JP2003298080A - Solar cell manufacturing method - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 半導体基板に半導体不純物を拡散
してPN接合部を形成する工程と、これをサンドブラス
トで部分除去し電気的に分離した接合分離部を形成する
工程と、集電極を形成する工程とを有する太陽電池の製
造方法では接合分離部が微視的レベルで破壊されること
は避けられず、太陽電池全体の特性が低下する問題があ
った。
【解決手段】 半導体基板の表面と表面とを含む
全面に半導体不純物を拡散し拡散層と拡散層を被覆する
被覆膜とを形成する工程と、半導体基板の裏面の外周部
近傍の拡散層を除去加工して表面と裏面とを電気的に分
離する工程と、半導体基板を一定時間ウェットエッチン
グ液に浸し、拡散層を除去加工した部分の表層部と被覆
膜とをエッチングする工程と、半導体基板の被覆膜を除
去し拡散層を露出させる工程と、半導体基板の裏面にB
SF層を形成し半導体基板に電極を設置する工程とを有
する。
(57) Abstract: A step of forming a PN junction by diffusing a semiconductor impurity into a semiconductor substrate, a step of partially removing the PN junction by sandblasting to form an electrically separated junction separation part, and a collector electrode. In the method for manufacturing a solar cell including the step of forming a junction, it is inevitable that the junction separation portion is destroyed at a microscopic level, and there is a problem that the characteristics of the entire solar cell deteriorate. SOLUTION: A step of diffusing semiconductor impurities over the entire surface including the surface of the semiconductor substrate to form a diffusion layer and a coating film covering the diffusion layer, and a step of forming a diffusion layer near an outer peripheral portion of the back surface of the semiconductor substrate. Removing the semiconductor substrate by dipping the semiconductor substrate in a wet etching solution for a certain period of time to etch the surface layer and the coating film of the portion where the diffusion layer is removed, Removing the coating film on the substrate to expose the diffusion layer;
Forming an SF layer and placing electrodes on the semiconductor substrate.
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】この発明は、簡便かつ低コス
トで高効率の太陽電池を製造できる方法に関するもの
で、特に単結晶や多結晶シリコン太陽電池の高効率化に
有効な方法を提供するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for producing a high-efficiency solar cell simply and at low cost, and particularly to a method effective for increasing the efficiency of a single crystal or polycrystalline silicon solar cell. Is.
【0002】[0002]
【従来の技術】図6は、特開2001−68700号公
報に記載されている太陽電池の製造方法である。これ
は、半導体基板101の表面近傍に半導体不純物を拡散
してPN接合部102を形成する工程と、このPN接合
部を部分的に除去して電気的に分離した接合分離部10
3を形成する工程と、この分離されたP型領域とN型領
域にそれぞれ集電極104を形成する工程を有する太陽
電池の製造方法において、このPN接合部をサンドブラ
ストで部分的に研磨除去して電気的に分離するものであ
る。2. Description of the Related Art FIG. 6 shows a method of manufacturing a solar cell described in Japanese Patent Laid-Open No. 2001-68700. This is a process of diffusing semiconductor impurities in the vicinity of the surface of the semiconductor substrate 101 to form a PN junction portion 102, and a junction separation portion 10 in which the PN junction portion is partially removed and electrically separated.
In the method for manufacturing a solar cell, which includes the step of forming No. 3 and the step of forming the collecting electrode 104 in each of the separated P-type region and N-type region, the PN junction is partially polished and removed by sandblasting. It is electrically separated.
【0003】このようにすることで、非常に簡便かつ低
コストで太陽電池を製造することができる。By doing so, a solar cell can be manufactured very easily and at low cost.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】しかし、このような製
造方法ではサンドブラストで接合の一部を研磨除去する
ため、研磨された部分に微視的・結晶学的なレベルで破
壊されることは避けられない。これによってPN接合部
を分離した部分に質の低い接合部分が形成されて太陽電
池全体のダイオード特性を低下させたり、同じくPN接
合を分離した部分に、キャリアの再結合が起こりやすい
表面が形成され、太陽電池の発生電流を低下させたりす
る問題があった。However, in such a manufacturing method, since a part of the joint is polished and removed by sandblasting, it is avoided that the polished part is broken at a microscopic and crystallographic level. I can't. As a result, a low-quality junction is formed in the portion where the PN junction is separated, which deteriorates the diode characteristics of the entire solar cell, and a surface where carrier recombination is likely to occur is also formed in the portion where the PN junction is separated. However, there is a problem that the generated current of the solar cell is lowered.
【0005】[0005]
【課題を解決するための手段】半導体基板を半導体不純
物雰囲気中で熱処理することで半導体基板の全面に拡散
層と拡散層を被覆する被覆膜とを形成する工程と、半導
体基板の裏面の外周部の拡散層を除去して半導体基板の
表面と裏面とを電気的に分離する接合分離部を形成する
工程と、半導体基板をウェットエッチング液に浸し、接
合分離部の表層部をエッチングする工程と、半導体基板
の被覆膜を除去し拡散層を露出させる工程と、半導体基
板の裏面にBSF層を形成し半導体基板に電極を設置す
る工程とを有する。A step of forming a diffusion layer and a coating film for covering the diffusion layer on the entire surface of the semiconductor substrate by heat-treating the semiconductor substrate in a semiconductor impurity atmosphere, and the outer periphery of the back surface of the semiconductor substrate. A step of removing a diffusion layer of the semiconductor substrate to form a junction separation portion that electrically separates the front surface and the back surface of the semiconductor substrate; and a step of immersing the semiconductor substrate in a wet etching solution and etching the surface layer portion of the junction separation portion. A step of removing the coating film of the semiconductor substrate to expose the diffusion layer, and a step of forming a BSF layer on the back surface of the semiconductor substrate and installing electrodes on the semiconductor substrate.
【0006】また、表層部は、0.3μm以上0.6μ
m以下の深さまでエッチングされる。The surface layer has a thickness of 0.3 μm or more and 0.6 μm or more.
Etched to a depth of m or less.
【0007】さらに、半導体基板をウェットエッチング
液に浸す時間は、1分15秒以上5分以下である。Further, the time for immersing the semiconductor substrate in the wet etching solution is 1 minute 15 seconds or more and 5 minutes or less.
【0008】半導体基板を半導体不純物雰囲気中で熱処
理することで半導体基板の全面に拡散層と拡散層を被覆
する被覆膜とを形成する工程と、半導体基板の被覆膜を
除去し拡散層を露出させる工程と、拡散層上に反射防止
膜を生膜する工程と、半導体基板の裏面の外周部の拡散
層を除去して半導体基板の表面と裏面とを電気的に分離
する接合分離部を形成する工程と、半導体基板をウェッ
トエッチング液に浸し、接合分離部の表層部をエッチン
グする工程と、半導体基板の裏面にBSF層を形成し半
導体基板に電極を設置する工程とを有する。A step of forming a diffusion layer and a coating film covering the diffusion layer on the entire surface of the semiconductor substrate by heat treating the semiconductor substrate in a semiconductor impurity atmosphere, and removing the coating film of the semiconductor substrate to form the diffusion layer. A step of exposing, a step of forming an antireflection film on the diffusion layer, and a junction separation part for electrically separating the front surface and the back surface of the semiconductor substrate by removing the diffusion layer on the outer periphery of the back surface of the semiconductor substrate. The method includes a step of forming the semiconductor substrate, a step of immersing the semiconductor substrate in a wet etching solution to etch the surface layer portion of the junction separation portion, and a step of forming a BSF layer on the back surface of the semiconductor substrate and installing electrodes on the semiconductor substrate.
【0009】また、生膜された反射防止膜の厚みは、8
50Å以上900Å以下である。The thickness of the antireflection film formed as a film is 8
It is not less than 50Å and not more than 900Å.
【0010】さらに、ウェットエッチング液は、水酸化
ナトリウム水溶液である。Further, the wet etching solution is an aqueous sodium hydroxide solution.
【0011】[0011]
【発明の実施の形態】実施の形態1.図1は、この発明
の実施の形態1における太陽電池の製造方法の工程手順
を示す図である。図1(a)は、ボロン等を含有するシ
リコン基板などからなる略円形のP型の半導体基板1の
断面図である。この半導体基板1は、表面形状は特に限
定していないが、数〜十数μmの凹凸形状を形成すれ
ば、受光面の光反射を抑制できる為、高効率化に有効で
ある。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiment 1. FIG. 1 is a diagram showing a process procedure of a method for manufacturing a solar cell according to Embodiment 1 of the present invention. FIG. 1A is a sectional view of a substantially circular P-type semiconductor substrate 1 made of a silicon substrate containing boron or the like. The surface shape of the semiconductor substrate 1 is not particularly limited, but if unevenness of several to several tens of μm is formed, light reflection on the light receiving surface can be suppressed, which is effective for high efficiency.
【0012】次に、図1(b)は、この半導体基板1を
リン(P)などのN型不純物雰囲気中で熱処理すること
で、半導体基板1の全面に渡って表面から0.2〜0.
5μm程度の深さまでN型不純物を拡散させてN型を呈
する拡散層2を形成させたものであり、このP型の半導
体基板1の表面と拡散層2との境界をPN接合部3とす
る。なお、半導体基板1をリン(P)などのN型不純物
雰囲気中で熱処理すると、シリコン酸化物(SiO2)
とリン酸化物(P2O5)から成る被覆膜4により拡散
層2の全体が被覆される。このP型の半導体基板1を熱
処理してN型不純物を拡散させてN型を呈する拡散層2
とこの拡散層2を被覆する被覆膜4を形成する工程を第
1の工程とする。Next, as shown in FIG. 1B, the semiconductor substrate 1 is heat-treated in an atmosphere of N-type impurities such as phosphorus (P) so that 0.2 to 0 from the front surface of the semiconductor substrate 1 is entirely covered. .
An N-type impurity is diffused to a depth of about 5 μm to form an N-type diffusion layer 2, and a boundary between the surface of the P-type semiconductor substrate 1 and the diffusion layer 2 is a PN junction 3. . When the semiconductor substrate 1 is heat-treated in an N-type impurity atmosphere such as phosphorus (P), silicon oxide (SiO 2 )
The diffusion layer 2 is entirely covered with the coating film 4 made of phosphorus oxide (P 2 O 5 ). The P-type semiconductor substrate 1 is heat-treated to diffuse N-type impurities and thereby form an N-type diffusion layer 2.
The step of forming the coating film 4 that covers the diffusion layer 2 is referred to as a first step.
【0013】次に、図1(c)は、この半導体基板1の
裏面の外周部の拡散層を全周に渡って、アルミナ(Al
2O3)や炭化珪素(SiC)などの噴射剤を用いたサ
ンドブラスト法で部分的に研磨除去して、PN接合部3
を分離させ接合分離部5を形成したものの断面図であ
る。この場合、テープ接着による保護などはせず、0.
2〜2.0mm程度の微細径の噴射ノズルから噴射剤を
半導体基板1に直接噴射することで、所望の位置に接合
分離部5を形成する。この接合分離部5は、拡散層2を
半導体基板1の表面と裏面の間で電気的に完全に分離で
きていれば、その研磨除去の位置形状や噴射ノズルの半
導体基板1に対する角度などが限定されるものではな
い。このときに使用する噴射ノズルは半導体基板1に対
して20〜85度程度の角度で噴射させることで、半導
体基板1の裏面の端部を全周に渡って斜めに研磨除去し
て例を示しているが、噴射ノズルを半導体基板1の裏面
に対して垂直となるように設定し噴射させても同様の作
用を呈する。なお、この発明において外周部というの
は、この断面図では角にあたる部分とその周辺を示すも
のであり、半導体基板1の裏面の角部より、若干、裏面
の面内を研磨除去しても問題ない。この拡散層2を有す
る半導体基板1の裏面の外周部の拡散層を全周に渡って
除去し接合分離部5を形成する工程を第2の工程とす
る。Next, as shown in FIG. 1C, the diffusion layer on the outer periphery of the back surface of the semiconductor substrate 1 is covered with alumina (Al
2 O 3 ) and silicon carbide (SiC) are partially polished and removed by a sandblasting method using a propellant to form the PN junction 3
FIG. 6 is a cross-sectional view of a structure in which the joint separation portion 5 is formed by separating the above. In this case, tape protection is not used, and
By directly injecting a propellant onto the semiconductor substrate 1 from an injection nozzle having a fine diameter of about 2 to 2.0 mm, the junction separation part 5 is formed at a desired position. As long as the diffusion layer 2 can be completely electrically separated between the front surface and the back surface of the semiconductor substrate 1, the junction separating portion 5 is limited in the polishing removal position shape and the angle of the injection nozzle with respect to the semiconductor substrate 1. It is not something that will be done. The spray nozzle used at this time sprays the semiconductor substrate 1 at an angle of about 20 to 85 degrees, thereby polishing and removing the end portion of the back surface of the semiconductor substrate 1 obliquely over the entire circumference. However, the same effect can be obtained by setting the jet nozzle so as to be perpendicular to the back surface of the semiconductor substrate 1 and jetting the same. In the present invention, the outer peripheral portion indicates a corner portion and its periphery in this sectional view, and even if the inside of the back surface is slightly removed by polishing from the corner portion of the back surface of the semiconductor substrate 1, there is a problem. Absent. The step of removing the diffusion layer on the outer peripheral portion of the back surface of the semiconductor substrate 1 having the diffusion layer 2 over the entire circumference to form the junction separating portion 5 is referred to as a second step.
【0014】次に、図1(d)は、このようにして形成
した半導体基板1の接合分離部5に発生している質の低
い表層部6は加工面の結晶構造が損傷し電荷レベルが低
下しやすく、表面再結合が高くなっており、これを除去
する為の後処理をおこなう。Next, as shown in FIG. 1D, the low-quality surface layer portion 6 generated in the junction separation portion 5 of the semiconductor substrate 1 thus formed has a crystal structure of a processed surface damaged and a charge level of It tends to decrease and surface recombination is high, and post-treatment is performed to remove this.
【0015】この後処理は、接合分離部5において微視
的・結晶学的に破壊された部分を除去して安定化させる
ことが目的であり、ウェットエッチング液7を使用した
ウェットエッチングによる処理が簡便で大量な処理も容
易な為、量産技術として適している。しかし、半導体基
板1の中で接合層(図示していないが、pn接合部3と
表層部6との交差する個所)とそれ以外の部分とは、導
電型を除いては同じ材質であり、ウェットエッチングの
処理液に対する性質など、化学的特性も非常に似通って
いる。従って、接合層が露出した状態では、接合層に影
響を与える事なく接合分離部5だけにウェットエッチン
グをおこなう事は非常に難しく、何らかの手段で接合層
を保護する必要がある。The purpose of this post-treatment is to remove and stabilize the microscopically and crystallographically destroyed portion in the junction separating portion 5, and the treatment by wet etching using the wet etching solution 7 is performed. It is suitable as a mass production technology because it is simple and easy to process in large quantities. However, in the semiconductor substrate 1, the junction layer (not shown, the intersection of the pn junction 3 and the surface layer 6) and the other portions are the same material except for the conductivity type, The chemical characteristics such as the nature of wet etching with respect to the processing liquid are also very similar. Therefore, when the bonding layer is exposed, it is very difficult to perform wet etching only on the bonding separation portion 5 without affecting the bonding layer, and it is necessary to protect the bonding layer by some means.
【0016】ここで、半導体基板1の全面に渡って形成
された拡散層2を覆う被覆膜4は、通常は、以降の工程
に進めるためにフッ酸水溶液などを用いて除去される。
これに対して、この発明では、この被覆膜4を除去せず
にサンドブラストによる研磨除去を行い接合分離部5を
形成するものである。これにより、研磨除去した部分の
被覆膜4と拡散層2だけが除去され、半導体基板1の残
りの部分は拡散層2と被覆膜4が共に残った形態とな
る。このようにすることで、シリコン酸化物とリン酸化
物から成る被覆膜4が得られ、これは拡散層2を含む半
導体基板1と科学的性質が異なるものである。従って、
この形態であれば、ウェットエッチングをおこなう際
に、拡散層2は保護されることになる。Here, the coating film 4 covering the diffusion layer 2 formed over the entire surface of the semiconductor substrate 1 is usually removed by using a hydrofluoric acid aqueous solution or the like in order to proceed to the subsequent steps.
On the other hand, in the present invention, the bonding separation portion 5 is formed by polishing and removing the coating film 4 by sandblasting. As a result, only the portions of the coating film 4 and the diffusion layer 2 that have been removed by polishing are removed, and the remaining portions of the semiconductor substrate 1 have both the diffusion layer 2 and the coating film 4 left. By doing so, a coating film 4 made of silicon oxide and phosphorous oxide is obtained, which has different chemical properties from the semiconductor substrate 1 including the diffusion layer 2. Therefore,
With this configuration, the diffusion layer 2 is protected when performing wet etching.
【0017】この図1(d)において、接合分離部5を
有する半導体基板1はウェットエッチング液7中に漬け
られる。なお、図中、接合分離部5の微視的・結晶学的
に破壊された部分を含む層を表層部6として、若干強調
して示す(実際はこれほどの厚さを有するものではな
い。)。この液の特性としては、被覆膜4が一定の耐久
性をもつものならば半導体基板1を溶解できるものであ
ればよく、特に限定はしない。しかし、例えば水酸化ナ
トリウムまたは水酸化カリウムなどの水溶液は、通常の
シリコンなどの太陽電池用の半導体基板に対して、初期
の表面洗浄や凹凸形成(テクスチャエッチング)等に一
般的に用いられている薬液であり、被覆膜4もこれらの
液に対しては一定の耐久性を有するので、後処理液とし
て特に適している。実験によると、温度850℃を15
分間維持するリン拡散工程で形成された被覆膜4は、濃
度3.2wt%、温度60℃の水酸化ナトリウム水溶液
に対し、約5分間の耐久性があることがわかった。一
方、同じ水酸化ナトリウム水溶液に対し、半導体基板1
の原料であるシリコンは約0.12μm/分のエッチン
グ速度を示す。従って、この場合は、処理時間を5分間
以内、シリコンのエッチング量で表現すれば0.6μm
以内に設定して後処理をおこなえば良い。この後、水洗
・乾燥させて、処理全体を完了させる。この半導体基板
1をウェットエッチングして接合分離部5の表層部6と
ともに被覆膜4を少量エッチングする工程を第3の工程
とする。In FIG. 1D, the semiconductor substrate 1 having the junction separating portion 5 is immersed in a wet etching solution 7. In the figure, the layer including the microscopically and crystallographically broken portion of the junction separation portion 5 is shown as the surface layer portion 6 with a slight emphasis (actually, it does not have such a thickness). . The characteristics of this liquid are not particularly limited as long as the coating film 4 has a certain durability and can dissolve the semiconductor substrate 1. However, for example, an aqueous solution of sodium hydroxide or potassium hydroxide is generally used for initial surface cleaning, unevenness formation (texture etching), etc. of a semiconductor substrate for solar cells such as ordinary silicon. Since it is a chemical liquid and the coating film 4 has a certain durability against these liquids, it is particularly suitable as a post-treatment liquid. According to the experiment, the temperature of 850 ° C. is 15
It was found that the coating film 4 formed in the phosphorus diffusion step of maintaining the temperature for about 5 minutes has durability for about 5 minutes with respect to a sodium hydroxide aqueous solution having a concentration of 3.2 wt% and a temperature of 60 ° C. On the other hand, for the same aqueous solution of sodium hydroxide, the semiconductor substrate 1
The raw material silicon has an etching rate of about 0.12 μm / min. Therefore, in this case, the processing time is within 5 minutes, which is 0.6 μm if expressed by the etching amount of silicon.
It may be set within the range and post-processed. After this, the whole process is completed by washing with water and drying. The step of wet-etching the semiconductor substrate 1 to etch a small amount of the coating film 4 together with the surface layer portion 6 of the junction separating portion 5 is referred to as a third step.
【0018】次に、図1(e)は、表層部6と被覆膜4
を除去した状態の半導体基板1の断面図である。このよ
うなウェットエッチング処理をおこなった後は、被覆膜
4は不要なので、前述したようなフッ酸水溶液などを用
いる手法で、これを除去して拡散層2を露出させ、やは
り水洗・乾燥させる。なお、これらを一連の処理として
中間の乾燥を省き、後処理→水洗→フッ酸処理→水洗→
乾燥と進めても差し支えない。このようにすることで、
接合分離部5の破壊された部分を含む表層部6が溶解除
去され、安定化した新たな接合分離部8が形成される。
この半導体基板1の被覆膜4を除去し拡散層2を露出さ
せる工程を第4の工程とする。Next, FIG. 1E shows the surface layer portion 6 and the coating film 4.
It is sectional drawing of the semiconductor substrate 1 of the state which removed. After such a wet etching process, the coating film 4 is unnecessary, so that the diffusion layer 2 is exposed by the method using the hydrofluoric acid aqueous solution as described above, and the diffusion layer 2 is also washed and dried. . It should be noted that these are a series of treatments, and intermediate drying is omitted, and post-treatment → washing → hydrofluoric acid treatment → washing →
It does not matter if you proceed with drying. By doing this,
The surface layer portion 6 including the destroyed portion of the junction separating portion 5 is dissolved and removed, and a new stabilized junction separating portion 8 is formed.
The step of removing the coating film 4 on the semiconductor substrate 1 to expose the diffusion layer 2 is referred to as a fourth step.
【0019】次に、図1(f)は、裏面にBSF(裏面
電界(Back SurfaceField))層9を
形成した半導体基板1の断面図である。このBSF層9
は、半導体基板1の裏面側にアルミニウムペーストをス
クリーニング印刷などで塗布し、これを焼成することに
より、半導体基板1の裏面近傍にアルミニウムを拡散さ
せることで、前工程まで残されていた半導体基板1の裏
面の拡散層2が高濃度のP型半導体層に反転して形成さ
れる。この半導体基板1の裏面にBSF層9を形成する
工程を第5の工程とする。Next, FIG. 1 (f) is a cross-sectional view of the semiconductor substrate 1 having a BSF (Back Surface Field) layer 9 formed on the back surface. This BSF layer 9
Is applied to the back surface side of the semiconductor substrate 1 by screening printing or the like and baked to diffuse aluminum in the vicinity of the back surface of the semiconductor substrate 1. The diffusion layer 2 on the back surface of the P-type semiconductor layer is inverted and formed into a high-concentration P-type semiconductor layer. The step of forming the BSF layer 9 on the back surface of the semiconductor substrate 1 is referred to as a fifth step.
【0020】次に、図1(g)は、表面の拡散層2の上
に重ねて反射防止膜10を形成した半導体基板1の断面
図である。この反射防止膜10によって半導体基板1の
表面で入射光が反射するのを防止して、内部に有効に取
り込むことができる。この反射防止膜10は、例えば窒
化シリコン(Si3N4)などから成り、シランガス
(SiH4)とアンモニアガス(NH3)との混合ガス
を用いたプラズマCVD法などで形成される。この半導
体基板1の表面の拡散層2に重ねて反射防止膜10を形
成する工程を第6の工程とする。Next, FIG. 1G is a cross-sectional view of the semiconductor substrate 1 in which the antireflection film 10 is formed on the diffusion layer 2 on the surface. The antireflection film 10 can prevent incident light from being reflected on the surface of the semiconductor substrate 1 and can be effectively taken into the inside. The antireflection film 10 is made of, for example, silicon nitride (Si 3 N 4 ) or the like, and is formed by a plasma CVD method using a mixed gas of silane gas (SiH 4 ) and ammonia gas (NH 3 ). The step of forming the antireflection film 10 on the diffusion layer 2 on the surface of the semiconductor substrate 1 is referred to as a sixth step.
【0021】次に、図1(h)は、半導体基板1に集電
極等を配置して完成した太陽電池11の断面図である。
この場合、半導体基板1の表面と裏面にそれぞれ銀ペー
ストなどをスクリーン印刷し、これを焼成し、そこに集
電極12及び集電極13を形成した後、溶融した半田浴
槽に半導体基板1全体を浸漬するなどの方法により、集
電極の表面に半田被覆14を形成する。これは、集電極
12及び集電極13の保護と、後の工程で銅箔などの配
線部材で太陽電池を配線する際の配線性を簡便にする目
的でおこなわれるものである。このようにすることで、
太陽電池11が製作される。この半導体基板1に集電極
を設置し、これらを半田皮膜14で覆う工程を第7の工
程とする。Next, FIG. 1 (h) is a sectional view of a solar cell 11 completed by arranging collector electrodes and the like on the semiconductor substrate 1.
In this case, silver paste or the like is screen-printed on each of the front surface and the back surface of the semiconductor substrate 1 and baked to form the collector electrode 12 and the collector electrode 13, and then the entire semiconductor substrate 1 is immersed in a molten solder bath. Then, the solder coating 14 is formed on the surface of the collector electrode. This is performed for the purpose of protecting the collector electrode 12 and the collector electrode 13 and simplifying the wiring property when wiring the solar cell with a wiring member such as a copper foil in a later step. By doing this,
The solar cell 11 is manufactured. The step of installing collector electrodes on the semiconductor substrate 1 and covering them with the solder coating 14 is referred to as a seventh step.
【0022】なお、図1の処理工程において、(f)の
以降の後処理工程は、必ずしも図1に示したものに限定
されるものではない。図2は、図1の(f)以降の工程
を変更した太陽電池の製造方法の工程手順を示す図であ
る。図2の(a)から(e)までは、図1の(a)から
(e)を元に説明した第1の工程から第4の工程までと
同じなので説明は省略し、図2(a)から(e)までの
対応する工程を第11の工程から第14の工程とする。In the processing step of FIG. 1, the post-processing steps after (f) are not necessarily limited to those shown in FIG. FIG. 2 is a diagram showing a process procedure of a method for manufacturing a solar cell in which the process after (f) in FIG. 1 is changed. 2A to 2E are the same as the first to fourth steps described based on FIGS. 1A to 1E, the description thereof will be omitted. ) To (e) are the corresponding steps from the 11th step to the 14th step.
【0023】図2(f)は、半導体基板1の表面と側面
に反射防止膜10を形成したものである。この反射防止
膜10を形成する工程を第15の工程とする。次に、図
2(g)は、表面・裏面の金属ペーストをスクリーニン
グ印刷して焼成することでBSF層9を形成したもので
ある。このBSF層9を形成する工程を第16の工程と
する。次に、図2(h)は、表面と裏面とに集電極12
及び集電極13を形成し、半田浴槽に浸漬して半田被覆
14を形成したものである。この半導体基板1に集電極
を設置し、これらを半田皮膜14で覆う工程を第17の
工程とする。このように処理工程を変更しても問題はな
い。FIG. 2 (f) shows an antireflection film 10 formed on the surface and side surfaces of the semiconductor substrate 1. The step of forming this antireflection film 10 is referred to as a fifteenth step. Next, FIG. 2G shows that the BSF layer 9 is formed by screening and printing the metal paste on the front and back surfaces and firing it. The step of forming this BSF layer 9 is referred to as a 16th step. Next, as shown in FIG. 2H, the collector electrode 12 is formed on the front surface and the back surface.
In addition, the collector electrode 13 is formed and immersed in a solder bath to form the solder coating 14. The step of installing collector electrodes on the semiconductor substrate 1 and covering them with the solder coating 14 is referred to as a seventeenth step. There is no problem even if the processing steps are changed in this way.
【0024】このようにして製作された太陽電池とし
て、半導体基板1に比抵抗1Ωcmのp型多結晶シリコ
ン基板を用いたものについて説明する。図3は接合分離
部5の後処理にかけた時間に対する太陽電池の特性の相
対的比較であり、ウェットエッチング処理時間と太陽電
池の様々なパラメータとの関係を調べ、分布化したもの
である。ここで処理時間0分はウェットエッチングによ
る後処理をしなかった場合であり、従来の太陽電池の製
造方法での特性を示している。また後処理に費やす時間
は前述したウェットエッチングの能力との関係より5分
間を上限とし、1.25分(1分15秒)、2.50分
(2分30秒)、3.75分(3分45秒)、5分毎の
データを収集した。また、縦軸の開放電圧とは、電流を
流さない場合(負荷抵抗=∞)に出力される電圧値のこ
とである。また、短絡電流とは、負荷抵抗=0の場合に
出力される電流値のことである。さらに、曲線因子と
は、ダイオードの良し悪しを示す因子であり、最大出力
/(開放電流×短絡電流)であらわされる。また、出力
とは、開放電圧×短絡電流×曲線因子であらわされる。
一般的に、これらの値が大きいほうが太陽電池としての
特性が優れている。As the solar cell thus manufactured, a semiconductor substrate 1 using a p-type polycrystalline silicon substrate having a specific resistance of 1 Ωcm will be described. FIG. 3 is a relative comparison of the characteristics of the solar cell with respect to the time taken for the post-treatment of the junction separation part 5, in which the relationship between the wet etching treatment time and various parameters of the solar cell was investigated and distributed. Here, the treatment time of 0 minutes is the case where the post-treatment by wet etching was not performed, and shows the characteristics in the conventional solar cell manufacturing method. In addition, the upper limit of the time spent for the post-treatment is 5 minutes in consideration of the above-mentioned wet etching ability, and 1.25 minutes (1 minute 15 seconds), 2.50 minutes (2 minutes 30 seconds), 3.75 minutes ( (3 minutes 45 seconds) Data was collected every 5 minutes. The open circuit voltage on the vertical axis is the voltage value output when no current flows (load resistance = ∞). Further, the short-circuit current is a current value output when the load resistance = 0. Further, the fill factor is a factor indicating whether the diode is good or bad, and is represented by maximum output / (open current × short circuit current). The output is represented by open circuit voltage × short circuit current × curve factor.
Generally, the larger these values are, the better the characteristics of the solar cell are.
【0025】この分布からウェットエッチングしなかっ
た場合(0分)とウェットエッチングした場合(1.2
5分以上5分以下)とを比較すると、必ずしもすべての
パラメータの値がウェットエッチング時間に比例して上
昇してしているわけではないが、ウェットエッチングし
た場合の特性はウェットエッチングしなかった場合に比
べ総合的に見て向上していることがわかる。From this distribution, when wet etching is not performed (0 minutes) and when wet etching is performed (1.2 minutes).
5 minutes or more and 5 minutes or less), the values of all the parameters do not necessarily increase in proportion to the wet etching time, but the characteristics of wet etching are that when wet etching is not performed. It can be seen that it is improved in comparison with.
【0026】図4(a)はこれらの各パラメータの分布
の平均値をとってウェットエッチング時間との関係をあ
らわしたものである。この図に示した表では各パラメー
タについてウェットエッチングしなかった場合の平均値
を100%として、これを基準にウェットエッチング時
間毎の割合の変化を知ることができる。また、図4
(b)はこの平均値の表を比較しやすいようにグラフ化
したものである。これらの平均値化したものを表とグラ
フをもとに比較すると、ウェットエッチングすることで
太陽電池の特性が向上することが明確になる。総合的に
見て、ウェットエッチング時間が1.25分(1分15
秒)から5分までの何れの条件でも従来の製造方法に比
べて短絡電流や曲線因子などの特性が向上しているとい
えるが、なかでも2.5分(2分30秒)から5分ま
で、エッチング量で表現して0.3μm以上0.6μm
以下の処理をすれば十分な特性向上が得られることがわ
かった。FIG. 4A shows the relationship with the wet etching time by taking the average value of the distribution of each of these parameters. In the table shown in this figure, the average value for each parameter when wet etching is not performed is set to 100%, and the change in the ratio for each wet etching time can be known based on this. Also, FIG.
(B) is a graph of this average value table for easy comparison. Comparing these averaged values based on the table and the graph makes it clear that the characteristics of the solar cell are improved by wet etching. Overall, the wet etching time is 1.25 minutes (1 minute 15
It can be said that characteristics such as short-circuit current and fill factor are improved under any condition from 5 seconds (5 seconds) to 5 minutes compared with the conventional manufacturing method. Expressed by etching amount up to 0.3 μm and 0.6 μm
It was found that a sufficient improvement in characteristics can be obtained by the following treatment.
【0027】なお、接合分離部5の後処理を行う保護膜
として、拡散工程の際に形成される酸化物よりなる被覆
膜を用いたが、保護膜の役割を他の材質に求めても良
い。Although a coating film made of an oxide formed in the diffusion process is used as the protective film for performing the post-treatment of the junction separating portion 5, the role of the protective film may be obtained from other materials. good.
【0028】実施の形態2.図5は、この発明の実施の
形態2における太陽電池の製造方法の工程手順を示す図
である。なお、実施の形態1と同様の機能を有するもの
については同一の番号を付すとともに説明を省略する。
図5(a)は、ボロン等を含有するシリコン基板などか
らなるP型の半導体基板1である。Embodiment 2. FIG. 5 is a diagram showing process steps of a method for manufacturing a solar cell according to the second embodiment of the present invention. It should be noted that those having the same functions as those in the first embodiment are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted.
FIG. 5A shows a P-type semiconductor substrate 1 made of a silicon substrate containing boron or the like.
【0029】次に、図5(b)は、この半導体基板1を
リン(P)などのN型不純物雰囲気中で熱処理すること
で、半導体基板1の全面に渡って表面から0.2〜0.
5μm程度の深さまでN型不純物を拡散させてN型を呈
する拡散層2を形成させたものであり、このP型の半導
体基板1の表面と拡散層2との境界をPN接合部3とす
る。このP型の半導体基板1を熱処理してN型不純物を
拡散させてN型を呈する拡散層2とこの拡散層2を被覆
する被覆膜4を形成する工程を第21の工程とする。Next, as shown in FIG. 5B, the semiconductor substrate 1 is heat-treated in an N-type impurity atmosphere such as phosphorus (P), so that 0.2 to 0 from the front surface of the entire surface of the semiconductor substrate 1. .
An N-type impurity is diffused to a depth of about 5 μm to form an N-type diffusion layer 2, and a boundary between the surface of the P-type semiconductor substrate 1 and the diffusion layer 2 is a PN junction 3. . The process of heat-treating the P-type semiconductor substrate 1 to diffuse the N-type impurities to form the N-type diffusion layer 2 and the coating film 4 covering the diffusion layer 2 is referred to as a 21st process.
【0030】次に、図5(c)は、拡散工程で形成され
たシリコン酸化物(SiO2)とリン酸化物(P
2O5)から成る被覆膜を、フッ酸水溶液で除去し、水
洗・乾燥させたものである。この半導体基板1を被覆す
る被覆膜4を除去する工程を第22の工程とする。Next, FIG. 5C shows a silicon oxide (SiO 2 ) and a phosphorus oxide (P) formed in the diffusion process.
The coating film composed of 2 O 5 ) was removed with an aqueous solution of hydrofluoric acid, washed with water and dried. The step of removing the coating film 4 that covers the semiconductor substrate 1 is referred to as a 22nd step.
【0031】次に、図5(d)は、半導体基板1の表面
で入射光が反射するのを防止して、内部に有効に取り込
むために、半導体基板1の裏面を除いた表面と側面に反
射防止膜10を生膜する。この反射防止膜10は、例え
ば窒化シリコン(Si3N4)などから成り、シランガ
ス(SiH4)とアンモニアガス(NH3)との混合ガ
スを用いたプラズマCVD法などで生膜される。この半
導体基板1に反射防止膜10を生膜する工程と第23の
工程とする。Next, as shown in FIG. 5D, in order to prevent incident light from being reflected on the front surface of the semiconductor substrate 1 and to effectively take in the light, the front surface and the side surface of the semiconductor substrate 1 excluding the back surface are shown. The antireflection film 10 is formed. The antireflection film 10 is made of, for example, silicon nitride (Si 3 N 4 ) or the like, and is formed by a plasma CVD method using a mixed gas of silane gas (SiH 4 ) and ammonia gas (NH 3 ). The step of forming the antireflection film 10 on the semiconductor substrate 1 and the twenty-third step.
【0032】次に、図5(e)は、この反射防止膜10
を保護膜として、半導体基板1の裏面の端部全辺をアル
ミナ(Al2O3)や炭化珪素(SiC)などの噴射剤
を用いたサンドブラスト法で部分的に研磨除去すること
により、接合分離部5を形成し、PN接合部3の分離を
行ったものである。なお、拡散層2を半導体基板1の表
面と裏面の間で電気的に完全に分離できていれば、その
研磨除去の位置形状や噴射ノズルの半導体基板1に対す
る角度、噴射剤の材質などは特に限定されるものではな
い。この拡散層2を有する半導体基板1の裏面の外周部
の拡散層2を全周に渡って除去し接合分離部5を形成す
る工程を第24の工程とするNext, FIG. 5E shows this antireflection film 10.
As a protective film, the entire edge of the back surface of the semiconductor substrate 1 is partially polished and removed by a sandblast method using a propellant such as alumina (Al 2 O 3 ) or silicon carbide (SiC) to separate the junction. The portion 5 is formed and the PN junction portion 3 is separated. If the diffusion layer 2 can be electrically completely separated between the front surface and the back surface of the semiconductor substrate 1, the position shape of the polishing removal, the angle of the injection nozzle with respect to the semiconductor substrate 1, the material of the propellant, etc. It is not limited. The step of removing the diffusion layer 2 on the outer peripheral portion of the back surface of the semiconductor substrate 1 having the diffusion layer 2 over the entire circumference to form the junction separating portion 5 is referred to as a 24th step.
【0033】次に図5(f)は、反射防止膜を保護膜と
して、接合分離部5の後処理を行い、接合分離部5の少
なくとも一部に形成されている質の低い接合や表面再結
合の高い表面を除去する。この後処理の方法も、特に限
定されるものではないが、水酸化ナトリウムまたは水酸
化カリウムの水溶液によるウェットエッチングが簡便さ
や量産性などの観点から適している。Next, in FIG. 5 (f), post-treatment of the junction separating portion 5 is performed using the antireflection film as a protective film, and a low quality joint or surface re-formation formed on at least a part of the junction separating portion 5 is performed. Remove high-bond surfaces. The method of this post-treatment is also not particularly limited, but wet etching with an aqueous solution of sodium hydroxide or potassium hydroxide is suitable from the viewpoint of simplicity and mass productivity.
【0034】なお、反射防止膜10の後処理液への耐久
性を調べた所、例えば成膜温度400℃でプラズマCV
Dで形成された、厚さ700Å、屈折率2.2の反射防
止膜の場合、濃度3.2wt%、60℃の水酸化ナトリ
ウム水溶液に対し、約10分間の耐久性がある事が確認
された。When the durability of the antireflection film 10 to the post-treatment liquid was examined, for example, plasma CV at a film forming temperature of 400 ° C.
It was confirmed that the antireflection film formed of D having a thickness of 700 Å and a refractive index of 2.2 has durability for about 10 minutes with respect to a sodium hydroxide aqueous solution having a concentration of 3.2 wt% and 60 ° C. It was
【0035】但し、反射防止膜10には入射光の反射防
止という本来の目的がある為、特性を高く保つには、予
め余分に成膜しておき、後処理による目減り分で調整す
るなどの工夫が重要である。例えば前述した400℃で
屈折率2.2のプラズマCVDによる反射防止膜10を
用い、濃度3.2wt%、60℃の水酸化ナトリウム水
溶液で2.5分間の後処理をおこなう場合、最終的な所
望の膜厚が700Åならば、予めの成膜厚さは850〜
900Åが適切な膜厚となる。However, since the antireflection film 10 has an original purpose of preventing reflection of incident light, in order to keep the characteristics high, an extra film is formed in advance and adjustment is made by a reduction amount due to post-treatment. Ingenuity is important. For example, when the above-described antireflection film 10 formed by plasma CVD with a refractive index of 2.2 at 400 ° C. is used and post-treatment is performed for 2.5 minutes with an aqueous sodium hydroxide solution having a concentration of 3.2 wt% and 60 ° C. If the desired film thickness is 700Å, the film thickness in advance is 850-
An appropriate film thickness is 900Å.
【0036】例えば、デバイス設計の過程で浅い接合を
要する場合や、強いダメージの残る研磨除去を要する場
合などは、後処理の十分な効果を得る為に被覆膜の厚さ
が不足する場合が生じる。この場合は、反射防止膜10
を保護膜として用いる方法が十分な効果を得られやす
い。以上の処理により、接合分離部5の表層部6が溶解
除去され、安定化した新たな接合分離部8が形成され
る。この半導体基板1をウェットエッチングして接合分
離部5の表層部6とともに反射防止膜10を少量エッチ
ングする工程を第25の工程とする。For example, when a shallow junction is required in the process of designing a device, or when polishing removal with strong damage is required, the thickness of the coating film may be insufficient in order to obtain a sufficient effect of post-treatment. Occurs. In this case, the antireflection film 10
The method of using as a protective film is likely to obtain a sufficient effect. By the above processing, the surface layer portion 6 of the junction separating portion 5 is dissolved and removed, and a stabilized new junction separating portion 8 is formed. The step of wet-etching the semiconductor substrate 1 to etch a small amount of the antireflection film 10 together with the surface layer portion 6 of the junction separating portion 5 is referred to as a 25th step.
【0037】次に、図5(g)は、水洗・乾燥をおこな
った上で、表面・裏面の金属ペーストをスクリーニング
印刷して焼成してBSF層9を設けたものである。この
半導体基板1の裏面にBSF層9を形成する工程を第2
6の工程とするNext, FIG. 5 (g) shows that the BSF layer 9 is provided by screen-printing and firing the metal paste on the front and back surfaces after washing and drying with water. The step of forming the BSF layer 9 on the back surface of the semiconductor substrate 1
6 steps
【0038】次に、図5(h)は、集電極12及び集電
極13を形成し、さらに半田浴槽に浸漬して半田被覆1
4を形成し、太陽電池11を完成させたものである。こ
の半導体基板1に集電極を設置し、これらを半田皮膜1
4で覆う工程を第27の工程とする。Next, as shown in FIG. 5 (h), the collector electrode 12 and the collector electrode 13 are formed and further immersed in a solder bath to solder-coat 1
4 is formed and the solar cell 11 is completed. A collector electrode is installed on this semiconductor substrate 1, and these are attached to the solder film 1
The step of covering with 4 is the 27th step.
【0039】このようにすることで、前述したようにウ
ェットエッチングに対して耐久性の高い反射防止膜によ
り、半導体基板の拡散層のエッチングが防止できるの
で、長時間かつエッチング深さが大きいウェットエッチ
ングが可能であり、確実に破壊された表層部を除去する
ことができる。By doing so, since the antireflection film having high durability against wet etching can prevent the diffusion layer of the semiconductor substrate from being etched, wet etching having a long etching depth and a large etching depth can be prevented. It is possible to reliably remove the destroyed surface layer portion.
【0040】[0040]
【発明の効果】このようにして半導体基板の表層部部分
を溶解除去することで、高効率の太陽電池を製造するこ
とができる。As described above, by dissolving and removing the surface layer portion of the semiconductor substrate, a highly efficient solar cell can be manufactured.
【図1】 この発明の実施の形態1における太陽電池の
製造方法である。FIG. 1 is a method for manufacturing a solar cell according to a first embodiment of the present invention.
【図2】 この発明の実施の形態1における太陽電池の
製造方法である。FIG. 2 is a method for manufacturing a solar cell according to the first embodiment of the present invention.
【図3】 この発明の実施の形態1における太陽電池の
性能を比較した分布図である。FIG. 3 is a distribution diagram comparing the performances of the solar cells according to the first embodiment of the present invention.
【図4】 この発明の実施の形態1における太陽電池の
性能を比較したグラフ等である。FIG. 4 is a graph etc. comparing the performance of the solar cells in the first embodiment of the present invention.
【図5】 この発明の実施の形態2における太陽電池の
製造方法である。FIG. 5 is a method for manufacturing a solar cell according to a second embodiment of the present invention.
【図6】 従来の太陽電池の製造方法である。FIG. 6 shows a conventional method for manufacturing a solar cell.
1 半導体基板、 2 拡散層、 3 PN接合部、
4 被覆膜、 5 接合分離部、 6 ウェットエッチ
ング液、 7 表層部、 8 新たな接合分離部、 9
BSF層、 10 反射防止膜、 11 太陽電池、
12 集電極、 13 集電極、 14 半田皮膜。1 semiconductor substrate, 2 diffusion layer, 3 PN junction,
4 coating film, 5 junction separation part, 6 wet etching liquid, 7 surface layer part, 8 new junction separation part, 9
BSF layer, 10 antireflection film, 11 solar cell,
12 collecting electrodes, 13 collecting electrodes, 14 solder films.
Claims (6)
理することで前記半導体基板の全面に拡散層と前記拡散
層を被覆する被覆膜とを形成する工程と、前記半導体基
板の裏面の外周部の前記拡散層を除去して前記半導体基
板の表面と裏面とを電気的に分離する接合分離部を形成
する工程と、前記半導体基板をウェットエッチング液に
浸し、前記接合分離部の表層部をエッチングする工程
と、前記半導体基板の前記被覆膜を除去し前記拡散層を
露出させる工程と、前記半導体基板の裏面にBSF層を
形成し前記半導体基板に電極を設置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。1. A step of forming a diffusion layer and a coating film for covering the diffusion layer on the entire surface of the semiconductor substrate by heat-treating the semiconductor substrate in a semiconductor impurity atmosphere, and an outer peripheral portion of the back surface of the semiconductor substrate. A step of removing the diffusion layer to form a junction separating portion that electrically separates the front surface and the back surface of the semiconductor substrate; and immersing the semiconductor substrate in a wet etching solution to etch the surface layer portion of the junction separating portion. And a step of removing the coating film of the semiconductor substrate to expose the diffusion layer, and a step of forming a BSF layer on the back surface of the semiconductor substrate and installing electrodes on the semiconductor substrate. And a method for manufacturing a solar cell.
の深さまでエッチングされることを特徴とする請求項1
記載の太陽電池の製造方法。2. The surface layer is etched to a depth of 0.3 μm or more and 0.6 μm or less.
A method for manufacturing the solar cell described.
時間は、1分15秒以上5分以下であることを特徴とす
る請求項1および請求項2記載の太陽電池の製造方法。3. The method for manufacturing a solar cell according to claim 1, wherein the time for immersing the semiconductor substrate in the wet etching solution is 1 minute 15 seconds or more and 5 minutes or less.
理することで前記半導体基板の全面に拡散層と前記拡散
層を被覆する被覆膜とを形成する工程と、前記半導体基
板の前記被覆膜を除去し前記拡散層を露出させる工程
と、前記拡散層上に反射防止膜を生膜する工程と、前記
半導体基板の裏面の外周部の前記拡散層を除去して前記
半導体基板の表面と裏面とを電気的に分離する接合分離
部を形成する工程と、前記半導体基板をウェットエッチ
ング液に浸し、前記接合分離部の表層部をエッチングす
る工程と、前記半導体基板の裏面にBSF層を形成し前
記半導体基板に電極を設置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。4. A step of forming a diffusion layer and a coating film for coating the diffusion layer on the entire surface of the semiconductor substrate by heat-treating the semiconductor substrate in a semiconductor impurity atmosphere, and the coating film of the semiconductor substrate. To expose the diffusion layer, to form an antireflection film on the diffusion layer, and to remove the diffusion layer on the outer peripheral portion of the back surface of the semiconductor substrate to remove the diffusion layer from the front surface and the back surface of the semiconductor substrate. A step of electrically forming a junction separation part for electrically separating the semiconductor substrate, a step of immersing the semiconductor substrate in a wet etching solution to etch a surface layer part of the junction separation part, and a BSF layer formed on the back surface of the semiconductor substrate. A step of installing electrodes on the semiconductor substrate.
以上900Å以下であることを特徴とする請求項4記載
の太陽電池の製造方法。5. The thickness of the formed antireflection film is 850Å
It is above 900 Å or less, The manufacturing method of the solar cell according to claim 4 characterized by things.
ム水溶液であることを特徴とする請求項1から請求項5
いずれか記載の太陽電池の製造方法。6. The wet etching solution is an aqueous sodium hydroxide solution, as claimed in any one of claims 1 to 5.
The method for manufacturing a solar cell according to any one of the items.
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