JP2928433B2 - 光電変換素子の製造方法 - Google Patents
光電変換素子の製造方法Info
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- JP2928433B2 JP2928433B2 JP5033414A JP3341493A JP2928433B2 JP 2928433 B2 JP2928433 B2 JP 2928433B2 JP 5033414 A JP5033414 A JP 5033414A JP 3341493 A JP3341493 A JP 3341493A JP 2928433 B2 JP2928433 B2 JP 2928433B2
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- impurity concentration
- concentration
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/547—Monocrystalline silicon PV cells
Landscapes
- Photovoltaic Devices (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光電変換素子の製造方
法の改良に関するもので、特に、光電変換素子の高効率
化、低コスト化に有効なものである。
法の改良に関するもので、特に、光電変換素子の高効率
化、低コスト化に有効なものである。
【０００２】
【従来の技術】光電変換素子の一例として、シリコン太
陽電池を例にとって説明する。
陽電池を例にとって説明する。
【０００３】シリコン太陽電池においては、電力用途へ
の応用を図るため、光電変換効率の高効率化と低コスト
化が重要な課題となっている。
の応用を図るため、光電変換効率の高効率化と低コスト
化が重要な課題となっている。
【０００４】シリコン太陽電池において、光電変換効率
の高効率化を図るための要素技術の１つとして、受光面
における不純物拡散層の不純物濃度を低減することか検
討されている。この不純物濃度の低減には、以下の２つ
の目的が挙げられる。
の高効率化を図るための要素技術の１つとして、受光面
における不純物拡散層の不純物濃度を低減することか検
討されている。この不純物濃度の低減には、以下の２つ
の目的が挙げられる。
【０００５】第１に、少数キャリアの拡散層表面におけ
る表面再結合の低減による開放電圧の向上である。少数
キャリアの表面再結合は、シリコン表面の未結合手等に
起因する表面準位を介して行なわれる。その低減には、
シリコン表面に薄いシリコン酸化膜を形成することによ
って、その界面準位を低減する表面パッベーション技術
が有効である。拡散層の不純物濃度を低減することによ
って、このパッシベーション技術の効果が高まり、開放
電圧が向上する。
る表面再結合の低減による開放電圧の向上である。少数
キャリアの表面再結合は、シリコン表面の未結合手等に
起因する表面準位を介して行なわれる。その低減には、
シリコン表面に薄いシリコン酸化膜を形成することによ
って、その界面準位を低減する表面パッベーション技術
が有効である。拡散層の不純物濃度を低減することによ
って、このパッシベーション技術の効果が高まり、開放
電圧が向上する。
【０００６】第２は、拡散層中での再結合の低減、ある
いは接合深さの低減による短波長感度の向上である。
いは接合深さの低減による短波長感度の向上である。
【０００７】しかしながら、拡散層の不純物濃度が低減
されれば、受光面電極と拡散層とが接触する部分におけ
る接触抵抗が増大するため、直列抵抗損失が大きくな
り、曲線因子の低下を招くという問題がある。接触抵抗
の増大を避けるためには、受光面電極と拡散層とが接触
する部分の不純物濃度を高濃度とし、受光部の拡散層の
不純物濃度のみを低減すればよい。言い換えれば、拡散
層の不純物濃度に面内分布の変化を持たせることが必要
である。しかしながら、全面に拡散塗布液を塗布し均一
に不純物を熱拡散するプロセス（以下低コストプロセス
という）では、拡散層の不純物濃度は低減できるが、面
内の不純物濃度は均一になる。
されれば、受光面電極と拡散層とが接触する部分におけ
る接触抵抗が増大するため、直列抵抗損失が大きくな
り、曲線因子の低下を招くという問題がある。接触抵抗
の増大を避けるためには、受光面電極と拡散層とが接触
する部分の不純物濃度を高濃度とし、受光部の拡散層の
不純物濃度のみを低減すればよい。言い換えれば、拡散
層の不純物濃度に面内分布の変化を持たせることが必要
である。しかしながら、全面に拡散塗布液を塗布し均一
に不純物を熱拡散するプロセス（以下低コストプロセス
という）では、拡散層の不純物濃度は低減できるが、面
内の不純物濃度は均一になる。
【０００８】不純物拡散層の不純物濃度に面内分布変化
を持たせるには、必要な部分に高濃度の拡散層を形成し
た後、低濃度の拡散を全面に行なう方法や、印刷可能な
塗布液を用い、濃度の異なる塗布液のパターン印刷、乾
燥を２回行なった後、拡散を行なう方法、イオンインプ
ランテーションやレーザドーピングにより部分的に高濃
度の拡散を行なう方法などがある。
を持たせるには、必要な部分に高濃度の拡散層を形成し
た後、低濃度の拡散を全面に行なう方法や、印刷可能な
塗布液を用い、濃度の異なる塗布液のパターン印刷、乾
燥を２回行なった後、拡散を行なう方法、イオンインプ
ランテーションやレーザドーピングにより部分的に高濃
度の拡散を行なう方法などがある。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】以上のように、従来の
低コストプロセスでは、面内において均一な不純物濃度
しか得られないため、受光面電極と拡散層とが接触する
部分における接触抵抗が増大することを考慮すれば、表
面不純物濃度を最適な値まで低減することが困難であっ
た。
低コストプロセスでは、面内において均一な不純物濃度
しか得られないため、受光面電極と拡散層とが接触する
部分における接触抵抗が増大することを考慮すれば、表
面不純物濃度を最適な値まで低減することが困難であっ
た。
【００１０】また、不純物拡散層の不純物濃度に面内分
布変化を持たせる前述の各種の方法は、工程が複雑にな
ったり、高価な設備が必要であるなどの問題点があり、
低コストの太陽電池の製造コストとしては問題点が多か
った。
布変化を持たせる前述の各種の方法は、工程が複雑にな
ったり、高価な設備が必要であるなどの問題点があり、
低コストの太陽電池の製造コストとしては問題点が多か
った。
【００１１】本発明の目的は、電極と拡散層との直列抵
抗損失を抑制するとともに、受光部では不純物濃度を低
減した低コストで、しかも量産に適したプロセスを提供
することにある。
抗損失を抑制するとともに、受光部では不純物濃度を低
減した低コストで、しかも量産に適したプロセスを提供
することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明の光電変換装置の
製造方法においては、拡散される不純物を含む拡散塗布
液を基板表面に塗布した後、塗布液の乾燥を酸素を含む
雰囲気中でランプ加熱によって行ない、かつ、その際に
受光面電極に対応する基板の一部を一定時間だけマスク
して、該当部分の乾燥の度合いを変え、その後、高温下
にて拡散を行なうことによって、拡散層の不純物濃度に
面内分布変化を持たせるようにした。
製造方法においては、拡散される不純物を含む拡散塗布
液を基板表面に塗布した後、塗布液の乾燥を酸素を含む
雰囲気中でランプ加熱によって行ない、かつ、その際に
受光面電極に対応する基板の一部を一定時間だけマスク
して、該当部分の乾燥の度合いを変え、その後、高温下
にて拡散を行なうことによって、拡散層の不純物濃度に
面内分布変化を持たせるようにした。
【００１３】
【作用】マスクした部分の不純物拡散濃度は高く、マス
クされない部分の不純物濃度は低くすることができる。
したがって、電極部分の接触抵抗を減少させ、光起電に
関与する部分のパッシベーション効果を高くし、短波長
感度を向上できる。
クされない部分の不純物濃度は低くすることができる。
したがって、電極部分の接触抵抗を減少させ、光起電に
関与する部分のパッシベーション効果を高くし、短波長
感度を向上できる。
【００１４】
【実施例】図１は、本発明により製造された太陽電池の
略断面図である。
略断面図である。
【００１５】まず、結晶系の第１の導電型たとえばＰ型
シリコン基板１の表面を洗浄し化学エッチングを施す。
シリコン基板１の表面を洗浄し化学エッチングを施す。
【００１６】次に、この表面に拡散塗布液を塗布し加熱
乾燥しＮ型不純物拡散層２の形成を行なう。
乾燥しＮ型不純物拡散層２の形成を行なう。
【００１７】拡散塗布液は、たとえば珪酸エチル，エチ
ルアルコール，５酸化２リンを成分とするものである。
すなわち第２の導電型であるＮ型の不純物を含む化合
物，金属アルコキシドおよび溶剤等からなる。この拡散
塗布液をスピンコート法によって基板表面に塗布する。
ルアルコール，５酸化２リンを成分とするものである。
すなわち第２の導電型であるＮ型の不純物を含む化合
物，金属アルコキシドおよび溶剤等からなる。この拡散
塗布液をスピンコート法によって基板表面に塗布する。
【００１８】次に、タングステンランプによって基板表
面を照射・加熱することによって乾燥を２回行なう。
面を照射・加熱することによって乾燥を２回行なう。
【００１９】１回目の乾燥は、たとえば酸素と窒素の比
を３対１とした雰囲気中で、基板の全面に光を２０秒照
射する。
を３対１とした雰囲気中で、基板の全面に光を２０秒照
射する。
【００２０】２回目は、受光面電極と同様なフィッシュ
ボーン状のパターンを持つマスクを通して光を照射す
る。乾燥時の条件は１回目と同様であり時間は３０秒と
する。
ボーン状のパターンを持つマスクを通して光を照射す
る。乾燥時の条件は１回目と同様であり時間は３０秒と
する。
【００２１】その後、基板を窒素雰囲気中で８５０〜９
００℃に保持してリン原子の基板への拡散を行なう。こ
れによって、基板表面に高濃度Ｎ型不純物拡散層２１と
低濃度Ｎ型不純物拡散層２２のように面内分布を持つＮ
型不純物拡散層２が形成される。
００℃に保持してリン原子の基板への拡散を行なう。こ
れによって、基板表面に高濃度Ｎ型不純物拡散層２１と
低濃度Ｎ型不純物拡散層２２のように面内分布を持つＮ
型不純物拡散層２が形成される。
【００２２】次に、表面パッシベーション膜として、熱
酸化法により表面に薄いシリコン酸化膜３を形成し、そ
の上に反射防止膜として、常圧ＣＶＤ法により酸化チタ
ン膜４を形成する。
酸化法により表面に薄いシリコン酸化膜３を形成し、そ
の上に反射防止膜として、常圧ＣＶＤ法により酸化チタ
ン膜４を形成する。
【００２３】次いでエッチングによって裏面の不要なＮ
型拡散層を取除いた後、ＢＳＦ層５および裏面電極６
を、Alペーストを印刷・焼成することによって形成す
る。さらに、受光面電極７をAgペーストを所望のフィッ
シュボーン状のパターンで印刷・焼成することによって
形成する。このとき、受光面電極直下およびその付近
は、高濃度Ｎ型不純物拡散層２１となり、その他の受光
部分では低濃度Ｎ型不純物拡散層２２となるようにパタ
ーンを合わせて、受光面電極を形成する。
型拡散層を取除いた後、ＢＳＦ層５および裏面電極６
を、Alペーストを印刷・焼成することによって形成す
る。さらに、受光面電極７をAgペーストを所望のフィッ
シュボーン状のパターンで印刷・焼成することによって
形成する。このとき、受光面電極直下およびその付近
は、高濃度Ｎ型不純物拡散層２１となり、その他の受光
部分では低濃度Ｎ型不純物拡散層２２となるようにパタ
ーンを合わせて、受光面電極を形成する。
【００２４】以上の工程によって本発明による太陽電池
素子が完成する。基板表面に、拡散塗布液を塗布した
後、塗布液の乾燥を酸素を含む雰囲気中でランプ加熱を
行なうと、塗布液中の溶剤成分が蒸発するとともに、塗
布液中の酸素原子や雰囲気中から取込まれた酸素原子を
介して、隣合う金属原子同士が酸素を挟んで結合するこ
とでネットワークを形成し、いわゆるガラス化が生じ
る。その際に、不純物原子はネットワーク中に組み込ま
れるため、不純物原子の塗布膜中における拡散は抑制さ
れる。乾燥後に基板を高温に保持して不純物原子の基板
への拡散を行なえばガラス化の進んだ部分では、拡散が
抑制され不純物濃度は低くなって面抵抗が高くなり、一
方、ガラス化が進んでいない部分では、不純物濃度は高
くなって面抵抗は低くなる。このように、酸素を含む雰
囲気中において拡散塗布液の乾燥の度合いを変え、その
後、高温下にて拡散を行なうことによって、拡散層の不
純物濃度あるいは面抵抗に面内分布の変化を持たせるこ
とができる。したがって、表面の電極直下付近の部分に
高不純物濃度の拡散層が形成され直列抵抗損失を抑制す
ることができる。
素子が完成する。基板表面に、拡散塗布液を塗布した
後、塗布液の乾燥を酸素を含む雰囲気中でランプ加熱を
行なうと、塗布液中の溶剤成分が蒸発するとともに、塗
布液中の酸素原子や雰囲気中から取込まれた酸素原子を
介して、隣合う金属原子同士が酸素を挟んで結合するこ
とでネットワークを形成し、いわゆるガラス化が生じ
る。その際に、不純物原子はネットワーク中に組み込ま
れるため、不純物原子の塗布膜中における拡散は抑制さ
れる。乾燥後に基板を高温に保持して不純物原子の基板
への拡散を行なえばガラス化の進んだ部分では、拡散が
抑制され不純物濃度は低くなって面抵抗が高くなり、一
方、ガラス化が進んでいない部分では、不純物濃度は高
くなって面抵抗は低くなる。このように、酸素を含む雰
囲気中において拡散塗布液の乾燥の度合いを変え、その
後、高温下にて拡散を行なうことによって、拡散層の不
純物濃度あるいは面抵抗に面内分布の変化を持たせるこ
とができる。したがって、表面の電極直下付近の部分に
高不純物濃度の拡散層が形成され直列抵抗損失を抑制す
ることができる。
【００２５】図２は、表面の面抵抗の乾燥時間との関係
を示すグラフである。拡散された基板の表面をフッ酸で
エッチングした後、４探針法により面抵抗を測定した。
を示すグラフである。拡散された基板の表面をフッ酸で
エッチングした後、４探針法により面抵抗を測定した。
【００２６】図２の丸印は酸素と窒素の比を３対１とし
た雰囲気中で加熱乾燥を行なった場合で、黒丸印は窒素
のみを雰囲気中で加熱乾燥を行なった場合の関係を示す
ものである。酸素を含んだ雰囲気中では、乾燥時間を長
くするに従って面抵抗が増加していることがわかる。こ
れは、乾燥時間を長くするに従って拡散層中のリン濃度
が減少していることを表わすものである。一方、窒素雰
囲気中では乾燥時間に対する面抵抗の変化が小さい。こ
のことは、雰囲気中から塗布膜中へ取込まれる酸素は、
塗布膜中でのネットワークの形成を促進する働きがある
ことを示している。
た雰囲気中で加熱乾燥を行なった場合で、黒丸印は窒素
のみを雰囲気中で加熱乾燥を行なった場合の関係を示す
ものである。酸素を含んだ雰囲気中では、乾燥時間を長
くするに従って面抵抗が増加していることがわかる。こ
れは、乾燥時間を長くするに従って拡散層中のリン濃度
が減少していることを表わすものである。一方、窒素雰
囲気中では乾燥時間に対する面抵抗の変化が小さい。こ
のことは、雰囲気中から塗布膜中へ取込まれる酸素は、
塗布膜中でのネットワークの形成を促進する働きがある
ことを示している。
【００２７】図３は、拡散層中のキャリア濃度と深さと
の関係を示すグラフであって、拡がり抵抗法によって分
析したものである。図中の曲線１は乾燥時間２０秒、曲
線２は乾燥時間５０秒の場合を示している。乾燥時間を
長くすることによってキャリアの濃度が低下している
が、これはシリコン基板中のリン原子濃度が低下してい
ることを示すものである。
の関係を示すグラフであって、拡がり抵抗法によって分
析したものである。図中の曲線１は乾燥時間２０秒、曲
線２は乾燥時間５０秒の場合を示している。乾燥時間を
長くすることによってキャリアの濃度が低下している
が、これはシリコン基板中のリン原子濃度が低下してい
ることを示すものである。
【００２８】下記の表１に本発明による製造方法で製造
された太陽電池の光電変換特性と従来例との比較を示
す。ここで、従来の方法とは熱拡散法により面内で一様
な不純物濃度の拡散層を形成したもので、従来例１では
拡散層の面抵抗は４５（Ω／単位面積）、従来例２では
拡散層の面抵抗は７０（Ω／単位面積）としたものであ
る。
された太陽電池の光電変換特性と従来例との比較を示
す。ここで、従来の方法とは熱拡散法により面内で一様
な不純物濃度の拡散層を形成したもので、従来例１では
拡散層の面抵抗は４５（Ω／単位面積）、従来例２では
拡散層の面抵抗は７０（Ω／単位面積）としたものであ
る。
【００２９】
【表１】
【００３０】実施例を従来例１と比べると、開放電圧，
短絡電流が向上している。これは、パッシベーション効
果により、表面再結合が減少したことと、短波長側の感
度が向上したことによるものである。また、従来例２に
比べると、曲線因子が大幅に向上している。これは接触
抵抗を抑え、直列抵抗損失を小さくしたことによる。
短絡電流が向上している。これは、パッシベーション効
果により、表面再結合が減少したことと、短波長側の感
度が向上したことによるものである。また、従来例２に
比べると、曲線因子が大幅に向上している。これは接触
抵抗を抑え、直列抵抗損失を小さくしたことによる。
【００３１】なお、上記実施例では最適な効果を得るた
めに、Ｐ型半導体基板を用いその表面にＮ型不純物を拡
散した例を示したが、Ｎ型半導体基板を用いその表面に
Ｐ型不純物を拡散して太陽電池を構成しても同様の効果
がある。
めに、Ｐ型半導体基板を用いその表面にＮ型不純物を拡
散した例を示したが、Ｎ型半導体基板を用いその表面に
Ｐ型不純物を拡散して太陽電池を構成しても同様の効果
がある。
【００３２】また、乾燥するときの雰囲気としては、酸
素の代わりにより反応性の強いオゾンを含んだ雰囲気を
用いることによって、乾燥の度合いを変え不純物濃度の
面内分布変化を形成することも可能である。
素の代わりにより反応性の強いオゾンを含んだ雰囲気を
用いることによって、乾燥の度合いを変え不純物濃度の
面内分布変化を形成することも可能である。
【００３３】
【発明の効果】本発明による光電変換素子の製造方法に
よれば、従来の塗布拡散法に比べて塗布液の乾燥が一度
増えるだけの簡単なプロセスであり、高価な設備が不要
となり、受光面内の不純物濃度に分布変化を持つ拡散層
が形成され、開放電圧および短波長感度が高く、かつ直
列抵抗損失の小さい高効率の太陽電池を低コストで製造
することができる。
よれば、従来の塗布拡散法に比べて塗布液の乾燥が一度
増えるだけの簡単なプロセスであり、高価な設備が不要
となり、受光面内の不純物濃度に分布変化を持つ拡散層
が形成され、開放電圧および短波長感度が高く、かつ直
列抵抗損失の小さい高効率の太陽電池を低コストで製造
することができる。
【図１】本発明により製造した太陽電池の略断面図であ
る。
る。
【図２】基板表面の面抵抗と乾燥時間との関係を示すグ
ラフである。
ラフである。
【図３】拡散層中のキャリア濃度と深さとの関係を示す
グラフである。
グラフである。
１ Ｐ型シリコン基板 ２ Ｎ型不純物拡散層 ３ シリコン酸化膜 ４ 酸化チタン膜 ５ ＢＳＦ層 ６ 裏面電極 ７ 受光面電極 ２１ 高濃度Ｎ型不純物拡散層 ２２ 低濃度Ｎ型不純物拡散層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中嶋 一孝 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シャープ株式会社内 (56)参考文献 特開 昭63−211684（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−89569（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−148685（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−230776（ＪＰ，Ａ) 特表 昭60−500392（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01L 31/04
Claims (2)
- 【請求項１】 第１の導電型の半導体基板の表面に第２
の導電型の不純物を含む拡散塗布液を塗布する工程と、 拡散塗布液を塗布した半導体基板の表面を酸素を含む雰
囲気中でランプ加熱する第１の乾燥工程と、 その後半導体基板の表面の一部をマスクして同じ雰囲気
中でランプ加熱する第２の乾燥工程と、 加熱により不純物を基板に拡散させる工程とを有する、 半導体基板の表面の不純物拡散層の不純物濃度の面内分
布を変化させることを特徴とする光電変換素子の製造方
法。 - 【請求項２】 表面電極が形成される部分の下方の不純
物拡散層の不純物濃度を、受光面の他の部分の不純物拡
散層の不純物濃度よりも高濃度にしたことを特徴とする
請求項１記載の光電変換素子の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5033414A JP2928433B2 (ja) | 1993-02-23 | 1993-02-23 | 光電変換素子の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5033414A JP2928433B2 (ja) | 1993-02-23 | 1993-02-23 | 光電変換素子の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06252428A JPH06252428A (ja) | 1994-09-09 |
| JP2928433B2 true JP2928433B2 (ja) | 1999-08-03 |
Family
ID=12385924
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5033414A Expired - Lifetime JP2928433B2 (ja) | 1993-02-23 | 1993-02-23 | 光電変換素子の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2928433B2 (ja) |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4481869B2 (ja) * | 2005-04-26 | 2010-06-16 | 信越半導体株式会社 | 太陽電池の製造方法及び太陽電池並びに半導体装置の製造方法 |
| KR101000064B1 (ko) * | 2007-12-18 | 2010-12-10 | 엘지전자 주식회사 | 이종접합 태양전지 및 그 제조방법 |
| WO2009099071A1 (ja) * | 2008-02-04 | 2009-08-13 | The University Of Tokyo | シリコン太陽電池 |
| JP4712073B2 (ja) * | 2008-07-11 | 2011-06-29 | 三菱電機株式会社 | 太陽電池用拡散層の製造方法および太陽電池セルの製造方法 |
| TWI389322B (zh) * | 2008-09-16 | 2013-03-11 | Gintech Energy Corp | 具有差異性摻雜之太陽能電池的製造方法 |
| CN103329279B (zh) * | 2010-12-06 | 2016-11-02 | 信越化学工业株式会社 | 太阳能电池和太阳能电池模件 |
| JP5541370B2 (ja) | 2010-12-06 | 2014-07-09 | 信越化学工業株式会社 | 太陽電池の製造方法、太陽電池及び太陽電池モジュール |
| DE112012006278T5 (de) * | 2012-04-25 | 2015-03-05 | Mitsubishi Electric Corporation | Solarzelle, Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle und Solarzellenmodul |
-
1993
- 1993-02-23 JP JP5033414A patent/JP2928433B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06252428A (ja) | 1994-09-09 |
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