JP2005158781A

JP2005158781A - 太陽電池

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Publication number: JP2005158781A
Application number: JP2003390662A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Iwata; 浩岩田; Takashi Fukushima; 隆史福島; Masayuki Nakano; 雅行中野
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2003-11-20
Filing date: 2003-11-20
Publication date: 2005-06-16
Anticipated expiration: 2023-11-20
Also published as: JP4324450B2

Abstract

【課題】低コストで受光効率の良い太陽電池およびその製造方法を提供する。
【解決手段】シリコン基板１０１の一部をエッチングして底部が受光面となる受光領域１３０(凹領域)を形成することにより、その受光面よりも上部表面が２００ｎｍ以上高い凸領域１０１aを形成する。上記凸領域１０１a上に、凸領域１０１aの幅(Ｂ)より小さい幅(Ａ)の受光面電極１１０を形成する。また、上記凸領域１０１aに対して、コンタクト孔１１５および受光面電極１１０を自己整合的に形成する。
【選択図】図１

Description

この発明は、太陽電池およびその製造方法に関する。

従来、太陽電池としては、図１７に示すものがある(例えば、特開平６−３１０７４０号公報(特許文献１)参照)。この太陽電池は、図１７に示すように、単結晶のｐ型シリコン基板３０１表面のほぼ全域にｎ型拡散層３０３を形成し、そのシリコン基板３０１表面側に受光領域３３０と受光面電極３０９を形成している。上記受光領域３３０上に、シリコン酸化膜３０４を介して反射防止膜としてシリコン窒化膜３０５を形成している。上記シリコン基板３０１の裏面に、シリコン酸化膜３０６をパターニングして、アルミニウムからなる裏面電極３０７を形成している。上記半導体基板３０１の受光領域３３０の表面に、受光効率を増加させるための凹凸を形成している。

次に、上記従来の太陽電池の形成手順を図１２〜図１７を用いて説明する。

まず、図１２に示すように、周知のリソグラフィー技術と加工技術を用いて、単結晶のｐ型シリコン基板３０１にシリコン酸化膜３０２をパターニングした後、シリコン酸化膜３０２で覆われた領域以外の表面が凹凸になるように異方性エッチングを行う。このシリコン酸化膜３０２で覆われた領域は、将来、受光面電極とシリコン基板３０１を接続する領域である。

次に、図１３に示すように、シリコン酸化膜３０２(図１２に示す)を除去した後、オキシ塩化燐(ＰＯＣｌ₃)を用いた燐の気相拡散法によって、ｐ型シリコン基板３０１表面にｎ型拡散層３０３を形成する。次に、ｎ型拡散層３０３の形成時にｐ型シリコン基板３０１の裏面に形成されたｎ型拡散層を、硝酸とフッ酸の混合液を用いて除去し、熱酸化法により光入射面(表面)側にシリコン酸化膜３０４および裏面側にシリコン酸化膜３０６を同時に形成する。次に、光入射面(表面)側に反射防止膜としてシリコン窒化膜３０５をプラズマＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition：化学的気相成長)法により形成する。次に、裏面のシリコン酸化膜３０６をパターニングして裏面電極と接続するためのコンタクト孔を形成した後、真空蒸着法によりアルミニウムを裏面全体に蒸着して裏面電極３０７を形成する。

次に、図１４に示すように、周知のリソグラフィー技術と加工技術を用いて、光入射側のシリコン窒化膜３０５とシリコン酸化膜３０４のパターニングを行い、コンタクト孔３１５を形成する。

次に、図１５に示すように、周知のリソグラフィー技術を使って、受光面電極を形成するためのレジスト３２０のパターニングを行う。レジスト３２０で覆われていない領域に受光面電極が形成されるが、受光面電極がコンタクト孔３１５の全域に形成されるためには、図１５中に示したように、レジスト３２０で覆われていない領域はコンタクト孔３１５の幅よりも、両者の位置決め合わせズレだけ両端を大きくレイアウトする必要がある。これは、コンタクト孔３１５に対してレジスト３２０のパターンが自己整合的には形成されていないため、両者の位置決め合わせズレを考慮する必要があるためである。

次に、図１６に示すように、真空蒸着法により、チタン、パラジウム、銀の順に蒸着して金属膜３０８を形成する。

次に、図１７に示すように、リフトオフ法により、受光面電極３０９を形成する。最後に、窒素ガス雰囲気中にて３００℃程度で数分の熱処理を行って太陽電池が完成する。

しかしながら、上記従来の太陽電池によれば、ＰＮ接合の一部が受光面電極に覆われて受光面積を減少させるため、光の吸収効率が悪いという問題がある。

また、上記太陽電池を形成するためのマスクが４枚必要であった。それは、シリコン酸化膜３０２をパターニングするマスクと、裏面電極用のコンタクト孔を形成するマスクと、受光面電極用のコンタクト孔３１５を形成するマスクと、受光面電極３０９を形成するためのマスクである。したがって、製造コストが高くつくという問題がある。

また、図１７に示すように、受光面電極３０９の幅がコンタクト孔３１５よりも大きく形成されるために、コンタクト孔３１５の領域以外の受光面電極３０９が光を吸収するＰＮ接合面積を小さくして、光の吸収効率を低下させていた。この問題を詳しく説明する。コンタクト孔３１５を最小加工寸法Ｌで設計したとすると、フォトアライメントの位置決め合わせズレ(一般的に片側でＬ／３)を考慮して、受光面電極の幅は、コンタクト孔３１５の幅よりも２Ｌ／３ほど大きくなり、
Ｌ＋２Ｌ／３＝５Ｌ／３
となる。そうなると、太陽光を遮断してしまう受光面電極３０９が２Ｌ／３だけＰＮ接合領域に対してオーバーラップするため、太陽光の吸収効率が悪くなってしまう。受光面電極３０９と接続するために設けたｎ型拡散層３０３の幅も同様に、コンタクト孔３１５に対するアライメントズレを考慮して受光面電極３０９と同じ幅が必要となる。したがって、表面を凹凸に加工した受光面の面積がその分小さくなってしまうという問題もある。

さらに、図１５に示した工程時に、レジスト３２０が直接ｎ型拡散層表面に塗布されるプロセスになっている。したがって、レジスト中に含まれている汚染物質が受光面電極とｎ型拡散層との界面に悪影響を及ぼし、太陽電池の性能を劣化させるという問題がある。
特開平６−３１０７４０号公報

この発明は、上記課題を解決するべくなされたものであり、その目的は、光を吸収するＰＮ接合面積(受光面積)を大きくして光の吸収効率を向上できると共に、マスク数を減らして製造コストを削減できる太陽電池およびその製造方法を提供することである。

上記目的を達成するために、この発明の太陽電池は、半導体基板と、上記半導体基板の受光面側に形成された凸領域と、上記凸領域上に形成された受光面電極とを備え、上記受光面電極が形成された上記凸領域の上部表面が、上記半導体基板の受光面よりも２００ｎｍ以上高い位置に形成されていることを特徴としている。

上記構成の太陽電池によれば、受光面電極が形成される凸領域の上部表面が、受光面の半導体表面よりも２００ｎｍ以上高い位置に形成されているので、凸領域に対して受光面電極を自己整合的に形成できる。したがって、形成するためのマスク数を減少できるので、プロセスコストを削減することができる。また、上記凸領域の両側面でも光が吸収され、この凸領域の両側面にＰＮ接合面を形成することにより、受光面の面積を大きくできるので、光の吸収効率を向上させることができる。なお、上記凸領域の上部表面と受光面との段差が２００ｎｍ以上あれば、受光面電極を制御性良く形成することができ、段差が２００ｎｍより小さいと、プロセスマージンが小さくなり、コンタクト孔領域や受光面電極を凸領域に対して自己整合的に安定して形成することが難しくなる。

また、一実施形態の太陽電池は、上記受光面電極の幅が、上記凸領域の幅よりも小さいことを特徴とする。

上記構成の太陽電池によれば、従来受光面電極によって遮蔽されていた領域を受光面として使用できるので、受光面の面積が大きくなって光の吸収効率を向上させることができる。

また、一実施形態の太陽電池は、上記受光面電極の幅が、上記受光面電極と上記半導体基板とを接続するために設けられたコンタクト孔の幅と略同一であることを特徴とする。

上記構成の太陽電池によれば、受光面電極と半導体基板とのコンタクト抵抗を十分に低く保ちながら、受光面積を大きくでき、光の吸収効率を向上させることができる。

また、この発明の太陽電池の製造方法は、第１導電型の半導体基板の一部をエッチングして底部が受光面となる凹領域を形成することにより、その受光面よりも上部表面が２００ｎｍ以上高い凸領域を形成する工程と、上記凸領域が形成された上記半導体基板の表面に第２導電型の拡散層を形成する工程と、上記第２導電型の拡散層上に第１の絶縁膜および反射防止膜を順次堆積する工程と、上記反射防止膜の表面に、上記凸領域上よりも他の領域の膜厚が厚くなるように第２の絶縁膜を堆積する工程と、上記第２の絶縁膜を堆積した後、上記凸領域以外の領域にレジストを形成する工程と、上記レジストをマスクとして、上記凸領域上の上記第２の絶縁膜と上記反射防止膜および上記第１の絶縁膜を順次エッチングして凹部を形成する工程と、上記第２の絶縁膜と上記反射防止膜および上記第１の絶縁膜に形成された上記凸領域上の凹部に、上記レジストを用いて受光面電極を形成する工程とを有することを特徴としている。

上記太陽電池の製造方法によれば、上記半導体基板の凹領域の受光面よりも上部表面が２００ｎｍ以上高い上記凸領域に対して、受光面電極と半導体基板を接続するためのコンタクト孔領域や受光面電極を自己整合的に形成できるので、従来の太陽電池と比して、上記半導体基板の凸領域を形成するためのマスクと、裏面電極用のコンタクト孔を形成するためのマスクの２枚のマスクのみで太陽電池が形成できるため、コストを大幅に削減することができる。また、上記凸領域に対して受光面電極を自己整合的に形成することにより、受光面電極の面積を小さくでき、さらに凸領域の両側面でも光が吸収されるため、その分、光を吸収する面積が大きくなり、光の吸収効率を向上させることができる。

また、一実施形態の太陽電池の製造方法は、上記第２の絶縁膜を堆積する工程において、ＳＯＧ(Spin On Glass)を塗布することにより上記第２の絶縁膜を形成することを特徴とする。

上記実施形態の太陽電池の製造方法によれば、ＳＯＧ(Spin On Glass)を用いることにより、上記凸領域上よりその他の領域の膜厚が厚くなるように第２の絶縁膜を堆積することができる。また、塗布により堆積しているので、真空装置を使用する必要が無くコストが低い。

また、一実施形態の太陽電池の製造方法は、上記第２の絶縁膜を堆積する工程において、Ｓi(ＣＨ₃)₄、Ｓi(ＯＣ₂Ｈ₅)₄、ＳiＨ(Ｃ₂Ｈ₅)₃、Ｓi(Ｃ₂Ｈ₅)₄のいずれか１つと酸素またはオゾンを用いた化学的気相成長法により上記第２の絶縁膜を形成することを特徴とする。

上記実施形態の太陽電池の製造方法によれば、Ｓi(ＣＨ₃)₄、Ｓi(ＯＣ₂Ｈ₅)₄、ＳiＨ(Ｃ₂Ｈ₅)₃、Ｓi(Ｃ₂Ｈ₅)₄のいずれか１つと酸素またはオゾンを用いた化学的気相成長法を用いることにより、上記凸領域上よりその他の領域の膜厚が厚くなるように第２の絶縁膜を堆積することができる。また、ＳＯＧよりもウェットエッチング速度が小さいので、プロセスマージンを大きくすることができる。

また、この発明の太陽電池の製造方法は、第１導電型の半導体基板の一部をエッチングして底部が受光面となる凹領域を形成することにより、その受光面よりも上部表面が２００ｎｍ以上高い凸領域を形成する工程と、上記凸領域が形成された上記半導体基板の表面に第２導電型の拡散層を形成する工程と、上記第２導電型の拡散層上に絶縁膜および反射防止膜を順次堆積する工程と、上記反射防止膜の表面かつ上記凸領域以外の領域にレジストを形成する工程と、上記レジストをマスクとして、上記凸領域上の上記反射防止膜と上記絶縁膜を順次エッチングして凹部を形成する工程と、上記反射防止膜と上記絶縁膜に形成された上記凸領域上の凹部に、上記レジストを用いて受光面電極を形成する工程とを有することを特徴としている。

以上より明らかなように、この発明の太陽電池およびその製造方法によれば、半導体基板に上部表面が受光面よりも高い凸領域を形成して、その上部表面に形成される受光面電極の幅を小さくすると共に、凸領域の両側面からも光を吸収することによって、光の吸収効率を向上させて、大きな電気を得ることができる。また、従来の太陽電池よりもマスク数を２枚少なくできるので、製造コストを大幅に削減することができる。

以下、この発明の太陽電池およびその製造方法を図示の実施の形態により詳細に説明する。

(第１実施形態)
この発明の第１実施形態の太陽電池は、受光面積を大きくして光の吸収効率を向上させると共に、太陽電池を形成するために必要なマスク数を減らしてプロセスコストを削減する構造およびその製造方法を提供するものである。

図１はこの発明の第１実施形態の太陽電池の概略断面図である。図１により第１実施形態の太陽電池の構成を説明する。この第１実施形態では、第１導電型をｐ型とし、第２導電型をｎ型としている。

図１に示すように、半導体基板の一例としての単結晶のｐ型シリコン基板１０１表面は、光を吸収して電気に変換する凹領域としての受光領域１３０と、その電気を輸送する受光面電極１１０が上部表面に形成される凸領域１０１aから主に構成されている。上記シリコン基板１０１表面のほぼ全域にｎ型拡散層１０３を形成している。このｎ型拡散層１０３とｐ型シリコン基板１０１とで形成されるＰＮ接合で光エネルギーを電気エネルギーに変換している。また、上記受光領域１３０上に、第１の絶縁膜の一例としてのシリコン酸化膜１０４を介して反射防止膜の一例としてシリコン窒化膜１０５を形成している。また、上記シリコン基板１０１の裏面に、シリコン酸化膜１０６をパターニングしてアルミニウムからなる裏面電極１０７を形成している。上記シリコン基板１０１の受光領域１３０表面に、受光効率を増加させるための小さな凹凸を形成して、受光面積を増大させている。

また、受光面電極１１０を形成する凸領域１０１aの上部表面は、受光領域１３０の平均表面位置よりも２００ｎｍ以上高い位置に形成されている(凸領域１０１aの幅は図１中のＢに相当する)。そのため、受光面電極１１０およびこの受光面電極１１０とｎ型拡散層１０３とを接続するためのコンタクト孔１１５を、凸領域１０１aに対して自己整合的に形成することができる構造になっている。したがって、形成マスク数を減らすことができるので、従来の太陽電池と比してプロセスコストを大幅に削減することができる(形成マスクを減らせる構造であることに関しては、形成手順の説明のときに詳しく説明する)。また、上記凸領域１０１aの斜面部が受光面となるため、従来の太陽電池と比して受光面積が大きくなるので、光の吸収効率が向上して大きな電気を発生させることができる。

また、受光面電極１１０の幅(Ａ)は、受光面電極１１０が形成される凸領域１０１aの幅(Ｂ)以下になるように形成されている。したがって、従来、受光面電極によって覆われていた半導体表面も受光面として使用できるので、受光面積を大きくして受光効率を向上させて大きな電気を発生させることができる。

また、受光面電極１１０の幅(図中のＡ)は、コンタクト孔１１５の幅とほぼ同じである。このため、コンタクト孔１１５に対して受光面電極１１０の接触面積を最大にしつつ、コンタクト孔１１５以外の受光領域１３０に受光面電極１１０が形成されていない。したがって、受光面電極１１０とｐ型シリコン基板１０１(実際にはｎ型拡散層１０３が接触している)との接触抵抗を低減することと、受光領域１３０を最大にして光の受光効率を向上させて大きな電流を発生させることを同時に実現できる。

次に、この発明に係わる第１実施形態の太陽電池の形成手順を図２〜図１１を用いて説明する。

まず、図２に示すように、周知のリソグラフィー技術と加工技術を用いて、単結晶のｐ型シリコン基板１０１に、シリコン酸化膜１０２でパターニングした後、シリコン酸化膜１０２で覆われた領域以外の表面が凹凸になるように異方性エッチングを行い、底部が受光面となる凹領域および受光面電極と接続するための凸領域１０１aを形成する。受光面電極と接続するための凸領域１０１aとは、シリコン酸化膜１０２で覆われた当初のシリコン基板表面が残っている領域のことである。このとき、図２中の凸領域１０１aとそれ以外の凹領域との段差の平均値Ｈが２００ｎｍ以上かつ１０００ｎｍ以下になるように異方性エッチングを行う。

その理由を以下に説明する。この段差を利用することにより、コンタクト孔領域および受光面電極を凸領域１０１aに対して自己整合的に形成するが、段差Ｈが２００ｎｍ以上あれば、受光面電極を制御性良く形成することができる。段差Ｈが２００ｎｍより小さいと、プロセスマージンが小さくなり、コンタクト孔領域および受光面電極を凸領域に対して自己整合的に安定して形成することが難しくなる。一方、段差Ｈが１０００ｎｍより大きくなるように異方性エッチングを行うと、異方性エッチングの際に横方向に半導体基板がエッチングされて、凸領域表面(シリコン基板表面)の幅が小さくなりすぎて受光面電極が形成できなくなるという問題や、形成できてもコンタクト孔１１５(図１に示す)の面積が小さくなって受光面電極１１０(図１に示す)とシリコン基板１０１との接触抵抗が大きくなるという問題が発生する。また、エッチング時間が長くなるために製造時間が長くなりすぎるという問題もある。したがって、異方性エッチングは、段差の平均値Ｈが２００ｎｍ以上かつ１０００ｎｍ以下になるように条件が設定されることが望ましい。ただし、１０００ｎｍより大きな段差を設けた場合でも、十分な幅のコンタクト孔１１５領域を形成できるように、異方性エッチングの際に横方向にエッチングされる量を考慮して、予め上記シリコン基板１０１の凸領域１０１aの幅を広くパターニングしておけば上記問題はあるが形成可能である。

次に、図３に示すように、シリコン酸化膜１０２(図２に示す)を除去した後、オキシ塩化燐(ＰＯＣｌ₃)を用いた燐の気相拡散法によって、ｐ型シリコン基板１０１表面にｎ型拡散層１０３を形成する。このとき、ｐ型シリコン基板１０１表面にｎ型拡散層１０３を形成する方法はこれに限らず、イオン注入法などのｎ型拡散層が形成できる方法であればよい。次に、ｎ型拡散層１０３の形成時にｐ型シリコン基板１０１の裏面に形成されたｎ型拡散層を、硝酸とフッ酸の混合液を用いて除去し、熱酸化法により光入射面(表面)側にシリコン酸化膜１０４および裏面側にシリコン酸化膜１０６を形成する。次に、光入射面(表面)側に反射防止膜の一例としてのシリコン窒化膜１０５をプラズマＣＶＤ法により形成する。次に、裏面のシリコン酸化膜１０６をパターニングして、裏面電極と接続するためのコンタクト孔を形成した後、真空蒸着法によりアルミニウムを裏面全体に蒸着して裏面電極１０７を形成する。ここで、シリコン基板１０１の裏面に電極を設ける工程はこれに限る訳ではなく、シリコン基板１０１の裏面にコンタクト可能な電極であれば、どのような方法を用いてもよい。

次に、図４に示すように、第２の絶縁膜の一例としてのＨＳＱ(Hydrogen Silisequioxane)タイプのＳＯＧ(Spin On Glass)膜１０８を塗布法により堆積する。ＳＯＧ膜１０８は、パターンが存在しないシリコン基板１０１上に２００〜８００ｎｍ程堆積する条件で塗布した。そうすると、凸領域１０１a上には膜厚５０〜２００ｎｍのＳＯＧ膜が堆積し、それ以外の領域(凹領域)には、パターン無しと同様の膜厚２００〜８００ｎｍのＳＯＧ膜が堆積する。この凸領域１０１aと凹領域との膜厚差が、後の工程において、凸領域１０１aに対して受光面電極とコンタクト孔を自己整合的に形成するために大きな役割を果たすことになる。段差Ｈが２００ｎｍの場合、ＳＯＧ膜の塗布膜厚を２００ｎｍに設定すると、凸領域１０１a上には５０ｎｍのＳＯＧ膜１０８が形成され、凹領域上には２００ｎｍのＳＯＧ膜１０８が形成されるため、ＳＯＧ膜のトータル段差は５０ｎｍになる。一方、段差Ｈが１０００ｎｍの場合、ＳＯＧ膜の塗布膜厚を８００ｎｍに設定すると、凸領域１０１a上には２００ｎｍ、凹領域上には８００ｎｍのＳＯＧ膜１０８が形成されるため、ＳＯＧ膜のトータル段差は４００ｎｍになる。したがって、ＳＯＧ膜表面の段差は、プロセス条件により５０〜４００ｎｍの間で変化する。この第１実施形態では、誘電率が低く容量を低減できるという理由から水素を多く含有しているＨＳＱタイプのＳＯＧ膜を用いたが、これに限るものではなく、一般的に広く用いられている無機ＳＯＧや有機ＳＯＧでも構わない。また、ＳＯＧ膜は、真空装置を使用しないので、コストが低いという効果がある。

また、ＳＯＧ膜に代わり、凸領域よりも凹領域に厚く堆積される絶縁膜として、以下に示すような反応ガス系および温度の条件を用いてＣＶＤ法により形成されたシリコン酸化膜を用いても良い。それは、Ｓi(ＣＨ₃)₄と酸素プラズマまたはオゾンにより成長温度２５℃〜０℃、Ｓi(ＯＣ₂Ｈ₅)₄とオゾンにより成長温度３００℃〜４５０℃、ＳiＨ(Ｃ₂Ｈ₅)₃と酸素プラズマまたはオゾンにより成長温度は常温〜２５０℃、Ｓi(Ｃ₂Ｈ₅)₄と酸素プラズマまたはオゾンにより成長温度は常温〜２５０℃の、それぞれの系で形成されたシリコン酸化膜である。ＳiＨ(Ｃ₂Ｈ₅) ₃と酸素プラズマまたはオゾンの系においては、水素プラズマを加えても良い。これらのシリコン酸化膜は、ＳＯＧ膜と比して、フッ酸などに対する耐エッチング特性が高い(エッチングレートが小さい)ので、プロセスマージンを大きくすることができるという効果がある。

次に、表面全体にレジストを塗布した後にＳＯＧ膜１０８の凸領域１０１aの一部が露出するまで現像処理を行う。ＳＯＧ膜表面は、上述したように５０〜４００ｎｍの段差を有しているため、レジストの現像処理条件(時間が重要なパラメータ)を適切な条件に設定することにより、ＳＯＧ膜１０８の凹領域のみにレジストが残るようにレジスト１２０をパターニングすることができる。このとき、レジストの現像処理は、ＳＯＧ膜１０８の凸領域の除去されたレジストのスペース幅を、シリコン基板１０１(ｎ型拡散層１０３を含む)の凸領域１０１aの幅よりも小さくする条件に設定して行う。

ここで、レジスト１２０のパターニングに関して詳しく説明する。レジストには、下地段差の影響を受けにくく平坦に塗布するために、低粘度(４.５ｃｐ)の化学増幅系ネガレジストＴＤＵＲ−Ｎ９０８(東京応化工業株式会社製)を用いて、１０００〜３０００ｒｐｍの低回転で塗布した後、プリベーク(塗布後ベーク)を８０〜１３０℃、９０秒の条件で行った。そうすると、図示しないが、レジストが平坦に塗布される。レジストの粘度は５ｃｐ以下であれば、下地段差の影響を受けずに平坦に塗布できるが、できるだけ低粘度のレジストを用いる方が平坦化の観点からは好ましい。次に、通常の現像工程で使用される濃度よりも低い濃度の現像液である、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド(ＴＭＡＨ、住友化学工業株式会社製)の０.１Ｎ水溶液によりレジストをエッチングする。通常より低い濃度にしたのは、エッチングレートを落とすことにより制御性良くレジストのパターニングを行うためである。この現像液のレジストに対するエッチングレートは一分間に９ｎｍなので、エッチング時間を制御することにより、ＳＯＧ膜１０８の凸領域の一部が露出するまでエッチングすると、図４のようなＳＯＧ膜１０８の凹領域のみにレジストが残るようにパターニングされる。この第１実施形態では、レジストのエッチングに現像処理を用いたが、これに限るものではなく、ドライエッチング法を用いても良い。しかしながら、現像処理は、塗布装置と同一の装置を用いることができることや、真空装置を使わないことなどの理由から、ドライエッチングより低コストなので有効な方法である。

次に、図５に示すように、レジスト１２０をマスクにして、ＳＯＧ膜１０８,シリコン窒化膜１０５およびシリコン酸化膜１０４を順次エッチングしてｎ型拡散層１０３を露出させて、コンタクト孔１１５を形成する。このエッチングには異方性に加工可能なＲＩＥ(Reactive Ion Etching：反応性イオンエッチング)法を用いた。図５に示すように、レジストパターンが転写されることにより、シリコン基板１０１の凸領域１０１aの幅よりも小さなコンタクト孔１１５を形成することができる。また、レジストのパターニングには、シリコン基板１０１の段差を利用しているため、コンタクト孔１１５はこの段差に対して自己整合的に形成される。したがって、この第１実施形態では、従来の太陽電池のようにコンタクト孔のシリコン基板の凸領域に対するフォトアライメントズレを考慮して、その分の幅をシリコン基板の凸領域の幅を大きくしておく必要が無い。このため、上述したように、シリコン基板の凸領域の幅を最小加工寸法Ｌに設定できる。

次に、図６に示すように、チタン、パラジウム、銀の順に蒸着により堆積して金属膜１０９を形成する。このとき、金属膜１０９としては、無電解めっきによりニッケル、銅や金を形成しても良い。また、ニッケルと銅、または、ニッケルと金の積層膜としても良い。

次に、図７に示すように、リフトオフ法により不要な部分の金属膜を除去して受光面電極１１０が形成される。このとき、受光面電極１１０はコンタクト孔１１５内のみに形成されている。最後に、窒素ガス雰囲気において３００℃程度で数分程度の熱処理を行って太陽電池が完成する。なお、この熱処理条件はこれに限るものではなく、窒素ガス、アルゴンガス、或いはこれらの混合ガスを用いて、熱処理時間も数分から一時間程度に設定しても良い。

以上のように、この第１実施形態の太陽電池の形成手順によると、シリコン基板１０１の段差を利用することにより、受光面電極１１０のためのコンタクト孔１１５を形成するためのマスク、および、受光面電極１１０をリフトオフさせるレジストをパターニングするためのマスクの２枚を減らすことができる。したがって、従来の太陽電池の４枚に比べて２枚のマスクで太陽電池が形成可能であるため、大幅にコストを削減することができる。また、受光面電極１１０の面積が小さい、すなわち、入射する太陽光線が遮断される面積が小さく、さらに凸領域の両側面(ＰＮ接合面)に光が吸収されるので、受光効率を向上させることができる。また、受光面電極１１０が従来の太陽電池のようにＰＮ接合の受光面にオーバーラップしていないため、両者の間に纏わる容量を低減することができ、電力の損失を防止できる。さらに、この第１実施形態では、受光面電極１１０を形成するためのレジスト１２０が直接ｎ型拡散層１０３表面に塗布されないので、レジスト中に含まれる汚染物質により太陽電池の特性が劣化するのを防止することができる。さらに、コンタクト孔１１５と受光面電極１１０の幅をほぼ同じに形成することができるので、受光面電極１１０とシリコン基板１０１(実際はｎ型拡散層が接している)との接触抵抗を最大限に小さく保ちつつ、受光面積を最大にすることができる。

(第２実施形態)
この第２実施形態の太陽電池の製造方法は、第１実施形態の太陽電池の製造方法と同様に、凸領域を形成することにより形成に必要なマスク数を少なくしてコストを削減させる製造方法を提供するものである。また、これに加えて、工程数を減らしてさらにコストを削減する製造方法を提供するものである。

図８〜図１１はこの第２実施形態の太陽電池を形成する手順を説明する概略断面図を示している。図８〜図１１において、第２実施形態の太陽電池と同一の構成部は、同一参照番号を付している。

この第２実施形態の太陽電池の形成手順は、上記第１実施形態の形成手順とシリコン窒化膜１０５を形成するまで(図３まで)は同じなので、それ以降について説明する。凸領域の段差も第１実施形態と同様に、２００ｎｍ〜１０００ｎｍに形成される。

上記第１実施形態において説明したように、シリコン酸化膜１０２をマスクとしてシリコン基板１０１をエッチングして、受光面電極と接続するための凸領域１０１aを形成する。次に、シリコン酸化膜１０２を除去した後、オキシ塩化燐(ＰＯＣｌ₃)を用いた燐の気相拡散法によってｐ型シリコン基板１０１表面にｎ型拡散層１０３を形成する。次に、ｎ型拡散層１０３の形成時にｐ型シリコン基板１０１の裏面に形成されたｎ型拡散層を、硝酸とフッ酸の混合液を用いて除去し、熱酸化法により光入射面(表面)側に絶縁膜の一例としてのシリコン酸化膜１０４および裏面側にシリコン酸化膜１０６を同時に形成する。次に、光入射面(表面)側に反射防止膜の一例としてのシリコン窒化膜１０５をプラズマＣＶＤ法により形成する。次に、裏面のシリコン酸化膜１０６をパターニングして裏面電極と接続するためのコンタクト孔を形成した後、真空蒸着法によりアルミニウムを裏面全体に蒸着して裏面電極１０７を形成する。

次に、図８に示すように、第１実施形態と同様に、表面全体にレジストを塗布した後に凸領域のシリコン窒化膜１０５の一部が露出するまで現像処理を行う。そうすると凹領域のみにレジストが残るようにレジスト１２１をパターニングすることができる。

次に、図９に示すように、レジスト１２１をマスクとして、シリコン窒化膜１０５およびシリコン酸化膜１０４をエッチングして凸領域１０１a上のｎ型拡散層１０３を露出させる。

次に、上記第１実施形態と同様に、図１０に示すように、チタン、パラジウム、銀の順に蒸着により堆積して金属膜１０９を形成する。このとき、金属膜１０９としては、無電解めっきによりニッケル、銅や金を形成しても良い。また、ニッケルと銅、または、ニッケルと金の積層膜としても良い。

次に、上記第１実施形態と同様に、図１１に示すように、リフトオフ法により不要な部分の金属膜を除去して受光面電極１１０を形成する。最後に、窒素ガス雰囲気において３００℃程度で数分程度の熱処理を行って太陽電池が完成する。なお、この熱処理条件はこれに限るものではなく、窒素ガス、アルゴンガス、或いはこれらの混合ガスを用いて、熱処理時間も数分から一時間程度に設定しても良い。

この第１実施形態の太陽電池の製造方法では、ＳＯＧ膜１０８を使用していないため、第１実施形態と比べて、受光面電極１１０の幅が大きくなり、受光面積は小さくなる。しかしながら、ＳＯＧ膜１０８を使用していない分、工程数を減少させることができるので、コストを削減することができる。また、凸領域１０１aに対して受光面電極１１０を形成することができ、凸領域１０１aの両側面でも光吸収されるので、従来の太陽電池と比べて受光面積を大きくすることができる。

上記第１,第２実施形態では、第１導電型をｐ型とし、第２導電型をｎ型としたが、第１導電型をｎ型とし、第２導電型をｐ型としてもよい。

図１はこの発明の第１実施形態の太陽電池を説明するための概略断面図である。図２は上記太陽電池を作成する手順を説明する概略断面図である。図３は図２に続く手順を説明する概略断面図である。図４は図３に続く手順を説明する概略断面図である。図５は図４に続く手順を説明する概略断面図である。図６は図５に続く手順を説明する概略断面図である。図７は図６に続く手順を説明する概略断面図である。図８はこの発明の第２実施形態の太陽電池を作成する手順を説明するための概略断面図である。図９は図８に続く手順を説明する概略断面図である。図１０は図９に続く手順を説明する概略断面図である。図１１は図１０に続く手順を説明する概略断面図である。図１２は従来の太陽電池を作成する手順を説明するための概略断面図である。図１３は図１２に続く手順を説明する概略断面図である。図１４は図１３に続く手順を説明する概略断面図である。図１５は図１４に続く手順を説明する概略断面図である。図１６は図１５に続く手順を説明する概略断面図である。図１７は図１６に続く手順を説明する概略断面図である。

符号の説明

１０１…シリコン基板
１０１a…凸領域
１０２,１０４,１０６…シリコン酸化膜
１０３…ｎ型拡散層
１０５…シリコン窒化膜
１０７…裏面電極
１０８…ＳＯＧ膜
１０９…金属膜
１１０…受光面電極
１１５…コンタクト孔
１２０,１２１…レジスト
１３０…受光領域

Claims

半導体基板と、
上記半導体基板の受光面側に形成された凸領域と、
上記凸領域上に形成された受光面電極とを備え、
上記受光面電極が形成された上記凸領域の上部表面が、上記半導体基板の受光面よりも２００ｎｍ以上高い位置に形成されていることを特徴とする太陽電池。
請求項１に記載の太陽電池において、
上記受光面電極の幅が、上記凸領域の幅よりも小さいことを特徴とする太陽電池。
請求項１または２に記載の太陽電池において、
上記受光面電極の幅が、上記受光面電極と上記半導体基板とを接続するために設けられたコンタクト孔の幅と略同一であることを特徴とする太陽電池。
請求項１乃至３のいずれか１つに記載の太陽電池を製造する太陽電池の製造方法であって、
第１導電型の半導体基板の一部をエッチングして底部が受光面となる凹領域を形成することにより、その受光面よりも上部表面が２００ｎｍ以上高い凸領域を形成する工程と、
上記凹領域および凸領域が形成された上記半導体基板の表面に第２導電型の拡散層を形成する工程と、
上記第２導電型の拡散層上に第１の絶縁膜および反射防止膜を順次堆積する工程と、
上記反射防止膜の表面に、上記凸領域上よりも他の領域の膜厚が厚くなるように第２の絶縁膜を堆積する工程と、
上記第２の絶縁膜を堆積した後、上記凸領域以外の領域にレジストを形成する工程と、
上記レジストをマスクとして、上記凸領域上の上記第２の絶縁膜と上記反射防止膜および上記第１の絶縁膜を順次エッチングして凹部を形成する工程と、
上記第２の絶縁膜と上記反射防止膜および上記第１の絶縁膜に形成された上記凸領域上の凹部に、上記レジストを用いて受光面電極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４に記載の太陽電池の製造方法において、
上記第２の絶縁膜を堆積する工程において、ＳＯＧを塗布することにより上記第２の絶縁膜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４に記載の太陽電池の製造方法において、
上記第２の絶縁膜を堆積する工程において、Ｓi(ＣＨ₃)₄、Ｓi(ＯＣ₂Ｈ₅)₄、ＳiＨ(Ｃ₂Ｈ₅)₃、Ｓi(Ｃ₂Ｈ₅)₄のいずれか１つと酸素またはオゾンを用いた化学的気相成長法により上記第２の絶縁膜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１に記載の太陽電池を製造する太陽電池の製造方法であって、
第１導電型の半導体基板の一部をエッチングして底部が受光面となる凹領域を形成することにより、その受光面よりも上部表面が２００ｎｍ以上高い凸領域を形成する工程と、
上記凹領域および凸領域が形成された上記半導体基板の表面に第２導電型の拡散層を形成する工程と、
上記第２導電型の拡散層上に絶縁膜および反射防止膜を順次堆積する工程と、
上記反射防止膜の表面かつ上記凸領域以外の領域にレジストを形成する工程と、
上記レジストをマスクとして、上記凸領域上の上記反射防止膜と上記絶縁膜を順次エッチングして凹部を形成する工程と、
上記反射防止膜と上記絶縁膜に形成された上記凸領域上の凹部に、上記レジストを用いて受光面電極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。