JPH02177569A - 太陽電池の製造方法 - Google Patents

太陽電池の製造方法

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JPH02177569A
JPH02177569A JP63334675A JP33467588A JPH02177569A JP H02177569 A JPH02177569 A JP H02177569A JP 63334675 A JP63334675 A JP 63334675A JP 33467588 A JP33467588 A JP 33467588A JP H02177569 A JPH02177569 A JP H02177569A
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JP
Japan
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semiconductor substrate
conductivity type
diffusion layer
solar cell
paste
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JP63334675A
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Takayuki Minamimori
南森 孝幸
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] この発明は太陽電池の製造方法に関するものであり、特
に、短波長側の光起電力を向上させた太陽電池の製造方
法に関するものである。
[従来の技術] 太陽電池はPN接合を利用したエネルギ変換器であり、
たとえばn型St基板に1〜3μmのp型拡散層を形成
して、表面より光がPN接合に到達するようにして、そ
の光起電力効果を利用するものである。このような太陽
電池において、上記拡散層を薄くすると、短波長側の分
光感度が向上し、エネルギ変換効率が改善されることは
一般に知られている。しかし、拡散層を薄くすると、そ
の上に形成される受光面電極の材料が限定きれ、かつそ
の形成方法も制限を受ける。すなわち、拡散層を薄くす
るならば、リーク電流が増加してPN接合が破壊するこ
とがないような電極材料を選ばなければならないし、ま
た、その形成方法にも細心の注意を払わなければならな
い。市販の太陽電池のうち、宇宙用太陽電池のように、
費用の問題が比較的少ない場合には、Ti、Pd、Ag
等の蒸着電極が多用される。しかしながら、このような
材料を地上用太陽電池に使用すると、材料費のみならず
、プロセスの複雑さの面から、コスト高となり、実用的
でない。そこで、費用が安く、かつ工程が複雑でない、
地上用太陽電池の受光面電極の形成方法として、導電性
銀(Ag)ペーストの印刷焼成法が提案されている。し
かしながら、この導電性銀ペーストの印刷焼成法におい
ては、銀ペースト材料が600〜750℃の温度範囲で
焼成されることが多く、このような温度の下では、ペー
スト中に含まれるガラスフリットが拡散層内へ浸透し、
たとえば、深さが0.2μm以下の浅い接合では、素子
のリーク電流が増加し、曲線因子の低下により、変換効
率が著しく損なわれるという問題点があった。したがっ
て、この導電性銀ペーストの印刷焼成法においては、拡
散層の接合深さを0.3μm以上、シート抵抗値で40
〜50Ω/口程度にしなければならなかった。これより
浅い拡散層の場合、換言すれば、高いシート抵抗値のと
きは、上述のとおり、ペースト中に含まれるガラスフリ
ットが拡散層内へ浸透し、ひいては、素子のリーク電流
が増加し、曲線因子の低下により変換効率が著しく損な
われる。それゆえに、導電性銀ペーストの印刷焼成法に
おいては、短波長側感度を向上させた素子の製作は実際
上困難であると考えられた。
そこで、上述のような問題点を解決するための方法が、
従来より種々提案されている。
第4A図〜第4E図は、短波長側感度を改善した太陽電
池の従来の製造方法の工程を断面図で表わしたものであ
る。
第4A図を参照して、たとえばp型シリコン基板1を準
備する。次に、第4B図を参照して、シリコン基板1の
主表面に、シリコン基板1とは反対の導電型のn型不純
物からなる深い拡散層2を形成する。続いて、第4C図
を参照して、受光面電極を設ける予定の部分に、耐酸性
のレジスト3を印刷する。続いて、j@4D図を参照し
て、このレジスト3をマスクにして、希フッ酸−硝酸系
のエツチング液で、拡散層2をエツチングする。すると
、レジスト3の直下の拡散層以外の部分はエツチング除
去されて薄くなり、浅い拡散層4が形成される。その後
、レジスト3を除去する。
次に、第4E図を参照して、導電性銀ペーストの印刷焼
成法を用いて、深い拡散層2の上に受光面電極5を形成
し、A1−Agペースト焼成によりシリコン基板1の背
面に背面電極6を形成する。
この方法では、受光面電極の下には深い拡散層が形成さ
れているので、銀ペースト中に含まれるガラスフリット
が拡散層内へ浸透しても、接合が深い0て、素子のリー
ク電流は増加しない。また、光が通過する部分は薄い拡
散層4となっているので、短波長側の分光感度は向上す
る。
第5A図〜第5E図は、短波長側感度を改善した太陽電
池の従来の製造方法の他の例を断面図で示したものであ
る。
第5AIEを参照して、たとえばp型半導体基板1を準
備する。次に、第5B図を参照して、シリコン基板1を
酸素雰囲気中で加熱し、シリコン基板1の表面および裏
面に二酸化珪素膜(S i 02膜)7を形成する。続
いて、第5C図を参照して、通常の写真製版技術および
エツチングにより、受光面電極を形成する部分の二酸化
珪素膜7を除去する。続いて、第5D図を参照して、シ
リコン基板1とは反対の導電型の不純物であるpocu
を拡散させて、受光面電極が形成される部分の直下に深
い拡散層2を形成する。次に、二酸化珪素膜7をフッ酸
で除去する。次に、第5E図を参照して、シリコン基板
1の主表面に、シリコン基板1と反対の導電型の不純物
を拡散させて、浅い拡散層4を形成する。最後に、導電
性銀ペーストの印刷焼成法によって、深い拡散層2の上
に受光面電極を形成し、AfL−Agペーストの焼成に
よりシリコン基板1の背面に背面電極6を形成すると、
太陽電池が作製される。このように作製された太陽電池
では、受光面電極5が深い拡散層2の上に形成されてい
るので、導電性銀ペーストの印刷焼成法において、ペー
スト中に含まれるガラスフリットが深い拡散層2内に浸
透しても、接合が深いので素子のリーク電流は増加せず
、変換効率が損なわれるということはない。一方、光が
通過する部分が浅い拡散層4となっているので、短波長
側の分光感度は向上する。
[発明が解決しようとする課題] 短波長側感度を改善した太陽電池の従来の製造方法は以
上のように構成されている。
しかしながら、第4A図〜第4E図に示す従来方法では
、第4C図を参照して、レジスト3の印刷およびその除
去の工程が増加するという問題点があった。さらに、第
4D図を参照して、拡散層2の厚さを0.4〜0.5μ
m程度にした場合、0.2μm程度の浅い拡散層4を再
現性良く形成することは、前述したようなエツチング液
では極めて困難であるという問題点があった。
msA図〜第5E図に示す従来技術においても、レジス
トの塗布およびその除去の工程が増加するという問題点
の他に、次のような問題点があった。
すなわち、第5D図を参照して、拡散層2を約0゜6μ
mとするためには、POC1s雰囲気中、950℃、3
0分の拡散処理をしなければならないが、この際、二酸
化珪素膜7の膜厚が薄いと、不純物のリンが二酸化珪素
JII7の直下の部分にまで拡散されるということがあ
った。つまり、二酸化珪素膜7がマスクとして十分に作
用していないためであり、この二酸化珪素膜7をマスク
として十分に作用させるためには、二酸化珪素膜7の膜
厚を1500A以上にする必要があった。このように厚
い二酸化珪素膜を得るためには、乾燥酸素中、1100
℃、60分の熱処理を施す必要があった。
しかしながら、このような熱処理を施して形成された太
陽電池の特性を測定すると、拡散層の深さが一定である
従来素子と比較して、長波長側感度が大幅に低下してい
ることがわかった。これは、二酸化珪素膜7の形成温度
が1100℃と高いために、バルクの少数キャリアのラ
イフタイムが低下しているからであると考えられた。そ
こで、二酸化珪素膜7の形成温度を下げる実験を行なっ
たが、1500Aの二酸化珪素H7を乾燥酸素中で形成
する場合、1000℃で3時間を要し、920℃では8
時間もの時間を要し、製造工程上実用的ではなかった。
この発明は上記のような問題点を解決するためになされ
たもので、低コストの簡単なプロセスで、短波長側感度
を改善した太陽電池を作製できる、太陽電池の製造方法
を提供することを目的とする。
[課題を解決するための手段] この発明は、半導体基板の主表面上に受光面電極が形成
された太陽電池の製造方法に係るものである。そして、
上記問題点を解決するために、第1の導電型の前記半導
体基板を準備する工程と、上記半導体基板の主表面上で
あって、上記受光面電極を形成する部分に、上記半導体
基板とは反対の導電型である第2の導電型の不純物を含
むペースト状拡散剤を印刷する工程と、上記ペースト状
拡散剤が印刷された上記半導体基板に熱処理を施して、
上記第2の導電型の不純物を上記半導体基板の主表面に
拡散させ、上記受光面電極を形成する部分の直下に位置
する上記半導体基板の主表面に該第2の導電型の不純物
で形成される第1の拡散層を形成する工程と、上記深い
第1の拡散層を形成した後、上記半導体基板の主表面に
第2の導電型の不純物で形成される浅い第2の拡散層を
形成する工程とを含んでいる。
[作用] 半導体基板の主表面上であって、受光面電極を形成する
部分に、半導体基板とは反対の導電型である第2の導電
型の不純物を含むペースト状拡散剤を印刷して、受光面
電極を形成する部分の直下に位置する半導体基板の主表
面に該第2の導電型の不純物で形成される深い第1の拡
散層を形成するという工程は、従来の方法(第4A図〜
第4E図および第5A図〜第5E図)に比べて、極めて
簡単なプロセスである。
[実施例] 以下、この発明の一実施例を図について説明する。
第1A図〜第1D図は、この発明の一実施例の工程を断
面図で示したものである。
第1A図を参照して、半導体基板またとえば、p型で、
1Ω・cmの比抵抗値を有する100mmφのシリコン
単結晶基板を準備する。次に、第1B図を参照して、半
導体基板1の主表面上であって、受光面電極を形成する
部分に、上記半導体基板1とは反対の導電型であるn型
の不純物を含むペースト状拡散剤10をスクリーン印刷
法により塗布する。
このペースト状拡散剤は次のように作製された。
ビーカーにエチルアルコール80CCを加え、次に、不
純物となるP2O,5gと、珪酸エチル10ccと酢酸
5ccをさらに加え、攪拌し、これらを溶解させた。3
時間後、この混合物を温度150℃で加熱して、溶媒を
気化させて、リン(P)を含むガラス物質にした。一方
、別のビーカーを準備し、このビーカー内で、α−テレ
ピネオールとブチルカルピトールアセテートを70℃に
加熱混合し、エチルセルロース樹脂を加え、十分混合し
、その後、室温まで冷却した。このものに、前述のリン
を含むガラス物質を加え、混合して、ペースト状拡散剤
を得た。
次に、第1C図を参照して、ペースト状拡散剤10が印
刷された半導体基板1を200℃で10分間加熱し、乾
燥させた後、酸素と窒素の雰囲気中、950℃、30分
の熱処理を行なって、約0゜6μmの深さの深い拡散層
8を形成した。その後、表面をフッ酸液で洗浄し、半導
体基板1の主表面からペースト状拡散剤10を除去した
次に、第1D図を参照して、半導体基板1の主表面をP
 OCIL s雰囲気にさらし、850℃で15分間拡
散処理を行なった。すると、半導体基板1の主面に、約
0.2μmの浅い拡散層9が形成された。続いて、CV
D法でTiO2反射防止膜11を半導体基板1の主表面
上に形成した。次に、半導体基板1の裏面に、Allペ
ーストの焼成により、高濃度P+層13を形成し、焼成
AfLペーストを背面電極12として用いた。最後に、
TiO2反射防止膜11の上に直接導電性銀ベーストを
印刷し、600℃で焼成して、TiO□膜を貫通させて
、受光面電極5設け、太陽電池を作製した。
このようにして作製された太陽電池は、受光面電極5の
直下の部分が深い拡散層8となっているので、接合が深
く、リーク電流が少ない。また、受光電極5の直下部分
以外の部分は、浅い拡散層9で形成されているので、短
波長側の分光感度が向上し、変換効率が向上する。
第2図は、上述のようにして形成された太陽電池の電圧
−電流特性を調べたものである。図中、Aで示す曲線は
、本発明の製造方法によって作製された太陽電池の特性
図である。Bで示す曲線は、拡散層全面が浅い接合深さ
(約0.2μm)を有する素子の特性図である。Cは、
第5E図に示す、浅い接合深さ(0,2μm)と深い接
合深さを有する素子の特性図である。第2図より明らか
なように、本発明の素子A(接合深さ約0.2μm)で
は、リーク電流が少なく、従来素子Cと比較して、短絡
電流密度が約1.2mA/cm2向上していることがわ
かった。また変換効率では従来素子Cの15゜696よ
り0. 5%高い16.1%の値が得られた。
第3図は、本発明の素子Aと第5E図に示す従来素子C
および拡散層全面が従来接合深さ(0゜3μm)の素子
りの分光感度特性を比較して示したものである。第3図
より明らかなように、本発明素子Aでは、約500nm
以下の短波長側の感度が改善されていることがわかった
。なお、素子Cの長波長側での分光感度低下は、第5B
図で示す二酸化ケイ素膜7を1000℃の高温で形成し
たためと考えられる。
なお、上記実施例では、半導体基板として単結晶シリコ
ン基板を使用した場合を例示したが、本発明はこのもの
に限られるものでなく、多結晶シリコン基板を用いても
実施例と同様の効果を実現する。
また、上記実施例では、シリコン基板にP型シリコン基
板を用いた場合を例示したが、n型シリコン基板を用い
て、p型不純物を拡散させるようにしても、実施例と同
様の効果を実現する。
さらに、上記実施例ではN型不純物となる原料としてP
2O,を例示したが、この発明はこれに限定されない。
以上、具体的な実施例を上げてこの発明を説明したが、
本明細書に記載した好ましい実施例は例示的なものであ
り、限定的なものでない。本発明の範囲は特許請求の範
囲によって示されており、その特許請求の範囲の意味の
中に含まれるすべての変形は本願発明に含まれるもので
ある。
[発明の効果] 以上説明したとおり、この発明によれば、半導体基板の
主表面上であって、受光面電極を形成する部分に、半導
体基板とは反対の導電型である第2の導電型の不純物を
含むペースト状拡散剤を印刷し、その後、該ペースト状
拡散剤が印刷された半導体基板に熱処理を施して、上記
第2の導電型の不純物を半導体基板の主表面に拡散させ
、上記受光面電極を形成する部分の直下に位置する半導
体基板の主表面に該m2の導電型不純物で形成される深
い第1の拡散層を形成する。このような工程は簡単なプ
ロセスであり、コストがあまりかからず、リーク電流の
少ない素子が得られる。そして、深い第1の拡散層を形
成した後、半導体基板の主表面に第2の導電型の不純物
で形成される浅い第2の拡散層を形成すると、短波長側
の分光感度が向上した太陽電池が得られる。
【図面の簡単な説明】
第1図A図〜第1D図は、この発明の一実施例の工程を
断面図で示したものである。第2図は本発明の素子と従
来素子との電圧−電流特性を比較した図である。第3図
は本発明の素子と従来素子との分光感度特性の比較図で
ある。第4A図〜第4E図は太陽電池の製造方法の従来
の工程図である。第5A図〜第5E図は、従来の太陽電
池の製造方法の他の例の工程図である。 図において、1は半導体基板、5は受光面電極、8は深
い拡散層、9は浅い拡散層、10はペースト状拡散剤で
ある。 なお、各図中、同一部分は同一または相当部分を示す。 第1A図 第1B図 第1C図 第3図 第1D図 城 長 800 1αη (ηvi) 第4A図 第4B図 第5A図 第58図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 半導体基板の主表面上に受光面電極が形成された太陽電
    池の製造方法であって、 第1の導電型の前記半導体基板を準備する工程と、 前記半導体基板の主表面上であって、前記受光面電極を
    形成する部分に、前記半導体基板とは反対の導電型であ
    る第2の導電型の不純物を含むペースト状拡散剤を印刷
    する工程と、 前記ペースト状拡散剤が印刷された前記半導体基板に熱
    処理を施して、前記第2の導電型の不純物を前記半導体
    基板の主表面に拡散させ、前記受光面電極を形成する部
    分の直下に位置する前記半導体基板の主表面上に該第2
    の導電型の不純物で形成される深い第1の拡散層を形成
    する工程と、前記深い第1の拡散層を形成した後、前記
    半導体基板の主表面に第2の導電型の不純物で形成され
    る浅い第2の拡散層を形成する工程と、 を含む太陽電池の製造方法。
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