JP5977540B2 - 太陽電池の製造方法、製造装置及び太陽電池 - Google Patents

Description

本発明は、太陽電池の製造方法、製造装置、及び太陽電池に関するものである。

太陽光エネルギーを直接電気エネルギーに変換する太陽電池は、近年、特に地球環境問題の観点から、次世代のエネルギー源としての期待が急速に高まっている。太陽電池としては、化合物半導体または有機材料を用いたものなど様々な種類があるが、現在、主流となっているのは、単結晶又は多結晶の半導体シリコンを基板に用いた太陽電池である。

通常、シリコン基板を用いた太陽電池の受光面となる面には受光率の向上及び受光面の保護を目的として反射防止膜が形成されている。

反射防止膜の形成方法として、例えばプラズマＣＶＤ装置によってシリコン窒化膜やシリコン酸化膜を成膜する方法、または他の手法でチタン酸化膜を成膜する方法が多く用いられている。

その中で、従来からのプラズマＣＶＤ装置による成膜方法として、特許文献１ではデポダウン方式のＣＶＤ法が開示されている。

図１３は、特許文献１におけるデポダウン方式のＣＶＤ装置の概略図である。特許文献１におけるデポダウン方式のＣＶＤ成膜装置５００は、真空室５０１内の基板５０２が、アース電位のアノード電極５０３の上に乗せられている。そして、基板５０２の上方に、ＲＦまたはＶＨＦ電力を供給し、矢印で示すようにガスを噴出しながらプラズマを発生させるシャワーカソード５０４が配置されている。

しかし、デポダウン方式のＣＶＤ法で成膜する場合、副生成物である粉（以下、パーティクルという）が発生し、これが基板上に付着し製品不良の原因となるという問題が生じていた。

この問題を解決するため、特許文献１及び特許文献２では、成膜処理する基板をＣＶＤ装置の処理室内に成膜面を下向きに載置して膜を形成する、デポアップ方式のＣＶＤ法を採用することにより、基板の成膜面に対するパーティクルの付着を回避する方法が示されている。

図１４は、特許文献１におけるデポアップ方式のＣＶＤ装置の概略図である。図１４（ａ）に示す、特許文献１におけるデポアップ方式のプラズマＣＶＤ装置５１０は、成膜室である真空槽５１１の下部に反応ガスと真空プラズマを発生させるためのカソード５１２が配設され、カソード５１２の上面には、１個または複数の円柱状の誘電体支持部材５１３と、マスク５１４とが配置されている。図１４（ｂ）に示すように、各誘電体支持部材５１３は、マスク５１４のマスク開口５１４ａを囲むフレーム部５１４ｂに当接され、マスク５１４を介して基板５１５を支持する。そして、有機ＥＬパネルのマスク成膜の際は、誘電体支持部材５１３で支持されたマスク５１４の上に基板５１５を置き、真空槽５１１内に反応ガスを供給するとともにカソード５１２にＶＨＦ周波数帯の電力を供給して真空プラズマを発生させることにより行われる。

また、図１５は、特許文献２におけるデポアップ方式のＣＶＤ装置の概略図である。図１５（ａ）に示す、特許文献２におけるデポアップ方式のＣＶＤ装置５２０は、ＲＦ電源５２１に接続されプラズマを励起すべく対向配置された一対の対向電極５２２ａと５２２ｂとの間に、図１５（ｂ）に示す４枚の基板５２３をトレイ５２４に被着面が底面となるようにして各開口部５２４ａに収納し、一方の面のみを均熱板５２５によって覆蓋したものをヒーター５２６によって加熱された対向電極５２２ｂの対向面の下に配置する。そして、基板５２３の被着面を下方に向ける方法として、トレイ５２４には、図１５（ｃ）示す各開口部５２４ａの四隅に落下防止片５２４ｂが設けられている。そして、太陽電池の光活性層を形成する際は、対向電極５２２ａの対向面に多数穿たれた吐出孔５２７からシラン（ＳｉＨ_４）等の反応ガスをプラズマ領域に均一に吐出することによって、トレイ５２４の底面に露出した基板５２３の他方の面にアモルファスシリコン系の光活性層が被着形成される。

特開２００７−２９１４４２号公報 特開平２−８４７７８号公報

しかしながら、特許文献１の方法では、マスクにより基板を覆うことから、マスクと接する基板上の領域には薄膜が形成されず、また、特許文献２の方法においても、基板が落下防止片上に載置されることから、落下防止片と接する基板四隅には薄膜が形成されない。よって、これらの方法でシリコン基板の受光面に反射防止膜を形成すると、受光面に反射防止膜の欠損部が発生し、それにより太陽電池の外観を損ねるばかりでなく、変換効率が低下するという問題が生じる。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、デポアップ方式のＣＶＤ法で、基板を保持する部材により発生する反射防止膜の欠損部の露出を無くすことにより、外観不良及び特性の低下を抑えた太陽電池を供給することにある。

本発明の太陽電池の製造方法は、シリコン基板の受光面に、シリコン基板の受光面を下面にして反射防止膜を形成する反射防止膜形成工程と、反射防止膜上の所定の位置に電極を形成する電極形成工程と、を含む太陽電池の製造方法であって、反射防止膜形成工程においては、電極を形成する位置でシリコン基板を支えることを特徴とする。

ここで、本発明の太陽電池の製造方法においては、反射防止膜がＣＶＤ法によって形成されることが好ましい。

また、本発明の太陽電池の製造方法においては、ＣＶＤ法がプラズマＣＶＤ法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は、電極は、受光面メイン電極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は、受光面メイン電極は、反射防止膜を焼成貫通する成分を含まないことが好ましい。

また、本発明の太陽電池の製造装置においては、シリコン基板の受光面に、シリコン基板の受光面を下面にして反射防止膜を形成する反射防止膜形成手段と、反射防止膜上の所定の位置に電極を形成する電極形成手段と、を含む太陽電池の製造装置であって、反射防止膜形成手段は、電極を形成する位置でシリコン基板を支えることを特徴とする。

ここで、本発明の太陽電池の製造装置においては、反射防止膜形成手段は、ＣＶＤ法であることが好ましい。

また、本発明の太陽電池の製造装置においては、ＣＶＤ法は、プラズマＣＶＤ法であることが好ましい。

また、本発明の太陽電池においては、シリコン基板と、シリコン基板の受光面側に形成された受光面拡散層と、受光面拡散層上に形成された反射防止膜と、反射防止膜上に形成された受光面メイン電極及び受光面サブ電極と、シリコン基板の受光面とは反対側の裏面側に形成された裏面電極と、を有する太陽電池であって、受光面メイン電極の下において、反射防止膜は、所定の厚さを有する第一の領域と、第一の領域より厚さの薄い第二の領域とを備えることを特徴とする。

ここで、本発明の太陽電池においては、反射防止膜は、シリコン窒化膜、またはシリコン酸化膜であることが好ましい。

本発明の太陽電池の製造方法及び製造装置を用いることで、パーティクルの発生を抑え、かつ反射防止膜の欠損部の露出を無くすことが出来るため、外観不良及び特性の低下を抑制した太陽電池を供給することが出来る。

本発明の実施形態に係る太陽電池の製造プロセスを示すフロー図である。 本発明の実施形態に係る太陽電池の平面図であり太陽電池の受光面を示す。 本発明の実施形態に係る太陽電池の平面図であり太陽電池の裏面を示す。 本発明の実施形態に係るデポアップ方式のＣＶＤ装置の概略図である。 本発明の実施形態に係るデポアップ方式のＣＶＤ装置の上部電極部の上面図である。 本発明の実施形態に係るデポアップ方式のＣＶＤ法により反射防止膜を形成した太陽電池の平面図である。 本発明の実施形態に係るデポアップ方式のＣＶＤ法により反射防止膜を形成した太陽電池の線Ａ−Ａ´における断面図である。 比較例１のデポダウン方式のＣＶＤ装置の概略図である。 比較例１のデポダウン方式のＣＶＤ法により反射防止膜を形成した太陽電池の平面図である。 比較例２のデポアップ方式のＣＶＤ装置の概略図である。 比較例２のデポアップ方式のＣＶＤ装置の上部電極部の上面図である。 比較例２のデポアップ方式のＣＶＤ法により反射防止膜を形成した太陽電池の平面図である。 特許文献１におけるデポダウン方式のＣＶＤ装置の概略図である。 特許文献１におけるデポアップ方式のＣＶＤ装置の概略図である。 特許文献２におけるデポアップ方式のＣＶＤ装置の概略図である。

以下、本発明の一実施形態を図面を用いて説明する。図面や以下の記述中で示す内容は例示であって、本発明の範囲は、図面や以下の記述中で示すものに限定されない。

図１（ａ）〜（ｇ）は、本発明の実施形態に係る太陽電池の製造プロセスを示すフロー図である。

最初に、単結晶または多結晶のｐ型導電性を有するシリコンインゴットを公知のワイヤソーなどを用い、厚さ約１５０μｍ程度のウエハ状にスライスしシリコン基板１を作製する。

次に、図１（ａ）に示す通り、シリコン基板１の受光面となる一表面に、光閉じ込めを目的とした微小なピラミッド形状の凹凸であるテクスチャ２を形成する。このテクスチャの形成には、酸などを用いることができる。

次に、図１（ｂ）に示す通り、シリコン基板１の受光面に、ｎ型導電体となるドーパントを拡散し、受光面拡散層３を形成する。受光面拡散層３は、たとえばシリコン基板１を石英チューブ炉に入れ、オキシ塩化リン（ＰＯＣｌ_３）を流し、８００℃〜１０００℃の温度で５分間〜３０分間の熱処理を行なうことで形成できる。

次に、図１（ｃ）に示す通り、シリコン基板１の受光面にシリコン窒化物の膜である反射防止膜４を形成する。反射防止膜４は太陽電池表面のパッシベーション膜としても機能する。反射防止膜４の形成には、デポアップ方式のプラズマＣＶＤ法を用いる。この時、プラズマＣＶＤの成膜チャンバ内でシリコン基板１を保持する部材として４本以上のピン状の部材（以降、保持ピンと称す）を用い、これらの保持ピンの位置がシリコン基板１の受光面側電極形成領域内に来るよう配置する。

次に、図１（ｄ）に示す通り、シリコン基板１の裏面に銀ペースト５とアルミペースト６をスクリーン印刷法で印刷し乾燥する。

次に、図１（ｅ）に示す通り、シリコン基板１の受光面に銀ペースト７ａをスクリーン印刷法で印刷し乾燥する。銀ペースト７ａは、この後の焼成で受光面のサブ電極となるもので、銀ペースト７ａには、ガラスフリットを含んでいる。ガラスフリットは、反射防止膜上に形成された銀ペーストを焼成した際に、反射防止膜４を焼成貫通する成分である。

次に、図１（ｆ）に示す通り、シリコン基板１の受光面に銀ペースト７ｂをスクリーン印刷法で印刷し乾燥する。銀ペースト７ｂは、この後の焼成で受光面のメイン電極となるもので、銀ペースト７ｂには、反射防止膜４を焼成貫通する成分を含有しない。

最後に、図１（ｇ）に示す通り、シリコン基板１を７５０℃〜９５０℃の温度で焼成する。本焼成により、銀ペースト７ａは、含有するガラスフリットの作用により反射防止膜４を焼成貫通し、受光面拡散層３と接続して受光面サブ電極８ａを形成し、銀ペースト７ｂは受光面メイン電極８ｂを形成する。また、本焼成により、裏面アルミペースト６のアルミがシリコン基板１に拡散し、ＢＳＦ（Ｂａｃｋ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｆｉｅｌｄ）層１１を形成するとともに、裏面銀電極９および裏面アルミ電極１０が形成される。

図２、図３は、上記の製造工程により製造した太陽電池１００を示す。図２は受光面側平面図、図３は裏面側平面図である。ここで、図２に示す通り、シリコン基板１の外縁部と受光面メイン電極８ｂの中心との距離をＰ１とする。

次に、前記図１（ｃ）で示した処理を実施例として、以下詳細に説明する。

図４及び図５は、本発明の実施形態に係るデポアップ方式のＣＶＤ装置の概略図である。図４に示すように、本発明の実施形態に係るデポアップ方式のＣＶＤ装置２０は、成膜チャンバ２１と、成膜チャンバ２１の内部に設置された上部電極２２及び下部電極２３と、成膜チャンバ２１内のガスを出し入れするための吸気口２４及び排気口２５で構成される。また、上部電極２２には、上部電極開口部２６、保持ピン２７及び位置合わせピン２８が設けられている。

保持ピン２７は、シリコン基板１が上部電極開口部２６上に載置されるように、上部電極開口部２６の対向する２辺に沿って、それぞれに２本ずつの計４本配置されている。

位置合わせピン２８は、シリコン基板１を保持ピン２７上に載置した際、シリコン基板１の外縁部側面が各位置合わせピン２８に接触するように、上部電極開口部２６の各角を挟むように２本ずつ、計８本配置されている。これにより、シリコン基板１は保持ピン２７の上に位置ズレすることなく載置される。

ここで、４本の保持ピン２７うちの１本を保持ピン２７ａとする。さらに、上部電極開口部２６の４辺のうち保持ピン２７ａが近接する辺と直交する２辺に沿って設けられた、４本の位置合わせピン２８のうち、保持ピン２７ａに一番近い位置にあるピンを、位置合わせピン２８ａとする。このとき、保持ピン２７ａの中心と、位置合わせピン２８ａの上部電極開口部２６側の外縁部との水平方向の距離が、図２で示す太陽電池１００におけるシリコン基板１の外縁部と受光面メイン電極８ｂの中心との距離Ｐ１と同じになるように配置する。他の３本のシリコン基板保持ピン２７ｂ〜２７ｄと、それに対応する位置合わせピン２８ｂ〜２８ｄも、同様の関係になるように配置されている。

図４及び図５で示した、デポアップ方式のＣＶＤ装置２０の保持ピン２７上に、シリコン基板１を位置合わせピン２８で位置合わせを行いつつ受光面を下にして載置する。次に、排気口２５から成膜チャンバ２１内の空気を抜いて成膜チャンバ２１内を一旦真空にし、その後、吸気口２４から反応ガスを導入する。次に、上部電極２２と下部電極２３との間に高周波電圧を印加することにより、シリコン基板１の受光面上に反射防止膜が形成される。反射防止膜の形成完了後、排気口２５より反応ガスを排出し、その後成膜チャンバ２１内を常圧に戻し、シリコン基板１を取り出すことにより、反射防止膜４の形成工程が完了する。この時、シリコン基板１と保持ピン２７とが接触していたシリコン基板１上の箇所には、反射防止膜が薄くなっている部分である反射防止膜欠損部が形成されている。

図６は、本発明の実施例で製造された太陽電池２００の平面図であり、図７は図６の線Ａ−Ａ´における断面図である。なお、図７の断面図については、受光面側に形成されているテクスチャを省略している。

図６に示す通り、本発明の実施例で製造された太陽電池２００の受光面には、前記で説明した反射防止膜欠損部２９が形成されているが、その上に受光面メイン電極８ｂが形成されているため、反射防止膜欠損部２９は露出していない。よって、本発明の実施例で製造された太陽電池２００は、デポダウン方式のＣＶＤ法を使用した際の欠点であるパーティクルの付着を回避しつつ、デポアップ方式のＣＶＤ法を使用した際の欠点である反射防止膜欠損部の露出を回避できるため、反射防止膜形成工程が原因の外観不良及び特性不良を低減することが出来る。

また、図７に示す通り、反射防止膜欠損部２９はシリコン基板保持ピン周囲から回り込む膜形成によりある程度の膜厚の反射防止膜が形成されているが、反射防止膜欠損部２９以外の領域の反射防止膜と比べると膜厚が薄くなっている。また、前記図１（ｆ）及び（ｇ）で説明した通り、反射防止膜欠損部２９上に形成される受光面メイン電極８ｂは焼成時に反射防止膜４を焼成貫通しないため、反射防止膜欠損部２９の反射防止膜もそのまま残ることとなる。よって、本発明の実施例で製造された太陽電池２００は、シリコン基板１を支える保持ピン２７に対向する領域である反射防止膜欠損部２９の反射防止膜が、受光面電極に覆われない他の領域の反射防止膜に比べ薄くなっている。
（比較例１）
比較例１は、デポダウン方式のＣＶＤ法を用いて製造された太陽電池である。

図８は、比較例１で用いられるデポダウン方式のＣＶＤ法の概略図である。図８に示すデポダウン方式のＣＶＤ装置３０は、成膜チャンバ３１と、成膜チャンバ３１の内部に設置された上部電極３２と下部電極３３とを含んでいる。

図８で示した成膜チャンバ３１の内部の下部電極３３上にシリコン基板１を受光面が上になるように載置後、排気口３５から成膜チャンバ３１内の空気を抜いて成膜チャンバ３１内を一旦真空にし、その後、吸気口３４から反応ガスを導入する。次に、下部電極３３と上部電極３２との間に高周波電圧を印加することにより、シリコン基板１の受光面上に反射防止膜４を形成する。反射防止膜４形成完了後、排気口３５より反応ガスを排出し、その後成膜チャンバ３１内を常圧に戻し、シリコン基板１を取り出す。

図９は、比較例１の製造方法で製造された太陽電池３００の平面図である。比較例１で使用したデポダウン方式のＣＶＤ法では、成膜時にシリコン基板を保持するための部材を必要としないため、反射防止膜の欠損は生じないが、シリコン基板１が成膜チャンバ３１内で受光面を上向きにした状態で載置されているため、成膜チャンバ３１内に発生したパーティクル３９がシリコン基板１上に下降し付着する。

パーティクル３９の付着は数量、位置とも不規則であり、多くの場合、太陽電池３００の特性に影響を与えるほどではないが、外観を損ねることとなり問題である。
（比較例２）
比較例２は、シリコン基板を保持するピンの位置を考慮しない場合のデポアップ方式のＣＶＤ法を用いて製造された太陽電池である。

図１０及び図１１は、比較例２で用いられるシリコン基板を保持するピンの位置を考慮しない場合のデポアップ方式のＣＶＤ装置の概略図である。図１０に示すデポアップ方式のＣＶＤ装置は、成膜チャンバ４１と、成膜チャンバ４１の内部に設置された上部電極４２及び下部電極４３と、前記成膜チャンバ４１内のガスを出し入れするための吸気口４４及び排気口４５で構成される。また、上部電極４２には、上部開口部４６、保持ピン４７及び位置合わせピン４８が設けられている。

ここで、前記実施例で用いられた図４のデポアップ方式のＣＶＤ装置２０との違いは、保持ピン４７が、載置されるシリコン基板１の四つの角近傍の四辺外縁部を８本で支えている点である。

図１０及び図１１で示したデポアップ方式のＣＶＤ装置４０の保持ピン４７上に、シリコン基板１を位置合わせピン４８で位置合わせを行いつつ受光面を下にして載置する。次に、排気口４５から成膜チャンバ４１内の空気を抜いて成膜チャンバ４１内を一旦真空にし、その後、吸気口４４から反応ガスを導入する。次に、上部電極４２と下部電極４３との間に高周波電圧を印加することにより、シリコン基板１の受光面上に反射防止膜が形成される。反射防止膜の形成完了後、排気口４５より反応ガスを排出し、その後成膜チャンバ４１内を常圧に戻し、シリコン基板１を取り出す。

図１２は、比較例２の製造方法で製造された太陽電池４００の平面図である。

保持ピン４７は、反射防止膜４成膜後の欠損がなるべく目立たないよう考慮してシリコン基板１の四辺のシリコン基板外縁部に対向する位置に２個ずつ配置されている。しかし、太陽電池受光面のメイン電極との位置関係までは考慮されていないため、出来上がり後の太陽電池４００の受光面には、反射防止膜形成時に形成された反射防止膜欠損部４９が露出している。この反射防止膜欠損部４９は保持ピン周囲からの膜形成により、ある程度の膜厚の反射防止膜が形成されているが、反射防止膜欠損部４９以外の領域の反射防止膜と比べると膜厚が薄くなっている。そのため、外観を損ねるばかりか、特性の低下を招く。

実施例、比較例１及び比較例２の条件で製造した、各１０００枚の太陽電池のパーティクルによる外観不良発生率及び太陽電池変換効率の平均値を表１に示す。

表１に示す通り、比較例１及び比較例２ではパーティクル付着による外観不良率または太陽電池の変換効率のいずれか一方が悪化するのに対し、実施例はパーティクル付着による外観不良率、太陽電池の変換効率共に悪化しないことが判った。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で上記実施形態に多くの修正及び変更を加え得ることはもちろんである。

１：シリコン基板、２：テクスチャ、３：受光面拡散層、４：反射防止膜、５：裏面銀ペースト、６：裏面アルミペースト、７ａ及び７ｂ：受光面銀ペースト、８ａ：受光面サブ電極、８ｂ：受光面メイン電極、９：裏面銀電極、１０：裏面アルミ電極、１１：ＢＳＦ（Ｂａｃｋ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｆｉｅｌｄ）層、２０，３０及び４０：ＣＶＤ装置、２１及び３１及び４１：成膜チャンバ、２２，３２及び４２：上部電極、２３，３３及び４３：下部電極、２４，３４及び４４：吸気口、２５，３５及び４５：排気口、２６及び４６：上部電極開口部、２７及び４７：保持ピン、２８及び４８：位置合わせピン、２９及び４９：反射防止膜欠損部、３９：パーティクル、１００，２００，３００及び４００：太陽電池

Claims (7)

1. シリコン基板の受光面に、シリコン基板の受光面を下面にして反射防止膜を形成する反射防止膜形成工程と、
   前記反射防止膜上の所定の位置に電極を形成する電極形成工程と、
   を含む太陽電池の製造方法であって、
   前記反射防止膜形成工程においては、前記電極を形成する位置でシリコン基板を支える太陽電池の製造方法。
2. 前記反射防止膜は、ＣＶＤ法によって形成される請求項１に記載の太陽電池の製造方法。
3. 前記ＣＶＤ法は、プラズマＣＶＤ法である請求項２に記載の太陽電池の製造方法。
4. 前記電極は、受光面メイン電極である請求項１から３のいずれかに記載の太陽電池の製造方法。
5. 前記受光面メイン電極は、前記反射防止膜を焼成貫通する成分を含まない請求項４に記載の太陽電池の製造方法。
6. シリコン基板の受光面に、シリコン基板の受光面を下面にして反射防止膜を形成する反射防止膜形成手段と、
   前記反射防止膜上の所定の位置に電極を形成する電極形成手段と、
   を含む太陽電池の製造装置であって、
   前記反射防止膜形成手段は、前記電極を形成する位置で前記シリコン基板の前記受光面を支える保持部材を有する太陽電池の製造装置。
7. シリコン基板と、
   前記シリコン基板の受光面側に形成された受光面拡散層と、
   前記受光面拡散層上に形成された反射防止膜と、
   前記反射防止膜上に形成された受光面メイン電極及び受光面サブ電極と、
   前記シリコン基板の受光面とは反対側の裏面側に形成された裏面電極と、
   を有する太陽電池であって、
   前記受光面メイン電極の下において、前記反射防止膜は、所定の厚さを有する第一の領域と、前記第一の領域より厚さの薄い第二の領域とを備える太陽電池。