、膜厚が0.1〜10nmとなるようにシリコン酸化膜を形成する、請求項1〜4のいずれかに記載の結晶系シリコン太陽電池の製造方法。
- シリコン酸化膜を形成する工程において、不純物拡散層の一部をエッチングする際のエッチングレートが、0.3〜1.0μg/(cm2・s)である、請求項1〜5のいずれかに記載の結晶系シリコン太陽電池の製造方法。
- 反射防止膜が、窒化シリコン膜である、請求項1〜6のいずれかに記載の結晶系シリコン太陽電池の製造方法。
- 結晶系シリコン基板の他方の表面に、第2の導電性ペーストを印刷し、及び焼成することによって裏面電極を形成する工程をさらに含む、請求項1〜7のいずれかに記載の結晶系シリコン太陽電池の製造方法。
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