(57)【要約】  ｎ型拡散層を形成する工程が、ｐ型の結晶系シリコン基板上に、ｎ型の不純物を含有する拡散源を形成する第１の工程Ｓ１と、拡散源の形成されたｐ型の結晶系シリコン基板を昇温し、ｐ型の結晶系シリコン基板表面にｎ型の不純物を拡散させる第２の工程Ｓ２と、ｎ型の不純物が拡散された結晶系シリコン基板を降温して一定時間加熱する第３の工程Ｓ３とを含む。第１の工程Ｓ１から第３の工程Ｓ３は、同一の処理装置内で実施される。k上記構成により工程あるいは設備を増大することなくシリコン基板のライフタイムを高め、高効率の太陽電池を低コストに得ることができる。
2018003036.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｐ型の結晶系シリコン基板上に、ｎ型拡散層を形成する工程を含む太陽電池の製造方法であって、
前記ｎ型拡散層を形成する工程が、
前記ｐ型の結晶系シリコン基板上に、ｎ型の不純物を含有する拡散源を形成する第１の工程と、
前記拡散源の形成された前記ｐ型の結晶系シリコン基板を昇温し、前記ｐ型の結晶系シリコン基板表面に前記ｎ型の不純物を拡散させる第２の工程と、
前記ｎ型の不純物が拡散された前記ｐ型の結晶系シリコン基板を降温して一定時間加熱する第３の工程とを含み、
前記第１から第３の工程は、同一の処理装置内で連続して実施されることを特徴とする太陽電池の製造方法。
【請求項２】
前記第１の工程は、前記ｐ型の結晶系シリコン基板上に、ｎ型の不純物を含有する気体雰囲気中で加熱する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】
前記第３の工程は、６００℃から６７５℃で加熱する工程であることを特徴とする請求項２に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項４】
前記第３の工程は、６２５℃から６５０℃で加熱する工程であることを特徴とする請求項２に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項５】
前記第１から第３の工程は、同一処理装置内で、ガスの供給排出とともに前記ｐ型の結晶系シリコン基板に対し昇温工程および降温工程を実施することで実現されることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項６】
前記第１の工程から前記第３の工程は、同一の処理装置を用いて複数のｐ型の結晶系シリコン基板に対し順次繰り返し実施され、
前記第３の工程の工程後、昇温させる第４の工程を含み、
前記第４の工程は、前記ｐ型の結晶系シリコン基板を前記処理装置から取出しながら実施することを特徴とする請求項５に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項７】
ｐ型の結晶系シリコン基板上に、ｎ型拡散層を形成する工程を含む太陽電池の製造方法に用いられる太陽電池製造装置であって、
前記ｐ型の結晶系シリコン基板を搬入搬出する搬出入口と、ガスの供給排出を行うガス供給部とを備えた筒状のチャンバーと、
前記チャンバーの内部空間の温度制御を行う温度制御部と、
前記チャンバーの内部空間へのガスの供給排出を制御するガス制御部と、
を備え、
前記温度制御部が、
第１の温度で第１の時間維持することでｐ型の結晶系シリコン基板上に拡散源を接触させる第１の工程と、
前記拡散源の接触された前記ｐ型の結晶系シリコン基板を昇温し、前記ｐ型の結晶系シリコン基板表面に前記ｎ型の不純物を拡散させる第２の工程と、
前記ｎ型の不純物が拡散された前記ｐ型の結晶系シリコン基板を降温して一定時間加熱する第３の工程とを、連続して実施することを特徴とする太陽電池製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板中に存在する金属不純物をゲッタリングする工程を含む太陽電池の製造方法および太陽電池製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
民生用の太陽電池の製造に際しては、高出力化および低コスト化の両面による、コストパフォーマンスの改善が重要である。一般的な太陽電池の製造方法を以下に示す。【０００３】
まず単結晶シリコンからなるｐ型シリコン基板を用意する。単結晶シリコンは、ＣＺ法（Ｃｚｏｃｈｒａｌｓｋｉ：チョクラルスキー法）をはじめとする結晶成長法により作製した単結晶シリコンインゴットをマルチワイヤー法で厚さ２００μｍ前後にスライスされて得られる。【０００４】
これに対し、アルカリ水溶液によりｐ型シリコン基板表面のダメージを除去すると共に、１μｍから１０μｍ程度の高さ範囲でテクスチャ形状と呼ばれる微細凹凸構造を形成する。【０００５】
続いてｐ型シリコン基板を、熱拡散炉内に投入し、オキシ塩化リン（ＰＯＣｌ3）の熱分解により基板表面にリンガラス層を形成し、更に熱処理を加えることで、ドーパントであるリン（Ｐ）を基板の表層に拡散させ、ｎ型拡散層を形成する。ｎ型拡散層形成後、リンガラス層はフッ酸水溶液などで溶解除去する。【０００６】
リンガラス層除去後、受光面には、プラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｕｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：化学的気相成長）法をはじめとする成膜法により、窒化シリコン（ＳｉＮ）膜からなる反射防止膜を形成する。更に、電極を形成して太陽電池セルを完成させる。受光面側には銀を主成分とする受光面電極を、裏面側にはアルミニウムを主成分とする裏面アルミ電極と、銀を主成分とする裏面銀電極を、各々適切なパターンで形成する。各々の電極構造は、スクリーン印刷法をはじめとする成膜法により上記適切なパターンを形成した後、８００℃前後の高温で焼成することにより形成される。【０００７】
なお、ｐ型シリコン基板については、キャスト法をはじめとする結晶成長法により作製された多結晶インゴットを、上記同様マルチワイヤー法で厚さ２００μｍ前後にスライスされて得られる、多結晶シリコン基板であっても差し支えない。【０００８】
上記工程のうち、熱拡散工程は上記通りにｎ型拡散層を形成することが最大の目的であるが、熱拡散工程前後の昇温工程あるいは降温工程での加熱によるゲッタリング作用のため、条件選定によってｐ型シリコン基板の半導体品質を決定づけるライフタイムを改善させる効果を持ちうる。【０００９】
特許文献１には、ｐ型シリコン基板の裏面にボロン拡散を行った後、表面にリンを拡散させ、次いでアニール処理する技術が開示されており、ｐ型シリコン基板のライフタイムを改善する熱処理技術が示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特許第４２３２５９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、上記技術によれば、ゲッタリング作用が十分でないことがある。また、工程が増えて低コスト化への障壁となり、太陽電池製造のコストパフォーマンス改善に対して十分な効果を有するとは言えなかった。【００１２】
本発明は、上記に鑑みてなされたもので、工程あるいは設備を増大することなくシリコン基板のライフタイムを高め、高効率の太陽電池を低コストに得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、ｐ型の結晶系シリコン基板上に、ｎ型の不純物を拡散させｐｎ接合を形成する工程を含む太陽電池の製造方法である。ｎ型拡散層を形成する工程が、ｐ型の結晶系シリコン基板上に、ｎ型の不純物を含有する拡散源を形成する第１の工程と、拡散源の形成されたｐ型の結晶系シリコン基板を昇温し、ｐ型の結晶系シリコン基板表面にｎ型の不純物を拡散させる第２の工程と、ｎ型の不純物が拡散された結晶系シリコン基板を降温して一定時間加熱する第３の工程とを含む。第１から第３の工程は、同一の処理装置内で実施される。
【発明の効果】
【００１４】
上記構成によれば、工程あるいは設備を増大することなくシリコン基板のライフタイムを高め、高効率の太陽電池を低コストに得ることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施の形態１の太陽電池の製造方法を示す工程断面図
【図２】実施の形態１の太陽電池の製造方法を示す工程断面図
【図３】実施の形態１の太陽電池の製造方法を示す工程断面図
【図４】実施の形態１の太陽電池の製造方法を示す工程断面図
【図５】実施の形態１の太陽電池の製造方法を示す工程断面図
【図６】実施の形態１の太陽電池の製造方法を示す工程断面図
【図７】実施の形態１の太陽電池の製造方法を示す工程断面図
【図８】実施の形態１の太陽電池の製造方法におけるｎ型拡散層形成のための熱処理工程における温度プロファイルを示す図
【図９】実施の形態１の太陽電池の製造方法で用いられるｎ型拡散層の形成装置を示す図
【図１０】第３の温度Ｔ3と開放電圧Ｖｏｃとの関係を示す図
【図１１】第３の温度Ｔ3と開放電圧Ｖｏｃとの関係を示す図
【図１２】酸素流量と開放電圧Ｖｏｃとの関係を示す図
【図１３】酸素流量と開放電圧Ｖｏｃとの関係を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に添付図面を参照して、この発明の実施の形態にかかる太陽電池の製造方法を詳細に説明する。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、この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。断面図であっても、図面を見易くするためにハッチングを付さない場合がある。また、平面図であっても、図面を見易くするためにハッチングを付す場合がある。
【００１７】
実施の形態１．
図１から図７は実施の形態１の太陽電池の製造方法を示す工程断面図である。図８は、ｎ型拡散層形成のための熱処理工程における温度プロファイルを示す図、図９は実施の形態１の太陽電池の製造方法で用いられるｎ型拡散層の形成装置を示す図である。実施の形態１の太陽電池の製造方法は、ｐｎ接合を形成する工程が、ｐ型の結晶系シリコン基板であるｐ型シリコン基板１上に、ｎ型の不純物を含有する生成物であるリンガラス層４を接触させる第１の工程Ｓ１と、リンガラス層４の接触されたｐ型シリコン基板を昇温し、ｐ型シリコン基板１表面にリンを拡散させる第２の工程Ｓ２と、リンが拡散されたｐ型シリコン基板１を降温して一定時間加熱する第３の工程Ｓ３とを含むことを特徴とする。第１の工程Ｓ１から第３の工程Ｓ３は、同一の処理装置内で実施される。
【００１８】
以下、実施の形態１の太陽電池の製造方法を図面とともに説明する。まず図１に示すように、ボロン（Ｂ）、ガリウム（Ｇａ）をはじめとするIII族元素をドーパントとして含むｐ型シリコン基板１を用意する。
【００１９】
ｐ型シリコン基板１には、ＣＺ法で形成した単結晶シリコンまたはキャスト法で形成したｐ型多結晶シリコンが、流通量あるいはコスト面から望ましい。但しＦＺ（Ｆｌｏａｔ  Ｚｏｎｅ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）法で形成したｐ型単結晶シリコンをはじめとする、他の製法による結晶系シリコンでも差支えない。
【００２０】
ｐ型シリコン基板１の比抵抗については、０．１Ωｃｍから１０Ωｃｍが望ましく、特に０．５Ωｃｍから３Ωｃｍの範囲がより望ましい。上記の範囲に比抵抗が制御されていると、ライフタイムの改善とｐｎ接合のポテンシャルギャップの双方を高水準で実現できるため、短絡電流（Ｊｓｃ）と開放電圧（Ｖｏｃ）の両方を高水準で実現でき、従って太陽電池の性能を向上することができる。
【００２１】
次にｐ型シリコン基板１に対して、水酸化ナトリウムあるいは水酸化カリウムの水溶液によるエッチングを行い、基板表面のダメージ層を除去すると共に、少なくとも受光面１Ａ側にテクスチャ２と呼ばれる微細凹凸構造を形成する。図面上、詳細な形状は省略するが図１においてのみ○で囲んだ領域を拡大してテクスチャ２を示した。テクスチャ２の形成に際しては、上記の水酸化ナトリウムあるいは水酸化カリウムの水溶液にＩＰＡ（Ｉｓｏｐｒｏｐｙｌ  Ａｌｃｏｈｏｌ：イソプロピルアルコール）、または凹凸形成促進のために販売されている添加剤を加えて処理することが多い。
【００２２】
微小凹凸構造の大きさは、０．５μｍから１０μｍ程度の範囲、より望ましくは１μｍから５μｍの範囲が望ましい。テクスチャ２が上記範囲の大きさに制御されていると、後述する電極形成またはシリコンとの接続を安定化し易く、太陽電池の品質向上に寄与できる。
【００２３】
なお、実施の形態１の太陽電池の製造方法は、主に拡散層の形成および拡散層の形成に伴うアニールを含む加熱処理に関するものであり、拡散層の形成以外の工程は必ずしも限定されるものではない。従って、ここまでの構成、工程および順序は、あくまで一例であり、記載の内容以外を排除するものではない。
【００２４】
テクスチャ２の形成後、図２に示すように、拡散源であるリンガラス層４を形成し、図３に示すように、リンガラス層４からのリン拡散工程を経てｎ型拡散層３を形成すると共に、引続きアニール処理によるゲッタリングを行う。
【００２５】
上述の通り、ｎ型拡散層３を形成する工程およびゲッタリングを行うには、図８に示す温度プロファイルにより石英チューブ１０内で実施する。ｎ型拡散層３を形成する工程が、拡散源となるリンガラス層４を形成する第１の工程Ｓ１、第１の工程Ｓ１より高温でリンガラス層４からシリコン内部に浸透させてｎ型拡散層３とするドライブインの段階である第２の工程Ｓ２、更に第１の工程Ｓ１、第２の工程Ｓ２の何れよりも低温で熱処理を行うアニールの段階である第３の工程Ｓ３を含むことが特徴である。
【００２６】
図８において、初期温度Ｔ0の石英チューブ１０内にｐ型シリコン基板１を投入して昇温を開始するタイミングをｔ1、拡散源となるリンガラス層４を形成する第１の工程Ｓ１を実施するための第１の温度Ｔ1に到達するタイミングをｔ2、第１の温度Ｔ1に維持した後、昇温を開始するタイミングをｔ3、ドライブインの段階である第２の工程Ｓ２を実施するための拡散温度である第２の温度Ｔ2に到達するタイミングをｔ4、拡散温度である第２の温度Ｔ2に維持した後、拡散温度である第２の温度Ｔ2から降温を開始するタイミングをｔ5、低温で熱処理を行うアニール温度である第３の温度Ｔ3まで降下するタイミングをｔ6、アニール温度である第３の温度Ｔ3に維持した後、アニール温度である第３の温度Ｔ3から昇温を開始するタイミングをｔ7、石英チューブ１０内が初期温度Ｔ0に到達するタイミングをｔ8で表している。図中、リンの拡散温度の最小値つまりリンが拡散し得る温度の最小値をＴDmin．、低温アニールつまりゲッタリングの機能する温度の最小値をＴGmin．であらわしている。
【００２７】
実際には、リンの拡散温度の最小値ＴDmin．以上では、拡散が生じており、図８で斜線で示す領域ＳDが、拡散領域となる。一方ゲッタリングの機能する温度すなわちゲッタリング温度の最小値ＴGmin．以上では、ゲッタリングが機能しており、図８で斜線で示す領域ＳGが、ゲッタリング領域となる。あらかじめ、不純物の種類および使用するｐ型シリコン基板１の形成条件に応じて拡散に必要な熱量の条件およびゲッタリングに必要な熱量の条件を測定しておく。
【００２８】
図８において拡散領域である領域ＳDの面積を、実験によりあらかじめ決められた値を満たす範囲となるように、石英チューブ１０内の温度プロファイルを制御する。またゲッタリング領域である領域ＳGの面積についても同様に実験によりあらかじめ決められた値を満たす範囲となるように、石英チューブ１０内の温度プロファイルを制御する。石英チューブ１０内の温度プロファイルは、上記条件を満たした上で、最小限の時間つまり、ｐ型シリコン基板１を投入するタイミングｔ1から、ｐ型シリコン基板１を取出す取出しのタイミングｔ8までの時間が最小となるように決定され、温度制御部４１がヒータ４０を制御する。温度制御部４１によって、第１の工程Ｓ１から第３の工程Ｓ３の熱処理工程を実施することで、高品質で信頼性の高いｐｎ接合を有する太陽電池が短時間で形成される。
【００２９】
図９は、実施の形態１の太陽電池の製造方法においてｎ型拡散層を形成するための不純物拡散装置を模式的に示す要部断面図である。実施の形態１の不純物拡散装置１００は、石英チューブ１０と、石英チューブ１０内にｐ型シリコン基板１を搬送するボート２０と、石英チューブ１０内にガスを供給する拡散用ガス供給部３０と、加熱源であるヒータ４０とヒータ４０の温度を制御する温度制御部４１とを備える。石英チューブ１０の一端に設けられた拡散用ガス供給口３１から、不純物を含有する拡散用ガスが石英チューブ１０内に、供給される。温度制御部４１は、ヒータ４０を制御し、上記条件を満たした上で、最小限の時間つまり、ｐ型シリコン基板１を投入するタイミングｔ1から、ｐ型シリコン基板１を取出す取出しのタイミングｔ8までの時間が最小となるように、第１の工程Ｓ１から第３の工程Ｓ３を実施する。
【００３０】
実施の形態１の不純物拡散装置１００の石英チューブ１０は、円筒状に形成されている。石英チューブ１０の外周部には、石英チューブ１０を均一に加熱するための円筒状のヒータ４０が配置されている。石英チューブ１０とヒータ４０とは、横型炉を構成しており、管軸に沿って不純物拡散を行うべきｐ型シリコン基板１を搬入しセットするようになっている。なお、石英チューブ１０の他端には被処理物であるｐ型シリコン基板１の搬入搬出を行う開口部５１ａと開口部５１ａを塞ぐ石英扉５１ｂとが配設されている。
【００３１】
拡散用ガス供給部３０は、拡散用ガス供給口３１と、キャリアガスを石英チューブ１０内に供給するキャリアガス導入管３２ａと拡散源となるソースガス供給管３２ｂと、拡散用ガス導入管３３とガス導入部３４とを有する。キャリアガス導入管３２ａとソースガス供給管３２ｂとは合流し、拡散用ガス導入管３３を介して、拡散用ガス供給口３１に接続される。ソースガス供給管３２ｂは、図示しない、液体拡散源を収容する容器と、液体拡散源をバブリングするバブリング容器とを有し、バブリングにより液体拡散源の飽和蒸気と窒素ガスを含むソースガスを供給する。そしてソースガス供給管３２ｂから供給されるソースガスはキャリアガス導入管３２ａから導入されるキャリアガスに合流して拡散用ガスとなる。拡散用ガスは、拡散用ガス導入管３３を介して、拡散用ガスを拡散用ガス供給口３１から石英チューブ１０内に導入される。石英チューブ１０内に導入された拡散用ガスは、ガス導入部３４を介して複数のガス供給孔３５から、ｐ型シリコン基板１表面に供給される。
【００３２】
液体拡散源には、オキシ塩化リンＰＯＣｌ3が用いられるが、三ブロム化リンまたは三ブロム化ほう素を用いてもよい。キャリアガスには、窒素ガスに少量の酸素ガスを混合させたものが用いられる。
【００３３】
ｐ型シリコン基板１を搬送するボート２０は、略長方形の受け皿をなす親ボート２１の上に、石英製の籠状の子ボート２２を、石英チューブ１０の中心軸方向に、一定の間隔で一列に整列させて４個並べて載置したものである。子ボート２２は、石英棒を組み合わせ、これを溶接して略直方体の籠状あるいは枠状に形成したものである。親ボート２１は、同じく石英棒を組み合わせ、これを溶接して略長方形の梯子のように形成したものである。従って、拡散用ガスは、子ボート２２内を自由に流れることができる。
【００３４】
複数枚のｐ型シリコン基板１を、板面を石英チューブ１０の中心軸に平行にして、中心軸に直交する方向に等間隔に整列させて子ボート２２内に等間隔で縦置きする。
【００３５】
ｐ型シリコン基板１を載置した子ボート２２を、親ボート２１上に載置し、ヒータ４０によって所望の温度プロファイルを持つように昇温された石英チューブ１０内へ移送するように構成されている。
【００３６】
太陽電池の高効率化には、ライフタイムの改善に加え、ｎ型拡散層３の濃度低減と深さ拡大が同様に重要である。シリコン中のリン濃度は、リンガラス層４と接する最表面部分が最大濃度になるが、最表面濃度を抑制することで、ｎ型拡散層３全体の半導体品質、即ちｎ型拡散層のライフタイムを改善できる。これにより、主に開放電圧（Ｖｏｃ）の改善により太陽電池効率を改善できる。
【００３７】
太陽電池効率の改善を実現するためには、拡散工程において、まずリンガラス層４の形成を低温で行い、リンガラス層４中のリンの総量を抑制することが効果的である。一方、ｎ型拡散層３中のリン濃度低下は単位体積当たりの導電性の低下に繋がるため、補填のためにｎ型拡散層３の深さを増加させる必要が生じる。
【００３８】
拡散層の深さを増加させる為には、大きく分けて、処理温度を上げる方法、または処理時間を延ばす方法の２通りの手法があるが、後者は生産性の低下に繋がるため、処理温度を上げることで対応するのが望ましい。
【００３９】
上記の処理を行った上で、更にアニールによりゲッタリングを強化し、ライフタイムを改善させる。
【００４０】
上記工程において、３つの加熱条件に各々役割を付けて説明したが、上記説明は相対的な比重を述べたものであり、ｎ型拡散層３の形成およびゲッタリングの進行については、各々の加熱が相互に関与するので、必ずしも上記の工程で単一的に成される訳ではない。従って、各々の相互作用を考慮しながら、各条件を設定することが重要である。
【００４１】
本発明者らは、上記考慮の上で各条件を検討した結果、以下の範囲の条件が有効であることを見出した。以下の条件は、太陽電池の高効率化と生産性の高さを両立できる条件である。
第１の工程Ｓ１：第１の温度Ｔ1：７５０℃から８００℃、保持時間：１０分から２０分
第２の工程Ｓ２：第２の温度Ｔ2：８５０℃から９００℃、保持時間：５分から１０分
第３の工程Ｓ３：第３の温度Ｔ3：６００℃から７００℃、保持時間：３０分から６０分、
上記第１の工程Ｓ１から第３の工程Ｓ３を同一の炉つまり石英チューブ１０内で順次行うことにより、ライフタイムの改善、即ち太陽電池の効率改善と、高い生産性および低コスト化の両立を実現できる。
【００４２】
より望ましくは第３の工程Ｓ３を、温度６５０℃から６８０℃、保持時間３０分から４５分とする。なお、石英チューブ１０への投入温度Ｔ0は７００℃から７５０℃が望ましい。
【００４３】
第１の工程Ｓ１では、第１の温度Ｔ1つまり７５０℃から８００℃で拡散用ガスを供給し、リンガラス層４を形成する。第１の温度Ｔ1でソースガスを供給することにより、適切な濃度のリンガラス層を形成することができる。保持時間１０分から２０分後、拡散用ガスの供給を停止し、第２の工程Ｓ２に移る。
【００４４】
第２の工程Ｓ２では、処理温度を第２の温度Ｔ2つまり８５０℃から９００℃に上げて、保持時間５分から１０分程度保持する。第２の工程Ｓ２では拡散用ガスは供給しない。拡散用ガスを供給することなく処理温度を８５０℃から９００℃に上げることで、第１の工程Ｓ１で形成されたリンガラス層４のみからリンがｐ型シリコン基板１の内部に拡散する。こうすることで、適切なリン濃度を持った拡散層を形成することができる。
【００４５】
第３の工程Ｓ３では、処理温度を第３の温度Ｔ3つまり６００℃から６７５℃に下げて３０分から６０分保持し、リンゲッタリングによりライフタイムの改善を図る。なお、ｐ型シリコン基板１内のリン拡散の速度は処理温度に大きく依存し、処理温度が７００℃以下になると、ｐ型シリコン基板１内でのリン拡散はほとんど起こらなくなる。従って、第３の温度を７００℃以下とすることにより、ｐ型シリコン基板１内のリン濃度を適切に保持した状態で、ゲッタリングを行うことが可能になる。ゲッタリングにより、ｐ型シリコン基板１内の金属不純物量が減少し、ライフタイムが改善する。
【００４６】
図１０、図１１はゲッタリング温度である第３の温度Ｔ3と開放電圧Ｖｏｃとの関係を示す図である。図１０および図１１から明らかなように、第３の温度Ｔ3を６００℃から６７５℃とすることによる効果を示す。ライフタイムが改善すると、開放電圧Ｖｏｃが改善する。従って、第３の温度Ｔ3と、従来条件のＶｏｃとの差であるΔＶｏｃとの関係を評価することにより、最適なアニール温度が求められる。図１０および図１１に示すように、ゲッタリング温度である第３の温度Ｔ3を６００℃から６７５℃の範囲とすることで、従来条件と比較してＶｏｃを１．８ｍＶから２．９ｍＶ改善する効果がある。さらに、ゲッタリング温度である第３の温度Ｔ3を６２５℃から６５０℃の範囲とすることで、従来条件と比較してＶｏｃを２．８ｍＶから２．９ｍＶ改善する効果があって、特に望ましい。
【００４７】
図１２および図１３にゲッタリング時の酸素流量と開放電圧Ｖｏｃとの関係を示す図である。図１２および図１３から明らかなように、酸素を流さず、窒素のみを流した場合すなわちＮ2：Ｏ2＝１：０である場合と比較して、窒素と酸素を１：１の流量比で流した場合すなわちＮ2：Ｏ2＝１：１である場合は、ΔＶｏｃが１．０ｍＶから３．１ｍＶに改善した。即ち、ゲッタリング中は窒素と酸素を１：１の流量比で流すことで、酸素による基板表面の酸化作用により、ゲッタリング効果を改善する効果がある。
【００４８】
第３の工程Ｓ３の終了後、ｐ型シリコン基板１表面には図３に示すように、ｎ型拡散層３が形成されており、表面にはリンガラス層４が残留している。第３の工程Ｓ３終了後、ボート２０を取り出しながら、石英チューブ１０の温度を投入温度Ｔ0である７００℃から７５０℃に上げる。これは、石英チューブ１０へのボート２０の投入温度Ｔ0には７００℃から７５０℃が生産性向上に有効であるためである。温度が７００℃より低いと、石英チューブ１０へのボート２０の投入後に第１の工程Ｓ１で拡散源を生成する温度まで昇温させるのに時間がかかり、処理時間が長くなって生産性が悪化する。一方、第１の工程Ｓ１の処理温度よりも高い温度で投入すると、温度変動が大きくなり、第１の工程Ｓ１の処理温度で安定させるまでに時間がかかり、処理時間が長くなって生産性が悪化する。従って石英チューブ１０へのボート２０の投入温度Ｔ0を７００℃から７５０℃とすることにより、短時間で温度安定が可能となる。
【００４９】
第２の工程Ｓ２であるｎ型拡散層３の形成および第３の工程Ｓ３であるゲッタリングのためのアニール処理の後は、ボート２０を石英チューブ１０から取出し、図３に示すように、ボート上でｎ型拡散層３の形成されたｐ型シリコン基板１上のリンガラス層４を図４に示すようにフッ酸水溶液をはじめとするエッチング液で除去する。
【００５０】
リンガラス層４の除去後、図５に示すように、プラズマＣＶＤ法により厚さ７０ｎｍから９０ｎｍのＳｉＮ膜よりなる反射防止膜５を形成する。前述のテクスチャ２と、反射防止膜５の双方の効果により、入射光のｐ型シリコン基板１内への吸収を効果的に行う。
【００５１】
実施の形態１の太陽電池の製造方法は、上述の通り、主にｎ型拡散層３の形成および引続き行うアニールによるゲッタリングを含む加熱処理に関するものであり、それ以外の工程は必ずしも特定されるものではない。従って前述同様、これ以降の構成、工程あるいは順序をはじめとするプロセスについても、記載はあくまで一例であり、記載の内容以外を排除するものではない。
【００５２】
反射防止膜５を形成した後、図６に示すように、受光面１Ａ側、裏面１Ｂ側の電極を形成する。スクリーン印刷により、裏面１Ｂ側にアルミペースト７ａおよび銀ペースト８ａを印刷し乾燥させる。また受光面１Ａ側にも銀ペースト６ａを同様に印刷し乾燥させる。
【００５３】
印刷および乾燥後、ｐ型シリコン基板１上の銀ペースト６ａ、アルミペースト７ａおよび銀ペースト８ａをピーク温度７００℃から８００℃で焼成し、図７に示すように、各々の電極とする。銀ペースト６ａ、アルミペースト７ａおよび銀ペースト８ａはそれぞれ、受光面側Ａｇ電極６、裏面アルミ電極７、裏面Ａｇ電極８となる。
【００５４】
焼成に伴い裏面アルミ電極７は界面のシリコンと一部合金溶融化して、再度の固体化に伴いＢＳＦ（Ｂａｃｋ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｆｉｌｅｄ）層９を形成する。これにより、裏面側のキャリア再結合を抑制し、太陽電池の高効率化に寄与する。また両面の銀電極である受光面側Ａｇ電極６および裏面Ａｇ電極８は焼成によりシリコンと一部反応し、電気的に接続すると共に物理的な接着強度を得る。
【００５５】
最後に基板の端部を周回する様にレーザ光線を照射し、受光面側と裏面側との、側面を介した電気的短絡を分離する。レーザ照射の位置は、本来的には受光面側、裏面側、側面の何れでも差支えない。照射に関する加工精度あるいは照射後の絶縁性能をはじめとする性能面から、適切な照射位置を選択すれば良い。分離処理については、より前の工程、例えば拡散層形成から反射防止膜形成までの間で、例えば複数枚の基板を積層して側面にプラズマエッチングを行う手法で行うことも可能である。以上の工程により、太陽電池セルＰが製造される。
【００５６】
以上のように、実施の形態１によれば、拡散層形成とシリコン基板のライフタイムを改善させるアニール処理を、同一炉すなわち同一の装置で継続して実施出来るため、太陽電池の高効率化と低コスト化を両立でき、コストパフォーマンスの高い太陽電池の製造が可能になる。
【００５７】
さらに、第３の工程Ｓ３終了後、ｐ型シリコン基板１を取り出しながら、石英チューブ１０の温度を７００℃から７５０℃に上げる第４の工程Ｓ４を導入することで、石英チューブ１０を連続して次のロット処理で使用することができる。つまり第１の工程Ｓ１から第３の工程Ｓ３を、順次繰り返し複数のロット処理を行う際、第３の工程Ｓ３の後、次のロットの第１の工程Ｓ１を実施するに先立ち、第４の工程Ｓ４を実施する。第４の工程Ｓ４を実施することで、次のロットのボートを投入した後、第１の工程Ｓ１で拡散源を生成する温度まで昇温させ、温度を安定化するのに要する時間を大幅に短縮することができる。従って生産性が大幅に向上するとともに、温度が短時間で安定化され、拡散源の生成および拡散の安定化をはかることができる。また石英チューブ１０の温度を一定温度以上に維持することで、析出物の付着あるいは析出物の再蒸発による被処理物への付着も低減することができる。
【００５８】
なお、実施の形態１では、ｐ型単結晶シリコン基板を用いた例について説明したが、ｐ型多結晶シリコン基板にも適用可能であることはいうまでもない。またｎ型単結晶シリコン基板あるいはｎ型多結晶シリコン基板についても有効であるが、金属不純物によるライフタイムの低下が課題になるのはｐ型シリコンであり、ｐ型シリコンのゲッタリングに特に有効であることはいうまでもない。
【００５９】
また、実施の形態１ではリン拡散によるｎ型拡散層の形成工程において、同一炉内でそのままゲッタリング処理を行うことで、処理時間の大幅な短縮をはかることのできるものであるが、リン以外の不純物についても、実施の形態１の処理条件は適用可能であるが、不純物の種類ごとに、差があるため、不純物の種類に応じて熱処理条件を制御するのが望ましい。また、ゲッタリング処理を行う第３の工程Ｓ３において、リンの拡散を抑制することの可能なガスを選択し、ガスを供給しながら熱処理を行うようにしてもよい。
【００６０】
さらにまた、炉から基板を搬出する速度に応じて炉内での滞在時間を考慮し、温度プロファイルを調整するのが望ましい。
【００６１】
また、実施の形態１では、液体拡散源から気相拡散源を生成したが、拡散源については固体拡散源あるいは直接炉内にガスを供給することで気相拡散源を用いてもよい。
【００６２】
さらにまた、拡散源を形成する第１の工程Ｓ１の処理温度である第１の温度Ｔ1と拡散処理のための第２の工程Ｓ２の処理温度である第２の温度Ｔ2との温度格差は５０℃以上１００℃以下とするのが望ましい。温度差を上記範囲とすることで、拡散源の生成がなされることなく、基板内部への不純物の拡散を効率よく実施することができる。上記温度格差が５０℃に満たないと、十分に拡散が進行しないかあるいは、拡散工程で拡散源の生成がなされる場合がある。一方上記温度格差が１００℃を超えると、拡散源の生成速度が低くなり、生産性が低下する。
【００６３】
また、拡散源を形成する第１の工程Ｓ１の処理温度である第１の温度Ｔ1とゲッタリング工程である第３の工程Ｓ３の処理温度である第３の温度Ｔ3との温度格差は１５０℃以上２００℃以下とするのが望ましい。温度差を上記範囲とすることで、拡散源の生成がなされることなく、ゲッタリングを効率よく実施することができる。上記温度格差が１５０℃に満たないと、ゲッタリング工程で拡散源が生成されてしまうことがあり、一方上記温度格差が２００℃を超えると、ゲッタリング工程が十分に進行せず、生産性が低下する。
【符号の説明】
【００６４】
１  ｐ型シリコン基板、２  テクスチャ、３  ｎ型拡散層、４  リンガラス層、５  反射防止膜、６  受光面側Ａｇ電極、７  裏面アルミ電極、８  裏面Ａｇ電極、９  ＢＳＦ層、Ｐ  太陽電池セル、１０  石英チューブ、２０  ボート、２１  親ボート、２２  子ボート、３０  拡散用ガス供給部、３１  拡散用ガス供給口、３２ａ  キャリアガス導入管、３２ｂ  ソースガス供給管、３３  拡散用ガス導入管、３４  ガス導入部、３５  ガス供給孔、４０  ヒータ、４１  温度制御部、５１ａ  開口部、５１ｂ  石英扉。
【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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【国際調査報告】
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