(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
管型ＰＥＲＣ片面太陽電池の製造方法であって、
Ｐ型シリコンであるシリコンウェハーの表面及び裏面にテクスチャ構造を形成する工程（１）と、
Ｎ型エミッタを形成するように、シリコンウェハーの表面に拡散処理を施す工程（２）と、
拡散処理時に形成されたリンケイ酸ガラスと周辺のＰＮ接合とを除去し、裏面のエッチング深さが３〜６μｍになるようにシリコンウェハーの裏面を研磨する工程（３）と、
アニーリング温度６００〜８２０℃、窒素流量１〜１５Ｌ／分、酸素流量０．１〜６Ｌ／分という条件で、シリコンウェハーに対してアニーリング処理を行う工程（４）と、
管型ＰＥＣＶＤ装置によってシリコンウェハーの裏面に裏面複合膜を堆積させる工程（５）であって、
ＴＭＡのガス流量２５０〜５００ｓｃｃｍ、ＴＭＡとＮ２Ｏの比１：１５〜１：２５、プラズマ出力２０００〜５０００ｗという条件で、ＴＭＡとＮ２Ｏによって酸化アルミニウム膜を堆積させることと、
シランのガス流量５０〜２００ｓｃｃｍ、シランと亜酸化窒素ガスの比１：１０〜１：８０、アンモニアガスの流量０．１〜５ｓｌｍ、プラズマ出力４０００〜６０００ｗという条件で、シラン、アンモニアガス及び亜酸化窒素ガスによって酸窒化ケイ素膜を堆積させることと、
シランのガス流量５００〜１０００ｓｃｃｍ、シランとアンモニアガスの比１：６〜１：１５、窒化ケイ素の堆積温度３９０〜４１０℃、時間３００〜５００秒、プラズマ出力１００００〜１３０００ｗという条件で、シラン及びアンモニアガスによって窒化ケイ素膜を堆積させることと、
亜酸化窒素ガスの流量０．１〜５ｓｌｍ、プラズマ出力２０００〜５０００ｗという条件で、亜酸化窒素ガスによって二酸化ケイ素膜を堆積させることと、を含み、
前記管型ＰＥＣＶＤ装置は、シラン、アンモニアガス、トリメチルアルミニウム、及び亜酸化窒素ガスをそれぞれ搬送する４つのガスラインを備えており、前記管型ＰＥＣＶＤ装置において、グラファイトボートによってシリコンウェハーを着脱し、前記グラファイトボートの係合凹溝部の深さは０．６〜０．８ｍｍであり、係合ベース部の直径は６〜１５ｍｍであり、係合キャップ部の斜面の角度は３５〜４５度であり、係合キャップ部の厚みは１〜１．３ｍｍである工程（５）と、
シリコンウェハーの表面にパッシベーション膜を堆積させる工程（６）と、
レーザー波長５３２ｎｍ、レーザー出力１４ｗ以上、レーザースクライブ速度２０ｍ／秒以上、周波数５００ＫＨｚ以上という条件で、シリコンウェハーの前記裏面複合膜にレーザーグルービングする工程（７）と、
シリコンウェハーの裏面に、裏面銀バスバーのペーストを印刷して乾燥させる工程（８）と、
スクリーン印刷によってシリコンウェハーの裏面にアルミニウムペーストを印刷して乾燥させる工程（９）と、
シリコンウェハーの表面に表面銀電極ペーストを印刷する工程（１０）と、
シリコンウェハーを高温で焼結することにより、前記裏面銀バスバーと全面アルミニウム膜と表面銀電極とを形成する工程（１１）と、
シリコンウェハーに対して、ＬＩＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｉｎｄｕｃｅｄ  Ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ）を抑制するためのアニーリング処理を施し、管型ＰＥＲＣ片面太陽電池の完成品を製造する工程（１２）と、を含む、ことを特徴とする管型ＰＥＲＣ片面太陽電池の製造方法。
【請求項２】
前記管型ＰＥＣＶＤ装置によってシリコンウェハーの裏面に前記裏面複合膜を堆積させる工程は、
ＴＭＡのガス流量２５０〜５００ｓｃｃｍ、ＴＭＡとＮ２Ｏの比１：１５〜１：２５、前記酸化アルミニウム膜の堆積温度２５０〜３００℃、時間５０〜３００秒、プラズマ出力２０００〜５０００ｗという条件で、ＴＭＡとＮ２Ｏによって前記酸化アルミニウム膜を堆積させることと、
シランのガス流量５０〜２００ｓｃｃｍ、シランと亜酸化窒素ガスの比１：１０〜１：８０、アンモニアガスの流量０．１〜５ｓｌｍ、前記酸窒化ケイ素膜の堆積温度３５０〜４１０℃、時間５０〜２００秒、プラズマ出力４０００〜６０００ｗという条件で、シラン、アンモニアガス及び亜酸化窒素ガスによって前記酸窒化ケイ素膜を堆積させることと、
シランのガス流量５００〜１０００ｓｃｃｍ、シランとアンモニアガスの比１：６〜１：１５、前記窒化ケイ素膜の堆積温度３９０〜４１０℃、時間３００〜５００秒、プラズマ出力１００００〜１３０００ｗという条件で、シラン及びアンモニアガスによって前記窒化ケイ素膜を堆積させることと、
亜酸化窒素ガスの流量０．１〜５ｓｌｍ、プラズマ出力２０００〜５０００ｗという条件で、亜酸化窒素ガスによって前記二酸化ケイ素膜を堆積させることと、を含む、ことを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
【請求項３】
管型ＰＥＲＣ片面太陽電池を製造するための専用装置であって、前記専用装置は管型ＰＥＣＶＤ装置であり、前記管型ＰＥＣＶＤ装置は、ウェハー載置領域と、炉体と、特殊ガスキャビネットと、真空システムと、制御システムと、グラファイトボートとを備え、前記特殊ガスキャビネットは、シランを導入するための第１のガスラインと、アンモニアガスを導入するための第２のガスラインと、トリメチルアルミニウムを導入するための第３のガスラインと、亜酸化窒素ガスを導入するための第４のガスラインとを備え、
前記グラファイトボートは、シリコンウェハーの着脱に用いられ、前記グラファイトボートは、係合軸部と係合キャップ部と係合ベース部とを備える係合部を有し、前記係合軸部は係合ベース部に取り付けられ、前記係合キャップ部は前記係合軸部に接続され、前記係合軸部と前記係合キャップ部及び係合ベース部との間に係合凹溝部が形成され、
前記係合凹溝部の深さは０．６〜０．８ｍｍであり、係合ベース部の直径は６〜１５ｍｍであり、前記係合キャップ部の斜面の角度は３５〜４５度であり、前記係合キャップ部の厚みは１〜１．３ｍｍである、ことを特徴とする管型ＰＥＲＣ片面太陽電池を製造するための専用装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池に関し、特に管型（tubular）ＰＥＲＣ片面太陽電池、管型ＰＥＲＣ片面太陽電池の製造方法、及びその専用装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
結晶シリコン系太陽電池は、太陽放射エネルギーを効果的に吸収し、光起電力効果によって光エネルギーを電気エネルギーに変換する装置である。太陽光が半導体のＰＮ接合に照射されると、新たな電子−正孔対が形成され、ＰＮ接合の電界により、正孔がＮ型領域からＰ型領域へ移動するとともに、電子がＰ型領域からＮ型領域へ移動することになり、回路を連通すると、電流が形成されることになる。
【０００３】
従来の結晶シリコン系太陽電池には、基本的に、表面パッシベーション技術のみが採用される。すなわち、ＰＥＣＶＤ（Ｐｌａｓｍａ−Ｅｎｈａｎｃｅｄ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ、プラズマ励起化学気相堆積）法によって、シリコンウェハーの表面に、窒化ケイ素層を形成させることで、少数キャリヤの表面での再結合速度を下げるとともに、結晶シリコン系電池の開放電圧と短絡電流を大幅に向上させることができ、これにより、結晶シリコン系太陽電池の光電変換効率が向上する。
【０００４】
結晶シリコン系太陽電池の光電変換効率に対する要求が高まるにつれて、裏面パッシベーション型（Ｐａｓｓｉｖａｔｅｄ  Ｅｍｉｔｔｅｒ  ａｎｄ  Ｒｅａｒ  Ｃｅｌｌ、以下ＰＥＲＣという）太陽電池が研究されつつある。現在、裏面にコーティング膜を形成するために板型ＰＥＣＶＤ（ｐｌａｔｅ  ＰＥＣＶＤ）法を使用するのが主流になっている。板型ＰＥＣＶＤは、それぞれ１層のコーティング膜が形成される異なるチャンバーで構成されているため、板型ＰＥＣＶＤ法を使用する場合、装置が決まると、複合膜の層数も決まるので、複合膜の組み合わせを柔軟に調整することができず、裏面の膜の不動態化処理（パッシベーション処理）の効果を最適化することができず、それにより電池の光電変換効率が制限される欠点がある。また、板型ＰＥＣＶＤ法においては、間接プラズマ法が使用されるため、膜のパッシベーション処理の効果は望ましくない。また、板型ＰＥＣＶＤ法には、稼働時間（ｕｐｔｉｍｅ）が短く、メンテナンス時間が長いという欠点もあるため、生産性と生産量に支障が生じる。
【０００５】
本発明では、管型ＰＥＣＶＤ技術を使用することで、シリコンウェハーの裏面に複合膜を堆積させて、高効率のＰＥＲＣ片面太陽電池を製造する。管型ＰＥＣＶＤ技術においては、直接プラズマ法が使用されるので、複合膜の組み合わせや組成を柔軟に調整することができ、膜のパッシベーション処理の効果が良好になり、ＰＥＲＣ太陽電池の光電変換効率を大幅に向上させることができる。また、管型ＰＥＣＶＤ技術を使用する場合、優れたパッシベーション性能と生産プロセスの柔軟性が得られることにより、酸化アルミニウム膜の厚さを相対的に低減し、ＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）の消費量を減らすことができ、同時に、メンテナンスが容易になり、稼働時間が長くなる。以上の各方面からわかるように、板型ＰＥＣＶＤ技術と比較すると、管型ＰＥＣＶＤ技術は、高効率ＰＥＲＣ電池の製造において、顕著な総合的コスト上の優位性を持つ。
【０００６】
しかしながら、管型ＰＥＣＶＤ技術には、オーバーフローコーティングとスクラッチが互いに制約するという課題があるため、外観上及びＥＬ検査上の歩留まりが低く、上記技術による大規模な量産に影響を与えることになる。
【０００７】
管型ＰＥＣＶＤコーティング装置は、シリコンウェハーをグラファイトボートに挿入した後、グラファイトボートを石英チューブに移送してコーティング膜を堆積させるものである。シリコンウェハーは、一方の面がグラファイトボートの壁と接触するとともに、他方の面に膜が堆積されるように、グラファイトボートにおける３つの係合部によってグラファイトボートの壁に固定される。コーティング膜の均一性を確保するためには、シリコンウェハーをグラファイトボートの壁に密着させる必要があるため、係合凹溝部の幅が０．２５ｍｍ程度と狭く設定される。管型ＰＥＣＶＤ法によるコーティングには、以下２つの欠点が存在する。１つは、挿入工程において、シリコンウェハーはグラファイトボートの壁と摩擦し、シリコンウェハーにおけるグラファイトボートの壁に接する面にスクラッチが生じる。もう１つは、堆積工程において、シリコンウェハーとグラファイトボートの壁との間に避けられない隙間が存在し、特に係合部での隙間が大きいため、プロセスガスはシリコンウェハーの反対側の面まで拡散して堆積し、膜が形成される（すなわち、オーバーフローコーティング）。係合部でのオーバーフローコーティング現象がより深刻である。
【０００８】
管型ＰＥＣＶＤ技術によって通常の太陽電池の表面にコーティング膜を形成する場合、スクラッチとオーバーフローコーティングは完成品である電池に悪影響を与えることがない。その原因として、次のようなものが考えられる。第一に、シリコンウェハーの裏面にＰＮ接合とコーティング膜がないため、スクラッチは電池の電気的性能やＥＬ検査上の歩留まりに影響を与えることがない。第二に、通常の電池において、裏面にコーティング膜がなく、オーバーフローコーティングにより裏面の縁に形成される膜の厚さは薄くて目立たないため、外観上の歩留まりに影響を与えることがない。
【０００９】
しかしながら、管型ＰＥＣＶＤ技術によってＰＥＲＣ電池の裏面の膜を形成する場合、スクラッチとオーバーフローコーティングによって、完成品である電池の良品率に大きな影響を与える。その原因として、次のようなものが考えられる。第一に、裏面の膜を堆積させる時、オーバーフローコーティングにより表面の縁までコーティング膜が形成されることがある。ＰＥＲＣ電池は、両面にコーティング膜が形成されるものであるので、表面の縁でのコーティング膜が厚くて電池表面の縁にボート歯跡や色収差が生じるため、外観上の歩留まりに影響を与える。第二に、シリコンウェハーをグラファイトボートに挿入する工程において、シリコンウェハーの表面はグラファイトボートの壁に接触することがあり、これにより、表面のＰＮ接合に傷がつき、ＥＬ検査にスクラッチがみられ、電池の電気的性能に影響を及ぼす。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明が解決しようとする課題は、光電変換効率が高く、外観上及びＥＬ検査上の歩留まりが高く、スクラッチとオーバーフローコーティングの問題を解決できる管型ＰＥＲＣ片面太陽電池を提供することである。
【００１１】
また、本発明が解決しようとする他の課題は、生産プロセスが簡単で、大規模な量産が可能であり、現在の生産ラインとの互換性が良く、製造された電池の外観上及びＥＬ検査上の歩留まりが高く、スクラッチとオーバーフローコーティングの問題を解決できる上記管型ＰＥＲＣ片面太陽電池を製造するための製造方法を提供することである。
【００１２】
また、本発明が解決しようとする他の課題は、装置の構造がシンプルで、コストが削減され、生産量が大きく、良品率が高く、製造された電池の外観上及びＥＬ検査上の歩留まりが高く、スクラッチとオーバーフローコーティングの問題を解決できる上記管型ＰＥＲＣ片面太陽電池の専用装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記の技術的課題を解決するために、本発明は、管型ＰＥＲＣ片面太陽電池を提供する。上記管型ＰＥＲＣ片面太陽電池は、裏面銀バスバー（Ｂｕｓｂａｒ）と、全面アルミニウム膜と、裏面複合膜と、Ｐ型シリコンと、Ｎ型エミッタと、表面パッシベーション膜と、表面銀電極とを含み、前記全面アルミニウム膜と、裏面複合膜と、Ｐ型シリコンと、Ｎ型エミッタと、表面パッシベーション膜と、表面銀電極とはこの順に下から上に積層され接合されており、
前記裏面複合膜は、酸化アルミニウム膜、二酸化ケイ素膜、酸窒化ケイ素膜、及び窒化ケイ素膜からなる群から選ばれる少なくとも１つを含み、管型ＰＥＣＶＤ装置によってシリコンウェハーの裏面に堆積させたものであり、前記管型ＰＥＣＶＤ装置は、シラン、アンモニアガス、トリメチルアルミニウム、及び亜酸化窒素ガスをそれぞれ搬送する４つのガスラインを備えており、前記４つのガスラインは、前記酸化アルミニウム膜、前記二酸化ケイ素膜、前記酸窒化ケイ素膜、及び前記窒化ケイ素膜を形成するように、単独または組み合わせて使用され、ガス流量比を調整することにより、組成比及び屈折率の異なる酸窒化ケイ素膜又は窒化ケイ素膜を得ることができ、前記管型ＰＥＣＶＤ装置において、前記シリコンウェハーはグラファイトボートによって着脱され、グラファイトボートの係合凹溝部の深さは０．５〜１ｍｍであり、
前記裏面複合膜には、レーザーグルービングによって、平行に配置されたレーザーグルービング領域が３０〜５００個形成され、各レーザーグルービング領域内には少なくとも１組のレーザーグルービング部が配置され、前記全面アルミニウム膜は、レーザーグルービング領域を介してＰ型シリコンに接続される。
【００１４】
上記技術案の改善案として、前記グラファイトボートにおいて、係合凹溝部の深さは０．６〜０．８ｍｍであり、係合ベース部の直径は６〜１５ｍｍであり、係合キャップ部の斜面の角度は３５〜４５度であり、係合キャップ部の厚みは１〜１．３ｍｍである。
【００１５】
上記技術案の改善案として、電池の裏面には、３〜５個の係合マークが形成されている。
【００１６】
上記技術案の改善案として、前記裏面複合膜の最下層は前記酸化アルミニウム膜であり、最上層は前記二酸化ケイ素膜、前記酸窒化ケイ素膜、及び前記窒化ケイ素膜からなる群から選ばれる少なくとも１つからなる。
【００１７】
上記技術案の改善案として、前記裏面複合膜の最下層は前記二酸化ケイ素膜であり、下から第２層は前記酸化アルミニウム膜であり、最上層は前記二酸化ケイ素膜、前記酸窒化ケイ素膜、及び前記窒化ケイ素膜からなる群から選ばれる少なくとも１つからなる。
【００１８】
上記技術案の改善案として、前記酸化アルミニウム膜の厚さは５〜１５ｎｍであり、前記窒化ケイ素膜の厚さは５０〜１５０ｎｍであり、前記酸窒化ケイ素膜の厚さは５〜２０ｎｍであり、前記二酸化ケイ素膜の厚さは１〜１０ｎｍである。
【００１９】
それに対応して、本発明は、管型ＰＥＲＣ片面太陽電池の製造方法であって、
Ｐ型シリコンであるシリコンウェハーの表面及び裏面にテクスチャ構造を形成する工程（１）と、
Ｎ型エミッタを形成するように、シリコンウェハーの表面に拡散処理を施す工程（２）と、
拡散処理時に形成されたリンケイ酸ガラスと周辺のＰＮ接合とを除去し、裏面のエッチング深さは３〜６μｍになるようにシリコンウェハーの裏面を研磨する工程（３）と、
アニーリング温度６００〜８２０℃、窒素流量１〜１５Ｌ／分、酸素流量０．１〜６Ｌ／分という条件で、シリコンウェハーに対してアニーリング処理を行う工程（４）と、
前記管型ＰＥＣＶＤ装置によってシリコンウェハーの裏面に前記裏面複合膜を堆積させる工程（５）であって、
ＴＭＡのガス流量２５０〜５００ｓｃｃｍ、ＴＭＡとＮ２Ｏの比１：１５〜１：２５、プラズマ出力２０００〜５０００ｗという条件で、ＴＭＡとＮ２Ｏによって前記酸化アルミニウム膜を堆積させることと、
シランのガス流量５０〜２００ｓｃｃｍ、シランと亜酸化窒素ガスの比１：１０〜１：８０、アンモニアガスの流量０．１〜５ｓｌｍ、プラズマ出力４０００〜６０００ｗという条件で、シラン、アンモニアガス及び亜酸化窒素ガスによって前記酸窒化ケイ素膜を堆積させることと、
シランのガス流量５００〜１０００ｓｃｃｍ、シランとアンモニアガスの比１：６〜１：１５、窒化ケイ素の堆積温度３９０〜４１０℃、時間３００〜５００秒、プラズマ出力１００００〜１３０００ｗという条件で、シラン及びアンモニアガスによって前記窒化ケイ素膜を堆積させることと、
亜酸化窒素ガスの流量０．１〜５ｓｌｍ、プラズマ出力２０００〜５０００ｗという条件で、亜酸化窒素ガスによって前記二酸化ケイ素膜を堆積させることと、を含み
前記管型ＰＥＣＶＤ装置は、シラン、アンモニアガス、トリメチルアルミニウム、及び亜酸化窒素ガスをそれぞれ搬送する前記４つのガスラインを備えており、前記管型ＰＥＣＶＤ装置において、前記グラファイトボートによってシリコンウェハーを着脱し、前記グラファイトボートの係合凹溝部の深さは０．５〜１ｍｍである工程（５）と、
シリコンウェハーの表面にパッシベーション膜を堆積させる工程（６）と、
レーザー波長５３２ｎｍ、レーザー出力１４ｗ以上、レーザースクライブ速度２０ｍ／秒以上、周波数５００ＫＨｚ以上という条件で、シリコンウェハーの前記裏面複合膜にレーザーグルービングする工程（７）と、
シリコンウェハーの裏面に、前記裏面銀バスバーのペーストを印刷して乾燥させる工程（８）と、
スクリーン印刷によってシリコンウェハーの裏面にアルミニウムペーストを印刷して乾燥させる工程（９）と、
シリコンウェハーの表面に表面銀電極ペーストを印刷する工程（１０）と、
シリコンウェハーを高温で焼結することにより、前記裏面銀バスバーと前記全面アルミニウム膜と表面銀電極とを形成する工程（１１）と、
シリコンウェハーに対して、ＬＩＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｉｎｄｕｃｅｄ  Ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ：光誘起劣化）を抑制するためのアニーリング処理を施し、管型ＰＥＲＣ片面太陽電池の完成品を製造する工程（１２）とを含む製造方法を提供する。
【００２０】
上記技術案の改善案として、前記管型ＰＥＣＶＤ装置によってシリコンウェハーの裏面に前記裏面複合膜を堆積させる工程は、
ＴＭＡのガス流量２５０〜５００ｓｃｃｍ、ＴＭＡとＮ２Ｏの比１：１５〜１：２５、前記酸化アルミニウム膜の堆積温度２５０〜３００℃、時間５０〜３００秒、プラズマ出力２０００〜５０００ｗという条件で、ＴＭＡとＮ２Ｏによって前記酸化アルミニウム膜を堆積させることと、
シランのガス流量５０〜２００ｓｃｃｍ、シランと亜酸化窒素ガスの比１：１０〜１：８０、アンモニアガスの流量０．１〜５ｓｌｍ、前記酸窒化ケイ素膜の堆積温度３５０〜４１０℃、時間５０〜２００秒、プラズマ出力４０００〜６０００ｗという条件で、シラン、アンモニアガス及び亜酸化窒素ガスによって前記酸窒化ケイ素膜を堆積させることと、
シランのガス流量５００〜１０００ｓｃｃｍ、シランとアンモニアガスの比１：６〜１：１５、前記窒化ケイ素膜の堆積温度３９０〜４１０℃、時間３００〜５００秒、プラズマ出力１００００〜１３０００ｗという条件で、シラン及びアンモニアガスによって前記窒化ケイ素膜を堆積させることと、
亜酸化窒素ガスの流量０．１〜５ｓｌｍ、プラズマ出力２０００〜５０００ｗという条件で、亜酸化窒素ガスによって前記二酸化ケイ素膜を堆積させることとを含む。
【００２１】
それに対応して、本発明は、管型ＰＥＲＣ片面太陽電池を製造するための専用装置を提供する。前記専用装置は前記管型ＰＥＣＶＤ装置であり、前記管型ＰＥＣＶＤ装置は、ウェハー載置領域と、炉体と、特殊ガスキャビネットと、真空システムと、制御システムと、前記グラファイトボートとを備え、前記特殊ガスキャビネットは、シランを導入するための第１のガスラインと、アンモニアガスを導入するための第２のガスラインと、トリメチルアルミニウムを導入するための第３のガスラインと、亜酸化窒素ガスを導入するための第４のガスラインとを備え、
前記グラファイトボートは、シリコンウェハーの着脱に用いられ、前記グラファイトボートは、係合軸部と係合キャップ部と係合ベース部とを備える係合部を有し、前記係合軸部は係合ベース部に取り付けられ、前記係合キャップ部は前記係合軸に接続され、前記係合軸部と前記係合キャップ部及び係合ベース部との間に係合凹溝部が形成され、係合凹溝部の深さは０．５〜１ｍｍである。
【００２２】
上記技術案の改善案として、前記係合凹溝部の深さは０．６〜０．８ｍｍであり、係合ベース部の直径は６〜１５ｍｍであり、前記係合キャップ部の斜面の角度は３５〜４５度であり、前記係合キャップ部の厚みは１〜１．３ｍｍである。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の実施は、以下の有益な効果が得られる。
【００２４】
まず、本発明は、管型ＰＥＣＶＤ装置によってシリコンウェハーの裏面に裏面複合膜を堆積させ、前記裏面複合膜は、酸化アルミニウム膜、二酸化ケイ素膜、酸窒化ケイ素膜、及び窒化ケイ素膜からなる群から選ばれる少なくとも１つを含む。管型ＰＥＣＶＤ装置では、プラズマを直接にシリコンウェハーの表面に衝突させる直接プラズマ法を使用することにより、膜に対するパッシベーション処理の効果が顕著になる。前記管型ＰＥＣＶＤ装置は、シラン、アンモニアガス、トリメチルアルミニウム、及び亜酸化窒素ガスをそれぞれ搬送する４つのガスラインを備え、前記酸化アルミニウム膜、二酸化ケイ素膜、酸窒化ケイ素膜、及び窒化ケイ素膜を形成するように、上記４つのガスラインを単独または組み合わせて使用する。シラン、アンモニアガス、トリメチルアルミニウム、及び亜酸化窒素ガスをそれぞれ搬送する４つのガスラインを使用し、異なるガスの組み合わせ、異なるガス流量比、及び異なる堆積時間を採用することにより、異なる膜を形成することができる。また、窒化ケイ素膜または酸窒化ケイ素膜について、ガス流量比を調整することによって、異なる組成比や屈折率を有する窒化ケイ素膜または酸窒化ケイ素膜を得ることができる。本発明では、複合膜の組み合わせ順序、厚さ及び膜の組成を柔軟に調整することができるので、製造プロセスについて柔軟に制御可能であり、コストが削減され、かつ生産量が大きくなる。さらに、裏面複合膜を裏面の全面アルミニウム膜に適応させて最適なパッシベーション効果を生み出すように裏面複合膜を最適化することで、ＰＥＲＣ電池の光電変換効率を大幅に向上させることができる。
【００２５】
そして、本発明は、係合軸部の直径及び係合ベース部の直径を調整することによって、係合凹溝部の内側の深さを減少させ、それにより、係合部におけるシリコンウェハーと係合ベース部との間の隙間を減少させ、さらに、ガス流がシリコンウェハーの裏面まで達してオーバーフローコーティングすることを減少させることで、電池表面の縁のボート歯跡の割合を大幅に減少させる。また、係合キャップ部の斜面の角度及び係合キャップ部の厚さを適宜に増加させることにより、自動挿入機構を調整することで、シリコンウェハーが挿入されるときにシリコンウェハーとグラファイトボートの壁との間の距離をわずかに増加させ、スクラッチの割合を減少させることができる。また、係合キャップ部の斜面の角度を増加させることで、シリコンウェハーが滑り落ちるときにグラファイトボートの壁との衝撃力を低減させ、シリコンウェハーの破損率を下げることもできる。
【００２６】
さらに、窒化ケイ素が裏面複合膜の最上層に位置するため、堆積時間が増加するにつれて、シリコンウェハーの表面の膜が次第に厚くなり、シリコンウェハーが曲がるので、シラン及びアンモニアガスがより容易に電池の表面の縁にオーバーフローコーティングされることになる。本発明において、窒化ケイ素の堆積温度が３９０〜４１０℃に、時間が３００〜５００秒間に設定されており、窒化ケイ素の堆積時間を短縮し堆積温度を下げることによって、シリコンウェハーの曲がりの程度を減少させ、オーバーフローコーティングの割合を減少させることができる。窒化ケイ素の堆積温度領域（ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  ｗｉｎｄｏｗ）は、３９０〜４１０℃で非常に狭く、オーバーフローコーティングを最小限にすることができる。しかし、堆積温度が３９０℃よりも低いと、オーバーフローコーティングの割合が増えていく。
【００２７】
同時に、大規模生産のニーズを満たし、窒化ケイ素の堆積時間の短縮による悪影響を克服するために、本発明おいては、レーザー出力を１４ｗ以上に、レーザースクライブ速度を２０ｍ／ｓ以上に、周波数を５００ＫＨｚ以上に設定する。これにより、裏面複合膜の単位面積当たりのレーザーエネルギー吸収量を高くし、レーザーで複合膜にグルービングし、続いて印刷されるアルミニウムペーストがレーザーグルービング領域を介して基板シリコンと接触することを確保できる。
【００２８】
以上のことから分かるように、本発明の管型ＰＥＲＣ片面太陽電池は、光電変換効率が高く、外観上及びＥＬ検査上の歩留まりが高く、スクラッチとオーバーフローコーティングの問題も解決できる。同時に、本発明は、上記電池を製造するための方法及び専用装置を提供する。上記方法は、製造プロセスがシンプルで、大規模な量産が可能であり、かつ従来の製造ラインとの互換性が良い。上記専用装置は、構造がシンプルで、コストが削減され、生産量が大きくなり、良品率も高くなる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の管型ＰＥＲＣ片面太陽電池の断面図である。
【図２】図１に示された管型ＰＥＲＣ片面太陽電池の裏面構造を示す模式図である。
【図３】図１に示された裏面複合膜の第１実施例を示す模式図である。
【図４】図１に示された裏面複合膜の第２実施例を示す模式図である。
【図５】図１に示された裏面複合膜の第３実施例を示す模式図である。
【図６】図１に示された裏面複合膜の第４実施例を示す模式図である。
【図７】図１に示された裏面複合膜の第５実施例を示す模式図である。
【図８】図１に示された裏面複合膜の第６実施例を示す模式図である。
【図９】本発明の管型ＰＥＲＣ片面太陽電池の専用装置を示す模式図である。
【図１０】図９に示されたグラファイトボートを示す模式図である。
【図１１】図１０に示されたグラファイトボートの係合部を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、本発明の目的、技術案及び利点をより明確にするために、添付の図面を参照しながら本発明をより詳細に説明する。
【００３１】
図１及び図２に示すように、本発明は、裏面銀バスバー１と、全面アルミニウム膜２と、裏面複合膜３と、Ｐ型シリコン５と、Ｎ型エミッタ６と、表面パッシベーション膜７と、表面銀電極８とを含み、前記全面アルミニウム膜２と、裏面複合膜３と、Ｐ型シリコン５と、Ｎ型エミッタ６と、表面パッシベーション膜７と、表面銀電極８とはこの順に下から上に積層され接合されており、前記裏面複合膜３には、レーザーグルービングによって、平行に配置されたレーザーグルービング領域が３０〜５００組形成され、各レーザーグルービング領域内には少なくとも１組のレーザーグルービングユニット９が配置されており、前記全面アルミニウム膜２は、レーザーグルービング領域を介して、Ｐ型シリコン５に接続される管型ＰＥＲＣ片面太陽電池を提供する。
【００３２】
なお、レーザーグルービングユニット９のパターンは、円形、楕円形、三角形、四角形、五角形、六角形、十字形、又は星形に形成されている。
【００３３】
本発明は、管型ＰＥＣＶＤ装置によってシリコンウェハーの裏面に裏面複合膜を堆積させる。管型ＰＥＣＶＤ装置では、プラズマを直接、シリコンウェハーの表面に衝突させる直接プラズマ法を使用することにより、膜に対するパッシベーション処理の効果が顕著になる。図３〜８に示すように、上記裏面複合膜３は、酸化アルミニウム膜、二酸化ケイ素膜、酸窒化ケイ素膜、及び窒化ケイ素膜からなる群から選ばれる少なくとも１つを含み、管型ＰＥＣＶＤ装置によってシリコンウェハーの裏面に堆積されたものである。上記管型ＰＥＣＶＤ装置は、シラン、アンモニアガス、トリメチルアルミニウム、及び亜酸化窒素ガスをそれぞれ搬送する４つのガスラインを備えており、上記４つのガスラインを単独または組み合わせて使用することによって、上記酸化アルミニウム膜、二酸化ケイ素膜、酸窒化ケイ素膜、及び窒化ケイ素膜を形成する。ガス流量比を調整することによって、異なる組成比や屈折率を有する酸窒化ケイ素膜または窒化ケイ素膜を得ることができる。また、上記酸化アルミニウム膜、二酸化ケイ素膜、酸窒化ケイ素膜、及び窒化ケイ素膜の形成順序や厚さは調整可能であり、上記酸窒化ケイ素膜と窒化ケイ素膜の組成及び屈折率は調整可能である。
【００３４】
シラン、アンモニアガス、トリメチルアルミニウム、及び亜酸化窒素ガスをそれぞれ搬送する４つのガスラインを使用し、異なるガスの組み合わせ、異なるガス流量比、及び異なる堆積時間を採用することにより、異なる膜を形成することができる。また、窒化ケイ素膜または酸窒化ケイ素膜について、ガス流量比を調整することによって、異なる組成比や屈折率を有する窒化ケイ素膜または酸窒化ケイ素膜を得ることができる。本発明の製造プロセスは、複合膜の組み合わせ順序、厚さ及び膜の組成を柔軟に調整することができるので、柔軟に制御可能であり、コストが削減され、かつ生産量が大きくなる。さらに、裏面複合膜を裏面の全面アルミニウム膜に適応させて最適なパッシベーション効果を生み出すように裏面複合膜を最適化することで、ＰＥＲＣ電池の光電変換効率を大幅に向上させることができる。
【００３５】
上記管型ＰＥＣＶＤ装置において、グラファイトボートによってシリコンウェハーを着脱する。グラファイトボートの係合凹溝部の深さは０．５〜１ｍｍである。上記グラファイトボートの係合凹溝部の深さは０．６〜０．８ｍｍであり、係合ベース部の直径は６〜１５ｍｍであり、係合キャップ部の斜面の角度は３５〜４５度であり、係合キャップ部の厚みは１〜１．３ｍｍであることが好ましい。上記グラファイトボートの係合凹溝部の深さは０．７〜０．８ｍｍであり、係合ベース部の直径は８〜１２ｍｍであり、係合キャップ部の斜面の角度は３５〜４５度であり、係合キャップ部の厚みは１〜１．２ｍｍであることがより好ましい。
【００３６】
管型ＰＥＣＶＤ技術で裏面の膜を堆積させる場合、スクラッチとオーバーフローコーティングは対立するものである。自動挿入機構を調整することによって、シリコンウェハーを、グラファイトボートの壁に接触せずに、グラファイトボートと一定の距離を保った状態で、係合凹溝部に挿入することで、シリコンウェハーとグラファイトボートの壁との摩擦が避けられる。しかし、シリコンウェハーとグラファイトボートとの距離が大きすぎると、スクラッチの割合が減少するが、シリコンウェハーをボートの壁に密着させることが困難となるため、オーバーフローコーティングの割合は増加する。また、上記距離が大きすぎる場合、シリコンウェハーが係合凹溝部に挿入できず脱落する恐れがある。一方、シリコンウェハーとグラファイトボートとの間の距離が小さすぎる場合、シリコンウェハーがグラファイトボートにより強く密着するため、オーバーフローコーティングの割合が減少するが、スクラッチの割合が増加する。
【００３７】
電池の表面の縁におけるボート歯跡は、ＰＥＣＶＤ技術による裏面コーティングの場合の係合部に対応するものであり、ガス流が係合部から電池の表面まで達してオーバーフローコーティングしたものである。係合ベース部の厚さが、グラファイトボートの厚さよりもわずかに小さいため、係合部におけるシリコンウェハーと係合ベース部との間には隙間があり、裏面にコーティング膜を形成するとき、ガス流が係合軸部の下方の両側から隙間に入り込み、シリコンウェハーの表面の縁に膜を堆積し、すなわち、半円形のボート歯跡が形成される。
【００３８】
本発明は、係合軸部の直径及び係合ベース部の直径を調整することによって係合凹溝部の内側の深さを減少させ、これにより、係合部におけるシリコンウェハーと係合ベース部との間の隙間を減少させ、さらに、ガス流がシリコンウェハーの裏面まで達してオーバーフローコーティングすることを減少させ、電池の表面の縁のボート歯跡の割合を大幅に低減させる。
【００３９】
自動挿入機構を調整することにより、シリコンウェハーをグラファイトボート内の所定の位置に挿入すると、吸盤が真空状態を解除し、シリコンウェハーが係合キャップ部の斜面に落下して、重力により、シリコンウェハーが斜面から滑り落ちてグラファイトボートの壁に密着する。このような非接触型挿入方式が使用されるのは、シリコンウェハーのスクラッチの割合を減少するためである。
【００４０】
本発明は、係合キャップ部の斜面の角度及び係合キャップ部の厚さを適宜に増加させることにより、自動挿入機構を調整することで、シリコンウェハーが挿入されるときにシリコンウェハーとグラファイトボートの壁との間の距離をわずかに増加させ、スクラッチの割合を減少させることができる。また、係合キャップ部の斜面の角度を増加させることにより、シリコンウェハーが滑り落ちるときにグラファイトボートの壁との衝撃力を低減させ、シリコンウェハーの破損率を下げることができる。
【００４１】
上記管型ＰＥＣＶＤ装置において、グラファイトボートによってシリコンウェハーを着脱し、電池の裏面には、係合マークが形成されている。電池の裏面には、３〜５個の係合マークが形成されている。
【００４２】
上記裏面複合膜３としては、様々な実施形態を有する。図３〜５に示すように、上記裏面複合膜の最下層は酸化アルミニウム膜であり、最上層は二酸化ケイ素膜、酸窒化ケイ素膜、及び窒化ケイ素膜からなる群から選ばれる少なくとも１つにより形成される。
【００４３】
図３に示す裏面複合膜の第１実施例において、上記裏面複合膜３は、最下層３１が酸化アルミニウム膜であり、最上層３２が酸窒化ケイ素膜と窒化ケイ素膜からなる。
【００４４】
図４に示す裏面複合膜の第２実施例において、上記裏面複合膜は、最下層３１が酸化アルミニウム膜であり、最上層３２が窒化ケイ素膜からなる。
【００４５】
図５に示す裏面複合膜の第３実施例において、上記裏面複合膜は、最下層３１が酸化アルミニウム膜であり、最上層３２が、二酸化ケイ素膜、酸窒化ケイ素膜Ａ、酸窒化ケイ素膜Ｂ、及び窒化ケイ素膜からなる。
【００４６】
図６〜８に示すように、上記裏面複合膜は、最下層３１が二酸化ケイ素膜であり、下から第２層３２が酸化アルミニウム膜であり、最上層３３が二酸化ケイ素膜、酸窒化ケイ素膜、及び窒化ケイ素膜からなる群から選ばれる少なくとも１つからなる。
【００４７】
図６に示す裏面複合膜の第４実施例において、上記裏面複合膜は、最下層３１が二酸化ケイ素膜であり、下から第２層３２が酸化アルミニウム膜であり、最上層３３が窒化ケイ素膜からなる。
【００４８】
図７に示す裏面複合膜の第５実施例において、上記裏面複合膜は、最下層３１が二酸化ケイ素膜であり、下から第２層３２は酸化アルミニウム膜であり、最上層３３が、二酸化ケイ素膜、酸窒化ケイ素膜Ａ、酸窒化ケイ素膜Ｂ、及び窒化ケイ素膜からなる。
【００４９】
図８に示す裏面複合膜の第６実施例において、上記裏面複合膜は、最下層３１が二酸化ケイ素膜であり、下から第２層３２は酸化アルミニウム膜であり、最上層３３が、二酸化ケイ素膜、酸窒化ケイ素膜、窒化ケイ素膜Ａ、及び窒化ケイ素膜Ｂからなる。
【００５０】
具体的には、上記酸化アルミニウム膜の厚さは５〜１５ｎｍであり、上記窒化ケイ素膜の厚さは５０〜１５０ｎｍであり、上記酸窒化ケイ素膜の厚さは５〜２０ｎｍであり、上記二酸化ケイ素膜の厚さは１〜１０ｎｍである。上記酸化アルミニウム膜、窒化ケイ素膜、酸窒化ケイ素膜及び二酸化ケイ素膜の実際の厚さについて、実際の要求に応じて調整することができ、その実施形態は本発明の実施例に限定されない。
【００５１】
そのため、本発明の管型ＰＥＲＣ片面太陽電池は、光電変換効率が高く、外観上及びＥＬ検査上の歩留まりが高く、スクラッチとオーバーフローコーティングの課題も解決できる。
【００５２】
なお、外観及び電気的性能を検査するためのＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ、電界発光）検査によって、結晶シリコン系太陽電池及びモジュールの潜在的な欠陥を検出することができる。ＥＬ検査において、電池に破片、クラック、グリッド破損、スクラッチ、焼結欠陥、黒いシミ、電池シートの混合、電池シート抵抗の不均一などの不具合が存在するかどうかを効果的に検出できる。
【００５３】
それに対応して、本発明は、管型ＰＥＲＣ片面太陽電池の製造方法を提供する。上記の製造方法は、以下の工程を含む。
【００５４】
（１）Ｐ型シリコンであるシリコンウェハーの表面及び裏面にテクスチャ構造を形成する工程。
【００５５】
ここで、ウェットエッチング技術またはドライエッチング技術を利用して、テクスチャリング装置によってシリコンウェハーの表面にテクスチャ構造を形成する。
【００５６】
（２）Ｎ型エミッタを形成するように、シリコンウェハーの表面に拡散処理を施す工程。
【００５７】
本発明の製造方法で採用される拡散処理は、Ｎ型エミッタをＰ型シリコンの上方に形成するように、シリコンウェハーを熱拡散炉に入れて拡散処理を施す。拡散処理時に、温度を８００℃〜９００℃の範囲内に制御し、目標シート抵抗を７０〜１００Ω／□にする。
【００５８】
管型ＰＥＲＣ電池について、裏面のＰ型シリコンは、アルミニウムペーストと完全に接触しておらず、レーザーグルービングの領域のみでアルミニウムペーストと接触しているので、直列抵抗が大きくなる。管型ＰＥＲＣ電池の性能を向上させるために、本発明は、シート抵抗のより低いもの（７０〜１００Ω／□）を採用することにより、直列抵抗を低減させるとともに、光電変換効率を向上させることができる。
【００５９】
拡散処理時に、シリコンウェハーの表面及び裏面にリンケイ酸ガラス層が形成される。このリンケイ酸ガラス層は、以下のように形成される。拡散処理中には、ＰＯＣｌ３とＯ２が反応して生成されたＰ２Ｏ５がシリコンウェハーの表面に堆積し、Ｐ２Ｏ５がＳｉと反応してＳｉＯ２及びリン原子を生成することにより、シリコンウェハーの表面にリンケイ酸ガラス（ＰＳＧ）と呼ばれるリン含有ＳｉＯ２層が形成される。上記リンケイ酸ガラス層は、拡散処理時にシリコンウェハーにおける不純物を捕捉することができ、太陽電池の不純物含有量をさらに低減することができる。
【００６０】
（３）拡散処理時に形成されたリンケイ酸ガラスと周辺のＰＮ接合とを除去し、裏面のエッチング深さが３〜６μｍになるようにシリコンウェハーの裏面を研磨する工程。
【００６１】
本発明では、拡散処理されたシリコンウェハーを、体積比が１：５〜１：８であるＨＦ（質量分率４０％〜５０％）とＨＮＯ３（質量分率６０％〜７０％）との混合溶液の酸洗槽中に５〜３０秒間浸漬することにより、リンケイ酸ガラスと周辺のＰＮ接合を除去する。リンケイ酸ガラス層の存在により、ＰＥＣＶＤの色収差やＳｉｘＮｙの脱落が起こりやすく、且つ、リンケイ酸ガラス層にはリンやシリコンウェハーからの不純物が多量に含まれているため、リンケイ酸ガラス層を除去する必要がある。
【００６２】
通常の電池のエッチング深さが２μｍ程度であるが、本発明では、裏面のエッチング深さは３〜６μｍに設定される。管型ＰＥＲＣ電池のエッチング深さを大きくすることで、裏面の反射率を向上させて、電池の短絡電流と光電変換効率を向上させることができる。
【００６３】
（４）アニーリング温度：６００〜８２０℃、窒素流量：１〜１５Ｌ／分、酸素流量：０．１〜６Ｌ／分という条件で、シリコンウェハーに対してアニーリング処理を行う工程。上記アニーリング工程により、シリコンウェハーの表面のドーピング濃度分布を改善し、ドーピングによる表面の欠陥を減らすことができる。
【００６４】
（５）管型ＰＥＣＶＤ装置によってシリコンウェハーの裏面に裏面複合膜を堆積させる工程であって、
ＴＭＡのガス流量２５０〜５００ｓｃｃｍ、ＴＭＡとＮ２Ｏの比１：１５〜１：２５、プラズマ出力２０００〜５０００ｗという条件で、ＴＭＡとＮ２Ｏによって酸化アルミニウム膜を堆積させることと、
シランのガス流量５０〜２００ｓｃｃｍ、シランと亜酸化窒素ガスの比１：１０〜１：８０、アンモニアガスの流量０．１〜５ｓｌｍ、プラズマ出力４０００〜６０００ｗという条件で、シラン、アンモニアガス及び亜酸化窒素ガスによって酸窒化ケイ素膜を堆積させることと、
シランのガス流量５００〜１０００ｓｃｃｍ、シランとアンモニアガスの比１：６〜１：１５、窒化ケイ素の堆積温度３９０〜４１０℃、時間３００〜５００秒、プラズマ出力１００００〜１３０００ｗという条件で、シラン及びアンモニアガスによって窒化ケイ素膜を堆積させることと、
亜酸化窒素ガスの流量０．１〜５ｓｌｍ、プラズマ出力２０００〜５０００ｗという条件で、亜酸化窒素ガスによって二酸化ケイ素膜を堆積させることとを含み、
上記管型ＰＥＣＶＤ装置は、シラン、アンモニアガス、トリメチルアルミニウム、及び亜酸化窒素ガスをそれぞれ搬送する４つのガスラインを備えており、上記管型ＰＥＣＶＤ装置において、グラファイトボートによってシリコンウェハーを着脱し、グラファイトボートの係合凹溝部の深さは０．５〜１ｍｍである工程。
【００６５】
上記工程の好ましい実施形態として、管型ＰＥＣＶＤ装置によってシリコンウェハーの裏面に裏面複合膜を堆積させる工程であって、
ＴＭＡのガス流量２５０〜５００ｓｃｃｍ、ＴＭＡとＮ２Ｏの比１：１５〜１：２５、酸化アルミニウム膜の堆積温度２５０〜３００℃、時間５０〜３００秒、プラズマ出力２０００〜５０００ｗという条件で、ＴＭＡとＮ２Ｏによって酸化アルミニウム膜を堆積させることと、
シランのガス流量５０〜２００ｓｃｃｍ、シランと亜酸化窒素ガスの比１：１０〜１：８０、アンモニアガスの流量０．１〜５ｓｌｍ、酸窒化ケイ素膜の堆積温度３５０〜４１０℃、時間５０〜２００秒、プラズマ出力４０００〜６０００ｗという条件で、シラン、アンモニアガス及び亜酸化窒素ガスによって酸窒化ケイ素膜を堆積させることと、
シランのガス流量５００〜１０００ｓｃｃｍ、シランとアンモニアガスの比１：６〜１：１５、窒化ケイ素膜の堆積温度３９０〜４１０℃、時間３００〜５００秒、プラズマ出力１００００〜１３０００ｗという条件で、シラン及びアンモニアガスによって窒化ケイ素膜を堆積させることと、
亜酸化窒素ガスの流量０．１〜５ｓｌｍ、プラズマ出力２０００〜５０００ｗという条件で、亜酸化窒素ガスによって二酸化ケイ素膜を堆積させることとを含む工程が採用される。
【００６６】
上記工程のより好ましい実施形態として、管型ＰＥＣＶＤ装置によってシリコンウェハーの裏面に裏面複合膜を堆積させる工程であって、
ＴＭＡのガス流量３５０〜４５０ｓｃｃｍ、ＴＭＡとＮ２Ｏの比１：１８〜１：２２、酸化アルミニウム膜の堆積温度２７０〜２９０℃、時間１００〜２００秒、プラズマ出力３０００〜４０００ｗという条件で、ＴＭＡとＮ２Ｏによって酸化アルミニウム膜を堆積させることと、
シランのガス流量８０〜１５０ｓｃｃｍ、シランと亜酸化窒素ガスの比１：２０〜１：４０、アンモニアガスの流量１〜４ｓｌｍ、酸窒化ケイ素膜の堆積温度３８０〜４１０℃、時間１００〜２００秒、プラズマ出力４５００〜５５００ｗという条件で、シラン、アンモニアガス及び亜酸化窒素ガスによって酸窒化ケイ素膜を堆積させることと、
シランのガス流量６００〜８００ｓｃｃｍ、シランとアンモニアガスの比１：６〜１：１０、窒化ケイ素膜の堆積温度３９５〜４０５℃、時間３５０〜４５０秒、プラズマ出力１１０００〜１２０００ｗという条件で、シラン及びアンモニアガスによって窒化ケイ素膜を堆積させることと、
亜酸化窒素ガスのガス流量１〜４ｓｌｍ、プラズマ出力３０００〜４０００ｗという条件で、亜酸化窒素ガスによって二酸化ケイ素膜を堆積させることとを含む工程が採用される。
【００６７】
上記工程の最適な実施形態として、管型ＰＥＣＶＤ装置によってシリコンウェハーの裏面に裏面複合膜を堆積させる工程であって、
ＴＭＡのガス流量４００ｓｃｃｍ、ＴＭＡとＮ２Ｏの比１：１８、酸化アルミニウム膜の堆積温度２８０℃、時間１４０秒、プラズマ出力３５００ｗという条件で、ＴＭＡとＮ２Ｏによって酸化アルミニウム膜を堆積させることと、
シランのガス流量１３０ｓｃｃｍ、シランと亜酸化窒素ガスの比１：３２、アンモニアガスの流量０．５ｓｌｍ、酸窒化ケイ素膜の堆積温度４２０℃、時間１２０秒、プラズマ出力５０００ｗという条件で、シラン、アンモニアガス及び亜酸化窒素ガスによって酸窒化ケイ素膜を堆積させることと、
シランのガス流量７８０ｓｃｃｍ、シランとアンモニアガスの比１：８．７、窒化ケイ素膜の堆積温度４００℃、時間３５０秒、プラズマ出力１１５００ｗという条件で、シラン及びアンモニアガスによって窒化ケイ素膜を堆積させることと、
亜酸化窒素ガスの流量２ｓｌｍ、プラズマ出力３５００ｗという条件で、亜酸化窒素ガスによって二酸化ケイ素膜を堆積させることとを含む工程が採用される。
【００６８】
出願人は、オーバーフローコーティングが主として窒化ケイ素の堆積段階で起こることを見出した。窒化ケイ素は裏面複合膜の最上層に位置するので、堆積時間が増加するにつれて、シリコンウェハーの表面の膜が次第に厚くなり、シリコンウェハーが曲がるので、シラン及びアンモニアガスがより容易に電池の表面の縁にオーバーフローコーティングされるようになる。窒化ケイ素の堆積時間を短縮し堆積温度を下げることによって、シリコンウェハーの曲がりの程度を減少させ、オーバーフローコーティングの割合を減少させることができる。さらなる実験によると、窒化ケイ素の堆積温度領域が３９０〜４１０度と非常に狭く、温度がさらに低下すると、オーバーフローコーティングの割合が増加することが分かる。
【００６９】
酸化アルミニウム膜を堆積する場合、プラズマ出力は２０００〜５０００ｗに設定され、酸窒化ケイ素膜を堆積する場合、プラズマ出力は４０００〜６０００ｗに設定され、窒化ケイ素膜を堆積する場合、プラズマ出力は１００００〜１３０００ｗに設定され、そして、二酸化ケイ素膜を堆積する場合、プラズマ出力は２０００〜５０００ｗに設定される。異なる膜のそれぞれに対して、好ましい堆積速度を確保することにより、堆積の均一性を改善することができる。
【００７０】
さらに、上記管型ＰＥＣＶＤ装置は、シラン、アンモニアガス、トリメチルアルミニウム、及び亜酸化窒素ガスをそれぞれ搬送する４つのガスラインを備えており、上記管型ＰＥＣＶＤ装置において、グラファイトボートによってシリコンウェハーを着脱し、グラファイトボートの係合凹溝部の深さは０．５〜１ｍｍである。グラファイトボートの具体的な構造は上述と同じであるため、ここでは説明を省略する。
【００７１】
（６）シリコンウェハーの表面にパッシベーション膜を堆積させる工程。上記パッシベーション膜は窒化ケイ素膜であることが好ましい。
【００７２】
（７）シリコンウェハーの裏面複合膜にレーザーグルービングする工程。
【００７３】
レーザー波長５３２ｎｍ、レーザー出力１４ｗ以上、レーザースクライブ速度２０ｍ／秒以上、周波数５００ＫＨｚ以上という条件で、レーザーグルービング技術により、シリコンウェハーの裏面複合膜に、Ｐ型シリコンの下面までの溝深さを有するように溝切りを行う。
【００７４】
レーザー波長が５３２ｎｍであり、レーザー出力が１４〜２０ｗであり、レーザースクライブ速度が２０〜３０ｍ／ｓであり、周波数が５００ＫＨｚ以上であることが好ましい。
【００７５】
窒化ケイ素の堆積時間が短くなるにつれて、窒化ケイ素膜の厚さが薄くなり、裏面複合膜の水素による不活性化の効果に影響を及ぼし、電池の光電変換効率が低下するため、窒化ケイ素の堆積時間は短すぎてはならない。また、窒化ケイ素膜の厚さが薄いほど、レーザーに対する吸収率が低くなる。さらに、大規模生産のニーズを満たすために、レーザースクライブ速度を２０ｍ／ｓ以上に、レーザー出力を１４ｗ以上に設定しなければならない。このため、レーザーの出力と周波数は一定の条件を満たす場合のみ、裏面複合膜の単位面積当たりのレーザーエネルギー吸収量を高くし、レーザーで複合膜にグルービングし、続いて印刷されるアルミニウムペーストがレーザーグルービング領域を介して基板シリコンと接触することを確保できる。
【００７６】
（８）上記シリコンウェハーの裏面に、裏面銀バスバーのペーストを印刷して乾燥させる工程。
【００７７】
裏面銀バスバーのパターンに基づいて、裏面銀バスバーのペーストを印刷する。上記裏面銀バスバーは、パターンが連続的な直線型グリッドであっても良く、セグメント化された非連続な構造であってもよく、またはセグメント化された非連続な構造であって、且つ各隣接するセグメントが接続ラインによって接続された構造であってもよい。
【００７８】
（９）スクリーン印刷によってシリコンウェハーの裏面にアルミニウムペーストを印刷して乾燥させる工程。
【００７９】
（１０）シリコンウェハーの表面に表面銀電極ペーストを印刷する工程。
【００８０】
（１１）シリコンウェハーを高温で焼結することにより、裏面銀バスバーと全面アルミニウム膜と表面銀電極とを形成する工程。
【００８１】
（１２）シリコンウェハーに対して、ＬＩＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｉｎｄｕｃｅｄ  Ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ）を抑制するためのアニーリング処理を施し、管型ＰＥＲＣ片面太陽電池の完成品を製造する工程。
【００８２】
上記製造方法は、製造プロセスがシンプルで、柔軟に制御することができ、複合膜の組み合わせ順序、厚さ及び膜の組成を柔軟に調整することができるため、低コストで生産量が大きくなり、かつ現在の製造ラインとの互換性が良い。上記製造方法により作製される管型ＰＥＲＣ片面太陽電池は、光電変換効率が高く、外観上及びＥＬ検査上の歩留まりが高く、スクラッチとオーバーフローコーティングの問題を解決できる。
【００８３】
図９に示すように、本発明には、さらに、管型ＰＥＲＣ片面太陽電池の専用装置が開示されている。上記専用装置は管型ＰＥＣＶＤ装置であり、上記管型ＰＥＣＶＤ装置は、ウェハー載置領域１と、炉体２と、特殊ガスキャビネット３と、真空システム４と、制御システム５と、グラファイトボート６とを備え、上記特殊ガスキャビネット３は、シランを導入するための第１のガスラインと、アンモニアガスを導入するための第２のガスラインと、トリメチルアルミニウムを導入するための第３のガスラインと、亜酸化窒素ガスを導入するための第４のガスラインとを備え、第１のガスライン、第２のガスライン、第３のガスライン、及び第４のガスラインは、特殊ガスキャビネット３の内部に配置されている（不図示）。
【００８４】
図１０及び図１１に示すように、グラファイトボート６は、シリコンウェハーの着脱に用いられ、上記グラファイトボート６は係合部６０を含み、係合部６０は、係合軸部６１と、係合キャップ部６２と、係合ベース部６３とを含む。上記係合軸部６１は係合ベース部６３に取り付けられ、上記係合キャップ部６２は係合軸部６１に接続される。上記係合軸部６１と係合キャップ部６２及び係合ベース部６３との間に係合凹溝部６４が形成され、上記係合凹溝部６４の深さは０．５〜１ｍｍである。
【００８５】
図１１に示すように、上記係合凹溝部６４の深さをｈに設定すると、ｈは０．６〜０．８ｍｍであることが好ましい。また、係合ベース部６３の直径をＤに設定すると、Ｄは６〜１５ｍｍであることが好ましい。また、係合キャップ部６２の斜面角度をαに設定すると、αは３５〜４５度であることが好ましい。また、係合キャップ部６２の厚さをａに設定すると、ａは１〜１．３ｍｍであることが好ましい。
【００８６】
また、上記係合凹溝部６４の深さｈは０．７ｍｍであり、係合ベース部６３の直径Ｄは９ｍｍであり、係合キャップ部６２の斜面角度αは４０度であり、係合キャップ部６２の厚さａは１．２ｍｍであることがより好ましい。
【００８７】
なお、上記係合凹溝部６４の深さｈとは、係合凹溝部の内側の深さを意味し、主に係合軸部６１と係合ベース部６３がなす角側の深さを指す。係合凹溝部の深さｈ＝（係合ベース部の直径−係合軸部の直径）／２。係合キャップ部６２の斜面角度αとは、係合キャップ部の斜面と垂直方向との間の角度を指す。
【００８８】
従来の係合凹溝部の深さｈは１．７５ｍｍであり、係合ベース部の直径Ｄは９ｍｍであり、係合キャップ部の斜面角度αは３０度であり、係合キャップ部の厚さａは１ｍｍである。従来の係合凹溝部の深さが大きいため、係合部でのシリコンウェハーと係合ベース部との間の隙間が大きすぎて、シリコンウェハーの裏面までオーバーフローコーティングされるガスが多くなり、その結果、電池の表面の縁におけるボート歯跡の割合が高くなる。また、係合キャップ部の角度が小さく、厚さが薄いため、自動挿入機構の調整スペースが小さくなり、スクラッチの割合を効果的に低減することはできない。
【００８９】
管型ＰＥＣＶＤ技術で裏面の膜を堆積させる場合、スクラッチとオーバーフローコーティングは対立するものである。自動挿入機構を調整することによって、シリコンウェハーを、グラファイトボートの壁に接触せずに、グラファイトボートと一定の距離を保った状態で、係合凹溝部に挿入することで、シリコンウェハーとグラファイトボートの壁との摩擦が避けられる。しかし、シリコンウェハーとグラファイトボートとの距離が大きすぎると、スクラッチの割合が減少するが、シリコンウェハーをボートの壁に密着させることが困難となるため、オーバーフローコーティングの割合は増加する。また、上記距離が大きすぎる場合、シリコンウェハーは係合凹溝部に挿入できず脱落する恐れがある。一方、シリコンウェハーとグラファイトボートとの間の距離が小さすぎる場合、シリコンウェハーがグラファイトボートにより強く密着するため、オーバーフローコーティングの割合が減少するが、スクラッチの割合は増加する。
【００９０】
電池の表面の縁におけるボート歯跡は、ＰＥＣＶＤ技術による裏面コーティングの場合の係合部に対応するものであり、ガス流が係合部から電池の表面まで達してオーバーフローコーティングしたものである。係合ベース部の厚さが、グラファイトボートの厚さよりもわずかに小さいため、係合部におけるシリコンウェハーと係合ベース部との間には隙間があり、裏面にコーティング膜を形成する場合、ガス流が係合軸部の下方の両側から隙間に入り込み、シリコンウェハーの表面の縁に膜を堆積し、すなわち、半円形のボート歯跡が形成される。
【００９１】
本発明は、係合ベース部の直径Ｄ及び係合軸部の直径を調整することによって係合凹溝部の内側の深さｈを減少させ、それにより、係合部におけるシリコンウェハーと係合ベース部との間の隙間を減少させ、さらに、ガス流がシリコンウェハーの裏面まで達してオーバーフローコーティングすることを減少させ、表面の縁のボート歯跡の割合を大幅に低減させる。
【００９２】
自動挿入機構を調整することにより、シリコンウェハーをグラファイトボート内の所定の位置に挿入すると、吸盤が真空状態を解除し、シリコンウェハーが係合キャップ部の斜面αに落下して、重力により、シリコンウェハーが斜面から滑り落ちてグラファイトボートの壁に密着する。このような非接触型挿入方式が使用されるのは、シリコンウェハーのスクラッチの割合を減少するためである。
【００９３】
本発明は、係合キャップ部の斜面の角度α及び係合キャップ部の厚さａを適宜に増加させることにより、自動挿入機構を調整することで、シリコンウェハーが挿入されるときにシリコンウェハーとグラファイトボートの壁との間の距離をわずかに増加させ、スクラッチの割合を減少させることができる。また、係合キャップ部の斜面の角度を増加させることにより、シリコンウェハーが滑り落ちるときにグラファイトボートの壁との衝撃力を低減させ、シリコンウェハーの破損率を下げる。
【００９４】
なお、従来技術では、オーバーフローコーティングへの対応としては、通常、事後の修復が採用される。例えば、中国特許出願第２０１５１０９４５４５９．３号明細書に開示されているＰＥＲＣ型結晶シリコン系太陽電池の製造におけるアルカリによる研磨方法においては、表面にＰＥＣＶＤ法を利用して窒化ケイ素膜を形成した後、ベルト伝動法を用いるエッチング加工によって、オーバーフローコーティングにより裏面及び縁に形成された窒化ケイ素を除去する。これにより、従来の表面の膜がオーバーフローコーティングされることに起因して裏面でのパッシベーション効果が薄くなってしまうという課題を解決できる。しかし、本発明の管型ＰＥＲＣ電池の場合では、裏面のコーティング膜が、ＰＮ接合が設けられる表面にまでオーバーフローコーティングされているため、上記のようなアルカリによる研磨方法を採用すれば、表面のＰＮ接合が破壊されてしまう。ここで、本発明は、コーティング工程及びコーティング膜の構造を調整することによって、製造中のオーバーフローコーティングの発生を回避することができ、オーバーフローコーティングの問題が本質的に解決される。本発明では、工程の追加は不要で、加工プロセスが単純化され、コストが節約される。本発明は、コストに敏感な太陽光発電産業にとって重要な意義がある。さらに、本発明によれば、スクラッチの問題も解決される。
【００９５】
従って、本発明の実施は、以下の有益な効果が得られる。
【００９６】
まず、本発明は、管型ＰＥＣＶＤ装置によってシリコンウェハーの裏面に裏面複合膜を堆積させ、上記裏面複合膜は、酸化アルミニウム膜、二酸化ケイ素膜、酸窒化ケイ素膜、及び窒化ケイ素膜からなる群から選ばれる少なくとも１つを含む。管型ＰＥＣＶＤ装置では、プラズマを直接にシリコンウェハーの表面に衝突させる直接プラズマ法を使用することにより、膜に対するパッシベーション処理の効果が顕著になる。上記管型ＰＥＣＶＤ装置は、シラン、アンモニアガス、トリメチルアルミニウム、及び亜酸化窒素ガスをそれぞれ搬送する４つのガスラインを備えており、上記４つのガスラインを単独または組み合わせて使用することによって、上記酸化アルミニウム膜、二酸化ケイ素膜、酸窒化ケイ素膜、及び窒化ケイ素膜を形成する。シラン、アンモニアガス、トリメチルアルミニウム、及び亜酸化窒素ガスをそれぞれ搬送する４つのガスラインを使用し、異なるガスの組み合わせ、異なるガス流量比、及び異なる堆積時間を採用することにより、異なる膜を形成することができる。また、窒化ケイ素膜または酸窒化ケイ素膜について、ガス流量比を調整することによって、異なる組成比や屈折率を有する窒化ケイ素膜または酸窒化ケイ素膜を得ることができる。本発明では、複合膜の組み合わせ順序、厚さ及び膜の組成を柔軟に調整することができるので、製造プロセスについて柔軟に制御可能であり、コストが削減され、かつ生産量が大きくなる。さらに、裏面複合膜を裏面の全面アルミニウム膜に適応させて最適なパッシベーション効果を生み出すように裏面複合膜を最適化することで、ＰＥＲＣ電池の光電変換効率を大幅に向上させることができる。
【００９７】
そして、本発明は、係合軸部の直径及び係合ベース部の直径を調整することによって、係合凹溝部の内側の深さを減少させ、それにより、係合部におけるシリコンウェハーと係合ベース部との間の隙間を減少させ、さらに、ガス流がシリコンウェハーの裏面まで達してオーバーフローコーティングすることを減少させることで、電池表面の縁のボート歯跡の割合を大幅に減少させる。また、係合キャップ部の斜面の角度及び係合キャップ部の厚さを適宜に増加させることにより、自動挿入機構を調整することで、シリコンウェハーが挿入されるときにシリコンウェハーとグラファイトボートの壁との間の距離をわずかに増加させ、スクラッチの割合を減少させることができる。また、係合キャップ部の斜面の角度を増加させることで、シリコンウェハーが滑り落ちるときにグラファイトボートの壁との衝撃力を低減させ、シリコンウェハーの破損率を下げることもできる。
【００９８】
さらに、窒化ケイ素が裏面複合膜の最上層に位置するため、堆積時間が増加するにつれて、シリコンウェハーの表面の膜が次第に厚くなり、シリコンウェハーが曲がるので、シラン及びアンモニアガスがより容易に電池の表面の縁にオーバーフローコーティングされることになる。本発明において、窒化ケイ素の堆積温度が３９０〜４１０℃に、時間が３００〜５００秒間に設定されており、窒化ケイ素の堆積時間を短縮し堆積温度を下げることによって、シリコンウェハーの曲がりの程度を減少させ、オーバーフローコーティングの割合を減少させることができる。窒化ケイ素の堆積温度領域は、３９０〜４１０℃と非常に狭く、オーバーフローコーティングを最小限に抑えることができる。しかし、堆積温度が３９０℃よりも低いと、オーバーフローコーティングの割合が増加する。
【００９９】
同時に、大規模生産のニーズを満たし、窒化ケイ素の堆積時間の短縮による悪影響を克服するために、本発明においては、レーザー出力を１４ｗ以上に、レーザースクライブ速度を２０ｍ／ｓ以上に、周波数を５００ＫＨｚ以上に設定する。これにより、裏面複合膜の単位面積当たりのレーザーエネルギー吸収量を高くし、レーザーで複合膜にグルービングし、続いて印刷されるアルミニウムペーストがレーザーグルービング領域を介して基板シリコンと接触することを確保できる。
【０１００】
以上のことから分かるように、本発明の管型ＰＥＲＣ片面太陽電池は、光電変換効率が高く、外観上及びＥＬ検査上の歩留まりが高く、スクラッチとオーバーフローコーティングの問題を解決することができる。同時に、本発明は、上記電池を製造するための方法及び専用装置を提供する。上記方法は、製造プロセスがシンプルで、大規模な量産が可能であり、かつ従来の製造ラインとの互換性が良い。上記専用装置は、構造がシンプルで、コストが削減され、生産量が大きくなり、良品率も高くなる。
【０１０１】
なお、上記実施例は、本発明を実施するための形態を説明するためのものに過ぎず、本発明の範囲を限定するものではない。好ましい実施例を参照しながら本発明を詳細に説明したが、当業者であれば、本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく様々な変更及び均等な置換が可能であることを理解すべきである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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