JP2018120979A - 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】片面全面エッチングという煩雑さを回避しつつも高い光電変換効率を示す両面受光型太陽電池等の太陽電池の製造方法を提供する。
【解決手段】第一の導電型の半導体基板１１０の両主表面にテクスチャを形成する工程、基板の第一主表面にエミッタ層１１２を形成する工程、基板を熱酸化することにより酸化シリコン膜を形成する工程、基板の第二主表面上の酸化シリコン膜をパターン状に除去する工程、第二主表面の酸化シリコン膜を除去した箇所に、ベース層１１３を形成する工程、残存させた酸化シリコン膜を除去する工程、及び両主表面上に誘電体膜１４１，１５１を形成する工程をこの順序に従って順次行い、ベース層に沿ってベース用電極１３１を形成する工程、及び、第一主表面にエミッタ用電極１２１を形成する工程を有する太陽電池の製造方法。
【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。

太陽電池構造の一つとして、基板両面で受光する両面受光型太陽電池がある。両面受光型太陽電池の断面構造の模式図を、Ｎ型基板の場合を例に図６に示す。便宜上、図の上側をオモテ面、下側を裏面と呼ぶこととする。太陽電池６００の基板６１０のオモテ面の最表層近傍には基板の導電型と反対（この場合Ｐ型）のエミッタ層６１２が形成されており、該エミッタ層６１２と接続する電極６２１を有する。該電極はフィンガー電極と呼ばれることが多く、その幅は数１０〜１００μｍ程度である。オモテ面は、反射損失を低減する目的で、テクスチャが形成されたり、電極以外の部分は反射防止膜６４１が設けられたりする。

基板裏面全面の最表層近傍には、基板と同じ導電型（この場合Ｎ型）でドーパント濃度が基板より高いベース層６１３が形成され、該ベース層６１３と接続する電極６３１を有する。オモテ面同様、裏面は、反射損失を低減する目的で、テクスチャが形成されたり、電極以外の部分は反射防止膜６５１が設けられたりする。

エミッタ層６１２及びベース層６１３の各層厚はせいぜい１μｍ程度である。また、反射防止膜には、窒化シリコン膜や酸化シリコン膜等の誘電体膜が用いられることが多い。

上記構造を有する太陽電池の製造方法の一例が特許文献１で公知となっている。これによれば、スライスダメージを除去したＮ型基板に対し、まず、テクスチャを両面に形成する。この基板のオモテ面にＰ型ドーパントであるホウ素を拡散させる。次に、該基板を熱酸化することにより拡散マスクを形成後、裏面全面にＮ型ドーパントであるリンを拡散させ、マスク及びガラスを除去する。これら一連の工程を経て、裏面にベース層、オモテ面にエミッタ層が形成される。その後、保護膜形成及び電極の形成を行う。

特開２０１４−１２７５６７号公報

上記のような公知の方法は、ホウ素拡散後のマスク形成後、エッチングペースト等で裏面のマスクを除去する必要がある。材料を多く使用するだけでなく、反対面へのエッチングまわりこみを常に注意していなければならない。これを回避するためフォトリソグラフィー法を利用することもできるが、いずれにしても、片面だけを面内均一にエッチングするのに手間がかかるという問題があった。更に、エッチングしやすくするためマスク厚を必要最低限にしようとすると、マスクを面内均一に形成するのが困難となるといった問題があった。

また、裏面全面に高濃度のリン拡散層を形成しているため、この層内で発生したキャリアは再結合しやすくなり、結果的に光電変換効率を低下させる要因となっていた。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、片面全面エッチングという煩雑さを回避しつつも高い光電変換効率を示す両面受光型太陽電池等の太陽電池の製造方法を提供することを目的とする。また、実効的な少数キャリアライフタイムを改善して光電変換効率を高めた両面受光型太陽電池等の太陽電池を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明では、
第一の導電型の半導体基板の両主表面にテクスチャを形成する工程、
前記半導体基板の第一主表面に前記第一の導電型と反対の導電型である第二の導電型を有するエミッタ層を形成する工程、
前記半導体基板を熱酸化することにより酸化シリコン膜を形成する工程、
前記半導体基板の第二主表面上の酸化シリコン膜をパターン状に除去し、除去した箇所以外の酸化シリコン膜を残存させる工程、
前記第二主表面の酸化シリコン膜を除去した箇所に、前記第一の導電型を有し、かつ、前記半導体基板よりドーパント濃度の高いベース層を形成する工程、
前記残存させた酸化シリコン膜を除去する工程、及び
前記両主表面上に誘電体膜を形成する工程
をこの順序に従って順次行い、
前記ベース層に沿ってベース用電極を形成する工程、及び、前記第一主表面にエミッタ用電極を形成する工程、を有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、酸化シリコン膜の除去がパターン状、すなわち部分的であるため、膜除去の際の面内のバラつきは抑制される。同時に、膜除去に必要な材料ないし投入エネルギーを削減することができる。更に、反対面へのエッチングまわりこみを注意する必要がなくなる。

また、前記第一の導電型をＮ型とし、前記第二の導電型をＰ型とすることが好ましい。

このような太陽電池の製造方法であれば、得られる太陽電池は全体的に少数キャリアライフタイムが高くなるため、光電変換効率の改善効果が大きくなる。

また、前記酸化シリコン膜のパターン状除去には、レーザー加工を用いてもよい。

レーザー加工はドライプロセスのため、エッチングによる方法に比べ工程が単純化され、設備を小型化できる。

また、前記ベース層の幅を４０μｍ以上２００μｍ以下とし、前記ベース用電極の幅を３０μｍ以上２００μｍ以下とすることが好ましい。

ベース層及びベース用電極は、このような幅で形成することが好ましい。

また、前記ベース層及び前記ベース用電極の形状を平行線状とし、前記ベース層の幅を前記ベース用電極の幅より大きくすることが好ましい。

このような形状のベース層及びベース用電極であれば、比較的容易に形成することができる。

更に本発明では、第一の導電型の半導体基板を備え、該半導体基板の両主表面にテクスチャを有し、前記半導体基板の第一主表面に前記第一の導電型と反対の導電型である第二の導電型を有するエミッタ層及び該エミッタ層と接続するエミッタ用電極を有し、前記半導体基板の第二主表面に前記第一の導電型を有し、かつ、前記半導体基板よりドーパント濃度の高いベース層及び該ベース層と接続するベース用電極を有する太陽電池であって、
前記第二主表面のベース層の形状がパターン状であり、
前記ベース用電極はベース層に沿って形成されてい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、ベース層の形状がパターン状であり、高濃度層（ベース層）が局所的となるため、実効的な少数キャリアライフタイムが高くなって、光電変換効率が改善する。

また、前記第一の導電型はＮ型であり、前記第二の導電型はＰ型であることが好ましい。

このような太陽電池であれば、全体的に少数キャリアライフタイムが高くなるため、光電変換効率の改善効果が大きくなる。

また、前記ベース層の幅が４０μｍ以上２００μｍ以下であり、前記ベース用電極の幅が３０μｍ以上２００μｍ以下であることが好ましい。

ベース層及びベース用電極は、このような幅で形成することが好ましい。

また、前記ベース層及び前記ベース用電極の形状が平行線状であり、前記ベース層の幅が前記ベース用電極の幅より大きいものであることが好ましい。

このような形状のベース層及びベース用電極であれば、比較的容易に形成することができる。

更に本発明では、上記本発明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。

更に本発明では、上記本発明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。

本発明の太陽電池の製造方法であれば、拡散マスクの全面開口が必要なくなるため、膜除去の際の面内のバラつきは抑制され、同時に、開口のために必要な材料や投入エネルギーを削減できる。更に、本発明の太陽電池であれば、高濃度層が局所的となるため、全体的な少数キャリアライフタイムが向上し、光電変換効率が向上する。

本発明に係る、太陽電池の一例を示す断面模式図である。 本発明に係る、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、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。 一般的な両面受光型太陽電池の断面模式図である。

以下、本発明をより詳細に説明する。

上記のように、使用材料ないし工数を削減しつつも高い光電変換効率を示す太陽電池の製造方法が求められている。

本発明者らは、上記目的を達成するために鋭意検討を行った。その結果、
第一の導電型の半導体基板の両主表面にテクスチャを形成する工程、
前記半導体基板の第一主表面に前記第一の導電型と反対の導電型である第二の導電型を有するエミッタ層を形成する工程、
前記半導体基板を熱酸化することにより酸化シリコン膜を形成する工程、
前記半導体基板の第二主表面上の酸化シリコン膜をパターン状に除去し、除去した箇所以外の酸化シリコン膜を残存させる工程、
前記第二主表面の酸化シリコン膜を除去した箇所に、前記第一の導電型を有し、かつ、前記半導体基板よりドーパント濃度の高いベース層を形成する工程、
前記残存させた酸化シリコン膜を除去する工程、及び
前記両主表面上に誘電体膜を形成する工程
をこの順序に従って順次行い、
前記ベース層に沿ってベース用電極を形成する工程、及び、前記第一主表面にエミッタ用電極を形成する工程、を有することを特徴とする太陽電池の製造方法が、上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成させた。

更に、上記のように、ライフタイムを改善して光電変換効率を高めた太陽電池が求められている。

本発明者らは、上記目的を達成するために鋭意検討を行った。その結果、
第一の導電型の半導体基板を備え、該半導体基板の両主表面にテクスチャを有し、前記半導体基板の第一主表面に前記第一の導電型と反対の導電型である第二の導電型を有するエミッタ層及び該エミッタ層と接続するエミッタ用電極を有し、前記半導体基板の第二主表面に前記第一の導電型を有し、かつ、前記半導体基板よりドーパント濃度の高いベース層及び該ベース層と接続するベース用電極を有する太陽電池であって、
前記第二主表面のベース層の形状がパターン状であり、
前記ベース用電極はベース層に沿って形成されていることを特徴とする太陽電池が、上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成させた。

以下の詳細な説明では、本発明の全体の理解、及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、及び技術は、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。

［太陽電池］
以下、本発明の太陽電池について、図面を用いて説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。図１は、本発明に係る、太陽電池の一例（両面受光型太陽電池）の断面模式図である。図１に示すように、本発明の太陽電池１００は、第一導電型を有する半導体基板１１０を備える。また、半導体基板１１０の第二主表面に、第一導電型を有し、かつ、半導体基板１１０よりも高いドーパント濃度を有するベース層１１３を備える。第一主表面には、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１１２を備える。また、両主表面上に、通常、反射防止膜１４１、１５１を備える。また、ベース層１１３と電気的に接続されるベース用電極１３１、及び、エミッタ層１１２と電気的に接続されるエミッタ用電極１２１を備える。ベース用電極１３１及びエミッタ用電極１２１はフィンガー電極ともいう。

また、本発明の太陽電池の半導体基板１１０の両面にはテクスチャが形成されている。テクスチャの凹凸の高さは特に限定されないが、例えば１〜５０μｍとすることができる。１〜５０μｍの範囲であれば、光反射防止効果が大きい上に、形成するのも比較的容易にできる。なお、図１ではテクスチャが両主表面の全面に形成された例を示しているが、本発明においてテクスチャは両主表面の少なくとも一部に形成されていればよい。例えば、光反射防止の観点からはテクスチャは電極直下となる領域には不必要であり、電極直下となる領域にテクスチャを形成しないということも考えられる。すなわち、電極以外の部分にテクスチャを形成するということが考えられる。一方で、電極直下となる領域にテクスチャを形成すれば、電極直下のテクスチャはコンタクト抵抗を下げる効果があるので、電極直下のテクスチャは変換効率を向上させることができる。従って、テクスチャの形成位置は適宜設定すればよい。

また、本発明の太陽電池では、第二主表面のベース層の形状がパターン状であり、ベース用電極はベース層に沿って形成されている。この場合、高濃度層（ベース層）が局所的となるため、すなわち、第二主表面にはベース層が形成されない領域が存在するため、実効的な少数キャリアライフタイムが高くなって、光電変換効率が改善する。なお、第二主表面の表面積に対するベース層形成面積の割合は、２％以上１０％以下であることが好ましい。ベース層形成面積の割合を小さくすることにより、ベース層内で発生したキャリアは再結合しにくくなり、結果的に光電変換効率を向上させることができる。

また、ベース層の幅を４０μｍ以上２００μｍ以下とし、ベース用電極の幅を３０μｍ以上２００μｍ以下とすることが好ましい。ベース層及びベース用電極は、このような幅で形成することが好ましい。ベース層の幅はより好ましくは４０μｍ以上１５０μｍ以下である。ベース用電極の幅はより好ましくは４０μｍ以上１５０μｍ以下である。

また、ベース層及びベース用電極の形状が平行線状であり、ベース層の幅がベース用電極の幅より大きいものであることが好ましい。具体的には、ベース層の幅がベース用電極の幅より０μｍを超えて５０μｍ以下程度大きいものであることが好ましい。このような形状のベース層及びベース用電極であれば、比較的容易に形成することができる。

また、本発明ではベース層の形状とベース用電極の形状とを合致させてもよい。更に、ベース層の幅をベース用電極の幅より小さくしても良い。具体的には、ベース層の幅をベース用電極の幅より０μｍを超えて５０μｍ以下程度小さいものとしてもよい。ベース層幅がベース用電極幅より小さくなっても（ベース用電極がベース層外にはみ出しても）変換効率に大きな影響を及ぼさないためである。これらの場合、第二主表面の電極以外の部分（すなわち受光領域）には高濃度層（ベース層）が形成されないため、実効的な少数キャリアライフタイムがより高くなって、光電変換効率がより改善する。

ベース層及びベース用電極の形状を平行線状とした場合、ベース層同士の間隔及びベース用電極同士の間隔は０．６ｍｍ以上２．０ｍｍ以下程度とすることが好ましい。

エミッタ層は、通常、第一主表面全面に形成される。これにより、変換効率は向上する。エミッタ用電極の形状は特に限定されないが、例えば、櫛歯状とすることができる。

また、第一の導電型はＮ型であり、第二の導電型はＰ型であっても良い。Ｎ型基板はＰ型基板に比べライフタイムが高いこと、また、エミッタ（Ｐ型）層ドーパントにホウ素を用いた場合、酸化後には表面濃度が低下すること、の理由から、本発明による光電変換効率の改善効果が大きくなる。

Ｎ型ドーパントとしては、Ｐ（リン）、Ｓｂ（アンチモン）、Ａｓ（ヒ素）、Ｂｉ（ビスマス）等を挙げることができる。Ｐ型ドーパントとしては、Ｂ（ボロン）、Ｇａ（ガリウム）、Ａｌ（アルミニウム）、Ｉｎ（インジウム）等を挙げることができる。

第一導電型を有する半導体基板１１０のドーパント濃度は特に限定されないが、例えば、８×１０^１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上１×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下とすることができる。半導体基板１１０の厚さは特に限定されないが、例えば、１００〜３００μｍ厚とすることができる。ベース層１１３のドーパント濃度は半導体基板１１０よりも高ければ良いが、例えば、１．０×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上２．０×１０^２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下とすることができる。エミッタ層１１２のドーパント濃度は特に限定されないが、例えば、１．０×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上７．０×１０^２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下とすることができる。

［太陽電池の製造方法］
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２を用いて説明する。

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１１０を準備する。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。

次に、図２（ａ）に示すように、半導体基板１１０の両主表面（例えば両主表面の全面）にテクスチャと呼ばれる微小な凹凸の形成を行う。テクスチャは微小なピラミッド形の構造を有し、結晶の面方位によってエッチング速度が異なることを利用して形成される。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等のアルカリ溶液（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。

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、若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。

次に、この半導体基板１１０の第一主表面（例えば第一主表面全面）に、図２（ｂ）に示すように、半導体基板１１０と逆の導電型のエミッタ層１１２を形成する。エミッタ層１１２の厚みは０．０５〜２μｍ程度である。基板がＮ型の場合、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に塗布し、９５０〜１０５０℃で熱処理する方法でも形成が可能である。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。上記いずれかの方法でエミッタ層を形成すると、エミッタ層表面にはホウ素を含むガラス層も同時に形成される。

エミッタ層１１２を形成したら、図２（ｃ）に示すように、次工程であるベース層形成のための拡散マスク（別名バリア膜、以下、単に「マスク」とも称する）３０３を両主表面上に形成する。拡散マスク３０３としては酸化シリコン膜を形成する。酸化シリコン膜は半導体基板１１０を熱酸化することで形成できる。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１００〜２５０ｎｍ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。また、エミッタ層形成後には上記のように基板表面にガラスが形成されるが、これはマスク形成前に除去しない方が好ましい。すなわち、図２（ｂ）の工程において、エミッタ層１１２を形成する際に同時に第一主表面上にガラス層を形成し、図２（ｃ）の工程において、ガラス層を残留させたままエミッタ層１１２上に拡散マスク３０３を形成することが好ましい。この場合、ガラス層を除去する工程を行わないので、工数が増加しない。また、Ｐ型導電型層を形成する際に同時に形成されるガラス層を残留させたまま拡散マスクを形成すると、基板の少数キャリアライフタイムを高い状態で保つことができる。ガラス層がゲッタリング効果を付与していると考えられる。

また、エミッタのドーパントとしてホウ素を用いた場合、熱酸化によりマスク形成すると、Ｓｉ中とＳｉＯ_２中の拡散係数と偏析係数の違いからホウ素の表面濃度が低下して、表面での再結合速度が低下し好ましい。

次いで、図２（ｄ）に示すように、第二主表面の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３０４）。本発明では、第二主表面上のマスクをパターン状に除去する。具体的には、開口幅が４０〜２００μｍ、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グラフィー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。これにより、幅４０μｍ以上２００μｍ以下、間隔０．６ｍｍ以上２．０ｍｍ以下程度の平行線状のベース層を形成することができる。

レーザーやダイサー等の物理的方法でマスクを開口した場合は、５０〜９０℃に加熱したＫＯＨ、ＮａＯＨ等のアルカリ水溶液中に１〜３０分間半導体基板１１０を浸漬し、開口部３０４をエッチングしてもよい。すなわち、図２（ｄ）の工程の後、かつ、後述する図２（ｅ）に示すベース層を形成する工程の前に、拡散マスクを除去した箇所（マスク開口部３０４）の半導体基板表面をエッチングしてもよい。この際のアルカリの濃度は特に限定されないが、前述のテクスチャ形成溶液と同じとして、開口部にテクスチャを形成してもよい。このように、開口部（マスク除去箇所）をエッチングしてからベース層を形成すると、開口によるダメージ層が除去されるため、開口部での表面再結合を抑制でき、変換効率が向上する。

次に、図２（ｅ）に示すように、第二主表面のマスク開口部にベース層１１３を形成する。基板がＮ型の場合、ベース層１１３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及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、リン拡散層であるベース層１１３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。第一主表面にはマスクが形成されているため、熱処理時にリンが第一主表面にオートドープしたりすることはない。

拡散層形成の後、拡散マスク３０３及び表面に形成されるガラスをふっ酸等で除去する（図２（ｆ）参照）。

次に、図２（ｇ）に示すように、半導体基板１１０の両主表面上に反射防止膜（誘電体膜）１４１、１５１を形成する。反射防止膜１４１、１５１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）及びアンモニア（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、更には、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。

第一主表面には、酸化アルミニウム膜をあらかじめ基板表面に形成してから、窒化シリコン膜、酸化シリコン膜等を形成してもよい。Ｐ型であるエミッタ層表面を、Ｐ型のパッシベーションとして有効な酸化アルミニウム膜で覆うことで、簡便でありながら高光電変換効率を示すことができる。

次いで、図２（ｈ）に示すように、ベース層１１３上にベース用電極１３１を、例えばスクリーン印刷法で形成する。本発明ではベース層１１３に沿ってベース用電極１３１を形成する。例えば、開口幅３０〜２００μｍ（好ましくは開口幅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、ベース用電極１３１を形成するための電極前駆体として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上にエミッタ用電極１２１を形成するための電極前駆体として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。また、印刷順序は逆順としても何ら問題ない。以上の電極印刷の後、熱処理により窒化シリコン膜に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。これにより、幅３０μｍ以上２００μｍ以下、間隔０．６ｍｍ以上２．０ｍｍ以下の平行線状のベース用電極及びエミッタ用電極を形成することができる。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。なお、ベース層用電極及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。

本発明の方法では、ベース層及びベース用電極の形状を平行線状とし、ベース層の幅をベース用電極の幅より大きくすることが好ましい。このような形状のベース層及びベース用電極であれば、比較的容易に形成することができる。

以上、基板がＮ型の場合を例に説明したが、基板がＰ型の場合も、上記のＮとＰを置き換えるだけで本発明の方法は適用できる。このような図２に示す方法であれば、従来の方法と比べて、材料や工程数を削減しつつ変換効率を向上することができる。

上記本発明の方法であれば、両面受光型太陽電池のベース層形成の際、拡散マスク形成後部分的にマスク開口してから、ベース層を形成することにより、簡易な工程で高い光電変換効率を有する両面受光型太陽電池を製造することができる。この方法であれば、図１等に示すような第二主表面のベース層が電極に沿って形成された太陽電池を製造することができる。また、この方法であれば、ベース層の形状をシリコン酸化膜除去パターンと同様の形状とすることができるため、得られる太陽電池の実効的な少数キャリアライフタイムが高くなって、光電変換効率が改善する。

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３に示す。フィンガー電極は図示されていない。上記の方法により作製された太陽電池３００は、太陽電池モジュール３６０内ではタイル状に敷き詰められた構造をなす。隣接する太陽電池３００同士は数枚〜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。

一般に太陽電池には、フィンガー電極から流れてくる電流を集電するバスバーと呼ばれる電極を両主表面にそれぞれ２〜４本有する。太陽電池を直列接続にするため、図３に示したように、隣接する太陽電池３００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３６１等で接続されている。

太陽電池モジュール３６０の断面模式図を図４に示す。上述のようにストリングは、複数の太陽電池３００を、バスバー電極４０１にリード線３６１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）等の透光性の充填剤４７２で封止され、両受光面はソーダライムガラス等の透光性で機械的強度が強い受光面保護材料４７１、４７３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、シリコーン等が使用できる。

本発明の太陽電池は片面受光型の太陽電池としても勿論使用できる。この場合は片方の受光面保護材料４７３の代わりに、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタラート）等の耐候性樹脂フィルムを用いることができる。なお、本発明の太陽電池を片面受光型の太陽電池としても使用する場合、図１におけるエミッタ層１１２が形成されている面もベース層１１３が形成されている面も太陽電池の受光面になり得る。この場合、エミッタ層１１２が形成されている面を受光面とするのが好ましい。

更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５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５１６が配線５１５で直列に連結され、インバータ５１７を経由して外部負荷回路５１８に発電電力を供給する。図５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次電池を更に備えていて良い。

以下、実施例及び比較例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に限定されるものではない。

（実施例１）
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８枚を準備した。このシリコン基板に対し、７２℃の２％水酸化カリウム／２−プロパノール水溶液中に浸漬し両面に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（図２（ａ）参照）。

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２（ｂ）参照）。四探針法で測定した結果、エミッタ層のシート抵抗は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２（ｃ）参照）。

裏面（エミッタ層を形成していない面）のマスクをレーザーで開口した（図２（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１．８ｍｍの平行線状とした。開口幅は１２０μｍとした。これにより、裏面の表面積に対するベース層形成面積の割合は６．７％となった。

次に、オキシ塩化リン雰囲気下、８７０℃でオモテ面（エミッタ層を形成した面）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２（ｅ）参照）。この後、濃度２５％のふっ酸に浸漬することで両表面上に形成したガラス及びマスクを除去した（図２（ｆ）参照）。

以上の処理の後、プラズマＣＶＤ装置を用いて反射防止膜として、オモテ面（エミッタ層を形成した面）には酸化アルミニウム膜及び窒化シリコン膜を形成した（図２（ｇ）参照）。酸化アルミニウム膜及び窒化シリコン膜の膜厚はそれぞれ１０ｎｍ、９０ｎｍとした。引き続き、裏面にも反射防止膜として窒化シリコン膜を形成した。膜厚は１００ｎｍとした。

次に、スクリーン印刷機を用いて、Ａｇペーストを裏面のベース層に沿って印刷し、乾燥した。この際、スクリーン製版の開口パターンは間隔１．８ｍｍの平行線状とし、開口幅は５０μｍとした。引き続き、オモテ面にもＡｇペーストを櫛歯状に印刷し、乾燥した（図２（ｈ）参照）。これを７８０℃の空気雰囲気下で焼成した。これにより、フィンガー電極として、ベース層上にベース電極を形成し、エミッタ層上にエミッタ電極を形成した。

（実施例２）
実施例１において、酸化工程まで実施例１と同様に処理を行った後、裏面にスクリーン印刷機を用いてリン酸系のエッチングペーストをパターン状に印刷、２５０℃で熱処理し、洗浄し乾燥させてマスクをパターン状に開口した。開口パターンは間隔１．８ｍｍの平行線状とした。開口幅は１２０μｍとした。これにより、裏面の表面積に対するベース層形成面積の割合は６．７％となった。リン拡散工程以降実施例１と同様の処理を行い太陽電池作製を行った。

（実施例３）
ホウ素ドープ｛１００｝Ｐ型シリコン基板に対し本発明の方法を適用した。基板両面にテクスチャ形成、洗浄後、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、オキシ塩化リン雰囲気下８７０℃で熱処理を行い、引き続いて１０００℃３時間酸素雰囲気中で熱酸化してマスク形成した。

裏面（リン拡散されてない面）のマスクをレーザーで開口した。開口の条件は実施例１と同様にした。

次に、ＢＢｒ_３と酸素とアルゴンの混合ガスを導入して１０００℃で１０分熱処理を行って、開口部にホウ素の拡散層を形成した。

ふっ酸浸漬して表面のガラス除去後、オモテ面（リン拡散した面）に窒化シリコン膜を形成し、裏面には酸化アルミニウム膜及び窒化シリコン膜を順に形成した。膜厚等は実施例１と同様にした。

電極形成工程は実施例１と同様に行った。

（比較例）
比較用に従来の方法で太陽電池の作製を行った。

実施例１において、酸化工程まで実施例１と同様に処理を行った後、裏面にスクリーン印刷機を用いてリン酸系のエッチングペーストを全面に印刷、２５０℃で熱処理し、洗浄し乾燥させて裏面のマスクを除去した。リン拡散工程以降実施例１と同様の処理を行い太陽電池作製を行った。

以上のようにして得られた実施例１〜３及び比較例の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。得られた結果の平均値を表１に示す。

表１に示すように、比較例に比べ、ベース領域面積を小さくした実施例２は変換効率が高い。ベース層での再結合が抑制されたためと考えられる。

実施例１は実施例２と変換効率が同等である。開口にレーザーを用いても高い変換効率を示すことができる。

比較例に比べ、実施例３は変換効率が高い。本発明の方法によれば、Ｐ型基板においても高い変換効率を示すことができる。

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。

１００、３００、６００…太陽電池、 １１０、６１０…基板、
１１２、６１２…エミッタ層、 １１３、６１３…ベース層、
１２１、１３１、６２１、６３１…フィンガー電極、
１４１、１５１、６４１、６５１…反射防止膜、
３０３…拡散マスク、 ３０４…マスク開口部（バリア膜開口部）、
３６０、５１６…太陽電池モジュール、 ３６１…リード線、
４０１…バスバー電極、 ４７１…受光面保護材料、
４７２…充填剤、 ４７３…受光面保護材料又は耐候性樹脂フィルム、
５１５…配線、 ５１７…インバータ、 ５１８…外部負荷回路。

Claims (11)

1. 第一の導電型の半導体基板の両主表面にテクスチャを形成する工程、
   前記半導体基板の第一主表面に前記第一の導電型と反対の導電型である第二の導電型を有するエミッタ層を形成する工程、
   前記半導体基板を熱酸化することにより酸化シリコン膜を形成する工程、
   前記半導体基板の第二主表面上の酸化シリコン膜をパターン状に除去し、除去した箇所以外の酸化シリコン膜を残存させる工程、
   前記第二主表面の酸化シリコン膜を除去した箇所に、前記第一の導電型を有し、かつ、前記半導体基板よりドーパント濃度の高いベース層を形成する工程、
   前記残存させた酸化シリコン膜を除去する工程、及び
   前記両主表面上に誘電体膜を形成する工程
   をこの順序に従って順次行い、
   前記ベース層に沿ってベース用電極を形成する工程、及び、前記第一主表面にエミッタ用電極を形成する工程、を有することを特徴とする太陽電池の製造方法。
2. 前記第一の導電型をＮ型とし、前記第二の導電型をＰ型とする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. 前記酸化シリコン膜のパターン状除去には、レーザー加工を用いることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の太陽電池の製造方法。
4. 前記ベース層の幅を４０μｍ以上２００μｍ以下とし、前記ベース用電極の幅を３０μｍ以上２００μｍ以下とすることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の太陽電池の製造方法。
5. 前記ベース層及び前記ベース用電極の形状を平行線状とし、前記ベース層の幅を前記ベース用電極の幅より大きくすることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の太陽電池の製造方法。
6. 第一の導電型の半導体基板を備え、該半導体基板の両主表面にテクスチャを有し、前記半導体基板の第一主表面に前記第一の導電型と反対の導電型である第二の導電型を有するエミッタ層及び該エミッタ層と接続するエミッタ用電極を有し、前記半導体基板の第二主表面に前記第一の導電型を有し、かつ、前記半導体基板よりドーパント濃度の高いベース層及び該ベース層と接続するベース用電極を有する太陽電池であって、
   前記第二主表面のベース層の形状がパターン状であり、
   前記ベース用電極はベース層に沿って形成されていることを特徴とする太陽電池。
7. 前記第一の導電型はＮ型であり、前記第二の導電型はＰ型であることを特徴とする請求項６に記載の太陽電池。
8. 前記ベース層の幅が４０μｍ以上２００μｍ以下であり、前記ベース用電極の幅が３０μｍ以上２００μｍ以下であ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。
9. 前記ベース層及び前記ベース用電極の形状が平行線状であり、前記ベース層の幅が前記ベース用電極の幅より大きいものであることを特徴とする請求項６から請求項８のいずれか１項に記載の太陽電池。
10. 請求項６から請求項９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。
11. 請求項１０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。

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