JP2014110256A

JP2014110256A - 太陽電池セルの製造方法および太陽電池セル

Info

Publication number: JP2014110256A
Application number: JP2012262502A
Authority: JP
Inventors: Naoki Takeda; 直樹武田; Takao Imanaka; 崇雄今中; Shinsuke Maeda; 真佑前田
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2012-11-30
Filing date: 2012-11-30
Publication date: 2014-06-12

Abstract

【課題】基板にダメージが入るのを抑制し、かつ微細な形状を安定して形成することによって、太陽電池セルの特性の低下を抑制できるとともに太陽電池セルの特性のばらつきを抑えることが可能な太陽電池セルの製造方法および太陽電池セルを提供する。
【解決手段】第２のパルスレーザ光の１パルス当たりの円形状の照射領域の径が第１のパルスレーザ光の１パルス当たりの円形状の加工部の径よりも小さく、第２のパルスレーザ光は照射領域が加工部のエッジを含むように照射される太陽電池セルの製造方法とその方法により製造された太陽電池セルである。
【選択図】図１

Description

本発明は、太陽電池セルの製造方法および太陽電池セルに関する。

太陽光エネルギを電気エネルギに直接変換する太陽電池セルは、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高まっている。太陽電池セルとしては、化合物半導体を使ったもの、および有機材料を使ったものなど、様々な種類があるが、近年の主流は、シリコン結晶を用いたものである。

その中で、一般的な太陽電池セルは、太陽光を受ける受光面にｎ型不純物拡散領域用のｎ電極が設けられ、裏面にはｐ型不純物拡散領域用のｐ電極が設けられた構造の両面電極型太陽電池セルである。両面電極型太陽電池セルにおいて、受光面側に設けられたｎ電極は電流の取り出しのために必要である。しかしながら、基板の受光面側のｎ電極の下方の部分には太陽光が入射しないため、ｎ電極の下方部分では発電しない。したがって、ｎ電極の電極面積が大きい場合には、両面電極型太陽電池セルの変換効率が低下することになる。このような、両面電極型太陽電池セルの受光面側の電極による損失はシャドウロスと呼ばれており、両面電極型太陽電池セルの受光面側の電極パターンを微細にして、シャドウロスを低減する開発が行なわれている。

これに対し、受光面に電極がなく、ｐ電極およびｎ電極の両方を裏面に形成した構造の裏面電極型太陽電池セルも存在している。裏面電極型太陽電池セルにおいては、基板の受光面側に電極が存在しないために、電極によるシャドウロスがなく、入射してくる太陽光のほぼ全てを基板内に取り込むことができるため、原理的には高変換効率を実現可能である。しかしながら、裏面電極型太陽電池セルは、不純物拡散領域をパターニングして基板の裏面に形成する必要があることから、製造プロセスが、両面電極型太陽電池セルよりも複雑化してしまう。製造プロセスの複雑化は、必然的に製造コストを増加させると共に、量産性を低下させるため、商業用として大量生産することが難しくなる。

そこで、たとえば特許文献１には、エッチングペーストを使用して基板の裏面に拡散領域を形成する裏面電極型太陽電池セルの製造方法が開発されている。太陽電池セルの変換効率は、キャリアの表面再結合によるロスの低減と密接に関連しているため、裏面電極型太陽電池セルにおいて、高い変換効率を実現するためには、ｎ電極とｐ電極の細線化が求められている。

しかしながら、特許文献１に記載の裏面電極型太陽電池セルの製造方法においては、特に細線化が求められるｎ型不純物拡散領域をたとえば２５０μｍ以下といった線幅にするために、エッチングペーストを極細で塗布することは、塗布幅のばらつきが±３０μｍ程度存在するため困難である。

また、従来技術のフォトリソグラフィを用いた裏面電極型太陽電池セルの製造方法においては、ｎ電極とｐ電極の細線化および狭ピッチ化は可能であるが、マスクが高価であること、工程数が増加すること、およびレジストの材料費が高価であることなどの理由により、製造コストが増加するとともに、量産性が低下する。

また、たとえば特許文献２に示されるように、レーザ光をビームエキスパンダにより広げて大面積化し、シリンドリカルレンズ等で直線状に集光させて加工物に照射する加工装置が開発されている。

特開２００８−１８６９２７号公報特開平５−２０６５５８号公報

しかしながら、特許文献２に示される加工装置からのレーザ光の照射を利用して不純物拡散領域等のパターニングを行なった場合には、レーザ光の照射に起因する熱的な影響によってシリコン結晶等からなる基板にダメージが入ってしまい、太陽電池セルの特性が低下することがあった。

基板にダメージが入るのを抑制するため、レーザ光としては短パルスのレーザ光を照射することが考えられるが、短パルスのレーザ光を複数重ね合わせて照射する必要がある。そのため、不純物拡散領域のような微細な形状を安定して形成するのが困難であり、ひいては、太陽電池セルの特性にばらつきが生じてしまうという問題があった。

上記の事情に鑑みて、本発明の目的は、基板にダメージが入るのを抑制し、かつ微細な形状を安定して形成することによって、太陽電池セルの特性の低下を抑制できるとともに太陽電池セルの特性のばらつきを抑えることが可能な太陽電池セルの製造方法および太陽電池セルを提供することにある。

本発明は、基板の表面上に被覆膜を形成する工程と、被覆膜にパルスレーザ光を移動させながら照射することによって被覆膜の一部を除去する工程とを含み、被覆膜の一部を除去する工程は、被覆膜に第１のパルスレーザ光を照射することにより被覆膜の一部を除去する工程と、被覆膜に第２のパルスレーザ光を照射することにより被覆膜の他の一部を除去する工程とを含み、第２のパルスレーザ光の１パルス当たりの円形状の照射領域の直径は、第１のパルスレーザ光の１パルス当たりの円形状の加工部の直径よりも小さく、第２のパルスレーザ光は、照射領域が加工部のエッジを含むように照射される太陽電池セルの製造方法である。このような構成とすることによって、基板にダメージが入るのを抑制し、かつ微細な形状を安定して形成することによって、太陽電池セルの特性の低下を抑制できるとともに太陽電池セルの特性のばらつきを抑えることが可能となる。

また、本発明は、基板の表面上に拡散防止マスク層を形成する工程と、拡散防止マスク層にパルスレーザ光を照射することによって拡散防止マスク層の一部を除去する工程と、拡散防止マスク層の除去部分から基板に不純物を拡散する工程とを含み、拡散防止マスク層の一部を除去する工程は、拡散防止マスク層に第１のパルスレーザ光を照射することにより拡散防止マスク層の一部を除去する工程と、拡散防止マスク層に第２のパルスレーザ光を照射することにより拡散防止マスク層の他の一部を除去する工程とを含み、第２のパルスレーザ光の１パルス当たりの円形状の照射領域の直径は、第１のパルスレーザ光の１パルス当たりの円形状の加工部の直径よりも小さく、第２のパルスレーザ光は、照射領域が加工部のエッジを含むように照射される太陽電池セルの製造方法である。このような構成とすることによって、基板にダメージが入るのを抑制し、かつ微細な形状を安定して形成することによって、太陽電池セルの特性の低下を抑制できるとともに太陽電池セルの特性のばらつきを抑えることが可能となる。

本発明によれば、基板にダメージが入るのを抑制し、かつ微細な形状を安定して形成することによって、太陽電池セルの特性の低下を抑制できるとともに太陽電池セルの特性のばらつきを抑えることが可能な太陽電池セルの製造方法および太陽電池セルを提供することができる。

（ａ）〜（ｌ）は、実施の形態の太陽電池セルの製造方法の製造工程を図解する模式的な断面図である。実施の形態におけるパルスレーザ光の照射方法の一例について図解する模式的な平面図である。実施の形態におけるパルスレーザ光の照射方法の一例について図解する模式的な平面図である。実施の形態の裏面電極型太陽電池セルの裏面の模式的な平面図である。

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。

図１（ａ）〜図１（ｌ）に、本発明の太陽電池セルの製造方法の一例である実施の形態の裏面電極型太陽電池セルの製造方法の製造工程を図解する模式的な断面図を示す。まず、図１（ａ）に示すように、基板１の裏面上に基板１の裏面を被覆する拡散防止マスク層２を形成するとともに、基板１の受光面上に基板１の受光面を被覆する拡散防止マスク層３を形成する。

基板１としては、たとえば、ｎ型またはｐ型の単結晶または多結晶のシリコンからなるシリコン基板などの半導体基板を用いることができる。ここで、基板１としてシリコン基板を用いる場合には、所望の厚さにスライスされたシリコンウエハのスライスダメージを除去するため、片面につき１０〜２０μｍ程度の厚さをフッ酸と硝酸の混酸若しくは水酸化ナトリウムなどのアルカリ溶液でエッチングしたものを用いることができる。基板１の大きさおよび形状は、特に限定されないが、厚さを１００〜３００μｍとし、外形を１辺１００〜１５０ｍｍの擬似四角形の表面を有するものとすることができる。また、基板１におけるｎ型不純物またはｐ型不純物の不純物濃度は、たとえば、１×１０¹⁵個／ｃｍ³以上１×１０¹⁶個／ｃｍ³とすることができる。

拡散防止マスク層２および拡散防止マスク層３としては、それぞれ、たとえば、酸化物層および窒化物層の少なくとも一方を用いることができる。酸化物層としては、たとえば酸化シリコン層などを用いることができる。また、窒化物層としては、たとえば窒化シリコン層などを用いることができる。したがって、拡散防止マスク層２および拡散防止マスク層３としては、たとえば、酸化シリコン層の単層、窒化シリコン層の単層、または酸化シリコン層と窒化シリコン層との積層体などを用いることができる。

拡散防止マスク層２の厚さおよび拡散防止マスク層３の厚さは、特に限定されないが、たとえば、それぞれ２００ｎｍ以上４００ｎｍ以下の厚さとすることができる。

拡散防止マスク層２および拡散防止マスク層３の形成方法も特に限定されないが、たとえば、常圧ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法、プラズマＣＶＤ法、スチーム酸化法、またはＳＯＧ（Spin on Glass）の塗布・焼成などを用いることができる。

次に、図１（ｂ）に示すように、拡散防止マスク層２に、パルスレーザ光４を移動させながら照射することによって、図１（ｃ）に示すように、拡散防止マスク層２の一部を除去して、拡散防止マスク層２に開口部５を形成する。ここで、拡散防止マスク層２の開口部５は、後述する工程で、不純物拡散領域を形成する領域に相当する。

図２および図３に、実施の形態におけるパルスレーザ光４の照射方法の一例について図解する模式的な平面図を示す。まず、図２に示すように、第１のパルスレーザ光４ａを第１の方向４３ａに移動させながら照射する。第１のパルスレーザ光４ａの１パルス当たりの照射により、第１のパルスレーザ光４ａの照射領域に対応する拡散防止マスク層２の部分が円形状に除去されて、円形状の開口部である加工部４２が形成される。なお、第１の方向４３ａは、図１の紙面の法線方向に相当する。

第１のパルスレーザ光４ａの１パルスの照射により形成される拡散防止マスク層２の円形状の開口部である加工部４２の直径はｄ１となっている。加工部４２の直径ｄ１の大きさは円形状の加工部４２の中心を通り、かつ第１の方向４３ａと垂直な方向である第２の方向４３ｂに伸長する仮想線と、加工部４２の周縁との交点であるエッジ部４１間の距離に相当する。

第１のパルスレーザ光４ａのパルス幅は、１００ｐｓ（ピコ秒）以下であることが好ましい。この場合には、第１のパルスレーザ光４ａの照射領域における基板１の部分の熱による溶融変形などの基板１に対する熱ダメージの発生をより効果的に抑制することができる。

第１のパルスレーザ光４ａの波長は、１００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下であることが好ましい。この場合には、拡散防止マスク層２のパターニングをより高精度に、かつより高効率で行なうことができるとともに、基板１の熱による溶融変形などの基板１における熱ダメージの発生をより効果的に抑えることができる。

第１のパルスレーザ光４ａのパルス周波数は、１０ｋＨｚ以上３００ｋＨｚ以下であることが好ましい。この場合には、加工速度とレーザのスキャンの安定性とを両立することができる。

次に、図３に示すように、第２のパルスレーザ光４ｂを第１の方向４３ａに移動させながら照射する。第２のパルスレーザ光４ｂ照射により、第２のパルスレーザ光４ｂの照射領域に対応する領域であって、円形状の開口部として既に存在する加工部４２以外の領域の拡散防止マスク層２の部分が除去される。

ここで、第２のパルスレーザ光４ｂは、以下の（ｉ）および（ｉｉ）の２つの要件を満たすように照射される。

（ｉ）第２のパルスレーザ光４ｂの１パルス当たりの円形状の照射領域４４の直径ｄ２が第１のパルスレーザ光４ａの１パルス当たりの円形状の加工部４２の直径ｄ１よりも小さい。

（ｉｉ）第２のパルスレーザ光４ｂの照射領域４４が、第１のパルスレーザ光４ａの１パルス当たりの円形状の加工部４２のエッジ４１を含む。

一般に、パルスレーザ光の１パルス当たりの照射領域の形状は、特別な整形をしない限り、円形状となっている。そのため、特別な整形をしていないパルスレーザ光の１パルス当たりの照射によって形成される加工部の形状も円形状となる。たとえば、パルスレーザ光の照射によって直線状の加工部を形成する場合には、図２および図３に示すように、パルスレーザ光の円形状の照射領域の一部を重ね合わせることにより行なわれる。

パルスレーザ光の照射による加工形状および加工速度は、１パルス当たりのパルスレーザ光の照射による加工形状、パルスレーザ光のパルス周波数、およびガルバノスキャナの走査速度などにより決まる。

たとえば、パルスレーザ光の照射によって高速で加工するためには、パルスレーザ光の１パルス当たりの照射による加工形状を大きく、かつガルバノスキャナの走査速度を速くする必要がある。

一方、パルスレーザ光の照射領域を重ね合わせた場合には、パルスレーザ光が同一箇所に複数回照射されることになるため、当該箇所においては、基板へのダメージが大きくなる。そのため、基板へのダメージを小さくするためには、パルスレーザ光が重ね合わされる領域の面積を小さくする必要がある。しかしながら、この場合には、パルスレーザ光の照射領域の直径を小さくし、かつガルバノスキャナの走査速度を速くする必要がある。

また、パルスレーザ光の照射による加工部のエッジの直線性を高くするためには、パルスレーザ光の照射領域の直径を小さくし、かつ照射領域を重ね合わせた領域の面積を大きくする必要がある。そのため、基板へのダメージが少なくなるように、パルスレーザ光の照射による加工を高速で行なった場合には、パルスレーザ光の１パルス当たりの照射によって形成される加工部のエッジの直線性が低下し、パルスレーザ光の照射領域の重ね合わせが困難になるという課題があった。

そこで、本発明者が鋭意検討した結果、第１のパルスレーザ光４ａと第２のパルスレーザ光４ｂとを、上記のように照射することによって、基板１にダメージが入るのを抑制することができ、かつ拡散防止マスク層２に開口部５を安定して微細な形状に形成することができることを見い出し、本発明を完成するに至ったものである。

ここで、第２のパルスレーザ光４ｂの１パルス当たりの円形状の照射領域４４の直径ｄ２は、第１のパルスレーザ光４ａの１パルス当たりの円形状の加工部４２の直径ｄ１の１／２以下であることが好ましい。この場合には、加工部のエッジのばらつきを１／２以下に低減することができる。

また、第１のパルスレーザ光４ａの１パルス当たりの照射により形成された円形状の加工部４２の直径ｄ１に対する第２のパルスレーザ光４ｂの１パルス当たりの照射領域４４の直径ｄ２の比率（ｄ２／ｄ１）と、第１のパルスレーザ光４ａの移動速度ｖ１に対する第２のパルスレーザ光４ｂの移動速度ｖ２の比率（ｖ２／ｖ１）とが同じであることが好ましい。この場合には、第１のパルスレーザ光４ａの１パルス当たりの照射により形成された円形状の加工部４２と第２のパルスレーザ光４ｂの照射領域４４との重ね合わせ率を一定にすることができるため、加工ダメージの安定性を保つことができる。なお、本明細書において、「同じ」とは、完全に同一である場合だけでなく、実質的に同一である場合も含む。

次に、図１（ｄ）に示すように、拡散防止マスク層２の開口部５から基板１の裏面にｎ型不純物を拡散して、ｎ型不純物拡散層６を形成する。ｎ型不純物拡散層６の形成は、たとえば、ｎ型不純物としてのリンを含むＰＯＣｌ₃を用いた気相拡散、またはリンを含む溶剤をスピンコートまたは印刷して高温でアニールする塗布拡散などにより行なうことができる。

なお、ｎ型不純物拡散層６中のｎ型不純物濃度が１×１０¹⁷個／ｃｍ³以上１×１０¹⁹個／ｃｍ³となるように、気相拡散によりｎ型不純物拡散層６を形成する場合には、たとえば８００℃以上９００℃以下の温度で３０分以上６０分以下の時間、ｎ型不純物を拡散することが好ましい。また、基板１の受光面側の拡散防止マスク層３を形成せずに、基板１の受光面側にもｎ型不純物を拡散してＦＳＦ（フロントサーフェスフィールド）を形成してもよい。

また、ｎ型不純物拡散層６を形成する方法は、上記の方法に限定されず、たとえば、基板１の裏面にリンを含む溶剤をスピンコートまたは印刷した後に、たとえば１５０℃以上２００℃以下の温度で乾燥処理を行ない、その後、８００℃以上９００℃以下の温度に設定されたチューブ炉にて熱処理を行なうことによって、基板１の裏面にｎ型不純物拡散層６を形成してもよい。

次に、図１（ｅ）に示すように、拡散防止マスク層２、拡散防止マスク層３、およびリンの拡散によって形成されたＰＳＧ（リンシリケートグラス）層（図示せず）を除去する。ここで、拡散防止マスク層２、拡散防止マスク層３およびＰＳＧ層は、たとえば、濃度が５０％程度のフッ酸を用いたエッチングなどにより除去することができる。

次に、図１（ｆ）に示すように、基板１の裏面上に基板１の裏面を被覆する拡散防止マスク層７を形成するとともに、基板１の受光面上に基板１の受光面を被覆する拡散防止マスク層８を形成する。

ここで、拡散防止マスク層７および拡散防止マスク層８の形成は、たとえば、水蒸気雰囲気のチューブ炉にて基板１の裏面および受光面の熱酸化処理を行ない、基板１の裏面および受光面をそれぞれ覆う酸化膜を形成することによって行なうことができる。このとき、たとえば図１（ｆ）に示すように、基板１の裏面上に形成される拡散防止マスク層７においては、ｎ型不純物拡散層６上に形成される部分が、他の部分と比べて、局所的に厚くなる。これは、基板１の裏面において、ｎ型不純物拡散層６が形成されている領域と、ｎ型不純物拡散層６が形成されていない領域とで、酸化膜の形成速度が異なるためである。すなわち、基板１の裏面のｎ型不純物拡散層６の領域上に形成される酸化膜の形成速度は基板１の裏面の他の領域上に形成される酸化膜の形成速度よりも大きくなる。

次に、図１（ｇ）に示すように、拡散防止マスク層７の一部を除去することによって、拡散防止マスク層７の一部に開口部９を形成し、開口部９から基板１の裏面を露出させる。

拡散防止マスク層７の一部を除去して開口部９を形成する方法は、たとえば、拡散防止マスク層７の厚い部分が残るとともに、拡散防止マスク層７の薄い部分が除去されるようにエッチング時間などの条件を適宜調節した拡散防止マスク層７のエッチングなどにより行なうことができる。

次に、図１（ｈ）に示すように、拡散防止マスク層７の開口部９から基板１の裏面にｐ型不純物を拡散して、ｐ型不純物拡散層１１を形成する。ｐ型不純物拡散層１１は、たとえば、少なくとも開口部９を埋設するように、ボロンを含む溶剤１０をスピンコートまたは印刷した後、１５０℃以上２００℃以下の温度で乾燥処理を行ない、その後、８００℃以上９００℃以下の温度に設定されたチューブ炉にて熱処理を行なうことによって形成することができる。

また、ｐ型不純物拡散層１１を形成する方法は、上記の方法に限定されず、たとえば、ｐ型不純物拡散層１１中のｐ型不純物濃度が１×１０¹⁸個／ｃｍ³以上１×１０¹⁹個／ｃｍ³となるように、ｐ型不純物としてのボロンを含むＢＢｒ₃を用いて、９００℃以上１０００℃以下の温度で３０分以上６０分以下の時間、拡散防止マスク層７の開口部９から基板１の裏面にボロンを気相拡散することにより行なうこともできる。

次に、図１（ｉ）に示すように、拡散防止マスク層７、拡散防止マスク層８、およびボロンの拡散によって形成されたＢＳＧ（ボロンシリケートグラス）層（図示せず）を除去する。

次に、図１（ｊ）に示すように、基板１の裏面上に基板１の裏面を被覆するパッシベーション層１２を形成するとともに、基板１の受光面上に基板１の受光面を被覆する反射防止層１３を形成する。

ここで、基板１の裏面にパッシベーション層１２を形成した後に、パッシベーション層１２をテクスチャエッチングマスクとして、基板１の受光面のテクスチャエッチングを行ない、テクスチャ構造（図示せず）を形成し、その後、基板１の受光面のテクスチャ構造上に反射防止層１３を形成することが好ましい。この場合には、基板１の受光面のテクスチャ構造によって、基板１に入射する太陽光量が増加するため、裏面電極型太陽電池セルの特性を向上させることができる。

また、基板１のテクスチャエッチングは、たとえば、数％の水酸化ナトリウム若しくは水酸化カリウム溶液に数％のイソプロピルアルコールを含有したアルカリ溶液を７０〜８０℃に加熱した溶液を用いて、基板１の受光面をエッチングすることなどにより行なうことができる。

パッシベーション層１２および反射防止層１３としては、それぞれ、たとえば、酸化物層および窒化物層の少なくとも一方を用いることができる。酸化物層としては、たとえば酸化シリコン層などを用いることができる。また、窒化物層としては、たとえば窒化シリコン層などを用いることができる。したがって、パッシベーション層１２および反射防止層１３としては、たとえば、酸化シリコン層の単層、窒化シリコン層の単層、または酸化シリコン層と窒化シリコン層との積層体などを用いることができる。

ここで、酸化シリコン層としては、たとえば、スチーム酸化法、常圧ＣＶＤ法、ＳＯＧの塗布・焼成により形成された厚さ３００ｎｍ以上８００ｎｍ以下のものを用いることができる。また、窒化シリコン層としては、たとえば、プラズマＣＶＤ法または常圧ＣＶＤ法で形成された厚さ６０ｎｍ以上１００ｎｍのものを用いることができる。

次に、図１（ｋ）に示すように、パッシベーション層１２にコンタクトホール１４を形成して、コンタクトホール１４から、ｎ型不純物拡散層６およびｐ型不純物拡散層１１の表面を露出させる。

コンタクトホール１４の形成方法は、特に限定されず、たとえばエッチングペーストをパッシベーション層１２上に塗布した後に加熱することによって、パッシベーション層１２の一部のみを除去する方法などを用いることもできるが、上述した拡散防止マスク層２に開口部５を形成した方法と同様に、第１のパルスレーザ光４ａと第２のパルスレーザ光４ｂとを照射する方法を用いることが好ましい。この場合には、上述したように、基板１にダメージが入るのを抑制することができ、かつパッシベーション層１２にコンタクトホール１４を安定して微細な形状に形成することができる。

その後、図１（ｌ）に示すように、ｎ型不純物拡散層６の表面に接触するｎ電極１５を形成するとともに、ｐ型不純物拡散層１１の表面に接触するｐ電極１６を形成することによって、実施の形態の裏面電極型太陽電池セルが完成する。

ｎ電極１５およびｐ電極１６は、たとえば、銀ペーストを塗布した後に、５００℃以上６００℃以下の温度で焼成することなどにより形成することができる。

図４に、上記のようにして製造された実施の形態の裏面電極型太陽電池セルの裏面の模式的な平面図を示す。なお、図４においては、説明の便宜のため、パッシベーション層１２については図示されていない。

図４に示すように、実施の形態の裏面電極型太陽電池セルの基板１の裏面には、帯状のｎ型不純物拡散層６と、帯状のｐ型不純物拡散層１１とが交互に配置されている。そして、ｎ型不純物拡散層６の表面の一部にｎ電極１５が設置されており、ｐ型不純物拡散層１１の表面の一部にｐ電極１６が設置されている。また、実施の形態の裏面電極型太陽電池セルは、基板１の裏面に、パルスレーザ光の照射跡を有している。

上述した実施の形態においては、パルスレーザ光の照射による加工が、上記の（ｉ）および（ｉｉ）の２つの要件を満たすように、第１のパルスレーザ光４ａと第２のパルスレーザ光４ｂとを照射することにより行なわれている。

したがって、実施の形態においては、パルスレーザ光４の照射による加工時に基板１にダメージが入るのを抑制することができるため、基板１のダメージに起因する裏面電極型太陽電池セルの特性の低下を抑制することができる。

また、実施の形態においては、パルスレーザ光４の照射による加工時に加工対象物を安定して微細な形状に形成することができるため、裏面電極型太陽電池セルの特性にばらつきが発生するのを抑えることができる。

以上の理由により、実施の形態の裏面電極型太陽電池セルの製造方法によれば、基板１にダメージが入るのを抑制し、かつ微細な形状を安定して形成することによって、裏面電極型太陽電池セルの特性の低下を抑制できるとともに、裏面電極型太陽電池セルの特性のばらつきを抑えることが可能となる。

なお、上記において、基板は、単結晶シリコンおよび多結晶シリコン等の種類に限定されるものではない。また、ｎ型とｐ型の導電型が入れ替わっていてもよい。また、本発明は、基板の裏面のみに電極が形成された裏面電極型太陽電池セルに限定されるものではなく、基板の受光面と裏面とにそれぞれ電極が形成された両面電極型太陽電池セルにも適用することができる。ただし、裏面電極型太陽電池セルは、基板の片方の表面のみに両極性の電極を形成する必要があるため、両面電極型太陽電池セルと比較して、本発明を用いた微細形状の形成による効果は大きいと考えられる。

＜実施例１＞
まず、図１（ａ）に示すように、ダメージ層をエッチングにより除去した厚さ１２０μｍのｎ型単結晶シリコンからなる基板１の裏面および受光面に拡散防止マスク層２，３を形成した。拡散防止マスク層２，３としては、具体的には、厚さ１００ｎｍの酸化シリコン膜をウエット酸化法で形成した。

次に、図１（ｂ）に示すように、基板１の裏面の拡散防止マスク層２にパルスレーザ光４を移動させながら照射することによって、図１（ｃ）に示すように、拡散防止マスク層２の一部を除去して、拡散防止マスク層２に開口部５を形成した。ここで、拡散防止マスク層２に対するパルスレーザ光４の照射は、以下のようにして行なった。

まず、第１の位置と第２の位置との間を移動することができる１軸ステージ上に基板１を設置した。次に、基板１を１軸ステージ上の第１の位置に配置し、レーザ発振器から、パルスレーザ光４を発振した。レーザ発振器から発振されたパルスレーザ光４の波長は３５５ｎｍであり、パルス幅は１０ｐｓ程度であり、パルス周波数は２００ｋＨｚであった。

そして、レーザ発振器から発振されたパルスレーザ光４を、第１のパルスレーザ光４ａと、第２のパルスレーザ光４ｂとに分岐させ、その後、ビームエクスパンダによって、第１のパルスレーザ光４ａおよび第２のパルスレーザ光４ｂのビーム径を調整した。

次に、ビームエクスパンダによりビーム径を調整された第１のパルスレーザ光４ａは、ガルバノスキャナおよびｆ−θレンズを通して、第１の位置に照射された。また、ビームエクスパンダによりビーム径を調整された第２のパルスレーザ光４ｂは、ガルバノスキャナおよびｆ−θレンズを通して、第２の位置に照射された。

そして、１軸ステージ上の第１の位置に配置されている基板１の裏面上の拡散防止マスク層２の第１のパルスレーザ光４ａの１パルス当たりの円形状の加工部（開口部）の直径ｄ１が１２０μｍになるようにビームエクスパンダの倍率を調整し、ガルバノスキャナの走査速度（第１のパルスレーザ光４ａの移動速度）を１６．８ｍ／ｓとして、図２に示すように、第１の方向４３ａに直線状に第１のパルスレーザ光４ａを移動させながら照射することによって、拡散防止マスク層２を帯状に除去した。

次に、１軸ステージ上の第１の位置から第２の位置に基板１を移動し、第２のパルスレーザ光４ｂの１パルス当たりの円形状の照射領域の直径ｄ２が５０μｍになるようにビームエクスパンダの倍率を調整し、ガルバノスキャナの走査速度（第２のパルスレーザ光４ｂの移動速度）を７ｍ／ｓとして、図３に示すように、第１の方向４３ａに直線状に第２のパルスレーザ光４ｂを移動させながら照射することによって、拡散防止マスク層２を帯状に除去した。ここで、第２のパルスレーザ光４ｂは、第２のパルスレーザ光４ｂの１パルス当たりの円形状の照射領域４４が、第１のパルスレーザ光４ａの１パルス当たりの円形状の加工部４２のエッジ４１を含むようにして照射された。

そして、基板１の第１の位置への移動、第１のパルスレーザ光４ａの照射、基板１の第２の位置への移動、および第２のパルスレーザ光４ｂの照射をこの順に繰り返して行なうことによって、基板１の裏面の拡散防止マスク層２に、所定の間隔を空けて、帯状の開口部５を複数本形成した。

次に、図１（ｄ）に示すように、拡散防止マスク層２の開口部５から基板１の裏面にｎ型不純物を拡散して、ｎ型不純物拡散層６を形成した。具体的には、少なくとも拡散防止マスク層２の開口部５を埋設するように基板１の裏面側にリンを含む溶剤をスピンコートにより塗布し、１５０℃〜２００℃程度で乾燥処理を行なった後、８００℃〜９００℃程度に設定したチューブ炉で熱拡散処理を行なって、ｎ型不純物拡散層６を形成した。

次に、図１（ｅ）に示すように、拡散防止マスク層２、拡散防止マスク層３、およびリンの拡散によって形成されたＰＳＧ層（図示せず）を、濃度が５０％程度のフッ酸を用いたエッチングにより除去した。

次に、図１（ｆ）に示すように、基板１の裏面上に拡散防止マスク層７を形成するとともに、基板１の受光面上に拡散防止マスク層８を形成した。具体的には、水蒸気雰囲気のチューブ炉に基板１を設置して、基板１の裏面および受光面の熱酸化処理を行ない、基板１の裏面および受光面にそれぞれ酸化膜を形成することによって行なった。このとき、たとえば図１（ｆ）に示すように、基板１の裏面上に形成された拡散防止マスク層７のｎ型不純物拡散層６上に形成される部分が、他の部分と比べて、局所的に厚くなることが確認された。

次に、図１（ｇ）に示すように、拡散防止マスク層７の一部を除去することによって、拡散防止マスク層７の一部に開口部９を形成し、開口部９から基板１の裏面を露出させた。具体的には、拡散防止マスク層７の厚い部分が残り、拡散防止マスク層７の薄い部分がすべて除去されるようなエッチング条件でエッチングを行なうことにより、拡散防止マスク層７に開口部９を形成した。

次に、図１（ｈ）に示すように、拡散防止マスク層７の開口部９から基板１の裏面にｐ型不純物を拡散して、ｐ型不純物拡散層１１を形成した。具体的には、少なくとも開口部９を埋設するように、ボロンを含む溶剤１０をスピンコートにより塗布した後、１５０℃以上２００℃以下の温度で乾燥処理を行ない、その後、８００℃以上９００℃以下の温度に設定されたチューブ炉にて熱処理を行なうことによってｐ型不純物拡散層１１を形成した。

次に、図１（ｉ）に示すように、拡散防止マスク層７、拡散防止マスク層８、およびボロンの拡散によって形成されたＢＳＧ層（図示せず）を除去した。

次に、図１（ｊ）に示すように、基板１の裏面上にパッシベーション層１２を形成するとともに、基板１の受光面上に反射防止層１３を形成した。具体的には、基板１の受光面上および裏面上にプラズマＣＶＤ法により窒化シリコン層を形成することにより、パッシベーション層１２および反射防止層１３を形成した。

次に、図１（ｋ）に示すように、エッチングペーストをパッシベーション層１２上に塗布した後に加熱して、パッシベーション層１２の一部のみを除去することによって、パッシベーション層１２にコンタクトホール１４を形成した。

その後、図１（ｌ）に示すように、コンタクトホール１４から露出したｎ型不純物拡散層６の表面に接触するようにｎ電極１５を形成するとともに、コンタクトホール１４から露出したｐ型不純物拡散層１１の表面に接触するようにｐ電極１６を形成した。具体的には、ｎ電極１５およびｐ電極１６は、コンタクトホール１４を埋設するように銀ペーストを塗布した後に、５００℃以上６００℃以下の温度で焼成することによって形成された。以上の工程を経ることにより、実施例１の裏面電極型太陽電池セルを作製した。

＜実施例２＞
第２のパルスレーザ光４ｂの１パルス当たりの円形状の照射領域の直径ｄ２が６０μｍになるようにビームエクスパンダの倍率を調整し、第２のパルスレーザ光４ｂの移動速度が８．４ｍ／ｓとなるようにガルバノスキャナの走査速度を調整したこと以外は実施例１と同様にして、実施例２の裏面電極型太陽電池セルを作製した。

＜実施例３＞
第２のパルスレーザ光４ｂの１パルス当たりの円形状の照射領域の直径ｄ２が８０μｍになるようにビームエクスパンダの倍率を調整し、第２のパルスレーザ光４ｂの移動速度が１１．２ｍ／ｓとなるようにガルバノスキャナの走査速度を調整したこと以外は実施例１と同様にして、実施例３の裏面電極型太陽電池セルを作製した。

＜実施例４＞
第２のパルスレーザ光４ｂの移動速度が６ｍ／ｓとなるようにガルバノスキャナの走査速度を調整したこと以外は実施例１と同様にして、実施例４の裏面電極型太陽電池セルを作製した。

＜実施例５＞
第２のパルスレーザ光４ｂの移動速度が８ｍ／ｓとなるようにガルバノスキャナの走査速度を調整したこと以外は実施例１と同様にして、実施例５の裏面電極型太陽電池セルを作製した。

＜比較例＞
拡散防止マスク層２に対するパルスレーザ光４の照射を以下のようにして行なったこと以外は実施例１と同様にして、比較例の裏面電極型太陽電池セルを作製した。

具体的には、まず、レーザ発振器から発振されたパルスレーザ光４を、第１のパルスレーザ光４ａと第２のパルスレーザ光４ｂとに分岐せず、ビームエクスパンダによりビーム径を調整し、ガルバノスキャナおよびｆ−θレンズを通して、拡散防止マスク層２に照射した。

ここで、パルスレーザ光４は、１パルス当たりの円形状の加工部（開口部）の直径が７０μｍとなるように、ビームエクスパンダによりビーム径が調整され、ガルバノスキャナの走査速度（パルスレーザ光４の移動速度）を９．８ｍ/ｓとして、直線状にパルスレーザ光４を移動させながら拡散防止マスク層２に照射した。なお、比較例におけるパルスレーザ光４のビーム径は、実施例１における拡散防止マスク層２の帯状の開口部５の幅と同一の幅となるように調整されたものである。

次に、パルスレーザ光４の移動方向と垂直な方向に基板１を２１μｍ移動させ、上記と同様にして、直線状にパルスレーザ光４を移動させながら拡散防止マスク層２に照射した。

その後、さらに、パルスレーザ光４の移動方向と垂直な方向に基板１を２１μｍ移動させ、上記と同様にして、直線状にパルスレーザ光４を移動させながら拡散防止マスク層２に照射した。

以上の工程を経ることにより、基板１の裏面の拡散防止マスク層２に、所定の間隔を空けて、帯状の開口部５を３本形成した。

＜評価＞
表１に、上記のようにして作製された実施例１〜５および比較例の裏面電極型太陽電池セルの帯状のｎ型不純物拡散層６の線幅の平均値を示す。裏面電極型太陽電池セルの出力は、ｎ型不純物拡散層６の面積が小さい方が高くなるため、表１に示すｎ型不純物拡散層６の線幅の平均値が小さい方が高出力の裏面電極型太陽電池セルを得ることができる。

また、パッシベーション層１２に形成されるコンタクトホール１４は、ｎ型不純物拡散層６の線幅の内部に存在する必要があるため、ｎ型不純物拡散層６の線幅の最小値が大きいほど、プロセスマージンが大きくなる。

表１に示すように、実施例１〜５と比較例の裏面電極型太陽電池セルを比較した場合には、ｎ型不純物拡散層６の線幅の最小値は同一となっているが、線幅の平均値は、実施例１〜５の裏面電極型太陽電池セルの方が小さくなっているため、実施例１〜５の裏面電極型太陽電池セルは、比較例の裏面電極型太陽電池セルと比べて、より高出力になると考えられる。

また、実施例１〜５の裏面電極型太陽電池セルの製造方法においては、基板１にダメージが入るのを抑制することができ、かつｎ型不純物拡散層６を微細な形状に安定して形成することによって、裏面電極型太陽電池セルの特性の低下を抑制できるとともに、裏面電極型太陽電池セルの特性のばらつきを抑えることが可能となると考えられる。

＜まとめ＞
本発明は、基板の表面上に被覆膜を形成する工程と、被覆膜にパルスレーザ光を移動させながら照射することによって被覆膜の一部を除去する工程とを含み、被覆膜をパターニングする工程は、被覆膜に第１のパルスレーザ光を照射することにより被覆膜の一部を除去する工程と、被覆膜に第２のパルスレーザ光を照射することにより被覆膜の他の一部を除去する工程とを含み、第２のパルスレーザ光の１パルス当たりの円形状の照射領域の直径は、第１のパルスレーザ光の１パルス当たりの円形状の加工部の直径よりも小さく、第２のパルスレーザ光は、照射領域が加工部のエッジを含むように照射される太陽電池セルの製造方法である。このような構成とすることによって、基板にダメージが入るのを抑制し、かつ微細な形状を安定して形成することによって、太陽電池セルの特性の低下を抑制できるとともに太陽電池セルの特性のばらつきを抑えることが可能となる。

ここで、本発明の太陽電池セルの製造方法において、第２のパルスレーザ光の１パルス当たりの円形状の照射領域の直径は、第１のパルスレーザ光の１パルス当たりの円形状の加工部の直径の１／２以下であることが好ましい。このような構成とすることにより、加工部のエッジのばらつきを１／２以下に低減することができる。

また、本発明の太陽電池セルの製造方法において、第１のパルスレーザ光の１パルス当たりの照射により形成された円形状の加工部の直径に対する第２のパルスレーザ光の１パルス当たりの照射領域の直径の比率と、第１のパルスレーザ光の移動速度に対する第２のパルスレーザ光の移動速度の比率とが同じであることが好ましい。このような構成とすることにより、第１のパルスレーザ光の１パルス当たりの照射により形成された円形状の加工部と第２のパルスレーザ光の照射領域との重ね合わせ率を一定にすることができるため、加工ダメージの安定性を保つことができる。

さらに、本発明は、上記のいずれかの太陽電池セルの製造方法により製造された太陽電池セルであって、基板にパルスレーザ光の照射跡を有する太陽電池セルである。このような構成とすることにより、特性の低下を抑制できるとともに、特性のばらつきを抑えることができる太陽電池セルとすることができる。

以上のように本発明の実施の形態および実施例について説明を行なったが、上述の各実施の形態および各実施例の構成を適宜組み合わせることも当初から予定している。

今回開示された実施の形態および実施例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、太陽電池セルの製造方法および太陽電池セルに利用することができ、特に、裏面電極型太陽電池セルの製造方法および裏面電極型太陽電池セルに好適に利用することができる。

１基板、２，３拡散防止マスク層、４パルスレーザ光、４ａ第１のパルスレーザ光、４ｂ第２のパルスレーザ光、５開口部、６ｎ型不純物拡散層、７，８拡散防止マスク層。

Claims

基板の表面上に被覆膜を形成する工程と、
前記被覆膜にパルスレーザ光を移動させながら照射することによって前記被覆膜の一部を除去する工程とを含み、
前記被覆膜の一部を除去する工程は、前記被覆膜に第１のパルスレーザ光を照射することにより前記被覆膜の一部を除去する工程と、前記被覆膜に第２のパルスレーザ光を照射することにより前記被覆膜の他の一部を除去する工程とを含み、
前記第２のパルスレーザ光の１パルス当たりの円形状の照射領域の直径は、前記第１のパルスレーザ光の１パルス当たりの円形状の加工部の直径よりも小さく、
前記第２のパルスレーザ光は、前記照射領域が前記加工部のエッジを含むように照射される、太陽電池セルの製造方法。
基板の表面上に拡散防止マスク層を形成する工程と、
前記拡散防止マスク層にパルスレーザ光を照射することによって前記拡散防止マスク層の一部を除去する工程と、
前記拡散防止マスク層の除去部分から前記基板に不純物を拡散する工程とを含み、
前記拡散防止マスク層の一部を除去する工程は、前記拡散防止マスク層に第１のパルスレーザ光を照射することにより前記拡散防止マスク層の一部を除去する工程と、前記拡散防止マスク層に第２のパルスレーザ光を照射することにより前記拡散防止マスク層の他の一部を除去する工程とを含み、
前記第２のパルスレーザ光の１パルス当たりの円形状の照射領域の直径は、前記第１のパルスレーザ光の１パルス当たりの円形状の加工部の直径よりも小さく、
前記第２のパルスレーザ光は、前記照射領域が前記加工部のエッジを含むように照射される、太陽電池セルの製造方法。
前記照射領域の直径は、前記加工部の直径の１／２以下である、請求項１または２に記載の太陽電池セルの製造方法。
前記加工部の直径に対する前記照射領域の直径の比率と、前記第１のパルスレーザ光の移動速度に対する前記第２のパルスレーザ光の移動速度の比率とが同じである、請求項１から３のいずれか１項に記載の太陽電池セルの製造方法。
請求項１から４のいずれか１項に記載の太陽電池セルの製造方法により製造された太陽電池セルであって、
前記基板に前記パルスレーザ光の照射跡を有する、太陽電池セル。