JPWO2009157079A1 - 太陽電池セルの製造方法 - Google Patents
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Abstract
第１導電型の半導体基板の一面側に第２導電型の不純物拡散層および反射防止膜を形成し、反射防止膜上にガラスを含む第１電極材料を塗布し、半導体基板の他面側にパッシベーション膜を形成し、パッシベーション膜の少なくとも一部に半導体基板の他面側に達する複数の開口部を形成し、第１導電型の不純物元素を含む第２電極材料を、複数の開口部を埋めるように且つ隣接する開口部の第２電極材料と接触しないように塗布し、塗布された全ての第２電極材料と接触するように第３電極材料をパッシベーション膜上に塗布し、第１電極材料および第３電極材料の塗布後に半導体基板を所定の温度で加熱することにより、反射防止膜を貫通して不純物拡散層に電気的に接続する第１電極と、半導体基板の他面側において第１導電型の不純物が半導体基板の他の領域よりも高濃度に拡散した高濃度領域と、高濃度領域に電気的に接続する第２電極および第３電極と、を同時に形成する。
Description
本発明は、太陽電池セルおよびその製造方法に関し、特に、基板の薄板化を図った場合においても太陽電池の反りが低減され且つ良好な特性を有する太陽電池セル、およびこのような太陽電池セルを効率良く製造することが可能な太陽電池セルの製造方法に関する。
従来、太陽電池等の光起電力装置の裏面アルミニウム電極として用いられてきたアルミニウムペーストは、スクリーン印刷等の方法により簡便に電極を形成できるという利点を有する。また、アルミニウムペーストは、アルミニウムがシリコン基板内に拡散してｐ型不純物が高濃度に拡散したｐ＋層を加熱処理により容易に形成させ、光起電力装置内部に少数キャリアに対する障壁電界を生じさせることにより多数キャリアの収集効率を向上させる、いわゆるＢＳＦ（Back Surface Field）層を容易に形成することができる、という利点を有する。
ここで、現在広く用いられている太陽電池の製造プロセスについて簡単に説明する。
（１０１）まず、スライス時に形成されたダメージ層が取り除かれたｐ型シリコン基板を用意し、アルカリ水溶液で該ｐ型シリコン基板をエッチングすることにより、該ｐ型シリコン基板の表面にテクスチャーと呼ばれる微細な凹凸構造を形成する。
（１０２）ｐ型シリコン基板の受光面側にオキシ塩化リン（ＰＯＣｌ３）、リン酸等を拡散させてｎ型不純物拡散層を形成した後、表面のガラスを主成分とする膜を除去し、さらに端面と裏面側のｎ型不純物拡散層を除去する。
（１０３）ｐ型シリコン基板のｎ型不純物拡散層を形成した受光面側に反射防止膜を形成する。
（１０４）ｐ型シリコン基板の受光面と反対側の面（裏面）の一部に、銀、ガラスを含むペーストを裏面集電電極の形状に塗布する。
（１０５）ｐ型シリコン基板の裏面において裏面集電電極の形成されていない部分に、裏面アルミニウム電極形成用のアルミニウム、ガラスを含むペーストを塗布する。
（１０６）ｐ型シリコン基板の受光面に、銀、ガラスを含むペーストを受光面電極の形状に塗布する。
（１０７）大気中において所定の温度で焼成を行うことにより、裏面集電電極、裏面アルミニウム電極および受光面電極を得るとともに、裏面アルミニウム電極からアルミニウムをシリコン基板中に拡散させ、ＢＳＦ層を形成する。同時に受光面電極からいわゆるファイヤースルーによって反射防止膜を突き破って銀がｎ型不純物拡散層と電気的に接続し、太陽電池セルが完成する。
（１０１）まず、スライス時に形成されたダメージ層が取り除かれたｐ型シリコン基板を用意し、アルカリ水溶液で該ｐ型シリコン基板をエッチングすることにより、該ｐ型シリコン基板の表面にテクスチャーと呼ばれる微細な凹凸構造を形成する。
（１０２）ｐ型シリコン基板の受光面側にオキシ塩化リン（ＰＯＣｌ３）、リン酸等を拡散させてｎ型不純物拡散層を形成した後、表面のガラスを主成分とする膜を除去し、さらに端面と裏面側のｎ型不純物拡散層を除去する。
（１０３）ｐ型シリコン基板のｎ型不純物拡散層を形成した受光面側に反射防止膜を形成する。
（１０４）ｐ型シリコン基板の受光面と反対側の面（裏面）の一部に、銀、ガラスを含むペーストを裏面集電電極の形状に塗布する。
（１０５）ｐ型シリコン基板の裏面において裏面集電電極の形成されていない部分に、裏面アルミニウム電極形成用のアルミニウム、ガラスを含むペーストを塗布する。
（１０６）ｐ型シリコン基板の受光面に、銀、ガラスを含むペーストを受光面電極の形状に塗布する。
（１０７）大気中において所定の温度で焼成を行うことにより、裏面集電電極、裏面アルミニウム電極および受光面電極を得るとともに、裏面アルミニウム電極からアルミニウムをシリコン基板中に拡散させ、ＢＳＦ層を形成する。同時に受光面電極からいわゆるファイヤースルーによって反射防止膜を突き破って銀がｎ型不純物拡散層と電気的に接続し、太陽電池セルが完成する。
上記のプロセスでは、各電極を一度の焼成で形成できるため、現在ではこの方法がもっとも広く用いられている。
一方、今後見込まれるシリコン太陽電池の急激な普及に対して、シリコン原料の不足が懸念されている。その対策として、シリコン基板の厚みを従来の２００μｍ程度からより薄くすることにより、シリコン原料を効率良く利用し、太陽電池の製造コストを下げ、生産数を増加させることが可能となる。
しかしながら、シリコン基板の厚みを薄くする場合、前述のプロセスにおいては、電極を形成する為の焼成処理の際に、焼成処理の後段の冷却時にアルミニウムとシリコンとの線膨張係数の違いに起因する反りが発生し、製造プロセスにおける太陽電池セルの破損率が急激に増加する。
ここで、塗布するアルミニウムペーストの厚みを薄くすることにより、前述した太陽電池セルに発生する反りを低減することは可能である。しかし、アルミニウムペーストの厚みを薄くしすぎると、焼成処理により形成されるＢＳＦ層の厚みも薄くなり、太陽電池セルの特性を維持することができない、という問題がある。
また、シリコン基板の厚みが薄くなるにつれて、吸収係数の小さい長波長域の光を十分に発電に利用するためには、シリコン基板内部で多重反射を生じさせ、光路長を延長する必要がある。しかしながら、アルミニウムによって形成された裏面アルミニウム電極は長波長域の光に対する反射率が低いため、利用効率が低下して電流の発生量が減少するという問題がある。
そこで、アルミニウムペーストを加熱処理して形成するＢＳＦ層が薄くなる代わりに、シリコン基板の裏面の欠陥を不活性化させる裏面パッシベーション膜を利用することにより、シリコン基板の反りを抑えつつ良好な太陽電池セルの特性を維持する方法が考えられている。具体的にはシリコン基板の裏面に窒化シリコン、シリコン酸化膜などの裏面パッシベーション膜を形成し、この裏面パッシベーション膜にコンタクトホールを形成し、裏面アルミニウム電極をシリコン基板に電気的に接続させる方法が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
しかし、特許文献１による方法では、コンタクトホール形成のために裏面パッシベーション膜にレーザー開口する工程と、レーザー開口部に正確に裏面アルミニウム電極を位置合わせする工程と、が必要である。さらに、焼成が数回にわたって行われるため、上述したような現在広く用いられている方法と比較すると、大幅に工程が増加する。以下に、レーザーにより裏面パッシベーション膜を開口し、シリコン基板と裏面電極とを電気的に接続する太陽電池の製造プロセスの代表的な方法について説明する。なお、ｐ型シリコン基板の受光面側にｎ型不純物拡散層と反射防止膜を形成する工程（１１１）〜（１１３）までは上述した従来の方法の（１０１）〜（１０３）と同一である。
（１１１）まず、スライス時に形成されたダメージ層が取り除かれたｐ型シリコン基板を用意し、アルカリ水溶液で該ｐ型シリコン基板をエッチングすることにより、該ｐ型シリコン基板の表面にテクスチャーと呼ばれる微細な凹凸構造を形成する。
（１１２）ｐ型シリコン基板の受光面側にオキシ塩化リン（ＰＯＣｌ３）、リン酸等を拡散させてｎ型不純物拡散層を形成した後、表面のガラスを主成分とする膜を除去し、さらに端面と裏面側のｎ型不純物拡散層を除去する。
（１１３）ｐ型シリコン基板のｎ型不純物拡散層を形成した受光面側に反射防止膜を形成する。
（１１４）ｐ型シリコン基板の裏面側に窒化シリコンまたはシリコン酸化膜を用いて裏面パッシベーション膜を形成する。
（１１５）裏面パッシベーション膜にレーザーを用いてコンタクトホールを形成する。
（１１６）裏面パッシベーション膜に形成されたコンタクトホール上に、裏面アルミニウム電極形成用の、アルミニウム、ガラス等からなるペーストを塗布する。
（１１７）大気中において所定の温度で焼成を行い、裏面アルミニウム電極を形成するとともにＢＳＦ層を形成する。なお、この時の酸素濃度を１００ｐｐｍ以下とすることにより次工程で形成する裏面集電電極との電気抵抗を低減する方法が、特許文献１に記載されている。
（１１８）裏面アルミニウム電極上に、裏面集電電極形成用の、銀、ガラス等を含むペーストを塗布する。また、ｐ型シリコン基板の受光面側に、受光面電極形成用の、銀、ガラス等を含むペーストを塗布する。
（１１９）大気中において所定の温度で焼成を行うことにより、裏面集電電極および受光面電極を形成するとともに、受光面電極中の銀が反射防止膜を突き破ってｎ型不純物拡散層と電気的に接続し、太陽電池セルが完成する。
（１１２）ｐ型シリコン基板の受光面側にオキシ塩化リン（ＰＯＣｌ３）、リン酸等を拡散させてｎ型不純物拡散層を形成した後、表面のガラスを主成分とする膜を除去し、さらに端面と裏面側のｎ型不純物拡散層を除去する。
（１１３）ｐ型シリコン基板のｎ型不純物拡散層を形成した受光面側に反射防止膜を形成する。
（１１４）ｐ型シリコン基板の裏面側に窒化シリコンまたはシリコン酸化膜を用いて裏面パッシベーション膜を形成する。
（１１５）裏面パッシベーション膜にレーザーを用いてコンタクトホールを形成する。
（１１６）裏面パッシベーション膜に形成されたコンタクトホール上に、裏面アルミニウム電極形成用の、アルミニウム、ガラス等からなるペーストを塗布する。
（１１７）大気中において所定の温度で焼成を行い、裏面アルミニウム電極を形成するとともにＢＳＦ層を形成する。なお、この時の酸素濃度を１００ｐｐｍ以下とすることにより次工程で形成する裏面集電電極との電気抵抗を低減する方法が、特許文献１に記載されている。
（１１８）裏面アルミニウム電極上に、裏面集電電極形成用の、銀、ガラス等を含むペーストを塗布する。また、ｐ型シリコン基板の受光面側に、受光面電極形成用の、銀、ガラス等を含むペーストを塗布する。
（１１９）大気中において所定の温度で焼成を行うことにより、裏面集電電極および受光面電極を形成するとともに、受光面電極中の銀が反射防止膜を突き破ってｎ型不純物拡散層と電気的に接続し、太陽電池セルが完成する。
以上のような方法によれば、裏面パッシベーション膜とＢＳＦ層との形成により、反りが小さく、効率の良い太陽電池セルを作ることができる。しかし、前述した従来の方法と比較して格段に工程数が増加する。
また、シリコン酸化膜を用いて裏面パッシベーション膜を形成し、この裏面パッシベーション膜に開口部を形成する方法を用いた太陽電池が、非特許文献１にＰＥＲＣ（Passivated Emitter and Rear Cell）構造として開示されている。このように裏面パッシベーション膜にシリコン酸化膜を用いる場合は、フォトリソグラフィにより裏面パッシベーション膜にレジストパターンを形成して、フッ酸により該シリコン酸化膜を開口するなどの工程が必要となり、この方法においても大幅に工程数が増加し、効率的に太陽電池セルを量産することができない。
また、裏面パッシベーション膜上にアルミニウムペーストをスクリーン印刷等によりドット状に形成し、いわゆるファイヤースルーによりシリコン基板と電気的に接続させる方法が例えば特許文献１に記載されている。特許文献１の実施例においては裏面パッシベーション膜の形成後に、ポイントコンタクトとしてアルミニウム、ガラス等を含むペーストを該裏面パッシベーション膜上にドット状に形成・焼成することによりＢＳＦ層を形成する。そして、裏面集電電極と受光面電極とを、銀、ガラス等を含むペーストにより形成・焼成して太陽電池セルを完成している。
しかしながら、上記特許文献１による方法では焼成工程としてポイントコンタクト形成のための焼成工程と、集電・受光面電極形成のための焼成工程と、が２度にわたって行われるため、工程の複雑化と共に電力エネルギーの消費量が増加し、製造コストが増加する、という問題がある。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、半導体基板の薄板化を図った場合においても反りの発生が無く、電池セル特性に優れた高品質な太陽電池セルおよびそ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、本発明にかかる太陽電池セルの製造方法は、第１導電型の半導体基板の一面側に第２導電型の不純物元素が拡散された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反射防止膜を形成する第２工程と、前記反射防止膜上にガラスを含む第１電極材料を塗布する第３工程と、前記半導体基板の他面側にパッシベーション膜を形成する第４工程と、前記パッシベーション膜の少なくとも一部に前記半導体基板の他面側に達する複数の開口部を形成する第５工程と、第１導電型の不純物元素を含む第２電極材料を、前記複数の開口部を埋めるように且つ隣接する前記開口部の前記第２電極材料と接触しないように塗布する第６工程と、前記塗布された全ての第２電極材料と接触するように、第３電極材料を前記パッシベーション膜上に塗布する第７工程と、前記第１電極材料および前記第３電極材料の塗布後に前記半導体基板を所定の温度で加熱することにより、前記反射防止膜を貫通して前記不純物拡散層に電気的に接続する第１電極と、前記半導体基板の他面側において第１導電型の不純物が前記半導体基板の他の領域よりも高濃度に拡散した高濃度領域と、前記高濃度領域に電気的に接続する第２電極および第３電極と、を同時に形成する第８工程と、を含むことを特徴とする。
本発明にかかる太陽電池セルの製造方法は、１度の焼成処理により、電極と、第１導電型の不純物が高濃度に拡散した高濃度領域の形成と、を同時に形成することができるため、製造工程の簡略化および電力エネルギーの消費量の低減により製造コストの低下を図ることができ、反りの発生が無く、電池セル特性に優れた高品質な太陽電池セルを安価に作製することができる、という効果を奏する。
１ 半導体基板
２ 不純物拡散層
３ 反射防止膜
４ 裏面パッシベーション膜
４ａ コンタクトホール
５ 裏面アルミニウム電極
５ａ 裏面アルミニウム電極材料ペースト
６ 裏面集電電極
６ａ 裏面集電電極材料ペースト
７ 受光面電極
７ａ 受光面電極材料ペースト
８ ＢＳＦ層
１１ 半田付け領域
２ 不純物拡散層
３ 反射防止膜
４ 裏面パッシベーション膜
４ａ コンタクトホール
５ 裏面アルミニウム電極
５ａ 裏面アルミニウム電極材料ペースト
６ 裏面集電電極
６ａ 裏面集電電極材料ペースト
７ 受光面電極
７ａ 受光面電極材料ペースト
８ ＢＳＦ層
１１ 半田付け領域
以下に、本発明にかかる太陽電池セルおよびその製造方法の実施の形態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より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の構成を説明するための断面図である。本実施の形態にかかる太陽電池セルにおいては、ｐ型シリコンからなる半導体基板１の受光面側に、リン拡散によって不純物拡散層（ｎ型不純物拡散層）２が形成されているとともにシリコン窒化膜よりなる反射防止膜３が形成されている。
図１は、本発明の実施の形態１にかかる太陽電池セルの構成を説明するための断面図である。本実施の形態にかかる太陽電池セルにおいては、ｐ型シリコンからなる半導体基板１の受光面側に、リン拡散によって不純物拡散層（ｎ型不純物拡散層）２が形成されているとともにシリコン窒化膜よりなる反射防止膜３が形成されている。
半導体基板１としてはｐ型の単結晶もしくは多結晶のシリコン基板を用いることができる。なお、基板はこれに限定されるものではなく、ｎ型のシリコン基板を用いてもよい。また、反射防止膜３には、シリコン酸化膜を用いてもよい。また、太陽電池セルの半導体基板１の受光面側の表面には、テクスチャー構造として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。
また、半導体基板１の受光面側には、銀、ガラスを含む電極材料により構成される受光面電極７が、反射防止膜３を突き抜けて不純物拡散層（ｎ型不純物拡散層）２に電気的に接続して設けられている。受光面電極７としては、半導体基板１の受光面の面内方向において長尺細長のグリッド電極が複数並べて設けられ、またこのグリッド電極と導通するバス電極が半導体基板１の受光面の面内方向において該グリッド電極と略直交するように設けられており、それぞれ底面部において不純物拡散層２に電気的に接続している。なお、グリッド電極およびバス電極の形態は本発明に直接関係ないため、図１においては詳細な記載は省略している。
一方、半導体基板１の裏面（受光面と反対側の面）には、全体にわたってシリコン窒化膜からなる裏面パッシベーション膜４が設けられている。なお、裏面パッシベーション膜４には、シリコン酸化膜を用いてもよい。裏面パッシベーション膜４には、半導体基板１の裏面に達するドット状のコンタクトホール４ａが設けられている。そして、該コンタクトホール４ａを埋めるとともに裏面パッシベーション膜４の面内方向においてコンタクトホール４ａの径よりも広い外形を有するように、アルミニウム、ガラス等を含む電極材料からなる裏面アルミニウム電極５が設けられている。さらに、半導体基板１の裏面には、裏面アルミニウム電極５の全てと電気的に接続するように裏面アルミニウム電極５を覆って、裏面集電電極６が設けられている。裏面アルミニウム電極５は、半導体基板１（ｐ型シリコン基板）−裏面集電電極６間のポイントコンタクトとされている。
また、半導体基板１の裏面側における裏面アルミニウム電極５に接する領域周辺には、裏面アルミニウム電極５からアルミニウムが半導体基板１の裏面側に高濃度に拡散したｐ＋領域であるＢＳＦ層８が形成されている。
上述した実施の形態１にかかる太陽電池セルは、上記のような構成を有することにより、１回の焼成においてＢＳＦ層８の形成と、アセンブリに必要な裏面集電電極６とを同時に形成することが可能な構成とされており、製造工程の簡略化および電力エネルギーの消費量の低減により製造コストの低下が図られた安価な太陽電池セルが実現されている。
つぎに、上記の本実施の形態にかかる太陽電池セルの製造方法について図２−１〜図２−９を参照して説明する。図２−１〜図２−９は、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断面図である。
まず、半導体基板１としてｐ型シリコン基板を用意し（図２−１）、該ｐ型シリコン基板を８０℃〜１００℃程度の水酸化ナトリウムや水酸化カリウムなどのアルカリ水溶液、または室温程度のフッ酸と硝酸の混合溶液などの酸溶液を用いたエッチングにより、スライス時に形成されたダメージ層を除去する。その後、濃度１ｗｔ％〜数ｗｔ％の水酸化ナトリウム等のアルカリ水溶液を用いて該ｐ型シリコン基板に対してエッチングを行うことにより、半導体基板１の受光面側の表面にテクスチャー構造として微小凹凸を形成する。このようなテクスチャー構造を半導体基板１の受光面側に形成することで、太陽電池セルの表面で光の多重反射を生じさせて、実効的に反射率を低減し変換効率を構造させることができる。
つぎに、表面にテクスチャー構造を形成したｐ型シリコン基板に対して、オキシ塩化リン（ＰＯＣｌ３）、リン酸等を熱拡散により拡散させて不純物拡散層（ｎ型不純物拡散層）２を形成することでＰＮ接合を形成する（図２−２）。ここで、不純物拡散層（ｎ型不純物拡散層）２の形成直後の表面にはガラスを主成分とする膜が形成されているため、フッ酸等を用いて除去する。また、受光面側をレジストや耐酸性樹脂等で保護した後にフッ硝酸溶液中にｐ型シリコン基板を浸漬することにより、ｐ型シリコン基板の端面と裏面側との不純物拡散層（ｎ型不純物拡散層）２を除去する。
つぎに、光電変換効率改善のために、不純物拡散層（ｎ型不純物拡散層）２を形成したｐ型シリコン基板の受光面側に、反射防止膜３としてシリコン窒化膜を形成する（図２−３）。反射防止膜３の形成には、例えばプラズマＣＶＤ法を使用し、シランとアンモニアの混合ガスを用いて反射防止膜３としてシリコン窒化膜を形成する。なお、反射防止膜３としてシリコン酸化膜を形成してもよい。
ついで、ｐ型シリコン基板の裏面側に、シリコン窒化膜からなる裏面パッシベーション膜４を形成する（図２−４）。裏面パッシベーション膜４の形成には、例えばプラズマＣＶＤ法を使用することができる。なお、裏面パッシベーション膜４としてシリコン酸化膜を形成してもよい。その後、裏面パッシベーション膜４の一部または全面に、レーザーを用いて所定の間隔を有するドット状のコンタクトホール（開口部）４ａを形成する（図２−５）。
つぎに、裏面アルミニウム電極５の電極材料であってアルミニウム、ガラス等を含む裏面アルミニウム電極材料ペースト５ａを、コンタクトホール４ａを埋めるとともに裏面パッシベーション膜４の面内方向においてコンタクトホール４ａの径よりも多少広い領域を覆い、且つ隣接するコンタクトホール４ａを埋める裏面アルミニウム電極材料ペースト５ａと接触しないように、スクリーン印刷法により塗布する（図２−６）。なお、ペースト５ａの塗布形状・サイズ等は、ＢＳＦ層８におけるアルミニウムの拡散濃度等の諸条件により変更可能である。
つぎに、裏面集電電極６の電極材料であって銀、ガラス等を含む裏面集電電極材料ペースト６ａを、塗布した裏面アルミニウム電極材料ペースト５ａの全てと接触するように該裏面アルミニウム電極材料ペースト５ａを覆って、スクリーン印刷法により選択的に塗布する（図２−７）。なお、裏面アルミニウム電極５と裏面集電電極６とが重なる部分は、後述する焼成後に合金化して半田付けが困難となるため、裏面集電電極６のうち半田付けが行われる半田付け領域１１には、裏面アルミニウム電極材料ペースト５ａを塗布しない。
図３−１は、裏面アルミニウム電極５の形成パターン（裏面アルミニウム電極材料ペースト５ａの塗布パターン）の一例を示す平面図であり、図３−２は、裏面集電電極６の形成パターン（裏面集電電極材料ペースト６ａの塗布パターン）の一例を示す平面図である。本実施の形態では、図３−１および図３−２に示すように、裏面アルミニウム電極５は裏面パッシベーション膜４の全面に満遍なくドット状に配置しており、且つ裏面集電電極６における半田付け領域１１（図３−２における中央の２本の太い部分）に対応する部分には、裏面アルミニウム電極５を形成しない。
つぎに、ｐ型シリコン基板の受光面側の反射防止膜３上に、受光面電極７の電極材料であって銀、ガラス等を含む受光面電極材料ペースト７ａを、受光面電極７の形状に選択的にスクリーン印刷法により塗布する（図２−８）。その後、大気中において、例えば７５０℃〜９００℃の温度で焼成を行う。これにより、受光面電極７、裏面アルミニウム電極５および裏面集電電極６が形成されるとともに、ｐ型シリコン基板の裏面側における裏面アルミニウム電極５に接する領域周辺に、裏面アルミニウム電極５からアルミニウムが高濃度に拡散したｐ＋領域であるＢＳＦ層８が形成され、該ＢＳＦ層８と裏面集電電極６とが電気的に接続する。また、受光面電極７中の銀が反射防止膜３を貫通して、不純物拡散層（ｎ型不純物拡散層）２と受光面電極７とが電気的に接続する（図２−９）。
以上により、図１に示す実施の形態１にかかる太陽電池セルが作製される。なお、電極材料であるペーストの塗布の順番を、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、実施の形態１にかかる太陽電池セルの製造方法によれば、ポイントコンタクトである裏面アルミニウム電極５を用いたＢＳＦ層８形成のための焼成処理と、アセンブリに必要な裏面集電電極６形成のための焼成処理と、を１回の焼成処理で同時に実施する。これにより、ｐ型シリコン基板の薄板化を図った場合においても、製造工程の簡略化および電力エネルギーの消費量の低減により製造コストの低下を図ることができ、反りの発生が無く、電池セル特性に優れた高品質な太陽電池セルを安価に作製することができる。
また、実施の形態１にかかる太陽電池セルの製造方法によれば、図３−１に示すようにポイント状の裏面アルミニウム電極５をｐ型シリコン基板の裏面全面に満遍なく配置して形成する。このような構成とすることによって、裏面パッシベーション膜４による効果とＢＳＦ層８による効果とにより、ｐ型シリコン基板の薄板化を図り、裏面アルミニウム電極５を薄くした場合においても、太陽電池セルにおける反りの発生を防止するとともに、良好な電池セル特性を得ることが可能であり、高品質な太陽電池セルを安価に作製することができる。
また、太陽電池のモジュール作製時において、銀、ガラス等を含むペーストを用いた裏面集電電極６は隣接して配置された太陽電池セルの受光面と直列に接続されるため、リードフレームを半田付けするための領域が必要である。実施の形態１にかかる太陽電池セルの製造方法においては、裏面集電電極６のうちリードフレームの半田付けが行われる半田付け領域１１（図３−２における中央の２本の太い部分）には、裏面アルミニウム電極５を配置していない。このような構造にすることにより、焼成により形成されるアルミニウム・銀の合金によるリードフレームとの半田付けの阻害を防ぎ、リードフレームとの良好な半田付け性を確保することができる。
実施の形態２．
実施の形態２では、本発明による他の太陽電池セルおよびその製造方法について詳細に説明する。図４は、本発明の実施の形態２にかかる太陽電池セルの構成を説明するための断面図である。なお、以下の図面において、実施の形態１と同様の構成については、図１と同じ符号を付すことで、詳細な説明は省略する。
実施の形態２では、本発明による他の太陽電池セルおよびその製造方法について詳細に説明する。図４は、本発明の実施の形態２にかかる太陽電池セルの構成を説明するための断面図である。なお、以下の図面において、実施の形態１と同様の構成については、図１と同じ符号を付すことで、詳細な説明は省略する。
本実施の形態にかかる太陽電池セルにおいては、ｐ型シリコンからなる半導体基板１の受光面側に、リン拡散によって不純物拡散層（ｎ型不純物拡散層）２が形成されているとともにシリコン窒化膜よりなる反射防止膜３が形成されている。太陽電池セルの半導体基板１の受光面側の表面には、テクスチャー構造として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。
また、半導体基板１の受光面側には、銀、ガラスを含む材料により構成される受光面電極７が反射防止膜３を突き抜けて不純物拡散層（ｎ型不純物拡散層）２に電気的に接続して設けられている。受光面電極７としては、半導体基板１の受光面の面内方向において長尺細長のグリッド電極が複数並べて設けられ、またこのグリッド電極と導通するバス電極が半導体基板１の受光面の面内方向において該グリッド電極と略直交するように設けられており、それぞれ底面部において不純物拡散層２に電気的に接続している。なお、グリッド電極およびバス電極の形態は本発明に直接関係ないため、図４においては詳細な記載は省略している。
一方、半導体基板１の裏面には、全体にわたってシリコン窒化膜からなる裏面パッシベーション膜４が設けられている。また、半導体基板１の裏面には、裏面パッシベーション膜４から突出するとともに該裏面パッシベーション膜４を突き抜けて半導体基板１の裏面に達する裏面アルミニウム電極５がアルミニウム、ガラス等を含む電極材料により形成されている。さらに、半導体基板１の裏面には、裏面アルミニウム電極５の全てと接触するように裏面アルミニウム電極５を覆って、裏面集電電極６が設けられている。裏面アルミニウム電極５は、半導体基板１（ｐ型シリコン基板）−裏面集電電極６間のポイントコンタクトとされている。
また、半導体基板１の裏面側における裏面アルミニウム電極５に接する領域周辺には、裏面アルミニウム電極５からアルミニウムが半導体基板１の裏面側に高濃度に拡散したｐ＋領域であるＢＳＦ層８が形成されている。
上述した実施の形態２にかかる太陽電池セルは、上記のような構成を有することにより、１回の焼成においてＢＳＦ層８の形成と、アセンブリに必要な裏面集電電極６とを同時に形成することが可能な構成とされており、製造工程の簡略化および電力エネルギーの消費量の低減により製造コストの低下が図られた安価な太陽電池セルが実現されている。
つぎに、上記の実施の形態２にかかる太陽電池セルの製造方法について図５−１〜図５−８を参照して説明する。図５−１〜図５−８は、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断面図である。
まず、半導体基板１としてｐ型シリコン基板を用意し（図５−１）、該ｐ型シリコン基板を８０〜１００℃程度の水酸化ナトリウムや水酸化カリウムなどのアルカリ水溶液、または室温程度のフッ酸と硝酸の混合溶液などの酸溶液を用いたエッチングにより、スライス時に形成されたダメージ層を除去する。その後、濃度１ｗｔ％〜数ｗｔ％の水酸化ナトリウム等のアルカリ水溶液を用いて該ｐ型シリコン基板に対してエッチングを行うことにより、半導体基板１の受光面側の表面にテクスチャー構造として微小凹凸を形成する。このようなテクスチャー構造を半導体基板１の受光面側に形成することで、太陽電池セルの表面で光の多重反射を生じさせて、実効的に反射率を低減し変換効率を構造させることができる。
つぎに、表面にテクスチャー構造を形成したｐ型シリコン基板に対して、オキシ塩化リン（ＰＯＣｌ３）、リン酸等を熱拡散により拡散させて不純物拡散層（ｎ型不純物拡散層）２を形成することでＰＮ接合を形成する（図５−２）。ここで、不純物拡散層（ｎ型不純物拡散層）２の形成直後の表面にはガラスを主成分とする膜が形成されているためフッ酸等を用いて除去する。また、受光面側をレジストや耐酸性樹脂等で保護した後にフッ硝酸溶液中にｐ型シリコン基板を浸漬することにより、ｐ型シリコン基板の端面と裏面側との不純物拡散層（ｎ型不純物拡散層）２を除去する。
つぎに、光電変換効率改善のために、不純物拡散層（ｎ型不純物拡散層）２を形成したｐ型シリコン基板の受光面側に反射防止膜３としてシリコン窒化膜を形成する（図５−３）。反射防止膜３の形成には、例えばプラズマＣＶＤ法を使用し、シランとアンモニアの混合ガスを用いて反射防止膜３としてシリコン窒化膜を形成する。なお、反射防止膜３としてシリコン酸化膜を形成してもよい。
ついで、ｐ型シリコン基板の裏面側に、シリコン窒化膜からなる裏面パッシベーション膜４を形成する（図５−４）。裏面パッシベーション膜４の形成には、例えばプラズマＣＶＤ法を使用することができる。なお、裏面パッシベーション膜４としてシリコン酸化膜を形成してもよい。
つぎに、裏面パッシベーション膜４上の一部または全面に、裏面アルミニウム電極５の電極材料であってアルミニウム、ガラス等を含む裏面アルミニウム電極材料ペースト５ａを、スクリーン印刷法により満遍なく所定の間隔を有するドット状に、選択的に塗布する（図５−５）。
つぎに、裏面集電電極６の電極材料であって銀、ガラス等を含む裏面集電電極材料ペースト６ａを、塗布した裏面アルミニウム電極材料ペースト５ａの全てと接触するように該裏面アルミニウム電極材料ペースト５ａを覆って、スクリーン印刷法により選択的に塗布する（図５−６）。なお、裏面アルミニウム電極５と裏面集電電極６とが重なる部分は、後述する焼成後に合金化して半田付けが困難となるため、裏面集電電極６のうち半田付けが行われる半田付け領域１１には、裏面アルミニウム電極材料ペースト５ａを塗布しない。本実施の形態では、裏面アルミニウム電極５は裏面パッシベーション膜４の全面に満遍なくドット状に配置しており、且つ裏面集電電極６における半田付け領域１１に対応する部分には、裏面アルミニウム電極５を形成しない。（図３−１および図３−２参照）。
つぎに、ｐ型シリコン基板の受光面側の反射防止膜３上に、受光面電極７の電極材料であって銀、ガラス等を含む受光面電極材料ペースト７ａを、受光面電極７の形状に選択的にスクリーン印刷法により塗布する（図５−７）。その後、大気中において、例えば７５０℃〜９００℃の温度で焼成を行う。これにより、受光面電極７、裏面アルミニウム電極５および裏面集電電極６が形成されるとともに、ｐ型シリコン基板の裏面側の裏面アルミニウム電極５に接する領域周辺において、裏面アルミニウム電極５からアルミニウムが高濃度に拡散したｐ＋領域であるＢＳＦ層８が形成され、該ＢＳＦ層８と裏面集電電極６とが電気的に接続する。また、受光面電極７中の銀が反射防止膜３を貫通して、不純物拡散層（ｎ型不純物拡散層）２と受光面電極７とが電気的に接続する（図５−８）。
以上により、図４に示す実施の形態２にかかる太陽電池セルが作製される。なお、電極材料であるペーストの塗布の順番を、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、実施の形態２にかかる太陽電池セルの製造方法によれば、ポイントコンタクトである裏面アルミニウム電極５を用いたＢＳＦ層８形成のための焼成処理と、アセンブリに必要な裏面集電電極６形成のための焼成処理と、を１回の焼成処理で同時に実施する。これにより、ｐ型シリコン基板の薄板化を図った場合においても、製造工程の簡略化および電力エネルギーの消費量の低減により製造コストの低下を図ることができ、反りの発生が無く、電池セル特性に優れた高品質な太陽電池セルを安価に作製することができる。
また、実施の形態２にかかる太陽電池セルの製造方法によれば、アルミニウム、ガラス等を主成分とするペーストを用いてスクリーン印刷法により裏面アルミニウム電極５を形成する際に、実施の形態１の場合のようにコンタクトホール４ａにアライメントする必要がないため、さらに工程を削減することができ、良好な特性を有する太陽電池セルを効率良く作製することができる。
また、実施の形態２にかかる太陽電池セルの製造方法によれば、図３−１に示すようにポイント状の裏面アルミニウム電極５をｐ型シリコン基板の裏面全面に満遍なく配置して形成する。このような構成とすることによって、裏面パッシベーション膜４による効果とＢＳＦ層８による効果とにより、ｐ型シリコン基板の薄板化を図り、裏面アルミニウム電極５を薄くした場合においても、太陽電池セルにおける反りの発生を防止するとともに、良好な電池セル特性を得ることが可能であり、高品質な太陽電池セルを安価に作製することができる。
また、太陽電池のモジュール作製時において、銀、ガラス等を含むペーストを用いた裏面集電電極６は隣接して配置された太陽電池セルの受光面と直列に接続されるため、リードフレームを半田付けするための領域が必要である。実施の形態２にかかる太陽電池セルの製造方法においては、裏面集電電極６のうちリードフレームの半田付けが行われる半田付け領域１１（図３−２における中央の２本の太い部分）には、裏面アルミニウム電極５を配置していない。このような構造にすることにより、焼成により形成されるアルミニウム・銀の合金によるリードフレームとの半田付けの阻害を防ぎ、リードフレームとの良好な半田付け性を確保することができる。
以上のように、本発明にかかる太陽電池セルの製造方法は、太陽電池セルの基板として用いられるシリコンの原料不足に対する対策としてシリコン基板の薄板化を図った場合に有用である。
Claims (9)
- 第１導電型の半導体基板の一面側に第２導電型の不純物元素が拡散された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反射防止膜を形成する第２工程と、
前記反射防止膜上にガラスを含む第１電極材料を塗布する第３工程と、
前記半導体基板の他面側にパッシベーション膜を形成する第４工程と、
前記パッシベーション膜の少なくとも一部に前記半導体基板の他面側に達する複数の開口部を形成する第５工程と、
第１導電型の不純物元素を含む第２電極材料を、前記複数の開口部を埋めるように且つ隣接する前記開口部と接触しないように塗布する第６工程と、
前記塗布された全ての第２電極材料と接触するように、第３電極材料を前記パッシベーション膜上に塗布する第７工程と、
前記第１電極材料および前記第３電極材料の塗布後に前記半導体基板を所定の温度で加熱することにより、前記反射防止膜を貫通して前記不純物拡散層に電気的に接続する第１電極と、前記半導体基板の他面側において第１導電型の不純物が前記半導体基板の他の領域よりも高濃度に拡散した高濃度領域と、前記高濃度領域に電気的に接続する第２電極および第３電極と、を同時に形成する第８工程と、
を含むことを特徴とする太陽電池セルの製造方法。 - 前記第２電極を所定の間隔を有するドット状に形成すること、
を特徴とする請求項１に記載の太陽電池セルの製造方法。 - 前記第３電極において外部部材が半田付けされる半田付け領域には、前記第２電極を形成しないこと、
を特徴とする請求項２に記載の太陽電池セルの製造方法。 - 第１導電型の半導体基板の一面側に第２導電型の不純物元素が拡散された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反射防止膜を形成する第２工程と、
前記反射防止膜上にガラスを含む第１電極材料を塗布する第３工程と、
前記半導体基板の他面側にパッシベーション膜を形成する第４工程と、
前記パッシベーション膜の少なくとも一部に、第１導電型の不純物元素およびガラスを含む第２電極材料を選択的に塗布する第５工程と、
前記塗布された全ての第２電極材料と接触するように、第３電極材料を前記パッシベーション膜上に塗布する第６工程と、
前記第１電極材料および前記第３電極材料の塗布後に前記半導体基板を所定の温度で加熱することにより、前記反射防止膜を貫通して前記不純物拡散層に電気的に接続する第１電極と、前記半導体基板の他面側において第１導電型の不純物が前記半導体基板の他の領域よりも高濃度に拡散した高濃度領域と、前記高濃度領域に電気的に接続する第２電極および第３電極と、を同時に形成する第７工程と、
を含むことを特徴とする太陽電池セルの製造方法。 - 前記第２電極を所定の間隔を有するドット状に形成すること、
を特徴とする請求項４に記載の太陽電池セルの製造方法。 - 前記第３電極において外部部材が半田付けされる半田付け領域には、前記第２電極を形成しないこと、
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。 - 一面側に第２導電型の不純物元素が拡散された不純物拡散層を有する第１導電型の半導体基板と、
前記不純物拡散層上に形成された反射防止膜と、
前記反射防止膜を貫通して前記不純物拡散層に電気的に接続する第１電極と、
前記半導体基板の他面側に形成されたパッシベーション膜と、
第１導電型の不純物元素を含む材料からなり、前記パッシベーション膜の少なくとも一部において複数箇所に埋設され、前記半導体基板の他面側に電気的に接続する第２電極と、
前記全ての第２電極と電気的に接続するように前記第２電極を覆って前記パッシベーション膜上に形成された第３電極と、
前記半導体基板の他面側における前記第２電極に対応する位置に形成され、第１導電型の不純物が前記半導体基板の他の領域よりも高濃度に拡散した高濃度領域と、
を備えることを特徴とする太陽電池セル。 - 前記第２電極は所定の間隔を有するドット状に形成されていること、
を特徴とする請求項７に記載の太陽電池セル。 - 前記第３電極において外部部材が半田付けされる半田付け領域には、前記第２電極が形成されていないこと、
を特徴とする請求項８に記載の太陽電池セル。
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