(57)【要約】本発明に係る裏面電極型の太陽電池の製造方法は、ビアホールが設けられたｐ型シリコン基板を準備するステップと、拡散工程を実施して基板の周りに沿って高濃度エミッタ層を形成するステップと、前記基板の表面及び裏面上に基板の一部を選択的に露出するエッチングマスクを形成するステップと、前記エッチングマスクから露出した領域の基板の厚みの一部をエッチングして当該領域の高濃度エミッタ層を除去するステップと、前記基板の表面上に反射防止膜を形成するステップ、及び前記基板の表面にグリッド電極を形成し、前記基板の裏面にｎ電極及びｐ電極を形成するステップとを含んでいる。
2013516081.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ビアホールが設けられたｐ型のシリコン基板を準備するステップと、
拡散工程を実施して基板の周りに沿って高濃度エミッタ層を形成するステップと、
前記基板の表面及び裏面上に基板の一部を選択的に露出するエッチングマスクを形成するステップと、
前記エッチングマスクから露出した領域の基板の厚みの一部をエッチングして当該領域の高濃度エミッタ層を除去するステップと、
前記基板の表面上に反射防止膜を形成するステップ、及び前記基板の表面にグリッド電極を形成し、前記基板の裏面にｎ電極及びｐ電極を形成するステップと
を含むことを特徴とする裏面電極型の太陽電池の製造方法。
【請求項２】
前記基板の表面のエッチングマスクはグリッド電極が形成される部位に具備され、前記基板の裏面のエッチングマスクはｎ電極が形成される部位に具備されることを特徴とする請求項１に記載の裏面電極型の太陽電池の製造方法。
【請求項３】
前記エッチングマスクから露出した領域の基板の一部の厚みをエッチングして当該領域の高濃度エミッタ層を除去するステップにおいて、
前記基板の厚みの一部がエッチングされるとともに拡散副産物層も合わせてエッチングされて除去され、前記基板の表面において前記エッチングマスクによって露出しない領域は、高濃度エミッタ層を保持し、露出して基板の厚みの一部がエッチングされた領域は、低濃度エミッタ層を形成することを特徴とする請求項１に記載の裏面電極型の太陽電池の製造方法。
【請求項４】
ビアホールが設けられたｐ型のシリコン基板を準備するステップと、
拡散工程を実施して基板周りに沿って高濃度エミッタ層を形成するステップと、
前記基板の表面のグリッド電極が形成される部位及び前記基板の裏面のｎ電極が形成される部位以外の基板を所定の厚みにエッチングして高濃度エミッタ層を除去するステップと、
前記基板の表面上に反射防止膜を形成するステップ、及び前記基板の表面にグリッド電極を形成し、前記基板の裏面にｎ電極及びｐ電極を形成するステップと
を含むことを特徴とする裏面電極型の太陽電池の製造方法。
【請求項５】
前記基板の表面のグリッド電極が形成される部位及び前記基板の裏面のｎ電極が形成される部位以外の基板を所定の厚みにエッチングして高濃度エミッタ層を除去するステップにおいて、
エッチングペーストをインクジェット方式またはスクリーン印刷方式にて基板上に塗布して基板を所定の厚みにエッチングし、前記基板の表面においてエッチングされていない領域は、高濃度エミッタ層を保持し、所定の厚みにエッチングされた領域は、低濃度エミッタ層を形成することを特徴とする請求項４に記載の裏面電極型の太陽電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、裏面電極型の太陽電池の製造方法に係り、より詳しくは、一回の湿式エッチング工程にて選択的エミッタ層及びアイソレーションを同時に形成させて短波長光応答特性を改善するとともに、太陽電池の変換効率を向上させることができる裏面電極型の太陽電池の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池は、太陽光を直接電気へと変換させる太陽光発電の核心素子であって、基本的にｐ−ｎ接合からなるダイオードであると言える。太陽光が太陽電池によって電気へと変換される過程を説明すると、太陽電池に太陽光が入射すると電子・正孔対が生成され、生成された電子と正孔とが拡散していく途中 でｐ−ｎ接合部に形成される電場によって電子はｎ層に、正孔はｐ層に移動する。それにより、ｐ−ｎ接合部の間に光起電力が発生し、太陽電池の両端に負荷やシステムを接続すると電流が流れることで電力を生産することができるようになる。
【０００３】
一方、一般的な太陽電池の構造を説明すると、表面と裏面とにそれぞれ表面電極と裏面電極とが具備される構造を有し、受光面である表面に表面電極が具備されることで、表面電極の面積分受光面積が減少するようになる。このような受光面積の減少という問題を解決するために裏面電極型の太陽電池が提案された。裏面電極型の太陽電池は、太陽電池の裏面上に（＋）電極と（−）電極とを具備させ、太陽電池の表面の受光面積を極大化することを特徴とする。
【０００４】
このような裏面電極型の太陽電池は、類型に応じてＩＢＣ型（インテグレーテッドバックコンタクト）、ポイントコンタクト型、ＥＷＴ型（エミッタラップスルー）、ＭＷＴ型（メタルラップスルー）などに分けられる。このうち、ＭＷＴ型の太陽電池は、表面のグリッドフィンガーとバスバーのうちグリッドフィンガーは表面にそのまま置いておき、バスバーを裏面に移した構造であり、表面のグリッドフィンガーと裏面のバスバーとは、基板を貫通するビアホールによって連結される。
【０００５】
ＭＷＴ型の太陽電池の構造を説明すると、図１に示すように基板１０１の全面にエミッタ層１０２が具備され、前記基板１０１の表面上には反射防止膜１０３及び表面グリッド電極１０４が具備される。また、基板１０１の裏面にはｎ電極１０５とｐ電極１０６が具備され、基板１０１を貫通するビアホール１０８を介して前記ｎ電極１０５と表面グリッド電極１０４とが電気的に連結される。
これとともに、基板１０１表面のエミッタ層１０２と基板１０１裏面のｐ+領域の電気的短絡、そしてｎ電極１０５とｐ電極１０６の短絡を防止するために、基板１０１の表面と裏面とにはそれぞれアイソレーション用トレンチ１０７が具備される。このようなアイソレーション用トレンチ１０７は、通常、レーザー照射などにて形成される。
【０００６】
上述したような従来のＭＷＴ型の太陽電池は、アイソレーション用トレンチ１０７が基板１０１の表面及び裏面にそれぞれ具備されることで、２回のレーザー工程が必ず要求され、アイソレーション用トレンチ１０７が基板１０１表面にも具備されることで受光面積が制限されるという不具合がある。
【０００７】
また、エミッタ層１０２は、ドーピング濃度が均一に形成されるが、グリッド電極１０４との接触抵抗を最小化するためには、高濃度でドープしなければならない。しかしながら、受光部に高濃度でドープされたエミッタ層は、再結合損失を増加させ、短波長光応答特性が低いという不具合がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、前記のような問題点を解決するためにになされたものであって、その目的は、一回の湿式エッチング工程にて選択的エミッタ層及びアイソレーションを同時に形成させ、短波長光応答特性を改善するとともに、太陽電池の変換効率を向上させることができる裏面電極型の太陽電池の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記目的を達成するための本発明に係る裏面電極型の太陽電池の製造方法は、ビアホールが設けられたｐ型シリコン基板を準備するステップと、拡散工程を実施して基板の周りに沿って高濃度エミッタ層を形成するステップと、前記基板の表面及び裏面上に基板の一部を選択的に露出するエッチングマスクを形成するステップと、前記エッチングマスクから露出した領域の基板の厚みの一部をエッチングして当該領域の高濃度エミッタ層を除去するステップと、前記基板の表面上に反射防止膜を形成するステップ、及び前記基板の表面にグリッド電極を形成し、前記基板の裏面にｎ電極及びｐ電極を形成するステップと、を含んでなることを特徴とする。
【００１０】
前記基板の表面のエッチングマスクは、グリッド電極が形成される部位に具備され、前記基板の裏面のエッチングマスクは、ｎ電極が形成される部位に具備される。また、前記エッチングマスクから露出した領域の基板の厚みの一部をエッチングして当該領域のエミッタ層を除去するステップにおいて、前記基板の厚みの一部がエッチングされるとともに拡散副産物層も合わせてエッチングされて、除去され、前記基板の表面において前記エッチングマスクによって露出しない領域は、高濃度エミッタ層を保持し、露出して基板の厚みの一部がエッチングされた領域は、低濃度エミッタ層を形成することができる。
【００１１】
本発明に係る裏面電極型の太陽電池の製造方法は、ビアホールが設けられたｐ型シリコン基板を準備するステップと、拡散工程を実施して基板周りに沿って高濃度エミッタ層を形成するステップと、前記基板の表面のグリッド電極が形成される部位及び前記基板の裏面のｎ電極が形成される部位以外の基板を所定の厚みにエッチングして高濃度エミッタ層を除去するステップと、前記基板の表面上に反射防止膜を形成するステップ、及び前記基板の表面にグリッド電極を形成し、前記基板の裏面にｎ電極及びｐ電極を形成するステップと、を含んでなることを他の特徴とする。
【００１２】
このとき、前記基板の表面のグリッド電極が形成される部位及び前記基板の裏面のｎ電極が形成される部位以外の基板を、所定の厚みにエッチングして高濃度エミッタ層を除去するステップにおいて、エッチングペーストをインクジェット方式またはスクリーン印刷方式にて基板上に塗布して基板を所定の厚みにエッチングし、前記基板の表面においてエッチングされていない領域は、高濃度エミッタ層を保持し、所定の厚みにエッチングされた領域は、低濃度エミッタ層を形成することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る裏面電極型の太陽電池の製造方法は、次のような効果がある。
エミッタ層が形成された特定の領域の基板の厚みの一部を一回のエッチング工程にて除去することで、基板の表面と裏面との間のアイソレーションを容易に実現することができ、基板の表面にレーザー照射によるアイソレーショントレンチが設けられないことで、受光面積を極大化させることができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】従来技術に係るＭＷＴ型の太陽電池の構成図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る裏面電極型の太陽電池の製造方法を説明するための流れ図である。
【図３ａ】本発明の一実施形態に係る裏面電極型の太陽電池の製造方法を説明するための工程断面図である。
【図３ｂ】同じく工程断面図。
【図３ｃ】同じく工程断面図。
【図３ｄ】同じく工程断面図。
【図３ｅ】同じく工程断面図。
【図３ｆ】本発明の一実施形態に係る裏面電極型の太陽電池の製造方法を説明するための工程断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照して本発明の一実施形態に係る裏面電極型の太陽電池の製造方法を詳しく説明する。図２は、本発明の一実施形態に係る裏面電極型の太陽電池の製造方法を説明するための流れ図であり、図３ａないし図３ｆは、本発明の一実施形態に係る裏面電極型の太陽電池の製造方法を説明するための工程断面図である。
先ず、図２及び図３ａに示すように、第１の導電型の結晶質シリコン基板３０１を準備し、基板３０１を垂直貫通するビアホール３０２を所定の間隔を隔てて形成する（Ｓ２０１）。次いで、第１の導電型のシリコン基板３０１の表面に凹凸３０３が形成されるようにテクスチャリング（ｔｅｘｔｕｒｉｎｇ）工程を行なう（Ｓ２０２）。前記テクスチャリング工程は、基板３０１表面における光反射を低減するためのことであり、湿式エッチング方法または反応性イオンエッチングなどの乾式エッチング方法を用いて行なうことができる。ここで、前記第１の導電型はｐ型またはｎ型であり、後述する第２の導電型は、第１の導電型の逆であり、以下の説明では、第１の導電型はｐ型であることを基準にする。
【００１６】
テクスチャリング工程が完了した状態で、図３ｂに示すように、拡散工程を実施してエミッタ層３０４（ｎ+）を形成する（Ｓ２０３）。具体的には、チャンバ内に前記シリコン基板３０１を具備させ、前記チャンバ内に第２の導電型不純物イオン、すなわち、ｎ型不純物イオンを含むガス（例えば、ＰＯＣｌ３）を供給して、リン（Ｐ）イオンが基板３０１内部へ拡散されるようにする。これにより、基板３０１の周りに沿って所定の深さにエミッタ層３０４が形成され、前記ビアホール３０２周辺の基板３０１内部にも同様にエミッタ層３０４が形成される。
【００１７】
一方、前記ｎ型不純物イオンの拡散工程は、上述したような気相のガスを利用する方法の他、ｎ型不純物イオンが含まれた溶液、例えば、リン酸（Ｈ３ＰＯ４）溶液中に前記シリコン基板３０１を沈積させ、後続の熱処理にてリン（Ｐ）イオンが基板３０１内部に拡散されるようにしてエミッタ層３０４を形成する方法を用いることもできる。また、前記第２の導電型不純物イオンがｐ型である場合、前記エミッタ層３０４を形成する不純物イオンはホウ素（Ｂ）であってもよい。
【００１８】
前記拡散工程により、基板３０１の全面に所定の深さにエミッタ層３０４が形成されるとともに、基板３０１表面にはＰＳＧ（リンケイ酸ガラス）膜（図示せず）が形成される。前記ＰＳＧ膜は、リン（Ｐ）イオンとシリコン基板３０１のシリコン（Ｓｉ）などが反応して形成された拡散副産物層である。このとき、第２の導電型不純物イオンとしてｐ型のホウ素（Ｂ）が使用される場合は、前記ＰＳＧ膜の代わりに、ホウ素（Ｂ）とシリコン（Ｓｉ）などが反応して生成されたＢＳＧ（ホウケイ酸ガラス）膜が拡散副産物層として形成されていてよい。
【００１９】
このような状態で、図３ｃに示すように、前記基板３０１の表面及び裏面上にそれぞれエッチングマスク３０５を形成する（Ｓ２０４）。前記エッチングマスク３０５によって基板３０１の表面及び裏面の特定の部位だけが選択的に露出するが、基板３０１表面のエッチングマスク３０５は、グリッドライン３０７が形成される部位の拡散副産物層上に具備され、基板３０１裏面のエッチングマスク３０５は、ｎ電極３０８が形成される部位の拡散副産物層上に具備され、それ以外の拡散副産物層は露出する。
【００２０】
前記エッチングマスク３０５が具備された状態で、図３ｄに示すように、湿式エッチング工程を実施して前記エッチングマスク３０５によって選択的に露出した拡散副産物層及びその下部に具備された基板３０１の厚みの一部をエッチングして除去する（Ｓ２０５）。基板３０１表面の場合、エミッタ層３０４をすべて除去するか、厚みの一部だけを除去することができ、これにより、エッチングマスク３０５によって保護された部分は高濃度エミッタ層３０４ａが形成され、エミッタ層の厚みの一部がエッチングされた部分は低濃度エミッタ層３０４ｂに変換するようになる。
【００２１】
一方、露出した領域の拡散副産物層のみならず、その下部のエミッタ層３０４も合せて除去され、また前記基板側面のエミッタ層３０４が除去されることにより、基板３０１表面と裏面間のアイソレーション効果が付随的に得られる。ここで、前記湿式エッチング工程は、基板３０１全体をエッチング溶液に浸漬させて行なってよく、基板３０１の一方の面と他方の面を順次エッチング溶液に浸漬させて行なってもよい。
【００２２】
上述したようなエッチングマスク３０５の形成、エッチング溶液に浸漬する過程のエッチング方法の他、前記エッチングマスク３０５を形成していない状態で特定の領域の拡散副産物層及び基板３０１の厚みの一部を除去することができる。具体的に、特定の領域にエッチングペーストをインクジェット方式またはスクリーン印刷方式にて塗布して、当該領域の拡散副産物層及び基板３０１の厚みの一部を除去することができる。ここで、前記特定の領域とは、基板３０１表面の場合、グリッドライン３０７が形成されていない部位を称し、基板３０１裏面の場合、ｎ電極３０８が形成されていない部位を称する。
【００２３】
拡散副産物層及び基板３０１の厚みの一部の除去工程が完了した後、エッチングマスク３０５及び残存する拡散副産物層を除去する。しかる後、図３ｅに示すように、前記基板３０１表面上にＰＥＣＶＤ（プラズマ化学気相成長）方法などにて反射防止膜３０６を形成する（Ｓ２０６）。前記反射防止膜３０６は、シリコン窒化膜（Ｓｉ３Ｎ４）から構成されていてよい。
【００２４】
このような状態で、ｎ電極３０８が形成される部位に銀（Ａｇ）ペーストをスクリーン印刷方式などにて塗布する。このとき、スクリーン印刷は、基板３０１の裏面方向から施され、これにより前記ビアホール３０２内にも銀ペーストが満たされる。次いで、基板３０１裏面のｐ電極３０９が形成される部位にアルミニウム（Ａｌ）ペーストを塗布し、最終的にグリッドライン３０７が形成される部位の反射防止膜３０６上に銀ペーストを塗布する。
【００２５】
しかる後、焼成工程を行ない、図３ｆに示すように、グリッドライン３０７、ｎ電極３０８及びｐ電極３０９を形成すれば、本発明の一実施形態に係る裏面電極型の太陽電池の製造が完了する（Ｓ２０７）。前記焼成工程にて、基板３０１表面にグリッドライン３０７が形成されるとともに、基板３０１裏面にｎ電極３０８とｐ電極３０９とが形成される。また、前記焼成工程により、ｐ電極３０９をなすアルミニウム（Ａｌ）の一部が基板３０１内部に侵透して裏面電界層（ｂａｃｋ ｓｕｒｆａｃｅ ｆｉｅｌｄ）（ｐ＋）が形成される。
【産業上の利用可能性】
【００２６】
エミッタ層が形成された特定の領域の基板の一部の厚みを一回のエッチング工程にて除去することで、基板の表面と裏面との間のアイソレーションを容易に実現することができ、基板の表面にレーザー照射によるアイソレーショントレンチが設けられないことで、受光面積を極大化させることができる。
【図１】
2013516081.tif 000003
【図３ａ】
2013516081.tif 000004
【図３ｂ】
2013516081.tif 000005
【図３ｃ】
2013516081.tif 000006
【図３ｄ】
2013516081.tif 000007
【図３ｅ】
2013516081.tif 000008
【図３ｆ】
2013516081.tif 000009
【図２】
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【国際調査報告】
2013516081.tif 000011
2013516081.tif 000012
2013516081.tif 000013
2013516081.tif 000014