JP2005310830A - Solar cell and manufacturing method thereof - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a solar cell and a manufacturing method of the same in which higher conversion efficiency is assured by controlling re-coupling loss of carrier at the rear surface of the solar cell. <P>SOLUTION: The solar cell and the manufacturing method thereof comprises a first doping region 13 of a first conductivity type having an impurity concentration which is higher than that of the semiconductor substrate 10 formed on one surface of the semiconductor substrate 10 of the first conductivity type; a second doping region 12 of a second conductivity type which is opposed to the first conductivity type; and any one of a third doping region 20 of the first conductivity type having an impurity concentration which is higher than that of the semiconductor substrate 10 but is lower than that of the first doping region 13, or the third doping region 20 of the second conductivity type having an impurity concentration which is higher than that of the semiconductor substrate 10 but is lower than that of the second doping region 12. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は太陽電池および太陽電池の製造方法に関し、特に裏面のみに電極が形成されている裏面電極型の太陽電池およびその製造方法に関する。   The present invention relates to a solar cell and a method for manufacturing the solar cell, and more particularly to a back electrode type solar cell in which an electrode is formed only on the back surface and a method for manufacturing the solar cell.

近年、特に地球環境の保護の観点から、太陽光エネルギを電気エネルギに変換する太陽電池は次世代のエネルギ源としての期待が急激に高まっている。太陽電池の種類には、化合物半導体を用いたものや有機材料を用いたものなどの様々なものがあるが、現在、シリコン結晶を用いた太陽電池が主流となっている。そして、現在、最も多く製造および販売されている太陽電池においては、太陽光が入射する側の面（受光面）にｎ電極が形成されており、受光面と反対側の面（裏面）にｐ電極が形成されている。このような太陽電池の受光面に形成されているｎ電極は太陽光の入射により発生した電流を外部に取り出すために不可欠なものであるが、ｎ電極の下方の部分には太陽光が入射しないためその部分には電流が発生しない。それゆえ、ｎ電極の面積が大きくなると太陽電池の変換効率が低下してしまうという問題があった。   In recent years, especially from the viewpoint of protecting the global environment, solar cells that convert solar energy into electrical energy have been rapidly expected as next-generation energy sources. There are various types of solar cells, such as those using compound semiconductors and those using organic materials. Currently, solar cells using silicon crystals are the mainstream. And in the solar cell currently manufactured and sold most, n electrode is formed in the surface (light-receiving surface) on the side where sunlight enters, and p is formed on the surface (back surface) opposite to the light-receiving surface. An electrode is formed. The n-electrode formed on the light-receiving surface of such a solar cell is indispensable for taking out the current generated by the incidence of sunlight to the outside, but no sunlight enters the portion below the n-electrode. Therefore, no current is generated in that portion. Therefore, there is a problem that the conversion efficiency of the solar cell is lowered when the area of the n electrode is increased.

そこで、たとえば特許文献１には、太陽電池の受光面には電極を形成せず、裏面のみにｎ電極およびｐ電極を形成した裏面電極型の太陽電池が開示されている。この太陽電池においては、受光面に形成された電極によって太陽光の入射が阻害されることがないため、原理的には高い変換効率を期待することができる。   Thus, for example, Patent Document 1 discloses a back electrode type solar cell in which an electrode is not formed on the light receiving surface of the solar cell, and an n electrode and a p electrode are formed only on the back surface. In this solar cell, since the incidence of sunlight is not hindered by the electrode formed on the light receiving surface, high conversion efficiency can be expected in principle.

図８に、この裏面電極型の太陽電池の模式的な断面図を示す。この太陽電池のシリコン基板１０の裏面には高濃度ｐドーピング領域１２と高濃度ｎドーピング領域１３とが交互に形成されている。そして、シリコン基板１０の受光面および裏面にはそれぞれパッシベーション膜１１が形成されており、これによりキャリアの再結合が抑制されている。また、シリコン基板１０の裏面側のパッシベーション膜１１の一部が除去されてコンタクトホール１６、１７が形成されており、コンタクトホール１６、１７を通して高濃度ｐドーピング領域１２上にｐ電極１４が、高濃度ｎドーピング領域１３上にｎ電極１５がそれぞれ形成されている。図８からもわかるように、太陽電池の受光面には電極が形成されていないため、受光面において太陽光の入射が阻害されない。ここで、太陽電池の受光面に形成されているパッシベーション膜１１は太陽光の反射防止膜としての機能も兼ね備えている。   FIG. 8 shows a schematic cross-sectional view of this back electrode type solar cell. High-concentration p-doped regions 12 and high-concentration n-doped regions 13 are alternately formed on the back surface of the silicon substrate 10 of this solar cell. A passivation film 11 is formed on each of the light receiving surface and the back surface of the silicon substrate 10, thereby suppressing carrier recombination. Further, a part of the passivation film 11 on the back surface side of the silicon substrate 10 is removed to form contact holes 16 and 17, and a p-electrode 14 is formed on the high-concentration p-doped region 12 through the contact holes 16 and 17. N electrodes 15 are respectively formed on the concentration n doping regions 13. As can be seen from FIG. 8, since no electrode is formed on the light receiving surface of the solar cell, the incidence of sunlight on the light receiving surface is not hindered. Here, the passivation film 11 formed on the light receiving surface of the solar cell also has a function as an antireflection film for sunlight.

この裏面電極型の太陽電池はたとえば以下のようにして製造される。まず、シリコン基板１０の受光面および裏面にそれぞれシリコン酸化膜を形成した後にシリコン窒化膜を形成してパッシベーション膜１１を形成する。次に、フォトエッチングにより、シリコン基板１０の裏面のパッシベーション膜１１の一部を除去してコンタクトホール１７を形成する。そして、ＣＶＤ法を用いて、シリコン基板１０の裏面側の全面にｎ型ドーパントを含むガラス層を堆積させる。続いて、高濃度ｐドーピング領域１２が形成される部分に対応するガラス層の部分を除去した後、フォトエッチングによりその部分のパッシベーション膜１１の一部を除去してコンタクトホール１６を形成する。そして、ＣＶＤ法を用いて、シリコン基板１０の裏面側にｐ型ドーパントを含むガラス層を堆積させる。   This back electrode type solar cell is manufactured, for example, as follows. First, a silicon oxide film is formed on each of the light receiving surface and the back surface of the silicon substrate 10 and then a silicon nitride film is formed to form a passivation film 11. Next, a part of the passivation film 11 on the back surface of the silicon substrate 10 is removed by photoetching to form a contact hole 17. Then, a glass layer containing an n-type dopant is deposited on the entire back surface of the silicon substrate 10 by using the CVD method. Subsequently, after removing the portion of the glass layer corresponding to the portion where the high-concentration p-doped region 12 is to be formed, a part of the passivation film 11 at that portion is removed by photoetching to form the contact hole 16. Then, a glass layer containing a p-type dopant is deposited on the back surface side of the silicon substrate 10 using a CVD method.

次いで、このようにガラス層が堆積されたシリコン基板１０を９００℃に加熱することによって、シリコン基板１０の裏面に高濃度ｐドーピング領域１２および高濃度ｎドーピング領域１３が形成される。その後、パッシベーション膜１１に堆積されているガラス層をすべて除去し、水素雰囲気下で９００℃以上の高温でシリコン基板１０を熱処理する。これにより、シリコン基板１０とシリコン基板１０の裏面のパッシベーション膜１１のシリコン酸化膜との界面が水素化処理される。そして、高濃度ｐドーピング領域１２上および高濃度ｎドーピング領域１３上に残留しているガラス層を除去した後に、スパッタリング法によりシリコン基板１０の裏面側にアルミニウム膜を堆積する。このアルミニウム膜をフォトエッチングを用いてパターンニングすることによってｐ電極１４およびｎ電極１５がそれぞれ形成される。   Next, by heating the silicon substrate 10 on which the glass layer is deposited in this manner to 900 ° C., the high concentration p-doped region 12 and the high concentration n-doped region 13 are formed on the back surface of the silicon substrate 10. Thereafter, all the glass layers deposited on the passivation film 11 are removed, and the silicon substrate 10 is heat-treated at a high temperature of 900 ° C. or higher in a hydrogen atmosphere. As a result, the interface between the silicon substrate 10 and the silicon oxide film of the passivation film 11 on the back surface of the silicon substrate 10 is hydrogenated. Then, after removing the glass layer remaining on the high-concentration p-doped region 12 and the high-concentration n-doped region 13, an aluminum film is deposited on the back side of the silicon substrate 10 by sputtering. By patterning this aluminum film using photo-etching, a p-electrode 14 and an n-electrode 15 are formed.

しかしながら、この裏面電極型の太陽電池は、当初、集光型の太陽電池として開発されたものであり、その製造には複雑なフォトリソグラフィ技術、高品位のドーピング技術および高温における水素化処理などのパッシベーション技術が用いられていた。したがって、その製造コストが非常に高く、一般的に地上で用いられる太陽電池には適していなかった。   However, this back electrode type solar cell was originally developed as a concentrating solar cell, and its production includes complicated photolithography technology, high-quality doping technology, and high-temperature hydrogenation treatment, etc. Passivation technology was used. Therefore, the manufacturing cost is very high and it is not suitable for solar cells generally used on the ground.

そこで、たとえば非特許文献１には、製造プロセスを簡略化することによって製造コストの低減を図った裏面電極型の太陽電池が開示されている。図９に、この裏面電極型の太陽電池の模式的な断面図を示す。この裏面電極型の太陽電池においては、シリコン基板１０の裏面の高濃度ｐドーピング領域１２に対応する部分の一部が数μｍ程度削られており、高濃度ｐドーピング領域１２と高濃度ｎドーピング領域１３とが接していることを特徴としている。   Therefore, for example, Non-Patent Document 1 discloses a back electrode type solar cell in which the manufacturing process is simplified to reduce the manufacturing cost. FIG. 9 shows a schematic cross-sectional view of the back electrode type solar cell. In this back electrode type solar cell, a part of the back surface of the silicon substrate 10 corresponding to the high-concentration p-doping region 12 is partly cut by about several μm, so that the high-concentration p-doping region 12 and the high-concentration n-doping region 13 is in contact.

この裏面電極型の太陽電池はたとえば以下のようにして製造される。まず、ＣＶＤ法を用いて、シリコン基板１０の裏面の全面にｎ型ドーパントを含むガラス層を堆積させる。その後、このガラス層をシリコン基板１０ごと櫛の歯状にエッチングする。これにより、図９に示すように、シリコン基板１０の裏面に段差が形成される。そして、シリコン基板１０の裏面側にｐ型ドーパントを含むガラス層をさらに堆積させる。その後、シリコン基板１０を熱処理すると、シリコン基板１０の裏面においてｎ型ドーパントを含むガラス層に接している部分には高濃度ｎドーピング領域１３が形成され、ｐ型ドーパントを含むガラス層に接している部分には高濃度ｐドーピング領域１２が形成される。そして、シリコン基板１０の受光面および裏面にパッシベーション膜１１を形成した後に、コンタクトホール１６、１７を形成する。これらのコンタクトホール１６、１７を通してｐ電極１４およびｎ電極１５が、高濃度ｐドーピング領域１２上および高濃度ｎドーピング領域１３上にそれぞれ形成される。   This back electrode type solar cell is manufactured, for example, as follows. First, a glass layer containing an n-type dopant is deposited on the entire back surface of the silicon substrate 10 using a CVD method. Thereafter, this glass layer is etched together with the silicon substrate 10 into a comb-teeth shape. As a result, a step is formed on the back surface of the silicon substrate 10 as shown in FIG. Then, a glass layer containing a p-type dopant is further deposited on the back side of the silicon substrate 10. Thereafter, when the silicon substrate 10 is heat-treated, a high-concentration n-doped region 13 is formed on the back surface of the silicon substrate 10 in contact with the glass layer containing n-type dopant, and is in contact with the glass layer containing p-type dopant. A high concentration p-doped region 12 is formed in the portion. Then, after forming the passivation film 11 on the light receiving surface and the back surface of the silicon substrate 10, contact holes 16 and 17 are formed. Through these contact holes 16 and 17, a p-electrode 14 and an n-electrode 15 are formed on the high-concentration p-doped region 12 and the high-concentration n-doped region 13, respectively.

しかしながら、この太陽電池においては、特に高濃度ｐドーピング領域と高濃度ｎドーピング領域のシリコン基板の裏面近傍におけるドーパント濃度が非常に高い。したがって、これらの領域の間にリーク電流が流れることによって太陽電池の変換効率が低下する可能性があった。
米国特許第４９２７７７０号明細書 特表２００３−５３１８０７号公報 特表２００２−５３９６１５号公報 Ronald A. Sinton and Richard M. Swanson, “Simplified Backside-Contact Solar Cells”, IEEE TRANSACTIONS ON ELECTRON DEVICES, VOL.37，NO.2，February 1990，P.348-p.352 “Rear Surface Effects in High Efficiency Silicon Solar Cells” S. R. Wenham, S. J. Robinson, X. Dai, J. Zhao, A. Wang, Y. H. Tang, A. Ebong, C. B. Honsberg and M. A. Green, Proc. IEEE 1st WEPVSC, Hawaii (1994) pp.1278-1282 However, in this solar cell, the dopant concentration is particularly high in the vicinity of the back surface of the silicon substrate in the high-concentration p-doped region and the high-concentration n-doped region. Therefore, there is a possibility that the conversion efficiency of the solar cell is lowered due to leakage current flowing between these regions.
US Pat. No. 4,927,770 Special table 2003-531807 gazette JP 2002-539615A Ronald A. Sinton and Richard M. Swanson, “Simplified Backside-Contact Solar Cells”, IEEE TRANSACTIONS ON ELECTRON DEVICES, VOL.37, NO.2, February 1990, P.348-p.352 “Rear Surface Effects in High Efficiency Silicon Solar Cells” SR Wenham, SJ Robinson, X. Dai, J. Zhao, A. Wang, YH Tang, A. Ebong, CB Honsberg and MA Green, Proc.IEEE 1st WEPVSC, Hawaii ( 1994) pp.1278-1282

上記のような裏面電極型の太陽電池においては、太陽電池の変換効率と、シリコン基板とパッシベーション膜との界面におけるキャリアの表面再結合速度とが密接に関連している。したがって、高い変換効率を有する太陽電池を実現するためには、この表面再結合速度を低減して、キャリアの再結合損失を抑制する必要がある。   In the back electrode type solar cell as described above, the conversion efficiency of the solar cell and the surface recombination rate of the carrier at the interface between the silicon substrate and the passivation film are closely related. Therefore, in order to realize a solar cell having high conversion efficiency, it is necessary to reduce the surface recombination rate and suppress the carrier recombination loss.

本発明の目的は、太陽電池の裏面におけるキャリアの再結合損失を抑制することによって高い変換効率を有する太陽電池およびその製造方法を提供することにある。   The objective of this invention is providing the solar cell which has high conversion efficiency by suppressing the recombination loss of the carrier in the back surface of a solar cell, and its manufacturing method.

本発明は、第１導電型の半導体基板の一面に形成されている、半導体基板よりも不純物濃度が高い第１導電型の第１ドーピング領域と、第１導電型とは逆の導電型である第２導電型の第２ドーピング領域と、半導体基板よりも不純物濃度が高く第１ドーピング領域よりも不純物濃度が低い第１導電型の第３ドーピング領域または半導体基板よりも不純物濃度が高く第２ドーピング領域よりも不純物濃度が低い第２導電型の第３ドーピング領域のいずれか一方とを含む太陽電池である。ここで、導電型にはｐ型とｎ型とがあり、第１導電型がｐ型である場合には第２導電型がｎ型となり、第１導電型がｎ型である場合には第２導電型がｐ型となる。また、本発明において「不純物」は、半導体基板中においてキャリアを供給する不純物のことをいう。   The present invention has a first conductivity type first doping region formed on one surface of a first conductivity type semiconductor substrate and having a higher impurity concentration than the semiconductor substrate, and a conductivity type opposite to the first conductivity type. Second doping region of the second conductivity type and second doping region having a higher impurity concentration than the semiconductor substrate and having a higher impurity concentration than the first doping region or semiconductor substrate of the first conductivity type having a lower impurity concentration than the first doping region. A solar cell including any one of the second conductivity type third doping regions having a lower impurity concentration than the region. Here, there are p-type and n-type conductivity types. When the first conductivity type is p-type, the second conductivity type is n-type. When the first conductivity type is n-type, the first conductivity type is n-type. The two conductivity type is p-type. In the present invention, the “impurity” refers to an impurity that supplies carriers in the semiconductor substrate.

また、本発明の太陽電池においては、第３ドーピング領域が、第１ドーピング領域および第２ドーピング領域の少なくとも一方と接触していることが好ましい。   In the solar cell of the present invention, it is preferable that the third doping region is in contact with at least one of the first doping region and the second doping region.

また、本発明の太陽電池においては、第３ドーピング領域の不純物濃度が１０17／ｃｍ3以上１０19／ｃｍ3以下であることが好ましい。 In the solar cell of the present invention, the impurity concentration of the third doping region is preferably 10 17 / cm 3 or more and 10 19 / cm 3 or less.

さらに、本発明は、第１導電型の半導体基板の一面に、半導体基板よりも不純物濃度が高い第１導電型の第１ドーピング領域を形成する工程と、第１導電型とは逆の導電型である第２導電型の第２ドーピング領域を形成する工程と、半導体基板よりも不純物濃度が高く第１ドーピング領域よりも不純物濃度が低い第１導電型の第３ドーピング領域または半導体基板よりも不純物濃度が高く第２ドーピング領域よりも不純物濃度が低い第２導電型の第３ドーピング領域のいずれか一方を形成する工程とを含む太陽電池の製造方法である。ここで、本発明においては、これらの工程の順序が入れ替わっていてもよい。また、本発明においては、これらの工程以外の工程が含まれていてもよいことは言うまでもない。   Furthermore, the present invention provides a step of forming a first doping region of a first conductivity type having a higher impurity concentration than the semiconductor substrate on one surface of a semiconductor substrate of the first conductivity type, and a conductivity type opposite to the first conductivity type. Forming a second doping region of the second conductivity type, and a third doping region of the first conductivity type having a higher impurity concentration than the semiconductor substrate and a lower impurity concentration than the first doping region or an impurity than the semiconductor substrate. Forming any one of the second conductivity type third doping regions having a high concentration and a lower impurity concentration than the second doping region. Here, in the present invention, the order of these steps may be changed. Moreover, it cannot be overemphasized that processes other than these processes may be included in this invention.

また、本発明の太陽電池の製造方法においては、第１ドーピング領域および第２ドーピング領域を形成した後に、第３ドーピング領域を形成することができる。   In the method for manufacturing a solar cell of the present invention, the third doping region can be formed after forming the first doping region and the second doping region.

また、本発明の太陽電池の製造方法においては、第３ドーピング領域の一部に第３ドーピング領域と同じ導電型のドーパントを拡散することによって第１ドーピング領域または第２ドーピング領域を形成することができる。   In the method for manufacturing a solar cell of the present invention, the first doping region or the second doping region may be formed by diffusing a dopant having the same conductivity type as that of the third doping region in a part of the third doping region. it can.

また、本発明の太陽電池の製造方法においては、半導体基板の一面に、第１ドーピング領域または第２ドーピング領域に対応する位置に開口部を有するドーパントの透過量を低減するマスクを形成した後に半導体基板の一面にマスクを通してドーパントを拡散させることによって、マスクが形成されている半導体基板の面に第３ドーピング領域を形成すると同時に、開口部から露出している半導体基板の面に第３ドーピング領域と同じ導電型である第１ドーピング領域または第２ドーピング領域を形成することができる。   In the method for manufacturing a solar cell according to the present invention, after forming a mask on one surface of the semiconductor substrate for reducing the amount of transmitted dopant having an opening at a position corresponding to the first doping region or the second doping region, the semiconductor A dopant is diffused through a mask on one surface of the substrate to form a third doping region on the surface of the semiconductor substrate on which the mask is formed, and at the same time, a third doping region is formed on the surface of the semiconductor substrate exposed from the opening. A first doping region or a second doping region having the same conductivity type can be formed.

また、本発明の太陽電池の製造方法においては、第３ドーピング領域の一部を除去することによって半導体基板の一部を露出させ、露出した半導体基板の一部に第３ドーピング領域とは逆の導電型であるドーパントを拡散して第１ドーピング領域または第２ドーピング領域を形成することができる。   In the method of manufacturing a solar cell of the present invention, a part of the semiconductor substrate is exposed by removing a part of the third doping region, and the exposed part of the semiconductor substrate is opposite to the third doping region. The first doping region or the second doping region can be formed by diffusing a dopant having a conductivity type.

また、本発明の太陽電池の製造方法においては、半導体基板の一面の一部に固相拡散源層を設置した後に固相拡散源層を加熱することによって第３ドーピング領域を形成することができる。ここで、固相拡散源層はドーピングペーストであり得る。また、固相拡散源層はエッチングペーストによりパターンニングされ得る。   In the method for manufacturing a solar cell of the present invention, the third doping region can be formed by heating the solid phase diffusion source layer after the solid phase diffusion source layer is provided on a part of one surface of the semiconductor substrate. . Here, the solid phase diffusion source layer may be a doping paste. The solid phase diffusion source layer can be patterned with an etching paste.

また、本発明の太陽電池の製造方法においては、半導体基板の一面に、開口部を有するマスクを形成した後に、半導体基板の一面にドーパントを拡散させることによって、第１ドーピング領域、第２ドーピング領域および第３ドーパント領域の少なくとも１つが形成され、マスクがスピンオングラス膜またはマスキングペーストであり得る。   In the method for manufacturing a solar cell of the present invention, the first doping region and the second doping region are formed by diffusing a dopant on one surface of the semiconductor substrate after forming a mask having an opening on one surface of the semiconductor substrate. And at least one of the third dopant regions is formed, and the mask may be a spin-on-glass film or a masking paste.

また、本発明の太陽電池の製造方法においては、半導体基板の一面に、開口部を有するマスクを形成した後に、半導体基板の一面にドーパントを拡散させることによって、第１ドーピング領域、第２ドーピング領域および第３ドーパント領域の少なくとも１つが形成され、マスクがエッチングペーストによりパターンニングされ得る。   In the method for manufacturing a solar cell of the present invention, the first doping region and the second doping region are formed by diffusing a dopant on one surface of the semiconductor substrate after forming a mask having an opening on one surface of the semiconductor substrate. And at least one of the third dopant regions may be formed and the mask may be patterned with an etching paste.

本発明によれば、太陽電池の裏面におけるキャリアの再結合損失を抑制することによって高い変換効率を有する太陽電池およびその製造方法を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the solar cell which has high conversion efficiency by suppressing the recombination loss of the carrier in the back surface of a solar cell, and its manufacturing method can be provided.

以下、本発明の実施の形態について説明する。なお、本願の図面において、同一の参照符号は、同一部分または相当部分を表わすものとする。また、本明細書において、太陽電池モジュールに太陽光が入射する側の面を受光面とし、受光面の反対側にあって太陽光が入射しない側の面を裏面とする。   Embodiments of the present invention will be described below. In the drawings of the present application, the same reference numerals denote the same or corresponding parts. Further, in this specification, a surface on the side where sunlight enters the solar cell module is defined as a light receiving surface, and a surface on the opposite side of the light receiving surface and on which sunlight does not enter is defined as a back surface.

（実施の形態１）
図１に、本発明の太陽電池の好ましい一例の模式的な断面図を示す。この太陽電池においては、半導体基板の一例であるｎ型のシリコン基板１０の裏面に第１ドーピング領域としての高濃度ｎドーピング領域１３と第２ドーピング領域としての高濃度ｐドーピング領域１２と形成されている。そして、高濃度ｐドーピング領域１２と高濃度ｎドーピング領域１３との間に低濃度ｎドーピング領域２０が形成されている。ここで、低濃度ｎドーピング領域２０の不純物濃度は、高濃度ｎドーピング領域１３の不純物濃度よりも低く、シリコン基板１０の不純物濃度よりも高い。 (Embodiment 1)
In FIG. 1, typical sectional drawing of a preferable example of the solar cell of this invention is shown. In this solar cell, a high concentration n doping region 13 as a first doping region and a high concentration p doping region 12 as a second doping region are formed on the back surface of an n-type silicon substrate 10 which is an example of a semiconductor substrate. Yes. A low-concentration n-doped region 20 is formed between the high-concentration p-doped region 12 and the high-concentration n-doped region 13. Here, the impurity concentration of the low-concentration n-doped region 20 is lower than the impurity concentration of the high-concentration n-doped region 13 and higher than the impurity concentration of the silicon substrate 10.

また、シリコン基板１０の受光面の全面および裏面の一部にはパッシベーション膜１１が形成されている。また、シリコン基板１０の裏面にはコンタクトホール１６、１７を通してｐ電極１４およびｎ電極１５が高濃度ｐドーピング領域１２上および高濃度ｎドーピング領域１３上にそれぞれ形成されている。   A passivation film 11 is formed on the entire light receiving surface and part of the back surface of the silicon substrate 10. A p-electrode 14 and an n-electrode 15 are formed on the high-concentration p-doped region 12 and the high-concentration n-doped region 13 through the contact holes 16 and 17 on the back surface of the silicon substrate 10, respectively.

このような太陽電池においては、低濃度ｎドーピング領域２０の形成によってＢＳＦ（Back Surface Field）効果が生じ、シリコン基板１０の裏面でのキャリアの再結合損失が抑制される。ここで、ＢＳＦとはシリコン基板１０に形成された内部電界のことである。この内部電界によってｎ型のシリコン基板１０内で発生した少数キャリア（正孔）がシリコン基板１０の裏面に流れにくくなって、シリコン基板１０の裏面におけるキャリアの再結合損失が抑制されるため、太陽電池の変換効率を高くすることができる。   In such a solar cell, the formation of the low-concentration n-doped region 20 causes a BSF (Back Surface Field) effect and suppresses carrier recombination loss on the back surface of the silicon substrate 10. Here, BSF is an internal electric field formed on the silicon substrate 10. This internal electric field makes it difficult for minority carriers (holes) generated in the n-type silicon substrate 10 to flow to the back surface of the silicon substrate 10 and suppresses recombination loss of carriers on the back surface of the silicon substrate 10. The conversion efficiency of the battery can be increased.

また、シリコン基板１０がｐ型である場合には、低濃度ｎドーピング領域２０の形成によってＦＪ（Floating Junction）構造が形成され、シリコン基板１０の裏面でのキャリアの再結合損失が抑制される。ここで、ＦＪ構造とは、シリコン基板１０の裏面にシリコン基板１０の導電型と逆の導電型であって、電極と接触していないドーピング領域を形成した構造のことをいう。これにより、そのドーピング領域に形成されているパッシベーション膜１１のパッシベーション効果を向上させることができ、シリコン基板１０の裏面におけるキャリアの再結合損失が抑制されるため、太陽電池の変換効率を高くすることができる。なお、ＦＪ構造については、これを応用したシリコン系太陽電池において７２０ｍＶというシリコン系太陽電池としては最も高い開放電圧が得られたことが非特許文献２で報告されており、そのパッシベーション効果の有効性が実証されている。   Further, when the silicon substrate 10 is p-type, the formation of the low-concentration n-doped region 20 forms a FJ (Floating Junction) structure and suppresses carrier recombination loss on the back surface of the silicon substrate 10. Here, the FJ structure refers to a structure in which a doping region having a conductivity type opposite to that of the silicon substrate 10 and not in contact with the electrode is formed on the back surface of the silicon substrate 10. Thereby, the passivation effect of the passivation film 11 formed in the doping region can be improved, and the recombination loss of carriers on the back surface of the silicon substrate 10 is suppressed, so that the conversion efficiency of the solar cell is increased. Can do. As for the FJ structure, it is reported in Non-Patent Document 2 that the silicon-based solar cell to which this is applied has the highest open-circuit voltage of 720 mV, and the effectiveness of the passivation effect is reported. Has been demonstrated.

なお、シリコン基板１０がｐ型である場合には、高濃度ｐドーピング領域１２と高濃度ｎドーピング領域１３との間に低濃度ｐドーピング領域を形成することもできる。ここで、低濃度ｐドーピング領域の不純物濃度は、高濃度ｐドーピング領域１２の不純物濃度よりも低く、シリコン基板１０の不純物濃度よりも高い。この場合には、ＢＳＦ効果によってシリコン基板１０の裏面におけるキャリアの再結合損失が抑制されるため、太陽電池の変換効率を高くすることができる。また、この低濃度ｐドーピング領域が形成されたシリコン基板１０がｎ型である場合には、ＦＪ構造によってシリコン基板１０の裏面におけるキャリアの再結合損失が抑制されるため、太陽電池の変換効率を高くすることができる。   When the silicon substrate 10 is p-type, a low-concentration p-doped region can be formed between the high-concentration p-doped region 12 and the high-concentration n-doped region 13. Here, the impurity concentration of the low-concentration p-doped region is lower than the impurity concentration of the high-concentration p-doped region 12 and higher than the impurity concentration of the silicon substrate 10. In this case, since the recombination loss of carriers on the back surface of the silicon substrate 10 is suppressed by the BSF effect, the conversion efficiency of the solar cell can be increased. Further, when the silicon substrate 10 in which the low-concentration p-doped region is formed is n-type, the recombination loss of carriers on the back surface of the silicon substrate 10 is suppressed by the FJ structure, so that the conversion efficiency of the solar cell is improved. Can be high.

図２（Ａ）から図２（Ｅ）の模式的断面図を参照して、本発明の太陽電池の製造工程の好ましい一例を説明する。まず、図２（Ａ）に示すように、シリコン基板１０の受光面および裏面の全面にマスクとしての拡散制御マスク３０を形成する。ここで、拡散制御マスク３０は、シリコン基板１０内にドーパントが拡散するのを抑制または停止させる機能を有する。拡散制御マスク３０としては、たとえばシリコン基板１０の熱酸化より形成されたＳｉＯ2膜やスピンオングラス膜などを用いることができる。なかでも、低温で簡易に形成することができるため生産性が高く、シリコン基板１０内におけるキャリアのバルクライフタイムも長くなる傾向にあるスピンオングラス膜を用いることが好ましい。なお、スピンオングラス膜とは、ＳｉＯ2を溶剤の中に混入した液状体をスピンコートした後に熱処理することによって溶剤を除去して得られた薄膜のことをいう。 A preferred example of the manufacturing process of the solar cell of the present invention will be described with reference to the schematic cross-sectional views of FIGS. 2 (A) to 2 (E). First, as shown in FIG. 2A, a diffusion control mask 30 as a mask is formed on the entire light receiving surface and back surface of the silicon substrate 10. Here, the diffusion control mask 30 has a function of suppressing or stopping the diffusion of the dopant into the silicon substrate 10. As the diffusion control mask 30, for example, an SiO 2 film or a spin-on-glass film formed by thermal oxidation of the silicon substrate 10 can be used. Among them, it is preferable to use a spin-on-glass film that can be easily formed at a low temperature and has high productivity, and tends to increase the bulk lifetime of carriers in the silicon substrate 10. The spin-on-glass film refers to a thin film obtained by removing a solvent by spin-coating a liquid material in which SiO 2 is mixed in a solvent and then performing a heat treatment.

次に、図２（Ｂ）に示すように、シリコン基板１０の裏面の拡散制御マスク３０の一部を除去して開口部を形成する。ここで、拡散制御マスク３０の除去は、フォトエッチングを用いて行なうこともできるが、より簡易にはエッチングペーストを用いて行なうこともできる。エッチングペーストは除去しようとする拡散制御マスク３０の部分にスクリーン印刷された後に加熱される。これにより、拡散制御マスク３０の一部が除去される。ここで、エッチングペーストとは、拡散制御マスク３０をエッチングすることが可能な成分を含むペースト状物質のことをいう（たとえば特許文献２参照）。また、マスキングペーストをスクリーン印刷することによって上記のように一部が除去された形状の拡散制御マスク３０を形成することもできる。なお、マスキングペーストとは、拡散制御マスク３０の材料を含むペースト状物質のことをいう（たとえば特許文献３参照）。   Next, as shown in FIG. 2B, a part of the diffusion control mask 30 on the back surface of the silicon substrate 10 is removed to form an opening. Here, the removal of the diffusion control mask 30 can be performed using photo-etching, but can also be performed more simply using an etching paste. The etching paste is heated after being screen-printed on the portion of the diffusion control mask 30 to be removed. Thereby, a part of the diffusion control mask 30 is removed. Here, the etching paste refers to a paste-like substance containing a component capable of etching the diffusion control mask 30 (see, for example, Patent Document 2). Alternatively, the diffusion control mask 30 having a shape partially removed as described above can be formed by screen printing a masking paste. Note that the masking paste refers to a paste-like substance containing the material of the diffusion control mask 30 (see, for example, Patent Document 3).

そして、拡散制御マスク３０の開口部からｐ型ドーパント３１をシリコン基板１０の裏面で拡散させると、高濃度ｐドーピング領域１２が形成される。ここで、ｐ型ドーパント３１の拡散方法としては、たとえば気相拡散法、イオンインプランテーション法または固相拡散法などを用いることができる。なかでも、固相拡散源層をシリコン基板１０の裏面に印刷または塗布した後に熱処理を行なうことによってドーパントを拡散させる固相拡散法が簡易で生産性が高いため好適である。上記のように、エッチングペーストやマスキングペーストを用いて拡散制御マスク３０を形成した後にｐ型ドーパント３１を拡散させることによって、簡易に高濃度ｐドーピング領域１２を形成することができる。それゆえ、本発明のように複雑なドーパント濃度分布を有する太陽電池であっても低コストで製造することができる。   When the p-type dopant 31 is diffused from the opening of the diffusion control mask 30 on the back surface of the silicon substrate 10, the high-concentration p-doping region 12 is formed. Here, as a diffusion method of the p-type dopant 31, for example, a vapor phase diffusion method, an ion implantation method, a solid phase diffusion method, or the like can be used. Among these, a solid phase diffusion method in which a dopant is diffused by performing a heat treatment after printing or coating a solid phase diffusion source layer on the back surface of the silicon substrate 10 is preferable because it is simple and has high productivity. As described above, the high-concentration p-doped region 12 can be easily formed by diffusing the p-type dopant 31 after forming the diffusion control mask 30 using an etching paste or a masking paste. Therefore, even a solar cell having a complicated dopant concentration distribution as in the present invention can be manufactured at low cost.

続いて、シリコン基板１０の裏面の拡散制御マスク３０をすべて除去した後に再度シリコン基板１０の裏面に拡散制御マスク３０を形成する。そして、図２（Ｃ）に示すように、シリコン基板１０の裏面の拡散制御マスク３０の一部を除去して得られた開口部からｎ型ドーパント３２をシリコン基板１０の裏面で拡散させて、高濃度ｎドーピング領域１３を形成する。ここで、拡散制御マスク３０の形成方法およびｎ型ドーパント３２の拡散方法は上記と同様である。   Subsequently, after all of the diffusion control mask 30 on the back surface of the silicon substrate 10 is removed, the diffusion control mask 30 is formed on the back surface of the silicon substrate 10 again. Then, as shown in FIG. 2C, the n-type dopant 32 is diffused on the back surface of the silicon substrate 10 from the opening obtained by removing a part of the diffusion control mask 30 on the back surface of the silicon substrate 10, A high concentration n-doped region 13 is formed. Here, the formation method of the diffusion control mask 30 and the diffusion method of the n-type dopant 32 are the same as described above.

そして、シリコン基板１０の裏面の拡散制御マスク３０をすべて除去した後に再度シリコン基板１０の裏面に拡散制御マスク３０を形成する。そして、図２（Ｄ）に示すように、シリコン基板１０の裏面の拡散制御マスク３０の一部を除去して得られた開口部からｎ型ドーパント３２をシリコン基板１０の裏面で拡散させて、低濃度ｎドーピング領域２０を形成する。ここで、ｎ型ドーパント３２は、高濃度ｎドーピング領域１３の不純物濃度よりも低く、シリコン基板１０の不純物濃度よりも高くなるようにドーパント量を調節して拡散させられる。   Then, after all the diffusion control mask 30 on the back surface of the silicon substrate 10 is removed, the diffusion control mask 30 is formed on the back surface of the silicon substrate 10 again. Then, as shown in FIG. 2D, the n-type dopant 32 is diffused on the back surface of the silicon substrate 10 from the opening obtained by removing a part of the diffusion control mask 30 on the back surface of the silicon substrate 10, A lightly doped n-doped region 20 is formed. Here, the n-type dopant 32 is diffused by adjusting the dopant amount so as to be lower than the impurity concentration of the high-concentration n-doped region 13 and higher than the impurity concentration of the silicon substrate 10.

その後、シリコン基板１０の裏面の拡散制御マスク３０をすべて除去した後に、図２（Ｅ）に示すパッシベーション膜１１を形成する。そして、図２（Ｅ）に示すように、シリコン基板１０の裏面のパッシベーション膜１１の一部を除去してコンタクトホール１６、１７を形成する。そして、コンタクトホール１６、１７を通してｐ電極１４およびｎ電極１５を高濃度ｐドーピング領域１２上および高濃度ｎドーピング領域１３上にそれぞれ形成する。これにより、図１に示す太陽電池が完成する。   Thereafter, after all of the diffusion control mask 30 on the back surface of the silicon substrate 10 is removed, a passivation film 11 shown in FIG. 2E is formed. Then, as shown in FIG. 2E, a part of the passivation film 11 on the back surface of the silicon substrate 10 is removed to form contact holes 16 and 17. Then, the p-electrode 14 and the n-electrode 15 are formed on the high-concentration p-doped region 12 and the high-concentration n-doped region 13 through the contact holes 16 and 17, respectively. Thereby, the solar cell shown in FIG. 1 is completed.

（実施の形態２）
図３に、本発明の太陽電池の好ましい他の一例の模式的な断面図を示す。この太陽電池においては、ｎ型のシリコン基板１０の裏面の高濃度ｐドーピング領域１２と高濃度ｎドーピング領域１３との間に形成されている低濃度ｎドーピング領域２０がこれらの領域と接触している点に特徴がある。 (Embodiment 2)
In FIG. 3, typical sectional drawing of another preferable example of the solar cell of this invention is shown. In this solar cell, the low-concentration n-doped region 20 formed between the high-concentration p-doped region 12 and the high-concentration n-doped region 13 on the back surface of the n-type silicon substrate 10 is in contact with these regions. There is a feature in that.

このように高濃度ｐドーピング領域１２と高濃度ｎドーピング領域１３との間の領域をすべて低濃度ｎドーピング領域２０で埋めてしまうことによって、ｎ型のシリコン基板１０内で発生した少数キャリア（正孔）が高濃度ｐドーピング領域１２と高濃度ｎドーピング領域１３との間からシリコン基板１０の裏面に到達することを防止することができる。したがって、シリコン基板１０の裏面におけるキャリアの再結合損失を抑制する効果をより向上させることができ、太陽電池の変換効率もより高くすることができる傾向にある。また、図９に示す従来の太陽電池のように高濃度ｐドーピング領域１２と高濃度ｎドーピング領域１３とが直接接触していないため、これらの領域の間にリーク電流が流れるのを抑制することができ、太陽電池の変換効率もより高くすることができる傾向にある。   Thus, by filling the entire region between the high-concentration p-doped region 12 and the high-concentration n-doped region 13 with the low-concentration n-doped region 20, minority carriers generated in the n-type silicon substrate 10 (positive Hole) can be prevented from reaching the back surface of the silicon substrate 10 from between the high-concentration p-doped region 12 and the high-concentration n-doped region 13. Therefore, the effect of suppressing the recombination loss of carriers on the back surface of the silicon substrate 10 can be further improved, and the conversion efficiency of the solar cell tends to be further increased. Further, since the high-concentration p-doped region 12 and the high-concentration n-doped region 13 are not in direct contact as in the conventional solar cell shown in FIG. 9, it is possible to suppress the leakage current from flowing between these regions. And the conversion efficiency of the solar cell tends to be higher.

また、シリコン基板１０がｐ型である場合には、ＦＪ構造が形成されてシリコン基板１０の裏面でのキャリアの再結合損失が抑制されることとなる。この場合でもシリコン基板１０の裏面においてＦＪ構造によるパッシベーション効果が向上した領域が広がることになるため、シリコン基板１０の裏面におけるキャリアの再結合損失を抑制する効果をより向上させることができ、太陽電池の変換効率もより高くすることができる傾向にある。   When the silicon substrate 10 is p-type, an FJ structure is formed and carrier recombination loss on the back surface of the silicon substrate 10 is suppressed. Even in this case, since the region where the passivation effect by the FJ structure is improved spreads on the back surface of the silicon substrate 10, the effect of suppressing carrier recombination loss on the back surface of the silicon substrate 10 can be further improved. The conversion efficiency tends to be higher.

図４（Ａ）から図４（Ｄ）の模式的断面図を参照して、この太陽電池の製造工程の好ましい一例を説明する。まず、図４（Ａ）に示すように、ｎ型のシリコン基板１０の受光面に拡散制御マスク３０を形成した後に、シリコン基板１０の裏面の全面にｎ型ドーパント３２を拡散させて低濃度ｎドーパント領域２０を形成する。   A preferred example of the manufacturing process of this solar cell will be described with reference to the schematic cross-sectional views of FIGS. 4 (A) to 4 (D). First, as shown in FIG. 4A, after forming a diffusion control mask 30 on the light receiving surface of the n-type silicon substrate 10, an n-type dopant 32 is diffused over the entire back surface of the silicon substrate 10 to reduce the concentration n. A dopant region 20 is formed.

次に、シリコン基板１０の裏面の全面に拡散制御マスク３０を形成する。そして、図４（Ｂ）の模式的断面図に示すように、拡散制御マスク３０の一部を除去して得られた開口部からｎ型ドーパント３２をシリコン基板１０の裏面で拡散させて高濃度ｎドーピング領域１３を形成する。   Next, a diffusion control mask 30 is formed on the entire back surface of the silicon substrate 10. Then, as shown in the schematic cross-sectional view of FIG. 4B, the n-type dopant 32 is diffused from the back surface of the silicon substrate 10 through the opening obtained by removing a part of the diffusion control mask 30 to obtain a high concentration. An n-doped region 13 is formed.

続いて、シリコン基板１０の裏面の拡散制御マスク３０をすべて除去した後に再度シリコン基板１０の裏面に拡散制御マスク３０を形成する。そして、図４（Ｃ）に示すように、シリコン基板１０の裏面の拡散制御マスク３０の一部を除去して得られた開口部からｐ型ドーパント３１をシリコン基板１０の裏面で拡散させて、高濃度ｐドーピング領域１２を形成する。   Subsequently, after all of the diffusion control mask 30 on the back surface of the silicon substrate 10 is removed, the diffusion control mask 30 is formed on the back surface of the silicon substrate 10 again. And as shown in FIG.4 (C), the p-type dopant 31 is diffused by the back surface of the silicon substrate 10 from the opening part obtained by removing a part of diffusion control mask 30 on the back surface of the silicon substrate 10, A high concentration p-doped region 12 is formed.

その後は上記と同様にして、拡散制御マスク３０を除去した後に、図４（Ｄ）に示すようにシリコン基板１０の裏面に形成されたパッシベーション膜１１の一部を除去してコンタクトホール１６、１７を形成する。そして、コンタクトホール１６、１７を通してｐ電極１４およびｎ電極１５を高濃度ｐドーピング領域１２上および高濃度ｎドーピング領域１３上にそれぞれ形成する。これにより、図３に示す太陽電池が完成する。   Thereafter, in the same manner as described above, after removing the diffusion control mask 30, a part of the passivation film 11 formed on the back surface of the silicon substrate 10 is removed as shown in FIG. Form. Then, the p-electrode 14 and the n-electrode 15 are formed on the high-concentration p-doped region 12 and the high-concentration n-doped region 13 through the contact holes 16 and 17, respectively. Thereby, the solar cell shown in FIG. 3 is completed.

このように、まずシリコン基板１０の裏面の全面に低濃度ｎドーパント領域２０を形成した場合には、低濃度ｎドーパント領域２０を形成するために拡散制御マスク３０を形成する必要がなくなることから、より簡易に太陽電池を製造することができるため、太陽電池の製造コストをより低減することができる。   Thus, when the low-concentration n dopant region 20 is first formed on the entire back surface of the silicon substrate 10, it is not necessary to form the diffusion control mask 30 in order to form the low-concentration n dopant region 20. Since the solar cell can be manufactured more easily, the manufacturing cost of the solar cell can be further reduced.

（実施の形態３）
図５（Ａ）から図５（Ｃ）の模式的断面図を参照して、本発明の太陽電池の製造工程の好ましい他の一例を説明する。まず、図５（Ａ）に示すように、ｎ型のシリコン基板１０の受光面に拡散制御マスク３０を形成する。そして、シリコン基板１０の裏面に膜厚および／または材質を調節することによって少量のｎ型ドーパント３２しか透過しないようにｎ型ドーパント３２の透過量を低減させた拡散制御マスク３０ａを形成する。ここで、この拡散制御マスク３０ａはその一部に開口部を有している。次いで、この拡散制御マスク３０ａを通してｎ型ドーパント３２をシリコン基板１０の裏面に拡散させる。これにより、シリコン基板１０の裏面の拡散制御マスク３０ａの開口部に対応する部分においては高濃度ｎドーピング領域１３が形成されるが、それ以外の部分においては拡散制御マスク３０ａによってｎ型ドーパント３２の透過量が低減させられるため低濃度ｎドーパント領域２０が形成される。 (Embodiment 3)
Another preferred example of the production process of the solar cell of the present invention will be described with reference to the schematic cross-sectional views of FIGS. 5 (A) to 5 (C). First, as shown in FIG. 5A, a diffusion control mask 30 is formed on the light receiving surface of the n-type silicon substrate 10. Then, a diffusion control mask 30a in which the transmission amount of the n-type dopant 32 is reduced is formed on the back surface of the silicon substrate 10 by adjusting the film thickness and / or material so that only a small amount of the n-type dopant 32 is transmitted. Here, the diffusion control mask 30a has an opening in a part thereof. Next, the n-type dopant 32 is diffused into the back surface of the silicon substrate 10 through the diffusion control mask 30a. As a result, the high-concentration n-doping region 13 is formed in the portion corresponding to the opening of the diffusion control mask 30a on the back surface of the silicon substrate 10, while the n-type dopant 32 is formed by the diffusion control mask 30a in the other portions. Since the amount of transmission is reduced, the low concentration n dopant region 20 is formed.

次に、シリコン基板１０の裏面の拡散制御マスク３０ａをすべて除去した後にシリコン基板１０の裏面に拡散制御マスク３０を形成する。そして、図５（Ｂ）に示すように、シリコン基板１０の裏面の拡散制御マスク３０の一部を除去して得られた開口部からｐ型ドーパント３１をシリコン基板１０の裏面で拡散させて、高濃度ｐドーピング領域１２を形成する。   Next, after all the diffusion control mask 30 a on the back surface of the silicon substrate 10 is removed, the diffusion control mask 30 is formed on the back surface of the silicon substrate 10. Then, as shown in FIG. 5B, the p-type dopant 31 is diffused on the back surface of the silicon substrate 10 from the opening obtained by removing a part of the diffusion control mask 30 on the back surface of the silicon substrate 10, A high concentration p-doped region 12 is formed.

その後は上記と同様にして、拡散制御マスク３０を除去した後に図５（Ｃ）に示すようにシリコン基板１０の裏面に形成されたパッシベーション膜１１の一部を除去してコンタクトホール１６、１７を形成する。そして、コンタクトホール１６、１７を通してｐ電極１４およびｎ電極１５を高濃度ｐドーピング領域１２上および高濃度ｎドーピング領域１３上にそれぞれ形成する。これにより、本発明の太陽電池が完成する。   Thereafter, in the same manner as described above, after removing the diffusion control mask 30, a part of the passivation film 11 formed on the back surface of the silicon substrate 10 is removed as shown in FIG. Form. Then, the p-electrode 14 and the n-electrode 15 are formed on the high-concentration p-doped region 12 and the high-concentration n-doped region 13 through the contact holes 16 and 17, respectively. Thereby, the solar cell of the present invention is completed.

このように、１回のｎ型ドーパント３２の拡散によって低濃度ｎドーパント領域２０と高濃度ｎドーピング領域１３とを同時に形成した場合には、さらに簡易に太陽電池を製造することができるため、太陽電池の製造コストをさらに低減することができる。   As described above, when the low-concentration n dopant region 20 and the high-concentration n-doping region 13 are simultaneously formed by one diffusion of the n-type dopant 32, the solar cell can be more easily manufactured. The manufacturing cost of the battery can be further reduced.

（実施の形態４）
図６（Ａ）から図６（Ｄ）の模式的断面図を参照して、本発明の太陽電池の製造工程の好ましい他の一例を説明する。まず、上記と同様にして、図６（Ａ）に示すように、１回のｎ型ドーパント３２の拡散によって低濃度ｎドーパント領域２０と高濃度ｎドーピング領域１３とを同時に形成する。 (Embodiment 4)
With reference to schematic sectional drawing of FIG. 6 (A) to FIG. 6 (D), another preferable example of the manufacturing process of the solar cell of this invention is demonstrated. First, in the same manner as described above, as shown in FIG. 6A, the low-concentration n dopant region 20 and the high-concentration n-doped region 13 are simultaneously formed by one diffusion of the n-type dopant 32.

次に、拡散制御マスク３０、３０ａを除去した後に、シリコン基板１０の受光面および裏面の全面に図６（Ｂ）に示すエッチングマスク３３を形成する。そして、図６（Ｂ）に示すように、このエッチングマスク３３の一部を除去した後に、シリコン基板１０をＮａＯＨやＫＯＨなどのアルカリ溶液や混酸などに浸漬させる。これにより、エッチングマスク３３の除去部分に対応する部分のシリコン基板１０を除去する。ここで、シリコン基板１０の除去は低濃度ｎドーパント領域２０が形成されていないシリコン基板１０の領域が露出するまで行なわれる。   Next, after removing the diffusion control masks 30 and 30a, an etching mask 33 shown in FIG. 6B is formed on the entire light receiving surface and back surface of the silicon substrate 10. Then, as shown in FIG. 6B, after removing a part of the etching mask 33, the silicon substrate 10 is immersed in an alkaline solution such as NaOH or KOH, a mixed acid, or the like. Thereby, the silicon substrate 10 in a portion corresponding to the removed portion of the etching mask 33 is removed. Here, the removal of the silicon substrate 10 is performed until the region of the silicon substrate 10 where the low-concentration n dopant region 20 is not formed is exposed.

続いて、シリコン基板１０に形成されているエッチングマスク３３をすべて除去した後に、シリコン基板１０の受光面および裏面に図６（Ｃ）に示す拡散制御マスク３０を形成する。そして、図６（Ｃ）に示すように、シリコン基板１０の除去部分のうちシリコン基板１０の裏面に平行な部分の拡散制御マスク３０を除去する。その後、ｐ型ドーパント３１をその拡散制御マスク３０の除去部分から拡散させて、高濃度ｐドーピング領域１２を形成する。   Subsequently, after all of the etching mask 33 formed on the silicon substrate 10 is removed, a diffusion control mask 30 shown in FIG. 6C is formed on the light receiving surface and the back surface of the silicon substrate 10. Then, as shown in FIG. 6C, the diffusion control mask 30 in a portion parallel to the back surface of the silicon substrate 10 among the removed portions of the silicon substrate 10 is removed. Thereafter, the p-type dopant 31 is diffused from the removed portion of the diffusion control mask 30 to form the high-concentration p-doped region 12.

そして、上記と同様にして、図６（Ｄ）に示すように、拡散制御マスク３０を除去した後にシリコン基板１０に形成されたパッシベーション膜１１の一部を除去してコンタクトホール１６、１７を形成する。そして、コンタクトホール１６、１７を通してｐ電極１４およびｎ電極１５を高濃度ｐドーピング領域１２上および高濃度ｎドーピング領域１３上にそれぞれ形成する。これにより、本発明の太陽電池が完成する。   Then, in the same manner as described above, as shown in FIG. 6D, after removing the diffusion control mask 30, a part of the passivation film 11 formed on the silicon substrate 10 is removed to form contact holes 16 and 17. To do. Then, the p-electrode 14 and the n-electrode 15 are formed on the high-concentration p-doped region 12 and the high-concentration n-doped region 13 through the contact holes 16 and 17, respectively. Thereby, the solar cell of the present invention is completed.

このように、低濃度ｎドーパント領域２０が形成されていない領域にｐ型ドーパント３１を拡散させて高濃度ｐドーピング領域１２を形成することによって、この領域の不純物濃度が高くなりすぎるのを有効に防止することができる。これにより、再結合電流やリーク電流の増大による変換効率の低下を抑制することができる。   As described above, the p-type dopant 31 is diffused in the region where the low-concentration n dopant region 20 is not formed to form the high-concentration p-doping region 12, thereby effectively increasing the impurity concentration in this region. Can be prevented. Thereby, it is possible to suppress a decrease in conversion efficiency due to an increase in recombination current and leakage current.

（実施の形態５）
図７の模式的断面図に、本発明における低濃度ｎドーパント領域の形成方法の好ましい一例を示す。この方法においては、拡散制御マスク３０ではなく固相拡散源層４０を用いて低濃度ｎドーパント領域２０を形成することに特徴がある。すなわち、低濃度ｎドーパント領域２０を形成しようと意図しているシリコン基板１０の裏面の領域に固相拡散源層４０を形成し、その後熱処理をすることによって、低濃度ｎドーパント領域２０が形成される。この方法によれば、非常に簡易に低濃度ｎドーパント領域を形成することができるため、太陽電池を生産性良く、安価に製造することが可能となる。 (Embodiment 5)
A schematic cross-sectional view of FIG. 7 shows a preferred example of a method for forming a low-concentration n dopant region in the present invention. This method is characterized in that the low-concentration n dopant region 20 is formed using the solid phase diffusion source layer 40 instead of the diffusion control mask 30. That is, the low-concentration n dopant region 20 is formed by forming the solid phase diffusion source layer 40 in the region on the back surface of the silicon substrate 10 intended to form the low-concentration n dopant region 20 and then performing heat treatment. The According to this method, the low-concentration n dopant region can be formed very easily, so that the solar cell can be manufactured with high productivity and at low cost.

ここで、固相拡散源層４０は、たとえば、まずドーパントを含んだスピンオングラス膜をシリコン基板１０の裏面の全面に形成しておき、その後フォトエッチングやエッチングペーストなどを用いてその一部を除去してパターンニングすることによって形成される。また、さらに簡易な方法としては、ドーピングペーストを所望のパターンにスクリーン印刷する方法がある。なお、ドーピングペーストとは、固相拡散源層４０の材料を含むペースト状物質のことをいう（たとえば特許文献３参照）。   Here, for example, the solid phase diffusion source layer 40 is formed by first forming a spin-on-glass film containing a dopant on the entire back surface of the silicon substrate 10, and then removing a part thereof using photoetching or etching paste. Then, it is formed by patterning. Further, as a simpler method, there is a method of screen printing a doping paste in a desired pattern. The doping paste refers to a paste-like substance containing the material of the solid phase diffusion source layer 40 (see, for example, Patent Document 3).

（その他）
上記においては、低濃度ｎドーパント領域を形成する場合について説明したが、低濃度ｎドーパント領域を形成する代わりに低濃度ｐドーパント領域を形成することもできる。この場合には、シリコン基板１０がｎ型である場合にはＦＪ構造によって、シリコン基板１０の裏面におけるキャリアの再結合損失が抑制される。また、シリコン基板１０がｐ型である場合にはＢＳＦ効果によってシリコン基板１０の裏面におけるキャリアの再結合損失が抑制される。 (Other)
In the above description, the case where the low concentration n dopant region is formed has been described. However, instead of forming the low concentration n dopant region, a low concentration p dopant region may be formed. In this case, when the silicon substrate 10 is n-type, the recombination loss of carriers on the back surface of the silicon substrate 10 is suppressed by the FJ structure. When the silicon substrate 10 is p-type, carrier recombination loss on the back surface of the silicon substrate 10 is suppressed by the BSF effect.

また、上記においては半導体基板としてシリコン基板を用いているが、シリコン基板以外の半導体基板を用いてもよいことは言うまでもない。また、上記において、ｎ型ドーパントおよびｐ型ドーパントの種類は特に限定されない。   In the above description, a silicon substrate is used as the semiconductor substrate, but it goes without saying that a semiconductor substrate other than the silicon substrate may be used. Moreover, in the above, the kind of n-type dopant and p-type dopant is not particularly limited.

図３に示す構造の太陽電池のモデルを用い、表１に示すパラメータの設定条件下においてシリコン基板の裏面の低濃度ｎドーピング領域の表面不純物濃度を変化させたときの短絡電流密度（Ｊｓｃ）、開放電圧（Ｖｏｃ）、曲線因子（Ｆ．Ｆ．）および変換効率をＩＳＥ社のデバイスシミュレータＴＣＡＤにより算出した。表２にその結果を示す。   The short-circuit current density (Jsc) when the surface impurity concentration of the low-concentration n-doping region on the back surface of the silicon substrate is changed under the parameter setting conditions shown in Table 1 using the solar cell model having the structure shown in FIG. The open circuit voltage (Voc), the fill factor (FF), and the conversion efficiency were calculated by ISE device simulator TCAD. Table 2 shows the results.

Figure 2005310830
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Figure 2005310830
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このシミュレーションにおいては、シリコン基板をｎ型、シリコン基板の不純物濃度を１０15／ｃｍ3、高濃度ｎドーピング領域の表面不純物濃度を１０20／ｃｍ3に設定している。したがって、低濃度ｎドーピング領域の表面不純物濃度が１０20／ｃｍ3の場合には、非特許文献１と同様に高濃度ｐドーピング領域と高濃度ｎドーピング領域とが直接接触している状態に相当する。また、低濃度ｎドーピング領域の表面不純物濃度が１０15／ｃｍ3の場合には、低濃度ｎドーピング領域を形成していない状態に相当する。 In this simulation, the silicon substrate is n-type, the impurity concentration of the silicon substrate is set to 10 15 / cm 3 , and the surface impurity concentration of the high-concentration n-doped region is set to 10 20 / cm 3 . Therefore, when the surface impurity concentration of the low-concentration n-doped region is 10 20 / cm 3 , this corresponds to a state where the high-concentration p-doped region and the high-concentration n-doped region are in direct contact as in Non-Patent Document 1. To do. Further, when the surface impurity concentration of the low-concentration n-doped region is 10 15 / cm 3 , this corresponds to a state where the low-concentration n-doped region is not formed.

表２に示したように、低濃度ｎドーピング領域の表面不純物濃度を１０15／ｃｍ3から増加させるにつれて、短絡電流密度（Ｊｓｃ）、開放電圧（Ｖｏｃ）および曲線因子（Ｆ．Ｆ．）がいずれも増加していき、変換効率が向上していることがわかる。 As shown in Table 2, the short circuit current density (Jsc), the open circuit voltage (Voc), and the fill factor (FF) are increased as the surface impurity concentration of the low concentration n-doped region is increased from 10 15 / cm 3. Both increase and it turns out that the conversion efficiency is improving.

しかしながら、低濃度ｎドーピング領域の表面不純物濃度を１０17／ｃｍ3よりも高くしても短絡電流密度（Ｊｓｃ）は大きくならず、低濃度ｎドーピング領域の表面不純物濃度を１０18／ｃｍ3よりも高くしても開放電圧（Ｖｏｃ）は大きくならない。また、低濃度ｎドーピング領域の表面不純物濃度を高くしすぎた場合には短絡電流密度（Ｊｓｃ）および開放電圧（Ｖｏｃ）は逆に小さくなる。結果的に低濃度ｎドーピング領域の表面不純物濃度が１０19／ｃｍ3である場合に最も変換効率が高くなり、低濃度ｎドーピング領域の表面不純物濃度が１０20／ｃｍ3である場合、すなわち、高濃度ｐドーピング領域と高濃度ｎドーピング領域とが直接接触している場合には若干変換効率が低下する。したがって、この結果から、低濃度ｎドーピング領域の表面不純物濃度は１０17／ｃｍ3以上であり、１０19／ｃｍ3以下であることが変換効率を向上させる観点から望ましい。 However, even if the surface impurity concentration of the low-concentration n-doped region is higher than 10 17 / cm 3 , the short-circuit current density (Jsc) does not increase, and the surface impurity concentration of the low-concentration n-doped region is higher than 10 18 / cm 3 . However, the open circuit voltage (Voc) does not increase even if the voltage is increased. On the other hand, when the surface impurity concentration of the low-concentration n-doped region is too high, the short-circuit current density (Jsc) and the open circuit voltage (Voc) are conversely reduced. As a result, the conversion efficiency is highest when the surface impurity concentration of the low-concentration n-doped region is 10 19 / cm 3 , and when the surface impurity concentration of the low-concentration n-doped region is 10 20 / cm 3 , that is, When the high concentration p-doped region and the high concentration n-doped region are in direct contact, the conversion efficiency slightly decreases. Therefore, from this result, the surface impurity concentration of the low-concentration n-doped region is preferably 10 17 / cm 3 or more and is preferably 10 19 / cm 3 or less from the viewpoint of improving the conversion efficiency.

今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。   It should be understood that the embodiments and examples disclosed herein are illustrative and non-restrictive in every respect. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

本発明によれば、太陽電池の裏面におけるキャリアの再結合損失を抑制することによって高い変換効率を有する太陽電池およびその製造方法を提供することができることから、本発明は太陽電池、特に裏面電極型の太陽電池に好適に利用される。   According to the present invention, it is possible to provide a solar cell having high conversion efficiency by suppressing recombination loss of carriers on the back surface of the solar cell and a method for manufacturing the solar cell. It is suitably used for solar cells.

本発明の太陽電池の好ましい一例の模式的な断面図である。It is typical sectional drawing of a preferable example of the solar cell of this invention. 本発明の太陽電池の製造工程の好ましい一例を示す模式的な断面図である。It is typical sectional drawing which shows a preferable example of the manufacturing process of the solar cell of this invention. 本発明の太陽電池の好ましい他の一例の模式的な断面図である。It is typical sectional drawing of another preferable example of the solar cell of this invention. 本発明の太陽電池の製造工程の好ましい一例を示す模式的な断面図である。It is typical sectional drawing which shows a preferable example of the manufacturing process of the solar cell of this invention. 本発明の太陽電池の製造工程の好ましい他の一例を示す模式的な断面図である。It is typical sectional drawing which shows another preferable example of the manufacturing process of the solar cell of this invention. 本発明の太陽電池の製造工程の好ましい他の一例を示す模式的な断面図である。It is typical sectional drawing which shows another preferable example of the manufacturing process of the solar cell of this invention. 本発明における低濃度ｎドーパント領域の形成方法の好ましい一例を示す模式的な断面図である。It is typical sectional drawing which shows a preferable example of the formation method of the low concentration n dopant area | region in this invention. 従来の裏面電極型の太陽電池の一例の模式的な断面図である。It is typical sectional drawing of an example of the conventional back electrode type solar cell. 従来の裏面電極型の太陽電池の他の一例の模式的な断面図である。It is typical sectional drawing of another example of the conventional back electrode type solar cell.

符号の説明Explanation of symbols

１０ シリコン基板、１１ パッシベーション膜、１２ 高濃度ｐドーピング領域、１３ 高濃度ｎドーピング領域、１４ ｐ電極、１５ ｎ電極、１６，１７ コンタクトホール、２０ 低濃度ｎドーピング領域、３０，３０ａ 拡散制御マスク、３１ ｐ型ドーパント、３２ ｎ型ドーパント、３３ エッチングマスク、４０ 固相拡散源層。   10 silicon substrate, 11 passivation film, 12 high-concentration p-doped region, 13 high-concentration n-doped region, 14 p-electrode, 15 n-electrode, 16, 17 contact hole, 20 low-concentration n-doped region, 30, 30a diffusion control mask, 31 p-type dopant, 32 n-type dopant, 33 etching mask, 40 solid phase diffusion source layer.

Claims (13)

第１導電型の半導体基板の一面に形成されている、前記半導体基板よりも不純物濃度が高い前記第１導電型の第１ドーピング領域と、前記第１導電型とは逆の導電型である第２導電型の第２ドーピング領域と、前記半導体基板よりも不純物濃度が高く前記第１ドーピング領域よりも不純物濃度が低い前記第１導電型の第３ドーピング領域または前記半導体基板よりも不純物濃度が高く前記第２ドーピング領域よりも不純物濃度が低い前記第２導電型の第３ドーピング領域のいずれか一方と、を含む、太陽電池。   A first doping region of the first conductivity type formed on one surface of the semiconductor substrate of the first conductivity type and having an impurity concentration higher than that of the semiconductor substrate and a conductivity type opposite to the first conductivity type. A second conductivity type second doping region and an impurity concentration higher than that of the first conductivity type third doping region or the semiconductor substrate and having an impurity concentration higher than that of the semiconductor substrate and lower than that of the first doping region. A solar cell comprising: a third doping region of the second conductivity type having an impurity concentration lower than that of the second doping region. 前記第３ドーピング領域が、前記第１ドーピング領域および前記第２ドーピング領域の少なくとも一方と接触していることを特徴とする、請求項１に記載の太陽電池。   The solar cell according to claim 1, wherein the third doping region is in contact with at least one of the first doping region and the second doping region. 前記第３ドーピング領域の不純物濃度が、１０17／ｃｍ3以上１０19／ｃｍ3以下であることを特徴とする、請求項１または２に記載の太陽電池。 3. The solar cell according to claim 1, wherein an impurity concentration of the third doping region is 10 17 / cm 3 or more and 10 19 / cm 3 or less. 第１導電型の半導体基板の一面に、前記半導体基板よりも不純物濃度が高い前記第１導電型の第１ドーピング領域を形成する工程と、前記第１導電型とは逆の導電型である第２導電型の第２ドーピング領域を形成する工程と、前記半導体基板よりも不純物濃度が高く前記第１ドーピング領域よりも不純物濃度が低い前記第１導電型の第３ドーピング領域または前記半導体基板よりも不純物濃度が高く前記第２ドーピング領域よりも不純物濃度が低い前記第２導電型の第３ドーピング領域のいずれか一方を形成する工程と、を含む、太陽電池の製造方法。   Forming a first doping region of the first conductivity type having a higher impurity concentration than the semiconductor substrate on one surface of the first conductivity type semiconductor substrate; and a first conductivity type opposite to the first conductivity type. A step of forming a second conductivity type second doping region, and an impurity concentration higher than that of the semiconductor substrate and lower than that of the first doping region than the first conductivity type third doping region or the semiconductor substrate. Forming any one of the second conductivity type third doping regions having a high impurity concentration and a lower impurity concentration than that of the second doping region. 前記第１ドーピング領域および前記第２ドーピング領域を形成した後に、前記第３ドーピング領域を形成することを特徴とする、請求項４に記載の太陽電池の製造方法。   The method of manufacturing a solar cell according to claim 4, wherein the third doping region is formed after the first doping region and the second doping region are formed. 前記第３ドーピング領域の一部に前記第３ドーピング領域と同じ導電型のドーパントを拡散することによって前記第１ドーピング領域または前記第２ドーピング領域を形成することを特徴とする、請求項４に記載の太陽電池の製造方法。   5. The first doping region or the second doping region is formed by diffusing a dopant having the same conductivity type as the third doping region in a part of the third doping region. Solar cell manufacturing method. 前記半導体基板の一面に、前記第１ドーピング領域または前記第２ドーピング領域に対応する位置に開口部を有するドーパントの透過量を低減するマスクを形成した後に前記半導体基板の一面に前記マスクを通してドーパントを拡散させることによって、前記マスクが形成されている前記半導体基板の面に第３ドーピング領域を形成すると同時に、前記開口部から露出している前記半導体基板の面に前記第３ドーピング領域と同じ導電型である前記第１ドーピング領域または前記第２ドーピング領域を形成することを特徴とする、請求項４に記載の太陽電池の製造方法。   A mask for reducing a transmission amount of a dopant having an opening at a position corresponding to the first doping region or the second doping region is formed on one surface of the semiconductor substrate, and then the dopant is passed through the mask on the one surface of the semiconductor substrate. By diffusing, a third doping region is formed on the surface of the semiconductor substrate on which the mask is formed, and at the same time, the same conductivity type as that of the third doping region is formed on the surface of the semiconductor substrate exposed from the opening. The method for manufacturing a solar cell according to claim 4, wherein the first doping region or the second doping region is formed. 前記第３ドーピング領域の一部を除去することによって前記半導体基板の一部を露出させ、露出した前記半導体基板の一部に前記第３ドーピング領域とは逆の導電型であるドーパントを拡散して前記第１ドーピング領域または前記第２ドーピング領域を形成することを特徴とする、請求項４に記載の太陽電池の製造方法。   A part of the semiconductor substrate is exposed by removing a part of the third doping region, and a dopant having a conductivity type opposite to that of the third doping region is diffused into the exposed part of the semiconductor substrate. The method of manufacturing a solar cell according to claim 4, wherein the first doping region or the second doping region is formed. 前記半導体基板の一面の一部に固相拡散源層を設置した後に前記固相拡散源層を加熱することによって前記第３ドーピング領域を形成することを特徴とする、請求項４に記載の太陽電池の製造方法。   The solar cell according to claim 4, wherein the third doping region is formed by heating the solid phase diffusion source layer after providing the solid phase diffusion source layer on a part of one surface of the semiconductor substrate. Battery manufacturing method. 前記固相拡散源層がドーピングペーストであることを特徴とする、請求項９に記載の太陽電池の製造方法。   The method for manufacturing a solar cell according to claim 9, wherein the solid phase diffusion source layer is a doping paste. 前記固相拡散源層をエッチングペーストによりパターンニングすることを特徴とする、請求項９に記載の太陽電池の製造方法。   The method for manufacturing a solar cell according to claim 9, wherein the solid phase diffusion source layer is patterned with an etching paste. 前記半導体基板の一面に、開口部を有するマスクを形成した後に、前記半導体基板の一面に向けてドーパントを拡散させることによって、前記第１ドーピング領域、前記第２ドーピング領域および前記第３ドーパント領域の少なくとも１つを形成する太陽電池の製造方法であって、前記マスクがスピンオングラス膜またはマスキングペーストであることを特徴とする、請求項４から１１のいずれかに記載の太陽電池の製造方法。   A mask having an opening is formed on one surface of the semiconductor substrate, and then a dopant is diffused toward the one surface of the semiconductor substrate to thereby form the first doping region, the second doping region, and the third dopant region. The method for manufacturing a solar cell according to claim 4, wherein the mask is a spin-on-glass film or a masking paste. 前記半導体基板の一面に、開口部を有するマスクを形成した後に、前記半導体基板の一面に向けてドーパントを拡散させることによって、前記第１ドーピング領域、前記第２ドーピング領域および前記第３ドーパント領域の少なくとも１つを形成する太陽電池の製造方法であって、前記マスクをエッチングペーストによりパターンニングすることを特徴とする、請求項４から１２のいずれかに記載の太陽電池の製造方法。   A mask having an opening is formed on one surface of the semiconductor substrate, and then a dopant is diffused toward the one surface of the semiconductor substrate to thereby form the first doping region, the second doping region, and the third dopant region. The method for manufacturing a solar cell according to any one of claims 4 to 12, wherein the method is a method for manufacturing at least one solar cell, wherein the mask is patterned with an etching paste.
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