JP2014154619A - Method for manufacturing photoelectric conversion element - Google Patents
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Abstract
【課題】高い変換効率を維持しつつ、製造工程数を削減することが可能な裏面パッシベーション型の光電変換素子の製造方法を提供する。
【解決手段】単結晶または多結晶のp型シリコン基板10の一方の面にn型拡散層11が形成され、他方の面に裏面電極41と裏面パッシベーション膜30が形成された光電変換素子の製造方法であって、裏面電極41を形成する裏面電極形成工程と、p型シリコン基板10に付着した不純物層を除去する不純物層除去工程と、裏面パッシベーション膜30を形成する裏面パッシベーション膜30形成工程を、この順に行う光電変換素子の製造方法。
【選択図】図2A method of manufacturing a back-side passivation type photoelectric conversion element capable of reducing the number of manufacturing steps while maintaining high conversion efficiency is provided.
Manufacturing of a photoelectric conversion element in which an n-type diffusion layer is formed on one surface of a single crystal or polycrystalline p-type silicon substrate and a back electrode and a back passivation film are formed on the other surface. The method includes a back electrode forming process for forming the back electrode 41, an impurity layer removing process for removing the impurity layer attached to the p-type silicon substrate 10, and a back passivation film 30 forming process for forming the back passivation film 30. The manufacturing method of the photoelectric conversion element performed in this order.
[Selection] Figure 2
Description
本発明は、光電変換素子の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a photoelectric conversion element.
結晶シリコン太陽電池の需要は年々増えつつあり、それに伴って製造コストの低減や変換効率向上の重要性が大きくなっている。こうした要求に応えるための有望なアプローチとして、より薄い結晶シリコン基板を利用して、シリコンの使用量を低減する方法がある。こうした薄い結晶シリコン基板を用いて太陽電池セルを作った場合、太陽電池セルの裏面でキャリアの再結合を低くすることが変換効率向上のために重要である。そのため、現在生産レベルで広く使用されている太陽電池の裏面電極は、アルミニウムなどの金属が裏面のほぼ全域にわたって堆積された構造となっているが、薄い結晶シリコン基板を用いた太陽電池においては、裏面電極をシリコン基板の一部にのみ形成し、その他の部分をパッシベーション膜で覆う構造が良いとされている。そして、上記構造の太陽電池の製造方法として、特許文献1が開示されている。 The demand for crystalline silicon solar cells is increasing year by year, and accordingly, the importance of reducing manufacturing costs and improving conversion efficiency is increasing. As a promising approach to meet these demands, there is a method of reducing the amount of silicon used by using a thinner crystalline silicon substrate. When a solar cell is made using such a thin crystalline silicon substrate, it is important for improving the conversion efficiency to reduce carrier recombination on the back surface of the solar cell. Therefore, the back electrode of a solar cell that is widely used at the current production level has a structure in which a metal such as aluminum is deposited over almost the entire back surface, but in a solar cell using a thin crystalline silicon substrate, A structure in which the back electrode is formed only on a part of the silicon substrate and the other part is covered with a passivation film is considered good. Patent Document 1 is disclosed as a method for manufacturing a solar cell having the above structure.
図4は、特許文献1に記載の光電変換素子の製造工程を示す断面図である。まず、受光面及び裏面を有するp型のシリコン基板101の受光面側にn型半導体層103を形成することによってpn接合を形成し、図4(a)に示す構造を得る。次に、シリコン基板101の受光面上に太陽光を有効に取り込むための反射防止膜105を形成し、図4(b)に示す構造を得る。次に、図4(c)に示すように、窒素ガスを含む原料ガスを用いて形成されるプラズマ107によってシリコン基板101の裏面の表面処理を行う。次に、シリコン基板101の裏面上に窒化シリコン膜109を形成し、図4(d)に示す構造を得る。次に、シリコン基板101の裏面上に裏面電極113を形成し、図4(e)に示す構造を得る。最後に、シリコン基板101の受光面上に受光面電極115を形成し、図4(f)に示す構造を得て、光電変換素子の製造を完了する。 FIG. 4 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of the photoelectric conversion element described in Patent Document 1. First, the pn junction is formed by forming the n-type semiconductor layer 103 on the light-receiving surface side of the p-type silicon substrate 101 having the light-receiving surface and the back surface, thereby obtaining the structure shown in FIG. Next, an antireflection film 105 for effectively capturing sunlight is formed on the light receiving surface of the silicon substrate 101 to obtain the structure shown in FIG. Next, as shown in FIG. 4C, the surface treatment of the back surface of the silicon substrate 101 is performed by plasma 107 formed using a source gas containing nitrogen gas. Next, a silicon nitride film 109 is formed on the back surface of the silicon substrate 101 to obtain the structure shown in FIG. Next, a back electrode 113 is formed on the back surface of the silicon substrate 101 to obtain a structure shown in FIG. Finally, the light-receiving surface electrode 115 is formed on the light-receiving surface of the silicon substrate 101 to obtain the structure shown in FIG. 4F, thereby completing the manufacture of the photoelectric conversion element.
窒化シリコン膜109は、シリコン基板101の裏面でのキャリアの表面再結合速度を低減するパッシベーション膜として機能する。窒化シリコン膜109は、プラズマCVD法などにより500℃以下程度の低温で成膜できるため、シリコン基板101の熱による品質の劣化が少ないという長所がある。その上、プラズマCVD法で成膜する場合に原料としてモノシランやアンモニアといった水素原子を含んだガスを用いると、水素を多量に含んだ窒化シリコン膜109を作製でき、この膜をシリコン基板101の表面に形成した後に焼成を行うと、窒化シリコン膜109から水素が放出されて、その水素がシリコン基板101の内部に入りこむことによってシリコン基板101中の欠陥を終端し、シリコンの品質を向上させるという効果も期待できる。 The silicon nitride film 109 functions as a passivation film that reduces the surface recombination rate of carriers on the back surface of the silicon substrate 101. Since the silicon nitride film 109 can be formed at a low temperature of about 500 ° C. or less by a plasma CVD method or the like, there is an advantage that quality degradation due to heat of the silicon substrate 101 is small. In addition, when a gas containing hydrogen atoms such as monosilane or ammonia is used as a raw material when forming a film by plasma CVD, a silicon nitride film 109 containing a large amount of hydrogen can be produced. When firing is performed after forming the film, hydrogen is released from the silicon nitride film 109, and the hydrogen penetrates into the silicon substrate 101, thereby terminating defects in the silicon substrate 101 and improving the quality of silicon. Can also be expected.
しかしながら、特許文献1に記載の光電変換素子の製造方法は、裏面電極を形成する工程において、シリコン基板101と裏面電極113とを電気的に接続するために、窒化シリコン膜109に部分的に穴を開ける必要がある。窒化シリコン膜109に穴を開ける手段としては、フォトリソグラフィーを用いる方法やレーザーを用いる方法などがあるが、いずれの方法も裏面電極113を形成する装置とは別の装置で行う必要が有り、そのため製造工程数が増加し、製造コストも増加するという問題があった。 However, in the method of manufacturing a photoelectric conversion element described in Patent Document 1, a hole is partially formed in the silicon nitride film 109 in order to electrically connect the silicon substrate 101 and the back electrode 113 in the step of forming the back electrode. Need to open. As a means for making a hole in the silicon nitride film 109, there are a method using photolithography and a method using a laser. However, any method needs to be performed by an apparatus different from the apparatus for forming the back electrode 113. There has been a problem that the number of manufacturing steps increases and the manufacturing cost also increases.
本発明は、高い変換効率を維持しつつ、製造工程数を削減することが可能な裏面パッシベーション型の光電変換素子の製造方法を提供することを目的とする。 An object of this invention is to provide the manufacturing method of the back surface passivation type photoelectric conversion element which can reduce the number of manufacturing processes, maintaining high conversion efficiency.
本発明に係る光電変換素子の製造方法は、単結晶または多結晶のp型シリコン基板の一方の面にn型拡散層が形成され、他方の面に裏面電極と裏面パッシベーション膜が形成された光電変換素子の製造方法であって、裏面電極を形成する裏面電極形成工程と、前記p型シリコン基板に付着した不純物層を除去する不純物層除去工程と、裏面パッシベーション膜を形成する裏面パッシベーション膜形成工程を、この順に行うことを特徴とする。 In the method for manufacturing a photoelectric conversion element according to the present invention, an n-type diffusion layer is formed on one surface of a monocrystalline or polycrystalline p-type silicon substrate, and a back electrode and a back surface passivation film are formed on the other surface. A method for manufacturing a conversion element, a back electrode forming step for forming a back electrode, an impurity layer removing step for removing an impurity layer attached to the p-type silicon substrate, and a back passivation film forming step for forming a back passivation film Are performed in this order.
ここで、本発明に係る光電変換素子の製造方法は、不純物層除去工程は、p型シリコン基板をフッ化水素酸溶液に浸漬する工程であることが好ましい。 Here, as for the manufacturing method of the photoelectric conversion element concerning this invention, it is preferable that an impurity layer removal process is a process of immersing a p-type silicon substrate in a hydrofluoric acid solution.
また、本発明に係る光電変換素子の製造方法は、裏面電極は、一辺の長さが200μm以下であることが好ましい。 In the method for producing a photoelectric conversion element according to the present invention, the back electrode preferably has a side length of 200 μm or less.
また、本発明に係る光電変換素子の製造方法は、パッシベーション膜は、酸化アルミニウム膜であることが好ましい。 In the method for producing a photoelectric conversion element according to the present invention, the passivation film is preferably an aluminum oxide film.
本発明の製造方法により、高い変換効率を維持しつつ、製造工程数を削減することが可能な裏面パッシベーション型の光電変換素子を提供することが可能となる。 According to the manufacturing method of the present invention, it is possible to provide a back surface passivation type photoelectric conversion element capable of reducing the number of manufacturing steps while maintaining high conversion efficiency.
以下、本発明の実施形態を図面を用いて説明する。図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。なお、説明を分かりやすくするために、以下で参照する図面においては、構成が簡略化または模式化して示されたり、一部の構成部材が省略されたりしている。また、各図に示された構成部材間の寸法比は、必ずしも実際の寸法比を示すものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals and description thereof will not be repeated. In addition, in order to make the explanation easy to understand, in the drawings referred to below, the configuration is shown in a simplified or schematic manner, or some components are omitted. Further, the dimensional ratio between the constituent members shown in each drawing does not necessarily indicate an actual dimensional ratio.
図1は、本発明の実施形態に係る光電変換素子1を模式的に示す断面図である。光電変換素子1は、単結晶または多結晶のp型シリコン基板(以下、基板という)10、反射防止膜20、裏面パッシベーション膜30、裏面電極41、受光面電極50、合金層60、および高濃度p型拡散層12を備える。 FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a photoelectric conversion element 1 according to an embodiment of the present invention. The photoelectric conversion element 1 includes a single crystal or polycrystalline p-type silicon substrate (hereinafter referred to as a substrate) 10, an antireflection film 20, a back surface passivation film 30, a back surface electrode 41, a light receiving surface electrode 50, an alloy layer 60, and a high concentration. A p-type diffusion layer 12 is provided.
基板10の比抵抗は、特に限定されないが、例えば、0.1〜10Ωcmである。基板10の厚さは、特に限定されないが、100〜300μmであることが好ましく、100〜200μmであることがより好ましい。 Although the specific resistance of the board | substrate 10 is not specifically limited, For example, it is 0.1-10 ohm-cm. Although the thickness of the board | substrate 10 is not specifically limited, It is preferable that it is 100-300 micrometers, and it is more preferable that it is 100-200 micrometers.
基板10の一方の面には、ランダムなピラミッド型の凹凸からなるテクスチャ構造(図示せず)が形成されている。テクスチャ構造は、光の反射を低減するとともに基板10に入射した光を閉じ込めて、光の利用率を高める。 On one surface of the substrate 10, a texture structure (not shown) made of random pyramidal irregularities is formed. The texture structure reduces light reflection and confines light incident on the substrate 10 to increase the light utilization rate.
以下では、基板10の、テクスチャ構造が形成されている側の面を受光面、他方側の面を裏面と呼んで参照する。 Hereinafter, the surface of the substrate 10 on which the texture structure is formed is referred to as a light receiving surface, and the other surface is referred to as a back surface.
基板10の受光面側の表面には、n型拡散層11が形成されている。n型拡散層11は、基板10のバルク領域とpn接合を形成する。n型拡散層11のドーパント濃度は、特に限定されないが、例えば1018〜1019cm−3である。 An n-type diffusion layer 11 is formed on the surface of the substrate 10 on the light receiving surface side. The n-type diffusion layer 11 forms a pn junction with the bulk region of the substrate 10. The dopant concentration of the n-type diffusion layer 11 is not particularly limited, but is, for example, 10 18 to 10 19 cm −3 .
n型拡散層11を覆って、反射防止膜20が形成されている。反射防止膜20としては、例えば、酸化ケイ素、窒化ケイ素、および炭化ケイ素等の膜が用いられ、特に、窒化ケイ素の膜が好適に用いられる。反射防止膜20の厚さは、特に限定されないが、例えば、5〜100nmである。 An antireflection film 20 is formed so as to cover the n-type diffusion layer 11. As the antireflection film 20, for example, a film of silicon oxide, silicon nitride, silicon carbide, or the like is used, and a silicon nitride film is particularly preferably used. The thickness of the antireflection film 20 is not particularly limited, but is, for example, 5 to 100 nm.
基板10の受光面側には、受光面電極50が形成されている。受光面電極50は、反射防止膜20を貫通して、n型拡散層11と接している。受光面電極50は、銀粉末等を含む導電性ペーストを焼成したものであり、一般的には縞状に形成される。受光面電極50の厚さは特に限定されないが、例えば0.5〜50μmである。図1は模式図であって簡略化しているが、受光面電極50の一本あたりの幅は20〜100μmで、0.5〜3.0mmピッチで基板10の受光面の全面にわたって形成されている。図1には図示していないが、光電変換素子1は、受光面電極50に直交して、複数の受光面電極50と接するように形成されたメイン電極(バスバー)を備えていても良い。 A light receiving surface electrode 50 is formed on the light receiving surface side of the substrate 10. The light-receiving surface electrode 50 penetrates the antireflection film 20 and is in contact with the n-type diffusion layer 11. The light-receiving surface electrode 50 is obtained by firing a conductive paste containing silver powder or the like, and is generally formed in a stripe shape. Although the thickness of the light-receiving surface electrode 50 is not specifically limited, For example, it is 0.5-50 micrometers. Although FIG. 1 is a schematic diagram and is simplified, the width of each light receiving surface electrode 50 is 20 to 100 μm and is formed over the entire light receiving surface of the substrate 10 at a pitch of 0.5 to 3.0 mm. Yes. Although not shown in FIG. 1, the photoelectric conversion element 1 may include a main electrode (bus bar) formed so as to be orthogonal to the light receiving surface electrode 50 and to be in contact with the plurality of light receiving surface electrodes 50.
基板10の裏面には、裏面電極41が形成されている。裏面電極41は、アルミニウム粉末を含む導電性ペーストを焼成したものである。裏面電極41の厚さは特に限定されないが、10〜40μmである。裏面電極は、例えば一辺の長さが150μmの正方形、または直径が150μmの円形であって、裏面全面に、1mm程度の間隔で縦横にわたって形成されている。裏面電極41は、基板10と接している。また、光電変換素子1は、後述する裏面パッシベーション膜30で広い面積を覆った方が、より高いパッシベーション効果が得られる。よって、裏面電極41の大きさ及び間隔は電気抵抗を大きくしない程度にすることが好ましい。これにより、裏面電極41による基板10への応力の緩和及び裏面電極41の形成に用いられる導電性アルミニウムペーストの使用量削減によるコスト削減が可能となる。 A back electrode 41 is formed on the back surface of the substrate 10. The back electrode 41 is obtained by firing a conductive paste containing aluminum powder. Although the thickness of the back surface electrode 41 is not specifically limited, It is 10-40 micrometers. The back electrode is, for example, a square having a side length of 150 μm or a circle having a diameter of 150 μm, and is formed across the entire back surface in the vertical and horizontal directions at intervals of about 1 mm. The back electrode 41 is in contact with the substrate 10. In addition, the photoelectric conversion element 1 can obtain a higher passivation effect by covering a large area with a back surface passivation film 30 described later. Therefore, it is preferable that the size and interval of the back electrode 41 be set so as not to increase the electrical resistance. As a result, it is possible to reduce the cost by relaxing the stress applied to the substrate 10 by the back electrode 41 and reducing the amount of conductive aluminum paste used for forming the back electrode 41.
裏面電極41が形成されている領域を除く、基板10の裏面には、裏面パッシベーション膜30が形成されている。裏面パッシベーション膜30は、裏面での光生成キャリアの再結合を抑制し、光電変換素子1の変換効率を高める。裏面パッシベーション膜30の材料には、例えば、酸化アルミニウム、酸化ケイ素、窒化ケイ素及び炭化ケイ素などが用いられ、特に、酸化アルミニウム、窒化ケイ素が好適に用いられる。裏面パッシベーション膜30の厚さは、特に限定されないが、例えば、5〜300nmである。 A back surface passivation film 30 is formed on the back surface of the substrate 10 except for the region where the back surface electrode 41 is formed. The back surface passivation film 30 suppresses recombination of photogenerated carriers on the back surface and increases the conversion efficiency of the photoelectric conversion element 1. As the material for the back surface passivation film 30, for example, aluminum oxide, silicon oxide, silicon nitride, silicon carbide, and the like are used. In particular, aluminum oxide and silicon nitride are preferably used. Although the thickness of the back surface passivation film 30 is not specifically limited, For example, it is 5-300 nm.
基板10の、裏面電極41と接している部分の近傍には、アルミニウム−シリコンからなる合金層60が形成されている。合金層60の厚さは1〜5μm程度であり、シリコンの凹部も同程度の大きさである。さらに、合金層60の近傍には、高濃度p型拡散層12が形成されている。高濃度p型拡散層12の厚さは、5μm程度である。 An alloy layer 60 made of aluminum-silicon is formed in the vicinity of the portion of the substrate 10 in contact with the back electrode 41. The thickness of the alloy layer 60 is about 1 to 5 μm, and the concave portion of the silicon is about the same size. Further, a high concentration p-type diffusion layer 12 is formed in the vicinity of the alloy layer 60. The thickness of the high concentration p-type diffusion layer 12 is about 5 μm.
高濃度p型拡散層12のドーパント濃度は、基板10のドーパント濃度よりも高く、例えば、1019〜1020cm−3である。 The dopant concentration of the high-concentration p-type diffusion layer 12 is higher than the dopant concentration of the substrate 10 and is, for example, 10 19 to 10 20 cm −3 .
高濃度p型拡散層12は、少数キャリアに対する障壁電界を生じさせて多数キャリアの収集効率を向上させる、局所的なBSF(Back Surface Field)として機能する。また、反転層によるリーク電流の発生を防止する。 The high-concentration p-type diffusion layer 12 functions as a local BSF (Back Surface Field) that generates a barrier electric field for minority carriers and improves the collection efficiency of majority carriers. Further, the occurrence of leakage current due to the inversion layer is prevented.
(光電変換素子1の製造方法)
以下、本発明の実施形態に係る光電変換素子1の製造方法を図を用いて説明する。
(Method for producing photoelectric conversion element 1)
Hereinafter, the manufacturing method of the photoelectric conversion element 1 which concerns on embodiment of this invention is demonstrated using figures.
図2は、本発明の実施形態に係る光電変換素子の製造方法を模式的に示す断面図である。 FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing a method for manufacturing a photoelectric conversion element according to an embodiment of the present invention.
まず、図2(a)に示すように、基板10を準備する。基板10は、単結晶または多結晶のp型シリコンのインゴットから、100〜300μm、好ましくは100〜200μmの厚さにスライスされたものである。以下の工程に先立って、基板10を酸溶液等に浸漬し、スライスによって形成されたダメージ層を取り除く処理を行っても良い。 First, as shown in FIG. 2A, a substrate 10 is prepared. The substrate 10 is sliced from a monocrystalline or polycrystalline p-type silicon ingot to a thickness of 100 to 300 μm, preferably 100 to 200 μm. Prior to the following steps, the substrate 10 may be immersed in an acid solution or the like to remove the damaged layer formed by slicing.
次に、基板10の一方の面である受光面にテクスチャ構造(図示せず)を形成する。テクスチャ構造は、基板10の表面を、アルカリ溶液等によってウェットエッチングすることで形成される。基板10が多結晶シリコンである場合には、テクスチャ構造は、RIE等のドライエッチングプロセスによって形成することもできる。 Next, a texture structure (not shown) is formed on the light receiving surface which is one surface of the substrate 10. The texture structure is formed by wet etching the surface of the substrate 10 with an alkaline solution or the like. If the substrate 10 is polycrystalline silicon, the texture structure can also be formed by a dry etching process such as RIE.
次に、図2(b)に示すように、基板10の受光面にn型拡散層11を形成する。n型拡散層11は、n型のドーパントを含む雰囲気下で基板10を熱処理することによって形成することができる。例えば、オキシ塩化リン(POCl3)を含む雰囲気下で、700〜1000℃で熱処理することで形成することができる。この場合、基板10の表裏の主面および側面のすべてに拡散層が形成される。受光面のみにn型拡散層11を残すためには、受光面をレジストで覆って、不要な拡散層をエッチングで除去すれば良い。また、受光面にも、不要なリンガラス層が形成される場合があるため、これを除去するためのエッチングを行っても良い。n型拡散層11の形成方法としては上記の他、n型ドーパント源を基板10の受光面側に形成し、熱処理によってドーパントを基板10に拡散させる方法がある。n型ドーパント源は、CVD等によって基板10上に積層して形成しても良いし、n型ドーパントを含むペーストを基板10に塗布して形成しても良い。 Next, as shown in FIG. 2B, the n-type diffusion layer 11 is formed on the light receiving surface of the substrate 10. The n-type diffusion layer 11 can be formed by heat-treating the substrate 10 in an atmosphere containing an n-type dopant. For example, it can be formed by heat treatment at 700 to 1000 ° C. in an atmosphere containing phosphorus oxychloride (POCl 3 ). In this case, diffusion layers are formed on all of the main and side main surfaces of the substrate 10. In order to leave the n-type diffusion layer 11 only on the light receiving surface, the light receiving surface may be covered with a resist and unnecessary diffusion layers may be removed by etching. In addition, since an unnecessary phosphorous glass layer may be formed on the light receiving surface, etching for removing this may be performed. In addition to the above, the n-type diffusion layer 11 may be formed by forming an n-type dopant source on the light receiving surface side of the substrate 10 and diffusing the dopant into the substrate 10 by heat treatment. The n-type dopant source may be formed by being stacked on the substrate 10 by CVD or the like, or may be formed by applying a paste containing an n-type dopant to the substrate 10.
次に、図2(c)に示すように、n型拡散層11を覆って、反射防止膜20を形成する。反射防止膜20の厚さは、例えば、5〜100nmである。 Next, as shown in FIG. 2C, an antireflection film 20 is formed so as to cover the n-type diffusion layer 11. The thickness of the antireflection film 20 is, for example, 5 to 100 nm.
次に、図2(d)に示すように、アルミニウムペースト40を形成する。アルミニウムペースト40は、基板10と接触している。アルミニウムペースト40は、アルミニウム粉末、水、有機溶媒および増粘剤等を混合した導電性ペーストである。アルミニウムペースト40は、スクリーン印刷法等によって基板10に塗布される。アルミニウムペースト40の大きさは、例えば、一辺の長さあるいは直径が150μmである。アルミニウムペースト40の厚さは、例えば30〜40μmである。後述する裏面パッシベーション膜30が基板10を覆う面積が大きいほど、パッシベーション効果は高まるので、アルミニウムペースト40の大きさは、抵抗に注意を払いつつ、可能な限り小さくした方が良い。 Next, as shown in FIG. 2D, an aluminum paste 40 is formed. The aluminum paste 40 is in contact with the substrate 10. The aluminum paste 40 is a conductive paste in which aluminum powder, water, an organic solvent, a thickener, and the like are mixed. The aluminum paste 40 is applied to the substrate 10 by a screen printing method or the like. The size of the aluminum paste 40 is, for example, one side length or diameter of 150 μm. The thickness of the aluminum paste 40 is, for example, 30 to 40 μm. As the area of the back surface passivation film 30 to be described later covering the substrate 10 increases, the passivation effect increases. Therefore, the size of the aluminum paste 40 should be as small as possible while paying attention to the resistance.
アルミニウムペースト40を形成後、100〜400℃で乾燥させる。その後、図1(e)に示すように、アルミニウムペースト40を焼成して裏面電極41とする。焼成は、例えば、600〜900℃で、1〜300秒間行う。このとき、基板10の、裏面電極41と接している部分では、アルミニウムペースト40中のアルミニウムと基板10中のシリコンとが反応し、アルミニウム−シリコンの合金層60が形成される。 After forming the aluminum paste 40, it is dried at 100 to 400 ° C. Thereafter, as shown in FIG. 1 (e), the aluminum paste 40 is baked to form the back electrode 41. Firing is performed at 600 to 900 ° C. for 1 to 300 seconds, for example. At this time, the aluminum in the aluminum paste 40 reacts with the silicon in the substrate 10 at a portion of the substrate 10 that is in contact with the back electrode 41 to form an aluminum-silicon alloy layer 60.
アルミニウムペースト40の焼成時にはさらに、p型のドーパントであるアルミニウムが、アルミニウムペースト40および合金層60から基板10へ拡散する。これにより、合金層60の近傍に、高濃度p型拡散層12が形成される。高濃度p型拡散層12の厚さは、約5μmである。 Further, when the aluminum paste 40 is fired, aluminum, which is a p-type dopant, diffuses from the aluminum paste 40 and the alloy layer 60 to the substrate 10. Thereby, the high concentration p-type diffusion layer 12 is formed in the vicinity of the alloy layer 60. The thickness of the high concentration p-type diffusion layer 12 is about 5 μm.
次に、基板10に裏面電極41を形成した後、濃度の薄いフッ化水素酸溶液中に基板10を浸漬させて、裏面電極41を形成する際に基板10に付着した不純物層を除去する。この時、浸漬時間を長くすると裏面電極41が剥離してしまう恐れがあるので、フッ化水素酸溶液の濃度及び浸漬時間を適宜調整する。フッ化水素酸溶液の濃度は、0.1〜10wt%であることが好ましく、0.5〜5wt%であることがより好ましい。また、浸漬時間は、1〜30秒にすることが好ましく、5〜15秒であることがより好ましい。 Next, after forming the back electrode 41 on the substrate 10, the substrate 10 is immersed in a low concentration hydrofluoric acid solution, and the impurity layer attached to the substrate 10 when the back electrode 41 is formed is removed. At this time, if the immersion time is lengthened, the back electrode 41 may be peeled off, so the concentration of the hydrofluoric acid solution and the immersion time are adjusted as appropriate. The concentration of the hydrofluoric acid solution is preferably 0.1 to 10 wt%, and more preferably 0.5 to 5 wt%. Further, the immersion time is preferably 1 to 30 seconds, and more preferably 5 to 15 seconds.
次に、図2(f)に示すように、基板10の裏面に裏面パッシベーション膜30を成膜する。このとき、裏面パッシベーション膜30は、裏面電極41が形成されていない領域には層状に形成されるが、裏面電極41上には島状にわずかに形成される。よって、本実施形態においては、裏面電極41と裏面電極41に接続される導電物との導通を確保しつつ、裏面電極41が形成されていない領域を裏面パッシベーション膜30で覆うことが可能である。なお、裏面電極41が形成されていない領域における、裏面パッシベーション膜30の厚さは、5〜300nmとするのが好ましい。また、本実施形態においては、裏面パッシベーション膜30には、ALD(Atomic Layer Deposition)法で成膜された酸化アルミニウム膜を使用したが、p−CVD法で成膜された窒化シリコン膜を使用しても良い。 Next, as shown in FIG. 2 (f), a back surface passivation film 30 is formed on the back surface of the substrate 10. At this time, the back surface passivation film 30 is formed in a layer shape in a region where the back surface electrode 41 is not formed, but slightly formed in an island shape on the back surface electrode 41. Therefore, in the present embodiment, it is possible to cover the region where the back electrode 41 is not formed with the back surface passivation film 30 while ensuring conduction between the back surface electrode 41 and the conductive material connected to the back surface electrode 41. . Note that the thickness of the back surface passivation film 30 in the region where the back surface electrode 41 is not formed is preferably 5 to 300 nm. In this embodiment, an aluminum oxide film formed by an ALD (Atomic Layer Deposition) method is used for the back surface passivation film 30, but a silicon nitride film formed by a p-CVD method is used. May be.
最後に、図2(g)に示すように、受光面側に受光面電極50を形成する。受光面電極50を形成するために、まず、銀粉末等の導電性微粒子、ガラス粉末、水、有機溶媒、および増粘剤等を混合した導電性ペーストを、スクリーン印刷法等により反射防止膜20の上に形成する。そして、これを焼成する。焼成は、例えば、600〜900℃で、1〜300秒間行う。このとき、導電性ペーストに混合されたガラス粉末の作用によって、受光面電極50が反射防止膜20を破って、受光面電極50と基板10のn型拡散層11とが接触する。 Finally, as shown in FIG. 2G, the light receiving surface electrode 50 is formed on the light receiving surface side. In order to form the light-receiving surface electrode 50, first, an anti-reflection film 20 is prepared by using a conductive paste in which conductive fine particles such as silver powder, glass powder, water, an organic solvent, and a thickener are mixed by a screen printing method or the like. Form on top. And this is baked. Firing is performed at 600 to 900 ° C. for 1 to 300 seconds, for example. At this time, due to the action of the glass powder mixed in the conductive paste, the light receiving surface electrode 50 breaks the antireflection film 20, and the light receiving surface electrode 50 and the n-type diffusion layer 11 of the substrate 10 come into contact with each other.
上記では、いわゆるファイヤースルーと呼ばれる手法で受光面電極50を形成した。しかし、ファイヤースルーを用いずに受光面電極50を形成しても良い。すなわち、反射防止膜20に開口部を形成した後、受光面電極50を形成しても良い。 In the above, the light receiving surface electrode 50 is formed by a so-called fire-through method. However, the light receiving surface electrode 50 may be formed without using fire-through. That is, after the opening is formed in the antireflection film 20, the light receiving surface electrode 50 may be formed.
以上、本発明の実施形態に係る光電変換素子1の構成および製造方法について説明した。なお、上述の実施形態では、アルミニウムペースト40を焼成することで裏面電極41を形成した。しかし、裏面電極41は、蒸着やスパッタリング等により形成し、これを焼成することで形成しても良い。 The configuration and the manufacturing method of the photoelectric conversion element 1 according to the embodiment of the present invention have been described above. In the above-described embodiment, the back electrode 41 is formed by baking the aluminum paste 40. However, the back electrode 41 may be formed by vapor deposition, sputtering, or the like, and fired.
本発明の実施形態に係る光電変換素子1の製造方法によれば、裏面パッシベーション膜30は、裏面電極41を形成した後に成膜する。さらに言えば、裏面電極41を形成した後に不純物層を除去し、裏面パッシベーション効果を十分に発揮できるような状態にしておくことが良い。 According to the method for manufacturing the photoelectric conversion element 1 according to the embodiment of the present invention, the back surface passivation film 30 is formed after the back surface electrode 41 is formed. In other words, it is preferable to remove the impurity layer after forming the back electrode 41 so that the back surface passivation effect can be sufficiently exhibited.
本発明の実施形態に係る方法で光電変換素子を作製することにより、裏面パッシベーション膜のパターニング及び、その箇所へのアルミニウムペーストの印刷工程という高精度が要求されるプロセスを省略することが可能となる。また、裏面電極形成後に不純物層を除去することで、裏面パッシベーションの効果を最大限に引き出し、光電変換効率を高い値で維持することが可能である。 By producing a photoelectric conversion element by the method according to the embodiment of the present invention, it is possible to omit a process that requires high accuracy such as patterning of the back surface passivation film and printing of the aluminum paste on the portion. . Further, by removing the impurity layer after forming the back electrode, it is possible to maximize the effect of back surface passivation and maintain the photoelectric conversion efficiency at a high value.
以下、本発明の実施形態を実施例および比較例を用いてさらに具体的に説明する。なお、後述する実施例および比較例は一例であり、本発明を限定するものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described more specifically with reference to Examples and Comparative Examples. In addition, the Example and comparative example which are mentioned later are examples, and do not limit this invention.
〔実施例1〕
実施例1は本発明の実施形態に係る方法により光電変換素子を作製した例である。
[Example 1]
Example 1 is an example in which a photoelectric conversion element was manufactured by the method according to the embodiment of the present invention.
まず、厚さ200μmのp型の単結晶シリコンの基板10を用意し、次に、基板10の表面を、アルカリ溶液等によってウェットエッチングすることでテクスチャ構造を形成した。次に、基板10をオキシ塩化リン(POCl3)を含む雰囲気下で850℃で熱処理後、一方の面をレジストで覆った上で、エッチング処理することにより、受光面となる面にn型拡散層11を形成した。次に、n型拡散層11を覆うように、厚さ70nmの反射防止膜20を形成した。次に、基板10の反射防止膜20の形成された面とは反対側の面である裏面に、アルミニウム粉末、水、有機溶媒および増粘剤等を混合したアルミニウムペースト40をスクリーン印刷法により形成した。なお、アルミニウムペースト40の大きさは、一辺の長さが150μmで、厚さが30μmで形成した。 First, a p-type single crystal silicon substrate 10 having a thickness of 200 μm was prepared, and then the texture structure was formed by wet etching the surface of the substrate 10 with an alkaline solution or the like. Next, after heat-treating the substrate 10 at 850 ° C. in an atmosphere containing phosphorus oxychloride (POCl 3 ), one surface is covered with a resist, and etching is performed, whereby n-type diffusion is performed on the surface to be a light receiving surface Layer 11 was formed. Next, an antireflection film 20 having a thickness of 70 nm was formed so as to cover the n-type diffusion layer 11. Next, an aluminum paste 40 in which aluminum powder, water, an organic solvent, a thickener and the like are mixed is formed by screen printing on the back surface of the substrate 10 opposite to the surface on which the antireflection film 20 is formed. did. The aluminum paste 40 was formed with a side length of 150 μm and a thickness of 30 μm.
次に、基板10を800℃で、5秒程度焼成することにより、裏面電極41を形成した。焼成により、合金層60の近傍に、高濃度p型拡散層12が形成され、その厚さは、5μmであった。 Next, the back surface electrode 41 was formed by baking the substrate 10 at 800 ° C. for about 5 seconds. By baking, the high-concentration p-type diffusion layer 12 was formed in the vicinity of the alloy layer 60, and the thickness thereof was 5 μm.
次に、基板10を濃度0.5wt%のフッ化水素酸溶液中に5秒間浸漬することにより、基板10に付着した不純物層を除去した。 Next, the substrate 10 was immersed in a 0.5 wt% hydrofluoric acid solution for 5 seconds to remove the impurity layer attached to the substrate 10.
次に、ALD(Atomic Layer Deposition)法により、基板10の裏面に厚さ30nmの酸化アルミニウム膜の裏面パッシベーション膜30を成膜した。次に、銀粉末等の導電性微粒子、ガラス粉末、水、有機溶媒、および増粘剤等を混合した導電性ペーストを、スクリーン印刷法等により基板10の反射防止膜20の上に形成後、600℃で3秒間焼成することにより、受光面側に受光面電極50を形成した。 Next, a back surface passivation film 30 of an aluminum oxide film having a thickness of 30 nm was formed on the back surface of the substrate 10 by an ALD (Atomic Layer Deposition) method. Next, after forming a conductive paste mixed with conductive fine particles such as silver powder, glass powder, water, an organic solvent, and a thickener on the antireflection film 20 of the substrate 10 by a screen printing method or the like, By baking at 600 ° C. for 3 seconds, the light-receiving surface electrode 50 was formed on the light-receiving surface side.
〔比較例1〕
比較例1は、特許文献1に記載の製造方法により光電変換素子を製造した例である。
[Comparative Example 1]
Comparative Example 1 is an example in which a photoelectric conversion element was manufactured by the manufacturing method described in Patent Document 1.
図3は、比較例1の光電変換素子の製造工程を模式的に示す断面図である。実施例1の製造方法との違いは、裏面側の製造工程が異なっている点である。
まず、図3(a)〜(c)に示すように、実施例1の製造方法と同様の方法により、基板10の受光面側にテクスチャ構造(図示せず)、n型拡散層11及び反射防止膜20を形成した。次に、図3(d)に示すように、基板10の裏面側に裏面パッシベーション膜30を成膜した。次に、図3(e)に示すように、エッチングペーストを用いて裏面パッシベーション膜30に開口部30aを形成した。次に、図3(f)に示す通り、アルミニウムペースト40を開口部30aに印刷した。次に、図3(g)に示すように、アルミニウムペースト40を焼成することにより裏面電極42を形成した。最後に、図3(h)に示すように、実施例1と同様の方法により、受光面側に受光面電極50を形成し、光電変換素子9を製造した。
FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing a manufacturing process of the photoelectric conversion element of Comparative Example 1. The difference from the manufacturing method of Example 1 is that the manufacturing process on the back side is different.
First, as shown in FIGS. 3A to 3C, a texture structure (not shown), the n-type diffusion layer 11 and the reflection are formed on the light receiving surface side of the substrate 10 by the same method as the manufacturing method of the first embodiment. The prevention film 20 was formed. Next, as shown in FIG. 3D, a back surface passivation film 30 was formed on the back surface side of the substrate 10. Next, as shown in FIG. 3E, an opening 30a was formed in the back surface passivation film 30 using an etching paste. Next, as shown in FIG. 3F, the aluminum paste 40 was printed in the opening 30a. Next, as shown in FIG. 3G, the back electrode 42 was formed by firing the aluminum paste 40. Finally, as shown in FIG. 3 (h), the light receiving surface electrode 50 was formed on the light receiving surface side by the same method as in Example 1 to manufacture the photoelectric conversion element 9.
光電変換素子9の裏面電極42と基板10との界面には、アルミニウム−シリコンの合金層61が形成されており、その厚さは40μmであった。また、合金層61の近傍には、高濃度p型拡散層13が形成されており、その厚さは10μmであった。 An aluminum-silicon alloy layer 61 was formed at the interface between the back electrode 42 of the photoelectric conversion element 9 and the substrate 10, and the thickness thereof was 40 μm. Further, a high concentration p-type diffusion layer 13 is formed in the vicinity of the alloy layer 61, and the thickness thereof is 10 μm.
〔比較例2〕
比較例2は、実施例1の製造方法から裏面電極形成後の不純物層除去工程を省略して光電変換素子を製造した例である。なお、実施例1との違いは上記の通りである為、比較例2の製造方法の詳細な説明は省略する。
[Comparative Example 2]
Comparative Example 2 is an example in which the photoelectric conversion element was manufactured by omitting the impurity layer removing step after forming the back electrode from the manufacturing method of Example 1. In addition, since the difference with Example 1 is as above-mentioned, detailed description of the manufacturing method of the comparative example 2 is abbreviate | omitted.
上述の実施例1、比較例1及び比較例2により製造された各光電変換素子に、AM1.5の光を100mW/cm2の光量で入射して出力特性を測定した。その結果を表1に示す。 AM1.5 light was incident on each photoelectric conversion element manufactured by the above-described Example 1, Comparative Example 1, and Comparative Example 2 with a light amount of 100 mW / cm 2 , and output characteristics were measured. The results are shown in Table 1.
以上、本発明についての実施形態を説明したが、本発明は上述の実施形態及び実施例に限定されず、発明の範囲内で種々の変更が可能である。特に、裏面電極と受光面電極を同時焼成で形成し、その後に裏面パッシベーション膜を成膜しても良いし、更には反射防止膜も受光面電極形成後に成膜しても良い。また、裏面・受光面電極に影響を及ぼさない範囲で、裏面パッシベーション効果を十分に得られるように熱処理を加えても良い。 As mentioned above, although embodiment about this invention was described, this invention is not limited to the above-mentioned embodiment and Example, A various change is possible within the scope of the invention. In particular, the back surface electrode and the light receiving surface electrode may be formed by simultaneous firing, and then the back surface passivation film may be formed, and further, the antireflection film may be formed after the light receiving surface electrode is formed. Further, heat treatment may be applied so that the back surface passivation effect can be sufficiently obtained within a range that does not affect the back surface and light receiving surface electrodes.
1,9 光電変換素子、10 p型結晶シリコン基板、11 n型拡散層、12,13 高濃度p型拡散層、20 反射防止膜、30 裏面パッシベーション膜、30a 開口部、40 アルミニウムペースト、41,42 裏面電極、50受光面電極、60,61 合金層 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,9 Photoelectric conversion element, 10 p-type crystalline silicon substrate, 11 n-type diffusion layer, 12, 13 High concentration p-type diffusion layer, 20 Antireflection film, 30 Back surface passivation film, 30a Opening part, 40 Aluminum paste, 41, 42 back surface electrode, 50 light receiving surface electrode, 60, 61 alloy layer
Claims (3)
前記裏面電極を形成する裏面電極形成工程と、前記p型シリコン基板に付着した不純物層を除去する不純物層除去工程と、前記裏面パッシベーション膜を形成する裏面パッシベーション膜形成工程を、この順に行う光電変換素子の製造方法。 A method for manufacturing a photoelectric conversion element in which an n-type diffusion layer is formed on one surface of a single-crystal or polycrystalline p-type silicon substrate, and a back electrode and a back surface passivation film are formed on the other surface,
Photoelectric conversion in which a back electrode forming step for forming the back electrode, an impurity layer removing step for removing an impurity layer attached to the p-type silicon substrate, and a back passivation film forming step for forming the back passivation film are performed in this order. Device manufacturing method.
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