(57)【要約】【課題】高エネルギー変換効率の結晶系Ｓｉ太陽電池の実現に対して、熱処理による寄生欠陥の再分布と増殖と、表面受光面付近の空乏層再結合と、裏面電極ＢＳＦ領域の再結合とを極端に抑制でき、裏面ＢＳＦの形成工程における太陽電池特性の低下を抑制し、Ｓｉ結晶の性能を最大限に引き出すことができる太陽電池の製造方法を提供する。【解決手段】低温、短時間、低温度勾配の拡散熱処理による裏面ＢＳＦ層および裏面電極の製造技術を用いた太陽電池の製造方法であって、裏面にＡｌペーストを塗布したＳｉ結晶基板の温度を４５０℃±５０℃に維持した後、Ｓｉ結晶基板を加熱して、Ｓｉ結晶基板の温度を７６０℃〜８３０℃の最高到達温度まで上昇させた後、冷却する。また、このときのＳｉ結晶基板の加熱から冷却を開始するまでの焼成時間を１１秒以上、３０秒以下とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽電池用Ｓｉ結晶基板の裏面にＢＳＦ（Ｂａｃｋ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｆｉｅｌｄ）層および裏面電極を形成する工程において、
裏面にＡｌペーストを塗布したＳｉ結晶基板の温度を４５０℃±５０℃に維持した後、前記Ｓｉ結晶基板を加熱して、前記Ｓｉ結晶基板の温度を７６０℃〜８３０℃の最高到達温度まで上昇させた後、冷却し、
前記Ｓｉ結晶基板の加熱から冷却を開始するまでの焼成時間を１１秒以上、３０秒以下とすることを
特徴とする太陽電池の製造方法。
【請求項２】
前記Ｓｉ結晶基板は、Ｓｉ単結晶またはＳｉ多結晶を主材料とするＳｉ系結晶基板、または、Ｓｉ系結晶基板の表面に他の物質を積層させた結晶基板、または、Ｓｉ系結晶基板の表面にナノドット構造やナノワイヤー構造を堆積させた結晶基板のいずれかであることを特徴とする請求項１記載の太陽電池の製造方法。
【請求項３】
前記Ｓｉ結晶基板の裏面にＡｌペーストを塗布する工程を、前記Ｓｉ結晶基板の表面にｐｎ接合を作製した後に実施することを特徴とする請求項１または２記載の太陽電池の製造方法。
【請求項４】
前記Ｓｉ結晶基板の表面のｐｎ接合と裏面の前記ＢＳＦ層および前記裏面電極とを、一回の同一熱処理により作製することを特徴とする請求項１または２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、太陽電池の基板として利用される単結晶や多結晶などの各種結晶系Ｓｉ（シリコン）太陽電池の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
世界規模のエネルギー問題を解決するため、太陽電池の研究開発が活発に行われている。近年では、実用的に最も多く利用されている結晶系Ｓｉの他に、有機物質や化合物半導体や量子ドットなど様々な物質・形態の太陽電池の研究が行われているが、エネルギー変換効率、太陽電池製造コスト、安全性、資源の豊富さなどを総合的に考えると、将来的にも結晶系Ｓｉ太陽電池が主流であり続けると予測できる。
【０００３】
実用太陽電池用のＳｉ結晶は、チョクラルスキー法で作製されるＳｉ単結晶インゴットや、キャスト法で作製されるＳｉ多結晶インゴットや、電磁鋳造法（ＥＭＣ）で作製される長尺多結晶インゴットや、単結晶種結晶を用いてキャスト法で作製されるモノライク結晶インゴットであり、これらのインゴットから厚さ２００ミクロンメートル程度の薄板が切り出され、太陽電池の基板材料として利用されている。これらＳｉ結晶材料を用いた太陽電池が、現在の実用太陽電池生産量の８割以上を占めている。また、これらのＳｉ結晶のほとんどは、ＩＩＩ族元素であるＢ（ボロン）がドープされたｐ型半導体の結晶である。
【０００４】
実用的には、エネルギー変換効率が１７％未満の太陽電池が市場の大部分を占めている。しかしながら、Ｓｉ太陽電池産業のさらなる発展には、更なる電力コストの低減が必要であり、そのためには太陽電池の変換効率を、Ｓｉ結晶太陽電池の理論限界値である２８％に近づけなければならない。
【０００５】
変換効率１７％以上の太陽電池を安定して提供するためには、Ｓｉ結晶自体の品質を改善することの他に、実際のＳｉ結晶に適応した太陽電池製造技術を開発しなければならない。
【０００６】
通常、ｐ型Ｓｉ結晶を基板に用いた太陽電池の構造は、ｎ＋／ｎ／ｐ／ｐ＋（ｐ＋＋）型のダイオードとなっている。一般的な太陽電池の製造過程において、基板表面（受光面）からＰ（リン）などのＶ族元素をドープすることで、基板表面から一定の深さまでｎ型半導体層が形成されている。これにより表面近傍にｐｎ接合が形成される。
【０００７】
ｐ型Ｓｉ結晶表面のｐｎ接合の作製方法としては、基板表面にＰ（リン）などのＶ族元素を塗布した基板を７８０℃〜８５０℃の低温で、５秒〜３０秒の極短時間の熱処理を施す方法があり、これにより太陽電池のエネルギー変換効率が大幅に改善されることが示されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００８】
また、一般的にＳｉ結晶の裏面には、Ａｌ（アルミニウム）ペーストなどの導電性ペーストが焼成され、裏面ＢＳＦ（Ｂａｃｋ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｆｉｅｌｄ）層および裏面電極が形成されている。この裏面ＢＳＦ層を作製する理由を以下に示す。
【０００９】
裏面ＢＳＦ層を作製する理由について、従来の考え方に従って説明する。通常、表面から太陽光が入射されると、ｐ型Ｓｉ結晶の内部で電子と正孔のペアが形成される。ｐ型Ｓｉ結晶の内部で形成された電子は少数キャリアと呼ばれ、ｐｎ接合まで到達すると外部の回路の電流源となる。また、裏面近傍で生成した少数キャリア（電子）は、裏面電極の方へ拡散しようとするが、このときｐ＋層である裏面ＢＳＦ層が存在することにより、少数キャリアがはね返され、表面近傍のｐｎ接合まで達すると電流となる。裏面ＢＳＦ層は、通常はＡｌペーストなどの導電性ペーストをＳｉ結晶の裏面（ｐｎ接合を形成した面と反対の面）に塗布して焼成することにより、ｐ型ドーパントであるＡｌをＳｉ結晶基板の裏面から内部へ拡散させることにより作製されている。内部に拡散せずに、裏面に残ったＡｌは裏面電極として利用される。
【００１０】
この裏面ＢＳＦ層の作製方法としては、Ａｌペーストの焼成条件として、８７０℃で１分間、９００℃で１分間、９５０℃で３分間、または１０２０℃で５分間の熱処理を行う方法がある（例えば、特許文献２参照）。
【００１１】
また、導電性ペーストの焼成条件として、４５０℃以上の最高焼成温度で焼成する焼成工程と、その最高焼成温度からの冷却過程の２５０℃以上の温度領域において、７．５℃／秒以下の冷却速度を所定時間維持する維持工程とを備える方法も開示されている（例えば、特許文献３参照）。また、焼成工程の後、１０℃／秒以上の冷却速度で１００℃以下まで冷却する冷却工程と、この冷却工程の後、２５０℃以上の温度領域で所定時間維持する方法も開示されている（例えば、特許文献３参照）。さらに、焼成工程において、より好ましくは５００℃以上で数十秒〜数十分程度焼成することも示されている（例えば、特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２０１３−４２０４２号公報
【特許文献２】特開２００６−１４０２８２号公報
【特許文献３】特開２００８−２４４１６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、特許文献２または３に示されている焼成条件では、空間的な寄生欠陥分布が存在する現実のＳｉ結晶に対して最適な焼成条件とはなっていないため、この工程において、太陽電池の特性低下が起こる。もしくは、Ｓｉ結晶が本来備えている特性を最大限引き出すことができないという問題が残る。また、焼成時間が長いため、太陽電池の製造効率も低くなる。これらの問題を解決するためには、現実のＳｉ結晶の特徴を理解しなければならない。以下に、各種製造技術で作製される現実のＳｉ結晶の特徴について説明する。
【００１４】
現実のＳｉ結晶は、空間的に不均一に転位・ボイド欠陥・不純物（ナノ欠陥）・点欠陥・粒界・応力などからなる寄生欠陥分布（密度）が存在する。また、例えばドーピング濃度を反映する抵抗率分布などのマイクロドメイン・マクロドメインが存在する。さらに、原料や成長装置に起因する酸素やリン（Ｐ）などの不純物、及び成長条件に起因する空孔（Ｖａｃ．）や空孔複合体（Ｖａｃ−Ｖａｃ．）が存在し、それらはｎ型ドーパントと同等の性質を持つため、結果的に、ｐ型ドーパントとして結晶成長時に添加されるボロン（Ｂ）と、原料や成長装置から結晶中に取り込まれるりん（Ｐ）や酸素などのｎ型ドーパントとが混在した結晶（ｎ型に補償されたｐ型結晶）となっている。ボロンと酸素との結合Ｂ−Ｏペアによるディープレベル準位も、空間的に不均一に分布されている。
【００１５】
このような寄生欠陥が空間的に不均一に分布した現実のＳｉ結晶では、特許文献２または３に記載されている裏面ＢＳＦ（裏面電極）の形成方法では、裏面ＢＳＦ層が厚くなること、または、熱処理中にｐ型Ｓｉ結晶中の寄生欠陥の再分布または増殖が起こることにより、Ｓｉ結晶の特性を最大限に引き出した高効率太陽電池の実現は不可能であるという課題があった。
【００１６】
本発明は、このような課題に着目してなされたもので、寄生欠陥が空間的に不均一に分布している現実のＳｉ結晶に対して、裏面ＢＳＦの形成工程における太陽電池特性の低下を抑制し、Ｓｉ結晶の性能を最大限に引き出すことができる太陽電池の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明は、現実のＳｉ結晶の性能を最大限に引き出すことができる裏面ＢＳＦ層の形成方法について、従来の考え方とは異なり、ｐ型Ｓｉ結晶中の多数キャリアである正孔に着目して発案されたものである。以下に、本発明の基となる考え方を述べる。
【００１８】
ｐ型Ｓｉ結晶の裏面近傍では、多数キャリアである正孔が裏面電極まで到達することにより、電流となる。ここでいう正孔は、光照射により生成した正孔と、もともとｐ型Ｓｉ結晶中に存在する多数キャリアである正孔とを併せて考えている。従来の高温または長時間の裏面ＢＳＦ層の焼成条件では、裏面に塗布したＡｌペースト（導電性ペースト）が裏面から内部の深い位置まで拡散するため、裏面ＢＳＦ層が厚くなってしまう。裏面ＢＳＦ層が厚いと、ｐ型Ｓｉ結晶内部の正孔が厚い裏面ＢＳＦ層を通って裏面電極まで拡散する過程で、厚い裏面ＢＳＦ層中で再結合して消滅する確率が大きくなってしまうため、太陽電池の変換効率が低下してしまう。従って、裏面ＢＳＦ層の厚みを極限まで薄くすることにより、正孔の消滅を極限まで抑制し、Ｓｉ結晶の性能を最大限に引き出すことを考えた。
【００１９】
本発明に係る太陽電池の製造方法は、Ｓｉ結晶の裏面にＢＳＦ層および裏面電極を作製するためのＡｌペーストの焼成方法（裏面δＢＳＦ焼成技術）である。本方法は、太陽電池用Ｓｉ結晶基板の裏面にＢＳＦ層および裏面電極を形成する工程において、裏面にＡｌペーストを塗布したＳｉ結晶基板の温度を４５０℃±５０℃に維持した後、前記Ｓｉ結晶基板を加熱して、前記Ｓｉ結晶基板の温度を７６０℃〜８３０℃の最高到達温度まで上昇させた後、冷却し、前記Ｓｉ結晶基板の加熱から冷却を開始するまでの焼成時間を１１秒以上、３０秒以下とすることを特徴とする。
【００２０】
本発明に係る太陽電池の製造方法は、温度勾配拡散によりＡｌをＳｉ結晶の裏面から数十ｎｍ〜数百ｎｍの深さまで拡散させ、裏面ＢＳＦ層を極端に薄くし、かつ、裏面ＢＳＦ／Ｓｉ結晶界面に急峻な濃度勾配を形成することにより、基板Ｓｉ結晶内部に存在する、あらゆる欠陥におけるキャリアの消滅や損失を防止することができる。
【００２１】
本発明に係る太陽電池の製造方法では、ｐ＋層である裏面ＢＳＦ層（ｐ＋−ｐ＋＋構造）とｐ型Ｓｉ結晶との界面（ｐ＋／ｐ界面）に急峻なエネルギー障壁を形成することができる。
【００２２】
また、本発明に係る太陽電池の製造方法により、Ｐ＋層である裏面ＢＳＦ層とｐ型Ｓｉ結晶との界面に急峻な濃度勾配を形成することができる。なお、焼成時間とは、４５０℃±５０℃に維持されたＳｉ結晶基板をさらに加熱し始めてから、最高到達温度に達した後、冷却し始めるまでの時間である。
【００２３】
本発明に係る太陽電池の製造方法は、使用するＳｉ基板がｐ型の半導体Ｓｉ単結晶基板またはｐ型のＳｉ多結晶基板のどちらであってもよく、どのような製造方法で得られた結晶でもよい。また、使用する基板がｐ型の薄膜Ｓｉ結晶基板または薄膜アモルファスＳｉ基板であってもよい。さらに、これらのＳｉ基板の表面に他の物質を積層させた基板やＳｉ基板の表面に量子ドット構造やナノワイヤー構造を堆積した基板であってもよい。本発明による極短時間の拡散熱処理時間で裏面ＢＳＦを形成させた太陽電池は、従来の数十秒〜数十分の拡散熱処理時間で裏面ＢＳＦを形成させた太陽電池に比べて、高効率な特性が得られるだけでなく、裏面ＢＳＦプロセスにかかる時間を大幅に短縮することができる。
【００２４】
また、本発明に係る太陽電池の製造方法は、前記Ｓｉ結晶基板の裏面にＡｌペーストを塗布する工程を、前記Ｓｉ結晶基板の表面にｐｎ接合を作製した後に実施してもよく、前記Ｓｉ結晶基板の表面のｐｎ接合と裏面の前記ＢＳＦ層および前記裏面電極とを、一回の同一熱処理により作製してもよい。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、太陽電池基板結晶内部の欠陥を増大させることなく、ｐ型Ｓｉ結晶中の多数キャリアである正孔と、光照射によって発生する少数キャリアおよび正孔とを高効率に光電流に寄与させ、太陽電池の変換効率を向上させることができる太陽電池の製造方法を提供することができる。本発明によれば、寄生欠陥が空間的に不均一に分布している現実のＳｉ結晶に対して、裏面ＢＳＦの形成工程における太陽電池特性の低下を抑制し、Ｓｉ結晶の性能を最大限に引き出すことができる太陽電池の製造方法を提供することができる。本発明により、太陽電池の短絡電流密度と開放電圧が増加するため、エネルギー変換効率が従来プロセスを施した太陽電池と比較して１％以上向上する。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】（ａ）従来の方法で裏面ＢＳＦを作製した太陽電池のバンド構造図、（ｂ）本発明の実施の形態の太陽電池の製造方法による裏面δＢＳＦ焼成技術で作製した太陽電池のバンド構造図である。
【図２】同じ抵抗値のＣＺ基板に対して、従来の裏面電極作製技術を用いて作製した太陽電池と、本発明の実施の形態の太陽電池の製造方法による裏面δＢＳＦ焼成技術を用いて作製した太陽電池の（ａ）Ｉ−Ｖ曲線、（ｂ）外部量子効率の波長依存性を示すグラフである。
【図３】単結晶（ＣＺ）、多結晶（ＭＣ）、Ｍｏｎｏ結晶（ＭＬＣ）に対して、従来法および本発明の実施の形態の太陽電池の製造方法による裏面δＢＳＦ焼成技術で作製した太陽電池の変換効率と、電流変調４探針抵抗値測定技術（ＣＭＲ法）で得られるＩｔｈ−Ｉｓパラメーターとの相関を示すグラフである。
【図４】本発明の実施の形態の太陽電池の製造方法に関し、（ａ）裏面ＢＳＦ層の焼成工程において、最高到達温度を８２０℃に固定し、焼成時間を５秒から４０秒まで変化させて裏面ＢＳＦ層を焼成した各太陽電池の変換効率の測定結果、（ｂ）焼成時間を２０秒に固定して、最高到達温度を７５５℃から８４０℃の間の様々な温度に設定して裏面ＢＳＦ層を焼成した各太陽電池の変換効率の測定結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、図面に基づき、本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明による、Ａｌペーストを塗布したＳｉ結晶の裏面温度を４５０℃±５０℃に維持した後、７６０℃〜８３０℃の最高到達温度まで上昇させてから冷却するまでの焼成時間を１１秒以上３０秒以下という極短時間で行う方法により、裏面ＢＳＦ層を作製することにより、太陽電池特性が向上する理由をバンド構造を用いて説明した図である。図１（ａ）は、従来の所定温度で数十秒〜数十分という長時間の拡散時間により裏面ＢＳＦ層を作製した場合のバンド図であり、図１（ｂ）は本発明により裏面ＢＳＦ層を作製した場合のバンド図である。
【００２８】
図１（ａ）に示すように、拡散時間が長い、または拡散熱処理温度が高い従来の方法では、ｐ型Ｓｉ結晶の裏面に塗布したＡｌペーストあるいは導電性ペーストの主成分がｐ型Ｓｉ結晶内部に拡散することによって、裏面ＢＳＦとＳｉ結晶との界面になだらかな濃度勾配が形成されるため、ｐ／ｐ＋界面のエネルギー障壁がなだらかになり、裏面ＢＳＦ層が厚くなってしまう。ｐ型Ｓｉ結晶内部に存在する正孔の一部は、裏面ＢＳＦ層に取り込まれて再結合してしまう。一方、図１（ｂ）に示すように、本発明による極短時間の拡散熱処理では、裏面ＢＳＦとＳｉ結晶との界面の濃度勾配が急峻であり、つまり、ｐ／ｐ＋界面のエネルギー障壁が急峻であるため、裏面ＢＳＦ層を極限まで薄くすることができ、正孔が裏面ＢＳＦ層で再結合して消滅するのを防ぐことができる。
【００２９】
本発明の効果を実証するために、本発明および従来法を用いて太陽電池を作製し、太陽電池特性を比較した。以下に、詳細な実験について説明する。
【００３０】
抵抗率２．６Ωｃｍ、基板厚さ約４００μｍのｐ型Ｓｉ（１００）単結晶基板を１．８ｃｍ角にカットし、太陽電池試作用の基板とした。基板表面のテクスチャー構造は作製せず、鏡面表面のまま用いた。基板表面をＨＦ：ＨＮＯ３、１０％ＨＦ溶液および純水で洗浄した後、Ｐ（リン）を含むＯＣＤ（Ｏｈｋａ  Ｃｏａｔ  Ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ    Ｐ−５９２３０）溶液をスピンコートにより塗布した。Ｓｉ結晶基板表面のｐｎ接合プロセスは８２０℃で１０秒間という極短時間の拡散熱処理プロセス（δエミッタ技術）を用いた。熱処理後、全ての基板において、ＩＴＯを用いた単層反射防止膜（７５−８０ｎｍ）をスパッタによって成膜した。
【００３１】
その後、Ｓｉ結晶基板の裏面にＡｌペーストを塗布した後、Ｓｉ結晶基板を加熱して裏面ＢＳＦ層および裏面電極を焼成した。焼成条件は、Ａｌペーストを塗布したＳｉ結晶基板を４５０℃の温度に維持した後、Ｓｉ結晶基板の温度を７９５℃まで上昇させ、その後、冷却を開始してＳｉ結晶基板の温度を室温まで下げた。この工程において、４５０℃から７９５℃まで温度を上昇させてから、冷却を開始するまでの焼成時間を、従来法である６０秒としたものと、本発明による１５秒としたものを作製した。Ｓｉ結晶基板の厚み方向の温度勾配は１℃／ｍｍ以下に制御した。その後、受光面にＡｇフィンガー電極を作製して太陽電池とした。
【００３２】
各太陽電池の電流−電圧特性（Ｉ−Ｖ曲線）を測定し、変換効率を比較した。また、結晶品質と太陽電池特性との相関を得ることができる変調電流４探針抵抗値測定技術（ＣＭＲ法）を用いた評価も行った。
【００３３】
図２は、同じ抵抗値のＣＺ基板に対して、従来法で裏面ＢＳＦを作製した太陽電池（δ  ｅｍｉｔｔｅｒ  ＋  Ｃｏｎｖ．ＢＳＦ）と本発明により裏面ＢＳＦを作製した太陽電池（δ  ｅｍｉｔｔｅｒ  ＋  δＢＳＦ）のＩ−Ｖ曲線（図２（ａ））および外部量子効率（Ｅｘｔｅｒｎａｌ  ｑｕａｎｔｕｍ  ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ）の波長依存性（図２（ｂ））を示すグラフである。本発明による方法で裏面ＢＳＦを作製することにより、外部量子効率が全波長領域で向上し、短絡電流密度および開放電圧の値が改善され、太陽電池のエネルギー変換効率が１％以上向上した。本発明による短時間で焼成した裏面ＢＳＦにより、キャリアの再結合や結晶内部の寄生欠陥の再分布と増殖を極端に抑制できたことは明らかである。
【００３４】
図３は、様々な抵抗値の、基板厚さのＳｉ単結晶（ＣＺ）、Ｓｉ多結晶（ＭＣ）、Ｓｉ−Ｍｏｎｏ結晶（ＭＬＣ）に対して、従来法で裏面ＢＳＦを作製した太陽電池（δ  ｅｍｉｔｔｅｒ  ＋  Ｃｏｎｖ．ＢＳＦ）の変換効率（Ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ  ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ）と、電流変調４探針抵抗値測定技術（ＣＭＲ法）で得られるＩｔｈ−Ｉｓパラメーターとの相関を示している。また、本発明による効果を実証するために、Ｓｉ単結晶（ＣＺ）に対して、本発明により裏面ＢＳＦを作製した太陽電池（δ  ｅｍｉｔｔｅｒ  ＋  δＢＳＦ）の変換効率とＩｔｈ−Ｉｓパラメーターとの相関も示した。尚、ＣＭＲ法で得られるＩｔｈ−Ｉｓパラメーターの値は、結晶の品質に対応しており、本発明と従来法との比較はＩｔｈ−Ｉｓの値が０．３以上の高品質結晶に対して行った。図３に示すように、比較を行った全ての領域（Ｉｔｈ−Ｉｓ値）で、本発明により裏面ＢＳＦを作製した太陽電池で顕著な変換効率の向上が確認された。Ｓｉ多結晶（ＭＣ）またはＳｉ−Ｍｏｎｏ結晶（ＭＬＣ）を用いた太陽電池においても同様の効果が得られることは自明である。
【００３５】
次に、より最適な焼成条件の範囲を決めるために、Ａｌペーストの焼成工程における最高到達温度または焼成時間を変化させて裏面ＢＳＦ層を作製し、それぞれの太陽電池の変換効率を調べた。
【００３６】
Ａｌペーストを塗布したＳｉ結晶の裏面温度を５００℃に維持した後、Ｓｉ結晶基板を最高到達温度である８２０℃まで加熱し、Ｓｉ結晶基板の冷却を開始するまでの焼成工程において、５００℃の維持温度から最高到達温度までＳｉ結晶基板を加熱後、Ｓｉ結晶基板の冷却を開始するまでの焼成時間を５秒から４０秒まで変化させて裏面ＢＳＦ層を焼成し、それぞれの太陽電池の変換効率を測定した。
【００３７】
図４（ａ）は、各焼成時間で裏面ＢＳＦ層を焼成した各太陽電池の変換効率を測定した結果である。焼成時間が１０秒以下の時は、変換効率が低く、また、３０秒より長時間の焼成時間においても、変換効率の低下が起こった。焼成時間が１０秒以下ではＳｉ結晶基板の裏面に塗布したＡｌの拡散が十分に起こらないため変換効率が悪くなる。また、焼成時間が３０秒より長くなるとＳｉ結晶基板中の欠陥の増殖が促進され、また、Ｓｉ結晶基板の裏面におけるＡｌの濃度勾配が緩やかになり、裏面ＢＳＦ層が厚くなってしまうため、少数キャリアの再結合が起こり、変換効率が悪くなる。
【００３８】
次に、焼成時間を２０秒に固定して、最高到達温度を７５５℃から８４０℃の間の様々な温度に設定して裏面ＢＳＦ層を焼成し、それぞれの太陽電池の変換効率を測定した。
【００３９】
図４（ｂ）は、各最高到達温度で裏面ＢＳＦ層を焼成した各太陽電池の変換効率を測定した結果である。最高到達温度が７６０℃より低い温度では、変換効率が低く、また、最高到達温度が８３０℃よりも高温になると、変換効率の低下が起こった。最高到達温度が７６０℃より低いと、Ａｌの拡散がほとんど起こらないため、裏面ＢＳＦ層を形成させることが困難であり変換効率が悪くなる。また、最高到達温度が８３０℃より高温になると、Ｓｉ結晶基板中の欠陥の増殖が促進され、また、Ａｌの早い拡散によりＳｉ結晶基板の裏面におけるＡｌの濃度勾配が緩やかになり、裏面ＢＳＦ層が厚くなってしまうため、少数キャリアの再結合が起こり、変換効率が悪くなる。
【００４０】
上記のように、本発明による裏面ＢＳＦの作製方法においては、焼成時間と最高到達温度が太陽電池の変換効率に影響を及ぼすことは明らかであり、最高到達温度は７６０℃以上８３０℃以下、焼成時間は１１秒以上３０秒以下にする必要がある。また、最高到達温度まで加熱する前のＳｉ結晶基板の維持温度に関しては、低い温度で維持すると、短時間で最高到達温度まで加熱させることが困難となるため、少なくとも４００℃以上に維持することが望ましい。また、維持温度が高すぎると、Ａｌペーストが酸化されたり、ＡｌペーストとＳｉ結晶基板が反応したりするため、５００℃を越えない温度で維持することが望ましい。
【００４１】
本実験では、太陽電池の製造工程において、Ｓｉ結晶表面のｐ−ｎ接合（表面受光面のδエミッタ技術）の作製を行った後で、裏面ＢＳＦ（裏面δＢＳＦ焼成技術）の作製を行ったため、２段階の熱処理工程を用いたが、両者を同時に行うことも可能である。
【００４２】
上記２段階の表裏面における熱処理工程を同時に行えば、寄生欠陥の再分布と増殖をさらに抑制できるばかりでなく、２回目の裏面熱処理の工程で懸念される表面エミッタの再拡散（エミッタ破壊）による変換効率の低下を避けることもでき、太陽電池の変換効率が従来技術に比べて数％向上することも可能となる。また、太陽電池の製造効率も向上する。
【００４３】
また、本発明による裏面ＢＳＦ層の作製方法は、Ｓｉ結晶基板の表面に量子ドット構造やナノワイヤー構造を作製した基板や、Ｓｉ結晶基板の表面にＧｅなどの他の物質を積層させた基板においても効果が得られることは自明である。
【図２】
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【図３】
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【図１】
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【図４】
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