(57)【要約】【課題】低コストで発電効率の高い太陽電池セルを製造する。【解決手段】太陽電池セルの製造方法は、半導体基板１８上に金属層２７を形成することと、樹脂と、樹脂よりも所定波長の光吸収率が高い無機粒子とを含むレジスト層３０を金属層２７上に形成することと、レジスト層３０に所定波長のレーザ光４０を照射し、レジスト層３０を除去して金属層２７が露出する開口３２を形成することと、開口３２にて露出する金属層２７をウェットエッチングすることと、を備える。【選択図】図９
2020053537.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に金属層を形成することと、
樹脂と、前記樹脂よりも所定波長の光吸収率が高い無機粒子とを含むレジスト層を前記金属層上に形成することと、
前記レジスト層に前記所定波長のレーザ光を照射し、前記レジスト層を除去して前記金属層が露出する開口を形成することと、
前記開口にて露出する前記金属層をウェットエッチングすることと、を備える太陽電池セルの製造方法。
【請求項２】
前記無機粒子は、前記金属層よりも前記所定波長の光吸収率が高い請求項１に記載の太陽電池セルの製造方法。
【請求項３】
前記所定波長のレーザ光の照射前に、前記レジスト層をパターンマスクとして前記金属層上にメッキ層を形成することをさらに備える請求項１または２に記載の太陽電池セルの製造方法。
【請求項４】
前記レジスト層の前記開口は、前記金属層に近づくにつれて開口幅が小さくなるテーパ形状を有する請求項１から３のいずれか一項に記載の太陽電池セルの製造方法。
【請求項５】
前記レジスト層は、前記金属層上にスクリーン印刷される請求項１から４のいずれか一項に記載の太陽電池セルの製造方法。
【請求項６】
前記レジスト層の厚さは、１μｍ以上３０μｍ以下であり、前記レジスト層に含まれる前記無機粒子の濃度は、０．３％以上２％以下である請求項１から５のいずれか一項に記載の太陽電池セルの製造方法。
【請求項７】
前記レジスト層は、前記樹脂および前記無機粒子を含む第１レジスト層と、前記樹脂および前記第１レジスト層よりも高濃度の前記無機粒子を含む第２レジスト層とを有し、前記第２レジスト層は、前記金属層と前記第１レジスト層の間に形成され、前記第２レジスト層は、前記第１レジスト層より厚さが小さい請求項１から６のいずれか一項に記載の太陽電池セルの製造方法。
【請求項８】
前記所定波長は、５００ｎｍ以上２０００ｎｍ以下である請求項１から７のいずれか一項に記載の太陽電池セルの製造方法。
【請求項９】
前記レーザ光は、トップハット型の強度分布を有する請求項１から８のいずれか一項に記載の太陽電池セルの製造方法。
【請求項１０】
前記半導体基板上の第１領域に設けられる第１導電型半導体層と、前記第１導電型半導体層上の前記第１領域の縁に隣接する一部領域に設けられる絶縁層と、前記半導体基板上の前記第１領域に隣接する第２領域および前記絶縁層上に設けられる第２導電型半導体層とを形成することをさらに備え、
前記金属層は、前記第１導電型半導体層、前記絶縁層および前記第２導電型半導体層の上に形成され、
前記レジスト層の前記開口は、前記絶縁層と重なる位置に形成される請求項１から９のいずれか一項に記載の太陽電池セルの製造方法。
【請求項１１】
半導体基板と、
前記半導体基板上の第１領域に設けられる第１導電型半導体層と、
前記第１導電型半導体層上の前記第１領域の縁に隣接する一部領域に設けられる絶縁層と、
前記半導体基板上の前記第１領域に隣接する第２領域および前記絶縁層上に設けられる第２導電型半導体層と、
前記第１導電型半導体層、前記絶縁層および前記第２導電型半導体層の上に設けられる金属層と、
前記金属層上に設けられる樹脂および無機粒子を含有するレジスト層と、を備え、
前記金属層および前記レジスト層は、前記絶縁層と重なる位置で前記金属層または前記レジスト層を貫通する開口をそれぞれ有し、
前記レジスト層の前記開口は、前記金属層に近づくにつれて開口幅が小さくなるテーパ形状を有する太陽電池セル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池セル及び太陽電池セルの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
発電効率の高い太陽電池セルとして、光が入射する受光面とは反対側の裏面にｎ型半導体層およびｐ型半導体層の双方が形成された裏面接合型の太陽電池セルがある。ｎ型半導体層上にｎ側電極が設けられ、ｐ型半導体層上にｐ側電極が設けられる。ｎ側電極とｐ側電極の間に電気的絶縁のための分離溝が設けられる。レーザ照射によるアブレーションを利用して電極間の分離溝を形成する方法がある（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２０１７／０５６３７８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
集電効率向上の観点から、電極間の分離溝の幅を小さくすることが好ましい。
【０００５】
本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、より発電効率の高い太陽電池セルを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のある態様の太陽電池セルの製造方法は、半導体基板上に金属層を形成することと、樹脂と、樹脂よりも所定波長の光吸収率が高い無機粒子とを含むレジスト層を金属層上に形成することと、レジスト層に所定波長のレーザ光を照射し、レジスト層を除去して金属層が露出する開口を形成することと、開口にて露出する金属層をウェットエッチングすることと、を備える。
【０００７】
本発明の別の態様は、太陽電池セルである。この太陽電池セルは、半導体基板と、半導体基板上の第１領域に設けられる第１導電型半導体層と、第１導電型半導体層上の第１領域の縁に隣接する一部領域に設けられる絶縁層と、半導体基板上の第１領域に隣接する第２領域および絶縁層上に設けられる第２導電型半導体層と、第１導電型半導体層、絶縁層および第２導電型半導体層の上に設けられる金属層と、金属層上に設けられる樹脂および無機粒子を含有するレジスト層と、を備える。金属層およびレジスト層は、絶縁層と重なる位置で金属層またはレジスト層を貫通する開口をそれぞれ有する。レジスト層の開口は、金属層に近づくにつれて開口幅が小さくなるテーパ形状を有する。
【０００８】
本発明によれば、太陽電池セルの発電効率を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施の形態に係る太陽電池セルの裏面の構造を示す平面図である。
【図２】図１の太陽電池セルの構造を示す断面図である。
【図３】太陽電池セルの製造工程を模式的に示す図である。
【図４】太陽電池セルの製造工程を模式的に示す図である。
【図５】太陽電池セルの製造工程を模式的に示す図である。
【図６】太陽電池セルの製造工程を模式的に示す図である。
【図７】太陽電池セルの製造工程を模式的に示す図である。
【図８】太陽電池セルの製造工程を模式的に示す図である。
【図９】太陽電池セルの製造工程を模式的に示す図である。
【図１０】太陽電池セルの製造工程を模式的に示す図である。
【図１１】図１１（ａ）−（ｃ）は、レーザ光の照射によりレジスト層に開口を形成する工程を模式的に示す図である。
【図１２】レジスト層に含まれる無機粒子濃度を変化させたときのレーザ照射による開口の加工性を示す図である。
【図１３】変形例に係る太陽電池セルの構造を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
実施の形態を具体的に説明する前に、概要を述べる。本実施の形態は、裏面接合型の太陽電池セルに関する。太陽電池セルは、半導体基板と、半導体基板上の第１領域に設けられる第１導電型半導体層と、第１導電型半導体層上の第１領域の縁に隣接する一部領域に設けられる絶縁層と、半導体基板上の第１領域に隣接する第２領域および絶縁層上に設けられる第２導電型半導体層と、第１導電型半導体層、絶縁層および第２導電型半導体層の上に設けられる金属層と、を備える。金属層は、太陽電池セルのｎ側電極およびｐ型電極の少なくとも一部を構成する。金属層には、ｎ側電極とｐ側電極の間の電気的絶縁を確保するための分離溝が設けられる。この分離溝は、金属層上にレジスト層を形成し、レジスト層に所定波長のレーザ光を照射してレジスト層を除去し、金属層が露出する開口を形成し、開口にて露出する金属層をウェットエッチングすることにより形成される。本実施の形態によれば、樹脂と、樹脂よりも所定波長の光吸収率が高い無機粒子とを含むレジスト層を用いることにより、低コストで分離幅の小さい分離溝を形成できる。
【００１１】
以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。
【００１２】
図１は、実施の形態に係る太陽電池セル１０を示す平面図であり、太陽電池セル１０の裏面１３の構造を示す。太陽電池セル１０は、裏面１３に設けられる第１電極１４および第２電極１５を備える。太陽電池セル１０は、いわゆる裏面接合（バックコンタクト）型の太陽電池セルであり、受光面側には電極が設けられず、受光面とは反対側の裏面１３に極性の異なる第１電極１４および第２電極１５の双方が設けられる。第１電極１４および第２電極１５の間には、両者を電気的に絶縁するための分離溝１６が設けられる。
【００１３】
第１電極１４は、ｘ方向に延びる第１バスバー電極１４ａと、第１バスバー電極１４ａと交差するｙ方向に延びる複数の第１フィンガー電極１４ｂとを含み、櫛歯状に形成される。第２電極１５は、ｘ方向に延びる第２バスバー電極１５ａと、第２バスバー電極１５ａと交差するｙ方向に延びる複数の第２フィンガー電極１５ｂとを含み、櫛歯状に形成される。第１電極１４および第２電極１５は、それぞれの櫛歯が噛み合って互いに間挿し合うように形成される。第１電極１４及び第２電極１５のそれぞれは、複数のフィンガー電極のみにより構成され、バスバー電極を有さないバスバーレス型であってもよい。
【００１４】
図２は、実施の形態に係る太陽電池セル１０の構造を示す断面図であり、図１のＡ−Ａ線断面を示す。太陽電池セル１０は、基板１８と、受光面保護層２０と、第１非晶質層２１と、第１導電型半導体層２２と、絶縁層２３と、第２非晶質層２４と、第２導電型半導体層２５と、透明電極層２６と、金属層２７と、メッキ層２８とを備える。
【００１５】
太陽電池セル１０は、受光面１２および裏面１３を有する。受光面１２は、太陽電池セル１０において主に光（太陽光）が入射される主面を意味し、具体的には、太陽電池セル１０に入射される光の大部分が入射される面を意味する。裏面１３は、受光面１２とは反対側の他方の主面を意味する。
【００１６】
基板１８は、第１導電型を有する結晶性半導体により構成される。結晶性半導体基板の具体例としては、例えば、単結晶シリコンウェハ、多結晶シリコンウェハなどの結晶シリコン（Ｓｉ）ウェハが挙げられる。本実施の形態では、基板１８が第１導電型を有するｎ型の単結晶シリコンウェハである場合を示し、第１導電型がｎ型、第２導電型がｐ型である場合を示す。基板１８は、第１導電型の不純物を含み、例えばシリコンにドープされるｎ型の不純物としてリン（Ｐ）を含む。基板１８の厚みは、例えば２００μｍである。
【００１７】
太陽電池セルは、半導体基板として結晶性シリコンウエハ以外の半導体基板により構成することができる。例えば、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）やインジウム燐（ＩｎＰ）などからなる化合物半導体ウェハを用いてもよい。また、半導体基板が第２導電型を有してもよく、半導体基板がｐ型であってもよい。
【００１８】
基板１８は、受光面１２側の第１主面１８ａと、裏面１３側の第２主面１８ｂとを有する。基板１８は、第１主面１８ａに入射する光を吸収し、キャリアとして電子および正孔を生成する。第１主面１８ａには、入射する光の吸収効率を高めるためのテクスチャ構造（凹凸構造）１８ｃが設けられる。一方、第２主面１８ｂには第１主面１８ａと同様のテクスチャ構造が設けられなくてもよく、第１主面１８ａと比べて第２主面１８ｂの平坦性が高くてもよい。電極間の分離幅の溝を小さくして集電効率を向上させる観点から、第２主面１８ｂにはテクスチャ構造を形成する加工を施さないことが好ましい。つまり、第１主面１８ａにのみテクスチャ構造が設けられ、第２主面１８ｂにはテクスチャ構造が設けられないことが好ましい。
【００１９】
受光面保護層２０は、基板１８の第１主面１８ａ上に設けられる。受光面保護層２０は、第１主面１８ａのパッシベーション層として機能する。このパッシベーション層は、実質的に真性な非晶質半導体層、第１導電型の非晶質半導体層、第２導電型の非晶質半導体層および絶縁層の少なくとも一つを含んでもよい。パッシベーション層は、水素を含む非晶質シリコン、酸化シリコン、窒化シリコン、酸窒化シリコンなどで構成することができる。パッシベーション層は、例えば、２ｎｍ〜１００ｎｍ程度の厚さを有する。
【００２０】
受光面保護層２０は、反射防止膜や保護膜としての機能をさらに有してもよい。反射防止膜ないし保護膜は、酸化シリコン、窒化シリコン、酸窒化シリコンなどにより構成することができる。反射防止膜ないし保護膜の厚さは、例えば反射防止特性などに応じて適宜設定され、例えば５０ｎｍ〜１１００ｎｍ程度である。
【００２１】
基板１８の第２主面１８ｂには第１領域Ｗ１および第２領域Ｗ２が設けられる。第１領域Ｗ１は、図１の第１電極１４が設けられる領域に対応し、第２領域Ｗ２は、図１の第２電極１５が設けられる領域に対応する。したがって、第１領域Ｗ１および第２領域Ｗ２は、それぞれが櫛歯状に形成され、互いに間挿し合うように形成される。第１領域Ｗ１および第２領域Ｗ２は、ｘ方向に交互に配列される。
【００２２】
第１領域Ｗ１は第１導電型側であり、基板１８にて生成されたキャリアのうち第１導電型側のキャリアを収集する。基板１８が第１導電型であるため、第１領域Ｗ１は多数キャリアを収集する領域と言える。一方、第２領域Ｗ２は第２導電型側であり、少数キャリアである第２導電型側のキャリアを収集する。第１導電型がｎ型、第２導電型がｐ型の場合、第１領域Ｗ１が電子を収集し、第２領域Ｗ２が正孔を収集する。一般に、少数キャリアは多数キャリアに比べて収集効率が低い。そこで、セル全体の発電効率を高めるため、多数キャリア側である第１領域Ｗ１の面積よりも少数キャリア側である第２領域Ｗ２の面積を大きくしている。例えば、第１領域Ｗ１のｘ方向の幅は５００μｍ程度であり、第２領域Ｗ２のｘ方向の幅は７００μｍ〜１０００μｍ程度である。
【００２３】
第１非晶質層２１は、基板１８の第２主面１８ｂ上の第１領域Ｗ１に設けられる。第１非晶質層２１は、ｉ型またはｎ型の非晶質半導体、または絶縁体で構成される。第１非晶質層２１は、例えば、ｉ型またはｎ型の水素を含む非晶質シリコンや、酸素および窒素の少なくとも一方を含むシリコン化合物またはアルミニウム化合物で構成できる。第１非晶質層２１の厚さは、１ｎｍ〜２００ｎｍ程度であり、好ましくは２ｎｍ〜２５ｎｍ程度である。
【００２４】
本明細書において、実質的に真性な半導体を「ｉ型半導体」ともいう。また、実質的に真性な半導体とは、ｎ型またはｐ型の不純物となる元素を積極的に使用せずに成膜された半導体層を含み、化学気相成長法（ＣＶＤ）等による形成時にドーパントガスを供給せずに形成された半導体層を含む。具体的には、ジボラン（Ｂ２Ｈ６）やホスフィン（ＰＨ３）などのドーパントガスを供給せずに、水素（Ｈ２）で希釈したシラン（ＳｉＨ４）などを供給して得られたシリコンを含む。
【００２５】
第１導電型半導体層２２は、第１領域Ｗ１の第１非晶質層２１上に設けられる。第１導電型半導体層２２は、基板１８と同じ第１導電型の不純物を含む半導体層であり、例えばリン（Ｐ）を含むシリコン層である。第１導電型半導体層２２は、基板１８よりも不純物濃度が高いことが好ましい。第１導電型半導体層２２は、例えば２ｎｍ〜５０ｎｍ程度の厚さを有する。第１導電型半導体層２２は、非晶質または結晶質の半導体で構成される。第１導電型半導体層２２が非晶質半導体で構成される場合、例えば、水素を含むｎ型の非晶質シリコンで構成される。第１導電型半導体層２２が結晶質半導体で構成される場合、例えば、ｎ型の単結晶シリコン、多結晶シリコンおよび微結晶シリコンの少なくとも一つを含む。なお、第１導電型半導体層２２が非晶質部分と結晶質部分の双方を含むように構成されてもよい。
【００２６】
絶縁層２３は、絶縁材料で構成され、例えば酸化シリコン（ＳｉＯ）、窒化シリコン（ＳｉＮ）、酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ）などで構成される。絶縁層２３は、第１導電型半導体層２２の上に設けられる。絶縁層２３は、第１領域Ｗ１の縁（外周）に隣接する一部領域（第３領域）Ｗ３に設けられ、第１領域Ｗ１の中央部に相当する第４領域Ｗ４には設けられない。絶縁層２３が設けられる第３領域Ｗ３のｘ方向の幅は、例えば第１領域Ｗ１のｘ方向の幅の１／３程度である。絶縁層２３が設けられない第４領域Ｗ４のｘ方向の幅も第１領域Ｗ１のｘ方向の幅の１／３程度である。例えば、第３領域Ｗ３および第４領域Ｗ４のそれぞれのｘ方向の幅は１５０μｍ〜２００μｍ程度である。
【００２７】
第２非晶質層２４は、基板１８の第２主面１８ｂ上の第２領域Ｗ２および絶縁層２３上の第３領域Ｗ３に設けられる。第２非晶質層２４は、ｉ型またはｐ型の非晶質半導体、または絶縁体で構成される。第２非晶質層２４は、例えば、ｉ型またはｐ型の水素を含む非晶質シリコンや、酸素および窒素の少なくとも一方を含むシリコン化合物またはアルミニウム化合物で構成できる。第２非晶質層２４の厚さは、１ｎｍ〜２００ｎｍ程度であり、好ましくは２ｎｍ〜２５ｎｍ程度である。
【００２８】
第２導電型半導体層２５は、第２領域Ｗ２および第３領域Ｗ３の第２非晶質層２４上に設けられる。第２導電型半導体層２５は、第１導電型とは異なる第２導電型の不純物を含む半導体層であり、例えばボロン（Ｂ）を含むシリコン層である。第２導電型半導体層２５は、例えば２ｎｍ〜５０ｎｍ程度の厚さを有する。第２導電型半導体層２５は、非晶質または結晶質の半導体で構成され、水素を含むｐ型の非晶質シリコン、または、ｐ型の単結晶シリコン、多結晶シリコンおよび微結晶シリコンの少なくとも一つを含む。なお、第２導電型半導体層２５が非晶質部分と結晶質部分の双方を含むように構成されてもよい。
【００２９】
透明電極層２６は、第４領域Ｗ４の第１導電型半導体層２２の上と、第２領域Ｗ２および第３領域Ｗ３の第２導電型半導体層２５の上とに設けられる。透明電極層２６は、例えば、酸化錫（ＳｎＯ２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）等に錫（Ｓｎ）、アンチモン（Ｓｂ）、フッ素（Ｆ）、アルミニウム（Ａｌ）等をドープした透明導電性酸化物（ＴＣＯ）により形成される。透明電極層２６の厚みは、例えば、５０ｎｍ〜１００ｎｍ程度とすることができる。
【００３０】
金属層２７は、透明電極層２６の上に設けられる。金属層２７は、銅（Ｃｕ）、錫（Ｓｎ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、ニッケル（Ｎｉ）、チタン（Ｔｉ）などの金属を含む導電性材料層である。金属層２７は、メッキ層２８を形成するためのシード層であり、例えば、５０ｎｍ〜１１００ｎｍ程度の厚みを有する。
【００３１】
透明電極層２６および金属層２７には、分離溝１６が設けられる。分離溝１６は、絶縁層２３が設けられる第３領域Ｗ３に位置する。分離溝１６が設けられる分離領域Ｗ５の幅は、第３領域Ｗ３の幅よりも小さい。分離領域Ｗ５のｘ方向の幅は、例えば、第３領域Ｗ３のｘ方向の幅の１／２以下であり、好ましくは１／３以下である。分離領域Ｗ５のｘ方向の幅は、例えば２０μｍ〜６０μｍ程度である。
【００３２】
メッキ層２８は、金属層２７の上に設けられる。メッキ層２８は、銅（Ｃｕ）、錫（Ｓｎ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、ニッケル（Ｎｉ）、チタン（Ｔｉ）などの金属を含み、例えば、金属層２７と共通の材料を含むように構成される。メッキ層２８は、分離溝１６が位置する分離領域Ｗ５には設けられない。メッキ層２８は、第３領域Ｗ３と位置的に対応するレジスト領域Ｗ６において、金属層２７と接触しないように設けられる。
【００３３】
レジスト領域Ｗ６は、メッキ層２８をパターニングするためのレジスト層が設けられる領域に相当する。レジスト領域Ｗ６は、分離領域Ｗ５よりも広い領域であり、レジスト領域Ｗ６の内側に分離領域Ｗ５の全体が含まれる。レジスト領域Ｗ６は、第３領域Ｗ３と一致するよう設定されてもよいし、第３領域Ｗ３の内側のみに設定されてもよいし、第３領域Ｗ３の縁と少なくとも部分的に重なるように設定されてもよい。レジスト領域Ｗ６は、第３領域Ｗ３に隣接する第２領域Ｗ２および第４領域Ｗ４と重なってもよい。
【００３４】
本実施の形態において、第１電極１４および第２電極１５のそれぞれは、透明電極層２６と、金属層２７と、メッキ層２８とにより構成される。第１電極１４は、第４領域Ｗ４の第１導電型半導体層２２を通じて第１導電型側のキャリアを収集する。第２電極１５は、第２領域Ｗ２の第２導電型半導体層２５を通じて第２導電型側のキャリアを収集する。第１電極１４および第２電極１５は、分離溝１６により電気的に絶縁される。
【００３５】
つづいて、図３〜図１０を参照しながら、太陽電池セル１０の製造方法を説明する。まず、図３に示す基板１８を準備する。基板１８の第１主面１８ａは、テクスチャ構造１８ｃを有し、基板１８の第２主面１８ｂは、第１主面１８ａよりも平坦性が高い。次に、第１主面１８ａ上に受光面保護層２０を形成し、第２主面１８ｂ上の第１領域Ｗ１に第１非晶質層２１、第１導電型半導体層２２および絶縁層２３を形成する。
【００３６】
次に、図４に示すように、第１領域Ｗ１の絶縁層２３上および第２領域Ｗ２の基板１８の第２主面１８ｂ上に第２非晶質層２４および第２導電型半導体層２５を形成する。つづいて、図５に示すように、第１領域Ｗ１の中央に位置する第４領域Ｗ４の絶縁層２３、第２非晶質層２４および第２導電型半導体層２５を除去する。これにより、第４領域Ｗ４にて第１導電型半導体層２２が露出する。つづいて、図６に示すように、第４領域Ｗ４の第１導電型半導体層２２の上と、第２領域Ｗ２および第３領域Ｗ３の第２非晶質層２４の上とに透明電極層２６および金属層２７を形成する。
【００３７】
次に、図７に示すように、第３領域Ｗ３に位置的に対応するレジスト領域Ｗ６の金属層２７上にレジスト層３０を形成する。レジスト層３０は、樹脂と無機粒子の混合体で構成され、樹脂中に無機粒子が分散している。レジスト層３０は、例えば、ペースト状の混合体をスクリーン印刷などの印刷技術によりレジスト領域Ｗ６に塗布し、塗布した混合体を加熱または紫外線（ＵＶ）照射して硬化させることにより形成される。
【００３８】
レジスト層３０の厚さは、１μｍ以上３０μｍ以下であり、例えば１０μｍ〜２０μｍ程度である。レジスト層３０の厚みは均一とは限らず、位置に応じてレジスト層３０の厚みが異なりうる。例えば、レジスト領域Ｗ６の中央付近はレジスト層３０の厚さが相対的に大きく、レジスト領域Ｗ６の外縁付近はレジスト層３０の厚さが相対的に小さくてもよい。その結果、レジスト層３０の上面は、緩やかな凸曲面形状であってもよい。
【００３９】
次に、図８に示すように、金属層２７の上にメッキ層２８を形成する。メッキ層２８は、レジスト層３０をパターンマスクとして形成され、レジスト層３０に被覆されていない金属層２７を基点として成長する。メッキ層２８は、厚み方向（ｚ方向）および横方向（ｘ方向およびｙ方向）に成長しうる。そのため、メッキ層２８は、レジスト層３０の上に部分的に重なるように形成され、レジスト領域Ｗ６に張り出すように形成される。メッキ層２８は、レジスト層３０を挟んで隣り合うメッキ層２８が互いにつながらないように形成される。つまり、レジスト層３０を挟んで隣り合うメッキ層２８が分離された状態が維持される。
【００４０】
次に、図９に示すように、レジスト層３０の上からレーザ光４０を照射してレジスト層３０を部分的に除去する。レーザ光４０は、上述の分離領域Ｗ５を形成すべき箇所に照射される。レーザ光４０は、主にレジスト層３０に含まれる無機粒子に吸収される。これにより、レジスト層３０に含まれる無機粒子および樹脂が加熱され、レジスト層３０がアブレーションされる。レーザ光４０は、レーザ照射される分離領域Ｗ５のレジスト層３０が完全に除去されて金属層２７が露出するように照射される。これにより、分離領域Ｗ５において、金属層２７が露出する開口３２が形成される。
【００４１】
レーザ光４０は、例えば、図９の紙面に直交するｙ方向に移動しながら照射される。これにより、ｙ方向に延在する開口３２が形成される。ｙ方向に延在する開口３２は、図１のｙ方向に延びるフィンガー電極１４ｂ，１５ｂの間の分離溝１６に対応する。また、レーザ光４０は、第１バスバー電極１４ａと第２フィンガー電極１５ｂの間、および、第２バスバー電極１５ａと第１フィンガー電極１４ｂの間の分離溝１６に位置的に対応する開口を形成するために、ｘ方向に移動しながら照射される。これにより、ｘ方向に延在する開口が形成される。
【００４２】
レーザ光４０の光源として、例えば、Ｎｄ：ＹＡＧなどの固体レーザや、希土類元素（Ｎｄ，Ｅｒ，Ｙｂ）が添加されるファイバレーザなどを用いることができる。レーザ光４０は、パルスレーザであってもよいし、連続波レーザであってもよい。レーザ光４０の強度分布は、ガウシアン分布であってもよいし、均一なトップハット型の強度分布であってもよい。レーザ光４０の波長は、５００ｎｍ以上２０００ｎｍ以下であることが好ましく、例えば８００ｎｍ以上１５００ｎｍ以下であることがより好ましい。このような波長を選択することにより、金属層２７へのダメージを抑制しながらレジスト層３０を好適に除去できる。一般に、可視から近赤外の波長域において、波長が小さくなるほどで金属材料の光吸収率が小さくなるためである。
【００４３】
例えば、金属層２７が銅（Ｃｕ）であれば、Ｎｄ：ＹＡＧレーザの第３高調波の波長（３５５ｎｍ）の光吸収率は７５％程度であり、Ｎｄ：ＹＡＧレーザの第２高調波の波長（５３２ｎｍ）の光吸収率は５５％程度ある。一方、銅（Ｃｕ）の８００ｎｍ付近の光吸収率は１０％程度であり、Ｎｄ：ＹＡＧレーザの基本波（１０６４ｎｍ）に対する光吸収率は８％程度である。したがって、８００ｎｍ以上の近赤外域の波長を用いることで、金属層２７へのダメージをより好適に低減できる。また、金属層２７に比べてレーザ光４０の波長の光吸収率が高い無機粒子を用いることで、レーザ光４０のエネルギーを効率的に無機粒子に、したがってレジスト層３０に吸収させることができる。
【００４４】
次に、図１０に示すように、レジスト層３０の開口３２を通じて、分離領域Ｗ５に位置する金属層２７および透明電極層２６を除去する。金属層２７および透明電極層２６は、エッチング液により化学的に除去される。まず、レジスト層３０の開口３２にて露出する金属層２７がウェットエッチングされる。これにより、開口３２にて透明電極層２６が露出する。つづいて、開口３２にて露出する透明電極層２６がウェットエッチングされる。これにより、開口３２にて第２導電型半導体層２５が露出し、分離溝１６が形成される。分離領域Ｗ５において、追加的に第２導電型半導体層２５および第２非晶質層２４がウェットエッチングされてもよい。
【００４５】
その後、レジスト層３０を除去することにより、図２に示す太陽電池セル１０が完成する。なお、レジスト層３０を除去することは必須ではなく、太陽電池セル１０にレジスト層３０が残存していてもよい。したがって、太陽電池セル１０は、分離領域Ｗ５にてレジスト層３０を貫通する開口３２を有するレジスト層３０を備えてもよい。
【００４６】
つづいて、レジスト層３０の材料について詳述する。レジスト層３０は、上述の通り、基材となる樹脂と、樹脂中に分散する無機粒子との混合体で構成される。基材となる樹脂は、いわゆるメッキレジストと呼ばれる熱硬化性またはＵＶ硬化性の樹脂であり、例えばアクリル樹脂やエポキシ樹脂である。この樹脂は、開口３２の形成に用いるレーザ光４０の波長の光吸収率が低く、レーザ光４０の波長に対して実質的に透明でありうる。一方、樹脂中に分散する無機粒子は、カーボンブラックなどの顔料であり、レーザ光４０の波長の光吸収率が高い。つまり、無機粒子のレーザ光４０の波長に対する光吸収率は、基材となる樹脂のレーザ光４０の波長に対する光吸収率よりも高い。本実施の形態によれば、樹脂中に適切な濃度の無機粒子を含むレジスト層３０を用いることで、少ない回数のレーザ照射でレジスト層３０を好適にアブレーションできる。例えば、カーボンブラックの濃度を０．３重量％以上２重量％以下とすることにより、１回のレーザ照射で１０μｍ〜２０μｍ程度の厚みを有するレジスト層３０を除去し、かつ、レジスト層３０の下にある金属層２７へのダメージを防ぐことができる。
【００４７】
図１１（ａ）−（ｃ）は、レーザ光４０の照射によりレジスト層に開口を形成する工程を詳細に示す図である。図１１（ａ）−（ｃ）のそれぞれは、レジスト層に含まれる無機粒子の濃度が異なっている。
【００４８】
図１１（ａ）は、レジスト層３０ａに無機粒子が含まれていない比較例を示す。レジスト層３０ａに無機粒子が含まれていない場合、照射されるレーザ光４０はレジスト層３０ａを透過し、レジスト層３０ａの下の金属層２７に入射する。レーザ光４０は金属層２７に吸収され、金属層２７の表面にてアブレーションが生じる。金属層２７の表面のアブレーション領域４２ａはレジスト層３０ａで被覆されているため、アブレーションにより気化した金属材料が界面に閉じ込められて高圧状態となる。その結果、レジスト層３０ａに高い圧力が加わり、破裂するようにしてレジスト層３０ａの一部が「リフトオフ」により除去され、開口３２ａが形成される。このとき、レジスト層３０ａが除去される範囲は、レーザ光４０の照射径Ｄよりも大きくなりうる。また、レジスト層３０ａの破裂によって、残存するレジスト層３０ａの端部が金属層２７から浮き上がるように剥離し、レジスト層３０ａと金属層２７の間に隙間４４が生じうる。その結果、後続のウェットエッチング工程にて金属層２７および透明電極層２６が除去される開口幅Ｗａは、レーザ光４０の照射径Ｄの２倍以上となり、分離溝１６の分離幅が大きくなりうる。また、金属層２７の表面でアブレーションが発生することにより、金属層２７にダメージ４６が生じうる。レーザ光４０の強度によっては、金属層２７のみならず、透明電極層２６や、さらに下の半導体層にダメージが加わるかもしれない。
【００４９】
図１１（ｂ）は、レジスト層３０ｂに高濃度の無機粒子が含まれる比較例を示す。レジスト層３０ｂに高濃度（例えば２．５重量％以上）のカーボンブラックが含まれる場合、照射されるレーザ光４０の大部分がレジスト層３０ｂの表面近傍で吸収され、それより下には透過しない。その結果、レーザ光４０によるアブレーション領域４２ｂはレジスト層３０の表面近傍にとどまり、比較的浅い開口３２ｂが形成される。このときの開口３２ｂの開口幅Ｗｂは、レーザ光４０の照射径Ｄとほぼ一致するため、図１１（ａ）の比較例よりも分離溝１６の分離幅を小さくできる。しかしながら、レジスト層３０を貫通させるためには、複数回のレーザ照射が必要となるため、製造コストの増加につながる。
【００５０】
図１１（ｃ）は、レジスト層３０に低濃度の無機粒子が含まれる実施例を示す。レジスト層３０に低濃度（例えば０．５重量％程度）のカーボンブラックが含まれる場合、レーザ光４０が低濃度のカーボンブラックにより吸収されて徐々に減衰しながら透過していく。その結果、レジスト層３０の厚み方向の全体にわたる領域４２にてレーザ光４０を吸収させ、アブレーションさせることができる。また、金属層２７には減衰して低強度となるレーザ光４０が照射されるため、金属層２７とレジスト層３０の界面では生じたとしても弱いアブレーションしか生じない。その結果、図１１（ａ）の比較例よりも弱いリフトオフが生じ、１回のレーザ照射によりレーザ光４０の照射径Ｄとほぼ一致する開口幅Ｗを有する開口３２を形成できる。リフトオフ効果が弱いため、残存するレジスト層３０の剥離も防止できる。また、レジスト層３０の開口３２は、金属層２７に近づくにつれて開口幅Ｗが小さくなるテーパ形状を有するため、後続工程で形成される分離溝１６の分離幅をより小さくできる。
【００５１】
図１２は、レジスト層３０に含まれる無機粒子濃度を変化させたときのレーザ照射による開口３２の加工性を示す図である。開口３２の加工性の指標として、「レジスト除去」「レジスト剥離」の二つを挙げている。「レジスト除去」は、レーザ光４０の照射領域（分離領域Ｗ５）にレジスト層３０が残存する場合に「×」とし、照射領域にレジスト層３０が残存せずに除去できている場合に「○」としている。「レジスト剥離」は、レーザ光４０の照射領域の周辺部においてレジスト層３０の剥離が見られる場合に「×」とし、剥離が見られない場合に「○」としている。
【００５２】
図１２に示す実施例では、無機粒子としてカーボンブラックを使用し、レーザ光４０としてトップハット分布を有するＮｄ：ＹＡＧの基本波（波長１０６４ｎｍ）を用いた。レーザ光４０は、ナノ秒パルスレーザであり、各照射領域に対して１パルスのみ照射している。レーザ光４０の照射強度は０．８Ｊ／ｃｍ２〜１．４Ｊ／ｃｍ２である。図示されるように、カーボンブラックの濃度が０．２５重量％以下の場合、「レジスト剥離」が「×」となることが分かる。これは、図１１（ａ）に示されるような強いリフトオフが生じたためと考えられる。また、カーボンブラックの濃度が０．３重量％以上２重量％以下の場合、「レジスト除去」および「レジスト剥離」が「○」であり、図１１（ｃ）に示されるような好適なアブレーションが生じたと考えられる。一方、カーボンブラックの濃度が２．５重量％以上の場合、「レジスト除去」が「×」となることが分かる。これは、図１１（ｂ）に示されるように、１回のレーザ照射ではレジスト層３０を十分に除去できないためと考えられる。
【００５３】
本実施の形態によれば、レーザ光４０の吸収率が低い樹脂基材にレーザ光４０の吸収率が高い無機粒子を分散させたレジスト層３０を用いることで、少ない回数のレーザ照射でレジスト層３０に開口幅Ｗの小さい開口３２を形成できる。これにより、後続のウェットエッチング工程において金属層２７および透明電極層２６に形成される分離溝１６の分離幅を小さくできる。分離溝１６の幅を小さくすることで、金属層２７および透明電極層２６と半導体層２２，２５との接触面積を大きくでき、第１電極１４および第２電極１５の集電効率を高めることができる。これにより、太陽電池セル１０の発電効率を向上できる。
【００５４】
本実施の形態によれば、レジスト層３０に含まれる無機粒子の光吸収によりアブレーションが生じるため、レーザ光４０が照射される領域のレジスト層３０の厚みにばらつきがあったとしても、レジスト層３０の単位体積あたりのエネルギー吸収量を均一化できる。レジスト層３０をスクリーン印刷によりパターニングする場合、印刷の位置精度によってはレジスト層３０の印刷位置が多少ずれることが考えられる。また、印刷によって塗布されるレジスト層３０の上面は凸曲面形状であり、場所によって厚みが異なりうるため、印刷位置のずれの影響によりレーザ照射位置の厚みにばらつきが生じうる。このような製造時のばらつきがあったとしても、レーザ光４０が照射される領域のレジスト層３０に均一にエネルギーを吸収させてアブレーションできるため、形成される開口３２の開口幅Ｗのばらつきを低減できる。これにより、分離溝１６の分離幅を均一にすることができ、太陽電池セル１０の信頼性を高めることができる。
【００５５】
本実施の形態によれば、レジスト層３０に含まれる無機粒子の濃度を調整することにより、１回のレーザ照射でレジスト層３０の厚み方向の全体にわたってレジスト層３０を除去することができる。これにより、開口３２のパターニングコストを低減できる。特に、スクリーン印刷とレーザ照射を組み合わせることで、フォトリソグラフィ技術を用いてレジスト層３０をパターニングする場合よりもコストを低減できる。
【００５６】
本実施の形態の一態様は次の通りである。ある態様の太陽電池セル（１０）の製造方法は、
半導体基板（１８）上に金属層（２７）を形成することと、
樹脂と、樹脂よりも所定波長の光吸収率が高い無機粒子とを含むレジスト層（３０）を金属層（２７）上に形成することと、
レジスト層（３０）に所定波長のレーザ光（４０）を照射し、レジスト層（３０）を除去して金属層（２７）が露出する開口（３２）を形成することと、
開口（３２）にて露出する金属層（２７）をウェットエッチングすることと、を備える。
【００５７】
無機粒子は、金属層（２７）よりも所定波長の光吸収率が高くてよい。
【００５８】
所定波長のレーザ光（４０）の照射前に、レジスト層（３０）をパターンマスクとして金属層（２７）上にメッキ層（２８）を形成してもよい。
【００５９】
レジスト層（３０）の開口（３２）は、金属層（２７）に近づくにつれて開口幅が小さくなるテーパ形状を有してもよい。
【００６０】
レジスト層（３０）は、金属層（２７）上にスクリーン印刷されてもよい。
【００６１】
レジスト層（３０）の厚さは、１μｍ以上３０μｍ以下であってもよい。レジスト層（３０）に含まれる無機粒子の濃度は、０．３％以上２％以下であってもよい。
【００６２】
所定波長は、５００ｎｍ以上２０００ｎｍ以下であってもよい。
【００６３】
レーザ光（４０）は、トップハット型の強度分布を有してもよい。
【００６４】
半導体基板（１８）上の第１領域（Ｗ１）に設けられる第１導電型半導体層（２２）と、第１導電型半導体層（２２）上の第１領域（Ｗ１）の縁に隣接する一部領域（第３領域Ｗ３）に設けられる絶縁層（２３）と、半導体基板（１８）上の第１領域（Ｗ１）に隣接する第２領域（Ｗ２）および絶縁層（２３）上に設けられる第２導電型半導体層（２５）とをさらに形成してもよい。
金属層（２７）は、第１導電型半導体層（２２）、絶縁層（２３）および第２導電型半導体層（２５）の上に形成されてもよい。
レジスト層（３０）の開口（３２）は、絶縁層（２３）と重なる位置に形成されてもよい。
【００６５】
ある態様の太陽電池セル（１０）は、
半導体基板（１８）と、
半導体基板（１８）上の第１領域（Ｗ１）に設けられる第１導電型半導体層（２２）と、
第１導電型半導体層（２２）上の第１領域（Ｗ１）の縁に隣接する一部領域（第３領域Ｗ３）に設けられる絶縁層（２３）と、
半導体基板（１８）上の第１領域（Ｗ１）に隣接する第２領域（Ｗ２）および絶縁層（２３）上に設けられる第２導電型半導体層（２５）と、
第１導電型半導体層（２２）、絶縁層（２３）および第２導電型半導体層（２５）の上に設けられる金属層（２７）と、
金属層（２７）上に設けられる樹脂および無機粒子を含有するレジスト層（３０）と、を備え、
金属層（２７）およびレジスト層（３０）は、絶縁層（２３）と重なる位置で金属層（２７）またはレジスト層（３０）を貫通する開口（３２）をそれぞれ有し、
レジスト層（３０）の開口（３２）は、金属層（２７）に近づくにつれて開口幅が小さくなるテーパ形状を有する。
【００６６】
図１３は、変形例に係る太陽電池セル１０の構造を示す断面図である。本変形例では、レジスト層３０が第１レジスト層３４および第２レジスト層３６を有する点で上述の実施の形態と相違する。第２レジスト層３６は、金属層２７と第１レジスト層３４の間に設けられ、第１レジスト層３４よりも高濃度の無機粒子を含む。例えば、第１レジスト層３４に含まれる無機粒子の濃度は０．３重量％以上２重量％以下であり、第２レジスト層３６に含まれる無機粒子の濃度は２．５重量％以上である。第２レジスト層３６の厚みは、第１レジスト層３４の厚みよりも小さい。例えば、第１レジスト層３４の厚みは５μｍ以上３０μｍ以下であり、第２レジスト層３６の厚みは１μｍ以上３μｍ以下である。
【００６７】
本変形例によれば、金属層２７と第１レジスト層３４の界面に無機粒子の濃度が高い第２レジスト層３６を設けることで、金属層２７の表面近傍のレジスト層３０の光吸収量を大きくできる。これにより、金属層２７の表面近傍のレジスト層３０のアブレーションを促進し、レーザ光４０が照射される分離領域Ｗ５のレジスト層３０をより確実に除去できる。また、金属層２７に到達するレーザ光４０の強度がより小さくなるため、レーザ光４０の照射による金属層２７へのダメージをさらに軽減できる。例えば、Ｎｄ：ＹＡＧレーザの第２高調波（５３２ｎｍ）を用いる場合に、レジスト層３０を適切に除去しつつ、金属層２７へのダメージを防ぐことができる。また、開口３２を適切に形成できるレーザ光４０の照射条件の範囲（プロセスウィンドウ）を大きくできる。例えば、波長５３２ｎｍのピコ秒パルスレーザを用いる場合、０．４５Ｊ／ｃｍ２〜４．５Ｊ／ｃｍ２程度のレーザ光４０を用いて、周辺部に剥離のない開口３２を１回のレーザ照射で形成できる。
【００６８】
レジスト層（３０）は、樹脂および無機粒子を含む第１レジスト層と、樹脂および第１レジスト層よりも高濃度の無機粒子を含む第２レジスト層とを有してもよい。第２レジスト層は、金属層（２７）と第１レジスト層の間に形成され、第２レジスト層は、第１レジスト層より厚さが小さくてもよい。
【００６９】
以上、本発明を上述の実施の形態を参照して説明したが、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、実施の形態および変形例の構成を適宜組み合わせたものや置換したものについても本発明に含まれるものである。
【符号の説明】
【００７０】
１０…太陽電池セル、１２…受光面、１３…裏面、１８…基板、２２…第１導電型半導体層、２３…絶縁層、２５…第２導電型半導体層、２７…金属層、２８…メッキ層、３０…レジスト層、３２…開口、３４…第１レジスト層、３６…第２レジスト層、４０…レーザ光。
【図１】
2020053537.tif 000003
【図２】
2020053537.tif 000004
【図３】
2020053537.tif 000005
【図４】
2020053537.tif 000006
【図５】
2020053537.tif 000007
【図６】
2020053537.tif 000008
【図７】
2020053537.tif 000009
【図８】
2020053537.tif 000010
【図９】
2020053537.tif 000011
【図１０】
2020053537.tif 000012
【図１１】
2020053537.tif 000013
【図１２】
2020053537.tif 000014
【図１３】
2020053537.tif 000015