JPS604272A - 太陽電池の製造方法 - 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】 ［発明の技術分野］ 本発明は太陽電池の製造方法ｆ二係り、％（−高特性を
維持しながら低コストを満す太陽電池の製造方法に関す
るものである。

［発明の技術的背景とその問題点］ 従来、太陽光な光電変換するＩｉはシリコン単結晶など
を素材とする第１図に示すような太陽電池が広く実用化
されている。

即ち、例えば厚さ０．３〜０．４間のｐ型シリコン単結
晶基板（１）の−表面から０．２〜０．６μｍの深さに
熱拡散などの方法によすｎ＋拡散層（２）が設けられて
破線で示すｐｎ接合部を形成しており、このｎ＋拡散層
（２）に光が当るよう５二格子状電極（８１、ｐ型シリ
コン単結晶基板（１）の裏面Ｃ二は全面にわたり裏面電
極（４）が形成されている。また空気中から？拡散層（
２）に光が入射するときに表面で光の一部が反射される
が、この反射による損失を改善するために通常、表面−
二は反射防止膜（５）が形成されている。これはｎ型シ
リコン単結晶基板にｐ＋拡散層を形成したものでも同じ
である。

このような太陽電池の製造方法には種々のものが知られ
ているが、太陽電池の製造方法はｐｎ接合形成工程、ｔ
ＪＬ＆形成工程、反射防止膜形成工程の３工程に二大別
できる。

このうちｐｎ接合形成工程ｌ二は従来より基板と異なる
導電型の不純物を含む雰囲気中で基板を高温ｌ二保ち、
不純物の濃度差により基板中Ｃ二不純物を拡散させる拡
散炉を用いる方法が一般的であり、均一性、量産性の点
から広く採用されている。その他、ｐｎ接合の形成には
、イオン注入法やエピタキシャル成長法も半導体産業界
では行われているが、太陽電池用としては生産性が低い
ためあまり使用されていない。

また反射防止膜形成工程には従来蒸着法、スピンコーテ
ィング法などが一般に試みられてきたが、実用的には特
別にコーティング層を設けない方法として、アルカリ性
情Ｖ＊　を二よる拡散層表面の選択エツチング性を利用
した異方性エツチング面を形成する方法がとられている
。

上述のよう５二ｐｎ接合形成工程と、反射防止膜形成工
程については現状の単結晶シリコン基板を用いて、低価
格化を指向した場合、それぞれ不純物熱拡散と異方性エ
ツチング面が現状では最も好ましい。

一部シリコン基板自体に安価な多結晶シリコンやリボン
結晶シリコンを使用することが最近試みられ、一部製晶
化されている。これらｆ二ついては基板中にさまざまな
方位の結晶粒が存在するところから、異方性エツチング
を行っても良好な反射防止効果が得られない。

すなわち（１００）面に近い方位の面は、比較的異方性
エツチングされるが、他の方位を有する面は等性的５ニ
エツチングされたり、そのレートが異なるため、単に粒
界段差が生じるのみで反射防止ｆ二ならない。従ってこ
のような結晶粒界を有する安価な基板（一対しては反射
防止膜を形成しなければならず、この場合反但防止材料
Ｃ二予めドーパントを混入した溶液を塗布形成後、焼成
によって反射防止膜形成と接合形成とを同時に行う方法
が現状では一番短縮された工程と考えられる。

次に集電電極を形成する電極形成工程Ｃ二ついては蒸着
法やスパッタリング法により金属薄膜を形成する方法が
最も信頼性の点で優れているものの極めて処理能力が低
いものとして低価を指向した量産工程からは敬遠されて
いる。

この量産工程に実用化されている電極形成工程としては
印刷法によるものと、めっき法≦二よるものとがある。

この内、印刷法によるものは、原材料として高価な銀を
多量≦二含むペーストを使用することが通常であり、現
状ではともかく近い将来Ｃ二おける全体コストの低下時
には使用がむずかしくなる。この銀に替わる卑金属を主
成分とするペースト中、現在のところ、太陽電池用とし
てはｐ型の高諸度１（Ｂ８Ｆ）を作る場合のアルミニウ
ムペーストがあるが、このアルミニウムペーストは電極
用として使用することがむすがＬい。

また印刷法Ｉユよる電極では後処理として高温の焼成工
程が必要であるし、更にその後、表面の酸化した層をエ
ツチング除去しないと半田のつきが悪く実用化できない
。またこのエツチング除去には通常弗酸を使用するが、
この場合印刷電極金ハが介在すると、基板にステイニン
グ現象を起こし、しみ状の汚れを生じることがある。

また銀が表面Ｃ二無出した市：極は、長期的な使用時に
酸化が進行し、またかつ色に変色して商品価値を低下さ
せたり、太陽電池の直列抵抗を増大して特性の低下をき
たすことがしばしばあった。更に印刷電接は基板との密
着性が悪く、電極剥離事故を起すことがあり、信頼性の
点で問題がある。

他方、めっき電極は、ニッケル、銅など、比較的安価な
材料を効率よく形成でき、この上に、はんだ層を形成す
るととｇ二より長期的な信頼性も保証できるため当業界
ではめつき電極の使用が一般に行われるようになってい
る。

しかしながら、常用される無電解めっきは基板上ｌ二付
着する性質から、めっき用マスクを基板上に形成するこ
とと、更に端面のめっきを除去する接合分離法の点から
工程を繁雑にすることがある。

このうち、めっき用マスクについては、従来よりフォト
レジストのパターンを形成することが行われており、レ
ジストを全面に形成後、光露光Ｃ二よりパターン状【ニ
エッチングを行い、この抜けた溝にめつきを施していた
。

また接合分離法Ｃ二ついては、従来めっきが端面全面に
付着してしまうことから端面特Ｃ二主面Ｃ二′対するエ
ッヂ部を最後にグラインダで削り取ることが行なわれて
いる。しかし、この場合、高速で削り取ると基板Ｃニク
ラツクが入り易いため、最大５０枚／時間、角型の基板
では角部で特５ニグラインダを低速５二しなければなら
ないため２０枚／時間が自動化された装置で限界であす
、そのため、めっきにより低価格普産工程を選択しても
接合分離工程に時間がかかりすぎ、この工程を流れ作業
からはずして行なわなければならない。

他方、現在半導体工莱ではプラズマ番−よるドライエツ
チング技術が盛んＣ１行われるようＣニなってきている
。勿論このドライエツチングはシリコンにも可能であり
、この技術を太陽電池の接合分離（−用い、かつ、めっ
きレジストの形成方法を改良するとと（二より一度接合
分離した部分（二、めっき４膜がつかないようｌニ工夫
することが望１れていた０ ［発明の目的］ 本発明は、上述の問題点、要望番二鑑みなされたもので
あり、めっき電極を用いた太陽電池の製造工程に高イン
デックスのドライエツチング式エッチクリーニング工程
を採用するため５二、エッチクリーニング直後のシリコ
ン基板と不純物拡散層のエツチング面上をめっきレジス
トで覆った後、無電解めっき電極を形成するようにして
、工程の簡略化、低価格化を達成した高イｉｔ頼性の太
陽電池を得ることができる太陽電池の製造方法を提供す
ることを目的としている。

し発明の械要］ 本発明の太１ｕ電池の製造方法は、シリコン基板の一表
面からドーパントを拡赦しで他の導電型の不純物拡散層
を形成する工程と、シリコン基板と不純物拡散層との接
合部が勝山する傾斜面をシリコン基板の外周近傍領域ｔ
ニエッチングすること５二より接合分離を行なう工程と
、この接合部も稙うように不純物拡散ｊ１ｊ上Ｃ二めつ
きレジストを形成する工程と、無電解めっきを施して電
極を形成する工程とを含むことを特徴としている。本発
明の製造方法によれば量産性の高いドライ・エツチング
をめっき電極工程々ど一貫した製造工程に刊み込み使用
できるので太陽電池の製造工程の短線化が可能となる。

［発明の実施例］ 次Ｃ本発明の一実施例を説明するが、前述のように本発
明は接合分離を完全に行うことを主旨としているので、
この点について詳しく述べる。

先ず第２図（ａ）、　（ｂ）は基板（２１１Ｉ−他の導
電型の不のは第２図（ａ）のようになる。ｌζ基板の一
表面に拡散源を塗布して焼成、したり基板を２枚裏面同
志を接触させて拡散したものや第２図（ａ）の裏面拡散
層を削り取ったものも第２図（ｂ）のようになる０ 次に第２図（Ｃ）　ｌ１示すように第２図（ａ）、　（
ｂ）いずれも端面の拡散層を除去して最終的な電極（４
））を有する太陽電池を完成する。この時、電極隣）は
ｐｎ接合のｐｎｎ次々部分から取るため表側と裏側の接
合分離を必要とするものである。この接合分離にＩ′ｉ
第３図及び８１ルｉｃ二示す方法が一般に使用されてい
る。

即ち第３図は同（３）（ａ）のように印刷法により銀を
極（転））を形成した後、同図（ｂ）のように端面な削
る方法である。

また第４図はめつき法にょる′電極を用いた場合であり
、同１ｇｌ　（ａ）　に示すようｊニパターニングされ
たレジスト例の僚佼されていない表面にめっき層からな
る電極μ５）を形成し、レジストの除去後に同図（ｂ）
に示１゛ように９ｉｉＶ　１１１をその上に形成された
めつき層と共ｆ１削り取るものである。第３図及び第４
図における端τトｊｌのＦａｌｌり取りは、と石を用い
たり、サンドブラストを用いる機械的方法が一般的であ
るが半導体工業で用いられているシリコンエツチング用
のプラズマドライエツチングも一部利用されている。た
だし、この場合にはめっき鳩のエツチングができ力、い
ため、印刷電極を用いた工程及び第２図（ａ）の状態を
第２図（ｂ）の状態１ニするための工程Ｃ１限られてい
る。

これに対して本発明ではプラズマドライエツチングｆ二
よる接合分離を歩留り良く行うため、ドライエツチング
条件を考慮し、周辺部のエツチング形状に工夫を施し、
かつ、めっきレジストの形成を工夫して最適の条件を見
出し、めつ＠電極を用いた工程に高生産性のプラズマド
ライエツチング端面クリーニングを可能にしたものであ
る０次に一第５図Ｃ二より、ドライエツチングした面の
状態と、レジストの被覆状態の関係について説明する。

先ず、基板（８ｊ）に他の等電型の不純物拡散層（瀾を
形成したのち、めっき用レジストＢ；Ｍｊを形成すると
第５図（ａ）の状態Ｃ二なる。このめっき用レジスト（
刈（二より接合部（８Ｂ）の露出部（３３１）を保ｉｉ
ｐ；するためＣ二同図（ｂ）のよう１ニ外周近全貝域に
露出部（３３１）を含む傾斜面（園を形成し、この子ρ
斜面間の少くとも露出部（３３１）を含むようｆ二めっ
き用レジスト弾９を形成することが主旨である。

このようｃＮＮ郡部３３１）を含む傾斜面□ノにめりき
用レジスト…）を形成することにより、めっき用レジス
トｇ３４）の印刷等のオ；？度や同図（ｃ）　＋：　示
ｔ　ヘ−キング時のちぢ与や同図（ｄ）に示すベーキン
グ時のだれがあっても充分子：接合部（Ｓａ）の露出部
（３３１）が保砕される。

この場合同図（ｃ）に示すよう【二傾斜がほとんどない
時には、めっき用レジスト弾つによる露出部（３３１）
の被榎が難しくなる。また同図（７）に示すように傾斜
をゆるくすると、光電変換に寄与する有効面積が減少す
るし、１だ周辺部（３５１と鉄面の境界か波を打ったＪ
：うＩｌｌ、なり外糾が悪くなる。そして、この両現象
の＃’ｆ　８１Ｍｔ界はエツチング時のガス圧力に敏感
であることがわかった。

エツチングは外周近傍領域即ち端面のみを行なう都合上
、第６図に示すようＣ基板（３１）を積層したものをエ
ツチングチャンバ内（二おいて行なう、この場合矢印方
向から荷油なかけるとエツチングチャンバ内での基板（
８Ｊ）の移動がない。エツチングを行なうと第７図１二
示すように基板（８］）はエツチングされる。この揚合
両ψｔ１の基板（３ｉａ）、　（３１ｂ）はダミーとな
っているが、表面にエツチングされにくい物質□□□）
をコーティングしておくことが窒ましい。

即ちエツチング用のラジカルが表面の大面積部のエツチ
ングｉ二消耗されずｓ　￥Ｍ　面に効果的ｆ二作用して
エツチング時間が短くできる。例えばエツチングガスと
して数チの酸系を混入したＣＦ４を主体とした組成を用
いる時にはエツチング芒れにくい物質ｔａ５＋としては
フォトレジストや９化シリコン膜などを形成しておけは
よい。

エツチング形状のコントロールは、ガスの圧力に大きく
依存し、第５図（ｅ）のような傾斜をほとんと生じない
状態ば０．ＩＴｏｒｒ未満の比較（＋：＋兵望度の良い
時薯二発生するし、また、第５図（Ｊ）のような傾斜が
著しく大きくなるのにに３　’ｌ’ｏ　ｒ　ｒ以上であ
り、最も好ましい傾余１は０．１〜３Ｔｏｒｒの範し」
」であることがわかった。

更に波打ち現象を減らし、エツチングむらをなくすため
ｆ二は、第８図に示すように積層する基板（８Ｊ）間ｌ
二数μ〜数１０μのスペーツ゛（３６）を挿入すｉｔ／
ｉよく、例えば工程上、好ましくは基板の片面にＢＳＦ
形成用Ｃ設けたアルミペーストの焼成層を利用すればよ
い。

上述したエツチングの彼にめっき用レジストのマスクを
形成する。このマスクには簡単な印刷法を利用し、めっ
き用レジストとしては樹脂、植物油誘導体、増粘剤、１
機溶媒を成分とする通常のものが使用でき、印刷は基板
の外周部に沿うが、またはやや広めに行うとよい。要は
接合部の露出部を充分に保蔵することである。

次に本発明の太１湯電池の製造方法の一実施例を第９図
により欣す」する。

先ず、同図（ａ）に示すように方位〔１００〕厚込３７
０μ、比抵抗ｌΩ・αのＣＺ法【二より製造された４イ
ンチ径のｐ型シリコン単結晶基板ｔ４１１を用意する。

次に、このｐ型シリコン単結晶基板…）を２０％のｔａ
ｍ−の沸ｊＩＧＮ　ａＯＨ水溶液中で８分間エツチング
を行い、基板…）の厚味を薄くシ、表面のダメージ層の
除去を行う。その後、湯洗、水洗の後、２％のＮａＯＨ
水溶液とイングロビルアルコールを４：１ｃ混ぜた液を
梯騰させ、その中でエツチングを行った。この結果、同
図（ｂ）　を二示すようｆ二異方性エツチング面（４１
１）が形成され基板用）の厚味も２９０μｍ二減少する
。この反応の停止も沸騰した湯Ｃ二て行い、そのあと１
５分間の水洗を行う。次に表面１：、残ったアルカリ成
分を中和するため、１０％ＨｃＪ水溶液に３分間浸漬後
、再度１５分間の水洗を行う０次に十分乾燥後、拡散炉
中でμｓ素及び酸素の混合キャリアガス（二よりＰＯｃ
Ｊ３をンースとして、リンを拡散する。このときの炉温
度は８７５℃とし、２０分間デポジションを行うことＣ
二より、同図（Ｃ）　ｌ１示すように０．３μの接合深
さ１ユ接合部（６））を介してｎ層軽）が形成される。

但し異方性エツチング面（４１１）は以下省略する。

次に同図（ｄ）　ｌ１示すように裏面１ニアルミニウム
ペースト（商品名エンゲルバー）Ａ−３４８４）し）を
スクリーン印刷法により全面に形成する。次に２００℃
、３０分間の乾燥の後近赤外線ランプを装備したコンベ
ア式の焼成炉により短時間焼成を行う。

最高温度７５０℃で１０秒間、室温から最尚温度まで５
分の急峻な立上がりとし、１０秒間最高温度で保持した
のち、１０分間で室温１−もどすスケジュールによりＡ
ｉペーストを焼成する。この蝙合の雰囲気は空気でもよ
い。この郭成によりシリコン中Ｃ二ｈｔ原子が拡散さ力
１、合金層であるｐ”ｌ・檜（８））が形成されるＱ 次にプラズマエツチングにより周辺部（二形成されてい
るｎ＋Ｊｄ　ｆ４４ｉ）をエツチングするが、こσ〕時
、真空４’１１内Ｃ″−第８図（ｂ）に示すように基板
を亀ね合わせて取り付け、ロータリーポンプで減圧した
のち、酸素５％を含むｅｐ４ガスを０．５Ｔｏｒｒ２ｔ
ｆ人し、６００ＷのＲＦパワーを投入してプラズマを発
生させ、１５分間エツチングすると、基板周辺ｇ１３の
ｎ　層Ｍ及び両端部近傍のシリコンがエツチングされ第
９図（ｅ）のような傾斜面１ｉ１７１を治する基板用）
が形成され、表裏面の接合分頗１がなされる。

次に表向のシリコン、アルミニウムの酸化膜を１０　％
の弗酸で１５秒間軽くエツチングして除去し、１５分間
の水洗を行い乾燥する。続いて、第９図げ）Ｃ１示すよ
う（ニアクリル（☆Ｊ脂、他物油誘導体、増粘剤、有機
溶媒からなるめつきレジス）　１１８）をスクリーンプ
リンティングにより最小紗幅１８０μに形成し、１３０
℃で３０分間加熱して密着固化させると最小線幅は１５
０μとなる。その後１０％の弗酸処ｘ１！後、通常知ら
れたＮｉ無電解めっきをｐｈ６．５で６５℃２０分間の
条件で行い、　Ｎｉ層（９））を衣裏両面を二形成し、
電極下地を形成する。

次に同図（ｆ）（−示すようにＣ１４２ｃＪ２＋二授治
してめっきレジスト＠８）を除去後、２００℃で３０分
曲加熱し、密着性を強化し、半田用フラックスに基板を
ディップ後１５０℃蓄−て１０分間加熱する。次に２２
０℃に加熱し、溶融したＡｔが２チ入ったＰｂ、　Ｓｎ
の６−３半田中Ｃ二約３秒間浸漬し、引き上げると、両
面のＭ層数上【二半田層（５υ）が形成される。火にｔ
ぐ面Ｃ１残っている半Ｂｊ用のフラックスをフレオン洗
浄を二より除去し、銅Ｃ二半田めっきしたリード糾イ１
）を結線し、太陽電池を完成する。

この上うＣ二して製造された太陽電池はＡＭ　（Ａｉ　
ｒＭａｓｓ　）　１，５　、入射パワー１００ｍｗ／Ｃ
Ｊの条件でソーラーシュミレータ（−より特性を測定し
た結果、変換効率は１５％となり、これは従来の４’ｉ
＊　イｎｌ的接合分離法を用いためつき′ＩＬ極素子に
比較し、１側方、特性が向上した０これは本発明Ｓ−よ
る接合分離がめつきレジストの被覆を完全なものとした
ためであり、プラズマを用いた高い生産性の工程の導入
により、工程を短縮でき、涌産性！−優れた製造方法で
あることがわかる。

本実施・し１１では基板Ｃ二重結晶シリコン基板を用い
たが、多結晶シリコン基板や反射防止膜が形成されたも
のにもその−１ま遂１用できることは勿論である。

［発明の効果］ 上述のよう（二本発明の太陽電池の製造方法によれば、
量産性、（、−ｊ顆性共τ−優れた低価格の太陽電池が
実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の太陽電池の構造を示す概略断面図、第２
図乃至第８図は本発明の主要工程を示す図であり、第２
図（ａ）、　（ｂ）は−導霜１形を有するシリコン基板
に不純物拡散層を形成したそれぞれ異なる例を示す説明
用断面図、第２図（ｃ）は出来上つた太陽電極の説明用
断面図、ＷＪａ図（ａ）、　（ｂ）は印刷法により電極
を形成後、端面を削り取る工程を順番二足す説明用断面
図、第４図（ａ）、　（ｂ）　Ｈめつき法により電極を
形成後、端面な削り取る工程をＪ＠に示す説明用断面図
、第５図はトライエツチングとめつきレジストとの関係
を示す図であり、第５図（ａ）はドライエツチングしな
い時の基板、不純物拡散層、めっきレジストの関係を示
す説明用断面図、第５図（ｂ）はドライエツチングを行
ないめっきレジストを形成した理想的形状を示す説明用
断面図、第５図（Ｃ）は凝）つきレジストのちぢみを示
す説明用断面図、第５図（ｄ）　ｆｄめっきレジストの
たれを示す説明用断面図、第５図（Ｃ）、（ｆ）は不所
望なドライエラテン２グの状態を示す説ゆ」用断面図、
第６図乃至第８図は基板のＩＹｔ重ね（二よるドライエ
ツチング法を示す図であり、第６図は基板を積重ねた状
態の一例を示す説明図、第７図は両端の基板をダミーと
してドライエツチングを行なう状態を示す説明図、第８
図は基板間にスペーサを挿入しドライエツチングを行な
う状態を示す説明図、第９図は本発明の太陽矩：池の製
造方法の一実施例を工程順に示す説明用断面図である。 １、２１．３１．３１ａ、　ａｉｂ、　４１　一基板２
、２２．３２．４２・・・ｎ＋層 ２４、３４．４８・・・めっき用レジスト３５．４７・
・・傾斜面　４５・・・アルミニウムペースト４９・・
・ニッケル層　５０・・・半田層５１・・・リード線 代理人　弁理士　井　上　−男 第　５　図 第　６　図 第　７　図 第　８　図

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）電極の少くとも一部を無電解めっき法Ｃ二より形
   成する太陽電池の製造方法において、−導電型を有する
   シリコン基板の一表面から他の導電型の不純物拡散層を
   形成する工程と、前記シリコン基板と不純物拡散層との
   接合部が露出する傾斜面を前記シリコン基板の外周近傍
   領域【ニエッチングシニより形成する工程と、前記露出
   した接合部も榎うようＣ二前記不純物拡散層上にめっき
   レジストを形成する工程とを會むことを特徴とする太陽
   電池の製造方法。
2. （２）　エツチングを酸系を添加したフロンガスのプラ
   ズマエツチング法Ｃ二より行うことを特徴とする特許請
   求の範囲第１歩記載の太陽電池の製造方法０
3. （３）酸素を添加したフロンガスの圧力を０．１〜３Ｔ
   ｏｒｒとすることを特徴とする特許請求の範囲第２項記
   載の太陽電池の製造方法０
4. （４）エツチングが複数枚のシリコン基板を密着積層し
   てエツチング容器中で行うことを特徴とする特許請求の
   範囲第１項記載の太＠電池の製造方法０
5. （５）エツチングがシリコン基板の少くとも一方の面の
   所望部≦二被膜を形成して行うことを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載の太陽電池の製造方法。
6. （６）被膜を印刷法【二より形成することを特徴とする
   特許請求の範囲第５項記載の太陽電池の製造方法。 （γ）蕃着積層したシリコン基板の両端外側表面Ｃ−シ
   リコンよりもエッチ５ングレートの低い物質がコーテン
   グされていることを特徴とする特許請求の範囲第４項記
   載の太陽電池の製造方法。