JP2018098486A - 高効率裏面電極型太陽電池セル、太陽電池モジュール、及び太陽光発電システム - Google Patents

Abstract

【課題】逆方向飽和電流密度が小さく、かつ、エミッタ層と電極との接触抵抗が小さく、簡便な方法で安価に歩留まり高く製造可能な、変換効率がよい高効率裏面電極型太陽電池セル、太陽電池モジュール、及び太陽光発電システムを提供する。
【解決手段】第１導電型の半導体基板１０１の非受光面である裏面に、第２導電型の不純物が拡散された不純物拡散層１０４が形成され、不純物拡散層に接続される電極１０９を備える裏面電極型太陽電池セル１００において、不純物拡散層の不純物の表面濃度が５×１０¹⁷ａｔｍｓ／ｃｍ³以上５×１０¹⁹ａｔｍｓ／ｃｍ³以下であり、不純物拡散層の不純物の拡散深さが、基板裏面の表面から１μｍ以上２．９μｍ以下である。これにより簡便な方法で安価に製造可能な高効率裏面電極型太陽電池セルを提供することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、変換効率がよい高効率裏面電極型太陽電池セル、太陽電池モジュール、及び太陽光発電システムに関する。

一般に太陽電池セルは、大きさが１００〜１５０ｍｍ角、厚みが０．１〜０．３ｍｍの板状の多結晶シリコンや単結晶シリコン等からなり、ボロン等のｐ型不純物がドープされたｐ型の半導体基板を主材としている。この太陽電池セルにおいては、太陽光を受ける受光面にｎ型拡散層（エミッタ層）と反射防止膜が形成されるとともに、電極がエミッタ層に接するように反射防止膜を貫通して形成される。

太陽電池セルにおいて、電極は光電変換により得られた電流の取り出しのために必要不可欠であるが、受光面の電極が形成された部位には当該電極による遮蔽によって太陽光が入射しないため、電極面積が大きいほど変換効率が低下し電流が減少する。受光面に設けられた電極によるこのような電流の損失をシャドウロスという。

これに対し、裏面電極型太陽電池セルは、受光面に電極が無いためシャドウロスがなく、反射防止膜で抑えきれなかったわずかな反射光を除けば、入射する太陽光をほぼ１００％取り込むことができる。そのため、原理的には高い変換効率の実現が期待できる。

一般に裏面電極型太陽電池セル１００は、図１に示すような断面構造を有する。裏面電極型太陽電池セル１００は、半導体基板１０１、エミッタ層１０４、ＢＳＦ(Back Surface Field)層１０６、反射防止膜兼パッシベーション膜１０７及び１０８、並びに電極１０９及び１１０を備える。

半導体基板１０１は裏面電極型太陽電池セル１００の主材であり、単結晶シリコンや多結晶シリコン等からなる。ｐ型、ｎ型のいずれでもよいが、リンなどのｎ型不純物がドープされたｎ型シリコン基板が用いられることが多い。以下、ｎ型シリコン基板を用いた場合を例にとって説明する。半導体基板１０１は、大きさが１００〜１５０ｍｍ角で、厚みが０．１〜０．３ｍｍの板状のものが好適であり、一方の主表面が受光面、他方の主表面が非受光面（裏面）として用いられる。

受光面には、光閉じ込めのための凹凸構造を形成する。凹凸構造は、半導体基板１０１を酸性又はアルカリ性の溶液に一定時間浸漬させることで得られる。一般にこの凹凸構造はテクスチャと呼ばれる。

裏面には、ボロンなどのｐ型不純物がドープされたｐ型拡散層であるエミッタ層１０４と、リンなどのｎ型不純物がドープされたｎ型拡散層であるＢＳＦ層１０６をそれぞれ形成する。エミッタ層１０４とＢＳＦ層１０６はどちらを先に形成してもよい。エミッタ層１０４を先に形成する場合には、例えば、次のように形成する。

まず、酸化シリコン膜などの保護膜１０２を、半導体基板１０１の全面に形成する。具体的には、例えば酸素雰囲気下の８００〜１１００℃の高温中に半導体基板１０１を設置する熱酸化法により、３０〜３００ｎｍ程度の厚さの酸化シリコン膜を形成する。続いて、半導体基板１０１の裏面のエミッタ層１０４を形成する領域以外の領域を覆う保護膜１０２の部分に、レジストペーストをスクリーン印刷で塗布し硬化させる。続いて、フッ酸水溶液に浸漬させてエミッタ層１０４を形成する領域を覆う保護膜１０２を除去し、更にアセトン等に浸漬してレジストペースト１０３を除去する。続いて、保護膜１０２が除去された領域に、例えば熱拡散法によりｐ型不純物元素を拡散させて、ｐ型拡散層であるエミッタ層１０４とガラス層１０５を形成する。具体的には、例えばこの半導体基板１０１をＢＢｒ_３を含む８００〜１１００℃の高温ガス中に設置することにより、保護膜１０２が形成されていない箇所にボロンを拡散させ、シート抵抗が２０〜３００Ω／□ 程度のエミッタ層１０４とガラス層１０５を形成する。続いて、残りの保護膜１０２とガラス層１０５を、例えば希釈したフッ酸溶液などの薬品に浸漬することにより除去し、純水で洗浄する。これにより、半導体基板１０１の裏面の所望の箇所に、ｐ型不純物が拡散されたエミッタ層１０４が形成される。

続いて、半導体基板１０１の裏面のエミッタ層１０４が形成されていない部分に、エミッタ層１０４と概ね同様な手順でＢＳＦ層１０６を形成する。

テクスチャが形成された受光面と、エミッタ層１０４及びＢＳＦ層１０６が形成された裏面には、更にＳｉＮ（窒化シリコン）などからなる反射防止膜兼パッシベーション膜１０７、１０８をそれぞれ形成する。

そして、電極１０９をエミッタ層１０４に接続されるように、また、電極１１０をＢＳＦ層１０６に接続されるように、それぞれ形成する。これらの電極は、エッチングペーストなどでコンタクトが開口され、スパッタなどで形成される場合もあれば、スクリーン印刷法を用いて形成される場合もある。スクリーン印刷法を用いる場合、焼成後にエミッタ層１０４、ＢＳＦ層１０６にそれぞれ接続されるように、ガラスフリットなどを含んだ導電性銀ペーストを反射防止膜兼パッシベーション膜１０８の２箇所に印刷・乾燥する。これらの導電性銀ペーストを焼成することで、反射防止膜兼パッシベーション膜１０７、１０８を貫通して、エミッタ層１０４に接続される電極１０９と、ＢＳＦ層１０６に接続にされる電極１１０がそれぞれ形成される。電極１０９、１１０は、裏面電極型太陽電池セル１００で生じた光生成電流を外部へ取出すためのバスバー電極と、これらのバスバー電極に接続される集電用のフィンガー電極とから構成される（図示省略）。

図１に示す構造を持つ一般的な裏面電極型太陽電池セルにおいては、特にエミッタ層の不純物拡散プロファイルが太陽電池セルの変換効率を大きく左右する。例えば、エミッタ層への不純物の拡散量を少なくしてエミッタ層の逆方向飽和電流密度を低くすることで、太陽電池セルの開放電圧を高め、変換効率を良くすることができる。しかし、エミッタ層への不純物の拡散量を少なくすることで不純物の表面濃度が低くなってしまうと、一般に、エミッタ層に接続する電極との接触抵抗が高くなり、変換効率が悪くなる。そのため、変換効率を良くするには、エミッタ層への不純物の拡散量を少なく抑えつつ、不純物の表面濃度が高く、かつ、拡散深さが浅い拡散プロファイルにすることで、接触抵抗をなるべく小さくしつつ、逆飽和電流密度が高くなるのを可能な範囲で抑えるという方法を採るのが望ましいとされてきた。先に例示したエミッタ層の製造方法による場合、エミッタ層は不純物の表面濃度が高く、拡散深さが浅い拡散プロファイルで形成されることが多い。

また、エミッタ層と電極との接触抵抗は、エミッタ層と電極との接触面積の大小によっても大きく左右されると言われている。受光面に電極を有する従来の太陽電池セルの場合、電極によるシャドウロスをできるだけ小さくするために、エミッタ層に接続するフィンガー電極を微細化して電極面積を最小化する必要があり、接触抵抗を十分に小さくすることが難しく、かつ、電極形成に高いコストがかかる。これに対し、裏面電極型太陽電池セルは、電極が非受光面に形成されるため、電極によるシャドウロスを考慮する必要がない。そのため、裏面電極型太陽電池セルの場合には、ある程度フィンガー電極の幅を太くして、エミッタ層と電極との接触面積を広くして接触抵抗を小さくしつつ、電極形成にかかるコストを抑えるために、横流れ抵抗が大きくなり過ぎない程度に断面積（接触面に直交する面の面積）が小さくなるよう薄く電極を形成することが望ましいとされてきた。先に例示したスクリーン印刷による電極の製造方法の場合、幅が太く、厚みが薄い電極が形成されることが多い。

しかし、表面濃度が高く、かつ、拡散深さが浅い拡散プロファイルで不純物を拡散するには、一般に高温で短時間の拡散熱処理を行う必要がある。この場合、特に大量生産時において、不純物の拡散ムラが生じやすいため、所定の拡散プロファイルで不純物を拡散させることが難しい。また、幅が太く、厚みが薄い電極は、偶発的にエミッタ層との接触抵抗の値が大きくなることがあり、歩留まりが悪くなるという問題が度々発生していた。

このような問題の対策として、例えば、半導体基板に形成された拡散層の電極を形成する部分に、拡散源を含む膜を形成し、水蒸気雰囲気中で熱処理を行うことで、電極直下にのみ高濃度拡散層を形成する太陽電池セルの製造方法が特許文献１に開示されている。しかしこの方法では、拡散層形成のために熱処理を複数回行う必要があるため、コストが高くなる上に、重金属などのライフタイムキラーが半導体基板に拡散して、歩留まりの悪化を生じやすいという問題がある。

また、インクジェット印刷によって、ドーパント液を基板表面に塗布して拡散することで、均一な拡散を行う太陽電池セルの製造方法が特許文献２に開示されている。しかしこの方法の場合、インクジェット印刷はノズルやドーパント液の制御が困難であり、また拡散源形成と熱処理が別工程になるため、コストが高くなるという問題がある。

また、導電性ペーストを、マスクを変えながら複数回スクリーン印刷することで、電極の抵抗を小さくする太陽電池セルの製造方法が特許文献３に開示されている。しかしこの方法では、電極のズレによる歩留まりの悪化や導電性ペーストの使用量の増大によるコストの増大が生じやすいという問題がある。

また、いわゆるグラビアロール印刷で電極を形成することで、精度よく電極を形成する太陽電池セルの製造方法が特許文献４に開示されている。しかしこの方法では、ロールやペーストの制御が困難であり、乾燥によるロールの詰まりや歩留まりの悪化が生じやすいという問題がある。

国際公開第２０１５／１５１２８８号 特開２００３−１６８８０７号公報 国際公開第２０１１／１１１１９２号 特開２０１１−０４９５１４号公報

本発明の目的は、逆方向飽和電流密度が小さく、かつ、エミッタ層と電極との接触抵抗が小さく、簡便な方法で安価に歩留まり高く製造可能な、変換効率がよい高効率裏面電極型太陽電池セル、太陽電池モジュール、及び太陽光発電システムを提供することにある。

（１）本発明の高効率裏面電極型太陽電池セルは、第１導電型の半導体基板の非受光面である裏面に、第２導電型の不純物が拡散された不純物拡散層が形成され、不純物拡散層に接続される電極を備える高効率裏面電極型太陽電池セルであって、不純物拡散層の不純物の表面濃度が５×１０¹⁷ａｔｍｓ／ｃｍ³以上５×１０¹⁹ａｔｍｓ／ｃｍ³以下であり、不純物拡散層の不純物の拡散深さが、基板裏面の表面から１μｍ以上２．９μｍ以下であることを特徴とする。

このように従来と比べて表面濃度が低く、拡散深さが深いエミッタ層を形成することで、逆方向飽和電流密度と接触抵抗を両方とも低くすることができ、簡便な方法で安価に高効率裏面電極型太陽電池セルを実現することができる。

（２）不純物拡散層のシート抵抗は、６０Ω／□以上１５０Ω／□以下とするとよい。

（３）不純物拡散層の不純物の濃度の最大値を７×１０¹⁷ａｔｍｓ／ｃｍ³以上７×１０¹⁹ａｔｍｓ／ｃｍ³以下とし、不純物拡散層の不純物の濃度が最大値となる位置を、基板裏面の表面から０．１μｍ以上１μｍ以下の深さとし、電極を少なくともガラスフリットと銀とアルミとを含む焼結体とし、電極の断面積を３５０μｍ²以上１０００μｍ²以下とするとともに、電極が不純物拡散層に部分的に貫入し、貫入の深さが基板裏面の表面から０．１μｍ以上１．９μｍ以下となるようにしてもよい。

これにより接触抵抗を小さく抑えて変換効率を高めることができるとともに、製造コストも抑えることができる。

（４）例えば、第１導電型をｎ型とし、第２導電型をｐ型とするとよい。

（５）高効率裏面電極型太陽電池セルを複数電気的に接続して太陽電池モジュールを構成してもよい。

（６）太陽電池モジュールを複数電気的に接続して太陽光発電システムを構成してもよい。

高効率裏面電極型太陽電池セルの構成の一例を示す図である。 高効率裏面電極型太陽電池セルの製造方法を示すフロー図である。 基板表面からの深さとその深さにおける不純物濃度との関係の一例を示すグラフである。 各サンプルの逆方向飽和電流密度を、表面濃度とシート抵抗のそれぞれに対してプロットしたグラフである。 各サンプルの接触抵抗を、表面濃度とシート抵抗のそれぞれに対してプロットしたグラフである。 各サンプルの電極の断面積と接触抵抗との関係を示すグラフである。 本発明の高効率裏面電極型太陽電池セルを用いて構成された太陽電池モジュールの構成例を示す概略図である。 図７に示す太陽電池モジュールの裏面の構成例を示す概略図である。 図７に示す太陽電池モジュールの断面の構成例を示す概略図である。 図７に示す太陽電池モジュールを用いて構成された太陽光発電システムの構成例を示す概略図である。

以下、本発明の実施形態について説明する。背景技術の説明に用いた図も含め、各図面における共通の構成要素については同じ符号を付す。

本発明における高効率裏面電極型太陽電池セル２００は、図１に示した従来の裏面電極型太陽電池セル１００と同様な構造を有し、半導体基板１０１、エミッタ層１０４、ＢＳＦ層１０６、反射防止膜兼パッシベーション膜１０７及び１０８、並びに、電極１０９及び１１０を備える。半導体基板１０１は高効率裏面電極型太陽電池セル２００の主材であり、単結晶シリコンや多結晶シリコン等からなる。ｐ型とｎ型のいずれでもよいが、ここではリンなどの不純物を含み、比抵抗が０．１〜４．０Ω・ｃｍのｎ型シリコン基板の場合を例にとって説明する。半導体基板１０１は、大きさが１００〜１５０ｍｍ角で、厚みが０．０５〜０．３０ｍｍの板状のものが好適であり、一方の主表面が受光面、他方の主表面が非受光面（裏面）として用いられる。

＜製造手順＞
図２に本発明の高効率裏面電極型太陽電池セル２００の製造手順を示す。製造に先立ち、半導体基板１０１を酸性溶液などに浸漬してダメージエッチを行い、スライスなどによる表面のダメージを除去して、洗浄、乾燥する。

まず、ダメージエッチ後の半導体基板１０１の裏面にエミッタ層１０４を形成する（Ｓ１）。まず、酸化シリコン膜などの保護膜１０２を、半導体基板１０１の全面に形成する（Ｓ１−１）。例えば、酸素雰囲気下の８００〜１１００℃の高温中に半導体基板１０１を短時間設置する熱酸化法により、膜厚が３０〜３００ｎｍ程度の酸化シリコン膜を形成する。続いて、半導体基板１０１の裏面のエミッタ層１０４を形成する領域以外の領域を覆う保護膜１０２の部分に、レジストペーストをスクリーン印刷で塗布し硬化させる（Ｓ１−２）。続いて、フッ酸水溶液に浸漬させてエミッタ層１０４を形成する領域を覆う保護膜１０２を除去し（Ｓ１−３）、更にアセトン等に浸漬してレジストペースト１０３を除去する（Ｓ１−４）。続いて、保護膜１０２が除去された領域に、例えば熱拡散法によりｐ型不純物元素を拡散させて、ｐ型拡散層であるエミッタ層１０４とガラス層１０５を形成する（Ｓ１−５）。具体的には、例えばこの半導体基板１０１をＢＢｒ_３を含む８００〜１１００℃の高温ガス中に設置することにより、保護膜１０２が形成されていない領域にボロンを拡散させ、シート抵抗が２０〜３００Ω／□ 程度のエミッタ層１０４と、ガラス層１０５を形成する。続いて、残りの保護膜１０２とガラス層１０５を、例えば希釈したフッ酸溶液などの薬品に浸漬することにより除去し、純水で洗浄する（Ｓ１−６）。これにより、半導体基板１０１の裏面の所望の箇所に、ｐ型不純物が拡散されたエミッタ層１０４が形成される。

次に、半導体基板１０１の裏面のエミッタ層１０４が形成されていない領域に、ＢＳＦ層１０６を形成する（Ｓ２）。まず、酸化シリコン膜などの保護膜１０２を、半導体基板１０１の全面に形成する（Ｓ２−１）。酸化シリコン膜は、例えば酸素雰囲気下の８００〜１１００℃の高温中に半導体基板１０１を設置する熱酸化法により形成する。このとき、高温中への設置時間をより長くすることで、酸化シリコン膜を形成すると同時に、エミッタ層１０４の形成時に半導体基板１０１の表面付近に拡散したボロンを、半導体基板１０１のより深くまで拡散させ、かつ、形成した酸化シリコン膜にも拡散させることができる。その結果、エミッタ層１０４を形成するボロンの表面濃度が低下し、それに伴いシート抵抗も変化する。この拡散深さ、表面濃度、及びシート抵抗は、熱酸化条件の変更により適宜調節することができる。

続いて、半導体基板１０１の裏面のエミッタ層１０４が形成された領域を覆う保護膜１０２の部分に、レジストペーストをスクリーン印刷で塗布し硬化させる（Ｓ２−２）。続いて、フッ酸水溶液に浸漬させてエミッタ層１０４が形成されていない領域を覆う保護膜１０２を除去し（Ｓ２−３）、更にアセトン等に浸漬してレジストペースト１０３を除去する（Ｓ２−４）。続いて、保護膜１０２が除去された領域に、例えば熱拡散法によりｎ型不純物元素を拡散させて、ｎ型拡散層であるＢＳＦ層１０６とガラス層１０５を形成する（Ｓ２−５）。具体的には、例えばこの半導体基板１０１をＰＯＣｌ_３を含む８５０〜１１００℃の高温ガス中に設置することにより、保護膜１０２が形成されていない領域にリンを拡散させ、シート抵抗が３０〜３００Ω／□ 程度のＢＳＦ層１０６とガラス層１０５を形成する。続いて、残りの保護膜１０２とガラス層１０５を、例えば希釈したフッ酸溶液などの薬品に浸漬することにより除去し、純水で洗浄する（Ｓ２−６）。これにより、半導体基板１０１の裏面のエミッタ層１０４が形成されていない領域に、ｎ型不純物が拡散されたＢＳＦ層１０６が形成される。

次に、半導体基板１０１の受光面にテクスチャと呼ばれる凹凸構造を形成する（Ｓ３）。テクスチャは、半導体基板１０１を酸性又はアルカリ性の溶液に一定時間浸漬することにより形成することができる。例えば、半導体基板１０１の裏面全面にレジストペーストをスクリーン印刷で塗布・硬化してから、水酸化カリウム水溶液などで化学エッチングして洗浄、乾燥することで形成する。テクスチャを形成することで、受光面から入射した光が半導体基板１０１内で多重反射して閉じ込められるため、実効的に反射率を低減し、変換効率が向上することができる。その後、アセトン等に浸漬することで半導体基板１０１の裏面全面に塗布されたレジストペーストを除去する。なお、テクスチャはエミッタ層１０４とＢＳＦ層１０６を形成する前に行ってもよい。また、半導体基板１０１の裏面にもテクスチャを形成して構わない。加えて、半導体基板１０１の受光面に更にＦＳＦ（Front Surface Field）層を形成しても構わない。

続いて、半導体基板１０１の両面に、ＳｉＮ（窒化シリコン）などからなる反射防止膜兼パッシベーション膜１０７、１０８をそれぞれ形成する（Ｓ４）。窒化シリコン膜の場合、例えばＳｉＨ_４とＮＨ_３との混合ガスをＮ_２で希釈し、グロー放電分解でプラズマ化させて堆積させるプラズマＣＶＤ法などにより形成する。形成に際しては、半導体基板１０１との屈折率差などを考慮して屈折率が１．８ 〜 ２．３程度になるように、また、厚みが５０〜１００ｎｍ程度になるように形成する。この膜は、半導体基板１０１の表面で光が反射するのを防止し、半導体基板１０１内に光を有効に取り込む機能を担うとともに、ｎ型拡散層に対してパッシベーション効果があるパッシベーション膜としても機能し、太陽電池セルの電気特性を向上させる効果を奏する。なお、反射防止膜兼パッシベーション膜１０７、１０８は、酸化シリコン、炭化シリコン、非晶質シリコン、酸化アルミニウム、酸化チタンなどの単層膜やこれらを組み合わせた積層膜であってもよい。また、半導体基板１０１の受光面と裏面とで異なる膜を使用してもよい。

続いて、電極１０９、１１０を形成する（Ｓ５）。電極は、例えばエッチングペースト等で反射防止膜兼パッシベーション膜１０８に開口部を設けてスパッタにより形成してもよいし、スクリーン印刷法により形成してもよい。スクリーン印刷法による場合、まず、反射防止膜兼パッシベーション膜１０８の、エミッタ層１０４に接続される電極１０９を形成する部分とＢＳＦ層１０６に接続される電極１１０を形成する部分のそれぞれに、例えば銀粉末、ガラスフリット、アルミ粉末、及びワニスなどを含む導電性ペーストをスクリーン印刷し、乾燥させる。このとき、スクリーン印刷する際に使用するスクリーンマスクのメッシュの粗さ、乳剤厚、開口サイズなどを変更することで、電極の幅や断面積を適宜調節することができる。

このように印刷した導電性ペーストを、５００℃〜９５０℃程度の温度で１〜６０秒程度焼成し、反射防止膜兼パッシベーション膜１０８を貫通させる（ファイヤースルー）。これにより、銀、ガラスフリット、及びアルミを含む焼結体がエミッタ層１０４又はＢＳＦ層１０６と導通して、電極１０９、１１０となる。なお、電極形成時の焼成は一度に行ってもよいし複数回に分けてもよい。また、エミッタ層１０４上に適用する導電性ペーストとＢＳＦ層１０６上に適用する導電性ペーストは、異なるものであってもよい。

＜課題解決手段の検討＞
上記の製造方法により、エミッタ層の逆方向飽和電流密度測定用のサンプルを熱酸化条件を変えながら複数作製した。なお、逆方向飽和電流密度の測定には電極は不要であるため、電極は形成していない。作製に用いたｎ型半導体基板の比抵抗は１Ω・ｃｍ、リンのドーピング濃度は約５×１０¹⁵ａｔｏｍｓ／ｃｍ³であり、反射防止膜兼パッシベーション膜はＳｉＨ_４、ＮＨ_３、及びＮ_２を用いたプラズマＣＶＤ法により形成した厚さ１００ｎｍの窒化シリコン膜である。

各サンプルについて、エミッタ層へのボロンの拡散プロファイルをＳＩＭＳで測定した（使用装置ＣＡＭＥＣＡ社製ｉｍｓ−４ｆ、１次イオンＯ_２ ^＋、１次イオンエネルギー１０．５ｋｅＶ、走査領域２００×２００μｍ、検出領域１０４μｍφ、２次イオン極性Ｐｏｓｉｔｉｖｅ）。図３は、或るサンプルの測定結果として得られた、基板表面からの深さとその深さにおける不純物であるボロンの濃度との関係を示したグラフである。図３からわかるように、最表面付近の深さ０〜０．０２μｍ近辺で突然極端な濃度の変動が認められる。この濃度変動は基板表面の異物や凹凸などの影響による測定値のバラつきと考えられ、誤差が多く含まれる。そこで以下では、表面濃度を０．０３μｍ近辺の濃度と定義する。このように定義したとき、作製した各サンプルの表面濃度は、１×１０¹⁷〜１×１０²⁰ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３であった。また、拡散深さについては以下、ＳＩＭＳ測定により得られた拡散されたボロンの濃度が、ｎ型半導体基板へのリンのドーピング濃度と等しくなった深さと定義する。このように定義したとき、作製した各サンプルの拡散深さは、０．７〜３．５μｍであった。

拡散プロファイルの測定後、逆方向飽和電流密度測定用の各サンプルの逆方向飽和電流密度をＱＳＳＰＣ法で測定した（使用装置Ｓｉｎｔｏｎ Ｃｏｎｓｕｌｔｉｎｇ社製ＷＣＴ−１００）。ＱＳＳＰＣ測定で得られた各サンプルの逆方向飽和電流密度を、表面濃度とシート抵抗のそれぞれに対してプロットしたグラフを図４に示す。図４(a)は表面濃度に対してプロットしたグラフであり、図４(b)はシート抵抗に対してプロットしたグラフである。図４から、逆方向飽和電流密度は表面濃度が低くなるにつれ低くなる傾向が認められる一方、シート抵抗とは相関がないことがわかる。すなわち、表面濃度を低くすることで開放電圧を高くし、これにより、変換効率を高めることができるといえる。

次に、逆方向飽和電流密度測定用の各サンプルに、導電性ペーストをＴＬＭ法に基づいたパターンで塗布し、８００℃で１０秒間焼成して、接触抵抗測定用のサンプルを複数作製した。ＴＬＭ法は、コンタクト面に垂直に入った電流がデバイス表面で折れて水平方向に流れる態様のコンタクトの接触抵抗を精度良く測定する方法として広く用いられている。ＴＬＭ法で測定した各サンプルの接触抵抗を、シート抵抗と表面濃度のそれぞれに対してプロットしたグラフを図５に示す。図５から接触抵抗は、シート抵抗とは正の相関が認められる一方、表面濃度とは相関がないことがわかる。

以上より、逆方向飽和電流密度と接触抵抗が両方とも低いエミッタ層を実現するには、表面濃度が低く、シート抵抗が低いエミッタ層を形成すればよい。この条件は、表面濃度が低く、拡散深さが深いエミッタ層を形成することで容易に満たすことができる。これは、一般に表面濃度を低くするとシート抵抗は上昇するが、拡散深さを深くすることでその上昇を抑制することができるためである。

次に、接触抵抗測定用サンプルのうち、シート抵抗が７０Ω／□のものについて、エミッタ層と接触するフィンガー電極を、幅を一定値（６０μｍ）としつつ、断面積を変更したものを形成し、接触抵抗を測定した。この際、電極の断面積はキーエンス社製のレーザー顕微鏡ＶＫ−８５００を用いて測定し、接触抵抗はＴＬＭ法を用いて測定した。断面積の変更は、スクリーン印刷用版の紗厚と乳剤厚を変更することにより行った。こうして測定した電極の接触抵抗を、断面積に対してプロットした（図６）。図６から、電極の接触面積が一定でも、断面積が小さくなると接触抵抗が大きくなり、変換効率が悪くなることがわかる。そのため、電極の断面積はコストが許す範囲で大きくするのが望ましいといえる。

電極の断面積が大きい方が、接触抵抗が小さくなる理由のひとつとして、以下の事情が挙げられる。

導電性ペーストを焼成して電極を形成した際、最大で約２μｍ程度の深さまで電極が基板に貫入している箇所が認められた。ここで、貫入深さは、電極をフッ酸浸漬及び硝酸浸漬によって基板から除去し、基板についた除去跡をＳＥＭで観察して測定した。複数のサンプルについて、電極の貫入深さと接触抵抗との関係を確認したところ、エミッタ層との接触抵抗の高い電極は、貫入して接続している箇所がほとんど無く、稀にあっても貫入が浅いが、エミッタ層との接触抵抗の低い電極は、貫入して接続している箇所が多く、貫入が深いことがわかった。つまり、電極が深く貫入しているほど接触抵抗が低くなると考えられ、このことから、接触抵抗は表面のドーパント濃度だけではなく深さ方向のドーパント濃度変化にも依存していると考えられる。具体的には、不純物が濃度高く拡散されている範囲を概ね網羅する深さまで電極が貫入していることで、接触抵抗をより低減できると考えられる。

ただし、このとき電極の断面積が小さいと、電極を構成するガラスフリットやアルミなどのエミッタ層との導通に資する物質の絶対量が不足して、接触抵抗が大きくなってしまう。そのため、接触抵抗が大きくなることを回避し、安定した歩留まりを得るためには、電極をエミッタ層にある程度貫入させるとともに、断面積をコストが許す範囲で大きくするのが望ましいといえる。

上記の検討により特定した課題解決手段の正当性を、不純物拡散プロファイルや電極の形状を相違させて製造した複数の製品を用いて検証した。各製品の製造方法及び検証結果を以下に示す。

＜第１共通工程＞
リンがドープされ、厚さ０．２ｍｍにスライスして作製された、比抵抗が約１Ω・ｃｍでドーピング濃度が約５×１０¹⁵ａｔｍｓ／ｃｍ³のｎ型の単結晶シリコンからなるｎ型シリコン基板を用意し、外径加工を行って一辺１５ｃｍの正方形の板状とした。そして、この基板をフッ硝酸溶液中に１５秒間浸漬させてダメージエッチした後、純水で洗浄して乾燥させた。

ダメージエッチ後のｎ型シリコン基板を、酸素雰囲気中において、１０００℃の温度で４５分間の条件で熱酸化することにより、基板の両面に酸化シリコン膜を厚さ５０ｎｍで形成した。そして、基板の裏面に形成された酸化シリコン膜の、ＢＳＦ層形成予定箇所の上に、レジストペーストをスクリーン印刷して、１００℃の温度で加熱して乾燥させた。ここで、エミッタ層は幅８００μｍ、ＢＳＦ層は幅２００μｍで、エミッタ層とＢＳＦ層が交互に形成される、Interdigitated Back Contactセルの構造になるようなパターンでスクリーン印刷用版を形成した。レジストペーストとしては、ＬＥＫＴＲＡＣＨＥＭ社製１８５ペーストを用いた。その基板を２％フッ酸水溶液に浸漬させることで、ＢＳＦ層形成予定箇所の上を残して、酸化シリコン膜を部分的に除去してから、アセトンに浸漬させて、レジストペーストを除去した後、純水で洗浄し、乾燥させた。次に、基板の裏面に対して、ＢＢｒ_３ガス雰囲気中において、９００℃の温度で２０分間の条件で熱拡散処理を行うことにより、基板の裏面にエミッタ層であるｐ型拡散層とガラス層を形成した。形成したｐ型拡散層のシート抵抗は約７０Ω／□、拡散深さは０．５μｍであった。その後、この基板を、２５％のフッ酸水溶液に浸漬した後、純水で洗浄し、乾燥させることで、酸化シリコン膜とガラス層を除去した。

＜比較例１＞
比較例１は、上記のようにエミッタ層を形成した後に行う保護膜（酸化シリコン膜）の形成工程で行う熱酸化の時間が短い（４５分間）、従来製品の製造方法を採用する場合である。具体的には次の工程を実施した上で、後述の第２、第３共通工程を実施して裏面電極型太陽電池セルを製造する。

上記のようにエミッタ層が形成された基板を、酸素雰囲気中において、１０００℃の温度で４５分間の条件で熱酸化することにより、基板の両面に酸化シリコン膜を厚さ５０ｎｍで形成した。このときの熱処理により、エミッタ層に拡散されていたボロンが再拡散した。再拡散後のエミッタ層のボロンの拡散プロファイルをＳＩＭＳで測定した（使用装置ＣＡＭＥＣＡ社製ｉｍｓ−４ｆ、１次イオンＯ_２ ^＋、１次イオンエネルギー１０．５ｋｅＶ、走査領域２００×２００μｍ、検出領域１０４μｍφ、２次イオン極性Ｐｏｓｉｔｉｖｅ）。その結果、表面濃度は１．０×１０²⁰ａｔｍｓ／ｃｍ³、最大濃度は１．４×１０²⁰ａｔｍｓ／ｃｍ³、最大濃度となる深さは０．０７μｍ、拡散深さは０．５μｍとなった。また、エミッタ層のシート抵抗は約５０Ω／□となった。

＜実施例１＞
実施例１は、比較例１で熱酸化時間を９０分間に延長した場合である。

上記のようにエミッタ層が形成された基板を、酸素雰囲気中において、１０００℃の温度で９０分間の条件で熱酸化することにより、基板の両面に酸化シリコン膜を厚さ８０ｎｍで形成した。このときの熱処理により、エミッタ層に拡散されていたボロンが再拡散した。再拡散後のエミッタ層のボロンの拡散プロファイルをＳＩＭＳで測定したところ、表面濃度は５．０×１０¹⁹ａｔｍｓ／ｃｍ³、最大濃度は７×１０¹⁹ａｔｍｓ／ｃｍ³、最大濃度となる深さは０．１μｍ、拡散深さは１．０μｍとなった。また、エミッタ層のシート抵抗は約６０Ω／□となった。

＜実施例２＞
実施例２は、比較例１で熱酸化時間を１２０分間に延長した場合である。

上記のようにエミッタ層が形成された基板を、酸素雰囲気中において、１０００℃の温度で１２０分間の条件で熱酸化することにより、基板の両面に酸化シリコン膜を厚さ１００ｎｍで形成した。このときの熱処理により、エミッタ層に拡散されていたボロンが再拡散した。再拡散後のエミッタ層のボロンの拡散プロファイルをＳＩＭＳで測定したところ、表面濃度は１．０×１０¹⁹ａｔｍｓ／ｃｍ³、最大濃度は１．２×１０¹⁹ａｔｍｓ／ｃｍ³、最大濃度となる深さは０．４μｍ、拡散深さは２．０μｍとなった。また、エミッタ層のシート抵抗は約７０Ω／□となった。

＜実施例３＞
実施例３は、比較例１で熱酸化時間を１８０分間に延長した場合である。

上記のようにエミッタ層が形成された基板を、酸素雰囲気中において、１０００℃の温度で１８０分間の条件で熱酸化することにより、基板の両面に酸化シリコン膜を厚さ１３０ｎｍで形成した。このときの熱処理により、エミッタ層に拡散されていたボロンが再拡散した。再拡散後のエミッタ層のボロンの拡散プロファイルをＳＩＭＳで測定したところ、表面濃度は５．０×１０¹⁸ａｔｍｓ／ｃｍ³、最大濃度は８．０×１０¹⁸ａｔｍｓ／ｃｍ³、最大濃度となる深さは０．７μｍ、拡散深さは２．３μｍとなった。また、エミッタ層のシート抵抗は約９０Ω／□となった。

＜実施例４＞
実施例４は、比較例１で熱酸化時間を２４０分間に延長した場合である。

上記のようにエミッタ層が形成された基板を、酸素雰囲気中において、１０００℃の温度で２４０分間の条件で熱酸化することにより、基板の両面に酸化シリコン膜を厚さ１５０ｎｍで形成した。このときの熱処理により、エミッタ層に拡散されていたボロンが再拡散した。再拡散後のエミッタ層のボロンの拡散プロファイルをＳＩＭＳで測定したところ、表面濃度は５．０×１０¹⁷ａｔｍｓ／ｃｍ³、最大濃度は７．０×１０¹⁷ａｔｍｓ／ｃｍ³、最大濃度となる深さは１．０μｍ、拡散深さは２．９μｍとなった。また、エミッタ層のシート抵抗は約２８０Ω／□となった。

＜比較例２＞
比較例２は、比較例１で熱酸化時間を３００分間に延長した場合である。

上記のようにエミッタ層が形成された基板を、酸素雰囲気中において、１０００℃の温度で３００分間の条件で熱酸化することにより、基板の両面に酸化シリコン膜を厚さ１６０ｎｍで形成した。このときの熱処理により、エミッタ層に拡散されていたボロンが再拡散した。再拡散後のエミッタ層のボロンの拡散プロファイルをＳＩＭＳで測定したところ、表面濃度は３．０×１０¹⁷ａｔｍｓ／ｃｍ³、最大濃度は５．０×１０¹⁷ａｔｍｓ／ｃｍ³、最大濃度となる深さは１．１μｍ、拡散深さは３．３μｍとなった。また、エミッタ層のシート抵抗は約３２０Ω／□となった。

＜第２共通工程＞
上記比較例１若しくは２、又は実施例１、２、３若しくは４に示す工程で形成された酸化シリコン膜の、エミッタ層を形成した箇所の上にレジストペーストをスクリーン印刷して、１００℃の温度で加熱して乾燥させた。ここで、レジストペーストとしては、ＬＥＫＴＲＡＣＨＥＭ社製１８５ペーストを用いた。レジストペーストを印刷した基板を２％のフッ酸水溶液に浸漬させ、エミッタ層を形成した箇所以外の部分（ＢＳＦ層を形成する箇所）の酸化シリコン膜を除去して、その後、レジストペーストをアセトンに浸漬させて除去した。

続いて、部分的に酸化シリコン膜を除去した基板の裏面に対して、ＰＯＣｌ_３ガス雰囲気中において、９３０℃の温度で２０分間の条件で熱拡散処理を行い、酸化シリコン膜を除去した箇所にリンを拡散してＢＳＦ層であるｎ型拡散層とガラス層を形成した。形成されたｎ型拡散層のシート抵抗は約３０Ω／□、拡散深さは０．５μｍであった。その後、これらの基板を２５％のフッ酸水溶液に浸漬した後、純水で洗浄し、乾燥させることで、酸化シリコン膜とガラス層を除去した。

続いて、基板の裏面全面にレジストペーストをスクリーン印刷して、１００℃の温度で加熱して乾燥させた。ここで、レジストペーストとしては、ＬＥＫＴＲＡＣＨＥＭ社製１８５ペーストを用いた。その基板を、２％の水酸化カリウムと２％のＩＰＡを含む７０℃の溶液で５分間化学エッチングした後に純水で洗浄し、乾燥させることで、基板の受光面にテクスチャ構造を形成した。その後、基板をアセトンに浸漬させて、レジストペーストを除去した。

続いて、ＳｉＨ₄、ＮＨ₃、及びＮ₂を用いたプラズマＣＶＤ法により、基板の両面に、反射防止膜兼パッシベーション膜である窒化シリコン膜を厚さ１００ｎｍで形成した。

＜第３共通工程＞
ここまでの処理を施した基板のエミッタ層上に、スクリーン印刷法により導電性銀ペーストを印刷し、１５０℃で乾燥させた。導電性銀ペーストは、Ｈｅｒａｅｕｓ社製ＳＯＬ９３８３Ｍを用いた。また、基板のＢＳＦ層上に、メッシュ３２５、乳剤厚２０μｍで、幅５０μｍの直線状の開口部を備える版を用いたスクリーン印刷法により導電性銀ペーストを印刷し、１５０℃で乾燥させた。そして、印刷された導電性銀ペーストを最高温度８００℃で５秒間焼成して電極を形成し、それぞれの比較例及び実施例に係る裏面電極型太陽電池セルを作製した。

＜実施結果１＞
上記の比較例１若しくは２、又は実施例１、２、３若しくは４の工程をそれぞれ経て１００枚ずつ作製した裏面電極型太陽電池セルの平均変換効率、平均短絡電流密度、平均開放電圧、及び平均曲線因子を表１に示す。

エミッタ層の不純物の表面濃度を、５×１０¹⁹ａｔｍｓ／ｃｍ³以下にすることで（実施例１〜４）、表面濃度が高い従来製品の場合（比較例１）と比べて、変換効率を高めることができた。これは、不純物の表面濃度の低下により、逆方向飽和電流密度が低下し、開放電圧が上昇するためであると考えられる。このとき、短絡電流も上昇しているが、これは、酸化時間の延長により金属不純物の拡散層へのゲッタリングが進み、基板のライフタイムが上昇したことが影響していると考えられる。ただし、比較例２のように表面濃度を低くし過ぎると、エミッタ層の横流れ抵抗が高くなってしまい、変換効率を十分高くすることができない。そのため、表面濃度の上限は比較例１に示す従来製品の表面濃度より薄い５×１０¹⁹ａｔｍｓ／ｃｍ³とするのが望ましく、下限は５×１０¹⁷ａｔｍｓ／ｃｍ³とするのが望ましい。また、実施例１〜４の結果から、拡散深さの下限は比較例１に示す従来製品の拡散深さより深い１μｍ以上とするのが望ましく、上限は２．９μｍ以下とするのが望ましい。また、実施例１〜４の結果から、シート抵抗の下限は６０Ω／□、上限は２８０Ω／□とするのが望ましいが、上限を１５０Ω／□より高くすると大量に生産した際にシート抵抗のバラつきが非常に大きくなり制御が困難になるため、上限は１５０Ω／□とするのがより望ましい。

次に、接触抵抗を小さくするための電極の形状の変更が変換効率に与える影響を検証する。

＜比較例３＞
実施例２及び第２共通工程の処理を施した基板のＢＳＦ層上に、スクリーン印刷法を用いて、導電性銀ペーストを印刷し、１５０℃で乾燥させた。導電性銀ペーストは、Ｈｅｒａｅｕｓ社製ＳＯＬ９４１２を用いた。ＳＯＬ９４１２の主な固形成分は銀とガラスフリットであり、アルミ粉末は添加されていない。

また、基板のエミッタ層上に、スクリーン印刷法を用いて、メッシュ３６０、乳剤厚１０μｍで、直線状に幅６０μｍで開口している版を用いて導電性銀ペーストを印刷し、１５０℃で乾燥させた。その後、導電性銀ペーストを印刷した基板を最高温度８００℃で５秒間焼成して電極を形成した。形成後の電極の幅は約７０μｍ、厚みは約８μｍ、断面積は約２５０μｍ^２であった。また、このように形成した半導体基板上の電極を、フッ酸と硝酸で除去し、ＳＥＭで拡散層への貫入深さを計測したところ、貫入している箇所は認められなかった。

＜比較例４＞
比較例４は、比較例３において導電性銀ペーストとしてアルミ粉末が添加されているものを適用した場合である。

実施例２及び第２共通工程の処理を施した基板のＢＳＦ層上に、スクリーン印刷法を用いて、導電性銀ペーストを印刷し、１５０℃で乾燥させた。導電性銀ペーストは、Ｈｅｒａｅｕｓ社製ＳＯＬ９３８３Ｍを用いた。ＳＯＬ９３８３Ｍの主な固形成分は銀とガラスフリットとアルミ粉末である。

また、基板のエミッタ層上に、スクリーン印刷法を用いて、メッシュ３６０、乳剤厚１０μｍで、直線状に幅６０μｍで開口している版を用いて導電性銀ペーストを印刷し、１５０℃で乾燥させた。その後、導電性銀ペーストを印刷した基板を最高温度８００℃で５秒間焼成して電極を形成した。形成後の電極の幅は約７０μｍ、厚みは約８μｍ、断面積は約２５０μｍ^２であった。また、このように形成した半導体基板上の電極を、フッ酸と硝酸で除去し、ＳＥＭでエミッタ層への貫入深さを計測したところ、貫入深さの最大値は０．０５μｍであった。

＜実施例５＞
実施例５は、比較例４においてスクリーン印刷に適用するメッシュを３２５とし、乳剤厚を２０μｍとした場合である。

実施例２及び第２共通工程の処理を施した基板のＢＳＦ層上に、スクリーン印刷法を用いて、導電性銀ペーストを印刷し、１５０℃で乾燥させた。導電性銀ペーストは、Ｈｅｒａｅｕｓ社製ＳＯＬ９３８３Ｍを用いた。

また、基板のエミッタ層上に、スクリーン印刷法を用いて、メッシュ３２５、乳剤厚２０μｍで、直線状に幅６０μｍで開口している版を用いて導電性銀ペーストを印刷し、１５０℃で乾燥させた。その後、導電性銀ペーストを印刷した基板を最高温度８００℃で５秒間焼成して電極を形成した。形成後の電極の幅は約７０μｍ、厚みは約１２μｍ、断面積は約３５０μｍ^２であった。また、このように形成した半導体基板上の電極を、フッ酸と硝酸で除去し、ＳＥＭで拡散層への貫入深さを計測したところ、貫入深さの最大値は０．１μｍであった。

＜実施例６＞
実施例６は、比較例４においてスクリーン印刷に適用するメッシュを２９０とし、乳剤厚を３０μｍとした場合である。

実施例２及び第２共通工程の処理を施した基板のＢＳＦ層上に、スクリーン印刷法を用いて、導電性銀ペーストを印刷し、１５０℃で乾燥させた。導電性銀ペーストは、Ｈｅｒａｅｕｓ社製ＳＯＬ９３８３Ｍを用いた。

また、基板のエミッタ層上に、スクリーン印刷法を用いて、メッシュ２９０、乳剤厚３０μｍで、直線状に幅６０μｍで開口している版を用いて導電性銀ペーストを印刷し、１５０℃で乾燥させた。その後、導電性銀ペーストを印刷した基板を最高温度８００℃で５秒間焼成して電極を形成した。形成後の電極の幅は約７０μｍ、厚みは約１５μｍ、断面積は約６００μｍ^２であった。また、このように形成した半導体基板上の電極を、フッ酸と硝酸で除去し、ＳＥＭで拡散層への貫入深さを計測したところ、貫入深さの最大値は０．９μｍであった。

＜実施例７＞
実施例７は、比較例４においてスクリーン印刷に適用するメッシュを２５０とし、乳剤厚を３０μｍとした場合である。

実施例２及び第２共通工程の処理を施した基板のＢＳＦ層上に、スクリーン印刷法を用いて、導電性銀ペーストを印刷し、１５０℃で乾燥させた。導電性銀ペーストは、Ｈｅｒａｅｕｓ社製ＳＯＬ９３８３Ｍを用いた。

また、基板のエミッタ層上に、スクリーン印刷法を用いて、メッシュ２５０、乳剤厚３０μｍで、直線状に幅６０μｍで開口している版を用いて導電性銀ペーストを印刷し、１５０℃で乾燥させた。その後、導電性銀ペーストを印刷した基板を最高温度８００℃で５秒間焼成して電極を形成した。形成後の電極の幅は約７０μｍ、厚みは約１５μｍ、断面積は約９５０μｍ^２であった。また、このように形成した半導体基板上の電極を、フッ酸と硝酸で除去し、ＳＥＭで拡散層への貫入深さを計測したところ、貫入深さの最大値は１．５μｍであった。

＜実施例８＞
実施例８は、比較例４においてスクリーン印刷に適用するメッシュを２５０とし、乳剤厚を４０μｍとした場合である。

実施例２及び第２共通工程の処理を施した基板のＢＳＦ層上に、スクリーン印刷法を用いて、導電性銀ペーストを印刷し、１５０℃で乾燥させた。導電性銀ペーストは、Ｈｅｒａｅｕｓ社製ＳＯＬ９３８３Ｍを用いた。

また、基板のエミッタ層上に、スクリーン印刷法を用いて、メッシュ２５０、乳剤厚４０μｍで、直線状に幅６０μｍで開口している版を用いて導電性銀ペーストを印刷し、１５０℃で乾燥させた。その後、導電性銀ペーストを印刷した基板を最高温度８００℃で５秒間焼成して電極を形成した。形成後の電極の幅は約７０μｍ、厚みは約１５μｍ、断面積は約１０５０μｍ^２であった。また、このように形成した半導体基板上の電極を、フッ酸と硝酸で除去し、ＳＥＭで拡散層への貫入深さを計測したところ、貫入深さの最大値は１．９μｍであった。

＜実施結果２＞
上記の比較例３若しくは４、又は実施例５、６、７若しくは８に示す処理を施した基板を用いて、それぞれの比較例及び実施例に係る裏面電極型太陽電池セルを１００枚ずつ作製し、平均変換効率、平均短絡電流密度、平均開放電圧、及び平均曲線因子を測定した。測定結果を表２に示す。

比較例３と比較例４との比較から、電極をエミッタ層に貫入させるためには、導電性ペーストに銀とガラスフリットに加えアルミ粉末を添加してこれらの焼結体を形成するのが望ましいことがわかる。また、電極が少しでもエミッタ層に貫入することで、変換効率が大きく改善することがわかる。

比較例４と実施例５〜８を比較すると、実施例の方が変換効率が良いことがわかる。特に実施例６〜８における変換効率が優れている。これは断面積が広い電極が、不純物の最大濃度深さを越えて深く貫入していることで、接触抵抗が安定して低くなり、曲線因子の大幅な低下が発生しにくくなったためである。

なお、実施例８のように電極の断面積を１０００μｍ^２以上にしても、それ以下の時と比較して変換効率の大幅な上昇にはつながっていない。むしろ、電極使用量の増大によるコストの上昇、貫入深さが深くなりすぎることにより電極がエミッタ層を突き抜けて並列抵抗が低下するリスク、更に、電極の断面積を大きくすることで銀粉末の焼結が過剰に進行するためか形成された銀電極が基板から剥離しやすくなることを考慮すると、電極断面積は１０００μｍ^２程度を上限とするのが望ましいといえる。

そのため、実施例５〜８の結果から、貫入深さは０．１μｍ以上１．９μｍ以下とするのが望ましく、断面積は３５０μｍ^２以上１０００μｍ^２以下とするのが望ましい。電極の断面積と貫入深さは、メッシュの粗さと乳剤厚を変化させることで適宜調節することができる。

なお、比較例３若しくは４、又は実施例５、６、７若しくは８の方法についての上記の実施結果は、実施例２の方法によりエミッタ層を形成した基板に電極を形成した場合に関してのものであるが、実施例１、３又は４の方法によりエミッタ層を形成した基板に対して電極を形成した場合においても、電極の望ましい貫入深さ及び断面積は同様である。そのため、実施例１〜４の結果を踏まえると、エミッタ層の不純物の濃度の最大値は７×１０¹⁷ａｔｍｓ／ｃｍ³以上７×１０¹⁹ａｔｍｓ／ｃｍ³以下とするのが望ましく、最大値となる深さは基板裏面の表面から０．１μｍ以上１μｍ以下とするのが望ましい。

以上のような構成により、簡便な方法で安価に歩留まり高く製造可能な、変換効率がよい高効率裏面電極型太陽電池セルを提供することができる。

上記の実施形態に従い作製された高効率裏面電極型太陽電池セル２００は、太陽電池モジュールに使用することができる。図７は太陽電池モジュール３００の構成例を示す概略図である。太陽電池モジュール３００は、高効率裏面電極型太陽電池セル２００がタイル状に複数敷き詰められた構造を備える。複数の高効率裏面電極型太陽電池セル２００は、互いに隣接する数枚〜数十枚が電気的に直列に接続され、ストリングと呼ばれる直列回路を構成する。ストリングの概観を図８に示す。図８は、通常人目に触れることのない太陽電池モジュール３００の内部裏面側の模式図に相当する。なお、図８では記載の明瞭化のためフィンガーやバスバーの図示は省略している。直列回路を構成するために、互いに隣接する高効率裏面電極型太陽電池セル２００のＰバスバーとＮバスバーとがリード線３２０で接続される。図９に太陽電池モジュール３００の断面模式図を示す。上述のようにストリングは、複数の高効率裏面電極型太陽電池セル２００を、バスバー３１０にリード線３２０を接続することで構成される。ストリングは、通常ＥＶＡ（エチレンビニルアセテート）などの透光性の充填剤３３０で封止され、非受光面（裏面）側はＰＥＴ（ポリエチレンテレフタラート）などの耐候性樹脂フィルム３４０、受光面はソーダライムガラスなどの透光性で機械的強度が強い受光面保護材料３５０で覆われている。充填剤３３０としては、ＥＶＡの他、ポリオレフィン、シリコーンなどが使用できる。

更に、複数の太陽電池モジュールを連結して太陽光発電システムを構成することもできる。図１０は、複数の本発明の高効率裏面電極型太陽電池セル２００により構成された太陽電池モジュール３００を複数連結した太陽光発電システム４００の構成例を示す概略図である。太陽光発電システム４００は、複数の太陽電池モジュール３００が配線４１０により直列に連結され、インバータ４２０を経由して外部負荷回路４３０に発電電力を供給する。図１０には示していないが、太陽光発電システム４００は発電した電力を蓄電する２次電池をさらに備えてもよい。

なお、本発明は上記の実施形態や実施例に限定されるものではなく、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなる変更がされたものであっても本発明の技術的範囲に包含される。

１００ 裏面電極型太陽電池セル
１０１ 半導体基板
１０２ 保護膜
１０３ レジストペースト
１０４ エミッタ層
１０５ ガラス層
１０６ ＢＳＦ層
１０７，１０８ 反射防止膜兼パッシベーション膜
１０９，１１０ 電極
２００ 高効率裏面電極型太陽電池セル
３００ 太陽電池モジュール
３１０ バスバー
３２０ リード線
３３０ 充填剤
３４０ 耐候性樹脂フィルム
３５０ 受光面保護材料
４００ 太陽光発電システム
４１０ 配線
４２０ インバータ
４３０ 外部負荷回路

Claims (6)

1. 第１導電型の半導体基板の非受光面である裏面に、第２導電型の不純物が拡散された不純物拡散層が形成され、前記不純物拡散層に接続される電極を備える高効率裏面電極型太陽電池セルにおいて、
   前記不純物拡散層の不純物の表面濃度が５×１０¹⁷ａｔｍｓ／ｃｍ³以上５×１０¹⁹ａｔｍｓ／ｃｍ³以下であり、
   前記不純物拡散層の不純物の拡散深さが、前記裏面の表面から１μｍ以上２．９μｍ以下である
   ことを特徴とする高効率裏面電極型太陽電池セル。
2. 前記不純物拡散層のシート抵抗が、６０Ω／□以上１５０Ω／□以下であることを特徴とする請求項１に記載の高効率裏面電極型太陽電池セル。
3. 前記不純物拡散層の不純物の濃度の最大値が７×１０¹⁷ａｔｍｓ／ｃｍ³以上７×１０¹⁹ａｔｍｓ／ｃｍ³以下であり、
   前記不純物拡散層の不純物の濃度が前記最大値となる位置が、前記裏面の表面から０．１μｍ以上１μｍ以下の深さにあり、
   前記電極は、
   少なくともガラスフリットと銀とアルミとを含む焼結体であり、
   断面積が３５０μｍ²以上１０００μｍ²以下であり、
   前記不純物拡散層に部分的に貫入しており、貫入の深さが前記裏面の表面から０．１μｍ以上１．９μｍ以下である
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の高効率裏面電極型太陽電池セル。
4. 前記第１導電型はｎ型であり前記第２導電型はｐ型であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の高効率裏面電極型太陽電池セル。
5. 請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の高効率裏面電極型太陽電池セルを複数電気的に接続してなる太陽電池モジュール。
6. 請求項５に記載の太陽電池モジュールを複数電気的に接続してなる太陽光発電システム。

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