JPH03250671A - 半導体光電変換装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、曲線因子（ＦＦ）及び変換効率Ｃη）の大き
な半導体光電変換装置及びその製造方法に関するもので
ある。

〈従来の技術〉 従来の太陽電池の製造方法は次のようなものである。す
なわち、第４図の構造図に示すように、Ｐ型シリコン基
板１０上にＰＯＣノ、によりＮ＋型型数散層１１形成し
、その上にパッシベーション膜としての５ｉ０２膜の酸
化膜゛３を形成し、さらにその上に反射防止膜としての
ＴｉＯ２膜２を形成する。そして裏面のＮ　拡散層を除
去し、アルミペーストの印刷焼成によＪＢＳＦＣＰ”）
層１２を形成する。次に、ＴｉＯ２膜２の表面に焼成貫
通型の金属ペースト１４を印刷し、この金属ペーストを
焼成して、Ｔｉ０ｚ膜２およびＳｉｎ。

膜８を貫通してＮ　＋　ｇ拡散層１１に接触する受光面
側の電極を形成する。このようなヌクリーン印刷法によ
る電極形成については、例えば辻　高輝：太陽電池、パ
ワー社、昭和５８年７月２８日発行の７５頁に記載され
ている。

〈発明が解決しようとする課題〉 太陽電池や照度計等の半導体光電変換装置の変換効率を
向上させる手段の一つとして、その受光面に形成した表
面電極の接触面積の低減があげられる。すなわち、半導
体光電変換装置の拡散層の表面からなる受光面には、表
面電極による非受光部分ができる。非受光部分以外の表
面電極のない受光部分の表面ば５ＩＯ２等の酸化物の膜
で覆うことで、この表面部での少数キャリアの再結合率
を低下させるパシベーション処理を施すことで光電変換
効率の低下を防いでいる。一方、表面電極のある非受光
部分の電極と基板表面の拡散層との接触部分では、少数
キャリアの再結合する率が極めて高くなり、充電変換効
率を低下させていた。

従って、この電極の接触部分の面積を可能な限シ小さく
し、相対的にパシベーションした受光面積を増大させ、
かつ、表面電極による半導体表面への機械的悪影響を小
さくすることが必要となる。

また、受光面への入射光量を増やすために、表面電極の
受光面に対する占有率を小さくすることがあげられる。

しかしながら一般に、金属ペーストのスクリーン印刷に
よる印刷焼成電極を表面電極にした半導体光電変換装置
では、使用されている技術による金属ペーストの粘度、
接着性等のペーストの特性と、スクリーンマスクのパタ
ーン精度から、電極の占有率を３〜４チに下げるのが限
界であ−た。

従って、接触面積についても、３〜４％に下げるのが限
界であった。

そこで、本出願人は半導体光電変換装置の表面に形成さ
れた反射防止膜の表面に、短波長レーザ光を照射して微
細なドツトを形成し、このドツトの部分を含む電極を形
成する予定位置に、電極材料を印刷し焼成して表面電極
を形成する方法を提案した。（平成元年５月１２日出願
の特願平ｌ−１１９８８８１’−太陽電池の製造方法」
）。

上記の電極形成方法によれば、反射防止膜のレーザ光に
よる非加工の表面部は、金属ペーストの焼成時に、その
貫通性に対してバリアの作用をさせ電極の接触面積を減
少させて、パシベーションの効果を一層向上させるもの
である。このレーザ加工による金属ペーストの印刷、焼
成による電極製造工程を概略断面図で示したのが第３図
である。

この第３図（ａｌは、ｐ型シリコン基板１０は裏面にｐ
＋拡散層１２を形成し、そのほぼ全面にＡ）等により裏
面電極１８を形成している。基板１０の表面には、ｎ十
拡散層１１を形成した上に５４０２　などのパシベーシ
ョン酸化膜３と反射防止膜を積層して被覆している。こ
の反射防止膜はＴｉＯ２膜２とＳｎＯ，膜９の順に積層
する必要がある。この反射防止膜の表面から短波長レー
ザのスポット光を照射して少なくともＳｎｏｗ膜９を貫
通した微細な穴１′を開は加工を行なう。続いて第２図
［ｂ）のように穴１′の開口加工部分を含む表面電極の
形成部に金属ベーク）１４を７クリーン印刷によυ塗布
し、続いて６００℃程度の焼成を行）たのが第２図（ｃ
ｌである。この焼成により金属ペースト１４は硬化する
と共に酸化膜層２及び３を浸透して貫通し基板１０の表
面に接続する電極が形成される。

しかしながら、なお上記提案の方法にも以下のような問
題がある。

先ず第１に、受光面電極形成にスクリーン印刷法を用い
るため、接触面積は低減できるが、電極占有率はなお３
〜４％に下げるのが限界であること。

第２に、金属ペーストを焼成した電極と基板表面のｎ十
拡散層間の接触抵抗が大きく、電極面積を小さくすると
直列抵抗が大きくなってＦＦが低下すること。

第３に、金属ペーストを焼成するとき同時に、その金属
ペーストの組成を、反射防止膜等の酸化物膜を貫通させ
て基板に接続するため約６００°Ｃの加熱工程が必要に
なること。

第４に、前記のように金属ペーストで、酸化物膜を貫通
させて電極の形成をするため、５ｎ０２とＴｉＯ２とい
うように貫通の特性が異なる二重の反射防止膜構造にす
る必要があることなどである。

そこで、本発明は上記問題点を解決することを目的とす
る。

く課題を解決するだめの手段〉 上記目的を達成するために、本発明は受光面上に形成さ
れた反射防止膜に幅が１００μｍ以下のレーザー加工開
口部を上記反射防止膜を貫通して設け、該開口部内で半
導体層と接触するように金属よりなる表面電極を設けて
いることを特徴とする半導体光電変換装置を提供する。

また、本発明は、受光面上に形成された反射防止膜の表
面に、短波長のレーザ光を照射し上記反射防止膜を貫通
する開口部を形成し、該開口部を含む表面電極形成部に
電極材料を堆積して表面電極を形成することを特徴とす
る半導体光電変換装置の製造方法を提供する。

上記短波長のレーザ光は、上記反射防止膜では表面で吸
収され、かつ、半導体基板で反射される波長のものが良
い。

上記堆積は低温で行うのが良く、メ・キ法や蒸着法を用
いるのがよシ好ましい。

〈作　用〉 本発明の半導体光電変換装置は、レーザー加工により形
成される反射防止膜を完全に貫通した／１＼ １００μｍ以下の微安な開口部で金属により直接電極が
形成されているため、例えば従来の銀ペーストが反射防
止膜を浸透させてｎ十拡散層に接続されている場合の接
触抵抗率（１０”Ω・１２　のオーダ〕に較べて、Ｎ１
まだはＴ１シリサイドとｎ十拡散層の接触抵抗率（１０
−’Ω・−のオーダ）が極めて低いというように、表面
電極の接触抵抗率を極めて低くできるので、半導体光電
変換装置の特性、特にＦＦ特性を向上させることができ
る。

また、本発明の方法による短波長のレーザ光、イズにで
き、又、この短波長の光は、通常の半導体光電変換装置
の反射防止膜に使用されている材料を殆んど透過しない
で、その表面で吸収され熱に変換され、入射のレーザ光
のエネルギーによって瞬間に蒸発され、反射防止膜に直
接、微細ラノン、又は、多数のドツトを連続させた開口
部パターンを形成することができる。以上の反射防止膜
への開口の深さは、照射するレーザ光のエネルギ強度、
又は、その照射回数等による簡単な方法で制御できるの
で、電極接触面積を任意に簡単に変えることもできる。

更に、以上のレーザ光の照射前に、反射防止膜上に表面
電極の形状にレジヌトパターンを作製しておくことで、
メ・ツキや蒸着等の堆積法で被覆したＮｉ、Ｔｉ等の電
極金属膜をリフトオフにより加工ができ、位置合せの余
裕度を少なくでき、電極の占有率を最小にできて、短絡
電流を向上させることができる。

更にレーザ光を用いて開口部を作製するので、フォトエ
ツチング技術を用いて開口部を作製する場合のような問
題が生じない。すなわち、半導体の微細加工に使用され
るフォ）・エツチング技術を用いて半導体表面反射防止
膜とパシベーション膜に微細な開口部を作製して電極を
形成する場合、その反射防止膜とパシベーション膜の材
質や膜厚によりエツチング方法やエツチング時間が複雑
に変わシ適正な工・チング条件を出すのに時間かがかる
こと、及び、低価格化を目指した多結晶シリコン基板で
は基板表面に、テクスチＴ処理で数１０μｍの微細な凹
凸が形成されるためフォトエツチングにより精密なパタ
ーンを形成することが難しく実用的と言えないという問
題が生じない。

更に、メ・キ法や蒸着法により電極を堆積すると、堆積
工程が低温で行えて半導体層に熱による悪影響を与える
ことがない。

〈実施例〉 実施例１ 以下、本発明の第１の実施例を第１図を参照して説明す
る。

第１図（ａｌ、　ｆｂ）及びｆｃ）は、本発明による半
導体光電変換装置の表面電極形成の第一実施例の各工程
を示す８略断面図である。

第１図（ａ）は、光電変換装置を作製するｐ型シリコン
基板１０の表面にｎ＋拡散層１１を形成してｐ−ｎ接合
を形成し、続いて、そのｎ十拡散層１１の表面に、パシ
ベーション層になる１５０Ａの５ｉｏｚからなる酸化膜
３及び反射防止膜になる５００人のＴｉＯ□寮キキ右寮
牛委２を順次積層した上に、ホトレジスト膜４を形成し
、そのホトレジスト膜４に３７１Ｅ−間隔で幅５０μｍ
の電極パターンを形成しくこの電極パターン部は、基板
の受光面積の１．４％になる。）、更に、以上のように
加工したシリコン基板１０をＸ−Ｙ方向に精密移動でき
るヌテージにセ・トして、短波長レーザ光〔例えばＸｅ
Ｃ）で波長がｓ　ｏ　ｓ　ｎｍのレーザ）を２５Ｘ２５
μｍに集光したスポットにして前記レジスト膜４の未形
成部から照射すると、前記のレーザ光源の出力が充分大
きいときは、エネルギー強度が４Ｊ／備ａ程度でＴ　ｉ
　Ｏｚ膜２と酸化膜３を同時に蒸発させて除去でき、レ
ーザビームの走査で、基板１０表面の酸化膜２，８に幅
が２５μｍの微細ライン状の開口溝１を形成している。

この強度であれば、前記＠２．８を選択的に除去できる
。

なお、以上のシリコン基板１１の裏面は、ＢＳＦ層にな
るｐ土層１２と裏面電極１３が形成されている。

次の第１図（ｂｌは、Ｉ￥ｉｌ記の微細ライン状の開口
溝ｌを形成した基板１０の受光側の表面全体に、市販さ
れている無電解メッキ液を用いて、約２０ＯＡのＮｉメ
ッキ膜６を形成した状態を示している。

このＮｉメッキ膜６は前記の開口溝１及びレジスト膜４
表面の全てを被覆している。

続いて、第１図（ｃｌは、以上の説明の加工工程後の基
板１０全体を、アセトン中に入れて超音波振動を加え、
レジスト膜４の溶解除去を行なうと共に、そのレジスト
膜４上のＮｉメッキ膜６もリフトオフによ多除去した後
、その加工を行った基板１０全体を、窒素宇囲気中で２
５０℃、８０分間の熱処理を行ない、＠ＥＮ　１メッキ
膜６をアニルして基板１０との界面にＮｉシリサイドを
形成させ電気的結合状態を改善している。続いて、更に
市販の無電界Ｃｕメフキ液を用いることで、酊気で形成
したＮｉメッキ膜６の電極上のみに選択的に約５μｍの
厚さのＣｕメ・Ｊキ膜７を形成して表面電極を完成した
状態を示している。

以上の本発明の方法で形成した、半導体光電変換装置の
実施例では、基板１０表面のｎ十拡散層１１と電極金属
層のＮ１メ・・キ＠６の接触面積は全受光面積の０．７
％で、従来の表面電極よυはるかに小さい表面電極によ
る接触面積の占有率を実現している。

実施例２ 以下、本発明の第２の実施例を第２図を参照して説明す
る。

第１図（ａｌ、　（ｂｌ及び（ｃ）は、本発明による半
導体光電変換装置の表面電極形成の第２の実施例の各工
程を示す概略断面図である。

第１図ｉａ）は、幅２５μｍの開口溝１の形成までを実
施例１と同様にして行なっている。

第２図（ｂ）は、前記開口溝１を形成した基板１０の受
光側の表面全体に、真空蒸着により、ｋｇ／ｐ　ｄ　／
　Ｔ　ｉの積層の蒸着膜８を各層が５μ鋼１５００Ａ／
８００Ａの厚さになるように形成した状態を示している
。尚、Ｔｉがｎ十拡散層１１に接している。

続いて第２図（ｃｌば、前記の工程の後に、アセトン中
、超音波洗浄を行なうことによ、ｂＡｇ／ｐｄ／Ｔｉ蒸
着膜８をリストオフした後、４１５°Ｃ−３０分間、窒
素零囲気中で熱処理して表面電極を完成させた状態を示
している。

本実施例において、ｎ＋拡散層１１と電極金属との接触
面積の占有率は０．７チと従来法よシはるかに小さい占
有率を実現している。

尚、本実施例では表面電極を、レズストを用いたリスト
オフ法により形成したが、レジストを用いずに、メタル
マスクを用いた蒸着により表面電極を形成しても良い。

以上、実施例１と２により本発明の実施例を示したが、
上記２つの実施例により得られる表面電極は、共に以下
に示す同様の良い特性を示す。尚実施例１と２では下記
特性に差が生じなかったので、これらを本実施例の表面
電極として一つのデータを示した。

第１表に、本実施例による表面電極と、先に特願事１−
１１９８８８で提案した表面電極の半導体光電変換装置
について、形状及び各種の特性の比較を示す。

第１表 本実施例と従来例の比較表 上記の表で、ＪＳＣは短絡電流、 ηは変換効率（太陽光）である。

第１表から、本実施例の表面電極による短絡電流と開放
電圧の増加は、受光面に対する電極占有率と、電極接触
面積との低減によるパシベーション効果の向上によるも
のであることが判る。更に電極の接触面積占有率を、先
の提案のこの占有率ＶＯＣは開放電圧、 の約半分に当る０、７係と、著しく縮小させたにもかか
わらず、本実施例による表面電極の接触抵抗率が極めて
小さく内部抵抗が減少して、この半導体光電変換装置Ｏ
ＦＦを大きく向上させ、その結果として変換効率（η）
を１．５係も向上させることができた。

以上の本実施例の半導体光電変換装置の表面電極は、先
の提案の表面電極のように金属ペーストを熱処理により
反射防止膜を貫通させる必要がないので電極材料を付着
させた後で、６００℃程度の加熱を行なう工程が不要に
なシ、種々の材料を結合してからの熱処理工程による歪
の発生を防止することができる。更に、前記のような電
極材料を反射防止膜を貫通させて電極を接続するときは
その貫通特性が異なる５ｎ０２とＴｉＯ３を組み合わせ
た２層構造で、しかも、ＴｉＯ２膜を形成した上に５ｎ
０２膜を形成しなければならないなどの反射防止膜の構
成に関する制限がなくなる。

本実施例による表面電極形成のだめの反射防止膜への開
口加工は、短波長のレーザ集光ビームを用いるので実施
例以上の微細加工の開口形成ができ電極の接触面積を更
に大幅に低減することが可能であり、しかも、以上のよ
うに電極接触面積を減少しても接触抵抗（率〕を充分小
さくできるので、これによる直列抵抗の増加や、ＦＦの
低下を招くようなことはない。

以上に於けるレーザ光による反射防止膜への微細な開口
部の形成も、適当な出力の短波長レーザ源を微小スポッ
トになるよう集光して照射すればＪ／−２程度の照射エ
ネルギーで反射膜の開口が形成できるので、ＭＥの短波
長レーザのスポ・トを早い速度（数ｍ／秒程度）で走査
する加工ができるため処理速度が早く、又、この加工に
付随する工程も少ないので生産性を高くすることができ
る。

以上は、本発明を実施例によって説明したが、本発明は
実施例によって限定されるものではなく本発明の主旨で
ある反射防止膜に微細開口部を形成して、半導体へ直接
接続する金属電極膜を堆積する表面電極であれば、はじ
めに堆積する金属はＮｉ、Ｔｉに限定されずＷ等同じ効
果をもつ金属を使用してもよく、その堆積方法も無電解
メッキのみでなく蒸着法、又は、スバ・タリング等によ
って堆積してもよい。更に、反射防止膜もＳ　ｎ０２膜
やＴｉＯ２膜に限定されることはなく、Ｉ　ｎ０３膜等
や、それらの組合せによる反射防止膜を用いてもよい。

〈発明の効果〉 本発明では、半導体光電変換装置は表面の反射防止膜に
レーザ光集光スボ・ノドを照射して、効率よく微小開口
部を形成した上、基板に直接堆積する表面電極を形成す
るだめ、その電極接触抵抗率を極めて低くすることがで
きる。従−て、その充電変換装置の直列抵抗を増大する
ことなく、表面電極の、受光面に対する電極占有率と、
基板への接触面積占有率を低減することができ、従来の
装置に比し、短絡電流と開放電圧の増大を図ることがで
きて、ＦＦ及び変換効率ηを向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例の表面電極製造工程を示
す概略断面図、第２図は本発明の第２の実施例の表面電
極製造工程を示す概略断面図、第３図は先の提案の表面
電極製造工程を示す概略断面図、第４図は従来の表面電
極の構造図である。 １・・・開口溝、２・・ＴｉＯ□膜、３：酸化膜、４・
・・レジスト膜、６−・−Ｎ　ｉメッキ膜、７−＝Ｃｕ
メ・キ膜、８・・・Ａｇ／ｐｄ／Ｔｉ蒸着膜、１０・・
・基板、１１・・ｎ十　拡散層。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、受光面上に形成された反射防止膜に幅が１００μｍ
   以下のレーザー加工開口部を上記反射防止膜を貫通して
   設け、該開口部内で半導体層と接触するように金属より
   なる表面電極を設けていることを特徴とする半導体光電
   変換装置。 ２、受光面上に形成された反射防止膜の表面に、短波長
   のレーザ光を照射し上記反射防止膜を貫通する開口部を
   形成し、該開口部を含む表面電極形成部に電極材料を堆
   積して表面電極を形成することを特徴とする半導体光電
   変換装置の製造方法。 ３、前記堆積をメッキ法または蒸着法により行うことを
   特徴とする請求項２記載の半導体光電変換装置の製造方
   法。