WO2012066918A1 - 裏面電極型太陽電池 - Google Patents
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Abstract
第１導電型または第２導電型のシリコン基板（４）と、シリコン基板（４）の受光面とは反対側の面である裏面に設けられた第１導電型半導体領域（９，１０）および第２導電型半導体領域（９，１０）と、第１導電型半導体領域（９，１０）に設けられた第１導電型用電極（２，３）と、第２導電型半導体領域（９，１０）に設けられた第２導電型用電極（２，３）と、シリコン基板（４）の裏面において、第１導電型半導体領域（９，１０）および第２導電型半導体領域（９，１０）の形成領域の周囲に設けられた外周縁半導体領域（７１，７２）と、を備え、外周縁半導体領域（７１，７２）は、第１導電型用電極（２，３）および第２導電型用電極（２，３）に接触していない裏面電極型太陽電池（１，５１）である。
Description
本発明は、受光面と反対側の面である裏面に電極が形成されている裏面電極型太陽電池、特に、裏面電極型太陽電池の裏面側の構造に関する。
太陽光エネルギを直接電気エネルギに変換する太陽電池は、近年、特に地球環境問題の観点から、次世代のエネルギ源としての期待が急激に高まっている。太陽電池としては、化合物半導体または有機材料を用いたものなど様々な種類があるが、現在主流となっているのは、シリコン結晶を用いたものである。
現在、最も多く製造および販売されている太陽電池は、太陽光が入射する側の面である受光面と、受光面の反対側である裏面とに電極が形成された構造のものである。
しかしながら、受光面に電極を形成した場合には、電極における光の反射、吸収があることから、形成された電極の面積分だけ入射する太陽光が減少するので、裏面にのみ電極を形成した裏面電極型太陽電池が開発されている。
図８は、特許文献１に開示されている従来の裏面電極型太陽電池の模式的な断面図である。以下に、従来の裏面電極型太陽電池１０１について説明する。
ｎ型シリコンウェーハ１０４の受光面側には凹凸形状１０５が形成され、ｎ型前面側拡散領域１０６であるＦＳＦ（Front Surface Field）層が形成されている。そして、凹凸形状１０５上には、ｎ型シリコンウェーハ１０４側から、二酸化ケイ素を含む誘電性パッシベーション層１０８および窒化シリコンを含む反射防止コーティング１０７がこの順に形成されている。
また、ｎ型シリコンウェーハ１０４の裏面には酸化物層１０９が形成されている。さらに、ｎ型シリコンウェーハ１０４の裏面側にはｎ型不純物がドープされたｎ+領域１１０とｐ型不純物がドープされたｐ+領域１１１とが交互に形成されている。そして、ｎ+領域１１０にはｎ型用金属コンタクト１０２が形成されており、ｐ+領域１１１にはｐ型用金属コンタクト１０３が形成されている。
複数の裏面電極型太陽電池が直列または並列で接続される裏面電極型太陽電池モジュールにおいて、動作中に裏面電極型太陽電池モジュールの一部に太陽光があたらない影が生じた場合、影が生じた裏面電極型太陽電池は、他の裏面電極型太陽電池との関係で逆バイアス電圧がかかる。
この際、特許文献１に記載の裏面電極型太陽電池のように、裏面電極型太陽電池の裏面側の外周縁に、ｎ型シリコンウェーハと異なる導電型であるｐ+領域を有し、その領域にｐ型用金属コンタクトが接続されている場合には、逆バイアス電圧がかかると、外周縁を通ってｐ型用金属コンタクトに流れ込むリーク電流が発生しやすくなる。
本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、逆バイアス電圧がかかった際、裏面電極型太陽電池の裏面の外周縁を通って電極に流れ込むリーク電流の発生を抑えることが可能な裏面電極型太陽電池を提供することにある。
本発明は、第１導電型または第２導電型のシリコン基板と、シリコン基板の受光面とは反対側の面である裏面に設けられた第１導電型半導体領域および第２導電型半導体領域と、第１導電型半導体領域に設けられた第１導電型用電極と、第２導電型半導体領域に設けられた第２導電型用電極と、シリコン基板の裏面において、第１導電型半導体領域および第２導電型半導体領域の形成領域の周囲に設けられた外周縁半導体領域と、を備え、外周縁半導体領域は、第１導電型用電極および第２導電型用電極に接触していない裏面電極型太陽電池である。
ここで、本発明の裏面電極型太陽電池においては、第１導電型半導体領域の周囲に第２導電型半導体領域が設けられており、外周縁半導体領域は、第１導電型半導体領域と同一の導電型を有することが好ましい。
また、本発明の裏面電極型太陽電池においては、第１導電型半導体領域および第２導電型半導体領域のうち、シリコン基板の導電型とは異なる導電型の半導体領域の合計面積の方が広いことが好ましい。
また、本発明の裏面電極型太陽電池においては、第１導電型用電極および第２導電型用電極のうち、シリコン基板の裏面において、最も外側に配置されている電極は、同一の導電型用の電極であることが好ましい。
また、本発明の裏面電極型太陽電池においては、第１導電型用電極および第２導電型用電極のうち、シリコン基板の裏面において、最も外側に配置されている電極は、外周縁半導体領域とは異なる導電型用の電極であることが好ましい。
また、本発明の裏面電極型太陽電池においては、シリコン基板の受光面側に、シリコン基板と同一の導電型の受光面拡散層が設けられていることが好ましい。
また、本発明の裏面電極型太陽電池は、受光面拡散層上に設けられた受光面パッシベーション膜と、受光面パッシベーション膜上に設けられた反射防止膜と、をさらに備え、反射防止膜は、シリコン基板と同一の導電型の不純物を含む酸化チタン膜であることが好ましい。
本発明によれば、裏面電極型太陽電池の裏面側の外周縁に、電極に接続していない外周縁半導体領域を形成することによって、裏面電極型太陽電池に逆バイアス電圧がかかった際、裏面電極型太陽電池の裏面の外周縁を通って電極に流れ込むリーク電流の発生を抑えることができる。
以下、本発明の実施の形態について説明する。なお、本発明の図面において、同一の参照符号は、同一部分または相当部分を表わすものとする。
＜実施の形態１＞
図１に、実施の形態１の裏面電極型太陽電池の裏面の模式的な平面図を示し、図１に示すように、裏面電極型太陽電池１においては、単結晶シリコン基板であるｎ型シリコン基板４の受光面と反対側の面である裏面にのみ電極が設けられており、裏面電極型太陽電池１の裏面には、帯状のｎ型用電極２と、帯状のｐ型用電極３とがそれぞれに交互に配列されている。
図１に、実施の形態１の裏面電極型太陽電池の裏面の模式的な平面図を示し、図１に示すように、裏面電極型太陽電池１においては、単結晶シリコン基板であるｎ型シリコン基板４の受光面と反対側の面である裏面にのみ電極が設けられており、裏面電極型太陽電池１の裏面には、帯状のｎ型用電極２と、帯状のｐ型用電極３とがそれぞれに交互に配列されている。
図２（ａ）に、図１のＩＩ－ＩＩに沿った模式的な断面図を示し、図２（ｂ）に図２（ａ）に示すｎ型シリコン基板４の受光面の一部の模式的な拡大断面図を示し、図２（ｃ）に図２（ａ）に示すｎ++領域とｐ+領域との厚さの差を図解する模式的な拡大断面図を示す。図２（ａ）に示すように、ｎ型シリコン基板４の受光面側にはテクスチャ構造である凹凸形状５が設けられている。凹凸形状５の凹凸の大きさは、たとえば数μｍ～数十μｍオーダーとすることができる。
また、図２（ａ）および図２（ｂ）に示すように、ｎ型シリコン基板４の受光面側全面にはｎ+領域である受光面拡散層６がＦＳＦ（Front Surface Field）層として設けられており、受光面拡散層６の受光面側には受光面パッシベーション膜１３が設けられている。さらに、受光面拡散層６上には反射防止膜１２が設けられている。受光面拡散層６のｎ型不純物濃度は、ｎ型シリコン基板４のｎ型不純物濃度よりも高くなっている。
ここで、受光面パッシベーション膜１３は、たとえば酸化シリコン膜からなり、その膜厚はたとえば１５ｎｍ以上２００ｎｍ以下とすることができ、好ましくは１５ｎｍ以上６０ｎｍ以下である。
また、反射防止膜１２は、たとえば酸化チタン膜からなり、その膜厚はたとえば１０ｎｍ以上４００ｎｍとすることができる。さらに、反射防止膜１２には、たとえばリンが含まれていてもよく、反射防止膜１２にリンが含まれる場合には、反射防止膜１２中におけるリン濃度は、リン酸化物としてたとえば１５質量％以上３５質量％以下とすることができる。なお、リン酸化物として反射防止膜１２の１５質量％以上３５質量％以下含まれるとは、反射防止膜１２中のリン酸化物の含有量が反射防止膜１２全体の１５質量％～３５質量％であることを意味する。
また、図２（ａ）に示すように、ｎ型シリコン基板４の裏面には、ｎ型シリコン基板４側から、第２裏面パッシベーション膜８と、第１裏面パッシベーション膜１１とがこの順に配置されてなる２層構造の裏面パッシベーション膜１４が形成されている。
また、ｎ型シリコン基板４の裏面には、ｎ型半導体領域であるｎ++領域９と、ｐ半導体領域であるｐ+領域１０とが交互に隣接して形成されている。このように、ｎ++領域９とｐ+領域１０とが交互に隣接して形成されていることにより、裏面電極型太陽電池１に逆方向のバイアス（逆バイアス電圧）が印加されたとき、通常のダイオードと同じように降伏電圧までは、ほとんど電流が流れず、降伏電圧よりも大きな電圧が印加されたときに、大きな電流（降伏電流）が流れ、それ以上の電圧は裏面電極型太陽電池１に印加されないという現象が起きる。この降伏電流は、ｎ++領域９とｐ+領域１０とが隣接している領域で流れるため、裏面電極型太陽電池１には部分的に電圧が印加されず、局所的なリーク電流による発熱を避けることができる。
図２（ｃ）に示すように、ｎ++領域９の表面は、ｐ+領域１０の表面よりも深さＢだけ浅く位置しており、ｎ型シリコン基板４の裏面のｎ++領域９の表面は、ｎ型シリコン基板４の裏面のｎ++領域９以外の領域の表面よりも窪んでおり、ｎ++領域９とｐ+領域１０とは凹状を形成するように配置されている。なお、深さｄは、たとえば数十ｎｍオーダーとされる。さらに、ｎ++領域９上にはｎ型用電極２が形成され、ｐ+領域１０上にはｐ型用電極３が形成される。
ｎ++領域９上の裏面パッシベーション膜１４の膜厚と、ｐ+領域１０上の裏面パッシベーション膜１４の膜厚との間には膜厚差があり、ｎ++領域９上の裏面パッシベーション膜１４の膜厚の方がｐ+領域１０上の裏面パッシベーション膜１４の膜厚よりも厚くなっている。
さらに、ｎ型シリコン基板４の裏面の外周縁には電極が配置されておらず、電極に接触していない外周縁半導体領域であるｐ+領域７１が設けられている。
図３に、実施の形態１の裏面電極型太陽電池１からｎ型用電極２、ｐ型用電極３および裏面パッシベーション膜１４を除去したときのｎ型シリコン基板４の裏面の模式的な平面図を示す。ここで、実施の形態の裏面電極型太陽電池１においては、ｎ型シリコン基板４の裏面のｎ++領域９およびｐ+領域１０の形成領域の周囲に、電極に接触していない半導体領域である外周縁半導体領域としてのｐ+領域７１が設けられている。また、ｎ++領域９は、帯状のｐ+領域１０の周囲を取り囲むようにして設けられており、ｐ+領域１０とｐ+領域７１とは同一のｐ型の導電型を有している。
図３に示すように、ｎ++領域９の周囲に、ｎ++領域９とは異なる導電型の外周縁半導体領域であるｐ+領域７１を設けることによって、ｎ++領域９とｐ+領域１０との形成領域の外側にｐ+領域７１が形成されたとしても、ｎ++領域９とｐ+領域１０とは電気的に分離できている。そして、裏面電極型太陽電池１に逆方向のバイアス（逆バイアス電圧）が印加されたとしても、外周縁半導体領域としてのｐ+領域７１は電極に接触していないことから、裏面電極型太陽電池１の外周縁を通って電極に流れ込むリーク電流の発生を抑えることができる。
また、裏面電極型太陽電池１の裏面においては、ｎ++領域９およびｐ+領域１０のうち、ｎ型シリコン基板４とは異なる導電型の半導体領域であるｐ+領域１０の合計面積の方が広いことが好ましい。この場合には、裏面電極型太陽電池１の短絡電流量が増大する傾向にある。また、この場合には、ｎ++領域９がその長さ方向に対して垂直方向に分離されていてもよく、このとき、分離されたｎ++領域９間にはｐ+領域１０を形成することができる。また、この場合に、ｐ+領域１０がその長さ方向に対して垂直方向に分離されていてもよく、このとき、分離されたｐ+領域１０間にはｎ++領域９を形成することができる。
なお、図３に示す例においては、ｎ++領域９はすべて繋がって１つの半導体領域を形成しているが、必ずしも全部のｎ++領域９が繋がっていなくてもよい。さらに、図３に示す例においては、ｐ+領域１０は複数に分離して形成されているが、繋がっている箇所があってもよい。
また、実施の形態１の裏面電極型太陽電池１においては、ｎ型シリコン基板４の裏面において、最も外側に配置されている両端の電極がそれぞれｎ型用電極２であるため裏面電極型太陽電池１の裏面を回転対称構造とすることが可能となる。そのため、裏面電極型太陽電池１を複数並べて太陽電池モジュールを作製する際に、図１に示す裏面電極型太陽電池１の裏面の上下が反対になってもいてもよい。
また、実施の形態１の裏面電極型太陽電池１においては、ｎ型用電極２およびｐ型用電極３のうち、ｎ型シリコン基板４の裏面において最も外側に配置されている両端のｎ型用電極２は、外周縁半導体領域であるｐ+領域７１とは異なる導電型用の電極となっている。
以下、図４（ａ）～図４（ｊ）の模式的断面図を参照して、実施の形態１の裏面電極型太陽電池の製造方法の一例について説明する。
まず、図４（ａ）に示すように、ｎ型シリコン基板４の受光面となる面（ｎ型シリコン基板４の受光面）の反対側の面である裏面（ｎ型シリコン基板４の裏面）にテクスチャマスク２１を形成する。ここで、ｎ型シリコン基板４としては、たとえば厚さ１００μｍのｎ型単結晶シリコンからなる基板を用いることができる。また、テクスチャマスク２１としては、たとえば窒化シリコン膜などを用いることができる。また、テクスチャマスク２１は、たとえばＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法またはスパッタ法などによって形成することができる。
次に、図４（ｂ）に示すように、ｎ型シリコン基板４の受光面に凹凸形状５を形成する。凹凸形状５は、たとえば、テクスチャ構造とすることができる。凹凸形状５は、たとえば、水酸化ナトリウム水溶液または水酸化カリウム水溶液などのアルカリ水溶液にイソプロピルアルコールを添加して７０℃以上８０℃以下に加熱した溶液によりｎ型シリコン基板４の受光面をエッチングすることによって形成することができる。
次に、図４（ｃ）に示すように、ｎ型シリコン基板４の裏面の一部にｎ++領域９を形成する。ここで、ｎ++領域９は、たとえば以下のようにして形成することができる。
まず、ｎ型シリコン基板４の裏面のテクスチャマスク２１を除去する。次に、ｎ型シリコン基板４の受光面にたとえば酸化シリコン膜などの拡散マスク２２を形成する。次に、ｎ型シリコン基板４の裏面のｎ++領域９の形成領域以外の領域にマスキングペーストを塗布した後にマスキングペーストを熱処理することによって拡散マスク２３を形成する。その後、ＰＯＣｌ3を用いた気相拡散によって拡散マスク２３からｎ型シリコン基板４の裏面が露出した箇所にリンを拡散させることによってｎ++領域９を形成する。
なお、マスキングペーストとしては、たとえば、溶剤、増粘剤および酸化シリコン前駆体を含むものなどを用いることができる。また、マスキングペーストの塗布方法としては、たとえば、インクジェット印刷法またはスクリーン印刷法などを用いることができる。
次に、図４（ｄ）に示すように、ｎ型シリコン基板４の裏面および受光面に酸化シリコン膜２４を形成する。ここで、酸化シリコン膜２４は、たとえば、ｎ型シリコン基板４に形成された拡散マスク２２、拡散マスク２３および拡散マスク２２，２３にリンが拡散することによって形成されたガラス層をフッ化水素酸処理により除去した後、酸素または水蒸気で熱酸化することによって形成することができる。なお、ｎ型シリコン基板４の酸素または水蒸気による熱酸化は、酸素雰囲気または水蒸気雰囲気中にｎ型シリコン基板４を設置した状態で熱処理することによって行なうことができる。
このとき、図４（ｄ）に示すように、ｎ型シリコン基板４の裏面のｎ++領域９が形成されている領域上の酸化シリコン膜２４（ｎ++領域９上の酸化シリコン膜２４）の膜厚を、ｎ++領域９が形成されていない領域上の酸化シリコン膜２４（ｎ++領域９以外の領域上の酸化シリコン膜２４）の膜厚よりも厚くすることができる。このような形状の酸化シリコン膜２４を形成することができる場合の一例としては、９００℃で水蒸気による熱酸化を行なって酸化シリコン膜２４を形成した場合に、ｎ++領域９上の酸化シリコン膜２４の膜厚を２５０ｎｍ～３５０ｎｍとし、ｎ++領域９以外の領域上の酸化シリコン膜２４の膜厚を７０ｎｍ～９０ｎｍとすることができる。ここで、熱酸化前のｎ++領域９の表面のリン濃度は５×１０19個／ｃｍ3以上であり、熱酸化の処理温度の範囲としては、酸素による熱酸化で８００℃～１０００℃、水蒸気による熱酸化で８００℃～９５０℃である。
なお、以下の工程におけるｐ+領域１０形成時のｎ++領域９の拡散マスクの膜厚としては、６０ｎｍ以上であることが好ましいことから、ｎ++領域９上の酸化シリコン膜２４の膜厚とｎ++領域９以外の領域上の酸化シリコン膜２４の膜厚との膜厚差は６０ｎｍ以上であることが好ましい。
また、熱酸化による酸化シリコン膜２４の形成時に、ｎ型シリコン基板４の裏面に拡散する不純物の種類と濃度とにより、熱酸化による酸化シリコン膜２４の成長速度を異なるものとすることができ、特に、ｎ型シリコン基板４の裏面におけるｎ型不純物濃度が高い場合には、酸化シリコン膜２４の成長速度を速くすることができる。そのため、ｎ型シリコン基板４よりもｎ型不純物濃度が高いｎ++領域９上の酸化シリコン膜２４の膜厚を、ｎ++領域９よりもｎ型不純物濃度が低いｎ++領域９以外の領域上の酸化シリコン膜２４の膜厚よりも厚くすることができる。
なお、酸化シリコン膜２４は、熱酸化時にシリコンと酸素とが結び付くことによって形成される。
次に、図４（ｅ）に示すように、ｎ型シリコン基板４の裏面の一部にｐ+領域１０を形成する。ここで、ｐ+領域１０は、たとえば以下のようにして形成することができる。
まず、ｎ型シリコン基板４の受光面の酸化シリコン膜２４および裏面のｎ++領域９以外の領域上の酸化シリコン膜２４をエッチングにより除去する。ここで、ｎ型シリコン基板４の裏面のｎ++領域９上の酸化シリコン膜２４の膜厚は、ｎ++領域９以外の領域上の酸化シリコン膜２４の膜厚よりも厚く形成されているため、ｎ型シリコン基板４の裏面のｎ++領域９上のみに酸化シリコン膜２４を残すことができる。ｎ++領域９上の酸化シリコン膜２４と、ｎ++領域９以外の領域上の酸化シリコン膜２４とのエッチングレートの差により、ｎ++領域９上の酸化シリコン膜２４の膜厚を１２０ｎｍ程度とすることができる。
例えば、９００℃の水蒸気による３０分の熱酸化で酸化シリコン膜２４を形成し、ｎ++領域９以外の領域上の酸化シリコン膜２４を除去するためにフッ化水素酸処理をした場合、ｎ++領域９上の酸化シリコン膜２４の膜厚を１２０ｎｍ程度とすることができる。なお、上述したように、ｎ++領域９上の酸化シリコン膜２４の膜厚が６０ｎｍ以上である場合には、酸化シリコン膜２４はｐ+領域１０の形成時の拡散マスクとして好適に機能することができる。
さらに、ｎ型シリコン基板４の受光面に酸化シリコン膜等の拡散マスク２５を形成し、その後、ｎ型シリコン基板４の裏面に、有機性高分子にホウ素化合物を反応させたポリマーをアルコール系溶媒に溶解させた溶液を塗布し、乾燥後、熱処理によりｎ型シリコン基板４の裏面の露出した箇所にｐ型不純物であるボロンが拡散して、ｐ+領域１０とｐ+領域７１とが形成される。
次に、図４（ｆ）に示すように、ｎ型シリコン基板４の裏面に第１裏面パッシベーション膜１１を形成する。ここで、第１裏面パッシベーション膜１１は、たとえば以下のようにして形成することができる。
まず、ｎ型シリコン基板４に形成された酸化シリコン膜２４、拡散マスク２５、ならびに酸化シリコン膜２４および拡散マスク２５にボロンが拡散して形成されたガラス層をフッ化水素酸処理により除去する。
次に、ｎ型シリコン基板４の裏面に酸化シリコン膜等の拡散マスクを兼ねた第１裏面パッシベーション膜１１を、たとえばＣＶＤ法またはＳＯＧ（スピンオングラス）の塗布および焼成などの方法により形成する。
次に、ｎ型シリコン基板４の受光面にリン化合物、チタンアルコキシド、およびアルコールを少なくとも含む混合液２７をスピン塗布等により塗布し、乾燥させる。ここで、混合液２７は、ｎ型シリコン基板４の受光面に受光面拡散層６であるｎ++領域を形成するとともに、反射防止膜１２となる酸化チタン膜を形成するために塗布される。また、混合液２７のリン化合物としてはたとえば五酸化リンを用いることができ、チタンアルコキシドとしてはたとえばテトライソプロピルチタネートを用いることができ、およびアルコールとしてはたとえばイソプロピルアルコールを用いることができる。
次に、図４（ｇ）および図４（ｊ）に示すように、ｎ型シリコン基板４の受光面にｎ+領域である受光面拡散層６および反射防止膜１２を形成する。ここで、受光面拡散層６および反射防止膜１２の形成は、それぞれ、ｎ型シリコン基板４の受光面に塗布されて乾燥された混合液２７を熱処理することにより行なうことができる。この熱処理により、ｎ型不純物であるリンがｎ型シリコン基板４の受光面に拡散することによって、ｎ型シリコン基板４の受光面全面に受光面拡散層６が形成されるとともに、反射防止膜１２となるリンを含有した酸化チタン膜が形成される。熱処理後の受光面拡散層６のシート抵抗値は、たとえば３０～１５０Ω／□であり、望ましくは、８０±２０Ω／□である。
次に、図４（ｇ）および図４（ｊ）に示すように、ｎ型シリコン基板４の裏面に第２裏面パッシベーション膜８を形成するとともに、ｎ型シリコン基板４の受光面の受光面拡散層６上に受光面パッシベーション膜１３を形成する。ここで、第２裏面パッシベーション膜８および受光面パッシベーション膜１３は、それぞれ、たとえば以下のようにして形成することができる。
すなわち、ｎ型シリコン基板４の酸素または水蒸気による熱酸化を行なう。これにより、ｎ型シリコン基板４の裏面と第１裏面パッシベーション膜１１との間に酸化シリコン膜からなる第２裏面パッシベーション膜８が形成されるとともに、ｎ型シリコン基板４の受光面上の受光面拡散層６と反射防止膜１２との間に酸化シリコン膜からなる受光面パッシベーション膜１３が形成される。
受光面拡散層６と反射防止膜１２との間に受光面パッシベーション膜１３が形成される理由としては、受光面の凹凸形状５の凹部における反射防止膜１２の膜厚が厚くなって反射防止膜１２にクラックが生じ、そのクラックが生じている箇所から酸素または水蒸気が入り込んで受光面パッシベーション膜１３である酸化シリコン膜が成長すると考えられる。また、受光面の凹凸形状５の凸部では反射防止膜１２の膜厚が薄いため、酸素または水蒸気が透過し、受光面パッシベーション膜１３である酸化シリコン膜が成長すると考えられる。
さらに、ｎ型シリコン基板４の裏面と第１裏面パッシベーション膜１１との間に第２裏面パッシベーション膜８が形成される理由としては、ｎ型シリコン基板４の裏面の第１裏面パッシベーション膜１１はＣＶＤ法等で形成した膜であるため、第１裏面パッシベーション膜１１の内部に酸素または水蒸気が透過し、これにより、第２裏面パッシベーション膜８である酸化シリコン膜が成長すると考えられる。
なお、第２裏面パッシベーション膜８および受光面パッシベーション膜１３との形成は、受光面拡散層６および反射防止膜１２を形成するための熱処理に引き続いて、ガスを切り替えて酸素または水蒸気による熱酸化を行うことによっても可能である。
次に、図４（ｈ）に示すように、裏面パッシベーション膜１４の一部を除去して、裏面パッシベーション膜１４からｎ++領域９の一部およびｐ+領域１０の一部をそれぞれ露出させる。ここで、裏面パッシベーション膜１４の一部の除去は、たとえば、裏面パッシベーション膜１４の一部にエッチングペーストをスクリーン印刷法等によって塗布した後にエッチングペーストを加熱することなどによって行なうことができる。その後、エッチングペーストは、たとえば、超音波洗浄した後に酸処理することによって除去することができる。エッチングペーストとしては、たとえば、エッチング成分として、リン酸、フッ化水素、フッ化アンモニウムおよびフッ化水素アンモニウムからなる群から選択された少なくとも１種を含むとともに、水、有機溶媒および増粘剤を含むものなどを用いることができる。
次に、図４（ｉ）に示すように、ｎ++領域９上にｎ型用電極２を形成するとともに、ｐ+領域１０上にｐ型用電極３を形成する。ここで、ｎ型用電極２およびｐ型用電極３は、たとえば、裏面パッシベーション膜１４の所定の位置に銀ペーストをスクリーン印刷により塗布した後に乾燥させ、その後、銀ペーストを焼成することにより形成することができる。以上により、実施の形態の裏面電極型太陽電池１を製造することができる。
＜実施の形態２＞
図５に、実施の形態２の裏面電極型太陽電池の裏面の模式的な平面図を示す。また、図６（ａ）に図５のＶＩ－ＶＩに沿った模式的な断面図を示し、図６（ｂ）に図６（ａ）に示すｎ型シリコン基板４の受光面の一部の模式的な拡大断面図を示し、図６（ｃ）に図６（ａ）に示すｎ++領域９とｐ+領域１０との厚さの差を図解する模式的な拡大断面図を示す。
図５に、実施の形態２の裏面電極型太陽電池の裏面の模式的な平面図を示す。また、図６（ａ）に図５のＶＩ－ＶＩに沿った模式的な断面図を示し、図６（ｂ）に図６（ａ）に示すｎ型シリコン基板４の受光面の一部の模式的な拡大断面図を示し、図６（ｃ）に図６（ａ）に示すｎ++領域９とｐ+領域１０との厚さの差を図解する模式的な拡大断面図を示す。
実施の形態２の裏面電極型太陽電池５１においては、ｎ型シリコン基板４の裏面の外周縁半導体領域がｎ型の半導体領域であるｎ++領域７２となっており、ｎ型シリコン基板４の裏面のｎ型用電極２およびｐ型用電極３のうち、ｎ型シリコン基板４の裏面において最も外側に配置されている両端の電極がそれぞれ、ｎ型シリコン基板４の導電型とは異なる導電型用のｐ型用電極３となっている点に特徴がある。すなわち、実施の形態２の裏面電極型太陽電池５１においても、ｎ型シリコン基板４の裏面の外周縁には電極が配置されておらず、外周縁半導体領域であるｎ++領域７２は電極に接触していない。
図７に、実施の形態２の裏面電極型太陽電池５１からｎ型用電極２、ｐ型用電極３および裏面パッシベーション膜１４を除去したときのｎ型シリコン基板４の裏面の模式的な平面図を示す。
ここで、実施の形態２の裏面電極型太陽電池５１においては、ｎ型シリコン基板４の裏面のｎ++領域９およびｐ+領域１０の形成領域の周囲に、電極に接触していない半導体領域である外周縁半導体領域としてのｎ++領域７２が設けられている。また、ｐ+領域１０は、帯状のｎ++領域９の周囲を取り囲むようにして設けられており、ｎ++領域９とｎ++領域７２とは同一のｐ型の導電型を有している。
図７に示すように、ｐ+領域１０の周囲に、ｐ+領域１０とは異なる導電型の外周縁半導体領域であるｎ++領域７２を設けることによって、ｎ++領域９とｐ+領域１０との形成領域の外側にｎ++領域７２が形成されたとしても、ｎ++領域９とｐ+領域１０とは電気的に分離できている。そして、裏面電極型太陽電池５１に逆方向のバイアス（逆バイアス電圧）が印加されたとしても、外周縁半導体領域としてのｎ++領域７２は電極に接触していないことから、裏面電極型太陽電池５１の裏面の外周縁を通って電極に流れ込むリーク電流の発生を抑えることができる。
また、裏面電極型太陽電池５１の裏面においても、ｎ++領域９およびｐ+領域１０のうち、ｎ型シリコン基板４とは異なる導電型の半導体領域であるｐ+領域１０の合計面積の方が広いことが好ましい。この場合には、裏面電極型太陽電池５１の短絡電流量が増大する傾向にある。
なお、図７に示す例においては、ｐ+領域１０はすべて繋がって１つの半導体領域を形成しているが、必ずしも全部のｐ+領域１０が繋がっていなくてもよい。さらに、図７に示す例においては、ｎ++領域９は複数に分離して形成されているが、繋がっている箇所があってもよい。
また、実施の形態２の裏面電極型太陽電池５１においては、ｎ型シリコン基板４の裏面において、最も外側に配置されている両端の電極がそれぞれｐ型用電極３であるため、裏面電極型太陽電池５１の裏面を回転対称構造とすることが可能となる。そのため、裏面電極型太陽電池５１を複数並べて太陽電池モジュールを作製する際に、図５に示す裏面電極型太陽電池５１の裏面の上下が反対になってもいてもよい。
また、実施の形態２の裏面電極型太陽電池５１においては、ｎ型用電極２およびｐ型用電極３のうち、ｎ型シリコン基板４の裏面において最も外側に配置されている両端のｐ型用電極３は、外周縁半導体領域であるｎ++領域７２とは異なる導電型用の電極となっている。
本実施の形態における上記以外の説明は、実施の形態１と同様であるため、その説明については省略する。
＜その他＞
実施の形態１の裏面電極型太陽電池１および実施の形態２の裏面電極型太陽電池５１においては、その動作時に、ｎ型用電極２が設けられているｎ++領域９と、ｎ+領域である受光面拡散層６とが、ｎ型シリコン基板４のバルクのみを介して分離されているので、互いの電位には影響されない。
実施の形態１の裏面電極型太陽電池１および実施の形態２の裏面電極型太陽電池５１においては、その動作時に、ｎ型用電極２が設けられているｎ++領域９と、ｎ+領域である受光面拡散層６とが、ｎ型シリコン基板４のバルクのみを介して分離されているので、互いの電位には影響されない。
また、上記においては、ｎ型シリコン基板４を用いる場合について記載したが、ｐ型シリコン基板を用いることも可能である。このとき、受光面拡散層６が存在する場合には、受光面拡散層６はｐ型不純物が拡散して形成されたｐ+領域となり、反射防止膜１２はｐ型不純物が含まれた膜となり、その他の構造はｎ型シリコン基板４を用いた上記の構造と同様とすることができる。
また、ｐ型シリコン基板を用いる場合には、より大きな短絡電流量を得るために、裏面電極型太陽電池の裏面において、ｎ型用電極２が形成されたｎ++領域９およびｐ型用電極３が形成されたｐ+領域１０のうち、ｐ型シリコン基板とは異なる導電型の半導体領域であるｎ++領域９の合計面積を、ｐ+領域１０の合計面積よりも大きくすることが好ましい。また、この場合には、ｐ+領域１０がその長さ方向に対して垂直方向に分離されていてもよく、このとき、分離されたｐ+領域１０間にはｎ++領域９を形成することができる。また、この場合に、ｎ++領域９がその長さ方向に対して垂直方向に分離されていてもよく、このとき、分離されたｎ++領域９間にはｐ+領域１０を形成することができる。
さらに、本発明の裏面電極型太陽電池の概念には、半導体基板の裏面となる面のみにｐ型用電極およびｎ型用電極の双方が形成された構成の裏面電極型太陽電池だけでなく、ＭＷＴ（Metal Wrap Through）型（半導体基板に設けられた貫通孔に電極の一部を配置した構成の太陽電池）などの構成の太陽電池も含まれる。
本発明に係る裏面電極型太陽電池は、裏面電極型太陽電池の全般に広く適用することができる。
１ 裏面電極型太陽電池、２ ｎ型用電極、３ ｐ型用電極、４ ｎ型シリコン基板、５，１０５ 凹凸形状、６ 受光面拡散層、８ 第２裏面パッシベーション膜、９ ｎ++領域、１０ ｐ+領域、１１ 第１裏面パッシベーション膜、１２ 反射防止膜、１３ 受光面パッシベーション膜、１４ 裏面パッシベーション膜、２１ テクスチャマスク、２２，２３ 拡散マスク、２４ 酸化シリコン膜、２５ 拡散マスク、２７ 混合液、７１ ｐ+領域、７２ ｎ++領域、１０１ 裏面電極型太陽電池、１０２ ｎ型用金属コンタクト、１０３ ｐ型用金属コンタクト、１０４ ｎ型シリコンウェーハ、１０５ 凹凸形状、１０６ ｎ型前面側拡散領域、１０７ 反射防止コーティング、１０８ 誘電性パッシベーション層、１０９ 酸化物層、１１０ ｎ+領域、１１１テクスチャマスク。
Claims (7)
- 第１導電型または第２導電型のシリコン基板（４）と、
前記シリコン基板（４）の受光面とは反対側の面である裏面に設けられた第１導電型半導体領域（９，１０）および第２導電型半導体領域（９，１０）と、
前記第１導電型半導体領域（９，１０）に設けられた第１導電型用電極（２，３）と、
前記第２導電型半導体領域（９，１０）に設けられた第２導電型用電極（２，３）と、
前記シリコン基板（４）の前記裏面において、前記第１導電型半導体領域（９，１０）および前記第２導電型半導体領域（９，１０）の形成領域の周囲に設けられた外周縁半導体領域（７１，７２）と、を備え、
前記外周縁半導体領域（７１，７２）は、前記第１導電型用電極（２，３）および前記第２導電型用電極（２，３）に接触していない、裏面電極型太陽電池（１，５１）。 - 前記第１導電型半導体領域（９，１０）の周囲に前記第２導電型半導体領域（９，１０）が設けられており、
前記外周縁半導体領域（７１，７２）は、前記第１導電型半導体領域（９，１０）と同一の導電型を有する、請求項１に記載の裏面電極型太陽電池（１，５１）。 - 前記第１導電型半導体領域（９，１０）および前記第２導電型半導体領域（９，１０）のうち、前記シリコン基板（４）の導電型とは異なる導電型の半導体領域の合計面積の方が広い、請求項１または２に記載の裏面電極型太陽電池（１，５１）。
- 前記第１導電型用電極（２，３）および前記第２導電型用電極（２，３）のうち、前記シリコン基板（４）の前記裏面において、最も外側に配置されている電極は、同一の導電型用の電極である、請求項１から３のいずれかに記載の裏面電極型太陽電池（１，５１）。
- 前記第１導電型用電極（２，３）および前記第２導電型用電極（２，３）のうち、前記シリコン基板（４）の前記裏面において、最も外側に配置されている電極は、前記外周縁半導体領域（７１，７２）とは異なる導電型用の電極である、請求項１から４のいずれかに記載の裏面電極型太陽電池（１，５１）。
- 前記シリコン基板（４）の受光面側に、前記シリコン基板（４）と同一の導電型の受光面拡散層（６）が設けられている、請求項１から５のいずれかに記載の裏面電極型太陽電池（１，５１）。
- 前記受光面拡散層（６）上に設けられた受光面パッシベーション膜（１３）と、
前記受光面パッシベーション膜（１３）上に設けられた反射防止膜（１２）と、をさらに備え、
前記反射防止膜（１２）は、前記シリコン基板（４）と同一の導電型の不純物を含む酸化チタン膜である、請求項６に記載の裏面電極型太陽電池（１，５１）。
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