(57)【要約】【課題】熱拡散によって生じた半導体基板のシート抵抗の面内ばらつきを低減する。【解決手段】半導体基板１を縦置きして、拡散炉で熱拡散を行うと、半導体基板１の上辺７のシート抵抗が下辺８のシート抵抗より低くなって、シート抵抗の面内ばらつきが生じる。熱拡散後、基板表面処理装置を使用して、ｐｎ接合分離をエッチングによって行うとき、半導体基板１の上辺７が搬送方向上流側に向くように、半導体基板１を搬送ローラ６に設置する。半導体基板１は搬送されながらエッチングされ、不要なｎ層が除去される。搬送するときに後端となる半導体基板１の上辺７は先端よりもエッチング量が多くなるので、半導体基板１の上辺７のシート抵抗が増加し、面内ばらつきが低減される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板にｐｎ接合を形成するための熱拡散工程と、熱拡散時の半導体基板の向きに応じて半導体基板を設置して、ｐｎ接合分離のためのエッチングを行う表面処理工程とを含むことを特徴とする太陽電池の製造方法。
【請求項２】
熱拡散工程において、半導体基板にシート抵抗の高い側と低い側とが生じ、表面処理工程において、半導体基板を搬送しながらエッチングするとき、シート抵抗の低い側が搬送方向上流側になるように、半導体基板を設置することを特徴とする請求項１記載の太陽電池の製造方法。
【請求項３】
表面処理工程では、処理槽の上部に回転自在に設けられた搬送ローラを有する基板表面処理装置を用い、設置された半導体基板を搬送する搬送ローラは、処理槽に収容される処理液に一部または全部が浸漬することを特徴とする請求項１または２記載の太陽電池の製造方法。
【請求項４】
熱拡散工程では、半導体基板に拡散剤を塗布した後、拡散炉で熱拡散を行うことを特徴とする請求項３記載の太陽電池の製造方法。
【請求項５】
熱拡散工程に使用するガスは、Ｎ２、Ｏ２またはＮ２とＯ２との混合ガスのいずれかを含むことを特徴とする請求項４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、半導体基板のシート抵抗の面内ばらつきを低減する太陽電池の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
結晶Ｓｉ太陽電池の製造方法として、Ｓｉのｐ型半導体基板にＰ等のドーパントを熱拡散して、ｐｎ接合を形成する。ｐｎ接合を形成する手法として、ＰＳＧ（Ｐｈｏｓｐｈｏ  Ｓｌｉｃａｔｅ  Ｇｌａｓｓ）などの拡散剤を基板表面に塗布し、熱拡散する手法と、ＰＯＣｌ３などの拡散物質を含むガスを流しながら熱拡散を行う手法がある。いずれの手法でも、図３に示すように、複数枚の半導体基板１を石英製のボート２に並べて縦置きし、このボート２を横型の拡散炉３に搬入する。拡散炉３内で熱拡散が行われ、同時に複数の基板１に対して熱拡散することができる。
【０００３】
そして、熱拡散後、ＳｉＮ膜などの反射膜を基板の受光面に形成する。基板の裏面には、Ａｌ電極とＡｇ電極を形成し、受光面には、Ａｇ電極を形成し、焼成を行う。
【０００４】
このように熱拡散によりｐｎ接合を形成したとき、基板裏面にｎ層が形成される場合がある。ｐｎ接合を受光面電極と裏面電極との間で分離する必要があり、表面のｎ層と裏面のｎ層とを電気的に分離するための接合分離が行われる。接合分離の手法として、熱拡散前に、基板の裏面にＳｉＮ膜などのバリア膜を形成することにより、熱拡散時に裏面に拡散が起こることを防ぐ手法と、両面にｎ層を形成した後、接合を分離する手法とがある。熱拡散後に接合分離する方法として、基板端部にレーザ処理を施す方法、裏面のｎ層をフッ硝酸等の溶液でエッチングを行う方法などがある。
【０００５】
後者の方法では、受光面の保護のためのマスキングテープや保護膜を必要としない。ｐｎ接合分離のためのエッチングを行う表面処理工程では、基板の片面だけをエッチングするための基板表面処理装置が用いられる。この装置では、複数枚の基板を連続処理できる。基板表面処理装置は、図４に示すように、処理液４を収容する処理槽５と、半導体基板１を搬送する搬送ローラ６とを備えている。複数の搬送ローラ６が平行に配置され、搬送ローラ６の一部あるいは全部が処理液４に浸漬するように、搬送ローラ６は、処理槽５の上部に回転自在に支持される。モータにより各搬送ローラ６は回転して、載置された基板１が搬送される。このとき、搬送ローラ６の表面に保持されて引き上げられた処理液４が基板１の裏面に接触し、裏面のｎ層がエッチングされて除去される。
【０００６】
ところで、熱拡散を行うとき、矩形状の半導体基板がボートに縦置きされて収容される。この状態で基板の熱拡散が行われる。炉内では、ガスの対流によって、上部が下部よりも比較的高温となる。そのため、拡散炉の上部にくる半導体基板の上側では、リン等の不純物濃度が拡散炉の下部にくる下側よりも高くなるので、図５に示すように、基板１の上辺７のシート抵抗（ρｓ）が下辺８のρｓと比べて低くなる。例えば、ＰＳＧを用いて、熱拡散温度を８００〜９００℃、Ｎ２ガス流量を１００〜１４０ｌ／ｍｉｎとしたとき、シート抵抗に１０〜３０％程度の面内ばらつきが生じる。
【０００７】
熱拡散工程において生じるシート抵抗の面内分布の不均一を抑制するために、拡散炉へのボートの投入速度を速くすることが特許文献１に記載されている。
【０００８】
また、接合分離をエッチングにより行う場合、搬送ローラが軸線方向に一様な棒状の部材であるので、搬送される基板の後端が搬送ローラから離れるとき、処理液が基板の受光面に回り込む現象が発生する。さらに、基板の後端側では、処理液から気化したガスやエッチングにより生じた反応性ガスが受光面の後端側に触れやすい。これによって、受光面が処理液やガスによってエッチングされ、ｎ層が除去される。したがって、表面処理工程においても、基板の後端のシート抵抗が上がり、シート抵抗の面内ばらつきが生じる。
【特許文献１】特開２００８−２８１５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記のように、熱拡散工程において、半導体基板のシート抵抗の面内ばらつきが生じる。熱拡散時にシート抵抗のばらつきを抑制したとしても、熱拡散工程の後の、エッチングによる接合分離を行う表面処理工程でも、シート抵抗のばらつきが生じてしまう。本発明は、上記に鑑み、熱拡散と接合分離のためのエッチングとによって生じるシート抵抗の面内ばらつきを低減できる太陽電池の製造方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、半導体基板にｐｎ接合を形成するための熱拡散工程と、熱拡散時の半導体基板の向きに応じて半導体基板を設置して、ｐｎ接合分離のためのエッチングを行う表面処理工程とを含むものである。
【００１１】
熱拡散工程において、熱拡散するときの拡散炉内の温度差によって、半導体基板の向きに応じてシート抵抗の高低が現れ、半導体基板にシート抵抗の面内ばらつきが生じる。また、表面処理工程においても、半導体基板を搬送しながらエッチングするとき、半導体基板を設置する向きに応じてエッチング量に差が生じる。ここで、シート抵抗は、半導体基板に熱拡散するドーパントの濃度に関係する。ドーパント濃度が高いと、シート抵抗は低くなる。そこで、熱拡散時の半導体基板の向きを考慮して、表面処理工程時の半導体基板を設置する向きを決める。すなわち、半導体基板のシート抵抗の低い部分を多く除去できるように、半導体基板は設置される。これによって、半導体基板のシート抵抗の低い部分が多く除去され、この部分のドーパント濃度が低下し、シート抵抗が上がる。したがって、半導体基板におけるシート抵抗の面内ばらつきが低減する。
【００１２】
具体的には、熱拡散工程において、半導体基板にシート抵抗の高い側と低い側とが生じ、表面処理工程において、半導体基板を搬送しながらエッチングするとき、シート抵抗の低い側が搬送方向上流側になるように、半導体基板を設置する。すなわち、熱拡散工程では、拡散炉中で半導体基板を立てて熱拡散を行う。そこで、半導体基板の上部が搬送方向上流側を向くように、半導体基板を設置する。
【００１３】
表面処理工程では、処理槽の上部に回転自在に設けられた搬送ローラを有する基板表面処理装置を用い、設置された半導体基板を搬送する搬送ローラは、処理槽に収容される処理液に一部または全部が浸漬する。
【００１４】
熱拡散工程では、半導体基板に拡散剤を塗布した後、拡散炉で熱拡散を行う。また、熱拡散工程に使用するガスは、Ｎ２、Ｏ２またはＮ２とＯ２との混合ガスのいずれかを含む。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によると、複数の半導体基板に熱拡散と接合分離のためのエッチング処理とを行うとき、半導体基板に生じるシート抵抗の面内ばらつきを低減することができる。これによって、受光面電極とｐ型半導体基板間のコンタクト抵抗の面内ばらつきを抑えることができ、電気特性の向上した太陽電池を製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明にかかる太陽電池は、単結晶シリコン、単結晶ゲルマニウム、多結晶シリコン等の結晶系半導体基板を用いたｐｎ接合型の太陽電池である。ここで、結晶Ｓｉ太陽電池の製造プロセスを図１に示す。（ａ）に示すように、エッチング処理によってテクスチャ形成を行ったｐ型Ｓｉ基板１の受光面となる表面に、ドーパントとしてリンを含むＰＳＧ液をスピンコートし、１５０℃、３０分程度の乾燥を行う。この後、基板１にｐｎ接合を形成するための熱拡散工程を行う。熱拡散工程では、図３に示すように、このように作成した複数の基板１をボート２に縦置きにして並べ、ボート２を横型の拡散炉３に搬入する。拡散炉３の温度を８００〜９００℃にし、流量を１００〜１４０ｌ／ｍｉｎにてＮ２、Ｏ２またはＮ２とＯ２との混合ガスのいずれかのガスを拡散炉に流し、２０分程度の熱拡散を行う。
【００１７】
なお、ＰＳＧ液といった拡散剤を基板１の一面に塗布して、熱拡散する代わりに、複数の基板１を拡散炉３に投入して、ＰＯＣｌ３などの拡散物質を含むガスを流しながら熱拡散を行ってもよい。
【００１８】
熱拡散によって、図１（ｂ）に示すように、基板１の表裏面にｎ層１０が形成される。ここで、拡散剤を基板１の一面に塗布して熱拡散した場合、基板１の表面にはｎ層１０が形成される。一方、基板１の裏面には拡散剤は塗布されていないが、拡散炉３内での加熱処理によってリン等のドーパントが蒸発して、炉内に拡散する。このドーパントにより、裏面にも薄いｎ層１０が形成される。
【００１９】
また、熱拡散によってドーパントが基板１の内部に拡散するが、炉内の温度差によって基板１のドーパント濃度に高低が現れ、基板１にシート抵抗の面内ばらつきが生じる。図５に示すように、拡散炉３の上部に位置する基板１の上辺７側のシート抵抗は、拡散炉３の下部に位置する基板１の下辺８側のシート抵抗よりも低くなる。
【００２０】
基板１の表面だけでなく裏面にもｎ層１０が存在すると、表裏面に電極を設けたときにｐｎ接合により両電極が短絡して、太陽電池の電気特性が低下する。そこで、裏面の不要なｎ層１０を除去するｐｎ接合分離のための表面処理工程が行われる。表面処理工程では、図１（ｃ）に示すように、基板１の裏面のｎ層１０をエッチングにより除去する。
【００２１】
表面処理工程におけるエッチングのために、図２に示す基板表面処理装置が使用される。基板表面処理装置の基本的な構造は、図４に示したものと同じであり、処理槽５と、複数の搬送ローラ６とを備える。処理液は、ＨＦ：５〜２０％，ＨＮＯ３：３０〜５０％で構成されるフッ硝酸溶液を用いる。
【００２２】
円柱状の搬送ローラ６の表面には、ローラ回転軸線と平行な方向に溝が形成されている。この溝の凹凸により、回転する搬送ローラ６が処理液に浸漬され引き上げられたとき、ローラ表面に保持される処理液は、溝を通ってローラ表面上を回転軸線方向に流れ、ローラ端部から円滑に排出される。
【００２３】
熱拡散された基板１の裏面が搬送ローラ６に対向するように、基板１は搬送ローラ６の上に載置される。このとき、熱拡散時の基板１の向きに応じて、基板１を搬送ローラ６に載置する。すなわち、熱拡散時に上側に位置していた基板１の上辺７が、図中矢印で示す搬送方向に対して上流側にくるように、それぞれの基板１の向きをそろえて載置する。
【００２４】
搬送ローラ６がモータによって回転駆動されることにより、基板１は搬送方向に搬送される。基板１の裏面に処理液が接触して、基板１の裏面がエッチングされる。複数の基板１が連続的に搬送されてエッチングされる。これにより、基板１の裏面に形成されたｎ層１０が除去される。
【００２５】
ここで、搬送方向に対して先端側には、基板１の下辺８が位置し、後端側には基板１の上辺７が位置する。搬送される基板１の後端では、処理液やエッチングの気化ガスおよび反応性ガスが回り込みやすいので、裏面だけでなく表面の一部もエッチングされる。そのため、基板１の後端のエッチング量は、基板１の先端のエッチング量よりも大となる。
【００２６】
基板１に形成されたｎ層１０のドーパント濃度は、基板１の表側から内側に向かって徐々に下がっていく。エッチング量が大になると、ドーパント濃度の高い部分が除去され、ｎ層１０のドーパント濃度は低くなる。その結果、エッチングされた箇所のシート抵抗は上がる。すなわち、基板１の後端のシート抵抗が上がり、元々シート抵抗の高かった基板１の先端とのシート抵抗の差が小さくなる。例えば、熱拡散で生じたシート抵抗の面内ばらつきが１０〜３０％程度であったものが、表面処理工程によって１０％以内にすることができる。
【００２７】
表面処理工程の終了後、図１（ｄ）に示すように、基板１の受光面に、反射防止膜１１としてＳｉＮ膜をＣＶＤ法等によって成膜する。そして、図１（ｅ）に示すように、基板１の裏面に、アルミペーストおよび銀ペーストをスクリーン印刷によって塗布する。基板１の受光面に、銀ペーストをスクリーン印刷によって塗布する。乾燥後、基板１を焼成して、受光面電極１２と、Ａｌ電極１３とＡｇ電極１４とからなる裏面電極とを形成する。
【００２８】
上記のようにして作製された結晶Ｓｉ太陽電池では、受光面側のシート抵抗の面内ばらつきを抑制することができる。これにより、受光面電極とｐ型Ｓｉ基板間のコンタクト抵抗の面内ばらつきを抑えることができ、太陽電池の電気特性を向上させることができる。
【００２９】
熱拡散工程において、供給するガス流量を変えて、熱拡散を行う。その他の製造方法は上記と同じである。すなわち、拡散炉の温度を８００〜９００℃にし、流量を７０〜９０ｌ／ｍｉｎにてＮ２、Ｏ２またはＮ２とＯ２との混合ガスのいずれかのガスを拡散炉に流し、２０分程度の熱拡散を行う。上記の熱拡散工程よりもガス流量が少なくなると、炉内での対流が起こりやすくなる。その結果、熱拡散後の基板１のシート抵抗の面内ばらつきは３０％よりも増加する。
【００３０】
このような基板に対して、上記と同じように表面処理工程を行うことにより、シート抵抗の面内ばらつきを１５％以内にすることができ、太陽電池の電気特性の向上を図れる。また、熱拡散時のガス流量を少なくしても、同様にシート抵抗の面内ばらつきを抑制できるので、熱拡散工程におけるガス使用量を低減でき、コストダウンを図ることができる。
【００３１】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で上記実施形態に多くの修正および変更を加え得ることは勿論である。半導体基板が円形であっても、ボートに縦置きしたとき、基板の上部のシート抵抗が下部よりも低くなる。このような基板をエッチング処理するとき、基板の上部が搬送方向の下流側にくるように、基板を搬送ローラに設置する。また、半導体基板を横置きする横型拡散炉を使用して熱拡散を行い、基板にシート抵抗の面内ばらつきが生じた場合にも、基板のシート抵抗の低い箇所を特定して、この箇所に応じて基板の向きを揃えて、上記と同様に基板を搬送ローラに設置する。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の太陽電池の製造プロセスを説明するための半導体基板の断面を示す図
【図２】基板表面処理装置を示し、（ａ）は処理槽の断面図、（ｂ）は半導体基板を搬送する搬送ローラを示す図
【図３】半導体基板を収容するボートと拡散炉を示す図
【図４】従来の基板表面処理装置を示し、（ａ）は処理槽の断面図、（ｂ）は半導体基板を搬送する搬送ローラを示す図
【図５】半導体基板のシート抵抗の面内ばらつきを示す図
【符号の説明】
【００３３】
１    半導体基板
２    ボート
３    拡散炉
４    処理液
５    処理槽
６    搬送ローラ
７    上辺
８    下辺
１０    ｎ層
【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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