(57)【要約】  表裏の電極で所望の抵抗値を得られるとともに、基板厚が従来に比して薄くなっても、従来に比して変換効率を向上させることができる光起電力装置の製造方法を得ること。ｐ型シリコン基板１２の第１の面側にｎ型不純物を拡散させたｎ型拡散層１３を形成する工程と、ｎ型拡散層１３上に反射防止膜１４を形成する工程と、シリコン基板１２の第２の面上にＳｉＯＮＨ膜からなる裏面パッシベーション膜１５を形成する工程と、反射防止膜１４上に銀を含むペースト材料を表面電極形状に形成する工程と、シリコン基板１２を焼成して、ｎ型拡散層１３に接する表面電極２０を形成する工程と、裏面パッシベーション膜１５上に裏面電極形状に、金属を含むペースト材料を形成する工程と、裏面電極の形成位置にレーザ光を照射して、ペースト材料中の金属を溶融、凝固させて裏面電極３０を形成する工程と、を含む。
2010119512.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の導電型のシリコン基板の第１の主面側に、第２の導電型の不純物を拡散させた不純物拡散層を形成する不純物拡散層形成工程と、
前記不純物拡散層上に反射防止膜を形成する反射防止膜形成工程と、
前記シリコン基板の第２の主面上にＳｉＯＮＨ膜からなる裏面パッシベーション膜を形成する裏面パッシベーション膜形成工程と、
前記反射防止膜上に銀を含むペースト材料を表面電極形状に形成する表面電極形状形成工程と、
前記シリコン基板を焼成して、前記不純物拡散層に接する表面電極を形成する表面電極形成工程と、
前記裏面パッシベーション膜上に裏面電極形状に、金属を含むペースト材料を形成する裏面電極形状形成工程と、
前記裏面電極の形成位置にレーザ光を照射して、前記ペースト材料中の金属を溶融、凝固させて裏面電極を形成する裏面電極形成工程と、
を含むことを特徴とする光起電力装置の製造方法。
【請求項２】
前記裏面電極形成工程の後に、前記裏面電極を形成した前記裏面パッシベーション膜上に、８００〜１，２００ｎｍの波長範囲の赤外線に対する反射率がアルミニウムよりも高い金属からなる裏面反射金属膜を形成する裏面反射金属膜形成工程をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の光起電力装置の製造方法。
【請求項３】
前記裏面反射金属膜は、Ａｇ，Ａｕ，Ｐｔ，Ｐｄ，Ｔｉ，Ｃｕ，Ｓｎからなる群から選択される少なくとも１種の金属によって形成されることを特徴とする請求項２に記載の光起電力装置の製造方法。
【請求項４】
前記裏面電極形状形成工程は、
前記裏面パッシベーション膜に裏面電極形状の開口部を設ける工程と、
前記開口部に前記金属を含むペースト材料を形成する工程と、
前記開口部の形成位置にレーザ光を照射して、前記ペースト材料中の金属を溶融、凝固させて前記開口部に前記裏面電極を形成する工程と、
を含むことを特徴とする請求項１に記載の光起電力装置の製造方法。
【請求項５】
前記表面電極形状形成工程では、第１の方向に延在して複数平行に配置されるグリッド電極パターンと、第２の方向に延在して前記グリッド電極パターン間を接続するバス電極パターンと、を有する前記表面電極パターンを前記不純物拡散層上に形成し、
前記裏面電極形状形成工程では、前記第１の方向に延在して複数平行に配置される裏面集電電極パターンと、前記第２の方向に延在して前記裏面集電電極パターン間を接続する裏面取出電極パターンと、を有する裏面電極パターンを、前記シリコン基板の第２の主面上に形成するとともに、前記裏面集電電極パターンは、前記グリッド電極パターンの形成位置を前記第２の主面上に投影したときに、前記グリッド電極パターンの形成位置の間に形成されることを特徴とする請求項１に記載の光起電力装置の製造方法。
【請求項６】
前記裏面電極形状形成工程で用いられる前記ペースト材料は、アルミニウムを主成分とするペースト材料であることを特徴とする請求項１に記載の光起電力装置の製造方法。
【請求項７】
第１の導電型のシリコン基板と、
前記シリコン基板の第１の主面側に第２の導電型の不純物が拡散された不純物拡散層と、
前記不純物拡散層上に形成される表面電極と、
前記不純物拡散層上の前記表面電極が形成されていない領域に形成される反射防止膜と、
前記シリコン基板の第２の主面上に、Ｓｉ−Ａｌ合金によって形成される裏面電極と、
前記シリコン基板の第２の主面上の前記裏面電極が形成されていない領域に形成されるＳｉＯＮＨ膜からなる裏面パッシベーション膜と、
前記裏面電極と前記裏面パッシベーション膜上に、８００〜１，２００ｎｍの波長範囲の赤外線に対する反射率がアルミニウムよりも高い金属からなる裏面反射金属膜と、
を備えることを特徴とする光起電力装置。
【請求項８】
前記裏面反射金属膜は、Ａｇ，Ａｕ，Ｐｔ，Ｐｄ，Ｔｉ，Ｃｕ，Ｓｎからなる群から選択される少なくとも１種の金属によって形成されることを特徴とする請求項７に記載の光起電力装置。
【請求項９】
第１の導電型のシリコン基板と、
前記シリコン基板の第１の主面側に第２の導電型の不純物が拡散された不純物拡散層と、
前記不純物拡散層上に形成され、第１の方向に延在して複数平行に配置されるグリッド電極と、第２の方向に延在して前記グリッド電極間を接続するバス電極と、を有する表面電極と、
前記不純物拡散層上の前記表面電極が形成されていない領域に形成される反射防止膜と、
前記シリコン基板の第２の主面上に、Ｓｉ−Ａｌ合金によって形成され、前記第１の方向に延在して複数平行に配置される裏面集電電極と、前記第２の方向に延在して前記裏面集電電極間を接続する裏面取出電極と、を有する裏面電極と、
前記シリコン基板の前記第２の主面上の前記裏面電極が形成されていない領域に形成されるＳｉＯＮＨ膜からなる裏面パッシベーション膜と、
を備え、
前記裏面集電電極は、前記グリッド電極の形成位置を前記第２の主面上に投影したときに、前記グリッド電極の形成位置の間に形成されることを特徴とする光起電力装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、光起電力装置とその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のシリコン結晶系太陽電池の製造方法は、製造コストを低減することが重要なテーマであり、その一手段として、金属ペーストをスクリーン印刷法で塗布した後に焼成して電極を形成する方法が知られている（たとえば、特許文献１参照）。この特許文献１では、ｐｎ接合が形成されたシリコン基板の受光面側に形成された反射防止膜上に銀を主成分としたペーストを櫛状に印刷し、乾燥させ、また、シリコン基板の裏面の大部分の面積にアルミニウムを含むペーストを印刷し、乾燥させた後、さらにアルミニウムを含むペーストが印刷されなかった位置に銀を含むペーストを印刷し、乾燥させる。その後に、焼成することによって、シリコン基板の表面では、印刷された銀を絶縁性の反射防止膜を貫通させて下地のシリコンと導通させるファイヤスルー法によって表面電極を形成している。また、シリコン基板の裏面では、裏面電極として、アルミニウムを含むペーストが形成された位置では裏面収電電極と、銀を含むペーストが形成された位置では裏面取出電極が形成されるとともに、アルミニウムを含むペーストが形成さえた領域では、シリコン基板中に光照射で発生した少数キャリアの再結合を防ぐことができる裏面ＢＳＦ（Back  Surface  Field）層が形成される。【０００３】
また、近年では、太陽電池の裏面電極を、ＬＦＣ（Laser  Fired  Contact）法と呼ばれる方法で形成する技術が知られている（たとえば、非特許文献１参照）。ここでは、ＣＶＤ（Chemical  Vapor  Deposition）法でシリコン基板の裏面全面に絶縁膜を形成し、さらに絶縁膜上の全面にアルミニウム膜を蒸着して、必要な個所だけをレーザ光照射によって溶融させて、裏面全面に形成されたアルミニウム電極と多数の点でシリコン基板との導通を取った、または裏面に櫛状に形成されたアルミニウム電極とシリコン基板との導通を取った裏面電極を形成している。【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２０７４９３号公報
【非特許文献１】E.  Schneiderlochner,  et  al.,  ”Laser  Fired  Rear  Contacts  for  Crystalline  Sillicon  Solar  Cells”,  Progress  in  Photovoltaics:  Research  and  Applications,  Vol.10,  2002,  pp.29-34.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、太陽電池における電極の抵抗値を低くできる最適な焼成温度や時間などの条件は、表裏の電極で異なるのが普通である。そのため、特許文献１に記載の方法では、表裏の電極ともに最適な抵抗値を得る焼成条件がなく、いずれかの電極では、最適な抵抗値よりも劣る抵抗値となってしまうという問題点があった。【０００６】
また、特許文献１に記載の方法では、焼成によって、裏面電極として、アルミニウム、銀、およびアルミニウムと銀の合金が形成されることになる。これらの３種類の金属の線膨張係数は、それぞれ異なり、焼成後の冷却によって、線膨張係数の違いによる応力が発生し、裏面電極が剥がれやすくなってしまうという問題点もあった。【０００７】
さらに、近年では、コストの大半を占める太陽電池用のシリコン基板が年々薄くなる傾向があり、表面（受光面）から太陽電池に入射した太陽光の赤外線の一部は発電に寄与しないでシリコン基板を通過して裏面電極から外部へと透過してしまう。そのため、裏面電極に到達した発電に寄与しなかった光を、再びシリコン基板側に反射させて発電に寄与させるＢＳＲ（Back  Surface  Reflection）効果を太陽電池に付与することも重要である。しかし、非特許文献１に記載のＬＦＣ法を用いた太陽電池の製造方法では、アルミニウムの反射率よりも高く、高いＢＳＲ効果を有するＡｇ，Ａｕ，Ｐｔ，Ｐｄなどの電極材料を使用できないという問題点があった。【０００８】
また、シリコン結晶系太陽電池においては、その製造コストを削減しながら変換効率を向上させる技術が求められているが、今後、基板厚が薄くなり、拡散長が基板厚よりも大きくなった場合でも、裏面での少数キャリアの再結合を抑制しなければならない。【０００９】
この発明は上記に鑑みてなされたもので、表裏の電極で所望の抵抗値を得られるとともに、基板厚が従来に比して薄くなっても、従来に比して変換効率を向上させることができる光起電力装置とその製造方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するため、この発明にかかる光起電力装置の製造方法は、第１の導電型のシリコン基板の第１の主面側に、第２の導電型の不純物を拡散させた不純物拡散層を形成する不純物拡散層形成工程と、前記不純物拡散層上に反射防止膜を形成する反射防止膜形成工程と、前記シリコン基板の第２の主面上にＳｉＯＮＨ膜からなる裏面パッシベーション膜を形成する裏面パッシベーション膜形成工程と、前記反射防止膜上に銀を含むペースト材料を表面電極形状に形成する表面電極形状形成工程と、前記シリコン基板を焼成して、前記不純物拡散層に接する表面電極を形成する表面電極形成工程と、前記裏面パッシベーション膜上に裏面電極形状に、金属を含むペースト材料を形成する裏面電極形状形成工程と、前記裏面電極の形成位置にレーザ光を照射して、前記ペースト材料中の金属を溶融、凝固させて裏面電極を形成する裏面電極形成工程と、を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
この発明によれば、表面電極の焼成と裏面電極の形成とを別々の工程で行って、それぞれの条件を最適化しているので、表面電極も裏面電極も抵抗の低い電極を得ることができる。また、裏面電極をレーザ光によって溶融させてシリコンと合金を形成するようにしているので、従来に比して裏面電極の剥がれにくくなり、光起電力装置の長寿命かに寄与するという効果を有する。さらに、シリコン基板の厚さが薄くなっても、表面および裏面にＳｉＯＮＨ膜を形成したので、再結合速度を低く抑制できる。また、裏面電極を形成したシリコン基板の裏面に、アルミニウムよりも反射率の高い金属膜を形成するようにしたので、裏面ＢＳＲ効果が得られ、発電効率を高めることができるという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１−１】図１−１は、この発明の実施の形態１による太陽電池の全体構成の一例を模式的に示す上面図である。
【図１−２】図１−２は、この発明の実施の形態１による太陽電池の全体構成の一例を模式的に示す下面図である。
【図１−３】図１−３は、図１−２のＡ−Ａ断面図である。
【図２】図２は、太陽電池のグリッド電極周辺の一部を拡大して示す断面図である。
【図３−１】図３−１は、この発明の実施の形態１による太陽電池の製造方法の一例を模式的に示す一部断面図である（その１）。
【図３−２】図３−２は、この発明の実施の形態１による太陽電池の製造方法の一例を模式的に示す一部断面図である（その２）。
【図３−３】図３−３は、この発明の実施の形態１による太陽電池の製造方法の一例を模式的に示す一部断面図である（その３）。
【図３−４】図３−４は、この発明の実施の形態１による太陽電池の製造方法の一例を模式的に示す一部断面図である（その４）。
【図３−５】図３−５は、この発明の実施の形態１による太陽電池の製造方法の一例を模式的に示す一部断面図である（その５）。
【図３−６】図３−６は、この発明の実施の形態１による太陽電池の製造方法の一例を模式的に示す一部断面図である（その６）。
【図３−７】図３−７は、この発明の実施の形態１による太陽電池の製造方法の一例を模式的に示す一部断面図である（その７）。
【図３−８】図３−８は、この発明の実施の形態１による太陽電池の製造方法の一例を模式的に示す一部断面図である（その８）。
【図４】図４は、実施の形態２による太陽電池の一例を模式的に示す一部断面図である。
【符号の説明】
【００１３】
１０  太陽電池
１１  光電変換層
１２  ｐ型シリコン基板
１３  ｎ型拡散層
１４  反射防止膜
１５  裏面パッシベーション膜
１６  裏面反射金属膜
２０  表面電極
２１  グリッド電極
２２  バス電極
３０  裏面電極
３１  裏面集電電極
３２  裏面取出電極
３５  開口部
５３  表面用銀ペースト
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下に添付図面を参照して、この発明にかかる光起電力装置とその製造方法の好適な実施の形態を詳細に説明する。なお、以下の実施の形態では、光起電力装置として太陽電池を例に挙げて説明を行うが、この発明がこれらの実施の形態により限定されるものではない。また、以下の実施の形態で用いられる太陽電池の断面図は模式的なものであり、層の厚みと幅との関係や各層の厚みの比率などは現実のものとは異なる。【００１５】
実施の形態１．
図１−１〜図１−３は、この発明の実施の形態１による太陽電池の全体構成の一例を模式的に示す図であり、図１−１は太陽電池の上面図であり、図１−２は太陽電池の裏面図であり、図１−３は図１−２のＡ−Ａ断面図である。また、図２は、図１−１〜図１−３に示される太陽電池のグリッド電極周辺の一部を拡大して示す断面図である。【００１６】
図１−１〜図２に示されるように、太陽電池１０は、半導体基板としてのｐ型シリコン基板（以下、単にシリコン基板ともいう）１２と、このｐ型シリコン基板１２の一方の主面（受光面）側の表面に形成されるＰなどのｎ型不純物を拡散させたｎ型拡散層１３と、を含む光電変換層１１を備える。【００１７】
光電変換層１１の受光面側には、光電変換層１１の受光面への入射光の反射を防止するとともにシリコン基板１２の受光面側の欠陥を補償するＳｉＯＮＨ膜からなる反射防止膜１４と、光電変換層１１で発電された電気を局所的に集電するために受光面に所定のピッチで複数平行に設けられる銀などからなる櫛歯状のグリッド電極２１と、グリッド電極２１で集電された電気を外部に取り出すためにグリッド電極２１にほぼ直交して設けられる銀などからなるバス電極２２と、が設けられる。ここで、グリッド電極２１とバス電極２２は、反射防止膜１４を貫通してｎ型拡散層１３と接している。なお、光電変換層１１の受光面側には、光電変換層１１に入射した光を光電変換層１１内に閉じ込めるテクスチャ構造が形成されていてもよい。また、以下では、グリッド電極２１とバス電極２２とを合わせて表面電極２０と呼ぶものとする。【００１８】
光電変換層１１の裏面側には、シリコン基板１２の裏面側の欠陥を補償し、裏面再結合を抑制するＳｉＯＮＨ膜からなる裏面パッシベーション膜１５と、光電変換層１１で発電された電気を集電するために裏面に所定のピッチで複数平行に設けられる櫛歯状の裏面集電電極３１と、この裏面集電電極３１に生じた電気を外部に取り出すために裏面集電電極３１にほぼ直交して設けられる裏面取出電極３２と、を有する。ここで、裏面集電電極３１と裏面取出電極３２は、裏面パッシベーション膜１５を貫通してシリコン基板１２と接している。また、裏面集電電極３１と裏面取出電極３２は、ＡｌとＳｉとが溶融、凝固した合金からなるＡｌ−Ｓｉ溶融凝固層によって構成されるが、シリコン基板１２との界面付近には、シリコン基板１２にｐ型不純物であるＡｌが導入されたＢＳＦ層を有している。さらに、裏面パッシベーション膜１５、裏面集電電極３１および裏面取出電極３２が形成された光電変換層１１上の全面には、光電変換層１１を透過してきた太陽光のうち、８００〜１，２００ｎｍ付近の赤外線を再び光電変換層１１側に反射させるＡｇ，Ａｕ，Ｐｔ，Ｐｄ，Ｔｉ，Ｃｕ，ＳｎなどのＡｌよりも上記波長範囲の光に対する反射率の高い金属のうち少なくとも１つを含む裏面反射金属膜１６が形成されている。なお、以下では、裏面集電電極３１と裏面取出電極３２とを合わせて裏面電極３０と呼ぶものとする。【００１９】
このように構成された太陽電池１０では、太陽光が太陽電池１０の受光面側からｐｎ接合面（ｐ型シリコン基板１２とｎ型拡散層１３との接合面）に照射されると、ホールと電子が生成する。ｐｎ接合面付近の電界によって、生成した電子はｎ型拡散層１３に向かって移動し、ホールはシリコン基板１２の裏面側に向かって移動する。これにより、ｎ型拡散層１３に電子が過剰となり、シリコン基板１２の裏面側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１３に接続した表面電極２０がマイナス極となり、シリコン基板１２の裏面に接続した裏面電極３０がプラス極となり、図示しない外部回路に電流が流れる。【００２０】
また、太陽電池１０に入射し、光電変換に寄与せずにシリコン基板１２の裏面側まで透過した光、主に波長８００ｎｍ以上の赤外線は、裏面電極３０と裏面反射金属膜１６で光電変換層１１側に効率よく反射される。これによって、光電変換層１１で光電変換される反射光の割合を高めることができる。【００２１】
つぎに、このような構成の太陽電池１０の製造方法について説明する。図３−１〜図３−８は、この発明の実施の形態１による太陽電池の製造方法の一例を模式的に示す一部断面図である。なお、ここでは、図２に対応する断面図を用いて、太陽電池１０の製造方法について説明する。【００２２】
まず、たとえば１６０〜２００μｍよりも薄い単結晶または多結晶のｐ型のシリコン基板１２を用意する（図３−１）。単結晶シリコン基板または多結晶シリコン基板として、引き上げ法または鋳造法によって製造されるインゴットからスライスしたままのものを用いることが多い。この場合、スライスに用いたワイヤソーなどの傷による基板表面のダメージやウエハスライス工程での汚染を取り除くために、水酸化カリウム水溶液、水酸化ナトリウム水溶液などのアルカリ水溶液、または弗酸と硝酸の混合液などを用いて、およそ１０〜２０μｍ程度、基板表面をエッチングする。また、基板表面に付着した鉄などの重金属類を除去するために、塩酸と過酸化水素の混合液で洗浄する工程を付加してもよい。さらに、水酸化カリウム水溶液、水酸化ナトリウム水溶液などのアルカリ水溶液などを用いて反射防止構造であるテクスチャ構造（微細な凹凸構造）を形成してもよい。【００２３】
ついで、ｐ型シリコン基板１２にｐｎ接合を形成するためにｎ型拡散層１３を、シリコン基板１２の受光面側にのみ形成する（図３−２）。たとえば、ｎ型不純物としてのＰ（リン）の拡散源としてオキシ塩化リン（ＰＯＣｌ3）を用い、８００℃で１０分間の熱処理を行うことによって、ｐ型シリコン基板１２の表面にはＰが拡散され、導電型が反転したｎ型拡散層１３が形成される。その後、シリコン基板１２の受光面側以外の面に形成されたｎ型拡散層１３をエッチングなどの手法によって除去する。【００２４】
ついで、ＣＶＤ法によって、シランやアンモニアを主原料ガスとして、ｎ型拡散層１３上にＳｉＯＮＨ膜からなる反射防止膜１４を形成する。このＳｉＯＮＨ膜によって、太陽電池１０の入射光に対する表面反射率が低減するために、大幅に光電変換による発生電流を増加させることが可能となる。形成される反射防止膜１４は、たとえば屈折率が２．１であり、厚さが７５ｎｍである。また、シリコン基板１２の裏面にも、ＣＶＤ法によって、シランやアンモニウムを主原料として、ＳｉＯＮＨ膜からなる裏面パッシベーション膜１５を形成する（図３−３）。【００２５】
その後、スクリーン印刷法によって、反射防止膜１４上に、表面電極２０となるＡｇ（銀）を主成分とする表面用銀ペーストをグリッド電極２１とバス電極２２の形状となるように塗布して乾燥させ、表面電極２０に最適な焼成条件で焼成を行って、表面電極２０を形成する（図３−４）。このとき、ガラス成分および銀フリットから構成された表面用銀ペーストが、焼成中に反射防止膜１４としてのＳｉＯＮＨ膜を溶融、貫通（ファイヤスルー）し、ｎ型拡散層１３と電気的な接触を取ることが可能な表面電極２０となる。また、この焼成によって、光電変換層１１の表面の反射防止膜１４と裏面の裏面パッシベーション膜１５を構成するＳｉＯＮＨ膜中のＨ（水素）がシリコン基板１２中へ拡散して、シリコン基板１２内の欠陥を補償する。これによって、太陽電池１０の動作中におけるシリコン基板１２の表面と裏面付近での再結合が抑制される。【００２６】
ついで、裏面パッシベーション膜１５の所定の位置にレーザ光Ｌ１を照射し、裏面パッシベーション膜１５を蒸発させて開口部３５を形成する（図３−５）。この開口部３５は、たとえば図１−２に示されるように、裏面集電電極３１と裏面取出電極３２の形状にパターニングされる。また、ここで、レーザ光Ｌ１の波長を３５５ｎｍとし、エネルギを３ｍＪ／ｃｍ2とすると、シリコン基板１２を低損傷の状態で、裏面パッシベーション膜１５（ＳｉＯＮＨ膜）のみを蒸発させることができる。【００２７】
ついで、開口部３５を形成した裏面パッシベーション膜１５上の必要な箇所に、たとえばスクリーン印刷法によってＡｌ（アルミニウム）を含む裏面用アルミニウムペーストを印刷して乾燥させる。その後、開口部３５を形成したときと同様に、開口部３５を形成した位置に対応させてレーザ光Ｌ２を照射する（図３−６）。このレーザ光Ｌ２の照射によって、開口部３５内のＡｌを溶融、凝固させて、下地のシリコン基板１２との間でＡｌ−Ｓｉ溶融凝固層からなる裏面電極３０を形成する。Ａｌ−Ｓｉ溶融凝固層中のシリコン基板１２に近い部分の凝固した箇所では、Ａｌ−Ｓｉが一部ＢＦＳ層となる。そして、不要な裏面用アルミニウムペーストはアセトンなどの有機溶剤や水洗によって除去する（図３−７）。【００２８】
図３−７の状態のままでは、シリコン基板１２が薄いために、表面から入射した太陽光の一部は吸収されずに裏面側へと透過してしまう。裏面側に透過する光は主に波長８００ｎｍ以上の赤外線であるが、図３−７のように、シリコン基板１２の裏面を局所的にカバーしているＡｌ−Ｓｉ溶融凝固層（裏面電極３０）だけでは、裏面側に到達した光を光電変換層１１側に有効に反射させることができない。そこで、裏面反射効果（ＢＳＲ）を高めるために、裏面電極３０を形成した裏面パッシベーション膜１５上に、Ａｇ，Ａｕ（金），Ｐｔ（白金），Ｐｄ（パラジウム），Ｔｉ（チタン），Ｃｕ（銅），Ｓｎ（錫）などのＡｌよりも高い反射率を有する金属のうち１つ以上の金属を用いて、蒸着法やスパッタ法などで裏面反射金属膜１６を形成する（図３−８）。以上によって、図１−１〜図２に示される構造を有する太陽電池１０が製造される。【００２９】
なお、上述した説明では、図３−６において、裏面パッシベーション膜１５にレーザ光Ｌ１を照射して開口部３５を設けた後に、裏面用アルミニウムペーストを裏面の所定の箇所に印刷し、その後に再びレーザ光Ｌ２を開口部３５に照射するようにしていたが、裏面パッシベーション膜１５上に裏面用アルミニウムペーストを所定の形状で印刷し、その後に、所定の位置にレーザ光を照射して、照射した位置でＡｌとＳｉとの合金からなる裏面電極３０を形成してもよい。ただし、上述した図３−６の方法、すなわち裏面パッシベーション膜１５に開口部３５を設けてから裏面用アルミニウムペーストをその開口部３５に塗布し、レーザ光Ｌ２を照射する場合の方が、レーザ光で溶融したＡｌと裏面パッシベーション膜１５（ＳｉＯＮＨ膜）との間の反応を制御できるとともに、裏面電極３０のサイズが、裏面パッシベーション膜１５に形成された開口部３５の大きさでほぼ規定されるので、サイズの安定した裏面電極３０を形成することができる。【００３０】
以上のようにして形成された太陽電池１０は、従来のように、光電変換層１１の表面に表面用銀ペーストを印刷し、裏面のほぼ全面に裏面用アルミニウムペーストを印刷し、裏面のその他の場所に裏面用銀ペーストを印刷した後に、表面電極２０と裏面電極３０とを同時焼成することによって形成した太陽電池と比較すると、セル変換効率が２％向上する。【００３１】
この実施の形態１によれば、表面の反射防止膜１４と、裏面の裏面パッシベーション膜１５とをＳｉＯＮＨ膜で形成し、裏面電極３０としてＡｌ−Ｓｉ溶融凝固層を形成し、さらに裏面全体を８００〜１，２００ｎｍ付近の波長の赤外線に対して高い反射率を有するＡｇ，Ａｕ，Ｐｔ，Ｐｄ，Ｔｉ，Ｃｕ，Ｓｎからなる群から選択される少なくとも１種の金属で被覆するようにしたので、シリコン基板１２の裏面付近での再結合が抑制され、光電変換層１１を透過してしまった光を再び光電変換層１１側に効率よく反射することができる。その結果、シリコン基板１２（光電変換層１１）の厚さが従来よりも薄くなっても、特に、シリコン基板１２（光電変換層１１）の厚さが１６０〜２００μｍ以下の場合でも、光電変換層１１で効率よく発電を行うことができるという効果を有する。【００３２】
また、表面電極２０の焼成工程と、裏面電極３０の形成工程とを別工程としたので、それぞれの工程で電極の形成条件が最適化され、太陽電池１０にふさわしい低い抵抗の電極を得ることができるという効果を有する。さらに、製造する太陽電池１０にふさわしい抵抗の電極が得られるので、抵抗値が高くなることによる損失を抑え、発電した電気を効率よく取得することができる。【００３３】
また、この実施の形態１では、裏面電極３０の焼成は、シリコン基板１２全体でなく、レーザ光Ｌ２が照射された領域のみで行われるので、従来例のように、裏面電極が、半導体基板の裏面のほぼ全面に形成されるアルミニウムペーストと、アルミニウム電極が形成されていない位置に形成される銀ペーストと、を焼成することによって形成される場合と比較して、冷却時に形成した電極が剥がれやすくなることを防ぐことができる。その結果、従来の製法で形成した太陽電池に比較して、長寿命になるという効果も有する。【００３４】
実施の形態２．
図４は、実施の形態２による太陽電池の一例を模式的に示す一部断面図である。この図に示されるように、この実施の形態２の太陽電池１０では、実施の形態１と同様に裏面電極３０がグリッド状に形成される裏面集電電極３１と、裏面集電電極３１間を接続するように形成される裏面取出電極３２と、からなるが、実施の形態１とは異なり、裏面反射金属膜１６を設けていない構成を有している。また、この図に示されるように、裏面集電電極３１の形成位置は、表面に形成されるグリッド電極２１の形成位置と重ならないように、隣接するグリッド電極２１とグリッド電極２１との間の領域Ｒに位置するように形成される。【００３５】
たとえば、１００〜２００ｍｍ□のサイズの太陽電池１０において、通常、受光面側に形成されるグリッド電極２１は、幅が１００μｍであり、ピッチが１．５〜３μｍである。そこで、この実施の形態２の裏面集電電極３１では、グリッド電極２１をシリコン基板１２の裏面側に投影した場合に、その隙間を埋めるように、幅が０．５〜１．５ｍｍでグリッド電極２１と同一のピッチで設計することが望ましい。【００３６】
このように、裏面集電電極３１の形成位置を、受光面のグリッド電極２１の形成位置とずらして配置することで、光電変換されずに光電変換層１１の裏面まで透過した光が、受光面側のグリッド電極２１の形成位置間に存在する裏面集電電極３１によって、光電変換層１１側に反射される。【００３７】
この実施の形態２によれば、受光面側の櫛歯状のグリッド電極２１の形成位置からずらして、裏面の櫛歯状の裏面集電電極３１を配置したので、裏面反射金属膜１６を形成しなくても、受光面側のグリッド電極２１の形成位置間に存在する裏面集電電極３１によって、光電変換層１１側に反射されるので、光電変換層１１で効率よく発電を行うことができるという効果を有する。【００３８】
また、Ａｇ，Ａｕ，Ｐｔ，Ｐｄ，Ｔｉ，Ｃｕ，Ｓｎからなる群から選択される少なくとも１種の金属からなる裏面反射金属膜１６を形成しないので、実施の形態１に比べて製造工程を簡略化することができ、また上記の金属を使用しないので、製造コストを下げることができるという効果も有する。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
以上のように、この発明にかかる光起電力装置は、シリコン基板を従来よりも薄くして形成した太陽電池に有用である。
【図１−１】
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【図１−２】
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【図１−３】
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【図２】
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【図３−１】
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【図３−２】
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【図３−３】
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【図３−４】
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【図３−５】
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【図３−６】
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【図３−７】
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【図３−８】
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【図４】
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【手続補正書】
【提出日】平成23年4月8日(2011.4.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の導電型のシリコン基板の第１の主面側に、第２の導電型の不純物を拡散させた不純物拡散層を形成する不純物拡散層形成工程と、
前記不純物拡散層上に反射防止膜を形成する反射防止膜形成工程と、
前記シリコン基板の第２の主面上にＳｉＯＮＨ膜からなる裏面パッシベーション膜を形成する裏面パッシベーション膜形成工程と、
前記反射防止膜上に銀を含むペースト材料を表面電極形状に形成する表面電極形状形成工程と、
前記シリコン基板を焼成して、前記不純物拡散層に接する表面電極を形成する表面電極形成工程と、
前記シリコン基板の第２の主面側に裏面電極として金属を含むペースト材料を形成する裏面電極形状形成工程と、
前記裏面電極の形成位置にレーザ光を照射して、前記ペースト材料中の金属を溶融、凝固させて裏面電極を形成する裏面電極形成工程と、
を含むことを特徴とする光起電力装置の製造方法。
【請求項２】
前記裏面電極形成工程の後に、前記裏面電極を形成した前記裏面パッシベーション膜上に、８００〜１，２００ｎｍの波長範囲の赤外線に対する反射率がアルミニウムよりも高い金属からなる裏面反射金属膜を形成する裏面反射金属膜形成工程をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の光起電力装置の製造方法。
【請求項３】
前記裏面反射金属膜は、Ａｇ，Ａｕ，Ｐｔ，Ｐｄ，Ｔｉ，Ｃｕ，Ｓｎからなる群から選択される少なくとも１種の金属によって形成されることを特徴とする請求項２に記載の光起電力装置の製造方法。
【請求項４】
前記裏面電極形状形成工程では、前記裏面パッシベーション膜上に所定の形状で前記裏面電極としての前記金属を含むペースト材料を形成し、
前記裏面電極形成工程では、前記金属を含むペースト材料の形成位置にレーザ光を照射して、前記ペースト材料中の金属を溶融、凝固させると同時に、前記裏面パッシベーション膜を溶融、開口して前記裏面電極を形成することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の光起電力装置の製造方法。
【請求項５】
前記裏面電極形状形成工程は、
前記裏面パッシベーション膜に裏面電極形状の開口部を設ける工程と、
前記開口部に前記金属を含むペースト材料を形成する工程と、
を含み、
前記裏面電極形成工程では、前記開口部の形成位置にレーザ光を照射して、前記ペースト材料中の金属を溶融、凝固させて前記開口部に前記裏面電極を形成することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の光起電力装置の製造方法。
【請求項６】
前記表面電極形状形成工程では、第１の方向に延在して複数平行に配置されるグリッド電極パターンと、第２の方向に延在して前記グリッド電極パターン間を接続するバス電極パターンと、を有する前記表面電極パターンを前記不純物拡散層上に形成し、
前記裏面電極形状形成工程では、前記第１の方向に延在して複数平行に配置される裏面集電電極パターンと、前記第２の方向に延在して前記裏面集電電極パターン間を接続する裏面取出電極パターンと、を有する裏面電極パターンを、前記シリコン基板の第２の主面上に形成するとともに、前記裏面集電電極パターンは、前記グリッド電極パターンの形成位置を前記第２の主面上に投影したときに、前記グリッド電極パターンの形成位置の間に形成されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の光起電力装置の製造方法。
【請求項７】
前記裏面電極形状形成工程で用いられる前記ペースト材料は、アルミニウムを主成分とするペースト材料であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の光起電力装置の製造方法。
【請求項８】
第１の導電型のシリコン基板と、
前記シリコン基板の第１の主面側に第２の導電型の不純物が拡散された不純物拡散層と、
前記不純物拡散層上に形成される表面電極と、
前記不純物拡散層上の前記表面電極が形成されていない領域に形成される反射防止膜と、
前記シリコン基板の第２の主面上に、レーザ光の照射により形成されるＳｉ−Ａｌ合金からなる裏面電極と、
前記シリコン基板の第２の主面上の前記裏面電極が形成されていない領域に形成されるＳｉＯＮＨ膜からなる裏面パッシベーション膜と、
前記裏面電極と前記裏面パッシベーション膜上に、８００〜１，２００ｎｍの波長範囲の赤外線に対する反射率がアルミニウムよりも高い金属からなる裏面反射金属膜と、
を備えることを特徴とする光起電力装置。
【請求項９】
前記裏面反射金属膜は、Ａｇ，Ａｕ，Ｐｔ，Ｐｄ，Ｔｉ，Ｃｕ，Ｓｎからなる群から選択される少なくとも１種の金属によって形成されることを特徴とする請求項８に記載の光起電力装置。
【請求項１０】
第１の導電型のシリコン基板と、
前記シリコン基板の第１の主面側に第２の導電型の不純物が拡散された不純物拡散層と、
前記不純物拡散層上に形成され、第１の方向に延在して複数平行に配置されるグリッド電極と、第２の方向に延在して前記グリッド電極間を接続するバス電極と、を有する表面電極と、
前記不純物拡散層上の前記表面電極が形成されていない領域に形成される反射防止膜と、
前記シリコン基板の第２の主面上に、レーザ光の照射により形成されるＳｉ−Ａｌ合金からなり、前記第１の方向に延在して複数平行に配置される裏面集電電極と、前記第２の方向に延在して前記裏面集電電極間を接続する裏面取出電極と、を有する裏面電極と、
前記シリコン基板の前記第２の主面上の前記裏面電極が形成されていない領域に形成されるＳｉＯＮＨ膜からなる裏面パッシベーション膜と、
を備え、
前記裏面集電電極は、前記グリッド電極の形成位置を前記第２の主面上に投影したときに、前記グリッド電極の形成位置の間に形成されることを特徴とする光起電力装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
上記目的を達成するため、この発明にかかる光起電力装置の製造方法は、第１の導電型のシリコン基板の第１の主面側に、第２の導電型の不純物を拡散させた不純物拡散層を形成する不純物拡散層形成工程と、前記不純物拡散層上に反射防止膜を形成する反射防止膜形成工程と、前記シリコン基板の第２の主面上にＳｉＯＮＨ膜からなる裏面パッシベーション膜を形成する裏面パッシベーション膜形成工程と、前記反射防止膜上に銀を含むペースト材料を表面電極形状に形成する表面電極形状形成工程と、前記シリコン基板を焼成して、前記不純物拡散層に接する表面電極を形成する表面電極形成工程と、前記シリコン基板の第２の主面側に裏面電極として金属を含むペースト材料を形成する裏面電極形状形成工程と、前記裏面電極の形成位置にレーザ光を照射して、前記ペースト材料中の金属を溶融、凝固させて裏面電極を形成する裏面電極形成工程と、を含むことを特徴とする。
【国際調査報告】
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