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WO2012067117A1 - 太陽電池の製造方法 - Google Patents

太陽電池の製造方法 Download PDF

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WO2012067117A1
WO2012067117A1 PCT/JP2011/076311 JP2011076311W WO2012067117A1 WO 2012067117 A1 WO2012067117 A1 WO 2012067117A1 JP 2011076311 W JP2011076311 W JP 2011076311W WO 2012067117 A1 WO2012067117 A1 WO 2012067117A1
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WO
WIPO (PCT)
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diffusion layer
type
type diffusion
forming composition
layer forming
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/JP2011/076311
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English (en)
French (fr)
Inventor
洋一 町井
吉田　誠人
野尻　剛
香 岡庭
岩室　光則
修一郎 足立
明博 織田
鉄也 佐藤
木沢　桂子
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Resonac Corp
Original Assignee
Hitachi Chemical Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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Priority to KR1020137009035A priority patent/KR20130129919A/ko
Priority to JP2012504602A priority patent/JP4978759B1/ja
Priority to EP11840740.2A priority patent/EP2642527A4/en
Publication of WO2012067117A1 publication Critical patent/WO2012067117A1/ja
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Ceased legal-status Critical Current

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    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F10/00—Individual photovoltaic cells, e.g. solar cells
    • H10F10/10—Individual photovoltaic cells, e.g. solar cells having potential barriers
    • H10F10/14—Photovoltaic cells having only PN homojunction potential barriers
    • H—ELECTRICITY
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    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • the present invention relates to a method for manufacturing a solar cell.
  • a pn junction is formed by diffusing an n-type impurity into a p-type semiconductor substrate such as silicon to form an n-type diffusion layer.
  • a selective emitter structure in which the impurity concentration in the region other than directly under the electrode is lower than the impurity concentration directly under the electrode (for example, L. Debarge, M.Schott, JCMuller, R.Monna, Solar Energy Materials & Solar Cells 74 (2002) 71-75).
  • a region having a high impurity concentration hereinafter also referred to as “selective emitter” is formed immediately below the electrode, so that the contact resistance between the metal electrode and silicon can be reduced, while other than the metal electrode portion Then, the impurity concentration is lowered, and the conversion efficiency of the solar cell can be improved.
  • An object of the present invention is to provide a solar cell manufacturing method that enables a solar cell having a selective emitter structure to be manufactured by a simple method without requiring a complicated device.
  • the present invention includes the following aspects. ⁇ 1> A step of applying a first n-type diffusion layer forming composition containing glass powder containing n-type impurities and a dispersion medium to a partial region on one surface of a semiconductor substrate; 1 on the surface to which the n-type diffusion layer forming composition is applied, and at least a region other than the partial region contains glass powder containing n-type impurities and a dispersion medium, and the first n-type diffusion layer A step of providing a second n-type diffusion layer forming composition having an n-type impurity concentration lower than that of the forming composition; and the first n-type diffusion layer forming composition and the second n-type diffusion layer forming composition A method for manufacturing a solar cell, comprising: a step of heat-treating an applied semiconductor substrate to form an n-type diffusion layer; and a step of forming an electrode on the partial region.
  • a step of applying a third n-type diffusion layer forming composition containing glass powder containing n-type impurities and a dispersion medium to a partial region on one surface of the semiconductor substrate, and the third n-type A solar cell comprising: a step of heat-treating a semiconductor substrate provided with a diffusion layer forming composition in an atmosphere containing an n-type impurity to form an n-type diffusion layer; and a step of forming an electrode on the partial region. It is a manufacturing method.
  • n-type impurity includes at least one element selected from P (phosphorus) and Sb (antimony).
  • the glass powder containing the n-type impurity includes at least one n-type impurity-containing material selected from P 2 O 3 , P 2 O 5 and Sb 2 O 3 , SiO 2 , K 2 O, Na At least one glass component material selected from 2 O, Li 2 O, BaO, SrO, CaO, MgO, BeO, ZnO, PbO, CdO, V 2 O 5 , SnO, ZrO 2 , TiO 2 , and MoO 3
  • the method for producing a solar cell according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 3>, wherein
  • the present invention it is possible to provide a solar cell manufacturing method that enables a solar cell having a selective emitter structure to be manufactured by a simple method without requiring a complicated device.
  • the term “process” is not limited to an independent process, and is included in the term if the intended action of the process is achieved even when it cannot be clearly distinguished from other processes. .
  • a numerical range indicated using “to” indicates a range including the numerical values described before and after “to” as the minimum value and the maximum value, respectively.
  • the amount of each component in the composition is the total amount of the plurality of substances present in the composition unless there is a specific indication when there are a plurality of substances corresponding to each component in the composition. means.
  • the method for producing a solar cell of the present invention includes a step of applying an n-type diffusion layer forming composition containing a glass powder containing an n-type impurity and a dispersion medium to a partial region on one surface of a semiconductor substrate, and the semiconductor In the partial region of the substrate (hereinafter also referred to as “first region”) and the region other than the partial region (hereinafter also referred to as “second region”), the n-type impurity concentration of the first region is second.
  • the diffusion layer forming step is performed on the surface of the semiconductor substrate on which the first n-type diffusion layer forming composition containing the glass powder containing the n-type impurity and the dispersion medium is applied to the partial region.
  • a second n-type having a glass powder containing n-type impurities and a dispersion medium at least in a region other than the partial region and having an n-type impurity concentration lower than that of the first n-type diffusion layer forming composition.
  • the diffusion layer forming step includes a step of forming a n-type diffusion layer by heat-treating the semiconductor substrate to which the n-type diffusion layer forming composition is applied in an atmosphere containing n-type impurities. Consists of including.
  • the n-type diffusion layer forming composition contains at least one kind of glass powder containing n-type impurities and at least one kind of dispersion medium, and further requires other additives in consideration of applicability and the like. It may be contained accordingly.
  • the n-type diffusion layer forming composition refers to a material containing an n-type impurity and capable of forming an n-type diffusion layer by thermally diffusing the n-type impurity after being applied to a silicon substrate. .
  • an n-type diffusion layer is formed at a desired site.
  • the n-type impurities in the glass powder are not easily volatilized even during firing, the n-type diffusion layer is formed not only on the portion provided with the n-type diffusion layer forming composition but also on the back surface and side surfaces by the generation of the volatilization gas It is suppressed. The reason for this is considered that the n-type impurity is bonded to an element in the glass powder or is taken into the glass, so that it is difficult to volatilize.
  • the n-type impurity contained in the glass powder is an element capable of forming an n-type diffusion layer by diffusing into the silicon substrate.
  • a Group 15 element can be used, and examples thereof include P (phosphorus), Sb (antimony), Bi (bismuth), As (arsenic), and the like.
  • P or Sb is preferable from the viewpoints of safety, ease of vitrification, and the like.
  • the n-type impurity as the n-type impurity-containing material used to introduce into the glass powder include P 2 O 3, P 2 O 5, Sb 2 O 3, Bi 2 O 3 and As 2 O 3, P 2 It is preferable to use at least one selected from O 3 , P 2 O 5 and Sb 2 O 3 .
  • the glass powder can control the melting temperature, softening point, glass transition point, chemical durability, and the like by adjusting the component ratio as necessary. Furthermore, it is preferable to contain the glass component substance described below.
  • glass component materials include SiO 2 , K 2 O, Na 2 O, Li 2 O, BaO, SrO, CaO, MgO, BeO, ZnO, PbO, CdO, Tl 2 O, V 2 O 5 , SnO, and WO 3.
  • SiO 2 At least one selected from K 2 O, Na 2 O, Li 2 O, BaO, SrO, CaO, MgO, BeO, ZnO, PbO, CdO, V 2 O 5 , SnO, ZrO 2 , TiO 2 , and MoO 3. It is preferred to use seeds.
  • the glass powder containing n-type impurities include a system containing both the n-type impurity-containing substance and the glass component substance, and a P 2 O 5 —SiO 2 system (n-type impurity-containing substance—glass component).
  • P 2 O 5 -K 2 O based P 2 O 5 -Na 2 O-based, P 2 O 5 -Li 2 O system, P 2 O 5 -BaO-based, P 2 O 5 -SrO based, P 2 O 5 -CaO-based, P 2 O 5 -MgO-based, P 2 O 5 -BeO based, P 2 O 5 -ZnO-based, P 2 O 5 -CdO system, P 2 O 5 -PbO based, P 2 O 5 -V 2 O 5 system, P 2 O 5 -SnO-based, P 2 O 5 -GeO 2 system, P 2 as n-type impurity-containing material P 2 O 5 -TeO 2 system, etc.
  • n-type impurity-containing material instead of P 2 O 5 of system containing P 2 O 5 of the And glass powder of a system containing Sb 2 O 3 .
  • a glass powder containing two or more types of n-type impurity-containing substances such as P 2 O 5 —Sb 2 O 3 series, P 2 O 5 —As 2 O 3 series, or the like may be used.
  • a composite glass containing two components is exemplified, but glass powder containing three or more components such as P 2 O 5 —SiO 2 —V 2 O 5 and P 2 O 5 —SiO 2 —CaO may be used.
  • the content ratio of the glass component substance in the glass powder is preferably set appropriately in consideration of the melting temperature, softening point, glass transition point, chemical durability, etc., and generally 0.1 mass% or more and 95 mass%. Or less, more preferably 0.5% by mass or more and 90% by mass or less.
  • the content ratio of CaO is preferably 1% by mass to 30% by mass, and preferably 5% by mass to 20% by mass. More preferably.
  • the softening point of the glass powder is preferably 200 ° C. to 1000 ° C., more preferably 300 ° C. to 900 ° C., from the viewpoints of diffusibility during the diffusion treatment and dripping.
  • Examples of the shape of the glass powder include a substantially spherical shape, a flat shape, a block shape, a plate shape, a scale shape, and the like. From the viewpoint of the application property to the substrate and the uniform diffusibility when it is an n-type diffusion layer forming composition, It is desirable to have a substantially spherical shape, a flat shape or a plate shape.
  • the average particle size of the glass powder is desirably 100 ⁇ m or less.
  • the average particle size of the glass powder is more preferably 50 ⁇ m or less, and further preferably 10 ⁇ m or less.
  • the lower limit is not particularly limited, but is preferably 0.01 ⁇ m or more.
  • the average particle diameter of glass represents a volume average particle diameter, and can be measured by a laser scattering diffraction method particle size distribution measuring apparatus or the like.
  • the glass powder containing n-type impurities is produced by the following procedure.
  • Examples of the material for the crucible include platinum, platinum-rhodium, iridium, alumina, quartz, carbon, and the like, which are appropriately selected in consideration of the melting temperature, atmosphere, reactivity with the molten material, mixing of impurities, and the like.
  • the obtained melt is poured onto a zirconia substrate, a carbon substrate or the like to vitrify the melt.
  • the glass is crushed into powder.
  • a known method such as a jet mill, a bead mill, or a ball mill can be applied to the pulverization.
  • the content ratio of the glass powder containing the n-type impurity in the n-type diffusion layer forming composition is determined in consideration of the coating property, the diffusibility of the n-type impurity, and the like.
  • the content ratio of the glass powder in the n-type diffusion layer forming composition is preferably 0.1% by mass or more and 95% by mass or less, more preferably 1% by mass or more and 90% by mass or less, The content is more preferably 1.5% by mass or more and 85% by mass or less, and particularly preferably 2% by mass or more and 80% by mass or less.
  • the dispersion medium is a medium in which the glass powder is dispersed in the composition. Specifically, a binder, a solvent, or the like is employed as the dispersion medium.
  • binder examples include polyvinyl alcohol, polyacrylamides, polyvinylamides, polyvinylpyrrolidone, poly (meth) acrylic acids, polyethylene oxides, polysulfonic acid, acrylamide alkylsulfonic acid, cellulose ethers, cellulose derivatives, carboxymethyl cellulose, hydroxy Ethyl cellulose, ethyl cellulose, gelatin, starch and starch derivatives, sodium alginate, xanthan and xanthan derivatives, gua and gua derivatives, scleroglucan and scleroglucan derivatives, tragacanth and tragacanth derivatives, dextrin and dextrin derivatives, (meth) acrylic acid resin , (Meth) acrylic acid resin, (meth) acrylic acid ester resin (for example, alkyl (meth) acrylate Resin, dimethylaminoethyl (meth) acrylate resin, etc.), butadiene resin,
  • the solvent examples include acetone, methyl ethyl ketone, methyl-n-propyl ketone, methyl-iso-propyl ketone, methyl-n-butyl ketone, methyl-iso-butyl ketone, methyl-n-pentyl ketone, methyl-n-hexyl ketone, Ketone solvents such as diethyl ketone, dipropyl ketone, di-iso-butyl ketone, trimethylnonanone, cyclohexanone, cyclopentanone, methylcyclohexanone, 2,4-pentanedione, acetonylacetone; diethyl ether, methyl ethyl ether, methyl -N-propyl ether, di-iso-propyl ether, tetrahydrofuran, methyltetrahydrofuran, dioxane, dimethyldio
  • n-type diffusion layer forming composition ⁇ -terpineol, diethylene glycol mono-n-butyl ether, and 2- (2-butoxyethoxy) ethyl acetate are preferable from the viewpoint of applicability to the substrate.
  • the content ratio of the dispersion medium in the n-type diffusion layer forming composition is determined in consideration of applicability and n-type impurity concentration.
  • the viscosity of the n-type diffusion layer forming composition is preferably 10 mPa ⁇ s or more and 1000000 mPa ⁇ s or less, and more preferably 50 mPa ⁇ s or more and 500000 mPa ⁇ s or less in consideration of applicability.
  • the first n-type diffusion layer forming composition having a high n-type impurity concentration is applied to the electrode forming region on one surface of the semiconductor substrate, and the second n-type having a low n-type impurity concentration is provided.
  • the diffusion layer forming composition is applied to a region other than the electrode forming region on the same surface or the entire surface.
  • the n-type diffusion layer is formed by diffusing the n-type impurity in the composition for forming the n-type diffusion layer into the semiconductor substrate by heat treatment, so that the selective emitter having a high n-type impurity concentration is efficiently formed in the electrode formation region. Can be formed.
  • the concentration of the n-type impurity in the first n-type diffusion layer forming composition and the second n-type diffusion layer forming composition is not particularly limited as long as the first n-type diffusion layer forming composition is larger.
  • the n-type impurity concentration in the first n-type diffusion layer forming composition with respect to the n-type impurity concentration in the second n-type diffusion layer forming composition is preferably 1.1 to 50, and more preferably 1.2 to 20.
  • the n-type impurity concentration in the n-type diffusion layer forming composition can be adjusted by appropriately selecting the content of the glass powder, the content of the n-type impurity contained in the glass powder, and the like.
  • the damaged layer on the surface of the silicon substrate is removed by etching using an acidic or alkaline solution.
  • a protective film made of a silicon oxide film or a silicon nitride film is formed on one surface of the silicon substrate.
  • the silicon oxide film can be formed by, for example, an atmospheric pressure CVD method using silane gas and oxygen.
  • the silicon nitride film can be formed by, for example, a plasma CVD method using silane gas, ammonia gas, and nitrogen gas.
  • a fine uneven structure called a texture structure is formed on the surface of the silicon substrate where the protective film is not formed.
  • the texture structure can be formed, for example, by immersing a silicon substrate on which a protective film is formed in a solution of about 80 ° C. containing potassium hydroxide and isopropyl alcohol (IPA). Subsequently, the protective film is etched away by immersing the silicon substrate in hydrofluoric acid.
  • IPA isopropyl alcohol
  • an n-type diffusion layer is formed on the p-type silicon substrate to form a pn junction.
  • the n-type diffusion layer forming composition is applied to the electrode formation region (electrode formation planned region) where the light-receiving surface electrode is formed, so that the impurity concentration in the electrode formation region is higher than that other than the electrode formation region. It is characterized by high.
  • the shape and size of the electrode formation region having a high impurity concentration can be appropriately selected according to the structure of the solar cell to be configured. The shape can be, for example, a line shape.
  • the step of applying the first n-type diffusion layer forming composition to the electrode forming region where the light-receiving surface electrode on the p-type silicon substrate is formed, and at least other than the electrode forming region An n-type diffusion layer forming composition layer is formed on the p-type silicon substrate by applying the second n-type diffusion layer forming composition to the region. Only the first n-type diffusion layer forming composition may be applied to the electrode formation region, or both of the first n-type diffusion layer forming composition and the second n-type diffusion layer forming composition. May be given.
  • the order of applying the first n-type diffusion layer forming composition and the second n-type diffusion layer forming composition is not particularly limited. That is, after the first n-type diffusion layer forming composition is applied to the electrode forming region, the second n-type diffusion layer forming composition may be applied to the entire light receiving surface or a region other than the electrode forming region. The first n-type diffusion layer forming composition may be applied to the electrode forming region after the second n-type diffusion layer forming composition is applied to the entire light receiving surface or the region other than the electrode forming region.
  • the method for applying the first n-type diffusion layer forming composition and the second n-type diffusion layer forming composition is not particularly limited, and a commonly used method can be used. For example, it can be performed using a printing method such as a screen printing method or a gravure printing method, a spin method, a brush coating, a spray method, a doctor blade method, a roll coater method, an ink jet method or the like.
  • the application methods of the first n-type diffusion layer forming composition and the second n-type diffusion layer forming composition may be the same or different. There is no restriction
  • the glass powder amount can be 0.01 g / m 2 to 100 g / m 2, and preferably 0.1 g / m 2 to 10 g / m 2 .
  • the ratio of the application amount of the second n-type diffusion layer formation composition to the application amount of the first n-type diffusion layer formation composition is not particularly limited, and can be appropriately selected so that the n-type diffusion layer to be formed has a desired impurity concentration.
  • a heating step for removing at least a part of the dispersion medium may be provided.
  • the heating step for example, at least a part of the solvent can be volatilized by heat treatment at 100 ° C. to 200 ° C. Further, for example, at least a part of the binder may be removed by heat treatment at 200 ° C. to 500 ° C.
  • the n-type diffusion layer is formed by heat-treating the silicon substrate provided with the n-type diffusion layer forming composition.
  • Heat treatment diffuses n-type impurities from the n-type diffusion layer forming composition into the silicon substrate, and a high concentration n-type diffusion layer is formed in the electrode formation region where the light-receiving surface electrode is formed, and a low concentration is formed in the other regions.
  • N-type diffusion layer is formed.
  • the heat treatment temperature is preferably 800 ° C. or higher and 1100 ° C. or lower, more preferably 850 ° C. or higher and 1100 ° C. or lower, and more preferably 900 ° C. or higher and 1100 ° C. or lower.
  • a third n-type diffusion layer forming composition containing glass powder containing an n-type impurity and a dispersion medium is applied to a partial region on one surface of a semiconductor substrate,
  • the semiconductor substrate to which the third n-type diffusion layer forming composition is applied is heat-treated in an atmosphere containing n-type impurities to form an n-type diffusion layer.
  • the method for applying the third n-type diffusion layer forming composition is the same as described above.
  • the glass powder amount can be 0.01 g / m 2 to 100 g / m 2, and preferably 0.1 g / m 2 to 10 g / m 2.
  • the atmosphere containing n-type impurities is not particularly limited as long as it contains n-type impurities.
  • a mixed gas atmosphere of phosphorus oxychloride (POCl 3 ), nitrogen, and oxygen can be used.
  • the heat treatment conditions are the same as above.
  • a heating step of removing at least a part of the dispersion medium may be provided.
  • the details of the heating step are as described above.
  • the glass layer remains on the silicon substrate on which the n-type diffusion layer is formed according to the first and second aspects, it is preferable that the glass layer is removed.
  • the glass layer can be removed by a known method such as a method of immersing in an acid such as hydrofluoric acid or a method of immersing in an alkali such as caustic soda.
  • an antireflection film is formed on the light receiving surface on which the n-type diffusion layer is formed.
  • the antireflection film for example, a nitride film formed by a plasma CVD method can be used.
  • electrodes are formed on the back surface and the light receiving surface of the substrate.
  • a commonly used method can be used without particular limitation.
  • the light-receiving surface electrode (surface electrode) is applied with a surface electrode metal paste containing metal particles and glass particles so as to have a desired shape on the electrode formation region, and is subjected to a baking treatment to obtain a high concentration.
  • a surface electrode can be formed on the electrode formation region where the n-type diffusion layer is formed.
  • the surface electrode metal paste for example, a silver paste or the like commonly used in the technical field can be used.
  • the back electrode can be formed, for example, by applying a back electrode paste containing a metal such as aluminum, silver, or copper, and drying and baking the paste. At this time, a silver paste for forming a silver electrode may be partially provided on the back surface for connection between cells in the module process.
  • Example 1 Glass powder having a substantially spherical particle shape, an average particle diameter of 0.25 ⁇ m, and a softening temperature of about 800 ° C. (mainly composed of P 2 O 5 , SiO 2 , and CaO, 50%, 43%, and 7%, respectively) 10 g, 4 g, and 86 g of ethyl cellulose and terpineol were mixed to form a paste, thereby preparing a first n-type diffusion layer forming composition (Composition A). Further, a glass powder having a substantially spherical particle shape, an average particle diameter of 0.25 ⁇ m, and a softening temperature of about 800 ° C.
  • Composition A first n-type diffusion layer forming composition
  • composition B (mainly composed of P 2 O 5 , SiO 2 , CaO, 50%, 43%, 7%, respectively) ), Ethyl cellulose, and terpineol 3 g, 4 g, and 93 g, respectively, were mixed into a paste to prepare a second n-type diffusion layer forming composition (composition B).
  • the glass particle shape was determined by observing with a TM-1000 scanning electron microscope manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation.
  • the average particle size of the glass was calculated using a LS 13 320 type laser scattering diffraction particle size distribution analyzer (measurement wavelength: 632 nm) manufactured by Beckman Coulter, Inc.
  • the softening point of the glass was obtained from a differential heat (DTA) curve using a DTG-60H type differential heat / thermogravimetric simultaneous measuring device manufactured by Shimadzu Corporation.
  • composition A is applied in a line shape to a part of the surface of the p-type silicon substrate by screen printing, dried at 150 ° C. for 10 minutes, and then the composition B is screened on the same entire surface of the silicon substrate. It was applied by printing and dried at 150 ° C. for 10 minutes. And the binder removal process was performed for 3 minutes at 350 degreeC.
  • the average value of the sheet resistance of the portion where the composition A is applied is 41 ⁇ / ⁇ , and the average value of the sheet resistance of the other portions is 98 ⁇ / ⁇ , and the portion where the composition A is applied is selective.
  • the resistance was lowered.
  • the sheet resistance was measured by a four-probe method using a Loresta-EP MCP-T360 type low resistivity meter manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation.
  • Example 2 Glass powder having a substantially spherical particle shape, an average particle diameter of 0.25 ⁇ m, and a softening temperature of about 800 ° C. (mainly composed of P 2 O 5 , SiO 2 , and CaO, 50%, 43%, and 7%, respectively) 10 g, 4 g, and 86 g of ethyl cellulose and terpineol were mixed to form a paste to prepare a third n-type diffusion layer forming composition (composition C). Next, the composition C is applied to a part of the surface of the p-type silicon substrate by screen printing in the same manner as in Example 1, dried at 150 ° C. for 10 minutes, and then subjected to binder removal treatment at 350 ° C.
  • composition C is applied to a part of the surface of the p-type silicon substrate by screen printing in the same manner as in Example 1, dried at 150 ° C. for 10 minutes, and then subjected to binder removal treatment at 350 ° C.

Landscapes

  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

　半導体基板の一方の面上の部分領域に、ｎ型不純物を含むガラス粉末及び分散媒を含有する第１のｎ型拡散層形成組成物を付与する工程と、前記半導体基板の前記第１のｎ型拡散層形成組成物が付与される面上であって、少なくとも前記部分領域以外の領域に、ｎ型不純物を含むガラス粉末及び分散媒を含有し、前記第１のｎ型拡散層形成組成物よりもｎ型不純物濃度の低い第２のｎ型拡散層形成組成物を付与する工程と、前記第１のｎ型拡散層形成組成物及び第２のｎ型拡散層形成組成物が付与された半導体基板を熱処理してｎ型拡散層を形成する工程と、前記部分領域上に電極を形成する工程と、を有する太陽電池の製造方法。

Description

太陽電池の製造方法
　本発明は、太陽電池の製造方法に関する。
　従来のｐｎ接合を有する太陽電池セルの製造においては、例えばシリコン等のｐ型半導体基板に、ｎ型不純物を拡散してｎ型拡散層を形成することにより、ｐｎ接合を形成する。
　特に、変換効率を高めることを目的とした太陽電池セルの構造として、電極直下の不純物濃度に比べて、電極直下以外の部分の領域における不純物濃度を低くした選択エミッタ構造が知られている（例えば、L.Debarge, M.Schott, J.C.Muller, R.Monna、Solar Energy Materials & Solar Cells 74 (2002) 71-75参照）。この構造では、電極直下に不純物濃度が高い領域（以下、この領域を「選択エミッタ」ともいう）が形成されているため、金属電極とシリコンとの接触抵抗を低減でき、一方、金属電極部分以外では不純物濃度が低くなって、太陽電池の変換効率を向上することができる。
　前述のような選択エミッタ構造を形成するためには、複数回の拡散とマスキングによる部分エッチング等とを組み合わせた複雑な工程が必要である（例えば、特開２００４－１９３３５０号公報参照）。
　また、複数の不純物濃度の拡散剤をインクジェット法による基板に塗り分け、不純物を拡散する方法が提案されている（例えば、特開２００４－２２１１４９号公報参照）。
　しかしながら、特開２００４－１９３３５０号公報に記載の方法では、選択エミッタ構造を形成するためにパターン形成やエッチングのための工程が必要となり、工程数が多くなる傾向があった。また、特開２００４－２２１１４９号公報に記載のインクジェット法では複数のヘッドを有する専用の装置が必要であり、各ヘッドからの噴射の制御も複雑となる。
　本発明は、選択エミッタ構造を有する太陽電池を、複雑な装置を必要とせず簡便な方法で製造することを可能にする太陽電池の製造方法を提供することを課題とする。
　本発明は以下の態様を包含する。
＜１＞　半導体基板の一方の面上の部分領域に、ｎ型不純物を含むガラス粉末及び分散媒を含有する第１のｎ型拡散層形成組成物を付与する工程と、前記半導体基板の前記第１のｎ型拡散層形成組成物が付与される面上であって、少なくとも前記部分領域以外の領域に、ｎ型不純物を含むガラス粉末及び分散媒を含有し、前記第１のｎ型拡散層形成組成物よりもｎ型不純物濃度が低い第２のｎ型拡散層形成組成物を付与する工程と、前記第１のｎ型拡散層形成組成物及び第２のｎ型拡散層形成組成物が付与された半導体基板を熱処理してｎ型拡散層を形成する工程と、前記部分領域上に電極を形成する工程と、を有する太陽電池の製造方法である。
＜２＞　半導体基板の一方の面上の部分領域に、ｎ型不純物を含むガラス粉末及び分散媒を含有する第３のｎ型拡散層形成組成物を付与する工程と、前記第３のｎ型拡散層形成組成物が付与された半導体基板を、ｎ型不純物を含む雰囲気中で熱処理してｎ型拡散層を形成する工程と、前記部分領域上に電極を形成する工程と、を有する太陽電池の製造方法である。
＜３＞　前記ｎ型不純物は、Ｐ（リン）及びＳｂ（アンチモン）から選択される少なくとも１種の元素を含む前記＜１＞または＜２＞に記載の太陽電池の製造方法である。
＜４＞　前記ｎ型不純物を含むガラス粉末は、Ｐ２Ｏ３、Ｐ２Ｏ５及びＳｂ２Ｏ３から選択される少なくとも１種のｎ型不純物含有物質と、ＳｉＯ２、Ｋ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、Ｌｉ２Ｏ、ＢａＯ、ＳｒＯ、ＣａＯ、ＭｇＯ、ＢｅＯ、ＺｎＯ、ＰｂＯ、ＣｄＯ、Ｖ２Ｏ５、ＳｎＯ、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２、及びＭｏＯ３から選択される少なくとも１種のガラス成分物質と、を含有する前記＜１＞～＜３＞のいずれか１項に記載の太陽電池の製造方法である。
　本発明によれば、選択エミッタ構造を有する太陽電池を、複雑な装置を必要とせず簡便な方法で製造することを可能にする太陽電池の製造方法を提供することができる。
　本明細書において「工程」との語は、独立した工程だけではなく、他の工程と明確に区別できない場合であってもその工程の所期の作用が達成されれば、本用語に含まれる。また本明細書において「～」を用いて示された数値範囲は、「～」の前後に記載される数値をそれぞれ最小値及び最大値として含む範囲を示す。さらに本明細書において組成物中の各成分の量は、組成物中に各成分に該当する物質が複数存在する場合、特に断らない限り、組成物中に存在する当該複数の物質の合計量を意味する。
　本発明の太陽電池の製造方法は、半導体基板の一方の面上の部分領域に、ｎ型不純物を含むガラス粉末及び分散媒を含有するｎ型拡散層形成組成物を付与する工程と、前記半導体基板の該部分領域（以下、「第１の領域」ともいう）および該部分領域以外の領域（以下、「第２の領域」ともいう）に、第１の領域のｎ型不純物濃度が第２の領域よりも高くなるようにｎ型拡散層を形成する拡散層形成工程と、高濃度のｎ型拡散層が形成された第１の領域に電極を形成する工程とを含み、必要に応じてその他の工程を含んで構成される。
　本発明の第１の態様において拡散層形成工程は、ｎ型不純物を含むガラス粉末及び分散媒を含有する第１のｎ型拡散層形成組成物が部分領域に付与される半導体基板の面上であって、少なくとも前記部分領域以外の領域に、ｎ型不純物を含むガラス粉末及び分散媒を含有し、前記第１のｎ型拡散層形成組成物よりもｎ型不純物濃度が低い第２のｎ型拡散層形成組成物を付与する工程と、前記第１のｎ型拡散層形成組成物及び第２のｎ型拡散層形成組成物が付与された半導体基板を熱処理してｎ型拡散層を形成する工程とを含んで構成される。
　また本発明の第２の態様において拡散層形成工程は、ｎ型拡散層形成組成物が付与された半導体基板を、ｎ型不純物を含む雰囲気中で熱処理してｎ型拡散層を形成する工程を含んで構成される。
　まず、本発明における第１のｎ型拡散層形成組成物、第２のｎ型拡散層形成組成物、及び第３のｎ型拡散層形成組成物（以下、併せて単に「ｎ型拡散層形成組成物」ともいう）について説明し、次にこれらのｎ型拡散層形成組成物を用いる選択エミッタ構造の形成方法について説明する。
　前記ｎ型拡散層形成組成物は、ｎ型不純物を含むガラス粉末の少なくとも１種と、分散媒の少なくとも１種と、を含有し、更に塗布性などを考慮してその他の添加剤を必要に応じて含有してもよい。
　ここで、ｎ型拡散層形成組成物とは、ｎ型不純物を含有し、シリコン基板に塗布した後にこのｎ型不純物を熱拡散することでｎ型拡散層を形成することが可能な材料をいう。ｎ型拡散層形成組成物を用いることで、所望の部位にｎ型拡散層が形成される。
　また、ガラス粉末中のｎ型不純物は焼成中でも揮散しにくいため、揮散ガスの発生によってｎ型拡散層形成組成物を付与した部分のみでなく裏面や側面にまでｎ型拡散層が形成されるということが抑制される。この理由として、ｎ型不純物がガラス粉末中の元素と結合しているか、又はガラス中に取り込まれているため、揮散しにくいものと考えられる。
（ガラス粉末）
　前記ガラス粉末に含まれるｎ型不純物とは、シリコン基板中に拡散することによってｎ型拡散層を形成することが可能な元素である。ｎ型不純物としては第１５族の元素が使用でき、例えばＰ（リン）、Ｓｂ（アンチモン）、Ｂｉ（ビスマス）、Ａｓ（ヒ素）などが挙げられる。安全性、ガラス化の容易さなどの観点から、Ｐ又はＳｂが好適である。
　ｎ型不純物をガラス粉末に導入するために用いるｎ型不純物含有物質としては、Ｐ２Ｏ３、Ｐ２Ｏ５、Ｓｂ２Ｏ３、Ｂｉ２Ｏ３及びＡｓ２Ｏ３が挙げられ、Ｐ２Ｏ３、Ｐ２Ｏ５及びＳｂ２Ｏ３から選択される少なくとも１種を用いることが好ましい。
　また、ガラス粉末は、必要に応じて成分比率を調整することによって、溶融温度、軟化点、ガラス転移点、化学的耐久性等を制御することが可能である。更に以下に記すガラス成分物質を含むことが好ましい。
　ガラス成分物質としては、ＳｉＯ２、Ｋ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、Ｌｉ２Ｏ、ＢａＯ、ＳｒＯ、ＣａＯ、ＭｇＯ、ＢｅＯ、ＺｎＯ、ＰｂＯ、ＣｄＯ、Ｔｌ２Ｏ、Ｖ２Ｏ５、ＳｎＯ、ＷＯ３、ＭｏＯ３、ＭｎＯ、Ｌａ２Ｏ３、Ｎｂ２Ｏ５、Ｔａ２Ｏ５、Ｙ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２、ＧｅＯ２、ＴｅＯ２及びＬｕ２Ｏ３等が挙げられ、ＳｉＯ２、Ｋ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、Ｌｉ２Ｏ、ＢａＯ、ＳｒＯ、ＣａＯ、ＭｇＯ、ＢｅＯ、ＺｎＯ、ＰｂＯ、ＣｄＯ、Ｖ２Ｏ５、ＳｎＯ、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２、及びＭｏＯ３から選択される少なくとも１種を用いることが、好ましい。
　ｎ型不純物を含むガラス粉末の具体例としては、前記ｎ型不純物含有物質と前記ガラス成分物質の双方を含む系が挙げられ、Ｐ２Ｏ５－ＳｉＯ２系（ｎ型不純物含有物質－ガラス成分物質の順で記載、以下同様）、Ｐ２Ｏ５－Ｋ２Ｏ系、Ｐ２Ｏ５－Ｎａ２Ｏ系、Ｐ２Ｏ５－Ｌｉ２Ｏ系、Ｐ２Ｏ５－ＢａＯ系、Ｐ２Ｏ５－ＳｒＯ系、Ｐ２Ｏ５－ＣａＯ系、Ｐ２Ｏ５－ＭｇＯ系、Ｐ２Ｏ５－ＢｅＯ系、Ｐ２Ｏ５－ＺｎＯ系、Ｐ２Ｏ５－ＣｄＯ系、Ｐ２Ｏ５－ＰｂＯ系、Ｐ２Ｏ５－Ｖ２Ｏ５系、Ｐ２Ｏ５－ＳｎＯ系、Ｐ２Ｏ５－ＧｅＯ２系、Ｐ２Ｏ５－ＴｅＯ２系等のｎ型不純物含有物質としてＰ２Ｏ５を含む系、前記のＰ２Ｏ５を含む系のＰ２Ｏ５の代わりにｎ型不純物含有物質としてＳｂ２Ｏ３を含む系のガラス粉末が挙げられる。
　なお、Ｐ２Ｏ５－Ｓｂ２Ｏ３系、Ｐ２Ｏ５－Ａｓ２Ｏ３系等のように、２種類以上のｎ型不純物含有物質を含むガラス粉末でもよい。
　上記では２成分を含む複合ガラスを例示したが、Ｐ２Ｏ５－ＳｉＯ２－Ｖ２Ｏ５、Ｐ２Ｏ５－ＳｉＯ２－ＣａＯ等、３成分以上の物質を含むガラス粉末でもよい。
　ガラス粉末中のガラス成分物質の含有比率は、溶融温度、軟化点、ガラス転移点、化学的耐久性等を考慮して適宜設定することが望ましく、一般には、０．１質量％以上９５質量％以下であることが好ましく、０．５質量％以上９０質量％以下であることがより好ましい。
　具体的には、Ｐ２Ｏ５－ＳｉＯ２－ＣａＯ系ガラスの場合には、ＣａＯの含有比率は、１質量％以上３０質量％以下であることが好ましく、５質量％以上２０質量％以下であることがより好ましい。
　ガラス粉末の軟化点は、拡散処理時の拡散性、液だれの観点から、２００℃～１０００℃であることが好ましく、３００℃～９００℃であることがより好ましい。
　ガラス粉末の形状としては、略球状、扁平状、ブロック状、板状及び鱗片状等が挙げられ、ｎ型拡散層形成組成物とした場合の基板への塗布性や均一拡散性の点から、略球状、扁平状又は板状であることが望ましい。ガラス粉末の平均粒径は、１００μｍ以下であることが望ましい。１００μｍ以下の平均粒径を有するガラス粉末を用いた場合には、平滑な塗膜が得られやすい。更に、ガラス粉末の平均粒径は５０μｍ以下であることがより望ましく、１０μｍ以下であることがさらに望ましい。なお、下限は特に制限されないが、０．０１μｍ以上であることが好ましい。
　ここで、ガラスの平均粒径は、体積平均粒子径を表し、レーザー散乱回折法粒度分布測定装置等により測定することができる。
　ｎ型不純物を含むガラス粉末は、以下の手順で作製される。
　最初に原料を秤量し、るつぼに充填する。るつぼの材質としては白金、白金－ロジウム、イリジウム、アルミナ、石英、炭素等が挙げられるが、溶融温度、雰囲気、溶融物質との反応性、不純物の混入等を考慮して適宜選ばれる。
　次に、電気炉でガラス組成に応じた温度で加熱し融液とする。このとき融液が均一となるよう攪拌することが望ましい。
　続いて得られた融液をジルコニア基板やカーボン基板等の上に流し出して融液をガラス化する。
　最後にガラスを粉砕し粉末状とする。粉砕にはジェットミル、ビーズミル、ボールミル等公知の方法が適用できる。
　ｎ型拡散層形成組成物中のｎ型不純物を含むガラス粉末の含有比率は、塗布性、ｎ型不純物の拡散性等を考慮して決定される。一般には、ｎ型拡散層形成組成物中のガラス粉末の含有比率は、０．１質量％以上９５質量％以下であることが好ましく、１質量％以上９０質量％以下であることがより好ましく、１．５質量％以上８５質量％以下であることがさらに好ましく、２質量％以上８０質量％以下が特に好ましい。
（分散媒）
　次に、分散媒について説明する。
　分散媒とは、組成物中において上記ガラス粉末を分散させる媒体である。具体的に分散媒としては、バインダーや溶剤などが採用される。
－バインダー－
　バインダーとしては、例えば、ポリビニルアルコール、ポリアクリルアミド類、ポリビニルアミド類、ポリビニルピロリドン、ポリ（メタ）アクリル酸類、ポリエチレンオキサイド類、ポリスルホン酸、アクリルアミドアルキルスルホン酸、セルロースエーテル類、セルロース誘導体、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、エチルセルロース、ゼラチン、澱粉及び澱粉誘導体、アルギン酸ナトリウム類、キサンタン及びキサンタン誘導体、グア及びグア誘導体、スクレログルカン及びスクレログルカン誘導体、トラガカント及びトラガカント誘導体、デキストリン及びデキストリン誘導体、（メタ）アクリル酸樹脂、（メタ）アクリル酸樹脂、(メタ）アクリル酸エステル樹脂（例えば、アルキル（メタ）アクリレート樹脂、ジメチルアミノエチル（メタ）アクリレート樹脂等）、ブタジエン樹脂、スチレン樹脂、及びこれらの共重合体、並びに、シロキサン樹脂などを適宜選択しうる。これらは１種類を単独で又は２種類以上を組み合わせて使用される。
　バインダーの分子量は特に制限されず、組成物としての所望の粘度を鑑みて適宜調整することが望ましい。
－溶剤－
　溶剤としては、例えば、アセトン、メチルエチルケトン、メチル－ｎ－プロピルケトン、メチル－ｉｓｏ－プロピルケトン、メチル－ｎ－ブチルケトン、メチル－ｉｓｏ－ブチルケトン、メチル－ｎ－ペンチルケトン、メチル－ｎ－ヘキシルケトン、ジエチルケトン、ジプロピルケトン、ジ－ｉｓｏ－ブチルケトン、トリメチルノナノン、シクロヘキサノン、シクロペンタノン、メチルシクロヘキサノン、２，４－ペンタンジオン、アセトニルアセトン等のケトン系溶剤；ジエチルエーテル、メチルエチルエーテル、メチル－ｎ－プロピルエーテル、ジ－ｉｓｏ－プロピルエーテル、テトラヒドロフラン、メチルテトラヒドロフラン、ジオキサン、ジメチルジオキサン、エチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールジエチルエーテル、エチレングリコールジ－ｎ－プロピルエーテル、エチレングリコールジブチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールメチルエチルエーテル、ジエチレングリコールメチル－ｎ－プロピルエーテル、ジエチレングリコールメチル－ｎ－ブチルエーテル、ジエチレングリコールジ－ｎ－プロピルエーテル、ジエチレングリコールジ－ｎ－ブチルエーテル、ジエチレングリコールメチル－ｎ－ヘキシルエーテル、トリエチレングリコールジメチルエーテル、トリエチレングリコールジエチルエーテル、トリエチレングリコールメチルエチルエーテル、トリエチレングリコールメチル－ｎ－ブチルエーテル、トリエチレングリコールジ－ｎ－ブチルエーテル、トリエチレングリコールメチル－ｎ－ヘキシルエーテル、テトラエチレングリコールジメチルエーテル、テトラエチレングリコールジエチルエーテル、テトラジエチレングリコールメチルエチルエーテル、テトラエチレングリコールメチル－ｎ－ブチルエーテル、ジエチレングリコールジ－ｎ－ブチルエーテル、テトラエチレングリコールメチル－ｎ－ヘキシルエーテル、テトラエチレングリコールジ－ｎ－ブチルエーテル、プロピレングリコールジメチルエーテル、プロピレングリコールジエチルエーテル、プロピレングリコールジ－ｎ－プロピルエーテル、プロピレングリコールジブチルエーテル、ジプロピレングリコールジメチルエーテル、ジプロピレングリコールジエチルエーテル、ジプロピレングリコールメチルエチルエーテル、ジプロピレングリコールメチル－ｎ－ブチルエーテル、ジプロピレングリコールジ－ｎ－プロピルエーテル、ジプロピレングリコールジ－ｎ－ブチルエーテル、ジプロピレングリコールメチル－ｎ－ヘキシルエーテル、トリプロピレングリコールジメチルエーテル、トリプロピレングリコールジエチルエーテル、トリプロピレングリコールメチルエチルエーテル、トリプロピレングリコールメチル－ｎ－ブチルエーテル、トリプロピレングリコールジ－ｎ－ブチルエーテル、トリプロピレングリコールメチル－ｎ－ヘキシルエーテル、テトラプロピレングリコールジメチルエーテル、テトラプロピレングリコールジエチルエーテル、テトラジプロピレングリコールメチルエチルエーテル、テトラプロピレングリコールメチル－ｎ－ブチルエーテル、ジプロピレングリコールジ－ｎ－ブチルエーテル、テトラプロピレングリコールメチル－ｎ－ヘキシルエーテル、テトラプロピレングリコールジ－ｎ－ブチルエーテル等のエーテル系溶剤；酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ｎ－プロピル、酢酸ｉ－プロピル、酢酸ｎ－ブチル、酢酸ｉ－ブチル、酢酸ｓｅｃ－ブチル、酢酸ｎ－ペンチル、酢酸ｓｅｃ－ペンチル、酢酸３－メトキシブチル、酢酸メチルペンチル、酢酸２－エチルブチル、酢酸２－エチルヘキシル、酢酸２－（２－ブトキシエトキシ）エチル、酢酸ベンジル、酢酸シクロヘキシル、酢酸メチルシクロヘキシル、酢酸ノニル、アセト酢酸メチル、アセト酢酸エチル、酢酸ジエチレングリコールメチルエーテル、酢酸ジエチレングリコールエチルエーテル、酢酸ジプロピレングリコールメチルエーテル、酢酸ジプロピレングリコールエチルエーテル、ジ酢酸グリコール、酢酸メトキシトリグリコール、プロピオン酸エチル、プロピオン酸ｎ－ブチル、プロピオン酸ｉ－アミル、シュウ酸ジエチル、シュウ酸ジ－ｎ－ブチル、乳酸メチル、乳酸エチル、乳酸ｎ－ブチル、乳酸ｎ－アミル、エチレングリコールメチルエーテルプロピオネート、エチレングリコールエチルエーテルプロピオネート、エチレングリコールメチルエーテルアセテート、エチレングリコールエチルエーテルアセテート、プロピレングリコールメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールエチルエーテルアセテート、プロピレングリコールプロピルエーテルアセテート、γ－ブチロラクトン、γ－バレロラクトン等のエステル系溶剤；アセトニトリル、Ｎ－メチルピロリジノン、Ｎ－エチルピロリジノン、Ｎ－プロピルピロリジノン、Ｎ－ブチルピロリジノン、Ｎ－ヘキシルピロリジノン、Ｎ－シクロヘキシルピロリジノン、Ｎ，Ｎ－ジメチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ－ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド等の非プロトン性極性溶剤；メタノール、エタノール、ｎ－プロパノール、ｉ－プロパノール、ｎ－ブタノール、ｉ－ブタノール、ｓｅｃ－ブタノール、ｔ－ブタノール、ｎ－ペンタノール、ｉ－ペンタノール、２－メチルブタノール、ｓｅｃ－ペンタノール、ｔ－ペンタノール、３－メトキシブタノール、ｎ－ヘキサノール、２－メチルペンタノール、ｓｅｃ－ヘキサノール、２－エチルブタノール、ｓｅｃ－ヘプタノール、ｎ－オクタノール、２－エチルヘキサノール、ｓｅｃ－オクタノール、ｎ－ノニルアルコール、ｎ－デカノール、ｓｅｃ－ウンデシルアルコール、トリメチルノニルアルコール、ｓｅｃ－テトラデシルアルコール、ｓｅｃ－ヘプタデシルアルコール、フェノール、シクロヘキサノール、メチルシクロヘキサノール、ベンジルアルコール、エチレングリコール、１，２－プロピレングリコール、１，３－ブチレングリコール、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、トリエチレングリコール、トリプロピレングリコール等のアルコール系溶剤；エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノフェニルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノ－ｎ－ブチルエーテル、ジエチレングリコールモノ－ｎ－ヘキシルエーテル、エトキシトリグリコール、テトラエチレングリコールモノ－ｎ－ブチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノエチルエーテル、トリプロピレングリコールモノメチルエーテル等のグリコールモノエーテル系溶剤；α－テルピネン、α－テルピネオール、ミルセン、アロオシメン、リモネン、ジペンテン、α－ピネン、β－ピネン、ターピネオール、カルボン、オシメン、フェランドレン等のテルペン系溶剤；水が挙げられる。これらは１種類を単独で又は２種類以上を組み合わせて使用される。ｎ型拡散層形成組成物とした場合、基板への塗布性の観点から、α－テルピネオール、ジエチレングリコールモノ－ｎ－ブチルエーテル、酢酸２－（２－ブトキシエトキシ）エチルが好ましい。
　ｎ型拡散層形成組成物中の分散媒の含有比率は、塗布性、ｎ型不純物濃度を考慮し決定される。
　ｎ型拡散層形成組成物の粘度は、塗布性を考慮して、１０ｍＰａ・ｓ以上１００００００ｍＰａ・ｓ以下であることが好ましく、５０ｍＰａ・ｓ以上５０００００ｍＰａ・ｓ以下であることがより好ましい。
　本発明の第１の態様においては、ｎ型不純物濃度の異なる少なくとも２種のｎ型拡散層形成組成物を用いる。本発明においては例えば、ｎ型不純物濃度の高い第１のｎ型拡散層形成組成物を、半導体基板の一方の面上の電極形成領域に付与し、ｎ型不純物濃度の低い第２のｎ型拡散層形成組成物を、同一面の電極形成領域以外の領域または全面に付与する。その後、加熱処理によってｎ型拡散層形成組成物中のｎ型不純物を半導体基板中に拡散させてｎ型拡散層を形成することで、電極形成領域にｎ型不純物濃度が高い選択エミッタを、効率的に形成することができる。
　前記第１のｎ型拡散層形成組成物及び第２のｎ型拡散層形成組成物におけるｎ型不純物の濃度は、第１のｎ型拡散層形成組成物のほうが大きい限り特に制限されない。高濃度ｎ型拡散層の形成効率、光発電効率の観点から、第２のｎ型拡散層形成組成物におけるｎ型不純物濃度に対する、第１のｎ型拡散層形成組成物におけるｎ型不純物濃度の比（第１のｎ型拡散層形成組成物／第２のｎ型拡散層形成組成物）が、１．１～５０であることが好ましく、１．２～２０であることがより好ましい。
　尚、ｎ型拡散層形成組成物におけるｎ型不純物濃度は、ガラス粉末の含有率、ガラス粉末に含まれるｎ型不純物の含有率等を適宜選択することで調整することができる。
（太陽電池の製造方法）
　まず、シリコン基板の表面にあるダメージ層を、酸性あるいははアルカリ性の溶液を用いてエッチングして除去する。
　次に、シリコン基板の一方の表面に珪素の酸化物膜あるいは珪素の窒化物膜からなる保護膜を形成する。ここで、珪素の酸化物膜は、たとえばシランガスと酸素を用いた常圧ＣＶＤ法により形成することができる。また、珪素の窒化物膜は、たとえば、シランガス、アンモニアガス及び窒素ガスを用いたプラズマＣＶＤ法により形成することができる。
　次に、シリコン基板の保護膜が形成されていない側の表面にテクスチャ構造と呼ばれる微細な凹凸構造を形成する。テクスチャ構造は、たとえば、保護膜が形成されたシリコン基板を水酸化カリウムとイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）とを含む約８０℃程度の液に浸漬させることによって形成することができる。
　続いて、シリコン基板をフッ酸に浸漬させることによって、保護膜をエッチング除去する。
　次に、ｐ型シリコン基板上にｎ型拡散層を形成してｐｎ接合を形成する。本発明においては、受光面電極が形成される電極形成領域（電極形成予定領域）に、ｎ型拡散層形成組成物を付与することで、電極形成領域における不純物濃度を、電極形成領域以外よりも高くすることが特徴となっている。
　本発明において、不純物濃度が高い電極形成領域の形状及び大きさは、構成される太陽電池の構造に応じて適宜選択することができる。形状としては例えば、ライン状等とすることができる。
　本発明の第１の態様では、ｐ型シリコン基板上の受光面電極が形成される電極形成領域に、前記第１のｎ型拡散層形成組成物を付与する工程と、少なくとも前記電極形成領域以外の領域に、前記第２のｎ型拡散層形成組成物を付与する工程とにより、ｐ型シリコン基板上にｎ型拡散層形成組成物層を形成する。
　前記電極形成領域には、第１のｎ型拡散層形成組成物のみが付与されていてもよいし、第１のｎ型拡散層形成組成物及び第２のｎ型拡散層形成組成物の両方が付与されていてもよい。
　また、第１のｎ型拡散層形成組成物及び第２のｎ型拡散層形成組成物を付与する順番は特に制限されない。すなわち、第１のｎ型拡散層形成組成物を電極形成領域に付与した後、第２のｎ型拡散層形成組成物を受光面全面あるいは電極形成領域以外の領域に付与してもよく、また、第２のｎ型拡散層形成組成物を受光面全面あるいは電極形成領域以外の領域に付与した後、第１のｎ型拡散層形成組成物を電極形成領域に付与してもよい。
　第１のｎ型拡散層形成組成物及び第２のｎ型拡散層形成組成物の付与方法は、特に制限されず通常用いられる方法を用いることができる。例えば、スクリーン印刷法、グラビア印刷法などの印刷法、スピン法、刷毛塗り、スプレー法、ドクターブレード法、ロールコーター法、インクジェット法等を用いて行うことができる。さらに第１のｎ型拡散層形成組成物及び第２のｎ型拡散層形成組成物の付与方法はそれぞれ同一であっても異なっていてもよい。
　前記第１及び第２のｎ型拡散層形成組成物の付与量としては特に制限はない。例えば、ガラス粉末量として０．０１ｇ／ｍ２～１００ｇ／ｍ２とすることができ、０．１ｇ／ｍ２～１０ｇ／ｍ２であることが好ましい。また第１のｎ型拡散層形成組成物の付与量に対する第２のｎ型拡散層形成組成物の付与量の比（第２のｎ型拡散層形成組成物／第１のｎ型拡散層形成組成物）は特に制限されず、形成されるｎ型拡散層が所望の不純物濃度となるように適宜選択することができる。
　シリコン基板上にｎ型拡散層形成組成物が付与された後には、分散媒の少なくとも一部を除去する加熱工程を設けてもよい。加熱工程においては例えば、１００℃～２００℃で加熱処理することで、溶剤の少なくとも一部を揮発させることができる。また例えば、２００℃～５００℃で加熱処理することでバインダーの少なくとも一部を除去してもよい。
　次に、ｎ型拡散層形成組成物が付与されたシリコン基板を熱処理することによって、ｎ型拡散層を形成する。熱処理によってｎ型拡散層形成組成物からｎ型不純物がシリコン基板中に拡散し、受光面電極が形成される電極形成領域には高濃度のｎ型拡散層が、それ以外の領域には低濃度のｎ型拡散層が形成される。
　ここで、熱処理温度は８００℃以上１１００℃以下であることが好ましく、さらに８５０℃以上１１００℃以下が好ましく、９００℃以上１１００℃以下がより好ましい。
　本発明の第２の態様によれば、半導体基板の一方の面上の部分領域に、ｎ型不純物を含むガラス粉末及び分散媒を含有する第３のｎ型拡散層形成組成物を付与し、前記第３のｎ型拡散層形成組成物が付与された半導体基板を、ｎ型不純物を含む雰囲気中で熱処理してｎ型拡散層を形成する。
　前記第３のｎ型拡散層形成組成物の付与方法は、上記と同様である。
　また前記第３のｎ型拡散層形成組成物の塗布量としては特に制限はない。例えば、ガラス粉末量として０．０１ｇ／ｍ２～１００ｇ／ｍ２とすることができ、０．１ｇ／ｍ２～１０ｇ／ｍ２であることが好ましい
　ｎ型不純物を含む雰囲気はｎ型不純物を含んでいれば特に制限されない。例えば、オキシ塩化リン（ＰＯＣｌ３）、窒素、酸素の混合ガス雰囲気などが挙げられる。
　また熱処理条件は上記と同様である。
　また本発明においては、第３のｎ型拡散層形成組成物を付与した後、分散媒の少なくとも一部を除去する加熱工程を設けてもよい。加熱工程の詳細は既述の通りである。
　前記第１の態様及び第２の態様によってｎ型拡散層が形成されたシリコン基板にはガラス層が残存しているが、該ガラス層は除去されることが好ましい。ガラス層の除去は、フッ酸などの酸に浸漬する方法、苛性ソーダなどのアルカリに浸漬する方法等公知の方法が適用できる。
　次に、ｎ型拡散層が形成された受光面上には、反射防止膜が形成される。ここで、反射防止膜としては、たとえばプラズマＣＶＤ法により形成された窒化物膜を用いることができる。
　次に、基板裏面及び受光面に電極が形成される。電極の形成には通常用いられる方法を特に制限なく用いることができる。
　例えば、受光面電極（表面電極）は、金属粒子及びガラス粒子を含む表面電極用金属ペーストを、前記電極形成領域上に所望の形状となるよう付与し、これを焼成処理することで高濃度のｎ型拡散層が形成された電極形成領域上に表面電極を形成することができる。
　前記表面電極用金属ペーストとしては、例えば、当該技術分野で常用される銀ペースト等を用いることができる。
　また裏面電極は、例えば、アルミニウム、銀、又は銅などの金属を含む裏面電極用ペーストを塗布し、乾燥させて、これを焼成処理することで形成することができる。このとき、裏面にも、モジュール工程におけるセル間の接続のために、一部に銀電極形成用銀ペーストを設けてもよい。
　以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。尚、特に断りのない限り、薬品は全て試薬を使用した。また「部」及び「％」は質量基準である。
［実施例１］
　粒子形状が略球状で、平均粒径が０．２５μｍ、軟化温度が約８００℃のガラス粉末（Ｐ２Ｏ５、ＳｉＯ２、ＣａＯを主成分とし、それぞれ５０％、４３％、７％）、エチルセルロース、テルピネオールをそれぞれ１０ｇ、４ｇ、８６ｇ混合してペースト化し、第１のｎ型拡散層形成組成物（組成物Ａ）を調製した。また、粒子形状が略球状で、平均粒径が０．２５μｍ、軟化温度が約８００℃のガラス粉末（Ｐ２Ｏ５、ＳｉＯ２、ＣａＯを主成分とし、それぞれ５０％、４３％、７％）、エチルセルロース、テルピネオールをそれぞれ３ｇ、４ｇ、９３ｇ混合してペースト化し、第２のｎ型拡散層形成組成物（組成物Ｂ）を調製した。
　なお、ガラス粒子形状は、（株）日立ハイテクノロジーズ製ＴＭ－１０００型走査型電子顕微鏡を用いて観察して判定した。ガラスの平均粒径はベックマン・コールター（株）製ＬＳ　１３　３２０型レーザー散乱回折法粒度分布測定装置（測定波長：６３２ｎｍ）を用いて算出した。ガラスの軟化点は（株）島津製作所製ＤＴＧ－６０Ｈ型示差熱・熱重量同時測定装置を用いて、示差熱（ＤＴＡ）曲線により求めた。
　次に、ｐ型シリコン基板の表面の一部に組成物Ａをスクリーン印刷により、ライン状に塗布し、１５０℃で１０分間乾燥させ、続いて、シリコン基板の同じ表面全面に組成物Ｂをスクリーン印刷により塗布し、１５０℃で１０分間乾燥させた。そして、３５０℃で３分間脱バインダー処理を行った。
　次に、大気中、９５０℃で１０分間熱処理し、ｎ型不純物をシリコン基板中に拡散させ、ｎ型拡散層を形成した。続いて、シリコン基板の表面に残存したガラス層をフッ酸によって除去した。
　組成物Ａを塗布した部分（電極形成領域）のシート抵抗の平均値は４１Ω／□、それ以外の部分のシート抵抗の平均値は９８Ω／□であり、組成物Ａを塗布した部分が選択的に低抵抗化していた。なお、シート抵抗は、三菱化学（株）製Ｌｏｒｅｓｔａ－ＥＰ　ＭＣＰ－Ｔ３６０型低抵抗率計を用いて四探針法により測定した。
［実施例２］
　粒子形状が略球状で、平均粒径が０．２５μｍ、軟化温度が約８００℃のガラス粉末（Ｐ２Ｏ５、ＳｉＯ２、ＣａＯを主成分とし、それぞれ５０％、４３％、７％）、エチルセルロース、テルピネオールをそれぞれ１０ｇ、４ｇ、８６ｇ混合してペースト化し、第３のｎ型拡散層形成組成物（組成物Ｃ）を調製した。
　次に、ｐ型シリコン基板の表面の一部に組成物Ｃを実施例１と同様にスクリーン印刷により塗布し、１５０℃で１０分間乾燥させ、続いて、３５０℃で３分間脱バインダー処理を行った。
　次に、オキシ塩化リン（ＰＯＣｌ３）、窒素、酸素の混合ガス雰囲気大気中で、９５０℃で１０分間熱処理し、ｎ型不純物をシリコン基板中に拡散させ、ｎ型拡散層を形成した。
　続いて、シリコン基板の表面に残存したガラス層をフッ酸によって除去した。
　組成物Ｃを塗布した部分（電極形成領域）のシート抵抗の平均値は３７Ω／□、それ以外の部分のシート抵抗の平均値は８７Ω／□であり、組成物Ｃを塗布した部分が選択的に低抵抗化していた。
［太陽電池の作製］
　上記で得られたｎ型拡散層が形成されたシリコン基板を用い、常法により、表面に反射防止膜を、電極形成領域に表面電極を、裏面に裏面電極をそれぞれ形成して、太陽電池セルを作製した。得られた太陽電池セルは、高濃度のｎ型拡散層が形成された電極形成領域（選択エミッタ）を有しない太陽電池セルに比べて、良好な光変換特性を示した。
　日本国特許出願２０１０－２５７１６８号の開示はその全体が参照により本明細書に取り込まれる。本明細書に記載された全ての文献、特許出願、及び技術規格は、個々の文献、特許出願、及び技術規格が参照により取り込まれることが具体的かつ個々に記された場合と同程度に、本明細書に参照により取り込まれる。

Claims (4)

  1. 　半導体基板の一方の面上の部分領域に、ｎ型不純物を含むガラス粉末及び分散媒を含有する第１のｎ型拡散層形成組成物を付与する工程と、
    　前記半導体基板の前記第１のｎ型拡散層形成組成物が付与される面上であって、少なくとも前記部分領域以外の領域に、ｎ型不純物を含むガラス粉末及び分散媒を含有し、前記第１のｎ型拡散層形成組成物よりもｎ型不純物濃度が低い第２のｎ型拡散層形成組成物を付与する工程と、
    　前記第１のｎ型拡散層形成組成物及び第２のｎ型拡散層形成組成物が付与された半導体基板を熱処理してｎ型拡散層を形成する工程と、
    　前記部分領域上に電極を形成する工程と、
    を有する太陽電池の製造方法。
  2. 　半導体基板の一方の面上の部分領域に、ｎ型不純物を含むガラス粉末及び分散媒を含有する第３のｎ型拡散層形成組成物を付与する工程と、
    　前記第３のｎ型拡散層形成組成物が付与された半導体基板を、ｎ型不純物を含む雰囲気中で熱処理してｎ型拡散層を形成する工程と、
    　前記部分領域上に電極を形成する工程と、
    を有する太陽電池の製造方法。
  3. 　前記ｎ型不純物は、Ｐ（リン）及びＳｂ（アンチモン）から選択される少なくとも１種の元素を含む請求項１又は請求項２に記載の太陽電池の製造方法。
  4. 　前記ｎ型不純物を含むガラス粉末は、Ｐ２Ｏ３、Ｐ２Ｏ５及びＳｂ２Ｏ３から選択される少なくとも１種のｎ型不純物含有物質と、
    　ＳｉＯ２、Ｋ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、Ｌｉ２Ｏ、ＢａＯ、ＳｒＯ、ＣａＯ、ＭｇＯ、ＢｅＯ、ＺｎＯ、ＰｂＯ、ＣｄＯ、Ｖ２Ｏ５、ＳｎＯ、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２、及びＭｏＯ３から選択される少なくとも１種のガラス成分物質と、
    を含有する請求項１～請求項３のいずれか１項に記載の太陽電池の製造方法。
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