(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
結晶シリコン太陽電池の製造方法であって、
第１導電型の結晶シリコン半導体部の全面に第２導電型の結晶シリコン半導体部を形成して前記第１導電型の結晶シリコン半導体部と前記第２導電型の結晶シリコン半導体部との接合部を形成する工程と、
大気圧中において前記第１導電型の結晶シリコン半導体部の面内方向における端部周辺を酸化性雰囲気とした状態で前記端部近傍に放電を発生させることにより前記第１導電型の結晶シリコン半導体部および前記第２導電型の結晶シリコン半導体部の前記端部周辺を酸化して、少なくとも前記第１導電型の結晶シリコン半導体部の側面周辺において前記第２導電型の結晶シリコン半導体部の表面から前記第１導電型の結晶シリコン半導体部に達するシリコン酸化層を形成する工程と、
前記シリコン酸化層を除去して前記第１導電型の結晶シリコン半導体部および前記第２導電型の結晶シリコン半導体部を露出させることにより前記第２導電型の結晶シリコン半導体部の表面から前記第１導電型の結晶シリコン半導体部に達する深さの切り欠き部を形成して、前記接合部の一部を電気的に分断する工程と、
を含むことを特徴とする太陽電池の製造方法。
【請求項２】
シリコンを酸化させる酸化作用を有する酸化材料を前記端部周辺に供給することにより、前記端部周辺を酸化性雰囲気とすること、
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】
前記シリコン酸化層をウェットエッチングにより除去すること、
を特徴とする請求項１に記載の太陽電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
結晶シリコンを用いたバルク型シリコン太陽電池の製造方法においては、Ｐ型電極とＮ型電極とを電気的に絶縁する工程（ＰＮ分離）が行われる。従来、このようなＰＮ接合分離処理として各種の方法が実施されている。
【０００３】
例えば特許文献１には、レーザを使用してＰＮ接合部の分離を行う一般的な方法が開示されている。特許文献１では、レーザ照射部分のシリコン表面を瞬間的に溶融除去し、ＰＮ接合端部分離を行う。特許文献２には、ＰＮ接合端部を含む太陽電池全体を酸化する処理方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２４４２８２号公報
【特許文献２】特開２００８−２１１０６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述した特許文献１の方法においては、レーザ発振装置は一般的に高価であり、耐久性に難があり、メンテナンスにも労力を要する、という問題があった。また、光学系の装置であるため、前記溶融除去工程時の灰が、装置稼動上の障害になる、という問題があった。
【０００６】
また、上述した特許文献２の方法では、太陽電池全体を酸化性雰囲気で酸化処理した場合、ＰＮ接合端部を含む太陽電池全体が酸化される。また、酸化処理後にフッ酸処理を行うと、酸化された部分が全て除去されてしまうため、所望のＰＮ接合端部のみを除去することは困難である、という問題があった。
【０００７】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、電気的なリークが防止された良好な出力特性を有する太陽電池を製造可能な太陽電池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】
【０００８】
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の製造方法は、結晶シリコン太陽電池の製造方法であって、第１導電型の結晶シリコン半導体部の全面に第２導電型の結晶シリコン半導体部を形成して前記第１導電型の結晶シリコン半導体部と前記第２導電型の結晶シリコン半導体部との接合部を形成する工程と、大気圧中において前記第１導電型の結晶シリコン半導体部の面内方向における端部周辺を酸化性雰囲気とした状態で前記端部近傍に放電を発生させることにより前記第１導電型の結晶シリコン半導体部および前記第２導電型の結晶シリコン半導体部の前記端部周辺を酸化して、少なくとも前記第１導電型の結晶シリコン半導体部の側面周辺において前記第２導電型の結晶シリコン半導体部の表面から前記第１導電型の結晶シリコン半導体部に達するシリコン酸化層を形成する工程と、前記シリコン酸化層を除去して前記第１導電型の結晶シリコン半導体部および前記第２導電型の結晶シリコン半導体部を露出させることにより前記第２導電型の結晶シリコン半導体部の表面から前記第１導電型の結晶シリコン半導体部に達する深さの切り欠き部を形成して、前記接合部の一部を電気的に分断する工程と、を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、結晶シリコン太陽電池におけるＰＮ接合分離端部における電気的なリーク要因を確実に除去することができるため、ＰＮ接合分離端部における電気的なリークが防止された良好な出力特性を有する太陽電池を製造可能である、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、本発明の実施の形態１にかかる結晶シリコン太陽電池の構成を示す図であり、太陽電池の断面構造を模式的に示す断面図である。
【図２−１】図２−１は、本発明の実施の形態１にかかる結晶シリコン太陽電池の製造工程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にかかる結晶シリコン太陽電池の製造工程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にかかる結晶シリコン太陽電池の製造工程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にかかる結晶シリコン太陽電池の製造工程を説明するための断面図である。
【図３−１】図３−１は、ＰＮ分離処理前の半導体基板（シリコン基板）を示す断面図である。
【図３−２】図３−２は、半導体基板の端部を酸化してＰ型多結晶シリコン基板とＮ型不純物拡散層とのＰＮ接合の端部表面にシリコン酸化層を形成した状態を示す断面図である。
【図３−３】図３−３は、ＰＮ分離を行ったＰＮ接合端部の理想形を示す断面図である。
【図４】図４は、本発明の実施の形態２にかかる結晶シリコン太陽電池の構成を示す図であり、太陽電池の断面構造を模式的に示す断面図である。
【図５−１】図５−１は、本発明の実施の形態２にかかる結晶シリコン太陽電池の製造工程を説明するための断面図である。
【図５−２】図５−２は、本発明の実施の形態２にかかる結晶シリコン太陽電池の製造工程を説明するための断面図である。
【図５−３】図５−３は、本発明の実施の形態２にかかる結晶シリコン太陽電池の製造工程を説明するための断面図である。
【図５−４】図５−４は、本発明の実施の形態２にかかる結晶シリコン太陽電池の製造工程を説明するための断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に、本発明にかかる太陽電池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。
【００１２】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１にかかる結晶シリコン太陽電池の構成を示す図であり、太陽電池の断面構造を模式的に示す断面図である。実施の形態１にかかる太陽電池は、図１に示されるように、光電変換機能を有する太陽電池基板であってＰＮ接合を有する半導体基板１と、半導体基板１の受光面側の面（表面）に形成されて受光面での入射光の反射を防止する絶縁膜である反射防止膜４と、半導体基板１の受光面側の面（表面）において半導体基板１に電気的に接続した第１電極である受光面側電極（Ｎ型電極）５と、半導体基板１の裏面において半導体基板１に電気的に接続した第２電極である裏面側電極（Ｐ型電極）６と、を備える。
【００１３】
半導体基板１は、第１導電型の結晶シリコン半導体部であるＰ型多結晶シリコン基板２と、半導体基板１の受光面側にリン拡散によって形成された第２導電型の結晶シリコン半導体部である不純物拡散層（Ｎ型不純物拡散層）３と、によりＰＮ接合が構成されている。なお、Ｐ型多結晶シリコン基板の代わりに単結晶シリコン基板を用いてもよく、Ｐ型シリコン基板の代わりにＮ型シリコン基板を用いてもよい。反射防止膜４は、たとえばシリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）からなり、表面保護の機能も兼ねている。受光面側電極（Ｎ型電極）５は、銀、ガラス等を含む電極材料からなる。裏面側電極（Ｐ型電極）６は、アルミニウム、ガラス等を含む電極材料からなる。
【００１４】
図１に示すように、本実施の形態にかかる太陽電池では、Ｐ型多結晶シリコン基板２とＮ型不純物拡散層３とのＰＮ接合の端部であるＰＮ接合端部１０の表面において、結晶構造が維持されている。すなわちＰＮ接合端部１０では、Ｐ型多結晶シリコン基板２の端部表面１０ＰおよびＮ型不純物拡散層３の端部表面１０Ｎにおいて結晶構造が維持されている。これにより、この太陽電池では、高抵抗化したＰＮ接合端部１０が得られており、ＰＮ接合端部１０においてＰ型多結晶シリコン基板２の端部側面とＮ型不純物拡散層３の端部側面との間にリーク電流が流れることが防止されている。したがって、本実施の形態にかかる太陽電池によれば、ＰＮ接合分離端部における電気的なリークが防止された、良好な出力特性を有する太陽電池が実現されている。
【００１５】
つぎに、このような太陽電池の製造方法の一例について図２−１〜図２−４を参照して説明する。図２−１〜図２−４は、実施の形態１にかかる結晶シリコン太陽電池の製造工程を説明するための断面図である。
【００１６】
まず、半導体基板１となるシリコン基板を用意する。シリコン基板としては、例えば民生用太陽電池向けとして最も多く使用されているＰ型多結晶シリコン基板２を用意する。
【００１７】
Ｐ型多結晶シリコン基板２は、溶融したシリコンを冷却固化してできたインゴットをワイヤーソーでスライスして製造するため、表面にスライス時のダメージが残っている。そこで、まずはこのダメージ層の除去も兼ねて、Ｐ型多結晶シリコン基板２を酸または加熱したアルカリ溶液中、例えば水酸化ナトリウム水溶液に浸漬して表面をエッチングすることにより、シリコン基板の切り出し時に発生してＰ型多結晶シリコン基板２の表面近くに存在するダメージ領域を取り除く。ダメージ除去後のＰ型多結晶シリコン基板２の厚みは、例えば１８０μｍ、寸法は例えば１５６ｍｍ×１５６ｍｍである。
【００１８】
また、ダメージ除去と同時に、またはダメージ除去に続いて、Ｐ型多結晶シリコン基板２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してもよい。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、太陽電池セルに入射する光を効率的にＰ型多結晶シリコン基板２の内部に吸収させることができ、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。
【００１９】
なお、本発明はＰＮ分離にかかる発明であるので、テクスチャー構造の形成方法や形状については、特に制限するものではない。例えば、イソプロピルアルコールを含有させたアルカリ水溶液や主にフッ酸、硝酸の混合液からなる酸エッチングを用いる方法、部分的に開口を設けたマスク材をＰ型多結晶シリコン基板２の表面に形成して該マスク材を介したエッチングによりＰ型多結晶シリコン基板２の表面にハニカム構造や逆ピラミッド構造を得る方法、或いは反応性ガスエッチング（ＲＩＥ：Reactive Ion Etching）を用いた手法など、何れの手法を用いても差し支えない。
【００２０】
つぎに、このＰ型多結晶シリコン基板２を熱酸化炉へ投入し、Ｎ型の不純物であるリン（Ｐ）の雰囲気下で加熱する。この工程によりＰ型多結晶シリコン基板２の表面にリン（Ｐ）を拡散させて、Ｎ型不純物拡散層３を形成して半導体ＰＮ接合を形成する（図２−１）。これにより、Ｐ型多結晶シリコン基板２とＮ型不純物拡散層３とのＰＮ接合を有する半導体基板１が形成される。本実施の形態では、Ｐ型多結晶シリコン基板２をオキシ塩化リン（ＰＯＣｌ３）ガス雰囲気中において、例えば８４０℃程度の温度で加熱することにより、Ｎ型不純物拡散層３を形成する。ここで、Ｐ型多結晶シリコン基板２の表面にＮ型不純物拡散層３が形成され、更にＮ型不純物拡散層３の最表面には、熱酸化時形成シリコン酸化膜１１（以下、シリコン酸化膜１１と呼ぶ）が形成される。
【００２１】
つぎに、大気圧放電熱酸化により半導体基板１の端部を酸化してシリコン酸化層１２を形成する（図２−２）。シリコン酸化層１２を形成するには、大気圧中において半導体基板１の端部を半導体基板１の表裏面側から放電発生用上部電極２１と放電発生用下部電極２２で挟んで配置する。そして、放電発生用上部電極２１−放電発生用下部電極２２間に電圧を印可して該放電発生用上部電極２１−放電発生用下部電極２２間に放電を発生させる（大気圧放電熱酸化）。また、放電発生時には、半導体基板１の端部周辺を酸化性雰囲気とした状態で放電を発生させる。例えば、高濃度の酸素またはオゾンを半導体基板１の端部周辺に供給しながら放電を発生させる。
【００２２】
これにより、半導体基板１の端部は高温になり、また高濃度の酸素またはオゾン雰囲気に曝される。その結果、半導体基板１の端部が酸化されてシリコン酸化層１２が形成される。すなわち、Ｐ型多結晶シリコン基板２とＮ型不純物拡散層３とのＰＮ接合の端部表面にシリコン酸化層１２が形成される。図２−２においては、酸素供給部２３から高濃度の酸素またはオゾンを供給する場合について示しているが、放電発生用上部電極２１と放電発生用下部電極２２とが酸素供給部２３を兼ねた構成としてもよい。
【００２３】
このシリコン酸化層１２が少なくとも半導体基板１の側面のＮ型不純物拡散層３の表面からＰ型多結晶シリコン基板２の側面に達する深さまで形成されるように放電条件、酸素またはオゾンの濃度を調整する。上記の大気圧放電熱酸化は大気圧中で行われるため、真空引きなどを行う必要が無く、特別な設備が不要である。
【００２４】
つぎに、半導体基板１を例えばフッ酸溶液中に浸漬してシリコン酸化膜１１を溶解させて除去する。半導体基板１をフッ酸溶液に浸漬すると、シリコン酸化膜１１が溶解して除去される。このシリコン酸化膜１１の除去時、シリコン酸化層１２も同時に除去される（図２−３）。これにより、少なくとも半導体基板１の側面のＮ型不純物拡散層３の表面からＰ型多結晶シリコン基板２に達する深さの切り欠き部１３が形成され、Ｐ型多結晶シリコン基板２とＮ型不純物拡散層３とのＰＮ接合の一部が電気的に分断される。
【００２５】
また、切り欠き部１３を形成することにより作られたＰＮ接合端部１０では、表面の酸化シリコンが除去されて、結晶構造を維持した表面（Ｐ型多結晶シリコン基板２の端部表面１０ＰおよびＮ型不純物拡散層３の端部表面１０Ｎ）を有する。すなわち、ＰＮ接合端部１０では、表面の酸化シリコンを除去してＰ型多結晶シリコン基板２およびＮ型不純物拡散層３を露出させることにより、その最表面は結晶構造を維持した表面となる。
【００２６】
このように、ＰＮ接合端部１０においては、該ＰＮ接合端部１０におけるリーク要因となるシリコン酸化層１２が除去され、結晶構造を維持した高抵抗のシリコン面が最表面に露出した状態となる。したがって、高抵抗のＰＮ分離部が得られ、ＰＮ接合端部１０においてＰ型多結晶シリコン基板２の端部側面とＮ型不純物拡散層３の端部側面との間にリーク電流が流れることが防止される。
【００２７】
なお、上述したようにシリコン酸化膜１１の除去工程において同時にシリコン酸化層１２を除去できるため、新たにシリコン酸化層１２の除去工程を追加することは不要である。したがって、低い生産コストで良好な特性の太陽電池を生産することができる。
【００２８】
つぎに、Ｎ型不純物拡散層３を形成したＰ型多結晶シリコン基板２の受光面側に、表面保護および光電変換効率改善のために、反射防止膜４としてシリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）を形成する。反射防止膜４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４としてシリコン窒化膜を形成する。反射防止膜４の膜厚および屈折率は、光反射を最も抑制する値に設定する。なお、反射防止膜４として、屈折率の異なる２層以上の膜を積層してもよい。また、反射防止膜４の形成には、スパッタリング法などの異なる成膜方法を用いてもよい。また、反射防止膜４としてシリコン酸化膜を形成してもよい。
【００２９】
つぎに、受光面側電極（Ｎ型電極）５および裏面側電極（Ｐ型電極）６を形成する（図２−４）。まず、アルミニウムおよびガラスの混入したアルミニウム電極ペーストを半導体基板１の裏面のほぼ全面にスクリーン印刷により塗布し、乾燥する。つづいて、銀およびガラスの混入した銀電極ペーストを半導体基板１の表面に櫛形にスクリーン印刷により塗布し、乾燥する。そして、焼成処理を実施する。焼成は、大気雰囲気中、例えば７６０℃程度で実施する。これにより、アルミニウム電極ペーストは、乾燥後状態から焼成後状態の受光面側電極（Ｎ型電極）５になり、該受光面側電極（Ｎ型電極）５中の銀が反射防止膜４を貫通して、Ｎ型不純物拡散層３と受光面側電極（Ｎ型電極）５とが電気的に接続する。銀電極ペーストは、乾燥後状態から焼成後状態の裏面側電極（Ｐ型電極）６になる。
【００３０】
以上により、図１に示す実施の形態１にかかる太陽電池が作製される。なお、電極材料であるペーストの塗布の順番を、受光面側と裏面側とで入れ替えてもよい。
【００３１】
つぎに、ＰＮ分離を行ったＰＮ接合端部１０の理想形について図３−１〜図３−３を参照して説明する。図３−１は、ＰＮ分離処理前の半導体基板（シリコン基板）１を示す断面図である。図３−１に示すように、ＰＮ分離処理前の半導体基板１においては、第１導電型の結晶シリコン半導体部であるＰ型多結晶シリコン基板２の表面全体に第２導電型の結晶シリコン半導体部である不純物拡散層（Ｎ型不純物拡散層）３が形成されている。
【００３２】
図３−２は、半導体基板１の端部を酸化してシリコン酸化層１２を形成した状態、すなわちＰ型多結晶シリコン基板２とＮ型不純物拡散層３とのＰＮ接合の端部表面にシリコン酸化層１２を形成した状態を示す断面図である。図３−２に示した状態のまま受光面側電極（Ｎ型電極）５と裏面側電極（Ｐ型電極）６とが形成されると（図示せず）、該受光面側電極（Ｎ型電極）５と裏面側電極（Ｐ型電極）６との間が、比較的低抵抗であるＮ型不純物拡散層３とシリコン酸化層１２とを介して電気的に接続される。この場合は、受光面側電極（Ｎ型電極）５と裏面側電極（Ｐ型電極）６との間が短絡し、図３−２において矢印１３０で示されるようなリーク経路のリーク電流が発生し、太陽電池の出力特性が低下する。
【００３３】
図３−３は、ＰＮ分離を行ったＰＮ接合端部１０の理想形を示す断面図である。ＰＮ分離を行ったＰＮ接合端部１０の理想形は、図３−３に示すように、シリコン酸化層１２が存在せず、結晶構造を維持したシリコン表面とされていることである。この場合、キャリアは図３−３において矢印３０で示されるような経路でＰＮ接合端部１０の表面に動くことができるが図３−２において矢印１３０で示されるようなリーク経路のリーク電流が発生せず、太陽電池の出力特性が低下することがない。本実施の形態にかかる太陽電池の製造方法では、このような理想型の構造のＰＮ接合端部１０を作製し、確実にＰＮ分離を行うことができる。
【００３４】
上述したように、本実施の形態においては、半導体基板１の端部に大気圧放電熱酸化を実施して、少なくとも半導体基板１の側面のＮ型不純物拡散層３の表面からＰ型多結晶シリコン基板２の側面に達する深さまでシリコン酸化層１２を形成する。そして、このシリコン酸化層１２を除去する。これにより、ＰＮ接合端部１０においては、該ＰＮ接合端部１０におけるリーク要因となるシリコン酸化層１２が除去され、結晶構造を維持した高抵抗のシリコン面が最表面に露出した状態となる。したがって、高抵抗のＰＮ分離部が得られ、ＰＮ接合端部１０においてＰ型多結晶シリコン基板２の端部側面とＮ型不純物拡散層３の端部側面との間にリーク電流が流れることが防止される。
【００３５】
したがって、本実施の形態によれば、結晶構造を維持したＰＮ接合端部１０を形成することにより、ＰＮ接合端部１０におけるリーク電流の無い、良好な出力特性を有する太陽電池を得ることができる。また、本実施の形態にかかる太陽電池の製造方法においては、ＰＮ分離を行うために特殊な工程を採用してないため、低い生産コストで良好な特性の太陽電池を作製することができる。
【００３６】
また、本実施の形態においては、レーザ発振装置等の高価で、且つ使用に関してメンテナンスなどの労力が必要な装置を使用しないため、低い生産コストで良好な特性の太陽電池を作製することができる。
【００３７】
また、本実施の形態においては、大気圧放電酸化によって形成したシリコン酸化部分（シリコン酸化層１２）と、フッ酸によるシリコン酸化膜１１の除去部分が合致する。すなわち、フッ酸によるシリコン酸化膜１１の除去時に、シリコン酸化層１２が半導体基板１の最表面に露出している。この為、ＰＮ接合端部リーク要因になるシリコン酸化層１２を残すことなく選択的に除去でき、またフッ酸により、シリコンを過剰に除去することも無く、必要最小限の加工部分で所望のＰＮ接合端部を得ることができる。
【００３８】
さらに、放電の制御は容易であり、放電の条件の制御によって、シリコン酸化層１２の幅方向は、Ｎ型不純物拡散層３＋α程度の浅い部分のみを加工すればよい。したがって、放電が太陽電池に与えるダメージは、機械強度から見てほとんど無い。さらに、幅方向も極小面積で加工できる。このことによって太陽電池の面積損失はほとんど発生しない。真の太陽電池端部でも加工可能である。
【００３９】
実施の形態２．
図４は、本発明の実施の形態２にかかる結晶シリコン太陽電池の構成を示す図であり、太陽電池の断面構造を模式的に示す断面図である。以下の図面においては、上記の図１、図２−１〜図２−４と同じ部材には同じ符号を付す。
【００４０】
本実施の形態にかかる太陽電池は、図４に示されるように、光電変換機能を有する太陽電池基板であってＰＮ接合を有する半導体基板１と、半導体基板１の受光面側の面（表面）に形成されて受光面での入射光の反射を防止する絶縁膜である反射防止膜４と、半導体基板１の受光面側の面（表面）において半導体基板１に電気的に接続した第１電極である受光面側電極（Ｎ型電極）５と、半導体基板１の裏面において半導体基板１に電気的に接続した第２電極である裏面側電極（Ｐ型電極）６と、を備える。
【００４１】
図４に示すように、本実施の形態にかかる太陽電池では、Ｐ型多結晶シリコン基板２とＮ型不純物拡散層３とのＰＮ接合の端部であるＰＮ接合端部１０の表面において、結晶構造が維持されている。すなわちＰＮ接合端部１０では、Ｐ型多結晶シリコン基板２の端部表面１０ＰおよびＮ型不純物拡散層３の端部表面１０Ｎにおいて結晶構造が維持されている。そして、結晶構造が維持されているＰＮ接合端部１０上に直接反射防止膜４が形成されている。これにより、この太陽電池では、高抵抗化したＰＮ接合端部１０が得られており、ＰＮ接合端部１０においてＰ型多結晶シリコン基板２の端部側面とＮ型不純物拡散層３の端部側面との間にリーク電流が流れることが防止されている。したがって、本実施の形態にかかる太陽電池によれば、ＰＮ接合分離端部における電気的なリークが防止された、良好な出力特性を有する太陽電池が実現されている。
【００４２】
つぎに、本発明にかかる結晶シリコン太陽電池の製造方法の他の実施の形態を図５−１〜図５−４を参照して説明する。図５−１〜図５−４は、実施の形態２にかかるシリコン太陽電池の製造工程を説明するための断面図である。
【００４３】
まず、実施の形態１の場合と同様に、半導体基板１となるシリコン基板を用意する。シリコン基板としては、例えば民生用太陽電池向けとして最も多く使用されているＰ型多結晶シリコン基板２を用意する。
【００４４】
Ｐ型多結晶シリコン基板２は、溶融したシリコンを冷却固化してできたインゴットをワイヤーソーでスライスして製造するため、表面にスライス時のダメージが残っている。そこで、まずはこのダメージ層の除去も兼ねて、Ｐ型多結晶シリコン基板２を酸または加熱したアルカリ溶液中、例えば水酸化ナトリウム水溶液に浸漬して表面をエッチングすることにより、シリコン基板の切り出し時に発生してＰ型多結晶シリコン基板２の表面近くに存在するダメージ領域を取り除く。ダメージ除去後のＰ型多結晶シリコン基板２の厚みは、例えば１８０μｍ、寸法は例えば１５６ｍｍ×１５６ｍｍである。
【００４５】
また、ダメージ除去と同時に、またはダメージ除去に続いて、Ｐ型多結晶シリコン基板２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してもよい。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、太陽電池セルに入射する光を効率的にＰ型多結晶シリコン基板２の内部に吸収させることができ、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。
【００４６】
つぎに、このＰ型多結晶シリコン基板２を熱酸化炉へ投入し、Ｎ型の不純物であるリン（Ｐ）の雰囲気下で加熱する。この工程によりＰ型多結晶シリコン基板２の表面にリン（Ｐ）を拡散させて、Ｎ型不純物拡散層３を形成して半導体ＰＮ接合を形成する（図５−１）。これにより、Ｐ型多結晶シリコン基板２とＮ型不純物拡散層３とのＰＮ接合を有する半導体基板１が形成される。本実施の形態では、Ｐ型多結晶シリコン基板２をオキシ塩化リン（ＰＯＣｌ３）ガス雰囲気中において、例えば８４０℃程度の温度で加熱することにより、Ｎ型不純物拡散層３を形成する。ここで、Ｐ型多結晶シリコン基板２の表面にＮ型不純物拡散層３が形成され、更にＮ型不純物拡散層３の最表面には、シリコン酸化膜１１が形成される。
【００４７】
つぎに、大気圧放電熱酸化により半導体基板１の受光面の表面端部（角部）を酸化してシリコン酸化層１２を形成する（図５−２）。シリコン酸化層１２を形成するには、大気圧中において半導体基板１の受光面の表面端部（角部）を放電発生用上部電極２１と放電発生用下部電極２２との間に挟んで配置する。そして、放電発生用上部電極２１−放電発生用下部電極２２間に電圧を印可して該放電発生用上部電極２１−放電発生用下部電極２２間に放電を発生させる（大気圧放電熱酸化）。また、放電発生時には、半導体基板１の受光面の表面端部（角部）周辺を酸化性雰囲気とした状態で放電を発生させる。例えば、高濃度の酸素またはオゾンを半導体基板１の受光面の表面端部（角部）周辺に供給しながら放電を発生させる。
【００４８】
これにより、半導体基板１の受光面の表面端部（角部）は、高温になり、また高濃度の酸素またはオゾン雰囲気に曝される。そして、半導体基板１の受光面の表面端部（角部）が酸化されてシリコン酸化層１２が形成される。すなわち、Ｐ型多結晶シリコン基板２とＮ型不純物拡散層３とのＰＮ接合の端部表面にシリコン酸化層１２が形成される。図５−２においては、酸素供給部２３から高濃度の酸素またはオゾンを供給する場合について示しているが、放電発生用上部電極２１と放電発生用下部電極２２とが酸素供給部２３を兼ねた構成としてもよい。
【００４９】
半導体基板１の受光面の表面端部（角部）において、このシリコン酸化層１２が少なくともＮ型不純物拡散層３の表面からＰ型多結晶シリコン基板２に達する深さまで形成されるように放電条件、酸素またはオゾンの濃度を調整する。上記の大気圧放電熱酸化は大気圧中で行われるため、真空引きなどを行う必要が無く、特別な設備が不要である。
【００５０】
つぎに、半導体基板１を例えばフッ酸溶液中に浸漬してシリコン酸化膜１１を溶解させて除去する。半導体基板１をフッ酸溶液に浸漬すると、シリコン酸化膜１１が溶解して除去される。このシリコン酸化膜１１の除去時、シリコン酸化層１２も同時に除去される（図５−３）。これにより、半導体基板１の受光面の表面端部（角部）において、少なくともＮ型不純物拡散層３の表面からＰ型多結晶シリコン基板２に達する深さの切り欠き部１４が形成され、Ｐ型多結晶シリコン基板２とＮ型不純物拡散層３とのＰＮ接合の一部が電気的に分断される。
【００５１】
また、切り欠き部１４を形成することにより作られたＰＮ接合端部１０では、表面の酸化シリコンが除去されて、結晶構造を維持した表面（Ｐ型多結晶シリコン基板２の端部表面１０ＰおよびＮ型不純物拡散層３の端部表面１０Ｎ）を有する。すなわち、ＰＮ接合端部１０では、表面の酸化シリコンを除去してＰ型多結晶シリコン基板２およびＮ型不純物拡散層３を露出させることにより、その最表面は結晶構造を維持した表面となる。
【００５２】
このように、ＰＮ接合端部１０においては、該ＰＮ接合端部１０におけるリーク要因となるシリコン酸化層１２が除去され、結晶構造を維持した高抵抗のシリコン面が最表面に露出した状態となる。したがって、高抵抗のＰＮ分離部が得られ、ＰＮ接合端部１０においてＰ型多結晶シリコン基板２の端部側面とＮ型不純物拡散層３の端部側面との間にリーク電流が流れることが防止される。
【００５３】
なお、上述したようにシリコン酸化膜１１の除去工程において同時にシリコン酸化層１２を除去できるため、新たにシリコン酸化層１２の除去工程を追加することは不要である。したがって、低い生産コストで良好な特性の太陽電池を生産することができる。
【００５４】
つぎに、Ｎ型不純物拡散層３を形成したＰ型多結晶シリコン基板２の受光面側に、表面保護および光電変換効率改善のために、反射防止膜４として絶縁膜であるシリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）を形成する。このとき、結晶構造が維持されているＰＮ接合端部１０上には、直接反射防止膜４が形成される。反射防止膜４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４としてシリコン窒化膜を形成する。反射防止膜４の膜厚および屈折率は、光反射を最も抑制する値に設定する。なお、反射防止膜４として、屈折率の異なる２層以上の膜を積層してもよい。また、反射防止膜４の形成には、スパッタリング法などの異なる成膜方法を用いてもよい。また、反射防止膜４としてシリコン酸化膜を形成してもよい。
【００５５】
つぎに、受光面側電極（Ｎ型電極）５および裏面側電極（Ｐ型電極）６を形成する（図５−４）。まず、アルミニウムおよびガラスの混入したアルミニウム電極ペーストを半導体基板１の裏面のほぼ全面にスクリーン印刷により塗布し、乾燥する。つづいて、銀およびガラスの混入した銀電極ペーストを半導体基板１の表面に櫛形にスクリーン印刷により塗布し、乾燥する。そして、焼成処理を実施する。焼成は、大気雰囲気中、例えば７６０℃程度で実施する。これにより、アルミニウム電極ペーストは、乾燥後状態から焼成後状態の受光面側電極（Ｎ型電極）５になり、該受光面側電極（Ｎ型電極）５中の銀が反射防止膜４を貫通して、Ｎ型不純物拡散層３と受光面側電極（Ｎ型電極）５とが電気的に接続する。銀電極ペーストは、乾燥後状態から焼成後状態の裏面側電極（Ｐ型電極）６になる。
【００５６】
以上により、図４に示す実施の形態２にかかる太陽電池が作製される。なお、電極材料であるペーストの塗布の順番を、受光面側と裏面側とで入れ替えてもよい。
【００５７】
上述したように、本実施の形態においては、半導体基板１の受光面の表面端部（角部）に大気圧放電熱酸化を実施して、少なくとも半導体基板１の受光面の表面端部（角部）においてＮ型不純物拡散層３の表面からＰ型多結晶シリコン基板２に達する深さまでシリコン酸化層１２を形成する。そして、このシリコン酸化層１２を除去する。これにより、ＰＮ接合端部１０においては、該ＰＮ接合端部１０におけるリーク要因となるシリコン酸化層１２が除去され、結晶構造を維持した高抵抗のシリコン面が最表面に露出した状態となる。したがって、高抵抗のＰＮ分離部が得られ、ＰＮ接合端部１０においてＰ型多結晶シリコン基板２の端部側面とＮ型不純物拡散層３の端部側面との間にリーク電流が流れることが防止される。
【００５８】
したがって、本実施の形態によれば、結晶構造を維持したＰＮ接合端部１０を形成することにより、ＰＮ接合端部１０におけるリーク電流の無い、良好な出力特性を有する太陽電池を得ることができる。また、本実施の形態にかかる太陽電池の製造方法においては、ＰＮ分離を行うために特殊な工程を採用してないため、低い生産コストで良好な特性の太陽電池を作製することができる。
【００５９】
また、本実施の形態においては、レーザ発振装置等の高価で、且つ使用に関してメンテナンスなどの労力が必要な装置を使用しないため、低い生産コストで良好な特性の太陽電池を作製することができる。
【００６０】
また、本実施の形態においては、大気圧放電酸化によって形成したシリコン酸化部分（シリコン酸化層１２）と、フッ酸によるシリコン酸化膜１１の除去部分が合致する。すなわち、フッ酸によるシリコン酸化膜１１の除去時に、シリコン酸化層１２が半導体基板１の最表面に露出している。この為、ＰＮ接合端部リーク要因になるシリコン酸化層１２を残すことなく選択的に除去でき、またフッ酸により、シリコンを過剰に除去することも無く、必要最小限の加工部分で所望のＰＮ接合端部を得ることができる。
【００６１】
さらに、放電の制御は容易であり、放電の条件の制御によって、シリコン酸化層１２の深さ方向は、Ｎ型不純物拡散層３＋α程度の浅い部分のみを加工すればよい。したがって、放電が太陽電池に与えるダメージは、機械強度から見てほとんど無い。さらに、幅方向も極小面積で加工できる。このことによって太陽電池の面積損失はほとんど発生しない。真の太陽電池端部でも加工可能である。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
以上のように、本発明にかかる太陽電池の製造方法は、ＰＮ接合端部における電気的なリークが防止された良好な出力特性を有する太陽電池を安価に製造する場合に有用である。
【符号の説明】
【００６３】
１  半導体基板
２  Ｐ型多結晶シリコン基板
３  不純物拡散層（Ｎ型不純物拡散層）
４  反射防止膜
５  受光面側電極（Ｎ型電極）
６  裏面側電極（Ｐ型電極）
１０  ＰＮ接合端部
１０Ｐ  Ｐ型多結晶シリコン基板の端部表面
１０Ｎ  Ｎ型多結晶シリコン基板の端部表面
１１  熱酸化時形成シリコン酸化膜（シリコン酸化膜）
１２  シリコン酸化層
１３  切り欠き部
１４  切り欠き部
２１  放電発生用上部電極
２２  放電発生用下部電極
２３  酸素供給部
【図１】
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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３−１】
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【図３−２】
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【図３−３】
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【図４】
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【図５−１】
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【図５−２】
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【図５−３】
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【図５−４】
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