JPH07193263A - 太陽電池の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 シリコン基板の光閉込め構造の形成と低温で
のＢＳＦ層の形成を１つの工程で行なう。 【構成】 受光面側にＰＮ接合が形成されたシリコン基
板６の裏面へ、絶縁膜を形成し、この絶縁膜に複数の開
口部を形成し、この開口部を含む裏面全面にＡｌペース
トを印刷し焼成することにより、シリコン基板６の裏面
に微細な凹凸構造と凹凸壁面に沿ったＢＳＦ層１１を同
時に低温で形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、太陽電池の製造方法、
特に、その光閉込め構造と半導体基板裏面の高濃度層の
形成方法に係わるものである。

【０００２】

【従来の技術】太陽電池の高効率化を図るための重要技
術として、基板の光閉込め構造の形成および裏面電界層
（ＢＳＦ層）の形成が挙げられる。

【０００３】まず、光閉込め構造の必要性と作製方法に
ついて説明する。たとえば、結晶シリコン太陽電池にお
いて、高効率化を考えたときセル表面に入射する光を有
効利用することが重要である。このため、太陽電池表面
に反射防止膜を形成したり、微細なピラミッドあるいは
溝を形成して反射を減らしたり、裏面にも微細なピラミ
ッドあるいは溝を形成して裏面に到達した光を斜めに基
板内部に反射させたり、あるいは高反射率金属を裏面電
極に用いて基板内に反射する光を増加させるようにす
る、などのいわゆる光閉込めが行なわれている。

【０００４】光閉込めを考えた場合、図２に示されるよ
うに、表面および裏面の構造としては、たとえばシリコ
ン基板２０の表面の多数の溝２１に直交する裏面の溝２
２を多数形成する構造が理論的に最もよいといわれてい
る。

【０００５】このような光閉込め構造を得る方法として
は、単結晶基板ではＳｉＯ₂ 膜をマスクとして用いたア
ルカリ水溶液による異方性エッチング加工法や、ダイサ
ーなどによる機械的加工法が、多結晶基板ではダイサー
などによる機械的加工法が提案されている。

【０００６】次に、ＢＳＦ層について説明する。ＢＳＦ
層は、基板の裏面近傍で発生したキャリアを高電界によ
り受光面の接合層側へ押し戻し、裏面でのキャリアの再
結合による損失を防ぐものである。

【０００７】通常、ＢＳＦ層はＰ型半導体基板の場合、
ボロンを不純物として１０００℃程度の高温で裏面に熱
拡散する方法、あるいはＡｌペーストを裏面に印刷した
後、７４０℃程度の熱処理によりアロイ化する方法を用
いて、基板と同じ導電型を有し、かつ基板より高濃度な
不純物を含むＰ⁺ 層を形成している。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】高効率化を目的とした
太陽電池は、前述のような技術を導入している。

【０００９】しかしながら、基板の光閉込め構造の形成
とＢＳＦ層の形成という工程は本質的に別のものであ
り、現状の太陽電池の製造方法においては、それぞれ独
立した工程で形成しなければならない。

【００１０】また、裏面に微細な溝を形成した後にＢＳ
Ｆ層を形成する場合、ボロン拡散法では、受光面側にボ
ロンの拡散を防止するための拡散マスクとなる十分な厚
みを持ったＳｉＯ₂ 膜を形成する必要があること、また
拡散温度も１０００℃程度の高温となりライフタイムな
どの基板特性の低下を招きセル特性を低下させるといっ
た問題がある。Ａｌアロイ法では、７４０℃程度の低温
でＢＳＦ層を形成できるが、溝の上からペーストを印刷
し焼成した場合、溝の凹凸形状がアロイ化により変形し
適用できないという問題がある。

【００１１】本発明の目的は、半導体基板の光閉込め構
造の形成と低温でのＢＳＦ層の形成を１つの工程で行な
う方法を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の太陽電池の製造
方法においては、半導体基板の受光面側にＰＮ接合を形
成し、その裏面にＳｉＮ絶縁膜あるいはＴｉＯ₂ 絶縁膜
のような絶縁膜を形成し、この絶縁膜に複数の開口部を
形成し、この開口部を含む裏面全面にたとえばＡｌペー
ストを印刷し、焼成することにより、半導体基板裏面に
微細な凹凸構造と凹凸壁面に沿ったＢＳＦ層を同時に低
温で形成する。

【００１３】

【作用】本発明の作用の原理について説明する。

【００１４】図３は、シリコン基板の裏面にＡｌペース
トを印刷し７４０℃で焼成した後、基板を斜め研磨しＡ
ｌの拡散状況を拡がり抵抗法で測定した結果のグラフで
ある。これより、基板表面から約７μｍの深さのところ
までＡｌ／Ｓｉのアロイ層が形成され、その下にＡｌが
濃度勾配を持って分布している拡散層があることがわか
る。これは通常の太陽電池のＢＳＦ層形成時に起こって
いる反応である。次に、Ａｌ／Ｓｉアロイ層の機能につ
いて調べるため、同一セルを用いアロイ層の除去前後の
分光感度特性を比較した。アロイ層除去後の面にはＡｌ
を蒸着した。その結果、図４に示すように両者の特性は
ほぼ一致しており、ＢＳＦ効果はＡｌの拡散層によるも
のであり、アロイ層は電極として働いていることがわか
る。

【００１５】図５（ａ），（ｂ），（ｃ）は、シリコン
基板６の裏面をＳｉＮ膜１で覆い開口部２，２…を設け
た後、Ａｌペーストを印刷・焼成した場合の各工程の断
面図である。（ａ）はＳｉＮ膜１に２０μｍ幅の開口部
２を１２０μｍ間隔で設けた後、Ａｌペースト３を印刷
した状態，（ｂ）は７４０℃で焼成した状態，（ｃ）は
Ａｌ／Ｓｉアロイ層を除去した後の断面を示している。
これより、開口部からのアロイ化は等方的に進行してお
り、幅が約１２０μｍで、深さが約６０μｍの窪み４が
形成され、この窪み４の壁面に沿ってＢＳＦ層５が形成
されることがわかる。

【００１６】図５（ｃ）に示す裏面の微細な窪みは、Ｓ
ｉＮ膜上の開口部パターンをライン状とすることで、図
２のような微細グルーブ構造とすることができる。

【００１７】図６（ａ）および（ｂ）は、それぞれシリ
コン基板６の裏面が平らな構造とグルーブが形成されて
いる構造の場合に、入射光が裏面でどのように反射され
るかを示す断面図である。反射された光は平らな場合よ
りもグルーブ構造の場合のほうが基板内をより長い距離
進むのでそれだけ多く光電変換に寄与する。すなわち光
を閉込める働きが向上する。

【００１８】本発明の方法によれば、Ａｌペーストの焼
成は７４０℃で行なわれるから、基板の光閉込め構造の
形成と、ＢＳＦ層の形成が低温で同時に行なわれている
ことがわかる。

【００１９】

【実施例】本発明は多結晶シリコン基板または単結晶シ
リコン基板いずれにも応用できる。

【００２０】まず第１の実施例について説明する。図１
は多結晶シリコン基板を用い、本発明の方法により形成
した太陽電池の一例の斜視図である。シリコン基板６は
１００ｍｍ角，２５０μｍ厚のＰ型キャスト多結晶シリ
コン基板であり、まず受光面側の溝加工を行なった。ダ
イサーにより、２５μｍ厚のブレードを用い、深さ７０
μｍの溝１４，１４…を７０μｍのピッチで形成した。
この後、弗酸（ＨＦ）と硝酸（ＨＮＯ₃ ）の混合液によ
るエッチング、および水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）と
イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）を含む水溶液による
エッチングを行ない、基板表面のダメージ層を除去し
た。これにより受光面は微細な溝を多数持つ低反射な表
面構造となる。

【００２１】次に、ＰＯＣｌ₃ による燐を不純物とした
熱拡散（８５０℃）を行ない、受光面にＮ⁺ 層７を形成
した後、熱酸化法（８００℃）によりパッシベーション
層となる薄い（厚さ約１５ｎｍ）ＳｉＯ₂ 膜８を形成し
た。続いてチタン酸イソプロピールを原料とした常圧Ｃ
ＶＤ法により反射防止膜となるＴｉＯ₂ 膜９（厚さ約５
５ｍｍ）を形成した。

【００２２】次に、基板裏面に残っているＮ⁺ 層を弗酸
と硝酸の混合液でエッチング除去し、裏面に原料ガスと
してＳｉＨ₄ ，ＮＨ₃ ，Ｎ₂ を用いたプラズマＣＶＤ法
によりＳｉＮ膜（厚さ２００〜２５０ｎｍ）を形成した
後、この膜を幅２０μｍ、ピッチ１３０μｍのライン状
に開口処理した。このラインの方向は、前記受光面側に
形成した溝１４と直交する方向とした。なお、ＳｉＮ膜
の形成には以下の条件を用いた。原料ガスとして、Ｓｉ
Ｈ₄ 、ＮＨ₃ 、Ｎ₂ の流量をそれぞれ１０_sccm、１５
_sccm、５０_sccmとして、基板温度を３５０℃、圧力を
０．７５Ｔｏｒｒ、ＲＦパワーを１００Ｗとして形成し
た。

【００２３】次に、裏面の全面にＡｌペーストをスクリ
ーン印刷し、Ｎ₂ ／Ｏ₂ 雰囲気中で７４０℃で焼成し
た。これにより、裏面の溝１０、ＢＳＦ層１１、裏面電
極１２が同時に形成される。

【００２４】次に、受光面電極１３となるＡｇペースト
を表面にスクリーン印刷し、Ｎ₂ ／Ｏ₂ 雰囲気中で５８
０℃で焼成した後、はんだコートを行ない太陽電池を完
成する。

【００２５】以上のプロセスにおいては、ボロンの拡散
時のような１０００℃といった高温は使用せず、それに
よるライフタイムなどの低下はない。

【００２６】図７（ａ）は本実施例による裏面に微細な
溝を形成した光閉込め構造と、形成しない構造において
表面から光を入射したときの反射率を示すグラフであ
る。本実施例による裏面に微細な溝を形成した光閉込め
構造は、形成しない構造に比べて、長波長側で反射率が
低く、裏面に到達した長波長光を基板内部に閉込める効
果があることがわかる。この結果、図７（ｂ）に示すよ
うにセルの長波長領域での分光感度は向上し、短絡電流
が増加する。

【００２７】次に第２の実施例について説明する。Ｐ型
単結晶シリコン基板（１００ｍｍ角，２５０μｍ厚）を
用いて、第１の実施例と同様な方法により、微細な溝を
多数持つ低反射な表面構造の受光面を得る。

【００２８】次に、第１の実施例と同様な方法によりＮ
⁺ 層およびＳｉＯ₂ 膜を形成し、続いてプラズマＣＶＤ
法により反射防止膜となるＳｉＮ膜（厚さ約８５ｎｍ）
を形成した。

【００２９】次に、基板裏面に残っているＮ⁺ 層を第１
の実施例と同様にして除去し、裏面にチタン酸イソプロ
ピールを原料とした常圧ＣＶＤ法により、５８０℃でＴ
ｉＯ ₂ 膜（厚さ約５５ｎｍ）を形成した後、この膜を第
１の実施例と同様にライン状に開口処理した。このライ
ンの方向は、前記受光面側に形成した溝と直交する方向
である。

【００３０】次に、裏面の全面にＡｌペーストをスクリ
ーン印刷し、第１の実施例と同様に焼成すると、裏面の
溝構造、ＢＳＦ層、裏面電極が同時に形成される。

【００３１】次に、受光面電極を第１の実施例と同様に
して形成する。次に、裏面のＡｌ／Ｓｉアロイ層を塩酸
で除去し、その後にできた凹凸面に、めっき法により銅
の薄膜を形成して裏面電極とし太陽電池を完成した。

【００３２】図８は、第２の実施例による、裏面に微細
な溝を形成し、アロイ層を除去して銅の薄膜を形成した
セルとアロイ層をそのまま電極としたセルの分光感度を
示すグラフである。本実施例による銅の薄膜を形成した
セルは、アロイ層をそのまま電極としたセルに比べ、長
波長領域での分光感度が高く、銅のような反射率の高い
金属を電極とすることによって、さらに光閉込め効果が
向上することがわかる。

【００３３】なお、本実施例では裏面電極として銅を用
いたが、他に、高反射金属として金，銀なども使用可能
であり、薄膜形成方法についても、めっき法の他に蒸着
法がある。また、アロイ層の除去には塩酸以外にも王
水、弗酸などを使うことができる。

【００３４】

【発明の効果】本発明によれば、光閉込め効果の高い裏
面溝構造がＢＳＦ層と同時に低温で形成されるため、セ
ルの特性が向上し、また、セルの製造工程が簡略化され
るので製造コストの低減にも効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明により製造した太陽電池の一例の斜視図
である。

【図２】光閉込め構造を示す斜視図である。

【図３】Ａｌペーストを印刷・焼成したときのキャリア
濃度分布を示すグラフである。

【図４】アロイ層を残したセルとアロイ層を除去した後
Ａｌを蒸着したセルとの分光感度を示すグラフである。

【図５】（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ本発明の原理説明の
ための各工程の断面図である。

【図６】（ａ）および（ｂ）はそれぞれ裏面が平らな場
合と溝を形成した場合との入射光の反射状態を示す図で
ある。

【図７】（ａ）は裏面の微細な溝の有無による反射率の
違いを示すグラフであり、（ｂ）は裏面の微細な溝の有
無による分光感度の違いを示すグラフである。

【図８】アロイ層を残したセルとアロイ層を除去した後
銅薄膜を形成したセルとの分光感度を示すグラフであ
る。

【符号の説明】

１ ＳｉＮ膜 ２ 開口部 ３ Ａｌペースト ４ 窪み ５ ＢＳＦ層 ６ シリコン基板 ７ Ｎ⁺ 層 ８ ＳｉＯ₂ 膜 ９ ＴｉＯ₂ 膜 １０ 溝 １１ ＢＳＦ層 １２ 裏面電極 １３ 受光面電極 １４ 溝

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 西田 誠 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体基板にＰＮ接合を形成する工程
   と、 前記基板裏面に絶縁膜を形成する工程と、 前記絶縁膜に開口部を形成する工程と、 前記開口部を含む絶縁膜上に、半導体基板中に拡散した
   とき半導体基板と同じ導電型の高濃度層を形成する性質
   を有する金属を含む導電性ペーストを印刷する工程と、 前記ペーストを熱処理し開口部周辺に拡散した金属によ
   り半導体基板と同じ導電型の微細な凹凸壁面を有する高
   濃度層を形成する工程と、 を有することを特徴とする太陽電池の製造方法。