JP5933198B2

JP5933198B2 - 結晶太陽電池の製造方法

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Publication number: JP5933198B2
Application number: JP2011146553A
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Inventors: 石川　道夫; 道夫石川; 勉西橋; 幸弘古川; 山口　昇; 昇山口; 現示酒田
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Priority date: 2011-06-30
Filing date: 2011-06-30
Publication date: 2016-06-08
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Description

本発明は、結晶太陽電池の製造方法に関するものである。

自然エネルギーの有効利用の観点から、近年、太陽電池はますます広く一般的に利用されつつある。太陽電池を構成する材料としては、これまで主に、結晶シリコンが用いられてきた。

結晶シリコンを用いた太陽電池は、光を受光する受光面と、受光面と対向する裏面との間で光電変換機能を発現する、ｐ型の結晶シリコンからなる基板を備えている。基板の裏面をなす他方の主面側には高濃度のｐ型シリコン層（ｐ^＋層）が形成され、基板の受光面をなす一方の主面側にはｎ型シリコン層（ｎ層）が形成される。そして、ｐ^＋層とｎ層の間に、ｐ^＋層よりも低濃度のｐ型シリコン層（ｐ層）が形成される。この基板に対して光を照射することにより、ｐ層において励起された電子、正孔のうち、電子をｎ層に接続された電極に、正孔をｐ＋層に接続された電極に、それぞれ捕捉させ、補足させた電子、正孔による電流を発生させることができる。

すなわち、結晶シリコン太陽電池は、照射された光のエネルギーを、外部への出力が可能な電気のエネルギーに変換する機能を有している。特に、結晶シリコン太陽電池は、照射された光のエネルギーのうち、電気のエネルギーに変換される割合（光電変換効率）が高く、太陽電池市場において重要な位置を占めており、光電変換効率を更に高めるための技術開発が進められている（非特許文献１）。

ところで、結晶シリコン太陽電池を構成する、多結晶または単結晶シリコンからなる基板に、ｐ型半導体層、ｎ型半導体層を形成する場合、従来は、基板の裏面をなす他方の主面にｐ型のイオンを注入し、基板の受光面をなす一方の主面にｎ型のイオンを注入した上で、アニール処理が行われていた。すなわち、ｐ型のイオンとｎ型のイオンの両方に対して、同じ条件によるアニール処理が行われていた。しかしながら、ｐ型のイオンとｎ型のイオンとでは、アニール処理に関する最適な条件が異なる。そのため、基体に注入されたｐ型のイオンとｎ型のイオンの両方に対して、最適な条件でアニール処理を行い、低抵抗のｐ型半導体層とｎ型半導体層を形成することが難しかった。

ＰｌａｓｍａＦｕｓｉｏｎＲｅｓ．Ｖｏｌ．８５，Ｎｏ．１２（２００９）８２０−８２４

本発明は、以上のような点を考慮してなされたものであり、結晶基板の裏面をなす他方の主面および受光面をなす一方の主面に、それぞれ形成されるｐ型半導体層およびｎ型半導体層を低抵抗化し、光電変換効率を向上させることを可能とする、結晶太陽電池の製造方法を提供する。

本発明の請求項１に係る結晶太陽電池の製造方法は、光を受光する受光面と該受光面と対向する裏面との間で光電変換機能を発現する結晶基板を具備する結晶太陽電池の製造方法であって、前記結晶基板として、ｐ型の単結晶又は多結晶シリコンからなる平板状の基体を用い、前記基体の裏面をなす他方の主面側に、ｐ型のイオン（たとえば、ボロン：Ｂ）を注入して、ｐ型半導体層を形成する第一工程と、前記基体に対して、第一アニール処理を行う第二工程と、前記基体の受光面をなす一方の主面側に、ｎ型のイオン（たとえば、リン：Ｐ）を注入して、ｎ型半導体層を形成する第三工程と、前記基体に対して、第二アニール処理を行う第四工程と、を順に少なくとも備え、さらに、前記第二工程と前記第三工程との間に、前記第一アニール処理の際に前記基体の表面に形成された酸化膜を、該酸化膜中に含まれる酸素イオンが前記基体の内部に拡散することを防ぐために、除去する工程Ａと、前記第四工程の後に、前記第二アニール処理の際に前記基体の表面に形成された酸化膜を、該酸化膜中に含まれる酸素イオンが前記基体の内部に拡散することを防ぐために、除去する工程Ｂの両方、またはそのいずれか一方を有し、前記第一アニール処理および前記第二アニール処理は、酸素ガスが供給された加熱室において、それぞれ行う、ことを特徴とする。

本発明の請求項２に係る結晶太陽電池の製造方法は、請求項１において、前記第二工程の温度は、前記第四工程の温度より高い、ことを特徴とする。

本発明の請求項３に係る結晶太陽電池の製造方法は、請求項２において、前記第二工程の温度は９００℃以上である、ことを特徴とする。

本発明の請求項４に係る結晶太陽電池の製造方法は、請求項２または３において、前記第四工程の温度は８７０℃以下である、ことを特徴とする。

本発明の請求項５に係る結晶太陽電池の製造方法は、請求項１乃至４のいずれか一項において、前記第一工程において、前記基体の二つの主面にテクスチャーを形成したものを用いる、ことを特徴とする。

本発明に係る結晶太陽電池の製造方法によれば、ｐ型のイオン注入後とｎ型のイオン注入後の両方にアニール処理（ｐ型のイオン注入後が第一アニール処理Ａ、ｎ型のイオン注入後が第二アニール処理Ｂ）を行う。したがって、アニール処理ＡとＢの条件を、ｐ型イオン、ｎ型イオンそれぞれに対して、個別に設定することができる。すなわち、基体内部における、ｐ型イオン、ｎ型イオンそれぞれの拡散係数に応じた最適な条件により、アニール処理を行うことができる。したがって、基体（結晶基板）の他方の主面および一方の主面に、それぞれ形成されるｐ型半導体層およびｎ型半導体層を低抵抗化し、光電変換効率を向上させた結晶太陽電池を製造することができる。

また、本発明に係る結晶太陽電池の製造方法によれば、ｐ型のイオン、ｎ型のイオンを注入する際の結晶基板の主面には、絶縁膜が形成されていない。そのため、ｐ型イオンとｎ型イオンを、結晶基板に直接注入することが可能となり、注入エネルギーを低く抑えることができる。低エネルギーで注入されたｐ型イオン、ｎ型イオンは、それぞれ結晶基板の他方の主面、一方の主面の近傍に高濃度で分布する。

そして、ｐ型イオンおよびｎ型イオンの注入エネルギーを低くすることにより、一部のイオンが注入されずに、それぞれ他方の主面および一方の主面に堆積する。そのため、続いて行われるアニール処理により、主面から極めて浅い位置にｐ型イオンまたはｎ型イオンを分布させることができる。したがって、基体（結晶基板）の他方の主面および一方の主面に、それぞれ備えたｐ型半導体層およびｎ型半導体層を低抵抗化し、光電変換効率を向上させた結晶太陽電池を製造することができる。

また、本発明に係る結晶太陽電池の製造方法によれば、ｐ型のイオンおよびｎ型のイオンを低エネルギーで注入することにより、結晶基板が受けるイオンダメーシを小さく抑えることができ、アニール処理による結晶性の回復が容易となる。したがって、基体（結晶基板）の他方の主面および一方の主面に、それぞれ備えたｐ型半導体層およびｎ型半導体層を低抵抗化し、光電変換効率を向上させた結晶太陽電池を製造することができる。

本発明における結晶太陽電池の断面図である。（ａ）従来の結晶太陽電池の製造工程フローである。（ｂ）本発明における結晶太陽電池の製造工程フローである。結晶太陽電池の製造に用いる、イオン注入装置の断面図である。結晶太陽電池の製造に用いる、アニール処理装置の断面図である。ｐ型イオンの注入量とシート抵抗との関係を示すグラフである。ｎ型イオンの注入量とシート抵抗との関係を示すグラフである。ｐ型イオンの注入量と光電変換効率との関係を示すグラフである。ｎ型イオンの注入量と光電変換効率との関係を示すグラフである。アニール処理温度と光電変換効率との関係を示すグラフである。シート抵抗と光電変換効率との関係を示すグラフである。

以下、好適な実施形態に基づき、図面を参照して本発明を説明する。

＜第一実施形態＞
図１は、本発明の第一実施形態に係る、結晶太陽電池１００の構成について説明する図である。結晶太陽電池１００は、光を受光する受光面と、受光面と対向する裏面との間で光電変換機能を発現する結晶性基板１０１を備えた太陽電池である。結晶性基板１０１は、ｐ型の単結晶または多結晶シリコンからなる平板状の基体である。

結晶性基板（基体）１０１は、その一方の主面（受光面）１０１ａ側および他方の主面（裏面）１０１ｂ側に、それぞれｎ型の半導体層（ｎ層）１０３およびｐ型の半導体層（ｐ^＋層）１０２を備えている。そして、ｎ層１０３は、結晶基板の一方の主面１０１ａに形成されたシリコン窒化膜（ＳｉＮ_ｘ膜）１０４に覆われている。さらに、ｎ層１０３は、ＳｉＮ_ｘ膜を貫通するように形成された受光面電極１０５と、電気的に接続されている。また、ｐ^＋層１０２は、結晶基板の他方の主面１０１ｂに形成された裏面電極１０６に覆われている。

なお、図１においては、基体の二つの主面１０１ａ、１０１ｂが、いずれも平坦であるように示しているが、いずれも微視的なスケールのテクスチャー形状を有するものとする。

［製造方法］
図１に示した、第一実施形態に係る結晶太陽電池１００の製造方法について、説明する。図２（ａ）および図２（ｂ）は、それぞれ結晶太陽電池１００を製造する、従来の工程フローおよび第一実施形態に係る工程フローを示している。

従来の工程フローによれば、結晶太陽電池１００は、テクスチャー形成、ｐ型イオン注入、ｎ型イオン注入、アニール処理、絶縁膜形成、電極形成の６つの工程処理を順に行うことにより製造される。これに対し、第一実施形態に係る工程フローによれば、結晶太陽電池１００は、テクスチャー形成、ｐ型イオン注入、第一アニール処理、第一フッ酸（ＨＦ）処理、ｎ型イオン注入、第二アニール処理、第二フッ酸（ＨＦ）処理、絶縁膜形成、電極形成の９つの工程を順に行うことにより製造される。すなわち、第一実施形態に係る工程フローは、ｐ型イオン注入後とｎ型イオン注入後の両方に、アニール処理およびＨＦ処理を含む点において、従来の工程フローと異なる。

第一実施形態に係る、結晶太陽電池１００を製造するための各工程について、詳しく説明する。まず、テクスチャー形成工程において、基体１０１に対して、例えば水酸化カリウム（ＫＯＨ）や水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）をエッチャントとして用いたウェットエッチング処理を行う。そして、処理後の基体１０１に残存する有機物および金属汚染物を、フッ硝酸を用いて除去することにより、二つの主面１０１ａ、１０１ｂを、テクスチャーを有する形状に加工する。

次に、テクスチャーを有する形状に加工された、基体１０１の他方の主面１０１ｂに、ボロン（Ｂ）イオン等のｐ型イオンを注入する（第一工程）。ｐ型イオンの注入は、図４に示すイオン注入装置２００を用いて行う。

図３は、ｐ型イオン注入工程（第一工程）および後述するｎ型イオン注入工程（第三工程）に用いる、イオン注入装置２００の断面図である。イオン注入装置２００は真空槽２０１と、永久磁石２０５、ＲＦ導入コイル２０６、ＲＦ導入窓（石英）２１２を用いたＩＣＰ放電によるプラズマ発生手段と、真空排気手段（不図示）とを備えている。真空槽２０１の内部は、メッシュ電極２０８、２０９により、プラズマ発生室とプラズマ処理室とに分離されている。プラズマ処理室に被処理基板（基体）２０３を支持する基板支持台２０４が配されている。なお、メッシュ電極２０８は、浮遊電位とされており、プラズマ２０７の電位を安定させる機能を有する。また、メッシュ電極２０９は、負電位を印加され、プラズマ２０７から正イオンを引き出す機能を有する。

真空層２０１内を減圧し、プラズマ発生室に、基体２０３に注入する不純物原子を含んだガスを導入する。そして、プラズマ発生手段を用いてプラズマ２０７を励起させることにより、不純物原子をイオン化させ、メッシュ電極２０８、２０９を経由して引き出されたｐ型あるいはｎ型のイオンを、基板に注入させることができる。

ここで、ｐ型イオンの注入量は、後述する第一アニール処理後のｐ型半導体層１０２のシート抵抗と、結晶太陽電池の光電変換効率との関係から、太陽電池１００を製造する上での最適値として決定される。ただし、ｐ型半導体層１０２におけるｐ型イオンの濃度は、少なくとも基体１０１におけるｐ型イオンの濃度より高くなっているものとする。ｐ型イオンの濃度の高いｐ^＋層を、裏面電極１０６と基体１０１との間に設けることにより、裏面電極１０６と基体１２１との間において、電場が弱まり、電気抵抗が低減される。

次に、第一工程を経て、ｐ型イオンが注入された基体１０１に対し、第一アニール処理を行う（第二工程）。第一アニール処理は、図４に示すアニール処理装置３００を用いて行う。

図４は、第一アニール処理工程および後述する第二アニール処理工程に用いるアニール装置３００の概略構成を示す図である。アニール装置３００は、第一バッファ室３０２と、第一加熱室３０３と、第二加熱室３０４と、第三加熱室３０５と、第二バッファ室３０６とで構成される。

アニール装置３００によるアニール処理は、以下の第一〜第五ステップを経て行われる。すなわち、第一ステップとして、第一加熱室３０３が所望の昇温状態となるまで、被処理基板（基体）３０１を、窒素（Ｎ_２）ガスが供給された第一バッファ室３０２に待機させる。次に、第二ステップとして、酸素ガス（Ｏ_２）が供給された第一加熱室３０３において、ランプを用いて、６００℃で基体３０１を加熱する。次に、第三ステップとして、酸素ガス（Ｏ_２）が供給された第二加熱室３０４において、ランプを用いて、所望のアニール温度で基体３０１を加熱する。次に、第四ステップとして、第三加熱室３０５において、室温になるように、基体３０１を冷却する。そして、第五ステップとして、アニール装置３００からの搬出準備ができるまで、基体３０１を、窒素（Ｎ_２）ガスが供給された第二バッファ室３０６に待機させる。

第一アニール処理の条件は、基体内部における、Ｐ型イオンの拡散係数に応じた最適な条件として決定される。すなわち、第一アニール処理の温度は、９００℃以上であることが望ましい。また、第一アニール処理にかける時間は、３０分〜６０分程度であることが望ましい。

図５は、ｐ型イオンの注入量とｐ型半導体層のシート抵抗の関係を示すグラフである。縦軸はｐ型半導体層のシート抵抗、横軸はＢイオンの注入量を示している。ここでは、ｐ型イオンの一例として、Ｂイオンを用いている。光電変換効率は、ｐ型半導体層のシート抵抗が７５［Ω／ｃｍ^２］であるときに最大になることが、別実験で確認されている。したがって、図５のグラフより、シート抵抗が７５［Ω／ｃｍ^２］を与える注入量、すなわち１．５Ｅ１５［ｄｏｓｅ／ｃｍ^２］が、太陽電池を製造する上での最適値であることが確認できる。

次に、第二工程において第一アニール処理された、基体１０１の一方の主面１０１ａに、リン（Ｐ）等のｎ型イオンを注入する（第三工程）。ｎ型イオンの注入は、図３に示イオン注入装置２００を用いて行う。

ここで、ｎ型イオンの注入量は、後述する第二アニール処理後のｎ型半導体層１０３のシート抵抗と、結晶太陽電池の光電変換効率との関係から、太陽電池１００を製造する上での最適値として決定される。

なお、第一アニール処理の際に、基体１０１の表面に酸化膜が形成される。この酸化膜中に含まれる酸素イオンは、基体１０１の内部に拡散し、再結合中心として機能することにより、光電変換効率を低下させる。したがって、第二工程と第三工程の間、すなわち、第一アニール処理してからＰイオンを注入するまでの間に、基体１０１の表面に形成された酸化膜を、フッ酸処理（第一ＨＦ処理）を行って除去することが望ましい。

次に、第三工程を経て、ｎ型イオンが注入された基体１０１に対し、図４のアニール処理装置を用いて、第二アニール処理を行う（第四工程）。

第二アニール処理の条件は、基体内部における、ｎ型イオンの拡散係数に応じた最適な条件として決定される。すなわち、第二アニール処理の温度は、８７０℃以下であることが望ましく、少なくとも第一アニール処理の温度より低いものとする。また、第二アニール処理にかける時間は、３０分程度であることが望ましい。

図６は、ｎ型イオンの注入量とｎ型半導体層のシート抵抗の関係を示す、２本のグラフからなる。縦軸はｎ型半導体層のシート抵抗、横軸はＰイオンの注入量を示している。ここでは、ｎ型イオンの一例として、Ｐイオンを用いている。２本のグラフ（上側、下側）は、それぞれ第二工程と第三工程の間に、ＨＦ処理を行わなかった場合と行った場合とに対応する。図６のグラフによれば、ＨＦ処理を行わなかった場合は、ＨＦ処理を行った場合に比べて、ｎ型半導体層のシート抵抗が高くなっている。これは、ＨＦ処理を行わなかった場合には、第一アニール処理の際に、基材１０１の主面に形成された酸化膜が残存し、第三工程において基体１０１に注入されたＰイオンの拡散を妨げていることに起因する。

ｎ型イオンの注入量は、シート抵抗が低くなるように決定される。注入量とシート抵抗との関係が、図６のグラフに示されている。光電変換率は、シート抵抗が５５［Ω／ｃｍ^２］であるときに最大になることが、別実験で確認されている。したがって、図６のグラフより、シート抵抗が５５［Ω／ｃｍ^２］を与える注入量が、太陽電池を製造する上での最適値となる。すなわち、上述の第一フッ酸処理を行った場合には、５Ｅ１５［ｄｏｓｅ／ｃｍ^２］、行わなかった場合には９Ｅ１５［ｄｏｓｅ／ｃｍ^２］が最適値となる。

なお、第二アニール処理の際に、基体１０１の表面に酸化膜が形成される。この酸化膜中に含まれる酸素イオンは、基体１０１の内部に拡散し、再結合中心として機能することにより、光電変換効率を低下させる。したがって、第四工程後、すなわち、第二アニール処理して以降、基体１０１の表面に形成された酸化膜を、フッ酸（ＨＦ）を用いて除去（第二ＨＦ処理）することが望ましい。

次に、絶縁膜形成工程としてＳｉＮ_ｘ膜を、基体の一方の主面１０１ａに、ｎ層を覆うように形成する。ＳｉＮ_ｘ膜は、反射防止膜として機能する膜であり、プラズマＣＶＤ法を用いて形成することができる。本実施形態においては、ＳｉＮ_ｘ膜の膜厚を８０［ｎｍ］としている。

次に、電極形成工程として受光面電極１０５を、ＳｉＮ_ｘ膜を貫通し、ｎ層と電気的に接続されるように形成する。受光面電極１０５を構成する材料としては、例えば銀（Ａｇ）を用いることができ、ファイヤースルー（焼成貫通）法を用いて形成される。

電極形成工程として、さらに裏面電極１０６を、基体の他方の主面１０１ｂに、ｐ^＋層を覆うように形成する。裏面電極１０６を構成する材料としては、例えばアルミニウム（Ａｌ）を用いることができ、スクリーン印刷法により形成される。

以上説明した製造方法により製造された、太陽電池の特性を図７、８に示す。図７は、Ｂイオンの注入量と光電変換効率との関係を示すグラフである。縦軸は光電変換効率、横軸はＢイオンの注入量を示している。グラフによれば、Ｂイオンの注入量を１．５Ｅ１５［ｄｏｓｅ／ｃｍ^２］としたときに、最大の光電変換効率が得られている。そして、Ｂイオンの注入量が１Ｅ１５〜３Ｅ１５［ｄｏｓｅ／ｃｍ^２］の範囲にあれば、最大の光電変換効率に対して５％以内の差の光電変換効率が得られる。したがって、Ｂイオンの注入量については、１Ｅ１５〜３Ｅ１５［ｄｏｓｅ／ｃｍ^２］が、太陽電池を製造する上での最適値となる。

図８は、Ｐイオンの注入量と光電変換効率との関係を示すグラフである。縦軸は光電変換効率、横軸はＰイオンの注入量を示している。グラフによれば、Ｐイオンの注入量を４．５Ｅ１５［ｄｏｓｅ／ｃｍ^２］としたときに、最大の光電変換効率が得られている。そして、Ｐイオンの注入量が２Ｅ１５〜７Ｅ１５［ｄｏｓｅ／ｃｍ^２］の範囲にあれば、最大の光電変換効率に対して５％以内の差の光電変換効率が得られる。したがって、Ｐイオンの注入量については、２Ｅ１５〜７Ｅ１５［ｄｏｓｅ／ｃｍ^２］が、太陽電池を製造する上での最適値となる。

表１は、異なるプロセス条件を用いた４つの実験例において、製造される結晶太陽電池の光電変換効率をまとめたものである。実験例１は、ｐ型半導体層、ｎ型半導体層の形成後にＨＦ処理を行わないプロセスを用いた例である。すなわち、実験例１は、図２（ａ）に示した６つの工程を含む、従来プロセスを用いた例に対応する。実験例１のプロセス条件により製造された結晶太陽電池の光電変換効率は１５．２［％］となっている。

これに対し、実験例２は、ｐ型半導体層形成後に第一ＨＦ処理を行い、ｎ型半導体層形成後に第二ＨＦ処理を行うプロセスを用いた例である。すなわち、実験例２は、図２（ｂ）に示した９つの工程を含む、第一実施形態のプロセスを用いた例に対応する。そして、実験例３、４は、それぞれ、第一実施形態のプロセスのうち、第一ＨＦ処理工程を除いたプロセス、第二ＨＦ処理工程を除いたプロセスを用いた例に対応する。実験例２のプロセスにより製造された結晶太陽電池の光電変換効率は最大の１８．２［％］となっている。そして、実験例３、４のプロセスにより製造された結晶太陽電池の光電変換効率は、それぞれ１７．５［％］、１７．２［％］となっている。

光電変換効率をより向上させるためには、結晶太陽電池を、図２（ｂ）に示した９つの工程全てを含むプロセスにより製造することが望ましい。しかしながら、第一ＨＦ処理工程および第二ＨＦ処理工程を除いたプロセスにより製造しても、従来プロセスにより製造した場合に比べて、高い光電変換効率が得られる。

実験例２と比べて、実験例３、４による光電変換効率が低いのは、アニール処理の際に、基板の主面に酸化膜が形成されることに起因する。すなわち、結晶太陽電池を、第一ＨＦ処理工程を除いたプロセス、第二ＨＦ処理工程を除いたプロセスにより製造する場合、第一アニール処理、第二アニール処理の際に、基体の主面に形成された酸化膜が残存する。そして、残存する酸化膜中の酸素イオンがシリコン中に拡散し、拡散した酸素イオンが、再結合中心として機能することにより、結晶太陽電池の光電変換効率を低下させる。また特に、結晶太陽電池を、第二ＨＦ処理工程を除いたプロセスにより製造する場合、第二アニール処理の際に形成されて、残存する酸化膜中に含まれたＰイオンが、ＳｉＮｘ膜に侵入し、ＳｉＮ_ｘ膜の絶縁膜としての特性を低下させる。

図９は、従来のプロセス、すなわちｐ型イオン、ｎ型イオンの両方を行った後に、アニール処理を行うプロセスにより製造された結晶太陽電池について、アニール処理温度と光電変換効率との関係を示すグラフである。縦軸は光電変換効率、横軸はアニール処理温度を示している。ｐ型イオンとしてはＢイオンを、ｎ型イオンとしてはＰイオンを用いている。

グラフによれば、アニール処理温度を９００℃とした場合に、光電変換効率が最大値をとることが分かる。ところが、ここでの光電変換効率の最大値１５．２［％］は、上述した第一実施形態のプロセスにより製造される、結晶太陽電池の光電変換効率の最大値１８．２よりも低い。

アニール処理温度９００℃は、Ｂイオンに対しては低めのプロファイルを形成させる温度となるが、Ｐイオンに対しては高すぎるため、Ｐイオンが基体１０１内部の深い位置に分布が広がったプロファイルを形成させる温度となる。すなわち、光電変換効率を得るためには、Ｂイオン、Ｐイオンのそれぞれに対して個別に、最適な温度でアニール処理を行うことが必要である。

第一実施形態に係る結晶太陽電池の製造方法によれば、ｐ型イオン注入後とｎ型イオン注入後の両方にアニール処理を行う。したがって、アニール処理の条件を、Ｂイオン、Ｐイオンそれぞれに対して、個別に設定することができる。すなわち、基体内部における、ｐ型イオン、ｎ型イオンそれぞれの拡散係数に応じた最適な条件により、アニール処理を行うことができる。したがって、結晶基板の他方の主面および一方の主面に、それぞれ備えたｐ型半導体層およびｎ型半導体層を低抵抗化することができる。

また、第一実施形態に係る結晶太陽電池の製造方法によれば、ｐ型イオン、ｎ型イオンを注入する際の結晶基板の主面には、絶縁膜が形成されていない。そのため、ＢイオンとＰイオンを、結晶基板に直接注入することが可能となり、注入エネルギーを低く抑えることができる。低エネルギーで注入されたｐ型イオン、ｎ型イオンは、それぞれ結晶基板の他方の主面、一方の主面の近傍に高濃度で分布する。

そして、ｐ型イオンおよびｎ型イオンの注入エネルギーを低くすることにより、一部のイオンが注入されずに、それぞれ他方の主面および一方の主面に堆積する。そのため、続いて行われるアニール処理により、主面から極めて浅い位置にｐ型イオンまたはｎ型イオンを分布させることができる。したがって、結晶基板の他方の主面および一方の主面に、それぞれ備えたｐ型半導体層およびｎ型半導体層を低抵抗化することができる。

また、第一実施形態に係る結晶太陽電池の製造方法によれば、ｐ型イオンおよびｎ型イオンを低エネルギーで注入することにより、結晶基板が受けるイオンダメーシを小さく抑えることができ、アニール処理による結晶性の回復が容易となる。したがって、結晶基板の他方の主面および一方の主面に、それぞれ備えたｐ型半導体層およびｎ型半導体層を低抵抗化することができる。

図１０は、シート抵抗と光電変換効率の関係を示すグラフである。縦軸は光電変換効率、横軸はシート抵抗を示している。通常のイオン注入量により得られるシート抵抗の範囲において、シート抵抗が小さいほど光電変換効率が大きくなっている。したがって、上述のように、結晶基板の他方の主面（裏面）に備えたｐ型半導体層、および一方の主面（受光面）に備えたｎ型半導体層を、それぞれ低抵抗化することにより、光電変換効率を向上させた結晶太陽電池を製造することができる。

本発明は、結晶シリコンを用いた太陽電池の光電変換効率を高める場合に対し、広く適用することが出来る。

１００・・・結晶太陽電池、１０１・・・基体、１０１ａ、１０１ｂ・・・主面、
１０２・・・ｐ型半導体層、１０３・・・ｎ型半導体層、
１０４・・・窒化膜。

Claims

光を受光する受光面と該受光面と対向する裏面との間で光電変換機能を発現する結晶基板を具備する結晶太陽電池の製造方法であって、
前記結晶基板として、ｐ型の単結晶又は多結晶シリコンからなる平板状の基体を用い、
前記基体の裏面をなす他方の主面側に、ｐ型のイオンを注入して、ｐ型半導体層を形成する第一工程と、前記基体に対して、第一アニール処理を行う第二工程と、前記基体の受光面をなす一方の主面側に、ｎ型のイオンを注入して、ｎ型半導体層を形成する第三工程と、前記基体に対して、第二アニール処理を行う第四工程と、を順に少なくとも備え、
さらに、前記第二工程と前記第三工程との間に、前記第一アニール処理の際に前記基体の表面に形成された酸化膜を、該酸化膜中に含まれる酸素イオンが前記基体の内部に拡散することを防ぐために、除去する工程Ａと、前記第四工程の後に、前記第二アニール処理の際に前記基体の表面に形成された酸化膜を、該酸化膜中に含まれる酸素イオンが前記基体の内部に拡散することを防ぐために、除去する工程Ｂの両方、またはそのいずれか一方を有し、
前記第一アニール処理および前記第二アニール処理は、酸素ガスが供給された加熱室において、それぞれ行う、ことを特徴とする結晶太陽電池の製造方法。
前記第二工程の温度は、前記第四工程の温度より高い、ことを特徴とする請求項１に記載の結晶太陽電池の製造方法。
前記第二工程の温度は９００℃以上である、ことを特徴とする請求項２に記載の結晶太陽電池の製造方法。
前記第四工程の温度は８７０℃以下である、ことを特徴とする請求項２または３に記載の結晶太陽電池の製造方法。
前記第一工程において、前記基体の二つの主面にテクスチャーを形成したものを用いる、ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の結晶太陽電池の製造方法。