裏面電極型の太陽電池の製造方法
本発明は、基板の裏面部にp+領域とn+領域を形成するに際して、イオン注入工程と熱拡散工程とを組み合わせて工数を最小化す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ものであって、本発明に係る裏面電極型の太陽電池の製造方法は、n型の結晶質シリコン基板を準備するステップと、前記基板の表面、裏面及び側面上に熱拡散制御膜を形成するステップと、前記基板の裏面上にp型不純物イオンをイオン注入してp型不純物領域を形成するステップと、前記基板の裏面が選択的に露出するように前記熱拡散制御膜をパターニングするステップ、及び熱拡散工程を実施して露出した基板の裏面領域に高濃度裏面電界層(n+)を形成するとともに前記基板の表面部に低濃度表面電界層(n-)を形成し、前記p型不純物領域を活性化させてp+エミッタ領域を形成するステップと、を含んでなることを特徴とする。
【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、基板の裏面部にp+領域とn+領域を形成するに際してイオン注入を利用したドーピング工程と熱拡散工程とを組み合わせて工数を最小化す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(diode)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、太陽電池のp−n接合部に太陽光が入射すると電子・正孔対が生成され、電場によって電子はn層に、正孔はp層に移動することで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、表面と裏面にそれぞれ表面電極と裏面電極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】
図1は、米国登録特許7,339,110号に提示された裏面電極型の太陽電池の断面図である。図1を参考すると、シリコン基板の裏面部にp型不純物イオンが注入された領域であるp+領域とn型不純物イオンが熱拡散によって注入された領域であるn+領域が具備され、p+領域とn+領域上にくし型(interdigitated)の金属電極50、52が具備された構造をなす。
【0005】
一方、米国登録特許7,339,110号に開示された裏面電極型の太陽電池の製造方法を説明すると、p+領域とn+領域を形成するためにそれぞれ熱拡散工程を行い、それぞれの熱拡散工程によって生成された酸化膜を除去しなければならない。このとき、n+領域の形成のための熱拡散工程を行う際、n+領域を限定するためにp+領域の形成の際に生成された酸化膜を選択的にパターニングする工程の追加を余儀なくされる。
【0006】
このように従来の裏面電極型の太陽電池の製造方法では、2回の熱拡散工程が必ず要求され、酸化膜のパターニング及びエッチングマスクのパターニングなどのために少なくとも4回以上のフォトリソグラフィ工程及びエッチング工程が要求されるなど、工程が極めて複雑になるという不具合がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【特許文献1】米国特許第7339110号明細書
【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なされたものであって、基板の裏面部にp+領域とn+領域を形成するに際してイオン注入を利用したドーピング工程と熱拡散工程とを組み合わせて工数を最小化す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その目的がある。
【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、n型の結晶質シリコン基板を準備するステップと、前記基板の表面、裏面及び側面上に熱拡散制御膜を形成するステップと、前記基板の裏面上にp型不純物イオンをイオン注入してp型不純物領域を形成するステップと、前記基板の裏面が選択的に露出するように前記熱拡散制御膜をパターニングするステップ、及び熱拡散工程を実施して露出した基板の裏面領域に高濃度裏面電界層(n+)を形成するとともに前記基板の表面部に低濃度表面電界層(n-)を形成し、前記p型不純物領域を活性化させてp+エミッタ領域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】
前記基板の裏面が選択的に露出するように前記熱拡散制御膜をパターニングするステップでは、前記高濃度裏面電界層(n+)が形成される部位の熱拡散制御膜及び基板の厚みの一部を除去することができる。また、前記高濃度裏面電界層(n+)が形成される部位の熱拡散制御膜及び基板の厚みの一部を除去する方法では、前記高濃度裏面電界層(n+)が形成される部位の熱拡散制御膜上にレーザーを照射して熱拡散制御膜及び基板の厚みの一部を除去するか、前記高濃度裏面電界層(n+)が形成される部位の熱拡散制御膜上にエッチングペーストを塗布して熱拡散制御膜及び基板の厚みの一部を除去することができ、前記高濃度裏面電界層(n+)が形成される部位の熱拡散制御膜及び基板の厚みの一部を反応性イオンエッチングにて除去することができる。このとき、除去される基板の厚みは、前記p型不純物領域の深さに相当してよい。
【0011】
本発明に係る裏面電極型の太陽電池の製造方法は、n型の結晶質シリコン基板を準備するステップと、前記基板の表面、裏面及び側面上に熱拡散制御膜を形成するステップと、前記基板の裏面上にp型不純物イオンをイオン注入してp型不純物領域を形成するステップと、前記基板の裏面上に拡散防止膜を形成するステップと、前記基板の裏面が選択的に露出するように前記熱拡散制御膜及び拡散防止膜をパターニングするステップ、及び熱拡散工程を実施して露出した基板の裏面領域に高濃度裏面電界層(n+)を形成するとともに前記基板の表面部に低濃度表面電界層(n-)を形成し、前記p型不純物領域を活性化させてp+エミッタ領域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】
前記基板の表面に形成された熱拡散制御膜の厚みは、前記基板の裏面及び側面に形成された熱拡散制御膜よりも相対的に小さいことが好ましい。前記p+エミッタ領域の面抵抗は、10〜60Ω/sq.であってよく、前記高濃度裏面電界層(n+)の面抵抗は、10〜80Ω/sq.であってよく、前記低濃度表面電界層(n-)の面抵抗は、50〜150Ω/sq.であってよい。
【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。
一回のイオン注入工程と一回の熱拡散工程にて裏面電界を容易に形成することができ、パターニング作業を最小化することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【0014】
【図1】従来技術に係る裏面電極型の太陽電池の構成図である。
【図2】本発明の第1の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】〜
【図3f】本発明の第1の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4a】〜
【図4g】本発明の第2の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ことにする。図2は、本発明の第1の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、本発明の第1の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。
【0016】
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(S201)、前記第1の導電型のシリコン基板301の表面に凹凸302が形成されるようにテクスチャリング(texturing)工程を行う(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ものであり、湿式エッチング方法または反応性イオンエッチング(reactive ion etching)などの乾式エッチング方法を用いて行うことができる。ここで、前記表面の凹凸構造は受光面、すなわち、表面だけに形成することが好ましい。また、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n型であることを基準にする。
【0017】
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、前記基板301周りに沿って所定の厚みの熱拡散制御膜303を形成する(S203)。前記熱拡散制御膜303は、後述する熱拡散工程を行う際に一部の領域における熱拡散程度を制御する役割を果たし、イオン注入(ion implantation)が可能な程度にその厚みが設定されている必要がある。このとき、後述する不純物イオン注入の際、イオン注入は、イオン粒子状態で注入される各種の方式をいずれも含み、具体的に、イオン注入、イオンドーピング、プラズマドーピング、プラズマイオンシャワーリングのいずれかを用いることができる。
【0018】
また、熱拡散工程を行う際に、基板301表面部へのp+またはn+不純物の拡散を可能にするために前記基板301表面上の熱拡散制御膜303は、裏面及び側面よりもその厚みを小さくすることもできる。前記熱拡散制御膜303は、一実施例として、シリコン酸化膜(SiO2)またはSOG(silicon oxide glass)などからなるものであってよく、PECVD(plasma enhanced chemical vapor deposition)、熱酸化、湿式酸化、スピンオン方式、スプレー方式、スパッタリング方式などの各種の薄膜積層方法にて形成されていてよい。
【0019】
前記熱拡散制御膜303が前記基板301の表面、裏面及び側面上に積層された状態で、図3cに示すように、前記基板301裏面上に第2の導電型の不純物イオン、すなわち、ホウ素(B)などのp型不純物イオンを注入してp型不純物領域304を形成する(S204)。このとき、注入されるイオンは、前記熱拡散制御膜303を通って基板301裏面部の所定の領域に注入されなければならないが、これは、イオン注入エネルギーにて制御可能であり、10〜50keV程度が好ましい。これとともに、前記p型不純物イオンの注入方法は、イオン注入(ion implanting)、イオンドーピング(ion doping)、プラズマドーピング(plasma doping)方法のいずれかを用いることができる。
【0020】
また、前記p型不純物領域304は、後述する熱拡散工程によって活性化されるが、活性化されたp+エミッタ領域307の面抵抗が10〜60Ω/sq.になるように、前記p型不純物領域304の形成の際にそれに応じた濃度のイオンが注入される必要があり、p+エミッタ領域307の深さは、0.3〜2μm程度になるようにすることが好ましい。
【0021】
前記p+エミッタ領域307が形成された状態で、図3dに示すように、高濃度裏面電界層(n+)305が形成される部位に相当する基板301裏面の熱拡散制御膜303及び基板の厚みの一部を選択的に除去する(S205)。このとき、熱拡散制御膜を除去するとともに基板の厚みの一部を除去する理由は、p型不純物領域を除去することで後述する熱拡散工程によって生成される高濃度裏面電界層(n+)の濃度がp型不純物領域によって影響を受けることを最小化するためである。
【0022】
前記熱拡散制御膜303及び基板301の厚みの一部を選択的に除去する方法としては、レーザー除去法(laser ablation)が用いられていてよい。すなわち、高濃度裏面電界層(n+)305が形成される部位の熱拡散制御膜303上にレーザーを照射して当該部位の熱拡散制御膜303及び基板の厚みの一部を除去することができる。このとき、レーザーの照射によって除去される基板301の厚さは、前記p型不純物領域304の深さ程度が好ましい。
【0023】
また、前記レーザー除去法のほか、エッチングペーストを利用することもできる。具体的に、前記高濃度裏面電界層(n+)が形成される部位の熱拡散制御膜303上にインクジェット方式またはスクリーン印刷方式にてエッチングペーストを塗布することで当該部位の熱拡散制御膜303及び基板301の厚みの一部を除去することができる。上述した方法のほか、反応性イオンエッチング(reactive ion etching)方法などの乾式エッチング方法を用いることもできる。
【0024】
一方、前記熱拡散制御膜303及び基板301の厚みの一部を選択的に除去するに際して、1次的に前記熱拡散制御膜303を除去した後、2次的にアルカリ水溶液などを利用して基板の厚みの一部をエッチングして、除去するとともに、前記熱拡散制御膜の除去の際に損傷された基板を治癒することができる。
【0025】
このような状態で、図3eに示すように、熱拡散工程を実施して高濃度裏面電界層(n+)305と低濃度表面電界層(n-)306とを同時に形成するとともに、前記p型不純物領域304を活性化させてp+エミッタ領域307を形成する(S206)。具体的に、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1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。このとき、熱拡散制御膜303が除去されて基板301裏面の露出した部位は、熱拡散制御膜303が具備された部位に比べて相対的に不純物イオンの拡散程度が大きくなっており、これによって基板301裏面が露出した部位には高濃度裏面電界層(n+)305が形成され、熱拡散制御膜303が具備された基板301表面部には低濃度表面電界層(n-)306が形成される。このとき、前記高濃度裏面電界層(n+)305と低濃度表面電界層(n-)306は、それぞれ10〜80Ω/sq.、50〜150Ω/sq.の面抵抗を有するように不純物イオンの濃度を調節することが好ましく、これとともに、前記高濃度裏面電界層(n+)305と低濃度表面電界層(n-)306は、それぞれ0.2〜1.5μm、0.1〜0.4μmの深さを有することが好ましい。ここで、前記第1の導電型不純物イオンがp型の場合、前記POCl3ガスの代りにBBr3ガスが利用されていてよい。
【0026】
一方、前記n型不純物イオンの熱拡散工程は、上述したような気相のガスを利用する方法のほか、n型不純物イオンが含まれた溶液、例えば、リン酸(H3PO4)溶液またはリン(P)が含有されている材料中に前記シリコン基板301を沈積するか、スプレー方式による塗布またはスピンオン方式を用いたコーティングなどにより表面に膜を形成させ、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高濃度裏面電界層(n+)305と低濃度表面電界層(n-)306を形成する方法を用いることもできる。
【0027】
次いで、図3fに示すように、前記熱拡散制御膜303及び前記熱拡散工程の副産物であるPSG膜を除去すれば、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方法が完了する。
【0028】
次に、本発明の第2の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ことにする。図4aないし図4gは、本発明の第2の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。
【0029】
本発明の第2の実施形態は、熱拡散工程を行う際にp+エミッタ領域307へn型不純物イオンが拡散していくことを完壁に遮断することに特徴がある。これを実現するために、図4dに示すように、p型不純物領域304が形成された状態で基板301裏面の熱拡散制御膜303上に拡散防止膜401を積層した後、図4eに示すように、高濃度裏面電界層(n+)305が形成される部位の熱拡散制御膜303、拡散防止膜401、及び基板の厚みの一部を選択的に除去して基板301裏面を露出させ、このような状態で図4fに示すように熱拡散工程を実施して高濃度裏面電界層(n+)305及び低濃度表面電界層(n-)306を形成してp型不純物領域304を活性化させる。このとき、拡散防止膜401は、代表的な実例として、シリコン窒化膜(SiNx)、SOG(Silicon Oxide Glass)、真性非晶質シリコン(Intrinsic amorphous silicon)膜などの前記に相応する絶縁膜質の特性を有する膜が適合する。一方、テクスチャリング工程、熱拡散制御膜303の形成、p電極308及びn電極309の形成工程は、第1の実施形態のそれらと同様であり、その詳細な説明は省略することにする。
【産業上の利用可能性】
【0030】
一回のイオン注入工程と一回の熱拡散工程にて裏面電界を容易に形成することができ、パターニング作業を最小化することができるようになる。
【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、基板の裏面部にp+領域とn+領域を形成するに際してイオン注入を利用したドーピング工程と熱拡散工程とを組み合わせて工数を最小化す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(diode)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、太陽電池のp−n接合部に太陽光が入射すると電子・正孔対が生成され、電場によって電子はn層に、正孔はp層に移動することで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、表面と裏面にそれぞれ表面電極と裏面電極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】
図1は、米国登録特許7,339,110号に提示された裏面電極型の太陽電池の断面図である。図1を参考すると、シリコン基板の裏面部にp型不純物イオンが注入された領域であるp+領域とn型不純物イオンが熱拡散によって注入された領域であるn+領域が具備され、p+領域とn+領域上にくし型(interdigitated)の金属電極50、52が具備された構造をなす。
【0005】
一方、米国登録特許7,339,110号に開示された裏面電極型の太陽電池の製造方法を説明すると、p+領域とn+領域を形成するためにそれぞれ熱拡散工程を行い、それぞれの熱拡散工程によって生成された酸化膜を除去しなければならない。このとき、n+領域の形成のための熱拡散工程を行う際、n+領域を限定するためにp+領域の形成の際に生成された酸化膜を選択的にパターニングする工程の追加を余儀なくされる。
【0006】
このように従来の裏面電極型の太陽電池の製造方法では、2回の熱拡散工程が必ず要求され、酸化膜のパターニング及びエッチングマスクのパターニングなどのために少なくとも4回以上のフォトリソグラフィ工程及びエッチング工程が要求されるなど、工程が極めて複雑になるという不具合がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【特許文献1】米国特許第7339110号明細書
【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なされたものであって、基板の裏面部にp+領域とn+領域を形成するに際してイオン注入を利用したドーピング工程と熱拡散工程とを組み合わせて工数を最小化す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その目的がある。
【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、n型の結晶質シリコン基板を準備するステップと、前記基板の表面、裏面及び側面上に熱拡散制御膜を形成するステップと、前記基板の裏面上にp型不純物イオンをイオン注入してp型不純物領域を形成するステップと、前記基板の裏面が選択的に露出するように前記熱拡散制御膜をパターニングするステップ、及び熱拡散工程を実施して露出した基板の裏面領域に高濃度裏面電界層(n+)を形成するとともに前記基板の表面部に低濃度表面電界層(n-)を形成し、前記p型不純物領域を活性化させてp+エミッタ領域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】
前記基板の裏面が選択的に露出するように前記熱拡散制御膜をパターニングするステップでは、前記高濃度裏面電界層(n+)が形成される部位の熱拡散制御膜及び基板の厚みの一部を除去することができる。また、前記高濃度裏面電界層(n+)が形成される部位の熱拡散制御膜及び基板の厚みの一部を除去する方法では、前記高濃度裏面電界層(n+)が形成される部位の熱拡散制御膜上にレーザーを照射して熱拡散制御膜及び基板の厚みの一部を除去するか、前記高濃度裏面電界層(n+)が形成される部位の熱拡散制御膜上にエッチングペーストを塗布して熱拡散制御膜及び基板の厚みの一部を除去することができ、前記高濃度裏面電界層(n+)が形成される部位の熱拡散制御膜及び基板の厚みの一部を反応性イオンエッチングにて除去することができる。このとき、除去される基板の厚みは、前記p型不純物領域の深さに相当してよい。
【0011】
本発明に係る裏面電極型の太陽電池の製造方法は、n型の結晶質シリコン基板を準備するステップと、前記基板の表面、裏面及び側面上に熱拡散制御膜を形成するステップと、前記基板の裏面上にp型不純物イオンをイオン注入してp型不純物領域を形成するステップと、前記基板の裏面上に拡散防止膜を形成するステップと、前記基板の裏面が選択的に露出するように前記熱拡散制御膜及び拡散防止膜をパターニングするステップ、及び熱拡散工程を実施して露出した基板の裏面領域に高濃度裏面電界層(n+)を形成するとともに前記基板の表面部に低濃度表面電界層(n-)を形成し、前記p型不純物領域を活性化させてp+エミッタ領域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】
前記基板の表面に形成された熱拡散制御膜の厚みは、前記基板の裏面及び側面に形成された熱拡散制御膜よりも相対的に小さいことが好ましい。前記p+エミッタ領域の面抵抗は、10〜60Ω/sq.であってよく、前記高濃度裏面電界層(n+)の面抵抗は、10〜80Ω/sq.であってよく、前記低濃度表面電界層(n-)の面抵抗は、50〜150Ω/sq.であってよい。
【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。
一回のイオン注入工程と一回の熱拡散工程にて裏面電界を容易に形成することができ、パターニング作業を最小化することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【0014】
【図1】従来技術に係る裏面電極型の太陽電池の構成図である。
【図2】本発明の第1の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】〜
【図3f】本発明の第1の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4a】〜
【図4g】本発明の第2の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ことにする。図2は、本発明の第1の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、本発明の第1の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。
【0016】
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(S201)、前記第1の導電型のシリコン基板301の表面に凹凸302が形成されるようにテクスチャリング(texturing)工程を行う(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ものであり、湿式エッチング方法または反応性イオンエッチング(reactive ion etching)などの乾式エッチング方法を用いて行うことができる。ここで、前記表面の凹凸構造は受光面、すなわち、表面だけに形成することが好ましい。また、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n型であることを基準にする。
【0017】
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、前記基板301周りに沿って所定の厚みの熱拡散制御膜303を形成する(S203)。前記熱拡散制御膜303は、後述する熱拡散工程を行う際に一部の領域における熱拡散程度を制御する役割を果たし、イオン注入(ion implantation)が可能な程度にその厚みが設定されている必要がある。このとき、後述する不純物イオン注入の際、イオン注入は、イオン粒子状態で注入される各種の方式をいずれも含み、具体的に、イオン注入、イオンドーピング、プラズマドーピング、プラズマイオンシャワーリングのいずれかを用いることができる。
【0018】
また、熱拡散工程を行う際に、基板301表面部へのp+またはn+不純物の拡散を可能にするために前記基板301表面上の熱拡散制御膜303は、裏面及び側面よりもその厚みを小さくすることもできる。前記熱拡散制御膜303は、一実施例として、シリコン酸化膜(SiO2)またはSOG(silicon oxide glass)などからなるものであってよく、PECVD(plasma enhanced chemical vapor deposition)、熱酸化、湿式酸化、スピンオン方式、スプレー方式、スパッタリング方式などの各種の薄膜積層方法にて形成されていてよい。
【0019】
前記熱拡散制御膜303が前記基板301の表面、裏面及び側面上に積層された状態で、図3cに示すように、前記基板301裏面上に第2の導電型の不純物イオン、すなわち、ホウ素(B)などのp型不純物イオンを注入してp型不純物領域304を形成する(S204)。このとき、注入されるイオンは、前記熱拡散制御膜303を通って基板301裏面部の所定の領域に注入されなければならないが、これは、イオン注入エネルギーにて制御可能であり、10〜50keV程度が好ましい。これとともに、前記p型不純物イオンの注入方法は、イオン注入(ion implanting)、イオンドーピング(ion doping)、プラズマドーピング(plasma doping)方法のいずれかを用いることができる。
【0020】
また、前記p型不純物領域304は、後述する熱拡散工程によって活性化されるが、活性化されたp+エミッタ領域307の面抵抗が10〜60Ω/sq.になるように、前記p型不純物領域304の形成の際にそれに応じた濃度のイオンが注入される必要があり、p+エミッタ領域307の深さは、0.3〜2μm程度になるようにすることが好ましい。
【0021】
前記p+エミッタ領域307が形成された状態で、図3dに示すように、高濃度裏面電界層(n+)305が形成される部位に相当する基板301裏面の熱拡散制御膜303及び基板の厚みの一部を選択的に除去する(S205)。このとき、熱拡散制御膜を除去するとともに基板の厚みの一部を除去する理由は、p型不純物領域を除去することで後述する熱拡散工程によって生成される高濃度裏面電界層(n+)の濃度がp型不純物領域によって影響を受けることを最小化するためである。
【0022】
前記熱拡散制御膜303及び基板301の厚みの一部を選択的に除去する方法としては、レーザー除去法(laser ablation)が用いられていてよい。すなわち、高濃度裏面電界層(n+)305が形成される部位の熱拡散制御膜303上にレーザーを照射して当該部位の熱拡散制御膜303及び基板の厚みの一部を除去することができる。このとき、レーザーの照射によって除去される基板301の厚さは、前記p型不純物領域304の深さ程度が好ましい。
【0023】
また、前記レーザー除去法のほか、エッチングペーストを利用することもできる。具体的に、前記高濃度裏面電界層(n+)が形成される部位の熱拡散制御膜303上にインクジェット方式またはスクリーン印刷方式にてエッチングペーストを塗布することで当該部位の熱拡散制御膜303及び基板301の厚みの一部を除去することができる。上述した方法のほか、反応性イオンエッチング(reactive ion etching)方法などの乾式エッチング方法を用いることもできる。
【0024】
一方、前記熱拡散制御膜303及び基板301の厚みの一部を選択的に除去するに際して、1次的に前記熱拡散制御膜303を除去した後、2次的にアルカリ水溶液などを利用して基板の厚みの一部をエッチングして、除去するとともに、前記熱拡散制御膜の除去の際に損傷された基板を治癒することができる。
【0025】
このような状態で、図3eに示すように、熱拡散工程を実施して高濃度裏面電界層(n+)305と低濃度表面電界層(n-)306とを同時に形成するとともに、前記p型不純物領域304を活性化させてp+エミッタ領域307を形成する(S206)。具体的に、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1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。このとき、熱拡散制御膜303が除去されて基板301裏面の露出した部位は、熱拡散制御膜303が具備された部位に比べて相対的に不純物イオンの拡散程度が大きくなっており、これによって基板301裏面が露出した部位には高濃度裏面電界層(n+)305が形成され、熱拡散制御膜303が具備された基板301表面部には低濃度表面電界層(n-)306が形成される。このとき、前記高濃度裏面電界層(n+)305と低濃度表面電界層(n-)306は、それぞれ10〜80Ω/sq.、50〜150Ω/sq.の面抵抗を有するように不純物イオンの濃度を調節することが好ましく、これとともに、前記高濃度裏面電界層(n+)305と低濃度表面電界層(n-)306は、それぞれ0.2〜1.5μm、0.1〜0.4μmの深さを有することが好ましい。ここで、前記第1の導電型不純物イオンがp型の場合、前記POCl3ガスの代りにBBr3ガスが利用されていてよい。
【0026】
一方、前記n型不純物イオンの熱拡散工程は、上述したような気相のガスを利用する方法のほか、n型不純物イオンが含まれた溶液、例えば、リン酸(H3PO4)溶液またはリン(P)が含有されている材料中に前記シリコン基板301を沈積するか、スプレー方式による塗布またはスピンオン方式を用いたコーティングなどにより表面に膜を形成させ、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高濃度裏面電界層(n+)305と低濃度表面電界層(n-)306を形成する方法を用いることもできる。
【0027】
次いで、図3fに示すように、前記熱拡散制御膜303及び前記熱拡散工程の副産物であるPSG膜を除去すれば、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方法が完了する。
【0028】
次に、本発明の第2の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ことにする。図4aないし図4gは、本発明の第2の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。
【0029】
本発明の第2の実施形態は、熱拡散工程を行う際にp+エミッタ領域307へn型不純物イオンが拡散していくことを完壁に遮断することに特徴がある。これを実現するために、図4dに示すように、p型不純物領域304が形成された状態で基板301裏面の熱拡散制御膜303上に拡散防止膜401を積層した後、図4eに示すように、高濃度裏面電界層(n+)305が形成される部位の熱拡散制御膜303、拡散防止膜401、及び基板の厚みの一部を選択的に除去して基板301裏面を露出させ、このような状態で図4fに示すように熱拡散工程を実施して高濃度裏面電界層(n+)305及び低濃度表面電界層(n-)306を形成してp型不純物領域304を活性化させる。このとき、拡散防止膜401は、代表的な実例として、シリコン窒化膜(SiNx)、SOG(Silicon Oxide Glass)、真性非晶質シリコン(Intrinsic amorphous silicon)膜などの前記に相応する絶縁膜質の特性を有する膜が適合する。一方、テクスチャリング工程、熱拡散制御膜303の形成、p電極308及びn電極309の形成工程は、第1の実施形態のそれらと同様であり、その詳細な説明は省略することにする。
【産業上の利用可能性】
【0030】
一回のイオン注入工程と一回の熱拡散工程にて裏面電界を容易に形成することができ、パターニング作業を最小化することができるようになる。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
n型の結晶質シリコン基板を準備するステップと、
前記基板の表面、裏面及び側面上に熱拡散制御膜を形成するステップと、
前記基板の裏面上にp型不純物イオンをイオン注入してp型不純物領域を形成するステップと、
前記基板の裏面が選択的に露出するように前記熱拡散制御膜をパターニングするステップ、及び
熱拡散工程を実施して露出した基板の裏面領域に高濃度裏面電界層(n+)を形成するとともに前記基板の表面部に低濃度表面電界層(n-)を形成し、前記p型不純物領域を活性化させてp+エミッタ領域を形成するステップと、
を含んでなる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】
前記基板の裏面が選択的に露出するように前記熱拡散制御膜をパターニングするステップでは、
前記高濃度裏面電界層(n+)が形成される部位の熱拡散制御膜及び基板の厚みの一部を除去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3】
前記高濃度裏面電界層(n+)が形成される部位の熱拡散制御膜及び基板の厚みの一部を除去する方法では、
前記高濃度裏面電界層(n+)が形成される部位の熱拡散制御膜上にレーザーを照射して熱拡散制御膜及び基板の厚みの一部を除去することを特徴とする請求項2に記載の裏面電極型の太陽電池の製造方法。
【請求項4】
前記高濃度裏面電界層(n+)が形成される部位の熱拡散制御膜及び基板の厚みの一部を除去する方法では、
前記高濃度裏面電界層(n+)が形成される部位の熱拡散制御膜上にエッチングペーストを塗布して熱拡散制御膜及び基板の厚みの一部を除去することを特徴とする請求項2に記載の裏面電極型の太陽電池の製造方法。
【請求項5】
前記高濃度裏面電界層(n+)が形成される部位の熱拡散制御膜及び基板の厚みの一部を除去する方法では、
前記高濃度裏面電界層(n+)が形成される部位の熱拡散制御膜及び基板の厚みの一部を反応性イオンエッチングにて除去することを特徴とする請求項2に記載の裏面電極型の太陽電池の製造方法。
【請求項6】
除去される基板の厚みは、前記p型不純物領域の深さに相当することを特徴とする請求項2に記載の裏面電極型の太陽電池の製造方法。
【請求項7】
n型の結晶質シリコン基板を準備するステップと、
前記基板の表面、裏面及び側面上に熱拡散制御膜を形成するステップと、
前記基板の裏面上にp型不純物イオンをイオン注入してp型不純物領域を形成するステップと、
前記基板の裏面上に拡散防止膜を形成するステップと、
前記基板の裏面が選択的に露出するように前記熱拡散制御膜及び拡散防止膜をパターニングするステップ、及び
熱拡散工程を実施して露出した基板の裏面領域に高濃度裏面電界層(n+)を形成するとともに前記基板の表面部に低濃度表面電界層(n-)を形成し、前記p型不純物領域を活性化させてp+エミッタ領域を形成するステップと、
を含んでなる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8】
前記基板の裏面が選択的に露出するように前記熱拡散制御膜及び拡散防止膜をパターニングするステップでは、
前記高濃度裏面電界層(n+)が形成される部位の熱拡散制御膜、拡散防止膜及び基板の厚みの一部を除去することを特徴とする請求項7に記載の裏面電極型の太陽電池の製造方法。
【請求項9】
前記高濃度裏面電界層(n+)が形成される部位の熱拡散制御膜、拡散防止膜及び基板の厚みの一部を除去する方法では、
前記高濃度裏面電界層(n+)が形成される部位の熱拡散制御膜上にレーザーを照射して熱拡散制御膜、拡散防止膜及び基板の厚みの一部を除去することを特徴とする請求項8に記載の裏面電極型の太陽電池の製造方法。
【請求項10】
前記高濃度裏面電界層(n+)が形成される部位の熱拡散制御膜、拡散防止膜及び基板の厚みの一部を除去する方法では、
前記高濃度裏面電界層(n+)が形成される部位の熱拡散制御膜、拡散防止膜及び基板の厚みの一部を反応性イオンエッチングにて除去することを特徴とする請求項8に記載の裏面電極型の太陽電池の製造方法。
【請求項11】
除去される基板の厚さは、前記p型不純物領域の深さに相当することを特徴とする請求項8に記載の裏面電極型の太陽電池の製造方法。
【請求項12】
前記基板の表面に形成された熱拡散制御膜の厚さは、前記基板の裏面及び側面に形成された熱拡散制御膜よりも相対的に小さいことを特徴とする請求項1または7に記載の裏面電極型の太陽電池の製造方法。
【請求項13】
前記p+エミッタ領域の面抵抗は、10〜60Ω/sq.であることを特徴とする請求項1または7に記載の裏面電極型の太陽電池の製造方法。
【請求項14】
前記高濃度裏面電界層(n+)の面抵抗は、10〜80Ω/sq.であることを特徴とする請求項1または7に記載の裏面電極型の太陽電池の製造方法。
【請求項15】
前記低濃度表面電界層(n-)の面抵抗は、50〜150Ω/sq.であることを特徴とする請求項1または2に記載の裏面電極型の太陽電池の製造方法。
【請求項1】
n型の結晶質シリコン基板を準備するステップと、
前記基板の表面、裏面及び側面上に熱拡散制御膜を形成するステップと、
前記基板の裏面上にp型不純物イオンをイオン注入してp型不純物領域を形成するステップと、
前記基板の裏面が選択的に露出するように前記熱拡散制御膜をパターニングするステップ、及び
熱拡散工程を実施して露出した基板の裏面領域に高濃度裏面電界層(n+)を形成するとともに前記基板の表面部に低濃度表面電界層(n-)を形成し、前記p型不純物領域を活性化させてp+エミッタ領域を形成するステップと、
を含んでなる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】
前記基板の裏面が選択的に露出するように前記熱拡散制御膜をパターニングするステップでは、
前記高濃度裏面電界層(n+)が形成される部位の熱拡散制御膜及び基板の厚みの一部を除去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3】
前記高濃度裏面電界層(n+)が形成される部位の熱拡散制御膜及び基板の厚みの一部を除去する方法では、
前記高濃度裏面電界層(n+)が形成される部位の熱拡散制御膜上にレーザーを照射して熱拡散制御膜及び基板の厚みの一部を除去することを特徴とする請求項2に記載の裏面電極型の太陽電池の製造方法。
【請求項4】
前記高濃度裏面電界層(n+)が形成される部位の熱拡散制御膜及び基板の厚みの一部を除去する方法では、
前記高濃度裏面電界層(n+)が形成される部位の熱拡散制御膜上にエッチングペーストを塗布して熱拡散制御膜及び基板の厚みの一部を除去することを特徴とする請求項2に記載の裏面電極型の太陽電池の製造方法。
【請求項5】
前記高濃度裏面電界層(n+)が形成される部位の熱拡散制御膜及び基板の厚みの一部を除去する方法では、
前記高濃度裏面電界層(n+)が形成される部位の熱拡散制御膜及び基板の厚みの一部を反応性イオンエッチングにて除去することを特徴とする請求項2に記載の裏面電極型の太陽電池の製造方法。
【請求項6】
除去される基板の厚みは、前記p型不純物領域の深さに相当することを特徴とする請求項2に記載の裏面電極型の太陽電池の製造方法。
【請求項7】
n型の結晶質シリコン基板を準備するステップと、
前記基板の表面、裏面及び側面上に熱拡散制御膜を形成するステップと、
前記基板の裏面上にp型不純物イオンをイオン注入してp型不純物領域を形成するステップと、
前記基板の裏面上に拡散防止膜を形成するステップと、
前記基板の裏面が選択的に露出するように前記熱拡散制御膜及び拡散防止膜をパターニングするステップ、及び
熱拡散工程を実施して露出した基板の裏面領域に高濃度裏面電界層(n+)を形成するとともに前記基板の表面部に低濃度表面電界層(n-)を形成し、前記p型不純物領域を活性化させてp+エミッタ領域を形成するステップと、
を含んでなる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8】
前記基板の裏面が選択的に露出するように前記熱拡散制御膜及び拡散防止膜をパターニングするステップでは、
前記高濃度裏面電界層(n+)が形成される部位の熱拡散制御膜、拡散防止膜及び基板の厚みの一部を除去することを特徴とする請求項7に記載の裏面電極型の太陽電池の製造方法。
【請求項9】
前記高濃度裏面電界層(n+)が形成される部位の熱拡散制御膜、拡散防止膜及び基板の厚みの一部を除去する方法では、
前記高濃度裏面電界層(n+)が形成される部位の熱拡散制御膜上にレーザーを照射して熱拡散制御膜、拡散防止膜及び基板の厚みの一部を除去することを特徴とする請求項8に記載の裏面電極型の太陽電池の製造方法。
【請求項10】
前記高濃度裏面電界層(n+)が形成される部位の熱拡散制御膜、拡散防止膜及び基板の厚みの一部を除去する方法では、
前記高濃度裏面電界層(n+)が形成される部位の熱拡散制御膜、拡散防止膜及び基板の厚みの一部を反応性イオンエッチングにて除去することを特徴とする請求項8に記載の裏面電極型の太陽電池の製造方法。
【請求項11】
除去される基板の厚さは、前記p型不純物領域の深さに相当することを特徴とする請求項8に記載の裏面電極型の太陽電池の製造方法。
【請求項12】
前記基板の表面に形成された熱拡散制御膜の厚さは、前記基板の裏面及び側面に形成された熱拡散制御膜よりも相対的に小さいことを特徴とする請求項1または7に記載の裏面電極型の太陽電池の製造方法。
【請求項13】
前記p+エミッタ領域の面抵抗は、10〜60Ω/sq.であることを特徴とする請求項1または7に記載の裏面電極型の太陽電池の製造方法。
【請求項14】
前記高濃度裏面電界層(n+)の面抵抗は、10〜80Ω/sq.であることを特徴とする請求項1または7に記載の裏面電極型の太陽電池の製造方法。
【請求項15】
前記低濃度表面電界層(n-)の面抵抗は、50〜150Ω/sq.であることを特徴とする請求項1または2に記載の裏面電極型の太陽電池の製造方法。
【図1】
【図2】
【図3a】
【図3b】
【図3c】
【図3d】
【図3e】
【図3f】
【図4a】
【図4b】
【図4c】
【図4d】
【図4e】
【図4f】
【図4g】
【図2】
【図3a】
【図3b】
【図3c】
【図3d】
【図3e】
【図3f】
【図4a】
【図4b】
【図4c】
【図4d】
【図4e】
【図4f】
【図4g】
【公表番号】特表2013−516082(P2013−516082A)
【公表日】平成25年5月9日(2013.5.9)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2012−547035(P2012−547035)
【出願日】平成23年1月18日(2011.1.18)
【国際出願番号】PCT/KR2011/000354
【国際公開番号】WO2011/087341
【国際公開日】平成23年7月21日(2011.7.21)
【出願人】(594006932)ヒュンダイ ヘビー インダストリーズ カンパニー リミテッド (31)
【氏名又は名称原語表記】HYUNDAI HEAVY INDUSTRIES CO., LTD.
【Fターム(参考)】
【公表日】平成25年5月9日(2013.5.9)
【国際特許分類】
【出願日】平成23年1月18日(2011.1.18)
【国際出願番号】PCT/KR2011/000354
【国際公開番号】WO2011/087341
【国際公開日】平成23年7月21日(2011.7.21)
【出願人】(594006932)ヒュンダイ ヘビー インダストリーズ カンパニー リミテッド (31)
【氏名又は名称原語表記】HYUNDAI HEAVY INDUSTRIES CO., LTD.
【Fターム(参考)】
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