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JP2011018748A - Method of manufacturing solar battery cell - Google Patents

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JP2011018748A JP2009161889A JP2009161889A JP2011018748A JP 2011018748 A JP2011018748 A JP 2011018748A JP 2009161889 A JP2009161889 A JP 2009161889A JP 2009161889 A JP2009161889 A JP 2009161889A JP 2011018748 A JP2011018748 A JP 2011018748A
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Japan
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layer
impurity diffusion
diffusion layer
semiconductor substrate
manufacturing
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JP2009161889A
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Japanese (ja)
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Shoichi Karakida
昇市 唐木田
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method of manufacturing a solar battery cell that can manufacture a solar battery having superior photoelectric conversion efficiency, by removing a dead layer of a surface layer of an impurity diffusion layer in a simple and sure way.SOLUTION: A method of manufacturing a solar battery cell having a light-receiving surface side electrode on one side of a semiconductor substrate, includes: a first step of forming an impurity diffusion layer in which a second conductivity-type impurity element is diffused on one side of the semiconductor substrate of a first conductivity-type; a second step of removing a natural oxide film formed on a surface layer of the impurity diffusion layer using the solution containing hydrofluoric acid by etching; a third step of carrying out a water cleaning process and a drying process to the surface layer of the impurity diffusion layer, to oxygenize the surface layer of the impurity diffusion layer and form a first oxidation layer; a fourth step of removing the first oxidation layer using the solution containing hydrofluoric acid by etching; a fifth step of forming an antireflection film on the impurity diffusion layer; and a sixth step of forming the light-receiving surface side electrode that penetrates the antireflection film and which is electrically connected to the impurity diffusion layer, on the antireflection film.

Description

本発明は、太陽電池の高光電変換効率化を実現するための太陽電池セルの製造方法に関するものである。   The present invention relates to a method for manufacturing a solar battery cell for realizing high photoelectric conversion efficiency of a solar battery.

従来、バルク型太陽電池は一般的に以下のような方法により作製されている。まず、例えば第1導電型の基板としてp型シリコン基板を用意し、鋳造インゴットからスライスした際に発生するシリコン表面のダメージ層を例えば数〜20wt%苛性ソーダや炭酸苛性ソーダで10μm〜20μm厚除去した後、同様のアルカリ低濃度液にIPA(イソプロピルアルコール)を添加した溶液で異方性エッチングを行ない、シリコン(111)面が出るようにテクスチャーを形成する。   Conventionally, bulk solar cells are generally manufactured by the following method. First, for example, a p-type silicon substrate is prepared as a first conductivity type substrate, and a damage layer on the silicon surface generated when slicing from a cast ingot is removed by a thickness of 10 to 20 μm with, for example, several to 20 wt% caustic soda or carbonated caustic soda. Then, anisotropic etching is performed with a solution obtained by adding IPA (isopropyl alcohol) to a similar alkali low-concentration solution to form a texture so that the silicon (111) surface appears.

続いて、例えばオキシ塩化リン(POCl)、窒素、酸素の混合ガス雰囲気で例えば800〜900℃/数十分間処理し、表面前面に一様に第2導電型の不純物層としてn型層を形成する。シリコン表面に一様に形成されたn型層のシート抵抗を30〜80Ω/□程度とすることで、良好な太陽電池の電気特性が得られる。この後、基板をフッ酸水溶液に浸漬し、拡散処理中に表面に堆積したガラス質(PSG)をエッチング除去する。 Subsequently, for example, treatment is performed at a mixed gas atmosphere of, for example, phosphorus oxychloride (POCl 3 ), nitrogen, and oxygen, for example, at 800 to 900 ° C./several tens of minutes, and the n-type layer is uniformly formed as a second conductivity type impurity layer on the front surface. Form. By setting the sheet resistance of the n-type layer uniformly formed on the silicon surface to about 30 to 80 Ω / □, good electric characteristics of the solar cell can be obtained. Thereafter, the substrate is immersed in a hydrofluoric acid aqueous solution, and the glassy material (PSG) deposited on the surface during the diffusion treatment is removed by etching.

次に、基板の裏面等の不要な領域に形成されたn型層を除去する。n型層の除去は、基板の受光面側に形成されたn型層を保護するために高分子レジストペーストをスクリーン印刷法で基板の受光面側に付着・乾燥させた後、例えば20wt%水酸化カリウム溶液中へ基板を数分間浸漬することにより行う。その後、レジストを有機溶剤で除去する。この基板の裏面等のn型層を除去する別の方法として、工程の最後にレーザやドライエッチングにより端面分離を行う方法もある。   Next, the n-type layer formed in an unnecessary region such as the back surface of the substrate is removed. The removal of the n-type layer is performed, for example, by applying a polymer resist paste to the light-receiving surface side of the substrate by screen printing in order to protect the n-type layer formed on the light-receiving surface side of the substrate. This is performed by immersing the substrate in a potassium oxide solution for several minutes. Thereafter, the resist is removed with an organic solvent. As another method of removing the n-type layer such as the back surface of the substrate, there is a method of performing end face separation by laser or dry etching at the end of the process.

次に、反射防止を目的とした絶縁膜(反射防止膜)としてシリコン酸化膜、シリコン窒化膜、酸化チタン膜などの絶縁膜をn型層の表面に一様な厚みで形成する。反射防止膜としてシリコン窒化膜を形成する場合は、例えばプラズマCVD法でSiHガス及びNHガスを原材料にして、300℃以上、減圧下の条件で成膜形成する。反射防止膜の屈折率は2.0〜2.2程度であり、最適な膜厚は70nm〜90nm程度である。なお、このようにして形成される反射防止膜は絶縁体であることに注意すべきであり、表面側電極をこの上に単に形成しただけでは、太陽電池として作用しない。 Next, an insulating film such as a silicon oxide film, a silicon nitride film, or a titanium oxide film is formed with a uniform thickness on the surface of the n-type layer as an insulating film (antireflection film) for the purpose of preventing reflection. In the case of forming a silicon nitride film as the antireflection film, it is formed by, for example, plasma CVD using SiH 4 gas and NH 3 gas as raw materials under conditions of 300 ° C. or higher and reduced pressure. The refractive index of the antireflection film is about 2.0 to 2.2, and the optimum film thickness is about 70 nm to 90 nm. It should be noted that the antireflection film formed in this way is an insulator, and merely forming the surface-side electrode thereon does not act as a solar cell.

次に、グリッド電極形成用およびバス電極形成用のマスクを使用して、表面側電極となる銀ペーストを反射防止膜上にグリッド電極およびバス電極の形状にスクリーン印刷法により塗布し、乾燥させる。   Next, using a grid electrode forming mask and a bus electrode forming mask, a silver paste to be a surface side electrode is applied to the shape of the grid electrode and the bus electrode on the antireflection film by a screen printing method and dried.

次に、裏アルミニウム電極となる裏アルミニウム電極ペースト、および裏銀バス電極となる裏銀ペーストを基板の裏面にそれぞれ裏アルミニウム電極の形状および裏銀バス電極の形状にスクリーン印刷法により塗布し、乾燥させる。   Next, apply the back aluminum electrode paste to be the back aluminum electrode and the back silver paste to be the back silver bus electrode to the back surface of the substrate by the screen printing method on the back aluminum electrode shape and back silver bus electrode shape, respectively, and dry Let

次に、シリコン基板の表裏面に塗布した電極ペーストを同時に600℃〜900℃程度で数分間焼成する。これにより、反射防止膜上に表面側電極としてグリッド電極およびバス電極が形成され、シリコン基板の裏面に裏面側電極として裏アルミニウム電極および裏銀バス電極が形成される。ここで、シリコン基板の表面側では銀ペースト中に含まれているガラス材料で反射防止膜が溶融している間に銀材料がシリコンと接触し、再凝固する。これにより、表面側電極とシリコン基板(n型層)との導通が確保される。このようなプロセスは、ファイヤースルー法と呼ばれている。また、裏アルミニウム電極ペーストもシリコン基板の裏面と反応し、裏アルミニウム電極の直下にp+層が形成される。   Next, the electrode paste applied to the front and back surfaces of the silicon substrate is simultaneously fired at about 600 ° C. to 900 ° C. for several minutes. Thereby, a grid electrode and a bus electrode are formed on the antireflection film as the front surface side electrode, and a back aluminum electrode and a back silver bus electrode are formed on the back surface of the silicon substrate as the back surface side electrode. Here, on the surface side of the silicon substrate, the silver material comes into contact with silicon and re-solidifies while the antireflection film is melted with the glass material contained in the silver paste. Thereby, electrical connection between the surface side electrode and the silicon substrate (n-type layer) is ensured. Such a process is called a fire-through method. Also, the back aluminum electrode paste reacts with the back surface of the silicon substrate, and a p + layer is formed immediately below the back aluminum electrode.

このように形成される太陽電池の効率を更に向上させる一つの方法として、例えばn型層の表面にサブミクロン程度のエッチングを施す技術が報告されている(たとえば、非特許文献1参照)。これは、デッド層と呼ばれるn型層の最表面層を除去することを目的としている。デッド層は、n型層の表面付近の不純物密度が1021cm−3程度となった層であり、少数キャリアである正孔の寿命を低下させる為、太陽電池の光電変換効率低下の原因となる。 As one method for further improving the efficiency of the solar cell formed as described above, for example, a technique for etching the surface of the n-type layer to the order of submicron has been reported (for example, see Non-Patent Document 1). This is intended to remove the outermost surface layer of the n-type layer called a dead layer. The dead layer is a layer in which the impurity density in the vicinity of the surface of the n-type layer is about 1021 cm −3 , and decreases the lifetime of holes that are minority carriers, which causes a decrease in photoelectric conversion efficiency of the solar cell.

このデッド層のエッチングの方法として、例えばn型層の形成後に水蒸気酸化によりn型層の表面に酸化膜を形成し、該酸化層をウェットエッチングにより除去する方法が報告されている(たとえば、非特許文献2参照)。また、その他の方法としては、フッ酸と硝酸との混合液によりエッチングすることが、シリコンのエッチング方法としては、広く知られている。   As a method for etching the dead layer, for example, a method in which an oxide film is formed on the surface of the n-type layer by steam oxidation after the formation of the n-type layer and the oxide layer is removed by wet etching (for example, non-etching) is reported. Patent Document 2). As another method, etching using a mixed solution of hydrofluoric acid and nitric acid is widely known as a silicon etching method.

J. Lindmayer & J. Allison 「AN IMPROVED SILICON SOLAR CELL - THE VIOLET CELL」 IEEE Photovoltaic Specialists Conference 9th p.83J. Lindmayer & J. Allison “AN IMPROVED SILICON SOLAR CELL-THE VIOLET CELL” IEEE Photovoltaic Specialists Conference 9th p.83 電気学会著 「太陽電池ハンドブック」電気学会 1985年 p.46The Institute of Electrical Engineers of Japan "Solar Cell Handbook" The Institute of Electrical Engineers of Japan 1985

しかしながら、上記の水蒸気酸化による方法の場合は、設備を新しく導入する必要が生じ、工程も複雑となる。また、1回の処理で所望の酸化膜厚を形成できなかった際には、もう一度、水蒸気酸化処理が必要となる為、手間となり、また膜厚の微調整も難しい。   However, in the case of the above-described method using steam oxidation, it is necessary to newly introduce equipment, and the process becomes complicated. In addition, when a desired oxide film thickness cannot be formed by one process, a steam oxidation process is required again, which is troublesome and fine adjustment of the film thickness is difficult.

一方、フッ酸と硝酸との混合液によるエッチングの場合は、毒物および劇物取締法や労働安全衛生法の規制対象である硝酸を使用する必要が生じ、処理工程における廃液方法等について慎重な対応が必要である。さらに、このエッチング方法では、混合比率や液寿命などの液濃度管理やエッチングによる面内分布にも細かい配慮が必要となる。   On the other hand, in the case of etching with a mixture of hydrofluoric acid and nitric acid, it is necessary to use nitric acid, which is regulated by the Poisonous and Deleterious Substances Control Law and the Occupational Safety and Health Law. is required. Further, in this etching method, it is necessary to pay close attention to the liquid concentration management such as the mixing ratio and the liquid life and the in-plane distribution by etching.

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、簡便かつ確実に不純物拡散層の表層のデッド層を除去して光電変換効率に優れた太陽電池を製造可能な太陽電池セルの製造方法を得ることを目的とする。   The present invention has been made in view of the above, and a solar cell manufacturing method capable of manufacturing a solar cell excellent in photoelectric conversion efficiency by removing a dead layer on the surface of an impurity diffusion layer easily and reliably. The purpose is to obtain.

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる太陽電池セルの製造方法は、半導体基板の一面側に受光面側電極を有する太陽電池セルの製造方法であって、第1導電型の前記半導体基板の一面側に、第2導電型の不純物元素が拡散された不純物拡散層を形成する第1工程と、前記不純物拡散層の表層に形成された自然酸化膜を、フッ酸を含む溶液を用いてエッチング除去する第2工程と、前記不純物拡散層の表層に水洗処理および乾燥処理を施すことにより前記不純物拡散層の表層を酸化して第1の酸化層を形成する第3工程と、前記第1の酸化層を、フッ酸を含む溶液を用いてエッチング除去する第4工程と、前記不純物拡散層上に反射防止膜を形成する第5工程と、前記反射防止膜を貫通して前記不純物拡散層に電気的に接続する前記受光面側電極を前記反射防止膜上に形成する第6工程と、を含むことを特徴とする。   In order to solve the above-described problems and achieve the object, a method for manufacturing a solar cell according to the present invention is a method for manufacturing a solar cell having a light-receiving surface side electrode on one surface side of a semiconductor substrate. A first step of forming an impurity diffusion layer in which an impurity element of the second conductivity type is diffused on one surface side of the semiconductor substrate of the conductivity type, and a natural oxide film formed on a surface layer of the impurity diffusion layer are made of hydrofluoric acid And a second step of etching and removing using a solution containing, a third step of oxidizing the surface layer of the impurity diffusion layer by subjecting the surface layer of the impurity diffusion layer to a water washing process and a drying process to form a first oxide layer A fourth step of etching and removing the first oxide layer using a solution containing hydrofluoric acid, a fifth step of forming an antireflection film on the impurity diffusion layer, and penetrating the antireflection film. Electrically into the impurity diffusion layer A sixth step of forming the light-receiving surface side electrode connected onto the anti-reflecting layer, characterized in that it comprises a.

本発明によれば、通常の太陽電池セルの製造工程で使用されている一般的な薬液であるフッ酸のみを使用して簡便かつ確実に不純物拡散層の表層のデッド層を除去して光電変換効率に優れた太陽電池セルを製造することができる、という効果を奏する。   According to the present invention, the surface dead layer of the impurity diffusion layer is simply and surely removed using only hydrofluoric acid, which is a general chemical solution used in the manufacturing process of ordinary solar cells, and photoelectric conversion is performed. There is an effect that a solar cell excellent in efficiency can be manufactured.

図1−1は、本発明の実施の形態にかかる太陽電池セルを受光面側から見た上面図である。FIG. 1-1 is a top view of a solar battery cell according to an embodiment of the present invention as viewed from the light receiving surface side. 図1−2は、本発明の実施の形態にかかる太陽電池セルを受光面と反対側から見た下面図である。FIG. 1-2 is a bottom view of the solar battery cell according to the embodiment of the present invention as viewed from the side opposite to the light receiving surface. 図1−3は、本発明の実施の形態にかかる太陽電池セルの図1−2のA−A方向における要部断面図である。1-3 is principal part sectional drawing in the AA direction of FIGS. 1-2 of the photovoltaic cell concerning embodiment of this invention. 図1−4は、本発明の実施の形態にかかる太陽電池セルの図1−2のB−B方向における要部断面図である。1-4 is principal part sectional drawing in the BB direction of FIGS. 1-2 of the photovoltaic cell concerning embodiment of this invention. 図2は、本発明の実施の形態にかかる太陽電池セルの製造工程の一例を説明するためのフローチャートである。FIG. 2 is a flowchart for explaining an example of the manufacturing process of the solar battery cell according to the embodiment of the present invention. 図3−1は、本発明の実施の形態にかかる太陽電池セルの製造工程の一例を説明するための断面図である。FIGS. 3-1 is sectional drawing for demonstrating an example of the manufacturing process of the photovoltaic cell concerning embodiment of this invention. FIGS. 図3−2は、本発明の実施の形態にかかる太陽電池セルの製造工程の一例を説明するための断面図である。3-2 is sectional drawing for demonstrating an example of the manufacturing process of the photovoltaic cell concerning embodiment of this invention. 図3−3は、本発明の実施の形態にかかる太陽電池セルの製造工程の一例を説明するための断面図である。FIGS. 3-3 is sectional drawing for demonstrating an example of the manufacturing process of the photovoltaic cell concerning embodiment of this invention. FIGS. 図3−4は、本発明の実施の形態にかかる太陽電池セルの製造工程の一例を説明するための断面図である。3-4 is sectional drawing for demonstrating an example of the manufacturing process of the photovoltaic cell concerning embodiment of this invention. 図3−5は、本発明の実施の形態にかかる太陽電池セルの製造工程の一例を説明するための断面図である。3-5 is sectional drawing for demonstrating an example of the manufacturing process of the photovoltaic cell concerning embodiment of this invention. 図3−6は、本発明の実施の形態にかかる太陽電池セルの製造工程の一例を説明するための断面図である。3-6 is sectional drawing for demonstrating an example of the manufacturing process of the photovoltaic cell concerning embodiment of this invention. 図3−7は、本発明の実施の形態にかかる太陽電池セルの製造工程の一例を説明するための断面図である。3-7 is sectional drawing for demonstrating an example of the manufacturing process of the photovoltaic cell concerning embodiment of this invention. 図3−8は、本発明の実施の形態にかかる太陽電池セルの製造工程の一例を説明するための断面図である。FIGS. 3-8 is sectional drawing for demonstrating an example of the manufacturing process of the photovoltaic cell concerning embodiment of this invention. FIGS.

以下に、本発明にかかる太陽電池セルの製造方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は以下の記述に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。また、以下に示す図面においては、理解の容易のため、各部材の縮尺が実際とは異なる場合がある。各図面間においても同様である。   Embodiments of a method for manufacturing a solar battery cell according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. In addition, this invention is not limited to the following description, In the range which does not deviate from the summary of this invention, it can change suitably. In the drawings shown below, the scale of each member may be different from the actual scale for easy understanding. The same applies between the drawings.

実施の形態
図1−1〜図1−4は、本発明の実施の形態にかかる太陽電池セル1の構成を説明するための図であり、図1−1は、受光面側から見た太陽電池セル1の上面図、図1−2は、受光面と反対側からみた太陽電池セル1の下面図、図1−3は、図1−2のA−A方向における太陽電池セル1の要部断面図、図1−4は、図1−2のB−B方向における太陽電池セル1の要部断面図である。
Embodiment FIGS. 1-1 to 1-4 are diagrams for explaining the configuration of a solar battery cell 1 according to an embodiment of the present invention, and FIG. 1-1 shows the sun as seen from the light-receiving surface side. Fig. 1-2 is a top view of the battery cell 1, Fig. 1-2 is a bottom view of the solar cell 1 viewed from the side opposite to the light receiving surface, and Fig. 1-3 is a schematic diagram of the solar cell 1 in the AA direction of Fig. 1-2. FIG. 1-4 is a partial cross-sectional view of the solar cell 1 in the BB direction of FIG. 1-2.

本実施の形態にかかる太陽電池セル1においては、p型単結晶シリコンからなる半導体基板2の受光面側にリン拡散によってn型不純物拡散層3が形成されて、pn接合を有する半導体基板11が形成されているとともに、n型不純物拡散層3上にシリコン窒化膜(SiN膜)よりなる反射防止膜4が形成されている。なお、半導体基板2としてはp型単結晶のシリコン基板に限定されず、p型多結晶のシリコン基板やn型の多結晶のシリコン基板、n型の単結晶シリコン基板を用いてもよい。   In the solar cell 1 according to the present embodiment, an n-type impurity diffusion layer 3 is formed by phosphorous diffusion on the light receiving surface side of a semiconductor substrate 2 made of p-type single crystal silicon, and a semiconductor substrate 11 having a pn junction is formed. In addition, an antireflection film 4 made of a silicon nitride film (SiN film) is formed on the n-type impurity diffusion layer 3. The semiconductor substrate 2 is not limited to a p-type single crystal silicon substrate, and may be a p-type polycrystalline silicon substrate, an n-type polycrystalline silicon substrate, or an n-type single crystal silicon substrate.

また、半導体基板11(n型不純物拡散層3)の受光面側の表面には、テクスチャー構造として微小凹凸が形成されている。微小凹凸は、受光面において外部からの光を吸収する面積を増加し、受光面における反射率を抑え、光を閉じ込める構造となっている。   In addition, fine irregularities are formed as a texture structure on the surface of the semiconductor substrate 11 (n-type impurity diffusion layer 3) on the light receiving surface side. The micro unevenness increases the area for absorbing light from the outside on the light receiving surface, suppresses the reflectance on the light receiving surface, and has a structure for confining light.

反射防止膜4は、シリコン窒化膜(SiN膜)、シリコン酸化膜(SiO膜)や酸化チタン膜(TiO)膜などの絶縁膜からなる。また、半導体基板11の受光面側には、長尺細長の表銀グリッド電極5が複数並べて設けられ、この表銀グリッド電極5と導通する表銀バス電極6が該表銀グリッド電極5と略直交するように設けられており、それぞれ底面部においてn型不純物拡散層3に電気的に接続している。表銀グリッド電極5および表銀バス電極6は銀材料により構成されている。 The antireflection film 4 is made of an insulating film such as a silicon nitride film (SiN film), a silicon oxide film (SiO 2 film), or a titanium oxide film (TiO 2 ) film. In addition, a plurality of long and narrow surface silver grid electrodes 5 are arranged side by side on the light receiving surface side of the semiconductor substrate 11, and a surface silver bus electrode 6 electrically connected to the surface silver grid electrode 5 is substantially the same as the surface silver grid electrode 5. They are provided so as to be orthogonal to each other, and are respectively electrically connected to the n-type impurity diffusion layer 3 at the bottom portion. The front silver grid electrode 5 and the front silver bus electrode 6 are made of a silver material.

表銀グリッド電極5は、例えば100μm〜200μm程度の幅を有するとともに2mm程度の間隔で略平行に配置され、半導体基板11の内部で発電した電気を集電する。また、表銀バス電極6は、例えば1mm〜3mm程度の幅を有するとともに太陽電池セル1枚当たりに2本〜3本配置され、表銀グリッド電極5で集電した電気を外部に取り出す。そして、表銀グリッド電極5と表銀バス電極6とにより第1電極である受光面側電極12が構成される。受光面側電極12は、半導体基板11に入射する太陽光を遮ってしまうため、可能なかぎり面積を小さくすることが発電効率向上の観点では望ましく、図1−1に示すような櫛型の表銀グリッド電極5とバー状の表銀バス電極6として配置してするのが一般的である。   The front silver grid electrode 5 has a width of, for example, about 100 μm to 200 μm and is arranged substantially in parallel at an interval of about 2 mm, and collects electricity generated inside the semiconductor substrate 11. Moreover, the surface silver bus electrode 6 has a width of about 1 mm to 3 mm, for example, and is disposed in a number of 2 to 3 per solar cell, and takes out the electricity collected by the surface silver grid electrode 5 to the outside. The front silver grid electrode 5 and the front silver bus electrode 6 constitute a light receiving surface side electrode 12 as a first electrode. Since the light-receiving surface side electrode 12 blocks sunlight incident on the semiconductor substrate 11, it is desirable to reduce the area as much as possible from the viewpoint of improving the power generation efficiency. A comb-shaped table as shown in FIG. In general, the silver grid electrode 5 and the bar-shaped front silver bus electrode 6 are arranged.

シリコン太陽電池セルの受光面側電極の電極材料には、通常、銀ペーストが用いられ、例えば、鉛ボロンガラスが添加されている。このガラスはフリット状のもので、例えば、鉛(Pb)5〜30wt%、ボロン(B)5〜10wt%、シリコン(Si)5〜15wt%、酸素(O)30〜60wt%の組成から成り、さらに、亜鉛(Zn)やカドミウム(Cd)なども数wt%程度混合される場合もある。このような鉛ボロンガラスは、数百℃(例えば、800℃)の加熱で溶解し、その際にシリコンを侵食する性質を有している。また一般に、結晶系シリコン太陽電池セルの製造方法においては、このガラスフリットの特性を利用して、シリコン基板と銀ペーストとの電気的接触を得る方法が用いられている。   As the electrode material of the light receiving surface side electrode of the silicon solar battery cell, a silver paste is usually used, for example, lead boron glass is added. This glass has a frit shape and is composed of, for example, a composition of 5-30 wt% lead (Pb), 5-10 wt% boron (B), 5-15 wt% silicon (Si), and 30-60 wt% oxygen (O). Furthermore, zinc (Zn), cadmium (Cd), etc. may be mixed by several wt%. Such lead boron glass has a property of melting by heating at several hundred degrees C. (for example, 800.degree. C.) and eroding silicon at that time. In general, in a method for manufacturing a crystalline silicon solar battery cell, a method of obtaining electrical contact between a silicon substrate and a silver paste by using the characteristics of the glass frit is used.

一方、半導体基板11の裏面(受光面と反対側の面)には、全体にわたってアルミニウム材料からなる裏アルミニウム電極7が設けられ、また表銀バス電極6と略同一方向に延在して銀材料からなる裏銀電極8が設けられている。そして、裏アルミニウム電極7と裏銀電極8とにより第2電極である裏面側電極13が構成される。また、裏アルミニウム電極7には、半導体基板11を通過する長波長光を反射させて発電に再利用するBSR(Back Surface Reflection)効果も期待している。   On the other hand, a back aluminum electrode 7 made of an aluminum material is provided on the entire back surface (surface opposite to the light receiving surface) of the semiconductor substrate 11 and extends in substantially the same direction as the front silver bus electrode 6. The back silver electrode 8 which consists of is provided. The back aluminum electrode 7 and the back silver electrode 8 constitute a back electrode 13 as a second electrode. The back aluminum electrode 7 is also expected to have a BSR (Back Surface Reflection) effect in which long-wavelength light passing through the semiconductor substrate 11 is reflected and reused for power generation.

上記のような受光面側電極12の材料としては銀を、裏面側電極の材料としてはアルミニウムと必要に応じて一部領域には銀を主成分とする材料を用いることが、低コストおよび性能向上の観点で一般的である。   Low cost and performance can be achieved by using silver as the material for the light receiving surface side electrode 12 as described above, aluminum as the material for the back surface side electrode, and, if necessary, a material mainly composed of silver in a partial region. It is common in terms of improvement.

また、半導体基板11の裏面(受光面と反対側の面)側の表層部には、高濃度不純物を含んだp+層(BSF(Back Surface Field))9が形成されている。p+層(BSF)9は、BSF効果を得るために設けられ、p型層(半導体基板2)中の電子が消滅しないようにバンド構造の電界でp型層(半導体基板2)電子濃度を高めるようにする。   Further, a p + layer (BSF (Back Surface Field)) 9 containing a high-concentration impurity is formed on the surface layer portion on the back surface (surface opposite to the light receiving surface) of the semiconductor substrate 11. The p + layer (BSF) 9 is provided to obtain the BSF effect, and the electron concentration of the p-type layer (semiconductor substrate 2) is increased by an electric field having a band structure so that electrons in the p-type layer (semiconductor substrate 2) do not disappear. Like that.

このように構成された太陽電池セル1では、太陽光が太陽電池セル1の受光面側から半導体基板11のpn接合面(半導体基板2とn型不純物拡散層3との接合面)に照射されると、ホールと電子が生成する。pn接合部の電界によって、生成した電子はn型不純物拡散層3に向かって移動し、ホールはp+層9に向かって移動する。これにより、n型不純物拡散層3に電子が過剰となり、p+層9にホールが過剰となる結果、光起電力が発生する。この光起電力はpn接合を順方向にバイアスする向きに生じ、n型不純物拡散層3に接続した受光面側電極12がマイナス極となり、p+層9に接続した裏アルミニウム電極7がプラス極となって、図示しない外部回路に電流が流れる。   In the solar cell 1 configured as described above, sunlight is applied to the pn junction surface (the junction surface between the semiconductor substrate 2 and the n-type impurity diffusion layer 3) of the semiconductor substrate 11 from the light receiving surface side of the solar cell 1. Then, holes and electrons are generated. Due to the electric field at the pn junction, the generated electrons move toward the n-type impurity diffusion layer 3 and the holes move toward the p + layer 9. As a result, electrons are excessive in the n-type impurity diffusion layer 3 and holes are excessive in the p + layer 9. As a result, a photovoltaic force is generated. This photovoltaic force is generated in the direction of biasing the pn junction in the forward direction, the light receiving surface side electrode 12 connected to the n-type impurity diffusion layer 3 becomes a negative pole, and the back aluminum electrode 7 connected to the p + layer 9 becomes a positive pole. Thus, a current flows through an external circuit (not shown).

以上のように構成された本実施の形態にかかる太陽電池セル1では、デッド層と呼ばれるn型不純物拡散層3の最表面層が確実に除去されており、n型不純物拡散層3上に直接反射防止膜4および受光面側電極12が設けられている。デッド層は、n型不純物拡散層3の表面付近の不純物密度が1021cm−3程度となった層であり、少数キャリアであるホール(正孔)の寿命を低下させる為、太陽電池の光電変換効率低下の原因となる。この太陽電池セル1では、n型不純物拡散層3の最表面にこのようなn型不純物拡散層3が存在しないため、デッド層に起因した太陽電池の光電変換効率の低下が防止され、良好なセル特性を有する太陽電池セルが実現されている。 In the solar battery cell 1 according to the present embodiment configured as described above, the outermost surface layer of the n-type impurity diffusion layer 3 called a dead layer is surely removed and directly on the n-type impurity diffusion layer 3. An antireflection film 4 and a light receiving surface side electrode 12 are provided. The dead layer is a layer in which the impurity density in the vicinity of the surface of the n-type impurity diffusion layer 3 is about 1021 cm −3 and reduces the lifetime of holes that are minority carriers. Causes a drop. In this solar cell 1, since such an n-type impurity diffusion layer 3 does not exist on the outermost surface of the n-type impurity diffusion layer 3, it is possible to prevent a decrease in photoelectric conversion efficiency of the solar cell due to the dead layer, which is favorable. Solar cells having cell characteristics have been realized.

以下、本実施の形態にかかる太陽電池セル1の製造方法について図面に沿って説明する。図2は、本発明の実施の形態にかかる太陽電池セル1の製造工程の一例を説明するためのフローチャートである。図3−1〜図3−8は、本発明の実施の形態にかかる太陽電池セル1の製造工程の一例を説明するための断面図である。   Hereinafter, the manufacturing method of the photovoltaic cell 1 concerning this Embodiment is demonstrated along drawing. FIG. 2 is a flowchart for explaining an example of the manufacturing process of the solar battery cell 1 according to the embodiment of the present invention. FIGS. 3-1 to 3-8 are cross-sectional views for explaining an example of the manufacturing process of the solar battery cell 1 according to the embodiment of the present invention.

まず、半導体基板2として例えば数百μm厚のp型単結晶シリコン基板を用意する(図3−1)。p型単結晶シリコン基板は、溶融したシリコンを冷却固化してできたインゴットをワイヤーソーでスライスして製造するため、表面にスライス時のダメージが残っている。そこで、p型単結晶シリコン基板を酸または加熱したアルカリ溶液中、例えば水酸化ナトリウム水溶液に浸漬して表面をエッチングすることにより、シリコン基板の切り出し時に発生してp型単結晶シリコン基板の表面近くに存在するダメージ領域を取り除く。例えば数〜20wt%苛性ソーダや炭酸苛性ソーダで10μm〜20μm厚だけ表面を除去する。なお、半導体基板2に用いるp型シリコン基板は単結晶、多結晶のいずれでも良いが、ここでは、比抵抗が0.1Ω・cm〜5Ω・cmであり、(100)面方位のp型単結晶シリコン基板を例に説明する。   First, as the semiconductor substrate 2, for example, a p-type single crystal silicon substrate having a thickness of several hundred μm is prepared (FIG. 3-1). Since the p-type single crystal silicon substrate is manufactured by slicing an ingot formed by cooling and solidifying molten silicon with a wire saw, damage at the time of slicing remains on the surface. Therefore, the p-type single crystal silicon substrate is etched near the surface of the p-type single crystal silicon substrate by etching the surface by immersing the surface in an acid or heated alkaline solution, for example, an aqueous sodium hydroxide solution. Remove the damage area that exists in the. For example, the surface is removed by a thickness of 10 μm to 20 μm with several to 20 wt% caustic soda or carbonated caustic soda. The p-type silicon substrate used for the semiconductor substrate 2 may be either a single crystal or a polycrystal, but here, the specific resistance is 0.1 Ω · cm to 5 Ω · cm, and the p-type single substrate has a (100) plane orientation. A crystalline silicon substrate will be described as an example.

ダメージ除去に続いて、同様のアルカリ低濃度液にIPA(イソプロピルアルコール)を添加した溶液でp型単結晶シリコン基板の異方性エッチングを行ない、シリコン(111)面が出るようにp型単結晶シリコン基板の受光面側の表面に微小凹凸を形成してテクスチャー構造2aを形成する(ステップS10、図3−2)。このようなテクスチャー構造をp型単結晶シリコン基板の受光面側に設けることで、太陽電池セル1の表面側で光の多重反射を生じさせ、太陽電池セル1に入射する光を効率的に半導体基板11の内部に吸収させることができ、実効的に反射率を低減して変換効率を向上させることができる。アルカリ溶液で、ダメージ層の除去およびテクスチャー構造の形成を行う場合は、アルカリ溶液の濃度をそれぞれの目的に応じた濃度に調整し、連続処理をする場合がある。   Following the removal of damage, anisotropic etching of the p-type single crystal silicon substrate is performed with a solution obtained by adding IPA (isopropyl alcohol) to the same low-concentration alkali solution, and the p-type single crystal is formed so that the silicon (111) surface appears. The texture structure 2a is formed by forming minute irregularities on the light receiving surface side of the silicon substrate (step S10, FIG. 3-2). By providing such a texture structure on the light-receiving surface side of the p-type single crystal silicon substrate, multiple reflection of light is generated on the surface side of the solar battery cell 1, and the light incident on the solar battery cell 1 is efficiently semiconductor The light can be absorbed in the substrate 11, and the conversion efficiency can be improved by effectively reducing the reflectance. When the damaged layer is removed and the texture structure is formed with an alkaline solution, the concentration of the alkaline solution may be adjusted to a concentration according to each purpose, and continuous treatment may be performed.

つぎに、半導体基板2にpn接合を形成する(ステップS20、図3−3)。すなわち、リン(P)等のV族元素を半導体基板2に拡散等させて数百nm厚のn型不純物拡散層3を形成する。ここでは、表面にテクスチャー構造を形成したp型単結晶シリコン基板に対して、熱拡散によりオキシ塩化リン(POCl)を拡散させてpn接合を形成する。これにより、第1導電型層であるp型単結晶シリコンからなる半導体基板2と、該半導体基板2の受光面側に形成された第2導電型層であるn型不純物拡散層3と、によりpn接合が構成された半導体基板11が得られる。 Next, a pn junction is formed in the semiconductor substrate 2 (step S20, FIG. 3-3). That is, a group V element such as phosphorus (P) is diffused into the semiconductor substrate 2 to form the n-type impurity diffusion layer 3 having a thickness of several hundred nm. Here, a pn junction is formed by diffusing phosphorus oxychloride (POCl 3 ) by thermal diffusion with respect to a p-type single crystal silicon substrate having a texture structure on the surface. Thus, the semiconductor substrate 2 made of p-type single crystal silicon which is the first conductivity type layer, and the n-type impurity diffusion layer 3 which is the second conductivity type layer formed on the light receiving surface side of the semiconductor substrate 2, A semiconductor substrate 11 having a pn junction is obtained.

この拡散工程では、p型単結晶シリコン基板を例えばオキシ塩化リン(POCl)ガス窒素ガス、酸素ガスの混合ガス雰囲気中で気相拡散法により例えば800℃〜900℃の高温で数十分間、熱拡散させてp型単結晶シリコン基板の表面層にリン(P)が拡散したn型不純物拡散層3を一様に形成する。半導体基板2の表面に形成されたn型不純物拡散層3のシート抵抗の範囲が30Ω/□〜80Ω/□程度である場合に良好な太陽電池の電気特性が得られる。 In this diffusion step, the p-type single crystal silicon substrate is placed in a mixed gas atmosphere of, for example, phosphorus oxychloride (POCl 3 ) gas nitrogen gas and oxygen gas at a high temperature of, for example, 800 ° C. to 900 ° C. for several tens of minutes. Then, the n-type impurity diffusion layer 3 in which phosphorus (P) is diffused is uniformly formed in the surface layer of the p-type single crystal silicon substrate by thermal diffusion. Good electrical characteristics of the solar cell can be obtained when the sheet resistance range of the n-type impurity diffusion layer 3 formed on the surface of the semiconductor substrate 2 is about 30Ω / □ to 80Ω / □.

ここで、n型不純物拡散層3の形成直後の表面には拡散処理中に表面に堆積したガラス質(燐珪酸ガラス、PSG:Phospho-Silicate Glass)層が形成されているため、該リンガラス層をフッ酸溶液等を用いて除去する。   Here, since a glassy (phosphosilicate glass, PSG: Phospho-Silicate Glass) layer deposited on the surface during the diffusion treatment is formed on the surface immediately after the formation of the n-type impurity diffusion layer 3, the phosphorus glass layer Is removed using a hydrofluoric acid solution or the like.

なお、図中における記載は省略しているが、n型不純物拡散層3は半導体基板2の全面に形成される。そこで、半導体基板2の裏面等に形成されたn型不純物拡散層3の影響を取り除くために、半導体基板2の受光面側のみにn型不純物拡散層3を残して、それ以外の領域のn型不純物拡散層3を除去する。   Although not shown in the figure, the n-type impurity diffusion layer 3 is formed on the entire surface of the semiconductor substrate 2. Therefore, in order to remove the influence of the n-type impurity diffusion layer 3 formed on the back surface or the like of the semiconductor substrate 2, the n-type impurity diffusion layer 3 is left only on the light-receiving surface side of the semiconductor substrate 2, and n in other regions is left. The type impurity diffusion layer 3 is removed.

例えば、半導体基板2の受光面側のn型不純物拡散層3を保護するために、半導体基板2の受光面側に高分子レジストペーストをスクリーン印刷法で塗布し、乾燥させる。そして、半導体基板2を例えば20wt%水酸化カリウム溶液中へ数分間浸漬して、半導体基板2の受光面側以外の表面に形成されたn型不純物拡散層3を除去する。その後、高分子レジストを有機溶剤で除去する。これにより、半導体基板2の受光面側のみにn型不純物拡散層3を残すことができる。なお、半導体基板2の裏面等のn型不純物拡散層3の影響を除くために行う別の方法として、工程の最後にレーザやドライエチングにより端面分離を行うこともある。また、予め、半導体基板2の受光面側のみにn型不純物拡散層3を形成してもよい。   For example, in order to protect the n-type impurity diffusion layer 3 on the light receiving surface side of the semiconductor substrate 2, a polymer resist paste is applied to the light receiving surface side of the semiconductor substrate 2 by a screen printing method and dried. Then, the semiconductor substrate 2 is immersed in a 20 wt% potassium hydroxide solution for several minutes, for example, and the n-type impurity diffusion layer 3 formed on the surface other than the light receiving surface side of the semiconductor substrate 2 is removed. Thereafter, the polymer resist is removed with an organic solvent. Thereby, the n-type impurity diffusion layer 3 can be left only on the light receiving surface side of the semiconductor substrate 2. As another method for removing the influence of the n-type impurity diffusion layer 3 such as the back surface of the semiconductor substrate 2, end face separation may be performed by laser or dry etching at the end of the process. Alternatively, n-type impurity diffusion layer 3 may be formed only on the light-receiving surface side of semiconductor substrate 2 in advance.

次に、半導体基板2をフッ酸水溶液に浸漬して、半導体基板2の表面に形成された自然酸化膜(図示せず)をエッチング除去する(ステップS30)。続いて、室温において半導体基板2に対して水洗処理および乾燥処理を施して、半導体基板2の表面に新たな酸化膜3aを形成する(ステップS40、図3−4)。ここで、n型不純物拡散層3の表面では、最表面層に形成されているデッド層が酸化されて新たな酸化膜3aとなる。次に、再度、半導体基板2をフッ酸水溶液に浸漬して、半導体基板2の表面に形成された新たな酸化膜3aをエッチング除去する(ステップS50、図3−5)。   Next, the semiconductor substrate 2 is immersed in a hydrofluoric acid aqueous solution, and a natural oxide film (not shown) formed on the surface of the semiconductor substrate 2 is removed by etching (step S30). Subsequently, the semiconductor substrate 2 is washed with water and dried at room temperature to form a new oxide film 3a on the surface of the semiconductor substrate 2 (step S40, FIG. 3-4). Here, on the surface of the n-type impurity diffusion layer 3, the dead layer formed in the outermost surface layer is oxidized to form a new oxide film 3a. Next, the semiconductor substrate 2 is again immersed in a hydrofluoric acid aqueous solution, and the new oxide film 3a formed on the surface of the semiconductor substrate 2 is removed by etching (step S50, FIG. 3-5).

その後、上記のステップS40とステップS50とを1サイクルとして、半導体基板2の表面のエッチング量が所望のエッチング量に到達するまで該サイクルを繰り返す。すなわち、n型不純物拡散層3の最表面層に形成されているデッド層が確実に除去されるまで、上記のステップS40とステップS50とを繰り返し実施する。このように半導体基板2の表面に形成された自然酸化膜をフッ酸水溶液に浸漬することで除去した後に、水洗処理と乾燥処理とにより半導体基板2の表面に新たな酸化膜3aを形成する工程と、再度半導体基板2をフッ酸水溶液に浸漬することで新たな酸化膜3a除去する工程とを繰り返すことにより、少しずつデッド層をエッチングして除去し、最終的に全てのデッド層を確実に除去することができる。   Then, said step S40 and step S50 are made into 1 cycle, and this cycle is repeated until the etching amount of the surface of the semiconductor substrate 2 reaches a desired etching amount. That is, steps S40 and S50 are repeated until the dead layer formed on the outermost surface layer of the n-type impurity diffusion layer 3 is reliably removed. Thus, after removing the natural oxide film formed on the surface of the semiconductor substrate 2 by immersing it in a hydrofluoric acid aqueous solution, a process of forming a new oxide film 3a on the surface of the semiconductor substrate 2 by washing with water and drying. And by repeating the process of removing the new oxide film 3a by immersing the semiconductor substrate 2 in the hydrofluoric acid aqueous solution again, the dead layer is etched and removed little by little, and finally all dead layers are surely Can be removed.

上記の方法を実施することにより、薬液として通常の太陽電池の製造工程で使用される一般的なフッ酸のみを使用し、また処理装置も既存の処理装置のシーケンスを変えるだけで、確実にデッド層の除去が可能となる。すなわち、例えば半導体基板2を保持移動するロボットアームを、各処理領域間を往復させるだけで上記の処理が可能である。   By implementing the above method, only the usual hydrofluoric acid used in the manufacturing process of ordinary solar cells is used as the chemical solution, and the processing equipment can be reliably dead by changing the sequence of the existing processing equipment. The layer can be removed. That is, for example, the above processing can be performed only by reciprocating the robot arm that holds and moves the semiconductor substrate 2 between the processing regions.

また、新たな酸化膜3aの形成は室温状態で進行するため、新たな酸化膜3aは半導体基板11の面内において略均一な膜厚で形成される。これにより、デッド層の除去後においてn型不純物拡散層3の膜厚も略均一とされ、この半導体基板を用いて作製される太陽電池セルも均一な特性が得られる。   Further, since the formation of the new oxide film 3a proceeds at room temperature, the new oxide film 3a is formed with a substantially uniform film thickness within the surface of the semiconductor substrate 11. Thereby, after removal of the dead layer, the film thickness of the n-type impurity diffusion layer 3 is also made substantially uniform, and the solar cell fabricated using this semiconductor substrate can obtain uniform characteristics.

なお、上記においては、半導体基板2の表面に新たな酸化膜3aを形成する方法として水洗処理および乾燥処理を実施する場合について説明したが、新たな酸化膜3aの形成はこの方法に限定されない。例えば、水蒸気酸化処理または熱酸化処理により、半導体基板2の表面に新たな酸化膜3aを形成することもできる。また、水蒸気酸化処理または熱酸化処理を用いる場合は、酸化膜の膜厚の調整が難しい。そこで、酸化膜の膜厚を微調整する方法として、水蒸気酸化処理または熱酸化処理と、上記の方法を組み合わせて実施する。すなわち、まず水蒸気酸化処理または熱酸化処理により、おおよその目標膜厚の新たな酸化膜3aを形成し、フッ酸水溶液により新たな酸化膜3aを除去する。次に、上述した水洗処理、乾燥処理およびフッ酸水溶液による新たな酸化膜3aの除去を実施して、残りのデッド層を除去する。このような方法でも、最終的に全てのデッド層を確実に除去することができる。   In the above description, the case where the washing process and the drying process are performed as a method for forming a new oxide film 3a on the surface of the semiconductor substrate 2 has been described. However, the formation of the new oxide film 3a is not limited to this method. For example, a new oxide film 3a can be formed on the surface of the semiconductor substrate 2 by steam oxidation treatment or thermal oxidation treatment. Moreover, when using steam oxidation treatment or thermal oxidation treatment, it is difficult to adjust the thickness of the oxide film. Therefore, as a method for finely adjusting the thickness of the oxide film, a steam oxidation treatment or a thermal oxidation treatment is combined with the above method. That is, first, a new oxide film 3a having an approximate target film thickness is formed by a steam oxidation process or a thermal oxidation process, and the new oxide film 3a is removed by a hydrofluoric acid aqueous solution. Next, the above-described water washing treatment, drying treatment, and removal of the new oxide film 3a with a hydrofluoric acid aqueous solution are performed, and the remaining dead layer is removed. Even with such a method, all the dead layers can be finally removed reliably.

また、上記においては、ガラス質(PSG)層の除去後にデッド層の除去を行っているが、n型不純物拡散層3の形成後に直接デッド層の除去を行ってもよい。   In the above description, the dead layer is removed after removing the vitreous (PSG) layer. However, the dead layer may be removed directly after the n-type impurity diffusion layer 3 is formed.

次に、光電変換効率改善のために、p型単結晶シリコン基板の受光面側の一面に反射防止膜4を一様な厚みで形成する(ステップS60、図3−6)。反射防止膜4の膜厚および屈折率は、光反射を最も抑制する値に設定する。反射防止膜4の形成は、例えばプラズマCVD法を使用し、シラン(SiH)ガスとアンモニア(NH)ガスの混合ガスを原材料に用いて、300℃以上、減圧下の条件で反射防止膜4として窒化シリコン膜を成膜形成する。屈折率は例えば2.0〜2.2程度であり、最適な反射防止膜厚は例えば70nm〜90nmである。なお、反射防止膜4として、屈折率の異なる2層以上の膜を積層してもよい。また、反射防止膜4の形成方法は、プラズマCVD法の他に蒸着法、熱CVD法などを用いてもよい。なお、このようにして形成される反射防止膜4は絶縁体であることに注意すべきであり、受光面側電極12をこの上に単に形成しただけでは、太陽電池セルとして作用しない。 Next, in order to improve the photoelectric conversion efficiency, the antireflection film 4 is formed with a uniform thickness on one surface of the p-type single crystal silicon substrate on the light receiving surface side (step S60, FIGS. 3-6). The film thickness and refractive index of the antireflection film 4 are set to values that most suppress light reflection. The antireflection film 4 is formed by using, for example, a plasma CVD method, using a mixed gas of silane (SiH 4 ) gas and ammonia (NH 3 ) gas as a raw material, and at 300 ° C. or higher and under reduced pressure. 4, a silicon nitride film is formed. The refractive index is, for example, about 2.0 to 2.2, and the optimum antireflection film thickness is, for example, 70 nm to 90 nm. Note that two or more films having different refractive indexes may be laminated as the antireflection film 4. In addition to the plasma CVD method, the antireflection film 4 may be formed by vapor deposition, thermal CVD, or the like. It should be noted that the antireflection film 4 formed in this manner is an insulator, and simply forming the light receiving surface side electrode 12 on the surface does not act as a solar battery cell.

ついで、スクリーン印刷により電極を形成する。まず、受光面側電極12を作製する(焼成前)。すなわち、p型単結晶シリコン基板の受光面である反射防止膜4上に、表銀グリッド電極5と表銀バス電極6との形状に、ガラスフリットを含む電極材料ペーストである銀ペースト12aをスクリーン印刷によって塗布した後、銀ペーストを乾燥させる(ステップS70、図3−7)。   Next, electrodes are formed by screen printing. First, the light-receiving surface side electrode 12 is produced (before firing). That is, a silver paste 12a, which is an electrode material paste containing glass frit, is formed on a screen of an antireflection film 4 which is a light receiving surface of a p-type single crystal silicon substrate in the shape of a surface silver grid electrode 5 and a surface silver bus electrode 6. After applying by printing, the silver paste is dried (step S70, FIG. 3-7).

次に、p型単結晶シリコン基板の裏面側にスクリーン印刷によって、裏アルミニウム電極7の形状に電極材料ペーストであるアルミニウムペースト7aを塗布し、さらに裏銀電極8の形状に電極材料ペーストである銀ペースト8aを塗布し、乾燥させる(ステップS80、図3−7)。なお、図中ではアルミニウムペースト7aのみを示しており、銀ペースト8aの記載を省略している。   Next, an aluminum paste 7a, which is an electrode material paste, is applied to the shape of the back aluminum electrode 7 by screen printing on the back side of the p-type single crystal silicon substrate, and further, a silver, which is an electrode material paste, is applied to the shape of the back silver electrode 8. The paste 8a is applied and dried (step S80, FIGS. 3-7). In the figure, only the aluminum paste 7a is shown, and the description of the silver paste 8a is omitted.

その後、半導体基板11の表面および裏面の電極ペーストを例えば600℃〜900℃で同時に焼成することで、半導体基板11の表側では銀ペースト12a中に含まれているガラス材料で反射防止膜4が溶融している間に銀材料がシリコンと接触し再凝固する。これにより、受光面側電極12としての表銀グリッド電極5および表銀バス電極6とが得られ、受光面側電極12と半導体基板11のシリコンとの導通が確保される(ステップS90、図3−8)。このようなプロセスは、ファイヤースルー法と呼ばれる。   Thereafter, the electrode paste on the front surface and the back surface of the semiconductor substrate 11 is simultaneously fired at, for example, 600 ° C. to 900 ° C., so that the antireflection film 4 is melted with the glass material contained in the silver paste 12a on the front side of the semiconductor substrate 11. During this time, the silver material comes into contact with the silicon and resolidifies. As a result, the front silver grid electrode 5 and the front silver bus electrode 6 as the light receiving surface side electrode 12 are obtained, and conduction between the light receiving surface side electrode 12 and the silicon of the semiconductor substrate 11 is ensured (step S90, FIG. 3). -8). Such a process is called a fire-through method.

また、アルミニウムペースト7aも半導体基板11のシリコンと反応して裏アルミニウム電極7が得られ、かつ裏アルミニウム電極7の直下にp+層9を形成する。また、銀ペースト8aの銀材料がシリコンと接触し再凝固して裏銀電極8が得られる(図3−8)。なお、図中では表銀グリッド電極5および裏アルミニウム電極7のみを示しており、表銀バス電極6および銀ペースト8aの記載を省略している。   Also, the aluminum paste 7 a reacts with the silicon of the semiconductor substrate 11 to obtain the back aluminum electrode 7, and the p + layer 9 is formed immediately below the back aluminum electrode 7. Further, the silver material of the silver paste 8a comes into contact with silicon and re-solidifies to obtain the back silver electrode 8 (FIGS. 3-8). In the figure, only the front silver grid electrode 5 and the back aluminum electrode 7 are shown, and the description of the front silver bus electrode 6 and the silver paste 8a is omitted.

以上のような工程を実施することにより、図1−1〜図1−4に示す本実施の形態にかかる太陽電池セル1を作製することができる。なお、電極材料であるペーストの半導体基板11への配置の順番を、受光面側と裏面側とで入れ替えてもよい。   By performing the steps as described above, the solar battery cell 1 according to the present embodiment shown in FIGS. 1-1 to 1-4 can be manufactured. In addition, the order of arrangement of the paste, which is an electrode material, on the semiconductor substrate 11 may be switched between the light receiving surface side and the back surface side.

つぎに、上述した本実施の形態にかかる太陽電池セルの製造方法により、上述したステップS30〜ステップS50の工程の処理条件を変化させてサンプル1〜サンプル9の太陽電池セルを作製した。各太陽電池セルの製造条件は以下の通りとした。   Next, the solar cell of Sample 1 to Sample 9 was manufactured by changing the processing conditions of Steps S30 to S50 described above by the solar cell manufacturing method according to the present embodiment described above. The manufacturing conditions of each photovoltaic cell were as follows.

サンプル1:ステップS30〜ステップS50の処理前のn型不純物拡散層の表面のシート抵抗(Ω/□)(以下、処理前のシート抵抗と呼ぶ)が35Ω/□、ステップS30〜ステップS50の処理回数(以下、処理回数と呼ぶ)が0回(無し)。
サンプル2:処理前のシート抵抗が35Ω/□、処理回数が5回。
サンプル3:処理前のシート抵抗が35Ω/□、処理回数が10回。
Sample 1: The sheet resistance (Ω / □) of the surface of the n-type impurity diffusion layer before processing in steps S30 to S50 (hereinafter referred to as sheet resistance before processing) is 35Ω / □, and the processing in steps S30 to S50. The number of times (hereinafter referred to as the number of processes) is 0 (none).
Sample 2: Sheet resistance before processing is 35Ω / □, and the number of processing is 5 times.
Sample 3: Sheet resistance before processing is 35Ω / □, and the number of processing is 10 times.

サンプル4:処理前のシート抵抗が45Ω/□、処理回数が0回(無し)。
サンプル5:処理前のシート抵抗が45Ω/□、処理回数が5回。
サンプル6:処理前のシート抵抗が45Ω/□、処理回数が10回。
Sample 4: Sheet resistance before processing is 45Ω / □, and the number of processing is 0 (none).
Sample 5: The sheet resistance before processing is 45Ω / □, and the number of processing is 5 times.
Sample 6: The sheet resistance before processing is 45Ω / □, and the number of processing is 10 times.

サンプル7:処理前のシート抵抗が55Ω/□、処理回数が0回(無し)。
サンプル8:処理前のシート抵抗が55Ω/□、処理回数が5回。
サンプル9:処理前のシート抵抗が55Ω/□、処理回数が10回。
Sample 7: The sheet resistance before processing is 55Ω / □, and the processing count is 0 (none).
Sample 8: The sheet resistance before processing is 55Ω / □, and the number of processing is 5 times.
Sample 9: The sheet resistance before processing is 55Ω / □, and the number of processing is 10 times.

サンプル1〜サンプル9の太陽電池セルの製造条件として、処理前のシート抵抗(Ω/□)、処理回数(回)、ステップS30〜ステップS50の処理後のn型不純物拡散層の表面のシート抵抗(Ω/□)(以下、処理後のシート抵抗と呼ぶ)を表1にまとめて示す。   As manufacturing conditions for the solar cells of Samples 1 to 9, sheet resistance before processing (Ω / □), number of processing (times), sheet resistance of the surface of the n-type impurity diffusion layer after processing in Steps S30 to S50 Table 1 summarizes (Ω / □) (hereinafter referred to as the sheet resistance after treatment).

Figure 2011018748
Figure 2011018748

ステップS40では、半導体基板の水洗を3分間実施し、その後、乾燥を行った。ステップS50では、濃度約50wt%のフッ酸溶液を約10倍の純水で薄めた水溶液に半導体基板を20秒浸漬した。このサイクルを5回、10回と条件を変えて実施した。   In step S40, the semiconductor substrate was washed with water for 3 minutes and then dried. In step S50, the semiconductor substrate was immersed in an aqueous solution obtained by diluting a hydrofluoric acid solution having a concentration of about 50 wt% with about 10 times pure water. This cycle was performed 5 times and 10 times with different conditions.

また、作製した太陽電池セルを実際に作動させ、発電特性を測定して評価した。その結果として開放電圧(V)および短絡電流密度(mA/cm)を表1に併せて示す。 Moreover, the produced solar cell was actually operated, and the power generation characteristics were measured and evaluated. As a result, the open circuit voltage (V) and the short circuit current density (mA / cm 2 ) are also shown in Table 1.

表1より、処理前のシート抵抗の値が35Ω/□、45Ω/□、55Ω/□の何れの場合についても、ステップS30〜ステップS50の処理後のシート抵抗が凡そ40Ω/□〜70Ω/□の範囲内であれば、開放電圧、短絡電流共に向上することが分かる。また、ステップS30〜ステップS50の処理前と処理後とのシート抵抗の差が6Ω/□〜16Ω/□である場合に、良い結果が得られることが分かかる。   From Table 1, the sheet resistance after the processing of Step S30 to Step S50 is about 40Ω / □ to 70Ω / □ in any case where the value of the sheet resistance before processing is 35Ω / □, 45Ω / □, or 55Ω / □. It can be seen that both the open circuit voltage and the short circuit current are improved within the range of. In addition, it can be seen that good results can be obtained when the difference in sheet resistance between before and after the processing of step S30 to step S50 is 6Ω / □ to 16Ω / □.

一方、曲線因子は、本処理を行うと低下する。しかしながら、曲線因子については、受光面側電極のパターン(グリッド電極の本数および幅、バス電極の本数および幅)にも依存する。したがって、受光面側電極のパターンを調整することにより、曲線因子の低下を抑制することができ、本処理による曲線因子の低下分をカバーすることができる。   On the other hand, the fill factor decreases when this process is performed. However, the curve factor also depends on the pattern of the light receiving surface side electrodes (the number and width of the grid electrodes and the number and width of the bus electrodes). Therefore, by adjusting the pattern of the light receiving surface side electrode, it is possible to suppress the decrease in the fill factor, and to cover the decrease in the fill factor due to this processing.

すなわち、高光電変換効率を有する太陽電池セルを作製するには、まず、ステップS30〜ステップS50の処理後のシート抵抗を40Ω/□〜70Ω/□の範囲として(このとき、本処理前後のシート抵抗の差が6Ω/□〜16Ω/□とすることが好ましい)、開放電圧と短絡電流密度を向上させる。次に、電極ペーストの印刷工程において使用する電極マスクパターンを微調整し、すなわちグリッド電極の本数および幅、バス電極の本数および幅の適正化を行って曲線因子の低下を抑制、防止する。これにより、開放電圧と短絡電流密度に優れた高光電変換効率を有する太陽電池セルを作製することができる。   That is, in order to fabricate a solar cell having high photoelectric conversion efficiency, first, the sheet resistance after the processing of step S30 to step S50 is set to a range of 40Ω / □ to 70Ω / □ (at this time, the sheet before and after this processing). The resistance difference is preferably 6Ω / □ to 16Ω / □), and the open circuit voltage and the short circuit current density are improved. Next, the electrode mask pattern used in the electrode paste printing process is finely adjusted, that is, the number and width of the grid electrodes and the number and width of the bus electrodes are optimized to suppress and prevent the reduction of the fill factor. Thereby, the photovoltaic cell which has the high photoelectric conversion efficiency excellent in the open circuit voltage and the short circuit current density can be produced.

上述したように、本実施の形態にかかる太陽電池セルの製造方法によれば、デッド層と呼ばれるn型不純物拡散層3の最表面層を、薬液として通常の太陽電池の製造工程で使用される一般的なフッ酸のみを使用して簡便かつ確実に精度良く除去することができる。これにより、デッド層に起因した太陽電池セル特性の低下を防止することができる。   As described above, according to the method for manufacturing a solar battery cell according to the present embodiment, the outermost surface layer of the n-type impurity diffusion layer 3 called a dead layer is used as a chemical solution in a normal solar battery manufacturing process. It can be removed easily and reliably with high accuracy using only general hydrofluoric acid. Thereby, the fall of the photovoltaic cell characteristic resulting from a dead layer can be prevented.

また、本実施の形態にかかる太陽電池セルの製造方法によれば、新たな酸化膜3aの形成は室温状態で進行するため、新たな酸化膜3aは半導体基板11の面内において略均一な膜厚で形成される。これにより、デッド層の除去後においてn型不純物拡散層3の膜厚も略均一とされ、この半導体基板を用いて作製される太陽電池セルも均一な特性が得られる。   In addition, according to the method for manufacturing a solar battery cell according to the present embodiment, the formation of the new oxide film 3a proceeds at room temperature, so that the new oxide film 3a is a substantially uniform film in the plane of the semiconductor substrate 11. Formed with thickness. Thereby, after removal of the dead layer, the film thickness of the n-type impurity diffusion layer 3 is also made substantially uniform, and the solar cell fabricated using this semiconductor substrate can obtain uniform characteristics.

したがって、本実施の形態にかかる太陽電池セルの製造方法によれば、簡便かつ確実にn型不純物拡散層3の表層のデッド層を除去して、光電変換効率に優れた太陽電池セルを製造することができる。   Therefore, according to the method for manufacturing a solar cell according to the present embodiment, the dead layer on the surface layer of the n-type impurity diffusion layer 3 is simply and reliably removed, and a solar cell excellent in photoelectric conversion efficiency is manufactured. be able to.

以上のように、本発明にかかる太陽電池セルの製造方法は、不純物拡散層の表層に形成されるデッド層に起因した太陽電池セル特性の低下の防止に有用である。   As described above, the method for manufacturing a solar battery cell according to the present invention is useful for preventing the deterioration of the solar battery cell characteristics due to the dead layer formed on the surface layer of the impurity diffusion layer.

1 太陽電池セル
2 半導体基板
2a テクスチャー構造
3 n型不純物拡散層
3a 新たな酸化膜
4 反射防止膜
5 表銀グリッド電極
6 表銀バス電極
7 裏アルミニウム電極
7a アルミニウムペースト
8 裏銀電極
8a 銀ペースト
9 p+層(BSF)
11 半導体基板
12 受光面側電極
12a 銀ペースト
13 裏面側電極
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Solar cell 2 Semiconductor substrate 2a Texture structure 3 N-type impurity diffusion layer 3a New oxide film 4 Antireflection film 5 Front silver grid electrode 6 Front silver bus electrode 7 Back aluminum electrode 7a Aluminum paste 8 Back silver electrode 8a Silver paste 9 p + layer (BSF)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Semiconductor substrate 12 Light-receiving surface side electrode 12a Silver paste 13 Back surface side electrode

Claims (6)

半導体基板の一面側に受光面側電極を有する太陽電池セルの製造方法であって、
第1導電型の前記半導体基板の一面側に、第2導電型の不純物元素が拡散された不純物拡散層を形成する第1工程と、
前記不純物拡散層の表層に形成された自然酸化膜を、フッ酸を含む溶液を用いてエッチング除去する第2工程と、
前記不純物拡散層の表層に水洗処理および乾燥処理を施すことにより前記不純物拡散層の表層を酸化して第1の酸化層を形成する第3工程と、
前記第1の酸化層を、フッ酸を含む溶液を用いてエッチング除去する第4工程と、
前記不純物拡散層上に反射防止膜を形成する第5工程と、
前記反射防止膜を貫通して前記不純物拡散層に電気的に接続する前記受光面側電極を前記反射防止膜上に形成する第6工程と、
を含むことを特徴とする太陽電池セルの製造方法。
A method of manufacturing a solar cell having a light receiving surface side electrode on one surface side of a semiconductor substrate,
Forming an impurity diffusion layer in which an impurity element of a second conductivity type is diffused on one surface side of the semiconductor substrate of the first conductivity type;
A second step of removing the natural oxide film formed on the surface of the impurity diffusion layer by etching using a solution containing hydrofluoric acid;
A third step of oxidizing the surface layer of the impurity diffusion layer by subjecting the surface layer of the impurity diffusion layer to a water washing treatment and a drying treatment to form a first oxide layer;
A fourth step of removing the first oxide layer by etching using a solution containing hydrofluoric acid;
A fifth step of forming an antireflection film on the impurity diffusion layer;
A sixth step of forming, on the antireflection film, the light receiving surface side electrode that penetrates the antireflection film and is electrically connected to the impurity diffusion layer;
The manufacturing method of the photovoltaic cell characterized by including.
前記第2工程と前記第3工程との間に、
前記不純物拡散層の表層に水蒸気酸化処理または熱酸化処理を施すことにより前記不純物拡散層の表層を酸化して第2の酸化層を形成する工程と、
前記第2の酸化層を、フッ酸を含む溶液を用いてエッチング除去する工程と、
を有することを特徴とする請求項1に記載の太陽電池セルの製造方法。
Between the second step and the third step,
Forming a second oxide layer by oxidizing the surface layer of the impurity diffusion layer by subjecting the surface layer of the impurity diffusion layer to steam oxidation treatment or thermal oxidation treatment;
Etching and removing the second oxide layer using a solution containing hydrofluoric acid;
The method for producing a solar battery cell according to claim 1, comprising:
前記第3工程および前記第4工程を1サイクルとして、該サイクルを複数回繰り返し実施すること、
を特徴とする請求項1または2に記載の太陽電池セルの製造方法。
Performing the third step and the fourth step as one cycle, repeating the cycle a plurality of times;
The manufacturing method of the photovoltaic cell of Claim 1 or 2 characterized by these.
前記不純物拡散層の表層のシート抵抗の値が40Ω/□〜70Ω/□となるまで前記サイクルを繰り返し実施すること、
を特徴とする請求項3に記載の太陽電池セルの製造方法。
Repeatedly performing the cycle until the value of the sheet resistance of the surface layer of the impurity diffusion layer is 40Ω / □ to 70Ω / □,
The manufacturing method of the photovoltaic cell of Claim 3 characterized by these.
前記第1工程終了後における前記不純物拡散層の表層のシート抵抗の値との差が6Ω/□〜16Ω/□となるまで前記サイクルを繰り返し実施すること、
を特徴とする請求項3に記載の太陽電池セルの製造方法。
Repeating the cycle until the difference from the sheet resistance value of the surface layer of the impurity diffusion layer after completion of the first step is 6Ω / □ to 16Ω / □,
The manufacturing method of the photovoltaic cell of Claim 3 characterized by these.
前記第1工程と前記第2工程との間に、
前記不純物拡散層の表層に形成されたガラス質層を除去する工程を有すること、
を特徴とする請求項1に記載の太陽電池セルの製造方法。
Between the first step and the second step,
Having a step of removing the vitreous layer formed on the surface layer of the impurity diffusion layer;
The manufacturing method of the photovoltaic cell of Claim 1 characterized by these.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102623559A (en) * 2012-03-27 2012-08-01 山东力诺太阳能电力股份有限公司 Process for preparing emitter without dead layer of solar cell by oxidation
JP2014022428A (en) * 2012-07-13 2014-02-03 Sharp Corp Solar cell and solar cell module

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