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WO2021206056A1 - 半導体素子および半導体素子の製造方法 - Google Patents

半導体素子および半導体素子の製造方法 Download PDF

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WO2021206056A1
WO2021206056A1 PCT/JP2021/014502 JP2021014502W WO2021206056A1 WO 2021206056 A1 WO2021206056 A1 WO 2021206056A1 JP 2021014502 W JP2021014502 W JP 2021014502W WO 2021206056 A1 WO2021206056 A1 WO 2021206056A1
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WO
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electrode layer
pattern
semiconductor layer
material film
layer
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PCT/JP2021/014502
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English (en)
French (fr)
Inventor
阿部 祐介
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Kaneka Corp
Original Assignee
Kaneka Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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Priority to CN202180024389.1A priority patent/CN115315819B/zh
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    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • the present invention relates to a semiconductor element and a method for manufacturing the semiconductor element.
  • Patent Document 1 describes a technique for forming a patterned electrode layer by a screen printing method.
  • the screen printing method is a method of transferring a printing material filled in a pattern opening portion of a printing plate to a printed matter by moving a squeegee.
  • a mesh is formed in the pattern opening portion of the printing plate by a grid-like wire.
  • a patterning method of the semiconductor layer or the electrode layer there is also a wet etching method using a mask such as a patterned resist.
  • Masks such as patterned resists may also be formed by screen printing.
  • voids may be formed in the resist pattern that intersects and extends in the printing direction (squeegee movement direction). As a result, voids (blurring) are formed in the pattern of the semiconductor layer or the electrode layer.
  • the present invention is a semiconductor device capable of reducing the formation of voids (blurring) in the patterned semiconductor layer or electrode layer even when patterning is performed using a mask formed by a screen printing method.
  • An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a semiconductor device.
  • the semiconductor element according to the present invention is a semiconductor element in which a patterned semiconductor layer or electrode layer is formed on a substrate, and the semiconductor layer or the electrode layer has an elongated shape and extends in the longitudinal direction. It has a band-shaped first pattern that exists and a band-shaped second pattern that intersects in the longitudinal direction, and 90% of the angles in the second pattern make an angle on the sharp side of the angle with respect to the first pattern. Is less than 90 degrees.
  • the method for manufacturing a semiconductor element according to the present invention is a method for manufacturing a semiconductor element in which a patterned semiconductor layer or an electrode layer is formed on a substrate, and the material film of the semiconductor layer or the material film of the semiconductor layer is formed on the substrate.
  • the semiconductor layer or In the mask forming step which includes a semiconductor layer or an electrode layer forming step for forming the electrode layer, the printing direction is for a grid-like wire forming a mesh in a pattern opening portion of a printing plate.
  • the angle on the sharp side is 20 degrees or more and 40 degrees or less.
  • the present invention even if patterning is performed using a mask formed by the screen printing method, it is possible to reduce the formation of voids (blurring) in the patterned semiconductor layer or electrode layer.
  • FIG. 2 is a sectional view taken along line II-II of the solar cell of FIG. It is a figure which shows the 1st semiconductor layer material film formation process in the manufacturing method of the solar cell which concerns on this embodiment. It is a figure which shows the mask forming process in the manufacturing method of the solar cell which concerns on this embodiment. It is a figure which shows the 1st semiconductor layer formation process in the manufacturing method of the solar cell which concerns on this embodiment. It is a figure which shows the 1st semiconductor layer formation process in the manufacturing method of the solar cell which concerns on this embodiment. It is a figure which shows the 1st semiconductor layer formation process in the manufacturing method of the solar cell which concerns on this embodiment. It is a figure which shows the 2nd semiconductor layer material film formation process in the manufacturing method of the solar cell which concerns on this embodiment.
  • FIG. 1 is a view of the solar cell according to the present embodiment as viewed from the back surface side.
  • the solar cell (semiconductor element) 1 shown in FIG. 1 is a back electrode type (also referred to as back contact type or back surface bonding type) solar cell.
  • the solar cell 1 includes a semiconductor substrate 11 having two main surfaces, and has a first region 7 and a second region 8 on the main surface of the semiconductor substrate 11.
  • the first region 7 has a so-called comb-shaped shape, and has a plurality of finger portions 7f corresponding to the comb teeth and a bus bar portion 7b corresponding to the support portion of the comb teeth.
  • the bus bar portion 7b extends in the first direction (X direction) along one side of the semiconductor substrate 11, and the finger portion 7f extends from the bus bar portion 7b in the second direction (Y direction) intersecting the first direction. ) Extends.
  • the second region 8 has a so-called comb-shaped shape, and has a plurality of finger portions 8f corresponding to the comb teeth and a bus bar portion 8b corresponding to the support portion of the comb teeth.
  • the bus bar portion 8b extends in the first direction (X direction) along the other side portion facing one side portion of the semiconductor substrate 11, and the finger portion 8f extends from the bus bar portion 8b in the second direction (Y). Extends in the direction).
  • the finger portion 7f and the finger portion 8f form a strip extending in the second direction (Y direction), and are provided alternately in the first direction (X direction).
  • the first region 7 and the second region 8 may be formed in a striped shape.
  • FIG. 2 is a sectional view taken along line II-II of the solar cell of FIG.
  • the solar cell 1 includes an optical adjustment layer 15 laminated on the light receiving surface side, which is the main surface (one main surface) on the light receiving side of the main surface of the semiconductor substrate 11. Further, the solar cell 1 is sequentially laminated on a part of the back surface side (mainly, the first region 7) which is the main surface (the other main surface) on the opposite side of the light receiving surface of the main surface of the semiconductor substrate 11. A first conductive semiconductor layer 25 and a first electrode layer 27 are provided. Further, the solar cell 1 includes a second conductive semiconductor layer 35 and a second electrode layer 37 which are sequentially laminated on another part (mainly, the second region 8) on the back surface side of the semiconductor substrate 11.
  • the semiconductor substrate 11 is formed of a crystalline silicon material such as single crystal silicon or polycrystalline silicon.
  • the semiconductor substrate 11 is, for example, an n-type semiconductor substrate in which a crystalline silicon material is doped with an n-type dopant.
  • the semiconductor substrate 11 may be, for example, a p-type semiconductor substrate in which a crystalline silicon material is doped with a p-type dopant.
  • Examples of the n-type dopant include phosphorus (P).
  • Examples of the p-type dopant include boron (B).
  • the semiconductor substrate 11 functions as a photoelectric conversion substrate that absorbs incident light from the light receiving surface side to generate optical carriers (electrons and holes).
  • the optical adjustment layer 15 is formed on the light receiving surface side of the semiconductor substrate 11.
  • the optical adjustment layer 15 functions as an antireflection layer that prevents reflection of incident light and also functions as a protective layer that protects the light receiving surface side of the semiconductor substrate 11.
  • the optical adjustment layer 15 is formed of an insulating material such as a composite thereof such as silicon oxide (SiO), silicon nitride (SiN), or silicon oxynitride (SiON).
  • the first conductive semiconductor layer 25 is formed in the first region 7 on the back surface side of the semiconductor substrate 11.
  • the first conductive semiconductor layer 25 is formed of, for example, an amorphous silicon material.
  • the first conductive semiconductor layer 25 is, for example, a p-type semiconductor layer in which an amorphous silicon material is doped with a p-type dopant (for example, the above-mentioned boron (B)).
  • the second conductive semiconductor layer 35 is formed in the second region 8 on the back surface side of the semiconductor substrate 11.
  • the second conductive semiconductor layer 35 is formed of, for example, an amorphous silicon material.
  • the second conductive semiconductor layer 35 is, for example, an n-type semiconductor layer in which an amorphous silicon material is doped with an n-type dopant (for example, phosphorus (P) described above).
  • the first conductive semiconductor layer 25 may be an n-type semiconductor layer, and the second conductive semiconductor layer 35 may be a p-type semiconductor layer.
  • the first conductive semiconductor layer 25 and the second conductive semiconductor layer 35 form a strip extending in the second direction (Y direction), and are alternately arranged in the first direction (X direction). A part of the second conductive semiconductor layer 35 may overlap a part of the adjacent first conductive semiconductor layer 25 (not shown).
  • a passivation layer may be formed between the semiconductor substrate 11 and the optical adjustment layer 15. Further, a passivation layer may be formed between the semiconductor substrate 11 and the first conductive semiconductor layer 25, and between the semiconductor substrate 11 and the second conductive semiconductor layer 35.
  • the passivation layer is formed of, for example, an intrinsic (i-type) amorphous silicon material. The passivation layer suppresses recombination of carriers generated in the semiconductor substrate 11 and enhances carrier recovery efficiency.
  • the first electrode layer 27 corresponds to the first conductive semiconductor layer 25, and is specifically formed on the first conductive semiconductor layer 25 in the first region 7 on the back surface side of the semiconductor substrate 11.
  • the second electrode layer 37 corresponds to the second conductive semiconductor layer 35, and is specifically formed on the second conductive semiconductor layer 35 in the second region 8 on the back surface side of the semiconductor substrate 11.
  • the first electrode layer 27 has a first transparent electrode layer 28 and a first metal electrode layer 29 that are sequentially laminated on the first conductive semiconductor layer 25.
  • the second electrode layer 37 has a second transparent electrode layer 38 and a second metal electrode layer 39 that are sequentially laminated on the second conductive semiconductor layer 35.
  • the first transparent electrode layer 28 and the second transparent electrode layer 38 are formed of a transparent conductive material.
  • the transparent conductive material include ITO (Indium Tin Oxide: a composite oxide of indium oxide and tin oxide).
  • the first metal electrode layer 29 and the second metal electrode layer 39 are formed of a conductive paste material containing a metal powder such as silver.
  • the first electrode layer 27 and the second electrode layer 37 that is, the first transparent electrode layer 28, the second transparent electrode layer 38, the first metal electrode layer 29, and the second metal electrode layer 39 are in the second direction (Y direction). It has an extending strip shape and is arranged alternately in the first direction (X direction).
  • the first transparent electrode layer 28 and the second transparent electrode layer 38 are separated from each other, and the first metal electrode layer 29 and the second metal electrode layer 39 are also separated from each other.
  • FIG. 3A is a diagram showing a first semiconductor layer material film forming step in the solar cell manufacturing method according to the present embodiment
  • FIG. 3B is a diagram showing a mask forming step in the solar cell manufacturing method according to the present embodiment.
  • 3C and 3D are diagrams showing a first semiconductor layer forming step in the method for manufacturing a solar cell according to the present embodiment.
  • FIG. 3E is a diagram showing a second semiconductor layer material film forming step in the solar cell manufacturing method according to the present embodiment
  • FIG. 3F is a second semiconductor layer forming step in the solar cell manufacturing method according to the present embodiment.
  • FIG. 3G is a diagram showing a transparent electrode layer material film forming step in the solar cell manufacturing method according to the present embodiment
  • FIG. 3H is a transparent electrode layer forming step (mask) in the solar cell manufacturing method according to the present embodiment. It is a figure which shows (the forming process is omitted).
  • FIG. 3I is a diagram showing a metal electrode layer forming step in the method for manufacturing a solar cell according to the present embodiment. 3A to 3I show the back surface side of the semiconductor substrate 11, and omit the front surface side of the semiconductor substrate 11.
  • the first conductive semiconductor layer material film 25Z is laminated (film-formed) on the entire back surface side of the semiconductor substrate 11 by using, for example, the CVD method or the PVD method (first semiconductor layer). Material film forming process).
  • the first conductive semiconductor layer material film 25Z in the second region 8 is removed from the back surface side of the semiconductor substrate 11 to pattern the semiconductor substrate 11 into the first region 7.
  • the first conductive semiconductor layer 25 is formed.
  • the mask material include photosensitive or non-photosensitive organic resist materials.
  • a part of the first conductive semiconductor layer material film 25Z (that is, a part of the first conductive semiconductor layer material film 25Z) in the second region 8 is used by a wet etching method using the mask 90.
  • the etching solution for the p-type semiconductor film include an acidic solution such as a mixed solution of ozone dissolved in hydrofluoric acid or a mixed solution of hydrofluoric acid and nitric acid
  • examples of the etching solution for the n-type semiconductor film include. Examples thereof include an alkaline solution such as an aqueous solution of potassium hydroxide.
  • the mask 90 is peeled off.
  • the second conductive semiconductor layer material film 35Z is laminated (film-formed) on the entire back surface side of the semiconductor substrate 11 by using, for example, the CVD method or the PVD method (second semiconductor). Layer material film forming process).
  • the second conductive semiconductor layer material film 35Z in the first region 7 is removed, so that the second region 8 is patterned.
  • the conductive semiconductor layer 35 is formed.
  • a patterned mask 90 is formed on the second conductive semiconductor layer material film 35Z in the second region 8 by using a screen printing method (mask formation). Process).
  • the second conductive semiconductor layer material film 35Z (that is, a part of the second conductive semiconductor layer material film 35Z) in the first region 7 is removed.
  • a patterned second conductive semiconductor layer 35 is formed in the second region 8 (second semiconductor layer forming step). Then, the mask 90 is peeled off.
  • the optical adjustment layer 15 may be formed on the entire surface of the semiconductor substrate 11 on the light receiving surface side (not shown).
  • a transparent electrode layer material film 28Z is formed on the first conductive semiconductor layer 25 and the second conductive semiconductor layer 35 so as to straddle them (transparent electrode layer material film forming step).
  • a method for forming the transparent electrode layer material film 28Z for example, a CVD method or a PVD method is used.
  • the transparent electrode layer material film 28Z at the boundary between the first region 7 and the second region 8 is removed to pattern the semiconductor substrate 11 into the first region 7.
  • the first transparent electrode layer 28 is formed, and the second transparent electrode layer 38 patterned in the second region 8 is formed.
  • a pattern is used on the transparent electrode layer material film 28Z in the first region 7 and on the transparent electrode layer material film 28Z in the second region 8 by using a screen printing method.
  • the modified mask 90 is formed (mask forming step).
  • the transparent electrode layer material film 28Z (that is, a part of the transparent electrode layer material film 28Z) at the boundary between the first region 7 and the second region 8 is removed by a wet etching method using the mask 90.
  • the first transparent electrode layer 28 patterned in the first region 7 is formed, and the second transparent electrode layer 38 patterned in the second region 8 is formed (transparent electrode layer forming step).
  • the etching solution for the transparent electrode layer material film include an acidic solution such as hydrochloric acid (HCl).
  • the first metal electrode layer 29 is formed on the first transparent electrode layer 28, and the second metal electrode layer 39 is formed on the second transparent electrode layer 38.
  • Metal electrode layer forming step As a method for forming the first metal electrode layer 29 and the second metal electrode layer 39, a printing method, a coating method, or the like is used. Through the above steps, the back electrode type solar cell 1 of the present embodiment is completed.
  • the first conductive semiconductor layer 25 and the first transparent electrode layer 28 are elongated patterns, and are band-shaped first patterns extending in the longitudinal direction (Y direction). It may have 25A, 28A and a strip-shaped second pattern 25B, 28B extending in the lateral direction (X direction) intersecting the longitudinal direction.
  • the long-shaped patterned mask 90 intersects with the strip-shaped first pattern 90A extending in the longitudinal direction (Y direction) in the longitudinal direction.
  • a mask 90 having a band-shaped second pattern 90B extending in the lateral direction (X direction) is formed.
  • the printing material filled in the pattern opening portion 81 of the printing plate is transferred to the printed matter by moving the squeegee 83.
  • a mesh is formed in the pattern opening portion 81 of the printing plate by a grid-like wire.
  • the longitudinal direction of the long mask 90 that is, the main strip-shaped first pattern 90A and the printing direction (squeegee 83 moving direction) D1 are parallel to each other.
  • the printing direction moving direction of the squeegee 83
  • the printing direction is tilted by about 11 degrees with respect to the grid-like wires forming the mesh in the pattern opening portion 81 of the printing plate.
  • a gap V1 may occur in the band-shaped second pattern 90B extending in the lateral direction (X direction) of the mask 90.
  • the gap V1 is generated on the original side in the printing direction in the second pattern 90B.
  • voids are also formed in the first conductive semiconductor layer 25 or the first transparent electrode layer 28 in the patterning of the first conductive semiconductor layer 25 or the first transparent electrode layer 28. It will occur.
  • the generation of voids (printing faintness) in the mask 90 by the screen printing method is considered as follows.
  • the number of meshes in the printing direction in the pattern opening portion 81 of the printing plate is large, and the printing plate is ejected.
  • the printed material is sufficiently smoothed.
  • the band-shaped second pattern 90B extending in the lateral direction (X direction) of the mask 90, the number of meshes in the printing direction in the pattern opening portion 81 of the printing plate is large. Less, the ejected printing material is not sufficiently smoothed. This phenomenon becomes more remarkable as the number of times the printing plate is used increases.
  • the inventor of the present application determines the number of meshes in the printing direction in the pattern opening portion 81 of the printing plate in the band-shaped second pattern 90B extending in the lateral direction (X direction) of the mask 90. Devise to increase. Specifically, the band-shaped second pattern 90B intersecting the longitudinal direction (Y direction) of the mask 90 is formed so as not to be orthogonal to the printing direction (squeegee 83 moving direction) D1.
  • the pattern of the first conductive semiconductor layer 25 and the pattern of the first transparent electrode layer 28 are different.
  • -A long pattern having a strip-shaped first pattern 25A, 28A extending in the longitudinal direction (Y direction) and a strip-shaped second pattern 25B, 28B intersecting the longitudinal direction.
  • the second patterns 25B and 28B have an angle of less than 90 degrees, preferably 20 degrees or more and 40 degrees or less (acute angle side) with respect to the first patterns 25A and 28A.
  • the strip-shaped second pattern 90B intersecting the longitudinal direction (Y direction) of the mask 90 can be formed so as not to be orthogonal to the printing direction (moving direction of the squeegee 83), and the gap (printing) of the mask 90 can be formed.
  • the occurrence of blurring) can be reduced. Therefore, even if patterning is performed using the mask 90 formed by the screen printing method, voids (blurring) are formed in the patterned first conductive semiconductor layer 25 and the first transparent electrode layer 28. Can be reduced.
  • the second patterns 25B and 28B in the pattern of the first conductive semiconductor layer 25 and the pattern of the first transparent electrode layer 28 have an arc shape that is convex in the longitudinal direction (Y direction). ..
  • the tangents of the arcs of the second patterns 25B and 28B gradually change in a range larger than 0 degrees and smaller than 90 degrees with respect to the linear first patterns 25A and 28A.
  • the second patterns 25B and 28B are 90 degrees with respect to the first patterns 25A and 28A.
  • the 90% portion, preferably the 95% portion, more preferably the 98% portion of the second patterns 25B and 28B is at an angle of less than 90 degrees (acute angle side) with respect to the first patterns 25A and 28A. You just have to do.
  • the second patterns 25B and 28B in the pattern of the first conductive semiconductor layer 25 and the pattern of the first transparent electrode layer 28 have a pointed shape that is convex in the longitudinal direction (Y direction). ..
  • the second patterns 25B and 28B form an angle (acute angle side) of less than 90 degrees with respect to the first patterns 25A and 28A.
  • the second patterns 25B and 28B have an angle (acute angle side) of 20 degrees or more and 40 degrees or less with respect to the first patterns 25A and 28A.
  • the second patterns 25B and 28B in the pattern of the first conductive semiconductor layer 25 and the pattern of the first transparent electrode layer 28 have an inverted pointed shape that is concave in the longitudinal direction (Y direction). be.
  • the second patterns 25B and 28B form an angle (acute angle side) of less than 90 degrees with respect to the first patterns 25A and 28A.
  • the second patterns 25B and 28B have an angle (acute angle side) of 20 degrees or more and 40 degrees or less with respect to the first patterns 25A and 28A.
  • the second patterns 25B and 28B in the pattern of the first conductive semiconductor layer 25 and the pattern of the first transparent electrode layer 28 have a wave shape that is uneven in the longitudinal direction (Y direction). ..
  • the slope is maximum at the inflection point between the peak and the valley.
  • the slope of the wave shape of the second patterns 25B and 28B gradually changes in a range larger than 0 degrees and smaller than 90 degrees with respect to the linear first patterns 25A and 28A.
  • the second patterns 25B and 28B are 90 degrees with respect to the first patterns 25A and 28A.
  • the 90% portion, preferably the 95% portion, more preferably the 98% portion of the second patterns 25B and 28B is at an angle of less than 90 degrees (acute angle side) with respect to the first patterns 25A and 28A. You just have to do.
  • the second conductive semiconductor layer 35 and the second transparent electrode layer 38 are elongated patterns, and the first strip-shaped pattern extending in the longitudinal direction (Y direction). It may have 35A, 38A and a strip-shaped second pattern 35B, 38B extending in the lateral direction (X direction) intersecting the longitudinal direction.
  • a gap V1 may occur in the band-shaped second pattern 90B extending in the lateral direction (X direction) of the mask 90.
  • the void V1 printing faintness
  • the patterning of the second conductive semiconductor layer 35 or the patterning of the second transparent electrode layer 38 is performed, and the second conductive semiconductor layer 35 or the second transparent electrode layer 38 is also patterned. A void is generated.
  • the band-shaped second pattern 90B intersecting the longitudinal direction (Y direction) of the mask 90 is formed so as not to be orthogonal to the printing direction (squeegee 83 moving direction).
  • the pattern of the second conductive semiconductor layer 35 and the pattern of the second transparent electrode layer 38 are different.
  • -A long pattern having a strip-shaped first pattern 35A, 38A extending in the longitudinal direction (Y direction) and a strip-shaped second pattern 35B, 38B intersecting the longitudinal direction.
  • the second patterns 35B and 38B have an angle of less than 90 degrees, preferably 20 degrees or more and 40 degrees or less (acute angle side) with respect to the first patterns 35A and 38A.
  • the strip-shaped second pattern 90B extending in the longitudinal direction (Y direction) of the mask 90 can be formed so as not to be orthogonal to the printing direction (moving direction of the squeegee 83), and the gaps in the mask 90 (the gaps in the mask 90 (the squeegee 83 moving direction) can be formed. It is possible to reduce the occurrence of print blurring). Therefore, even if patterning is performed using the mask 90 formed by the screen printing method, voids (blurring) are formed in the patterned second conductive semiconductor layer 35 and the second transparent electrode layer 38. Can be reduced.
  • the second patterns 35B and 38B in the pattern of the second conductive semiconductor layer 35 and the pattern of the second transparent electrode layer 38 have an arc shape that is convex in the longitudinal direction (Y direction). ..
  • the tangents of the arcs of the second patterns 35B and 38B gradually change in a range larger than 0 degrees and smaller than 90 degrees with respect to the linear first patterns 35A and 38A.
  • the second patterns 35B and 38B are 90 degrees with respect to the first patterns 35A and 38A.
  • the 90% portion, preferably the 95% portion, more preferably the 98% portion of the second patterns 35B, 38B is at an angle of less than 90 degrees (acute angle side) with respect to the first patterns 35A, 38A. You just have to do.
  • the second patterns 35B and 38B in the pattern of the second conductive semiconductor layer 35 and the pattern of the second transparent electrode layer 38 have a pointed shape that is convex in the longitudinal direction (Y direction). ..
  • the second patterns 35B and 38B form an angle (acute angle side) of less than 90 degrees with respect to the first patterns 35A and 38A.
  • the second patterns 35B and 38B in the pattern of the second conductive semiconductor layer 35 and the pattern of the second transparent electrode layer 38 have an inverted pointed shape that is concave in the longitudinal direction (Y direction). be.
  • the second patterns 35B and 38B form an angle (acute angle side) of less than 90 degrees with respect to the first patterns 35A and 38A.
  • the second patterns 35B and 38B in the pattern of the second conductive semiconductor layer 35 and the pattern of the second transparent electrode layer 38 have a wave shape that is uneven in the longitudinal direction (Y direction). ..
  • the slope is maximum at the inflection point between the peak and the valley.
  • the slope of the wave shape of the second patterns 35B and 38B gradually changes in a range larger than 0 degrees and smaller than 90 degrees with respect to the linear first patterns 35A and 38A.
  • the second patterns 35B and 38B are 90 degrees with respect to the first patterns 35A and 38A.
  • the 90% portion, preferably the 95% portion, more preferably the 98% portion of the second patterns 35B, 38B is at an angle of less than 90 degrees (acute angle side) with respect to the first patterns 35A, 38A. You just have to do.
  • the pattern shape of the mask 90 that is, the pattern shapes of the semiconductor layer and the electrode layer is changed.
  • the angle of the printing plate is changed instead of this.
  • the inventor of the present application as shown in FIG. -
  • the semiconductor layers 25, 35 and the transparent electrode layers 28, 38 are long patterns, and the first strip-shaped patterns 25A, 35A, 28A, 38A extending in the longitudinal direction (Y direction) and the longitudinal direction. It is a pattern having a band-shaped second pattern 25B, 35B, 28B, 38B extending in the lateral direction (X direction) intersecting with.
  • the printing direction D1 (moving direction of the squeegee 83) is changed with respect to the grid-like wires forming the mesh in the pattern opening portion 81 of the printing plate. Therefore, it was found that the occurrence of voids (printing faintness) in the mask 90 can be reduced.
  • the printing direction D1 (the squeegee 83 moving direction) is set, and the mesh in the pattern opening portion 81 of the printing plate is set.
  • the angle is 20 degrees or more and 40 degrees or less, preferably 22 degrees or more and 35 degrees or less, and more preferably 25 degrees (the angle on the acute angle side of the two angles) with respect to the grid-like wire to be formed.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications and modifications can be made.
  • a heterozygous solar cell and a method for manufacturing the same are illustrated as shown in FIG. 2, but the feature of the present invention is not limited to the heterozygous solar cell.
  • various solar cells such as homozygous solar cells and their manufacturing methods.
  • a solar cell having a crystalline silicon substrate has been exemplified, but the present invention is not limited to this.
  • a solar cell may have a gallium arsenide (GaAs) substrate.
  • GaAs gallium arsenide
  • the solar cell and the manufacturing method thereof have been exemplified.
  • the features of the present invention are not limited to this, and can be applied to various semiconductor devices including a patterned semiconductor layer or an electrode layer and a method for manufacturing the same.

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Abstract

スクリーン印刷法を用いて形成したマスクを用いてパターニングを行っても、パターン化された半導体層または電極層に空隙(かすれ)が形成されることを低減することができる半導体素子を提供する。半導体素子は、基板上に、パターン化された半導体層25または電極層28が形成された半導体素子であって、半導体層25または電極層28は、長尺形状をなし、長手方向(Y方向)に延在する帯状の第1パターン25Aまたは28Aと、長手方向に交差する帯状の第2パターン25Bまたは28Bとを有し、第2パターン25Bまたは28Bにおける90%の部分が第1パターン25Aまたは28Aに対してなす角度のうち鋭角側の角度は、90度未満である。

Description

半導体素子および半導体素子の製造方法
 本発明は、半導体素子および半導体素子の製造方法に関する。
 基板上に、パターン化された半導体層または電極層が形成された半導体素子がある。特許文献1には、パターン化された電極層を、スクリーン印刷法により形成する技術が記載されている。スクリーン印刷法とは、印刷版のパターン開孔部に充填された印刷材料を、スキージの移動により被印刷物に転写する方法である。印刷版のパターン開孔部には、格子状のワイヤによって網目(メッシュ)が形成される。
 また、半導体層または電極層のパターニング方法として、パターン化されたレジスト等のマスクを用いるウエットエッチング法もある。パターン化されたレジスト等のマスクも、スクリーン印刷法により形成されることがある。
特開2014-57031号公報 国際公開第2011/149067号
 スクリーン印刷法を用いたマスク形成方法では、印刷方向(スキージ移動方向)に交差して延在するレジストパターンに空隙(かすれ)が形成されてしまうことがある。これにより、半導体層または電極層のパターンに空隙(かすれ)が形成されてしまう。
 本発明は、スクリーン印刷法を用いて形成したマスクを用いてパターニングを行っても、パターン化された半導体層または電極層に空隙(かすれ)が形成されることを低減することができる半導体素子および半導体素子の製造方法を提供することを目的とする。
 本発明に係る半導体素子は、基板上に、パターン化された半導体層または電極層が形成された半導体素子であって、前記半導体層または前記電極層は、長尺形状をなし、長手方向に延在する帯状の第1パターンと、前記長手方向に交差する帯状の第2パターンとを有し、前記第2パターンにおける90%の部分が前記第1パターンに対してなす角度のうち鋭角側の角度は、90度未満である。
 本発明に係る半導体素子の製造方法は、基板上に、パターン化された半導体層または電極層が形成された半導体素子の製造方法であって、前記基板上に、前記半導体層の材料膜または前記電極層の材料膜を形成する半導体層材料膜または電極層材料膜形成工程と、スクリーン印刷法を用いて、前記半導体層の材料膜または前記電極層の材料膜の上に、パターン化されたマスクを形成するマスク形成工程と、前記マスクを用いたウエットエッチング法を用いて、前記半導体層の材料膜または前記電極層の材料膜の一部を除去することにより、パターン化された前記半導体層または前記電極層を形成する半導体層または電極層形成工程と、を含み、前記マスク形成工程では、印刷方向が、印刷版のパターン開孔部における網目(メッシュ)を形成する格子状のワイヤに対してなす角度のうち鋭角側の角度は、20度以上40度以下である。
 本発明によれば、スクリーン印刷法を用いて形成したマスクを用いてパターニングを行っても、パターン化された半導体層または電極層に空隙(かすれ)が形成されることを低減することができる。
本実施形態に係る太陽電池を裏面側からみた図である。 図1の太陽電池におけるII-II線断面図である。 本実施形態に係る太陽電池の製造方法における第1半導体層材料膜形成工程を示す図である。 本実施形態に係る太陽電池の製造方法におけるマスク形成工程を示す図である。 本実施形態に係る太陽電池の製造方法における第1半導体層形成工程を示す図である。 本実施形態に係る太陽電池の製造方法における第1半導体層形成工程を示す図である。 本実施形態に係る太陽電池の製造方法における第2半導体層材料膜形成工程を示す図である。 本実施形態に係る太陽電池の製造方法における第2半導体層形成工程(マスク形成工程を省略)を示す図である。 本実施形態に係る太陽電池の製造方法における透明電極層材料膜形成工程を示す図である。 本実施形態に係る太陽電池の製造方法における透明電極層形成工程(マスク形成工程を省略)を示す図である。 本実施形態に係る太陽電池の製造方法における金属電極層形成工程を示す図である。 スクリーン印刷法を用いたマスク形成における問題点を説明するための図である。 スクリーン印刷法を説明するための図である。 スクリーン印刷法を用いたマスク形成における問題点を説明するための図である。 スクリーン印刷法を用いたマスク形成における問題点を説明するための図である。 第1実施形態に係る半導体層または電極層のパターン形状の一例を説明するための図である。 第1実施形態に係る半導体層または電極層のパターン形状の一例を説明するための図である。 第1実施形態に係る半導体層または電極層のパターン形状の一例を説明するための図である。 第1実施形態に係る半導体層または電極層のパターン形状の一例を説明するための図である。 第2実施形態に係るスクリーン印刷法を説明するための図である。
 以下、添付の図面を参照して本発明の実施形態の一例について説明する。なお、各図面において同一または相当の部分に対しては同一の符号を附すこととする。また、便宜上、ハッチングや部材符号等を省略する場合もあるが、かかる場合、他の図面を参照するものとする。
(第1実施形態)
 図1は、本実施形態に係る太陽電池を裏面側からみた図である。図1に示す太陽電池(半導体素子)1は、裏面電極型(バックコンタクト型、裏面接合型ともいう。)の太陽電池である。太陽電池1は、2つの主面を備える半導体基板11を備え、半導体基板11の主面において第1領域7と第2領域8とを有する。
 第1領域7は、いわゆる櫛型の形状をなし、櫛歯に相当する複数のフィンガー部7fと、櫛歯の支持部に相当するバスバー部7bとを有する。バスバー部7bは、半導体基板11の一方の辺部に沿って第1方向(X方向)に延在し、フィンガー部7fは、バスバー部7bから、第1方向に交差する第2方向(Y方向)に延在する。
 同様に、第2領域8は、いわゆる櫛型の形状であり、櫛歯に相当する複数のフィンガー部8fと、櫛歯の支持部に相当するバスバー部8bとを有する。バスバー部8bは、半導体基板11の一方の辺部に対向する他方の辺部に沿って第1方向(X方向)に延在し、フィンガー部8fは、バスバー部8bから、第2方向(Y方向)に延在する。
 フィンガー部7fとフィンガー部8fとは、第2方向(Y方向)に延在する帯状をなしており、第1方向(X方向)に交互に設けられている。なお、第1領域7および第2領域8は、ストライプ状に形成されてもよい。
 図2は、図1の太陽電池におけるII-II線断面図である。図2に示すように、太陽電池1は、半導体基板11の主面のうちの受光する側の主面(一方主面)である受光面側に積層された光学調整層15を備える。また、太陽電池1は、半導体基板11の主面のうちの受光面の反対側の主面(他方主面)である裏面側の一部(主に、第1領域7)に順に積層された第1導電型半導体層25および第1電極層27を備える。また、太陽電池1は、半導体基板11の裏面側の他の一部(主に、第2領域8)に順に積層された第2導電型半導体層35および第2電極層37を備える。
 半導体基板11は、単結晶シリコンまたは多結晶シリコン等の結晶シリコン材料で形成される。半導体基板11は、例えば結晶シリコン材料にn型ドーパントがドープされたn型の半導体基板である。なお、半導体基板11は、例えば結晶シリコン材料にp型ドーパントがドープされたp型の半導体基板であってもよい。n型ドーパントとしては、例えばリン(P)が挙げられる。p型ドーパントとしては、例えばホウ素(B)が挙げられる。半導体基板11は、受光面側からの入射光を吸収して光キャリア(電子および正孔)を生成する光電変換基板として機能する。
 光学調整層15は、半導体基板11の受光面側に形成されている。光学調整層15は、入射光の反射を防止する反射防止層として機能するとともに、半導体基板11の受光面側を保護する保護層として機能する。光学調整層15は、例えば酸化珪素(SiO)、窒化珪素(SiN)、または酸窒化珪素(SiON)のようなそれらの複合物等の絶縁体材料で形成される。
 第1導電型半導体層25は、半導体基板11の裏面側の第1領域7に形成されている。第1導電型半導体層25は、例えばアモルファスシリコン材料で形成される。第1導電型半導体層25は、例えばアモルファスシリコン材料にp型ドーパント(例えば、上述したホウ素(B))がドープされたp型の半導体層である。
 第2導電型半導体層35は、半導体基板11の裏面側の第2領域8に形成されている。第2導電型半導体層35は、例えばアモルファスシリコン材料で形成される。第2導電型半導体層35は、例えばアモルファスシリコン材料にn型ドーパント(例えば、上述したリン(P))がドープされたn型の半導体層である。
 なお、第1導電型半導体層25がn型の半導体層であり、第2導電型半導体層35がp型の半導体層であってもよい。
 第1導電型半導体層25と、第2導電型半導体層35とは、第2方向(Y方向)に延在する帯状をなしており、第1方向(X方向)に交互に並んでいる。第2導電型半導体層35の一部は、隣接する第1導電型半導体層25の一部の上に重なっていてもよい(図示省略)。
 半導体基板11と光学調整層15との間には、パッシベーション層が形成されていてもよい。また、半導体基板11と第1導電型半導体層25との間、および、半導体基板11と第2導電型半導体層35との間には、パッシベーション層が形成されていてもよい。パッシベーション層は、例えば真性(i型)アモルファスシリコン材料で形成される。パッシベーション層は、半導体基板11で生成されたキャリアの再結合を抑制し、キャリアの回収効率を高める。
 第1電極層27は、第1導電型半導体層25に対応して、具体的には半導体基板11の裏面側の第1領域7における第1導電型半導体層25の上に形成されている。第2電極層37は、第2導電型半導体層35に対応して、具体的には半導体基板11の裏面側の第2領域8における第2導電型半導体層35の上に形成されている。第1電極層27は、第1導電型半導体層25上に順に積層された第1透明電極層28と第1金属電極層29とを有する。第2電極層37は、第2導電型半導体層35上に順に積層された第2透明電極層38と第2金属電極層39とを有する。
 第1透明電極層28および第2透明電極層38は、透明な導電性材料で形成される。透明導電性材料としては、ITO(Indium Tin Oxide:酸化インジウムおよび酸化スズの複合酸化物)等が挙げられる。
 第1金属電極層29および第2金属電極層39は、銀等の金属粉末を含有する導電性ペースト材料で形成される。
 第1電極層27および第2電極層37、すなわち第1透明電極層28,第2透明電極層38,第1金属電極層29および第2金属電極層39は、第2方向(Y方向)に延在する帯状をなしており、第1方向(X方向)に交互に並んでいる。第1透明電極層28と第2透明電極層38とは互いに分離されており、第1金属電極層29と第2金属電極層39とも互いに分離されている。
(太陽電池の製造方法)
 次に、図3A~図3Iを参照して、本実施形態に係る太陽電池の製造方法について説明する。図3Aは、本実施形態に係る太陽電池の製造方法における第1半導体層材料膜形成工程を示す図であり、図3Bは、本実施形態に係る太陽電池の製造方法におけるマスク形成工程を示す図であり、図3Cおよび図3Dは、本実施形態に係る太陽電池の製造方法における第1半導体層形成工程を示す図である。図3Eは、本実施形態に係る太陽電池の製造方法における第2半導体層材料膜形成工程を示す図であり、図3Fは、本実施形態に係る太陽電池の製造方法における第2半導体層形成工程(マスク形成工程を省略)を示す図である。図3Gは、本実施形態に係る太陽電池の製造方法における透明電極層材料膜形成工程を示す図であり、図3Hは、本実施形態に係る太陽電池の製造方法における透明電極層形成工程(マスク形成工程を省略)を示す図である。図3Iは、本実施形態に係る太陽電池の製造方法における金属電極層形成工程を示す図である。図3A~図3Iでは、半導体基板11の裏面側を示し、半導体基板11の表面側を省略する。
 まず、図3Aに示すように、例えばCVD法またはPVD法を用いて、半導体基板11の裏面側の全面に、第1導電型半導体層材料膜25Zを積層(製膜)する(第1半導体層材料膜形成工程)。
 次に、図3B~図3Dに示すように、半導体基板11の裏面側において、第2領域8における第1導電型半導体層材料膜25Zを除去することにより、第1領域7に、パターン化された第1導電型半導体層25を形成する。
 具体的には、図3Bに示すように、半導体基板11の裏面側において、第1領域7における第1導電型半導体層材料膜25Z上に、スクリーン印刷法を用いて、パターン化されたマスク90を形成する(マスク形成工程)。マスクの材料としては、例えば感光性または非感光性の有機レジスト材料等が挙げられる。
 その後、図3Cに示すように、マスク90を利用したウエットエッチング法を用いて、第2領域8における第1導電型半導体層材料膜25Z(すなわち、第1導電型半導体層材料膜25Zの一部)を除去することにより、第1領域7に、パターン化された第1導電型半導体層25を形成する(第1半導体層形成工程)。p型半導体膜に対するエッチング溶液としては、例えばオゾンをフッ酸に溶解させた混合液、またはフッ酸と硝酸との混合液等の酸性溶液が挙げられ、n型半導体膜に対するエッチング溶液としては、例えば水酸化カリウム水溶液等のアルカリ性溶液が挙げられる。
 その後、図3Dに示すように、マスク90を剥離する。
 次に、図3Eに示すように、例えばCVD法またはPVD法を用いて、半導体基板11の裏面側の全面に、第2導電型半導体層材料膜35Zを積層(製膜)する(第2半導体層材料膜形成工程)。
 次に、図3Fに示すように、半導体基板11の裏面側において、第1領域7における第2導電型半導体層材料膜35Zを除去することにより、第2領域8に、パターン化された第2導電型半導体層35を形成する。
 例えば、上述同様に、半導体基板11の裏面側において、第2領域8における第2導電型半導体層材料膜35Z上に、スクリーン印刷法を用いて、パターン化されたマスク90を形成する(マスク形成工程)。
 その後、マスク90を利用したウエットエッチング法を用いて、第1領域7における第2導電型半導体層材料膜35Z(すなわち、第2導電型半導体層材料膜35Zの一部)を除去することにより、第2領域8に、パターン化された第2導電型半導体層35を形成する(第2半導体層形成工程)。
 その後、マスク90を剥離する。
 なお、上述した第1半導体層材料膜形成工程または第2半導体層材料膜形成工程において、半導体基板11の受光面側の全面に、光学調整層15を形成してもよい(図示省略)。
 次に、図3Gに示すように、第1導電型半導体層25および第2導電型半導体層35上にこれらに跨って透明電極層材料膜28Zを形成する(透明電極層材料膜形成工程)。透明電極層材料膜28Zの形成方法としては、例えばCVD法またはPVD法等が用いられる。
 次に、図3Hに示すように、半導体基板11の裏面側において、第1領域7と第2領域8との境界における透明電極層材料膜28Zを除去することにより、第1領域7にパターン化された第1透明電極層28を形成し、第2領域8にパターン化された第2透明電極層38を形成する。
 例えば、上述同様に、半導体基板11の裏面側において、第1領域7における透明電極層材料膜28Z上、および第2領域8における透明電極層材料膜28Z上に、スクリーン印刷法を用いて、パターン化されたマスク90を形成する(マスク形成工程)。
 その後、マスク90を利用したウエットエッチング法を用いて、第1領域7と第2領域8との境界における透明電極層材料膜28Z(すなわち、透明電極層材料膜28Zの一部)を除去することにより、第1領域7にパターン化された第1透明電極層28を形成し、第2領域8にパターン化された第2透明電極層38を形成する(透明電極層形成工程)。透明電極層材料膜に対するエッチング溶液としては、塩酸(HCl)等の酸性溶液が挙げられる。
 次に、図3Iに示すように、半導体基板11の裏面側において、第1透明電極層28上に第1金属電極層29を形成し、第2透明電極層38上に第2金属電極層39を形成する(金属電極層形成工程)。第1金属電極層29および第2金属電極層39の形成方法としては、印刷法または塗布法等が用いられる。
 以上の工程により、本実施形態の裏面電極型の太陽電池1が完成する。
 ここで、図4に示すように、第1導電型半導体層25および第1透明電極層28は、長尺形状のパターンであって、長手方向(Y方向)に延在する帯状の第1パターン25A,28Aと、長手方向に交差する短手方向(X方向)に延在する帯状の第2パターン25B,28Bとを有することがある。この場合、スクリーン印刷法を用いたマスク形成工程では、長尺形状のパターン化されたマスク90であって、長手方向(Y方向)に延在する帯状の第1パターン90Aと、長手方向に交差する短手方向(X方向)に延在する帯状の第2パターン90Bとを有するマスク90を形成する。
 ところで、図5に示すように、スクリーン印刷法では、印刷版のパターン開孔部81に充填された印刷材料を、スキージ83の移動により被印刷物に転写する。印刷版のパターン開孔部81には、格子状のワイヤによって網目(メッシュ)が形成されている。
 一般に、スクリーン印刷法では、図4に示すように、長尺形状のマスク90の長手方向、すなわち主な帯状の第1パターン90Aと、印刷方向(スキージ83移動方向)D1とが平行になるようにする。また、図5に示すように、印刷版のパターン開孔部81における網目(メッシュ)を形成する格子状のワイヤに対して、印刷方向(スキージ83移動方向)を約11度傾けるのが好ましい。
 この場合、図4に示すように、マスク90における短手方向(X方向)に延在する帯状の第2パターン90Bに、空隙V1(印刷かすれ)が発生してしまうことがある。特に、空隙V1(印刷かすれ)は、第2パターン90Bにおける印刷方向の元側に発生する。マスク90に空隙(印刷かすれ)が発生すると、第1導電型半導体層25のパターニングまたは第1透明電極層28のパターニングにおいて、第1導電型半導体層25または第1透明電極層28にも空隙が発生してしまう。スクリーン印刷法によるマスク90の空隙(印刷かすれ)の発生について、以下のように考察される。
 図6Aに示すように、マスク90における長手方向(Y方向)に延在する帯状の第1パターン90Aでは、印刷版のパターン開孔部81における印刷方向の網目(メッシュ)の数が多く、吐出された印刷材料が十分に平滑化される。一方、図6Bに示すように、マスク90における短手方向(X方向)に延在する帯状の第2パターン90Bでは、印刷版のパターン開孔部81における印刷方向の網目(メッシュ)の数が少なく、吐出された印刷材料が十分に平滑化されない。
 この現象は、印刷版の使用回数が増えるほど顕著に発生する。
 この点に関し、本願発明者は、マスク90における短手方向(X方向)に延在する帯状の第2パターン90Bにおいて、印刷版のパターン開孔部81における印刷方向の網目(メッシュ)の数を増やすことを考案する。具体的には、マスク90における長手方向(Y方向)に交差する帯状の第2パターン90Bを、印刷方向(スキージ83移動方向)D1に対して直交しないように形成する。
 そのため、本実施形態では、第1導電型半導体層25のパターンおよび第1透明電極層28のパターンは、
・長尺形状のパターンであって、長手方向(Y方向)に延在する帯状の第1パターン25A,28Aと、長手方向に交差する帯状の第2パターン25B,28Bとを有し、
・第2パターン25B,28Bは、第1パターン25A,28Aに対して90度未満、好ましくは、20度以上40度以下の角度(鋭角側)をなしている。
 これにより、マスク90における長手方向(Y方向)に交差する帯状の第2パターン90Bを、印刷方向(スキージ83移動方向)に対して直交しないように形成することができ、マスク90の空隙(印刷かすれ)の発生を低減することができる。そのため、スクリーン印刷法を用いて形成したマスク90を用いてパターニングを行っても、パターン化された第1導電型半導体層25および第1透明電極層28に空隙(かすれ)が形成されることを低減することができる。
 例えば、図7Aに示すように、第1導電型半導体層25のパターンおよび第1透明電極層28のパターンにおける第2パターン25B,28Bは、長手方向(Y方向)に凸である円弧形状である。この場合、第2パターン25B,28Bの円弧の接線は、直線状の第1パターン25A,28Aに対して0度よりも大きく90度よりも小さい範囲で次第に変化する。なお、第2パターン25B,28Bの凸の先端である1点において、第2パターン25B,28Bが第1パターン25A,28Aに対して90度となる。この点に関し、第2パターン25B,28Bにおける90%の部分、好ましくは95%の部分、更に好ましくは98%の部分が、第1パターン25A,28Aに対して90度未満の角度(鋭角側)をなしていればよい。
 或いは、図7Bに示すように、第1導電型半導体層25のパターンおよび第1透明電極層28のパターンにおける第2パターン25B,28Bは、長手方向(Y方向)に凸である尖形状である。この場合、第2パターン25B,28Bは、第1パターン25A,28Aに対して90度未満の角度(鋭角側)をなしている。更には、第2パターン25B,28Bは、第1パターン25A,28Aに対して20度以上40度以下の角度(鋭角側)をなしていることが好ましい。
 或いは、図7Cに示すように、第1導電型半導体層25のパターンおよび第1透明電極層28のパターンにおける第2パターン25B,28Bは、長手方向(Y方向)に凹である逆尖形状である。この場合、第2パターン25B,28Bは、第1パターン25A,28Aに対して90度未満の角度(鋭角側)をなしている。更には、第2パターン25B,28Bは、第1パターン25A,28Aに対して20度以上40度以下の角度(鋭角側)をなしていることが好ましい。
 或いは、図7Dに示すように、第1導電型半導体層25のパターンおよび第1透明電極層28のパターンにおける第2パターン25B,28Bは、長手方向(Y方向)に凹凸である波形状である。例えば正弦波では、山と谷との間の変曲点において傾きが最大となる。これにより、第2パターン25B,28Bの波形状の傾きは、直線状の第1パターン25A,28Aに対して0度よりも大きく90度よりも小さい範囲で次第に変化する。なお、図7Dでは、第2パターン25B,28Bの山および谷の先端である1点において、第2パターン25B,28Bが第1パターン25A,28Aに対して90度となる。この点に関し、第2パターン25B,28Bにおける90%の部分、好ましくは95%の部分、更に好ましくは98%の部分が、第1パターン25A,28Aに対して90度未満の角度(鋭角側)をなしていればよい。
 同様に、図4に示すように、第2導電型半導体層35および第2透明電極層38は、長尺形状のパターンであって、長手方向(Y方向)に延在する帯状の第1パターン35A,38Aと、長手方向に交差する短手方向(X方向)に延在する帯状の第2パターン35B,38Bとを有することがある。
 この場合にも、マスク90における短手方向(X方向)に延在する帯状の第2パターン90Bに、空隙V1(印刷かすれ)が発生してしまうことがある。マスク90に空隙V1(印刷かすれ)が発生すると、第2導電型半導体層35のパターニングまたは第2透明電極層38のパターニングおいて、第2導電型半導体層35または第2透明電極層38にも空隙が発生してしまう。
 この点に関し、マスク90における長手方向(Y方向)に交差する帯状の第2パターン90Bを、印刷方向(スキージ83移動方向)に対して直交しないように形成する。
 そのため、本実施形態では、第2導電型半導体層35のパターンおよび第2透明電極層38のパターンは、
・長尺形状のパターンであって、長手方向(Y方向)に延在する帯状の第1パターン35A,38Aと、長手方向に交差する帯状の第2パターン35B,38Bとを有し、
・第2パターン35B,38Bは、第1パターン35A,38Aに対して90度未満、好ましくは、20度以上40度以下の角度(鋭角側)をなしている。
 これにより、マスク90における長手方向(Y方向)に延在する帯状の第2パターン90Bを、印刷方向(スキージ83移動方向)に対して直交しないように形成することができ、マスク90の空隙(印刷かすれ)の発生を低減することができる。そのため、スクリーン印刷法を用いて形成したマスク90を用いてパターニングを行っても、パターン化された第2導電型半導体層35および第2透明電極層38に空隙(かすれ)が形成されることを低減することができる。
 例えば、図7Aに示すように、第2導電型半導体層35のパターンおよび第2透明電極層38のパターンにおける第2パターン35B,38Bは、長手方向(Y方向)に凸である円弧形状である。この場合、第2パターン35B,38Bの円弧の接線は、直線状の第1パターン35A,38Aに対して0度よりも大きく90度よりも小さい範囲で次第に変化する。なお、第2パターン35B,38Bの凸の先端である1点において、第2パターン35B,38Bが第1パターン35A,38Aに対して90度となる。この点に関し、第2パターン35B,38Bにおける90%の部分、好ましくは95%の部分、更に好ましくは98%の部分が、第1パターン35A,38Aに対して90度未満の角度(鋭角側)をなしていればよい。
 或いは、図7Bに示すように、第2導電型半導体層35のパターンおよび第2透明電極層38のパターンにおける第2パターン35B,38Bは、長手方向(Y方向)に凸である尖形状である。この場合、第2パターン35B,38Bは、第1パターン35A,38Aに対して90度未満の角度(鋭角側)をなしている。更には、第2パターン35B,38Bは、第1パターン35A,38Aに対して20度以上40度以下の角度(鋭角側)をなしていることが好ましい。
 或いは、図7Cに示すように、第2導電型半導体層35のパターンおよび第2透明電極層38のパターンにおける第2パターン35B,38Bは、長手方向(Y方向)に凹である逆尖形状である。この場合、第2パターン35B,38Bは、第1パターン35A,38Aに対して90度未満の角度(鋭角側)をなしている。更には、第2パターン35B,38Bは、第1パターン35A,38Aに対して20度以上40度以下の角度(鋭角側)をなしていることが好ましい。
 或いは、図7Dに示すように、第2導電型半導体層35のパターンおよび第2透明電極層38のパターンにおける第2パターン35B,38Bは、長手方向(Y方向)に凹凸である波形状である。例えば正弦波では、山と谷との間の変曲点において傾きが最大となる。これにより、第2パターン35B,38Bの波形状の傾きは、直線状の第1パターン35A,38Aに対して0度よりも大きく90度よりも小さい範囲で次第に変化する。なお、図7Dでは、第2パターン35B,38Bの山および谷の先端である1点において、第2パターン35B,38Bが第1パターン35A,38Aに対して90度となる。この点に関し、第2パターン35B,38Bにおける90%の部分、好ましくは95%の部分、更に好ましくは98%の部分が、第1パターン35A,38Aに対して90度未満の角度(鋭角側)をなしていればよい。
(第2実施形態)
 第1実施形態では、スクリーン印刷におけるマスク90の空隙(かすれ)の発生を抑制するために、マスク90のパターン形状、すなわち半導体層および電極層のパターン形状を変更した。第2実施形態では、これに代えて、印刷版の角度を変更する。
 本願発明者は、図4に示すように、
・半導体層25,35および透明電極層28,38が、長尺形状のパターンであって、長手方向(Y方向)に延在する帯状の第1パターン25A,35A,28A,38Aと、長手方向に交差する短手方向(X方向)に延在する帯状の第2パターン25B,35B,28B,38Bとを有するパターンであり、
・長尺形状のパターン化されたマスク90であって、長手方向(Y方向)に延在する帯状の第1パターン90Aと、長手方向に交差する短手方向(X方向)に延在する帯状の第2パターン90Bとを有するマスク90を形成する、
場合であっても、図8に示すように、印刷方向D1(スキージ83移動方向)を、印刷版のパターン開孔部81における網目(メッシュ)を形成する格子状のワイヤに対して変更することにより、マスク90の空隙(印刷かすれ)の発生を低減できることを見出した。
 そこで、本実施形態では、スクリーン印刷法を用いたレジスト形成工程において、図8に示すように、印刷方向D1(スキージ83移動方向)を、印刷版のパターン開孔部81における網目(メッシュ)を形成する格子状のワイヤに対して、20度以上40度以下、好ましくは22度以上35度以下、より好ましくは25度にする(2つの角度のうちの鋭角側の角度)。
 これにより、マスク90の空隙(印刷かすれ)の発生を低減することができる。そのため、スクリーン印刷法を用いて形成したマスク90を用いてパターニングを行っても、パターン化された半導体層25,35および透明電極層28,38に空隙(かすれ)が形成されることを低減することができる。
 以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されることなく、種々の変更および変形が可能である。例えば、上述した実施形態では、上述した実施形態では、図2に示すようにヘテロ接合型の太陽電池およびその製造方法を例示したが、本発明の特徴は、ヘテロ接合型の太陽電池に限らず、ホモ接合型の太陽電池等の種々の太陽電池およびその製造方法に適用可能である。
 また、上述した実施形態では、結晶シリコン基板を有する太陽電池を例示したが、これに限定されない。例えば、太陽電池は、ガリウムヒ素(GaAs)基板を有していてもよい。
 更に、上述した実施形態では、太陽電池およびその製造方法について例示した。しかし、本発明の特徴はこれに限定されず、パターン化された半導体層または電極層を備える種々の半導体素子およびその製造方法に適用可能である。
 1 太陽電池(半導体素子)
 7 第1領域
 7b,8b バスバー部
 7f,8f フィンガー部
 8 第2領域
 11 半導体基板(基板)
 15 光学調整層
 25 第1導電型半導体層
 25A,28A 第1パターン
 25B,28B 第2パターン
 25Z 第1導電型半導体層材料膜
 27 第1電極層
 28 第1透明電極層(電極層)
 28Z 透明電極層材料膜
 29 第1金属電極層
 35 第2導電型半導体層
 35A,38A 第1パターン
 35B,38B 第2パターン
 35Z 第2導電型半導体層材料膜
 37 第2電極層
 38 第2透明電極層(電極層)
 39 第2金属電極層
 81 印刷版のパターン開孔部
 83 スキージ
 90 マスク
 90A 第1パターン
 90B 第2パターン
 D1 印刷方向
 V1 空隙(印刷かすれ)

Claims (6)

  1.  基板上に、パターン化された半導体層または電極層が形成された半導体素子であって、
     前記半導体層または前記電極層は、長尺形状をなし、長手方向に延在する帯状の第1パターンと、前記長手方向に交差する帯状の第2パターンとを有し、
     前記第2パターンにおける90%の部分が前記第1パターンに対してなす角度のうち鋭角側の角度は、90度未満である、
    半導体素子。
  2.  前記第2パターンは、前記長手方向に凸である円弧形状、前記長手方向に凸である尖形状、前記長手方向に凹である逆尖形状、または前記長手方向に凹凸である波形状である、請求項1に記載の半導体素子。
  3.  前記半導体素子は、裏面電極型の太陽電池である、請求項1または2に記載の半導体素子。
  4.  基板上に、パターン化された半導体層または電極層が形成された半導体素子の製造方法であって、
     前記基板上に、前記半導体層の材料膜または前記電極層の材料膜を形成する半導体層材料膜または電極層材料膜形成工程と、
     スクリーン印刷法を用いて、前記半導体層の材料膜または前記電極層の材料膜の上に、パターン化されたマスクを形成するマスク形成工程と、
     前記マスクを用いたウエットエッチング法を用いて、前記半導体層の材料膜または前記電極層の材料膜の一部を除去することにより、パターン化された前記半導体層または前記電極層を形成する半導体層または電極層形成工程と、
    を含み、
     前記マスク形成工程では、印刷方向が、印刷版のパターン開孔部における網目(メッシュ)を形成する格子状のワイヤに対してなす角度のうち鋭角側の角度は、20度以上40度以下である、
    半導体素子の製造方法。
  5.  前記印刷方向は、スキージの移動方向である、請求項4に記載の半導体素子の製造方法。
  6.  前記半導体素子は、裏面電極型の太陽電池である、請求項4または5に記載の半導体素子の製造方法。
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