JP2016146471A - 太陽電池の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高濃度の不純物拡散層上に電極を自己整合的に形成し、パッシベーション膜のパッシベーション効果を最大限に引き出し、変換効率の高い太陽電池の製造方法を得ること。
【解決手段】ｎ型単結晶シリコン基板１００および高濃度ｎ型不純物拡散源１０６上に裏面側誘電体層１０９を形成した後、高濃度ｎ型不純物拡散源１０６とともに、高濃度ｎ型不純物拡散源１０６上に位置する裏面側誘電体層１０９をリフトオフし、開口ｈを形成する。そして開口ｈ内で高濃度ｎ型不純物拡散層１０７にコンタクトする、負電極１１３を形成する。ｎ型不純物拡散源１０６からｎ型不純物を拡散させ、高濃度ｎ型不純物拡散層１０７を形成する工程中もしくは工程前に酸素を供給し、ｎ型不純物拡散源１０６が形成されていない領域に熱酸化膜１０８を形成する。
【選択図】 図４

Description

本発明は、太陽電池の製造方法に係り、特に裏面または受光面コンタクトに関する。

従来、一般的な結晶シリコン太陽電池は、半導体基板と、半導体基板と導電型の異なる拡散層からなり、ｐｎ接合を形成するエミッタ層と、エミッタ層上に形成される反射防止膜層と、半導体基板と同じ導電型の裏面電界層と、エミッタ層および裏面電界層にそれぞれ接続する電極とを備えている。

電極の接触抵抗を考慮すると、電極下に位置する拡散層の不純物濃度を高くすることが好ましい。一方で、拡散層内での少数キャリアの再結合を減少させ、高い開放電圧を得るためには、拡散層の不純物濃度を低くすることが好ましい。そこで、電極下を選択的に高濃度にドープし、電極下領域以外を低濃度にドープするという選択ドープ構造が知られている。

前述のような選択ドープ構造を形成する手法として、例えば、高い不純物濃度を有するドーパントペーストを電極下領域に印刷塗布し、熱拡散して高濃度拡散層を形成した後、ドーパントペーストおよび熱拡散で形成されたガラスをウエットエッチングにより除去する方法がある。しかし、ドーパントペーストの除去後は、高濃度拡散層と低濃度拡散層の識別がしづらく、高濃度拡散層上に電極を位置合わせするのが難しい。電極が高濃度拡散層上からずれてしまうと、接触抵抗の増大あるいは開放電圧の低下につながることがある。そこで、電極の位置ずれを抑え、特性低下を防ぐ工程が必要となる。

例えば、特許文献１では、焼成を行うことで表面に凹部が形成される拡散層形成組成物を用いて、高濃度の不純物拡散層すなわち高濃度拡散層を形成している。高濃度拡散層の表面に凹部が形成されるため、低濃度拡散層との識別が容易となり、電極の位置ずれを抑えることができるとされている。

特許文献２では、膜厚の厚い低濃度ドーパント拡散源と膜厚の薄い高濃度ドーパント拡散源とを結晶シリコン基板上に形成して、拡散する。続いてウエットエッチングを行うと、厚膜の低濃度ドーパント拡散源は完全に除去されずに、薄膜の高濃度ドーパント拡散源のみが完全除去され、開口される。自己整合的にコンタクト開口および電極形成を行えるため、電極を位置合わせする必要がなく、電極の位置ずれも生じないとされている。

国際公開第２０１３／０１５１７３号 特開２０１２−１１４４５２号公報

上記特許文献１の方法では、位置合わせの精度が、印刷機あるいはペーストの特性等の外的要因に依存しているため、例えば幅１００μｍ以下の微細なパターンに対しては、精度を維持することが困難であるという問題がある。また、電極を確実に拡散層上に形成するためには、電極下に位置する拡散層の幅を、電極幅よりも広く形成する必要がある。そのため、高濃度拡散層の表面積が増加し、少数キャリアの再結合が増大する。

特許文献２の方法では、ドーパント拡散源がドーパント拡散後に誘電体層に変化し、開口されなかった部分がパッシベーション膜として残る。そのため、パッシベーション膜を自由に選択することができない。加えて、ドーパント拡散源から変化した誘電体層は、ドーパント拡散時の高温を経るため、膜質低下のおそれがあり、パッシベーション効果を最大限に発揮することができない。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、高濃度の不純物拡散層上に電極を自己整合的に形成し、パッシベーション膜のパッシベーション効果を最大限に引き出し、変換効率の高い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、本発明は、第１導電型を有する結晶系の半導体基板の第１主面上の一部に、第１導電型の不純物を含有する拡散源を形成して、拡散源から第１導電型の不純物を半導体基板中に拡散させる。拡散工程前もしくは工程中に酸素を供給し、拡散源が形成されていない領域に熱酸化膜を形成する。第１不純物拡散層を形成し、半導体基板上および拡散源上に誘電体層を形成した後、拡散源とともに、拡散源上に位置する誘電体層をリフトオフし、開口を形成し、この開口内で第１不純物拡散層にコンタクトする、電極を形成する。

本発明によれば、高濃度不純物拡散層である第１不純物拡散層上に電極を自己整合的に形成し、拡散前もしくは拡散中に形成された熱酸化膜と、拡散後に形成された誘電体層との積層構造体をパッシベーション膜として用いるため、パッシベーション効果を最大限に引き出し、変換効率の高い太陽電池の製造方法を得ることができるという効果を奏する。

実施の形態１にかかる太陽電池の製造方法で形成された太陽電池を示す図であり、（ａ）は、上面図、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ断面図 実施の形態１にかかる太陽電池の製造方法を示すフローチャート （ａ）から（ｃ）は、実施の形態１にかかる太陽電池の製造方法を示す工程断面図 （ａ）から（ｃ）は、実施の形態１にかかる太陽電池の製造方法を示す工程断面図 実施の形態２にかかる太陽電池の製造方法で形成された太陽電池を示す図 実施の形態２にかかる太陽電池の製造方法を示すフローチャート （ａ）および（ｂ）は、実施の形態２にかかる太陽電池の製造方法を示す工程断面図 実施の形態２にかかる太陽電池の製造方法における熱処理工程における温度プロファイルを示す図 実施の形態３にかかる太陽電池の製造方法を示すフローチャート 実施の形態４にかかる太陽電池の製造方法で形成された太陽電池を示す図であり、（ａ）は、上面図、（ｂ）は、（ａ）のＢ−Ｂ断面図 実施の形態４にかかる太陽電池の製造方法を示すフローチャート （ａ）から（ｃ）は、実施の形態４にかかる太陽電池の製造方法を示す工程断面図 （ａ）から（ｃ）は、実施の形態４にかかる太陽電池の製造方法を示す工程断面図 実施の形態５にかかる太陽電池の製造方法で形成された太陽電池を示す図であり、（ａ）は、上面図、（ｂ）は、（ａ）のＣ−Ｃ断面図 実施の形態５にかかる太陽電池の製造方法を示すフローチャート （ａ）から（ｃ）は、実施の形態５にかかる太陽電池の製造方法を示す工程断面図 （ａ）から（ｃ）は、実施の形態５にかかる太陽電池の製造方法を示す工程断面図 実施の形態１の太陽電池の裏面側を示す説明図 実施の形態１の太陽電池の変形例の裏面側を示す説明図

以下に、本発明の実施の形態にかかる太陽電池の製造方法および太陽電池を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

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で形成された太陽電池を示す図であり、（ａ）は、上面図、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ断面図である。図２は、同太
陽電池の製造方法を示すフローチャート、図３（ａ）から（ｃ）および図４（ａ）から（ｃ）は、同太陽電池の製造方法を示す工程断面図である。

全体の説明に先立ち、まず、本実施の形態１の太陽電池の製造方法の要旨を説明する。本実施の形態１に係る太陽電池の製造工程では、図１（ａ）および（ｂ）に示すように、結晶系半導体基板として受光面１００Ａと裏面１００Ｂを有するｎ型単結晶シリコン基板１００を用いる。ｎ型単結晶シリコン基板１００の裏面１００Ｂのあらかじめ決定された一部の領域に第１拡散源として高濃度のリンを含有するドーパントペーストからなる高濃度ｎ型不純物拡散源１０６を形成し、高濃度ｎ型不純物拡散源１０６から不純物としてリンを拡散させることによって第１不純物拡散層として高濃度ｎ型不純物拡散層１０７を形成する。このとき、高濃度ｎ型不純物拡散源１０６の拡散工程中もしくは拡散前に酸素を供給し、高濃度ｎ型不純物拡散源１０６が形成されていない領域に熱酸化膜１０８を形成する。この後、熱酸化膜１０８および高濃度ｎ型不純物拡散源１０６上に裏面側誘電体層１０９として窒化シリコン膜を形成する。そして、高濃度ｎ型不純物拡散源１０６およびその上に位置する部分の裏面側誘電体層１０９ｂをリフトオフして開口ｈを形成することを特徴とする。そしてこの開口ｈに負電極１１３が形成される。また受光面１００Ａ側にはグリッド電極１１２Ｇとバス電極１１２Ｂとからなる正電極１１２が形成される。一方裏面１００Ｂ側にも受光面側に対向するグリッド電極とバス電極とからなる負電極１１３が形成される。

本実施の形態の太陽電池の製造方法では、第１拡散源である高濃度ｎ型不純物拡散源１０６をリフトオフして開口ｈとなった部分に電極印刷を行うことで、高濃度ｎ型不純物拡散層１０７上に対して負電極１１３を自己整合的に形成できるため、位置合わせの必要がなく、位置ずれによる特性低下を防ぐことができる。

これに対し、例えば、従来のように、第１拡散源である高濃度ｎ型不純物拡散源１０６から不純物を拡散した後に高濃度ｎ型不純物拡散源１０６を除去すると、高濃度ｎ型不純物拡散層１０７とその他の部分を識別しづらく、高濃度ｎ型不純物拡散層１０７に対して電極を位置合わせするのが困難であった。また、位置ずれを防ぐために高濃度ｎ型不純物拡散層１０７を負電極１１３よりも広く形成する必要があった。

また、上記製造方法によれば、ｎ型単結晶シリコン基板１００を厚さ方向から見たときの、開口ｈの大きさおよび形状は、高濃度ｎ型不純物拡散層１０７の大きさおよび形状と同じである。つまり、負電極１１３は高濃度ｎ型不純物拡散層１０７上に過不足なく自己整合的に接触するため、高濃度ｎ型不純物拡散層１０７が負電極１１３よりも広い領域に形成される場合に比べて、窒化シリコン膜からなる裏面側誘電体層１０９ａおよび高濃度ｎ型不純物拡散層１０７間の少数キャリアの再結合が抑制される。その結果、太陽電池特性の向上を見込むことができる。なお裏面側誘電体層１０９のうち、ｎ型不純物拡散源１０６上の裏面側誘電体層１０９ｂをそれ以外の領域の裏面側誘電体層１０９ａと分けて記載しているが、それ以外の領域の裏面側誘電体層１０９ａを単に裏面側誘電体層１０９ということもある。

また、図１では裏面バス電極は図示していないが、受光面バス電極１１２Ｂと裏面バス電極とは、相対向して設けられ、裏面バス電極は受光面バス電極１１２Ｂよりも幅広である。かかる構成により、複数の太陽電池セルの受光面側バス電極１１２Ｂと裏面側バス電極とをタブ線で接続し、太陽電池モジュールを形成する際、効率よく接続することができる。

また、第１不純物拡散層が形成されない部位には、第１不純物拡散層よりも不純物濃度の低い第２不純物拡散層として低濃度のｎ型不純物拡散層１０４を形成してもよい。誘電体層のパッシベーション効果が十分でない場合には、第２不純物拡散層の電界効果によって結晶系半導体基板表面から少数キャリアを遠ざけることで、表面再結合が抑制され、太陽電池特性が向上する。

また、酸素を供給しないプロセスでは、高濃度ｎ型不純物拡散源１０６が形成されている領域よりも数十μｍ広い領域まで不純物拡散が行われるが、上記のように拡散温度に到達する前に酸素ガスを導入すると、高濃度ｎ型不純物拡散源１０６すなわち、高濃度のリンを含有するドーパントペーストで被覆されていない基板表面には熱酸化膜１０８が形成される。酸素ガスの導入により形成された熱酸化膜１０８がバリア層として働き、高濃度ｎ型不純物拡散源１０６の形成された領域以外の領域への不純物拡散が大幅に抑制される。その結果、高濃度ｎ型不純物拡散層１０７の拡がりを抑制し、幅狭に形成できるとともに、低濃度ｎ型不純物拡散層１０４の均一性および安定性が向上する。形成した熱酸化膜１０８は、パッシベーション膜として働くほか、低濃度ｎ型不純物拡散層１０４の表面近傍に偏析したリンを吸収して表面濃度を低下させるため、ｎ型単結晶シリコン基板１００もしくは低濃度ｎ型不純物拡散層１０４表面の再結合速度を減少させ、開放電圧が向上する。

実施の形態１の工程では、熱酸化膜１０８の形成後は別途不純物拡散等を行わず、上から誘電体層を形成することで、誘電体層で覆うことになる。このため、熱酸化膜１０８内には不純物拡散されることなく、パッシベーション効果を維持することができる。このように、高濃度ｎ型不純物拡散源１０６の拡散工程中に酸化を行う場合、昇温工程中に酸素ガスを導入するだけで、高濃度ｎ型不純物拡散層１０７と熱酸化膜１０８を同時に形成できるため、工数の増大なしに、熱酸化膜と誘電体層の積層構造からなる高品質パッシベーション膜を形成することができる。

ここで、低濃度ｎ型不純物拡散層１０４上もしくは裏面１００Ｂ上に熱酸化膜を形成すること自体は、高濃度ｎ型不純物拡散層１０７の形成後にも行うことはできる。しかしながら、高濃度ｎ型不純物拡散層１０７形成後に酸化を行うと、高濃度ｎ型不純物拡散源１０６および裏面１００Ｂの間の僅かな隙間から酸素が入り込み、特に高濃度ｎ型不純物拡散層１０７表面は酸化速度が速く、高濃度ｎ型不純物拡散層１０７の表面濃度が低下することがある。これにより高濃度ｎ型不純物拡散層１０７と裏面電極との接触抵抗が増加するため、Ｆ．Ｆ．特性の低下を招くおそれがある。

一方、高濃度ｎ型不純物拡散層１０７の形成前もしくは形成中に酸化を行えば、ｎ型不純物拡散源１０６直下が僅かに酸化されていたとしても、その後の高濃度ｎ型不純物拡散源１０６からの拡散によって十分リンが供給されるため、形成される高濃度ｎ型不純物拡散層１０７の表面濃度の低下は生じない。

また、裏面側誘電体層１０９は高濃度ｎ型不純物拡散源１０６からの不純物拡散後に形成することができるため、裏面側誘電体層１０９は９００℃以上の高温耐性を有する必要がない。そのため、裏面側誘電体層１０９として種々の材料を幅広く用いることができ、パッシベーション効果を最大限に得ることができる。ここで、好ましくは、第１拡散源であるリン含有ドーパントペーストからなる高濃度ｎ型不純物拡散源１０６はｎ型単結晶シリコン基板１００に直接接する。もしくは、ごく薄い５ｎｍ以下の酸化シリコン膜などの誘電体層を間に挟んでもよい。第１拡散源と結晶系半導体基板の間に厚い誘電体層が形成されていると、第１拡散源から拡散する不純物が結晶系半導体基板内に十分拡散されず、所望の表面不純物濃度および拡散深さを得ることが難しい。

第１拡散源および第１拡散源上に位置する部分の誘電体層をリフトオフする方法として、ウエットエッチングもしくはレーザー照射を用いることができる。ウエットエッチングを用いることで、受光面側の拡散源であるＢＳＧ（ボロンドープシリコンガラス：Ｂｏｒｏｎ Ｓｉｌｉｃａｔｅ Ｇｌａｓｓ）膜などの膜と同時にエッチングすることができ、作業性が良好である。また実施の形態３で後述するが、レーザー照射を行うことにより、エッチング耐性の低い誘電体層の開口も容易に実現可能である。

以下に、添付した図面を参照して、本発明に係る太陽電池の製造方法の実施の形態を詳細に説明する。図３（ａ）から（ｃ）および図４（ａ）から（ｃ）は、実施の形態１に係る太陽電池の製造工程を示す工程断面図である。

まず、ｎ型単結晶シリコン基板１００を用意する。結晶シリコン基板は、シリコンインゴットをワイヤーソー等による機械的切断法を用いてカットおよびスライスして製造されるため、表面には汚染あるいはダメージが残存している。そこで、水酸化ナトリウム溶液等のアルカリ溶液を用いたウェットエッチングプロセスにより、ｎ型単結晶シリコン基板１００の表面に存在するダメージ層を除去する。その後、ｎ型単結晶シリコン基板１００の表面にテクスチャ構造と呼ばれる微小な凹凸構造を形成する。テクスチャ構造の形成には、アルカリ溶液および添加剤を用いる。表面の微小な凹凸構造によって、基板に入射する光が、基板表面で多重反射し、光の反射損失を低減することができる。加えて、光路長の増加により光吸収が増大する。その結果、短絡電流の向上が見込める。なお、図面には簡単のため、テクスチャ構造を示していない。テクスチャ構造形成後に、例えばＲＣＡ洗浄、ＳＰＭ（Ｓｕｌｆｕｒｉｃ Ａｃｉｄ Ｈｙｄｒｏｇｅｎ Ｐｅｒｏｘｉｄｅ Ｍｉｘｔｕｒｅ）洗浄、ＨＰＭ（Ｈｙｄｒｏｃｈｌｏｒｉｃ Ａｃｉｄ Ｈｙｄｒｏｇｅｎ Ｐｅｒｏｘｉｄｅ Ｍｉｘｔｕｒｅ）洗浄を行い、基板表面に付着している有機物あるいは金属汚染等による付着物を取り除く。

次に、図３（ａ）に示すように、ステップＳ１００で、ｎ型単結晶シリコン基板１００の受光面１００Ａ上に、ｐ型不純物拡散層１０３を形成する。ｎ型単結晶シリコン基板１００上にＢＢｒ₃を用いた気相反応あるいは、Ｂ₂Ｈ₆を用いた大気圧化学堆積（Ａｉｒ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＡＰＣＶＤ）法等の気相法によってＢＳＧ膜を形成した後、拡散炉中でボロンを熱拡散させる。また、イオン注入によって基板内にボロンを打ち込み、その後拡散炉中で熱拡散させてもよい。このとき、形成されたｐ型不純物拡散層１０３のシート抵抗は、例えば５０以上１５０Ω／□未満とするのが望ましい。シート抵抗は、拡散層内での少数キャリア再結合あるいは光吸収、電極とのコンタクト抵抗を考慮して決定する。

ＢＳＧ膜１０１からなるｐ型不純物拡散源形成にＡＰＣＶＤを用いる場合には、ＢＳＧ膜をｎ型単結晶シリコン基板１００の受光面１００Ａのみに形成することができる。ただし、基板端面および裏面にもわずかに回り込むため、ＢＳＧ膜形成後に０．５％以上１．０％未満程度のフッ酸で裏面の回り込み部を除去することが好ましい。また、ｐ型不純物拡散源形成後には、誘電体膜としてＮＳＧ（ノンドープシリコンガラス：Ｎｏｎ ｄｏｐｅｄ Ｓｉｌｉｃａｔｅ Ｇｌａｓｓ）膜１０２を形成することが好ましい。ＮＳＧ膜１０２がキャップ層の働きをしてＢＳＧ膜１０１からなるｐ型不純物拡散源中のボロンが気相中に脱離するのを防ぐため、ボロンを効率的に拡散することができる。また、ＮＳＧ膜１０２はｎ型単結晶シリコン基板１００裏面１００Ｂにｎ型不純物拡散層を形成する際の、拡散バリア層としても働く。ｐ型不純物拡散源であるＢＳＧ膜１０１、ＮＳＧ膜１０２のそれぞれの膜厚は、例えば３０ｎｍ以上１５０ｎｍ未満および１００ｎｍ以上５００ｎｍ未満である。これらの膜厚は、薄すぎても拡散源およびキャップ層あるいはバリア層としての役割を果たすことができず、厚過ぎると形成および除去が困難となるため、上記範囲とするのが望ましい。

また、ｐ型不純物拡散源としてのＢＳＧ膜１０１の形成にＢＢｒ₃気相反応を用いる場合には、ＢＳＧ膜が受光面１００Ａだけではなく裏面１００Ｂ側にも形成されるため、受光面１００ＡのＢＳＧ膜上に熱酸化膜あるいは窒化膜によるバリア層を形成した後、裏面側のＢＳＧ膜をフッ酸で除去した後、ｐ型不純物拡散層１０３をフッ硝酸あるいは水酸化ナトリウム等の処理剤で片面除去する。ここで、窒化膜は、例えばシランガスおよび窒素ガスもしくはアンモニアガスを用いたプラズマＣＶＤ法により形成することができる。なお、これらのバリア層は、後のリン拡散時にバリア層としても働くため、５０ｎｍ以上の厚さで形成しておくことが好ましい。

次に、図３（ｂ）に示すように、ステップＳ１０１で、ｎ型単結晶シリコン基板１００の裏面１００Ｂ上に、低濃度ｎ型不純物拡散層１０４を形成する。まずｎ型単結晶シリコン基板１００の裏面１００Ｂの自然酸化膜をフッ酸で除去する。基板上にＰＯＣｌ₃気相反応あるいは、ＰＨ₃を用いたＡＰＣＶＤ等の気相法によってＰＳＧ（リンドープシリコンガラス：Ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ Ｓｉｌｉｃａｔｅ Ｇｌａｓｓ）膜１０５を形成した後、拡散炉中でリンを熱拡散させる。その後、ＰＳＧ膜１０５を、フッ酸を用いて完全に除去する。例えば、ＰＯＣｌ₃気相反応によってＰＳＧ膜１０５を形成する場合には、基板を拡散炉内に導入し、窒素ガスを流しながら拡散温度まで昇温する。リンの場合、拡散温度は例えば７５０℃以上９００℃未満である。拡散温度に達したらＰＯＣｌ₃をバブリングさせて窒素ガス、酸素ガスと合流させ、炉内に導入する。例えば１から６０分程度温度を維持して、ＰＳＧ膜１０５を形成と同時にリンを拡散させる。その結果、低濃度ｎ型不純物拡散層１０４が形成される。ここで、低濃度ｎ型不純物拡散層１０４のシート抵抗は、１００Ω／□以上４００Ω／□以下とするのが好ましい。

次に、ステップＳ１０２で、形成された低濃度ｎ型不純物拡散層１０４上の一部に高濃度ｎ型不純物拡散源１０６を櫛形パターン状に形成し、乾燥させる。高濃度ｎ型不純物拡散源１０６の形成方法には、スクリーン印刷法、インクジェットプリント法等の成膜方法を用いることができる。拡散源の乾燥は、例えばコンベア式リフロー炉で２００℃１０分間行う。高濃度ｎ型不純物拡散源１０６のパターン幅は、最終的に電極開口幅となるため、２０μｍ以上１００μｍ未満であることが好ましい。また、高濃度ｎ型不純物拡散源１０６の膜厚は、例えば１μｍ以上２０μｍ未満である。高濃度ｎ型不純物拡散源１０６の櫛形パターン間のピッチは、例えば０．３ｍｍ以上３．０ｍｍ未満である。

次に、図３（ｃ）に示すように、ステップＳ１０３で、乾燥後、ｎ型単結晶シリコン基板１００を拡散炉に導入し、窒素ガスを流しながら９００℃以上１１００℃未満の温度まで昇温し、窒素ガスおよび酸素ガス混合雰囲気下で一定時間保持することにより、高濃度ｎ型不純物拡散源１０６の直下に高濃度ｎ型不純物拡散層１０７が形成されるとともに、高濃度ｎ型不純物拡散源１０６が形成されていない領域に、熱酸化膜１０８が形成される。酸素ガス流量は、例えば窒素ガスおよび酸素ガスからなる混合ガスの全体ガス流量の１０％以上８０％以下、望ましくは、１０％以上４０％未満である。酸素ガス流量の増加につれて、低濃度ｎ型不純物拡散層１０４上に熱酸化膜１０８が形成される速度は増加する。熱酸化膜１０８は低濃度ｎ型不純物拡散層１０４の表面および表面近傍に存在するリンを吸収し、表面濃度を低下させるため、酸素ガス流量が多すぎると低濃度ｎ型不純物拡散層１０４の電界効果を弱めることになる。そのため、酸素ガス流量は全体の１０％以上４０％未満とするのが望ましい。熱処理時間は、例えば、１分から６０分である。このとき、高濃度ｎ型不純物拡散層１０７のシート抵抗は、電極との接触抵抗等の抵抗を考慮して、例えば５Ω／□以上５０Ω／□以下とする。なお、実施の形態１では窒素ガスと酸素ガスとの混合ガスを用いたが、酸素ガスとアルゴンガスなどの不活性ガスとの混合ガスを用いてもよく、酸素ガスの含有量が上記値を満足していればよい。

また、酸素ガスの供給は、昇温工程で開始してもよく、かつ拡散温度到達以前に供給を停止してもよい。拡散温度到達後も酸素の供給を継続すると、低濃度拡散層上への酸化膜形成が進行すること、そして拡散源から気相中に拡散するリンが酸化されて基板表面に付着するリン原子量が減少すること、等によって低濃度拡散層への拡散源からのリン拡散を抑制することができる。ただし、低濃度拡散層の表面リン濃度が低下しすぎる恐れもある。このため、酸素の供給を途中で停止してもよい。不純物拡散源の元素の拡散特性に応じて、酸素の供給、停止のタイミングを調整することで所望の拡散プロファイルを得ることが可能となる。

その後、図４（ａ）に示すように、ステップＳ１０４で、熱酸化膜１０８および高濃度ｎ型不純物拡散源１０６の上に裏面側誘電体層１０９を形成する。裏面側誘電体層１０９は、低濃度ｎ型不純物拡散層１０４のパッシベーション膜として働き、その材料は例えば窒化シリコン、窒酸化シリコン、酸化アルミニウム、非晶質シリコン、微結晶シリコン等の誘電体層である。また、裏面側誘電体層１０９は、複数の膜の積層構造であってもよい。例えばプラズマＣＶＤ法を用いて窒化シリコン膜を形成してもよい。窒化シリコン膜は反射防止膜として働くとともに、窒化シリコン膜を形成する際に注入された水素が、ｎ型単結晶シリコン基板１００と酸化シリコン膜の界面に存在する未結合手等の欠陥を終端し、パッシベーション効果を向上させることができる。そのため、少数キャリアの再結合が抑制され、太陽電池特性が向上する。

また、裏面側誘電体層１０９は、高濃度ｎ型不純物拡散源１０６から不純物を拡散した後に形成されるため、裏面側誘電体層１０９は非晶質シリコン膜、微結晶シリコン膜等の熱耐性が９００℃以下の材料からも選択することができる。したがって、パッシベーション効果が最大限になるように裏面側誘電体層１０９を選択できるため、太陽電池特性の向上に有利である。

次に、図４（ｂ）に示すように、ステップＳ１０５で、高濃度ｎ型不純物拡散源１０６およびその上に位置する裏面側誘電体層１０９ｂをフッ酸を用いたウエットエッチングにより除去し、リフトオフにより開口する。高濃度ｎ型不純物拡散源１０６は、裏面側誘電体層１０９ａに比べ１０から５０倍程度の厚さを持つため、裏面側誘電体層１０９ｂの下に位置していても、フッ酸と容易に接触することができる。裏面側誘電体層１０９として、ｎ型不純物拡散源１０６よりもエッチングレートの低い材料、例えば窒化シリコン膜を選択すれば、高濃度ｎ型不純物拡散源１０６は容易に除去される。同時に、その上に位置する裏面側誘電体層１０９ｂもリフトオフされ、開口ｈが形成される。このとき、裏面側誘電体層１０９の厚さは、ｎ型不純物拡散源１０６除去後に、パッシベーション効果を維持できる膜厚以上が残存するよう設定しておく。例えば、酸化シリコン膜と窒化シリコン膜の積層構造の場合、フッ酸処理後の総膜厚が７０から９０ｎｍ程度になるように設定する。また、このとき、受光面上に堆積しているｐ型不純物拡散源としてのＢＳＧ膜１０１およびＮＳＧ膜１０２もフッ酸で同時に除去する。

次に、図４（ｃ）に示すように、ステップＳ１０６で、受光面１００Ａのｐ型不純物拡散層１０３の上に受光面側誘電体層１１０および反射防止膜１１１を形成する。受光面側誘電体層１１０として、例えば酸化膜または、原子層堆積法（Ａｔｏｍｉｃ ＬａｙｅｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＡＬＤ）あるいはＣＶＤ法により形成する酸化アルミニウム膜等の誘電体層を用いることができる。特に酸化アルミニウム膜は負の固定電荷を有しており、ｐ型不純物拡散層に対して優れたパッシベーション効果を発揮することが知られている。酸化アルミニウム膜の膜厚は、例えば２ｎｍ以上５０ｎｍ未満である。

受光面側誘電体層１１０の上には、反射防止膜１１１を形成する。反射防止膜１１１として、例えばプラズマＣＶＤ法で形成した窒化シリコン膜を用いる。酸化アルミニウム膜の厚さに応じて、太陽光スペクトルに対して最適な膜厚、例えば３０ｎｍ以上８０ｎｍ未満程度に設計する。

最後に、ステップＳ１０７により、ｎ型単結晶シリコン基板１００の受光面１００Ａおよび裏面１００Ｂに正電極１１２および負電極１１３を形成し、図１（ａ）および（ｂ）に示した太陽電池が形成される。受光面１００Ａ側の正電極１１２は金属粒子およびガラス粒子を含んだペーストをスクリーン印刷法等の塗布法によって櫛形パターン状に塗布し、乾燥させる。裏面１００Ｂ側の負電極１１３は、銀を含んだペーストを開口ｈに塗布および乾燥させる。ペーストの乾燥は、例えば乾燥オーブン中で２００℃１０分程度で行う。乾燥後、正電極１１２および負電極１１３を８００℃程度の高温で同時に熱処理し、焼成する。このとき、正電極１１２のペーストはガラス粒子を含んでいるため、焼成により金属が受光面側誘電体層１１０あるいは反射防止膜１１１を貫通し、ｐ型不純物拡散層１０３に電気的に接続する。一方、負電極１１３のペーストはガラス粒子を含まないため、高温で焼成しても金属は誘電体層を貫通しない。そのため、裏面１００Ｂの電極ペーストが裏面側誘電体層１０９ａ上に形成されても、その部分で特性が低下するおそれはない。したがって、裏面１００Ｂの電極ペーストは開口ｈよりも広い範囲に塗布することができ、また裏面１００Ｂ全面に塗布してもよく、これにより負電極１１３を高濃度ｎ型不純物拡散層１０７上に位置合わせすることなく形成することができる。また、ペースト使用量を考慮すると、開口ｈより左右最大１００μｍはみ出す程度、好ましくは左右１０μｍ前後はみ出すように形成するとよい。はみ出し程度は、印刷機の精度によって適宜変化させてよい。以下に、従来の電極位置合わせ方法を記し、本実施の形態の効果について従来との比較を行う。

従来の裏面電極形成においては、高濃度ｎ型不純物拡散層のパターン上に電極マスクのパターンを印刷機のアライメント機能で合わせ、誘電体層の上からペーストを塗布および乾燥し、高温焼成によって誘電体層を貫通させることで、電極を高濃度ｎ型不純物拡散層に接続していた。しかし、まず高濃度ｎ型不純物拡散層の視認性が悪いと、高濃度ｎ型不純物拡散層のパターンに電極パターンが一致せず、位置ずれが生じることがあった。また、印刷機のアライメント機能で正確に位置合わせができたとしても、ペーストの特性あるいは印刷マスクの伸び等の原因によって高濃度ｎ型不純物拡散層のパターンから電極パターンがずれたりはみ出したりする可能性があった。また、そのようなずれを防ぐために高濃度ｎ型不純物拡散層を電極よりも左右５μｍから５０μｍ程度広めに形成すると、高濃度ｎ型不純物拡散層と誘電体層間のキャリア再結合が増加し、特性が低下するといった問題があった。

一方、本実施の形態では、ペーストを開口ｈよりも広い範囲に塗布することによって、高濃度ｎ型不純物拡散層１０７の上に、負電極１１３を位置合わせすることなく形成することができる。また、負電極１１３を開口ｈより広く形成しても、負電極１１３は裏面側誘電体層１０９ａを貫通する形状でないため、開口ｈをはみ出した電極下で再結合が増加することはなく、開放電圧低下のおそれが小さい。更に、高濃度ｎ型不純物拡散層１０７と開口ｈは基板の厚さ方向から見て同じ位置、形状、および大きさであるため、高濃度ｎ型不純物拡散層を負電極よりも広めに形成する従来の方法に比べると、高濃度ｎ型不純物拡散層１０７の、基板の裏面方向から見たときの面積を抑えることができる。その結果、開放電圧が向上する。

また、従来の方法では、高濃度ｎ型不純物拡散層を形成する工程と、その上に電極を合わせる工程の、２つの工程においてばらつきが生じる可能性があり、ばらつきが重畳することによって大きなずれが生じることがあった。しかしながら、本実施の形態の自己整合プロセスによれば、高濃度ｎ型不純物拡散層の形成時にばらつきが生じても、実際に形成されたパターンの通りに開口および電極形成が行われるため、ばらつきが二重に生じることがなく、安定した位置合わせ精度および特性が得られる。

また、負電極１１３として、低温焼成銀ペーストを用いてもよい。リフトオフ工程でコンタクト領域の誘電体層が除去されているため、負電極１１３の焼成工程で誘電体層を貫通させる必要がない。このため、低温で焼成することができ、裏面側誘電体層１０９のパッシベーション性能を維持することができる。この場合には、正電極１１２を先に印刷および焼成した後、負電極１１３の印刷および乾燥を行って電極を形成する。具体的には、開口ｈを形成した後、受光面１００Ａに金属粒子およびガラス粒子を含んだペーストを印刷および乾燥する。続いて受光面１００Ａのペーストを８００℃程度の高温で焼成し、ｐ型不純物拡散層１０３と正電極１１２を接続する。正電極１１２の形成後に、高濃度ｎ型不純物拡散層１０７の露出部に低温焼成銀を印刷し、２００℃程度の低温で乾燥させることにより、負電極１１３を形成する。

以上のように実施の形態１では、高濃度不純物拡散層である第１不純物拡散層上に電極を自己整合的に形成し、拡散中に形成された熱酸化膜と、拡散後に形成された誘電体層との積層構造体をパッシベーション膜として用いるため、パッシベーション効果を最大限に引き出し、変換効率の高い太陽電池の製造方法を得ることができるという効果を奏する。熱酸化膜は拡散に先立ち形成しても良い。

実施の形態２．
以下に、実施の形態２について図面を参照して説明する。図５は、本発明の実施の形態２にかかる太陽電池の製造方法で形成された太陽電池を示す断面図である。なお、上面図は図１（ａ）と同様である。図６は、同太陽電池の製造方法を示すフローチャート、図７（ａ）および（ｂ）は、同太陽電池の製造方法を示す工程断面図である。図８は、拡散ステップＳ１０３における、拡散炉の温度プロファイルを示す図である。プロセスの大部分は実施の形態１と同様であり、低濃度ｎ型不純物拡散層１０４を形成せず、ｎ型単結晶シリコン基板１００の裏面直上に誘電体層である熱酸化膜１０８を形成する点が異なる。

本実施の形態では、受光面１００Ａにｐ型不純物拡散層１０３を形成した後、低濃度ｎ型不純物拡散層を形成するステップＳ１０１を実施することなく、図７（ａ）に示すように、ステップＳ１０２で裏面１００Ｂに高濃度ｎ型不純物拡散源１０６を形成する。

そして、図７（ｂ）に示すように、ステップＳ１０２で基板を拡散炉内に導入し、酸素を流して酸化膜を形成した後、高濃度ｎ型不純物拡散源１０６から不純物を拡散する。たとえば、拡散時間は１から６０分間である。このときの酸素ガス流量は、望ましくは全体ガス流量の８０％以上１００％未満である。実施の形態２においても、例えば窒素ガスおよび酸素ガスからなる混合ガスとした。

本実施の形態の拡散工程においては、タイムチャートを図８に実線ａで示したように、温度と雰囲気を切り替えながら昇温と、加熱と、降温と、を行う。まず待機温度Ｔ₀に予熱してある熱処理炉内に、裏面１００Ｂ側に高濃度の第１不純物拡散源であるリン含有ドーパントペーストからなる高濃度ｎ型不純物拡散源１０６を形成したｎ型単結晶シリコン基板１００を投入し、窒素を供給しながら酸化温度Ｔ₁まで昇温する。裏面１００Ｂ側への熱酸化膜１０８の成膜雰囲気は、第１の温度である酸化温度Ｔ₁で、窒素から酸素へ供給を切り替えてあらかじめ決められた一定時間ｔ₀維持し、雰囲気を酸素に置換するとともに、第１の工程である酸化工程を実施する。実施の形態２では、酸化温度Ｔ₁は、８００℃としたが、酸化温度Ｔ₁は、７００℃から１１００℃の温度帯が用いられ、時間ｔ0は１分から２０分程度とする。好ましくは、酸化温度Ｔ₁は、７００℃から８５０℃とするのがよい。この酸化温度Ｔ₁が７００℃に満たないと酸化速度が遅く、８５０℃を超えると、裏面が十分に酸化膜で被覆される前に拡散が進み、裏面への付着物の形成を免れえないことがある。また、この酸化温度Ｔ₁は一定温度で実施することで、安定して確実に裏面１００Ｂを覆う熱酸化膜１０８を形成することができる。

熱処理炉内に投入されたｎ型単結晶シリコン基板１００は雰囲気中に含まれる酸素によって表面が酸化される。該酸化は、受光面１００Ａ側はｐ型不純物拡散源であるＢＳＧ膜１０１とＮＳＧ膜１０２に覆われているために、膜に覆われていない裏面１００Ｂ側で選択的に進行する。本実施の形態２では熱処理炉において、高濃度のｎ型拡散源からの不純物拡散が生じる前に熱処理炉内に酸素を供給し、裏面１００Ｂへの意図しない横方向への不純物拡散を防止するための熱酸化膜１０８を形成する工程が含まれる。そのため、実施の形態１に比べて工程時間は増加するが、ｎ型不純物拡散源からの意図しない不純物拡散の抑制効果が向上するほか、所望の熱酸化膜１０８の形成温度あるいは膜厚を選択することができる。

なお、酸化工程は第１の温度Ｔ₁においては、同一温度に維持したが、酸素供給開始後昇温し、拡散温度である第２の温度Ｔ₂への昇温工程で実施してもよい。変形例としてタイムチャートを図８に破線ｂで示す。この場合は工程の短縮化が可能となるが、雰囲気が酸素で完全に置換される前に昇温を開始するため、基板間あるいは基板面内で酸化膜厚あるいはリン濃度にムラが生じ易い。

続いて第２の温度である拡散温度Ｔ₂まで昇温し、例えば窒素、アルゴンなどの不活性ガスを含む雰囲気中で加熱し一定の時間ｔ₁維持し、第２の工程である拡散工程を実施する。本実施の形態では、拡散温度Ｔ₂は、９５０℃としたが、拡散温度Ｔ₂は、８００℃から１１００℃の温度帯が用いられ、時間ｔ1は１分から６０分程度とする。

前述のように、熱酸化膜１０８が裏面１００Ｂに選択的に形成された後、高濃度ｎ型不純物拡散源１０６からの不純物拡散が進行するような温度、例えば９００℃から１１００℃、に到達させ、所望の高濃度ｎ型不純物拡散層１０７を形成する。この時の第２の温度Ｔ₂は不純物の種類によって決定される。

そして不純物拡散が終了した後に、第３の工程では酸素の供給を止め、再び窒素雰囲気下で降温を開始する。

上記プロセスにより、ｎ型不純物拡散源１０６の位置する部分以外には不純物を拡散させることなく、パッシベーション膜としての熱酸化膜１０８を形成することができる。この構造はＰＥＲＬ（Ｐａｓｓｉｖａｔｅｄ Ｅｍｉｔｔｅｒ ａｎｄ Ｒｅａｒ Ｌｏｃａｌｌｙ ｄｉｆｆｕｓｅｄ）と呼ばれる構造であり、パッシベーション膜のパッシベーション効果が高い場合には、負電極１１３直下である高濃度ｎ型不純物拡散層１０７以外には不純物が拡散されていない方が、拡散層内での少数キャリア再結合を防げるため、開放電圧の向上に有効である。また、ｎ型不純物拡散源１０６以外の部分には拡散層が形成されないため、ｎ型単結晶シリコン基板１００の端面あるいは受光面１００Ａに不純物が回り込みにくく、ｐ型不純物拡散層の反転が起こりにくい。したがって、リーク電流を減少させることができるため、信頼性が向上する。

そして、実施の形態１と同様、最後に、ｎ型単結晶シリコン基板１００の受光面１００Ａおよび裏面１００Ｂに正電極１１２および負電極１１３を形成し、図５に示した太陽電池が形成される。

本実施の形態では、特に熱酸化膜１０８の存在により、横方向への拡散が抑制され、第１不純物拡散層である高濃度ｎ型不純物拡散層１０７は、ｎ型単結晶シリコン基板１００の裏面１００Ｂの一部から、受光面１００Ａ方向に伸びる。そして負電極１１３が開口ｈ内で高濃度ｎ型不純物拡散層１０７にコンタクトするとともに、裏面１００Ｂ上を覆う裏面側誘電体層１０９ａである窒化シリコン膜の一部上に突出する。

実施の形態３．
以下に、実施の形態３について図面を参照して説明する。図９は、本発明の実施の形態３にかかる太陽電池の製造方法を示すフローチャートである。実施の形態１と大部分は同様であり、ｎ型不純物拡散源のリフトオフステップＳ１０５に代えて、ｎ型不純物拡散源レーザー開口ステップＳ１０５Ｓを用い、レーザー照射により全面もしくは一部除去する点のみ異なるため、プロセスの詳細は省略する。

実施の形態３においては、ｎ型不純物拡散源１０６およびその上に位置する裏面側誘電体層１０９ｂを、ウエットエッチングに代えてレーザー照射により全面もしくは一部除去することを特徴とする。ｎ型不純物拡散源レーザー開口ステップＳ１０５Ｓでは、裏面側誘電体層１０９を形成した後、ｎ型不純物拡散源１０６に対してレーザーを照射する。このとき、ｎ型不純物拡散源１０６すなわちリン含有ドーパントペーストに対して選択的にエネルギー吸収が生じる波長のレーザーを選択する。これにより、ｎ型不純物拡散源１０６が選択的に除去され、その上に位置する裏面側誘電体層１０９ｂも除去されることになり、高濃度ｎ型不純物拡散層１０７が露出する。実施の形態１と同様に、高濃度ｎ型不純物拡散層１０７が露出した開口部に電極印刷を行う。印刷ペーストは、開口部より左右最大１００μｍはみ出す程度、好ましくは左右１０μｍ前後はみ出すように形成するとよい。

レーザーとしては、例えばＹＡＧレーザー、ＹＶＯ₄レーザー、ＣＯ₂レーザーを用いることができる。また、レーザーの種類、エネルギー密度、パルス発振周波数、照射時間を調整することにより、ｎ型単結晶シリコン基板１００にダメージを与えることなく、開口することができる。ウエットエッチングの場合には、フッ酸等のエッチャントに対する耐性の高い材料を裏面側誘電体層１０９として用いることになるが、レーザー照射の場合には、エッチャント耐性の低い材料、たとえば酸化シリコン膜あるいは酸化アルミニウム膜も単膜で用いることができる。

この方法によれば、ウエットエッチングで他の層が劣化するのを防ぐことができるためより信頼性の向上をはかることができる。なお、実施の形態３では、レーザ照射により高濃度ｎ型不純物拡散源１０６に対してエネルギー吸収が生じる波長のレーザ照射で高濃度ｎ型不純物拡散源１０６を除去するとともにその上層の裏面側誘電体層１０９ｂを同時除去するものであるが、本明細書ではこれも広義のリフトオフ工程とする。

実施の形態４．
以下に、実施の形態４について図面を参照して説明する。図１０は、本発明の実施の形態４にかかる太陽電池の製造方法で形成された太陽電池を示す図であり、（ａ）は、上面図、（ｂ）は、（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。図１１は、同太陽電池の製造方法を示すフローチャート、図１２（ａ）から（ｃ）および図１３（ａ）から（ｃ）は、同太陽電池の製造方法を示す工程断面図である。

実施の形態４は、ｎ型単結晶シリコン基板１００に代えてｐ型単結晶シリコン基板２００を用いたプロセスである。そのため、導電型が実施の形態１と逆になっている点以外はほぼ同様であり、詳細な説明は省略する。実施の形態４の太陽電池の製造方法では、図１２（ａ）に示すように、ｐ型単結晶シリコン基板２００の受光面２００Ａ側に第２導電型半導体層であるｎ型不純物拡散層２０３を形成する。そして図１２（ｂ）に示すように、ｐ型単結晶シリコン基板２００の裏面２００Ｂ上に、低濃度ｐ型不純物拡散層２０４を形成するための、ｐ型不純物拡散源２０５を形成する。この後、高濃度ｐ型不純物拡散源２０６を櫛形パターン状に形成し、乾燥後、拡散炉に入れる。そして、図１２（ｃ）に示すように窒素ガスおよび酸素ガス混合雰囲気下で高濃度ｐ型不純物拡散源２０６から不純物を拡散することにより高濃度ｐ型不純物拡散層２０７および熱酸化膜２０８を形成する。そして、図１３（ａ）に示すように、高濃度ｐ型不純物拡散源２０６の上から裏面側誘電体層２０９を形成する。この後、図１３（ｂ）に示すように、高濃度ｐ型不純物拡散源２０６上の裏面側誘電体層２０９ｂおよび高濃度ｐ型不純物拡散源２０６をリフトオフし開口ｈを形成する。高濃度ｐ型不純物拡散源２０６上以外の裏面側誘電体層２０９ａは残留している。そして図１３（ｃ）に示すように、受光面２００Ａにパッシベーション膜としての誘電体層２１０、および窒化シリコン膜からなる反射防止膜２１１を形成する。そして最後にリフトオフにより得られた、開口ｈに正電極２１３を形成するとともに、受光面２００Ａ側に負電極２１２を形成し、図１０（ａ）および（ｂ）に示した太陽電池が形成される。そして受光面２００Ａ側にはグリッド電極２１２Ｇとバス電極２１２Ｂとからなる負電極２１２が形成される。一方裏面２００Ｂ側にも受光面２００Ａ側に対向するグリッド電極とバス電極とからなる正電極２１３が形成される。

次に、実施の形態４に係る太陽電池の製造工程において、実施の形態１と異なる点を以下に詳細に説明する。図１２（ａ）に示すように、ステップＳ２００により、ｐ型単結晶シリコン基板２００の受光面２００Ａ上には、ｎ型不純物拡散層２０３を形成する。この工程では、ＰＯＣｌ₃を用いた気相反応あるいは、ＰＨ₃を用いたＡＰＣＶＤ法によってＰＳＧ膜２０１を形成した後、リンを熱拡散させる。また、イオン注入によってリンを打ち込み、熱拡散させてもよい。

ｐ型単結晶シリコン基板２００の裏面２００Ｂ上には、図１２（ｂ）に示すように、ステップＳ２０１により、低濃度ｐ型不純物拡散層２０４を形成する。この工程では、ＢＢｒ₃気相反応、Ｂ₂Ｈ₆を用いたＡＰＣＶＤ等の気相成長法によってｐ型不純物拡散源２０５としてのＢＳＧ膜を形成した後、ボロンを熱拡散させる。

ＢＳＧ膜をフッ酸で除去した後、ステップＳ２０２により、形成された低濃度ｐ型不純物拡散層２０４上の一部に高濃度ｐ型不純物拡散源２０６を形成する。そして、図１２（ｃ）に示すように、ステップＳ２０３により、拡散炉中で熱拡散することによって高濃度ｐ型不純物拡散層２０７を形成する。このときも、実施の形態１から３と同様、拡散炉内に酸素を導入し熱酸化膜を形成する。

その後、図１３（ａ）に示すように、ステップＳ２０４により、低濃度ｐ型不純物拡散層２０４および高濃度ｐ型不純物拡散源２０６の上に裏面側誘電体層２０９を形成する。裏面側誘電体層２０９は、低濃度ｐ型不純物拡散層２０４上の裏面側誘電体層２０９ａおよび高濃度ｐ型不純物拡散源２０６の上の裏面側誘電体層２０９ｂとで構成されている。ｐ型不純物拡散層に対しては、負の固定電荷を持つ酸化アルミニウム膜が特に高いパッシベーション効果を有しており、例えばＡＬＤ法で形成した酸化アルミニウム膜とプラズマＣＶＤ法で形成した窒化シリコン膜の積層構造とする。

続いて、図１３（ｂ）に示すように、高濃度ｐ型不純物拡散源２０６をリフトオフ開口する、ステップＳ２０５により、高濃度ｐ型不純物拡散源２０６およびその上に位置する裏面側誘電体層２０９ｂをウエットエッチングにより除去する。ここで高濃度ｐ型不純物拡散源２０６上以外の裏面側誘電体層２０９ａは残留する。

次に、図１３（ｃ）に示すように、ステップＳ２０６により、受光面のｎ型不純物拡散層２０３上に誘電体層２１０を形成する。誘電体層２１０として、例えば酸化シリコン膜を用いる。誘電体層２１０の上には、窒化シリコン膜等の反射防止膜２１１を形成する。

最後に、ステップＳ２０７により、ｐ型単結晶シリコン基板２００の受光面２００Ａおよび裏面２００Ｂにそれぞれ負電極２１２および正電極２１３を形成し、図１０（ａ）および（ｂ）に示した太陽電池が形成される。負電極２１２として銀およびガラス粒子を含むペースト、正電極２１３としてアルミニウム、もしくはアルミニウムと銀を含むペーストを使用する。

本実施の形態においても実施の形態１と同様の効果を奏功するが、ｐ型単結晶シリコン基板２００を用いたｐ型セルの場合にはｎ型セルに比べ、基板が安価であるため、製造コストを低減することができるという利点がある。

実施の形態５．
以下に、実施の形態５について、図面を参照して説明する。図１４は、本発明の実施の形態５にかかる太陽電池の製造方法で形成された太陽電池を示す図であり、（ａ）は、上面図、（ｂ）は、（ａ）のＣ−Ｃ断面図である。図１５は、同太陽電池の製造方法を示すフローチャート、図１６（ａ）から（ｃ）および図１７（ａ）から（ｃ）は、同太陽電池の製造方法を示す工程断面図である。

実施の形態５においては、エミッタ層を裏面に、裏面電界層を受光面に配したバックエミッタ構造を作製することを特徴とする。実施の形態１とは、各層を形成する面が異なるだけであるため、詳細な説明は省略する。図１５のフローチャートも同様である。実施の形態５の太陽電池の製造方法では、図１６（ａ）に示すように、ｎ型単結晶シリコン基板１００の裏面１００Ｂ側に第２導電型半導体層であるｐ型不純物拡散層１０３を形成する。そして図１６（ｂ）に示すように、ｎ型単結晶シリコン基板１００の受光面１００Ａ上に、低濃度ｎ型不純物拡散層１０４を形成する。この後、ｎ型不純物拡散源１０６を形成し、図１６（ｃ）に示すように、窒素および酸素混合雰囲気下でｎ型不純物拡散源１０６から不純物を拡散することにより高濃度ｎ型不純物拡散層１０７および熱酸化膜１０８を形成する。そして、図１７（ａ）に示すように、ｎ型不純物拡散源１０６の上から受光面側誘電体層１０９を形成する。ｎ型不純物拡散源１０６の上には、高濃度ｎ型不純物拡散源１０６上の裏面側誘電体層１０９ｂ、熱酸化膜１０８上には高濃度ｎ型不純物拡散源１０６上以外の裏面側誘電体層１０９ａが形成されている。この後、図１７（ｂ）に示すように、高濃度ｎ型不純物拡散源１０６上の受光面側誘電体層１０９ｂおよびｎ型不純物拡散源１０６をリフトオフし開口ｈを形成する。ｎ型不純物拡散源１０６上以外の受光面側誘電体層１０９ａは残留している。そして図１７（ｃ）に示すように、裏面１００Ｂにパッシベーション膜としての誘電体層１１０、および窒化シリコン膜からなる反射防止膜１１１を形成する。そして最後に裏面１００Ｂ側に正電極１１２を形成するとともに、受光面１００Ａ側の、リフトオフにより得られた開口ｈに負電極１１３を形成し、図１４（ａ）および（ｂ）に示した太陽電池が形成される。このようにして受光面１００Ａ側にはグリッド電極１１３Ｇとバス電極１１３Ｂとからなる負電極１１３が形成される。一方裏面１００Ｂ側にも受光面１００Ａ側に対向するグリッド電極とバス電極とからなる正電極１１２が形成される。

本実施の形態においても実施の形態１と同様の効果を奏功するが、エミッタ層を裏面に形成するため、エミッタ層上に形成するグリッド電極の遮光ロスを考慮しなくて済む。従って、グリッド電極を狭ピッチ化することができ、エミッタ層の高抵抗化が実現できるため、パッシベーション効果を向上させることができるという利点がある。また、ｎ型の裏面電界層を受光面に配す場合、高濃度層が電極より広く形成された場合に比べ、本発明による構造においては光吸収ロスが少ないため、短絡電流の向上につながる。また負電極の形成方法としては、銀ペーストによる印刷法以外に光めっき法を用いることができる。この場合、受光面側に位置する負電極を細線化することができるため、遮光ロスが低下し、短絡電流を向上させることができるという利点がある。

なお、前記実施の形態１から５においては、開口ｈの形状は、図１８に裏面側を示すように、受光面側に位置する正電極１１２，負電極２１２と平行に、受光面側に位置する正電極１１２、負電極２１２と同程度の幅でライン状に形成されている。そして裏面側に位置する負電極１１３、正電極２１３は、受光面側に位置する正電極１１２、負電極２１２の幅よりも若干幅広のライン状をなすように形成されている。図１８のＡ−Ａ断面図が、図１（ｂ），図５，図１０（ｂ）に相当する。

また、前記実施の形態１から５においては、図１９に変形例を示すように、開口ｈの形状は、受光面側に位置する正電極１１２、負電極２１２と平行に、正電極１１２、負電極２１２と同程度の直径を有するドット状パターンが間隔を隔ててライン状に配列されて形成されていてもよい。そして裏面側に位置する負電極１１３、正電極２１３は、正電極１１２、負電極２１２の幅よりも若干幅広のライン状をなすように形成されている。図１９のＡ−Ａ断面図が、図１（ｂ），図５，図１０（ｂ）に相当する。

かかる構成によれば、高濃度ｎ型不純物拡散層１０７が、断面ドット状をなすように、配列されている。また、第１不純物拡散層である高濃度ｎ型不純物拡散層１０７は、基板の裏面１００Ｂの一部から、受光面１００Ａ方向に伸長する。そして裏面側に位置する負電極１１３が開口ｈ内で高濃度ｎ型不純物拡散層１０７にコンタクトするとともに、裏面１００Ｂ上を覆う裏面側誘電体層１０９ａである窒化シリコン膜の一部上に突出する。この際、各コンタクトからの集電を容易にするため、電極をライン状に形成し、各コンタクトを電気的に接続する。これにより、一度の印刷で集電電極を形成できる。なお、実施の形態１から４の場合、裏面電界層が受光面とは反対側に形成されるため、電極を裏面全面に形成してもよい。

従って、高濃度拡散層すなわちｎ型不純物拡散層１０７の面積を小さくすることができる。これにより高濃度部による再結合損失を抑制することができ、特性の向上につながる。

また、図１９に示す断面ドット状の高濃度ｎ型不純物拡散層１０７が基板の裏面１００Ｂ全体に分布された、ドット状の負電極１１３が開口ｈ内で高濃度ｎ型不純物拡散層１０７にコンタクトするとともに、裏面１００Ｂ上を覆う裏面側誘電体層１０９ａである窒化シリコン膜の一部上に突出するように形成する一方で、同一面側である裏面１００Ｂ上にｐ型不純物拡散層にコンタクトする正電極を形成した背面取出し型の太陽電池構造を得ることも可能である。

以上説明してきたように、実施の形態１から５によれば、高濃度不純物層の拡散工程において、拡散炉中に酸素を供給するだけで、容易に信頼性の高い選択ドープ構造を形成することができる。拡散温度あるいは、拡散雰囲気などの拡散条件に応じて、酸化雰囲気を調整することで、拡散制御と、酸化条件を制御することができるため、極めて作業性が良好でかつ高精度の電極コンタクト構造を得ることが可能となる。このため、高効率の太陽電池を提供することが可能となる。

なお、前記実施の形態１から５においては、結晶系半導体基板として、ｎ型単結晶シリコン基板１００およびｐ型単結晶シリコン基板２００を用いたが、単結晶シリコンに限らず多結晶シリコンあるいは微結晶シリコンでもよい。さらには、ＳｉＣなどのシリコン系基板、ＧａＡｓなどの化合物半導体基板でもよい。

以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

１００ ｎ型単結晶シリコン基板、１０１ ＢＳＧ膜、１０２ ＮＳＧ膜、１０３ ｐ型不純物拡散層、１０４ 低濃度ｎ型不純物拡散層、１０５ ＰＳＧ膜、１０６ 高濃度ｎ型不純物拡散源、ｈ 開口、１０７ 高濃度ｎ型不純物拡散層、１０８ 熱酸化膜、１０９ 裏面側誘電体層、１０９ａ 高濃度ｎ型不純物拡散源上以外の裏面側誘電体層、１０９ｂ 高濃度ｎ型不純物拡散源上の裏面側誘電体層、１１０ 受光面側誘電体層、１１１ 反射防止膜、１１２ 正電極、１１３ 負電極、２００ ｐ型単結晶シリコン基板、２０１ ＰＳＧ膜、２０２ ＮＳＧ膜、２０３ ｎ型不純物拡散層、２０４ 低濃度ｐ型不純物拡散層、２０５ ｐ型不純物拡散源、２０６ 高濃度ｐ型不純物拡散源、ｈ 開口、２０７ 高濃度ｐ型不純物拡散層、２０９ 裏面側誘電体層、２０９ａ 高濃度ｐ型不純物拡散源上の裏面側誘電体層、２０９ｂ 高濃度ｐ型不純物拡散源上以外の裏面側誘電体層、２１０ 誘電体層、２１１ 反射防止膜、２１２ 負電極、２１３ 正電極。

Claims (10)

1. 第１導電型を有する結晶系の半導体基板の第１主面上の一部に、第１導電型の不純物を含有する拡散源を形成する工程と、前記半導体基板を拡散温度まで昇温し、前記拡散源から前記第１導電型の不純物を前記半導体基板中に拡散させ、第１不純物拡散層を形成する拡散工程と、前記半導体基板の第１主面上および前記拡散源上に誘電体層を形成する工程と、前記拡散源とともに、前記拡散源上に位置する誘電体層をリフトオフし、開口を形成する工程と、前記開口内で前記第１不純物拡散層にコンタクトする電極を形成する工程とを順に含み、
   前記拡散工程は、前記半導体基板に酸素を供給し、前記半導体基板の第１主面上に熱酸化膜を形成する工程を含むことを特徴とする太陽電池の製造方法。
2. 前記拡散工程は、前記拡散温度まで前記半導体基板を昇温する途中で、前記拡散温度に到達するに先立ち、前記半導体基板に酸素を供給する工程を含む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。
3. 前記拡散工程は、前記拡散温度に到達後、拡散中の前記半導体基板に酸素を供給する工程を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の太陽電池の製造方法。
4. 前記拡散源を形成する工程は、前記拡散源が、前記半導体基板の第１主面に直接拡散源を形成する工程であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の太陽電池の製造方法。
5. 前記半導体基板の前記第１主面に、前記不純物拡散層と同一導電型で、前記第１不純物拡散層よりも不純物濃度の低い、第２不純物拡散層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１項に記載の太陽電池の製造方法。
6. 前記第２不純物拡散層を形成する工程は、前記拡散源を形成する工程に先立ち実施されることを特徴とする請求項５に記載の太陽電池の製造方法。
7. 前記誘電体層は、窒化シリコン膜、酸化アルミニウム膜、非晶質シリコン膜、微結晶シリコン膜、窒酸化シリコン膜、およびこれらの積層構造体のいずれかであることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の太陽電池の製造方法。
8. 前記リフトオフ工程が、前記拡散源に前記誘電体層を通してレーザービームを照射することによって行われることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の太陽電池の製造方法。
9. 前記リフトオフ工程が、ウエットエッチングによって行われることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の太陽電池の製造方法。
10. 前記半導体基板は、結晶系シリコン基板であることを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の太陽電池の製造方法。

Images