JP2012209316A

JP2012209316A - 太陽電池素子および太陽電池モジュール

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Publication number: JP2012209316A
Application number: JP2011071940A
Authority: JP
Inventors: Yoji Ueda; 洋士上田
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2011-03-29
Filing date: 2011-03-29
Publication date: 2012-10-25

Abstract

【課題】リーク電流の低減を図った高効率な太陽電池素子を提供する。
【解決手段】受光面となる第１面および該第１面の裏側に位置する第２面ならびに前記第１面と前記第２面とを接続する側面を有する一導電型の半導体基板と、前記第１面から前記側面および前記第２面の外周部に渡って設けられたｐｎ接合領域と、前記第２面に設けられるとともに、前記ｐｎ接合領域に隣接して配置された一導電型の集電極と、レーザーを用いて形成されるとともに、前記第２面の外周端部と前記集電極の端部との間に設けられた、前記第２面の前記ｐｎ接合領域を前記第２面の外周に沿って分離するｐｎ分離溝とを有している。前記第２面側から平面視したときに、前記集電極の端部と前記ｐｎ分離溝との間の距離Ｄ１は、前記第２面の外周端部と前記ｐｎ分離溝との距離Ｄ２よりも大きい。
【選択図】図３

Description

本発明は、太陽光発電に使用される太陽電池素子および太陽電池モジュールに関する。

近年、エネルギー問題や環境問題の深刻化に伴い、光エネルギーを直接電気エネルギーに変換する太陽電池素子を用いた太陽光発電が注目を集めている。

この太陽電池素子は、単結晶シリコン基板や多結晶シリコン基板などの半導体基板を用いて作製することが主流となっている。半導体基板を用いた太陽電池素子の製造工程では、その内部のｐ型部分とｎ型部分とを絶縁するｐｎ分離を行う必要がある。

このｐｎ分離を行う方法として、半導体基板の全面にｐｎ接合を形成した後、一主面をマスクした後、該一主面の裏面側をエッチングする方法が知られている。該方法では、一主面に耐酸レジストをスクリーン印刷法で塗布、乾燥させて一主面をマスクする工程と、一主面をマスクした半導体基板をフッ硝酸溶液に浸漬させ、一主面の裏面側をエッチングする工程とを含んでいる（特許文献１の従来の技術参照）。

またｐｎ分離を行う別の方法として、レーザーを使用する方法が提案されている（特許文献１〜５参照）。

特開平５−７５１４８号公報特開２００１−６８７００ＷＯ２００６／０８７７８６号公報ＵＳＰ４９８９０５９号公報特開２００２−１９８５４６号公報

シリコン基板を用いた太陽電池素子では、シリコン塊からシリコンインゴットを切り出すときやシリコンインゴットからスライスにより基板を切り出すとき、さらには太陽電池素子の製造工程における種々の位置決め時や太陽電池素子の保管時および移動に用いる収納容器との接触時に、基板の外周端面部分にダメージが入り易い。このような外周端面部分のダメージ領域からのリーク電流等が原因となり、完成した太陽電池素子の光電変換効率を低下させる可能性がある。

このため、上述のエッチングによりｐｎ分離を行う方法では、エッチング工程において、基板の外周端面部分のダメージ領域をも部分的にエッチングするため、リーク電流の低減は図れるが、耐酸レジストの塗布、乾燥といったマスク工程、フッ硝酸溶液でのエッチングとその後の洗浄を含むエッチング工程、および耐酸レジストの除去とその後の洗浄、基板の乾燥を含む後工程、といった多くの工数が必要であった。さらに、この方法では、工程数の増加に伴い多くの消耗部材も必要であった。

また、レーザーを用いてｐｎ分離を行う方法では、工程は簡易であるが、レーザーの照射条件によってはレーザー照射時に生じる熱の影響で、ｐ^＋層の働きが悪化し、バルク内の少数キャリヤの収集効率が低下してしまう可能性があった。すなわち太陽電池素子の裏
面側（非受光面側）においては、アルミニウムなどを用いて形成された集電極により、シリコン基板の裏面側内部にｐ＋層が形成され、内蔵電界が形成される。これにより長波長領域の光により基板の比較的裏面側で発生する少数キャリヤを受光面側へ反転させることで再結合損失を抑制しているが、レーザーを用いてｐｎ分離を行う場合、レーザーの照射条件によっては、集電極の端部に形成されたｐ^＋層が、レーザー照射に伴う熱の影響でダメージを受け、少数キャリヤの収集効率が低減する可能性があった。

本発明はこのような問題に鑑みなされたものであり、その目的は、簡易な工程で製造可能であり、基板の外周端面部分のダメージ領域でのリーク電流の低減および裏面電極付近での少数キャリヤの収集効率の向上を図った、レーザーによるｐｎ分離方法により、高効率の太陽電池素子を提供することにある。

本発明の一実施形態に係る太陽電池素子においては、受光面となる第１面および該第１面の裏側に位置する第２面ならびに前記第１面と前記第２面とを接続する側面を有する一導電型の半導体基板と、前記第１面から前記側面および前記第２面の外周部に渡って設けられたｐｎ接合領域と、前記第２面に設けられるとともに、前記ｐｎ接合領域に隣接して配置された一導電型の集電極と、レーザーを用いて形成されるとともに、前記第２面の外周端部と前記集電極の端部との間に設けられた、前記第２面の前記ｐｎ接合領域を前記第２面の外周に沿って分離するｐｎ分離溝とを有している。そして、前記第２面側から平面視したときに、前記集電極の端部と前記ｐｎ分離溝との間の距離Ｄ１は、前記第２面の外周端部と前記ｐｎ分離溝との距離Ｄ２よりも大きい。

本発明の一実施形態に係る太陽電池モジュールは、上記太陽電池素子を複数備える。

本発明の一実施形態に係る太陽電池素子によれば、基板の外周端面部分のダメージ領域によるリーク電流の低減を図るとともに、裏面電極付近での少数キャリヤの収集効率の向上を図ることができ、該太陽電池素子の光電変換効率を向上させることが可能となる。

本発明の一実施形態に係る太陽電池モジュールによれば、優れた光電変換効率を発揮することができる。

（ａ）は本発明の一実施形態に係る太陽電池素子の受光面側の外観を示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）に示す太陽電池素子の裏面側の外観を示す平面図である。（ａ）〜（ｅ）は本発明の一実施形態に係る太陽電池素子の製造工程を示す断面図である。（ａ）は本発明の一実施形態に係る太陽電池素子の角部の平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘに沿う断面図である。定点における基板の第２面の外周端部とｐｎ分離溝との距離Ｄ２とキャリヤの拡散長の関係を示すグラフである。（ａ）（ｂ）は、本発明の一実施形態に係るｐｎ分離溝の横断面形状を示す太陽電池素子の一部断面図である。（ａ）〜（ｃ）は、本発明の一実施形態に係る太陽電池素子の断面図及び一部断面図である。本発明の一実施形態に係る太陽電池素子の平面図及び一部断面図である。（ａ）は、図７のＹ−Ｙに沿う断面図であり、（ｂ）は図７のＺ−Ｚに沿う断面図である。

≪太陽電池素子について≫
＜第１の実施形態に係る太陽電池素子＞
まず、本発明の一実施形態に係る太陽電池素子を、図を用いて説明する。

図１（ａ）、（ｂ）は、本発明の第１の実施形態に係る太陽電池素子１を示すものであり、図１（ａ）は太陽電池素子１の受光面側の外観を示す平面図であり、図１（ｂ）は太陽電池素子１の裏面側の外観を示す平面図である。

太陽電池素子１は、半導体基板２、バスバー電極３、フィンガー電極４、集電極５および出力取出電極６を有している。

半導体基板２は、光が入射する側の第１面２ａと、第１面２ａと対向する第２面（裏面）２ｂと、第１面２ａと第２面（裏面）２ｂの間に位置して第１面２ａと第２面２ｂとを接続する側面２ｃと、を有する。第２面２ｂは、第１面２ａの裏側に位置する面であり、第１面２ａと略同一形状を有する。本実施形態においては、第１面２ａおよび第２面２ｂの平面形状は、ともに正方形である。そして、半導体基板２は、一導電型（例えばｐ型）を呈する。

バスバー電極３およびフィンガー電極４は、半導体基板２の第１面２ａ上に設けられ、他導電型（例えばｎ型）を呈する半導体部分と電気的に接続されている。

集電極５および出力取出電極６は、裏面２ｂ上に設けられ、一導電型（例えばｐ型）を呈する半導体部分と接続されている。

以下、同様に一導電型を呈する半導体基板２をｐ型の半導体基板２として説明する。

半導体基板２は、単結晶シリコン又は多結晶シリコンなどから成る。半導体基板２は、例えば１辺が１５０〜１６０ｍｍ程度、厚みが１５０〜２５０μｍ程度の矩形の平板である。この半導体基板２の外周表面には、ｐ型シリコンとｎ型シリコンとが接合した領域（ｐｎ接合領域）が形成されている。すなわちｐｎ接合領域は、半導体基板２の外周表面に沿って設けられており、第１面２ａから側面２ｃおよび第２面２ｂの外周部に亘って設けられている。より具体的には、ｐｎ接合領域は、第１面２ａの略全面、側面２ｃの略全面および第２面２ｂのうち集電極５が設けられていない外周部に設けられている。

図１（ａ）に示すように、第１面２ａ側の電極は、ｎ型の電極としてバスバー電極３とフィンガー電極４とを有する。バスバー電極３は、幅１ｍｍ〜３ｍｍ程度の広い幅を有しており、第１面２ａ上に、互いに略平行に２〜４本程度設けられている。そして、フィンガー電極４は、このバスバー電極３に対して略垂直に交わるように、第１面２ａ上に、２〜５ｍｍ程度のピッチで多数本設けられている。フィンガー電極４の幅は、５０〜２００μｍ程度とできる。このようなバスバー電極３、フィンガー電極４の厚みは、１０〜２０μｍ程度とできる。なお、第１面２ａの全面には、光の吸収を向上させるための反射防止膜８を形成してもよい。

図１（ｂ）に示すように、第２面２ｂ側の電極は、ｐ型の電極として集電極５と出力取出電極６とを有する。集電極５は、半導体基板２の第２面２ｂのうち外周部を除く略全面に形成されている。出力取出電極６は、２ｍｍ〜５ｍｍ程度の幅を有しており、第２面２ｂ上に、上記バスバー電極３が延びる方向と同じ方向に延びて、２〜４本程度設けられている。そして、出力取出電極６の少なくとも一部は、集電極５と電気的に当接する。出力取出電極６の厚みは、１０μｍ〜２０μｍ程度、集電極５の厚みは１５μｍ〜５０μｍ程
度とできる。

このようなフィンガー電極４、集電極５は、光発生したキャリヤを集電する役割を有している。バスバー電極３、出力取出電極６は、フィンガー電極４、集電極５で集めたキャリヤ（電力）を集め、外部に出力する役割を有している。

なお、上述したように、ｐｎ接合領域は、第２面２ｂのうち集電極５が設けられていない外周部に設けられている。したがって、第２面２ｂにおいて、集電極５は、ｐｎ接合領域に隣接して設けられている。

本実施形態においては、半導体基板２の第２面２ｂの外周端部と集電極５の端部との間に、ｐｎ分離を行うためのｐｎ分離溝７が形成されている。ｐｎ分離溝７は、第２面２ｂのｐｎ接合領域を第２面２ｂの外周に沿って分離している。

このような構成をなす太陽電池素子１においては、受光面側である第１面２ａ側から光が入射すると、半導体基板２で吸収・光電変換されて電子−正孔対（電子キャリヤおよび正孔キャリヤ）が生成される。この光励起起源の電子キャリヤおよび正孔キャリヤ（光生成キャリヤ）が上述のｐｎ接合領域の働きにより、太陽電池素子の第１面２ａと第２面２ｂに設けられた上述の電極に集められ、両電極間に電位差を生ずる。

＜太陽電池素子の製造方法＞
まず、図２（ａ）に示すように、シリコンのインゴットをスライスする等して得られる平板状の半導体基板２を準備する。この半導体基板２はｐ型の単結晶又は多結晶のシリコンから成るものを用いることができる。例えば、シリコンにボロン（Ｂ）などの不純物を微量添加することによりｐ型の導電型を呈する、比抵抗０．２〜２．０Ω・ｃｍ程度の半導体基板２を用いることができる。

より具体的には、半導体基板２は、単結晶半導体基板を用いる場合は、例えばチョクラルスキー法などの引き上げ法などによって作製される。多結晶半導体基板を用いる場合は、例えば鋳造法などによって作製されたシリコンインゴットを、ワイヤーソーなどを用いて３５０μｍ以下、より好ましくは１５０〜２５０μｍ程度の厚みにスライスして作製される。

半導体基板２の形状は、円形や正方形、矩形であってもよく、その大きさは円形では直径１００〜２００ｍｍ程度、正方形、矩形では一辺が１００〜２００ｍｍ程度のものであってもよい。いずれの形状をなす半導体基板２も、上述のように第１面２ａ、第２面２ｂと側面２ｃとを有している。

このスライス直後の半導体基板２の表面には、スライスによるダメージ層が数ミクロンから数十ミクロン程度形成されており、このダメージ層の表面にはスライス時の微細な汚染物が付着している。そのため、ダメージ層の除去と汚染物の清浄のため、半導体基板２を水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）や水酸化カリウム（ＫＯＨ）などのアルカリ性水溶液に浸漬した後、洗浄乾燥する。

その後、図２（ｂ）に示すように半導体基板２の表面全面にｎ型を呈する半導体層９（以下、ｎ層９とする）を形成する。すなわち、半導体基板２の第１面２ａから側面２ｃ、第２面２ｂに亘ってｎ層９を形成する。ｎ型化ドーピング元素としてはＰ（リン）を用いることができる。ｎ層９は、シート抵抗が３０〜１５０Ω／□程度のｎ型の層とすることができる。これによって上述のｐ型のバルク領域１０とｎ層９との間にｐｎ接合部１３が形成される。

このｎ層９の形成方法としては、例えば半導体基板２を７００〜９００℃程度に昇温して維持しながら、拡散源としてガス状態にしたＰＯＣｌ_３（オキシ塩化リン）を導入した雰囲気中で２０〜４０分程度処理する気相熱拡散法などがある。このような方法を用いることによって、ｎ層９が半導体基板２の表面に０．２〜０．７μｍ程度の深さで形成される。

その後、図２（ｃ）に示すように、半導体基板２の第２面２ｂの外周部に形成されているｐｎ接合部１３に達する以上の深さを有するｐｎ分離溝７を、第２面２ｂ上に形成してｐｎ分離を行う。

このｐｎ分離溝７は、レーザー加工やダイシング加工、ウオータージェット、または第２面２ｂのうちｐｎ分離溝７の形成位置以外のところに耐酸レジストを塗布した後にフッ酸と硝酸の混合液によりエッチングする方法などによって形成可能である。ｐｎ分離溝７の深さ等の制御のしやすさやコストの面から、レーザーによってｐｎ分離を行うことが好適である。

レーザーでｐｎ分離溝７を形成する場合は、例えばＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）レーザー（波長１０６４ｎｍ）やＳＨＧ（ｓｅｃｏｎｄｈａｒｍｏｎｉｃｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ）−ＹＡＧレーザー（波長５３２ｎｍ）、ＹＶＯ_４（イットリウム・バナデイト）レーザー（波長１０６４ｎｍ）、エキシマレーザー（波長１９３〜３５３ｎｍ）などが使用可能である。

ＹＡＧレーザーを使用する場合、その条件は、ＴＥＭ波、出力５〜３０Ｗ程度、パルス出力であって出力されたビームパルスの周波数１Ｈｚ〜１ＭＨｚ、ビームパルス幅１００フェムト秒〜１００マイクロ秒、ビームプロファイルはトップハット型とすることができる。

さらに、レーザーを使用する場合のｐｎ分離溝７の形成方法としては、半導体基板２の第２面２ｂの所定箇所へレーザーの照射位置をガルバノミラーなどで走査してレーザーを照射する方法や、レーザーの照射位置を固定した状態で半導体基板２を載置した作業テーブルをシーケンサーなどで制御されたサーボーモーターにより一定速度で移動させながら、レーザーをパルスで照射する方法などを用いることができる。

さらに、レーザーの照射によるｐｎ分離溝７の形成の際に、ｐｎ分離溝７の内周面に水蒸気をｐｎ分離溝７の内面及びその近傍に吹き付けてもよい。

すなわちレーザーの照射時または照射直後に、温度４５０〜６００℃程度、圧力０．５〜２．０ＭＰａ程度の水蒸気を、ｐｎ分離溝７の内面及びその近傍に吹き付ける。これによりレーザー加工時の熱の影響に加えて水蒸気の熱の影響も伴い、ｐｎ分離溝７の内面及びその近傍に急激にシリコン酸化膜が形成されることになる。そのため、このシリコン酸化膜のパッシベーション効果により、レーザー照射によるダメージを低減し、ｐｎ分離溝７の内面及びその近傍における少数キャリヤの拡散長を更に改善することが出来る。

さらにレーザー照射によるｐｎ分離溝７の形成時に発生する残渣が、通常より湿度を含むようになるため、重くなり、残渣の飛散を低減できる。これにより、集電極５の形成前に半導体基板２の第２面２ｂに残渣が付着することでバルク領域１０と集電極５との界面状態を悪化させたり、出力取出電極６の表面に残渣が付着して出力取出電極６に取り付けられる接続部材（接続タブ）とのハンダ付け強度を低下させたりすることを低減できる。

さらにこの水蒸気の吹き付けは、半導体基板２の内側から外側に向けて行われることが望ましい。これにより残渣は外方に向け飛散することになり、上述した残渣の半導体基板２の第２面２ｂや出力取出電極６の表面への付着を低減する効果を高めることができる。

尚、この吹き付ける水蒸気には、シリコン酸化膜の形成を促進させるために酸素を含有させても良い。

また、ｐｎ分離溝７の形成前または後に、図２（ｃ）に示すように第１面２ａに反射防止膜８を形成してもよい。反射防止膜８の材料としては、窒化シリコン膜（ＳｉＮｘ膜：ストイキオメトリなＳｉ₃Ｎ₄を中心にして組成比（ｘ）には幅がある窒化シリコン膜）、ＴｉＯ₂膜、ＳｉＯ_２膜、ＭｇＯ膜、ＩＴＯ膜、ＳｎＯ₂膜、ＺｎＯ膜などを用いることができる。反射防止膜８の厚さは、材料によって適宜選択されて、適当な入射光に対して無反射条件を実現できる厚さとすることができる。例えば、シリコンから成る半導体基板２の場合、反射防止膜８の屈折率は１．８〜２．３程度、厚みは５００〜１２００Å程度にすればよい。反射防止膜８は、プラズマＣＶＤ法、蒸着法、スパッタ法などを用いて形成することができる。

次に、図２（ｄ）に示すように、半導体基板２の第２面２ｂに集電極５を形成する。集電極５は、アルミニウムを主成分とするペーストを第２面２ｂの外周部、例えば、第２面２ｂの外周から１〜５ｍｍ程度の部分を除いて、第２面２ｂの略全面に塗布することで形成する。ペーストの塗布法としては、スクリーン印刷法などを用いることができる。この集電極５の形成に用いるペーストは、アルミニウム粉末と有機ビヒクルなどからなるものを用いることができる。該ペーストを塗布した後、温度７００〜８５０℃程度で熱処理（焼成）してアルミニウムを半導体基板２に焼き付ける。このように塗布されたアルミニウムペーストを印刷、焼成することにより、ｐ型不純物であるアルミニウムを半導体基板２の塗布部分に高濃度に拡散させることができ、第２面２ｂにも形成されているｎ層９をｐ型高濃度ドープ層（ｐ^＋層）に置き換えることができる。このようにして形成された該第２面２ｂにおけるｐ型高濃度ドープ層が集電極５となる。該集電極５は、図２（ｄ）に示すように、第２面２ｂのうち、外周部に設けられたｐｎ分離溝７よりも内側に形成される。

次に、図２（ｅ）に示すように、第１面２ａに位置する電極、すなわちバスバー電極３およびフィンガー電極４（不図示）と、第２面２ｂに位置する出力取出電極６とを形成する。

第２面２ｂの出力取出電極６は、銀を主成分とする導電ペーストを塗布することにより形成する。この銀を主成分とする導電ペーストは、例えば、銀のフィラー１００重量部に対して有機ビヒクルとガラスフリットを、それぞれ５〜３０重量部、０．１〜１５重量部配合、混練し、溶剤を用いて、５０〜２００Ｐａ・Ｓの程度の粘度に調節したものを用いることができる。

導電ペーストの塗布法としては、スクリーン印刷法などを用いることができ、塗布後所定の温度で溶剤を蒸散させて乾燥させてもよい。その後、焼成炉内にて最高温度が５００〜６５０℃で数十秒〜数十分程度焼成することにより出力取出電極６を形成する。

次に半導体基板２の第１面２ａの電極（バスバー電極３とフィンガー電極４）を形成する。このバスバー電極３とフィンガー電極４の形成においても、上述のように銀を主成分とする導電ペーストを、スクリーン印刷法などを用いて塗布、乾燥、焼成することにより形成することができる。このような工程を経て、太陽電池素子１を製造することができる。

次に、本実施形態におけるｐｎ分離溝７の構成について、図３を用いて説明する。図３（ａ）は、太陽電池素子１の角部の平面図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）におけるＸ−Ｘにおける断面図である。本実施形態に係る太陽電池素子１において、第２面２ｂ側から平面視したときに、集電極５の端部１１とｐｎ分離溝７との距離Ｄ１は、半導体基板２の外周端部１４とｐｎ分離溝７との距離Ｄ２よりも大きいことを特徴とする。

より具体的には、図３（ｂ）に示すように、距離Ｄ１は、集電極５の端部１１とｐｎ分離溝７の幅方向の中心線１２との距離であり、距離Ｄ２は、基板２の外周端部１４とｐｎ分離溝７の幅方向の中心線１２との距離である。

なお、ここでいうｐｎ分離溝７の幅方向とは、図３（ａ）（ｂ）に示すように、第２面２ｂ側からみたときの、側面２ｃに直交する方向である。また、ｐｎ分離溝７の幅方向の中心線１２は、ｐｎ分離溝７の開口部における幅方向の中心線である。

本実施形態においては、距離Ｄ１および距離Ｄ２が上述の関係を有することで、レーザーを用いてｐｎ分離溝７を形成する際に、集電極５の端部に形成されたｐ^＋層へのダメージの低減及び照射熱による第２面２ｂの外周端部１４近傍における少数キャリヤの拡散長の改善が図れる。

また、図４は、本実施形態において、距離Ｄ２の値を変化させて少数キャリヤの拡散長を測定することで得られた、距離Ｄ２と少数キャリヤの拡散長との関係を示すグラフである。具体的には、半導体基板２として大きさ約１５６ｍｍ角、厚さ約０．２ｍｍの多結晶シリコン基板を用い、ｎ層９として半導体基板２の表面に０．４μｍ程度の深さで形成されたｎ型半導体層を用い、反射防止膜８として、屈折率２．０程度、厚み８００Å程度の窒化シリコン膜を用いた太陽電池素子１について、少数キャリヤの拡散長を測定した。距離Ｄ２の値として、０．２ｍｍ〜１．０ｍｍまでの範囲で異なる９つの値を各々有する太陽電池素子１について、測定した。なお、少数キャリヤの拡散長は、半導体基板２の外周端部１４から約０．１ｍｍ離れた位置のＬＢＩＣ（ＬａｓｅｒＢｅａｍＩｎｄｕｃｅｄＣｕｒｒｅｎｔ）法で、波長８４６ｎｍ、９５１ｎｍ、９７６ｎｍのレーザー光を照射しながら走査することで測定した。

これより、距離Ｄ２が０．６ｍｍ以下であると、半導体基板２の外周端部１４付近の拡散長が大きくなっていることがわかる。これは半導体基板２の外周端部１４近傍に存在するダメージ層の拡散長が、ｐｎ分離溝７形成時のレーザー照射による熱的な影響で改善されたためと考えられる。すなわち、レーザー照射による熱的な影響により、第２面２ｂや側面２ｃに形成されているシリコン酸化膜によるパッシベーション効果が顕著になったものと考えられる。

このように、距離Ｄ２を０．６ｍｍ以下とすることにより、半導体基板２の外周端部１４付近の拡散長の改善効果が高まるため、太陽電池素子１の変換効率の向上がさらに図れる。

＜第２及び第３の実施形態に係る太陽電池素子＞
次に、本発明の第２、第３の実施形態に係る太陽電池素子２０、３０について、図５（ａ）（ｂ）を用いて、説明する。図５（ａ）（ｂ）は、太陽電池素子２０、３０を示す一部断面図であって、太陽電池素子１のｐｎ分離溝７近傍の断面図である図３（ｂ）に対応する。太陽電池素子２０、３０は、各々、太陽電池素子１とｐｎ分離溝７の形状において異なる。ここで、太陽電池素子１と同様の構成については、説明を省略する。

第２の実施形態に係る太陽電池素子２０のｐｎ分離溝７は、図５（ａ）に示すように、第２面２ｂに垂直な横断面形状において、底部から側面にかけて曲線部７ａを有する。図５（ａ）に示すように、本実施形態におけるｐｎ分離溝７は、底部から内周側に位置する側面及び外周側に位置する側面にかけて曲線部７ａを有している。

レーザーを照射してｐｎ分離溝７を形成する際、ｐｎ分離溝７の周辺部は高温になる。そのため、ｐｎ分離溝７の内周面近傍には、シリコンが溶融してその後固化した高濃度不純物領域が発生しやすい。この溶融して固化した高濃度不純物領域は、溶融の際にｎ層９やｐ型バルク領域１０の不純物に加えてｐｎ分離溝７の形成時の不純物も含まれる。そのため、該高濃度不純物領域は、導電率の高いものとなっており、太陽電池素子のリーク電流を増加させる可能性がある。

そこで、本実施形態においては、上述したように、ｐｎ分離溝７は、第２面２ｂに垂直な横断面形状において、底部から内側面にかけて曲線部７ａを有している。これにより、ｐｎ分離溝７の内周面において、この溶融して固化した高濃度不純物領域の一端部から他端部までの距離を長くすることができる。その結果、太陽電池素子２０のリーク電流の増加を低減することができ、更なる変換効率の向上が図れる。このような形状を有するｐｎ分離溝７は、ＹＡＧレーザーを使用することによって形成可能であり、その場合、出力を１０Ｗ以上とすればよい。

さらに、第３の実施形態に係る太陽電池素子３０においては、図５（ｂ）に示すように、ｐｎ分離溝７の深さは、第２面２ｂの外周端部から内方に向かって小さくなっている。すなわち、ｐｎ分離溝７は、第２面２ｂに垂直な横断面形状において、第２面２ｂの外周端部から内方に向かって深さが浅くなるように形成されている。より具体的には、図５（ｂ）に示すように、ｐｎ分離溝７は、内周側の深さＤ_ｉｎが外周側の深さＤ_ｏｕｔよりも小さくなるよう形成されている。

このような構成により、製造工程時にダメージ領域がより形成されやすい外周端部側の溝深さを大きくして、外周端部において好適にリーク電流の低減を図るとともに、内方側の溝深さを小さくして、内方側において発生する残渣の量を低減して集電極５への残渣の付着を低減することができる。その結果、リーク電流の増加を低減する効果がより一層高まる。このような形状を有するｐｎ分離溝７も、ＹＡＧレーザーを使用することにより形成可能であり、その場合、出力を１２Ｗ以上とすればよい。

＜第４、第５及び第６の実施形態に係る太陽電池素子＞
次に、本発明の第４、第５及び第６の実施形態に係る太陽電池素子４０、５０、６０について説明する。図６（ａ）（ｂ）は、太陽電池素子４０、５０の断面図であり、図６（ｃ）は太陽電池素子６０のｐｎ分離溝７近傍を示す一部断面図である。太陽電池素子４０、５０、６０は、反射防止膜８の構成において、太陽電池素子１と異なる。

図６（ａ）に示すように、第４の実施形態に係る太陽電池素子４０においては、反射防止膜８が半導体基板２の第１面２ａのみでなく側面２ｃにも設けられている。本実施形態は、側面２ｃに反射防止膜８ａを設けたことにより、側面２ｃの結晶粒界やダメージ層に対するパッシベーション効果が得られる。

このように側面２ｃに反射防止膜８ａを設けることは、例えば、回り込みの効果が大きいプラズマＣＶＤにより反射防止膜８、８ａの成膜を行うことで可能である。

さらに、第５の実施形態に係る太陽電池素子５０においては、反射防止膜８は、図６（ｂ）に示すように、半導体基板２の第１面２ａ、側面２ｃに加え、第２面２ｂの外周領域
２ｂ１にも設けられている。すなわち、太陽電池素子４０と比べて、第２面２ｂのうち、第２面２ｂの端部からｐｎ分離溝７までの外周部２ｂ１領域にも反射防止膜８ｂが設けられている。これにより、この部分にもパッシベーション効果が得られる。その結果、変換効率の更なる向上が図れる。

このような外周領域２ｂ１に反射防止膜８ｂを設けることは、例えば、平行平板型のプラズマＣＶＤにおいて、発生したプラズマが半導体基板２の第２面２ｂ側に回り込むようにして反射防止膜８の成膜を行うことで可能である。発生したプラズマが半導体基板２の第２面２ｂ側に回り込むようにするには、半導体基板２を載置するためのサセプターのうち該半導体基板２を置く位置の外周部に凹部を形成することにより可能である。

更に、第６の実施形態に係る太陽電池素子６０においては、図６（ｃ）に示すように、第一面２ａと側面２ｃと第２面２ｂの外周領域２ｂ１に加え、ｐｎ分離溝７の内周面にも反射防止膜８ｃが形成されている。このようにｐｎ分離溝７の内周面に反射防止膜８ｃを設けることにより、ｐｎ分離溝７の内周面にパッシベーション効果が得られ、リーク電流の増加を低減することが可能となる。

このようなｐｎ分離溝７の内周面に反射防止膜８ｃを設けることは、例えば、平行平板型のプラズマＣＶＤにおいて、発生したプラズマが半導体基板２の第２面２ｂ側のｐｎ分離溝７までに回り込むようにして反射防止膜８の成膜を行うことで可能である。発生したプラズマが半導体基板２の第２面２ｂ側のｐｎ分離溝７までに回り込むようにするには、半導体基板２を載置するためのサセプターのうち該半導体基板２を置く位置の外周部分に、ｐｎ分離溝７に達する位置まで凹部を形成することにより可能である。

なお、上述の反射防止膜８、８ａ、８ｂ、８ｃは、パッシベーション効果の大きい窒化シリコンからなる膜を用いることができる。そして、反射防止膜８ａ、８ｂ、８ｃはパッシベーション効果が得られれば、各々、第１面２ａに形成される反射防止膜８と膜質、膜厚が互いに異なるものであってもよい。

たとえば、反射防止膜８ｃの厚みＷｃは、反射防止膜８ａの厚みＷａおよび反射防止膜８ｂの厚みＷｂよりも小さくてもよい。また、反射防止膜８ｂの厚みＷｂは、反射防止膜８ａの厚みＷａよりも小さくてもよい。

また、ｐｎ分離溝７の形成は、上述のようにｎ層９の形成直後に限定されるものではなく、ｎ層９の形成後であれば、例えばバスバー電極３とフィンガー電極４の形成後に行うことも可能である。

＜第７の実施形態に係る太陽電池素子＞
次に、本発明の第７の実施形態に係る太陽電池素子７０について説明する。図７は、太陽電池素子７０の角部の平面図であり、図８（ａ）は、図７のＹ−Ｙに沿う断面図であり、図８（ｂ）は、図７のＺ−Ｚに沿う断面図である。太陽電池素子７０は、ｐｎ分離溝７の構成において、太陽電池素子１と異なる。

図７に示すように、太陽電池素子７０におけるｐｎ分離溝７は、第２面２ｂの一辺に沿って設けられた第１部分７１と、第２面２ｂの角部に対応して設けられた第２部分７２とを有している。

ここで、角部に対応する第２部分７２とは、図７に示すように、例えば、以下のように規定できる。すなわち、図７に示すように、ｐｎ分離溝７の角部を形成する２つの直線状の第１部分７１の仮想延長線と第２面２ｂの外周端部との交点を点ｐ７１１、点ｐ７１２
とする。そして、平面視して、コーナーｃから点ｐ７１１および点ｐ７１２までの距離を各々ｄ７１１、ｄ７１２とする。また、コーナーｃから2倍のｄ７１１、ｄ７１２だけ離れた点を各々、点ｐ７１３、点ｐ７１４とする。このとき、第２部分７２は、ｐｎ分離溝７のうち、コーナーｃから点ｐ７１３及び点ｐ７１４までに対応する部分をいう。すなわち、図７においては、第２部分７２は、第２面２ｂの外周に沿って形成されたｐｎ分離溝７のうち破線で囲まれた部分である。

そして、本実施形態においては、図８（ａ）及び（ｂ）に示すように、この第２部分７２の深さｄ２は、第１部分７１の深さｄ１よりも大きくなっている。このような構成により、スライス工程や位置決め工程など種々の製造工程においてダメージ領域が形成されやすい角部におけるリーク電流の低減効果が高まり、角部における少数キャリヤの拡散長の改善をより一層図ることができる。これにより、変換効率の向上が図れる。

なお、第１部分７１の深さｄ１は、図８（ａ）に示すように、例えば、第２面２ｂに垂直な断面における第１部分７１の最大深さとできる。より具体的には、第１部分７１の深さｄ７１は、例えば、第２面２ｂに垂直な方向における、第２面２ｂの表面から第１部分７１の底部までの距離であってもよい。また、第２部分７２の深さｄ７２についても、図８（ｂ）に示すように、第１部分７１の深さｄ７１と同様に規定できる。

またさらに、本実施形態においては、上述の深さの大小関係を備えるとともに、平面視したときに、第２部分７２の幅Ｗ７２は、第１部分７１の幅Ｗ７１よりも大きい。このような構成により、角部におけるリーク電流の低減がさらに図れる。

すなわち、シリコンインゴットから基板を切り出すときや太陽電池素子の製造工程において、基板２のコーナーｃ近傍部分は特にダメージが入りやすい部分であるため、この部分に他の部分より深さｄ２及び幅Ｗ７２ともに大きなｐｎ分離溝７（第２部分７２）を形成することにより、ダメージ層の拡散長の改善の効果をより確実なものとすることができる。

このようなｐｎ分離溝７の形成は、例えば、レーザーの照射位置を固定した状態で基板２を載置した作業テーブルをシーケンサーなどで制御されたサーボーモーターにより移動させながら、レーザーを照射する方法において、第２部分７２におけるレーザー照射時に作業テーブルに移動速度を遅くすること等により形成可能である。

なお、第１部分７１の幅Ｗ７１は、図７に示すように、第２面２ｂ側から平面視したときに、ｐｎ分離溝７の幅方向における寸法であり、具体的には、側面２ｃに垂直な方向における、ｐｎ分離溝７の寸法である。そして、第２部分７２の幅Ｗ７２は、第２面２ｂ側から平面視したときに、角部の垂直二等分線に沿う方向における、ｐｎ分離溝７の寸法である。

≪太陽電池モジュールについて≫
次に、本発明の一実施形態に係る太陽電池モジュールについて説明する。
本実施形態に係る太陽電池モジュールは、上述した太陽電池素子１を複数備える。より具体的には、太陽電池モジュール１において、複数の太陽電池素子１は、互いに直列または並列に電気的に接続されている。そして、電気的に接続された複数の太陽電池素子１のうち、両端側に位置する２つの太陽電池素子１は、外部へ出力するための端子ボックス等に接続されている。このような太陽電池モジュールを複数個組み合わせることで、実用的な電気出力の取出しが可能となる。

本実施形態に係る太陽電池モジュールは、上述した太陽電池素子１を備えるため、リー
ク電流の低減および裏面電極付近での少数キャリヤの収集効率の向上が図れる。その結果、高効率の太陽電池モジュールとなる。

以上、本発明に係るいくつかの実施形態について例示したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない限り任意のものとすることができることは言うまでもない。

１、２０、３０、４０、５０、６０、７０；太陽電池素子
２ａ；第１面
２ｂ；第２面
２ｂ１；第２面の外周部
２ｃ；側面
３；バスバー電極
４；フィンガー電極
５；集電極
６；出力取出電極
７；ｐｎ分離溝
７１；第１部分
７２；第２部分
８：第１面の反射防止膜
８ａ；側面に設けられた反射防止膜
８ｂ；第２面の外周部に設けられた反射防止膜
８ｃ；ｐｎ分離溝の内周面に設けられた反射防止膜
９；ｎ層
１０；バルク領域
１１；集電極の端部
１２；ｐｎ分離溝の幅方向の中心線
１３；側面のｐｎ接合部
２０、３０、４０、５０、６０；太陽電池素子
Ｄ１；集電極の端部とｐｎ分離溝との距離
Ｄ２；基板の外周端部とｐｎ分離溝との距離
ｄ１；第１部分の深さ
ｄ２；第２部分の深さ
Ｗ１；第１部分の幅
Ｗ２；第２部分の幅

Claims

受光面となる第１面および該第１面の裏側に位置する第２面ならびに前記第１面と前記第２面とを接続する側面を有する一導電型の半導体基板と、
前記第１面から前記側面および前記第２面の外周部に渡って設けられたｐｎ接合領域と、前記第２面に設けられるとともに、前記ｐｎ接合領域に隣接して配置された一導電型の集電極と、
レーザーを用いて形成されるとともに、前記第２面の外周端部と前記集電極の端部との間に設けられた、前記第２面の前記ｐｎ接合領域を前記第２面の外周に沿って分離するｐｎ分離溝とを有しており、
前記第２面側から平面視したときに、前記集電極の端部と前記ｐｎ分離溝との間の距離Ｄ１は、前記第２面の外周端部と前記ｐｎ分離溝との距離Ｄ２よりも大きい、太陽電池素子。
前記第１面および前記側面に設けられた反射防止膜をさらに備える、請求項１に記載の太陽電池素子。
前記反射防止膜は、前記第２面のうち前記第２面の外周端部から前記ｐｎ分離溝までの外周領域にも設けられている、請求項２に記載の太陽電池素子。
前記ｐｎ分離溝は、前記第２面に垂直な横断面形状において、底部から側面にかけて曲線部を有する、請求項１乃至３のいずれかに記載の太陽電池素子。
前記ｐｎ分離溝の深さは、前記第２面の外周端部から内方に向って小さくなっている、請求項１乃至４のいずれかに記載の太陽電池素子。
前記第２主面は、平面視で多角形状であり、
前記ｐｎ分離溝は、前記第２主面の前記多角形の一辺に沿って設けられた第１部分と、前記第２主面の前記多角形の角部に対応して設けられた第２部分とを有しており、
前記第２部分の深さｄ２は、前記第１部分の深さｄ１よりも大きい、請求項１乃至５のいずれかに記載の太陽電池素子。
前記第２面側から平面視したときに、前記第２部分の幅Ｗ２は、前記第１部分の幅Ｗ１よりも大きい、請求項６に記載の太陽電池素子。
請求項１乃至７のいずれかに記載の太陽電池素子を複数備えた太陽電池モジュール。