(57)【要約】      （修正有）【課題】高変換効率の太陽電池セルを効率良く製造することができる太陽電池セルの製造方法を提供する。【解決手段】基板１の表面の拡散防止マスク層２にレーザ光３を照射することによってレーザ光３が照射された拡散防止マスク層２の部分に開口部を設ける工程と、基板の酸化処理を行なうことによって基板の表面に酸化物層７を形成する工程と、酸化物層７を除去することによりレーザ光３の照射によって生じたダメージ層４を除去する太陽電池セルの製造方法とその方法により製造された太陽電池セル。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の表面に拡散防止マスク層を形成する第１の工程と、
前記拡散防止マスク層にレーザ光を照射することによって前記レーザ光が照射された前記拡散防止マスク層の部分に開口部を設ける第２の工程と、
前記拡散防止マスク層をマスクとして前記基板の前記表面に不純物を拡散する第３の工程と、
前記第３の工程後に前記基板の酸化処理を行なうことによって前記基板の表面に酸化物層を形成する工程と、
前記第４の工程において形成された前記酸化物層を除去する第５の工程と、を含み、
前記第５の工程において、前記第２の工程における前記レーザ光の照射によって生じたダメージ層を除去する、太陽電池セルの製造方法。
【請求項２】
前記第３の工程は、前記不純物の気相拡散または塗布拡散により行なわれる、請求項１に記載の太陽電池セルの製造方法。
【請求項３】
前記第４の工程は、前記基板を水蒸気雰囲気中で加熱することにより行なわれる、請求項１または２に記載の太陽電池セルの製造方法。
【請求項４】
前記第５の工程は、フッ酸を含む溶液によって前記酸化物層を除去することにより行なわれる、請求項１から３のいずれか１項に記載の太陽電池セルの製造方法。
【請求項５】
基板の表面に拡散防止マスク層を形成する第１の工程と、
前記拡散防止マスク層にレーザ光を照射することによって前記レーザ光が照射された前記拡散防止マスク層の部分に開口部を設ける第２の工程と、
前記拡散防止マスク層をマスクとして前記基板の前記表面に不純物を拡散する第３の工程と、
前記第３の工程後に前記基板の酸化処理を行なうことによって前記基板の表面に酸化物層を形成する工程と、
前記第４の工程において形成された前記酸化物層を除去する第５の工程と、を行なうことによって、前記第２の工程における前記レーザ光の照射によって生じたダメージ層が除去されてなる、太陽電池セル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池セルの製造方法および太陽電池セルに関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽光エネルギーを電気エネルギーに直接変換する太陽電池セルは、近年、特に地球環境問題の観点から次世代のエネルギー源としての期待が高まっている。太陽電池セルとしては、化合物半導体を使ったもの、および有機材料を使ったものなど、様々な種類があるが、近年の主流は、シリコン結晶を用いたものである。
【０００３】
その中で、最近、最も多く生産・販売されている太陽電池セルは、太陽光を受ける受光面にはｎ電極が設けられ、裏面にはｐ電極が設けられている構造を有するものである。このような構造を有する太陽電池セルにおいては、受光面側に設けられたｎ電極は、電流の取り出しのために必要である。しかしながら、基板のｎ電極の下方の部分には太陽光が入射しないため、当該下方の部分では発電しない。したがって、電極面積が大きい場合には、太陽電池セルの変換効率が低下することになる。このような、太陽電池セルの受光面側の電極による損失は、シャドウロスと呼ばれている。
【０００４】
これに対し、受光面に電極がなく、ｐ電極およびｎ電極の両方を裏面に形成した太陽電池セルも存在しており、裏面電極型太陽電池セルと呼ばれている。裏面電極型太陽電池セルにおいては、受光面に電極がないために、電極によるシャドウロスがなく、入射してくる太陽光のほぼ全てを基板内に取り込むことができるため、原理的には高変換効率を実現可能である。しかしながら、裏面電極型太陽電池セルは、全ての電極と拡散領域とをパターニングして基板の裏面に形成する必要があるため、製造プロセスが、従来の太陽電池よりも複雑化してしまう。製造プロセスの複雑化は、必然的に製造コストを増加させると共に、量産性を低下させるため、商業用として大量生産することが難しくなる。
【０００５】
そこで、たとえば特許文献１には、エッチングペーストを使用して基板の裏面に拡散領域を形成する裏面電極型太陽電池セルの製造方法が開発されている。太陽電池セルの変換効率は、キャリアの表面再結合速度と密接に関連しているため、裏面電極型太陽電池セルにおいて、高い変換効率を実現するためには、ｎ電極とｐ電極の細線化、およびｎ電極が形成されるｎ型不純物拡散領域とｐ電極が形成されるｐ型不純物拡散領域との繰り返しピッチの狭ピッチ化が求められている。
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載の裏面電極型太陽電池セルの製造方法においては、エッチングペーストを極細で塗布することが困難であるため限界がある。また、従来技術のフォトリソグラフィを用いた裏面電極型太陽電池セルの製造方法では、ｎ電極とｐ電極の細線化は可能であるが、工程数およびレジストなどの材料費が増加するため、製造コストが増加するとともに、量産性が低下する。
【０００７】
また、たとえば特許文献２に示されるように、レーザ光をビームエキスパンダにより広げて大面積化し、シリンドリカルレンズ等で直線状に集光させて加工物に照射する加工装置が開発されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００８−１８６９２７号公報
【特許文献２】特開平５−２０６５５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、レーザ光を用いて太陽電池セルの製造を行なった場合には、レーザ光の照射に起因する熱的な影響によりシリコン基板にダメージ層が形成されるため、太陽電池セルの特性が低下する場合があった。
【００１０】
また、短パルスのレーザ光を用いて太陽電池セルの製造を行なうことも検討されているが、この場合でもレーザ光の照射に起因して発生するダメージ層を完全に除去することは困難であった。
【００１１】
上記の事情に鑑みて、本発明の目的は、高変換効率の太陽電池セルを効率良く製造することができる太陽電池セルの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、基板の表面に拡散防止マスク層を形成する第１の工程と、拡散防止マスク層にレーザ光を照射することによってレーザ光が照射された拡散防止マスク層の部分に開口部を設ける第２の工程と、拡散防止マスク層をマスクとして基板の表面に不純物を拡散する第３の工程と、第３の工程後に基板の酸化処理を行なうことによって基板の表面に酸化物層を形成する工程と、第４の工程において形成された酸化物層を除去する第５の工程とを含み、第５の工程において、第２の工程におけるレーザ光の照射によって生じたダメージ層を除去する太陽電池セルの製造方法である。このような構成とすることにより、高変換効率の太陽電池セルを効率良く製造することができる。
【００１３】
ここで、本発明の太陽電池セルの製造方法において、第３の工程は、不純物の気相拡散または塗布拡散により行なわれることが好ましい。このような構成とすることにより、不純物をより簡易に基板の表面に拡散して不純物拡散層を形成することができる。
【００１４】
また、本発明の太陽電池セルの製造方法において、第４の工程は、基板を水蒸気雰囲気中で加熱することにより行なわれることが好ましい。このような構成とすることにより、不純物拡散層が形成されている領域と形成されていない領域とで酸化物層の形成速度を異なるものとすることができ、酸化物層の膜厚差を好適に設けることができる。
【００１５】
また、本発明の太陽電池セルの製造方法において、第５の工程は、フッ酸を含む溶液によって酸化物層を除去することにより行なわれることが好ましい。このような構成とすることにより、酸化物層をより確実に除去することができるため、ダメージ層をより確実に除去することができる。
【００１６】
さらに、本発明は、基板の表面に拡散防止マスク層を形成する第１の工程と、拡散防止マスク層にレーザ光を照射することによってレーザ光が照射された拡散防止マスク層の部分に開口部を設ける第２の工程と、拡散防止マスク層をマスクとして基板の表面に不純物を拡散する第３の工程と、第３の工程後に基板の酸化処理を行なうことによって基板の表面に酸化物層を形成する工程と、第４の工程において形成された酸化物層を除去する第５の工程とを行なうことによって、第２の工程におけるレーザ光の照射によって生じたダメージ層が除去されてなる太陽電池セルである。このような構成とすることにより、高変換効率であって、効率良く製造することができる太陽電池セルとすることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、高変換効率の太陽電池セルを効率良く製造することができる太陽電池セルの製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】（ａ）〜（ｉ）は、実施の形態の太陽電池セルの製造方法の製造工程を図解する模式的な断面図である。
【図２】（ａ）〜（ｃ）は、実施の形態の太陽電池セルの製造方法の製造工程において、レーザ光の照射によって拡散防止マスク層に開口部を形成する工程を図解する模式的な断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態について説明する。なお、本発明の図面において、同一の参照符号は、同一部分または相当部分を表わすものとする。
【００２０】
＜実施の形態の太陽電池セルの製造方法＞
図１（ａ）〜図１（ｉ）に、本発明の太陽電池セルの製造方法の一例である実施の形態の太陽電池セルの製造方法の製造工程を図解する模式的な断面図を示す。まず、図１（ａ）に示すように、基板１の表面に拡散防止マスク層２を形成する。
【００２１】
基板１としては、たとえば、ｎ型またはｐ型の単結晶または多結晶のシリコン基板などを用いることができる。ここで、基板１としてシリコン基板を用いる場合には、所望の厚さにスライスされたシリコンウエハのスライスダメージを除去するため、片面につき１０〜２０μｍ程度の厚さをフッ酸と硝酸の混酸若しくは水酸化ナトリウムなどのアルカリ溶液でエッチングしたものを用いることができるが、後述のように、拡散防止マスク層２の加工にレーザ光を用いる場合には、基板１の面粗度に左右されるものではない。また、基板１の大きさおよび形状は、特に限定されないが、厚さを１５０〜２５０μｍとし、外形を１辺１００〜１５７ｍｍの擬似四角形の表面を有するものとすることができる。
【００２２】
拡散防止マスク層２としては、たとえば、酸化物層および窒化物層の少なくとも一方を用いることができる。酸化物層としては、たとえば酸化シリコン層などを用いることができる。また、窒化物層としては、たとえば窒化シリコン層などを用いることができる。したがって、拡散防止マスク層２としては、たとえば、酸化シリコン層の単層、窒化シリコン層の単層、または酸化シリコン層と窒化シリコン層との積層体などを用いることができる。
【００２３】
拡散防止マスク層２の厚さは、特に限定されないが、たとえば、それぞれ１００ｎｍ以上４００ｎｍ以下の厚さとすることができる。
【００２４】
拡散防止マスク層２の形成方法も特に限定されないが、たとえば、常圧ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法、プラズマＣＶＤ法、スチーム酸化法、またはＳＯＧ（Spin on Glass）の塗布・焼成などを用いることができる。
【００２５】
なお、本実施の形態においては、基板１の表面全体に拡散防止マスク層２が形成されているが、拡散防止マスク層２は、基板１の表面の少なくとも一部に形成されていればよい。拡散防止マスク層２が基板１の表面の一部に形成される例としては、基板１の受光面と反対側の裏面に拡散防止マスク層２が形成される場合が挙げられる。
【００２６】
次に、図１（ｂ）に示すように、拡散防止マスク層２に、たとえば波長５３２ｎｍであって、パルス幅が６００ｐｓ（ピコ秒）である円形状の短パルスレーザ光３をスキャナ等を用いて直線状にスキャンしながら複数ライン照射することによって、短パルスレーザ光３の照射箇所の拡散防止マスク層２を除去して、開口部５を形成する。このとき、開口部５には、短パルスレーザ光３の照射によって基板１の表面に形成されたダメージ層４が露出している。
【００２７】
すなわち、波長５３２ｎｍの短パルスレーザ光３の光は、たとえば図２（ａ）の模式的拡大断面図に示すように、たとえば酸化シリコンからなる拡散防止マスク層２を透過して、たとえばシリコンからなる基板１の表面でエネルギーが吸収される。そして、短パルスレーザ光３の照射箇所における基板１の界面部２２が、短パルスレーザ光３の波長に相当するエネルギーを吸収することにより発生した熱によって、溶融して溶融変形を起こす。したがって、この場合には、短パルスレーザ光３のエネルギーは、酸化シリコンからなる拡散防止マスク層２のバンドギャップに相当するエネルギーよりも小さく、シリコンからなる基板１のバンドギャップに相当するエネルギー以上であると考えられる。
【００２８】
そして、図２（ｂ）の模式的拡大断面図に示すように、界面部２２から発生した熱により、界面部２２の上部の拡散防止マスク層２の部分はアブレーションされて除去される。これにより、図２（ｃ）の模式的拡大断面図に示すように、拡散防止マスク層２の除去部分は開口部５となり、開口部５から、短パルスレーザ光３による基板１の熱ダメージ層であるダメージ層４が形成される。
【００２９】
なお、短パルスレーザ光３のパルス幅が短いほどダメージ層４の厚さは薄くなるが、短パルスレーザ光３のパルス幅が１０ｐｓの場合であっても、数十ｎｍ程度の厚さのダメージ層４が形成される。
【００３０】
ダメージ層４の形態としては、たとえば、基板１が単結晶シリコンからなる場合には、基板１の表層の一部がアモルファス化して部分的に不純物を含む等の基板１の表面が変質する形態などが挙げられる。
【００３１】
次に、図１（ｃ）に示すように、拡散防止マスク層２の開口部５から基板１の表面にｎ型不純物を拡散して、ｎ型不純物拡散層６を形成する。ｎ型不純物拡散層６の形成は、たとえば、ｎ型不純物としてのリンを含むＰＯＣｌ3を用いた気相拡散、またはリンを含む溶剤をスピンコートまたは印刷して高温でアニールする塗布拡散などにより行なうことが好ましい。この場合には、ｎ型不純物をより簡易に基板１の表面に拡散してｎ型不純物拡散層６を形成することができる。
【００３２】
なお、ｎ型不純物拡散層６中のｎ型不純物濃度が１×１０17個／ｃｍ3以上１×１０19個／ｃｍ3となるように、気相拡散によりｎ型不純物拡散層６を形成する場合には、たとえば８００℃以上９００℃以下の温度で３０分以上６０分以下の時間、ｎ型不純物を拡散することが好ましい。また、基板１の受光面には拡散防止マスク層２を形成せずに、基板１の受光面側にもｎ型不純物を拡散してＦＳＦ（フロントサーフェスフィールド）を形成してもよい。
【００３３】
また、塗布拡散によりｎ型不純物拡散層６を形成する場合には、たとえば、リンを含む溶剤をスピンコートまたは印刷した後に、１５０℃〜２００℃程度の温度で溶剤を乾燥させた後に、８００℃〜９００℃程度に設定したチューブ炉で熱拡散処理を行なうことによりｎ型不純物を拡散することが好ましい。
【００３４】
次に、図１（ｄ）に示すように、基板１の表面から拡散防止マスク層２を除去する。ここで、拡散防止マスク層２の除去方法は、特に限定されないが、たとえば濃度５０％のフッ酸によって基板１の表面の拡散防止マスク層２を溶解して除去した後に、基板１の表面を乾燥させる方法などが挙げられる。
【００３５】
次に、図１（ｅ）に示すように、基板１の酸化処理を行なうことによって、基板１の表面に酸化物層７を形成する。ここで、基板１の酸化処理方法は、特に限定されないが、なかでも、拡散防止マスク層２の除去後の基板１を水蒸気雰囲気のチューブ炉に設置した後に、基板１を水蒸気雰囲気で加熱することにより行なうことが好ましい。この場合には、ｎ型不純物拡散層６が形成されている領域と、ｎ型不純物拡散層６が形成されていない領域とで、酸化物層７の形成速度が異なるため、ｎ型不純物拡散層６の形成領域では拡散防止マスク層２の厚さを厚くし、ｎ型不純物拡散層６の非形成領域では拡散防止マスク層２の厚さを薄くした膜厚差を好適に設けることができる。また、この工程において、ダメージ層４も酸化されて、酸化物層７の一部を構成する。
【００３６】
次に、図１（ｆ）に示すように、基板１の酸化処理によって形成された酸化物層７を除去する。ここでは、ｎ型不純物拡散層６の形成領域上の厚膜の酸化物層７の部分が残り、ｎ型不純物拡散層６の非形成領域上の薄膜の酸化物層７の部分が完全に除去されるように、酸化物層７のエッチング条件が調節されて、酸化物層７の除去が行なわれる。なお、この段階で、ダメージ層４の酸化部分もエッチングされて除去できる場合もある。
【００３７】
次に、図１（ｇ）に示すように、基板１の表面の酸化物層７の残部を覆うようにして、基板１の表面上に、ｐ型不純物を含むｐ型不純物拡散剤８を塗布する。ここで、ｐ型不純物拡散剤８としては、たとえばｐ型不純物としてのボロンを含む溶剤を用いることができる。
【００３８】
次に、図１（ｈ）に示すように、酸化物層７の残部をマスクとして、ｐ型不純物拡散剤８からｐ型不純物を基板１の表面に拡散することにより、基板１の表面にｐ型不純物拡散層９を形成する。ここで、ｐ型不純物拡散層９は、たとえば、上記のようにして塗布したｐ型不純物拡散層９を１５０℃〜２００℃程度の温度で乾燥させた後に、８００℃〜９００℃程度に設定したチューブ炉で熱拡散処理を行なうことによって、ｐ型不純物拡散層９からｐ型不純物を基板１の表面に拡散させることにより形成することができる。
【００３９】
次に、図１（ｉ）に示すように、ｐ型不純物拡散剤８および酸化物層７の残部をすべて除去する。これにより、上記の酸化物層７の除去工程では除去できなかったダメージ層４の酸化部分も除去することができる。
【００４０】
ここで、ｐ型不純物拡散剤８および酸化物層７の除去方法は特に限定されないが、フッ酸を含む溶液によってｐ型不純物拡散剤８および酸化物層７を除去することが好ましい。この場合には、酸化物層７をより確実に除去することができるため、上記の酸化物層７の除去工程では除去できなかったダメージ層４の酸化部分をより確実に除去することができる。
【００４１】
その後、交互に配置されたｎ型不純物拡散層６とｐ型不純物拡散層９とが露出した基板１の表面にパッシベーション膜を形成し、パッシベーション膜にコンタクトホールを形成し、コンタクトホールを通してｎ型不純物拡散層６に接するｎ電極およびｐ型不純物拡散層９に接するｐ電極を形成することによって、実施の形態の太陽電池セルを製造することができる。
【００４２】
実施の形態の太陽電池セルは、上記の拡散防止マスク層２に対するレーザ光の照射によって生じたダメージ層４が、基板１の酸化処理による酸化物層７の形成工程および酸化物層７の除去工程によって除去されてなる裏面電極型太陽電池セルとなる。
【００４３】
なお、パッシベーション膜としては、たとえば、酸化物層および窒化物層の少なくとも一方を用いることができる。酸化物層としては、たとえば酸化シリコン層などを用いることができる。また、窒化物層としては、たとえば窒化シリコン層などを用いることができる。したがって、パッシベーション膜としては、たとえば、酸化シリコン層の単層、窒化シリコン層の単層、または酸化シリコン層と窒化シリコン層との積層体などを用いることができる。
【００４４】
ここで、酸化シリコン層としては、たとえば、スチーム酸化法、常圧ＣＶＤ法、ＳＯＧの塗布・焼成により形成された厚さ３００ｎｍ以上８００ｎｍ以下のものを用いることができる。また、窒化シリコン層としては、たとえば、プラズマＣＶＤ法または常圧ＣＶＤ法で形成された厚さ６０ｎｍ以上１００ｎｍのものを用いることができる。
【００４５】
また、ｎ電極およびｐ電極の形成は、たとえば、銀ペーストを塗布した後に、５００℃以上６００℃以下の温度で焼成することなどにより行なうことができる。
【００４６】
なお、上記において、ｎ型とｐ型の導電型が入れ替わっていてもよいことは言うまでもない。
【００４７】
上述したように、実施の形態の太陽電池セルの製造方法においては、拡散防止マスク層２への開口部５の形成時の短パルスレーザ光３の照射によって基板１の表面に生じたダメージ層４を基板１の酸化処理によって生じさせた酸化物層７として除去することができる。また、実施の形態の太陽電池セルの製造方法においては、基板１の酸化処理によって生じさせた酸化物層７の膜厚差を利用して、ｎ型不純物拡散層６とｐ型不純物拡散層９とのパターニングを行なっている。したがって、実施の形態の太陽電池セルの製造方法においては、高変換効率の太陽電池セルを効率良く製造することができる。
【００４８】
＜まとめ＞
本発明は、基板の表面に拡散防止マスク層を形成する第１の工程と、拡散防止マスク層にレーザ光を照射することによってレーザ光が照射された拡散防止マスク層の部分に開口部を設ける第２の工程と、拡散防止マスク層をマスクとして基板の表面に不純物を拡散する第３の工程と、第３の工程後に基板の酸化処理を行なうことによって基板の表面に酸化物層を形成する工程と、第４の工程において形成された酸化物層を除去する第５の工程とを含み、第５の工程において、第２の工程におけるレーザ光の照射によって生じたダメージ層を除去する太陽電池セルの製造方法である。このような構成とすることにより、高変換効率の太陽電池セルを効率良く製造することができる。
【００４９】
ここで、本発明の太陽電池セルの製造方法において、第３の工程は、不純物の気相拡散または塗布拡散により行なわれることが好ましい。このような構成とすることにより、不純物をより簡易に基板の表面に拡散して不純物拡散層を形成することができる。
【００５０】
また、本発明の太陽電池セルの製造方法において、第４の工程は、基板を水蒸気雰囲気中で加熱することにより行なわれることが好ましい。このような構成とすることにより、不純物拡散層が形成されている領域と形成されていない領域とで酸化物層の形成速度を異なるものとすることができ、酸化物層の膜厚差を好適に設けることができる。
【００５１】
また、本発明の太陽電池セルの製造方法において、第５の工程は、フッ酸を含む溶液によって酸化物層を除去することにより行なわれることが好ましい。このような構成とすることにより、酸化物層をより確実に除去することができるため、ダメージ層をより確実に除去することができる。
【００５２】
さらに、本発明は、基板の表面に拡散防止マスク層を形成する第１の工程と、拡散防止マスク層にレーザ光を照射することによってレーザ光が照射された拡散防止マスク層の部分に開口部を設ける第２の工程と、拡散防止マスク層をマスクとして基板の表面に不純物を拡散する第３の工程と、第３の工程後に基板の酸化処理を行なうことによって基板の表面に酸化物層を形成する工程と、第４の工程において形成された酸化物層を除去する第５の工程とを行なうことによって、第２の工程におけるレーザ光の照射によって生じたダメージ層が除去されてなる太陽電池セルである。このような構成とすることにより、高変換効率であって、効率良く製造することができる太陽電池セルとすることができる。
【００５３】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明は、太陽電池セルの製造方法および太陽電池セルに利用することができ、特に裏面電極型太陽電池セルの製造方法および裏面電極型太陽電池セルに好適に適用することができる。
【符号の説明】
【００５５】
１  基板、２  拡散防止マスク層、３  短パルスレーザ光、４  ダメージ層、５  開口部、６  ｎ型不純物拡散層、７  酸化物層、８  ｐ型不純物拡散剤、９  ｐ型不純物拡散層、２２  界面部。
【図１】
2014086587.tif 000003
【図２】
2014086587.tif 000004