JP2006156646A - 太陽電池の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 新規な太陽電池の製造方法を提供する。
【解決手段】 半導体基板の表面上にｐ型ドーパントまたはｎ型ドーパントのいずれか一方を含む拡散剤を塗布する工程と、拡散剤を熱処理することによって固化させる工程と、固化した拡散剤の一部を除去して拡散剤をパターンニングする工程と、パターンニングされた拡散剤からドーパントを拡散させることにより半導体基板の表面に拡散層を形成する工程と、を含む、太陽電池の製造方法である。ここで、塗布される拡散剤はメチルセロソルブと、ボロン化合物と、水と、を含むことが好ましい。
【選択図】 図１１

Description

本発明は太陽電池の製造方法に関し、特に裏面電極型の太陽電池の製造方法に関する。

近年、特に地球環境の保護の観点から、太陽光エネルギを電気エネルギに変換する太陽電池は次世代のエネルギ源としての期待が急激に高まっている。太陽電池の種類には、化合物半導体を用いたものや有機材料を用いたものなどの様々なものがあるが、現在、シリコン結晶を用いた太陽電池が主流となっている。そして、現在、最も多く製造および販売されている太陽電池においては、太陽光が入射する側の面（受光面）にｎ電極が形成されており、受光面と反対側の面（裏面）にｐ電極が形成されている。このような太陽電池の受光面に形成されているｎ電極は太陽光の入射により発生した電流を外部に取り出すために不可欠なものであるが、ｎ電極の下方の部分には太陽光が入射しないためその部分には電流が発生しない。それゆえ、ｎ電極の面積が大きくなると太陽電池の変換効率が低下してしまうという問題があった。

そこで、たとえば特許文献１には、太陽電池の受光面には電極が形成されず、裏面のみにｎ電極およびｐ電極が形成された裏面電極型の太陽電池が開示されている。この太陽電池においては、受光面に形成された電極によって太陽光の入射が阻害されることがないため、原理的には高い変換効率を期待することができる。

図２４に、従来の裏面電極型の太陽電池の一例の模式的な断面図を示す。この太陽電池のシリコン基板１０１の裏面にはｐ型拡散層１０４とｎ型拡散層１０５とが交互に形成されている。そして、シリコン基板１０１の裏面にはパッシベーション膜１０８が形成されており、これによりキャリアの再結合が抑制されている。また、シリコン基板１０１の裏面側のパッシベーション膜１０８の一部が除去されており、これらの除去部分を通してｐ型拡散層１０４上にｐ電極１１０が、ｎ型拡散層１０５上にｎ電極１１１がそれぞれ形成されている。図２４に示すように、この太陽電池の裏面と反対側にある受光面には電極が形成されていないため、受光面において太陽光の入射が阻害されない。

この従来の裏面電極型の太陽電池はたとえば以下のようにして製造される。まず、シリコン基板１０１の裏面の全面にシリコン酸化膜を形成し、その後シリコン窒化膜を形成することによってパッシベーション膜１０８を形成する。次に、フォトエッチングにより、シリコン基板１０１の裏面のｎ型拡散層１０５が形成される部分に対応するパッシベーション膜１０８の一部を除去する。そして、リンなどのｎ型ドーパントを含むガスを用いてこの除去部分から露出したシリコン基板１０１の裏面上にｎ型ドーパントを拡散させることによってｎ型拡散層１０５を形成する。そして、シリコン基板１０１の裏面上に形成されているパッシベーション膜１０８をすべて除去した後に、再度、シリコン基板１０１の裏面の全面にシリコン酸化膜を形成し、その後シリコン窒化膜を形成することによってパッシベーション膜１０８を形成する。続いて、フォトエッチングにより、ｐ型拡散層１０４が形成される部分に対応するパッシベーション膜１０８の一部を除去する。そして、ボロンなどのｐ型ドーパントを含むガスを用いてこの除去部分から露出したシリコン基板１０１の裏面上にｐ型ドーパントを拡散させることによってｐ型拡散層１０４を形成する。

次いで、水素雰囲気下でシリコン基板１０１を熱処理する。これにより、シリコン基板１０１とパッシベーション膜１０８中のシリコン酸化膜との界面が水素化処理される。そして、スパッタリング法によりシリコン基板１０１の裏面側に銀ペーストを印刷し、これを焼成することによってｐ電極１１０およびｎ電極１１１がそれぞれ形成される。

しかしながら、この従来の太陽電池の製造方法においては気相拡散によってｐ型拡散層およびｎ型拡散層を形成しているが、気相拡散に用いられなかった多量のガスが無駄になってしまうことがあるため、新規な太陽電池の製造方法の開発が望まれていた。
特開２００３−２９８０７８号公報

本発明の目的は、新規な太陽電池の製造方法を提供することにある。

本発明は、半導体基板の表面上にｐ型ドーパントまたはｎ型ドーパントのいずれか一方を含む拡散剤を塗布する工程と、拡散剤を熱処理することによって固化させる工程と、固化した拡散剤の一部を除去して拡散剤をパターンニングする工程と、パターンニングされた拡散剤からドーパントを拡散させることにより半導体基板の表面に拡散層を形成する工程と、を含む、太陽電池の製造方法である。

ここで、本発明の太陽電池の製造方法において、塗布される拡散剤は、メチルセロソルブと、ボロン化合物と、水と、を含むことが好ましい。

また、本発明の太陽電池の製造方法においては、熱処理の温度が７００℃以上９００℃以下であることが好ましい。

また、本発明の太陽電池の製造方法において、パターンニングはポジ型レジストを用いたフォトエッチングにより行われることが好ましい。

さらに、本発明の太陽電池の製造方法において製造される太陽電池は裏面電極型の太陽電池であることが好ましい。

本発明によれば、新規な太陽電池の製造方法を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態について説明する。なお、本願の図面において、同一の参照符号は同一部分または相当部分を表わすものとする。

（拡散剤の塗布工程）
本発明における拡散剤の塗布工程は、半導体基板の表面上にｐ型ドーパントまたはｎ型ドーパントのいずれか一方を含む拡散剤を塗布する工程である。ここで、塗布される拡散剤はボロンなどのｐ型ドーパントやリンなどのｎ型ドーパントを含むものであり、たとえばｐ型ドーパントを含む拡散剤としてはメチルセロソルブ（エチレングリコールモノメチルエーテル）とボロン化合物と水とを含むものが用いられる。ここで、ボロン化合物としては、たとえばボロンを含む有機化合物などが用いられる。

また、本発明において、半導体基板としては、たとえばｐ型またはｎ型のシリコン結晶からなるシリコン基板が好適に用いられる。ここで、シリコン基板の表面にテクスチャ構造と呼ばれる微細な凹凸構造を形成する場合には、その表面の面方位が（１００）であることが好ましい。

また、本発明において、拡散剤の塗布手法は特に限定されず、たとえばスピンナーを用いたスピン塗布法などが用いられる。

（拡散剤の熱処理工程）
本発明における拡散剤の熱処理工程は、半導体基板の表面上に塗布された拡散剤を固化するために行なわれる。ここで、熱処理の温度は７００℃以上９００℃以下であることが好ましく、７００℃以上８００℃以下であることがより好ましく、７５０℃以上８００℃以下であることがさらに好ましい。これらの温度範囲で熱処理を行なった場合には、拡散剤を十分に固化することができるとともに、ｐ型ドーパントまたはｎ型ドーパントが半導体基板中に拡散せず半導体基板の表面にｐ型拡散層またはｎ型拡散層が形成されない傾向にある。また、本明細書において熱処理温度は、熱処理時における半導体基板の表面温度のことを意味する。

（拡散剤のパターンニング工程）
本発明における拡散剤のパターンニング工程は、環境への配慮からポジ型レジストを用いたフォトエッチングによって行なわれることが好ましい。ここで、本発明におけるポジ型レジストは特に限定されず、従来から公知のものが用いられる。

（拡散層の形成工程）
本発明における拡散層の形成工程は、半導体基板の表面から半導体基板中にｐ型ドーパントが拡散したｐ型拡散層および／またはｎ型ドーパントが拡散したｎ型拡散層を形成する工程である。ここで、拡散層の形成工程は、たとえば、半導体基板の表面上にパターンニングされた拡散剤からｐ型ドーパントおよび／またはｎ型ドーパントを拡散させて行なわれる。

（その他）
半導体基板の表面にｐ型拡散層およびｎ型拡散層の双方を形成する場合には、半導体基板の表面にｐ型ドーパントを含む拡散剤およびｎ型ドーパントを含む拡散剤をそれぞれパターンニングした後に加熱することによって半導体基板の表面にｐ型拡散層およびｎ型拡散層を同時に形成してもよく、半導体基板の表面にｐ型ドーパントまたはｎ型ドーパントを含む拡散剤をパターンニングして加熱することによってｐ型拡散層またはｎ型拡散層のいずれか一方を先に形成した後に、もう一方の導電型のドーパントを含む拡散剤をパターンニングして加熱することによって、ｐ型拡散層およびｎ型拡散層を順番に形成してもよい。

本発明によって製造される太陽電池の形態は特に限定されないが、本発明は裏面電極型の太陽電池の製造に好適に利用される。ここで、本明細書において裏面電極型の太陽電池とは、半導体基板の裏面にｐ型拡散層およびｎ型拡散層が形成されており、ｐ型拡散層上にｐ電極が形成され、ｎ型拡散層上にｎ電極が形成されている太陽電池のことをいう。なお、本明細書において、半導体基板の表面のうち、太陽光が入射する側の面を受光面とし、受光面の反対側にあって太陽光が入射しない側の面を裏面とする。

（実施の形態１）
図１から図１１の模式的断面図に、本発明の太陽電池の製造方法の好ましい一例の製造工程を示す。まず、図１に示すように半導体基板としてのシリコン基板１の表面上のダメージ層１ａを酸性またはアルカリ性の溶液を用いてエッチングすることによって図２に示すシリコン基板１が得られる。次に、図３に示すように、このシリコン基板１の裏面上にメチルセロソルブとボロンを含む有機化合物と水とからなる拡散剤２をスピンナーを用いたスピン塗布法により塗布する。

次いで、拡散剤２が塗布されたシリコン基板１を約２００℃程度の雰囲気下に曝した後、このシリコン基板１を７００℃以上９００℃以下、より好ましくは７００℃以上８００℃以下、さらに好ましくは７５０℃以上８００℃以下の温度に昇温された石英炉内に投入し、約１０分程度石英炉内で保持することによって拡散剤２を低温焼成して固化させる。

そして、たとえばポジ型レジストを用いたフォトエッチングを行なうことによって固化した拡散剤２の一部を除去し、図４に示すように拡散剤２のパターンニングを行なう。続いて、図５に示すように、リンを含む拡散剤３をパターン状に形成する。ここで、拡散剤３の形成は、スクリーン印刷法やインクジェット印刷法などを用いることができる。

続いて、このシリコン基板１を９００℃よりも高く１１００℃以下の温度に昇温された石英炉内に投入し、シリコン基板１の裏面からシリコン基板１中に拡散剤２中のボロンおよび拡散剤３中のリンを拡散させることによって、図６に示すようにシリコン基板１の裏面にｐ型拡散層４とｎ型拡散層５とをそれぞれ形成する。

そして、ボロンおよびリンの拡散後の図６に示す不純物層６、７はフッ酸などを用いてエッチングされることによって図７に示すように除去される。続いて、シリコン基板１の裏面における電子とホールの再結合を抑制することを目的として、熱酸化などの方法を用いることによって、図８に示すようにシリコン基板１の裏面にパッシベーション膜８を形成する。さらに、パッシベーション膜８が形成されている側と反対側のシリコン基板１の受光面を水酸化カリウムとイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）とを含む約８０℃程度の液などに浸漬させることによって、図９に示すようにその表面に微細な凹凸構造を有するテクスチャ構造を形成し、その上に太陽光の反射防止効果を有するシリコン窒化膜９を形成する。

その後、図１０に示すように、フォトエッチング法などを用いて、パッシベーション膜８の一部を除去し、パッシベーション膜８をドット状またはライン状などの形状にパターンニングする。ここで、本発明においては、太陽電池の出力が最大となるようにパッシベーション膜８の形成幅を適宜調整することができる。

そして、図１１に示すように、パッシベーション膜８が除去された部分からｐ型拡散層４上にｐ電極１０を形成し、ｎ型拡散層５上にｎ電極１１を形成することによって、ｐ型拡散層４とｐ電極１０との電気的接続およびｎ型拡散層５とｎ電極１１との電気的接続が行なわれて、裏面電極型の太陽電池が製造される。ここで、ｐ電極１０およびｎ電極１１の形成手法としては、高真空中での電子ビームの加熱による蒸着法などが用いられる。また、ｐ電極１０およびｎ電極１１に用いられる材質としては、チタン、パラジウムまたは銀などが用いられる。さらに、これらの電極が形成されたシリコン基板１を４００℃以上５００℃以下の温度で加熱することによって、これらの電極とシリコン基板１とのオーミック接触が可能になる。

（実施の形態２）
図１２から図２３の模式的断面図に、本発明の太陽電池の製造方法の好ましい他の一例の製造工程を示す。まず、図１２に示すように半導体基板としてのシリコン基板１の表面上のダメージ層１ａを酸性またはアルカリ性の溶液を用いてエッチングすることによって図１３に示すシリコン基板１が得られる。次に、図１４に示すように、このシリコン基板１の裏面上にメチルセロソルブとボロンを含む有機化合物と水とからなる拡散剤２をスピンナーを用いたスピン塗布法により塗布する。次いで、拡散剤２が塗布されたシリコン基板１を約２００℃程度の雰囲気下に曝すことによって、拡散剤２に含まれる溶媒を蒸発させる。その後、このシリコン基板１を７００℃以上９００℃以下、より好ましくは７００℃以上８００℃以下、さらに好ましくは７５０℃以上８００℃以下の温度に昇温された石英炉内に投入し、約１０分程度石英炉内で保持することによって拡散剤２を低温焼成して固化させる。そして、たとえばポジ型レジストを用いたフォトエッチングを行なうことによって固化した拡散剤２の一部を除去し、図１５に示すように拡散剤２のパターンニングを行なう。ここまでの製造工程は実施の形態１と同様である。

続いて、このシリコン基板１を９００℃よりも高く１１００℃以下に昇温された石英炉内に投入し、シリコン基板１の表面からシリコン基板１中に拡散剤２中のボロンを拡散させることによって、図１６に示すようにシリコン基板１の表面にｐ型拡散層４を形成する。その後、図１７に示すように、リンを含む拡散剤３をパターン状に形成する。ここで、拡散剤３の形成は、スクリーン印刷法やインクジェット印刷法などを用いることができる。そして、再度、このシリコン基板１を９００℃よりも高く１１００℃以下に昇温された石英炉内に投入し、シリコン基板１の裏面からシリコン基板１中に拡散剤３中のリンを拡散させることによって、図１８に示すようにシリコン基板１の裏面にｎ型拡散層５を形成する。

その後の製造工程は、上記の実施の形態１と同様である。すなわち、ボロンおよびリンの拡散後の図１８に示す不純物層６、７はフッ酸などを用いてエッチングされることによって図１９に示すように除去される。続いて、シリコン基板１の裏面の再結合を抑制することを目的として、熱酸化などの方法を用いることによって、図２０に示すようにシリコン基板１の裏面にパッシベーション膜８を形成する。さらに、パッシベーション膜８が形成されている側と反対側のシリコン基板１の受光面を水酸化カリウムとイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）とを含む約８０℃程度の液に浸漬させることによって、図２１に示すようにその受光面に微細な凹凸構造を有するテクスチャ構造を形成し、その上に太陽光の反射防止効果を有するシリコン窒化膜９を形成する。

その後、図２２に示すように、フォトエッチング法などを用いて、パッシベーション膜８の一部を除去し、パッシベーション膜８をドット状またはライン状などの形状にパターンニングする。ここでも、太陽電池の出力が最大となるようにパッシベーション膜８の形成幅を適宜調整することができる。

そして、図２３に示すように、パッシベーション膜８が除去された部分からｐ型拡散層４上にｐ電極１０を形成し、ｎ型拡散層５上にｎ電極１１を形成することによって、ｐ型拡散層４とｐ電極１０との電気的接続およびｎ型拡散層５とｎ電極１１との電気的接続が行なわれて、裏面電極型の太陽電池が製造される。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明によれば、新規な太陽電池の製造方法を提供することができる。

本発明に用いられるシリコン基板の一例の模式的な断面図である。 本発明に用いられるシリコン基板のダメージ層の除去後の一例の模式的な断面図である。 本発明に用いられるシリコン基板にボロンを含む拡散剤が塗布された後の一例の模式的な断面図である。 本発明に用いられるシリコン基板にボロンを含む拡散剤がパターンニングされた後の一例の模式的な断面図である。 本発明に用いられるシリコン基板にリンを含む拡散剤が形成された後の一例の模式的な断面図である。 本発明に用いられるシリコン基板にｐ型拡散層とｎ型拡散層が形成された後の一例の模式的な断面図である。 本発明に用いられるシリコン基板に形成された不純物層が除去された後の一例の模式的な断面図である。 本発明に用いられるシリコン基板にパッシベーション膜が形成された後の一例の模式的な断面図である。 本発明に用いられるシリコン基板にシリコン窒化膜が形成された後の一例の模式的な断面図である。 本発明に用いられるシリコン基板に形成されたパッシベーション膜がパターンニングされた後の一例の模式的な断面図である。 本発明によって製造された裏面電極型の太陽電池の好ましい一例の模式的な断面図である。 本発明に用いられるシリコン基板の一例の模式的な断面図である。 本発明に用いられるシリコン基板のダメージ層の除去後の一例の模式的な断面図である。 本発明に用いられるシリコン基板にボロンを含む拡散剤が塗布された後の一例の模式的な断面図である。 本発明に用いられるシリコン基板にボロンを含む拡散剤がパターンニングされた後の一例の模式的な断面図である。 本発明に用いられるシリコン基板にｐ型拡散層が形成された後の一例の模式的な断面図である。 本発明に用いられるシリコン基板にリンを含む拡散剤が形成された後の一例の模式的な断面図である。 本発明に用いられるシリコン基板にｎ型拡散層が形成された後の一例の模式的な断面図である。 本発明に用いられるシリコン基板に形成された不純物層が除去された後の一例の模式的な断面図である。 本発明に用いられるシリコン基板にパッシベーション膜が形成された後の一例の模式的な断面図である。 本発明に用いられるシリコン基板にシリコン窒化膜が形成された後の一例の模式的な断面図である。 本発明に用いられるシリコン基板に形成されたパッシベーション膜がパターンニングされた後の一例の模式的な断面図である。 本発明によって製造された裏面電極型の太陽電池の好ましい一例の模式的な断面図である。 従来の裏面電極型の太陽電池の一例の模式的な断面図である。

符号の説明

１，１０１ シリコン基板、１ａ ダメージ層、２，３ 拡散剤、４，１０４ ｐ型拡散層、５，１０５ ｎ型拡散層、６，７ 不純物層、８，１０８ パッシベーション膜、９ シリコン窒化膜、１０，１１０ ｐ電極、１１，１１１ ｎ電極。

Claims (5)

1. 半導体基板の表面上にｐ型ドーパントまたはｎ型ドーパントのいずれか一方を含む拡散剤を塗布する工程と、前記拡散剤を熱処理することによって固化させる工程と、前記固化した拡散剤の一部を除去して前記拡散剤をパターンニングする工程と、前記パターンニングされた拡散剤から前記ドーパントを拡散させることにより前記半導体基板の表面に拡散層を形成する工程と、を含む、太陽電池の製造方法。
2. 前記塗布される拡散剤は、メチルセロソルブと、ボロン化合物と、水と、を含むことを特徴とする、請求項１に記載の太陽電池の製造方法。
3. 前記熱処理の温度が７００℃以上９００℃以下であ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。
4. 前記パターンニングはポジ型レジストを用いたフォトエッチングにより行われることを特徴とする、請求項１から３のいずれかに記載の太陽電池の製造方法。
5. 前記太陽電池は裏面電極型の太陽電池であることを特徴とする、請求項１から４のいずれかに記載の太陽電池の製造方法。

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