JPWO2013157090A1 - Solar cell and method for manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
背面接合型の太陽電池の発電効率を向上させることを可能とする。その手段として、基板の裏面に設けられたn+層およびp+層を覆うように、前記基板の裏面に接するONO積層膜と、ONO積層膜を貫通してn+層に接続されたn+層側電極と、ONO積層膜を貫通してp+層に接するp+層側電極とを形成する。このとき、n+層に接するONO積層膜内の窒化シリコン膜は正電荷蓄積膜とし、p+層に接するONO積層膜内の窒化シリコン膜は、UV光を照射された負電荷蓄積膜とする。It is possible to improve the power generation efficiency of the back junction solar cell. As the means, an ONO laminated film in contact with the back surface of the substrate so as to cover the n + layer and the p + layer provided on the back surface of the substrate, and an n + layer side electrode that penetrates the ONO laminated film and is connected to the n + layer Then, a p + layer side electrode that penetrates the ONO laminated film and is in contact with the p + layer is formed. At this time, the silicon nitride film in the ONO multilayer film in contact with the n + layer is a positive charge storage film, and the silicon nitride film in the ONO multilayer film in contact with the p + layer is a negative charge storage film irradiated with UV light.
Description
本発明は、太陽電池およびその製造方法に関し、特に、背面接合型の太陽電池セルおよびその製造方法に適用して有効な技術に関する。 The present invention relates to a solar cell and a manufacturing method thereof, and more particularly, to a technology effective when applied to a back junction solar cell and a manufacturing method thereof.
近年、太陽電池の構造の中でも、基板の表側の面(主面)、つまり光照射面、に電極が存在せず、裏面、つまり光照射面とは反対の面、にのみ電極が配置された裏面電極型太陽電池セル、中でも背面接合型太陽電池セルが、活発に研究されている。背面接合型太陽電池セルにおいては、従来の太陽電池セルにおける表面電極と裏面電極とが、いずれも裏面に配置される。背面接合型構造の最大の効果は、表面電極による光遮蔽損失をなくすことができるということであり、このため、背面接合型構造を用いることで、太陽電池を高効率化することが可能となる。 In recent years, in the structure of the solar cell, there is no electrode on the front surface (main surface) of the substrate, that is, the light irradiation surface, and the electrode is disposed only on the back surface, that is, the surface opposite to the light irradiation surface. Back electrode type solar cells, in particular, back junction type solar cells are being actively studied. In the back junction solar cell, the front electrode and the back electrode in the conventional solar cell are both arranged on the back surface. The greatest effect of the back junction structure is that the light shielding loss due to the surface electrode can be eliminated. Therefore, the solar cell can be made highly efficient by using the back junction structure. .
一方、太陽電池セルのパッシベーションに関して、電界効果パッシベーション技術が、近年、注目を集めている。電界効果パッシベーションとは、パッシベーション膜が有する固定電荷によって、パッシベーション膜と半導体層との界面付近における、半導体層の電子密度と正孔密度との非対称性を高め、再結合確率を低減する技術である。例えば、Si(シリコン)太陽電池セルのパッシベーション膜として、現在広く用いられているSiN(窒化シリコン)膜は、通常、正電荷を有する。このため、太陽電池セルを構成するシリコン基板と窒化シリコン膜との界面付近では、シリコン基板中の電子が窒化シリコン膜中の正電荷に引き寄せられ、シリコン基板中の正孔は窒化シリコン膜中の正電荷に対して反発するため、シリコン基板中の電子密度が正孔密度よりも高くなる。 On the other hand, with regard to the passivation of solar cells, field effect passivation technology has attracted attention in recent years. Field effect passivation is a technology that increases the asymmetry between the electron density and hole density of the semiconductor layer near the interface between the passivation film and the semiconductor layer and reduces the recombination probability by the fixed charge of the passivation film. . For example, a SiN (silicon nitride) film that is currently widely used as a passivation film for Si (silicon) solar cells usually has a positive charge. For this reason, in the vicinity of the interface between the silicon substrate and the silicon nitride film constituting the solar battery cell, electrons in the silicon substrate are attracted to positive charges in the silicon nitride film, and holes in the silicon substrate are in the silicon nitride film. Since it repels positive charges, the electron density in the silicon substrate becomes higher than the hole density.
電子と正孔との再結合は、両者の数密度が同程度のときに最も高確率で起こるので、上記のように、電子密度と正孔密度とを非対称にする、つまり、電子密度と正孔密度との差を大きくすることで、再結合を抑制することができる。パッシベーション膜は、太陽電池セルのエミッタ層、つまり、高濃度にドーピングされたp+層またはn+層と接することが考えられる。この場合、電界効果パッシベーションによって、電子密度と正孔密度との非対称性を高めるためには、n+層に接するパッシベーション膜は正電荷、p+層に接するパッシベーション膜は負電荷をそれぞれ有している必要がある。The recombination of electrons and holes occurs with the highest probability when the number densities of both are the same, and as described above, the electron density and hole density are made asymmetric, that is, the electron density and positive density are positive. Recombination can be suppressed by increasing the difference from the hole density. It is conceivable that the passivation film is in contact with the emitter layer of the solar battery cell, that is, the heavily doped p + layer or n + layer. In this case, in order to increase the asymmetry between electron density and hole density by field effect passivation, the passivation film in contact with the n + layer has a positive charge, and the passivation film in contact with the p + layer has a negative charge. Need to be.
n+層に接するパッシベーション膜に正電荷を帯電させるのは、n+層中の電子を、パッシベーション膜中の正電荷により、n+層とパッシベーション膜との界面近傍に引き寄せ、逆にn+層中の正孔をパッシベーション膜中の正電荷に対して反発させることで、電子密度を正孔密度よりも高くし、再結合確率を低減するためである。同様に、p+層に接するパッシベーション膜に負電荷を帯電させるのは、p+層中の正孔を、パッシベーション膜中の負電荷により、p+層とパッシベーション膜との界面近傍に引き寄せ、逆にp+層中の電子をパッシベーション膜中の負電荷に対して反発させることで、正孔密度を電子密度よりも高くし、再結合確率を低減するためである。このように、n+層およびp+層に対応する電荷を蓄積したパッシベーション膜をそれぞれ形成し、電界効果パッシベーションを行うことで、太陽電池を高効率化させることができる。for charging a positive charge in the passivation film in contact with the n + layer, the electrons in the n + layer, the positive charges in the passivation film, attracted to the vicinity of the interface between the n + layer and the passivation film, the n + layer in the opposite This is because the electron density is made higher than the hole density and the recombination probability is reduced by repelling the positive holes in the passivation film. Similarly, for charging a negative charge on the passivation film in contact with the p + layer, the holes in the p + layer, the negative charges in the passivation film, attracted to the vicinity of the interface between the p + layer and the passivation film, reverse This is because the hole density is made higher than the electron density and the recombination probability is reduced by repelling electrons in the p + layer with respect to the negative charge in the passivation film. Thus, the solar cell can be made highly efficient by forming the passivation film which accumulated the electric charge corresponding to the n + layer and the p + layer, respectively, and performing the field effect passivation.
例えば、Si太陽電池セルの場合、負電荷を有するAl2O3(アルミナ)膜をp+層に隣接させ、p+層に対する電界効果パッシベーションを行うことが考えられる。For example, if the Si solar cell, Al 2 O 3 having a negative charge (alumina) film adjacent to the p + layer, it is conceivable to perform field effect passivation for p + layer.
上述のように、近年、太陽電池の構造として背面接合型が、また、太陽電池におけるパッシベーション技術として電界効果パッシベーションが、それぞれ太陽電池の発電効率を向上させることが可能な構造として注目されている。しかし、これら二つの技術を組み合わせようとすると、以下の課題が生じる。すなわち、背面接合型太陽電池セルにおいては、p+層とn+層とが同一面(例えば基板の裏面)内に存在するため、電界効果パッシベーションを適用するには、正電荷を有する膜と、負電荷を有する膜とを、前記同一面(例えば基板の裏面)に接するように、同一の面内に形成する必要がある。As described above, in recent years, a back junction type as a structure of a solar cell and a field effect passivation as a passivation technique in a solar cell are attracting attention as structures capable of improving the power generation efficiency of the solar cell. However, when these two technologies are combined, the following problems arise. That is, in the back junction solar cell, since the p + layer and the n + layer exist in the same plane (for example, the back side of the substrate), in order to apply field effect passivation, a film having a positive charge, It is necessary to form a film having a negative charge on the same surface so as to be in contact with the same surface (for example, the back surface of the substrate).
その形成方法として、以下の方法が特許文献1(特開2008−10746号公報)に開示されている。まず、シリコン基板の裏面にp+層とn+層とを形成した後、正電荷または負電荷のどちらか一方に帯電しているパッシベーション膜、例えば正電荷を有する膜を、成膜法などにより前記裏面の全面に形成する。その後、前記パッシベーション膜のうち、p+層と接する領域の膜のみを、パターニングにより除去する。続いて、負電荷を有するパッシベーション膜を、成膜法などにより、全面に形成する。As a forming method thereof, the following method is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-10746. First, after forming a p + layer and an n + layer on the back surface of the silicon substrate, a passivation film charged with either a positive charge or a negative charge, for example, a film having a positive charge is formed by a film forming method or the like. It is formed on the entire back surface. Thereafter, only the film in the region in contact with the p + layer in the passivation film is removed by patterning. Subsequently, a passivation film having a negative charge is formed on the entire surface by a film forming method or the like.
以上の工程により、n+層と、正電荷を有する膜とが接し、p+層と、負電荷を有する膜とが接する構造が得られ、電界効果パッシベーションが可能となる。しかし、上記特許文献1に記載の方法には、パッシベーション膜をパターニングで除去する工程と、二度の成膜工程とが含まれるため、製造コストが増大するという課題がある。Through the above steps, a structure in which the n + layer and the film having a positive charge are in contact with each other and the p + layer and the film having a negative charge are in contact with each other is obtained, so that field effect passivation is possible. However, the method described in
一方、特許文献2(特開2005−322780号公報)には、背面接合型太陽電池セルに電界効果パッシベーションを適用する方法として、以下の方法が開示されている。まず、基板の裏面にp+層とn+層とを形成した後、正電荷または負電荷のどちらか一方に帯電しているパッシベーション膜、例えば正電荷を有する膜を、前記裏面の全面に形成する。その後、前記パッシベーション膜のうち、p+層と接する領域の膜のみに対して、イオン注入を行う。その際、注入されるイオン種は、パッシベーション膜中に負電荷を発生させるものであり、特許文献2では、SiN(窒化シリコン)膜に対してCu(銅)を注入し、負電荷を発生させるという方法が、例として挙げられている。この方法を用いた場合、イオン注入を用いているため、上記特許文献1に記載の方法とは異なり、パターニング除去と、二度の成膜という、複雑なプロセスを用いる必要がなくなるという利点がある。On the other hand, Patent Document 2 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-322780) discloses the following method as a method of applying field effect passivation to a back junction solar cell. First, after forming a p + layer and an n + layer on the back surface of the substrate, a passivation film charged with either positive charge or negative charge, for example, a film having positive charge is formed on the entire back surface. To do. Thereafter, ion implantation is performed only on a film in a region in contact with the p + layer in the passivation film. At this time, the ion species to be implanted generate a negative charge in the passivation film. In Patent Document 2, Cu (copper) is implanted into the SiN (silicon nitride) film to generate a negative charge. This method is given as an example. When this method is used, since ion implantation is used, unlike the method described in
しかし、上記特許文献2に記載の方法には、以下の3つの課題がある。まず、パッシべーション膜に注入されたイオンが基板に到達することで、基板にイオン注入によるダメージが生じ、基板が非晶質化することが予想される。次に、特許文献2に記載の条件でイオン注入を行った場合、注入ドーズ量が高いために、パッシベーション膜の電気的絶縁性が損なわれることが予想される。 However, the method described in Patent Document 2 has the following three problems. First, it is expected that the ions implanted into the passivation film reach the substrate, causing damage to the substrate due to ion implantation, and the substrate becoming amorphous. Next, when ion implantation is performed under the conditions described in Patent Document 2, it is expected that the electrical insulation of the passivation film is impaired due to the high implantation dose.
また、上記特許文献2には、前記イオン注入工程と、電極形成工程のどちらか先に行われるかが明記されていないが、電極形成工程の方を先に行い、その後にイオン注入を行うとすると、特許文献2に記載の条件でイオン注入を行った場合、イオン注入による電極へのダメージにより、電極と外部配線との接触抵抗が増大することが予想される。したがって、特許文献2に記載の方法には、上記したように、イオン注入によるダメージに起因する課題が存在する。 Moreover, although the said patent document 2 does not specify whether the said ion implantation process or an electrode formation process is performed first, when an electrode formation process is performed first and ion implantation is performed after that, Then, when ion implantation is performed under the conditions described in Patent Document 2, it is expected that the contact resistance between the electrode and the external wiring increases due to damage to the electrode due to ion implantation. Therefore, the method described in Patent Document 2 has a problem due to damage caused by ion implantation as described above.
以上に述べたように、背面接合型太陽電池セルにおいて、負電荷を有する膜をp+層に隣接させ、正電荷を有する膜をn+層に隣接させることで、電界効果パッシベーションを行う場合に、前記正電荷を有する膜および負電荷を有する膜を形成する方法として、パターニングによる膜の除去、または複数回に亘る成膜などを行うと、太陽電池がダメージを受け、信頼性が低下する問題がある。また、パターニングによる膜の除去、または複数回に亘る成膜などを行うと、製造工程が煩雑になり、太陽電池の製造コストが増大する問題が生じる。As described above, in a back junction solar cell, when a field effect passivation is performed by making a film having a negative charge adjacent to a p + layer and a film having a positive charge adjacent to an n + layer. As a method for forming the positively charged film and the negatively charged film, if the film is removed by patterning or film formation is performed a plurality of times, the solar cell is damaged and the reliability decreases. There is. In addition, when the film is removed by patterning or film formation is performed a plurality of times, the manufacturing process becomes complicated, resulting in an increase in the manufacturing cost of the solar cell.
本発明の一つの目的は、太陽電池の性能を向上させることにある。 One object of the present invention is to improve the performance of solar cells.
また、本発明の他の目的は、太陽電池の信頼性を向上することにある。 Another object of the present invention is to improve the reliability of solar cells.
また、本発明のさらに他の目的は、太陽電池の製造工程を簡易化することにある。 Another object of the present invention is to simplify the manufacturing process of the solar cell.
本発明の前記の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。 The above object and novel features of the present invention will become apparent from the description of the present specification and the accompanying drawings.
本願において開示される実施の形態のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。 Of the embodiments disclosed in the present application, the outline of typical ones will be briefly described as follows.
一実施の形態である太陽電池は、n層と、前記n層と同一平面内に形成されたp層と、前記n層および前記p層に接する第1の酸化シリコン膜、窒化シリコン膜および第2の酸化シリコン膜がこの順に積層されたパッシベーション膜と、を有し、前記窒化シリコン膜のうち、前記n層に隣接する部分は正電荷を有し、前記p層に隣接する部分は負電荷を有するものである。 A solar cell according to an embodiment includes an n layer, a p layer formed in the same plane as the n layer, a first silicon oxide film, a silicon nitride film, and a first layer in contact with the n layer and the p layer. Of the silicon nitride film, a portion adjacent to the n layer has a positive charge, and a portion adjacent to the p layer is a negative charge. It is what has.
また、他の一実施の形態である太陽電池は、n層と、前記n層と同一平面内に形成されたp層と、前記n層および前記p層に接する第1の酸化シリコン膜、窒化シリコン膜および第2の酸化シリコン膜がこの順に積層されたパッシベーション膜と、を有し、前記n層と前記p層との幅が異なり、前記n層に接するn層側電極と、前記p層に接するp層側電極との幅が等しく、前記n層に隣接する部分の前記窒化シリコン膜は正電荷を有し、前記p層に隣接する部分の前記窒化シリコン膜のうち、一部は正電荷を、残りの部分は負電荷をそれぞれ有するものである。 A solar cell according to another embodiment includes an n layer, a p layer formed in the same plane as the n layer, a first silicon oxide film in contact with the n layer and the p layer, nitrided A passivation film in which a silicon film and a second silicon oxide film are laminated in this order, the n layer and the p layer have different widths, and an n layer side electrode in contact with the n layer, and the p layer The silicon nitride film in the portion adjacent to the n layer has a positive charge, and part of the silicon nitride film in the portion adjacent to the p layer is positive. The remaining part has a negative charge.
また、他の一実施の形態である太陽電池の製造方法は、
(a)n層を形成する工程と、
(b)前記n層と同一平面内にp層を形成する工程と、
(c)前記n層および前記p層に接する第1の酸化シリコン膜、窒化シリコン膜および第2の酸化シリコン膜がこの順に積層されたパッシベーション膜を形成する工程と、
(d)前記パッシベーション膜のうち、前記n層に隣接する部分の一部にコンタクトホールを形成する工程と、
(e)前記(d)工程の後、前記n層と接するn層側電極を形成する工程と、
(f)前記パッシベーション膜にUV光を照射する工程と、
を有するものである。Moreover, the manufacturing method of the solar cell which is another embodiment is as follows.
(A) forming an n layer;
(B) forming a p layer in the same plane as the n layer;
(C) forming a passivation film in which a first silicon oxide film, a silicon nitride film, and a second silicon oxide film in contact with the n layer and the p layer are stacked in this order;
(D) forming a contact hole in a portion of the passivation film adjacent to the n layer;
(E) after the step (d), forming an n-layer side electrode in contact with the n-layer;
(F) irradiating the passivation film with UV light;
It is what has.
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。 Among the inventions disclosed in the present application, effects obtained by typical ones will be briefly described as follows.
本発明によれば、より太陽電池の性能を向上させることができる。 According to the present invention, the performance of the solar cell can be further improved.
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。また、以下の実施の形態では、特に必要なときを除き、同一または同様な部分の説明を原則として繰り返さない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that components having the same function are denoted by the same reference symbols throughout the drawings for describing the embodiments, and the repetitive description thereof will be omitted. Also, in the following embodiments, the description of the same or similar parts will not be repeated in principle unless particularly necessary.
また、以下の実施の形態で用いる図面においては、平面図、俯瞰図であっても図面を見易くするために部分的にハッチングを付す場合がある。 In the drawings used in the following embodiments, even a plan view or a bird's-eye view may be partially hatched to make the drawings easy to see.
図1は、本実施の形態に係る太陽電池セルの裏面側の平面図である。図1には後述するシリコン基板の下面に形成された酸化シリコン膜34と、酸化シリコン膜34の下部に形成されたp+層側電極13およびn+層側電極23を示している。p+層側電極13およびn+層側電極23はいずれも前記シリコン基板の裏面に沿う第1方向に延在するパターンを有している。p+層側電極13およびn+層側電極23のそれぞれの第1方向に延在する前記パターンは、第1方向に直交する第2方向に並んで配置されており、それぞれの前記パターンの間には、第2方向に延在するp+層側電極13およびn+層側電極23のパターンが、第1方向に並んで交互に複数配置されている。FIG. 1 is a plan view of the back side of the solar battery cell according to the present embodiment. FIG. 1 shows a
つまり、p+層側電極13およびn+層側電極23のそれぞれは、第1方向に延在するパターンと、そのパターンから第2方向に延在する複数のパターンを含む櫛型の形状を有している。なお、図1には、背面接合型太陽電池セルにおいて、櫛型の電極パターンを有する構造を示しているが、本実施の形態においては、他の電極パターンを用いてもよい。That is, each of the p +
図2は、本実施の形態の太陽電池の要部である背面接合型太陽電池セルの断面図であり、図2は図1のA−A線における断面図である。背面接合型太陽電池セルの表面には、テクスチャ加工が施され、表面再結合防止のためのドーピング層、つまり、いわゆるFSF(Front Surface Field)層が形成され、さらに表面パッシベーション膜または反射防止膜などが形成されることが考えられるが、図2にはこれらを示しておらず、シリコン基板1とその裏面付近の構造のみを示している。また、図2では、裏面にテクスチャ加工が施されていない場合の構造を示しているが、ここでは、裏面にテクスチャ加工が施されていてもよい。なお、テクスチャ加工とは、太陽電池セルの表面における光の反射を防ぎ、より効率的に太陽電池セル内に光を取り込むことなどを目的として太陽電池セルの表面に凹凸を形成することである。
FIG. 2 is a cross-sectional view of a back junction solar cell that is a main part of the solar cell of the present embodiment, and FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG. The surface of the back junction solar cell is textured to form a doping layer for preventing surface recombination, that is, a so-called FSF (Front Surface Field) layer, and further a surface passivation film or antireflection film, etc. However, these are not shown in FIG. 2, and only the structure near the
図2に示すように、本実施の形態の太陽電池を構成する背面接合型太陽電池セルはシリコン基板(半導体基板)1を有し、その裏面にはp+層11およびn+層21が形成されている。シリコン基板1、p+層11およびn+層21のそれぞれの裏面を覆うように、ONO積層膜31がシリコン基板1の裏面に接して形成されており、ONO積層膜31の裏面には、p+層11に接続されたp+層側電極13およびn+層21に接続されたn+層側電極23が形成されている。As shown in FIG. 2, the back junction solar cell constituting the solar cell of the present embodiment has a silicon substrate (semiconductor substrate) 1, and a p + layer 11 and an n + layer 21 are formed on the back surface thereof. Has been. An
シリコン基板1は、p型基板に比べて少数キャリア寿命が長いn型基板を用いた方が、太陽電池の発電効率の高効率化に有効であるが、本実施の形態では、シリコン基板1はp型基板でもn型基板でもよい。なお、ここではp+層11およびn+層21はシリコン基板1よりも不純物濃度が高いため、p層およびn層ではなくp+層およびn+層と呼ぶ。The
本実施の形態の構造の特徴は、パッシベーション膜として、SiO2(酸化シリコン)/SiN(窒化シリコン)/SiO2(酸化シリコン)という3層の積層膜(以下、この積層膜をONO積層膜31と記す)を用いている点、および、ONO積層膜31中の窒化シリコン膜33が有する固定電荷が、p+層11と接する領域においては負電荷であり、n+層21と接する領域においては正電荷であるという点である。Features of the structure of this embodiment, as the passivation film, SiO 2 (silicon oxide) / SiN (silicon nitride) / SiO 2 multilayer film of three layers of (silicon oxide) (hereinafter, ONO stacked
ONO積層膜31は、酸化シリコン膜32と、窒化シリコン膜33と、酸化シリコン膜34とからなり、このうち酸化シリコン膜32は、p+層11およびn+層21と接する位置にあり、酸化シリコン膜34は、p+層11およびn+層21とは接しない位置にある。つまり、シリコン基板1の裏面から下方に向かって酸化シリコン膜32、窒化シリコン膜、および酸化シリコン膜34が順に形成されており、それら3層の絶縁膜はONO積層膜31を構成している。また、p+層11と接する領域のONO積層膜31内の窒化シリコン膜33は負電荷蓄積膜36となっており、n+層21と接する領域のONO積層膜31内の窒化シリコン膜33は正電荷蓄積膜35となっている。ここでは、窒化シリコン膜33を含むONO積層膜31は電界効果パッシベーション膜であり、ONO積層膜31をp+層11およびn+層21に隣接させて形成することで、電界効果パッシベーションの効果を得ることができる。The ONO laminated
上述のように、電界効果パッシベーションは、p+層と、負電荷を有する膜とが接し、n+層と、正電荷を有する膜とが接する構造において、最も効果的であり、本実施の形態の構造は、その条件を満たすものである。裏面電極としては、p+層11と接するp+層側電極13と、n+層21と接するn+層側電極23とが形成されている。p+層11に接するONO積層膜31には、p+層11の下面を露出させるコンタクトホール22が形成されており、コンタクトホール22内には、p+層11の直下にONO積層膜31を介して形成されたp+層側電極13の一部が埋め込まれている。同様に、n+層21に接するONO積層膜31には、n+層21の下面を露出させるコンタクトホール12が形成されており、コンタクトホール12内には、n+層21の直下にONO積層膜31を介して形成されたn+層側電極23の一部が埋め込まれている。コンタクトホールの深さおよび直径などのサイズは、加工精度、コンタクト抵抗、および界面再結合速度を考慮して最適化する。As described above, the field effect passivation is most effective in the structure in which the p + layer and the film having a negative charge are in contact with each other, and the n + layer and the film having a positive charge are in contact with each other. This structure satisfies the condition. As the back electrode, a p +
以上に述べたように、本実施の形態の太陽電池は、シリコン基板1と、シリコン基板1の裏面に形成された半導体領域であるp+層11およびn+層21と、シリコン基板1の裏面を覆うように形成されたONO積層膜31と、ONO積層膜31を貫通してp+層11に電気的に接続されたp+層側電極13と、ONO積層膜31を貫通してn+層21に電気的に接続されたn+層側電極23とを有している。ONO積層膜31は、シリコン基板1の裏面に対して垂直な方向において、酸化シリコン膜32および34により挟まれた窒化シリコン膜33を有している。As described above, the solar cell of the present embodiment includes the
窒化シリコン膜33は、平面視においてn+層側電極23と重なっている領域に正電荷蓄積膜35を有し、平面視においてn+層側電極23と重なっている領域に負電荷蓄積膜36を有している。つまり、p+層11およびn+層21に接していない領域におけるONO積層膜31内の窒化シリコン膜33は、負電荷蓄積膜36を有している。負電荷蓄積膜36は、後述するように、元々正電荷を有する窒化シリコン膜33に対し、n+層側電極23をマスクとしてUV(ultraviolet)光を照射し、n+層側電極23から露出している領域のONO積層膜31中の窒化シリコン膜33を、負に帯電させることで形成した膜である。また、正電荷蓄積膜35は、前記UV光の照射工程において、n+層側電極23に覆われており、UV光が照射されなかった領域の、正電荷が残っている膜である。The
本実施の形態の太陽電池では、上述したような構造を用いることにより、シリコン基板1中の電子を、正電荷蓄積膜35中の正電荷によりn+層側電極23側に引き寄せ、正孔をn+層側電極23側に寄せ付けないようにすることができる。同様に、シリコン基板1中の正孔を、負電荷蓄積膜36中の負電荷によりp+層側電極13側に引き寄せ、電子をp+層側電極13側に寄せ付けないようにすることができる。In the solar cell of the present embodiment, by using the structure as described above, electrons in the
これにより、n+層21とn+層側電極23との界面近傍、またはp+層11とp+層側電極13との界面近傍において、電子密度と正孔密度が同程度になることを防ぐことができるため、電子と正孔の再結合を防ぐことができる。これは、電子と正孔との再結合が、両者の数密度が同程度のときに最も高確率で起こるためであり、本実施の形態では、電界効果パッシベーション膜であるONO積層膜31を用い、電子の数と正孔の数の差を大きくすることで、上記再結合を防いでいる。したがって、本実施の形態の背面接合型太陽電池セルでは、発電効率をより向上させることを可能としている。これにより、太陽電池の性能を向上させることができる。Thereby, the electron density and the hole density are approximately the same in the vicinity of the interface between the n + layer 21 and the n +
次に、図3〜図16を用いて、本実施の形態における太陽電池セルの製造方法を説明する。図3、図5、図7、図9、図11、図13、および図15は本実施の形態における太陽電池セルの製造方法を説明するための断面図であり、これらの断面図は、図1のA−A線における断面に対応している。また、図4、図6、図8、図10、図12、図14、および図16は、図3、図5、図7、図9、図11、図13、および図15のそれぞれを用いて説明する工程における、製造工程中の太陽電池セルの裏面側の平面図である。 Next, the manufacturing method of the photovoltaic cell in this Embodiment is demonstrated using FIGS. 3, FIG. 5, FIG. 7, FIG. 9, FIG. 11, FIG. 13 and FIG. 15 are cross-sectional views for explaining a method of manufacturing a solar battery cell according to the present embodiment. 1 corresponds to a cross section taken along line AA. 4, 6, 8, 10, 12, 14, and 16 use FIGS. 3, 5, 7, 9, 11, 13, and 15. It is a top view of the back surface side of the photovoltaic cell in the manufacturing process in the process demonstrated.
まず、図3および図4に示すように、シリコン基板1の裏面に、半導体層であるp+層11とn+層21とを形成する。p+層11およびn+層21の形成後の構造の断面図を図3に、平面図を図4に、それぞれ示す。p+層11とn+層21の形成方法は、周知の気相拡散法などにより、p+層11をまず全面に形成した後にn+層21を局所的に形成する方法、または、p+層11とn+層21とをいずれも局所的に形成する方法などを用いる。First, as shown in FIGS. 3 and 4, the p + layer 11 and the n + layer 21 which are semiconductor layers are formed on the back surface of the
p+層11またはn+層21を局所的に形成する方法としては、拡散防止層をシリコン基板1の裏面に接するようにパターニング形成した後に気相拡散を行う、または、拡散ペーストをシリコン基板1の裏面に接するようにパターニング形成した後に固層拡散を行う、などの方法が考えられる。ここでいう固層拡散とは、例えばp型の不純物(例えばB(ホウ素))を含む拡散ペーストをシリコン基板上に形成し、熱処理を行ってシリコン基板内に前記不純物を拡散させることで、シリコン基板の表面にp型層を形成する方法である。As a method of locally forming the p + layer 11 or the n + layer 21, vapor diffusion is performed after the diffusion prevention layer is patterned so as to be in contact with the back surface of the
このようにして、p+層11はシリコン基板1の裏面にp型の不純物(例えばB(ホウ素))を導入することで形成され、n+層21はシリコン基板1の裏面にn型の不純物(例えばP(リン))を導入することで形成される。なお、図3および図4には、p+層11とn+層21とが互いに接することなく、その間にシリコン基板1が存在する場合の構造が示されているが、p+層11とn+層21とは互いに接していてもよい。In this way, the p + layer 11 is formed by introducing a p-type impurity (for example, B (boron)) to the back surface of the
p+層11とn+層21とは、いずれもシリコン基板1の裏面に沿う第1方向に交互に並べて複数形成する。また、p+層11およびn+層21は、第1方向に直交する第2方向に延在するようにそれぞれ形成する。A plurality of p + layers 11 and n + layers 21 are alternately formed in the first direction along the back surface of the
次に、図5および図6に示すように、シリコン基板1の裏面を覆うONO積層膜31を形成する。ONO積層膜31の形成後の構造の断面図を図5に、平面図を図6に、それぞれ示す。ONO積層膜31は、シリコン基板1の裏面に、p+層11およびn+層21を覆うように酸化シリコン膜32、窒化シリコン膜33、および酸化シリコン膜34を順に積層することで形成する。Next, as shown in FIGS. 5 and 6, an ONO
ONO積層膜31を構成する膜のうち、酸化シリコン膜32の形成は、シリコン基板1、p+層11、およびn+層21の酸化により行ってもよく、またはCVD(Chemical Vapor Deposition)法などの成膜法により行ってもよい。酸化シリコン膜32に求められる性質としては、シリコン基板1、p+層11、およびn+層21との界面準位密度が小さいということが挙げられる。この要求を満たすためには、酸化シリコン膜32の形成は熱酸化により行うことが好ましい。また、後述のように、酸化シリコン膜32は、シリコン基板1、p+層11、およびn+層21と、窒化シリコン膜33との間のキャリア移動を防ぐバリア層としての役割を担うため、酸化シリコン膜32を通過するリーク電流はできるだけ小さいことが求められる。したがって、酸化シリコン膜32の膜厚は5nm以上であることが望ましい。Of the films constituting the ONO laminated
窒化シリコン膜33の形成は、減圧CVD法(Low Pressure CVD;LPCVD法)またはプラズマCVD法(Plasma Enhanced CVD;PECVD法)により行う。LPCVD法による成膜は、例えば温度750℃以上800℃以下のもとで、SiH2+Cl2(ジクロロシラン)とNH3(アンモニア)を原料ガスとして行う。PECVD法による成膜は、例えば温度250℃以上450℃以下のもとで、SiH4(モノシラン)、NH3(アンモニア)、およびN2(窒素)を原料ガスとして行う。これらの条件下で形成された窒化シリコン膜33は、正電荷を有する窒化シリコン膜33となる。また、酸化シリコン膜34の形成は、CVD法などの成膜法により行う。The
次に、図7および図8に示すように、ONO積層膜31のうち、n+層21に接する領域の一部に、n+層21の下面を露出するn+層側のコンタクトホール22を形成する。コンタクトホール22の開口後の構造の断面図を図7に、平面図を図8に、それぞれ示す。コンタクトホール22の形成は、レーザー照射によって行ってもよく、また、エッチングペーストもしくはフォトリソグラフィー技術を利用したエッチング法などにより行ってもよい。コンタクトホール22は、少なくとも、酸化シリコン膜34から酸化シリコン膜32を貫通する必要があり、上記の方法を用いて形成した場合、さらにn+層21の一部がエッチングされる場合がある。n+層21がエッチングされると、n+層21の最表面不純物濃度が下がり、後で形成する電極とのコンタクト抵抗が増大するため、このエッチング量を最小限に抑えることが望ましい。なお、レーザー照射によるコンタクトホール22の形成は、ばりが発生しないように、真空引きされた空間で行うことが望ましい。Next, as shown in FIGS. 7 and 8, of the
次に、図9および図10に示すように、コンタクトホール22を埋め込むようにして、ONO積層膜31の下にn+層側電極23を形成する。n+層側電極23の形成後の構造の断面図を図9に、平面図を図10に、それぞれ示す。n+層側電極23の材料は、Ag(銀)、Al(アルミニウム)、Ti(チタン)、Cu(銅)、またはそれらを主成分とする化合物などである。また、n+層側電極23はAg膜、Al膜、Ti膜、Cu膜、およびそれらを主成分とする化合物からなる膜などのうちの、複数の膜を積層した膜であってもよい。n+層側電極23の形成は、例えば印刷法、蒸着法、めっき法、スパッタ法、またはCVD法などにより行う。Next, as shown in FIGS. 9 and 10, the n +
なお、コンタクトホール22の大きさ、つまりコンタクトホール22の直径は、n+層21とn+層側電極23とのコンタクト抵抗が、太陽電池の効率低下をもたらさない程度に低い範囲内で、できるだけ小さくすることが望ましい。その理由は、n+層21とn+層側電極23との界面における再結合速度が、n+層21と酸化シリコン膜32との界面における再結合速度よりも大きく、n+層21とn+層側電極23との界面の面積を低減することで、再結合抑制が可能となり、太陽電池の特性が向上するためである。つまり、シリコン(Si)などの半導体層と金属膜との間では、当該半導体層と酸化シリコン膜との間よりも再結合が顕著であるため、コンタクトホール22の直径を小さくし、コンタクトホール22内に埋め込まれるn+層側電極23とシリコン基板1との接触面積を小さくすることで、電子と正孔の再結合を防ぐことができる。コンタクトホール22の直径は、例えば10〜100μmとする。Note that the size of the
次に、図11および図12に示すように、UV光をシリコン基板1の裏面側からONO積層膜31に対して照射する。UV光としては、後述の理由により、波長310nm以下、つまりエネルギー4eV以上の光を用いることが望ましい。
Next, as shown in FIGS. 11 and 12, the
UV光を照射する工程における、製造工程中の太陽電池セルの断面図を図11に、平面図を図12に、それぞれ示す。図11に矢印で示すように、UV光はシリコン基板1の下側(裏面側)から、シリコン基板1の裏面のONO積層膜31に向けて照射する。このとき、n+層側電極23はUV光を反射するが、n+層側電極23が存在しない領域、すなわちn+層側電極23に覆われていない領域では、ONO積層膜31がUV光の照射を受ける。UV光の照射を受けた領域では、ONO積層膜31中の窒化シリコン膜33が、成膜直後の、正電荷を有する窒化シリコン膜33から、負電荷を有する窒化シリコン膜33である負電荷蓄積膜36へと変化する。FIG. 11 shows a cross-sectional view of the solar battery cell during the manufacturing process in the process of irradiating UV light, and FIG. 12 shows a plan view thereof. As shown by arrows in FIG. 11, UV light is irradiated from the lower side (back side) of the
ここでは、UV光の照射を受けず、正電荷を有している窒化シリコン膜33を正電荷蓄積膜35と呼ぶ。つまり、UV光照射後の窒化シリコン膜33は、平面視においてn+層側電極23に重なる正電荷蓄積膜35と、平面視においてn+層側電極23に重ならない負電荷蓄積膜36とにより構成されている。以下、この現象について述べる。Here, the
図17は、シリコン基板1、酸化シリコン膜32、窒化シリコン膜33、および酸化シリコン膜34の4層のエネルギーバンド構造である。窒化シリコン膜33にとって、酸化シリコン膜32および酸化シリコン膜34はエネルギー障壁を形成しており、そのため、窒化シリコン膜33の有する電荷は自由に移動することができず、窒化シリコン膜33内に留まることになる。
FIG. 17 shows a four-layer energy band structure of the
このように、ONO積層膜31中の窒化シリコン膜33が電荷を保持する性質は、MONOS(Metal Oxide Nitride Oxide Semiconductor)型メモリなどの不揮発性メモリに応用されている。MONOS型メモリにおいては、シリコン基板1から窒化シリコン膜33に、トンネル電流などによるキャリア注入を行うことで、窒化シリコン膜33に電子を蓄積させることも、正孔を蓄積させることも可能である。窒化シリコン膜33の有する電荷符号および電荷量が変化すると、トランジスタの閾値電圧が変化し、これを読み取ることでメモリとしての動作が実現される。
Thus, the property that the
MONOS型メモリにUV光照射を行うと、照射前の閾値電圧の値によらず、閾値電圧が一定の値に変化する。照射後の閾値電圧の値は、シリコン基板1がp型基板の場合、約1Vであり、この値は、窒化シリコン膜33が負電荷を有する状態であることを意味する。UV光照射により、窒化シリコン膜33が負電荷を有する理由は、図17のエネルギーバンド構造から説明できる。
When UV light irradiation is performed on the MONOS memory, the threshold voltage changes to a constant value regardless of the threshold voltage value before irradiation. The value of the threshold voltage after irradiation is about 1 V when the
シリコン基板1から見て、酸化シリコン膜32はエネルギー障壁を形成しており、伝導帯障壁高さXは約3eV、価電子帯障壁高さYは約4eVである。上述のUV光のエネルギーは、これらの障壁高さよりも高い値となっている。したがって、UV光によって励起された電子および正孔は、酸化シリコン膜32の障壁を乗り越えて、シリコン基板1と窒化シリコン膜33との間を移動する。この際、シリコン基板1と酸化シリコン膜32との間の価電子帯障壁高さが、伝導帯障壁高さよりも高いことにより、シリコン基板1から窒化シリコン膜33へ電子が過剰に供給され、定常状態では、窒化シリコン膜33に存在する電子数が正孔数よりも多くなる。つまり、UV光照射によって、窒化シリコン膜33は負電荷を有する状態に変化する。
When viewed from the
本実施の形態において、UV光の照射後には、酸化シリコン膜32のエネルギー障壁によって、シリコン基板1と酸化シリコン膜32との間のキャリア移動が阻害されるため、窒化シリコン膜33に蓄積された負電荷は安定的に存在し続ける。なお、UV光照射後の構造において、図11に示すように、同一の窒化シリコン膜33の内部で、正電荷を有する正電荷蓄積膜35と、負電荷を有する負電荷蓄積膜36とが隣接していることから、正電荷蓄積膜35と負電荷蓄積膜36との間のピッチが短ければ、両者の電荷が打ち消しあう可能性があるが、太陽電池セルにおいては、その懸念はないといえる。
In the present embodiment, after the UV light irradiation, the carrier barrier between the
MONOS型メモリにおいても、同一の窒化シリコン膜33に対して多数のメモリセルが形成されているが、セル間の電荷干渉は、少なくとも、メモリセル同士の間のピッチが0.1μm程度以上であれば、メモリ動作に影響しない。太陽電池セルにおいては、正電荷蓄積膜35と、負電荷蓄積膜36とのピッチは、p+層11とn+層21とのピッチに対応しており、数十μmから数mm程度の大きさであるため、上記の、正電荷蓄積膜35と負電荷蓄積膜36との間で電荷が打ち消しあう懸念はないと考えられる。Even in the MONOS type memory, a large number of memory cells are formed for the same
ここでいうp+層11とn+層21とのピッチとは、上述した第2方向に交互に並ぶp+層11とn+層21との配置間隔のことを指し、隣り合うp+層11とn+層21との、対向する端部同士の間の最短距離のことではない。つまり、上記ピッチは、例えば第2方向におけるp+層11の中心部と、そのp+層11と隣り合うn+層21の中央部との間の距離をいうものである。The pitch of the p +
本実施の形態において重要な点は、UV光を太陽電池セルのn+層側電極の設けられる側から照射することによって、n+層側電極23がUV光を反射するため、n+層側電極23の存在しない領域、すなわちn+層側電極23に覆われていない領域にのみ、ONO積層膜31がUV光の照射を受けるということである。In the important embodiment, by irradiating from the side is provided with a UV light of the n + layer side electrode of the solar cell, since the n +
この結果、ONO積層膜31のうち、n+層21と接する領域では、窒化シリコン膜33は正電荷を有し、p+層11と接する領域では、窒化シリコン膜33は負電荷を有する。つまり、電界効果パッシベーションが効果的に働く構造が実現できる。As a result, in the ONO stacked
また、電界効果パッシベーションを実現するにあたり、p+層に接して正電荷を有するパッシベーション膜をパターニングし、その後前記p+層と同一面内に設けられたn+層と接するように、負電荷を有するパッシベーション膜を成膜するような複雑なプロセスを用いず、自己整合プロセスを用いていて正電荷蓄積膜35および負電荷蓄積膜36を作り分けている点が、本実施の形態の重要な点である。つまり、n+層側電極23をマスクとしてUV光を照射することで、自己整合的に正電荷蓄積膜35および負電荷蓄積膜36を形成しているため、太陽電池の製造工程を簡略化することができ、太陽電池の製造コストを低減することができる。Further, in realizing the field effect passivation, as by patterning the passivation film having a positive charge in contact with the p + layer, in contact with then the p + layer and the n + layer provided in the same plane, a negative charge An important point of the present embodiment is that the positive
また、Cu(銅)などのイオン種をパッシベーション膜にイオン注入することでパッシベーション膜に負電荷を帯電させることで、負電荷蓄積膜36を形成する方法も考えられるが、このような方法を用いると、シリコン基板がイオン注入によりダメージを受け、非晶質化することで太陽電池の特性が劣化する虞がある。また、イオン注入により電極がダメージを受けた場合、電極と他の配線との配線抵抗が増大する虞がある。このように、イオン注入を行ってパッシベーション膜に負の電荷を帯電させようとすると、太陽電池がダメージを受け、太陽電池の信頼性が低下する問題が生じる。
Also, a method of forming the negative
これに対し、本実施の形態ではUV光を照射することで負電荷蓄積膜36を形成しており、イオン注入を行った場合のようにシリコン基板1またはn+層側電極23がダメージを受けることを防ぐことができるため、太陽電池の信頼性を向上させることができる。In contrast, in the present embodiment, the negative
次に、図13および図14に示すように、ONO積層膜31のうち、p+層11に接する領域の一部に、コンタクトホール12を形成(開口)する。コンタクトホール22を形成した後の構造を図13に、平面図を図14に、それぞれ示す。コンタクトホール12の形成は、コンタクトホール22の形成と同様に、レーザー照射によって行ってもよく、また、エッチングペーストもしくはフォトリソグラフィー技術を利用したエッチング法などにより行ってもよい。また、コンタクトホール22と同様に、コンタクトホール12はp+層11の底面を露出するように開口する。Next, as shown in FIGS. 13 and 14, the
なお、本実施の形態では、UV光照射の後にコンタクトホール12を形成する、という順番の製造方法について説明したが、コンタクトホール12の形成の際、試料温度が、例えば200℃以上に上昇する虞がある場合は、コンタクトホール12を形成した後にUV光照射を行う、という順番で太陽電池を製造することが好ましい。その理由は、試料温度が上昇すると、窒化シリコン膜33中に蓄積された電荷が、熱エネルギーによって、酸化シリコン膜32のエネルギー障壁を乗り越える確率が高くなり、UV光照射によって形成された負電荷蓄積膜36が、初期状態の、正電荷を有する窒化シリコン膜に戻る可能性があるためである。
In this embodiment, the manufacturing method in which the contact holes 12 are formed after the UV light irradiation has been described. However, when the contact holes 12 are formed, the sample temperature may rise to, for example, 200 ° C. or more. If there is, it is preferable to manufacture the solar cell in the order of performing UV light irradiation after forming the
次に、図15および図16に示すように、コンタクトホール12を埋め込むようにp+層側電極13を形成する。p+層側電極13の材料は、n+層側電極23の材料と同じでもよいが、異なってもよい。p+層11と電気的にコンタクトする金属と、n+層21と電気的にコンタクトする金属とは、最適な仕事関数が異なるため、コンタクト抵抗低減のためには、p+層側電極13の材料と、n+層側電極23の材料の仕事関数を、それぞれ最適化することが望ましい。具体的には、p+層11と電気的にコンタクトする金属にはAl(アルミニウム)を用いることが望ましく、n+層21と電気的にコンタクトする金属にはAg(銀)を用いることが望ましい。また、コンタクトホール12の大きさ(直径)は、上述のコンタクトホール22の場合と同様に適宜定めることとする。Next, as shown in FIGS. 15 and 16, p +
以上により、本実施の形態の太陽電池セルが完成する。なお、上記工程に加えて、各々の膜の結晶性または膜質などの改善のため、あるいは隣接膜との界面の質を向上させるための熱処理、プラズマ処理などを適宜追加してもよい。 Thus, the solar battery cell according to the present embodiment is completed. In addition to the above steps, heat treatment, plasma treatment, or the like for improving the crystallinity or film quality of each film or for improving the quality of the interface with the adjacent film may be added as appropriate.
なお、図2には、p+層11およびn+層21の幅を同程度とし、p+層11およびp+層側電極13の幅を同程度とし、n+層21およびn+層側電極23の幅を同程度とする場合の構造が描かれている。しかし、実際には、背面接合型太陽電池セルの、シリコン基板1中の正孔寿命は電子寿命よりも短いため、p+層11の幅を、n+層21の幅よりも大きくすることが考えられる。その場合、図18に示すように、p+層11とp+層側電極13との幅が同程度であり、n+層21とn+層側電極23との幅も同程度である場合の構造があり得る。また、図19に示すように、p+層11とp+層側電極13との幅が異なり、n+層21とn+層側電極23との幅が異なり、p+層側電極13とn+層側電極23との幅が同程度である場合の構造があり得る。図18および図19は、本実施の形態の太陽電池の変形例の断面図を示すものである。In FIG. 2, the widths of the p + layer 11 and the n + layer 21 are approximately the same, the widths of the p + layer 11 and the p +
なお、ここでいう幅とは、シリコン基板1の裏面に沿って第2方向に延在するp+層11またはn+層21においては、それぞれの延在方向(第2方向)に直交する第1方向における、p+層11またはn+層21の長さをいうものとする。同様に、p+層側電極13またはn+層側電極23の幅とは、第2方向に延在するパターンの延在方向(第2方向)に直交する第1方向における、それぞれの電極の長さをいうものとする。したがって、p+層側電極13またはn+層側電極23の幅とは、第1方向に延在する領域のp+層側電極13またはn+層側電極23の延在方向(第1方向)の長さをいうものではない。Note that the width here means that the p + layer 11 or the n + layer 21 extending in the second direction along the back surface of the
以下、上記2種類の構造に、本実施の形態の方法を適用した場合の効果について述べる。 Hereinafter, effects when the method of the present embodiment is applied to the above two types of structures will be described.
まず、図18に示すように、p+層11の幅がn+層21の幅よりも大きく、かつ、p+層11とp+層側電極13との幅が同程度であり、n+層21とn+層側電極23との幅も同程度である場合を考える。図3〜図17を用いて説明した工程によってUV光照射を行うと、負電荷蓄積膜36は、n+層側電極23に覆われていない領域に形成される。このため、図18に示す構造の場合、ONO積層膜31のうち、n+層21と接する領域においては、窒化シリコン膜33は正電荷を有し、p+層11と接する領域においては、窒化シリコン膜33は負電荷を有するため、上述した本実施の形態の効果は、図2に示す構造の場合と同様に得られる。First, as shown in FIG. 18, the width of the p + layer 11 is larger than the width of the n + layer 21, and the widths of the p + layer 11 and the p +
次に、図19に示すように、p+層11とp+層側電極13との幅が異なり、n+層21とn+層側電極23との幅が異なり、p+層側電極13とn+層側電極23との幅が同程度である場合を考える。この場合、ONO積層膜31のうち、p+層11と接する領域の一部において、窒化シリコン膜33が正電荷を有することになる。つまり、p+層11と正電荷蓄積膜35が平面視において重なる領域が存在する。Next, as shown in FIG. 19, the width of the p + layer 11 and the p +
図2および図19に示す構造の場合、図18に示す構造に比べて、n+層側電極23の幅が大きいため、配線抵抗を軽減することができる。なお、配線抵抗の値が大きく、太陽電池の効率低下をもたらす場合には、それを回避するために、n+層側電極23の高さ(膜厚)を増大させるなどの方法をとることが望ましい。In the case of the structure shown in FIGS. 2 and 19, since the width of the n +
また、図2および図18に示す構造の場合、ONO積層膜31内の窒化シリコン膜33のうち、p+層11と接する領域には正電荷蓄積膜35のみが形成され、n+層21と接する領域には負電荷蓄積膜36のみが形成されるため、図19に示す構造に比べ、電界効果パッシベーションの効果を高めることができる。In the structure shown in FIGS. 2 and 18, only the positive
以上に述べたように、p+層11、n+層21、p+層側電極13、およびn+層側電極23の幅の大小関係によって、本実施の形態の太陽電池の特性は異なるので、上述の電極高さ増大など、場合に応じた設計を行う必要がある。As described above, the characteristics of the solar cell of the present embodiment differ depending on the width relationship of the p + layer 11, the n + layer 21, the p +
なお、本実施の形態の太陽電池セルでは、図1および図2に示すように、p+層11およびn+層21の平面形状に対応する形状のp+層側電極13およびn+層側電極23をそれぞれ形成している。つまり、例えば、n+層21をシリコン基板1の裏面においてマトリクス状に並べて複数形成し、それ以外の領域のシリコン基板1の裏面にp+層11を形成し、各n+層21に対応する位置に、複数のコンタクトホール22をONO積層膜31に開口するような構成は、本実施の形態では採用していない。In the solar battery cell of the present embodiment, as shown in FIGS. 1 and 2, p +
上記のように、複数のn+層21を形成し、それらを囲むように広い面にp+層11を形成した場合、マトリクス状に点在するn+層21のうちのいくつかを、一方向に延在するn+層側電極23により覆った場合、隣り合うn+層21同士の間に形成されたp+層11に接するONO積層膜31が、n+層側電極23により覆われる。このような状態でONO積層膜31に対するUV光照射を行っても、n+層側電極23に覆われた領域では、p+層11と接する領域における窒化シリコン膜33の電荷反転が起こらない。したがって、p+層11と接する領域における窒化シリコン膜33内の一部に、正電荷蓄積層35が存在することとなる。つまり、p+層11に対して、正電荷蓄積膜35によりパッシベーションを行う領域が存在することになる。As described above, when the plurality of n + layers 21 are formed and the p + layer 11 is formed on a wide surface so as to surround them, some of the n + layers 21 scattered in a matrix form may be When covered with the n +
これに対し、本実施の形態の背面接合型太陽電池セルでは、n+層側電極23の直上にp+層11が存在しない構造を実現することが可能である。つまり、平面視においてp+層11と正電荷蓄積膜35とが重なっていない構造を形成することができる。したがって、上記のようにp+層11と正電荷蓄積膜35とが平面視において重なるような構造を含む太陽電池セルに比べて、本実施の形態では、より効果的に電界効果パッシベーションを行うことができ、太陽電池の性能を向上させることができる。On the other hand, in the back junction solar cell according to the present embodiment, it is possible to realize a structure in which the p + layer 11 does not exist immediately above the n +
図20〜図22を用いて、本実施の形態に係る太陽電池について説明する。図20は、本実施の形態の太陽電池の裏面側の平面図である。図21は、図20の一部を拡大して示す平面図である。図22は、図20および図21のB−B線における断面図である。 The solar cell according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 20 is a plan view of the back surface side of the solar cell of the present embodiment. FIG. 21 is an enlarged plan view showing a part of FIG. 22 is a cross-sectional view taken along the line BB in FIGS. 20 and 21. FIG.
前記実施の形態1との違いは、前記実施の形態1の構造が背面接合型太陽電池セルであるのに対して、本実施の形態の構造がエミッタラップスルー(Emitter Wrap Through;EWT)太陽電池セルであるという点である。EWT太陽電池セルとは、図22に示すように、シリコン基板1の上面と下面とを貫く貫通孔が形成され、その後、貫通孔の内壁およびシリコン基板1の裏面にn+層21が形成された後、貫通孔を埋め込むn+層側電極23が形成された太陽電池セルである。また、シリコン基板1の裏面にp+層11が形成されている。図20に示す平面図は、図1に示す背面接合型太陽電池セルの平面図と同じであり、背面接合型太陽電池セルと同様に、EWT太陽電池セルも、p+層側電極13とn+層側電極23とがいずれも裏面に配置された、裏面電極型太陽電池セルの一種である。The difference from the first embodiment is that the structure of the first embodiment is a back junction solar cell, whereas the structure of the present embodiment is an emitter wrap through (EWT) solar cell. It is a cell. In the EWT solar battery cell, as shown in FIG. 22, a through hole penetrating the upper surface and the lower surface of the
EWT太陽電池セルでは、シリコン基板1を貫通するn+層側電極23を形成することで、シリコン基板1中での電子の移動経路を短縮し、電気抵抗を低減することができる。また、正孔が集中するp+層11から離れた位置にn+層21が形成されるため、シリコン基板1中の電子がp+層11の近傍の正孔と再結合することを防ぐことができる。In the EWT solar battery cell, by forming the n +
図22に示すように、本実施の形態の太陽電池セル構造においても、前記実施の形態1の構造と同様、ONO積層膜31のうち、n+層21と接する領域における窒化シリコン膜33は、正電荷蓄積膜35であり、p+層11と接する領域における窒化シリコン膜33は、負電荷蓄積膜36である。As shown in FIG. 22, also in the solar cell structure of the present embodiment, the
本実施の形態によれば、前記実施の形態1の背面接合型太陽電池セルの場合と同様、EWT太陽電池セルにおいても、パターニングを行うことなく、n+層21に対して、正電荷を有する膜でパッシベーションを行い、p+層11に対して、負電荷を有する膜でパッシベーションを行うことで、電界効果パッシベーションを実現することができる。本実施の形態の効果も、前記実施の形態1と同様、p+層11、n+層21、p+層側電極13、およびn+層側電極23の幅の大小関係によって異なるため、場合に応じた設計が必要である。According to the present embodiment, as in the case of the back junction solar cell of the first embodiment, the EWT solar cell also has a positive charge with respect to the n + layer 21 without performing patterning. Field effect passivation can be realized by performing passivation with a film and performing passivation with respect to the p + layer 11 with a film having a negative charge. Since the effect of the present embodiment also varies depending on the width relationship of the p + layer 11, the n + layer 21, the p +
本実施の形態の太陽電池セルの製造方法は、前記実施の形態1の場合とほぼ同様である。すなわち、シリコン基板1を貫通する貫通孔をレーザー照射により形成した後、前記貫通孔の内壁およびシリコン基板1の裏面にn+層21を形成し、さらに、シリコン基板1の裏面にp+層11を形成する。続いて、シリコン基板1の裏面にONO積層膜31を形成し、その後コンタクトホール22を形成し、次にn+層側電極23を形成する。続いて、ONO積層膜31にUV光を照射することで、ONO積層膜31のうち、n+層側電極23に覆われていない領域での、正電荷を有する窒化シリコン膜を、負電荷蓄積膜36へと変化させた後、コンタクトホール12を形成し、次にp+層側電極13を形成する。The manufacturing method of the solar battery cell of the present embodiment is almost the same as that of the first embodiment. That is, after a through hole penetrating the
なお、EWT太陽電池セルは、上面から見て、n+層21が貫通孔の内壁に沿って筒状に形成されるのに対し、n+層側電極23は、複数の貫通孔のそれぞれの内壁に形成されたn+層21と、平面視において重なるライン状に形成される。図21には、シリコン基板1(図22参照)の裏面側から見た平面図を示している。図21では、シリコン基板1よりも下側(裏面側)に形成されたn+層側電極23およびp+層側電極13の形状を破線で示している。In the EWT solar cell, the n + layer 21 is formed in a cylindrical shape along the inner wall of the through hole when viewed from the top, whereas the n +
図21に示すように、n+層側電極23は、シリコン基板1の裏面側において、第2方向に複数並ぶコンタクトホールから露出する、複数のn+層21を覆うように、第2方向に延在して配置されている。また、p+層側電極13は、シリコン基板1の裏面において、第2方向に複数並ぶコンタクトホールから露出する、複数のp+層11を覆うように、第2方向に延在して配置されている。環状のn+層21の中央の貫通孔内には、n+層側電極23の一部がシリコン基板1を貫くように埋め込まれている。なお、図21では、酸化シリコン膜34を含むONO積層膜31(図22参照)から露出しているp+層11を複数示しているが、p+層11はシリコン基板1の裏面にマトリクス状に並んで形成されているわけではなく、実際にはシリコン基板1の裏面の広い範囲に形成され、複数のn+層21のそれぞれを囲むように形成されている。As shown in FIG. 21, the n +
したがって、シリコン基板1の裏面において、平面視において環状の形状を有するn+層21が形成されていない領域には、p+層11が存在するので、複数のn+層21と重なるように形成されたn+層側電極23の直上の一部には、必ずp+層11が存在することになる。つまり、n+層側電極23は、n+層21のみならず、p+層11とも重なるように形成されている。したがって、n+層側電極23に覆われた領域の窒化シリコン膜33は、UV光照射工程を経ても負電荷を耐電せず、正電荷を有している状態を保つことになり、正電荷蓄積膜35とp+層11とが平面視において重なるように配置される構造となる。この点は、前記実施の形態1で述べた背面接合型太陽電池セルと異なる。Therefore, since the p + layer 11 exists in the region where the n + layer 21 having an annular shape in a plan view is not formed on the back surface of the
このような太陽電池セルでは、n+層側電極23のライン幅を、n+層21のホール径に可能な限り近い値に設定すれば、p+層11と正電荷蓄積膜35とが平面視において重なる領域を低減することができるため、より効果的に電界効果パッシベーションを行うことができ、太陽電池の性能を向上させることができる。In such a solar battery cell, if the line width of the n +
以上、本発明者らによってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。 Although the invention made by the present inventors has been specifically described based on the embodiment, the present invention is not limited to the embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. Needless to say.
本発明は、背面接合型太陽電池の製造技術に適用して有効である。 The present invention is effective when applied to the manufacturing technology of back junction solar cells.
1 シリコン基板
11 層
12 コンタクトホール
13 層側電極
21 層
22 コンタクトホール
23 層側電極
31 ONO積層膜
32 酸化シリコン膜
33 窒化シリコン膜
34 酸化シリコン膜
35 正電荷蓄積膜
36 負電荷蓄積膜DESCRIPTION OF
Claims (12)
前記n層と同一平面内に形成されたp層と、
前記n層および前記p層に接する第1の酸化シリコン膜、窒化シリコン膜および第2の酸化シリコン膜がこの順に積層されたパッシベーション膜と、
を有し、
前記窒化シリコン膜のうち、前記n層に隣接する部分は正電荷を有し、前記p層に隣接する部分は負電荷を有することを特徴とする太陽電池。n layers;
A p-layer formed in the same plane as the n-layer;
A passivation film in which a first silicon oxide film, a silicon nitride film, and a second silicon oxide film in contact with the n layer and the p layer are laminated in this order;
Have
A portion of the silicon nitride film adjacent to the n layer has a positive charge, and a portion adjacent to the p layer has a negative charge.
前記n層と前記p層との幅が等しく、
前記n層に接するn層側電極と、前記p層に接するp層側電極との幅が等しいことを特徴とする太陽電池。The solar cell according to claim 1,
The widths of the n layer and the p layer are equal,
The n-layer side electrode in contact with the n-layer and the p-layer side electrode in contact with the p-layer have the same width.
前記n層と前記p層との幅が異なり、
前記n層に接するn層側電極と、前記p層に接するp層側電極の幅が異なることを特徴とする太陽電池。The solar cell according to claim 1,
The n layer and the p layer have different widths,
The solar cell, wherein the n-layer side electrode in contact with the n-layer and the p-layer side electrode in contact with the p-layer have different widths.
前記p層の幅は、前記n層より大きく、
前記p層側電極の幅は、前記n層側電極の幅より大きいことを特徴とする太陽電池。The solar cell according to claim 3, wherein
The width of the p layer is larger than that of the n layer,
The width of the p layer side electrode is larger than the width of the n layer side electrode.
前記第1の酸化シリコン膜の膜厚が5nm以上であることを特徴とする太陽電池。The solar cell according to claim 1,
The solar cell, wherein the first silicon oxide film has a thickness of 5 nm or more.
前記n層および前記p層は、基板の同一面内に形成されていることを特徴とする太陽電池。The solar cell according to claim 1,
The n layer and the p layer are formed in the same plane of a substrate.
前記n層と同一平面内に形成されたp層と、
前記n層および前記p層に接する第1の酸化シリコン膜、窒化シリコン膜および第2の酸化シリコン膜がこの順に積層されたパッシベーション膜と、
を有し、
前記n層と前記p層との幅が異なり、
前記n層に接するn層側電極と、前記p層に接するp層側電極との幅が等しく、
前記n層に隣接する部分の前記窒化シリコン膜は正電荷を有し、
前記p層に隣接する部分の前記窒化シリコン膜のうち、一部は正電荷を、残りの部分は負電荷をそれぞれ有することを特徴とする太陽電池。n layers;
A p-layer formed in the same plane as the n-layer;
A passivation film in which a first silicon oxide film, a silicon nitride film, and a second silicon oxide film in contact with the n layer and the p layer are laminated in this order;
Have
The n layer and the p layer have different widths,
The widths of the n layer side electrode in contact with the n layer and the p layer side electrode in contact with the p layer are equal,
The portion of the silicon nitride film adjacent to the n layer has a positive charge,
Part of the silicon nitride film adjacent to the p layer has a positive charge, and the remaining part has a negative charge.
(b)前記n層と同一平面内にp層を形成する工程と、
(c)前記n層および前記p層に接する第1の酸化シリコン膜、窒化シリコン膜および第2の酸化シリコン膜がこの順に積層されたパッシベーション膜を形成する工程と、
(d)前記パッシベーション膜のうち、前記n層に隣接する部分の一部にコンタクトホールを形成する工程と、
(e)前記(d)工程の後、前記n層と接するn層側電極を形成する工程と、
(f)前記パッシベーション膜にUV光を照射する工程と、
を有することを特徴とする太陽電池の製造方法。(A) forming an n layer;
(B) forming a p layer in the same plane as the n layer;
(C) forming a passivation film in which a first silicon oxide film, a silicon nitride film, and a second silicon oxide film in contact with the n layer and the p layer are stacked in this order;
(D) forming a contact hole in a portion of the passivation film adjacent to the n layer;
(E) after the step (d), forming an n-layer side electrode in contact with the n-layer;
(F) irradiating the passivation film with UV light;
A method for producing a solar cell, comprising:
前記(f)工程において、前記UV光を、前記(e)工程において前記n層側電極の設けられる側から照射することを特徴とする太陽電池の製造方法。In the manufacturing method of the solar cell of Claim 8,
In the step (f), the UV light is irradiated from the side on which the n-layer side electrode is provided in the step (e).
(g)前記パッシベーション膜のうち、前記p層に隣接する部分の一部にコンタクトホールを形成する工程と、
(h)前記(f)工程の後であって、前記(g)工程の後、前記p層と接するp層側電極を形成する工程と、
をさらに有することを特徴とする太陽電池の製造方法。In the manufacturing method of the solar cell of Claim 8,
(G) forming a contact hole in a portion of the passivation film adjacent to the p layer; and
(H) After the step (f), after the step (g), forming a p-layer side electrode in contact with the p-layer;
A method for producing a solar cell, further comprising:
前記UV光の波長が310nm以下であることを特徴とする太陽電池の製造方法。In the manufacturing method of the solar cell of Claim 8,
The method of manufacturing a solar cell, wherein the wavelength of the UV light is 310 nm or less.
前記(a)工程では、基板の一の平面に前記n層を形成し、
前記(b)工程では、前記基板の前記平面に前記p層を形成することを特徴とする太陽電池の製造方法。In the manufacturing method of the solar cell of Claim 8,
In the step (a), the n layer is formed on one plane of the substrate,
In the step (b), the p-layer is formed on the plane of the substrate.
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