JP6663492B2 - 太陽電池、太陽電池の製造方法及び太陽電池の製造システム - Google Patents

太陽電池、太陽電池の製造方法及び太陽電池の製造システム Download PDF

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Description

本発明は、太陽電池及びその製造方法に関する。
単結晶や多結晶半導体基板を用いた比較的高い光電変換効率を有する太陽電池構造の一つとして、正負の電極をすべて非受光面（裏面）に設けた裏面電極型太陽電池がある。まず、裏面の概観を図６に示す。太陽電池の裏面には、裏面エミッタ層６０４及びベース層６０３が交互に配列されている。また、裏面エミッタ層６０４上に沿って集電電極としてエミッタ電極６０６、６１６が設けられ、ベース層６０３上に沿って集電電極としてベース電極６０５、６１５が設けられている。裏面エミッタ層６０４の幅は数ｍｍ〜数百μｍ程度、ベース層６０３の幅は数百μｍ〜数十μｍ程度が一般的である。また、上記の集電電極のうち、エミッタ電極６０６及びベース電極６０５の電極幅は数百〜数十μｍ程度が一般的であり、これらの電極はフィンガー電極と呼ばれることが多い。一方で、エミッタ電極６１６及びベース電極６１５の電極幅は数ｍｍ〜数百μｍ程度が一般的であり、これらの電極はバスバー電極と呼ばれることが多い。なお、本明細書においては、集電電極とは基板内で生じたキャリアを取り出す電極を意味し、フィンガー電極とバスバー電極を含む概念である。
次に、断面構造の模式図を図７に示す。太陽電池７００は半導体基板７０２を備える。半導体基板７０２の裏面の最表層近傍に裏面エミッタ層７０４及びベース層７０３が形成されている。各層厚はせいぜい１μｍ程度である。裏面エミッタ層７０４上にはエミッタ電極（フィンガー電極）７０６が設けられ、ベース層７０３上にはベース電極（フィンガー電極）７０５が設けられている。また、非電極領域の表面はＳｉＮｘ膜やシリコン酸化膜等の裏面保護膜７０７で覆われる。受光面側には反射損失を低減する目的で、反射防止膜７０１が設けられる。
特開２０１２−１２４１９３号公報
裏面電極型の太陽電池は、高い光電変換効率が求められている。このようなエミッタ層が裏面側に設けられている太陽電池の光電変換効率は、基板の少数キャリアライフタイムに強く依存する。入射光の大半は基板の表層付近で吸収されるため、キャリアは基板表層近傍に多く発生する。発電のためには発生したキャリアをエミッタ層で収集する必要があるが、ライフタイムが低いとエミッタ層に到達する前に再結合してしまう。従って、高い光電変換効率のためにはライフタイムを高く維持することが必須要件となる。
裏面電極型太陽電池の一例としては例えば特許文献１がある。特許文献１では、受光面の再結合を抑制し、実効的なライフタイムを改善して変換効率の向上を図るものである。この技術により変換効率改善はするものの、改善のために工数を多くする必要があり実用的ではなかった。
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、キャリアを効率よく収集でき、変換効率に優れた太陽電池を提供することを目的とする。また、そのような太陽電池を簡便に製造することができる太陽電池の製造方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明では、第一導電型を有する半導体基板を備え、該基板の第一主表面に、前記第一導電型と同じ導電型を有する第一導電型層及び前記第一導電型と反対の第二導電型を有する第二導電型層を備え、前記第一主表面に位置する第一導電型層上に第一集電電極を備え、前記第一主表面に位置する第二導電型層上に第二集電電極を備える太陽電池であって、前記半導体基板の側面には前記第二導電型を有する第二導電型層が、前記第一主表面に位置する第二導電型層と連続して形成されていることを特徴とする太陽電池を提供する。
このような太陽電池であれば、第二導電型層が第一主表面から側面にかけて連続して形成されたものであるため、特に、基板の外周部で生成したキャリアを効率よく収集できる。これにより変換効率が向上する。なお、以下では、第一主表面を裏面、第二主表面を受光面、第一導電型層をベース層、第二導電型層をエミッタ層、第一集電電極をベース電極、第二集電電極をエミッタ電極とも称する。
また、前記半導体基板の第二主表面の外周部には前記第二導電型を有する第二導電型層が、前記半導体基板の側面を介して前記第一主表面に位置する第二導電型層と連続して形成されていることが好ましい。
このような第二導電型層が第一主表面から側面を介して第二主表面の外周部にかけて連続して形成された太陽電池であれば、エミッタ層へのキャリアの収集効率をより高めることができる。特に、基板表層の外周部で生成したキャリアをより効率よく収集できる。
また、前記第一主表面の最外周端から最も近くに位置する電極が前記第二集電電極であることが好ましい。
このような太陽電池は、側面に位置するエミッタ層や第二主表面に位置するエミッタ層とエミッタ電極との距離が近いものであるため、エミッタ横流れ抵抗（エミッタ層に収集されたキャリアが、エミッタ層内を電極に向かって流れていく際に発生する抵抗）の影響をより受けにくくなる。
更に本発明では、第一導電型を有する半導体基板の第一主表面に、前記第一導電型と反対の第二導電型を有する第二導電型層を形成する工程と、前記第一主表面に、前記第一導電型と同じ導電型を有する第一導電型層を形成する工程と、前記第一主表面に位置する第一導電型層上に第一集電電極を形成する工程と、前記第一主表面に位置する第二導電型層上に第二集電電極を形成する工程とを有する太陽電池の製造方法であって、前記第二導電型を有する第二導電型層を形成する工程において、前記半導体基板の側面に前記第二導電型を有する第二導電型層を、前記第一主表面に位置する第二導電型層と連続して形成することにより、前記第二導電型を有する第二導電型層が前記第一主表面から前記側面にかけて連続して形成された太陽電池を製造することを特徴とする太陽電池の製造方法を提供する。
このような太陽電池の製造方法であれば、キャリアを効率よく収集でき、変換効率に優れた太陽電池を簡便に製造することができる。
また、前記第二導電型を有する第二導電型層を形成する工程において、前記第一主表面に位置する第二導電型層と前記側面に位置する第二導電型層とを、塗布拡散処理によって形成し、該塗布拡散処理は一度の塗布ステップ及び拡散熱処理ステップからなるものとすることができる。
このような太陽電池の製造方法であれば、第二導電型層を第一主表面及び側面に簡便に形成することができる。また、塗布拡散処理時の条件を制御することにより、所望の第二導電型層を第一主表面及び側面に簡便に形成することができる。
また、前記第二導電型を有する第二導電型層を形成する工程において、前記第一主表面に位置する第二導電型層と前記側面に位置する第二導電型層とを、前記第一導電型を有する半導体基板を２枚重ね合わせた状態で気相拡散熱処理することによって形成することができる。
このような太陽電池の製造方法であれば、第二導電型層を第一主表面及び側面に簡便に形成することができる。また、気相拡散熱処理時の条件を制御することにより、所望の第二導電型層を第一主表面及び側面に簡便に形成することができる。
更に本発明では、第一導電型を有する半導体基板の第一主表面に、前記第一導電型と反対の第二導電型を有する第二導電型層を形成する装置と、
前記第一主表面に、前記第一導電型と同じ導電型を有する第一導電型層を形成する装置と、
前記第一主表面に位置する第一導電型層上に第一集電電極を形成する装置と、
前記第一主表面に位置する第二導電型層上に第二集電電極を形成する装置とを有する太陽電池の製造システムであって、
前記第二導電型を有する第二導電型層を形成する装置において、前記半導体基板の側面に前記第二導電型を有する第二導電型層を、前記第一主表面に位置する第二導電型層と連続して形成することにより、前記第二導電型を有する第二導電型層が前記第一主表面から前記側面にかけて連続して形成された太陽電池を製造することを特徴とする太陽電池の製造システムを提供する。
このような太陽電池の製造システムであれば、キャリアを効率よく収集でき、変換効率に優れた太陽電池を簡便に製造することができるシステムとなる。
また、前記第二導電型を有する第二導電型層を形成する装置において、前記第一主表面に位置する第二導電型層と前記側面に位置する第二導電型層とを、塗布拡散処理によって形成し、該塗布拡散処理は一度の塗布ステップ及び拡散熱処理ステップからなるものとすることができる。
このような太陽電池の製造システムであれば、第二導電型層を第一主表面及び側面に簡便に形成することができる。また、塗布拡散処理時の条件を制御することにより、所望の第二導電型層を第一主表面及び側面に簡便に形成することができる。
また、前記第二導電型を有する第二導電型層を形成する装置において、前記第一主表面に位置する第二導電型層と前記側面に位置する第二導電型層とを、前記第一導電型を有する半導体基板を２枚重ね合わせた状態で気相拡散熱処理することによって形成することができる。
このような太陽電池の製造システムであれば、第二導電型層を第一主表面及び側面に簡便に形成することができる。また、気相拡散熱処理時の条件を制御することにより、所望の第二導電型層を第一主表面及び側面に簡便に形成することができる。
本発明では、裏面電極型太陽電池において、基板側面、好ましくは基板側面から受光面外周部にかけてエミッタ層を設けることで、エミッタ横流れ抵抗を増加させることなく基板外周部でのキャリアの収集効率が改善し、変換効率が向上する。また、塗布拡散法又は気相拡散法を用いることで、この構造を簡便に作製することができる。
本発明の太陽電池の一例を示す断面模式図である。 本発明の太陽電池の製造方法の一例を示すフロー図である。 本発明の太陽電池の第一主表面の概観の一例を示す平面模式図である。 本発明の太陽電池の第一主表面の概観の別の例を示す平面模式図である。 本発明の太陽電池の第一主表面の概観の別の例を示す平面模式図である。 一般的な裏面電極型太陽電池の裏面の概観を示す平面模式図である。 一般的な裏面電極型太陽電池を示す断面模式図である。
以下、本発明をより詳細に説明する。
上記のように、キャリアを効率よく収集でき、変換効率に優れた太陽電池が求められている。
本発明者らは、上記目的を達成するために鋭意検討を行った。その結果、第二導電型層が第一主表面から側面にかけて連続して形成された太陽電池が、上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成させた。
以下の詳細な説明では、本発明の全体の理解、及び特定の具体例でどのように実施するかを提供するために、多くの特定の細部が説明される。しかしながら、本発明は、それらの特定の細部無しに実施できることが理解されるであろう。以下では、公知の方法、手順、及び技術は、本発明を不明瞭にしないために、詳細には示されない。本発明は、特定の具体例について特定の図面を参照しながら説明されるが、本発明はこれに限定されるものでは無い。ここに含まれ記載された図面は模式的であり、本発明の範囲を限定しない。また図面において、図示目的で幾つかの要素の大きさは誇張され、それゆえに縮尺通りではない。
［太陽電池］
以下、本発明の太陽電池について、図面を用いて説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
図１（ａ）〜（ｃ）は、本発明の太陽電池の一例を示す断面模式図である。なお、図１（ａ）〜（ｃ）、後述する図２では基板の周縁部を拡大しており、基板中央部は省略してある。まず、図１（ａ）に示すように、本発明の太陽電池１００ａは第一導電型を有する半導体基板１０２を備える。また、半導体基板１０２の第一主表面に、第一導電型と同じ導電型を有する第一導電型層（ベース層）１０３及び第一導電型と反対の第二導電型を有する第二導電型層（裏面エミッタ層）１０４を備える。また、第一主表面に位置する第一導電型層１０３上に第一集電電極（ベース電極）１０５を備え、第一主表面に位置する第二導電型層１０４上に第二集電電極（エミッタ電極）１０６を備える。更に、半導体基板１０２の側面には第二導電型を有する第二導電型層（側面エミッタ層）１０８ａが、第一主表面に位置する第二導電型層１０４と連続して形成されている。また、第二主表面には反射防止膜１０１が設けられることが多い。また、第一主表面には裏面保護膜１０７が設けられることが多い。
すなわち、本発明の太陽電池では、基板中央部は従来のもの（図７）と同じとすることができるが、基板側面にエミッタ層１０８ａが形成されている。また、本発明において側面エミッタ層は裏面のエミッタ層１０４と連続している必要がある。このような構造をとることで、基板外周部で生成したキャリアを効率よく収集できる。更に、増加するエミッタ領域の範囲を小さくすることができるため直列抵抗の増加はほとんど発生しない。この結果、光電変換効率は従来に比べ向上する。従って、本発明の太陽電池は高い出力を有する。
また、この基板側面エミッタ層は、図１（ｂ）に示す太陽電池１００ｂにおける側面エミッタ層１０８ｂのように完全に受光面まで到達している必要はない。
また、図１（ｃ）に示す太陽電池１００ｃのように、半導体基板の第二主表面の外周部には第二導電型を有する第二導電型層１０９が、半導体基板の側面に位置する第二導電型層１０８ｃを介して第一主表面に位置する第二導電型層と連続して形成されていても構わない。すなわち、エミッタ層は多少受光面側に形成されても構わない。このように、受光面外周部にもエミッタ層を設けることにより、エミッタ層へのキャリアの収集効率をより高めることができる。特に、基板表層の外周部で生成したキャリアをより効率よく収集できる。この場合の受光面のエミッタ層幅Ｌは基板最外周端から１．５ｍｍ以下とすることが好ましい。この範囲であれば、より高い光電変換効率改善効果が得られる。すなわち、受光面のエミッタ層幅が１．５ｍｍ以下であれば、エミッタ横流れ抵抗（キャリアが図１（ｃ）のｓ〜ｕを流れる際の抵抗）の影響を受けにくくなり、変換効率が低下しにくくなる。この場合、エミッタ層幅Ｌの下限は、例えば、０ｍｍとすることができる。なお、キャリアの収集効率を高めるという観点から、受光面全面にエミッタ層を設けるということも考えられるが、この場合、エミッタ横流れ抵抗を大きく受けて結果的に変換効率が低下してしまう。従って、受光面エミッタ層を設ける場合、受光面エミッタ層は受光面外周部に設ける。なお、エミッタ層及びベース層の厚み（拡散深さ）Ｍは、例えば、０．０５〜１μｍ程度とすることができる。
また、第一主表面の最外周端から最も近くに位置する電極（以下、裏面最外周電極とも称する）が第二集電電極であることが好ましい。すなわち、裏面最外周電極はエミッタ層に接続されていることが好ましい。こうすることで、側面エミッタ層とエミッタ電極との距離が近くなるので、エミッタ横流れによる直列抵抗増加の影響を受けにくくなり、変換効率改善効果も大きくなる。特に、受光面エミッタ層を形成する場合、このような電極配置とすることがより好ましい。これにより、受光面エミッタ層と裏面のエミッタ電極との距離が近くなるので、エミッタ横流れ抵抗を大きく受けて結果的に変換効率が低下してしまうといった問題をより確実に防ぐことができる。
この場合、裏面の概観の具体例としては、図３〜５に示す構造が挙げられる。図３〜５に示す裏面電極型太陽電池はいずれも、四角形の半導体基板の裏面に正及び負の集電電極（エミッタ電極及びベース電極）が形成されたものである。そして、エミッタ電極及びベース電極がそれぞれフィンガー電極と該フィンガー電極に略直交する位置に形成されたバスバー電極から構成されたものである。
まず、図３に示すように、四角形の半導体基板の１辺のみにおいて裏面最外周電極が、裏面エミッタ層３０４上のエミッタ電極（バスバー電極）３１６であってもよい。この場合、残りの３辺においては裏面最外周電極が、ベース層３０３上のベース電極３０５、３１５となる。また、エミッタ電極（フィンガー電極）３０６はベース電極３０５より内側に形成される。
また、図４に示すように、四角形の半導体基板の３辺において裏面最外周電極が、裏面エミッタ層４０４上のエミッタ電極４０６、４１６であってもよい。この場合、残りの１辺においては裏面最外周電極が、ベース層４０３上のベース電極（バスバー電極）４１５となる。また、ベース電極（フィンガー電極）４０５は、エミッタ電極４０６より内側に形成される。
また、図５に示すように、四角形の半導体基板の４辺において裏面最外周電極が、裏面エミッタ層５０４上のエミッタ電極５０６、５１６であってもよい。この場合、ベース層５０３上のベース電極５０５、５１５はエミッタ電極５０６、５１６より内側に形成される。図３〜図５の中でも、図５のように４辺を囲う場合に最もエミッタ横流れ抵抗低減効果等の効果が大きくなるが、図３のような１辺だけ裏面最外周電極がエミッタ電極である場合であってもある程度効果は得られる。裏面最外周電極がエミッタ電極である辺数が大きいほど効果は大きくなる。
［太陽電池の製造方法］
以下に、本発明の太陽電池の製造方法の一例を、第一導電型を有する半導体基板がＮ型シリコン基板である場合を例にとって、図２を用いて説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
図２は、本発明の太陽電池の製造方法の一例を示すフロー図である。まず、図２（ａ）に示すように、高純度シリコンにリンあるいはヒ素、アンチモンのような５価元素をドープし、比抵抗０．１〜５Ω・ｃｍとしたアズカット単結晶｛１００｝Ｎ型シリコン基板２０２表面のスライスダメージを、濃度５〜６０％の水酸化ナトリウムや水酸化カリウムのような高濃度のアルカリ、もしくは、ふっ酸と硝酸の混酸等を用いてエッチングする。単結晶シリコン基板は、ＣＺ法、ＦＺ法いずれの方法によって作製されてもよい。基板は必ずしも単結晶シリコンである必要はなく、多結晶シリコンでもかまわない。
引き続き、基板表面にテクスチャと呼ばれる微小な凹凸形成を行う。テクスチャは太陽電池の反射率を低下させるための有効な方法である。テクスチャは、加熱した水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム等のアルカリ溶液（濃度１〜１０％、温度６０〜１００℃）中に１０分から３０分程度浸漬することで作製される。上記溶液中に、所定量の２−プロパノールを溶解させ、反応を促進させてもよい。
テクスチャ形成後、塩酸、硫酸、硝酸、ふっ酸等、もしくはこれらの混合液の酸性水溶液中で洗浄する。これらの酸溶液いずれかに過酸化水素水を混合し加熱してもよく、この場合清浄度が向上するため好ましい。
次に、図２（ｂ）に示すように、第一導電型を有する半導体基板（Ｎ型シリコン基板）２０２の第一主表面に、第一導電型と反対の第二導電型を有する第二導電型層（裏面エミッタ層）２０４を形成する。本発明では、この工程において、半導体基板２０２の側面に第二導電型を有する第二導電型層（側面エミッタ層）２０８を、第一主表面に位置する第二導電型層２０４と連続して形成する。この際、本発明では、基板裏面から側面を介して受光面外周部にかけて連続してエミッタ層を形成しても良い。
これらの第二導電型層は基板と逆の導電型（この例の場合Ｐ型）で、厚みが通常０．０５〜１μｍ程度である。
本発明によれば、図２（ｂ）の工程において、第一主表面に位置する第二導電型層２０４と側面に位置する第二導電型層２０８とを、塗布拡散処理によって形成し、該塗布拡散処理は一度の塗布ステップ及び拡散熱処理ステップからなるものとすることができる。すなわち、これらの第二導電型層（エミッタ層）は一回の塗布処理及び拡散熱処理で形成することができる。例えば、これらの第二導電型層は、ホウ素源を含有させた塗布剤を第一主表面全面に塗布し、９５０〜１０５０℃で熱処理する方法で形成が可能である。具体的には、ホウ素源としてホウ酸１〜４％、増粘剤としてポリビニルアルコール０．１〜４％、を含有させた水溶液をあらかじめ作製しておき、これを第一主表面全面にスピンコートする。コート剤の粘度にも依るが、スピンコート時の回転数は１分間あたり８００〜２５００回転が好ましい。なお、この場合、コート剤の粘度は４０〜１４０ｍＰａ・ｓ程度であることが好ましい。この条件でコートすると、基板側面から第一主表面外周部１ｍｍ程度の範囲内に塗布剤の回り込みを生じさせることができる。これが最終的には基板側面のエミッタ層２０８及び受光面外周部のエミッタ層（図１（ｃ）の受光面エミッタ層１０９）となり光電変換効率向上に寄与する。なお、図２（ｂ）に示すように、スピンコート時の回転数を制御することで、側面エミッタ層２０８を形成し、受光面エミッタ層を形成しないようにすることもできる。
また、本発明によれば、図２（ｂ）の工程において、第一主表面に位置する第二導電型層２０４と側面に位置する第二導電型層２０８とを、第一導電型を有する半導体基板２０２を２枚重ね合わせた状態で気相拡散熱処理することによって形成することもできる。この場合、これらの第二導電型層（エミッタ層）は、ＢＢｒ３等を用いた気相拡散によって形成できる。この方法では、基板を２枚一組として受光面同士を重ね合わせた状態で熱処理炉に戴置し、ＢＢｒ３と酸素の混合ガスを導入して９５０〜１０５０℃で熱処理する。キャリアガスとしては窒素やアルゴンが好適である。２枚の基板が重ね合わせられた状態で処理されるため、外側の面である裏面及び基板側面には全面にホウ素の拡散層（エミッタ層）が形成されるが、重ね合わせ面（内側の面である受光面）には拡散層が形成されない、もしくは、形成されたとしても外周から１ｍｍ程度である。この結果、基板側面のエミッタ層２０８を形成することができ、これに加えて必要に応じて受光面外周部のエミッタ層も形成することができる。
次に、図２（ｃ）に示すように、第一主表面に、第一導電型と同じ導電型を有する第一導電型層（ベース層）２０３を形成する。例えば、以下に示す方法でこの工程を実施することができる。まず、ベース層形成のためのマスクを両主表面上に形成する。マスクとしてはシリコン酸化膜もしくはＳｉＮｘ膜等を用いることができる。化学気相成長（ＣＶＤ）法を用いれば、導入するガス種を適宜選択することにより、いずれの膜も形成可能である。シリコン酸化膜の場合は、基板を熱酸化しても形成できる。基板を酸素雰囲気中９５０〜１１００℃、３０分〜４時間熱処理することで１００ｎｍ程度のシリコン熱酸化膜が形成される。この熱処理は上記エミッタ層形成のための熱処理に引き続いて同一バッチ内で実施してもかまわない。次いで、ベース層となる部分のマスクを開口する。具体的には、開口幅が５０〜４００μｍ、０．６〜２．０ｍｍ程度の間隔で平行線状に開口する。開口にはフォトリソグラフィー法が使用できるが、エッチングペーストやレーザーでの開口が簡便で好ましい。マスクを開口したら、５０〜９０℃に加熱したＫＯＨ、ＮａＯＨ等のアルカリ水溶液中に基板を浸漬し、開口部の不要なエミッタ層を除去（エッチング）する。なお、このとき、エミッタ層の除去により基板がわずかに（例えば５μｍ程度）凹むが、これにより生じる凹凸は太陽電池の特性には影響を与えず、無視できるほどの凹凸であるため、図２（ｃ）等では図示していない。
ベース層２０３形成にはオキシ塩化リンを用いた気相拡散法が使用できる。８３０〜９５０℃、オキシ塩化リンと窒素及び酸素混合ガス雰囲気下で基板を熱処理することで、ベース層となるリン拡散層（Ｎ＋層）が形成される。気相拡散法の他、リンを含有する材料をスピン塗布したり、印刷したりしてから熱処理する方法でもよい。
拡散層形成の後、表面に形成されるガラスをふっ酸等で除去する。このようにして図２（ｃ）に示すベース層２０３を形成することができる。
次いで、図２（ｄ）に示すように、第二主表面の反射防止膜２０１の形成及び第一主表面の裏面保護膜２０７の形成を行う。反射防止膜としては、ＳｉＮｘ膜やシリコン酸化膜等、が利用できる。ＳｉＮｘ膜の場合はプラズマＣＶＤ装置を用い約１００ｎｍ製膜する。反応ガスとして、モノシラン（ＳｉＨ４）及びアンモニア（ＮＨ３）を混合して用いることが多いが、ＮＨ３の代わりに窒素を用いることも可能であり、また、プロセス圧力の調整、反応ガスの希釈、更には、基板に多結晶シリコンを用いた場合には基板のバルクパッシベーション効果を促進するため、反応ガスに水素を混合することもある。シリコン酸化膜の場合は、ＣＶＤ法でも形成できるが、熱酸化法により得られる膜の方が高い特性が得られる。また、表面の保護効果を高めるため、あらかじめ基板表面にＡｌＯ膜を形成してから、反射防止膜を形成してもよい。
第一主表面にも、裏面保護膜２０７としてＳｉＮｘ膜やシリコン酸化膜が利用できる。膜厚は５０〜２５０ｎｍとするのが好適である。第二主表面（受光面）側と同様ＳｉＮｘ膜の場合はＣＶＤ法で、シリコン酸化膜の場合は熱酸化法やＣＶＤ法で形成が可能である。また、表面の保護効果を高めるため、あらかじめ基板表面にＡｌＯ膜を形成してから、ＳｉＮｘ膜、シリコン酸化膜等を形成してもよい。
次いで、図２（ｅ）に示すように、第一主表面に位置する第一導電型層２０３上に第一集電電極２０５を形成する。また、第一主表面に位置する第二導電型層２０４上に第二集電電極２０６を形成する。第一集電電極２０５及び第二集電電極２０６を形成する順番は特に限定されず、例えば先に第二集電電極２０６を形成しても良い。また、第一集電電極２０５及び第二集電電極２０６を同時に形成しても良い。例えば、スクリーン印刷法でこれらの集電電極（裏面コンタクト用電極）を形成することができる。この場合、まず、開口幅３０〜１００μｍ、０．６〜２．０ｍｍ間隔の平行線パターンを有する製版を用意する。次に、この製版を用いて、Ａｇ粉末とガラスフリットを有機物バインダと混合したＡｇペーストをベース層に沿って印刷する。同様にして、裏面エミッタ層にもＡｇペーストを印刷する。以上のＡｇペースト印刷の後、熱処理によりＳｉＮｘ膜にＡｇ粉末を貫通させ（ファイアースルー）、電極とシリコンを導通させる。なお、ベース層用電極を形成するためのＡｇペースト及びエミッタ層用電極を形成するためのＡｇペーストの焼成は別々に行うことも可能である。焼成は、通常７００〜８５０℃の温度で５〜３０分間処理することで行われる。
電極は、上記のようなスクリーン印刷法の他、蒸着法やスパッタ法で形成しても構わない。
このようにして第二導電型を有する第二導電型層が第一主表面から側面にかけて連続して形成された太陽電池を製造する。
以上、Ｎ型基板の場合を例に述べたが、Ｐ型基板の場合はエミッタ層形成にリン、ヒ素、アンチモン等を含有する塗布剤等を用い、ベース層形成にはホウ素、Ａｌ等を拡散させればよく、この場合も変換効率向上効果が得られる。
図２に示す方法は下記システムにより実現可能である。すなわち、更に本発明では、第一導電型を有する半導体基板の第一主表面に、前記第一導電型と反対の第二導電型を有する第二導電型層を形成する装置と、前記第一主表面に、前記第一導電型と同じ導電型を有する第一導電型層を形成する装置と、前記第一主表面に位置する第一導電型層上に第一集電電極を形成する装置と、前記第一主表面に位置する第二導電型層上に第二集電電極を形成する装置とを有する太陽電池の製造システムであって、前記第二導電型を有する第二導電型層を形成する装置において、前記半導体基板の側面に前記第二導電型を有する第二導電型層を、前記第一主表面に位置する第二導電型層と連続して形成することにより、前記第二導電型を有する第二導電型層が前記第一主表面から前記側面にかけて連続して形成された太陽電池を製造することを特徴とする太陽電池の製造システムを提供する。このような太陽電池の製造システムであれば、キャリアを効率よく収集でき、変換効率に優れた太陽電池を簡便に製造することができるシステムとなる。
また、前記第二導電型を有する第二導電型層を形成する装置において、前記第一主表面に位置する第二導電型層と前記側面に位置する第二導電型層とを、塗布拡散処理によって形成し、該塗布拡散処理は一度の塗布ステップ及び拡散熱処理ステップからなるものとすることができる。このような太陽電池の製造システムであれば、第二導電型層を第一主表面及び側面に簡便に形成することができる。また、塗布拡散処理時の条件を制御することにより、所望の第二導電型層を第一主表面及び側面に簡便に形成することができる。
また、前記第二導電型を有する第二導電型層を形成する装置において、前記第一主表面に位置する第二導電型層と前記側面に位置する第二導電型層とを、前記第一導電型を有する半導体基板を２枚重ね合わせた状態で気相拡散熱処理することによって形成することができる。このような太陽電池の製造システムであれば、第二導電型層を第一主表面及び側面に簡便に形成することができる。また、気相拡散熱処理時の条件を制御することにより、所望の第二導電型層を第一主表面及び側面に簡便に形成することができる。
第二導電型層を形成する装置としては熱処理炉、もしくは、スピンコーターおよび熱処理炉が挙げられる。第一導電型層を形成する装置としては熱処理炉の他、塗布拡散の場合は、スピンコーターおよび熱処理炉、スクリーン印刷機および熱処理炉が挙げられる。第一集電電極及び第二集電電極を形成する装置としてはスクリーン印刷機および焼成炉の他、蒸着装置、スパッタ装置が挙げられる。
以下、実施例及び比較例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に限定されるものではない。
本発明の有効性を確認するため、太陽電池特性の比較を行った。
［実施例］
厚さ２００μｍ、比抵抗１Ω・ｃｍの、リンドープ｛１００｝Ｎ型アズカットシリコン基板１０枚に対し、熱濃水酸化カリウム水溶液によりダメージ層を除去後、７２℃の水酸化カリウム／２−プロパノール水溶液中に浸漬しテクスチャ形成を行い、引き続き７５℃に加熱した塩酸／過酸化水素混合溶液中で洗浄を行った。
次いで、塗布剤としてホウ酸２％・ポリビニルアルコール２％の水溶液を裏面上にスピン塗布した。スピン回転数を１分あたり１０００回転としたところ、受光面外周部約１ｍｍの部分に塗布剤の回り込みが形成された。塗布剤を塗布した基板を窒素雰囲気中で１０００℃で１８分熱処理した。これにより、裏面エミッタ層、側面エミッタ層、及び受光面エミッタ層を連続して形成した。４探針法で測定した結果、エミッタ層のシート抵抗は５０Ωとなった。
熱処理後の基板を１０００℃３時間酸素雰囲気中で熱酸化してマスク形成した。更に、この基板の裏面をリン酸系のエッチングペーストを用い、スクリーン印刷法にて１．２ｍｍ間隔で開口（酸化膜を部分的にエッチング）し、８０℃ＫＯＨに浸漬して開口部のエミッタ層を除去した。
次に、オキシ塩化リン雰囲気下、８７０℃で受光面同士を重ね合わせた状態で４０分間熱処理し、開口部にベース層としてリン拡散層を形成した。この後、濃度１２％のふっ酸に浸漬することで表面ガラスを除去した。
以上の処理の後、プラズマＣＶＤ装置を用いてＳｉＮｘ膜を両面に形成した。膜厚は受光面及び裏面共に１００ｎｍとした。
次に、Ａｇペーストをベース層上及び裏面エミッタ層上にそれぞれ印刷して乾燥した。これを７８０℃の空気雰囲気下で焼成した。これにより、ベース電極及びエミッタ電極を形成した。
［比較例］
塗布剤であるホウ酸・ポリビニルアルコール水溶液を裏面上にスピン塗布する際のスピン回転数を１分あたり４０００回転とした以外は、実施例と同様に太陽電池を作製した。比較例においては、スピン塗布した際に受光面及び側面に塗布剤の回り込みは確認されなかった。そのため、エミッタ層は裏面のみに形成されていた。
擬似太陽光下で電流電圧特性を測定した。各条件の平均値を下記表１に示す。
Figure 0006663492
実施例では側面エミッタ層及び受光面エミッタ層が形成されているため、受光面外周部で生成したキャリアの収集効率が高められ、短絡電流の増加が認められる。更に、受光面のエミッタ範囲は小さいため、形状因子の低下は見られない。この結果、変換効率に改善がみられる。一方で、比較例では側面エミッタ層及び受光面エミッタ層が形成されていないため、受光面外周部で生成したキャリアの収集効率が下がり、変換効率が下がった。
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。

Claims (8)

  1. 第一導電型を有する半導体基板を備え、
    該基板の第一主表面に、前記第一導電型と同じ導電型を有する第一導電型層及び前記第一導電型と反対の第二導電型を有する第二導電型層を備え、
    前記第一主表面に位置する第一導電型層上に第一集電電極を備え、
    前記第一主表面に位置する第二導電型層上に第二集電電極を備える太陽電池であって、
    前記半導体基板の側面には前記第二導電型を有する第二導電型層が、前記第一主表面に位置する第二導電型層と連続して形成されており、
    前記半導体基板の第二主表面には外周部のみに前記第二導電型を有する第二導電型層が、前記半導体基板の側面を介して前記第一主表面に位置する第二導電型層と連続して形成されていることを特徴とする太陽電池。
  2. 前記第一主表面の最外周端から最も近くに位置する電極が前記第二集電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。
  3. 第一導電型を有する半導体基板の第一主表面に、前記第一導電型と反対の第二導電型を有する第二導電型層を形成する工程と、
    前記第一主表面に、前記第一導電型と同じ導電型を有する第一導電型層を形成する工程と、
    前記第一主表面に位置する第一導電型層上に第一集電電極を形成する工程と、
    前記第一主表面に位置する第二導電型層上に第二集電電極を形成する工程とを有する太陽電池の製造方法であって、
    前記第二導電型を有する第二導電型層を形成する工程において、前記半導体基板の側面及び前記半導体基板の第二主表面の外周部のみに前記第二導電型を有する第二導電型層を、前記第一主表面に位置する第二導電型層と連続して形成することにより、前記第二導電型を有する第二導電型層が前記第一主表面から前記側面にかけて連続して形成された太陽電池を製造することを特徴とする太陽電池の製造方法。
  4. 前記第二導電型を有する第二導電型層を形成する工程において、前記第一主表面に位置する第二導電型層と前記側面に位置する第二導電型層とを、塗布拡散処理によって形成し、該塗布拡散処理は一度の塗布ステップ及び拡散熱処理ステップからなることを特徴とする請求項３に記載の太陽電池の製造方法。
  5. 前記第二導電型を有する第二導電型層を形成する工程において、前記第一主表面に位置する第二導電型層と前記側面に位置する第二導電型層とを、前記第一導電型を有する半導体基板を２枚重ね合わせた状態で気相拡散熱処理することによって形成することを特徴とする請求項３に記載の太陽電池の製造方法。
  6. 第一導電型を有する半導体基板の第一主表面に、前記第一導電型と反対の第二導電型を有する第二導電型層を形成する装置と、
    前記第一主表面に、前記第一導電型と同じ導電型を有する第一導電型層を形成する装置と、
    前記第一主表面に位置する第一導電型層上に第一集電電極を形成する装置と、
    前記第一主表面に位置する第二導電型層上に第二集電電極を形成する装置とを有する太陽電池の製造システムであって、
    前記第二導電型を有する第二導電型層を形成する装置において、前記半導体基板の側面及び前記半導体基板の第二主表面の外周部のみに前記第二導電型を有する第二導電型層を、前記第一主表面に位置する第二導電型層と連続して形成することにより、前記第二導電型を有する第二導電型層が前記第一主表面から前記側面にかけて連続して形成された太陽電池を製造することを特徴とする太陽電池の製造システム。
  7. 前記第二導電型を有する第二導電型層を形成する装置において、前記第一主表面に位置する第二導電型層と前記側面に位置する第二導電型層とを、塗布拡散処理によって形成し、該塗布拡散処理は一度の塗布ステップ及び拡散熱処理ステップからなることを特徴とする請求項６に記載の太陽電池の製造システム。
  8. 前記第二導電型を有する第二導電型層を形成する装置において、前記第一主表面に位置する第二導電型層と前記側面に位置する第二導電型層とを、前記第一導電型を有する半導体基板を２枚重ね合わせた状態で気相拡散熱処理することによって形成することを特徴とする請求項６に記載の太陽電池の製造システム。

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