JP6116616B2 - 裏面電極型太陽電池及びその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、裏面電極型太陽電池及びその製造方法に関する。
近年、エネルギ資源の枯渇の問題や大気中のＣＯ２の増加のような地球環境問題などからクリーンなエネルギの開発が望まれており、特に太陽電池を用いた太陽光発電が新しいエネルギ源として開発、実用化され、発展の道を歩んでいる。
太陽電池は、従来から、たとえば単結晶、または多結晶のシリコン基板の入射光側の面である受光面に、シリコン基板の導電型と異なる導電型となる不純物を拡散することによってｐｎ接合を形成し、シリコン基板の受光面と、受光面の反対側である裏面（以下、「シリコン基板の裏面」という。）にそれぞれ電極を形成して製造されたものが主流となっている。
また、シリコン基板の受光面には電極を形成せず、シリコン基板の裏面にｐｎ接合を形成した、いわゆる裏面電極型太陽電池が開発されている。裏面電極型太陽電池は一般的に受光面に電極を有しないことから、電極によるシャドーロスがなく、シリコン基板の受光面および裏面にそれぞれ電極を有する上記の太陽電池と比べて高い出力を得ることが期待できる。裏面電極型太陽電池は、このような特性を活かしてソーラカーや集光用太陽電池などの用途に使用されている。そして、特許文献１には、裏面のみに電極が形成されている裏面接合型太陽電池の一例が示されている。
図８は、特許文献１に開示されている裏面接合型太陽電池２００の断面を表す模式図である。ｎ型のシリコン基板２０１の入射光側である受光面に、反射防止膜２０９が形成されている。シリコン基板２０１の受光面と反対側である裏面に、ｎ＋層２０５、ｐ＋層２０６が形成され、ｎ＋層２０５上には第２パッシベーション膜２０４、ｐ＋層２０６上には第１パッシベーション膜２０３と、それぞれ異なるパッシベーション膜が形成されている。２０７はｎ電極、２０８はｐ電極である。
図９は、特許文献１に開示されている図８の裏面接合型太陽電池の製造方法の一例である。図９に示すように模式的断面図を参照して説明する。
まず、図９（ａ）に示すように、ｎ型のシリコン基板４０１を用意する。その後、図９（ｂ）に示すように、シリコン基板４０１の裏面に酸化珪素膜などからなるテクスチャマスク４１３を形成し、シリコン基板４０１の受光面にエッチングすることによりテクスチャ構造４１０を形成する。
次に、図９（ｃ）に示すように、まず、シリコン基板４０１の受光面と裏面の全面に、酸化珪素膜などからなる第１拡散マスク４１１を形成する。そして、シリコン基板４０１の裏面の第１拡散マスク４１１上にエッチング成分を含む第１エッチングペーストをたとえばスクリーン印刷法などによって所望のパターンに印刷する。この第１エッチングペーストの印刷後のシリコン基板４０１を加熱処理することにより、シリコン基板４０１の裏面に形成した第１拡散マスク４１１のうち第１エッチングペーストが印刷された部分のみエッチング、除去できる。その後、シリコン基板４０１を水中に浸し、超音波を印加して超音波洗浄などを行なうことによって、第１エッチングペーストを除去し、窓４１４を形成する。
次に、図９（ｄ）に示すように、シリコン基板４０１に第１導電型不純物としてのｐ型不純物であるボロンなどを気相拡散することで、窓４１４部分に第１導電型不純物拡散層としてのｐ＋層４０６を形成する。その後、シリコン基板４０１の第１拡散マスク４１１ならびにボロンが拡散して形成されたＢＳＧ（ボロンシリケートガラス）をフッ化水素水溶液などを用いてすべて除去する。
次に、図９（ｅ）に示すように、シリコン基板４０１の受光面と裏面の全面に酸化珪素などからなる第２拡散マスク４１２を形成する。そして、シリコン基板４０１の裏面の第１拡散マスク４１２上のみに、第２エッチングペーストを所望のパターンに印刷する。第２エッチングペーストは上記の第１エッチングペーストと同一組成のものを用いることができるし、異なる組成のものであっても良い。第２エッチングペーストの印刷後のシリコン基板４０１を加熱処理することにより、シリコン基板４０１の裏面の第２拡散マスク４１２が形成された部分のうち第２エッチングペーストが印刷された部分をエッチングし除去する。加熱処理後は、前述した方法と同様に行い、窓４１５を形成する。
次に、図９（ｆ）に示すように、シリコン基板４０１に第２導電型不純物としてのｎ型不純物であるリンなどを気相拡散することで、窓４１５部分に第２導電型不純物拡散層としてのｎ＋層４０５を形成する。その後、シリコン基板４０１の受光面と裏面の第２拡散マスク４１２ならびにリンが拡散して形成されたＰＳＧ（リンシリケートガラス）をフッ化水素水溶液などを用いてすべて除去する。
次に、図９（ｇ）に示すように、シリコン基板４０１について熱酸化を行ない、シリコン基板４０１の裏面の全面に酸化珪素膜からなる第１パッシベーション膜４０３を形成する。なお、このとき同時に受光面の全面にも酸化珪素膜４０３ａを形成することとなる。
次に、図９（ｈ）に示すように、ｐ＋層４０６を形成した面以外の第１パッシベーション膜４０３を、エッチングペーストを利用してエッチングして除去する。このとき用いるエッチングペーストは、前述したエッチングペーストと同じものでもよい。よって、裏面のｐ＋層４０６上にのみ第１パッシベーション膜４０３を形成する。
次に、図９（ｉ）に示すように、第１パッシベーション膜４０３を除去したシリコン基板４０１の表面に、第２パッシベーション膜４０４を形成する。具体的には、プラズマＣＶＤ法により窒化珪素を成膜することにより、シリコン基板４０１の表面およびｎ＋層４０５上には第２パッシベーション膜４０４として窒化珪素膜を形成する。この第２パッシベーション膜４０４は、第１パッシベーション膜４０３の上にも形成されている。
次に、図９（ｊ）に示すように、シリコン基板４０１の受光面の酸化珪素膜４０３ａをフッ化水素水溶液などを用いてすべて除去し、受光面上に窒化珪素膜などからなる反射防止膜４０９を形成する。同時に第１パッシベーション膜４０３および第２パッシベーション膜４０４の一部を除去してコンタクトホール４１６、コンタクトホール４１７を形成し、ｎ＋層４０５およびｐ＋層４０６の一部を露出させる。コンタクトホール４１６、コンタクトホール４１７は、以下の方法で作成できる。まず、第２パッシベーション膜４０４上にエッチングペーストを印刷した後に、シリコン基板４０１をに加熱処理し、加熱処理後、超音波洗浄を行なう等によって、加熱処理後のエッチングペーストを除去する。
次に、図９（ｋ）に示すように、コンタクトホール４１６およびコンタクトホール４１７に、それぞれ銀ペーストを印刷した後、焼成することによって、ｎ＋層４０５上にｎ電極４０７を形成し、ｐ＋層４０６上にｐ電極４０８を形成する。これにより、裏面接合型太陽電池が完成する。
特許文献１に開示されている図９の裏面接合型太陽電池の製造方法では、シリコン基板の裏面に、ｎ＋層、ｐ＋層を形成するため、それぞれに対し、拡散マスク形成、パターニング、不純物拡散、拡散マスク除去の工程があり、その後に、ｎ＋層上、ｐ＋層上にそれぞれ異なるパッシベーション膜を形成するため、第１パッシベーション膜形成、パターニング、第１パッシベーション膜をｐ＋層上のみに残す工程、第２パッシベーション膜形成の工程とがあり、工程数が多くなっている。
本発明の目的は、工程数を低減しても、ｎ＋層上、ｐ＋層上に、それぞれ異なるパッシベーション膜を形成することが可能な裏面電極型太陽電池及びその製造方法を提供することにある。
本発明の裏面電極型太陽電池の製造方法は、シリコン基板の裏面の一部に、第１の酸化シリコン膜をマスクに用いて、ｎ型ドーパントを拡散させてｎ型領域を形成する工程と、前記第１の酸化シリコン膜を除去する工程と、前記シリコン基板の裏面を熱酸化して、該シリコン基板の裏面に第２の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をエッチングして、前記ｎ型領域上以外の第２の酸化シリコン膜を除去する工程と、前記シリコン基板の裏面の前記ｎ型領域以外の領域に、ｐ型ドーパントを拡散させてｐ型領域を形成する工程と、前記ｎ型領域上に前記第２の酸化シリコン膜が形成された状態で、前記シリコン基板の裏面上に、酸化アルミニウム膜を形成する工程とを含む。
本発明の裏面電極型太陽電池の製造方法は、シリコン基板の裏面の一部に、第１の酸化シリコン膜をマスクに用いて、ｎ型ドーパントを拡散させてｎ型領域を形成する工程と、前記第１の酸化シリコン膜を除去する工程と、前記シリコン基板の裏面を熱酸化して、該シリコン基板の裏面に第２の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をエッチングして、前記ｎ型領域上以外の第２の酸化シリコン膜を除去する工程と、前記シリコン基板の裏面の前記ｎ型領域以外の領域に、ｐ型ドーパントを拡散させてｐ型領域を形成する工程と、前記ｎ型領域上に前記第２の酸化シリコン膜が形成された状態で、前記シリコン基板の裏面上に、第２裏面パッシベーション膜を形成する工程とを含む。
本発明の裏面電極型太陽電池は、裏面にｎ型領域及びｐ型領域が形成されたシリコン基板と、前記ｎ型領域上に形成された酸化シリコン膜と、前記ｐ型領域上及び前記酸化シリコン膜上に形成された第２裏面パッシベーション膜と、前記酸化シリコン膜及び前記第２裏面パッシベーション膜を貫いて前記ｎ型領域に接続されたｎ型用電極と、前記第２裏面パッシベーション膜を貫いて前記ｐ型領域に接続されたｐ型用電極とを備え、前記シリコン基板の表面は、前記ｎ型領域において凹状である。
本発明の裏面電極型太陽電池は、裏面にｎ型領域及びｐ型領域が形成されたシリコン基板と、前記ｎ型領域上に形成された酸化シリコン膜と、前記ｐ型領域上及び前記酸化シリコン膜上に形成された酸化アルミニウム膜と、前記酸化シリコン膜及び前記酸化アルミニウム膜を貫いて前記ｎ型領域に接続されたｎ型用電極と、前記酸化アルミニウム膜を貫いて前記ｐ型領域に接続されたｐ型用電極とを備え、前記シリコン基板の表面は、前記ｎ型領域において凹状である。
本発明によれば、工程数を低減しても、２つの半導体領域上にそれぞれ異なるパッシベーション膜を形成することが可能となる。
図１、図２は、受光面と反対側の面である裏面にのみ電極を形成した本発明の一例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をそれぞれ帯状に交互に形成している。
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の受光面にはテクスチャ構造である凹凸形状５が形成されている。ｎ型シリコン基板４の受光面上には受光面パッシベーション膜６を形成している。また、受光面パッシベーション膜６上には反射防止膜７を形成している。ここで、受光面パッシベーション膜６、反射防止膜７はいずれも窒化シリコン膜であり、受光面パッシベーション膜６の膜厚は１０ｎｍ以下であり、反射防止膜７の膜厚は５０ｎｍ以上１００ｎｍ以下である。さらに、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、窒素含有率が高く、屈折率が低い。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の裏面側にはｎ型半導体領域であるｎ＋領域９とｐ型半導体領域であるｐ＋領域１０とを交互に隣接して形成している。そして、ｎ＋領域９上には第１裏面パッシベーション膜１１である酸化シリコン膜を形成し、ｐ＋領域１０上及び第１裏面パッシベーション膜１１上には、第２裏面パッシベーション膜１２を形成している。第２裏面パッシベーション膜１２は、酸化アルミニウム膜であり、その膜厚は５ｎｍ以上５０ｎｍ以下である。さらに、ｎ＋領域９にはｎ型用電極２が形成され、ｐ＋領域１０にはｐ型用電極３が形成されている。
そして、より高い短絡電流を得るために、シリコン基板と異なる導電型であるｐ＋領域１０の合計面積を、ｎ＋領域９の合計面積よりも大きくしている。また、隣接するｎ＋領域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＋領域間はｐ＋領域が形成されている。また、ｐ＋領域が長さ方向に対し垂直方向に分離されている場合は、ｐ＋領域間にｎ＋領域が形成されている。
なお、裏面電極型太陽電池の各辺の最も外側の電極が同じ導電型なので、形成した電極を回転対称構造にすることが可能になり、裏面電極型太陽電池を複数並べる太陽電池モジュールを作製する際、例えば、図１に示す裏面電極型太陽電池の上下が反対になっても問題ない。
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３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３に示すように模式的断面図を参照して説明する。
まず、図３（ａ）に示すように、ｎ型シリコン基板４の受光面となる面（以下「ｎ型シリコン基板の受光面」という。）の反対側の面である裏面（以下「ｎ型シリコン基板の裏面」という。）に、窒化シリコン膜等のテクスチャマスク２１をＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、またはスパッタ法等で形成する。その後、図３（ｂ）に示すように、ｎ型シリコン基板４の受光面にテクスチャ構造である凹凸形状５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３（ｃ）を用いて説明する。図３（ｃ）は、ｎ型シリコン基板４の裏面側が上となっている。まず、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を除去する。その後、ｎ型シリコン基板４の裏面全面に、第１ドーパントであるリンを含んだ酸化シリコン膜３３をＣＶＤ法により形成し、その上に、酸化シリコン膜３４をＣＶＤ法により形成する。リンを含んだ酸化シリコン膜３３の厚さは５０ｎｍ以上１００ｎｍ以下であり、酸化シリコン膜３４の厚さは２００ｎｍ以上５００ｎｍ以下である。次に、ｎ型シリコン基板４の裏面側にｎ＋領域９を形成するため、酸化シリコン膜３３及び酸化シリコン膜３４を残すようにパターニングする。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う。その後、パターニング処理を行ったエッチングペーストを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３（ｄ）に示すように、ｎ型シリコン基板４の裏面上、及び酸化シリコン膜３４上に、ボロンを含んだ酸化シリコン膜３１をＣＶＤ法により形成し、その上に、酸化シリコン膜３２をＣＶＤ法により形成する。第２ドーパントであるボロンを含んだ酸化シリコン膜３１の厚さは５０ｎｍ以上１００ｎｍ以下であり、酸化シリコン膜３２の厚さは２００ｎｍ以上５００ｎｍ以下である。次に、ｎ型シリコン基板４を熱処理することで、ボロンを含んだ酸化シリコン膜３１からｎ型シリコン基板４の裏面の一部にボロンを熱拡散させてｐ＋領域１０を形成し、リンを含んだ酸化シリコン膜３３からｎ型シリコン基板４の裏面の一部にリンを熱拡散させｎ＋領域９を形成する。よって、１工程で、ｐ＋領域１０及びｎ＋領域９を形成することができる。そして、ｎ＋領域９とｐ＋領域１０は、隣接して形成される。この工程を用いることで、ｎ＋領域９、ｐ＋領域１０を形成するため、それぞれに対し拡散マスクを形成してパターニングし、半導体領域形成後、拡散マスクを除去する工程が不要となる。なお、上記工程では、酸化シリコン膜３４は、酸化シリコン膜３１からｎ型シリコン基板４へのボロンの拡散を防止するための膜であり、また、酸化シリコン膜３２は、酸化シリコン膜３１からボロンがアウトディフュージョンすることを防止するための膜である。
次に、図３（ｅ）に示すように、ｎ型シリコン基板４の裏面に形成された酸化シリコン膜３２、酸化シリコン膜３１及び酸化シリコン膜３４をエッチングにより除去する。上記に示したように、ｐ＋領域１０上には、酸化シリコン膜３１及び酸化シリコン膜３２が形成され、ｎ＋領域９上には、これらの膜に加えて、酸化シリコン膜３３及び酸化シリコン膜３４が形成されている。そのため、酸化シリコン膜３１及び酸化シリコン膜３２を除去するまでエッチングを行なうと、ｎ＋領域９上の酸化シリコン膜３３だけが残る。
次に、図３（ｆ）に示すように、ｎ型シリコン基板４の裏面に第２裏面パッシベーション膜１２である酸化アルミニウム膜をスパッタ法またはＣＶＤ法により形成する。ｎ＋領域９上には、拡散マスクとして利用した酸化シリコン膜３３が第１裏面パッシベーション膜として形成されているため、第２裏面パッシベーション膜１２はｐ＋領域１０上および酸化シリコン膜３３上に形成される。その後、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、及び反射防止膜７である窒化シリコン膜をＣＶＤ法により形成する。
次に、図３（ｇ）を用いて次工程を説明する。図３（ｇ）は、ｎ型シリコン基板４の受光面側が上となっている。ｎ型シリコン基板４の裏面側に形成したｎ＋領域９上、ｐ＋領域１０上に電極を形成するため、ｎ＋領域９上では、第１裏面パッシベーション膜である酸化シリコン膜３３及び第２裏面パッシベーション膜１２に、ｐ＋領域１０上では、第２裏面パッシベーション膜１２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う。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３（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＋領域９にはｎ型用電極２が形成され、ｐ＋領域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、図３（ｅ）のようにｎ＋領域９上の酸化シリコン膜３３を残すことによって、ｎ＋領域９上、ｐ＋領域１０上に、それぞれ、異なるパッシベーション膜を形成することができるので、工程を低減することが可能となる。また、多くの設備を必要としないので、生産性も向上する。さらに、この製造方法を用いれば、ｎ＋領域９上に第１裏面パッシベーション膜を、ｐ＋領域１０上に第２裏面パッシベーション膜１２を、それぞれ、位置ずれを抑えて形成することができる。さらに、ｐ＋領域１０上に負の固定電荷を有する酸化アルミニウム膜を形成するので、ｐ＋領域１０上では高いパッシベーション性を有する。
図４は、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４に示すように模式的断面図を参照して説明する。なお、裏面電極型太陽電池７１は、裏面電極型太陽電池１の第１裏面パッシベーション膜に対応する膜がリンを含有していない以外は裏面電極型太陽電池１の構造と同様である。
図４（ａ）、図４（ｂ）に示す工程は、図３（ａ）、図３（ｂ）と同様であるので、図４（ｃ）より以降を下記に示す。
まず、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。まず、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＋領域９を形成しようとする箇所以外に拡散マスク２３を形成する。拡散マスク２３は、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、熱処理により形成する。次に、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、第１ドーパントであり、ｎ型不純物であるリンが拡散してｎ＋領域９を形成する。
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、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を形成する。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＋領域９上の酸化シリコン膜２４が厚くなる。
熱酸化時に、酸化シリコン膜の厚さが異なる理由は次の通りである。熱酸化による酸化シリコン膜の成長速度は、シリコン基板に拡散されている不純物の種類と濃度により異なる。特に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＋領域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。
また、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において、ｎ＋領域９の表面は、ｎ＋領域９が形成されていない領域の表面よりも凹状になる。
なお、酸化シリコン膜２４を、ｐ＋領域形成時のｎ＋領域の拡散マスクとして使用するには、ｎ＋領域９上とｎ＋領域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。
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＋領域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＋領域９上に厚く形成されているので、ｎ＋領域９以外の酸化シリコン膜２４を除去するまでエッチングすると、ｎ＋領域９上だけ酸化シリコン膜２４が残る。その後、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２５を形成して、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、第２ドーパントであり、ｐ型不純物であるボロンが拡散してｐ＋領域１０を形成する。よって、ｐ＋領域１０は、ｎ＋領域９に隣接して形成される。この工程を用いてｐ＋領域１０、ｎ＋領域９を形成することで、それぞれに対し拡散マスクを形成してパターニングし、半導体領域形成後、拡散マスクを除去する工程が不要となる。なお、上記工程では、ｎ＋領域９上の酸化シリコン膜２４は、ｎ型シリコン基板４へのボロンの拡散を防止するための膜である拡散マスクになる。
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、拡散マスク２５、および、拡散マスク２５、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の裏面に第２裏面パッシベーション膜１２である酸化アルミニウム膜をスパッタ法またはＣＶＤ法により形成する。ｎ＋領域９上には、拡散マスクとして利用した酸化シリコン膜２４が第１裏面パッシベーション膜として形成されているため、第２裏面パッシベーション膜１２はｐ＋領域１０上および酸化シリコン膜２４上に形成される。次に、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、及び反射防止膜７である窒化シリコン膜をＣＶＤ法により形成する。受光面パッシベーション膜６である窒化シリコン膜は、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い。
次に、図４（ｇ）に示すように、ｎ型シリコン基板４の裏面側に形成したｎ＋領域９上、ｐ＋領域１０上に電極を形成するため、ｎ＋領域９上では、第１裏面パッシベーション膜である酸化シリコン膜２４及び第２裏面パッシベーション膜１２に、ｐ＋領域１０上では、第２裏面パッシベーション膜１２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う。その後、パターニング処理を行ったエッチングペーストを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＋領域９にはｎ型用電極２を形成し、ｐ＋領域１０にはｐ型用電極３を形成し、裏面電極型太陽電池７１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、図４（ｅ）のようにｎ＋領域９上の酸化シリコン膜２４を残すことによって、ｎ＋領域９上、ｐ＋領域１０上に、それぞれ、異なるパッシベーション膜を形成することができるので、工程を低減することが可能になる。また、多くの設備を必要としないので、生産性も向上する。さらに、この製造方法を用いれば、ｎ＋領域９上に第１裏面パッシベーション膜を、ｐ＋領域１０上に第２裏面パッシベーション膜１２を、それぞれ、位置ずれを抑えて形成することができる。そしてさらに、ｐ＋領域１０上に負の固定電荷を有する酸化アルミニウム膜を形成するので、ｐ＋領域１０上では高いパッシベーション性を有する。
図５、図６は、本発明の他の一例の裏面電極型太陽電池を表す図である。図５は、裏面電極型太陽電池８１の裏面側から見た図であり、裏面電極型太陽電池８１の裏面には、ｎ型用電極１０２およびｐ型用電極１０３をそれぞれ帯状に交互に形成している。
図６は、図５で示したＢ−Ｂ′の断面を表す図である。ｎ型シリコン基板１０４の受光面にはテクスチャ構造である凹凸形状１０５が形成されている。ｎ型シリコン基板１０４の受光面上には受光面パッシベーション膜１０６を形成している。また、受光面パッシベーション膜１０６上には反射防止膜１０７を形成している。ここで、受光面パッシベーション膜１０６、反射防止膜１０７はいずれも窒化シリコン膜であり、受光面パッシベーション膜１０６の膜厚は１０ｎｍ以下であり、反射防止膜１０７の膜厚は５０ｎｍ以上１００ｎｍ以下である。さらに、反射防止膜１０７の窒化シリコン膜は、受光面パッシベーション膜１０６の窒化シリコン膜よりも、窒素含有率が高く、屈折率が低い。なお、受光面パッシベーション膜１０６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１０４の裏面側には、ｎ型半導体領域であるｎ＋領域１０９とｐ型半導体領域であるｐ＋領域１１０とを交互に隣接して形成している。そして、ｐ＋領域１１０上には第１裏面パッシベーション膜１１１である酸化シリコン膜を形成し、ｎ＋領域１０９上及び第１裏面パッシベーション膜１１１上には、第２裏面パッシベーション膜１１２を形成している。第２裏面パッシベーション膜１１２は、窒化シリコン膜であり、その膜厚は５ｎｍ以上５０ｎｍ以下である。さらに、ｎ＋領域１０９にはｎ型用電極１０２が形成され、ｐ＋領域１１０にはｐ型用電極１０３が形成されている。
そして、より高い短絡電流を得るために、シリコン基板と異なる導電型であるｐ＋領域１１０の合計面積を、ｎ＋領域１０９の合計面積よりも大きくしている。また、隣接するｎ＋領域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＋領域間はｐ＋領域が形成されている。また、ｐ＋領域が長さ方向に対し垂直方向に分離されている場合は、ｐ＋領域間にｎ＋領域が形成されている。
なお、裏面電極型太陽電池の各辺の最も外側の電極が同じ導電型なので、形成した電極を回転対称構造にすることが可能になり、裏面電極型太陽電池を複数並べる太陽電池モジュールを作製する際、例えば、図５に示す裏面電極型太陽電池の上下が反対になっても問題ない。
以下に、本発明の裏面電極型太陽電池８１の製造方法の一例を示す。
図７は、図５、および図６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７に示すように模式的断面図を参照して説明する。
まず、図７（ａ）に示すように、ｎ型シリコン基板１０４の裏面に、窒化シリコン膜等のテクスチャマスク１２１をＣＶＤ法、またはスパッタ法等で形成する。その後、図７（ｂ）に示すように、ｎ型シリコン基板１０４の受光面にテクスチャ構造である凹凸形状１０５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７（ｃ）を用いて次工程を説明する。図７（ｃ）は、ｎ型シリコン基板１０４の裏面側が上となっている。まず、ｎ型シリコン基板１０４の裏面に形成したテクスチャマスク１２１を除去する。その後、ｎ型シリコン基板１０４の裏面全面に、第１ドーパントであるボロンを含んだ酸化シリコン膜１３１をＣＶＤ法により形成し、その上に、酸化シリコン膜１３２をＣＶＤ法により形成する。ボロンを含んだ酸化シリコン膜１３１の厚さは５０ｎｍ以上１００ｎｍ以下であり、酸化シリコン膜１３２の厚さは２００ｎｍ以上５００ｎｍ以下である。次に、ｎ型シリコン基板１０４の裏面側にｎ＋領域１０９を形成するために、酸化シリコン膜１３１及び酸化シリコン膜１３２をパターニングする。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う。その後、パターニング処理を行ったエッチングペーストを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（ｄ）に示すように、ｎ型シリコン基板１０４の裏面上、及び酸化シリコン膜１３２上に、第２ドーパントであるリンを含んだ酸化シリコン膜１３３をＣＶＤ法により形成し、その上に、酸化シリコン膜１３４をＣＶＤ法により形成する。リンを含んだ酸化シリコン膜１３３の厚さは５０ｎｍ以上１００ｎｍ以下であり、酸化シリコン膜１３４の厚さは２００ｎｍ以上５００ｎｍ以下である。次に、ｎ型シリコン基板１０４を熱処理することで、ボロンを含んだ酸化シリコン膜１３１からｎ型シリコン基板１０４の裏面の一部にボロンを熱拡散させてｐ＋領域１１０を形成し、リンを含んだ酸化シリコン膜１３３からｎ型シリコン基板１０４の裏面の一部にリンを熱拡散させてｎ＋領域１０９を形成する。よって、１工程で、ｐ＋領域１１０及びｎ＋領域１０９を形成することができる。そして、ｎ＋領域１０９とｐ＋領域１１０は、隣接して形成される。この工程を用いて、ｎ＋領域１０９、ｐ＋領域１１０を形成することで、それぞれに対し拡散マスクを形成してパターニングし、半導体領域形成後、拡散マスクを除去する工程が不要となる。なお、上記工程では、酸化シリコン膜１３２は、酸化シリコン膜１３３からｎ型シリコン基板１０４へのリンの拡散を防止するための膜であり、また、酸化シリコン膜１３４は、酸化シリコン膜１３３からリンがアウトディフュージョンすることを防止するための膜である。
次に、図７（ｅ）に示すように、ｎ型シリコン基板１０４の裏面に形成された酸化シリコン膜１３４、酸化シリコン膜１３３及び酸化シリコン膜１３２をエッチングにより除去する。上記に示したように、ｎ＋領域１０９上には、酸化シリコン膜１３３及び酸化シリコン膜１３４が形成され、ｐ＋領域１１０上には、これらの膜に加えて、酸化シリコン膜１３１及び酸化シリコン膜１３２が形成されている。そのため、酸化シリコン膜１３３及び酸化シリコン膜１３４を除去するまでエッチングを行なうと、ｐ＋領域１１０上の酸化シリコン膜１３１だけが残る。
次に、図７（ｆ）に示すように、ｎ型シリコン基板４の裏面に第２裏面パッシベーション膜１３５である窒化シリコン膜をスパッタ法またはＣＶＤ法により形成する。ｐ＋領域１１０上には、拡散マスクとして利用した酸化シリコン膜１３１が第１裏面パッシベーション膜として形成されているため、第２裏面パッシベーション膜１３５はｎ＋領域１０９上および酸化シリコン膜１３１上に形成される。その後、ｎ型シリコン基板１０４の受光面に受光面パッシベーション膜１０６である窒化シリコン膜、及び反射防止膜１０７である窒化シリコン膜をＣＶＤ法により形成する。受光面パッシベーション膜１０６である窒化シリコン膜は、反射防止膜１０７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１０６は酸化シリコン膜でもよい。
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１０４の受光面側が上となっている。ｎ型シリコン基板１０４の裏面側に形成したｎ＋領域１０９上、ｐ＋領域１１０上に電極を形成するため、ｐ＋領域１１０上では、第１裏面パッシベーション膜である酸化シリコン膜１３１及び第２裏面パッシベーション膜１３５に、ｎ＋領域１０９上では、第２裏面パッシベーション膜１３５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う。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（ｈ）に示すように、ｎ型シリコン基板１０４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＋領域１０９にはｎ型用電極１０２が形成され、ｐ＋領域１１０にはｐ型用電極１０３が形成され、裏面電極型太陽電池８１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、図７（ｅ）のようにｐ＋領域１１０上の酸化シリコン膜１３１を残すことによって、ｎ＋領域１０９上、ｐ＋領域１１０上に、それぞれ、異なるパッシベーション膜を形成することができるので、工程を低減することが可能となる。また、多くの設備を必要としないので、生産性も向上する。さらに、この製造方法を用いれば、ｐ＋領域１１０上に第１裏面パッシベーション膜を、ｎ＋領域１０９上に第２裏面パッシベーション膜１３５を、それぞれ、位置ずれを抑えて形成することができる。そしてさらに、ｎ＋領域１０９上に正の固定電荷を有する窒化シリコン膜を形成するので、ｎ＋領域１０９上では高いパッシベーション性を有する。
上記では、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。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り、電極が形成されたｎ＋領域の合計面積のほうが、電極が形成されたｐ＋領域の合計面積よりも大きい。
さらに、本発明の裏面電極型太陽電池の概念には、ＭＷＴ（Ｍｅｔａｌ Ｗｒａｐ Ｔｈｒｏｕｇｈ）型（半導体基板に設けられた貫通孔に電極の一部を配置した構成の太陽電池）などの構成の太陽電池等も含まれる。
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、９ ｎ＋領域、１０ ｐ＋領域、１１ 第１裏面パッシベーション膜、１２ 第２裏面パッシベーション膜、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、３１ 酸化シリコン膜、３２ 酸化シリコン膜、３３ 酸化シリコン膜、３４ 酸化シリコン膜、３５ 第２裏面パッシベーション膜、７１ 裏面電極型太陽電池、８１ 裏面電極型太陽電池、１０２ ｎ型用電極、１０３ ｐ型用電極、１０４ ｎ型シリコン基板、１０５ 凹凸形状、１０６ 受光面パッシベーション膜、１０７ 反射防止膜、１０９ ｎ＋領域、１１０ ｐ＋領域、１１１ 第１裏面パッシベーション膜、１１２ 第２裏面パッシベーション膜、１２１ テクスチャマスク、１３１ 酸化シリコン膜、１３２ 酸化シリコン膜、１３３ 酸化シリコン膜、１３４ 酸化シリコン膜、１３５ 第２裏面パッシベーション膜。
Claims (3)
- シリコン基板の裏面の一部に、第１の酸化シリコン膜をマスクに用いて、ｎ型ドーパントを拡散させてｎ型領域を形成する工程と、
前記第１の酸化シリコン膜を除去する工程と、
前記シリコン基板の裏面を熱酸化して、該シリコン基板の裏面に第２の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をエッチングして、前記ｎ型領域上以外の第２の酸化シリコン膜を除去する工程と、
前記シリコン基板の裏面の前記ｎ型領域以外の領域に、ｐ型ドーパントを拡散させてｐ型領域を形成する工程と、
前記ｎ型領域上に前記第２の酸化シリコン膜が形成された状態で、前記シリコン基板の裏面上に、酸化アルミニウム膜を形成する工程とを含む裏面電極型太陽電池の製造方法。 - シリコン基板の裏面の一部に、第１の酸化シリコン膜をマスクに用いて、ｎ型ドーパントを拡散させてｎ型領域を形成する工程と、
前記第１の酸化シリコン膜を除去する工程と、
前記シリコン基板の裏面を熱酸化して、該シリコン基板の裏面に第２の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をエッチングして、前記ｎ型領域上以外の第２の酸化シリコン膜を除去する工程と、
前記シリコン基板の裏面の前記ｎ型領域以外の領域に、ｐ型ドーパントを拡散させてｐ型領域を形成する工程と、
前記ｎ型領域上に前記第２の酸化シリコン膜が形成された状態で、前記シリコン基板の裏面上に、第２裏面パッシベーション膜を形成する工程とを含む裏面電極型太陽電池の製造方法。 - 前記ｐ型領域を形成する工程では、前記ｎ型領域上の第２の酸化シリコン膜をマスクとして用いてｐ型領域を形成し、
この後に、前記ｎ型領域上の第２の酸化シリコン膜のｐ型ドーパントを含む部分を除去する請求項１または２に記載の裏面電極型太陽電池の製造方法。
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