JPS623597B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は塗布体組成物に関するものであり、特
に太陽電池のｐ−ｎ接合形成用ならびに反射防止
膜形成用塗布体組成物として有効なものである。

従来、太陽電池が高価格となるのは、その製造
工程数が多く、また製作に際し熟練技術を要する
点に１つの原因がある。たとえば反射防止膜形成
工程は一般に一酸化珪素等を用いた真空蒸着法が
採用されており、このため大型設備を要し、作業
効果が悪い等の欠点を有している。この欠点を解
決する手段として、反射防止膜材料に優れた特性
を呈する酸化チタン膜を簡便な塗布法で得る方法
が本発明者の１人によつて見い出されている。
（特願昭52−62306参照） しかし、この方法においても緻密な酸化チタン
膜を得るには副次工程として熱処理が必要とな
り、製造工程が多岐工程となる。

本発明は上記欠点を一挙に解決するために、ｐ
−ｎ接合形成と反射防止膜形成を同一の熱処理に
より行なうための塗布体組成物を提供することを
目的とするものである。即ち、半導体基板に本発
明による組成物を塗布した後、熱処理を行なうこ
とによつてｐ−ｎ接合が形成され、同時に反射防
止膜としての酸化チタン膜が形成される。

本発明の組成物は、適当な溶媒中にドーパント
と、チタン酸エステルとカルボン酸とを加えて混
合反応させることにより作製される。溶媒は、添
加物及び反応生成物が安定に存在し得るものであ
れば良い。またドーパント用原料として、五酸化
リン、酸化ホウ素、三酸化砒素等の酸化物あるい
はリン酸エステル、ボロンエステル等の有機化合
物が実施に供されこれらのドーパント用原材料は
いずれも溶媒に溶ける性質をもつ。

チタン酸エステルとカルボン酸とは反応した結
果としてチタン酸が生成されこの組成物を半導体
基板に塗布する。塗布方法は回転塗布、スプレイ
または浸漬法等であつて良い。その後溶媒等が蒸
発する温度にて速やかに熱処理を施す。この過程
で溶媒等は蒸発し、チタン酸は分解して酸化チタ
ン膜が形成される。この酸化チタン膜は先に加え
たドーパント即ち、リン、ホウ素又は砒素等を含
有しており不純物拡散源として用いられ得る。さ
らに不活性ガス雰囲気中で高温保持することによ
り不純物が半導体基板中に拡散し、基板と導電性
が反転している拡散層が形成される。即ち太陽電
池の光起電力効果に必要なｐ−ｎ接合が形成され
る。また上記酸化チタン膜は反射防止膜として優
れた性質を有しており、そのまま反射防止膜とし
て用いられる。

一般に太陽電池において、拡散層抵抗による直
列抵抗の増加が効率の低下をきたさない範囲でｐ
−ｎ接合深さは浅い方が、光発生電流が大きくな
り望ましい。また不純物表面濃度が高いほど拡散
層抵抗は小さく、開放電圧が大きくなり望まし
い。このような不純物拡散層を得るための拡散源
として、適当なドーパントを含む酸化チタン膜は
非常に有効なものであることが判明した。即ち、
酸化チタン膜中での不純物の拡散係数は拡散層中
の不純物表面濃度が充分に高くなるほど大きく、
しかも酸化チタン膜から不純物が雰囲気中へ消散
するほどには大きくない。しかもチタンは酸素と
の結合エネルギーが非常に大きいために酸化チタ
ンが還元されてチタンが半導体基板中へ拡散し、
太陽電池の特性に悪影響を及ぼすことがない。

また光が透明媒質から単層膜に垂直に入射する
場合は次式の関係のとき反射はなくなる。

n₁ ²＝n₀n₂ ……(1) n₁d＝１／４λ ……(2) ここでn₀は透明媒質の屈折率、n₁は単層膜の屈
折率、n₂は基板の屈折率、λは光の波長、ｄは単
層膜厚である。周知の如く、これは単層干渉膜を
用いた場合の反射防止膜の原理である。

上記酸化チタン膜を(1)式および(2)式に近い条件
に形成することにより太陽電池の反射防止膜とし
て用いることが可能となる。たとえば表面パツケ
ージ材料としてシリコン樹脂（n₀＝1.43）、基板
としてシリコン素子（n₂＝4.0）を用い、太陽光
スペクトル中最も光発生電流寄与の大きい波長を
600nmとすると、最適単層反射防止膜の屈折率は
2.39であり、膜厚は630Åである。本発明によれ
ばこれに近い条件に上記酸化チタン膜を形成する
ことが可能となる。以下実施例に従つて本発明を
さらに詳細に説明する。

〔実施例〕

溶媒としてのエチルアルコール100c.c.に、ｎ型
ドーパントとしての五酸化リン10.5ｇ、チタン酸
イソプロピル3.5c.c.、酢酸2.6c.c.を加え、撹拌す
る。上記撹拌によつて以下のような化学反応が起
こると考えられ、チタン酸Ｔ_i（OH）₄を生成す
る。

五酸化リンがエチルアルコール中の微量の水と
反応してリン酸が生成し、わずかな酸性を呈す
る。

P₂O₅＋3H₂O→2H₃PO₄ (1) チタン酸イソプロピルがリン酸により分解し
て、リン酸エステルPO（OC₃H₇）₃とチタン酸Ｔ_i
（OH）₄が生じる。

3T_i（OC₃H₇）₄＋4H₃PO₄ →3T_i（OH）₄＋4PO（OC₃H₇）₃ (2) 上記反応によつて生じたチタン酸を含む溶液が
塗布体組成物である。

比抵抗１Ω−cm、形状寸法20×20mmのＰ型単結
晶シリコンウエハーに上記塗布体を回転塗布機を
用いて塗布し、200℃にて20分間大気中にて熱処
理を行なう。この過程において上記塗布体組成物
中の不安定なチタン酸Ｔ_i（OH）₄は分解し、 Ｔ_i（OH）₄→Ｔ_iO₂＋2H₂O (3) によつてＴ_iO₂膜が生成される。このＴ_iO₂膜中に
ドーパントであるリンが含まれる。その後窒素雰
囲気中にて875℃、13分間熱処理してドーパント
の拡散処理を行なう。不純物表面濃度は2.5×
10²⁰cm^-3であり、ｐ−ｎ接合深さは約0.3μｍとな
つた。この時の酸化チタン膜厚は630Åであり、
屈折率は2.15である。結晶シリコンウエハーの裏
面に、裏面エツチに続いて電極を形成し、太陽光
を垂直入射させる。入射エネルギーは139.6ｍ
Ｗ／cm²、入射スペクトルはAM0に設定する。こ
のときの短絡電流は140ｍＡであり、実効効率は
12.0％であつた。

次に前記したドーパント原材料のうち、Ｐ型ド
ーパントとして酸化ホウ素を利用する場合は、同
様に溶媒としてのエチルアルコール100c.c.に、酸
化ホウ素8.2ｇ、チタン酸イソプロピル10c.c.、酢
酸２c.c.を加えて撹拌する。この撹拌によつて酸化
ホウ素は水と反応して B₂O₃＋3H₂O→2H₃BO₃が生成され (4) アルコール存在下で H₃BO₃＋3C₂H₅OH ←→Ｂ（OC₂H₅）₃＋3H₂O (5) Ｂ（OC₂H₅）₃＋C₂H₅OH →〔（C₂H₅O）₄B〕Ｈ (6) により酸性を呈し、チタン酸エステルを分解して
チタン酸Ｔ_i（OH）₄を生じる。

上記反応によつて生じたチタン酸を含む溶液を
塗布体組成物として、Ｎ型単結晶シリコンウエハ
ーに回転塗布機で塗布し、200℃にて20分間大気
中で熱処理する。この過程でボロンを不純物とし
て含む酸化チタン膜がウエハー上に形成される。
その後1000℃、30分間ボロンの拡散処理を行な
う。不純物の表面濃度は約２×10²⁰cm^-3であり、
ｐ−ｎ接合の深さは約0.7μｍであつた。反射防
止膜となるチタン膜厚は720Åであり、屈折率は
1.97であつた。

他のドーパント原材料である三酸化砒素も同様
の反応によつて砒素がｎ型ドーパントになる。ま
たリン酸エステルやボロンエステルを用いた場合
は、前記(2)式或いは(5)式に示したエステルがこれ
らに相当し、同様にリンやボロンはドーパントに
なる。

以上詳説した如く、本発明に係る塗布体組成物
を用いることにより、太陽電池のｐ−ｎ接合と反
射防止膜を同時形成することが可能となり、製造
工程が非常に簡素化される。従つて太陽電池を安
価に製作することができ、その産業的意義は非常
に大である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 溶媒中に混入されたチタン酸エステルと酸と
   の反応により得られるチタン酸を主とする反応生
   成物より成り、該反応生成物は、ｐ−ｎ接合形成
   用ドーパントが前記溶媒に溶解する化合物のかた
   ちで添加されていることを特徴とする塗布体組成
   物。 ２ 溶媒がエチルアルコールを主として構成され
   た特許請求の範囲第１項記載の塗布体組成物。 ３ ｐ−ｎ接合形成用ドーパントがリン、ボロン
   または砒素から成り、溶媒中にそれらの酸化物と
   して付加されている特許請求の範囲第１項又は第
   ２項記載の塗布組成物。