JP6257847B1 - 太陽電池の製造方法 - Google Patents
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Abstract
本願明細書に開示される技術は、焼成電極を備えつつ、焼成に起因するダメージを抑制することができる技術に関するものである。本技術に関する太陽電池は、半導体基板（１００）上に形成されるトンネル酸化物層（１０４）と、トンネル酸化物層（１０４）上に形成される第１の導電型の半導体層（１０６）と、半導体層（１０６）上に形成される保護膜（１０７）と、保護膜（１０７）上から保護膜（１０７）を貫通し、かつ、半導体層（１０６）に接触して形成される電極（１１１）とを備え、電極（１１１）は、ガラス粒子を含む焼成電極である。
Description
本願明細書に開示される技術は、太陽電池、および、太陽電池の製造方法に関するものである。
結晶シリコンが用いられた太陽電池のパッシベーション技術として、半導体基板の上面に非常に薄い酸化物の層、すなわち、トンネル酸化物層を形成し、さらに、トンネル酸化物層の上面にシリコンドープ層を形成する方法がある。
上記のように、トンネル酸化物層とシリコンドープ層とから形成されたトンネル接合層を用いる方法では、トンネル酸化物層が形成するバンド障壁、および、シリコンドープ層に起因する電界効果によって少数キャリアを追い返し、再結合を抑制する。これによって、たとえば、７００ｍＶを超える高い開放電圧を得ることができる。
一方で、トンネル効果によって多数キャリアの輸送はスムーズに行われる。そのため、直列抵抗を増大させずに、高い開放電圧と大きい曲線因子とを両立させることができる。ここで、曲線因子とは、最適動作点での出力（最大出力）を、開放電圧と短絡電流との積で割った値である。
たとえば、非特許文献１に開示された方法では、ｎ型のシリコン基板の裏面にトンネル酸化物層が形成され、さらに、トンネル酸化物層の裏面にリンドープシリコン層が形成される。そして、リンドープシリコン層が形成された後、６００℃以上、かつ、１０００℃未満で熱処理が行われる。その後、リンドープシリコン層の下面に直接、裏面電極が全面形成される。電極形成方法としては、Ｔｉ、Ｐｄ、および、Ａｇからなるシード層を熱蒸着した後、Ａｇめっきを行う方法が用いられる。
また、たとえば、特許文献１に開示された方法では、トンネル酸化物層である酸化シリコン層の上面に半導体層が形成され、さらに、半導体層の上面に透明導電膜が形成される。そして、透明導電膜の上面にくし型の電極が形成される。
透明導電膜は、シリコンドープ層である半導体層を電極形成ダメージから守る膜である。また、透明導電膜は、導電性を有するため、絶縁層のように開口処理を必要とせずに、電極をコンタクトさせることができる。
Ｆ．Ｆｅｌｄｍａｎｎ ｅｔ ａｌ．、「Ｐａｓｓｉｖａｔｅｄ ｒｅａｒ ｃｏｎｔａｃｔｓ ｆｏｒ ｈｉｇｈ−ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｎ−ｔｙｐｅ Ｓｉ ｓｏｌａｒ ｃｅｌｌｓ ｐｒｏｖｉｄｉｎｇ ｈｉｇｈ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ｐａｓｓｉｖａｔｉｏｎ ｑｕａｌｉｔｙ ａｎｄ ｅｘｃｅｌｌｅｎｔ ｔｒａｎｓｐｏｒｔ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ」、 Ｓｏｌａｒ Ｅｎｅｒｇｙ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ ＆ Ｓｏｌａｒ Ｃｅｌｌｓ １２０ （２０１４） ２７０−２７４
上記の非特許文献１、または、上記の特許文献１では、光電子に起因して生じる光電流を収集するため、トンネル接合層におけるシリコンドープ層に対して蒸着またはめっきによって電極を形成したり、シリコンドープ層に対して透明導電膜を挟んで電極とコンタクトさせたりする。
しかしながら、装置の量産性を考慮すると、高温焼成プロセスを用いる焼成銀を印刷して電極コンタクトを形成する手法が、簡便で、かつ、生産性が高い。さらに、高温焼成プロセスを用いれば、焼成用銀ペーストは電極を低抵抗化ができ、コンタクト性もよく、さらに、信頼性も高い。
一方で、焼成によって電極を形成する場合には、焼成銀の印刷に起因する物理的ダメージ、焼成プロセスに起因する熱ダメージ、または、焼成銀の浸食などによって、トンネル接合層の特性劣化が生じる場合がある。
焼成に起因するトンネル接合層の特性劣化については、トンネル接合層に接触する電極を形成する場合であっても、トンネル接合層に接触しない電極を形成する場合であっても、焼成時の高温過程によってトンネル接合層の特性劣化が生じ得る。
また、焼成に起因するトンネル接合層の特性劣化は、シリコンドープ層の上面に直接電極を形成する場合には、ファイアースルーによって電極が、たとえば、厚さが１００ｎｍ以下であるシリコンドープ層を突き破って半導体基板を浸食することによって生じる。
これを防ぐために、たとえば、焼成温度の低温化、または、低温焼結銀を用いるなどの手法が考えられるが、これらの場合には、銀電極の高抵抗化、または、電気的コンタクト性の悪化などを招く場合がある。
また、電極印刷時の摩擦などの物理ダメージが、シリコンドープ層を傷つけることも問題である。
また、特許文献１に開示されるように、シリコンドープ層と電極との間に透明導電膜が挟まれる構造であれば、上記のような電極の基板浸食、および、印刷時の物理ダメージは抑制することができると考えられる。
しかしながら、透明導電膜は、キャリア濃度が高く、かつ、光吸収が大きい。そのため、電流ロスが増加する場合がある。また、透明導電膜は、焼成などの高温処理に対する耐性に乏しい。そのため、焼成による電気特性、または、構造の劣化が生じる。
このため、透明導電膜を作製するプロセスは限定されてしまい、簡易で、量産性および信頼性の高いプロセスを選択することができないという問題がある。
本願明細書に開示される技術は、以上に記載されたような問題を解決するためになされたものであり、焼成電極を備えつつ、焼成に起因するダメージを抑制することができる技術に関するものである。
本願明細書に開示される技術の一の態様は、半導体基板上に、トンネル酸化物層を形成し、前記トンネル酸化物層上に、第１の導電型の半導体層を形成し、前記半導体層に対し、７２５℃以上７７５℃以下の温度で熱処理を行い、熱処理された前記半導体層上に、前記半導体層より水素濃度が高い保護膜を形成し、前記保護膜上に、電極を印刷し、焼成によって、前記電極と前記半導体層とを電気的に接続させるとともに前記保護膜から離脱した水素によって、前記半導体層中および前記半導体層と前記トンネル酸化物層との界面のダングリングボンドが水素によって終端され、前記半導体層に対して熱処理を行う際のピーク温度、および、焼成によって、前記電極と前記半導体層とを電気的に接続させる際のピーク温度が、前記保護膜を形成する際の温度よりも高い。
本願明細書に開示される技術の一の態様は、半導体基板上に、トンネル酸化物層を形成し、前記トンネル酸化物層上に、第１の導電型の半導体層を形成し、前記半導体層に対し、７２５℃以上７７５℃以下の温度で熱処理を行い、熱処理された前記半導体層上に、前記半導体層より水素濃度が高い保護膜を形成し、前記保護膜上に、電極を印刷し、焼成によって、前記電極と前記半導体層とを電気的に接続させるとともに前記保護膜から離脱した水素によって、前記半導体層中および前記半導体層と前記トンネル酸化物層との界面のダングリングボンドが水素によって終端され、前記半導体層に対して熱処理を行う際のピーク温度、および、焼成によって、前記電極と前記半導体層とを電気的に接続させる際のピーク温度が、前記保護膜を形成する際の温度よりも高い。このような構成によれば、焼成によって電極を形成する場合において、半導体層上に形成された保護膜が、焼成される電極によって半導体層が突き破られること、さらには、半導体層を突き破った電極が半導体基板にまで到達することを防ぐことができる。また、保護膜が高温処理にも耐えうるため、製造プロセスが限定されない。
本願明細書に開示される技術に関する目的と、特徴と、局面と、利点とは、以下に示される詳細な説明と添付図面とによって、さらに明白となる。
以下、添付される図面を参照しながら実施の形態について説明する。
なお、図面は概略的に示されるものであり、異なる図面にそれぞれ示される画像の大きさと位置との相互関係は、必ずしも正確に記載されるものではなく、適宜変更され得るものである。
また、以下に示される説明では、同様の構成要素には同じ符号を付して図示し、それらの名称と機能とについても同様のものとする。したがって、それらについての詳細な説明を省略する場合がある。
また、以下に記載される説明において、「上」、「下」、「側」、「底」、「表」または「裏」などの特定の位置と方向とを意味する用語が用いられる場合があっても、これらの用語は、実施の形態の内容を理解することを容易にするために便宜上用いられるものであり、実際に実施される際の方向とは関係しないものである。
＜第１の実施の形態＞
以下、本実施の形態に関する太陽電池、および、太陽電池の製造方法について説明する。
以下、本実施の形態に関する太陽電池、および、太陽電池の製造方法について説明する。
＜太陽電池の構成について＞
図１は、本実施の形態に関する太陽電池の製造方法で形成された、太陽電池の構造を概略的に例示する平面図である。また、図２は、図１におけるＡ−Ａ’断面図である。
図１は、本実施の形態に関する太陽電池の製造方法で形成された、太陽電池の構造を概略的に例示する平面図である。また、図２は、図１におけるＡ−Ａ’断面図である。
全体の説明に先立ち、まず、本実施の形態に関する太陽電池の製造方法の要旨を説明する。本実施の形態に関する太陽電池の製造方法では、図１、および、図２に例示されるように、結晶系の半導体基板として受光面１００Ａと裏面１００Ｂとを有するｎ型の単結晶シリコン基板１００を用いる。
そして、ｎ型の単結晶シリコン基板１００の裏面１００Ｂに、トンネル酸化物層１０４を形成する。次に、トンネル酸化物層１０４の下面に、ｎ型のドーパントを含むｎ型の非晶質シリコン層１０５を形成する。
その後、熱処理を行うことによって、シリコンドープ層としてのｎ型の非晶質シリコン層１０５中に含まれるｎ型のドーパントを活性化するとともに、ｎ型の非晶質シリコン層１０５の一部または全体を結晶化させることによって、ｎ型の結晶系薄膜シリコン層１０６を形成する。トンネル酸化物層１０４とｎ型の結晶系薄膜シリコン層１０６との積層構造を備えることによって、少数キャリアの再結合を抑制し、かつ、多数キャリアの収集効率を高めることができる。
この後、ｎ型の結晶系薄膜シリコン層１０６の下面に、保護膜１０７としての窒化シリコン層を形成する。そして、保護膜１０７の下面から裏面電極１１１を印刷し、さらに、焼成によって裏面電極１１１を保護膜１０７にファイアースルーさせることによって、裏面電極１１１の、ｎ型の結晶系薄膜シリコン層１０６に対するコンタクトを形成する。
ｎ型の単結晶シリコン基板１００の受光面１００Ａ側には、グリッド電極１１０Ｇとバス電極１１０Ｂとを備える受光面電極１１０が形成される。一方、ｎ型の単結晶シリコン基板１００の裏面１００Ｂ側には、グリッド電極１１０Ｇとバス電極１１０Ｂとを備える裏面電極１１１が形成される。
本実施の形態に関する太陽電池の製造方法では、ｎ型の結晶系薄膜シリコン層１０６の下面に保護膜１０７を形成する。そして、保護膜１０７の下面から裏面電極１１１を印刷し、さらに、裏面電極１１１を焼成する。
このように形成することによって、電極の印刷、および、電極の焼成に起因して、トンネル酸化物層１０４の劣化、および、ｎ型の結晶系薄膜シリコン層１０６の劣化を防ぐことができる。そのため、高い開放電圧を維持することができ、太陽電池の特性を維持することができる。
これに対し、ｎ型の結晶系薄膜シリコン層に直接電極を印刷し、さらに、当該電極を焼成する場合には、電極が、ファイアースルーによってトンネル酸化物層、および、ｎ型の結晶系薄膜シリコン層を突き破ってしまう。そのため、電極が、トンネル酸化物層、さらには、シリコン基板に接触してしまい、再結合の増加によって開放電圧が低下する。
また、ｎ型の結晶系薄膜シリコン層に直接電極を印刷した場合には、印刷版との接触、または、摩擦などによってｎ型の結晶系薄膜シリコン層が傷ついてしまい、パッシベーション効果が低下するおそれがある。
＜太陽電池の製造方法について＞
以下、図３から図９を参照しつつ、本実施の形態に関する太陽電池の製造方法を詳細に説明する。ここで、図３は、本実施の形態に関する太陽電池の製造方法を例示するフローチャートである。また、図４から図９は、本実施の形態に関する太陽電池の製造方法を例示する太陽電池の断面図である。
以下、図３から図９を参照しつつ、本実施の形態に関する太陽電池の製造方法を詳細に説明する。ここで、図３は、本実施の形態に関する太陽電池の製造方法を例示するフローチャートである。また、図４から図９は、本実施の形態に関する太陽電池の製造方法を例示する太陽電池の断面図である。
まず、図４に例示されるように、ｎ型の単結晶シリコン基板１００を用意する。ｎ型の単結晶シリコン基板１００は、シリコンインゴットをワイヤーソーなどによる機械的切断法を用いてカット、および、スライスすることによって製造される。そのため、表面には汚染、または、ダメージが残存する場合がある。
そこで、水酸化ナトリウム溶液などのアルカリ溶液を用いたウェットエッチングプロセスを実施することによって、ｎ型の単結晶シリコン基板１００の表面に、テクスチャ構造と呼ばれる微小な凹凸構造を形成する。テクスチャ構造の形成には、アルカリ溶液、および、添加剤を用いる。
ｎ型の単結晶シリコン基板１００の表面における微小な凹凸構造によって、ｎ型の単結晶シリコン基板１００に入射する光が、基板表面で多重反射する。したがって、光の反射損失を低減することができる。加えて、光路長の増加によって光吸収が増大する。その結果、短絡電流の向上が見込める。なお、簡単のため、図面にはテクスチャ構造は示されない。
テクスチャ構造を形成した後に、たとえば、過酸化水素をベースに、アルカリまたは酸を加えた濃厚薬液を高温で用いる洗浄方法であるＲＣＡ洗浄、ＳＰＭ（Ｓｕｌｆｕｒｉｃ Ａｃｉｄ Ｈｙｄｒｏｇｅｎ Ｐｅｒｏｘｉｄｅ Ｍｉｘｔｕｒｅ）洗浄、または、ＨＰＭ（Ｈｙｄｒｏｃｈｌｏｒｉｃ Ａｃｉｄ Ｈｙｄｒｏｇｅｎ Ｐｅｒｏｘｉｄｅ Ｍｉｘｔｕｒｅ）洗浄などを行い、ｎ型の単結晶シリコン基板１００の表面に付着している有機物、または、金属汚染などによる付着物を取り除く。
次に、図４に例示されるように、ｎ型の単結晶シリコン基板１００の受光面１００Ａに、ｐ型の不純物拡散層１０３を形成する（図３におけるステップＳＴ１００を参照）。
ｎ型の単結晶シリコン基板１００上に、たとえば、ＢＢｒ３を用いた気相反応、または、Ｂ２Ｈ６を用いた大気圧化学気相堆積（ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ、すなわち、ＡＰＣＶＤ）法などの気相法によって、ｐ型の不純物拡散源１０１としてのボロンドープシリコンガラス（Ｂｏｒｏｎ Ｓｉｌｉｃａｔｅ Ｇｌａｓｓ：ＢＳＧ）膜を形成する。その後、拡散炉中でボロンを熱拡散することによって、ｐ型の不純物拡散層１０３を形成する。
なお、イオン注入によってｎ型の単結晶シリコン基板１００の表面にボロンを打ち込み、その後、拡散炉中でボロンを熱拡散することによって、ｐ型の不純物拡散層１０３を形成してもよい。
この場合、形成されるｐ型の不純物拡散層１０３のシート抵抗は、たとえば、５０Ω／□以上、かつ、１５０Ω／□未満とすることができる。シート抵抗は、拡散層内での少数キャリアの再結合、光吸収、および、電極とのコンタクト抵抗などを考慮して決定する。
ＢＳＧ膜からなるｐ型の不純物拡散源１０１を形成する際にＡＰＣＶＤを用いる場合には、ＢＳＧ膜をｎ型の単結晶シリコン基板１００の受光面１００Ａのみに形成することができる。
ただし、ｎ型の単結晶シリコン基板１００の端面、および、ｎ型の単結晶シリコン基板１００の裏面にもＢＳＧ膜が僅かに回り込むため、ＢＳＧ膜を形成した後に、たとえば、０．５％以上、かつ、１．０％以下のフッ酸で、ｎ型の単結晶シリコン基板１００の端面、および、ｎ型の単結晶シリコン基板１００の裏面に回り込んだ分のＢＳＧ膜を除去することができる。
ここで、図４に例示されるように、ｐ型の不純物拡散源１０１を形成した後には、誘電体膜としてノンドープシリコンガラス（Ｎｏｎ ｄｏｐｅｄ Ｓｉｌｉｃａｔｅ Ｇｌａｓｓ：ＮＳＧ）膜１０２を形成することが好ましい。
ＮＳＧ膜１０２がキャップ層の働きをして、ＢＳＧ膜からなるｐ型の不純物拡散源１０１中のボロンが気相中に脱離することを防ぐ。そのため、ボロンを効率的に拡散することができる。
また、ＮＳＧ膜１０２は、後でｎ型の単結晶シリコン基板１００の裏面に形成するｎ型の非晶質シリコン層１０５のドーパント活性化のための熱処理時に、拡散バリア層としても働く。
ここで、ｐ型の不純物拡散源１０１であるＢＳＧ膜の膜厚は、たとえば、３０ｎｍ以上、かつ、１５０ｎｍ未満である。ｐ型の不純物拡散源１０１であるＢＳＧ膜の膜厚が薄すぎると、拡散源としての役割を果たすことができなくなる。一方で、ｐ型の不純物拡散源１０１であるＢＳＧ膜の膜厚が厚すぎると、ＢＳＧ膜の形成、および、ＢＳＧ膜の除去が困難となる。
また、ＮＳＧ膜１０２の膜厚は、たとえば、１００ｎｍ以上、かつ、５００ｎｍ未満である。ＮＳＧ膜１０２の膜厚が薄すぎると、キャップ層としての役割、または、拡散バリア層としての役割を果たすことができなくなる。一方で、ＮＳＧ膜１０２の膜厚が厚すぎると、ＮＳＧ膜１０２の形成、および、ＮＳＧ膜１０２の除去が困難となる。
また、ｐ型の不純物拡散源１０１としてのＢＳＧ膜の形成にＢＢｒ３気相反応を用いる場合には、ＢＳＧ膜が受光面１００Ａだけではなく、ｎ型の単結晶シリコン基板１００の裏面１００Ｂにも形成される。
そこで、ｎ型の単結晶シリコン基板１００の受光面１００Ａに形成されたＢＳＧ膜の上面に熱酸化膜または窒化膜によるバリア層を形成した後、ｎ型の単結晶シリコン基板１００の裏面１００Ｂに形成されたＢＳＧ膜をフッ酸で除去する。その後、ｐ型の不純物拡散層１０３をフッ硝酸、または、水酸化ナトリウムなどの処理剤で片面除去する。
ここで、窒化膜は、たとえば、シランガス、窒素ガス、または、アンモニアガスなどを用いたプラズマＣＶＤ法を用いて形成することができる。なお、上記のバリア層は、後でドーパント活性化のための熱処理時にもバリア層として働くため、たとえば、５０ｎｍ以上の厚さで形成しておくことが好ましい。
次に、図５に例示されるように、ｎ型の単結晶シリコン基板１００の裏面１００Ｂに、トンネル酸化物層１０４を形成する（図３におけるステップＳＴ１０１を参照）。
トンネル酸化物層１０４の材料には、シリコン酸化膜、または、酸化アルミニウム膜などの誘電体材料を用いることができる。シリコン酸化膜の形成は、たとえば、オゾン水への浸漬によって行うことができる。この場合、所望の厚さの酸化膜が得られるように、オゾン濃度、および、浸漬時間を制御する。
また、シリコン酸化膜の形成には、熱酸化、硝酸酸化、プラズマ化学気相堆積（Ｐｌａｓｍａ Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＰＥＣＶＤ）法、原子層堆積（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＡＬＤ）法、ＵＶ照射、または、オゾン照射などの方法も用いることができる。
トンネル酸化物層１０４の膜厚は、たとえば、０．５ｎｍ以上、かつ、５ｎｍ未満である。トンネル酸化物層１０４の膜厚が薄すぎると、多数キャリアのみならず少数キャリアもトンネル酸化物層１０４を通過してしまう。そのため、再結合の増加によって開放電圧が低下する。また、トンネル酸化物層１０４の膜厚が厚すぎる場合であっても、多数キャリアのトンネル輸送が妨げられる。そのため、直列抵抗が増加することによって、電気的特性が劣化する。
次に、図６に例示されるように、トンネル酸化物層１０４の下面にｎ型の非晶質シリコン層１０５を形成する（図３におけるステップＳＴ１０２を参照）。ＳｉＨ４、または、ＰＨ３を用いたＰＥＣＶＤ法などの化学気相堆積法によって、ｎ型の非晶質シリコン層１０５を形成する。
ｎ型の非晶質シリコン層１０５の膜厚は、たとえば、５ｎｍ以上、かつ、１００ｎｍ未満である。ｎ型の非晶質シリコン層１０５の膜厚が薄すぎると、電界効果が弱くなる。そして、トンネル接合層における電気的抵抗が増大し、かつ、少数キャリアの追い返し効果も小さくなる。そのため、ｎ型の非晶質シリコン層１０５の特性が劣化する。
一方、ｎ型の非晶質シリコン層１０５の膜厚が厚いと、熱歪みが大きくなる。そのため、ｎ型の非晶質シリコン層１０５の膜厚が適正な範囲である場合に比べて、シリコン層のパッシベーション効果が低下することが分かっている。
その後、図７に例示されるように、図６に例示された構造を拡散炉に導入し、窒素ガスを流しながら昇温する。そして、一定温度で一定時間保持して、熱処理を行う（図３におけるステップＳＴ１０３を参照）。
これによって、ｎ型の非晶質シリコン層１０５の一部、または、全体が結晶化し、ｎ型の結晶系薄膜シリコン層１０６に変化する。ｎ型の結晶系薄膜シリコン層１０６の膜厚は、たとえば、５ｎｍ以上、かつ、１００ｎｍ未満である。また、上記の熱処理によって、ｎ型の非晶質シリコン層１０５中のｎ型のドーパントが活性化する。そうすることによって、シート抵抗が低下する。
最適なアニール温度は、シリコンドープ層に含まれるリン濃度、または、シリコンドープ層の厚さによって異なる。ここで、ｎ型の非晶質シリコン層１０５の熱処理時における最も高い温度であるピーク温度は、４００℃以上、かつ、９００℃未満である。
熱処理温度が低いと、ｎ型の非晶質シリコン層１０５の結晶化が十分に促進されない。そのため、裏面１００Ｂにおける電界効果が低下し、高いパッシベーション効果を得られない。また、ｎ型の非晶質シリコン層１０５が高抵抗となるため、多数キャリアの輸送が妨げられる恐れがある。なお、熱処理温度が４００℃を超える場合には、ｎ型の非晶質シリコン層１０５中から水素が脱離し始めるため、結晶化が促進される。
一方、熱処理温度が９００℃を超えると、リン濃度に関係なくパッシベーション効果が著しく低下し始める。したがって、開放電圧の低下につながる。
これは、高温の熱処理によってｎ型の非晶質シリコン層１０５中のｎ型のドーパントがトンネル酸化物層１０４を貫通してｎ型の単結晶シリコン基板１００にまで多量に拡散することによって、トンネル酸化物層１０４の構造破壊、または、ｎ型の非晶質シリコン層１０５からドーパントが拡散してしまうことによって、ｎ型の結晶系薄膜シリコン層１０６となった場合であっても電界効果の低下が起きるためである。
なお、ｎ型の結晶系薄膜シリコン層１０６は、ノンドープ（真性）非晶質シリコン層を形成した後に、ｎ型のドーパントを拡散させて形成してもよい。その場合、ステップＳＴ１０２において、ＳｉＨ４を用いたＰＥＣＶＤ法などの化学気相堆積法によって、ノンドープ非晶質シリコン層を形成する。その後、ステップＳＴ１０３において、ＰＯＣｌ３を用いた気相反応および熱拡散、または、リンのイオン注入および熱拡散によって、ｎ型のドーパントをノンドープ非晶質シリコン層中に拡散させる。
また、ｎ型の結晶系薄膜シリコン層１０６は、ＳｉＨ４、および、ＰＨ３を用いた減圧化学気相堆積（ｌｏｗ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ、すなわち、ＬＰＣＶＤ）法などの化学気相堆積法によって、一工程で形成してもよい。その場合、たとえば、５００℃以上の温度でｎ型の結晶系薄膜シリコン層１０６の成膜を行い、成膜後の熱処理は必要に応じて行えばよい。
次に、図８に例示されるように、ｎ型の単結晶シリコン基板１００の受光面１００Ａに形成されたｐ型の不純物拡散源１０１であるＢＳＧ膜、および、ＮＳＧ膜１０２を、フッ酸を用いて完全に除去する。
本工程は、ステップＳＴ１０３の熱処理工程前に行うことも可能である。その場合、熱処理中にｐ型の不純物拡散源１０１であるＢＳＧ膜からボロンが雰囲気中に拡散することによって、当該ボロンがｎ型の非晶質シリコン層１０５に付着し、さらに、拡散することを防ぐことができる。
一方で、ｎ型の非晶質シリコン層１０５からｎ型のドーパントが雰囲気中に拡散し、ｐ型の不純物拡散層１０３中に拡散してしまう可能性がある。ただし、ｐ型の不純物拡散源１０１であるＢＳＧ膜の上面にはキャップ層であるＮＳＧ膜１０２が形成されており、ボロンがｎ型の非晶質シリコン層１０５中に拡散する可能性の方が低いため、ステップＳＴ１０３の熱処理後にＢＳＧ膜、および、ＮＳＧ膜１０２を除去することが好ましい。
次に、図８に例示されるように、ｎ型の単結晶シリコン基板１００の裏面１００Ｂにおけるｎ型の結晶系薄膜シリコン層１０６の下面に、保護膜１０７を形成する（図３におけるステップＳＴ１０４を参照）。
保護膜１０７の材料は、たとえば、窒化シリコン、酸化シリコン、窒酸化シリコン、非晶質シリコン、微結晶シリコン、または、ケイ化物などである。また、保護膜１０７は、複数の膜の積層構造であってもよい。
ここで、保護膜１０７は、シリコンドープ層であるｎ型の結晶系薄膜シリコン層１０６よりも高い硬度を有することが好ましい。これは、保護膜１０７上に電極をスクリーン印刷する際、版との接触または摩擦などによる物理ダメージからｎ型の結晶系薄膜シリコン層１０６を保護するためである。
また、保護膜１０７の膜中水素濃度は、ｎ型の結晶系薄膜シリコン層１０６中の水素濃度よりも高いことが好ましい。保護膜１０７中に十分な水素が含まれていると、熱処理時、および、電極焼成時に当該水素が脱離する。そして、形成されたｎ型の結晶系薄膜シリコン層１０６中、および、トンネル酸化物層１０４と単結晶シリコン基板１００との界面のダングリングボンドが、保護膜１０７中から脱離した水素によって終端される。これによって、ｎ型の結晶系薄膜シリコン層１０６のパッシベーション効果、および、トンネル酸化物層１０４のパッシベーション効果が向上する。
また、保護膜１０７の膜厚は、たとえば、５ｎｍ以上、かつ、２００ｎｍ未満であることが好ましい。保護膜１０７の膜厚が薄すぎると、電極が焼成時にｎ型の結晶系薄膜シリコン層１０６を突き抜けてｎ型の単結晶シリコン基板１００を浸食することを防げない。また、保護膜１０７の膜厚が薄すぎると、保護膜１０７から十分な水素を供給することができないため、ｎ型の結晶系薄膜シリコン層１０６のパッシベーション効果が低下してしまう。
一方で、保護膜１０７の膜厚が厚すぎる場合であっても、電極がｎ型の結晶系薄膜シリコン層１０６に接触しにくくなるため、コンタクト抵抗が増大してしまう。
次に、図９に例示されるように、ｎ型の単結晶シリコン基板１００の受光面１００Ａにおけるｐ型の不純物拡散層１０３の上面に、受光面１００Ａ側の誘電体層１０８を形成する。そして、誘電体層１０８の上面に、反射防止膜１０９を形成する（図３におけるステップＳＴ１０５を参照）。
誘電体層１０８として、たとえば、酸化膜を用いることができる。また、誘電体層１０８として、たとえば、原子層堆積法（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＡＬＤ）、または、ＣＶＤ法によって形成される酸化アルミニウム膜などの誘電体層を用いることができる。特に、酸化アルミニウム膜は負の固定電荷を有しているため、ｐ型の不純物拡散層１０３に対して優れたパッシベーション効果を発揮することが知られている。誘電体層１０８の膜厚は、たとえば、２ｎｍ以上、かつ、５０ｎｍ未満である。
誘電体層１０８の上面には、反射防止膜１０９を形成する。反射防止膜１０９として、たとえば、プラズマＣＶＤ法によって形成される窒化シリコン膜を用いる。反射防止膜１０９の膜厚は、誘電体層１０８の厚さに応じて、太陽光スペクトルに対して最適な膜厚、たとえば、３０ｎｍ以上、かつ、８０ｎｍ未満程度の膜厚に設計する。
最後に、ｎ型の単結晶シリコン基板１００の受光面１００Ａに、受光面電極１１０を形成する。また、ｎ型の結晶系薄膜シリコン層１０６の下面に、裏面電極１１１を形成する（図３におけるステップＳＴ１０６を参照）。これによって、図１および図２に例示された太陽電池が形成される。
それぞれの電極は、金属粒子およびガラス粒子を含むペーストをスクリーン印刷法などの塗布法によって、まず、それぞれ反射防止膜１０９上および保護膜１０７上に櫛形パターン状に塗布する。そして、さらに、それらを乾燥させることによって形成される。
ここで、ガラス粒子の含有量は、金属粒子の重量に基づいて、０．５重量％以上、かつ、１０．０重量％以下、好ましくは、１．０重量％以上、かつ、３．０重量％以下である。
上記のペーストの乾燥は、たとえば、２００℃の乾燥オーブン中で１０分程度で行う。乾燥後、受光面電極１１０、および、裏面電極１１１を８００℃程度の高温で同時に熱処理し、焼成する。
この際、受光面１００Ａ側では、焼成によって、ガラス粒子が受光面１００Ａ側の誘電体層１０８、および、反射防止膜１０９をエッチングする。そして、ｐ型の不純物拡散層１０３が露出し、さらに、受光面電極１１０がｐ型の不純物拡散層１０３に電気的に接続する。
また、裏面１００Ｂ側においても同様に、ガラス粒子が保護膜１０７をエッチングする。そして、ｎ型の結晶系薄膜シリコン層１０６が露出し、さらに、裏面電極１１１がｎ型の結晶系薄膜シリコン層１０６に電気的に接続する。
従来の裏面電極形成においては、ｎ型の結晶系薄膜シリコン層の下面に直接、蒸着電極、または、めっき電極などを形成する方法、または、ｎ型の結晶系薄膜シリコン層の下面に透明導電膜を成膜し、さらに、透明導電膜の下面に電極を形成する方法が用いられていた。
これらの方法を本実施の形態に関する電極形成に適用しようとすると、焼成時に裏面電極がｎ型の結晶系薄膜シリコン層を貫通してｎ型の単結晶シリコン基板を浸食する。また、焼成時の熱によってトンネル酸化物層、および、ｎ型の結晶系薄膜シリコン層を備える構造が劣化する。
また、ｎ型の結晶系薄膜シリコン層の下面に直接電極を印刷すると、印刷時にｎ型の結晶系薄膜シリコン層が傷つき、特性低下が生じる恐れがあった。
また、透明導電膜越しに電極を焼成する場合には、透明導電膜の光吸収が大きいため、電流低下が生じる可能性があった。また、透明導電膜越しに電極を焼成する場合、透明導電膜が焼成などの高温処理に対する耐性に乏しいため、電気的特性の低下、たとえば、電圧低下が生じる可能性があった。
一方、本実施の形態では、ｎ型の結晶系薄膜シリコン層１０６上に保護膜１０７を形成し、保護膜１０７越しに電極の印刷、および、焼成を行う。そのため、焼成時に電極はｎ型の単結晶シリコン基板１００内まで貫通せず、ｎ型の結晶系薄膜シリコン層１０６内への浸食にとどめることができる。
また、保護膜１０７は、ｎ型の結晶系薄膜シリコン層１０６の下面をパッシベーションする。さらに、焼成時に保護膜１０７中の水素がｎ型の結晶系薄膜シリコン層１０６に供給され、ｎ型の結晶系薄膜シリコン層１０６中、および、トンネル酸化物層１０４と単結晶シリコン基板１００との界面のダングリングボンドを終端する。その結果、少数キャリアの再結合が抑制され、太陽電池特性の向上を見込むことができる。
また、ｎ型の非晶質シリコン層１０５の熱処理時のピーク温度、および、電極焼成時のピーク温度は、保護膜１０７の形成温度よりも高いことが好ましい。熱処理時のピーク温度、および、電極焼成時のピーク温度が保護膜１０７の形成温度よりも高ければ、熱処理時および電極焼成時に、保護膜１０７に含まれている水素がｎ型の結晶系薄膜シリコン層１０６中、および、トンネル酸化物層１０４と単結晶シリコン基板１００との界面に拡散する。そのため、ｎ型の結晶系薄膜シリコン層１０６のパッシベーション効果、および、トンネル酸化物層１０４のパッシベーション効果が向上する。
図１０は、保護膜を形成しない場合、および、保護膜を形成する場合それぞれについての、ｎ型の非晶質シリコン層の熱処理温度［℃］と、少数キャリアライフタイムから求められる開放電圧の推定値［ｍＶ］との関係を例示する図である。
まず、保護膜を形成しない場合は、ｎ型の単結晶シリコン基板の上下面にトンネル酸化物層、および、ｎ型の非晶質シリコン層をそれぞれ形成した後、熱処理および焼成を行った。熱処理温度は、たとえば、７２５℃以上、かつ、８２５℃以下とし、焼成は８００℃で行った。評価は、熱処理後および焼成後について、開放電圧の推定値の測定を行った。
図１０に例示されるように、熱処理後の開放電圧の推定値は、特定の温度までは、熱処理温度の増加に伴い向上した。そして、熱処理後の開放電圧の推定値は、熱処理温度が７７５℃の場合でピークとなり、それ以上の熱処理温度では減少していくことが分かった。
その後、保護膜を形成せずに焼成を行うと、開放電圧の推定値は低下した。ただし、熱処理温度が低いほど、開放電圧の推定値の低下幅が大きかった。
これは、熱処理温度が低い場合、熱処理温度と焼成温度である８００℃との差が大きくなるため、焼成によってｎ型の結晶系薄膜シリコン層中の水素が多く脱離し、パッシベーション効果が大きく低下するためであると考えられる。
そのため、保護膜が形成されない場合には、焼成によってパッシベーション効果が低下することを考慮し、熱処理温度を、パッシベーション効果がピークとなる温度よりも高く設定する必要がある。そうすると、最適なアニール温度に設定することができない場合が生じる。その場合、変換効率の低下を免れることができない。
次に、保護膜を形成する場合は、熱処理温度は、たとえば、７２５℃以上、かつ、８００℃以下とした。そして、８００℃の熱処理後、保護膜の形成後、および、８００℃の焼成処理後のそれぞれについて、開放電圧の推定値を測定した。
まず、８００℃の熱処理後については、保護膜を形成しない場合と同様に、熱処理後の開放電圧の推定値は、特定の温度までは、熱処理温度の増加に伴い向上した。そして、熱処理後の開放電圧の推定値は、ある温度でピークとなり、それ以上の熱処理温度では減少していくことが分かった。
次に、保護膜の形成後では、熱処理温度が低い場合には、開放電圧の推定値が大きく向上した。一方で、熱処理温度が高い場合には、開放電圧の推定値はほとんど変化しなかった。
この現象については、次のように考えることができる。
保護膜の形成によって、ｎ型の結晶系薄膜シリコン層の表面がパッシベーションされる。この状態で低温での熱処理を行った場合には、ドーパントの活性化が不十分となり、ｎ型の結晶系薄膜シリコン層内の再結合サイトが少ない。それとともに、ｎ型の結晶系薄膜シリコン層の電界効果が弱いため、保護膜のパッシベーション効果を得やすい。
一方で、高温での熱処理を行った場合には、多くのドーパントが活性化するため、ｎ型の結晶系薄膜シリコン層内の再結合サイトが多い。それとともに、ｎ型の結晶系薄膜シリコン層の電界効果が強いため、保護膜のパッシベーション効果の影響を受けにくい。
次に、８００℃の焼成処理後では、開放電圧の推定値はわずかに上昇した。これは、保護膜がｎ型の結晶系薄膜シリコン層からの多量の水素脱離を防ぐとともに、ｎ型の結晶系薄膜シリコン層内、および、トンネル酸化物層と単結晶シリコン基板との界面に水素を供給しているためである。
以上のことから、ｎ型の結晶系薄膜シリコン層に接触して保護膜が形成されている場合には、ｎ型の結晶系薄膜シリコン層の熱処理温度を、パッシベーション効果がピークとなる温度よりも高く設定する必要がない。
また、ｎ型の結晶系薄膜シリコン層に接触して保護膜が形成されている場合には、保護膜がキャップ層として機能するため、焼成時のｎ型の結晶系薄膜シリコン層からの水素脱離を防ぐことができる。そのため、ｎ型の結晶系薄膜シリコン層のパッシベーション効果を最大限に発揮することができる。これによって、高い開放電圧を実現することができる。
以上のように、焼成された電極を用いてセルを作製する場合、保護膜を形成しない場合よりも保護膜を形成する場合の方が、焼成ダメージだけでなく、電極浸食による開放電圧の低下も抑制することができる。具体的には、焼成された電極を用いてセルを作製した結果、保護膜を形成する場合、開放電圧の推定値の３０ｍＶ以上、かつ、５０ｍＶ以下の向上が見られた。ただし、保護膜の厚さ、および、シリコンドープ層の厚さがそれぞれの設計範囲において作製されているものとする。
＜第２の実施の形態＞
本実施の形態に関する太陽電池、および、太陽電池の製造方法について説明する。以下では、以上に記載された実施の形態で説明された構成と同様の構成については同じ符号を付して図示し、その詳細な説明については適宜省略するものとする。
本実施の形態に関する太陽電池、および、太陽電池の製造方法について説明する。以下では、以上に記載された実施の形態で説明された構成と同様の構成については同じ符号を付して図示し、その詳細な説明については適宜省略するものとする。
＜太陽電池の構成について＞
図１１は、本実施の形態に関する太陽電池の製造方法で形成された、太陽電池の構造を概略的を例示する平面図である。また、図１２は、図１１におけるＢ−Ｂ’断面図である。
図１１は、本実施の形態に関する太陽電池の製造方法で形成された、太陽電池の構造を概略的を例示する平面図である。また、図１２は、図１１におけるＢ−Ｂ’断面図である。
また、図１３は、本実施の形態に関する太陽電池の製造方法を例示するフローチャートである。また、図１４から図１９は、本実施の形態に関する太陽電池の製造方法を例示する太陽電池の断面図である。
本実施の形態では、図２におけるｎ型の単結晶シリコン基板１００に代えて、ｐ型の単結晶シリコン基板２００を用いる。そのため、導電型が図２における構成と逆となる。
本実施の形態の太陽電池の製造方法では、図１４に例示されるように、ｐ型の単結晶シリコン基板２００の受光面２００Ａに、ｎ型の不純物拡散層２０３を形成する。
そして、図１５、および、図１６に例示されるように、ｐ型の単結晶シリコン基板２００の裏面２００Ｂに、トンネル酸化物層２０４を形成し、さらに、トンネル酸化物層２０４の下面にｐ型の非晶質シリコン層２０５を形成する。
その後、熱処理を行い、ｐ型の非晶質シリコン層２０５中に含まれるｐ型のドーパントを活性化するとともに、ｐ型の非晶質シリコン層２０５の一部、または、全体を結晶化させ、ｐ型の結晶系薄膜シリコン層２０６を形成する（図１７を参照）。
この後、図１８に例示されるように、ｐ型の結晶系薄膜シリコン層２０６の下面に保護膜２０７を形成する。最後に、保護膜２０７の下面から裏面電極２１１を印刷し、焼成によって裏面電極２１１をｐ型の結晶系薄膜シリコン層２０６にファイアースルーさせてコンタクトを形成する。
＜太陽電池の製造方法について＞
以下、図１３から図１９を参照しつつ、特に、第１の実施の形態と異なる点について、本実施の形態に関する太陽電池の製造方法を詳細に説明する。
以下、図１３から図１９を参照しつつ、特に、第１の実施の形態と異なる点について、本実施の形態に関する太陽電池の製造方法を詳細に説明する。
図１４に例示されるように、ｐ型の単結晶シリコン基板２００の受光面２００Ａに、ｎ型の不純物拡散層２０３を形成する（図１３におけるステップＳＴ２００を参照）。
この工程では、ＰＯＣｌ３を用いた気相反応、または、ＰＨ３を用いたＡＰＣＶＤ法などの気相法によって、ｎ型の不純物拡散源２０１としてのＰＳＧ膜、および、ＮＳＧ膜２０２を形成した後、拡散炉中でリンを熱拡散させる。また、イオン注入によってリンを打ち込み、熱拡散させてもよい。
ｐ型の単結晶シリコン基板２００の裏面２００Ｂには、図１５に例示されるように、トンネル酸化物層２０４を形成する（図１３におけるステップＳＴ２０１を参照）。
その後、図１６に例示されるように、トンネル酸化物層２０４の下面にｐ型の非晶質シリコン層２０５を形成する（図１３におけるステップＳＴ２０２を参照）。この工程では、ＳｉＨ４、または、Ｂ２Ｈ６を用いたＰＥＣＶＤなどの化学気相堆積法によって、ｐ型の非晶質シリコン層２０５を形成する。
この後、図１７に例示されるように、熱処理を行い、ｐ型の結晶系薄膜シリコン層２０６を形成する（図１３におけるステップＳＴ２０３を参照）。
また、第１の実施の形態と同様に、ｐ型の結晶系薄膜シリコン層２０６は、ノンドープ非晶質シリコン層を形成した後に、ｐ型のドーパントをドーピングして形成してもよい。また、ＬＰＣＶＤなどの化学気相堆積法によって、ｐ型の結晶系薄膜シリコン層２０６を一工程で形成してもよい。
次に、図１８に例示されるように、ｎ型の不純物拡散源２０１としてのＰＳＧ膜、および、ＮＳＧ膜２０２をフッ酸で除去した後、ｐ型の結晶系薄膜シリコン層２０６の下面に保護膜２０７を形成する（図１３におけるステップＳＴ２０４を参照）。
その後、図１９に例示されるように、ｎ型の不純物拡散層２０３の上面に誘電体層２０８を形成する。そして、誘電体層２０８の上面に、反射防止膜２０９を形成する（図１３におけるステップＳＴ２０５を参照）。
誘電体層２０８として、たとえば、酸化シリコン膜を用いることができる。また、反射防止膜２０９として、たとえば、窒化シリコン膜を用いることができる。
最後に、ｐ型の単結晶シリコン基板２００の受光面２００Ａに、受光面電極２１０を形成する。また、ｐ型の結晶系薄膜シリコン層２０６の下面に、裏面電極２１１を形成する（図１３におけるステップＳＴ２０６を参照）。これによって、図１１および図１２に例示された太陽電池が形成される。
それぞれの電極は、金属粒子およびガラス粒子を含むペーストをスクリーン印刷法などの塗布法によって櫛形パターン状に塗布し、さらに、それらを乾燥させることによって形成される。
上記のペーストの乾燥は、たとえば、２００℃の乾燥オーブン中で１０分程度で行う。乾燥後、受光面電極２１０、および、裏面電極２１１を８００℃程度の高温で同時に熱処理し、焼成する。
この際、受光面２００Ａ側では、焼成によって、ガラス粒子が受光面２００Ａ側の誘電体層２０８、および、反射防止膜２０９をエッチングする。そして、ｎ型の不純物拡散層２０３が露出し、さらに、受光面電極２１０がｎ型の不純物拡散層２０３に電気的に接続する。
また、裏面２００Ｂ側においても同様に、ガラス粒子が保護膜２０７をエッチングする。そして、ｐ型の結晶系薄膜シリコン層２０６が露出し、さらに、裏面電極２１１がｐ型の結晶系薄膜シリコン層２０６に電気的に接続する。
本実施の形態においても、第１の実施の形態と同様の効果を奏する。それに加えて、本実施の形態においては、ｐ型の単結晶シリコン基板２００を用いたｐ型のセルであるため、ｎ型のセルである場合に比べ、基板が安価である。そのため、製造コストを低減することができる。
＜第３の実施の形態＞
本実施の形態に関する太陽電池、および、太陽電池の製造方法について説明する。以下では、以上に記載された実施の形態で説明された構成と同様の構成については同じ符号を付して図示し、その詳細な説明については適宜省略するものとする。
本実施の形態に関する太陽電池、および、太陽電池の製造方法について説明する。以下では、以上に記載された実施の形態で説明された構成と同様の構成については同じ符号を付して図示し、その詳細な説明については適宜省略するものとする。
＜太陽電池の製造方法について＞
図２０は、本実施の形態に関する太陽電池の製造方法で形成された、太陽電池の構造を概略的に例示する断面図である。また、図２１は、本実施の形態に関する太陽電池の製造方法を例示するフローチャートである。
図２０は、本実施の形態に関する太陽電池の製造方法で形成された、太陽電池の構造を概略的に例示する断面図である。また、図２１は、本実施の形態に関する太陽電池の製造方法を例示するフローチャートである。
また、図２２から図２７は、本実施の形態に関する太陽電池の製造方法を例示する太陽電池の断面図である。
本実施の形態では、エミッタ層がｎ型の単結晶シリコン基板１００の裏面１００Ｂに設けられ、裏面電界層がｎ型の単結晶シリコン基板１００の受光面１００Ａに設けられる、バックエミッタ構造の太陽電池が作製される。
本実施の形態の太陽電池の製造方法では、図２２に例示されるように、ｎ型の単結晶シリコン基板１００の裏面１００Ｂに、ｐ型の不純物拡散源１０１としてＢＳＧ膜を形成する。そして、ｐ型の不純物拡散源１０１としてＢＳＧ膜の下面に、キャップ層としてＮＳＧ膜１０２を形成する。
そして、ｎ型の単結晶シリコン基板１００の裏面１００Ｂに、熱拡散によってｐ型の不純物拡散層１０３を形成する（図２１におけるステップＳＴ３００を参照）。
次に、図２３に例示されるように、ｎ型の単結晶シリコン基板１００の受光面１００Ａに、トンネル酸化物層１０４を形成する（図２１におけるステップＳＴ３０１を参照）。そして、図２４に例示されるように、トンネル酸化物層１０４の上面に、ｎ型の非晶質シリコン層１０５を形成する（図２１におけるステップＳＴ３０２を参照）。
その後、熱処理を行い、図２５に例示されるように、ｎ型の非晶質シリコン層１０５からｎ型の結晶系薄膜シリコン層１０６を形成する（図２１におけるステップＳＴ３０３を参照）。
そして、裏面１００Ｂのｐ型の不純物拡散源１０１であるＢＳＧ膜、および、ＮＳＧ膜１０２をフッ酸で除去した後、図２６に例示されるように、ｎ型の結晶系薄膜シリコン層１０６の上面に保護膜１０７を形成する（図２１におけるステップＳＴ３０４を参照）。
保護膜１０７は、受光面１００Ａに設けられるため、低光吸収材料であることが望ましい。保護膜１０７としては、単層構造体、または、積層構造体であり、太陽光スペクトルに対して最適な反射率となるような材料を選択する。
また、保護膜１０７の厚さは、太陽光スペクトルに対して最適な反射率となるような厚さを選択する。たとえば、窒化シリコン膜の単層構造体であれば、６０ｎｍ以上、かつ、１００ｎｍ未満の厚さに設計する。
そして、図２７に例示されるように、裏面１００Ｂのｐ型の不純物拡散層１０３の下面に、誘電体層１０８を形成する。また、誘電体層１０８の下面に、反射防止膜１０９を形成する（図２１におけるステップＳＴ３０５を参照）。
最後に、保護膜１０７の上面から受光面電極１１０を印刷し、焼成によって受光面電極１１０をｎ型の結晶系薄膜シリコン層１０６にファイアースルーさせてコンタクトを形成する。一方、裏面１００Ｂにも裏面電極１１１を印刷し、焼成によって裏面電極１１１をｐ型の不純物拡散層１０３に電気的に接続させる（図２１におけるステップＳＴ３０６を参照）。
本実施の形態においても、第１の実施の形態と同様の効果を奏する。それに加えて、エミッタ層を裏面１００Ｂに形成する構造であるため、エミッタ層の下面に形成されるグリッド電極の遮光ロスを考慮する必要がない。したがって、グリッド電極を狭ピッチ化することができ、エミッタ層の高抵抗化が実現することができるため、パッシベーション効果を向上させることができる。
＜第４の実施の形態＞
本実施の形態に関する太陽電池、および、太陽電池の製造方法について説明する。以下では、以上に記載された実施の形態で説明された構成と同様の構成については同じ符号を付して図示し、その詳細な説明については適宜省略するものとする。
本実施の形態に関する太陽電池、および、太陽電池の製造方法について説明する。以下では、以上に記載された実施の形態で説明された構成と同様の構成については同じ符号を付して図示し、その詳細な説明については適宜省略するものとする。
＜太陽電池の構成について＞
図２８は、本実施の形態に関する太陽電池の製造方法で形成された、太陽電池の構造を概略的を例示する断面図である。また、図２９は、本実施の形態に関する太陽電池の製造方法を例示するフローチャートである。
図２８は、本実施の形態に関する太陽電池の製造方法で形成された、太陽電池の構造を概略的を例示する断面図である。また、図２９は、本実施の形態に関する太陽電池の製造方法を例示するフローチャートである。
本実施の形態に関する太陽電池は、第１の実施の形態における裏面電極１１１の直下のｎ型の単結晶シリコン基板１００に、選択的に不純物が拡散された構造である。
＜太陽電池の製造方法について＞
以下、図２９を参照しつつ、本実施の形態に関する太陽電池の製造方法を詳細に説明する。ここで、図２９は、本実施の形態に関する太陽電池の製造方法を例示するフローチャートである。
以下、図２９を参照しつつ、本実施の形態に関する太陽電池の製造方法を詳細に説明する。ここで、図２９は、本実施の形態に関する太陽電池の製造方法を例示するフローチャートである。
まず、ｎ型の単結晶シリコン基板１００を用意する。ｎ型の単結晶シリコン基板１００は、シリコンインゴットをワイヤーソーなどによる機械的切断法を用いてカット、および、スライスすることによって製造される。そのため、表面には汚染、または、ダメージが残存する場合がある。
そこで、水酸化ナトリウム溶液などのアルカリ溶液を用いたウェットエッチングプロセスを実施することによって、ｎ型の単結晶シリコン基板１００の表面に、テクスチャ構造と呼ばれる微小な凹凸構造を形成する。テクスチャ構造の形成には、アルカリ溶液、および、添加剤を用いる。
ｎ型の単結晶シリコン基板１００の表面における微小な凹凸構造によって、ｎ型の単結晶シリコン基板１００に入射する光が、基板表面で多重反射する。したがって、光の反射損失を低減することができる。加えて、光路長の増加によって光吸収が増大する。その結果、短絡電流の向上が見込める。なお、簡単のため、図面にはテクスチャ構造は示されない。
テクスチャ構造を形成した後に、たとえば、過酸化水素をベースに、アルカリまたは酸を加えた濃厚薬液を高温で用いる洗浄方法であるＲＣＡ洗浄、ＳＰＭ洗浄、または、ＨＰＭ洗浄などを行い、ｎ型の単結晶シリコン基板１００の表面に付着している有機物、または、金属汚染などによる付着物を取り除く。
次に、ｎ型の単結晶シリコン基板１００の受光面１００Ａに、ｐ型の不純物拡散層１０３を形成する（図２９におけるステップＳＴ４００を参照）。
ｎ型の単結晶シリコン基板１００上に、たとえば、ＢＢｒ３を用いた気相反応、または、Ｂ２Ｈ６を用いたＡＰＣＶＤ法などの気相法によって、ｐ型の不純物拡散源１０１としてのＢＳＧ膜を形成する。その後、拡散炉中でボロンを熱拡散することによって、ｐ型の不純物拡散層１０３を形成する。
次に、ｐ型の不純物拡散層１０３を形成した後に、ｎ型の単結晶シリコン基板１００の裏面１００Ｂに、ｎ型の不純物拡散領域１１２を選択的に形成する（図２９におけるステップＳＴ４０７を参照）。ｎ型の不純物拡散領域１１２は、後述する裏面電極１１１が形成される領域に対応する位置、たとえば、平面視において裏面電極１１１が形成される領域と少なくとも一部が重なる領域に形成される。
ｎ型の不純物拡散領域１１２の形成方法の一例としては、ペースト中にリン原子を含むドーパントペーストを用いる方法がある。
まず、ｎ型の単結晶シリコン基板１００の、ｐ型の不純物拡散層１０３が形成された面とは反対側の裏面１００Ｂに、ドーパントペーストをスクリーン印刷する。
ドーパントペーストを印刷する領域は、後に裏面電極１１１を印刷する領域とする。ドーパントペーストを印刷する領域の幅は、裏面電極１１１を印刷した際の裏面電極１１１のアライメントのずれを考慮して、裏面電極１１１の形成幅よりも広く設計する。
ドーパントペーストを印刷した後は、ドーパントペースト中の有機溶媒を取り除くために熱乾燥を行う。その後、拡散炉において、たとえば、７００℃以上の温度でアニールすることによって、印刷されたドーパントペーストからｎ型の単結晶シリコン基板１００へリン原子を拡散させる。
その後、ドーパントペーストを除去するために、ｎ型の単結晶シリコン基板１００をフッ酸溶液に浸漬する。ｐ型の不純物拡散層１０３の形成する際に生じるＢＳＧ膜は、この時に同時に除去することができる。
以上の工程によって、ｎ型の不純物拡散領域１１２を選択的に形成することができる。
次に、ｎ型の単結晶シリコン基板１００の裏面１００Ｂに、トンネル酸化物層１０４を形成する（図２９におけるステップＳＴ４０１を参照）。
トンネル酸化物層１０４の材料には、シリコン酸化膜、または、酸化アルミニウム膜などの誘電体材料を用いることができる。シリコン酸化膜の形成は、たとえば、オゾン水への浸漬によって行うことができる。この場合、所望の厚さの酸化膜が得られるように、オゾン濃度、および、浸漬時間を制御する。
また、シリコン酸化膜の形成には、熱酸化、硝酸酸化、ＰＥＣＶＤ法、ＡＬＤ法、ＵＶ照射、または、オゾン照射などの方法も用いることができる。
トンネル酸化物層１０４の膜厚は、たとえば、０．５ｎｍ以上、かつ、５ｎｍ未満である。トンネル酸化物層１０４の膜厚が薄すぎると、多数キャリアのみならず少数キャリアもトンネル酸化物層１０４を通過してしまう。そのため、再結合の増加によって開放電圧が低下する。また、トンネル酸化物層１０４の膜厚が厚すぎる場合であっても、多数キャリアのトンネル輸送が妨げられる。そのため、直列抵抗が増加することによって、電気的特性が劣化する。
次に、トンネル酸化物層１０４の下面にｎ型の非晶質シリコン層１０５を形成する（図２９におけるステップＳＴ４０２を参照）。ＳｉＨ４、または、ＰＨ３を用いたＰＥＣＶＤ法などの化学気相堆積法によって、ｎ型の非晶質シリコン層１０５を形成する。
ｎ型の非晶質シリコン層１０５の膜厚は、たとえば、５ｎｍ以上、かつ、１００ｎｍ未満である。ｎ型の非晶質シリコン層１０５の膜厚が薄すぎると、電界効果が弱くなる。そして、トンネル接合層における電気的抵抗が増大し、かつ、少数キャリアの追い返し効果も小さくなる。そのため、ｎ型の非晶質シリコン層１０５の特性が劣化する。
一方、ｎ型の非晶質シリコン層１０５の膜厚が厚いと、熱歪みが大きくなる。そのため、ｎ型の非晶質シリコン層１０５の膜厚が適正な範囲である場合に比べて、シリコン層のパッシベーション効果が低下することが分かっている。
その後、形成された構造を拡散炉に導入し、窒素ガスを流しながら昇温する。そして、一定温度で一定時間保持して、熱処理を行う（図２９におけるステップＳＴ４０３を参照）。
これによって、ｎ型の非晶質シリコン層１０５の一部、または、全体が結晶化し、ｎ型の結晶系薄膜シリコン層１０６に変化する。ｎ型の結晶系薄膜シリコン層１０６の膜厚は、たとえば、５ｎｍ以上、かつ、１００ｎｍ未満である。また、上記の熱処理によって、ｎ型の非晶質シリコン層１０５中のｎ型のドーパントが活性化する。そうすることによって、シート抵抗が低下する。
最適なアニール温度は、シリコンドープ層に含まれるリン濃度、または、シリコンドープ層の厚さによって異なる。ここで、ｎ型の非晶質シリコン層１０５の熱処理時における最も高い温度であるピーク温度は、４００℃以上、かつ、９００℃未満である。
熱処理温度が低いと、ｎ型の非晶質シリコン層１０５の結晶化が十分に促進されない。そのため、裏面１００Ｂにおける電界効果が低下し、高いパッシベーション効果を得られない。また、ｎ型の非晶質シリコン層１０５が高抵抗となるため、多数キャリアの輸送が妨げられる恐れがある。なお、熱処理温度が４００℃を超える場合には、ｎ型の非晶質シリコン層１０５中から水素が脱離し始めるため、結晶化が促進される。
一方、熱処理温度が９００℃を超えると、リン濃度に関係なくパッシベーション効果が著しく低下し始める。したがって、開放電圧の低下につながる。
これは、高温の熱処理によってｎ型の非晶質シリコン層１０５中のｎ型のドーパントがトンネル酸化物層１０４を貫通してｎ型の単結晶シリコン基板１００にまで多量に拡散することによって、トンネル酸化物層１０４の構造破壊、または、ｎ型の非晶質シリコン層１０５からドーパントが拡散してしまうことによって、ｎ型の結晶系薄膜シリコン層１０６となった場合であっても電界効果の低下が起きるためである。
なお、ｎ型の結晶系薄膜シリコン層１０６は、ノンドープ（真性）非晶質シリコン層を形成した後に、ｎ型のドーパントを拡散させて形成してもよい。その場合、ステップＳＴ４０２において、ＳｉＨ４を用いたＰＥＣＶＤ法などの化学気相堆積法によって、ノンドープ非晶質シリコン層を形成する。その後、ステップＳＴ４０３において、ＰＯＣｌ３を用いた気相反応および熱拡散、または、リンのイオン注入および熱拡散によって、ｎ型のドーパントをノンドープ非晶質シリコン層中に拡散させる。
また、ｎ型の結晶系薄膜シリコン層１０６は、ＳｉＨ４、および、ＰＨ３を用いたＬＰＣＶＤ法などの化学気相堆積法によって、一工程で形成してもよい。その場合、たとえば、５００℃以上の温度でｎ型の結晶系薄膜シリコン層１０６の成膜を行い、成膜後の熱処理は必要に応じて行えばよい。
次に、ｎ型の単結晶シリコン基板１００の受光面１００Ａに形成されたｐ型の不純物拡散源１０１であるＢＳＧ膜、および、ＮＳＧ膜１０２を、フッ酸を用いて完全に除去する。
本工程は、ステップＳＴ４０３の熱処理工程前に行うことも可能である。その場合、熱処理中にｐ型の不純物拡散源１０１であるＢＳＧ膜からボロンが雰囲気中に拡散することによって、当該ボロンがｎ型の非晶質シリコン層１０５に付着し、さらに、拡散することを防ぐことができる。
一方で、ｎ型の非晶質シリコン層１０５からｎ型のドーパントが雰囲気中に拡散し、ｐ型の不純物拡散層１０３中に拡散してしまう可能性がある。ただし、ｐ型の不純物拡散源１０１であるＢＳＧ膜の上面にはキャップ層であるＮＳＧ膜１０２が形成されており、ボロンがｎ型の非晶質シリコン層１０５中に拡散する可能性の方が低いため、ステップＳＴ４０３の熱処理後にＢＳＧ膜、および、ＮＳＧ膜１０２を除去することが好ましい。
次に、ｎ型の単結晶シリコン基板１００の裏面１００Ｂにおけるｎ型の結晶系薄膜シリコン層１０６の下面に、保護膜１０７を形成する（図２９におけるステップＳＴ４０４を参照）。
保護膜１０７の材料は、たとえば、窒化シリコン、酸化シリコン、窒酸化シリコン、非晶質シリコン、または、微結晶シリコンなどである。また、保護膜１０７は、複数の膜の積層構造であってもよい。
ここで、保護膜１０７は、シリコンドープ層であるｎ型の結晶系薄膜シリコン層１０６よりも高い硬度を有することが好ましい。これは、保護膜１０７上に電極をスクリーン印刷する際、版との接触または摩擦などによる物理ダメージからｎ型の結晶系薄膜シリコン層１０６を保護するためである。
また、保護膜１０７の膜中水素濃度は、ｎ型の結晶系薄膜シリコン層１０６中の水素濃度よりも高いことが好ましい。保護膜１０７中に十分な水素が含まれていると、熱処理時、および、電極焼成時に当該水素が脱離する。そして、形成されたｎ型の結晶系薄膜シリコン層１０６中、および、トンネル酸化物層１０４と単結晶シリコン基板１００との界面のダングリングボンドが、保護膜１０７中から脱離した水素によって終端される。これによって、ｎ型の結晶系薄膜シリコン層１０６のパッシベーション効果、および、トンネル酸化物層１０４のパッシベーション効果が向上する。
また、保護膜１０７の膜厚は、たとえば、５ｎｍ以上、かつ、２００ｎｍ未満であることが好ましい。保護膜１０７の膜厚が薄すぎると、電極が焼成時にｎ型の結晶系薄膜シリコン層１０６を突き抜けてｎ型の単結晶シリコン基板１００を浸食することを防げない。また、保護膜１０７の膜厚が薄すぎると、保護膜１０７から十分な水素を供給することができないため、ｎ型の結晶系薄膜シリコン層１０６のパッシベーション効果が低下してしまう。
一方で、保護膜１０７の膜厚が厚すぎる場合であっても、電極がｎ型の結晶系薄膜シリコン層１０６に接触しにくくなるため、コンタクト抵抗が増大してしまう。
次に、ｎ型の単結晶シリコン基板１００の受光面１００Ａにおけるｐ型の不純物拡散層１０３の上面に、受光面１００Ａ側の誘電体層１０８を形成する。そして、誘電体層１０８の上面に、反射防止膜１０９を形成する（図２９におけるステップＳＴ４０５を参照）。
誘電体層１０８として、たとえば、酸化膜を用いることができる。また、誘電体層１０８として、たとえば、ＡＬＤ、または、ＣＶＤ法によって形成される酸化アルミニウム膜などの誘電体層を用いることができる。特に、酸化アルミニウム膜は負の固定電荷を有しているため、ｐ型の不純物拡散層１０３に対して優れたパッシベーション効果を発揮することが知られている。誘電体層１０８の膜厚は、たとえば、２ｎｍ以上、かつ、５０ｎｍ未満である。
誘電体層１０８の上面には、反射防止膜１０９を形成する。反射防止膜１０９として、たとえば、プラズマＣＶＤ法によって形成される窒化シリコン膜を用いる。反射防止膜１０９の膜厚は、誘電体層１０８の厚さに応じて、太陽光スペクトルに対して最適な膜厚、たとえば、３０ｎｍ以上、かつ、８０ｎｍ未満程度の膜厚に設計する。
最後に、ｎ型の単結晶シリコン基板１００の受光面１００Ａに、受光面電極１１０を形成する。また、ｎ型の結晶系薄膜シリコン層１０６の下面に、裏面電極１１１を形成する（図２９におけるステップＳＴ４０６を参照）。これによって、図１および図２に例示された太陽電池が形成される。
それぞれの電極は、金属粒子およびガラス粒子を含むペーストをスクリーン印刷法などの塗布法によって、まず、それぞれ反射防止膜１０９上および保護膜１０７上に櫛形パターン状に塗布する。そして、さらに、それらを乾燥させることによって形成される。
ここで、ガラス粒子の含有量は、金属粒子の重量に基づいて、０．５重量％以上、かつ、１０．０重量％以下、好ましくは、１．０重量％以上、かつ、３．０重量％以下である。
上記のペーストの乾燥は、たとえば、２００℃の乾燥オーブン中で１０分程度で行う。乾燥後、受光面電極１１０、および、裏面電極１１１を８００℃程度の高温で同時に熱処理し、焼成する。
この際、受光面１００Ａ側では、焼成によって、ガラス粒子が受光面１００Ａ側の誘電体層１０８、および、反射防止膜１０９をエッチングする。そして、ｐ型の不純物拡散層１０３が露出し、さらに、受光面電極１１０がｐ型の不純物拡散層１０３に電気的に接続する。
また、裏面１００Ｂ側においても同様に、ガラス粒子が保護膜１０７をエッチングする。そして、ｎ型の結晶系薄膜シリコン層１０６が露出し、さらに、裏面電極１１１がｎ型の結晶系薄膜シリコン層１０６に電気的に接続する。
また、不純物拡散領域１１２は、イオンインプランテーション法を用いて形成することによって、上記のドーパントペーストによる形成時の熱拡散または洗浄などの工程を省略することができる。
また、不純物拡散領域１１２の他の形成方法としては、たとえば、ＰＯＣｌ３、または、ＡＰＣＶＤによってＰＳＧ膜をｎ型の単結晶シリコン基板１００の裏面１００Ｂに形成し、その上から、不純物拡散領域１１２を形成したい領域にレーザーをスキャンする方法がある。当該方法は、局所的にｎ型の単結晶シリコン基板１００を加熱することによって、不純物を拡散させるレーザードーピング法である。
図３０は、以上のような方法で製造された太陽電池の開放電圧特性を例示する図である。
図３０では、本実施の形態に関する太陽電池Ｃの比較例として、第１の実施の形態の構成と同様である不純物拡散領域１１２が形成されていない場合の太陽電池Ａと、不純物拡散領域がｎ型の単結晶シリコン基板１００の裏面１００Ｂに均等に形成されている場合の太陽電池Ｂとを、同時に作製し評価する。
本実施の形態に関する太陽電池Ｃは、開放電圧値が７２６ｍＶであった。当該値は、太陽電池Ａ、太陽電池Ｂ、および、太陽電池Ｃの中で最も高い値であった。一方で、不純物拡散領域がｎ型の単結晶シリコン基板１００の裏面１００Ｂに均等に形成されている場合の太陽電池Ｂにおいても、第１の実施の形態の構成と同様である不純物拡散領域１１２が形成されていない場合の太陽電池Ａと比較して、高い開放電圧値が得られた。
これらの結果は、保護膜１０７によって完全に緩和することのできなかったｎ型の単結晶シリコン基板１００へのダメージも、不純物拡散領域１１２によって緩和できていることを示している。
不純物拡散領域１１２を設けることによって、少数キャリアがｎ型の単結晶シリコン基板１００側へ追い返される。したがって、焼成する際に、一部でｎ型の単結晶シリコン基板１００に侵食していた電極の、近傍におけるキャリア再結合は減少する。
また、不純物拡散領域がｎ型の単結晶シリコン基板１００の裏面１００Ｂに均等に形成されている場合では、不純物の拡散領域においてはオージェ再結合が増加する。そのため、不純物の拡散領域は、裏面電極１１１の直下のみに選択的に形成されていることが好ましい。これらのことから、不純物拡散領域１１２を備える太陽電池Ｂにおいて、最も高い開放電圧値が得られる。
＜以上に記載された実施の形態によって生じる効果について＞
以下に、以上に記載された実施の形態によって生じる効果を例示する。なお、以下では、以上に記載された実施の形態に例示された具体的な構成に基づいて当該効果が記載されるが、同様の効果が生じる範囲で、本願明細書に例示される他の具体的な構成と置き換えられてもよい。
以下に、以上に記載された実施の形態によって生じる効果を例示する。なお、以下では、以上に記載された実施の形態に例示された具体的な構成に基づいて当該効果が記載されるが、同様の効果が生じる範囲で、本願明細書に例示される他の具体的な構成と置き換えられてもよい。
また、当該置き換えは、複数の実施の形態に跨ってなされてもよい。すなわち、異なる実施の形態において例示されたそれぞれの構成が組み合わされて、同様の効果が生じる場合であってもよい。
以上に記載された実施の形態によれば、太陽電池は、トンネル酸化物層１０４と、第１の導電型の半導体層と、保護膜１０７と、電極とを備える。ここで、ｎ型の結晶系薄膜シリコン層１０６は、第１の導電型の半導体層に対応するものである。また、裏面電極１１１は、電極に対応するものである。トンネル酸化物層１０４は、半導体基板上、たとえば、半導体基板の裏面に形成される。ここで、ｎ型の単結晶シリコン基板１００は、半導体基板に対応するものである。ｎ型の結晶系薄膜シリコン層１０６は、トンネル酸化物層１０４上、たとえば、トンネル酸化物層１０４の下面に形成される。保護膜１０７は、ｎ型の結晶系薄膜シリコン層１０６上、たとえば、ｎ型の結晶系薄膜シリコン層１０６の下面に形成される。裏面電極１１１は、保護膜１０７上から保護膜１０７を貫通し、かつ、ｎ型の結晶系薄膜シリコン層１０６に接触して形成される。そして、裏面電極１１１は、ガラス粒子を含む焼成電極である。
このような構成によれば、焼成によって裏面電極１１１を形成する場合において、ｎ型の結晶系薄膜シリコン層１０６上に形成された保護膜１０７が、焼成される裏面電極１１１によってｎ型の結晶系薄膜シリコン層１０６が突き破られること、さらには、ｎ型の結晶系薄膜シリコン層１０６を突き破った裏面電極１１１がｎ型の単結晶シリコン基板１００にまで到達することを防ぐことができる。したがって、トンネル酸化物層１０４、および、ｎ型の結晶系薄膜シリコン層１０６を含むトンネル接合層の浸食ダメージ、印刷ダメージ、または、電流ロスなどの特性低下を抑制することができる。また、保護膜１０７が、熱処理、または、焼成によってｎ型の結晶系薄膜シリコン層１０６、トンネル酸化物層１０４、および、単結晶シリコン基板１００から水素が多量に脱離することを抑制することによって、ｎ型の結晶系薄膜シリコン層１０６のパッシベーション効果、および、トンネル酸化物層１０４のパッシベーション効果が低下することを抑制する。これらによって、量産性、および、信頼性の高い太陽電池を製造することができる。また、保護膜１０７が高温処理にも耐えうるため、製造プロセスが限定されない。また、焼成によって、信頼性が高く、かつ、低抵抗である銀電極を形成することができるため、太陽電池の変換効率の向上を実現することができる。
なお、これらの構成以外の本願明細書に例示される他の構成については適宜省略することができる。すなわち、これらの構成のみで、以上に記載された効果を生じさせることができる。
しかしながら、本願明細書に例示される他の構成のうちの少なくとも１つを以上に記載された構成に適宜追加した場合、すなわち、以上に記載された構成としては記載されなかった本願明細書に例示される他の構成を以上に記載された構成に追加した場合でも、同様に以上に記載された効果を生じさせることができる。
また、以上に記載された実施の形態によれば、ｎ型の結晶系薄膜シリコン層１０６の膜厚が、５ｎｍ以上、かつ、１００ｎｍ未満である。このような構成によれば、ｎ型の結晶系薄膜シリコン層１０６が適正な膜厚であることによって、電極のｎ型の単結晶シリコン基板１００への浸食を防ぐことができる。また、ｎ型の結晶系薄膜シリコン層１０６が、高いパッシベーション効果を得ることができる。
また、以上に記載された実施の形態によれば、保護膜１０７の膜厚が、５ｎｍ以上、かつ、２００ｎｍ未満である。このような構成によれば、保護膜１０７の膜厚が５ｎｍ以上であることによって、電極が焼成時に、ｎ型の結晶系薄膜シリコン層１０６を突き抜けてｎ型の単結晶シリコン基板１００へ浸食することを抑制することができる。また、保護膜１０７の膜厚が２００ｎｍ未満であることによって、ファイアースルー性を損なわず、直列抵抗の増加を抑えることができる。
また、以上に記載された実施の形態によれば、保護膜１０７の硬度が、ｎ型の結晶系薄膜シリコン層１０６の硬度よりも高い。このような構成によれば、保護膜１０７上に電極をスクリーン印刷する際、版との接触または摩擦などによる物理的なダメージからｎ型の結晶系薄膜シリコン層１０６を保護することができる。したがって、ｎ型の結晶系薄膜シリコン層１０６の特性劣化を抑制することができる。
また、以上に記載された実施の形態によれば、ｎ型の単結晶シリコン基板１００の導電型が、第１の導電型である。このような構成によれば、焼成によって裏面電極１１１を形成する場合において、ｎ型の結晶系薄膜シリコン層１０６上に形成された保護膜１０７が、焼成される裏面電極１１１によってｎ型の結晶系薄膜シリコン層１０６が突き破られること、さらには、ｎ型の結晶系薄膜シリコン層１０６を突き破った裏面電極１１１がｎ型の単結晶シリコン基板１００にまで到達することを防ぐことができる。
また、以上に記載された実施の形態によれば、太陽電池の製造方法において、ｎ型の単結晶シリコン基板１００上、たとえば、ｎ型の単結晶シリコン基板１００の裏面１００Ｂに、トンネル酸化物層１０４を形成する。そして、トンネル酸化物層１０４上、たとえば、トンネル酸化物層１０４の下面に、第１の導電型の半導体層を形成する。ここで、ｎ型の非晶質シリコン層１０５は、この段階、すなわち、熱処理される前の段階の第１の導電型の半導体層に対応するものである。そして、ｎ型の非晶質シリコン層１０５に対し、４００℃以上の温度で熱処理を行う。ここで、ｎ型の結晶系薄膜シリコン層１０６は、熱処理された第１の導電型の半導体層に対応するものである。そして、熱処理されたｎ型の結晶系薄膜シリコン層１０６上、たとえば、ｎ型の結晶系薄膜シリコン層１０６の下面に、保護膜１０７を形成する。そして、保護膜１０７上、たとえば、保護膜１０７の下面に、裏面電極１１１を印刷する。そして、焼成によって、裏面電極１１１とｎ型の結晶系薄膜シリコン層１０６とを電気的に接続させる。
このような構成によれば、焼成によって裏面電極１１１を形成する場合において、ｎ型の結晶系薄膜シリコン層１０６上に形成された保護膜１０７が、焼成される裏面電極１１１によってｎ型の結晶系薄膜シリコン層１０６が突き破られること、さらには、ｎ型の結晶系薄膜シリコン層１０６を突き破った裏面電極１１１がｎ型の単結晶シリコン基板１００にまで到達することを防ぐことができる。したがって、トンネル酸化物層１０４、および、ｎ型の結晶系薄膜シリコン層１０６を含むトンネル接合層の浸食ダメージ、印刷ダメージ、または、電流ロスなどの特性低下を抑制することができる。また、保護膜１０７が高温処理にも耐えうるため、製造プロセスが限定されない。また、焼成によって、信頼性が高く、かつ、低抵抗である銀電極を形成することができるため、太陽電池の変換効率の向上を実現することができる。
なお、これらの構成以外の本願明細書に例示される他の構成については適宜省略することができる。すなわち、これらの構成のみで、以上に記載された効果を生じさせることができる。
しかしながら、本願明細書に例示される他の構成のうちの少なくとも１つを以上に記載された構成に適宜追加した場合、すなわち、以上に記載された構成としては記載されなかった本願明細書に例示される他の構成を以上に記載された構成に追加した場合でも、同様に以上に記載された効果を生じさせることができる。
また、特に制限がない限り、それぞれの処理の実施の順序は変更することができる。
また、以上に記載された実施の形態によれば、太陽電池の製造方法において、トンネル酸化物層１０４上に、ｎ型の非晶質シリコン層１０５を形成することは、トンネル酸化物層１０４上に、真性半導体層、すなわち、ノンドープの半導体層を形成し、ノンドープの半導体層に対し４００℃以上の温度で熱処理を行うことによって、ノンドープの半導体層内に第１の導電型のドーパントを拡散させて、ｎ型の非晶質シリコン層１０５を形成することである。このような構成によれば、焼成によって裏面電極１１１を形成する場合において、ｎ型の結晶系薄膜シリコン層１０６上に形成された保護膜１０７が、焼成される裏面電極１１１によってｎ型の結晶系薄膜シリコン層１０６が突き破られること、さらには、ｎ型の結晶系薄膜シリコン層１０６を突き破った裏面電極１１１がｎ型の単結晶シリコン基板１００にまで到達することを防ぐことができる。
また、以上に記載された実施の形態によれば、太陽電池の製造方法において、トンネル酸化物層１０４上に、ｎ型の非晶質シリコン層１０５を形成し、同時に、ｎ型の非晶質シリコン層１０５に対し、４００℃以上の温度で熱処理を行う。このような構成によれば、ｎ型の結晶系薄膜シリコン層１０６が一工程で形成されるため、工程が簡便となる。
また、以上に記載された実施の形態によれば、太陽電池の製造方法において、ｎ型の非晶質シリコン層１０５に対して熱処理を行う際のピーク温度、および、焼成によって、裏面電極１１１とｎ型の結晶系薄膜シリコン層１０６とを電気的に接続させる際のピーク温度が、保護膜１０７を形成する際の温度よりも高い。このような構成によれば、熱処理時および電極焼成時に、保護膜１０７に含まれている水素がｎ型の結晶系薄膜シリコン層１０６中に拡散するため、ｎ型の結晶系薄膜シリコン層１０６のパッシベーション効果が向上する。
また、以上に記載された実施の形態によれば、太陽電池の製造方法において、保護膜１０７中の水素濃度が、熱処理されたｎ型の結晶系薄膜シリコン層１０６中の水素濃度よりも高い。このような構成によれば、保護膜１０７中に十分な水素が含まれていることによって、保護膜１０７から脱離した当該水素が、熱処理などによって形成されたｎ型の結晶系薄膜シリコン層１０６中のダングリングボンドを終端する。したがって、ｎ型の結晶系薄膜シリコン層１０６のパッシベーション効果が向上する。また、焼成工程において、ｎ型の結晶系薄膜シリコン層１０６から水素が多量に脱離することを抑制することができる。
＜以上に記載された実施の形態における変形例について＞
以上に記載された実施の形態では、それぞれの構成要素の材質、材料、寸法、形状、相対的配置関係または実施の条件などについても記載する場合があるが、これらはすべての局面において例示であって、本願明細書に記載されたものに限られることはないものとする。
以上に記載された実施の形態では、それぞれの構成要素の材質、材料、寸法、形状、相対的配置関係または実施の条件などについても記載する場合があるが、これらはすべての局面において例示であって、本願明細書に記載されたものに限られることはないものとする。
したがって、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。たとえば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの実施の形態における少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。
また、矛盾が生じない限り、以上に記載された実施の形態において「１つ」備えられるものとして記載された構成要素は、「１つ以上」備えられていてもよいものとする。
さらに、以上に記載された実施の形態におけるそれぞれの構成要素は概念的な単位であって、本願明細書に開示される技術の範囲内には、１つの構成要素が複数の構造物から成る場合と、１つの構成要素がある構造物の一部に対応する場合と、さらには、複数の構成要素が１つの構造物に備えられる場合とを含むものとする。
また、以上に記載された実施の形態におけるそれぞれの構成要素には、同一の機能を発揮する限り、他の構造または形状を有する構造物が含まれるものとする。
また、本願明細書における説明は、本技術に関するすべての目的のために参照され、いずれも、従来技術であると認めるものではない。
また、以上に記載された実施の形態において、特に指定されずに材料名などが記載された場合は、矛盾が生じない限り、当該材料に他の添加物が含まれた、たとえば、合金などが含まれるものとする。
１００，２００ 単結晶シリコン基板、１００Ａ，２００Ａ 受光面、１００Ｂ，２００Ｂ 裏面、１０１，２０１ 不純物拡散源、１０２，２０２ ＮＳＧ膜、１０３，２０３ 不純物拡散層、１０４，２０４ トンネル酸化物層、１０５，２０５ 非晶質シリコン層、１０６，２０６ 結晶系薄膜シリコン層、１０７，２０７ 保護膜、１０８，２０８ 誘電体層、１０９，２０９ 反射防止膜、１１０，２１０ 受光面電極、１１０Ｂ バス電極、１１０Ｇ グリッド電極、１１１，２１１ 裏面電極、１１２ 不純物拡散領域。
Claims (4)
- 半導体基板上に、トンネル酸化物層を形成し、前記トンネル酸化物層上に、第１の導電型の半導体層を形成し、前記半導体層に対し、７２５℃以上７７５℃以下の温度で熱処理を行い、熱処理された前記半導体層上に、前記半導体層より水素濃度が高い保護膜を形成し、前記保護膜上に、ガラス粒子を含む電極を印刷し、焼成によって、前記電極と前記半導体層とを電気的に接続させるとともに前記保護膜から離脱した水素によって、前記半導体層中および前記半導体層と前記トンネル酸化物層との界面のダングリングボンドが水素によって終端され、前記半導体層に対して熱処理を行う際のピーク温度、および、焼成によって、前記電極と前記半導体層とを電気的に接続させる際のピーク温度が、前記保護膜を形成する際の温度よりも高い、太陽電池の製造方法。
- 前記トンネル酸化物層上に、第１の導電型の前記半導体層を形成することは、前記トンネル酸化物層上に、真性半導体層を形成し、前記真性半導体層に対し７２５℃以上７７５℃以下の温度で熱処理を行うことによって、前記真性半導体層内に第１の導電型のドーパントを拡散させて、第１の導電型の前記半導体層を形成することである、請求項１に記載の太陽電池の製造方法。
- 前記トンネル酸化物層を形成する前に、前記半導体基板上に、第１の導電型の不純物拡散領域を選択的に形成し、前記電極を、前記保護膜上の、平面視において前記不純物拡散領域が形成された位置に対応する位置に印刷する、請求項１または請求項２に記載の太陽電池の製造方法。
- 前記トンネル酸化物層上に、第１の導電型の半導体層を形成し、同時に、前記半導体層に対し、７２５℃以上７７５℃以下の温度で熱処理を行う、請求項１から請求項３のうちのいずれか１項に記載の太陽電池の製造方法。
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