JP2012151265A

JP2012151265A - 太陽電池の製造方法および該方法に基づいて製造された太陽電池

Info

Publication number: JP2012151265A
Application number: JP2011008523A
Authority: JP
Inventors: Hidekazu Shima; 秀和志摩; Kimihiro Taniguchi; 仁啓谷口
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2011-01-19
Filing date: 2011-01-19
Publication date: 2012-08-09

Abstract

【課題】製造工程が簡便であって、半導体基板表層のドーパント濃度を高濃度にすることができる、太陽電池の製造方法を提供する。
【解決手段】ドーパントを含むドーパント膜を半導体基板の表面に形成する準備工程と、ドーパント膜にレーザ光を照射して、半導体基板の所定の領域の内部にドーパントを拡散させて第１拡散層を形成する第１拡散工程と、半導体基板を加熱して、第１拡散層にドーパントを拡散させて第２拡散層を形成する第２拡散工程とを有する太陽電池の製造方法によって解決する。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体基板の選択的な領域に高濃度化された不純物拡散層を形成する太陽電池の製造方法および該方法に基づいて製造された太陽電池に関する。

従来から、太陽電池の高効率化手段のひとつとして、半導体の不純物拡散層における電極界面の不純物濃度の高濃度化が実施されている。電極界面の不純物濃度高濃度化が高効率化をもたらす理由は主に以下の２点である。すなわち、ひとつは不純物高濃度化により半導体の不純物拡散層が金属化され、ショットキー障壁が薄くなることによって、電極接触抵抗が低減されるという理由によるものである。もうひとつは不純物高濃度化により電極界面付近の半導体エネルギーバンドのベンディング（バンドの曲がり）が起こり、欠陥準位が多く存在する電極界面付近への少数キャリア侵入が抑制され電極界面での再結合が抑制される、という理由によるものである。

受光面側にＮ型層（Ｎ電極）が形成され、裏面側にＰ型層（Ｐ電極）が形成される一般的な太陽電池においては、受光面側電極はシャドウロスを減らすために線状の電極が形成されるが、上記理由から、不純物拡散層のおける電極直下のみを選択的に高濃度化する必要があった。このような不純物拡散層を選択的に高濃度化するための方法がいくつか開示されている。

特許文献１には、熱拡散処理によるドーピング方法が記載されている。図７には、太陽電池１００において、第一導電型の半導体太陽電池基板１０の第一主表面側に、第二導電型のドーパント拡散層１５が形成され、該第一主表面上に出力取出用の線状のフィンガー電極１４が複数形成され、該フィンガー電極１４の間に露出した第一主表面領域にて太陽光を受光する様子が記載されている。半導体太陽電池基板１０の第一主表面には、ドーパントの濃度が周囲の領域よりも高く設定された線状形態の高濃度拡散層１３が複数形成され、該高濃度拡散層１３の周囲領域が、それよりもドーパントの濃度が低い低濃度拡散層１２とされてなる。フィンガー電極１４は、複数の高濃度拡散層１３と交差する位置関係にて、その各々の交差位置にてそれら高濃度拡散層１３と接して形成されている。前記特許文献１では、半導体基板全面に一回目の熱拡散処理によるドーピングを行って低濃度拡散層１２を形成した後、二回目の熱拡散処理によって高濃度拡散層１３を形成するドーピング方法が開示されている。

特許文献２には、熱拡散処理によって、高濃度のＮ型拡散層、高濃度のＰ型拡散層及び低濃度のＰ型又はＮ型の拡散層をともに受光面の裏面側に形成する裏面電極型太陽電池のドーピング方法が記載されている。図８においては、前記裏面電極型太陽電池は、第１導電型の半導体基板２０の一面に形成されている、半導体基板２０よりも不純物濃度が高い第１導電型の第１ドーピング領域２３ａと、第１導電型とは逆の導電型である第２導電型の第２ドーピング領域２３ｂと、半導体基板２０よりも不純物濃度が高く第１ドーピング領域２３ａよりも不純物濃度が低い第１導電型の第３ドーピング領域２２または半導体基板２０よりも不純物濃度が高く第２ドーピング領域２３ｂよりも不純物濃度が低い第２導電型の第３ドーピング領域２２のいずれか一方とを含んで構成されている。

特許文献３には、洗浄および粗面化処理を施した半導体基板の表面に第１の接合を形成した後、この第１の接合の集電極を形成すべき領域のみに短波長レーザ光を照射して、この領域の平坦化とこの領域における上記第１の接合よりも高い表面不純物濃度をもつ第２の接合の熱拡散による形成を同時に行う太陽電池の製造方法が記載されている。

特開２００５−１２３４４７号公報特開２００５−３１０８３０号公報特開平２−１４３４６７号公報

前記特許文献に示される一般的な太陽電池構造では、全面に形成される拡散層の不純物濃度が１０^１９ｃｍ^−３程度以下であるが、電極界面に形成する高濃度領域の不純物濃度は１０^２０ｃｍ^−３程度以上である必要が有る。

特許文献２に示されるような裏面電極型太陽電池構造においては、受光面側には電極および拡散層が存在しないものの、裏面側に形成されるＰ型層、Ｎ型層の不純物濃度は１０^１９ないし１０^２０ｃｍ^−３程度以上に高濃度化されていることが好ましい。しかしながら、裏面電極型太陽電池構造において、工程を複雑にすることなく不純物拡散層の電極界面に不純物濃度を高濃度化した領域を形成することは不可能であった。

また、特許文献３に示されるように、高濃度拡散層を選択的に形成するためにレーザドーピング技術を用いることは、拡散防止マスク形成プロセスを簡略化できるメリットがあるが、不純物濃度１０^１９ないし１０^２０ｃｍ^−３程度以上の拡散層を形成し、かつ電極界面をさらに高濃度化することは困難であった。

本発明は、上記の問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、裏面電極型太陽電池構造において、拡散防止マスク形成プロセスを簡略化し、かつ拡散層表層の不純物濃度を高濃度化した不純物拡散層を形成した太陽電池およびその製造方法を提供することにある。

本発明の太陽電池の製造方法は、ドーパントを含むドーパント膜を半導体基板の表面に形成する準備工程と、ドーパント膜にレーザ光を照射して、半導体基板の所定の領域の内部にドーパントを拡散させて第１拡散層を形成する第１拡散工程と、半導体基板を加熱して、第１拡散層にドーパントを拡散させて第２拡散層を形成する第２拡散工程とを有することを特徴とする。

好ましくは、準備工程は、半導体基板の表面にドーパントの拡散を防止する拡散防止膜を形成する第１準備工程と、拡散防止膜の上層にドーパント膜を形成する第２準備工程とを有することを特徴とする。

好ましくは、拡散防止膜は、半導体基板を熱酸化することによって形成された熱酸化膜であることを特徴とする。

もしくは、拡散防止膜は、アモルファスシリコン膜であることを特徴とする。

好ましくは、拡散防止膜は、昇温によってガラス化するシリコン化合物を含む材料から成り、ウェットコーティング法によって形成される有機膜であることを特徴とする。

好ましくは、拡散防止膜の膜厚は、第２拡散工程においてドーパントが拡散防止膜内で拡散する拡散距離よりも厚く形成することを特徴とする。

好ましくは、ドーパント膜は、ドーパントと昇温によってガラス化するシリコン化合物を含む材料から成り、ウェットコーティング法によって形成される有機膜であることを特徴とする。

本発明の太陽電池は、上記記載された方法によって製造された太陽電池である。

また、本発明の太陽電池は、半導体基板を有する太陽電池であって、半導体基板の表面には、当該表面よりも突出した凸領域を有し、凸領域の表層のドーパント濃度は、凸領域外の表層のドーパント濃度よりも高いことを特徴とする。

本発明の太陽電池の製造方法では、裏面電極型太陽電池構造において、拡散防止マスク形成プロセスを簡略化し、かつ拡散層表層の不純物濃度を高濃度化した不純物拡散層を形成した太陽電池およびその製造方法を得ることができる。

本発明の第１のドーピング方法によってＮ型あるいはＰ型の不純物拡散層を形成する各工程における半導体基板の状態を示す図である。第１のドーピング方法によって形成される拡散層の深さに対するドーパントの濃度分布を示す図である。本発明の第２のドーピング方法によってＮ型あるいはＰ型の不純物拡散層を形成する各工程における半導体基板の状態を示す図である。本発明の第３のドーピング方法によってＮ型あるいはＰ型の不純物拡散層を形成する各工程における半導体基板の状態を示す図である。本発明の第４のドーピング方法によって裏面電極型太陽電池用の不純物拡散層を形成する各工程における半導体基板の状態を示す図である。本発明の第５のドーピング方法によって裏面電極型太陽電池用の不純物拡散層を形成する各工程における半導体基板の状態を示す図である。従来の熱拡散処理によって不純物拡散層が形成された太陽電池の構成を示す図である。従来の熱拡散処理によって不純物拡散層が形成された裏面電極型太陽電池の構成を示す図である。

図１は、本発明の一実施形態であるＮ型あるいはＰ型の不純物拡散層を形成する第１のドーピング方法の各工程における半導体基板の状態を示し、本図を用いて、第１のドーピング方法について説明する。

図１（Ａ）は、最初の工程直後の半導体基板５０の状態を示し、最初の工程では、半導体基板５０の表層全域にＮ型あるいはＰ型のドーパント膜６０を形成する。

ここで、半導体基板５０は、例えば単結晶シリコンが用いられる。また、ドーパント膜６０は、ウェットコーティング法で形成され、ドーパントとしてリン、ボロンをそれぞれ含有するＰＳＧ（ＰｈｏｓｐｈｏＳｉｌｉｃａｔｅＧｌａｓｓ）膜やＢＳＧ（ＢｏｒｏｎＳｉｌｉｃａｔｅＧｌａｓｓ）膜が用いられる。

ドーパントとして用いられる材料は、昇温によってシリコン化合物の重合反応が進みガラス化する材料であって、これら材料を用いることにより、レーザ照射時のドーパント６０のアブレーションを抑制することができる。

図１（Ｂ）は、最初の工程に続く第２の工程直後の半導体基板５０の状態を示し、第２の工程では、ドーパントを拡散させる領域にレーザ光Ｌを照射し、ドーパント膜６０内のドーパントを半導体基板５０内部に拡散させて拡散層５５を形成する。このとき、レーザ光Ｌを照射した領域のドーパント膜６０は変質層６１として残存している。

図１（Ｃ）は、第２の工程に続く第３の工程直後の半導体基板５０の状態を示し、第２の工程では、半導体基板５０全体を高温加熱することによって、ドーパント膜６０及び変質層６１のドーパントを半導体基板５０内部に拡散させる。したがって、拡散層５５は、ドーパント濃度が低い第１拡散層５５１とドーパント濃度が高い第２拡散層５５２に二層化される。また、拡散層５５以外の領域の半導体基板５０の表層には、低濃度拡散層５７が形成される。

ここで、ドーパントを拡散させる際、半導体基板５０を、例えば８００〜１０００℃の拡散温度にまで加熱するが、一度３００〜８００℃の温度でドーパント膜６０をガラス化させた後に、拡散温度にまで加熱するのが望ましい。

図１（Ｄ）は、第３の工程に続く第４の工程直後の半導体基板５０の状態を示し、半導体基板５０の裏面表層に残存している変質層６１を含むドーパント膜６０を除去する。

ここで、変質層６１を含むドーパント膜６０の除去は、例えばフッ化水素酸によるエッチングが用いられる。

なお、裏面電極型太陽電池の不純物拡散層を形成する場合には、ドーパント膜６０をＮ型からＰ型、もしくはＰ型からＮ型に変更して上述した工程を繰り返してＮ型拡散層およびＰ型拡散層が交互に配列されるように拡散層５５を形成する。

このように、第１のドーピング方法によって形成される拡散層５５は、ドーパント濃度が低い第１拡散層５５１とドーパント濃度が高い第２拡散層５５２が形成される。

図２は、本発明の第１のドーピング方法によって形成される拡散層５５の深さに対するドーパント濃度の測定結果を示している。

深さＸ１以降の領域の濃度分布Ｐ１は第１拡散層５５１の濃度分布を示し、濃度分布Ｐ１の特徴は、深さＸ１では１×１０^２０ｃｍ^−３程度の比較的低濃度であり、深さＸ１からＸ２までの間は表層から深くなるのにしたがって緩やかにドーパント濃度が減少し、深さＸ２以降から急激にドーパント濃度が減少するという特徴を有している。

また、表層から深さＸ１の領域の濃度分布Ｐ２は第２拡散層５５２の濃度分布を示し、濃度分布Ｐ２は、１×１０^２０ｃｍ^−３程度から１×１０^２２ｃｍ^−３程度までの範囲の比較的高濃度であって表層から深くなるのにしたがって急激に濃度が減少するという特徴を有している。

そして、これら拡散層の濃度分布の特徴は、レーザ照射によるドーパントを拡散させる工程に続いて、熱拡散処理によるドーパントを拡散させる工程を行うドーピング方法によって引き起こされる特徴でもある。

このように、本発明の第１のドーピング方法によって形成される拡散層５５は、従来のレーザ照射によるドーピング方法によって形成される拡散層との比較において、拡散層の表層において高濃度のドーパントが形成されている。

このことから、本発明の第１のドーピング方法では、従来のドーピング方法との比較において、拡散層５５の表層のドーパント濃度が高濃度化されて、電極との接触抵抗が低減される半導体基板を製造することが可能となる。

図３は、本発明の一実施形態であるＮ型あるいはＰ型の不純物拡散層を形成する第２のドーピング方法の各工程における半導体基板の状態を示し、本図を用いて、第２のドーピング方法について説明する。

ここで、第２のドーピング方法は、第１のドーピング方法との比較において半導体基板の表層に低濃度拡散層が形成されない点で異なる。

図３（Ａ）は、最初の工程直後の半導体基板５０の状態を示し、最初の工程では、半導体基板５０の表層全域に拡散防止膜６５と、当該拡散防止膜６５の上層にＮ型あるいはＰ型のドーパント膜６０を形成する。

ここで、半導体基板５０は、例えば単結晶シリコンが用いられる。また、ドーパント膜６０は、第１のドーピング方法と同様、ウェットコーティング法で形成されドーパントとしてリン、ボロンをそれぞれ含有するＰＳＧ膜やＢＳＧ膜が用いられる。

拡散防止膜６５は、例えばシリコン基板を熱酸化することによって形成されるＳｉ０_２膜が用いられる。具体的には、ウェットコーティング法で形成されるガラス材料で、ドーパント膜６０に用いられるＰＳＧ膜やＢＳＧ膜と同等の組成であり、ドーパントを含まない材料が用いられる。

当該材料が用いられることにより、ドーパント膜６０と拡散防止膜６５との間でシリコン化合物の重合反応を起こすことが可能となって、安価でかつ強度にドーパント膜６０と拡散防止膜６５を密着させることが可能となる。

図３（Ｂ）は、最初の工程に続く第２の工程直後の半導体基板５０の状態を示し、第２の工程では、ドーパントを拡散させる領域にレーザ光Ｌを照射し、当該領域の拡散防止膜６５を変質させてドーパント膜６０内のドーパントを半導体基板５０内部に拡散させて拡散層５５を形成する。このとき、レーザ光Ｌを照射した領域のドーパント膜６０は、当該領域の拡散防止膜６５とともに変質層６２として残存している。

図３（Ｃ）は、第２の工程に続く第３の工程直後の半導体基板５０の状態を示し、第３の工程では、半導体基板５０全体を高温加熱することによって、変質層６２のドーパントを半導体基板５０内部に拡散させる。したがって、拡散層５５は、ドーパント濃度が低い第１拡散層５５１とドーパント濃度が高い第２拡散層５５２に二層化される。また、拡散層５５以外の領域へのドーパントの拡散は、拡散防止膜６５によって防止される。

また、拡散温度における拡散防止膜６５内へのドーパントの拡散速度を鑑みて、ドーパントを拡散させる時間に応じた膜厚以上の拡散防止膜６５を形成するのが望ましい。例えば、ドーパント膜６０がＰＳＧ膜、拡散防止膜６５が酸化膜（ＳｉＯ_２膜）、拡散温度が１０００℃、拡散時間が２０分とする場合には、拡散防止膜６５の膜厚は２００ｎｍ以上とするのが望ましい。

図３（Ｄ）は、第３の工程に続く第４の工程直後の半導体基板５０の状態を示し、第４の工程では、半導体基板５０の裏面表層に残存している変質層６２を含むドーパント膜６０と、拡散防止膜６５を除去する。

ここで、変質層６２を含むドーパント膜６０及び拡散防止膜６５の除去には、例えばフッ化水素酸によるエッチングが用いられる。

このように、第２のドーピング方法によって形成される拡散層５５は、第１のドーピング方法によって形成される拡散層５５と同様に、ドーパント濃度が低い第１拡散層５５１とドーパント濃度が高い第２拡散層５５２が形成される。

また、第２のドーピング方法も、レーザ照射によるドーパントを拡散させる工程に続いて、熱拡散処理によるドーパントを拡散させる工程を行うドーピング方法である。

このことから、第２のドーピング方法によって形成される拡散層５５の濃度分布の特徴も第１のドーピング方法によるものと同様に、従来の熱拡散処理によるドーピング方法と比較して、拡散層５５の表層のドーパント濃度を高濃度にすることが可能となる。

図４は、本発明の一実施形態であるＮ型あるいはＰ型の不純物拡散層を形成する第３のドーピング方法の各工程における半導体基板の状態を示し、本図を用いて、第３のドーピング方法について説明する。

ここで、第３のドーピング方法は、第２のドーピング方法との比較において拡散防止膜としてアモルファスシリコン膜を用いる点で異なる。

図４（Ａ）は、最初の工程直後の半導体基板５０の状態を示し、最初の工程では、半導体基板５０の表層全域に拡散防止膜６６と、当該拡散防止膜６６の上層にＮ型あるいはＰ型のドーパント膜６０を形成する。

ここで、半導体基板５０は、例えば単結晶シリコンが用いられる。また、ドーパント膜６０は、第１のドーピング方法と同様、ウェットコーティング法で形成されドーパントとしてリン、ボロンをそれぞれ含有するＰＳＧ膜やＢＳＧ膜が用いられる。さらに、拡散防止膜６６は、例えばＣＶＤ法により成膜されたアモルファスシリコン膜が用いられる。

図４（Ｂ）は、最初の工程に続く第２の工程直後の半導体基板５０の状態を示し、第２の工程では、ドーパントを拡散させる領域にレーザ光Ｌを照射し、ドーパント膜６０内のドーパントを、レーザ光Ｌを照射した領域の拡散防止膜６６を含む半導体基板５０内部に拡散させて拡散層５５を形成する。つまり、単結晶シリコンである半導体基板５０及びアモルファスシリコンである拡散防止膜６６がレーザ光Ｌの照射によって溶解し、再結晶化する過程で、ドーパント膜６０内のドーパントを半導体基板５０及び拡散防止膜６６に拡散させて拡散層５５を形成する。このとき、レーザ光Ｌを照射した領域のドーパント膜６０は変質層６３として残存している。

図４（Ｃ）は、第２の工程に続く第３の工程直後の半導体基板５０の状態を示し、第３の工程では、半導体基板５０全体を高温加熱することによって、レーザ光Ｌを照射した領域の拡散防止膜６６を含む半導体基板５０内部に、変質層６３のドーパントを拡散させる。したがって、拡散層５５は、ドーパント濃度が低い第１拡散層５５１とドーパント濃度が高い第２拡散層５５２に二層化される。また、拡散層５５以外の領域へのドーパントの拡散は、拡散防止膜６６によって防止される。

ここで、第２のドーピング方法と同様に、ドーパントを拡散させる際、半導体基板５０を、例えば８００〜１０００℃の拡散温度にまで加熱するが、一度３００〜８００℃の温度でドーパント膜６０をガラス化させた後に、拡散温度にまで加熱するのが望ましい。

図４（Ｄ）は、第３の工程に続く第４の工程直後の半導体基板５０の状態を示し、第４の工程では、半導体基板５０の裏面表層に残存しているドーパント膜６０、拡散防止膜６６及び変質層６３を除去する。

ここで、ドーパント膜６０、拡散防止膜６６及び変質層６３の除去には、例えばフッ硝酸によるエッチングが用いられる。これによって、レーザ照射がなされていない領域の拡散防止膜６６を選択的に除去することができる。

この第３のドーピング方法では、レーザ照射がなされた領域の拡散防止膜６６が拡散層５５の一部となって形成されることから、拡散層５５が周囲の半導体基板５０の表面よりも突出していることを特徴とする。

このように、第３のドーピング方法によって形成される拡散層５５は、第１のドーピング方法によって形成される拡散層５５と同様に、ドーパント濃度が低い第１拡散層５５１とドーパント濃度が高い第２拡散層５５２が形成される。

また、第３のドーピング方法も、レーザ照射によるドーパントを拡散させる工程に続いて、熱拡散処理によるドーパントを拡散させる工程を行うドーピング方法である。

このことから、第３のドーピング方法によって形成される拡散層５５の濃度分布の特徴も第１のドーピング方法によるものと同様に、従来の熱拡散処理によるドーピング方法と比較して、拡散層５５の表層のドーパント濃度を高濃度にすることが可能となる。

図５は、本発明の一実施形態である裏面電極型太陽電池の不純物拡散層を形成する第４のドーピング方法の各工程における半導体基板の状態を示し、本図を用いて、第４のドーピング方法について説明する。

ここで、第４のドーピング方法は、第２のドーピング方法との比較においてＮ型拡散層とＰ型拡散層を同時に形成する点で異なる。

図５（Ａ）は、最初の工程直後の半導体基板５０の状態を示し、最初の工程では、半導体基板５０の表層全域に拡散防止膜６５と、当該拡散防止膜６５の上層に、Ｎ型のドーパントを含有するＮ型ドーパント膜６０ａとＰ型のドーパントを含有するＰ型ドーパント膜６０ｂを形成する。

ここで、第２のドーピング方法と同様、Ｎ型ドーパント膜６０ａとＰ型ドーパント膜６０ｂは、例えばそれぞれＮ型ドーパント、Ｐ型ドーパントを含む有機系材料をスクリーン印刷法やインクジェット印刷法によって塗り分け形成される。また、通常、ドーパントを含まない材料によって、Ｎ型ドーパント膜６０ａとＰ型ドーパント膜６０ｂの両者を離間するための障壁が形成される。

半導体基板５０は、例えば単結晶シリコンが用いられる。また、Ｎ型ドーパント膜６０ａ、Ｐ型ドーパント膜６０ｂは、それぞれ例えばＰＳＧ膜やＢＳＧ膜が用いられる。

拡散防止膜６５は、例えばシリコン基板を熱酸化することによって形成されるＳｉ０_２膜が用いられる。具体的には、ウェットコーティング法で形成されるガラス材料で、ドーパント膜６０に用いられるＰＳＧ膜やＢＳＧ膜と同等の組成である、ドーパントを含まない材料が用いられる。

図５（Ｂ）は、最初の工程に続く第２の工程直後の半導体基板５０の状態を示し、第２の工程では、ドーパントを拡散させる領域にレーザ光Ｌを照射し、Ｎ型ドーパント膜６０ａ及びＰ型ドーパント膜６０ｂ内のドーパントを半導体基板５０内部に拡散させてＮ型拡散層５５ａ及びＰ型拡散層５５ｂを形成する。このとき、レーザ光Ｌを照射した領域のＮ型ドーパント膜６０ａ及びＰ型ドーパント膜６０ｂは、当該領域の拡散防止膜６５とともにＮ型変質層６２ａ及びＰ型変質層６２ｂとして残存している。

図５（Ｃ）は、第２の工程に続く第３の工程直後の半導体基板５０の状態を示し、第３の工程では、半導体基板５０全体を高温加熱することによって、Ｎ型変質層６２ａ及びＰ型変質層６２ｂのドーパントを半導体基板５０内部に拡散させる。したがって、Ｎ型拡散層５５ａ及びＰ型拡散層５５ｂは、それぞれドーパント濃度が低いＮ型第１拡散層５５１ａ又はＰ型第１拡散層５５１ｂと、ドーパント濃度が高いＮ型第２拡散層５５２ａ又はＰ型第２拡散層５５２ｂに二層化される。また、Ｎ型拡散層５５ａ又はＰ型拡散層５５ｂ以外の領域へのドーパントの拡散は、拡散防止膜６５によって防止される。

ここで、第２のドーピング方法と同様、ドーパントを拡散させる際、半導体基板５０を、例えば８００〜１０００℃の拡散温度にまで加熱するが、一度３００〜８００℃の温度でドーパント膜６０をガラス化させた後に、拡散温度にまで加熱するのが望ましい。

図５（Ｄ）は、第３の工程に続く第４の工程直後の半導体基板５０の状態を示し、第４の工程では、第２のドーピング方法と同様、半導体基板５０の裏面表層に残存しているＮ型変質層６２ａ及びＰ型変質層６２ｂを含むＮ型ドーパント膜６０ａ及びＰ型ドーパント膜６０ｂと、拡散防止膜６５を除去する。

このように、第４のドーピング方法によって形成されるＮ型拡散層５５ａ及びＰ型拡散層５５ｂは、第１のドーピング方法によって形成される拡散層５５と同様に、ドーパント濃度が低いＮ型第１拡散層５５１ａ又はＰ型第１拡散層５５１ｂとドーパント濃度が高いＮ型第２拡散層５５２ａ又はＰ型第２拡散層５５２ｂが形成される。

また、第４のドーピング方法も、レーザ照射によるドーパントを拡散させる工程に続いて、熱拡散処理によるドーパントを拡散させる工程を行うドーピング方法である。

このことから、第４のドーピング方法によって形成されるＮ型拡散層５５ａ及びＰ型拡散層５５ｂの濃度分布の特徴も第１のドーピング方法によるものと同様に、従来の熱拡散処理によるドーピング方法と比較して、Ｎ型拡散層５５ａ及びＰ型拡散層５５ｂの表層のドーパント濃度を高濃度にすることが可能となる。

また、第４のドーピング方法では、Ｎ型拡散層とＰ型拡散層を同時に形成することから、Ｎ型拡散層とＰ型拡散層をそれぞれに形成するドーピング方法との比較においてプロセスが簡便化される。

図６は、本発明の一実施形態である裏面電極型太陽電池の不純物拡散層を形成する第５のドーピング方法の各工程における半導体基板の状態を示し、本図を用いて、第５のドーピング方法について説明する。

ここで、第５のドーピング方法は、第４のドーピング方法との比較においてＮ型拡散層とＰ型拡散層を個別に形成する点で異なる。

図６（Ａ）は、最初の工程直後の半導体基板５０の状態を示し、最初の工程では、上述した第２のドーピング方法などを用いて、半導体基板５０の表層の所定の領域に、ドーパント濃度が低いＮ型第１拡散層５５１ａとドーパント濃度が高いＮ型第２拡散層５５２ａとを有するＮ型拡散層５５ａを形成する。

図６（Ｂ）は、最初の工程に続く第２の工程直後の半導体基板５０の状態を示し、第２の工程では、Ｎ型拡散層５５ａが形成された領域の上層に拡散防止膜６５を形成する。

ここで、拡散防止膜６５は、例えば熱酸化あるいはウエット酸化によってシリコン基板を熱酸化することによって形成されるＳｉ０_２膜が用いられる。

このとき、Ｎ型拡散層５５ａが形成された領域の酸化速度は、形成されていない他の領域の酸化速度に比べ早く、当該Ｎ型拡散層５５ａが形成された領域の上層には膜圧の厚い拡散防止膜６５が形成される。このことから、フッ化水素酸によるエッチングによって当該Ｎ型拡散層５５ａの上層だけに拡散防止膜６５を形成することができる。

図６（Ｃ）は、第２の工程に続く第３の工程直後の半導体基板５０の状態を示し、第３の工程では、Ｐ型ドーパント膜６０ｂを形成する。ここで、Ｐ型ドーパント膜６０ｂは、ウェットコーティング法で形成されるＢＳＧ膜が用いられる。

図６（Ｄ）は、第３の工程に続く第４の工程直後の半導体基板５０の状態を示し、第４の工程では、ドーパントを拡散させる領域にレーザ光Ｌを照射し、Ｐ型ドーパント膜６０ｂ内のドーパントを半導体基板５０内部に拡散させてＰ型拡散層５５ｂを形成する。このとき、レーザ光Ｌを照射した領域のＰ型ドーパント膜６０ｂはＰ型変質層６１ｂとして残存している。

図６（Ｅ）は、第４の工程に続く第５の工程直後の半導体基板５０の状態を示し、第５の工程では、半導体基板５０全体を高温加熱することによって、Ｐ型ドーパント膜６０ｂ及びＰ型変質層６１ｂのドーパントを半導体基板５０内部に拡散させる。したがって、Ｐ型拡散層５５ｂは、ドーパント濃度が低いＰ型第１拡散層５５１ｂとドーパント濃度が高いＰ型第２拡散層５５２ｂに二層化される。

また、Ｐ型拡散層５５ｂ及び拡散防止膜６５が形成されているＮ型拡散層５５ａの領域を除く半導体基板５０の表層には、低濃度拡散層５７が形成される。

図６（Ｆ）は、第５の工程に続く第６の工程直後の半導体基板５０の状態を示し、第６の工程では、半導体基板５０の裏面表層に残存しているＰ型変質層６１ｂを含むＰ型ドーパント膜６０ｂと、拡散防止膜６５を除去する。

ここで、Ｐ型変質層６１ｂを含むＰ型ドーパント膜６０ｂと、拡散防止膜６５の除去は、例えばフッ化水素酸によるエッチングが用いられる。

このように、第５のドーピング方法によって形成されるＰ型拡散層５５ｂは、第１のドーピング方法によって形成される拡散層５５と同様に、ドーパント濃度が低いＰ型第１拡散層５５１ｂとドーパント濃度が高いＰ型第２拡散層５５２ｂが形成される。

また、第５のドーピング方法も、レーザ照射によるドーパントを拡散させる工程に続いて、熱拡散処理によるドーパントを拡散させる工程を行うドーピング方法である。

このことから、第５のドーピング方法によって形成されるＰ型拡散層５５ｂの濃度分布の特徴も第１のドーピング方法によるものと同様に、従来の熱拡散処理によるドーピング方法と比較して、Ｐ型拡散層５５ｂの表層のドーパント濃度を高濃度にすることが可能となる。

このように、本発明のドーピング方法では、ドーパント濃度が低い拡散層とドーパント濃度が高い拡散層に二層化されて形成される。

そして、二層化されて形成された拡散層のドーパントの濃度分布は、拡散層表層においてドーパント濃度が高く、所定のドーパント濃度が深い領域に至るまで維持されている特徴を有している。

このことから、従来のドーピング方法に比べ、電極との接触抵抗が低減された太陽電池用の半導体基板を製造することが可能となる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明は、特許請求の範囲と均等な範囲でのすべての変更を含むものである。

５０半導体基板
５５拡散層
５５ａＮ型拡散層
５５ｂＰ型拡散層
５５１第１拡散層
５５１ａＮ型第１拡散層
５５１ｂＰ型第１拡散層
５５２第２拡散層
５５２ａＮ型第２拡散層
５５２ｂＰ型第２拡散層
５７低濃度拡散層
６０ドーパント膜
６０ａＮ型ドーパント膜
６０ｂＰ型ドーパント膜
６１，６２，６３変質層
６２ａＮ型変質層
６１ｂ，６２ｂＰ型変質層
６５，６６拡散防止膜

Claims

ドーパントを含むドーパント膜を半導体基板の表面に形成する準備工程と、
前記ドーパント膜にレーザ光を照射して、前記半導体基板の所定の領域の内部に前記ドーパントを拡散させて第１拡散層を形成する第１拡散工程と、
前記半導体基板を加熱して、前記第１拡散層に前記ドーパントを拡散させて第２拡散層を形成する第２拡散工程と、を有することを特徴とする太陽電池の製造方法。
前記準備工程は、半導体基板の表面に前記ドーパントの拡散を防止する拡散防止膜を形成する第１準備工程と、
前記拡散防止膜の上層に前記ドーパント膜を形成する第２準備工程と、を有することを特徴とする請求項１に記載の太陽電池の製造方法。
前記拡散防止膜は、前記半導体基板を熱酸化することによって形成された熱酸化膜であることを特徴とする請求項２に記載の太陽電池の製造方法。
前記拡散防止膜は、アモルファスシリコン膜であることを特徴とする請求項２に記載の太陽電池の製造方法。
前記拡散防止膜は、昇温によってガラス化するシリコン化合物を含む材料から成り、ウェットコーティング法によって形成される有機膜であることを特徴とする請求項２に記載の太陽電池の製造方法。
前記拡散防止膜の膜厚は、前記第２拡散工程において前記ドーパントが前記拡散防止膜内で拡散する拡散距離よりも厚く形成することを特徴とする請求項２から５のいずれかに記載の太陽電池の製造方法。
前記ドーパント膜は、ドーパントと昇温によってガラス化するシリコン化合物を含む材料から成り、ウェットコーティング法によって形成される有機膜であることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の太陽電池の製造方法。
請求項１から７のいずれかに記載の方法によって製造された太陽電池。
半導体基板を有する太陽電池であって、
前記半導体基板の表面には、当該表面よりも突出した凸領域を有し、
前記凸領域の表層のドーパント濃度は、前記凸領域外の表層のドーパント濃度よりも高いことを特徴とする太陽電池。