JP2012204660A - 光起電力装置およびその製造方法、光起電力モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】受光面を高抵抗化しつつ受光面側電極の接続抵抗を低減可能な選択エミッタ構造に類似の拡散層構造を有し、光電変換効率に優れた光起電力装置を得ること。
【解決手段】一面側に凹凸形状が形成された第１導電型の単結晶シリコン基板１と、前記単結晶シリコン基板１の一面側の全面において前記凹凸形状の凸部の頂部に分散配置され、第２導電型の不純物元素が第１の濃度で拡散した複数の第１の拡散層２ａと、前記単結晶シリコン基板１の一面側において前記第１の拡散層２ａ以外の領域に形成され、前記第２導電型の不純物元素が前記第１の濃度よりも低い第２の濃度で拡散した第２の拡散層５と、前記第１の拡散層２ａに電気的に接続して前記単結晶シリコン基板１の一面側に形成された受光面側電極７と、前記単結晶シリコン基板１の他面側に形成された裏面側電極８と、を備える。
【選択図】図１−９

Description

本発明は、光起電力装置およびその製造方法、光起電力モジュールに関するものである。

太陽電池等の光起電力装置の性能向上には、太陽電池を構成する基板内部に太陽光を効率良く取り込むことが大切である。このため、光入射側の基板表面にテクスチャ加工を施し、基板表面で一度反射した光を再度基板表面に入射させることで、より多くの太陽光を基板内部に取り込み、光電変換効率の向上を図っている。ここでテクスチャ加工とは、基板表面に意図的に数十ｎｍ〜数十μｍの寸法の微細凹凸を形成する加工のことである。

太陽電池用の基板にテクスチャ形成を行う方法として、基板が単結晶基板の場合には、エッチング速度に結晶方位依存性を有する水酸化ナトリウムや水酸化カリウム等のアルカリ水溶液による異方性エッチングが広く用いられる。たとえば、（１００）基板表面に対してこの異方性エッチングを行うと、（１１１）面が露出したピラミッド状のテクスチャが基板表面に形成される。

また、単結晶基板にテクスチャを形成する場合、エッチングマスクを利用すると理想的な逆ピラミッドテクスチャを基板表面に形成することができ、写真製版法等によるエッチングマスクを用いた方法が実用化されている。しかし、写真製版法はプロセスコストが高く、また大型の基板には適用しにくいという欠点があった。

そこで、写真製版に替わるエッチングマスクの形成方法として、たとえば、シリコン基板の表面に開口部を有するエッチングマスク膜を形成し、このマスク膜表面に対してブラスト加工を実施することでマスク開口部に凹部からなるテクスチャを形成する方法が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。

また、シリコン基板の表面にエッチングマスクを形成し、このマスク表面に対してブラスト加工を実施することでマスク表面に開口部を形成し、引き続きエッチング加工を実施することでテクスチャを形成する方法を本発明者らは提案している（たとえば、特許文献２参照）。

一方、光電変換効率を高めるための太陽電池の構造として、受光面側電極直下の不純物濃度に対して、基板の受光面側におけるこれ以外の領域の不純物濃度を低くした選択エミッタ構造がある。選択エミッタ構造では、受光面側電極直下の不純物濃度が高いため、電極とシリコン基板との接触抵抗を低減できる。また、電極部分以外では不純物濃度が低いため、太陽電池の短波長光側の量子効率を良くすることができる。

このような選択エミッタ構造を形成するためには、たとえば酸化シリコン膜を形成した基板の受光面側にレジストパターンを形成した後、レジストパターンの開口部の酸化シリコン膜を除去して、受光面側電極に対応した開口部を酸化シリコン膜に形成する。その後、不純物を拡散することにより、酸化シリコン膜の開口部に高濃度の拡散層が形成され、他の部分に低濃度の拡散層が形成される。そして、高濃度の拡散層に合わせて電極ペーストが印刷された後、電極ペーストの焼成が行われて受光面側電極が形成される（たとえば、特許文献３参照）。

特開２００２−４３６０１号公報 国際公開第２００９／１２８３２４号 特開２００４−１９３３５０号公報

しかしながら、上記従来の技術によれば、選択エミッタ構造を形成するためにレジストマスクの印刷工程が必要となるため工程が複雑になる、という問題があった。

また、上記従来の技術によれば、電極印刷時に高濃度の拡散層を形成した領域に位置合わせを行う必要があり工程に負荷が掛かる、という問題を有する。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、受光面を高抵抗化しつつ受光面側電極の接続抵抗を低減可能な選択エミッタ構造に類似の拡散層構造を有し、光電変換効率に優れた光起電力装置およびその製造方法、光起電力モジュー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、本発明にかかる光起電力装置は、一面側に凹凸形状が形成された第１導電型の単結晶シリコン基板と、前記単結晶シリコン基板の一面側の全面において前記凹凸形状の凸部の頂部に分散配置され、第２導電型の不純物元素が第１の濃度で拡散した複数の第１の拡散層と、前記単結晶シリコン基板の一面側において前記第１の拡散層以外の領域に形成され、前記第２導電型の不純物元素が前記第１の濃度よりも低い第２の濃度で拡散した第２の拡散層と、前記第１の拡散層に電気的に接続して前記単結晶シリコン基板の一面側に形成された受光面側電極と、前記単結晶シリコン基板の他面側に形成された裏面側電極と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、受光面を高抵抗化しつつ受光面側電極の接続抵抗を低減可能な選択エミッタ構造に類似の拡散層構造を有し、光電変換効率に優れた光起電力装置が容易に得られる、という効果を奏する。

図１−１は、本発明の実施の形態にかかる光起電力装置の製造方法を説明するための要部断面図である。 図１−２は、本発明の実施の形態にかかる光起電力装置の製造方法を説明するための要部断面図である。 図１−３は、本発明の実施の形態にかかる光起電力装置の製造方法を説明するための要部断面図である。 図１−４は、本発明の実施の形態にかかる光起電力装置の製造方法を説明するための要部断面図である。 図１−５は、本発明の実施の形態にかかる光起電力装置の製造方法を説明するための要部断面図である。 図１−６は、本発明の実施の形態にかかる光起電力装置の製造方法を説明するための要部断面図である。 図１−７は、本発明の実施の形態にかかる光起電力装置の製造方法を説明するための要部断面図である。 図１−８は、本発明の実施の形態にかかる光起電力装置の製造方法を説明するための要部断面図である。 図１−９は、本発明の実施の形態にかかる光起電力装置の製造方法を説明するための要部断面図である。 図２−１は、レジストパターンを用いる選択エミッタ型光起電力装置の製造方法を説明するための要部断面図である。 図２−２は、レジストパターンを用いる選択エミッタ型光起電力装置の製造方法を説明するための要部断面図である。 図２−３は、レジストパターンを用いる選択エミッタ型光起電力装置の製造方法を説明するための要部断面図である。 図２−４は、レジストパターンを用いる選択エミッタ型光起電力装置の製造方法を説明するための要部断面図である。 図２−５は、レジストパターンを用いる選択エミッタ型光起電力装置の製造方法を説明するための要部断面図である。 図２−６は、レジストパターンを用いる選択エミッタ型光起電力装置の製造方法を説明するための要部断面図である。 図２−７は、レジストパターンを用いる選択エミッタ型光起電力装置の製造方法を説明するための要部断面図である。 図２−８は、レジストパターンを用いる選択エミッタ型光起電力装置の製造方法を説明するための要部断面図である。 図２−９は、レジストパターンを用いる選択エミッタ型光起電力装置の製造方法を説明するための要部断面図である。 図３−１は、本発明の実施の形態にかかる光起電力装置の製造方法において、第２の拡散層が形成された時点の基板の受光面側の状態を模式的に示す平面図である。 図３−２は、図３−１の一部を拡大して示す拡大図である。 図４は、レジストパターンを用いる選択エミッタ型光起電力装置の製造方法において、第２の拡散層が形成された時点の基板の受光面側の状態を模式的に示す平面図である。

以下に、本発明にかかる光起電力装置およびその製造方法、光起電力モジュールの実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は以下の記述に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。また、以下に示す図面においては、理解の容易のため、各部材の縮尺が実際とは異なる場合がある。各図面間においても同様である。また、平面図であっても、図面を見易くするためにハッチングを付す場合がある。

実施の形態
図１−１〜図１−９は、本発明の実施の形態にかかる光起電力装置の製造方法を説明するための要部断面図である。以下、図１−１〜図１−９を参照して本実施の形態にかかる光起電力装置の製造方法を説明する。まず、第１の工程では、単結晶シリコン基板１（以下、基板１と呼ぶ場合がある）の一面側の表面に不純物を拡散して第１の不純物拡散層２ａ（以下、第１の拡散層２ａと呼ぶ）を形成する（図１−１）。

本実施の形態における単結晶シリコン基板１は、民生用太陽電池向けとして多く使用されているものであり、単結晶シリコンインゴットからマルチワイヤーソーでスライスした後に、酸またはアルカリ溶液を用いたウエットエッチングでスライス時のダメージを除去したものである。たとえばダメージ除去後の基板１の厚みは２００μｍ、寸法は１５ｃｍ角とされる。なお、基板１の寸法はこれに限定されるものではなく、適宜変更可能である。

また、基板１の極性は、ｐ型およびｎ型のうちのどちらでもよく、第１の拡散層２ａとして基板１の極性の逆の型の拡散層を形成することでｐｎ接合を形成する。第１の拡散層２ａがｎ型の場合はリン（Ｐ）を、第１の拡散層２ａがｐ型の場合はボロン（Ｂ）を拡散するのが一般的である。

本実施の形態では、一例として、比抵抗が１Ωｃｍ〜３Ωｃｍのｐ型の単結晶シリコン基板１を使用する。第１の拡散層２ａは、ｎ型不純物拡散層であり、第１の濃度でリン（Ｐ）が拡散された高濃度拡散層（低抵抗領域）である。基板１を熱拡散路に投入し、オキシ塩化リン（ＰＯＣｌ_３）を用いたリン（Ｐ）の熱拡散により、たとえばシート抵抗が２０Ω／□〜４０Ω／□の第１の拡散層２ａを形成する。なお、この第１の拡散層２ａのシート抵抗は、後述する第２の拡散層５の形成後の値である。

第２の工程では、第１の拡散層２ａの表面に保護膜３ａを被着する（図１−２）。保護膜としては、８００℃〜１０００℃の温度で酸化処理を行う熱酸化法により形成される熱酸化膜や、常圧化学気相蒸着（Chemical Vapor Deposition：ＣＶＤ）法により４００℃〜７００℃程度の温度で形成される低温酸化膜、プラズマＣＶＤ法などの化学堆積法やスパッタリング法などの物理堆積法により形成されるシリコン窒化膜等が使用可能である。また、これらの膜を組み合わせて使用してもよい。熱酸化法では基板１の全面に保護膜が形成されるが、ＣＶＤ法やスパッタリング法では通常は片面のみの成膜となるため必要に応じて両面への成膜を行う。ただし、基板の裏面側のエッチング保護が不要の場合はこの限りではない。

第３の工程では、基板１の受光面側（第１の拡散層２ａ側）に形成された保護膜３ａにブラスト加工処理を施して、保護膜３ａに開口３ｂを形成する（図１−３）。すなわち、受光面側（第１の拡散層２ａ側）に形成された保護膜３ａに、ブラスト加工処理により複数の開口３ｂを開ける。ブラスト加工としては、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）、炭化シリコン（ＳｉＣ）やガラス等の砥粒粉体をエアで吹き付ける通常の乾式ブラスト加工や、同じくアルミナ、炭化シリコン（ＳｉＣ）やガラス等の砥粒粉体を水に分散させたミストをスプレー塗布するウェットブラスト等を使用可能である。

ブラスト加工処理に使用する砥粒のサイズにより、開口３ｂの開口穴径と開口ピッチとが変化する。ここでのブラスト加工処理には、たとえば＃５００〜＃３０００のサイズの砥粒が使用可能であり、＃８００〜＃２０００のサイズの砥粒を用いることが特に好ましい。これにより、後のエッチング工程において底辺長が１０μｍ〜３０μｍ程度のピラミッド形状の粗面構造を形成することができる。なお、粗面構造の形成が両面に必要な場合は、上記ブラスト加工処理を両面に行う必要がある。ここでは、基板１の受光面側のみに粗面構造を形成する場合について説明する。

第４の工程では、開口３ｂが形成された保護膜３ａをマスクとして、基板１の受光面側（第１の拡散層２ａ側）の一面に対して異方性エッチングを施して、基板１の受光面側（第１の拡散層２ａ側）の粗面化を行う（図１−４）。異方性エッチングとしては、保護膜３ａが耐性を有する条件で、アルカリ水溶液を用いたウエットエッチングを行う。

エッチング液には、シリコンを溶解し、保護膜３ａに対する溶解能が小さいものであれば使用可能である。このようなエッチング液としては、たとえばアルカリ水溶液、およびエッチング異方性を付与するイソプロパノール等の添加剤を含むアルカリ水溶液のうちの何れか、またはこれらを組み合わせたものを用いることができる。このようなエッチング液を用いることにより、基板１の表面にランダムピラミッドと呼ばれる凹凸形状からなる粗面形状４を形成することができる。この時のランダムピラミッドのサイズは、先に示した通り、ブラスト加工処理工程で形成される開口３ｂの開口穴径と開口ピッチで決定される。

エッチングにおいては、エッチング液の濃度、エッチング液の温度、エッチング時間等のエッチング条件を制御することにより、ランダムピラミッドの頂点部分に未エッチング領域２ｂを残す様にエッチングの進行状態を制御する。このようなエッチングにより、凹部が基板１の内部に達するとともに、ランダムピラミッドの頂点部分にのみ未エッチング領域２ｂが残存した粗面形状４が形成される。そして、エッチングされずに残った微細な第１の拡散層２ａは、未エッチング領域２ｂの下部周辺にのみ残存し、基板１の受光側の全面に分散配置される。

第５の工程では、たとえばフッ酸により保護膜３ａを除去し、粗面形状４を露出させる（図１−５）。

第６の工程では、基板１の受光面側（第１の拡散層２ａ側）にｎ型不純物拡散層である第２の不純物拡散層５（以下、第２の拡散層５と呼ぶ）を形成する（図１−６）。すなわち、基板１を熱拡散路に投入し、オキシ塩化リン（ＰＯＣｌ_３）を用いたリン（Ｐ）の熱拡散により、たとえばシート抵抗が８０Ω／□〜１２０Ω／□の第２の拡散層５を形成する。リン（Ｐ）の熱拡散は、第１の濃度よりも低い第２の濃度で行われる。したがって、第２の拡散層５は、第１の濃度よりも低い第２の濃度でリン（Ｐ）が拡散された低濃度拡散層（高抵抗領域）である。

ここで、第２の濃度は、第１の濃度よりも低い。このため、低濃度拡散層である第２の拡散層５は粗面形状４の斜面にのみが形成され、ランダムピラミッドの頭頂部に残存している第１の拡散層２ａはそのまま高濃度拡散層とされる。そして、高濃度拡散層（低抵抗領域）である微細な第１の拡散層２ａは、基板１の受光側の全面に分散配置されている。

第７の工程では、粗面形状４が形成された基板１の受光面側（第１の拡散層２ａ側）にたとえばプラズマＣＶＤ法によりシリコン窒化膜からなる反射防止膜６を形成する（図１−７）。シリコン窒化膜の形成は、プラズマＣＶＤ法の代わりにスパッタリング法など他の手法により行っても構わない。

第８の工程では、基板１に電極となる金属ペーストをスクリーン印刷により塗布する（図１−８）。基板１の表側（受光面側）では、たとえば銀の混入した銀ペースト７ａを線幅１００μｍのグリッド電極形状およびバス電極形状に櫛形に塗布する。基板１の裏面側では、アルミニウムの混入したアルミニウムペースト８ａをスクリーン印刷により全面に塗布する。なお、図１−８においては、グリッド電極形状に塗布した銀ペースト７ａおよびアルミニウムペースト８ａのみを示している。

第９の工程では、金属ペーストの焼成処理を実施して受光面側電極７と裏面電極８とを形成する（図１−９）。焼成は、大気雰囲気中においてたとえば８００℃〜９００℃で実施する。焼成により銀ペースト７ａは固化するとともに反射防止膜６を侵食し、第１の拡散層２ａおよび第２の拡散層５と電気的な接続が形成される。このとき、粗面形状４の部分に電極が形成されることで、第１の拡散層２ａおよび第２の拡散層５と受光面側電極７との接触面積が増えて接続抵抗が低減されるとともに機械的な接続強度も増す。その後、基板１の外周部のｐｎ接合のショート部分をレーザカットで除去する。以上のようにして、本実施の形態にかかる光起電力装置であって、選択エミッタ構造に類似の拡散層構造を有する光起電力装置が作製される。

比較のため、レジストパターンを用いる選択エミッタ型光起電力装置の製造方法を図２−１〜図２−６に示す。なお、図１−１〜図１−９と同じ部材については同じ符号を付す。まず、第１１の工程では、基板１の一面側の表面に不純物を拡散して高濃度拡散層（低抵抗領域）である第１の拡散層２ａを形成する（図２−１）。

第１２の工程では、第１の拡散層２ａの表面に保護膜３ａを被着し、さらにその上に受光面側電極の形成領域にレジストパターン１１を形成する（図２−２）。

第１３の工程では、レジストパターン１１をマスクとして基板１の受光面側（第１の拡散層２ａ側）に形成された保護膜３ａにブラスト加工処理を施して、保護膜３ａに開口３ｂを形成する（図２−３）。ここで、保護膜３ａにおけるレジストパターン１１で覆われている部分には開口３ｂは形成されず、開口未形成部３ｃとされる。

第１４の工程では、レジストパターン１１を除去した後、開口３ｂが形成された保護膜３ａおよび開口未形成部３ｃをマスクとして、基板１の受光面側（第１の拡散層２ａ側）の一面に対して異方性エッチングとしてアルカリ水溶液を用いたウエットエッチングを施して、基板１の受光面側（第１の拡散層２ａ側）の粗面化を行う（図２−４）。このエッチングにより、開口未形成部３ｃの下部領域以外では、第１の拡散層２ａは除去される。そして、基板１の表面における開口未形成部３ｃの下部領域には、受光面側電極の形成領域となる平坦な表面を有する第１の不純物拡散層２ｃ（以下、第１の拡散層２ｃと呼ぶ）が残存する。また、基板１の表面におけるこれ以外の領域には、ランダムピラミッドと呼ばれる凹凸形状からなる粗面形状４が形成される。

第１５の工程では、たとえばフッ酸により保護膜３ａおよび開口未形成部３ｃを除去する（図２−５）。

第１６の工程では、基板１の受光面側に低濃度拡散層（高抵抗領域）である第２の拡散層５を形成する（図２−６）。第１の拡散層２ｃは既に高濃度拡散層とされているため、低濃度拡散層である第２の拡散層５は粗面形状４の斜面にのみ形成され、第１の拡散層２ｃはそのまま高濃度拡散層とされる。

第１７の工程では、粗面形状４が形成された基板１の受光面側にたとえばプラズマＣＶＤ法によりシリコン窒化膜からなる反射防止膜６を形成する（図２−７）。

第１８の工程では、基板１に電極となる金属ペーストをスクリーン印刷により塗布する（図２−８）。基板１の表側（受光面側）では、たとえば銀の混入した銀ペースト７ａを線幅１００μｍのグリッド電極形状およびバス電極形状に櫛形に塗布する。基板１の裏面側では、アルミニウムの混入したアルミニウムペースト８ａをスクリーン印刷により全面に塗布する。なお、図２−８においては、グリッド電極形状に塗布した銀（Ａｇ）ペースト７ａおよびアルミニウムペースト８ａのみを示している。ここで、銀ペースト７ａは、高濃度拡散層である第１の拡散層２ｃに合わせて印刷する必要がある。

第１９の工程では、金属ペーストの焼成処理を実施して受光面側電極７と裏面電極８とを形成する（図２−９）。その後、基板１の外周部のｐｎ接合のショート部分をレーザカットで除去する。以上のようにして、選択エミッタ型光起電力装置が作製される。

上記の本実施の形態にかかる光起電力装置の製造方法とレジストパターンを用いる光起電力装置の製造方法とを比較すると、本実施の形態にかかる光起電力装置の製造方法ではレジストパターン１１の形成は不要である。このため、本実施の形態にかかる光起電力装置の製造方法は、製造が簡略であり、且つ製造コストが安い。

図３−１は、上述した本実施の形態にかかる光起電力装置の製造方法において、第２の拡散層５が形成された時点（第６の工程、図１−６）の基板１の受光面側の状態を模式的に示す平面図である。図３−２は、図３−１の一部を拡大して示す拡大図である。図４は、上述したレジストパターンを用いる選択エミッタ型光起電力装置の製造方法において、第２の拡散層５が形成された時点（第１６の工程、図２−６）の基板１の受光面側の状態を模式的に示す平面図である。

図３に示すように本実施の形態にかかる光起電力装置の製造方法においては、高濃度拡散層（低抵抗領域）である微細な第１の拡散層２ａが基板１の受光側の全面に微細に分散配置されている。このため、基板１の受光側のどの位置に受光面電極を形成しても、受光面電極が高濃度拡散層（低抵抗領域）である微細な第１の拡散層２ａ上に位置することになるため、第８の工程における金属ペーストの印刷時において印刷位置の位置合わせを厳密に行う必要がない。

一方、図４に示すようにレジストパターンを用いる選択エミッタ型光起電力装置の製造方法においては、高濃度拡散層（低抵抗領域）である第１の拡散層２ｃが受光面側電極の形成領域のみに作り分けられている。このため、第１８の工程における金属ペーストの印刷時において第１の拡散層２ｃに厳密に印刷位置を合わせる必要があり、負荷が大きい。したがって、本実施の形態にかかる光起電力装置の製造方法は、レジストパターンを用いる光起電力装置の製造方法に比べて、工程が簡略であり、負荷も少ない。

また、レジストパターンを用いる選択エミッタ型光起電力装置の製造方法では、高濃度拡散層（低抵抗領域）である第１の拡散層２ｃにおいて電極幅以外の部分（受光面側電極７が形成されていない部分）は電子の再結合領域となり好ましくないが、金属ペーストの印刷の位置あわせ精度には限界がある。したがって、第１の拡散層２ｃに起因した特性低下は避けられない。

これに対して、本実施の形態にかかる光起電力装置の製造方法においては、高濃度拡散層（低抵抗領域）である微細な第１の拡散層２ａの総面積がレジストパターンを用いる選択エミッタ型光起電力装置の製造方法における第１の拡散層２ｃの面積と同等またはそれ以下であれば、基板１の受光面側において受光面側電極７が形成されていない領域の第１の拡散層２ａに起因した特性低下は無視することができる。

また、本実施の形態にかかる光起電力装置においては、第１の拡散層２ａは高濃度拡散層（低抵抗領域）であり、また第１の工程と第６の工程とにおいてリン（Ｐ）の拡散が２回行われるため、その他の領域に対してシート抵抗が低い状態となる。そして、第１の拡散層２ａが基板１の受光側の全面に点在することによって、その上に形成された受光面側電極７との接続抵抗を低減し、光照射により生成した電子の収集効率を向上させて光電変換効率を向上させることができる。

なお、この第１の拡散層２ａは受光面側電極の下部領域以外では電子の再結合領域となる。このため、基板１の受光面側の面積に対する第１の拡散層２ａ（未エッチング領域２ｂ）の面積の面積比として光電変換効率が最大となる最適値が存在し、検討の結果、３％〜１５％が最適であることを見出した。ただし、この値は高濃度拡散層（低抵抗領域）である第１の拡散層２ａとその他の領域とのシート抵抗の大小関係（比）でも異なり、シート抵抗の比が大きい場合は少なめ、シート抵抗の比が小さい場合は大きめが最適値となる。

上述したように、本実施の形態によれば、レジストパターンを用いる選択エミッタ型光起電力装置の製造方法よりも簡略な工程により、受光面を高抵抗化しつつ受光面側電極７の基板１との接続抵抗を低減可能な選択エミッタ構造に類似の拡散層構造を有し、選択エミッタ構造と同等以上の高い光電変換効率を有する光起電力装置が得られる。そして、本実施の形態によれば、光起電力装置の製造コストの低減および発電コストの低減が可能である。

つぎに、具体的な実施例に基づいて本発明を説明する。上述した本実施の形態にかかる光起電力装置の製造方法により実施例１および実施例２の光起電力装置を作製した。実施例１の光起電力装置は、第１の拡散層２ａのシート抵抗を２０Ω/□、基板１の受光面側におけるその他の領域（第２の拡散層５）のシート抵抗を１２０Ω/□として作製した。実施例２の光起電力装置は、第１の拡散層２ａのシート抵抗を５０Ω/□、基板１の受光面側におけるその他の領域（第２の拡散層５）のシート抵抗を８０Ω/□として作製した。

ここで、実施例１および実施例２の光起電力装置については、それぞれ基板１の受光面側の面積に対する第１の拡散層２ａの面積の面積比を変えて複数作製し、光電変換効率が最大となる面積比の最適値を検討した。その結果、実施例１の光起電力装置においては、最適な面積比は３％〜９％程度であった。また、実施例２の光起電力装置においては、最適な面積比は１０％〜１５％程度であった。

また、比較のため、上述したレジストパターンを用いる選択エミッタ型光起電力装置の製造方法により比較例の選択エミッタ型光起電力装置を作製した。比較例の選択エミッタ型光起電力装置は、第１の拡散層２ｃのシート抵抗を５０Ω/□、基板の受光面側におけるその他の領域（第２の拡散層５）のシート抵抗を８０Ω/□として作製した。比較例の選択エミッタ型光起電力装置においては、基板の受光面側の面積に対する第１の拡散層２ｃの面積の面積比を１４％とした。

つぎに、上記の面積比を５％とした実施例１の光起電力装置、上記の面積比を１２％とした実施例２の光起電力装置および比較例の選択エミッタ型光起電力装置の特性として、開放電圧Ｖｏｃ、短絡電流密度Ｊｓｃ、曲線因子ＦＦ、光電変換効率を調べた。その結果を表１に示す。

表１から分かるように、実施例１および、実施例２の光起電力装置においては、開放電圧Ｖｏｃが比較例の光起電力装置よりも低いが、短絡電流密度Ｊｓｃが増加することにより比較例よりも光電変換効率が向上していることがわかる。したがって、実施例１および実施例２の光起電力装置の方が比較例の選択エミッタ型光起電力装置よりも製造工程が簡略でありながら、良好な光起電力特性が得られると言える。

また、上記の実施の形態で説明した構成を有する光起電力装置を複数形成し、隣接する光起電力装置同士を電気的に直列または並列に接続することにより、光電変換効率に優れた太陽電池モジュールを安価に実現できる。この場合は、たとえば隣接する光起電力装置の一方の受光面側電極７と他方の裏面電極８とを電気的に接続すればよい。

以上のように、本発明にかかる光起電力装置は、選択エミッタ構造に類似の拡散層構造を有し、光電変換効率に優れた光起電力装置の実現に有用である。

１ 単結晶シリコン基板（基板）
２ａ 第１の不純物拡散層（第１の拡散層）
２ｂ 未エッチング領域
２ｃ 第１の不純物拡散層（第１の拡散層）
３ａ 保護膜
３ｂ 開口
３ｃ 開口未形成部
４ 粗面形状
５ 第２の不純物拡散層（第２の拡散層）
６ 反射防止膜
７ａ 銀ペースト
７ 受光面側電極
８ 裏面電極
８ａ アルミニウムペースト
１１ レジストパターン

Claims (8)

1. 一面側に凹凸形状が形成された第１導電型の単結晶シリコン基板と、
   前記単結晶シリコン基板の一面側の全面において前記凹凸形状の凸部の頂部に分散配置され、第２導電型の不純物元素が第１の濃度で拡散した複数の第１の拡散層と、
   前記単結晶シリコン基板の一面側において前記第１の拡散層以外の領域に形成され、前記第２導電型の不純物元素が前記第１の濃度よりも低い第２の濃度で拡散した第２の拡散層と、
   前記第１の拡散層に電気的に接続して前記単結晶シリコン基板の一面側に形成された受光面側電極と、
   前記単結晶シリコン基板の他面側に形成された裏面側電極と、
   を備えることを特徴とする光起電力装置。
2. 前記第１の拡散層のシート抵抗が２０Ω／□〜５０Ω／□であり、
   前記第２の拡散層のシート抵抗が８０Ω／□〜１２０Ω／□であり、
   前記第１の拡散層の合計の面積が前記単結晶シリコン基板の一面側の面積に対して３％〜１５％であること、
   を特徴とする請求項１に記載の光起電力装置。
3. 第１導電型の単結晶シリコン基板の一面側の全面に第２導電型の不純物元素を第１の濃度で拡散させて第１の拡散層を形成する第１の工程と、
   前記第１の拡散層の表面に保護膜を被着する第２の工程と、
   前記保護膜にブラスト加工処理を施して前記保護膜の全面に複数の開口を形成する第３の工程と、
   前記開口が形成された前記保護膜をエッチングマスクとして前記保護膜が耐性を有する条件で前記単結晶シリコン基板の一面側に対して異方性エッチングを施すことにより、前記単結晶シリコン基板の一面側に凹凸形状を形成するとともに前記保護膜の下部領域に前記異方性エッチングが施されていない前記第１の拡散層を残存させて前記第１の拡散層を前記単結晶シリコン基板の一面側の全面に分散配置する第４の工程と、
   前記保護膜を除去する第５の工程と、
   前記単結晶シリコン基板の一面側に第２導電型の不純物元素を前記第１の濃度よりも低い第２の濃度で拡散させて、前記単結晶シリコン基板の一面側における前記第１の拡散層以外の領域に第２の拡散層を形成する第６の工程と、
   前記単結晶シリコン基板の一面側に電極を形成する第７の工程と、
   前記単結晶シリコン基板の他面側に電極を形成する第８の工程と、
   を含むことを特徴とする光起電力装置の製造方法。
4. 前記第４の工程では、前記保護膜の下部領域の前記第１の拡散層に前記異方性エッチングが施されていない未エッチング領域が残存するようにエッチング条件を調整すること、
   を特徴とする請求項３に記載の光起電力装置の製造方法。
5. 前記第４の工程では、アルカリ水溶液および添加剤を含むアルカリ水溶液のうち少なくとも一方をエッチング液に用いてウエットエッチングを行うこと、
   を特徴とする請求項３または４に記載の光起電力装置の製造方法。
6. 前記第１の拡散層のシート抵抗を２０Ω／□〜５０Ω／□とし、前記第２の拡散層のシート抵抗を８０Ω／□〜１２０Ω／□とし、前記未エッチング領域の面積を前記単結晶シリコン基板の一面側の面積に対して３％〜１５％とすること、
   を特徴とする請求項３〜５のいずれか１つに記載の光起電力装置の製造方法。
7. 前記保護膜が、シリコン熱酸化膜、化学堆積もしくは物理堆積法により形成したシリコン酸化膜もしくはシリコン窒化膜のうちの何れか１つまたはその組み合わせであること、
   を特徴とする請求項３〜６のいずれか１つに記載の光起電力装置の製造方法。
8. 請求項１または２に記載の光起電力装置の少なくとも２つ以上が電気的に直列または並列に接続されてなること、
   を特徴とする光起電力モジュール。

Images