JP2012243797A - 太陽電池の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】簡略なプロセスで光電変換効率に優れたヘテロ接合型バックコンタクト構造の太陽電池を製造可能なヘテロ接合型バックコンタクト太陽電池の製造方法を得ること。
【解決手段】結晶系半導体基板１の一面側に、第１導電型のアモルファス系半導体膜４ａを形成し、アモルファス系半導体膜４ａの一部をレーザ照射により除去して所定のパターンを形成し、所定のパターン上に第１電極７を形成し、基板１の一面側の全面に第２導電型のアモルファス系半導体膜４ｂを形成し、基板１の一面側において所定のパターンの形成されていない領域に形成されたアモルファス系半導体膜４ｂ上に第２電極８を形成し、基板１の一面側において第１電極７と第２電極８との間の領域に残存する膜の一部を、第１電極７と第２電極８とをマスクに用いたエッチングまたはレーザ照射により除去して第１電極７と第２電極８とを電気的に分離する。
【選択図】図１
【解決手段】結晶系半導体基板１の一面側に、第１導電型のアモルファス系半導体膜４ａを形成し、アモルファス系半導体膜４ａの一部をレーザ照射により除去して所定のパターンを形成し、所定のパターン上に第１電極７を形成し、基板１の一面側の全面に第２導電型のアモルファス系半導体膜４ｂを形成し、基板１の一面側において所定のパターンの形成されていない領域に形成されたアモルファス系半導体膜４ｂ上に第２電極８を形成し、基板１の一面側において第１電極７と第２電極８との間の領域に残存する膜の一部を、第１電極７と第２電極８とをマスクに用いたエッチングまたはレーザ照射により除去して第１電極７と第２電極８とを電気的に分離する。
【選択図】図１
Description
本発明は、太陽電池の製造方法に関する。
太陽電池の広範な普及においては、太陽電池の低コスト化が非常に大きな課題となっている。太陽電池の製造コストを下げるためには、使用原材料の低コスト化や、製造プロセスの簡略化による低コスト化とともに、高効率化による低コスト化も大きな方策の一つである。
太陽電池の高効率化のために様々な手法が研究開発されているが、大別すると太陽光をできるだけ多く太陽電池内に取り込む手法、太陽電池に入射した光で発生したキャリアの結晶中や結晶表面での消滅をできるだけ抑制する手法などがある。
太陽光をできるだけ多く太陽電池内に取り込むためには、太陽光の影となる表面電極をできる限り細くすることが重要であり、究極的には表面に電極を配置しない、いわゆるバックコンタクト構造が開発されている。
また、結晶表面でのキャリアの消滅（再結合）を抑制するためには結晶表面にパッシベーションを施す必要があり、一般的にはシリコン酸化膜、シリコン窒化膜、酸化アルミニウム膜などが単独、あるいは積層されて用いられる。また、アモルファスシリコン膜によるヘテロ接合構造も表面パッシベーションに優れた効果を発揮することが知られている。
表面に電極を配置しないバックコンタクト構造では、結晶シリコン太陽電池が作られたごく初期の１９５４年に既に裏面側にプラス、マイナス両電極を配置した構造が採用され４％程度の光電変換効率が得られている（たとえば、非特許文献１参照）。また、高効率という観点では、１９８６年にSintonらが報告した裏面ポイントコンタクト型セルでは、２２％を超える高い光電変換効率が得られている（たとえば、非特許文献２参照）。
一方、アモルファスシリコンによるヘテロ接合構造太陽電池については、例えばｎ型結晶シリコン基板上にｐ型アモルファスシリコンを堆積して接合を形成する際に、両者の間にｉ型（真性）アモルファスシリコン層を挿入することにより表面再結合を大きく抑制することができ、太陽電池特性が向上する方法が開示されている（たとえば、特許文献１参照）。この方法を応用した太陽電池では、７００ｍＶを超える高い開放電圧（Ｖｏｃ）とともに光電変換効率も２３％を実現できている。
このように高効率化を図る方法としてバックコンタクト構造およびアモルファスシリコンによるヘテロ接合構造の採用は、太陽電池開発の大きな流れの一つであり、さらにこれらを組み合わせたヘテロ接合型バックコンタクト構造セルも開発が進められている。
F. M. Smith, "History of Silicon Solar Cells" IEEE Transactions on Electron Devices, Vol ED-23, pp640-3, 1976
R. A. Sinton, Y. Kwark, J. Y. Gan, R. M. Swanson, "27.5-Percent Silicon Concentrator Solar Cells", IEEE Electron Device Letters, Vol.EDL-7, No.10, October 1986, pp567-569
M. Tucci, "Back Enhanced Heterostructure with INterDigitated contact-BEHIND-solar cell", International Conference on Electronic Materials (IUMRS-ICEM), Sydney, Australia, July 28-Aug 1, 2008
しかしながら、開発が進められているヘテロ接合型バックコンタクト構造セルは、両者の利点を持ち合わせたものとなることを期待されているものの、未だに１５％程度の光電変換効率に留まっている（たとえば、非特許文献３参照）。
ここで、従来のヘテロ接合型バックコンタクト構造の太陽電池について簡単に説明する。従来のヘテロ接合型バックコンタクト構造の太陽電池は、例えばｎ型シリコン基板の受光面側に、ｉ型アモルファスシリコン膜と反射防止膜とが設けられている。また、ｎ型シリコン基板の受光面と反対の面（裏面）側には、ｉ型アモルファスシリコン膜が形成されている。そして、このｉ型アモルファスシリコン膜上において、一部の領域にｐ型アモルファスシリコン膜とｐ型電極とが積層され、他の一部の領域にｎ型アモルファスシリコン膜とｎ型電極とが積層され、これらが電気的に分離されている。
つぎに、従来のヘテロ接合型バックコンタクト構造セルの製造プロセスを説明する。ｎ型シリコン基板の表面を清浄化するための前処理を行った後、ｎ型シリコン基板の両面にｉ型アモルファスシリコン膜をプラズマＣＶＤ法により堆積する。つぎに、反射防止膜を光入射側のｉ型アモルファスシリコン上に形成する。
つぎに、ｎ型シリコン基板の裏面の全面にｐ型のアモルファスシリコン膜をプラズマＣＶＤ法により堆積する。つぎに、ｐ型のアモルファスシリコン膜上にレジストを塗布し、例えば写真製版技術を用いてレジストをパターニングして、第１のレジストパターンを形成する。つぎに、第１のレジストパターンをマスクにして、ｎ型シリコン基板の裏面のｉ型アモルファスシリコン膜とｐ型のアモルファスシリコン膜とをエッチングしてｎ型シリコン基板の裏面を露出させる。
つぎに、第１のレジストパターンを残した状態でｎ型シリコン基板の裏面側に、２回目となるｉ型アモルファスシリコン膜と、ｎ型アモルファスシリコン膜とを順次堆積する。つぎに、再びレジストを塗布し、写真製版技術を用いてレジストをパターニングして、第２のレジストパターンを形成する。第２のレジストパターンは、先にｎ型シリコン基板の裏面を露出させた領域に堆積したｎ型アモルファスシリコン膜上のみに残存するパターンとされる。
つぎに、第２のレジストパターンをマスクとしてｉ型アモルファスシリコン膜とｎ型アモルファスシリコン膜とをエッチングする。このとき、第１のレジストパターンもマスクとして機能し、また、ｎ型シリコン基板がエッチングストッパとして機能する。これにより、第１のレジストパターンの下部にはｉ型アモルファスシリコンとｐ型アモルファスシリコンとが、第２のレジストパターンの下部にはｉ型アモルファスシリコン膜とｎ型アモルファスシリコン膜とが残存する。また、第１のレジストパターンと第２のレジストパターンとのどちらにも覆われていない領域は、ｎ型シリコン基板までエッチングが進み、ｎ型シリコン基板が露出する。
その後、第１のレジストパターンと第２のレジストパターンとを除去し、ｐ型アモルファスシリコン層上にｐ型電極を形成し、ｎ型アモルファスシリコン層上にｎ型電極を形成することで、ヘテロ接合型バックコンタクト構造セルが作製できる。
しかしながら、上述したように従来のヘテロ接合型バックコンタクト構造セルの製造プロセスでは、写真製版技術を２回使用する必要があるためプロセスが複雑になり、また製造コストが高くなる、という問題があった。また、太陽電池特性が写真製版技術における位置合せ精度によって左右され、良好な太陽電池特性が得られにくい、という問題があった。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、簡略なプロセスで光電変換効率に優れたヘテロ接合型バックコンタクト構造の太陽電池を製造可能な太陽電池の製造方法を得ることを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる太陽電池の製造方法は、太陽電池の製造方法であって、結晶系半導体基板の一面側に、第１導電型のアモルファス系半導体膜を形成する第１工程と、前記第１導電型のアモルファス系半導体膜の一部をレーザ照射により除去して所定のパターンを形成する第２工程と、前記所定のパターン上に第１電極を形成する第３工程と、前記第１電極を形成した前記結晶系半導体基板の一面側の全面に第２導電型のアモルファス系半導体膜を形成する第４工程と、前記結晶系半導体基板の一面側において前記所定のパターンの形成されていない領域に形成された前記第２導電型のアモルファス系半導体膜上に第２電極を形成する第５工程と、前記結晶系半導体基板の一面側において前記第１電極と前記第２電極との間の領域に残存する膜の一部を、前記第１電極と前記第２電極とをマスクに用いたエッチングまたはレーザ照射により除去して前記第１電極と前記第２電極とを電気的に分離する第６工程と、を含むことを特徴とする。
本発明によれば、簡略なプロセスで光電変換効率に優れたヘテロ接合型バックコンタクト構造の太陽電池を製造可能である、という効果を奏する。
以下に、本発明にかかる太陽電池の製造方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は以下の記述に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。また、以下に示す図面においては、理解の容易のため、各部材の縮尺が実際とは異なる場合がある。各図面間においても同様である。
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１にかかる太陽電池の製造方法により形成された太陽電池の構造を模式的に示す断面図である。実施の形態１にかかる太陽電池１００は、結晶系半導体基板であるｎ型シリコン基板１を有する。ｎ型シリコン基板１の受光面側には、真性（ｉ型）アモルファスシリコン膜２と反射防止膜３とが設けられている。ｎ型シリコン基板１の受光面と反対の面（裏面）側には、真性（ｉ型）アモルファス系半導体膜である真性（ｉ型）アモルファスシリコン膜４ａと、真性（ｉ型）アモルファス系半導体膜である真性（ｉ型）アモルファスシリコン膜４ｂと、ｐ型アモルファスシリコン膜５と、ｎ型アモルファスシリコン膜６と、ｐ型電極７と、ｎ型電極８とが設けられている。
図１は、本発明の実施の形態１にかかる太陽電池の製造方法により形成された太陽電池の構造を模式的に示す断面図である。実施の形態１にかかる太陽電池１００は、結晶系半導体基板であるｎ型シリコン基板１を有する。ｎ型シリコン基板１の受光面側には、真性（ｉ型）アモルファスシリコン膜２と反射防止膜３とが設けられている。ｎ型シリコン基板１の受光面と反対の面（裏面）側には、真性（ｉ型）アモルファス系半導体膜である真性（ｉ型）アモルファスシリコン膜４ａと、真性（ｉ型）アモルファス系半導体膜である真性（ｉ型）アモルファスシリコン膜４ｂと、ｐ型アモルファスシリコン膜５と、ｎ型アモルファスシリコン膜６と、ｐ型電極７と、ｎ型電極８とが設けられている。
この太陽電池１００においては反射防止膜３側が受光面とされ、太陽光Ｌが入射される。太陽電池１００は、ｐ型電極７およびｎ型電極８が、太陽電池１００の裏面側にのみ配されたヘテロ構造バックコンタクト型太陽電池である。これにより、太陽電池１００は、光電変換効率の向上が図られている。
ｎ型シリコン基板１は、例えばｎ型のドーパント（例えばＰ（リン））がドープされてなることでｎ型の導電型を呈する結晶系シリコン基板である。結晶系シリコン基板には、単結晶シリコン基板および多結晶シリコン基板を含む。
ｉ型アモルファスシリコン膜２は、ｎ型シリコン基板１の受光面を被覆して積層形成されており、ｎ型シリコン基板１の受光面側の基板表面におけるキャリア再結合を抑制する表面パッシベーション層として働く。このようなｉ型アモルファスシリコン膜２を形成することで、ｎ型シリコン基板１へのパッベーション効果が得られ、開放電圧や短絡電流密度が向上するという効果が得られる。
反射防止膜３は、ｉ型アモルファスシリコン膜２を被覆して形成されており、受光面側から太陽電池１００に入射する光の反射損失の低減を目的として設けられる層である。また、反射防止膜３は、ｎ型シリコン基板１の保護層としても機能も有する。
ｉ型アモルファスシリコン膜４ａおよびｉ型アモルファスシリコン膜４ｂは、ｎ型シリコン基板１の裏面の一部領域を被覆して積層形成されており、ｎ型シリコン基板１の裏面の基板表面におけるキャリア再結合を抑制する裏面パッシベーション層として働く。
ｐ型アモルファスシリコン膜５は、ｉ型アモルファスシリコン膜４ａ上に形成されており、ｉ型アモルファスシリコン膜４ａを介してｎ型シリコン基板１とｐｎ接合を形成する。
ｎ型アモルファスシリコン膜６は、ｐ型アモルファスシリコン膜５が形成されていないｉ型アモルファスシリコン膜４ｂ上に形成されており、ｎ型シリコン基板１よりもｎ型のドーパント（例えばＰ）を高濃度に含有する。
ｐ型電極７は、発電された電力を外部に取り出すための取り出し電極であり、ｐ型アモルファスシリコン膜５上に形成されている。ｎ型電極８は、発電された電力を外部に取り出すための取り出し電極であり、ｎ型アモルファスシリコン膜６上に形成されている。
つぎに、このような太陽電池１００の製造方法の一例について図２−１〜図２−７を参照して説明する。図２−１〜図２−７は、実施の形態１にかかる太陽電池の製造方法を説明するための断面図である。
まず、半導体基板として、ｎ型ドーパント原子としてＰを所定の濃度で含有するｎ型シリコン基板１を用意する。ｎ型シリコン基板１は、溶融したシリコンを冷却固化してできたインゴットをワイヤーソーでスライスして製造するため、表面にスライス時のダメージが残っている。そこで、まずはこのダメージ層の除去も兼ねて、ｎ型シリコン基板１を酸または加熱したアルカリ溶液中、例えば水酸化ナトリウム水溶液に浸漬して表面をエッチングすることにより、シリコン基板の切り出し時に発生してｎ型シリコン基板１の表面近くに存在するダメージ領域を取り除く。このあと、光の反射率をさらに低下させるため、表面に凹凸形状を作製するエッチング工程を入れてもよく、その場合にはさらに性能の高い太陽電池を得ることができる。
つぎに、ｎ型シリコン基板１の両面にプラズマＣＶＤ法によりｎ型シリコン基板１の一面側にｉ型アモルファスシリコン膜２を、ｎ型シリコン基板１の裏面側にｉ型アモルファスシリコン膜４ａを形成する。つぎに、ｎ型シリコン基板１の裏面の全面にプラズマＣＶＤによりｐ型アモルファスシリコンを堆積して、ｐ型アモルファスシリコン膜５を形成する。さらに、ｎ型シリコン基板１の受光面側にプラズマＣＶＤ法により例えば窒化シリコン（ＳｉＮ）を堆積して、ｉ型アモルファスシリコン膜２上に反射防止膜３を形成する（図２−１）。なお、反射防止膜の材料はこれに限定されず、公知のものを使用可能である。
つぎに、ｎ型シリコン基板１の裏面側において、ｎ型電極８を形成するための領域に堆積したｉ型アモルファスシリコン膜４ａおよびｐ型アモルファスシリコン膜５を例えばレーザ照射によるパターニングにより除去し、開口部１１を形成する（図２−２）。ここでのパターニングは、ｎ型電極８を形成するための領域を開口し、ｐ型電極７を形成するための領域が残存する所定のパターンとされる。
つぎに、ｎ型シリコン基板１の裏面側において、ｐ型アモルファスシリコン膜５上にｐ型電極７を形成する（図２−３）。ｐ型電極７の形成は、例えばスクリーン印刷法により電極材料ペーストを印刷、乾燥し、その後焼成することにより行う。
つぎに、ｎ型シリコン基板１の裏面側に、再度プラズマＣＶＤ法によりｉ型アモルファスシリコンを堆積して、ｉ型アモルファスシリコン膜４ｂを形成する。さらに、ｎ型シリコン基板１の裏面側に、プラズマＣＶＤ法によりｎ型アモルファスシリコンを堆積して、ｉ型アモルファスシリコン膜４ｂ上にｎ型アモルファスシリコン膜６を形成する（図２−４）。
つぎに、ｎ型シリコン基板１の裏面側において、開口部１１内のｎ型アモルファスシリコン膜６上にｎ型電極８を形成する（図２−５）。すなわち、ｉ型アモルファスシリコン膜４ａおよびｐ型アモルファスシリコン膜５のパターンが形成されていない領域のｎ型アモルファスシリコン膜６上にｎ型電極８を形成する。ｎ型電極８の形成は、例えばスクリーン印刷法により電極材料ペーストを印刷、乾燥し、その後焼成することにより行う。
つぎに、ｎ型シリコン基板１の裏面側において、ｐ型電極７とｎ型電極８との間の領域に残存する膜の一部を除去して、ｐ型領域とｎ型領域の間を分離する。例えばｎ型シリコン基板１の裏面側において、ｐ型電極７および型電極８をエッチングマスクとしてウエットエッチングを行うことにより、ｐ型電極７およびｎ型電極８により覆われた領域を除いてｎ型アモルファスシリコン膜６およびｉ型アモルファスシリコン膜４ｂを除去して、ｐ型電極７とｎ型電極８とを電気的に分離する（図２−６）。
以上のような工程を実施することにより、図１に示す本実施の形態にかかる太陽電池１００を作製することができる。なお、上記の各部においてｐ型とｎ型を入れ替えてもよい。
また、上記においてはｐ型領域とｎ型領域の間を分離する際にウエットエッチングを用いたが、ｐ型電極７と型電極８との間の領域にレーザ加工を施してもよい。すなわち、レーザ加工によりｎ型アモルファスシリコン膜６およびｉ型アモルファスシリコン膜４ｂの一部を除去してｎ型シリコン基板１の裏面側に達する溝部を形成し、ｐ型電極７とｎ型電極８とを電気的に分離してもよい（図２−７）。
上述した実施の形態１においては、ｉ型アモルファスシリコン膜４ａおよびｐ型アモルファスシリコン膜５のパターニングをレーザ照射により行う。また、ｐ型電極７とｎ型電極８との電気的分離をｐ型電極７とｎ型電極８とをマスクに用いたウエットエッチングやレーザ加工により行う。すなわち、レーザ加工やウエットエッチングを用いた簡便なプロセスを用いてヘテロ構造バックコンタクト型太陽電池を作製する。製造プロセスに写真製版技術を使用する場合は、プロセスが複雑になり、製造コストが高くなり、また位置合せ精度によっては良好な太陽電池特性が得られにくい。しかしながら、実施の形態１においては、製造プロセスに写真製版技術を使用しないため、上記のような問題が発生しない。
したがって、実施の形態１によれば、光電変換効率に優れたヘテロ接合型バックコンタクト構造の太陽電池を容易に且つ安価に提供できる。
実施の形態２．
実施の形態２では、上述した太陽電池１００の製造方法の他の例について図３−１〜図３−７を参照して説明する。図３−１〜図３−７は、実施の形態２にかかる太陽電池の製造方法を説明するための断面図である。
実施の形態２では、上述した太陽電池１００の製造方法の他の例について図３−１〜図３−７を参照して説明する。図３−１〜図３−７は、実施の形態２にかかる太陽電池の製造方法を説明するための断面図である。
まず、半導体基板として、ｎ型ドーパント原子としてＰを所定の濃度で含有するｎ型シリコン基板１を用意する。ｎ型シリコン基板１は、溶融したシリコンを冷却固化してできたインゴットをワイヤーソーでスライスして製造するため、表面にスライス時のダメージが残っている。そこで、まずはこのダメージ層の除去も兼ねて、ｎ型シリコン基板１を酸または加熱したアルカリ溶液中、例えば水酸化ナトリウム水溶液に浸漬して表面をエッチングすることにより、シリコン基板の切り出し時に発生してｎ型シリコン基板１の表面近くに存在するダメージ領域を取り除く。
つぎに、ｎ型シリコン基板１の両面にプラズマＣＶＤ法によりｎ型シリコン基板１の一面側にｉ型アモルファスシリコン膜２を、ｎ型シリコン基板１の裏面側にｉ型アモルファスシリコン膜４ａを形成する。つぎに、ｎ型シリコン基板１の裏面の全面にプラズマＣＶＤによりｐ型アモルファスシリコンを堆積して、ｐ型アモルファスシリコン膜５を形成する。さらに、ｎ型シリコン基板１の受光面側にプラズマＣＶＤ法により例えば窒化シリコン（ＳｉＮ）を堆積して、ｉ型アモルファスシリコン膜２上に反射防止膜３を形成する（図３−１）。
つぎに、ｎ型シリコン基板１の裏面側において、ｐ型アモルファスシリコン膜５上の所定の領域にｐ型電極７を形成する（図３−２）。ｐ型電極７の形成は、例えばスクリーン印刷法により電極材料ペーストを印刷、乾燥し、その後焼成することにより行う。
つぎに、ｎ型シリコン基板１の裏面側において、ｎ型電極８を形成するための領域に堆積したｉ型アモルファスシリコン膜４ａおよびｐ型アモルファスシリコン膜５を、例えばｐ型電極７をエッチングマスクとして反応性プラズマエッチングにより除去し、開口部２１を形成する（図３−３）。すなわち、ｐ型電極７に覆われていないｉ型アモルファスシリコン膜４ａおよびｐ型アモルファスシリコン膜５をｐ型電極７をマスクに用いたエッチングにより除去する。
つぎに、ｎ型シリコン基板１の裏面側に、再度プラズマＣＶＤ法によりｉ型アモルファスシリコンを堆積して、ｉ型アモルファスシリコン膜４ｂを形成する。さらに、ｎ型シリコン基板１の裏面側に、プラズマＣＶＤ法によりｎ型アモルファスシリコンを堆積して、ｉ型アモルファスシリコン膜４ｂ上にｎ型アモルファスシリコン膜６を形成する（図３−４）。
つぎに、ｎ型シリコン基板１の裏面側において、開口部２１内のｎ型アモルファスシリコン膜６上にｎ型電極８を形成する（図３−５）。すなわち、ｉ型アモルファスシリコン膜４ａおよびｐ型アモルファスシリコン膜５が形成されていない領域のｎ型アモルファスシリコン膜６上にｎ型電極８を形成する。ｎ型電極８の形成は、例えばスクリーン印刷法により電極材料ペーストを印刷、乾燥し、その後焼成することにより行う。
つぎに、ｎ型シリコン基板１の裏面側において、ｐ型電極７とｎ型電極８との間の領域に残存する膜の一部を除去して、ｐ型領域とｎ型領域の間を分離する。例えばｎ型シリコン基板１の裏面側において、ｐ型電極７および型電極８をエッチングマスクとしてウエットエッチングを行うことにより、ｐ型電極７およびｎ型電極８により覆われた領域を除いてｎ型アモルファスシリコン膜６およびｉ型アモルファスシリコン膜４ｂを除去して、ｐ型電極７とｎ型電極８とを電気的に分離する（図３−６）。
以上のような工程を実施することにより、図１に示す太陽電池１００を作製することができる。なお、上記の各部においてｐ型とｎ型を入れ替えてもよい。
また、上記においてはｐ型領域とｎ型領域の間を分離する際にウエットエッチングを用いたが、ｐ型電極７と型電極８との間の領域にレーザ加工を施してもよい。すなわち、レーザ加工により開口部２１内のｎ型アモルファスシリコン膜６およびｉ型アモルファスシリコン膜４ｂの一部を除去してｎ型シリコン基板１の裏面側に達する溝部を形成し、ｐ型電極７とｎ型電極８とを電気的に分離してもよい（図３−７）。
上述した実施の形態２においては、ｉ型アモルファスシリコン膜４ａおよびｐ型アモルファスシリコン膜５のパターニングをｐ型電極７をマスクに用いたウエットエッチングにより行う。また、ｐ型電極７とｎ型電極８との電気的分離をｐ型電極７とｎ型電極８とをマスクに用いたウエットエッチングやレーザ加工により行う。すなわち、レーザ加工やウエットエッチングを用いた簡便なプロセスを用いてヘテロ構造バックコンタクト型太陽電池を作製する。製造プロセスに写真製版技術を使用する場合は、プロセスが複雑になり、製造コストが高くなり、また位置合せ精度によっては良好な太陽電池特性が得られにくい。しかしながら、実施の形態２においては、製造プロセスに写真製版技術を使用しないため、上記のような問題が発生しない。
したがって、実施の形態２によれば、光電変換効率に優れたヘテロ接合型バックコンタクト構造の太陽電池を容易に且つ安価に提供できる。
実施の形態３．
図４は、本発明の実施の形態３にかかる太陽電池の製造方法により形成された太陽電池の構造を模式的に示す断面図である。実施の形態３にかかる太陽電池２００は、ｎ型シリコン基板１を有する。ｎ型シリコン基板１の受光面側には、ｉ型アモルファスシリコン膜２と反射防止膜３とが設けられている。ｎ型シリコン基板１の受光面と反対の面（裏面）側には、ｉ型アモルファスシリコン膜４ａと、ｐ型アモルファスシリコン膜５と、ｎ型不純物拡散層３１と、ｐ型電極７と、ｎ型電極８ａとが設けられている。
図４は、本発明の実施の形態３にかかる太陽電池の製造方法により形成された太陽電池の構造を模式的に示す断面図である。実施の形態３にかかる太陽電池２００は、ｎ型シリコン基板１を有する。ｎ型シリコン基板１の受光面側には、ｉ型アモルファスシリコン膜２と反射防止膜３とが設けられている。ｎ型シリコン基板１の受光面と反対の面（裏面）側には、ｉ型アモルファスシリコン膜４ａと、ｐ型アモルファスシリコン膜５と、ｎ型不純物拡散層３１と、ｐ型電極７と、ｎ型電極８ａとが設けられている。
ｎ型不純物拡散層３１は、ｎ型電極８ａに覆われた領域においてｉ型アモルファスシリコン膜４ａ、ｐ型アモルファスシリコン膜５およびｎ型シリコン基板１の一部にまたがって形成されており、ｎ型シリコン基板１よりもｎ型のドーパント（例えばＰ）を高濃度に含有する。ｎ型不純物拡散層３１は、太陽電池１００におけるｎ型アモルファスシリコン膜６に対応する。
この太陽電池２００においては反射防止膜３側が受光面とされ、太陽光Ｌが入射される。太陽電池２００は、ｐ型電極７およびｎ型電極８ａが、太陽電池２００の裏面側にのみ配されたヘテロ構造バックコンタクト型太陽電池である。これにより、太陽電池２００は、光電変換効率の向上が図られている。
つぎに、このような太陽電池２００の製造方法の一例について図５−１〜図５−５を参照して説明する。図５−１〜図５−５は、実施の形態３にかかる太陽電池の製造方法を説明するための断面図である。
まず、半導体基板として、ｎ型ドーパント原子としてＰを所定の濃度で含有するｎ型シリコン基板１を用意する。ｎ型シリコン基板１は、溶融したシリコンを冷却固化してできたインゴットをワイヤーソーでスライスして製造するため、表面にスライス時のダメージが残っている。そこで、まずはこのダメージ層の除去も兼ねて、ｎ型シリコン基板１を酸または加熱したアルカリ溶液中、例えば水酸化ナトリウム水溶液に浸漬して表面をエッチングすることにより、シリコン基板の切り出し時に発生してｎ型シリコン基板１の表面近くに存在するダメージ領域を取り除く。
つぎに、ｎ型シリコン基板１の両面にプラズマＣＶＤ法によりｎ型シリコン基板１の一面側にｉ型アモルファスシリコン膜２を、ｎ型シリコン基板１の裏面側にｉ型アモルファスシリコン膜４ａを形成する。つぎに、ｎ型シリコン基板１の裏面の全面にプラズマＣＶＤによりｐ型アモルファスシリコンを堆積して、ｐ型アモルファスシリコン膜５を形成する。さらに、ｎ型シリコン基板１の受光面側にプラズマＣＶＤ法により例えば窒化シリコン（ＳｉＮ）を堆積して、ｉ型アモルファスシリコン膜２上に反射防止膜３を形成する（図５−１）。
つぎに、ｎ型シリコン基板１の裏面側において、ｐ型アモルファスシリコン膜５上にｐ型電極７と、拡散用のｎ型ドーパントを含んだｎ型電極８ａとを所定の間隔を開けて形成する（図５−２）。ｐ型電極７およびｎ型電極８ａの形成は、例えばスクリーン印刷法により電極材料ペーストを印刷、乾燥し、その後焼成することにより行う。
ここでの焼成は、電極材料ペーストに対するレーザ照射により行う。これにより、ｐ型電極７およびｎ型電極８ａが得られる。また、ｎ型電極８ａに含まれるｎ型ドーパントがｉ型アモルファスシリコン膜４ａおよびｐ型アモルファスシリコン膜５をファイヤスルーしてｎ型シリコン基板１の裏面側までに拡散し、ｎ型電極８ａとｎ型シリコン基板１とに電気的に接続するｎ型不純物拡散層３１が形成される（図５−３）。
つぎに、ｎ型シリコン基板１の裏面側において、ｐ型電極７とｎ型電極８ａとの間の領域に残存する膜の一部を除去して、ｐ型領域とｎ型領域の間を分離する。例えばｎ型シリコン基板１の裏面側において、ｐ型電極７およびｎ型電極８ａをエッチングマスクとしてウエットエッチングを行うことにより、ｐ型電極７およびｎ型電極８ａにより覆われた領域を除いてｐ型アモルファスシリコン膜５およびｉ型アモルファスシリコン膜４ａを除去して、ｐ型電極７とｎ型電極８ａとを電気的に分離する（図５−４）。
以上のような工程を実施することにより、図４に示す太陽電池２００を作製することができる。なお、上記の各部においてｐ型とｎ型を入れ替えてもよい。
また、上記においてはｐ型領域とｎ型領域の間を分離する際にウエットエッチングを用いたが、ｐ型電極７とｎ型電極８ａとの間の領域にレーザ加工を施してもよい。すなわち、レーザ加工によりｐ型電極７とｎ型電極８ａとの間の領域のｐ型アモルファスシリコン膜５およびｉ型アモルファスシリコン膜４ａの一部を除去してｎ型シリコン基板１の裏面側に達する溝部を形成し、ｐ型電極７とｎ型電極８ａとを電気的に分離してもよい（図５−５）。
上述した実施の形態３においては、ｐ型電極７とｎ型電極８ａとの電気的分離をｐ型電極７とｎ型電極８ａとをマスクに用いたウエットエッチングやレーザ加工により行う。すなわち、レーザ加工やウエットエッチングを用いた簡便なプロセスを用いてヘテロ構造バックコンタクト型太陽電池を作製する。製造プロセスに写真製版技術を使用する場合は、プロセスが複雑になり、製造コストが高くなり、また位置合せ精度によっては良好な太陽電池特性が得られにくい。しかしながら、実施の形態１においては、製造プロセスに写真製版技術を使用しないため、上記のような問題が発生しない。
また、実施の形態３においては、拡散用のｎ型ドーパントを含んだｎ型電極８ａをレーザ照射で加熱することにより、ｎ型電極８ａ内のｎ型ドーパントがｐ型アモルファスシリコン膜５およびｉ型アモルファスシリコン膜４ａを突き抜けてｎ型シリコン基板１の裏面側にまで拡散（ファイヤスルー拡散）してｎ型不純物拡散層３１が形成される。これにより、簡略なプロセスでヘテロ構造バックコンタクト型太陽電池を作製できる。
したがって、実施の形態３によれば、光電変換効率に優れたヘテロ接合型バックコンタクト構造の太陽電池を容易に且つ安価に提供できる。
なお、上記の実施の形態ではｉ型、ｐ型、ｎ型のそれぞれの導電型を呈するアモルファスシリコン膜を用いる場合を例に説明したが、ｉ型、ｐ型、ｎ型のそれぞれの導電型を呈するアモルファス酸化シリコン、アモルファス窒化シリコン、アモルファス炭化シリコンを用いても、上記と同様の効果を奏する。
また、上述した実施の形態では光入射側のｉ型アモルファスシリコン膜２の上に反射防止膜３を形成したが、ｉ型アモルファスシリコン膜２と反射防止膜３との間に結晶シリコン基板と同一導電型のアモルファスシリコン膜を挿入してもよい。これにより、表面における発生キャリアの再結合をさらに抑制することができる。
以上のように、本発明にかかる太陽電池の製造方法は、光電変換効率に優れたヘテロ接合型バックコンタクト構造の太陽電池を簡略なプロセスで実現する場合に有用である。
１ ｎ型シリコン基板
２ ｉ型アモルファスシリコン膜
３ 反射防止膜
４ａ ｉ型アモルファスシリコン膜
４ｂ ｉ型アモルファスシリコン膜
５ ｐ型アモルファスシリコン膜
６ ｎ型アモルファスシリコン膜
７ ｐ型電極
８ ｎ型電極
８ａ 拡散用のｎ型ドーパントを含んだｎ型電極
１１ 開口部
２１ 開口部
３１ ｎ型不純物拡散層
１００ 太陽電池
２００ 太陽電池
Ｌ 太陽光
２ ｉ型アモルファスシリコン膜
３ 反射防止膜
４ａ ｉ型アモルファスシリコン膜
４ｂ ｉ型アモルファスシリコン膜
５ ｐ型アモルファスシリコン膜
６ ｎ型アモルファスシリコン膜
７ ｐ型電極
８ ｎ型電極
８ａ 拡散用のｎ型ドーパントを含んだｎ型電極
１１ 開口部
２１ 開口部
３１ ｎ型不純物拡散層
１００ 太陽電池
２００ 太陽電池
Ｌ 太陽光
Claims (14)
- 結晶系半導体基板の一面側に、第１導電型のアモルファス系半導体膜を形成する第１工程と、
前記第１導電型のアモルファス系半導体膜の一部をレーザ照射により除去して所定のパターンを形成する第２工程と、
前記所定のパターン上に第１電極を形成する第３工程と、
前記第１電極を形成した前記結晶系半導体基板の一面側の全面に第２導電型のアモルファス系半導体膜を形成する第４工程と、
前記結晶系半導体基板の一面側において前記所定のパターンの形成されていない領域に形成された前記第２導電型のアモルファス系半導体膜上に第２電極を形成する第５工程と、
前記結晶系半導体基板の一面側において前記第１電極と前記第２電極との間の領域に残存する膜の一部を、前記第１電極と前記第２電極とをマスクに用いたエッチングまたはレーザ照射により除去して前記第１電極と前記第２電極とを電気的に分離する第６工程と、
を含むことを特徴とする太陽電池の製造方法。 - 前記結晶系半導体基板の導電型が第１導電型であること、
を特徴とする請求項１に記載の太陽電池の製造方法。 - 前記結晶系半導体基板の導電型が第２導電型であること、
を特徴とする請求項１に記載の太陽電池の製造方法。 - 前記第１工程では、結晶系半導体基板の一面側に第１の真性アモルファス系半導体膜と前記第１導電型のアモルファス系半導体膜とを順次形成し、
第２工程では、前記第１導電型のアモルファス系半導体膜と前記第１の真性アモルファス系半導体膜との一部をレーザ照射により除去して前記所定のパターンを形成すること、
を特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の太陽電池の製造方法。 - 前記第４工程では、前記第１電極が形成された前記結晶系半導体基板の一面側に真性の第２アモルファス系半導体膜と前記第２導電型のアモルファス系半導体膜とを順次形成すること、
を特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の太陽電池の製造方法。 - 結晶系半導体基板の一面側に、第１導電型のアモルファス系半導体膜を形成する第１工程と、
前記第１導電型のアモルファス系半導体膜上に第１電極を形成する第２工程と、
前記第１電極に覆われていない前記第１導電型のアモルファス系半導体膜を前記第１電極をマスクに用いたエッチングにより除去する第３工程と、
前記結晶系半導体基板の一面側の全面に第２導電型のアモルファス系半導体膜を形成する第４工程と、
前記結晶系半導体基板の一面側において前記第１電極の形成されていない領域に形成された前記第２導電型のアモルファス系半導体膜上に第２電極を形成する第５工程と、
前記結晶系半導体基板の一面側において前記第１電極と前記第２電極との間の領域に残存する膜の一部を、前記第１電極と前記第２電極とをマスクに用いたエッチングまたはレーザ照射により除去して前記第１電極と前記第２電極とを電気的に分離する第６工程と、
を含むことを特徴とする太陽電池の製造方法。 - 前記結晶系半導体基板の導電型が第１導電型であること、
を特徴とする請求項６に記載の太陽電池の製造方法。 - 前記結晶系半導体基板の導電型が第２導電型であること、
を特徴とする請求項６に記載の太陽電池の製造方法。 - 前記第１工程では、結晶系半導体基板の一面側に第１の真性アモルファス系半導体膜と前記第１導電型のアモルファス系半導体膜とを順次形成し、
第３工程では、前記第１電極に覆われていない前記第１導電型のアモルファス系半導体膜と前記第１の真性アモルファス系半導体膜とを前記第１電極をマスクに用いたエッチングにより除去すること、
を特徴とする請求項６〜８のいずれか１つに記載の太陽電池の製造方法。 - 前記第４工程では、前記結晶系半導体基板の一面側に真性の第２アモルファス系半導体膜と前記第２導電型のアモルファス系半導体膜とを順次形成すること、
を特徴とする請求項６〜９のいずれか１つに記載の太陽電池の製造方法。 - 結晶系半導体基板の一面側に、第１導電型のアモルファス系半導体膜を形成する第１工程と、
前記第１導電型のアモルファス系半導体膜上に第１電極および第２導電型の不純物を含む第２電極を所定の間隔で形成する第２工程と、
前記第２電極にレーザ照射することにより前記不純物を前記第１導電型のアモルファス系半導体膜を介して結晶系半導体基板の一面側まで拡散させて前記第２電極と前記結晶系半導体基板の一面側とに電気的に接続する不純物拡散層を形成する第３工程と、
前記結晶系半導体基板の一面側において前記第１電極と前記第２電極との間の領域に残存する膜の一部を、前記第１電極と前記第２電極とをマスクに用いたエッチングまたはレーザ照射により除去して前記第１電極と前記第２電極とを電気的に分離する第４工程と、
を含むことを特徴とする太陽電池の製造方法。 - 前記結晶系半導体基板の導電型が第１導電型であること、
を特徴とする請求項１１に記載の太陽電池の製造方法。 - 前記結晶系半導体基板の導電型が第２導電型であること、
を特徴とする請求項１１に記載の太陽電池の製造方法。 - 前記第１工程では、結晶系半導体基板の一面側に第１の真性アモルファス系半導体膜と前記第１導電型のアモルファス系半導体膜とを順次形成すること、
を特徴とする請求項１１〜１３のいずれか１つに記載の太陽電池の製造方法。
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