JP6162076B2 - 太陽電池モジュールおよびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、生産性が高く安価で高効率な太陽電池モジュール、およびその作製方法に関する。

図１は、単結晶シリコン基板を用いた一般的な量産型太陽電池モジュールの模式図である。太陽電池セル１０１は、充填材１０２で覆われており、さらに受光面側のカバー板１０３と、非受光面のバックシート１０４によって封止されている。

太陽電池セル１０１は、基板面の法線方向が結晶方位＜１００＞である基板１０１ａと、基板１０１ａ上に形成されたテクスチャ１０１ｂおよび第２高濃度領域１０１ｃと、保護膜１０１ｄと、第１高濃度領域１０１ｅと、電極１０１ｆおよび１０１ｇとで構成されている。

基板１０１ａにはボロンなどのＩＩＩ族元素が添加されたｐ型シリコン基板が主に用いられるが、リンなどのＶ族元素が添加されたｎ型シリコン基板が用いられることもある。
第２高濃度領域１０１ｃは、ｐ型シリコン基板に対してはリンなどのＶ族元素を、ｎ型シリコン基板にはボロンなどのＩＩＩ族元素を熱拡散させて形成される。

一般に、テクスチャ１０１ｂの形状は、逆ピラミッド構造（例えば非特許文献１を参照）、あるいはピラミッド構造（例えば非特許文献２を参照）になっている。これらの構造によれば、太陽電池モジュールの外部から入射し、ピラミッド面で反射した光は必ず基板方向に進むため、より多くの光を基板に取り込むことが可能になる。

ピラミッド構造は、アルカリ水溶液によってシリコン原子の密度が低い＜１００＞面が優先的にエッチングされる性質を利用した所謂異方性エッチングにより作製できる。アルカリ水溶液としては、主にＮａＯＨ水溶液やＫＯＨ水溶液が用いられる。逆ピラミッド構造は、基板上にパターニングした熱酸化膜をエッチングマスクとして用いる事で形成できる。一般には、より安価に製造するためにマスクを使用しないでエッチングを行い、ランダムピラミッド構造とする事が多い。マスクを使用せずに形成するランダムピラミッド構造は、容易に均一で効果的なテクスチャを得られる長所により、今日の単結晶シリコン太陽電池製造では当然のごとく用いられている。

保護膜１０１ｄには、以下のような２つの役割がある。１つ目は、太陽電池に入射する光を最大限取り込むための反射防止膜としての役割であり、通常屈折率が１．５〜２．２程度で膜厚８０〜１００ｎｍ程度の誘電体が用いられる。具体的には窒化シリコン、炭化シリコン、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化錫、酸化亜鉛などが一般的である。

２つ目の役割は、シリコン表面のキャリア再結合抑制であり、光生成したキャリアを消滅させるシリコン基板表面の欠陥を終端させるパッシベーションの役割がある。結晶内部のシリコン原子は隣接する原子同士で共有結合し安定な状態にある。しかしながら原子配列の末端である表面では結合すべき隣接原子が不在となることで、未結合手またはダングリングボンドといわれる不安定なエネルギー準位が出現する。ダングリングボンドは電気的に活性であるためシリコン内部で光生成された電荷を捕らえて消滅させてしまい、太陽電池の特性が損なわれる。この損失を抑制するため、太陽電池では保護膜によってダングリングボンドを化学的に低減するか、または保護膜に固定電荷を持たせることにより、シリコン表面における電子あるいは正孔のいずれかの濃度を大幅に低下させ、電子と正孔の再結合を抑制する。

なお、保護膜１０１ｄは反射防止膜の機能を有する誘電体の単層膜をそのまま用いることもあるが、より効果的なパッシベーションのため、酸化シリコンや非晶質シリコン、あるいは酸化アルミニウムを下地とした積層膜とすることもある。

図２は、従来型の太陽電池の別の形態である所謂電極裏面配置型太陽電池モジュールを模式化したものである。この構造によれば、光を遮る電極を非受光面に配置するため、光学的損失を低減でき、一般に図１の形態よりも格段に高い変換効率が実現できる。この場合、光生成された電荷は全て裏面まで拡散させる必要がある。そのため、保護膜２０１ｄに加えて受光面に表面電界層２０１ｈを設け、表面電界を形成することにより、基板表面でのキャリア再結合を低減している。なお、表面電界層は基本的に第１高濃度領域と同様の不純物添加により形成される。

しかし一方で、上記ランダムピラミッド構造の基板表面は、結晶面方位＜１１１＞であることに起因してシリコンのダングリングボンド密度が高くなるため、保護膜による基板表面のキャリア再結合低減効果が限定的になってしまうという課題があった。

また、従来の電極裏面配置型太陽電池のように、表面電界層を適用しても、一方でフリーキャリア吸収による光学的損失が生じるという欠点があった。これに対しては添加不純物濃度を下げる方法が一般に採られるが、それにより製造工程が複雑化してコスト増になる問題があった。

さらに電極裏面配置型太陽電池を太陽電池基板として一般的なｐ型基板で作製した場合、ダングリングボンドが少数キャリアの電子に対して大きな捕獲断面積を持つ事に起因して、表面再結合損失が一層大きくなり、十分な特性が得られ難いという問題があった。

これらの理由により、シリコン表面における結晶面方位＜１１１＞の割合を減らし、且つ効果的なテクスチャ構造を形成する必要があった。その方法として、所謂等方性エッチング（例えば特許文献３を参照）を利用することができる。等方性エッチングは、多結晶シリコンのように基板の結晶面方位がランダムであるため異方性エッチングでのピラミッド構造が形成できない基板を用いる太陽電池に対して有効な技術である。

しかし等方性エッチングよるテクスチャでは、太陽電池外部から入射して基板表面で反射する光のほとんどが太陽電池の外側へ向かってしまうため、ピラミッド構造に比べて太陽電池セルの光学損失が大きく、単結晶シリコン太陽電池には用いられなかった。

特開２００５−３１１０６０号公報

Ａ．Ｗ．Ｂｌａｋｅｒｓ，ｅｔ．ａｌ．, Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ，５７（１９９０）６０２． Ｓ．Ｒ．Ｃｈｉｔｒｅ， Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ Ｒｅｃｏｒｄ ｏｆ Ｔｈｅ １４ｔｈ ＩＥＥＥ Ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ Ｓｐｅｃｉａｌｉｓｔｓ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ， １９７８，ｐｐ．１５２−１５４

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、光閉じ込め効果とパッシベーション性能に優れた太陽電池を安価に形成する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太陽電池モジュールは、単結晶シリコン基板、単結晶シリコン基板の少なくとも受光面に形成された、光閉じ込めのためのテクスチャ、及びテクスチャの少なくとも一部を覆う保護膜を有する太陽電池セルと、太陽電池セルの少なくとも受光面側を封止するカバー板と、太陽電池セルとカバー板との間に充填される透光性の充填剤とを備える。そして、テクスチャの少なくとも一部は、円弧状の凹部として形成され、充填剤及びカバー板の屈折率は、保護膜の屈折率より低く構成される。このような構成により、太陽電池の光閉じ込め効果およびパッシベーション性能を改善することができる。

本発明では、円弧の内角が、円弧の両端と円弧の中心点を結ぶ線が中心点を通る鉛直方向の軸とそれぞれ成す角θ_ａおよびθ_ｂ（θ_ａ≦θ_ｂ）の和θ_ａ＋θ_ｂで表され、且つ円弧が屈折率ｎ_１の充填材に接しており、さらに充填材を覆うカバー板が屈折率ｎ_３の物質に接しているときθ_ｂが

であるように構成するとよい。このような構成により、光閉じ込め効果を高めることができる。

本発明では、単結晶シリコン基板は、受光面における法線方向の結晶面方位が＜１００＞であってもよい。

本発明では、太陽電池セルは、第１の導電型の単結晶シリコン基板と、第１の導電型で且つ単結晶シリコン基板よりも高濃度に不純物添加された第１高濃度領域と、第２の導電型の第２高濃度領域と、光生成した電荷を集める電極とを備えるとよい。そして、第１高濃度領域と、第２高濃度領域と、電極が、基板の非受光面にのみ形成されるように構成するとよい。また、第１の導電型はｐ型であってもよい。

本発明では、保護膜は、酸化シリコン、窒化シリコン、炭化シリコン、非晶質シリコン、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化錫、及び酸化亜鉛からなるグループから選択された１または複数の物質による単層膜または多層膜とするとよい。このような構成により、反射防止及びパッシベーションの効果を得ることができる。

また、発明に係る太陽電池モジュールの製造方法は、太陽電池セルを作製する工程と、太陽電池セルの受光面側から、太陽電池セルの少なくとも受光面側を封止するカバー板、太陽電池セルとカバー板との間に充填される透光性の充填剤、太陽電池セルの順に積層して、積層体を形成する工程とを備える。そして、太陽電池セルを作製する工程は、単結晶シリコン基板の少なくとも受光面に、光閉じ込めのためのテクスチャを円弧上の凹部として形成する工程と、テクスチャの少なくとも一部を覆う保護膜を形成する工程とを有する。このとき、充填剤及びカバー板の屈折率は、保護膜の屈折率より低く構成される。このような構成により、光閉じ込め効果およびパッシベーション性能が改善された太陽電池を低コストで製造することができる。

従来技術による、一般的な太陽電池モジュールの構造を示す図である。 従来技術による、別の形態の太陽電池モジュールの構造を示す図である。 第１実施形態に係る太陽電池セルとモジュールの構造を示す図である。 第１実施形態に係る太陽電池モジュールの製造方法を示すフローチャートである。 基板の表面に形成されるテクスチャ構造を説明する図である。 基板の表面に形成されるテクスチャ構造を説明する図である。 基板の表面に形成されるテクスチャ構造の一例を示す図である。 本発明による、太陽電池モジュールの構造を示す図である。 本発明による、別の形態の太陽電池モジュールの構造を示す図である。 第３実施形態に係る太陽電池セルとモジュールの構造を示す図である。 第３実施形態に係る太陽電池モジュールの製造方法を示すフローチャートである。

発明者らは、上述の目的を達成するために鋭意検討を重ねた結果、テクスチャを形成した単結晶シリコン基板表面における結晶面方位＜１１１＞の割合を低減し、且つテクスチャ形状を改善した太陽電池セルを封止することにより、光学的損失を生じさせずに太陽電池セルの表面再結合損失を抑制し、良好な特性を有する太陽電池モジュールが得られることを見出し、本発明をなすに至った。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施形態に係る太陽電池モジュールの製造方法の一例について説明するが、本発明はこの方法およびこの方法により製造された太陽電池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。

［第１実施形態］
図３は、第１実施形態に係る太陽電池セルとモジュールの構造を示す図である。また、図４は、第１実施形態に係る太陽電池モジュールの製造方法を示すフローチャートである。はじめに、単結晶シリコン基板３０１ａを準備する（ステップＳ１００）。高純度シリコンにボロンやガリウムまたはインジウムのようなＩＩＩ族元素をドープした抵抗率０．１〜５Ω・ｃｍとしたアズカット単結晶＜１００＞ｐ型シリコン基板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、フッ酸と硝酸の混酸などを用いてエッチングする。単結晶シリコン基板は、Ｃｚ法、ＦＺ法いずれの方法によって作製されてもよいし、鋳型内一方向凝固により作製されたモノライク結晶シリコン基板でもよい。

続いて、基板３０１ａ表面に円弧状のテクスチャ３０１ｂを形成する（ステップＳ１１０）。

ところで、ピラミッド型のテクスチャ構造は、テクスチャ表面での反射光を即座にシリコンへ再入射させるものである。これに対し円弧状テクスチャ構造は、テクスチャ表面における反射光のほとんどがカバー板３０３へと進んでしまうため、充填材３０２とカバー板３０３の界面あるいはカバー板３０３と大気の界面においてなるべく多くの光を全反射させる必要がある。

図５のように、鉛直方向からの光Ｉ_０が到達するテクスチャ上の任意点と円弧の中心Ｏを結ぶ直線がＹ軸となす角をθ_０とし、さらに反射波Ｉ_１が角度θ_１で充填材（屈折率ｎ_１）とカバー板界面に入射し、さらに角度θ_２でカバー板と大気（屈折率ｎ_３）の界面に入射したとき、カバー板と大気界面で入射光Ｉ_２が全反射するための条件は下記（１）式となる。

また、Ｉ_０が円弧上で１回だけ反射するとき、θ_１＝２θ_０の関係が成り立つので、（１）式から、下記（２）式が得られる。

即ち本発明における円弧状テクスチャの内角θ_ｔは、（２）式のθ_０をθ_ｔに置き換える事によって決定される。なお、通常、上記（２）式において、大気の屈折率ｎ_３は１とされる。

なお、上記条件は、円弧の両端を結ぶ直線ＬとＹ軸のなす角θ（４５°≦θ≦９０°）に対して適用できる。即ち図６において、円弧の内径が、円弧の両端と円弧の中心を結ぶそれぞれの直線がＹ軸となす角θ_ａおよびθ_ｂ（θ_ａ≦θ_ｂ）の和θ_ａ＋θ_ｂのとき、（２）式はθ_０をθ_ｂに置き換えることで適用される。

カバー板３０３の材質は、太陽電池の感度帯である光の波長３００〜１２００ｎｍに対してなるべく広い領域で高い透過率を有するものであれば、特に材質の制限なく使用できるが、好ましくはコストの面からソーダライムガラス（ｎ_ｃ＝１．５１）を用いるのがよい。この場合は式（２）よりθ_ｔ≧２０．７°となる。

このようなテクスチャを形成する方法として、例えば反応性イオンやプラズマによるドライエッチングが使用できる。これらの方法は、例えばＨ_２やＣＨＦ_３、ＳＦ_６、ＣＦ_４、Ｃ_２Ｆ_６、Ｃ_３Ｆ_８、ＣｌＦ_３などのフッ素ガスを圧力１〜２０Ｐａ程度で高周波により励起することで実現できる。しかし、これらの方法では高真空を利用するため装置が高価になるデメリットがある。

より好ましい方法としては、フッ化水素、硝酸、酢酸、リン酸などの酸性混合溶液を用いる方法があり、例えば特許文献１に記載の方法を利用できる。これによれば、１５〜３１ｗｔ％濃度の硝酸と、１０〜２２ｗｔ％濃度のフッ酸と混合したエッチャントを使用する。より好ましくは、混酸溶液にさらに酢酸を１０〜５０ｗ％混合させるとよい。液温を５〜３０℃としてシリコン基板を１０分から３０分程度浸漬することで図７のような円弧状の等方性テクスチャが容易に得られる。

なお、何れの方法においても、テクスチャ形成はカバー板と充填材との組合せで最適化されるべきである事は言うまでもない。

テクスチャ形成後、酸性溶液の条件によっては基板表面にアモルファスシリコンなどのステインが残ることがあるので、これを除去するため水酸化ナトリウム、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、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイドなどのアルカリ溶液（濃度１〜１０％、温度６０〜１００℃）中に３分から３０分程度浸漬させるのがよい。このときさらに基板表面の清浄度を向上させるため、アルカリ溶液中に、０．５〜５％の過酸化水素水を混合させて洗浄してもよい。

次に第２高濃度領域３０１ｃを形成する（ステップＳ１２０）。一般にオキシ塩化リンが好適に用いられ、８００〜９５０℃で気相拡散法によりリンを基板に拡散させる。またこれに限らずスクリーン印刷やスピンコートが可能なリン化合物を用いてもよい。第２高濃度領域３０１ｃは受光面にのみ形成する必要があるので、これを達成するために非受光面を２枚向かい合わせて重ねた状態で拡散したり、非受光面に窒化シリコンなどの拡散バリアを形成したりして、非受光面に添加不純物が拡散されないように工夫を施す必要がある。拡散後、表面にできたガラスをフッ酸などで除去する。

次に、受光面の反射防止、パッシベーション膜となる保護膜３０１ｄを形成する（ステップＳ１３０）。保護膜３０１ｄとしては、窒化シリコン膜などを約１００ｎｍ程度成膜する。成膜には化学気相堆積装置を用いる。反応ガスとしては、モノシラン（ＳｉＨ_４）およびアンモニア（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ることも可能である。また、Ｈ_２ガスによる成膜種の希釈やプロセス圧力の調整、反応ガスの希釈を行い所望の屈折率を実現する。光学的な特性を高めるため、屈折率は１．５〜２．２程度にするのがよい。また、窒化シリコン膜に限らず、炭化シリコン、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化錫、酸化亜鉛のいずれかを用いてもよい。また、より効果的なパッシベーションのため、これら化合物の下地に膜厚１〜３０ｎｍの酸化シリコンや非晶質シリコン、あるいは酸化アルミニウムを形成するとよい。

次いで、上記基板３０１の受光面に、電極３０１ｆをスクリーン印刷する（ステップＳ１４０）。銀粉末とガラスフリットを有機バインダーと混合した銀ペーストを印刷し、この後、熱処理によりＳｉＮ_ｘ膜に銀粉末を貫通させ、電極とシリコンを導通させる。

非受光面の電極３０１ｇは、アルミニウム粉末を有機物バインダーで混合したペーストをスクリーン印刷し、シリコンとアルミニウムの共融点５７７℃以上の温度（通常７００〜８５０℃）で１０秒〜２０分間焼成することで得られる。このときシリコンとアルミニウムの反応と再結晶化により、第１高濃度領域３０１ｅが同時に形成される。

電極３０１ｆおよび電極３０１ｇの焼成は一度に行うことも可能である。また各面の電極を形成する順番は入れ替えてもよい。

このようにして作製した太陽電池セル３０１は、図８に示すようにインターコネクタ８０５によって接続される（ステップＳ１５０）。インターコネクタ８０５にはほとんどの場合銅線が用いられ、これと太陽電池セル８０１とがハンダやエポキシ系などの導電性接着剤、あるいは金属微粒子を含有した樹脂フィルムなどで接着される。

次に、受光面側からカバー板８０３／充填材８０２／太陽電池セル８０１／充填材８０２／バックシート８０４の順に積層体を形成し、充填材の接着および硬化処理を行って太陽電池モジュールを得る（ステップＳ１６０）。充填材８０２は、エチレン酢酸ビニル共重合樹脂が一般的に用いられるが、ポリエチレンなどのポリオレフィン樹脂や空気でもよい。またカバー板８０３には、安価なソーダライムガラスが使用できる。またカバー板８０３の表面には、光反射率を低減させるために、カバー板８０３より屈折率が低いコート剤で被覆してあってもよい。バックシート８０４はフッ素樹脂フィルムやポリエチレンテレフタラートフィルムなどが好適に使用できる。またカバー板８０３をバックシート代わりに適用し、両面受光型としてもよい。

［第２実施形態］
以上ではｐ型シリコン基板を用いた場合の太陽電池についての実施形態を例に説明したが、本発明はｎ型シリコン基板を用いた太陽電池に適用することもできる。

ｎ型シリコン太陽電池は、上記ｐ型シリコン太陽電池と同様に作製することが可能である。この場合、基板３０１ａは、高純度シリコンにリンやヒ素またはアンチモンのようなＶ族元素をドープして得られ、一般には、抵抗率が０．１〜５Ω・ｃｍに調整されたものが用いられる。

次にｎ型シリコン基板の場合と同様に円弧状テクスチャを形成する。また必要に応じてステイン除去工程を続けて行ってもよい。ステイン除去も、第１実施形態において説明したｐ型シリコン基板の場合と同様の方法が使用できる。

第２高濃度領域形成には、一般に臭化ホウ素を用いて、９００〜１１００℃で気相拡散法によりボロンを基板に拡散させる方法が好適に用いられる。また臭化ホウ素の他、スクリーン印刷やスピンコートが可能なホウ素化合物や、窒化ホウ素のような固体拡散源を使用してもよい。第２高濃度領域３０１ｃは受光面にのみ形成する必要があり、これを達成するために非受光面を２枚向かい合わせて重ねた状態で拡散したり、非受光面に窒化シリコンなどの拡散バリアを形成したりして、非受光面に添加不純物が拡散されないように工夫を施す必要がある。拡散後、表面にできたガラスをフッ酸などで除去する。

一方第１高濃度領域３０１ｅはリン拡散により形成する。一般にオキシ塩化リンを用いた気相拡散法が好適に用いられ、８００〜９５０℃での熱処理によりリンを基板に拡散させる。第１高濃度領域３０１ｅは非受光面にのみ形成する必要がある。これを達成するために受光面を２枚向かい合わせて重ねた状態で拡散したり、非受光面に窒化シリコンなどの拡散バリアを形成したりして、受光面にリンが拡散されないように工夫を施す必要がある。拡散後、表面にできたガラスをフッ酸などで除去する。

このようにして作製した太陽電池セル３０１、７０１は、図８にそれぞれ示すようにインターコネクタ８０５によって接続される。インターコネクタ８０５にはほとんどの場合銅線が用いられ、これと太陽電池セル８０１とがハンダやエポキシ系などの導電性接着剤、あるいは金属微粒子を含有した樹脂フィルムなどで接着される。

次に、受光面側からカバー板８０３／充填材８０２／太陽電池セル８０１／充填材８０２／バックシート８０４の順に積層体を形成し、充填材の接着および硬化処理を行って太陽電池モジュールを得る。充填材８０２は、エチレン酢酸ビニル共重合樹脂が一般的に用いられるが、ポリエチレンなどのポリオレフィン樹脂や空気でもよい。またカバー板８０３には、安価なソーダライムガラスが使用できる。またカバー板８０３の表面には、光反射率を低減させるために、カバー板８０３より屈折率が低いコート剤で被覆してあってもよい。バックシート８０４はフッ素樹脂フィルムやポリエチレンテレフタラートフィルムなどが好適に使用できる。またカバー板８０３をバックシート代わりに適用し、両面受光型としてもよい。

［第３実施形態］
本発明は上記のほか、図１０に示す電極裏面配置型太陽電池にも適用できる。図１１は、第３実施形態に係る電極裏面配置型太陽電池モジュールの製造方法を示すフローチャートである。はじめに、単結晶シリコン基板７０１ａを準備する（ステップＳ２００）。基板７０１ａは上記第１実施形態または第２実施形態と同様のｐ型またはｎ型基板が使用できる。

まず上記の場合と同様に円弧状テクスチャを形成する（ステップＳ２１０）。また必要に応じて上記同様のステイン除去工程を続けて行ってもよい。

次に非受光面に第１高濃度領域７０１ｅおよび第２高濃度領域７０１ｃを形成する（ステップＳ２２０）。まず臭化ホウ素を用いて、９００〜１１００℃で気相拡散法によりボロンを基板に拡散させる。また臭化ホウ素の他、スクリーン印刷やスピンコートが可能なホウ素化合物や、窒化ホウ素といった固体拡散源を使用してもよいし、また酸素、ジボランとモノシランやポリシランまたはテトラエトキシシランやトリエトキシシランの混合ガスを用いた化学気相堆積法により形成されたホウ珪酸ガラスを使用してもよい。

続いて非受光面に拡散バリアとして膜厚１００〜４００ｎｍのシリコン酸化膜または窒化シリコン膜を形成する。シリコン酸化膜は、基板を酸素雰囲気下９００〜１１００℃で熱処理して形成してもよいし、または化学気相堆積法により酸素とモノシランやポリシラン、またはテトラエトキシシランやトリエトキシシランを温度２００〜４５０℃程度で反応させて形成してもよい。窒化シリコン膜の場合は、化学気相堆積法により、モノシランおよびアンモニアの混合ガスを反応させて形成することが多いが、アンモニアの代わりに窒素を用いることも可能である。

次に、スクリーン印刷などにより酸レジストを拡散バリア上へ塗布し、リン拡散用の開口部を設けたパターン状に形成する。この基板を１〜２５％のフッ酸（ＨＦ）水溶液に浸漬し、拡散バリアとボロンガラスをエッチングし、さらに酸レジストをアルコールと水で除去する。レジスト除去を確実に行うために、７０〜１１０℃に加熱した硫酸と過酸化水素水の混合酸溶液で基板を洗浄してもよい。

次に、拡散バリアの開口部で露出したシリコン表面を、温度７０〜８５℃程度に加熱したアルカリ水溶液または室温のフッ硝酸でエッチングする。このとき受光面のテクスチャをエッチングしないように、片面だけをエッチャントに触れさせて処理を行う必要があるが、これには市販のスピン洗浄装置やインライン型の片面エッチング装置などが使用できる。

次に、オキシ塩化リンを用いて、８００〜９５０℃で気相拡散法によりリンを基板に拡散させる。またこれに限らずスクリーン印刷やスピンコートが可能なリン化合物を用いてもよい。また酸素、ホスフィンとモノシランやポリシランまたはテトラエトキシシランやトリエトキシシランの混合ガスを用いた化学気相堆積法により形成されたリン珪酸ガラスを使用してもよい。

第１高濃度領域７０１ｅおよび第２高濃度領域７０１ｃは非受光面にのみ形成する必要があり、これを達成するために受光面を向かい合わせに重ねた状態で拡散したり、非受光面に窒化シリコンなどの拡散バリアを形成したりして、非受光面に添加不純物が拡散されないように工夫を施す必要がある。

図７の場合の第１高濃度領域７０１ｅおよび第２高濃度領域７０１ｃは、基板７０１ａがｐ型の場合はそれぞれボロン拡散領域とリン拡散領域を指し、基板７０１ａがｎ型の場合はそれぞれリン拡散領域とボロン拡散領域を指す。

拡散後、基板表面にできたガラスをフッ酸で除去する。次に、保護膜７０１ｄを形成する（ステップＳ２３０）。

保護膜７０１ｄとしては、窒化シリコン膜などを約１００ｎｍ程度成膜する。成膜には化学気相堆積装置を用い反応ガスとして、モノシラン（ＳｉＨ_４）およびアンモニア（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ることも可能であり、また、Ｈ_２ガスによる成膜種の希釈やプロセス圧力の調整、反応ガスの希釈を行い所望の屈折率を実現する。光学的な特性を高めるため、屈折率は１．５〜２．２程度にするのがよい。また、窒化シリコン膜に限らず、炭化シリコン、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化錫、酸化亜鉛のいずれかを用いてもよい。また、より効果的なパッシベーションのため、これら化合物の下地に膜厚１〜３０ｎｍの酸化シリコンや非晶質シリコン、あるいは酸化アルミニウムを形成するとよい。但し非受光面に関しては必ずしも反射防止機能を持たせる必要は無く、酸化シリコンや非晶質シリコン、あるいは酸化アルミニウムの単層膜のみを形成するだけでもよい。

これによりさらに高いパッシベーション効果が期待できる。これらの膜は主にプラズマ促進型化学気相堆積法で形成されるのが一般的であるが、この方法に限らず原子層堆積法や、この他スパッタや物理蒸着法で形成されてもよい。

次いで第１高濃度領域７０１ｅおよび第２高濃度領域７０１ｃの上に、電極７０１ｇ、７０１ｆをそれぞれ形成する（ステップＳ２４０）。好ましくは、コストの面から、スクリーン印刷を用いるのがよい。この場合、銀粉末とガラスフリットを有機バインダーと混合した銀ペーストを印刷し、この後、熱処理により保護膜７０１ｄに銀粉末を貫通させ、電極とシリコンを導通させる。しかし電極のパターンなどにより、スクリーン印刷電極では十分な導電性が得られない場合には、銅メッキを適用してもよい。

このようにして作製した太陽電池セル７０１は、図９にそれぞれ示すようにインターコネクタ９０５によって接続される（ステップＳ２５０）。インターコネクタ９０５にはほとんどの場合銅線が用いられ、これと太陽電池セル９０１とがハンダやエポキシ系などの導電性接着剤、あるいは金属微粒子を含有した樹脂フィルムなどで接着される。

次に、受光面側からカバー板９０３／充填材９０２／太陽電池セル９０１／充填材９０２／バックシート９０４の順に積層体を形成し、充填材の接着および硬化処理を行って太陽電池モジュールを得る（ステップＳ２６０）。充填材９０２は、エチレン酢酸ビニル共重合樹脂が一般的に用いられるが、ポリエチレンなどのポリオレフィン樹脂や空気でもよい。またカバー板９０３には、安価なソーダライムガラスが使用できる。またカバー板９０３の表面には、光反射率を低減させるために、カバー板９０３より屈折率が低いコート剤で被覆してあってもよい。バックシート９０４はフッ素樹脂フィルムやポリエチレンテレフタラートフィルムなどが好適に使用できる。またカバー板９０３をバックシート代わりに適用し、両面受光型としてもよい。

［実施例１］
基板厚さ２５０μｍ、比抵抗１Ω・ｃｍの、ボロンドープ＜１００＞ｐ型アズカットシリコン基板を準備し、熱濃水酸化カリウム水溶液によりダメージ層を除去した。その後、フッ化水素酸／硝酸／酢酸混合溶液を１：１０：２５の割合で混合した溶液を２０℃に保ちながら１０分間浸漬してテクスチャ形成を行い、引き続き水酸化カリウム／過酸化水素水混合溶液で洗浄を行った。

次に、オキシ塩化リン雰囲気下、８５０℃で非受光面同士を重ねた状態で熱処理し、ｐｎ接合を形成した。拡散後、フッ酸にてガラス層を除去し、純水洗浄の後、乾燥させた。
次に、平行平板型プラズマ促進型化学気相堆積装置により、屈折率２．０、膜厚９０ｎｍの窒化シリコン膜を受光面全面に成膜した。

次に基板の非受光面に、スクリーン印刷によりアルミニウムペーストを非受光面全面に塗布し、１５０℃で乾燥した。続いて受光面にスクリーン印刷により銀ペーストを櫛型に印刷し、１５０℃で乾燥した後、ベルト炉にて８１０℃で５秒間焼成した。

次に上記太陽電池セル１枚に銅線を導電性接着剤にて接着し、セルをシート状のエチレン酢酸ビニル共重合樹脂（シー・アイ化成 ＭＬＣＥ−５２）で挟んだ。さらにその受光側には５ｍｍ厚のソーダライムガラスを、非受光面側には白色ＰＥＴフィルム（エム・エー・パッケージング 積層ＰＥＴフィルム）を配置し、ラミネータで１３０℃、８分の熱処理をした。その後、さらにオーブンで１５０℃３０分の熱処理を行い、モジュールとした。同様のモジュールを１０枚作製し、最後にキセノンランプ光源の擬似太陽光により出力特性を測定した。

［比較例１］
実施例１と同様の基板を用い、熱濃水酸化カリウム水溶液によりダメージ層を除去した。その後、５％の水酸化カリウム水溶液に２−プロパノールを加えて７５℃に保ち、１０分間浸漬してランダムピラミッドテクスチャを形成し、引き続き塩酸と過酸化水素水混合液中で洗浄を行った。この後、実施例１と同様の工程によりモジュールを作製した。同様のモジュールを１０枚作製し、最後にキセノンランプ光源の擬似太陽光により出力特性を測定した。

［実施例２］
基板厚さ２５０μｍ、比抵抗４Ω・ｃｍの、ボロンドープ＜１００＞ｐ型アズカットシリコン基板を準備し、熱濃水酸化カリウム水溶液によりダメージ層を除去した。その後、フッ化水素酸／硝酸／酢酸混合溶液を１：１０：２５の割合で混合した溶液を２０℃に保ちながら１０分間浸漬してテクスチャ形成を行い、引き続き水酸化カリウム／過酸化水素混合溶液中で洗浄を行った。

次に、臭化ホウ素雰囲気下、１０５０℃で受光面同士を重ねた状態で熱処理し、非受光面にボロンを拡散した。拡散後、１５％のフッ酸水溶液にてガラス層を除去し、純水洗浄の後乾燥させた。

続いて、常圧化学気相堆積装置により、非受光面にテトラエトキシシランと酸素の混合ガスを用い、２００℃で厚さ３００ｎｍのシリコン酸化膜を形成した。

次に、酸レジストをスクリーン印刷でシリコン酸化膜上へくし型パターン状に形成して乾燥した後、ＨＦ１５％水溶液に浸漬してシリコン酸化膜とボロンガラスをエッチングし、酸レジストをメタノールと水で除去後、さらに基板を９０℃の硫酸過酸化水素水混合酸溶液に１０分浸漬し、水でリンス後乾燥した。

次に、オキシ塩化リン雰囲気下９００℃で受光面同士を重ねた状態で熱処理し、第２高濃度領域を形成した。拡散後、１５％のフッ酸水溶液にてガラス層を除去し、純水洗浄の後乾燥させた。

続いて酸素雰囲気下８５０℃で３０分熱処理し、基板の両面を酸化した。この後さらにプラズマ促進型化学気相堆積装置により受光面に屈折率２．０、屈折率８０ｎｍの窒化シリコン膜を形成した。

次にボロン拡散領域とリン拡散領域それぞれに、スクリーン印刷により銀ペーストを塗布し、１５０℃で乾燥した後、ベルト炉にて８１０℃で５秒間焼成した。

次に上記太陽電池セル１枚に銅線を導電性接着剤にて接着し、セルをシート状のエチレン酢酸ビニル共重合樹脂（シー・アイ化成 ＭＬＣＥ−５２）で挟んだ。さらにその受光側には５ｍｍ厚のソーダライムガラスを、非受光面側には白色ＰＥＴフィルム（エム・エー・パッケージング 積層ＰＥＴフィルム）を配置し、ラミネータで１３０℃、８分の熱処理をした。その後、さらにオーブンで１５０℃３０分の熱処理を行い、モジュールとした。同様のモジュールを１０枚作製し、最後にキセノンランプ光源の擬似太陽光により出力特性を測定した。

［比較例２］
実施例２と同様の基板を用い、熱濃水酸化カリウム水溶液によりダメージ層を除去した。その後、５％の水酸化カリウム水溶液／２−プロパノール水溶液を７５℃に保ち、１０分間浸漬してランダムピラミッドテクスチャを形成し、引き続き塩酸／過酸化水素混合溶液中で洗浄を行った。この後、実施例２と同様の工程によりモジュールを作製した。同様のモジュールを１０枚作製し、最後にキセノンランプ光源の擬似太陽光により出力特性を測定した。

［実施例３］
基板厚さ２５０μｍ、比抵抗４Ω・ｃｍの、リンドープ＜１００＞ｎ型アズカットシリコン基板を用い、実施例２と同様の工程によりモジュールを作製した。同様のモジュールを１０枚作製し、最後にキセノンランプ光源の擬似太陽光により出力特性を測定した。

［比較例３］
実施例３と同様の基板を用い、熱濃水酸化カリウム水溶液によりダメージ層を除去した。その後、５％の水酸化カリウム水溶液／２−プロパノール水溶液を７５℃に保ち、１０分間浸漬してランダムピラミッドテクスチャを形成し、引き続き塩酸／過酸化水素混合溶液中で洗浄を行った。この後、実施例２と同様の工程によりモジュールを作製した。同様のモジュールを１０枚作製し、最後にキセノンランプ光源の擬似太陽光により出力特性を測定した。

表１は上記実施例および比較例の出力特性測定結果を示す。従来法で作製したランダムピラミッドテクスチャ太陽電池（比較例１、２、３）に対し、本発明の製造方法にて作製した太陽電池（実施例１、２、３）では、短絡電流密度を維持しながら開放電圧を大幅に改善できることが示された。

以上のとおり、本願記載の太陽電池モジュールは光閉じ込め効果を維持し、太陽電池の表面パッシベーション効果を改善する事ができ、本願記載の製造方法は太陽電池の高効率化とコスト削減に極めて有効である。

１０１、２０１、３０１、７０１、８０１、９０１ ・・・太陽電池セル
１０１ａ、２０１ａ、３０１ａ、７０１ａ ・・・基板
１０１ｂ、２０１ｂ、３０１ｂ、７０１ｂ ・・・テクスチャ
１０１ｃ、２０１ｃ、３０１ｃ、７０１ｃ ・・・第２高濃度領域
１０１ｄ、２０１ｄ、３０１ｄ、７０１ｄ ・・・保護膜
１０１ｅ、２０１ｅ、３０１ｅ、７０１ｅ ・・・第１高濃度領域
１０１ｆ、２０１ｆ、３０１ｆ、７０１ｆ ・・・電極
１０１ｇ、２０１ｇ、３０１ｇ、７０１ｇ ・・・電極
２０１ｈ ・・・表面電界層
１０２、２０２、３０２、７０２、８０２、９０２ ・・・充填材
１０３、２０３、３０３、７０３、８０３、９０３ ・・・カバー板
１０４、２０４、３０４、７０４、８０４、９０４ ・・・バックシート
８０５、９０５ ・・・インターコネクタ

Claims (5)

1. 単結晶シリコン基板、前記単結晶シリコン基板の少なくとも受光面に形成された、光閉じ込めのためのテクスチャ、及び前記テクスチャの少なくとも一部を覆う保護膜を有する太陽電池セルと、
   前記太陽電池セルの少なくとも受光面側を封止するカバー板と、
   前記太陽電池セルと前記カバー板との間に充填される透光性の充填剤と
   を備え、
   前記テクスチャの凹部は、全体が曲率を有する円弧状に形成され、
   前記凹部における円弧の内角が、前記円弧の両端と円弧の中心点を結ぶ線が前記中心点を通る鉛直方向の軸とそれぞれ成す角θ_ａおよびθ_ｂ（θ_ａ≦θ_ｂ）の和θ_ａ＋θ_ｂで表され、且つ前記円弧が屈折率ｎ_１の前記充填材に接しており、さらに前記充填材を覆うカバー板が屈折率ｎ_３の物質に接しているとき前記θ_ｂが
   

   

   であり、
   前記充填剤及び前記カバー板の屈折率は、前記保護膜の屈折率より低く、
   前記単結晶シリコン基板は、前記受光面における法線方向の結晶面方位が＜１００＞であることを特徴とする太陽電池モジュール。
2. 前記太陽電池セルは、
   第１の導電型の前記単結晶シリコン基板と、
   第１の導電型で且つ前記単結晶シリコン基板よりも高濃度に不純物添加された第１高濃度領域と、
   第２の導電型の第２高濃度領域と、
   光生成した電荷を集める電極とを備え、
   前記第１高濃度領域と、前記第２高濃度領域と、前記電極が、前記基板の非受光面にのみ形成されていることを特徴とした請求項１に記載の太陽電池モジュール。
3. 前記第１の導電型はｐ型であることを特徴とする請求項２に記載の太陽電池モジュール。
4. 前記保護膜は、酸化シリコン、窒化シリコン、炭化シリコン、非晶質シリコン、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化錫、及び酸化亜鉛からなるグループから選択された１または複数の物質による単層膜または多層膜であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
5. 太陽電池セルを作製する工程と、
   前記太陽電池セルの受光面側から、前記太陽電池セルの少なくとも受光面側を封止するカバー板、前記太陽電池セルと前記カバー板との間に充填される透光性の充填剤、前記太陽電池セルの順に積層して、積層体を形成する工程とを備え、
   前記太陽電池セルを作製する工程は、
   単結晶シリコン基板の少なくとも受光面に、光閉じ込めのためのテクスチャの凹部を、全体が曲率を有する円弧状に形成する工程と、
   前記テクスチャの少なくとも一部を覆う保護膜を形成する工程と
   を有し、
   前記凹部における円弧の内角が、前記円弧の両端と円弧の中心点を結ぶ線が前記中心点を通る鉛直方向の軸とそれぞれ成す角θ_ａおよびθ_ｂ（θ_ａ≦θ_ｂ）の和θ_ａ＋θ_ｂで表され、且つ前記円弧が屈折率ｎ_１の前記充填材に接しており、さらに前記充填材を覆うカバー板が屈折率ｎ_３の物質に接しているとき前記θ_ｂが
   

   

   であり、
   前記充填剤及び前記カバー板の屈折率は、前記保護膜の屈折率より低く、
   前記単結晶シリコン基板は、前記受光面における法線方向の結晶面方位が＜１００＞であることを特徴とする太陽電池モジュールの製造方法。

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