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

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。