JP2014086708A - 裏面電極型太陽電池の製造方法、および裏面電極型太陽電池 - Google Patents

Abstract

【課題】変換効率が最大となるようにｐｎ接合の境界の形状を最適化した裏面電極型太陽電池を提供する。
【解決手段】第１導電型半導体基板の一方の面に、第１導電型不純物拡散領域６、第２導電型不純物拡散領域７、第１導電型不純物拡散領域６と接続される第１の電極および第２導電型不純物拡散領域７と接続される第２の電極を有し、第１導電型不純物拡散領域６と第２導電型不純物拡散領域７は、交互に形成されており、第２導電型不純物拡散領域７は、略矩形形状又は略円形形状であり、第１導電型半導体基板の裏面において、第２導電型不純物拡散領域７の外形は、微細な曲線形状を有する。
【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、特に、裏面電極型太陽電池の裏面側の構造に関する。

太陽光エネルギを直接電気エネルギに変換する太陽電池は、近年、特に地球環境問題の観点から、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。太陽電池としては、化合物半導体または有機材料を用いたものなど様々な種類があるが、現在、主流となっているのは、シリコン結晶を用いたものである。

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である受光面と、受光面の反対側である裏面とに電極が形成された構造のものである。しかし、この構造を有する太陽電池では、受光面の電極における光の反射、吸収があることから、形成された電極の面積分だけ入射する太陽光が減少する。このため、裏面にのみ電極を形成した裏面電極型太陽電池が開発されている。

図１１は、特許文献１に記載の裏面電極型太陽電池の断面構造を模式的に示した図である。裏面電極型太陽電池１０１において、ｎ型シリコン基板１０２の受光面側には凹凸形状１０３（テクスチャ構造）が形成されている。凹凸形状１０３の受光面側には受光面パッシベーション膜１０４が形成されている。さらに、受光面パッシベーション膜１０４の受光面側には反射防止膜１０５が形成されている。受光面パッシベーション膜１０４は窒化シリコン膜であり、反射防止膜１０５も窒化シリコン膜である。

また、ｎ型シリコン基板１０２の裏面には、裏面パッシベーション膜１０６が形成されている。ｎ型シリコン基板１０２の裏面側にはｎ^＋層（ｎ型拡散層）１０７とｐ^＋層（ｐ型拡散層）１０８とが交互に隣接して形成されている。さらに、ｎ^＋層１０７にはｎ型用電極１０９が形成され、ｐ^＋層１０８にはｐ型用電極１１０が形成されている。

図１２は、裏面電極型太陽電池１０１からｎ型用電極１０９、ｐ型用電極１１０および裏面パッシベーション膜１０６を除去した場合に、ｎ^＋層１０７とｐ^＋層１０８とを裏面側から見た図である。ｎ^＋層１０７とｐ^＋層１０８は、直線状に交互に形成されている。すなわち、ｐｎ接合の境界は、直線状である。

特開２０１１−２３３６５７号公報

ところで、太陽電池は変換効率が高いほど望ましい。同一面積でより多くの電力を得ることができるためである。従って従来から、変換効率を向上させるために太陽電池の構造や材質などについて種々の検討が行われてきた。特に、太陽電池はｐｎ接合における光起電力効果を用いて発電するものであるから、ｐｎ接合の境界の形状は変換効率に影響を与える要因の一つと考えられる。しかしながら、裏面電極型太陽電池のｐｎ接合の境界の形状に関しては明確な知見は無く、本発明の発明者が検討したところ、直線状では無い場合に特性が変化することを発見した。本発明の発明者はその知見を基に鋭意検討し、変換効率が最大となるｐｎ接合の境界の形状を突き止めた。

本発明は上記の検討により成されたものであり、変換効率が最大となるようにｐｎ接合の境界の形状を最適化した裏面電極型太陽電池を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明の一態様によれば、本発明にかかる裏面電極型太陽電池は、第１導電型半導体基板の一方の面に、第１導電型不純物拡散領域、第２導電型不純物拡散領域、第１導電型不純物拡散領域と接続される第１の電極および第２導電型不純物拡散領域と接続される第２の電極を有し、第１導電型不純物拡散領域と第２導電型不純物拡散領域は、交互に形成されており、第２導電型不純物拡散領域は、略矩形形状又は略円形形状であり、第１導電型半導体基板の裏面において、第２導電型不純物拡散領域の外形は、微細な曲線形状を有することを特徴とする。

本発明の別の一態様によれば、本発明にかかる裏面電極型太陽電池は、第１導電型不純物拡散領域と第２導電型不純物拡散領域は、接して形成されていることを特徴とする。

本発明の別の一態様によれば、本発明にかかる裏面電極型太陽電池は、第１導電型不純物拡散領域と第２導電型不純物拡散領域は、離間して形成されていることを特徴とする。

本発明の別の一態様によれば、本発明にかかる裏面電極型太陽電池は、第２導電型不純物拡散領域の境界の曲線度は、１．０１〜１．１２の範囲内であっても良い。

本発明の別の一態様によれば、本発明にかかる裏面電極型太陽電池は、第１導電型半導体基板の裏面は、深さ１〜５μｍで直径が２０〜１５０μｍのディンプルを有しても良い。

本発明によれば、変換効率が最大となるようにｐｎ接合の境界の形状を最適化した裏面電極型太陽電池を提供することができる。

実施形態１にかかる裏面電極型太陽電池の断面構造を模式的に示した図である。 実施形態１にかかる裏面電極型太陽電池の裏面の構造を模式的に示した図である。 実施形態１にかかる裏面電極型太陽電池の製造工程を示した図である。 実施形態２にかかる裏面電極型太陽電池の裏面の構造を模式的に示した図である。 実施形態２にかかる裏面電極型太陽電池の製造工程の一部を示した図である。 実施形態２にかかるｎ型シリコン基板の表面のディンプルを模式的に示した図である。 実施形態２にかかるｎ型シリコン基板の表面を撮影した写真である。 実施形態３にかかる裏面電極型太陽電池の裏面の構造を模式的に示した図である。 フォトリソグラフィを用いた製造工程における露光用マスクの形状を模式的に示した図である。 実施例１〜３、比較例１、２および従来例の、ｐｎ接合の曲線度と最大出力の関係を示した図である。 従来の裏面電極型太陽電池の断面構造を模式的に示した図である。 従来の裏面電極型太陽電池の裏面の構造を模式的に示した図である。

以下、本発明の実施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。

＜実施形態１＞
図１は、本発明の実施形態１にかかる裏面電極型太陽電池１の断面構造を模式的に示した図である。ｎ型シリコン基板２の受光面側には凹凸形状３が形成されている。これは一般的にテクスチャ構造と呼ばれる。凹凸形状３の凹凸はμｍオーダーである。凹凸形状３の受光面側には、受光面パッシベーション膜と反射防止膜を兼ねた窒化シリコン膜４が形成されている。

ｎ型シリコン基板２の裏面には、裏面パッシベーション膜５が形成されている。ｎ型シリコン基板２の裏面側にはｎ^＋層６とｐ^＋層７が交互に接して形成されている。ｎ^＋層６はｎ型拡散層と、ｐ^＋層７はｐ型拡散層とも呼ばれる。ｎ^＋層６とｐ^＋層７の間にｐｎ接合が形成される。さらに、ｎ^＋層６にはｎ型用電極８が形成され、ｐ^＋層７にはｐ型用電極９が形成されている。ｎ型用電極８およびｐ型用電極９は、インクジェット法やスクリーン印刷法で銀ペーストを印刷し焼成することにより形成する。これらの印刷方法では、あまり細い電極は形成することができず、少なくとも８０〜１００μｍの幅となる。

図２は、本実施形態にかかる裏面電極型太陽電池１の裏面の構造を模式的に示した図である。裏面電極型太陽電池１からｎ型用電極８、ｐ型用電極９および裏面パッシベーション膜５を除去し、ｎ^＋層６およびｐ^＋層７を露出させた状態を表している。

図２（ａ）は、裏面電極型太陽電池１の裏面全体を示した図である。ｎ^＋層６とｐ^＋層７は、略直線状に交互に接して形成されている。ｎ^＋層６とｐ^＋層７は共に略矩形形状であり、ｎ^＋層６は、裏面電極型太陽電池１の裏面の外周縁において互いに接続されている。点Ａと点Ａ’を結ぶ直線は、ｎ^＋層６とｐ^＋層７の間に形成されたｐｎ接合の境界を指している。ｐ^＋層７の合計面積は裏面の全面積の８割以上であることが望ましい。シリコン基板の導電型であるｎ型と異なる導電型であるｐ^＋層７の合計面積のほうがｎ^＋層６の合計面積よりも大きいと、より高い短絡電流を得られるためである。従って、より面積の大きなｐ^＋層７の方がｎ^＋層６より幅が広くなる。一方、ｎ^＋層６の上にｎ型用電極８を印刷する際の位置合わせのマージンを考慮すると、ｎ^＋層６の幅は２００μｍ以上であることが望ましい。

なお、ｎ^＋層６は長さ方向に対し垂直方向に分離されていてもよい。その際、ｎ^＋層６間はｐ^＋層７が形成されていてもよい。また、ｐ^＋層７が長さ方向に対し垂直方向に分離されている場合は、ｐ^＋層７間にｎ^＋層６が形成されていてもよい。

図２（ｂ）は、裏面電極型太陽電池１の裏面の一部を拡大して示した図である。図に示すように、ｎ^＋層６とｐ^＋層７の間のｐｎ接合の境界の形状は、巨視的には直線状だが、微視的には微細な曲線形状を有する。言い換えれば、ｎ^＋層６の外形は、巨視的には略矩形形状だが、微視的には微細な曲線形状を有する。図２（ｂ）では、円弧が連続した曲線形状の例を示している。このように、ｐｎ接合の境界が微細な曲線形状を有することが、本発明の特徴とするところである。ここで、ｐｎ接合の境界の微細な曲線形状の山と谷の幅の最大値を、Ｗｅとする。

さらに、ｐｎ接合の境界を直線として測った長さに対して、境界の微細な曲線形状に沿って測った長さの比（これを以下「曲線度」と呼ぶ）が、１．０１〜１．１２であるときに、裏面電極型太陽電池の変換効率が高くなる。より具体的に説明すると次の通りである。例えば図２（ａ）においてｐｎ接合の境界がＡ−Ａ’に沿った直線とみなした場合の長さと、境界の実際の微細な曲線形状に沿って測った長さの比が、１．０１〜１．１２であるときに、裏面電極型太陽電池の変換効率が高くなる。さらには、ｐｎ接合の曲線度が１．０３〜１．０８であるときに裏面電極型太陽電池の変換効率がより高くなる。その根拠に関しては後述する。

また、ｐｎ接合の境界の微細な曲線形状の山と谷の幅の最大値Ｗｅは、１００μｍ以下であることが望ましい。さもなくば、Ａ−Ａ’を結ぶ直線よりもｎ^＋層６側に入り込んだｐ^＋層７と、ｎ^＋層６上のｎ型用電極８が接触するおそれが高くなる。また、Ｗｅは１μｍ以上であることが望ましい。不純物拡散層の深さは一般に数百ｎｍ以上あり、１μｍ以下の微小な凹凸は、基板内部では凹凸形状を保っていない可能性が高いためである。本発明の曲線度を算出する際には、1μｍ以下の形状は無視して長さを測定している。

なお、ｐｎ接合の境界の微細な曲線形状は、必ずしも境界の上端から下端までの全ての部分に無くてもよい。一部でも微細な曲線形状を有していれば、その部分での変換効率は向上する。

図３は、本実施形態にかかる裏面電極型太陽電池１の製造工程を示した図である。以下、順に説明する。

まず、図３（ａ）に示すように、単結晶または多結晶のｎ型のシリコンインゴットを、たとえばワイヤソーなどでスライスすることによって、ｎ型シリコン基板２を得る。ここで、ｎ型シリコン基板２の表面全面には、上記のシリコンインゴットのスライス時に生じたダメージ層２ａが形成される。

次に、図３（ｂ）に示すように、ｎ型シリコン基板２の表面全面を、厚さ１０〜２０μｍ程度エッチングすることによって、ダメージ層２ａを除去する。エッチングには、フッ酸と硝酸の混酸もしくは水酸化ナトリウムなどのアルカリ溶液を使用する。

次に、図３（ｃ）に示すように、ｎ型シリコン基板２の受光面となる面の反対側の面である裏面に、窒化シリコン膜、酸化シリコン膜等のテクスチャマスク２１をＣＶＤ法、またはスパッタ法等で形成する。

次に、図３（ｄ）に示すように、ｎ型シリコン基板２の受光面となる面に凹凸形状３からなるテクスチャ構造をエッチングにより形成する。エッチングは、例えば、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、７０℃以上８０℃以下に加熱した溶液により行われる。

次に、図３（ｅ）を用いて次工程を説明する。図３（ｅ）は、ｎ型シリコン基板２の裏面側が上となっている。図３（ｅ）に示すように、ｎ型シリコン基板２の裏面に形成したテクスチャマスク２１を除去後、ｎ型シリコン基板２の裏面の全体に、例えば、窒化シリコン膜、酸化シリコン膜等の拡散マスクをＣＶＤ法、またはスパッタ法等で形成する。もしくは、テクスチャマスクを除去せずに拡散マスクとして利用してもよい。さらにその上に、酸性薬品に耐性のあるレジスト２３を塗布し、加熱処理を行なう。

次に、図３（ｆ）に示すように、レジスト２３上に所定の形状の露光用マスク２４を重ね、露光２５することで、レジスト２３を硬化させる。ここで、露光用マスク２４は、マスクパターンの縁を微細な曲線形状にしたものを用いる。

次に、図３（ｇ）に示すように、露光されず硬化していないレジストを除去し、硬化レジスト２３’のみを残す。そして、拡散マスク２２をエッチング可能な酸性薬品２６で処理することにより、硬化レジスト２３’が表面に形成されていない部分の拡散マスク２２のみをエッチングして開口部を形成し、ｎ型シリコン基板２の表面を露出させる。この時、拡散マスク２２の開口部の端部は、露光用マスク２４の端部と同じく、微細な曲線形状になる。その後、図示はしないが、硬化レジスト２３’を有機溶剤により除去する。

次に、図３（ｈ）のように、ｎ^＋層６を形成しようとする箇所を覆うように、リンを含むリンインク２７を、インクジェット、またはスクリーン印刷等で塗布する。このリンインク２７は、リン以外に例えば溶剤、増粘剤および酸化シリコン前駆体を含む。

次に、図３（ｉ）に示すように、熱処理を行い、リンインク２７からリンが拡散してｎ^＋層６が形成される。この時、上記のように拡散マスク２２の開口部の端部が微細な曲線形状であることから、ｎ^＋層６の端部も微細な曲線形状になる。その後、ｎ型シリコン基板２に形成した拡散マスク２２ならびに拡散マスク２２にリンが拡散して形成されたガラス層、および熱処理後のリンインク２７を、フッ化水素酸処理により除去する。

次に、図３（ｊ）に示すように、８００〜１０００℃にて熱酸化を行い、酸化シリコン膜２８を形成する。ここで、熱酸化前のｎ^＋層６のリンの表面濃度は、５×１０^１９／ｃｍ^３以上であり、表面濃度の高いｎ^＋層６は酸化膜成長レートが高いため、ｎ^＋層６以外の領域にくらべ酸化シリコン膜２８が厚く成膜される。さらに、上記のようにｎ^＋層６の端部が微細な曲線形状であることから、ｎ^＋層６上で酸化シリコン膜２８が厚く成膜された部分の端部も微細な曲線形状となる。

次に、図３（ｋ）に示すように、ｎ型シリコン基板２のｎ^＋層６上以外の酸化シリコン膜２８をエッチングにより除去する。上記に示したように、酸化シリコン膜２８は、ｎ^＋層６上に厚く形成されているため、ｎ^＋層６以外の領域でｎ型シリコン基板２が露出し、なおかつ、ｎ^＋層６上にｐ^＋層形成時の拡散マスクとして機能する厚さが残るように、酸化シリコン膜２８をエッチングする。ここで、上記のように酸化シリコン膜２８が厚くなった部分の端部が微細な曲線形状であることから、残された酸化シリコン膜２８の端部も微細な曲線形状となる。

次に、ｎ型シリコン基板２の受光面に、酸化シリコン膜等の拡散マスク２９を形成する。また、ｎ型シリコン基板２の裏面において、ｐ^＋層７を形成しようとする箇所を覆うように、ボロンを含むボロンインク３０をインクジェット、またはスクリーン印刷等で塗布する。このボロンインク３０は、ボロン以外に例えば溶剤、増粘剤および酸化シリコン前駆体を含む。その後、ボロンインク３０を焼結する。

次に、図３（ｌ）を用いて次工程を説明する。図３（ｌ）は、ｎ型シリコン基板２の受光面側が上となっている。ｎ型シリコン基板２の裏面には、熱処理により、ボロンインク３０からボロンが拡散してｐ^＋層７が形成される。この時、上記のように図３（ｋ）の工程で残された酸化シリコン膜２８の端部が微細な曲線形状であったことから、これを拡散マスクとして形成されたｐ^＋層７の端部も微細な曲線形状になる。また、ｎ^＋層６の端部の微細な曲線形状とｐ^＋層７の端部の微細な曲線形状は丁度反転した形状であり、互いにかみ合う。従って、ｎ^＋層６とｐ^＋層７の間に形成されるｐｎ接合の境界の形状も、微細な曲線形状となる。ｐ^＋層７のボロンの表面濃度は、１×１０^１９／ｃｍ^３以上が望ましい。あまり不純物の表面濃度が低いと、ｐ型用電極９との接触抵抗が大きくなるためである。

次に、図３（ｍ）に示すように、ｎ型シリコン基板２に形成した酸化シリコン膜２８、拡散マスク２９、酸化シリコン膜２８にボロンが拡散して形成されたガラス層、および熱処理後のボロンインク３０を、フッ化水素酸処理により除去する。さらに、ｎ型シリコン基板２の裏面に酸化シリコン膜による裏面パッシベーション膜５を形成するため、熱酸化を行う。この時、受光面にも酸化シリコン膜が形成される。その後、ｎ型シリコン基板２の受光面の酸化シリコン膜を除去する。

次に、図３（ｎ）に示すように、ｎ型シリコン基板２の受光面に、受光面パッシベーション膜と反射防止膜を兼ねた窒化シリコン膜４を、ＣＶＤ法により形成する。

その後、ｎ型シリコン基板２の裏面側に形成されたｎ^＋層６、ｐ^＋層７に電極を形成するため、ｎ型シリコン基板２の裏面に形成された裏面パッシベーション膜５にパターニングを行う。パターニングは、エッチングペーストをスクリーン印刷法などで塗布し加熱処理により行われる。ここで、エッチングペーストとしては、例えば、エッチング成分としてリン酸、フッ化水素、フッ化アンモニウムおよびフッ化水素アンモニウムからなる群から選択された少なくとも１種を含み、水、有機溶媒および増粘剤を含むものである。

次に、図３（ｏ）に示すように、ｎ型シリコン基板２の裏面の所定の位置に銀ペーストをスクリーン印刷法により塗布し、乾燥する。その後、焼成により、ｎ^＋層６にはｎ型用電極８が形成され、ｐ^＋層７にはｐ型用電極９が形成され、裏面電極型太陽電池１を作製した。

以上の工程によれば、露光用マスク２４の形状通りにｎ^＋層６が形成される。従って、端部が微細な曲線形状の露光用マスク２４を用いれば、ｎ^＋層６も端部が微細な曲線形状となる。さらには、上記の図３（ｌ）を用いて説明したように、ｎ^＋層６の端部の微細な曲線形状とｐ^＋層７の端部の微細な曲線形状は丁度反転した形状であり、互いにかみ合う。従って、ｎ^＋層６とｐ^＋層７の間に形成されるｐｎ接合の境界の形状も、微細な曲線形状となる。

従って、以上のような方法により、図２（ｂ）に示した、曲線を有するｐｎ接合の境界を形成することができる。

以上説明した通り、本実施形態のようにフォトリソグラフィを用いた製造方法によれば、露光用マスク２４の形状通りにｐｎ接合の境界の形状を形成することができることから、所望の曲線度のｐｎ接合の境界を容易に形成することが可能である。このため、種々の曲線度の裏面電極型太陽電池１を作製し、その特性を調べたところ、曲線度が１．０１〜１．１２であるときに、裏面電極型太陽電池の変換効率が高くなることが明らかになった。これについては後で詳述する。

＜実施形態２＞
本発明の実施形態２にかかる裏面電極型太陽電池４１は、実施形態１と同じく裏面電極型太陽電池であるが、製造方法が異なる。実施形態２は、エッチングペーストを印刷工程で用いて、本発明にかかる裏面電極型太陽電池を作製する一例を示すものである。また、製造方法の違いにより、裏面の構造にも違いがある。

本実施形態にかかる裏面電極型太陽電池４１の断面構造は、図１に示した実施形態１にかかる裏面電極型太陽電池１と同様であるので、説明を省略する。

図４は、本実施形態にかかる裏面電極型太陽電池４１の裏面の構造を模式的に示した図である。図２と同様、ｎ^＋層４６およびｐ^＋層４７を露出させた状態を表している。図４（ａ）は、裏面電極型太陽電池４１の裏面全体を示した図であり、図４（ｂ）は、裏面電極型太陽電池４１の裏面の一部を拡大して示した図である。図２との違いは、図４（ｂ）において、ｎ^＋層４６とｐ^＋層４７の間のｐｎ接合の境界の微細な曲線形状が、非周期でいびつな形状である点である。このような微細な曲線形状であっても、実施形態１にかかる裏面電極型太陽電池１と同様に、裏面電極型太陽電池の変換効率が高くなる効果を有する。

図５は、本実施形態にかかる裏面電極型太陽電池４１の製造工程の一部を示した図である。以下、順に説明する。

図５（ａ）に示す工程は、図３（ａ）に示した工程と同様の工程である。まず、単結晶または多結晶のｎ型のシリコンインゴットを、たとえばワイヤソーなどでスライスすることによって、ｎ型シリコン基板４２を得る。ここで、ｎ型シリコン基板４２の表面全面には、上記のシリコンインゴットのスライス時に生じたダメージ層４２ａが形成される。

次に、図５（ｂ）に示すように、ｎ型シリコン基板４２の表面全面を、厚さ１０〜２０μｍ程度エッチングすることによって、ダメージ層４２ａを除去する。エッチングには、水酸化ナトリウムなどのアルカリ溶液を使用する。この時、ｎ型シリコン基板４２の表面にディンプルを形成する。この点が、図３（ｂ）に示した工程と異なる。ディンプルの形状は、深さ１〜５μｍ、直径２０〜１５０μｍが望ましい。このような形状のディンプルを形成するには、例えば、２０％の水酸化ナトリウム溶液を９０度に加熱した溶液を用い、５分間エッチングする。

次の図５（ｃ）及び図５（ｄ）に示した工程は、図３（ｃ）及び図３（ｄ）に示した工程と同様である。図５（ｃ）に示すように、ｎ型シリコン基板４２の受光面となる面の反対側の面である裏面に、窒化シリコン膜等のテクスチャマスク５１をＣＶＤ法、またはスパッタ法等で形成する。

次に、図５（ｄ）に示すように、ｎ型シリコン基板４２の受光面となる面に凹凸形状４３からなるテクスチャ構造をエッチングにより形成する。エッチングは、例えば、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、７０℃以上８０℃以下に加熱した溶液により行われる。

次に、図５（ｅ）を用いて次工程を説明する。図５（ｅ）は、ｎ型シリコン基板４２の裏面側が上となっている。図５（ｅ）に示すように、ｎ型シリコン基板４２の裏面に形成したテクスチャマスク５１を除去後、ｎ型シリコン基板４２の裏面の全体に、拡散マスク５２として、例えば酸化シリコン膜を、ＣＶＤ法を用いて形成する。次に、拡散マスク５２上においてｎ^＋層４６を形成しようとする箇所に、拡散マスク５２をエッチングする成分、例えばリン酸を含有するエッチングペースト５３を、インクジェット、またはスクリーン印刷等で塗布する。この時、ｎ型シリコン基板４２の裏面側表面のディンプルにより、印刷されたエッチングペースト５３が不均一に流動するため、エッチングペースト５３の端部は微細な曲線形状になる。この現象に関しては後述する。

次に、図５（ｆ）に示すように、加熱処理を行い、拡散マスク５２をパターンエッチングする。ここで、上記のようにエッチングペースト５３の端部が微細な曲線形状であることから、パターンエッチングにより形成された拡散マスク５２の開口部の端部も、微細な曲線形状となる。次に、拡散マスク５２の開口部を覆うように、リンを含むリンインク５４をインクジェット、またはスクリーン印刷等で塗布する。

以降の工程は、図３（ｉ）以降に示した工程と同一であるため、説明を省略する。

上記の図５（ｅ）を用いて説明した工程において、エッチングペースト５３の端部は微細な曲線形状になることを述べた。これについてさらに詳細に説明する。

図６は、ｎ型シリコン基板４２の表面のディンプルを模式的に示した図である。図６（ａ）は、ｎ型シリコン基板４２の裏面を示す図であり、図６（ｂ）は、図６（ａ）のＢ−Ｂ’に沿った断面を示す図である。上記の図５（ｂ）を用いて説明したように、ｎ型シリコン基板４２の表面には、ダメージ層除去のためのエッチングを制御することにより、シリコンの結晶構造に従って中央が窪んだ、多数のディンプルを形成している。

このような状態の基板の上に拡散マスク５２を形成すると、拡散マスク５２も、ディンプルに沿った凹凸形状となる。さらにその上に、エッチングペースト５３を印刷する。図６（ａ）では、エッチングペースト５３をＣ−Ｃ’の点線とＤ−Ｄ’の点線の間の領域に印刷した状態を示している。ここで、エッチングペースト５３は流動性を有することから、印刷されてから乾燥するまでの間に、拡散マスク５２の上を流動して広がろうとする。この時、上記のようにｎ型シリコン基板２の表面に多数のディンプルを形成していることから、エッチングペースト５３の流動量は場所によって異なる。例えば図６（ａ）および図６（ｂ）において矢印Ｅで示した円の部分では、エッチングペースト５３はディンプルの下り斜面に印刷されており、斜面の下方向、つまりディンプルの底の方向に向かって流動する。一方、図６（ａ）および図６（ｂ）において矢印Ｆで示した円の部分では、エッチングペースト５３はディンプルの上り斜面に印刷されており、これ以上右側へと流動することができない。

以上のように、エッチングペースト５３は、印刷時の端部より外側にはみ出すように流動しようとする。またこの時、エッチングペースト５３の流動量は、ディンプルの影響により場所によって異なることから、エッチングペースト５３が印刷された領域の端部は、図６（ａ）のＧおよびＨで示した実線の曲線のように、微細な曲線形状になる。

このエッチングペースト５３の端部の微細な曲線形状は、上記の図３（ｉ）〜（ｌ）を用いて説明したように、続く工程にも影響を与え、ｎ^＋層４６とｐ^＋層４７の端部の形状は、微細な曲線形状となる。さらにはｎ^＋層４６とｐ^＋層４７の間に形成されるｐｎ接合の境界の形状も、図４（ｂ）に示したように微細な曲線形状となる。なお、図４（ｂ）において、ｎ^＋層４６に内接する２本の点線が、図６（ａ）においてＣ−Ｃ’の点線およびＤ−Ｄ’の点線で示した、エッチングペースト５３の印刷直後の端部の位置に対応するものである。

図７は、ｎ型シリコン基板２の表面を撮影した写真である。上記の図５（ｆ）を用いて説明した、拡散マスク５２をパターンエッチングした後の状態を撮影した。ｎ型シリコン基板４２の上には、多数のディンプルが形成されている。ｎ型シリコン基板４２において、中央部分はｎ型シリコン基板４２が露出している。左右両側の少し色の濃い部分は、ｎ型シリコン基板４２上に形成した拡散マスク５２である。拡散マスク５２の端部は、ディンプルの凹凸に沿って微細な曲線形状になっている。

以上のような方法により、図４（ｂ）に示した、微細な曲線形状を有するｐｎ接合の境界を形成することができる。

また、前記のように、図５（ｂ）を用いて説明した工程において、ｎ型シリコン基板４２の表面のディンプルを、深さ１〜５μｍ、直径２０〜１５０μｍの大きさに形成しておくことで、ｐｎ接合の曲線度を１．０１〜１．１２に、ｐｎ接合の境界の微細な曲線形状の山と谷の幅の最大値Ｗｅを１００μｍ以下に形成することができる。前記の通り、ｐｎ接合の曲線度が、１．０１〜１．１２となるよう形成すると、裏面電極型太陽電池１の変換効率が高くなる。さらには、ｐｎ接合の曲線度が１．０３〜１．０８であるときに裏面電極型太陽電池１の変換効率がより高くなる。また、前記の通り、ｐｎ接合の境界の微細な曲線形状の山と谷の幅の最大値Ｗｅを１００μｍ以下となるよう形成することで、ｎ^＋層４６内に入り込んだｐ^＋層４７と、ｎ^＋層４６上のｎ型用電極が接触することを防止できる。

本実施形態のようにエッチングペーストを印刷工程で用いた製造方法は、実施形態１のフォトリソグラフィを用いた製造方法に比べて工程数が少ないため、より低コストで、本発明にかかる裏面電極型太陽電池を作製できる。

なお、上記の図５で示した製造工程では、エッチングペーストを用い、その印刷時にｎ型シリコン基板４２上に形成したディンプルによってペーストを流動させることにより、ｐｎ接合の境界を微細な曲線形状に形成した。その他に、マスキングペーストやドーピングペーストを用い、その印刷時にｎ型シリコン基板４２上に形成したディンプルによってペーストを流動させることにより、ｐｎ接合の境界を微細な曲線形状に形成することも可能である。ここで、マスキングペーストとは、前記の通り、溶剤、増粘剤および酸化シリコン前駆体を含むペーストである。また、ドーピングペーストとは、上記マスキングペーストに加え、リン化合物などのｎ型ドーパントまたは、ボロン化合物などのｐ型ドーパントなどを含むペーストである。いずれのペーストを用いても同様に、ｐｎ接合の境界を微細な曲線形状に形成することができる。

また、本実施形態のようにｎ型シリコン基板４２上に形成したディンプルによってペーストを流動させる製造方法においては、ｐｎ接合の微細な曲線形状は、ディンプルの形状のほか、ペーストの粘度や乾燥時間等にも影響を受ける。従って、所望のｐｎ接合の微細な曲線形状を得るために、ペーストの粘度、表面張力や乾燥時間等を調整することも有効である。

＜実施形態３＞
本発明の実施形態３にかかる裏面電極型太陽電池６１は、実施形態１及び２と同じく、裏面電極型太陽電池であるが、裏面の構造が異なる。

ｎ型シリコン基板を用いた裏面電極型太陽電池は、裏面に形成したｐ^＋層の面積が大きいほど、変換効率が高くなる。言い換えれば、裏面に形成したｎ^＋層の面積は小さいことが望ましい。このため、従来から、ｎ^＋層をドット形状にすることが提案されている。本発明は、このようにｎ^＋層をドット形状に形成した裏面電極型太陽電池にも適用することができる。

図８は、本実施形態にかかる裏面電極型太陽電池６１の裏面の構造を模式的に示した図である。図２と同様、ｎ^＋層６６およびｐ^＋層６７を露出させた状態を表している。図８（ａ）は、裏面電極型太陽電池６１の裏面全体を示した図である。図８（ａ）に示すように、本実施形態においては、裏面電極型太陽電池６１の裏面に、ドット形状のｎ^＋層６６が多数並ぶ構造を有している。ｎ^＋層６６以外の領域が、ｐ^＋層６７である。このように、ｎ^＋層６６をドット形状とすることで、ｐ^＋層６７の面積をより大きくすることができる。また、図８（ａ）のＩ−Ｉ’に沿って見ると、裏面電極型太陽電池６１の裏面では、ｎ^＋層６６とｐ^＋層６７が交互に接して形成されている。

図８（ｂ）は、ｎ^＋層６６の一つを拡大して示した図である。図に示すように、ｎ^＋層６６とｐ^＋層６７の間のｐｎ接合の境界の形状は、巨視的にはなめらかな略円形形状だが、微視的には略正弦波形状の微細な曲線形状を有する。言い換えれば、ｎ^＋層６６の外形は、巨視的にはなめらかな略円形形状だが、微視的には略正弦波形状の微細な曲線形状を有する。このようにすることによって、実施形態１及び２と同様に、裏面電極型太陽電池の変換効率が高くなる効果を有する。

図８（ｂ）に示したｎ^＋層６６は、実施形態１と同様に、フォトリソグラフィを用いた製造方法によって形成することが可能である。また、ｎ^＋層６６は、実施形態２と同様に、ｎ型シリコン基板上に形成したディンプルによってペーストを流動させることによって形成することも可能である。後者の場合は、ｎ^＋層６６の外形の微細な曲線形状は、図４（ｂ）と同様に、非周期でいびつな形状になる。

なお、図８に示したｎ^＋層６６は、略円形のドット形状であったが、これには楕円形も含まれるものである。また、多角形であっても構わないし、よりゆがんだ形状であっても構わない。

また、ｐｎ接合の境界の微細な曲線形状は、必ずしもドット形状のｎ^＋層６６の全周囲に形成されていなくてもよい。一部でも微細な曲線形状を有していれば、その部分での変換効率は向上する。

＜実施例１、実施例２、比較例１および従来例＞
本発明の効果を確認するため、上記の実施形態１で説明した、フォトリソグラフィを用いた製造方法を用いて、実施例１、実施例２、比較例１および従来例となる裏面電極型太陽電池を作製した。上記の、図３（ｆ）を用いて説明した工程における露光用マスク２４のマスクパターンを変えることで、ｐｎ接合の曲線度を変えた複数種類の裏面電極型太陽電池を作製し、その最大出力を測定した。

図９は、露光用マスク２４の形状を模式的に示した図である。上記のように、この露光用マスク２４の形状通りにｎ^＋層６が形成され、さらにはこの露光用マスク２４の形状通りにｐｎ接合の境界の形状が形成される。図９（ａ）は、実施例１、実施例２および比較例１の作製に用いた露光用マスク２４のマスクパターンの一部を示した図である。マスクパターンの端部は、円弧が連続した微細な曲線形状である。マスクパターンの最大幅は２００μｍであり、端部の微細な曲線形状の幅の最大値は、Ｗｅである。

図９（ｂ）は、図９（ａ）に示したマスクパターンの、端部の微細な曲線形状の調整方法を説明する図である。直径２００μｍの円を、ピッチＰで縦に並べ、その外周をつなぐことで、図９（ａ）のマスクパターンを作成している。Ｐを大きくすると、Ｗｅが大きくなり、曲線度も大きくなる。実施例１、実施例２および比較例１では、Ｐの大きさを変え、曲線度の異なる裏面電極型太陽電池を作製した。

図９（ｃ）は、従来例の作成に用いた露光用マスク２４を示した図である。マスクパターンの幅は２００μｍであり、マスクパターンの端部は直線である。このマスクパターンを使用して形成したｐｎ接合の境界も直線になる。

表１に、実施例１、実施例２、比較例１および従来例の作製条件および測定結果を示す。

Ｐの欄およびＷｅの欄は、各実施例および比較例の作製に用いたマスクパターンに関して、円のピッチＰと、端部の微細な曲線形状の幅の最大値Ｗｅを示したものである。従来例の作製に用いたマスクパターンはこのような形状ではないので、値を記入していない。

曲線度の欄は、マスクパターンの曲線度を示したものである。なお、上記の通りフォトリソグラフィを用いた製造方法では、マスクパターンの通りにｐｎ接合の境界が形成されるので、ｐｎ接合の境界の曲線度もこの値となる。

最大出力の欄は、従来例の最大出力を１００％とした時の比率で表している。最大出力が大きいほど、太陽電池の変換効率が高く、特性が良いことを示す。

実施例１、実施例２および比較例１の作製においては、Ｐを５０、１００、１５０μｍと変えて、露光用マスク２４のマスクパターンの端部の微細な曲線形状の曲線度を調整した。円のピッチＰが大きくなるにつれ、曲線度も大きくなる。

一方、従来例は、図９（ｃ）のようにマスクパターンの端部が直線であり、曲線度は１である。

最大出力の欄によれば、実施例１および実施例２は、最大出力が従来例を上回った。また、実施例２の特性が最も良く、１０３．５％となった。このように、上記の実施形態１で説明した、フォトリソグラフィを用いた製造方法を用いて、ｐｎ境界が微細な曲線形状の裏面電極型太陽電池を作製することにより、変換効率が向上することが確認できた。

一方、比較例１は最大出力が９９．１％と、従来例を下回った。このことから、曲線度を大きくしすぎると、かえって変換効率が低下するものと考えられる。

＜実施例３および比較例２＞
次に、別の製造方法によっても本発明の効果が得られることを確認するため、上記の実施形態２で説明した、ｎ型シリコン基板２上に形成したディンプルによってペーストを流動させる製造方法を用いて、実施例３および比較例２となる裏面電極型太陽電池を作製した。

実施例３および比較例２はいずれも、上記の図５（ｂ）で説明した工程において、ｎ型シリコン基板２の表面のディンプルを、その直径の中心値が５０〜６０μｍとなるように形成した。

また、実施例３と比較例２は、曲線度が異なるよう作製した。実施例３は、エッチングペーストを用い、スクリーン印刷により印刷した。エッチングペーストの粘度は、３０Ｐａ・ｓであった。比較例２は、マスキングペーストを用い、インクジェット法により印刷した。マスキングペーストの粘度は、２０ｍＰａ・ｓであった。

このようにして実施例３および比較例２を作製し、その最大出力を測定した。

表２に、実施例３および比較例２の曲線度および測定結果を示す。

曲線度の欄は、作製した裏面電極型太陽電池のｐｎ接合の境界面の長さを実際に測定して求めた値である。

最大出力の欄は、表１と同じく、従来例の最大出力を１００％とした時の比率で表している。

実施例３の曲線度は１．０６２であり、最大出力は１０４．７％であった。従って、従来例の特性を上回る結果を得た。このように、上記の実施形態２で説明した、ｎ型シリコン基板２上に形成したディンプルによってペーストを流動させる製造方法を用いた場合でも、ｐｎ境界が微細な曲線形状の裏面電極型太陽電池を作製することにより、変換効率が向上することが確認できた。

一方、比較例２の曲線度は１．３００であり、最大出力は９３．９％であった。すなわち、比較例１と同様、従来例の最大出力を下回る結果となった。このことから、比較例１と同様に、曲線度を大きくしすぎると、かえって変換効率が低下するものと考えられる。

なお、実施例３の作製に用いたエッチングペーストは、スクリーン印刷法で用いたものであって、比較的粘度が高い。一方、比較例２の作製に用いたマスキングペーストは、インクジェット法で用いたものであって、より粘度が低く流動性が高い。このことから、実施例３より比較例２の方がｎ型シリコン基板２上のディンプルによるペーストの流動が大きく、曲線度が大きくなったものと思われる。従って、エッチングペーストやマスキングペースト等を用いる場合は、ペースト材の粘度を適切に調整することによって、適切な曲線度を得ることができる。

図１０は、上記の実施例１〜３、比較例１、２および従来例の、ｐｎ接合の曲線度と最大出力の関係を合わせて示した図である。フォトリソグラフィを用いて作製したもの、すなわち実施例１、実施例２、比較例１および従来例を黒の四角で、ペーストを用いて作製したもの、すなわち実施例３および比較例２を白の三角でプロットしている。また、近似曲線を重ねて図示している。

図１０によれば、フォトリソグラフィを用いて作製したものも、ペーストを用いて作製したものも、同一の近似曲線で近似可能と考えられる。従って、本発明の効果は、裏面電極型太陽電池のｐｎ接合の境界の微細な曲線形状に依存して得られるものであり、製造方法には依存しないことが明らかになった。

また、近似曲線によれば、ｐｎ接合の曲線度が１．００より大きくなるにつれ、最大出力は一旦上昇し、１．０５付近で最大となる。しかしさらに曲線度を大きくすると、かえって最大出力が低下する。このことから、曲線度には望ましい範囲があると考えられる。近似曲線によれば、曲線度が１．０１〜１．１２であるとき、最大出力は従来例に比べて１０１．０％以上となる効果が得られるものと考えられる。図１０に両矢印Ｊでこの範囲を示した。また、曲線度が１．０３〜１．０８であるとき、最大出力は従来例に比べて１０３．０％以上となる効果が得られるものと考えられる。図１０に両矢印Ｋでこの範囲を示した。

なお、上記の実施形態１、２および３では、裏面電極型太陽電池は、ｎ型シリコン基板の裏面にｎ^＋層とｐ^＋層が交互に接して形成されたものであった。しかし、ｎ型シリコン基板の裏面にｎ^＋層とｐ^＋層を交互に離間して形成した裏面電極型太陽電池もある。この場合は、裏面電極型太陽電池の裏面において、ｎ型シリコン基板とｐ^＋層の間の境界がｐｎ接合を形成しており、この境界が微細な曲線形状を有していれば、同様の効果を発揮する。

また、本発明のｐｎ接合の境界の微細な曲線形状は、特定の形状に限られるものではない。例えば上記の図２（ｂ）や図９（ａ）に示したように、円弧を連続させた形状であっても良いし、上記の図８（ｂ）に示したように、略正弦波形状であっても良いし、三角波形状等であっても良い。あるいは、上記の図４（ｂ）や図６（ａ）に示したように、非周期でいびつな形状であってもよい。

また、上記の実施形態１、２および３では、シリコン基板がｎ型である場合に関して説明したが、ｐ型シリコン基板を用いることも可能である。このようにシリコン基板がｐ型であっても、裏面に形成されたｐｎ接合の境界の微細な曲線形状を上記のような曲線度となるようにすることで、上記の実施形態１、２および３と同様の効果が得られる。

また、ｐ型シリコン基板を用いる場合は、より高い短絡電流を得るために、シリコン基板の導電型であるｐ型と異なる導電型であるｎ^＋層の合計面積のほうがｐ^＋層の合計面積よりも大きい。この場合、ｐ^＋層は長さ方向に対し垂直方向に分離されていてもよい。その際、ｐ^＋層間はｎ^＋層が形成されていてもよい。また、ｎ^＋層が長さ方向に対し垂直方向に分離されている場合は、ｎ^＋層間にｐ^＋層が形成されていてもよい。

また、本発明の裏面型太陽電池の製造方法は、上記の実施形態１および２で開示した製造方法のほか、様々な製造方法で作製可能である。それらの製造方法にも、本発明のようにｎ型シリコン基板上に形成したディンプルによってペーストを流動させる方法を適用可能である。

本発明に係る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全般に広く適用することができる。

１、４１、６１ 裏面電極型太陽電池
２、４２ ｎ型シリコン基板
２ａ、４２ａ ダメージ層
３、４３ 凹凸形状
４ 窒化シリコン膜
５ 裏面パッシベーション膜
６、４６、６６ ｎ^＋層
７、４７、６７ ｐ^＋層
８ ｎ型用電極
９ ｐ型用電極
２１、５１ テクスチャマスク
２２、５２ 拡散マスク
２３ レジスト
２３’ 硬化レジスト
２４ 露光用マスク
２５ 露光
２６ 酸性薬品
２７、５４ リンインク
２８ 酸化シリコン膜
２９ 拡散マスク
３０ ボロンインク
５３ エッチングペースト

Claims (5)

1. 第１導電型半導体基板の一方の面に、第１導電型不純物拡散領域、第２導電型不純物拡散領域、前記第１導電型不純物拡散領域と接続される第１の電極および前記第２導電型不純物拡散領域と接続される第２の電極を有する裏面電極型太陽電池において、
   前記第１導電型不純物拡散領域と前記第２導電型不純物拡散領域は、交互に形成されており、
   前記第２導電型不純物拡散領域は、略矩形形状又は略円形形状であり、
   前記第１導電型半導体基板の裏面において、前記第２導電型不純物拡散領域の外形は、微細な曲線形状を有すること
   を特徴とする裏面電極型太陽電池。
2. 前記第１導電型不純物拡散領域と前記第２導電型不純物拡散領域は、接して形成されている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。
3. 前記第１導電型不純物拡散領域と前記第２導電型不純物拡散領域は、離間して形成されている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。
4. 前記第２導電型不純物拡散領域の境界の曲線度は、１．０１〜１．１２の範囲内である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。
5. 前記第１導電型半導体基板の裏面は、深さ１〜５μｍで直径が２０〜１５０μｍのディンプルを有する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。