JP6688244B2 - 高効率太陽電池の製造方法及び太陽電池セルの製造システム - Google Patents

Description

本発明は、高効率太陽電池及びその製造方法に関する。

図１２は従来技術による裏面接合型ｎ型シリコン太陽電池１２００を示したものである。ｎ型シリコン基板１２１０の背面全体をｐ型の導電型を持つｐ型ドープ層１２１２が覆ってエミッタを形成し、ｐ型ドープ層１２１２を覆うようにエミッタ電極１２２２が形成されている。ｐ型ドープ層１２１２は、プロセスが簡便であることから、アルミニウム粉をバインダー等と混合させたペーストをスクリーン印刷等で基板に塗布してからシリコンとアルミニウムの共融点以上の温度で加熱することで形成されることが多い。この熱処理ではシリコンとアルミニウムの接触面で両者の溶解と再結晶化が起きるが、固化したアルミニウムと基板の界面にはアルミニウム原子が結晶シリコンの格子に多数置換され、ｐ型の導電型が発現する。また、塗布されたペーストのバルク部は焼結のみが進んでそのままエミッタ電極１２２２となる。一方、受光面にはｎ型の導電型であり且つ基板１２１０よりも電子濃度が高いベース層１２１３が形成されている。ベース層１２１３は、オキシ塩化リン等を用いた気相拡散により、リンを添加することで形成されることが多い。ベース層１２１３上にはパッシベーション膜１２４５が形成されている。パッシベーション膜１２４５は反射防止効果と基板表面の欠陥終端を兼ねる必要があり、この観点から窒化シリコンや酸化シリコン等がよく使われている。また、ベース電極１２２３がパッシベーション膜１２４５を貫通し、ベース層１２１３に接触するように形成されている。ベース電極１２２３は、一般にコストの面から銀等の金属微粒子を有機バインダーに混ぜた金属ペーストを、スクリーン版等を用いて印刷し、熱処理により金属粒子を焼結して基板と接着することで形成されることが多い。電極形成は誘電体膜形成後に行うのが一般的である。そのため電極とシリコンを接触させるには、電極−シリコン間の誘電体膜を除去する必要があるが、金属ペースト中のガラス成分や添加物を調整することで、金属ペーストがパッシベーション膜１２４５を貫通してシリコンに接触する、所謂ファイアスルーが可能になっている。

図１３は、従来技術による別の形態である、裏面電極型ｎ型シリコン太陽電池１３００を示したものである。この形態では、基板１３１０の受光面側にはパッシベーション膜１３４５のみが形成されているため、受光面での電極による光学的損失が無くなり、太陽電池における光電流を増加させることが可能になっている。図１２同様、パッシベーション膜１３４５には窒化シリコンや酸化シリコン等がよく使われている。なお、同図には示されていないが、受光面でのキャリア再結合を抑制するために、パッシベーション膜１３４５の下にリンやボロン等のドーパントを適宜添加して浮遊電界層を形成することもある。一方、基板裏面にはｐ型ドープ層１３１２がエミッタとなり、ベース層１３１３と並ぶように形成されている。またベース層１３１３の表面にはパッシベーション膜１３４４が形成されている。ここでもパッシベーション膜１３４５と同様に窒化シリコンや酸化シリコン等が用いられる。ベース電極１３２３は、図１２のベース電極１２２３と同様の形態が適用され、パッシベーション膜１３４４を貫通し、ベース層１３１３に接触するように形成されている。エミッタ電極１３２２はｐ型ドープ層１３１２に接触するように形成されている。

これらの従来技術は、ｎ型太陽電池を比較的容易に作製できるという利点があるものの、アルミニウム添加によるｐ型ドープ層では、ｐ型ドープ層の内部やｐ型ドープ層とエミッタ電極界面での欠陥密度が高いために太陽電池特性が低いという課題があった。またドーパントが高濃度添加されたｐ型ドープ層では光吸収による光学的損失が大きく、太陽電池裏面に到達する長波長光の量子効率が低いという課題があった。

これらの課題に対し、図１２の態様において、ｐ型ドープ層の大部分をボロン拡散で形成し、更にその表面を酸化アルミニウムと酸窒化シリコン膜で覆うことによりエミッタの内部と表面での欠陥密度を低減した太陽電池が提案されている（例えば非特許文献１）。
また非特許文献２では図１３の態様において、アルミニウム添加のｐ型ドープ層上に残った金属アルミニウムを一度除去し、その上をパッシベーション膜で覆うことによりエミッタ表面での欠陥密度を低減し、更に光閉じ込め効果によって長波長光の量子効率を改善した太陽電池が提案されている。また、非特許文献３ではホウ素拡散層上に酸化アルミニウムを形成した太陽電池が提案されている。

Ｊ．Ｃｈｏ ｅｔ ａｌ．， Ｅｎｅｒｇｙ Ｐｒｏｃｅｄｉａ ７７ （２０１５），２７９−２８５ Ｒ．Ｂｏｃｋ ｅｔ ａｌ．， Ａｐｐｌ． Ｐｈｙｓ． Ｌｅｔｔ． ９６， ２６３５０７ （２０１０） Ｃ． Ｒｅｉｃｈｅｌ ｅｔ ａｌ．， Ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ ａｔ ｔｈｅ ３５ｔｈ ＰＶＳＣ， Ｊｕｎｅ ２０−２５， ２０１０， Ｈｏｎｏｌｕｌｕ， Ｈａｗａｉｉ

しかしながら、ｐ型ドープ層での光吸収損失は当該領域中の電荷キャリア濃度に依存するため、ｐ型ドープ層をボロン添加で形成しても改善はできない。更にパッシベーション膜の欠陥終端効果もまた、基板の電荷キャリア濃度に依存するため、アルミニウムやボロン等のドーパントが高濃度添加された表面に対しては効果が限定的になるという問題があった。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、光電変換効率が高くかつ安価な太陽電池を提供することを目的とする。また、本発明は、製造が簡便でパッシベーション効果が高く、高光電変換効率が高い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、ｎ型結晶シリコン基板の第一主表面の少なくとも一部に、ｐ型の導電型を付与するドーパントが前記ｎ型結晶シリコン基板の電子濃度よりも高濃度に添加されたｐ型ドープ層が形成され、
負の固定電荷を有する誘電体膜が、前記第一主表面の前記ｐ型ドープ層形成部を除く領域の少なくとも一部を覆うように形成され、
前記誘電体膜直下にｐ型反転層を有し、該ｐ型反転層が前記ｐ型ドープ層と接するものであり、
前記ドーパントがアルミニウムを含むことを特徴とする太陽電池を提供する。

このように、ｐ型ドープ層を局所的に形成することで光吸収損失を低減することができる。また負の固定電荷をもつ誘電体膜に覆われた基板表面では、電界効果によって形成されたｐ型反転層（以下、単に「反転層」とも称する）がｐ型ドープ層によるｐｎ接合と接続されてエミッタとして機能する。このようにしてできたエミッタではキャリア濃度が比較的低く、更に添加ドーパント（不純物）に由来する欠陥等も無いため電荷キャリアの再結合が抑制されるので、光電変換効率の高い太陽電池が実現できる。また、ｐ型ドープ層に添加されるドーパントがアルミニウムを含むため、製造時にｐ型ドープ層用の電極（エミッタ電極）とｐ型ドープ層を同時に形成することができ、製造が簡便である。

また、前記誘電体膜は、酸化アルミニウムを含む膜で構成されていることが好ましい。

このように、誘電体膜としては酸化アルミニウム膜が好適に用いられる。

また、前記ｐ型反転層の形成領域の面積が、前記ｐ型ドープ層の形成領域の面積より大きいものであることが好ましい。

このような太陽電池であれば、太陽電池特性を最大化することができる。

更に本発明では、上記本発明の太陽電池を電気的に接続して成るものであることを特徴とする太陽電池モジュールを提供する。

このように、本発明の太陽電池を電気的に接続して太陽電池モジュールとすることができる。

更に本発明では、上記本発明の太陽電池モジュールを電気的に複数接続して成るものであることを特徴とする太陽電池発電システムを提供する。

このように、本発明の太陽電池を電気的に接続した太陽電池モジュールは、複数接続して太陽電池発電システムとすることができる。

更に本発明では、ｎ型結晶シリコン基板の第一主表面の少なくとも一部に、負の固定電荷を有する誘電体膜を形成する工程と、
前記誘電体膜上の少なくとも一部にアルミニウムとガラスフリットとを含有する導電性材料を塗布する工程と、
前記導電性材料が塗布された前記ｎ型結晶シリコン基板を、アルミニウムとシリコンの共融点以上の温度で熱処理することにより、前記導電性材料が前記誘電体膜をファイアスルーして前記ｎ型結晶シリコン基板を構成するシリコンと接触し、更に前記導電性材料に含まれるアルミニウムと前記ｎ型結晶シリコン基板を構成するシリコンが反応することによりｐ型ドープ層を形成する工程と
を含むことを特徴とする太陽電池の製造方法を提供する。

このようにファイアスルー性の導電性材料（アルミニウムペースト）を用いることにより、局在型のｐ型ドープ層を効率よく形成でき、更に誘電体膜の負の固定電荷が基板の表面のパッシベーションとエミッタ形成を兼ねるため、製造工程が簡素化されるので、太陽電池を安価に製造することができる。

更に本発明では、ｎ型結晶シリコン基板の第一主表面の少なくとも一部に、負の固定電荷を有する誘電体膜を形成する工程と、
前記誘電体膜の一部を除去して開口部を形成する工程と、
前記開口部を含む領域にアルミニウムを主成分とする導電性材料を塗布する工程と、
前記導電性材料が塗布された前記ｎ型結晶シリコン基板を、アルミニウムとシリコンの共融点以上の温度で熱処理し、前記導電性材料の主成分であるアルミニウムと前記ｎ型結晶シリコン基板を構成するシリコンを反応させることによりｐ型ドープ層を形成する工程と
を含む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、導電性材料としてより一般的で安価なアルミニウム材料が利用できるので、太陽電池を安価に製造することができる。

更に本発明では、ｎ型結晶シリコン基板の第一主表面の一部に、アルミニウムを主成分とする導電性材料を塗布する工程と、
前記導電性材料が塗布された前記ｎ型結晶シリコン基板をアルミニウムとシリコンの共融点以上の温度で熱処理し、前記導電性材料の主成分であるアルミニウムと前記ｎ型結晶シリコン基板を構成するシリコンを反応させることによりｐ型ドープ層を形成する工程と、
前記熱処理後、前記ｎ型結晶シリコン基板上に残留した前記導電性材料を除去する工程と、
前記第一主表面の前記ｐ型ドープ層に隣接し且つ前記ｎ型結晶シリコン基板と同じ電子密度を有する領域の少なくとも一部に負の固定電荷を有する誘電体膜を形成する工程と
を含む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、ｎ型結晶シリコン基板と同じ電子密度を有する領域の少なくとも一部に負の固定電荷を有する誘電体膜を形成することにより、誘電体膜直下に反転層を有する太陽電池が得られ、高効率な太陽電池を安定的に製造することができる。

更に本発明では、ｎ型結晶シリコン基板の第一主表面の少なくとも一部に、負の固定電荷を有する誘電体膜を形成する装置と、
前記誘電体膜上の少なくとも一部にアルミニウムとガラスフリットとを含有する導電性材料を塗布する装置と、
前記導電性材料が塗布された前記ｎ型結晶シリコン基板を、アルミニウムとシリコンの共融点以上の温度で熱処理することにより、前記導電性材料が前記誘電体膜をファイアスルーして前記ｎ型結晶シリコン基板を構成するシリコンと接触し、更に前記導電性材料に含まれるアルミニウムと前記ｎ型結晶シリコン基板を構成するシリコンが反応することによりｐ型ドープ層を形成する装置と
を含むことを特徴とする太陽電池セルの製造システムを提供する。

このような太陽電池セルの製造システムであれば、少ない装置で簡便に太陽電池セルを製造可能なシステムとなる。

更に本発明では、ｎ型結晶シリコン基板の第一主表面の少なくとも一部に、負の固定電荷を有する誘電体膜を形成する装置と、
前記誘電体膜の一部を除去して開口部を形成する装置と、
前記開口部を含む領域にアルミニウムを主成分とする導電性材料を塗布する装置と、
前記導電性材料が塗布された前記ｎ型結晶シリコン基板を、アルミニウムとシリコンの共融点以上の温度で熱処理し、前記導電性材料の主成分であるアルミニウムと前記ｎ型結晶シリコン基板を構成するシリコンを反応させることによりｐ型ドープ層を形成する装置と
を含むことを特徴とする太陽電池セルの製造システムを提供する。

このような太陽電池セルの製造システムであれば、より安価で簡便に太陽電池セルを製造可能なシステムとなる。

更に本発明では、ｎ型結晶シリコン基板の第一主表面の一部に、アルミニウムを主成分とする導電性材料を塗布する装置と、
前記導電性材料が塗布された前記ｎ型結晶シリコン基板をアルミニウムとシリコンの共融点以上の温度で熱処理し、前記導電性材料の主成分であるアルミニウムと前記ｎ型結晶シリコン基板を構成するシリコンを反応させることによりｐ型ドープ層を形成する装置と、
前記熱処理後、前記ｎ型結晶シリコン基板上に残留した前記導電性材料を除去する装置と、
前記第一主表面の前記ｐ型ドープ層に隣接し且つ前記ｎ型結晶シリコン基板と同じ電子密度を有する領域の少なくとも一部に負の固定電荷を有する誘電体膜を形成する装置と
を含むことを特徴とする太陽電池セルの製造システムを提供する。

このような太陽電池セルの製造システムであれば、より簡便に太陽電池セルを製造可能なシステムとなる。

本発明の太陽電池であれば、エミッタの大部分を誘電体膜の固定電荷によって形成することができるため、エミッタでの光吸収損失と電荷の再結合損失を低減することができる。また、本発明の太陽電池の製造方法によれば、エミッタの大部分を誘電体膜の固定電荷によって形成することができるため、エミッタでの光吸収損失と電荷の再結合損失を低減することができ、更に製造工程が簡略化されるため、光電変換効率の高い太陽電池を安価に高い生産性で製造することができる。

本発明に係る太陽電池の一形態を示す断面模式図である。 本発明に係る太陽電池の別の形態を示す断面模式図である。 本発明に係る太陽電池の製造方法を示す断面模式図である。 本発明に係る太陽電池の別の製造方法を示す断面模式図である。 本発明に係る太陽電池の更に別の製造方法を示す断面模式図である。 本発明に係る裏面電極型太陽電池の一形態を示す断面模式図である。 本発明に係る裏面電極型太陽電池の別の形態を示す断面模式図である。 本発明に係る裏面電極型太陽電池の製造方法を示す断面模式図である。 本発明に係る裏面電極型太陽電池の別の製造方法を示す断面模式図である。 本発明に係る太陽電池モジュールの一例を示す断面模式図である。 本発明に係る太陽電池発電システムの一例を示す模式図である。 従来技術に係る太陽電池を示す断面模式図である。 従来技術に係る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、光電変換効率が高くかつ安価な太陽電池を提供することが求められている。

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、負の固定電荷を有する誘電体膜が、ｎ型結晶シリコン基板の第一主表面のｐ型ドープ層形成部を除く領域の少なくとも一部を覆うように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、本発明の実施の形態について図面を参照して具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

以下に、本発明の太陽電池の実施態様を図１、２を用いて具体的に説明する。本発明の太陽電池１００（２００）は、ｎ型の導電型をもつ結晶シリコン基板１１０（２１０）の第一主表面に、ｐ型の導電型を付与するドーパントがｎ型結晶シリコン基板の電子濃度よりも高濃度に添加されたｐ型の導電型を有するｐ型ドープ層１１２（２１２）が局所的に形成されている。更に太陽電池１００（２００）は負の固定電荷を有する誘電体膜１４４（２４４）が同第一主表面においてｐ型ドープ層形成部を除く領域（ｐ型ドープ層非形成部）の少なくとも一部を覆うように形成されている。更に太陽電池１００（２００）は誘電体膜１４４（２４４）直下にｐ型反転層１９２（２９２）を有し、該ｐ型反転層がｐ型ドープ層１１２（２１２）と接するものである。本発明の太陽電池では、ｐ型の導電型を付与するドーパントがアルミニウムを含む。また、図１、２に示すように、本発明の太陽電池は、ｐ型ドープ層１１２（２１２）に接するエミッタ電極１２２（２２２）を通常有する。このように、ｐ型ドープ層を局所的に形成することで光吸収損失を低減することができる。また負の固定電荷をもつ誘電体膜に覆われた基板表面では、電界効果によって形成された反転層がｐ型ドープ層によるｐｎ接合と接続されてエミッタとして機能する。このようにしてできたエミッタではキャリア濃度が比較的低く、更に添加ドーパントに由来する欠陥等も無いため電荷キャリアの再結合が抑制されるので、光電変換効率の高い太陽電池が実現できる。また、ｐ型ドープ層に添加されるドーパントがアルミニウムを含むため、製造時にエミッタ電極とｐ型ドープ層を同時に形成することができ、製造が簡便である。なお、ｎ型結晶シリコン基板の「電子濃度」とはｎ型ドーパントの濃度ではなく、ｎ型ドーパントがドープされた結果、基板が有することになる実際の電子濃度のことであるが、ｎ型ドーパントの濃度とその電子濃度は実際にはほとんど同じになる。

また、ｐ型反転層１９２（２９２）の形成領域の面積（占有面積）が、ｐ型ドープ層１１２（２１２）の形成領域の面積（占有面積）より大きいものであることが好ましい。このような太陽電池であれば、太陽電池特性を最大化することができる。なお、図１、２に示すように、本発明においてｐ型反転層１９２（２９２）の形成領域の面積は基本的には誘電体膜１４４（２４４）形成領域の面積と同じになる。ｐ型反転層１９２（２９２）の形成領域の面積はなるべく大きくした方がよいが、一方でｐ型ドープ層１１２（２１２）の占有面積が小さすぎてもエミッタ電極１２２（２２２）とｐ型ドープ層１１２（２１２）の接触面積が減少することにより電気抵抗が増加してしまう。このため、太陽電池の設計にもよるが、ｐ型反転層１９２（２９２）の形成領域の面積に対しｐ型ドープ層１１２（２１２）の形成領域の面積割合は概ね１／４から１／４０とするのが良い。

また、誘電体膜１４４（２４４）は、酸化アルミニウムを含む膜で構成されていることが好ましい。誘電体膜１４４（２４４）としては特にパッシベーション効果の高い酸化アルミニウムを含む膜を適用することで基板１１０（２１０）の裏面でのキャリア再結合損失をより効果的に抑制することができる。また図には示していないが、場合によっては更に酸化シリコン、酸化錫、酸化亜鉛、フッ化マグネシウム、酸化チタン、窒化シリコン等と組み合わせて用いることで更に光損失を低減することも可能である。

一方、当該第一主表面の反対面（第二主表面）には、ｎ型の導電型をもち且つ基板１１０（２１０）よりも高い導電率をもつベース層１１３が形成されている（図１参照）。ベース層１１３は図２に示したベース層２１３のように局所的に形成されても良い。これによりベース層における光吸収損失と電荷キャリアの再結合損失を抑制することが可能である。また、ベース層１１３（２１３）形成面にはパッシベーション膜１４５（２４５）が形成されている。パッシベーション膜１４５（２４５）には、例えば窒化シリコンが好適に用いられる。窒化シリコンはｎ型シリコン表面のパッシベーションとして一般的に用いられるものであるが、これに限らず、酸化シリコン、酸化錫、酸化亜鉛、酸化アルミニウム、フッ化マグネシウム、酸化チタン等との組み合わせや、あるいはこれらの単体を代わりに用いても良い。またエミッタ電極１２２（２２２）は誘電体膜１４４（２４４）を貫通するようにしてｐ型ドープ層１１２（２１２）と接触し、ベース電極１２３（２２３）はパッシベーション膜１４５（２４５）を貫通するようにしてベース層１１３（２１３）に接触している。エミッタ電極１２２（２２２）及びベース電極１２３（２２３）は、銀、アルミニウム、銅等を主成分とする導電体の単層構造でも良いが、導電性や半田の濡れ性等を改善するために組成の異なる導電体を積層しても良い。ベース層１１３（２１３）側を受光面として用いる場合には、図２のように、エミッタ電極２２２が誘電体膜２４４を覆う構造にしてもよい。これによりエミッタ電極２２２が裏面への透過光を基板２１０へ反射させ量子効率を改善することが可能となる。この場合、アルミニウムペーストの焼結体を適用してもよいが、より高い光反射率を得るため、真空蒸着やスパッタによる膜厚１〜１０μｍ程度のアルミニウム膜や銀膜を適用するのが好ましい。

以下では、図３を参照して、本発明の太陽電池（図１の態様）の製造方法の一例について説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。

基板１１０は、例えば、抵抗率が０．１〜１０Ω・ｃｍのｎ型結晶シリコンである。同図中には示していないが、基板表面には光閉じ込めのための凹凸構造（テクスチャ）が形成されることが好ましい。凹凸構造は、基板１１０を酸性又はアルカリ溶液に一定時間浸漬することで得られる。酸性溶液には一般にフッ硝酸と酢酸、リン酸、硫酸、水等の混合酸溶液が用いられ、これに基板１１０を浸漬すると、基板加工時に荒れた表面の微細な溝が優先的にエッチングされる等して、凹凸構造が形成される。また、アルカリ溶液は、水酸化カリウムや水酸化ナトリウム水溶液、あるいは水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液が用いられる。アルカリエッチングはＳｉ−ＯＨ結合を形成することでエッチングを進行させるためエッチング速度が結晶面方位に依存し、エッチング速度の遅い面が露出した凹凸構造が得られる。

基板１１０の非受光面では必ずしも凹凸構造は必要ない。むしろ平坦化することにより表面積を減じてキャリア再結合損失を低減する効果が期待できる。その場合には、フッ硝酸を含んだ薬液を使用したスピンエッチングやインライン型の片面洗浄機が利用できる。

凹凸構造形成後、塩酸、硫酸、硝酸、フッ酸等、若しくは、これらの混合液の酸性水溶液中で洗浄することが好ましい。コスト的及び特性的観点から、塩酸中での洗浄が好ましい。清浄度を向上するため、塩酸溶液中に、０．５〜５％の過酸化水素を混合させ、６０〜９０℃に加温して洗浄してもよい。

次に、図３（ａ）に示すように、ｎ型結晶シリコン基板１１０の一方の主表面（第二主表面）にｎ型の導電型をもつベース層１１３を形成する。Ｖ族元素を含んだ拡散源であればベース層１１３を形成できるが、電気的特性と装置の簡便性から、例えばオキシ塩化リンを用いて８００〜９８０℃で気相拡散するのがよい。本発明の太陽電池は、通常、ベース層１１３を基板１１０の片面にのみ形成する必要があり、これを達成するために基板同士を２枚重ね合わせた状態で拡散したり、反対面側に窒化シリコン等の拡散バリアを形成（不図示）したりして、所望の部位以外にリンが拡散されないように工夫を施すことが好ましい。また、気相拡散の他、リン化合物を基板に塗布して乾燥した後、８００〜９８０℃で熱拡散してベース層１１３を形成しても良い。この方法によれば、基板の反対面へのリン拡散が比較的容易に抑制できる。またこの他にも、拡散剤によるスピンコート法、スプレー法等により片面拡散を行うことができる。

拡散後、表面にできたガラスをフッ酸等で除去する。

次に、図３（ｂ）に示すように、ｎ型結晶シリコン基板１１０の第一主表面の少なくとも一部に、負の固定電荷を有する誘電体膜１４４を形成する。具体的にはベース層１１３を形成した面の反対面に誘電体膜１４４を形成する。誘電体膜１４４は基板１１０の表面近傍に反転層を誘起させる必要があり、このため負の固定電荷密度が１×１０^１１ｃｍ^−２以上であることが好ましく、７×１０^１１ｃｍ^−２以上であることがより好ましい。このような膜としては酸化アルミニウム膜が好適に用いられ、これを約０．５〜１００ｎｍ程度形成する。酸化アルミニウム膜の成膜方法にはＣＶＤ法（化学気相成長法）やＡＬＤ法（原子層堆積法）が主に用いられるが、真空蒸着法やスパッタリング法を用いてもよい。ＣＶＤ法やＡＬＤ法の場合、反応にはトリメチルアルミニウムやジメチルアルミニウムハイドライド等のアルキルアルミニウムが使用でき、キャリアガスには水素やアルゴンあるいは窒素を用いるのが一般的である。また、アルキルアルミニウムの酸化剤として、酸素、水、オゾン、亜酸化窒素、二酸化炭素等が用いられる。酸化アルミニウム膜は、製膜温度が４００℃以上であれば製膜後には既に十分な負電荷をもつことが多いが、製膜温度がこれより低い場合等で負電荷密度が不十分である場合には、４００℃から５５０℃の不活性ガス中で３０分から５分程度のポストアニールを追加しても良い。また誘電体膜１４４は、酸化アルミニウムを含む膜と酸化シリコン、酸化錫、酸化亜鉛、フッ化マグネシウム、酸化チタン、窒化シリコン等を積層してもよい。この場合、積層する膜種に応じて従来の真空蒸着、スパッタ、ＣＶＤ等といった製膜装置が使用できる。

次いで、ベース層１１３の上にパッシベーション膜１４５を形成する。パッシベーション膜１４５には窒化シリコン膜が好適に用いられる。窒化シリコン膜は主にモノシラン及びアンモニアの混合ガスを用いたＣＶＤ法によって形成することができる。またアンモニアの代わりに窒素を用いることも可能である。パッシベーション膜１４５は反射防止膜の役割も兼ねており、この目的のためモノシランの供給割合の他、水素ガスによる成膜種の希釈やプロセス圧力の調整、反応ガスの希釈を行うことにより、所望の屈折率を実現することができる。窒化シリコンはｎ型シリコン表面のパッシベーションとして一般的に用いられるものであるが、これに限らず、酸化シリコン、酸化錫、酸化亜鉛、フッ化マグネシウム、酸化チタン等との組み合わせや、あるいはこれらの単体を代わりに用いてもよい。なお、パッシベーション膜１４５は誘電体膜１４４形成前に形成しても良いし、誘電体膜１４４のポストアニール前に形成しても良い。

次いで、パッシベーション膜の上に銀粉末とガラスフリットを有機バインダーと混合した銀ペースト等の導電性ペースト３５３をスクリーン印刷等で塗布して乾燥させる。次いで、誘電体膜１４４上の少なくとも一部にアルミニウムとガラスフリットとを含有する導電性材料３５２を塗布する。具体的には、例えば、誘電体膜１４４の上にアルミニウム粉末とガラスフリットを有機バインダーと混合したアルミニウムペースト３５２をスクリーン印刷等で塗布して乾燥させる（図３（ｃ））。

この後基板１１０を焼成する。すなわち、図３（ｄ）に示すように、導電性材料３５２が塗布されたｎ型結晶シリコン基板１１０を、アルミニウムとシリコンの共融点以上の温度で熱処理することにより、導電性材料３５２が誘電体膜１４４をファイアスルーしてｎ型結晶シリコン基板１１０を構成するシリコンと接触し、更に導電性材料３５２に含まれるアルミニウムとｎ型結晶シリコン基板１１０を構成するシリコンが反応することによりｐ型ドープ層１１２を形成する。焼成はシリコンとアルミニウムの共融点（５７７℃）以上の温度で行う必要があり、ベルト炉等により６００℃から８９０℃程度、好ましくは７００〜８５０℃程度の大気中で１秒〜３０分間、好ましくは３秒〜１０分間行う。この熱処理により、誘電体膜１４４がアルミニウムペースト３５２に侵食され、アルミニウムと基板１１０が接触する。シリコンとアルミニウムは接触した後に共に融解し、その後の冷却過程でシリコンがアルミニウムを多量に取り込んでｐ型ドープ層１１２を形成し、その上では未反応のアルミニウムが焼結されてエミッタ電極１２２となる（図３（ｄ））。一方受光面では、上記熱処理により導電性ペースト３５３がパッシベーション膜１４５を侵食してベース層１１３に接触し、更に焼結されてベース電極１２３が形成される。なお、エミッタ電極１２２とベース電極１２３の焼成は、別々に行ってもよい。また、アルミニウムの加熱は上記方法の他、レーザー光を用いてもよい。この場合、上記のアルミニウムペーストを用いてもよいが、好ましくは真空蒸着やスパッタによりアルミニウムを誘電体膜１４４上に１から２μｍ形成する。その上からレーザー光を所定のパターン状に照射することでアルミニウムの加熱と誘電体膜１４４の除去を同時に行うことができ、ｐ型ドープ層１１２とエミッタ電極１２２を同時に形成することができる。なお、負の固定電荷を有する誘電体膜１４４の存在により、ｎ型結晶シリコン基板１１０にはｐ型反転層１９２が存在し、ｐ型反転層１９２はｐ型ドープ層１１２と接する。

図３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、ｎ型結晶シリコン基板の第一主表面の少なくとも一部に、負の固定電荷を有する誘電体膜を形成する装置と、誘電体膜上の少なくとも一部にアルミニウムとガラスフリットとを含有する導電性材料を塗布する装置と、導電性材料が塗布されたｎ型結晶シリコン基板を、アルミニウムとシリコンの共融点以上の温度で熱処理することにより、導電性材料が誘電体膜をファイアスルーしてｎ型結晶シリコン基板を構成するシリコンと接触し、更に導電性材料に含まれるアルミニウムとｎ型結晶シリコン基板を構成するシリコンが反応することによりｐ型ドープ層を形成する装置とを含むことを特徴とする太陽電池セルの製造システムを提供する。このような太陽電池セルの製造システムであれば、少ない装置で簡便に太陽電池セルを製造可能なシステムとなる。誘電体膜を形成する装置としてはＣＶＤ装置、ＡＬＤ装置が挙げられる。導電性材料を塗布する装置としてはスクリーン印刷機が挙げられる。導電性材料が塗布されたｎ型結晶シリコン基板を、アルミニウムとシリコンの共融点以上の温度で熱処理する装置としては、ベルト炉が挙げられる。

以下では、図４を参照して、本発明の太陽電池（図１の態様）の更に別の製造方法について一例を説明する。

図４（ａ）に示すように、ｎ型結晶シリコン基板１１０にベース層１１３を図３（ａ）と同様に形成する。次に、図４（ｂ）に示すように、ｎ型結晶シリコン基板１１０の第一主表面の一部に、アルミニウムを主成分とする導電性材料４６２を塗布する。具体的には、例えば、ベース層１１３を形成した面の反対面にアルミニウム粉末とガラスフリットを有機バインダーと混合したアルミニウムペースト４６２をスクリーン印刷等で塗布して乾燥させる（図４（ｂ））。

この後基板１１０を焼成する。すなわち、図４（ｃ）に示すように、導電性材料４６２が塗布されたｎ型結晶シリコン基板１１０をアルミニウムとシリコンの共融点以上の温度で熱処理し、導電性材料４６２の主成分であるアルミニウムとｎ型結晶シリコン基板１１０を構成するシリコンを反応させることによりｐ型ドープ層１１２を形成する。焼成はシリコンとアルミニウムの共融点（５７７℃）以上の温度で行う必要があり、ベルト炉等により６００℃から８９０℃程度、好ましくは７００〜８５０℃程度の大気中で１秒〜３０分間、好ましくは３秒〜１０分間行う。この熱処理により、シリコンとアルミニウムが反応し、ｐ型ドープ層１１２を形成し、未反応のアルミニウムペースト４６２は焼結されて基板上に残る（図４（ｃ））。

次に、熱処理後、図４（ｄ）に示すように、ｎ型結晶シリコン基板１１０上に残留した導電性材料（残留アルミニウム）４６２を除去する。具体的には、焼結されたアルミニウムペースト４６２を、塩酸を用いた酸溶液で除去する。

続いて、図４（ｅ）に示すように、ｐ型ドープ層１１２を形成した面に誘電体膜１４４を形成する。具体的には、第一主表面のｐ型ドープ層１１２に隣接し且つｎ型結晶シリコン基板１１０と同じ電子密度を有する領域（ドープ層非形成部）の少なくとも一部に負の固定電荷を有する誘電体膜１４４を形成する。更にベース層１１３を形成した面にパッシベーション膜１４５を形成する。誘電体膜１４４とパッシベーション膜１４５の形成方法は図３（ｂ）と同様に実施可能である。場合によっては誘電体膜１４４の形成後にポストアニールを加えても良い。また、パッシベーション膜１４５と誘電体膜１４４はどちらを先に形成しても良い。

次に、誘電体膜１４４の上に銀粉末とガラスフリットを有機バインダーと混合した銀ペースト等の導電性ペースト３５２をスクリーン印刷等で塗布して乾燥させ、次いでパッシベーション膜１４５の上にも同様に銀粉末とガラスフリットを有機バインダーと混合した銀ペースト等の導電性ペースト３５３をスクリーン印刷等で塗布して乾燥させる（図４（ｆ））。この後基板１１０を焼成する。焼成はベルト炉等により６００℃から８９０℃程度、好ましくは７００〜８５０℃程度の大気中で１秒〜３０分間、好ましくは３秒〜１０分間行う。この熱処理により導電性ペースト３５２が誘電体膜１４４を侵食してｐ型ドープ層１１２に接触し、更に焼結されてエミッタ電極１２２となる。同時に、導電性ペースト３５３も同様にしてパッシベーション膜１４５を侵食した後に焼結されてベース電極１２３となる。なお、エミッタ電極１２２とベース電極１２３の形成は、別々に行ってもよい。なお、負の固定電荷を有する誘電体膜１４４の存在により、ｎ型結晶シリコン基板１１０にはｐ型反転層１９２が存在し、ｐ型反転層１９２はｐ型ドープ層１１２と接する。

図４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、ｎ型結晶シリコン基板の第一主表面の一部に、アルミニウムを主成分とする導電性材料を塗布する装置と、導電性材料が塗布されたｎ型結晶シリコン基板をアルミニウムとシリコンの共融点以上の温度で熱処理し、導電性材料の主成分であるアルミニウムとｎ型結晶シリコン基板を構成するシリコンを反応させることによりｐ型ドープ層を形成する装置と、熱処理後、ｎ型結晶シリコン基板上に残留した導電性材料を除去する装置と、第一主表面のｐ型ドープ層に隣接し且つｎ型結晶シリコン基板と同じ電子密度を有する領域の少なくとも一部に負の固定電荷を有する誘電体膜を形成する装置とを含むことを特徴とする太陽電池セルの製造システムを提供する。このような太陽電池セルの製造システムであれば、より簡便に太陽電池セルを製造可能なシステムとなる。導電性材料を塗布する装置としてはスクリーン印刷機が挙げられる。導電性材料が塗布されたｎ型結晶シリコン基板をアルミニウムとシリコンの共融点以上の温度で熱処理する装置としては、ベルト炉が挙げられる。導電性材料を除去する装置としては、酸溶液を含む槽、酸溶液を吐出可能なノズル等が挙げられる。誘電体膜を形成する装置としては、ＣＶＤ装置、ＡＬＤ装置が挙げられる。

以下では、図５を参照して、本発明の太陽電池（図２の態様）の製造方法の一例について説明する。

先ず、ｎ型結晶シリコン基板２１０の一方の主表面（第二主表面）にベース層２１３をパターン形成する。このためには、リン化合物とバインダー等を混合したペースト状の拡散源をスクリーン印刷やディスペンサーによりパターン状に塗布し、８００〜９８０℃で熱拡散する。図３と同様に、ここでもベース層２１３は基板２１０の片面にのみ形成する必要があり、これを達成するために基板同士を２枚重ね合わせた状態で拡散したり、反対面側に窒化シリコン等の拡散バリアを形成（不図示）したりして、所望の部位以外にリンが拡散されないように工夫を施すことが好ましい。またこの他にも、基板２１０上に塗布したリン拡散源をレーザーでパターン状に加熱してリンを基板２１０中へ拡散させても良いし、パターン状の開口が施されたメタルマスクを介したリンイオン注入を用いても良い。またオキシ塩化リン等による気相拡散を用いる場合には、予め基板２１０の当該主表面にシリコン酸化膜や窒化シリコン膜等を２０〜１００ｎｍ厚に形成して拡散バリア（図不示）とし、フォトリソグラフ等により所定のパターン状に開口部を設けておくことで、当該開口部へ選択的にリンを拡散することができる。

拡散後、表面にできたガラスをフッ酸等で除去する。

次に図５（ｂ）に示すように、ベース層２１３形成面にパッシベーション膜２４５を形成する。また、ｎ型結晶シリコン基板２１０の第一主表面の少なくとも一部に、負の固定電荷を有する誘電体膜２４４を形成する。具体的には、ベース層２１３形成した面の反対面に誘電体膜２４４を形成する。パッシベーション膜２４５と誘電体膜２４４の形成方法は図３（ｂ）と同様に実施可能である。場合によっては誘電体膜２４４の形成後にポストアニールを加えても良い。また、パッシベーション膜２４５と誘電体膜２４４はどちらを先に形成しても良い。

続いて図５（ｃ）に示すように、誘電体膜２４４の一部を除去し、開口部５７６を形成する。開口部５７６は、例えばレーザーアブレーションにより容易に形成可能である。レーザー光の波長はシリコンのバンドギャップ（１．１ｅＶ）以下であれば特に限定されないが、好ましくは、なるべく基板２１０への損傷を与えないようにするため、波長６００ｎｍ以下のレーザーを使用するのが良い。また別の方法としては、例えばエッチングペーストをスクリーン印刷等で所定箇所に塗布し、誘電体膜２４４を溶解、除去しても良い。

次に、図５（ｄ）に示すように、開口部５７６を含む領域にアルミニウムを主成分とする導電性材料５７２を塗布する。具体的には、例えば、アルミニウム粉末とガラスフリットを有機バインダーと混合したアルミニウムペースト５７２をスクリーン印刷等で誘電体膜２４４を覆うように塗布して乾燥させる。続いてパッシベーション膜２４５の上に銀粉末等とガラスフリットを有機バインダーと混合した導電性ペースト３５３をスクリーン印刷等で塗布して乾燥させる（図５（ｄ））。

この後、図５（ｅ）に示すように、導電性材料５７２が塗布されたｎ型結晶シリコン基板２１０を、アルミニウムとシリコンの共融点以上の温度で熱処理し、導電性材料５７２の主成分であるアルミニウムとｎ型結晶シリコン基板２１０を構成するシリコンを反応させることによりｐ型ドープ層２１２を形成する。具体的には、ベルト炉等を使い、６００℃から８９０℃程度、好ましくは７００〜８５０℃程度の大気中で１秒〜３０分間、好ましくは３秒〜１０分間焼成する。この過程で、開口部５７６ではシリコンとアルミニウムが接触して融解し、冷却に伴いシリコンがアルミニウムを多量に取り込んでｐ型ドープ層２１２を形成する。シリコンと未反応のアルミニウムは焼結され、エミッタ電極２２２となる（図５（ｅ））。一方、導電性ペースト３５３はパッシベーション膜２４５を侵食してベース層２１３に接触し、更に焼結されてベース電極２２３が形成される。

エミッタ電極２２２は、上記の方法の他、真空蒸着やスパッタを用いて形成してもよい。この場合誘電体膜２４４と開口部５７６を覆うようにアルミニウム膜を形成し、上記と同様に焼成する。

またエミッタ電極２２２は図１及び図３（ｄ）のように局所的に形成しても良い。この場合、例えば上記のアルミニウムペースト５７２をスクリーン印刷等で開口部に合わせてパターン形成し、上記と同様に焼成する。

なお、エミッタ電極２２２とベース電極２２３の形成は、別々に行ってもよく、この場合エミッタ電極２２２を形成した後にベース電極２２３を形成してもよいし、ベース電極２２３を形成した後にエミッタ電極２２２を形成してもよい。なお、負の固定電荷を有する誘電体膜２４４の存在により、ｎ型結晶シリコン基板２１０にはｐ型反転層２９２が存在し、ｐ型反転層２９２はｐ型ドープ層２１２と接する。

図５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、ｎ型結晶シリコン基板の第一主表面の少なくとも一部に、負の固定電荷を有する誘電体膜を形成する装置と、誘電体膜の一部を除去して開口部を形成する装置と、開口部を含む領域にアルミニウムを主成分とする導電性材料を塗布する装置と、導電性材料が塗布されたｎ型結晶シリコン基板を、アルミニウムとシリコンの共融点以上の温度で熱処理し、導電性材料の主成分であるアルミニウムとｎ型結晶シリコン基板を構成するシリコンを反応させることによりｐ型ドープ層を形成する装置とを含むことを特徴とする太陽電池セルの製造システムを提供する。このような太陽電池セルの製造システムであれば、より安価で簡便に太陽電池セルを製造可能なシステムとなる。誘電体膜を形成する装置としては、ＣＶＤ装置、ＡＬＤ装置が挙げられる。開口部を形成する装置としては、レーザーが挙げられる。導電性材料を塗布する装置としては、スクリーン印刷機が挙げられる。導電性材料が塗布されたｎ型結晶シリコン基板を、アルミニウムとシリコンの共融点以上の温度で熱処理する装置としては、ベルト炉が挙げられる。

以上ではベース電極とエミッタ電極が基板の異なる面に形成された態様の太陽電池について説明したが、本発明はもう一つの態様として、所謂裏面電極型太陽電池とすることもできる。

図６は本発明を用いた裏面電極型太陽電池の断面を模式的に示したものである。なお、同図は受光面を上向きに示してある。太陽電池６００は、ｎ型の導電型をもつ結晶シリコン基板６１０の非受光面（裏面）に、ｐ型の導電型を付与するドーパントがｎ型結晶シリコン基板の電子濃度よりも高濃度に添加されたｐ型の導電型を有するｐ型ドープ層６１２と、ｎ型の導電型をもち且つ基板６１０よりも高い導電率をもつベース層６１３が所定の間隔を空けて局所的に形成されている。更に太陽電池６００は、負の固定電荷を有する誘電体膜６４４が第一主表面（裏面）のｐ型ドープ層形成部を除く領域（ｐ型ドープ層非形成部）の少なくとも一部を覆うように形成されている。更に太陽電池６００は誘電体膜６４４直下にｐ型反転層６９２を有し、該ｐ型反転層がｐ型ドープ層６１２と接するものである。本発明の太陽電池では、ｐ型の導電型を付与するドーパントがアルミニウムを含む。また、図６に示すように、本発明の太陽電池は、ｐ型ドープ層６１２に接するエミッタ電極６２２、ベース層６１３に接するベース電極６２３を通常有する。

前述の通り、電気抵抗との兼ね合いにより、反転層６９２の面積に対しｐ型ドープ層６１２の面積割合は概ね１／３から１／３５とするのがよい。また、基板６１０の受光面にはパッシベーション膜６４５が形成されている。図６の形態では、図１及び図２の態様の太陽電池における各構成要素と同様のものが適用可能である。すなわち、誘電体膜６４４には酸化アルミニウムを含む膜が好適に用いられ、更に酸化シリコン、酸化錫、酸化亜鉛、フッ化マグネシウム、酸化チタン、窒化シリコン等と組み合わせて用いることができる。またパッシベーション膜６４５には、窒化シリコンの他、酸化シリコン、酸化錫、酸化亜鉛、酸化アルミニウム、フッ化マグネシウム、酸化チタン等を単体あるいは組み合わせて用いることができる。またエミッタ電極６２２及びベース電極６２３は、銀、アルミニウム、銅等を主成分とする導電体の単層構造でも良いし、組成の異なる導電体を積層しても良い。

図６は太陽電池裏面に誘電体膜６４４を一様に形成する態様であるが、この他にも図７の太陽電池７００のように、ベース層７１３の表面の一部をパッシベーション膜７５４が覆う構造としてもよい。パッシベーション膜７５４はパッシベーション膜７４５（６４５）と同様に、窒化シリコンの他、酸化シリコン、酸化錫、酸化亜鉛、酸化アルミニウム、フッ化マグネシウム、酸化チタン等を単体あるいは組み合わせて用いることができる。なお７１０はｎ型結晶シリコン基板、７４４は誘電体膜、７１２はｐ型ドープ層、７２２はエミッタ電極、７２３はベース電極、７９２はｐ型反転層である。

以下では、図８を参照して、本発明の裏面電極型太陽電池（図６の態様）の製造方法の一例について説明する。なお、同図は受光面を上向きに示してある。

基板６１０は、図３と同様に準備したものが使用できる。すなわち、抵抗率が０．１〜１０Ω・ｃｍのｎ型結晶シリコンであり、表面に光閉じ込めのための凹凸構造（テクスチャ）が形成された基板が好適に用いられる。非受光面（裏面）は平坦化してもよい。この場合フッ硝酸溶液等を用いたスピンエッチャーやインライン型の片面洗浄機が使用できる。

先ず基板６１０の裏面にベース層６１３をパターン形成する（図８（ａ））。このためには、リン化合物とバインダー等を混合したペースト状の拡散源をスクリーン印刷やディスペンサーによりパターン状に塗布し、８００〜９８０℃で熱拡散する。またこの他にも、基板６１０上に塗布したリン拡散源をレーザーでパターン状に加熱してリンを基板６１０中へ拡散させても良いし、パターン状の開口が施されたメタルマスクを介したリンイオン注入を用いても良い。またオキシ塩化リン等による気相拡散を用いる場合には、予め基板６１０の表面にシリコン酸化膜や窒化シリコン膜等を２０〜１００ｎｍ厚に形成して拡散バリア（図不示）とし、レーザーアブレーション等により所定のパターン状に開口部を設けておくことで、当該開口部へ選択的にリンを拡散することができる。

拡散後、表面にできたガラス（図不示）をフッ酸等で除去する。

次に、図８（ｂ）に示すように、基板６１０の裏面に誘電体膜６４４を形成する。誘電体膜６４４の性状と製法は、図３、図４、図５の誘電体膜１４４、２４４と同様であり、ＣＶＤ法やＡＬＤ法等による酸化アルミニウム膜が好適に用いられ、これを約０．５〜１００ｎｍ程度形成する。またここで、酸化アルミニウム膜は、製膜温度が低い場合等で負電荷密度が不十分である場合には、４００℃から５５０℃の不活性ガス中で３０分から５分程度のポストアニールをしても良い。次いで、基板６１０の受光面にパッシベーション膜６４５を形成する。パッシベーション膜６４５の性状と製法は、図３、図４、図５のパッシベーション膜１４５、２４５と同様であり、ＣＶＤ法による窒化シリコン膜等が好適に用いられる。パッシベーション膜６４５は誘電体膜６４４形成前に形成しても良いし、誘電体膜６４４のポストアニール前に形成しても良い。また窒化シリコンに限らず、酸化シリコン、酸化錫、酸化亜鉛、フッ化マグネシウム、酸化チタン等との組み合わせや、あるいはこれらの単体を代わりに用いても良い。

またベース層表面の一部を図７の態様の太陽電池のようにパッシベーション膜で覆う場合には、ベース層７１３上の誘電体膜７４４を除去し、図９（ａ）に示すようにベース層７１３を露出させる。このためには例えばレーザーアブレーション法が好適に用いられる。レーザー光の波長はシリコンのバンドギャップ（１．１ｅＶ）以下であれば特に限定されるものではないが、なるべく基板７１０への損傷を与えないようにするため、波長６００ｎｍ以下のレーザーを使用すると良い。また別の方法としては、例えばエッチングペーストをスクリーン印刷等で所定箇所に塗布して誘電体膜７４４を溶解、除去しても良い。なお、７４５はパッシベーション膜である。この後、図９（ｂ）に示すように、基板７１０の裏面へ、ベース層用のパッシベーション膜７５４を形成する。パッシベーション膜７５４には基本的にパッシベーション膜７４５と同様のものを適用することができ、特に窒化シリコン膜が好適に用いられるが、これに限らず酸化シリコン、酸化錫、酸化亜鉛、フッ化マグネシウム、酸化チタン等との組み合わせや、あるいはこれらの単体を代わりに用いても良い。なお、パッシベーション膜７５４はパッシベーション膜７４５形成前に形成してもよいし、パッシベーション膜７４５と同時に形成してもよい。

次に、エミッタ電極とベース電極を形成する（図８（ｃ）、図８（ｄ）、図９（ｃ）、図９（ｄ））。エミッタ電極とベース電極は、図３と同様にして形成することができる。すなわち、銀粉末とガラスフリットを有機バインダーと混合した銀ペースト等の導電性ペースト３５３をスクリーン印刷等でベース層６１３（７１３）の位置に合わせて塗布し、更に乾燥させた後、アルミニウム粉末とガラスフリットを有機バインダーと混合したアルミニウムペースト３５２をスクリーン印刷等でベース層６１３（７１３）非形成箇所の上に塗布し、更に乾燥させる。この後ベルト炉等で基板６１０（７１０）を６００℃から８９０℃程度、好ましくは７００〜８５０℃程度の大気中で１秒〜３０分間、好ましくは３秒〜１０分間焼成する。この熱処理により、アルミニウムペースト３５２が誘電体膜６４４（７４４）とパッシベーション膜７５４を浸食し、更に基板６１０（７１０）と反応してｐ型ドープ層６１２（７１２）が形成される。またその上にシリコンと反応しなかったアルミニウムが焼結されてエミッタ電極６２２（７２２）となる。ベース層上では、上記熱処理により導電性ペースト３５３が誘電体膜６４４及びパッシベーション膜７５４を浸食し、ベース層６１３（７１３）に接触し、更に焼結されてベース電極６２３（７２３）が形成される。なお、ベース電極形成とエミッタ電極形成は分けて行ってもよい。また、アルミニウムの加熱は上記方法の他、レーザー光を用いてもよい。この場合、上記のアルミニウムペーストを用いてもよいが、好ましくは真空蒸着やスパッタによりアルミニウムを誘電体膜６４４（７４４）上に１から２μｍ形成する。その上からレーザー光を所定のパターン状に照射することでアルミニウムの加熱と誘電体膜６４４（７４４）及びパッシベーション膜７５４の除去が同時に行われ、ｐ型ドープ層６１２（７１２）とエミッタ電極６２２（７２２）を同時に形成することができる。なお、負の固定電荷を有する誘電体膜６４４（７４４）の存在により、ｎ型結晶シリコン基板６１０（７１０）にはｐ型反転層６９２（７９２）が存在し、ｐ型反転層６９２（７９２）はｐ型ドープ層６１２（７１２）と接する。

上述した太陽電池は電気的に接続して太陽電池モジュールとすることができる。複数の太陽電池は電気的に直列接続することができる。図１０に本発明の太陽電池モジュール１００１の一例の断面図を示す。隣接する太陽電池１０００同士がタブ１００２によって電気的に連結されている。接続された太陽電池１０００は、充填剤１００３、カバーガラス１００４及びバックシート１００５によって封止されている。カバーガラス１００４にはソーダライムガラスが広く使用される。また充填剤１００３にはエチレンビニルアセテートやポリオレフィン又はシリコーン等が使用される。バックシート１００５にはポリエチレンテレフタレートを使用した機能性フィルムが一般的に用いられている。

図１１は本発明の太陽電池モジュールを連結した太陽電池発電システムの基本構成の一例を示した模式図である。複数の太陽電池モジュール１１０１が配線１１０２で連結され、インバータ１１０３を経由して外部負荷回路１１０４に発電電力を供給する。同図には示していないが、当該システムは発電した電力を蓄電する２次電池を更に備えていて良い。

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。なお、各実施例における「面積割合」とは、ｐ型反転層の形成領域の面積に対するｐ型ドープ層の形成領域の面積割合のことである。

（実施例１）
厚さ１８０μｍ、比抵抗１Ω・ｃｍの、リンドープｎ型アズカットシリコン基板に対し、熱濃水酸化カリウム水溶液によりスライスダメージを除去後、水酸化カリウム水溶液中に浸漬し、テクスチャ形成を行い、引き続き８０℃の塩酸／過酸化水素混合溶液中で洗浄を行った。次に、該基板を２枚一組に重ね合わせて石英チューブ炉へ入れ、８５０℃のオキシ塩化リン雰囲気４０分間で熱処理してベース層を形成した。この後、基板をフッ酸水溶液に浸漬してガラス層を除去し、純水洗浄を経て乾燥した。続いてプラズマＣＶＤ装置を用い、基板温度を４００℃に保ちながらベース層形成面の反対面（裏面）をトリメチルアルミニウムと酸素を原料ガスとしたプラズマに曝し、酸化アルミニウム膜を１０ｎｍ形成した。この後、基板を上記プラズマＣＶＤの別チャンバーへ移し、基板温度を４００℃に保ちながら基板裏面をモノシランとアンモニアを原料ガスとしたプラズマに曝し、パッシベーション膜となる窒化シリコン膜を９０ｎｍ形成した。この後同様にして、更にベース層表面に窒化シリコン膜を９０ｎｍ形成した。

次に、スクリーン印刷により、基板の裏面にガラスフリットを含有したアルミニウムペーストを塗布面積割合が約１／３０となる櫛形パターンに塗布して乾燥させた。続いてパッシベーション膜上にガラスフリットを含有した銀ペーストを櫛形パターンでスクリーン印刷して乾燥させた。この後、８３０℃の焼成を大気中で３秒間行い、ｐ型ドープ層とエミッタ電極及びベース電極を形成した。続いて、基板裏面に厚さ２μｍのアルミニウム膜を真空蒸着装置で形成し、太陽電池を得た。最後に、キセノンランプ光源式の疑似太陽光を使い、太陽電池の出力特性を測定した。

（実施例２）
実施例１で用いたものと同じテクスチャ形成後の基板を用い、リン化合物とバインダーを混合したペーストを基板の片面へ櫛形パターンに印刷塗布した。ペーストを２００℃のオーブン中で乾燥させた後、２枚一組に重ね合わせて石英チューブ炉へ入れ、８５０℃のアルゴン雰囲気で４０分間熱処理し、ベース層を形成した。この後、基板をフッ酸水溶液に浸漬してガラス層を除去し、純水洗浄を経て乾燥した。続いてプラズマＣＶＤ装置を用い、基板温度を４００℃に保ちながらベース層形成面の反対面（裏面）をトリメチルアルミニウムと酸素を原料ガスとしたプラズマに曝し、酸化アルミニウム膜を１０ｎｍ形成した。この後、基板を上記プラズマＣＶＤの別チャンバーへ移し、基板温度を４００℃に保ちながら基板裏面をモノシランとアンモニアを原料ガスとしたプラズマに曝し、パッシベーション膜となる窒化シリコン膜を９０ｎｍ形成した。この後同様にして、更にベース層表面に窒化シリコン膜を９０ｎｍ形成した。次に、スクリーン印刷により、基板の裏面にガラスフリットを含有したアルミニウムペーストを塗布面積割合が約１／３０となる櫛形パターンに塗布して乾燥させた。続いてガラスフリットを含有した銀ペーストをベース層形成箇所に合わせてパッシベーション膜上にスクリーン印刷し、乾燥させた。この後、８３０℃の焼成を大気中で３秒間行い、ｐ型ドープ層とエミッタ電極及びベース電極を形成した。続いて、基板裏面に厚さ２μｍのアルミニウム膜を真空蒸着装置で形成し、太陽電池を得た。最後に、キセノンランプ光源式の疑似太陽光を使い、太陽電池の出力特性を測定した。

（実施例３）
実施例１で用いたものと同じテクスチャ形成後の基板を用い、リン化合物とバインダーを混合したペーストを基板の片面へ櫛形パターンに印刷塗布した。ペーストを２００℃のオーブン中で乾燥させた後、２枚一組に重ね合わせて石英チューブ炉へ入れ、８５０℃のアルゴン雰囲気で４０分間熱処理し、ベース層を形成した。この後、基板をフッ酸水溶液に浸漬してガラス層を除去し、純水洗浄を経て乾燥した。

次に、スクリーン印刷により、基板の裏面にアルミニウムペーストを塗布面積割合が約１／３０となる櫛形パターンに塗布して乾燥させ、更に８３０℃の焼成を大気中で３秒間行い、ｐ型ドープ層を形成した。この後基板を塩酸に浸漬してｐ型ドープ層上のアルミニウムペースト焼結体を除去し、更に塩酸と過酸化水素水と純水の混合溶液とフッ酸水溶液で洗浄し、乾燥した。

続いてプラズマＣＶＤ装置を用い、基板温度を４００℃に保ちながらｐ型ドープ層形成面（裏面）をトリメチルアルミニウムと酸素を原料ガスとしたプラズマに曝し、酸化アルミニウム膜を１０ｎｍ形成した。この後、基板を上記プラズマＣＶＤの別チャンバーへ移し、基板温度を４００℃に保ちながら基板裏面をモノシランとアンモニアを原料ガスとしたプラズマに曝し、パッシベーション膜となる窒化シリコン膜を９０ｎｍ形成した。この後同様にして、更にベース層表面に窒化シリコン膜を９０ｎｍ形成した。次に、スクリーン印刷により、ガラスフリットを含有した銀ペーストをベース層形成箇所に合わせてパッシベーション膜上に塗布して乾燥させ、続いて同様の銀ペーストをｐ^＋ドープ層形成箇所に合わせて誘電体膜上に塗布して乾燥させた。この後、８３０℃の焼成を大気中で３秒間行い、エミッタ電極及びベース電極を形成した。続いて、基板裏面に厚さ２μｍのアルミニウム膜を真空蒸着装置で形成し、太陽電池を得た。最後に、キセノンランプ光源式の疑似太陽光を使い、太陽電池の出力特性を測定した。

（比較例１）
実施例１から３で用いたものと同じテクスチャ形成後の基板を用い、２枚一組に重ね合わせて石英チューブ炉へ入れ、１０００℃の臭化ホウ素雰囲気で１時間熱処理してホウ素を基板へ拡散した。この後、基板をフッ酸水溶液に浸漬してガラス層を除去し、純水洗浄を経て乾燥した。続いてホウ素拡散面（裏面）を重ね合わせて石英チューブ炉へ入れ、８５０℃のオキシ塩化リン雰囲気で４０分間熱処理してベース層を形成した。この後、基板をフッ酸水溶液に浸漬してガラス層を除去し、純水洗浄を経て乾燥した。これにより、基板の各主表面でドーパントが一様に拡散されたｐ型ドープ層とベース層を形成した。続いてプラズマＣＶＤ装置を用い、基板温度を４００℃に保ちながらｐ型ドープ層形成面（裏面）をトリメチルアルミニウムと酸素を原料ガスとしたプラズマに曝し、酸化アルミニウム膜を１０ｎｍ形成した。この後、基板を上記プラズマＣＶＤの別チャンバーへ移し、基板温度を４００℃に保ちながら基板裏面をモノシランとアンモニアを原料ガスとしたプラズマに曝し、パッシベーション膜となる窒化シリコン膜を９０ｎｍ形成した。この後同様にして、更にベース層表面に窒化シリコン膜を９０ｎｍ形成した。次にガラスフリットを含有した銀ペーストを誘電体膜上へ櫛形パターンにスクリーン印刷して乾燥させ、続いてパッシベーション膜上にも同様に銀ペーストをスクリーン印刷して乾燥させた。この後、８３０℃の焼成を大気中で３秒間行い、エミッタ電極及びベース電極を形成した。続いて、基板裏面に厚さ２μｍのアルミニウム膜を真空蒸着装置で形成し、太陽電池を得た。最後に、キセノンランプ光源式の疑似太陽光を使い、太陽電池の出力特性を測定した。

（実施例４）
実施例１から３で用いたものと同じテクスチャ形成後の基板を用い、リン化合物とバインダーを混合したペーストを基板の片面（裏面）へ櫛形パターンに印刷塗布した。ペーストを２００℃のオーブン中で乾燥させた後、２枚一組に重ね合わせて石英チューブ炉へ入れ、８５０℃のアルゴン雰囲気で４０分間熱処理し、ベース層を形成した。この後、基板をフッ酸水溶液に浸漬してガラス層を除去し、純水洗浄を経て乾燥した。続いてプラズマＣＶＤ装置を用い、基板温度を４００℃に保ちながら基板裏面をトリメチルアルミニウムと酸素を原料ガスとしたプラズマに曝し、該裏面に酸化アルミニウム膜を１０ｎｍ形成した。続いて、基板を上記プラズマＣＶＤの別チャンバーへ移し、基板温度を４００℃に保ちながら基板の受光面をモノシランとアンモニアを原料ガスとしたプラズマに曝し、パッシベーション膜となる窒化シリコン膜を９０ｎｍ形成した。この後、ベース層上の酸化アルミニウム膜を、波長５３２ｎｍのレーザー光で除去した。続いて基板温度を４００℃に保ちながら基板の裏面をモノシランとアンモニアを原料ガスとしたプラズマに曝し、パッシベーション膜となる窒化シリコン膜を９０ｎｍ形成した。次に、ガラスフリットを含有した銀ペーストをベース層形成箇所に合わせてスクリーン印刷し、乾燥させ、続いてスクリーン印刷により、隣り合うベース層の間にガラスフリットを含有したアルミニウムペーストを塗布面積割合が約１／２５となる櫛形パターンに塗布して乾燥させた。続いて基板を８３０℃の大気中で３秒間焼成し、ｐ型ドープ層とエミッタ電極及びベース電極を形成した。続いて、基板の裏面全体を覆うように厚さ２μｍのアルミニウム膜を真空蒸着装置で形成し、太陽電池を得た。最後に、キセノンランプ光源式の疑似太陽光を使い、太陽電池の出力特性を測定した。

（比較例２）
実施例１から４で用いたものと同じテクスチャ形成後の基板を用い、リン化合物とバインダーを混合したペーストを基板の片面（裏面）へ櫛形パターンに印刷塗布した。ペーストを２００℃のオーブン中で乾燥させた後、２枚一組に重ね合わせて石英チューブ炉へ入れ、８５０℃のアルゴン雰囲気で熱処理し、ベース層を形成した。この後、基板をフッ酸水溶液に浸漬してガラス層を除去し、純水洗浄を経て乾燥した。次に、基板裏面のベース層以外の領域にアルミニウムペーストをスクリーン印刷で塗布して乾燥させてから、基板を８３０℃の大気中で３秒間焼成し、ｐ型ドープ層を形成した。次にｐ型ドープ層上に形成されたアルミニウムの焼結体を塩酸で除去し、更に塩酸過酸化水素水混合溶液とフッ酸水溶液で洗浄して乾燥させた。

続いてプラズマＣＶＤ装置を用い、基板温度を４００℃に保ちながら基板裏面をトリメチルアルミニウムと酸素を原料ガスとしたプラズマに曝し、基板裏面に酸化アルミニウム膜を１０ｎｍ形成した。続いて、基板を上記プラズマＣＶＤの別チャンバーへ移し、基板温度を４００℃に保ちながら基板の受光面をモノシランとアンモニアを原料ガスとしたプラズマに曝し、パッシベーション膜となる窒化シリコン膜を９０ｎｍ形成した。この後、ベース層上の酸化アルミニウム膜を、波長５３２ｎｍのレーザー光で除去した。続いて基板温度を４００℃に保ちながら基板の裏面をモノシランとアンモニアを原料ガスとしたプラズマに曝し、パッシベーション膜となる窒化シリコン膜を９０ｎｍ形成した。次に、ガラスフリットを含有した銀ペーストをベース層上とｐ型ドープ層上にスクリーン印刷して乾燥させて、基板を８３０℃の大気中で３秒間焼成してエミッタ電極とベース電極を形成した。続いて、基板の裏面全体を覆うように厚さ２μｍのアルミニウム膜を真空蒸着装置で形成し、太陽電池を得た。最後に、キセノンランプ光源式の疑似太陽光を使い、太陽電池の出力特性を測定した。

上記実施例１〜４及び比較例１及び２の太陽電池特性の結果を表１に示す。

表１に示すように、本発明による太陽電池構造は何れも比較例以上の変換効率を示した。比較例１はｐ型ドープ層としてホウ素の拡散層を裏面全面に形成した例であるが、この場合、酸化アルミニウム膜が形成された裏面にはｐ型ドープ層非形成部が存在せず、反転層が形成されないので、変換効率が悪かった。また、比較例２は誘電体膜がｐ型ドープ層の上部のみに形成されている（すなわち、誘電体膜がｐ型ドープ層非形成部上に形成されていない）例であるが、この場合、裏面のベース層以外の領域がｐ型ドープ層で占められており、エミッタが（ｐ型）反転層を含まないため、変換効率が悪かった。

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。

１００、２００、６００、７００、１０００、１２００、１３００…太陽電池
１１０、２１０、６１０、７１０、１２１０、１３１０…ｎ型結晶シリコン基板
１１２、２１２、６１２、７１２、１２１２、１３１２…ｐ型ドープ層
１９２、２９２、６９２、７９２…ｐ型反転層
１１３、２１３、６１３、７１３、１２１３、１３１３…ベース層
１２２、２２２、６２２、７２２、１２２２、１３２２…エミッタ電極
１２３、２２３、６２３、７２３、１２２３、１３２３…ベース電極
１４４、２４４、６４４、７４４、１３４４…誘電体膜（パッシベーション膜）
１４５、２４５、６４５、７４５、７５４、１２４５、１３４５…パッシベーション膜
３５２、３５３、４６２、５７２…導電性材料
５７６…開口部
１００１、１１０１…太陽電池モジュール
１００２…タブ
１００３…充填剤
１００４…カバーガラス
１００５…バックシート
１１０２…配線
１１０３…インバータ
１１０４…外部負荷回路。

Claims (2)

1. ｎ型結晶シリコン基板の第一主表面の一部に、アルミニウムを主成分とする導電性材料を塗布する工程と、
   前記導電性材料が塗布された前記ｎ型結晶シリコン基板をアルミニウムとシリコンの共融点以上の温度で熱処理し、前記導電性材料の主成分であるアルミニウムと前記ｎ型結晶シリコン基板を構成するシリコンを反応させることによりｐ型ドープ層を形成する工程と、
   前記熱処理後、前記ｎ型結晶シリコン基板上に残留した前記導電性材料を除去する工程と、
   前記第一主表面の前記ｐ型ドープ層に隣接し且つ前記ｎ型結晶シリコン基板と同じ電子密度を有する領域の少なくとも一部に負の固定電荷を有する誘電体膜を形成する工程と
   を含むことを特徴とする太陽電池の製造方法。
2. ｎ型結晶シリコン基板の第一主表面の一部に、アルミニウムを主成分とする導電性材料を塗布する装置と、
   前記導電性材料が塗布された前記ｎ型結晶シリコン基板をアルミニウムとシリコンの共融点以上の温度で熱処理し、前記導電性材料の主成分であるアルミニウムと前記ｎ型結晶シリコン基板を構成するシリコンを反応させることによりｐ型ドープ層を形成する装置と、
   前記熱処理後、前記ｎ型結晶シリコン基板上に残留した前記導電性材料を除去する装置と、
   前記第一主表面の前記ｐ型ドープ層に隣接し且つ前記ｎ型結晶シリコン基板と同じ電子密度を有する領域の少なくとも一部に負の固定電荷を有する誘電体膜を形成する装置と
   を含むことを特徴とする太陽電池セルの製造システム。

Images