WO2017037803A1 - 太陽電池セルおよび太陽電池セルの製造方法 - Google Patents

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隼人 幸畑
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Definitions

  • the present invention relates to a solar battery cell having a selective diffusion layer structure and a method for manufacturing the solar battery cell.
  • Patent Document 1 discloses a technique for improving photoelectric conversion efficiency by a double-sided selective diffusion layer structure.
  • a high-concentration p-type diffusion region and a low-concentration p-type diffusion region are formed on the front side of an n-type silicon substrate, and a high-concentration n-type diffusion region and a low-concentration n-type are formed on the back side of the n-type silicon substrate.
  • a diffusion region is formed.
  • the surface electrode which consists of a grid electrode and a bus-bar electrode was formed on the high concentration p-type diffusion area
  • the back surface electrode which consists of a grid electrode and a bus-bar electrode was formed on the high concentration n-type diffusion area
  • the emitter becomes a p + diffusion layer.
  • the p-type impurity concentration in the p + diffusion layer is a relatively low concentration of about 5 ⁇ 10 19 atoms / cm 3 or less.
  • a good contact between the p + diffusion layer and the electrode can be formed. Therefore, a high photoelectric conversion efficiency of 20% or more can be obtained without using a selective diffusion layer structure in which a high-concentration impurity diffusion layer is formed only in the region under the electrode.
  • the n + diffusion layer and the n + diffusion layer having an n-type impurity concentration of about 1 ⁇ 10 19 atoms / cm 3 or less It is difficult to form a sufficiently low contact resistance with the electrode. Therefore, an impurity concentration of about 1 ⁇ 10 20 atoms / cm 3 is usually required in the n + diffusion layer on the back surface.
  • an impurity concentration of about 1 ⁇ 10 20 atoms / cm 3 is usually required in the n + diffusion layer on the back surface.
  • “1 ⁇ 10 19 atoms / cm 3 ” may be referred to as “19th power” for the impurity concentration.
  • n + diffusion layer having an impurity concentration as low as about 19th power has a weak electric field effect, and therefore, recombination due to defects at the interface where the electrode is formed in the n + diffusion layer is large, resulting in deterioration of characteristics.
  • the n + diffusion layer having an impurity concentration of the 20th power level even if a passivation film is formed on the back surface side of the solar cell substrate, that is, on the n + diffusion layer, recombination in the n + diffusion layer is large, so that high photoelectric conversion efficiency is achieved. It becomes an obstacle.
  • it is preferable to form an n + diffusion layer having an impurity concentration of about 19th power in order to obtain a high photoelectric conversion efficiency of 21% or more, it is preferable to form an n + diffusion layer having an impurity concentration of about 19th power, and it is necessary to form a selective diffusion layer structure.
  • the selective diffusion layer structure and the electrode manufacturing process are as follows.
  • a selective diffusion layer structure is formed.
  • a high-concentration diffusion layer region is partially formed by printing a doping paste on the back surface of an n-type substrate and performing heat treatment.
  • a low concentration impurity diffusion layer region is formed on the back surface of the n-type substrate by vapor phase thermal diffusion.
  • an electrode is formed on the high concentration diffusion layer region.
  • the electrode is in contact with the low concentration impurity diffusion layer, the recombination of the contact portion is increased.
  • the low concentration impurity diffusion layer has a weak electric field effect, and the contact between the low concentration impurity diffusion layer and the electrode is low. The effect is large and the characteristics are degraded. For this reason, it is necessary to design the electrode so that it does not protrude from the high concentration diffusion region.
  • screen printing with high cost performance is usually used for electrode formation.
  • the electrode material paste containing metal is extruded from the mask opening and applied to the semiconductor substrate, so that the material use efficiency is high.
  • glass or ceramic components it is possible to fire through the passivation film in the subsequent firing step to bring the metal material into contact with the silicon surface, so an expensive contact hole opening process Is unnecessary.
  • the print width that can be thinned is about 30 ⁇ m or more and 100 ⁇ m or less, and it is difficult to achieve a sufficient thinning. Further, due to the problem of expansion / contraction of the mask or the problem of alignment accuracy, it is necessary to form a high concentration diffusion layer wider than the electrode width.
  • the present invention provides an n-type semiconductor substrate having a pn junction and a light-receiving surface of the semiconductor substrate or a surface layer on the back surface facing the light-receiving surface.
  • a first impurity diffusion layer formed at a first concentration containing an n-type or p-type impurity element, and a second impurity element having the same conductivity type as that of the first impurity diffusion layer being lower than the first concentration.
  • the solar cells are formed at a plurality of locations on the surface of the semiconductor substrate where the impurity diffusion layer is formed, and are separated from the impurity diffusion layer and the first electrode electrically connected to the first impurity diffusion layer And a second electrode for electrically connecting the plurality of first electrodes.
  • the solar battery cell according to the present invention has an effect that a solar battery cell having a selective diffusion layer structure and capable of realizing high photoelectric conversion efficiency is obtained.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of the main part of the solar battery cell according to the first embodiment of the present invention, taken along the line AA in FIG.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of the main part of the solar battery cell according to the first embodiment of the present invention, taken along the line BB in FIG.
  • FIG. 18 is a cross-sectional view of the main part of the solar battery cell according to the second embodiment of the present invention, taken along the line CC in FIG. FIG.
  • FIG. 18 is a cross-sectional view of the main part of the solar battery cell according to the second embodiment of the present invention, taken along the line DD in FIG.
  • the flowchart for demonstrating the procedure of the manufacturing method of the photovoltaic cell concerning Embodiment 2 of this invention.
  • FIG. 1 is a top view of a solar battery cell 1 according to Embodiment 1 of the present invention as viewed from the light receiving surface side.
  • FIG. 2 is a bottom view of the solar battery cell 1 according to the first exemplary embodiment of the present invention as viewed from the back side facing the light receiving surface.
  • FIG. 3 is an enlarged view showing the back side of the solar battery cell 1 according to the first exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of main parts of the solar battery cell 1 according to the first embodiment of the present invention, and is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. FIG.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of a main part of the solar battery cell 1 according to the first embodiment of the present invention, and is a cross-sectional view taken along the line BB in FIG. FIG. 3 shows a state seen through the back-side insulating film 12.
  • the impurity concentration of the p-type light-receiving surface side impurity diffusion layer 3 is set to about 5 ⁇ 10 19 atoms / cm 3 or less.
  • the lower limit of the impurity concentration of the p-type light-receiving surface side impurity diffusion layer 3 is about 1 ⁇ 10 17 atoms / cm 3 from the viewpoint of surface conductivity.
  • an antireflection film 4 made of a silicon nitride film as an insulating film is formed on the light receiving surface side impurity diffusion layer 3.
  • the antireflection film 4 has a function as a light-receiving surface-side passivation film for passivating the light-receiving surface of the semiconductor substrate 10, that is, the light-receiving surface of the solar battery cell 1, together with an anti-reflection function for preventing reflection on the light-receiving surface of the solar cell 1.
  • light L enters from the antireflection film 4 side.
  • an n-type single crystal silicon substrate or an n-type polycrystalline silicon substrate can be used as the semiconductor substrate 2.
  • the antireflection film 4 may be a silicon oxide film.
  • minute unevenness (not shown) is formed as a texture structure. The micro unevenness increases the area for absorbing light from the outside on the light receiving surface, suppresses the reflectance on the light receiving surface, and has a structure for confining light.
  • a plurality of elongated light receiving surface side grid electrodes 5 are arranged in parallel along a pair of side directions in the semiconductor substrate 10.
  • a plurality of light receiving surface side bus electrodes 6 electrically connected to the light receiving surface side grid electrode 5 are arranged in parallel along the other pair of side directions in the semiconductor substrate 10 in a state orthogonal to the light receiving surface side grid electrode 5.
  • the light-receiving surface-side grid electrode 5 and the light-receiving-surface-side bus electrode 6 are electrically connected to the p-type light-receiving surface-side impurity diffusion layer 3 at the bottom surface.
  • the light receiving surface side grid electrode 5 and the light receiving surface side bus electrode 6 are made of an electrode material containing silver.
  • the light-receiving surface side grid electrode 5 and the light-receiving surface-side bus electrode 6 constitute a light-receiving surface-side electrode 7 that is a first electrode having a comb shape.
  • the light receiving surface side electrode 7 is made of an electrode material containing silver (Ag), aluminum (Al), and glass, and penetrates the antireflection film 4 to be electrically connected to the p type light receiving surface side impurity diffusion layer 3. Is provided.
  • the light-receiving surface side electrode 7 is an AgAl paste electrode formed by printing and baking an AgAl paste that is an electrode material containing silver (Ag), aluminum (Al), and glass.
  • the solar cell 1 Since the solar cell 1 according to the first embodiment uses the n-type silicon substrate 2, it becomes a p-type light-receiving surface side impurity diffusion layer 3 whose emitter layer is a p + layer. Since the solar cell 1 uses an AgAl paste electrode for the light-receiving surface side electrode 7, the p-type light-receiving surface side impurity diffusion layer 3 having a relatively low concentration with an impurity concentration of about 5 ⁇ 10 19 atoms / cm 3 or less is also used. A good contact can be formed between the light receiving surface side electrode 7 and the p type light receiving surface side impurity diffusion layer 3.
  • the light-receiving surface side grid electrode 5 has a width of, for example, about 40 ⁇ m or more and 70 ⁇ m or less, and is arranged in a number of 100 or more and 300 or less in parallel at predetermined intervals, and collects electricity generated inside the semiconductor substrate 10. Electricity.
  • the light receiving surface side bus electrode 6 has a width of, for example, about 0.5 mm or more and 1.0 mm or less, and 2 or more and 5 or less are arranged per solar cell, and the light receiving surface side grid The electricity collected by the electrode 5 is taken out to the outside.
  • the back surface side insulating film 12 functions as a back surface side passivation film for passivation of the back surface of the solar battery cell 1.
  • a silicon oxide film may be used for the back-side insulating film 12.
  • the back surface of the semiconductor substrate 10 facing the light receiving surface is a first electrode on the back surface side, penetrates the back surface insulating film 12, and is a back surface side high concentration impurity diffusion layer on the back surface of the semiconductor substrate 10 to be described later.
  • a plurality of dot-like backside first electrodes 13 reaching 11a are arranged in a grid and embedded in the backside insulating film 12.
  • the dot-like back surface first electrodes 13 are regularly arranged in a predetermined direction on the entire back surface of the semiconductor substrate 2.
  • the arrangement of the back first electrode 13 is the same pattern as the arrangement pattern of the back side high concentration impurity diffusion layer 11a.
  • the dot shape is a circle smaller than the dot shape of the back-side high-concentration impurity diffusion layer 11a.
  • the back first electrode 13 is included in the back-side high concentration impurity diffusion layer 11 a in the surface direction of the semiconductor substrate 10. Therefore, the back surface first electrode 13 is formed on the back surface side high concentration impurity diffusion layer 11a as a point on the back surface of the semiconductor substrate 10 and connected to the back surface side high concentration impurity diffusion layer 11a.
  • the arrangement pattern of the back surface 1st electrode 13 is not restricted to a grid
  • a plurality of back surface second electrodes 14 which are second electrodes on the back surface side and which electrically connect the plurality of back surface first electrodes 13 to each other are formed on the back surface of the semiconductor substrate 10.
  • the plurality of back surface second electrodes 14 are in contact with the upper surface of the back surface first electrode 13 and the surface of the back surface side insulating film 12 along the predetermined direction on the back surface first electrode 13 and the back surface side insulating film 12. They are arranged in parallel.
  • Each back surface second electrode 14 passes over the center of a plurality of back surface first electrodes 13 arranged along a predetermined direction and is electrically connected.
  • each back surface 2nd electrode 14 can electrically connect several back surface 1st electrodes 13 arrange
  • the back side first electrode 13 and the back side second electrode 14 constitute a back side electrode 15.
  • the back first electrode 13 includes silver, glass or a ceramic component, and a solvent, and has a fire-through property when fired, that is, an Ag paste that is an electrode material having a fire-through property is printed and fired. It is the formed Ag paste electrode.
  • the metal contained in the back surface first electrode 13 is not limited to Ag, and may be any metal material that can erode the silicon surface on the back surface of the semiconductor substrate 10 and make electrical contact with the silicon surface when the Ag paste fires through. .
  • the back surface second electrode 14 is an electrode made of an electrode material that does not have a fire-through property during firing and does not actively make electrical contact with silicon.
  • the back surface second electrode 14 has a composition of a silver, glass or ceramic component and a solvent, which is different from the back surface first electrode 13, and fires through at the time of firing, but the erosion amount with respect to the silicon surface is small, and the silicon surface is damaged.
  • a paste electrode which is an electrode material having few properties can be used.
  • the metal contained in the back surface second electrode 14 is not limited to Ag, and the amount of erosion of the back surface of the semiconductor substrate 10 with respect to the silicon surface is small when the paste is fired, and electrical contact with the silicon surface is small. Any metal material may be used.
  • the back surface 2nd electrode 14 contacts the silicon surface, the back surface 2nd electrode 14 contacts the back surface side low concentration impurity diffusion layer 11b besides the back surface side high concentration impurity diffusion layer 11a mentioned later. And when the back surface 2nd electrode 14 contacts the back surface side low concentration impurity diffusion layer 11b, while the recombination of a contact part increases, the electric field effect of the back surface side low concentration impurity diffusion layer 11b is weak, and back surface 2nd The influence of the contact between the electrode 14 and the back-side low-concentration impurity diffusion layer 11b is large, and the characteristics of the solar battery cell 1 are reduced.
  • the back surface second electrode 14 is preferably fire-through and is not in contact with the back-side low-concentration impurity diffusion layer 11b, and the back-surface second electrode 14 is fire-through and the back-side low-concentration impurity diffusion layer. Also when it contacts 11b, it is preferable that there is little electrical contact. Therefore, the back surface second electrode 14 is preferably an Ag paste electrode formed by printing and firing an electrode material paste that does not have fire-through property during firing, that is, does not have fire-through properties.
  • n-type backside impurity diffusion layer 11 that is a backside impurity diffusion layer is formed on the surface layer on the backside opposite to the light receiving surface of the semiconductor substrate 10.
  • the n-type backside impurity diffusion layer 11 is an n-type impurity diffusion layer diffusion layer in which phosphorus (P) is diffused as an n-type impurity in the entire surface layer on the backside of the semiconductor substrate 10.
  • P phosphorus
  • two types of layers are formed as the n-type backside impurity diffusion layer 11 to form a selective diffusion layer structure.
  • phosphorus is diffused at a relatively high concentration in the n-type back surface side impurity diffusion layer 11 in the lower region of the back surface first electrode 13 and its peripheral region.
  • a back-side high concentration impurity diffusion layer 11a which is the first impurity diffusion layer on the back side, is formed.
  • the concentration of phosphorus in the back-side high-concentration impurity diffusion layer 11a is about 1 ⁇ 10 20 atoms / cm 3 .
  • phosphorus is diffused at a relatively low concentration in the n-type back-side impurity diffusion layer 11 in a region where the back-side high-concentration impurity diffusion layer 11 a is not formed in the surface layer portion on the back side of the semiconductor substrate 10.
  • a back side low-concentration impurity diffusion layer 11b which is the second impurity diffusion layer on the back side, is formed.
  • the concentration of phosphorus in the back-side low-concentration impurity diffusion layer 11b is about 1 ⁇ 10 19 atoms / cm 3 .
  • the back surface side impurity diffusion layer 11 which is the first impurity diffusion layer containing phosphorus at the first concentration and the second lower concentration of phosphorus than the first concentration.
  • An n-type impurity diffusion layer having a back-side low-concentration impurity diffusion layer 11b which is a second impurity diffusion layer contained in a concentration is disposed.
  • Each of the plurality of backside high-concentration impurity diffusion layers 11a is connected to a dot-like backside first electrode 13 penetrating the backside insulating film 12. Therefore, the arrangement of the back-side high-concentration impurity diffusion layer 11 a is the same pattern as the arrangement pattern of the back-side first electrode 13. That is, the plurality of back surface side high concentration impurity diffusion layers 11a are regularly arranged in a predetermined direction on the entire back surface of the semiconductor substrate 10, and are arranged in a lattice pattern. The shape of the dot is a circle.
  • the arrangement pattern of the back-side high-concentration impurity diffusion layer 11a is not limited to the lattice shape, and may be the same pattern as the back-side first electrode 13 and a pattern that is uniformly arranged on the entire back surface of the semiconductor substrate 2. That's fine.
  • the dot shape is circular.
  • the dot shape is not limited to this as long as it can be electrically connected to the first electrode 13 on the back surface, and may be any shape such as a square. it can.
  • the back side high concentration impurity diffusion layer 11a is a low resistance diffusion layer having a lower electrical resistance than the back side low concentration impurity diffusion layer 11b.
  • the back side low concentration impurity diffusion layer 11b is a high resistance diffusion layer having higher electrical resistance than the back side high concentration impurity diffusion layer 11a.
  • the back surface side impurity diffusion layer 11 is comprised by the back surface side high concentration impurity diffusion layer 11a and the back surface side low concentration impurity diffusion layer 11b.
  • the second diffusion concentration in the backside high-concentration impurity diffusion layer 11a is the first diffusion concentration and the phosphorus diffusion concentration in the backside low-concentration impurity diffusion layer 11b is the second diffusion concentration, the second diffusion concentration is It becomes lower than 1 diffusion concentration. Further, when the electrical resistance value of the back side high concentration impurity diffusion layer 11a is the first electrical resistance value and the electrical resistance value of the back side low concentration impurity diffusion layer 11b is the second electrical resistance value, the second electrical resistance value is It becomes larger than the first electric resistance value.
  • a dot-shaped n-type backside high-concentration impurity diffusion layer 11a which is a selective diffusion layer region, is formed on the backside of the n-type silicon substrate 2. Further, the solar cell 1 has a lower impurity concentration than the back-side high-concentration impurity diffusion layer 11a on the entire surface of the back-side region of the n-type silicon substrate 2 other than the back-side high-concentration impurity diffusion layer 11a. An n-type back-side low-concentration impurity diffusion layer 11b is formed.
  • the n-type back-side low-concentration impurity diffusion layer 11b has the effect of suppressing the recombination on the back surface of the semiconductor substrate 10 by the BSF effect, improving the open-circuit voltage, and improving the photoelectric conversion efficiency of the solar battery cell 1. .
  • the above-described solar battery cell 1 is formed on the outer surface of the n-type back surface impurity diffusion layer 11 on the back surface side, that is, outside the back surface side high concentration impurity diffusion layer 11a and the back surface side low concentration impurity diffusion layer 11b.
  • a back side insulating film 12 having a function as a passivation film is formed on the surface.
  • the solar cell 1 has the effect of suppressing recombination on the back surface of the semiconductor substrate 10 due to the passivation effect of the back surface side insulating film 12, further improving the open-circuit voltage, and further improving the photoelectric conversion efficiency.
  • the antireflection film 4 that also functions as a passivation film is formed on the outer surface of the p-type light-receiving surface side impurity diffusion layer 3. For this reason, the solar cell 1 has the effect of suppressing the recombination on the light receiving surface of the semiconductor substrate 10 due to the passivation effect of the antireflection film 4, further improving the open-circuit voltage, and further improving the photoelectric conversion efficiency.
  • the solar battery cell 1 since the solar battery cell 1 includes the passivation film on the light receiving surface and the back surface, high photoelectric conversion efficiency can be obtained.
  • the phosphorus concentration of the back side high concentration impurity diffusion layer 11a is about 1 ⁇ 10 20 atoms / cm 3 , and the back side high concentration impurity diffusion layer 11a, the back side first electrode 13 and In this electrical connection, a good contact with low contact resistance can be formed. Therefore, the solar cell 1 has the effect of further reducing the photoelectric conversion efficiency by reducing the contact resistance between the back-side high-concentration impurity diffusion layer 11a and the back-side first electrode 13 and improving FF (Fill Factor). .
  • the back side high concentration impurity diffusion layer 11 a is formed in a plurality of dots, and the plurality of dot-like back side first electrodes 13 are on the back side in the surface direction of the semiconductor substrate 10. It is formed in a region included in the impurity diffusion layer 11a. That is, the solar battery cell 1 has a point contact structure in which the back first electrode 13 is connected to the back surface of the semiconductor substrate 10 in a point manner. The back-side electrode 15 is not in contact with the region between the back-side first electrodes 13 adjacent to each other in the n-type back-side impurity diffusion layer 11.
  • the adjacent back surface first electrodes 13 are electrically connected to each other by the back surface second electrode 14 on the back surface side insulating film 12. Therefore, the adjacent back surface first electrodes 13 are electrically connected to each other by the back surface second electrode 14 while being separated from the back surface side impurity diffusion layer 11.
  • the solar cell 1 has a back surface side high concentration in the n-type back surface impurity diffusion layer 11 as compared with the case where the back surface side high concentration impurity diffusion layer and the back surface side electrode are formed in a continuous elongated shape.
  • the area ratio of the impurity diffusion layer 11a can be greatly reduced.
  • the area ratio of the back-side high-concentration impurity diffusion layer 11a in the n-type back-side impurity diffusion layer 11b having a large recombination suppression effect due to the passivation effect is increased. The effect of improving the photoelectric conversion efficiency can be obtained.
  • the solar cell 1 has an elongated backside high-concentration impurity diffusion layer and a backside electrode by reducing the area ratio of the backside high concentration impurity diffusion layer 11a in the n-type backside impurity diffusion layer 11. Compared with the case where it is formed in a shape, the contact area of the back surface first electrode 13 with respect to the back surface side impurity diffusion layer 11 can be greatly reduced. In addition, the solar cell 1 has a high backside concentration that protrudes from the backside first electrode 13 that hinders high photoelectric conversion efficiency because recombination is large by reducing the area of the backside high concentration impurity diffusion layer 11a. The area of the impurity diffusion layer 11a can be reduced, and the effect of improving the photoelectric conversion efficiency can be obtained.
  • the back surface second electrode 14 that electrically connects the plurality of back surface first electrodes 13 is formed on the back surface side insulating film 12 and the back surface first electrode 13. That is, since the back surface second electrode 14 is formed without fire-through the back surface side insulating film 12, the back surface second electrode 14 and the back surface side low concentration impurity diffusion layer 11b are not electrically joined. Further, since the back surface second electrode 14 is formed without fire-through the back surface side insulating film 12, the surface passivation effect of the back surface side low concentration impurity diffusion layer 11b by the back surface side insulating film 12 is not reduced. . Therefore, the solar cell 1 can obtain a high passivation effect by the back surface side insulating film 12.
  • the back surface 2nd electrode 14 electrically connects several back surface 1st electrodes 13 in the photovoltaic cell 1 mentioned above, it is collected by the back surface 1st electrode 13 from the back surface side high concentration impurity diffusion layer 11a. Current can be collected. Then, by connecting a tab (not shown) to the second back electrode 14, current can be taken out of the solar cell 1.
  • FIG. 6 is a flowchart for explaining the procedure of the method for manufacturing the solar battery cell 1 according to the first embodiment of the present invention.
  • 7-15 is principal part sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of the photovoltaic cell 1 concerning Embodiment 1 of this invention.
  • 7 to 15 are cross-sectional views of relevant parts corresponding to FIG.
  • FIG. 7 is an explanatory diagram of step S10 in FIG.
  • an n-type silicon substrate 2 is prepared as the semiconductor substrate 2, and cleaning and formation of a texture structure are performed.
  • the n-type silicon substrate 2 is manufactured by cutting and slicing the single crystal silicon ingot obtained in the single crystal pulling step into a desired size and thickness using a cutting device such as a band saw or a multi-wire saw.
  • the damage layer at the time of slicing remains. Therefore, the damage layer existing near the surface of the n-type silicon substrate 2 is generated by etching the surface of the n-type silicon substrate 2 to remove the damaged layer, and is generated when the silicon substrate is cut out by surface contamination during slicing.
  • Cleaning to remove is performed. Cleaning is performed, for example, by immersing the n-type silicon substrate 2 in an alkaline solution in which sodium hydroxide of about 1 wt% or more and 10 wt% or less is dissolved.
  • the texture structure is formed by forming minute irregularities on the surface of the first main surface which becomes the light receiving surface in the n-type silicon substrate 2. Since the minute unevenness is very fine, it is not expressed as an uneven shape in FIGS.
  • a chemical solution in which an additive such as isopropyl alcohol or caprylic acid is mixed in an alkaline solution of about 0.1 wt% or more and 10 wt% or less is used.
  • an additive such as isopropyl alcohol or caprylic acid
  • an alkaline solution of about 0.1 wt% or more and 10 wt% or less
  • the texture structure may be formed not only on the light receiving surface of the n-type silicon substrate 2 but also on the back surface of the n-type silicon substrate 2. Note that the surface contamination and damage layer removal during slicing and the formation of the texture structure may be performed simultaneously.
  • a cleaning method called RCA cleaning is used for cleaning the surface of the n-type silicon substrate 2 on which the texture structure is formed.
  • a cleaning method called RCA cleaning for cleaning the surface of the n-type silicon substrate 2, for example, a cleaning method called RCA cleaning is used.
  • RCA cleaning a mixed solution of sulfuric acid and hydrogen peroxide, a hydrofluoric acid aqueous solution, a mixed solution of ammonia and hydrogen peroxide, and a mixed solution of hydrochloric acid and hydrogen peroxide are prepared as cleaning solutions.
  • the organic substance, the metal and the oxide film are removed by combining the cleaning with the cleaning liquid.
  • cleaning with one or a plurality of cleaning liquids among the above cleaning liquids may be combined.
  • a mixed solution of hydrofluoric acid and hydrogen peroxide water and water containing ozone may be included as the cleaning liquid.
  • FIG. 8 is an explanatory diagram of step S20 of FIG.
  • Step S20 is a step of forming a p-type light-receiving surface side impurity diffusion layer 3 on the surface of the n-type silicon substrate 2 to form a pn junction.
  • the p-type light-receiving surface side impurity diffusion layer 3 is formed by inserting the n-type silicon substrate 2 having a textured structure into a thermal diffusion furnace and in the presence of boron tribromide (BBr 3 ) vapor or boron trichloride ( This is realized by heat-treating the n-type silicon substrate 2 in the presence of BCl 3 ) vapor.
  • BBr 3 boron tribromide
  • a pn junction is formed by the n-type silicon substrate 2 made of n-type single crystal silicon and the p-type light-receiving surface side impurity diffusion layer 3 formed on the light-receiving surface side of the n-type silicon substrate 2.
  • a semiconductor substrate 10 is obtained.
  • n-type impurities are diffused into the back surface of the semiconductor substrate 10, that is, the back surface of the n-type silicon substrate 2, and a selective diffusion layer is formed.
  • a phosphorus diffusion step using a doping paste for forming the back-side high-concentration impurity diffusion layer 11a and phosphorus oxychloride (POCl 3 ) for forming the back-side low-concentration impurity diffusion layer 11b is used. Will be described.
  • FIG. 9 is an explanatory diagram of step S30 in FIG.
  • Step S30 is a process in which a backside doping paste 21 containing phosphorus is selectively printed on the back surface of the semiconductor substrate 10, that is, the back surface of the n-type silicon substrate 2, as a doping paste that is a diffusion source of n-type impurities. is there.
  • the back side doping paste 21 which is a resin paste containing a phosphorus oxide is selectively printed on the back side of the n-type silicon substrate 2 using a screen printing method.
  • the printed pattern of the back surface side doping paste 21 is a pattern in which a plurality of dots are arranged in a lattice pattern on the entire back surface of the n-type silicon substrate 2, and the formation region of the back surface first electrode 13 on the back surface of the n-type silicon substrate 2. And a region to be a peripheral region thereof.
  • the printed pattern of the back side doping paste 21 is problematic because the contact resistance between the back side high concentration impurity diffusion layer 11a formed in the same pattern as the printed pattern of the back side doping paste 21 and the back side first electrode 13 is too high.
  • the pattern has an area that does not need to be.
  • the printed pattern of the backside doping paste 21 is caused by the increase in the area of the backside high-concentration impurity diffusion layer 11 a having high electrical resistance in the n-type backside impurity diffusion layer 11.
  • the pattern is regularly arranged in a predetermined direction on the back surface of the n-type silicon substrate 2 at such an interval that the resistance loss of the n-type silicon substrate 2 does not become a problem due to the increase in resistance loss.
  • the printed pattern of the back side doping paste 21 is set so that the area ratio is as low as possible on the back side high-concentration impurity diffusion layer 11 a and the back side of the n-type silicon substrate 2.
  • the printed pattern of the back side doping paste 21 is, for example, a pattern in which dots having a diameter of about 50 ⁇ m or more and 300 ⁇ m or less are arranged in a staggered pattern or a lattice pattern at intervals of about 0.3 mm or more and 3 mm or less. After printing the back side doping paste 21, the back side doping paste 21 is dried.
  • FIG. 10 is an explanatory diagram of step S40 in FIG.
  • Step S40 is a process of forming a BSF layer having a selective diffusion layer structure by heat-treating the semiconductor substrate 10 on which the back side doping paste 21 is printed.
  • the semiconductor substrate 10 on which the back-side doping paste 21 is printed is placed in a thermal diffusion furnace, and heat treatment is performed in the presence of phosphorus oxychloride (POCl 3 ) vapor.
  • POCl 3 phosphorus oxychloride
  • the boat on which the semiconductor substrate 10 is placed is placed in a horizontal furnace, and the semiconductor substrate 10 is heat-treated at about 1000 ° C. or more and about 1100 ° C. or less for 30 minutes.
  • phosphorus which is a dopant component in the back surface side doping paste 21 is thermally diffused into the n-type silicon substrate 2 immediately below the back surface side doping paste 21.
  • the back-side high-concentration impurity diffusion layer 11 a is formed in the surface layer on the back side of the n-type silicon substrate 2 immediately below the back-side doping paste 21.
  • the back side high-concentration impurity diffusion layer 11 a is formed in the same pattern as the printed pattern of the back side doping paste 21 and arranged in a staggered pattern or a grid pattern.
  • the dopant component of the back surface side doping paste 21 does not diffuse in the region other than the region immediately below the back surface side doping paste 21.
  • phosphorus in phosphorus oxychloride (POCl 3 ) vapor is thermally diffused in the surface layer in the region other than the region directly under the backside doping paste 21 in the surface layer on the backside of the n-type silicon substrate 2.
  • a back-side low-concentration impurity diffusion layer 11b in which phosphorus is diffused at a uniform concentration in the surface direction of the n-type silicon substrate 2 is formed by vapor phase diffusion.
  • the n-type backside impurity diffusion layer 11 having the backside high concentration impurity diffusion layer 11a and the backside low concentration impurity diffusion layer 11b which is a BSF layer having a selective diffusion layer structure, is formed.
  • the method for forming the back-side impurity diffusion layer 11 having the selective diffusion layer structure is not limited to a method in which the above-described doping paste and thermal diffusion from the gas phase are combined.
  • a method of forming a uniform n-type impurity diffusion layer by vapor phase thermal diffusion and then locally irradiating an oxide film formed at the time of diffusion and containing an impurity element, or a uniform n-type impurity layer by vapor phase thermal diffusion After forming the impurity diffusion layer, a method of forming a mask on a part of the back surface of the n-type silicon substrate 2 and performing an etching process, or a method of ion-implanting impurities into the back surface of the n-type silicon substrate 2 using the mask, etc.
  • Other methods can be used.
  • the semiconductor substrate 10 is overlapped with the light receiving surface sides of the two semiconductor substrates 10 facing each other so that the light receiving surface side of the semiconductor substrate 10 is not directly exposed to the atmosphere in the thermal diffusion furnace, and is mounted on the boat. It is inserted. Thereby, the film formation of phosphorous glass on the light receiving surface side of the semiconductor substrate 10 is greatly limited. Thereby, mixing of phosphorus from the atmosphere in the furnace into the n-type silicon substrate 2 from the light receiving surface side of the semiconductor substrate 10 is prevented. That is, phosphorus is diffused into the semiconductor substrate 10 selectively on the back surface, and the n-type back-side impurity diffusion layer 11 is formed on the back surface.
  • a diffusion mask film made of an oxide film or the like may be formed on the light receiving surface side of the semiconductor substrate 10.
  • step S50 of FIG. 6 the back side doping paste 21 is removed.
  • the backside doping paste 21 can be removed by immersing the semiconductor substrate 10 in a hydrofluoric acid aqueous solution. At this time, the oxide film containing phosphorus formed on the surface of the semiconductor substrate 10 in step S40 is also removed.
  • step S60 of FIG. 6 the p-type light-receiving surface side impurity diffusion layer 3 formed on the light-receiving surface side of the semiconductor substrate 10 and the n-type back-side impurity diffusion formed on the back surface side of the semiconductor substrate 10.
  • a pn separation step of electrically separating the layer 11 is performed. Specifically, for example, about 50 to 300 semiconductor substrates 10 that have undergone the processes up to step S50 are stacked, and end face etching is performed in which a side surface is etched by plasma discharge. Alternatively, laser separation may be performed in which the n-type silicon substrate 2 is exposed by melting the vicinity of the side edge of the light receiving surface or the back surface of the semiconductor substrate 10 or the side surface of the semiconductor substrate 10 by laser irradiation.
  • the pn separation step in step S60 can be omitted.
  • the hydrofluoric acid aqueous solution in which the silicon oxide film formed on the surface of the semiconductor substrate 10 on the light receiving surface side, that is, on the surface of the p-type light receiving surface side impurity diffusion layer 3 is, for example, 5% or more and 25% or less. Is removed. Then, the hydrofluoric acid aqueous solution adhering to the surface of the semiconductor substrate 10 is removed by washing with water. At this time, an oxide film formed by washing with water, generally called a natural oxide film, may be used as a passivation layer described later or a part thereof. For the same purpose, an oxide film obtained by cleaning the semiconductor substrate 10 with water containing ozone may be used as an antireflection film or a passivation layer described later, or a part thereof.
  • FIG. 11 is an explanatory diagram of step S70 in FIG. Step S ⁇ b> 70 is a step of forming the back surface side insulating film 12 and the antireflection film 4.
  • a silicon nitride film is formed on the back surface of the semiconductor substrate 10, that is, on the back-side impurity diffusion layer 11 by using, for example, a plasma chemical vapor deposition (CVD) method.
  • a back side insulating film 12 made of an insulating film is formed.
  • another passivation layer may be formed between the silicon nitride film of the back-side insulating film 12 and the back-side impurity diffusion layer 11.
  • the passivation layer is preferably a silicon oxide film, and in addition to general thermal oxidation, an oxide film obtained by washing with water or washing with ozone-containing water as described above may be used.
  • an antireflection film 4 made of a silicon nitride film is formed on the light receiving surface side of the semiconductor substrate 10, that is, on the p-type light receiving surface side impurity diffusion layer 3 by using, for example, plasma CVD.
  • another passivation layer may be formed between the silicon nitride film of the antireflection film 4 and the p-type light-receiving surface side impurity diffusion layer 3.
  • the passivation layer is preferably a silicon oxide film or an aluminum oxide film, or a laminated film of a silicon oxide film and an aluminum oxide film.
  • an oxide film obtained by washing with water or washing with ozone-containing water as described above may be used in addition to a general thermal oxide film.
  • the aluminum oxide film is formed, for example, by plasma CVD or ALD (Atomic Layer Deposition). In this case, a fixed charge included in the film formation is more preferable because it has an effect of enhancing the passivation ability.
  • the order of formation of the backside insulating film 12, the antireflection film 4 and other passivation layers formed on the front and back surfaces of the semiconductor substrate 10 is not necessarily limited to the above order. The order may be appropriately selected and formed.
  • FIG. 12 is an explanatory diagram of step S80 of FIG.
  • Step S80 is a process of printing the back surface first electrode 13.
  • an Ag-containing paste 13a which is an electrode material paste containing Ag, glass frit, and solvent, is screened on a region on the back-side high-concentration impurity diffusion layer 11a on the back-side insulating film 12 on the back side of the semiconductor substrate 10. It is printed selectively by printing.
  • the Ag-containing paste 13 a is an electrode material paste that has a property of being fire-through and that can be electrically contacted with the silicon surface on the back surface of the semiconductor substrate 10.
  • the Ag-containing paste 13a is printed in a region included in the backside high-concentration impurity diffusion layer 11a in a pattern in which a plurality of dots are arranged in a lattice pattern on the entire surface of the backside insulating film 12.
  • the printing pattern of the Ag-containing paste 13a is, for example, a pattern in which dots having a diameter of about 30 ⁇ m or more and 150 ⁇ m or less are arranged in a staggered pattern or a lattice at intervals of about 0.5 mm or more and 3.0 mm or less.
  • the back surface 1st electrode 13 of a dried state is formed by drying Ag containing paste 13a.
  • FIG. 13 is an explanatory diagram of step S90 of FIG.
  • Step S90 is a step of printing the back surface second electrode 14.
  • an Ag paste 14a which is an electrode material paste having no fire-through property, is formed on the upper surface of the dried first back electrode 13 and the surface of the back insulating film 12 between the dried first back electrode 13. It is printed selectively by screen printing.
  • the Ag paste 14a is a pattern for connecting a plurality of backside first electrodes 13 in a dry state, and is printed in parallel along a predetermined direction.
  • the print pattern of the Ag paste 14a is, for example, a linear pattern having a width of about 20 ⁇ m or more and 200 ⁇ m or less. Thereafter, the Ag paste 14a is dried to form the back second electrode 14 in a dry state.
  • FIG. 14 is an explanatory diagram of step S100 in FIG.
  • Step S100 is a step of printing the light receiving surface side electrode 7.
  • an AgAl-containing paste 7a which is an electrode material paste containing, for example, Ag, Al, glass frit, and a solvent, is formed on the antireflection film 4 in the shape of the light receiving surface side grid electrode 5 and the light receiving surface side bus electrode 6. And is selectively printed by screen printing. Thereafter, the Ag-containing paste 7a is dried, whereby the light-receiving surface side electrode 7 in a dry state having a comb shape is formed.
  • FIG. 15 is an explanatory diagram of step S110 in FIG.
  • Step S110 is a step of simultaneously baking the electrode material paste printed and dried on the light receiving surface side and the back surface side of the semiconductor substrate 10.
  • the semiconductor substrate 10 is introduced into a firing furnace, and a short-time heat treatment is performed at a peak temperature of about 600 ° C. to 900 ° C., for example, 800 ° C. for 3 seconds in an air atmosphere. Thereby, the resin component in the electrode material paste disappears.
  • the silver material is formed on the p-type light receiving surface side impurity diffusion layer 3 while the glass material contained in the Ag-containing paste 7 a is melted and penetrates the antireflection film 4.
  • Contact with silicon and re-solidify Thereby, the light receiving surface side grid electrode 5 and the light receiving surface side bus electrode 6 are obtained, and electrical conduction between the light receiving surface side electrode 7 and the silicon of the semiconductor substrate 10 is ensured.
  • the glass material contained in the Ag-containing paste 13a is melted and penetrates through the back surface insulating film 12, so that the silver material and silicon of the back surface high-concentration impurity diffusion layer 11a. Contact and re-solidify. Thereby, the back surface 1st electrode 13 is obtained. Further, the Ag paste 14 a is connected to the first back electrode 13. Thereby, the back surface 2nd electrode 14 which connects back surface 1st electrodes 13 is obtained, and the electrical conduction with the silicon
  • the electrode material paste may be baked separately on the light receiving surface side and the back surface side.
  • the solar battery cell 1 according to the first embodiment shown in FIGS. 1 to 5 can be manufactured.
  • the order of arrangement of the paste, which is an electrode material, on the semiconductor substrate 10 may be switched between the light receiving surface side and the back surface side.
  • the area ratio of the back-side high-concentration impurity diffusion layer 11a in the back-side impurity diffusion layer 11 is low, and the back-side impurity diffusion layer 11 and the back side A solar battery cell having a small contact area with the electrode 15 and capable of achieving high photoelectric conversion efficiency is realized. Therefore, according to the photovoltaic cell 1 concerning this Embodiment 1, there exists an effect that the photovoltaic cell which has a selective diffusion layer structure and can implement
  • FIG. FIG. 16 is a top view of the solar battery cell 31 according to the second embodiment of the present invention as viewed from the light receiving surface side.
  • FIG. 17 is an enlarged view showing the light receiving surface side of the solar battery cell 31 according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 18 is a cross-sectional view of main parts of the solar battery cell 31 according to the second embodiment of the present invention, and is a cross-sectional view taken along the line CC in FIG.
  • FIG. 19 is a cross-sectional view of main parts of the solar battery cell 31 according to the second embodiment of the present invention, which is a cross-sectional view taken along DD in FIG.
  • FIG. 17 shows a state seen through the antireflection film 4.
  • the solar cell 31 according to the second embodiment is different from the solar cell 1 according to the first embodiment in the structure on the light receiving surface side.
  • the p-type light-receiving surface side impurity diffusion layer 32 which is an impurity diffusion layer on the light-receiving surface side, has a selective diffusion layer structure like the n-type back surface side impurity diffusion layer 11 of the solar cell 1.
  • the light receiving surface side electrode 36 has the same configuration as the back surface side electrode 15 of the solar battery cell 1.
  • the configuration of the back surface side of the solar battery cell 31 is the same as that of the solar battery cell 1 according to the first embodiment.
  • the same members as those of the solar battery cell 1 are denoted by the same reference numerals as those of the solar battery cell 1, and the description thereof is omitted.
  • boron in the p-type light receiving surface side impurity diffusion layer 32 has a relatively low concentration.
  • a diffused light-receiving surface side low-concentration impurity diffusion layer 32b which is a diffused second impurity diffusion layer on the light-receiving surface side, is formed.
  • the concentration of phosphorus in the back-side low-concentration impurity diffusion layer 11b is about 5 ⁇ 10 19 atoms / cm 3 .
  • the surface layer portion on the light receiving surface side of the semiconductor substrate 33 has a third impurity diffusion layer containing boron at a third concentration and a fourth impurity containing boron at a fourth concentration lower than the third concentration.
  • a p-type impurity diffusion layer having a diffusion layer is disposed.
  • Each of the plurality of light receiving surface side high-concentration impurity diffusion layers 32a is connected to a dot-shaped light receiving surface first electrode 34 that is a first electrode on the light receiving surface and penetrates the antireflection film 4. Therefore, the arrangement of the light receiving surface side high concentration impurity diffusion layer 32 a is the same pattern as the arrangement pattern of the light receiving surface first electrode 34. In addition, the pattern of the light receiving side high concentration impurity diffusion layer 32a is the same as the pattern of the back side high concentration impurity diffusion layer 11a.
  • a plurality of dot-shaped light receiving surface first electrodes which are first electrodes on the light receiving surface and penetrate the antireflection film 4 and reach the light receiving surface side high concentration impurity diffusion layer 32a.
  • 34 are arranged in a lattice pattern and embedded in the antireflection film 4.
  • the pattern of the light receiving surface first electrode 34 is the same as that of the back surface first electrode 13. Therefore, the light receiving surface first electrode 34 is formed on the light receiving surface side high concentration impurity diffusion layer 32a as a point on the light receiving surface side of the semiconductor substrate 33 and is connected to the light receiving surface side high concentration impurity diffusion layer 32a.
  • a plurality of light receiving surface second electrodes 35 which are second electrodes of the light receiving surface and electrically connect the plurality of light receiving surface first electrodes 34 to each other are formed.
  • the light-receiving surface second electrode 35 is an electrode made of an electrode material that does not have a fire-through property during firing and does not actively make electrical contact with silicon.
  • the plurality of light receiving surface second electrodes 35 are in contact with the upper portion of the light receiving surface first electrode 34 and the surface of the antireflection film 4, along a predetermined direction on the light receiving surface first electrode 34 and the antireflection film 4. Are arranged in parallel.
  • the light receiving surface first electrode 34 and the light receiving surface second electrode 35 constitute a light receiving surface side electrode 36.
  • the p-type light-receiving surface side impurity diffusion layer 32 is formed in the same manner as the n-type back surface side impurity diffusion layer 11 of the solar cell 1 according to the first embodiment. And it can produce by forming the light-receiving surface side electrode 36 by the method similar to the back surface side electrode 15 of the photovoltaic cell 1 concerning Embodiment 1.
  • FIG. 20 is a flowchart for explaining the procedure of the method for manufacturing the solar battery cell 31 according to the second embodiment of the present invention.
  • FIGS. 21-23 is principal part sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of the photovoltaic cell 31 concerning Embodiment 2 of this invention. In FIG. 20, the same steps as those in FIG. 6 are denoted by the same step numbers.
  • a light-receiving surface side doping paste 41 containing boron as a doping paste which is a p-type impurity diffusion source is formed on the light-receiving surface side of the n-type silicon substrate 2 in step S210 as shown in FIG. Printed selectively.
  • the light receiving surface side doping paste 41 which is a resin paste containing boron oxide, is selectively printed on the light receiving surface of the n-type silicon substrate 2 using a screen printing method.
  • the printed pattern of the light-receiving surface side doping paste 41 is a pattern in which a plurality of dots are arranged in a lattice pattern on the entire surface of the light-receiving surface of the n-type silicon substrate 2, and the light-receiving surface first electrode on the light-receiving surface of the n-type silicon substrate 2 34 is a region to be formed and its peripheral region.
  • step S220 the n-type silicon substrate 2 on which the light-receiving surface side doping paste 41 is printed is heat-treated to form a p-type light-receiving surface-side impurity diffusion layer 32 having a selective diffusion layer structure.
  • step S220 the n-type silicon substrate 2 on which the light-receiving surface side doping paste 41 is printed is placed in a thermal diffusion furnace, and boron tribromide (BBr 3 ) vapor is present or boron trichloride (BCl 3 ) vapor is present. A heat treatment is performed.
  • BBr 3 boron tribromide
  • BCl 3 boron trichloride
  • the light-receiving surface side high-concentration impurity diffusion layer 32a is formed in the surface layer on the light-receiving surface side of the n-type silicon substrate 2 immediately below the light-receiving surface-side doping paste 41.
  • the light-receiving surface-side low-concentration impurity diffusion layer 32b is formed by vapor phase diffusion in a region other than the region immediately below the light-receiving surface-side doping paste 41.
  • a p-type light-receiving surface side impurity diffusion layer 32 having a selective diffusion layer structure is formed as shown in FIG.
  • step S230 the light receiving surface side doping paste 41 is removed by the same method as in step S50.
  • step S240 the light receiving surface first electrode 34 is printed.
  • step S240 as shown in FIG. 23, an electrode containing Ag, Al, glass frit, and a solvent in a region on the light receiving surface side high-concentration impurity diffusion layer 32a on the antireflection film 4 of the light receiving surface of the semiconductor substrate 33.
  • An AgAl-containing paste 34a which is a material paste, is selectively printed by screen printing.
  • the AgAl-containing paste 34 a is an electrode material paste that has the property of being fire-through and that can be in electrical contact with the silicon surface of the light receiving surface of the semiconductor substrate 33.
  • the AgAl-containing paste 34a is dried, whereby the light-receiving surface first electrode 34 in a dry state is formed.
  • the AgAl-containing paste 34a is printed in a region included in the light-receiving surface side high-concentration impurity diffusion layer 32a in a pattern in which a plurality of dots are arranged in a lattice pattern on the entire surface of the antireflection film 4.
  • the printing pattern of the AgAl-containing paste 34a is the same as the printing pattern of the Ag-containing paste 13a.
  • step S250 the light receiving surface second electrode 35 is printed.
  • step S250 as shown in FIG. 23, the upper part of the light-receiving surface first electrode 34 in the dry state and the surface of the antireflection film 4 between the light-receiving surface first electrode 34 in the dry state do not have fire-through property during firing.
  • An Ag paste 35a that is an electrode material paste is selectively printed by screen printing.
  • the Ag paste 35a is a pattern for connecting a plurality of dry-state light-receiving surface first electrodes 34, and is printed in parallel along a predetermined direction.
  • the printing pattern of the Ag paste 35a is the same as the printing pattern of the Ag paste 14a.
  • the Ag paste 35a is dried, whereby the light-receiving surface second electrode 35 in a dry state is formed.
  • step S110 the electrode material paste printed and dried on the light receiving surface side and the back surface side of the semiconductor substrate 33 is simultaneously fired. Thereby, the back surface side electrode 15 having the back surface first electrode 13 and the back surface second electrode 14 is obtained on the back surface side of the semiconductor substrate 33.
  • the AgAl material is melted through the antireflection film 4 while the glass material contained in the AgAl-containing paste 34a is melted, and the silicon of the light receiving surface side high-concentration impurity diffusion layer 32a. To re-solidify. Thereby, the light-receiving surface first electrode 34 is obtained.
  • the Ag paste 35 a is connected to the light receiving surface first electrode 34.
  • the light receiving surface second electrode 35 that connects the light receiving surface first electrodes 34 to each other is obtained, and electrical conduction between the light receiving surface side electrode 36 and the silicon of the semiconductor substrate 33 is ensured.
  • the light receiving surface side electrode 36 having the light receiving surface first electrode 34 and the light receiving surface second electrode 35 is obtained.
  • the electrode material paste may be baked separately on the light receiving surface side and the back surface side.
  • the solar battery cell 31 according to the second embodiment shown in FIGS. 16 to 19 can be manufactured.
  • the order of arrangement of the paste, which is an electrode material, on the semiconductor substrate 33 may be switched between the light receiving surface side and the back surface side.
  • the p-type light-receiving surface side impurity diffusion layer 32 and the n-type back surface side impurity diffusion layer 11 of the solar cell 1 according to the first embodiment are used.
  • the light receiving surface side electrode 36 has the same configuration as the back surface side electrode 15 of the solar battery cell 1 according to the first exemplary embodiment.
  • the area ratio of the light receiving surface side high-concentration impurity diffusion layer 32a in the light receiving surface side impurity diffusion layer 32 is low, and the light receiving surface side impurity diffusion layer 32 and the light receiving surface are received.
  • a solar battery cell having a small contact area with the surface-side electrode 36 and capable of high photoelectric conversion efficiency is realized.
  • the light receiving surface second electrode 35 has a composition of a silver, glass or ceramic component and a solvent, which is different from that of the light receiving surface first electrode 34.
  • a paste electrode which is an electrode material having a property that the amount of erosion to the silicon surface is small and the silicon surface is less damaged.
  • the metal contained in the second light-receiving surface electrode 35 is not limited to Ag, and the amount of erosion of the light-receiving surface of the semiconductor substrate 33 with respect to the silicon surface is small when the paste is fired. Any metal material with little contact may be used.
  • the configuration described in the above embodiment shows an example of the contents of the present invention, and can be combined with another known technique, and can be combined with other configurations without departing from the gist of the present invention. It is also possible to omit or change the part.

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Abstract

太陽電池セル（１）は、ｐｎ接合を有するｎ型の半導体基板（２）と、半導体基板（２）の受光面または受光面と対向する裏面側の表層に形成されており、ｎ型またはｐ型の不純物元素を第１の濃度で含有する裏面側高濃度不純物拡散層（１１ａ）と、裏面側高濃度不純物拡散層（１１ａ）と同じ導電型の不純物元素を第１の濃度よりも低い第２の濃度で含有する裏面側低濃度不純物拡散層（１１ｂ）とを有する裏面側不純物拡散層（１１）と、を備える。また、太陽電池セル（１）は、半導体基板（２）の裏面において複数箇所に形成されており、裏面側高濃度不純物拡散層（１１ａ）に電気的に接続する裏面第１電極（１３）と、裏面側不純物拡散層（１１）から離間した状態で複数の裏面第１電極（１３）を電気的に接続する裏面第２電極（１４）と、を備える。

Description

太陽電池セルおよび太陽電池セルの製造方法
　本発明は、選択拡散層構造を有する太陽電池セルおよび太陽電池セルの製造方法に関する。
　従来、ｎ型シリコン基板を用いた太陽電池セルの高光電変換効率化を実現する技術として、特許文献１には、両面選択拡散層構造による光電変換効率の向上技術が開示されている。特許文献１では、ｎ型シリコン基板の表面側に高濃度ｐ型拡散領域と低濃度ｐ型拡散領域とが形成され、ｎ型シリコン基板の裏面側に高濃度ｎ型拡散領域と低濃度ｎ型拡散領域とが形成される。そして、グリッド電極およびバスバー電極からなる表面電極が表面側の高濃度ｐ型拡散領域上に形成され、グリッド電極およびバスバー電極からなる裏面電極が裏面側の高濃度ｎ型拡散領域上に形成された太陽電池セルが開示されている。
　太陽電池基板としてｎ型基板を用いる場合は、エミッタはｐ＋拡散層になる。ここで、ｐ＋拡散層に接続する電極の材料に銀アルミニウム（ＡｇＡｌ）ペーストを用いることで、ｐ＋拡散層におけるｐ型の不純物濃度が５×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３程度以下の比較的低濃度の拡散層においても、ｐ＋拡散層と電極との良好なコンタクトを形成できる。このため、電極下部の領域のみに高濃度不純物拡散層を形成する選択拡散層構造としなくても、２０％以上の高い光電変換効率が得られる。
　一方で、太陽電池基板の裏面のｎ＋拡散層（Ｂａｃｋ　Ｓｕｒｆａｃｅ　Ｆｉｅｌｄ：ＢＳＦ）に関しては、ｎ型の不純物濃度が１×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３程度以下のｎ＋拡散層に対して、ｎ＋拡散層と電極との十分に低いコンタクト抵抗を形成することは難しい。このため、通常、裏面のｎ＋拡散層においては、１×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３程度の不純物濃度が必要になる。以下、不純物濃度について「１×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３」を、「１９乗」と示す場合がある。以下、不純物濃度について「１×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３」を、「２０乗」と示す場合がある。なお、不純物濃度が１９乗とは、１立方ｃｍの体積の中に、不純物が１×１０１９個含まれていることを示す。
　１９乗程度の低い不純物濃度のｎ＋拡散層は、電界効果が弱いため、ｎ＋拡散層における電極が形成された界面の欠陥による再結合が大きく、特性低下が生じる。しかしながら、不純物濃度が２０乗台のｎ＋拡散層では、太陽電池基板の裏面側、すなわちｎ＋拡散層上にパッシベーション膜を形成しても、ｎ＋拡散層における再結合が大きいため、高光電変換効率化の妨げとなる。特に、２１％以上の高い光電変換効率を得るためには、不純物濃度が１９乗程度のｎ＋拡散層を形成することが好ましく、選択拡散層構造を形成する必要がある。
　そして、太陽電池基板としてｎ型基板を用いて、裏面側にパッシベーション膜を設けた太陽電池セルでは、裏面選択拡散層構造を用いることによるパッシベーション性の改善が重要である。そして、太陽電池基板の裏面側のパッシベーション性を適正化するためには、太陽電池基板の裏面の不純物拡散層における高濃度不純物拡散層領域の面積率の低減および電極と不純物拡散層とのコンタクト領域の低減が重要である。選択拡散層構造および電極の作製工程は、以下のとおりである。
　まず、選択拡散層構造を形成する。たとえばｎ型の基板の裏面にドーピングペーストを印刷し、熱処理することで部分的に高濃度拡散層領域を形成する。また、気相熱拡散によりｎ型の基板の裏面に低濃度不純物拡散層領域を形成する。つぎに、高濃度拡散層領域上に電極を形成する。ここで、低濃度不純物拡散層に電極が接触した場合には、接触部の再結合が多くなる一方で、低濃度不純物拡散層は電界効果が弱く、低濃度不純物拡散層と電極との接触の影響が大きく、特性低下を招く。このため、電極は、高濃度拡散領域からはみ出さないように設計する必要がある。
　また、電極形成には通常、コストパフォーマンスの高いスクリーン印刷が用いられる。スクリーン印刷は、マスク開口部から金属を含む電極材料ペーストを押し出して半導体基板に電極材料ペーストを塗布するため、材料使用効率が高い。また、電極材料ペースト中にガラスまたはセラミック成分を添加することで、その後の焼成工程でパッシベーション膜をファイヤスルーして金属材料とシリコン表面とを接触させることが可能なため、高価なコンタクトホール開口プロセスが不要である。
特開２０１２－５４４５７号公報
　しかしながら、スクリーン印刷により長尺細長のグリッド電極を形成する場合、細線化可能な印刷幅は３０μｍ以上１００μｍ以下程度であり、十分な細線化は難しい。また、マスクの伸縮の問題または位置合わせ精度の問題から、電極幅よりも広く高濃度拡散層を形成する必要がある。
　一方で、電極形成領域以外の高濃度不純物拡散領域は特性低下の原因となる。このため、太陽電池セルの高光電変換効率化には、高濃度不純物拡散領域の低減が必要であるが、グリッド電極の細線化が難しいため、高濃度不純物拡散領域の低減には限界がある。また、グリッド電極の細線化が難しいため、低濃度不純物拡散層と電極との接触領域も同様に低減には限界がある。
　本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、選択拡散層構造を有し、高い光電変換効率を実現可能な太陽電池セル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、本発明は、太陽電池セルが、ｐｎ接合を有するｎ型の半導体基板と、半導体基板の受光面または受光面と対向する裏面側の表層に形成されており、ｎ型またはｐ型の不純物元素を第１の濃度で含有する第１不純物拡散層と、第１不純物拡散層と同じ導電型の不純物元素を第１の濃度よりも低い第２の濃度で含有する第２不純物拡散層とを有する不純物拡散層と、を備える。また、太陽電池セルが、半導体基板における不純物拡散層が形成された面において複数箇所に形成されており、第１不純物拡散層に電気的に接続する第１電極と、不純物拡散層から離間した状態で複数の第１電極を電気的に接続する第２電極と、を備える。
　本発明にかかる太陽電池セルは、選択拡散層構造を有し、高い光電変換効率を実現可能な太陽電池セルが得られる、という効果を奏する。
本発明の実施の形態１にかかる太陽電池セルを受光面側から見た上面図 本発明の実施の形態１にかかる太陽電池セルを受光面と対向する裏面側から見た下面図 本発明の実施の形態１にかかる太陽電池セルの裏面側を拡大して示す図 本発明の実施の形態１にかかる太陽電池セルの要部断面図であり、図３におけるＡ－Ａ断面図 本発明の実施の形態１にかかる太陽電池セルの要部断面図であり、図３におけるＢ－Ｂ断面図 本発明の実施の形態１にかかる太陽電池セルの製造方法の手順を説明するためのフローチャート 本発明の実施の形態１にかかる太陽電池セルの製造方法を説明するための要部断面図 本発明の実施の形態１にかかる太陽電池セルの製造方法を説明するための要部断面図 本発明の実施の形態１にかかる太陽電池セルの製造方法を説明するための要部断面図 本発明の実施の形態１にかかる太陽電池セルの製造方法を説明するための要部断面図 本発明の実施の形態１にかかる太陽電池セルの製造方法を説明するための要部断面図 本発明の実施の形態１にかかる太陽電池セルの製造方法を説明するための要部断面図 本発明の実施の形態１にかかる太陽電池セルの製造方法を説明するための要部断面図 本発明の実施の形態１にかかる太陽電池セルの製造方法を説明するための要部断面図 本発明の実施の形態１にかかる太陽電池セルの製造方法を説明するための要部断面図 本発明の実施の形態２にかかる太陽電池セルを受光面側から見た上面図 本発明の実施の形態２にかかる太陽電池セルの受光面側を拡大して示す図 本発明の実施の形態２にかかる太陽電池セルの要部断面図であり、図１７におけるＣ－Ｃ断面図 本発明の実施の形態２にかかる太陽電池セルの要部断面図であり、図１７におけるＤ－Ｄ断面図 本発明の実施の形態２にかかる太陽電池セルの製造方法の手順を説明するためのフローチャート 本発明の実施の形態２にかかる太陽電池セルの製造方法を説明するための要部断面図 本発明の実施の形態２にかかる太陽電池セルの製造方法を説明するための要部断面図 本発明の実施の形態２にかかる太陽電池セルの製造方法を説明するための要部断面図
　以下に、本発明の実施の形態にかかる太陽電池セルおよび太陽電池セルの製造方法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は、本発明の実施の形態１にかかる太陽電池セル１を受光面側から見た上面図である。図２は、本発明の実施の形態１にかかる太陽電池セル１を受光面と対向する裏面側から見た下面図である。図３は、本発明の実施の形態１にかかる太陽電池セル１の裏面側を拡大して示す図である。図４は、本発明の実施の形態１にかかる太陽電池セル１の要部断面図であり、図３におけるＡ－Ａ断面図である。図５は、本発明の実施の形態１にかかる太陽電池セル１の要部断面図であり、図３におけるＢ－Ｂ断面図である。なお、図３では、裏面側絶縁膜１２を透過して見た状態を示している。
　本実施の形態にかかる太陽電池セル１においては、ｎ型のシリコンからなるｎ型の半導体基板２の受光面の全体にボロン（Ｂ）が拡散されたｐ型の受光面側不純物拡散層３が形成されて、ｐｎ接合を有する半導体基板１０が形成されている。本実施の形態１では、ｎ型の半導体基板２は、単結晶シリコンからなる基板とする。以下、ｎ型の半導体基板２をｎ型シリコン基板２と呼ぶ場合がある。少数キャリヤ寿命の長いｎ型シリコン基板２を太陽電池基板に用いることで、太陽電池基板にｐ型シリコン基板を用いる場合と比較して、より高い光電変換効率を得ることが可能である。ｐ型の受光面側不純物拡散層３の不純物濃度は、５×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３程度以下とされる。また、ｐ型の受光面側不純物拡散層３の不純物濃度の下限は、表面の導電率の観点から、１×１０１7ａｔｏｍｓ／ｃｍ３程度である。
　また、受光面側不純物拡散層３上には、絶縁膜であるシリコン窒化膜からなる反射防止膜４が形成されている。反射防止膜４は、太陽電池セル１の受光面における反射を防止する反射防止機能とともに、半導体基板１０の受光面、すなわち太陽電池セル１の受光面をパッシベーションする受光面側パッシベーション膜としての機能を有する。この太陽電池セル１においては、反射防止膜４側から光Ｌが入射する。
　半導体基板２としてはｎ型の単結晶シリコン基板またはｎ型の多結晶シリコン基板を用いることができる。また、反射防止膜４には、シリコン酸化膜を用いてもよい。また、太陽電池セル１の半導体基板１０の受光面側の表面には、テクスチャ構造として図示しない微小凹凸が形成されている。微小凹凸は、受光面において外部からの光を吸収する面積を増加し、受光面における反射率を抑え、光を閉じ込める構造となっている。
　半導体基板２における受光面側には、長尺細長の複数本の受光面側グリッド電極５が、半導体基板１０における一対の辺方向に沿って並列に配置されている。また、受光面側グリッド電極５と導通する複数本の受光面側バス電極６が受光面側グリッド電極５と直交した状態で、半導体基板１０における他の一対の辺方向に沿って並列に配置されている。受光面側グリッド電極５および受光面側バス電極６は、それぞれ底面部においてｐ型の受光面側不純物拡散層３に電気的に接続している。受光面側グリッド電極５および受光面側バス電極６は、銀を含んだ電極材料により構成されている。そして、受光面側グリッド電極５と受光面側バス電極６とにより、櫛型状を呈する第１電極である受光面側電極７が構成されている。
　受光面側電極７は、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、ガラスを含む電極材料により構成され、反射防止膜４を突き抜けてｐ型の受光面側不純物拡散層３に電気的に接続して設けられている。受光面側電極７は、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、ガラスを含む電極材料であるＡｇＡｌペーストが印刷および焼成されることにより形成されたＡｇＡｌペースト電極である。
　本実施の形態１にかかる太陽電池セル１は、ｎ型シリコン基板２を用いるためエミッタ層がｐ＋層であるｐ型の受光面側不純物拡散層３になる。太陽電池セル１は、受光面側電極７にＡｇＡｌペースト電極を用いるため、不純物濃度が５×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３程度以下の比較的低濃度のｐ型の受光面側不純物拡散層３においても、受光面側電極７とｐ型の受光面側不純物拡散層３との間の良好なコンタクトを形成できる。
　受光面側グリッド電極５は、例えば４０μｍ以上、７０μｍ以下程度の幅を有するとともに既定の間隔で平行に１００本以上、３００本以下の本数が配置され、半導体基板１０の内部で発電した電気を集電する。また、受光面側バス電極６は、例えば０．５ｍｍ以上、１．０ｍｍ以下程度の幅を有するとともに太陽電池セル１枚当たりに２本以上、５本以下の本数が配置され、受光面側グリッド電極５で集電した電気を外部に取り出す。
　一方、半導体基板１０における受光面と対向する裏面には、全体にわたって絶縁膜であるシリコン窒化膜からなる裏面側絶縁膜１２が形成されている。裏面側絶縁膜１２は、太陽電池セル１の裏面をパッシベーションする裏面側パッシベーション膜として機能する。なお、裏面側絶縁膜１２には、シリコン酸化膜を用いてもよい。
　また、半導体基板１０における受光面と対向する裏面には、裏面側の第１電極であって、裏面側絶縁膜１２を貫通して、後述する半導体基板１０の裏面の裏面側高濃度不純物拡散層１１ａに達する複数のドット状の裏面第１電極１３が格子状に配列して裏面側絶縁膜１２に埋設されている。ドット状の裏面第１電極１３は、半導体基板２の裏面の全面において、既定の方向に規則的に配置されている。裏面第１電極１３の配置は、裏面側高濃度不純物拡散層１１ａの配置パターンと同様のパターンとされている。ドットの形状は、裏面側高濃度不純物拡散層１１ａのドット形状よりも小さい円形とされている。そして、裏面第１電極１３は、半導体基板１０の面方向において裏面側高濃度不純物拡散層１１ａに内包されている。したがって、裏面第１電極１３は、半導体基板１０の裏面において、裏面側高濃度不純物拡散層１１ａ上にポイント的に形成されて裏面側高濃度不純物拡散層１１ａに接続されている。
　なお、裏面第１電極１３の配列パターンは、格子状に限らず、半導体基板２の裏面の全面において、満遍なく配置されるパターンであればよい。また、本実施の形態１では、ドットの形状を円形としているが、後述する裏面側高濃度不純物拡散層１１ａと電気的に接続できれば、ドットの形状はこれに限定されず、四角形等の任意の形状とすることができる。
　さらに、半導体基板１０の裏面には、裏面側の第２電極であって複数の裏面第１電極１３同士を電気的に接続する複数の裏面第２電極１４が形成されている。複数の裏面第２電極１４は、裏面第１電極１３の上部および裏面側絶縁膜１２の表面に接触した状態で、裏面第１電極１３上および裏面側絶縁膜１２上に既定の方向に沿って並列配置されている。各々の裏面第２電極１４は、既定の方向に沿って配置された複数の裏面第１電極１３の中心上を通り、電気的に接続している。なお、各々の裏面第２電極１４は、既定の方向に沿って配置された複数の裏面第１電極１３同士を電気的接続できれば、裏面第１電極１３の中心上からずれていても問題ない。そして、裏面第１電極１３と裏面第２電極１４とにより、裏面側電極１５が構成されている。
　裏面第１電極１３は、銀と、ガラスまたはセラミック成分と、溶剤とを含み、焼成時にファイヤスルー性を有する、すなわちファイヤスルーする性質を有する電極材料であるＡｇペーストが印刷および焼成されることにより形成されたＡｇペースト電極である。裏面第１電極１３に含まれる金属はＡｇに限定されず、Ａｇペーストがファイヤスルーする際に半導体基板１０の裏面のシリコン表面を侵食してシリコン表面と電気的接触可能な金属材料であればよい。
　裏面第２電極１４は、焼成時にファイヤスルー性を有さない、シリコンと積極的に電気的接触をとらない電極材料からなる電極である。
　なお、裏面第２電極１４は、裏面第１電極１３と異なる、銀、ガラスまたはセラミック成分と、溶剤の組成としており、焼成時にファイヤスルーはするがシリコン表面に対する侵食量が少なくシリコン表面のダメージの少ない性質を有する電極材料であるペースト電極とすることも可能である。この場合に、裏面第２電極１４に含まれる金属はＡｇに限定されず、ペーストの焼成時にファイヤスルーした場合に半導体基板１０の裏面のシリコン表面に対する侵食量が少なくシリコン表面との電気的接触が少ない金属材料であればよい。
　なお、裏面第２電極１４がシリコン表面と接触する場合は、裏面第２電極１４は後述する裏面側高濃度不純物拡散層１１ａの他にも裏面側低濃度不純物拡散層１１ｂにも接触する。そして、裏面第２電極１４が裏面側低濃度不純物拡散層１１ｂに接触する場合は、接触部の再結合が多くなる一方で、裏面側低濃度不純物拡散層１１ｂの電界効果が弱く、裏面第２電極１４と裏面側低濃度不純物拡散層１１ｂとの接触の影響が大きく、太陽電池セル１の特性低下を招く。このため、裏面第２電極１４は、ファイヤスルーして裏面側低濃度不純物拡散層１１ｂに接触していないことが好ましく、また裏面第２電極１４は、ファイヤスルーして裏面側低濃度不純物拡散層１１ｂに接触している場合も、電気的接触が少ないことが好ましい。したがって、裏面第２電極１４は、焼成時にファイヤスルー性を有さない、すなわちファイヤスルーしない性質を有する電極材料ペーストが印刷および焼成されることにより形成されたＡｇペースト電極であることが好ましい。
　そして、半導体基板１０の受光面と対向する裏面の表層には、裏面側の不純物拡散層であるｎ型の裏面側不純物拡散層１１が形成されている。ｎ型の裏面側不純物拡散層１１は、半導体基板１０における裏面の表層の全体にｎ型の不純物としてリン（Ｐ）が拡散されたｎ型の不純物拡散層拡散層である。太陽電池セル１においては、ｎ型の裏面側不純物拡散層１１として２種類の層が形成されて選択拡散層構造が形成されている。すなわち、半導体基板１０の裏面側の表層部において、裏面第１電極１３の下部領域およびその周辺領域には、ｎ型の裏面側不純物拡散層１１においてリンが相対的に高濃度に拡散された、裏面側の第１不純物拡散層である裏面側高濃度不純物拡散層１１ａが形成されている。裏面側高濃度不純物拡散層１１ａのリンの濃度は、１×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３程度である。
　また、半導体基板１０の裏面側の表層部において裏面側高濃度不純物拡散層１１ａが形成されていない領域には、ｎ型の裏面側不純物拡散層１１においてリンが相対的に低濃度に拡散された、裏面側の第２不純物拡散層である裏面側低濃度不純物拡散層１１ｂが形成されている。裏面側低濃度不純物拡散層１１ｂのリンの濃度は、１×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３程度である。したがって、半導体基板１０の裏面側の表層部には、リンを第１の濃度で含有する第１不純物拡散層である裏面側不純物拡散層１１と、リンを第１の濃度よりも低い第２の濃度で含有する第２不純物拡散層である裏面側低濃度不純物拡散層１１ｂと、を有するｎ型の不純物拡散層が配置されている。
　複数の裏面側高濃度不純物拡散層１１ａの各々には、裏面側絶縁膜１２を貫通したドット状の裏面第１電極１３が接続されている。したがって、裏面側高濃度不純物拡散層１１ａの配置は、裏面第１電極１３の配置パターンと同様のパターンとされている。すなわち、複数の裏面側高濃度不純物拡散層１１ａは、半導体基板１０の裏面の全面において、既定の方向に規則的に配置されており、格子状に配列して設けられている。ドットの形状は、円形とされている。なお、裏面側高濃度不純物拡散層１１ａの配列パターンは、格子状に限らず、裏面第１電極１３と同様のパターンであって、半導体基板２の裏面の全面において、満遍なく配置されるパターンであればよい。また、本実施の形態１では、ドットの形状を円形としているが、裏面第１電極１３と電気的に接続できれば、ドットの形状はこれに限定されず、四角形等の任意の形状とすることができる。
　裏面側高濃度不純物拡散層１１ａは、裏面側低濃度不純物拡散層１１ｂに比べて低い電気抵抗を有する低抵抗拡散層である。裏面側低濃度不純物拡散層１１ｂは、裏面側高濃度不純物拡散層１１ａに比べて高い電気抵抗を有する高抵抗拡散層である。そして、裏面側高濃度不純物拡散層１１ａと裏面側低濃度不純物拡散層１１ｂとにより裏面側不純物拡散層１１が構成されている。
　したがって、裏面側高濃度不純物拡散層１１ａのリンの拡散濃度を第１拡散濃度とし、裏面側低濃度不純物拡散層１１ｂのリンの拡散濃度を第２拡散濃度とすると、第２拡散濃度は、第１拡散濃度よりも低くなる。また、裏面側高濃度不純物拡散層１１ａの電気抵抗値を第１電気抵抗値とし、裏面側低濃度不純物拡散層１１ｂの電気抵抗値を第２電気抵抗値とすると、第２電気抵抗値は、第１電気抵抗値よりも大きくなる。
　上述した太陽電池セル１は、ｎ型シリコン基板２の裏面側に選択拡散層領域であるドット状のｎ型の裏面側高濃度不純物拡散層１１ａが形成されている。また、太陽電池セル１は、裏面側高濃度不純物拡散層１１ａ以外のｎ型シリコン基板２の裏面側の領域の全面には、裏面側高濃度不純物拡散層１１ａよりも不純物濃度が低濃度であるｎ型の裏面側低濃度不純物拡散層１１ｂが形成されている。ｎ型の裏面側低濃度不純物拡散層１１ｂは、ＢＳＦ効果により半導体基板１０の裏面における再結合を抑制して、開放電圧を向上させて、太陽電池セル１の光電変換効率を向上させる効果を有する。
　また、上述した太陽電池セル１は、裏面側のｎ型の裏面側不純物拡散層１１の外表面に、すなわち裏面側高濃度不純物拡散層１１ａの外表面および裏面側低濃度不純物拡散層１１ｂの外表面に、パッシベーション膜として機能を有する裏面側絶縁膜１２が形成されている。このため、太陽電池セル１は、裏面側絶縁膜１２のパッシベーション効果により、半導体基板１０の裏面における再結合の抑制効果が向上し、開放電圧をさらに向上させて、光電変換効率をさらに向上させる効果を有する。
　また、上述した太陽電池セル１は、ｐ型の受光面側不純物拡散層３の外表面に、パッシベーション膜としての機能を兼ねた反射防止膜４が形成されている。このため、太陽電池セル１は、反射防止膜４のパッシベーション効果により、半導体基板１０の受光面における再結合の抑制効果が向上し、開放電圧をさらに向上させて、光電変換効率をさらに向上させる効果を有する。
　すなわち、太陽電池セル１は、受光面および裏面にパッシベーション膜を備えるため、高い光電変換効率が得られる。
　また、上述した太陽電池セル１は、裏面側高濃度不純物拡散層１１ａのリンの濃度が１×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３程度であり、裏面側高濃度不純物拡散層１１ａと裏面第１電極１３との電気的接合において、接触抵抗の低い、良好なコンタクトを形成できる。したがって、太陽電池セル１は、裏面側高濃度不純物拡散層１１ａと裏面第１電極１３との接触抵抗が低下し、ＦＦ（Ｆｉｌｌ　Ｆａｃｔｏｒ）を向上させて、光電変換効率をさらに向上させる効果を有する。
　また、上述した太陽電池セル１は、裏面側高濃度不純物拡散層１１ａが複数のドット状に形成され、且つ複数のドット状の裏面第１電極１３が半導体基板１０の面方向において裏面側高濃度不純物拡散層１１ａに内包される領域に形成されている。すなわち、太陽電池セル１は、裏面第１電極１３が半導体基板１０の裏面にポイント的に接続するポイントコンタクト構造を有する。そして、裏面側電極１５は、ｎ型の裏面側不純物拡散層１１において隣り合う裏面第１電極１３間の領域には接触していない。すなわち、隣り合う裏面第１電極１３同士は、裏面側絶縁膜１２上において裏面第２電極１４により電気的に接続されている。したがって、隣り合う裏面第１電極１３同士は、裏面側不純物拡散層１１から離間した状態で裏面第２電極１４により電気的に接続されている。
　このため、太陽電池セル１は、裏面側高濃度不純物拡散層および裏面側電極が連続した長尺細長形状に形成される場合と比べて、ｎ型の裏面側不純物拡散層１１における裏面側高濃度不純物拡散層１１ａの面積率を大きく低減することができる。ｎ型の裏面側不純物拡散層１１における裏面側高濃度不純物拡散層１１ａの面積率を低減することにより、パッシベーション効果による再結合の抑制効果の大きい裏面側低濃度不純物拡散層１１ｂの面積率を増加させることができ、光電変換効率を向上させる効果が得られる。
　また、太陽電池セル１は、ｎ型の裏面側不純物拡散層１１における裏面側高濃度不純物拡散層１１ａの面積率を低減することにより、裏面側高濃度不純物拡散層および裏面側電極が長尺細長形状に形成される場合と比べて、裏面側不純物拡散層１１に対する裏面第１電極１３の接触領域を大きく低減することができる。また、太陽電池セル１は、裏面側高濃度不純物拡散層１１ａの面積を小さくすることにより、再結合が大きいため高光電変換効率化の妨げとなる、裏面第１電極１３からはみ出る裏面側高濃度不純物拡散層１１ａの面積を低減することができ、光電変換効率を向上させる効果が得られる。
　また、上述した太陽電池セル１は、複数の裏面第１電極１３同士を電気的に接続する裏面第２電極１４が裏面側絶縁膜１２上および裏面第１電極１３上に形成されている。すなわち、裏面第２電極１４は裏面側絶縁膜１２をファイヤスルーせずに形成されているので、裏面第２電極１４と裏面側低濃度不純物拡散層１１ｂとは電気的に接合していない。また、裏面第２電極１４は裏面側絶縁膜１２をファイヤスルーせずに形成されているので、裏面側絶縁膜１２による裏面側低濃度不純物拡散層１１ｂの表面のパッシベーション効果を低減させることが無い。したがって、太陽電池セル１は、裏面側絶縁膜１２による高いパッシベーション効果が得られる。
　また、上述した太陽電池セル１は、裏面第２電極１４が複数の裏面第１電極１３同士を電気的に接続するため、裏面側高濃度不純物拡散層１１ａから裏面第１電極１３に集電された電流を集電することができる。そして、裏面第２電極１４に図示しないタブを接続することにより、太陽電池セル１の外に電流を取り出すことができる。
　つぎに、本実施の形態１にかかる太陽電池セル１の製造方法について図６から図１２を参照して説明する。図６は、本発明の実施の形態１にかかる太陽電池セル１の製造方法の手順を説明するためのフローチャートである。図７から図１５は、本発明の実施の形態１にかかる太陽電池セル１の製造方法を説明するための要部断面図である。なお、図７から図１５は、図４に対応した要部断面図である。
　図７は、図６のステップＳ１０の説明図である。ステップＳ１０では、半導体基板２としてｎ型シリコン基板２が用意され、洗浄およびテクスチャ構造の形成が行われる。ｎ型シリコン基板２は、単結晶引き上げステップで得られた単結晶シリコンインゴットをバンドソーまたはマルチワイヤーソー等の切断装置を用いて所望のサイズおよび厚さにカットおよび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層が残っている。そこで、ダメージ層の除去も兼ねて、ｎ型シリコン基板２の表面をエッチングすることにより、スライス時の表面汚染およびシリコン基板の切り出し時に発生してｎ型シリコン基板２の表面近くに存在するダメージ層を取り除く洗浄が行われる。洗浄は、たとえば１ｗｔ％以上、１０ｗｔ％以下程度の水酸化ナトリウムを溶解させたアルカリ溶液にｎ型シリコン基板２を浸漬させて行われる。
　そして、ダメージ層の除去後、ｎ型シリコン基板２において受光面となる第１主面の表面に微小凹凸を形成してテクスチャ構造が形成される。微小凹凸は非常に微細であるため、図７から図１５では凹凸形状として表現していない。テクスチャ構造の形成には、たとえば０．１ｗｔ％以上、１０ｗｔ％以下程度のアルカリ溶液中にイソプロピルアルコールまたはカプリル酸等の添加剤を混合した薬液が用いられる。このような薬液中にｎ型シリコン基板２を浸漬することで、ｎ型シリコン基板２の表面がエッチングされてｎ型シリコン基板２の表面全面にテクスチャ構造が得られる。テクスチャ構造の形成は、ｎ型シリコン基板２における受光面だけでなく、ｎ型シリコン基板２の裏面にも形成してもかまわない。なお、スライス時の表面汚染およびダメージ層の除去と、テクスチャ構造の形成と、は同時に行ってもよい。
　つぎに、テクスチャ構造が形成されたｎ型シリコン基板２の表面を洗浄する。ｎ型シリコン基板２の表面の洗浄には、たとえば、ＲＣＡ洗浄と呼ばれる洗浄方法が用いられる。ＲＣＡ洗浄は、洗浄液として、硫酸および過酸化水素の混合溶液と、フッ化水素酸水溶液と、アンモニアおよび過酸化水素の混合溶液と、塩酸および過酸化水素の混合溶液と、を用意し、これらの洗浄液による洗浄を組み合わせて、有機物と金属と酸化膜とを除去する。
　また、上記の洗浄液の種類の全ての洗浄液を用いずに、上記の洗浄液のうちの一つまたは複数の洗浄液による洗浄を組み合わせてもよい。また、上記の洗浄液の他に、フッ化水素酸および過酸化水素水の混合溶液およびオゾンを含有させた水を洗浄液として含めてもよい。
　図８は、図６のステップＳ２０の説明図である。ステップＳ２０は、ｎ型シリコン基板２の表面にｐ型の受光面側不純物拡散層３を形成してｐｎ接合を形成する工程である。ｐ型の受光面側不純物拡散層３の形成は、テクスチャ構造が形成されたｎ型シリコン基板２を熱拡散炉に装入し、三臭化ホウ素（ＢＢｒ３）蒸気存在下または三塩化ホウ素（ＢＣｌ３）蒸気存在下でｎ型シリコン基板２を熱処理することで実現される。これにより、ｎ型単結晶シリコンからなるｎ型シリコン基板２と、該ｎ型シリコン基板２の受光面側に形成されたｐ型の受光面側不純物拡散層３と、によりｐｎ接合が構成された半導体基板１０が得られる。
　つぎに、半導体基板１０の裏面、すなわちｎ型シリコン基板２の裏面へのｎ型不純物の拡散を実施し、選択拡散層が形成される。ここでは、一例として裏面側高濃度不純物拡散層１１ａを形成するためのドーピングペーストと、裏面側低濃度不純物拡散層１１ｂを形成するためのオキシ塩化リン（ＰＯＣｌ３）によるリン拡散工程を用いた場合について説明する。
　図９は、図６のステップＳ３０の説明図である。ステップＳ３０は、半導体基板１０の裏面、すなわちｎ型シリコン基板２の裏面上に、ｎ型不純物の拡散源であるドーピングペーストとしてリンを含有する裏面側ドーピングペースト２１が選択的に印刷される工程である。ここでは、ドーピングペーストとして、リン酸化物を含んだ樹脂ペーストである裏面側ドーピングペースト２１を、スクリーン印刷法を用いてｎ型シリコン基板２の裏面上に選択的に印刷する。裏面側ドーピングペースト２１の印刷パターンは、ｎ型シリコン基板２の裏面の全面において複数のドットが格子状に配列されたパターンであり、ｎ型シリコン基板２の裏面における裏面第１電極１３の形成領域およびその周辺領域となる領域である。
　裏面側ドーピングペースト２１の印刷パターンは、裏面側ドーピングペースト２１の印刷パターンと同じパターンで形成される裏面側高濃度不純物拡散層１１ａと、裏面第１電極１３との接触抵抗が高すぎて問題にならない程度の面積を有するパターンとされる。また、裏面側ドーピングペースト２１の印刷パターンは、ｎ型の裏面側不純物拡散層１１において、電気抵抗の高い裏面側高濃度不純物拡散層１１ａの面積が大きくなることに起因してｎ型シリコン基板２の抵抗損失が大きくなって太陽電池セル１の特性低下が問題となることが無い程度の間隔で、ｎ型シリコン基板２の裏面において既定の方向に規則的に配置されたパターンとされる。そして、裏面側ドーピングペースト２１の印刷パターンは、裏面側高濃度不純物拡散層１１ａと、ｎ型シリコン基板２の裏面においてできる限り面積率を低くするように設定される。裏面側ドーピングペースト２１の印刷パターンは、たとえば、直径が５０μｍ以上、３００μｍ以下程度のドットが、０．３ｍｍ以上、３ｍｍ以下程度の間隔で千鳥状または格子状に配列されたパターンとされる。裏面側ドーピングペースト２１の印刷後、裏面側ドーピングペースト２１を乾燥させる。
　図１０は、図６のステップＳ４０の説明図である。ステップＳ４０は、裏面側ドーピングペースト２１が印刷された半導体基板１０を熱処理して、選択拡散層構造を有するＢＳＦ層を形成する工程である。ステップＳ４０では、裏面側ドーピングペースト２１が印刷された半導体基板１０を熱拡散炉に装入し、オキシ塩化リン（ＰＯＣｌ３）蒸気存在下で熱処理が行われる。
　具体的には、半導体基板１０を載置したボートを横型炉に装入し、１０００℃以上、１１００℃以下程度で３０分間、半導体基板１０を熱処理する。この熱処理により、裏面側ドーピングペースト２１内のドーパント成分であるリンが裏面側ドーピングペースト２１の直下のｎ型シリコン基板２内に熱拡散する。これにより、裏面側ドーピングペースト２１の直下のｎ型シリコン基板２の裏面の表層に、裏面側高濃度不純物拡散層１１ａが形成される。裏面側高濃度不純物拡散層１１ａは、裏面側ドーピングペースト２１の印刷パターンと同じ千鳥状または格子状に配列されたパターンで形成される。
　一方、ｎ型シリコン基板２の裏面側の表層において、裏面側ドーピングペースト２１の直下領域以外の領域は、裏面側ドーピングペースト２１のドーパント成分が拡散することがない。しかし、オキシ塩化リン（ＰＯＣｌ３）蒸気のリンが、ｎ型シリコン基板２の裏面側の表層における裏面側ドーピングペースト２１の直下領域以外の領域の表層に熱拡散する。そして、ｎ型シリコン基板２の面方向においてリンが均一な濃度で拡散した裏面側低濃度不純物拡散層１１ｂが気相拡散により形成される。これにより、選択拡散層構造を有するＢＳＦ層である、裏面側高濃度不純物拡散層１１ａと裏面側低濃度不純物拡散層１１ｂとを有するｎ型の裏面側不純物拡散層１１が形成される。
　なお、選択拡散層構造を有する裏面側不純物拡散層１１の形成方法は、上述したドーピングペーストと、気相からの熱拡散と、を組み合わせた方法に限定されない。たとえば、気相熱拡散により均一なｎ型の不純物拡散層を形成した後に、拡散時に形成されて不純物元素を含む酸化膜に局所的にレーザ照射する方法、気相熱拡散により均一なｎ型の不純物拡散層を形成した後に、ｎ型シリコン基板２の裏面の一部にマスクを形成してエッチング処理する方法、または、マスクを用いてｎ型シリコン基板２の裏面に不純物をイオン注入する方法などの他の方法を用いることができる。
　ここで、半導体基板１０は、半導体基板１０の受光面側が熱拡散炉内の雰囲気に直接暴露されないように、２枚の半導体基板１０の受光面側を対向させた状態で重ね合わせて、ボートに装入される。これにより、半導体基板１０の受光面側におけるリンガラスの成膜が大きく制限される。これにより、半導体基板１０の受光面側からのｎ型シリコン基板２の内部への、炉内雰囲気からのリンの混入が防止される。すなわち、半導体基板１０へのリンの拡散は、裏面に選択的に実施され、裏面にｎ型の裏面側不純物拡散層１１が形成される。なお、半導体基板１０の受光面側に酸化膜等からなる拡散マスク膜を形成してもよい。
　つぎに、図６のステップＳ５０において、裏面側ドーピングペースト２１が除去される。裏面側ドーピングペースト２１の除去は、半導体基板１０をフッ酸水溶液に浸漬することにより行うことができる。このとき、ステップＳ４０において半導体基板１０の表面に形成されたリンを含む酸化膜も除去される。
　つぎに、図６のステップＳ６０において、半導体基板１０の受光面側に形成されたｐ型の受光面側不純物拡散層３と、半導体基板１０の裏面側に形成されたｎ型の裏面側不純物拡散層１１と、を電気的に分離するｐｎ分離工程が行われる。具体的には、たとえばステップＳ５０までの工程を経た５０枚から３００枚程度の半導体基板１０を積み重ねて側面部をプラズマ放電によりエッチング処理する端面エッチングを行う。また、半導体基板１０の受光面側または裏面側の側端部近傍または半導体基板１０の側面をレーザ照射により溶融させてｎ型シリコン基板２を露出させるレーザ分離を行ってもよい。
　なお、上記においてはｐｎ分離を行う際に好ましい方法について述べたが、ｐ型の受光面側不純物拡散層３と裏面側不純物拡散層１１との分離の状況、すなわちリーク電流の大小、最終的な発電製品となる太陽電池モジュール内における太陽電池セルの配列によっては、ステップＳ６０のｐｎ分離工程は省略することも可能である。
　つぎに、半導体基板１０の受光面側の表面、すなわちｐ型の受光面側不純物拡散層３の表面に形成されているシリコン酸化膜が、たとえば５％以上、２５％以下のフッ化水素酸水溶液を用いて除去される。そして、半導体基板１０の表面に付着しているフッ化水素酸水溶液を水洗により除去する。この際、水洗による酸化膜、一般的に自然酸化膜と呼ばれるものを、後述するパッシベーション層またはその一部として用いてもよい。また、同じ目的で、オゾンを含む水での半導体基板１０の洗浄による酸化膜を、後述する反射防止膜もしくはパッシベーション層、またはこれらの一部として用いてもよい。
　図１１は、図６のステップＳ７０の説明図である。ステップＳ７０は、裏面側絶縁膜１２および反射防止膜４を形成する工程である。まず、半導体基板１０の裏面に、すなわち裏面側不純物拡散層１１上に、たとえばプラズマ化学気相成長（Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＣＶＤ）法を用いて窒化シリコン膜を形成して、半導体基板１０の裏面に絶縁膜からなる裏面側絶縁膜１２が形成される。なお、裏面側絶縁膜１２の窒化シリコン膜と裏面側不純物拡散層１１との間には、他のパッシベーション層が形成されてもよい。この場合、パッシベーション層はシリコン酸化膜が好ましく、一般的な熱酸化の他、前述のように水洗またはオゾン含有水の洗浄による酸化膜を用いてもよい。
　続いて、半導体基板１０の受光面側に、すなわちｐ型の受光面側不純物拡散層３上に、たとえばプラズマＣＶＤを用いて窒化シリコン膜からなる反射防止膜４が形成される。なお、反射防止膜４の窒化シリコン膜とｐ型の受光面側不純物拡散層３との間には、他にパッシベーション層が形成されてもよい。この場合、パッシベーション層はシリコン酸化膜、酸化アルミニウム膜の何れか、またはシリコン酸化膜と酸化アルミニウム膜との積層膜が好ましい。パッシベーション層にシリコン酸化膜が用いられる場合は、一般的な熱酸化膜の他、前述のように水洗またはオゾン含有水の洗浄による酸化膜を用いてもよい。また、酸化アルミニウム膜が用いられる場合は、酸化アルミニウム膜は、たとえばプラズマＣＶＤまたはＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ　Ｌａｙｅｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ；原子堆積法）により形成される。この場合、成膜に内包される固定電荷がパッシベーション能力を高める効果を持つため、より好ましい。
　また、裏面側絶縁膜１２、反射防止膜４および半導体基板１０の表裏面に形成される他のパッシベーション層の形成の順序については、必ずしも上記の順番のみに限定されるものではなく、上記以外の順番を適宜選択し、形成してもよい。
　図１２は、図６のステップＳ８０の説明図である。ステップＳ８０は、裏面第１電極１３を印刷する工程である。ステップＳ８０では、半導体基板１０の裏面の裏面側絶縁膜１２上における裏面側高濃度不純物拡散層１１ａ上の領域に、Ａｇとガラスフリットと溶剤と含有する電極材料ペーストであるＡｇ含有ペースト１３ａがスクリーン印刷によって選択的に印刷される。Ａｇ含有ペースト１３ａは、ファイヤスルーする性質を有し、かつ半導体基板１０の裏面のシリコン表面と電気的接触可能な電極材料ペーストである。
　Ａｇ含有ペースト１３ａは、裏面側絶縁膜１２の全面において複数のドットが格子状に配列されたパターンで、裏面側高濃度不純物拡散層１１ａに内包される領域に印刷される。Ａｇ含有ペースト１３ａの印刷パターンは、たとえば、直径が３０μｍ以上、１５０μｍ以下程度のドットが、０．５ｍｍ以上、３．０ｍｍ以下程度の間隔で千鳥状または格子状に配列されたパターンとされる。その後、Ａｇ含有ペースト１３ａが乾燥されることによって、乾燥状態の裏面第１電極１３が形成される。
　図１３は、図６のステップＳ９０の説明図である。ステップＳ９０は、裏面第２電極１４を印刷する工程である。ステップＳ９０では、乾燥状態の裏面第１電極１３の上部および乾燥状態の裏面第１電極１３間の裏面側絶縁膜１２の表面に、ファイヤスルー性を有さない電極材料ペーストであるＡｇペースト１４ａがスクリーン印刷によって選択的に印刷される。
　Ａｇペースト１４ａは、複数の乾燥状態の裏面第１電極１３同士を接続するパターンで、既定の方向に沿って並列に印刷される。Ａｇペースト１４ａの印刷パターンは、たとえば２０μｍ以上、２００μｍ以下程度の幅の線状パターンとされる。その後、Ａｇペースト１４ａが乾燥されることによって、乾燥状態の裏面第２電極１４が形成される。
　図１４は、図６のステップＳ１００の説明図である。ステップＳ１００は、受光面側電極７を印刷する工程である。ステップＳ１００では、反射防止膜４上に、たとえばＡｇとＡｌとガラスフリットと溶剤とを含有する電極材料ペーストであるＡｇＡｌ含有ペースト７ａが受光面側グリッド電極５および受光面側バス電極６の形状に、スクリーン印刷によって選択的に印刷される。その後、Ａｇ含有ペースト７ａが乾燥されることによって、櫛形状を呈する乾燥状態の受光面側電極７が形成される。
　図１５は、図６のステップＳ１１０の説明図である。ステップＳ１１０は、半導体基板１０の受光面側および裏面側に印刷されて乾燥された電極材料ペーストを同時に焼成する工程である。具体的には、半導体基板１０が焼成炉へ導入され、大気雰囲気中でピーク温度６００℃以上、９００℃以下程度の温度、例えば８００℃で３秒の、短時間の熱処理が行われる。これにより、電極材料ペースト中の樹脂成分は消失する。そして、半導体基板１０の受光面側では、Ａｇ含有ペースト７ａに含有されるガラス材料が溶融して反射防止膜４を貫通している間に銀材料がｐ型の受光面側不純物拡散層３のシリコンと接触し再凝固する。これにより、受光面側グリッド電極５および受光面側バス電極６が得られ、受光面側電極７と半導体基板１０のシリコンとの電気的導通が確保される。
　また、半導体基板１０の裏面側では、Ａｇ含有ペースト１３ａに含有されるガラス材料が溶融して裏面側絶縁膜１２を貫通している間に銀材料が裏面側高濃度不純物拡散層１１ａのシリコンと接触し再凝固する。これにより、裏面第１電極１３が得られる。また、Ａｇペースト１４ａが裏面第１電極１３と接続される。これにより、裏面第１電極１３同士を接続する裏面第２電極１４が得られ、裏面側電極１５と半導体基板１０のシリコンとの電気的導通が確保される。なお、電極材料ペーストの焼成は、受光面側と裏面側とを個別に行っても構わない。
　以上のような工程を実施することにより、図１から図５に示す本実施の形態１にかかる太陽電池セル１を作製することができる。なお、電極材料であるペーストの半導体基板１０への配置の順番を、受光面側と裏面側とで入れ替えてもよい。
　上述したように、本実施の形態１にかかる太陽電池セル１においては、裏面側不純物拡散層１１における裏面側高濃度不純物拡散層１１ａの面積率が低く、且つ裏面側不純物拡散層１１と裏面側電極１５との接触領域の少ない、高光電変換効率化が可能な太陽電池セルが実現される。したがって、本実施の形態１にかかる太陽電池セル１によれば、選択拡散層構造を有し、高い光電変換効率を実現可能な太陽電池セルが得られる、という効果を奏する。
実施の形態２．
　図１６は、本発明の実施の形態２にかかる太陽電池セル３１を受光面側から見た上面図である。図１７は、本発明の実施の形態２にかかる太陽電池セル３１の受光面側を拡大して示す図である。図１８は、本発明の実施の形態２にかかる太陽電池セル３１の要部断面図であり、図１７におけるＣ－Ｃ断面図である。図１９は、本発明の実施の形態２にかかる太陽電池セル３１の要部断面図であり、図１７におけるＤ－Ｄ断面図である。なお、図１７では、反射防止膜４を透過して見た状態を示している。
　実施の形態２にかかる太陽電池セル３１が実施の形態１にかかる太陽電池セル１と異なる点は、受光面側の構造である。太陽電池セル３１においては、受光面側の不純物拡散層であるｐ型の受光面側不純物拡散層３２が太陽電池セル１のｎ型の裏面側不純物拡散層１１と同様に選択拡散層構造を有し、受光面側電極３６が太陽電池セル１の裏面側電極１５と同様の構成を有する。太陽電池セル３１の裏面側の構成は、実施の形態１にかかる太陽電池セル１と同様である。太陽電池セル１と同じ部材は、太陽電池セル１と同じ符号を付すことで説明を省略する。
　本実施の形態２にかかる太陽電池セル３１においては、ｎ型の半導体基板２の受光面の全体にボロン（Ｂ）が拡散されたｐ型の受光面側不純物拡散層３２が形成されて、ｐｎ接合を有する半導体基板３３が形成されている。太陽電池セル３１においては、ｐ型の受光面側不純物拡散層３２として２種類の層が形成されて選択拡散層構造が形成されている。すなわち、半導体基板３３の受光面側の表層部において、後述する受光面第１電極３４の下部領域およびその周辺領域には、ｐ型の受光面側不純物拡散層３２においてボロンが相対的に高濃度に拡散された、受光面側の第１不純物拡散層である受光面側高濃度不純物拡散層３２ａが形成されている。受光面側高濃度不純物拡散層３２ａのボロンの濃度は、１×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３程度である。
　また、半導体基板３３の受光面側の表層部において受光面側高濃度不純物拡散層３２ａが形成されていない領域には、ｐ型の受光面側不純物拡散層３２においてボロンが相対的に低濃度に拡散された、受光面側の第２不純物拡散層である受光面側低濃度不純物拡散層３２ｂが形成されている。裏面側低濃度不純物拡散層１１ｂのリンの濃度は、５×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３程度である。したがって、半導体基板３３の受光面側の表層部には、ボロンを第３の濃度で含有する第３不純物拡散層と、ボロンを第３の濃度よりも低い第４の濃度で含有する第４不純物拡散層と、を有するｐ型の不純物拡散層が配置されている。
　複数の受光面側高濃度不純物拡散層３２ａの各々には、受光面の第１電極であって反射防止膜４を貫通したドット状の受光面第１電極３４が接続されている。したがって、受光面側高濃度不純物拡散層３２ａの配置は、受光面第１電極３４の配置パターンと同様のパターンとされている。その他、受光面側高濃度不純物拡散層３２ａのパターンは、裏面側高濃度不純物拡散層１１ａのパターンと同様である。
　半導体基板３３における受光面側には、受光面の第１電極であって、反射防止膜４を貫通して、受光面側高濃度不純物拡散層３２ａに達する複数のドット状の受光面第１電極３４が格子状に配列して反射防止膜４に埋設されている。その他、受光面第１電極３４のパターンは、裏面第１電極１３と同様である。したがって、受光面第１電極３４は、半導体基板３３における受光面側において、受光面側高濃度不純物拡散層３２ａ上にポイント的に形成されて受光面側高濃度不純物拡散層３２ａに接続されている。
　さらに、半導体基板３３における受光面側には、受光面の第２電極であって、複数の受光面第１電極３４同士を電気的に接続する複数の受光面第２電極３５が形成されている。受光面第２電極３５は、焼成時にファイヤスルー性を有さない、シリコンと積極的に電気的接触をとらない電極材料からなる電極である。複数の受光面第２電極３５は、受光面第１電極３４の上部および反射防止膜４の表面に接触した状態で、受光面第１電極３４上および反射防止膜４上に既定の方向に沿って並列配置されている。そして、受光面第１電極３４と受光面第２電極３５とにより、受光面側電極３６が構成されている。
　本実施の形態２にかかる太陽電池セル３１は、ｐ型の受光面側不純物拡散層３２を実施の形態１にかかる太陽電池セル１のｎ型の裏面側不純物拡散層１１と同様の方法で形成し、受光面側電極３６を実施の形態１にかかる太陽電池セル１の裏面側電極１５と同様の方法で形成することにより作製できる。図２０から図２３を参照して、太陽電池セル３１の製造方法の主要な手順を簡単に説明する。図２０は、本発明の実施の形態２にかかる太陽電池セル３１の製造方法の手順を説明するためのフローチャートである。図２１から図２３は、本発明の実施の形態２にかかる太陽電池セル３１の製造方法を説明するための要部断面図である。なお、図２０においては、図６と同じフローについては、同じステップ番号を付している。
　まず、ステップＳ１０の実施後、ステップＳ２１０においてｎ型シリコン基板２の受光面側に、図２１に示すようにｐ型不純物の拡散源であるドーピングペーストとしてボロンを含有する受光面側ドーピングペースト４１が選択的に印刷される。ここでは、ドーピングペーストとして、ボロンの酸化物を含んだ樹脂ペーストである受光面側ドーピングペースト４１を、スクリーン印刷法を用いてｎ型シリコン基板２の受光面上に選択的に印刷する。受光面側ドーピングペースト４１の印刷パターンは、ｎ型シリコン基板２の受光面の全面において複数のドットが格子状に配列されたパターンであり、ｎ型シリコン基板２の受光面における受光面第１電極３４の形成領域およびその周辺領域となる領域である。
　つぎに、ステップＳ２２０において、受光面側ドーピングペースト４１が印刷されたｎ型シリコン基板２が熱処理されて、選択拡散層構造を有するｐ型の受光面側不純物拡散層３２が形成される。ステップＳ２２０では、受光面側ドーピングペースト４１が印刷されたｎ型シリコン基板２を熱拡散炉に装入し、三臭化ホウ素（ＢＢｒ３）蒸気存在下または三塩化ホウ素（ＢＣｌ３）蒸気存在下で熱処理が行われる。
　これにより、受光面側ドーピングペースト４１の直下のｎ型シリコン基板２の受光面側の表層に、受光面側高濃度不純物拡散層３２ａが形成される。一方、ｎ型シリコン基板２の受光面側の表層において、受光面側ドーピングペースト４１の直下領域以外の領域に受光面側低濃度不純物拡散層３２ｂが気相拡散により形成される。これにより、図２２に示すように選択拡散層構造を有するｐ型の受光面側不純物拡散層３２が形成される。そして、ｎ型単結晶シリコンからなるｎ型シリコン基板２と、該ｎ型シリコン基板２の受光面側に形成されたｐ型の受光面側不純物拡散層３２と、によりｐｎ接合が構成された半導体基板３３が得られる。
　つぎにステップＳ２３０において、ステップＳ５０と同様の方法で受光面側ドーピングペースト４１が除去される。
　つぎに、半導体基板３３に対してステップＳ３０からステップＳ９０の処理が実施される。
　つぎに、ステップＳ２４０において、受光面第１電極３４が印刷される。ステップＳ２４０では、図２３に示すように半導体基板３３の受光面の反射防止膜４上における受光面側高濃度不純物拡散層３２ａ上の領域に、ＡｇとＡｌとガラスフリットと溶剤とを含有する電極材料ペーストであるＡｇＡｌ含有ペースト３４ａがスクリーン印刷によって選択的に印刷される。ＡｇＡｌ含有ペースト３４ａは、ファイヤスルーする性質を有し、かつ半導体基板３３の受光面のシリコン表面と電気的接触可能な電極材料ペーストである。その後、ＡｇＡｌ含有ペースト３４ａが乾燥されることによって、乾燥状態の受光面第１電極３４が形成される。
　ＡｇＡｌ含有ペースト３４ａは、反射防止膜４の全面において複数のドットが格子状に配列されたパターンで、受光面側高濃度不純物拡散層３２ａに内包される領域に印刷される。その他、ＡｇＡｌ含有ペースト３４ａの印刷パターンは、Ａｇ含有ペースト１３ａの印刷パターンと同様である。
　つぎに、ステップＳ２５０において、受光面第２電極３５が印刷される。ステップＳ２５０では、図２３に示すように乾燥状態の受光面第１電極３４の上部および乾燥状態の受光面第１電極３４間の反射防止膜４の表面に、焼成時にファイヤスルー性を有さない電極材料ペーストであるＡｇペースト３５ａがスクリーン印刷によって選択的に印刷される。Ａｇペースト３５ａは、複数の乾燥状態の受光面第１電極３４同士を接続するパターンで、既定の方向に沿って並列に印刷される。その他、Ａｇペースト３５ａの印刷パターンは、Ａｇペースト１４ａの印刷パターンと同様である。その後、Ａｇペースト３５ａが乾燥されることによって、乾燥状態の受光面第２電極３５が形成される。
　その後、ステップＳ１１０において、半導体基板３３の受光面側および裏面側に印刷されて乾燥された電極材料ペーストを同時に焼成する。これにより、半導体基板３３の裏面側では、裏面第１電極１３と裏面第２電極１４とを有する裏面側電極１５が得られる。
　一方、半導体基板３３の受光面側では、ＡｇＡｌ含有ペースト３４ａに含有されるガラス材料が溶融して反射防止膜４を貫通している間にＡｇＡｌ材料が受光面側高濃度不純物拡散層３２ａのシリコンと接触し再凝固する。これにより、受光面第１電極３４が得られる。また、Ａｇペースト３５ａが受光面第１電極３４と接続される。これにより、受光面第１電極３４同士を接続する受光面第２電極３５が得られ、受光面側電極３６と半導体基板３３のシリコンとの電気的導通が確保される。これにより、受光面第１電極３４と受光面第２電極３５とを有する受光面側電極３６が得られる。なお、電極材料ペーストの焼成は、受光面側と裏面側とを個別に行っても構わない。
　以上のような工程を実施することにより、図１６から図１９に示す本実施の形態２にかかる太陽電池セル３１を作製することができる。なお、電極材料であるペーストの半導体基板３３への配置の順番を、受光面側と裏面側とで入れ替えてもよい。
　上述したような本実施の形態２にかかる太陽電池セル３１においては、ｐ型の受光面側不純物拡散層３２が実施の形態１にかかる太陽電池セル１のｎ型の裏面側不純物拡散層１１と同様に選択拡散層構造を有し、受光面側電極３６が実施の形態１にかかる太陽電池セル１の裏面側電極１５と同様の構成を有する。これにより、太陽電池セル３１においては、受光面側においても、実施の形態１にかかる太陽電池セル１と同様の効果が得られる。
　したがって、本実施の形態２にかかる太陽電池セル３１によれば、受光面側不純物拡散層３２における受光面側高濃度不純物拡散層３２ａの面積率が低く、且つ受光面側不純物拡散層３２と受光面側電極３６との接触領域の少ない、高光電変換効率化が可能な太陽電池セルが実現される。
　なお、受光面第２電極３５は、裏面第２電極１４の場合と同様に、受光面第１電極３４と異なる、銀、ガラスまたはセラミック成分と、溶剤の組成としており、焼成時にファイヤスルーはするがシリコン表面に対する侵食量が少なくシリコン表面のダメージの少ない性質を有する電極材料であるペースト電極とすることも可能である。この場合に、受光面第２電極３５に含まれる金属はＡｇに限定されず、ペーストの焼成時にファイヤスルーした場合に半導体基板３３の受光面のシリコン表面に対する侵食量が少なくシリコン表面との電気的接触が少ない金属材料であればよい。
　以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。
　１，３１　太陽電池セル、２，１０，３３　半導体基板、３，３２　受光面側不純物拡散層、４　反射防止膜、５　受光面側グリッド電極、６　受光面側バス電極、７，３６　受光面側電極、７ａ，１３ａ　Ａｇ含有ペースト、１１　裏面側不純物拡散層、１１ａ　裏面側高濃度不純物拡散層、１１ｂ　裏面側低濃度不純物拡散層、１２　裏面側絶縁膜、１３　裏面第１電極、１４　裏面第２電極、１４ａ，３５ａ　Ａｇペースト、１５　裏面側電極、２１　裏面側ドーピングペースト、３２ａ　受光面側高濃度不純物拡散層、３２ｂ　受光面側低濃度不純物拡散層、３４　受光面第１電極、３５　受光面第２電極、４１　受光面側ドーピングペースト。

Claims (8)

  1. 　ｐｎ接合を有するｎ型の半導体基板と、
    　前記半導体基板の受光面または前記受光面と対向する裏面側の表層に形成されており、ｎ型またはｐ型の不純物元素を第１の濃度で含有する第１不純物拡散層と、前記第１不純物拡散層と同じ導電型の不純物元素を前記第１の濃度よりも低い第２の濃度で含有する第２不純物拡散層とを有する不純物拡散層と、
    　前記半導体基板における前記不純物拡散層が形成された面において複数箇所に形成されており、前記第１不純物拡散層に電気的に接続する第１電極と、
    　前記不純物拡散層から離間した状態で複数の前記第１電極を電気的に接続する第２電極と、
    　を備えることを特徴とする太陽電池セル。
  2. 　前記不純物拡散層上に形成されたパッシベーション膜を備え、
    　前記第１電極は、前記パッシベーション膜に埋設されており、
    　前記第２電極は、前記パッシベーション膜上および前記第１電極上に形成されていること、
    　を特徴とする請求項１に記載の太陽電池セル。
  3. 　前記第１電極は、既定の間隔を有するドット状に形成されていること、
    　を特徴とする請求項１または２に記載の太陽電池セル。
  4. 　前記半導体基板の受光面側の表層に形成されており、ｐ型の不純物元素を含有するｐ型の受光面側不純物拡散層と、
    　前記受光面側不純物拡散層上に形成された受光面側パッシベーション膜と、
    　前記受光面側不純物拡散層に電気的に接続する受光面側電極と、
    　を備え、
    　前記不純物拡散層が、前記半導体基板における裏面側の表層に形成されたｎ型の裏面側不純物拡散層であり、
    　前記パッシベーション膜が、裏面側パッシベーション膜であり、
    　前記第１電極および前記第２電極が、前記裏面側不純物拡散層に電気的に接続する裏面側電極であること、
    　を特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の太陽電池セル。
  5. 　前記半導体基板の裏面側の表層に形成されており、ｎ型の不純物元素を含有するｎ型の裏面側不純物拡散層と、
    　前記裏面側不純物拡散層上に形成された裏面側パッシベーション膜と、
    　前記裏面側不純物拡散層に電気的に接続する裏面側電極と、
    　を備え、
    　前記不純物拡散層が、前記半導体基板における受光面側の表層に形成されたｐ型の受光面側不純物拡散層であり、
    　前記パッシベーション膜が、受光面側パッシベーション膜であり、
    　前記第１電極および前記第２電極が、前記受光面側不純物拡散層に電気的に接続する受光面側電極であること、
    　を特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の太陽電池セル。
  6. 　ｐｎ接合を有するｎ型の半導体基板の受光面または前記受光面と対向する裏面側の表層に、ｎ型またはｐ型の不純物元素が第１の濃度で拡散された第１不純物拡散層と、前記第１不純物拡散層と同じ導電型の不純物元素が前記第１の濃度よりも低い第２の濃度で拡散された第２不純物拡散層とを有する不純物拡散層を形成する第１工程と、
    　前記第１不純物拡散層に電気的に接続する第１電極を、前記半導体基板における前記不純物拡散層が形成された面において複数箇所に形成する第２工程と、
    　前記不純物拡散層から離間した状態で複数の前記第１電極を電気的に接続する第２電極を形成する第３工程と、
    　を含むことを特徴とする太陽電池セルの製造方法。
  7. 　前記第１工程と前記第２工程との間に、前記不純物拡散層上にパッシベーション膜を形成する第４工程を有し、
    　前記第２工程では、ファイヤスルー性を有する電極材料ペーストを前記パッシベーション膜上に印刷した後に焼成することにより、前記パッシベーション膜に埋設された前記第１電極を形成し、
    　前記第３工程では、ファイヤスルー性を有さない電極材料ペーストを前記パッシベーション膜上および前記第１電極上に印刷した後に焼成することにより、前記第２電極を形成すること、
    　を特徴とする請求項６に記載の太陽電池セルの製造方法。
  8. 　前記第１工程は、
    　ｎ型またはｐ型の不純物元素を含有するドーピングペーストを、前記半導体基板の受光面または裏面側の表層に塗布する第５工程と、
    　処理室内において前記ドーピングペーストと同じ導電型の不純物元素を含有するガスの雰囲気下における熱処理を前記半導体基板に施して、前記半導体基板における前記ドーピングペーストの下部領域に前記ドーピングペーストから前記ドーピングペースト内の不純物元素を拡散させることにより前記第１不純物拡散層を前記半導体基板の前記ドーピングペーストの下部領域に形成するとともに、前記半導体基板において前記ドーピングペーストが塗布された面における前記ドーピングペーストの塗布されていない未塗布領域に前記ガスから前記ガス内の前記不純物元素を拡散させることにより前記第２不純物拡散層を前記未塗布領域に形成する第６工程と、
    　を含むことを特徴とする請求項６に記載の太陽電池セルの製造方法。
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