JP5213188B2 - 裏面電極型太陽電池、および裏面電極型太陽電池の製造方法 - Google Patents

裏面電極型太陽電池、および裏面電極型太陽電池の製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、裏面電極型太陽電池、および裏面電極型太陽電池の製造方法に関する。
太陽光エネルギを直接電気エネルギに変換する太陽電池は、近年、特に地球環境問題の観点から、次世代のエネルギ源としての期待が急激に高まっている。太陽電池としては、化合物半導体または有機材料を用いたものなど様々な種類があるが、現在、主流となっているのは、シリコン結晶を用いたものである。
現在、最も多く製造および販売されている太陽電池は、太陽光が入射する側の面（受光面）と、受光面の反対側である面（裏面）とに電極が形成された構造のものである。
受光面に電極を形成した場合、電極における光の反射、吸収があることから、形成された電極の面積分だけ入射する太陽光が減少するので、裏面にのみ電極を形成した裏面電極型太陽電池が開発されている。
図８は、特許文献１に開示されている従来の裏面電極型太陽電池の断面を表す模式図である。以下に、従来の裏面電極型太陽電池１０１について説明する。
ｎ型シリコンウェーハ１０４の受光面側には凹凸形状１０５が形成され、ｎ型前面側拡散領域１０６であるＦＳＦ（Ｆｒｏｎｔ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｆｉｅｌｄ）層が形成されている。そして、凹凸形状１０５上には、ｎ型シリコンウェーハ１０４側から、二酸化ケイ素を含む誘電性パッシベーション層１０８、窒化シリコンを含む反射防止コーティング１０７が形成されている。
また、ｎ型シリコンウェーハ１０４の裏面には酸化物層１０９が形成されている。さらに、ｎ型シリコンウェーハ１０４の裏面側にはｎ型ドープされたｎ＋領域１１０とｐ型ドープされたｐ＋領域１１１とが交互に形成されている。そして、ｎ＋領域１１０にはｎ型用金属コンタクト１０２が形成されており、ｐ＋領域１１１にはｐ型用金属コンタクト１０３が形成されている。
特表２００８−５３２３１１号公報
複数の裏面電極型太陽電池が直列または並列で接続される裏面電極型太陽電池モジュールにおいて、動作中に裏面電極型太陽電池モジュールの一部に太陽光があたらない影が生じた場合、影が生じた裏面電極型太陽電池は、他の裏面電極型太陽電池との関係で逆バイアス電圧がかかる。
この際、特許文献１に記載のように、裏面電極型太陽電池の裏面側の外周縁がｎ型シリコンウェーハの導電型と異なる導電型であるｐ＋領域を有する場合、逆バイアス電圧がかかると、外周縁を通してリーク電流が発生しやすくなる。
本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、逆バイアス電圧がかかった際、リーク電流を抑えることが可能な裏面電極型太陽電池および裏面電極型太陽電池の製造方法を提供することにある。
本発明は、第１導電型のシリコン基板の受光面とは反対側の面である裏面のみに、第１の導電型用電極と、第１の導電型とは異なる第２の導電型用電極とを有する裏面電極型太陽電池において、シリコン基板の裏面側に、第１の導電型用電極に接した第１の導電型拡散層と、第２の導電型用電極に接した第２の導電型拡散層とが交互に隣接して形成され、シリコン基板の裏面側の外周縁は、第１の導電型拡散層であり、外周縁の第１の導電型拡散層は全てつながっている裏面電極型太陽電池である。
ここで、本発明の裏面電極型太陽電池において、第１の導電型拡散層の面積の合計は、第２の導電型拡散層の面積の合計よりも小さいことが好ましい。
また、本発明の裏面電極型太陽電池において、シリコン基板の受光面側に第１の導電型である受光面拡散層が形成されていることが好ましい。
また、本発明の裏面電極型太陽電池において、受光面拡散層の受光面上に受光面パッシベーション膜が形成され、受光面パッシベーション膜の受光面上に第１の導電型の不純物を含む酸化チタンである反射防止膜が形成されていることが好ましい。
また、本発明の裏面電極型太陽電池において、第１の導電型は、ｎ型であることが好ましい。
また、本発明の裏面電極型太陽電池において、受光面パッシベーション膜の膜厚が、１５ｎｍ〜２００ｎｍであることが好ましい。
また、本発明の裏面電極型太陽電池において、反射防止膜に含まれる不純物が、リン酸化物として１５ｗｔ％〜３５ｗｔ％含有することが好ましい。
本発明は、第１導電型のシリコン基板の受光面とは反対側の面である裏面のみに、第１の導電型用電極と、第１の導電型とは異なる第２の導電型用電極とを有する裏面電極型太陽電池において、シリコン基板の裏面側には、第１の導電型用電極に接した第１の導電型拡散層と、第２の導電型用電極に接した第２の導電型拡散層とが交互に形成され、第２の導電型拡散層は、第１の導電型拡散層に隣接して囲まれており、シリコン基板の裏面側の外周縁は、第１の導電型拡散層であり、外周縁の第１の導電型拡散層は全てつながっている裏面電極型太陽電池である。
本発明は、第１導電型のシリコン基板の受光面とは反対側の面である裏面のみに、第１の導電型用電極と、第１の導電型とは異なる第２の導電型用電極とを有する裏面電極型太陽電池において、シリコン基板の裏面側には拡散層が形成され、拡散層は、第１の導電型用電極に接した第１の導電型拡散層と、第２の導電型用電極に接した第２の導電型拡散層とからなり、第２の導電型拡散層は、第１の導電型拡散層に隣接して島状に形成されており、シリコン基板の裏面側の外周縁は、第１の導電型拡散層であり、外周縁の第１の導電型拡散層は全てつながっている裏面電極型太陽電池である。
ここで、本発明の裏面電極型太陽電池において、第１の導電型拡散層は１つの拡散層領域を形成しているが好ましい。
また、本発明の裏面電極型太陽電池において、シリコン基板の裏面側に形成された第１の導電型拡散層の面積の合計は、第２導電型拡散層の面積の合計よりも小さいことが好ましい。
また、本発明の裏面電極型太陽電池において、第１の導電型は、ｎ型であることが好ましい。
また、本発明の裏面電極型太陽電池の製造方法において、第１導電型のシリコン基板の受光面とは反対側の面である裏面に第１の導電型用電極と、第１の導電型とは異なる第２の導電型用電極とを有する裏面電極型太陽電池の製造方法において、シリコン基板の裏面に第１の導電型拡散層を形成する工程と、シリコン基板に熱酸化法により酸化シリコン膜を形成する工程と、シリコン基板の裏面の第１の導電型拡散層が形成されている領域と第１の導電型拡散層が形成されていない領域との酸化シリコン膜厚差によるマスク効果を利用して、シリコン基板の裏面に第２の導電型拡散層を形成する工程とを有することが好ましい。
ここで、本発明の裏面電極型太陽電池の製造方法において、シリコン基板の裏面に第２の導電型拡散層を形成する工程の前に、酸化シリコン膜をエッチングする工程をさらに備えることが好ましい。
また、本発明の裏面電極型太陽電池の製造方法において、酸化シリコン膜をエッチングする工程では、酸化シリコン膜を第１の導電型拡散層上のみに残すことが好ましい。
また、本発明の裏面電極型太陽電池の製造方法において、シリコン基板の裏面に第１の導電型拡散層を形成する工程での、第１の導電型拡散層の表面濃度が、５×１０１９／ｃｍ３以上であることが好ましい。
また、本発明の裏面電極型太陽電池の製造方法において、第１の導電型拡散層上のみに残す酸化シリコン膜の膜厚が、６０ｎｍ以上であることが好ましい。
また、本発明の裏面電極型太陽電池の製造方法において、第１の導電型は、ｎ型であることが好ましい。
本発明によれば、裏面電極型太陽電池の裏面側の外周縁にシリコン基板の導電型と同じ導電型拡散層を形成することで、裏面電極型太陽電池に逆バイアス電圧がかかった際、リーク電流を抑えることができる。
本発明の裏面電極型太陽電池の一例の模式的な裏面図である。 本発明の裏面電極型太陽電池の一例の模式的な断面構成図である。 本発明の裏面電極型太陽電池の一例の模式的な裏面側から見た拡散層の図である。 本発明の裏面電極型太陽電池の製造方法の一例を示す模式的な図である。 本発明の裏面電極型太陽電池の他の一例の模式的な断面構成図である。 本発明の裏面電極型太陽電池の製造方法の他の一例を示す模式的な図である。 本発明の裏面電極型太陽電池の製造方法のさらに他の一例を示す模式的な図である。 従来技術の裏面電極型太陽電池の一例の模式的な断面構成図である。
図１、図２は、裏面にのみ電極を形成した本発明の裏面電極型太陽電池を表す図である。図１は、裏面電極型太陽電池１の受光面とは反対側の面である裏面側から見た図であり、裏面電極型太陽電池１の裏面には、ｎ型用電極２およびｐ型用電極３がそれぞれ帯状に交互に形成されている。
図２は、図１で示したａ−ａ′の断面を表す図である。ｎ型シリコン基板４の受光面側には凹凸形状５（テクスチャ構造）が形成されている。この凹凸はμｍオーダーである。凹凸形状５の受光面側には受光面パッシベーション膜６が形成されている。さらに、受光面パッシベーション膜６の受光面側には反射防止膜７が形成されている。ここで、受光面パッシベーション膜６は窒化シリコン膜で、その膜厚は１０ｎｍ以下であり、また、反射防止膜７も窒化シリコン膜で、その膜厚は５０ｎｍ〜１００ｎｍである。反射防止膜７の窒化シリコン膜は、受光面パッシベーション膜６の窒化シリコン膜よりも窒素含有率が高い。また、受光面パッシベーション膜６の窒化シリコン膜は、反射防止膜７の窒化シリコン膜よりも屈折率が高い。なお、受光面パッシベーション膜６は酸化シリコン膜であってもよい。
また、ｎ型シリコン基板４の裏面には、裏面パッシベーション膜８が形成されている。ｎ型シリコン基板４の裏面側にはｎ＋層（ｎ型拡散層）９とｐ＋層（ｐ型拡散層）１０とが交互に隣接して形成されており、ｎ型シリコン基板４の裏面のｎ＋層９領域の表面は、ｎ型シリコン基板４の裏面のｎ＋層９領域以外の表面よりも凹状になっている。ここで、図２に示す凹状の深さＡは数十ｎｍのオーダーである。さらに、ｎ＋層９にはｎ型用電極２が形成され、ｐ＋層１０にはｐ型用電極３が形成されている。また、ｎ＋層９上の裏面パッシベーション膜８とｐ＋層１０上の裏面パッシベーション膜８とに膜厚差があり、ｎ＋層９上の裏面パッシベーション膜８の方が厚くなっている。ここで、ｎ＋層（ｎ型拡散層）９とｐ＋層（ｐ型拡散層）１０とが交互に隣接して形成されていることより、裏面電極型太陽電池１に逆方向のバイアス（逆バイアス電圧）がかかったとき、部分的に電圧がかかることがなく、局所的なリーク電流による発熱をさけることができる。
図３は、裏面電極型太陽電池１からｎ型用電極２とｐ型用電極３とを除去し裏面パッシベーション膜８除去した場合に、ｎ＋層９とｐ＋層１０とを裏面側から見た図である。ｎ型シリコン基板４の裏面の外周縁にはｎ＋層９が形成されている。
外周縁にはシリコン基板の導電型であるｎ型と同じ導電型であるｎ型の拡散層であるｎ＋層９が形成されているので、裏面電極型太陽電池１に逆方向のバイアス（逆バイアス電圧）がかかったとき、リーク電流を抑えることができる。
図３に示すように、シリコン基板エッジからｐ＋層１０までの距離（ｐ＋層１０長辺方向に対し垂直方向）はＣ＞Ｄとなっており、ｎ型シリコン基板４の裏面の外周縁のｎ＋層９の幅は違っている。広い方の領域Ｃにも、ｐ＋層１０に挟まれた領域と同様に１つのｎ型用電極２を形成する。また、ｎ＋層９領域は全てつながっていることがわかる。
さらに、より高い短絡電流を得るために、シリコン基板の導電型であるｎ型と異なる導電型であるｐ＋層１０の合計面積のほうがｎ＋層９の合計面積よりも大きい。この場合、隣接するｎ＋層９は長さ方向に対し垂直方向に分離されていてもよい。その際、ｎ＋層９間はｐ＋層１０が形成されている。また、ｐ＋層１０が長さ方向に対し垂直方向に分離されている場合は、ｐ＋層１０間にｎ＋層９が形成されている。
以下に、本発明の裏面電極型太陽電池の製造方法の一例を示す。
図４は、図１、および図２に示す本発明の裏面電極型太陽電池の製造方法の一例である。図４に示すように模式的断面図を参照して説明する。
まず、図４（ａ）に示すように、ｎ型シリコン基板４の受光面となる面（ｎ型シリコン基板の受光面）の反対側の面である裏面（ｎ型シリコン基板の裏面）に、窒化シリコン膜等のテクスチャマスク２１をＣＶＤ法、またはスパッタ法等で形成する。その後、図４（ｂ）に示すように、ｎ型シリコン基板４の受光面となる面（ｎ型シリコン基板の受光面）に凹凸形状５からなるテクスチャ構造をエッチングにより形成する。エッチングは、たとえば、水酸化ナトリウムまたは水酸化カリウムなどのアルカリ水溶液にイソプロピルアルコールを添加し、７０℃以上８０℃以下に加熱した溶液により行われる。
次に、図４（ｃ）を用いて次工程を説明する。図４（ｃ）は、ｎ型シリコン基板４の裏面側が上となっている。図４（ｃ）に示すように、ｎ型シリコン基板４の裏面に形成したテクスチャマスク２１を除去後、ｎ型シリコン基板４の受光面に酸化シリコン膜等の拡散マスク２２を形成する。その後、ｎ型シリコン基板４の裏面において、ｎ＋層９を形成しようとする箇所以外に、例えば、溶剤、増粘剤および酸化シリコン前駆体を含むマスキングペーストをインクジェット、またはスクリーン印刷等で塗布し、熱処理により拡散マスク２３を形成し、ＰＯＣｌ３を用いた気相拡散によって、ｎ型シリコン基板４の裏面の露出した箇所に、ｎ型不純物であるリンが拡散してｎ＋層９が形成される。
次に、図４（ｄ）に示すように、ｎ型シリコン基板４に形成した拡散マスク２２ならびに拡散マスク２３、および拡散マスク２２、２３にリンが拡散して形成されたガラス層をフッ化水素酸処理により除去した後、酸素または水蒸気による熱酸化を行い、酸化シリコン膜２４が形成される。この際、図４（ｄ）に示すように、ｎ型シリコン基板４の裏面のｎ＋層９上の酸化シリコン膜２４が厚くなる。９００℃で水蒸気による熱酸化を行い、ｎ＋層９上以外の酸化シリコン膜２４の膜厚が７０ｎｍ〜９０ｎｍ、ｎ＋層９上の酸化シリコン膜２４の膜厚は２５０ｎｍ〜３５０ｎｍになった。ここで、熱酸化前のｎ＋層９のリンの表面濃度は、５×１０１９／ｃｍ３以上であり、熱酸化の処理温度の範囲としては、酸素による熱酸化で８００℃〜１０００℃、水蒸気による熱酸化で８００℃〜９５０℃である。
ここで、ｐ＋層形成時のｎ＋層の拡散マスクとしては、６０ｎｍ以上必要であることから、酸化シリコン膜２４を使用するには、ｎ＋層９上とｎ＋層９上以外との酸化シリコン膜２４の膜厚差は、６０ｎｍ以上必要となる。
また、熱酸化時に、シリコン基板に拡散される不純物の種類と濃度により、熱酸化による酸化シリコン膜の成長速度が異なる。とくにｎ型不純物濃度が高い場合は、成長速度が速くなる。このため、ｎ型シリコン基板４よりもｎ型不純物濃度が高いｎ＋層９上の酸化シリコン膜２４の膜厚の方がｎ型シリコン基板４上よりも厚くなる。酸化シリコン膜２４は、熱酸化時にシリコンと酸素とが結びつくことで形成されるので、ｎ型シリコン基板４の裏面のｎ＋層９領域の表面は、ｎ型シリコン基板４の裏面のｎ＋層９領域以外であるｐ＋層１０領域の表面よりも凹状になる。
次に、図４（ｅ）に示すように、ｎ型シリコン基板４の受光面の酸化シリコン膜２４および裏面のｎ＋層９上以外の酸化シリコン膜２４をエッチングにより除去する。裏面では、上記に示したように、酸化シリコン膜２４がｎ＋層９上に厚く形成されているので、ｎ＋層９上だけ酸化シリコン膜２４が残る。ｎ＋層９上の酸化シリコン膜２４とｎ＋層９上以外の酸化シリコン膜２４とのエッチングレートの差により、ｎ＋層９上の酸化シリコン膜２４は１２０ｎｍ程度の膜厚となる。例えば、９００℃３０分の水蒸気による熱酸化で酸化シリコン膜２４を形成し、ｎ＋層９上以外の酸化シリコン膜２４を除去するためにフッ化水素酸処理をした場合、ｎ＋層９上の酸化シリコン膜２４の膜厚は１２０ｎｍ程度となる。先述したように６０ｎｍ以上あればｐ＋層形成時の拡散マスクとして機能する。
さらに、ｎ型シリコン基板４の受光面に酸化シリコン膜等の拡散マスク２５を形成し、その後、ｎ型シリコン基板４の裏面に、有機性高分子にホウ素化合物を反応させたポリマーをアルコール系溶媒に溶解させた溶液を塗布し、乾燥後、熱処理によりｎ型シリコン基板４の裏面の露出した箇所にｐ型不純物であるボロンが拡散してｐ＋層１０が形成される。
次に、図４（ｆ）を用いて次工程を説明する。図４（ｆ）は、ｎ型シリコン基板４の受光面側が上となっている。図４（ｆ）に示すように、ｎ型シリコン基板４に形成した酸化シリコン膜２４ならびに拡散マスク２５、および酸化シリコン膜２４、拡散マスク２５にボロンが拡散して形成されたガラス層をフッ化水素酸処理により除去する。さらに、ｎ型シリコン基板４の裏面に酸化シリコン膜による裏面パッシベーション膜８を形成するため、酸素または水蒸気による熱酸化を行う。ここで、ｎ＋層９上に形成された裏面パッシベーション膜８とｐ＋層１０上に形成された裏面パッシベーション膜８とには膜厚差があり、ｎ＋層９上の裏面パッシベーション膜８の方が厚くなる。この膜厚差は、図２に示すように、裏面電極型太陽電池１形成後まであらわれる。その後、ｎ型シリコン基板４の受光面の酸化シリコン膜を除去する。
次に、図４（ｇ）に示すように、ｎ型シリコン基板４の受光面に受光面パッシベーション膜６である窒化シリコン膜、および反射防止膜７である窒化シリコン膜をＣＶＤ法により形成する。この際、受光面パッシベーション膜６である窒化シリコン膜の方が反射防止膜７である窒化シリコン膜よりも窒素含有率が低く、屈折率が高い膜である。また、受光面パッシベーション膜６は酸化シリコン膜でもよく、図４（ｆ）で示した酸化シリコン膜をそのまま使用してもよい。その後、ｎ型シリコン基板４の裏面側に形成されたｎ＋層９、ｐ＋層１０に電極を形成するため、ｎ型シリコン基板の裏面に形成された裏面パッシベーション膜８にパターニングを行う。パターニングは、エッチングペーストをスクリーン印刷法などで塗布し加熱処理により行われる。その後、パターニング処理を行ったエッチングペーストは超音波洗浄し酸処理により除去する。ここで、エッチングペーストとしては、例えば、エッチング成分としてリン酸、フッ化水素、フッ化アンモニウムおよびフッ化水素アンモニウムからなる群から選択された少なくとも１種を含み、水、有機溶媒および増粘剤を含むものである。
次に、図４（ｈ）に示すように、ｎ型シリコン基板４の裏面の所定の位置に銀ペーストをスクリーン印刷法により塗布し、乾燥する。その後、焼成により、ｎ＋層９にはｎ型用電極２が形成され、ｐ＋層１０にはｐ型用電極３が形成され、裏面電極型太陽電池１を作製した。
以上のように、上記の裏面電極型太陽電池の製造方法において、ｎ＋層９の形成後の熱酸化シリコン膜により、ｐ＋層１０を形成するためのパターニングができるので、ｐ＋層１０を形成するためのパターニング工程を必要としないことから、工程削減が可能であり、さらに、多くの設備を必要としないので、生産性も向上する。
また、この製造方法を用いれば、ｎ＋層９とｐ＋層１０の位置ずれを抑え、それぞれを形成することができる。
さらに、上記の本願の製造方法で裏面電極型太陽電池を形成すれば、ｎ＋層９の形成後の熱酸化シリコン膜によりｐ＋層１０を形成するためのパターニングを行うので、ｎ型シリコン基板４の裏面側はｎ＋層９またはｐ＋層１０になり、いずれかの拡散層が形成されることになる。
図５は、裏面にのみ電極を形成した本発明の他の裏面電極型太陽電池を表す断面図である。図２に示す実施例１と異なるところは、受光面側全面には受光面拡散層１１であるｎ−層がＦＳＦ（Ｆｒｏｎｔ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｆｉｅｌｄ）層として形成され、受光面拡散層１１の受光面側には受光面パッシベーション膜１３が形成されている。さらに、受光面側には反射防止膜１２が形成されている。ここで、受光面パッシベーション膜１３は酸化シリコン膜で、その膜厚は１５ｎｍ〜２００ｎｍであり、好ましくは、１５ｎｍ〜６０ｎｍである。また、反射防止膜１２は酸化チタン膜である。膜厚は３０〜５００ｎｍであるが、エッチングにより一部膜が除かれている個所がある。さらに、反射防止膜にはリンが含まれており、その濃度はリン酸化物として１５〜３５ｗｔ％含有する。
また、実施例１と同様に、ｎ型シリコン基板４の裏面側にはｎ＋層（ｎ型拡散層）９とｐ＋層（ｐ型拡散層）１０とが交互に隣接して形成されており、ｎ型シリコン基板４の裏面のｎ＋層９領域の表面は、ｎ型シリコン基板４の裏面のｎ＋層９領域以外の表面よりも凹状になっている。ここで、図５に示す凹状の深さＢは数十ｎｍのオーダーである。さらに、ｎ＋層９にはｎ型用電極２が形成され、ｐ＋層１０にはｐ型用電極３が形成されている。実施例１と同様に、ｎ＋層（ｎ型拡散層）９とｐ＋層（ｐ型拡散層）１０とが交互に隣接して形成されていることより、裏面電極型太陽電池１４に逆方向のバイアス（逆バイアス電圧）がかかったとき、部分的に電圧がかかることがなく、局所的なリーク電流による発熱をさけることができる。
さらに、ｎ＋層９とｐ＋層１０とを裏面側から見た図は、実施例１と同様に図３のようになっており、ｎ型シリコン基板４の裏面の外周縁には、ｎ＋層９が形成されている。このため、裏面電極型太陽電池１４に逆方向のバイアス（逆バイアス電圧）がかかったとき、リーク電流を抑えることができる。
実施例１と同様、シリコン基板エッジからｐ＋層１０までの距離（ｐ＋層１０長辺方向に対し垂直方向）は両端で幅に違いがあり、幅が広い方の領域にも、ｐ＋層１０に挟まれた領域と同様に１つのｎ型用電極２を形成する。また、ｎ＋層９領域は全てつながっていることがわかる。
さらに、より高い短絡電流を得るために、シリコン基板の導電型であるｎ型と異なる導電型であるｐ＋層１０の合計面積のほうがｎ＋層９の合計面積よりも大きい。この場合、隣接するｎ＋層９は長さ方向に対し垂直方向に分離されていてもよい。その際、ｎ＋層９間はｐ＋層１０が形成されている。また、ｐ＋層１０が長さ方向に対し垂直方向に分離されている場合は、ｐ＋層１０間にｎ＋層９が形成されている。
また、実施例２の場合は受光面拡散層１１もシリコン基板の導電型であるｎ型と同じ導電型であるｎ型であるので、ｎ＋層９がシリコン基板の側面で受光面拡散層１１と接したとしても、太陽電池特性に影響を及ぼさない。
図６は、図５に示す本発明の他の裏面電極型太陽電池の製造方法の一例である。図６に示すように模式的断面図を参照して説明する。
図６（ａ）から図６（ｅ）までの製造方法は、図４（ａ）から図４（ｅ）までの製造方法と同様である。よって、図６（ｆ）から説明する。
図６（ｆ）は、ｎ型シリコン基板４の受光面側が上となっている。図６（ｆ）に示すように、ｎ型シリコン基板４に形成した酸化シリコン膜２４ならびに拡散マスク２５、および酸化シリコン膜２４、拡散マスク２５にボロンが拡散して形成されたガラス層をフッ化水素酸処理により除去する。その後、ｎ型シリコン基板４の裏面に酸化シリコン膜等の拡散マスク２６を形成する。次に、ｎ型シリコン基板４の受光面に受光面拡散層１１であるｎ−層および反射防止膜１２となる酸化チタン膜を形成するため、ｎ型シリコン基板４の受光面にリン化合物、チタンアルコキシド、およびアルコールを少なくとも含む混合液２７をスピン塗布等により塗布し、乾燥する。ここで、混合液２７のリン化合物としては五酸化リン、チタンアルコキシドとしてはテトライソプロピルチタネート、およびアルコールとしてはイソプロピルアルコールを用いる。
次に、図６（ｇ）に示すように、熱処理によりｎ型不純物であるリンが拡散して受光面側全面に受光面拡散層１１であるｎ−層および反射防止膜１２となるリンを含有した酸化チタン膜が形成される。ここで、熱処理後のｎ−層のシート抵抗値は、３０〜１００Ω／□、望ましくは、５０±１０Ω／□である。ｎ型シリコン基板４の受光面を、図６（ｋ）に示す。
次に、図６（ｈ）に示すように、ｎ型シリコン基板４の裏面に形成した拡散マスク２６をフッ化水素酸処理により除去する。この際、反射防止膜１２が一部エッチングされ、ｎ型シリコン基板４表面が露出する。ここで、反射防止膜１２にリンを含むことで、フッ化水素酸耐性が向上するので、反射防止膜１２の薄いｎ型シリコン基板４の凸部のみが露出する。その後、ｎ型シリコン基板４の裏面に酸化シリコン膜による裏面パッシベーション膜８を形成するため、酸素または水蒸気による熱酸化を行う。この際、ｎ型シリコン基板４の裏面に酸化シリコン膜が形成されると同時に、図６（ｌ）に示すように、ｎ型シリコン基板４の受光面全面にも、酸化シリコン膜が形成され、受光面パッシベーション膜１３となる。その際に、受光面拡散層１１と反射防止膜１２との間にも受光面パッシベーション膜１３である酸化シリコン膜が形成されている。また、ｎ＋層９上に形成された裏面パッシベーション膜８とｐ＋層１０上に形成された裏面パッシベーション膜８とには膜厚差があり、ｎ＋層９上の裏面パッシベーション膜８の方が厚くなる。この膜厚差は、図５に示すように、裏面電極型太陽電池１４形成後まであらわれる。
次に、図６（ｉ）に示すように、ｎ型シリコン基板４の裏面側に形成されたｎ＋層９、ｐ＋層１０に電極を形成するため、ｎ型シリコン基板の裏面に形成された裏面パッシベーション膜８にパターニングを行う。パターニングは、エッチングペーストをスクリーン印刷法などで塗布し加熱処理により行われる。その後、パターニング処理を行ったエッチングペーストは超音波洗浄し酸処理により除去する。ここで、エッチングペーストとしては、例えば、エッチング成分としてリン酸、フッ化水素、フッ化アンモニウムおよびフッ化水素アンモニウムからなる群から選択された少なくとも１種を含み、水、有機溶媒および増粘剤を含むものである。
次に、図６（ｊ）に示すように、ｎ型シリコン基板４の裏面の所定の位置に銀ペーストをスクリーン印刷法により塗布し、乾燥する。その後、焼成により、ｎ＋層９にはｎ型用電極２が形成され、ｐ＋層１０にはｐ型用電極３が形成され、裏面電極型太陽電池１４を作製した。
以上のように、上記の裏面電極型太陽電池の製造方法において、ｎ＋層９の形成後の熱酸化シリコン膜により、ｐ＋層１０を形成するためのパターニングができるので、ｐ＋層１０を形成するためのパターニング工程を必要としないことから、工程削減が可能であり、さらに、多くの設備を必要としないので、生産性も向上する。
また、この製造方法を用いれば、ｎ＋層９とｐ＋層１０の位置ずれを抑え、それぞれを形成することができる。
さらに、上記の本願の製造方法で裏面電極型太陽電池を形成すれば、ｎ＋層９の形成後の熱酸化シリコン膜によりｐ＋層１０を形成するためのパターニングを行うので、ｎ型シリコン基板４の裏面側はｎ＋層９またはｐ＋層１０になり、いずれかの拡散層が形成されることになる。
実施例２の裏面電極型太陽電池の製造方法においては、受光面拡散層１１および反射防止膜１２を１工程で形成することが可能であり、さらに、受光面パッシベーション膜１３および裏面パッシベーション膜８を１工程で形成することも可能であることから、工程削減が可能であり、さらに、多くの設備を必要としないので、生産性も向上する。
図７は、図５に示す本発明の裏面電極型太陽電池の製造方法の他の一例である。図７に示すように模式的断面図を参照して説明する。図６に示す製造方法との差は、受光面拡散層１１とｐ＋層１０とを１工程の熱処理で形成することである。
図７（ａ）から図７（ｂ）までの製造方法は、図６（ａ）から図６（ｂ）までの製造方法と同様である。よって、図７（ｃ）から説明する。
図７（ｃ）は、ｎ型シリコン基板４の裏面側が上となっている。図７（ｃ）に示すように、ｎ型シリコン基板４の裏面に形成したテクスチャマスク２１を除去後、ｎ型シリコン基板４の裏面において、ｎ＋層９を形成しようとする箇所以外に、例えば、溶剤、増粘剤および酸化シリコン前駆体を含むマスキングペーストをインクジェット、またはスクリーン印刷等で塗布し、熱処理により拡散マスク２３を形成する。その後、ｎ＋層９を形成しようとする箇所を覆うように、リンを含むリンインク２８をインクジェット、またはグラビアオフセット印刷等で塗布する。このリンインク２８は、リン以外に例えば溶剤、増粘剤および酸化シリコン前駆体を含む。
次に、図７（ｄ）に示すように、熱処理を行い、リンインク２８からリンが拡散してｎ＋層９が形成される。その後、ｎ型シリコン基板４に形成した拡散マスク２３ならびに拡散マスク２３にリンが拡散して形成されたガラス層、および熱処理後のリンインク２８をフッ化水素酸処理により除去する。
次に、図７（ｅ）に示すように、酸素または水蒸気による熱酸化を行う。この際、図７（ｅ）に示すように、ｎ型シリコン基板４の裏面のｎ＋層９上の酸化シリコン膜２４が厚くなる。９００℃で水蒸気による熱酸化を行い、ｎ＋層９上以外の酸化シリコン膜２４の膜厚が７０ｎｍ〜９０ｎｍ、ｎ＋層９上の酸化シリコン膜２４の膜厚は２５０ｎｍ〜３５０ｎｍになった。ここで、熱酸化前のｎ＋層９のリンの表面濃度は、５×１０１９／ｃｍ３以上であり、熱酸化の処理温度の範囲としては、酸素による熱酸化で８００℃〜１０００℃、水蒸気による熱酸化で８００℃〜９５０℃である。
ここで、実施例１、２と同様に、ｐ＋層形成時のｎ＋層の拡散マスクとしては、６０ｎｍ以上必要であることから、酸化シリコン膜２４を使用するには、ｎ＋層９上とｎ＋層９上以外との酸化シリコン膜２４の膜厚差は、６０ｎｍ以上必要となる。
また、熱酸化時に、先述したようにｎ型シリコン基板４よりもｎ型不純物濃度が高いｎ＋層９上の酸化シリコン膜２４の膜厚の方がｎ型シリコン基板４上よりも厚くなる。酸化シリコン膜２４は、熱酸化時にシリコンと酸素とが結びつくことで形成されるので、ｎ型シリコン基板４の裏面のｎ＋層９領域の表面は、ｎ型シリコン基板４の裏面のｎ＋層９領域以外であるｐ＋層１０領域の表面よりも凹状になる。
次に、図７（ｆ）に示すように、ｎ型シリコン基板４の受光面の酸化シリコン膜２４および裏面のｎ＋層９上以外の酸化シリコン膜２４をエッチングにより除去する。裏面は、上記に示したように、酸化シリコン膜２４がｎ＋層９上に厚く形成されることにより、ｎ＋層９上の酸化シリコン膜２４としては１２０ｎｍ程度の膜厚となる。先述したように６０ｎｍ以上あれば、ｐ＋層形成時の拡散マスクとして機能する。
次に、ｐ＋層１０を形成しようとする箇所を覆うように、ボロンを含むボロンインク２９をインクジェット、またはグラビアオフセット印刷等で塗布する。このボロンインク２９は、ボロン以外に例えば溶剤、増粘剤および酸化シリコン前駆体を含む。その後、ボロンインク２９を焼結する。次に、ｎ型シリコン基板４の受光面に受光面拡散層１１であるｎ−層および反射防止膜１２となる酸化チタン膜を形成するため、ｎ型シリコン基板４の受光面にリン化合物、チタンアルコキシド、およびアルコールを少なくとも含む混合液２７をスピン塗布等により塗布し、乾燥する。ここで、混合液２７のリン化合物としては五酸化リン、チタンアルコキシドとしてはテトライソプロピルチタネート、およびアルコールとしてはイソプロピルアルコールを用いる。
次に、図７（ｇ）を用いて次工程を説明する。図７（ｇ）は、ｎ型シリコン基板４の受光面側が上となっている。図７（ｇ）に示すように、熱処理によりｎ型不純物であるリンが拡散して受光面側全面に受光面拡散層１１であるｎ−層および反射防止膜１２となるリンを含有した酸化チタン膜が形成される。ここで、熱処理後のｎ−層のシート抵抗値は、３０〜１００Ω／□、望ましくは、５０±１０Ω／□である。ｎ型シリコン基板４の受光面を、図７（ｋ）に示す。また、裏面には、ボロンインク２９からボロンが拡散してｐ＋層１０が形成される。
次に、図７（ｈ）に示すように、ｎ型シリコン基板４に形成した酸化シリコン膜２４ならびに酸化シリコン膜２４にボロンが拡散して形成されたガラス層、および熱処理後のボロンインク２９をフッ化水素酸処理により除去する。この際、反射防止膜１２が一部エッチングされ、ｎ型シリコン基板４表面が露出する。ここで、反射防止膜１２にリンを含むことで、フッ化水素酸耐性が向上するので、反射防止膜１２の薄いｎ型シリコン基板４の凸部のみが露出する。その後、ｎ型シリコン基板４の裏面に酸化シリコン膜による裏面パッシベーション膜８を形成するため、酸素または水蒸気による熱酸化を行う。この際、ｎ型シリコン基板４の裏面に酸化シリコン膜が形成されると同時に、図７（ｌ）に示すように、ｎ型シリコン基板４の受光面全面にも、酸化シリコン膜が形成され、受光面パッシベーション膜１３となる。その際に、受光面拡散層１１と反射防止膜１２との間にも受光面パッシベーション膜１３である酸化シリコン膜が形成されている。また、ｎ＋層９上に形成された裏面パッシベーション膜８とｐ＋層１０上に形成された裏面パッシベーション膜８とには膜厚差があり、ｎ＋層９上の裏面パッシベーション膜８の方が厚くなる。この膜厚差は、実施例２と同様、図５に示すように、裏面電極型太陽電池１４形成後まであらわれる。
次に、図７（ｉ）に示すように、ｎ型シリコン基板４の裏面側に形成されたｎ＋層９、ｐ＋層１０に電極を形成するため、ｎ型シリコン基板４の裏面に形成された裏面パッシベーション膜８にパターニングを行う。パターニングは、エッチングペーストをスクリーン印刷法などで塗布し加熱処理により行われる。その後、パターニング処理を行ったエッチングペーストは超音波洗浄し酸処理により除去する。ここで、エッチングペーストとしては、例えば、エッチング成分としてリン酸、フッ化水素、フッ化アンモニウムおよびフッ化水素アンモニウムからなる群から選択された少なくとも１種を含み、水、有機溶媒および増粘剤を含むものである。
次に、図７（ｊ）に示すように、ｎ型シリコン基板４の裏面の所定の位置に銀ペーストをスクリーン印刷法により塗布し、乾燥する。その後、焼成により、ｎ＋層９にはｎ型用電極２が形成され、ｐ＋層１０にはｐ型用電極３が形成され、裏面電極型太陽電池１４を作製した。
以上のように、実施例１、２と同様に、実施例３の裏面電極型太陽電池の製造方法において、ｎ＋層９の形成後の酸化シリコン膜により、ｐ＋層１０を形成するためのパターニングができるので、ｐ＋層１０を形成するためのパターニング工程を必要としないことから、工程削減が可能であり、さらに、多くの設備を必要としないので、生産性も向上する。
また、この製造方法を用いれば、ｎ＋層９とｐ＋層１０の位置ずれを抑え、それぞれを形成することができる。
さらに、実施例２と同様に、実施例３の製造方法で裏面電極型太陽電池を形成すれば、ｎ＋層９の形成後の熱酸化シリコン膜によりｐ＋層１０を形成するためのパターニングを行うので、ｎ型シリコン基板４の裏面側はｎ＋層９またはｐ＋層１０になり、いずれかの拡散層が形成されることになる。
実施例２と同様に、実施例３の裏面電極型太陽電池の製造方法においては、受光面拡散層１１および反射防止膜１２を１工程で形成することが可能であり、さらに、受光面パッシベーション膜１３および裏面パッシベーション膜８を１工程で形成することも可能であることから、工程削減が可能である。
今回、ｎ型シリコン基板について記載したが、ｐ型シリコン基板を用いることも可能である。その際、受光面拡散層が存在する場合はｐ型不純物を用いたｐ−層となり、反射防止膜はｐ型不純物が含まれた膜となり、他の構造はｎ型シリコン基板について記載した上記構造と同様である。
また、ｐ型シリコン基板を用いる場合は、より高い短絡電流を得るために、シリコン基板の導電型であるｐ型と異なる導電型であるｎ＋層の合計面積のほうがｐ＋層の合計面積よりも大きい。この場合、隣接するｐ＋層は長さ方向に対し垂直方向に分離されていてもよい。その際、ｐ＋層間はｎ＋層が形成されている。また、ｎ＋層が長さ方向に対し垂直方向に分離されている場合は、ｎ＋層間にｐ＋層が形成されている。
本発明に係る裏面電極型太陽電池、および裏面電極型太陽電池の製造方法は、裏面電極型太陽電池、および裏面電極型太陽電池の製造方法全般に広く適用することができる。
１ 裏面電極型太陽電池、２ ｎ型用電極、３ ｐ型用電極、４ ｎ型シリコン基板、５ 凹凸形状、６ 受光面パッシベーション膜、７ 反射防止膜、８ 裏面パッシベーション膜、９ ｎ＋層、１０ ｐ＋層、１１ 受光面拡散層、１２ 反射防止膜、１３ 受光面パッシベーション膜、１４ 裏面電極型太陽電池、２１ テクスチャマスク、２２ 拡散マスク、２３ 拡散マスク、２４ 酸化シリコン膜、２５ 拡散マスク、２６ 拡散マスク、２７ 混合液、２８ リンインク、２９ ボロンインク、１０１ 裏面電極型太陽電池、１０２ ｎ型用金属コンタクト、１０３ ｐ型用金属コンタクト、１０４ ｎ型シリコンウェーハ、１０５ 凹凸形状、１０６ ｎ型前面側拡散領域、１０７ 反射防止コーティング、１０８ 誘電性パッシベーション層、１０９ 酸化物層、１１０ ｎ＋領域、１１１ ｐ＋領域。

Claims (18)

  1. 第１導電型のシリコン基板の受光面とは反対側の面である裏面のみに、第１の導電型用電極と、第１の導電型とは異なる第２の導電型用電極とを有する裏面電極型太陽電池において、
    前記シリコン基板の裏面側に、前記第１の導電型用電極に接した第１の導電型拡散層と、前記第２の導電型用電極に接した第２の導電型拡散層とが交互に隣接して形成され、
    前記シリコン基板の裏面側の外周縁は、第１の導電型拡散層であり、該外周縁の第１の導電型拡散層は全てつながっていることを特徴とする裏面電極型太陽電池。
  2. 前記第１の導電型拡散層の面積の合計は、前記第２の導電型拡散層の面積の合計よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の裏面電極型太陽電池。
  3. 前記シリコン基板の受光面側に第１の導電型である受光面拡散層が形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の裏面電極型太陽電池。
  4. 前記受光面拡散層の受光面上に受光面パッシベーション膜が形成され、
    前記受光面パッシベーション膜の受光面上に第１の導電型の不純物を含む酸化チタンである反射防止膜が形成されていることを特徴とする請求項３に記載の裏面電極型太陽電池。
  5. 前記第１の導電型は、ｎ型であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の裏面電極型太陽電池。
  6. 前記受光面パッシベーション膜の膜厚が、１５ｎｍ〜２００ｎｍであることを特徴とする請求項４または５に記載の裏面電極型太陽電池。
  7. 前記反射防止膜に含まれる不純物が、リン酸化物として１５ｗｔ％〜３５ｗｔ％含有することを特徴とする請求項５または６に記載の裏面電極型太陽電池。
  8. 第１導電型のシリコン基板の受光面とは反対側の面である裏面のみに、第１の導電型用電極と、第１の導電型とは異なる第２の導電型用電極とを有する裏面電極型太陽電池において、
    前記シリコン基板の裏面側には、前記第１の導電型用電極に接した第１の導電型拡散層と、前記第２の導電型用電極に接した第２の導電型拡散層とが交互に形成され、
    前記第２の導電型拡散層は、前記第１の導電型拡散層に隣接して囲まれており、
    前記シリコン基板の裏面側の外周縁は、第１の導電型拡散層であり、該外周縁の第１の導電型拡散層は全てつながっていることを特徴とする裏面電極型太陽電池。
  9. 第１導電型のシリコン基板の受光面とは反対側の面である裏面のみに、第１の導電型用電極と、第１の導電型とは異なる第２の導電型用電極とを有する裏面電極型太陽電池において、
    前記シリコン基板の裏面側には拡散層が形成され、前記拡散層は、前記第１の導電型用電極に接した第１の導電型拡散層と、前記第２の導電型用電極に接した第２の導電型拡散層とからなり、
    前記第２の導電型拡散層は、前記第１の導電型拡散層に隣接して島状に形成されており、
    前記シリコン基板の裏面側の外周縁は、第１の導電型拡散層であり、該外周縁の第１の導電型拡散層は全てつながっていることを特徴とする裏面電極型太陽電池。
  10. 前記第１の導電型拡散層は１つの拡散層領域を形成していることを特徴とする請求項８または９に記載の裏面電極型太陽電池。
  11. 前記シリコン基板の裏面側に形成された前記第１の導電型拡散層の面積の合計は、前記第２導電型拡散層の面積の合計よりも小さいことを特徴とする請求項８〜１０のいずれかに記載の裏面電極型太陽電池。
  12. 前記第１の導電型は、ｎ型であることを特徴とする請求項８〜１１のいずれかに記載の裏面電極型太陽電池。
  13. 請求項１〜１２のいずれかに記載の裏面電極型太陽電池の製造方法において、
    前記シリコン基板の裏面に第１の導電型拡散層を形成する工程と、
    前記シリコン基板に熱酸化法により酸化シリコン膜を形成する工程と、
    前記シリコン基板の裏面の前記第１の導電型拡散層が形成されている領域と前記第１の導電型拡散層が形成されていない領域との前記酸化シリコン膜厚差によるマスク効果を利用して、前記シリコン基板の裏面に第２の導電型拡散層を形成する工程とを有することを特徴とする裏面電極型太陽電池の製造方法。
  14. 前記シリコン基板の裏面に前記第２の導電型拡散層を形成する工程の前に、
    前記酸化シリコン膜をエッチングする工程をさらに備えることを特徴とする請求項１３に記載の裏面電極型太陽電池の製造方法。
  15. 前記酸化シリコン膜をエッチングする工程では、前記酸化シリコン膜を前記第１の導電型拡散層上のみに残すことを特徴とする請求項１４に記載の裏面電極型太陽電池の製造方法。
  16. 前記シリコン基板の裏面に前記第１の導電型拡散層を形成する工程での、前記第１の導電型拡散層の表面濃度が、５×１０１９／ｃｍ３以上であることを特徴とする請求項１３〜１５のいずれかに記載の裏面電極型太陽電池の製造方法。
  17. 前記第１の導電型拡散層上のみに残す前記酸化シリコン膜の膜厚が、６０ｎｍ以上であることを特徴とする請求項１５または１６に記載の裏面電極型太陽電池の製造方法。
  18. 前記第１の導電型は、ｎ型であることを特徴とする請求項１３〜１７のいずれかに記載の裏面電極型太陽電池の製造方法。
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