JP2003209271A - 太陽電池およびその製造方法 - Google Patents
太陽電池およびその製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】半導体基板の少数キャリヤライフタイムの低下
を防ぐ。 【解決手段】半導体基板１の表面に不純物拡散防止膜２
の材料を半導体基板の熱酸化処理以外の成膜方法、例え
ばペースト状の材料を印刷し焼成するか、マスクを用い
てＣＶＤで堆積させるか等の方法によりパターン状に形
成し、この不純物拡散防止膜の反転パターン状の不純物
拡散層を形成することにより達成できる。安価で光電変
換効率の高い太陽電池を作製できる。
を防ぐ。 【解決手段】半導体基板１の表面に不純物拡散防止膜２
の材料を半導体基板の熱酸化処理以外の成膜方法、例え
ばペースト状の材料を印刷し焼成するか、マスクを用い
てＣＶＤで堆積させるか等の方法によりパターン状に形
成し、この不純物拡散防止膜の反転パターン状の不純物
拡散層を形成することにより達成できる。安価で光電変
換効率の高い太陽電池を作製できる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、太陽電池およびそ
の製造方法に係り、特に不純物拡散を用いて作製するに
好適な太陽電池およびその製造方法に関する。
の製造方法に係り、特に不純物拡散を用いて作製するに
好適な太陽電池およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】不純物拡散を用いて作製された太陽電池
として、例えば、図１３（ａ）〜（ｆ）に示した断面構
造の太陽電池が知られている。図１３（ｄ）に示した構
造の太陽電池は、例えば第１１回イー・シー・ホトボル
テイク ソーラー エナージーコンファレンス 第４５頁
から第４８頁（11TH E.C. PHOTOVOLTAIC SOLAR ENERGYC
ONFERENCE、 pp45-48）のFigure １（ｃ）に記載されて
いる。
として、例えば、図１３（ａ）〜（ｆ）に示した断面構
造の太陽電池が知られている。図１３（ｄ）に示した構
造の太陽電池は、例えば第１１回イー・シー・ホトボル
テイク ソーラー エナージーコンファレンス 第４５頁
から第４８頁（11TH E.C. PHOTOVOLTAIC SOLAR ENERGYC
ONFERENCE、 pp45-48）のFigure １（ｃ）に記載されて
いる。
【０００３】ここで、図１３中の符号１はｐ型シリコン
半導体基板、符号４、８はｎ型不純物層、符号６はｐ型
不純物層、符号５、７、１０は電極を、それぞれ示して
いる。
半導体基板、符号４、８はｎ型不純物層、符号６はｐ型
不純物層、符号５、７、１０は電極を、それぞれ示して
いる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記従来の技術で示し
た図１３（ｄ）の太陽電池を代表例として、その製造工
程を図１４（ａ）〜（ｄ）を用いて説明する。
た図１３（ｄ）の太陽電池を代表例として、その製造工
程を図１４（ａ）〜（ｄ）を用いて説明する。
【０００５】先ず、図１４（a）に示すように、ｐ型シ
リコン半導体基板１の表面に約１０００℃での熱酸化処
理とホトリソグラフィー技術とを用いて第１のSiO2不純
物拡散防止膜１１を形成し、シリコン半導体基板１中で
ｐ型を呈する不純物を含むガス３を用いた気相拡散を行
うことにより図１４（b）に示すように、その開口部
（不図示）にｐ型不純物層６を形成する。
リコン半導体基板１の表面に約１０００℃での熱酸化処
理とホトリソグラフィー技術とを用いて第１のSiO2不純
物拡散防止膜１１を形成し、シリコン半導体基板１中で
ｐ型を呈する不純物を含むガス３を用いた気相拡散を行
うことにより図１４（b）に示すように、その開口部
（不図示）にｐ型不純物層６を形成する。
【０００６】次に、図１４（b）に示すように、第１のS
iO2不純物拡散防止膜１１を除去し、改めて熱酸化処理
とホトリソグラフィー技術とを用いて第２のSiO2不純物
拡散防止膜１２を形成した後、シリコン半導体基板１中
でｎ型を呈する不純物を含むガス３を用いた気相拡散を
行うことにより図１４（c）に示すように、その開口部
（不図示）にｎ型不純物層４を形成する。次に、第２の
SiO2不純物拡散防止膜１２を除去する。
iO2不純物拡散防止膜１１を除去し、改めて熱酸化処理
とホトリソグラフィー技術とを用いて第２のSiO2不純物
拡散防止膜１２を形成した後、シリコン半導体基板１中
でｎ型を呈する不純物を含むガス３を用いた気相拡散を
行うことにより図１４（c）に示すように、その開口部
（不図示）にｎ型不純物層４を形成する。次に、第２の
SiO2不純物拡散防止膜１２を除去する。
【０００７】この後、図１４（d）に示すように、ｐ型
不純物層６とｎ型不純物層４の電極として銀電極５、７
をスクリーン印刷法を用いて形成する。
不純物層６とｎ型不純物層４の電極として銀電極５、７
をスクリーン印刷法を用いて形成する。
【０００８】この製造工程において、２種類（第１及び
第２）のSiO2不純物拡散防止膜１１、１２の形成時の熱
酸化で、半導体基板１を約１０００℃の高温中に曝すこ
とになり、半導体基板の少数キャリヤライフタイムが低
下する。これによって太陽電池の発電効率が著しく低下
すると云う問題が生じることがわかった。
第２）のSiO2不純物拡散防止膜１１、１２の形成時の熱
酸化で、半導体基板１を約１０００℃の高温中に曝すこ
とになり、半導体基板の少数キャリヤライフタイムが低
下する。これによって太陽電池の発電効率が著しく低下
すると云う問題が生じることがわかった。
【０００９】この問題は、図１３（ｄ）に示した構造の
太陽電池に限らず、図１３中の他の構造の太陽電池にも
存在する。また、図１４（b）に示したように、第２のS
iO2不純物拡散防止膜１２をｐ型不純物層６の上に形成
するので、この形成時にｐ型不純物層６中の不純物が再
拡散して不純物濃度プロファイルが変化すると云う問題
が生じることもわかった。
太陽電池に限らず、図１３中の他の構造の太陽電池にも
存在する。また、図１４（b）に示したように、第２のS
iO2不純物拡散防止膜１２をｐ型不純物層６の上に形成
するので、この形成時にｐ型不純物層６中の不純物が再
拡散して不純物濃度プロファイルが変化すると云う問題
が生じることもわかった。
【００１０】これらの問題は、図１３中に示した太陽電
池では、図１３（ｄ）の他に、図１３（ｃ）、（ｅ）、
（ｆ）等の太陽電池にも存在し、太陽電池の設計を難し
くする。
池では、図１３（ｄ）の他に、図１３（ｃ）、（ｅ）、
（ｆ）等の太陽電池にも存在し、太陽電池の設計を難し
くする。
【００１１】したがって、本発明の目的は、これら従来
の問題点を解消し、具体的には半導体基板の少数キャリ
ヤライフタイムの低下を防ぎ、発電効率（光電変換効
率）の高い太陽電池およびその製造方法を提供すること
にある。
の問題点を解消し、具体的には半導体基板の少数キャリ
ヤライフタイムの低下を防ぎ、発電効率（光電変換効
率）の高い太陽電池およびその製造方法を提供すること
にある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】上記目的は、半導体基板
の表面に不純物拡散防止膜材料をパターン状に塗布また
は堆積し不純物拡散防止膜を形成する工程と、前記不純
物拡散防止膜をマスクにして前記半導体基板に不純物を
拡散することにより前記不純物拡散防止膜の反転パター
ン状の不純物拡散層を形成する工程とを有する太陽電池
の製造方法により達成できる。不純物拡散防止膜の反転
パターン状の不純物拡散層を形成するための拡散法とし
ては、例えば、液体やガス状の拡散源を用いた気相拡散
法や、インプラ法、更にはプラズマ拡散法など周知の拡
散技術を採用することができる。
の表面に不純物拡散防止膜材料をパターン状に塗布また
は堆積し不純物拡散防止膜を形成する工程と、前記不純
物拡散防止膜をマスクにして前記半導体基板に不純物を
拡散することにより前記不純物拡散防止膜の反転パター
ン状の不純物拡散層を形成する工程とを有する太陽電池
の製造方法により達成できる。不純物拡散防止膜の反転
パターン状の不純物拡散層を形成するための拡散法とし
ては、例えば、液体やガス状の拡散源を用いた気相拡散
法や、インプラ法、更にはプラズマ拡散法など周知の拡
散技術を採用することができる。
【００１３】本発明の太陽電池の特徴は、不純物拡散防
止膜を形成するのに半導体基板を従来のように約1000℃
と云う高温中に曝すことがなく、パターン状に塗布また
は堆積することにより不純物拡散防止膜を形成するに点
にあり、その結果として、半導体基板の少数キャリヤラ
イフタイムの低下を防ぐことができ、発電効率（光電変
換効率）の高い太陽電池が得られる。
止膜を形成するのに半導体基板を従来のように約1000℃
と云う高温中に曝すことがなく、パターン状に塗布また
は堆積することにより不純物拡散防止膜を形成するに点
にあり、その結果として、半導体基板の少数キャリヤラ
イフタイムの低下を防ぐことができ、発電効率（光電変
換効率）の高い太陽電池が得られる。
【００１４】また、本発明によれば、従来から採用され
てきた熱酸化工程とフォトリソグラフィー工程とを用い
たパターン形成工程を用いずに、パターン状の不純物拡
散防止膜を一回の工程で形成することができるため、作
成工程を大幅に簡略化できる。
てきた熱酸化工程とフォトリソグラフィー工程とを用い
たパターン形成工程を用いずに、パターン状の不純物拡
散防止膜を一回の工程で形成することができるため、作
成工程を大幅に簡略化できる。
【００１５】ペーストは、例えば無機材料として酸化シ
リコンを含む高粘度材からなり、シリコン等の半導体基
板に容易に拡散し導電型に影響を及ぼすような不用な不
純物や少数キャリヤライフタイム低下させる重金属など
の不純物を含まないことが望ましい。また、高粘度材の
粘結材としては例えばスクリーン印刷によるパターン形
成に適合するような有機もしくは無機の樹脂成分が用い
られる。パターン状に塗布または堆積された塗膜は、例
えば400℃前後の温度で焼成され不純物拡散防止膜とな
る。
リコンを含む高粘度材からなり、シリコン等の半導体基
板に容易に拡散し導電型に影響を及ぼすような不用な不
純物や少数キャリヤライフタイム低下させる重金属など
の不純物を含まないことが望ましい。また、高粘度材の
粘結材としては例えばスクリーン印刷によるパターン形
成に適合するような有機もしくは無機の樹脂成分が用い
られる。パターン状に塗布または堆積された塗膜は、例
えば400℃前後の温度で焼成され不純物拡散防止膜とな
る。
【００１６】
【発明の実施の形態】本発明によれば、上述したよう
に、半導体基板の表面に不純物拡散防止膜の材料をパタ
ーン状に形成し、この不純物拡散防止膜の反転パターン
状の不純物拡散層を形成することにより熱処理工程数を
低減し、半導体基板の少数キャリヤライフタイムの低下
を防止することができる。更には、エッチング工程の低
減などにより、製造コストの低減などを図ることもでき
る。
に、半導体基板の表面に不純物拡散防止膜の材料をパタ
ーン状に形成し、この不純物拡散防止膜の反転パターン
状の不純物拡散層を形成することにより熱処理工程数を
低減し、半導体基板の少数キャリヤライフタイムの低下
を防止することができる。更には、エッチング工程の低
減などにより、製造コストの低減などを図ることもでき
る。
【００１７】以下、図１および図２を用いて本発明の原
理を説明する。図１は本発明に係る太陽電池の製造方法
の一例を示す工程図である。まず、図1（a）に示すよう
に、ｐ型シリコン半導体基板１の一表面に酸化シリコン
を含む高粘度材ペーストをスクリーン印刷法を用いてパ
ターン状に塗布・焼成し、不純物拡散防止膜２を形成す
る。この塗膜パターンの焼成温度は４００℃程度の低温
度域であり、基板１の少数キャリヤライフタイムの低下
は起きない。
理を説明する。図１は本発明に係る太陽電池の製造方法
の一例を示す工程図である。まず、図1（a）に示すよう
に、ｐ型シリコン半導体基板１の一表面に酸化シリコン
を含む高粘度材ペーストをスクリーン印刷法を用いてパ
ターン状に塗布・焼成し、不純物拡散防止膜２を形成す
る。この塗膜パターンの焼成温度は４００℃程度の低温
度域であり、基板１の少数キャリヤライフタイムの低下
は起きない。
【００１８】次に、図1（b）に示すように、シリコン中
でｎ型を呈する不純物であるリンを含むガス３を用いた
気相拡散により、不純物拡散防止膜２の存在しない部分
に選択的にｎ型不純物層４を形成する。
でｎ型を呈する不純物であるリンを含むガス３を用いた
気相拡散により、不純物拡散防止膜２の存在しない部分
に選択的にｎ型不純物層４を形成する。
【００１９】次に、図1（c）に示すように、不純物拡散
防止膜２をフッ酸溶液を用いて除去する。この後、図1
（d）に示すように、アルミニウム入りペーストをスク
リーン印刷法を用いてパターン状に塗布・焼成すること
によって、アルミニウム電極５を形成すると共に電極の
下部にｐ型不純物層６を形成する。また、ｎ型不純物層
４の電極として銀電極７をスクリーン印刷法を用いて形
成する。
防止膜２をフッ酸溶液を用いて除去する。この後、図1
（d）に示すように、アルミニウム入りペーストをスク
リーン印刷法を用いてパターン状に塗布・焼成すること
によって、アルミニウム電極５を形成すると共に電極の
下部にｐ型不純物層６を形成する。また、ｎ型不純物層
４の電極として銀電極７をスクリーン印刷法を用いて形
成する。
【００２０】図１４を用いて説明した従来例では、約10
00℃で加熱する半導体基板表面への熱酸化膜形成工程、
およびフォトリソグラフィー技術（エッチング処理工程
を含む）による酸化膜パターンの形成工程が必要であっ
たが、本発明の方法では上記のように塗膜パターンの印
刷と塗膜の焼成からなる一回の不純物拡散防止膜２の形
成工程のみでパターン状の不純物拡散層４を簡便に形成
することができる。
00℃で加熱する半導体基板表面への熱酸化膜形成工程、
およびフォトリソグラフィー技術（エッチング処理工程
を含む）による酸化膜パターンの形成工程が必要であっ
たが、本発明の方法では上記のように塗膜パターンの印
刷と塗膜の焼成からなる一回の不純物拡散防止膜２の形
成工程のみでパターン状の不純物拡散層４を簡便に形成
することができる。
【００２１】この方法を用いることにより、図２に示す
ような断面構造の太陽電池を形成することができる。図
２（ａ）にはｐ型のシリコン半導体基板１を用いて作製
した太陽電池の断面図を示す。この例では、図の上面か
ら入射する光３４および裏面入射光３５の両方に応答す
る構造となっている。基板の上面にはｎ型不純物層４お
よびｎ型用電極７、下面（裏面）にはｐ型不純物層６、
ｐ型用電極５、および電極に接続されていないｎ型不純
物層４が形成されている。
ような断面構造の太陽電池を形成することができる。図
２（ａ）にはｐ型のシリコン半導体基板１を用いて作製
した太陽電池の断面図を示す。この例では、図の上面か
ら入射する光３４および裏面入射光３５の両方に応答す
る構造となっている。基板の上面にはｎ型不純物層４お
よびｎ型用電極７、下面（裏面）にはｐ型不純物層６、
ｐ型用電極５、および電極に接続されていないｎ型不純
物層４が形成されている。
【００２２】図２（a）下面の構造は、図１で説明した
製造方法で作製し、上面のｎ型不純物層４は、図１の
（ｂ）の工程により形成した下面のｎ型不純物層４形成
時に同時に形成した。
製造方法で作製し、上面のｎ型不純物層４は、図１の
（ｂ）の工程により形成した下面のｎ型不純物層４形成
時に同時に形成した。
【００２３】この構造では、ｐ−ｎ接合が上面のｎ型不
純物層４とｐ型基板１で形成されるため、接合が上部に
位置する。よって、上面から入射する光３４に対する応
答が下面入射光３５に対する応答より高くなる。上面応
答と下面応答の比は基板１の少数キャリヤライフタイム
などに大きく左右され、基板の少数キャリヤライフタイ
ムが大きく、その結果として少数キャリヤの拡散長が基
板１の厚みの３倍程度になると上面入射光３４に対する
応答と下面入射光３５に対する応答がほぼ同等になる。
しかし、本発明の製造方法では、従来法の高温での熱処
理（基板表面の熱酸化処理）を省略することにより少数
キャリヤライフタイムの低下を小さくしてはいるもの
の、通常の太陽電池用シリコン基板では少数キャリヤラ
イフタイムが比較的短いために下面入射光３５に対する
応答が上面入射光３４より小さくなる。
純物層４とｐ型基板１で形成されるため、接合が上部に
位置する。よって、上面から入射する光３４に対する応
答が下面入射光３５に対する応答より高くなる。上面応
答と下面応答の比は基板１の少数キャリヤライフタイム
などに大きく左右され、基板の少数キャリヤライフタイ
ムが大きく、その結果として少数キャリヤの拡散長が基
板１の厚みの３倍程度になると上面入射光３４に対する
応答と下面入射光３５に対する応答がほぼ同等になる。
しかし、本発明の製造方法では、従来法の高温での熱処
理（基板表面の熱酸化処理）を省略することにより少数
キャリヤライフタイムの低下を小さくしてはいるもの
の、通常の太陽電池用シリコン基板では少数キャリヤラ
イフタイムが比較的短いために下面入射光３５に対する
応答が上面入射光３４より小さくなる。
【００２４】そこで、同様の比抵抗の基板でも比較的少
数キャリヤライフタイムの長い基板が得られるｎ型基板
を用いて図２（ａ）の構造とは導電型が反対のタイプ、
すなわち、ｐ型とｎ型を反転した図２（ｂ）に示す構造
の太陽電池を作製した。
数キャリヤライフタイムの長い基板が得られるｎ型基板
を用いて図２（ａ）の構造とは導電型が反対のタイプ、
すなわち、ｐ型とｎ型を反転した図２（ｂ）に示す構造
の太陽電池を作製した。
【００２５】この結果、表１に示すように、ｐ基板を用
いて作製した図２（a）の太陽電池に比べてｎ基板を用
いて作製した図２（b）の太陽電池では開放電圧、短絡
電流ともに高い値を示した。
いて作製した図２（a）の太陽電池に比べてｎ基板を用
いて作製した図２（b）の太陽電池では開放電圧、短絡
電流ともに高い値を示した。
【００２６】開放電圧が高い理由は、主に少数キャリヤ
ライフタイムがより長くなっているためであり、短絡電
流はキャリヤ拡散長が長くなっていることによる。この
結果、本発明の製造方法を用いて作製した本発明の構造
の太陽電池では、基板にｎ型を用いることにより、p型
基板を用いた場合よりも高い特性を示すことが分かっ
た。
ライフタイムがより長くなっているためであり、短絡電
流はキャリヤ拡散長が長くなっていることによる。この
結果、本発明の製造方法を用いて作製した本発明の構造
の太陽電池では、基板にｎ型を用いることにより、p型
基板を用いた場合よりも高い特性を示すことが分かっ
た。
【００２７】
【表１】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面にしたがって具
体的に説明する。 ＜実施例１＞ｎ型基板を用いて本発明の太陽電池を作製
した実施例を図３の製造工程図にしたがって説明する。
図３（ａ）に示すように、基板33にはｎ型の単結晶Ｓｉ
基板を用い下面に開口部44を有する幅１００μｍの不純
物拡散防止膜２をピッチ43が２.５ｍｍとなるように形
成した。この不純物拡散防止膜２は、酸化シリコンを含
む高粘度材ペーストをスクリーン印刷法を用いてパター
ン状に塗布・焼成して得たものであり、ＳｉＯ２を主成
分としているため、電気的な絶縁性を有する。
体的に説明する。 ＜実施例１＞ｎ型基板を用いて本発明の太陽電池を作製
した実施例を図３の製造工程図にしたがって説明する。
図３（ａ）に示すように、基板33にはｎ型の単結晶Ｓｉ
基板を用い下面に開口部44を有する幅１００μｍの不純
物拡散防止膜２をピッチ43が２.５ｍｍとなるように形
成した。この不純物拡散防止膜２は、酸化シリコンを含
む高粘度材ペーストをスクリーン印刷法を用いてパター
ン状に塗布・焼成して得たものであり、ＳｉＯ２を主成
分としているため、電気的な絶縁性を有する。
【００２８】この後、p型の不純物であるボロンを含む
拡散ガス３雰囲気中に基板３３を１０００℃で挿入する
ことによりｐ型の不純物層6を下面に形成した。上面に
も同時にｐ型の不純物層６を形成した。
拡散ガス３雰囲気中に基板３３を１０００℃で挿入する
ことによりｐ型の不純物層6を下面に形成した。上面に
も同時にｐ型の不純物層６を形成した。
【００２９】次に、図３（ｂ）に示すように、不純物拡
散防止膜２の開口部44に印刷法でAgペーストを塗布した
後７８０℃で焼成し、n型用第２電極（Ag電極）７を形
成した。この電極７の形成においては、Ｓｉ中でｎ型と
なるＳｂをAgペースト中に予め含有させることにより上
記ペースト焼成時と同時に開口部44を通してＳｂを基板
に拡散させ不純物層６をコンペンセートしてｎ型不純物
層４を形成した。
散防止膜２の開口部44に印刷法でAgペーストを塗布した
後７８０℃で焼成し、n型用第２電極（Ag電極）７を形
成した。この電極７の形成においては、Ｓｉ中でｎ型と
なるＳｂをAgペースト中に予め含有させることにより上
記ペースト焼成時と同時に開口部44を通してＳｂを基板
に拡散させ不純物層６をコンペンセートしてｎ型不純物
層４を形成した。
【００３０】基板の下面に形成された不純物拡散防止膜
２は電気絶縁性であるため、電極７とｐ型不純物層６は
電気的に絶縁されている。上記説明では開口部44にn型
不純物層４を形成するのに、比較的安定で使い易いＳｂ
を用いた場合について説明したが、ｎ型となる材料であ
れば他の材料でも良いことは云うまでもない。
２は電気絶縁性であるため、電極７とｐ型不純物層６は
電気的に絶縁されている。上記説明では開口部44にn型
不純物層４を形成するのに、比較的安定で使い易いＳｂ
を用いた場合について説明したが、ｎ型となる材料であ
れば他の材料でも良いことは云うまでもない。
【００３１】更に図３（ｃ）に示すように、基板33の上
面にｐ型用第１電極５を印刷、焼成することにより目的
とする太陽電池を得た。
面にｐ型用第１電極５を印刷、焼成することにより目的
とする太陽電池を得た。
【００３２】上記構造の太陽電池では太陽電池全体の面
積に対する不純物拡散防止膜２の占める割合は約８％と
なった。拡散防止膜２とＳｉ基板33との界面は少数キャ
リヤ再結合が大きい。このため、不純物拡散防止膜２の
占める面積が大きくなると開放電圧、短絡電流などの太
陽電池特性が低下する。この占有面積が２０％を超える
と開放電圧の低下が顕著になる。よって不純物拡散防止
膜２の占める面積の割合を太陽電池面積の２０％以下と
する必要がある。
積に対する不純物拡散防止膜２の占める割合は約８％と
なった。拡散防止膜２とＳｉ基板33との界面は少数キャ
リヤ再結合が大きい。このため、不純物拡散防止膜２の
占める面積が大きくなると開放電圧、短絡電流などの太
陽電池特性が低下する。この占有面積が２０％を超える
と開放電圧の低下が顕著になる。よって不純物拡散防止
膜２の占める面積の割合を太陽電池面積の２０％以下と
する必要がある。
【００３３】また、下面からの入射光に対する応答、中
でも短絡電流は不純物拡散防止膜２の占める面積の割合
が増えるにつれてほぼ比例的に減少する。発電量あたり
の太陽電池生産コストを低減するためには下面からの入
射光に対する短絡電流の発生量を少しでも大きい値とす
る必要がある。
でも短絡電流は不純物拡散防止膜２の占める面積の割合
が増えるにつれてほぼ比例的に減少する。発電量あたり
の太陽電池生産コストを低減するためには下面からの入
射光に対する短絡電流の発生量を少しでも大きい値とす
る必要がある。
【００３４】また、下面照射で発生する電流は上面照射
で発生する電流より小さくなる場合がほとんどであるた
め、上面照射特性と下面照射特性を近付けて上面、下面
の区別無く使用できるようにするためには、下面の特性
をより高く保つ必要が有る。このためには、下面に形成
された不純物拡散防止膜２のうち下面電極７で覆われて
いない部分の面積を太陽電池面積の１０％以下にするこ
とが望ましいい。
で発生する電流より小さくなる場合がほとんどであるた
め、上面照射特性と下面照射特性を近付けて上面、下面
の区別無く使用できるようにするためには、下面の特性
をより高く保つ必要が有る。このためには、下面に形成
された不純物拡散防止膜２のうち下面電極７で覆われて
いない部分の面積を太陽電池面積の１０％以下にするこ
とが望ましいい。
【００３５】本実施例では、下面電極７が、その両側に
位置する一対の不純物拡散防止膜２と重なる部分の幅が
１００μｍとした。よって、上記一対の不純物拡散防止
膜２の不純物拡散防止膜２のうち下面電極７で覆われて
いない部分の面積は左右あわせて１００μｍとなる。
位置する一対の不純物拡散防止膜２と重なる部分の幅が
１００μｍとした。よって、上記一対の不純物拡散防止
膜２の不純物拡散防止膜２のうち下面電極７で覆われて
いない部分の面積は左右あわせて１００μｍとなる。
【００３６】不純物拡散防止膜２のピッチ４３は２.５
ｍｍなので、下面に形成された不純物拡散防止膜２のう
ち下面電極７で覆われていない部分の面積の割合は太陽
電池面積の４％となる。比較的少数キャリヤライフタイ
ムの長いウエハを用いて試作し、同じ強度の光を用いて
上面から照射した場合と、下面から照射した場合での発
生電流を比較したところ、上面照射での発生電流に対す
る下面照射での発生電流の割合は９５％の高い値を示し
た。
ｍｍなので、下面に形成された不純物拡散防止膜２のう
ち下面電極７で覆われていない部分の面積の割合は太陽
電池面積の４％となる。比較的少数キャリヤライフタイ
ムの長いウエハを用いて試作し、同じ強度の光を用いて
上面から照射した場合と、下面から照射した場合での発
生電流を比較したところ、上面照射での発生電流に対す
る下面照射での発生電流の割合は９５％の高い値を示し
た。
【００３７】これまでの説明で、上面、下面という表現
を用いているが、これは、太陽電池の断面構造を図示し
た図面上での位置関係を示すために用いている用語であ
り、実際にこれらの太陽電池を使用する場合や作製する
場合には上記表現の上面を上側にして使用したり作製し
たりするとは限らない。以後の説明においても同様であ
る。 ＜実施例２＞第２の実施例を図４および図５を用いて説
明する。まず、図４にｐ型Ｓｉ基板１を用いて２段エミ
ッタを作製した場合について示す。
を用いているが、これは、太陽電池の断面構造を図示し
た図面上での位置関係を示すために用いている用語であ
り、実際にこれらの太陽電池を使用する場合や作製する
場合には上記表現の上面を上側にして使用したり作製し
たりするとは限らない。以後の説明においても同様であ
る。 ＜実施例２＞第２の実施例を図４および図５を用いて説
明する。まず、図４にｐ型Ｓｉ基板１を用いて２段エミ
ッタを作製した場合について示す。
【００３８】始めに、図４（ａ）に示すように、予め下
面にｐ型拡散層６を持つ基板１の上面にＳｉ基板中でｎ
型の導電型を示すＰ（リン）を含有させた不純物拡散防
止膜２を、酸化シリコンを主成分としＰを含むペースト
を印刷し、焼成することにより形成する。この不純物拡
散防止膜２中のＰの含有量は、約９００℃での熱処理に
よりシート抵抗が約５０Ω／□となる値とした。
面にｐ型拡散層６を持つ基板１の上面にＳｉ基板中でｎ
型の導電型を示すＰ（リン）を含有させた不純物拡散防
止膜２を、酸化シリコンを主成分としＰを含むペースト
を印刷し、焼成することにより形成する。この不純物拡
散防止膜２中のＰの含有量は、約９００℃での熱処理に
よりシート抵抗が約５０Ω／□となる値とした。
【００３９】この基板の上面からＰを含む拡散ガス３を
流し９００℃、２０分で不純物拡散を行い、不純物拡散
防止膜２の下面に約５０Ω／□の第１のｎ型拡散層４、
その開口部44に約１０Ω／□の第２のｎ型拡散層８を形
成した。
流し９００℃、２０分で不純物拡散を行い、不純物拡散
防止膜２の下面に約５０Ω／□の第１のｎ型拡散層４、
その開口部44に約１０Ω／□の第２のｎ型拡散層８を形
成した。
【００４０】ついで図４（ｂ）に示すように、上面にｎ
形用Ａｇ電極７、下面にｐ型用Ａl電極５を実施例１と
同様の方法で形成した。このように、不純物を含む拡散
防止膜２を用いることにより、電極下部のみにシート抵
抗の小さい（不純物濃度の高い）エミッタ構造を持つ太
陽電池を簡便に作製することが出来た。
形用Ａｇ電極７、下面にｐ型用Ａl電極５を実施例１と
同様の方法で形成した。このように、不純物を含む拡散
防止膜２を用いることにより、電極下部のみにシート抵
抗の小さい（不純物濃度の高い）エミッタ構造を持つ太
陽電池を簡便に作製することが出来た。
【００４１】上記説明では、不純物拡散防止膜２はその
まま残してあるが、必要に応じて拡散防止膜２を除去
し、その後に反射防止膜を形成してもよい。また、上記
説明では電極７の幅が不純物拡散防止膜２の開口部の幅
よりも広い場合について説明したが、電極７とＳｉ基板
１との接触抵抗を低減するために、開口部幅を電極幅よ
りも広くして、第２のｎ型層８の上に電極７が全て入る
ようにしてもよい。
まま残してあるが、必要に応じて拡散防止膜２を除去
し、その後に反射防止膜を形成してもよい。また、上記
説明では電極７の幅が不純物拡散防止膜２の開口部の幅
よりも広い場合について説明したが、電極７とＳｉ基板
１との接触抵抗を低減するために、開口部幅を電極幅よ
りも広くして、第２のｎ型層８の上に電極７が全て入る
ようにしてもよい。
【００４２】図５の断面工程図により、２段ＢＳＦ構造
を作製した例を示す。始めに、図５（ａ）に示すよう
に、予め上面にｎ型拡散層４を持つp型Ｓｉ基板１の下
面に、Ｓｉ基板中でｐ型の導電型を示すＢ（ボロン）を
含有させた不純物拡散防止膜２を、酸化シリコンを主成
分としＢを含むペーストを印刷、焼成することにより形
成する。
を作製した例を示す。始めに、図５（ａ）に示すよう
に、予め上面にｎ型拡散層４を持つp型Ｓｉ基板１の下
面に、Ｓｉ基板中でｐ型の導電型を示すＢ（ボロン）を
含有させた不純物拡散防止膜２を、酸化シリコンを主成
分としＢを含むペーストを印刷、焼成することにより形
成する。
【００４３】不純物拡散防止膜２中のＰの含有量は、約
９５０℃での熱処理によりシート抵抗が約５０Ω／□と
なる値とした。この基板の下面からＢを含む拡散ガス３
を流し９５０℃、３０分で不純物拡散を行い、不純物拡
散防止膜２の下面に約５０Ω／□の第１のｐ型拡散層
６、その開口部44に約５Ω／□の第２のｐ型拡散層３６
を形成した。
９５０℃での熱処理によりシート抵抗が約５０Ω／□と
なる値とした。この基板の下面からＢを含む拡散ガス３
を流し９５０℃、３０分で不純物拡散を行い、不純物拡
散防止膜２の下面に約５０Ω／□の第１のｐ型拡散層
６、その開口部44に約５Ω／□の第２のｐ型拡散層３６
を形成した。
【００４４】ついで図５（ｂ）に示すように、上面にｎ
形用Ａｇ電極７、下面にｐ型用Ａｌ電極５を図４の場合
と同様の方法で形成した。
形用Ａｇ電極７、下面にｐ型用Ａｌ電極５を図４の場合
と同様の方法で形成した。
【００４５】このように、不純物を含む拡散防止膜を用
いることにより、電極下部のみにシート抵抗の小さい
（不純物濃度の高い）ＢＳＦ構造を持つ太陽電池を簡便
に作製することができた。
いることにより、電極下部のみにシート抵抗の小さい
（不純物濃度の高い）ＢＳＦ構造を持つ太陽電池を簡便
に作製することができた。
【００４６】上記説明では、ｐ型の不純物にＰを、ｎ型
の不純物にＢを用いた例を示したが、同様の導電型を持
つ他の材料を用いても同様の構造を得ることができるこ
とは云うまでもなく、そのような材料を適宜選択して用
いた場合においても上記説明の構造をこれらの材料を用
いて作製することにより、上記と同様の効果を得ること
ができる。また、上記説明における、ｐ型とｎ型を適宜
逆転させた構造においても上記構造と同様の効果を得る
ことができる。これらのことは以後の説明においても同
様である。 ＜実施例３＞図６の断面工程図を用いて、第３の実施例
を説明する。本実施例では図６（ａ）に示すようにｎ型
Ｓｉ基板３３を用い上面および下面に約２０ｎｍ厚みの
パッシベーション膜４１を約８００℃の熱酸化法により
形成した。
の不純物にＢを用いた例を示したが、同様の導電型を持
つ他の材料を用いても同様の構造を得ることができるこ
とは云うまでもなく、そのような材料を適宜選択して用
いた場合においても上記説明の構造をこれらの材料を用
いて作製することにより、上記と同様の効果を得ること
ができる。また、上記説明における、ｐ型とｎ型を適宜
逆転させた構造においても上記構造と同様の効果を得る
ことができる。これらのことは以後の説明においても同
様である。 ＜実施例３＞図６の断面工程図を用いて、第３の実施例
を説明する。本実施例では図６（ａ）に示すようにｎ型
Ｓｉ基板３３を用い上面および下面に約２０ｎｍ厚みの
パッシベーション膜４１を約８００℃の熱酸化法により
形成した。
【００４７】このパッシベーション膜４１の上から開口
部44を有する不純物拡散防止膜２を実施例１と同様の方
法で形成し、図６（ｂ）に示すように、p型不純物とし
てＢを含む拡散ガス３を用いて下面に第1のｐ型不純物
層６を形成した、上面には不純物濃度の低いガス３を用
いて不純物濃度の低い第２のｐ型不純物層３６を形成し
た。これらの不純物層の形成では図６（ａ）に示した薄
いパッシベーション膜４１の拡散防止膜で覆われていな
い部分は、拡散中に不純物ガラスとなって拡散源基板表
面に残る。本実施例ではこの部分を希フッ酸にて除去し
たが、除去しなくても構わない。
部44を有する不純物拡散防止膜２を実施例１と同様の方
法で形成し、図６（ｂ）に示すように、p型不純物とし
てＢを含む拡散ガス３を用いて下面に第1のｐ型不純物
層６を形成した、上面には不純物濃度の低いガス３を用
いて不純物濃度の低い第２のｐ型不純物層３６を形成し
た。これらの不純物層の形成では図６（ａ）に示した薄
いパッシベーション膜４１の拡散防止膜で覆われていな
い部分は、拡散中に不純物ガラスとなって拡散源基板表
面に残る。本実施例ではこの部分を希フッ酸にて除去し
たが、除去しなくても構わない。
【００４８】次に図６（ｃ）に示すように、Ｓｂを含有
する電極材料（Ａｇペースト）を拡散防止膜２の開口部
44に印刷し、焼成することにより実施例1と同様の方法
で電極７およびその下のｎ型層４を同時に形成した。
する電極材料（Ａｇペースト）を拡散防止膜２の開口部
44に印刷し、焼成することにより実施例1と同様の方法
で電極７およびその下のｎ型層４を同時に形成した。
【００４９】最後に図６（ｄ）に示すように、下面の第
1のｐ型不純物層６上に電極５を実施例1と同様の方法で
形成した。
1のｐ型不純物層６上に電極５を実施例1と同様の方法で
形成した。
【００５０】このような構造とすることによって、拡散
防止膜とＳｉ基板の界面での少数キャリヤ再結合を低減
し、下面入射光に対する発生電流がパッシベーション膜
４１の無い構造に比べて増加した。また、開放電圧も上
昇した。
防止膜とＳｉ基板の界面での少数キャリヤ再結合を低減
し、下面入射光に対する発生電流がパッシベーション膜
４１の無い構造に比べて増加した。また、開放電圧も上
昇した。
【００５１】上記効果は、不純物拡散防止膜２とＳｉ基
板界面にパッシベーション膜４１があることにより得ら
れる効果であり、その他の部分の構造や製造方法は本質
ではない。また、パッシベーション膜41の材料も上記の
熱酸化膜に限らず、プラズマＣＶＤ等で形成した酸化膜
やＳｉＮｘ膜など、更にはＣｓなどによる電荷を用いた
パッシベーション構造やａ−Ｓｉなどを用いたヘテロ構
造によるパッシベーション膜などであっても良い。
板界面にパッシベーション膜４１があることにより得ら
れる効果であり、その他の部分の構造や製造方法は本質
ではない。また、パッシベーション膜41の材料も上記の
熱酸化膜に限らず、プラズマＣＶＤ等で形成した酸化膜
やＳｉＮｘ膜など、更にはＣｓなどによる電荷を用いた
パッシベーション構造やａ−Ｓｉなどを用いたヘテロ構
造によるパッシベーション膜などであっても良い。
【００５２】また、後述する実施例４、５等の構造にお
いても本実施例のパッシベーション膜を用いることが有
効であることは云うまでもない。 ＜実施例４＞図７および図８に示す製造工程図を用いて
第４の実施例を説明する。なお、これら各図の上段は上
面図、下段は断面図をそれぞれ示している。この実施例
では、まず図７（ａ）に示すように、下面に拡散層４を
持つｐ型基板１の上面に、実施例1と同様の方法で電気
絶縁性の不純物拡散防止膜２を梯子状に形成し、これを
マスクに用いＰを含む拡散ガスを基板上に流し実施例２
と同様の方法によりｎ型拡散層４を形成した。
いても本実施例のパッシベーション膜を用いることが有
効であることは云うまでもない。 ＜実施例４＞図７および図８に示す製造工程図を用いて
第４の実施例を説明する。なお、これら各図の上段は上
面図、下段は断面図をそれぞれ示している。この実施例
では、まず図７（ａ）に示すように、下面に拡散層４を
持つｐ型基板１の上面に、実施例1と同様の方法で電気
絶縁性の不純物拡散防止膜２を梯子状に形成し、これを
マスクに用いＰを含む拡散ガスを基板上に流し実施例２
と同様の方法によりｎ型拡散層４を形成した。
【００５３】次いで、図７（ｂ）に示すように、ｎ導電
型不純物を含み上記不純物拡散防止膜２の開口部44の幅
よりも小さい幅の電極材料（この例ではAlペースト使
用）を印刷焼成し、p型（Al）電極５およびｐ型不純物
層６を同時に形成した。このように、拡散防止膜2の幅
やその開口部44の幅を電極５の幅よりも大きくとること
により、印刷時に電極が多少傾いたりずれたりしても、
電極５をコンタクト部１９内に納めることができた。こ
の後の工程は、図示しないが必要に応じ図３の実施例１
に示したように、ｎ型不純物層４の電極７（例えばAg電
極）を形成して太陽電池を作成した。
型不純物を含み上記不純物拡散防止膜２の開口部44の幅
よりも小さい幅の電極材料（この例ではAlペースト使
用）を印刷焼成し、p型（Al）電極５およびｐ型不純物
層６を同時に形成した。このように、拡散防止膜2の幅
やその開口部44の幅を電極５の幅よりも大きくとること
により、印刷時に電極が多少傾いたりずれたりしても、
電極５をコンタクト部１９内に納めることができた。こ
の後の工程は、図示しないが必要に応じ図３の実施例１
に示したように、ｎ型不純物層４の電極７（例えばAg電
極）を形成して太陽電池を作成した。
【００５４】しかしながら、上記の方法では不純物拡散
防止膜２の開口部44に設けられたｎ型不純物層の面積が
大きい。この部分に入射した光は発電に寄与しないため
この構造では太陽電池の変換効率を高めることはできな
い。
防止膜２の開口部44に設けられたｎ型不純物層の面積が
大きい。この部分に入射した光は発電に寄与しないため
この構造では太陽電池の変換効率を高めることはできな
い。
【００５５】そこで、図８（ａ）に示すように、２列の
開口部44aおよび44bを有する形状の拡散防止膜２を形成
した。この構造では、上記開口部内のｎ型不純物層のう
ち電極５に接しないフローティングｎ層４５に入射した
光が発電に寄与するため発電効率を高めることができ
た。上記説明では開口部が２列の例を示したが、列数を
２列以上に増やすことによりフローティングｎ層面積が
増加して、更に特性を高めることができる。 ＜実施例５＞第５の実施例を図９（ａ）および図９
（ｂ）を用いて説明する。なお、これら各図の左側は上
面図、右側は断面図をそれぞれ示している。この実施例
では、図９（ａ）に示すように、下面にｐ型不純物層６
を上面にｎ型不純物層４を持つｐ型基板１を用い、その
上面に、実施例1と同様の方法で複数の不純物拡散防止
膜２を間隔を空けて設けた。
開口部44aおよび44bを有する形状の拡散防止膜２を形成
した。この構造では、上記開口部内のｎ型不純物層のう
ち電極５に接しないフローティングｎ層４５に入射した
光が発電に寄与するため発電効率を高めることができ
た。上記説明では開口部が２列の例を示したが、列数を
２列以上に増やすことによりフローティングｎ層面積が
増加して、更に特性を高めることができる。 ＜実施例５＞第５の実施例を図９（ａ）および図９
（ｂ）を用いて説明する。なお、これら各図の左側は上
面図、右側は断面図をそれぞれ示している。この実施例
では、図９（ａ）に示すように、下面にｐ型不純物層６
を上面にｎ型不純物層４を持つｐ型基板１を用い、その
上面に、実施例1と同様の方法で複数の不純物拡散防止
膜２を間隔を空けて設けた。
【００５６】その後、図９（ｂ）に示すように、電極７
を形成することにより電極７とｎ型不純物層４との接触
面積を小さくすることができた。図示しないが必要に応
じｐ型不純物層６の電極５を形成して太陽電池を作成し
た。
を形成することにより電極７とｎ型不純物層４との接触
面積を小さくすることができた。図示しないが必要に応
じｐ型不純物層６の電極５を形成して太陽電池を作成し
た。
【００５７】電極と半導体層の接触部分の少数キャリヤ
再結合速度は非常に大きいため、この接触部分の面積が
大きい場合には、特に開放電圧が低下する。しかし、本
実施例の方法では、上記不純物拡散防止膜２が上記半導
体層（ｎ型不純物層４）上に存在するため、存在しない
場合に比べて電極とｎ型不純物層４の接触面積を２０％
以下とすることができ、これにより開放電圧を約１０ｍ
Ｖ増加させることができた。 ＜実施例６＞図１０を用いて第６の実施例を示す。図１
０（a）に示すように、この実施例では、下面にｐ型不
純物層６を上面にｎ型不純物層４を持つｎ型基板３３を
用い、その上面に複数の開口部44を持つ絶縁層として拡
散防止膜２を実施例1と同様の方法で形成した。
再結合速度は非常に大きいため、この接触部分の面積が
大きい場合には、特に開放電圧が低下する。しかし、本
実施例の方法では、上記不純物拡散防止膜２が上記半導
体層（ｎ型不純物層４）上に存在するため、存在しない
場合に比べて電極とｎ型不純物層４の接触面積を２０％
以下とすることができ、これにより開放電圧を約１０ｍ
Ｖ増加させることができた。 ＜実施例６＞図１０を用いて第６の実施例を示す。図１
０（a）に示すように、この実施例では、下面にｐ型不
純物層６を上面にｎ型不純物層４を持つｎ型基板３３を
用い、その上面に複数の開口部44を持つ絶縁層として拡
散防止膜２を実施例1と同様の方法で形成した。
【００５８】その後、図１０（b）に示すように、n型電
極７を形成することにより電極７とｎ型不純物層４との
接触面積を小さくすることができた。図示しないが必要
に応じｐ型不純物層６の電極を形成して太陽電池を作成
した。
極７を形成することにより電極７とｎ型不純物層４との
接触面積を小さくすることができた。図示しないが必要
に応じｐ型不純物層６の電極を形成して太陽電池を作成
した。
【００５９】電極７と半導体層（ｎ型不純物層４）の接
触部分の少数キャリヤ再結合速度は非常に大きいため、
この接触部分の面積が大きい場合には、特に開放電圧が
低下する。しかし、本実施例の方法では、コンタクト領
域１９のみで電極７と接触するため、実施例５の構造に
比べて更にコンタクト領域を低減することができた。
触部分の少数キャリヤ再結合速度は非常に大きいため、
この接触部分の面積が大きい場合には、特に開放電圧が
低下する。しかし、本実施例の方法では、コンタクト領
域１９のみで電極７と接触するため、実施例５の構造に
比べて更にコンタクト領域を低減することができた。
【００６０】また、上記開口部44を、図１０（ｂ）の電
極７の下部に設けるのみではなく、この電極７の幅と同
程度以下の間隔に配置することにより、開口部と電極の
合わせを行わなくても電極７の一部をコンタクト部１９
に重ねることができた。
極７の下部に設けるのみではなく、この電極７の幅と同
程度以下の間隔に配置することにより、開口部と電極の
合わせを行わなくても電極７の一部をコンタクト部１９
に重ねることができた。
【００６１】これまでの実施例で説明した上記不純物拡
散防止膜２の形成方法としては、スクリーン印刷法に限
らずインクジェットなどの印刷法を用いても良い。ま
た、メタルマスクなどを用いてこの上からプラズマＣＶ
Ｄや熱ＣＶＤ等を用いて酸化シリコン膜を堆積させても
良い。
散防止膜２の形成方法としては、スクリーン印刷法に限
らずインクジェットなどの印刷法を用いても良い。ま
た、メタルマスクなどを用いてこの上からプラズマＣＶ
Ｄや熱ＣＶＤ等を用いて酸化シリコン膜を堆積させても
良い。
【００６２】また、不純物拡散防止膜をシリコン窒化膜
（SiNx膜）等で形成しても良い。これら本発明の方法で
拡散防止膜を形成する場合には、従来のフォトリソグラ
フィー技術によるパターンニング法とは異なる特有の傾
向が現れる。図１１は、本発明の太陽電池における不純
物拡散防止膜２のパターンの設計上の形状及び位置２３
と実際の形状及び平均位置との関係を説明する模式図で
ある。
（SiNx膜）等で形成しても良い。これら本発明の方法で
拡散防止膜を形成する場合には、従来のフォトリソグラ
フィー技術によるパターンニング法とは異なる特有の傾
向が現れる。図１１は、本発明の太陽電池における不純
物拡散防止膜２のパターンの設計上の形状及び位置２３
と実際の形状及び平均位置との関係を説明する模式図で
ある。
【００６３】例えば、図１１（ａ）に示す形状の不純物
拡散防止膜２を印刷した場合、図の縦方向のパターンの
左端のＡ部についてみると、図１１（ｂ）に示すＡ部拡
大図のように、端面に最左端２１と最右端２２の幅２５
が１０μｍ以上となる凹凸が生じる。このため、この不
純物拡散防止膜２を用いて形成した不純物拡散層の上記
端面に沿った周辺形状にも１０μｍ以上の凹凸が生じ
る。
拡散防止膜２を印刷した場合、図の縦方向のパターンの
左端のＡ部についてみると、図１１（ｂ）に示すＡ部拡
大図のように、端面に最左端２１と最右端２２の幅２５
が１０μｍ以上となる凹凸が生じる。このため、この不
純物拡散防止膜２を用いて形成した不純物拡散層の上記
端面に沿った周辺形状にも１０μｍ以上の凹凸が生じ
る。
【００６４】この凹凸は、印刷スクリーンマスクやメタ
ルマスクの精度、印刷時の応力に起因する印刷スクリー
ンの変形、更には塗布材料のだれなどによる。なお、一
般に、ホトリソグラフィー法を用いた場合の凹凸は１μ
ｍ程度である。
ルマスクの精度、印刷時の応力に起因する印刷スクリー
ンの変形、更には塗布材料のだれなどによる。なお、一
般に、ホトリソグラフィー法を用いた場合の凹凸は１μ
ｍ程度である。
【００６５】また、左端の形状の平均位置２４が、不純
物拡散防止膜２のパターンの設計上の位置２３に対して
符号２６の長さだけ左側へずれる。これは、印刷スクリ
ーンやメタルマスクと半導体基板１との相対的な位置が
設計値とずれてしまうためで、通常のスクリーン印刷法
やメタルマスク法では２０μｍ程度以上のずれが生じ
る。なお、一般に、ホトリソグラフィー法を用いた場合
のずれは１μｍ程度である。
物拡散防止膜２のパターンの設計上の位置２３に対して
符号２６の長さだけ左側へずれる。これは、印刷スクリ
ーンやメタルマスクと半導体基板１との相対的な位置が
設計値とずれてしまうためで、通常のスクリーン印刷法
やメタルマスク法では２０μｍ程度以上のずれが生じ
る。なお、一般に、ホトリソグラフィー法を用いた場合
のずれは１μｍ程度である。
【００６６】スクリーン印刷法を用いる場合、スクリー
ン印刷に用いる不純物拡散防止膜２を製造するペースト
状材料の粘度を５万から１００万ｃｐ、望ましくは８万
から４０万ｃｐとすることにより、パターンのかすれや
だれの発生を抑えることができる。
ン印刷に用いる不純物拡散防止膜２を製造するペースト
状材料の粘度を５万から１００万ｃｐ、望ましくは８万
から４０万ｃｐとすることにより、パターンのかすれや
だれの発生を抑えることができる。
【００６７】また、図１１（ａ）に示す横方向のパター
ンの上端のＢ部についても、図１１（ｃ）に示すＢ部拡
大図のように、図１１（ｂ）と同様のパターンの凹凸
（幅３１）や位置ずれ３２を伴う。その他の符号２７、
２８、２９、３０は、それぞれ最上部、縦方向の平均位
置、最下部、縦方向の設計上の位置を表わす。よって、
これらのずれ等を考慮したパターン設計が必要である。
ンの上端のＢ部についても、図１１（ｃ）に示すＢ部拡
大図のように、図１１（ｂ）と同様のパターンの凹凸
（幅３１）や位置ずれ３２を伴う。その他の符号２７、
２８、２９、３０は、それぞれ最上部、縦方向の平均位
置、最下部、縦方向の設計上の位置を表わす。よって、
これらのずれ等を考慮したパターン設計が必要である。
【００６８】以上の実施例１〜５の説明では省略した
が、太陽電池の表面には光の表面反射を防止するため
に、図１２（a）に示すように高さの最大値４６が１０
μｍ程度、小さいものでも３μｍ程度の多数の凹凸１４
を設ける場合がある。この場合には、例えば、本発明の
不純物拡散防止膜２の材料の粘度を高くすることによ
り、凹凸１４の頂点を不純物拡散防止膜２で覆うことが
できる。
が、太陽電池の表面には光の表面反射を防止するため
に、図１２（a）に示すように高さの最大値４６が１０
μｍ程度、小さいものでも３μｍ程度の多数の凹凸１４
を設ける場合がある。この場合には、例えば、本発明の
不純物拡散防止膜２の材料の粘度を高くすることによ
り、凹凸１４の頂点を不純物拡散防止膜２で覆うことが
できる。
【００６９】また、上記凹凸１４をリアクティブイオン
エッチング（ＲＩＥ）法などを用いて形成することによ
り凹凸の高さ４６を２μｍ以下とすることができる。こ
の場合は、不純物拡散防止膜２の粘度の低い材料を用い
て不純物拡散防止膜２の厚も１μｍ以下とすることによ
り、より詳細な不純物拡散防止膜２の形状を作製するこ
とができる。
エッチング（ＲＩＥ）法などを用いて形成することによ
り凹凸の高さ４６を２μｍ以下とすることができる。こ
の場合は、不純物拡散防止膜２の粘度の低い材料を用い
て不純物拡散防止膜２の厚も１μｍ以下とすることによ
り、より詳細な不純物拡散防止膜２の形状を作製するこ
とができる。
【００７０】また、電極５および７の形成は、スクリー
ン印刷法等のパターンを直接形成する方法の他、ホトリ
ソグラフィー法を用いることもできる。
ン印刷法等のパターンを直接形成する方法の他、ホトリ
ソグラフィー法を用いることもできる。
【００７１】半導体基板には、シリコンやゲルマニウ
ム、ガリウム砒素などの単結晶、多結晶などの材質で、
円形や四角形など多角形の外形を持つ基板を用いること
ができる。半導体基板の導電型はｉ型、ｐ型、ｎ型のい
ずれでもよい。種々の不純物層および半導体基板の導電
型の組み合わせは、太陽電池を構成する限り種々可能で
ある。また、不純物としては、リン、ヒ素、アンチモン
（以上、n型不純物）；ボロン、アルミニウム、ガリウ
ム（以上、p型不純物）などがある。
ム、ガリウム砒素などの単結晶、多結晶などの材質で、
円形や四角形など多角形の外形を持つ基板を用いること
ができる。半導体基板の導電型はｉ型、ｐ型、ｎ型のい
ずれでもよい。種々の不純物層および半導体基板の導電
型の組み合わせは、太陽電池を構成する限り種々可能で
ある。また、不純物としては、リン、ヒ素、アンチモン
（以上、n型不純物）；ボロン、アルミニウム、ガリウ
ム（以上、p型不純物）などがある。
【００７２】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明により所期
の目的を達成することができた。すなわち、安価で光電
変換効率の高い太陽電池を実現することができる。
の目的を達成することができた。すなわち、安価で光電
変換効率の高い太陽電池を実現することができる。
【図１】本発明の太陽電池の一断面構造を模式的に示し
た製造工程図である。
た製造工程図である。
【図２】本発明の太陽電池の一断面構造を模式的に示し
た製造工程図である。
た製造工程図である。
【図３】本発明の太陽電池の第１の実施例となる一断面
構造を模式的に示した製造工程図である。
構造を模式的に示した製造工程図である。
【図４】本発明の太陽電池の第２の実施例となる一断面
構造を模式的に示した製造工程図である。
構造を模式的に示した製造工程図である。
【図５】本発明の太陽電池の第２の実施例となる一断面
構造を模式的に示した製造工程図である。
構造を模式的に示した製造工程図である。
【図６】本発明の太陽電池の第３の実施例となる一断面
構造を模式的に示した製造工程図である。
構造を模式的に示した製造工程図である。
【図７】本発明の太陽電池の第４の実施例となる一断面
構造を模式的に示した製造工程図である。
構造を模式的に示した製造工程図である。
【図８】本発明の太陽電池の第４の実施例となる一断面
構造を模式的に示した製造工程図である。
構造を模式的に示した製造工程図である。
【図９】本発明の太陽電池の第５の実施例となる一断面
構造を模式的に示した製造工程図である。
構造を模式的に示した製造工程図である。
【図１０】本発明の太陽電池の第６の実施例となる一断
面構造を模式的に示した製造工程図である。
面構造を模式的に示した製造工程図である。
【図１１】本発明の太陽電池の不純物拡散防止膜の平面
パターン構造を模式的に示した説明図である。
パターン構造を模式的に示した説明図である。
【図１２】本発明の太陽電池の基板表面の凹凸状態を模
式的に示して説明する基板の断面構造図である。
式的に示して説明する基板の断面構造図である。
【図１３】従来の太陽電池の一製造工程を示す断面図で
ある。
ある。
【図１４】従来の太陽電池の一製造工程を示す断面図で
ある。
ある。
１…ｐ型半導体基板、２…不純物拡散防止膜、３…不純
物拡散ガス、４…ｎ型不純物層、５…ｐ型用電極、６…
ｐ型不純物層、７…ｎ型用電極、８…第２のｎ型不純物
層、１０…第２のｎ型用電極、１１…熱酸化膜、１２…
第２の不純物拡散防止膜、１４…表面凹凸、１５…パッ
シベーション膜、１９…コンタクト部、２１…最左端、
２２…最右端、２３…横方向の設計上の位置、２４…横
方向の平均位置、２５…横方向の凹凸幅、２６…横方向
のずれ、２７…最上部、２８…縦方向の平均位置、２９
…最下部、３０…縦方向の設計上の位置、３１…縦方向
の凹凸幅、３２…縦方向のずれ、３３…ｎ型半導体基
板、３４…状面照射光、３５…下面照射光、３６…第２
のｐ型不純物層、３８…フローティングエミッタ部、３
９…開口幅、４０…拡散防止マスク幅、４１…パッシベ
ーション膜、４２…表面凹凸高さ、４３…ピッチ、４４
…開口部、４５…フローティング部、４６…凹凸の高
さ。
物拡散ガス、４…ｎ型不純物層、５…ｐ型用電極、６…
ｐ型不純物層、７…ｎ型用電極、８…第２のｎ型不純物
層、１０…第２のｎ型用電極、１１…熱酸化膜、１２…
第２の不純物拡散防止膜、１４…表面凹凸、１５…パッ
シベーション膜、１９…コンタクト部、２１…最左端、
２２…最右端、２３…横方向の設計上の位置、２４…横
方向の平均位置、２５…横方向の凹凸幅、２６…横方向
のずれ、２７…最上部、２８…縦方向の平均位置、２９
…最下部、３０…縦方向の設計上の位置、３１…縦方向
の凹凸幅、３２…縦方向のずれ、３３…ｎ型半導体基
板、３４…状面照射光、３５…下面照射光、３６…第２
のｐ型不純物層、３８…フローティングエミッタ部、３
９…開口幅、４０…拡散防止マスク幅、４１…パッシベ
ーション膜、４２…表面凹凸高さ、４３…ピッチ、４４
…開口部、４５…フローティング部、４６…凹凸の高
さ。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考）
Ｈ０１Ｌ 21/225 Ｈ０１Ｌ 31/04 Ａ
(72)発明者 上下 利男
茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式会
社日立製作所日立事業所内
Ｆターム(参考） 5F051 AA02 BA14 CB13 DA04 FA06
FA10 FA13 FA15 FA16 GA04
GA14
Claims (19)
- 【請求項１】半導体基板上にパターン状の不純物拡散防
止膜、前記不純物拡散防止膜の反転パターン状に形成さ
れた不純物拡散層、および前記不純物拡散防止膜の開口
部上に形成された電極を有し、前記電極の幅が前記開口
部の幅よりも大きいことを特徴とする太陽電池。 - 【請求項２】半導体基板上にパターン状の不純物拡散防
止膜、前記不純物拡散防止膜の反転パターン状に形成さ
れた不純物拡散層、前記不純物拡散層上に形成された第
１の電極、および前記不純物拡散防止膜の開口部上に形
成された第２電極を有することを特徴とする太陽電池。 - 【請求項３】半導体基板上にパターン状の不純物拡散防
止膜、および前記不純物拡散防止膜の反転パターン状に
形成された不純物拡散層を有し、前記不純物拡散防止膜
の占める面積が前記半導体基板面積の２０％以下である
ことを特徴とする太陽電池。 - 【請求項４】半導体基板上にパターン状の不純物を含有
した不純物拡散防止膜、前記不純物拡散防止膜により形
成された第１の不純物拡散層、および前記不純物拡散防
止膜の反転パターン状に形成され前記第１の不純物拡散
層とは不純物プロファイルの異なる第２の不純物拡散層
を有することを特徴とする太陽電池。 - 【請求項５】半導体基板上にパターン状の不純物拡散防
止膜、および前記不純物拡散防止膜の反転パターン状に
形成された不純物拡散層を有し、前記不純物拡散防止膜
と前記半導体基板上の間にパッシベーション層を有する
ことを特徴とする太陽電池。 - 【請求項６】半導体基板上にパターン状の不純物拡散防
止膜、および前記不純物拡散防止膜の反転パターン状に
形成された不純物拡散層を有し、前記不純物拡散防止膜
はその短辺方向に沿って左右に２列以上の開口部を有す
ることを特徴とする太陽電池。 - 【請求項７】半導体基板上にパターン状の絶縁層を有
し、前記絶縁層の電極下部において、前記電極面積より
小さい面積の開口部を有することを特徴とする太陽電
池。 - 【請求項８】半導体基板はｎ型シリコンからなり、不純
物拡散防止膜の開口部に電極が形成されていることを特
徴とする請求項１もしくは２記載の太陽電池。 - 【請求項９】上記電極はｎ型の不純物を含んでおり、前
記電極の形成時に上記半導体基板の前記電極下部にｎ型
の不純物拡散層が形成されていることを特徴とする請求
項８記載の太陽電池。 - 【請求項１０】半導体基板と、前記半導体基板に形成さ
れ、かつ周辺形状に１０μｍ以上の凹凸が存在している
不純物層を有していることを特徴とする請求項１乃至９
のいずれか一つに記載の太陽電池。 - 【請求項１１】請求項1乃至１０のいずれか一つに記載
の太陽電池を製造するに際し、不純物拡散防止膜は、粘
度が５万ｃｐから１００万ｃｐの範囲にあるペースト材
料を印刷して形成することを特徴とする太陽電池の製造
方法。 - 【請求項１２】半導体基板の表面に３μｍ以上の凹凸を
有することを特徴とする請求項１１記載の太陽電池の製
造方法。 - 【請求項１３】上記不純物拡散防止膜は、粘度が8万ｃ
ｐから40万ｃｐの範囲にあるペースト材料を印刷して形
成することを特徴とする請求項１１記載の太陽電池の製
造方法。 - 【請求項１４】半導体基板の表面に２μｍ以下の凹凸を
有することを特徴とする請求項１３記載の太陽電池の製
造方法。 - 【請求項１５】半導体基板上にパターン状の不純物拡散
防止膜を形成しその上から不純物拡散を行うことによ
り、該不純物拡散防止膜の反転パターン状に形成された
不純物拡散層を形成することを特徴とする太陽電池の製
造方法。 - 【請求項１６】半導体基板にｎ型のシリコン基板を用い
たことを特徴とする請求項１５に記載の太陽電池の製造
方法。 - 【請求項１７】半導体基板と、前記半導体基板に形成さ
れ、かつ周辺形状に１０μｍ以上の凹凸が存在している
不純物層を有していることを特徴とする請求項１２もし
くは１４に記載の太陽電池の製造方法。 - 【請求項１８】第１導電型を有する半導体基板の表面
に、無機材料を主成分とするペーストをパターン状に塗
布または堆積し焼成することにより不純物拡散防止膜を
形成する工程と、前記不純物拡散防止膜をマスクにして
前記半導体基板に第２導電型の不純物を拡散することに
より前記不純物拡散防止膜の反転パターン状の不純物拡
散層を形成する工程とを有することを特徴とする太陽電
池の製造方法。 - 【請求項１９】上記第２導電型の不純物を拡散すること
により、不純物拡散防止膜の反転パターン状の不純物拡
散層を形成する工程は、気相拡散法、インプラ法および
プラズマ拡散法のいずれか一つの拡散法を含む工程であ
ることを特徴とする請求項１８記載の太陽電池の製造方
法。
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