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WO2006046407A1 - 太陽電池および太陽電池の製造方法 - Google Patents

太陽電池および太陽電池の製造方法 Download PDF

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WO2006046407A1
WO2006046407A1 PCT/JP2005/018847 JP2005018847W WO2006046407A1 WO 2006046407 A1 WO2006046407 A1 WO 2006046407A1 JP 2005018847 W JP2005018847 W JP 2005018847W WO 2006046407 A1 WO2006046407 A1 WO 2006046407A1
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film
solar cell
silicon substrate
passivation film
gas
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PCT/JP2005/018847
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Inventor
Takayuki Isaka
Yoshiya Abiko
Yoshifumi Tonomura
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Sharp Kabushiki Kaisha
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    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
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    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/547—Monocrystalline silicon PV cells

Definitions

  • the present invention relates to a solar cell and a method for manufacturing a solar cell, and more particularly to a solar cell with improved maximum power and a method for manufacturing the solar cell.
  • silicon solar cells The development of clean energy is desired, and solar cells using silicon substrates (hereinafter sometimes referred to as silicon solar cells) have been developed and put into practical use as new energy sources, and are on the path of development. Yes.
  • Non-patent literature l Jianhua Zhao, Aihua Wang, Martin A. Green, "24.7% EFFICIE NT PERL SILICON SOLAR CELLS AND OTHER HIGH EFFICIENCY SOL AR CELL AND MODULE RESEARCH AT THE UNIVERSITY OF NEW S OUTH WALES", ISES Solar World Congress, Jerusulem, Israel, 1999
  • Non-Patent Document 2 Jan Schmidt, Mark Kerr, Andres Cuevas, "Surface passivation of silicon solar cells using plasma-enhanced chemical-vapour-deposited SiN fi 1ms and thin thermal Si02 / plasma SiN stacks", Semicond. Sci. TechnoL, 16 (2001), pp.164-170
  • Non-Patent Document 1 when an oxide silicon film is formed on the surface of the silicon substrate as a passivation film for preventing minority carrier recombination on the surface of the silicon substrate, The silicon oxide film also functions as an antireflection film for sunlight. However, since the silicon oxide film has a small effect of preventing reflection of sunlight and has a high reflectance of sunlight, the maximum power cannot be obtained sufficiently.
  • Non-Patent Document 2 when a silicon nitride film is formed on the surface of a silicon substrate as a notch film, the silicon nitride film also functions as an antireflection film for sunlight. To do. The higher the refractive index of the silicon nitride film, the higher the passivation effect (preventing minority carrier recombination prevention on the surface of the silicon substrate), but the higher the refractive index, the greater the loss due to absorption of sunlight. Therefore, the maximum power cannot be obtained sufficiently.
  • An object of the present invention is to provide a solar cell with improved maximum power and a method for manufacturing the solar cell.
  • the present invention includes a passivation film formed on a light receiving surface of a silicon substrate, and an antireflection film formed on the passivation film, and the refractive index of the passivation film is higher than the refractive index of the antireflection film. It is also a solar cell.
  • the passivation film and the antireflection film can both be made of a silicon nitride film.
  • the thickness of the passivation film is preferably lOnm or less.
  • the refractive index of the nosy basis film is 2.6 or more.
  • the present invention provides a method for manufacturing the solar cell according to any one of the above, wherein a passivation film is formed on a light receiving surface of a silicon substrate by a plasma CVD method using a first gas. And a step of forming an antireflection film on the passivation film by a plasma CVD method using a second gas having a composition different from that of the first gas.
  • the second gas It suffices that at least one of the types of components and the quantitative relationship between the components is different from that of the first gas.
  • the RF power density at the time of forming the passivation film is smaller than the RF power density at the time of forming the antireflection film.
  • the film forming chamber used for forming the passivation film and the film forming chamber used for forming the antireflection film may be different.
  • the first gas and the second gas may include silane gas and ammonia gas.
  • FIG. 1 is a schematic sectional view of a part of an example of a solar cell of the present invention.
  • Silicon nitride film is formed by plasma CVD using SiH gas and NH gas
  • FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the refractive index of a silicon nitride film and the lifetime of minority carriers when silicon nitride films having different refractive indexes are formed on the surface of a silicon substrate by plasma CVD.
  • FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of an example of an apparatus used for forming a passivation film and an antireflection film in an example of the present invention.
  • FIG. 5 is a schematic plan view of the back surface of the solar cell manufactured in Example 1 of the present invention.
  • FIG. 6 is a schematic cross-sectional view along the line VI-VI of the solar cell shown in FIG.
  • FIG. 1 shows a schematic sectional view of a part of an example of the solar cell of the present invention.
  • the solar cell of the present invention includes a silicon substrate 1, a notch film 2 made of a silicon nitride film formed on a light receiving surface (a surface on which sunlight is incident) of the silicon substrate 1, and the nozzle film 2.
  • the antireflection film 3 made of a silicon nitride film is formed, and the refractive index of the noisy film 2 is higher than the refractive index of the antireflection film 3.
  • Figure 2 shows the plasma CVD method using silane (SiH 2) gas and ammonia (NH 2) gas.
  • the refractive index of the con film was decreased. Therefore, by changing the composition of the gas introduced into the plasma CVD apparatus, a non-reflection film made of a silicon nitride film having a high refractive index is formed on the light-receiving surface of the silicon substrate, and a low refractive index is formed on the passivation film.
  • an antireflection film made of a silicon nitride film can be formed using the plasma CVD method.
  • the refractive index of the silicon nitride film shown in FIG. 2 was measured with an ellipsometer of a light source He—Ne laser (wavelength 632.8 nm) using ellipsometry.
  • Fig. 3 shows the refractive index on the surface of the silicon substrate by plasma CVD using different gas compositions.
  • the relationship between the refractive index of a silicon nitride film and the lifetime of minority carriers when silicon nitride films having different thicknesses are formed is shown.
  • the vertical axis indicates the minority carrier lifetime
  • the horizontal axis indicates the refractive index of the silicon nitride film.
  • the lifetime of minority carriers tended to be longer as the refractive index of the silicon nitride film formed on the surface of the silicon substrate was higher.
  • the refractive index of the silicon nitride film is 2.6 or more, more preferably 2.9 or more, the lifetime of the minority carrier tends to be remarkably long.
  • the refractive index of the silicon nitride film formed on the light receiving surface of the silicon substrate is increased, recombination of minority carriers tends to be further prevented.
  • a silicon nitride film having a high refractive index easily absorbs sunlight, in order to reduce the loss of sunlight due to absorption, a silicon nitride film formed on the light-receiving surface of the silicon substrate is used. It is preferable that the thickness be lOnm or less.
  • a silicon nitride film having a refractive index of 1.8 or more and 2.3 or less and a film thickness of 50 nm or more and 100 nm or less is formed on the anti-reflection film. It is more preferable to form as.
  • the refractive index of the silicon nitride film shown in FIG. 3 was measured with an ellipsometer of a light source He—Ne laser (wavelength 632.8 nm) using ellipsometry.
  • the lifetime of the minority carriers shown in Fig. 3 was measured by a lifetime measuring device using the reflected microwave method of a laser with a wavelength of 904 nm.
  • the RF (high frequency) power density when forming the passivation film on the light receiving surface of the silicon substrate by plasma CVD is as low as possible. In this case, since the damage to the silicon substrate during the formation of the passivation film can be reduced, a silicon nitride film having an excellent passivation effect can be formed.
  • the surface of this silicon substrate was thickened with an aqueous NaOH solution. Etched to 200 m.
  • a silicon oxide film was formed on the light receiving surface and the back surface of the silicon substrate, and this silicon oxide film was used as a diffusion mask.
  • the acid-resistant silicon film on the back surface of the silicon substrate was patterned using photolithography to expose the acid-resistant resist, and the exposed silicon film was etched with hydrofluoric acid.
  • the above-mentioned etching is performed by gas phase diffusion of BBr in an atmosphere of 970 ° C for 50 minutes.
  • a comb-shaped P + layer was formed on the back surface of the silicon substrate.
  • a comb-shaped n + layer facing the P + layer was formed on the back surface of the etched silicon substrate so as not to overlap the P + layer.
  • an oxide silicon film was applied to the back surface of the silicon substrate as a protective film by the APCVD method (atmospheric pressure chemistry).
  • the surface of the silicon substrate was textured by immersing it in an 80 ° C aqueous KOH solution with a KOH concentration of 2.5% by mass for 45 minutes.
  • the protective film on the back surface of the silicon substrate was removed with an HF aqueous solution having an HF concentration of 10% by mass.
  • the silicon substrate was placed in an oxygen atmosphere at 800 ° C for 30 minutes to form a silicon oxide film having a thickness of lOnm as a passivation film on the light-receiving surface and the back surface of the silicon substrate.
  • an oxide silicon film having a thickness of 400 nm was formed as a protective film on the passivation film on the back surface of the silicon substrate by the APCVD method.
  • the silicon oxide film on the light receiving surface of the silicon substrate was removed by immersing in an HF aqueous solution having an HF concentration of 10 mass% for 1 minute.
  • silicon nitride is formed by plasma CVD on the surface (light-receiving surface) opposite to the back surface of the silicon substrate on which the p + layer and the n + layer are formed.
  • a passivation film made of a copper film was formed.
  • the apparatus shown in FIG. 4 includes a film forming channel 9, and a lower electrode 10 and an upper electrode 11 installed inside the film forming channel 9. Then, the silicon substrate 1 after the formation of the p + layer and the n + layer is placed on the lower electrode 10 in the film forming chamber 9, and the flow rate ratio (NH / Si
  • a high frequency voltage was applied between the lower electrode 10 and the upper electrode 11 so that the RF power density was 350 WZm 2 .
  • a 73 nm-thick silicon nitride film (refractive index: 2.2) was formed as an antireflection film on the passivation film.
  • the silicon substrate was cut into a square shape of 95 mm in length X 95 mm in width along the electrodes. This completed the solar cell.
  • FIG. 6 shows a schematic cross-sectional view along the line VI-VI of the solar cell shown in FIG.
  • the passivation film 2 and the antireflection film 3 are sequentially formed on the light receiving surface of the n-type silicon substrate 1, and p + is formed on the back surface of the silicon substrate 1.
  • Layer 4 and n + layer 5 were formed.
  • a passivation film 6 was formed on the back surface of the silicon substrate 1, and a p-electrode 7 and an n-electrode 8 were formed on the p + layer 4 and the n + layer 5, respectively.
  • a part of the solar cell is omitted.
  • Table 1 shows the results of investigating the characteristics of this solar cell. Short-circuit current density of this solar cell
  • Jsc was 37.50 mAZcm 2
  • the open circuit voltage (Voc) was 0.650 V
  • the fill factor (F. F) was 0.770
  • the maximum power (Pmax) was 1.694 W.
  • the RF power density when forming a passivation film on the light-receiving surface of a silicon substrate is 14
  • a solar cell was produced in the same manner as in Example 1 except that OWZm 2 was used. Table 1 shows the results of investigating the characteristics of this solar cell.
  • This solar cell has a short-circuit current density (Jsc) of 37.80 mAZcm 2 , an open circuit voltage (Voc) of 0.651 V, a fill factor (F. F) of 0.776, and a maximum power (Pmax) of 1. It was 725W.
  • SiH gas and NH gas are introduced so that the flow rate ratio (NH ZSiH) is 3, and silicon
  • a silicon nitride film having a refractive index of 2.2 was formed as a passivation film on the light receiving surface of the substrate with a thickness of 37 nm. After that, change the flow ratio (NH 2 / SiH) between SiH gas and NH gas.
  • a silicon nitride film having a refractive index of 2.2 was formed as a reflection preventing film on the adjacent passivation film with a thickness of 37 nm.
  • a solar cell was manufactured in the same manner as in Example 1 except for the above. Table 1 shows the results of investigating the characteristics of this solar cell. This solar cell has a short-circuit current density (Jsc) of 37.50mAZcm 2 , an open circuit voltage (Voc) of 0.648V, a fill factor (F. F) of 0.770, and a maximum power (Pmax) of 1. 689W. Met.
  • the refractive index of the silicon nitride film as the passivation film on the light-receiving surface of the silicon substrate (3.3) is the refractive index of the silicon nitride film as the antireflection film formed on the passivation film ( 2.2
  • the silicon nitride film having the same refractive index (2.2) is formed in the passivation film and the antireflection film.
  • the maximum power was improved. This is considered to be because the recombination of minority carriers on the light receiving surface of the silicon substrate could be prevented because a silicon nitride film having a high refractive index was formed on the light receiving surface of the silicon substrate.
  • the RF power density when forming the silicon nitride film as the noisy film is set lower than the RF power density when forming the silicon nitride film as the antireflection film.
  • the solar cell of Example 2 was improved in maximum power as compared with the solar cell of Example 1 in which both the passivation film and the antireflection film were formed with the same RF power density. This is thought to be due to the fact that the RF power density at the time of forming the passivation film was low, so that the damage applied to the silicon substrate at the time of forming the passivation film was small.
  • etching may be performed using a mixed acid of an aqueous HF solution and an aqueous HNO solution obtained by etching the silicon substrate using an aqueous NaOH solution.
  • the acid resistant resist is patterned by photolithography, but the acid resistant resist may be patterned by printing! /.
  • a p + layer was formed by vapor phase diffusion of BBr.
  • a p + layer can also be formed by spin-coating a chemical solution containing a boron compound on the surface of a silicon substrate and annealing at 700 ° C. to 1000 ° C. After pattern printing of an aluminum paste P + layer can also be formed by firing.
  • the n + layer was formed by vapor-phase diffusion of POC1.
  • An n + layer can also be formed by annealing at 0 ° C.
  • the p + layer and the n + layer are both formed in a comb shape in the above embodiment, the p + layer and the n + layer may be formed in a dot shape or a line shape, respectively. Also, the shape of the p + layer is different from the shape of the n + layer! /.
  • the force of forming the n + layer after forming the p + layer is not limited to this order.
  • the p + layer may be formed after forming the n + layer.
  • the p-shaped n-electrode and the comb-shaped electrode are formed by lift-off by removing the acid-resistant resist after depositing the Ti thin film, Pd thin film and Ag thin film.
  • a force polycrystalline silicon substrate using a single crystal silicon substrate can also be used.
  • the same film forming chamber is used for forming the passivation film and the antireflection film.
  • the film forming chamber used for forming the passivation film and the antireflection film are used. It's different from the deposition chamber!
  • the silicon nitride film is formed as the passivation film on the light receiving surface of the silicon substrate.
  • the silicon oxide film is formed as the passivation film on the light receiving surface of the silicon substrate. May be.
  • the solar cell of the present invention includes a passivation film formed on the light-receiving surface of the silicon substrate, and an antireflection film formed on the notch film, and the refractive index of the nose film has the antireflection film. Since the refractive index is higher than the maximum refractive power, the maximum power can be improved.

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Abstract

　シリコン基板（１）の受光面上に形成されたパッシベーション膜（２）と、パッシベーション膜（２）上に形成された反射防止膜（３）と、を含み、パッシベーション膜（２）の屈折率が反射防止膜（３）の屈折率よりも高い太陽電池とその太陽電池の製造方法である。ここで、パッシベーション膜（２）および反射防止膜（３）は共に窒化シリコン膜からなり得る。

Description

明 細 書
太陽電池および太陽電池の製造方法
技術分野
[0001] 本発明は太陽電池および太陽電池の製造方法に関し、特に最大電力を向上させ た太陽電池とその太陽電池の製造方法に関する。
背景技術
[0002] 近年、エネルギ資源の枯渴の問題や大気中の COの増加のような地球環境問題な
2
ど力 クリーンなエネルギの開発が望まれており、特にシリコン基板を用いた太陽電 池（以下、シリコン太陽電池ということもある）が新しいエネルギ源として開発、実用化 され、発展の道を歩んでいる。
[0003] シリコン太陽電池の最大電力向上のためには、シリコン基板の内部での少数キヤリ ァの損失を防止するだけでなぐシリコン基板の表面での少数キャリアの損失を防止 することが試みられている。特に、シリコン基板の表面での少数キャリアの損失の防止 に関して、シリコン基板の表面上に酸ィ匕シリコン膜を形成して少数キャリアの再結合 を防止するパッシベーシヨン技術が開発されている (たとえば非特許文献 1参照)。ま た、シリコン基板の表面上に窒化シリコン膜を形成するパッシベーシヨン技術も開発さ れて 、る (たとえば非特許文献 2参照)。
非特許文献 l :Jianhua Zhao, Aihua Wang, Martin A. Green, "24.7% EFFICIE NT PERL SILICON SOLAR CELLS AND OTHER HIGH EFFICIENCY SOL AR CELL AND MODULE RESEARCH AT THE UNIVERSITY OF NEW S OUTH WALES", ISES Solar World Congress, Jerusulem, Israel, 1999 非特許文献 2 : Jan Schmidt, Mark Kerr, Andres Cuevas, "Surface passivation of silicon solar cells using plasma-enhanced chemical-vapour-deposited SiN fi 1ms and thin thermal Si02/plasma SiN stacks", Semicond. Sci. TechnoL, 16 (2001), pp.164-170
発明の開示
発明が解決しょうとする課題 [0004] 上述の非特許文献 1に記載のように、シリコン基板の表面における少数キャリアの 再結合を防止するパッシベーシヨン膜としてシリコン基板の表面上に酸ィ匕シリコン膜 を形成した場合には、この酸ィ匕シリコン膜が太陽光の反射防止膜としても機能する。 しかしながら、酸化シリコン膜は太陽光の反射防止の効果が小さく太陽光の反射率 が大きいため、最大電力を十分に得ることができない。
[0005] また、上述の非特許文献 2に記載のように、ノッシベーシヨン膜としてシリコン基板 の表面上に窒化シリコン膜を形成した場合には、この窒化シリコン膜が太陽光の反射 防止膜としても機能する。窒化シリコン膜の屈折率が大きい程、パッシベーシヨン (シ リコン基板の表面における少数キャリアの再結合防止)効果を高くすることができるが 、屈折率の大きい窒化シリコン膜は太陽光の吸収による損失が大きいため、最大電 力を十分に得ることができない。
[0006] 本発明の目的は、最大電力を向上させた太陽電池とその太陽電池の製造方法とを 提供することにある。
課題を解決するための手段
[0007] 本発明は、シリコン基板の受光面上に形成されたパッシベーシヨン膜と、パッシベー シヨン膜上に形成された反射防止膜と、を含み、パッシベーシヨン膜の屈折率が反射 防止膜の屈折率よりも高!、太陽電池であることを特徴とする。
[0008] ここで、本発明の太陽電池においては、ノ¾シベーシヨン膜および反射防止膜が共 に窒化シリコン膜からなり得る。
[0009] また、本発明の太陽電池においては、パッシベーシヨン膜の膜厚が lOnm以下であ ることが好ましい。
[0010] また、本発明の太陽電池においては、ノッシベーシヨン膜の屈折率が 2. 6以上で あることが好ましい。
[0011] また、本発明は、上記のいずれかに記載の太陽電池を製造するための方法であつ て、第 1のガスを用いたプラズマ CVD法によりシリコン基板の受光面上にパッシベー シヨン膜を形成する工程と、第 1のガスと組成が異なる第 2のガスを用いたプラズマ C VD法によりパッシベーシヨン膜上に反射防止膜を形成する工程と、を含む、太陽電 池の製造方法である。なお、本発明の太陽電池の製造方法においては、第 2のガス を構成する成分の種類および成分の量的関係の少なくとも一方が第 1のガスと異な つていればよい。
[0012] ここで、本発明の太陽電池の製造方法においては、ノ ッシベーシヨン膜の形成時 における RFパワー密度が反射防止膜の形成時における RFパワー密度よりも小さい ことが好ましい。
[0013] また、本発明の太陽電池の製造方法においては、ノ ッシベーシヨン膜の形成に用 いられる製膜チャンバと反射防止膜の形成に用いられる製膜チャンバとが異なって いてもよい。
[0014] また、本発明の太陽電池の製造方法においては、第 1のガスおよび第 2のガスが、 シランガスと、アンモニアガスと、を含み得る。
発明の効果
[0015] 本発明によれば、最大電力を向上させた太陽電池とその太陽電池の製造方法とを 提供することができる。
図面の簡単な説明
[0016] [図 1]本発明の太陽電池の一例の一部の模式的な断面図である。
[図 2]SiHガスと NHガスとを用いたプラズマ CVD法により窒化シリコン膜を形成する
4 3
場合において導入されたガスの流量比 (NH ZSiH )と形成された窒化シリコン膜の
3 4
屈折率との関係を示す図である。
[図 3]プラズマ CVD法によりシリコン基板の表面上に屈折率の異なる窒化シリコン膜 を形成したときの窒化シリコン膜の屈折率と少数キャリアのライフタイムとの関係を示 す図である。
[図 4]本発明の実施例においてパッシベーシヨン膜と反射防止膜の形成に用いられ た装置の一例の模式的な断面図である。
[図 5]本発明の実施例 1において製造された太陽電池の裏面の模式的な平面図であ る。
[図 6]図 5に示す太陽電池の VI— VIに沿った模式的な断面図である。
符号の説明
[0017] 1 シリコン基板、 2, 6 ノ ッシベーシヨン膜、 3 反射防止膜、 4 p+層、 5 n+層、 7 p電極、 8 n電極、 9 製膜チャンノ 、 10 下部電極、 11 上部電極、 12 ガス導入 o
発明を実施するための最良の形態
[0018] 以下、本発明の実施の形態について説明する。なお、本発明の図面において、同 一の参照符号は、同一部分または相当部分を表わすものとする。
[0019] 図 1に本発明の太陽電池の一例の一部の模式的な断面図を示す。本発明の太陽 電池は、シリコン基板 1と、シリコン基板 1の受光面 (太陽光が入射する側の表面)上 に形成された窒化シリコン膜からなるノ ッシベーシヨン膜 2と、ノ ッシベーシヨン膜 2上 に形成された窒化シリコン膜からなる反射防止膜 3とを含み、ノッシベーシヨン膜 2の 屈折率が反射防止膜 3の屈折率よりも高 、ことを特徴として 、る。
[0020] このような構成を有することにより、窒化シリコン膜からなる反射防止膜 3における太 陽光の反射防止の効果を小さくすることなぐ反射防止膜 3よりも屈折率の高い窒化 シリコン膜からなるパッシベーシヨン膜 2によってシリコン基板 1の受光面における少 数キャリアの再結合を効果的に防止することができることから、結果として太陽電池の 最大電力を向上させることができる。
[0021] 図 2に、シラン（SiH )ガスとアンモニア（NH )ガスとを用いたプラズマ CVD法により
4 3
窒化シリコン膜を形成した場合における、導入されたガスの流量比 (NH ZSiH )と
3 4 形成された窒化シリコン膜の屈折率との関係を示す。ここで、縦軸は形成された窒化 シリコン膜の屈折率を示し、横軸は SiHガスと NHガスとの流量比（NH /SiH )を
4 3 3 4 示している。
[0022] 図 2に示すように、ガスの流量比 (NH /SiH )が大きくなる程、形成された窒化シリ
3 4
コン膜の屈折率が低くなる傾向が見られた。したがって、プラズマ CVD装置内に導 入されるガスの組成を変化させることによって、シリコン基板の受光面上に屈折率の 高い窒化シリコン膜からなるノ ッシベーシヨン膜と、このパッシベーシヨン膜上に屈折 率の低 、窒化シリコン膜からなる反射防止膜とをプラズマ CVD法を用いて形成する ことが可能になる。ここで、図 2に示す窒化シリコン膜の屈折率は、偏光解析法を用い た光源 He— Neレーザ（波長 632. 8nm)のエリプソメータによって測定された。
[0023] 図 3に、ガスの組成を変えてプラズマ CVD法によりシリコン基板の表面上に屈折率 の異なる窒化シリコン膜を形成したときの窒化シリコン膜の屈折率と少数キャリアのラ ィフタイムとの関係を示す。ここで、縦軸は少数キャリアのライフタイムを示し、横軸は 窒化シリコン膜の屈折率を示している。
[0024] 図 3に示すように、シリコン基板の表面上に形成された窒化シリコン膜の屈折率が 高い程、少数キャリアのライフタイムが長くなる傾向が見られた。特に、窒化シリコン膜 の屈折率が 2. 6以上である場合、より好ましくは 2. 9以上である場合には少数キヤリ ァのライフタイムが格段に長くなる傾向にあった。
[0025] このように、シリコン基板の受光面上に形成される窒化シリコン膜の屈折率を高くす れば少数キャリアの再結合をより防止することができる傾向にある。し力しながら、屈 折率の高い窒化シリコン膜は太陽光を吸収しやすいため、吸収による太陽光の損失 を低減するためには、シリコン基板の受光面上に形成される窒化シリコン膜の膜厚を lOnm以下にすることが好ましい。さらに、反射による太陽光の損失を低減するため には、ノ¾ /シベーシヨン膜上に屈折率が 1. 8以上 2. 3以下、膜厚が 50nm以上 100 nm以下の窒化シリコン膜を反射防止膜として形成することがより好ましい。
[0026] なお、図 3に示す窒化シリコン膜の屈折率は、偏光解析法を用いた光源 He— Neレ 一ザ (波長 632. 8nm)のエリプソメータによって測定された。また、図 3に示す少数キ ャリアのライフタイムは、波長 904nmのレーザの反射マイクロ波法を用いたライフタイ ム測定装置によって測定された。
[0027] また、プラズマ CVD法によりシリコン基板の受光面上にパッシベーシヨン膜を形成 する際の RF (高周波)パワー密度はなるべく低くすることが好ま 、。この場合には、 ノ ッシベーシヨン膜の形成時におけるシリコン基板へのダメージを減らすことができる ため、パッシベーシヨン効果の優れた窒化シリコン膜を形成することができる。
実施例
[0028] (実施例 1)
まず、 250 /z mの厚みにスライスされた縦 12. 5cm X横 12. 5cmの正方形状の n 型の単結晶シリコン基板からスライスダメージを除去するため、 NaOH水溶液によりこ のシリコン基板の表面を厚み 200 mまでエッチングした。次に、シリコン基板の受光 面および裏面に酸化シリコン膜を形成し、この酸ィ匕シリコン膜を拡散マスクとした。次 いで、シリコン基板の裏面の酸ィ匕シリコン膜に対してフォトリソグラフィにより耐酸性レ ジストをパターンユングし、露出して!/ヽる酸ィ匕シリコン膜をフッ酸によりエッチングした
。そして、 970°Cの雰囲気で 50分間、 BBrを気相拡散することによって、上記のエツ
3
チングされたシリコン基板の裏面に櫛形状の P+層を形成した。
[0029] その後、再度、シリコン基板の表面および裏面に酸ィ匕シリコン膜を形成し、 p+層の 形成の場合と同様にしてシリコン基板の裏面の酸ィ匕シリコン膜を所望の形状にエッチ ングした。そして、 970°Cの雰囲気で 20分間、 POC1を気相拡散することによって、
3
上記のエッチングされたシリコン基板の裏面に上記の P+層と重なり合わないように P+ 層と向き合った櫛形状の n+層を形成した。
[0030] 次 、で、シリコン基板の裏面の反対側にある表面 (受光面）のテクスチャ加工を行な うため、シリコン基板の裏面に保護膜として酸ィ匕シリコン膜を APCVD法 (常圧化学気 相成長法）により 800nmの厚みで形成し、 KOH濃度が 2. 5質量％である 80°Cの K OH水溶液に 45分間浸漬することによってシリコン基板の受光面にテクスチャ力卩ェを 施した。その後、シリコン基板の裏面の保護膜を HF濃度が 10質量％の HF水溶液 により除去した。
[0031] 次に、シリコン基板を 800°Cの酸素雰囲気下に 30分間設置することによってパッシ ベーシヨン膜として lOnmの厚みの酸ィ匕シリコン膜をシリコン基板の受光面および裏 面に形成した。続いて、シリコン基板の裏面のパッシベーシヨン膜上に APCVD法に より保護膜として酸ィ匕シリコン膜を 400nmの厚みで形成した。その後、シリコン基板 の受光面に窒化シリコン膜を形成するために、 HF濃度が 10質量％の HF水溶液に 1分間浸漬させることによってシリコン基板の受光面の酸ィ匕シリコン膜を除去した。
[0032] 続いて、図 4の模式的断面図に示す装置を用いて、 p+層および n+層が形成された シリコン基板の裏面と反対側の表面 (受光面）上にプラズマ CVD法により窒化シリコ ン膜からなるパッシベーシヨン膜を形成した。ここで、図 4に示す装置は、製膜チャン ノ 9と、製膜チャンノ 9の内部に設置された下部電極 10と上部電極 11とを含んでい る。そして、製膜チャンバ 9の内部の下部電極 10上に p+層および n+層の形成後のシ リコン基板 1を設置し、ガス導入口 12から SiHガスと NHガスとを流量比（NH /Si
4 3 3
H )が 0. 2になるようして導入した。次いで、下部電極 10と上部電極 11との間に RF パワー密度が 350WZm2となるように高周波電圧を印加した。これにより、シリコン基 板 1の受光面上にパッシベーシヨン膜として膜厚 5nmの窒化シリコン膜 (屈折率: 3. 3)を形成した。
[0033] その後、製膜チャンバ 9の内部のガスをー且排気した後、再度、ガス導入口 12から SiHガスと NHガスとを流量比（NH ZSiH )が 3になるようして導入した。次いで、
4 3 3 4
下部電極 10と上部電極 11との間に RFパワー密度が 350WZm2となるように高周波 電圧を印加した。これにより、ノ ッシベーシヨン膜上に反射防止膜として膜厚 73nm の窒化シリコン膜 (屈折率: 2. 2)を形成した。
[0034] 上記のパッシベーシヨン膜が形成されたシリコン基板の裏面にフォトリソグラフィによ り耐酸性レジストをパターンユングし、耐酸性レジストおよびパッシベーシヨン膜をフッ 酸によりエッチングすることによって、 p+層および n+層が形成された箇所が露出した コンタクトホールを形成した。そして、シリコン基板の裏面の全面に Ti (チタン)薄膜、 Pd (パラジウム)薄膜および Ag (銀)薄膜をシリコン基板の裏面力もこの順序で蒸着し た後に耐酸性レジストを除去することによってリフトオフにより図 5の模式的平面図に 示す櫛形状の P電極 7および n電極 8を形成した。
[0035] その後、シリコン基板を電極に沿って、縦 95mm X横 95mmの正方形状に切り出し た。これにより太陽電池が完成した。
[0036] 図 6に、図 5に示す太陽電池の VI— VIに沿った模式的な断面図を示す。図 6に示 すように、実施例 1の太陽電池においては、 n型のシリコン基板 1の受光面上にパッシ ベーシヨン膜 2および反射防止膜 3が順次形成され、シリコン基板 1の裏面には p+層 4および n+層 5が形成された。また、シリコン基板 1の裏面上にはパッシベーシヨン膜 6が形成され、 p+層 4および n+層 5上にはそれぞれ p電極 7および n電極 8がそれぞ れ形成された。なお、図 6においては、太陽電池の一部が省略して記載されている。
[0037] この太陽電池の特性を調査した結果を表 1に示す。この太陽電池の短絡電流密度
(Jsc)は 37. 50mAZcm2であって、開放電圧（Voc)は 0. 650V、フィルファクタ（F . F)は 0. 770、最大電力（Pmax)は 1. 694Wであった。
[0038] (実施例 2)
シリコン基板の受光面上にパッシベーシヨン膜を形成する際の RFパワー密度を 14 OWZm2にしたこと以外は実施例 1と同様にして太陽電池を製造した。この太陽電池 の特性を調査した結果を表 1に示す。この太陽電池の短絡電流密度 (Jsc)は 37. 80 mAZcm2であって、開放電圧（Voc)は 0. 651V、フィルファクタ（F. F)は 0. 776、 最大電力（Pmax)は 1. 725Wであった。
[0039] (比較例 1)
SiHガスと NHガスとを流量比（NH ZSiH )が 3となるようにして導入し、シリコン
4 3 3 4
基板の受光面上にパッシベーシヨン膜として屈折率が 2. 2の窒化シリコン膜を膜厚 3 7nm形成した。その後、 SiHガスと NHガスとの流量比（NH /SiH )を変更するこ
4 3 3 4
となぐノ^シベーシヨン膜上に反射防止膜として屈折率が 2. 2の窒化シリコン膜を 膜厚 37nm形成した。上記以外は実施例 1と同様にして太陽電池を製造した。この太 陽電池の特性を調査した結果を表 1に示す。この太陽電池の短絡電流密度 (Jsc)は 37. 50mAZcm2であって、開放電圧（Voc)は 0. 648V、フィルファクタ（F. F)は 0 . 770、最大電力（Pmax)は 1. 689Wであった。
[0040] [表 1]
性太特電池陽防膜の射止' A反シシンへ Λッヨ一
密度' J'密度 RF膜厚 RFヮヮSC、 ' Λ-- o
折屈率屈折率
/22/ (A)/ ())W (W (mtncmmmn
69 l ο·
5507 060 3実施例 1.,
へ 077651 06実施例 2'.
o > ； 0
> 1689 077050 37較例比 1,'. o
r
o o
ト
o o
表 1に示すように、シリコン基板の受光面上のパッシベーシヨン膜としての窒化シリコ ン膜の屈折率（3. 3)がパッシベーシヨン膜上に形成された反射防止膜としての窒化 シリコン膜の屈折率（2. 2)よりも高い実施例 1および実施例 2の太陽電池は、パッシ ベーシヨン膜と反射防止膜が同一の屈折率 (2. 2)を有する窒化シリコン膜が形成さ れた比較例 1の太陽電池と比べて最大電力が向上していた。これは、シリコン基板の 受光面上に高い屈折率を有する窒化シリコン膜が形成されたため、シリコン基板の受 光面における少数キャリアの再結合が防止できたことによるものと考えられる。
[0042] また、表 1に示すように、ノッシベーシヨン膜としての窒化シリコン膜を形成する際の RFパワー密度を反射防止膜としての窒化シリコン膜を形成する際の RFパワー密度 よりも低くして形成された実施例 2の太陽電池は、パッシベーシヨン膜および反射防 止膜の双方が同一の RFパワー密度で形成された実施例 1の太陽電池と比べて最大 電力が向上していた。これは、ノッシベーシヨン膜の形成時における RFパワー密度 が低力つたため、パッシベーシヨン膜の形成時におけるシリコン基板に与えられるダメ ージが少な力 たことによるものと考えられる。
[0043] なお、上記の実施例においては NaOH水溶液を用いてシリコン基板をエッチングし た力 HF水溶液と HNO水溶液との混酸を用いてエッチングしてもよい。
3
[0044] また、上記の実施例においてはフォトリソグラフィにより耐酸性レジストをパターン- ングしたが、印刷により耐酸性レジストをパターンユングしてもよ!/、。
[0045] また、上記の実施例にお!ヽては BBrを気相拡散することによって p+層を形成した
3
力 ホウ素化合物を含む薬液をシリコン基板の表面にスピンコートしてから 700°C〜1 000°Cでァニールすることによって p+層を形成することもでき、また、アルミニウムぺ 一ストをパターン印刷した後に焼成することによって P+層を形成することもできる。
[0046] また、上記の実施例にお!、て、 POC1を気相拡散することによって n+層を形成した
3
が、リンィ匕合物を含む薬液をシリコン基板の表面にスピンコートしてから 700°C〜 100
0°Cでァニールすることによって n+層を形成することもできる。
[0047] また、上記の実施例にお!、ては p+層および n+層を共に櫛形状に形成したが、 p+層 および n+層をそれぞれドット状やライン状に形成してもよい。また、 p+層の形状と n+ 層の形状とは異なって!/、てもよ 、。
[0048] また、上記の実施例においては p+層を形成した後に n+層を形成した力 この順序 に限定されるものではなぐ n+層を形成した後に p+層を形成してもよい。
[0049] また、上記の実施例においては Ti薄膜、 Pd薄膜および Ag薄膜を蒸着した後に耐 酸性レジストを除去することによってリフトオフにより櫛形状の p電極および n電極を形 成したが、 p+層上および n+層上に銀ペーストを印刷、乾燥した後に 400°C〜750°C で 1〜： LOO分焼成することによって p電極および n電極を形成することもできる。
[0050] また、上記の実施例においては単結晶のシリコン基板を用いた力 多結晶のシリコ ン基板を用いることもできる。
[0051] また、上記の実施例においては n型のシリコン基板を用いた力 p型のシリコン基板 を用いることちでさる。
[0052] また、上記の実施例においてはパッシベーシヨン膜および反射防止膜の形成に同 一の製膜チャンバを用いたが、パッシベーシヨン膜の形成に用いられる製膜チャンバ と反射防止膜の形成に用いられる製膜チャンバとが異なって 、てもよ!/、。
[0053] また、上記の実施例においてはシリコン基板の受光面上にパッシベーシヨン膜とし て窒化シリコン膜が形成されたが、シリコン基板の受光面上にパッシベーシヨン膜とし ては酸ィ匕シリコン膜が形成されてもよい。
[0054] また、上記の実施例におけるシリコン基板の裏面に形成されたパッシベーシヨン膜 の屈折率を高くすることによってシリコン基板の裏面におけるノッシベーシヨン効果を 向上させることができる。
[0055] 今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的な ものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求 の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が 含まれることが意図される。
産業上の利用可能性
[0056] 本発明の太陽電池は、シリコン基板の受光面上に形成されたパッシベーシヨン膜と 、 ノッシベーシヨン膜上に形成された反射防止膜とを含んでおり、ノッシベーシヨン膜 の屈折率が前記反射防止膜の屈折率よりも高いことから、最大電力を向上させること ができる。

Claims

請求の範囲
[1] シリコン基板（1)の受光面上に形成されたパッシベーシヨン膜 (2)と、前記パッシベ ーシヨン膜 (2)上に形成された反射防止膜 (3)と、を含み、前記パッシベーシヨン膜（
2)の屈折率が前記反射防止膜 (3)の屈折率よりも高 、ことを特徴とする、太陽電池。
[2] 前記パッシベーシヨン膜 (2)および前記反射防止膜 (3)が共に窒化シリコン膜から なることを特徴とする、請求項 1に記載の太陽電池。
[3] 前記パッシベーシヨン膜 (2)の膜厚が lOnm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。
[4] 前記パッシベーシヨン膜 (2)の屈折率が 2. 6以上であることを特徴とする、請求項 1 に記載の太陽電池。
[5] 請求項 1に記載の太陽電池を製造するための方法であって、第 1のガスを用いたプ ラズマ CVD法により前記シリコン基板（1)の受光面上に前記パッシベーシヨン膜を形 成する工程と、前記第 1のガスと組成が異なる第 2のガスを用いたプラズマ CVD法に より前記パッシベーシヨン膜 (2)上に前記反射防止膜 (3)を形成する工程と、を含む 、太陽電池の製造方法。
[6] 前記パッシベーシヨン膜 (2)の形成時における RFパワー密度が前記反射防止膜（
3)の形成時における RFパワー密度よりも小さいことを特徴とする、請求項 5に記載の 太陽電池の製造方法。
[7] 前記パッシベーシヨン膜 (2)の形成に用いられる製膜チャンバと前記反射防止膜（ 3)の形成に用いられる製膜チャンバとが異なることを特徴とする、請求項 5に記載の 太陽電池の製造方法。
[8] 前記第 1のガスおよび前記第 2のガスが、シランガスと、アンモニアガスと、を含むこ とを特徴とする、請求項 5に記載の太陽電池の製造方法。
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