JP2025535005A - バックコンタクト型太陽電池及びその製造方法 - Google Patents

バックコンタクト型太陽電池及びその製造方法

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Abstract

本発明はバックコンタクト型太陽電池に関する。柱形孔穴構造を利用して裏面電界領域を配置し、これによりシリコン基板の厚さを十分に利用して底部領域と柱壁裏面電界領域とを形成することができるので、裏面の表面積を占有せずに裏面電界の収集面積を大きくするとともに、裏面エミッタ領域の面積を最大化することもできる。太陽電池では、一定の割合の範囲内で、エミッタの面積の割合が大きいほど、少数キャリアの捕獲及び輸送が効率良く行え、電池の効率が高くなる。また、裏面電界領域がシリコンウェーハの内部まで深く配置されているので、多数キャリアがシリコンウェーハの内部で収集できるようになり、輸送や収集距離が短くなり、収集効果が強化される。その結果、この構造によれば、少数キャリア及び多数キャリアのいずれかの収集も効率よく増加され、電池の効率が全体的に向上する。
【選択図】図１

Description

本出願は、２０２３年０４月２８日に中国国家知識産権局へ提出された、出願番号が２０２３１０５０１２７２．９であり、発明の名称が「バックコンタクト型太陽電池及びその製造方法」である中国特許出願に基づいた優先権を主張し、その内容全体が援用により本明細書に組み込まれる。
本発明は太陽電池の技術分野に属し、特にバックコンタクト型太陽電池及びその製造方法に関するものである。
現在、化石資源が徐々に枯渇していくにつれて、太陽電池は新たな代替エネルギーとして、ますます広く使用されるようになってきた。太陽電池は、光起電力効果を利用してキャリアを生成し、電極によりキャリアを引き出すことにより、電気エネルギーを効率に利用するという、太陽光の光エネルギーを電気エネルギーに変換するデバイスである。
バックコンタクト型電池は、英語名ｂａｃｋ ｃｏｎｔａｃｔ ｃｅｌｌｓで表記され、交差指型バックコンタクト（ＩＢＣ：Ｉｎｔｅｒｄｉｇｉｔａｔｅｄ Ｂａｃｋ－Ｃｏｎｔａｃｔｅｄ）電池と呼ばれるｐ型バックコンタクト太陽電池がその中の一つである。ＩＢＣ電池は、エミッタ（ｅｍｉｔｔｅｒ）及び金属コンタクトが電池の裏面にあり、正面に金属電極の遮断がないことを最大な特徴とするものなので、短絡電流密度Ｊｓｃがより高いとともに、直列抵抗Ｒｓを低減してフィルファクターＦＦを向上させるためにその裏面で線幅の広い金属ゲート線を配置することが許容可能である。また、このような正面に遮断のない電池は変換効率が高いだけでなく、外観も美しいであるとともに、全裏面電極のコンポーネントの組み立てがより容易である。ＩＢＣ電池は、現在、結晶シリコン電池の高効率化を実現できる技術方向の一つである。
現在、従来のｐ型の交差指型バックコンタクト太陽電池はその裏側領域にｐ型ベース電極又は拡散ｎ型エミッタを有するが、２つの領域のどちらにもよくパッシベーションできる誘電体層の選択は大きな課題となっているし、殆どの誘電体層は表面電荷を持って分流を引き起こすので、電池効果が低下する恐れもある。例えば、周知されているパッシベーション誘電体層は、負の表面電荷を有するアルミニウム酸化物（アルミナ、Ａｌ２Ｏ３）及び正の表面電荷を有する水素化アモルファス窒化ケイ素（α‐ＳｉＮｘ：Ｈ）である。また裏面接合型バックコンタクト電池にはキャリアが正面から裏面の裏面電界まで拡散して収集される必要があるので、収集効率が悪いし、さらに電池の効率も低下する。
公開番号がＣＮ１１１１１０８６０９Ａの中国特許には、以下のようなｐ型導電性を有する交差指型バックコンタクト型太陽電池が開示されている。該ｐ型導電性を有する交差指型バックコンタクト型太陽電池は、放射線を受光するための前面と裏面とを備え、前記裏面にはトンネル酸化物層とｎ型導電性のドープ多結晶シリコン層とを備え、前記トンネル酸化物層及び前記ｎ型導電性のドープ多結晶シリコン層はギャップを有するパターン化積層体を形成しており、ここで、Ａｌ－Ｓｉ合金化接触部は前記ギャップの各々の内部に位置しかつ前記基板のベース電極層と電気的に接触するように配置されており、また１つ以上のＡｇ接触部又は遷移金属接触部は、前記パターン化ドープ多結晶シリコン層上に位置しかつ前記パターン化ドープ多結晶シリコン層と電気的に接触するように配置されている。この構造によれば、分流を減らし電池効果を高めることができるが、その構造が複雑で、製造方法が困難である。
本発明は、これに鑑みてなされたものであり、解決しようとする技術的課題として、キャリアの収集効率を高め、電池効果を向上させることが可能なバックコンタクト型太陽電池及びその製造方法を提供することである。
本発明によれば、以下のようなバックコンタクト型太陽電池が提供される。
該バックコンタクト型太陽電池は、シリコン基板を備え、
前記シリコン基板の裏面に柱形孔穴と非柱形孔穴領域とが設けられており、
前記柱形孔穴にドープ裏面電界層（裏面電界：ｂａｃｋ ｓｕｒｆａｃｅ ｆｉｅｌｄ）が設けられており、
前記シリコン基板の裏面に前記ドープ裏面電界層と電気的に接触している第１の電極が設けられており、
前記非柱形孔穴領域にドープ多結晶シリコン層を含むドープエミッタ層が設けられており、
前記シリコン基板の裏面に前記ドープ多結晶シリコン層と電気的に接触している第２の電極が設けられており、
前記第１の電極と第２の電極とは極性が逆であり、かつ互いに絶縁されている。
前記ドープ裏面電界層は柱形孔穴の側壁及び底面に設けられていることが好ましい。
前記柱形孔穴の直径が５０～３００μｍであり、前記柱形孔穴が複数個であり、隣接する柱形孔穴の間隔が５００～３０００μｍであり、前記柱形孔穴の深さがシリコン基板の厚さの３０％～８０％であることが好ましい。
前記柱形孔穴は、複数個であり、それぞれの柱形孔穴に第１の電極が設けられており、
第１の電極は、複数個であり、複数個の第１の電極が第１の導電性ペースト線で接続されており、
前記第２の電極は、複数個であり、複数個の第２の電極が第２の導電性ペースト線で接続されており、
かつ、前記第１の導電性ペースト線と第２の導電性ペースト線とは接触していないことが好ましい。
前記第１の導電性ペースト線により、第１の電極は「回」字渦巻き形を呈するように接続されており、
前記第２の導電性ペースト線により、第２の電極は「回」字渦巻き形を呈するように接続されていることが好ましい。
前記ドープエミッタ層は、非柱形孔穴領域のシリコン基板とドープ多結晶シリコン層との間に設けられたトンネル酸化層をさらに備えることが好ましい。
前記トンネル酸化層の厚さは０．１～５ｎｍであり、前記ドープ多結晶シリコン層の厚さは３０～３００ｎｍであり、前記第１の電極の直径は２００～１００μｍであり、前記第２の電極の直径は１０～３０μｍであることが好ましい。
前記シリコン基板はＰ型シリコン基板であり、前記ドープ裏面電界層はＩＩＩ族元素がドープされた裏面電界層であり、前記ドープ多結晶シリコン層はＶ族元素がドープされた多結晶シリコン層であることが好ましい。
前記シリコン基板はＮ型シリコン基板であり、前記ドープ裏面電界層はＶ族元素がドープされた裏面電界層であり、前記ドープ多結晶シリコン層は、ＩＩＩ族元素がドープされた多結晶シリコン層であることが好ましい。
本発明によれば、以下のようなバックコンタクト型太陽電池の製造方法がさらに提供される。
該バックコンタクト型太陽電池の製造方法は、
シリコン基板の裏面に真性アモルファスシリコン層を堆積させる工程Ｓ１と、
真性アモルファスシリコン層を堆積させたシリコン基板に対して１次ドーピング処理を行い、ドープ多結晶シリコン層を形成する工程Ｓ２と、
ドープ多結晶シリコン層が形成されたシリコン基板の裏面に酸性腐食材料を印刷し、ポリッシング処理を行うことにより、柱形孔穴を形成する工程Ｓ３と、
柱形孔穴が形成されたシリコン基板に対して２次ドーピング処理を行い、ドープ裏面電界層を形成する工程Ｓ４と、
ドープ裏面電界層が形成されたシリコン基板を酸洗する工程Ｓ５と、
酸洗後のシリコン基板の裏面に、ドープ裏面電界層と電気的に接触する第１の電極及びドープ多結晶シリコン層と電気的に接触する第２の電極を、該第１の電極と該第２の電極とは極性が逆になりかつ互いに絶縁されるようにそれぞれ製造し、バックコンタクト型太陽電池を得る工程Ｓ６と、を含む。
本発明によれば、シリコン基板を備え、前記シリコン基板の裏面に柱形孔穴と非柱形孔穴領域とが設けられており、前記柱形孔穴にドープ裏面電界層が設けられており、前記シリコン基板の裏面に前記ドープ裏面電界層と電気的に接触している第１の電極が設けられており、前記非柱形孔穴領域にドープ多結晶シリコン層を含むドープエミッタ層が設けられており、前記シリコン基板の裏面に前記ドープ多結晶シリコン層と電気的に接触している第２の電極が設けられている、バックコンタクト型太陽電池が提供される。従来技術と比べて、本発明では柱形孔穴構造を利用して裏面電界領域を配置し、これによりシリコン基板の厚さを十分に利用して底部領域と柱壁裏面電界領域とを形成することができるので、裏面の表面積を占有せずに裏面電界の収集面積を大きくするとともに、裏面エミッタ領域の面積を最大化することもできる。太陽電池では、一定の割合の範囲内で、エミッタの面積の割合が大きいほど、少数キャリアの捕獲及び輸送が効率良く行え、電池の効率が高くなる。また、裏面電界領域がシリコンウェーハの内部まで深く配置されているので、多数キャリアがシリコンウェーハの内部で収集できるようになり、輸送や収集距離が短くなり、収集効果が強化される。その結果、この構造によれば、少数キャリア及び多数キャリアのいずれかの収集も効率よく増加され、電池の効率が全体的に向上する。
本発明によるバックコンタクト型太陽電池の構造概略図である。 本発明によるバックコンタクト型太陽電池の柱形孔穴分布概略図である。 本発明によるバックコンタクト型太陽電池の電極配置概略図である。 本発明によるＰ型シリコン基板の腐食ポリッシングによる柱形孔穴形成後の構造概略図である。 本発明によるＰ型シリコン基板の２次ドーピング処理によるドープ裏面電界層形成後の構造概略図である。 本発明による酸洗後のシリコン基板の構造概略図である。
以下、本発明の実施例を参照しながら、本発明の実施例における技術方案について明確かつ完全に説明する。明らかなように、以下に説明される実施例は本発明の一部の実施例にすぎず、すべての実施例ではない。本発明における実施例に基づいて、当業者が創造的な労働をせずに取得できる他の実施例は、いずれも本発明の技術的範囲に属するものである。
本発明によれば、
シリコン基板を備え、
前記シリコン基板の裏面に柱形孔穴と非柱形孔穴領域とが設けられており、
前記柱形孔穴にはドープ裏面電界層が設けられており、
前記シリコン基板の裏面に前記ドープ裏面電界層と電気的に接触している第１の電極が設けられており、
前記非柱形孔穴領域にドープ多結晶シリコン層を含むドープエミッタ層が設けられており、
前記シリコン基板の裏面に前記ドープ多結晶シリコン層と電気的に接触している第２の電極が設けられている、バックコンタクト型太陽電池が提供される。
図１を参照すると、図１は本発明によるバックコンタクト型太陽電池の構造概略図である。
本発明によるバックコンタクト型太陽電池におけるシリコン基板は、当業者によく知られている基板であればよく、特に制限されず、Ｐ型シリコン基板であってもＮ型シリコン基板であってもよい。
前記シリコン基板の裏面には柱形孔穴及び／又は錐形孔穴が設けられている。前記柱形孔穴は、円柱形孔穴及び／又は菱柱形孔穴であってもよく、特に制限されない。本発明による一具体的な実施形態においては、前記シリコン基板には円柱形孔穴が設けられることが好ましい。図２を参照すると、図２は本発明によるバックコンタクト型太陽電池の柱形孔穴分布概略図である。前記柱形孔穴の直径は、好ましくは５０～３００μｍ、より好ましくは８０～２００μｍ、さらに好ましくは１００～１５０μｍである。前記柱形孔穴は、好ましくは複数個ある。隣接する柱形孔穴の間隔は、好ましくは５００～３０００μｍ、より好ましくは８００～２０００μｍ、さらに好ましくは８００～１５００μｍ、最も好ましくは１０００μｍである。前記柱形孔穴の深さは、好ましくはシリコン基板の厚さの３０％～８０％である。本発明による一具体的な実施形態においては、前記柱形孔穴及び／又は錐形孔穴の底部及び／又は側壁には凹凸テクスチャ構造が設けられている。前記凹凸テクスチャ構造の個数は、１つであっても複数であってもよく、特に制限されない。柱形孔穴及び／又は錐形孔穴の底部及び／又は側壁に凹凸テクスチャ構造を設けることにより、裏面電界領域の面積をさらに大きくすることができる。
前記柱形孔穴にはドープ裏面電界層が設けられている。前記ドープ裏面電界層の厚さは、好ましくは０．３～１μｍである。本発明においては、前記ドープ裏面電界層は柱形孔穴の側壁及び底面に設けられることが好ましい。前記ドープ裏面電界層中のドープ元素は、シリコン基板の種類に応じて選択することができる。前記シリコン基板がＰ型シリコン基板である場合、前記ドープ裏面電界層はＩＩＩ族元素がドープされた裏面電界層であり、好ましくはホウ素ドープ裏面電界層及び／又はガリウムドープ裏面電界層であり、Ｐ＋裏面電界領域として正孔キャリアを選択的に輸送するために用いられる。前記シリコン基板がＮ型シリコン基板である場合、前記ドープ裏面電界層は、Ｖ族元素がドープされた裏面電界層であり、好ましくはリンドープ裏面電界層であり、Ｎ＋裏面電界領域として、電子キャリアを選択的に輸送するために用いられる。本発明においては、前記ドープ裏面電界層の表面に裏面パッシベーション層をさらに設けることが好ましい。前記裏面パッシベーション層の厚さは、好ましくは６２～２２０ｎｍである。前記裏面パッシベーション層は、当業者によく知られている裏面パッシベーション層であればよく、特に制限されず、本発明において積層して設けられた酸化アルミニウム層と窒化ケイ素層とを含むことが好ましい。前記酸化アルミニウム層の厚さは、好ましくは２～２０ｎｍである。前記窒化ケイ素層の厚さは、好ましくは６０～２００ｎｍである。
前記シリコン基板の裏面には第１の電極が設けられており、すなわち柱形孔穴内に第１の電極が設けられている。前記第１の電極はドープ裏面電界層と電気的に接触する。前記第１の電極の形状は柱状であっても錐形であってもよく、特に制限されないが、本発明において円柱形であることが好ましい。前記第１の電極の直径は、好ましくは２００～１００μｍである。前記第１の電極の高さは、シリコン基板の平坦領域の表面近傍まで延在することが好ましく、すなわち前記第１の電極の高さは、柱形孔穴及び／又は錐形孔穴の深さと等しいか或いはそれより小さく、さらに具体的には、前記第１の電極の高さは、柱形孔穴の深さと等しいか或いはそれより小さい。前記第１の電極は、好ましくはアルミニウム電極である。第１の電極は、ドープ裏面電界層と電気的に接触するように機能している。
本発明においては、柱形孔穴及び／又は錐形孔穴が複数個であり、それぞれの柱形孔穴及び／又は錐形孔穴内には第１の電極が設けられており、第１の電極も複数個あるため、好ましくは、第１の導電性ゲート線は第１の導電性ペースト線とも呼ばれ、複数の第１の電極は第１の導電性ゲート線又は第１の導電性ペースト線で接続されている。より好ましくは、前記第１の導電性ゲート線又は第１の導電性ペースト線は、裏面パッシベーション層の表面に複数の第１の電極を接続するように設けられている。さらに好ましくは、前記第１の導電性ゲート線又は第１の導電性ペースト線で接続された第１の電極は「回」字渦巻き形を呈する。前記第１の導電性ゲート線又は第１の導電性ペースト線の線幅は、好ましくは２０～３００μｍである。前記第１の導電性ゲート線又は第１の導電性ペースト線の種類は、当業者によく知られているゲート線又はペースト線であればよく、特に制限されないが、本発明においてアルミニウムペーストであることが好ましい（当業者によく知られている方法で焼結形成すればよい）。
前記シリコン基板の裏面には、柱形孔穴及び／又は錐形孔穴を除いて非柱形孔穴領域である。前記非柱形孔穴領域のシリコン基板の正面にドープエミッタ層が設けられている。前記ドープエミッタ層はドープ多結晶シリコン層を含む。前記ドープ多結晶シリコン層の厚さは、好ましくは３０～３００ｎｍである。前記ドープ多結晶シリコン層中のドープ元素の種類は、シリコン基板の種類に応じて選択することができる。前記シリコン基板がＰ型シリコン基板である場合、前記ドープ多結晶シリコン層は、Ｖ族元素がドープされた多結晶シリコン層であり、好ましくはリンドープ多結晶シリコン層である。前記シリコン基板がＮ型シリコン基板である場合、前記ドープ多結晶シリコン層は、ＩＩＩ族元素がドープされた多結晶シリコン層であり、好ましくはホウ素ドープ多結晶シリコン層及び／又はガリウムドープ多結晶シリコン層である。本発明においては、好ましくは、前記ドープエミッタ層はトンネル酸化層をさらに含み、前記トンネル酸化層は非柱形孔穴領域においてシリコン基板とドープ多結晶シリコン層との間に設けられている。前記トンネル酸化層の厚さは、好ましくは０．１～５ｎｍ、より好ましくは０．５～４ｎｍ、さらに好ましくは１～３ｎｍである。前記トンネル酸化層は、酸化ケイ素層、シリコン窒素酸化物層又はケイ素の窒化物層であってもよい。本発明においては、好ましくは、前記ドープエミッタ層の表面には裏面パッシベーション層が設けられており、より好ましくは、前記非柱形孔穴領域の裏面パッシベーション層と柱形孔穴及び／又は錐形孔穴内の裏面パッシベーション層とは一体化して設けられる。つまり、本発明においては、前記裏面パッシベーション層はシリコン基板の裏面に設けられ、ドープ裏面電界層とドープ多結晶シリコン層とを被覆している。前記裏面パッシベーション層には開口が設けられており、前記第１の電極は該開口を介してドープ裏面電界層と電気的に接触し、前記第２の電極は該開口を介してドープ多結晶シリコン層と電気的に接触している。非柱形孔穴領域の裏面パッシベーション層の厚さは、好ましくは６２～２２０ｎｍである。前記裏面パッシベーション層は、当業者によく知られている裏面パッシベーション層であればよく、特に制限されないが、本発明において酸化アルミニウム層を含むことが好ましく、積層して設けられた酸化アルミニウム層と窒化ケイ素層とを含むことがより好ましい。前記酸化アルミニウム層の厚さは、好ましくは２～２０ｎｍである。前記窒化ケイ素層の厚さは、好ましくは６０～２００ｎｍである。
前記シリコン基板の裏面には第２の電極が設けられ、すなわち前記シリコン基板の非柱形孔穴領域に第２の電極が設けられている。前記第２の電極と第１の電極とは極性が逆であり、かつ互いに絶縁されている。前記第２の電極の形状は、好ましくは円柱形である。前記第２の電極の直径は、好ましくは１０～３０μｍである。前記第２の電極の種類は、好ましくは銀電極である。前記第２の電極は、好ましくは複数個ある。好ましくは、複数個の第２の電極は、第２の導電性ペースト線とも呼ばれる第２の導電性ゲート線で接続され、かつ前記第１の導電性ゲート線又は第１の導電性ペースト線と前記第２の導電性ゲート線又は第２の導電性ペースト線とは接触していない。より好ましくは、前記第２の導電性ゲート線又は第２の導電性ペースト線は、裏面パッシベーション層の表面に複数個の第２の電極を接続するように設けられている。さらに好ましくは、前記第２の導電性ゲート線又は第２の導電性ペースト線で接続された第２の電極は「回」字渦巻き形を呈する。図３を参照すると、図３は本発明によるバックコンタクト型太陽電池の電極配置概略図である。図中の黒点は第１の電極を表し、黒線は第１の導電性ゲート線又は第１の導電性ペースト線を表し、グレー点は第２の電極を表し、グレー線は第２の導電性ゲート線又は第２の導電性ペースト線を表す。前記第２の導電性ゲート線又は第２の導電性ペースト線の線幅は、好ましくは１００～２０００μｍである。前記第２の導電性ゲート線又は第２の導電性ペースト線の種類は、当業者によく知られている種類であればよく、特に制限されないが、本発明においてアルミニウムペーストであることが好ましい（当業者によく知られている方法で焼結形成すればよい）。
前記シリコン基板の正面はピラミッド状テクスチャリング形成面である。前記シリコン基板の正面には正面パッシベーション層が設けられており、前記正面パッシベーション層は、シリコン基板の受光面の表面に設けられている。前記正面パッシベーション層の厚さは、好ましくは５７～１２０ｎｍである。前記正面パッシベーション層は、当業者によく知られている正面パッシベーション層であればよく、特に制限されないが、本発明においては酸化アルミニウム層であることが好ましく、積層して設けられた酸化アルミニウム層、窒化ケイ素層及び酸化ケイ素層を含むことがより好ましい。酸化アルミニウム層は高密度の負の固定電荷を持ち、ｐ型シリコンの表面パッシベーションに適している。前記酸化アルミニウム層の厚さは、好ましくは２～２０ｍである。前記窒化ケイ素層の厚さは、好ましくは５０～８０ｎｍである。前記酸化ケイ素層の厚さは、好ましくは５～２０ｎｍである。
本発明では、柱形孔穴及び／又は錐形孔穴構造を利用して裏面電界領域を配置し、これによりシリコン基板の厚さを十分に利用して底部領域と柱壁裏面電界領域とを形成することができるので、裏面の表面積を占有せずに裏面電界の収集面積を大きくするとともに、裏面エミッタ領域の面積を最大化することもできる。太陽電池では、一定の割合の範囲内で、エミッタの面積の割合が大きいほど、少数キャリアの捕獲及び輸送が効率良く行え、電池の効率が高くなる。また、裏面電界領域がシリコンウェーハの内部まで深く配置されているので、多数キャリアがシリコンウェーハの内部で収集できるようになり、輸送や収集距離が短くなり、収集効果が強化される。その結果、この構造によれば、少数キャリア及び多数キャリアのいずれかの収集も効率よく増加され、電池の効率が全体的に向上する。
本発明によれば、シリコン基板の裏面に真性アモルファスシリコン層を堆積させる工程Ｓ１と、真性アモルファスシリコン層を堆積させたシリコン基板に対して１次ドーピング処理を行い、ドープ多結晶シリコン層を形成する工程Ｓ２と、ドープ多結晶シリコン層が形成されたシリコン基板の裏面に酸性腐食材料を印刷し、ポリッシング処理を行うことにより、柱形孔穴及び／又は錐形孔穴を形成する工程Ｓ３と、柱形孔穴及び／又は錐形孔穴が形成されたシリコン基板に対して２次ドーピング処理を行い、ドープ裏面電界層を形成する工程Ｓ４と、ドープ裏面電界層が形成されたシリコン基板を酸洗する工程Ｓ５と、酸洗後のシリコン基板の裏面に、ドープ裏面電界層と電気的に接触する第１の電極及びドープ多結晶シリコン層と電気的に接触する第２の電極を、該第１の電極と該第２の電極とは極性が逆になりかつ互いに絶縁されるようにそれぞれ製造し、バックコンタクト型太陽電池を得る工程Ｓ６と、を含む、バックコンタクト型太陽電池の製造方法がさらに提供される。
その中で、本発明においては、すべての原料の供給源は特に限定されず、市販品であればよい。
本発明においては、まずシリコン基板に両面ポリッシング処理を施すことが好ましい。前記両面ポリッシング処理の方法としては、当業者によく知られている方法であればよく、特に制限されないが、本発明においてアルカリ性ポリッシングを用いることが好ましい。前記アルカリ性ポリッシングに用いられるアルカリ性ポリッシング液中のアルカリは、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム及びテトラメチル水酸化アンモニウム（ＴＭＡＨ）のうちの１種以上であることが好ましい。前記アルカリ性ポリッシング液中のアルカリの質量濃度は、好ましくは５％～２０％である。アルカリ性ポリッシング液にはアルカリ以外にポリッシング用添加剤を加えてもよく、表面の平坦化に寄与するからである。前記ポリッシング処理の温度は、好ましくは６０℃～９０℃である。ポリッシング処理により、表面の切断ダメージを除去し、表面を平滑化し、表面欠陥を低減させることができる。
次に、シリコン基板の裏面に真性アモルファスシリコン層を堆積させ、より好ましくは、シリコン基板の裏面にトンネル酸化層を堆積させてから真性アモルファスシリコン層を堆積させる。本発明における前記トンネル酸化層としては、酸化ケイ素層、シリコン窒素酸化物層又はケイ素の窒化物層であってもよい。本発明における前記トンネル酸化層の堆積法としては、当業者によく知られている方法であればよく、特に制限されないが、ＬＰＣＶＤ（低圧化学気相堆積）法、ＰＥＣＶＤ（プラズマ化学気相堆積）法及びＰＥＡＬＤ（プラズマ強化原子層堆積）法のうちの１種以上を用いることが好ましい。前記トンネル酸化層の厚さは、好ましくは０．１～５ｎｍである。前記真性アモルファスシリコン層の堆積法としては、当業者によく知られている方法であればよく、本発明においてＬＰＣＶＤ法、ＰＥＡＬＤ法及びＰＶＤ（物理堆積）法のうちの１種以上を用いる。前記真性アモルファスシリコン層の厚さは、好ましくは３０～３００ｎｍである。
真性アモルファスシリコン層を堆積させたシリコン基板に対して１次ドーピング処理を行い、ドープ多結晶シリコン層を形成する。前記ドーピング処理の方法は、シリコン基板の種類及びドープ多結晶シリコン層中のドープ元素に応じて選択される。前記シリコン基板がＰ型シリコン基板である場合、この工程においては、Ｖ族元素の拡散又はＶ族元素のイオン注入を行うことが好ましく、リン拡散又はリンイオン注入を行うことがより好ましい。前記リン拡散は高温管状炉によるリン拡散であることが好ましい。前記リン拡散のリン源は塩化ホスホリルであることが好ましくい。前記リン拡散の温度は９３０℃～９８０℃であることが好ましい。前記リン拡散の持続時間は６０～８０分間であることが好ましい。前記リンイオン注入に要するエネルギーは５～２００ｋｅＶであることが好ましい。前記リンイオン注入の用量は１×１０１９／ｃｍ３～１０×１０１９／ｃｍ３であることが好ましい。リンイオン注入後に、酸化アニール処理も行うことが好ましい。前記酸化アニール処理の温度は、９００℃～９８０℃であることが好ましい。前記酸化アニール処理の持続時間は３０～５０分間であることが好ましい。前記酸化アニール処理は空気環境中で行われることが好ましい。リン拡散又はリンイオン注入後のシリコン基板のシート抵抗は、好ましくは２０～８０Ω／□、より好ましくは２０～５０Ω／□である。この過程で表面にリン元素含有の酸化ケイ素層、通称ＰＳＧ層は形成され、その厚さが４０～６０ｎｍであることが好ましい。この工程においてリン拡散でドーピングされると、その正面にリンドープされた一般的なエミッタも形成され、不純物を吸収する効果が奏される。後続のテクスチャリング処理工程では、このエミッタは吸収された不純物とともに除去される。かつこの工程で真性アモルファスシリコンは対応するドープ多結晶シリコンに変換される。前記シリコン基板がＮ型シリコン基板である場合、１次ドーピング処理は、ＩＩＩ族元素のドーピング処理であることが好ましく、ホウ素拡散であることがより好ましい。前記ホウ素拡散は高温管状炉によるホウ素拡散処理であることが好ましい。前記ホウ素拡散のホウ素源は、三塩化ホウ素及び／又は三臭化ホウ素であることが好ましい。前記ホウ素拡散の温度は９３０℃～９８０℃であることが好ましい。前記ホウ素拡散の持続時間は６０～８０分間であることが好ましい。ホウ素拡散処理後のシリコン基板のシート抵抗は、好ましくは２０～８０Ω／□、より好ましくは４０～５０Ω／□である。この過程で表面に通称ＢＳＧ層というホウ素元素含有の酸化ケイ素層は形成され、その厚さが４０～６０ｎｍであることが好ましい。
ドープ多結晶シリコン層が形成されたシリコン基板の裏面に酸性腐食材料を印刷する。本発明においては、スクリーン印刷法により柱形孔穴及び／又は錐形孔穴の分布に従って酸性腐食材料を印刷し、酸性腐食材料により１次ドーピング処理中に形成されたＰＳＧ層又はＢＳＧ層を除去し、下方層のシリコン基板を露出させることができる。前記酸性腐食材料は、シュウ酸、界面活性剤、増粘剤、変性シリカ、脱イオン水及びフッ化ナトリウムを含むことが好ましく、常温又は加熱条件下でＰＳＧ層又はＢＳＧ層を腐食することができる。前記酸性腐食材料中のシュウ酸の質量濃度は５％～２０％であることが好ましい。前記酸性腐食材料中の界面活性剤の質量濃度は５％～１０％であることが好ましい。前記界面活性剤の種類はクエン酸ナトリウムであることが好ましい。前記酸性腐食材料中の増粘剤の質量濃度は１０％～２０％であることが好ましい。前記増粘剤の種類は樹脂であることが好ましい。前記酸性腐食材料中の変性シリカの質量濃度は２０％～４０％が好ましい。前記変性シリカは、表面が平滑化されたシリカ粒子で、直径が１０～２０μｍであることが好ましい。前記酸性腐食材料中の脱イオン水の質量濃度は５％～２０％であることが好ましい。前記酸性腐食材料中のフッ化ナトリウムの質量濃度は１％～１０％であることが好ましい。酸性腐食材料を印刷した後、残りの腐食材料を洗浄して除去する。裏面に酸性腐食材料を印刷していないＰＳＧ層又はＢＳＧ層は残され、ポリッシング工程時のアルカリバリア層として下方のドープ多結晶シリコン層を保護する機能がある。ＰＳＧ層又はＢＳＧ層は１次ドーピング処理中に生成した付属品として、アルカリエッチングを阻止する役割を果たすことができ、アルカリエッチングのバリア層として酸化ケイ素層又は窒化ケイ素層を単独で堆積させる必要がなくなり、プロセス手順やコストを削減することができる。
酸性腐食材料を洗浄で除去したシリコン基板に対してポリッシング処理を行って、柱形孔穴及び／又は錐形孔穴を形成する。ポリッシング処理の方法としては当業者によく知られている方法であればよく、特に制限されないが、本発明においてアルカリ性ポリッシングを用いることが好ましい。前記アルカリ性ポリッシングに用いられるアルカリ性ポリッシング液中のアルカリは、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム及びテトラメチル水酸化アンモニウム（ＴＭＡＨ）のうちの１種以上であることが好ましい。前記アルカリ性ポリッシング液中のアルカリの質量濃度は５％～２０％であることが好ましい。アルカリ性ポリッシング液にはアルカリ以外にポリッシング用添加剤を加えてもよく、ＰＳＧ層又はＢＳＧ層が全部的に腐食されないように保証するという酸化層保護の機能があり、３０～５０ｎｍのＰＳＧ層又はＢＳＧ層が残されることが好ましい。前記ポリッシング処理の温度は６０℃～９０℃であることが好ましい。ＰＳＧ層又はＢＳＧ層によって被覆・保護されていない領域にはポリッシングされた平坦な構造を形成し、すなわち裏面のパターン領域に一定の深さを有するポリッシング構造が現れ、柱形孔穴及び／又は円錐状孔が形成される。柱形孔穴及び／又は錐形孔穴の深さは、好ましくはシリコンウェーハの厚さの３０～８０％とする。この工程では、シリコン基板の正表面がＰＳＧ層又はＢＳＧ層により保護されているため、ポリッシングされていない。図４を参照すると、図４はＰ型シリコン基板の腐食ポリッシングによる柱形孔穴形成後の構造概略図である。
柱形孔穴及び／又は錐形孔穴が形成されたシリコン基板に対して２次ドーピング処理を行って、ドープ裏面電界層を形成する。前記２次ドーピング処理の方法はシリコン基板の種類及びドープ多結晶シリコン層中のドープ元素に応じて選択される。前記シリコン基板がＰ型シリコン基板である場合、この工程においてＩＩＩ族元素をドープすることが好ましく、ホウ素拡散を行うことがより好ましい。前記ホウ素拡散の方法は上記と同じであり、ここではこれ以上説明しない。前記シリコン基板がＮ型シリコン基板である場合、この工程においてＶ族元素拡散又はＶ族元素イオン注入であることが好ましく、リン拡散又はリンイオン注入であることがより好ましい。前記リン拡散及びリンイオン注入の方法はいずれも上記と同じであり、ここではこれ以上説明しない。図５を参照すると、図５はＰ型シリコン基板の２次ドーピング処理によるドープ裏面電界層形成後の構造概略図である。
１次ドーピング処理中にシリコン基板の正面にＰＳＧ層又はＢＳＧ層が形成されるので、ドープ裏面電界層が形成されたシリコン基板の正面のＰＳＧ層又はＢＳＧ層を除去し、次に、テクスチャリング処理を行い、その後、裏面のＰＳＧ層及びＢＳＧ層を酸洗により除去することが好ましい。前記正面のＰＳＧ層又はＢＳＧ層はインライン式エッチング機で除去することが好ましく、前記インライン式エッチング機による除去に用いられる溶液はフッ酸溶液であることが好ましく、１％～１０％のフッ酸溶液であることがより好ましい。前記テクスチャリング処理に用いられる溶液はアルカリ性溶液であることが好ましい。前記テクスチャリング処理に用いられる溶液中のアルカリは、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム及びテトラメチルアンモニウム水酸化物（ＴＭＡＨ）のうちの１種以上であることが好ましい。前記テクスチャリング処理に用いられる溶液中のアルカリの質量濃度は５％～２０％であることが好ましい。テクスチャリング処理時には、テクスチャリング添加剤をさらに加えることが好ましい。前記添加剤は、酸化層保護機能を有する添加剤であることが好ましい。テクスチャリング処理を行うと、シリコン基板の正面はピラミッド状テクスチャリング形成面になり、光閉じ込め効果を発揮する。裏面では、酸化層により保護されているためテクスチャ現象が生じない。正面のテクスチャリング処理後に、裏面のＢＧＳ層及びＰＳＧ層を酸洗により除去する。前記酸洗に用いられる溶液は、フッ酸溶液とすることが好ましく、１％～１０％のフッ酸溶液とすることがより好ましい。図６を参照すると、図６は酸洗後のシリコン基板の構造概略図である。
本発明によれば、酸洗後のシリコン基板の裏面に裏面パッシベーション層をさらに堆積させることが好ましく、酸洗後のシリコン基板の正面に正面パッシベーション層をさらに堆積させることがより好ましい。本発明においては、前記正面パッシベーション層と裏面パッシベーション層の堆積順序は特に制限されず、正面パッシベーション層を先に堆積してもよく、裏面パッシベーション層を先に堆積してもよいが、特に制限されない。本発明においては、製造工程を節約するために、前記正面パッシベーション層と裏面パッシベーション層は同時に製造されることが好ましく、同一の反応チャンバ内で製造されることがより好ましい。前記正面パッシベーション層及び裏面パッシベーション層の種類はすべて上記と同じであり、ここではこれ以上説明しない。本発明においては、前記正面パッシベーション層及び裏面パッシベーション層は、酸洗後のシリコン基板に両面酸化アルミニウム膜めっきを施すことにより製造されることがさらに好ましい。前記正面パッシベーション層及び裏面パッシベーション層の堆積法としては当業者によく知られている方法であればよく、特に制限されないが、本発明においてＰＥＣＶＤ法、ＡＬＤ法又はＰＥＡＬＤ法を用いることが好ましい。
裏面パッシベーション層を堆積させたシリコン基板の裏面に、ドープ裏面電界層と電気的に接触する第１の電極及びドープ多結晶シリコン層と電気的に接触する第２の電極をそれぞれ製造し、すなわち裏面パッシベーション層を堆積させたシリコン基板の裏面の柱形孔穴及び／又は錐形孔穴内に第１の電極を製造し、非柱形孔穴領域に第２の電極を製造し、バックコンタクト型太陽電池を得る。前記第１の電極は以下の方法に従って製造することが好ましい。すなわち、柱形孔穴及び／又は錐形孔穴内にレーザー又は酸性エッチング材料を用いて開口を形成し、開口領域の裏面パッシベーション層を除去し、第１の電極を印刷する。本発明においては、第１の導電性ペーストを同時に印刷して第１の導電性ペースト線を形成して第１の電極を接続することが好ましい。前記開口の直径は、好ましくは１０～５０μｍである。前記第１の電極は、低腐食性のアルミニウムペースト又は非腐食性のアルミニウムであることが好ましい。前記第１の導電性ペーストは、低腐食性のアルミニウムペースト又は非腐食性のアルミニウムペーストであることが好ましい。前記第２の電極の製造方法は具体的に以下の通りであることが好ましい。すなわち、非柱形孔穴領域に腐食性ペーストを印刷して第２の電極を形成し、その後、第２の導電性ペーストを印刷して第２の導電性ペースト線を形成して第２の電極を接続する。前記腐食性ペーストは腐食性の銀ペーストであることが好ましい。前記腐食性ペースト中のガラスフリットを用いて裏面パッシベーション層を開くと、ペーストをドープ多結晶シリコン層と接触させることができるようになる。前記第２の導電性ペーストは、低腐食性のアルミニウムペースト又は非腐食性のアルミニウムペーストであることが好ましい。最後に、焼結により電気的接触を形成し、バックコンタクト型太陽電池を得ることが好ましい。前記焼結温度は、好ましくは６００℃～８００℃である。前記焼結時間は、好ましくは２～５分間である。
本発明をさらに説明するために、以下に実施例を参照しながら、本発明によるバックコンタクト型太陽電池及びその製造方法について詳細に説明する。
以下の実施例に用いられる試薬はいずれも市販品である。実施例に用いられるポリッシング用添加剤は、拓邦新能源有限公司製、型番ＰＩ１０Ｖ０２のポリッシング用添加剤であった。実施例に用いられる樹脂増粘剤は、厦門市豪尓新材股ふん有限公司製、型番ＨＲ５７５であった。表面平滑化処理用のシリカ粒子は、厦門市豪尓新材股ふん有限公司製、型番ＨＲ５７５であった。テクスチャリング処理用添加剤は、拓邦新能源有限公司製、型番ＥＰ３２であった。
［実施例１］
１．１：Ｐ型シリコンウェーハの両面ポリッシング
表面の切断ダメージを除去し、表面を平滑化し、表面欠陥を低減させるために、通常のアルカリでポリッシングを行い、１０％の水酸化カリウム溶液、１％のポリッシング用添加剤を用いて、８０℃で３００秒間化学反応を行った。
１．２：裏面へのトンネル層及び真性アモルファスシリコン層の堆積
ＬＰＣＶＤ（低圧化学気相堆積）法によりトンネル層酸化ケイ素層を裏面に１．５ｎｍの厚さで堆積させ、続いてＬＰＣＶＤ法により１５０ｎｍの厚さで真性アモルファスシリコンを堆積させた。
１．３：両面リン拡散
１．２で得られたシリコンウェーハに対して両面リン拡散を行い、具体的にはリン源を塩化ホスホリルＰＯＣｌ３、リン拡散の温度を９５０℃、リン拡散の持続時間を６０分間とした条件で高温管状炉によるリン拡散を行い、空気環境中で９００℃で３０分間酸化アニールした。リン拡散後のシリコンウェーハのシート抵抗が５０Ω／□であった。この過程で表面に通称ＰＳＧ層ともいうリン元素含有の酸化ケイ素層を４０ｎｍの厚さで形成した。
ここで行われた両面リン拡散によって、その正面にリンドープされた一般的なエミッタが形成され、これによって不純物を吸収する効果が発揮された。後続のテクスチャリング処理工程で、このエミッタは、吸収された不純物とともに除去される。この工程で真性アモルファスシリコンは対応するＮ型ドープ多結晶シリコンに変換された。
１．４：酸性腐食材料の印刷
両面リン拡散後、シリコンウェーハの前後表面にＰＳＧ層としてのリン含有シリカ層を形成した。そして、スクリーン印刷法により、円柱ホール状の裏面電界領域のパターンに従って酸性腐食材料を印刷した。ただし、円筒ホール状裏面電界領域の直径が１００μｍで、円柱間隔が１０００μｍであった。この腐食材料によりこの箇所でのＰＳＧ層を腐食して除去し、下層のＰ型シリコン基板を露出させることができた。
この腐食材料はシュウ酸、界面活性剤、増粘剤、変性シリカ、脱イオン水、フッ化ナトリウムからなり、常温又は加熱下でＰＳＧ層に対して腐食作用を生じる。その中の各成分の含有量を、シュウ酸１０ｗｔ％、界面活性剤であるクエン酸ナトリウム８ｗｔ％、樹脂増粘剤１０ｗｔ％、表面平滑化処理用のシリカ粒子３０ｗｔ％、フッ化ナトリウム５ｗｔ％と残部の脱イオン水とした。腐食材料を印刷した後、残りの腐食材料を洗浄で除去した。下方のＮ型ドープ多結晶シリコンを保護するため、酸性腐食材料が印刷されていない裏面のＰＳＧ層を、Ｓ５ポリッシング工程時のアルカリバリア層として残した。なお、ＰＳＧ層はリン拡散工程における付属品として、アルカリエッチングを阻止する役割を果たすので、アルカリエッチングのバリア層として酸化ケイ素層又は窒化ケイ素層を単独で堆積させる必要がなくなり、プロセス手順やコストが減少した。
１．５：裏面の円柱ホール状領域のポリッシングによるホール状の形成
酸性腐食材料を洗浄で除去したシリコンウェーハをポリッシング処理し、すなわち１０％の水酸化カリウム、酸化層を保護する機能として働く１％のポリッシング用添加剤の作用下でポリッシング工程を行った。ポリッシング時間を３００秒間、温度を８０℃とした。ＰＳＧが過度に腐食されないように保証するために、ＰＳＧが３０ｎｍ残った。ＰＳＧ層で被覆保護されていない領域に、ポリッシング済みの平坦な構造を形成した。すなわち、裏面のパターン領域には、一定の深さを有し円柱の深さがシリコンウェーハの厚さの５０％であるポリッシング構造が生じた。シリコンウェーハの正表面はＰＳＧ層に保護されたため、ポリッシングされていなかった。
１．６：裏面ホウ素の拡散
１．５で得られたシリコンウェーハに対して裏面ホウ素拡散を行い、具体的にはホウ素源を三塩化ホウ素ＢＣｌ３、ホウ素拡散の温度を９５０℃、ホウ素拡散の持続時間を６０分間とした条件で高温管状炉にてホウ素拡散を行った。ホウ素拡散後のシリコンウェーハのシート抵抗が４０Ω／□であった。この過程で表面に通称ＢＳＧ層というホウ素元素含有の酸化ケイ素層を、５０ｎｍの厚さで形成した。
１．７：正面ＰＳＧ層の除去及び正面のテクスチャリング
１．６で得られたシリコンウェーハを、５％濃度のＨＦ溶液で正面のＰＳＧ層をインライン式エッチング機で除去し、１０％の水酸化カリウム溶液中で酸化層保護機能を有する１．５％のテクスチャリング処理用添加剤を加えてテクスチャリング加工を、８０℃で４００秒間行った。つまり、その正面全面はピラミッド状テクスチャリング形成面になり、ライトピンセット効果を発揮する。裏面は酸化層により保護されたためテクスチャ現象が生じなかった。表面テクスチャリング後、裏面のＢＧＳ層及びＰＳＧ層を５０％濃度のＨＦ溶液で３００秒間酸洗して除去した。
１．８：正面および裏面の積層パッシベーション
正面および裏面を化学的にパッシベーションするという効果を得るために、正面および裏面に水素含有の誘電体層を堆積させた。具体的には、裏面には、ＰＥＣＶＤ法にて製造した厚さ１０ｎｍの酸化アルミニウムと、ＰＥＣＶＤ法にて製造した厚さ１００ｎｍの窒化ケイ素との積層パッシベーションがあった。正面には、いずれもＰＥＣＶＤ法にて製造したそれぞれ厚さ１０ｎｍ、５０ｎｍ、５ｎｍの酸化アルミニウムと、窒化ケイ素と、酸化ケイ素との積層膜があった。
１．９：裏面の金属化（分布構造を図３に示す）
Ｐ型領域の円柱形孔穴内でレーザー又は酸性エッチング材料を用いて直径５０μｍの開口を作った。ただし、開口領域において誘電体層のみを除去した。Ｐ型領域の開口領域の上方に、低腐食性のアルミニウムペースト（黒点）を印刷し、その形状が円筒体で、直径が５０μｍであり、高さがシリコンウェーハの裏表面付近まで延びるようにした。このようにしてＰ型領域と電気的に接触する効果が奏された。また、Ｐ型領域の黒色接触点を接続する効果を齎すために、幅が２０μｍである黒色の低腐食性のアルミニウムペーストを印刷した。
Ｎ型多結晶シリコン上の局所位置に腐食性の銀ペースト（グレー点は直径が２０μｍであるエミッタの焼成型ペースト（ｆｉｒｉｎｇ－ｔｈｒｏｕｇｈ ｐａｓｔｅ）の接触点である）を印刷した。なお、腐食性の銀ペースト中のガラスフリットにより誘電体層を開くことができたので、銀がＮ型多結晶シリコンと接触した。次に、非腐食性の接続線（グレー線分）を、線幅１００μｍで印刷してグレー接触点を接続し、最後に８００℃で３分間共焼結して電極を形成した。
［実施例２］
２．１：Ｐ型シリコンウェーハの両面ポリッシング
表面の切断ダメージを除去し、表面を平滑化し、表面欠陥を低減させるために、２０％の水酸化カリウム溶液、１．５％のポリッシング用添加剤を用いた通常のアルカリによるポリッシングを行い、８０℃で３００秒間化学反応を行った。
２．２：裏面へのトンネル層及び真性アモルファスシリコン層の堆積
ＬＰＣＶＤ（低圧化学気相堆積）法によりトンネル層酸化ケイ素層を裏面に２ｎｍの厚さで堆積させ、続いてＬＰＣＶＤ法により２５０ｎｍの厚さで真性アモルファスシリコンを堆積させた。
２．３：両面リン拡散
２．２で得られたシリコンウェーハに対して両面リン拡散を行った。具体的にはリン源を塩化ホスホリルＰＯＣｌ３、リン拡散の温度を９３５℃、リン拡散の持続時間を６０分間とした条件で高温管状炉によるリン拡散を行い、空気環境中、９００℃で３０分間酸化アニールした。リン拡散後のシリコンウェーハのシート抵抗が２０Ω／□であった。この過程で表面に通称ＰＳＧ層ともいうリン元素含有の酸化ケイ素層を４０ｎｍの厚さで形成した。
ここで行われた両面リン拡散により、その正面にはリンドープされた一般的なエミッタが形成された。これによって不純物を吸収する作用が奏される。後続のテクスチャリング処理工程で、このエミッタは吸収された不純物とともに除去される。この工程で真性アモルファスシリコンを対応するＮ型ドープ多結晶シリコンに変換した。
２．４：酸性腐食材料の印刷
両面リン拡散にて、シリコンウェーハの前後表面にリン含有シリカ層であるＰＳＧ層を形成した。そして、スクリーン印刷法により、円柱ホール状の裏面電界領域のパターンに従って酸性腐食材料を印刷し、円筒ホール状裏面電界領域の直径が１００μｍ、円柱間隔が１０００μｍになるようにした。この腐食材料を用いると、このＰＳＧ層を腐食して除去し、下層のＰ型シリコン基板を露出させることができた。
この腐食材料はシュウ酸、界面活性剤、増粘剤、変性シリカ、脱イオン水、フッ化ナトリウムからなり、常温又は加熱下でＰＳＧ層に対して腐食作用を奏する。その中の各成分の含有量を、シュウ酸１０ｗｔ％、界面活性剤であるクエン酸ナトリウム８ｗｔ％、樹脂増粘剤１０ｗｔ％、表面平滑化処理用のシリカ粒子３０ｗｔ％、フッ化ナトリウム５ｗｔ％と残部の脱イオン水とした。腐食材料を印刷した後、残りの腐食材料を洗浄で除去した。下方のＮ型ドープ多結晶シリコンを保護するために、酸性腐食材料が印刷されていない裏面のＰＳＧ層を、Ｓ５ポリッシング工程時のアルカリバリア層として残した。なお、ＰＳＧ層はリン拡散工程における付属品として、アルカリエッチングを阻止する役割を果たすので、アルカリエッチングのバリア層として酸化ケイ素層又は窒化ケイ素層を単独で堆積させる必要がなくなり、プロセス手順やコストが減少した。
２．５：裏面の円柱ホール状領域のポリッシングによるホール状の形成
酸性腐食材料を洗浄で除去したシリコンウェーハに対して、１５％の水酸化カリウム、酸化層を保護する機能として働く１．２％のポリッシング用添加剤の作用下、温度８０℃でポリッシング処理を３００秒間行った。ＰＳＧが過度に腐食されないように保証するために、ＰＳＧが３０ｎｍ残った。ＰＳＧ層で被覆保護されていない領域に、ポリッシング済みの平坦な構造を形成した。すなわち、裏面のパターン領域には、一定の深さを有し円柱の深さがシリコンウェーハの厚さの４０％であるポリッシング構造が生じた。シリコンウェーハの正面はＰＳＧ層に保護されたため、ポリッシングされていなかった。
２．６：裏面のホウ素拡散
２．５で得られたシリコンウェーハに対して裏面ホウ素拡散を行った。具体的には、ホウ素源を三塩化ホウ素ＢＣｌ３、ホウ素拡散の温度を９５０℃、ホウ素拡散の持続時間を６０分間とした条件で高温管状炉にてホウ素拡散を行った。ホウ素拡散後のシリコンウェーハのシート抵抗が４０Ω／□であった。この過程で表面に通称ＢＳＧ層ともいうホウ素元素含有の酸化ケイ素層を４０～５０ｎｍの厚さで形成した。
２．７：正面ＰＳＧ層の除去及び正面のテクスチャリング処理
２．６で得られたシリコンウェーハを、５％濃度のＨＦ溶液中に正面のＰＳＧ層をインライン式エッチング機により除去し、すなわち１０％の水酸化カリウム溶液中に１．５％のテクスチャリング処理用添加剤の作用下でテクスチャリング加工を８０℃温度で４００秒間行った。なお、このテクスチャリング処理用添加剤が酸化層保護機能を有する添加剤であった。つまり、その正面全面はピラミッド状テクスチャリング形成面になり、光閉じ込め効果を奏する。裏面は酸化層に保護されたので、テクスチャ現象が生じなかった。正面テクスチャリング処理後、裏面のＢＧＳ層及びＰＳＧ層を５０％濃度のＨＦ溶液で３００秒間酸洗して除去した。
２．８：正面および裏面の積層パッシベーション
正面および裏面を化学的にパッシベーションする効果を齎すために、正面および裏面に水素含有の誘電体層を堆積させた。具体的には、裏面には、ＰＥＣＶＤ法により製造した厚さ１０ｎｍの酸化アルミニウムと、ＰＥＣＶＤ法により製造した厚さ１００ｎｍの窒化ケイ素との積層パッシベーションがあった。正面には、いずれもＰＥＣＶＤ法により製造したそれぞれ厚さ１０ｎｍ、５０ｎｍ、５ｎｍの酸化アルミニウムと窒化ケイ素と酸化ケイ素との積層膜があった。
２．９：裏面の金属化（分布構造を図３に示す）
Ｐ型領域の円柱形孔穴内でレーザー又は酸性エッチング材料を用いて直径５０μｍの開口を作った。ただし、開口領域において誘電体層のみを除去した。Ｐ型領域の開口領域の上方に、低腐食性のアルミニウムペースト（黒点）を印刷し、その形状が円筒体で、直径が５０μｍであり、高さがシリコンウェーハの裏面付近まで延びるようにした。このようにしてＰ型領域と電気的に接触する効果が奏される。また、Ｐ型領域の黒色接触点を接続する効果を齎すために、幅が５０μｍである黒色の低腐食性のアルミニウムペーストを印刷した。
Ｎ型多結晶シリコン上の局所位置に腐食性の銀ペースト（グレー点は直径が２０μｍであるエミッタの焼成型ペーストの接触点であった）を印刷した。なお、腐食性の銀ペースト中のガラスフリットにより誘電体層を開くことができたので、銀がＮ型多結晶シリコンと接触した。次に、非腐食性の接続線（グレー線分）を、線幅１００μｍで印刷してグレー接触点を接続し、最後に７８０℃で３分間共焼結して電極を形成した。
実施例１及び実施例２で得られたバックコンタクト型太陽電池の性能を測定した。即ち、ＳＴＣ標準条件下（２５℃、１０００Ｗ／ｍ２、ＡＭ１．５Ｇ光源）で電池電気性能試験を測定した。得られた結果を下記表１に示す。表１における一般的なＩＢＣ電池は、国家電投西寧太陽能電力有限公司製の「Ｚｅｂｒａ」構造のＩＢＣ電池であり、そのサイズが１６６×１６６ｍｍ、具体的な型番が「Ａｎｄｒｏｍｅｄａ」シリーズである。
本明細書に記載された具体的な実施例は、本発明の精神を例示するものにすぎない。当業者なら、説明された特定の実施例に対して様々な補正や補足を行うか、あるいは同様な方式を用いて代替することができるが、本発明の精神から逸脱したり添付の特許請求の範囲で定義された範囲を外れたりすることはない。

Claims (20)

  1. シリコン基板を備え、
    前記シリコン基板の裏面に、柱形孔穴と非柱形孔穴領域とが設けられており、
    前記柱形孔穴に、ドープ裏面電界層が設けられており、
    前記シリコン基板の裏面に、前記ドープ裏面電界層と電気的に接触している第１の電極が設けられており、
    前記非柱形孔穴領域に、ドープ多結晶シリコン層を含むドープエミッタ層が設けられており、
    前記シリコン基板の裏面に、前記ドープ多結晶シリコン層と電気的に接触している第２の電極が設けられており、
    前記第１の電極と第２の電極とは極性が逆であり、かつ互いに絶縁されている、ことを特徴とするバックコンタクト型太陽電池。
  2. 第１のドーピングタイプを有するシリコン基板を備え、
    前記シリコン基板の裏面に、柱形孔穴及び／又は錐形孔穴と非柱形孔穴領域とが設けられており、
    前記柱形孔穴に、第１のドーピングタイプを有するドープ裏面電界層が設けられており、
    前記シリコン基板の裏面に、前記ドープ裏面電界層と電気的に接触している第１の電極が設けられており、
    前記非柱形孔穴領域に、第２のドーピングタイプを有するドープ多結晶シリコン層を含むドープエミッタ層が設けられており、
    前記シリコン基板の裏面に、前記ドープ多結晶シリコン層と電気的に接触している第２の電極が設けられており、
    前記第１の電極と第２の電極とは極性が逆であり、かつ互いに絶縁されている、ことを特徴とするバックコンタクト型太陽電池。
  3. 前記ドープ裏面電界層は、柱形孔穴及び／又は錐形孔穴の側壁及び底面に設けられている、ことを特徴とする請求項１又は２に記載のバックコンタクト型太陽電池。
  4. 前記柱形孔穴及び／又は錐形孔穴の直径が５０～３００μｍであり、前記柱形孔穴及び／又は錐形孔穴が複数個であり、隣接する柱形孔穴及び／又は錐形孔穴の間隔が５００～３０００μｍであり、前記柱形孔穴及び／又は錐形孔穴の深さがシリコン基板の厚さの３０％～８０％である、ことを特徴とする請求項１又は２に記載のバックコンタクト型太陽電池。
  5. 前記柱形孔穴及び／又は錐形孔穴は、複数個であり、それぞれの柱形孔穴及び／又は錐形孔穴に第１の電極が設けられており、
    前記第１の電極は、複数個であり、複数個の第１の電極が第１の導電性ゲート線で接続されており、
    前記第２の電極は、複数個であり、複数個の第２の電極が第２の導電性ゲート線で接続されており、
    かつ、前記第１の導電性ゲート線と第２の導電性ゲート線とは接触していない、ことを特徴とする請求項１又は２に記載のバックコンタクト型太陽電池。
  6. 前記第１の導電性ゲート線により、第１の電極が「回」字渦巻き形を呈すように接続されており、
    前記第２の導電性ゲート線により、第２の電極が「回」字渦巻き形を呈すように接続されている、ことを特徴とする請求項５に記載のバックコンタクト型太陽電池。
  7. 前記ドープエミッタ層は、非柱形孔穴領域のシリコン基板とドープ多結晶シリコン層との間に設けられたトンネル酸化層をさらに備える、ことを特徴とする請求項１又は２に記載のバックコンタクト型太陽電池。
  8. 前記トンネル酸化層の厚さが０．１～５ｎｍであり、前記ドープ多結晶シリコン層の厚さが３０～３００ｎｍであり、前記第１の電極の直径が２００～１００μｍであり、前記第２の電極の直径が１０～３０μｍである、ことを特徴とする請求項７に記載のバックコンタクト型太陽電池。
  9. 前記シリコン基板はＰ型シリコン基板であり、
    前記ドープ裏面電界層は、ＩＩＩ族元素がドープされた裏面電界層であり、
    前記ドープ多結晶シリコン層は、Ｖ族元素がドープされた多結晶シリコン層である、ことを特徴とする請求項１又は２に記載のバックコンタクト型太陽電池。
  10. シリコン基板の受光面の表面に設けられた正面パッシベーション層と、シリコン基板の裏面に設けられておりかつドープ裏面電界層及びドープ多結晶シリコン層を被覆する裏面パッシベーション層とをさらに備え、
    前記正面パッシベーション層及び裏面パッシベーション層は酸化アルミニウムを含み、
    前記第１の電極は、前記裏面パッシベーション層に設けられた開口を介してドープ裏面電界層と電気的に接触しており、
    前記第２の電極は、該開口を介してドープ多結晶シリコン層と電気的に接触している、ことを特徴とする請求項８に記載のバックコンタクト型太陽電池。
  11. 前記柱形孔穴及び／又は錐形孔穴の底部及び/又は側壁には、凹凸テクスチャ構造が設けられている、ことを特徴とする請求項１又は２に記載のバックコンタクト型太陽電池。
  12. シリコン基板の裏面に真性アモルファスシリコン層を堆積させる工程Ｓ１と、
    真性アモルファスシリコン層を堆積させたシリコン基板に対して１次ドーピング処理を行い、ドープ多結晶シリコン層を形成する工程Ｓ２と、
    ドープ多結晶シリコン層が形成されたシリコン基板の裏面に酸性腐食材料を印刷し、ポリッシング処理を行うことにより、柱形孔穴及び／又は錐形孔穴を形成する工程Ｓ３と、
    柱形孔穴及び／又は錐形孔穴が形成されたシリコン基板に対して２次ドーピング処理を行い、ドープ裏面電界層を形成する工程Ｓ４と、
    ドープ裏面電界層が形成されたシリコン基板を酸洗する工程Ｓ５と、
    酸洗後のシリコン基板の裏面に、ドープ裏面電界層と電気的に接触する第１の電極及びドープ多結晶シリコン層と電気的に接触する第２の電極を、該第１の電極と該第２の電極とは極性が逆になりかつ互いに絶縁されるようにそれぞれ製造し、バックコンタクト型太陽電池を得る工程Ｓ６と、を含む、ことを特徴とするバックコンタクト型太陽電池の製造方法。
  13. 前記工程Ｓ２における１次ドーピング処理は、両面拡散ドーピングであり、かつ工程Ｓ４の後には、１次ドーピング処理時に正面に形成されたドーパント層を除去するための正面テクスチャリング処理をさらに含む、ことを特徴とする請求項１２に記載の製造方法。
  14. 前記工程Ｓ３における酸性腐食材料は、シュウ酸、界面活性剤、増粘剤、変性シリカ、脱イオン水及びフッ化ナトリウムを含み、
    前記酸性腐食材料中のシュウ酸の質量濃度が５％～２０％であり、
    前記酸性腐食材料中の界面活性剤の質量濃度が５％～１０％であり、
    前記酸性腐食材料中の増粘剤の質量濃度が１０％～２０％であり、
    前記酸性腐食材料中の変性シリカの質量濃度が２０％～４０％であり、
    前記酸性腐食材料中の脱イオン水の質量濃度が５％～２０％であり、
    前記酸性腐食材料中のフッ化ナトリウムの質量濃度が１％～１０％である、ことを特徴とする請求項１２に記載の製造方法。
  15. 前記工程Ｓ５の後に、酸洗後のシリコン基板の裏面に裏面パッシベーション層を堆積させ、酸洗後のシリコン基板の正面に正面パッシベーション層を堆積させる工程をさらに含み、
    前記裏面パッシベーション層及び正面パッシベーション層は、同一の反応チャンバ内で製造される、ことを特徴とする請求項１２に記載の製造方法。
  16. 前記裏面パッシベーション層及び正面パッシベーション層は、酸洗後のシリコン基板に両面酸化アルミニウム膜めっきを施すことによって製造される、ことを特徴とする請求項１５に記載の製造方法。
  17. 前記工程Ｓ６における第１の電極は、柱形孔穴及び／又は錐形孔穴内でレーザー又は酸性エッチング材料を用いて開口を形成し、開口領域の裏面パッシベーション層を除去し、第１の電極を印刷することにより製造される、ことを特徴とする請求項１２に記載の製造方法。
  18. 低腐食性のアルミニウムペースト又は非腐食性のアルミニウムである第１の電極を印刷し、低腐食性のアルミニウムペースト又は非腐食性のアルミニウムペーストである第１の導電性ペーストを印刷して第１の導電性ペースト線を形成して第１の電極を接続する、ことを特徴とする請求項１７に記載の製造方法。
  19. 前記第２の電極は、非柱形孔穴領域に、腐食性の銀ペーストである腐食性ペーストを印刷して第２の電極を形成し、その後、低腐食性のアルミニウムペースト又は非腐食性のアルミニウムペーストである第２の導電性ペーストを印刷して第２の導電性ペースト線を形成して第２の電極を接続することにより具体的に製造される、ことを特徴とする請求項１２に記載の製造方法。
  20. 酸洗後のシリコン基板の裏面に、ドープ裏面電界層と電気的に接触する第１の電極及びドープ多結晶シリコン層と電気的に接触する第２の電極をそれぞれに製造する過程には、６００℃～８００℃の焼結温度で２～５分間焼結して電気的接触を形成することを含む、ことを特徴とする請求項１２に記載の製造方法。
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