(57)【要約】【課題】高いｐｎ電極解像度、薄い基板対応、低い製造プロセスの裏面接合型太陽電池の低コストな製造方法が求められている。【解決手段】低温スパッタエピタキシャル堆積法と遮蔽マスクの組み合わせによって一導電型シリコン領域およびその電極を形成し、続いて自己整合的にもう一方の導電型シリコン領域とその電極を形成する。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン基板上の受光面ではない方の裏面に第一導電型シリコン領域と第二導電型シリコン領域と第一電極と第二電極を形成した裏面接合型太陽電池の製造方法において、前記第一導電型シリコン領域と前記第二導電型シリコン領域の少なくとも一方をスパッタエピタキシャル堆積法で形成することを特徴とする、太陽電池の製造方法。
【請求項２】
前記スパッタエピタキシャル堆積法を用いて形成する第一導電型シリコン領域とは、シリコン基板上に固定された遮蔽マスクを通して第一導電型シリコン領域をスパッタエピタキシャル堆積する工程と、前記シリコン基板上に固定された遮蔽マスクを通して第一電極を真空堆積する工程と、を備え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。
【請求項３】
前記第一導電型シリコン領域と前記第二導電型シリコン領域の少なくとも一方をスパッタエピタキシャル堆積法で形成する太陽電池の製造方法とは、シリコン基板上に固定された遮蔽マスクを通して第一導電型シリコン領域をスパッタエピタキシャル堆積する工程と、前記シリコン基板上に固定された遮蔽マスクを通して第一電極を真空堆積する工程と、前記シリコン基板上に固定された遮蔽マスクを通して絶縁膜を真空堆積する工程と、前記遮蔽マスクを外す工程と、露出している前記シリコン基板に第二導電型シリコン領域をスパッタエピタキシャル堆積する工程と、前記第二導電型シリコン領域上に第二電極を形成する工程と、を備え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。
【請求項４】
前記第一導電型シリコン領域と前記第二導電型シリコン領域の少なくとも一方をスパッタエピタキシャル堆積法で形成する太陽電池の製造方法とは、シリコン基板上に固定された遮蔽マスクを通して第一電極としてのアルミ膜を真空堆積する工程と、前記シリコン基板上に固定された遮蔽マスクを通して絶縁膜を真空堆積する工程と、前記遮蔽マスクを外す工程と、露出している前記シリコン基板に第二導電型シリコン領域をスパッタエピタキシャル堆積する工程と、前記第二導電型シリコン領域上に第二電極を形成する工程と、熱処理することにより前記アルミ膜と前記シリコン基板の界面に第一導電型シリコン領域としてのｐ＋型領域を形成する工程と、を備え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。
【請求項５】
前記シリコン基板上に固定された遮蔽マスクを通して絶縁膜を真空堆積する工程とは、前記第一電極の一部を遮蔽する第一遮蔽板を通して絶縁膜を真空堆積することを特徴とする請求項３または請求項４記載の太陽電池の製造方法。
【請求項６】
前記露出しているシリコン基板の一部に第二導電型シリコン領域をスパッタエピタキシャル堆積する工程とは、前記第一電極の露出部分を完全に遮蔽する第二遮蔽板を通してなされることを特徴とする請求項３から５に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項７】
前記第二導電型シリコン領域上に第二電極を形成する工程とは、前記第二遮蔽板により形成された前記第二導電型シリコン膜の境目を完全に遮蔽する第三遮蔽板を通して電極材料を真空堆積することで、前記第二導電型シリコン領域上に第二電極を形成すると同時に前記第一電極の外部接続電極を形成することを特徴とする請求項３から６に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項８】
前記第一導電型シリコン領域と前記第二導電型シリコン領域の少なくとも一方をスパッタエピタキシャル堆積法で形成する太陽電池の製造方法とは、シリコン基板上に固定された遮蔽マスクを通して第一導電型シリコン領域をスパッタエピタキシャル堆積する工程と、前記シリコン基板上に固定された遮蔽マスクを通して第一電極を真空堆積する工程と、前記シリコン基板上に固定された遮蔽マスクを通して絶縁膜を真空堆積する工程と、前記遮蔽マスクを外す工程と、露出している前記シリコン基板に第二電極としてアルミ膜を真空堆積する工程と、前記第二電極上に外部接続電極を形成する工程と、熱処理することで前記アルミ膜と前記シリコン基板の界面に第二導電型シリコンとしてのｐ＋型領域を形成する工程とを備え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。
【請求項９】
前記シリコン基板上に固定された遮蔽マスクを通して絶縁膜を真空堆積する工程とは、前記第一電極の一部を遮蔽する第一遮蔽板を通して絶縁膜を真空堆積することを特徴とする請求項８記載の太陽電池の製造方法。
【請求項１０】
前記露出しているシリコン基板に第二電極としてアルミ膜を真空堆積する工程とは、前記第一電極の露出する部分を完全に遮蔽する第二遮蔽板を通してアルミを真空堆積することを特徴とする請求項８から９に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項１１】
前記第二電極上に外部接続電極を形成する工程とは、前記第二遮蔽板により形成された前記アルミ膜の境目を完全に遮蔽する第三遮蔽板を通して電極材料を真空堆積することで、第二電極上に外部接続電極を形成すると同時に前記第一電極上にも外部接続電極を形成することを特徴とする請求項８から１０に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項１２】
前記遮蔽マスクとは、直線的に延びかつお互いが平行にある開口部を備えることを特徴とする請求項２から４または請求項８に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項１３】
前記遮蔽マスクとは、直径が０．０１ミリから０．１ミリの細線を０．０１ミリから０．１ミリの間隔で並べて遮蔽マスクとすることを特徴とする請求項１２記載の太陽電池の製造方法。
【請求項１４】
前記電極材料とは、銀であることを特徴とする請求項７または請求項１１記載の太陽電池の製造方法。
【請求項１５】
前記第一電極と前記絶縁膜とは、前記絶縁膜の堆積圧力が前記第一電極の堆積圧力よりも高いことを特徴とする請求項３または請求項４または請求項８に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項１６】
前記シリコン基板上の受光面とは、反応性イオンエッチング法により凹凸を形成する工程と、スパッタ堆積法または化学気相堆積法により反射防止膜を形成することを特徴とする請求項２から４及び請求項８に記載の太陽電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】本発明は、光入射面と反対の面にＰＮ接合が形成された裏面接合型太陽電池に関し、シリコン基板上に基板と異なる導電型または不純物濃度の領域を形成する際に、遮蔽マスクを利用したスパッタエピタキシャル堆積法によって従来のフォトリソグラフィ工程もしくは印刷工程を代替することによって製造コストを低減しなおかつ効率を向上できる裏面接合型太陽電池の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】まず最初に、本明細書で使用する単語について説明しておく。本明細書においては、原則として「遮蔽マスク」とは開口部が形成されているシートのことであり、スパッタや蒸着等の真空堆積では開口部の形状通りにパターン化された膜が堆積される。また「真空堆積」とは、堆積時圧力が４０ｍＴｏｒｒ以下、望ましくは１０ｍＴｏｒｒ以下の真空度で蒸着やスパッタ法を用いて膜を堆積することを指す。【０００３】近年、大気中のＣＯ２の増加のような地球環境問題などからクリーンなエネルギの開発が望まれており、特に太陽電池を用いた再生エネルギが新しいエネルギ源として開発、実用化され、発展の道を歩んでいる。【０００４】現在工業的に大量に生産されている太陽電池の殆どは、単結晶もしくは多結晶シリコン基板を用いたものである。これはシリコン材料が比較的安いことと、無毒であることと、変換効率が高いことによる。しかしながら、太陽電池の発電コストは火力発電と比べるとまだ高く、それが太陽電池が普及する上でのネックとなっている。発電コストを下げるには、太陽電池の発電効率を上げると同時に製造コストを下げる必要がある。【０００５】発電効率を上げる観点から言えば、シリコン基板の受光面には電極を形成せず、シリコン基板の裏面にｐｎ接合を形成するいわゆる裏面接合型太陽電池が開発されている。裏面接合型太陽電池は一般的に受光面に電極を有しないことから、電極による損失がなく、従来のシリコン基板の受光面に電極を有する太陽電池と比べて高い出力を得ることができる。【０００６】裏面接合型太陽電池の製造方法の典型的な例として印刷法による裏面接合型太陽電池の製造方法を示した特許文献１がある。しかし印刷法の問題点としては、パターンの精密度と複数パターン間の位置合わせ精度がある。
【特許文献１】特開２００７−０８８２５４号公報
【０００７】一般的に印刷法で形成きる最小パターンはおおよそ０．１ｍｍ、更に位置合わせ精度を０．１ｍｍとする。この精密度と精度の限界により、裏面に形成されるｐ＋型領域とｎ＋型領域の間隔はこの位置合わせ精度を仮定した場合で０．５ｍｍ程度となる。しかしｐｎ電極間の間隔がこれほど長いとキャリアが途中で再結合する確率が高くなるので、変換効率は低下してしまう。変換効率を上げるためにはキャリア拡散距離が長いＦＺ基板（浮遊帯溶融（ｆｌｏａｔｉｎｇ  ｚｏｎｅ  ｍｅｌｔｉｎｇ）法により製造される基板）を使うことができるが、しかしこの基板は従来のＣｚ基板（チョクラルスキー（Ｃｚｏｃｈｒａｌｓｋｉ）法により製造される基板）と比べると格段に高い。従って効率は向上するが、コストは高くなるとの問題は残る。従来のＣｚ基板で効率を上げるためには、ｐｎ櫛型電極の間隔を狭くする工夫が必要である。【０００８】続いて製造コストを下げる観点から言えば、基板を薄くすることで使用材料を減らすことができる。しかし基板を１５０μｍ以下にすれば、現在のスクリーン印刷法による電極の形成工程では、基板が割れやすくなり、結局歩留まりが下がってコスト増になってしまう。１５０μｍ以下の基板を扱うには、すべてのプロセスを真空堆積法により太陽電池を作製する方法が望まれている。【０００９】また、従来の太陽電池作製プロセスでは９００℃に近い熱拡散方式を使ってｐ＋型シリコン領域とｎ＋型シリコン領域を形成させている。この高温プロセスではシリコン基板に熱による応力がかかって、キャリアライフタイムが下がってしまい、結果として効率が下がるという問題があった。
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】これまで裏面接合型太陽電池のｐｎ櫛型電極高解像度化、基板薄型化への対応、低温作製プロセス化、を低い製造コストで実現できる裏面接合型太陽電池の製造方法がなかった。
【００１１】本発明の目的は、低温スパッタエピタキシャル堆積法と遮蔽マスクの組み合わせによって、フォトリソグラフィ工程または印刷工程を用いない低コストで且つ高効率の裏面接合型太陽電池の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】本発明はシリコン基板上の受光面ではない方の裏面に第一導電型シリコン領域と第二導電型シリコン領域と第一電極と第二電極を形成した裏面接合型太陽電池の製造方法において、前記第一導電型シリコン領域と前記第二導電型シリコン領域の少なくとも一方をスパッタエピタキシャル堆積法を用いて形成することを特徴とする、太陽電池の製造方法である。
【００１３】スパッタエピタキシャル堆積法では堆積温度が３００℃以下であるので（非特許文献１参照）、従来の拡散法による接合形成温度の９００℃よりも６００℃も低く、長いキャリアライフタイムが維持できる。
【００１４】
【非特許文献１】Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍ．Ｓｏｌｉｄ−Ｓｔａｔｅ  Ｌｅｔｔ．，１２，ｐ．Ｈ６７（２００９）。
【００１５】本発明のもうひとつの特徴として前記スパッタエピタキシャル堆積法を用いて形成する第一導電型シリコン領域とは、シリコン基板上に固定された遮蔽マスクを通して第一導電型シリコン領域をスパッタエピタキシャル堆積する工程と、前記シリコン基板上に固定された遮蔽マスクを通して第一電極を真空堆積する工程とを備えることを特徴とする。
【００１６】前記第一導電型シリコン領域と前記第二導電型シリコン領域の少なくとも一方をスパッタエピタキシャル堆積法で形成する太陽電池の製造方法とは、シリコン基板上に固定された遮蔽マスクを通して第一導電型シリコン領域をスパッタエピタキシャル堆積する工程と、前記シリコン基板上に固定された遮蔽マスクを通して第一電極を真空堆積する工程と、前記シリコン基板上に固定された遮蔽マスクを通して絶縁膜を真空堆積する工程と、遮蔽マスクを外す工程と、露出しているシリコン基板に第二導電型シリコン領域をスパッタエピタキシャル堆積する工程と、第二導電型シリコン領域上に第二電極を形成する工程と、を備えることを特徴とする太陽電池の製造方法である。
【００１７】前記第一導電型シリコン領域と前記第二導電型シリコン領域の少なくとも一方をスパッタエピタキシャル堆積法で形成する太陽電池の製造方法とは、シリコン基板上に固定された遮蔽マスクを通して第一電極としてのアルミ膜を真空堆積する工程と、前記シリコン基板上に固定された遮蔽マスクを通して絶縁膜を真空堆積する工程と、前記遮蔽マスクを外す工程と、露出している前記シリコン基板に第二導電型シリコン領域をスパッタエピタキシャル堆積する工程と、前記第二導電型シリコン領域上に第二電極を形成する工程と、熱処理することにより前記アルミ膜と前記シリコン基板の界面に第一導電型シリコン領域としてのｐ＋型シリコン領域を形成する工程と、を備えることを特徴とする太陽電池の製造方法である。
【００１８】また第一導電型シリコン領域をスパッタエピタキシャル成長してから第一電極を堆積する代わりに、シリコン基板上に固定された遮蔽マスクを通して第一電極としてのアルミ膜を真空堆積してから熱処理することによりアルミ膜とシリコン基板の界面に第一導電型シリコン領域としてのｐ＋型領域を形成する方法にしてもよい。
【００１９】第一電極と第一電極外部接続電極は電気的に接触する必要があるが、そのためには第一電極上に絶縁膜を形成する工程で第一電極の一部を露出させる必要がある。これは前記シリコン基板上に固定された遮蔽マスクを通して絶縁膜を真空堆積する工程で、前記第一電極の一部を遮蔽する第一遮蔽板を通して絶縁膜を真空堆積することで第一遮蔽板で遮蔽された部分に第一電極は露出する。
【００２０】露出しているシリコン基板の一部に第二導電型シリコン領域をスパッタエピタキシャル堆積する工程においては、堆積する前記第二導電型シリコン領域と前記第一電極の露出部の短絡を避けるために、前記第一電極の露出部分を完全に遮蔽できる第二遮蔽板を通してなされる。
【００２１】前記第二導電型シリコン領域上に第二電極を形成する工程では、前記第二遮蔽板により形成された第二導電型シリコン膜の境目を完全に遮蔽する第三遮蔽板を通して電極材料を真空堆積することで、第二導電型シリコン領域上に第二電極を形成すると同時に第一電極の外部接続電極を形成する。
【００２２】また前記第一導電型シリコン領域と前記第二導電型シリコン領域の少なくとも一方をスパッタエピタキシャル堆積法で形成する太陽電池の製造方法とは、シリコン基板上に固定された遮蔽マスクを通して第一導電型シリコン領域をスパッタエピタキシャル堆積する工程と、前記シリコン基板上に固定された遮蔽マスクを通して第一電極を真空堆積する工程と、前記シリコン基板上に固定された遮蔽マスクを通して絶縁膜を真空堆積する工程と、遮蔽マスクを外す工程と、露出しているシリコン基板に第二電極としてアルミ膜を真空堆積する工程と、第一電極の外部接続電極を形成する工程と、熱処理することでアルミ膜とシリコン基板の界面に第二導電型シリコンとしてのｐ＋型領域を形成する工程からなる太陽電池の製造方法である。
【００２３】ここでも第一電極と第一電極外部接続電極は電気的に接触する必要があるが、そのためには第一電極上に絶縁膜を形成する工程で第一電極の一部を露出させる必要がある。これは前記シリコン基板上に固定された遮蔽マスクを通して絶縁膜を真空堆積する工程で、前記第一電極の一部を遮蔽する第一遮蔽板を通して絶縁膜を真空堆積する。
【００２４】露出しているシリコン基板の一部に第二電極としてアルミ膜を真空堆積する工程では、第一電極と第二電極の短絡を避けるために、前記第一電極の露出する部分を完全に遮蔽する第二遮蔽板を通してアルミを真空堆積する。
【００２５】第一電極の外部接続電極を形成する工程では、前記第二遮蔽板により形成されたアルミ電極の境目を完全に遮蔽する第三遮蔽板を通して電極材料を真空堆積することで、第一電極外部接続電極を形成すると同時に第二電極上に第二電極外部接続電極を形成する。
【００２６】前記遮蔽マスクとは、直線的に延びかつお互いが平行にある開口部を備えることを特徴とする。
【００２７】遮蔽マスクを、直線的に延びかつお互いが平行にある開口部を備えるとしたことで、直径が０．０１ミリから０．１ミリの細線を０．０１ミリから０．１ミリの間隔で並べただけで低コスト且つ高精度な遮蔽マスクを実現する。
【００２８】前記電極材料とは、銀である。
【００２９】前記第一電極上に前記絶縁膜を堆積する際、前記絶縁膜は前記第一電極の表と側面を被覆する必要があるため、前記絶縁膜の堆積圧力を前記第一電極の堆積圧力よりも高くして、絶縁膜を遮蔽マスク開口部の少し横側へ周り込ませて堆積させる。
【００３０】シリコン基板上の受光面では、凹凸加工と反射防止膜の形成が必要である。すべての工程を真空工程にするために、本発明では反応性イオンエッチング法により凹凸を形成する工程し、スパッタ堆積法または化学気相堆積法により反射防止膜を形成する。
【発明を実施するための形態】
【００３１】以下に本発明の形態として実施例１から３を示す。実施例１から３の違いは、一導電型シリコン領域の形成の仕方にあり、実施例１では第一導電型シリコン領域及び第二導電型シリコン領域が共にスパッタエピタキシャル堆積法で形成したところに特徴がある。実施例２では第一導電型シリコン領域は第一電極としてのアルミ電極を形成してから熱処理することで、アルミ電極とシリコン基板の界面に第一導電型シリコン領域としてのｐ＋型領域を形成し、第二導電型シリコン領域としてのｎ＋型領域はスパッタエピタキシャル堆積法で形成したところに特徴がある。そして実施例３では第一導電型シリコン領域としてのｎ＋型領域はスパッタエピタキシャル堆積法で形成したが、第二導電型シリコン領域は第二電極としてのアルミ電極を形成してから熱処理することで、アルミ電極とシリコン基板の界面に第二導電型シリコン領域としてのｐ＋型領域を形成したところに特徴がある。
【実施例１】
【００３２】まず、図２（ａ）に示すように、ｐ型の（１００）面の単結晶シリコン基板１を用意する。本実施例ではシリコン基板の大きさは２ｃｍｘ２ｃｍのものを用いた。また、シリコン基板１はｎ型であってもよく、シリコン基板１がｎ型である場合にはシリコン基板１の裏面のｐ＋層とｎ型のシリコン基板１とによって裏面にｐｎ接合が形成される。基板の厚さは２２０μｍの物を用いた。【００３３】次にシリコン基板１の表面をＨＦ：ＨＮＯ３：ＣＨ３ＣＯＯＨ＝３：５：３のフッ硝酸溶液で鏡面エッチングする。次に、シリコン基板を取り出し、表面の酸化膜をフッ化水素水溶液などにより除去する。ここでフッ化水素水溶液以外にも例えば触媒ＣＶＤ法により生成した活性水素により真空中で除去することも可能である。【００３４】次に遮蔽マスクをシリコン基板の受光面と反対面となる裏面に被せ、遮蔽マスクとシリコン基板の相対位置が変化しないように両者を固定した。遮蔽マスクとシリコン基板間の距離は本実施例では密着させたが実際には遮蔽マスクの表面粗さにより十数μｍ以内の間隙が生じる。図１（ａ）に本実施例で使用する遮蔽マスク２１０を示す。遮蔽マスクには開口部２１０ａがあり、真空堆積ではこの遮蔽マスク２１０を一基板上に設置することで、一基板上にはこの開口部２１０ａと同じパターンの膜がシリコン基板１００に堆積される。したがって遮蔽マスク２１０の開口部のパターンは一般的な櫛型裏面電極のフィンガー部分となるようなパターンを有している。本実施例では遮蔽マスク２１０の加工のしやすさから開口部２１０ａは直線状で互いに平行となっているが、例えば図１（ｂ）の遮蔽マスク２１０のような彎曲したフィンガー形状を開口部２１０ａに使うこともできる。また図１（ｃ）に示すように細線２５０を張って遮蔽マスク２１０とすることもできる。この方法では断面径の小さい細線２５０を間隔を空けながら密に張ることで高精細な遮蔽マスク２１０を簡単に作ることができる。【００３５】本実施例で用いた遮蔽マスクは、図１（ａ）に示すような形状であり、開口部２１０ａの実際の開口幅は０．１ｍｍ、開口部間の間隔は０．１ｍｍ、長さは２５ｍｍであった。【００３６】続く各工程後のシリコン基板１００の模式的な断面図と受光面と反対面である裏面から見た平面図を、それぞれ図２（ａ）〜（ｆ）と図３（ａ）〜（ｅ）に示した。図２（ａ）〜（ｅ）のそれぞれ断面図は図３（ａ）〜（ｅ）のおのおのに示されたＩ−Ｉ線に沿った断面図である。唯、図２（ｆ）に対応する平面図は図３（ｅ）と同様なので表示を省略した。また図２の断面図では受光面となる表面は下向きで、裏面は上向きで表示した。【００３７】続いてシリコン基板１００をシリコン堆積用スパッタ装置へ導入した。このスパッタ装置は抵抗率が０．００１Ωｃｍ以下のｐ＋型シリコンをターゲットにしており、ターゲットの直径は７５ｍｍであった。電源には直流電源を用い、スパッタガスはＡｒであった。堆積条件は、基板温度１７５℃、Ａｒ圧力２．５ｍＴｏｒｒ、電源パワー３００Ｗである。この条件で図２（ａ）と図３（ａ）に示すようにシリコン基板１００の裏面に遮蔽マスク２１０を通してｐ＋型シリコンを３００ｎｍ堆積した。この結果第一導電型シリコン領域としてｐ＋領域１１０が形成された。ここで前記非特許文献１に示すように、スパッタ膜はシリコン基板上でエピタキシャル成長するので、シリコン基板１００とｐ＋領域１１０は結晶的に連続している。【００３８】次にシリコン基板１００を熱蒸着チャンバへ搬送し、１ｍＴｏｒｒ以下の条件で、図２（ｂ）と図３（ｂ）に示されるように、ｐ＋型領域１１０上に第一電極でｐ型電極１２０となる、アルミ膜を２００ｎｍ堆積した。【００３９】次に遮蔽マスク２１０の上から第一遮蔽板２２０を重ね、ｐ型電極１２０の各フィンガーの一部分を第一遮蔽板２２０によって遮蔽するようにした。図３（ｃ）に点線で囲まれた領域が第一遮蔽板２２０である。次に絶縁膜１３０としてＳｉＯ２膜をパルス直流反応性スパッタ堆積法（非特許文献２）により１５０Ｗの条件で、遮蔽マスク２１０を通して４００ｎｍ堆積した。堆積圧力は２．５〜１０ｍＴｏｒｒでｐ＋型領域１１０とｐ電極１２０を堆積した圧力よりも高いので、堆積された絶縁膜１３０は図２（ｃ）に示すように遮蔽マスク開口部２１０ａの側面に数μｍから十数μｍ程度回りこみ、ｐ＋型領域１１０とｐ電極１２０を完全に包み込むように堆積される。ここでｐ型電極１２０の第一遮蔽板２２０で遮蔽された部分は図３（ｃ）に示すように絶縁膜１３０から露出した。
【非特許文献２】戴漢昇，台湾科技大学修士論文，葉文昌指導，２００８年６月。
【００４０】続いて遮蔽マスク２１０と第一遮蔽板２２０をシリコン基板１００から外し、図３（ｄ）に示すように前記第一遮蔽板２２０で遮蔽された領域を完全に遮蔽する第二遮蔽板２３０を通して、第二導電型シリコン領域としてのｎ＋型領域をスパッタ堆積した。堆積条件はターゲットを０．００１Ωｃｍ以下のｎ＋型シリコンに換えた以外は前記ｐ＋型シリコンを堆積した条件と同じである。図２（ｄ）と図３（ｄ）に示すように、シリコン基板１００が露出している部分に堆積されたシリコンはエピタキシャル成長してｎ＋型領域１４０ａが形成されるが、絶縁膜上に堆積された部分ではアモルファスシリコン化したｎ＋型領域１４０ｂとなる。しかしこのアモルファスシリコン化したｎ＋型領域１４０ｂは太陽電池の特性にはほとんど影響しない。【００４１】続いて第二遮蔽板２３０をシリコン基板１００から外し、図３（ｅ）に示すように前記第二遮蔽板２３０により形成されたｎ＋型シリコン膜１４０の境目を完全に遮蔽する第三遮蔽板２４０を設置して、電極材料としての銀膜をスパッタ堆積した。この工程により第二電極としてのｎ型電極１５０とｐ型電極外部接続電極１６０が形成される。これでシリコン基板１００の裏面の工程は完成する。【００４２】次に図２（ｆ）の受光面反射防止のための凹凸構造１７０形成に関してはＣＦ４ガスとＯ２ガスを原料にしたマグネトロン平行平板型反応性イオンエッチングで形成した。電源パワーは１０Ｗで、ＣＦ４：Ｏ２流量比は１：１、エッチング圧力は１５ｍＴｏｒｒであった。この結果２％以下の可視光反射率が得られた。
次に反応性スパッタ法によりＳｉＯ２を堆積して反射防止膜１８０とした。堆積した膜厚は特に限定されないが、たとえば６０ｎｍ以上１４０ｎｍ以下の厚さとすることができる。【００４３】最後に試料を３００℃から４５０℃の温度に維持され、水素を５％程度含む窒素を流した管状炉で熱処理をした。【００４４】そして、実施例１の裏面接合型太陽電池の特性をソーラシミュレータにより評価した。【００４５】この結果実施例１の裏面接合型太陽電池のＪｓｃ（短絡電流密度）は３８．２ｍＡ／ｃｍ２であり、Ｖｏｃ（開放電圧）は０．６１２Ｖであり、Ｆ．Ｆ（フィルファクタ）は０．６８０であり、Ｅｆｆ（変換効率）は１５．７％であった。
【実施例２】
【００４６】使用シリコン基板の種類、大きさと前処理はすべて実施例１と同様であるので説明を省略する。使用する遮蔽マスクも実施例１と全く同様であり、また遮蔽マスクをシリコン基板へ固定するまでの工程も全く変わらないので説明を省略する。【００４７】続く各工程後のシリコン基板１００の模式的な断面図と受光面と反対面である裏面から見た平面図を、それぞれ図４（ａ）〜（ｅ）と図５（ａ）〜（ｄ）に示した。図４（ａ）〜（ｄ）のおのおのの断面図は図５（ａ）〜（ｄ）のおのおのに示されたＩ−Ｉ線に沿った断面図である。唯、図４（ｅ）に対応する平面図は図５（ｄ）と同様なので表示を省略した。また図４の断面図では受光面となる表面は下向きで、裏面は上向きで表示した。【００４８】遮蔽マスク２１０をシリコン基板１００に固定した後、シリコン基板１００を熱蒸着チャンバへ搬送し、１ｍＴｏｒｒ以下の条件で、図４（ａ）と図５（ａ）に示されるように、遮蔽マスク２１０を通して、第一電極でｐ型電極１２０となる、アルミ電極を５００ｎｍ堆積した。【００４９】次に遮蔽マスク２１０の上から図５（ｂ）の点線で囲まれる領域に示される第一遮蔽板２２０を重ね、ｐ型電極１２０の各フィンガーの一部分を第一遮蔽板２２０によって遮蔽するようにした。次に絶縁膜１３０としてＳｉＯ２膜をパルス直流反応性スパッタ堆積法（非特許文献２）により１５０Ｗの条件で、遮蔽マスク２１０を通して４００ｎｍ堆積した。堆積圧力は２．５〜１０ｍＴｏｒｒでｐ電極１２０を堆積した圧力よりも高いので、堆積された絶縁膜１３０は図４（ｂ）に示すように遮蔽マスク開口部２１０ａの側面に数μｍから十数μｍ程度回りこみ、ｐ型電極１２０を完全に包み込むように堆積される。ここでｐ型電極１２０の第一遮蔽板２２０で遮蔽された部分は図５（ｂ）に示すように絶縁膜１３０から露出した。【００５０】続いて遮蔽マスク２１０と第一遮蔽板２２０をシリコン基板１００から外し、図５（ｃ）に示すように前記第一遮蔽板２２０で遮蔽された領域を完全に遮蔽する第二遮蔽板２３０を通して、第二導電型シリコン領域としてのｎ＋型領域をスパッタ堆積した。ｎ＋領域のスパッタ堆積に使ったスパッタ装置は抵抗率が０．００１Ωｃｍ以下のｎ＋型シリコンをターゲットにしており、直径は７５ｍｍであった。電源には直流電源を用い、スパッタガスはＡｒであった。堆積条件は、基板温度１７５℃、Ａｒ圧力２．５ｍＴｏｒｒ、電源パワー３００Ｗである。ここで図４（ｃ）と図５（ｃ）に示すように、シリコン基板１００が露出している部分に堆積されたシリコンはエピタキシャル成長してｎ＋型領域１４０ａが形成されるが、絶縁膜上に堆積された部分ではアモルファスシリコン化したｎ＋型領域１４０ｂとなる。しかしこのアモルファスシリコン化したｎ＋型領域１４０ｂは太陽電池の特性にはほとんど影響しない。【００５１】続いて第二遮蔽板２３０をシリコン基板１００から外し、図５（ｄ）に示すように前記第二遮蔽板２３０により形成されたｎ＋型シリコン膜１４０の境目を完全に遮蔽する第三遮蔽板２４０を設置して、電極材料としての銀膜をスパッタ堆積した。この工程により第二電極としてのｎ型電極１５０とｐ型電極外部接続電極１６０が形成される。【００５２】次に図４（ｅ）の受光面反射防止のための凹凸構造１７０を形成した。方法はＣＦ４ガスとＯ２ガスを原料にしたマグネトロン平行平板型反応性イオンエッチングを用いた。電源パワーは１０Ｗで、ＣＦ４：Ｏ２流量比は１：１、エッチング圧力は１５ｍＴｏｒｒであった。この結果２％以下の可視光反射率が得られた。【００５３】次に反応性スパッタ法によりＳｉＯ２を堆積して反射防止膜１８０とした。堆積した膜厚は特に限定されないが、たとえば６０ｎｍ以上１４０ｎｍ以下の厚さとすることができる。【００５４】次に試料を５５０℃〜６５０℃のオーブンに入れて熱処理し、ｐ型電極としてのアルミ電極１２０とシリコン基板１００の界面に第一導電型シリコンとしてのｐ＋型領域を形成した。この熱処理工程は図４（ｃ）〜図４（ｄ）の工程後に行ってもよい。また図４（ａ）〜図４（ｂ）の工程後に行ってもよいが、しかし表面に形成される薄い酸化シリコン膜が図４（ｃ）のスパッタエピタキシャル堆積を妨げるので、スパッタエピタキシャル堆積前にフッ酸溶液か水素プラズマで酸化膜を除去する必要がある。【００５５】最後に試料を、３００℃から４５０℃の温度に維持され、水素を５％程度含む窒素を流した管状炉で熱処理をした。【００５６】そして、実施例２の裏面接合型太陽電池の特性をソーラシミュレータにより評価した。【００５７】この結果実施例２の裏面接合型太陽電池のＪｓｃ（短絡電流密度）は３８．０ｍＡ／ｃｍ２であり、Ｖｏｃ（開放電圧）は０．６２Ｖであり、Ｆ．Ｆ（フィルファクタ）は０．７１であり、Ｅｆｆ（変換効率）は１６．５％であった。
【実施例２】
【００５８】使用シリコン基板の種類、大きさと前処理はすべて実施例１と同様であるので説明を省略する。使用する遮蔽マスクも実施例１と全く同様であり、また遮蔽マスクをシリコン基板へ固定するまでの工程も全く変わらないので説明を省略する。【００５９】続く各工程後のシリコン基板１００の模式的な断面図と受光面と反対面である裏面から見た平面図を、それぞれ図６（ａ）〜（ｆ）と図７（ａ）〜（ｅ）に示した。図６（ａ）〜（ｅ）のそれぞれ断面図は図７（ａ）〜（ｅ）のおのおのに示されたＩ−１線に沿った断面図である。唯、図６（ｆ）に対応する平面図は図７（ｅ）と同様なので表示を省略した。また図６の断面図では受光面となる表面は下向きで、裏面は上向きで表示した。【００６０】続いてシリコン基板１００をシリコン堆積用スパッタ装置へ導入した。このスパッタ装置は抵抗率が０．００１Ωｃｍ以下のｎ＋型シリコンをターゲットにしており、ターゲットの直径は７５ｍｍであった。電源には直流電源を用い、スパッタガスはＡｒであった。堆積条件は、基板温度１７５℃、Ａｒ圧力２．５ｍＴｏｒｒ、電源パワー３００Ｗである。この条件で図６（ａ）と図７（ａ）に示すようにシリコン基板１００の裏面に遮蔽マスク２１０を通してｎ＋型シリコンを３００ｎｍ堆積した。この結果第一導電型シリコン領域としてｎ＋型領域１４０ａが形成された。ここで前記非特許文献１に示すように、スパッタ膜はシリコン基板上でエピタキシャル成長するので、シリコン基板１００とｎ＋領域１４０ａは結晶的に連続している。【００６１】次にシリコン基板１００をスパッタ装置へ搬送し、２ｍＴｏｒｒ以下の条件で、図６（ｂ）と図７（ｂ）に示されるように、ｎ＋型領域１４０ａ上に第一電極でｎ型電極１５０となる銀電極を、遮蔽マスク２１０を通して２００ｎｍ堆積した。【００６２】次に遮蔽マスク２１０の上から図７（ｃ）の点線で囲まれた第一遮蔽板２２０を重ね、ｎ型電極１５０の各フィンガーの一部分を第一遮蔽板２２０によって遮蔽するようにした。次に絶縁膜１３０としてＳｉＯ２膜をパルス直流反応性スパッタ堆積法（非特許文献２）により１５０Ｗの条件で、遮蔽マスク２１０を通して４００ｎｍ堆積した。堆積圧力は２．５〜１０ｍＴｏｒｒでｎ＋型領域１４０ａとｎ電極１５０を堆積した圧力よりも高いので、堆積された絶縁膜１３０は図６（ｃ）に示すように遮蔽マスク開口部２１０ａの側面に数μｍから十数μｍ程度回りこみ、ｎ＋型領域１４０ａとｎ電極１５０を完全に包み込むように堆積される。ここでｎ型電極１５０の第一遮蔽板２２０で遮蔽された部分は図７（ｃ）に示すように絶縁膜１３０から露出した。【００６３】続いて遮蔽マスク２１０と第一遮蔽板２２０をシリコン基板１００から外し、図６（ｄ）と図７（ｄ）に示すように前記第一遮蔽板２２０で遮蔽された領域を完全に遮蔽する第二遮蔽板２３０を通して、第二電極としてｐ型電極１２０となるアルミ膜を２００ｎｍ堆積した。アルミ膜は熱蒸着で行った。【００６４】続いて第二遮蔽板２３０をシリコン基板１００から外し、図７（ｅ）に示すように前記第二遮蔽板２３０により形成されたｐ型電極１２０の境目を完全に遮蔽する第三遮蔽板２４０を設置して、電極材料としての銀膜をスパッタ堆積した。この工程によりｎ型電極１５０のｎ型電極外部接続電極１６０とｐ型電極１２０のｐ型電極外部接続電極１９０が同時に形成される。【００６５】次に図６（ｆ）の受光面反射防止のための凹凸構造１７０形成に関してはＣＦ４ガスとＯ２ガスを原料にしたマグネトロン平行平板型反応性イオンエッチングで形成した。電源パワーは１０Ｗで、ＣＦ４：Ｏ２流量比は１：１、エッチング圧力は１５ｍＴｏｒｒであった。この結果２％以下の可視光反射率が得られた。
次に反応性スパッタ法によりＳｉＯ２を堆積して反射防止膜１８０とした。堆積した膜厚は特に限定されないが、たとえば６０ｎｍ以上１４０ｎｍ以下の厚さとすることができる。【００６６】次に試料を５５０℃〜６５０℃のオーブンに入れて熱処理し、図６（ｆ）に示すように、アルミｐ型電極１２０とシリコン基板１００の界面に第二導電型シリコンとしてのｐ＋型領域を形成した。この熱処理工程は図６（ｄ）の工程後でも図６（ｅ）の工程後にでもよい。【００６７】最後に試料を３００℃から４５０℃の温度に維持され、水素を５％程度含む窒素を流した管状炉で熱処理をした。【００６８】そして、実施例３の裏面接合型太陽電池の特性をソーラシミュレータにより評価した。【００６９】この結果実施例３の裏面接合型太陽電池のＪｓｃ（短絡電流密度）は３８．０ｍＡ／ｃｍ２であり、Ｖｏｃ（開放電圧）は０．６３Ｖであり、Ｆ．Ｆ（フィルファクタ）は０．７２であり、Ｅｆｆ（変換効率）は１６．８％であった。【００７０】なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種種の変更を加えることが可能である。
【発明の効果】
【００７１】本発明は、スパッタエピタキシャル堆積法による低温接合形成と遮蔽マスクによる一導電型領域の形成により、これまでの課題であった裏面接合型太陽電池のｐｎ電極の高解像度化、製造プロセスの低温化、全真空薄膜工程による基板の薄型化、を同時に解決したことで、発電効率が高く且つ低コストな太陽電池の製造方法を実現した。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】（ａ）〜（ｃ）は本発明における遮蔽マスクのパターンの例を説明する模式的な平面図である。特に（ａ）は実施例で用いた遮蔽マスクの模式的な平面図である。
【図２】（ａ）〜（ｆ）は本発明の裏面接合型太陽電池の製造方法の製造工程の一例を示す模式的な断面図である。
【図３】（ａ）〜（ｅ）は本発明の裏面接合型太陽電池の製造方法の製造工程の一例を示す模式的な平面図であり、図２（ａ）〜（ｅ）に示す断面構造にそれぞれ対応する。
【図４】（ａ）〜（ｅ）は本発明の裏面接合型太陽電池の製造方法の製造工程の一例を示す模式的な断面図である。
【図５】（ａ）〜（ｄ）は本発明の裏面接合型太陽電池の製造方法の製造工程の一例を示す模式的な平面図であり、図２（ａ）〜（ｄ）に示す断面構造にそれぞれ対応する。
【図６】（ａ）〜（ｆ）は本発明の裏面接合型太陽電池の製造方法の製造工程の一例を示す模式的な断面図である。
【図７】（ａ）〜（ｅ）は本発明の裏面接合型太陽電池の製造方法の製造工程の一例を示す模式的な平面図であり、図２（ａ）〜（ｅ）に示す断面構造にそれぞれ対応する。
【符号の説明】
【００７３】１００      シリコン基板、
１１０      ｐ＋型領域
１２０      ｐ型電極
１３０      絶縁膜
１４０      ｎ＋シリコン膜
１４０ａ    エピタキシャル成長したｎ＋型領域
１４０ｂ    アモルファス化したｎ＋型領域
１５０      ｎ型電極
１６０      ｐ型電極外部接続電極
１７０      表面凹凸構造
１８０      反射防止膜
２１０      遮蔽マスク
２１０ａ    遮蔽マスクの開口部
２２０      第一遮蔽板
２３０      第二遮蔽板
２４０      第三遮蔽板
２５０      細線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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