(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
結晶型半導体基板の少なくとも一方の面に、第１電極及び第２電極をこの順に積層する太陽電池の製造方法であって、
上記半導体基板に接するＴｉ／ＰｄあるいはＡｌ／Ｔｉ／Ｐｄからなる第１電極を、蒸着法による第２電極成膜時のエネルギーより高いエネルギーのスパッター法で成膜することを特徴とする太陽電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、太陽電池の電極に関し、特に開放端電圧を向上させる太陽電池及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、宇宙用太陽電池の電極は、受光面側電極及び裏面側電極共に蒸着法により成膜されていた。また、他の太陽電池の電極の形成方法として、アルミや銀のペーストをスクリーン印刷して焼成する方法もある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、太陽電池の電気出力特性を決定するパラメータとしては短絡光電流、開放端電圧、曲線因子等が挙げられ、太陽電池の高効率化には、これらの向上が必要となる。従来の技術で示した受光面側電極及び裏面側電極共に蒸着法で成膜された太陽電池では、Ａ．Ｍ．０の入射光に対し、基板抵抗率２Ω・ｃｍ程度で開放端電圧は５８０〜５９０ｍＶ程度であり、この値を向上させることが課題である。また、太陽電池製造工程中で、受光面側電極及び裏面側電極の成膜にかかるコスト割合は非常に高く、この工程のコストダウンは太陽電池開発には欠かせない課題である。
【０００４】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、開放端電圧の向上を低コストで実現することのできる太陽電池の製造方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る太陽電池の製造方法は、結晶型半導体基板の少なくとも一方の面に、第１電極及び第２電極をこの順に積層する太陽電池の製造方法であって、上記半導体基板に接するＴｉ／ＰｄあるいはＡｌ／Ｔｉ／Ｐｄからなる第１電極を、蒸着法による第２電極成膜時のエネルギーより高いエネルギーのスパッター法で成膜することを特徴とする。
【０００６】
すなわち、本発明は、結晶型半導体基板の少なくとも一方の面に、第１電極及び第２電極をこの順に積層する太陽電池の製造工程において、結晶型半導体基板に接するＴｉ／ＰｄあるいはＡｌ／Ｔｉ／Ｐｄからなる第１電極を、蒸着法による第２電極成膜時のエネルギーより高いエネルギーのスパッター法で成膜する点に特徴を有する太陽電池の製造方法に関するものである。
【０００７】
本発明によれば、このように成膜することで、太陽電池の開放端電圧を向上させることができる。
【０００８】
本発明によればさらに、第１電極及び第２電極の全てをスパッター法で製造する場合よりも電極製造工程における低コスト化を実現することができ、より一層安価な太陽電池を提供することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明では、受光面側に形成されたｐｎ接合で発電した電流を収集するための受光面側電極と裏面側電極に特徴があり、受光面側電極は、受光面から第１の金属被膜、第２の金属被膜の順に積層されて形成され、裏面側電極は、裏面から第３の金属被膜、第４の金属被膜の順に積層されて形成されている。さらに、受光面側電極のシリコン基板と接する第１の金属被膜は金属粒子を所定のエネルギーで付着させて成膜されており、第２の金属被膜は第１の金属被膜の成膜時より低いエネルギーで金属粒子を付着させて成膜されている。一方、裏面側電極のシリコン基板と接する第３の金属被膜は金属粒子を所定のエネルギーで付着させて成膜されており、第４の金属被膜は第３の金属被膜の成膜時より低いエネルギーで金属粒子を付着させて成膜されている。ここでのエネルギーは、運動エネルギーであり、厳密には金属粒子の付着直前の平均運動エネルギーであり、概略計算あるいはＴＯＦ（Ｔｉｍｅ  Ｏｆ  Ｆｌｉｇｈｔ）等により評価できるものである。通常、第１の金属被膜及び第３の金属被膜の成膜の平均運動エネルギーは１ｅＶ以上であり、第２の金属被膜及び第４の金属被膜の成膜の平均運動エネルギーは１ｅＶ未満である。
【００１０】
特に、本発明は、受光面側電極あるいは裏面側電極の成膜時のエネルギー制御により開放端電圧を改善できることに特徴があり、少なくとも受光面電極あるいは裏面側電極のいずれかを上記成膜条件にする必要があるが、受光面側電極と裏面側電極の双方を上記成膜条件にする方がより好ましい。
【００１１】
具体的には、第１の金属被膜及び第３の金属被膜は、スパッター法により成膜することが好ましく、第２の金属被膜及び第４の金属被膜は、蒸着法またはメッキ法により成膜することが好ましい。一般に、スパッター法での平均運動エネルギーは数ｅＶであり、蒸着法はそれより１〜２桁程度低く、メッキ法は蒸着法よりさらに低い。なお、第１、第２、第３、第４の金属被膜をスパッター法のみで成膜した場合も開放端電圧を改善できるが、上記のように成膜時のエネルギー制御により成膜する方がより望ましい。
【００１２】
また、第１、第２、第３、第４の金属被膜は、それぞれ単一金属被膜であっても良いし、複数の金属を積層する多層膜で構成されていても良い。また、本発明においては、第１の金属被膜と第３の金属被膜とを同時（多層膜の場合は一部の膜を同時成膜する場合も含む）にあるいは別々に成膜してもよく、第２の金属被膜と第４の金属被膜とを同時にあるいは別々に成膜してもよい。同時（多層膜の場合は一部の膜を同時成膜する場合も含む）に形成すれば、工程が簡略になり、より低コストで製造できる。
【００１３】
（実施例１）
本実施例に係る太陽電池の製造方法について図１を用いて説明する。まず、２００〜４００μｍ程度のＰ型単結晶のシリコン基板１を、１５０μｍの基板厚の薄さに化学エッチング、例えばＮａＯＨで溶解する（図１（ａ））。次に、熱酸化により、シリコン基板両面に膜厚０．３μｍ程度のシリコン酸化膜２を形成する（図１（ｂ））。次に、基板１の受光面に形成されているシリコン酸化膜２を化学処理、例えばＨＦにより溶解させて除去する（図１（ｃ））。次に、８００℃程度の拡散炉で基板１の受光面にリンを熱拡散することにより、Ｎ型拡散層３を形成し、ｐｎ接合を形成する（図１（ｄ））。次に、基板１の裏面に形成されているシリコン酸化膜２を化学処理、例えばＨＦにより溶解させて除去する（図１（ｅ））。フォトリソグラフィー技術により、基板１の受光面に受光面側電極に対応するパターンのホトレジスト４を形成する（図１（ｆ））。
【００１４】
次に、基板１の受光面に第１の金属被膜５ａを、基板１の裏面に第３の金属被膜６ａをスパッター法によりそれぞれ形成する（図１（ｇ））。ここで第１の金属被膜５ａは、基板１の受光面から順にＴｉ／Ｐｄの２層構造とし、各層の膜厚はＴｉ：０．０５μｍ、Ｐｄ：０．０４μｍとした。また第３の金属被膜６ａは、基板１の裏面から順にＡｌ／Ｔｉ／Ｐｄの３層構造とし、各層の膜厚はＡｌ：０．１５μｍ、Ｔｉ：０．０５μｍ、Ｐｄ：０．０４μｍとした。スパッター法はＤＣマグネトロンスパッタ方式であり、スパッターガスにはＡｒを用いた。このＴｉ／Ｐｄの２層構造膜は同時に形成しても良い。
【００１５】
次に、第１の金属被膜５ａ上に第２の金属被膜５ｂを、第３の金属被膜６ａ上に第４の金属被膜６ｂを蒸着法により形成する（図１（ｈ））。ここで第２の金属被膜５ｂ及び第４の金属被膜６ｂは、共にＡｇを用い、第２の金属被膜５ｂの膜厚は７．５μｍ、第４の金属被膜６ｂの膜厚は５．０μｍとした。
【００１６】
次に、リフトオフ工程によりホトレジスト４を除去してホトレジスト４上の第１と第２の金属被膜（図示せず）を除去し、Ｎ型拡散層３に接続する受光面側電極を形成する（図１（ｉ））。次に、基板１の受光面に、光の反射を低減させるＴｉＯ2／Ａｌ2Ｏ3の２層の酸化物からなる反射防止膜７を形成する（図１（ｊ））。続いて、第1の金属被膜５ａと第2の金属被膜５ｂとからなる受光面側電極及び第3の金属被膜６ａと第4の金属被膜６ｂとからなる裏面側電極と基板１との密着性や電気接続性を高めるためにＮ2雰囲気下で熱処理を行なう。なお、必要に応じて、上述した工程で熱処理をしてもよい。その後、所望の太陽電池寸法に基板１をダイシングして、太陽電池は完成する。
【００１７】
次に、本実施例に基づいて製造した太陽電池の電気出力特性を、本実施例と同一構造の電極を従来の蒸着法のみで製造した太陽電池の電気出力特性と比較した結果を図２に示す。図２から、短絡光電流は同程度であるが、開放端電圧は向上したことが分かる。
【００１８】
（実施例２）
本実施例では、受光面側電極を先に形成してから裏面側電極を形成する以外は実施例１と同様である。即ち、図１（ｆ）の工程後、基板１の表面に第１の金属被膜５ａをスパッター法で成膜後、第２の金属被膜５ｂを蒸着法で成膜し、リフトオフ工程により受光面側電極を形成する。その後、基板１の裏面に第３の金属被膜６ａをスパッター法により成膜した後、第４の金属被膜６ｂを形成して裏面側電極とする。その後、図１（ｊ）の工程に続く。
【００１９】
（実施例３）
図３に、本実施例の概略断面工程図を示す。本実施例では第２の金属被膜及び第４の金属被膜を蒸着法のかわりにメッキ法で成膜する以外は実施例１と同様である。即ち、図３の（ａ）〜（ｆ）までの工程は、実施例１と同様に製造され、その後、第１の金属被膜５ａと第３の金属被膜６ａをスパッター法で成膜し（図３（ｇ））、リフトオフ工程で第１の金属被膜５ａからなる電極パターンを形成し（図３（ｈ））、その後、第２の金属薄膜５ｂ及び第４の金属被膜６ｂを電解メッキあるいは無電解メッキにより第１の金属被膜５ａ及び第３の金属被膜６ａ上にそれぞれ成膜して、受光面側電極及び裏面側電極を形成する（図３（ｉ））。その後、図１（ｊ）の工程と同様の図３（ｊ）の工程に続く。
【００２０】
本発明の実施例として、Ｐ型半導体基板にＮ型拡散層を設けた例について説明してきたが、基板と拡散層それぞれを反対導電型にした場合にも本発明を適用できることは言うまでもない。
【００２１】
【発明の効果】
本発明によれば、結晶型半導体基板の少なくとも一方の面に、第１電極及び第２電極をこの順に積層する太陽電池の製造工程において、結晶型半導体基板に接するＴｉ／ＰｄあるいはＡｌ／Ｔｉ／Ｐｄからなる第１電極を、蒸着法による第２電極成膜時のエネルギーより高いエネルギーのスパッター法で成膜することで、太陽電池の開放端電圧を向上させることができるとともに、第１電極及び第２電極の全てをスパッター法で製造する場合よりも電極製造工程における低コスト化を実現することができ、より一層安価な太陽電池を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の太陽電池の製造工程断面図である。
【図２】従来例と実施例１に基づいて作製した太陽電池の電気出力特性の比較結果を示す図である。
【図３】本発明の他の実施例に係る太陽電池の製造工程断面図である。
【符号の説明】
１  シリコン基板
２  シリコン酸化膜
３  Ｎ型拡散層
４  ホトレジスト
５ａ  第１の金属被膜（第1電極）
５ｂ  第２の金属被膜（第2電極）
６ａ  第３の金属被膜（第1電極）
６ｂ  第４の金属被膜（第2電極）
７  反射防止膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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