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JPS6113395B2 - - Google Patents

Info

Publication number
JPS6113395B2
JPS6113395B2 JP56028420A JP2842081A JPS6113395B2 JP S6113395 B2 JPS6113395 B2 JP S6113395B2 JP 56028420 A JP56028420 A JP 56028420A JP 2842081 A JP2842081 A JP 2842081A JP S6113395 B2 JPS6113395 B2 JP S6113395B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
substrate
polycrystalline
silicon
aluminum
eutectic liquid
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired
Application number
JP56028420A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS57143873A (en
Inventor
Takeshi Saito
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Original Assignee
Agency of Industrial Science and Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Agency of Industrial Science and Technology filed Critical Agency of Industrial Science and Technology
Priority to JP56028420A priority Critical patent/JPS57143873A/en
Publication of JPS57143873A publication Critical patent/JPS57143873A/en
Publication of JPS6113395B2 publication Critical patent/JPS6113395B2/ja
Granted legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10FINORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F77/00Constructional details of devices covered by this subclass
    • H10F77/70Surface textures, e.g. pyramid structures
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy

Landscapes

  • Photovoltaic Devices (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は太陽電池、特に低価格多結晶基板を
用いた太陽電池を高効率化するための製造方法に
関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a manufacturing method for increasing the efficiency of solar cells, particularly solar cells using low-cost polycrystalline substrates.

太陽電池の価格を大巾に低減させることを目的
として、従来の単結晶基板に代えて、多結晶基板
を用いることが最近試みられ始めた。
Recently, attempts have been made to use polycrystalline substrates in place of conventional single-crystalline substrates in order to significantly reduce the cost of solar cells.

リボン結晶成長法やキヤステイング法等で形成
された多結晶基板が、このような目的のために使
用される。リボン結晶成長法に関して言えば、板
状にするためのカツテイングロスがないこと、ま
た、キヤステイング法に関して言えば、成長速度
が速く、大量生産に適することや太陽電池セルに
適した四角型の基板を形成できること等が、低価
格化に適しているからである。
A polycrystalline substrate formed by a ribbon crystal growth method, a casting method, or the like is used for this purpose. Regarding the ribbon crystal growth method, there is no cutting loss to make it into a plate shape, and regarding the casting method, the growth rate is fast and it is suitable for mass production, and the rectangular substrate is suitable for solar cells. This is because it is suitable for reducing costs because it can form a .

一方、従来の単結晶シリコン基板を用いた太陽
電については、種々の高効率化の方法が開発され
ている。例えば、その一つにCNR太陽電池があ
る。CNRはComsat Non−Reflctire solar cellの
略で、最も改良された新しいセルとして1974年に
発表されたもので、AMOで効率15%以上、AMI
で18%以上の高い変換効率が達成された。鏡面研
磨されたシリコン表面に施される反射防止膜は、
ある範囲の波長の光の反射を抑えているが、全波
長域にわたつては、どうしても7%程度の反射損
失は防ぎ切れない。そこでこの損失を少なくする
方法として単結晶シリコン基板の表面に無数の微
小四面体より成る凹凸を形成し、入射光と表面の
ピラミツド面の光学的多重反射屈折によつて光の
吸収率を改善する試みがなされた。100面の単結
晶シリコン基板の表面に再現性良く均一に微細な
111面によるピラミツド凹凸を作る異方性エツチ
ンング技術がCNRセル作成技術における重要な
ポイントである。ピラミツドの大きさは、高さ底
辺共約数μmという微小なものである。このよう
な表面をもつ太陽電池はtextured surface cellと
も呼ばれている。
On the other hand, various methods for increasing the efficiency of solar power generation using conventional single-crystal silicon substrates have been developed. One example is CNR solar cells. CNR stands for Comsat Non-Reflctire solar cell, and it was announced in 1974 as the most improved new cell, with an efficiency of over 15% in AMO and AMI
A high conversion efficiency of over 18% was achieved. The anti-reflection coating applied to the mirror-polished silicon surface is
Although reflection of light within a certain range of wavelengths is suppressed, reflection loss of approximately 7% over the entire wavelength range cannot be prevented. Therefore, as a method to reduce this loss, we formed unevenness consisting of countless microtetrahedra on the surface of a single crystal silicon substrate, and improved the light absorption rate by optically multiple reflection and refraction between the incident light and the pyramid surface of the surface. An attempt was made. Evenly fine particles are formed on the surface of a 100-sided single-crystal silicon substrate with good reproducibility.
Anisotropic etching technology that creates pyramidal irregularities with 111 planes is an important point in CNR cell fabrication technology. The size of the pyramid is extremely small, with both the height and the base being several micrometers. Solar cells with such a surface are also called textured surface cells.

しかしながら、単結晶シリコン基板を用いる場
合には、上記のCNRセル作成のための異方性エ
ツチング技術を用いることはできない。多結晶基
板の場合には、第1図に示すように各々の多結晶
粒2の結晶軸は、それぞれ全く任意の方向にむい
ていて、多結晶基板のように100面にそろえるこ
とができないからである。したがつて、これまで
のところは、多結晶シリコン太陽電池をCNRセ
ルとすることは、非常に困難であるとされてき
た。多結晶シリコン太陽電池は価格を大巾に低減
することはできるが、単結晶セルなみの高効率化
はむずかしいとされてきたのである。
However, when using a single crystal silicon substrate, the above-described anisotropic etching technique for creating a CNR cell cannot be used. In the case of a polycrystalline substrate, as shown in Figure 1, the crystal axes of each polycrystalline grain 2 are oriented in completely arbitrary directions, and cannot be aligned in 100 planes like in a polycrystalline substrate. It is. Therefore, until now, it has been considered very difficult to convert polycrystalline silicon solar cells into CNR cells. Although the cost of polycrystalline silicon solar cells can be significantly reduced, it has been considered difficult to achieve the same level of efficiency as single-crystalline cells.

本発明の目的は、以上述べた多結晶シリコン太
陽電の問題点を改善し、多結晶シリコン基板を用
いた場合にも、表面をtex tured surfaceにする
ことにより、高効率の太陽電池セルが得られる製
造方法を提供することである。
The purpose of the present invention is to improve the above-mentioned problems of polycrystalline silicon solar cells, and to obtain highly efficient solar cells even when using a polycrystalline silicon substrate by making the surface a textured surface. The object of the present invention is to provide a manufacturing method that can be used.

本発明は、多結晶シリコン基板の表面に無数の
微小共晶液相を形成し、この共晶液相の働きによ
り多結晶基板の表面にCNRセルと同様に凹凸を
生ぜしめ、反射損失を減らして太陽電池の高効率
化をはかろうとするものである。共晶液相は例え
ばアルミニウム−シリコン、アンチモン−シリコ
ンあるいはスズ−シリコン等の組合せで形成する
ことができる。アルミニウム−シリコン系を例に
とれば、アルミニウムの融点は660℃であるが、
アルミニウム−シリコンは577℃以上で共晶液相
を形成し、アルミニウムに対してシリコンの濃度
が一定のある値になるまで共晶反応は進行する。
すなわち、シリコン基板表面にアあミニウム金属
がある一定の厚さで接している場合、これを577
℃以上に加熱するとシリコン基板表面に共晶液相
ができ、シリコン基板表面は、この共晶液相によ
つて侵蝕される。侵蝕がある程度進んだ後、共晶
液相を除去すれば、再びシリコン表面が顔を出
す。問題は無数の微小な金属粒をいかにしてシリ
コン基板表面に形成するかである。CNRセルの
ピラミツドの大きさから推定して微小金属粒の大
きさは、数μm角程度であろう。このような微小
な形は、普通、フオトレジスト法等によつて形成
される。しかしながら、本発明の場合のように低
価格太陽電池においては、フオトレジスト法のよ
うに高価な方法は用いることが、むずかしいもの
と思われる。もつて大量生産に適した安価な方法
が望ましい。そのような方法としてスプレー法が
ある。ペンキ等を塗装する場合に行なわれるあの
方式である。さいわいアルミニウムは融点が660
℃と比較的低いので、スプレーノズルの材質を検
討することで微小液滴をスプレーすることができ
る。
The present invention forms countless minute eutectic liquid phases on the surface of a polycrystalline silicon substrate, and by the action of these eutectic liquid phases, unevenness is created on the surface of the polycrystalline substrate in the same way as a CNR cell, reducing reflection loss. The aim is to improve the efficiency of solar cells. The eutectic liquid phase can be formed, for example, by combinations such as aluminum-silicon, antimony-silicon, or tin-silicon. Taking the aluminum-silicon system as an example, the melting point of aluminum is 660℃,
Aluminum-silicon forms a eutectic liquid phase at temperatures above 577°C, and the eutectic reaction progresses until the concentration of silicon relative to aluminum reaches a certain constant value.
In other words, if aluminum metal is in contact with the silicon substrate surface at a certain thickness, this is 577
When heated above .degree. C., a eutectic liquid phase is formed on the surface of the silicon substrate, and the surface of the silicon substrate is corroded by this eutectic liquid phase. After the erosion has progressed to a certain extent, the eutectic liquid phase is removed and the silicon surface is exposed again. The problem is how to form countless minute metal particles on the surface of a silicon substrate. Judging from the size of the pyramid of the CNR cell, the size of the minute metal grains is probably about several μm square. Such minute shapes are usually formed by a photoresist method or the like. However, in a low-cost solar cell as in the case of the present invention, it seems difficult to use an expensive method such as the photoresist method. Therefore, an inexpensive method suitable for mass production is desirable. A spray method is one such method. This is the method used when applying paint, etc. Fortunately, aluminum has a melting point of 660.
Since the temperature is relatively low (°C), it is possible to spray minute droplets by considering the material of the spray nozzle.

実際にノズル材質として石英を用いたところ液
滴の大きさを数μm程度とすることができた。
When quartz was actually used as the nozzle material, the size of the droplets could be reduced to about several μm.

一方、アルミニウムはシリコンに対してP型不
純物として働くから、基板としてn型のものを用
いれば、共晶液相形成時にアルミニウムは基板内
に拡散し、基板表面にP−n接合を形成すること
ができる。すなわち、本発明の特徴とするところ
は、共晶液相による基板表面の凹凸の形成と接合
形成とを同一の工程で行なおうとすることにあ
る。
On the other hand, aluminum acts as a P-type impurity for silicon, so if an n-type substrate is used, aluminum will diffuse into the substrate during the formation of the eutectic liquid phase and form a P-n junction on the substrate surface. I can do it. That is, the present invention is characterized in that the formation of irregularities on the substrate surface by the eutectic liquid phase and the formation of a bond are performed in the same process.

以下、図面を用いて本発明を詳細に説明する。 Hereinafter, the present invention will be explained in detail using the drawings.

たとえば、多結晶基板としてキヤステイング法
で形成したn型シリコンを用いた場合、第1図に
示すように多結晶基板1の表面にアルミニウミ融
液をスプレーして無数の直径数μm程度アルミニ
ウム金属粒3を形成する。ついで、このようなア
ルミニウム金属粒付多結晶基板を高温度に保持し
て共晶液相4を生ぜしめ、さらにこの共晶液相に
よつてシリコン基板を侵蝕させる第2図。充分侵
蝕が行なわれた後、適当なエツチング液によつて
表面の共晶層4を除去すれば、第3図に示すよう
な表面に無数の微細な凹凸を有し、かつ、P−n
接合5が形成された太陽電池用基板が得られる。
しかる後、表面にグリツド状電極金属を裏面にも
電極金属を蒸着して太陽電池セルとする。以上は
n型多結晶シリコンを基板とした場合であるが、
P型シリコンを基板とした場合にも不純物を例え
ば、アンチモンに代えることで全く同様にして太
陽電池を作ることができる。このようにして安価
な多結晶シリコン基板を用いても単結晶CNRセ
ルと同様に高効率太陽電池セルを作ることができ
る。
For example, when using n-type silicon formed by a casting method as a polycrystalline substrate, as shown in FIG. form 3. Next, such a polycrystalline substrate with aluminum metal grains is held at a high temperature to generate a eutectic liquid phase 4, and the silicon substrate is further corroded by this eutectic liquid phase, as shown in FIG. After sufficient erosion, if the eutectic layer 4 on the surface is removed using an appropriate etching solution, the surface will have countless fine irregularities as shown in FIG.
A solar cell substrate on which the junction 5 is formed is obtained.
Thereafter, a grid-like electrode metal is deposited on the front surface and an electrode metal is deposited on the back surface to form a solar cell. The above is a case where n-type polycrystalline silicon is used as a substrate,
Even when P-type silicon is used as a substrate, a solar cell can be produced in exactly the same manner by replacing the impurity with antimony, for example. In this way, high-efficiency solar cells similar to single-crystal CNR cells can be made using inexpensive polycrystalline silicon substrates.

以下、実施例にしたがい本発明を詳細に説明す
る。
Hereinafter, the present invention will be explained in detail according to Examples.

実施例 1 キヤステイング法によるリンを不純物としてド
ープした抵抗率1.0Ω−cmのn型多結晶シリコン
基板の表面を#1200のケンマ材でラツプする。こ
のような多結晶基板の表面に石英製スプレーでア
ルミニウム融液をスプレーする。スプレー条件は
平均液滴直径6μmで、被覆速度30μm/mm、時
間6秒とした。その結果、多結晶基板表面には、
直径数μmで粒子間距離、やはり数μmのアルミ
ニウム金属粒が形成される。このようにして表面
にアルミニウム金属粒が形成された多結晶基板を
窒素ガス中で、900℃に30分間保持し、表面の凹
凸形成とP−n接合形成とを行う。しかる後、表
面に形成された共晶層を10%希フツ酸でエツチン
グ除去し、表面グリツド状電極金属および裏面電
極金属を蒸着し、さらに表面側にTa2O5の反射防
止膜を形成して多結晶CNR型太陽電池セルを製
作した。セルの特性はAMIで開放端電圧0.57V、
短絡電流33mA/cm3、光電変換効率12%と従来の
多結晶セルと比べて非常に良く、市販されている
高価な多結晶セルと比較して遜色がなかつた。
Example 1 The surface of an n-type polycrystalline silicon substrate doped with phosphorus as an impurity by the casting method and having a resistivity of 1.0 Ω-cm was wrapped with #1200 Kenma material. Aluminum melt is sprayed onto the surface of such a polycrystalline substrate using a quartz sprayer. The spray conditions were an average droplet diameter of 6 μm, a coating speed of 30 μm/mm, and a time of 6 seconds. As a result, on the surface of the polycrystalline substrate,
Aluminum metal grains with a diameter of several μm and an interparticle distance of several μm are formed. The polycrystalline substrate with aluminum metal grains formed on its surface in this way is held at 900° C. for 30 minutes in nitrogen gas to form irregularities on the surface and form a P-n junction. Thereafter, the eutectic layer formed on the surface was removed by etching with 10% dilute hydrofluoric acid, a grid-like electrode metal on the surface and an electrode metal on the back were deposited, and an antireflection film of Ta 2 O 5 was further formed on the surface. We fabricated a polycrystalline CNR type solar cell. The cell characteristics are AMI, open circuit voltage 0.57V,
The short-circuit current was 33 mA/cm 3 and the photoelectric conversion efficiency was 12%, which is very good compared to conventional polycrystalline cells, and comparable to expensive commercially available polycrystalline cells.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図、第2図および第3図は、本発明による
高効率多結晶太陽電池を製造する工程を説明する
ための図である。図において、1は多結晶シリコ
ン基板、2は多結晶粒、3はアルミニウム金属
粒、4はアルミニウム−シリコン共晶液相、5は
P−n接合である。
FIG. 1, FIG. 2, and FIG. 3 are diagrams for explaining the process of manufacturing a high-efficiency polycrystalline solar cell according to the present invention. In the figure, 1 is a polycrystalline silicon substrate, 2 is a polycrystalline grain, 3 is an aluminum metal grain, 4 is an aluminum-silicon eutectic liquid phase, and 5 is a Pn junction.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 多結晶シリコン基板を用いた太陽電池の製造
において多結晶基板の表面に無数の微小な共晶液
相を形成して、基板表面を凹凸にすると同時に接
合を形成せしめることを特徴とする太陽電池の製
造方法。
1. A solar cell characterized in that in manufacturing a solar cell using a polycrystalline silicon substrate, countless minute eutectic liquid phases are formed on the surface of the polycrystalline substrate to make the substrate surface uneven and at the same time form a bond. manufacturing method.
JP56028420A 1981-03-02 1981-03-02 Manufacture of solar cell Granted JPS57143873A (en)

Priority Applications (1)

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JP56028420A JPS57143873A (en) 1981-03-02 1981-03-02 Manufacture of solar cell

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JPS57143873A JPS57143873A (en) 1982-09-06
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JPS6088481A (en) * 1983-10-20 1985-05-18 Kanegafuchi Chem Ind Co Ltd Solar battery
JPH0697700B2 (en) * 1990-01-24 1994-11-30 株式会社日立製作所 Solar cell element

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JPS57143873A (en) 1982-09-06

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