(57)【要約】【課題】高いキャリア捕集率を有し、光電変換効率に優れた安価な太陽電池およびその製造方法を得ること。【解決手段】一面側に第２導電型の不純物元素が拡散された第２導電型層２を有する第１導電型の半導体基板１と、前記第２導電型層２上に形成された第１電極４と、前記半導体基板１の他面側に形成されたパッシベーション膜９と、前記パッシベーション膜９を貫通して前記半導体基板１の内部方向に延在して埋設された複数の埋め込み電極６と、を備える。【選択図】図１−１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一面側に第２導電型の不純物元素が拡散された第２導電型層を有する第１導電型の半導体基板と、
前記第２導電型層上に形成された第１電極と、
前記半導体基板の他面側に形成されたパッシベーション膜と、
前記パッシベーション膜を貫通して前記半導体基板の内部方向に延在して埋設された複数の埋め込み電極と、
を備えることを特徴とする太陽電池。
【請求項２】
前記第２導電型層上に反射防止膜を備えること、
を特徴とする請求項１に記載の太陽電池。
【請求項３】
前記半導体基板の内部における前記埋め込み電極と接する領域に、前記埋め込み電極の成分が高濃度に拡散した高濃度ドープ層を備えること、
を特徴とする請求項１に記載の太陽電池。
【請求項４】
前記埋め込み電極が、前記半導体基板の面内方向において前記第１電極と対向する位置に配置されること、
を特徴とする請求項１に記載の太陽電池。
【請求項５】
前記埋め込み電極に接続して前記パッシベーション膜上に形成された裏面側電極を備えること、
を特徴とする請求項１に記載の太陽電池。
【請求項６】
隣接する前記埋め込み電極同士の間隔が、キャリアの拡散長以下であること、
を特徴とする請求項１に記載の太陽電池。
【請求項７】
前記埋め込み電極が、前記半導体基板の他面側においてストライプ状に形成されていること、
を特徴とする請求項１に記載の太陽電池。
【請求項８】
一面側に第２導電型の不純物元素が拡散された第２導電型層を有する第１導電型の半導体基板の他面側に対して部分的にレーザーを照射することにより、前記半導体基板の他面側に部分的に複数の欠陥領域を生じさせる第１工程と、
前記欠陥領域をエッチングすることにより、前記半導体基板の内部で終端する開口部を前記レーザーの照射部に形成する第２工程と、
前記第２導電型層上に第１電極を形成する第３工程と、
前記開口部内に電極材料を充填して、前記半導体基板の他面側から前記半導体基板の内部方向に延在して埋設された複数の埋め込み電極を形成する第４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９】
前記第４工程は、
前記半導体基板の他面上にパッシベーション膜を形成する工程と、
印刷法により、前記埋め込み電極に接続する裏面側電極を前記パッシベーション膜上に形成するとともに前記開口部内に前記埋め込み電極を形成する工程と、
を含むことを特徴とする請求項８に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項１０】
前記第４工程は、
印刷法により前記開口部内に前記埋め込み電極を形成する工程と、
前記埋め込み電極を露出させるように前記半導体基板の他面側にパッシベーション膜を形成する工程と、
を含むことを特徴とする請求項８に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項１１】
前記開口部内に前記埋め込み電極を形成する際に、前記半導体基板の内部における前記埋め込み電極と接する領域に、前記埋め込み電極の成分が高濃度に拡散した高濃度ドープ層が形成されること、
を特徴とする請求項９または１０に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項１２】
前記第１工程では、前記半導体基板の面内方向における前記第１電極の形成領域と対向する位置に前記レーザーを照射すること、
を特徴とする請求項８に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項１３】
隣接する前記埋め込み電極同士の間隔をキャリアの拡散長以下とすること、
を特徴とする請求項８に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項１４】
前記第１工程では、前記半導体基板の他面側に対してストライプ状に前記レーザーを照射すること、
を特徴とする請求項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、太陽電池およびその製造方法に関し、特に、高いキャリア捕集率を有する太陽電池およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在の多結晶シリコン太陽電池基板（以下、基板と呼ぶ）の厚みは２００μｍ程度であるが、キャリア拡散長を考慮すると、太陽電池の光電変換効率は基板の厚みをより薄くすることで特性が向上する。一方、薄い基板は厚い基板と比較して強度が劣るため、製造工程中に容易に破損する。したがって、薄い基板を用いて太陽電池を製造する場合にはハンドリングに十分な注意が求められ、コスト増の要因となる。このような状況の中、基板における受光面とは反対側の主面（裏面）に樹状の電極を埋め込み、正負電極の間隔を狭めて擬似的に基板を薄くすることにより、薄い基板を用いた場合と同様の効果を厚い基板を用いて得る方法が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、基板の非受光面（裏面）側にパッシベーション膜（絶縁膜）を形成し、表面再結合速度を減少させて光電変換効率を向上させる構造の太陽電池が提案されている（たとえば、特許文献２参照）。該絶縁膜には複数の開口部が設けられ、この開口部において電極と基板とが直接接することで電流が取り出される。また、基板における開口部付近には高濃度ドープ層が形成されて裏面電界層（ＢＳＦ：Back Surface Field）が形成されるが、パッシベーション膜はＢＳＦ層と比較して、より表面再結合を低減することができ、開放電圧が増加し光電変換効率が向上する。
【０００４】
さらに、基板の薄板化による強度の減少を抑制するために、基板の非受光面（裏面）に凹凸構造を形成し、基板の薄い部位による耐放射性の向上と、基板の厚い部位による強度維持の双方を実現させることを目的とした太陽電池が提案されている（たとえば、特許文献３参照）。この凹凸構造を具備した太陽電池では、受光面または受光面とは反対側の裏面に酸化膜を形成し、この酸化膜を開口した部位を通して電極を基板に接触させ、パッシベーション効果を併せ持った太陽電池としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特公平５−１３５４３号公報
【特許文献２】特開平４−１９２５６９号公報
【特許文献３】特開平１１−２７４５３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、基板の裏面に樹状の埋め込み電極を具備する特許文献１の太陽電池にあっては、基板の裏面でのキャリア再結合により光電変換効率が低下する。また、この技術においては、樹状の埋め込み電極をレーザーやスポットライトを局所的に照射して形成する工程で、照射部の電極成分以外の不必要な成分が樹状電極に取り込まれる。例えばパッシベーション効果を目的として絶縁膜を基板の裏面に一様に作製する場合は、樹状電極には絶縁膜の成分が取り込まれる。このため、パターニング処理により樹状電極部を避けて絶縁膜を形成する必要があり、工程が複雑になり、コスト上昇の原因となる。さらに、絶縁膜のパターニング処理後における裏面電極の形成時には、裏面電極もパターニング処理により形成する必要があり、コスト上昇の原因となる。
【０００７】
一方、裏面電極を基板の裏面全面に形成する場合においても、レーザー照射を絶縁膜の開口部位に照射する必要がある。該開口部位は裏面電極自身で覆われてしまっているため不可視であり、厳密な位置合わせを必要とするため、コスト上昇の要因となる。さらに、基板に形成した裏面電極に直接レーザーやスポットランプを照射する工程では、形成された樹状電極部の基板にダメージが残存する。
【０００８】
また、基板の非受光面（裏面）側にパッシベーション膜（絶縁膜）が形成された特許文献２の太陽電池では、基板と裏面電極との接触面積が減少しているため、基板と裏面電極との接触部の接触状態の良否が太陽電池の特性に影響するとともに、接触抵抗が上昇する。
【０００９】
また、基板の非受光面（裏面）に凹凸構造とパッシベーション膜とを形成した特許文献３の太陽電池では、基板の薄い部位が２０μｍ〜１００μｍ程度の厚みであり、幅または径は１ｍｍ〜２０ｍｍ程度である。この構造は、薄基板と厚基板とを混在させることを目的としているため、加工前と比較して基板の体積が過剰に減少し、受光領域の減少が特性に影響する。これに加えて、加工にフォトリソグラフィーを使用しており、加工コストが高いという問題がある。また、基板の裏面に酸化膜を形成する工程では薄い部位の側壁にまで酸化膜が形成されるため、裏面電極と基板との接触面積が減少し、光電変換効率が低下するという問題もある。
【００１０】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、高いキャリア捕集率を有し、光電変換効率に優れた太陽電池およびその製造方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる太陽電池は、一面側に第２導電型の不純物元素が拡散された第２導電型層を有する第１導電型の半導体基板と、前記第２導電型層上に形成された第１電極と、前記半導体基板の他面側に形成されたパッシベーション膜と、前記パッシベーション膜を貫通して前記半導体基板の内部方向に延在して埋設された複数の埋め込み電極と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、埋め込み電極を半導体基板１の内部に備えるため、半導体基板と電極との接触面積を増加させることができ、キャリア捕集効率が向上する。また、半導体基板の裏面にパッシベーション膜を備えるため、半導体基板の裏面でのキャリア再結合を防止することができ、キャリアの寿命を延ばし、埋め込み電極におけるキャリア捕集効率がより向上する。したがって、この発明によれば高いキャリア捕集率を有し、光電変換効率に優れた太陽電池を得ることができる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１−１】図１−１は、本発明の実施の形態１にかかる太陽電池セルの構成を説明するための要部断面図である。
【図１−２】図１−２は、本発明の実施の形態１にかかる太陽電池セルを裏面（受光面と反対側の面）からみた平面図である。
【図２−１】図２−１は、本発明の実施の形態１にかかる太陽電池セルの製造方法を説明するための断面図である。
【図２−２】図２−２は、本発明の実施の形態１にかかる太陽電池セルの製造方法を説明するための断面図である。
【図２−３】図２−３は、本発明の実施の形態１にかかる太陽電池セルの製造方法を説明するための断面図である。
【図２−４】図２−４は、本発明の実施の形態１にかかる太陽電池セルの製造方法を説明するための断面図である。
【図２−５】図２−５は、本発明の実施の形態１にかかる太陽電池セルの製造方法を説明するための断面図である。
【図２−６】図２−６は、本発明の実施の形態１にかかる太陽電池セルの製造方法を説明するための断面図である。
【図２−７】図２−７は、本発明の実施の形態１にかかる太陽電池セルの製造方法を説明するための断面図である。
【図３−１】図３−１は、本発明の実施の形態３にかかる太陽電池セルの構成を説明するための要部断面図である。
【図３−２】図３−２は、本発明の実施の形態３にかかる太陽電池セルを裏面（受光面と反対側の面）からみた平面図である。
【図４−１】図４−１は、本発明の実施の形態３にかかる太陽電池セルの製造方法を説明するための断面図である。
【図４−２】図４−２は、本発明の実施の形態３にかかる太陽電池セルの製造方法を説明するための断面図である。
【図４−３】図４−３は、本発明の実施の形態３にかかる太陽電池セルの製造方法を説明するための断面図である。
【図４−４】図４−４は、本発明の実施の形態３にかかる太陽電池セルの製造方法を説明するための断面図である。
【図４−５】図４−５は、本発明の実施の形態３にかかる太陽電池セルの製造方法を説明するための断面図である。
【図４−６】図４−６は、本発明の実施の形態３にかかる太陽電池セルの製造方法を説明するための断面図である。
【図５】図５は、本発明の実施の形態５にかかる太陽電池セルを裏面（受光面と反対側の面）からみた平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に、本発明にかかる太陽電池およびその製造方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は以下の記述に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。また、以下に示す図面においては、理解の容易のため、各部材の縮尺が実際とは異なる場合がある。各図面間においても同様である。
【００１５】
実施の形態１．
図１−１は、本発明の実施の形態１にかかる太陽電池セルの構成を説明するための要部断面図である。図１−２は、実施の形態１にかかる太陽電池セルを裏面（受光面と反対側の面）からみた平面図である。本実施の形態にかかる太陽電池セルにおいては、第１導電型の半導体基板１の受光面側に、第２導電型層２が形成されているとともに該第２導電型層２の表面に例えばシリコン窒化膜からなる反射防止膜３が形成されている。
【００１６】
半導体基板１としては例えばｐ型の単結晶もしくは多結晶のシリコン基板を用いることができる。この場合、第２導電型層２は、半導体基板１に例えばリンが拡散された不純物拡散層（ｎ型不純物拡散層）である。なお、基板はこれに限定されるものではなく、ｎ型のシリコン基板を用いてもよい。また、反射防止膜３には、シリコン酸化膜を用いてもよい。また、太陽電池セルの半導体基板１の受光面側の表面には、テクスチャー構造として微小凹凸が形成されている。微小凹凸は、受光面において外部からの光を吸収する面積を増加し、受光面における反射率を抑え、光を閉じ込める構造となっている。
【００１７】
半導体基板１の受光面側には、第１電極４が、反射防止膜３を貫通して第２導電型層２に電気的に接続して設けられている。第１電極４は、例えば銀、ガラスを含む電極材料により構成される。第１電極４としては、半導体基板１の受光面の面内方向において長尺細長のグリッド電極が複数並べて設けられ、またこのグリッド電極と導通するバス電極が半導体基板１の受光面の面内方向において該グリッド電極と略直交するように設けられており、それぞれ底面部において第２導電型層２に電気的に接続している。なお、グリッド電極およびバス電極の形態は本発明に直接関係ないため、図１−１においては詳細な記載は省略している。
【００１８】
半導体基板１の裏面には、パッシベーション膜９として機能する絶縁膜が形成され、該パッシベーション膜９上のほぼ全面に裏面側電極７が形成されている。また、裏面側電極７と接続するとともにパッシベーション膜９を貫通して半導体基板１の内部方向に向かって延びる樹状の埋め込み電極６が複数形成されている。埋め込み電極６は、半導体基板１の内部において終端している。そして、実施の形態１にかかる太陽電池セルでは、埋め込み電極６と裏面側電極７とにより第２電極５が形成されている。第２電極５は、例えばアルミニウム、ガラス等を含む電極材料により構成される。また、半導体基板１の裏面側の内部における埋め込み電極６と接する領域には、第２電極５の成分が高濃度に拡散した高濃度ドープ層（ＢＳＦ層）８が形成されている。
【００１９】
上述した実施の形態１にかかる太陽電池セルは、第２電極５として埋め込み電極６を半導体基板１の内部に備えるため、半導体基板１と第２電極５との接触面積を増加させることができ、キャリア捕集効率が向上する。また、半導体基板１の裏面にパッシベーション膜９を備えるため、半導体基板１の裏面でのキャリア再結合を防止することができ、キャリアの寿命を延ばし、埋め込み電極６におけるキャリア捕集効率がより高く向上する。したがって、実施の形態１にかかる太陽電池セルによれば、光電変換効率に優れた太陽電池セルが実現されている。
【００２０】
つぎに、上記の本実施の形態にかかる太陽電池セルの製造方法について図２−１〜図２−６を参照して説明する。図２−１〜図２−６は、本発明の実施の形態１にかかる太陽電池セルの製造方法を説明するための断面図である。
【００２１】
まず、半導体基板１として例えばｐ型シリコン基板を用意し、該ｐ型シリコン基板をウエットエッチングにより、スライス時に形成されたダメージ層を除去する。その後、アルカリ水溶液を用いて該ｐ型シリコン基板に対してエッチングを行うことにより、半導体基板１の受光面側の表面にテクスチャー構造として微小凹凸を形成する。このようなテクスチャー構造を半導体基板１の受光面側に形成することで、太陽電池セルの表面で光の多重反射を生じさせて、実効的に反射率を低減し変換効率を向上させることができる。
【００２２】
つぎに、表面にテクスチャー構造を形成した半導体基板１に対して、例えばリンなどを熱拡散させて第２導電型層２を形成する（図２−１）。ここで、第２導電型層２の形成直後の表面にはガラスを主成分とする膜が形成されているため、フッ酸等を用いて除去する。
【００２３】
つぎに、半導体基板１の裏面の任意の複数の位置に裏面側からレーザーをドット状に照射し、半導体基板１の裏面側に欠陥１１を生成する（図２−２）。その後、半導体基板１の裏面に対し片面エッチングを行うと、欠陥１１のある部分ではエッチングが早く進むため、レーザーが照射された部分に深い開口部１０が形成される（図２−３）。このエッチングにおいては裏面側に形成された第２導電型層２も同時に除去される。また、受光面側にシリコン窒化膜やレジスト、耐酸性樹脂を用いた保護膜を形成し、薬液に浸すエッチングを実施してもよい。保護膜はエッチング後除去する。開口部１０の開口形状は、例えば略円状とされるが、これに限定されるものではない。開口部１０は、半導体基板１の裏面での開口部の径または幅が例えば３０μｍ〜５００μｍ程度であり、受光面から１μｍ〜５０μｍ程度の深さまで形成される。なお、第２導電型層２の形成とレーザー照射は順序が逆でもよい。
【００２４】
つぎに、光電変換効率改善のために、第２導電型層２を形成した半導体基板１の受光面側に、反射防止膜３として例えばシリコン窒化膜などの膜を形成する。反射防止膜３の形成には、例えばプラズマＣＶＤ法を使用し、シランとアンモニアの混合ガスを用いて反射防止膜３としてシリコン窒化膜を形成する（図２−４）。
【００２５】
つぎに、半導体基板１の裏面側に、例えばシリコン窒化膜からなるパッシベーション膜９をプラズマＣＶＤ等を用いて形成する（図２−５）。エッチングによって形成された開口部１０の開口径は小さく、また開口部１０は基板内部深くまで形成されるため、パッシベーション膜９の形成工程では開口部１０の内部まではパッシベーション膜９が形成されにくく、部分的に形成されたとしても極薄い膜となる。したがって、後述する埋め込み電極６の焼成時にファイアースルーが起こり、半導体基板１と埋め込み電極６とが接触し、電気的接続上の問題とはならない。
【００２６】
パッシベーション膜９の形成後、半導体基板１の受光面側の反射防止膜３上に、第１電極４の電極材料であって例えば銀、ガラス等を含む第１電極材料ペーストを、第１電極４の形状に選択的にスクリーン印刷法により塗布し、乾燥する。その後、埋め込み電極６と裏面側電極７との電極材料であって例えばアルミニウム、ガラス等を含む第２電極材料ペーストを、パッシベーション膜９上の全面にスクリーン印刷法により塗布し、乾燥する。第２電極材料ペーストは、印刷時に開口部１０の内部にも入り込み、開口部１０の内部に充填される。その後、大気中において、例えば７５０℃〜９００℃の温度で焼成を行う。これにより、第１電極４が形成され、第１電極４中の銀が反射防止膜３を貫通して、第２導電型層２と第１電極４とが電気的に接続する（図２−６）。さらにパッシベーション膜９上のほぼ全面に裏面側電極７が形成されるとともに、径が３０μｍ〜５００μｍ程度であり、裏面側電極７と接続するとともに半導体基板１の裏面側の内部において開口部１０の内部形状に沿って受光面方向に延在する樹状の埋め込み電極６が、受光面からの深さが１μｍ〜５０μｍ程度まで半導体基板１の裏面側の内部に形成される（図２−６）。また、半導体基板１の裏面側の内部における埋め込み電極６と接する基板領域に、埋め込み電極６の成分が高濃度に拡散した高濃度ドープ層８が形成される（図２−７）。半導体基板１の端面に残存している第２導電型層はパッシベーション膜９により第２電極５と絶縁されているが、端面をプラズマエッチング等でエッチング除去、あるいは第２導電型層２のいずれかの領域にレーザー溝を入れ領域を分離し絶縁性向上を図ってもよい。以上により、図１−１および図１−２に示す太陽電池セルが完成する。
【００２７】
上述した実施の形態１にかかる太陽電池セルの製造方法によれば、パッシベーション膜９と第２電極５を形成する前に、埋め込み電極６形成用の開口部１０がレーザー照射およびエッチングにより加工されて形成される。開口部１０は、マイクロメートルオーダーの微細なサイズで形成されるため、半導体基板１の体積減少を最小限にできる。また、ダメージ部はエッチングにより除去されるため、レーザー照射による加工ダメージが半導体基板１に残存しない。また、レーザー照射およびエッチングにより加工するため、保護膜を利用せずに容易に開口部１０を加工することができる。
【００２８】
そして、あらかじめ微細なサイズの開口部１０を形成することにより、その後のパッシベーション膜９の形成ではパターニングが不要であり、半導体基板１の裏面全面へパッシベーション膜９を形成すればよく、工程が簡略となる。また、第２電極５の形成は、視認できる開口部１０に合わせて処理することができるため、厳密な位置合わせが不要である。
【００２９】
これらにより、簡略かつ安価な工程でパッシベーション膜９と埋め込み電極６を形成することができ、パッシベーション膜９のパッシベーション効果による光電変換効率向上による対費用効果が、製造コストの増加により打ち消されることがない。また、ＢＳＦよりもキャリア再結合抑制効果のあるパッシベーション膜９を低コストで形成できるため、パッシベーション膜９による光電変換効率向上のメリットを製造コストの増加が打ち消すことがない。
【００３０】
また、エッチングによりダメージ除去された領域に形成された開口部１０に電極を埋め込み形成するため、埋め込み電極６全域が有効に集電電極として作用する。また、埋め込み電極６は半導体基板１の内部で３次元的に半導体基板１と接触して基板との接触面積を広く確保するため、パッシベーション膜９を設けたことにより減少した半導体基板１と第２電極５との接触面積を補うことができ、光電変換効率を向上させることができる。そして、パッシベーション膜９によりパッシベーション効果が高まる結果、埋め込み電極６の高いキャリア捕集効果がより効果的に作用し、光電変換効率を増加させることができる。
【００３１】
したがって、実施の形態１にかかる太陽電池セルの製造方法によれば、高いキャリア捕集率を有し、光電変換効率に優れた太陽電池を得ることができる、という効果を奏する。
【００３２】
実施の形態２．
実施の形態２では、埋め込み電極６の位置について説明する。実施の形態２にかかる太陽電池セルの構造は、実施の形態１にかかる太陽電池セルと埋め込み電極６の位置を除き同様であるので、実施の形態１での説明を参照することとして詳細な説明は省略する。
【００３３】
上述した実施の形態１にかかる太陽電池セルの構成においては、埋め込み電極６の位置については特に言及していないが、実施の形態２にかかる太陽電池セルでは埋め込み電極６が半導体基板１の受光領域以外の場所に設置される。すなわち、埋め込み電極６は、半導体基板１の面内方向において第１電極４と対向する位置に配置される。具体的には、埋め込み電極６は、太陽電池セルに光が入射した場合に太陽電池セルの縦断面（図１−１）において受光面から見て第１電極４の影となる部分に位置するように、入射光の光軸方向において２次元上で第１電極４と重なる位置に形成される。この位置は、入射光が第１電極４に反射されてほぼキャリアを生成しない領域である。
【００３４】
このように構成された実施の形態２にかかる太陽電池セルは、実施の形態１にかかる太陽電池と同様に、第２電極５として埋め込み電極６を半導体基板１の内部に備えるため、半導体基板１と第２電極５との接触面積を増加させることができ、キャリア捕集効率が向上する。また、半導体基板１の裏面にパッシベーション膜９を備えるため、半導体基板１の裏面でのキャリア再結合を防止することができ、キャリアの寿命を延ばし、埋め込み電極６におけるキャリア捕集効率がより高く向上する。
【００３５】
また、実施の形態２にかかる太陽電池セルでは、第１電極４に光がさえぎられる位置に埋め込み電極６が形成されるため、埋め込み電極６の形成による基板体積減少による受光領域の減少を最小限に抑えることができ、光電変換を阻害しない。したがって、実施の形態２にかかる太陽電池セルによれば、より光電変換効率に優れた太陽電池セルが実現されている。
【００３６】
実施の形態３．
図３−１は、本発明の実施の形態３にかかる太陽電池セルの構成を説明するための要部断面図である。図３−２は、実施の形態３にかかる太陽電池セルを裏面（受光面と反対側の面）からみた平面図である。なお、図３−１は、図３−２における線分Ａ−Ａにおける要部断面図である。本実施の形態にかかる太陽電池セルは、実施の形態１にかかる太陽電池セルにおいて裏面側電極７が設けられていない構成を有する。したがって、埋め込み電極６は、図３−２に示すように半導体基板１の裏面側の全面に設けられたパッシベーション膜９から露出している。なお、実施の形態２にかかる太陽電池セルの他の構成は実施の形態１にかかる太陽電池セルと同じであるため、詳細な説明は省略する。
【００３７】
このように構成された実施の形態３にかかる太陽電池セルは、実施の形態１にかかる太陽電池と同様に、埋め込み電極６を半導体基板１の内部に備えるため、半導体基板１と電極との接触面積を増加させることができ、キャリア捕集効率が向上する。また、半導体基板１の裏面にパッシベーション膜９を備えるため、半導体基板１の裏面でのキャリア再結合を防止することができ、キャリアの寿命を延ばし、埋め込み電極６におけるキャリア捕集効率がより高く向上する。したがって、実施の形態３にかかる太陽電池セルによれば、光電変換効率に優れた太陽電池セルが実現されている。
【００３８】
つぎに、実施の形態３にかかる太陽電池セルの製造方法について図４−１〜図４−６を参照して説明する。図４−１〜図４−６は、本発明の実施の形態３にかかる太陽電池セルの製造方法を説明するための断面図である。
【００３９】
まず、半導体基板１として例えばｐ型シリコン基板を用意し、該ｐ型シリコン基板をウエットエッチングにより、スライス時に形成されたダメージ層を除去する。その後、アルカリ水溶液を用いて該ｐ型シリコン基板に対してエッチングを行うことにより、半導体基板１の受光面側の表面にテクスチャー構造として微小凹凸を形成する。
【００４０】
つぎに、表面にテクスチャー構造を形成した半導体基板１に対して、例えばリンなどを熱拡散させて第２導電型層２を形成する（図４−１）。また、表面のガラスを主成分とする膜をフッ酸等を用いて除去する。
【００４１】
つぎに、半導体基板１の裏面の任意の位置に裏面側からレーザーをドット状に照射し、半導体基板１の裏面側に欠陥１１を生成する（図４−２）。その後、半導体基板１の裏面に対し片面エッチングを行うと、欠陥１１のある部分ではエッチングが早く進むため、レーザーが照射された部分に深い開口部１０が形成される（図４−３）。このエッチングにおいては裏面側に形成された第２導電型層２も同時に除去される。また、受光面側にシリコン窒化膜やレジスト、耐酸性樹脂を用いた保護膜を形成し、薬液に浸すエッチングを実施してもよい。保護膜はエッチング後除去する。開口部１０の開口形状は、例えば略円状とされるが、これに限定されるものではない。開口部１０は、半導体基板１の裏面での開口部の径または幅が例えば３０μｍ〜５００μｍ程度であり、受光面から１μｍ〜５０μｍ程度の深さまで形成される。
【００４２】
つぎに、光電変換効率改善のために、第２導電型層２を形成した半導体基板１の受光面側に、反射防止膜３として例えばシリコン窒化膜などの膜を形成する。反射防止膜３の形成には、例えばプラズマＣＶＤ法を使用し、シランとアンモニアの混合ガスを用いて反射防止膜３としてシリコン窒化膜を形成する。そして、半導体基板１の受光面側の反射防止膜３上に、第１電極４の電極材料であって銀、ガラス等を含む第１電極材料ペーストを、第１電極４の形状に選択的にスクリーン印刷法により塗布し、乾燥する。
【００４３】
第１電極４の乾燥後、埋め込み電極６の電極材料であって例えばアルミニウム、ガラス等を含む第２電極材料ペーストを半導体基板１の裏面における開口部１０とその周辺のみにスクリーン印刷法により塗布し、乾燥する。第２電極材料ペーストは、半導体基板１の裏面からある程度の高さだけ突出して印刷される。その後、大気中において、例えば７５０℃〜９００℃の温度で焼成を行う。第１電極４が形成され、第１電極４中の銀が反射防止膜３を貫通して、第２導電型層２と第１電極４とが電気的に接続する（図４−５）。さらにこれにより、半導体基板１の裏面における開口部１０の形成箇所において、径が３０μｍ〜５００μｍ程度であり、開口部１０の内部形状に沿って半導体基板１の裏面側の内部において受光面方向に延在する樹状の埋め込み電極６が、受光面からの深さが１μｍ〜５０μｍ程度まで半導体基板１の裏面側の内部に形成される。また、半導体基板１の裏面側の内部における埋め込み電極６と接する領域に、埋め込み電極６の成分が高濃度に拡散した高濃度ドープ層８が形成される（図４−５）。
【００４４】
つぎに、半導体基板１の裏面側に、例えばシリコン窒化膜からなるパッシベーション膜９をプラズマＣＶＤ等を用いて形成する。そして、該パッシベーション膜９における埋め込み電極６の部位を開口して埋め込み電極６を露出させる（図４−６）。以上により、図３−１および図３−２に示す太陽電池セルが完成する。なお、半導体基板１の裏面側におけるパッシベーション膜９の露出部は、裏面反射率を向上させるために別途反射層を形成しても良い。
【００４５】
上述した実施の形態３にかかる太陽電池セルの製造方法によれば、実施の形態１の場合と同様にパッシベーション膜９と埋め込み電極６を形成する前に、埋め込み電極６形成用の開口部１０がレーザー照射およびエッチングにより加工されて形成される。開口部１０は、マイクロメートルオーダーの微細なサイズで形成されるため、半導体基板１の体積減少を最小限にできる。また、ダメージ部はエッチングにより除去されるため、レーザー照射による加工ダメージが半導体基板１に残存しない。また、レーザー照射およびエッチングにより加工するため、保護膜を利用せずに容易に開口部１０を加工することができる。
【００４６】
そして、あらかじめ埋め込み電極６を半導体基板１の裏面から突出させて形成することにより、パッシベーション膜９の形成後、埋め込み電極６の位置が視認できるため、容易に埋め込み電極６を露出させることができる。これにより、半導体基板１の裏面全面へパッシベーション膜９を形成すればよく、工程が簡略となる。
【００４７】
これらにより、簡略かつ安価な工程でパッシベーション膜９と埋め込み電極６を形成することができ、パッシベーション膜９のパッシベーション効果による光電変換効率向上による対費用効果が、製造コストの増加により打ち消されることがない。また、ＢＳＦよりもキャリア再結合抑制効果のあるパッシベーション膜９を低コストで形成できるため、パッシベーション膜９による光電変換効率向上のメリットを製造コストの増加が打ち消すことがない。
【００４８】
また、エッチングによりダメージ除去された領域に形成された開口部１０に電極を埋め込み形成するため、埋め込み電極６全域が有効に集電電極として作用する。また、埋め込み電極６は半導体基板１の内部で３次元的に半導体基板１と接触して基板との接触面積を広く確保するため、パッシベーション膜９を設けたことにより減少した半導体基板１と電極との接触面積を補うことができ、光電変換効率を向上させることができる。そして、パッシベーション膜９によりパッシベーション効果が高まる結果、埋め込み電極６の高いキャリア捕集効果がより効果的に作用し、光電変換効率を増加させることができる。
【００４９】
さらに、実施の形態３にかかる太陽電池セルの製造方法によれば、パッシベーション膜９を形成する前に埋め込み電極６を形成する。このため、埋め込み電極６の焼成時においてパッシベーション膜９が電極成分（たとえばアルミニウムペースト）と触れて焼成されることが無く、電極成分の拡散によるパッシベーション膜９のパッシベーション効果の劣化を防止することができる。したがって、光電変換特性に優れた太陽電池セルを作製することができる。
【００５０】
したがって、実施の形態３にかかる太陽電池セルの製造方法によれば、高いキャリア捕集率を有し、光電変換効率に優れた太陽電池を得ることができる、という効果を奏する。
【００５１】
実施の形態４．
実施の形態４では、埋め込み電極６の配置間隔について説明する。実施の形態４にかかる太陽電池セルの構造は、実施の形態１にかかる太陽電池セルと埋め込み電極６の配置位置を除き同様であるので、実施の形態１での説明を参照することとして詳細な説明は省略する。
【００５２】
上述した実施の形態１にかかる太陽電池セルの構成においては、埋め込み電極６の配置間隔については特に限定されていないが、実施の形態４にかかる太陽電池セルでは、埋め込み電極６の配置間隔を半導体基板１のキャリア拡散長以下とする。すなわち、本実施の形態４にかかる太陽電池セルでは、埋め込み電極６は半導体基板１の裏面において隣接する埋め込み電極６同士の間隔が半導体基板１のキャリア拡散長以下として形成されている。
【００５３】
このように構成された実施の形態４にかかる太陽電池セルは、実施の形態１にかかる太陽電池と同様に、第２電極５として埋め込み電極６を半導体基板１の内部に備えるため、半導体基板１と第２電極５との接触面積を増加させることができ、キャリア捕集効率が向上する。また、半導体基板１の裏面にパッシベーション膜９を備えるため、半導体基板１の裏面でのキャリア再結合を防止することができ、キャリアの寿命を延ばし、埋め込み電極６におけるキャリア捕集効率がより高く向上する。
【００５４】
また、実施の形態４にかかる太陽電池セルでは、隣接する埋め込み電極６同士の間隔を半導体基板１のキャリア拡散長以下とすることで、光生成キャリアの再結合が生じる前に効率的にキャリアを埋め込み電極６で捕集することができるようになり、光電変換効率がより向上する。したがって、実施の形態４にかかる太陽電池セルによれば、より光電変換効率に優れた太陽電池セルが実現されている。
【００５５】
実施の形態５．
図５は、実施の形態５にかかる太陽電池セルを裏面（受光面と反対側の面）からみた平面図である。本実施の形態にかかる太陽電池セルは、実施の形態１にかかる太陽電池セルにおいて、半導体基板１の裏面における埋め込み電極６の形状をストライプ状とした形態である。なお、実施の形態５にかかる太陽電池セルの他の構成は実施の形態１にかかる太陽電池セルと同じであるため、詳細な説明は省略する。
【００５６】
このようなストライプ状の埋め込み電極６を形成するには、実施の形態１における製造方法において、レーザーを用いた欠陥１１の形成時にレーザーをストライプ状に走査し、エッチングを行う。これにより、ストライプ状の溝（開口部１０）が半導体基板１の裏面に形成される。その後は実施の形態１の場合と同様の処理を行うことにより、ストライプ状の埋め込み電極６が形成される。
【００５７】
このように構成された実施の形態５にかかる太陽電池セルは、実施の形態１にかかる太陽電池と同様に、第２電極５として埋め込み電極６を半導体基板１の内部に備えるため、半導体基板１と第２電極５との接触面積を増加させることができ、キャリア捕集効率が向上する。また、半導体基板１の裏面にパッシベーション膜９を備えるため、半導体基板１の裏面でのキャリア再結合を防止することができ、キャリアの寿命を延ばし、埋め込み電極６におけるキャリア捕集効率がより高く向上する。
【００５８】
また、実施の形態５にかかる太陽電池セルでは、埋め込み電極６の形状をストライプ状とすることで、半導体基板１と埋め込み電極６との接触面積が増加し、接触抵抗が減少するため、キャリア捕集効率が向上し、光電変換効率が向上する。したがって、実施の形態５にかかる太陽電池セルによれば、より光電変換効率に優れた太陽電池セルが実現されている。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
以上のように、本発明にかかる太陽電池は、光電変換効率に優れ、且つ安価な太陽電池の実現に有用である。
【符号の説明】
【００６０】
１  半導体基板
２  第２導電型層
３  反射防止膜
４  第１電極
５  第２電極
６  埋め込み電極
７  裏面側電極
８  高濃度ドープ層
９  パッシベーション膜
１０  開口部
１１  欠陥
【図１−１】
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【図１−２】
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【図２−１】
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【図２−２】
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【図２−３】
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【図２−４】
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【図２−５】
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【図２−６】
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【図２−７】
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【図３−１】
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【図３−２】
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【図４−１】
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【図４−２】
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【図４−３】
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【図４−４】
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【図４−５】
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【図４−６】
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【図５】
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