JP5665975B2 - 太陽電池およびその製造方法、太陽電池モジュール - Google Patents
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Description
本発明は、太陽電池およびその製造方法、太陽電池モジュールに関するものである。
従来の太陽電池は、多結晶シリコンもしくは単結晶シリコンのｐ型シリコン基板の受光面全体にｎ型の不純物拡散層が形成され、受光面側の表面に微小な凹凸が設けられている。微小凹凸上には反射防止膜が形成され、その上に櫛形状に表電極が設けられている。また、ｐ型シリコン基板の裏面側には、裏面全体に電極が設けられている。
このような従来の太陽電池は以下のようにして作製されている。たとえばアルカリ溶液とアルコールとの混合液やフッ酸と硝酸との混酸溶液を用いたウェットエッチングプロセスや、リアクティブイオンエッチング（Reactive Ion Etching：ＲＩＥ）法などのドライエッチングプロセスを用いて、ｐ型単結晶シリコン基板（以下、基板と呼ぶ）の表面に微小凹凸を形成する。この表面の微細凹凸は、外からの光の反射を抑えて光を基板内に閉じ込め、光を電気に変換する光−電子変換効率を上げるために形成される。
つぎに、オキシ塩化リン（ＰＯＣｌ３）ガス中で気相拡散法により基板の表層にｎ型不純物拡散層を形成する。基板の表面に形成された酸化膜をフッ化水素に浸して除去した後に、基板の受光面側の表面に反射防止膜である窒化シリコンをプラズマＣＶＤ（化学的気層成長）法により形成する。つぎに、基板の受光面側の表面に、銀ペーストを用いて印刷法により櫛形状にパターン化した表電極形成を行う。基板の裏面側には、アルミニウムペーストを用いて裏面のほぼ全体にアルミニウム電極を形成し、一部には外部取り出し電極として銀電極を印刷法により形成する。そして、電極ペーストを２００℃の温度で乾燥した後に、７００℃〜８００℃の温度で電極ペーストを焼成し、太陽電池素子が完成する。
一方、太陽電池の光−電子変換効率を向上するために、受光面側電極の領域よりも広い領域に高濃度のドーパント層（低抵抗拡散層）を形成してシート抵抗を低くすることで導電性を上げ、受光面側におけるそれ以外の領域に低濃度のドーパント層（高抵抗拡散層）を形成して電子の再結合を抑制するセレクティブエミッタ構造がある（たとえば、特許文献１参照）。
しかしながら、上記従来の技術によれば、まず受光面全体にドーパントを高濃度に拡散して低抵抗拡散層を形成する。つぎに、最終的に低抵抗拡散層にする電極下部の部分をマスキングし、エッチングすることにより電極形成領域以外の低抵抗拡散層を除去する。そして、受光面全体にドーパントを低濃度に拡散して高抵抗拡散層を形成する。
このような工程では、電極形成領域はマスキングされているためエッチングされず、表面形状はほぼ平坦な形状になる。このため、この電極形成領域（低抵抗拡散層）とこの上に形成する受光面側電極との密着面積が減少し、接触抵抗の増大による太陽電池の特性の劣化、および電極密着強度の低下に起因した電極剥離により長期信頼性を劣化させる原因となる、という問題があった。
また、この場合の電極形成領域（低抵抗拡散層）は、受光面側電極の形成時における位置合わせのマージンを考慮して、最終的な電極幅よりも広い領域に設けられる。そして、低抵抗拡散層のうち電極が形成されていない領域は受光面として機能するが、低抵抗拡散層は少数キャリア寿命が短く光−電子変換効率が低いため、この領域で電流の損失が発生する、という問題があった。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、光−電子変換効率および長期信頼性に優れた太陽電池およびその製造方法、太陽電池モジュールを提供す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は、２種類の異なる電気抵抗値を有する第２導電型の不純物拡散層が受光面側に設けられた第１導電型の半導体基板と、前記半導体基板の受光面側に設けられた受光面側電極と、前記半導体基板の裏面側に設けられた裏面側電極とを備え、前記第２導電型の不純物拡散層が、表面が凹凸形状とされた第１不純物拡散層と、前記第１不純物拡散層よりも小さい電気抵抗値を有し前記半導体基板上に延在する第２不純物拡散層とを備える太陽電池において、前記受光面側電極が、前記第２不純物拡散層の領域および前記第２不純物拡散層に隣接する前記第１不純物拡散層の一部領域の２領域にまたがって接触して前記第１不純物拡散層および前記第２不純物拡散層に電気的に接続するとともに前記第２不純物拡散層の領域を覆うように前記第２不純物拡散層の延在方向と平行方向に延在して設けられ、前記半導体基板の面内において前記第２不純物拡散層の面積が前記受光面側電極の面積よりも小であること、を特徴とする。
本発明によれば、受光面側電極と半導体基板との接触抵抗の低下および密着強度の向上が図られた、光−電子変換効率および長期信頼性の高い太陽電池が得られる、という効果を奏する。
以下に、本発明にかかる太陽電池およびその製造方法、太陽電池モジュール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１．
図１−１は、本発明の実施の形態１にかかる太陽電池セルの概略構成を示す要部断面図である。図１−２は、本発明の実施の形態１にかかる太陽電池セルの概略構成を示す要部平面図であり、図１−１は図１−２の線分Ａ−Ａにおける要部断面図である。なお、図１−２においては、反射防止膜および受光面側電極を透過して見ている。
図１−１は、本発明の実施の形態１にかかる太陽電池セルの概略構成を示す要部断面図である。図１−２は、本発明の実施の形態１にかかる太陽電池セルの概略構成を示す要部平面図であり、図１−１は図１−２の線分Ａ−Ａにおける要部断面図である。なお、図１−２においては、反射防止膜および受光面側電極を透過して見ている。
実施の形態１にかかる太陽電池セルは、半導体基板１としてｐ型の単結晶または多結晶のシリコン基板（以下、シリコン基板１と呼ぶ）を用いている。なお、半導体基板１はこれに限定されるものではなく、ｎ型のシリコン基板を用いてもよい。
シリコン基板１の受光面側には、光を閉じ込めるためのテクスチャー構造を構成する微小凹凸５が１０μｍ程度の深さで形成されている。シリコン基板１の受光面側の表層部にはｎ型不純物拡散層が形成されてｐｎ接合部を形成している。ｎ型不純物拡散層としては、２種類の層が形成されている。すなわち、微小凹凸５の表層部には、ｎ型の不純物が低濃度に拡散された高抵抗拡散層（低濃度不純物拡散層）６が形成されている。また、シリコン基板１の受光面側において微小凹凸５が形成されず突出した領域の表層部には、ｎ型の不純物が高濃度に拡散された低抵抗拡散層（高濃度不純物拡散層）２が形成されている。したがって、高抵抗拡散層６の電気抵抗値を第１電気抵抗値とし、低抵抗拡散層２の電気抵抗値を第２電気抵抗値とすると、第２電気抵抗値は、第１電気抵抗値よりも小さくなる。
低抵抗拡散層２上および低抵抗拡散層２に隣接する高抵抗拡散層６の一部の上には、受光面側電極１０が形成されている。すなわち、受光面側電極１０は、低抵抗拡散層２および低抵抗拡散層２に隣接する高抵抗拡散層６の一部領域の２領域にまたがって接触して、低抵抗拡散層２および低抵抗拡散層２に電気的に接続している。受光面側電極１０は、銀を含み、シリコン基板１の面内において略平行に配置された多数の細いグリッド電極と、これに直行して配置された数本の太いバス電極とを有している。
受光面側電極１０が形成されていない高抵抗拡散層６上には、入射する光の反射を低減して光利用率を向上するための反射防止膜７が形成されている。
以上のように構成された実施の形態１にかかる太陽電池セルは、受光面における受光面側電極１０の下部には電気抵抗の低い低抵抗拡散層２が厚い厚みで形成されてシリコン基板１と受光面側電極１０間の電気的抵抗（接触抵抗）を小さくし、受光面におけるそれ以外の領域には電気抵抗の高い高抵抗拡散層６が薄い厚みで形成されて電子が発生し消滅する再結合速度を小さくするように構成されたセレクティブエミッタ構造を有する。
この太陽電池セルにおいては、受光面側電極１０の一部が低抵抗拡散層２と接合されることにより、受光面側電極１０とシリコン基板１との導電性が良好とされる。また、この太陽電池セルにおいては、高抵抗拡散層６の表面は凹凸形状とされているため、受光面側電極１０の一部が高抵抗拡散層６と接合されることにより受光面側電極１０とシリコン基板１との接触面積が大きくなり、受光面側電極１０とシリコン基板１との接触抵抗の低下および密着強度の向上が図られている。
シリコン基板１の受光面の面内において、低抵抗拡散層２の面積は、受光面側電極１０の形成領域よりも小とされている。低抵抗拡散層２の面積が受光面側電極１０の面積に対して４０％〜８０％程度である場合にシリコン基板１との密着力が良好となる。低抵抗拡散層２の面積が受光面側電極１０の面積の４０％以下の場合は、受光面側電極１０とシリコン基板１（低抵抗拡散層２）との電気的抵抗が高くなり、導電率が低下するため電流の損失が発生する。また、低抵抗拡散層２の面積が受光面側電極１０の面積の８０％以上の場合は、受光面側電極１０とシリコン基板１（低抵抗拡散層２）との密着力が十分でなく、受光面側電極１０が剥離しやすくなる。
シリコン基板１の裏面には、裏面側電極としてアルミニウムを含むアルミニウム電極９と、銀を含む外部取り出し電極である裏面銀電極８が形成されている。シリコン基板１の裏面において、アルミニウム電極９の下部領域にはアルミニウムとシリコンとの合金層が形成され、その下部にはアルミニウムの拡散により設けられたｐ＋層であるＢＳＦ（Back Surface Field）層が形成されている（図示せず）。
以上のように構成された実施の形態１にかかる太陽電池セルにおいては、受光面側電極１０はシリコン基板１の受光面において比較的平坦な低抵抗拡散層２と接合するとともに低抵抗拡散層２の領域からはみ出して低抵抗拡散層２よりも位置の低い高抵抗拡散層６の一部と接合して形成されている。高抵抗拡散層６の表面は凹凸形状とされているため、受光面側電極１０とシリコン基板１との接触面積が大きくなり、受光面側電極１０とシリコン基板１との接触抵抗の低下および密着強度の向上が図られている。また、受光面側電極１０と低抵抗拡散層２との接続部がこのような密着強度の大きい部分に囲まれるため、受光面側電極１０と低抵抗拡散層２との接続部の強度を高めることができ、受光面側電極１０の剥離を防止することができる。
したがって、実施の形態１にかかる太陽電池セルによれば、受光面側電極１０とシリコン基板１との接触抵抗の低下および密着強度の向上が図られた、光−電子変換効率および長期信頼性の高い太陽電池セルが実現されている。
つぎに、以上のように構成された実施の形態１にかかる太陽電池セルの製造方法について図２−１〜図２−７を参照して説明する。図２−１〜図２−７は、実施の形態１にかかる太陽電池セルの製造方法を説明する要部断面図である。
まず、シリコン基板１としてたとえばｐ型単結晶シリコン基板を準備し、該シリコン基板１の表面を、インゴットからスライスした時の不純物やダメージ領域などの除去を行うために熱アルカリで表面を１０μｍ厚程度エッチングし、フッ酸および純水で洗浄する(図２−１)。
つぎに、表面の不純物を除去したシリコン基板１を熱拡散炉へ投入し、オキシ塩化リン（ＰＯＣｌ３）ガス中で加熱する。この工程により、気相拡散法によりシリコン基板１の表面に高温でリン（Ｐ）を高濃度に拡散させて、導電型を反転させた高濃度のｎ型不純物拡散層である低抵抗拡散層２をシリコン基板１の一面側（受光面側）に形成する（図２−２）。リン（Ｐ）の拡散は、たとえば低抵抗拡散層２のシート抵抗が２０〜５０Ω／□の範囲になるようにする。このとき拡散させるリン（Ｐ）の濃度は、オキシ塩化リン（ＰＯＣｌ３）ガスの濃度および雰囲気温度、加熱時間により制御することが可能である。ここでは、８５０℃で１５分の熱拡散を行い、拡散後の低抵抗拡散層２のシート抵抗を測定すると３０Ω／□となった。
つぎに、シリコン基板１をたとえばフッ酸（ＨＦ）に浸漬することにより、リン拡散工程においてシリコン基板１の最表面に形成されたリンガラス層を除去し、洗浄する。その後、シリコン基板１を熱酸化炉に投入し、９５０℃で１０分の熱酸化を行い、低抵抗拡散層２の表面に１００ｎｍ程度の膜厚の酸化膜３を形成する。
そして、シリコン基板１の受光面となる基板面上において、後に受光面側電極が形成される受光面側電極形成領域にレジストパターン４を印刷法で形成する（図２−３）。形成するレジストパターン４は受光面側電極１０のパターンよりも面積を狭く形成する。これにより、前述したように微小凹凸５の表層部の高抵抗拡散層６の一部上にも受光面側電極１０が形成されるため、シリコン基板１と受光面側電極１０との密着強度の向上効果が得られる。
つぎに、レジストパターン４が形成されたシリコン基板１の受光面側を、たとえば１０００番のアルミナ砥粒を使用してブラスト加工し、酸化膜３に無数の微小な穴（微小孔）を形成する。ここで、レジストパターン４で覆われた部分の酸化膜３には、微小孔は形成されない。その後、シリコン基板１を水酸化ナトリウム溶液に浸漬してレジストパターン４を除去する。
つぎに、シリコン基板１の受光面に微小凹凸５を形成する。微小凹凸５の形成は、シリコン基板１を水酸化ナトリウムとイソプロピルアルコールとの混合溶液に浸し、酸化膜３に形成された微小孔部分を介してシリコン基板１の表面をウエットエッチングすることにより行う。このエッチングでは、たとえばシリコン基板１の表面を厚み方向において１０〜２０μｍのエッチングを行い、受光面側の表面の微小凹凸５が１０μｍの深さになるまで行う。
この結果、シリコン基板１の受光面において、微小孔部分を介してエッチングされた部分の低抵抗拡散層２が除去される。ここで、ブラスト加工による微小孔の形成時にレジストパターン４で覆われていた部分の酸化膜３は、微小孔が形成されていないためエッチングが行われず、低抵抗拡散層２がほぼ平坦な表面状態で残存する。その後、シリコン基板１をフッ酸に浸漬して酸化膜３を除去する（図２−４）。このエッチング処理により、低抵抗拡散層２は、シリコン基板１の受光面において突出した受光面側電極形成領域のみに残存する。
つぎに、表面に微小凹凸５を形成したシリコン基板１を再度熱拡散炉へ投入し、オキシ塩化リン（ＰＯＣｌ３）ガス中で加熱する。この工程により、気相拡散法によりシリコン基板１の表面に高温でリン（Ｐ）を低濃度に拡散させて、導電型を反転させた低濃度のｎ型不純物拡散層である高抵抗拡散層６を微小凹凸５の表層に形成する（図２−５）。リン（Ｐ）の拡散は、たとえば高抵抗拡散層６のシート抵抗が８０〜１２０Ω／□の範囲になるようにする。このとき拡散させるリン（Ｐ）の濃度は、オキシ塩化リン（ＰＯＣｌ３）ガスの濃度および雰囲気温度、加熱時間により制御することが可能である。ここでは、８００℃で１０分の熱拡散を行い、拡散後の高抵抗拡散層６のシート抵抗を測定すると１００Ω／□となった。
つぎに、高抵抗拡散層６上に反射防止膜７を形成する。反射防止膜７としては、たとえばシランとアンモニアとの混合ガスを用いたプラズマＣＶＤ法により膜厚６０ｎｍ〜８０ｎｍの窒化シリコン膜を形成する（図２−６）。なお、反射防止膜７は、シリコン基板１の受光面に形成してもよい。
つぎに、表裏面の電極を形成する。電極の形成は、電極ペーストを印刷法により電極のパターンに印刷し、乾燥、焼成することにより行う。電極ペーストの印刷は、電極パターンに対応した開口部を有する樹脂膜が金属メッシュ上に形成された印刷マスクに、銀粒子またはアルミニウム粒子を含む電極ペーストをスキイジで押し込み、電極ペーストをマスクの開口部から透過させて行う。
まず、銀粒子を含む電極ペーストを、外部との導通を取る外部取り出し電極である裏面銀電極８のパターンにシリコン基板１の裏面に印刷、乾燥する。つぎに、アルミニウム粒子を含む電極ペーストを、裏面銀電極８のパターンを除いたアルミニウム電極９のパターンにシリコン基板１の裏面に印刷する。つぎに、銀粒子を含む電極ペーストを、受光面側電極１０のパターンにシリコン基板１の受光面側に印刷する。ここで、受光面側電極１０のパターンの印刷は、シリコン基板１の受光面側に形成した低抵抗拡散層２に位置を合わせて行う。
印刷の位置合わせは、たとえば先のレジストパターン４の印刷時に、印刷マスクに２点もしくはそれ以上の位置合わせマーカーを形成しておく。そして、受光面側電極１０の印刷用の印刷マスクにもこれと同じ位置に位置合わせマーカーを形成するようにマスクを形成する。そして、この位置合わせマーカーの位置がレジストで形成したマーカーと一致するように手動で受光面側電極１０の印刷用の印刷マスクの位置を調整する。また、画像処理装置でシリコン基板１の受光面側の画像を取り込み、低抵抗拡散層２のパターンに受光面側電極１０の印刷位置を一致させることで精度の高い位置合わせが可能である。
そして、印刷した電極ペーストを乾燥させた後、電極ペーストを焼成する。これにより、低抵抗拡散層２上および低抵抗拡散層２に隣接する高抵抗拡散層６の一部の上には、受光面側電極１０が形成される。また、シリコン基板１の裏面には、裏面側電極としてアルミニウム電極９と裏面銀電極８が形成される。なお、低抵抗拡散層２上および高抵抗拡散層６上に反射防止膜７が形成されている部分では、いわゆるファイヤースルーにより受光面側電極１０が低抵抗拡散層２および高抵抗拡散層６に接続し、導通する（図２−７）。
以上の工程を実施することにより、図１−１および図１−２に示す実施の形態１にかかる太陽電池セルが得られる。
以上のような実施の形態１にかかる太陽電池セルの製造方法においては、シリコン基板１の受光面の面内において、受光面側電極１０は、比較的平坦な低抵抗拡散層２を覆ってこれに接合されるとともに、低抵抗拡散層２の領域からはみ出して該低抵抗拡散層２よりも位置の低い高抵抗拡散層６の一部を覆ってこれに接合されて形成される。すなわち、受光面側電極１０は、低抵抗拡散層２とこの低抵抗拡散層２に隣接する領域の高抵抗拡散層６の一部を覆って形成される。
高抵抗拡散層６の表面は凹凸形状とされるため、受光面側電極１０とシリコン基板１との接触面積が大きくなり、受光面側電極１０とシリコン基板１との接触抵抗の低下および密着強度の向上が図れる。また、受光面側電極１０と低抵抗拡散層２との接続部がこのような密着強度の大きい部分に囲まれるため、受光面側電極１０と低抵抗拡散層２との接続部の強度を高めることができ、受光面側電極１０の剥離を防止することができる。
したがって、実施の形態１にかかる太陽電池セルの製造方法によれば、受光面側電極１０とシリコン基板１との接触抵抗の低下および密着強度の向上を図り、光−電子変換効率および長期信頼性の高い太陽電池セルを実現することができる。
なお、上述した実施の形態１にかかる太陽電池セルの製造方法において、低抵抗拡散層２の形成前にシリコン基板１の受光面側の表面をエッチングして所定の大きさの凹凸形状を設けてもよい。その後に低抵抗拡散層２を形成することにより、低抵抗拡散層２の表面にも凹凸形状が形成されるため、受光面側電極１０とシリコン基板１との接触面積が大きくなり、受光面側電極１０とシリコン基板１との接触抵抗の低下および密着強度の向上が図れる。
実施の形態２．
実施の形態２では、低抵抗拡散層２の形状について説明する。前述したように低抵抗拡散層２の面積を受光面側電極１０の形成領域の面積よりも小とするには、たとえば低抵抗拡散層２の幅を狭くする、低抵抗拡散層２の形状を破線形状にする、低抵抗拡散層の形状を複数ライン形状にする、など低抵抗拡散層２の形状を変更する方法が考えられる。
実施の形態２では、低抵抗拡散層２の形状について説明する。前述したように低抵抗拡散層２の面積を受光面側電極１０の形成領域の面積よりも小とするには、たとえば低抵抗拡散層２の幅を狭くする、低抵抗拡散層２の形状を破線形状にする、低抵抗拡散層の形状を複数ライン形状にする、など低抵抗拡散層２の形状を変更する方法が考えられる。
図３は、低抵抗拡散層２の形状の一例を示す太陽電池セルの受光面側の要部平面図である。図３においては、反射防止膜７および受光面側電極１０を透過して見ている。図３は低抵抗拡散層２の形状をメッシュ形状に形成した例を示している。低抵抗拡散層２の形状をメッシュ形状にすることで、受光面の面方向において均等に凹凸部を形成することができ、受光面側電極１０とシリコン基板１との間の密着力を面内において均等に増強することができる。これにより、受光面側電極１０とシリコン基板１との間の全体の密着強度が向上し、受光面側電極１０とシリコン基板１との間でより強い密着力を得ることが可能である。
実施の形態３．
実施の形態２で述べたように、低抵抗拡散層２に部分的に凹凸を設けることにより、低抵抗拡散層２と受光面側電極１０との間でより強い密着力を得ることができる。低抵抗拡散層２に部分的に凹凸を設けるには、たとえばレジストパターン４で覆われた酸化膜３（電極形成領域）にブラスト痕を部分的に付けてエッチングする。
実施の形態２で述べたように、低抵抗拡散層２に部分的に凹凸を設けることにより、低抵抗拡散層２と受光面側電極１０との間でより強い密着力を得ることができる。低抵抗拡散層２に部分的に凹凸を設けるには、たとえばレジストパターン４で覆われた酸化膜３（電極形成領域）にブラスト痕を部分的に付けてエッチングする。
印刷法によるレジストパターン４の形成では、たとえば２９０メッシュ、乳剤厚１５μｍの条件の印刷マスクを用いてレジスト材料を印刷すると、膜厚１２μｍのレジスト膜が形成される。このような膜からなるレジストパターン４に１０００番のアルミナ砥粒、圧力０．２５Ｐａでブラスト処理すると、レジストパターン４で覆われた酸化膜３（電極形成領域）にはブラスト痕は残らない。
ここで、ブラスト圧力を変えると微小凹凸５の形成状態が変わるので好ましくない。このため、印刷膜厚を薄くすることが好ましい。たとえば４００メッシュ、乳剤厚３μｍの条件の印刷マスクを用いることで、レジスト膜の膜厚は８μｍになる。このようなレジストパターン４を酸化膜３上に形成して前記ブラスト条件でブラスト加工を行うと、レジストパターン４で覆われた酸化膜３（電極形成領域）にも部分的に微小孔が形成される。この状態で実施の形態１の場合と同様に微小孔を介してシリコン基板１の受光面のエッチングを行うと、レジストパターン４で覆われていた領域の酸化膜３（電極形成領域）にも微小凹凸が形成される。
これにより、低抵抗拡散層２の表面に部分的に凹凸を設けることができ、低抵抗拡散層２と受光面側電極１０との間でより強い密着強度を得ることができる。なお、この凹凸は、低抵抗拡散層２の表面における全面に設けてもよい。また、この凹凸は、低抵抗拡散層２の表面における一分的に設けられ、残りの部分が平坦とされてもよい。
実施の形態４．
シリコン基板１と受光面側電極１０のうちの細いグリッド電極との密着強度を上げるためには、たとえば図４に示すようにレジストパターン４を電流が多く流れるバス電極に対応した形状にのみ形成し、バス電極に対応した形状の低抵抗拡散層２ａを形成する方法がある。この場合、グリッド電極は表面状態が凹凸形状とされた高抵抗拡散層６上に形成されるため、シリコン基板１とグリッド電極との密着強度を向上させることができる。図４は、低抵抗拡散層２の形状の一例を示す太陽電池セルの受光面側の要部平面図である。
シリコン基板１と受光面側電極１０のうちの細いグリッド電極との密着強度を上げるためには、たとえば図４に示すようにレジストパターン４を電流が多く流れるバス電極に対応した形状にのみ形成し、バス電極に対応した形状の低抵抗拡散層２ａを形成する方法がある。この場合、グリッド電極は表面状態が凹凸形状とされた高抵抗拡散層６上に形成されるため、シリコン基板１とグリッド電極との密着強度を向上させることができる。図４は、低抵抗拡散層２の形状の一例を示す太陽電池セルの受光面側の要部平面図である。
ただし、この場合はグリッド電極を高抵抗拡散層６上に形成することになるので、電流の抵抗が大きくなり特性を劣化させてしまう原因になる恐れがある。そこで、このときの高抵抗拡散層６のシート抵抗を６０〜１００Ω／□にすることで、電流の流れを妨げることなくグリッド電極とシリコン基板１との密着強度を向上させることができる。
実施の形態５．
実施の形態５では低抵抗拡散層の形状を変更した変形例について説明する。実施の形態１で説明したように、低抵抗拡散層２と受光面側電極１０とはともに印刷法によりパターンを形成している。しかし、それぞれのパターン再現性または位置合わせ精度が低いと、図５に示すように受光面側電極１０が低抵抗拡散層２を覆わない部分が発生する。この場合は、低抵抗拡散層２と受光面側電極１０との接触面積を大きくする効果が十分に得られないため接触抵抗の低減効果を十分に得られない。その結果、受光面側電極１０とシリコン基板１との接触抵抗の低下および密着強度の向上の効果が十分に得られない。図５は、低抵抗拡散層２と受光面側電極１０との位置関係の一例を示す太陽電池セルの受光面側の要部平面図である。
実施の形態５では低抵抗拡散層の形状を変更した変形例について説明する。実施の形態１で説明したように、低抵抗拡散層２と受光面側電極１０とはともに印刷法によりパターンを形成している。しかし、それぞれのパターン再現性または位置合わせ精度が低いと、図５に示すように受光面側電極１０が低抵抗拡散層２を覆わない部分が発生する。この場合は、低抵抗拡散層２と受光面側電極１０との接触面積を大きくする効果が十分に得られないため接触抵抗の低減効果を十分に得られない。その結果、受光面側電極１０とシリコン基板１との接触抵抗の低下および密着強度の向上の効果が十分に得られない。図５は、低抵抗拡散層２と受光面側電極１０との位置関係の一例を示す太陽電池セルの受光面側の要部平面図である。
そこで、本実施の形態では、図６に示すように延在方向（長手方向）において輪郭（外形形状）が蛇行した低抵抗拡散層２１を形成する。図６は、実施の形態５にかかる低抵抗拡散層２１と受光面側電極１０との位置関係の一例を示す太陽電池セルの受光面側の要部平面図である。図６では、低抵抗拡散層２１と受光面側電極１０との間の位置関係が想定した標準の位置関係にある場合を示している。これにより、例えば図７に示すように、低抵抗拡散層２１と受光面側電極１０との間の位置関係が想定した標準の位置関係（図６参照）からズレて位置ズレが生じても、低抵抗拡散層２１と受光面側電極１０との接触面積はこれらが標準の位置関係にある場合（図６参照）と同等とすることが可能であり、受光面側電極１０とシリコン基板１との間で低い接触抵抗および強い密着強度を維持可能である。図７は、実施の形態５にかかる低抵抗拡散層２１と受光面側電極１０との位置関係の一例を示す太陽電池セルの受光面側の要部平面図である。図７では、低抵抗拡散層２１と受光面側電極１０との間に位置ズレが生じた場合を示している。
図７に示すように、高抵抗拡散層６のうち、低抵抗拡散層２１の幅方向において低抵抗拡散層２１に隣接して部分的に低抵抗拡散層２１側に膨らんだ領域は、受光面側電極１０に当接して受光面側電極１０で覆われる。これにより、高抵抗拡散層６と受光面側電極１０との接触面積が大きくなり、受光面側電極１０とシリコン基板１との間で強い密着強度を維持可能である。
また、低抵抗拡散層２１のうち、低抵抗拡散層２１の幅方向において高抵抗拡散層６に隣接して部分的に高抵抗拡散層６側に膨らんだ領域の端部近傍は、受光面側電極１０で覆われない。しかしながら、全体としては低抵抗拡散層２１のうち図６に示した場合と同等の面積が受光面側電極１０で覆われるため低抵抗拡散層２１と受光面側電極１０との接触面積が大きく、受光面側電極１０とシリコン基板１との間で低い接触抵抗を維持可能である。
したがって、上述した実施の形態１〜実施の形態４において、低抵抗拡散層の外形形状を延在方向（長手方向）において蛇行させることにより、低抵抗拡散層２１と受光面側電極１０との間の位置ズレが生じた場合でも、受光面側電極１０とシリコン基板１との接触抵抗の低下および密着強度の向上が図られた、光−電子変換効率および長期信頼性の高い太陽電池セルが実現可能である。
また、上記の実施の形態で説明した構成を有する太陽電池セルを複数形成し、隣接する太陽電池セル同士を直列または並列に電気的に接続することにより、良好な光閉じ込め効果を有し、光電変換効率に優れた太陽電池モジュールが実現できる。この場合は、たとえば隣接する太陽電池セルの一方の受光面側電極１０と他方の裏面銀電極８とを電気的に接続すればよい。
以上のように、本発明にかかる太陽電池は、光−電子変換効率および長期信頼性に優れた太陽電池の実現に有用である。
１ 半導体基板（シリコン基板）
２ 低抵抗拡散層（高濃度不純物拡散層）
２ａ 低抵抗拡散層
３ 酸化膜
４ レジストパターン
５ 微小凹凸
６ 高抵抗拡散層（低濃度不純物拡散層）
７ 反射防止膜
８ 裏面銀電極
９ アルミニウム電極
１０ 受光面側電極
２１ 輪郭が蛇行した低抵抗拡散層
２ 低抵抗拡散層（高濃度不純物拡散層）
２ａ 低抵抗拡散層
３ 酸化膜
４ レジストパターン
５ 微小凹凸
６ 高抵抗拡散層（低濃度不純物拡散層）
７ 反射防止膜
８ 裏面銀電極
９ アルミニウム電極
１０ 受光面側電極
２１ 輪郭が蛇行した低抵抗拡散層
Claims (16)
- ２種類の異なる電気抵抗値を有する第２導電型の不純物拡散層が受光面側に設けられた第１導電型の半導体基板と、前記半導体基板の受光面側に設けられた受光面側電極と、前記半導体基板の裏面側に設けられた裏面側電極とを備え、
前記第２導電型の不純物拡散層が、表面が凹凸形状とされた第１不純物拡散層と、前記第１不純物拡散層よりも小さい電気抵抗値を有し前記半導体基板上に延在する第２不純物拡散層とを備える太陽電池において、
前記受光面側電極が、前記第２不純物拡散層の領域および前記第２不純物拡散層に隣接する前記第１不純物拡散層の一部領域の２領域にまたがって接触して前記第１不純物拡散層および前記第２不純物拡散層に電気的に接続するとともに前記第２不純物拡散層の領域を覆うように前記第２不純物拡散層の延在方向と平行方向に延在して設けられ、
前記半導体基板の面内において前記第２不純物拡散層の面積が前記受光面側電極の面積よりも小であること、
を特徴とする太陽電池。 - 前記受光面側電極が、前記第２不純物拡散層の全ての領域を覆って設けられること、
を特徴とする請求項１に記載の太陽電池。 - 前記第２不純物拡散層の表面が平坦とされること、
を特徴とする請求項１または２に記載の太陽電池。 - 前記第２不純物拡散層の表面が少なくとも部分的に凹凸形状とされること、
を特徴とする請求項１または２に記載の太陽電池。 - 前記第２不純物拡散層がメッシュパターンで形成されること、
を特徴とする請求項４に記載の太陽電池。 - 前記受光面側電極が、細線形状を有するグリッド電極と、前記グリッド電極より太幅形状を有して前記グリッド電極に接続するバス電極とからなり、
前記バス電極の下に前記第２不純物拡散層が形成され、
前記グリッド電極の下に前記第１不純物拡散層が形成されること、
を特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の太陽電池。 - 前記第２不純物拡散層の輪郭が、前記第２不純物拡散層の延在方向において蛇行した形状を呈し、
前記第１不純物拡散層のうち、前記第２不純物拡散層の幅方向において前記第２不純物拡散層に隣接して部分的に前記第２不純物拡散層側に膨らんだ領域は、前記受光面側電極に当接して前記受光面側電極で覆われ、
前記第２不純物拡散層のうち、前記第２不純物拡散層の幅方向において前記第１不純物拡散層に隣接して部分的に前記第１不純物拡散層側に膨らんだ領域の端部近傍は、前記受光面側電極で覆われないこと、
を特徴とする請求項１に記載の太陽電池。 - 第１導電型の半導体基板の一面側に、表面が凹凸形状とされた第１不純物拡散層と、前記第１不純物拡散層よりも小さい電気抵抗値を有し前記半導体基板上に延在する第２不純物拡散層とを形成する不純物拡散層形成工程と、
前記第２不純物拡散層の領域および前記第２不純物拡散層に隣接する前記第１不純物拡散層の一部領域の２領域にまたがって接触して前記第１不純物拡散層および前記第２不純物拡散層に電気的に接続するとともに前記第２不純物拡散層の領域を覆うように前記第２不純物拡散層の延在方向と平行方向に延在する受光面側電極を前記半導体基板の一面側に形成する受光面側電極形成工程と、
前記半導体基板の裏面側に裏面側電極を形成する裏面側電極形成工程と、
を含み、
前記半導体基板の面内における前記第２不純物拡散層の面積が前記受光面側電極の面積よりも小であること、
を特徴とする太陽電池の製造方法。 - 前記受光面側電極が、前記第２不純物拡散層の全ての領域を覆って設けられること、
を特徴とする請求項８に記載の太陽電池の製造方法。 - 前記第２不純物拡散層の表面が平坦とされること、
を特徴とする請求項８または９に記載の太陽電池の製造方法。 - 前記第２不純物拡散層の表面が少なくとも部分的に凹凸形状とされること、
を特徴とする請求項８または９に記載の太陽電池の製造方法。 - 前記第２不純物拡散層がメッシュパターンで形成されること、
を特徴とする請求項１１に記載の太陽電池の製造方法。 - 前記受光面側電極が、細線形状を有するグリッド電極と、前記グリッド電極より太幅形状を有して前記グリッド電極に接続するバス電極とからなり、
前記バス電極の下に前記第２不純物拡散層が形成され、
前記グリッド電極の下に前記第１不純物拡散層が形成されること、
を特徴とする請求項８〜１２のいずれか１つに記載の太陽電池の製造方法。 - 前記不純物拡散層形成工程では、
前記半導体基板の一面側の全面に前記第２不純物拡散層を形成する工程と、
前記第２不純物拡散層上に保護膜を形成する工程と、
前記保護膜に前記第１不純物拡散層のパターンで微小孔を形成する工程と、
前記微小孔を介して前記半導体基板の一面側をウエットエッチングすることにより前記第２不純物拡散層をパターニングするとともに前記半導体基板の一面側における前記第２不純物拡散層以外の領域に前記凹凸形状を形成する工程と、
前記半導体基板の一面側における前記凹凸形状が形成された領域に前記第１不純物拡散層を形成する工程と、
を含むことを特徴とする請求項８〜１３のいずれか１つに記載の太陽電池の製造方法。 - 前記第２不純物拡散層の輪郭を、前記第２不純物拡散層の延在方向において蛇行した形状に形成し、
前記第１不純物拡散層のうち、前記第２不純物拡散層の幅方向において前記第２不純物拡散層に隣接して部分的に前記第２不純物拡散層側に膨らんだ領域は、前記受光面側電極に当接させて前記受光面側電極で覆い、
前記第２不純物拡散層のうち、前記第２不純物拡散層の幅方向において前記第１不純物拡散層に隣接して部分的に前記第１不純物拡散層側に膨らんだ領域の端部近傍は、前記受光面側電極で覆わないこと、
を特徴とする請求項８に記載の太陽電池の製造方法。 - 請求項１〜７のいずれか１つに記載の太陽電池の少なくとも２つ以上が電気的に直列または並列に接続されてなること、
を特徴とする太陽電池モジュール。
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