(57)【要約】【課題】レーザー加工によるＰＮ分離に起因したリーク電流の発生が防止された太陽電池素子を得ること。【解決手段】第２導電型の不純物元素が拡散されたＮ型不純物拡散層２が一面側および一面側から他面側に回り込んで形成された第１導電型のＰ型シリコン基板１と、前記Ｎ型不純物拡散層２に電気的に接続して前記Ｐ型シリコン基板１の一面側に形成された受光面側銀電極と、前記Ｐ型シリコン基板１の他面側に形成された裏面側アルミニウム電極と、前記Ｎ型不純物拡散層２の表面から前記Ｐ型シリコン基板１の内部に達して設けられ、前記受光面側銀電極に電気的に接続する前記Ｎ型不純物拡散層２と前記裏面側アルミニウム電極とを電気的に分離するＰＮ分離溝７とを備え、前記ＰＮ分離溝７は、前記Ｎ型不純物拡散層２よりも深い浅溝９と前記浅溝９の幅方向において前記浅溝９の溝の内側に形成されて前記浅溝９よりも幅が狭く深さの深い深溝１０とにより構成される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第２導電型の不純物元素が拡散された不純物拡散層が一面側および一面側から他面側に回り込んで形成された第１導電型の半導体基板と、
前記不純物拡散層に電気的に接続して前記半導体基板の一面側に形成された受光面側電極と、
前記半導体基板の他面側に形成された裏面側電極と、
前記不純物拡散層の表面から前記半導体基板の内部に達して設けられ、前記受光面側電極に電気的に接続する前記不純物拡散層と前記裏面側電極とを電気的に分離する分離溝と、
を備え、
前記分離溝は、
前記不純物拡散層よりも深い第１の溝と、前記第１の溝の幅方向において前記第１の溝の内側に形成されて前記第１の溝よりも幅が狭く深さの深い第２の溝とにより構成されること、
を特徴とする太陽電池素子。
【請求項２】
前記第１の溝の幅は、前記第２の溝の幅よりも０．０２ｍｍ以上広いこと、
を特徴とする請求項１に記載の太陽電池素子。
【請求項３】
前記分離溝は、前記半導体基板の他面側に形成された前記不純物拡散層の表面から前記第１導電型の半導体基板の内部に達して設けられていること、
を特徴とする請求項１または２に記載の太陽電池素子。
【請求項４】
前記分離溝は、前記半導体基板の一面側に形成された前記不純物拡散層の表面から前記第１導電型の半導体基板の内部に達して設けられていること、
を特徴とする請求項１または２に記載の太陽電池素子。
【請求項５】
第１導電型の半導体基板に第２導電型の不純物元素を拡散して前記半導体基板の全面に不純物拡散層を形成する不純物拡散層形成工程と、
前記半導体基板の一面側に前記不純物拡散層に電気的に接続する受光面側電極を形成する受光面側電極形成工程と、
前記半導体基板の他面側に裏面側電極を形成する裏面側電極形成工程と、
前記不純物拡散層の表面から前記半導体基板の内部に達し、前記受光面側電極に電気的に接続する前記不純物拡散層と前記裏面側電極とを電気的に分離する分離溝をレーザー加工により形成する分離溝形成工程と、
を含み、
前記分離溝形成工程では、加工溝形成領域に第１レーザーを照射することにより前記不純物拡散層よりも深い第１の溝を形成し、加工溝形成領域に第２レーザーを照射することにより前記第１の溝の幅方向において前記第１の溝の内側に設けられて前記第１の溝よりも幅が狭く深さの深い第２の溝を形成すること、
を特徴とする太陽電池素子の製造方法。
【請求項６】
前記第１レーザーを前記加工溝形成領域に照射した後に前記加工溝形成領域に前記第２レーザーを照射し、または前記第２レーザーを前記加工溝形成領域に照射した後に前記加工溝形成領域に前記第１レーザーを照射すること、
を特徴とする請求項５に記載の太陽電池素子の製造方法。
【請求項７】
１つの光源から出射された１本のレーザーを前記第１レーザーと前記第２レーザーとに分岐させ、
前記第２レーザーを前記第１レーザーに追随させて照射し、または前記第１レーザーを前記第２レーザーに追随させて照射すること、
を特徴とする請求項５または６に記載の太陽電池素子の製造方法。
【請求項８】
前記第１の溝の深さと前記第２の溝の深さとの合計深さを０．０３ｍｍ〜０．０５ｍｍの範囲とすること、
を特徴とする請求項５〜７のいずれか１つに記載の太陽電池素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池素子およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、太陽電池素子は、結晶系シリコン基板を用いたバルク型の太陽電池素子が主流を占めている。そして、太陽電池基板として結晶系シリコン基板を用いる場合には、たとえばＰ型のシリコン基板に対しては燐（Ｐ）などの不純物を拡散させることにより基板内部にＰＮ接合を形成している。
【０００３】
太陽電池素子の製造においては、光電変換効率を向上させるためにＰＮ接合を分離（ＰＮ分離）することが行われている。ＰＮ接合を分離する方法としては、たとえばレーザー加工が用いられている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、レーザー加工を用いたＰＮ分離では、加工時のシリコン溶融物やシリコン残渣が多く発生し、これらに起因して太陽電池素子の発電時にリーク電流が発生して光電変換効率が低下するという問題があった。このため、その影響を受けないように加工溝を２重にすることが行われている（たとえば、特許文献２参照）。
【０００５】
また、レーザー加工を用いたＰＮ分離では、所定の加工溝を短時間で得るために、基板を回転させながら同一箇所にレーザーを複数回照射することが行われている（たとえば、特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平５-７５１４８号公報
【特許文献２】特開２０１０-１７７４４４号公報
【特許文献３】特開２０１０-１１５６８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記従来の技術によれば、レーザー加工を用いて太陽電池素子の外周部に加工溝を設けても、加工時に発生するシリコン溶融物やシリコン残渣などの影響を受けて良質のＰＮ分離が形成できない、という問題があった。
【０００８】
これに対して特許文献２では加工溝を２重にすることによりリーク電流の低減を狙っているが、リーク電流を発生させる加工溝を２つに増やしても、リーク電流を十分に低下させることはできなかった。また、この場合は、２つの加工溝分の加工径と、２つの加工溝間の間隔として０．０５ｍｍ以上を必要としている。このため、太陽電池素子の裏面の発電寄与分がより少なくなり、レーザー加工を用いることによる溝の小面積化の効果が得られていない。
【０００９】
また、特許文献３のように基板を回転させながら同一箇所にレーザー加工を複数回行うことにより良質な加工溝は得られる。しかしながら、製造プロセスの観点から見ると、この場合は高スループットは実現できない、という問題があった。
【００１０】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、レーザー加工によるＰＮ分離に起因したリーク電流の発生を防止可能な、光電変換効率および生産効率に優れた太陽電池素子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素子は、第２導電型の不純物元素が拡散された不純物拡散層が一面側および一面側から他面側に回り込んで形成された第１導電型の半導体基板と、前記不純物拡散層に電気的に接続して前記半導体基板の一面側に形成された受光面側電極と、前記半導体基板の他面側に形成された裏面側電極と、前記不純物拡散層の表面から前記半導体基板の内部に達して設けられ、前記受光面側電極に電気的に接続する前記不純物拡散層と前記裏面側電極とを電気的に分離する分離溝と、を備え、前記分離溝は、前記不純物拡散層よりも深い第１の溝と、前記第１の溝の幅方向において前記第１の溝の内側に形成されて前記第１の溝よりも幅が狭く深さの深い第２の溝とにより構成されること、を特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、分離溝として必要となる溝幅を大きくすることなくレーザー加工によるＰＮ分離に起因したリーク電流の発生を防止でき、光電変換効率および生産効率に優れた太陽電池素子が得られる、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にかかる結晶シリコン太陽電池素子の構成を示す図であり、結晶シリコン太陽電池素子の断面構造を模式的に示す断面図である。
【図１−２】図１−２は、本発明の実施の形態１にかかる結晶シリコン太陽電池素子の構成を示す図であり、結晶シリコン太陽電池素子の裏面構造を模式的に示す平面図である。
【図２】図２は、本実施の形態１にかかるＰＮ分離溝の構成を模式的に示す断面図である。
【図３−１】図３−１は、実施の形態１にかかる太陽電池素子の製造方法を示す断面図である。
【図３−２】図３−２は、実施の形態１にかかる太陽電池素子の製造方法を示す断面図である。
【図４−１】図４−１は、ＰＮ分離溝を形成する第１の方法を模式的に示す断面図である。
【図４−２】図４−２は、ＰＮ分離溝を形成する第１の方法を模式的に示す断面図である。
【図５−１】図５−１は、ＰＮ分離溝を形成する第２の方法を模式的に示す断面図である。
【図５−２】図５−２は、ＰＮ分離溝を形成する第２の方法を模式的に示す断面図である。
【図６】図６は、加工溝幅とリーク電流との関係を示す特性図である。
【図７】図７は、本発明の実施の形態１にかかる他の結晶シリコン太陽電池素子の構成を示す図であり、他の結晶シリコン太陽電池素子の断面構造を模式的に示す断面図である。
【図８】図８は、実施の形態２にかかるレーザー装置の要部構成を模式的に示す図である。
【図９】図９は、実施の形態２にかかる他のレーザー装置の要部構成を模式的に示す図である。
【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素子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にかかる結晶シリコン太陽電池素子（以下、単に太陽電池素子と呼ぶ場合がある）の構成を示す図であり、結晶シリコン太陽電池素子の断面構造を模式的に示す断面図である。図１−２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素子の構成を示す図であり、結晶シリコン太陽電池素子の裏面構造を模式的に示す平面図である。実施の形態１にかかる太陽電池素子は、図１−１および図１−２に示されるように、Ｐ型シリコン基板１と、不純物拡散層（Ｎ型不純物拡散層）２と、反射防止膜３と、受光面側銀電極４と、裏面Ｐ＋層５と、裏面側アルミニウム電極６と、を備える。また、Ｐ型シリコン基板１の受光面と反対側の面（裏面）側には、Ｎ型不純物拡散層２の周縁部においてＮ型不純物拡散層２の表面からＰ型シリコン基板１の内部にまで達するＰＮ分離溝７が形成されている。ＰＮ分離溝７は、Ｐ型シリコン基板１の裏面において、Ｐ型シリコン基板１の外形の４つの辺方向に形成されている。
【００１６】
この結晶シリコン太陽電池素子では、第１導電型の結晶シリコン半導体部であるＰ型シリコン基板１と、第２導電型の結晶シリコン半導体部であるＮ型不純物拡散層２とにより、ＰＮ接合を有して光電変換機能を有する太陽電池基板が構成されている。Ｎ型不純物拡散層２は、Ｐ型シリコン基板１の受光面側の全面から裏面側にわたってリン拡散によって形成されている。なお、Ｐ型シリコン基板１には、多結晶シリコン基板を用いてもよく、また単結晶シリコン基板を用いてもよい。また、Ｐ型シリコン基板１とＮ型不純物拡散層２との導電型を入れ替えてもよい。
【００１７】
反射防止膜３は、たとえば窒化シリコン（ＳｉＮ）膜など絶縁膜からなり、Ｐ型シリコン基板１の受光面側から側面にわたってＮ型不純物拡散層２を覆って受光面等での入射光の反射を防止する。
【００１８】
受光面側銀電極４は、太陽電池素子の受光面側においてＮ型不純物拡散層２に電気的に接続した第１電極（Ｎ型電極）である。裏面Ｐ＋層５は、Ｐ型不純物を高濃度に含んだＢＳＦ（Back  Surface  Field）層であり、Ｐ型シリコン基板１の裏面側における裏面側アルミニウム電極６の下部領域に形成されている。裏面側アルミニウム電極６は、太陽電池素子の裏面側においてＰ型シリコン基板１に電気的に接続した第２電極（Ｐ型電極）である。
【００１９】
太陽電池素子を効率良く発電させるためには、Ｎ型電極である受光面側銀電極４に接続されたＮ型不純物拡散層２とＰ型電極である裏面側アルミニウム電極６とを電気的に絶縁させるＰＮ分離の構造が必要である。図２は、本実施の形態にかかるＰＮ分離溝７の構成を模式的に示す断面図である。ＰＮ分離溝７は、図２に示すように太陽電池素子の裏面側においてＮ型不純物拡散層２の表面からＰ型シリコン基板１の内部にまで達する２段溝であり、Ｎ型電極である受光面側銀電極４に接続されたＮ型不純物拡散層２とＰ型電極である裏面側アルミニウム電極６とを電気的に絶縁させる。
【００２０】
ＰＮ分離溝７は、太陽電池素子の裏面側からレーザーを同一箇所に２回照射することにより形成されており、加工径が大きいレーザーを用いて形成されて加工溝幅が広くかつ深さの浅い第１の溝である浅溝９と、加工径が小さいレーザーを用いて形成されて加工溝幅が狭くかつ深さの深い第２の溝である深溝１０とにより構成されている。深溝１０は、浅溝９の加工溝幅方向において浅溝９の内側に形成されて、浅溝９よりも幅が狭くかつ深さの深い溝である。
【００２１】
浅溝９と深溝１０との加工溝幅の差は、０．０２ｍｍ以上とされることが好ましい。すなわち、浅溝９の加工溝幅を深溝１０の両端から０．０２ｍｍ以上広く設けられることが好ましい。また、浅溝９の加工溝幅は、深溝１０の両端から同等の幅だけ広く設けられることが好ましい。浅溝９と深溝１０との加工溝幅の差が０．０２ｍｍ以上とされることにより、ＰＮ分離溝７を形成するレーザー照射時に発生する残渣を加工溝内部に留まらせることができ、ＰＮ分離溝７に起因したリーク電流の発生を抑制することができる。ここで、残渣とは、レーザー照射時に飛散したシリコンを意味する。
【００２２】
深溝１０の加工溝幅は、たとえば０．０４ｍｍ以下とされる。浅溝９の加工溝幅は、深溝１０の両端から０．０２ｍｍ以上広く加工溝幅を有することが好ましいため、浅溝９の加工溝幅は、０．０６ｍｍ以上とされることが好ましい。
【００２３】
ＰＮ分離溝７は、加工溝深さが異なる浅溝９と深溝１０とにより構成されるが、ＰＮ分離溝７としての加工溝深さは、従来のように１本のレーザーの１回のレーザー照射により形成したＰＮ分離溝の深さと同程度、例えば０．０３ｍｍ〜０．０５ｍｍ程度の深さとされている。通常、Ｐ型シリコン基板１の厚みは０．１〜０．３ｍｍ程度、Ｎ型不純物拡散層２の深さは０．０００５ｍｍ（＝５００ｎｍ）程度とされる。レーザー照射によるＰＮ分離溝７の形成時に発生する残渣には、周囲に飛び散るものと、熱が加わることにより溝内部においてリンを再拡散（レーザードーピング）させるものとがある。そこで、後者の影響を小さくする必要があるため、ＰＮ分離溝７ではたとえば上記のような深さが必要となる。ＰＮ分離溝７の加工溝深さが０．０３ｍｍよりも小である場合には、溶融したシリコンの付着によるリーク電流を抑える事が出来ない。ＰＮ分離溝７の加工溝深さが０．０５ｍｍよりも大である場合には、シリコン基板への機械的ダメージが大きくなり割れ易くなる。
【００２４】
また、ＰＮ分離溝７の加工溝深さが深い場合は、Ｐ型シリコン基板１の機械的強度が弱くなり易く、Ｐ型シリコン基板１の割れや欠けが多く発生する原因になる。このため、浅溝９と深溝１０とは、従来のように１本のレーザーの１回のレーザー照射により加工する場合よりもそれぞれ浅くされる必要があり、これらの合計の加工溝深さが０．０３ｍｍ〜０．０５ｍｍの深さになるように加工されている。たとえば浅溝９の加工溝深さは０．０１ｍｍ〜０．０３ｍｍ程度とされ、深溝１０の加工溝深さは０．０３ｍｍ〜０．０５ｍｍ程度とされる。加工溝深さを浅くする手段としては、レーザー出力を下げる方法、走査速度を上げる方法、発振周波数を上げる方法などが挙げられる。また、図２のようなＰＮ分離溝を形成することにより基板の機械強度も高めることができる。
【００２５】
また、例えばＰ型シリコン基板１の裏面側に０．０１ｍｍ程度の大きさの凹凸（テクスチャ）が形成されている場合には、凹凸形成の半値である０．００５ｍｍからの深さを加工溝深さとする。通常、テクスチャは大きいものでも０．０２ｍｍ程度の大きさとされる。仮にこのようなサイズのテクスチャが形成されている場合であっても、加工溝深さを０．０３ｍｍとして加工することにより、テクスチャの底からの深さが０．０１ｍｍの溝が得られる。テクスチャの大きさを大きくした場合には、太陽電池基板の厚みが薄くなり、光電変換効率が低下する。このため、太陽電池素子における技術動向としては、一般的に０．０１ｍｍ程度の凹凸（テクスチャ）が基板表面に形成される場合が多い。
【００２６】
つぎに、上述した本実施の形態にかかる太陽電池素子の製造方法について図３−１および図３−２を参照して説明する。図３−１および図３−２は、本実施の形態にかかる太陽電池素子の製造方法を示す断面図である。なお、ここで説明する工程は、一般的なシリコン基板を用いた太陽電池素子の製造工程と同様であるため、詳細は特に図示しない。
【００２７】
まず、Ｐ型シリコン基板１を用意する。Ｐ型シリコン基板１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を用いることができる。Ｐ型多結晶シリコン基板は、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の表面近くに存在するダメージ領域を取り除く。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の受光面側の表面にテクスチャ構造として微小凹凸を形成してもよい。
【００２８】
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。
【００２９】
つぎに、このＰ型多結晶シリコン基板を熱拡散炉へ投入し、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型シリコン基板１の表面にリン（Ｐ）を拡散させて、Ｐ型シリコン基板１の全面にＮ型不純物拡散層２を形成する。これにより、Ｐ型シリコン基板１とＮ型不純物拡散層２とのＰＮ接合が形成される。本実施の形態では、Ｐ型シリコン基板１をオキシ塩化リン（ＰＯＣｌ３）ガス雰囲気中において加熱することにより、Ｎ型不純物拡散層２を形成する。ここで、Ｐ型シリコン基板１の表面にＮ型不純物拡散層２が形成され、更にＮ型不純物拡散層２の最表面には、リンガラス層が形成される。
【００３０】
つぎに、フッ酸溶液中でリンガラス層を除去した後、反射防止膜３としてプラズマＣＶＤ法によりＳｉＮ膜をＰ型シリコン基板１の受光面となる一面側および側面におけるＮ型不純物拡散層２上に形成する。なお、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３は、スパッタリング法など、異なる成膜方法により形成してもよい。
【００３１】
つぎに、Ｐ型シリコン基板１の受光面に銀の混入したペーストをスクリーン印刷にて印刷する。また、Ｐ型シリコン基板１の裏面において、アルミニウムの混入したペーストを全面にスクリーン印刷にて印刷する。その後、焼成処理を実施して受光面側銀電極４と裏面側アルミニウム電極６とを形成する。焼成は大気雰囲気中において例えば７６０℃で実施する。また、この焼成によりＰ型シリコン基板１の裏面における裏面側アルミニウム電極６と接する領域に裏面Ｐ＋層５が形成される（図３−１）。
【００３２】
つぎに、Ｐ型シリコン基板１の裏面のＮ型不純物拡散層２の周縁部に沿ってレーザーを照射し、ＰＮ分離溝７を形成する。ＰＮ分離溝７は、Ｐ型シリコン基板１の裏面において、Ｐ型シリコン基板１の外形の４つの辺方向に形成される。これにより、Ｎ型電極である受光面側銀電極４に接続されたＮ型不純物拡散層２と、Ｐ型電極である裏面側アルミニウム電極６とが電気的に絶縁され、ＰＮ分離が実現される（図３−２）。
【００３３】
ＰＮ分離溝７は、Ｐ型シリコン基板１の裏面のＮ型不純物拡散層２の周縁部に、加工径の異なる２本のレーザーを同一箇所に１回ずつ照射することにより形成される。すなわち、加工径が大きいレーザーを照射することにより、加工溝幅が広くかつ加工溝深さの浅い浅溝９を形成する。また、加工径が小さいレーザーを照射することにより、加工溝幅が狭くかつ加工溝深さの深い深溝１０を形成する。これにより、浅溝９と深溝１０とからなる２段溝が形成される。
【００３４】
同じ加工径のレーザーを１回または２回以上照射して目標深さの加工溝を形成する場合には、残渣は加工溝の直上に飛び出し、Ｎ型不純物拡散層２の表面に堆積する。このＮ型不純物拡散層２の表面に降り積もった残渣と、加工溝内に付着した残渣とが接続することによりリーク電流が発生する。
【００３５】
また、レーザー照射によるＰＮ分離においては、加工溝内に付着する残渣よりも基板のシリコン（Ｎ型不純物拡散層２）の表面に付着する残渣が問題となる。本発明者の研究において、ＰＮ分離が行われるシリコン（Ｎ型不純物拡散層２）の表面が反射防止膜（例えばＳｉＮ絶縁膜）で覆われている場合にはリーク電流の発生が極端に低くなることが分かっている。
【００３６】
そこで、本実施の形態においては、Ｎ型不純物拡散層２の表面に付着する残渣量を低減することにより、レーザー照射によるＰＮ分離におけるリーク電流の発生を抑制する。すなわち、加工径の異なる２本のレーザーを同一箇所に１回ずつ照射して加工溝幅および加工溝深さの異なる２種類の加工溝を形成することにより、Ｎ型不純物拡散層２の表面に降り積もった残渣の影響、すなわち堆積面に降り積もった残渣に起因したリーク電流の発生を低減する。以下では、ＰＮ分離溝７を形成する２種類の方法について、図４−１〜図５−２を参照して説明する。図４−１および図４−２は、ＰＮ分離溝７を形成する第１の方法を模式的に示す断面図である。図５−１および図５−２は、ＰＮ分離溝７を形成する第２の方法を模式的に示す断面図である。
【００３７】
（第１の方法：浅く広い浅溝９の形成後に深く狭い深溝１０を形成する方法）
まず、浅く広い浅溝９を形成する（図４−１）。最初に浅く広い浅溝９を形成する際には、Ｎ型不純物拡散層２の表面を浅くレーザー加工することにより残渣量およびＮ型不純物拡散層２の表面にあるリン濃度を減らすことができる。また、レーザーの平均出力はほぼ固定であるため、レーザーの加工径を広げて加工溝幅を広げることにより単位面積あたりのエネルギーが小さくなり、低エネルギーの加工となり残渣量は減少する。浅溝９の加工溝深さは、０．０１ｍｍ〜０．０３ｍｍ程度の深さとされる。
【００３８】
続いて、深く狭い深溝１０を形成する（図４−２）。深溝１０の加工溝深さは、０．０３ｍｍ〜０．０５ｍｍ程度の深さとされる。深く狭い深溝１０を形成する際には、リン濃度の少ないＮ型不純物拡散層２表面にレーザー照射することによりＰＮ分離がされ易く、かつ従来よりもレーザー出力を下げることが可能であるため残渣量も減少する。すなわち、浅く広い浅溝９と深く狭い深溝１０とをこの順で形成してＰＮ分離を行うことによって、従来のように同じ加工径のレーザーを１回または２回以上照射して加工溝を形成する場合に比べて残渣の発生量を低減することができる。また、残渣は浅溝９の底面に付着するようになり、不純物拡散層２の表面に降り積もる残渣量が低減される。このため、Ｎ型不純物拡散層２の表面に降り積もった残渣と、加工溝内に付着した残渣とが接続することによるリーク電流の発生が低減、防止される。さらに、レーザー加工の前後において分離溝の表面積も増えることになる。これにより、加工領域における単位面積あたりの残渣蒸着量は減り、分離溝の表面積が増えるため、良好なＰＮ分離が行える。
【００３９】
レーザー加工により分離されたＮ型不純物拡散層２とＮ型不純物拡散層２とが残渣により覆われた場合には、分離されたＮ型不純物拡散層２とＮ型不純物拡散層２とが電気的に接続してしまう。しかしながら、上記のようにして浅溝９を形成した後に深溝１０を形成することにより、Ｎ型電極である受光面側銀電極４に接続されたＮ型不純物拡散層２と、Ｐ型電極である裏面側アルミニウム電極６とが確実に電気的に絶縁されて良好なＰＮ分離が実現され、ＰＮ分離におけるリーク電流の発生が防止される。
【００４０】
（第２の方法：深く狭い深溝１０の形成後に浅く広い浅溝９を形成する方法）
まず、深溝１０を形成する（図５−１）。最初に深溝１０を形成する場合は、従来と同様に一気に０．０３μｍ〜０．０５μｍ程度の深さまでレーザー加工して深溝１０を形成する。この場合、従来と同様に残渣はＮ型不純物拡散層２の表面に付着し、例えば約０．０１μｍの幅で深溝１０の周囲に付着する。
【００４１】
続いて浅く広い浅溝９を形成する（図５−２）。浅溝９の加工溝深さは、０．０１ｍｍ〜０．０３ｍｍ程度の深さとされる。浅く広い浅溝９を形成する際には、深溝１０の周辺領域がレーザー加工される。このため、先に行われた深溝１０の形成時にＮ型不純物拡散層２の表面における深溝１０の周囲に付着した残渣が除去される。また、加工深さが浅いためレーザー出力は小さくて済み、Ｎ型不純物拡散層２の表面に付着する残渣量は少なくなる。すなわち、深く狭い深溝１０と浅く広い浅溝９とをこの順で形成してＰＮ分離を行うことによって、従来のように同じ加工径のレーザーを１回または２回以上照射して加工溝を形成する場合に比べて残渣の発生量を低減することができる。
【００４２】
レーザー加工により分離されたＮ型不純物拡散層２とＮ型不純物拡散層２とが残渣により覆われた場合には、分離されたＮ型不純物拡散層２とＮ型不純物拡散層２とが電気的に接続してしまう。しかしながら、上記のようにして深溝１０を形成した後に浅溝９を形成することにより、Ｎ型電極である受光面側銀電極４に接続されたＮ型不純物拡散層２と、Ｐ型電極である裏面側アルミニウム電極６とが確実に電気的に絶縁されてＰＮ分離が実現され、ＰＮ分離におけるリーク電流の発生が防止される。
【００４３】
以上の工程を実施することにより、ＰＮ分離が良好に行われてＰＮ分離におけるリーク電流の発生が抑制された図１−１および図１−２に示す太陽電池素子が作製される。
【００４４】
図６は、加工溝幅とリーク電流Ｉｄとの関係を示す特性図である。図６においては、深溝１０の加工幅を０．０４ｍｍに固定し、浅溝９の加工溝幅を０．０４ｍｍ〜０．１０ｍｍまで０．０１ｍｍ毎に変更した太陽電池素子（実施例）のリーク電流Ｉｄ値の変化を示している。加工溝深さの条件は各サンプルで同一であり、深溝１０の加工溝深さは０．０３〜０．０４ｍｍ、浅溝９の加工溝深さは０．０３ｍｍ以下である。また、従来の方法により１回のレーザー照射により加工溝幅が０．０４ｍｍ、深さ０．０３ｍｍ〜０．０４ｍｍのＰＮ分離溝を形成した太陽電池素子（従来例）のリーク電流Ｉｄ値を図６に併せて示す。実施例と従来例との太陽電池素子は、分離溝以外は同じ構成を有し、図１−１および図１−２に示す構成を有する。
【００４５】
図６より、浅溝９の加工幅を０．０６ｍｍ以上にすればリーク電流Ｉｄは１０ｍＡ以下となり、太陽電池素子の光電変換効率に影響が出ないレベルになるといえる。また、仮にレーザー出力の制約を無視するとして、従来の方法により１回のレーザー照射により加工溝幅０．１ｍｍ、加工溝深さ０．０３〜０．０４ｍｍの幅広のＰＮ分離溝を形成しても、シリコン（Ｎ型不純物拡散層２）の表面および加工溝内に付着する残渣量は変わらないためリーク電流は発生する。実際に、図６に示す従来例において加工溝幅を０．０４ｍｍ→０．０５ｍｍに変化させてもリーク電流は発生している。
【００４６】
また、ＰＮ分離溝７は、Ｐ型シリコン基板１の裏面においてＰ型シリコン基板１の外形の４つの辺方向に形成されるため、レーザー加工が重なる部分が４箇所発生する（図１−２参照）。レーザー加工が重なる部分はリーク電流が発生し易い。このため、レーザー加工が重なる部分が予め決まっている場合には、図２に示す加工形状をレーザー加工が重なる部分およびその周辺の部分にのみ適用してもよい。
【００４７】
また、上記においてはＰ型シリコン基板１の裏面側のＮ型不純物拡散層２の周縁部に沿ってＰＮ分離溝７を形成する場合について説明したが、図７に示すようにＰ型シリコン基板１の受光面側のＮ型不純物拡散層２の周縁部に沿ってＰＮ分離溝７を形成してもよい。図７は、実施の形態１にかかる他の結晶シリコン太陽電池素子の構成を示す図であり、他の結晶シリコン太陽電池素子の断面構造を模式的に示す断面図である。この場合も、上記と同様にＰＮ分離が良好に行われてＰＮ分離におけるリーク電流の発生が抑制された太陽電池素子が得られる。
【００４８】
上述したように、実施の形態１によれば、加工径が大きいレーザーを照射することにより加工溝幅が広くかつ加工溝深さの浅い浅溝９を形成し、加工径が小さいレーザーを照射することにより加工溝幅が狭くかつ加工溝深さの深い深溝１０を形成して浅溝９と深溝１０とからなる２段溝のＰＮ分離溝７を形成する。これにより、Ｎ型不純物拡散層２の表面に付着する残渣量を低減して、Ｎ型電極である受光面側銀電極４に接続されたＮ型不純物拡散層２と、Ｐ型電極である裏面側アルミニウム電極６とを確実に電気的に絶縁されたＰＮ分離を実現し、ＰＮ分離におけるリーク電流の発生が防止することができる。
【００４９】
また、１箇所につき複数本の分離溝を形成する必要がないため、太陽電池素子の裏面の発電に寄与する部分を多く残すことができ、太陽電池素子の光電変換効率が向上する。
【００５０】
実施の形態２．
図８は、実施の形態２にかかるレーザー装置の要部構成を模式的に示す図である。図８では、実施の形態２にかかるレーザー装置において２つのレーザーをスキャンしている様子を示している。実施の形態２にかかるレーザー装置は、上述した実施の形態１にかかるＰＮ分離溝７の形成に用いられるレーザー装置である。このレーザー装置は、単一レーザー光源を用いて２つの溝を同時に加工させることが可能である。レーザー光源にはたとえばＹＡＧレーザーが用いられ、その波長は１０６０ｎｍまたは５３２ｎｍであり、発振周波数は５０〜２００ｋＨｚであり、平均レーザーの出力は３０〜５０Ｗである。
【００５１】
このレーザー装置は、レーザー光源から出射されたレーザーＬをガルバノスキャナ１３を用いて分岐し、分岐したレーザーを回転機構付きホログラフィック光学素子（ＨＯＥ：Holographic  Optical  Element）１２とｆθレンズ１１とを用いて２つのレーザーＬ１、Ｌ２としてライン状の加工溝形成領域１６上に照射して加工することを特徴としている。レーザー光源から出射された１本のレーザーＬをレーザーＬ１、Ｌ２に分岐させて加工することにより、１回のレーザー照射と同じスループットを維持することができる。
【００５２】
例えば１つ目のレーザーＬ１が走査して浅溝９を加工した直後に２つ目のレーザーＬ２が走査してさらに深溝１０を加工する。なお、浅溝９と深溝１０とのうちどちらを先に加工しても構わない。すなわち、１つ目のレーザーＬ１による加工および２つ目のレーザーＬ２による加工において、どちらの加工の加工幅を広くまたは狭くしても構わない。また、レーザーＬ１、Ｌ２を重ね合わせてレーザーＬ１、Ｌ２の中心と外周の強度を変えることにより、図２に示す加工形状が得られるレーザー強度分布を形成して溝加工を行ってもよい。
【００５３】
また、実施の形態１で述べたようにトータルの加工溝深さは従来と同様に０．０３ｍｍ〜０．０５ｍｍ程度を目標とする。本発明におけるＰＮ分離溝７の形成は、従来の１回のレーザー照射により溝加工を行う場合とレーザー出力および発振周波数を変えることなく実現できる。この条件で加工溝深さを浅くするためには、走査速度を上げる方法が最も簡便である。
【００５４】
１本のレーザービームを用いて１回の走査で溝を形成する従来の方法の場合は、走査速度は６００ｍｍ／秒である。これに対して、このレーザー装置を用いて分岐させた２本のレーザービームを用いて１回の走査で溝を形成する場合は、走査速度は９００ｍｍ／秒〜１２００ｍｍ／秒まで上げることが可能であり、高スループットが実現可能である。また、２つの加工溝を形成する場合に、２つのレーザー光源を用いて、２周加工するという無駄な作業も不要である。
【００５５】
図９は、実施の形態２にかかる他のレーザー装置の要部構成を模式的に示す図である。図９では、実施の形態２にかかる他のレーザー装置において２つのレーザーをスキャンしている様子を示している。実施の形態２にかかる他のレーザー装置は、上述した実施の形態１にかかるＰＮ分離溝７の形成に用いられるレーザー装置である。このレーザー装置も、単一レーザー光源を用いて２つの溝を同時に加工させることが可能である。レーザー光源にはたとえばＹＡＧレーザーが用いられ、その波長は１０６０ｎｍまたは５３２ｎｍであり、発振周波数は５０〜２００ｋＨｚであり、平均レーザーの出力は３０〜５０Ｗである。
【００５６】
このレーザー装置は、レーザー光源から出射されたレーザーを分岐し、分岐したレーザーをＸ軸用ガルバノスキャナ１４とＹ軸用ガルバノスキャナ１５とを用いて２つのレーザーＬ１、Ｌ２としてライン状の加工溝形成領域１６上に照射して加工することを特徴としている。たとえば１つ目のレーザーＬ１が走査して浅溝９を加工した直後に２つ目のレーザーＬ２が走査してさらに深溝１０を加工する。なお、浅溝９と深溝１０とのうちどちらを先に加工しても構わない。すなわち、１つ目のレーザーＬ１による加工および２つ目のレーザーＬ２による加工において、どちらの加工の加工幅を広くまたは狭くしても構わない。
【００５７】
また、上記の実施の形態で説明した構成を有する太陽電池素子を複数形成し、隣接する太陽電池素子同士を電気的に直列または並列に接続することにより、良好なＰＮ分離効果を有し、光電変換効率に優れた太陽電池モジュールが実現できる。この場合は、たとえば隣接する薄膜太陽電池素子の一方の第１電極（Ｎ型電極）である受光面側銀電極４と、第２電極（Ｐ型電極）である裏面側アルミニウム電極６とを電気的に接続すればよい。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
以上のように、本発明にかかる太陽電池素子は、レーザー加工によるＰＮ分離に起因したリーク電流の発生が防止された太陽電池素子の実現に有用である。
【符号の説明】
【００５９】
１  Ｐ型シリコン基板
２  Ｎ型不純物拡散層
３  反射防止膜
４  受光面側銀電極
５  裏面Ｐ＋層
６  裏面側アルミニウム電極
７  ＰＮ分離溝
９  浅溝
１０  深溝
１１  ｆθレンズ
１２  回転機構付きホログラフィック光学素子（ＨＯＥ）
１３  ガルバノスキャナ
１４  Ｘ軸用ガルバノスキャナ
１５  Ｙ軸用ガルバノスキャナ
１６  加工溝形成領域
Ｌ  レーザー
Ｌ１  レーザー
Ｌ２  レーザー
【図１−１】
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【図１−２】
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【図２】
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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５−１】
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【図５−２】
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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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