JP2010161310A

JP2010161310A - 裏面電極型太陽電池および裏面電極型太陽電池の製造方法

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Publication number: JP2010161310A
Application number: JP2009003925A
Authority: JP
Inventors: Takayuki Isaka; 隆行伊坂; Koji Funakoshi; 康志舩越; Masahiro Kaneko; 昌弘金子
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2009-01-09
Filing date: 2009-01-09
Publication date: 2010-07-22

Abstract

【課題】工数を低減して、効率的に製造することが可能な裏面電極型太陽電池および裏面電極型太陽電池の製造方法を提供する。
【解決手段】一方の表面に第１導電型不純物拡散領域および第２導電型不純物拡散領域が形成された半導体基板の一方の表面上にパッシベーション膜を形成する工程と、パッシベーション膜上にエッチングマスク膜を形成する工程と、エッチングマスク膜により一方の表面側をマスクして半導体基板の表面とは反対側の他方の表面をエッチングする工程とを含む裏面電極型太陽電池の製造方法と裏面電極型太陽電池である。
【選択図】図２

Description

本発明は、裏面電極型太陽電池および裏面電極型太陽電池の製造方法に関する。

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。

現在、最も多く製造および販売されている太陽電池は、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電極が形成された構成のものである。

また、たとえば特許文献１には、太陽電池セルの受光面には電極を形成せず、太陽電池の裏面のみにｎ電極およびｐ電極を形成した裏面電極型太陽電池が開示されている。

図３（ａ）〜図３（ｎ）の模式的断面図を参照して、特許文献１に記載の裏面電極型太陽電池の製造方法について説明する。

まず、図３（ａ）に示すように、ｎ型のシリコン基板１０１を用意し、次いで、図３（ｂ）に示すように、シリコン基板１０１の裏面にテクスチャマスクとしての酸化シリコン膜１０９を形成した後に、シリコン基板１０１の受光面にテクスチャ構造を形成する。

次に、シリコン基板１０１の裏面の酸化シリコン膜１０９を一旦フッ化水素水溶液などを用いて除去した後に、再度シリコン基板１０１の受光面および裏面のそれぞれに酸化シリコン膜１０９を再度形成する。

次に、図３（ｃ）に示すように、シリコン基板１０１の裏面の酸化シリコン膜１０９の一部に酸化シリコン膜１０９をエッチング可能なエッチング成分を含有するエッチングペースト１０３を印刷する。

次に、エッチングペースト１０３の印刷後のシリコン基板１０１を加熱処理することにより、図３（ｄ）に示すように、シリコン基板１０１の裏面の酸化シリコン膜１０９のうちエッチングペースト１０３が印刷された部分をエッチングして除去する。

そして、ＢＢｒ₃を用いた気相拡散によってシリコン基板１０１の露出した裏面にｐ型不純物であるボロンが拡散して、図３（ｅ）に示すように、ｐ+層１０６が形成される。その後、図３（ｆ）に示すように、シリコン基板１０１の受光面および裏面の酸化シリコン膜１０９ならびにボロンが拡散して形成されたＢＳＧ（ボロンシリケートガラス）をフッ化水素水溶液などを用いてすべて除去する。

続いて、図３（ｇ）に示すように、シリコン基板１０１の受光面および裏面の全面に酸化シリコン膜１０９を再度形成する。

次いで、図３（ｈ）に示すように、シリコン基板１０１の裏面の酸化シリコン膜１０９の一部にエッチングペースト１０３を印刷する。その後、エッチングペースト１０３の印刷後のシリコン基板１０１を加熱処理することにより、図３（ｉ）に示すように、シリコン基板１０１の裏面の酸化シリコン膜１０９のうちエッチングペースト１０３が印刷された部分をエッチングして除去する。

そして、ＰＯＣｌ₃を用いた気相拡散によってシリコン基板１０１の露出した裏面にｎ型不純物であるリンが拡散して、図３（ｊ）に示すように、ｎ+層１０５が形成される。その後、図３（ｋ）に示すように、シリコン基板１０１の受光面および裏面の酸化シリコン膜１０９ならびにリンが拡散して形成されたＰＳＧ（リンシリケートガラス）をフッ化水素水溶液などを用いてすべて除去する。

その後、シリコン基板１０１についてドライ酸化（熱酸化）を行なうことによって、図３（ｌ）に示すように、シリコン基板１０１の裏面にパッシベーション膜としての酸化シリコン膜１０９を形成する。そして、図３（ｍ）に示すように、受光面上に窒化シリコン膜からなる反射防止膜１０７を形成するとともに、酸化シリコン膜１０９の一部を除去してコンタクトホールを形成し、ｎ+層１０５およびｐ+層１０６の一部を露出させる。

最後に、ｎ+層１０５の露出面およびｐ+層１０６の露出面のそれぞれに銀ペーストを印刷した後に焼成することによって、図３（ｎ）に示すように、ｎ+層１０５上にｎ電極１１２を形成し、ｐ+層１０６上にｐ電極１１１を形成する。これにより、裏面電極型太陽電池が完成する。

また、特許文献２にも、太陽電池セルの受光面には電極を形成せず、太陽電池の裏面のみにｎ電極およびｐ電極を形成した裏面電極型太陽電池の製造方法が開示されている。この方法によれば、シリコン基板の裏面にｎ+層およびｐ+層を形成した後に、シリコン基板の裏面に保護膜としてＡＰＣＶＤ（常圧化学気相成長）により酸化シリコン膜を形成し、受光面となる表面側にテクスチャ加工を施し、その後に保護膜用の酸化シリコン膜を一旦除去してから、パッシベーション膜としての酸化シリコン膜を形成する。

特開２００７−０８８２５４号公報特開２００６−１２８２５８号公報

しかしながら、上記の特許文献１に記載の裏面電極型太陽電池の製造方法においては、テクスチャ構造の形成前にテクスチャマスクとしての酸化シリコン膜を形成し、テクスチャ構造を形成した後にテクスチャマスク用酸化シリコン膜を除去する。それから、ｐ+層およびｎ+層を形成した後に、パッシベーション膜用の酸化シリコン膜を形成している。このため、工数が多く、裏面電極型太陽電池を効率的に製造することができなかった。

また、特許文献２に記載の裏面電極型太陽電池の製造方法においては、ｐ+層およびｎ+層を形成した後に、保護膜としての酸化シリコン膜を形成してテクスチャ加工を施し、保護膜用酸化シリコン膜を除去してからパッシベーション膜用の酸化シリコン膜を形成しており、やはり、工数が多く、裏面電極型太陽電池を効率的に製造することができなかった。

上記の事情に鑑みて、本発明の目的は、工数を低減して、効率的に製造することが可能な裏面電極型太陽電池および裏面電極型太陽電池の製造方法を提供することにある。

本発明は、一方の表面に第１導電型不純物拡散領域および第２導電型不純物拡散領域が形成された半導体基板の一方の表面上にパッシベーション膜を形成する工程と、パッシベーション膜上にエッチングマスク膜を形成する工程と、エッチングマスク膜により一方の表面側をマスクした状態で半導体基板の表面とは反対側の他方の表面をエッチングする工程とを含む裏面電極型太陽電池の製造方法である。

また、本発明の裏面電極型太陽電池の製造方法は、エッチングする工程の後に、パッシベーション膜およびエッチングマスク膜をそれぞれ部分的に除去することによって第１導電型不純物拡散領域の少なくとも一部および第２導電型不純物拡散領域の少なくとも一部をそれぞれ露出させ、該露出部分に電極を形成する工程を含むことが好ましい。

また、本発明の裏面電極型太陽電池の製造方法においては、パッシベーション膜を形成する工程が酸化シリコン膜を形成する工程を含むことが好ましい。ここで、酸化シリコン膜を形成する工程においては、熱酸化法により酸化シリコン膜を形成することが好ましい。

また、本発明の裏面電極型太陽電池の製造方法においては、パッシベーション膜を形成する工程が窒化シリコン膜を形成する工程を含むことが好ましい。

また、本発明の裏面電極型太陽電池の製造方法においては、エッチングマスク膜を形成する工程が窒化シリコン膜を形成する工程を含むことが好ましい。

また、本発明の裏面電極型太陽電池の製造方法においては、パッシベーション膜を形成する工程が窒化シリコン膜を形成する工程を含み、エッチングマスク膜を形成する工程が窒化シリコン膜を形成する工程を含み、パッシベーション膜を形成する工程に含まれる窒化シリコン膜を形成する工程においては、エッチングマスク膜を形成する工程に含まれる窒化シリコン膜を形成する工程で形成される窒化シリコン膜よりも窒素含有率の低い窒化シリコン膜を形成することが好ましい。

また、本発明は、一方の表面に第１導電型不純物拡散領域および第２導電型不純物拡散領域が形成された半導体基板の一方の表面上に酸化シリコン膜を形成する工程と、酸化シリコン膜上に窒化シリコン膜を形成する工程と、窒化シリコン膜を形成する工程の後に半導体基板の一方の表面とは反対側の他方の表面をエッチングする工程と、エッチングをする工程の後に酸化シリコン膜および窒化シリコン膜を部分的に除去することによって第１導電型不純物拡散領域の少なくとも一部および第２導電型不純物拡散領域の少なくとも一部をそれぞれ露出させて該露出部分に電極を形成する工程とを含む、裏面電極型太陽電池の製造方法である。

また、本発明は、一方の表面に第１導電型不純物拡散領域および第２導電型不純物拡散領域が形成された半導体基板の一方の表面上に酸化シリコン膜を形成する工程と、酸化シリコン膜上に第１の窒化シリコン膜を形成する工程と、第１の窒化シリコン膜上に該窒化シリコン膜よりも窒素含有率が高い第２の窒化シリコン膜を形成する工程と、第２の窒化シリコン膜を形成する工程の後に半導体基板の一方の表面とは反対側の他方の表面をエッチングする工程とを含む裏面電極型太陽電池の製造方法である。

また、本発明の裏面電極型太陽電池の製造方法において、エッチングする工程においては、半導体基板の他方の表面に凹凸構造を形成することが好ましい。

また、本発明の裏面電極型太陽電池の製造方法において、エッチングする工程においては、アルカリ溶液を用いたウエットエッチングを行なうことが好ましい。

また、本発明は、一方の表面に第１導電型不純物拡散領域および第２導電型不純物拡散領域が形成されると共に一方の表面の反対側の他方の表面に凹凸構造が形成された半導体基板と、半導体基板の一方の表面側に複数の膜が積層された積層体とを備え、積層体は、半導体基板側から、酸化シリコン膜と、第１の窒素シリコン膜と、該第１の窒化シリコン膜よりも窒素含有率が高い第２の窒化シリコン膜とが積層されてなる裏面電極型太陽電池である。

また、本発明の裏面電極型太陽電池においては、第２の窒化シリコン膜の膜厚が３０ｎｍ以上であることが好ましい。

さらに、本発明は、一方の表面に第１導電型不純物拡散領域および第２導電型不純物拡散領域が形成されると共に一方の表面の反対側の他方の表面に凹凸構造が形成された半導体基板と、半導体基板の一方の表面側に複数の膜が積層された積層体とを備え、積層体は、半導体基板側から、酸化シリコン膜と、屈折率１．８以上２．４以下の窒素シリコン膜とが積層されてなる、裏面電極型太陽電池である。

また、本発明の裏面電極型太陽電池においては、酸化シリコン膜の膜厚が１００ｎｍ以下であることが好ましい。

本発明によれば、工数を低減して、効率的に製造することが可能な裏面電極型太陽電池および裏面電極型太陽電池の製造方法を提供することができる。

（ａ）は本発明の裏面電極型太陽電池の一例の裏面の模式的な平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＩｂ−Ｉｂに沿った模式的な断面図である。（ａ）〜（ｍ）はそれぞれ、本発明の裏面電極型太陽電池の製造方法の一例の製造工程の一部を図解する模式的な断面図である。（ａ）〜（ｎ）はそれぞれ、従来の裏面電極型太陽電池の製造方法の製造工程の一部を図解する模式的な断面図である。

以下、本発明の実施の形態について説明する。なお、本発明の図面において、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。

＜実施の形態１＞
図１（ａ）に、本発明の裏面電極型太陽電池の一例の裏面の模式的な平面図を示す。ここで、裏面電極型太陽電池のｎ型シリコン基板１の裏面においては、ｐ型用電極１１およびｎ型用電極１２はそれぞれ帯状に形成されている。そして、帯状の複数のｐ型用電極１１はそれぞれ１つの帯状のｐ型用集電電極１１ａに接続されており、帯状の複数のｎ型用電極１２はそれぞれ１つの帯状のｎ型用集電電極１２ａに接続されている。

また、ｐ型用集電電極１１ａは、ｐ型用電極１１の長手方向に垂直な方向に伸びるようにして形成されており、ｎ型用集電電極１２ａは、ｎ型用電極１２の長手方向に垂直な方向に伸びるようにして形成されている。

また、ｎ型シリコン基板１の裏面には円状のアライメントマーク２０が２つ形成されており、アライメントマーク２０はｎ型シリコン基板１の裏面の対角に対応する位置にそれぞれ配置されている。

また、ｎ型シリコン基板１の裏面のｐ型用電極１１、ｐ型用集電電極１１ａ、ｎ型用電極１２およびｎ型用集電電極１２ａの形成領域以外の領域は下記において詳述される複数の膜が積層された積層体１０で覆われている。

図１（ｂ）に、図１（ａ）のＩｂ−Ｉｂに沿った模式的な断面図を示す。ここで、ｎ型シリコン基板１の受光面にはエッチングにより凹凸構造であるテクスチャ構造４が形成されており、テクスチャ構造４が形成されたｎ型シリコン基板１の受光面上には反射防止膜７が形成されている。また、ｎ型シリコン基板１の受光面とは反対側の表面である裏面には、基板側から、パッシベーション膜１０ａと、後述のテクスチャ構造形成時のエッチングマスク膜として機能する耐アルカリ膜１０ｂとが積層された積層体１０が形成されている。

ここで、パッシベーション膜は、キャリアの表面再結合を抑制するパッシベーション効果を有する膜であり、後述のテクスチャ構造形成のためのエッチングの後に除去されない膜である。なお、耐アルカリ膜１０ｂは、テクスチャ構造形成時のエッチングマスク膜として機能すればよいものであるが、パッシベーション効果を有するものであってもよい。

また、ｎ型シリコン基板１の裏面側にはｎ+層５とｐ+層６とが交互に所定の間隔をあけて形成されている。ここで、ｎ+層５およびｐ+層６はそれぞれ図１の紙面の表面側および／または裏面側に伸長する帯状に形成されている。そして、ｐ+層６上にはｐ型用電極１１が形成されており、ｎ+層５上にはｎ型用電極１２が形成されている。

なお、図１（ａ）および図１（ｂ）に示される裏面電極型太陽電池においては、ｎ型シリコン基板１とｐ+層６とによってｐｎ接合が形成されることになる。

以下、図２（ａ）〜図２（ｍ）の模式的断面図を参照して、図１（ａ）および図１（ｂ）に示す裏面電極型太陽電池の製造方法の一例について説明する。なお、図２（ａ）〜図２（ｍ）においては、説明の便宜上、ｎ+層５およびｐ+層６をそれぞれ１つずつしか図示しないものとする。

まず、図２（ａ）に示すように、ｎ型シリコン基板１を用意する。ここで、ｎ型シリコン基板１としては、たとえば、ｎ型の導電型を有する多結晶シリコンまたは単結晶シリコンなどを用いることができる。

また、ｎ型シリコン基板１としては、たとえば、スライスされることにより生じたスライスダメージを除去したものなどが用いられる。ここで、ｎ型シリコン基板１のスライスダメージの除去は、ｎ型シリコン基板１の表面をフッ化水素水溶液と硝酸の混酸または水酸化ナトリウムなどのアルカリ水溶液などでエッチングを行なうことにより実施される。

また、ｎ型シリコン基板１の大きさおよび形状は特に限定されないが、たとえば厚さを１００μｍ以上３００μｍ以下、１辺１００ｍｍ以上２００ｍｍ以下の四角形状とすることができる。

なお、ｎ型シリコン基板１の代わりにｐ型シリコン基板などの他の半導体基板を用いることもできる。たとえば、ｎ型シリコン基板１の代わりにｐ型シリコン基板を用いた場合には、ｐ型シリコン基板とｎ+層５とによってｐｎ接合が形成されることになる。

次に、図２（ｂ）に示すように、ｎ型シリコン基板１の裏面に拡散抑制マスクとしての酸化シリコン膜９を形成する。

ここで、酸化シリコン膜９は、たとえば、スチーム酸化、ＡＰＣＶＤ（常圧化学気相成長法、常圧ＣＶＤ法）またはＳＯＧ（スピンオングラス）の印刷・焼成などによって形成することができる。また、酸化シリコン膜９の厚さは特に限定されないが、たとえば１００ｎｍ以上３００ｎｍ以下の厚さとすることができる。また、酸化シリコン膜９の代わりに、窒化シリコン膜または酸化シリコン膜と窒化シリコン膜の積層体などを用いることができる。ここで、窒化シリコン膜は、たとえばプラズマＣＶＤ法または常圧ＣＶＤ法などで形成することができる。窒化シリコン膜の厚さは特に限定されないが、たとえば４０ｎｍ以上８０ｎｍ以下の厚さとすることができる。

次に、図２（ｃ）に示すように、ｎ型シリコン基板１の裏面の酸化シリコン膜９の一部に酸化シリコン膜９をエッチング可能なエッチング成分を含有するエッチングペースト３を印刷する。エッチングペースト３は、たとえばスクリーン印刷法などによって印刷することができ、ｐ+層６の形成箇所に対応する酸化シリコン膜９の部分に印刷される。

エッチングペースト３としては、たとえば、エッチング成分としてリン酸を含み、エッチング成分以外の成分として水、有機溶媒および増粘剤を含むものを用いることができる。

ここで、有機溶媒としては、たとえば、エチレングリコールなどのアルコール、エチレングリコールモノブチルエーテルなどのエーテル、プロピレンカーボネートなどのエステルまたはＮ−メチル−２−ピロリドンなどのケトンなどの少なくとも１種を用いることができる。また、上記以外の有機溶媒も用いることができるが、特に沸点が２００℃程度であり、印刷時にエッチングペースト３の粘度変化が起こりにくいものを選択することが好ましい。

また、増粘剤としては、たとえばセルロース、エチルセルロース、セルロース誘導体、ナイロン６などのポリアミド樹脂またはポリビニルピロリドンなどのビニル基が重合したポリマーなどの少なくとも１種を用いることができる。

また、エッチング成分であるリン酸はエッチングペースト３全体の質量に対して１０質量％以上４０質量％以下含有されていることが好ましい。リン酸の含有量がエッチングペースト３全体の質量に対して１０質量％未満である場合には十分なエッチング性能が得られない傾向にあり、リン酸の含有量がエッチングペースト３全体の質量に対して４０質量％よりも多い場合にはエッチングペースト３の粘度が低くなって印刷性に問題が生ずるおそれがある。

また、エッチングペースト３は、エッチング性と印刷性とを両立させるために、上記の材料を適宜選択して調整することによって、粘度を１０Ｐａ・ｓ以上４０Ｐａ・ｓ以下とすることが好ましい。

次いで、図２（ｄ）に示すように、エッチングペースト３の印刷後のｎ型シリコン基板１を加熱処理することにより、ｎ型シリコン基板１の裏面の酸化シリコン膜９のうちエッチングペースト３が印刷された部分をエッチングして除去する。

ここで、エッチングペースト３が印刷された酸化シリコン膜９の加熱温度は３００℃以上４００℃以下であることが好ましい。エッチングペースト３が印刷された酸化シリコン膜９の加熱温度が３００℃未満である場合にはエッチングが不十分となって酸化シリコン膜９が残ってしまう傾向にあり、４００℃を超えている場合にはエッチングペースト３がｎ型シリコン基板１の裏面に焦げ付いて完全に除去できなくなるおそれがある。

また、拡散抑制マスクとして酸化シリコン膜９の代わりに窒化シリコン膜を用いた場合には、エッチングペースト３が印刷された窒化シリコン膜の加熱温度は２００℃以上４００℃以下であることが好ましい。エッチングペースト３が印刷された窒化シリコン膜の加熱温度が２００℃未満である場合にはエッチングが不十分となって窒化シリコン膜が残ってしまう傾向にあり、４００℃を超えている場合にはエッチングペースト３がｎ型シリコン基板１の裏面に焦げ付いて完全に除去できなくなるおそれがある。

また、上記の加熱処理における処理時間は３０秒以上１８０秒以下であることが好ましい。上記の加熱処理における処理時間が３０秒未満である場合には上記の加熱処理における加熱温度を４００℃とした場合でも十分にエッチングできない部分が生じるおそれがある。また、上記の加熱処理における加熱温度が４００℃未満であっても長時間の加熱を行なうと、エッチングペースト３が変性して加熱後の除去が難しくなるため、上記の加熱処理における処理時間は１８０秒を超えない範囲で行なうことが好ましい。

なお、実験の結果、エッチングペースト３を常圧ＣＶＤで製膜した酸化シリコン膜に印刷した後に３００℃で加熱したときのエッチングレートは１５０ｎｍ／分程度であり、エッチングペースト３をプラズマＣＶＤで製膜した窒化シリコン膜に印刷した後に３００℃で加熱したときのエッチングレートは２４０ｎｍ／分程度であった。

リン酸をエッチング成分とするエッチングペースト３は常温では反応しにくく、加熱時においてもリン酸が気化しにくいため印刷箇所以外の箇所をオーバーエッチングしにくい傾向にあり、フォトリソグラフィ工程を利用して行なったエッチングに近い、高アスペクト比のエッチングが可能となる。そのため、後述するｎ+層５とｐ+層６との間の間隔を１０μｍ以上２００μｍ以下、好ましくは１０μｍ以上１００μｍ以下とした精細なパターンを形成することが可能となり、裏面電極型太陽電池の高効率化につながる。

なお、上記の加熱処理の方法は特に限定されず、たとえばホットプレート、ベルト炉またはオーブンを用いて加熱することにより行なうことができる。上記のようにエッチングペースト３のエッチング成分であるリン酸は気化しにくいことから、装置を腐食する心配が少なく、ベルト炉やオーブンの使用が可能となる。特に、ベルト炉またはオーブンによる加熱では、ｎ型シリコン基板１の周縁部と中心部とで温度差が生じにくくエッチングのばらつきを抑制することができる点で好ましい。

上記の加熱処理後は、ｎ型シリコン基板１を水中に浸し、超音波を印加して超音波洗浄を行なった後、ｎ型シリコン基板１の裏面を流水で流して流水洗浄を行なうことによって、上記の加熱処理後のエッチングペースト３を除去する。これにより、ｎ型シリコン基板１の裏面の一部が露出することになる。なお、流水洗浄に加え、ｎ型シリコン基板１の裏面を一般に知られているＲＣＡ洗浄、硫酸と過酸化水素水の混合液による洗浄、薄いフッ化水素水溶液または界面活性剤を含む洗浄液を用いて洗浄することもできる。

そして、図２（ｅ）に示すように、ＢＢｒ₃を用いた気相拡散によってｎ型シリコン基板１の酸化シリコン膜９から露出した裏面にｐ型不純物であるボロンを拡散させてｐ+層６を形成する。なお、ｐ+層６は、ｎ型シリコン基板１の裏面の露出面にボロンを含んだ溶剤を塗布した後に加熱することによって形成してもよい。

その後、ｎ型シリコン基板１の受光面および裏面の酸化シリコン膜９ならびにボロンが拡散して形成されたＢＳＧ（ボロンシリケートガラス）をフッ化水素水溶液などを用いてすべて除去する。

次に、図２（ｆ）に示すように、ｎ型シリコン基板１の裏面の全面に酸化シリコン膜９を形成する。なお、ここでも、酸化シリコン膜９の代わりに、窒化シリコン膜または酸化シリコン膜と窒化シリコン膜の積層体などを用いることができることは言うまでもない。

次に、図２（ｇ）に示すように、ｎ型シリコン基板１の裏面の酸化シリコン膜９の一部にエッチングペースト３を印刷する。ここで、エッチングペースト３は、たとえばスクリーン印刷法などによって印刷され、ｎ+層５の形成箇所に相当する酸化シリコン膜９の部分に印刷される。また、エッチングペースト３としては、リン酸をエッチング成分とした上記のエッチングペースト３と同一組成のものを用いることができる。

次に、図２（ｈ）に示すように、エッチングペースト３の印刷後の酸化シリコン膜９を加熱処理することにより、ｎ型シリコン基板１の裏面の酸化シリコン膜９のうちエッチングペースト３が印刷された部分をエッチングして除去する。

ここで、エッチングペースト３が印刷された酸化シリコン膜９の加熱処理における加熱温度は３００℃以上４００℃以下であることが好ましい。エッチングペースト３が印刷された酸化シリコン膜９の加熱処理における加熱温度が３００℃未満である場合にはエッチングが不十分となって酸化シリコン膜９が残ってしまう傾向にあり、４００℃を超えている場合にはエッチングペースト３がｎ型シリコン基板１の裏面に焦げ付いて完全に除去できなくなるおそれがある。

また、上記の加熱処理における処理時間は３０秒以上１８０秒以下であることが好ましい。上記の加熱処理における処理時間が３０秒未満である場合には上記の加熱処理における加熱温度を４００℃とした場合でもｎ型シリコン基板１の裏面の温度分布がばらつくことによりエッチングレートにばらつきが生じて十分にエッチングできない部分が生じるおそれがある。また、上記の加熱処理における加熱温度が４００℃未満であっても長時間の加熱を行なうと、エッチングペースト３が変性して加熱後の除去が難しくなるため、上記の加熱処理における処理時間は１８０秒を超えない範囲で行なうことが好ましい。

次に、図２（ｉ）に示すように、ＰＯＣｌ₃を用いた気相拡散によってｎ型シリコン基板１の露出した裏面にｎ型不純物であるリンを拡散することによってｎ+層５を形成する。なお、ｎ+層５の形成は、ｎ型シリコン基板１の裏面の露出面にリンを含んだ溶剤を塗布した後に加熱することによって形成してもよい。

その後、ｎ型シリコン基板１の裏面の酸化シリコン膜９ならびにリンが拡散して形成されたＰＳＧ（リンシリケートガラス）をフッ化水素水溶液などを用いてすべて除去する。

また、ｎ+層５とｐ+層６との間の間隔が狭すぎるとｎ+層５とｐ+層６とが接触してリーク電流が発生する傾向にあり、その間隔が広すぎると特性が低下する傾向にあるため、裏面電極型太陽電池の歩留と特性を向上させる観点からは、ｎ+層５とｐ+層６との間の間隔は、１０μｍ以上２００μｍ以下であることが好ましく、１０μｍ以上１００μｍ以下であることがより好ましい。

次に、図２（ｊ）に示すように、ｎ型シリコン基板１の裏面の全面に積層体１０を形成する。

ここで、本実施の形態における積層体１０としては、上述したように、基板側から、パッシベーション膜１０ａと、テクスチャ構造形成時のエッチングマスク膜として機能する耐アルカリ膜１０ｂとが積層されている。より具体的には、ｎ型シリコン基板１の裏面に形成された酸化シリコン膜からなるパッシベーション膜１０ａとパッシベーション膜１０ａを覆うようにして形成されたエッチングマスク膜としての窒化シリコン膜からなる耐アルカリ膜１０ｂとの積層体からなるものが用いられる。

積層体１０がｎ型シリコン基板１の裏面に形成された酸化シリコン膜からなるパッシベーション膜１０ａとパッシベーション膜１０ａ上の窒化シリコン膜からなる耐アルカリ膜１０ｂとの積層体からなる場合には、窒化シリコン膜からなる耐アルカリ膜１０ｂのアルカリ溶液に対する耐性が優れる傾向が大きくなってアルカリ溶液を用いたウエットエッチングのエッチングマスクとして有効に機能する。そして、酸化シリコン膜からなるパッシベーション膜１０ａが、ｎ型シリコン基板１の裏面におけるキャリアの再結合を有効に抑制することが可能なパッシベーション膜として有効に機能する傾向が大きくなる。

ここで、酸化シリコン膜からなるパッシベーション膜１０ａとしては、ｎ型シリコン基板１を加熱することによって形成された熱酸化膜（熱酸化シリコン膜）を用いることが好ましい。酸化シリコン膜からなるパッシベーション膜１０ａが上記の熱酸化膜からなる場合には、ｎ型シリコン基板１の裏面におけるパッシベーション膜としての機能が優れる傾向が大きくなる。なお、熱酸化法として、大別すると、主に酸素ガス雰囲気中で加熱処理するドライ酸化法と、主に水蒸気雰囲気中で加熱処理するウェット酸化法とがあるが、パッシベーション膜１０ａの形成にはドライ酸化法を用いることが好ましい。

また、酸化シリコン膜からなるパッシベーション膜１０ａの膜厚ｄ１は、１００ｎｍ以下であることが好ましく、２０ｎｍ以上５０ｎｍ以下であることがより好ましい。酸化シリコン膜からなるパッシベーション膜１０ａの膜厚ｄ１が厚くなるとパッシベーション効果が高くなる傾向にあるが、厚い膜を形成するためには高温（たとえば８００〜１０００℃）で長時間の熱処理が必要となり、基板品質の低下を招くおそれがある。また、酸化シリコン膜からなるパッシベーション膜１０ａの膜厚ｄ１が厚くなりすぎると、その後の工程でコンタクトホールの形成が困難となるため、酸化シリコン膜からなるパッシベーション膜１０ａの膜厚ｄ１は１００ｎｍ以下であることが好ましく、特に２０ｎｍ以上５０ｎｍ以下であることがより好ましい。

また、耐アルカリ膜１０ｂとしては、アルカリ溶液に溶解しにくい材質の膜を特に限定なく用いることができるが、本実施の形態においては、耐アルカリ膜１０ｂが窒化シリコン膜からなる場合について説明している。耐アルカリ膜１０ｂが窒化シリコン膜からなる場合には、アルカリ溶液に対する耐性が優れる傾向が大きくなってアルカリ溶液を用いたウエットエッチングのエッチングマスク膜として有効に機能する。

窒化シリコン膜は、耐アルカリ性を示すと共に、パッシベーション効果を有する。そして、窒素含有率の低い所謂シリコンリッチの窒化シリコン膜においては、耐アルカリ性が劣化するものの、パッシベーション効果が向上する。また、窒化シリコン膜は、窒素含有率に応じて光学特性である屈折率が変化し、窒素含有率が低くなると屈折率が高くなることが知られている。

ここで、窒化シリコン膜からなる耐アルカリ膜１０ｂの屈折率（絶対屈折率）は１．８以上２．４以下であることが好ましく、１．９以上２．２以下であることがより好ましい。窒化シリコン膜からなる耐アルカリ膜１０ｂの屈折率（絶対屈折率）が２．４よりも大きい場合には窒化シリコン膜のシリコン含有率が増加しすぎてアルカリ溶液に対する耐性が低くなるおそれがあり、１．８未満である場合には耐アルカリ膜１０ｂの膜が緻密ではなくなってアルカリ溶液に対する耐性だけでなく酸溶液に対する耐性も低くなるおそれがある。そのため、窒化シリコン膜からなる耐アルカリ膜１０ｂの屈折率（絶対屈折率）は１．８以上２．４以下であることが好ましく、特に１．９以上２．２以下であることが好ましい。

また、窒化シリコン膜からなる耐アルカリ膜１０ｂの膜厚ｄ２は３０ｎｍ以上であることが好ましく、３０ｎｍ以上１００ｎｍ以下であることがより好ましい。窒化シリコン膜からなる耐アルカリ膜１０ｂの膜厚ｄ２が３０ｎｍ未満である場合には膜厚が薄すぎてアルカリ溶液を用いたウエットエッチングに対するエッチングマスク膜として有効に機能しなくなるおそれがあり、１００ｎｍを超える場合には膜厚が厚すぎてその後の工程でコンタクトホールの形成が困難となるおそれがある。そのため、窒化シリコン膜からなる耐アルカリ膜１０ｂの膜厚ｄ２は３０ｎｍ以上であることが好ましく、３０ｎｍ以上１００ｎｍ以下であることがより好ましい。

なお、窒化シリコン膜からなる耐アルカリ膜１０ｂは、たとえばプラズマＣＶＤ法などにより形成することができる。

次に、図２（ｋ）に示すように、ｎ型シリコン基板１の裏面の耐アルカリ膜１０ｂをエッチングマスク膜としてｎ型シリコン基板１の受光面をエッチングすることによってテクスチャ構造４を形成する。なお、本発明においては、テクスチャ構造４の代わりに、ｎ型シリコン基板１の受光面のエッチングによって、テクスチャ構造４以外の凹凸構造の低反射構造を形成してもよい。

ここで、ｎ型シリコン基板１の受光面のエッチングは、アルカリ溶液を用いたウエットエッチングによって行なわれ、たとえば水酸化ナトリウムまたは水酸化カリウムなどのアルカリ水溶液にイソプロピルアルコールを添加した液をたとえば７０℃以上８０℃以下に加熱したものなどを用いてエッチングすることにより行なうことができる。

また、ｎ型シリコン基板１の受光面のエッチングは、ｎ型シリコン基板１の裏面に耐アルカリ膜１０ｂが形成された状態で行なわれるため、ｎ型シリコン基板１の裏面のエッチングは耐アルカリ膜１０ｂによって抑止されることになる。

次に、図２（ｌ）に示すように、ｎ型シリコン基板１の受光面上にたとえば窒化シリコン膜などの反射防止膜７を形成するとともに、積層体１０（パッシベーション膜１０ａおよび耐アルカリ膜１０ｂ）の一部を除去してコンタクトホールを形成し、コンタクトホールからｎ+層５およびｐ+層６の一部をそれぞれ露出させる。なお、ｎ+層５およびｐ+層６はそれぞれコンタクトホールから一部のみが露出していてもよく、ｎ+層５および／またはｐ+層６のすべてが露出していてもよい。

ここで、積層体１０の除去は、たとえば、酸化シリコン膜からなるパッシベーション膜１０ａおよび窒化シリコン膜からなる耐アルカリ膜１０ｂをエッチング可能なエッチングペーストの印刷および加熱、またはフォトエッチングなどの方法により行なうことができる。なお、酸化シリコン膜からなるパッシベーション膜１０ａと窒化シリコン膜からなる耐アルカリ膜１０ｂとを別工程で除去してもよい。

その後、図２（ｍ）に示すように、ｎ+層５の露出面およびｐ+層６の露出面のそれぞれにたとえば銀ペーストなどを印刷した後に焼成することによって、ｎ+層５上にｎ型用電極１２を形成するとともに、ｐ+層６上にｐ型用電極１１を形成する。これにより、図１（ａ）および図１（ｂ）に示す構成の裏面電極型太陽電池が完成する。

なお、上記のエッチングペースト３および銀ペーストの印刷は、図１（ａ）に示すアライメントマーク２０を利用することによって印刷精度を上げることができる。

上記の方法においては、ｎ型シリコン基板１の裏面のパッシベーション膜１０ａ上に形成した耐アルカリ膜１０ｂをｎ型シリコン基板１の受光面のエッチングに対するエッチングマスク膜として用いてテクスチャ構造４などの凹凸構造の低反射構造を形成することができる。さらに、これらパッシベーション膜１０ａおよび耐アルカリ膜１０ｂを部分的に除去して電極形成を行うので、エッチングマスク全体を除去する工程が不要となる。

したがって、上記の方法においては、上記の特許文献１および特許文献２に記載の裏面電極型太陽電池の製造方法と比べて、ｎ型シリコン基板１の裏面の膜の形成回数を減少させることができるため、裏面電極型太陽電池の製造工程における工数を低減することができることから、裏面電極型太陽電池を効率的に製造することが可能となる。さらに、積層体１０をＡＰＣＶＤを用いずに形成することも可能なので、より生産性の向上を図ることもできる。

＜実施の形態２＞
本実施の形態においては、窒化シリコン膜を２層積層した構成を含む積層体１０を有する裏面電極型太陽電池について説明する。

上述したように、窒素含有率の低い所謂シリコンリッチの窒化シリコン膜は、耐アルカリ性が低下するものの、パッシベーション効果が向上する。また、窒化シリコン膜は、窒素含有率に応じて光学特性である屈折率が変化し、窒素含有率が低くなると屈折率が高くなることが知られている。

したがって、上記実施の形態１において、パッシベーション膜１０ａとして用いた酸化シリコン膜の膜厚を薄くしたいときには、酸化シリコン膜と窒化シリコン膜との間に、耐アルカリ膜１０ｂとなる窒化シリコン膜よりも窒素含有率が低いシリコンリッチの窒化シリコン膜を挿入すればよい。ここで、本実施の形態で追加したシリコンリッチの窒化シリコン膜は、耐アルカリ膜１０ｂとして機能するというよりも、パッシベーション膜１０ａとして機能すると言うことができるので、以下においてはパッシベーション用窒化シリコン膜というものとする。

パッシベーション用窒化シリコン膜としてはたとえばプラズマＣＶＤ法により形成したものなどを用いることができる。なお、２種類の窒素含有率が異なる窒化シリコン膜を形成するためには、たとえば、プラズマＣＶＤ法における導入ガスにおけるシラン等の少なくともシリコンを含むガスとアンモニア等の少なくとも窒素を含むガスとの流量比を変えればよい。

また、パッシベーション用窒化シリコン膜の屈折率（絶対屈折率）は２．６以上であることが好ましく、２．９以上であることがより好ましい。パッシベーション用窒化シリコン膜の屈折率（絶対屈折率）が２．６以上である場合には少数キャリアのライフタイムが長くなる傾向にあり、特に２．９以上である場合には少数キャリアのライフタイムが格段に長くなる傾向にある。

また、パッシベーション用窒化シリコン膜の膜厚は５ｎｍ以上１００ｎｍ以下であることが好ましい。パッシベーション用窒化シリコン膜の膜厚が５ｎｍ未満である場合には十分なパッシベーション効果が得られないおそれがあり、１００ｎｍを超える場合にはその後の工程であるコンタクトホールの形成が困難となるおそれがある。そのため、パッシベーション用窒化シリコン膜の膜厚は５ｎｍ以上１００ｎｍ以下であることが好ましい。

本実施の形態においては、パッシベーション膜１０ａが、基板側から酸化シリコン膜とパッシベーション用窒化シリコン膜とがこの順に積層された２層構造となるため、酸化シリコン膜の厚さをたとえば１０ｎｍ以下とすることができ、コンタクトホール形成などの後工程での生産性の向上を図ることができる。

なお、パッシベーション用窒化シリコン膜により十分なパッシベーション効果が得られる場合には、パッシベーション用窒化シリコン膜とｎ型シリコン基板１との間に酸化シリコン膜が存在しない構成としてもよい。

本実施の形態における上記以外の説明は、実施の形態１と同様であるため、その説明については省略する。

なお、上記実施の形態１，２いずれにおいても、ｎ型シリコン基板１の受光面と反射防止膜７との間にパッシベーション膜を形成してよく、パッシベーション膜としては酸化シリコン膜や窒化シリコン膜を用いることができる。受光面側のパッシベーション膜や反射防止膜の形成には、酸化シリコン膜の場合は上述の熱酸化法やＣＶＤ法を用いることができ、窒化シリコン膜の場合は上述のＣＶＤ法を用いることができる。

また、受光面側のパッシベーション膜および反射防止膜のいずれも窒化シリコン膜を用いる場合には、窒素含有率が異なる窒化シリコン膜を用いることが好ましく、屈折率が異なる窒化シリコン膜を用いることが好ましい。

より具体的には、受光面側パッシベーション膜となる窒化シリコン膜の窒素含有率が、反射防止膜として用いる窒化シリコン膜の窒素含有率よりも低いことが好ましく、受光面側パッシベーション膜となる窒化シリコン膜の屈折率（絶対屈折率）としては、上述の裏面側パッシベーション膜に用いるときと同様の理由により、２．６以上であることが好ましく、２．９以上であることがより好ましい。また、反射防止膜として用いる窒化シリコン膜の屈折率（絶対屈折率）としては、反射による太陽光の損失を低減するように、１．８以上２．３以下が好ましい。なお、膜厚について、受光面側パッシベーション膜となる窒化シリコン膜は５ｎｍ以上１０ｎｍ以下が好ましく、反射防止膜となる窒化シリコン膜の膜厚は５０ｎｍ以上１００ｎｍ以下が好ましい。

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。

本発明は、裏面電極型太陽電池および裏面電極型太陽電池の製造方法に利用することができる可能性がある。

１ｎ型シリコン基板、３エッチングペースト、４テクスチャ構造、５ｎ+層、６ｐ+層、７反射防止膜、９酸化シリコン膜、１０積層体、１０ａパッシベーション膜、１０ｂ耐アルカリ膜、１１ｐ型用電極、１１ａｐ型用集電電極、１２ｎ型用電極、１２ａｎ型用集電電極、２０アライメントマーク、１０１シリコン基板、１０３エッチングペースト、１０５ｎ+層、１０６ｐ+層、１０７反射防止膜、１０９酸化シリコン膜、１１１ｐ電極、１１２ｎ電極。

Claims

一方の表面に第１導電型不純物拡散領域および第２導電型不純物拡散領域が形成された半導体基板の前記一方の表面上にパッシベーション膜を形成する工程と、
前記パッシベーション膜上にエッチングマスク膜を形成する工程と、
前記エッチングマスク膜により前記一方の表面側をマスクした状態で前記半導体基板の前記表面とは反対側の他方の表面をエッチングする工程とを含む、裏面電極型太陽電池の製造方法。
前記エッチングする工程の後に、前記パッシベーション膜および前記エッチングマスク膜をそれぞれ部分的に除去することによって前記第１導電型不純物拡散領域の少なくとも一部および前記第２導電型不純物拡散領域の少なくとも一部をそれぞれ露出させ、該露出部分に電極を形成する工程を含むことを特徴とする、請求項１に記載の裏面電極型太陽電池の製造方法。
前記パッシベーション膜を形成する工程が、酸化シリコン膜を形成する工程を含むことを特徴とする、請求項１または２に記載の裏面電極型太陽電池の製造方法。
前記酸化シリコン膜を形成する工程においては、熱酸化法により酸化シリコン膜を形成することを特徴とする、請求項３に記載の裏面電極型太陽電池の製造方法。
前記パッシベーション膜を形成する工程が、窒化シリコン膜を形成する工程を含むことを特徴とする、請求項１から４のいずれかに記載の裏面電極型太陽電池の製造方法。
前記エッチングマスク膜を形成する工程が、窒化シリコン膜を形成する工程を含むことを特徴とする、請求項１から５のいずれかに記載の裏面電極型太陽電池の製造方法。
前記パッシベーション膜を形成する工程が窒化シリコン膜を形成する工程を含み、
前記エッチングマスク膜を形成する工程が窒化シリコン膜を形成する工程を含み、
前記パッシベーション膜を形成する工程に含まれる窒化シリコン膜を形成する工程においては、前記エッチングマスク膜を形成する工程に含まれる前記窒化シリコン膜を形成する工程で形成される窒化シリコン膜よりも窒素含有率の低い窒化シリコン膜を形成することを特徴とする、請求項１から６のいずれかに記載の裏面電極型太陽電池の製造方法。
一方の表面に第１導電型不純物拡散領域および第２導電型不純物拡散領域が形成された半導体基板の前記一方の表面上に酸化シリコン膜を形成する工程と、
前記酸化シリコン膜上に窒化シリコン膜を形成する工程と、
前記窒化シリコン膜を形成する工程の後に前記半導体基板の前記一方の表面とは反対側の他方の表面をエッチングする工程と、
前記エッチングをする工程の後に前記酸化シリコン膜および前記窒化シリコン膜を部分的に除去することによって前記第１導電型不純物拡散領域の少なくとも一部および前記第２導電型不純物拡散領域の少なくとも一部をそれぞれ露出させて該露出部分に電極を形成する工程とを含む、裏面電極型太陽電池の製造方法。
一方の表面に第１導電型不純物拡散領域および第２導電型不純物拡散領域が形成された半導体基板の前記一方の表面上に酸化シリコン膜を形成する工程と、
前記酸化シリコン膜上に第１の窒化シリコン膜を形成する工程と、
前記第１の窒化シリコン膜上に該窒化シリコン膜よりも窒素含有率が高い第２の窒化シリコン膜を形成する工程と、
前記第２の窒化シリコン膜を形成する工程の後に前記半導体基板の前記一方の表面とは反対側の他方の表面をエッチングする工程とを含む、裏面電極型太陽電池の製造方法。
前記エッチングする工程においては、前記半導体基板の前記他方の表面に凹凸構造を形成することを特徴とする、請求項１から９のいずれかに記載の裏面電極型太陽電池の製造方法。
前記エッチングする工程においては、アルカリ溶液を用いたウエットエッチングを行なうことを特徴とする、請求項１から１０のいずれかに記載の裏面電極型太陽電池の製造方法。
一方の表面に第１導電型不純物拡散領域および第２導電型不純物拡散領域が形成されると共に前記一方の表面の反対側の他方の表面に凹凸構造が形成された半導体基板と、
前記半導体基板の前記一方の表面側に複数の膜が積層された積層体とを備え、
前記積層体は、前記半導体基板側から、酸化シリコン膜と、第１の窒素シリコン膜と、該第１の窒化シリコン膜よりも窒素含有率が高い第２の窒化シリコン膜とが積層されてなる、裏面電極型太陽電池。
前記第２の窒化シリコン膜の膜厚は３０ｎｍ以上であることを特徴とする、請求項１２に記載の裏面電極型太陽電池。
一方の表面に第１導電型不純物拡散領域および第２導電型不純物拡散領域が形成されると共に前記一方の表面の反対側の他方の表面に凹凸構造が形成された半導体基板と、
前記半導体基板の前記一方の表面側に複数の膜が積層された積層体とを備え、
前記積層体は、前記半導体基板側から、酸化シリコン膜と、屈折率１．８以上２．４以下の窒素シリコン膜とが積層されてなる、裏面電極型太陽電池。
前記酸化シリコン膜の膜厚は１００ｎｍ以下であることを特徴とする、請求項１２から１４のいずれかに記載の裏面電極型太陽電池。