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JP2006344883A - Manufacturing method of solar cell - Google Patents

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JP2006344883A
JP2006344883A JP2005170859A JP2005170859A JP2006344883A JP 2006344883 A JP2006344883 A JP 2006344883A JP 2005170859 A JP2005170859 A JP 2005170859A JP 2005170859 A JP2005170859 A JP 2005170859A JP 2006344883 A JP2006344883 A JP 2006344883A
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solar cell
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Tsuneo Nakamura
恒夫 中村
Takao Imanaka
崇雄 今中
Ryoji Namikata
量二 南方
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Sharp Corp
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Abstract

【課題】 変換効率の高い太陽電池を安価に製造する方法を提供する。
【解決手段】 本発明の太陽電池の製造方法は、第1の導電性を有するSi基板に第2の導電性を有するドーパントを拡散するpn接合形成工程と、Si基板の受光面に、チタン酸化膜を有する反射防止膜を形成する反射防止膜形成工程と、Si基板の受光面に受光面電極を形成し、受光面の反対側の裏面に裏面電極を形成する電極形成工程とを備え、反射防止膜形成工程の後に水素処理工程を備えることを特徴とする。
【選択図】 図1
PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for manufacturing a solar cell with high conversion efficiency at low cost.
A method of manufacturing a solar cell according to the present invention includes a pn junction forming step of diffusing a dopant having a second conductivity into a Si substrate having a first conductivity, and titanium oxidation on a light-receiving surface of the Si substrate. An antireflection film forming step of forming an antireflection film having a film, and an electrode formation step of forming a light receiving surface electrode on the light receiving surface of the Si substrate and forming a back electrode on the back surface opposite to the light receiving surface. A hydrogen treatment step is provided after the prevention film forming step.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、変換効率の高い太陽電池を安価に提供することができる太陽電池の製造方法に関する。   The present invention relates to a solar cell manufacturing method that can provide a solar cell with high conversion efficiency at low cost.

太陽電池は、近年、地球環境問題およびエネルギ問題を解決する手段として注目を集めるようになり、生産量も飛躍的に増大している。図4は、従来の代表的な太陽電池の構造を示す概略断面図である。図4に示すように、従来の太陽電池は、p型のSi基板40に、n+領域41を形成し、反射防止膜43と、受光面電極44と、裏面電極45とを形成する。また、受光面における表面反射を低減するため、テクスチャ構造40aを有する。 In recent years, solar cells have attracted attention as a means for solving global environmental problems and energy problems, and their production volume has been dramatically increased. FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing the structure of a typical conventional solar cell. As shown in FIG. 4, in the conventional solar cell, an n + region 41 is formed on a p-type Si substrate 40, and an antireflection film 43, a light receiving surface electrode 44, and a back surface electrode 45 are formed. Moreover, in order to reduce surface reflection in a light-receiving surface, it has the texture structure 40a.

図5は、従来の太陽電池の製造方法を示す工程図である。図5に示すように、まず、ワイヤソーなどで所定厚さにスライスされたp型のSi基板に化学的処理を施し、表面の加工歪を除去すると共に表面反射を低減するため、テクスチャ構造を形成する(ステップ51)(以下、「ステップ」は「S」と略す。)。つぎに、P(リン)などのV族ドーパントを拡散させてn+領域を形成し、pn接合を形成する(S52)。Pの拡散は、POCl3などを用いたガス拡散法、またはPを含んだ拡散剤を表面に塗布し、850℃〜950℃で処理する固相拡散法などにより行なわれる。その後、表面の反射をさらに低減するため、反射防止膜が形成される(S53)。反射防止膜としては、p−CVD法によりSiN膜が形成される。その後、受光面電極としてAgペーストを形成し、また、裏面電極としてAlペーストを印刷し、乾燥し、焼成して電極を形成する(S54)。さらに、特性および外観などの検査を行ない(S55)、モジュール製造工程へ流れていく。 FIG. 5 is a process diagram showing a conventional method for manufacturing a solar cell. As shown in FIG. 5, first, a p-type Si substrate sliced to a predetermined thickness with a wire saw or the like is subjected to chemical treatment to form a texture structure to remove surface distortion and reduce surface reflection. (Step 51) (hereinafter, "Step" is abbreviated as "S"). Next, a group V dopant such as P (phosphorus) is diffused to form an n + region and a pn junction is formed (S52). P is diffused by a gas diffusion method using POCl 3 or the like, or a solid phase diffusion method in which a diffusing agent containing P is applied to the surface and treated at 850 ° C. to 950 ° C. Thereafter, an antireflection film is formed in order to further reduce surface reflection (S53). As the antireflection film, a SiN film is formed by a p-CVD method. Thereafter, an Ag paste is formed as a light-receiving surface electrode, and an Al paste is printed as a back electrode, dried and fired to form an electrode (S54). Furthermore, inspections such as characteristics and appearance are performed (S55), and the process proceeds to the module manufacturing process.

このように太陽電池の製造では、薬液処理槽(エッチング槽)、拡散炉(熱処理炉)、スクリーン印刷機および焼成炉などが使用され、構造が簡単で安価な製造設備が使用されているが、SiNからなる反射防止膜のみが高価なp−CVD装置により製造されている。反射防止膜の形成に使用するp−CVD装置についてさらに詳しく説明する。p−CVD装置は、真空反応槽、プラズマ発生電源、ガスの供給排気設備、ガス除外設備などの設備が必要であり、装置全体の価格が高い。また、プラズマを発生させるため、基板ステージとなる大面積の電極で均一に、かつ、高速に成膜するのが困難である。したがって、同時に処理できる基板枚数が少なく、スループットが低い。そのため、太陽電池の製造コストに占める反射防止膜の割合が大きく、結果として、太陽電池の製造コストを大きなものにしている。しかしながら、p−CVD法によるSiN膜形成には、反射防止膜の形成とパッシベーション効果が同時に得られるというメリットがある。これは、SiN膜形成時に同時に発生する活性水素により、Si基板のダングリングボンド(DB)などの欠陥を終端するためと考えられており、太陽電池の特性向上、つまり、変換効率向上に役立っている。   Thus, in the production of solar cells, chemical treatment tanks (etching tanks), diffusion furnaces (heat treatment furnaces), screen printing machines, baking furnaces, etc. are used, and simple and inexpensive manufacturing equipment is used. Only the antireflection film made of SiN is manufactured by an expensive p-CVD apparatus. The p-CVD apparatus used for forming the antireflection film will be described in more detail. The p-CVD apparatus requires equipment such as a vacuum reaction tank, a plasma generation power source, gas supply / exhaust equipment, and gas exclusion equipment, and the price of the entire apparatus is high. Moreover, since plasma is generated, it is difficult to form a film uniformly and at high speed with a large-area electrode serving as a substrate stage. Therefore, the number of substrates that can be processed simultaneously is small, and the throughput is low. Therefore, the ratio of the antireflection film in the manufacturing cost of the solar cell is large, and as a result, the manufacturing cost of the solar cell is increased. However, the SiN film formation by the p-CVD method has an advantage that the formation of the antireflection film and the passivation effect can be obtained at the same time. This is considered to terminate defects such as dangling bonds (DB) of the Si substrate by active hydrogen generated simultaneously with the formation of the SiN film, which is useful for improving the characteristics of the solar cell, that is, improving the conversion efficiency. Yes.

光の反射を低減して発電効率を向上させる本来の意味での反射防止膜には、p−CVD法により形成するSiN膜以外に、たとえば、屈折率2近傍のSiO膜、SnO2膜またはTiO2膜があり、蒸着法、スパッタ法、熱CVD法、スピンオン法またはスプレー法などにより形成することができる(非特許文献1参照)。一方、活性化水素によるパッシベーション法として、水素プラズマ法、水素イオン打ち込み法、フォーミングガスアニール(FGA)法またはホットワイヤ法などが知られている。たとえば、ホットワイヤ法による活性水素処理によって多結晶Si膜における拡散係数が向上し、太陽電池の効率が向上する(非特許文献2参照)。しかしながら、これらの情報は一般論であり、具体的な太陽電池の製造技術として、どのような活性化水素処理工程をどこに導入すればよいか、また、反射防止膜形成後の水素処理の有効性などは知られておらず、実際の製造工程に適用することはできなかった。 In addition to the SiN film formed by the p-CVD method, the antireflection film in the original sense for reducing the light reflection and improving the power generation efficiency is, for example, a SiO film, a SnO 2 film or a TiO near a refractive index of 2. There are two films, which can be formed by vapor deposition, sputtering, thermal CVD, spin-on, spraying, or the like (see Non-Patent Document 1). On the other hand, as a passivation method using activated hydrogen, a hydrogen plasma method, a hydrogen ion implantation method, a forming gas annealing (FGA) method, a hot wire method, or the like is known. For example, the diffusion coefficient in the polycrystalline Si film is improved by the active hydrogen treatment by the hot wire method, and the efficiency of the solar cell is improved (see Non-Patent Document 2). However, this information is general, and as a specific solar cell manufacturing technology, what kind of activated hydrogen treatment process should be introduced, and the effectiveness of hydrogen treatment after formation of the antireflection film Etc. are not known and could not be applied to the actual manufacturing process.

p−CVD法によるSiN製反射防止膜を用いずに、水素処理を行なう太陽電池の製造方法としては、たとえば、電極形成後、水素雰囲気もしくは窒素と水素の混合ガス雰囲気中で、350℃〜500℃の温度で5分間程度の加熱処理(FGA)を行ない、TiO2またはTa25などの反射防止膜を形成する製造方法が知られている(特許文献1参照)。しかし、同文献には、反射防止膜形成前のFGA処理効果についての記載があるのみで、ホットワイヤ法による効果および反射防止膜形成後の効果については開示されていない。また、同文献には具体的記載はないが、電極形成後に反射防止膜を形成しているので、反射防止膜形成後、太陽電池セル同士を接続するためのコンタクト部における反射防止膜を除去するなどの措置が必要であり、または、反射防止膜形成時に予めコンタクト部に反射防止膜が付着しないようにマスクを形成するなどの措置が必要となり、工程が煩雑化し、装置構成が複雑である。 As a method of manufacturing a solar cell that performs hydrogen treatment without using a SiN antireflection film by the p-CVD method, for example, after electrode formation, in a hydrogen atmosphere or a mixed gas atmosphere of nitrogen and hydrogen, a temperature of 350 ° C. to 500 ° C. A manufacturing method is known in which an antireflection film such as TiO 2 or Ta 2 O 5 is formed by performing heat treatment (FGA) at a temperature of 5 ° C. for about 5 minutes (see Patent Document 1). However, this document only describes the FGA treatment effect before forming the antireflection film, and does not disclose the effect of the hot wire method and the effect after forming the antireflection film. Although there is no specific description in the same document, since the antireflection film is formed after the electrode is formed, the antireflection film in the contact portion for connecting the solar cells is removed after the formation of the antireflection film. It is necessary to take measures such as forming a mask so that the antireflection film does not adhere to the contact portion at the time of forming the antireflection film, which complicates the process and makes the apparatus configuration complicated.

また、pn接合形成のためのドーパントの拡散と反射防止膜の形成を同一工程で行ない、電極形成後に水素プラズマ処理を行なう方法が知られている(特許文献2参照)。しかし、この方法は、ドーパント拡散剤用溶液としてTiおよびPを含む有機系溶液をスピン法などで塗布し、900℃〜1000℃で処理することによりドーパントの拡散と反射防止膜の形成を同時に行なうものであり、通常の手法で形成されるTi酸化物系の反射防止膜と異なる特殊な膜が形成される。また、同文献では、活性水素ついては水素プラズマ法による効果を記載しているが、ホットワイヤ法による効果は記載していない。   Further, a method is known in which dopant diffusion for forming a pn junction and formation of an antireflection film are performed in the same process, and hydrogen plasma treatment is performed after electrode formation (see Patent Document 2). However, in this method, an organic solution containing Ti and P is applied as a dopant diffusing agent solution by a spin method or the like and treated at 900 ° C. to 1000 ° C. to simultaneously diffuse the dopant and form an antireflection film. Therefore, a special film different from the Ti oxide antireflection film formed by a normal method is formed. In the same document, the effect of the hydrogen plasma method is described for active hydrogen, but the effect of the hot wire method is not described.

一方、酸化チタン膜中に水素を含有させ、水素を含有した酸化チタン膜を太陽電池へ適用する方法が知られている(特許文献3参照)。この方法は、水素プラズマ法により酸化チタン膜に水素を含有させ、光の透過率を向上させることにより、太陽電池に適用した場合、太陽電池へ光入射量が増大して短絡光電流が増大し、変換効率が向上するとある。しかし、水素パッシベーション効果の一つである開回路電圧の向上についての記載がなく、ホットワイヤ法による活性水素の効果についても開示されていない。   On the other hand, a method is known in which hydrogen is contained in a titanium oxide film, and the titanium oxide film containing hydrogen is applied to a solar cell (see Patent Document 3). When this method is applied to a solar cell by adding hydrogen to the titanium oxide film by the hydrogen plasma method and improving the light transmittance, the amount of light incident on the solar cell increases and the short-circuit photocurrent increases. The conversion efficiency is improved. However, there is no description about the improvement of the open circuit voltage, which is one of the hydrogen passivation effects, and the effect of active hydrogen by the hot wire method is not disclosed.

さらに、スプレー熱分解法によるTiO2製反射防止膜の形成方法と、反射防止膜形成前の水素処理方法が知られている(特許文献4参照)。しかし、同文献は、反射防止膜形成前の活性水素処理の効果について開示するのみで、反射防止膜形成後の効果については記載されていない。また、活性水素処理によるパッシベーション効果は、水素処理工程の後、電極の焼成などの高温処理工程を経ると、一旦、欠陥を終端した水素が再離脱するため、その効果が低減する。
特開昭59−117276号公報 特開昭61−160980号公報 特開平10−226598号公報 特開2004−266194号公報 浜川圭弘、桑野幸徳共著、「太陽エネルギー工学」、培風館、pp.76-77 R. Plieninger et al., Efficient defect passivation by hot-wire hidrogenation, Appl. Phys. Lett., American Institute of Physics, 13 October 1997, vol. 71, no. 15, pp. 2169-2171
Furthermore, a method of forming an antireflection film made of TiO 2 by spray pyrolysis and a hydrogen treatment method before forming the antireflection film are known (see Patent Document 4). However, this document only discloses the effect of the active hydrogen treatment before the formation of the antireflection film, and does not describe the effect after the formation of the antireflection film. Further, the passivation effect by the active hydrogen treatment is reduced after the hydrogen treatment step, after passing through a high-temperature treatment step such as electrode firing, once the hydrogen that has terminated the defect is detached again.
JP 59-117276 A Japanese Patent Laid-Open No. 61-160980 Japanese Patent Laid-Open No. 10-226598 JP 2004-266194 A Hamakawa Yasuhiro and Kuwano Kotonori, "Solar Energy Engineering", Bafukan, pp.76-77 R. Plieninger et al., Efficient defect passivation by hot-wire hidrogenation, Appl. Phys. Lett., American Institute of Physics, 13 October 1997, vol. 71, no. 15, pp. 2169-2171

本発明の課題は、p−CVD装置を使用しないで反射防止膜を形成し、活性水素により効果的にSi基板の水素処理を行ない、変換効率の高い太陽電池を安価に製造する方法を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a method for forming a solar cell with high conversion efficiency at low cost by forming an antireflection film without using a p-CVD apparatus, effectively performing hydrogen treatment of an Si substrate with active hydrogen. There is.

本発明の太陽電池の製造方法は、第1の導電性を有するSi基板に第2の導電性を有するドーパントを拡散するpn接合形成工程と、Si基板の受光面に、チタン酸化膜を有する反射防止膜を形成する反射防止膜形成工程と、Si基板の受光面に受光面電極を形成し、受光面の反対側の裏面に裏面電極を形成する電極形成工程とを備え、反射防止膜形成工程の後に水素処理工程を備えることを特徴とする。   The method for manufacturing a solar cell according to the present invention includes a pn junction forming step of diffusing a dopant having a second conductivity in a Si substrate having a first conductivity, and a reflection having a titanium oxide film on a light receiving surface of the Si substrate. An antireflection film forming step of forming an antireflection film, and an electrode formation step of forming a light receiving surface electrode on the light receiving surface of the Si substrate and forming a back electrode on the back surface opposite to the light receiving surface. And a hydrogen treatment step.

水素処理工程は、300℃以上の温度に加熱する電極形成工程の後に実施する態様が好ましく、水素処理工程は、ホットワイヤ法により実施する態様が好ましい。チタン酸化膜は、CVD法、スプレー熱分解法または蒸着法により形成することができる。   The aspect which implements the hydrogen treatment process after the electrode formation process heated to the temperature of 300 degreeC or more is preferable, and the aspect implemented by a hot wire method is preferable for a hydrogen treatment process. The titanium oxide film can be formed by CVD, spray pyrolysis, or vapor deposition.

本発明によれば、反射防止膜を低コストで製造することができ、効果的な水素処理により高効率な太陽電池が得られる。形成する反射防止膜は、反射率が低く、後工程で行なう水素処理によっても光透過率が劣化せず、Si基板に対して有効に水素処理を行なうことができる。   According to the present invention, an antireflection film can be produced at low cost, and a highly efficient solar cell can be obtained by effective hydrogen treatment. The antireflection film to be formed has a low reflectance, and the light transmittance is not deteriorated even by a hydrogen treatment performed in a later step, and the hydrogen treatment can be effectively performed on the Si substrate.

本発明の太陽電池の製造方法は、チタン酸化膜を備える反射防止膜を形成し、反射防止膜の形成後、水素処理を行なうことを特徴とする。チタン酸化膜は、常圧CVDもしくは減圧CVD法、スプレー熱分解法または蒸着法により形成することができるため、高価なp−CVD装置を使用することなく、太陽光の反射を効果的に抑制する安価な太陽電池を提供することができる。また、反射防止膜の形成後、水素処理を行ない、Si基板に存在するダングリングボンドなどの欠陥を活性水素により終端し、変換効率の高い太陽電池を提供することができる。   The manufacturing method of the solar cell of the present invention is characterized in that an antireflection film including a titanium oxide film is formed, and hydrogen treatment is performed after the formation of the antireflection film. Since the titanium oxide film can be formed by atmospheric pressure CVD or reduced pressure CVD, spray pyrolysis, or vapor deposition, it effectively suppresses reflection of sunlight without using an expensive p-CVD apparatus. An inexpensive solar cell can be provided. In addition, after the formation of the antireflection film, hydrogen treatment is performed, and defects such as dangling bonds existing in the Si substrate are terminated with active hydrogen, so that a solar cell with high conversion efficiency can be provided.

実施の形態1
図1は、本実施の形態における太陽電池の製造方法を示す工程図である。図1に示すように、まず、第1の導電性を有するSi基板として、たとえば、p型の多結晶Si基板の受光面に、基板の切断によるダメージ層の除去および反射防止効果の増大を目的としてテクスチャ構造を形成する(S1)。ここで、テクスチャ構造を形成する手法としては、フッ素系ガスを用いて、反応性イオンエッチングなどのドライエッチングにより形成する手法、または、KOH(水酸化カリウム)もしくはNaOH(水酸化ナトリウム)などのアルカリ溶液を用いてウェットエッチングにより形成する手法、または、フッ酸と硝酸の混合液を用いてウェットエッチングにより形成する手法などがある。
Embodiment 1
FIG. 1 is a process diagram showing a method for manufacturing a solar cell in the present embodiment. As shown in FIG. 1, first, as a first conductive Si substrate, for example, on the light-receiving surface of a p-type polycrystalline Si substrate, the purpose is to remove a damaged layer by cutting the substrate and to increase the antireflection effect. A texture structure is formed (S1). Here, as a method of forming the texture structure, a method of forming by dry etching such as reactive ion etching using fluorine-based gas, or an alkali such as KOH (potassium hydroxide) or NaOH (sodium hydroxide) is used. There are a method of forming by wet etching using a solution, a method of forming by wet etching using a mixed solution of hydrofluoric acid and nitric acid, and the like.

つぎに、p型の多結晶Si基板の受光面に、第2の導電性を有するドーパントとして、たとえば、P(リン)などのn型不純物を拡散してpn接合を形成する(S2)。Pなどのドーパントを拡散することにより、p型Si基板の受光面の近傍にn型領域が形成される。拡散は、たとえば、p型多結晶Si基板の表面にn型不純物を含む溶液を塗布した後に、Si基板を熱処理することなどによって形成され得る。pn接合の形成工程においては、必ずしも受光面側にのみn+領域を形成する必要はないが、本実施の形態では、受光面側にn+領域を形成する好ましい態様を例示する。 Next, an n-type impurity such as P (phosphorus) is diffused as a second conductive dopant on the light receiving surface of the p-type polycrystalline Si substrate to form a pn junction (S2). By diffusing a dopant such as P, an n-type region is formed in the vicinity of the light-receiving surface of the p-type Si substrate. The diffusion can be formed, for example, by applying a solution containing n-type impurities to the surface of the p-type polycrystalline Si substrate and then heat-treating the Si substrate. In the step of forming the pn junction, it is not always necessary to form the n + region only on the light receiving surface side, but this embodiment exemplifies a preferable mode in which the n + region is formed on the light receiving surface side.

つづいて、Si基板の受光面に、チタン酸化膜(TiO2)を備える反射防止膜を形成する(S3)。TiO2膜は、たとえば、常圧CVD法により形成することができる。具体的には、チタンアルコキシドとイソプロピルアルコールまたはエタノールなどの有機溶剤とアセチルアセトンなどの安定化剤とを含む溶液をミスト状にして成膜室に供給して、Si基板を350℃〜600℃に加熱し、Si基板の表面にTiO2膜を形成する態様が好ましい。350℃以上とすることにより、材料の反応性が向上し、屈折率および光の透過率などの特性が改善し、また、Si基板との密着性がよいため剥離しにくくなる。一方、高温としても材料の分解などの不都合は生じにくいが、600℃以下とすることにより、昇温時間を短縮して、製造効率を高めることができる。かかる観点から、Si基板の加熱温度は、450℃〜550℃がより好ましい。 Subsequently, an antireflection film including a titanium oxide film (TiO 2 ) is formed on the light receiving surface of the Si substrate (S3). The TiO 2 film can be formed by, for example, an atmospheric pressure CVD method. Specifically, a solution containing titanium alkoxide, an organic solvent such as isopropyl alcohol or ethanol and a stabilizer such as acetylacetone is supplied as a mist to the film formation chamber, and the Si substrate is heated to 350 ° C. to 600 ° C. An embodiment in which a TiO 2 film is formed on the surface of the Si substrate is preferable. By setting the temperature to 350 ° C. or higher, the reactivity of the material is improved, the characteristics such as the refractive index and the light transmittance are improved, and the adhesiveness to the Si substrate is good, so that it is difficult to peel off. On the other hand, inconveniences such as decomposition of the material are unlikely to occur even at high temperatures, but by setting the temperature to 600 ° C. or less, the temperature rise time can be shortened and the production efficiency can be increased. From this viewpoint, the heating temperature of the Si substrate is more preferably 450 ° C. to 550 ° C.

一般に、Si基板の表面上に屈折率が2.2程度の薄膜を形成すると、太陽光に対して高い反射防止効果が得られるが、常圧CVD法により、Si基板の表面に屈折率が2.0〜2.4程度のTiO2膜を形成することができる。また、材料がミスト状態でSi基板の表面に均一に供給されるため、基板表面に形成されているテクスチャ面に沿って均質な厚みのTiO2膜を形成することができる。したがって、太陽光の反射を抑制して、高効率な太陽電池を供給できる。また、成膜装置の構成も、反応室、基板加熱機構、材料溶液タンク、溶液供給機構および基板搬送機構などの簡単な構成であり、装置コストも低くすることができる。さらに、インライン平流しの装置とすることで、生産性を向上できるなどの利点を有している。 In general, when a thin film having a refractive index of about 2.2 is formed on the surface of a Si substrate, a high antireflection effect can be obtained with respect to sunlight. However, a refractive index of 2 is applied to the surface of the Si substrate by atmospheric pressure CVD. A TiO 2 film of about 0.0 to 2.4 can be formed. Further, since the material is uniformly supplied to the surface of the Si substrate in a mist state, a TiO 2 film having a uniform thickness can be formed along the textured surface formed on the substrate surface. Therefore, reflection of sunlight can be suppressed and a highly efficient solar cell can be supplied. Further, the structure of the film forming apparatus is also a simple structure such as a reaction chamber, a substrate heating mechanism, a material solution tank, a solution supply mechanism, and a substrate transport mechanism, and the apparatus cost can be reduced. Furthermore, by using an in-line flat-flow apparatus, there is an advantage that productivity can be improved.

TiO2膜は、減圧CVD法によっても形成することができる。減圧CVDでは、減圧にするための真空排気機構が必要であるが、その他は、常圧CVD法と同様の装置構成で使用することができ、常圧CVD法と同様の膜質、膜厚均一性を得ることができる。また、スプレー熱分解法も、使用する材料などが共通し、有効に適用することができる。図3は、スプレー熱分解法に使用する装置構成を例示する模式図である。ホットプレートなどの基板加熱ステージ32にSi基板31を設置し、350℃〜600℃に加熱する。その後、スプレーノズル34からSi基板31の表面上に原料溶液33を噴霧し、Si基板31の表面上にTiO2(図示せず)を形成する。 The TiO 2 film can also be formed by a low pressure CVD method. Low-pressure CVD requires an evacuation mechanism for reducing the pressure, but the others can be used in the same apparatus configuration as the atmospheric pressure CVD method, and the film quality and film thickness uniformity are the same as those of the atmospheric pressure CVD method. Can be obtained. Also, the spray pyrolysis method can be effectively applied since the materials used are the same. FIG. 3 is a schematic view illustrating an apparatus configuration used for the spray pyrolysis method. An Si substrate 31 is placed on a substrate heating stage 32 such as a hot plate and heated to 350 ° C. to 600 ° C. Thereafter, the raw material solution 33 is sprayed from the spray nozzle 34 onto the surface of the Si substrate 31 to form TiO 2 (not shown) on the surface of the Si substrate 31.

原料溶液33としては、チタンアルコキシドと、イソプロピルアルコールまたはエタノールなどの有機溶剤と、アセチルアセトンなどの安定化剤とを含む溶液などを用いることができる。また、制御手段35によって、Si基板31の温度をモニタリングし、噴霧のタイミングなどを制御し、原料溶液33に含まれる溶媒の気化熱などによって基板温度が低下するのを防止することができる。したがって、原料溶液33の噴霧とSi基板31の加熱とは、交互に複数回にわたって繰り返され、この繰返しによって極めて薄い層がSi基板31の表面上に複数枚重ねられて、所望の厚みを有するTiO2膜を形成することができる。したがって、厚さ方向に膜質が均質で、テクスチャ表面に沿って膜厚が均一な反射防止膜を得ることができる。 As the raw material solution 33, a solution containing titanium alkoxide, an organic solvent such as isopropyl alcohol or ethanol, and a stabilizer such as acetylacetone can be used. Further, the temperature of the Si substrate 31 is monitored by the control means 35, the timing of spraying is controlled, and it is possible to prevent the substrate temperature from being lowered by the heat of vaporization of the solvent contained in the raw material solution 33. Therefore, the spraying of the raw material solution 33 and the heating of the Si substrate 31 are alternately repeated a plurality of times, and by this repetition, a plurality of extremely thin layers are stacked on the surface of the Si substrate 31 to obtain a TiO having a desired thickness. Two films can be formed. Therefore, an antireflection film having a uniform film quality in the thickness direction and a uniform film thickness along the texture surface can be obtained.

TiO2またはTiを、真空雰囲気または酸素雰囲気中で蒸着する蒸着法によりTiO2膜を形成することができる。真空装置を必要とするが、p−CVD装置で必要なプラズマを発生させるための設備やガス除外設備などが不要であるため、装置コストを大幅に低減できる。その他、スパッタ法により形成するTiO2膜も反射防止膜として利用可能であるが、装置コストおよびプラズマダメージなどの点で改良の余地がある。また、スピンオン(スピン塗布)法もしくはディップ法によってもTiO2からなる反射防止膜の形成が可能であるが、テクスチャ構造を持つSi基板表面への均一な膜厚形成は容易ではない。 The TiO 2 or Ti, it is possible to form the TiO 2 film by a vapor deposition method for depositing in a vacuum atmosphere or an oxygen atmosphere. Although a vacuum apparatus is required, equipment for generating plasma necessary for the p-CVD apparatus, gas exclusion equipment, and the like are unnecessary, so that the apparatus cost can be greatly reduced. In addition, a TiO 2 film formed by sputtering can also be used as an antireflection film, but there is room for improvement in terms of apparatus cost and plasma damage. An antireflection film made of TiO 2 can also be formed by a spin-on (spin coating) method or a dip method, but it is not easy to form a uniform film thickness on the surface of a Si substrate having a texture structure.

反射防止膜の形成後、Si基板の受光面に受光面電極を形成し、受光面の反対側の裏面に裏面電極を形成する(S4)。まず、受光面に形成してある反射防止膜の表面上に、銀粉末を含む銀ペーストを印刷する。また、Si基板の裏面上にアルミニウム粉末を含むアルミニウムペーストを印刷する。その後、Si基板を600℃〜800℃の熱処理を行なうことによって、銀からなる受光面電極と、アルミニウムからなる裏面電極とが形成される。   After the formation of the antireflection film, a light receiving surface electrode is formed on the light receiving surface of the Si substrate, and a back electrode is formed on the back surface opposite to the light receiving surface (S4). First, a silver paste containing silver powder is printed on the surface of the antireflection film formed on the light receiving surface. Also, an aluminum paste containing aluminum powder is printed on the back surface of the Si substrate. Thereafter, the Si substrate is subjected to heat treatment at 600 ° C. to 800 ° C. to form a light receiving surface electrode made of silver and a back electrode made of aluminum.

反射防止膜の形成後、水素処理を行なう(S5)。水素処理はホットワイヤ法により行なう態様が好ましい。ホットワイヤ法は、高温に加熱されたW(タングステン)またはTa(タンタル)などの金属製ワイヤが原料ガスの活性化に触媒的働きをしていると考えられ、Cat法とも呼ばれ、Si薄膜の形成方法などで多用される手法である。まず、反応容器内に設置された触媒となるTaワイヤを1700℃〜2000℃程度に加熱する。つぎに、反応容器内に水素を含むガスまたは水素ガスを導入すると、高温になったTaワイヤの近傍を通過する水素ガスが活性化され、水素ラジカルおよび/または水素イオンに分解される。   After the formation of the antireflection film, hydrogen treatment is performed (S5). It is preferable that the hydrogen treatment is performed by a hot wire method. In the hot wire method, it is considered that a metal wire such as W (tungsten) or Ta (tantalum) heated to a high temperature has a catalytic function for activating the raw material gas. This is a technique frequently used in the formation method. First, a Ta wire serving as a catalyst installed in the reaction vessel is heated to about 1700 ° C. to 2000 ° C. Next, when a gas containing hydrogen or hydrogen gas is introduced into the reaction vessel, the hydrogen gas passing in the vicinity of the Ta wire having a high temperature is activated and decomposed into hydrogen radicals and / or hydrogen ions.

その後、200℃〜400℃程度に加熱されたSi基板に水素ラジカルおよび/または水素イオンが接触することにより、水素ラジカルおよび/または水素イオンがSi基板の界面および/または粒界などに存在するダングリングボンドなどの欠陥を終端する。導入する水素分圧は、0.001Pa〜1Paが好ましく、処理するSiウエハ量、装置内に配置されるTaワイヤの長さおよび配置などにより決定される。また、用いる触媒としてのワイヤの材質は、Ta以外に、Wなども可能であり、形状も線状のワイヤでなく、数ミリ幅のリボン状の形態でも有効である。その後、受光面電極上には、必要に応じて、ハンダが被覆され、特性および外観などの検査を行ない(S6)、太陽電池セルを得ることができる。   Thereafter, hydrogen radicals and / or hydrogen ions come into contact with the Si substrate heated to about 200 ° C. to 400 ° C., so that hydrogen radicals and / or hydrogen ions are present at the interface and / or grain boundary of the Si substrate. Terminate defects such as ring bonds. The hydrogen partial pressure to be introduced is preferably 0.001 Pa to 1 Pa, and is determined by the amount of Si wafer to be processed, the length and arrangement of Ta wires arranged in the apparatus, and the like. In addition to Ta, the material of the wire used as the catalyst can be W, and the shape is not a linear wire, but is effective even in a ribbon shape with a width of several millimeters. Thereafter, the light-receiving surface electrode is coated with solder as necessary, and the characteristics and appearance are inspected (S6), whereby a solar battery cell can be obtained.

このようにホットワイヤ法で水素処理をした太陽電池の変換効率に関わる特性を表1に示す。表1では、水素処理を行なわない太陽電池の特性値を100%とした場合において、水素処理時間(5分間、30分間)による特性値(%)の変化を示す。処理時間5分間でも開放電圧(Voc)の向上が見られ、セル変換効率が向上している。さらに、30分間の処理では、短絡電流(Isc)、開放電圧(Voc)および曲線因子(FF)などが、未処理の太陽電池より向上している。これは、ホットワイヤ法に基づく水素処理による効果であり、短絡電流のみの改善にとどまらず、表面にTiO2膜が形成されていても、Si基板の欠陥をパッシベーションした結果、開放電圧などが改善したものと考えられ、本発明の発明者らによって初めて明らかにされたものである。 Table 1 shows the characteristics related to the conversion efficiency of the solar cell subjected to hydrogen treatment by the hot wire method. Table 1 shows changes in the characteristic value (%) depending on the hydrogen treatment time (5 minutes, 30 minutes) when the characteristic value of a solar cell not subjected to hydrogen treatment is 100%. Even when the processing time is 5 minutes, the open circuit voltage (Voc) is improved, and the cell conversion efficiency is improved. Further, in the treatment for 30 minutes, the short circuit current (Isc), the open circuit voltage (Voc), the fill factor (FF), and the like are improved as compared with the untreated solar cell. This is an effect of the hydrogen treatment based on the hot wire method, and not only the short-circuit current is improved, but even if a TiO 2 film is formed on the surface, the defects in the Si substrate are passivated, resulting in an improvement in open-circuit voltage, etc. This was considered for the first time by the inventors of the present invention.

Figure 2006344883
Figure 2006344883

図2に、ホットワイヤ法による水素処理時間と変換効率との変化との関係を示す。図2では、水素処理を行なわない太陽電池の変換効率を100%としている。また、比較例として、水素プラズマ法(H−plasma)およびFGA法による水素処理結果も合わせて示す。水素プラズマ法では、基板温度400℃、水素ガス圧0.01Pa、印加電力密度0.3W/cm2(周波数13.56MHz)の条件で発生させた水素プラズマ中で10分間処理した結果を示す。また、FGA法は、炉内温度400℃、水素ガス濃度3容積%のN2ガスを5L/分の流量で10分間処理した結果を示す。 FIG. 2 shows the relationship between the hydrogen treatment time by the hot wire method and the change in conversion efficiency. In FIG. 2, the conversion efficiency of a solar cell not subjected to hydrogen treatment is 100%. As a comparative example, the results of hydrogen treatment by the hydrogen plasma method (H-plasma) and the FGA method are also shown. In the hydrogen plasma method, a result of treatment for 10 minutes in hydrogen plasma generated under conditions of a substrate temperature of 400 ° C., a hydrogen gas pressure of 0.01 Pa, and an applied power density of 0.3 W / cm 2 (frequency of 13.56 MHz) is shown. The FGA method shows a result of treating N 2 gas having a furnace temperature of 400 ° C. and a hydrogen gas concentration of 3% by volume at a flow rate of 5 L / min for 10 minutes.

図2から明らかなとおり、水素プラズマ法およびFGA法による水素処理では、殆ど効果が得られないか、または逆に特性が劣化するのに対して、ホットワイヤ法では変換効率が向上しており、TiO2膜形成後の水素処理法として、ホットワイヤ法が優れていることが明らかである。ホットワイヤ法による水素処理における基板温度を400℃程度の高温とする場合には、水素処理をハンダ被覆工程の前に実施するが、ホットワイヤ法による水素処理において基板温度を200℃以下の低温とする場合には、水素処理はハンダ工程後でも実施可能である。また、電極形成に際して300℃以上に加熱するときは、水素処理後は水素の離脱を避けるため、水素処理工程は電極形成工程の後に実施する方が好ましい。 As is clear from FIG. 2, the hydrogen treatment by the hydrogen plasma method and the FGA method has almost no effect, or conversely the characteristics deteriorate, whereas the conversion efficiency is improved by the hot wire method. It is clear that the hot wire method is superior as a hydrogen treatment method after forming the TiO 2 film. When the substrate temperature in the hydrogen treatment by the hot wire method is set to a high temperature of about 400 ° C., the hydrogen treatment is performed before the solder coating step, but in the hydrogen treatment by the hot wire method, the substrate temperature is set to a low temperature of 200 ° C. or less. In this case, the hydrogen treatment can be performed even after the soldering process. In addition, when heating to 300 ° C. or higher during electrode formation, it is preferable to carry out the hydrogen treatment step after the electrode formation step in order to avoid the separation of hydrogen after the hydrogen treatment.

実施の形態2
実施の形態1と同様にテクスチャ構造を形成し、pn接合を形成した後、酸化炉で厚さ50Å〜200ÅのSiO2膜を形成する。その後は実施の形態1と同様に、TiO2製の反射防止膜を形成し、電極を形成し、ホットワイヤ法で水素処理を行ない、検査する。酸化炉では、処理温度700℃〜900℃、O2ガス流量を5L/分で、0.5分間〜5分間程度の処理により酸化膜を形成できる。Si基板上に、TiO2/SiO2の2層構造の反射防止膜が形成されているが、ホットワイヤ法による水素処理効果が得られ、水素処理を施さない太陽電池に対して、セル特性が1%〜5%向上する。
Embodiment 2
After the texture structure is formed and the pn junction is formed as in the first embodiment, an SiO 2 film having a thickness of 50 to 200 mm is formed in an oxidation furnace. Thereafter, as in Embodiment 1, an antireflection film made of TiO 2 is formed, electrodes are formed, hydrogen treatment is performed by a hot wire method, and inspection is performed. In the oxidation furnace, an oxide film can be formed by processing at a processing temperature of 700 ° C. to 900 ° C. and an O 2 gas flow rate of 5 L / min for about 0.5 minutes to 5 minutes. An antireflection film having a two-layer structure of TiO 2 / SiO 2 is formed on a Si substrate, but the hydrogen treatment effect by the hot wire method is obtained, and the cell characteristics are superior to a solar cell not subjected to hydrogen treatment. 1% to 5% improvement.

今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。   It should be understood that the embodiments and examples disclosed herein are illustrative and non-restrictive in every respect. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

本発明によれば、安価な製造設備で反射防止膜を形成し、反射防止膜の形成後に効果的な水素処理を実施するため、特性の良好な太陽電池を安価に製造することができる。   According to the present invention, an antireflection film is formed with an inexpensive manufacturing facility, and effective hydrogen treatment is performed after the formation of the antireflection film, so that a solar cell with good characteristics can be manufactured at low cost.

本発明の太陽電池の製造方法を示す工程図である。It is process drawing which shows the manufacturing method of the solar cell of this invention. ホットワイヤ法による水素処理時間と変換効率の変化との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the hydrogen treatment time by a hot wire method, and the change of conversion efficiency. スプレー熱分解法に使用する装置構成を例示する模式図である。It is a schematic diagram which illustrates the apparatus structure used for the spray pyrolysis method. 従来の太陽電池の概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of the conventional solar cell. 従来の太陽電池の製造方法を示す工程図である。It is process drawing which shows the manufacturing method of the conventional solar cell.

符号の説明Explanation of symbols

31 Si基板、32 基板加熱ステージ、33 原料溶液、34 スプレーノズル、35 制御手段、40 p型Si基板、40a テクスチャ構造、41 n+領域、43 反射防止膜、44 受光面電極、45 裏面電極。 31 Si substrate, 32 substrate heating stage, 33 raw material solution, 34 spray nozzle, 35 control means, 40 p-type Si substrate, 40a texture structure, 41 n + region, 43 antireflection film, 44 light receiving surface electrode, 45 back electrode.

Claims (4)

第1の導電性を有するSi基板に第2の導電性を有するドーパントを拡散するpn接合形成工程と、
前記Si基板の受光面に、チタン酸化膜を有する反射防止膜を形成する反射防止膜形成工程と、
前記Si基板の受光面に受光面電極を形成し、前記受光面の反対側の裏面に裏面電極を形成する電極形成工程とを備え、
前記反射防止膜形成工程の後に水素処理工程を備えることを特徴とする太陽電池の製造方法。
A pn junction forming step of diffusing a dopant having the second conductivity into the Si substrate having the first conductivity;
An antireflection film forming step of forming an antireflection film having a titanium oxide film on the light receiving surface of the Si substrate;
Forming a light receiving surface electrode on the light receiving surface of the Si substrate, and forming a back electrode on the back surface opposite to the light receiving surface,
A method for producing a solar cell, comprising a hydrogen treatment step after the antireflection film forming step.
前記水素処理工程は、300℃以上の温度に加熱する電極形成工程の後に実施することを特徴とする請求項1に記載の太陽電池の製造方法。   The method for manufacturing a solar cell according to claim 1, wherein the hydrogen treatment step is performed after an electrode formation step of heating to a temperature of 300 ° C. or higher. 前記水素処理工程は、ホットワイヤ法により実施することを特徴とする請求項1または2に記載の太陽電池の製造方法。   The method for manufacturing a solar cell according to claim 1, wherein the hydrogen treatment step is performed by a hot wire method. 前記チタン酸化膜は、CVD法、スプレー熱分解法または蒸着法により形成することを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の太陽電池の製造方法。   The said titanium oxide film is formed by CVD method, spray pyrolysis method, or a vapor deposition method, The manufacturing method of the solar cell in any one of Claims 1-3 characterized by the above-mentioned.
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