WO2013051323A1 - 太陽電池素子およびその製造方法 - Google Patents

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WO2013051323A1
WO2013051323A1 PCT/JP2012/069020 JP2012069020W WO2013051323A1 WO 2013051323 A1 WO2013051323 A1 WO 2013051323A1 JP 2012069020 W JP2012069020 W JP 2012069020W WO 2013051323 A1 WO2013051323 A1 WO 2013051323A1
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WO
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groove
laser
diffusion layer
impurity diffusion
solar cell
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PCT/JP2012/069020
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Inventor
剛司 谷垣
智毅 桂
松野　繁
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三菱電機株式会社
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/06—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by at least one potential-jump barrier or surface barrier
    • H01L31/068—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by at least one potential-jump barrier or surface barrier the potential barriers being only of the PN homojunction type, e.g. bulk silicon PN homojunction solar cells or thin film polycrystalline silicon PN homojunction solar cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/547—Monocrystalline silicon PV cells

Definitions

  • the present invention relates to a solar cell element and a manufacturing method thereof.
  • PN junctions are separated (PN separation) in order to improve photoelectric conversion efficiency.
  • PN separation As a method of separating the PN junction, for example, laser processing is used (see, for example, Patent Document 1).
  • Patent Document 2 aims to reduce the leakage current by doubling the machining grooves.
  • the leakage current can be sufficiently reduced. I could't.
  • 0.05 mm or more is required as a processing diameter for two processing grooves and an interval between the two processing grooves. For this reason, the power generation contribution on the back surface of the solar cell element is reduced, and the effect of reducing the groove area by using laser processing is not obtained.
  • Patent Document 3 a high-quality processed groove can be obtained by performing laser processing a plurality of times at the same location while rotating the substrate.
  • the present invention has been made in view of the above, and obtains a solar cell element excellent in photoelectric conversion efficiency and production efficiency that can prevent the occurrence of leakage current due to PN separation by laser processing and a method for manufacturing the same. For the purpose.
  • the solar cell element according to the present invention includes an impurity diffusion layer in which an impurity element of the second conductivity type is diffused from one side and from one side to the other side.
  • a first conductivity type semiconductor substrate formed on the substrate, a light-receiving surface-side electrode electrically connected to the impurity diffusion layer and formed on one surface side of the semiconductor substrate, and formed on the other surface side of the semiconductor substrate.
  • the rear surface side electrode is provided so as to reach the inside of the semiconductor substrate from the surface of the impurity diffusion layer and is electrically separated from the rear surface side electrode and electrically connected to the light receiving surface side electrode.
  • a separation groove formed on the bottom surface of the first groove in the width direction of the first groove. Formed inside and narrower than the first groove, and Said a first deep second groove depths than the groove, by a groove in a two-stage structure composed, characterized by.
  • the present invention it is possible to prevent the occurrence of leakage current due to PN separation by laser processing without increasing the groove width required as a separation groove, and a solar cell element excellent in photoelectric conversion efficiency and production efficiency can be obtained. , Has the effect.
  • FIG. 1-1 is a diagram showing a configuration of a crystalline silicon solar cell element according to Embodiment 1 of the present invention, and is a cross-sectional view schematically showing a cross-sectional structure of the crystalline silicon solar cell element.
  • FIG. 1-2 is a diagram showing the configuration of the crystalline silicon solar cell element according to the first embodiment of the present invention, and is a plan view schematically showing the back surface structure of the crystalline silicon solar cell element.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of the PN separation groove according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 3-1 is a cross-sectional view illustrating the method for manufacturing the solar cell element according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 3-2 is a cross-sectional view illustrating the method for manufacturing the solar cell element according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 4A is a cross-sectional view schematically showing a first method for forming a PN separation groove.
  • FIG. 4B is a cross-sectional view schematically showing a first method for forming the PN isolation groove.
  • FIG. 5A is a cross-sectional view schematically showing a second method of forming the PN isolation groove.
  • FIG. 5B is a cross-sectional view schematically showing a second method for forming the PN isolation groove.
  • FIG. 6 is a characteristic diagram showing the relationship between the machining groove width and the leakage current.
  • FIG. 7 is a diagram showing a configuration of another crystalline silicon solar cell element according to Embodiment 1 of the present invention, and is a sectional view schematically showing a sectional structure of another crystalline silicon solar cell element.
  • FIG. 8 is a diagram schematically illustrating a main configuration of the laser apparatus according to the second embodiment.
  • FIG. 9 is a diagram schematically illustrating a main configuration of another laser apparatus according to the second embodiment.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view schematically showing an example of the shape of the PN separation groove.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating the width of improvement in photoelectric conversion efficiency (%) at each execution timing of the PN separation process by laser irradiation.
  • FIG. 12 is a characteristic diagram showing characteristics of the crystalline silicon solar cell element depending on the type of laser when PN separation is performed by laser irradiation.
  • FIG. 1-1 is a diagram showing a configuration of a crystalline silicon solar cell element according to Embodiment 1 of the present invention (hereinafter may be simply referred to as a solar cell element), and shows a cross-sectional structure of the crystalline silicon solar cell element. It is sectional drawing shown typically.
  • FIG. 1-2 is a diagram showing the configuration of the crystalline silicon solar cell element according to the first embodiment of the present invention, and is a plan view schematically showing the back surface structure of the crystalline silicon solar cell element.
  • the solar cell element according to the first embodiment includes a P-type silicon substrate 1, an impurity diffusion layer (N-type impurity diffusion layer) 2, and an antireflection film 3.
  • a P-type silicon substrate 1 which is a first conductive type crystalline silicon semiconductor part and an N type impurity diffusion layer 2 which is a second conductive type crystalline silicon semiconductor part have a PN junction.
  • the N-type impurity diffusion layer 2 is formed by phosphorus diffusion from the entire light receiving surface side to the back surface side of the P-type silicon substrate 1.
  • the P-type silicon substrate 1 may be a polycrystalline silicon substrate or a single crystal silicon substrate.
  • the conductivity types of the P-type silicon substrate 1 and the N-type impurity diffusion layer 2 may be interchanged.
  • the antireflection film 3 is made of an insulating film such as a silicon nitride (SiN) film, for example, covers the N-type impurity diffusion layer 2 from the light-receiving surface side to the side surface of the P-type silicon substrate 1 and reflects incident light on the light-receiving surface. To prevent.
  • SiN silicon nitride
  • the light receiving surface side silver electrode 4 is a first electrode (N type electrode) electrically connected to the N type impurity diffusion layer 2 on the light receiving surface side of the solar cell element.
  • the back surface P + layer 5 is a BSF (Back Surface Field) layer containing a high concentration of P-type impurities, and is formed in a lower region of the back surface side aluminum electrode 6 on the back surface side of the P-type silicon substrate 1.
  • the back surface side aluminum electrode 6 is a second electrode (P type electrode) electrically connected to the P type silicon substrate 1 on the back surface side of the solar cell element.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of the PN separation groove 7 according to the present embodiment.
  • the PN isolation groove 7 is a two-stage groove extending from the surface of the N-type impurity diffusion layer 2 to the inside of the P-type silicon substrate 1 on the back surface side of the solar cell element.
  • the N-type impurity diffusion layer 2 connected to a certain light-receiving surface side silver electrode 4 is electrically insulated from the back-side aluminum electrode 6 which is a P-type electrode.
  • the PN separation groove 7 is formed by irradiating the same portion with a laser twice from the back surface side of the solar cell element.
  • the PN separation groove 7 is formed by using a laser having a large processing diameter and has a wide processing groove width and a shallow depth.
  • the deep groove 10 is a groove that is formed inside the shallow groove 9 in the processed groove width direction of the shallow groove 9 and is narrower and deeper than the shallow groove 9.
  • the difference in the processing groove width between the shallow groove 9 and the deep groove 10 is preferably 0.02 mm or more.
  • the processing groove width of the shallow groove 9 is widened by 0.02 mm or more from both ends of the deep groove 10.
  • the processing groove width of the shallow groove 9 is wide by an equal width from both ends of the deep groove 10.
  • the processing groove width of the deep groove 10 is set to 0.04 mm or less, for example. Since the processing groove width of the shallow groove 9 is preferably 0.02 mm or more wide from both ends of the deep groove 10, the processing groove width of the shallow groove 9 is preferably 0.06 mm or more.
  • the PN isolation groove 7 is composed of a shallow groove 9 and a deep groove 10 having different processing groove depths, but the processing groove depth as the PN separation groove 7 is one laser of one laser as in the prior art.
  • the depth is about the same as the depth of the PN separation groove formed by irradiation, for example, about 0.03 mm to 0.05 mm.
  • Residues generated during the formation of the PN separation grooves 7 by laser irradiation include those that scatter around and those that re-diffuse (laser doping) phosphorus inside the grooves when heat is applied. Therefore, since the influence of the latter needs to be reduced, the PN separation groove 7 needs to have a depth as described above, for example.
  • the depth of the processed groove of the PN separation groove 7 is smaller than 0.03 mm, the leakage current due to adhesion of molten silicon cannot be suppressed.
  • the depth of the processed groove of the PN separation groove 7 is larger than 0.05 mm, mechanical damage to the silicon substrate is increased and it is easy to break.
  • the shallow groove 9 and the deep groove 10 need to be made shallower than in the case of processing by one laser irradiation of one laser as in the conventional case, and the total processing groove depth is 0. Processed to a depth of 03 mm to 0.05 mm.
  • the processing groove depth of the shallow groove 9 is about 0.01 mm to 0.03 mm
  • the processing groove depth of the deep groove 10 is about 0.03 mm to 0.05 mm.
  • Examples of means for reducing the depth of the processing groove include a method of decreasing the laser output, a method of increasing the scanning speed, and a method of increasing the oscillation frequency. Further, the mechanical strength of the substrate can be increased by forming the PN separation groove 7 as shown in FIG.
  • unevenness (texture) having a size of about 0.01 mm is formed on the back surface side of the P-type silicon substrate 1, the depth from 0.005 mm which is a half value of the unevenness formation is set to the processing groove depth.
  • a texture of such a size is formed, a groove having a depth from the bottom of the texture of 0.01 mm can be obtained by processing the processed groove depth to 0.03 mm.
  • the size of the texture is increased, the thickness of the solar cell substrate is reduced and the photoelectric conversion efficiency is lowered. For this reason, generally as a technical trend in a solar cell element, the unevenness
  • FIGS. 3-1 and 3-2 are cross-sectional views illustrating the method for manufacturing the solar cell element according to the present embodiment.
  • the process demonstrated here is the same as the manufacturing process of the solar cell element using a general silicon substrate, details are not illustrated in particular.
  • a P-type silicon substrate 1 is prepared.
  • the P-type silicon substrate 1 for example, a P-type polycrystalline silicon substrate most frequently used for consumer solar cells can be used. Since the P-type polycrystalline silicon substrate is manufactured by slicing an ingot formed by cooling and solidifying molten silicon with a wire saw, damage at the time of slicing remains on the surface.
  • the P-type polycrystalline silicon substrate is first immersed in an acid or heated alkaline solution, for example, an aqueous sodium hydroxide solution and etched to etch the surface of the silicon substrate.
  • an acid or heated alkaline solution for example, an aqueous sodium hydroxide solution
  • fine unevenness may be formed as a texture structure on the light receiving surface side surface of the P-type polycrystalline silicon substrate.
  • this invention is invention concerning PN separation, it does not restrict
  • an alkaline aqueous solution containing isopropyl alcohol, a method using acid etching mainly composed of a mixture of hydrofluoric acid and nitric acid, or a mask material partially provided with an opening is formed on the surface of a P-type polycrystalline silicon substrate.
  • Any method such as a method of obtaining a honeycomb structure or an inverted pyramid structure on the surface of a P-type polycrystalline silicon substrate by etching through the mask material, or a method using reactive gas etching (RIE) is used. There is no problem.
  • RIE reactive gas etching
  • this P-type polycrystalline silicon substrate is put into a thermal diffusion furnace and heated in an atmosphere of phosphorus (P) which is an N-type impurity.
  • phosphorus (P) is diffused on the surface of the P-type silicon substrate 1 to form an N-type impurity diffusion layer 2 on the entire surface of the P-type silicon substrate 1.
  • the N-type impurity diffusion layer 2 is formed by heating the P-type silicon substrate 1 in a phosphorus oxychloride (POCl 3 ) gas atmosphere.
  • POCl 3 phosphorus oxychloride
  • an SiN film is formed as an antireflection film 3 on the N-type impurity diffusion layer 2 on the one side and the side serving as the light-receiving surface of the P-type silicon substrate 1 by plasma CVD.
  • the antireflection film 3 may be formed by a different film forming method such as a sputtering method.
  • a paste mixed with silver is printed on the light receiving surface of the P-type silicon substrate 1 by screen printing. Further, a paste mixed with aluminum is printed on the entire surface of the P-type silicon substrate 1 by screen printing. Thereafter, a baking process is performed to form the light receiving surface side silver electrode 4 and the back surface side aluminum electrode 6. Firing is performed at 760 ° C. in an air atmosphere, for example. Also, the back surface P + layer 5 is formed in the region in contact with the back surface side aluminum electrode 6 on the back surface of the P-type silicon substrate 1 by this firing (FIG. 3A).
  • a laser is irradiated along the peripheral edge of the N-type impurity diffusion layer 2 on the back surface of the P-type silicon substrate 1 to form a PN separation groove 7.
  • the PN separation grooves 7 are formed in the four side directions of the outer shape of the P-type silicon substrate 1 on the back surface of the P-type silicon substrate 1.
  • the process of forming the PN separation groove 7 by this laser irradiation may be performed either before or after the formation of the antireflection film 3.
  • the N-type impurity diffusion layer 2 connected to the light-receiving surface side silver electrode 4 that is an N-type electrode and the back-side aluminum electrode 6 that is a P-type electrode are electrically insulated, and PN separation is realized. ( Figure 3-2).
  • the PN isolation groove 7 is formed by irradiating the same portion once with two lasers having different processing diameters on the periphery of the N-type impurity diffusion layer 2 on the back surface of the P-type silicon substrate 1. That is, by irradiating a laser having a large processing diameter, the shallow groove 9 having a wide processing groove width and a shallow processing groove depth is formed. Further, by irradiating a laser having a small processing diameter, the deep groove 10 having a narrow processing groove width and a deep processing groove depth is formed. As a result, a two-step groove including the shallow groove 9 and the deep groove 10 is formed.
  • the residue When forming a processing groove having a target depth by irradiating a laser having the same processing diameter once or twice or more, the residue jumps out immediately above the processing groove and is deposited on the surface of the N-type impurity diffusion layer 2. Leakage current is generated by connecting the residue deposited on the surface of the N-type impurity diffusion layer 2 and the residue adhering to the processed groove.
  • the residue adhering to the surface of the silicon (N-type impurity diffusion layer 2) of the substrate becomes more problematic than the residue adhering in the processing groove.
  • an antireflection film for example, a SiN insulating film
  • the generation of leakage current in PN separation due to laser irradiation is suppressed. That is, two types of processing grooves having different processing groove widths and processing groove depths are formed on the surface of the N-type impurity diffusion layer 2 by irradiating the same spot with two lasers having different processing diameters once. The influence of the accumulated residue, that is, the generation of leakage current due to the accumulated residue on the deposition surface is reduced. Further, by forming two types of processing grooves having different processing groove widths and processing groove depths, the PN separation grooves 7 have a smooth shape.
  • FIGS. 4A and 4B are cross-sectional views schematically showing a first method for forming the PN separation groove 7.
  • FIGS. 5A and 5B are cross-sectional views schematically showing a second method for forming the PN separation groove 7.
  • a shallow wide shallow groove 9 is formed (FIG. 4A).
  • the amount of residue and the phosphorus concentration on the surface of the N-type impurity diffusion layer 2 can be reduced by laser processing the surface of the N-type impurity diffusion layer 2 to be shallow. Further, since the average output of the laser is substantially fixed, the energy per unit area is reduced by widening the laser processing diameter and the processing groove width, resulting in low energy processing and the amount of residue reduced.
  • the processing groove depth of the shallow groove 9 is about 0.01 mm to 0.03 mm.
  • a deep and narrow deep groove 10 is formed (FIG. 4-2).
  • the depth of the processed groove of the deep groove 10 is about 0.03 mm to 0.05 mm.
  • the surface of the N-type impurity diffusion layer 2 having a low phosphorus concentration is easily irradiated with a laser beam, so that PN separation can be easily performed and the laser output can be lowered as compared with the conventional method. Also decreases. That is, by forming a shallow and wide shallow groove 9 and a deep and narrow deep groove 10 in this order and performing PN separation, a laser having the same processing diameter is irradiated once or twice or more as in the prior art to form a processing groove.
  • the amount of residue generated can be reduced as compared with the case of doing so. Further, the residue adheres to the bottom surface of the shallow groove 9, and the amount of residue that accumulates on the surface of the N-type impurity diffusion layer 2 is reduced. For this reason, the generation of leakage current due to the connection between the residue deposited on the surface of the N-type impurity diffusion layer 2 and the residue adhered in the processed groove is reduced or prevented. Furthermore, the surface area of the separation groove is also increased before and after laser processing. Thereby, the amount of residue deposition per unit area in the processing region is reduced, and the surface area of the separation groove is increased, so that favorable PN separation can be performed.
  • the N-type impurity diffusion layer 2 and the N-type impurity diffusion layer 2 separated by laser processing are covered with the residue, the separated N-type impurity diffusion layer 2 and the N-type impurity diffusion layer 2 are electrically connected. Will be connected to.
  • the deep groove 10 after forming the shallow groove 9 as described above the N-type impurity diffusion layer 2 connected to the light-receiving surface side silver electrode 4 which is an N-type electrode and the P-type electrode are formed.
  • the back surface side aluminum electrode 6 is reliably electrically insulated and good PN separation is realized, and the occurrence of leakage current in PN separation is prevented.
  • the deep groove 10 is formed (FIG. 5-1).
  • the deep groove 10 is formed by laser processing to a depth of about 0.03 mm to 0.05 mm at a time as in the conventional case.
  • the residue adheres to the surface of the N-type impurity diffusion layer 2 as in the conventional case, for example, adheres around the deep groove 10 with a width of about 0.01 mm.
  • a shallow and wide shallow groove 9 is formed (FIG. 5-2).
  • the processing groove depth of the shallow groove 9 is about 0.01 mm to 0.03 mm.
  • the peripheral region of the deep groove 10 is laser processed. For this reason, the residue adhered to the periphery of the deep groove 10 on the surface of the N-type impurity diffusion layer 2 when the deep groove 10 is formed previously is removed. Further, since the processing depth is shallow, the laser output is small, and the amount of residue adhering to the surface of the N-type impurity diffusion layer 2 is reduced.
  • a laser having the same processing diameter is irradiated once or twice or more to form a processing groove as in the prior art.
  • the amount of residue generated can be reduced as compared with the case of doing so.
  • the N-type impurity diffusion layer 2 and the N-type impurity diffusion layer 2 separated by laser processing are covered with the residue, the separated N-type impurity diffusion layer 2 and the N-type impurity diffusion layer 2 are electrically connected. Will be connected to.
  • the shallow groove 9 after forming the deep groove 10 as described above, the N-type impurity diffusion layer 2 connected to the light-receiving surface side silver electrode 4 which is an N-type electrode and the P-type electrode are formed.
  • the back surface side aluminum electrode 6 is reliably electrically insulated to realize PN separation, and the occurrence of leakage current in PN separation is prevented.
  • the solar cell element shown in FIGS. 1-1 and 1-2 in which the PN separation is performed satisfactorily and the generation of the leakage current in the PN separation is suppressed is manufactured.
  • FIG. 6 is a characteristic diagram showing the relationship between the machining groove width and the leakage current Id.
  • the leakage of the solar cell element Example in which the processing width of the deep groove 10 is fixed to 0.04 mm and the processing groove width of the shallow groove 9 is changed from 0.04 mm to 0.10 mm every 0.01 mm.
  • a change in the current Id value is shown.
  • the processing groove depth conditions are the same for each sample.
  • the processing groove depth of the deep groove 10 is 0.03 to 0.04 mm, and the processing groove depth of the shallow groove 9 is 0.03 mm or less.
  • FIG. 1 the leakage current Id value of a solar cell element (conventional example) in which a PN separation groove having a processing groove width of 0.04 mm and a depth of 0.03 mm to 0.04 mm is formed by a single laser irradiation according to a conventional method is shown in FIG. This is also shown in FIG.
  • the solar cell elements of the example and the conventional example have the same configuration except for the separation groove, and have the configurations shown in FIGS. 1-1 and 1-2.
  • the PN separation groove 7 is formed on the back surface of the P-type silicon substrate 1 in the four side directions of the outer shape of the P-type silicon substrate 1, four portions where laser processing is overlapped are generated (see FIG. 1-2). ). Leak current is likely to occur in the portion where laser processing overlaps. For this reason, when the portion where the laser processing overlaps is determined in advance, the processing shape shown in FIG. 2 may be applied only to the portion where the laser processing overlaps and the peripheral portion thereof.
  • PN isolation groove 7 is formed along the peripheral edge of the N-type impurity diffusion layer 2 on the back side of the P-type silicon substrate 1 .
  • a PN isolation groove 7 may be formed along the periphery of the N-type impurity diffusion layer 2 on the light receiving surface side.
  • the antireflection film 3 can be uniformly formed so as to cover the PN separation groove 7, thereby suppressing recombination in the PN separation groove 7. And the passivation effect can be enhanced.
  • FIG. 7 is a diagram showing a configuration of another crystalline silicon solar cell element according to the first embodiment, and is a sectional view schematically showing a sectional structure of the other crystalline silicon solar cell element. Also in this case, a solar cell element can be obtained in which PN separation is performed in the same manner as described above, and generation of leakage current in PN separation is suppressed.
  • a shallow groove 9 having a wide processing groove width and a shallow processing groove depth is formed by irradiating a laser having a large processing diameter, and a laser having a small processing diameter is irradiated.
  • the deep groove 10 having a narrow processing groove width and a deep processing groove depth is formed, and the two-stage PN separation groove 7 composed of the shallow groove 9 and the deep groove 10 is formed.
  • the N-type impurity diffusion layer 2 connected to the light-receiving surface side silver electrode 4 that is the N-type electrode and the back surface that is the P-type electrode PN separation in which the side aluminum electrode 6 is reliably electrically insulated can be realized, and the occurrence of leakage current in PN separation can be prevented.
  • FIG. FIG. 8 is a diagram schematically illustrating a main configuration of the laser apparatus according to the second embodiment.
  • FIG. 8 shows a state in which two lasers are scanned in the laser apparatus according to the second embodiment.
  • the laser device according to the second embodiment is a laser device used for forming the PN separation groove 7 according to the first embodiment described above.
  • This laser device can simultaneously process two grooves using a single laser light source.
  • a YAG or YVO4 laser is used as the laser light source, the wavelength thereof is 1060 nm or 532 nm, the oscillation frequency is 20 to 200 kHz, and the average laser output is 10 to 50 W.
  • a laser L emitted from a laser light source is branched using a galvano scanner 13, and the branched laser is used using a holographic optical element (HOE) 12 with a rotation mechanism and an f ⁇ lens 11.
  • the two lasers L1 and L2 are processed by irradiating and processing the line-shaped processing groove forming region 16.
  • the second laser L2 scans to further process the deep groove 10.
  • Either the shallow groove 9 or the deep groove 10 may be processed first. That is, in the processing by the first laser L1 and the processing by the second laser L2, either processing width may be widened or narrowed.
  • the lasers L1 and L2 may be overlapped to change the intensity of the centers and outer circumferences of the lasers L1 and L2, thereby forming a laser intensity distribution that can obtain the processed shape shown in FIG.
  • the total machining groove depth is set to a target of about 0.03 mm to 0.05 mm as in the conventional case.
  • the formation of the PN separation groove 7 in the present invention can be realized without changing the laser output and the oscillation frequency in the case where the groove processing is performed by the conventional single laser irradiation. In order to reduce the depth of the processed groove under these conditions, the method of increasing the scanning speed is the simplest.
  • the scanning speed is 600 mm / second.
  • the scanning speed can be increased to 900 mm / sec to 1200 mm / sec. Yes, high throughput can be realized.
  • useless work of performing two rounds using two laser light sources is not necessary.
  • FIG. 9 is a diagram schematically illustrating a main configuration of another laser apparatus according to the second embodiment.
  • FIG. 9 shows a state where two lasers are scanned by another laser apparatus according to the second embodiment.
  • Another laser apparatus according to the second embodiment is a laser apparatus used for forming the PN separation groove 7 according to the first embodiment.
  • This laser device can also process two grooves simultaneously using a single laser light source.
  • a YAG or YVO4 laser is used as the laser light source, the wavelength thereof is 1060 nm or 532 nm, the oscillation frequency is 20 to 200 kHz, and the average laser output is 10 to 50 W.
  • a laser beam emitted from a laser light source is branched, and the branched laser beam is formed as two lasers L1 and L2 by using an X-axis galvano scanner 14 and a Y-axis galvano scanner 15 to form line-shaped processing grooves. It is characterized in that the region 16 is irradiated and processed.
  • the second laser L2 scans to further process the deep groove 10. Either the shallow groove 9 or the deep groove 10 may be processed first. That is, in the processing by the first laser L1 and the processing by the second laser L2, either processing width may be widened or narrowed.
  • the PN separation groove 7 formed by laser irradiation has a smooth processed shape as shown in FIG.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view schematically showing an example of the shape of the PN separation groove 7.
  • the processing groove width R is the groove width of the shallow groove 9.
  • the processing groove depth D is a groove depth from the surface of the N-type impurity diffusion layer 2 to the bottom of the deep groove 10.
  • FIG. 11 is a diagram showing the improvement width of the photoelectric conversion efficiency (%) at each execution timing of the PN separation process by laser irradiation.
  • a sample crystalline silicon solar cell element was formed by forming a PN isolation groove 7 along the periphery of the N-type impurity diffusion layer 2 on the light-receiving surface side of the P-type silicon substrate 1. Further, the PN separation groove 7 is formed after the N-type impurity diffusion layer 2 is formed, the phosphorus glass layer is removed, the antireflection film 3 is formed, and the light receiving surface side silver electrode 4 and the back surface side aluminum electrode 6 are printed and fired. Later, it was formed at any one of four different timings.
  • the PN separation groove 7 was formed using an infrared laser (IR laser) having a wavelength of 1060 nm or a green laser (GRN laser) having a wavelength of 523 nm. Further, the shape of the PN separation groove 7 was such that the relationship between the processed groove width R and the processed groove depth D was two conditions of R / 2 ⁇ D or R / 2 ⁇ D. Samples of 16 types of crystalline silicon solar cell elements were produced by a combination of the above conditions.
  • IR laser infrared laser
  • GNN laser green laser
  • the numerical value of the photoelectric conversion efficiency (%) in FIG. 11 is the same as that described above except that the PN separation is performed by removing the N-type impurity diffusion layer 2 on the side surface of the crystalline silicon solar cell element by chemical etching. It is based on the photoelectric conversion efficiency of the crystalline silicon solar cell element under the same conditions as the crystalline silicon solar cell element of the sample.
  • the numerical value of the photoelectric conversion efficiency (%) in FIG. 11 has shown the difference at the time of comparing an absolute value with a reference
  • the width of improvement in photoelectric conversion efficiency varies depending on the type of laser used, and when a GRN laser is used, the photoelectric conversion efficiency is not improved.
  • the improvement width of the photoelectric conversion efficiency differs depending on the relationship between the processing groove width R and the processing groove depth D, and when R / 2 ⁇ D, the photoelectric conversion efficiency is not improved.
  • the improvement width of the photoelectric conversion efficiency differs depending on the formation timing of the PN separation groove 7, and the antireflection film When the PN separation groove 7 is formed after forming 3, the photoelectric conversion efficiency is not improved.
  • the relationship between the processed groove width R and the processed groove depth D is R / 2 ⁇ D, and the formation timing of the PN isolation groove 7 is N-type impurity.
  • Photoelectric conversion efficiency is improved after formation of the diffusion layer 2, after removal of the phosphorous glass layer, or after printing and baking of the light-receiving surface side silver electrode 4 and the back surface side aluminum electrode 6.
  • the formation timing of the PN separation groove 7 before the formation of the antireflection film 3 after the formation of the N-type impurity diffusion layer 2 or after the removal of the phosphorus glass layer
  • the width of improvement in photoelectric conversion efficiency is increased. .
  • FIG. 12 is a characteristic diagram showing characteristics of the crystalline silicon solar cell element depending on the type of laser when PN separation is performed by laser irradiation.
  • the vertical axis on the right side shows the improvement width of the photoelectric conversion efficiency
  • the vertical axis on the left side shows the leakage current Id [mA].
  • a sample crystalline silicon solar cell element was formed as in the case of FIG.
  • PN separation groove 7 was formed after the phosphorus glass layer was removed.
  • the shape of the PN separation groove 7 the relationship between the processed groove width R and the processed groove depth D was R / 2 ⁇ D.
  • the method for forming the PN isolation groove 7 the above-described first method (method of forming the deep and narrow deep groove 10 after the formation of the shallow and wide shallow groove 9) was used.
  • the PN separation groove 7 was formed using an infrared laser (IR laser) having a wavelength of 1060 nm or a green laser (GRN laser) having a wavelength of 523 nm.
  • a sample crystalline silicon solar cell element was formed by changing the type of laser used for the first groove formation (formation of shallow grooves 9) and second groove formation (formation of deep grooves 10). That is, when the IR laser is used for both the first groove formation (formation of the shallow groove 9) and the second groove formation (formation of the deep groove 10), IR is performed for the first groove formation (formation of the shallow groove 9).
  • a laser is used and a GRN laser is used for the second groove formation (deep groove 10 formation
  • three types of crystalline silicon solar cell element samples were prepared by the combination.
  • the improvement width of photoelectric conversion efficiency and leakage current Id of this conventional crystalline silicon solar cell element are shown together in FIG.
  • the data on the improvement width of the photoelectric conversion efficiency in FIG. 12 is based on a comparative sample in which a PN separation groove is formed by a conventional one-grooving process using an IR laser.
  • the improvement range of the photoelectric conversion efficiency shown in FIG. 12 is a characteristic diagram expressed as a difference in photoelectric conversion efficiency by an absolute value comparison with the reference as in FIG.
  • the improvement width of the photoelectric conversion efficiency and the leakage current Id differ depending on the combination of the laser wavelengths used, and one of the two grooving processes is IR
  • the width of improvement in photoelectric conversion efficiency is increased, and the leakage current Id is reduced. That is, it is preferable to use an IR laser at least once in two grooving operations.
  • the IR laser includes an infrared laser or a near infrared laser having a wavelength of about 1060 nm.
  • a long-wavelength laser such as an infrared wavelength region or a near-infrared wavelength region easily melts silicon and evaporates the N-type impurity diffusion layer 2, and a smooth processed shape is easily obtained.
  • a passivation film such as a nitride film can be formed uniformly after PN separation, and re-formation of the N-type impurity diffusion layer 2 in the PN separation groove 7 can be prevented even after the electrodes are baked. Recombination in the groove 7 can be suppressed.
  • the light-receiving surface side silver electrode 4 that is one first electrode (N-type electrode) of the adjacent thin-film solar cell element and the back-side aluminum electrode 6 that is the second electrode (P-type electrode) are electrically connected. Just connect.
  • the solar cell element according to the present invention is useful for realizing a solar cell element in which the occurrence of leakage current due to PN separation by laser processing is prevented.
  • HOE Holographic optical element

Abstract

　第２導電型の不純物元素が拡散されたＮ型不純物拡散層２が一面側および一面側から他面側に回り込んで形成された第１導電型のＰ型シリコン基板１と、前記Ｎ型不純物拡散層２に電気的に接続して前記Ｐ型シリコン基板１の一面側に形成された受光面側銀電極と、前記Ｐ型シリコン基板１の他面側に形成された裏面側アルミニウム電極と、前記Ｎ型不純物拡散層２の表面から前記Ｐ型シリコン基板１の内部に達して設けられ、前記受光面側銀電極に電気的に接続する前記Ｎ型不純物拡散層２と前記裏面側アルミニウム電極とを電気的に分離するＰＮ分離溝７と、を備え、前記ＰＮ分離溝７は、前記Ｎ型不純物拡散層２よりも深い浅溝９と、前記浅溝９の底面部において前記浅溝９の幅方向において前記浅溝９の溝の内側に形成されて前記浅溝９よりも幅が狭く且つ前記浅溝９よりも深さの深い深溝１０と、により構成される２段構造の溝である。

Description

太陽電池素子およびその製造方法
　本発明は、太陽電池素子およびその製造方法に関するものである。
　従来、太陽電池素子は、結晶系シリコン基板を用いたバルク型の太陽電池素子が主流を占めている。そして、太陽電池基板として結晶系シリコン基板を用いる場合には、たとえばＰ型のシリコン基板に対しては燐（Ｐ）などの不純物を拡散させることにより基板内部にＰＮ接合を形成している。
　太陽電池素子の製造においては、光電変換効率を向上させるためにＰＮ接合を分離（ＰＮ分離）することが行われている。ＰＮ接合を分離する方法としては、たとえばレーザー加工が用いられている（たとえば、特許文献１参照）。
　また、レーザー加工を用いたＰＮ分離では、加工時のシリコン溶融物やシリコン残渣が多く発生し、これらに起因して太陽電池素子の発電時にリーク電流が発生して光電変換効率が低下するという問題があった。このため、その影響を受けないように加工溝を２重にすることが行われている（たとえば、特許文献２参照）。
　また、レーザー加工を用いたＰＮ分離では、所定の加工溝を短時間で得るために、基板を回転させながら同一箇所にレーザーを複数回照射することが行われている（たとえば、特許文献３参照）。
特開平５-７５１４８号公報 特開２０１０-１７７４４４号公報 特開２０１０-１１５６８４号公報
　しかしながら、上記従来の技術によれば、レーザー加工を用いて太陽電池素子の外周部に加工溝を設けても、加工時に発生するシリコン溶融物やシリコン残渣などの影響を受けて良質のＰＮ分離が形成できない、という問題があった。
　これに対して特許文献２では加工溝を２重にすることによりリーク電流の低減を狙っているが、リーク電流を発生させる加工溝を２つに増やしても、リーク電流を十分に低下させることはできなかった。また、この場合は、２つの加工溝分の加工径と、２つの加工溝間の間隔として０．０５ｍｍ以上を必要としている。このため、太陽電池素子の裏面の発電寄与分がより少なくなり、レーザー加工を用いることによる溝の小面積化の効果が得られていない。
　また、特許文献３のように基板を回転させながら同一箇所にレーザー加工を複数回行うことにより良質な加工溝は得られる。しかしながら、製造プロセスの観点から見ると、この場合は高スループットを実現できない、という問題があった。
　本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、レーザー加工によるＰＮ分離に起因したリーク電流の発生を防止可能な、光電変換効率および生産効率に優れた太陽電池素子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素子は、第２導電型の不純物元素が拡散された不純物拡散層が一面側および一面側から他面側に回り込んで形成された第１導電型の半導体基板と、前記不純物拡散層に電気的に接続して前記半導体基板の一面側に形成された受光面側電極と、前記半導体基板の他面側に形成された裏面側電極と、前記不純物拡散層の表面から前記半導体基板の内部に達して設けられ、前記受光面側電極に電気的に接続する前記不純物拡散層と前記裏面側電極とを電気的に分離する分離溝と、を備え、前記分離溝は、前記不純物拡散層よりも深い第１の溝と、前記第１の溝の底面部において前記第１の溝の幅方向において前記第１の溝の内側に形成されて前記第１の溝よりも幅が狭く且つ前記第１の溝よりも深さの深い第２の溝と、により構成される２段構造の溝であること、を特徴とする。
　本発明によれば、分離溝として必要となる溝幅を大きくすることなくレーザー加工によるＰＮ分離に起因したリーク電流の発生を防止でき、光電変換効率および生産効率に優れた太陽電池素子が得られる、という効果を奏する。
図１－１は、本発明の実施の形態１にかかる結晶シリコン太陽電池素子の構成を示す図であり、結晶シリコン太陽電池素子の断面構造を模式的に示す断面図である。 図１－２は、本発明の実施の形態１にかかる結晶シリコン太陽電池素子の構成を示す図であり、結晶シリコン太陽電池素子の裏面構造を模式的に示す平面図である。 図２は、本発明の実施の形態１にかかるＰＮ分離溝の構成を模式的に示す断面図である。 図３－１は、本発明の実施の形態１にかかる太陽電池素子の製造方法を示す断面図である。 図３－２は、本発明の実施の形態１にかかる太陽電池素子の製造方法を示す断面図である。 図４－１は、ＰＮ分離溝を形成する第１の方法を模式的に示す断面図である。 図４－２は、ＰＮ分離溝を形成する第１の方法を模式的に示す断面図である。 図５－１は、ＰＮ分離溝を形成する第２の方法を模式的に示す断面図である。 図５－２は、ＰＮ分離溝を形成する第２の方法を模式的に示す断面図である。 図６は、加工溝幅とリーク電流との関係を示す特性図である。 図７は、本発明の実施の形態１にかかる他の結晶シリコン太陽電池素子の構成を示す図であり、他の結晶シリコン太陽電池素子の断面構造を模式的に示す断面図である。 図８は、実施の形態２にかかるレーザー装置の要部構成を模式的に示す図である。 図９は、実施の形態２にかかる他のレーザー装置の要部構成を模式的に示す図である。 図１０は、ＰＮ分離溝の形状の一例を模式的に示す断面図である。 図１１は、レーザー照射によるＰＮ分離プロセスの実施タイミング毎の光電変換効率（％）の向上幅を示す図である。 図１２は、レーザー照射によるＰＮ分離を行った場合におけるレーザーの種類による結晶シリコン太陽電池素子の特性を示す特性図である。
　以下に、本発明にかかる太陽電池素子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１－１は、本発明の実施の形態１にかかる結晶シリコン太陽電池素子（以下、単に太陽電池素子と呼ぶ場合がある）の構成を示す図であり、結晶シリコン太陽電池素子の断面構造を模式的に示す断面図である。図１－２は、本発明の実施の形態１にかかる結晶シリコン太陽電池素子の構成を示す図であり、結晶シリコン太陽電池素子の裏面構造を模式的に示す平面図である。実施の形態１にかかる太陽電池素子は、図１－１および図１－２に示されるように、Ｐ型シリコン基板１と、不純物拡散層（Ｎ型不純物拡散層）２と、反射防止膜３と、受光面側銀電極４と、裏面Ｐ＋層５と、裏面側アルミニウム電極６と、を備える。また、Ｐ型シリコン基板１の受光面と反対側の面（裏面）側には、Ｎ型不純物拡散層２の周縁部においてＮ型不純物拡散層２の表面からＰ型シリコン基板１の内部にまで達するＰＮ分離溝７が形成されている。ＰＮ分離溝７は、Ｐ型シリコン基板１の裏面において、Ｐ型シリコン基板１の外形の４つの辺方向に形成されている。
　この結晶シリコン太陽電池素子では、第１導電型の結晶シリコン半導体部であるＰ型シリコン基板１と、第２導電型の結晶シリコン半導体部であるＮ型不純物拡散層２とにより、ＰＮ接合を有して光電変換機能を有する太陽電池基板が構成されている。Ｎ型不純物拡散層２は、Ｐ型シリコン基板１の受光面側の全面から裏面側にわたってリン拡散によって形成されている。なお、Ｐ型シリコン基板１には、多結晶シリコン基板を用いてもよく、また単結晶シリコン基板を用いてもよい。また、Ｐ型シリコン基板１とＮ型不純物拡散層２との導電型を入れ替えてもよい。
　反射防止膜３は、たとえば窒化シリコン（ＳｉＮ）膜など絶縁膜からなり、Ｐ型シリコン基板１の受光面側から側面にわたってＮ型不純物拡散層２を覆って受光面等での入射光の反射を防止する。
　受光面側銀電極４は、太陽電池素子の受光面側においてＮ型不純物拡散層２に電気的に接続した第１電極（Ｎ型電極）である。裏面Ｐ＋層５は、Ｐ型不純物を高濃度に含んだＢＳＦ（Back　Surface　Field）層であり、Ｐ型シリコン基板１の裏面側における裏面側アルミニウム電極６の下部領域に形成されている。裏面側アルミニウム電極６は、太陽電池素子の裏面側においてＰ型シリコン基板１に電気的に接続した第２電極（Ｐ型電極）である。
　太陽電池素子を効率良く発電させるためには、Ｎ型電極である受光面側銀電極４に接続されたＮ型不純物拡散層２とＰ型電極である裏面側アルミニウム電極６とを電気的に絶縁させるＰＮ分離の構造が必要である。図２は、本実施の形態にかかるＰＮ分離溝７の構成を模式的に示す断面図である。ＰＮ分離溝７は、図２に示すように太陽電池素子の裏面側においてＮ型不純物拡散層２の表面からＰ型シリコン基板１の内部にまで達する２段構造の溝であり、Ｎ型電極である受光面側銀電極４に接続されたＮ型不純物拡散層２とＰ型電極である裏面側アルミニウム電極６とを電気的に絶縁させる。
　ＰＮ分離溝７は、太陽電池素子の裏面側からレーザーを同一箇所に２回照射することにより形成されており、加工径が大きいレーザーを用いて形成されて加工溝幅が広くかつ深さの浅い第１の溝である浅溝９と、加工径が小さいレーザーを用いて形成されて加工溝幅が狭くかつ深さの深い第２の溝である深溝１０とにより構成されている。深溝１０は、浅溝９の加工溝幅方向において浅溝９の内側に形成されて、浅溝９よりも幅が狭くかつ深さの深い溝である。
　浅溝９と深溝１０との加工溝幅の差は、０．０２ｍｍ以上とされることが好ましい。すなわち、浅溝９の加工溝幅を深溝１０の両端から０．０２ｍｍ以上広く設けられることが好ましい。また、浅溝９の加工溝幅は、深溝１０の両端から同等の幅だけ広く設けられることが好ましい。浅溝９と深溝１０との加工溝幅の差が０．０２ｍｍ以上とされることにより、ＰＮ分離溝７を形成するレーザー照射時に発生する残渣を加工溝内部に留まらせることができ、ＰＮ分離溝７に起因したリーク電流の発生を抑制することができる。ここで、残渣とは、レーザー照射時に飛散したシリコンを意味する。
　深溝１０の加工溝幅は、たとえば０．０４ｍｍ以下とされる。浅溝９の加工溝幅は、深溝１０の両端から０．０２ｍｍ以上広く加工溝幅を有することが好ましいため、浅溝９の加工溝幅は、０．０６ｍｍ以上とされることが好ましい。
　ＰＮ分離溝７は、加工溝深さが異なる浅溝９と深溝１０とにより構成されるが、ＰＮ分離溝７としての加工溝深さは、従来のように１本のレーザーの１回のレーザー照射により形成したＰＮ分離溝の深さと同程度、例えば０．０３ｍｍ～０．０５ｍｍ程度の深さとされている。通常、Ｐ型シリコン基板１の厚みは０．１～０．３ｍｍ程度、Ｎ型不純物拡散層２の深さは０．０００５ｍｍ（＝５００ｎｍ）程度とされる。レーザー照射によるＰＮ分離溝７の形成時に発生する残渣には、周囲に飛び散るものと、熱が加わることにより溝内部においてリンを再拡散（レーザードーピング）させるものとがある。そこで、後者の影響を小さくする必要があるため、ＰＮ分離溝７ではたとえば上記のような深さが必要となる。ＰＮ分離溝７の加工溝深さが０．０３ｍｍよりも小である場合には、溶融したシリコンの付着によるリーク電流を抑える事が出来ない。ＰＮ分離溝７の加工溝深さが０．０５ｍｍよりも大である場合には、シリコン基板への機械的ダメージが大きくなり割れ易くなる。
　また、ＰＮ分離溝７の加工溝深さが深い場合は、Ｐ型シリコン基板１の機械的強度が弱くなり易く、Ｐ型シリコン基板１の割れや欠けが多く発生する原因になる。このため、浅溝９と深溝１０とは、従来のように１本のレーザーの１回のレーザー照射により加工する場合よりもそれぞれ浅くされる必要があり、これらの合計の加工溝深さが０．０３ｍｍ～０．０５ｍｍの深さになるように加工されている。たとえば浅溝９の加工溝深さは０．０１ｍｍ～０．０３ｍｍ程度とされ、深溝１０の加工溝深さは０．０３ｍｍ～０．０５ｍｍ程度とされる。加工溝深さを浅くする手段としては、レーザー出力を下げる方法、走査速度を上げる方法、発振周波数を上げる方法などが挙げられる。また、図２のようなＰＮ分離溝７を形成することにより基板の機械強度も高めることができる。
　また、例えばＰ型シリコン基板１の裏面側に０．０１ｍｍ程度の大きさの凹凸（テクスチャ）が形成されている場合には、凹凸形成の半値である０．００５ｍｍからの深さを加工溝深さとする。通常、テクスチャは大きいものでも０．０２ｍｍ程度の大きさとされる。仮にこのようなサイズのテクスチャが形成されている場合であっても、加工溝深さを０．０３ｍｍとして加工することにより、テクスチャの底からの深さが０．０１ｍｍの溝が得られる。テクスチャの大きさを大きくした場合には、太陽電池基板の厚みが薄くなり、光電変換効率が低下する。このため、太陽電池素子における技術動向としては、一般的に０．０１ｍｍ程度の凹凸（テクスチャ）が基板表面に形成される場合が多い。
　つぎに、上述した本実施の形態にかかる太陽電池素子の製造方法について図３－１および図３－２を参照して説明する。図３－１および図３－２は、本実施の形態にかかる太陽電池素子の製造方法を示す断面図である。なお、ここで説明する工程は、一般的なシリコン基板を用いた太陽電池素子の製造工程と同様であるため、詳細は特に図示しない。
　まず、Ｐ型シリコン基板１を用意する。Ｐ型シリコン基板１としては、例えば民生用太陽電池向けとして最も多く使用されているＰ型多結晶シリコン基板を用いることができる。Ｐ型多結晶シリコン基板は、溶融したシリコンを冷却固化してできたインゴットをワイヤーソーで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が残っている。そこで、まずはこのダメージ層の除去も兼ねて、Ｐ型多結晶シリコン基板を酸または加熱したアルカリ溶液中、例えば水酸化ナトリウム水溶液に浸漬して表面をエッチングすることにより、シリコン基板の切り出し時に発生してＰ型多結晶シリコン基板の表面近くに存在するダメージ領域を取り除く。また、ダメージ除去と同時に、またはダメージ除去に続いて、Ｐ型多結晶シリコン基板の受光面側の表面にテクスチャ構造として微小凹凸を形成してもよい。
　なお、本発明はＰＮ分離にかかる発明であるので、テクスチャ構造の形成方法や形状については、特に制限するものではない。例えば、イソプロピルアルコールを含有させたアルカリ水溶液や主にフッ酸、硝酸の混合液からなる酸エッチングを用いる方法、部分的に開口を設けたマスク材をＰ型多結晶シリコン基板の表面に形成して該マスク材を介したエッチングによりＰ型多結晶シリコン基板の表面にハニカム構造や逆ピラミッド構造を得る方法、或いは反応性ガスエッチング（ＲＩＥ：Reactive　Ion　Etching）を用いた手法など、何れの手法を用いても差し支えない。
　つぎに、このＰ型多結晶シリコン基板を熱拡散炉へ投入し、Ｎ型の不純物であるリン（Ｐ）の雰囲気下で加熱する。この工程によりＰ型シリコン基板１の表面にリン（Ｐ）を拡散させて、Ｐ型シリコン基板１の全面にＮ型不純物拡散層２を形成する。これにより、Ｐ型シリコン基板１とＮ型不純物拡散層２とのＰＮ接合が形成される。本実施の形態では、Ｐ型シリコン基板１をオキシ塩化リン（ＰＯＣｌ３）ガス雰囲気中において加熱することにより、Ｎ型不純物拡散層２を形成する。ここで、Ｐ型シリコン基板１の表面にＮ型不純物拡散層２が形成され、更にＮ型不純物拡散層２の最表面には、リンガラス層が形成される。
　つぎに、フッ酸溶液中でリンガラス層を除去した後、反射防止膜３としてプラズマＣＶＤ法によりＳｉＮ膜をＰ型シリコン基板１の受光面となる一面側および側面におけるＮ型不純物拡散層２上に形成する。なお、屈折率の異なる２層以上の膜を積層してもよい。また、反射防止膜３は、スパッタリング法など、異なる成膜方法により形成してもよい。
　つぎに、Ｐ型シリコン基板１の受光面に銀の混入したペーストをスクリーン印刷にて印刷する。また、Ｐ型シリコン基板１の裏面において、アルミニウムの混入したペーストを全面にスクリーン印刷にて印刷する。その後、焼成処理を実施して受光面側銀電極４と裏面側アルミニウム電極６とを形成する。焼成は大気雰囲気中において例えば７６０℃で実施する。また、この焼成によりＰ型シリコン基板１の裏面における裏面側アルミニウム電極６と接する領域に裏面Ｐ＋層５が形成される（図３－１）。
　つぎに、Ｐ型シリコン基板１の裏面のＮ型不純物拡散層２の周縁部に沿ってレーザーを照射し、ＰＮ分離溝７を形成する。ＰＮ分離溝７は、Ｐ型シリコン基板１の裏面において、Ｐ型シリコン基板１の外形の４つの辺方向に形成される。このレーザー照射によりＰＮ分離溝７を形成するプロセスは反射防止膜３の形成前後のどちらで行ってもよい。ただし、後述するように受光面側にＰＮ分離溝７を形成する場合にはＰＮ分離溝７をパッシベーションするためには反射防止膜３形成前にＰＮ分離を行う必要がある。これにより、Ｎ型電極である受光面側銀電極４に接続されたＮ型不純物拡散層２と、Ｐ型電極である裏面側アルミニウム電極６とが電気的に絶縁され、ＰＮ分離が実現される（図３－２）。
　ＰＮ分離溝７は、Ｐ型シリコン基板１の裏面のＮ型不純物拡散層２の周縁部に、加工径の異なる２本のレーザーを同一箇所に１回ずつ照射することにより形成される。すなわち、加工径が大きいレーザーを照射することにより、加工溝幅が広くかつ加工溝深さの浅い浅溝９を形成する。また、加工径が小さいレーザーを照射することにより、加工溝幅が狭くかつ加工溝深さの深い深溝１０を形成する。これにより、浅溝９と深溝１０とからなる２段溝が形成される。
　同じ加工径のレーザーを１回または２回以上照射して目標深さの加工溝を形成する場合には、残渣は加工溝の直上に飛び出し、Ｎ型不純物拡散層２の表面に堆積する。このＮ型不純物拡散層２の表面に降り積もった残渣と、加工溝内に付着した残渣とが接続することによりリーク電流が発生する。
　また、レーザー照射によるＰＮ分離においては、加工溝内に付着する残渣よりも基板のシリコン（Ｎ型不純物拡散層２）の表面に付着する残渣が問題となる。本発明者の研究において、ＰＮ分離が行われるシリコン（Ｎ型不純物拡散層２）の表面が反射防止膜（例えばＳｉＮ絶縁膜）で覆われている場合にはリーク電流の発生が極端に低くなることが分かっている。
　そこで、本実施の形態においては、Ｎ型不純物拡散層２の表面に付着する残渣量を低減することにより、レーザー照射によるＰＮ分離におけるリーク電流の発生を抑制する。すなわち、加工径の異なる２本のレーザーを同一箇所に１回ずつ照射して加工溝幅および加工溝深さの異なる２種類の加工溝を形成することにより、Ｎ型不純物拡散層２の表面に降り積もった残渣の影響、すなわち堆積面に降り積もった残渣に起因したリーク電流の発生を低減する。また、加工溝幅および加工溝深さの異なる２種類の加工溝を形成することによりＰＮ分離溝７は滑らかな形状となり、受光面側にＰＮ分離溝７を形成する場合には反射防止膜３が該ＰＮ分離溝７を覆って均一に形成できるため、ＰＮ分離溝７での再結合を抑制することができる。以下では、ＰＮ分離溝７を形成する２種類の方法について、図４－１～図５－２を参照して説明する。図４－１および図４－２は、ＰＮ分離溝７を形成する第１の方法を模式的に示す断面図である。図５－１および図５－２は、ＰＮ分離溝７を形成する第２の方法を模式的に示す断面図である。
（第１の方法：浅く広い浅溝９の形成後に深く狭い深溝１０を形成する方法）
　まず、浅く広い浅溝９を形成する（図４－１）。最初に浅く広い浅溝９を形成する際には、Ｎ型不純物拡散層２の表面を浅くレーザー加工することにより残渣量およびＮ型不純物拡散層２の表面にあるリン濃度を減らすことができる。また、レーザーの平均出力はほぼ固定であるため、レーザーの加工径を広げて加工溝幅を広げることにより単位面積あたりのエネルギーが小さくなり、低エネルギーの加工となり残渣量は減少する。浅溝９の加工溝深さは、０．０１ｍｍ～０．０３ｍｍ程度の深さとされる。
　続いて、深く狭い深溝１０を形成する（図４－２）。深溝１０の加工溝深さは、０．０３ｍｍ～０．０５ｍｍ程度の深さとされる。深く狭い深溝１０を形成する際には、リン濃度の少ないＮ型不純物拡散層２表面にレーザー照射することによりＰＮ分離がされ易く、かつ従来よりもレーザー出力を下げることが可能であるため残渣量も減少する。すなわち、浅く広い浅溝９と深く狭い深溝１０とをこの順で形成してＰＮ分離を行うことによって、従来のように同じ加工径のレーザーを１回または２回以上照射して加工溝を形成する場合に比べて残渣の発生量を低減することができる。また、残渣は浅溝９の底面に付着するようになり、Ｎ型不純物拡散層２の表面に降り積もる残渣量が低減される。このため、Ｎ型不純物拡散層２の表面に降り積もった残渣と、加工溝内に付着した残渣とが接続することによるリーク電流の発生が低減、防止される。さらに、レーザー加工の前後において分離溝の表面積も増えることになる。これにより、加工領域における単位面積あたりの残渣蒸着量は減り、分離溝の表面積が増えるため、良好なＰＮ分離が行える。
　レーザー加工により分離されたＮ型不純物拡散層２とＮ型不純物拡散層２とが残渣により覆われた場合には、分離されたＮ型不純物拡散層２とＮ型不純物拡散層２とが電気的に接続してしまう。しかしながら、上記のようにして浅溝９を形成した後に深溝１０を形成することにより、Ｎ型電極である受光面側銀電極４に接続されたＮ型不純物拡散層２と、Ｐ型電極である裏面側アルミニウム電極６とが確実に電気的に絶縁されて良好なＰＮ分離が実現され、ＰＮ分離におけるリーク電流の発生が防止される。
（第２の方法：深く狭い深溝１０の形成後に浅く広い浅溝９を形成する方法）
　まず、深溝１０を形成する（図５－１）。最初に深溝１０を形成する場合は、従来と同様に一気に０．０３ｍｍ～０．０５ｍｍ程度の深さまでレーザー加工して深溝１０を形成する。この場合、従来と同様に残渣はＮ型不純物拡散層２の表面に付着し、例えば約０．０１ｍｍの幅で深溝１０の周囲に付着する。
　続いて浅く広い浅溝９を形成する（図５－２）。浅溝９の加工溝深さは、０．０１ｍｍ～０．０３ｍｍ程度の深さとされる。浅く広い浅溝９を形成する際には、深溝１０の周辺領域がレーザー加工される。このため、先に行われた深溝１０の形成時にＮ型不純物拡散層２の表面における深溝１０の周囲に付着した残渣が除去される。また、加工深さが浅いためレーザー出力は小さくて済み、Ｎ型不純物拡散層２の表面に付着する残渣量は少なくなる。すなわち、深く狭い深溝１０と浅く広い浅溝９とをこの順で形成してＰＮ分離を行うことによって、従来のように同じ加工径のレーザーを１回または２回以上照射して加工溝を形成する場合に比べて残渣の発生量を低減することができる。
　レーザー加工により分離されたＮ型不純物拡散層２とＮ型不純物拡散層２とが残渣により覆われた場合には、分離されたＮ型不純物拡散層２とＮ型不純物拡散層２とが電気的に接続してしまう。しかしながら、上記のようにして深溝１０を形成した後に浅溝９を形成することにより、Ｎ型電極である受光面側銀電極４に接続されたＮ型不純物拡散層２と、Ｐ型電極である裏面側アルミニウム電極６とが確実に電気的に絶縁されてＰＮ分離が実現され、ＰＮ分離におけるリーク電流の発生が防止される。
　以上の工程を実施することにより、ＰＮ分離が良好に行われてＰＮ分離におけるリーク電流の発生が抑制された図１－１および図１－２に示す太陽電池素子が作製される。
　図６は、加工溝幅とリーク電流Ｉｄとの関係を示す特性図である。図６においては、深溝１０の加工幅を０．０４ｍｍに固定し、浅溝９の加工溝幅を０．０４ｍｍ～０．１０ｍｍまで０．０１ｍｍ毎に変更した太陽電池素子（実施例）のリーク電流Ｉｄ値の変化を示している。加工溝深さの条件は各サンプルで同一であり、深溝１０の加工溝深さは０．０３～０．０４ｍｍ、浅溝９の加工溝深さは０．０３ｍｍ以下である。また、従来の方法により１回のレーザー照射により加工溝幅が０．０４ｍｍ、深さ０．０３ｍｍ～０．０４ｍｍのＰＮ分離溝を形成した太陽電池素子（従来例）のリーク電流Ｉｄ値を図６に併せて示す。実施例と従来例との太陽電池素子は、分離溝以外は同じ構成を有し、図１－１および図１－２に示す構成を有する。
　図６より、浅溝９の加工幅を０．０６ｍｍ以上にすればリーク電流Ｉｄは１０ｍＡ以下となり、太陽電池素子の光電変換効率に影響が出ないレベルになるといえる。また、仮にレーザー出力の制約を無視するとして、従来の方法により１回のレーザー照射により加工溝幅０．１ｍｍ、加工溝深さ０．０３～０．０４ｍｍの幅広のＰＮ分離溝を形成しても、シリコン（Ｎ型不純物拡散層２）の表面および加工溝内に付着する残渣量は変わらないためリーク電流は発生する。実際に、図６に示す従来例において加工溝幅を０．０４ｍｍ→０．０５ｍｍに変化させてもリーク電流は発生している。
　また、ＰＮ分離溝７は、Ｐ型シリコン基板１の裏面においてＰ型シリコン基板１の外形の４つの辺方向に形成されるため、レーザー加工が重なる部分が４箇所発生する（図１－２参照）。レーザー加工が重なる部分はリーク電流が発生し易い。このため、レーザー加工が重なる部分が予め決まっている場合には、図２に示す加工形状をレーザー加工が重なる部分およびその周辺の部分にのみ適用してもよい。
　また、上記においてはＰ型シリコン基板１の裏面側のＮ型不純物拡散層２の周縁部に沿ってＰＮ分離溝７を形成する場合について説明したが、図７に示すようにＰ型シリコン基板１の受光面側のＮ型不純物拡散層２の周縁部に沿ってＰＮ分離溝７を形成してもよい。この場合、反射防止膜３を形成する前にＰＮ分離溝７を形成した方が該ＰＮ分離溝７を覆って反射防止膜３を均一に形成できるため、ＰＮ分離溝７での再結合を抑制することができ、パッシベーション効果を高めることができる。図７は、実施の形態１にかかる他の結晶シリコン太陽電池素子の構成を示す図であり、他の結晶シリコン太陽電池素子の断面構造を模式的に示す断面図である。この場合も、上記と同様にＰＮ分離が良好に行われてＰＮ分離におけるリーク電流の発生が抑制された太陽電池素子が得られる。
　上述したように、実施の形態１によれば、加工径が大きいレーザーを照射することにより加工溝幅が広くかつ加工溝深さの浅い浅溝９を形成し、加工径が小さいレーザーを照射することにより加工溝幅が狭くかつ加工溝深さの深い深溝１０を形成して浅溝９と深溝１０とからなる２段溝のＰＮ分離溝７を形成する。これにより、Ｎ型不純物拡散層２の表面に付着する残渣量を低減して、Ｎ型電極である受光面側銀電極４に接続されたＮ型不純物拡散層２と、Ｐ型電極である裏面側アルミニウム電極６とを確実に電気的に絶縁されたＰＮ分離を実現し、ＰＮ分離におけるリーク電流の発生を防止することができる。
　また、１箇所につき複数本の分離溝を形成する必要がないため、太陽電池素子の裏面の発電に寄与する部分を多く残すことができ、太陽電池素子の光電変換効率が向上する。
実施の形態２．
　図８は、実施の形態２にかかるレーザー装置の要部構成を模式的に示す図である。図８では、実施の形態２にかかるレーザー装置において２つのレーザーをスキャンしている様子を示している。実施の形態２にかかるレーザー装置は、上述した実施の形態１にかかるＰＮ分離溝７の形成に用いられるレーザー装置である。このレーザー装置は、単一レーザー光源を用いて２つの溝を同時に加工させることが可能である。レーザー光源にはたとえばＹＡＧまたはＹＶＯ４レーザーが用いられ、その波長は１０６０ｎｍまたは５３２ｎｍであり、発振周波数は２０～２００ｋＨｚであり、平均レーザーの出力は１０～５０Ｗである。ただし、反射防止膜３の形成前にレーザー照射によりＰＮ分離を行う場合には、浅溝９および深溝１０のいずれか一方は必ず波長１０６０ｎｍのレーザーを用いる必要がある。これは、焼成後にＮ型不純物拡散層２が再びＰＮ分離溝７を跨いで形成され、受光面側銀電極４と裏面側アルミニウム電極６とが短絡するからである。
　このレーザー装置は、レーザー光源から出射されたレーザーＬをガルバノスキャナ１３を用いて分岐し、分岐したレーザーを回転機構付きホログラフィック光学素子（ＨＯＥ：Holographic　Optical　Element）１２とｆθレンズ１１とを用いて２つのレーザーＬ１、Ｌ２としてライン状の加工溝形成領域１６上に照射して加工することを特徴としている。レーザー光源から出射された１本のレーザーＬをレーザーＬ１、Ｌ２に分岐させて加工することにより、１回のレーザー照射と同じスループットを維持することができる。
　例えば１つ目のレーザーＬ１が走査して浅溝９を加工した直後に２つ目のレーザーＬ２が走査してさらに深溝１０を加工する。なお、浅溝９と深溝１０とのうちどちらを先に加工しても構わない。すなわち、１つ目のレーザーＬ１による加工および２つ目のレーザーＬ２による加工において、どちらの加工の加工幅を広くまたは狭くしても構わない。また、レーザーＬ１、Ｌ２を重ね合わせてレーザーＬ１、Ｌ２の中心と外周の強度を変えることにより、図２に示す加工形状が得られるレーザー強度分布を形成して溝加工を行ってもよい。
　また、実施の形態１で述べたようにトータルの加工溝深さは従来と同様に０．０３ｍｍ～０．０５ｍｍ程度を目標とする。本発明におけるＰＮ分離溝７の形成は、従来の１回のレーザー照射により溝加工を行う場合とレーザー出力および発振周波数を変えることなく実現できる。この条件で加工溝深さを浅くするためには、走査速度を上げる方法が最も簡便である。
　１本のレーザービームを用いて１回の走査で溝を形成する従来の方法の場合は、走査速度は６００ｍｍ／秒である。これに対して、このレーザー装置を用いて分岐させた２本のレーザービームを用いて１回の走査で溝を形成する場合は、走査速度は９００ｍｍ／秒～１２００ｍｍ／秒まで上げることが可能であり、高スループットが実現可能である。また、２つの加工溝を形成する場合に、２つのレーザー光源を用いて、２周加工するという無駄な作業も不要である。
　図９は、実施の形態２にかかる他のレーザー装置の要部構成を模式的に示す図である。図９では、実施の形態２にかかる他のレーザー装置において２つのレーザーをスキャンしている様子を示している。実施の形態２にかかる他のレーザー装置は、上述した実施の形態１にかかるＰＮ分離溝７の形成に用いられるレーザー装置である。このレーザー装置も、単一レーザー光源を用いて２つの溝を同時に加工させることが可能である。レーザー光源にはたとえばＹＡＧまたはＹＶＯ４レーザーが用いられ、その波長は１０６０ｎｍまたは５３２ｎｍであり、発振周波数は２０～２００ｋＨｚであり、平均レーザーの出力は１０～５０Ｗである。
　このレーザー装置は、レーザー光源から出射されたレーザーを分岐し、分岐したレーザーをＸ軸用ガルバノスキャナ１４とＹ軸用ガルバノスキャナ１５とを用いて２つのレーザーＬ１、Ｌ２としてライン状の加工溝形成領域１６上に照射して加工することを特徴としている。たとえば１つ目のレーザーＬ１が走査して浅溝９を加工した直後に２つ目のレーザーＬ２が走査してさらに深溝１０を加工する。なお、浅溝９と深溝１０とのうちどちらを先に加工しても構わない。すなわち、１つ目のレーザーＬ１による加工および２つ目のレーザーＬ２による加工において、どちらの加工の加工幅を広くまたは狭くしても構わない。
　レーザー照射により形成されたＰＮ分離溝７は、たとえば図１０に示すような滑らかな加工形状になっている。図１０は、ＰＮ分離溝７の形状の一例を模式的に示す断面図である。ここで、ＰＮ分離溝７における加工溝幅Ｒと加工溝深さＤとの関係により、ＰＮ分離に因る光電変換効率の向上幅が異なる。加工溝幅Ｒは、浅溝９の溝幅である。加工溝深さＤは、Ｎ型不純物拡散層２の表面から深溝１０の底部までの溝深さである。
　図１１は、レーザー照射によるＰＮ分離プロセスの実施タイミング毎の光電変換効率（％）の向上幅を示す図である。ここでは、図７に示すようにＰ型シリコン基板１の受光面側のＮ型不純物拡散層２の周縁部に沿ってＰＮ分離溝７を形成してサンプルの結晶シリコン太陽電池素子を形成した。また、ＰＮ分離溝７は、Ｎ型不純物拡散層２の形成後、リンガラス層の除去後、反射防止膜３の形成後、受光面側銀電極４と裏面側アルミニウム電極６との印刷・焼成後、の異なる４つのタイミングのうちいずれかのタイミングで形成した。また、ＰＮ分離溝７の形成には、波長が１０６０ｎｍの赤外線レーザー（ＩＲレーザー）または波長が５２３ｎｍのグリーンレーザー（ＧＲＮレーザー）を用いた。また、ＰＮ分離溝７の形状は、加工溝幅Ｒと加工溝深さＤとの関係が、Ｒ／２≧Ｄ、またはＲ／２＜Ｄの２条件とした。以上の条件の組み合わせにより、１６種類の結晶シリコン太陽電池素子のサンプルを作製した。
　また、図１１における光電変換効率（％）の数値は、結晶シリコン太陽電池素子における側面のＮ型不純物拡散層２を化学的エッチングにより除去することによりＰＮ分離を行ったこと以外は、上述した１６種類のサンプルの結晶シリコン太陽電池素子と同条件の結晶シリコン太陽電池素子の光電変換効率を基準としている。なお、図１１における光電変換効率（％）の数値は、基準と絶対値比較した場合の差分を示している。
　図１１に示すように、用いるレーザーの種類によって光電変換効率の向上幅が異なり、ＧＲＮレーザーを用いた場合は光電変換効率が向上しない。また、ＩＲレーザーを用いた場合でも、加工溝幅Ｒと加工溝深さＤとの関係により光電変換効率の向上幅が異なり、Ｒ／２＜Ｄの場合は光電変換効率が向上しない。さらに、ＩＲレーザーを用いて、加工溝幅Ｒと加工溝深さＤとの関係がＲ／２≧Ｄの場合でもＰＮ分離溝７の形成タイミングにより光電変換効率の向上幅が異なり、反射防止膜３の形成後にＰＮ分離溝７を形成した場合には光電変換効率が向上しない。
　すなわち、図１１に示す結果より、レーザーとしてＩＲレーザーを用いて、加工溝幅Ｒと加工溝深さＤとの関係がＲ／２≧Ｄであり、ＰＮ分離溝７の形成タイミングがＮ型不純物拡散層２の形成後、リンガラス層の除去後、または受光面側銀電極４と裏面側アルミニウム電極６との印刷・焼成後の場合に光電変換効率が向上する。そして、ＰＮ分離溝７の形成タイミングを反射防止膜３成膜前（Ｎ型不純物拡散層２の形成後、またはリンガラス層の除去後）とすることにより、光電変換効率の向上幅が大きくなる。
　図１２は、レーザー照射によるＰＮ分離を行った場合におけるレーザーの種類による結晶シリコン太陽電池素子の特性を示す特性図である。図１２において、右側の縦軸は光電変換効率の向上幅を示し、左側の縦軸は漏れ電流Ｉｄ［ｍＡ］を示す。ここでは、図１１の場合と同様にサンプルの結晶シリコン太陽電池素子を形成した。
　ＰＮ分離溝７の形成タイミングはリンガラス層の除去後とした。ＰＮ分離溝７の形状は、加工溝幅Ｒと加工溝深さＤとの関係が、Ｒ／２≧Ｄとした。そして、ＰＮ分離溝７の形成方法は、上述した第１の方法（浅く広い浅溝９の形成後に深く狭い深溝１０を形成する方法）を用いた。ＰＮ分離溝７の形成には、波長が１０６０ｎｍの赤外線レーザー（ＩＲレーザー）または波長が５２３ｎｍのグリーンレーザー（ＧＲＮレーザー）を用いた。
　そして、１回目の溝形成（浅溝９の形成）と２回目の溝形成（深溝１０の形成）とに用いるレーザーの種類を変えてサンプルの結晶シリコン太陽電池素子を形成した。すなわち、１回目の溝形成（浅溝９の形成）および２回目の溝形成（深溝１０の形成）の両方にＩＲレーザーを使用する場合、１回目の溝形成（浅溝９の形成）にＩＲレーザーを使用し、２回目の溝形成（深溝１０の形成）にＧＲＮレーザーを使用する場合、１回目の溝形成（浅溝９の形成）および２回目の溝形成（深溝１０の形成）の両方にＧＲＮレーザーを使用する場合、の組み合わせにより、３種類の結晶シリコン太陽電池素子のサンプルを作製した。
　また、比較のため、ＩＲレーザーまたはＧＲＮレーザーを用いて従来の１回溝加工によりＰＮ分離溝を形成したこと以外は、上記３種類のサンプルの結晶シリコン太陽電池素子と同条件の結晶シリコン太陽電池素子を作製した。この従来の結晶シリコン太陽電池素子の光電変換効率の向上幅および漏れ電流Ｉｄを図１２に併せて示す。図１２における光電変換効率の向上幅のデータは、ＩＲレーザーを用いて従来の１回溝加工によりＰＮ分離溝を形成した比較用サンプルを基準としている。また、図１２に示した光電変換効率の向上幅は、図１１と同様に基準との絶対値比較により光電変換効率の差分として表した特性図となる。
　図１２に示すように、２回溝加工によるＰＮ分離を行う場合でも、用いるレーザーの波長の組み合わせによって光電変換効率の向上幅および漏れ電流Ｉｄが異なり、２回の溝加工のうち１回はＩＲレーザーを用いることにより、光電変換効率の向上幅が大きくなり、また漏れ電流Ｉｄが小さくなる。すなわち、２回の溝加工のうち１回はＩＲレーザーを用いることが好ましい。なお、ここでのＩＲレーザーには、波長が１０６０ｎｍ程度の赤外線レーザーまたは近赤外線レーザーが含まれる。これは、赤外および近赤外の波長領域などの長波長のレーザーの方がシリコンを溶融させてＮ型不純物拡散層２を蒸発させ易く、滑らかな加工形状が得易いためである。これにより、ＰＮ分離後において窒化膜などのパッシベーション膜を均一に形成することができ、また電極の焼成後でもＰＮ分離溝７におけるＮ型不純物拡散層２の再形成を防ぐことができ、ＰＮ分離溝７での再結合を抑制することができる。
　また、上記の実施の形態で説明した構成を有する太陽電池素子を複数形成し、隣接する太陽電池素子同士を電気的に直列または並列に接続することにより、良好なＰＮ分離効果を有し、光電変換効率に優れた太陽電池モジュールが実現できる。この場合は、たとえば隣接する薄膜太陽電池素子の一方の第１電極（Ｎ型電極）である受光面側銀電極４と、第２電極（Ｐ型電極）である裏面側アルミニウム電極６とを電気的に接続すればよい。
　以上のように、本発明にかかる太陽電池素子は、レーザー加工によるＰＮ分離に起因したリーク電流の発生が防止された太陽電池素子の実現に有用である。
　１　Ｐ型シリコン基板、２　Ｎ型不純物拡散層、３　反射防止膜、４　受光面側銀電極、５　裏面Ｐ＋層、６　裏面側アルミニウム電極、７　ＰＮ分離溝、９　浅溝、１０　深溝、１１　ｆθレンズ、１２　回転機構付きホログラフィック光学素子（ＨＯＥ）、１３　ガルバノスキャナ、１４　Ｘ軸用ガルバノスキャナ、１５　Ｙ軸用ガルバノスキャナ、１６　加工溝形成領域、Ｄ　加工溝深さ、Ｌ，Ｌ１，Ｌ２　レーザー、Ｒ　加工溝幅。

Claims (10)

  1. 　第２導電型の不純物元素が拡散された不純物拡散層が一面側および一面側から他面側に回り込んで形成された第１導電型の半導体基板と、
    　前記不純物拡散層に電気的に接続して前記半導体基板の一面側に形成された受光面側電極と、
    　前記半導体基板の他面側に形成された裏面側電極と、
    　前記不純物拡散層の表面から前記半導体基板の内部に達して設けられ、前記受光面側電極に電気的に接続する前記不純物拡散層と前記裏面側電極とを電気的に分離する分離溝と、
    　を備え、
    　前記分離溝は、前記不純物拡散層よりも深い第１の溝と、前記第１の溝の底面部において前記第１の溝の幅方向において前記第１の溝の内側に形成されて前記第１の溝よりも幅が狭く且つ前記第１の溝よりも深さの深い第２の溝と、により構成される２段構造の溝であること、
    　を特徴とする太陽電池素子。
  2. 　前記分離溝は、前記不純物拡散層の表面から前記第２の溝の底部までの溝深さが、前記第１の溝の溝幅の半分以上であること、
    　を特徴とする請求項１に記載の太陽電池素子。
  3. 　前記第１の溝の幅は、前記第２の溝の幅よりも０．０２ｍｍ以上広いこと、
    　を特徴とする請求項１または２に記載の太陽電池素子。
  4. 　前記分離溝は、前記半導体基板の他面側に形成された前記不純物拡散層の表面から前記第１導電型の半導体基板の内部に達して設けられていること、
    　を特徴とする請求項１～３のいずれか１つに記載の太陽電池素子。
  5. 　前記分離溝は、前記半導体基板の一面側に形成された前記不純物拡散層の表面から前記第１導電型の半導体基板の内部に達して設けられていること、
    　を特徴とする請求項１～３のいずれか１つに記載の太陽電池素子。
  6. 　第１導電型の半導体基板に第２導電型の不純物元素を拡散して前記半導体基板の全面に不純物拡散層を形成する不純物拡散層形成工程と、
    　前記半導体基板の一面側に前記不純物拡散層に電気的に接続する受光面側電極を形成する受光面側電極形成工程と、
    　前記半導体基板の他面側に裏面側電極を形成する裏面側電極形成工程と、
    　前記不純物拡散層の表面から前記半導体基板の内部に達し、前記受光面側電極に電気的に接続する前記不純物拡散層と前記裏面側電極とを電気的に分離する分離溝をレーザー加工により形成する分離溝形成工程と、
    　を含み、
    　前記分離溝形成工程では、加工溝形成領域に第１レーザーを照射することにより前記不純物拡散層よりも深い第１の溝を形成し、加工溝形成領域に第２レーザーを照射することにより前記第１の溝の幅方向において前記第１の溝の内側に設けられて前記第１の溝よりも幅が狭く深さの深い第２の溝を形成することにより、前記第１の溝の底面部に前記第２の溝が形成された２段構造の溝を形成すること、
    　を特徴とする太陽電池素子の製造方法。
  7. 　前記第１の溝の形成加工および第２の溝の形成加工のうち少なくとも一方において、波長領域が赤外領域または近赤外領域のレーザーを用いること、
    　を特徴とする請求項６に記載の太陽電池素子の製造方法。
  8. 　前記第１レーザーを前記加工溝形成領域に照射した後に前記加工溝形成領域に前記第２レーザーを照射し、または前記第２レーザーを前記加工溝形成領域に照射した後に前記加工溝形成領域に前記第１レーザーを照射すること、
    　を特徴とする請求項６または７に記載の太陽電池素子の製造方法。
  9. 　１つの光源から出射された１本のレーザーを前記第１レーザーと前記第２レーザーとに分岐させ、
    　前記第２レーザーを前記第１レーザーに追随させて照射し、または前記第１レーザーを前記第２レーザーに追随させて照射すること、
    　を特徴とする請求項６～８のいずれか１つに記載の太陽電池素子の製造方法。
  10. 　前記第１の溝の深さと前記第２の溝の深さとの合計深さを０．０３ｍｍ～０．０５ｍｍの範囲とすること、
    　を特徴とする請求項６～９のいずれか１つに記載の太陽電池素子の製造方法。
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