JP6224513B2 - 太陽電池素子の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は太陽電池素子の製造方法に関する。
太陽光発電などに用いられる太陽電池素子として、例えば単結晶または多結晶のシリコンからなる半導体基板を用いた結晶系太陽電池素子が知られている。
結晶系太陽電池素子では、例えば、半導体基板の受光面側には反射防止膜を設けて、半導体基板の裏面側にはパッシベーション膜を設けて光電変換効率の向上を図っている。
また、ＣＶＤ装置を用いて、半導体基板の両主面に同時に成膜することが提案されている（例えば、下記の特許文献１を参照）。
しかしながら、シリコン基板の両主面に好適な厚みの膜を同時に形成することは困難であった。
そこで、本発明の主たる目的は、半導体基板の両主面に好適な膜を同時に形成する太陽電池素子の製造方法を提供することである。
本発明の一実施形態に係る太陽電池素子の製造方法では、成膜室と、該成膜室内に設けられてプラズマを発生させる第１電極および複数の第２電極と、を有するＣＶＤ装置を用いて、半導体基板の第１主面および該第１主面とは反対側に位置する第２主面のそれぞれに成膜を行う太陽電池素子の製造方法であって、前記半導体基板の周縁部を前記第１電極に電気的に接続するとともに、互いに隣接する２つの前記第２電極の間に、前記半導体基板の前記第１主面と一方の前記第２電極との間隔が、前記半導体基板の前記第２主面と他方の前記第２電極との間隔よりも短くなるように、前記半導体基板を配置する配置工程と、前記成膜室内に原料ガスを導入し、前記半導体基板の両主面の上にプラズマを発生させて、前記半導体基板の前記第１主面に反射防止膜を、前記半導体基板の前記第２主面にパッシベーション膜を、それぞれ形成する成膜工程と、を有する。
上記の太陽電池素子の製造方法によれば、半導体基板の第１主面に反射防止膜を、第２主面にパッシベーション膜をそれぞれ好適な厚みで同時に成膜することができるので、光電変換効率に優れた太陽電池素子を迅速に提供できる。
以下に、本発明の実施形態に係る太陽電池素子の製造方法について図面を参照しながら説明する。なお、図面は模式的に示しているので、各図における構成要素のサイズおよび位置関係等は適宜変更できるものとする。また、図１，２，３，５に記載されたＸ，Ｙ，Ｚは左手系の座標軸を示している。
＜太陽電池素子＞
図１〜３に示すように、太陽電池素子１は半導体基板２からなり、半導体基板２は主として光が入射する第１主面である受光面２ａと、その反対側の第２主面である裏面２ｂを有する。
図１〜３に示すように、太陽電池素子１は半導体基板２からなり、半導体基板２は主として光が入射する第１主面である受光面２ａと、その反対側の第２主面である裏面２ｂを有する。
半導体基板２は、一導電型（例えばｐ型）を有する第１半導体部２ｐと、第1半導体部
２ｐ上に設けられて、第１半導体部２ｐと逆の導電型（例えばｎ型）を示す第２半導体部２ｎとを有する。半導体基板２には、例えば、ボロンあるいはガリウムなどの所定のドーパント元素を有して一導電型（例えばｐ型）を有する単結晶または多結晶のシリコン基板が用いられる。また、半導体基板２の厚みは、例えば１００〜２５０μｍ程度である。また、半導体基板２の平面形状は、特に限定されるものではないが、例えば、１辺の長さが１５０〜１８０ｍｍ程度の長方形状（正方形状を含む）などの四角形状などであればよい。
２ｐ上に設けられて、第１半導体部２ｐと逆の導電型（例えばｎ型）を示す第２半導体部２ｎとを有する。半導体基板２には、例えば、ボロンあるいはガリウムなどの所定のドーパント元素を有して一導電型（例えばｐ型）を有する単結晶または多結晶のシリコン基板が用いられる。また、半導体基板２の厚みは、例えば１００〜２５０μｍ程度である。また、半導体基板２の平面形状は、特に限定されるものではないが、例えば、１辺の長さが１５０〜１８０ｍｍ程度の長方形状（正方形状を含む）などの四角形状などであればよい。
第２半導体部２ｎは、第1半導体部２ｐに対して逆の導電型の層であり、半導体基板２
の受光面２ａ側に設けられている。第1半導体部２ｐがｐ型の導電型を有する場合であれ
ば、第２半導体部２ｎは、ｎ型の導電型を有するように形成される。この場合、ｎ型の導電型を有する第２半導体部２ｎを形成する場合は、半導体基板２の受光面２ａ側にリン等のドーパント元素を拡散させることによって形成できる。
の受光面２ａ側に設けられている。第1半導体部２ｐがｐ型の導電型を有する場合であれ
ば、第２半導体部２ｎは、ｎ型の導電型を有するように形成される。この場合、ｎ型の導電型を有する第２半導体部２ｎを形成する場合は、半導体基板２の受光面２ａ側にリン等のドーパント元素を拡散させることによって形成できる。
受光面２ａ側の電極は、図１および図３に示すように第２半導体部２ｎ上に設けられている。受光面２ａ側の電極は、接続電極３および集電電極４である。集電電極４の両端または一端部には、接続電極３が接続されている。なお、図示されているように、受光面２ａ側の電極として、太陽電池素子１の両端部にある集電電極４の外側端部を結ぶように補助集電電極５をさらに設けてもよい。
接続電極３は帯状であり、モジュール製造工程において配線導体が接続される。接続電極３は、図１のＹ軸方向に例えば２〜４本程度設けられ、１〜３ｍｍ程度の幅を有している。一方、集電電極４および補助集電電極５は、光発生キャリアを集める線状電極である。集電電極４は、その線幅が５０〜２００μｍ程度であり、互いに１〜３ｍｍ程度の間隔を空けて複数配置されている。また、補助集電電極５も５０〜２００μｍ程度の線幅であればよい。
接続電極３、集電電極４および補助集電電極５のそれぞれの厚みは１０〜４０μｍ程度である。また、これら電極は、銀（または銅もしくは銀銅合金）を主成分とし、ガラスフ
リットおよび有機ビヒクルなどからなる導電性ペーストを、スクリーン印刷等によって所望の形状に塗布した後、焼成することによって形成できる。
リットおよび有機ビヒクルなどからなる導電性ペーストを、スクリーン印刷等によって所望の形状に塗布した後、焼成することによって形成できる。
裏面側電極は、図２に示すようにバスバー電極７と第１フィンガー電極８と補助バスバー電極９と第２フィンガー電極１０からなる。
バスバー電極７は、上述の接続電極３と対向するように、裏面２ｂ上の図２のＹ軸方向に延びる線上に配置される。バスバー電極７は、例えば２〜４本程度設けられている。各バスバー電極７は、例えば帯状に連続または不連続に設けられた形状でもよいし、図２に示すように、島状部７ａと線状部７ｂからなるものでもよいし、また島状部分７ａのみからなる形状でもよい。
バスバー電極７が島状部７ａおよび線状部７ｂからなるものである場合、島状部７ａは、線状部７ｂからＸ軸方向に突出するように、互いに離隔して５〜２０個程度設けられる。この島状部７ａには、モジュール製造工程において、帯状の配線導体が接続される。この場合、線状部７ｂは、島状部７ａを互いに接続する状態となるため、もし島状部７ａのどれか1つにおいて、配線導体との接続が不十分になった場合でも、太陽電池モジュールの抵抗成分の低下を抑えることができる。
バスバー電極７が島状部７ａおよび線状部７ｂからなる場合、島状部７ａの大きさは幅方向（Ｘ軸方向）が３〜１０ｍｍ程度、縦方向（Ｙ軸方向）が１〜５ｍｍ程度であり、線状部７ｂは、幅方向（Ｘ軸方向）が１〜３ｍｍ程度である。このようなバスバー電極７（島状部７ａおよび線状部７ｂ）の厚みは２〜１５μｍ程度であり、銀（または銅もしくは銀銅合金）を主成分とし、ガラスフリットおよび有機ビヒクルなどからなる導電性ペーストを、スクリーン印刷等によって所望の形状に塗布した後、焼成することによって形成することができる。
第１フィンガー電極８と第２フィンガー電極１０は、いずれも光発生キャリアを集電するものである。第１フィンガー電極８は、Ｘ軸方向に延びて配置されており、その線幅は１００〜５００μｍ程度であり、その厚みは１５〜４０μｍ程度である。第１フィンガー電極８は互いに１〜６ｍｍ程度の間隔を空けて複数設けられている。第１フィンガー電極８の両端または一端部には、補助バスバー電極９に接続されており、さらに、太陽電池素子１の両側にある第１フィンガー電極８の外側端部を結ぶように第２フィンガー電極１０が設けられている。第２フィンガー電極１０は、１００〜３００μｍ程度の線幅であり、その厚みは１５〜４０μｍ程度である。第２フィンガー電極１０はＹ軸方向に沿って設けられる。第１フィンガー電極８と第２フィンガー電極１０は、アルミニウムを主成分とし、ガラスフリットおよび有機ビヒクルなどからなる導電性ペーストを、スクリーン印刷等によって所望の形状に塗布した後、焼成することによって形成することができる。このように第１フィンガー電極８および第２フィンガー電極１０が同一材質からなることによって、これらをスクリーン印刷法などで同時に形成することができ、工程の簡略化が可能となる。
補助バスバー電極９は、バスバー電極７に沿ってＹ軸方向に延びるように、バスバー電極７の幅方向の両側に０．５〜３ｍｍ程度の線幅を有し、３０〜６０μｍ程度の厚みで帯状に設けられる。補助バスバー電極９は、第１フィンガー電極８を接続するものであり、さらにバスバー電極７の島状部７ａの幅方向の両端部において積重することによってバスバー電極７にも接続されている。これにより、補助バスバー電極９は、第１フィンガー電極８と第２フィンガー電極１０によって集められた光発生キャリアをさらに集合させ、それらをバスバー電極７に伝える役目を果たす。このような補助バスバー電極９を設けることによって、バスバー電極７の島状部７ａにも無駄なく光発生キャリアを伝えることがで
きる。さらに、バスバー電極７を帯状にする必要が無くなり、銀の使用量を削減できる。
きる。さらに、バスバー電極７を帯状にする必要が無くなり、銀の使用量を削減できる。
補助バスバー電極９は、さらに第１フィンガー電極８と同じ材質とすることによって、工程の簡略化を図ることができる。すなわち、補助バスバー電極９も、アルミニウムを主成分とし、ガラスフリットおよび有機ビヒクルなどからなる導電性ペーストを、第１フィンガー電極８と第２フィンガー電極１０の形成時に、スクリーン印刷などによって所望の形状に塗布した後、焼成することによって形成できる。
第１フィンガー電極８、補助バスバー電極９および第２フィンガー電極１０が、アルミニウムを主成分としてとして含むことによって、これらの形成部分には半導体基板２内部にアルミニウムが高濃度に拡散したＢＳＦ層１２が同時に形成される。
このように、裏面２ｂ側の電極をバスバー電極７、第１フィンガー電極８、補助バスバー電極９および第２フィンガー電極１０からなるようにしたことによって、裏面パッシベーション膜１１の破壊を最小限にして、太陽電池素子１の光電変換効率の向上を図ることができる。
さらに、半導体基板２の受光面２ａにおいて、電極を配置した領域以外の部位には、反射防止膜６が配置される。この反射防止膜６は、受光面２ａにおける光の反射率を低減させて、半導体基板２に吸収される光の量を増大させる。そして、光吸収によって生成する電子正孔対を増大させる役割を果たすことで、太陽電池素子1の変換効率の向上に寄与す
る。さらに、反射防止膜６は、受光面２ａ表面におけるパッシベーション膜も兼ねる。パッシベーション膜は、例えば、水素によって結晶欠陥の不活性化を行うことによって、少数キャリアの再結合を低減する効果を有するものである。
る。さらに、反射防止膜６は、受光面２ａ表面におけるパッシベーション膜も兼ねる。パッシベーション膜は、例えば、水素によって結晶欠陥の不活性化を行うことによって、少数キャリアの再結合を低減する効果を有するものである。
このような反射防止膜６は、例えば、窒化シリコン膜（ＳｉＮｘ膜；Ｓｉ3Ｎ4ストイキオメトリを中心にして組成比（ｘ）には幅がある）を好適に用いることができる。窒化シリコン膜からなる反射防止膜６では、受光面２ａ表面での光反射がより小さくなるように、屈折率が２．０〜２．３程度、厚み７５〜１２０ｎｍ程度が好ましい。なお、反射防止膜６として、窒化シリコン膜以外にパッシベーション効果がある酸化シリコン膜を採用してもよい。
さらに、半導体基板２の裏面２ｂの裏面側電極を配置した領域以外の部位には、裏面パッシベーション膜１１が配置される。この裏面パッシベーション膜１１は、裏面２ｂにおいて、反射防止膜６と同様に、例えば、水素によって結晶欠陥の不活性化を行うことによって、少数キャリアの再結合を低減する効果を有する。
このような裏面パッシベーション膜１１は、反射防止膜６と同様に例えば窒化シリコン膜または酸化シリコン膜を好適に用いることができる。例えば窒化シリコン膜からなる裏面パッシベーション膜１１では、第１フィンガー電極８、補助バスバー電極９および第２フィンガー電極１０の形成部分において、アルミニウムを主成分とする導電性ペーストが焼成時に裏面パッシベーション膜１１をファイアースルーをして、半導体基板２の内部に形成されるＢＳＦ層１２を形成しやすいように、屈折率は２．０〜２．３程度、厚み３０〜７０ｎｍ程度が好ましい。発明者らが繰り返し行ったテストでは、窒化シリコン膜からなる裏面パッシベーション膜１１の屈折率が２．０〜２．３とした場合には、厚みが３０ｎｍ〜７０ｎｍの範囲内では裏面でのパッシベーション効果が十分であり、アルミニウムを主成分とする導電性ペーストの焼成時における裏面パッシベーション膜１１のファイアースルーを完全に行うことができて、良質なＢＳＦ層１２を形成できて、完成した太陽電池素子１の光電変換効率が低下することがなかった。
＜太陽電池素子の製造方法＞
次に、太陽電池素子１の製造方法について説明する。
次に、太陽電池素子１の製造方法について説明する。
まず、本実施形態の製造方法の基本工程について説明する。本実施形態で用いるＣＶＤ装置は例えばＰＥＣＶＤ（plasma enhanced chemical vapor deposition）装置を用いる
。また、ＣＶＤ装置は、成膜室と、この成膜室内に設けられてプラズマを発生させるための第１電極および複数の第２電極と、を有する。このようなＣＶＤ装置を用いて、半導体基板２の受光面２ａおよび裏面２ｂのそれぞれに成膜を行う。ここで、例えば、第１電極および第２電極のうち一方を接地した状態で、接地していない第１電極および第２電極の一方に高周波電力を印加して、半導体基板２と第２電極との間にプラズマを発生させるようにする。
。また、ＣＶＤ装置は、成膜室と、この成膜室内に設けられてプラズマを発生させるための第１電極および複数の第２電極と、を有する。このようなＣＶＤ装置を用いて、半導体基板２の受光面２ａおよび裏面２ｂのそれぞれに成膜を行う。ここで、例えば、第１電極および第２電極のうち一方を接地した状態で、接地していない第１電極および第２電極の一方に高周波電力を印加して、半導体基板２と第２電極との間にプラズマを発生させるようにする。
本実施形態では少なくとも下記（１）、（２）の工程を行う。
（１）配置工程：半導体基板２の周縁部を第１電極に電気的に接続して、互いに隣接する２つの第２電極の間に、半導体基板２の受光面２ａと一方の前記第２電極との間隔（第１距離Ｓ）が、半導体基板２の裏面２ｂと他方の前記第２電極との間隔（第２距離Ｔ）よりも短くなるように、半導体基板２を配置する。
（２）成膜工程：成膜室内に原料ガスを導入し、半導体基板２の両主面の上にプラズマを発生させて、半導体基板２の受光面２ａに反射防止膜を形成すると同時に、半導体基板２の裏面２ｂにパッシベーション膜を形成する。
（１）配置工程：半導体基板２の周縁部を第１電極に電気的に接続して、互いに隣接する２つの第２電極の間に、半導体基板２の受光面２ａと一方の前記第２電極との間隔（第１距離Ｓ）が、半導体基板２の裏面２ｂと他方の前記第２電極との間隔（第２距離Ｔ）よりも短くなるように、半導体基板２を配置する。
（２）成膜工程：成膜室内に原料ガスを導入し、半導体基板２の両主面の上にプラズマを発生させて、半導体基板２の受光面２ａに反射防止膜を形成すると同時に、半導体基板２の裏面２ｂにパッシベーション膜を形成する。
次に、具体的な製造方法について説明する。まず、図４（ａ）に示すように、一導電型の半導体基板２を準備する。半導体基板２としては、第1導電型を呈するもので、例えば
ドーパントとしてボロンなどがドープされたｐ型のシリコン基板であればよい。このシリコン基板は、シリコンインゴットから切り出された単結晶シリコン基板または多結晶シリコン基板からなるシリコン基板を用いればよく、比抵抗は０．２〜２．０Ω・ｃｍ程度が好適である。また、シリコン基板の大きさは、例えば一辺１４０〜１８０ｍｍ程度の矩形（正方形を含む）であり、その厚みは１００〜２５０μｍ程度にすればよい。半導体基板２が単結晶シリコン基板の場合は、例えばＦＺ（フローティングゾーン）法またはＣＺ（チョクラルスキー）法などによって形成される。半導体基板２が多結晶シリコン基板の場合は、例えば鋳造法によって多結晶シリコンのインゴットを作製し、このインゴットを例えば所定の厚みにスライスして、半導体基板２を作製する。なお、以下では、ｐ型の多結晶シリコンを用いた例によって説明する。
ドーパントとしてボロンなどがドープされたｐ型のシリコン基板であればよい。このシリコン基板は、シリコンインゴットから切り出された単結晶シリコン基板または多結晶シリコン基板からなるシリコン基板を用いればよく、比抵抗は０．２〜２．０Ω・ｃｍ程度が好適である。また、シリコン基板の大きさは、例えば一辺１４０〜１８０ｍｍ程度の矩形（正方形を含む）であり、その厚みは１００〜２５０μｍ程度にすればよい。半導体基板２が単結晶シリコン基板の場合は、例えばＦＺ（フローティングゾーン）法またはＣＺ（チョクラルスキー）法などによって形成される。半導体基板２が多結晶シリコン基板の場合は、例えば鋳造法によって多結晶シリコンのインゴットを作製し、このインゴットを例えば所定の厚みにスライスして、半導体基板２を作製する。なお、以下では、ｐ型の多結晶シリコンを用いた例によって説明する。
半導体基板２は、スライス面の機械的ダメージ層および汚染層を除去するために、表面をＮａＯＨ、ＫＯＨ、またはフッ硝酸などの溶液でごく微量エッチングするのが望ましい。なお、このエッチング工程後に、ウエットエッチング法、またはＲＩＥ（Reactive Ion Etching）法などのドライエッチング法を用いて、半導体基板２の受光面２ａ側に微小な凹凸構造（テクスチャ）を形成するのが望ましい。テクスチャの形成によって、受光面２ａ側における光の反射率が低減することで、太陽電池素子1の光電変換効率が向上する。
次に、図４（ｂ）に示すように、半導体基板２の第1半導体部２ｐの受光面２ａ側にｎ
型の第２半導体部２ｎを形成する。このような第２半導体部２ｎは、ｎ型不純物（例えばリン）を受光面２ａ側の表層内に拡散させることによって形成される。このような拡散の方法として、例えば、ペースト状態にした五酸化二リン（Ｐ２Ｏ５）を半導体基板２の表面に塗布して熱拡散させる塗布熱拡散法、ガス状態にしたオキシ塩化リン（ＰＯＣｌ３）を拡散源とした気相熱拡散法、または、リンイオンを直接拡散させるイオン打ち込み法などが挙げられる。この第２半導体部２ｎは、例えば０．１〜１μｍ程度の厚みで、４０〜１５０Ω／□程度のシート抵抗に形成される。また、第２半導体部２ｎ形成時に、裏面２ｂ側にも逆導電型層が形成された場合には、裏面２ｂ側のみをエッチングによって除去し
て、ｐ型の導電型領域を露出させる。例えば、フッ硝酸溶液に半導体基板２の裏面２ｂ側のみを浸して裏面２ｂ側の第２半導体部２ｎを除去する。また、予め裏面２ｂ側に酸化シリコンなどからなる拡散防止用マスクを形成しておき、気相熱拡散法等によって第２半導体部２ｎを形成して、続いて拡散マスクを除去するプロセスによっても、同様の構造を形成することが可能である。
型の第２半導体部２ｎを形成する。このような第２半導体部２ｎは、ｎ型不純物（例えばリン）を受光面２ａ側の表層内に拡散させることによって形成される。このような拡散の方法として、例えば、ペースト状態にした五酸化二リン（Ｐ２Ｏ５）を半導体基板２の表面に塗布して熱拡散させる塗布熱拡散法、ガス状態にしたオキシ塩化リン（ＰＯＣｌ３）を拡散源とした気相熱拡散法、または、リンイオンを直接拡散させるイオン打ち込み法などが挙げられる。この第２半導体部２ｎは、例えば０．１〜１μｍ程度の厚みで、４０〜１５０Ω／□程度のシート抵抗に形成される。また、第２半導体部２ｎ形成時に、裏面２ｂ側にも逆導電型層が形成された場合には、裏面２ｂ側のみをエッチングによって除去し
て、ｐ型の導電型領域を露出させる。例えば、フッ硝酸溶液に半導体基板２の裏面２ｂ側のみを浸して裏面２ｂ側の第２半導体部２ｎを除去する。また、予め裏面２ｂ側に酸化シリコンなどからなる拡散防止用マスクを形成しておき、気相熱拡散法等によって第２半導体部２ｎを形成して、続いて拡散マスクを除去するプロセスによっても、同様の構造を形成することが可能である。
次に、図４（ｃ）に示すように、半導体基板２の受光面２ａ表面上に反射防止膜６を形成する。同時に裏面２ｂ表面上に裏面パッシベーション膜１１を形成する。反射防止膜６および裏面パッシベーション膜１１は、窒化シリコンからなる膜を、例えばＰＥＣＶＤ装置を用いて形成される。
図５に示すように、本実施形態に係るＰＥＣＶＤ装置ＡＰは、ステンレスなどの金属からなり、内部が減圧可能な成膜室である本体１３を備えている。本体１３の内壁にはヒーター１７が設けられている。また、本体１３の内部には、反射防止膜６、裏面パッシベーション膜１１を成膜するために、必要な原料ガス（例えば窒化シリコン膜を形成する場合には、窒素およびシリコンを含むガス）を導入するためのガス供給管１４が設けられている。さらに、本体１３の内部を減圧するための排気管１５が設けられている。また、排気管１５の他端部には、ロータリーポンプとメカニカルブースターポンプなどからなる真空ポンプ１６に接続されている。また、排気管１５の途中には、本体１３内部の圧力を制御するための圧力制御バルブ２１が設けられている。
また、本体１３の内部には、半導体基板２の周縁部を電気的に接続する第１電極（例えばアノード電極）であるサセプタ１９と、複数の第２電極である例えばカソード電極１８が設けられている。カソード電極１８はステンレスなどの金属からなり、本体１３の内部に、互いに一定間隔の距離を保って鉛直方向（図５のＸ軸方向）に立てた状態で複数配置されている。また、本実施形態の場合は、それぞれのカソード電極１８は高周波電源２０に接続されている。第１電極（アノード電極）となるサセプタ１９はカーボンなどからなる。サセプタ１９には、幅０．２〜０．５ｍｍ程度、深さ１〜５ｍｍ程度の溝部１９ａが上下方向の対向する位置に設けられており、半導体基板２は、その上下端部が、この溝部１９ａに嵌め込まれ、サセプタ１９に挟み込まれるように鉛直方向に立てた状態で、受光面２ａと裏面２ｂを各々、カソード電極１８と一定の距離を保ち、略平行に対向した状態で保持される。
本実施形態においては、半導体基板２の受光面２ａ表面と対向するカソード電極１８の表面との第１距離Ｓは、裏面２ｂ表面と対向するカソード電極１８の表面との第２距離Ｔよりも小さい。窒化シリコン膜の成膜速度は、カソード電極１８までの距離にほぼ反比例するので、このようにすることによって、受光面２ａ側の窒化シリコン膜の成膜速度を裏面２ｂの成膜速度よりも大きくすることができる。上述のように受光面２ａ側の反射防止膜６は、厚み７５〜１２０ｎｍ程度が好適であり、裏面２ｂの裏面パッシベーション膜１１では、厚み３０〜７０ｎｍ程度が好適であるため、これに合うように受光面２ａ表面と対向するカソード電極１８の表面との第１距離Ｓと裏面２ｂ表面と対向するカソード電極１８の表面との第２距離Ｔとを決定すればよい。なお、サセプタ１９はカソード電極１８に対して、移動可能とすることができる。これにより、サセプタ１９の図示のＺ軸方向の移動によって、第１距離Ｓおよび第２距離Ｔを適宜変更可能である。第１距離Ｓおよび第２距離Ｔは、成膜後の半導体基板２の両主面に成膜した窒化シリコン膜の膜厚、本体１３の大きさ、高周波電源の出力、導入するガスの量、成膜時の圧力などを考慮して最適に決定すればよいが、例えば第１距離Ｓは３〜１０ｃｍ程度、第２距離Ｔは５〜２０ｃｍ程度である。
このようなＰＥＣＶＤ装置ＡＰを用いた場合の窒化シリコン膜の成膜の手順は、次のと
おりである。まずヒーター１７によってサセプタ１９に保持されている半導体基板２の温度を３７０〜４８０℃程度に昇温する。半導体基板２の温度が前記範囲内であれば、受光面２ａ上に成膜した反射防止膜６と裏面２ｂ上に成膜した裏面パッシベーション膜１１のパッシベーション効果が十分得られる。その後、半導体基板２の温度を維持したまま、真空ポンプ１６によって本体１３の内部を０．１〜１Ｐａ程度に減圧する。その後、ガス供給管１４からシラン（ＳｉＨ４）ガスとアンモニア（ＮＨ３）ガスとの混合ガスを窒素（Ｎ２）ガスで希釈しながら、本体１３の内部に導入して、圧力制御バルブ２１によって本体１３の内部を１０〜１００Ｐａ程度に維持する。その後、本体１３の内部の圧力が安定したら、高周波電源２０をオンして本体１３内部のガスをグロー放電分解でプラズマ化させて、受光面２ａと裏面２ｂの両面同時に窒化シリコン膜を形成する。ここで、各ガスの流量および高周波電源２０の出力等は、形成された窒化シリコン膜の屈折率などを考慮して最適に決定すればよい。例えば、シランガスの流量を２０００ＳＣＣＭ程度、アンモニアガスの流量を９０００ＳＣＣＭ程度、窒素ガスの流量を２０００ＳＣＣＭ程度とする。なお、ＳＣＣＭとはStandard Cubic Centimeter per Minuteの略である。また、高周波電源２０の出力を例えば３〜６ｋＷ程度とし、周波数は２５０ｋＨｚまたは１３．５６ＭＨｚとする。
おりである。まずヒーター１７によってサセプタ１９に保持されている半導体基板２の温度を３７０〜４８０℃程度に昇温する。半導体基板２の温度が前記範囲内であれば、受光面２ａ上に成膜した反射防止膜６と裏面２ｂ上に成膜した裏面パッシベーション膜１１のパッシベーション効果が十分得られる。その後、半導体基板２の温度を維持したまま、真空ポンプ１６によって本体１３の内部を０．１〜１Ｐａ程度に減圧する。その後、ガス供給管１４からシラン（ＳｉＨ４）ガスとアンモニア（ＮＨ３）ガスとの混合ガスを窒素（Ｎ２）ガスで希釈しながら、本体１３の内部に導入して、圧力制御バルブ２１によって本体１３の内部を１０〜１００Ｐａ程度に維持する。その後、本体１３の内部の圧力が安定したら、高周波電源２０をオンして本体１３内部のガスをグロー放電分解でプラズマ化させて、受光面２ａと裏面２ｂの両面同時に窒化シリコン膜を形成する。ここで、各ガスの流量および高周波電源２０の出力等は、形成された窒化シリコン膜の屈折率などを考慮して最適に決定すればよい。例えば、シランガスの流量を２０００ＳＣＣＭ程度、アンモニアガスの流量を９０００ＳＣＣＭ程度、窒素ガスの流量を２０００ＳＣＣＭ程度とする。なお、ＳＣＣＭとはStandard Cubic Centimeter per Minuteの略である。また、高周波電源２０の出力を例えば３〜６ｋＷ程度とし、周波数は２５０ｋＨｚまたは１３．５６ＭＨｚとする。
また、本実施形態においては、上述したように、半導体基板２を鉛直方向に立てた状態で窒化シリコン膜を成膜する。これにより、成膜中に半導体基板２が自重で撓まないので、半導体基板２を立てた状態での上下端部と中央部とでカソード電極１８との距離が変化しにくい。また、半導体基板２の両主面において均一な膜厚の窒化シリコン膜を成膜できる。このことは、特に厚さが２００μｍ以下の撓みやすく薄い半導体基板２を用いる場合に有効である。
また、カソード電極１８を中空の板状体（直方体状）として、受光面２ａおよび裏面２ｂと対向するカソード電極１８に、表面から内部に貫通する複数の貫通孔または凹部等のホロー放電が生じる構造を、均一に設けることが望ましい。カソード電極１８の表面に複数の貫通孔または凹部等を設けることによって、ホローカソード効果（カソード電極１８内部に高密度プラズマが発生する）が期待できて、高密度プラズマをカソード電極１８の外部に導出することで、発生した水素イオンが高エネルギーで半導体基板２の表面に衝突して、パッシベーション効果をより促進することが可能な膜質にすることができる。また、カソード電極１８を中空の板状体とすることで、カソード電極１８の両主面におけるホロー放電が生じる構造を種々の形状、数、大きさで作製することが可能となる。これにより、半導体基板２の主面に形成する膜の必要とされる性質に応じて、カソード電極１８のホロー放電が生じる構造を変更することができる。
さらに、図６（ａ），（ｂ）に示すように、半導体基板２の受光面２ａと対向するカソード電極１８の第１主面１８ａに設ける貫通孔２２ａの数と、半導体基板２の裏面２ｂ表面と対向するカソード電極１８の第２主面１８ｂに設ける貫通孔２２ｂの数とを、ほぼ同一にする。そして、半導体基板２の受光面２ａと対向するカソード電極１８の第１主面１８ａに設ける貫通孔２２ａの直径を、半導体基板２の裏面２ｂと対向するカソード電極１８の第２主面１８ｂに設ける貫通孔２２ｂの直径に比べ大きくすることが望ましい。半導体基板２とカソード電極１８が近すぎると、異常放電が生じやすくなってプラズマが不安定になるため、このような異常放電が生じずにプラズマが安定して発生する最短距離においても、上述のように貫通孔２２ａを大きくすることによって成膜速度を高めることができるからである。こにより、半導体基板２の受光面２ａでの成膜速度を向上させることができて、太陽電池素子１の生産効率を向上させることができる。
次に、図４（ｄ）に示すように、受光面２ａ側の電極（接続電極３、集電電極４および補助集電電極５）を形成するための導電性ペースト２２ａの塗布を行う。これらの電極は
、銀（または銅もしくは銀銅合金）などの導電成分と、ガラスフリットと、有機ビヒクルとを含有する導電性ペーストを用いて作製される。この導電性ペースト２２ａは、銀（または銅もしくは銀銅合金）を主成分として、有機ビヒクルは、例えばバインダとして使用される樹脂成分を有機溶媒に溶解して得られる。バインダとしては、エチルセルロース等のセルロース系樹脂のほか、アクリル樹脂またはアルキッド樹脂等が使用される。また、有機溶媒としては、例えばターピネオールまたはジエチレングリコールモノブチルエーテル等が使用される。有機ビヒクルの含有質量は、銀などの導電成分の合計質量（１００質量部）に対して、６質量部以上２０質量部以下であることが好ましい。また、ガラスフリットの成分は、ガラス材料として例えばＳｉＯ２−Ｂｉ２Ｏ３−ＰｂＯ系またはＡｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２−ＰｂＯ系などの鉛系ガラスを用いることができる他、Ｂ２Ｏ３−ＳｉＯ２−Ｂｉ２Ｏ３系またはＢ２Ｏ３−ＳｉＯ２−ＺｎＯ系などの非鉛系ガラスも用いることができる。ガラスフリットの含有質量は、銀などの導電成分の合計質量（１００質量部）に対して、２質量部以上１３量部以下であることが好ましい。この導電性ペースト２２ａは、スクリーン印刷法などを用いて半導体基板２の受光面２ａの反射防止膜６上に塗布し、その後、乾燥する。
、銀（または銅もしくは銀銅合金）などの導電成分と、ガラスフリットと、有機ビヒクルとを含有する導電性ペーストを用いて作製される。この導電性ペースト２２ａは、銀（または銅もしくは銀銅合金）を主成分として、有機ビヒクルは、例えばバインダとして使用される樹脂成分を有機溶媒に溶解して得られる。バインダとしては、エチルセルロース等のセルロース系樹脂のほか、アクリル樹脂またはアルキッド樹脂等が使用される。また、有機溶媒としては、例えばターピネオールまたはジエチレングリコールモノブチルエーテル等が使用される。有機ビヒクルの含有質量は、銀などの導電成分の合計質量（１００質量部）に対して、６質量部以上２０質量部以下であることが好ましい。また、ガラスフリットの成分は、ガラス材料として例えばＳｉＯ２−Ｂｉ２Ｏ３−ＰｂＯ系またはＡｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２−ＰｂＯ系などの鉛系ガラスを用いることができる他、Ｂ２Ｏ３−ＳｉＯ２−Ｂｉ２Ｏ３系またはＢ２Ｏ３−ＳｉＯ２−ＺｎＯ系などの非鉛系ガラスも用いることができる。ガラスフリットの含有質量は、銀などの導電成分の合計質量（１００質量部）に対して、２質量部以上１３量部以下であることが好ましい。この導電性ペースト２２ａは、スクリーン印刷法などを用いて半導体基板２の受光面２ａの反射防止膜６上に塗布し、その後、乾燥する。
次に、図４（ｅ）に示すように、裏面パッシベーション膜１１上に裏面２ｂ側の電極である、バスバー電極７、第１フィンガー電極８、補助バスバー電極９、第２フィンガー電極１０および端部電極１１を形成するための導電性ペースト２２ｂ、２２ｃを塗布する。まず、バスバー電極７（島状部７ａおよび線状部７ｂ）を形成するための導電性ペースト２２ｂの塗布を行う。この導電性ペースト２２ｂは、上述の受光面２ａ側の電極形成時に用いたものと同様の材料が使用可能であり、スクリーン印刷法を用いて塗布し、その後、乾燥する。
次に、第１フィンガー電極８、補助バスバー電極９および第２フィンガー電極１０を形成するための導電性ペースト２２ｃを塗布する。これらの電極を形成するための導電性ペースト２２ｃとしては、アルミニウムを主成分とする金属粉末（アルミニウム粉末）、ガラスフリットおよび有機ビヒクルを含有するアルミニウムペーストを用いて作製される。アルミニウム粉末は、平均粒径が３〜２０μｍ程度である。また、有機ビヒクルは、上述のようにバインダが有機溶媒に溶解したものである。ガラスフリットは、例えば、ＳｉＯ2−Ｐｂ系、ＳｉＯ2−Ｂ2Ｏ3−ＰｂＯ系またはＢｉ2Ｏ3−ＳｉＯ2−Ｂ2Ｏ3系のガラスフリットが使用可能である。アルミニウムペーストの組成は、アルミニウムペーストの総質量の６０質量％以上８５質量％以下がアルミニウム粉末であり、５質量％以上２５質量％以下が有機ビヒクルで、０．１質量％以上１０質量％以下のガラスフリットである。さらに焼成後の半導体基板２に生じる反りの低減や抵抗率低減のために、酸化亜鉛（ＺｎＯ）や酸化シリコン（ＳｉＯ2）、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ３）などを添加してもよい。
その後、導電性ペースト２２ａ、導電性ペースト２２ｂおよび導電性ペースト２２ｃを塗布した半導体基板２を、ピーク温度６００〜８００℃で数十秒〜数十分程度焼成することによって、電極を形成し、太陽電池素子１が完成する。
なお、本発明に係る太陽電池素子およびその製造方法は、上述の内容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種々の変更、改良は可能である。例えば、上述したＰＥＣＶＤ装置ＡＰは、本体１３での処理の前段において、半導体基板２を装置内に運び入れ、真空引きおよび半導体基板２の昇温等を行うローディング室等を設けてもよい。また、本体１３での処理の後段において、大気圧まで戻すためのアンローディング室等を設けるなどして、装置の生産性の効率を向上させてもよい。
１：太陽電池素子
２：半導体基板
２ａ：受光面
２ｂ：裏面
２ｐ：第１半導体部
２ｎ：第２半導体部
３：接続電極
４：集電電極
５：補助集電電極
６：パッシベーション膜
７：バスバー電極
７ａ：島状部
７ｂ：線状部
８：第１フィンガー電極
９：補助バスバー電極
１０：第２フィンガー電極
１１：裏面パッシベーション膜
１２：ＢＳＦ層
１３：本体
１４：ガス供給管
１５：排気管
１６：真空ポンプ
１７：ヒーター
１８：カソード電極
１９：サセプタ（アノード電極）
２０：高周波電源
２１：圧力制御バルブ
２２ａ、２２ｂ：貫通孔
２３ａ、２３ｂ、２３ｃ：導電性ペースト
ＡＰ：ＰＥＣＶＤ装置
Ｓ：第１距離
Ｔ：第２距離
２：半導体基板
２ａ：受光面
２ｂ：裏面
２ｐ：第１半導体部
２ｎ：第２半導体部
３：接続電極
４：集電電極
５：補助集電電極
６：パッシベーション膜
７：バスバー電極
７ａ：島状部
７ｂ：線状部
８：第１フィンガー電極
９：補助バスバー電極
１０：第２フィンガー電極
１１：裏面パッシベーション膜
１２：ＢＳＦ層
１３：本体
１４：ガス供給管
１５：排気管
１６：真空ポンプ
１７：ヒーター
１８：カソード電極
１９：サセプタ（アノード電極）
２０：高周波電源
２１：圧力制御バルブ
２２ａ、２２ｂ：貫通孔
２３ａ、２３ｂ、２３ｃ：導電性ペースト
ＡＰ：ＰＥＣＶＤ装置
Ｓ：第１距離
Ｔ：第２距離
Claims (6)
- 成膜室と、該成膜室内に設けられてプラズマを発生させる第１電極および複数の第２電極と、を有するＣＶＤ装置を用いて、半導体基板の第１主面および該第１主面とは反対側に位置する第２主面のそれぞれに成膜を行う太陽電池素子の製造方法であって、
前記半導体基板の周縁部を前記第１電極に電気的に接続するとともに、互いに隣接する２つの前記第２電極の間に、前記半導体基板の前記第１主面と一方の前記第２電極との間隔が、前記半導体基板の前記第２主面と他方の前記第２電極との間隔よりも短くなるように、前記半導体基板を配置する配置工程と、
前記成膜室内に原料ガスを導入し、前記半導体基板の両主面の上にプラズマを発生させて、前記半導体基板の前記第１主面に反射防止膜を、前記半導体基板の前記第２主面にパッシベーション膜を、それぞれ形成する成膜工程と、
を有する太陽電池素子の製造方法。 - 前記第２電極として板状体を用い、前記配置工程において、前記第２電極の両主面と前記半導体基板の両主面とが平行になるように前記半導体基板を配置する請求項１に記載の太陽電池素子の製造方法。
- 前記配置工程において、前記半導体基板の両主面が鉛直方向に対して平行になるように前記半導体基板を配置する請求項１または２に記載の太陽電池素子の製造方法。
- 前記成膜工程において、前記原料ガスとして窒素およびシリコンを含むガスを用いる請求項１乃至３のいずれかに記載の太陽電池素子の製造方法。
- 前記第２電極として、ホロー放電が生じる貫通孔および凹部の少なくとも一方を有する板状体を用いる請求項２乃至４のいずれかに記載の太陽電池素子の製造方法。
- 前記第２電極として、中空の板状体を用いる請求項２乃至５のいずれかに記載の太陽電池素子の製造方法。
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