JP2000332279A - 太陽電池の製造方法 - Google Patents
太陽電池の製造方法Info
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Abstract
合でも十分な接合強度を有する電極1eの構造を提供す
ることを目的とする。 【解決手段】 一導電型多結晶シリコン基板1の一主面
側に他の導電型不純物1bを拡散させて両主面側に電極
1e、1fを被着形成する太陽電池の製造方法であっ
て、上記多結晶シリコン基板1の一主面側もしくは両主
面側の上記電極1e、1fの被着部にリアクティブイオ
ンエッチング法で微細な突起1aを多数形成して上記電
極1eを被着形成する。
Description
に関し、特に多結晶シリコン基板を用いた太陽電池の製
造方法に関する。
エネルギー消費が増大する中で、そのエネルギー源の確
保が重要視されている。現状ではエネルギーの大部分は
火力発電および原子力発電に依存している状況となって
いる。しかしながら、火力発電においては二酸化炭素に
よる地球温暖化の問題があり、大きな問題となってい
る。また、原子力発電においては事故時の放射能汚染の
可能性や放射性廃棄物の処理方法の問題などが指摘され
ており、長期的な視点では地球環境の問題をはらんでい
る。そのような中、太陽エネルギーを直接電気エネルギ
ーに変換する太陽電池がその無公害性の点から近年クロ
ーズアップされてきており、大量生産の技術や低コスト
化および高効率化の技術の重要性が高まっている。
類によって結晶系、アモルファス系、化合物系などに分
類される。このうち、現在市場で流通しているのはほと
んどが結晶系シリコン太陽電池である。この結晶系シリ
コン太陽電池はさらに単結晶型、多結晶型に分類され
る。単結晶型シリコン太陽電池は基板の品質が良いた
め、高効率化が容易であるという長所を有する反面、基
板の製造コストが大きいという短所を有する。それに対
し、多結晶型シリコン太陽電池は基板の品質が劣るため
に高効率化が難しいという短所はあるものの、低コスト
で製造できるというメリットがある。また、最近では多
結晶シリコン基板の品質の向上やセル化技術の進歩によ
り、研究レベルでは18%程度の変換効率が達成されて
いる。
池は従来より低コストであったために市場に流通してき
たが、近年環境問題が取りざたされる中で需要が増して
きており、低コストで且つより高い変換効率が求められ
るようになった。
の要素技術として、受光面積の増加がある。これにより
太陽光を多く取り込めるために、出力電流の向上が期待
できる。そのためには、受光面側の電極の占有面積を縮
小する必要があり、微細な電極を形成する技術が求めら
れる。微細な電極を形成する方法としてはフォトリソグ
ラフィーを用いる方法が広く知られているが、この方法
は太陽電池に用いるには非常に高コストであり、現実的
には困難である。従来より、量産レベルの太陽電池で
は、主成分が銀粉から構成される導電ペーストをスクリ
ーン印刷して焼成することで形成してきた。電極を細く
することは電気抵抗を増加させることになり、電流値の
減少につながる。これを避けるためには、小面積で且つ
高さの高い電極、つまりアスペクト比の大きい電極が必
要である。従来、電極の幅は200μm程度であった
が、高効率化のためには、さらに微細化を図る必要があ
り、それに伴って基板との接触面積が減少するため、電
極の接合強度が低下するという問題がある。
は、接触面積の増加が考えられる。また、電極の引っ張
り強度は、その被着基板の単位当たり表面積のみなら
ず、密着の角度によっても変化する。例えば、電極は垂
直方向に引っ張るよりも、斜め方向に引っ張る方が剥が
れにくい。これは電極と被着基板が密着している部分の
角度が引っ張り方向と平行に近い方が剥がれにくいこと
を意味している。
めに、アルカリ水溶液などでテクスチャ構造を形成する
ことが一般的に行われが、この構造をそのまま用いれ
ば、被着基板の表面積の増加によって電極との接触面積
も増加して、電極の接合強度が向上する。
方向の基板が用いられる。これをアルカリ水溶液でエッ
チングすると、(111)面が露出し、突起頂点の角度
が70.5°のピラミッドが形成される。このピラミッ
ドのアスペクト比を(ピラミッドの高さ÷底辺)で定義
すると、0.71となる。しかし、この凹凸では電極の
接合強度を十分得ることができないことがあった。
電極下地構造が求められていた。つまり、単位当たり表
面積が大きくて接触面積の大きい、かつ接触角度が太陽
電池表面に対して垂直により近い電極の下地構造が求め
られていた。
るウエットエッチングでは、エッチングされる基板の結
晶の面方位を利用して凹凸(ピラミッド)を形成するた
め、この凹凸形状の制御ができない。
位によって単結晶におけるようなテクスチャ構造はほと
んど形成できない。
されたものであり、太陽電池の表面電極の幅を小さくし
た場合でも十分な接合強度を有する電極の形成方法を提
供することを目的とする。
に、本発明に係る太陽電池の製造方法では、一導電型多
結晶シリコン基板の一主面側に他の導電型不純物を拡散
させて両主面側に電極を被着形成する太陽電池の製造方
法において、前記多結晶シリコン基板の一主面側もしく
は両主面側の前記電極の被着部にリアクティブイオンエ
ッチング法で微細な突起を多数形成して前記電極を被着
形成する。
突起の幅と高さが2μm以下であることが望ましい。
微細な突起のアスペクト比が0.75〜2以下であるこ
とが望ましい。
面に基づき詳細に説明する。図1は本発明に係る太陽電
池の製造方法で製造される太陽電池セルの構造を示す断
面図である。図1において1は多結晶シリコン基板、1
aは微細な突起、1bは受光面側不純物拡散層、1cは
裏面側不純物拡散層(BSF)、1dは表面反射防止
膜、1eは表面電極、1fは裏面電極である。
型のいずれでも良い。この多結晶シリコン基板1は鋳造
法などによって形成される。多結晶シリコンは、大量生
産が可能で製造コスト面で単結晶シリコンよりもきわめ
て有利である。鋳造法などによって形成されたインゴッ
トを300μm程度の厚みにスライスして、10cm×
10cmもしくは15cm×15cm程度の大きさに切
断してシリコン基板となる。
とも電極1eの下部には、微細な突起1aを形成する。
この微細な突起1aは円錐形もしくはそれが連なったよ
うな形状を呈し、リアクティブイオンエッチング(RI
E)法によるガス濃度もしくはエッチング時間を制御す
ることにより、その大きさを変化させることができる。
この微細な突起1aの幅と高さはそれぞれ2μm以下に
形成される。この微細な突起1aをシリコン基板1の必
要部分全面にわたって均一且つ正確に制御性を持たせて
形成するためには、1μm以下が好適である。この微細
な突起1aのアスペクト比(突起1aの幅/高さ)は、
2以下であることが望ましい。このアスペクト比が2以
上の場合、製造過程で微細な突起1aが破損し、太陽電
池セルを形成した場合にリーク電流が大きくなって良好
な出力特性が得られない。また、このアスペクト比が
0.75未満の場合、従来品と同等の接合強度しか得ら
れない。
えば三フッ化メタン(CHF3 )を12.00sccm
程度、塩素(Cl2 )を72sccm程度、酸素
(O2 )を9sccm程度、および六フッ化硫黄(SF
2 )を65sccm程度流しながら、反応圧力50mT
orr程度、プラズマをかけるRFパワー500W程度
で、10秒〜15分間行う。
電型半導体不純物が拡散された層1bが形成されてい
る。この逆導電型半導体不純物が拡散された層1bは、
多結晶シリコン基板1内に半導体接合部を形成するため
に設けるものであり、例えばn型の不純物を拡散させる
場合、POCl3 を用いた気相拡散法、P2 O5 を用い
た塗布拡散法、およびP+ イオンを直接拡散させるイオ
ン打ち込み法などによって形成される。この逆導電型半
導体不純物を含有する層1は0.3〜0.5μm程度の
深さに形成される。
は、反射防止膜1dが形成されている。この反射防止膜
1dは、多結晶シリコン基板1の表面で光が反射するの
を防止して、多結晶シリコン基板1内に光を有効に取り
込むために設ける。この反射防止膜は、多結晶シリコン
基板1との屈折率差などを考慮して、屈折率が2程度の
材料で構成され、厚み500〜2000Å程度の窒化シ
リコン膜や酸化シリコン(SiO2 )膜などで構成され
る。
一導電型半導体不純物が高濃度に拡散された層1cを形
成することが望ましい。この一導電型半導体不純物が高
濃度に拡散された層1cは、多結晶シリコン基板1の裏
面近くでキャリアの再結合による効率の低下を防ぐため
に、多結晶シリコン基板1の裏面側に内部電界を形成す
るものである。つまり、シリコン基板1の裏面近くで発
生したキャリアがこの電界によって加速される結果、電
力が有効に取り出されることとなり、特に長波長の光感
度が増大すると共に、高温における太陽電池特性の低下
を軽減できる。このように一導電型半導体不純物が高濃
度に拡散された層1cが形成された多結晶シリコン基板
1の裏面側のシート抵抗は、15Ω/□程度になる。
面電極1eが形成されている。この表面電極1eは例え
ば、主にAg紛、バインダー、フリットなどからなるA
gペーストをスクリーン印刷して600〜800℃で1
〜30分間焼成し、その上に半田層を10〜40μm程
度の厚みに形成する。この表面電極1eは、例えば幅2
00μm程度に、またピッチ3mm程度に形成される多
数のフィンガー電極と、この多数のフィンガー電極を相
互に接続する2本のバスバー電極とで構成される。この
バスバー電極は幅2mm程度で厚み10μm程度に形成
される。
に、図2に示すように、半田で被覆した銅箔を2mm×
2mm程度の面積で付着させて垂直方向に引っ張る引っ
張り試験を行って電極が剥がれるときの強度である引っ
張り強度を測った。RIE処理で3種類のアスペクト比
を有する突起を形成した。比較のために、単結晶シリコ
ン基板1の表面側にアルカリ水溶液でテクスチャ構造を
形成した基板も用意した。その結果を表1に示す。
した基板1の表面側の微細な突起を有する太陽電池でア
スペクト比が大きい場合に、電極の引っ張り強度が向上
していることが認められた。
製造方法によれば、多結晶シリコン基板の一主面側もし
くは両主面側の電極の被着部にリアクティブイオンエッ
チング法で微細な突起を多数形成して電極を被着形成す
ることから、下地の単位当たり表面積が増加し、また、
接触角度が基板面に対し垂直により近くなることから、
電極の基板との密着強度が増加し、太陽電池製造の歩留
まり向上に寄与すると共に、製品の信頼性が向上する。
す図である。
る方法を示す図である。
散層、1c……裏面拡散層、1d……反射防止膜、1e
……表面電極、1f……裏面電極、2a……表面電極、
2b……半田被覆付きの銅箔
Claims (3)
- 【請求項1】 一導電型多結晶シリコン基板の一主面側
に他の導電型不純物を拡散させて両主面側に電極を被着
形成する太陽電池の製造方法において、前記多結晶シリ
コン基板の一主面側もしくは両主面側の前記電極の被着
部にリアクティブイオンエッチング法で微細な突起を多
数形成して前記電極を被着形成することを特徴とする太
陽電池の製造方法。 - 【請求項2】 前記微細な突起の幅と高さが2μm以下
であ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。 - 【請求項3】 前記微細な突起のアスペクト比が0.7
5〜2であることを特徴とする請求項1または請求項2
に記載の太陽電池の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11143387A JP2000332279A (ja) | 1999-05-24 | 1999-05-24 | 太陽電池の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11143387A JP2000332279A (ja) | 1999-05-24 | 1999-05-24 | 太陽電池の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000332279A true JP2000332279A (ja) | 2000-11-30 |
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ID=15337594
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP11143387A Pending JP2000332279A (ja) | 1999-05-24 | 1999-05-24 | 太陽電池の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000332279A (ja) |
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