(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板にＰＮ接合が形成され、前記基板の裏面にＰ側電流収集電極およびＮ側電流収集電極が形成された光電変換素子において、
前記半導体基板の中心部より周辺部の方が深いＰＮ接合を有することを特徴とする、光電変換素子。
【請求項２】
前記半導体基板の受光面にＰＮ接合が形成され、
前記半導体基板の少なくとも２辺に沿った側面、および裏面周辺部に、前記ＰＮ接合が形成されたことを特徴とする、請求項１記載の光電変換素子。
【請求項３】
前記基板の裏面に形成したＰ側電流収集電極およびＮ側電流収集電極のほかに、受光面に電流収集電極を形成し、受光面の前記電流収集電極のパターンが、前記基板の中心部から周辺部に向かって放射状に広がっていることを特徴とする、請求項２に記載の光電変換素子。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のいずれかに記載の光電変換素子の製造方法において、
前記基板の中心部から外側にずれた位置に拡散源を滴下して、前記基板の周辺部に拡散源を塗布し、熱拡散によって前記基板に前記ＰＮ接合を形成することを特徴とする、光電変換素子の製造方法。
【請求項５】
前記基板に前記ＰＮ接合を塗布拡散により形成し、裏面の少なくとも２辺に沿って接合が形成されるように、裏面における前記ＰＮ接合を形成しない部分に拡散防止用のマスクを形成することを特徴とする、請求項４に記載の光電変換素子の製造方法。
【請求項６】
前記基板に拡散源を塗布する際に、前記基板を回転させながら拡散源を滴下することを特徴とする、請求項４または請求項５に記載の光電変換素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光電変換素子およびその製造方法に関するものであり、特に、電極の取出方法を改良した光電変換素子およびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１８〜図２６は、従来の太陽電池の製造方法の一例を示す断面図である。
【０００３】
図１８を参照して、基板１０１として、不純物濃度が３×１０15〜４×１０16ｃｍ-3で、結晶軸が（１００）の主面を持つ、シリコン基板からなるＰ型半導体基板が用いられている。まず、この基板１０１の受光面に、光の反射を低減するテクスチャ表面を形成する。すなわち、数％の水酸化ナトリウムを含む水溶液中にイソプロピルアルコールを添加して、８０℃〜９０℃の温度でシリコン基板１０１を２０〜３０分間処理する。これにより、基板１０１の受光面に、多くの微細な凹凸が形成される。
【０００４】
次に、図１９を参照して、リン化合物等の拡散源１０２を、Ｐ型半導体基板１０１の主面にスピン法で塗布する。
【０００５】
次に、図２０を参照して、基板１０１の裏面に、チタン酸アルキルを溶媒中に含むマスク材１０３を塗布する。
【０００６】
次に、図２１を参照して、９００℃前後の温度で数１０分間熱処理を行ない、約０．４μｍの厚さのｎ+層を形成する。これにより、基板１０１の主面上、および基板１０１の側面に、ｎ+層１０４、１０５がそれぞれ形成される。
【０００７】
このｎ+層１０５は、Ｐ型半導体基板１０１との間にＰＮ接合を形成する。
そこで、次に図２２を参照して、半導体基板１０１の主面上のリンガラス１０２と基板１０１の裏面に形成された二酸化チタンの膜を、フッ酸でエッチングすることによって、除去する。
【０００８】
次いで、図２３を参照して、半導体基板１０１の主面上に、反射防止膜１０６を形成する。
【０００９】
次に、図２４を参照して、アルミニウムを含むペースト１０７ａと銀を含むペースト１０９ａとを、それぞれ所定のパターンで印刷して乾燥した後、７００〜８００℃で熱処理する。このとき、アルミニウムとシリコンが合金化して、アルミニウム電極（Ｐ型電流収集電極、正電極）１０７および裏面銀電極１０９が形成されるとともに、アルミニウム電極１０７の裏側に、ｐ+層１０８が形成される。このｐ+層１０８は、約５μｍの厚みを有し、ＢＳＦ構造を形成する。
【００１０】
次に、図２５を参照して、反射防止膜１０６上に、銀を含むペースト１１０ａを所定のパターンで印刷して乾燥する。
【００１１】
次に、図２６を参照して、基板を７００〜８００℃で熱処理して、表面銀電極（Ｎ側電流収集電極、負電極）１１０を形成する。このとき、表面銀電極１１０は、反射防止膜１０６を貫通してｎ+層とオーミック接続を形成する。
【００１２】
以上のような工程を経て、太陽電池セルが完成する。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の太陽電池では、負電極は表側、正電極は裏側にあるために、太陽電池モジュールを製造するために直列接続する際、インターコネクタ等で表と裏を接続する必要があり、その作業が困難であるという問題があった。
【００１４】
このため、特開平４−７８７９号公報、または特開平９−１８０４３号公報では、正電極および負電極が同一面上に形成された太陽電池セルが開示されている。しかしながら、このような太陽電池セルは、製造工程が複雑で、また、変換効率が低いという問題があった。
【００１５】
この発明の目的は、上述の問題点を解決し、変換効率の高い光電変換素子およびそれを簡単な工程で製造することができる方法を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明による光電変換素子は、半導体基板にＰＮ接合が形成され、基板の裏面にＰ側電流収集電極およびＮ側電流収集電極が形成された光電変換素子において、半導体基板の中心部より周辺部の方が深いＰＮ接合を有することを特徴としている。
【００１８】
本発明による光電変換素子は、半導体基板の受光面にＰＮ接合が形成され、基板の裏面にＰ側電流収集電極およびＮ側電流収集電極が形成された光電変換素子において、半導体基板の少なくとも２辺に沿った側面および裏面周辺部に、ＰＮ接合が形成されたことを特徴としている。
【００１９】
好ましくは、基板の裏面に形成したＰ側電流収集電極およびＮ側電流収集電極のほかに、受光面に電流収集電極を形成し、受光面の電流収集電極のパターンが、基板の中心部から周辺部に向かって放射状に広がっているとよい。
【００２０】
本発明による光電変換素子の製造方法は、上述した本発明の光電変換素子を製造する方法において、基板の中心部から外側にずれた位置に拡散源を滴下して、基板の周辺部に拡散源を塗布し、熱拡散によって基板にＰＮ接合を形成することを特徴としている。
【００２１】
好ましくは、基板にＰＮ接合を塗布拡散により形成し、裏面の少なくとも２辺に沿って接合が形成されるように、裏面におけるＰＮ接合を形成しない部分に拡散防止用のマスクを形成するとよい。
【００２２】
また、好ましくは、基板に拡散源を塗布する際に、基板を回転させながら拡散源を滴下するとよい。
【００２３】
【発明の実施の形態】
図１および図２は、本発明による光電変換素子の一例としての太陽電池の構成を示すそれぞれ断面図および平面図である。
【００２４】
図１および図２を参照して、この太陽電池は、Ｐ型半導体基板１と、基板１の１主面に形成されたｎ+層４、５ｂおよび反射防止膜６と、基板１の側面および裏面に形成されたｎ+層５ａと、基板１の裏面に形成された裏面銀電極（正電極）９と、基板１の裏面のＰＮ接合部（ｎ+層部）上に形成された裏面銀電極（負電極）１０と、アルミニウム電極７と、基板１中にアルミニウム電極７のアルミニウムが拡散して形成されたｐ+層８とを備えている。
【００２５】
Ｐ型半導体基板１は、シリコン基板であり、基板１の表面は、光の反射を低減するため微細な凹凸を有する。また、裏面電極９、１０、および７は、基板またはアルミニウムを材料として、スクリーン印刷法を用いて形成される。
【００２６】
以下、このように構成される太陽電池の製造方法の一例を、図３〜図１０を参照して説明する。
【００２７】
まず、図３を参照して、Ｐ型半導体基板１を酸溶液あるいはアルミニウム溶液で処理して、表面のダメージ層を除去する。基板１が結晶軸（１００）の単結晶であれば、そのＰ型半導体基板１を８０〜９０℃の水酸化ナトリウム水溶液（数％の濃度）に浸漬して、２０〜３０分間処理し、Ｐ型半導体基板１の表面に微細なテクスチャを形成する。
【００２８】
次に、図４を参照して、この基板１の表面に、ノズルを介して五酸化リンを含むドーパント液２をスピンコーターによって塗布する。このとき、中心から外れたところに液２を滴下して、基板１の周囲のみにドーパント液２を塗布する。これは、後述するように、中心には浅い接合を形成し、一方、周囲には深い接合を形成するためである。
【００２９】
次に、図５を参照して、Ｐ型半導体基板１の裏面に、チタン酸アルキルを溶剤で希釈したマスク材３を、印刷法等によって形成する。
【００３０】
このとき、図２に示すように、基板１の少なくとも２辺に沿った側面および裏面周辺部にＰＮ接合が形成されるように、その部分にはマスク材３を形成しない。このように、ＰＮ接合が形成される部分を少なくとも２辺とするのは、電流が表面から裏面に流れるときの直列抵抗を少なくするため、側面のＰＮ接合部は長い方が有利であり、さらに、裏面銀電極（負電極）１０も長い方がインターコネクタ接続がしやすいためである。図２に示すように、本実施の形態では、基板１の３辺に沿ってＰＮ接合を形成しているため、２辺の場合に比べてさらに直列抵抗を減少させることができる。
【００３１】
次に、図６を参照して、９００℃前後の温度で数１０分間熱処理を行なうことにより、ドーパント液２が塗布された領域に、約０．４μｍの厚さのｎ+層４が形成される。ドーパント液２が塗布されなかった領域には、アウトディフュージョンにより約０．２μｍの厚さのｎ+層５ａ、５ｂが形成される。一方、マスク材３の下には、ｎ+層は形成されない。
【００３２】
次に、図７を参照して、フッ酸処理により、基板１の主面のリンガラス層２と裏面のマスク材３とを除去する。
【００３３】
次に、図８を参照して、基板１の主面に、反射防止膜６を形成する。反射防止膜６としては、ＡＰＣＶＤ法による二酸化チタン膜あるいはＰＣＶＤ法によるシリコン窒化膜等がある。
【００３４】
次に、図９を参照して、基板１の裏面に、アルミニウムを含むペースト７を所定のパターンで印刷乾燥する。
【００３５】
次に、図１０を参照して、銀を含むペースト９ａ、１０ａを所定のパターンで印刷乾燥した後、７００〜８００℃で熱処理する。このとき、アルミニウムとシリコンが合金化してアルミニウム電極７が形成されるとともに、アルミニウム電極７の裏側にｐ+層８が形成される。これは、約５μｍの厚みを有し、ＢＳＦ構造を形成する。また、裏面ｎ+層５ａ上に形成された銀電極１０は、裏面負電極１０となる。
【００３６】
図１１および図１２は、基板にドーパント液を塗布する方法の一例を説明するための図である。
【００３７】
図１１に示すように、基板１を回転させながら、ドーパント液２を塗布すると、図１２に示すように、基板１の裏面の４隅および対応する基板１の側面に、ドーパント液２が回り込み、より高濃度のｎ+層５ａが基板１の裏面および側面に形成できる。その結果、基板１の裏面でｎ+層５ａと電極とをコンタクトする際、より抵抗の少ないコンタクトが達成できる。さらに、基板１の表面から裏面に電流が流れる際、低抵抗のｎ+層５ａを通るため、直列抵抗が小さくなる。
【００３８】
本実施の形態において、ドーパント液２を基板１主面の周囲に塗布し、基板１の中心には浅い接合（シート抵抗５０〜６０Ω／□）を形成し、基板の周囲には深い接合（シート抵抗２０〜４０Ω／□）を形成するのは、発生した電流が中心から周囲に向かって流れるため、直列抵抗を少なくして電流を流れやすくするためである。
【００３９】
また、直列抵抗をさらに小さくするには、表電極を形成するのが有効な手段である。このとき、電流の流れに沿って、しかもｎ+層の濃度に応じて、濃度の低い個所は電極を密に、一方、濃度の高い個所は電極を粗くした方がよい。
【００４０】
図１３〜図１６は、表電極の形成方法の例を示す平面図である。
図１３〜図１６に示すように、中心から周囲に向かって広がる放射状の電極５０を形成することが望ましい。
【００４１】
図１７は、上述した図１に示す太陽電池を直列接続した状態を示す平面図である。
【００４２】
図１７を参照して、この太陽電池は、基板１の裏面の３辺に沿って負電極１０が形成されているため、容易に直列接続をすることができる。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、正電極と負電極とが同じ面に形成される太陽電池を、容易なプロセスで製造することが可能となる。
【００４４】
また、直列抵抗が小さいため、変換効率を高くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明による光電変換素子の一例としての太陽電池の構成を示す断面図である。
【図２】  本発明による光電変換素子の一例としての太陽電池の構成を示す平面図である。
【図３】  図１に示す太陽電池の製造方法の一例を示す断面図である。
【図４】  図１に示す太陽電池の製造方法の一例を示す断面図である。
【図５】  図１に示す太陽電池の製造方法の一例を示す断面図である。
【図６】  図１に示す太陽電池の製造方法の一例を示す断面図である。
【図７】  図１に示す太陽電池の製造方法の一例を示す断面図である。
【図８】  図１に示す太陽電池の製造方法の一例を示す断面図である。
【図９】  図１に示す太陽電池の製造方法の一例を示す断面図である。
【図１０】  図１に示す太陽電池の製造方法の一例を示す断面図である。
【図１１】  基板にドーパント液を塗布する方法の一例を説明するための図である。
【図１２】  基板にドーパント液を塗布する方法の一例を説明するための図である。
【図１３】  表電極の形成方法の例を示す平面図である。
【図１４】  表電極の形成方法の例を示す平面図である。
【図１５】  表電極の形成方法の例を示す平面図である。
【図１６】  表電極の形成方法の例を示す平面図である。
【図１７】  図１に示す太陽電池を直列接続した状態を示す平面図である。
【図１８】  従来の太陽電池の製造方法の一例を示す断面図である。
【図１９】  従来の太陽電池の製造方法の一例を示す断面図である。
【図２０】  従来の太陽電池の製造方法の一例を示す断面図である。
【図２１】  従来の太陽電池の製造方法の一例を示す断面図である。
【図２２】  従来の太陽電池の製造方法の一例を示す断面図である。
【図２３】  従来の太陽電池の製造方法の一例を示す断面図である。
【図２４】  従来の太陽電池の製造方法の一例を示す断面図である。
【図２５】  従来の太陽電池の製造方法の一例を示す断面図である。
【図２６】  従来の太陽電池の製造方法の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
１  基板、２  ドーパント液、３  マスク材、４  ｎ+層（深い拡散）、５ａｎ+層（浅い拡散）、５ｂ  ｎ+層（浅い拡散）、６  反射防止膜、７  アルミニウム電極、８  ｐ+層、９ａ  銀ペースト、９  裏面銀電極（正電極）、１０ａ  銀ペースト、１０  裏面銀電極（負電極）、５０  表電極。
各図中、同一符号または同一または相当部分を示す。
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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