CN103907208A - 太阳能电池的制造方法以及太阳能电池 - Google Patents

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Abstract

太阳能电池的制造方法具有：第一中心对准工序(S10)，设定基板中心位置作为相对于杂质注入工序(S20)的处理的基准位置；以及第二中心对准工序(S30)，设定基板中心位置作为相对于电极形成工序(S40)的处理的基准位置。

Description

太阳能电池的制造方法以及太阳能电池
技术领域
本发明涉及一种适合使用于太阳能电池的制造方法以及太阳能电池的技术。
本申请基于2011年11月29日申请的特愿2011-260064号主张优先权，在此援用其内容。
背景技术
以往，通过将磷或砷等杂质导入到单晶硅基板或多晶硅基板从而形成pn结来作为太阳能电池。一般已知在这种太阳能电池中，当由pn结形成的电子和空穴再结合时，转换效率(发电效率)降低。由此，提出了选择发射极结构，该选择发射极结构为当导入杂质时，相比其他部分提高被导入到与表面电极相接触的部分的杂质的浓度，并将没有电极的部分中的发射极层局部性地设为高电阻的结构。在这种选择发射极结构中的杂质导入中，有时会使用在半导体器件的制造中使用的离子注入，并通过掩膜来设定杂质注入区域(离子照射区域)。
进而，为了成为选择发射极结构而形成表面电极，但该表面电极为了不使转换效率降低而设置在离子注入的杂质区域内。
因此，在这些处理中，需要用于定位基板位置的对准，存在至少通过基板的两边来定位其位置的方法。
另外，还存在通过使基板周围接触等来进行定位的方法(专利文献1)。
专利文献1：特表2010-539684号公报
但是，太阳能电池制造用的基板与半导体基板不同，其外形规格为一边156mm左右的矩形，与此相对，实际上多具有±500μm左右这样大小的误差。
另外，这种实质上被设为矩形的基板的两边的角度也未形成90°，与应为直角相对，存在±0.3°这样大的尺寸公差。
因此，在杂质注入区域(离子注入区域)与表面电极的各自的形成工序中，有可能会发生上述500μm的一倍即1000μm左右或这以上的误差。为了防止表面电极从离子注入区域中伸出，会形成比离子注入区域小得多的表面电极，或者形成比表面电极大得多的离子注入区域。在这种情况下，存在因电极过细或者增加不必要的离子注入区域等而导致转换效率降低的问题。
为了解决这一问题，还考虑了在基板上设置两点以上的对准标记，在离子注入与表面电极形成工序这两个工序中以该对准标记为基准来进行处理。据此，能够以50μm以下的精度来进行对准，但是增加了形成对准标记的工序，其结果是存在导致最想避免的制造成本增加的问题。
进而，作为外形规格，除了一边156mm以外，还存在一边125mm左右的外形规格，存在当以基板周边为基准来进行对准时，无法对应处理位置不同的基板的问题。并且还存在想要与这些不同规格的基板对应地进行同一处理的要求。
发明内容
本发明的方案欲实现以下目的。
1.避免制造成本的增加并实现多个工序间的对准的准确性的提高。
2.即使是外形(轮廓)形状的尺寸偏差较大的太阳能电池用的基板，也能够维持对准的准确性来进行多个工序间的处理。
3.防止因杂质区域与表面电极的形成而引起的转换效率的降低。
4.能够对应不同大小规格的基板。
本发明的一个方案的太阳能电池的制造方法，所述太阳能电池具有在实质上为矩形的硅基板上设置的杂质区域以及与所述杂质区域重叠设置的电极，其特征在于，所述太阳能电池的制造方法具有：杂质注入工序，形成所述杂质区域；电极形成工序，形成所述电极；第一中心对准工序，设定所述基板的中心位置作为相对于所述杂质注入工序的处理的基准位置；以及第二中心对准工序，设定所述基板的中心位置作为相对于所述电极形成工序的处理的基准位置。
在第一中心对准工序中，能够根据通过位于与所述基板的被处理面相反侧的拍摄单元对基板外形进行拍摄而得到的图像，计算基板中心位置。
另外，在第二中心对准工序中，还能够采用根据通过位于所述基板的被处理侧的拍摄单元对基板外形进行拍摄而得到的图像，计算基板中心位置的单元。
另外，在所述杂质注入工序中，能够通过离子注入来注入杂质。
另外，在所述电极形成工序中，优选通过印刷法来形成所述电极。
另外，在所述第一或第二中心对准工序中，能够将所述基板外形的相邻两边的规定部分延长并求出顶点，并且同样地求出其对角位置的顶点，将作为连结这两个顶点的直线的对角线的中点确定为基板中心位置。
另外，在所述第一或第二中心对准工序中，能够求出将所述基板外形的相邻两边的规定部分延长后的顶点，同样地求出与该顶点相邻的顶点，确定连结这些相邻的两个顶点的中点，并且也根据剩余的两个顶点，与所述中点对应地求出相对边的中点，另外，同样地，求出剩余的相对两边的中点，将连结成为这些相对两边的中点的两个点的直线之间的交叉点确定为基板的中心位置。
另外，在所述第一或第二中心对准工序中，将所述硅基板外形的相邻两边与所述对角线的交叉的角度视为45°。
另外，在所述第一中心对准工序中，优选经由贯穿用于载置所述基板的支撑台的拍摄孔，对所述基板外形进行拍摄。
本发明的其他方案的太阳能电池能够根据上述任一个所述的方法制造。
本发明的一个方案的太阳能电池的制造方法，所述太阳能电池具有在实质上为矩形的基板上设置的杂质区域以及与所述杂质区域重叠设置的电极，太阳能电池的制造方法具有：杂质注入工序，形成所述杂质区域；电极形成工序，形成所述电极；第一中心对准工序，设定所述基板中心位置作为相对于所述杂质注入工序的处理的基准位置；以及第二中心对准工序，设定所述基板中心位置作为相对于所述电极形成工序的处理的基准位置。
据此，能够在杂质注入工序与电极形成工序之间，精密地对杂质区域与电极的形成位置进行控制。因此，即使产生了基板外形的误差时，也不会受其影响，能够形成电极而不会从杂质区域中伸出。
另外，据此，对于具有50～500μm左右宽度的杂质区域，能够准确地形成实质上相同宽度尺寸的电极。因此，不会导致转换效率的降低，能够对应具有规格不同大小的基板而由同一装置来制造太阳能电池。
在相对于所述杂质注入工序的第一中心对准工序中，根据通过位于与基板的被处理面相反侧的拍摄单元对基板外形进行拍摄而得到的图像，计算基板中心位置。据此，能够对于与杂质注入中使用的掩膜接近的注入侧的基板面，通过位于基板的相反侧的拍摄单元(CCD、数码相机等)进行拍摄。因此，能够在基板整个面上进行精密的杂质注入处理，并且能够设定基板中心位置来准确地确定处理位置。
另外，在相对于所述电极形成工序的第二中心对准工序中，根据通过位于基板的被处理面侧的拍摄单元对基板外形进行拍摄而得到的图像，计算基板中心位置。据此，能够在求出基板中心位置之后，使基板相对于进行电极形成的掩膜(丝网)等，在与掩膜平行、即与基板面平行的方向上移动规定量(距离方向角度等)。据此，能够准确地进行电极形成的定位，对于具有50～500μm左右宽度的杂质区域，准确地形成实质上相同宽度尺寸，严格来讲比杂质区域的宽度尺寸小10μm左右的宽度尺寸的电极。
另外，在所述杂质注入工序中，通过离子注入来注入杂质。具体而言，所述杂质的离子的导入通过照射来自离子枪的杂质的离子来进行，离子枪被设置为其离子照射面与配置在处理位置的基板相对，以所述基板中心位置为基准位置进行离子照射。此时，通过采用从相对于基板实质上为正交的方向照射杂质的离子的结构，从而能够通过沟流现象将杂质的离子从基板表面导入到任意深的位置。因此，与使用涂布扩散法时相比工序数减少，而且，使导入到基板内的杂质热扩散的退火处理时间缩短，从而能够提高量产性。另外，当导入杂质的离子时不需要质量分离器和加速器等，从而能够实现低成本化。
进而，优选如下结构，即，具备：等离子体发生室，将从离子照射面朝向基板的一侧设为下，离子枪可产生包括杂质的离子的等离子体；以及栅极板，被设置在该等离子体发生室的下端部并构成离子照射面，在该栅极板上形成有多个透孔，形成有该透孔的区域大于基板面积，将该栅极板保持于规定电压，在等离子体发生室内产生的等离子体中的杂质的离子穿过各透孔被引出到下方。
据此，仅通过对施加到栅极板的电压进行控制，就能够以高精度地对基板内的杂质的深度和浓度进行控制。而且，由于使栅极板中的形成有透孔的区域大于基板面积并对基板整个面均匀地照射杂质的离子，因此与对于基板表面扫描离子束相比较，能够缩短处理时间，并且能够实现进一步的低成本化。
另外，在本发明的其他方案中，优选具备：掩膜，位于离子照射面与基板之间，并局部性地遮蔽基板；以及移送单元，使基板的位置相对于该掩膜与离子照射面进退自如且旋转自如地移动到任意的位置。据此，仅通过使基板相对于掩膜适当地移动，就能够实现将杂质的离子局部性地导入到基板，特别有利于选择发射极结构中的杂质的导入。据此，不需要在基板表面形成掩膜或去除该掩膜等工序，从而能够进一步提高量产性。
进而，本发明的其他方案可以包括：离子照射处理工序，对于太阳能电池用的基板，从与该基板相对配置的离子枪的离子照射面，照射从P、As、Sb、Bi、B、Al、Ga及In之中选择出的杂质的离子；缺陷修复工序，通过退火处理修复因离子照射处理工序而在基板内产生的缺陷；以及杂质扩散工序，通过该退火处理使杂质扩散。这里，在上述基板中，包含在杂质的离子被照射的面上具有纹理结构的基板。
根据本发明的方案，由于杂质的离子通过沟流现象从基板表面被导入到任意深的位置，因此能够以更低的能量进行注入。据此，缺陷修复(即，再结晶化)用的退火处理时间变短即可，进而如上所述用于使杂质扩散的退火处理的时间缩短，从而能够提高太阳能电池的量产性。
另外，在所述电极形成工序中，通过印刷法来形成电极。由此，能够通过丝网印刷、喷墨印刷等低成本的方法来形成电极。进而，对于印刷位置，用在与基板面平行的方向上移动的位置来设定基板中心位置，通过以规定距离和/或规定角度移动并设为印刷位置，从而能够进行印刷处理时的基板中心位置的设定。
因此，能够在通过不同的处理单元(处理装置)进行的杂质注入(离子注入)与电极形成(丝网印刷)的多个工序中，分别设定基板中心位置并准确地进行对准，用以担保处理位置的准确性。
进而，在所述第一或第二中心对准工序中，能够将所述硅基板外形的相邻两边的规定部分延长并求出顶点，并且同样地求出其对角位置的顶点，将作为连结这两个顶点的直线的对角线的中点确定为基板中心位置。由此，即使是四角欠缺这样不具有角的基板，也能够求出其顶点来设定中心位置，从而能够实现基于基板中心位置的对准。
进而，在所述第一或第二中心对准工序中，将所述硅基板外形的相邻两边与所述对角线的交叉的角度视为45°。由此，即使在基板外形不为准确的矩形(长方形或正方形)时，也就是，即使为矩形的四边扭曲的四角形时，也能够准确地设定相对于基板中心(center)位置的旋转位置。
进而，在所述第一或第二中心对准工序中，求出将所述硅基板外形的相邻两边的规定部分延长后的顶点，同样地求出与该顶点相邻的顶点，确定连结这些相邻的两个顶点的中点，并且也根据剩余的两个顶点与所述中点对应地求出相对边的中点，另外，同样地求出剩余的相对两边的中点，将连结成为这些相对两边的中点的两个点的直线之间的交叉点确定为基板的中心位置。据此，即使在梯形形状的基板中也能够实现对准。在这种情况下，可以将连结所述相邻的两个顶点的直线与所述硅基板外形的相邻两边所形成的角度视为0°。据此，即使在基板外形不为准确的矩形(长方形或正方形)时，也就是，即使为矩形的四边扭曲的四角形时，也能够准确地设定相对于基板中心(center)位置的旋转位置。
另外，在相对于所述杂质注入工序的第一中心对准工序中，经由贯穿用于载置所述基板的支撑台的拍摄孔对所述硅基板外形进行拍摄，从而通过设置在与处理面相反侧的拍摄装置，即使是载置在支撑台上的基板，也能够设定其中心。据此，在接近上述掩膜的进行注入处理的处理位置中，能够确认基板中心位置和相对于基板中心的旋转位置，从而进行准确的位置设定。
本发明的方案的太阳能电池根据上述任意一个所记载的方法来制造，从而不会导致制造成本的增加就能够制造转换效率高的太阳能电池。
根据本发明的方案，能够避免制造成本的增加并提高多个工序间的对准的准确性。
另外，根据本发明的方案，即使是外形形状的尺寸偏差较大的太阳能电池用的基板，也能够维持对准的准确性来进行多个工序间的处理。
另外，根据本发明的方案，能够防止因杂质区域与表面电极的形成而引起的转换效率的降低。
另外，根据本发明的方案，能够对应不同大小规格的基板。
附图说明
图1是示出太阳能电池的制造方法的一实施方式中的基板与基板中心位置的计算方法的俯视图。
图2是示出太阳能电池的制造方法的一实施方式中的工序的流程图。
图3是示出太阳能电池的制造方法的一实施方式中使用的离子注入装置的示意剖视图。
图4是示出图3中的支撑台的俯视图。
图5A是示出太阳能电池的制造方法的一实施方式中的工序的示意剖视图。
图5B是示出太阳能电池的制造方法的一实施方式中的工序的示意剖视图。
图5C是示出太阳能电池的制造方法的一实施方式中的工序的示意剖视图。
图6是示出太阳能电池的制造方法的一实施方式中使用的丝网印刷装置的示意剖视图。
图7是示出通过太阳能电池的制造方法的一实施方式制造的太阳能电池的例子的示意剖视图。
图8是示出通过太阳能电池的制造方法的一实施方式制造的太阳能电池的其他例子的示意剖视图。
图9是示出基板与基板中心位置的计算方法的其他例子的俯视图。
具体实施方式
下面，基于附图对本发明所涉及的太阳能电池的制造方法的一实施方式进行说明。
图1是示出本实施方式中的太阳能电池用基板的俯视图，图2是示出本实施方式中的工序的流程图。
在本实施方式的太阳能电池的制造方法中，如图1、图7所示，使用无角部分的长度Sy为20mm左右的、四角欠缺这种外形的单晶或多晶硅基板作为基板S。能够将磷或硼导入到该基板以制造选择发射极结构的太阳能电池。
此外，在图7中，为了便于说明太阳能电池的整体结构，省略了在太阳能电池的外表面上形成的凹凸形状的纹理、以及将除了太阳能电池的受光面和与其相对的背面之外的侧面覆盖的膜。太阳能电池100为选择发射极结构的太阳能电池，如图7所示，在作为半导体基板的矩形板状的硅基板S中的太阳光的受光面即表面Sa上，形成有杂质元素在基板S的厚度方向上以规定的深度扩散后形成的区域即杂质区域101，在该杂质区域101上连接有与外部相连接的表面电极(电极)103，在背面Sb的整个区域上连接有与外部相连接的背面电极104。
杂质区域101被形成为条纹状，例如被设为n型，可以包括第二导电型的杂质元素即磷(P)和砷(As)等元素。背面电极104所接触的基板S至少背面侧被设为杂质区域，该杂质区域可以包括第一导电型的杂质元素即硼(B)、锑(Sb)和铋(Bi)等元素。
在杂质区域101中由铝或银等构成的电极(指状电极)103以从硅基板S的表面Sa中突出的方式形成。在杂质区域101和基板S背面侧，通过硅基板S的受光面Sa入射的光被转换为电力。
该电力从连接于各杂质区域101的表面电极103、背面电极104被取出到外部的负载或蓄电装置。
上述硅基板S的整体以至少使电极103的上表面和背面电极104的表面的一部分露出的方式，通过氧化硅膜以及覆盖该氧化硅膜的氮化硅膜被覆盖。氮化硅膜的受光面Sa侧作为抑制光的反射的反射抑制部来发挥功能。而且，照射到太阳能电池100的表面侧的光通过反射抑制部的反射抑制功能而易于被取入到硅基板S内。另外，被取入到硅基板S内的光通过在受光面Sa上形成的纹理而易于被封闭。而且，被取入到硅基板S内的光和被封闭的光通过杂质区域101及作为杂质区域的基板背面侧中的光电转换作用而被转换为电力。另外，通过包含该反射抑制部的上述氧化硅膜和氮化硅膜构成钝化膜，所述钝化膜抑制水分等杂质向硅基板S侵入以及硅基板S的外表面上的机械性损伤等。
在本实施方式的太阳能电池的制造方法中，在后述的杂质注入工序S20中，使用图3、图4所示的离子注入装置10来进行杂质注入处理。
如图3所示，离子注入装置10具有：支撑台12，在处理室11内载置被处理基板S；离子照射单元，从未图示的离子源对载置在支撑台12上的基板S照射离子；掩膜13，规定对基板S照射该离子的照射区域；支撑台位置设定单元15，能够使支撑台12在X-Y-Z方向上以及以支撑支撑台12的支撑轴14为中心旋转任意角度θ；多个数码相机(拍摄单元)16a、16b，夹着支撑台12并位于与掩膜13相反侧；以及窗部17，以数码相机16a、16b能够对处理室内进行拍摄的方式被设置。
如图3、图4所示，在支撑台12上设置有将载置基板S的底部贯穿的至少两处的拍摄孔12a、12b。
拍摄孔12a、12b被设置在与位于基板S的对角位置的角部Sc、Sd周边相对应的部分，使基板S位于掩膜13附近，当成为能够进行离子注入处理的状态时，如后述那样使硅基板S的角部外形(轮廓)位于能够经由贯穿支撑台12的拍摄孔12a、12b来进行拍摄的位置。另外，拍摄孔12a、12b被设定为能够对识别边Sg、Sh、Sj、Sk的任意一个进行拍摄那种程度的大小。
支撑台12在其中心部通过支撑轴14被支撑，支撑轴14能够通过可以使支撑台12沿X-Y-Z方向以及θ旋转的支撑台位置设定单元15被驱动。
掩膜13使用如下掩膜，即，在硅制的板13a上，通过溅射等以规定膜厚形成氧化铝等屏蔽膜13b，在该屏蔽膜13b中按照选择发射极结构，通过刻蚀等以规定间隔设置线状的开口13c，在板13a上设置穿过该开口13c的透孔13d。该掩膜13被固定在形成处理室11的上侧隔壁。在离子照射时，通过支撑台位置设定单元15，对支撑台12相对于掩膜13的位置进行调整。
CCD相机等数码相机(拍摄单元)16a、16b经由拍摄孔12a、12b和窗部17对基板S进行拍摄，并与拍摄孔12a、12b相对应地，分别一个个地以相对于处理室11固定位置的方式设置在处理室外部。
在本实施方式的太阳能电池的制造方法中，在后述的电极形成工序S40中，通过图6所示的丝网印刷机20并使用公知的丝网印刷法来进行形成由Ag构成的表面电极103的电极形成处理。
如图6所示，丝网印刷机20具有：丝网23；支撑台22，能够相对于该丝网23在进行印刷的印刷位置(虚线)与对准位置(实线)之间移动；以及CCD相机等数码相机(拍摄单元)26。丝网印刷机20具有支撑台驱动单元，该支撑台驱动单元能够使载置基板S的支撑台22在印刷位置(虚线)与对准位置(实线)之间移动，并且能够在对准位置上，以通过数码相机26拍摄到的信息为基础，在基板面内方向以及角度方向上对支撑台22的位置进行校正。
另外，数码相机(拍摄单元)26相对于支撑台22位于与丝网23相同侧。
在本实施方式中，如图2所示，太阳能电池的制造方法具有：前处理工序S00；作为(第一)中心对准工序S10的基板载置工序S11、基板拍摄工序S12、中心计算工序S13和处理位置调整工序S14；杂质注入工序S20；作为(第二)中心对准工序S30的基板载置工序S31、基板拍摄工序S32、中心计算工序S33和处理位置调整工序S34；电极形成工序S40；以及后处理工序S50。下面，详细说明由这些工序所进行的处理。
图2所示的前处理工序S00包括在杂质注入之前所需的全部工序，例如基板的清洗等表面处理、防反射膜、纹理形成、钝化膜的形成等。
具体而言，硅基板S的受光面Sa和背面Sb分别被侵入到氢氧化钾(KOH)水溶液等湿法刻蚀用的刻蚀溶液中。据此，在硅基板S的受光面Sa和背面Sb上形成凹凸形状的纹理。接下来，硅基板S利用退火炉在氧气氛中被加热。通过氧气氛中的加热，形成厚度10nm左右的氧化硅膜以覆盖硅基板S的外表面的整体。于是，形成有氧化硅膜的硅基板S利用退火炉在氮气氛中被加热。据此，形成厚度20nm左右的氮化硅膜以覆盖氧化硅膜的外表面的整体。
接下来，硅基板S的受光面Sa侧被暴露在能够形成氮化硅膜的等离子体中。据此，在之前的氮化硅膜上，之中仅在硅基板S的受光面Sa侧层压氮化硅以形成上述反射抑制部。此外，反射抑制部中的氮化硅的膜厚为通过氮化硅的表面抑制从外部入射的太阳光的反射的膜厚即70nm～80nm。
图2所示的中心对准工序S10为用于设定基板中心(center)位置Sc作为相对于杂质注入工序S20的处理的基准位置的工序，具有基板载置工序S11、基板拍摄工序S12、中心计算工序S13、以及处理位置调整工序S14。
在图2所示的基板载置工序S11中，在离子注入装置10的支撑台12上载置基板S。此时，为了能够计算基板中心位置Ss，将位于对角位置的基板角部Sc、Sd位置设定于能够由数码相机16通过拍摄孔12a、12b从下侧进行拍摄的位置，并载置基板S。具体而言，如图4所示，能够以角部Sc位于拍摄孔12a，角部Sd位于拍摄孔12b的方式进行载置。另外，如图3中实线所示，支撑台12被设定在下降到相对于掩膜13远离的位置后的基板载置搬出位置。
在图2所示的基板拍摄工序S12中，通过多个数码相机(拍摄单元)16a、16b对载置在离子注入装置10的支撑台12上的基板S进行拍摄。具体而言，由一个数码相机(拍摄单元)16a对位于拍摄孔12a的角部Sc进行拍摄，由另一个数码相机(拍摄单元)16b对位于拍摄孔12b的角部Sd进行拍摄。此外，为了进行拍摄处理，在拍摄之前，支撑台12如图3中的虚线所示，上升到接近掩膜13的离子注入位置。
在图2所示的中心计算工序S13中，如图1所示，对由数码相机16a、16b拍摄到的图像进行数据处理，根据该图像数据对基板S的外形(轮廓)进行判别，如下述那样计算基板中心位置Ss。
首先，以数码相机16a、16b的位置信息为基础，对分别拍摄到的位于对角位置的两个角部Sc、Sd的各自的图像进行合成。
接下来，在该合成图像中，在位于对角位置的两个角部Sc、Sd中，分别对矩形的四边之中相邻的两边进行识别，其中，将角部Sc附近的识别边Sg和识别边Sh识别为直线。将这些直线延长，求出虚拟顶点(顶点)Sm作为其交点。同样地，将角部Sd附近的识别边Sj和识别边Sk识别为直线。将这些直线延长，求出虚拟顶点(顶点)Sn作为其交点。
此外，识别边Sg、Sh、Sj、Sk只要均具有可计算虚拟顶点Sm、Sn的程度的长度即可。
接下来，计算出连结这些虚拟顶点Sm、Sn的直线SL，并将该直线SL的中点设定为基板中心位置Ss。另外，作为对角线的直线SL被视为与基板S的四边Sg、Sh、Sj、Sk均以45°相交。
在图2所示的处理位置调整工序S34中，在针对计算出的基板中心位置Ss是否相对于由掩膜13的位置规定的预先设定的处理中心而错开进行了判别的基础上，在面内方向上调整支撑台12的位置以使该基板中心位置Ss与处理中心一致。同样地，在针对对角线SL是否相对于由掩膜13的位置规定的预先设定的处理方向而错开进行了判别的基础上，在θ方向上旋转调整支撑台12的位置以使该对角线SL与处理方向一致。
通过以上的操作，完成相对于离子注入工序S20的对准工序S10。
此外，作为基板S的对准方法，基板中心位置Ss的计算方法并不限于上述方法，可以使用公知的基板对准方法。
当中心对准工序S10完成，基板S被设置在能够进行离子注入的位置之后，进行离子注入处理以作为图2所示的杂质注入工序S20。
在杂质注入工序S20中，设为将处理室11设定为真空等的处理气氛，相对于基板S进行穿过掩膜13的磷离子的导入(离子照射处理)。这里，使用包含磷的PH3(磷化氢)作为导入到离子源即等离子体发生源的气体时，离子照射的条件为气体流量被设定为0.1～20sccm、接入到天线的交流电力为将频率13.56MHz的高频功率设定为20～1000W、施加到栅极板的电压被设定为30kV、照射时间被设定为0.1～3.0sec。据此，如图5A所示，磷离子穿过掩膜13的开口13c和透孔13d被导入到基板S的电极形成区域而形成杂质区域(n+层)101。
如上所述，在基板S上形成有杂质区域(n+层)层101时，使掩膜13移动到退避位置，设为在位于离子照射位置的基板S与离子照射源的栅极板之间没有掩膜13的状态。于是，对基板S的整面均匀地照射磷离子。在这种情况下，向栅极板施加的电压被变更为5kV～10kV、离子照射时间被变更为0.1～3.0sec。据此，如图5B所示，在基板S的浅的位置形成n层102。
接下来，基板S被搬送到未图示的退火炉进行退火处理。在这种情况下，例如，进行将基板温度设定为900℃并将处理时间设定为2分钟的退火处理。据此，因离子照射而在基板S上产生的缺陷得到修复(即，再结晶化)。
图2所示的中心对准工序S30为用于设定基板中心位置Ss作为相对于电极形成工序S40的处理的基准位置的工序，具有基板载置工序S31、基板拍摄工序S32、中心计算工序S33、以及处理位置调整工序S34。
在图2所示的基板载置工序S31中，在丝网印刷装置20中，在位于由图示左侧的实线示出的对准位置的支撑台22上载置基板S。
接下来，在图2所示的基板拍摄工序S32中，通过数码相机(拍摄单元)26对载置在位于对准位置的支撑台22上的基板S的整体进行拍摄。此外，为了进行拍摄处理，在拍摄之前，由于支撑台22如图6中的实线所示退避到与掩膜23隔开的对准位置，因此掩膜23不会妨碍拍摄。
在图2所示的中心计算工序S33中，如图1所示，对通过数码相机26拍摄到的图像进行数据处理，根据该图像数据对基板S的外形(轮廓)进行判别，如下述那样计算基板中心Ss。
首先，根据通过数码相机26拍摄到的基板S的整体的图像数据，在位于对角位置的两个角部Sc、Sd中，分别对矩形的四边之中相邻的两边进行识别，其中，将角部Sc附近的识别边Sg和识别边Sh识别为直线。将这些直线延长，求出虚拟顶点(顶点)Sm作为其交点。同样地，将角部Sd附近的识别边Sj和识别边Sk识别为直线。将这些直线延长，求出虚拟顶点(顶点)Sn作为其交点。此外，识别边Sg、Sh、Sj、Sk只要均具有可计算虚拟顶点Sm、Sn的程度的长度即可。
接下来，计算出连结这些虚拟顶点Sm、Sn的直线SL，进而，将该直线SL的中点设定为基板中心位置Ss。另外，作为对角线的直线SL被视为与基板S的四边Sg、Sh、Sj、Sk均以45°相交。
在图2所示的处理位置调整工序S34中，在针对计算出的基板中心位置Ss是否相对于由掩膜23的位置规定的预先设定的处理中心而错开进行了判别的基础上，在面内方向上调整支撑台22的位置以使该基板中心位置Ss与处理中心一致。进而，在针对对角线SL是否相对于由掩膜23的位置规定的预先设定的处理方向而错开进行了判别的基础上，在θ方向上旋转调整支撑台22的位置以使该对角线SL与处理方向一致。
通过以上的操作，完成相对于电极形成工序S40的对准工序S30。
此外，作为基板S的对准方法，基板中心位置Ss的计算方法并不限于上述方法，可以使用公知的基板对准方法。
在图2所示的电极形成工序S40中，在进行了离子注入处理后的基板S上，使用公知的丝网印刷法来形成由Ag构成的表面电极103。
在该工序中，如图6所示，载置基板S的支撑台22通过未图示的支撑台驱动单元从对准位置(实线)被移动到印刷位置(虚线)，按照根据丝网23而规定的图案，形成由Ag等构成的表面电极103。
在图2所示的后处理工序S50中，通过在基板S的背面Sb上形成由Al等构成的背面电极104，从而得到如图5C所示的选择发射极结构的太阳能电池。
另外，该后处理工序S50包括电极形成后所需的全部处理。
在本实施方式中，在杂质注入工序S20和电极形成工序S40的各自的处理之前，由于通过中心对准工序S10和中心对准工序S30计算基板中心位置Ss来设定处理位置，因此能够精密地控制杂质区域101和电极103的形成位置。据此，即使基板S的外形产生了误差时，也不会受此影响，能够形成电极103而不会从杂质区域101中伸出。另外，对于具有50～500μm左右宽度的杂质区域，能够准确地形成实质上相同宽度尺寸、严格来讲与杂质区域101的宽度尺寸相比小10μm以下程度的宽度尺寸的电极103。因此，不会导致转换效率的降低，并且能够对应大小规格不同的基板S来制造太阳能电池。
在本实施方式的中心对准工序S10中，根据通过位于与基板S的被处理面Sa相反侧的背面Sb侧的拍摄单元16a、16b对基板S的外形(轮廓)进行拍摄而得到的图像数据，计算基板中心位置Ss。据此，由于在基板S接近杂质注入中使用的掩膜13的状态下，仅拍摄基板S的角部Sc、Sd就能够设定基板中心位置Ss，因此能够准确地计算基板S的位置。因此，能够准确地确定处理位置，能够对基板S的整个面进行精密的杂质注入处理。
另外，在本实施方式的中心对准工序S30中，根据通过位于基板S的表面Sa侧的拍摄单元26对基板S的外形(轮廓)进行拍摄而得到的图像，计算基板中心位置Ss，求出基板中心位置。然后，使基板S相对于进行电极形成的丝网23，在与丝网23平行、也就是与基板S的表面Sa平行的面内方向上移动规定量(距离方向角度等)。据此，由于能够准确地进行电极形成的定位，因此对于具有50～500μm左右宽度的杂质区域101，能够准确地形成实质上相同宽度尺寸、严格来讲比杂质区域101的宽度尺寸小10μm左右的宽度尺寸的电极103。
如此，在本实施方式中，在中心对准工序S10和中心对准工序S30中，由于以同一的基板中心位置Ss为基准进行对准，因此能够容易地使注入的场所与形成电极的场所在100μm以内一致。而且，由于并未在基板上设置对准标记，因此无需进行那部分的制造工序，制造成本也不会上升。
此外，本实施方式的太阳能电池的制造方法用两个点求出虚拟顶点，但也可以为Sc、Sd、Se、Sf这四个点，在这种情况下，能够进一步提高对准精度。此时，能够根据与成为对角线的直线SL相交的另一条对角线求出基板中心位置Ss。另外，能够根据这四个顶点求出多个中点，根据这些中点求出基板中心位置Ss。
在后者的情况下，如图9所示，能够在中心计算工序S13中，对通过数码相机16a、16b拍摄到的图像进行数据处理，在根据该图像数据对基板S的外形(轮廓)进行判别之后，如下述那样计算基板中心位置Ss。
首先，以数码相机16a、16b的位置信息为基础对分别拍摄到的位于相邻位置的两个角部Sc、Se的各自的图像进行合成。
接下来，在两个角部Sc、Se的合成图像中，识别矩形的四边之中相邻的两边。在角部Sc附近将识别边Sg和识别边Sh识别为直线。将这些直线延长，求出虚拟顶点(顶点)Sm作为其交点。同样地，在角部Se附近将识别边Su1和识别边Sv1识别为直线。将这些直线延长，求出虚拟顶点(顶点)Sp作为其交点。
同样地，在剩余的两个顶点之中，将角部Sd附近的识别边Sj和识别边Sk识别为直线。将这些直线延长，求出虚拟顶点(顶点)Sn作为其交点。同时，将在角部Sf附近的识别边Su2和识别边Sv2识别为直线。将这些直线延长，求出虚拟顶点(顶点)Sq作为其交点。
接下来，计算出连结虚拟顶点Sm、Sp的直线的中点Sr1，并计算出连结虚拟顶点Sq、Sn的直线的中点Sr2。进而，将连结相对的两边的中点Sr1、Sr2的直线SL1的中点设定为基板中心位置Ss。
此外，识别边Sg、Sh、Sj、Sk、Su1、Sv1、Su2、Sv2只要均具有可计算虚拟顶点Sm、Sn、Sp、Sq的程度的长度即可。
另外，作为对角线的直线SL1被视为与基板S的两边Sg(Su1)、Sk(Su2)均形成90°，也就是被视为正交。
此外，还可以根据四个顶点求出与剩余的两边相对应的中点St1、St2，将连结这些中点St1、St2的直线SL2的中点设定为基板中心位置Ss。
另外，还可以将连结相对两边的中点St1、St2的直线SL1与连结中点St1、St2的直线SL2的交点设定为基板中心位置Ss。
此外，本实施方式的太阳能电池的制造方法适用于将杂质注入到基板S的表面Sa以形成n+层101，并在其上形成表面电极103，在背面Sb的几乎整个面上形成背面电极104的太阳能电池100的制造，除此以外，还能够适用于背接触型的太阳能电池的制造。
具体而言，如图8所示，太阳能电池80为在作为半导体基板的矩形板状的硅基板81中的背面81b连接有与外部连接的电极82的、所谓的背接触型的太阳能电池。
更详细而言，如图8所示，在太阳能电池80所具备的硅基板81上，在太阳光的受光面81a和与该受光面81a相对的背面81b上形成有凹凸形状的纹理。这种硅基板81可以为由单晶硅构成的基板或由多晶硅构成的基板中的任意一种。
在硅基板81的背面81b上交替形成有P型杂质区域81p和N型杂质区域81n，该P型杂质区域81p和N型杂质区域81n是杂质元素从该背面81b开始在硅基板81的厚度方向上以规定的深度扩散后形成的区域。P型杂质区域81p包括作为第一导电型的杂质元素的硼(B)、锑(Sb)和铋(Bi)等元素。另一方面，N型杂质区域81n包括作为第二导电型的杂质元素的磷(P)和砷(As)等元素。在P型杂质区域81p和N型杂质区域81n上，由铝或银等构成的电极82以从硅基板81的背面81b中突出的方式形成。在P型杂质区域81p和N型杂质区域81n中，入射到硅基板81的受光面81a的光被转换为电力。而且，该电力从连接于各杂质区域81p、81n的表面电极82被取出到外部的负载或蓄电装置。
上述硅基板81的整体以至少使电极82的突出面82a的一部分露出的方式通过氧化硅膜83以及覆盖该氧化硅膜83的氮化硅膜84被覆盖。氮化硅膜84的受光面81a侧比背面81b侧的膜厚更厚，作为利用受光面81a侧来抑制光的反射的反射抑制部84a来发挥功能。而且，照射到太阳能电池80的表面侧的光通过反射抑制部84a的反射抑制功能而易于被取入到硅基板81内。另外，被取入到硅基板81内的光通过在受光面81a和背面81b上形成的纹理而易于被封闭。而且，被取入到硅基板81内的光和被封闭的光通过P型杂质区域81p和N型杂质区域81n中的光电转换作用而被转换为电力。另外，通过包含该反射抑制部84a的上述氧化硅膜83和氮化硅膜84构成钝化膜，所述钝化膜抑制水分等杂质向硅基板81侵入以及硅基板81的外表面上的机械性损伤等。
在这种结构的太阳能电池80的制造中，也可以与上述杂质注入工序S20相对应地在形成P型杂质区域81p和N型杂质区域81n的工序之前，对应中心对准工序S10来计算基板中心位置Ss，另外，还可以在与上述电极形成工序S40相对应的形成电极82的电极形成工序之前，对应中心对准工序S30来计算基板中心位置Ss。据此，能够准确地设定电极和杂质区域的形成位置。
通过氧化硅膜83和氮化硅膜84将N型杂质元素和P型杂质元素注入到硅基板81的背面81b。所以，无需另外在氧化硅膜83或氮化硅膜84上形成用于使杂质元素扩散到硅基板81的贯穿孔。因此，与在氧化硅膜83和氮化硅膜84上形成贯穿孔的方法相比，能够减少用于制造太阳能电池80的工序数。
在硅基板81的整体上形成氧化硅膜83和氮化硅膜84，另一方面，在注入杂质元素的背面81b上，通过使氮化硅的膜厚相对较薄，从而使钝化膜的膜厚相对较薄。因此，能够降低杂质元素的注入所需的加速电压，并且能够在硅基板81的受光面81a上，确实地发现钝化膜的功能。
在硅基板81的外表面的整体上形成氧化硅膜83和氮化硅膜84之后，进而，通过仅在受光面81a侧层压氮化硅，从而使得钝化膜的膜厚在背面81b相对较薄。这里，为了在钝化膜上形成用于使杂质扩散的贯穿孔，需要形成用于抑制除了贯穿孔之外的区域变薄的掩膜的工序、以及在钝化膜上形成贯穿孔的工序这样的至少两个以上的工序。与此相对，即使钝化膜的形成工序为包括反射抑制部84a的如上所述的方法，也仅仅是增加钝化膜的形成工序。所以，即使为上述的方法，与在钝化膜上形成贯穿孔的方法相比，也能够减少制造工序数。
将形成在背面81b上的氧化硅膜83的膜厚与氮化硅膜84的膜厚之和设为30nm。因此，能够更加切实地进行经过氧化硅膜83和氮化硅膜84的向硅基板81的杂质元素的注入。
此外，上述实施方式还可以如下述那样适当变更来实施。
将上述背面81b侧的钝化膜的厚度、也就是氧化硅膜83的厚度与氮化硅膜84的厚度之和设为30nm。并不限于此，优选背面81b侧的钝化膜的厚度为5nm以上50nm以下。
另外，特别优选背面81b上的钝化膜的厚度为5nm以上20nm以下。如果背面81b上的钝化膜的厚度在此范围内，则能够对于背面81b维持机械性和化学性的最低限度的保护、也就是在能够维持作为太阳能电池80的充分的转换效率的程度下保护背面81b。此外，由于能够使通过离子束接受离子注入的钝化膜的厚度在优选的膜厚范围之中相对较薄，因此能够使向硅基板81的离子注入量相对较多。据此，能够在相对较短的离子注入处理的时间内，确保充分的离子注入量，因此能够缩短太阳能电池80的制造所需的节拍时间。
另外，如果将钝化膜的厚度设为超过20nm的厚度，则能够在机械性和化学性上更加确实地保护背面81b。此外，如果将钝化膜的厚度设为50nm以下，则能够更加确实地抑制离子束的照射对硅基板81的损害扩大至对太阳能电池80的转换效率造成影响的程度。
代替硅基板81，还可以使用砷化镓(GaAs)基板、硫化镉(CdS)基板、碲化镉(CdTe)基板、铜铟硒化物(CuInSe)基板等化合物半导体基板、有机半导体基板。
在上述实施方式中，在硅基板81的整体上形成氧化硅膜83和氮化硅膜84之后，形成N型杂质区域81n和P型杂质区域81p。并不限于此，还可以在作为钝化膜的氧化硅膜83的形成之后，接着进行上述各杂质区域81n、81p的形成之后，形成作为其他钝化膜的氮化硅膜84。
符号说明
100、80…太阳能电池、
S、81…硅基板、
Sa、81a…受光面、
Sb、81b…背面、
101…杂质区域、
81p…P型杂质区域(杂质区域)、
81n…N型杂质区域(杂质区域)、
82、103、104…电极、
83…氧化硅膜、
84…氮化硅膜、
84a…反射抑制部、
13…掩膜、
23…丝网(掩膜)、
16、26…数码相机(拍摄单元)、
Ss…基板中心位置。

Claims (10)

1.一种太阳能电池的制造方法，所述太阳能电池具有在实质上为矩形的硅基板上设置的杂质区域以及与所述杂质区域重叠设置的电极，其特征在于，所述太阳能电池的制造方法具有：
杂质注入工序，形成所述杂质区域；
电极形成工序，形成所述电极；
第一中心对准工序，设定所述基板的中心位置作为相对于所述杂质注入工序的处理的基准位置；以及
第二中心对准工序，设定所述基板的中心位置作为相对于所述电极形成工序的处理的基准位置。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池的制造方法，其特征在于，
在所述第一中心对准工序中，根据通过位于与所述基板的被处理面相反侧的拍摄单元对基板外形进行拍摄而得到的图像，计算基板中心位置。
3.根据权利要求1所述的太阳能电池的制造方法，其特征在于，
在所述第二中心对准工序中，根据通过位于与所述基板的被处理面侧的拍摄单元对基板外形进行拍摄而得到的图像，计算基板中心位置。
4.根据权利要求2所述的太阳能电池的制造方法，其特征在于，
在所述杂质注入工序中，通过离子注入来注入杂质。
5.根据权利要求3所述的太阳能电池的制造方法，其特征在于，
在所述电极形成工序中，通过印刷法来形成所述电极。
6.根据权利要求1所述的太阳能电池的制造方法，其特征在于，
在所述第一或第二中心对准工序中，将所述基板外形的相邻两边的规定部分延长并求出顶点，并且同样地求出其对角位置的顶点，将作为连结这两个顶点的直线的对角线的中点确定为基板中心位置。
7.根据权利要求1所述的太阳能电池的制造方法，其特征在于，
在所述第一或第二中心对准工序中，求出将所述基板外形的相邻两边的规定部分延长后的顶点，同样地求出与该顶点相邻的顶点，确定连结这些相邻的两个顶点的中点，并且也根据剩余的两个顶点，与所述中点对应地求出相对边的中点，另外，同样地，求出剩余的相对两边的中点，将连结成为这些相对两边的中点的两个点的直线之间的交叉点确定为基板的中心位置。
8.根据权利要求6所述的太阳能电池的制造方法，其特征在于，
在所述第一或第二中心对准工序中，将所述基板外形的相邻两边与所述对角线交叉的角度视为45°。
9.根据权利要求8所述的太阳能电池的制造方法，其特征在于，
在所述第一中心对准工序中，经由贯穿用于载置所述基板的支撑台的拍摄孔，对所述基板外形进行拍摄。
10.一种太阳能电池，其特征在于，
根据权利要求1所述的方法制造。
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