(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板の受光面のｐｎ接合と分離するための不純物拡散防止層をＣＶＤ法により上記半導体基板の受光面とは反対側の裏面に形成する工程と、
上記不純物拡散防止層をマスクとして上記ｐｎ接合を形成する工程と、
上記不純物拡散防止層上に導電性ペーストを印刷、焼成して不純物拡散防止層を貫通して上記基板との電気的なコンタクトを形成することにより裏面電極を形成する工程とを有することを特徴とする太陽電池の製造方法。
【請求項２】
半導体基板を複数枚重ね合わせ、前記基板の側面に、半導体基板の受光面のｐｎ接合と分離するための不純物拡散防止層をＣＶＤ法により形成する工程と、
上記不純物拡散防止層をマスクとして上記ｐｎ接合を形成する工程と、を有することを特徴とする太陽電池の製造方法。
【請求項３】
上記ＣＶＤ法は、プラズマＣＶＤ法であり、上記半導体基板は、多結晶シリコン基板であることを特徴とする請求項１または２に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項４】
上記不純物拡散防止層は、窒化珪素膜または酸化珪素膜のいずれかであることを特徴とする請求項３記載の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、太陽電池の製造方法に関し、特にｐｎ接合の分離を簡便に実現できる太陽電池の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図４に、従来の太陽電池の断面工程図を示す。以下、図４を用いて、従来の代表的な太陽電池の製造方法を説明する。図４（ａ）に示すｐ型シリコン基板４０１の表面に受光面の反射を低減するために凹凸を形成し、図４（ｂ）に示すように、オキシ塩化リン（ＰＯＣｌ３）を用いて、リン（Ｐ）を熱拡散することによりｎ型拡散層４０２を形成することにより、ｐｎ接合４０３を形成する。さらに、受光面をレジスト等でマスクし、受光面のみにｎ型拡散層を残すように不要なｎ型拡散層を酸等でエッチング除去後、レジストを有機溶剤等で除去する（図４（ｃ））。その後、受光面にＴｉＯ２やＳｉＮ等の反射防止膜４０４を形成した後（図４（ｄ））、裏面側にはアルミ系ペースト材あるいは銀系ペースト材等を、受光面側には銀系ペースト材をそれぞれ印刷、焼成することによって電極４０５，４０６を形成して、太陽電池４０７を形成する（図４（ｅ））。
【０００３】
別の太陽電池の製造方法として、特公平６−８２８５３号公報に示されるように、ｐｎ接合形成熱処理前に、半導体基板の表面にリンを含んだドーパント液を、裏面にｐｎ接合の形成を防止するマスク液をそれぞれ回転塗布して、簡単にｐｎ接合分離を行う方法もある。
【０００４】
また、別の太陽電池の製造方法として、特開昭５９−１８２５７７号公報に示されるように、ｎ層形成のための拡散処理前に、予めｐ型シリコンウェハの裏面外周部にＳｉＯ２等のセラミック系酸化物をスクリーン印刷法で環状に印刷してｐｎ接合分離を行う方法もある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
図４の従来の太陽電池の製造方法では、図４（ｂ）に示すように基板全面にｎ型拡散層が形成されてしまうため、ｐｎ接合を分離をするために、受光面以外の不要なｎ型拡散層を除去するために、レジストの塗布工程、エッチング工程、およびレジスト除去工程が必要になり、製造コストが高くなるという問題点があった。
【０００６】
また、マスク液の塗布による方法では、低コスト化が図れるが、ドーパント液の管理が難しい上に、マスク材として安定性に欠け、必ずしも十分な電気的なｐｎ接合の分離ができないという問題点があった。
【０００７】
また、ｎ層形成のための拡散処理前に、予めｐ型シリコンウェハの裏面外周部にＳｉＯ２等のセラミック系酸化物をスクリーン印刷法で環状に印刷する方法では、マスク液の塗布の場合と同様に低コスト化が図れるが、ＳｉＯ２等のセラミック系酸化物をスクリーン印刷法で環状に印刷する場合、ＳｉＯ２等のセラミック系酸化物に有機溶剤や高分子系の有機物を加えてスクリーン印刷に適した粘性を有するペースト状にする必要があり、熱処理によってそれらの有機物を乾燥、熱分解する際にｎ層を形成しようとする部分にカーボン等が付着するため、高品位なｐｎ接合が形成できず、太陽電池の高効率化ができないという問題点があった。
【０００８】
本発明の目的は、上記問題点に鑑みて、ｐｎ接合の分離を簡便な方法で実現でき、高効率な太陽電池が得られる太陽電池の製造方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の太陽電池の製造方法は、半導体基板の受光面のｐｎ接合と分離するための不純物拡散防止層をＣＶＤ法により上記半導体基板の受光面とは反対側の裏面に形成する工程と、上記不純物拡散防止層をマスクとして上記ｐｎ接合を形成する工程と、上記不純物拡散防止層上に導電性ペーストを印刷、焼成して不純物拡散防止層を貫通して上記基板との電気的なコンタクトを形成することにより裏面電極を形成する工程とを有することを特徴とする。
【００１１】
請求項２記載の太陽電池の製造方法は、半導体基板を複数枚重ね合わせ、前記基板の側面に、半導体基板の受光面のｐｎ接合と分離するための不純物拡散防止層をＣＶＤ法により形成する工程と、上記不純物拡散防止層をマスクとして上記ｐｎ接合を形成する工程と、を有することを特徴とする。
【００１２】
請求項３記載の太陽電池の製造方法は、請求項１または２に記載の太陽電池の製造方法において、上記ＣＶＤ法は、プラズマＣＶＤ法であり、上記半導体基板は、多結晶シリコン基板であることを特徴とする。
【００１３】
請求項４記載の太陽電池の製造方法は、請求項３記載の太陽電池の製造方法において、上記不純物拡散防止層は、窒化珪素膜または酸化珪素膜のいずれかであることを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）（参考例）
図１に、参考例のシリコン太陽電池の製造工程における断面図を示す。図１（ａ）に示すように、厚さ２００〜４００μｍ、比抵抗０．５〜６Ω・ｃｍのｐ型シリコン基板１０１の表面に、１〜１０％のＮａＯＨ水溶液を用いて、液温７０〜９０℃でテクスチャエッチングを行い、基板表面に高さ数μｍの微小ピラミッド状の凹凸を形成（図示せず）する。また、基板１０１として単結晶基板を用いたが、ｐ型多結晶シリコン基板を用いてもよい。凹凸を形成に、ＮａＯＨ水溶液とイソプロピルアルコールの混合液を用いてもよい。基板表面に凹凸を形成する別の方法としては、ＫＯＨ等のアルカリにイソプロピルアルコール等を加えた溶液を用いてもよいし、ダイシング装置或いはレーザーを用いて基板表面に深さ数十μｍの溝を多数平行に形成する方法やドライエッチング方法等を用いてもよく、基板に応じた加工方法を選択すればよい。
【００１５】
次に、図１（ｂ）に示すように、基板１０１の裏面に、プラズマＣＶＤ法により窒化珪素からなる不純物拡散防止層１０２を形成する。不純物拡散防止層１０２としてはマスク材となるだけの厚みと緻密な膜が必要である。このような窒化珪素膜のプラズマＣＶＤ法による成膜条件は、基板を１５０〜６００℃に加熱し、ガス圧を５０〜１００×１０−２Ｐａに保持し、ＳｉＨ４とＮＨ３の比率をＮＨ３／ＳｉＨ４＝１〜１０となるように混合し、ＲＦパワーを０．０１〜１Ｗ／ｃｍ２の条件にし、３×１０−２〜１０×１０−２μｍの厚みに形成すれば良い。なお、この膜をプラズマＣＶＤ法による酸化珪素膜にしてもよく、さらに、この膜を形成する別の方法としては、熱ＣＶＤ法を用いてもよい。
【００１６】
また、不純物拡散防止層１０２を酸化チタン、酸化アルミニウム、ＳｉＡｌＯＮ等のＳｉ，Ｔｉ，Ａｌの少なくともいずれか一つの元素を含む酸化物あるいは窒化物に置き換えてもよいが、プラズマＣＶＤ法による窒化珪素膜が望ましい。
【００１７】
次に、図１（ｃ）に示すように、基板１０１の受光面にリンの化合物を含有したドーパント液を塗布し、８００〜９５０℃で５〜３０分間熱処理を行うことにより深さ０．２〜１．０μｍのｎ型拡散層１０３を形成することにより、ｐｎ接合１０４を形成する。接合を形成する別の方法としては、基板１０１を石英チューブ炉に移し、ＰＯＣｌ３による気相拡散法により、同様な熱処理での拡散方法を用いても良い。その後、拡散時に形成されたＰＳＧ膜及び不純物拡散防止層１０２を酸等で除去する。
【００１８】
次に、図１（ｄ）に示すように、常圧ＣＶＤ法を用いて、厚さ６×１０−２〜９×１０−２μｍのＴｉＯ２膜を形成して反射防止層１０５を形成する。別の方法としては、プラズマＣＶＤ法を用いて７×１０−２〜１０×１０−２μｍの窒化珪素膜を形成して反射防止層１０５としてもよい。なお、反射防止層１０５の形成は、後述する電極の形成後に行ってもよい。
【００１９】
次に、図１（ｅ）に示すように、基板裏面に銀系ペーストあるいはアルミニウム系ペースト等の導電性ペーストをスクリーン印刷法により印刷し、６００〜９００℃の温度で焼成することにより厚さ数十μｍの裏面電極１０６を形成し、さらに、受光面に銀系ペースト等の導電性ペーストを用い、同様の方法により受光面電極１０７を形成し、太陽電池１０８が完成する。この場合、裏面電極１０６と受光面電極１０７を１回の焼成で形成してもよい。電極を形成する別の方法としては、蒸着やメッキ等でも良いが、スクリーン印刷法は低コスト化の点で有利である。さらに、これら電極にはんだをコーティングしてもよい。
【００２０】
次に、このようにして製造した太陽電池の特性を従来の太陽電池の特性と比較する。図５（ａ）に、従来のマスク液による接合分離方法を施した太陽電池と本発明による接合分離方法の太陽電池の相対リーク電流特性を示す。図５（ａ）から、従来よりも本発明の方がリーク電流を大幅に安定して低減することが分かった。これは、従来の接合分離ではｐｎ接合を形成する際に不純物拡散防止層としてのマスク機能が不充分で完全に接合分離ができていないためである。一方、本発明によれば、ＣＶＤ法を用いることによりマスク液の塗布膜に比較して、緻密で均一な膜が形成できることから不純物拡散時に充分なマスク材となり、リーク電流の低減が再現性よく図れるためである。このリーク電流低減は、熱ＣＶＤ法の場合にも観察された。
【００２１】
図５（ｂ）に，従来のマスク液による接合分離方法を施した太陽電池と本発明による接合分離方法の太陽電池の相対出力特性を示す。図５（ｂ）から、従来よりも本発明の方が太陽電池出力を安定して高くすることが分かった。これは、前述したようなリーク電流の低減効果に加え、プラズマＣＶＤ法を用いることにより、シリコン内部へ水素を拡散させシリコンウェハの表面及び粒界を不活性化したためである。即ち、不純物拡散防止層形成時及びｐｎ接合形成時に、水素が拡散されたためである。この効果は特に多結晶シリコン基板を用いた場合に顕著に見られる。
【００２２】
本発明では、ｐｎ接合を形成する前に、あらかじめ基板の裏面側にＣＶＤ法で不純物拡散防止層を形成することにより、ｐｎ接合を形成する工程で不要なｎ型拡散層が形成されないので、接合の分離が簡略化された工程で可能となる。また、ｐｎ接合形成時に大幅にリーク電流を低減できるので、簡略な工程で太陽電池の変換効率を向上することが可能となる。不純物拡散防止層にＳｉ，Ｔｉ，Ａｌの少なくともいずれか一つの元素を含む酸化物あるいは窒化物を用いることにより、マスク効果が高く、成膜が容易である。さらに、不純物拡散防止層がプラズマＣＶＤ法で形成された窒化珪素膜あるいは酸化珪素膜の場合、太陽電池の変換効率を飛躍的に向上することが可能となる。これは、膜形成時に発生する水素のパッシベーション効果によるものであり、水素による表面及び界面の不活性化による太陽電池出力を安定的に高出力化が可能となる。本発明では、再現性が良く、太陽電池のリーク電流を安定して低くすることが可能となり、さらには、基板の改質効果や表面のパッシベーション効果も伴う為、太陽電池の高効率化と歩留まりの向上が図れる。
【００２３】
（第２の実施の形態）
不純物拡散防止層１０２を除去せずに残すこと以外は、第１の実施の形態（参考例）と同様に太陽電池を作製する。本実施の形態では、第１の実施の形態よりも工程が削減できるので、さらに低コスト化が図れる。
【００２４】
本実施の形態では、裏面電極を形成する工程において不純物拡散防止層１０２に銀系ペーストあるいはアルミニウム系ペースト等の導電性ペーストをスクリーン印刷法により印刷、焼成することにより、不純物拡散防止層１０２を貫通して基板との電気的なコンタクトを形成する（図示せず）。しかし、不純物拡散防止層１０２と裏面電極の形成に使用する導電ペーストとの組合わせによっては良好なコンタクトが得られない場合がある。この場合は、不純物拡散防止層のコンタクト形成部をエッチング除去すればよい。
【００２５】
また、図２（ａ）及び図３（ａ）に他の参考例の製造方法を示し、図２（ｂ）及び図３（ｂ）に本発明の他の実施の形態を示す。図２（ａ）に示すように裏面の外周部に不純物拡散防止層１０２を形成するか、あるいは図２（ｂ）に示すように基板の外周部の側面にのみ不純物拡散防止層１０２を形成してもよい。図２（ａ）の形成方法は、不純物拡散防止層１０２の成膜工程において、基板支持台上に置かれた基板に形成する部分以外にマスクをして形成すればよい。また、図２（ｂ）の形成方法は、不純物拡散防止層１０２の成膜工程において、基板を複数枚重ね合わせ、これら基板の側面にのみ不純物拡散防止層１０２を形成すればよい。このようにしてそれぞれ製造された太陽電池を図３（ａ）、図３（ｂ）に示す。
【００２６】
本実施の形態の太陽電池は、ｐ型シリコン基板にｎ型拡散層を形成したが、それぞれ反対導電型にしても同様に形成できることは言うまでもない。
【００２７】
【発明の効果】
本発明によれば、ｐｎ接合を形成する前にＣＶＤ法で不純物拡散防止層を形成することにより、接合の分離を簡便に実施でき、低コストで、生産性が高く、高効率な太陽電池を作製できる。
【００２８】
特に、不純物拡散防止層をプラズマＣＶＤ法により成膜された窒化珪素膜あるいは酸化珪素膜のいずれかで形成した場合、太陽電池の変換効率等の特性を向上できる。
【００２９】
また、不純物拡散防止層を除去せず残すことにより、工程が削減できるので、さらに低コスト化で太陽電池を作製できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】参考例の太陽電池の各製造工程断面図である。
【図２】不純物拡散防止層の製造工程断面図であって、図２（ａ）は他の参考例を示し、図２（ｂ）は他の実施の形態を示す。
【図３】太陽電池の断面構造図であって、図３（ａ）は他の参考例を示し、図３（ｂ）は他の実施の形態を示す。
【図４】従来の太陽電池の各製造工程断面図である。
【図５】参考例と従来の太陽電池の特性比較図である。
【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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