JP2019009245A - 高効率太陽電池の製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】光電変換効率を向上させることができる太陽電池の製造方法を提供する。
【解決手段】シリコン半導体基板にｐｎ接合を形成する工程と、シリコン半導体基板の一方の主表面上に、酸化アルミニウム膜を製膜する工程とを含む太陽電池の製造方法であって、酸化アルミニウム膜を製膜する工程より前に、１立方メートルあたりの水蒸気量が２０ｇ以上であり、温度が６０℃以上１００℃以下の雰囲気でシリコン半導体基板を加熱処理する工程を含む。加熱工程では、ガス供給部２から取り入れられたガスが、加熱部３で加熱され乾燥部４に供給され、乾燥部４には、シリコン半導体基板Ｗを保持するキャリア５が収納されており、シリコン半導体基板Ｗとキャリア５に上記洗浄工程で付着した水が乾燥部４に持ち込まれており、シリコン半導体基板Ｗを加熱乾燥するだけで乾燥部内雰囲気の水蒸気量を増加させることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、高効率太陽電池の製造方法に関する。
単結晶Ｎ型シリコン基板を用いた高光電変換効率の太陽電池の概観を図２に、断面構造の模式図を図３に示す。図２、３のように、高光電変換効率太陽電池は、受光面２００の集電電極として、フィンガー電極２０２、３０１と呼ばれる百〜数十μｍ幅の電極を多数有する。隣接するフィンガー電極の間隔は１〜３ｍｍ程度が一般的である。また、図２のように、太陽電池セルを連結するための集電電極としてバスバー電極２０１を２〜４本有する。これら電極の形成方法としては、蒸着法、スパッタ法などが挙げられるが、コストの面から、Ａｇなどの金属微粒子を有機バインダーに混ぜた金属ペーストを、スクリーン版などを用いて印刷し、数百度で熱処理を行って基板と接着する方法が広く利用されている。図３に示すように、電極以外の部分は窒化シリコン膜等の反射防止膜３０２で覆われている。単結晶Ｎ型シリコン基板３０５の表面（受光面）には、基板の導電型と反対のＰ型層３０３が形成される。裏面側にもフィンガー電極３０６が形成され、電極以外の部分は窒化シリコン等の膜３０７で覆われている。裏面の最表層には基板と同じ導電型の高濃度Ｎ型層３０８が形成されている。
また、さらに高光電変換効率の太陽電池構造としては裏面電極型太陽電池がある。この裏面電極型太陽電池の裏面の概観を図４に示す。図４のように、エミッタ層４０２およびベース層４０１が交互に配列され、それぞれの層上に沿ってフィンガー電極４０３、４０４が設けられている。エミッタ層幅は数ｍｍ〜数百μｍ、ベース層幅は数百μｍ〜数十μｍである。また、電極幅は数百〜数十μｍ程度が一般的である。裏面電極型太陽電池の一部の断面構造の模式図を図５に示す。基板５０２の裏面の最表層近傍にエミッタ層５０４およびベース層５０３が形成されている。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５０５、５０６が設けられ、非電極領域の表面は窒化シリコン膜や酸化シリコン膜等５０７で覆われている。受光面側には反射損失を低減する目的で、反射防止膜５０１が設けられる。裏面電極型太陽電池は、受光面に電極が存在しないため、入射光が遮られることなく基板内に入るので、図３のような、受光面に電極を配設した構造に比べ光電変換効率は高くなる。
特開２０１４−１７５６６０号公報
基板表面（受光面、及び非受光面である裏面）の保護膜としては、上記のような酸化シリコンや窒化シリコンが代表的であるが、近年、酸化アルミニウムが用いられるようになってきた。保護膜としての酸化アルミニウムは、例えば特許文献１に記載されている。これらの保護膜は、シリコン基板表面と化学的に結合することで、表面での電子と正孔の再結合を抑制し、ひいては光電変換効率を向上させる働きを担う。従って、これらの膜の製膜前の基板表面状態は、光電変換効率の向上に重要である。
本発明は前述のような問題に鑑みてなされたもので、光電変換効率を向上させることができる太陽電池の製造方法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、本発明は、シリコン半導体基板にｐｎ接合を形成する工程と、前記シリコン半導体基板の少なくとも一方の主表面上に、酸化アルミニウム膜を製膜する工程とを含む太陽電池の製造方法であって、前記酸化アルミニウム膜を製膜する工程より前に、１立方メートルあたりの水蒸気量が２０ｇ以上であり、温度が６０℃以上１００℃以下の雰囲気で前記シリコン半導体基板を加熱処理する工程を含むことを特徴とする太陽電池の製造方法を提供する。
このように、シリコン半導体基板周囲の湿度をやや高めた状態で、シリコン半導体基板を加熱してから酸化アルミニウム膜を製膜することで、シリコン半導体基板の表面でのキャリアの再結合が抑制され、光電変換効率が向上する。これは、シリコン半導体基板の表面に水分子が吸着し、これに酸化アルミニウムを製膜することで表面保護効果が高まるためであると考えられる。
このとき、前記シリコン半導体基板を加熱処理する工程における前記雰囲気は、空気を含むことが好ましい。
加熱処理の雰囲気に空気を用いれば給気、排気が容易であり、安全、安価に加熱処理を行うことができる。
また、本発明の太陽電池の製造方法は、前記酸化アルミニウム膜を製膜する工程より前に、前記シリコン半導体基板を洗浄する工程を有し、前記シリコン半導体基板を加熱処理する工程は、前記シリコン半導体基板を洗浄する工程の後の乾燥工程と同時に行われることが好ましい。
酸化アルミニウム膜の製膜前には、通例、洗浄工程が実施されるため、この洗浄工程後の乾燥工程で上記のような加熱処理を実施することができ、これにより、工程数を増やすことなく光電変換効率を向上させることができる。
本発明の太陽電池の製造方法であれば、簡易な方法で酸化アルミニウム膜の表面パッシベーション効果を高め、太陽電池の光電変換効率を向上させることができる。また、加熱処理工程を乾燥工程と兼用する場合には、工程数の増加もなく、また、乾燥用ガスを循環させることもできるため、ガスの使用量ならびに加熱量を削減でき経済的である。
本発明の太陽電池の製造方法における酸化アルミニウム製膜前の前処理方法の一例を示すフロー図である。 一般的な両面電極型太陽電池の概観図である。 一般的な両面電極型太陽電池の断面模式図である。 一般的な裏面電極型太陽電池の裏面概観図である。 一般的な裏面電極型太陽電池の断面模式図である。
以下、本発明について実施の形態を説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。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。
ここでは、本発明の太陽電池の製造方法の実施態様を二通り説明する。第一の実施態様としては太陽電池の両主表面に電極を形成した両面電極型太陽電池を製造する場合、第二の実施態様としては太陽電池の主表面の一方に電極を形成した裏面電極型太陽電池を製造する場合を説明する。ただし、本発明の太陽電池の製造方法はこれらの態様のみに限定されることはない。
（第一の実施態様）
ここでは、Ｎ型のシリコン半導体基板を用いる場合を例に具体的な説明を行う。まず、高純度シリコンにリンあるいはヒ素・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型シリコン基板をシリコン半導体基板として用意する。単結晶シリコン基板は、ＣＺ法（チョクラルスキー法）、ＦＺ法（浮遊帯域法）いずれの方法によって作製されてもよい。シリコン半導体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、スライスおよび研削時に形成されるシリコン半導体基板の表面の機械的ダメージを、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して除去することができる。次工程のテクスチャ形成条件によっては、この工程は必ずしも必要ではなく、省略することも可能である。
引き続き、シリコン半導体基板の表面にテクスチャと呼ばれる微小な凹凸形成を行うことができる。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などのアルカリ溶液（濃度１〜１０％、温度６０〜９０℃）中に１０分から３０分程度浸漬することで形成される。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。
テクスチャ形成後、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上げることもできる。
次に、シリコン半導体基板にｐｎ接合を形成する工程を行う。Ｐ型層の形成には、気相拡散法や塗布拡散法を用いることができ、どちらの方法を用いてもよい。気相拡散法の例としては、シリコン半導体基板を２枚一組として重ね合わせた状態で熱処理炉に戴置し、ＢＢｒ３と酸素の混合ガスを導入して９５０〜１０５０℃で熱処理する方法を用いることができる。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、塗布拡散法の例としては、ホウ素源を含有させた塗布剤を第一主表面（太陽電池としたときに受光面となる面）全面に塗布し、９５０〜１０５０℃で熱処理する方法を用いることができる。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利用できる。
次に、第二主表面（Ｐ型層形成面と反対の面であり、太陽電池としたときに非受光面となる面）にＮ型層を形成する。Ｎ型層の形成には、気相拡散法、塗布拡散法を用いることができ、どちらの方法を用いてもよい。気相拡散法の例としては、シリコン半導体基板を２枚一組として重ね合わせた状態で熱処理炉に戴置し、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基板を熱処理する方法が可能である。塗布拡散法は、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あり、いずれの方法を用いてもかまわない。
拡散熱処理が終了したら、表面のガラスをふっ酸などで除去し、純水等で基板を洗浄することができる。
次に、本発明の太陽電池の製造方法では、酸化アルミニウム膜形成の前処理として、酸化アルミニウム膜を製膜する工程より前に、１立方メートルあたりの水蒸気量が２０ｇ以上であり、温度が６０℃以上１００℃以下の雰囲気でシリコン半導体基板を加熱処理する工程を行う。１立方メートルあたりの水蒸気量は、温度によって決まる飽和蒸気圧に相当する水蒸気量が上限である。加熱処理時間は、特に限定されることはないが、１分以上６０分以下程度で良く、３分以上２０分以下程度であることが好ましい。
また、雰囲気としてはイナートガスを用いることができる。イナートガスとしては、窒素、アルゴン等の不活性ガスの他、排気処理が容易な酸素、空気など、いずれを用いてもよい。特に、シリコン半導体基板を加熱処理する工程における雰囲気は、空気を含むことが好ましい。加熱処理の雰囲気に空気を用いれば給気、排気が容易であり、安全、安価に加熱処理を行うことができる。
上記の本発明に規定する１立方メートルあたりの水蒸気量及び加熱温度を満たすような、最も容易な加熱方法としては、ホットプレートなどの開放された加熱機器上に基板を戴置する方法がある。例えば２５℃、相対湿度５０％の空気の１立方メートルあたりの水蒸気量は約１１．５ｇであるから、当該加熱機器に水を供給するだけで１立方メートルあたりの水蒸気量を上記範囲に制御できる。
本発明のような水蒸気量及び温度範囲とすることで、シリコン半導体基板の表面のシリコンと水の反応が僅かながら進行し、後の酸化アルミニウム製膜によりシリコンダングリングボンドの終端が有効に行われる。これにより、高品質の表面保護効果が得られ、表面での再結合が抑制され、ひいては太陽電池の光電変換効率が向上する。
１立方メートルあたりの水蒸気量が２０ｇ未満だと、水の分圧が低すぎてシリコンとの反応が進行せず、変換効率向上効果が得られない。また、温度が６０℃未満だと本発明の効果が得られない。温度が１００℃を超えると、吸着した水分子の脱離が進行したり、イナートガスに酸素を含む場合は基板表面の酸化が進行したりして好ましくない。そのため、温度は１００℃以下とする必要がある。
また、シリコン半導体基板を加熱処理する工程は、シリコン半導体基板を洗浄する工程の後の乾燥工程と同時に行ってもよい。ここでいう洗浄工程とは、拡散熱処理が終了した後の、シリコン半導体基板の表面のガラス除去の後の純水洗浄である。
乾燥工程と加熱処理工程を同時に行う場合に用いることができる加熱装置の一例の概念図を図１に示す。加熱装置１では、ガス供給部２から取り入れられたガスが、加熱部３で加熱され乾燥部４に供給される。乾燥部４には、シリコン半導体基板Ｗを保持するキャリア５が収納されており、シリコン半導体基板Ｗとキャリア５に上記洗浄工程で付着した水が乾燥部４に持ち込まれているので、シリコン半導体基板Ｗを加熱乾燥するだけで乾燥部内雰囲気の水蒸気量を増加させることができる。乾燥部４に供給されたガスの一部は排気口から排気部６に排出され、残りのガスは循環する。ガスの排出量を減らし、循環量を大きくすることで、１立方メートルあたりの水蒸気量を２０ｇ以上の範囲に調整できる。なお、乾燥部４の大きさや水の持ち込み量に応じて、排出量は０としてもかまわない。また、乾燥室内の相対湿度は９０％以下であることが好ましい。湿度が９０％以下であれば乾燥能力を維持できるため、乾燥時間の増加を抑制できる。
このような前処理の後、シリコン半導体基板の少なくとも一方の主表面上に、酸化アルミニウム膜を製膜する工程を行う。シリコン半導体基板の主表面に形成する酸化アルミニウムの厚さは１ｎｍ〜２０ｎｍ程度とできる。酸化アルミニウム膜はＰ型層に対して、特に光電変換効率改善効果が大きいが、両面に形成しても構わない。すなわち、酸化アルミニウム膜を製膜する面は第一主表面（太陽電池したときに受光面となる面）および／または第二主表面（太陽電池したときに非受光面となる面）とできる。酸化アルミニウム膜の形成には、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法やＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法を用いることができる。反応ガスとしては、アルミニウム源としてトリメチルアルミニウム等、酸化源として水、亜酸化窒素、酸素、オゾン、等が用いられる。
次いで、第一主表面上に反射防止膜形成を行うことができる。反射防止膜としては、窒化シリコン膜や酸化シリコン膜が利用できる。窒化シリコン膜の場合はプラズマＣＶＤ装置を用い、酸化アルミニウムとの合計が約１００ｎｍとなるように製膜する。反応ガスとして、モノシラン（ＳｉＨ４）およびアンモニア（ＮＨ３）を混合して用いることが多いが、ＮＨ３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、反応ガスの希釈のため、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法でもよいが、熱酸化法により得られる膜の方が高い特性が得られる。
また、第二主表面上にも受光面同様に窒化シリコン膜や酸化シリコン膜で保護膜を形成することが望ましい。
次いで、裏面電極として、例えばＡｇ粉末を含有するペーストをスクリーン印刷法で形成する。印刷パターンは櫛歯状として、フィンガー電極とバスバー電極を同時に形成してしまうのが最も簡便である。フィンガー幅は４０〜２００μｍ程度、バスバー幅は０．５〜２ｍｍ程度が好適である。
受光面電極形成にもスクリーン印刷法を用い、Ａｇ粉末とガラスフリットを有機物バインダーと混合したＡｇペーストを印刷する。印刷パターンは裏面同様櫛歯状として、フィンガーとバスバーを同時に形成してしまうのが最も簡便である。フィンガー幅は４０〜１００μｍ程度、バスバー幅は０．５〜２ｍｍ程度が好適である。
以上の表裏面電極印刷の後、熱処理（焼成）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。裏面電極および受光面電極の焼成は一度に行うことも可能であるし、別々に行ってもかまわない。焼成は、７００〜８５０℃の温度で数秒〜数分間処理することで行われる。
以上、Ｎ型の基板を用いる場合を例に本発明を説明したが、Ｐ型基板の場合も同様に本発明の太陽電池の製造方法が使用できる。
（第二の実施態様）
次に、裏面電極型太陽電池の製造に、本発明の太陽電池の製造方法を用いる場合を説明する。ここでは、Ｎ型のシリコン半導体基板を用いる場合を例に具体的な説明を行う。まず、Ｎ型シリコン基板を用意し、表面のスライスダメージを高濃度のアルカリ、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たものであってもよい。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。
続いて、前述の方法で基板表面にテクスチャ形成を行うことができる。
テクスチャ形成後、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してもよい。また、過酸化水素を混合し清浄度を向上させてもよい。
次に、このシリコン半導体基板の第二主表面（太陽電池としたときに非受光面となる面）に、エミッタ層を形成する。エミッタ層は基板と逆の導電型（この場合Ｐ型）で厚みが０．０５〜１μｍ程度とすることができる。エミッタ層はＢＢｒ３等を用いた気相拡散によって形成できる。また、ホウ素源を含有させた塗布剤を第二主表面に塗布し、熱処理する方法でも形成が可能である。
エミッタ層を形成したら、次工程であるベース層形成のためのマスクを両主表面上に形成することができる。マスク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、基板を熱酸化しても形成できる。基板を酸素雰囲気中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。温度、時間、ガス等を適宜選択することで膜厚は任意に変更可能であるが、マスク機能および次工程の部分開口の容易性を兼ねるためには３０〜３００ｎｍが好ましい。この熱処理は上記エミッタ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、ベース領域となる部分のマスクを部分的に除去（開口）する。具体的には、開口幅が５０〜２５０μｍ、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が使用できるが、レーザーでの開口が簡便で好ましい。レーザー源としては、ＹＡＧ系、ＹＶＯ４系、ＧｄＶＯ４系等の第二次高調波が使用できるが、波長が５００〜７００ｎｍ程度であればいかなるレーザー源を用いてもかまわない。レーザー条件は適宜決定可能であるが、例えば出力が４〜２０Ｗ、周波数が１００００〜１０００００Ｈｚ、フルエンスが１〜５Ｊ／ｃｍ２、ガルボヘッドを備え、スキャン速度が１００〜５０００ｍｍ／秒、などとすることができる。
マスクを開口したら、５０〜９０℃に加熱したＫＯＨ、ＮａＯＨ等のアルカリ水溶液中に基板を浸漬し、開口部の不要なエミッタ層を除去（エッチング）する。
ベース層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。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。
ベース層を形成した後、マスクおよび表面に形成されるガラスをふっ酸などで除去し、純水で洗浄することができる。
この後、酸化アルミニウム膜形成の前処理として前述の方法で、１立方メートルあたりの水蒸気量が２０ｇ以上、温度６０〜１００℃の雰囲気で基板を加熱処理する。当該加熱処理は、前述のように上記ガラス除去、洗浄工程後の乾燥工程とすることもできる。
上記前処理の後、第一主表面および／または第二主表面に酸化アルミニウムを製膜する。製膜には、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法やＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法が使用可能である。
次いで、第一主表面（太陽電池としたときに受光面となる面）上に反射防止膜の形成を行うことができる。反射防止膜として窒化シリコン膜や酸化シリコン膜が利用できる。
また、第二主表面（太陽電池としたときに非受光面となる面）上に、表面保護膜を形成することができる。表面保護膜として窒化シリコン膜や酸化シリコン膜が利用できる。
次いで、ベース電極を、例えばスクリーン印刷法で形成する。例えば、開口幅３０〜２００μｍ、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ーと混合したＡｇペーストをベース層に沿って印刷する。同様にして、エミッタ電極として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℃の温度で数秒〜数分間処理することで行われる。
以上、Ｎ型基板の場合を例に述べたが、Ｐ型のシリコン半導体基板を用いる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、この場合であっても本発明の方法が利用可能である。
以下、本発明の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、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
以下の実施例では、本発明の太陽電池の製造方法を用いて、裏面電極型太陽電池の作製を行った。
（実施例１）
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、ＢＢｒ３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。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℃で３時間、酸素雰囲気中で熱酸化してマスク形成した。
裏面のマスクをレーザーで開口した。レーザー源はＮｄ：ＹＶＯ４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。出力は１８Ｗ、スキャン速度は６００ｍｍ／秒とした。これを８０℃のＫＯＨに浸漬して開口部のエミッタ層を除去した。
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。
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、純水でリンスし乾燥させた。
密閉された容器にホットプレートを入れ、ホットプレート上に純水を入れたシャーレならびに基板を戴置したのち、密閉容器内を窒素で置換し、８０℃で加熱した。密閉容器の内容積は２５リットル（０．０２５ｍ３）、蒸発した純水の量は０．５ｇであったことから、容器内の水蒸気量は１立方メートルあたり２０ｇであった。
次に、この基板の両面に、プラズマＣＶＤ法により酸化アルミニウムを製膜した。膜厚はいずれも約１０ｎｍとした。
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。膜厚は表裏とも９０ｎｍとした。
次に、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。これを７８０℃の空気雰囲気下で焼成した。
（実施例２）
酸化アルミニウム膜の形成前の前処理において、密閉容器内に蒸発させた純水量を１．０ｇとしたこと以外は、実施例１と同じように裏面電極型太陽電池の作製を行った。容器内の水蒸気量は１立方メートルあたり４０ｇとなった。
（実施例３）
酸化アルミニウム膜の形成前の前処理において、密閉容器内に蒸発させた純水量を２．０ｇとしたこと以外は、実施例１と同じように裏面電極型太陽電池の作製を行った。容器内の水蒸気量は１立方メートルあたり８０ｇとなった。
（実施例４）
酸化アルミニウム膜の形成前の前処理において、密閉容器内に蒸発させた純水量を６．５ｇとしたこと以外は、実施例１と同じように裏面電極型太陽電池の作製を行った。容器内の水蒸気量は１立方メートルあたり２６０ｇとなった。
（比較例１）
表面ガラス除去、リンス、乾燥まで実施例１と同様に実施した後、特に前処理は行わず、酸化アルミニウム製膜工程以降を実施例１と同様に行った。なお、ガラス除去後の乾燥には、屋内空気をフィルターを通して８０℃に加熱したものを、基板に吹き付ける方法で行った（比較例２〜３、実施例１〜４及び実施例５〜８も同じ）。室内温度は約２５℃、相対湿度は約５０％で制御しているため、乾燥時の１立方メートルあたり水蒸気量は約１１．５ｇと推定される。
（実施例５）
酸化アルミニウム膜の形成前の前処理において、ホットプレートの加熱温度を６０℃としたこと以外は、実施例１と同じように裏面電極型太陽電池の作製を行った。
（実施例６）
酸化アルミニウム膜の形成前の前処理において、ホットプレートの加熱温度を１００℃としたこと以外は、実施例１と同じように裏面電極型太陽電池の作製を行った。
（比較例２）
酸化アルミニウム膜の形成前の前処理において、ホットプレートの加熱温度を５７℃としたこと以外は、実施例１と同じように裏面電極型太陽電池の作製を行った。
（比較例３）
酸化アルミニウム膜の形成前の前処理において、１立方メートルあたり水蒸気量を１７ｇとしたこと以外は、実施例１と同じように裏面電極型太陽電池の作製を行った。
（実施例７）
表面ガラス除去、リンス、乾燥まで実施例１と同様に実施した後、密閉容器内を窒素で置換しないで（すなわち空気中で）８０℃で加熱した。容器内の水蒸気量は１立方メートルあたり２０ｇとした。酸化アルミニウム製膜工程以降は実施例１と同様に行った。
（実施例８）
表面ガラス除去、リンスまで実施例１と同様に実施した後、基板を乾燥させずにクリーンオーブンに戴置させ、８０℃で１５分加熱した。オーブン容積が大きかったため、排気は行わず乾燥させた。オーブン容積６７５リットルに対し、基板および基板キャリアに付着していた水分１７ｇが完全に乾燥できたことから、オーブン内の水分量は１立方メートルあたり３７ｇであったと推定される。酸化アルミニウム製膜工程以降は実施例１と同様に行った。
（評価方法）
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／ｃｍ２、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。得られた結果を下記の表１に示す。
Figure 2019009245
比較例に比べ、実施例１〜４はいずれも開放電圧が高く、変換効率が高い。酸化アルミニウム製膜前に、基板周囲の水蒸気量を２０ｇ／ｍ３以上で基板を加熱処理したことによる効果と考えられる。
比較例に比べ、実施例５、６はいずれも開放電圧が高く、変換効率が高い。酸化アルミニウム製膜前の基板加熱温度は６０〜１００℃であれば変換効率を向上できる。
比較例に比べ、実施例７は開放電圧が高く、変換効率が高い。酸化アルミニウム製膜前の基板加熱時のイナートガスは空気でも変換効率を向上できる。
比較例に比べ、実施例８は開放電圧が高く、変換効率が高い。酸化アルミニウム製膜前の基板加熱処理は乾燥工程と兼用することができる。
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。
１…加熱装置、 ２…ガス供給部、 ３…加熱部、 ４…乾燥部、
５…キャリア、 ６…排気部、 Ｗ…シリコン半導体基板。
本発明の太陽電池の製造方法における酸化アルミニウム製膜前の前処理を行う加熱装置の概念図である。 一般的な両面電極型太陽電池の概観図である。 一般的な両面電極型太陽電池の断面模式図である。 一般的な裏面電極型太陽電池の裏面概観図である。 一般的な裏面電極型太陽電池の断面模式図である。

Claims (3)

  1. シリコン半導体基板にｐｎ接合を形成する工程と、前記シリコン半導体基板の少なくとも一方の主表面上に、酸化アルミニウム膜を製膜する工程とを含む太陽電池の製造方法であって、
    前記酸化アルミニウム膜を製膜する工程より前に、１立方メートルあたりの水蒸気量が２０ｇ以上であり、温度が６０℃以上１００℃以下の雰囲気で前記シリコン半導体基板を加熱処理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. 前記シリコン半導体基板を加熱処理する工程における前記雰囲気は、空気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. 前記酸化アルミニウム膜を製膜する工程より前に、前記シリコン半導体基板を洗浄する工程を有し、
    前記シリコン半導体基板を加熱処理する工程は、前記シリコン半導体基板を洗浄する工程の後の乾燥工程と同時に行われ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。
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