JP6410951B2 - 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、選択拡散層構造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、ｎ型シリコン基板を用いた太陽電池セルの高光電変換効率化を実現する技術として、特許文献１には、両面選択拡散層構造による光電変換効率の向上技術が開示されている。特許文献１では、ｎ型シリコン基板の表面側に高濃度ｐ型拡散領域と低濃度ｐ型拡散領域とが形成され、ｎ型シリコン基板の裏面側に高濃度ｎ型拡散領域と低濃度ｎ型拡散領域とが形成される。そして、グリッド電極およびバスバー電極からなる表面電極が表面側の高濃度ｐ型拡散領域上に形成され、グリッド電極およびバスバー電極からなる裏面電極が裏面側の高濃度ｎ型拡散領域上に形成された太陽電池セルが開示されている。
太陽電池基板としてｎ型基板を用いる場合は、エミッタはｐ＋拡散層になる。ここで、ｐ＋拡散層に接続する電極の材料に銀アルミニウム（ＡｇＡｌ）ペーストを用いることで、ｐ＋拡散層におけるｐ型の不純物濃度が５×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３程度以下の比較的低濃度の拡散層においても、ｐ＋拡散層と電極との良好なコンタクトを形成できる。このため、電極下部の領域のみに高濃度不純物拡散層を形成する選択拡散層構造としなくても、２０％以上の高い光電変換効率が得られる。
一方で、太陽電池基板の裏面のｎ＋拡散層（Ｂａｃｋ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｆｉｅｌｄ：ＢＳＦ）に関しては、ｎ型の不純物濃度が１×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３程度以下のｎ＋拡散層に対して、ｎ＋拡散層と電極との十分に低いコンタクト抵抗を形成することは難しい。このため、通常、裏面のｎ＋拡散層においては、１×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３程度の不純物濃度が必要になる。以下、不純物濃度について「１×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３」を、「１９乗」と示す場合がある。以下、不純物濃度について「１×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３」を、「２０乗」と示す場合がある。なお、不純物濃度が１９乗とは、１立方ｃｍの体積の中に、不純物が１×１０１９個含まれていることを示す。
１９乗程度の低い不純物濃度のｎ＋拡散層は、電界効果が弱いため、ｎ＋拡散層における電極が形成された界面の欠陥による再結合が大きく、特性低下が生じる。しかしながら、不純物濃度が２０乗台のｎ＋拡散層では、太陽電池基板の裏面側、すなわちｎ＋拡散層上にパッシベーション膜を形成しても、ｎ＋拡散層における再結合が大きいため、高光電変換効率化の妨げとなる。特に、２１％以上の高い光電変換効率を得るためには、不純物濃度が１９乗程度のｎ＋拡散層を形成することが好ましく、選択拡散層構造を形成する必要がある。
そして、太陽電池基板としてｎ型基板を用いて、裏面側にパッシベーション膜を設けた太陽電池セルでは、裏面選択拡散層構造を用いることによるパッシベーション性の改善が重要である。そして、太陽電池基板の裏面側のパッシベーション性を適正化するためには、太陽電池基板の裏面の不純物拡散層における高濃度不純物拡散層領域の面積率の低減および電極と不純物拡散層とのコンタクト領域の低減が重要である。選択拡散層構造および電極の作製工程は、以下のとおりである。
まず、選択拡散層構造を形成する。たとえばｎ型の基板の裏面にドーピングペーストを印刷し、熱処理することで部分的に高濃度拡散層領域を形成する。また、気相熱拡散によりｎ型の基板の裏面に低濃度不純物拡散層領域を形成する。つぎに、高濃度拡散層領域上に電極を形成する。ここで、低濃度不純物拡散層に電極が接触した場合には、接触部の再結合が多くなる一方で、低濃度不純物拡散層は電界効果が弱く、低濃度不純物拡散層と電極との接触の影響が大きく、特性低下を招く。このため、電極は、高濃度拡散領域からはみ出さないように設計する必要がある。
また、電極形成には通常、コストパフォーマンスの高いスクリーン印刷が用いられる。スクリーン印刷は、マスク開口部から金属を含む電極材料ペーストを押し出して半導体基板に電極材料ペーストを塗布するため、材料使用効率が高い。また、電極材料ペースト中にガラスまたはセラミック成分を添加することで、その後の焼成工程でパッシベーション膜をファイヤスルーして金属材料とシリコン表面とを接触させることが可能なため、高価なコンタクトホール開口プロセスが不要である。
特開２０１２−５４４５７号公報
しかしながら、スクリーン印刷により長尺細長のグリッド電極を形成する場合、細線化可能な印刷幅は３０μｍ以上１００μｍ以下程度であり、十分な細線化は難しい。また、マスクの伸縮の問題または位置合わせ精度の問題から、電極幅よりも広く高濃度拡散層を形成する必要がある。
一方で、電極形成領域以外の高濃度不純物拡散領域は特性低下の原因となる。このため、太陽電池セルの高光電変換効率化には、高濃度不純物拡散領域の低減が必要であるが、グリッド電極の細線化が難しいため、高濃度不純物拡散領域の低減には限界がある。また、グリッド電極の細線化が難しいため、低濃度不純物拡散層と電極との接触領域も同様に低減には限界がある。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、選択拡散層構造を有し、高い光電変換効率を実現可能な太陽電池セル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、ｐｎ接合を有するｎ型の半導体基板と、半導体基板の受光面または受光面と対向する裏面側の表層に形成されており、ｎ型またはｐ型の不純物元素を第１の濃度で含有する第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の濃度よりも低い第２の濃度で含有する第２不純物拡散層とを有する不純物拡散層と、を備える。また、太陽電池セルが、半導体基板における不純物拡散層が形成された面において複数箇所に形成されており、第１不純物拡散層に電気的に接続する第１電極と、不純物拡散層から離間した状態で複数の第１電極を電気的に接続する第２電極と、を備える。第１不純物拡散層および第１電極は、既定の間隔を有するドット状に形成されている。
本発明にかかる太陽電池セルは、選択拡散層構造を有し、高い光電変換効率を実現可能な太陽電池セルが得られる、という効果を奏する。
本発明の実施の形態１にかかる太陽電池セルを受光面側から見た上面図 本発明の実施の形態１にかかる太陽電池セルを受光面と対向する裏面側から見た下面図 本発明の実施の形態１にかかる太陽電池セルの裏面側を拡大して示す図 本発明の実施の形態１にかかる太陽電池セルの要部断面図であり、図３におけるＡ−Ａ断面図 本発明の実施の形態１にかかる太陽電池セルの要部断面図であり、図３におけるＢ−Ｂ断面図 本発明の実施の形態１にかかる太陽電池セルの製造方法の手順を説明するためのフローチャート 本発明の実施の形態１にかかる太陽電池セルの製造方法を説明するための要部断面図 本発明の実施の形態１にかかる太陽電池セルの製造方法を説明するための要部断面図 本発明の実施の形態１にかかる太陽電池セルの製造方法を説明するための要部断面図 本発明の実施の形態１にかかる太陽電池セルの製造方法を説明するための要部断面図 本発明の実施の形態１にかかる太陽電池セルの製造方法を説明するための要部断面図 本発明の実施の形態１にかかる太陽電池セルの製造方法を説明するための要部断面図 本発明の実施の形態１にかかる太陽電池セルの製造方法を説明するための要部断面図 本発明の実施の形態１にかかる太陽電池セルの製造方法を説明するための要部断面図 本発明の実施の形態１にかかる太陽電池セルの製造方法を説明するための要部断面図 本発明の実施の形態２にかかる太陽電池セルを受光面側から見た上面図 本発明の実施の形態２にかかる太陽電池セルの受光面側を拡大して示す図 本発明の実施の形態２にかかる太陽電池セルの要部断面図であり、図１７におけるＣ−Ｃ断面図 本発明の実施の形態２にかかる太陽電池セルの要部断面図であり、図１７におけるＤ−Ｄ断面図 本発明の実施の形態２にかかる太陽電池セルの製造方法の手順を説明するためのフローチャート 本発明の実施の形態２にかかる太陽電池セルの製造方法を説明するための要部断面図 本発明の実施の形態２にかかる太陽電池セルの製造方法を説明するための要部断面図 本発明の実施の形態２にかかる太陽電池セルの製造方法を説明するための要部断面図
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１．
図１は、本発明の実施の形態１にかかる太陽電池セル１を受光面側から見た上面図である。図２は、本発明の実施の形態１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図である。図３は、本発明の実施の形態１にかかる太陽電池セル１の裏面側を拡大して示す図である。図４は、本発明の実施の形態１にかかる太陽電池セル１の要部断面図であり、図３におけるＡ−Ａ断面図である。図５は、本発明の実施の形態１にかかる太陽電池セル１の要部断面図であり、図３におけるＢ−Ｂ断面図である。なお、図３では、裏面側絶縁膜１２を透過して見た状態を示している。
本実施の形態にかかる太陽電池セル１においては、ｎ型のシリコンからなるｎ型の半導体基板２の受光面の全体にボロン（Ｂ）が拡散されたｐ型の受光面側不純物拡散層３が形成されて、ｐｎ接合を有する半導体基板１０が形成されている。本実施の形態１では、ｎ型の半導体基板２は、単結晶シリコンからなる基板とする。以下、ｎ型の半導体基板２をｎ型シリコン基板２と呼ぶ場合がある。少数キャリヤ寿命の長いｎ型シリコン基板２を太陽電池基板に用いることで、太陽電池基板にｐ型シリコン基板を用いる場合と比較して、より高い光電変換効率を得ることが可能である。ｐ型の受光面側不純物拡散層３の不純物濃度は、５×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３程度以下とされる。また、ｐ型の受光面側不純物拡散層３の不純物濃度の下限は、表面の導電率の観点から、１×１０１7ａｔｏｍｓ／ｃｍ３程度である。
また、受光面側不純物拡散層３上には、絶縁膜であるシリコン窒化膜からなる反射防止膜４が形成されている。反射防止膜４は、太陽電池セル１の受光面における反射を防止する反射防止機能とともに、半導体基板１０の受光面、すなわち太陽電池セル１の受光面をパッシベーションする受光面側パッシベーション膜としての機能を有する。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またはｎ型の多結晶シリコン基板を用いることができる。また、反射防止膜４には、シリコン酸化膜を用いてもよい。また、太陽電池セル１の半導体基板１０の受光面側の表面には、テクスチャ構造として図示しない微小凹凸が形成されている。微小凹凸は、受光面において外部からの光を吸収する面積を増加し、受光面における反射率を抑え、光を閉じ込める構造となっている。
半導体基板１０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５が、半導体基板１０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５と導通する複数本の受光面側バス電極６が受光面側グリッド電極５と直交した状態で、半導体基板１０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５および受光面側バス電極６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５および受光面側バス電極６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５と受光面側バス電極６とにより、櫛型状を呈する第１電極である受光面側電極７が構成されている。
受光面側電極７は、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、ガラスを含む電極材料により構成され、反射防止膜４を突き抜けてｐ型の受光面側不純物拡散層３に電気的に接続して設けられている。受光面側電極７は、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、ガラスを含む電極材料であるＡｇＡｌペーストが印刷および焼成されることにより形成されたＡｇＡｌペースト電極である。
本実施の形態１にかかる太陽電池セル１は、ｎ型シリコン基板２を用いるためエミッタ層がｐ＋層であるｐ型の受光面側不純物拡散層３になる。太陽電池セル１は、受光面側電極７にＡｇＡｌペースト電極を用いるため、不純物濃度が５×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３程度以下の比較的低濃度のｐ型の受光面側不純物拡散層３においても、受光面側電極７とｐ型の受光面側不純物拡散層３との間の良好なコンタクトを形成できる。
受光面側グリッド電極５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１００本以上、３００本以下の本数が配置され、半導体基板１０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６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５で集電した電気を外部に取り出す。
一方、半導体基板１０における受光面と対向する裏面には、全体にわたって絶縁膜であるシリコン窒化膜からなる裏面側絶縁膜１２が形成されている。裏面側絶縁膜１２は、太陽電池セル１の裏面をパッシベーションする裏面側パッシベーション膜として機能する。なお、裏面側絶縁膜１２には、シリコン酸化膜を用いてもよい。
また、半導体基板１０における受光面と対向する裏面には、裏面側の第１電極であって、裏面側絶縁膜１２を貫通して、後述する半導体基板１０の裏面の裏面側高濃度不純物拡散層１１ａに達する複数のドット状の裏面第１電極１３が格子状に配列して裏面側絶縁膜１２に埋設されている。ドット状の裏面第１電極１３は、半導体基板１０の裏面の全面において、既定の方向に規則的に配置されている。裏面第１電極１３の配置は、裏面側高濃度不純物拡散層１１ａの配置パターンと同様のパターンとされている。ドットの形状は、裏面側高濃度不純物拡散層１１ａのドット形状よりも小さい円形とされている。そして、裏面第１電極１３は、半導体基板１０の面方向において裏面側高濃度不純物拡散層１１ａに内包されている。したがって、裏面第１電極１３は、半導体基板１０の裏面において、裏面側高濃度不純物拡散層１１ａ上にポイント的に形成されて裏面側高濃度不純物拡散層１１ａに接続されている。
なお、裏面第１電極１３の配列パターンは、格子状に限らず、半導体基板１０の裏面の全面において、満遍なく配置されるパターンであればよい。また、本実施の形態１では、ドットの形状を円形としているが、後述する裏面側高濃度不純物拡散層１１ａと電気的に接続できれば、ドットの形状はこれに限定されず、四角形等の任意の形状とすることができる。
さらに、半導体基板１０の裏面には、裏面側の第２電極であって複数の裏面第１電極１３同士を電気的に接続する複数の裏面第２電極１４が形成されている。複数の裏面第２電極１４は、裏面第１電極１３の上部および裏面側絶縁膜１２の表面に接触した状態で、裏面第１電極１３上および裏面側絶縁膜１２上に既定の方向に沿って並列配置されている。各々の裏面第２電極１４は、既定の方向に沿って配置された複数の裏面第１電極１３の中心上を通り、電気的に接続している。なお、各々の裏面第２電極１４は、既定の方向に沿って配置された複数の裏面第１電極１３同士を電気的接続できれば、裏面第１電極１３の中心上からずれていても問題ない。そして、裏面第１電極１３と裏面第２電極１４とにより、裏面側電極１５が構成されている。
裏面第１電極１３は、銀と、ガラスまたはセラミック成分と、溶剤とを含み、焼成時にファイヤスルー性を有する、すなわちファイヤスルーする性質を有する電極材料であるＡｇペーストが印刷および焼成されることにより形成されたＡｇペースト電極である。裏面第１電極１３に含まれる金属はＡｇに限定されず、Ａｇペーストがファイヤスルーする際に半導体基板１０の裏面のシリコン表面を侵食してシリコン表面と電気的接触可能な金属材料であればよい。
裏面第２電極１４は、焼成時にファイヤスルー性を有さない、シリコンと積極的に電気的接触をとらない電極材料からなる電極である。
なお、裏面第２電極１４は、裏面第１電極１３と異なる、銀、ガラスまたはセラミック成分と、溶剤の組成としており、焼成時にファイヤスルーはするがシリコン表面に対する侵食量が少なくシリコン表面のダメージの少ない性質を有する電極材料であるペースト電極とすることも可能である。この場合に、裏面第２電極１４に含まれる金属はＡｇに限定されず、ペーストの焼成時にファイヤスルーした場合に半導体基板１０の裏面のシリコン表面に対する侵食量が少なくシリコン表面との電気的接触が少ない金属材料であればよい。
なお、裏面第２電極１４がシリコン表面と接触する場合は、裏面第２電極１４は後述する裏面側高濃度不純物拡散層１１ａの他にも裏面側低濃度不純物拡散層１１ｂにも接触する。そして、裏面第２電極１４が裏面側低濃度不純物拡散層１１ｂに接触する場合は、接触部の再結合が多くなる一方で、裏面側低濃度不純物拡散層１１ｂの電界効果が弱く、裏面第２電極１４と裏面側低濃度不純物拡散層１１ｂとの接触の影響が大きく、太陽電池セル１の特性低下を招く。このため、裏面第２電極１４は、ファイヤスルーして裏面側低濃度不純物拡散層１１ｂに接触していないことが好ましく、また裏面第２電極１４は、ファイヤスルーして裏面側低濃度不純物拡散層１１ｂに接触している場合も、電気的接触が少ないことが好ましい。したがって、裏面第２電極１４は、焼成時にファイヤスルー性を有さない、すなわちファイヤスルーしない性質を有する電極材料ペーストが印刷および焼成されることにより形成されたＡｇペースト電極であることが好ましい。
そして、半導体基板１０の受光面と対向する裏面の表層には、裏面側の不純物拡散層であるｎ型の裏面側不純物拡散層１１が形成されている。ｎ型の裏面側不純物拡散層１１は、半導体基板１０における裏面の表層の全体にｎ型の不純物としてリン（Ｐ）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１１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、半導体基板１０の裏面側の表層部において、裏面第１電極１３の下部領域およびその周辺領域には、ｎ型の裏面側不純物拡散層１１においてリンが相対的に高濃度に拡散された、裏面側の第１不純物拡散層である裏面側高濃度不純物拡散層１１ａが形成されている。裏面側高濃度不純物拡散層１１ａのリンの濃度は、１×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３程度である。
また、半導体基板１０の裏面側の表層部において裏面側高濃度不純物拡散層１１ａが形成されていない領域には、ｎ型の裏面側不純物拡散層１１においてリンが相対的に低濃度に拡散された、裏面側の第２不純物拡散層である裏面側低濃度不純物拡散層１１ｂが形成されている。裏面側低濃度不純物拡散層１１ｂのリンの濃度は、１×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３程度である。したがって、半導体基板１０の裏面側の表層部には、リンを第１の濃度で含有する第１不純物拡散層である裏面側高濃度不純物拡散層１１ａと、リンを第１の濃度よりも低い第２の濃度で含有する第２不純物拡散層である裏面側低濃度不純物拡散層１１ｂと、を有するｎ型の不純物拡散層が配置されている。
複数の裏面側高濃度不純物拡散層１１ａの各々には、裏面側絶縁膜１２を貫通したドット状の裏面第１電極１３が接続されている。したがって、裏面側高濃度不純物拡散層１１ａの配置は、裏面第１電極１３の配置パターンと同様のパターンとされている。すなわち、複数の裏面側高濃度不純物拡散層１１ａは、半導体基板１０の裏面の全面において、既定の方向に規則的に配置されており、格子状に配列して設けられている。ドットの形状は、円形とされている。なお、裏面側高濃度不純物拡散層１１ａの配列パターンは、格子状に限らず、裏面第１電極１３と同様のパターンであって、半導体基板１０の裏面の全面において、満遍なく配置されるパターンであればよい。また、本実施の形態１では、ドットの形状を円形としているが、裏面第１電極１３と電気的に接続できれば、ドットの形状はこれに限定されず、四角形等の任意の形状とすることができる。
裏面側高濃度不純物拡散層１１ａは、裏面側低濃度不純物拡散層１１ｂ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１１ｂは、裏面側高濃度不純物拡散層１１ａ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１１ａと裏面側低濃度不純物拡散層１１ｂとにより裏面側不純物拡散層１１が構成されている。
したがって、裏面側高濃度不純物拡散層１１ａのリンの拡散濃度を第１拡散濃度とし、裏面側低濃度不純物拡散層１１ｂのリンの拡散濃度を第２拡散濃度とすると、第２拡散濃度は、第１拡散濃度よりも低くなる。また、裏面側高濃度不純物拡散層１１ａ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１１ｂ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。
上述した太陽電池セル１は、ｎ型シリコン基板２の裏面側に選択拡散層領域であるドット状のｎ型の裏面側高濃度不純物拡散層１１ａが形成されている。また、太陽電池セル１は、裏面側高濃度不純物拡散層１１ａ以外のｎ型シリコン基板２の裏面側の領域の全面には、裏面側高濃度不純物拡散層１１ａよりも不純物濃度が低濃度であるｎ型の裏面側低濃度不純物拡散層１１ｂが形成されている。ｎ型の裏面側低濃度不純物拡散層１１ｂは、ＢＳＦ効果により半導体基板１０の裏面における再結合を抑制して、開放電圧を向上させて、太陽電池セル１の光電変換効率を向上させる効果を有する。
また、上述した太陽電池セル１は、裏面側のｎ型の裏面側不純物拡散層１１の外表面に、すなわち裏面側高濃度不純物拡散層１１ａの外表面および裏面側低濃度不純物拡散層１１ｂの外表面に、パッシベーション膜としての機能を有する裏面側絶縁膜１２が形成されている。このため、太陽電池セル１は、裏面側絶縁膜１２のパッシベーション効果により、半導体基板１０の裏面における再結合の抑制効果が向上し、開放電圧をさらに向上させて、光電変換効率をさらに向上させる効果を有する。
また、上述した太陽電池セル１は、ｐ型の受光面側不純物拡散層３の外表面に、パッシベーション膜としての機能を兼ねた反射防止膜４が形成されている。このため、太陽電池セル１は、反射防止膜４のパッシベーション効果により、半導体基板１０の受光面における再結合の抑制効果が向上し、開放電圧をさらに向上させて、光電変換効率をさらに向上させる効果を有する。
すなわち、太陽電池セル１は、受光面および裏面にパッシベーション膜を備えるため、高い光電変換効率が得られる。
また、上述した太陽電池セル１は、裏面側高濃度不純物拡散層１１ａのリンの濃度が１×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３程度であり、裏面側高濃度不純物拡散層１１ａと裏面第１電極１３との電気的接合において、接触抵抗の低い、良好なコンタクトを形成できる。したがって、太陽電池セル１は、裏面側高濃度不純物拡散層１１ａと裏面第１電極１３との接触抵抗が低下し、ＦＦ（Ｆｉｌｌ Ｆａｃｔｏｒ）を向上させて、光電変換効率をさらに向上させる効果を有する。
また、上述した太陽電池セル１は、裏面側高濃度不純物拡散層１１ａが複数のドット状に形成され、且つ複数のドット状の裏面第１電極１３が半導体基板１０の面方向において裏面側高濃度不純物拡散層１１ａに内包される領域に形成されている。すなわち、太陽電池セル１は、裏面第１電極１３が半導体基板１０の裏面にポイント的に接続するポイントコンタクト構造を有する。そして、裏面側電極１５は、ｎ型の裏面側不純物拡散層１１において隣り合う裏面第１電極１３間の領域には接触していない。すなわち、隣り合う裏面第１電極１３同士は、裏面側絶縁膜１２上において裏面第２電極１４により電気的に接続されている。したがって、隣り合う裏面第１電極１３同士は、裏面側不純物拡散層１１から離間した状態の裏面第２電極１４により電気的に接続されている。
このため、太陽電池セル１は、裏面側高濃度不純物拡散層および裏面側電極が連続した長尺細長形状に形成される場合と比べて、ｎ型の裏面側不純物拡散層１１における裏面側高濃度不純物拡散層１１ａの面積率を大きく低減することができる。ｎ型の裏面側不純物拡散層１１における裏面側高濃度不純物拡散層１１ａの面積率を低減することにより、パッシベーション効果による再結合の抑制効果の大きい裏面側低濃度不純物拡散層１１ｂの面積率を増加させることができ、光電変換効率を向上させる効果が得られる。
また、太陽電池セル１は、ｎ型の裏面側不純物拡散層１１における裏面側高濃度不純物拡散層１１ａの面積率を低減することにより、裏面側高濃度不純物拡散層および裏面側電極が長尺細長形状に形成される場合と比べて、裏面側不純物拡散層１１に対する裏面第１電極１３の接触領域を大きく低減することができる。また、太陽電池セル１は、裏面側高濃度不純物拡散層１１ａの面積を小さくすることにより、再結合が大きいため高光電変換効率化の妨げとなる、裏面第１電極１３からはみ出る裏面側高濃度不純物拡散層１１ａの面積を低減することができ、光電変換効率を向上させる効果が得られる。
また、上述した太陽電池セル１は、複数の裏面第１電極１３同士を電気的に接続する裏面第２電極１４が裏面側絶縁膜１２上および裏面第１電極１３上に形成されている。すなわち、裏面第２電極１４は裏面側絶縁膜１２をファイヤスルーせずに形成されているので、裏面第２電極１４と裏面側低濃度不純物拡散層１１ｂとは電気的に接合していない。また、裏面第２電極１４は裏面側絶縁膜１２をファイヤスルーせずに形成されているので、裏面側絶縁膜１２による裏面側低濃度不純物拡散層１１ｂの表面のパッシベーション効果を低減させることが無い。したがって、太陽電池セル１は、裏面側絶縁膜１２による高いパッシベーション効果が得られる。
また、上述した太陽電池セル１は、裏面第２電極１４が複数の裏面第１電極１３同士を電気的に接続するため、裏面側高濃度不純物拡散層１１ａから裏面第１電極１３に集電された電流を集電することができる。そして、裏面第２電極１４に図示しないタブを接続することにより、太陽電池セル１の外に電流を取り出すことができる。
つぎに、本実施の形態１にかかる太陽電池セル１の製造方法について図６から図１２を参照して説明する。図６は、本発明の実施の形態１にかかる太陽電池セル１の製造方法の手順を説明するためのフローチャートである。図７から図１５は、本発明の実施の形態１にかかる太陽電池セル１の製造方法を説明するための要部断面図である。なお、図７から図１５は、図４に対応した要部断面図である。
図７は、図６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７から図１５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を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。
図８は、図６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型の受光面側不純物拡散層３を形成してｐｎ接合を形成する工程である。ｐ型の受光面側不純物拡散層３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ｎ型シリコン基板２を熱処理することで実現される。これにより、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１０が得られる。
つぎに、半導体基板１０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、選択拡散層が形成される。ここでは、一例として裏面側高濃度不純物拡散層１１ａ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１１ｂ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９は、図６のステップＳ３０の説明図である。ステップＳ３０は、半導体基板１０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を含有する裏面側ドーピングペースト２１が選択的に印刷される工程である。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裏面側ドーピングペースト２１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。裏面側ドーピングペースト２１の印刷パターンは、ｎ型シリコン基板２の裏面の全面において複数のドットが格子状に配列されたパターンであり、ｎ型シリコン基板２の裏面における裏面第１電極１３の形成領域およびその周辺領域となる領域である。
裏面側ドーピングペースト２１の印刷パターンは、裏面側ドーピングペースト２１の印刷パターンと同じパターンで形成される裏面側高濃度不純物拡散層１１ａと、裏面第１電極１３との接触抵抗が高すぎて問題にならない程度の面積を有するパターンとされる。また、裏面側ドーピングペースト２１の印刷パターンは、ｎ型の裏面側不純物拡散層１１において、電気抵抗の高い裏面側高濃度不純物拡散層１１ａの面積が大きくなることに起因してｎ型シリコン基板２の抵抗損失が大きくなって太陽電池セル１の特性低下が問題となることが無い程度の間隔で、ｎ型シリコン基板２の裏面において既定の方向に規則的に配置されたパターンとされる。そして、裏面側ドーピングペースト２１の印刷パターンは、ｎ型シリコン基板２の裏面においてできる限り面積率を低くするように設定される。裏面側ドーピングペースト２１の印刷パターンは、たとえば、直径が５０μｍ以上、３００μｍ以下程度のドットが、０．３ｍｍ以上、３ｍｍ以下程度の間隔で千鳥状または格子状に配列されたパターンとされる。裏面側ドーピングペースト２１の印刷後、裏面側ドーピングペースト２１を乾燥させる。
図１０は、図６のステップＳ４０の説明図である。ステップＳ４０は、裏面側ドーピングペースト２１が印刷された半導体基板１０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Ｓ４０では、裏面側ドーピングペースト２１が印刷された半導体基板１０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、半導体基板１０を載置したボートを横型炉に装入し、１０００℃以上、１１００℃以下程度で３０分間、半導体基板１０を熱処理する。この熱処理により、裏面側ドーピングペースト２１内のドーパント成分であるリンが裏面側ドーピングペースト２１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、裏面側ドーピングペースト２１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１１ａが形成される。裏面側高濃度不純物拡散層１１ａは、裏面側ドーピングペースト２１の印刷パターンと同じ千鳥状または格子状に配列された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、裏面側ドーピングペースト２１の直下領域以外の領域は、裏面側ドーピングペースト２１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裏面側ドーピングペースト２１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１１ｂが気相拡散により形成される。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１１ａと裏面側低濃度不純物拡散層１１ｂとを有するｎ型の裏面側不純物拡散層１１が形成される。
なお、選択拡散層構造を有する裏面側不純物拡散層１１の形成方法は、上述したドーピングペーストと、気相からの熱拡散と、を組み合わせた方法に限定されない。たとえば、気相熱拡散により均一なｎ型の不純物拡散層を形成した後に、拡散時に形成されて不純物元素を含む酸化膜に局所的にレーザ照射する方法、気相熱拡散により均一なｎ型の不純物拡散層を形成した後に、ｎ型シリコン基板２の裏面の一部にマスクを形成してエッチング処理する方法、または、マスクを用いてｎ型シリコン基板２の裏面に不純物をイオン注入する方法などの他の方法を用いることができる。
ここで、半導体基板１０は、半導体基板１０の受光面側が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１０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１０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。これにより、半導体基板１０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、半導体基板１０へのリンの拡散は、裏面に選択的に実施され、裏面にｎ型の裏面側不純物拡散層１１が形成される。なお、半導体基板１０の受光面側に酸化膜等からなる拡散マスク膜を形成してもよい。
つぎに、図６のステップＳ５０において、裏面側ドーピングペースト２１が除去される。裏面側ドーピングペースト２１の除去は、半導体基板１０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。このとき、ステップＳ４０において半導体基板１０の表面に形成されたリンを含む酸化膜も除去される。
つぎに、図６のステップＳ６０において、半導体基板１０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、半導体基板１０の裏面側に形成されたｎ型の裏面側不純物拡散層１１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Ｓ５０までの工程を経た５０枚から３００枚程度の半導体基板１０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１０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１０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１１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Ｓ６０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１０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１０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１０の洗浄による酸化膜を、後述する反射防止膜もしくはパッシベーション層、またはこれらの一部として用いてもよい。
図１１は、図６のステップＳ７０の説明図である。ステップＳ７０は、裏面側絶縁膜１２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１０の裏面に、すなわち裏面側不純物拡散層１１上に、たとえばプラズマ化学気相成長（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＣＶＤ）法を用いて窒化シリコン膜を形成して、半導体基板１０の裏面に絶縁膜からなる裏面側絶縁膜１２が形成される。なお、裏面側絶縁膜１２の窒化シリコン膜と裏面側不純物拡散層１１との間には、他の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。
続いて、半導体基板１０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、他に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１２、反射防止膜４および半導体基板１０の表裏面に形成される他の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１２は、図６のステップＳ８０の説明図である。ステップＳ８０は、裏面第１電極１３を印刷する工程である。ステップＳ８０では、半導体基板１０の裏面の裏面側絶縁膜１２上における裏面側高濃度不純物拡散層１１ａ上の領域に、Ａｇとガラスフリットと溶剤と含有する電極材料ペーストであるＡｇ含有ペースト１３ａがスクリーン印刷によって選択的に印刷される。Ａｇ含有ペースト１３ａは、ファイヤスルーする性質を有し、かつ半導体基板１０の裏面のシリコン表面と電気的接触可能な電極材料ペーストである。
Ａｇ含有ペースト１３ａは、裏面側絶縁膜１２の全面において複数のドットが格子状に配列されたパターンで、裏面側高濃度不純物拡散層１１ａに内包される領域に印刷される。Ａｇ含有ペースト１３ａの印刷パターンは、たとえば、直径が３０μｍ以上、１５０μｍ以下程度のドットが、０．５ｍｍ以上、３．０ｍｍ以下程度の間隔で千鳥状または格子状に配列されたパターンとされる。その後、Ａｇ含有ペースト１３ａが乾燥されることによって、乾燥状態の裏面第１電極１３が形成される。
図１３は、図６のステップＳ９０の説明図である。ステップＳ９０は、裏面第２電極１４を印刷する工程である。ステップＳ９０では、乾燥状態の裏面第１電極１３の上部および乾燥状態の裏面第１電極１３間の裏面側絶縁膜１２の表面に、ファイヤスルー性を有さない電極材料ペーストであるＡｇペースト１４ａがスクリーン印刷によって選択的に印刷される。
Ａｇペースト１４ａは、複数の乾燥状態の裏面第１電極１３同士を接続するパターンで、既定の方向に沿って並列に印刷される。Ａｇペースト１４ａの印刷パターンは、たとえば２０μｍ以上、２００μｍ以下程度の幅の線状パターンとされる。その後、Ａｇペースト１４ａが乾燥されることによって、乾燥状態の裏面第２電極１４が形成される。
図１４は、図６のステップＳ１００の説明図である。ステップＳ１００は、受光面側電極７を印刷する工程である。ステップＳ１００では、反射防止膜４上に、たとえばＡｇとＡｌとガラスフリットと溶剤とを含有する電極材料ペーストであるＡｇＡｌ含有ペースト７ａが受光面側グリッド電極５および受光面側バス電極６の形状に、スクリーン印刷によって選択的に印刷される。その後、ＡｇＡｌ含有ペースト７ａ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７が形成される。
図１５は、図６のステップＳ１１０の説明図である。ステップＳ１１０は、半導体基板１０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１０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１０の受光面側では、ＡｇＡｌ含有ペースト７ａ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型の受光面側不純物拡散層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５および受光面側バス電極６が得られ、受光面側電極７と半導体基板１０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１０の裏面側では、Ａｇ含有ペースト１３ａに含有されるガラス材料が溶融して裏面側絶縁膜１２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１１ａのシリコンと接触し再凝固する。これにより、裏面第１電極１３が得られる。また、Ａｇペースト１４ａが裏面第１電極１３と接続される。これにより、裏面第１電極１３同士を接続する裏面第２電極１４が得られ、裏面側電極１５と半導体基板１０のシリコンとの電気的導通が確保される。なお、電極材料ペーストの焼成は、受光面側と裏面側とを個別に行っても構わない。
以上のような工程を実施することにより、図１から図５に示す本実施の形態１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１０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。
上述したように、本実施の形態１にかかる太陽電池セル１においては、裏面側不純物拡散層１１における裏面側高濃度不純物拡散層１１ａの面積率が低く、且つ裏面側不純物拡散層１１と裏面側電極１５との接触領域の少ない、高光電変換効率化が可能な太陽電池セルが実現される。したがって、本実施の形態１にかかる太陽電池セル１によれば、選択拡散層構造を有し、高い光電変換効率を実現可能な太陽電池セルが得られる、という効果を奏する。
実施の形態２．
図１６は、本発明の実施の形態２にかかる太陽電池セル３１を受光面側から見た上面図である。図１７は、本発明の実施の形態２にかかる太陽電池セル３１の受光面側を拡大して示す図である。図１８は、本発明の実施の形態２にかかる太陽電池セル３１の要部断面図であり、図１７におけるＣ−Ｃ断面図である。図１９は、本発明の実施の形態２にかかる太陽電池セル３１の要部断面図であり、図１７におけるＤ−Ｄ断面図である。なお、図１７では、反射防止膜４を透過して見た状態を示している。
実施の形態２にかかる太陽電池セル３１が実施の形態１にかかる太陽電池セル１と異なる点は、受光面側の構造である。太陽電池セル３１においては、受光面側の不純物拡散層であるｐ型の受光面側不純物拡散層３２が太陽電池セル１のｎ型の裏面側不純物拡散層１１と同様に選択拡散層構造を有し、受光面側電極３６が太陽電池セル１の裏面側電極１５と同様の構成を有する。太陽電池セル３１の裏面側の構成は、実施の形態１にかかる太陽電池セル１と同様である。太陽電池セル１と同じ部材は、太陽電池セル１と同じ符号を付すことで説明を省略する。
本実施の形態２にかかる太陽電池セル３１においては、ｎ型の半導体基板２の受光面の全体にボロン（Ｂ）が拡散されたｐ型の受光面側不純物拡散層３２が形成されて、ｐｎ接合を有する半導体基板３３が形成されている。太陽電池セル３１においては、ｐ型の受光面側不純物拡散層３２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、半導体基板３３の受光面側の表層部において、後述する受光面第１電極３４の下部領域およびその周辺領域には、ｐ型の受光面側不純物拡散層３２においてボロンが相対的に高濃度に拡散された、受光面側の第１不純物拡散層である受光面側高濃度不純物拡散層３２ａが形成されている。受光面側高濃度不純物拡散層３２ａのボロンの濃度は、１×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３程度である。
また、半導体基板３３の受光面側の表層部において受光面側高濃度不純物拡散層３２ａが形成されていない領域には、ｐ型の受光面側不純物拡散層３２においてボロンが相対的に低濃度に拡散された、受光面側の第２不純物拡散層である受光面側低濃度不純物拡散層３２ｂが形成されている。受光面側低濃度不純物拡散層３２ｂのボロンの濃度は、５×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３程度である。したがって、半導体基板３３の受光面側の表層部には、ボロンを第３の濃度で含有する第３不純物拡散層と、ボロンを第３の濃度よりも低い第４の濃度で含有する第４不純物拡散層と、を有するｐ型の不純物拡散層が配置されている。
複数の受光面側高濃度不純物拡散層３２ａの各々には、受光面の第１電極であって反射防止膜４を貫通したドット状の受光面第１電極３４が接続されている。したがって、受光面側高濃度不純物拡散層３２ａの配置は、受光面第１電極３４の配置パターンと同様のパターンとされている。その他、受光面側高濃度不純物拡散層３２ａのパターンは、裏面側高濃度不純物拡散層１１ａのパターンと同様である。
半導体基板３３における受光面側には、受光面の第１電極であって、反射防止膜４を貫通して、受光面側高濃度不純物拡散層３２ａに達する複数のドット状の受光面第１電極３４が格子状に配列して反射防止膜４に埋設されている。その他、受光面第１電極３４のパターンは、裏面第１電極１３と同様である。したがって、受光面第１電極３４は、半導体基板３３における受光面側において、受光面側高濃度不純物拡散層３２ａ上にポイント的に形成されて受光面側高濃度不純物拡散層３２ａに接続されている。
さらに、半導体基板３３における受光面側には、受光面の第２電極であって、複数の受光面第１電極３４同士を電気的に接続する複数の受光面第２電極３５が形成されている。受光面第２電極３５は、焼成時にファイヤスルー性を有さない、シリコンと積極的に電気的接触をとらない電極材料からなる電極である。複数の受光面第２電極３５は、受光面第１電極３４の上部および反射防止膜４の表面に接触した状態で、受光面第１電極３４上および反射防止膜４上に既定の方向に沿って並列配置されている。そして、受光面第１電極３４と受光面第２電極３５とにより、受光面側電極３６が構成されている。
本実施の形態２にかかる太陽電池セル３１は、ｐ型の受光面側不純物拡散層３２を実施の形態１にかかる太陽電池セル１のｎ型の裏面側不純物拡散層１１と同様の方法で形成し、受光面側電極３６を実施の形態１にかかる太陽電池セル１の裏面側電極１５と同様の方法で形成することにより作製できる。図２０から図２３を参照して、太陽電池セル３１の製造方法の主要な手順を簡単に説明する。図２０は、本発明の実施の形態２にかかる太陽電池セル３１の製造方法の手順を説明するためのフローチャートである。図２１から図２３は、本発明の実施の形態２にかかる太陽電池セル３１の製造方法を説明するための要部断面図である。なお、図２０においては、図６と同じフローについては、同じステップ番号を付している。
まず、ステップＳ１０の実施後、ステップＳ２１０においてｎ型シリコン基板２の受光面側に、図２１に示すようにｐ型不純物の拡散源であるドーピングペーストとしてボロンを含有する受光面側ドーピングペースト４１が選択的に印刷される。ここでは、ドーピングペーストとして、ボロンの酸化物を含んだ樹脂ペーストである受光面側ドーピングペースト４１を、スクリーン印刷法を用いてｎ型シリコン基板２の受光面上に選択的に印刷する。受光面側ドーピングペースト４１の印刷パターンは、ｎ型シリコン基板２の受光面の全面において複数のドットが格子状に配列されたパターンであり、ｎ型シリコン基板２の受光面における受光面第１電極３４の形成領域およびその周辺領域となる領域である。
つぎに、ステップＳ２２０において、受光面側ドーピングペースト４１が印刷されたｎ型シリコン基板２が熱処理されて、選択拡散層構造を有するｐ型の受光面側不純物拡散層３２が形成される。ステップＳ２２０では、受光面側ドーピングペースト４１が印刷された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が行われる。
これにより、受光面側ドーピングペースト４１の直下のｎ型シリコン基板２の受光面側の表層に、受光面側高濃度不純物拡散層３２ａが形成される。一方、ｎ型シリコン基板２の受光面側の表層において、受光面側ドーピングペースト４１の直下領域以外の領域に受光面側低濃度不純物拡散層３２ｂが気相拡散により形成される。これにより、図２２に示すように選択拡散層構造を有するｐ型の受光面側不純物拡散層３２が形成される。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３２と、によりｐｎ接合が構成された半導体基板３３が得られる。
つぎにステップＳ２３０において、ステップＳ５０と同様の方法で受光面側ドーピングペースト４１が除去される。
つぎに、半導体基板３３に対してステップＳ３０からステップＳ９０の処理が実施される。
つぎに、ステップＳ２４０において、受光面第１電極３４が印刷される。ステップＳ２４０では、図２３に示すように半導体基板３３の受光面の反射防止膜４上における受光面側高濃度不純物拡散層３２ａ上の領域に、ＡｇとＡｌとガラスフリットと溶剤とを含有する電極材料ペーストであるＡｇＡｌ含有ペースト３４ａがスクリーン印刷によって選択的に印刷される。ＡｇＡｌ含有ペースト３４ａは、ファイヤスルーする性質を有し、かつ半導体基板３３の受光面のシリコン表面と電気的接触可能な電極材料ペーストである。その後、ＡｇＡｌ含有ペースト３４ａが乾燥されることによって、乾燥状態の受光面第１電極３４が形成される。
ＡｇＡｌ含有ペースト３４ａは、反射防止膜４の全面において複数のドットが格子状に配列されたパターンで、受光面側高濃度不純物拡散層３２ａに内包される領域に印刷される。その他、ＡｇＡｌ含有ペースト３４ａの印刷パターンは、Ａｇ含有ペースト１３ａの印刷パターンと同様である。
つぎに、ステップＳ２５０において、受光面第２電極３５が印刷される。ステップＳ２５０では、図２３に示すように乾燥状態の受光面第１電極３４の上部および乾燥状態の受光面第１電極３４間の反射防止膜４の表面に、焼成時にファイヤスルー性を有さない電極材料ペーストであるＡｇペースト３５ａがスクリーン印刷によって選択的に印刷される。Ａｇペースト３５ａは、複数の乾燥状態の受光面第１電極３４同士を接続するパターンで、既定の方向に沿って並列に印刷される。その他、Ａｇペースト３５ａの印刷パターンは、Ａｇペースト１４ａの印刷パターンと同様である。その後、Ａｇペースト３５ａが乾燥されることによって、乾燥状態の受光面第２電極３５が形成される。
その後、ステップＳ１１０において、半導体基板３３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。これにより、半導体基板３３の裏面側では、裏面第１電極１３と裏面第２電極１４とを有する裏面側電極１５が得られる。
一方、半導体基板３３の受光面側では、ＡｇＡｌ含有ペースト３４ａ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ＡｇＡｌ材料が受光面側高濃度不純物拡散層３２ａのシリコンと接触し再凝固する。これにより、受光面第１電極３４が得られる。また、Ａｇペースト３５ａが受光面第１電極３４と接続される。これにより、受光面第１電極３４同士を接続する受光面第２電極３５が得られ、受光面側電極３６と半導体基板３３のシリコンとの電気的導通が確保される。これにより、受光面第１電極３４と受光面第２電極３５とを有する受光面側電極３６が得られる。なお、電極材料ペーストの焼成は、受光面側と裏面側とを個別に行っても構わない。
以上のような工程を実施することにより、図１６から図１９に示す本実施の形態２にかかる太陽電池セル３１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３３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。
上述したような本実施の形態２にかかる太陽電池セル３１においては、ｐ型の受光面側不純物拡散層３２が実施の形態１にかかる太陽電池セル１のｎ型の裏面側不純物拡散層１１と同様に選択拡散層構造を有し、受光面側電極３６が実施の形態１にかかる太陽電池セル１の裏面側電極１５と同様の構成を有する。これにより、太陽電池セル３１においては、受光面側においても、実施の形態１にかかる太陽電池セル１と同様の効果が得られる。
したがって、本実施の形態２にかかる太陽電池セル３１によれば、受光面側不純物拡散層３２における受光面側高濃度不純物拡散層３２ａの面積率が低く、且つ受光面側不純物拡散層３２と受光面側電極３６との接触領域の少ない、高光電変換効率化が可能な太陽電池セルが実現される。
なお、受光面第２電極３５は、裏面第２電極１４の場合と同様に、受光面第１電極３４と異なる、銀、ガラスまたはセラミック成分と、溶剤の組成としており、焼成時にファイヤスルーはするがシリコン表面に対する侵食量が少なくシリコン表面のダメージの少ない性質を有する電極材料であるペースト電極とすることも可能である。この場合に、受光面第２電極３５に含まれる金属はＡｇに限定されず、ペーストの焼成時にファイヤスルーした場合に半導体基板３３の受光面のシリコン表面に対する侵食量が少なくシリコン表面との電気的接触が少ない金属材料であればよい。
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。
１，３１ 太陽電池セル、２，１０，３３ 半導体基板、３，３２ 受光面側不純物拡散層、４ 反射防止膜、５ 受光面側グリッド電極、６ 受光面側バス電極、７，３６ 受光面側電極、７ａ ＡｇＡｌ含有ペースト、１１ 裏面側不純物拡散層、１１ａ 裏面側高濃度不純物拡散層、１１ｂ 裏面側低濃度不純物拡散層、１２ 裏面側絶縁膜、１３ 裏面第１電極、１３ａ Ａｇ含有ペースト、１４ 裏面第２電極、１４ａ，３５ａ Ａｇペースト、１５ 裏面側電極、２１ 裏面側ドーピングペースト、３２ａ 受光面側高濃度不純物拡散層、３２ｂ 受光面側低濃度不純物拡散層、３４ 受光面第１電極、３５ 受光面第２電極、４１ 受光面側ドーピングペースト。

Claims (7)

  1. ｐｎ接合を有するｎ型の半導体基板と、
    前記半導体基板の受光面または前記受光面と対向する裏面側の表層に形成されており、ｎ型またはｐ型の不純物元素を第１の濃度で含有する第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不純物元素を前記第１の濃度よりも低い第２の濃度で含有する第２不純物拡散層とを有する不純物拡散層と、
    前記半導体基板における前記不純物拡散層が形成された面において複数箇所に形成されており、前記第１不純物拡散層に電気的に接続する第１電極と、
    前記不純物拡散層から離間した状態で複数の前記第１電極を電気的に接続する第２電極と、
    を備え、
    前記第１不純物拡散層および前記第１電極は、既定の間隔を有するドット状に形成されていること、
    を特徴とする太陽電池セル。
  2. 前記不純物拡散層上に形成されたパッシベーション膜を備え、
    前記第１電極は、前記パッシベーション膜に埋設されており、
    前記第２電極は、前記パッシベーション膜上および前記第１電極上に形成されていること、
    を特徴とする請求項１に記載の太陽電池セル。
  3. 前記半導体基板の受光面側の表層に形成されており、ｐ型の不純物元素を含有するｐ型の受光面側不純物拡散層と、
    前記受光面側不純物拡散層上に形成された受光面側パッシベーション膜と、
    前記受光面側不純物拡散層に電気的に接続する受光面側電極と、
    を備え、
    前記不純物拡散層が、前記半導体基板における裏面側の表層に形成されたｎ型の裏面側不純物拡散層であり、
    前記パッシベーション膜が、裏面側パッシベーション膜であり、
    前記第１電極および前記第２電極が、前記裏面側不純物拡散層に電気的に接続する裏面側電極であること、
    を特徴とする請求項２に記載の太陽電池セル。
  4. 前記半導体基板の裏面側の表層に形成されており、ｎ型の不純物元素を含有するｎ型の裏面側不純物拡散層と、
    前記裏面側不純物拡散層上に形成された裏面側パッシベーション膜と、
    前記裏面側不純物拡散層に電気的に接続する裏面側電極と、
    を備え、
    前記不純物拡散層が、前記半導体基板における受光面側の表層に形成されたｐ型の受光面側不純物拡散層であり、
    前記パッシベーション膜が、受光面側パッシベーション膜であり、
    前記第１電極および前記第２電極が、前記受光面側不純物拡散層に電気的に接続する受光面側電極であること、
    を特徴とする請求項２に記載の太陽電池セル。
  5. ｐｎ接合を有するｎ型の半導体基板の受光面または前記受光面と対向する裏面側の表層に、ｎ型またはｐ型の不純物元素が第１の濃度で拡散された第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不純物元素が前記第１の濃度よりも低い第２の濃度で拡散された第２不純物拡散層とを有する不純物拡散層を形成する第１工程と、
    前記不純物拡散層上にパッシベーション膜を形成する第２工程と、
    前記パッシベーション膜上であって前記第１不純物拡散層上の領域に第１電極ペーストを印刷する第３工程と、
    前記第１電極ペースト上および前記第１電極ペースト間の前記パッシベーション膜上に第２電極ペーストを印刷する第４工程と、
    前記第１電極ペーストと前記第２電極ペーストとを同時に焼成し、前記パッシベーション膜に埋設されて前記第１不純物拡散層に電気的に接続される第１電極と、前記不純物拡散層から離間した状態で複数の前記第１電極に電気的に接続する第２電極とを形成する第５工程と、
    を含み、
    前記第１工程では、前記第１不純物拡散層を既定の間隔を有するドット状に形成し、
    前記第５工程では、前記第１電極を既定の間隔を有するドット状に形成すること、
    を特徴とする太陽電池セルの製造方法。
  6. 前記第５工程では、前記第２電極ペーストが前記パッシベーション膜をファイヤスルーすることなく、前記第２電極を形成すること、
    を特徴とする請求項５に記載の太陽電池セルの製造方法。
  7. 前記第１工程は、
    ｎ型またはｐ型の不純物元素を含有するドーピングペーストを、前記半導体基板の受光面または裏面側の表層に塗布する第６工程と、
    処理室内において前記ドーピングペーストと同じ導電型の不純物元素を含有するガスの雰囲気下における熱処理を前記半導体基板に施す第７工程と、
    を含むことを特徴とする請求項５または６に記載の太陽電池セルの製造方法。
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