JP6257803B2 - 光起電力装置の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、例えば結晶シリコン系太陽電池等の光起電力装置の製造方法に関し、特に、固相拡散を用いて不純物拡散層を形成する光起電力装置の製造方法に関する。
現在、結晶シリコン系太陽電池（以下、単に太陽電池という）には種々の型があり、いずれの型の太陽電池も量産レベルで製造されている。ここで、太陽電池としては、受光面側に不純物を拡散することによって不純物半導体層を形成した拡散型の太陽電池と、アモルファスシリコン等の薄膜によって不純物半導体層を形成したヘテロ接合型の太陽電池と、基板と同じ導電型の不純物半導体層と、基板と異なる導電型の不純物半導体装置とを、基板の裏面側に交互にくし型に配置した裏面接合型の太陽電池とが挙げられる。これらの太陽電池のうちの拡散型の太陽電池は、製造工程が容易であるため、現在製造されている太陽電池の大部分を占めている。
拡散型の太陽電池は、厚さが２００μｍ程度の結晶シリコン基板（以下、単にシリコン基板という）に、光の反射を抑制するテクスチャー、拡散層、および反射防止膜を形成し、シリコン基板の表面および裏面の非受光面にグリッド電極およびバス電極等の集電電極をスクリーン印刷によって形成した後、８００℃程度で焼成することによって作製される。従来のｐ型のシリコン基板を用いた拡散型の太陽電池は、スクリーン印刷によってシリコン基板の裏面全面にＡｌ電極を形成し、当該Ａｌ電極に含まれるＡｌをシリコン基板に拡散させることによって、拡散層（裏面電界層）を形成しているが、スクリーン印刷によって形成された拡散層は再結合が大きいため、拡散型の太陽電池の特性を大きく向上させることができない。
これに対して、近年、シリコン基板の裏面にパッシベーション膜を形成し、受光面と同様に電極を局部的に形成する構造を採用した太陽電池が、より効率の高い太陽電池として製造されている。当該構造は、ｐ型のシリコン基板を用いた拡散型の太陽電池で採用されるだけでなく、ｎ型のシリコン基板を用いた拡散型の太陽電池でも採用されている。また、上記の構造は、シリコン基板の裏面全面に受光面とは異なる導電型の拡散層を形成する構造と、電極部のみに拡散層を形成し、その他の部分には拡散層を形成せずに基板をパッシベーション膜で直接終端する構造とがある。ｐ型のシリコン基板では、裏面全面に拡散層を形成せずに、従来と同様、Ａｌを用いたスクリーン印刷によって局所的に電極および拡散層を形成する方法を用いることが多い。一方、ｎ型のシリコン基板では、スクリーン印刷によって電極を形成するときにｎ型の拡散層を形成することができないため、裏面全面にリンなどのｎ型不純物の拡散を行うことが多い。従って、ｎ型のシリコン基板を用いた拡散型の太陽電池では、表面および裏面の各々に異なる拡散層を形成するプロセス（製造工程）が必要となる。
拡散層は、種々の方法によって形成される。例えば、ｐ型不純物としてＢＢｒ３、ｎ型不純物としてＰＯＣｌ３等のガス雰囲気中で熱処理を行うことによって、シリコン基板の一方側の面にＢＳＧ（ボロンシリケートガラス）膜を形成し、他方側の面にＰＳＧ（リンシリケートガラス）膜を形成し、ＢＳＧ膜およびＰＳＧ膜の各々からシリコン基板にボロンまたはリンを熱拡散させる方法がある。また、ＳｉＨ４とＢ２Ｈ６、あるいはＳｉＨ４とＰＨ３等、ボロンあるいはリンを含むガスを原料ガスとしてプラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）、減圧ＣＶＤ、または常圧ＣＶＤ等によって、シリコン基板の一方側の面にＢＳＧを形成し、他方側の面にＰＳＧを形成し、その後、高温で熱処理を行うことによってＢＳＧ膜およびＰＳＧ膜の各々からシリコン基板にボロンまたはリンを熱拡散させる方法がある。また、Ｂ＋、Ｐ＋等のイオン化したガスを加速させて基板に打ち込み（注入し）、さらに熱処理を行うことによって、注入したイオンを活性化させて拡散層を形成する方法がある。
上記の拡散層を形成する各方法のうちのガス雰囲気中で拡散層を形成する方法は、１つの拡散炉を用いて拡散と熱処理とを行うことができるため、簡単な装置とプロセスによって拡散層を形成することができる。しかし、シリコン基板の両面にｐ型不純物およびｎ型不純物が拡散されてしまうため、シリコン基板の一方側の面にｐ型の拡散層を形成し、他方側の面にｎ型の拡散層を形成するためには、マスクが必要となる。
また、イオン注入を用いて拡散層を形成する方法は、シリコン基板の片面ずつ処理することによって、受光面（表面）および裏面の各々に異なる導電型の拡散層を容易に形成することができる。しかし、拡散層に欠陥が生じやすい。また、シリコン基板の表面にボロンを直接打ち込んでいるが、シリコン基板の表面は露出した状態となっているため、ボロンが熱処理の際にシリコン基板の表面から抜けやすい。さらに、熱処理の際にボロンがクラスター化しやすく、良好な拡散プロファイルを形成しにくいことなどから、拡散層の表面における再結合（表面再結合）が要因となって高い開放電圧Ｖｏｃを得ることが難しい。
また、ＣＶＤを用いてＢＳＧおよびＰＳＧを形成する方法は、ＢＳＧおよびＰＳＧの各々をシリコン基板の片面ずつに形成することが可能であり、ＢＳＧおよびＰＳＧの各々の上に厚い酸化シリコンを積層することによって、ＢＳＧおよびＰＳＧからボロンおよびリンの気相への蒸発を抑制することができる。従って、シリコン基板内に不純物を有効に拡散させることができる。また、受光面（表面）および裏面の各々にＢＳＧおよびＰＳＧを形成する方法は任意に選択可能であるため、例えば、ボロン層（ＢＳＧ）側をＣＶＤによって形成し、裏面（ＰＳＧ）側を気相拡散によって形成するといったプロセスも考えられる。従来、シリコン基板の一方側の面にＰＥＣＶＤによってＢＳＧを形成し、当該ＢＳＧ上にマスクとなるＳｉＯ２膜を形成し、その後、リンを含む原料ガス雰囲気中で熱処理を行うことによって、一方側の面にＢＳＧを、他方側の面にＰＳＧを一括して形成する方法が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１では、ＰＥＣＶＤによってＢＳＧを形成した後、原料ガス雰囲気中で熱処理を行うことによってＢＳＧおよびＰＳＧを同時に形成するプロセスが開示されている。当該プロセスは、プロセスを簡略化するのに有効であるが、テスクチャーの表面上に形成されたＣＶＤ膜は、その後の熱処理時のストレスによってテクスチャーの谷部における膜が薄くなる等、テスクチャーの谷部と山部とに膜厚差が生じたり、ＣＶＤによって形成されたＳｉＯ２膜には、原料ガスを通過させてしまうようなピンホールが形成されたりする。そのため、その後のリンの熱拡散処理において、薄膜部およびピンホールを介してＢＳＧ上にリンが拡散してしまい、ｐ＋領域にｎ＋が混在することによって逆接合が形成され、開放電圧およびフィルファクターの低下、あるいは電流リークが生じるという問題がある。
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、開放電圧およびフィルファクターの低下、あるいは電流リークの発生を抑制することが可能な光起電力装置の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るために、本発明による光起電力装置の製造方法は、（ａ）シリコン基板の第１の主面にピラミッド状のテクスチャーを形成する工程と、（ｂ）第１の主面上に第１の導電型の不純物を含む第１のシリケートガラスを形成する工程と、（ｃ）第１のシリケートガラス上に導電型不純物を含まない第２のシリケートガラスを形成する工程と、（ｄ）第１のシリケートガラスに含まれる第１の導電型の不純物をシリコン基板の第１の主面に拡散させる工程と、（ｅ）第２のシリケートガラス上に第１の導電型の不純物を含む第３のシリケートガラスを形成する工程と、（ｆ）工程（ｅ）の後、シリコン基板の第１の主面とは反対側の第２の主面に第２の導電型の不純物を拡散させる工程とを備える。
本発明によると、光起電力装置の製造方法は、（ａ）シリコン基板の第１の主面にピラミッド状のテクスチャーを形成する工程と、（ｂ）第１の主面上に第１の導電型の不純物を含む第１のシリケートガラスを形成する工程と、（ｃ）第１のシリケートガラス上に導電型不純物を含まない第２のシリケートガラスを形成する工程と、（ｄ）第１のシリケートガラスに含まれる第１の導電型の不純物をシリコン基板の第１の主面に拡散させる工程と、（ｅ）第２のシリケートガラス上に第１の導電型の不純物を含む第３のシリケートガラスを形成する工程と、（ｆ）工程（ｅ）の後、シリコン基板の第１の主面とは反対側の第２の主面に第２の導電型の不純物を拡散させる工程とを備えるため、開放電圧およびフィルファクターの低下、あるいは電流リークの発生を抑制することが可能となる。
本発明の目的、特徴、態様、および利点は、以下の詳細な説明と添付図面とによって、より明白となる。
本発明の実施の形態について、図面に基づいて以下に説明する。
＜実施の形態１＞
まず、本発明の実施の形態１による光起電力装置の構成について説明する。なお、本実施の形態１において、光起電力装置は太陽電池セルであるものとして説明する。
まず、本発明の実施の形態１による光起電力装置の構成について説明する。なお、本実施の形態１において、光起電力装置は太陽電池セルであるものとして説明する。
図１は、本実施の形態１による光起電力装置の構成の一例を示す断面図である。
図１に示すように、光起電力装置は、第１の主面（紙面上側の面）および第２の主面（紙面下側の面）にテクスチャーが形成されている。第１の主面上には、ｐ型の不純物（第１の導電型の不純物）を含む第１の拡散層２と、第１のパッシベーション膜４とが積層して形成されている。また、第１のパッシベーション膜４を突き抜けて第１の拡散層２と接触するように第１の電極６が形成されている。
一方、第２の主面上には、ｎ型の不純物（第２の導電型の不純物）を含む第２の拡散層３と、第２のパッシベーション膜５とが積層して形成されている。また、第２のパッシベーション膜５を突き抜けて第２の拡散層３と接触するように第２の電極７が形成されている。
次に、光起電力装置の製造方法について、図２〜１０を用いて説明する。
図２は、光起電力装置の製造方法の一例を示すフローチャートである。また、図３〜１０は、光起電力装置の製造工程の一例を示す図である。
ステップＳ１０１において、図３に示すように、シリコン基板１の両面にテクスチャーを形成する。具体的には、アルカリ溶液中にシリコン基板１を浸漬し、スライス時のワイヤーソーダメージを除去する。その後、イソプロピルアルコールを添加したアルカリ溶液中にシリコン基板１を浸漬させることによって、シリコン基板１の両面（第１の主面、第２の主面）にピラミッド状のテクスチャーを形成する。
なお、シリコン基板１は、ｎ型の単結晶からなり、１５６ｍｍ□（一辺が１５６ｍｍの四角形）、比抵抗１Ωｃｍ、厚さ２００μｍ程度であるものとする。
また、本実施の形態１では、シリコン基板１の両面にテクスチャーを形成する場合について説明するが、少なくとも光が入射する側の面に形成すればよく、一方側の面のみに形成してもよい。
ステップＳ１０２において、図４に示すように、シリコン基板１の第１の主面上に、ボロン（第１の導電型の不純物）を含むシリケートガラス８（第１のシリケートガラス）と、導電性を付与する不純物を含まないシリケートガラス９（第２のシリケートガラス）とを、常圧ＣＶＤによって積層して形成する。ここで、導電性を付与する不純物とは、IV族元素の半導体であるシリコンであれば、III族またはV族のボロン、リン、ガリウム、ヒ素等が挙げられる。また、シリケートガラス９に不純物を含まないとは、シリケートガラス９に含まれる導電性を付与する不純物が、以降のステップでの熱処理後に前記のシリケートガラス８から拡散する量に比べて十分に少なく、以降のステップで形成される拡散層２あるいは拡散層３に実質的に影響がない程度以下の量であることを示しており、必ずしも完全に含有しないことを意味しない。
ステップＳ１０３において、図５に示すように、１０００℃程度の雰囲気中において、ステップＳ１０２後のシリコン基板１をアニール（熱処理）することによってシリケートガラス８からシリコン基板１の第１の主面にボロンを拡散させ、第１の拡散層２を形成する。
ステップＳ１０４において、図６に示すように、シリケートガラス９上に、ボロン（第１の導電型の不純物）を含むシリケートガラス１０（第３のシリケートガラス）と、導電性を付与する不純物を含まないシリケートガラス１１（第４のシリケートガラス）とを形成する。
なお、シリケートガラス１１は、シリケートガラス１０からボロンが雰囲気中に蒸発して第２の主面に付着することを防ぐために形成している。しかし、シリケートガラス１０の条件によってボロンの蒸発量が少ない、あるいは第２の主面にボロンが付着することによって光起電力装置の特性が低下しないような場合は、シリケートガラス１１の形成を省略してもよい。
ステップＳ１０５において、図７に示すように、シリコン基板１の第２の主面にリン（第２の導電型の不純物）を拡散させ、第２の拡散層３およびシリケートガラス１２を形成する。具体的には、ＰＯＣｌ３をバブリング法によって揮発させ、ステップＳ１０４後のシリコン基板１を炉内で加熱することによって、第２の主面上にシリケートガラス１２が形成されるとともに、第２の主面に第２の拡散層３が形成される。
なお、バブリング法によって第２の拡散層３を形成する方法は、ｎ型の拡散層を形成する一般的な方法であり、安価に形成することができるが、シリコン基板１の両面にシリケートガラス１２が形成されるため、シリケートガラス１２を形成しない第１の主面側にはマスク膜などを予め形成しておく必要がある。本実施の形態１では、シリケートガラス８〜１１が、シリコン基板１の第１の主面へのリンの拡散を防ぐマスク膜として機能している。
ステップＳ１０６において、図８に示すように、シリケートガラス８，９，１０，１１，１２を除去する。具体的には、１０％程度のフッ化水素酸溶液に、ステップＳ１０５後のシリコン基板１を浸漬させることによって、シリケートガラス８，９，１０，１１，１２を除去する。
ステップＳ１０７において、図９に示すように、第１の拡散層２上に第１のパッシベーション膜４を形成し、第２の拡散層３上に第２のパッシベーション膜５を形成する。具体的には、酸素雰囲気中において、ステップＳ１０６後のシリコン基板１をアニール（熱処理）することによって、熱酸化による第１のパッシベーション膜４が第１の拡散層２上に形成され、熱酸化による第２のパッシベーション膜５が第２の拡散層３上に形成される。
その後、第１のパッシベーション膜４および第２のパッシベーション膜５の各々の上に、反射防止膜としての窒化シリコン膜（図示せず）をプラズマＣＶＤによって形成する。
ステップＳ１０８において、図９に示すシリコン基板１の両面に、Ａｇを主成分とする印刷ペーストを用いた印刷を行った後に焼成することによって、グリッド電極およびバス電極からなる集電極（第１の電極６、第２の電極７）を形成する。これにより、図１に示すような光起電力装置が作製される。
次に、本実施の形態１による光起電力装置の効果について説明する。
図１０は、比較例１による光起電力装置の断面図であり、光起電力装置の製造工程を示している。なお、図１０において、簡単のため図示はしないが、シリコン基板１の両面には、テクスチャーが形成されているものとする。比較例１は、後述の図１１に示す本実施の形態１の効果を説明するために用いる図である。
比較例１による光起電力装置では、その製造工程においてシリケートガラス１０，１１が形成されていない。また、シリケートガラス８，９には、欠陥部１３（シリケートガラス８，９の無形成部、ピンホール等）が形成されているものとする。
図１０に示すように、シリコン基板１の第２の主面にリン（第２の導電型の不純物）を拡散させて第２の拡散層３を形成する際に、リンがシリコン基板１の第１の主面側に形成された欠陥部１３を通って第１の拡散層２に拡散され、第１の拡散層２および欠陥部１３に不純物拡散層１４が形成される（このとき、シリケートガラス９上にはシリケートガラス１２が形成される）。そして、第１の拡散層２へのリンの拡散量が、第１の拡散層２の不純物濃度に対して無視できない量になると、開放電圧およびフィルファクターの低下を引き起こしたり、逆バイアスを印加した場合の電流リークを生じたりする。
シリケートガラス９にて生じる欠陥部１３は、シリケートガラス８，９を形成する際のパーティクル等の影響を受けて発生する場合があり、また、第１の拡散層２の形成時の熱処理における膜ストレスによって生じる場合もある。太陽電池において形成されるピラミッド状のテクスチャーにおいては、シリケートガラスがピラミッド状のテスクチャーの底部で特に薄くなり、これが特性劣化につながる。
光起電力装置の特性に影響を及ぼす不純物拡散層１４の不純物濃度（図１０の例では、リンの濃度）は、シリケートガラス８，９の不純物含有量、およびその後のアニール条件にもよるが、最終的に形成される不純物拡散層１４のシート抵抗が第１の拡散層２のシート抵抗の３倍以下、例えば、第１の拡散層２のシート抵抗が１００Ω／□であるとき、不純物拡散層１４のシート抵抗が３００Ω／□以下になると、上記の特性劣化または電流リークが生じる。
図１１は、本実施の形態１による光起電力装置の断面図であり、光起電力装置の製造工程を示している。なお、図１１において、簡単のため図示はしないが、シリコン基板１の両面には、テクスチャーが形成されているものとする。また、シリケートガラス１１は形成されていないものとする。
図１１に示すように、シリケートガラス８，９の形成後に第１の拡散層２を形成するために熱処理を行うが、上述の通り、シリケートガラス８，９の形成時、または熱処理時のストレスによってシリケートガラス８，９に欠陥部１３が生じる。本実施の形態１による光起電力装置では、当該熱処理の後にシリケートガラス１０を形成している。従って、その後の第２の拡散層３を形成するときに、シリケートガラス１０よって欠陥部１３へのリン（第２の導電型の不純物）の侵入を防ぐことができる。また、第２の拡散層３を形成する際の熱処理によって、第１の拡散層２および欠陥部１３に不純物濃度増加部１５が形成され、欠陥部１３における特性低下を抑制することができる。
具体的には、欠陥部１３は、その原因となるパーティクル、およびシリケートガラス８，９の形成後に付着した金属不純物等が後の工程で拡散し、第１の拡散層２とシリコン基板１との界面の状態を低下させ、特性低下を引き起こすことがある。本実施の形態１による光起電力装置では、不純物濃度増加部１５を形成して第１の拡散層２の電界効果を増加させることによって、シリコン基板１中のキャリアが欠陥部１３に近づくことを防ぎ、第１の拡散層２とシリコン基板１との界面の状態が低下した部分においてキャリアが再結合することを抑制することができる。
上記の比較例１による光起電力装置（図１０参照）と、本実施の形態１による光起電力装置（図１１参照）とについて、ＡＭ１．５の光照射下で電流−電圧特性を評価すると、本実施の形態１は、比較例１対して、開放電圧が２ｍＶ高く、フィルファクターが０．００５高い結果となった。また、電流−電圧特性とは逆方向に１０Ｖの電圧印加を行う際に流れる電流（リーク電流）は、比較例１では１．０Ａであるのに対して、本実施の形態１では０．２Ａと改善する傾向がみられた。
以上のことから、本実施の形態１によれば、開放電圧およびフィルファクターの低下、あるいは電流リークの発生を抑制することが可能となる。
＜実施の形態２＞
図２のステップＳ１０２（図４に対応）において、シリコン基板１の第１の主面上にシリケートガラス８，９を形成するときに、シリコン基板１の第２の主面上にシリケートガラス８，９が回り込んで形成される。本発明の実施の形態２では、シリコン基板１の第２の主面上に形成されたシリケートガラス８，９を除去することを特徴とする。その他の製造方法については、実施の形態１と同様であるため、ここでは説明を省略する。
図２のステップＳ１０２（図４に対応）において、シリコン基板１の第１の主面上にシリケートガラス８，９を形成するときに、シリコン基板１の第２の主面上にシリケートガラス８，９が回り込んで形成される。本発明の実施の形態２では、シリコン基板１の第２の主面上に形成されたシリケートガラス８，９を除去することを特徴とする。その他の製造方法については、実施の形態１と同様であるため、ここでは説明を省略する。
図１２は、本実施の形態２による光起電力装置の製造方法の一例を示すフローチャートである。なお、図１２のステップＳ２０１，ステップＳ２０２，ステップＳ２０４〜ステップＳ２０９は、図２のステップＳ１０１〜ステップＳ１０８に対応しているため、ここでは説明を省略する。以下では、ステップＳ２０３について説明する。
ステップＳ２０３において、ステップＳ２０２後のシリコン基板１を１％のフッ化水素酸に浸漬させ、シリコン基板１の第２の主面上に形成されたシリケートガラス８，９を除去する。
シリコン基板１の第２の主面上に形成されたシリケートガラス８，９は、自らがマスクとなって、その後の第２の拡散層３の形成を妨げる。また、シリケートガラス８，９は、第２の拡散層３を形成する際の熱処理によって、シリコン基板１の第２の主面に第１の不純物（ここでは、ボロン）を拡散させて特性低下を引き起こす。従って、シリコン基板１の第２の主面上に形成されたシリケートガラス８，９は、フッ化水素酸で処理（除去）することが望ましいが、第２の主面上に形成されたシリケートガラス８，９を除去するためにシリコン基板１全体をフッ化水素酸に浸漬すると、第１の主面側に形成されたシリケートガラス９が薄化し、元々存在していた欠陥部をさらに増大させたり、新たな欠陥部を発生させたりする。特に、シリコン基板１の両面に形成されたテクスチャーの底部は、アニールによるストレスによって薄化しているため、フッ化水素酸で簡単に溶融されて欠陥部が生じることになる。このような問題に対して、本実施の形態２では、ステップＳ２０３の後に、シリコン基板１の第１の主面側に形成されたシリケートガラス９上にシリケートガラス１０を形成している（ステップＳ２０５）ため、ステップＳ２０３において膜減りした第１主面側のシリケートガラス９をシリケートガラス１０によって補完することができる。
図１２にてシリケートガラス１０，１１を形成せずに（ステップＳ２０５を行わずに）作製した光起電力装置を比較例２とした場合において、ＡＭ１．５の光照射下で電流−電圧特性を評価すると、本実施の形態２による光起電力装置は、比較例２に対して、開放電圧が４ｍＶ高く、フィルファクターが０．００８高い結果となった。また、電流−電圧特性とは逆方向に１０Ｖの電圧印加を行う際に流れる電流（リーク電流）は、比較例２では２．０Ａであるのに対して、本実施の形態２では０．２Ａと改善する傾向がみられた。
このようなリーク電流は、ｐｎ接合部において最も発生しやすく、エミッタ拡散層にエミッタと逆導電型の領域ができると顕著に増大した。従って、本願のように基板と異なる導電型の拡散層を基板表面に形成する場合において、この拡散層のマスク膜に欠陥が生じる可能性がある場合は、ｐｎ接合部分に逆接合が形成され、大きなリーク電流および特性低下が生じるという問題が生じた。これに比べると基板の導電型と同じ導電型の拡散層に対しては、逆導電型の拡散層の影響は比較的小さかった。
以上のことから、本実施の形態２によれば、開放電圧およびフィルファクターの低下、あるいは電流リークの発生を抑制することが可能となる。
＜実施の形態３＞
実施の形態１，２では、第１の拡散層２を形成した後にシリケートガラス１０を形成する場合について説明した。本発明の実施の形態３では、第１の拡散層２を形成する前にシリケートガラス１０を形成することを特徴とする。その他の製造方法については、実施の形態２と同様であるため、ここでは説明を省略する。
実施の形態１，２では、第１の拡散層２を形成した後にシリケートガラス１０を形成する場合について説明した。本発明の実施の形態３では、第１の拡散層２を形成する前にシリケートガラス１０を形成することを特徴とする。その他の製造方法については、実施の形態２と同様であるため、ここでは説明を省略する。
図１３は、本実施の形態３による光起電力装置の製造方法の一例を示すフローチャートである。なお、図１３のステップＳ３０１，ステップＳ３０２，ステップＳ３０７〜ステップＳ３０９は、図２のステップＳ２０１，ステップＳ２０２，ステップＳ２０７〜ステップＳ２０９に対応しているため、ここでは説明を省略する。以下では、ステップＳ３０３〜ステップＳ３０６について説明する。
ステップＳ３０３において、図１４に示すように、シリケートガラス９上にシリケートガラス１０およびシリケートガラス１１を形成する。具体的には、シリケートガラス１０およびシリケートガラス１１をスパッタリングによって形成する。
スパッタリングは、常圧ＣＶＤよりも熱によるストレスの影響を与えにくく、成膜条件によってはテクスチャーの底部に厚く形成することができる。従って、第１の拡散層２の形成前（熱処理前）にシリケートガラス１０およびシリケートガラス１１を形成することができる他、常圧ＣＶＤよりも第２の主面側に回り込むシリケートガラス１０およびシリケートガラス１１の量が少ないため、その後のフッ化水素酸を用いた処理を行う際に、第１の主面を保護した状態で第２の主面側に形成されたシリケートガラス８，９，１０，１１を除去することができるため、欠陥部が生じにくくなる。
ステップＳ３０４において、ステップＳ３０３後のシリコン基板１を１％のフッ化水素酸に浸漬させ、シリコン基板１の第２の主面上に形成されたシリケートガラス８，９，１０，１１を除去する。
ステップＳ３０５において、１０００℃程度の雰囲気中において、ステップＳ３０４後のシリコン基板１をアニールすることによってシリケートガラス８からシリコン基板１の第１の主面にボロンを拡散させ、第１の拡散層２を形成する。
ステップＳ３０６において、シリコン基板１の第２の主面にリン（第２の導電型の不純物）を拡散させ、第２の拡散層３およびシリケートガラス１２を形成する。
図１３にてシリケートガラス１０，１１を形成せずに（ステップＳ３０３を行わずに）作製した光起電力装置を比較例３とした場合において、ＡＭ１．５の光照射下で電流−電圧特性を評価すると、本実施の形態３による光起電力装置は、比較例３に対して、開放電圧が５ｍＶ高く、フィルファクターが０．０１高い結果となった。また、電流−電圧特性とは逆方向に１０Ｖの電圧印加を行う際に流れる電流（リーク電流）は、比較例３では２．０Ａであるのに対して、本実施の形態３では０．２Ａと改善する傾向がみられた。
以上のことから、本実施の形態３によれば、開放電圧およびフィルファクターの低下、あるいは電流リークの発生を抑制することが可能となる。
なお、上記では、本実施の形態３を実施の形態２に適用する場合について説明したが、これに限るものではなく、本実施の形態３を実施の形態１に適用してもよい。
＜実施の形態４＞
本発明の実施の形態４では、シリケートガラス１０，１１を塗布によって部分的に形成することを特徴とする。その他の製造方法については、実施の形態１と同様であるため、ここでは説明を省略する。
本発明の実施の形態４では、シリケートガラス１０，１１を塗布によって部分的に形成することを特徴とする。その他の製造方法については、実施の形態１と同様であるため、ここでは説明を省略する。
例えば、図２のステップＳ１０４において、シリケートガラス１０，１１は、シリコン基板１の端部にのみ、望ましくは端部から５ｍｍ程度の部分にのみインクジェットで塗布することによって形成する。
ここで、実施の形態１と同様にステップＳ１０４に相当するインクジェットでの塗布を行わずに作製した光起電力装置を比較例４とした。比較例４のプロセスは、実施の形態１における比較例１と同様であり、電流−電圧特性、および電流リーク特性も比較例１と同様である。本実施の形態４は、比較例４よりも開放電圧が２ｍＶ高く、フィルファクターが０．００５高い結果となった。また、電流−電圧特性とは逆方向に１０Ｖの電圧印加を行う際に流れる電流（リーク電流）は、比較例４では１．０Ａであるのに対して、本実施の形態４では０．３Ａと、実施の形態１と比較して改善効果は小さいものの、改善する傾向がみられた。これは、特性低下の部分がシリコン基板１の端部から５ｍｍに集中していることを示している。すなわち、本実施の形態４では、塗布という簡単な方法を用いることによって、実施の形態１と同様の効果が得られる。
以上のことから、本実施の形態４によれば、開放電圧およびフィルファクターの低下、あるいは電流リークの発生を抑制することが可能となる。
なお、上記では、本実施の形態４を実施の形態１に適用する場合について説明したが、これに限るものではなく、本実施の形態４を実施の形態２に適用してもよい。
＜実施の形態５＞
まず、本発明の実施の形態５による光起電力装置の構成について説明する。なお、本実施の形態５において、光起電力装置は太陽電池セルであるものとして説明する。
まず、本発明の実施の形態５による光起電力装置の構成について説明する。なお、本実施の形態５において、光起電力装置は太陽電池セルであるものとして説明する。
図１５は、本実施の形態５による光起電力装置の構成の一例を示す断面図である。
図１５に示すように、光起電力装置は、第１の主面（紙面上側の面）および第２の主面（紙面下側の面）にテクスチャーが形成されている。第１の主面上には、ｎ型の不純物（第１の導電型の不純物）を含む第１の拡散層１７と、第１のパッシベーション膜１９とが積層して形成されている。また、第１のパッシベーション膜１９を突き抜けて第１の拡散層１７と接触するように第１の電極２１が形成されている。
一方、第２の主面上には、ｐ型の不純物（第２の導電型の不純物）を含む第２の拡散層１８と、第２のパッシベーション膜２０とが積層して形成されている。また、第２のパッシベーション膜２０を突き抜けて第２の拡散層１８と接触するように第２の電極２２が形成されている。
次に、光起電力装置の製造方法について、図１６〜２３を用いて説明する。
図１６は、光起電力装置の製造方法の一例を示すフローチャートである。また、図１７〜２３は、光起電力装置の製造工程の一例を示す図である。
ステップＳ４０１において、図１７に示すように、シリコン基板１６の両面にテクスチャーを形成する。具体的には、アルカリ溶液中にシリコン基板１６を浸漬し、スライス時のワイヤーソーダメージを除去する。その後、イソプロピルアルコールを添加したアルカリ溶液中にシリコン基板１６を浸漬させることによって、シリコン基板１６の両面（第１の主面、第２の主面）にピラミッド状のテクスチャーを形成する。
なお、シリコン基板１６は、ｐ型の単結晶からなり、１５６ｍｍ□（一辺が１５６ｍｍの四角形）、比抵抗１Ωｃｍ、厚さ２００μｍ程度であるものとする。
また、本実施の形態５では、シリコン基板１６の両面にテクスチャーを形成する場合について説明するが、少なくとも光が入射する側の面に形成すればよく、一方側の面にのみ形成してもよい。
ステップＳ４０２において、図１８に示すように、シリコン基板１６の第１の主面上に、リン（第１の導電型の不純物）を含むシリケートガラス２３（第１のシリケートガラス）と、導電性を付与する不純物を含まないシリケートガラス２４（第２のシリケートガラス）とを、常圧ＣＶＤによって積層して形成する。
ステップＳ４０３において、図１９に示すように、９００℃程度の雰囲気中において、ステップＳ４０２後のシリコン基板１６をアニール（熱処理）することによってシリケートガラス２３からシリコン基板１６の第１の主面にリンを拡散させ、第１の拡散層１７を形成する。
ステップＳ４０４において、図２０に示すように、シリケートガラス２４上に、リン（第１の導電型の不純物）を含むシリケートガラス２５（第３のシリケートガラス）と、導電性を有する不純物を含まないシリケートガラス２６（第４のシリケートガラス）とを形成する。
なお、シリケートガラス２６は、シリケートガラス２５からリンが雰囲気中に蒸発して第２の主面に付着することを防ぐために形成している。しかし、シリケートガラス２５の条件によってリンの蒸発量が少ない、あるいは第２の主面にリンが付着することによって光起電力装置の特性が低下しないような場合は、シリケートガラス２６の形成を省略してもよい。
ステップＳ４０５において、図２１に示すように、シリコン基板１６の第２の主面にボロン（第２の導電型の不純物）を拡散させ、第２の拡散層１８およびシリケートガラス２７を形成する。具体的には、臭化ボロン（ＢＢｒ３）をバブリング法によって揮発させ、ステップＳ４０４後のシリコン基板１６を炉内で加熱することによって、第２の主面上にシリケートガラス２７が形成されるとともに、第２の主面に第２の拡散層１８が形成される。
なお、バブリング法によって第２の拡散層１８を形成する方法は、ｐ型の拡散層を形成する一般的な方法であり、安価に形成することができるが、シリコン基板１６の両面にシリケートガラス２７が形成されるため、シリケートガラス２７を形成しない第１の主面側にはマスク膜などを予め形成しておく必要がある。本実施の形態５では、シリケートガラス２３〜２６が、シリコン基板１６の第１の主面へのボロンの拡散を防ぐマスク膜として機能している。
ステップＳ４０６において、図２２に示すように、シリケートガラス２３，２４，２５，２６，２７を除去する。具体的には、１０％程度のフッ化水素酸溶液に、ステップＳ４０５後のシリコン基板１６を浸漬させることによって、シリケートガラス２３，２４，２５，２６，２７を除去する。
ステップＳ４０７において、図２３に示すように、第１の拡散層１７上に第１のパッシベーション膜１９を形成し、第２の拡散層１８上に第２のパッシベーション膜２０を形成する。具体的には、酸素雰囲気中において、ステップＳ４０６後のシリコン基板１６をアニール（熱処理）することによって、熱酸化による第１のパッシベーション膜１９が第１の拡散層１７上に形成され、熱酸化による第２のパッシベーション膜２０が第２の拡散層１８上に形成される。
その後、第１のパッシベーション膜１９および第２のパッシベーション膜２０の各々の上に、反射防止膜としての窒化シリコン膜（図示せず）をプラズマＣＶＤによって形成する。
ステップＳ４０８において、図２３に示すシリコン基板１６の両面に、Ａｇを主成分とする印刷ペーストを用いた印刷を行った後に焼成することによって、グリッド電極およびバス電極からなる集電極（第１の電極２１、第２の電極２２）を形成する。これにより、図１５に示すような光起電力装置が作製される。
次に、本実施の形態５による光起電力装置の効果について、比較例５を用いて説明する。
比較例５による光起電力装置では、その製造工程においてシリケートガラス２５，２６が形成されていない。その他の製造工程は、実施の形態５と同様である。また、比較例５による光起電力装置の断面は、図１０と同様である。なお、図１０のシリコン基板１、第１の拡散層２、第２の拡散層３、シリケートガラス８，９，１２の各々は、比較例５におけるシリコン基板１６、第１の拡散層１７、第２の拡散層１８、シリケートガラス２３，２４，２７に対応している。図１０を参照して、比較例５による光起電力装置では、シリケートガラス２３，２４には、欠陥部（シリケートガラス２３，２４の無形成部、ピンホール等）が形成されているものとする。
一方、本実施の形態５による光起電力装置の断面は、図１１と同様である。なお、図１１のシリコン基板１、第１の拡散層２、第２の拡散層３、シリケートガラス８，９，１０，１２の各々は、本実施の形態５におけるシリコン基板１６、第１の拡散層１７、第２の拡散層１８、シリケートガラス２３，２４，２５，２７に対応している。
上記の比較例５による光起電力装置（図１０参照）と、本実施の形態５による光起電力装置（図１１参照）とについて、ＡＭ１．５の光照射下で電流−電圧特性を評価すると、本実施の形態５は、比較例５に対して、開放電圧が２ｍＶ高く、フィルファクターが０．００５高い結果となった。また、電流−電圧特性とは逆方向に１０Ｖの電圧印加を行う際に流れる電流（リーク電流）は、比較例５では１．２Ａであるのに対して、本実施の形態５では０．２Ａと改善する傾向がみられた。
以上のことから、本実施の形態５によれば、開放電圧およびフィルファクターの低下、あるいは電流リークの発生を抑制することが可能となる。
なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。
本発明は詳細に説明されたが、上記した説明は、すべての態様において、例示であって、この発明がそれに限定されるものではない。例示されていない無数の変形例が、この発明の範囲から外れることなく想定され得るものと解される。
１ シリコン基板、２ 第１の拡散層、３ 第２の拡散層、４ 第１のパッシベーション膜、５ 第２のパッシベーション膜、６ 第１の電極、７ 第２の電極、８〜１２ シリケートガラス、１３ 欠陥部、１４ 不純物拡散層、１５ 不純物濃度増加部、１６ シリコン基板、１７ 第１の拡散層、１８ 第２の拡散層、１９ 第１のパッシベーション膜、２０ 第２のパッシベーション膜、２１ 第１の電極、２２ 第２の電極、２３〜２６ シリケートガラス。
Claims (11)
- （ａ）シリコン基板（１，１６）の第１の主面にピラミッド状のテクスチャーを形成する工程と、
（ｂ）前記第１の主面上に第１の導電型の不純物を含む第１のシリケートガラス（８，２３）を形成する工程と、
（ｃ）前記第１のシリケートガラス（８，２３）上に導電型不純物を含まない第２のシリケートガラス（９，２４）を形成する工程と、
（ｄ）前記第１のシリケートガラス（８，２３）に含まれる前記第１の導電型の不純物を前記シリコン基板（１，１６）の前記第１の主面に拡散させる工程と、
（ｅ）前記第２のシリケートガラス（９，２４）上に前記第１の導電型の不純物を含む第３のシリケートガラス（１０，２５）を形成する工程と、
（ｆ）前記工程（ｅ）の後、前記シリコン基板（１，１６）の前記第１の主面とは反対側の第２の主面に第２の導電型の不純物を拡散させる工程と、
を備える、光起電力装置の製造方法。 - 前記シリコン基板の導電型がｎ型である場合において、前記第１の導電型はｐ型であり、前記第２の導電型はｎ型であることを特徴とする、請求項１に記載の光起電力装置の製造方法。
- 前記シリコン基板の導電型がｐ型である場合において、前記第１の導電型はｎ型であり、前記第２の導電型はｐ型であることを特徴とする、請求項１に記載の光起電力装置の製造方法。
- 前記工程（ｆ）の前において、
（ｇ）前記第３のシリケートガラス（１０，２５）上に、導電性を付与する不純物を含まない第４のシリケートガラス（１１，２６）を形成する工程をさらに備えることを特徴とする、請求項１に記載の光起電力装置の製造方法。 - 前記工程（ｂ）において、
前記第１のシリケートガラス（８，２３）は、ＣＶＤによって形成されることを特徴とする、請求項１に記載の光起電力装置の製造方法。 - 前記工程（ｃ）の後、
（ｈ）前記シリコン基板（１，１６）の前記第２の主面上に形成された前記第１のシリケートガラス（８，２３）および前記第２のシリケートガラス（９，２４）を除去する工程をさらに備えることを特徴とする、請求項１に記載の光起電力装置の製造方法。 - 前記工程（ｈ）において、
前記除去は、フッ化水素酸を用いて行われることを特徴とする、請求項６に記載の光起電力装置の製造方法。 - 前記工程（ｅ）において、前記第３のシリケートガラス（１０，２５）は、スパッタリングによって形成されることを特徴とする、請求項１に記載の光起電力装置の製造方法。
- 前記工程（ｇ）において、前記第４のシリケートガラス（１１，２６）は、スパッタリングによって形成されることを特徴とする、請求項４に記載の光起電力装置の製造方法。
- 前記工程（ｅ）において、前記第３のシリケートガラス（１０，２５）は、前記シリコン基板（１，１６）の端部に形成されることを特徴とする、請求項１に記載の光起電力装置の製造方法。
- 前記工程（ｇ）において、前記第４のシリケートガラス（１１，２６）は、前記シリコン基板（１，１６）の端部に形成されることを特徴とする、請求項４に記載の光起電力装置の製造方法。
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