(57)【要約】      （修正有）【課題】太陽電池の裏面構造をＰＥＲＴ構造に置き換えた場合、裏面ポイントコンタクト電極による直列抵抗の高抵抗化を防ぎ、ＦＦ値の高い太陽電池を提供する。【解決手段】拡散接合型単結晶シリコン太陽電池の不純物ドーピング量を電極直下とその周囲で変える。拡散源層の形成にあたり、常圧CVD法でのＢ2Ｈ6/ＳｉＨ4ガス比率を低濃度拡散源層（低濃度拡散層７）は１２%以下、高濃度拡散源層（高濃度拡散層８）は３５%以上に制御して最適なドライブイン温度を選ぶことで、シート抵抗を電極直下で下げ、かつ再結合を抑制することのできる裏面不純物拡散層構造を得る。【選択図】図１−１
2014146766.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１導電型の半導体基板の受光面である第１の面に対向する第２の面に、
前記半導体基板と同一導電型の不純物を含有する低濃度拡散源層を形成する工程と、
前記低濃度拡散源層上に、開口を有する保護膜を形成する工程と、
前記開口から前記半導体基板を選択的にエッチングし、溝部を形成する工程と、
前記低濃度拡散源層よりも高濃度の不純物を含有する高濃度拡散源層を形成する工程と、
前記低濃度及び高濃度拡散源層から前記半導体基板の第２の面に沿ってそれぞれ不純物を拡散させ、低濃度拡散層及び高濃度拡散層を形成する拡散工程と、
前記低濃度拡散層上を覆うようにパッシベーション膜を形成する工程と、
前記高濃度拡散層にコンタクトするように裏面電極を形成する工程と、
前記第１の面に、ｐｎ接合を形成すると共に受光面側電極を形成する工程と、
を含むことを特徴とする太陽電池の製造方法。
【請求項２】
前記半導体基板は、ｐ型単結晶シリコン基板であり、
前記不純物はボロンであり、
前記拡散工程は、前記半導体基板の第２面から深さ１００ｎｍまでのボロンのピーク濃度が１．０Ｅ２１/ｃｍ3以上となるように熱処理を行う工程であ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】
前記低濃度拡散源層及び高濃度拡散源層を形成する工程は、
共に原料ガスとしてＢ2Ｈ6（ジボラン）とＳｉＨ4（シラン）の混合ガスを用いた常圧ＣＶＤ工程であり、
前記低濃度拡散源層を形成する工程は、Ｂ2Ｈ6/ＳｉＨ4比率を１２%以下とし、
前記高濃度拡散源層を形成する工程は、Ｂ2Ｈ6/ＳｉＨ4比率を３５%以上とした工程であることを特徴とする請求項１又は２に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項４】
前記第１の面に、ｐｎ接合を形成すると共に受光面側電極を形成する工程に先立ち、
前記低濃度及び高濃度拡散層を形成する工程を実施することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項５】
１導電型を有する半導体基板と、
前記半導体基板の第１の面に形成され、前記半導体基板と異なる導電型を有する第１の不純物拡散層と、
前記半導体基板の第２の面に形成され、前記半導体基板と同一導電型を有する第２の不純物拡散層と、
前記第１の不純物拡散層上に形成された受光面側電極と、
前記第２の不純物拡散層上に開口を有するパッシベーション膜を介して形成された裏面電極とを備え、
前記第２の面は、前記開口に相当する領域に溝部を有し、
前記第２の不純物拡散層は、前記溝部に沿って形成された高濃度不純物層と、
前記溝部を囲む前記パッシベーション膜に沿って形成され、前記高濃度不純物層よりも低濃度の低濃度不純物層とを備えたことを特徴とする太陽電池。
【請求項６】
前記半導体基板は、ｐ型単結晶シリコン基板であり、
前記高濃度不純物層は、前記半導体基板の第２面から深さ１００ｎｍまでのボロンのピーク濃度が１．０Ｅ２１/ｃｍ3以上であることを特徴とする請求項５に記載の太陽電池。
【請求項７】
前記溝部は断面Ｖ字状又は断面台形状の溝部であ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。
【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及び太陽電池に係り、特に、太陽電池裏面構造において再結合を抑制するとともに電極抵抗の低抵抗化に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、太陽電池素子としては結晶系シリコン基板を用いた結晶系シリコン太陽電池が主流となっている。特に単結晶シリコンを用いた太陽電池においては高効率化の開発が進んでおり、光照射により発生したキャリアを取出す電極直下のシート抵抗の低減が求められている(例えば特許文献１)。電極直下の低抵抗化と周囲の高抵抗化を実現する方法として、基板を酸化膜などの保護膜で覆い、低抵抗化する箇所だけレーザーを用いて開口してから拡散炉や常圧ＣＶＤ法などを用いて不純物ドーピングする技術が開示されている(例えば特許文献２)。そしてまた、裏面の不純物拡散層および電極構造は配線抵抗と接触抵抗の低抵抗化を実現すると同時に基板の機械強度も保持するために適切な凹凸構造を形成する技術が開示されている(例えば特許文献３)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表２０１１−５１２０４１号公報
【特許文献２】特表２０１２−５１４８４９号公報
【特許文献３】特開平１１−２７４５３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来の技術によれば、裏面にアルミニウム（Ａｌ）層を形成して基板中にＡｌを拡散させ、ＢＳＦ（Ｂａｃｋ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｆｉｅｌｄ）層を形成するＡｌ−ＢＳＦ構造は現在の主流である。しかしこの構造では、裏面の再結合を抑制することが出来ず、太陽電池セルの高効率化の阻害要因となっている。そこでＡｌ−ＢＳＦ構造に代わって、裏面に基板と同じ導電型の拡散層を形成するＰＥＲＴ構造が提案されている（特許文献３）。ＰＥＲＴ構造とはＰａｓｓｉｖａｔｅｄ Ｅｍｉｔｔｅｒ ａｎｄ ＲｅａｒＴｏｔａｌｌｙ−ｄｉｆｆｕｓｅｄの略称であり、現在主流のアルミニウム拡散層に代わってボロン拡散層でＢＳＦ層を形成した太陽電池を指す。ＰＥＲＴ構造ではボロン拡散層でＢＳＦ層を形成するため、ボロン拡散層表面は再結合を抑制するために、ボロン拡散層表面に酸化膜などのパッシベーション膜を形成する方法が一般的である。
【０００５】
しかし、ＰＥＲＴ構造は裏面ポイントコンタクト構造を有するため直列抵抗値が上がり易く、そのためにＦＦ（曲線因子；fill  factor）が低下する構造上の問題点がある。ＦＦは、理論出力に対する最大出力の割合を表す数値であって、太陽電池モジュールの品質の目安の一つとされている。理論出力は、開放電圧および短絡電流の積に相当する。ＦＦは、最大出力が理論出力と同一である場合を最大値１とし、数値が１に近いほど発電効率が高いことを表す。
【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたもので、直列抵抗の上昇を抑制し、ＦＦ値を従来のＡｌ−ＢＳＦと同等かそれ以上に高める、最適な裏面ＰＥＲＴ構造の太陽電池を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
太陽電池の裏面構造を製造する方法であって、半導体基板と同一導電型の不純物を含有する低濃度拡散源層を半導体基板の第２の面に形成する工程と、低濃度拡散源層上に、開口を有する保護膜を形成する工程と、開口から半導体基板を選択的にエッチングし、溝部を形成する工程と、低濃度拡散源層よりも高濃度の不純物を含有する高濃度拡散源層を形成する工程と、これら低濃度及び高濃度拡散源層から半導体基板の第２の面に沿ってそれぞれ不純物を拡散させ、低濃度拡散層及び高濃度拡散層を形成する拡散工程と、低濃度拡散層上を覆うようにパッシベーション膜を形成する工程と、高濃度拡散層にコンタクトするように裏面電極を形成する工程と、上記半導体基板の第１の面にｐｎ接合を形成すると共に受光面側電極を形成する工程とを含む。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、裏面に最適な拡散層と電極構造を有するＰＥＲＴ構造の太陽電池を形成することができるため、直列抵抗値が高くなるのを抑制し、太陽電池の高効率化を達成することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１−１】図１−１は、実施の形態１の太陽電池を模式的に示す断面図である。
【図１−２】図１−２は、実施の形態１の太陽電池を模式的に示す裏面図である。
【図１−３】図１−３は、実施の形態１の太陽電池を模式的に示す受光面図である。
【図２−１】図２−１は、実施の形態１の太陽電池の製造工程のプロセスフローを示す工程断面図である。
【図２−２】図２−２は、実施の形態１の太陽電池の製造工程のプロセスフローを示す工程断面図である。
【図２−３】図２−３は、実施の形態１の太陽電池の製造工程のプロセスフローを示す工程断面図である。
【図２−４】図２−４は、実施の形態１の太陽電池の製造工程のプロセスフローを示す工程断面図である。
【図２−５】図２−５は、実施の形態１の太陽電池の製造工程のプロセスフローを示す工程断面図である。
【図２−６】図２−６は、実施の形態１の太陽電池の製造工程のプロセスフローを示す工程断面図である。
【図２−７】図２−７は、実施の形態１の太陽電池の製造工程のプロセスフローを示す工程断面図である。
【図２−８】図２−８は、実施の形態１の太陽電池の製造工程のプロセスフローを示す工程断面図である。
【図２−９】図２−９は、実施の形態１の太陽電池の製造工程のプロセスフローを示す工程断面図である。
【図２−１０】図２−１０は、実施の形態１の太陽電池の製造工程のプロセスフローを示す工程断面図である。
【図２−１１】図２−１１は、実施の形態１の太陽電池の製造工程のプロセスフローを示す工程断面図である。
【図３】図３は、ＳＩＭＳ分析によるボロンの深さプロファイルを示す図である。
【図４】図４は、ボロン拡散後のバルクライフタイム測定結果を示す図である。
【図５】図５は、ガス流量比とシート抵抗の相関図を示す図である。
【図６】図６は、シート抵抗測定のためのサンプル構造を示す図である。
【図７】図７は、実施の形態２の太陽電池を模式的に示す断面図である。
【図８−１】図８−１は、実施の形態２の台形溝の要部拡大断面図である。
【図８−２】図８−２は、実施の形態１のＶ字溝の要部拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に、本発明にかかる太陽電池及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、この実施の形態によりこの発明が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。
【００１１】
実施の形態１．
図１−１〜図１−３は、本実施の形態の太陽電池を模式的に示す図であり、図１−１は断面図、図１−２は裏面図、図１−３は受光面（表面)を示す図である。なお図１−１は、図１−２及び図１−３のＣ−Ｃ断面図に相当する。また図２−１〜図２−１１は、同太陽電池の製造工程のプロセスフローを示す工程断面図である。
【００１２】
実施の形態１の太陽電池では、半導体基板１の裏面(第２の面)側に<１００>軸方向に沿ってパターン開口させて形成したドット状に点在するパターンをなすように形成した断面Ｖ字状のＶ字溝１Ｔに沿って高濃度拡散層８を形成するとともに、他の部分を低濃度拡散層７とし、第２の不純物拡散層を構成している。そしてこの低濃度拡散層７上を、酸化シリコン膜と窒化シリコン膜との２層構造膜からなるパッシベーション膜９で被覆したことを特徴とする。この構成により、少数キャリアの取出し抵抗の低減を確保しつつ、裏面の再結合を抑制することができる。
【００１３】
実施の形態１にかかる太陽電池においては、ｐ型単結晶シリコン基板からなる半導体基板１の受光面１Ａ側にリン拡散によってｎ型拡散層１１(基板と異なる導電型を有する第１の不純物拡散層)が形成されて、ｐｎ接合を形成している。また、このｎ型拡散層１１上に窒化シリコン膜（ＳｉＮ膜）からなる反射防止膜１２が形成されている。なお、半導体基板１としてはｐ型単結晶シリコン基板に限定されず、ｐ型多結晶シリコン基板やｎ型多結晶のシリコン基板、ｎ型単結晶シリコン基板を用いてもよい。
【００１４】
また、半導体基板１の受光面(第１の面)１Ａ側の表面には、テクスチャー構造として逆ピラミッド状のＶ字溝１Ｔからなる微小凹凸（テクスチャー）構造が形成されている。逆ピラミッド状の微小凹凸は、受光面１Ａにおいて外部からの光を吸収する面積を増加し、受光面１Ａにおける反射率を抑え、効率良く光を太陽電池セルに閉じ込める構造となっている。
【００１５】
反射防止膜１２は、絶縁膜である窒化シリコン膜（ＳｉＮ膜）からなる。なお、反射防止膜１２は、窒化シリコン膜（ＳｉＮ膜）に限定されず、シリコン酸化膜（ＳｉＯ２膜）や酸化チタン膜（ＴｉＯ２）膜などの絶縁膜により形成されてもよい。
【００１６】
また、半導体基板１の受光面１Ａ側には、図１−３に示すように、長尺細長の表銀グリッド電極１３Ｇが複数並べて設けられ、この表銀グリッド電極１３Ｇと導通する表銀バス電極１３Ｂが該表銀グリッド電極１３Ｇと略直交するように設けられて受光面側電極１３を構成している。そしてそれぞれ底面部においてｎ型拡散層１１に電気的に接続している。表銀グリッド電極１３Ｇおよび表銀バス電極１３Ｂは銀材料により構成されている。
【００１７】
表銀グリッド電極１３Ｇは、例えば３０μｍ〜２００μｍ程度の幅を有するとともに２ｍｍ程度の間隔で略平行に配置され、半導体基板１の内部で発電した電気を集電する。また、表銀バス電極１３Ｂは、例えば１ｍｍ〜３ｍｍ程度の幅を有するとともに太陽電池セル１枚当たりに２本〜４本配置され、表銀グリッド電極１３Ｇで集電した電気を外部に取り出す。そして、表銀グリッド電極１３Ｇと表銀バス電極１３Ｂとにより、第１電極である受光面側電極１３が構成される。受光面側電極１３は、半導体基板１に入射する太陽光を遮ってしまうため、可能なかぎり面積を小さくすることが発電効率向上の観点では望ましい。
【００１８】
シリコン太陽電池セルの受光面側電極の電極材料には、通常、銀ペーストが用いられ、例えば、鉛ボロンガラスが添加されている。このガラスはフリット状のもので、例えば、鉛（Ｐｂ）５〜３０ｗｔ％、ボロン（Ｂ）５〜１０ｗｔ％、シリコン（Ｓｉ）５〜１５ｗｔ％、酸素（Ｏ）３０〜６０ｗｔ％の組成から成り、さらに、亜鉛(Ｚｎ)やカドミウム（Ｃｄ）なども数ｗｔ％程度混合される場合もある。このような鉛ボロンガラスは、数百℃（例えば、８００℃）の加熱で溶解し、その際にシリコンを侵食する性質を有している。また一般に、結晶系シリコン太陽電池セルの製造方法においては、このガラスフリットの特性を利用して、シリコン基板と銀ペーストとの電気的接触を得る方法が用いられている。
【００１９】
一方、半導体基板１の裏面１Ｂ（第２の面：受光面と反対側の面）には、外縁領域を一部を除いた全体にわたってアルミニウム材料からなる裏アルミニウム電極が設けられ、また表銀バス電極１３Ｂと略同一方向に延在して銀材料からなる裏銀電極(図示せず)が設けられている。そして、裏アルミニウム電極と裏銀電極とにより第２電極である裏面電極１４が構成される。また、裏アルミニウム電極には、半導体基板１を通過する長波長光を反射させて発電に再利用するＢＳＲ（Ｂａｃｋ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）効果も期待している。
【００２０】
また、半導体基板１の裏面１Ｂ側には、前述したようにドット状に点在するパターンをなすように<１００>軸方向に沿ってパターン開口させて形成した断面Ｖ字状のＶ字溝１Ｔを形成している。そしてこのＶ字溝１Ｔの表層部に沿って高濃度拡散層８（ｐ+層）が形成されている。この高濃度拡散層８は、ＢＳＦ効果を得るために設けられ、ｐ型層（半導体基板１）中の電子が消滅しないようにバンド構造の電界でｐ型層（半導体基板１）中の電子濃度を高めるようにする。半導体基板１の裏面側にこの高濃度拡散層８を形成するとともに、他の部分を低濃度拡散層７とし、この低濃度拡散層７上を、酸化シリコン膜と窒化シリコン膜との２層構造膜からなるパッシベーション膜９で被覆し、再結合抑制構造を形成したことを特徴とする。
【００２１】
このように構成された太陽電池セルでは、太陽光が太陽電池セルの受光面側から半導体基板１に照射されると、ホールと電子が生成される。ｐｎ接合部（ｐ型単結晶シリコンからなる半導体基板１とｎ型拡散層１１との接合面）の電界によって、生成された電子はｎ型拡散層１１に向かって移動し、ホールは半導体基板１に向かって移動する。これにより、ｎ型拡散層１１に電子が過剰となり、半導体基板１にホールが過剰となる結果、光起電力が発生する。この光起電力はｐｎ接合を順方向にバイアスする向きに生じ、ｎ型拡散層１１に接続した受光面側電極１３がマイナス極となり、高濃度拡散層８に接続した裏アルミニウム電極を含む裏面電極１４がプラス極となって、図示しない外部回路に電流が流れる。
【００２２】
つぎに、実施の形態１にかかる太陽電池の製造方法について図２−１〜図２−１１を参照して説明する。図２−１〜図２−１１は、実施の形態１にかかる太陽電池セルの製造工程の一例を説明するための要部断面図である。
【００２３】
まず、半導体基板１として例えば数百μｍ厚のｐ型単結晶シリコン基板を用意する（図２−１）。ｐ型単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、ｐ型単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型単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。例えば数〜２０ｗｔ％苛性ソーダや炭酸苛性ソーダで１０μｍ〜２０μｍ厚だけ表面を除去する。
【００２４】
次いで、このｐ型単結晶シリコン基板からなる半導体基板１の裏面１Ｂ側に常圧ＣＶＤ法により低濃度ＢＳＧ(ＢｏｒｏｎＳｉｌｉｃａｔｅ Ｇｌａｓｓ)膜(低濃度拡散源層)２を成膜する。原料ガスとしてはＢ2Ｈ6（ジボラン）とＳｉＨ4（シラン）の混合ガスを用いるが、混合比については後述する。そして成膜時の半導体基板表面の温度は４００℃〜５００℃の範囲であることが望ましく、膜厚は５０ｎｍ以下であることが望ましい。膜厚が５０ｎｍを越えた場合、ボロンを含んだ酸化膜中への拡散も生じるためシリコン基板面内に均一な拡散が出来ず、シート抵抗にムラが生じてしまい効率低下の原因となる。また、低濃度ＢＳＧ膜２のキャップ膜としてＳｉＯ2膜を低濃度ＢＳＧ成膜直後に常圧ＣＶＤ法によって成膜しても良い。このキャップ膜はボロン拡散を実施する場合に表面からの脱離を防止する役割があり、均一な拡散を目指す上で必要となる。
【００２５】
この常圧ＣＶＤ法にて成膜された膜上に保護膜３を成膜する。この時、保護膜３としては窒化膜などのアルカリ耐性のある絶縁膜が望ましい。ここで保護膜３として窒化膜を用いる場合、その屈折率は２．５以上とするのが望ましい。屈折率２．５未満の窒化膜は膜中に含まれる水素量が少ないため、レーザーを用いたパターニングが難しい。窒化膜の成膜方法としてはプラズマＣＶＤ法などが挙げられる。こうして図２−２に示すような構造が得られる。
【００２６】
こののち、電極パターン状に裏面を加工して下地の半導体基板１を露出させる(図２−３)。加工方法としてはレーザーやＲＩＥなどを用いた物理的エッチングやエッチングペーストを用いた化学的エッチングを用いて行う。露出させる向きはシリコン基板の<１００>軸方向に沿わせて裏面開口４を形成する。
【００２７】
その後、この保護膜３のパターンをマスクとしてアルカリ溶液でエッチングを行い、図２−４に示すようにＶ字溝１Ｔを形成する。この時、半導体基板１の厚みによっては、機械強度を維持するためにアルカリ溶液でのエッチングを途中で停止して台形型の溝(後述する)を形成してもよい。
【００２８】
このＶ字溝１Ｔは、レーザーにより加工径５μｍ〜１００μｍで単結晶シリコン基板に対して<１００>軸方向にパターン開口し、アルカリ溶液によってエッチングすることで深さ１０〜７０μｍのＶ字溝１Ｔを形成する。レーザーによる加工径は小さいのが望ましいが、加工精度の観点から５μｍ以上が望ましい。また加工径が１００μｍを越えると、再結合の抑制が困難となり、効率が低下する。一方、Ｖ字溝１Ｔの深さについては、１０μｍに満たないと、後に形成される高濃度拡散層８と裏面電極１４との接触面積を十分にとることができず、直列抵抗値の低減が困難となる。また７０μｍを越えると、半導体基板１の基板強度を十分に確保することが困難となる。
【００２９】
この裏面に形成したＶ字溝１Ｔはドット状に点在するようなパターンやライン状に形成したパターンのどちらであっても良い。用いる太陽電池の状態によって少数キャリアの取出し面積を優先するか、裏面の再結合を抑制するのかに焦点を合わせて選択可能である。
【００３０】
次に、図２−５に示すように半導体基板１の下地が露出した箇所に高濃度ＢＳＧ膜(高濃度拡散源層)６を成膜する。このようにして、裏面に低濃度ＢＳＧ膜２と高濃度ＢＳＧ膜６を形成したのち、９００℃以上のＮ2雰囲気下でドライブインを実施してから、これら低濃度及び高濃度ＢＳＧ層２，６を除去する。このようにして、図２−６のように低濃度拡散層７と高濃度拡散層８を形成する。
【００３１】
このようにして半導体基板１の裏面１Ｂに低濃度拡散層７と高濃度拡散層８を形成後、その上層にパッシベーション膜９を形成する（図２−７）。このパッシベーション膜９は酸化炉を用いて酸化膜を２００ｎｍ以下の厚みで形成するか、常圧ＣＶＤ法を用いて酸化シリコン膜などの酸化膜を２００ｎｍ以下の厚みで形成し、高温の酸化炉で熱処理することが望ましい。なおこの酸化膜の膜厚は５ｎｍ以上とするのが望ましい。または、上述のような酸化膜にプラズマＣＶＤ法を用いた窒化膜を酸化膜の上に形成することでパッシベーション膜９とすると、更に効果的である。
【００３２】
このパッシベーション膜９を形成した後、図２−８に示すように、アルカリ溶液を用いた異方性エッチングにより、Ｖ字溝１Ｔを形成する。なおＶ字溝１Ｔに限定されることなく、ランダム構造や逆ピラミッド構造等の微小凹凸といったテクスチャーの形成を行う。
【００３３】
そして、図２−９に示すように、半導体基板１の受光面１Ａにリン拡散を実施してｎ型拡散層１１からなるエミッタ層を形成する。すなわち、半導体基板１にリン（Ｐ）等のＶ族元素を拡散させて数百ｎｍ厚のｎ型拡散層１１を形成する。ここでは、受光面側に逆ピラミッドテクスチャー構造を形成したｐ型単結晶シリコン基板に対して、熱拡散によりオキシ塩化リン（ＰＯＣｌ３）を、８００℃〜９００℃の高温で数十分間、拡散させてｐｎ接合を形成する。これにより、ｐ型単結晶シリコン基板の全面にｎ型拡散層１１が形成される。
【００３４】
この拡散工程では、ｐ型単結晶シリコン基板を例えばオキシ塩化リン（ＰＯＣｌ３）ガス、窒素ガス、酸素ガスの混合ガス雰囲気中で気相拡散法により例えば８００℃〜９００℃の高温で数十分間、熱拡散させてｐ型単結晶シリコン基板の表面層にリン（Ｐ）が拡散したｎ型拡散層１１を一様に形成する。半導体基板１の表面に形成されたｎ型拡散層１１のシート抵抗の範囲が３０Ω／□〜１５０Ω／□程度である場合に良好な太陽電池の電気特性が得られる。このエミッタ層についても、電極直下とその周囲でシート抵抗値を変えるような選択エミッタ層であってもよい。選択エミッタ層を形成する場合には、裏面電極側と同様に、常圧ＣＶＤ法を用いる場合には高濃度拡散源と低濃度拡散源となるＰＳＧ膜を形成し、１回のドライブイン拡散で、容易に形成可能である。また、ドライブイン拡散を裏面電極側の低濃度拡散層７及び高濃度拡散層８の形成と同時に実行することで、熱工程を低減することが可能となる。
【００３５】
そして図２−１０に示すように、ｎ型拡散層１１を形成したのち、反射防止膜１２をプラズマＣＶＤ法などで成膜する。反射防止膜１２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。反射防止膜１２の形成は、シラン（ＳｉＨ４）ガスとアンモニア（ＮＨ３）ガスの混合ガスを原材料に用いて、３００℃以上、減圧下の条件で窒化シリコン膜を成膜形成することによってなされる。屈折率は例えば１．９〜２．４程度であり、最適な反射防止膜厚は例えば７０ｎｍ〜９０ｎｍである。なお、反射防止膜１２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１２の形成方法は、プラズマＣＶＤ法の他に蒸着法、熱ＣＶＤ法などを用いてもよい。なお、このようにして形成される反射防止膜１２は絶縁体であることに注意すべきであり、受光面側電極１３をこの上に単に形成しただけでは、太陽電池セルとして作用しない。
【００３６】
そして、フォトリソグラフィにより、図２−１１に示すように、裏面のパッシベーション膜９に開口ｈ２を形成する。そして、厚膜印刷により受光面側電極１３および裏面電極１４の電極パターンを形成する。すなわち、ｐ型単結晶シリコン基板の受光面である反射防止膜１２上に、表銀グリッド電極１３Ｇと表銀バス電極１３Ｂ(図１−３参照)との形状に、ガラスフリットを含む電極材料ペーストである銀ペーストをスクリーン印刷によって塗布した後、銀ペーストを乾燥させる。
【００３７】
つぎに、ｐ型単結晶シリコン基板の裏面側にスクリーン印刷によって、裏面電極１４の形状に電極材料ペーストであるアルミニウムペーストを塗布し、さらに裏銀電極の形状に電極材料ペーストである銀ペーストを塗布し、乾燥させる。なお、図中ではアルミニウムペーストのみを示しており、銀ペーストの記載を省略している。
【００３８】
最後に、受光面側電極１３と裏面電極１４の電極パターンを焼成する。このように、半導体基板１の受光面側および裏面側の電極ペーストを例えば６００℃〜９００℃で同時に焼成することで、半導体基板１の表側では銀ペースト中に含まれているガラスフリットで反射防止膜１２が溶融している間に銀材料がシリコンと接触し再凝固する。これにより、受光面側電極１３としての表銀グリッド電極１３Ｇおよび表銀バス電極１３Ｂとが得られ、受光面側電極１３と半導体基板１のシリコンとの導通が確保される。このプロセスは、ファイヤースルー法と呼ばれる。このようにして、受光面側電極１３が表面の反射防止膜１２を突き破りコンタクト孔ｈ１を介してｎ型拡散層１１にコンタクトし、図１−１〜図１−３に示した太陽電池が形成される。
【００３９】
なお、前記実施の形態では、裏面に電極を形成する際、ファイアースルー法を用いたが、レーザーなどの物理エッチングかエッチングペーストなどの化学エッチング方法を用いてパターン開口した後に電極を形成しても良い。
【００４０】
このようにして極めて容易に、高効率でＦＦ値の高い太陽電池を形成することが可能となる。なお、第１の面に、ｐｎ接合を形成すると共に受光面側電極を形成する工程に先立ち、低濃度及び高濃度拡散層を形成しているため、より高効率の太陽電池を得ることができる。基板と同じ導電型の拡散層を異なる導電型の拡散層より先に形成するのは、一連の太陽電池素子化プロセスで加える熱工程の影響が小さいためである。
【００４１】
図３は、低濃度ボロン層からなる低濃度拡散層７(曲線ａ)と高濃度ボロン層からなる高濃度拡散層８(曲線ｂ)のＳＩＭＳによる深さプロファイルの分析結果を示している。この低濃度ボロン層は常圧ＣＶＤ法による低濃度拡散源層（ＢＳＧ）成膜時にＢ2Ｈ6/ＳｉＨ4の比率を１２%以下にすることで得られる。また、高濃度拡散層８は常圧ＣＶＤ法による高濃度拡散源層（ＢＳＧ）の成膜時にＢ2Ｈ6/ＳｉＨ4の比率を３５%以上にすることで得られる。本実施の形態においては、低濃度拡散層７と高濃度拡散層８をボロン換算したとき次のように定義する。
高濃度ボロン層：ボロン濃度が最表面から深さ１００ｎｍまでのピーク濃度が１．０Ｅ２１／ｃｍ3以上。
低濃度ボロン層：ボロン濃度が最表面から深さ１００ｎｍまでのピーク濃度が１．０Ｅ２１／ｃｍ3未満。
【００４２】
Ｂ2Ｈ6/ＳｉＨ4比率を１２〜２５%で成膜した場合、ｐ型単結晶シリコン基板中へのボロン拡散が非常に促進されるため、ｐ型単結晶シリコン基板中への欠陥を誘起し易く、かつ高濃度ボロン濃度層が深さ方向へ拡がるため再結合を促してしまう。この目安として、低濃度拡散層７の最表面から深さ１００ｎｍまでのピーク濃度は再結合を抑制するという観点から低濃度であることが望ましく１Ｅ＋１８〜１Ｅ＋２０のオーダーが理想である。常圧ＣＶＤ法では、使用するＢ2Ｈ6/ＳｉＨ4流量を上記の比率を用いることで低濃度拡散層７と高濃度拡散層８との最表面における濃度比は１／１０から１／１０００程度の濃度勾配を付けることができる。深さ方向の不純物濃度は、深さ３００ｎｍ〜６００ｎｍまでの領域で１．０Ｅ１８/ｃｍ3未満であり、深さ３００ｎｍ〜６００ｎｍの領域で共に深さ方向に対して濃度が減衰して１．０Ｅ１７/ｃｍ3以下になることが望ましい。
【００４３】
図４は、図６のような構造を有するサンプルを試作して、バルクライフタイム（Ｂｕｌｋ ＬｉｆｅＴｉｍｅ）を測定した結果である。このサンプルは、リン拡散層１８とパッシベーション膜１９を前記実施の形態におけるｎ型拡散層１１と反射防止膜１２と同一条件で作っており、図２−１〜図２−１１に示したプロセスフローからテクスチャー形成や電極形成を除いて試作を行った。これは裏面ボロン拡散層２０のみを評価対象にするために行っており、ここで得られた結果は実際の太陽電池の特性を反映させることが出来る。裏面のボロン拡散層２０のみを、先述したＢ2Ｈ6/ＳｉＨ4比率について３水準、ドライブイン温度について４水準とした実験を行なった。図中の各条件上で、左から右へいくに従い高温になっている。
【００４４】
図４の結果から、Ｂ2Ｈ6/ＳｉＨ4比率を２４%近傍に設定した場合には、曲線ａ２に示すように、先述の理由によりバルクライフタイムが低下しており、低濃度層と高濃度層のＢ2Ｈ6/ＳｉＨ4比率をそれぞれ１２%と３５%にすることで曲線ａ３とに示すように、バルクライフタイムの低下が抑制されていることが分かる。
【００４５】
また、図５に、シート抵抗値と、Ｂ2Ｈ6/ＳｉＨ4比率との関係を測定した結果を示す。図５に示すように、シート抵抗値は、Ｂ2Ｈ6/ＳｉＨ4比率毎に測定するとＢ2Ｈ6/ＳｉＨ4比率１２〜２５%前後で最も低くなる。シート抵抗値はシリコン基板内部への不純物拡散し易さの指標ともなり、拡散層形成に関する情報を提供している。シート抵抗が低ければ低いほど、ボロン拡散が促進されていることを示しており、図５の結果からＢ2Ｈ6/ＳｉＨ4比率 １２〜２５%を基準にして拡散のされ方が変わったと判断できる。Ｂ2Ｈ6/ＳｉＨ4比率２０%未満では、Ｂ2Ｈ6/ＳｉＨ4比率が低下するに従って、急激にシート抵抗が上昇している。Ｂ2Ｈ6/ＳｉＨ4比率１２％以下では、ＢＳＧ膜中に含まれるボロン濃度が低いため、低濃度のボロン拡散層形成となる。そのため、半導体基板１中へ欠陥を誘起し難い状況下で拡散されるため、再結合を起こし難い拡散層が形成される。
【００４６】
一方、Ｂ2Ｈ6/ＳｉＨ4比率が２０%より高い領域では、Ｂ2Ｈ6/ＳｉＨ4比率が高まってもシート抵抗の低下が見られず、シリコン基板内部への拡散が抑制されているような結果となっている。これは図３のＳＩＭＳ分析結果と相関があり、表面高濃度形成と同時に深さ方向へのボロン拡散が抑制されていることに対応しており、表面高濃度ボロン層が障壁となっていることが推測される。すなわち、Ｂ2Ｈ6/ＳｉＨ4比率３５%以上では表面高濃度ボロン層が拡散を抑制しているため、ＢＳＧ膜中のボロン高濃度化に関わらずシート抵抗値に大きな変化は確認出来ない。以上のことから、先述したＢ2Ｈ6/ＳｉＨ4比率１２〜２５%での成膜は太陽電池の効率向上に好ましい結果を得ることは出来ず、１２％以下、３５％以上とすることでバルクライフタイムの大きな膜を得ることができる。
【００４７】
以上説明してきたように、実施の形態１の太陽電池によれば、太陽電池裏面に基板と同じ導電型の低濃度拡散源層２を形成し、それをアルカリ耐性のある保護膜３で覆い、電極パターン状に開口した箇所をＶ字溝あるいは台形溝を形成してから高濃度拡散源層６を形成し、熱処理することで種類の異なる不純物拡散層(低濃度拡散層７，高濃度拡散層８)が形成され、不純物拡散層直上にはパッシベーション膜９を形成してから電極形成する。かかる工程により、裏面電極１４直下のシート抵抗を低くすることで接触抵抗を下げてキャリアを有効に取出す。また、その周囲のシート抵抗を上げることで不純物濃度を下げて正孔‐電子の再結合を抑制する。従って、直列抵抗の増大を防ぎ、ＦＦ値の優れた太陽電池を提供することが可能となる。
【００４８】
実施の形態２．
図７は、実施の形態２の太陽電池を模式的に示す断面図である。裏面図及び表面図は実施の形態１で説明したものと同様であるため、ここでは説明を省略する。なお図７は、図１−２及び図１−３のＣ−Ｃ断面図に相当する。
【００４９】
実施の形態１の太陽電池では、半導体基板１の裏面側に<１００>軸方向に沿ってパターン開口させて形成したドット状に点在するパターンをなすように形成した断面Ｖ字状のＶ字溝１Ｔに沿って高濃度拡散層８を形成するとともに、他の部分を低濃度拡散層７とし、この低濃度拡散層７上を、酸化シリコン膜と窒化シリコン膜との２層構造膜からなるパッシベーション膜９で被覆した。これに対し、本実施の形態では、図７に断面図及び図８−１に要部拡大図を示すように、断面Ｖ字状の溝に代えて断面台形状の溝１Ｄを形成したことを特徴とする。
【００５０】
図８−１は、本実施の形態の太陽電池の台形溝１Ｄ部分の要部拡大図を示している。保護膜３を開口してからアルカリ溶液に入れるとＳｉ(１１１)面を残しながらエッチングが進み、自発的にＶ字溝が形成される。しかし、基板厚みが１８０μｍ未満の場合には機械強度の観点から図８−２に示すように実施の形態１のようなＶ字溝１Ｔでは強度が問題となりプロセス上で割れが発生する。そのため、機械強度が高い台形溝１Ｄの構造を有した方が望ましい。本件ではエッチングをＶ字溝形成前にアルカリ溶液中から取出すことで容易に台形溝１Ｄを形成することができ、用途に応じて使い別けることが出来る。
【００５１】
上記のような構成を持つ埋め込み式の電極を裏面に形成することによって、細い線状電極ないし小径のポイント状電極の形成を可能にすると同時に、高濃度拡散層８との接触面積の増大をはかることで直列抵抗値を低くすることができる。また、上記の方法によれば、直列抵抗値の低い構造を容易に製造可能である。
【００５２】
なお、裏面電極を埋め込むための溝の形状は、線状溝、小径のポイント状凹部のいずれでもよく、断面形状についても、断面Ｖ字状、台形状、半球状など、適宜変更可能である。
【００５３】
さらにまた、太陽電池裏面に形成するＶ字溝または台形溝などの溝は、レーザーにより加工径５μｍ〜１００μｍで単結晶シリコン基板に対して<１００>軸方向にパターン開口し、アルカリ溶液によってエッチングすることで深さ１０〜７０μｍのV字型または台形型の溝を形成するのが望ましい。加工径は小さいのが望ましいが、加工精度の観点から５μｍ以上が望ましい。また１００μｍを越えると、再結合の抑制が困難となり、効率が低下する。一方深さについては、１０μｍに満たないと、高濃度拡散層８と裏面電極１４との接触面積を十分にとることができず、直列抵抗値の低減が困難となる。また７０μｍを越えると、半導体基板の基板強度を十分に確保することが困難となる。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
以上のように、本発明にかかる太陽電池は、直列抵抗を低減しＦＦの向上に有用であり、特に、太陽電池の高効率化に適している。
【符号の説明】
【００５５】
１  半導体基板、１Ａ  受光面、１Ｂ  裏面、１Ｄ  台形溝、１Ｔ  Ｖ字溝、２  低濃度ＢＳＧ層、３  保護膜、４  裏面開口、６  高濃度ＢＳＧ層、７  低濃度拡散層、８  高濃度拡散層、９  パッシベーション膜、１１  ｎ型拡散層、１２  反射防止膜、１３  受光面側電極、１３Ｇ  表銀グリッド電極、１３Ｂ  表銀バス電極、１４  裏面電極、ａ  低濃度ボロン拡散層の深さプロファイル、ｂ  高濃度ボロン拡散層の深さプロファイル、１８  リン拡散層、１９  パッシベーション膜、２０  裏面ボロン拡散層、ｈ１  コンタクト孔、ｈ２  開口、１Ｔ  Ｖ字溝。
【図１−１】
2014146766.tif 000003
【図１−２】
2014146766.tif 000004
【図１−３】
2014146766.tif 000005
【図２−１】
2014146766.tif 000006
【図２−２】
2014146766.tif 000007
【図２−３】
2014146766.tif 000008
【図２−４】
2014146766.tif 000009
【図２−５】
2014146766.tif 000010
【図２−６】
2014146766.tif 000011
【図２−７】
2014146766.tif 000012
【図２−８】
2014146766.tif 000013
【図２−９】
2014146766.tif 000014
【図２−１０】
2014146766.tif 000015
【図２−１１】
2014146766.tif 000016
【図３】
2014146766.tif 000017
【図４】
2014146766.tif 000018
【図５】
2014146766.tif 000019
【図６】
2014146766.tif 000020
【図７】
2014146766.tif 000021
【図８−１】
2014146766.tif 000022
【図８−２】
2014146766.tif 000023