WO2016143025A1 - 太陽電池の製造方法 - Google Patents

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silicon substrate
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passivation film
film
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孝浩 平松
容征 織田
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Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
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Definitions

  • the present invention relates to a method for manufacturing a solar cell, and more particularly to a method for forming a passivation film formed on a silicon substrate.
  • the thickness of silicon substrates is being reduced for the purpose of reducing the amount of silicon used and improving the conversion efficiency of silicon substrates.
  • the conversion efficiency decreases significantly. This is because, for example, many defects present on the surface of a conductive silicon substrate are the main factors, and the lifetime of minority carriers (electrons in the case of P-type) generated by light irradiation is reduced. . That is, reducing the disappearance of the minority carriers leads to improving the conversion efficiency of the solar cell.
  • a passivation film is generally formed on the surface of the silicon substrate.
  • an aluminum oxide film having a high passivation effect (a function for suppressing lifetime reduction) with respect to a P-type silicon substrate has attracted attention.
  • an aluminum oxide film has a negative fixed charge in the film, and a passivation effect is generated by an electric field effect generated by the fixed charge. That is, by forming a passivation film made of an aluminum oxide film having a negative fixed charge on the surface of a P-type silicon substrate, the diffusion of electrons, which are minority carriers, to the surface of the substrate is suppressed, resulting in the disappearance of carriers. Can be prevented.
  • a method employing a mist method as a method for forming an aluminum oxide film, which is a passivation film, on a P-type silicon substrate is disclosed as a method for manufacturing a solar cell in Patent Document 1, for example.
  • the passivation film is formed by the mist method, so that the passivation film is formed at a low manufacturing cost and with high production efficiency without damaging the silicon substrate.
  • the film quality may be inferior compared to the case where the passivation film is formed by the ALD (Atomic Layer Deposition) method or the plasma CVD (Chemical Vapor Deposition) method. There was a problem.
  • a solar cell that solves the above-described problems and can form a passivation film with high production efficiency and good film quality at low manufacturing cost without damaging the substrate.
  • An object is to provide a manufacturing method.
  • the solar cell manufacturing method includes (a) a step of producing a silicon substrate (4) having one main surface and the other main surface, and (b) a step of misting a solution (14) containing a metal element. And (c) spraying the mist solution on one main surface of the silicon substrate under non-vacuum, thereby forming a passivation film (5) made of a metal oxide film on one main surface of the silicon substrate.
  • a step of forming a film on a surface; (d) a step of producing a solar cell structure using the silicon substrate on which the passivation film is formed; and (e) a predetermined step at an interface between the passivation film and the silicon substrate. And a step of performing a light irradiation process of irradiating light (21).
  • the method for manufacturing a solar cell according to the present invention performs steps (b) and (c), and forms a passivation film made of a metal oxide film on one main surface of the silicon substrate, thereby reducing the manufacturing cost.
  • a passivation film can be formed with high production efficiency without damaging the silicon substrate.
  • the present invention according to claim 1 can provide a high-quality passivation film with improved lifetime by the light irradiation treatment in step (e).
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing a light irradiation treatment status with ultraviolet light according to the first embodiment.
  • 5 is a graph showing the effect of the method for manufacturing a solar cell according to Embodiment 1.
  • 5 is a graph showing the effect of the method for manufacturing a solar cell according to Embodiment 2.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing a solar cell structure manufactured by a method for manufacturing a solar cell according to the present embodiment (Embodiment 1 and Embodiment 2).
  • a silicon layer 3 having N type conductivity is formed on the surface (the other main surface) of a silicon substrate 4 having P type conductivity (hereinafter referred to as “P type silicon substrate 4”). (Hereinafter referred to as “N-type silicon layer 3”).
  • P type silicon substrate 4 P type conductivity
  • N-type silicon layer 3 the surface of the P-type silicon substrate 4 is shown as an upper surface and the back surface is a lower surface.
  • a surface passivation film 2 having transparency is formed on the surface of the N-type silicon layer 3.
  • the surface passivation film 2 for example, a silicon oxide film or a silicon nitride film, an aluminum oxide film, or a laminated film containing them can be considered.
  • a surface electrode 1 is selectively formed on the surface of the N-type silicon layer 3 through a part of the surface passivation film 2, so that the surface electrode 1 is electrically connected to the N-type silicon layer 3. Is done.
  • a back surface passivation film 5 is formed on the back surface (one main surface) of the P-type silicon substrate 4.
  • the back surface passivation film 5 an aluminum oxide film or a laminated film of an aluminum oxide film and a silicon nitride film is employed. Then, a part of the back surface passivation film 5 is penetrated and directly formed on the back surface of the P-type silicon substrate 4, and a back surface electrode 6 is formed on the back surface of the back surface passivation film 5. Therefore, the back electrode 6 is electrically connected to the P-type silicon substrate 4.
  • the passivation films 2 and 5 are formed in order to suppress the reduction of the lifetime of the carrier. That is, many defects (such as lattice defects) are generated on the front surface of the N-type silicon layer 3 or the back surface of the P-type silicon substrate 4, and minority carriers generated by light irradiation are recombined through the defects. Therefore, by forming the surface passivation film 2 and the back surface passivation film 5 on the surface of the N-type silicon layer 3 and the back surface of the P-type silicon substrate 4, carrier recombination is suppressed, and as a result, the lifetime of the carrier is reduced. Can be improved.
  • the present invention relates to an improvement in film quality of a back surface passivation film 5 formed on the back surface of a P-type silicon substrate 4 in a method for manufacturing a solar cell, and the present invention is hereinafter based on the drawings showing embodiments thereof. This will be specifically described.
  • FIG. 2 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of a film forming apparatus for realizing the film forming method of the back surface passivation film 5 in the present embodiment (Embodiment 1 and Embodiment 2).
  • the film forming apparatus used in the film forming method of the present embodiment includes a reaction vessel 11, a heater 13 for heating the reaction vessel 11, a solution vessel 15 for containing a (material) solution 14, and
  • the mist generator 16 is configured to mist the solution 14 in the solution container 15.
  • the back surface of the P-type silicon substrate 4 is sprayed on the back surface of the P-type silicon substrate 4 in the reaction vessel 11 through the path L1 with the solution 14 mistified by the mist generator 16.
  • a back surface passivation film 5 made of an aluminum oxide film can be formed thereon.
  • the P-type silicon substrate 4 is placed on the heater 13 in the reaction vessel 11 in such a manner that the back surface is the top surface and the front surface is the bottom surface.
  • mist liquid solution 14 having a small particle size
  • a back surface passivation film 5 is formed on the back surface of the P-type silicon substrate 4.
  • the heater 13 is a heater or the like, and can heat the P-type silicon substrate 4 placed on the heater 13.
  • the heater 13 is heated at the time of film formation by an external control unit (not shown) until reaching a temperature necessary for film formation of the back surface passivation film 5 made of an aluminum oxide film.
  • the solution container 15 is filled with a solution 14 serving as a material solution for forming the back surface passivation film 5.
  • This solution 14 contains an aluminum (Al) element as a metal source.
  • mist generator 16 for example, an ultrasonic atomizer can be employed.
  • a mist generator 16 which is an ultrasonic atomizer, mists the solution 14 in the solution container 15 by applying ultrasonic waves to the solution 14 in the solution container 15.
  • the misted solution 14 is supplied toward the back surface (upper surface) of the P-type silicon substrate 4 in the reaction vessel 11 through the path L1.
  • the solution 14 reacts on the back surface of the P-type silicon substrate 4 under atmospheric pressure which is being heated, and the back surface on the back surface of the P-type silicon substrate 4. A passivation film 5 is formed.
  • the solution 14 that has become unreacted in the reaction vessel 11 is always (continuously) discharged out of the reaction vessel 11 through the path L2.
  • a P-type silicon substrate 4 having a P-type conductivity is fabricated by introducing predetermined impurities into a silicon substrate whose constituent material is crystalline silicon. Then, the P-type silicon substrate 4 is placed on the heater 13 in the reaction vessel 11. At this time, the P-type silicon substrate 4 is placed on the heater 13 in such a manner that the back surface is the top surface and the front surface is the bottom surface, and the inside of the reaction vessel 11 is set to atmospheric pressure. In this way, the P-type silicon substrate 4 having the back surface and the front surface (one main surface and the other main surface) is manufactured.
  • the P-type silicon substrate 4 placed on the heater 13 is heated by the heater 13 until reaching the film formation temperature of the back surface passivation film 5 made of an aluminum oxide film, and the P-type silicon is formed at the film formation temperature. The temperature of the substrate 4 is maintained.
  • the solution 14 is misted by the mist generator 16 in the solution container 15.
  • the mist solution 14 liquid solution 14 having a small particle diameter
  • the solution 14 contains aluminum as a metal source. In this way, the solution 14 (material solution) containing aluminum as a metal element is misted.
  • a rectified mist-like solution 14 is supplied to the back surface of the P-type silicon substrate 4 that is heated under atmospheric pressure.
  • a back surface passivation film 5 made of an aluminum oxide film is formed on the back surface of the P-type silicon substrate 4.
  • the back surface passivation film 5 made of aluminum oxide which is a metal oxide film, is sprayed on the back surface of the P-type silicon substrate 4 under atmospheric pressure (non-vacuum). Is formed on the back surface of the P-type silicon substrate 4.
  • the solar cell structure shown in FIG. 1 is manufactured using the P-type silicon substrate 4 on which the back surface passivation film 5 (aluminum oxide film) is formed.
  • the back surface passivation film 5 is formed after the surface passivation film 2 and the N-type silicon layer 3 are formed, and then the front surface electrode 1 and the back surface electrode 6 are formed. Note that the order of forming the front surface passivation film 2 and the back surface passivation film 5 may be reversed.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing the state of light irradiation treatment with ultraviolet light 21 according to the first embodiment.
  • ultraviolet light 21 predetermined light
  • ultraviolet irradiation is performed in which the surface passivation film 2 and the N-type silicon layer 3 are passed from above the surface of the solar cell structure, and the interface between the P-type silicon substrate 4 and the passivation film 5 is irradiated with ultraviolet light 21.
  • the solar cell of Embodiment 1 is completed by the light irradiation process using the light 21.
  • the film formation method of the back surface passivation film 5 (aluminum oxide film) in the method for manufacturing the solar cell according to Embodiment 1 is the mist method (that is, film formation in which the liquid solution 14 is sprayed under atmospheric pressure). Method), a back surface passivation film 5 is formed on the back surface of the P-type silicon substrate 4.
  • the vaporized raw material such as the CVD method or the ALD method is supplied to the P-type silicon substrate 4 to form the back surface passivation film 5 made of the aluminum oxide film.
  • the formed liquid solution 14 is sprayed onto the P-type silicon substrate 4 to form the back surface passivation film 5.
  • the solution 14 contains an aluminum element. Therefore, the back surface passivation film 5 made of an aluminum oxide film is formed on the back surface of the P-type silicon substrate 4 without using an expensive and difficult material such as TMA (Tri-Methyl-Aluminum). Can be formed.
  • TMA Tri-Methyl-Aluminum
  • the film forming process is performed under atmospheric pressure, a vacuum process or the like is not necessary, and the manufacturing cost can be reduced.
  • the film forming process is performed by spraying the mist-like solution 14 onto the P-type silicon substrate 4. Therefore, in the film forming process, the P-type silicon substrate 4 is not damaged by irradiation with plasma or the like.
  • the deposition rate of the back surface passivation film 5 by the mist method is 10 to 15 nm / min, which is 5 times faster than the deposition rate of the aluminum oxide film by the ALD method or the like. Therefore, the production efficiency can be improved by employing the method of forming the back surface passivation film 5 of the first embodiment.
  • the light irradiation process of irradiating the ultraviolet light 21 to the interface between the back surface passivation film 5 and the P-type silicon substrate 4 is performed.
  • FIG. 4 is a graph showing the effect of the light irradiation process in the first embodiment.
  • the lifetime value after film formation of the back surface passivation film 5 (before light irradiation (processing)) is measured, and thereafter light irradiation processing for irradiating ultraviolet light 21 having a wavelength of 365 nm for 30 seconds is performed again.
  • the measurement result of measuring the lifetime value is shown.
  • FIG. 4 shows an effective lifetime value in which the lifetime value after film formation (before light irradiation) is a normalized value “1”.
  • the effective lifetime value increases to about “2.3” after the light irradiation.
  • the passivation effect the function of suppressing lifetime reduction of the back surface passivation film 5 manufactured by the method for manufacturing a solar cell in the first embodiment is greatly improved.
  • the misted aluminum (material) solution 14 is sprayed on the back surface of the P-type silicon substrate 4 to form a passivation made of an aluminum oxide film.
  • the back surface passivation film 5 can be formed with high production efficiency at a low manufacturing cost and without damaging the substrate.
  • the passivation film 5 having a good film quality with a significantly improved effective lifetime value can be obtained at the completion stage of the solar cell by the light irradiation treatment with the ultraviolet light 21 performed after the back surface passivation film 5 is formed.
  • the film quality of the passivation film 5 can be improved by a light irradiation time of a relatively short time (30 seconds in the example of FIG. 4).
  • the firing process at the time of forming the front electrode 1 and the back electrode 6 is generally an indispensable process.
  • the baking process is performed.
  • Embodiment 1 is a method for manufacturing a solar cell that generally executes the following steps (1) and (2).
  • a P-type silicon substrate 4 is produced, and a solution 14 containing aluminum is misted, and the misted solution 14 is sprayed on the back surface of the P-type silicon substrate 4 in a non-vacuum to oxidize.
  • a passivation film 5 made of an aluminum film is formed on the back surface of the P-type silicon substrate 4.
  • the step of obtaining the solar cell structure shown in FIG. 1 includes the step of forming the surface electrode 1 (the other electrode) and the back electrode 6 (the one electrode) on the front surface side and the back surface side of the P-type silicon substrate 4.
  • the step includes a baking process for baking at a predetermined baking temperature.
  • the second embodiment is a method for manufacturing a solar cell that performs a light irradiation process in consideration of the influence of the baking process when forming the surface electrode 1 and the back electrode 6 described above, and generally includes the following steps (1), (3), and (2) It is executed via '.
  • a P-type silicon substrate 4 is manufactured, and a solution 14 containing aluminum is misted.
  • the non-vacuum solution 14 is applied to the back surface of the P-type silicon substrate 4.
  • the passivation film 5 made of an aluminum oxide film is formed on the back surface of the P-type silicon substrate 4 by spraying.
  • the front electrode 1 and the back electrode 6 are formed to obtain the solar cell structure shown in FIG. At this time, a firing process is performed at a firing temperature of 500 ° C. or higher when the front electrode 1 and the back electrode 6 are formed.
  • FIG. 5 is a graph showing the effect of the method for manufacturing the solar cell of the second embodiment.
  • the lifetime value after film formation of the back surface passivation film 5 (before light irradiation) is measured, and then a baking process is performed which is a heat treatment at a baking temperature of 800 ° C. and a baking time of 10 seconds under atmospheric pressure.
  • the lifetime value after firing (treatment) is measured, and then, as in the first embodiment, a light irradiation treatment of irradiating ultraviolet light 21 having a wavelength of 365 nm for 30 seconds is performed, and the lifetime value is measured.
  • FIG. 5 shows an effective lifetime value in which the lifetime value after film formation (before light irradiation) is a normalized value “1”.
  • the effective lifetime value increases to about “2.0” after the light irradiation. That is, the effective lifetime value has decreased from “1.0” to “0.5” immediately after the firing process, but the effective lifetime value is set to “1.0” before the firing process by the subsequent light irradiation process. It is improved to "2.0” which greatly exceeds.
  • the method for manufacturing the solar cell according to the second embodiment is performed by performing the firing process (step (3)) for forming the front electrode 1 and the back electrode 6 that is substantially indispensable in the manufacturing process of the solar cell.
  • the effective lifetime value indicating the quality of the back surface passivation film 5 formed in (1) is temporarily reduced
  • the execution of step (2) ′ is performed by performing the light irradiation process in step (2) ′ thereafter. Compared to the previous state, the film quality of the back surface passivation film 5 can be greatly improved.
  • the film quality of the back surface passivation film 5 can be improved even in a situation where the baking process is performed at a baking temperature of 800 ° C., which is a baking temperature of 500 ° C. or higher.
  • the ultraviolet light 21 is used as the light (predetermined light) used for the light irradiation process
  • other types of light may be used.
  • light having a photon energy of 1.1 eV or more (wavelength 1100 nm or less) that is, light on the interface between the P-type silicon substrate 4 and the back surface passivation film 5, crystalline silicon in the P-type silicon substrate 4.
  • light that can be absorbed by may be used.
  • the light used for the light irradiation treatment in the method for manufacturing the solar cell according to the first or second embodiment sunlight or pseudo-sun light having AM1.5 is used, so that the back surface passivation film is relatively inexpensive. 5 film quality can be improved.

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Abstract

　本発明は、低い製造コストで、基板にダメージを与えることなく、高い生産効率で、かつ、膜質の良いパッシベーション膜を成膜することができる、太陽電池の製造方法を提供することを目的とする。そして、本発明は、Ｐ型シリコン基板（４）を作製し、アルミニウムを含む溶液をミスト化して、非真空下で、ミスト化された溶液をＰ型シリコン基板（４）の裏面に対して噴霧することにより、酸化アルミニウム膜からなる裏面パッシベーション膜（５）をＰ型シリコン基板（４）の裏面上に成膜する。その後、Ｐ型シリコン基板（４）及び裏面パッシベーション膜（５）の界面に紫外光２１を照射する光照射処理を実行する。

Description

太陽電池の製造方法
　この発明は、太陽電池の製造方法に関し、特にシリコン基板上に形成されるパッシベーション膜の成膜方法に関する。
　結晶シリコン太陽電池の分野において、シリコン使用量の低減及びシリコン基板における変換効率の向上を目的とし、シリコン基板の薄型化が進められている。しかしながら、シリコン基板の薄型化が進むにつれ、変換効率の低下が顕著になる。これは、例えば、導電性を有するシリコン基板の表面に多く存在する欠陥が主たる要因となり、光照射により発生した少数キャリア（Ｐ型の場合は電子）の寿命（ライフタイム）が減少するからである。つまり、この少数キャリアの消失を低減させることが、太陽電池の変換効率を向上させることにつながる。
　キャリアのライフタイム低減を抑制するために、一般的に、シリコン基板の表面上にパッシベーション膜が成膜される。種々有るパッシベーション膜の中でも、Ｐ型シリコン基板に対して高いパッシベーション効果（ライフタイム低減の抑制機能）を有する、酸化アルミニウム膜が注目されている。
　酸化アルミニウム膜は膜中に負の固定電荷を有し、この固定電荷によって生じる電界効果により、パッシベーション効果を発生させることが知られている。つまり、Ｐ型シリコン基板の表面上に負の固定電荷を有する酸化アルミニウム膜からなるパッシベーション膜を形成することにより、少数キャリアである電子の基板の表面への拡散を抑制し、結果としてキャリアの消失を防ぐことができる。
　また、Ｐ型シリコン基板に対して、パッシベーション膜である酸化アルミニウム膜を成膜する方法としてミスト法を採用した方法が、例えば、特許文献１の太陽電池の製造方法として開示されている。この製造方法はミスト法によりパッシベーション膜を成膜することにより、低い製造コストで、シリコン基板にダメージを与えることなく、高い生産効率で、パッシベーション膜を成膜するという効果を奏している。
国際公開第２０１５／００４７６７号パンフレット
　しかしながら、ミスト法でパッシベーション膜を成膜する場合、ＡＬＤ(Atomic Layer Deposition)法やプラズマＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition)法等でパッシベーション膜を成膜する場合と比較して、膜質が劣る可能性あるという問題点があった。
　本発明では、上記のような問題点を解決し、低い製造コストで、基板にダメージを与えることなく、高い生産効率で、かつ、膜質の良いパッシベーション膜を成膜することができる、太陽電池の製造方法を提供することを目的とする。
　この発明における太陽電池の製造方法は、(a) 一方主面及び他方主面を有するシリコン基板（４）を作製するステップと、(b) 金属元素を含む溶液（１４）をミスト化するステップと、(c) 非真空下で、前記ミスト化された前記溶液を、前記シリコン基板の一方主面に対して噴霧することにより、金属酸化膜からなるパッシベーション膜（５）を前記シリコン基板の一方主面上に成膜するステップと、(d) 前記パッシベーション膜が形成された前記シリコン基板を用いて太陽電池構造を作製するステップと、(e) 前記パッシベーション膜と前記シリコン基板との界面に所定の光（２１）を照射する光照射処理を行うステップとを備えている。
　この発明における太陽電池の製造方法は、ステップ(b)，(c)を実行して、金属酸化膜からなるパッシベーション膜をシリコン基板の一方主面上に成膜することにより、低い製造コストで、シリコン基板にダメージを与えることなく、高い生産効率で、パッシベーション膜を成膜することができる。
　さらに、請求項１記載の本願発明は、ステップ(e)による光照射処理により、ライフタイムを向上させた良質のパッシベーション膜を得ることができる。
　この発明の目的、特徴、局面、及び利点は、以下の詳細な説明と添付図面とによって、より明白となる。
実施の形態で製造される太陽電池構造を示す断面図である。 実施の形態におけるパッシベーション膜の成膜方法を実現するための成膜装置の構成を示す説明図である。 実施の形態１の紫外光による光照射処理状況を示す断面図である。 実施の形態１による太陽電池の製造方法の効果を示すグラフである。 実施の形態２による太陽電池の製造方法の効果を示すグラフである。
　（太陽電池構造）
　図１は、本実施の形態（実施の形態１，実施の形態２）である太陽電池の製造方法で製造される太陽電池構造を示す断面図である。
　図１に示すように、Ｐ型の導電型を有するシリコン基板４（以下、「Ｐ型シリコン基板４」と称する）の表面（他方主面）上に、Ｎ型の導電型を有するシリコン層３（以下、「Ｎ型シリコン層３」と称する）が形成されている。なお、図１ではＰ型シリコン基板４の表面が上面、裏面が下面となる態様で示されている。
　また、Ｎ型シリコン層３の表面には、透明性を有する表面パッシベーション膜２が形成されている。表面パッシベーション膜２として、例えば、シリコン酸化膜またはシリコン窒化膜、酸化アルミニウム膜、あるいはそれらを含む積層膜等が考えられる。そして、表面パッシベーション膜２の一部を貫通して、Ｎ型シリコン層３の表面上に表面電極１が選択的に形成されることにより、表面電極１はＮ型シリコン層３と電気的に接続される。
　さらに、Ｐ型シリコン基板４の裏面（一方主面）上には、裏面パッシベーション膜５が形成されている。この裏面パッシベーション膜５として、酸化アルミニウム膜あるいは、酸化アルミニウム膜とシリコン窒化膜との積層膜を採用している。そして、裏面パッシベーション膜５の一部を貫通してＰ型シリコン基板４の裏面上に直接形成されるとともに、裏面パッシベーション膜５の裏面上にかけて裏面電極６が形成される。したがって、裏面電極６はＰ型シリコン基板４と電気的に接続される。
　図１に示す太陽電池構造において、表面パッシベーション膜２側から入射し、Ｎ型シリコン層３及びＰ型シリコン基板４間におけるＰＮ接合部に到達した光によりキャリアが発生し、発電し、当該発電した電気が電極１，６から取り出される。
　上記の通り、キャリアのライフタイムの低減を抑制するために、パッシベーション膜２，５が形成される。つまり、Ｎ型シリコン層３の表面あるいはＰ型シリコン基板４の裏面において欠陥（格子欠陥等）が多く発生しており、当該欠陥を介して光照射により発生した少数キャリアが再結合される。そこで、Ｎ型シリコン層３の表面上及びＰ型シリコン基板４の裏面上に表面パッシベーション膜２及び裏面パッシベーション膜５を形成することにより、キャリアの再結合を抑制し、結果としてキャリアのライフタイムを向上させることができる。
　本発明は、太陽電池の製造方法において、Ｐ型シリコン基板４の裏面上に形成される裏面パッシベーション膜５の膜質向上に関するものであり、以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて具体的に説明する。
　＜実施の形態１＞
　図２は、本実施の形態（実施の形態１，実施の形態２）における裏面パッシベーション膜５の成膜方法を実現するための成膜装置の概略構成を示す説明図である。
　図２に示すように、本実施の形態の成膜方法で用いる成膜装置は、反応容器１１、反応容器１１を加熱する加熱器１３、（材料）溶液１４を収容する溶液容器１５、及び、溶液容器１５内の溶液１４をミスト化するミスト化器１６から構成されている。
　このような構成において、ミスト化器１６によりミスト化された溶液１４を経路Ｌ１を介して、反応容器１１内のＰ型シリコン基板４の裏面上に噴霧することにより、Ｐ型シリコン基板４の裏面上に酸化アルミニウム膜からなる裏面パッシベーション膜５を成膜することができる。この際、Ｐ型シリコン基板４は、裏面が上面、表面が下面となる態様で、反応容器１１内の加熱器１３上に載置される。
　すなわち、加熱器１３上にＰ型シリコン基板４が載置されている状態で、大気圧下の反応容器１１内に、ミスト（粒径の小さい液状の溶液１４）が供給され、所定の反応により、Ｐ型シリコン基板４の裏面上には裏面パッシベーション膜５が成膜される。
　加熱器１３は、ヒータ等であり、当該加熱器１３に載置されたＰ型シリコン基板４を加熱することができる。図示しない外部制御部により、成膜時には、酸化アルミニウム膜で構成される裏面パッシベーション膜５の成膜に必要な温度に達するまで加熱器１３は加熱される。
　溶液容器１５内には、裏面パッシベーション膜５を成膜するための材料溶液となる溶液１４が充填されている。この溶液１４には、金属源として、アルミニウム（Ａｌ）元素が含まれている。
　ミスト化器１６として、例えば超音波霧化装置を採用できる。超音波霧化装置であるミスト化器１６は、溶液容器１５内の溶液１４に対して超音波を印加することにより、溶液容器１５内の溶液１４をミスト化させる。ミスト化された溶液１４は、経路Ｌ１を通って、反応容器１１内のＰ型シリコン基板４の裏面（上面）に向けて供給される。
　反応容器１１内にミスト状の溶液１４が供給されると、加熱中である大気圧下のＰ型シリコン基板４の裏面上において、溶液１４が反応し、Ｐ型シリコン基板４の裏面上に裏面パッシベーション膜５が成膜される。また、反応容器１１で未反応となった溶液１４は、経路Ｌ２を通して、反応容器１１外に常時（連続的に）排出される。
　（製造方法）
　次に、実施の形態１の太陽電池の製造方法（特に、裏面パッシベーション膜５（酸化アルミニウム膜）の成膜方法）について説明する。
　まず、構成材料を結晶シリコンとしたシリコン基板に対して所定の不純物を導入することにより、Ｐ型の導電型を有するＰ型シリコン基板４を作製する。そして、このＰ型シリコン基板４を、反応容器１１内の加熱器１３の上に載置する。このとき、Ｐ型シリコン基板４は、裏面が上面、表面が下面となる態様で加熱器１３上に載置され、反応容器１１内は大気圧に設定される。このように、裏面及び表面（一方主面及び他方主面）を有するＰ型シリコン基板４が作製される。
　そして、加熱器１３により、加熱器１３上に載置されているＰ型シリコン基板４は、酸化アルミニウム膜からなる裏面パッシベーション膜５の成膜温度に達するまで加熱され、成膜温度でＰ型シリコン基板４の温度は保持されている。
　一方、溶液容器１５内において、ミスト化器１６により、溶液１４はミスト化される。ミスト化された溶液１４（粒径の小さい液状の溶液１４）は、経路Ｌ１を通って、整流され、反応容器１１内へ供給される。ここで、溶液１４には、アルミニウムが金属源として含有されている。このように、金属元素であるアルミニウムを含む溶液１４（材料溶液）をミスト化する。
　大気圧下において加熱状態にあるＰ型シリコン基板４の裏面に、整流されたミスト状の溶液１４が供給される。加熱状態のＰ型シリコン基板４の裏面にミスト状の溶液１４が噴霧されると、Ｐ型シリコン基板４の裏面上には、酸化アルミニウム膜からなる裏面パッシベーション膜５が成膜される。このように、大気圧下（非真空下）で、ミスト化された溶液１４を、Ｐ型シリコン基板４の裏面に対して噴霧することにより、金属酸化膜である酸化アルミニウムからなる裏面パッシベーション膜５をＰ型シリコン基板４の裏面上に成膜している。
　その後、裏面パッシベーション膜５（酸化アルミニウム膜）が成膜されたＰ型シリコン基板４を用いて、図１に示した太陽電池構造を作製する。一般的には、裏面パッシベーション膜５は、表面パッシベーション膜２及びＮ型シリコン層３形成後に行われ、その後、表面電極１及び裏面電極６が形成される。なお、表面パッシベーション膜２及び裏面パッシベーション膜５の成膜順序は逆にしても良い。
　図３は実施の形態１の紫外光２１による光照射処理状況を示す断面図である。同図に示すように、Ｐ型シリコン基板４の表面が上面となる態様で、太陽電池構造の表面上（Ｐ型シリコン基板４の表面上）から３６５ｎｍの波長を有する紫外光２１（所定の光）を３０秒間照射する光照射処理を実行する。このように、太陽電池構造の表面上から表面パッシベーション膜２及びＮ型シリコン層３を通過させ、Ｐ型シリコン基板４及びパッシベーション膜５の界面に紫外光２１を照射する光照射処理を行う、紫外光２１を用いた光照射処理によって、実施の形態１の太陽電池は完成する。
　以上のように、実施の形態１の太陽電池の製造方法における裏面パッシベーション膜５（酸化アルミニウム膜）の成膜方法は、ミスト法（つまり、大気圧下において、液状の溶液１４を噴霧する成膜方法）により、Ｐ型シリコン基板４の裏面上に裏面パッシベーション膜５を成膜している。
　このように、実施の形態１では、ＣＶＤ法やＡＬＤ法等、気化した原料をＰ型シリコン基板４に供給して、酸化アルミニウム膜からなる裏面パッシベーション膜５を成膜しているのでなく、ミスト化された液状の溶液１４を、Ｐ型シリコン基板４に噴霧し、裏面パッシベーション膜５を成膜している。ここで、上述したように、溶液１４にはアルミニウム元素が含まれている。よって、ＴＭＡ（Tri-Methyl-Aluminum）等の高価で取り扱いが困難な材料を用いることなく、安全で取り扱い容易な材料により、Ｐ型シリコン基板４の裏面上に酸化アルミニウム膜からなる裏面パッシベーション膜５を成膜することができる。
　さらに、実施の形態１では、大気圧下での成膜処理であるので、真空処理等が不要となり、製造コストの低減を図ることもできる。加えて、実施の形態１では、Ｐ型シリコン基板４にミスト状の溶液１４を噴霧することにより、成膜処理が実施されている。よって、成膜処理において、Ｐ型シリコン基板４に対してプラズマ等の照射によるダメージを与えることもない。
　さらに、ミスト法による裏面パッシベーション膜５の成膜速度１０～１５ｎｍ／ｍｉｎであり、ＡＬＤ法等による酸化アルミニウム膜の成膜速度と比較して、５倍以上速い。したがって、実施の形態１の裏面パッシベーション膜５の成膜方法を採用することにより、生産効率の向上も図ることができる。
　加えて、実施の形態１では、裏面パッシベーション膜５及びＰ型シリコン基板４の界面に対し紫外光２１を照射する光照射処理を実行している。
　図４は実施の形態１における上記光照射処理による効果を示すグラフである。同図において、裏面パッシベーション膜５の成膜後（光照射（処理）前）のライフタイム値を測定し、その後、３６５ｎｍの波長を有する紫外光２１を３０秒間照射する光照射処理を行い、再びライフタイム値を測定した測定結果を示している。図４では、成膜後（光照射前）のライフタイム値を規格化値“１”とした実効ライフタイム値を示している。
　図４に示すように、光照射後は実効ライフタイム値が“２．３”程度に上昇していることがわかる。このように、実施の形態１における太陽電池の製造方法で製造された裏面パッシベーション膜５のパッシベーション効果（ライフタイム低減の抑制機能）を大幅に向上させていることがわかる。
　上述したように、実施の形態１の太陽電池の製造方法は、ミスト化されたアルミニウムの（材料）溶液１４を、Ｐ型シリコン基板４の裏面に対して噴霧して、酸化アルミニウム膜からなるパッシベーション膜５を成膜することにより、低い製造コストで、基板にダメージを与えることなく、高い生産効率で、裏面パッシベーション膜５を成膜することができる。
　さらに、裏面パッシベーション膜５の成膜後に行う紫外光２１による光照射処理により、実効ライフタイム値を大幅に向上させた膜質の良いパッシベーション膜５を、太陽電池の完成段階において得ることができる。
　また、紫外光２１を光照射処理に用いることにより、比較的短時間（図４の例では３０秒間）の光照射時間によって、パッシベーション膜５の膜質向上を図ることができる。
　なお、図４で示した例では紫外光２１を３０秒間照射した例を示したが、確実に裏面パッシベーション膜５の実効ライフタイム値の向上を図るべく、１秒以上の光照射時間を設定することが望ましい。
　＜実施の形態２＞
　太陽電池を完成する際、表面電極１及び裏面電極６の形成時における焼成処理は一般的に不可欠な処理となる。例えば、表面電極１及び裏面電極６を形成する際、金属を主成分とする電極材料を塗布した後、焼成処理を実行している。
　実施の形態１では上述した電極形成時の焼成処理の有無を考慮せず、裏面パッシベーション膜５の成膜後に光照射処理を行う方法を述べた。すなわち、実施の形態１は、概ね以下のステップ(1)及び(2)を実行する太陽電池の製造方法である。
　(1) Ｐ型シリコン基板４を作製し、アルミニウムを含む溶液１４をミスト化して、非真空下で、ミスト化された溶液１４をＰ型シリコン基板４の裏面に対して噴霧することにより、酸化アルミニウム膜からなるパッシベーション膜５をＰ型シリコン基板４の裏面上に成膜する。
　(2) Ｐ型シリコン基板４及び裏面パッシベーション膜５の界面に紫外光２１を照射する光照射処理を実行する。
　しかしながら、太陽電池を構成する表面電極１及び裏面電極６の形成に際し、上述した焼成処理は実質的には不可欠な処理となる。すなわち、図１で示した太陽電池構造を得る工程において、Ｐ型シリコン基板４の表面側及び裏面側に表面電極１（他方電極）及び裏面電極６（一方電極）を形成するステップを含み、このステップには、所定の焼成温度で焼成する焼成処理を含んでいる。
　実施の形態２では、上述した表面電極１及び裏面電極６形成時の焼成処理の影響を考慮した光照射処理を行う太陽電池の製造方法であり、概ね以下のステップ(1)，(3)及び(2)′を経て実行される。
　(1) 実施の形態１と同様、Ｐ型シリコン基板４を作製し、アルミニウムを含む溶液１４をミスト化して、非真空下で、ミスト化された溶液１４をＰ型シリコン基板４の裏面に対して噴霧することにより、酸化アルミニウム膜からなるパッシベーション膜５をＰ型シリコン基板４の裏面上に成膜する。
　(3) 表面電極１及び裏面電極６を形成して図１で示す太陽電池構造を得る。この際、表面電極１及び裏面電極６の形成時に５００℃以上の焼成温度で焼成処理を実行する。
　(2)′ 上記(3)の焼成処理後に、Ｐ型シリコン基板４及び裏面パッシベーション膜５の界面に紫外光２１を照射する光照射処理を実行する。
　図５は実施の形態２の太陽電池の製造方法による効果を示すグラフである。同図において、裏面パッシベーション膜５の成膜後（光照射前）のライフタイム値を測定し、その後、大気圧下で焼成温度８００℃、焼成時間１０秒の熱処理である焼成処理を実行して、焼成（処理）後のライフタイム値を測定し、その後、実施の形態１と同様、３６５ｎｍの波長を有する紫外光２１を３０秒間照射する光照射処理を行い、ライフタイム値を測定している。図５では、成膜後（光照射前）のライフタイム値を規格化値“１”とした実効ライフタイム値を示している。
　図５に示すように、光照射後は実効ライフタイム値が“２．０”程度に上昇していることがわかる。すなわち、焼成処理直後に実効ライフタイム値が“１．０”から“０．５”程度に低下しているが、その後の光照射処理によって実効ライフタイム値を焼成処理前の“１．０”を大幅に上回る“２．０”に向上させている。
　このように、実施の形態２の太陽電池の製造方法は、太陽電池の製造工程で実質的に不可欠な表面電極１及び裏面電極６形成用の焼成処理（ステップ(3)）の実行によって、ステップ(1)で形成した裏面パッシベーション膜５の膜質を示す実効ライフタイム値は一時的に低下するが、その後にステップ(2)′の光照射処理を実行することにより、ステップ(2)′の実行前の状態より、裏面パッシベーション膜５の膜質を大幅に向上させることができる。
　この際、５００℃以上の焼成温度である８００℃の焼成温度で焼成処理が実行される状況下においても、裏面パッシベーション膜５の膜質の向上を図ることができる。
　＜その他＞
　なお、上述した実施の形態１及び実施の形態２では、光照射処理に用いる光（所定の光）として紫外光２１を用いた例を示したが、他の種類の光を用いても良い。例えば、光の光子エネルギーが１．１ｅＶ以上（波長１１００ｎｍ以下）の光、すなわち、Ｐ型シリコン基板４及び裏面パッシベーション膜５の界面への光照射を実現すべく、Ｐ型シリコン基板４における結晶シリコンが吸収することができる光を、紫外光２１の代わりに用いても良い。
　このように、実施の形態１あるいは実施の形態２の太陽電池の製造方法における光照射処理として、結晶シリコンが吸収することができる、光の光子エネルギーが１．１ｅＶ以上（波長１１００ｎｍ以下）の光を用いた光照射処理を採用しても、裏面パッシベーション膜５の膜質向上を図ることができる。
　さらに、実施の形態１あるいは実施の形態２の太陽電池の製造方法における光照射処理に用いる光として、太陽光またはＡＭ１．５を有する疑似太陽の光を用いることにより、比較的安価に裏面パッシベーション膜５の膜質向上を図ることができる。
　なお、実施の形態２の太陽電池の製造方法において、焼成処理（ステップ(3)）と光照射処理（ステップ(2)′）との実行順序を逆にした場合、実施の形態２のように裏面パッシベーション膜５の膜質の大幅な向上は期待できないが、光照射処理を行わない従来の製造方法に比べて裏面パッシベーション膜５の膜質の向上を図る効果を得ることはできるのは勿論である。
　この発明は詳細に説明されたが、上記した説明は、すべての局面において、例示であって、この発明がそれに限定されるものではない。例示されていない無数の変形例が、この発明の範囲から外れることなく想定され得るものと解される。
　４　Ｐ型シリコン基板
　５　裏面パッシベーション膜
　１１　反応容器
　１３　加熱器
　１４　（原料）溶液
　１５　溶液容器
　１６　ミスト化器
　２１　紫外光
　Ｌ１，Ｌ２　経路　

Claims (9)

  1. 　(a) 一方主面及び他方主面を有するシリコン基板（４）を作製するステップと、
    　(b) 金属元素を含む溶液（１４）をミスト化するステップと、
    　(c) 非真空下で、前記ミスト化された前記溶液を、前記シリコン基板の一方主面に対して噴霧することにより、金属酸化膜からなるパッシベーション膜（５）を前記シリコン基板の一方主面上に成膜するステップと、
    　(d) 前記パッシベーション膜が形成された前記シリコン基板を用いて太陽電池構造を作製するステップと、
    　(e) 前記パッシベーション膜と前記シリコン基板との界面に所定の光（２１）を照射する光照射処理を行うステップとを備えた、
    太陽電池の製造方法。
  2. 　請求項１記載の太陽電池の製造方法であって、
    　前記金属元素はアルミニウムであり、
    　前記金属酸化膜は酸化アルミニウムである、
    太陽電池の製造方法。
  3. 　請求項１記載の太陽電池の製造方法であって、
    　前記シリコン基板は、構成材料の結晶シリコンがＰ型の導電性を有するシリコン基板である、
    太陽電池の製造方法。
  4. 　請求項１記載の太陽電池の製造方法であって、
    　前記ステップ(e)における前記所定の光は、光子エネルギーが１．１ｅＶ以上である光を含む、
    太陽電池の製造方法。
  5. 　請求項１記載の太陽電池の製造方法であって、
    　前記ステップ(e)における前記所定の光は、太陽光またはＡＭ１．５を有する疑似太陽の光を含む、
    太陽電池の製造方法。
  6. 　請求項４記載の太陽電池の製造方法であって、
    　前記ステップ(e)における前記所定の光は、３６５ｎｍの波長を有する紫外光を含む、
    太陽電池の製造方法。
  7. 　請求項６記載の太陽電池の製造方法であって、
    　前記ステップ(e)における、前記紫外光の照射時間は１秒以上である、
    太陽電池の製造方法。
  8. 　請求項１～請求項７のうち、いずれか１項に記載の太陽電池の製造方法において、
    　前記ステップ(d)は、
    　(d-1) 前記シリコン基板の一方主面側及び他方主面側に一方電極及び他方電極を形成するステップを含み、前記ステップ(d-1)は所定の焼成温度で焼成する焼成処理を含み、
    　前記ステップ(e)は前記ステップ(d)の後に実行される、
    太陽電池の製造方法。
  9. 　請求項８記載の太陽電池の製造方法であって、
    　前記ステップ (d-1)における前記所定の焼成温度は５００℃以上である、
    太陽電池の製造方法。
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