JP2018098520A - 高光電変換効率太陽電池及び高光電変換効率太陽電池の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ベース用バスバー電極とベース電極の電気的接触を良好に保ちながら、エミッタ領域の接触による並列抵抗の低下を軽微にできる太陽電池を提供する。
【解決手段】第一導電型を有する半導体基板１０の第一主表面に、第一導電型を有するベース層１３、及び、隣接し第二導電型を有するエミッタ層１２を有し、ベース電極２５と、エミッタ電極２４とを有する太陽電池であって、前記第一主表面上において、前記ベース層及び前記エミッタ層に接する誘電体膜を有し、前記エミッタ電極を覆うとともに、前記誘電体膜上に位置し、少なくとも前記ベース層上において間隙を有するように配置された第一の絶縁膜４３を有し、少なくとも前記第一の絶縁膜の上に位置するベース用バスバー電極３４を有し、前記第一の絶縁膜の間隙の距離が４０μｍ以上（Ｗ＋１１０）μｍ以下（但し、Ｗは間隙方向のベース層の幅）であることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は高光電変換効率太陽電池及び高光電変換効率太陽電池の製造方法に関する。

単結晶や多結晶半導体基板を用いた比較的高い光電変換効率を有する太陽電池構造の一つとして、正負の電極をすべて非受光面（裏面）に設けた裏面電極型太陽電池がある。裏面電極型太陽電池１１００の裏面の概観を図１１に示す。基板１１１０の裏面には、エミッタ層１１１２およびベース層１１１３が交互に配列され、それぞれの層上に沿って電極（集電電極）（エミッタ電極１１２４、ベース電極１１２５）が設けられている。さらに、これらの電極から得られる電流をさらに集電するためのバスバー電極（エミッタ用バスバー電極１１３４、ベース用バスバー電極１１３５）が設けられている。機能上、バスバー電極は集電電極と直交していることが多い。エミッタ層１１１２の幅は数ｍｍ〜数百μｍ、ベース層１１１３の幅は数百μｍ〜数十μｍである。また、集電電極（エミッタ電極１１２４、ベース電極１１２５）の幅は数百〜数十μｍ程度が一般的であり、該電極はフィンガー電極と呼ばれることが多い。

裏面電極型太陽電池１１００の断面構造の模式図を図１２に示す。基板の裏面の最表層近傍にエミッタ層１１１２およびベース層１１１３が形成されている。エミッタ層１１１２およびベース層１１１３の各層厚はせいぜい１μｍ程度である。各層上にはフィンガー電極１１２４、１１２５が設けられ、非電極領域（電極が形成されていない領域）の表面は窒化シリコン膜や酸化シリコン膜等の誘電体膜（裏面保護膜１１４１）で覆われる。太陽電池１１００の受光面側には反射損失を低減する目的で、反射防止膜１１５１が設けられる。

裏面電極型太陽電池における集電電極の配線抵抗を低減するため、複数のバスバーを設ける方法が特許文献１（特に図９）で公知となっている。これは、相反する集電電極とバスバーを絶縁膜で隔離するものであり、「バスバー電極が基板と直接接する領域が多く、シャントしやすくなってしまう」（特許文献１の［００４０］段落）とされている。さらにこれの解決手段として特許文献１では、バスバーに「腕」を設け、バスバー直下全域に絶縁膜を設けるものである（特に図１）。

特開２０１６−０７２４６７号公報

特許文献１の方法はバスバー電極と基板の直接接触は回避できるが、その分絶縁材料やバスバー電極材料を多く消費するという問題があった。その一方で、裏面電極型太陽電池における集電電極の配線抵抗を低減するため、複数のバスバーを設ける方法において、公知の方法がどの程度光電変換効率に影響を及ぼすのかは、これまで明らかになっていなかった。

本発明は、このような事情に鑑みなされたもので、絶縁材料の消費を抑えるとともに、ベース用バスバー電極とベース電極の電気的接触を良好に保ちながら、ベース用バスバー電極とエミッタ領域の接触による並列抵抗の低下を軽微にでき、太陽電池特性を向上させることができる太陽電池を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、第一導電型を有する半導体基板の第一主表面に、前記第一導電型を有するベース層、及び、前記ベース層に隣接し、前記第一導電型と反対の導電型である第二導電型を有するエミッタ層を有し、前記ベース層と電気的に接続されるベース電極と、前記エミッタ層と電気的に接続されるエミッタ電極とを有する太陽電池であって、前記第一主表面上において、前記ベース層及び前記エミッタ層に接する誘電体膜を有し、前記エミッタ電極を覆うとともに、前記誘電体膜上に位置し、少なくとも前記ベース層上において間隙を有するように配置された第一の絶縁膜を有し、少なくとも前記第一の絶縁膜の上に位置するベース用バスバー電極を有し、前記第一の絶縁膜の間隙の距離が４０μｍ以上（Ｗ＋１１０）μｍ以下（但し、Ｗは間隙方向のベース層の幅）であることを特徴とする太陽電池を提供する。

このような太陽電池であれば、ベース用バスバー電極とベース電極の電気的接触を良好に保ちながらも、ベース用バスバー電極とエミッタ領域の接触による並列抵抗の低下を軽微にでき、太陽電池特性を向上させることができる。また、必要以上に絶縁体のための材料を消費しなくてよい。

このとき、前記ベース電極と前記ベース用バスバー電極は電気的に接続していることが好ましい。

このように、ベース電極とベース用バスバー電極が電気的に接続していることにより、より効率的に集電することができ、太陽電池をより高効率とすることができる。

また、前記ベース層の前記半導体基板の第一主表面に表れる形状が細長であり、その幅が５０μｍ以上２００μｍ以下であることが好ましい。

このようなベース層を有することにより、効率的にベース層からの集電を行うことができる。

また、前記ベース電極を覆う第二の絶縁膜をさらに有し、少なくとも前記第二の絶縁膜の上に位置し、前記エミッタ電極と電気的に接続するエミッタ用バスバー電極を有することが好ましい。

このような太陽電池であれば、エミッタ層からの集電も効率よく行うことができる。

また、本発明は、上記の太陽電池が内蔵されていることを特徴とする太陽電池モジュールを提供する。

このように、本発明の太陽電池は太陽電池モジュールに内蔵することができる。

また、本発明は、上記の太陽電池モジュールを有することを特徴とする太陽光発電システムを提供する。

このように、本発明の太陽電池を内蔵した太陽電池モジュールは、太陽光発電システムに用いることができる。

また、本発明は、第一導電型を有する半導体基板の第一主表面に、前記第一導電型を有するベース層、及び、前記ベース層に隣接し、前記第一導電型と反対の導電型である第二導電型を有するエミッタ層を形成する工程と、前記第一主表面上において、前記ベース層及び前記エミッタ層に接する誘電体膜を形成する工程と、前記ベース層と電気的に接続されるベース電極を形成する工程と、前記エミッタ層と電気的に接続されるエミッタ電極を形成する工程と、を有する太陽電池の製造方法であって、前記エミッタ電極を覆うとともに、前記誘電体膜上に位置し、少なくとも前記ベース層上において間隙を有するように第一の絶縁膜を形成する工程と、少なくとも前記第一の絶縁膜の上にベース用バスバー電極を形成する工程とを有し、前記第一の絶縁膜を形成する工程において、前記第一の絶縁膜の間隙の距離を４０μｍ以上（Ｗ＋１１０）μｍ以下（但し、Ｗは間隙方向のベース層の幅）として前記絶縁膜を形成することを特徴とする太陽電池の製造方法を提供する。

このような太陽電池の製造方法であれば、ベース用バスバー電極とベース電極の電気的接触を良好に保ちながら、ベース用バスバー電極とエミッタ領域の接触による並列抵抗の低下を軽微にすることができる太陽電池を製造することができ、太陽電池特性を向上させることができる。また、必要以上に絶縁体のための材料を消費しなくてよい方法である。

このとき、前記ベース電極と、前記ベース用バスバー電極を、電気的に接続させることが好ましい。

このように、ベース電極とベース用バスバー電極を電気的に接続させることにより、より効率的に集電することができる太陽電池を製造することができる。

また、前記ベース層の前記半導体基板の第一主表面に表れる形状を細長とし、その幅を５０μｍ以上２００μｍ以下とすることが好ましい。

このようなベース層を形成することにより、効率的にベース層からの集電を行うことができる。

また、前記ベース電極を覆う第二の絶縁膜を形成する工程と、少なくとも前記第二の絶縁膜の上に位置し、前記エミッタ電極と電気的に接続するエミッタ用バスバー電極を形成することが好ましい。

このようなエミッタ用バスバー電極を形成すれば、エミッタ層からの集電も効率よく行うことができる。

本発明の太陽電池及び太陽電池の製造方法であれば、ベース用バスバー電極とベース電極の電気的接触を良好に保ちながら、ベース用バスバー電極とエミッタ領域の接触による並列抵抗の低下を軽微にでき、太陽電池特性を向上させることができる。また、必要以上に絶縁体のための材料を消費しなくてよい。また、絶縁膜印刷用製版の軽微なパターン変更のみで、バスバー電極―ベース電極間の電気的接触は維持しながら、ベース用バスバー電極―エミッタ層間のコンタクト抵抗を向上させ、変換効率を向上できる。また、最隣接絶縁膜間距離を大きくすれば、絶縁膜形成時の位置精度を荒くすることができ、位置合わせに要する時間を短縮できるため生産性も向上する。また、本発明の太陽電池の製造方法であれば、そのような高光電変換効率太陽電池を製造することができる。

本発明に係る、裏面電極型太陽電池の一例の概観図である。 本発明に係る、裏面電極型太陽電池の一例におけるベース電極―ベース用バスバー電極近傍の断面模式図である。 本発明に係る、裏面電極型太陽電池のベース電極端近傍の一例を示す断面模式図である。 本発明に係る、裏面電極型太陽電池の製造方法の一例を示す断面模式図である。 本発明に係る、裏面電極型太陽電池の製造方法の一例を示す模式図である。 本発明に係る、太陽電池モジュールの概観図である。 本発明に係る、太陽電池モジュールの裏面内部模式図である。 本発明に係る、太陽電池モジュールの断面模式図である。 本発明に係る、太陽光発電システムの模式図である。 本発明に係る、裏面電極型太陽電池の最隣接絶縁膜間距離と変換効率の関係を示した図である。 一般的な裏面電極型太陽電池の概観図である。 一般的な裏面電極型太陽電池の断面模式図である。

以下の詳細な説明では、本発明の全体の理解、および特定の具体例でどのように実施するかを提供するために、多くの特定の細部が説明される。しかしながら、本発明は、それらの特定の細部無しに実施できることが理解されるであろう。以下では、公知の方法、手順、および技術は、本発明を不明瞭にしないために、詳細には示されない。本発明は、特定の具体例について特定の図面を参照しながら説明されるが、本発明はこれに限定されるものでは無い。ここに含まれ記載された図面は模式的であり、本発明の範囲を限定しない。また図面において、図示目的で幾つかの要素の大きさは誇張され、それゆえに縮尺通りではない。

本発明の太陽電池の構造を、図１及び図２を参照して説明する。図１は、本発明に係る、太陽電池（裏面電極型太陽電池）の裏面構造の一例を示す上面模式図である。図１中のＡ−Ａ’部分の断面模式図を図２に示す。

図１に示したように、太陽電池１００は、第一導電型を有する半導体基板１０の第一主表面（裏面、非受光面）に、第一導電型を有するベース層１３、及び、ベース層１３に隣接し、第一導電型と反対の導電型である第二導電型を有するエミッタ層１２を有する。また、太陽電池１００は、ベース層１３と電気的に接続されるベース電極２５と、エミッタ層１２と電気的に接続されるエミッタ電極２４とを有する。本発明の太陽電池１００は、さらに、半導体基板１０の第一主表面上において、ベース層１３及び前記エミッタ層１２に接する誘電体膜４２を有している（図２参照）。

太陽電池１００は、さらに、エミッタ電極２４を覆うとともに、誘電体膜４２上に位置し、少なくともベース層１３上において間隙を有するように配置された第一の絶縁膜４３を有する。太陽電池１００は、少なくとも第一の絶縁膜４３の上に位置するベース用バスバー電極３５を有する。本発明の太陽電池１００では、第一の絶縁膜４３の間隙の距離４４が４０μｍ以上であり、（Ｗ＋１１０）μｍ以下（但し、Ｗは間隙方向のベース層１３の幅）である。

太陽電池１００は、ベース電極２５を覆う第二の絶縁膜４７をさらに有し、少なくとも第二の絶縁膜４７の上に位置し、エミッタ電極２４と電気的に接続するエミッタ用バスバー電極３４を有することが好ましい。

図１、２に示しているように、ベース電極２５はベース用バスバー電極３５と接続されていることが好ましい。また、ベース層１３の半導体基板１０の第一主表面に表れる形状が細長であり、その幅（すなわち、ベース領域幅Ｗ）が５０μｍ以上２００μｍ以下であることが好ましい。該ベース用バスバー電極３５は、その機能上、半導体基板１０との電気的接触は必要ないこと、および、誘電体膜であり絶縁体であることが多い裏面保護膜４２の存在により、ベース用バスバー電極３５と、エミッタ層１２との電気的接触の影響の大きさに関してはこれまで調べられてこなかった。本発明者らの鋭意研究の結果、第一の絶縁膜４３の間隙の距離４４、すなわち、ベース電極−バスバー接続部における最隣接絶縁膜間距離は、４０μｍ以上（Ｗ＋１１０）μｍ以下であれば太陽電池特性に大きな影響を及ぼさず、さらに、４０μｍ以上Ｗμｍ以下であれば太陽電池特性に影響を及ぼさないことが判明した。間隙がＷμｍ以下、すなわち、第一の絶縁膜４３の間隙の距離４４がベース層１３の幅と同じかそれよりも狭ければ、ベース用バスバー電極３５とエミッタ層１２の領域の接触抵抗が完全に無視できる。しかしながら、この間隙の距離４４が４０μｍ未満だと、ベース電極２５とベース用バスバー電極３５が接触できなくなる可能性が生じる。一方、最隣接絶縁膜間距離がＷμｍを超えるとベース用バスバー電極３５とエミッタ層１２の領域の関係において必ず重複する部分が生じてしまう。しかしながら、間隙の距離４４がＷμｍを超えても（Ｗ＋１１０）μｍ以下の範囲であれば太陽電池特性に大きな影響を及ぼさないことが判明した。（Ｗ＋１１０）μｍを超えると、バスバーとエミッタ領域の接触抵抗が無視できなくなり、太陽電池特性が低下する。以上のように、ベース電極接続部の最隣接絶縁膜間距離４４を４０μｍ以上（Ｗ＋１１０）μｍ以下、より好ましくは４０μｍ以上Ｗμｍ以下とすることで、高い光電変換効率の太陽電池を得ることができる。

以下に、具体的な本発明の太陽電池製造方法を、Ｎ型基板の場合を例に、図４を用いて説明する。

まず、図４（ａ）に示したように、第一導電型（この例ではＮ型）を有する半導体基板１１０を準備する。この半導体基板１１０は、例えば、以下のようにして準備することができる。まず、高純度シリコンにリン、ヒ素、又はアンチモンのような５価元素をドープし、比抵抗０．１〜５Ω・ｃｍとしたアズカット単結晶｛１００｝Ｎ型シリコン基板（半導体基板）１１０を準備する。次に、半導体基板１１０の表面のスライスダメージを、濃度５〜６０％の水酸化ナトリウムや水酸化カリウムのような高濃度のアルカリ、もしくは、ふっ酸と硝酸の混酸などを用いてエッチングする。単結晶シリコン基板は、ＣＺ法、ＦＺ法いずれの方法によって作製されてもよい。基板は必ずしも単結晶シリコンである必要はなく、多結晶シリコンでもかまわない。引き続き、半導体基板１１０の表面にテクスチャと呼ばれる微小な凹凸形成を行う。テクスチャは太陽電池の反射率を低下させるための有効な方法である。テクスチャは、加熱した水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウムなどのアルカリ溶液（濃度１〜１０％、温度６０〜１００℃）中に１０分から３０分程度浸漬することで作製される。上記溶液中に、所定量の２−プロパノールを溶解させ、反応を促進させてもよい。

次に、上記のようにして準備した半導体基板１１０の第一主表面に、第一導電型（この例ではＮ型）を有するベース層、及び、ベース層に隣接し、第一導電型と反対の導電型である第二導電型（この例ではＰ型）を有するエミッタ層を形成する（図４（ｂ）〜（ｆ）参照）。この工程は、具体的には、以下のようにして行うことができる。

まず、上記のようにテクスチャを形成した半導体基板１１０を、塩酸、硫酸、硝酸、ふっ酸等、もしくはこれらの混合液の酸性水溶液中で洗浄する。過酸化水素を混合し清浄度を向上させてもよい。

この半導体基板１１０の第一主表面に、図４（ｂ）に示すように、エミッタ層１１２を形成する。エミッタ層１１２は半導体基板１１０と逆の導電型（この場合Ｐ型）で厚みが０．０５〜１μｍ程度である。エミッタ層１１２はＢＢｒ_３等を用いた気相拡散によって形成できる。半導体基板１１０を２枚一組として重ね合わせた状態で熱処理炉に戴置し、ＢＢｒ_３と酸素の混合ガスを導入して９５０〜１０５０℃で熱処理する。キャリアガスとしては窒素やアルゴンが好適である。また、ホウ素源を含有させた塗布剤を第一主表面全面に塗布し、９５０〜１０５０℃で熱処理する方法で形成が可能である。塗布剤としては例えば、ホウ素源としてホウ酸１〜４％、増粘剤としてポリビニルアルコール０．１〜４％、を含有させた水溶液が使用できる。

エミッタ層１１２を形成したら、図４（ｃ）に示すように、次工程であるベース層形成のためのマスク（バリア膜）１５１を両主表面上に形成する。マスク１５１としては酸化シリコン膜もしくは窒化シリコン膜等を用いることができる。ＣＶＤ法を用いれば、導入するガス種を適宜選択することにより、いずれの膜も形成可能である。酸化シリコン膜の場合は、半導体基板１１０を熱酸化しても形成できる。半導体基板１１０を酸素雰囲気中９５０〜１１００℃、３０分〜４時間熱処理することで１００ｎｍ程度のシリコン熱酸化膜が形成される。この熱処理は上記エミッタ層１１２の形成のための熱処理に引き続いて同一バッチ内で実施してもかまわない。次いで、図４（ｄ）に示すように、ベース領域となる部分のマスクを開口する（マスク開口部１５２）。具体的には、開口幅が５０〜２００μｍ、０．６〜２．０ｍｍ程度の間隔で平行線状に開口する。開口にはフォトリソ法やエッチングペーストのような化学的な方法でもよいし、レーザーやダイサーのような物理的な方法いずれを用いてもかまわない。

マスクを開口した後、次に、図４（ｅ）に示すように、５０〜９０℃に加熱したＫＯＨ、ＮａＯＨ等のアルカリ水溶液中に半導体基板１１０を浸漬し、開口部１５２に位置する不要なエミッタ層１１２を除去（エッチング）する（不要なエミッタ層が除去されたマスク開口部１５３）。

次に、図４（ｆ）に示すように、ベース層１１３を形成する。ベース層１１３の形成にはオキシ塩化リンを用いた気相拡散法が使用できる。８３０〜９５０℃、オキシ塩化リンと窒素および酸素混合ガス雰囲気下で半導体基板１１０を熱処理することで、ベース層１１３となるリン拡散層（Ｎ^＋層）が形成される。気相拡散法の他、リンを含有する材料をスピン塗布したり、印刷したりしてから熱処理する方法でも形成可能である。

ベース層１１３の形成では、ベース層１１３の半導体基板の第一主表面に表れる形状を細長とし、その幅を５０μｍ以上２００μｍ以下とすることが好ましい。具体的には、マスク開口部１５２を形成する際にその形状及び大きさを調整することによって容易にベース層の形状及び大きさの調整を行うことができる。

拡散層形成の後、マスク１５１および基板の表面に形成されるガラスをふっ酸などで除去する（図４（ｆ）参照）。

次に、図４（ｇ）に示すように、半導体基板１１０の第一主表面上において、ベース層１１３及びエミッタ層１１２に接する誘電体膜を形成する。このとき、同時に、又は前後いずれかの工程として、第二主表面に反射防止膜を形成してもよい。

第二主表面の反射防止膜１４１としては、窒化シリコン膜や酸化シリコン膜等が利用できる。窒化シリコン膜の場合はプラズマＣＶＤ装置を用い約１００ｎｍ製膜する。反応ガスとして、モノシラン（ＳｉＨ_４）およびアンモニア（ＮＨ_３）を混合して用いることが多いが、ＮＨ_３の代わりに窒素を用いることも可能であり、また、プロセス圧力の調整、反応ガスの希釈、さらには、基板に多結晶シリコンを用いた場合には基板のバルクパッシベーション効果を促進するため、反応ガスに水素を混合することもある。酸化シリコン膜の場合は、ＣＶＤ法でも形成できるが、熱酸化法により得られる膜の方が高い特性が得られる。表面の保護効果を高めるため、あらかじめ基板表面に酸化アルミニウム膜を形成してから窒化シリコン膜や酸化シリコン膜等を形成してもよい。

第一主表面にも、表面保護膜として窒化シリコン膜や酸化シリコン膜等の誘電体膜１４２が利用できる。誘電体膜１４２の膜厚は５０〜２５０ｎｍとするのが好適である。第二主表面（受光面）側と同様、窒化シリコン膜の場合はＣＶＤ法で、酸化シリコン膜の場合は熱酸化法やＣＶＤ法で形成が可能である。また、表面の保護効果を高めるため、あらかじめ基板表面に酸化アルミニウム膜を形成してから、窒化シリコン膜、酸化シリコン膜等を形成してもよい。

次いで、図４（ｈ）に示すように、ベース層１１３と電気的に接続されるベース電極１２５を、例えばスクリーン印刷法で形成する。例えば、開口幅３０〜１００μｍ、０．６〜２．０ｍｍ間隔の平行線パターンを有する製版を用意しておき、Ａｇ粉末とガラスフリットを有機物バインダと混合したＡｇペーストをベース層１１３に沿って印刷する。同様にして、エミッタ層１１２と電気的に接続されるエミッタ電極１２４としてＡｇペーストを印刷する。ベース電極用Ａｇペーストとエミッタ電極用Ａｇペーストは同じでもよいし違うものを使用してもよい。以上の電極印刷の後、熱処理により窒化シリコン膜等にＡｇ粉末を貫通させ（ファイアースルー）、電極とシリコンを導通させる。なお、ベース層用電極およびエミッタ層用電極の焼成は別々に行うことも可能である。焼成は、通常７００〜８５０℃の温度で１〜５分間処理することで行われる。

次に絶縁膜及びバスバー電極を形成する工程について、図５を参照して説明する。図５（ａ）は上記図４（ｈ）の工程後の半導体基板１１０の上面図である。エミッタ領域（エミッタ層１１２）上にエミッタ電極１２４が、ベース領域（ベース層１１３）上にベース電極１２５が、それぞれ形成されている。この半導体基板１１０に絶縁材料（硬化させると第一の絶縁膜１４３となる）をパターン状に塗布する。このとき、第一の絶縁膜１４３は、エミッタ電極１２４を覆うとともに、誘電体膜１４２上に位置するように形成する。また、第一の絶縁膜１４３は、少なくともベース層１１３上において間隙を有するように形成する。このとき、Ｎバスバー（この場合ベース電極と接続するベース用バスバー電極）がエミッタ電極と導通しないように、さらに、Ｐバスバー（この場合エミッタ電極と接続するエミッタ用バスバー電極）がベース電極と導通しないように、例えば図５（ｂ）のようなパターンで塗布すればよい。塗布にはスクリーン印刷法等を用いることができる。この第一の絶縁膜を形成する工程において、ベース領域幅をＷとしたとき、ベース電極−Ｎバスバー接続部の第一の絶縁膜の間隙の距離（最隣接絶縁膜間距離）１４４は、４０μｍ以上（Ｗ＋１１０）μｍ以下とする。この最隣接絶縁膜間距離はより好ましくは４０〜Ｗμｍである。これにより、高い光電変換効率の太陽電池を得ることができる。絶縁材料としては、シリコーン樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、フッ素樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ユリア樹脂、ポリウレタン、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂及びポバール樹脂から一つ以上選択された樹脂を含有する材料からなるものが使用できる。以上のような絶縁材料を例えばスクリーン印刷法等を用いて塗布した後、１００〜４００℃で１〜６０分程度硬化させる。

このとき、同時に、又は前後して、ベース電極を覆う第二の絶縁膜１４７を形成することができる。

最後に、少なくとも第一の絶縁膜の上にベース用バスバー電極を形成する。このとき、ベース電極と、ベース用バスバー電極を、電気的に接続させることが好ましい。また、少なくとも第二の絶縁膜１４７の上に位置し、エミッタ電極１２４と電気的に接続するエミッタ用バスバー電極１３４を形成することが好ましい。図５（ｃ）のように、Ｎバスバー（ベース用バスバー電極）１３５がベース電極１２５と、Ｐバスバー（エミッタ電極と接続するエミッタ用バスバー電極）１３４がエミッタ電極１２４と接続され、Ｎバスバー１３５とエミッタ電極１２４ならびにＰバスバー１３４とベース電極１２５は絶縁層を介した構成となる。バスバー材料としては、低温硬化型の導電性ペーストが使用できる。具体的には、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｌ、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｂｉ、Ｐｂから選択される１種類以上の導電性物質と、さらにエポキシ樹脂、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、シリコーン樹脂から選択される１種類以上の樹脂を含有する材料からなるものが使用できる。以上のような材料を例えばスクリーン印刷法やディスペンサー等を用いてパターン状に塗布した後、１００〜４００℃で１〜６０分程度硬化させる。

本発明では、上記の第一の絶縁膜を形成する工程において、第一の絶縁膜の間隙の距離を４０μｍ以上（Ｗ＋１１０）μｍ以下（但し、Ｗは間隙方向のベース層の幅）として絶縁膜を形成する。具体的には、絶縁材料の塗布の際に、第一の絶縁膜の間隙の距離がそのようになるように調整すればよい。

以上の方法で作製した太陽電池１００のベース層端近傍の断面模式図を図３に示す。以上の方法で作製した場合は、ベース層端１１４はエミッタ層１１２とベース層１１３の境界に相当する。注目すべきはベース層端１１４およびベース電極１２５に対する絶縁膜１４３の位置関係である。図３（ｂ）のように、エミッタ層１１２が絶縁膜１４３で完全に覆われていれば高い太陽電池特性を示すことができる。さらに本発明によれば、図３（ａ）のようにエミッタ層１１２がある程度露出（すなわち、エミッタ層１１２が、絶縁膜１４３を介さない領域があり、ベース用バスバー電極１３５と誘電体膜１４２のみを介して隣接する状態）していても、誘電体膜１４２の存在により、エミッタ層１１２とベース用バスバー電極１３５の導通はある程度回避され、太陽電池特性の低下は軽微なものとできる。

以上、Ｎ型基板の場合を例に述べたが、Ｐ型基板の場合はエミッタ層形成にリン、ヒ素、アンチモン等を拡散させ、ベース層形成にはホウ素、Ａｌ等を拡散させればよく、本発明の方法は利用可能である。

上記方法により製造された太陽電池は、太陽電池モジュールの製造に用いることができる。上記方法により製造された太陽電池が内蔵された太陽電池モジュールの一例の概観を図６に示す。上記の方法により作製された太陽電池４００は、太陽電池モジュール４６０内ではタイル状に敷き詰められた構造をなす。

太陽電池モジュール４６０内では、隣接する太陽電池４００どうしが数枚〜数１０枚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している。ストリングの概観を図７に示す。図７は、通常人目に触れることのないモジュール内部裏面側の模式図に相当する。また、フィンガー電極やバスバー電極は図示されていない。直列接続にするため、図７に示したように、隣接する太陽電池４００のＰバスバー（基板のＰ型層に接合したフィンガー電極に接続されているバスバー電極）とＮバスバー（基板のＮ型層に接合したフィンガー電極に接続されているバスバー電極）同士がリード線４６１などで接続されている。

太陽電池モジュール４６０の断面模式図を図８に示す。上述のようにストリングは、複数の太陽電池４００を、バスバー電極４２２にリード線４６１を接続することで構成される。該ストリングは、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４７２で封止され、非受光面側は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４７３、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４７１で覆われている。充填剤４７２としては、上記ＥＶＡの他、ポリオレフィン、シリコーンなどが使用できる。

さらにこの太陽電池モジュールを用いて太陽光発電システムを製造、構成することもできる。図９は本発明のモジュールを連結した太陽光発電システムの基本構成を示したものである。複数の太陽電池モジュール１６が配線１５で直列に連結され、インバータ１７を経由して外部負荷回路１８に発電電力を供給する。図９には示していないが、当該システムは発電した電力を蓄電する２次電池をさらに備えていて良い。

以下に、本発明の実施例及び比較例をあげてさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

（実施例）
本発明の方法を用いて、太陽電池の作製を行った。

まず、厚さ２００μｍ、比抵抗１Ω・ｃｍの、リンドープ｛１００｝Ｎ型アズカットシリコン基板１０枚を準備した（図４（ａ）参照）。このシリコン基板に対し、熱濃水酸化カリウム水溶液によりダメージ層を除去後、７２℃の水酸化カリウム／２−プロパノール水溶液中に浸漬しテクスチャ形成を行い、引き続き７５℃に加熱した塩酸／過酸化水素混合溶液中で洗浄を行った。

次いで、基板を２枚一組として重ね合わせた状態で熱処理炉に戴置し、ＢＢｒ_３と酸素とアルゴンの混合ガスを導入して１０００℃で１０分熱処理を行った。これにより、エミッタ層を形成した（図４（ｂ）参照）。四探針法で測定した結果、シート抵抗は５０Ωとなった。

これを１０００℃３時間酸素雰囲気中で熱酸化してマスク形成した（図４（ｃ）参照）。

裏面のマスクをレーザーで開口した（図４（ｄ）参照）。レーザー源はＮｄ：ＹＶＯ_４の第二次高調波を用いた。開口パターンは、間隔１．２ｍｍ平行線状とした。

これを８０℃ＫＯＨに浸漬して開口部のエミッタ層を除去した（図４（ｅ）参照）。

次に、オキシ塩化リン雰囲気下、８７０℃で受光面同士を重ね合わせた状態で４０分間熱処理し、開口部にリン拡散層（ベース層）を形成した（図４（ｆ）参照）。この後、濃度１２％のふっ酸に浸漬することで表面ガラスを除去した。

以上の処理の後、プラズマＣＶＤ装置を用いて窒化シリコン膜を両面に形成した（図４（ｇ）参照）。膜厚は表裏とも１００ｎｍとした。この段階でベース層幅を顕微鏡で測定したところ、概ね１９０μｍであった。

次に、スクリーン印刷機を用いて、Ａｇペーストをベース層上およびエミッタ層上にそれぞれ印刷して乾燥した（図４（ｈ）参照）。これを７８０℃の空気雰囲気下で焼成した。

この基板に、スクリーン印刷機を用い、絶縁材料をパターン状に印刷した。絶縁材料としては、信越化学工業株式会社製のシリコーンを用いた。この際、ベース電極を挟む絶縁膜の開口幅をそれぞれ３０、４０、１００、１５０、２００、３００、４００μｍとした印刷製版を用意しておき、それぞれの製版で印刷した。ベース層幅は１９０μｍであるため、開口幅３０、４０、１００、１５０、２００μｍはＮバスバー直下のエミッタ領域が絶縁膜で完全に塞がっているのが顕微鏡にて観察された。また、３０、４０μｍはベース電極が絶縁膜に完全に覆われてしまっている箇所も散見された。一方、３００、４００μｍはＮバスバー直下にエミッタ領域が露出した。これらを２００℃のベルト炉にて５分間硬化させた。

最後に低温硬化型のＡｇペーストを直線状に６本スクリーン印刷機で印刷し、３００℃のベルト炉にて３０分間硬化させ、バスバーとした。

以上のようにして得られた太陽電池のサンプルについて、山下電装社製ソーラーシミュレータを用いてＡＭ１．５スペクトル、照射強度１００ｍＷ／ｃｍ^２、２５℃の条件下で、電流電圧特性を測定し光電変換効率を求めた。また、得られた太陽電池のベース電極を挟む最隣接絶縁膜間距離を、顕微鏡を用い実測した。

得られた結果を、最隣接絶縁膜間距離と変換効率の関係として図１０に示す。４０〜２００μｍであれば変換効率の低下は認められない。Ｎバスバーがエミッタ領域と絶縁膜によって完全に隔離されたためである。なお、本実施例の場合、ベース層幅Ｗは上記のように約１９０μｍであるので、最隣接絶縁膜間距離２００μｍは（Ｗ＋１０）μｍに相当する。最隣接絶縁膜間距離を３００μｍ（すなわち、（Ｗ＋１１０）μｍ）とすると低下がみられるが低下量はわずかである。Ｎバスバー―エミッタ領域の接触抵抗が変換効率に及ぼす影響が小さいためである。４００μｍでは大幅に低下がみられる。Ｎバスバー―エミッタ領域の接触抵抗の影響が無視できなくなるためである。また、３０μｍでの大幅な低下は、ベース電極が絶縁膜に完全に覆われてしまい直列抵抗が上昇してしまったためである。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、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、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。

Claims (8)

1. 第一導電型を有する半導体基板の第一主表面に、前記第一主表面に形成された凹部を含むとともに前記第一導電型を有するベース層、及び、前記ベース層に隣接し、前記第一導電型と反対の導電型である第二導電型を有するエミッタ層を有し、
   前記ベース層と電気的に接続されるベース電極と、
   前記エミッタ層と電気的に接続されるエミッタ電極と
   を有する太陽電池であって、
   前記第一主表面上において、前記ベース層及び前記エミッタ層に接する誘電体膜を有し、
   前記エミッタ電極を覆うとともに、前記誘電体膜上に位置し、少なくとも前記ベース層上において間隙を有するように配置された第一の絶縁膜を有し、
   少なくとも前記第一の絶縁膜の上に位置するベース用バスバー電極を有し、
   前記ベース層の前記半導体基板の第一主表面に表れる形状が細長であり、その幅が５０μｍ以上２００μｍ以下であり、
   前記第一の絶縁膜の間隙の距離が４０μｍ以上（Ｗ＋１１０）μｍ以下（但し、Ｗは間隙方向のベース層の幅）であることを特徴とする太陽電池。
2. 前記ベース電極と前記ベース用バスバー電極は電気的に接続していることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池。
3. 前記ベース電極を覆う第二の絶縁膜をさらに有し、少なくとも前記第二の絶縁膜の上に位置し、前記エミッタ電極と電気的に接続するエミッタ用バスバー電極を有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の太陽電池。
4. 請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の太陽電池が内蔵されていることを特徴とする太陽電池モジュール。
5. 請求項４に記載の太陽電池モジュールを有することを特徴とする太陽光発電システム。
6. 第一導電型を有する半導体基板の第一主表面に、前記第一主表面に形成された凹部を含むとともに前記第一導電型を有するベース層、及び、前記ベース層に隣接し、前記第一導電型と反対の導電型である第二導電型を有するエミッタ層を形成する工程と、
   前記第一主表面上において、前記ベース層及び前記エミッタ層に接する誘電体膜を形成する工程と、
   前記ベース層と電気的に接続されるベース電極を形成する工程と、
   前記エミッタ層と電気的に接続されるエミッタ電極を形成する工程と、
   を有する太陽電池の製造方法であって、
   前記エミッタ電極を覆うとともに、前記誘電体膜上に位置し、少なくとも前記ベース層上において間隙を有するように第一の絶縁膜を形成する工程と、
   少なくとも前記第一の絶縁膜の上にベース用バスバー電極を形成する工程と
   を有し、
   前記ベース層の前記半導体基板の第一主表面に表れる形状を細長とし、その幅を５０μｍ以上２００μｍ以下とし、
   前記第一の絶縁膜を形成する工程において、前記第一の絶縁膜の間隙の距離を４０μｍ以上（Ｗ＋１１０）μｍ以下（但し、Ｗは間隙方向のベース層の幅）として前記絶縁膜を形成することを特徴とする太陽電池の製造方法。
7. 前記ベース電極と、前記ベース用バスバー電極を、電気的に接続させ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。
8. 前記ベース電極を覆う第二の絶縁膜を形成する工程を有し、
   少なくとも前記第二の絶縁膜の上に位置し、前記エミッタ電極と電気的に接続するエミッタ用バスバー電極を形成することを特徴とする請求項６又は請求項７に記載の太陽電池の製造方法。

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