JP2006012913A

JP2006012913A - 太陽電池セルの製造方法

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Publication number: JP2006012913A
Application number: JP2004183936A
Authority: JP
Inventors: Naoki Asano; 直城浅野
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2004-06-22
Filing date: 2004-06-22
Publication date: 2006-01-12

Abstract

【課題】量産型の民生用太陽電池の製造に適した低コストでかつ変換効率の高い太陽電池セルおよびその製造方法を提供する。
【解決手段】基板表面に拡散剤を含んだ溶液またはペーストを塗布、乾燥した後、熱処理してＰＮ接合を形成する太陽電池セルの製造方法において、集電電極形成領域と集電電極形成領域以外の領域とで異なる乾燥条件が設定されることにより、集電電極形成領域と集電電極形成領域以外の領域とに異なるドーピング濃度が付与される太陽電池セルの製造方法に関する。特に、拡散剤を含んだ溶液またはペーストの乾燥条件が低温および／または短時間である部分と、該乾燥条件が高温および／または長時間である部分とのパターンを受光面に設けることにより、不純物拡散によるドーピング濃度に差を設けることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、光を電気に変換する太陽電池セルの製造方法に関するものであり、特に低コスト化および高効率化が求められている民生用（住宅用）太陽電池セルの製造方法に関する。

従来の太陽電池セルは、スピンコーターの吸着板に吸着されたウェハに対し、受光面側を上向きにした状態でドーパント（不純物）を含有した溶液を滴下し、高速回転させて均一に塗布した後、高温炉に投入し、ウェハ内部にドーパントを拡散させることによりＰＮ接合を形成し、次に、受光面および裏面に電極ペーストをスクリーン印刷により塗布し、焼成を行なうことにより電極を形成して製造されていた。

ここで、拡散層と電極との接合性を向上させるため、受光面電極下の不純物拡散濃度を高くした選択エミッタ構造が提案されている（たとえば、非特許文献１、非特許文献２）。

かかる選択エミッタ構造を作製する方法として、電極ペーストにドーパントとなる不純物を混合し、電極焼成の際に不純物をウェハ中に拡散させて、電極下付近の不純物濃度がそれ以外の部分と比べて高くなるようにする方法や、不純物を混入させたペーストを電極形成部分に塗布し、選択的に拡散層を形成する方法等が知られている。

しかしながら上記のような方法で、これまでに一般の市場に流通している量産型の民生用太陽電池セルの特性を上回るセルが出てきていない。不純物をドーピングすることを目的としたペーストをスクリーン印刷にて塗布する場合、数十ｎｍ以下の薄い膜を形成するのは困難であり、媒体としての有機物等がウェハ表面に残存し、特性に悪影響を与える可能性がある。

また、電極ペーストにドーパントとなる不純物を混合させてドーパントを電極焼成時に拡散する場合は、電極ペースト中の不純物の濃度が高くなるほど、電極自身の電気的抵抗が大きくなり、セルの特性（特に曲線因子（ＦｉｌｌＦａｃｔｏｒ））を低下させてしまうという問題がある。一方、不純物濃度が小さい場合、セル作製工程上電極焼成工程は拡散工程よりも後工程であり、電極焼成温度は拡散温度より低温である必要があるため、選択エミッタの効果がほとんど得られないという問題がある。

したがって、選択エミッタの製造方法は、理論上、セル特性を向上させる方法として簡便な方法でありながら、選択エミッタセル構造の作製を目的としたセルの量産には用いられていないのが実情である。
Ｊ．Ｈｏｒｚｅｌ他３名、ＡＳｉｍｐｌｅＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＳｅｑｕｅｎｃｅｆｏｒＳｅｌｅｃｔｉｖｅＥｍｉｔｔｅｒｓ，２６ｔｈＰＶＳＣ，（米国），ＴＨＥＩＥＥＥＥＬＥＣＴＲＯＮＤＥＶＩＣＥＳＯＣＩＥＴＹ，１９９７，ｐ．１３９−１４２Ｊ．Ｈｏｒｚｅｌ他２名、ＨｉｇｈＥｆｆｉｃｉｅｎｃｙＩｎｄｕｓｔｒｉａｌＳｃｒｅｅｎＰｒｉｎｔｅｄＳｅｌｅｃｔｉｖｅＥｍｉｔｔｅｒＳｏｌａｒＣｅｌｌｓ，１６ｔｈＥｕｒｏｐｅａｎＰｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃＳｏｌａｒＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，（英国），Ｊａｍｅｓ＆Ｊａｍｅｓ（ＳｃｉｅｎｃｅＰｕｂｌｉｓｈｅｒｓ）Ｌｔｄ．，Ｍａｙ２０００，１−５，ｐ．１１１２−１１１５

本発明は、上記問題点を解決し、エネルギー変換効率の高い量産型の民生用太陽電池を低コストで得るための太陽電池セルの製造方法を提供することを目的とする。

本発明は、基板表面に拡散剤を含んだ溶液またはペーストを塗布、乾燥した後、熱処理してＰＮ接合を形成する太陽電池セルの製造方法において、集電電極形成領域と集電電極形成領域以外の領域とで異なる乾燥条件が設定されることにより、集電電極形成領域と集電電極形成領域以外の領域とに異なるドーピング濃度が付与される太陽電池セルの製造方法に関する。

特に、受光面においてドーパントを含んだ溶液またはペーストの乾燥条件が異なるパターンを形成し、乾燥時間が長い部分と乾燥時間が短い部分、または乾燥温度が高い部分と乾燥温度が低い部分とで、不純物拡散によるドーピング濃度に差を設けることを特徴とする。

乾燥条件を設定する際、集電電極形成領域の乾燥温度が集電電極形成領域以外の領域の乾燥温度より低く設定されることが好ましい。

または、集電電極形成領域の乾燥時間が集電電極形成領域以外の領域の乾燥時間より短く設定されることも好ましい。

集電電極形成領域と集電電極形成領域以外の領域とに異なる乾燥条件を設定する方法として、たとえば集電電極形成領域をマスキングして乾燥処理を行なう方法が好ましく採用され得る。さらにこの場合、集電電極形成領域をマスキングして赤外線加熱による乾燥処理が行なわれることも好ましい。

本発明において赤外線加熱による乾燥処理が行なわれる場合には、赤外線の強度分布により乾燥条件を変化させる方法が好ましく採用され得る。

本発明はまた、拡散剤を含んだ溶液またはペーストを塗布、乾燥した後、集電電極形成領域の拡散剤を除去し、新たに拡散剤を含んだ溶液またはペーストを塗布、乾燥することにより、集電電極形成領域と集電電極形成領域以外の領域とに異なるドーピング濃度を付与する太陽電池セルの製造方法に関する。

本発明においては、基板上に拡散剤を塗布した後の乾燥条件を集電電極形成領域と集電電極形成領域以外の領域とで変えることにより、該集電電極形成領域と該集電電極形成領域以外の領域とのドーピング濃度に差を設けた選択エミッタ構造を高精度かつ低コストで形成できる。これにより量産型の民生用太陽電池の製造に適した低コストでかつネルギー変換効率の高い太陽電池セルの製造方法を提供することができる。

本発明の太陽電池セルにおいては、ドーパントを高濃度で不純物拡散させた選択エミッタ構造を受光面電極が形成される部分に形成する。すなわち、受光面電極と形状および大きさが同一の集電電極形成領域の乾燥条件を低温および／または短時間とすることにより、ドーパントを高濃度で不純物拡散させる。このとき、受光面における乾燥条件が低温および／または短時間とされる領域を受光面電極の形成部分よりわずかに大きくし、受光面電極の形成の際に位置ずれが生じてもドーパントを高濃度で不純物拡散した領域上に受光面電極が形成されるようにすることも好ましい。

図１は、本発明に係る太陽電池セルの製造方法の一例について説明する図である。本発明において、基板１０１としては、たとえば、１２５ｍｍ角または１５５ｍｍ角の、単結晶シリコンまたは多結晶シリコンからなるシリコンウェハを用いることができる。ただし、ウェハサイズと選択エミッタの特性とは直接関係がないため、ウェハのサイズおよび形状は特に限定されない。

基板は、一般的な結晶系シリコン太陽電池と同様にｐ型基板として使用することができるが、ｎ型基板も適用可能である。単結晶からなる基板を使用する場合、ＣＺ法（引上法；Ｃｚｏｃｈｒａｌｓｋｉｍｅｔｈｏｄ）、ＭＣＺ法（磁場中引上法；ｍａｇｎｅｔｉｃｆｉｅｌｄａｐｐｌｉｅｄＣｚｏｃｈｒａｌｓｋｉｃｒｙｓｔａｌｇｒｏｗｔｈｍｅｔｈｏｄ）、ＦＺ法（帯域溶融法；ｆｌｏａｔｉｎｇｚｏｎｅｍｅｔｈｏｄ）のいずれの方法で作製されたウェハでも効果がみられる。また、多結晶からなる基板としては薄膜多結晶も適用可能である。単結晶、多結晶いずれの場合ともウェハ厚は機械的強度さえ保たれていれば限定されない。ウェハの抵抗率は、セルの特性上０．５Ω・ｃｍ〜３０Ω・ｃｍ程度であることが適当であるが、この範囲に入らなくても選択エミッタセルを作製することは可能である。

図１（Ａ）に示す基板１０１の太陽電池セルにおいて受光面となる面に、太陽光の反射を抑制するためのテクスチャエッチング面１０２を形成する（図１（Ｂ））。エッチングされた基板１０１には、たとえばｐ型単結晶シリコンの場合にはＶ族のドーパント拡散により、またｎ型単結晶シリコンの場合にはＩＩＩ族のドーパント拡散により、ＰＮ接合が形成される。本発明においては、ＰＮ接合を形成する方法として、ドーパントを含んだ溶液を基板上に塗布し、熱処理をしてドーパントを拡散する方法が採用される。このとき該溶液には、ＰＮ接合形成のためのドーパントとともに、たとえばチタンのような、その酸化物が反射防止膜としての機能を有する金属化合物を混合すると、ＰＮ接合と反射防止膜とを同時に形成可能であるという利点がある。

図７は、ドーパントを含んだ溶液を基板に塗布する方法の一例について説明する図である。本発明において、ドーパントを含んだ溶液の塗布方法には特に制限はないが、均一にかつ効率良く塗布する観点から、たとえば図７に示すように、Ｒ方向（矢印に示す方向）に回転するスピンコーター７０１上の基板７０２上に、ドーパントを含む溶液７０３を溶液塗布ノズル７０４から滴下し、基板７０２にかかる遠心力を利用して溶液を均一に広げるスピンコート塗布が好ましく採用される。上記のような方法によって、基板１０１上に、拡散剤としてドーパントを含む溶液１０３を塗布する（図１（Ｃ））。

なお、上記のように拡散剤を含む溶液をスピンコート等により塗布する方法の他、たとえば拡散剤ペーストをスクリーン印刷等で印刷する方法等も採用され得る。ここで拡散剤ペーストとは、ｎ型拡散の場合、五酸化リン等の拡散剤、拡散剤を溶かす溶剤、および粘性を上げるバインダーが含まれているものであり、ｐ型拡散の場合、ボロン化合物等の拡散剤、拡散剤を溶かす溶剤、および粘性を上げるバインダーが含まれているものである。

図８は、スクリーン印刷を行なう方法の一例について説明する図である。印刷台８０１の上に載せられた基板８０２の表面に、スクリーン８０３の開口部から拡散剤を含むペースト８０４をスキージ８０５で押出すことにより、基板表面にたとえば厚さ１０〜４０μｍ程度のペーストを均一に印刷する。次に、基板を１５０℃〜４００℃で１０分〜６０分程度加熱し、印刷されたペーストを乾燥させる。次に、ペーストを塗布した基板を、８００℃〜１０００℃の高温炉に１０分〜１００分間投入し、ｎ型拡散またはｐ型拡散を行なうことができる。

続いて、該溶液の乾燥条件が異なるパターンとして、集電電極形成領域１０４を形成する（図１（Ｄ））。集電電極形成領域１０４においては乾燥条件が低温および／または短時間とされ、集電電極形成領域以外の領域においては乾燥時間が高温および／または長時間とされることにより、集電電極形成領域１０４とそれ以外の領域とでドーピング濃度に差が設けられる。続いてさらに拡散膜１０６を形成し、不純物拡散のための熱処理を行ない、集電電極形成領域１０４に高濃度不純物拡散層１０７、該集電電極形成領域以外の領域に低濃度不純物拡散層１０５を形成する（図１（Ｅ））。さらに受光面電極１０８、裏面電界層１０９、裏面電極１１０を形成し（図１（Ｆ））、本発明の太陽電池セルが得られる。図２は、本発明に係る太陽電池セルの受光面を示す図であり、図３は、本発明に係る太陽電池セルの非受光面を示す図である。図２に示すように、基板の受光面２０１上には受光面電極２０２が形成されている。また、図３においては、基板の裏面に裏面電極３０１および３０２が形成されている。

本発明に係る太陽電池セルにおいては、受光面における乾燥条件が低温および／または短時間の部分の形状および大きさを受光面電極の形成部分と同一とし、受光面電極と接する部分のみ高濃度でドーピングが拡散された選択エミッタセル構造を形成することが好ましい。ドーピング濃度が高濃度になると、不純物拡散層中の欠陥密度が増大し短絡電流低下の要因となることから、受光面電極と接触する高濃度不純物拡散層以外、すなわち光を受光する部分においては、乾燥条件が高温および／または長時間に設定されることが望ましい。

したがって、受光面電極パターンと、乾燥条件が低温および／または短時間とされる高濃度拡散領域のパターンとを全く同じ寸法にして、二つのパターンを完全に一致させることが最も好ましい。一方、太陽電池セルの受光面における乾燥条件が低温および／または短時間の部分を受光面電極よりわずかに大きくすることも好ましい。この場合、受光面電極形成の際にずれが生じても高濃度でドーパントを拡散した部分上に受光面電極が形成されるように設定されることができ、受光面電極部分以外に高濃度ドーパント拡散層が形成されることによる不純物拡散層での欠陥密度の増大を防止できる。これにより、キャリアのライフタイムの低下を抑制し、太陽電池セルの短絡電流を良好に維持することができる。

民生用太陽電池の製造工程のような低コスト型で行なわなければならない工程では、アライメントマーク等を用いると工程が複雑になりコストアップに繋がるため、ウェハエッジにおいてＣＣＤカメラ等精密な位置測定が可能な装置を利用した位置合わせを行なう製造工程が望ましい。具体的には、ＣＣＤカメラ等を搭載した印刷装置を使用することにより、ＣＣＤカメラ等でウェハエッジを観察し、パターンを合わせることが可能であるため、高濃度不純物拡散領域のパターンと受光面電極パターンの位置ずれを従来の印刷装置を用いた場合よりも小さくすることができる。ただし、テクスチャエッチング等の際に受光面側にアライメントマークを形成し、それを利用して位置合わせを行なうことは可能である。

＜実施の形態１＞
本発明に係る太陽電池セルの製造方法の好ましい実施の形態について以下に具体的に説明する。図４は、実施の形態１および実施の形態４に係る太陽電池セルの製造方法について説明する図である。本実施の形態においては、受光面に対し、拡散剤としてのドーパントを含んだ溶液を塗布、乾燥して拡散膜を形成した後、集電電極形成領域の拡散膜を除去し、新たに拡散剤としてのドーパントを含む溶液を塗布、乾燥することにより、集電電極形成領域とそれ以外の領域におけるドーピング濃度の差を発現させる。

本実施の形態においては、図４（Ａ）に示す基板４０１として、たとえば、ボロンドープされたｐ型の単結晶シリコンからなるシリコンウェハを用いる。まず、基板４０１を７５℃〜８５℃程度に保ち、界面活性剤としてイソプロピルアルコールを水酸化カリウム水溶液等に対して１質量％〜１０質量％添加した１質量％〜１０質量％の水酸化カリウムまたは水酸化ナトリウムの水溶液に１０分間〜６０分間浸透させることによって、受光面にテクスチャエッチング面４０２を形成する（図４（Ｂ））。テクスチャエッチング面を形成する方法には、ヒドラジン水溶液等を用いる方法もあるが、受光面に入射光反射を抑制するテクスチャ構造を形成できるものであれば、どのような方法をも用いることができる。

次に、テクスチャエッチング面４０２に、拡散剤としてドーパントを含む溶液４０３をスピンコーターにより均一に塗布する（図４（Ｃ））。ここでは、ｐ型単結晶シリコンにｎ型拡散をすることを目的としているため、溶液４０３としては、Ｖ族元素を含んだ溶液、たとえば、五酸化リン、テトライソプロポキシチタンおよびイソプロピルアルコールからなる混合溶液を用いる。また、この溶液４０３の滴下量は、ウェハ面積１００ｃｍ²当たり０．３ｃｍ³〜５ｃｍ³の分量が必要であり、スピンコーターの回転数は毎分２００回転〜７０００回転で１秒〜１０秒回転する。

次に、基板４０１を３０℃〜３００℃で１分〜６０分程度加熱し、塗布された溶液４０３を乾燥させる。

次に、基板の受光面にフォトレジストをスピン塗布し、７０℃〜１００℃で２０〜８０分間程度ベーキングを行なう。受光面電極のパターンと同形状のガラスマスクを用いて露光し、現像する。ここで、用いるフォトレジストは、ポジ、ネガのいずれをも用いることができる。パターニングされた基板は、１質量％〜５０質量％程度のフッ酸水溶液またはフッ酸とフッ化アンモニウムの混合水溶液により、フォトレジストが除去された部分に、受光面電極と同パターンの拡散膜欠落部分として集電電極形成領域４０４が形成される。集電電極形成領域４０４以外の領域には、溶液４０３が乾燥されて拡散膜４０５が形成される（図４（Ｄ））。その後、アセトンディップ、硫酸ボイル等によってレジストが完全に除去される。

次に、基板の受光面に、溶液４０３と同一組成の溶液４０６を、溶液４０３と同様の手順で新たに均一に塗布する（図４（Ｅ））。３０℃〜３００℃で１分〜６０分程度加熱し、塗布された溶液４０６を乾燥させる。また、溶液４０３の塗布後における乾燥条件と、溶液４０６の塗布後における乾燥条件との差異に従い、拡散される不純物の濃度の差が変化するため、拡散後の不純物濃度の差を広げるためには溶液４０３の乾燥温度より溶液４０６の乾燥温度を低くする必要がある。

次に、溶液４０６が塗布された基板を８００℃〜１０００℃の高温炉に投入し、ｎ型不純物拡散を行なう。乾燥条件が低温および／または短時間である拡散剤除去部位には高濃度不純物拡散層４０８が、乾燥条件が高温および／または長時間である拡散剤非除去部位には低濃度不純物拡散層４０９が、それぞれ形成される（図４（Ｆ））。

この結果、乾燥条件が高温および／または長時間である低濃度不純物拡散層４０９のシート抵抗は、乾燥条件が低温および／または短時間である高濃度不純物拡散層４０８のシート抵抗に比べて大きくなる。

本実施の形態の溶液４０３および４０６にはテトライソプロポキシチタンが含まれており、テトライソプロポキシチタンは上記の加熱処理により基板表面上で二酸化チタンとなる。図４（Ｆ）に示すように、高濃度不純物拡散層４０８および低濃度不純物拡散層４０９の形成と同時に、基板の最表面上に二酸化チタンの反射防止膜としても機能する拡散膜４０７が形成される。

反射防止膜としては、二酸化チタン以外に酸化アルミニウム、酸化スズ、窒化シリコン、酸化タンタル等を形成しても良く、これらの酸化物または窒化物に含まれるアルミニウム、スズ、タンタル等の金属を含有する化合物を、テトライソプロポキシチタンに替えてまたはテトライソプロポキシチタンとともに溶液４０３および４０６に混合することも可能である。

また、反射防止膜はｎ型拡散後に形成することも可能であり、拡散剤を含む溶液として、テトラプロポキシチタン等の反射防止膜となる金属化合物を混合しない溶液を用いてもよい。たとえば、ボロンドープされたｐ型多結晶シリコンを使用する場合、テクスチャエッチングされた基板に、リン等のＶ族元素の化合物を含んだ溶液（たとえば、五酸化リン、イソプロピルアルコールからなる混合溶液）を滴下し、スピンコーターにより均一に塗布する。また、基板表面のテクスチャ構造の有無は、選択エミッタの効果に直接関係がないため、必ずしも基板表面にテクスチャエッチング面が形成されている必要はない。それから高温炉に投入し、ｎ型拡散を行う。乾燥条件が高温および／または長時間である部分のシート抵抗は、乾燥条件が低温および／または短時間である部分よりも大きくなる。

図９は、拡散剤の乾燥時間とシート抵抗との関係を示す図である。ここで、図９は反射防止膜となる金属化合物を混合しない溶液を用いた場合について示している。この曲線は溶液のドーパント濃度、拡散温度の違いにより上下する。図９に示されるように、ドーパントを含んだ溶液の乾燥時間が長いほど、拡散される不純物濃度が減少し、シート抵抗ρｓが大きくなる。

その後、受光面電極用のペーストを印刷し、５００℃〜８００℃で焼成を行なって、受光面電極４１０を形成する。さらに、裏面側には全体に裏面電極用のペーストとしてアルミペーストを印刷し、５５０℃〜８００℃程度で焼成することで、裏面電極４１２が形成されると同時に、ドーパントとなるアルミニウムが拡散され、裏面電解層４１１が形成される（図４（Ｇ））。ここで、電極用のペーストとしては、アルミニウム、銀等が用いられる。アルミニウムはシリコンにとってｐ型ドーパントとなるので、基板がｐ型の場合には裏面に用いられ、裏面電解層が形成される。

なお、電極用のペーストの印刷の方法には特に制限はないが、図８に示すスクリーン印刷が好ましく用いられる。印刷台８０１の上に載せられた基板８０２のたとえば裏面にスクリーン８０３の開口部から裏面電極用のペースト８０４をスキージ８０５で押し出すことにより印刷を行なうのが好ましい。

＜実施の形態２＞
図５は、実施の形態２に係る太陽電池セルの製造方法について説明する図である。本実施の形態においては、ドーパントを含んだ溶液を塗布した後、集電電極形成領域をマスキングして乾燥処理を行い、マスキングの有無によるドーピング濃度の差を発現させる。

たとえば、基板５０１としてボロンドープされたｐ型単結晶シリコンからなる基板を用いる場合、まず、図５（Ａ）に示す基板１を７５℃〜８５℃程度に保ち、界面活性剤としてイソプロピルアルコールを水酸化カリウム水溶液等に対して１質量％〜１０質量％添加した１質量％〜１０質量％の水酸化カリウムまたは水酸化ナトリウムの水溶液に１０分間〜６０分間浸透させることによって、受光面にテクスチャエッチング面５０２を形成する（図５（Ｂ））。テクスチャエッチング面を形成する方法には、ヒドラジン水溶液等を用いる方法もあるが、受光面に入射光反射を抑制するテクスチャ構造形成できるものであれば、どのような方法をも用いることができる。

次に、テクスチャエッチング面５０２に溶液５０３をスピンコーターにより均一に塗布する（図５（Ｃ））。ここでは、ｐ型単結晶シリコンにｎ型拡散をすることを目的としているため、溶液５０３としては、Ｖ族元素を含んだ溶液、たとえば、五酸化リン、テトライソプロポキシチタンおよびイソプロピルアルコールからなる混合溶液を用いる。また、この溶液５０３の滴下量は、基板面積１００ｃｍ²当たり０．３ｃｍ³〜５ｃｍ³の分量が必要であり、スピンコーターの回転数は毎分２００回転〜７０００回転で１秒〜１０秒回転する。

次に、基板の受光面において、集電電極形成領域５０４にマスキングを施した後（図５（Ｄ））、３０℃〜３００℃で１分〜６０分程度加熱し、塗布された溶液５０３を乾燥させる。集電電極形成領域とそれ以外の領域との乾燥温度差に従い拡散後の不純物濃度が変化するため、マスキングの材料には断熱効果が高いものが好ましく使用される。

次に、上記の溶液５０３による拡散膜５０６をさらに塗布した基板を、８００℃〜１０００℃の高温炉に投入し、ｎ型不純物拡散を行なう。このとき、マスキング部分、すなわち乾燥温度が低い部分には高濃度不純物拡散層５０７が、非マスキング部分、すなわち乾燥温度が高い部分には低濃度不純物拡散層５０５が、それぞれ形成される（図５（Ｅ））。この結果、非マスキング部分、すなわち乾燥温度が高い部分のシート抵抗は、マスキング部分、すなわち乾燥温度が低い部分のシート抵抗に比べて大きくなる。

その後、受光面電極用のペーストを印刷し、５００℃〜８００℃で焼成を行なって、受光面電極５０８を形成する。さらに、裏面側には全体に裏面電極用のペーストとしてアルミペーストを印刷し、５５０℃〜８００℃程度で焼成することで、裏面電極５１０が形成されると同時にドーパントとなるアルミニウムが拡散され、裏面電解層５０９が形成される（図４（Ｆ））。ここで、電極用のペーストとしては、アルミニウム、銀等が用いられる。アルミニウムはシリコンにとってｐ型ドーパントとなるので、結晶がｐ型の場合、基板の裏面に用いられ、裏面電解層が形成される。

＜実施の形態３＞
図６は、実施の形態３に係る太陽電池セルの製造方法について説明する図である。本実施の形態では、ドーパントを含んだ溶液を塗布した後、赤外線の強度分布により乾燥温度の変化をつけることで、拡散後のドーピング濃度の差を発現させる。

たとえば、ボロンドープされたｐ型単結晶シリコンからなる基板を用いる場合、まず、図６（Ａ）に示す基板６０１を７５℃〜８５℃程度に保ち、界面活性剤としてイソプロピルアルコールを水酸化カリウム水溶液等に対して１質量％〜１０質量％添加した１質量％〜１０質量％の水酸化カリウムまたは水酸化ナトリウムの水溶液に１０分間〜６０分間浸透させることによって、受光面にテクスチャエッチング面６０２を形成する（図６（Ｂ））。テクスチャエッチング面を形成する方法には、ヒドラジン水溶液等を用いる方法もあるが、受光面に入射光反射を抑制するテクスチャ構造形成できるものであれば、どのような方法をも用いることができる。

テクスチャエッチング面６０２に溶液６０３をスピンコーターにより均一に塗布する（図６（Ｃ））。ここでは、ｐ型単結晶シリコンにｎ型拡散をすることを目的としているため、溶液６０３としては、Ｖ族元素を含んだ溶液、たとえば、五酸化リン、テトライソプロポキシチタンおよびイソプロピルアルコールからなる混合溶液を用いる。また、この溶液６０３の滴下量は、基板面積１００ｃｍ²当たり０．３ｃｍ³〜５ｃｍ³の分量が必要であり、スピンコーターの回転数は毎分２００回転〜７０００回転で１秒〜１０秒回転する。

次に、基板受光面において、集電電極形成領域６０４における照射強度がそれ以外の部分の照射強度よりも小さくなるよう設定した赤外線を照射し、３０℃〜３００℃で１分〜６０分程度加熱して、塗布された溶液６０３を乾燥させる（図６（Ｄ））。集電電極形成領域と集電電極形成領域以外の領域との乾燥温度差に従い拡散後の不純物濃度が変化するため、この温度差は大きくなることが好ましい。

次に、溶液６０３の乾燥によりさらに拡散膜６０６が形成された基板を、８００℃〜１０００℃の高温炉に投入し、ｎ型不純物拡散を行なう。このとき、乾燥温度が低い部分には高濃度不純物拡散層６０７が、乾燥温度が高い部分には低濃度不純物拡散層６０５が、それぞれ形成される（図６（Ｅ））。この結果、乾燥温度が高い部分のシート抵抗は、乾燥温度が低い部分のシート抵抗に比べて大きくなる。

その後、受光面電極用のペーストを印刷し、５００℃〜８００℃で焼成を行なって、受光面電極６０８を形成する。さらに、裏面側には全体に裏面電極用のペーストとしてアルミペーストを印刷し、５５０℃〜８００℃程度で焼成することで、裏面電極６１０が形成されると同時にドーパントとなるアルミニウムが拡散され、裏面電解層６０９が形成される（図６（Ｆ））。ここで、電極用のペーストとしては、アルミニウム、銀等が用いられる。アルミニウムはシリコンにとってｐ型ドーパントとなるので、結晶がｐ型の場合、裏面に用いられ、裏面電解層が形成される。

＜実施の形態４＞
本実施の形態においては、ｎ型基板をｐ型拡散する場合について説明する。実施の形態１と同様に、受光面において、拡散剤としてのドーパントを含んだ溶液を塗布、乾燥して拡散膜を形成した後、集電電極形成領域の拡散膜を除去し、新たに拡散剤としてのドーパントを含む溶液を塗布、乾燥することにより、集電電極形成領域と集電電極形成領域以外の領域におけるドーピング濃度の差を発現させる。

本実施の形態においては、図４（Ａ）に示す基板１として、１２５ｍｍ角または１５５ｍｍ角の、単結晶シリコンまたは多結晶シリコンからなるシリコンウェハを用いることができる。ただし、ウェハサイズと選択エミッタの特性とは直接関係がないため、ウェハのサイズおよび形状は特に限定されない。たとえばリンドープのｎ型の単結晶シリコンからなるシリコンウェハを用いる。

まず、図４（Ａ）に示す基板４０１を７５℃〜８５℃程度に保ち、界面活性剤としてイソプロピルアルコールを水酸化カリウム水溶液等に対して１質量％〜１０質量％添加した１質量％〜１０質量％の水酸化カリウムまたは水酸化ナトリウムの水溶液に１０分間〜６０分間浸透させることによって、受光面にテクスチャエッチング面４０２を形成する（図４（Ｂ））。テクスチャエッチング面を形成する方法には、ヒドラジン水溶液等を用いる方法もあるが、受光面に入射光反射を抑制するテクスチャ構造を形成できるものであれば、どのような方法をも用いることができる。

次に、テクスチャエッチング面４０２に溶液４０３をスピンコーターにより均一に塗布する（図４（Ｃ））。ここでは、ｎ型単結晶シリコンにｐ型拡散をすることを目的としているため、溶液４０３としては、ＩＩＩ族元素を含んだ溶液、たとえば、ボロン化合物、メチルセロソルブおよび水からなる混合溶液を用いる。また、この溶液４０３の滴下量は、基板面積１００ｃｍ²当たり１ｃｍ³〜５ｃｍ³の分量が必要であり、スピンコーターの回転数は毎分１０００回転〜５０００回転で１秒〜６０秒回転する。

次に、基板を１５０℃〜４００℃で１０分〜６０分程度加熱し、塗布された溶液４０３を乾燥させる。

次に、基板表面にフォトレジストをスピン塗布し、７０℃〜１００℃で２０〜８０分間程度ベーキングを行なう。受光面電極パターンと同形状のガラスマスクを用いて露光し、現像する。ここで、用いるフォトレジストは、ポジ、ネガのいずれをも用いることができる。基板は、１質量％〜５０質量％程度のフッ酸水溶液またはフッ酸とフッ化アンモニウムの混合水溶液により、フォトレジストが除去された部分のみ溶液４０３の乾燥膜である拡散膜４０５が除去され、受光面電極と同パターンの集電電極形成領域４０４が形成される（図４（Ｄ））。その後、アセトンディップ、硫酸ボイル等によってレジストが完全に除去される。

次に、基板受光面に溶液４０６を先述した溶液４０３と同様な手順で新たに均一に塗布した後、３０℃〜３００℃で１分〜６０分程度加熱し、塗布された溶液４０６を乾燥させる（図４（Ｅ））。また、溶液４０３の乾燥条件と溶液４０６の乾燥条件との差異に従い、拡散される不純物の濃度の差が変化するため、拡散後の不純物濃度の差を広げるためには、溶液４０３の乾燥温度より溶液４０６の乾燥温度を低くすることが好ましい。

次に、溶液４０６を塗布した基板を、８００℃〜１０００℃の高温炉に１０分〜１００分間投入し、ｐ型拡散を行なう。このとき、乾燥条件が低温および／または短時間である拡散剤除去部位には高濃度不純物拡散層４０８が、乾燥条件が高温および／または長時間である拡散剤非除去部位には低濃度不純物拡散層４０９が、それぞれ形成される（図４（Ｆ））。この結果、乾燥条件が高温および／または長時間である部分のシート抵抗は、乾燥条件が低温および／または短時間である部分のシート抵抗に比べて大きくなる。

実施の形態４における溶液４０３および４０６にはテトライソプロポキシチタンが含まれ、このテトライソプロポキシチタンは上記の加熱処理によりウェハ表面上で二酸化チタンとなる。よって、図４（Ｆ）に示すように、高濃度不純物拡散層４０８および低濃度不純物拡散層４０９の形成と同時に、基板最表面上で二酸化チタンとなり、拡散膜４０７は同時に反射防止膜としての機能も有する。

反射防止膜としては、二酸化チタン以外に酸化アルミニウム、酸化スズ、窒化シリコン、酸化タンタル等が採用でき、これらの酸化物または窒化物に含まれるアルミニウム、スズ、タンタル等の金属を含有する化合物を、テトライソプロポキシチタンに替えてまたはテトライソプロポキシチタンとともに溶液４０３および４０６に混合することも可能である。

また、反射防止膜はｐ型拡散後に形成することも可能なので、テトラプロポキシチタン等の反射防止膜となる金属化合物を混合しない溶液を用いてもよい。たとえば、リンをドープされたｎ型多結晶シリコンからなる基板を用いる場合、テクスチャエッチングされた基板に、ＩＩＩ族元素を含んだ溶液、たとえば、ボロン化合物、メチルセロソルブおよび水からなる混合溶液を滴下し、スピンコーターにより均一に塗布する。また、基板表面のテクスチャ構造の有無は、選択エミッタの効果に直接関係がないため、必ずしも基板表面にテクスチャエッチング面４０２が形成されている必要はない。それから高温炉に投入し、ｐ型拡散を行う。この場合も同様に乾燥条件が高温および／または長時間である部分のシート抵抗は、乾燥条件が低温および／または短時間である部分のシート抵抗よりも大きくなる。すなわち、ドーパントを含んだ溶液の乾燥時間が長いほどドーピング濃度は減少し、シート抵抗ρｓは大きくなる。

その後、受光面電極用のペーストを印刷し、５００℃〜８００℃で焼成を行なって、受光面電極４１０を形成する。さらに、裏面側には全体に裏面電極用のペーストとしてアルミペーストを印刷し、５５０℃〜８００℃程度で焼成することで、裏面電極４１２を形成すると同時に、ドーパントとなるアルミニウムが拡散され、裏面電解層４１１が形成される（図４（Ｇ））。ここで、電極用のペーストとしては、アルミニウム、銀等が用いられる。

なお、電極用のペーストの印刷の方法には特に制限はないが、実施の形態１と同様、スクリーン印刷が好ましく用いられる。

今回開示された実施の形態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、上記した説明でなく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のすべての変更が含まれることが意図される。

本発明によれば、基板に塗布された拡散剤を乾燥させる際、集電電極形成領域と集電電極形成領域以外の領域との乾燥条件を変化させて拡散後のドーピング濃度に差を設けることにより、量産型の民生用太陽電池の製造に適した低コストでかつ変換効率の高い太陽電池セルおよびその製造方法を提供することができる。

本発明に係る太陽電池セルの製造方法の一例について説明する図である。本発明に係る太陽電池セルの受光面を示す図である。本発明に係る太陽電池セルの非受光面を示す図である。実施の形態１および実施の形態４に係る太陽電池セルの製造方法について説明する図である。実施の形態２に係る太陽電池セルの製造方法について説明する図である。実施の形態３に係る太陽電池セルの製造方法について説明する図である。ドーパントを含んだ溶液を基板に塗布する方法の一例について説明する図である。スクリーン印刷を行なう方法の一例について説明する図である。拡散剤の乾燥時間とシート抵抗との関係を示す図である。

符号の説明

１０１，４０１，５０１，６０１，７０２，８０２基板、１０２，４０２，５０２，６０２テクスチャエッチング面、１０３，４０３，４０６，５０３，６０３，７０３溶液、１０４，４０４，５０４，６０４集電電極形成領域、１０５，４０９，５０５，６０５低濃度不純物拡散層、１０６，４０５，４０７，５０６，６０６拡散膜、１０７，４０８，５０７，６０７高濃度不純物拡散層、１０８，２０２，４１０，５０８，６０８受光面電極、１０９，４１１，５０９，６０９裏面電界層、１１０，３０１，３０２，４１２，５１０，６１０裏面電極、２０１受光面、７０１スピンコーター、７０４溶液塗布ノズル、８０１印刷台、８０３スクリーン、８０４ペースト、８０５スキージ。

Claims

基板表面に拡散剤を含んだ溶液またはペーストを塗布、乾燥した後、熱処理してＰＮ接合を形成する太陽電池の製造方法において、集電電極形成領域と前記集電電極形成領域以外の領域とで異なる乾燥条件が設定されることにより、前記集電電極形成領域と前記集電電極形成領域以外の領域とに異なるドーピング濃度が付与される、太陽電池セルの製造方法。
前記集電電極形成領域の乾燥温度が、前記集電電極形成領域以外の領域の乾燥温度より低く設定される、請求項１に記載の太陽電池セルの製造方法。
前記集電電極形成領域の乾燥時間が、前記集電電極形成領域以外の領域の乾燥時間より短く設定される、請求項１に記載の太陽電池セルの製造方法。
拡散剤を含んだ溶液またはペーストを塗布、乾燥した後、集電電極形成領域の拡散剤を除去し、新たに拡散剤を含んだ溶液またはペーストを塗布、乾燥することにより、前記集電電極形成領域と前記集電電極形成領域以外の領域とに異なるドーピング濃度を付与する、太陽電池セルの製造方法。
前記集電電極形成領域をマスキングして乾燥処理が行なわれる、請求項１に記載の太陽電池セルの製造方法。
前記集電電極形成領域をマスキングして赤外線加熱による乾燥処理が行なわれる、請求項５に記載の太陽電池セルの製造方法。
赤外線の強度分布により乾燥条件を変化させる、請求項６に記載の太陽電池セルの製造方法。