JP2021057435A - 太陽電池セルおよび太陽電池セルの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】簡略化されたプロセスによって、出力特性に優れた太陽電池セルを提供する。【解決手段】太陽電池セル１０は、テクスチャ構造が形成された第１主面Ｓ１、および平坦な第２主面Ｓ２を含むｎ型結晶性シリコンウェーハ１１を備える。ｎ型結晶性シリコンウェーハ１１は、第１主面Ｓ１、第２主面Ｓ２、およびその近傍に、他の領域よりもｎ型ドーパントの濃度が高いｎ＋層１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃを有する。ｎ＋層は、第１主面Ｓ１側よりも第２主面Ｓ２側で深く形成され、ｎ＋層のｎ型ドーパント濃度は、第１主面Ｓ１側よりも第２主面Ｓ２側で高い。【選択図】図１

Description

本開示は、太陽電池セルおよび太陽電池セルの製造方法に関する。

従来、ｎ型結晶性シリコンウェーハ上に非晶質シリコン層を形成したヘテロ接合型の太陽電池セルが広く知られている。また、ヘテロ接合型の太陽電池セルにおいて、ｎ型結晶性シリコンウェーハの表面およびその近傍に、他の領域よりもｎ型ドーパントの濃度が高いｎ^＋層を形成した構造も提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１には、ｐ型非晶質シリコン層が形成されるｎ型結晶性シリコンウェーハの一方の主面およびその近傍に、ｎ^＋層を選択的に形成した構造が開示されている。なお、かかるｎ^＋層の選択的な形成、ｎ^＋層の濃度制御等により、太陽電池セルの出力特性向上が期待される。

国際公開第２０１７／１４５６３３号

ところで、ｎ型結晶性シリコンウェーハの一方の主面側のみにｎ^＋層を選択的に形成する、または一方の主面側と他方の主面側とでｎ^＋層におけるｎ型ドーパント濃度を変更する場合、イオンシャワードーピング法、プラズマドーピング法など、特殊な方法の適用を余儀なくされる。或いは、主面の一方にブロック層を形成してから汎用の方法でｎ型ドーパントをドープする必要がある。このため、製造プロセスの簡略化が求められている。

本開示の目的は、簡略化されたプロセスによって、出力特性に優れた太陽電池セルを提供することである。

本開示の一態様である太陽電池セルは、テクスチャ構造が形成された第１主面、および平坦な第２主面を含むｎ型結晶性シリコンウェーハを備え、前記ｎ型結晶性シリコンウェーハは、前記第１主面、前記第２主面、およびその近傍に、他の領域よりもｎ型ドーパントの濃度が高いｎ^＋層を有し、前記ｎ^＋層は、前記第１主面側よりも前記第２主面側で深く形成され、前記ｎ^＋層のｎ型ドーパント濃度は、前記第１主面側よりも前記第２主面側で高い。

本開示の一態様である太陽電池セルの製造方法は、テクスチャ構造が形成された第１主面、および平坦な第２主面を含むｎ型結晶性シリコンウェーハの前駆体を準備する工程と、前記ｎ型結晶性シリコンウェーハの前駆体を加熱して当該前駆体中にｎ型ドーパントを拡散させ、前記第１主面、前記第２主面、およびその近傍に、他の領域よりもｎ型ドーパントの濃度が高いｎ^＋層を形成する工程とを含む。

本開示の一態様によれば、簡略化されたプロセスによって、出力特性に優れた太陽電池セルを提供できる。

実施形態の一例である太陽電池セルの断面図である。 実施形態の他の一例である太陽電池セルの断面図である。 実施形態の一例である太陽電池セルの製造方法を説明するための図である。 実施形態の他の一例である太陽電池セルの断面図である。

以下、図面を参照しながら、本開示に係る太陽電池セルおよびその製造方法の実施形態の一例について詳細に説明する。なお、本開示は以下で説明する実施形態に限定されない。実施形態の説明で参照する図面は模式的に記載されたものであり、図面に描画された構成要素の寸法比率などは以下の説明を参酌して判断されるべきである。

本明細書において「略〜」との記載は、略全域を例に挙げて説明すると、全域および実質的に全域と認められる状態を含む意図である。また、ｎ型ドーパントとはドナーとして機能するリン（Ｐ）等の不純物を意味し、ｐ型ドーパントとはアクセプターとして機能するボロン（Ｂ）等の不純物を意味する。

図１は、実施形態の一例である太陽電池セル１０の断面図である。図１に例示するように、太陽電池セル１０は、テクスチャ構造が形成された第１主面Ｓ１、およびテクスチャ構造が形成されていない第２主面Ｓ２を含むｎ型結晶性シリコンウェーハ１１を備える。本実施形態では、ｎ型結晶性シリコンウェーハ１１の第１主面Ｓ１に、第１パッシベーション層１２およびｎ型非晶質シリコン層１４が順に形成され、ｎ型結晶性シリコンウェーハ１１の第２主面Ｓ２に、第２パッシベーション層１３およびｐ型非晶質シリコン層１５が順に形成されている。以後、テクスチャ構造が形成されていない主面を単に、平坦な主面、として説明する。

ｎ型結晶性シリコンウェーハ１１は、例えば、４つの角が斜めにカットされた平面視略正方形状を有する。詳しくは後述するが、ｎ型結晶性シリコンウェーハ１１の第１主面Ｓ１、第２主面Ｓ２、およびその近傍には、他の領域よりもｎ型ドーパントの濃度が高いｎ^＋層が形成されている。ｎ^＋層は、第１主面Ｓ１側よりも第２主面Ｓ２側で深く形成され、ｎ^＋層のｎ型ドーパント濃度は、第１主面Ｓ１側よりも第２主面Ｓ２側で高い。ｎ型ドーパントは特に限定されないが、一般的にはリン（Ｐ）が用いられる。

ｎ型結晶性シリコンウェーハ１１、各パッシベーション層、および各非晶質シリコン層におけるドーパント濃度は、２次イオン質量分析（ＳＩＭＳ）により測定される。本明細書では特に断らない限り、ウェーハおよび各層におけるドーパント濃度はＳＩＭＳにより測定されるものとする。また、ドーパント濃度は特に断らない限り、ウェーハまたは各層の全体における平均濃度を意味するものとする。

太陽電池セル１０では、テクスチャ構造が形成されるｎ型結晶性シリコンウェーハ１１の第１主面Ｓ１を受光面、第２主面Ｓ２を裏面とすることが好ましい。テクスチャ構造は、ｎ型結晶性シリコンウェーハ１１の表面反射を抑制して光の吸収量を増加させる表面凹凸構造である。ｎ型結晶性シリコンウェーハ１１の「受光面」とは光が主に入射する面を意味し、ｎ型結晶性シリコンウェーハ１１に入射する光のうち、５０％を超える光、例えば８０％以上または９０％以上の光が受光面側から入射する。

太陽電池セル１０は、さらに、ｎ型非晶質シリコン層１４上に形成された透明導電層１６と、透明導電層１６上に形成された集電極１８とを備える。また、太陽電池セル１０は、ｐ型非晶質シリコン層１５上に形成された透明導電層１７と、透明導電層１７上に形成された集電極１９とを備える。なお、太陽電池セル１０は、本開示の目的を損なわない範囲で、上記各層以外の他の層をさらに有していてもよい。

透明導電層１６，１７は、各非晶質シリコン層上の略全域に形成されることが好ましい。例えば、一辺が１２０〜１６０ｍｍの略正方形のｎ型結晶性シリコンウェーハ１１を用いた場合、透明導電層１６，１７は各非晶質シリコン層上からはみ出さない範囲で、当該ウェーハの外周領域を除く範囲に形成される。外周領域とは、例えば、ウェーハの端縁から２ｍｍ以下の範囲である。

透明導電層１６，１７は、例えば酸化インジウム（Ｉｎ_２Ｏ_３）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）等の金属酸化物に、タングステン（Ｗ）、錫（Ｓｎ）、アンチモン（Ｓｂ）等がドーピングされた透明導電性酸化物（ＩＷＯ、ＩＴＯ等）で構成される。透明導電層１６，１７の厚みは、例えば３０〜５００ｎｍであるのが好ましく、５０〜２００ｎｍであるのがより好ましい。

集電極１８，１９は、複数のフィンガー電極を含む。複数のフィンガー電極は、互いに略平行に形成された細線状の電極であって、ｎ型結晶性シリコンウェーハ１１の広範囲に形成されて生成したキャリアを収集する。集電極１８，１９は、フィンガー電極よりも幅が太く、各フィンガー電極と略直交するバスバー電極を含んでいてもよい。裏面側電極である集電極１９は、受光面側電極である集電極１８よりも大面積に形成されることが好ましく、透明導電層１７上の略全域に形成される金属層であってもよい。

以下、各パッシベーション層、各非晶質シリコン層、およびｎ型結晶性シリコンウェーハ１１について、特にｎ型結晶性シリコンウェーハ１１のｎ^＋層１１Ａ，１１Ｂについて詳説する。

［第１パッシベーション層１２］
第１パッシベーション層１２は、ｎ型結晶性シリコンウェーハ１１の第１主面Ｓ１とｎ型非晶質シリコン層１４との間に介在し、太陽電池セル１０の第１主面Ｓ１（受光面）側におけるキャリアの再結合を抑制する。ｎ型結晶性シリコンウェーハ１１には、第１主面Ｓ１の略全域に第１パッシベーション層１２が形成されることが好ましい。しかし、第１主面Ｓ１の外周領域を避けるように第１パッシベーション層１２を設けてもよい。

第１パッシベーション層１２は、ｎ型非晶質シリコン層１４よりも低濃度のｎ型ドーパントを含有する非晶質シリコン層で構成される。第１パッシベーション層１２は、ドーパントを実質的に含有しない真性な非晶質シリコン層であってもよいが、例えばｎ型非晶質シリコン層１４の成膜時における拡散等により、低濃度のｎ型ドーパントを含む。第１パッシベーション層１２におけるｎ型ドーパントの濃度は、一般的に厚み方向に濃度分布を有するが、例えば、平均して１×１０^１４〜１×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３であり、ＳＩＭＳによる検出限界以下であってもよい。

第１パッシベーション層１２の厚みは、光の透過性、パッシベーション性、および抵抗低減等の観点から、１〜２５ｎｍが好ましく、５〜１０ｎｍがより好ましい。第１パッシベーション層１２の厚みは、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）を用いたセルの断面観察により測定される（他の層についても同様）。第１パッシベーション層１２は、さらに水素、酸素、および炭素を含有していてもよい。

［第２パッシベーション層１３］
第２パッシベーション層１３は、ｎ型結晶性シリコンウェーハ１１の第２主面Ｓ２とｐ型非晶質シリコン層１５との間に介在し、太陽電池セル１０の第２主面Ｓ２（裏面）側におけるキャリアの再結合を抑制する。第２パッシベーション層１３は、ｎ型結晶性シリコンウェーハ１１の第２主面Ｓ２の略全域に形成されることが好ましい。しかし、第１パッシベーション層１２と同様に、第２主面Ｓ２の外周領域を避けるように第２パッシベーション層１３を設けていてもよい。

第２パッシベーション層１３は、例えば、ｐ型非晶質シリコン層１５よりも低濃度のｐ型ドーパントを含有する非晶質シリコンで構成される。第２パッシベーション層１３は、ドーパントを実質的に含有しない真性な非晶質シリコン層であってもよいが、例えばｐ型非晶質シリコン層１５の成膜時における拡散等により、低濃度のｐ型ドーパントを含む。第２パッシベーション層１３におけるｐ型ドーパントの濃度は、例えば、１×１０^１４〜１×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３であり、ＳＩＭＳによる検出限界以下であってもよい。ｐ型ドーパントは特に限定されないが、一般的にはボロン（Ｂ）が用いられる。

第２パッシベーション層１３の厚みは、パッシベーション性、抵抗低減等の観点から、１〜２５ｎｍが好ましく、５〜１０ｎｍがより好ましい。各パッシベーション層の厚みは、互いに略同一であってもよい。第２パッシベーション層１３は、さらに水素、酸素、および炭素を含有していてもよい。

［ｎ型非晶質シリコン層１４］
ｎ型非晶質シリコン層１４は、第１パッシベーション層１２を介してｎ型結晶性シリコンウェーハ１１の第１主面Ｓ１側に形成される。ｎ型非晶質シリコン層１４は、第１パッシベーション層１２上の略全域に形成されることが好ましい。ｎ型非晶質シリコン層１４の厚みは、光の透過性、キャリアの分離性、抵抗低減等の観点から、２〜５０ｎｍが好ましく、５〜２５ｎｍがより好ましい。ｎ型非晶質シリコン層１４は、第１パッシベーション層１２よりも厚く形成されることが好適であり、例えば、第１パッシベーション層１２の厚みの１．５倍〜５倍の厚みを有する。

ｎ型非晶質シリコン層１４は、第１パッシベーション層１２よりも高濃度のｎ型ドーパントを含有する。ｎ型非晶質シリコン層１４におけるｎ型ドーパントの濃度は、例えば１×１０^１９〜１×１０^２３ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３であり、好ましくは１×１０^２０〜１×１０^２２ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３である。ｎ型非晶質シリコン層１４は、さらに水素、酸素、および炭素を含有していてもよい。

［ｐ型非晶質シリコン層１５］
ｐ型非晶質シリコン層１５は、第２パッシベーション層１３を介してｎ型結晶性シリコンウェーハ１１の第２主面Ｓ２側に形成される。ｐ型非晶質シリコン層１５は、第２パッシベーション層１３上の略全域に形成されることが好ましい。ｐ型非晶質シリコン層１５の厚みは、キャリアの分離性、抵抗低減等の観点から、１〜２５ｎｍが好ましく、５〜１０ｎｍがより好ましい。ｐ型非晶質シリコン層１５は、第２パッシベーション層１３よりも厚く形成されることが好適であり、例えば、第２パッシベーション層１３の厚みの１．５〜５倍の厚みを有する。

ｐ型非晶質シリコン層１５は、第２パッシベーション層１３よりも高濃度のｐ型ドーパントを含有する。ｐ型非晶質シリコン層１５におけるｐ型ドーパントの濃度は、例えば１×１０^１９〜１×１０^２３ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３であり、好ましくは１×１０^２０〜１×１０^２２ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３である。ｐ型非晶質シリコン層１５は、ｎ型非晶質シリコン層１４と同様に、水素、酸素、および炭素を含有していてもよい。

［ｎ型結晶性シリコンウェーハ１１］
ｎ型結晶性シリコンウェーハ１１は、多結晶シリコンウェーハであってもよいが、好ましくは単結晶シリコンウェーハである。ｎ型結晶性シリコンウェーハ１１等に含有されるｎ型ドーパントの濃度は、例えば、ｎ型結晶性シリコンウェーハ１１のｎ^＋層１１Ａ，１１Ｂを除く他の領域（以下、「低ドープ領域」という場合がある）において、平均して１×１０^１４〜１×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３である。

ｎ型結晶性シリコンウェーハ１１の厚みは、例えば５０〜３００μｍである。ｎ型結晶性シリコンウェーハ１１には、一般的にチョクラルスキー法（Ｃｚ法）により製造されるウェーハが用いられるが、エピタキシャル成長法により製造されるウェーハを用いることも可能である。

ｎ型結晶性シリコンウェーハ１１の第１主面Ｓ１には、上記の通り、表面反射を抑制して光の吸収量を増大させる表面凹凸であるテクスチャ構造が形成されている。テクスチャ構造は、例えば、アルカリ溶液を用いて単結晶シリコンウェーハの（１００）面を異方性エッチングすることで形成できる。この場合、単結晶シリコンウェーハの表面には、（１１１）面を斜面とするピラミッド状の凸部が多数形成される。また、隣り合うピラミッド状の凸部の斜面が互いに接触し、その間にＶ字状の凹部を形成する。

第１主面Ｓ１に形成されたピラミッド状の凸部のサイズは、例えば１μｍ〜１５μｍである。凸部のサイズとは、第１主面Ｓ１の平面視における凸部の外接円の直径を意味し、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）またはレーザーマイクロスコープを用いて測定できる。また、凸部の高さは、例えば１μｍ〜１０μｍである。ｎ型非晶質シリコン層１４および透明導電層１６は薄膜であるから、これら薄膜層の上にもテクスチャ構造が現れる。言い換えると、ｎ型非晶質シリコン層１４および透明導電層１６は、テクスチャ構造の凹凸に沿って形成される。

ｎ型結晶性シリコンウェーハ１１の第２主面Ｓ２は、テクスチャ構造を有さない平坦面である。本実施形態では、ｎ型結晶性シリコンウェーハ１１の表面のうち、第１主面Ｓ１のみにテクスチャ構造が選択的に形成されている。詳しくは後述するが、テクスチャ構造は、従来公知の方法によりｎ型結晶性シリコンウェーハ１１の特定の表面に選択的に形成できる。

ｎ型結晶性シリコンウェーハ１１は、第１主面Ｓ１およびその近傍に形成されたｎ^＋層１１Ａと、第２主面Ｓ２およびその近傍に形成されたｎ^＋層１１Ｂとを有する。また、ｎ型結晶性シリコンウェーハ１１には、側面およびその近傍にも、ｎ^＋層１１Ａ、ｎ^＋層１１Ｂを除く他の領域（低ドープ領域）と比較してｎ型ドーパントの濃度が高いｎ^＋層が形成される。本実施形態では、ｎ型結晶性シリコンウェーハ１１の表面およびその近傍から離れたウェーハ内部の領域が、低ドープ領域となる。

太陽電池セル１０では、ｎ^＋層１１Ｂがｎ^＋層１１Ａよりも深く形成される。換言すると、ｎ^＋層１１Ｂの厚み＞ｎ^＋層１１Ａの厚みである。テクスチャ構造が形成された第１主面Ｓ１側には、テクスチャ構造の凹凸に沿ってｎ^＋層１１Ａが形成される。ｎ^＋層１１Ａは、例えば、第１主面Ｓ１から１００ｎｍ以下の深さ（厚み）で形成され、好ましくは１０ｎｍ〜８０ｎｍの深さで形成される。

他方、平坦な第２主面Ｓ２側には、ｎ^＋層１１Ａを超える深さで、例えば、第２主面Ｓ２から２０ｎｍ〜２００ｎｍの深さでｎ^＋層１１Ｂが形成される。また、ｎ型結晶性シリコンウェーハ１１の側面およびその近傍には、側面からｎ^＋層１１Ｂと同程度の深さでｎ^＋層が形成される。つまり、ｎ型結晶性シリコンウェーハ１１の平坦な表面に沿って形成されるｎ^＋層は、テクスチャ構造が存在する表面に沿って形成されるｎ^＋層よりも深く形成されている。

さらに、ｎ^＋層１１Ｂのｎ型ドーパント濃度は、ｎ^＋層１１Ａのｎ型ドーパント濃度よりも高くなっている。また、ｎ型結晶性シリコンウェーハ１１の側面に沿って形成されるｎ^＋層は、ｎ^＋層１１Ｂと同程度のｎ型ドーパント濃度を有する。ｎ^＋層１１Ａのｎ型ドーパント濃度の一例は、平均して１×１０^１７〜１×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３である。

他方、ｎ^＋層１１Ｂのｎ型ドーパント濃度は、ｎ^＋層１１Ａのｎ型ドーパント濃度より高く、例えば、平均して２×１０^１７〜５×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３である。つまり、ｎ型結晶性シリコンウェーハ１１の平坦な表面に沿って形成されるｎ^＋層は、テクスチャ構造が存在する表面に沿って形成されるｎ^＋層とよりも高濃度のｎ型ドーパントを含有している。なお、いずれのｎ^＋層も、深さが深くなるほど、すなわちｎ型結晶性シリコンウェーハ１１の表面から離れるほど、ｎ型ドーパントの濃度が低下する濃度勾配を有する。

ｎ^＋層１１Ｂは、ｎ^＋層１１Ａと比較して１．５倍〜２．５倍の深さで形成され、１．５倍〜２．５倍の濃度のｎ型ドーパントを含有することが好ましい。換言すると、ｎ^＋層は、テクスチャ構造が形成された第１主面Ｓ１側よりも平坦な第２主面Ｓ２側において、１．５倍〜２．５倍の深さで形成され、１．５倍〜２．５倍の濃度のｎ型ドーパントを含有している。

本実施形態では、第２主面Ｓ２に第２パッシベーション層１３を介してｐ型非晶質シリコン層１５が形成され、第２主面Ｓ２がｐｎ接合面を構成している。すなわち、ｐｎ接合面から所定の深さで、高濃度のｎ型ドーパントを含有するｎ^＋層１１Ｂが形成されている。当該構成を適用することにより、適用しない場合と比べて、太陽電池セル１０の出力特性が大きく向上する。また、第１主面Ｓ１およびその近傍には、ｎ^＋層１１Ｂよりも浅く、低濃度のｎ^＋層１１Ａが形成されることにより、太陽電池セル１０の出力特性がさらに向上する。

図２は、太陽電池セル１０の変形例である太陽電池セル１０Ｘの断面図である。なお、図２では、第１主面Ｓ１および第２主面Ｓ２の端縁まで上記各層が形成されているが、上記各層は主面の外周領域に設けられていなくてもよい。

図２に例示する太陽電池セル１０Ｘは、ｎ型結晶性シリコンウェーハ１１Ｘの側面Ｓ３にテクスチャ構造が形成され、テクスチャ構造の凹凸に沿ってｎ^＋層１１Ｃが形成されている点で、太陽電池セル１０と異なる。そして、ｎ^＋層１１Ｃは、ｎ^＋層１１Ａと同程度の深さ、およびｎ型ドーパント濃度を有する。つまり、ｎ型結晶性シリコンウェーハ１１Ｘの側面Ｓ３およびその近傍に形成されるｎ^＋層１１Ｃは、ｎ^＋層１１Ｂよりも浅く形成され、含有されるｎ型ドーパントの濃度が低い。この場合、側面Ｓ３およびその近傍に沿って流れるリーク電流を抑制でき、出力特性が向上に寄与する。

以下、図３を参照しながら、上記構成を備えた太陽電池セル１０の製造方法の一例について詳説する。

図３に例示するように、太陽電池セル１０の製造工程には、以下の工程が含まれる。
（１）テクスチャ構造が形成された第１主面Ｓ１、および平坦な第２主面Ｓ２を含むｎ型結晶性シリコンウェーハ１１ｚを準備する工程。
（２）ｎ型ドーパント源を含む酸化性溶液にｎ型結晶性シリコンウェーハ１１ｚを浸漬して当該ウェーハの表面全体に、ｎ型ドーパントを含有する酸化膜２０を形成する工程。
（３）酸化膜２０が形成されたｎ型結晶性シリコンウェーハ１１ｚを加熱して当該ウェーハ中にｎ型ドーパントを拡散させ、第１主面Ｓ１、第２主面Ｓ２、およびその近傍に、他の領域よりもｎ型ドーパントの濃度が高いｎ^＋層１１Ａ，１１Ｂを形成する工程。
（４）酸化膜２０を除去する工程。
ここで、ｎ型結晶性シリコンウェーハ１１ｚは、ｎ^＋層が形成される前のｎ型結晶性シリコンウェーハ、すなわちｎ型結晶性シリコンウェーハ１１の前駆体を意味する。

なお、ｎ型結晶性シリコンウェーハ１１ｚを、ｎ型ドーパント源を含む酸化性溶液に浸漬する工程に代えて、塩化ホスホリル（ＰＯＣｌ_３）等の蒸気を用いた熱拡散法を適用して、ｎ^＋層１１Ａ，１１Ｂを形成してもよい。

上記工程（１）では、アルカリ溶液を用いて、ｎ型結晶性シリコンウェーハ１１ｚの第１主面Ｓ１をエッチングすることにより、第１主面Ｓ１にテクスチャ構造が形成される。例えば、（１００）面を有するｎ型単結晶シリコンウェーハをアルカリ溶液に浸漬することにより、ウェーハ表面が（１１１）面に沿って異方性エッチングされ、（１１１）面を斜面とするピラミッド状の凸部が形成される。

ｎ型結晶性シリコンウェーハ１１ｚの第１主面Ｓ１のみに選択的にテクスチャ構造を形成する方法としては、第２主面Ｓ２を保護するブロック層を形成してからアルカリ溶液にウェーハを浸漬する方法が挙げられる。なお、側面Ｓ３を平坦面とする場合には、側面Ｓ３にもブロック層を形成する。ブロック層は、アルカリ溶液でエッチングされず、酸性溶液等を用いてエッチング可能な層であればよく、一例としては、窒化シリコン（ＳｉＮ）層が挙げられる。

或いは、ｎ型結晶性シリコンウェーハ１１ｚの表面全体にテクスチャ構造を形成した後、第２主面Ｓ２のテクスチャ構造をエッチングして第２主面Ｓ２を平坦化してもよい。また、第１主面Ｓ１のみにアルカリ性溶液を選択的に塗布することで、第１主面Ｓ１のみにテクスチャ構造を形成してもよい。

アルカリ溶液の一例としては、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）溶液、水酸化カリウム（ＫＯＨ）溶液等が挙げられる。溶媒は、水を主成分とする水系溶媒が好ましく、１重量％〜１０重量％程度の添加剤を含有していてもよい。添加剤は、例えばイソプロピルアルコール、シクロヘキサンジオール、オクタノール等のアルコール系溶媒、４−プロピル安息香酸、４−ｔ−ブチル安息香酸、４−ｎ−ブチル安息香酸、４−ペンチル安息香酸、４−ブトキシ安息香酸、４−ｎ−オクチルベンゼンスルホン酸、カプリル酸、ラウリン酸等の有機酸などである。

上記工程（２）では、ｎ型ドーパント源を含み、シリコンウェーハの表面に酸化膜を形成する機能を有する酸化性溶液にｎ型結晶性シリコンウェーハ１１ｚを浸漬することで、第１主面Ｓ１、第２主面Ｓ２、側面Ｓ３を含むウェーハの表面全体に、ｎ型ドーパントを含有する酸化膜２０を形成する。ｎ型ドーパント源を含む酸化性溶液には、例えば、濃度７０質量％の硝酸水溶液と、濃度８５質量％のリン酸水溶液との混合液が用いられる。各水溶液の混合比率は、硝酸水溶液：リン酸水溶液の体積比で、１０：９０〜５０：５０が好ましく、２０：８０〜４０：６０がより好ましい。

ｎ型ドーパント源を含む酸化性溶液は、リン酸（オルトリン酸）および硝酸を含むものに限定されず、例えば硝酸の代わりにまたは硝酸と共に、塩酸、過酸化水素水等の他の酸を含んでいてもよい。ｎ型ドーパント源であるリン酸には、メタリン酸を用いてもよく、また酸化性溶液にはリン酸以外のｎ型ドーパント源が含まれていてもよい。

上記工程（３）は、酸化膜２０に含有されるｎ型ドーパントをｎ型結晶性シリコンウェーハ１１ｚ中に熱拡散させる工程である。ｎ型結晶性シリコンウェーハ１１ｚが、７００℃〜１０００℃、好ましくは８００℃〜９５０℃の温度で加熱されることにより、酸化膜２０に含有されるｎ型ドーパントが拡散して、第１主面Ｓ１、第２主面Ｓ２、およびその近傍にｎ^＋層１１Ａ，１１Ｂが形成される。また、側面Ｓ３およびその近傍にも、ｎ^＋層が形成される。

上記工程（３）により、ｎ型結晶性シリコンウェーハ１１には、表面からの深さがｎ^＋層１１Ａ＜ｎ^＋層１１Ｂ、ｎ型ドーパントの濃度がｎ^＋層１１Ａ＜ｎ^＋層１１Ｂとなるｎ^＋層１１Ａ，１１Ｂが形成される。なお、側面Ｓ３およびその近傍には、ｎ^＋層１１Ｂと同程度の深さおよびｎ型ドーパント濃度を有するｎ^＋層が形成される。

ｎ^＋層１１Ａ，１１Ｂの深さおよびｎ型ドーパント濃度の差異は、テクスチャ構造が形成された第１主面Ｓ１と、平坦な第２主面Ｓ２との表面状態の差異に起因して発生すると考えられる。平坦な第２主面Ｓ２には（１００）面が現れ、テクスチャ構造が形成された第１主面Ｓ１には（１１１）面が現れるが、（１００）面は（１１１）面と比較して結晶構造が疎であるため、ｎ型ドーパントがドープされ易い。言い換えると、（１１１）面は（１００）面と比較して結晶構造が密であるため、ｎ型ドーパントがドープされ難い。その結果、第１主面と第２主面に対して同じ製造工程を適用するだけで、第２主面Ｓ２側に高濃度で深いｎ^＋層１１Ｂを形成することができ、第１主面Ｓ１側に低濃度で浅いｎ^＋層１１Ａを形成することができると考えられる。

つまり、ｎ型結晶性シリコンウェーハ１１の特定の表面にテクスチャ構造を選択的に形成することにより、当該表面の近傍と、テクスチャ構造が存在しない平坦な表面の近傍とで、ｎ^＋層の深さおよびｎ型ドーパントの濃度を容易に異ならせることができる。

上記工程（４）では、表面に酸化膜２０が存在するｎ型結晶性シリコンウェーハ１１をフッ酸に浸漬することにより、酸化膜２０が除去される。ｎ型結晶性シリコンウェーハ１１の表面に自然酸化膜が存在する場合、自然酸化膜も併せて除去される。

上記工程（４）により酸化膜２０が除去された第１主面Ｓ１には、第１パッシベーション層１２およびｎ型非晶質シリコン層１４が順に形成され、酸化膜２０が除去された第２主面Ｓ２には、第２パッシベーション層１３およびｐ型非晶質シリコン層１５が順に形成される。そして、例えばスパッタリングにより、ｎ型非晶質シリコン層１４上に透明導電層１６が、ｐ型非晶質シリコン層１５上に透明導電層１７がそれぞれ形成される。最後に、透明導電層１６上に集電極１８が、透明導電層１７上に集電極１９がそれぞれ形成され、上記構成を備えた太陽電池セル１０が製造される。集電極１８，１９は、例えば、導電性ペーストをスクリーン印刷して形成される。

本実施形態では、パッシベーション層として、実質的にドーパントを含有しない真性な非晶質シリコン層（ｉ型非晶質シリコン層）が形成される。なお、第１パッシベーション層１２にはｎ型非晶質シリコン層１４の成膜時にｎ型ドーパントが拡散し、第２パッシベーション層１３にはｐ型非晶質シリコン層１５の成膜時にｐ型ドーパントが拡散する。非晶質シリコン層は、従来公知の成膜法で形成されるが、触媒化学気相成長法（Ｃａｔ−ＣＶＤ）、またはプラズマ化学気相成長法（ＰＥ−ＣＶＤ）で形成されることが好ましい。

以上のように、太陽電池セル１０は、ｎ型結晶性シリコンウェーハ１１の裏面である第２主面Ｓ２がｐｎ接合面であり、ｐｎ接合面から高濃度のｎ^＋層１１Ｂが深く形成されている。また、ｎ型結晶性シリコンウェーハ１１の受光面である第１主面Ｓ１には、光の表面反射を抑制して光の吸収量を増加させるテクスチャ構造が形成されると共に、テクスチャ構造の凹凸に沿って、ｎ^＋層１１Ｂよりも浅く低濃度のｎ^＋層１１Ａが形成されている。かかる構造を備えた太陽電池セル１０は、優れた出力特性を有する。

また、太陽電池セル１０は、ｎ型結晶性シリコンウェーハ１１の第１主面Ｓ１にテクスチャ構造を選択的に形成した後、ｎ型ドーパントを含む酸化性溶液に浸漬するという簡略化されたプロセスによって製造可能である。

図４は、実施形態の他の一例である太陽電池セル３０の断面図である。図４に例示する太陽電池セル３０は、ｎ型結晶性シリコンウェーハ１１の裏面である第２主面Ｓ２側のみに集電極３１，３２を備える点で、集電極１８，１９が各主面にそれぞれ形成された太陽電池セル１０と異なる。集電極３１，３２は、それぞれ後述のｎ側領域およびｐ側領域からキャリアを収集する電極であって、櫛歯状に形成される。

太陽電池セル３０は、ｎ型結晶性シリコンウェーハ１１の受光面である第１主面Ｓ１に形成された絶縁層３３を備える。なお、ｎ型結晶性シリコンウェーハ１１と絶縁層３３の間に、パッシベーション層として、例えば、実質的に真性な非晶質シリコン層が形成されてもよい。絶縁層３３の好適な一例は、ＳｉＮ層である。

ｎ型結晶性シリコンウェーハ１１の第２主面Ｓ２には、第１パッシベーション層１２と第２パッシベーション層１３がそれぞれ直接形成されている。太陽電池セル３０では、第１パッシベーション層１２およびｎ型非晶質シリコン層１４がｎ側領域を、第２パッシベーション層１３およびｐ型非晶質シリコン層１５がｐ側領域をそれぞれ構成するものとする。ｎ側領域（ｎ型非晶質シリコン層１４）上には透明導電層１６を介して集電極３１が、ｐ側領域（ｐ型非晶質シリコン層１５）上には透明導電層１７を介して集電極３２がそれぞれ形成される。

ｎ側領域とｐ側領域は、例えば、ｎ型結晶性シリコンウェーハ１１の端縁と略平行にストライプ状に配置され、互いに噛み合う櫛歯状パターンで形成される。ｐ側領域の一部がｎ側領域の一部に重なり、ｎ側領域およびｐ側領域がｎ型結晶性シリコンウェーハ１１の裏面に隙間なく形成される。ｎ側領域とｐ側領域が重なる部分には、各領域の間に絶縁層３４が設けられている。絶縁層３４には、絶縁層３３と同様に、ＳｉＮを適用できる。

太陽電池セル３０においても、ｎ型結晶性シリコンウェーハ１１の第１主面Ｓ１にテクスチャ構造が形成され、第１主面Ｓ１、第２主面Ｓ２、およびその近傍に、ｎ^＋層１１Ａ，１１Ｂがそれぞれ形成されている。ｎ^＋層１１Ａ，１１Ｂは、ｎ型結晶性シリコンウェーハ１１の表面からの深さがｎ^＋層１１Ａ＜ｎ^＋層１１Ｂであり、ｎ型ドーパントの濃度がｎ^＋層１１Ａ＜ｎ^＋層１１Ｂである。太陽電池セル３０は、ｎ^＋層１１Ａ，１１Ｂが存在しないセルと比べて出力特性に優れる。なお、太陽電池セル３０の側面は図示されていないが、実施形態の一例である太陽電池セル１０と同様に平坦な面であってもよいし、変形例である太陽電池セル１０Ｘのようにテクスチャを備えていてもよい。それぞれの形状に応じた深さのｎ＋層を備えており、テクスチャを備える側面とするのが、より好ましい。

また、太陽電池セル３０は、太陽電池セル１０と同様に、ｎ型結晶性シリコンウェーハ１１の第１主面Ｓ１にテクスチャ構造を選択的に形成した後、ｎ型ドーパントを含む酸化性溶液に浸漬するという簡便なプロセスによって製造可能である。

１０，３０ 太陽電池セル、１１ ｎ型結晶性シリコンウェーハ、１１Ａ，１１Ｂ ｎ^＋層、１２ 第１パッシベーション層、１３ 第２パッシベーション層、１４ ｎ型非晶質シリコン層、１５ ｐ型非晶質シリコン層、１６，１７ 透明導電層、１８，１９，３１，３２ 集電極、２０ 酸化膜、Ｓ１ 第１主面、Ｓ２ 第２主面、Ｓ３ 側面

Claims (6)

1. テクスチャ構造が形成された第１主面、および平坦な第２主面を含むｎ型結晶性シリコンウェーハを備え、
   前記ｎ型結晶性シリコンウェーハは、前記第１主面、前記第２主面、およびその近傍に、他の領域よりもｎ型ドーパントの濃度が高いｎ^＋層を有し、
   前記ｎ^＋層は、前記第１主面側よりも前記第２主面側で深く形成され、
   前記ｎ^＋層のｎ型ドーパント濃度は、前記第１主面側よりも前記第２主面側で高い、太陽電池セル。
2. 前記ｎ型結晶性シリコンウェーハの前記第２主面側に形成されたｐ型非晶質シリコン層をさらに備える、請求項１に記載の太陽電池セル。
3. 前記ｎ型結晶性シリコンウェーハの側面には、前記テクスチャ構造が形成され、
   当該側面およびその近傍に形成される前記ｎ^＋層は、前記第２主面およびその近傍に形成される前記ｎ^＋層よりも浅く形成され、ｎ型ドーパント濃度が低い、請求項１または２に記載の太陽電池セル。
4. 前記ｎ^＋層は、前記第１主面側よりも前記第２主面側において、１．５倍〜２．５倍の深さで形成され、１．５倍〜２．５倍の濃度のｎ型ドーパントを含有する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の太陽電池セル。
5. テクスチャ構造が形成された第１主面、および平坦な第２主面を含むｎ型結晶性シリコンウェーハの前駆体を準備する工程と、
   前記ｎ型結晶性シリコンウェーハの前駆体を加熱して当該前駆体中にｎ型ドーパントを拡散させ、前記第１主面、前記第２主面、およびその近傍に、他の領域よりもｎ型ドーパントの濃度が高いｎ^＋層を形成する工程と、
   を含む、太陽電池セルの製造方法。
6. ｎ型ドーパント源を含む酸化性溶液に前記ｎ型結晶性シリコンウェーハの前駆体を浸漬して当該前駆体の表面全体に、ｎ型ドーパントを含有する酸化膜を形成する工程と、
   前記酸化膜が形成された前記ｎ型結晶性シリコンウェーハを加熱して前記ｎ^＋層を形成した後、前記酸化膜を除去する工程と、
   を含む、請求項５に記載の太陽電池セルの製造方法。

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