(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｎ型の結晶質シリコン基板を準備するステップと、
前記基板の表面、裏面及び側面上に熱拡散制御膜を形成するステップと、
前記熱拡散制御膜の形成された基板の裏面上にｐ型不純物イオンをイオン注入してｐ型不純物領域を形成するステップと、
前記ｐ型不純物領域の形成された基板の裏面が選択的に露出するように前記熱拡散制御膜をパターニングするステップと、
熱拡散工程を実施して露出した基板の裏面領域に高濃度裏面電界層（ｎ+）を形成するとともに前記基板の表面部に低濃度表面電界層（ｎ-）を形成し、前記ｐ型不純物領域を活性化させてｐ+エミッタ領域を形成するステップとを含み、
前記熱拡散制御膜をパターニングするステップは、前記ｐ型不純物領域の深さに相当する厚みで、前記高濃度裏面電界層（ｎ+）が形成される部位の熱拡散制御膜及び基板の厚みの一部を除去することを特徴とする裏面電極型の太陽電池の製造方法。
【請求項２】
前記高濃度裏面電界層（ｎ+）が形成される部位の熱拡散制御膜及び基板の厚みの一部を除去する方法では、
前記高濃度裏面電界層（ｎ+）が形成される部位の熱拡散制御膜上にレーザーを照射して熱拡散制御膜及び基板の厚みの一部を除去することを特徴とする請求項１に記載の裏面電極型の太陽電池の製造方法。
【請求項３】
前記高濃度裏面電界層（ｎ+）が形成される部位の熱拡散制御膜及び基板の厚みの一部を除去する方法では、
前記高濃度裏面電界層（ｎ+）が形成される部位の熱拡散制御膜上にエッチングペーストを塗布して熱拡散制御膜及び基板の厚みの一部を除去することを特徴とする請求項１に記載の裏面電極型の太陽電池の製造方法。
【請求項４】
前記高濃度裏面電界層（ｎ+）が形成される部位の熱拡散制御膜及び基板の厚みの一部を除去する方法では、
前記高濃度裏面電界層（ｎ+）が形成される部位の熱拡散制御膜及び基板の厚みの一部を反応性イオンエッチングにて除去することを特徴とする請求項１に記載の裏面電極型の太陽電池の製造方法。
【請求項５】
ｎ型の結晶質シリコン基板を準備するステップと、
前記基板の表面、裏面及び側面上に熱拡散制御膜を形成するステップと、
前記熱拡散制御膜の形成された基板の裏面上にｐ型不純物イオンをイオン注入してｐ型不純物領域を形成するステップと、
前記ｐ型不純物領域の形成された基板の裏面上に拡散防止膜を形成するステップと、
前記基板の裏面が選択的に露出するように前記熱拡散制御膜及び拡散防止膜をパターニングするステップと、
熱拡散工程を実施して露出した基板の裏面領域に高濃度裏面電界層（ｎ+）を形成するとともに前記基板の表面部に低濃度表面電界層（ｎ-）を形成し、前記ｐ型不純物領域を活性化させてｐ+エミッタ領域を形成するステップとを含み、
前記熱拡散制御膜及び拡散防止膜をパターニングするステップは、前記ｐ型不純物領域の深さに相当する厚さで、前記高濃度裏面電界層（ｎ+）が形成される部位の熱拡散制御膜、拡散防止膜及び基板の厚みの一部を除去することを特徴とする裏面電極型の太陽電池の製造方法。
【請求項６】
前記高濃度裏面電界層（ｎ+）が形成される部位の熱拡散制御膜、拡散防止膜及び基板の厚みの一部を除去する方法では、
前記高濃度裏面電界層（ｎ+）が形成される部位の熱拡散制御膜上にレーザーを照射して熱拡散制御膜、拡散防止膜及び基板の厚みの一部を除去することを特徴とする請求項７に記載の裏面電極型の太陽電池の製造方法。
【請求項７】
前記高濃度裏面電界層（ｎ+）が形成される部位の熱拡散制御膜、拡散防止膜及び基板の厚みの一部を除去する方法では、
前記高濃度裏面電界層（ｎ+）が形成される部位の熱拡散制御膜、拡散防止膜及び基板の厚みの一部を反応性イオンエッチングにて除去することを特徴とする請求項７に記載の裏面電極型の太陽電池の製造方法。
【請求項８】
前記基板の表面に形成された熱拡散制御膜の厚さは、前記基板の裏面及び側面に形成された熱拡散制御膜よりも相対的に小さいことを特徴とする請求項１または７に記載の裏面電極型の太陽電池の製造方法。
【請求項９】
前記ｐ+エミッタ領域の面抵抗は、１０〜６０Ω／ｓｑ．であることを特徴とする請求項１または７に記載の裏面電極型の太陽電池の製造方法。
【請求項１０】
前記高濃度裏面電界層（ｎ＋）の面抵抗は、１０〜８０Ω／ｓｑ．であることを特徴とする請求項１または７に記載の裏面電極型の太陽電池の製造方法。
【請求項１１】
前記低濃度表面電界層（ｎ-）の面抵抗は、５０〜１５０Ω／ｓｑ．であることを特徴とする請求項１または７に記載の裏面電極型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、裏面電極型の太陽電池の製造方法に係り、より詳しくは、基板の裏面部にｐ+領域とｎ+領域を形成するに際してイオン注入を利用したドーピング工程と熱拡散工程とを組み合わせて工数を最小化することができる裏面電極型の太陽電池の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池は、太陽光を直接電気へと変換させる太陽光発電の核心素子であって、基本的にｐ−ｎ接合からなるダイオード（ｄｉｏｄｅ）であると言える。太陽光が太陽電池によって電気へと変換される過程を説明すると、太陽電池のｐ−ｎ接合部に太陽光が入射すると電子・正孔対が生成され、電場によって電子はｎ層に、正孔はｐ層に移動することでｐ−ｎ接合部の間に光起電力が発生し、太陽電池の両端に負荷やシステムを接続すると電流が流れることで電力を生産することができるようになる。
【０００３】
一方、一般的な太陽電池の構造を説明すると、表面と裏面にそれぞれ表面電極と裏面電極が具備される構造を有し、受光面である表面に表面電極が具備されることで、表面電極の面積分受光面積が減少するようになる。このような受光面積の減少という問題を解決するために裏面電極型の太陽電池が提案された。裏面電極型の太陽電池は、太陽電池の裏面上に（＋）電極と（−）電極を具備させ、太陽電池の表面の受光面積を極大化することを特徴とする。
【０００４】
図１は、米国登録特許７,３３９,１１０号に提示された裏面電極型の太陽電池の断面図である。図１を参考すると、シリコン基板の裏面部にｐ型不純物イオンが注入された領域であるｐ+領域とｎ型不純物イオンが熱拡散によって注入された領域であるｎ+領域が具備され、ｐ+領域とｎ+領域上にくし型（ｉｎｔｅｒｄｉｇｉｔａｔｅｄ）の金属電極５０、５２が具備された構造をなす。
【０００５】
一方、米国登録特許７,３３９,１１０号に開示された裏面電極型の太陽電池の製造方法を説明すると、ｐ+領域とｎ+領域を形成するためにそれぞれ熱拡散工程を行い、それぞれの熱拡散工程によって生成された酸化膜を除去しなければならない。このとき、ｎ+領域の形成のための熱拡散工程を行う際、ｎ+領域を限定するためにｐ+領域の形成の際に生成された酸化膜を選択的にパターニングする工程の追加を余儀なくされる。
【０００６】
このように従来の裏面電極型の太陽電池の製造方法では、２回の熱拡散工程が必ず要求され、酸化膜のパターニング及びエッチングマスクのパターニングなどのために少なくとも４回以上のフォトリソグラフィ工程及びエッチング工程が要求されるなど、工程が極めて複雑になるという不具合がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許第７３３９１１０号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、前記のような問題点を解決するためになされたものであって、基板の裏面部にｐ+領域とｎ+領域を形成するに際してイオン注入を利用したドーピング工程と熱拡散工程とを組み合わせて工数を最小化することができる裏面電極型の太陽電池の製造方法を提供することにその目的がある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記目的を達成するための本発明に係る裏面電極型の太陽電池の製造方法は、ｎ型の結晶質シリコン基板を準備するステップと、前記基板の表面、裏面及び側面上に熱拡散制御膜を形成するステップと、前記基板の裏面上にｐ型不純物イオンをイオン注入してｐ型不純物領域を形成するステップと、前記基板の裏面が選択的に露出するように前記熱拡散制御膜をパターニングするステップ、及び熱拡散工程を実施して露出した基板の裏面領域に高濃度裏面電界層（ｎ+）を形成するとともに前記基板の表面部に低濃度表面電界層（ｎ-）を形成し、前記ｐ型不純物領域を活性化させてｐ+エミッタ領域を形成するステップと、を含んでなることを特徴とする。
【００１０】
前記基板の裏面が選択的に露出するように前記熱拡散制御膜をパターニングするステップでは、前記高濃度裏面電界層（ｎ+）が形成される部位の熱拡散制御膜及び基板の厚みの一部を除去することができる。また、前記高濃度裏面電界層（ｎ+）が形成される部位の熱拡散制御膜及び基板の厚みの一部を除去する方法では、前記高濃度裏面電界層（ｎ+）が形成される部位の熱拡散制御膜上にレーザーを照射して熱拡散制御膜及び基板の厚みの一部を除去するか、前記高濃度裏面電界層（ｎ+）が形成される部位の熱拡散制御膜上にエッチングペーストを塗布して熱拡散制御膜及び基板の厚みの一部を除去することができ、前記高濃度裏面電界層（ｎ+）が形成される部位の熱拡散制御膜及び基板の厚みの一部を反応性イオンエッチングにて除去することができる。このとき、除去される基板の厚みは、前記ｐ型不純物領域の深さに相当してよい。
【００１１】
本発明に係る裏面電極型の太陽電池の製造方法は、ｎ型の結晶質シリコン基板を準備するステップと、前記基板の表面、裏面及び側面上に熱拡散制御膜を形成するステップと、前記基板の裏面上にｐ型不純物イオンをイオン注入してｐ型不純物領域を形成するステップと、前記基板の裏面上に拡散防止膜を形成するステップと、前記基板の裏面が選択的に露出するように前記熱拡散制御膜及び拡散防止膜をパターニングするステップ、及び熱拡散工程を実施して露出した基板の裏面領域に高濃度裏面電界層（ｎ+）を形成するとともに前記基板の表面部に低濃度表面電界層（ｎ-）を形成し、前記ｐ型不純物領域を活性化させてｐ+エミッタ領域を形成するステップと、を含んでなることを他の特徴とする。
【００１２】
前記基板の表面に形成された熱拡散制御膜の厚みは、前記基板の裏面及び側面に形成された熱拡散制御膜よりも相対的に小さいことが好ましい。前記ｐ+エミッタ領域の面抵抗は、１０〜６０Ω／ｓｑ．であってよく、前記高濃度裏面電界層（ｎ＋）の面抵抗は、１０〜８０Ω／ｓｑ．であってよく、前記低濃度表面電界層（ｎ-）の面抵抗は、５０〜１５０Ω／ｓｑ．であってよい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る裏面電極型の太陽電池の製造方法は、次のような効果がある。
一回のイオン注入工程と一回の熱拡散工程にて裏面電界を容易に形成することができ、パターニング作業を最小化することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】従来技術に係る裏面電極型の太陽電池の構成図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る裏面電極型の太陽電池の製造方法を説明するための流れ図である。
【図３ａ】〜
【図３ｆ】本発明の第１の実施形態に係る裏面電極型の太陽電池の製造方法を説明するための工程断面図である。
【図４ａ】〜
【図４ｇ】本発明の第２の実施形態に係る裏面電極型の太陽電池の製造方法を説明するための工程断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照して本発明の一実施形態に係る裏面電極型の太陽電池の製造方法を詳しく説明することにする。図２は、本発明の第１の実施形態に係る裏面電極型の太陽電池の製造方法を説明するための流れ図であり、図３ａないし図３ｆは、本発明の第１の実施形態に係る裏面電極型の太陽電池の製造方法を説明するための工程断面図である。
【００１６】
先ず、図２及び図３ａに示すように第１の導電型の結晶質シリコン基板３０１を準備し（Ｓ２０１）、前記第１の導電型のシリコン基板３０１の表面に凹凸３０２が形成されるようにテクスチャリング（ｔｅｘｔｕｒｉｎｇ）工程を行う（Ｓ２０２）。前記テクスチャリング工程は、基板３０１表面における光反射を低減するためのものであり、湿式エッチング方法または反応性イオンエッチング（ｒｅａｃｔｉｖｅ ｉｏｎ ｅｔｃｈｉｎｇ）などの乾式エッチング方法を用いて行うことができる。ここで、前記表面の凹凸構造は受光面、すなわち、表面だけに形成することが好ましい。また、前記第１の導電型は、ｐ型またはｎ型であり、後述する第２の導電型は第１の導電型の逆であり、以下の説明では、第１の導電型はｎ型であることを基準にする。
【００１７】
テクスチャリング工程が完了した状態で、図３ｂに示すように、前記基板３０１周りに沿って所定の厚みの熱拡散制御膜３０３を形成する（Ｓ２０３）。前記熱拡散制御膜３０３は、後述する熱拡散工程を行う際に一部の領域における熱拡散程度を制御する役割を果たし、イオン注入（ｉｏｎ ｉｍｐｌａｎｔａｔｉｏｎ）が可能な程度にその厚みが設定されている必要がある。このとき、後述する不純物イオン注入の際、イオン注入は、イオン粒子状態で注入される各種の方式をいずれも含み、具体的に、イオン注入、イオンドーピング、プラズマドーピング、プラズマイオンシャワーリングのいずれかを用いることができる。
【００１８】
また、熱拡散工程を行う際に、基板３０１表面部へのｐ+またはｎ+不純物の拡散を可能にするために前記基板３０１表面上の熱拡散制御膜３０３は、裏面及び側面よりもその厚みを小さくすることもできる。前記熱拡散制御膜３０３は、一実施例として、シリコン酸化膜（ＳｉＯ２）またはＳＯＧ（ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｘｉｄｅ ｇｌａｓｓ）などからなるものであってよく、ＰＥＣＶＤ（ｐｌａｓｍａ ｅｎｈａｎｃｅｄ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、熱酸化、湿式酸化、スピンオン方式、スプレー方式、スパッタリング方式などの各種の薄膜積層方法にて形成されていてよい。
【００１９】
前記熱拡散制御膜３０３が前記基板３０１の表面、裏面及び側面上に積層された状態で、図３ｃに示すように、前記基板３０１裏面上に第２の導電型の不純物イオン、すなわち、ホウ素（Ｂ）などのｐ型不純物イオンを注入してｐ型不純物領域３０４を形成する（Ｓ２０４）。このとき、注入されるイオンは、前記熱拡散制御膜３０３を通って基板３０１裏面部の所定の領域に注入されなければならないが、これは、イオン注入エネルギーにて制御可能であり、１０〜５０ｋｅＶ程度が好ましい。これとともに、前記ｐ型不純物イオンの注入方法は、イオン注入（ｉｏｎ ｉｍｐｌａｎｔｉｎｇ）、イオンドーピング（ｉｏｎ ｄｏｐｉｎｇ）、プラズマドーピング（ｐｌａｓｍａ ｄｏｐｉｎｇ）方法のいずれかを用いることができる。
【００２０】
また、前記ｐ型不純物領域３０４は、後述する熱拡散工程によって活性化されるが、活性化されたｐ+エミッタ領域３０７の面抵抗が１０〜６０Ω／ｓｑ．になるように、前記ｐ型不純物領域３０４の形成の際にそれに応じた濃度のイオンが注入される必要があり、ｐ+エミッタ領域３０７の深さは、０.３〜２μｍ程度になるようにすることが好ましい。
【００２１】
前記ｐ型不純物領域３０４が形成された状態で、図３ｄに示すように、高濃度裏面電界層（ｎ+）３０５が形成される部位に相当する基板３０１裏面の熱拡散制御膜３０３及び基板の厚みの一部を選択的に除去する（Ｓ２０５）。このとき、熱拡散制御膜を除去するとともに基板の厚みの一部を除去する理由は、ｐ型不純物領域を除去することで後述する熱拡散工程によって生成される高濃度裏面電界層（ｎ+）の濃度がｐ型不純物領域によって影響を受けることを最小化するためである。
【００２２】
前記熱拡散制御膜３０３及び基板３０１の厚みの一部を選択的に除去する方法としては、レーザー除去法（ｌａｓｅｒ ａｂｌａｔｉｏｎ）が用いられていてよい。すなわち、高濃度裏面電界層（ｎ+）３０５が形成される部位の熱拡散制御膜３０３上にレーザーを照射して当該部位の熱拡散制御膜３０３及び基板の厚みの一部を除去することができる。このとき、レーザーの照射によって除去される基板３０１の厚さは、前記ｐ型不純物領域３０４の深さ程度が好ましい。
【００２３】
また、前記レーザー除去法のほか、エッチングペーストを利用することもできる。具体的に、前記高濃度裏面電界層（ｎ+）が形成される部位の熱拡散制御膜３０３上にインクジェット方式またはスクリーン印刷方式にてエッチングペーストを塗布することで当該部位の熱拡散制御膜３０３及び基板３０１の厚みの一部を除去することができる。上述した方法のほか、反応性イオンエッチング（ｒｅａｃｔｉｖｅ ｉｏｎ ｅｔｃｈｉｎｇ）方法などの乾式エッチング方法を用いることもできる。
【００２４】
一方、前記熱拡散制御膜３０３及び基板３０１の厚みの一部を選択的に除去するに際して、１次的に前記熱拡散制御膜３０３を除去した後、２次的にアルカリ水溶液などを利用して基板の厚みの一部をエッチングして、除去するとともに、前記熱拡散制御膜の除去の際に損傷された基板を治癒することができる。
【００２５】
このような状態で、図３ｅに示すように、熱拡散工程を実施して高濃度裏面電界層（ｎ+）３０５と低濃度表面電界層（ｎ-）３０６とを同時に形成するとともに、前記ｐ型不純物領域３０４を活性化させてｐ+エミッタ領域３０７を形成する（Ｓ２０６）。具体的に、チャンバ内に前記シリコン基板３０１を具備させ、前記チャンバ内に第１の導電型不純物イオン、すなわち、ｎ型不純物イオンを含むガス（例えば、ＰＯＣｌ３）を供給してリン（Ｐ）イオンが基板３０１内部へ拡散されるようにする。このとき、熱拡散制御膜３０３が除去されて基板３０１裏面の露出した部位は、熱拡散制御膜３０３が具備された部位に比べて相対的に不純物イオンの拡散程度が大きくなっており、これによって基板３０１裏面が露出した部位には高濃度裏面電界層（ｎ+）３０５が形成され、熱拡散制御膜３０３が具備された基板３０１表面部には低濃度表面電界層（ｎ-）３０６が形成される。このとき、前記高濃度裏面電界層（ｎ+）３０５と低濃度表面電界層（ｎ-）３０６は、それぞれ１０〜８０Ω／ｓｑ．、５０〜１５０Ω／ｓｑ.の面抵抗を有するように不純物イオンの濃度を調節することが好ましく、これとともに、前記高濃度裏面電界層（ｎ+）３０５と低濃度表面電界層（ｎ-）３０６は、それぞれ０．２〜１．５μｍ、０．１〜０．４μｍの深さを有することが好ましい。ここで、前記第１の導電型不純物イオンがｐ型の場合、前記ＰＯＣｌ３ガスの代りにＢＢｒ３ガスが利用されていてよい。
【００２６】
一方、前記ｎ型不純物イオンの熱拡散工程は、上述したような気相のガスを利用する方法のほか、ｎ型不純物イオンが含まれた溶液、例えば、リン酸（Ｈ３ＰＯ４）溶液またはリン（Ｐ）が含有されている材料中に前記シリコン基板３０１を沈積するか、スプレー方式による塗布またはスピンオン方式を用いたコーティングなどにより表面に膜を形成させ、後続の熱処理にてリン（Ｐ）イオンが基板３０１内部に拡散されるようにして高濃度裏面電界層（ｎ+）３０５と低濃度表面電界層（ｎ-）３０６を形成する方法を用いることもできる。
【００２７】
次いで、図３ｆに示すように、前記熱拡散制御膜３０３及び前記熱拡散工程の副産物であるＰＳＧ膜を除去すれば、本発明の一実施形態に係る裏面電極型の太陽電池の製造方法が完了する。
【００２８】
次に、本発明の第２の実施形態に係る裏面電極型の太陽電池の製造方法を説明することにする。図４ａないし図４ｇは、本発明の第２の実施形態に係る裏面電極型の太陽電池の製造方法を説明するための工程断面図である。
【００２９】
本発明の第２の実施形態は、熱拡散工程を行う際にｐ+エミッタ領域３０７へｎ型不純物イオンが拡散していくことを完壁に遮断することに特徴がある。これを実現するために、図４ｄに示すように、ｐ型不純物領域３０４が形成された状態で基板３０１裏面の熱拡散制御膜３０３上に拡散防止膜４０１を積層した後、図４ｅに示すように、高濃度裏面電界層（ｎ+）３０５が形成される部位の熱拡散制御膜３０３、拡散防止膜４０１、及び基板の厚みの一部を選択的に除去して基板３０１裏面を露出させ、このような状態で図４ｆに示すように熱拡散工程を実施して高濃度裏面電界層（ｎ+）３０５及び低濃度表面電界層（ｎ-）３０６を形成して前記ｐ型不純物領域３０４を活性化させてｐ+エミッタ領域３０７を形成する。このとき、拡散防止膜４０１は、代表的な実例として、シリコン窒化膜（ＳｉＮｘ）、ＳＯＧ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｘｉｄｅ Ｇｌａｓｓ）、真性非晶質シリコン（Ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ ａｍｏｒｐｈｏｕｓ ｓｉｌｉｃｏｎ）膜などの前記に相応する絶縁膜質の特性を有する膜が適合する。そして、図４ｇに示すように、前記熱拡散制御膜３０３と前記拡散防止膜４０１とが除去される。一方、テクスチャリング工程、熱拡散制御膜３０３の形成、ｐ型不純物領域３０４の形成工程は、第１の実施形態のそれらと同様であり、その詳細な説明は省略することにする。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
一回のイオン注入工程と一回の熱拡散工程にて裏面電界を容易に形成することができ、パターニング作業を最小化することができるようになる。
【図１】
0005518212.tif 000002
【図２】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図３ｃ】
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【図３ｄ】
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【図３ｅ】
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【図３ｆ】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図４ｃ】
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【図４ｄ】
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【図４ｅ】
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【図４ｆ】
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【図４ｇ】
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