JP5622937B2 - 太陽電池セルの製造方法および太陽電池セル製造システム - Google Patents

Description

本発明は、太陽電池セルの製造方法および太陽電池セル製造システムに関し、特に、外観の美観性に優れた太陽電池セルの製造方法および太陽電池セル製造システムに関する。

従来、バルク型太陽電池は一般的に以下のような方法により作製されている。まず、例えば第１導電型の基板としてｐ型シリコン基板を用意し、鋳造インゴットからスライスした際に発生するシリコン表面のダメージ層を例えば数〜２０ｗｔ％苛性ソーダや炭酸苛性ソーダで１０μｍ〜２０μｍ厚除去した後、同様のアルカリ低濃度液にＩＰＡ（イソプロピルアルコール）を添加した溶液で異方性エッチングを行ない、シリコン（１１１）面が出るようにテクスチャーを形成する。

続いて、例えばオキシ塩化リン（ＰＯＣｌ_３）、窒素、酸素の混合ガス雰囲気で例えば８００〜９００℃／数十分間処理し、ｐ型シリコン基板の全面に一様に第２導電型の不純物層としてｎ型層を形成する。ｐ型シリコン基板の表面に一様に形成されたｎ型層のシート抵抗を３０〜８０Ω／□程度とすることで、良好な太陽電池の電気特性が得られる。ここで、ｎ型層はｐ型シリコン基板の表面に一様に形成されるので、ｐ型シリコン基板のおもて面と裏面とは電気的に接続された状態である。この電気的接続を遮断するため、ドライエッチングによりｐ型シリコン基板の端面領域をエッチング除去してｐ型シリコンを露出させる。このｎ型層の影響を除くために行う別の方法として、レーザにより端面分離を行う方法もある。この後、基板をフッ酸水溶液に浸漬し、拡散処理中に表面に堆積したガラス質（ＰＳＧ）をエッチング除去する。

次に、反射防止を目的とした絶縁膜（反射防止膜）としてシリコン酸化膜、窒化シリコン膜、酸化チタン膜などの絶縁膜を受光面側のｎ型層の表面に一様な厚みで形成する。反射防止膜として窒化シリコン膜を形成する場合は、例えばプラズマＣＶＤ法でＳｉＨ_４ガス及びＮＨ_３ガスを原材料にして、３００℃以上、減圧下の条件で成膜形成する。反射防止膜の屈折率は２．０〜２．２程度であり、最適な膜厚は７０ｎｍ〜９０ｎｍ程度である。なお、このようにして形成される反射防止膜は絶縁体であることに注意すべきであり、受光面側電極をこの上に単に形成しただけでは、太陽電池として作用しない。

次に、グリッド電極形成用およびバス電極形成用のマスクを使用して、受光面側電極となる銀ペーストを反射防止膜上にグリッド電極およびバス電極の形状にスクリーン印刷法により塗布し、乾燥させる。

次に、裏アルミニウム電極となる裏アルミニウム電極ペースト、および裏銀バス電極となる裏銀ペーストを基板の裏面にそれぞれ裏アルミニウム電極の形状および裏銀バス電極の形状にスクリーン印刷法により塗布し、乾燥させる。

次に、ｐ型シリコン基板の表裏面に塗布した電極ペーストを同時に６００℃〜９００℃程度で数分間焼成する。これにより、反射防止膜上に受光面側電極としてグリッド電極およびバス電極が形成され、ｐ型シリコン基板の裏面に裏面側電極として裏アルミニウム電極および裏銀バス電極が形成される。ここで、ｐ型シリコン基板のおもて面側では銀ペースト中に含まれているガラス材料で反射防止膜が溶融している間に銀材料がシリコンと接触し、再凝固する。これにより、受光面側電極とシリコン基板（ｎ型層）との導通が確保される。このようなプロセスは、ファイヤースルー法と呼ばれている。また、裏アルミニウム電極ペーストもシリコン基板の裏面と反応し、裏アルミニウム電極の直下にｐ＋層が形成される。

このようにして製造される太陽電池セルにおいては、発電特性の他に、外観の美観性も求められる。例えば太陽電池モジュールの外観の美観性を改善する方法として、複数の太陽電池セルを色調により分類し、色調の異なる太陽電池セルを混在させて太陽電池モジュール全体としての外観のばらつきを抑制する方法が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。

特開平１１−２３８８９７号公報

しかしながら、上記特許文献１は、色調の異なる太陽電池セルを混在させて太陽電池モジュール全体としての外観のばらつきを抑制する技術であり、太陽電池セル単体自体の外観を改善することはできない。太陽電池セルの製造においては、太陽電池セルの製造後、太陽電池セル単体の外観検査が行われる。そして、所望の外観品質を満たさない太陽電池セルは外観不良とされて製品化できず、歩留まり低下の原因となる、という問題があった。

太陽電池セルの外観品質を向上させるには、受光面側のテクスチャーが綺麗に均一に形成されていることが望ましい。太陽電池セルの受光面側において、テクスチャーが形成されていない領域が存在する、或いは他の領域と比較してテクスチャーの形成密度が低い領域が存在する場合は、太陽電池セルの外観は、上記領域の発生頻度に応じて悪化する。すなわち、テクスチャーの形成状態が異なる領域は、反射率が異なるため他の領域と異なる色に見える。このようなテクスチャーのできばえ（形成状態）が外観に与える影響は、様々な結晶面方位から成る多結晶シリコン太陽電池セルに対してよりも、単一な結晶面方位から成る単結晶シリコン太陽電池セルに対しての方が深刻である。

多結晶シリコン基板に対するテクスチャーの形成においては、シリコンの面方位に応じてエッチングの進み方が異なり、テクスチャー形状にばらつきが生じ、テクスチャー形状のばらつきにより外観が多少悪くなる。このため、多結晶シリコン太陽電池セルでは、テクスチャー形成後の基板の面内に上述したテクスチャーのできばえの不均一が少々あっても目立たないからである。

また、太陽電池セルの外観の美観を悪化させる工程として、テクスチャー形成工程以外の代表的な工程として反射防止膜形成工程がある。太陽電池セルの受光面側の色合いは、反射防止膜の膜厚に応じて変化する。このため、太陽電池セルの受光面側に反射防止膜が形成されていない領域が存在する、或いは他の領域と比較して反射防止膜の膜厚が異なる領域が存在する場合は、太陽電池セルの外観は、上記領域の発生頻度に応じて悪化する。

これらの領域の発生原因については、主に以下の二つがある。一つ目は、反射防止膜の成膜中に基板表面以外の領域（例えば成膜装置の外壁）に反射防止膜が厚く堆積した後、この堆積物が成膜中に基板表面へ剥がれ落ちることである。この場合は、剥がれ落ちた膜が成膜の邪魔をして、反射防止膜が形成されない領域が発生する。二つ目は、例えばプラズマＣＶＤによる反射防止膜を成膜する場合におけるプラズマ放電の異常による成膜不良である。

しかしながら、上述したような外観不良に起因した歩留まり低下対する有効な改善策は未だ確立されていないのが現状である。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、外観の美観性に優れた太陽電池セルの製造方法および太陽電池セル製造システムを得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる太陽電池セルの製造方法は、第１導電型の半導体基板の両面にテクスチャー構造を形成する第１工程と、前記テクスチャー構造が形成された前記半導体基板の両面における反射率分布を測定する第２工程と、前記半導体基板の両面のうち前記反射率分布の小さい一面側に第２導電型の不純物元素が拡散された不純物拡散層を形成する第３工程と、前記不純物拡散層に電気的に接続する所定のパターンの受光面側電極を前記不純物拡散層上に形成する第４工程と、前記半導体基板の両面のうち前記反射率分布の大きい他面側に裏面側電極を形成する第５工程と、を含み、前記第４工程では、前記半導体基板の一面側における前記テクスチャー構造の形成状態に起因した第１外観不良領域を特定し、前記第１外観不良領域と前記受光面側電極のパターンとの重なる面積が広い配置方向を前記受光面側電極の配置可能な複数の配置方向から判定して前記受光面側電極を形成する。

本発明によれば、外観不良の発生率を低減して、外観の美観性に優れた太陽電池セルを作製することができる、という効果を奏する。

図１−１は、本発明の実施の形態１にかかる太陽電池セル構成を説明するための図であり、受光面側から見た上面図である。 図１−２は、本発明の実施の形態１にかかる太陽電池セル構成を説明するための図であり、受光面と反対側から見た下面図である。 図１−３は、本発明の実施の形態１にかかる太陽電池セル構成を説明するための図であり、図１−２のＡ−Ａ方向における要部断面図である。 図２は、本発明の実施の形態にかかる太陽電池セルの製造工程の一例を説明するためのフローチャートである。 図３−１は、本発明の実施の形態にかかる太陽電池セルの製造工程の一例を説明するための断面図である。 図３−２は、本発明の実施の形態にかかる太陽電池セルの製造工程の一例を説明するための断面図である。 図３−３は、本発明の実施の形態にかかる太陽電池セルの製造工程の一例を説明するための断面図である。 図３−４は、本発明の実施の形態にかかる太陽電池セルの製造工程の一例を説明するための断面図である。 図３−５は、本発明の実施の形態にかかる太陽電池セルの製造工程の一例を説明するための断面図である。 図３−６は、本発明の実施の形態にかかる太陽電池セルの製造工程の一例を説明するための断面図である。 図３−７は、本発明の実施の形態にかかる太陽電池セルの製造工程の一例を説明するための断面図である。 図４−１は、テクスチャー構造の形成後におけるｐ型単結晶シリコン基板の一面側の状態を示す平面図である。 図４−２は、テクスチャー構造の形成後におけるｐ型単結晶シリコン基板の他面側の状態を示す平面図である。 図５は、カラーセンサーにより画像処理した反射防止膜の形成後のｐ型単結晶シリコン基板の受光面側の処理画像である。 図６は、画像処理により作製した、反射防止膜上における受光面側電極の配置方向のシミュレーション図である。 図７は、画像処理により作製した、反射防止膜上における受光面側電極の配置方向のシミュレーション図である。 図８は、本発明の実施の形態にかかる太陽電池セル製造システムの概略構成を示すブロック図である。

以下に、本発明にかかる太陽電池セルの製造方法および太陽電池セル製造システムの実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は以下の記述に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。また、以下に示す図面においては、理解の容易のため、各部材の縮尺が実際とは異なる場合がある。各図面間においても同様である。また、平面図であっても、図面を見易くするためにハッチングを付す場合がある。

実施の形態
図１−１〜図１−３は、本発明の実施の形態にかかる太陽電池セル１の構成を説明するための図であり、図１−１は、受光面側から見た太陽電池セル１の上面図、図１−２は、受光面と反対側からみた太陽電池セル１の下面図、図１−３は、図１−２のＡ−Ａ方向における太陽電池セル１の要部断面図である。

本実施の形態にかかる太陽電池セル１においては、ｐ型単結晶シリコンからなる半導体基板２の受光面側にリン拡散によってｎ型不純物拡散層３が形成されて、ｐｎ接合を有する半導体基板１１が形成されている。また、ｎ型不純物拡散層３上に窒化シリコン膜（ＳｉＮ膜）からなる反射防止膜４が形成されている。なお、半導体基板２としてはｐ型単結晶のシリコン基板に限定されず、ｐ型多結晶のシリコン基板やｎ型の多結晶のシリコン基板、ｎ型の単結晶シリコン基板を用いてもよい。

また、半導体基板１１（ｎ型不純物拡散層３）の受光面側の表面には、テクスチャ構造として微小凹凸が形成されている。微小凹凸は、受光面において外部からの光を吸収する面積を増加し、受光面における反射率を抑え、光を閉じ込める構造となっている。

反射防止膜４は、絶縁膜である窒化シリコン膜（ＳｉＮ膜）からなる。窒化シリコン膜（ＳｉＮ膜）からなる反射防止膜４は、青系の色を呈している。なお、反射防止膜４は、窒化シリコン膜（ＳｉＮ膜）に限定されず、シリコン酸化膜（ＳｉＯ_２膜）や酸化チタン膜（ＴｉＯ_２）膜などの絶縁膜により形成されてもよい。

また、半導体基板１１の受光面側には、長尺細長の表銀グリッド電極５が複数並べて設けられ、この表銀グリッド電極５と導通する表銀バス電極６が該表銀グリッド電極５と略直交するように設けられており、それぞれ底面部においてｎ型不純物拡散層３に電気的に接続している。表銀グリッド電極５および表銀バス電極６は銀材料により構成されている。

表銀グリッド電極５は、例えば１００μｍ〜２００μｍ程度の幅を有するとともに２ｍｍ程度の間隔で略平行に配置され、半導体基板１１の内部で発電した電気を集電する。また、表銀バス電極６は、例えば１ｍｍ〜３ｍｍ程度の幅を有するとともに太陽電池セル１枚当たりに２本〜３本配置され、表銀グリッド電極５で集電した電気を外部に取り出す。そして、表銀グリッド電極５と表銀バス電極６とにより、櫛形を呈する第１電極である受光面側電極１２が構成される。受光面側電極１２は、半導体基板１１に入射する太陽光を遮ってしまうため、可能なかぎり面積を小さくすることが発電効率向上の観点では望ましく、図１−１に示すような櫛型の表銀グリッド電極５とバー状の表銀バス電極６として配置してするのが一般的である。

シリコン太陽電池セルの受光面側電極の電極材料には、通常、銀ペーストが用いられ、例えば、鉛ボロンガラスが添加されている。このガラスはフリット状のもので、例えば、鉛（Ｐｂ）５〜３０ｗｔ％、ボロン（Ｂ）５〜１０ｗｔ％、シリコン（Ｓｉ）５〜１５ｗｔ％、酸素（Ｏ）３０〜６０ｗｔ％の組成から成り、さらに、亜鉛(Ｚｎ)やカドミウム（Ｃｄ）なども数ｗｔ％程度混合される場合もある。このような鉛ボロンガラスは、数百℃（例えば、８００℃）の加熱で溶解し、その際にシリコンを侵食する性質を有している。また一般に、結晶系シリコン太陽電池セルの製造方法においては、このガラスフリットの特性を利用して、シリコン基板と銀ペーストとの電気的接触を得る方法が用いられている。

一方、半導体基板１１の裏面（受光面と反対側の面）には、外縁領域を一部を除いた全体にわたってアルミニウム材料からなる裏アルミニウム電極７が設けられ、また表銀バス電極６と略同一方向に延在して銀材料からなる裏銀電極８が設けられている。そして、裏アルミニウム電極７と裏銀電極８とにより第２電極である裏面側電極１３が構成される。また、裏アルミニウム電極７には、半導体基板１１を通過する長波長光を反射させて発電に再利用するＢＳＲ（Back Surface Reflection）効果も期待している。

また、半導体基板１１の裏面（受光面と反対側の面）側の表層部には、高濃度不純物を含んだｐ＋層（ＢＳＦ（Back Surface Field））９が形成されている。ｐ＋層（ＢＳＦ）９は、ＢＳＦ効果を得るために設けられ、ｐ型層（半導体基板２）中の電子が消滅しないようにバンド構造の電界でｐ型層（半導体基板２）電子濃度を高めるようにする。

このように構成された太陽電池セル１では、太陽光が太陽電池セル１の受光面側から半導体基板１１のｐｎ接合面（半導体基板２とｎ型不純物拡散層３との接合面）に照射されると、ホールと電子が生成する。ｐｎ接合部の電界によって、生成した電子はｎ型不純物拡散層３に向かって移動し、ホールはｐ＋層９に向かって移動する。これにより、ｎ型不純物拡散層３に電子が過剰となり、ｐ＋層９にホールが過剰となる結果、光起電力が発生する。この光起電力はｐｎ接合を順方向にバイアスする向きに生じ、ｎ型不純物拡散層３に接続した受光面側電極１２がマイナス極となり、ｐ＋層９に接続した裏アルミニウム電極７がプラス極となって、図示しない外部回路に電流が流れる。

太陽電池セルにおいて、テクスチャを半導体基板（ｎ型不純物拡散層）の受光面側の全面において均一に形成することは困難である。また、反射防止膜を半導体基板（ｎ型不純物拡散層）の受光面側の全面において均一な膜厚で形成することは困難である。このため、太陽電池セルの受光面側におけるテクスチャの不均一や反射防止膜の膜厚の不均一に起因して太陽電池セルの外観にばらつきが生じる。

例えば本実施の形態にかかる太陽電池セル１を受光面側から見た場合には、図１−１に示されるように外観不良領域４２と外観不良領域４３とが斑模様に見える。外観不良領域４２は、半導体基板１１（ｎ型不純物拡散層３）の受光面側において、例えばテクスチャーが形成されていない領域、または他の領域と比較してテクスチャーの形成密度が低い領域である。すなわち、外観不良領域４２は、テクスチャー構造の形成状態に起因した外観不良領域である。外観不良領域４３は、例えば反射防止膜４が形成されていない領域、または他の領域と比較して反射防止膜４の膜厚が異なる領域である。すなわち、外観不良領域４３は、反射防止膜４の形成状態に起因した外観不良領域である。

窒化シリコン膜（ＳｉＮ膜）からなる反射防止膜４を受光面側から見た場合には濃い青系の色に見えるが、外観不良領域４２と外観不良領域４３とでは、色合いまたは色が違って見える。太陽電池セル１では、外観不良領域４３は他の領域の反射防止膜４の濃い青系の色よりも淡い青系の色に見える。また、外観不良領域４２は、外観不良領域４３よりもさらに色が淡くなり、白けた色に見える。このように、太陽電池セルの受光面側においては外観にばらつきが生じる。

しかしながら、この太陽電池セル１は、受光面側において、外観不良領域４２や外観不良領域４３のような外観不良領域が見える領域を低減して作製されている。したがって、本実施の形態にかかる太陽電池セル１では、外観の美観性に優れた太陽電池セルが実現されている。

以下、本実施の形態にかかる太陽電池セル１の製造方法について図面に沿って説明する。図２は、本発明の実施の形態にかかる太陽電池セル１の製造工程の一例を説明するためのフローチャートである。図３−１〜図３−７は、本発明の実施の形態にかかる太陽電池セル１の製造工程の一例を説明するための断面図である。

まず、半導体基板２として例えば数百μｍ厚のｐ型単結晶シリコン基板を用意する（図３−１）。ｐ型単結晶シリコン基板は、溶融したシリコンを冷却固化してできたインゴットをワイヤーソーでスライスして製造するため、表面にスライス時のダメージが残っている。そこで、ｐ型単結晶シリコン基板を酸または加熱したアルカリ溶液中、例えば水酸化ナトリウム水溶液に浸漬して表面をエッチングすることにより、シリコン基板の切り出し時に発生してｐ型単結晶シリコン基板の表面近くに存在するダメージ領域を取り除く。例えば数〜２０ｗｔ％苛性ソーダや炭酸苛性ソーダで１０μｍ〜２０μｍ厚だけ表面を除去する。

ダメージ除去に続いて、同様のアルカリ低濃度液にＩＰＡ（イソプロピルアルコール）を添加した溶液でｐ型単結晶シリコン基板の異方性エッチングを行ない、シリコン（１１１）面が出るようにｐ型単結晶シリコン基板の受光面側の表面に微小凹凸（テクスチャー）を形成してテクスチャー構造２ａを形成する（ステップＳ１０、図３−２）。このようなテクスチャー構造２ａをｐ型単結晶シリコン基板の受光面側に設けることで、太陽電池セル１の表面側で光の多重反射を生じさせ、太陽電池セル１に入射する光を効率的に半導体基板１１の内部に吸収させることができ、実効的に反射率を低減して変換効率を向上させることができる。アルカリ溶液で、ダメージ層の除去およびテクスチャー構造の形成を行う場合は、アルカリ溶液の濃度をそれぞれの目的に応じた濃度に調整し、連続処理をする場合がある。

図４−１および図４−２は、テクスチャー構造２ａの形成後におけるｐ型単結晶シリコン基板の両面の状態の一例を示す平面図である。図４−１はｐ型単結晶シリコン基板の一面側の状態を示す平面図、図４−２はｐ型単結晶シリコン基板の他面側の状態を示す平面図である。

テクスチャー構造２ａが形成されたｐ型単結晶シリコン基板の両面を観察すると、ｐ型単結晶シリコン基板の他面側では全面において均一なテクスチャー構造２ａが形成されていない為、反射率が面内で不均一となり、外観が斑模様に見える。すなわち、図４−２に示されるようにｐ型単結晶シリコン基板の他面側においては、略均一なテクスチャー構造２ａが形成されている外観良好領域３１の中に、外観良好領域３１とは異なる２種類の外観不良領域３２、外観不良領域３３が形成されている。外観不良領域３２および外観不良領域３３は、テクスチャーが形成されていない領域、または外観良好領域３１と比較してテクスチャーの形成密度が低い領域である。

一方、テクスチャー構造２ａが形成されたｐ型単結晶シリコン基板の一面側でも、全面において均一なテクスチャーが形成されていない為、反射率が面内で不均一となり、外観に模様が見える。すなわち、ｐ型単結晶シリコン基板の一面側において略均一なテクスチャーが形成されている外観良好領域２１の中に、外観良好領域２１とは異なる外観不良領域２２が形成されている。外観不良領域２２はテクスチャー構造形成不良領域であり、テクスチャーが形成されていない領域、または外観良好領域２１と比較してテクスチャーの形成密度が低い領域である。

このようにテクスチャー構造２ａのできばえについては、シリコン基板の表裏両面で全く同じとなる場合は少ない。太陽電池セルにおいて、受光面と反対側の面（裏面）については、ほぼ全面に電極が形成される為、外観について影響を与えない。したがって、テクスチャー構造の形成後において、より外観の悪い面を裏面とすることで、太陽電池セルの外観不良の発生割合を低減することが可能となる。

そこで、本実施の形態では、テクスチャー構造２ａの形成後において、ｐ型単結晶シリコン基板のどちらの面を受光面または裏面にするかの判定を行い、より外観の悪い面を裏面とする。すなわち、本実施の形態では、テクスチャー構造２ａが形成されたｐ型単結晶シリコン基板両面の反射率分布の測定を行い、この反射率分布に基づいて、ｐ型単結晶シリコン基板のどちらの面を受光面または裏面にするかを判定する（ステップＳ２０）。

反射率分布を測定するには、例えばテクスチャー構造２ａが形成されたｐ型単結晶シリコン基板の両面に対して、波長７００ｎｍの光に対する反射率を反射率測定装置により多数点測定する。反射率は、ｐ型単結晶シリコン基板の両面に対して、例えばそれぞれ面内における同等の位置の２５点で測定される。

つぎに、ｐ型単結晶シリコン基板の両面のそれぞれの反射率の分布が計算され、受光面の判定が行われる。例えば、反射率測定装置が演算・判定部を備える。この演算・判定部は、測定した反射率のデータに基づいて、ｐ型単結晶シリコン基板の各面における反射率の標準偏差などのバラツキの指標を計算する。そして、演算・判定部は、ｐ型単結晶シリコン基板の両面のそれぞれの反射率の分布の広がり（ばらつき）に基づいて、相対的に反射率分布のばらつき（標準偏差など）の小さい面を受光面と判定する。

本実施の形態では、図４−２に示されるｐ型単結晶シリコン基板の他面側よりも、図４−１に示されるｐ型単結晶シリコン基板の一面側の方が、反射率分布のばらつき（標準偏差など）が小さくなる。したがって、演算・判定部により、図４−１に示されるｐ型単結晶シリコン基板の一面側が受光面と判定される。そして、演算・判定部により、相対的に反射率分布のばらつき（標準偏差など）の大きい図４−２に示されるｐ型単結晶シリコン基板の他面側が裏面と判定される。なお、反射率の測定点の数は特に限定されないが、測定数が多いほど、より正確な反射率の分布を得ることができるため好ましい。

つぎに、半導体基板２にｐｎ接合を形成する（ステップＳ３０、図３−３）。すなわち、リン（Ｐ）等のＶ族元素を半導体基板２に拡散等させて数百ｎｍ厚のｎ型不純物拡散層３を形成する。ここでは、両面にテクスチャー構造２ａを形成したｐ型単結晶シリコン基板に対して、熱拡散によりオキシ塩化リン（ＰＯＣｌ_３）を拡散させてｐｎ接合を形成する。これにより、ｐ型単結晶シリコン基板の全面にｎ型不純物拡散層３が形成される。

この拡散工程では、ｐ型単結晶シリコン基板を例えばオキシ塩化リン（ＰＯＣｌ_３）ガス窒素ガス、酸素ガスの混合ガス雰囲気中で気相拡散法により例えば８００℃〜９００℃の高温で数十分間、熱拡散させてｐ型単結晶シリコン基板の表面層にリン（Ｐ）が拡散したｎ型不純物拡散層３を一様に形成する。半導体基板２の表面に形成されたｎ型不純物拡散層３のシート抵抗の範囲が３０Ω／□〜８０Ω／□程度である場合に良好な太陽電池の電気特性が得られる。

つぎに、ｐ型電極である裏面側電極１３とｎ型電極である受光面側電極１２とを電気的に絶縁するｐｎ分離を行う（ステップＳ４０、図３−４）。ｎ型不純物拡散層３は、ｐ型単結晶シリコン基板の表面に一様に形成されるので、おもて面と裏面とは電気的に接続された状態にある。このため、裏面側電極１３（ｐ型電極）と受光面側電極１２（ｎ型電極）を形成した場合には、裏面側電極１３（ｐ型電極）と受光面側電極１２（ｎ型電極）が電気的に接続される。この電気的接続を遮断するため、ｐ型単結晶シリコン基板の端面領域に形成されたｎ型不純物拡散層３をドライエッチングによりエッチング除去してｐｎ分離を行う。このｎ型不純物拡散層３の影響を除くために行う別の方法として、レーザにより端面分離を行う方法もある。

ここで、ｎ型不純物拡散層３の形成直後のｐ型単結晶シリコン基板の表面には拡散処理中に表面に堆積したガラス質（燐珪酸ガラス、ＰＳＧ：Phospho-Silicate Glass）層が形成されているため、該リンガラス層をフッ酸溶液等を用いて除去する。これにより、第１導電型層であるｐ型単結晶シリコンからなる半導体基板２と、該半導体基板２の受光面側に形成された第２導電型層であるｎ型不純物拡散層３と、によりｐｎ接合が構成された半導体基板１１が得られる。

次に、光電変換効率改善のために、ｐ型単結晶シリコン基板の受光面側（ｎ型不純物拡散層３）に反射防止膜４を一様な厚みで形成する（ステップＳ５０、図３−５）。反射防止膜４は、前述したように反射率分布により演算・判定部で受光面として判定された、相対的に反射率分布のばらつきの小さい図４−１に示されるｐ型単結晶シリコン基板の一面側に形成される。

反射防止膜４の膜厚および屈折率は、光反射を最も抑制する値に設定する。反射防止膜４の形成は、例えばプラズマＣＶＤ法を使用し、シラン（ＳｉＨ_４）ガスとアンモニア（ＮＨ_３）ガスの混合ガスを原材料に用いて、３００℃以上、減圧下の条件で反射防止膜４として窒化シリコン膜を成膜形成する。屈折率は例えば２．０〜２．２程度であり、最適な反射防止膜厚は例えば７０ｎｍ〜９０ｎｍである。なお、反射防止膜４として、屈折率の異なる２層以上の膜を積層してもよい。また、反射防止膜４の形成方法は、プラズマＣＶＤ法の他に蒸着法、熱ＣＶＤ法などを用いてもよい。なお、このようにして形成される反射防止膜４は絶縁体であることに注意すべきであり、受光面側電極１２をこの上に単に形成しただけでは、太陽電池セルとして作用しない。

つぎに、受光面側電極１２の配置方向を判定する（ステップＳ６０）。図５は、色を判別できる画像センサー（カラーセンサー）により画像処理した反射防止膜４の形成後のｐ型単結晶シリコン基板の受光面側の処理画像である。この処理画像は、反射防止膜４の形成後のｐ型単結晶シリコン基板の受光面側の外観状態を示すものであり、図５に示される処理画像においては、外観良好領域４１の中に外観不良領域４２と外観不良領域４３とが斑模様に見える。

外観不良領域４２はテクスチャー構造形成不良領域であり、半導体基板１１（ｎ型不純物拡散層３）の受光面側において、例えばテクスチャー構造２ａが形成されていない領域、または他の領域と比較してテクスチャー構造２ａの形成密度が低い領域である（テクスチャー構造２ａの形成状態に起因した外観不良領域）。なお、図５に示される外観不良領域４２は、図４−１に示される外観不良領域２２に対応している。外観不良領域４３は反射防止膜形成不良領域であり、例えば反射防止膜４が形成されていない領域、または外観良好領域４１と比較して反射防止膜４の膜厚が異なる領域である（反射防止膜４の形成状態に起因した外観不良領域）。また、外観良好領域４１は、半導体基板１１（ｎ型不純物拡散層３）の受光面側においてテクスチャー構造２ａが均一に形成された領域である。また、ここでは示していないが、テクスチャー構造形成不良領域と反射防止膜形成不良領域とが重なった領域も存在し得る。

外観良好領域４１は濃い青系の色に見えるが、外観不良領域４２と外観不良領域４３とは、色合いまたは色が違って見える。外観不良領域４３は、外観良好領域４１の反射防止膜４の濃い青系の色よりも淡い青系の色、例えば水色に見える。また、外観不良領域４２は、外観不良領域４３よりもさらに色が淡くなり、白けた色に見える。なお、外観不良領域４２は、テクスチャー構造２ａの形成具合に応じて様々な色が発現する。また、外観不良領域４３は、反射防止膜４の膜厚に応じて様々な色が発現する。

このように色合いまたは色が違った斑模様が見える状態の反射防止膜４上において、受光面側電極１２の配置方向を選択することにより、斑模様による外観の劣化を抑制することができる。すなわち、外観不良領域４２における、より多くの領域に受光面側電極１２を重ねることにより、受光面側電極１２の形成後に斑模様が見える部分の面積を低減して外観の劣化を抑制することができる。また、外観不良領域４３における、より多くの領域に受光面側電極１２を重ねることにより、受光面側電極１２の形成後に斑模様が見える部分の面積を低減して外観の劣化を抑制することができる。

そこで、本実施の形態では、反射防止膜４の形成後において、より外観を良好にできる受光面側電極１２の配置方向を、配置可能な複数の受光面側電極１２の配置方向から選択・判定する。例えば、カラーセンサーが配置方向判定部を備える。この配置方向判定部は、例えばカラーセンサーにより画像処理された反射防止膜４の形成後のｐ型単結晶シリコン基板の受光面側の処理画像に対して受光面側電極１２のパターンデータを重ね合わせて、受光面側電極１２の配置方向のシミュレーション図を作製する。このシミュレーション図は、複数の受光面側電極１２の配置方向について作製する。

つぎに、配置方向判定部は、それぞれのシミュレーション図に対して、受光面側電極１２と外観不良領域（外観不良領域４２、外観不良領域４３）との重複面積を計算する。そして、配置方向判定部は、それぞれのシミュレーション図における重複面積に基づいて、より重複面積の広い受光面側電極１２の配置方向を判定する。なお、受光面側電極１２のパターンデータの代わりに表銀バス電極６のパターンデータを用いてもよい。ただし、受光面側電極１２のパターンデータを用いることで、表銀バス電極６だけでなく、表銀グリッド電極５も含めて正確な重複領域の面積を計算できる。このため、受光面側電極１２のパターンデータを用いることが好ましい。

図６および図７は、配置方向判定部でのシミュレーション処理により作製された、反射防止膜４上における受光面側電極１２の配置方向のシミュレーション図である。図６および図７は、図５に示された処理画像に、櫛形を呈する受光面側電極１２のパターンデータを重ね合わせたシミュレーション図である。図６においては、表銀バス電極６の延在方向を図５に示された半導体基板１１における上辺および下辺と平行な方向（図６におけるＸ方向）として櫛形の受光面側電極１２を配置している。図７においては、表銀バス電極６の延在方向を図５に示された半導体基板１１における右辺および左辺と平行な方向（図７におけるＹ方向）として櫛形の受光面側電極１２を配置している。

配置方向判定部は、図６および図７に示されたそれぞれのシミュレーション図に対して、受光面側電極１２と外観不良領域（外観不良領域４２、外観不良領域４３）との重複面積を計算する。そして、配置方向判定部は、それぞれのシミュレーション図における重複面積に基づいて、より重複面積の広い受光面側電極１２の配置方向を判定する。この場合には、図７のシミュレーション図よりも図６のシミュレーション図の方が重複面積が広くなるので、配置方向判定部は、受光面側電極１２の配置方向を、「表銀バス電極６の延在方向を図６におけるＸ方向とする配置」と判定する。

受光面側電極１２の配置方向の判定後、スクリーン印刷により電極を形成する。まず、受光面側電極１２を作製する（焼成前）。すなわち、ｐ型単結晶シリコン基板の受光面である反射防止膜４上に、表銀グリッド電極５と表銀バス電極６との形状に、ガラスフリットを含む電極材料ペーストである銀ペースト１２ａをスクリーン印刷によって塗布した後、銀ペースト１２ａを乾燥させる（ステップＳ７０、図３−６）。ここで、スクリーン印刷においては、受光面側電極１２の配置方向がステップＳ６０で判定された方向となるようにｐ型単結晶シリコン基板の方向が設定される。

なお、反射防止膜４の形成後のｐ型単結晶シリコン基板の受光面側では、反射率により色合いまたは色が違って見える。そこで、反射率測定装置により反射防止膜４の形成後のｐ型単結晶シリコン基板の受光面側の反射率を多点測定し、このデータに基づいて反射率分布を計算することにより、反射防止膜４の形成後のｐ型単結晶シリコン基板の受光面側の外観状態を示す図５と同様の処理画像を作製してもよい。

次に、ｐ型単結晶シリコン基板の裏面側にスクリーン印刷によって、裏アルミニウム電極７の形状に電極材料ペーストであるアルミニウムペースト７ａを塗布し、さらに裏銀電極８の形状に電極材料ペーストである銀ペースト８ａを塗布し、乾燥させる（ステップＳ８０、図３−６）。なお、図中ではアルミニウムペースト７ａのみを示しており、銀ペースト８ａの記載を省略している。

その後、半導体基板１１の受光面側および裏面側の電極ペーストを例えば６００℃〜９００℃で同時に焼成することで、半導体基板１１の表側では銀ペースト１２ａ中に含まれているガラス材料で反射防止膜４が溶融している間に銀材料がシリコンと接触し再凝固する。これにより、受光面側電極１２としての表銀グリッド電極５および表銀バス電極６とが得られ、受光面側電極１２と半導体基板１１のシリコンとの導通が確保される（ステップＳ９０、図３−７）。このようなプロセスは、ファイヤースルー法と呼ばれる。

また、アルミニウムペースト７ａも半導体基板１１のシリコンと反応して裏アルミニウム電極７が得られ、かつ裏アルミニウム電極７の直下にｐ＋層９を形成する。また、銀ペースト８ａの銀材料がシリコンと接触し再凝固して裏銀電極８が得られる（図３−７）。なお、図中では表銀グリッド電極５および裏アルミニウム電極７のみを示しており、表銀バス電極６および裏銀電極８の記載を省略している。

以上のような工程を実施することにより、図１−１〜図１−３に示す本実施の形態にかかる太陽電池セル１を作製することができる。なお、電極材料であるペーストの半導体基板１１への配置の順番を、受光面側と裏面側とで入れ替えてもよい。

上述したように、本実施の形態にかかる太陽電池セルの製造方法においては、両面にテクスチャー構造が形成されたｐ型単結晶シリコン基板の両面における反射率分布を測定し、反射率分布が小さくより外観の良い一面側を受光面側とし、反射率分布が大きくより外観の悪い他面側を裏面として、その後の後工程を実施して太陽電池セルを作製する。これにより、太陽電池セルの外観不良の発生割合を低減することが可能となる。

また、本実施の形態にかかる太陽電池セルの製造方法においては、テクスチャー構造２ａが形成されたｐ型単結晶シリコン基板の受光面側においてテクスチャー構造２ａの形成状態および反射防止膜４の形成状態の少なくとも一方に起因した外観不良領域を特定し、この外観不良領域と受光面側電極１２のパターンとの重なる面積が広い方向の配置を受光面側電極１２の配置可能な複数の配置方向から選択して受光面側電極１２を形成する。これにより、受光面側電極１２の形成後において外観不良領域が見える部分の面積を低減して外観の劣化を抑制することができる。

したがって、本実施の形態にかかる太陽電池セルの製造方法によれば、外観の美観性に優れた太陽電池セルを製造することができる。

図８は、本実施の形態にかかる太陽電池セル製造システム１００の概略構成を示すブロック図である。太陽電池セル製造システム１００は、上述した太陽電池セルの製造方法により外観の美観性に優れた太陽電池セルを製造する。太陽電池セル製造システム１００は、テクスチャー構造形成部１０１と、反射率分布測定部１０２と、不純物拡散層形成部１０３と、ｐｎ分離部１０４と、反射防止膜形成部１０５と、受光面側電極配置方向判定部１０６と、電極形成部１０７と、を備える。

テクスチャー構造形成部１０１は、上述したステップＳ１０の工程を実施して、ｐ型単結晶シリコン基板の受光面側の表面にテクスチャー構造２ａを形成する。テクスチャー構造形成部１０１は、アルカリ低濃度液にＩＰＡ（イソプロピルアルコール）を添加した溶液などのエッチング液を貯留したエッチング槽や、エッチング後のｐ型単結晶シリコン基板の洗浄を行う洗浄槽などを備えて構成される。

反射率分布測定部１０２は、上述したステップＳ２０の工程を実施して、テクスチャー構造２ａの形成後のｐ型単結晶シリコン基板のどちらの面を受光面または裏面にするかを判定する。反射率分布測定部１０２は、テクスチャー構造２ａが形成されたｐ型単結晶シリコン基板両面の反射率の測定を行う反射率測定装置と、反射率測定装置での測定結果に基づいてｐ型単結晶シリコン基板の両面のそれぞれの反射率の分布を計算して、この反射率の分布の広がり（ばらつき）に基づいて受光面・裏面の判定を行う演算・判定部などを備えて構成される。

不純物拡散層形成部１０３は、上述したステップＳ３０の工程を実施して、ｎ型不純物拡散層３を形成し、ｐｎ接合を形成する。不純物拡散層形成部１０３は、例えば熱拡散炉などを備えて構成される。

ｐｎ分離部１０４は、上述したステップＳ４０の工程を実施して、ｐｎ分離を行う。ｐｎ分離部１０４は、ドライエッチング装置やレーザ装置などを備えて構成される。

反射防止膜形成部１０５は、上述したステップＳ５０の工程を実施して、ｐ型単結晶シリコン基板の受光面側の面に反射防止膜４を形成する。反射防止膜形成部１０５は、プラズマＣＶＤ装置などを備えて構成される。

受光面側電極配置方向判定部１０６は、上述したステップＳ６０の工程を実施して、受光面側電極１２の配置方向を判定する。受光面側電極配置方向判定部１０６は、色を判別して画像処理できる外観不良特定部としての画像センサー（カラーセンサー）と、配置方向判定部などを備えて構成される。配置方向判定部は、例えばカラーセンサーにより画像処理された反射防止膜４の形成後のｐ型単結晶シリコン基板の受光面側の処理画像に対して受光面側電極１２のパターンデータを重ね合わせて、受光面側電極１２の配置方向のシミュレーション図を作製する。また、配置方向判定部は、シミュレーション図に対して、受光面側電極１２と外観不良領域との重複面積を計算し、この計算結果に基づいて、より重複面積の広い受光面側電極１２の配置方向を判定する。

電極形成部１０７は、上述したステップＳ７０〜ステップＳ９０の工程を実施して、受光面側電極１２および裏面側電極１３を形成する。電極形成部１０７は、受光面側電極配置方向判定部１０６で判定された配置方向で受光面側電極１２を形成する。電極形成部１０７は、スクリーン印刷機や焼成炉などを備えて構成される。

ｐ型単結晶シリコン基板は、図８における矢印の方向に順次各機能部に搬送され、処理が行われる。また、これらの各機能部間には、基板を搬送し、所定の方向（表裏方向、水平方向）で装置に配置する搬送機構を有する。

このような構成を有することで、本実施の形態にかかる太陽電池セル製造システム１００は、上述した太陽電池セルの製造方法により外観の美観性に優れた太陽電池セルを製造することができる。

以上のように、本発明にかかる太陽電池の製造方法は、外観の美観性に優れた太陽電池セルの製造に有用である。

１ 太陽電池セル
２ 半導体基板
２ａ テクスチャー構造
３ ｎ型不純物拡散層
４ 反射防止膜
５ 表銀グリッド電極
６ 表銀バス電極
７ 裏アルミニウム電極
７ａ アルミニウムペースト
８ 裏銀電極
８ａ 銀ペースト
９ ｐ＋層（ＢＳＦ（Back Surface Field））
１１ 半導体基板
１２ 受光面側電極
１２ａ 銀ペースト
１３ 裏面側電極
２１ 外観良好領域
２２ 外観不良領域
３１ 外観良好領域
３２ 外観不良領域
３３ 外観不良領域
４１ 外観良好領域
４２ 外観不良領域
４３ 外観不良領域
１００ 太陽電池セル製造システム
１０１ テクスチャー構造形成部
１０２ 反射率分布測定部
１０３ 不純物拡散層形成部
１０４ ｐｎ分離部
１０５ 反射防止膜形成部
１０６ 受光面側電極配置方向判定部
１０７ 電極形成部

Claims (13)

1. 第１導電型の半導体基板の両面にテクスチャー構造を形成する第１工程と、
   前記テクスチャー構造が形成された前記半導体基板の両面における反射率分布を測定する第２工程と、
   前記半導体基板の両面のうち前記反射率分布の小さい一面側に第２導電型の不純物元素が拡散された不純物拡散層を形成する第３工程と、
   前記不純物拡散層に電気的に接続する所定のパターンの受光面側電極を前記不純物拡散層上に形成する第４工程と、
   前記半導体基板の両面のうち前記反射率分布の大きい他面側に裏面側電極を形成する第５工程と、
   を含み、
   前記第４工程では、前記半導体基板の一面側における前記テクスチャー構造の形成状態に起因した第１外観不良領域を特定し、前記第１外観不良領域と前記受光面側電極のパターンとの重なる面積が広い配置方向を前記受光面側電極の配置可能な複数の配置方向から判定して前記受光面側電極を形成すること、
   を特徴とする太陽電池セルの製造方法。
2. 前記第１外観不良領域は、前記半導体基板の一面側において前記テクスチャー構造が形成されていない領域または他の領域と比較して前記テクスチャー構造の形成密度が低い領域であること、
   を特徴とする請求項１に記載の太陽電池セルの製造方法。
3. 前記半導体基板の一面側の面内における色合いまたは色の違いにより前記第１外観不良領域を特定すること、
   を特徴とする請求項１または２に記載の太陽電池セルの製造方法。
4. 前記半導体基板の一面側の面内における反射率分布により前記第１外観不良領域を特定すること、
   を特徴とする請求項１または２に記載の太陽電池セルの製造方法。
5. 第１導電型の半導体基板の両面にテクスチャー構造を形成する第１工程と、
   前記テクスチャー構造が形成された前記半導体基板の両面における反射率分布を測定する第２工程と、
   前記半導体基板の両面のうち前記反射率分布の小さい一面側に第２導電型の不純物元素が拡散された不純物拡散層を形成する第３工程と、
   前記不純物拡散層に電気的に接続する所定のパターンの受光面側電極を前記不純物拡散層上に形成する第４工程と、
   前記半導体基板の両面のうち前記反射率分布の大きい他面側に裏面側電極を形成する第５工程と、
   を含み、
   前記第３工程と前記第４工程との間において前記不純物拡散層上に反射防止膜を形成し、
   前記第４工程では、前記半導体基板の一面側における前記テクスチャー構造の形成状態および前記反射防止膜の形成状態の少なくとも一方に起因した第２外観不良領域を特定し、前記第２外観不良領域と前記受光面側電極のパターンとの重なる面積が広い配置方向を前記受光面側電極の配置可能な複数の配置方向から判定して前記受光面側電極を形成すること、
   を特徴とする太陽電池セルの製造方法。
6. 前記第２外観不良領域は、前記半導体基板の一面側において前記テクスチャー構造が形成されていない領域もしくは他の領域と比較して前記テクスチャー構造の形成密度が低い領域であるテクスチャー構造形成不良領域、または前記半導体基板の一面側において前記反射防止膜が形成されていない領域もしくは他の領域と比較して前記反射防止膜の膜厚が異なる領域である反射防止膜形成不良領域、または前記テクスチャー構造形成不良領域と前記反射防止膜形成不良領域とが重なった領域であること、
   を特徴とする請求項５に記載の太陽電池セルの製造方法。
7. 前記半導体基板の一面側の面内における色合いまたは色の違いにより前記第２外観不良領域を特定すること、
   を特徴とする請求項５または６に記載の太陽電池セルの製造方法。
8. 前記半導体基板の一面側の面内における反射率分布により前記第２外観不良領域を特定すること、
   を特徴とする請求項５または６に記載の太陽電池セルの製造方法。
9. 両面にテクスチャー構造が形成された第１導電型の半導体基板の両面における反射率分布を測定する反射率分布測定部と、
   前記半導体基板の両面のうち前記反射率分布の小さい一面側に第２導電型の不純物元素が拡散された不純物拡散層を形成する不純物拡散層形成部と、
   前記不純物拡散層に電気的に接続する所定のパターンの受光面側電極を前記不純物拡散層上に形成し、前記半導体基板の両面のうち前記反射率分布の大きい他面側に裏面側電極を形成する電極形成部と、
   を備え、
   前記電極形成部は、
   前記不純物拡散層が形成され、且つ前記受光面側電極が未形成の前記半導体基板の一面側における外観不良領域を特定する外観不良特定部と、
   前記外観不良領域と前記受光面側電極のパターンとの重なる面積が広い配置方向を前記受光面側電極の配置可能な複数の配置方向から判定する配置方向判定部と、
   を有することを特徴とする太陽電池セル製造システム。
10. 前記不純物拡散層上に反射防止膜を形成する反射防止膜形成部をさらに備え、
    前記外観不良特定部は、前記不純物拡散層が形成され、さらに前記反射防止膜が形成され、且つ前記受光面側電極が未形成の前記半導体基板の一面側における外観不良領域を特定すること、
    を特徴とする請求項９に記載の太陽電池セル製造システム。
11. 前記外観不良領域は、前記半導体基板の一面側において前記テクスチャー構造が形成されていない領域もしくは他の領域と比較して前記テクスチャー構造の形成密度が低い領域であるテクスチャー構造形成不良領域であること、
    を特徴とする請求項９または１０に記載の太陽電池セル製造システム。
12. 前記外観不良領域は、前記半導体基板の一面側において前記反射防止膜が形成されていない領域もしくは他の領域と比較して前記反射防止膜の膜厚が異なる領域である反射防止膜形成不良領域、または前記半導体基板の一面側において前記テクスチャー構造が形成されていない領域もしくは他の領域と比較して前記テクスチャー構造の形成密度が低い領域であるテクスチャー構造形成不良領域と前記反射防止膜形成不良領域とが重なった領域であること、
    を特徴とする請求項１０に記載の太陽電池セル製造システム。
13. 前記外観不良特定部は、前記半導体基板の一面側の面内における色合いもしくは色の違いまたは前記半導体基板の一面側の面内における反射率分布により前記外観不良領域を特定すること、
    を特徴とする請求項９〜１２のいずれか１つに記載の太陽電池セル製造システム。

Images