JP6153885B2

JP6153885B2 - 裏面接合型太陽電池

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Publication number: JP6153885B2
Application number: JP2014097812A
Authority: JP
Inventors: 隼森山; 渡部　武紀; 武紀渡部; 大塚　寛之; 寛之大塚
Original assignee: Shin Etsu Chemical Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Chemical Co Ltd
Priority date: 2014-05-09
Filing date: 2014-05-09
Publication date: 2017-06-28
Anticipated expiration: 2034-05-09
Also published as: JP2015216215A

Description

本発明は、裏面接合型太陽電池及びその製造方法に関する。

近年、エネルギー資源の枯渇や大気中の二酸化炭素量の増加といった環境問題を解決するため、クリーンエネルギーの開発が盛んに行われている。特に、無尽蔵の太陽光エネルギーを電気エネルギーに変換することができる太陽電池は次世代のエネルギー源としての期待が高く、高効率化やコスト削減を目指した研究が広く行われている。

最近になり、高効率化を目指し非受光面（裏面）側にのみ電極を設け受光面側に電極を設けないようにした裏面接合型太陽電池の開発が行われるようになり、例えば特許文献１や特許文献２のような裏面接合型太陽電池が開示されている。

図１は特許文献１に開示されている従来の裏面接合型（裏面電極型）太陽電池の断面図である。以下、従来の裏面接合型太陽電池について説明する。

ｎ型シリコン基板１０１の受光面側には凹凸形状が形成されており、ＦＳＦ（ＦｒｏｎｔＳｕｒｆａｃｅＦｉｅｌｄ）層であるｎ型表面拡散領域１０２が形成されている。そして、その上にはｎ型シリコン基板１０１側から二酸化ケイ素を含む誘電性のパッシベーション膜１０３、窒化シリコンを含む反射防止膜１０４が形成されている。

また、ｎ型シリコン基板１０１の裏面にはｎ型裏面拡散領域１０５とｐ型裏面拡散領域１０６が交互に形成されており、その上にはｎ型シリコン基板１０１側からシリコン酸化膜１０７、ｎ型電極１０８、ｐ型電極１０９が形成されている。なお、ｎ型電極１０８はｎ型裏面拡散領域１０５に接するように形成されており、ｐ型電極１０９はｐ型裏面拡散領域１０６に接するように形成されている。

一般に、受光面に形成されているＦＳＦ層は光照射により発生した少数キャリアを裏面側に向かわせ受光面界面近傍における再結合損失を低減するために設けられる。

しかしながら、ＦＳＦ層の不純物拡散濃度を高くしすぎると、受光面における表面再結合速度を増大させてしまう。このため、ＦＳＦ層の不純物拡散濃度はできるだけ低くする必要があり、従来においては面内一様に不純物拡散濃度の低いＦＳＦ層をごく薄く形成することが一般的であった。

このようなＦＳＦ層の形成方法として、例えば特許文献１のように、裏面のｐｎ接合領域を形成した後、基板と同じ導電型の不純物を含んだ溶液を受光面に塗布し熱処理することにより形成する方法が知られている。しかしこの方法では、ＦＳＦ層を形成するために溶液塗布、熱処理といった多くの工程が必要となるという問題を抱えていた。

特開２０１１−１５９７８３号公報特開２０１０−１２３８５９号公報

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、変換効率が高い裏面接合型太陽電池、及びこのような裏面接合型太陽電池を、工程数を増やすことなく製造することが可能な製造方法を提供することを目的とする。

上記の課題を解決すべく本発明に係る裏面接合型太陽電池は、第１導電型の半導体基板と、半導体基板の裏面に設けられた第１導電型の半導体層及び第２導電型の半導体層と、半導体基板の表面に設けられた第１導電型の半導体層とを備え、表面の第１導電型の半導体層は、高濃度拡散領域と低濃度拡散領域を有する。このような構成の裏面接合型太陽電池では、変換効率を高めることが可能となる。

表面の第１導電型の半導体層における高濃度拡散領域は、裏面の第１導電型の半導体層に対して真裏に位置するように設けられることが望ましい。

表面の第１導電型半導体層の不純物濃度は半導体基板より高濃度であり、高濃度拡散領域の不純物濃度は１×１０^１７〜１０^１９ｃｍ^−３、低濃度拡散領域の不純物濃度は１×１０^１６〜１０^１８ｃｍ^−３であることが望ましい。

また、本発明に係る裏面接合型太陽電池の製造方法は、第１導電型の半導体基板の片面に半導体基板より高濃度の第１導電型半導体層を備えた基板もしくは半導体基板上に第１導電型拡散剤が付与された基板を準備する工程と、準備した基板に熱酸化膜を形成する工程とを含み、熱酸化膜を形成する工程では、複数の基板を表面と裏面を向い合せて配置した状態で熱処理することを特徴とする。このような裏面接合型太陽電池と製造方法により、簡略な工程で変換効率を高めることが可能となる。

熱酸化膜を形成する工程において、隣接する基板間の距離が0〜５ｍｍであることが望ましい。また、熱酸化膜を形成する工程は、不活性ガスを主成分とする雰囲気中で熱処理する工程と、酸化性ガスを主成分とする雰囲気中で熱処理する工程とを含むことが望ましい。

本願記載の裏面接合型太陽電池は、エミッタ層から最も距離が離れた箇所のＦＳＦ層のリン拡散濃度を高濃度にすることにより、少数キャリアを裏面に向かわせる効果が強化され受光面での再結合損失が低減される。また、ＦＳＦ層のリン拡散濃度を高濃度化する領域は裏面ベース領域の上部にあたるごく一部の領域のため表面再結合速度を増加させない。このような効果により本願記載の裏面接合型太陽電池は変換効率を増大させることができる。

更に、本願記載の裏面接合型太陽電池の製造方法は従来の製造方法に比べ、高温熱処理を行う回数が少なくバルクライフタイムの低下を起こしづらい。これにより少ない工程で変換効率の高い裏面接合型太陽電池を作製することができる。

従来の裏面接合型太陽電池の一例を示す断面図である。本発明に係る裏面接合型太陽電池の一例を示す外観模式図である。本発明に係る裏面接合型太陽電池の一例を示す断面図である。本発明に係る裏面接合型太陽電池の製造方法の一例を示すフロー図である。本発明に係る裏面接合型太陽電池の製造方法における熱処理時の基板配置の一例を示す模式図である。本発明に係る裏面接合型太陽電池の製造方法の変形例を示すフロー図である。実施例及び比較例の製造方法に共通の工程を示すフロー図である。実施例の製造方法における図７のプロセスの後続の工程を示すフロー図である。比較例の製造方法における図７のプロセスの後続の工程を示すフロー図である。

前述の通り、従来の裏面接合型太陽電池は受光面での再結合損失を十分に低減することが難しく、変換効率を高めることが困難であるという問題を抱えていた。

発明者等は鋭意研究の結果、ＦＳＦ層に高濃度拡散領域と低濃度拡散領域をもたせ、高濃度拡散領域は裏面におけるＦＳＦ層と同一導電型の拡散層上部に形成することで、エミッタ層から最も距離が離れた箇所で生成した少数キャリアを裏面に向かわせる効果が強化され太陽電池を高効率化できることを見出した。

更に、本発明によればこのような裏面接合型太陽電池を、工程数を増やすことなく製造できることを見出した。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施形態に係る裏面接合型太陽電池について説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。本発明は下記説明に加えて広範な他の実施形態で実施することが可能であり、本発明の範囲は、下記に制限されるものではなく、特許請求の範囲に記載されるものである。更に、図面は原寸に比例して示されていない。本発明の説明や理解をより明瞭にするために、関連部材によっては寸法が拡大されており、また、重要でない部分については図示されていない場合がある。

本実施形態の裏面接合型太陽電池２０１は、ｎ型シリコン基板３０１の表面（すなわち受光面）及び裏面（すなわち受光面とは反対側の面）に各種の層や電極を形成することで構成される。図２は、裏面接合型太陽電池２０１の受光面とは反対側の面である裏面側から見た外観の模式図である。裏面接合型太陽電池２０１の裏面にはｎ型電極２０２とｐ型電極２０３がそれぞれ帯状に交互に形成されている。

図３は、図２中にＡ−Ａ’で示した位置での断面の拡大図である。図３に示したように、ｎ型シリコン基板３０１の裏面には、ｎ型裏面拡散領域３０２とｐ型裏面拡散領域３０３が交互に形成されている。ｎ型電極３０５がｎ型裏面拡散領域３０２と接するように形成され、ｐ型電極３０６がｐ型裏面拡散領域３０３に接するように形成されている。裏面におけるｎ型電極３０５またはｐ型電極３０６が形成されていない領域には、パッシベーション膜３０４が形成される。

また、図示はしていないが。ｎ型シリコン基板３０１の受光面には、表面にテクスチャと呼ばれる微細な凹凸形状が形成されている。そして、受光面にはＦＳＦ層であるｎ型表面高濃度拡散領域３０７とｎ型表面低濃度拡散領域３０８が形成されている。更に、パッシベーション膜３０４、その上に反射防止膜３０９が形成されている。

ここで、ｎ型表面高濃度拡散領域３０７はｎ型裏面拡散領域３０２に対してｎ型シリコン基板３０１の真裏に位置するように設けられる。また、ｎ型表面低濃度拡散領域３０８の不純物濃度はｎ型シリコン基板３０１よりも高く、好ましくは１×１０^１６〜１０^１８ｃｍ^−３であり、ｎ型表面高濃度拡散領域３０７の不純物濃度はｎ型表面低濃度拡散領域３０８より高く、好ましくは１×１０^１７〜１０^１９ｃｍ^−３である。また、ｎ型裏面拡散領域３０２とｐ型裏面拡散領域３０３の不純物濃度はともに１×１０^１８〜１０^２１ｃｍ^−３であることが好ましい。

以下、図を用いて本発明にかかる裏面接合型太陽電池の製造方法を示すが、本発明はこれに限定されるものではない。図４は本発明にかかる裏面接合型太陽電池の製造方法の一例を示すフロー図である。ここではｎ型シリコン基板を用いた裏面接合型太陽電池について説明するが、ｐ型シリコン基板を用いてもよく、その際はｐｎの極性を反転させて作製すればよい。

まず、ｎ型シリコン基板４０１を用意する（図４（ａ））。ｎ型シリコン基板４０１は例えば、高純度シリコンにリンあるいはヒ素のような５族元素をドープし、比抵抗０．１〜５Ω・ｃｍとしたアズカット単結晶｛１００｝ｎ型シリコン基板が使用できる。

このｎ型シリコン基板４０１の表面のスライスダメージを、濃度５〜６０％の水酸化ナトリウムや水酸化カリウムのような高濃度のアルカリ、もしくは、ふっ酸と硝酸の混酸などを用いてエッチングすることにより除去する。

スライスダメージの除去に続き、ｎ型シリコン基板４０１の表面にランダムピラミット構造を有するテクスチャを形成する。テクスチャは太陽電池の反射率を低下させるための有効な方法である。テクスチャは、加熱した水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウムなどのアルカリ溶液（濃度１〜１０％、温度６０〜１００℃）中に１０分から３０分程度浸漬することで形成される。上記溶液中に、所定量の２−プロパノールを溶解させ、反応を促進させることが多い。テクスチャを形成後は、純水でリンス洗浄し次工程に移る。

テクスチャ形成後、塩酸、硫酸、硝酸、ふっ酸等、もしくはこれらの混合液の酸性水溶液中で基板を洗浄する。経済的及び効率的見地から、塩酸中での洗浄が好ましい。清浄度を向上するため、塩酸溶液中に、０．５〜５％の過酸化水素を混合させ、６０〜９０℃に加温して洗浄してもよい。その後基板は純水にてリンスし、基板を乾燥することで、スライスダメージ層が除去されテクスチャ構造が形成された太陽電池用基板４０２が得られる（図４（ｂ））。

次に、太陽電池用基板４０２の両面に誘電体膜４０３を形成する（図４（ｃ））。ここで形成する誘電体膜４０３としては例えば熱酸化処理によるシリコン酸化膜を形成するとよい。例えば酸素等の酸化性ガスを主成分とする雰囲気の９００〜１１００℃の高温熱処理炉にて４分〜７時間熱処理することで太陽電池用基板４０２に厚さ１０〜１５０ｎｍの熱酸化膜を形成することができる。

酸化膜の形成には、酸素を用いたドライ酸化以外にも、ウェット酸化、パイロジェニック酸化の他、ＨＣｌやＣｌ_２等のガスを導入するなどの方法があり、いずれの方法を用いてもよい。

また、誘電体膜４０３は、例えばシロキサン、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、テトラプロポキシシランなどを単独もしくはこれらを混合した塗布剤を基板全面に塗布し１００〜３００℃程度のホットプレートで数分乾燥させることにより形成してもよい。

誘電体膜４０３が形成された後には、例えばリン酸を含有したエッチングペーストをスクリーン印刷し、誘電体膜４０３の一部に開口部４０４を形成する（図４（ｄ））。開口部４０４は幅５０〜４００μｍ程度が好ましく、１〜５ｍｍ間隔で形成するのが好ましい。なお、開口部４０４は、上記のエッチングペーストのスクリーン印刷に代えて、フォトリソグラフィ技術を用いて形成してもよいし、フッ化水素酸を微量含んだ塗布液をインクジェット印刷することにより開口部４０４を形成してもよい。

その後、開口部４０４上に例えばリンを含有したｎ型拡散ペーストをスクリーン印刷し熱拡散処理することによりｎ型裏面拡散領域４０５を形成する（図４（ｅ））。なお、ｎ型拡散源の供給方法にはペーストを印刷する方法以外にも、ＰＳＧ液などの液体原料を基板全面に塗布する方法や熱拡散時にＰＯＣｌ_３などリンを含んだ溶剤をバブリングによってガス状態で基板表面に供給する方法がある。また、ｎ型拡散源はリン以外にもヒ素やアンチモンといった５価の元素を含んだものであってもよい。

ｎ型拡散源を供給した後の熱拡散処理は、例えばアルゴンや窒素等の不活性ガスを主成分とする雰囲気の８００〜１０００度の熱処理炉にて１０〜１２０分程度行うことが望ましい。熱拡散処理を行うときの雰囲気ガスには酸素を混ぜた混合ガスを用いてもよい。

拡散工程の後、誘電体膜４０３及びｎ型ドーパントを含んだガラス層を数％〜数十％のふっ酸等で除去する（図４（ｆ））。

次に、再度、誘電体膜４０８を形成する（図４（ｇ））。誘電体膜４０３と同様、誘電体膜としては例えば熱酸化処理によるシリコン酸化膜を形成するとよい。熱酸化膜を形成する際には、図５に示すように隣接する基板の表面と裏面が向かい合わせた状態で熱処理を行う。例えば、１〜５ｍｍ間隔で配置することができる熱処理ボートに基板を充填する等の方法により、隣接する基板の表面と裏面が向かい合わせた状態で処理を行うことができる。また基板をスタックさせた状態（すなわち積み重ねた状態）で処理を行ってもよい。隣接する基板の表面と裏面が向かい合わせた状態で熱処理を行うことで、ｎ型裏面拡散領域４０５からｎ型ドーパントが飛散して隣接する基板に拡散し、ｎ型裏面拡散領域４０５の対面にあたる領域にはｎ型表面高濃度拡散領域４０６が形成され、それ以外の領域にはｎ型表面低濃度拡散領域４０７が形成される。このような現象を発現させるためには、隣接する基板間距離を０〜５ｍｍにしておくことが好ましい。

熱酸化膜を形成する際は、例えばアルゴンや窒素等の不活性ガスを主成分とする雰囲気の８００〜１０００度の熱処理炉にて１０〜１２０分程度熱処理を行った後、例えば酸素等の酸化性ガスを主成分とする雰囲気の９００〜１１００℃の高温熱処理炉にて４分〜７時間熱処理することが好ましい。酸化性ガス導入前に不活性ガスによる処理を行うことで、ｎ型表面高濃度拡散領域４０６及びｎ型表面低濃度拡散領域４０７が形成された後に膜厚１０〜１５０ｎｍの熱酸化膜が誘電体膜４０８として形成される。

上記のような処理を行うことにより１×１０^１７〜１０^１９ｃｍ^−３の不純物濃度を有したｎ型表面高濃度拡散領域４０６と１×１０^１６〜１０^１８ｃｍ^−３の不純物濃度を有したｎ型表面低濃度拡散領域４０７を形成することができる。

ここまで説明した工程の変形例として、例えば図６のように前述した方法で作製された太陽電池用基板４０２に例えばリン等の５価の元素を含んだｎ型拡散ペースト６０１をスクリーン印刷し（図６（ｃ））、ｎ型拡散ペーストが付与された基板を前記と同様図５に示すように隣接する基板の表面と裏面が向かい合う状態で熱拡散と熱酸化膜の形成を同時に行ってもよい。こうすることで、ｎ型裏面拡散領域４０５、ｎ型表面高濃度拡散領域４０６、ｎ型表面低濃度拡散領域４０７、誘電体膜４０８を一度の熱処理で同時に形成することができる。（図６（ｄ））

ここでも前記同様、例えばアルゴンや窒素等の不活性ガスを主成分とする雰囲気の８００〜１０００度の熱処理炉にて１０〜１２０分程度熱処理を行った後、例えば酸素等の酸化性ガスを主成分とする雰囲気の９００〜１１００℃の高温熱処理炉にて４分〜７時間熱処理することが望ましい。酸化性ガス導入前に不活性ガスによる処理を行うことで、ｎ型表面高濃度拡散領域４０６及びｎ型表面低濃度拡散領域４０７が形成された後に膜厚１０〜１５０ｎｍの熱酸化膜を誘電体膜４０８として形成することができる。

ｎ型裏面拡散領域４０５、ｎ型表面高濃度拡散領域４０６、ｎ型表面低濃度拡散領域４０７、及び誘電体膜４０８を形成すると、次に、誘電体膜４０８のうちｎ型裏面拡散領域４０５以外の領域に対し開口部４０９を形成する（図４（ｈ））。ここでも、例えばリン酸を含有したエッチングペーストをスクリーン印刷し、誘電体膜４０８の一部に開口部４０９を形成することができる。なお、開口部４０９の形成にはフォトリソグラフィ技術を用いてもよく、フッ化水素酸を微量含んだ塗布液をインクジェット印刷してもよい。また、開口部４０４は幅５０〜４００μｍ程度が好ましく、１〜５ｍｍ間隔で形成するのが好ましい。ｎ型裏面拡散領域４０５と開口部４０９の間には０〜２ｍｍ間隔を設けてもよいが、間隔を設けることなく開口部４０９を形成するのが好ましい。

次に開口部４０９上に例えばボロンを含有した液状のｐ型拡散剤をスピン塗布し熱拡散処理することによりｐ型裏面拡散領域４１０を形成する（図４（ｉ））。熱拡散処理は例えばアルゴンや窒素等の不活性ガスを主成分とする雰囲気の８００〜１０００度の熱処理炉にて１０〜１２０分程度実施することが望ましく、ガスには酸素を混ぜた混合ガスを用いてもよい。ｐ型拡散源の供給方法にはこの他にも、熱拡散時にＢＢｒ_３などボロンを含んだ溶剤をバブリングによってガス状態で基板表面に供給する方法がある。また、ｐ型拡散源はボロン以外にもガリウムやインジウムといった３価の元素を含んだものであってもよい。

上記のような熱拡散処理により１×１０^１８〜１０^２１ｃｍ^−３の不純物濃度を有したｐ型裏面拡散領域４１０を形成することができる。

拡散工程の後、誘電体膜４０８及びｐ型ドーパントを含んだガラス層を数％〜数十％のふっ酸等で除去し（図４（ｊ））、パッシベーション膜４１１と反射防止膜４１２を形成する（図４（ｋ、ｌ））。パッシベーション膜４１１としては例えば熱酸化膜を形成するとよい。例えば９５０〜１１００℃で５〜１２０分程度、ドライ酸化や、ウェット酸化、パイロジェニック酸化の他、ＨＣｌやＣｌ_２等のガスを導入するなどの方法により９０〜１５０ｎｍのシリコン酸化膜を形成することができる。

パッシベーション膜としては熱酸化によるシリコン酸化膜以外にも酸化アルミニウム膜を形成してもよい。例えばプラズマＣＶＤ装置を用いることで１０〜５０ｎｍ程度の膜厚の酸化アルミニウム膜を製膜することができる。反応ガスとして、Ｎ_２Ｏ、ＴＭＡ（トリメチルアルミ）、アルゴン（Ａｒ）を混合して用いることが多い。

反射防止膜４１２にはＳｉＮｘ膜を用いる。ＳｉＮｘ膜を製膜する方法としては、例えばプラズマＣＶＤ装置を用いることで約１００ｎｍの膜厚のＳｉＮｘ膜を製膜することができる。反応ガスとして、モノシラン（ＳｉＨ_４）及びアンモニア（ＮＨ_３）を混合して用いることが多いが、ＮＨ_３の代わりに窒素を用いてもよい。

次に、電極を形成する（図４（ｍ））。ｎ型裏面拡散領域４０５上にｎ型電極４１３を形成し、ｐ型裏面拡散領域４１０上にｐ型電極４１４を形成する。これらの電極は蒸着法、スパッタ法、メッキ法、インクジェット法、スクリーン印刷法いずれかの方法で形成できる。スクリーン印刷法の場合は、銀（Ａｇ）粉末とガラスフリットを有機物バインダと混合したＡｇペーストをスクリーン印刷した後、熱処理によりパッシベーション膜４１１にＡｇ粉末を貫通させ（ファイアースルー）、電極とシリコンを導通させる。

このようにして本願記載の裏面接合型太陽電池を工程数を増やすことなく作製することができる。この裏面接合型太陽電池は、ＦＳＦ領域に高濃度拡散領域と低濃度拡散領域をもち、高濃度拡散領域は裏面におけるＦＳＦ層と同一導電型の拡散層上部に形成されている。このような構造により、エミッタ層から最も距離が離れた箇所で生成した少数キャリアを裏面に向かわせる効果が強化され太陽電池の変換効率を増大させることができる。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更又は改良を加えることができることが当業者に明らかである。その様な変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、請求の範囲の記載から明らかである。

本発明の有効性を確認するため、本願記載の裏面接合型太陽電池を本願記載の裏面接合型太陽電池の製造方法を用いて実際に作製した。以下、図７〜図９を参照しつつ、本発明の実施例及び比較例を説明する。なお、本発明は本実施例に限定されるものではない。

図７は、実施例及び比較例の製造方法に共通のプロセスフローを示している。はじめに、厚さ２００μｍ、比抵抗１Ω・ｃｍの、リンドープ｛１００｝ｎ型アズカットシリコン基板７０１を用意する（図７（ａ））。このｎ型シリコン基板７０１に対し、熱濃水酸化カリウム水溶液によりダメージ層を除去する。その後、ｎ型シリコン基板７０１を水酸化カリウム／２−プロパノール水溶液中に浸漬しテクスチャを形成する。続いて、テクスチャが形成されたｎ型シリコン基板７０１を塩酸／過酸化水素混合溶液中で洗浄して太陽電池用基板７０２を１００枚用意した。（図７（ｂ））

その後、得られた太陽電池用基板７０２を酸素雰囲気下１０００℃の熱処理炉にて１８０分間処理することで太陽電池用基板７０２の両面に１００ｎｍのシリコン酸化膜７０３を形成した（図７（ｃ））。

次にリン酸含有のエッチングペーストをスクリーン印刷法で印刷し、開口部７０４を形成した。開口部７０４は幅を２００μｍ、間隔を１．５ｍｍとしライン状とした（図７（ｄ））。

その後、リンを含有したｎ型拡散ペーストを開口部７０４部にスクリーン印刷した後、熱拡散処理を行い、ｎ型裏面拡散領域７０５を形成した（図７（ｅ））。熱拡散処理は９５０℃のアルゴン雰囲気の熱処理炉にて３０分間実施した。

その後、基板を１０％のフッ酸溶液に浸漬させ、基板表面に残る酸化膜、リンガラス層を除去した（図７（ｆ））。

ここまで処理した基板のうち５０枚の基板に対しては、図８に示した実施例の製造方法にて処理し、残りの５０枚に対しては図９に示した比較例の製造方法にて処理して、実施例及び比較例の製造方法により太陽電池を各５０枚作製した。以下、実施例及び比較例の製造方法について、それぞれ図を用いて述べる。

［実施例］
図７（ｆ）まで処理した基板５０枚に対し、ｎ型表面高濃度拡散領域７０６、ｎ型表面低濃度拡散領域７０７、シリコン酸化膜７０８を一度の熱処理で形成した。その際の熱処理の条件としては、高温熱処理炉にて、アルゴン雰囲気で９５０度の熱処理を３０分間実施した後、続けて酸素雰囲気で１０００℃の熱処理を１８０分間実施した。（図８（ａ））。熱処理を行う際、基板は隣接する基板の表面と裏面が向かい合う状態になるよう、熱処理用ボートに１．６ｍｍ間隔で充填した。

次にリン酸含有のエッチングペーストを、基板の裏面におけるｎ型裏面拡散領域７０５が形成されていない領域にスクリーン印刷法で印刷し、開口部７０９を形成した。開口部７０９は幅を１．３ｍｍ、間隔を１．５ｍｍとし、ライン状にｎ型裏面拡散領域７０５と間隔を設けず形成した（図８（ｂ））。

そして、ボロン含有ｐ型塗布剤をスピン塗布し、熱拡散処理することによりｐ型裏面拡散領域７１０を形成した（図８（ｃ））。熱拡散処理は９５０℃のアルゴン雰囲気の熱処理炉にて３０分間実施した。

その後、基板を１０％のフッ酸溶液に浸漬させ、基板表面に残る酸化膜、ボロンガラス層等を除去した（図８（ｄ））。

［比較例］
比較例では、図７（ｆ）まで処理した基板５０枚に対し熱酸化処理することによりシリコン酸化膜７０８を形成した。その際の熱処理の条件としては、高温熱処理炉にて、酸素雰囲気で１０００℃の熱処理を１８０分間実施し、熱酸化膜のみ形成した。（図９（ａ））熱処理を行う際、基板は、実施例同様、隣接する基板の表面と裏面が向かい合う状態になるよう、熱処理用ボートに１．６ｍｍ間隔で充填した。

次にリン酸含有のエッチングペーストを、基板の裏面におけるｎ型裏面拡散領域７０５が形成されていない領域にスクリーン印刷法で印刷し、開口部７０９の形成を行った。開口部７０９は幅を１．３ｍｍ、間隔を１．５ｍｍとし、ライン状のものでｎ型裏面拡散領域７０５と間隔を設けず形成した（図９（ｂ））。

そして、ボロン含有ｐ型塗布剤をスピン塗布し、熱拡散処理することによりｐ型裏面拡散領域７１０を形成した（図９（ｃ））。熱拡散処理は９５０℃のアルゴン雰囲気の熱処理炉にて３０分間実施した。

その後、基板を１０％のフッ酸溶液に浸漬させ、基板表面に残る酸化膜、ボロンガラス層等を除去した（図９（ｄ））。

更に、リン含有ｎ型塗布剤を表面にスピン塗布し再度熱拡散処理を行うことにより、ｎ型表面低濃度拡散領域７０７を形成した。熱拡散処理は、アルゴン雰囲気で８５０℃の熱処理を１５分間実施した。熱拡散後、基板を再び１０％のフッ酸溶液に浸漬させ、基板表面に残るリンガラス層を除去した（図９（ｅ））。

このように実施例及び比較例の方法で処理された基板各５０枚に対し、パッシベーション膜７１１、反射防止膜７１２を形成した後、電極を形成した。

まず、酸素雰囲気にした９００℃の熱処理炉にて４０分間熱処理することで基板の両面に熱酸化膜を形成しこれをパッシベーション膜７１１とした（図８（ｅ）及び図９（ｆ））。その後プラズマＣＶＤ装置を用いて基板の表面に８０ｎｍ程度のＳｉＮｘ膜を堆積させることにより、反射防止膜７１２を形成した（図８（ｆ）及び図９（ｇ））。

続いて、ｎ型裏面拡散領域７０９上にｎ型電極７１３を形成し、ｐ型裏面拡散領域７１０上にｐ型電極７１４を形成した（図８（ｇ）及び図９（ｈ））。銀（Ａｇ）粉末とガラスフリットが含まれた銀電極ペーストをスクリーン印刷し、熱処理によりパッシベーション膜にＡｇ粉末を貫通させ（ファイアースルー）、電極とシリコンを導通させることでｎ型電極７１３及びｐ型電極７１４を形成した。

以上のようにして作製された太陽電池を２５℃、１００ｍＷ／ｃｍ^２、スペクトルＡＭ１．５グローバルの擬似太陽光照射時の電気特性測定結果（各５０枚の平均値））を表１に示す。

本願記載の裏面接合型太陽電池を本願記載の裏面接合型太陽電池の製造方法で作製したことにより、開放電圧及び短絡電流が大幅に改善され変換効率の高い太陽電池が作製された。

これは実施例の裏面接合型太陽電池では、エミッタ層から最も距離が離れた箇所のＦＳＦ層のリン拡散濃度を高濃度にしたことにより、少数キャリアを裏面に向かわせる効果が強化され受光面での再結合損失が低減されたためである。また、ＦＳＦ層のリン拡散濃度を高濃度化する領域は裏面ベース領域の上部に相当するごく一部の領域であるため表面再結合速度を増加させない。

また、実施例の裏面接合型太陽電池の製造方法は比較例に比べ高温熱処理を行う回数が少なく、バルクライフタイムの低下が起こりづらかったことも太陽電池の変換効率が改善された一因である。

以上のとおり、本願記載の裏面接合型太陽電池は変換効率を向上させることができ、本願記載の製造方法は工程数を増やすことなく変換効率を改善した裏面接合型太陽電池を製造することができる。

以上のように、本発明は、裏面接合型太陽電池の製造に好適に利用できる。

１０１、３０１、４０１、７０１・・・ｎ型シリコン基板
１０２・・・ｎ型表面拡散領域
１０３、３０４、４１１、７１１・・・パッシベーション膜
１０４、３０９、４１２、７１２・・・反射防止膜
１０５、３０２、４０５、７０５・・・ｎ型裏面拡散領域
１０６、３０３、４１０、７１０・・・ｐ型裏面拡散領域
１０７、７０３、７０８・・・シリコン酸化膜
１０８、２０２、３０５、４１３、７１３・・・ｎ型電極
１０９、２０３、３０６、４１４、７１４・・・ｐ型電極
２０１・・・裏面接合型太陽電池
３０７、４０６、７０６・・・ｎ型表面高濃度拡散領域
３０８、４０７、７０７・・・ｎ型表面低濃度拡散領域
４０２、７０２・・・太陽電池用基板
４０３、４０８・・・誘電体膜
４０４、４０９、７０４、７０９・・・開口部
６０１・・・ｎ型拡散ペースト

Claims

第１導電型の半導体基板と、
前記半導体基板の裏面にそれぞれ帯状に交互に設けられた第１導電型の半導体層及び第２導電型の半導体層と、
前記半導体基板の表面に設けられた第１導電型の半導体層とを備え、
前記表面の第１導電型の半導体層は、高濃度拡散領域と低濃度拡散領域を有し、
前記表面の第１導電型の半導体層における前記高濃度拡散領域は、前記裏面の第１導電型の半導体層の対面にあたる領域に形成され、
前記低濃度拡散領域は、前記裏面の第１導電型の半導体層の対面にあたる領域以外の領域に形成され、
前記裏面の第１導電型の半導体層の幅は前記裏面の第２導電型の半導体層の幅よりも狭く、
前記表面の第１導電型半導体層の不純物濃度は前記半導体基板より高濃度であり、
前記高濃度拡散領域の不純物濃度は１×１０ ^１７〜１０ ^１９ｃｍ ^−３であり、
前記低濃度拡散領域の不純物濃度は１×１０ ^１６〜１０ ^１８ｃｍ ^−３であることを特徴とする裏面接合型太陽電池。