JP5379767B2

JP5379767B2 - 太陽電池セルおよびその製造方法

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Inventors: 康行鹿野; 康一杉渕; 晋二合田; 直揮石川
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Description

本発明は、太陽電池セルおよびその製造方法に関する。

太陽電池セルは、光エネルギーを電力に変換する半導体素子であり、ｐ−ｎ接合型、ｐｉｎ型、ショットキー型等があり、特にｐ−ｎ接合型が広く用いられている。また、太陽電池をその基板材料をもとに分類すると、シリコン結晶系太陽電池、アモルファス（非晶質）シリコン系太陽電池、化合物半導体系太陽電池の３種類に大きく分けられる。シリコン結晶系太陽電池は、さらに、単結晶系太陽電池と多結晶系太陽電池に分類される。太陽電池用シリコン結晶基板は比較的容易に製造できることから、シリコン結晶系太陽電池が最も普及している。

太陽電池は、クリーンなエネルギー源として近年需要が高まっており、それに伴い太陽電池セルの需要も高まっている。また、エネルギー効率の観点から、太陽電池セルの、光エネルギーから電力への変換効率（以下、単に変換効率とも表記する）ができるだけ高いものが望まれている。さらには、電力への変換を効率的に行うために太陽電池の大型化が望まれており、太陽電池の大型化に際し、太陽電池セルの大型化も必要とされている。

非特許文献１、２には、変換効率が表面２１．３％、裏面１９．８％であるｐ型シリコン単結晶基板を用いた１ｃｍ角の太陽電池セルが開示され、さらに、変換効率が表面１６．３％、裏面１５．０％であるｐ型シリコン単結晶基板を用いた１２５ｍｍ角の太陽電池セルが開示されている。

平成１２年４月２８日日立製作所ニュースリリースＮＥＤＯ（新エネルギー・産業技術総合開発機構）からＰＶＴＥＣ（太陽光発電技術研究組合）を通じて委託された「応用型新構造薄膜太陽電池の製造技術開発」日本機械学会ＮＥＷＳＬＥＴＴＥＲＰＯＷＥＲ＆ＥＮＥＲＧＹＳＹＳＴＥＭ第３５号２００７年１１月

しかしながら、上記非特許文献１に記載の太陽電池セルにおいては、変換効率を表面２１．３％、裏面１９．８％とするためには、太陽電池セルの大きさを例えば１ｃｍ×１ｃｍ程度の小型の大きさ以下のものしか製造できないといった問題点があり、また、例えば１２．５ｃｍ×１２．５ｃｍ程度の大型化された太陽電池セルにおいては変換効率が表面１６．３％、裏面１５。０％までしか向上させることができないといった事情があった。（上記非特許文献１参照）

そこで、上記事情に鑑み、本発明の目的は、十分な変換効率を実現可能な大型の太陽電池セルおよびその製造方法を提供することにある。

前記目的を達成するため、本発明によれば、ｎ型のシリコン単結晶基板と、前記シリコン単結晶基板の一方の面に形成されたｐ型拡散層と、前記シリコン単結晶基板の他方の面に形成されたｎ型拡散層と、前記ｐ型拡散層に部分的に形成される１または複数の受光面グリッド電極およびバスバー電極と、前記ｎ型拡散層に部分的に形成される１または複数の受光面グリッド電極およびバスバー電極と、から構成される太陽電池セルであって、前記ｐ型拡散層には、複数の高濃度ｐ型拡散領域と、それら高濃度ｐ型拡散領域間に位置する低濃度ｐ型拡散領域が形成され、前記ｎ型拡散層には、複数の高濃度ｎ型拡散領域と、それら高濃度ｎ型拡散領域間に位置する低濃度ｎ型拡散領域が形成され、前記受光面グリッド電極およびバスバー電極は、前記高濃度ｐ型拡散領域および高濃度ｎ型拡散領域に隣接して形成され、前記シリコン単結晶基板の比抵抗は１〜１４Ω・ｃｍであり、前記高濃度ｐ型拡散領域および前記低濃度ｐ型拡散領域はボロン拡散によって形成され、前記高濃度ｐ型拡散領域のシート抵抗は２０〜１００Ω／□であり、かつ、前記低濃度ｐ型拡散領域のシート抵抗は３０〜１５０Ω／□であり、前記高濃度ｎ型拡散領域および前記低濃度ｎ型拡散領域はリン拡散によって形成され、前記高濃度ｎ型拡散領域のシート抵抗は２０〜１００Ω／□であり、かつ、前記低濃度ｎ型拡散領域のシート抵抗は３０〜１５０Ω／□であり、ｐ型拡散層が形成されている一方の面における発電能力が変換効率１８％以上であり、ｎ型拡散層が形成されている他方の面における変換効率がｐ型拡散層が形成されている一方の面における変換効率の９３％以上である、太陽電池セルが提供される。

また、前記ｐ型拡散層およびｎ型拡散層はパッシベーション用絶縁膜で覆われていてもよく、前記ｐ型拡散層およびｎ型拡散層は反射防止膜で覆われていてもよい。なお、前記ｐ型拡散層および前記ｎ型拡散層と反射防止膜との間にパッシベーション用絶縁膜があってもよい。

また、前記受光面グリッド電極および前記バスバー電極は第１電極層と第２電極層を二層重ねて形成されていてもよい。ここで、前記第１電極層は、前記第２電極層に比べシリコン単結晶基板との接触抵抗が低く、且つシリコン単結晶基板との接着強度が強いことが好ましく、前記第２電極層は、前記第１電極層に比べ体積固有抵抗が低くてもよい。また、前記受光面グリッド電極および前記バスバー電極は、スクリーン印刷によって形成されていてもよい。なお、前記受光面グリッド電極および前記バスバー電極は、第１電極層の一層のみから構成されてもよい。

また、別な観点からの本発明によれば、ｎ型のシリコン単結晶基板の一方の面に複数の高濃度ｐ型拡散領域と、それら高濃度ｐ型拡散領域間に位置する低濃度ｐ型拡散領域からなるｐ型拡散層を形成させる工程と、ｎ型のシリコン単結晶基板の他方の面に複数の高濃度ｎ型拡散領域と、それら高濃度ｎ型拡散領域間に位置する低濃度ｎ型拡散領域からなるｎ型拡散層を形成させる工程と、前記高濃度ｐ型拡散領域および高濃度ｎ型拡散領域に隣接する受光面グリッド電極およびバスバー電極を形成させる工程と、を備え、前記シリコン単結晶基板の比抵抗は１〜１４Ω・ｃｍであり、前記高濃度ｐ型拡散領域のシート抵抗は２０〜１００Ω／□であり、かつ、前記低濃度ｐ型拡散領域のシート抵抗は３０〜１５０Ω／□であり、前記高濃度ｎ型拡散領域のシート抵抗は２０〜１００Ω／□であり、かつ、前記低濃度ｎ型拡散領域のシート抵抗は３０〜１５０Ω／□である、太陽電池セルの製造方法が提供される。

また、前記ｎ型拡散層を形成させる工程において、ｐ型拡散層の表面に形成されたフッ酸水溶液で除去可能な膜をバリア膜として使用しても良い。

また、前記受光面グリッド電極および前記バスバー電極を形成させる工程において、前記受光面グリッド電極および前記バスバー電極は第１電極層と第２電極層を二層重ねて形成されてもよい。前記第１電極層は、前記第２電極層に比べシリコン単結晶基板との接触抵抗が低く、且つシリコン単結晶基板との接着強度が強くてもよく、前記第２電極層は、前記第１電極層に比べ固有抵抗が低くてもよい。また、前記受光面グリッド電極および前記バスバー電極は、スクリーン印刷によって形成されてもよい。

本発明によれば、十分な変換効率を実現可能な大型の太陽電池セルおよびその製造方法が提供される。

太陽電池セルを製造する工程の説明図である。太陽電池セルを斜め上方から見た概略説明図である。基板に対するボロン拡散・リン拡散が同時に行われる場合についての説明図である。裏面に全面均一なｎ型拡散層を形成させた場合の太陽電池セルを斜め上方から見た概略説明図である。太陽電池セルの表面と裏面のＩＶ特性結果を示すグラフである。シート抵抗面内分布の測定結果を示す説明図である。表面と裏面の変換効率と基板比抵抗の関係を示すグラフである。裏面変換効率のＢｉｆａｃｉａｌｉｔｙと基板比抵抗の関係を示すグラフである。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

図１（ａ）〜（ｍ）は、ｎ型のシリコン単結晶基板である半導体基板Ｗ（以下、単に基板Ｗとも呼称する）を用いて太陽電池セルＡを製造する工程の説明図である。先ず、図１（ａ）に示すように、例えばＣＺ法により作製された結晶性方位（１００）、１５．６ｃｍ角、厚さが１００〜３００μｍで、比抵抗が１〜１４．０Ω・ｃｍのシリコン単結晶基板であるｎ型の半導体基板Ｗが用意される。

次に、高濃度（例えば１０ｗｔ％）の水酸化ナトリウム水溶液に半導体基板Ｗを浸漬させ、ダメージ層を取り除く。そして、基板Ｗを低濃度（例えば２ｗｔ％）の水酸化ナトリウム水溶液に浸漬させ、基板Ｗの表面全体にテクスチャ構造を形成する。そして基板Ｗの洗浄を行う。

上記テクスチャ構造を形成する理由としては、太陽電池は通常、表面に凹凸形状を形成することが好ましく、このテクスチャ構造の形成により、可視光域の反射率を低減させるために、できる限り２回以上の反射を受光面で行わせることが必要となるからである。そこで、ダメージ層の除去後の半導体基板Ｇを例えば２ｗｔ％の水酸化ナトリウム水溶液にイソプロピルアルコールを加えた水溶液に浸し、ウェットエッチングを行うことにより、半導体基板Ｗ表面にランダムテクスチャ構造を形成させている。ここで、このテクスチャ構造の一つ一つの山のサイズは０．３〜２０μｍ程度である。他の代表的な表面凹凸構造としてはＶ溝、Ｕ溝が挙げられ、これらの形状は研削機を用いて形成可能である。また、ランダムな凹凸構造を形成させるためには、上述した方法のほかに、例えば酸エッチングやリアクティブ・イオン・エッチング等を用いることもできる。

続いて、図１（ｂ）に示すように、酸素を含有する雰囲気中で、９８０℃の加熱処理によって基板Ｗの表面・裏面の両方に酸化膜５が形成される。なお、酸化膜５の代わりに窒化膜を形成してもよい。

次に、図１（ｃ）に示すように、酸化膜５の表面１０に所定のパターンでレジスト膜７が例えば１０〜３０μｍの厚さに塗布される。そして、図１（ｄ）に示すように、レジスト膜７をマスクとして、例えば１０％ＨＦ水溶液を用いた湿式エッチングが行われ、表面１０の酸化膜５が所定のパターンにエッチングされる。この時、レジスト膜７に形成されている所定のパターンに酸化膜５がエッチングされる。

次に、図１（ｅ）に示すように、アルカリ性水溶液による剥離によって表面・裏面の両方のレジスト膜７が除去される。

次に、１０００℃に設定した拡散炉において、三臭化ホウ素（ＢＢｒ_３）ガスを含有する雰囲気下で、図１（ｆ）に示すように所定のパターンにエッチングされた酸化膜５をマスクとして、基板Ｗの表面１０の露出部分にボロン拡散が行われる。こうして、基板Ｗの表面１０に複数の高濃度ｐ型拡散領域１５が島状に形成される。なお、高濃度ｐ型拡散領域１５のシート抵抗は２０〜６０Ω／□（ｏｈｍ／ｓｑｕａｒｅ）であることが好ましい。また、ボロン拡散の方法として三臭化ホウ素（ＢＢｒ_３）ガス雰囲気下における塗布拡散方式を例示したが、これに限られるものではなく、例えば三塩化ホウ素（ＢＣｌ_３）ガスや酸化ホウ素（Ｂ_２Ｏ_５）ガスを用いることも可能であり、スプレー方式で拡散させることもできる。なお、ボロン拡散はＢＮ（ボロンナイトライド）をソースとした方式、もしくは、スクリーン印刷、インクジェット、スプレー、スピンコート等を用いた方式でもよい。

次に、図１（ｇ）に示すように、例えば１０％ＨＦ水溶液を用いた湿式エッチングによって表面１０の酸化膜５が除去される。そして、９３０℃に設定した拡散炉において、三臭化ホウ素（ＢＢｒ_３）ガスを含有する雰囲気下で基板Ｗの表面１０全体にボロン拡散が行われる。こうして、基板Ｗの表面１０において、図１（ｈ）に示すように、複数の高濃度ｐ型拡散領域１５同士の間に低濃度ｐ型拡散領域１６が形成される。ここでも基板Ｗの表面・裏面の両方にはボロンシリケートガラス膜（図示せず）が形成される。なお、低濃度ｐ型拡散領域１６のシート抵抗は３０〜１５０Ω／□であることが好ましい。

続いて、表面１０にスクリーン印刷法によってマスク剤を印刷し、１８０℃の熱風乾燥炉において乾燥が行われる。このマスク剤の印刷により、基板Ｗの表面１０に形成されたボロンシリケートガラス膜（図示せず）が保護される。このマスク剤としては、耐フッ酸性および耐硝酸性を有しアルカリ性水溶液によって剥離可能であるような材料を用いることが好ましい。

次に、表面１０にマスク剤が印刷された状態（乾燥後）の基板Ｗを、例えばフッ硝酸水溶液やフッ酸水溶液に浸漬させ、マスク剤の印刷されていない基板Ｗの他方の面（以下裏面２０と呼称する）のボロンシリケートガラス膜（図示せず）やアウトディフュージョンにより形成されている高濃度ｐ型拡散領域を除去する。そして、マスク剤１８が例えば水酸化ナトリウム水溶液を用いて除去され、基板Ｗの洗浄・乾燥が行われる。

次に、８７０℃に設定した電気拡散炉において、オキシ塩化リン（ＰＯＣｌ_３）ガスを含有する雰囲気下で、上記表面１０の場合と同様の方法で形成された所定のパターンにエッチングされた酸化膜５をマスクとして、基板Ｗの裏面２０の露出部分にリン拡散が行われる。なお、この裏面２０におけるリン拡散においても上記表面１０上のボロン拡散と同様、酸化膜５、レジスト膜７をパターン形成し、拡散領域の形成が行われるが、この酸化膜５、レジスト膜７の形成やリン拡散後の酸化膜５、レジスト膜７の除去については、上記図１（ｂ）〜（ｆ）等に説明した場合と同様の方法であるため、ここでの説明は省略する。

こうして、図１（ｉ）に示すように、基板Ｗの裏面２０に複数の高濃度ｎ型拡散領域２５が島状に形成される。ここで、高濃度ｎ型拡散領域２５のシート抵抗は２０〜６０Ω／□（ｏｈｍ／ｓｑｕａｒｅ）であることが好ましい。また、リン拡散はインクジェット方式やスプレー、スピンコート、レーザードーピング法等でもって行われる。

そして、８３０℃に設定した電気拡散炉において、オキシ塩化リン（ＰＯＣｌ_３）ガスを含有する雰囲気下で基板Ｗの裏面２０全体にリン拡散が行われる。こうして、図１（ｊ）に示すように、基板Ｗの裏面２０において、複数の高濃度ｎ型拡散領域２５同士の間に低濃度ｎ型拡散領域２６が形成される。この時、基板Ｗの表面・裏面の両方にはリン酸ガラス膜（図示せず）が形成される。なお、低濃度ｎ型拡散領域２６のシート抵抗は３０〜１５０Ω／□であることが好ましい。

次に、プラズマエッチャーにて基板Ｗ周辺部のＰＮ接合分離を行い、上述してきた工程において基板Ｗの表面１０・裏面２０に形成されたボロンシリケートガラス膜（図示せず）とリン酸ガラス膜（図示せず）をフッ酸水溶液を用いたエッチングによって除去する。その後、プラズマＣＶＤ装置によって表面１０・裏面２０全体に例えば窒化膜（ＳｉＮｘ膜）である反射防止膜３５を形成させる。ここで、他の種類の反射防止膜３５として、例えば二酸化チタン膜、酸化亜鉛膜、酸化スズ膜等が挙げられ、代替が可能である。また、反射防止膜３５の形成は上記プラズマＣＶＤ装置によるダイレクトプラズマＣＶＤ法によって行われるものとしたが、例えばリモートプラズマＣＶＤ法、コーティング法、真空蒸着法等を用いてもよい。但し、経済的な観点からは、窒化膜をプラズマＣＶＤ法によって形成させるのが最適である。さらには、反射防止膜３５上にトータルの反射率が最も小さくなるように、例えば二フッ化マグネシウム膜といった屈折率が１〜２の間である膜を形成することで、反射率の低減が促進され、生成電流密度が高くなる。また、基板Ｗと反射防止膜３５との間にパッシベーション用絶縁膜を形成してもよい。

続いて、図１（ｌ）に示すように、スクリーン印刷機を用いて、基板Ｗの裏面２０の高濃度ｎ型拡散領域２５表面（図中下方）に例えばＡｇを含む導電性ペーストからなる第１電極層４０が所定のパターンに印刷され、その後乾燥が行われる。そして、高濃度ｎ型拡散領域２５上に形成させた第１電極層４０の表面（図中下方）に例えばＡｇを含む導電性ペーストからなる第２電極層４２がスクリーン印刷によって印刷され、乾燥が行われる。この第１電極層４０と第２電極層４２を積層したものが受光面グリッド電極およびバスバー電極（以下まとめて電極４５とも記載する）となる。なお、高濃度ｎ型拡散領域２５表面に印刷される第１電極層４０は、リン元素を含み、焼成工程にてセルフドーピングの効果を持つ導電性ペーストで形成されてもよい。また、本実施の形態では第１電極層４０と第２電極層によって電極４５が構成されるものとしたが、電極４５は単層の導電性ペーストで形成されてもよい。

次いで、図１（ｍ）に示すように、上記図１（ｌ）に示した場合と同様に、高濃度ｐ型拡散領域１５表面（図中上方）に例えばＡｇを含む導電性ペーストからなる第１電極層４０が所定のパターンに印刷され、その後乾燥が行われる。そして、高濃度ｐ型拡散領域１５上に形成させた第１電極層４０の表面（図中上方）に例えばＡｇを含む導電性ペーストからなる第２電極層４２がスクリーン印刷によって印刷され、乾燥が行われる。なお、高濃度ｐ型拡散領域１５表面に印刷される第１電極層４０は、ボロン元素を含み、焼成工程にてセルフドーピングの効果を持つ導電性ペーストで形成されてもよい。また、本実施の形態では第１電極層４０と第２電極層によって電極４５が構成されるものとしたが、電極４５は単層の導電性ペーストで形成されてもよい。

ここで、第１電極層４０は第２電極層４２に比べシリコン単結晶基板（半導体基板Ｗ）との接触抵抗が低く、且つシリコン単結晶基板（半導体基板Ｗ）との接着強度が強いような材質で形成されることが好ましい。また、第２電極層４２は第１電極層４０に比べ体積固有抵抗が低く、且つ導電性が優れていることが好ましい。電極４５は、基板Ｗで発生した電子を効率良く取り出すという目的がある。そのためには、電極４５の高さを高くすることや、電極４５と基板Ｗが接触している界面の接触抵抗を低くすること、電極４５の体積固有抵抗が低いことなどが望ましい。これらの課題を、電極４５の構造を第１電極層４０と第２電極層４２からなる二層構造にすることで、電極４５の高さを高くし、基板Ｗと接触する位置に配される第１電極層４０においては、基板Ｗとの接触抵抗を低くし、第２電極層４２においては、基板Ｗとの接触がないため、体積固有抵抗が第１電極層４０よりも低いものを使用している。

そして、電極４５が表面１０の高濃度ｐ型拡散領域上と裏面２０の高濃度ｎ型拡散領域上に形成された基板Ｗの焼成が行われ、太陽電池セルＡが作製される。

図２は、太陽電池セルＡを斜め上方から見た概略説明図である。なお、図２は、太陽電池セルＡの一部を拡大して示したものであり、太陽電池セルＡの概略断面も図示している。図２に示すように、半導体基板Ｗの表面１０に高濃度ｐ型拡散領域を配し、その直上面に２層（第１電極層４０、第２電極層４２）からなる電極４５を形成し、且つ、裏面２０に高濃度ｎ型拡散領域を配し、その直下面に２層からなる電極４５を、上述した工程でもって形成することで、シート抵抗の面内均一性が十分に確保され、太陽電池セルＡの表面、裏面それぞれの発電能力が変換効率で１８％以上となるような太陽電池セルが作製される。

さらに、太陽電池セルＡの表面に対する裏面の変換効率の比率（Ｂｉｆａｃｉａｌｉｔｙ）が９３％以上となるような、例えばサイズ１５．６ｃｍ角である大型化された太陽電池セルＡが作製される。

加えて、電極４５を第１電極層４０と第２電極層４２を積層させた構造としたことで、基板Ｗで発生した電子を効率良く取り出すことが可能な太陽電池セルＡが作製される。

以上、本発明の実施の形態の一例を説明したが、本発明は図示の形態に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

上記実施の形態においては、高濃度拡散領域（ｐ型・ｎ型双方）を形成した後に、低濃度拡散領域（ｐ型・ｎ型）を形成するという工程でもって拡散を行うものとしたが、拡散層の形成方法は必ずしもこの方法に限られない。例えば、半導体基板Ｗの受光面に高濃度拡散領域（ｐ型・ｎ型）と低濃度拡散領域（ｐ型・ｎ型）を形成する方法として、半導体基板Ｗの受光面全面に低濃度拡散領域を形成した後、高濃度拡散領域とするべき部分にリン酸ガラス膜（あるいはボロンシリケートガラス膜）を残し、追加の熱処理を行なうことで高濃度拡散領域を形成する方法でも良い。

また、ボロン拡散、リン拡散の方法として、それぞれの元素を含んだ液体または固体を予め基板Ｗの表面（表面・裏面）に塗布し、その後熱処理を行うことにより高濃度ｐ型拡散領域および高濃度ｎ型拡散領域を同時に形成する方法も考えられる。そこで、以下には、図３を参照して基板Ｗに対するボロン拡散・リン拡散が同時に行われる場合について説明する。なお、ボロン拡散およびリン拡散にかかる工程以外の工程については図１において上述した工程と同様の方法であるため、図３にはボロン拡散、リン拡散を行う工程の説明図のみ記載する。

図３（ａ）、（ｂ）に示すように、基板Ｗの表面１０にボロン元素を含んだ液体または固体を塗布または付着させた後、乾燥させ、基板Ｗの裏面２０にリン元素を含んだ液体または固体を塗布または付着させた後、乾燥させた後、例えば９００℃に設定した炉にて熱処理を行ない、表面１０全面に高濃度ｐ拡散領域１５を形成し、裏面２０全面に高濃度ｎ型拡散領域２５を形成する。

次に、図３（ｃ）に示すように、高濃度ｐ型拡散領域１５が形成された表面１０に、所定のパターンでレジスト膜７が例えば１０〜３０μｍの厚さに塗布された後、１８０℃の熱風乾燥炉において乾燥が行なわれる。次に、高濃度ｎ型拡散領域２５に所定のパターンでレジスト膜７を例えば１０〜３０μｍの厚さに塗布された後、１８０℃の熱風乾燥炉において乾燥が行なわれる。耐フッ酸性および耐硝酸性を有しアルカリ性水溶液によって剥離可能であるような材料を用いることが好ましい。

次に、表面１０と裏面２０にレジスト膜７が印刷された状態の基板Ｗを、例えばフッ硝酸水溶液に浸漬させ、レジスト膜７が印刷されていない基板Ｗの面の高濃度ｐ型拡散領域１５や高濃度ｎ拡散領域２５をエッチングすることで、図３(ｄ)に示すように低濃度ｐ型拡散領域１６と低濃度ｎ型拡散領域２６が形成される。

次に、レジスト膜をアルカリ性水溶液による剥離によって表面・裏面の両方のレジスト膜７が除去され、図３（ｅ）に示すように、高濃度ｐ型拡散領域および高濃度ｎ型拡散領域が同時に形成される。

また、上記実施の形態においては、基板Ｗの表面１０・裏面２０の双方において高濃度拡散領域を形成させる場合について説明したが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、基板Ｗの裏面２０においては、全面均一なｎ型拡散層を形成させ、基板Ｗの表面１０のみに高濃度拡散領域・低濃度拡散領域を形成させることも考えられる。

図４は、基板Ｗの裏面２０に全面均一なｎ型拡散層２６’を形成させた場合の太陽電池セルＡの説明図である。なお、図４に示す太陽電池セルＡは、裏面２０のｎ型拡散層２６’の構成以外は上記実施の形態で説明したものと同様の構成である。

図４に示すように、裏面２０に全面均一なｎ型拡散層２６’を形成させることで、レジスト印刷工程、レジスト除去工程が削減されることにより大きなコストダウンを図ることができる。さらには、熱処理工程の削減による基板Ｗへの熱ダメージ低減も図ることができる。

（実施例１）
実施例１として、ＣＺ法により作製された結晶性方位（１００）、１５．６ｃｍ角、厚さが２００μｍで、比抵抗が２．８Ω・ｃｍのシリコン単結晶基板であるｎ型の半導体基板を用意し、１０ｗｔ％の水酸化ナトリウム水溶液に半導体基板を浸漬させ、ダメージ層を取り除いた。そして、基板を２ｗｔ％の水酸化ナトリウム水溶液に浸漬させ、基板の表面全体にテクスチャ構造を形成した。そして基板の洗浄を行った。

次に、１０００℃のドライ酸化を行ない、受光面全面へ酸化膜を形成した。その後、低濃度ｐ型拡散領域を形成する部分をマスクするため、スクリーン印刷機にて、レジスト剤を印刷し、１８０℃の熱風乾燥炉で乾燥させた。乾燥後、１０ｗｔ％のフッ化水素酸水溶液へ浸漬させ、高濃度ｐ型拡散部分の酸化膜を除去した後、２ｗｔ％の水酸化ナトリウム水溶液によりレジスト剤を取り除き、基板を洗浄、乾燥させた。その後、基板をＢＢｒ３ガス拡散により、ボロン拡散を行ない、高濃度ｐ型拡散領域を形成した。

次に、１０ｗｔ％のフッ化水素酸水溶液へ基板を浸漬させ、低濃度ｐ型拡散領域部分の酸化膜を除去し、乾燥後、基板を再度、９３０℃の電気拡散炉内でＢＢｒ３ガス拡散にてボロン拡散を行ない、低濃度ｐ型拡散領域を形成した。

次に、高濃度ｐ型拡散領域と低濃度ｐ型拡散領域が形成された面の全面に、スクリーン印刷機にてレジスト剤を印刷し、１８０℃の熱風乾燥炉で乾燥させた。乾燥後、フッ硝酸水溶液に浸漬させ、高濃度ｎ型拡散領域と低濃度ｎ型拡散領域を形成する面のボロンシリケートガラス膜やｐ型拡散領域を除去する。そして、レジスト剤を水酸化ナトリウム水溶液にて取り除き、基板を洗浄、乾燥させた。

次に、１０００℃のドライ酸化を行ない、受光面全面へ酸化膜を形成した。その後、低濃度ｎ型拡散領域を形成する部分をマスクするため、スクリーン印刷機にて、レジスト剤を印刷し、１８０℃の熱風乾燥炉で乾燥させた。乾燥後、１０ｗｔ％のフッ化水素酸水溶液へ浸漬させ、高濃度ｎ型拡散部分の酸化膜を除去した後、２ｗｔ％の水酸化ナトリウム水溶液によりレジスト剤を取り除き、基板を洗浄、乾燥させた。その後、基板をオキシ塩化リンを含む雰囲気の電気拡散炉内で拡散を行ない、高濃度ｎ型拡散領域を形成した。

次に、１０ｗｔ％のフッ化水素酸水溶液へ基板を浸漬させ、低濃度ｎ型拡散領域部分の酸化膜を除去し、乾燥後、基板を再度、オキシ塩化リンを含む雰囲気の８３０℃の電気拡散炉内で拡散を行ない、低濃度ｎ型拡散領域を形成した。

次にプラズマエッチャーにて基板周辺部のＰＮ接合分離を行ない、引き続き、基板表面に形成されたリン酸ガラス膜やボロンシリケートガラス膜、もしくはボロン臨死ケートガラス膜をフッ化水素酸水溶液にて取り除いた後、パッシベーション用絶縁膜を形成し、プラズマＣＶＤ装置で、基板両面に窒化膜を堆積させて、反射防止膜を形成した。

次にスクリーン印刷機を用いて、裏面の高濃度ｎ型拡散領域上にグリッドＡｇ電極とバスバー電極を印刷し、乾燥させた。グリッドＡｇ電極とバスバー電極の上方に、同じ電極パターンを印刷、乾燥させ、２層電極を形成した。さらに、スクリーン印刷機を用いて、表面の高濃度ｐ型拡散領域上にグリッドＡｇ電極とバスバー電極を印刷し、乾燥させた。グリッドＡｇ電極とバスバー電極の上方に、同じ電極パターンを印刷、乾燥させ、２層電極を形成した。その後、焼成を行ない、グリッド電極とバスバー電極を形成し、太陽電池セルを作成した。その太陽電池セルの表面と裏面のＩＶ特性結果を表１および図５に示す。

また、図６はボロン拡散を行なった後の１５．６ｃｍ角基板でのシート抵抗面内分布の測定結果を示す説明図である。基板の大型化の課題として、ボロン拡散の面内均一化が難しいことが挙げられる。本発明では、ボロン拡散における面内均一性を向上させたことで、課題を解決したことがわかった。

また、基板の比抵抗を変更したときの変換効率（Ｅｆｆ）の変化について、図７に結果を示す。基板の比抵抗を変更したときの表面変換効率に対する裏面変換効率の比率（グラフにはＢｉｆａｃｉａｌｉｔｙと記載）の変化について、図８に結果を示す。

図７と図８に示すように、比抵抗は１〜１４Ω・ｃｍの範囲で、表面の変換効率が１８％以上で、Ｂｉｆａｃｉａｌｉｔｙが９３％以上であることを維持出来ることがわかった。

本発明は、太陽電池セルおよびその製造方法に適用できる。

５…酸化膜
７…レジスト膜
１０…表面
１５…高濃度ｐ型拡散領域
１６…低濃度ｐ型拡散領域
２０…裏面
２５…高濃度ｎ型拡散領域
２６…低濃度ｎ型拡散領域
２６’…全面均一なｎ型拡散層
３０…酸化膜
３５…反射防止膜
４０…第１電極層
４２…第２電極層
４５…電極
Ａ…太陽電池セル
Ｗ…半導体基板

Claims

ｎ型のシリコン単結晶基板と、
前記シリコン単結晶基板の一方の面に形成されたｐ型拡散層と、
前記シリコン単結晶基板の他方の面に形成されたｎ型拡散層と、
前記ｐ型拡散層に部分的に形成される１または複数の受光面グリッド電極およびバスバー電極と、
前記ｎ型拡散層に部分的に形成される１または複数の受光面グリッド電極およびバスバー電極と、から構成される太陽電池セルであって、
前記ｐ型拡散層には、複数の高濃度ｐ型拡散領域と、それら高濃度ｐ型拡散領域間に位置する低濃度ｐ型拡散領域が形成され、
前記ｎ型拡散層には、複数の高濃度ｎ型拡散領域と、それら高濃度ｎ型拡散領域間に位置する低濃度ｎ型拡散領域が形成され、
前記受光面グリッド電極およびバスバー電極は、前記高濃度ｐ型拡散領域および高濃度ｎ型拡散領域に隣接して形成され、
前記シリコン単結晶基板の比抵抗は１〜１４Ω・ｃｍであり、
前記高濃度ｐ型拡散領域および前記低濃度ｐ型拡散領域はボロン拡散によって形成され、前記高濃度ｐ型拡散領域のシート抵抗は２０〜１００Ω／□であり、かつ、前記低濃度ｐ型拡散領域のシート抵抗は３０〜１５０Ω／□であり、
前記高濃度ｎ型拡散領域および前記低濃度ｎ型拡散領域はリン拡散によって形成され、前記高濃度ｎ型拡散領域のシート抵抗は２０〜１００Ω／□であり、かつ、前記低濃度ｎ型拡散領域のシート抵抗は３０〜１５０Ω／□であり、
ｐ型拡散層が形成されている一方の面における発電能力が変換効率１８％以上であり、
ｎ型拡散層が形成されている他方の面における変換効率がｐ型拡散層が形成されている一方の面における変換効率の９３％以上である、太陽電池セル。
前記ｐ型拡散層およびｎ型拡散層はパッシベーション用絶縁膜で覆われている、請求項１に記載の太陽電池セル。
前記ｐ型拡散層およびｎ型拡散層は反射防止膜で覆われている、請求項１又は２に記載の太陽電池セル。
前記受光面グリッド電極および前記バスバー電極は第１電極層と第２電極層を二層重ねて形成される、請求項１〜３のいずれかに記載の太陽電池セル。
前記第１電極層は、前記第２電極層に比べシリコン単結晶基板との接触抵抗が低く、且つシリコン単結晶基板との接着強度が強い、請求項４に記載の太陽電池セル。
前記第２電極層は、前記第１電極層に比べ体積固有抵抗が低い、請求項４または５に記載の太陽電池セル。
前記受光面グリッド電極および前記バスバー電極は、スクリーン印刷によって形成される、請求項１〜６のいずれかに記載の太陽電池セル。
ｎ型のシリコン単結晶基板の一方の面に複数の高濃度ｐ型拡散領域と、それら高濃度ｐ型拡散領域間に位置する低濃度ｐ型拡散領域からなるｐ型拡散層を形成させる工程と、
ｎ型のシリコン単結晶基板の他方の面に複数の高濃度ｎ型拡散領域と、それら高濃度ｎ型拡散領域間に位置する低濃度ｎ型拡散領域からなるｎ型拡散層を形成させる工程と、
前記高濃度ｐ型拡散領域および高濃度ｎ型拡散領域に隣接する受光面グリッド電極およびバスバー電極を形成させる工程と、を備え、
前記シリコン単結晶基板の比抵抗は１〜１４Ω・ｃｍであり、
前記高濃度ｐ型拡散領域のシート抵抗は２０〜１００Ω／□であり、かつ、前記低濃度ｐ型拡散領域のシート抵抗は３０〜１５０Ω／□であり、
前記高濃度ｎ型拡散領域のシート抵抗は２０〜１００Ω／□であり、かつ、前記低濃度ｎ型拡散領域のシート抵抗は３０〜１５０Ω／□である、太陽電池セルの製造方法。
前記ｎ型拡散層を形成させる工程において、ｐ型拡散層の表面に形成されたフッ酸水溶液で除去可能な膜をバリア膜として使用する、請求項８に記載の太陽電池セルの製造方法。
前記受光面グリッド電極および前記バスバー電極を形成させる工程において、前記受光面グリッド電極および前記バスバー電極は第１電極層と第２電極層を二層重ねて形成される、請求項８又は９に記載の太陽電池セルの製造方法。
前記第１電極層は、前記第２電極層に比べシリコン単結晶基板との接触抵抗が低く、且つシリコン単結晶基板との接着強度が強い、請求項１０に記載の太陽電池セルの製造方法。
前記第２電極層は、前記第１電極層に比べ体積固有抵抗が低い、請求項１０又は１１に記載の太陽電池セルの製造方法。
前記受光面グリッド電極および前記バスバー電極は、スクリーン印刷によって形成される、請求項８〜１２のいずれかに記載の太陽電池セルの製造方法。