JP2001177128A

JP2001177128A - 太陽電池の製法

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Publication number: JP2001177128A
Application number: JP36337999A
Authority: JP
Inventors: Takashi Yokoyama; 敬志横山; Takahiro Mishima; 孝博三島; Shigeki Ito; 茂樹伊藤
Original assignee: Air Water Inc
Current assignee: Air Water Inc
Priority date: 1999-12-21
Filing date: 1999-12-21
Publication date: 2001-06-29
Anticipated expiration: 2019-12-21
Also published as: JP3786809B2

Abstract

(57)【要約】【課題】浅い拡散層と深い拡散層を、同一拡散条件のも
とで同時に形成することにより、高性能の太陽電池を低
コストで製造する方法を提供する。【解決手段】基板１０に、形成すべき表面電極１８の形
成予定部分が切欠き１２になった酸化膜層１１を形成
し、この酸化膜層１１付の基板１０に拡散処理を施すこ
とにより、上記切欠き１２部分の基板表層部に濃く深い
拡散層１３を形成し、酸化膜層１１が形成されている部
分の基板表層部に薄く浅い拡散層１４を形成する。そし
て、上記酸化膜層１１を除去するようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高性能の太陽電池
を得ることのできる太陽電池の製法に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】シリコン結晶太陽電池は、一般的に、例
えば図３に示すような構造になっている。すなわち、ｐ
型のシリコン結晶基板１の表層部分に、ｎ型不純物の導
入によりｎ⁺層２が形成されて、内部電場をつくり出す
ＰＮ接合３がつくられている。また、その表面（受光
面）には、反射防止膜４を介して、細いフィンガー電極
５と太いバスバー電極６とが取り付けられており、この
部分から発生した電力を取り出すようになっている。７
は裏面電極である。

【０００３】このような太陽電池セルにおいて、高い性
能を得るには、入射した光によって発生した少数キャリ
アが接合部分（図３における３）に有効に到達する必要
がある。そのため、いわゆるパッシベーション層、すな
わち太陽電池表面の大部分を熱酸化膜で被覆して、表面
での少数キャリアの再結合を減少させる方法が提案され
使用されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】また、ＰＮ接合の深さ
や濃度も重要な問題となる。すなわち、短波長側の光を
有効に使用するためには、接合の深さをできるだけ浅く
するとともに濃度をできるだけ低くする必要があるが、
あまり浅く薄くしすぎると、表面電極を形成した場合
に、電極がＰＮ接合を突き破るおそれがあり、ＰＮ接合
を突き破らないようにして電極を形成したとしても、電
極との抵抗が高くなり、結局太陽電池の性能向上にはつ
ながらず、かえって性能の悪い太陽電池になってしまう
という問題がある。

【０００５】そこで、表面電極を形成する部分に限っ
て、キャリア濃度が高く深さの深い拡散層を形成し、そ
れ以外の基板表面には、濃度が低く深さの浅い拡散層を
形成する方法がいくつか提案されている（特開昭５５−
１５８６８０号公報、特開昭５６−１２７８２号公報、
特開昭５９−７９５８０号公報等）。しかしながら、こ
れらの方法はいずれも、浅い拡散層と深い拡散層を、そ
れぞれ別の拡散条件で段階的に行うため、工程が複雑
で、製造コストが高くなるという問題がある。

【０００６】本発明は、このような事情に鑑みなされた
もので、上記浅い拡散層と深い拡散層を、同一拡散条件
のもとで同時に形成することにより、高性能の太陽電池
を低コストで製造する方法の提供をその目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明は、形成すべき表面電極の形成予定部分以外
の表面部分に酸化膜層が形成された半導体基板を準備す
る工程と、上記部分的に酸化膜層が形成された半導体基
板に拡散処理を施すことにより、酸化膜層が形成されて
いない部分の基板表層部に、キャリア濃度が高く深さの
深い拡散層（以下「濃く深い拡散層」という）を形成
し、酸化膜層が形成されている部分の基板表層部に、キ
ャリア濃度が低く深さの浅い拡散層（以下「薄く浅い拡
散層」という）を形成する工程と、上記酸化膜層を除去
する工程と、上記キャリア濃度が高く深さの深い拡散層
が形成された基板部分の上に表面電極を形成する工程と
を備えた太陽電池の製法を第１の要旨とする。

【０００８】また、本発明は、上記太陽電池の製法のな
かでも、特に、上記キャリア濃度が高く深さの深い拡散
層として、表面抵抗が１０〜５０Ω／ｃｍ²で深さ０．
３〜０．５μｍの拡散層が形成され、上記キャリア濃度
が低く深さの浅い拡散層として、表面抵抗が１００〜３
００Ω／ｃｍ²で深さ０．００１〜０．１μｍの拡散層
が形成されるようにした製法を第２の要旨とし、それら
のなかでも、特に、上記半導体基板表面に形成される酸
化膜層の厚みが、５〜２０ｎｍになるようにした製法を
第３の要旨とする。

【０００９】すなわち、本発明は、拡散層の形成に先立
って、半導体基板表面のうち、表面電極の形成予定部分
以外の部分を、酸化膜層でマスクし、その状態で、拡散
処理を施すことにより、上記酸化膜層でマスクされてい
ない部分、すなわち表面電極形成予定部分には、濃く深
い拡散層を形成し、上記酸化膜層でマスクされている部
分には、この酸化膜層を通して、薄く浅い拡散層を形成
するようにしたものである。したがって、この方法によ
れば、一工程で、簡単に、濃く深い拡散層と薄く浅い拡
散層とを形成することができ、高性能の太陽電池を低コ
ストで得ることができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】つぎに、本発明の実施の形態につ
いて説明する。

【００１１】本発明によれば、例えばつぎのようにして
太陽電池を得ることができる。すなわち、まず、図１
（ａ）に示すように、半導体基板１０（以下、単に「基
板」という）を準備する。ただし、基板１０の表裏面
は、ミラー面となるよう、例えばＨＦ：ＨＮＯ₃＝１：
５の処理液を用いてケミカルエッチングを施すことが好
適である。また、基板１０は、ｐ型であってもｎ型であ
ってもよいが、通常、ｐ型のシリコン基板が好適に用い
られる。もちろん、材質は、シリコンに限らず、太陽電
池に用いることのできる半導体であれば、どのようなも
のであっても差し支えない。そして、単結晶であっても
多結晶であっても差し支えない。

【００１２】つぎに、上記基板１０の表面全体に、図１
（ｂ）に示すように、ＳｉＯ₂等からなる酸化膜層１１
を、熱酸化法等によって形成する。

【００１３】なお、上記酸化膜層１１の厚みは、特に限
定するものではないが、後で、この酸化層１１を通し
て、薄くて浅い拡散層を形成することになるため、その
厚みは、上記薄くて浅い拡散層の要求される厚みに応じ
て、適宜に調整される。特に、上記薄くて浅い拡散層を
好ましい状態で得るには、上記酸化膜層１１の厚みを、
５〜２０ｎｍ程度に設定することが好適である。すなわ
ち、酸化膜層１１が厚すぎると、薄くて浅い拡散層の形
成が困難となり、逆に薄すぎると、酸化膜層１１として
の効果が殆ど期待できず、濃く深い拡散層との差異があ
まり得られなくなるからである。

【００１４】つぎに、上記酸化膜層１１のうち、表面電
極の形成予定部分に、図１（ｃ）に示すように、その形
状と略等しい形状の切欠き１２を形成する。このとき、
上記切欠き１２の大きさは、上記表面電極の形成予定部
分と全く同一にするか、それよりもやや大きく設定する
ことが好適である。

【００１５】なお、上記切欠き１２の形成は、ホトリソ
グラフィ工程、スクリーン印刷工程等によって行うこと
が好適である。

【００１６】つぎに、拡散処理を施すことにより、図２
（ａ）に示すように、基板１０の表層部のうち、上記切
欠き１２が形成され酸化膜層１１がない部分に、濃く深
い拡散層１３を形成し、酸化膜層１１が形成されている
部分に、薄く浅い拡散層１４を形成する。

【００１７】すなわち、上記拡散処理において、酸化膜
層１１がない部分（切欠き１２の部分）では、不純物が
直接基板１０の表層部に入っていくため、濃く深い拡散
層１３となる。一方、酸化膜層１１が形成されている部
分では、不純物が、酸化膜層１１を通って基板１０内に
低い濃度で入っていくため、薄く浅い拡散層１４とな
る。したがって、上記拡散処理の方法としては、ガス拡
散法を用いることが好適である。また、拡散源として
は、例えばＰＯＣｌ₃（液体）やＰＨ₃（気体）、Ｐ₂
Ｏ₅（固体）等があげられ、９００〜１０００℃×１０
〜３０分の処理条件で処理することが好適である。

【００１８】つぎに、全体をＨＦに浸す等して、拡散層
１３，１４が形成された基板１０の表面から酸化膜層１
１を除去する。この状態を、図２（ｂ）に示す。

【００１９】このようにして、濃く深い拡散層１３と薄
く浅い拡散層１４とが形成された基板１０を得ることが
できる。この基板１０に対し、例えば図２（ｃ）に示す
ように、まず、基板１０の表面に、パッシベーション膜
１５を形成し、つぎに、反射防止膜１６を形成する。そ
して、裏面電極１７を形成したのち、濃く深い拡散層１
３が形成された部分に、表面電極１８を形成する。そし
て、鎖線で示すように、側面の薄く浅い拡散層１４を除
去することにより、太陽電池を得ることができる。

【００２０】上記製法によれば、濃く深い拡散層１３と
薄く浅い拡散層１４とを、一工程で同時に形成すること
ができるため、工程管理が簡単で、製造コストも低く抑
えることができる。そして、上記濃く深い拡散層１３の
上に、表面電極１８を形成することができるため、電極
１８がＰＮ接合を突き破ることがなく、また、他の部分
は薄く浅い拡散層１４になっているため、高性能の太陽
電池を得ることができる。

【００２１】なお、本発明において、濃く深い拡散層１
３の「濃く深い」程度と、薄く浅い拡散層１４の「薄く
浅い」程度は、両者の相対的な関係によるのであり、特
に限定するものではないが、一般に、「濃く深い」と
は、表面抵抗が１０〜５０Ω／ｃｍ²で深さ０．３〜
０．５μｍ程度であることが好適であり、「薄く浅い」
とは、表面抵抗が１００〜３００Ω／ｃｍ²で深さ０．
００１〜０．１μｍ程度であることが好適である。

【００２２】また、上記の方法では、酸化膜層１１を基
板１０の全面に形成したのち、パターニングにより切欠
き１２を形成しているが、場合によっては、ゾル−ゲル
法等によって、一工程で、切欠き１２付の酸化膜層１１
を形成するようにしても差し支えはない。ただし、その
場合、非常に薄い膜を均一に形成しなければならないた
め、造膜条件の制御管理が重要となる。

【００２３】つぎに、本発明の実施例について説明す
る。

【００２４】

【実施例】

【００２５】まず、基板として、厚み０．４ｍｍ、１０
ｃｍ角のｐ型単結晶シリコンウェーハ（抵抗率１Ω・ｃ
ｍ）を準備し、その表面をアルカリ溶液でエッチングす
ることにより、反射防止構造（テクスチャ構造）を得
た。そして、酸素雰囲気中で、９２０℃×３０分処理す
ることにより、この基板表面に、約１０ｎｍの酸化膜
（ＳｉＯ₂膜）を形成した。

【００２６】つぎに、上記酸化膜のうち、形成すべき表
面電極の形状予定部分に、ホトリソ工程によって、その
形状に略一致する形状の切欠きをパターニングした。こ
のとき、幅５００μｍのバスバー電極が形成される部分
に相当する切欠きの幅を５５０μｍとした。また、幅１
００μｍの細線電極が形成される部分に相当する切欠き
の幅を１５０μｍとした。そして、切欠きをつくるため
の酸化膜除去には、ＨＦを用いた。

【００２７】つぎに、８５０℃のチャンバ内に基板を装
填し、１０分間保持したのち、ＰＯＣｌ₃（液体）を拡
散源とし、これをＮ₂バブリングによってチャンバ内に
気化させながら注入することにより、拡散処理を行っ
た。この処理を１７分間維持したのち、基板を取り出し
て徐冷した。

【００２８】つぎに、全体をＨＦに浸漬し、基板表面の
酸化膜層を全て除去した。このようにして、表面電極形
成予定部に濃く深い拡散層が形成され、それ以外の部分
に薄く浅い拡散層が形成された基板を得た。

【００２９】なお、上記濃く深い拡散層は、その部分の
表面抵抗が４０Ω／ｃｍ²で、その深さは０．５μｍで
あった。また、上記薄く浅い拡散層は、その部分の表面
抵抗が３００Ω／ｃｍ²で、その深さは０．０５μｍで
あった。

【００３０】そして、従来公知の方法にしたがって、パ
ッシベーション膜、反射防止膜、裏面電極を形成したの
ち、上記濃く深い拡散層が形成された部分の上に、表面
電極を形成して、目的とする太陽電池を得た。この太陽
電池は、セル変換効率（〔出力電気エネルギー／太陽光
エネルギー〕×１００）が１８〜１９％であり、良好な
変換効率であった。

【００３１】

【発明の効果】以上のように、本発明の太陽電池の製法
によれば、濃く深い拡散層と薄く浅い拡散層とを、一工
程で同時に形成することができるため、工程管理が簡単
で、製造コストも低く抑えることができる。そして、上
記濃く深い拡散層の上に、表面電極を形成することがで
きるため、電極がＰＮ接合を突き破ることがなく、ま
た、他の部分は薄く浅い拡散層となっているため、高性
能の太陽電池を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）〜（ｃ）はいずれも本発明の一実施例に
おける工程説明図である。

【図２】（ａ）〜（ｃ）はいずれも本発明の一実施例に
おける工程説明図である。

【図３】従来の太陽電池の一例を示す説明図である。

【符号の説明】

１０基板１１酸化膜層１２切欠き１３濃く深い拡散層１４薄く浅い拡散層１８表面電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者伊藤茂樹大阪府堺市築港新町２丁６番地40 大同ほくさん株式会社堺工場内Ｆターム(参考） 5F051 AA02 CB18 CB20 CB24 DA03 FA13 GA04 GA06

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】形成すべき表面電極の形成予定部分以外
の表面部分に酸化膜層が形成された半導体基板を準備す
る工程と、上記部分的に酸化膜層が形成された半導体基
板に拡散処理を施すことにより、酸化膜層が形成されて
いない部分の基板表層部に、キャリア濃度が高く深さの
深い拡散層を形成し、酸化膜層が形成されている部分の
基板表層部に、キャリア濃度が低く深さの浅い拡散層を
形成する工程と、上記酸化膜層を除去する工程と、上記
キャリア濃度が高く深さの深い拡散層が形成された基板
部分の上に表面電極を形成する工程とを備えたことを特
徴とする太陽電池の製法。
【請求項２】上記キャリア濃度が高く深さの深い拡散
層として、表面抵抗が１０〜５０Ω／ｃｍ²で深さ０．
３〜０．５μｍの拡散層が形成され、上記キャリア濃度
が低く深さの浅い拡散層として、表面抵抗が１００〜３
００Ω／ｃｍ ²で深さ０．００１〜０．１μｍの拡散層
が形成されるようにした請求項１記載の太陽電池の製
法。
【請求項３】上記半導体基板表面に形成される酸化膜
層の厚みが、５〜２０ｎｍになるようにした請求項１ま
たは２記載の太陽電池の製法。