(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板と、この基板の片面に形成された上記半導体基板の導電型とは異なる導電型の高濃度ドーパント拡散層及びこの高濃度ドーパント拡散層よりもドーパント濃度が低い低濃度ドーパント拡散層を含む二段エミッタ層と、電極ペーストがスクリーン印刷され焼成されてこの二段エミッタ層の高濃度ドーパント拡散層と電気的に接続する略平行な複数の細線状の電極とを具備する太陽電池セルであって、上記高濃度ドーパント拡散層が、上記電極の形状に対応し少なくとも上記スクリーン印刷に伴う位置ずれが発生しない場合の電極と電気的に接続する略平行な複数の細線状高濃度ドーパント拡散層を有すると共に、この細線状高濃度ドーパント拡散層それぞれの長手方向に沿って幅方向片側又は両側に高濃度ドーパント拡散層が突出し、上記スクリーン印刷に伴う位置ずれが発生した場合の電極と電気的に接続する突出部を複数個有し、上記突出部が該突出部が形成された細線状高濃度ドーパント拡散層に隣接する細線状高濃度ドーパント拡散層及び他の突出部と接続していないことを特徴とする太陽電池セル。
【請求項２】
高濃度ドーパント拡散層の突出部の形状が、櫛歯状、波型状、ノコギリ刃状又はドット状である請求項１記載の太陽電池セル。
【請求項３】
高濃度ドーパント拡散層からなる細線の最大線幅部線幅が１５０μｍ以上７５０μｍ以下、最小線幅部線幅が０μｍ超１５０μｍ以下であり、上記細線長手方向に沿って互いに隣り合う最大線幅部同士の間隔が１００μｍ以上１０００μｍ以下、最小線幅部同士の間隔が１００μｍ以上１０００μｍ以下である請求項１又は２記載の太陽電池セル。
【請求項４】
前記電極がフィンガー電極である請求項１乃至３のいずれか１項記載の太陽電池セル。
【請求項５】
半導体基板の片面全面に保護膜を形成する工程と、この保護膜を部分的に除去して所定形状のパターンを形成する工程と、この保護膜上からドーパントを拡散させて、保護膜除去部分の基板表面に高濃度ドーパント拡散層を形成すると共に、保護膜形成部分の基板表面に低濃度ドーパント拡散層を形成する工程と、電極ペーストをスクリーン印刷し焼成して高濃度ドーパント拡散層と電気的に接続する略平行な複数の細線状の電極を形成する工程とを有する太陽電池セルの製造方法であって、上記高濃度ドーパント拡散層を、上記電極の形状に対応し少なくとも上記スクリーン印刷に伴う位置ずれが発生しない場合の電極と電気的に接続する略平行な複数の細線状高濃度ドーパント拡散層とすると共に、この細線状高濃度ドーパント拡散層それぞれの長手方向に沿って幅方向片側又は両側に高濃度ドーパント拡散層が突出し、上記スクリーン印刷に伴う位置ずれが発生した場合の電極と電気的に接続する突出部を複数個有し、上記突出部が該突出部が形成された細線状高濃度ドーパント拡散層に隣接する細線状高濃度ドーパント拡散層及び他の突出部と接続していない形状となるよう形成することを特徴とする太陽電池セルの製造方法。
【請求項６】
高濃度ドーパント拡散層の突出部の形状が、櫛歯状、波型状、ノコギリ刃状又はドット状である請求項５記載の太陽電池セルの製造方法。
【請求項７】
高濃度ドーパント拡散層からなる細線の最大線幅部線幅が１５０μｍ以上７５０μｍ以下、最小線幅部線幅が０μｍ超１５０μｍ以下であり、上記細線長手方向に沿って互いに隣り合う最大線幅部同士の間隔が１００μｍ以上１０００μｍ以下、最小線幅部同士の間隔が１００μｍ以上１０００μｍ以下である請求項５又は６記載の太陽電池セルの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池セル及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、民生用の太陽電池セルを製造するのに用いられている方法では、コスト低減が重要課題であり、そのため熱拡散法とスクリーン印刷法を組み合わせた方法が一般的である。その詳細は、例えば次の通りである。
まず、チョクラルスキー（ＣＺ）法で引き上げられた単結晶シリコンインゴットや、キャスト法により作製した多結晶シリコンインゴットをマルチワイヤー法でスライスすることにより得られたｐ型シリコン基板を用意する。次に、アルカリ溶液で表面のスライスダメージを取り除いた後、最大高さ１０μｍ程度の微細凹凸（テクスチャ）を表面に形成し、基板表面に熱拡散法でｎ型の拡散層を形成する。更に、受光面にはＴｉＯ2又はＳｉＮを、例えば、７０ｎｍ程度の膜厚で堆積して反射防止膜を形成する。次に、スクリーン印刷法を用い、アルミニウムを主成分とする材料を受光面の裏面全面にわたり印刷、焼成することにより裏面電極を形成する。一方、受光面電極は、銀を主成分とする材料を、例えば幅１００〜２００μｍ程度の櫛歯状に印刷、焼成することにより形成する。
【０００３】
このような民生用太陽電池セルの製造方法において、電極と拡散層のコンタクト抵抗を低くするため、電極直下部にのみ高濃度ドーパント拡散層を形成する方法が開示されている（例えば、特許文献１：特開２００４−１９３３５０号公報（シャープ株式会社）：太陽電池セルおよびその製造方法など）。この例では、半導体基板にシリコン酸化膜などのパッシベーション膜を形成し、このパッシベーション膜をフォトマスク法などの手法で部分的に取り除き、ドーパントを含む拡散剤をスピンコートなどの手法で塗布し、これを熱処理することで、パッシベーション膜を取り除いた部分には高濃度のドーパント拡散層が形成され、パッシベーション膜が取り除かれていない部分には低濃度のドーパント拡散層が形成できるとしている。
【０００４】
このような太陽電池セルの受光面側電極に関し、一般的な結晶系太陽電池セルでは、図１で示したような構造を持つものが多く見受けられる。すなわち、図１（ｂ）の太陽電池セルは、基板１の受光面側表面に、線幅が１００〜２００μｍ程度、間隔が１．５〜２．５ｍｍ程度の略平行な細線状の複数の電極２（一般に、これらをフィンガー電極と呼ぶ）が、半導体基板全体から発生する電力を集電するためにセル全面に亘って形成されている。この拡大図を図１（ａ）に示す。また、これらフィンガー電極と直交する形で、フィンガー電極で集電した電荷を更に集電し、太陽電池モジュールを作製する際、太陽電池セル同士を接続する場合や太陽電池モジュールの外へと送電する配線を接続する目的で、幅が１．０〜３．０ｍｍ程度、基板に対し１〜４本程度の比較的太い電極３（一般に、これらをバスバー電極と呼ぶ）が形成されている。
【０００５】
近年、太陽電池セルの光電変換効率を改善するため、受光面側電極のシャドーロスを少しでも低減させようと、受光面側のフィンガー電極直下に貫通孔（スルーホール）を開け、貫通孔を通して裏面側に配したバスバー電極へと接続する構造や、受光面側には全く電極がなく、裏面側にのみ電極を持つ構造の太陽電池セルが開発されているが、構造が複雑となり、製造コストが嵩むため、一般的ではない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−１９３３５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ここで、例えば前記開示例に従って民生用の太陽電池セルを作製する場合は、フォトマスク法とスピン塗布法と熱拡散法を組合せて、高濃度拡散層と低濃度拡散層からなる二段エミッタ構造を形成し、後にこの高濃度拡散層の上に電極剤ペーストをスクリーン印刷して電極を形成するわけだが、二段エミッタ層の形成方法と電極の形成方法が異なることや、電極の形成方法であるスクリーン印刷法自体がコストと生産性は優れているものの、印刷位置決め精度は十分に高いとはいえず、印刷機のアライメント精度、スクリーン製版の連続使用に対する耐久性、スクリーン印刷で使用されるスキージやスクレッパの磨耗、温度や湿度など環境変化による電極剤の物理物性の変化など、製造プロセスにおける様々な違いやバラツキにより、二段エミッタ層の高濃度拡散層と電極形成位置には少なからず位置ずれが発生する。その結果、この位置ずれ箇所はコンタクト抵抗が増大し、太陽電池セルの光電変換効率が低下するという問題があった。
【０００８】
そのため、従来は、二段エミッタ層のフィンガー部高濃度拡散層を形成する際、予め製造プロセスによるバラツキ幅を加味し、図２（ｃ），（ｄ）に示すように、後に形成されるフィンガー電極線幅より一様に太い相似形状でフィンガー部高濃度拡散層４を形成していた。なお、図２（ｄ）中、１は基板であり、５はバスバー部高濃度拡散層を示す。しかし、このフィンガー電極線幅より太い部分の高濃度拡散層（一般に、デッドエリアと呼ばれる）は、低濃度拡散層に比べキャリアの再結合中心が多いため、一様に太くし過ぎると光電変換効率が低下し、高効率な太陽電池セルが得られなくなる。また、逆にフィンガー電極線幅と同じ程度に一様に細くすると、電極との位置ずれが発生しなければ高効率な太陽電池セルは得られるが、位置ずれが発生した場合は光電変換効率が極端に低下するという問題があった。
本発明は、上記事情に鑑みなされたもので、電極形成時に高濃度拡散層と電極との間に位置ずれが生じて光電変換効率を低下させることがなく、或いは位置ずれが生じたとしても大幅に光電変換効率を低下させることがない、高効率な太陽電池セル及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは、上記目的を達成するため鋭意検討した結果、二段エミッタ構造を形成する際、高濃度ドーパント拡散層の形状を、後に形成する電極線幅より一様に太い相似形状にするのではなく、細線状の高濃度ドーパント拡散層の長手方向に沿って幅方向に所定間隔で突出した、櫛歯状、波型状、ノコギリ刃状、ドット状等の高濃度拡散層突出部を複数個有する構造とすることで、太陽電池特性を低下させず、かつ後の電極形成時に高濃度拡散層との位置ずれによる極端な特性低下を起こり難くすることができ、結果として高効率な太陽電池セルを歩留り良く製造することができることを見出し、本発明をなすに至った。
【００１０】
従って、本発明は、下記の太陽電池セル及びその製造方法を提供する。
請求項１：
半導体基板と、この基板の片面に形成された上記半導体基板の導電型とは異なる導電型の高濃度ドーパント拡散層及びこの高濃度ドーパント拡散層よりもドーパント濃度が低い低濃度ドーパント拡散層を含む二段エミッタ層と、電極ペーストがスクリーン印刷され焼成されてこの二段エミッタ層の高濃度ドーパント拡散層と電気的に接続する略平行な複数の細線状の電極とを具備する太陽電池セルであって、上記高濃度ドーパント拡散層が、上記電極の形状に対応し少なくとも上記スクリーン印刷に伴う位置ずれが発生しない場合の電極と電気的に接続する略平行な複数の細線状高濃度ドーパント拡散層を有すると共に、この細線状高濃度ドーパント拡散層それぞれの長手方向に沿って幅方向片側又は両側に高濃度ドーパント拡散層が突出し、上記スクリーン印刷に伴う位置ずれが発生した場合の電極と電気的に接続する突出部を複数個有し、上記突出部が該突出部が形成された細線状高濃度ドーパント拡散層に隣接する細線状高濃度ドーパント拡散層及び他の突出部と接続していないことを特徴とする太陽電池セル。
請求項２：
高濃度ドーパント拡散層の突出部の形状が、櫛歯状、波型状、ノコギリ刃状又はドット状である請求項１記載の太陽電池セル。
請求項３：
高濃度ドーパント拡散層からなる細線の最大線幅部線幅が１５０μｍ以上７５０μｍ以下、最小線幅部線幅が０μｍ超１５０μｍ以下であり、上記細線長手方向に沿って互いに隣り合う最大線幅部同士の間隔が１００μｍ以上１０００μｍ以下、最小線幅部同士の間隔が１００μｍ以上１０００μｍ以下である請求項１又は２記載の太陽電池セル。
請求項４：
前記電極がフィンガー電極である請求項１乃至３のいずれか１項記載の太陽電池セル。
請求項５：
半導体基板の片面全面に保護膜を形成する工程と、この保護膜を部分的に除去して所定形状のパターンを形成する工程と、この保護膜上からドーパントを拡散させて、保護膜除去部分の基板表面に高濃度ドーパント拡散層を形成すると共に、保護膜形成部分の基板表面に低濃度ドーパント拡散層を形成する工程と、電極ペーストをスクリーン印刷し焼成して高濃度ドーパント拡散層と電気的に接続する略平行な複数の細線状の電極を形成する工程とを有する太陽電池セルの製造方法であって、上記高濃度ドーパント拡散層を、上記電極の形状に対応し少なくとも上記スクリーン印刷に伴う位置ずれが発生しない場合の電極と電気的に接続する略平行な複数の細線状高濃度ドーパント拡散層とすると共に、この細線状高濃度ドーパント拡散層それぞれの長手方向に沿って幅方向片側又は両側に高濃度ドーパント拡散層が突出し、上記スクリーン印刷に伴う位置ずれが発生した場合の電極と電気的に接続する突出部を複数個有し、上記突出部が該突出部が形成された細線状高濃度ドーパント拡散層に隣接する細線状高濃度ドーパント拡散層及び他の突出部と接続していない形状となるよう形成することを特徴とする太陽電池セルの製造方法。
請求項６：
高濃度ドーパント拡散層の突出部の形状が、櫛歯状、波型状、ノコギリ刃状又はドット状である請求項５記載の太陽電池セルの製造方法。
請求項７：
高濃度ドーパント拡散層からなる細線の最大線幅部線幅が１５０μｍ以上７５０μｍ以下、最小線幅部線幅が０μｍ超１５０μｍ以下であり、上記細線長手方向に沿って互いに隣り合う最大線幅部同士の間隔が１００μｍ以上１０００μｍ以下、最小線幅部同士の間隔が１００μｍ以上１０００μｍ以下である請求項５又は６記載の太陽電池セルの製造方法。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、大量生産により少なからず発生してしまう、二段エミッタ層の高濃度ドーパント拡散層パターンと電極パターンの位置ずれに対し、光電変換効率の極端な低下を抑制し、結果として高効率な太陽電池セルを歩留り良く製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】（ｂ）は従来の太陽電池セルにおける、受光面側の電極パターンを示す概略平面図であり、（ａ）はそのフィンガー電極の一部拡大図である。
【図２】（ｄ）は従来の太陽電池セルにおける、受光面側の高濃度拡散層パターンを示す概略平面図であり、（ｃ）はそのフィンガー部高濃度拡散層の一部拡大図である。
【図３】（ｆ）は本発明の太陽電池セルにおける、受光面側の高濃度拡散層パターンの一例を示す概略平面図であり、（ｅ）はそのフィンガー部高濃度拡散層の一部拡大図である。
【図４】（Ａ）は従来パターンと本発明パターンのフィンガー部高濃度拡散層のみを示す部分拡大図であり、（Ｂ）は従来パターンと本発明パターンのフィンガー部高濃度拡散層とフィンガー電極がそれぞれ位置ずれのない状態を示す部分拡大図であり、（Ｃ）は従来パターンと本発明パターンのフィンガー部高濃度拡散層とフィンガー電極がそれぞれ位置ずれのある状態を示す部分拡大図である。
【図５】本発明のフィンガー部高濃度拡散層のみを示す部分拡大図である。
【図６】（ｈ）は本発明の太陽電池セルにおける、受光面側の高濃度拡散層パターンの他の例を示す概略平面図であり、（ｇ）はそのフィンガー部高濃度拡散層の一部拡大図である。
【図７】（ｊ）は本発明の太陽電池セルにおける、受光面側の高濃度拡散層パターンの更に他の例を示す概略平面図であり、（ｉ）はそのフィンガー部高濃度拡散層の一部拡大図である。
【図８】（ｌ）は本発明の太陽電池セルにおける、受光面側の高濃度拡散層パターンの別の例を示す概略平面図であり、（ｋ）はそのフィンガー部高濃度拡散層の一部拡大図である。
【図９】（ｎ）は本発明の太陽電池セルにおける、受光面側の高濃度拡散層パターンの更に別の例を示す概略平面図であり、（ｍ）はそのフィンガー部高濃度拡散層の一部拡大図である。
【図１０】（ｐ）は本発明の太陽電池セルにおける、受光面側の高濃度拡散層パターンの他の例を示す概略平面図であり、（ｏ）はそのフィンガー部高濃度拡散層の一部拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明するが、本発明は本実施形態に限定されるものではない。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
【００１４】
本発明の太陽電池セルは、半導体基板と、この基板の片面に形成されたこれとは異なる導電型の高濃度ドーパント拡散層及びこの高濃度ドーパント拡散層よりもドーパント濃度が低い低濃度ドーパント拡散層を含む二段エミッタ層と、この二段エミッタ層の高濃度ドーパント拡散層と電気的に接続する略平行な複数の細線状の電極とを具備する太陽電池セルであって、上記高濃度ドーパント拡散層が上記電極の形状に対応する細線状の形状を有し、この細線状高濃度ドーパント拡散層の長手方向に沿って幅方向片側又は両側に高濃度ドーパント拡散層が突出した突出部が複数個形成されてなることを特徴とする。
【００１５】
ここで、本発明の太陽電池セルに用いられる半導体基板の結晶の種類はシリコンの場合、キャスト法で作製された多結晶、もしくはチョクラルスキー（ＣＺ）法またはフロートゾーン（ＦＺ）法で作製された単結晶のどちらでも構わないが、単結晶の方が高い性能の太陽電池セルを作る上で好適である。導電型は、Ｎ型でもＰ型でも構わない。単結晶の場合の結晶面方位は後述するテクスチャを形成する際に、アルカリ溶液による異方エッチングを利用する場合は（１００）が好ましいが、研削機等を用いて物理研削する場合は、その他の結晶面方位で構わない。
【００１６】
基板比抵抗は、例えば０．１〜２０Ω・ｃｍが好ましく、特に０．５〜２Ω・ｃｍであることが高い性能の太陽電池セルを作る上で好適である。基板厚さは、薄ければ薄い程材料コストを抑えられるが、シリコンの場合は薄くし過ぎると太陽電池特性が低下し、また機械的強度も低下して製造歩留りが低下する場合がある。高い太陽電池特性と機械的強度を保つためには、１５０〜２５０μｍ程度の厚さがあることが望ましい。
【００１７】
基板のスライスダメージ除去方法については、水酸化ナトリウム水溶液を用いることができるが、水酸化カリウム等の強アルカリ水溶液を用いても構わない。また、フッ硝酸等の酸水溶液でも同様の目的を達成することが可能である。
【００１８】
太陽電池セルは、通常、表面にテクスチャと呼ばれる凹凸形状を形成するのが好ましい。その理由は、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必要があるためである。基板を１〜５質量％濃度の水酸化ナトリウムと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することにより、両面にランダムテクスチャを形成することができる。これら一つ一つの山のサイズは１〜２０μｍ程度である。他の代表的な表面凹凸構造としては、Ｖ溝、Ｕ溝が挙げられる。これらは、研削機を利用するなどしても形成可能である。また、ランダムな凹凸構造を作るには、酸エッチングやリアクティブ・イオン・エッチング等を代替法として用いることが可能である。
【００１９】
テクスチャ形成後、基板にＰＮ接合となる拡散層（エミッタ層）を形成する際、二段エミッタ構造とする方法は、上述の通り特開２００４−１９３３５０号公報に開示された方法で行うことができる。すなわち、酸素雰囲気下で半導体基板（シリコン基板）を熱処理して受光面側に膜厚３〜３０ｎｍのシリコン酸化膜等の保護膜を形成した後、この保護膜上にレジスト材料を塗布して熱処理し、フォトマスクを介して露光、現像して、レジスト材料を除去した部分のみ保護膜を部分的に取り除き、更にレジスト材料を除去して受光面電極を形成すべき部分を除く全面に保護膜を形成することができる。この保護膜は、この上からドーパントを含む拡散剤を基板内へ拡散させる際に拡散剤の濃度を調整する役割を果たす。次いで、基板全面に、保護膜上からドーパントを含む拡散剤をスピンコートなどの手法で塗布し、これを熱処理することで、保護膜を取り除いた部分には高濃度のドーパント拡散層を、保護膜を取り除かなかった部分には上記高濃度ドーパント拡散層よりもドーパント濃度が低い低濃度のドーパント拡散層を形成することができる。その後、保護膜は除去してもしなくてもよい。
【００２０】
本発明を代表する二段エミッタ構造を有する太陽電池セルを製造するためには、例えば図３（ｅ），（ｆ）で示したように、基板１上に、細線状の高濃度ドーパント拡散層の長手方向に沿って幅方向両側に櫛歯状の突出部を所定間隔で複数個持つパターン６でフィンガー部高濃度拡散層を形成すれば良い。このようなパターンは、上述したフォトマスク法等によるパターニングによって形成することができる。なお、図３（ｆ）中、５はバスバー部高濃度拡散層である。
【００２１】
図４（Ａ）には、従来パターンのフィンガー部高濃度拡散層４と、本発明パターンで形成したフィンガー部高濃度拡散層６のみを示す。ここで、表面電極（フィンガー電極）を形成する際、図４（Ａ）に示したそれぞれのフィンガー部高濃度拡散層４及び６に対し、フィンガー電極２が位置ずれのない状態で形成されると、図４（Ｂ）に示したようになる。本発明パターンによるフィンガー部高濃度拡散層６は、従来構造のフィンガー部高濃度拡散層４に比べ、デッドエリア面積を過剰に増やすことはない。一方、表面電極（フィンガー電極）を形成する際、図４（Ａ）に示したそれぞれのフィンガー部高濃度拡散層４及び６に、フィンガー電極２が位置ずれのある状態で形成されると、図４（Ｃ）に示したようになる。フィンガー部高濃度拡散層４及び６とフィンガー電極２は、それぞれ同程度の位置ずれにも関わらず、従来技術の二段エミッタ構造を持つ太陽電池セルでは、フィンガー部高濃度拡散層４とフィンガー電極２が全く重なっていないが、一方、本発明の二段エミッタ構造を持つ太陽電池セルでは、フィンガー部高濃度拡散層６の突出部とフィンガー電極２が部分的にコンタクトすることができる。
【００２２】
本発明において、図５に示すように、フィンガー部高濃度拡散層の最大線幅部線幅Ｗ1は１５０〜７５０μｍの範囲が好ましく、フィンガー部高濃度拡散層の最小線幅部線幅Ｗ2は０〜１５０μｍの範囲が好ましい。また、フィンガー部高濃度拡散層長手方向に沿って互いに隣り合う最大線幅部同士の間隔ｗ1は１００〜１０００μｍの範囲であることが好ましく、最小線幅部同士の間隔ｗ2は１００〜１０００μｍで組み合わされていることが望ましい。これらの寸法範囲から外れると、フィンガー部高濃度拡散層とフィンガー電極に位置ずれが無くても、従来技術による太陽電池セルに比べて光電変換効率が低くなる場合がある。また、位置ずれが発生した場合にも、光電変換効率の低下量が増大するなど、本発明による効果が得られなくなる場合がある。
【００２３】
本発明における細線状パターンの両側もしくは片側に突出部を複数個持つ形状に形成された高濃度拡散層は、必ずしも図３で示したように、細線パターンに対して両側線対称に突出部がある必要はなく、例えば図６（ｇ），（ｈ）で示したように、非対称に突出部があるパターン７でも良く、また図７（ｉ），（ｊ）のようにパターン８の突出部は前記寸法範囲内であれば良く、また図８（ｋ），（ｌ）に示したように突出部が波型パターン９でも良く、また図９（ｍ），（ｎ）に示したように突出部がノコギリ刃パターン１０でも良く、また図１０（ｏ），（ｐ）に示したように突出部がドット状パターン１１でも良く、結果として過剰にデッドエリア面積を増やすことなく、実質的にフィンガー部高濃度拡散層の最大線幅を広げることができるパターンであればどんな形状であっても良い。
【００２４】
パターン形成された保護膜上にドーパントを含む拡散剤を塗布後、熱処理してドーパント拡散層（エミッタ層）を形成するが、熱処理方法としては、例えばドーパントを含む拡散剤を塗布した基板をボートに溝立てするなどして熱処理炉に入れ、所定の熱プロファイルで処理することによって実施できる。この際、使用するボート及び炉心管は、石英や炭化珪素（ＳｉＣ）などの材料を用いることができる。純度とコストの面からは石英製が好ましい。熱プロファイルについては、拡散剤に含まれるドーパントの種類と濃度及び他の成分、基板への拡散剤の塗布量などにより異なる。例えば、リンを含む拡散剤を用いた場合は８５０〜９５０℃で１０〜１２０分程度処理することで実施できる。
【００２５】
拡散熱処理時のプロセスガスとしては、様々な種類のガスを用いることができるが、純度とコストを加味して考えた場合、例えば窒素と酸素などを用いることができる。プロセスガスの流量は使用する熱処理炉の容量により異なるが、例えば炉心管が内径１５０〜３５０ｍｍ、長さ１５００〜３５００ｍｍ程度のものを使用する場合、窒素５〜４０Ｌ／ｍｉｎ、酸素０．０２５〜０．２０Ｌ／ｍｉｎ程度の流量で流せば良い。なお、拡散層は、上記方法以外にも、気相拡散法、イオン注入法等により形成することができる。
【００２６】
ここで、本発明において、高濃度拡散層のドーパント表面濃度は、４×１０20〜１×１０21ｃｍ-3が好ましく、より好ましくは５×１０20〜１×１０21ｃｍ-3である。また、低濃度拡散層のドーパント表面濃度は６×１０19〜３×１０20ｃｍ-3が好ましく、より好ましくは６×１０19〜２×１０20ｃｍ-3である。
【００２７】
前記方法によりドーパントを拡散させた後、例えば、ここで接合分離処理を実施することができる。接合分離とは、太陽電池セルの正極電極と負極電極が同一導電型のドーパント拡散層により繋がることで短絡し、特性が低下することを防ぐため、拡散層を部分的に除去するなどして、正極電極と負極電極が同一導電型のドーパント拡散層で繋がらない構造にすることである。接合分離の方法としては、ドライエッチングやウェットエッチングなど、基板をエッチングする方法、研削機を用いた物理研削法、レーザー光線を用いたアブレーション法など、いずれの方法でも良い。また接合分離は、必ずしも拡散熱処理後に実施する必要はない。
【００２８】
拡散熱処理を行った基板表面にはドーパントガラス層（リンの場合はリンガラス）が形成されており、表面再結合中心となるため、フッ化水素などを用いてドーパントガラス層を除去する。使用した拡散剤によっては、フッ化水素だけでは除去しきれない場合もあるので、引続き半導体の一般的な洗浄を加えても良い。一般的な洗浄とは、アンモニアと過酸化水素水を用いたものや、塩酸と過酸化水素水を用いた洗浄などがある。
【００２９】
次に、エミッタ層上に反射防止膜（表面保護膜）を堆積する。膜の種類としては、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、酸化アルミニウム膜、二酸化チタン膜、酸化亜鉛膜、酸化スズ膜などがあるが、エミッタ層の導電型により適切な膜の種類が異なり、また高機能の反射防止膜として機能させるには膜形成する順序及び膜厚が異なる。例えば、リンの拡散層上には、２５０ｋＨｚの周波数を持つダイレクトプラズマＣＶＤ装置を用いてシリコン窒化膜を形成することで、表面保護膜兼反射防止膜とすることができる。この際のシリコン窒化膜の膜厚は、反射防止膜も兼ねさせるため７０〜１００ｎｍが適している。また、形成法も前記以外にリモートプラズマＣＶＤ法、コーティング法、真空蒸着法等があるが、経済的な観点から、シリコン窒化膜をプラズマＣＶＤ法によって形成するのが好適である。更に、反射防止膜上にトータルの反射率が最も小さくなるような条件、例えば二フッ化マグネシウム膜といった屈折率が１〜２の間の膜を形成すれば、反射率が更に低減し、生成電流密度は高くなる。
【００３０】
次に、スクリーン印刷機を用い、表面（受光面）及び裏面（非受光面）に、銀又はアルミニウムを含む電極ペーストを塗布し、所定の熱プロファイルで焼成することで、表面及び裏面電極を形成できる。これら電極形成法は、真空蒸着法、スパッタリング法等があり、印刷法だけによらなくとも可能である。この際、表面側に形成する電極パターンは、上述した通り、図１に示したようなパターンが一般的であり、フィンガー電極２は幅１００〜２００μｍ程度、間隔は１．５〜２．５ｍｍ程度が好ましく、バスバー電極３は幅１〜３ｍｍ程度、基板に対して１〜４本程度が好ましい。裏面側電極の形状は、特に制限されないが、表面電極と同様なパターンもしくは、裏面全体に電極を形成することができる。
【実施例】
【００３１】
以下、実施例及び比較例を示し、本発明を具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に制限されるものではない。
【００３２】
［実施例１］
以下の条件を採用し、下記工程に従って太陽電池セルを製造した。
（１）結晶はＣＺ法で製造されたガリウムドープｐ型単結晶、アズスライス比抵抗１．５〜２．９Ω・ｃｍ、面方位（１００）、厚さ２００μｍ、１５６．５ｍｍ角のシリコン基板を用意し、４０質量％水酸化ナトリウム水溶液に浸し、スライスによって生じたダメージ層をエッチングで取り除き、５質量％の水酸化ナトリウムにイソプロピルアルコールを加えた水溶液に浸漬して両面にランダムテクスチャを形成した。
（２）この基板を酸素雰囲気下で９００℃、３０分間ドライ酸化し、シリコン酸化膜を１５ｎｍの膜厚で形成した。
（３）得られた基板の受光面側にフォトレジストをスピン塗布し、１００℃、２０分間ベーキングを行い、図３に示すフィンガー部パターンに対応するガラスマスク（非図示）をそれぞれ用いて、レジスト膜を露光、現像した。
（４）次いで、５質量％のフッ化水素水溶液に浸漬し、現像によりフォトレジストを除去した部分のみシリコン酸化膜を除去し、更にアセトンディップ、硫酸ボイルによって残りのレジスト膜を完全に除去した。
（５）パターン形成されたシリコン酸化膜上に、リン酸を含む塗布剤をスピン塗布し、８０℃、３分間ベーキングした。
（６）次に、９００℃、４０分間の拡散熱処理を行った。
以上の工程により、最終的に得られる二段エミッタの高濃度拡散層パターンが、下記の寸法となるように調整した（図５参照）。
フィンガー部高濃度拡散層パターン本数：７８本
フィンガー部高濃度拡散層パターン長手方向長さ：１５５ｍｍ
フィンガー部高濃度拡散層パターン最大線幅Ｗ1：２５０μｍ
隣り合う最大線幅部同士の間隔ｗ1：１５０μｍ
フィンガー部高濃度拡散層パターン最小線幅Ｗ2：１００μｍ
隣り合う最小線幅部同士の間隔ｗ2：１５０μｍ
バスバー部高濃度拡散層パターン本数：３本
バスバー部高濃度拡散層パターン長手方向長さ：１５４ｍｍ
バスバー部高濃度拡散層パターン線幅：１．２ｍｍ
【００３３】
拡散熱処理後に得られた代表サンプルを、顕微鏡を用いて寸法測定したところ、以下の通りであった。
フィンガー部高濃度拡散層パターン最大線幅Ｗ1（面内５点平均）：２５５μｍ
隣り合う最大線幅部同士の間隔ｗ1（面内５点平均）：１４４μｍ
フィンガー部高濃度拡散層パターン最小線幅Ｗ2（面内５点平均）：１０６μｍ
隣り合う最小線幅部同士の間隔ｗ2（面内５点平均）：１４５μｍ
【００３４】
（７）続いて、プラズマエッチング装置を用いて基板外周部を数μｍエッチングし、接合分離を行った。
（８）表面に形成されたリンガラスをフッ酸でエッチングした後、アンモニアと過酸化水素水の混合液で洗浄し、乾燥させた。
（９）次に、２５０ｋＨｚの周波数を持つダイレクトプラズマＣＶＤ装置を用い、４５０℃の雰囲気下において、シリコン窒化膜を１００ｎｍの膜厚で形成した。
（１０）電極形成は、スクリーン印刷機を用い、まず非受光面側に銀を含む電極ペーストをバスバー部に塗布し、それ以外の部分全面にアルミニウムを含む電極ペーストを塗布し、次に受光面側に銀を含む電極ペーストを前記フィンガー部高濃度拡散層パターンと正確に重なるように、図１に示す電極パターンで、以下の本数と寸法となるよう塗布した後、７８０℃、１０秒間のピーク部を持つ焼成プロファイルで焼成することで、表面及び裏面電極を形成した。
フィンガー部電極本数：７８本
フィンガー部電極長手方向長さ：１５５ｍｍ
フィンガー部電極線幅：１００μｍ
バスバー部電極本数：３本
バスバー部電極長手方向長さ：１５４ｍｍ
バスバー部電極線幅：１．２ｍｍ
【００３５】
［比較例１］
実施例１の太陽電池セルの製造方法において、レジスト膜を露光、現像して部分的に除去する際、図２に示す従来パターンのガラスマスクを用意し、最終的に得られる二段エミッタの高濃度拡散層パターンが、下記の寸法となるように調整した以外は、実施例１と同様に行った。
フィンガー部高濃度拡散層パターン本数：７８本
フィンガー部高濃度拡散層パターン長手方向長さ：１５５ｍｍ
フィンガー部高濃度拡散層パターン線幅：２００μｍ
バスバー部高濃度拡散層パターン本数：３本
バスバー部高濃度拡散層パターン長手方向長さ：１５４ｍｍ
バスバー部高濃度拡散層パターン線幅：１．２ｍｍ
【００３６】
拡散熱処理後に得られた代表サンプルを、顕微鏡を用いて寸法測定したところ、以下の通りであった。
フィンガー部高濃度拡散層パターン線幅（面内５点平均）：２０６μｍ
【００３７】
上述の実施例１及び比較例１でそれぞれ作製した１５６．５ｍｍ角の太陽電池セルを、２５℃の雰囲気の中、ソーラーシミュレータ（光強度：１ｋＷ／ｍ2、スペクトル：ＡＭ１．５グローバル）の下で電流電圧特性を測定した。
表１に実施例１及び比較例１により作製した太陽電池セル各２０００枚の、諸特性平均値と標準偏差値を示す。
【００３８】
【表１】
0005408022.tif 000002
表１より、比較例１に比べ実施例１は太陽電池セルの光電変換効率のバラツキが減少し、歩留りが改善された。
【符号の説明】
【００３９】
１  基板
２  フィンガー電極
３  バスバー電極
４  従来パターンのフィンガー部高濃度拡散層
５  バスバー部高濃度拡散層
６，７，８，９，１０，１１  本発明のフィンガー部高濃度拡散層
Ｗ1  高濃度ドーパント拡散層の最大線幅部線幅
Ｗ2  高濃度ドーパント拡散層の最小線幅部線幅
ｗ1  高濃度ドーパント拡散層の細線長手方向における最大線幅部同士の間隔
ｗ2  高濃度ドーパント拡散層の細線長手方向における最小線幅部同士の間隔
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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