JP6395941B2 - 太陽電池セルおよび太陽電池セルの製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、グリッド電極を有する太陽電池セルおよび太陽電池セルの製造方法に関する。
従来、高い光電変換効率を有する太陽電池セルの構造として、太陽電池セルの表裏面をパッシベーションし、表裏面におけるキャリアの再結合を抑制する構造がある。この場合、裏面電界層(Back Surface Field：ＢＳＦ)を選択拡散層とすることが重要である。しかし、裏面電界層を選択拡散層とする場合には、裏面電界層のうち高濃度に不純物が拡散された裏面側高濃度拡散層上に電極を形成しないと、裏面側電極と裏面側高濃度拡散層との電気的接続が不十分となり、太陽電池セルの特性の低下の原因となる。
裏面側電極と裏面側高濃度拡散層との電気的接続を改善する太陽電池として、特許文献１には、フィンガー電極に接続突出部が形成された太陽電池が開示されている。特許文献１においては、裏面側電極が、バスバー電極と、フィンガー電極と、フィンガー電極からフィンガー電極と交差する方向に突出する接続突出部とを含んだ太陽電池が開示されている。このような特許文献１の太陽電池の接続突出部は、裏面側高濃度拡散層とフィンガー電極とのアライメント時に、工程誤差などによって裏面側高濃度拡散層とフィンガー電極とがずれる場合にも、裏面側高濃度拡散層とフィンガー電極とを電気的に接続する役割を果たす。
しかしながら、上記特許文献１に示された太陽電池においては、フィンガー電極に部分的に突出部が設けられている。フィンガー電極は、通常、金属材料を含んだ電極材料ペーストを印刷および焼成することにより形成されている。そして、フィンガー電極のコストの大半を占める金属材料は、太陽電池セルを構成する材料の中では高額な材料である。特に、フィンガー電極には銀（Ａｇ）が多く用いられるが、銀は金属材料の中でも高価な材料である。
このため、太陽電池セルのコストを低減するためには、フィンガー電極のコストの大半を占める金属材料の使用量を低減することが望まれる。しかしながら、金属材料の使用量の低減は、上記特許文献１に示された接続突出部を有するフィンガー電極の実現において制約になる、という問題があった。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、電極材料の使用量を低減しつつ電極と高濃度拡散層との電気的接続に起因した光電変換効率の低下を抑制可能な太陽電池セルおよび太陽電池セルの製造方法を得ることを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、太陽電池セルが、第１導電型の半導体基板と、半導体基板の一面側に第１導電型または第２導電型の不純物元素が拡散された不純物拡散層と、一面側に配置されて不純物拡散層に電気的に接続するペースト電極であって半導体基板の面方向における特定方向に第１の配置間隔で平行に延在して線状形状を有する複数本のグリッド電極と、を備える。不純物拡散層は、グリッド電極の下部領域に第１導電型または第２導電型の不純物元素を第１濃度で含んで線状形状を有する、半導体基板の面方向において特定方向に平行に延在する複数本の第１不純物拡散層と、第１不純物拡散層と同じ導電型の不純物元素を第１濃度よりも低い第２濃度で含む第２不純物拡散層とを有する。グリッド電極は、グリッド電極の側面からグリッド電極の延在方向と交差する方向に突出するとともにグリッド電極の延在方向に沿って配置された複数の突出部を有する。複数の接続用突出部は、グリッド電極の延在方向において半導体基板の一面側における特定の基準位置から離れるに従ってグリッド電極の側面からの突出長さが長くなることを特徴とする。
本発明にかかる太陽電池セルは、電極材料の使用量を低減しつつ電極と高濃度拡散層との電気的接続に起因した光電変換効率の低下を抑制できる、という効果を奏する。
以下に、本発明の実施の形態にかかる太陽電池セルおよび太陽電池セルの製造方法を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は以下の記述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適宜変更可能である。また、以下に示す図面においては、理解の容易のため、各部材の縮尺が実際とは異なる場合がある。各図面間においても同様である。
実施の形態
図１は、本発明の実施の形態にかかる太陽電池セル１を受光面側から見た上面模式図である。図２は、本発明の実施の形態にかかる太陽電池セル１を受光面と対向する裏面側から見た下面模式図である。図３は、本発明の実施の形態にかかる太陽電池セル１の要部断面模式図であり、図１のＡ−Ａ方向における太陽電池セル１の要部断面図である。
図１は、本発明の実施の形態にかかる太陽電池セル１を受光面側から見た上面模式図である。図２は、本発明の実施の形態にかかる太陽電池セル１を受光面と対向する裏面側から見た下面模式図である。図３は、本発明の実施の形態にかかる太陽電池セル１の要部断面模式図であり、図１のＡ−Ａ方向における太陽電池セル１の要部断面図である。
本実施の形態にかかる太陽電池セル１においては、第２導電型であるｐ型の不純物であるボロン（Ｂ）が拡散されたｐ型の受光面側不純物拡散層３が、第１導電型であるｎ型の半導体基板２の受光面全体に形成されて、ｐｎ接合を有する半導体基板１１が形成されている。また、受光面側不純物拡散層３上には、絶縁膜からなる反射防止膜４が形成されている。この太陽電池セル１においては、反射防止膜４側から光Ｌが入射する。
半導体基板２としては、ｎ型の単結晶シリコン基板を用いている。以下では、ｎ型の単結晶シリコン基板からなる半導体基板２をｎ型シリコン基板２と呼ぶ場合がある。なお、半導体基板２はｎ型の単結晶シリコン基板に限定されるものではなく、ｎ型の多結晶シリコン基板を用いてもよい。
ｎ型シリコン基板２における受光面側、すなわちｐ型の受光面側不純物拡散層３における受光面側には、テクスチャ構造が形成されている。テクスチャ構造の微小凹凸は、非常に微細であるため、図３および以下の図面では凹凸形状として図示していない。
半導体基板２における受光面側には、長尺細長の複数本の受光面側グリッド電極５ａが、半導体基板１１における一対の辺方向に沿って並列に配置されている。また、受光面側グリッド電極５ａと導通する複数本の受光面側バス電極５ｂが受光面側グリッド電極５ａと直交した状態で、半導体基板１１における他の一対の辺方向に沿って並列に配置されている。受光面側グリッド電極５ａおよび受光面側バス電極５ｂは、それぞれ底面部においてｐ型の受光面側不純物拡散層３に電気的に接続している。受光面側グリッド電極５ａおよび受光面側バス電極５ｂは銀を含んだ電極材料により構成されている。そして、受光面側グリッド電極５ａと受光面側バス電極５ｂとにより、櫛型状を呈する第１電極である受光面側電極５が構成されている。
受光面側グリッド電極５ａは、例えば４０μｍ以上、７０μｍ以下程度の幅を有するとともに既定の間隔で平行に７０本以上、３００本以下の本数が配置され、半導体基板１１の内部で発電した電気を集電する。また、受光面側バス電極５ｂは、例えば０．５ｍｍ以上、１．０ｍｍ以下程度の幅を有するとともに太陽電池セル１枚当たりに２本以上、５本以下の本数が配置され、受光面側グリッド電極５ａで集電した電気を外部に取り出す。受光面側グリッド電極５ａの本数としては、１００本以上、２００本以下がより望ましい。
一方、半導体基板２において受光面と対向する面である裏面側の表層には、リン（Ｐ）が拡散されたｎ型の裏面側不純物拡散層７がｎ型の半導体基板２の受光面と対向する裏面の全体に形成されてＢＳＦ層を構成している。裏面側不純物拡散層７上には、絶縁膜からなる裏面側絶縁膜８が形成されている。
また、裏面側不純物拡散層７上には、長尺細長の複数本の裏面側グリッド電極６ａが、半導体基板１１における一対の辺方向に沿って並列に配置されている。また、裏面側グリッド電極６ａと導通する複数本の裏面側バス電極６ｂが裏面側グリッド電極６ａと直交した状態で、半導体基板１１における他の一対の辺方向に沿って並列に配置されている。裏面側グリッド電極６ａおよび裏面側バス電極６ｂは、後述するｎ型の裏面側不純物拡散層７の裏面側高濃度不純物拡散層７ａ上に形成されて、それぞれ底面部においてｎ型の裏面側不純物拡散層７の裏面側高濃度不純物拡散層７ａに電気的に接続している。裏面側グリッド電極６ａおよび裏面側バス電極６ｂは銀を含んだ電極材料により構成されている。そして、裏面側グリッド電極６ａと裏面側バス電極６ｂとにより、櫛型状を呈する第２電極である裏面側電極６が構成されている。
裏面側グリッド電極６ａは、例えば４０μｍ以上、７０μｍ以下程度の幅を有するとともに既定の間隔で平行に７０本以上、３００本以下の本数が配置され、半導体基板１１の内部で発電した電気を集電する。また、裏面側バス電極６ｂは、例えば０．５ｍｍ以上、１．０ｍｍ以下程度の幅を有するとともに太陽電池セル１枚当たりに２本以上、５本以下の本数が配置され、裏面側グリッド電極６ａで集電した電気を外部に取り出す。裏面側グリッド電極６ａの本数としては、１００本以上、２００本以下がより望ましい。
ｎ型の裏面側不純物拡散層７は、半導体基板２における裏面の表層にｎ型の不純物としてリンが拡散されたｎ型の不純物拡散層である。太陽電池セル１においては、ｎ型の裏面側不純物拡散層７として２種類の層が形成されて選択拡散層構造が形成されている。すなわち、ｎ型シリコン基板２の裏面側の表層部において、裏面側電極６の下部領域およびその周辺領域には、ｎ型の不純物が裏面側不純物拡散層７において相対的に高濃度に拡散された第１不純物拡散層である裏面側高濃度不純物拡散層７ａが形成されている。また、ｎ型シリコン基板２の裏面側の表層部において、裏面側高濃度不純物拡散層７ａが形成されていない領域には、ｎ型の不純物が裏面側不純物拡散層７において相対的に低濃度に均一に拡散された第２不純物拡散層である裏面側低濃度不純物拡散層７ｂが形成されている。
裏面側高濃度不純物拡散層７ａは、裏面側低濃度不純物拡散層７ｂに比べて低い電気抵抗を有する低抵抗拡散層である。裏面側低濃度不純物拡散層７ｂは、裏面側高濃度不純物拡散層７ａに比べて高い電気抵抗を有する高抵抗拡散層である。そして、裏面側高濃度不純物拡散層７ａと裏面側低濃度不純物拡散層７ｂとにより裏面側不純物拡散層７が構成される。
したがって、裏面側高濃度不純物拡散層７ａの不純物拡散濃度を第１濃度とし、裏面側低濃度不純物拡散層７ｂの不純物拡散濃度を第２濃度とすると、第２濃度は、第１濃度よりも低くなる。また、裏面側高濃度不純物拡散層７ａの電気抵抗値を第１電気抵抗値とし、裏面側低濃度不純物拡散層７ｂの電気抵抗値を第２電気抵抗値とすると、第２電気抵抗値は、第１電気抵抗値よりも大きくなる。
以上のように構成された本実施の形態にかかる太陽電池セル１においては、裏面側低濃度不純物拡散層７ｂが、ＢＳＦ層としてｎ型シリコン基板２の裏面におけるキャリアの再結合を抑制することができるため、良好な開放電圧を得ることができる。また、裏面側高濃度不純物拡散層７ａが、裏面側不純物拡散層７と裏面側電極６との接触抵抗を低減するため、良好な曲線因子を得ることができる。
つぎに、本実施の形態にかかる裏面側グリッド電極６ａについて説明する。図４は、本発明の実施の形態にかかる太陽電池セル１の裏面側グリッド電極６ａを拡大して示す要部平面図である。図５は、本発明の実施の形態にかかる太陽電池セル１の裏面側高濃度不純物拡散層７ａを拡大して示す要部平面図である。図６は、本発明の実施の形態にかかる太陽電池セル１の裏面側グリッド電極６ａを説明する模式図である。
図４に示すように、裏面側グリッド電極６ａは、基本形状として長尺細長形状を有し、半導体基板１１の一対の辺方向に沿って既定の第１の配置間隔Ｄ１で互いに平行に配置されている。裏面側グリッド電極６ａは、該裏面側グリッド電極６ａの両側面に複数の接続用突出部６ｔが形成されている。接続用突出部６ｔは、裏面側グリッド電極６ａの長手方向と交差する方向に裏面側グリッド電極６ａの両側面から突出している。また、接続用突出部６ｔは、既定の第２の配置間隔Ｄ２で裏面側グリッド電極６ａの長手方向に沿って複数個が分割配置されている。
図４においては、接続用突出部６ｔは、半導体基板１１の面方向において裏面側グリッド電極６ａの長手方向と直交する方向に突出している。このような接続用突出部６ｔは、裏面側グリッド電極６ａの形成時における裏面側高濃度不純物拡散層７ａと裏面側電極６とのアライメント時に位置ずれが生じた場合に、裏面側高濃度不純物拡散層７ａと裏面側グリッド電極６ａとの電気的な接続を補助する機能を有する。
長尺細長形状の裏面側高濃度不純物拡散層７ａは、裏面側グリッド電極６ａにおいて接続用突出部６ｔを除いた長尺細長形状部分と同一幅および同一形状を有する。すなわち、裏面側グリッド電極の幅６ａＷは、裏面側高濃度不純物拡散層の幅７Ｗと同一幅とされている。そして、裏面側グリッド電極６ａの長尺細長形状部分は、裏面側高濃度不純物拡散層７ａ上に重ねて形成されている。なお、本明細書における裏面側グリッド電極の幅６ａＷは、裏面側グリッド電極６ａにおいて接続用突出部６ｔを除いた長尺細長形状部分の幅であり、接続用突出部６ｔの突出分は含んでいない。したがって、接続用突出部６ｔは、裏面側高濃度不純物拡散層７ａの側面からはみ出して、裏面側低濃度不純物拡散層７ｂ上に形成されている。
本実施の形態においては、裏面側グリッド電極６ａが電気的に接続される裏面側高濃度不純物拡散層の幅７Ｗを必要最小限、すなわち裏面側グリッド電極の幅６ａＷと同一幅としている。これにより、裏面側不純物拡散層７における裏面側低濃度不純物拡散層７ｂの領域の比率を増大させて、裏面パッシベーション効果を増大させることができる。
接続用突出部６ｔは、裏面側グリッド電極６ａの長手方向において、特定の基準位置から離れるに従って裏面側グリッド電極６ａの側面からの突出量が大きく、すなわち裏面側グリッド電極６ａの側面からの接続用突出部６ｔの突出長さ６ｔＬが長くなっている。したがって、接続用突出部６ｔは、裏面側グリッド電極６ａの長手方向において特定の基準位置に近いほど突出量が小さく、すなわち裏面側グリッド電極６ａの側面からの突出長さ６ｔＬが短くなっている。
ここで、本実施の形態においては、特定の基準位置を、裏面側グリッド電極６ａの形成時における裏面側高濃度不純物拡散層７ａと裏面側電極６とのアライメント時の位置合わせ位置である半導体基板１１の面方向における中心位置Ｃとする。特定の基準位置は、裏面側高濃度不純物拡散層７ａと裏面側電極６との位置合わせ精度が最も高い位置である。そして、複数の裏面側グリッド電極６ａの各々においては、中心位置Ｃを通って裏面側グリッド電極６ａの長手方向に直交する仮想線Ｖを特定の基準位置と考えることもできる。なお、ここでは、アライメント時の位置合わせ位置を半導体基板１１の面方向における中心位置Ｃとしたが、アライメント時の位置合わせ位置は、これに限定されず、半導体基板１１の面内における任意の位置とすることが可能である。この場合も、アライメント時の位置合わせ位置が、特定の基準位置となる。
この場合、複数本の裏面側グリッド電極６ａにおける接続用突出部６ｔは、裏面側グリッド電極６ａの長手方向において中心位置Ｃから離れるに従って、突出長さ６ｔＬが長くなっている。すなわち、複数本の裏面側グリッド電極６ａにおける接続用突出部６ｔは、それぞれの裏面側グリッド電極６ａと直交する仮想線Ｖから離れるに従って、突出長さ６ｔＬが長くなっている。そして、それぞれの裏面側グリッド電極６ａにおける接続用突出部６ｔは、裏面側グリッド電極６ａの長手方向において、中心位置Ｃまたは中心位置Ｃに対応する位置からの距離に正比例して突出長さ６ｔＬが長くなっている。したがって、それぞれの裏面側グリッド電極６ａにおける接続用突出部６ｔは、裏面側グリッド電極６ａの長手方向において、中心位置Ｃに対応する位置からの距離に正比例して突出長さ６ｔＬが長くなっている。
換言すると、複数本の裏面側グリッド電極６ａにおける接続用突出部６ｔは、裏面側グリッド電極６ａの長手方向において、太陽電池セル１の端部から中心位置Ｃに近づくに従って、突出長さ６ｔＬが短くなっている。すなわち、複数本の裏面側グリッド電極６ａにおける接続用突出部６ｔは、裏面側グリッド電極６ａの長手方向において、太陽電池セル１の端部から、それぞれの裏面側グリッド電極６ａと直交する仮想線Ｖに近づくに従って、突出長さ６ｔＬが短くなっている。
裏面側グリッド電極６ａの形成時において裏面側高濃度不純物拡散層７ａに対して裏面側電極６の形成位置を位置合わせする際に、半導体基板１１の面方向において特定の基準位置である中心位置Ｃを中心にして回転する方向に裏面側グリッド電極６ａの形成位置の位置ずれが生じる場合がある。この場合は、中心位置Ｃから近い位置では、裏面側高濃度不純物拡散層７ａに対する裏面側グリッド電極６ａの重ね合わせ精度が高くなる。以下、裏面側高濃度不純物拡散層７ａに対する裏面側グリッド電極６ａの重ね合わせ精度を重ね合わせ精度と呼ぶ場合がある。すなわち、それぞれの裏面側グリッド電極６ａは、仮想線Ｖから近い位置では重ね合わせ精度が高くなる。このため、仮想線Ｖから近い位置では接続用突出部６ｔはほとんど不要であり、突出長さ６ｔＬは短くてよい。
一方、それぞれの裏面側グリッド電極６ａは、仮想線Ｖから遠い位置では、重ね合わせ精度が低くなる。すなわち、仮想線Ｖから遠い位置の裏面側グリッド電極６ａの裏面側高濃度不純物拡散層７ａに対するずれ量は、仮想線Ｖから近い位置の裏面側グリッド電極６ａの裏面側高濃度不純物拡散層７ａに対するずれ量よりも大きくなる。そして、仮想線Ｖから最も遠い位置の裏面側グリッド電極６ａの端部のずれ量が最も大きくなる。
この場合、上述したように、裏面側高濃度不純物拡散層７ａにおける接続用突出部６ｔの突出長さ６ｔＬを仮想線Ｖから離れるに従って長くすることにより、図７に示すように、裏面側高濃度不純物拡散層７ａと裏面側グリッド電極６ａとを接続用突出部６ｔにより電気的に接続することができる。これにより、裏面側グリッド電極６ａが裏面側高濃度不純物拡散層７ａからずれたことにより低減した裏面側グリッド電極６ａと裏面側高濃度不純物拡散層７ａとの接触面積を増大させることができる。そして、裏面側高濃度不純物拡散層７ａに対する裏面側グリッド電極６ａのずれ量が大きく、裏面側グリッド電極６ａの長尺細長形状部分と裏面側高濃度不純物拡散層７ａとが接触しなくなった裏面側グリッド電極６ａの端部付近においても、裏面側高濃度不純物拡散層７ａと裏面側グリッド電極６ａとを接続用突出部６ｔにより電気的に接続することができる。図７は、本発明の実施の形態にかかる太陽電池セル１において裏面側高濃度不純物拡散層７ａに対する裏面側グリッド電極６ａの重ね合わせ誤差が発生した場合における接続用突出部６ｔによる電気的接続の原理を説明するための平面図である。
なお、図７においては、裏面側グリッド電極６ａにおける仮想線Ｖよりも右側の領域について示しているが、仮想線Ｖよりも左側の領域についても同様である。ただし、図７の場合の仮想線Ｖよりも左側の領域では、裏面側グリッド電極６ａは裏面側高濃度不純物拡散層７ａの下側にずれる。そして、裏面側グリッド電極６ａにおける上側の側面から突出した接続用突出部６ｔにより、裏面側高濃度不純物拡散層７ａと裏面側グリッド電極６ａとを電気的に接続することができる。
したがって、本実施の形態にかかる太陽電池セル１においては、中心位置Ｃを中心にして回転する方向に裏面側グリッド電極６ａの形成位置が裏面側高濃度不純物拡散層７ａに対してずれた場合でも、接続用突出部６ｔにより裏面側高濃度不純物拡散層７ａと裏面側グリッド電極６ａとを電気的に接続することができるため、裏面側グリッド電極６ａの細線化を図ることが可能である。そして、裏面側グリッド電極６ａの細線化を図ることにより、裏面側グリッド電極６ａに用いられる金属材料の量を低減でき、裏面側グリッド電極６ａおよび太陽電池セル１のコストの低下を実現できる。
このように、裏面側グリッド電極６ａの長手方向における中心位置Ｃまたは仮想線Ｖからの距離に応じて接続用突出部６ｔの突出長さ６ｔＬを適切に設定することにより、裏面側グリッド電極６ａに用いられる金属材料の量を低減して、裏面側グリッド電極６ａおよび太陽電池セル１のコストを低減できる。仮想線Ｖからの距離に応じた接続用突出部６ｔの突出長さ６ｔＬは、中心位置Ｃを中心にして回転する方向に裏面側グリッド電極６ａの形成位置の位置ずれが生じる傾向を把握することにより、適切に設定可能である。
また、本実施の形態にかかる太陽電池セル１においては、中心位置Ｃを中心にして回転する方向に裏面側グリッド電極６ａの形成位置が裏面側高濃度不純物拡散層７ａに対してずれた場合でも、接続用突出部６ｔにより裏面側高濃度不純物拡散層７ａと裏面側グリッド電極６ａとを電気的に接続することができる。このため、裏面側高濃度不純物拡散層の幅７Ｗを必要最小限、すなわち裏面側グリッド電極の幅６ａＷと同一幅とすることができる。これにより、裏面側不純物拡散層７における裏面側低濃度不純物拡散層７ｂの領域の比率を増大させて、裏面パッシベーション効果を増大させることができる。
一方、裏面側グリッド電極６ａの長手方向において全ての接続用突出部６ｔの突出長さ６ｔＬが等しくされている場合は、上記のような効果は非常に小さくなる。図７において、全ての接続用突出部６ｔの突出長さ６ｔＬが、仮想線Ｖ側の接続用突出部６ｔに合わせて小さく設定されている場合は、突出長さ６ｔＬが短いため、裏面側高濃度不純物拡散層７ａに対する裏面側グリッド電極６ａのずれ量が大きい裏面側グリッド電極６ａの端部側では、接続用突出部６ｔによる裏面側高濃度不純物拡散層７ａと裏面側グリッド電極６ａとの接続面積が小さくなり、または無くなる。
すなわち、図７において全ての接続用突出部６ｔの突出長さ６ｔＬが、たとえば仮想線Ｖから近く重ね合わせ精度が高い位置、またこの位置の近傍の接続用突出部６ｔの突出長さ６ｔＬに合わせて短くされている場合は、仮想線Ｖから遠く重ね合わせ精度が低い端部側では、接続用突出部６ｔによる裏面側高濃度不純物拡散層７ａと裏面側グリッド電極６ａとの接続面積が小さくなり、または無くなる。この場合は、裏面側高濃度不純物拡散層７ａと裏面側グリッド電極６ａとの導通が不十分となり、接触抵抗が大きくなる。
また、図７において、全ての接続用突出部６ｔの突出長さ６ｔＬが、仮想線Ｖから遠く重ね合わせ精度が低い端部側の位置における接続用突出部６ｔの突出長さ６ｔＬに合わせて大きくされている場合は、裏面側グリッド電極６ａの端部付近においても、裏面側高濃度不純物拡散層７ａと裏面側グリッド電極６ａとを接続用突出部６ｔにより電気的に接続することができる。しかしながら、この場合は、接続用突出部６ｔの面積が大きくなるため、半導体基板１１の裏面でのキャリアの再結合が増加し、また接続用突出部６ｔに用いられる金属材料の量が増大して裏面側グリッド電極６ａおよび太陽電池セル１のコストが増大する。
接続用突出部の幅６ｔＷは、全ての接続用突出部６ｔにおいて同一とされ、裏面側グリッド電極の幅６ａＷ以下とされる。一例として、裏面側グリッド電極の幅６ａＷに対する接続用突出部の幅６ｔＷの比率：６ｔＷ／６ａＷは、０．３以上、１以下とされる。前記の比率：６ｔＷ／６ａＷが０．３未満の場合は、接続用突出部の幅６ｔＷが小さいため、接続用突出部６ｔによる裏面側高濃度不純物拡散層７ａと裏面側グリッド電極６ａとの電気的接続面積が不十分になるおそれがある。また、前記の比率：６ｔＷ／６ａＷが１より大の場合は、接続用突出部の幅６ｔＷが大きいため、接続用突出部６ｔの面積が大きくなり、半導体基板１１の裏面でのキャリアの再結合が増加して太陽電池セル１の特性が低下するおそれがある。前記の比率：６ｔＷ／６ａＷは、太陽電池セル１の大きさ、太陽電池セル１の種類、裏面側グリッド電極６ａの構成材料、裏面側高濃度不純物拡散層７ａの不純物濃度等の諸条件により、適宜適切に設定可能である。
裏面側グリッド電極６ａの側面からの接続用突出部６ｔの突出長さ６ｔＬは、隣り合う裏面側グリッド電極６ａ間の配置間隔である第１の配置間隔Ｄ１よりも小さくされる。また、長尺細長形状部分を挟んで対向する２つの接続用突出部６ｔの突出長さ６ｔＬは、同一とされている。そして、第１の配置間隔Ｄ１に対する突出長さ６ｔＬの比率：６ｔＬ／Ｄ１は、０．６以下とされる。前記の比率：６ｔＬ／Ｄ１が０．６より大の場合は、隣り合う裏面側グリッド電極６ａの接続用突出部６ｔ同士が互いに連結されるおそれがある。また、接続用突出部６ｔの長さが長いため、接続用突出部６ｔの面積が大きくなり、半導体基板１１の裏面でのキャリアの再結合が増加して太陽電池セル１の特性が低下するおそれがある。太陽電池セル１の特性が低下するおそれがある。なお、第１の配置間隔Ｄ１は、０．５ｍｍ以上、２．０ｍｍ以下程度とされる。
なお、第２の配置間隔Ｄ２は、０．５ｍｍ以上、２.０ｍｍ以下程度とされる。第２の配置間隔Ｄ２が０．５ｍｍ未満である場合には、裏面側グリッド電極６ａの長手方向において接続用突出部６ｔが密に位置することになり、裏面側グリッド電極６ａの面積が広くなり、太陽電池セル１の特性が低下するおそれがある。第２の配置間隔Ｄ２が２.０ｍｍより大の場合は、接続用突出部６ｔによる裏面側高濃度不純物拡散層７ａと裏面側グリッド電極６ａとの電気的接続面積が不十分になるおそれがある。
一例として、前記の比率：６ｔＬ／Ｄ１は、０．０５以上、０．３以下とされる。前記の比率：６ｔＬ／Ｄ１が０．０５未満の場合は、突出長さ６ｔＬが小さいため、裏面側高濃度不純物拡散層７ａに対する裏面側グリッド電極６ａの重ね合わせ誤差に対して、接続用突出部６ｔにより裏面側高濃度不純物拡散層７ａと裏面側グリッド電極６ａとを電気的に接続することができないおそれがある。前記の比率：６ｔＬ／Ｄ１が０．３より大の場合は、突出長さ６ｔＬが不必要に長くなり、接続用突出部６ｔの面積が不必要に大きくなるおそれがある。前記の比率：６ｔＬ／Ｄ１は、中心位置Ｃを中心にして回転する方向に裏面側グリッド電極６ａの形成位置の位置ずれが生じる傾向を把握することにより、仮想線Ｖからの距離に応じて適切に設定可能である。
接続用突出部６ｔは、既定の第２の配置間隔Ｄ２で裏面側グリッド電極６ａの長手方向に沿って複数個が配置されている。そして、複数の接続用突出部６ｔは、裏面側グリッド電極６ａにおいて、仮想線Ｖを挟んで、仮想線Ｖ側から両端部側に向かって第２の配置間隔Ｄ２で配置されている。裏面側グリッド電極６ａの長手方向において複数の接続用突出部６ｔを備えることにより、中心位置Ｃを中心にして回転する方向に裏面側グリッド電極６ａの形成位置の位置ずれが生じる場合に、裏面側グリッド電極６ａの長手方向の全領域にわたって裏面側高濃度不純物拡散層７ａと裏面側グリッド電極６ａとの電気的接続を補助することができる。
第２の配置間隔Ｄ２は、裏面側グリッド電極の幅６ｔＷよりも大きくされる。第２の配置間隔Ｄ２が裏面側グリッド電極の幅６ｔＷよりも小さい場合には、裏面側グリッド電極６ａの長手方向において接続用突出部６ｔが密に位置することになり、裏面側グリッド電極６ａの面積が広くなり、太陽電池セル１の特性が低下するおそれがある。
裏面側にＢＳＦ層としての裏面側不純物拡散層７を有する太陽電池セル１の高出力化においては、裏面側低濃度不純物拡散層７ｂの濃度低減と、裏面側不純物拡散層７における裏面側低濃度不純物拡散層７ｂの領域の比率の増大とが重要である。すなわち、裏面側不純物拡散層７における裏面側高濃度不純物拡散層７ａの領域の比率の低減は、太陽電池セル１の出力向上に対する寄与が大きい。これは、半導体基板１１の裏面の表層におけるキャリアの再結合に起因している。裏面側グリッド電極６ａに対応した裏面側高濃度不純物拡散層７ａ、すなわち裏面側グリッド電極６ａが電気的に接続される裏面側高濃度不純物拡散層の幅７Ｗを必要最小限、すなわち裏面側グリッド電極の幅６ａＷとほぼ同等として、接続用突出部６ｔにより裏面側高濃度不純物拡散層７ａと裏面側グリッド電極６ａとの電気的な接続を確保する太陽電池セル１の構造は、出力向上に対する寄与が大きい。また、裏面側グリッド電極６ａの長手方向において、裏面側高濃度不純物拡散層７ａと直交する仮想線Ｖからの距離に正比例して突出長さ６ｔＬを変化させることは、上述したように裏面側グリッド電極６ａの細線化を図ることを可能とし、さらに裏面側高濃度不純物拡散層の幅７Ｗを細くすることに寄与する。
なお、裏面側高濃度不純物拡散層の幅７Ｗは、裏面側グリッド電極の幅６ａＷと厳密に同一幅でなくてもよく、裏面側グリッド電極の幅６ａＷよりも多少広くすることも可能である。ただし、裏面側グリッド電極６ａからはみ出した裏面側高濃度不純物拡散層７ａは、太陽電池セル１の特性低下を招くため、可能な範囲で狭くすることが望ましい。上述した裏面側不純物拡散層７における裏面側高濃度不純物拡散層７ａの領域の比率の低減による太陽電池セル１の出力向上の観点から、裏面側高濃度不純物拡散層の幅７Ｗは、裏面側グリッド電極の幅６ａＷの２倍程度の幅までであれば広くすることが可能である。この場合は、裏面側高濃度不純物拡散層の幅７Ｗが裏面側グリッド電極の幅６ａＷと同一である場合に比べてほぼ同等の出力向上効果が得られる。本明細書においては、この範囲を含めて、裏面側高濃度不純物拡散層の幅７Ｗは裏面側グリッド電極の幅６ａＷと同一幅である、とする。
そして、上記の範囲で裏面側高濃度不純物拡散層の幅７Ｗが裏面側グリッド電極の幅６ａＷよりも広い場合には、中心位置Ｃを中心にして回転する方向に裏面側グリッド電極６ａの形成位置の位置ずれが生じる場合でも、裏面側グリッド電極の幅６ａＷが裏面側高濃度不純物拡散層の幅７Ｗと同一幅である場合と比べて、裏面側高濃度不純物拡散層７ａと裏面側グリッド電極６ａとの電気的接続面積が大きくなる。したがって、突出長さ６ｔＬを全体的に短くしてもよい。
つぎに、本実施の形態にかかる太陽電池セル１の製造方法について図８から図１７を参照しながら説明する。図８は、本発明の実施の形態にかかる太陽電池セル１の製造方法のプロセスフローを示したフローチャートである。図９から図１７は、本発明の実施の形態にかかる太陽電池セル１の製造工程を説明する要部断面図である。
図９は、図８のステップＳ１０の説明図である。ステップＳ１０では、半導体基板２としてｎ型シリコン基板２が用意され、洗浄およびテクスチャ構造の形成が行われる。ｎ型シリコン基板２は、単結晶引き上げステップで得られた単結晶シリコンインゴットをバンドソーまたはマルチワイヤーソー等の切断装置を用いて所望のサイズおよび厚さにカットおよびスライスして製造するため、表面にスライス時のダメージ層が残っている。そこで、ダメージ層の除去も兼ねて、ｎ型シリコン基板２の表面をエッチングすることにより、スライス時の表面汚染およびシリコン基板の切り出し時に発生してｎ型シリコン基板２の表面近くに存在するダメージ層を取り除く洗浄が行われる。洗浄は、たとえば１ｗｔ％以上、１０ｗｔ％以下程度の水酸化ナトリウムを溶解させたアルカリ溶液にｎ型シリコン基板２を浸漬させて行われる。
そして、ダメージ層の除去後、ｎ型シリコン基板２において受光面となる第１主面の表面に微小凹凸を形成してテクスチャ構造が形成される。微小凹凸は非常に微細であるため、図９から図１７では凹凸形状として表現していない。テクスチャ構造の形成には、たとえば０．１ｗｔ％以上、１０ｗｔ％以下程度のアルカリ溶液中にイソプロピルアルコールまたはカプリル酸等の添加剤を混合した薬液が用いられる。このような薬液中にｎ型シリコン基板２を浸漬することで、ｎ型シリコン基板２の表面がエッチングされてｎ型シリコン基板２の表面全面にテクスチャ構造が得られる。テクスチャ構造の形成は、ｎ型シリコン基板２における受光面だけでなく、ｎ型シリコン基板２の裏面にも形成してもかまわない。なお、スライス時の表面汚染およびダメージ層の除去と、テクスチャ構造の形成と、は同時に行ってもよい。
つぎに、テクスチャ構造が形成されたｎ型シリコン基板２の表面を洗浄する。ｎ型シリコン基板２の表面の洗浄には、たとえば、ＲＣＡ洗浄と呼ばれる洗浄方法が用いられる。ＲＣＡ洗浄は、洗浄液として、硫酸および過酸化水素の混合溶液と、フッ化水素酸水溶液と、アンモニアおよび過酸化水素の混合溶液と、塩酸および過酸化水素の混合溶液と、を用意し、これらの洗浄液による洗浄を組み合わせて、有機物と金属と酸化膜とを除去する。
また、上記の洗浄液の種類の全ての洗浄液を用いずに、上記の洗浄液のうちの一つまたは複数の洗浄液による洗浄の組み合わせてもよい。また、上記の洗浄液の他に、フッ化水素酸および過酸化水素水の混合溶液およびオゾンを含有させた水を洗浄液として含めてもよい。
なお、各々の洗浄液自体が、他の洗浄液の汚染、または意図せぬ洗浄液同士もしくはシリコンとの反応の原因とならないように、また洗浄装置外に取り出した後の安全確保のために、各々の洗浄処理間またはｎ型シリコン基板２の乾燥前の段階などの任意のタイミングで、純水などによるｎ型シリコン基板２の水洗を行う。
図１０は、図８のステップＳ２０の説明図である。ステップＳ２０は、ｎ型シリコン基板２の表面にｐ型の不純物拡散層３ａを形成してｐｎ接合を形成する工程である。ｐ型の不純物拡散層３ａの形成は、テクスチャ構造が形成されたｎ型シリコン基板２を熱拡散炉に装入し、三臭化ホウ素（ＢＢｒ３）蒸気存在下または三塩化ホウ素（ＢＣｌ３）蒸気存在下で熱処理することで実現される。
ｐ型の不純物拡散層３ａの形成後のｎ型シリコン基板２の表裏面には、ｎ型シリコン基板２の面方向においてボロンが均一な濃度で拡散したｐ型の不純物拡散層３ａと、酸化膜でありボロンを含有した不純物含有ガラス層である図示しないボロン含有ガラス層とがこの順で形成されている。
図１１は、図８のステップＳ３０の説明図である。ステップＳ３０は、熱酸化により、ｎ型シリコン基板２の表面に酸化膜２１を形成する工程である。ステップＳ３０の工程の目的には、ｎ型シリコン基板２の表面のシリコンと酸化膜との界面に形成されたボロンリッチレイヤであるボロン含有ガラス層を酸化膜に取り込む目的と、後の工程でｎ型シリコン基板２の裏面へＢＳＦ層を形成する際の拡散保護膜を形成する目的とがある。ステップＳ３０の熱酸化により、ｎ型シリコン基板２の表面上には、ｎ型シリコン基板２の表面のボロン含有ガラス層を取り込んで一体となった酸化膜２１が形成される。
図１２は、図８のステップＳ４０の説明図である。ステップＳ４０は、ｎ型シリコン基板２において受光面と反対の裏面となる面に形成された酸化膜２１と不純物含有層であるｐ型の不純物拡散層３ａとを除去する工程である。酸化膜２１とｐ型の不純物拡散層３ａとの除去は、たとえば片面エッチング装置を用いて、フッ硝酸水溶液にｎ型シリコン基板２の裏面のみを接触させる片面エッチングにより行うことができる。これにより、ｎ型シリコン基板２の受光面側に形成されたｐ型の不純物拡散層３ａが、ｐ型の受光面側不純物拡散層３となる。そして、ｎ型単結晶シリコンからなるｎ型シリコン基板２と、該ｎ型シリコン基板２の受光面側に形成されたｐ型の受光面側不純物拡散層３と、によりｐｎ接合が構成された半導体基板１１が得られる。
この後、半導体基板１１の裏面、すなわちｎ型シリコン基板２の裏面へのｎ型不純物の拡散を実施し、選択拡散層を形成する。ここでは、一例として裏面側高濃度不純物拡散層７ａを形成するためのドーピングペーストと、裏面側低濃度不純物拡散層７ｂを形成するためのオキシ塩化リン（ＰＯＣｌ３）によるリン拡散工程を用いた場合について説明する。
図１３は、図８のステップＳ５０の説明図である。ステップＳ５０は、半導体基板１１の裏面、すなわちｎ型シリコン基板２の裏面上にｎ型不純物の拡散源であるドーピングペーストとしてリン含有ドーピングペースト２２を選択的に印刷する工程である。ここでは、ドーピングペーストとして、リン酸化物を含んだ樹脂ペーストであるリン含有ドーピングペースト２２を、スクリーン印刷法を用いてｎ型シリコン基板２の裏面上に選択的に印刷する。リン含有ドーピングペースト２２の印刷パターンは、ｎ型シリコン基板２の裏面における裏面側電極６の形成領域およびその周辺領域となる領域である。すなわち、リン含有ドーピングペースト２２は、裏面側グリッド電極６ａの形成領域と、裏面側バス電極６ｂの形成領域およびその周辺領域となる領域に印刷される。リン含有ドーピングペースト２２の印刷パターンは、たとえば線幅１５０μｍ幅の線状パターンを１．５ｍｍ間隔で平行配列したパターンと、線幅２．０ｍｍの２本の線状パターンを平行配列したパターンとからなる櫛形状のパターンである。印刷後、リン含有ドーピングペースト２２を乾燥させる。なお、図１３の要部断面図においては、裏面側高濃度不純物拡散層７ａを形成するためのリン含有ドーピングペースト２２の印刷パターンのみを示している。
図１４は、図８のステップＳ６０の説明図である。ステップＳ６０は、リン含有ドーピングペースト２２が印刷された半導体基板１１を熱処理して、選択拡散層構造を有するＢＳＦ層を形成する工程である。ステップＳ６０では、リン含有ドーピングペースト２２が印刷された半導体基板１１を熱拡散炉に装入し、オキシ塩化リン（ＰＯＣｌ３）蒸気存在下で熱処理が行われる。
具体的には、横型炉に半導体基板１１を載置したボートを装入し、１０００℃以上、１１００℃以下程度で３０分間、半導体基板１１を熱処理する。この熱処理により、リン含有ドーピングペースト２２内のドーパント成分であるリンがリン含有ドーピングペースト２２の直下のｎ型シリコン基板２内に熱拡散する。これにより、リン含有ドーピングペースト２２の直下のｎ型シリコン基板２の裏面の表層に、裏面側高濃度不純物拡散層７ａが形成される。裏面側高濃度不純物拡散層７ａは、リン含有ドーピングペースト２２の印刷パターンと同じ櫛形状のパターンで形成される。
一方、ｎ型シリコン基板２の裏面側の表層において、リン含有ドーピングペースト２２の直下領域以外の領域は、リン含有ドーピングペースト２２のドーパント成分が拡散することがない。しかし、オキシ塩化リン（ＰＯＣｌ３）蒸気のリンが、ｎ型シリコン基板２の裏面側の表層におけるリン含有ドーピングペースト２２の直下領域以外の領域の表層に熱拡散する。そして、ｎ型シリコン基板２の面方向においてリンが均一な濃度で拡散した裏面側低濃度不純物拡散層７ｂが形成される。これにより、選択拡散層構造を有するＢＳＦ層である、裏面側高濃度不純物拡散層７ａと裏面側低濃度不純物拡散層７ｂとを有する裏面側不純物拡散層７が形成される。
ここで、半導体基板１１は、半導体基板１１の受光面側は熱拡散炉内の雰囲気に直接暴露されないように、２枚の半導体基板１１の受光面側を対向させた状態で重ね合わせて、ボートに装入される。これにより、半導体基板１１の受光面側におけるリンガラスの成膜が大きく制限される。さらに、半導体基板１１の受光面側の表面には、酸化膜２１が形成されている。そして、この酸化膜２１が拡散バリアとして機能するため、半導体基板１１の受光面側からのｎ型シリコン基板２の内部への、炉内雰囲気からのリンの混入が防止される。すなわち、ｎ型シリコン基板２へのリンの拡散は、裏面に選択的に実施され、裏面にｎ型の不純物拡散層が形成される。
つぎに、図８のステップＳ７０において、酸化膜２１とリン含有ドーピングペースト２２とが除去される。酸化膜２１およびリン含有ドーピングペースト２２の除去は、半導体基板１１をフッ酸水溶液に浸漬することにより行うことができる。
つぎに、図８のステップＳ８０において、ｎ型シリコン基板２の受光面側に形成されたｐ型の受光面側不純物拡散層３と、ｎ型シリコン基板２の裏面側に形成された裏面側不純物拡散層７とを電気的に分離するｐｎ分離工程が行われる。具体的には、たとえばステップＳ７０までの工程を経た５０枚から３００枚程度の半導体基板１１を積み重ねて側面部をプラズマ放電によりエッチング処理する端面エッチングを行う。また、半導体基板１１の受光面側または裏面側の側端部近傍または半導体基板１１の側面をレーザ照射により溶融させてｎ型シリコン基板２を露出させるレーザ分離を行ってもよい。
なお、上記においてはｐｎ分離を行う際に好ましい方法について述べたが、ｐ型の受光面側不純物拡散層３と裏面側不純物拡散層７との分離の状況、すなわちリーク電流の大小、最終的な発電製品となる太陽電池モジュール内における太陽電池セルの配列によっては、ステップＳ８０のｐｎ分離工程は省略することも可能である。
つぎに、半導体基板１１の受光面側の表面、すなわちｐ型の受光面側不純物拡散層３の表面に形成されているシリコン酸化膜が、たとえば５％以上、２５％以下のフッ化水素酸水溶液を用いて除去される。そして、半導体基板１１の表面に付着しているフッ化水素酸水溶液を水洗により除去する。この際、水洗による酸化膜、一般的に自然酸化膜と呼ばれるものを、後述するパッシベーション層またはその一部として用いてもよい。また、同じ目的で、オゾンを含む水での半導体基板１１の洗浄による酸化膜を、後述するパッシベーション層またはその一部として用いてもよい。
図１５は、図８のステップＳ９０の説明図である。ステップＳ９０は、裏面側絶縁膜８および反射防止膜４を形成する工程である。まず、半導体基板１１の裏面に、すなわち裏面側不純物拡散層７上に、たとえばプラズマＣＶＤを用いて窒化シリコン膜を形成して、半導体基板１１の裏面に絶縁膜からなる裏面側絶縁膜８が形成される。なお、裏面側絶縁膜８の窒化シリコン膜と裏面側不純物拡散層７との間には、パッシベーション層が形成されてもよい。この場合、パッシベーション層はシリコン酸化膜が好ましく、一般的な熱酸化の他、前述のように水洗またはオゾン含有水の洗浄による酸化膜を用いてもよい。
続いて、半導体基板１１の受光面側に、すなわちｐ型の受光面側不純物拡散層３上に、たとえばプラズマＣＶＤを用いて窒化シリコン膜からなる反射防止膜４が形成される。なお、反射防止膜４の窒化シリコン膜とｐ型の受光面側不純物拡散層３との間には、パッシベーション層が形成されてもよい。この場合、パッシベーション層はシリコン酸化膜、酸化アルミニウム膜の何れか、またはシリコン酸化膜と酸化アルミニウム膜との積層膜が好ましい。パッシベーション層にシリコン酸化膜が用いられる場合は、一般的な熱酸化膜の他、前述のように水洗またはオゾン含有水の洗浄による酸化膜を用いてもよい。また、酸化アルミニウム膜が用いられる場合は、酸化アルミニウム膜は、たとえばプラズマＣＶＤまたはＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ；原子堆積法）により形成される。この場合、成膜に内包される固定電荷がパッシベーション能力を高める効果を持つため、より好ましい。
また、裏面側絶縁膜８、反射防止膜４および半導体基板１１の表裏面に形成されるパッシベーション層の形成の順序については、必ずしも上記の順番のみに限定されるものではなく、上記以外の順番を適宜選択し、形成してもよい。
図１６は、図８のステップＳ１００の説明図である。ステップＳ１００は、電極を印刷して、乾燥状態の受光面側電極５および裏面側電極６を形成する工程である。電極材料としては、たとえば銅、銀、アルミニウム、およびこれらの混合物などが用いられる。たとえば。銅、銀、アルミニウム、およびこれらの混合物の金属粉体と、ガラスまたはセラミック成分の粉体と、有機溶剤と、を混合してペースト状にした電極材料ペーストが、たとえばスクリーン印刷により所望の形状およびパターンに印刷される。
まず、半導体基板１１の受光面側の反射防止膜４上に、たとえばＡｇとガラスフリットとを含有する電極材料ペーストであるＡｇ含有ペースト５ｐが受光面側グリッド電極５ａおよび受光面側バス電極５ｂの形状に、スクリーン印刷によって塗布される。その後、Ａｇ含有ペースト５ｐが乾燥されることによって、櫛形状を呈する乾燥状態の受光面側電極５が形成される。
つぎに、半導体基板１１の裏面側の裏面側高濃度不純物拡散層７ａ上に、Ａｇおよびガラスフリットを含有する電極材料ペーストであるＡｇ含有ペースト６ｐが裏面側グリッド電極６ａおよび裏面側バス電極６ｂの形状に、スクリーン印刷によって塗布される。その後、Ａｇ含有ペースト６ｐが乾燥されることによって、櫛形状を呈する乾燥状態の裏面側電極６が形成される。ここで、裏面側グリッド電極６ａの形状は、図４に示したように接続用突出部６ｔを有する形状に塗布される。これにより、接続用突出部６ｔのみを別途形成する必要がなく、工程を追加することなく、接続用突出部６ｔを有する裏面側グリッド電極６ａを形成できる。ここで、裏面側グリッド電極６ａの長尺細長形状部分の線幅は、裏面側高濃度不純物拡散層７ａと同じ１５０μｍ幅の線状パターンとし、裏面側高濃度不純物拡散層７ａと同じ１．５ｍｍ間隔で平行配列したパターンで接続用突出部６ｔを有する裏面側グリッド電極６ａを形成する。
裏面側電極６を形成するためのＡｇ含有ペースト６ｐは、位置合わせ機構を用いて、裏面側高濃度不純物拡散層７ａ上に印刷される。たとえば半導体基板１１の裏面側に赤外線を照射した状態を赤外線カメラで撮影する。これにより、裏面側高濃度不純物拡散層７ａと裏面側低濃度不純物拡散層７ｂとを識別することが可能となる。このようにして裏面側高濃度不純物拡散層７ａの領域の位置を認識してＡｇ含有ペースト６ｐの印刷位置を決定することによって、Ａｇ含有ペースト６ｐを裏面側高濃度不純物拡散層７ａ上に印刷することが可能となる。
ここで、裏面側グリッド電極６ａが裏面側高濃度不純物拡散層７ａからずれた場合は、裏面側グリッド電極６ａが裏面側高濃度不純物拡散層７ａの領域からずれた領域では裏面側グリッド電極６ａと裏面側高濃度不純物拡散層７ａとの接触をとることができない。このため、裏面側グリッド電極６ａと裏面側高濃度不純物拡散層７ａとの間の電気抵抗が増加して抵抗損失が生じ、太陽電池セル１の特性低下を招く。しかし、裏面側高濃度不純物拡散層７ａの領域の増加および裏面側グリッド電極６ａの電極幅の増加は、光電変換効率の低下およびコストの増加を招くため有効ではない。また、裏面側グリッド電極６ａと裏面側高濃度不純物拡散層７ａとの間の位置合わせ精度も限界がある。
そこで、本実施の形態では、図４に示したように接続用突出部６ｔを有する裏面側グリッド電極６ａのパターンに対応した開口パターン３２を同一間隔で並列に有する印刷マスク３１を半導体基板２の一面側の特定の基準位置である半導体基板１１の面方向における中心位置Ｃにおいて半導体基板２の裏面側に対して位置合わせして、Ａｇ含有ペースト６ｐの印刷を行う。図１８は、本発明の実施の形態にかかる裏面側グリッド電極６ａのパターンにＡｇ含有ペースト６ｐを印刷するための印刷マスク３１の構成を示す模式図である。これにより、乾燥状態の裏面側グリッド電極６ａが形成できる。図４に示したパターンでＡｇ含有ペースト６ｐを印刷することで、裏面側高濃度不純物拡散層７ａに対する裏面側グリッド電極６ａの印刷位置が多少ずれた場合でも、接続用突出部６ｔにより、裏面側高濃度不純物拡散層７ａと裏面側グリッド電極６ａとを電気的に接続することができる。これにより、裏面側高濃度不純物拡散層７ａに対する裏面側グリッド電極６ａの回転位置ずれに起因した抵抗損失の増加を抑制できる。
図１７は、図８のステップＳ１１０の説明図である。ステップＳ１１０は、半導体基板１１の受光面側および裏面側に印刷されて乾燥された電極材料ペーストを同時に焼成する工程である。具体的には、半導体基板１１が焼成炉へ導入され、大気雰囲気中でピーク温度６００℃以上、９００℃以下程度の温度、例えば８００℃で３秒の、短時間の熱処理が行われる。これにより、電極材料ペースト中の樹脂成分は消失する。そして、半導体基板１１の受光面側では、Ａｇ含有ペースト５ｐに含有されるガラス材料が溶融して反射防止膜４を貫通している間に銀材料がｐ型の不純物拡散層３のシリコンと接触し再凝固する。これにより、受光面側グリッド電極５ａおよび受光面側バス電極５ｂが得られ、受光面側電極５と半導体基板１１のシリコンとの電気的導通が確保される。
また、半導体基板１１の裏面側では、Ａｇ含有ペースト６ｐに含有されるガラス材料が溶融して裏面側絶縁膜８を貫通している間に銀材料が裏面側高濃度不純物拡散層７ａのシリコンと接触し再凝固する。これにより、裏面側グリッド電極６ａおよび裏面側バス電極６ｂが得られ、裏面側電極６と半導体基板１１のシリコンとの電気的導通が確保される。
以上のような工程を実施することにより、図１から図３に示す本実施の形態にかかる太陽電池セル１を作製することができる。なお、電極材料であるペーストの半導体基板１１への配置の順番を、受光面側と裏面側とで入れ替えてもよい。
また、中心位置Ｃを中心にして左回転する方向または右回転する方向に裏面側グリッド電極６ａの形成位置の位置ずれが生じる傾向が把握できる場合には、裏面側グリッド電極６ａの形状を変更してもよい。すなわち、図１９および図２０に示すように、裏面側グリッド電極６ａの延在方向において中心位置Ｃまたは仮想線Ｖを挟んで対向する裏面側グリッド電極６ａの２つの領域において、裏面側グリッド電極６ａの両側面のうちそれぞれ異なる側面のみに接続用突出部６ｔが形成されていてもよい。図１９は、本発明の実施の形態にかかる裏面側グリッド電極６ａが中心位置Ｃを中心にして左回転する方向に形成位置の位置ずれが生じる傾向がある場合に用いる裏面側グリッド電極６ａのパターンを示す模式図である。図２０は、本発明の実施の形態にかかる裏面側グリッド電極６ａが中心位置Ｃを中心にして右回転する方向に形成位置の位置ずれが生じる傾向がある場合に用いる裏面側グリッド電極６ａのパターンを示す模式図である。
また、上記においては、ＢＳＦ層を選択拡散層構造とした場合について説明したが、受光面側不純物拡散層３を選択拡散層構造として、受光面側グリッド電極５ａを裏面側グリッド電極６ａと同様のパターンとすることも可能である。この場合は、図２１に示すように、受光面側高濃度不純物拡散層３ｂと受光面側低濃度不純物拡散層３ｃとにより受光面側不純物拡散層３が構成される。受光面側高濃度不純物拡散層３ｂの不純物拡散濃度を第３濃度とし、受光面側低濃度不純物拡散層３ｃの不純物拡散濃度を第４濃度とすると、第４濃度は、第３濃度よりも低くなる。図２１は、本発明の実施の形態にかかる受光面側不純物拡散層を選択拡散層構造とした太陽電池セルの要部断面模式図である。
そして、受光面側高濃度不純物拡散層３ｂは、受光面側グリッド電極５ａと同形状および同寸法とされ、受光面側グリッド電極５ａが受光面側高濃度不純物拡散層３ｂ上に印刷形成される。この場合も、裏面側グリッド電極６ａを用いる場合と同様に、受光面側グリッド電極５ａを印刷形成する際に印刷位置が回転方向に多少ずれた場合でも、受光面側グリッド電極５ａに設けられた接続用突出部により、受光面側高濃度不純物拡散層３ｂと受光面側グリッド電極５ａとを電気的に接続することができる。これにより、受光面側高濃度不純物拡散層３ｂに対する受光面側グリッド電極５ａの回転位置ずれに起因した抵抗損失の増加を抑制できる。
また、上記においては、接続用突出部６ｔが裏面側グリッド電極６ａの長手方向と直交する方向に突出している場合について示したが、接続用突出部６ｔは裏面側グリッド電極６ａの長手方向に対して傾斜した方向に突出してもよい。
また、上記においては、裏面側高濃度不純物拡散層７ａが接続用突出部を有さない長尺細長形状である場合について示したが、裏面側高濃度不純物拡散層７ａは、裏面側グリッド電極６ａと同様の形状および寸法を有する接続用突出部を備えた形状とされてもよい。この場合は、裏面側グリッド電極６ａの形状および寸法は裏面側高濃度不純物拡散層７ａの形状および寸法と同じとされる。
なお、上記においては半導体基板２としてｎ型の単結晶シリコン基板を用いる場合について説明したが、半導体基板２はこれに限定されない。すなわち、太陽電池基板として機能するのであれば、半導体基板２は、ｎ型の多結晶シリコン基板を用いてもよい。また、半導体基板２として、ｐ型のシリコン基板を用いてもよい。また、半導体基板２の受光面側と裏面側に形成する拡散層は、半導体基板２の導電型により適宜決定されればよい。また、半導体基板２の受光面側と裏面側の拡散層を形成する不純物元素は、適宜選択されればよい。
上述したように、本実施の形態にかかる太陽電池セル１においては、裏面側グリッド電極６ａが接続用突出部６ｔを備える。これにより、受光面側高濃度不純物拡散層３ｂに対する受光面側グリッド電極５ａの回転位置ずれが生じた場合でも、接続用突出部６ｔにより、裏面側高濃度不純物拡散層７ａと裏面側グリッド電極６ａとを電気的に接続することができる。このため、裏面側グリッド電極６ａの細線化を図る際に問題となる、受光面側高濃度不純物拡散層３ｂに対する受光面側グリッド電極５ａの回転位置ずれが生じた場合の裏面側高濃度不純物拡散層７ａと裏面側グリッド電極６ａとの電気的接続の不足を抑制でき、裏面側高濃度不純物拡散層７ａと裏面側グリッド電極６ａとの間における抵抗損失の増加を抑制できる。
したがって、太陽電池セル１においては、裏面側高濃度不純物拡散層の幅７Ｗを必要最小限、すなわち裏面側グリッド電極の幅６ａＷと同一幅とすることが可能であり、裏面側不純物拡散層７における裏面側低濃度不純物拡散層７ｂの領域の比率を増大させて、裏面パッシベーション効果を増大させることができる。
また、太陽電池セル１においては、裏面側グリッド電極６ａの細線化を図ることにより、裏面側グリッド電極６ａに用いられる金属材料の量を低減でき、裏面側グリッド電極６ａおよび太陽電池セル１コストの低下を実現できる。
したがって、本実施の形態にかかる太陽電池セル１によれば、裏面側グリッド電極６ａの細線化により電極材料の使用量を低減して低コスト化が可能であり、また裏面側高濃度不純物拡散層７ａと裏面側グリッド電極６ａとの間の電気的接続に起因した光電変換効率の低下を抑制可能な太陽電池セルが得られる。
以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。
１ 太陽電池セル、２ 半導体基板、３ 受光面側不純物拡散層、３ａ ｐ型の不純物拡散層、４ 反射防止膜、５ 受光面側電極、５ａ 受光面側グリッド電極、５ｂ 受光面側バス電極、５ｐ Ａｇ含有ペースト、６ 裏面側電極、６ａ 裏面側グリッド電極、６ａＷ 裏面側グリッド電極の幅、６ｂ 裏面側バス電極、６ｐ Ａｇ含有ペースト、６ｔ 接続用突出部、６ｔＷ 接続用突出部の幅、７ 裏面側不純物拡散層、７Ｗ 裏面側高濃度不純物拡散層の幅、７ａ 裏面側高濃度不純物拡散層、７ｂ 裏面側低濃度不純物拡散層、８ 裏面側絶縁膜、１１ 半導体基板、２１ 酸化膜、２２ リン含有ドーピングペースト、Ｄ１ 配置間隔、Ｄ２ 配置間隔、Ｖ 仮想線。
Claims (13)
- 第１導電型の半導体基板と、
前記半導体基板の一面側に第１導電型または第２導電型の不純物元素が拡散された不純物拡散層と、
前記一面側に配置されて前記不純物拡散層に電気的に接続するペースト電極であって前記半導体基板の面方向における特定方向に第１の配置間隔で平行に延在して線状形状を有する複数本のグリッド電極と、
を備え、
前記不純物拡散層は、前記グリッド電極の下部領域に第１導電型または第２導電型の前記不純物元素を第１濃度で含んで線状形状を有する、前記半導体基板の面方向において前記特定方向に平行に延在する複数本の第１不純物拡散層と、前記第１不純物拡散層と同じ導電型の前記不純物元素を前記第１濃度よりも低い第２濃度で含む第２不純物拡散層とを有し、
前記グリッド電極は、前記グリッド電極の側面から前記グリッド電極の延在方向と交差する方向に突出するとともに前記グリッド電極の延在方向に沿って配置された複数の突出部を有し、
前記複数の突出部は、前記グリッド電極の延在方向において前記半導体基板の一面側における特定の基準位置から離れるに従って前記グリッド電極の側面からの突出長さが長くなること、
を特徴とする太陽電池セル。 - 前記特定の基準位置は、前記第１不純物拡散層と前記グリッド電極との位置合わせ精度が最も高い位置であること、
を特徴とする請求項１に記載の太陽電池セル。 - 前記複数の突出部は、前記グリッド電極の延在方向において前記特定の基準位置からの距離に正比例して前記突出長さが長くなること、
を特徴とする請求項２に記載の太陽電池セル。 - 前記突出部は、前記グリッド電極の延在方向において前記特定の基準位置を挟んで対称であること、
を特徴とする請求項３に記載の太陽電池セル。 - 前記突出部は、前記グリッド電極の延在方向において前記特定の基準位置を挟んで対向する前記グリッド電極の２つの領域において、少なくとも前記グリッド電極の両側面のうちそれぞれ異なる側面に配置されていること、
を特徴とする請求項３に記載の太陽電池セル。 - 前記第１不純物拡散層は、前記グリッド電極と同じ幅を有すること、
を特徴とする請求項１から５のいずれか１つに記載の太陽電池セル。 - 前記グリッド電極の幅に対する前記突出部の幅の比率が、０．３以上、１以下であること、
を特徴とする請求項１に記載の太陽電池セル。 - 前記突出長さは、前記第１の配置間隔よりも小さいこと、
を特徴とする請求項１に記載の太陽電池セル。 - 前記第１の配置間隔に対する前記突出長さの比率が、０．６以下であること、
を特徴とする請求項８に記載の太陽電池セル。 - 前記第１の配置間隔に対する前記突出長さの比率が、０．０５以上、０．３以下であること、
を特徴とする請求項８に記載の太陽電池セル。 - 複数の前記突出部が、前記グリッド電極の延在方向において第２の配置間隔で分散配置され、
前記第２の配置間隔は、前記グリッド電極の幅よりも大きいこと、
を特徴とする請求項１に記載の太陽電池セル。 - 前記半導体基板の他面側に第２導電型の不純物元素が拡散された第２導電型不純物拡散層と、
前記第２導電型不純物拡散層に電気的に接続する受光面側電極と、
を有し、
前記不純物拡散層が、前記半導体基板の受光面側と対向する裏面に第１導電型の不純物元素が拡散された裏面電界層であり、
前記グリッド電極が裏面電極であること、
を特徴とする請求項１に記載の太陽電池セル。 - 第１導電型の半導体基板の一面側に、第１導電型または第２導電型の不純物元素を第１濃度で含んで線状形状を有し、前記半導体基板の面方向において特定方向に平行に延在する複数本の第１不純物拡散層と、前記第１不純物拡散層と同じ導電型の前記不純物元素を前記第１濃度よりも低い第２濃度で含む第２不純物拡散層とからなる不純物拡散層を形成する第１工程と、
前記特定方向に平行に延在して前記第１不純物拡散層に電気的に接続する線状形状の複数本のグリッド電極をスクリーン印刷による電極材料ペーストの印刷により前記第１不純物拡散層上に形成する第２工程と、
を含み、
前記グリッド電極は、前記グリッド電極の延在方向において、前記半導体基板の一面側の特定の基準位置から離れるに従って前記グリッド電極の側面からの突出長さが長くなる、前記グリッド電極の側面から前記グリッド電極の延在方向と交差する方向に突出するとともに前記グリッド電極の延在方向に沿って配列された複数の突出部を備えたパターンを有し、
前記第２工程では、電極材料ペーストを、前記グリッド電極のパターンに対応した開口パターンを同一間隔で並列に有する印刷マスクを前記半導体基板の一面側の特定の基準位置において前記半導体基板の一面側に対して位置合わせして、前記複数本の第１不純物拡散層上に形成すること、
を特徴とする太陽電池セルの製造方法。
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