(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１導電型の半導体基板における一面に、第２導電型の不純物が第１の濃度で拡散された第１ドープ層と、前記第１の濃度よりも低い第２の濃度で前記第２導電型の不純物が拡散されて前記第１ドープ層と表面粗さが異なる第２ドープ層と、を形成する第１工程と、
前記第１ドープ層に電気的に接続する金属電極を前記第１ドープ層上に形成する第２工程と、
を含み、
前記第１工程は、
前記半導体基板における一面に第１テクスチャー構造を形成する第３工程と、
前記第１テクスチャー構造が形成された前記半導体基板の一面の表層に、前記第１ドープ層を既定のパターンで形成する第４工程と、
前記半導体基板の一面における前記第１ドープ層以外の領域をエッチングして第１溝開口部を形成する第５工程と、
少なくとも前記第１溝開口部の表層に、前記第２ドープ層を形成する第６工程と、
を含み、
前記第２工程では、前記第１ドープ層と前記第２ドープ層との表面粗さの差により生じる前記第１ドープ層と前記第２ドープ層とにおける光反射率の差に基づいて前記第１ドープ層の位置を検出し、検出した前記第１ドープ層の位置に合わせて前記金属電極を形成すること、
を特徴とする太陽電池の製造方法。
【請求項２】
前記第５工程では、ウエットエッチングまたはエッチングペーストを用いたエッチングにより前記第１テクスチャー構造が加工されて一部が除去された底面を有する前記第１溝開口部を形成すること、
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４工程では、前記第１ドープ層の形状に対応した開口部を有するマスクを用いて、前記開口部を介してイオン注入法により前記第２導電型の不純物を前記半導体基板の一面の表層に注入した後、前記半導体基板の熱処理を行うこと、
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】
前記第４工程では、前記第１ドープ層の形状に対応した開口部を有するマスクを用いて、前記第２導電型の不純物を含むペーストを前記半導体基板の一面の表層に前記開口部を介して塗布した後、前記半導体基板の熱処理を行うこと、
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５】
前記半導体基板が単結晶シリコン基板であり、前記一面が（１００）面であること、
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６】
前記第１溝開口部を被覆するパッシベーション膜を形成すること、
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７】
受光面と対向する裏面である一面の表層にｐ型の不純物元素が拡散されたドープ層を有するｎ型の半導体基板と、
前記ドープ層に電気的に接続して前記半導体基板の一面上に形成された金属電極と、
を備え、
前記ドープ層は、
前記半導体基板の一面に既定のパターンで形成されるとともに上面に第１テクスチャー構造を有する突出部の表層にｐ型の不純物が第１の濃度で拡散されて、前記金属電極に電気的および機械的に接続される第１ドープ層と、
前記半導体基板の一面における前記第１ドープ層以外の溝開口部の領域にｐ型の不純物が前記第１の濃度よりも低い第２の濃度で拡散されるとともに上面に第２テクスチャー構造を有する第２ドープ層とを有し、
前記第１ドープ層の上面は、前記第２ドープ層の上面よりも表面粗さが大きく、前記第２ドープ層の上面よりも正反射率が大きいこと、
を特徴とする太陽電池。
【請求項８】
前記第１ドープ層の上面は、（１１１）面を主として構成されて、表面粗さが１μｍ以上、１０μｍ未満とされ、
前記第１ドープ層の上面と前記第２ドープ層の上面との高低差が、前記第１ドープ層の表面粗さよりも大きいこと、
を特徴とする請求項７に記載の太陽電池。
【請求項９】
前記第１の濃度が、１．０×１０２０／ｃｍ３以上、１．０×１０２１／ｃｍ３以下であり、
前記第２の濃度が、５．０×１０１８／ｃｍ３以上、５．０×１０１９／ｃｍ３以下であること、
を特徴とする請求項８に記載の太陽電池。
【請求項１０】
前記第１ドープ層の上面と前記第２ドープ層の上面との高低差が、１μｍ以上、６０μｍ以下であること、
を特徴とする請求項８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、選択エミッタ構造を有する太陽電池の製造方法および太陽電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
結晶系シリコン太陽電池セルにおいては、光電変換効率を高めるために、選択エミッタ構造が利用されている。選択エミッタ構造は、シリコン基板に形成されている不純物の拡散領域において、電極と接続する領域に受光部よりも高い濃度で表面不純物濃度を形成している構造である。選択エミッタ構造においては、シリコン基板と電極との接触抵抗が低減する。さらに、受光部の不純物拡散濃度を低くしていることで、受光部でのキャリアの再結合を抑制することができ、光電変換効率の向上が図れる。【０００３】
一般的に選択エミッタ構造を形成する方法として、特許文献１には、スクリーン印刷法により半導体基板上にペースト等を塗布して、ボロン等の不純物が高濃度に拡散された拡散層を受光面側に選択的に形成する方法が開示されている。また、他の方法として、特許文献２には、イオン注入法を利用してエミッタ層を形成する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−５６４６５号公報
【特許文献２】特開２０１３−１２８０９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記の特許文献１に記載されている太陽電池を形成する方法では、ボロンが拡散された不純物拡散領域と金属電極の設計マスクパターンとのアライメントを容易にするために、ボロンを拡散する面積を広くする必要がある。高濃度の不純物拡散領域では、電界効果により発電に寄与する少数キャリアの接合界面でのパッシベーション効果を高めることができる。一方で、不純物拡散領域内で太陽光により生成されたキャリアは、高濃度の不純物拡散領域で再結合して光電変換に寄与しない。【０００６】
接合界面での電界によるパッシベーション効果を得ること、ならびに、オーミック接触抵抗を少なくする上で、高濃度の不純物拡散領域を狭幅化した場合は、高濃度の不純物拡散領域と金属電極との位置合わせにずれが生じる場合がある。金属電極が高濃度の不純物拡散領域から外れると、金属電極とシリコン基板との接触部分における電気的抵抗、すなわち接触抵抗が高くなりフィルファクター（Fill  Factor：ＦＦ）の低下を招く。また、金属電極で覆われない高濃度の不純物拡散領域においては、不純物拡散領域内で太陽光により生成されたキャリアの再結合による光電変換特性の低下が発生する。すなわち、高濃度の不純物拡散領域と金属電極との位置ずれに起因した発電効率の低下が生じる。【０００７】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、選択エミッタ構造を有する太陽電池において、高濃度に不純物が拡散された不純物拡散層に対する電極の位置合わせ精度の向上が図られた太陽電池を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、第１導電型の半導体基板における一面に、第２導電型の不純物が第１の濃度で拡散された第１ドープ層と、第１の濃度よりも低い第２の濃度で第２導電型の不純物が拡散されて第１ドープ層と表面粗さが異なる第２ドープ層と、を形成する第１工程と、第１ドープ層に電気的に接続する金属電極を第１ドープ層上に形成する第２工程と、を含む。第１工程は、半導体基板における一面に第１テクスチャー構造を形成する第３工程と、第１テクスチャー構造が形成された半導体基板の一面の表層に、第１ドープ層を既定のパターンで形成する第４工程と、半導体基板の一面における第１ドープ層以外の領域をエッチングして第１溝開口部を形成する第５工程と、少なくとも第１溝開口部の表層に、前記第２ドープ層を形成する第６工程と、を含む。第２工程では、第１ドープ層と第２ドープ層との表面粗さの差により生じる第１ドープ層と第２ドープ層とにおける光反射率の差に基づいて第１ドープ層の位置を検出し、検出した第１ドープ層の位置に合わせて金属電極を形成すること、を特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、選択エミッタ構造を有する太陽電池において、高濃度に不純物が拡散された不純物拡散層に対する電極の位置合わせ精度の向上が図られた太陽電池が得られる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態１にかかる結晶系シリコン太陽電池を受光面と対向する裏面側から見た下面図
【図２】本発明の実施の形態１にかかる結晶系シリコン太陽電池を受光面側から見た上面図
【図３】本発明の実施の形態１にかかる結晶系シリコン太陽電池の模式断面図であり、図１中のＡ−Ａ’線および図２中のＢ−Ｂ’線に沿った断面図
【図４】本発明の実施の形態１にかかる結晶系シリコン太陽電池の高濃度ボロンドープ層と第１低濃度ボロンドープ層と第２低濃度ボロンドープ層との位置関係に注目して示す図であり、結晶系シリコン太陽電池の裏面側の一部を切り取って見た斜視図
【図５】本発明の実施の形態１にかかる結晶系シリコン太陽電池の製造工程の一例を模式的に示す要部断面図
【図６】本発明の実施の形態１にかかる結晶系シリコン太陽電池の製造工程の一例を模式的に示す要部断面図
【図７】本発明の実施の形態１にかかる結晶系シリコン太陽電池の製造工程の一例を模式的に示す要部断面図
【図８】本発明の実施の形態１にかかる結晶系シリコン太陽電池の製造工程の一例を模式的に示す要部断面図
【図９】本発明の実施の形態１にかかる結晶系シリコン太陽電池の製造工程の一例を模式的に示す要部断面図
【図１０】本発明の実施の形態１にかかる結晶系シリコン太陽電池の製造工程の一例を模式的に示す要部断面図
【図１１】本発明の実施の形態１にかかる結晶系シリコン太陽電池の製造工程の一例を模式的に示す要部断面図
【図１２】本発明の実施の形態１にかかる結晶系シリコン太陽電池の製造方法を示すフローチャート
【図１３】本発明の実施の形態１におけるイオン注入法を示す模式断面図
【図１４】本発明の実施の形態１における選択エミッタ領域の形状の一例を示す図であり、ｎ型単結晶シリコン基板を裏面側から見た下面図
【図１５】本発明の実施の形態１においてイオン注入法により形成された選択エミッタ領域の形状の一例を示す図であり、ｎ型単結晶シリコン基板の裏面側の一部を切り取って見た斜視図
【図１６】本発明の実施の形態１にかかる選択エミッタ領域の形状の一例を示す図であり、ｎ型単結晶シリコン基板の裏面側の一部を切り取って見た斜視図
【図１７】本発明の実施の形態２におけるドーパントペースト印刷法を示す模式断面図
【図１８】本発明の実施の形態２においてドーパントペースト印刷法により形成された選択エミッタ領域の形状の一例を示す図であり、ｎ型単結晶シリコン基板の裏面側の一部を切り取って見た斜視図
【図１９】本発明の実施の形態２にかかる選択エミッタ領域の形状の一例を示す図であり、ｎ型単結晶シリコン基板の裏面側の一部を切り取って見た斜視図
【図２０】本発明の実施の形態３にかかる結晶系シリコン太陽電池の模式断面図
【図２１】本発明の実施の形態３にかかる結晶系シリコン太陽電池の製造工程の一例を模式的に示す要部断面図
【図２２】本発明の実施の形態３にかかる結晶系シリコン太陽電池の製造工程の一例を模式的に示す要部断面図
【図２３】本発明の実施の形態３にかかる結晶系シリコン太陽電池の製造工程の一例を模式的に示す要部断面図
【図２４】本発明の実施の形態３にかかる結晶系シリコン太陽電池の製造工程の一例を模式的に示す要部断面図
【図２５】本発明の実施の形態４にかかる結晶系シリコン太陽電池の製造方法を示すフローチャート
【図２６】本発明の実施の形態４にかかる結晶系シリコン太陽電池の製造工程の一例を模式的に示す要部断面図
【図２７】本発明の実施の形態４にかかる結晶系シリコン太陽電池の製造工程の一例を模式的に示す要部断面図
【図２８】本発明の実施の形態４にかかる結晶系シリコン太陽電池の製造工程の一例を模式的に示す要部断面図
【図２９】本発明の実施の形態４にかかる結晶系シリコン太陽電池のｐ型不純物ドープ層を拡大して示す模式断面図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に、本発明の実施の形態にかかる太陽電池の製造方法および太陽電池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い。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。また、平面図であっても、図面を見やすくするためにハッチングを付す場合がある。
【００１２】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１にかかる結晶系シリコン太陽電池を受光面と対向する裏面側から見た下面図である。図２は、本発明の実施の形態１にかかる結晶系シリコン太陽電池を受光面側から見た上面図である。図３は、本発明の実施の形態１にかかる結晶系シリコン太陽電池の模式断面図であり、図１中のＡ−Ａ’線および図２中のＢ−Ｂ’線に沿った断面図である。図２中のＢ−Ｂ’線の位置は、結晶系シリコン太陽電池の面内において図１中のＡ−Ａ’線の位置に対応している。
【００１３】
実施の形態１にかかる結晶系シリコン太陽電池は、結晶系シリコン基板であるｎ型単結晶シリコン基板１と、ｐ型のドープ層であるｐ型不純物ドープ層３と、ｎ型のドープ層であるｎ型不純物ドープ層４と、受光面パッシベーション膜である受光面シリコン酸化膜（ＳｉＯ２膜）５および受光面シリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）６と、裏面パッシベーション膜である裏面シリコン酸化膜（ＳｉＯ２膜）７および裏面シリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）８と、金属電極である裏面電極９と、金属電極である受光面電極１０とを備える。
【００１４】
実施の形態１にかかる結晶系シリコン太陽電池は、結晶系シリコン基板を有する。結晶系シリコン基板は、単結晶シリコン基板および多結晶シリコン基板を含むが、特に（１００）面が表面上、すなわち主面に形成されている単結晶シリコン基板が好ましい。また、結晶系シリコン基板は、ｐ型の導電性を有するシリコン基板を用いてもよく、ｎ型の導電性を有するシリコン基板を用いてもよい。本実施の形態１では、ｎ型単結晶シリコン基板１を用いた場合を説明する。ｐ型の導電性を有するシリコン基板を用いる場合にも、以下で示す各部材を同様に用いればよい。
【００１５】
ｎ型単結晶シリコン基板１の光入射面である受光面と対向する裏側の表層には、ボロンが拡散されたドープ層であるｐ型不純物ドープ層３が形成されて、ｐｎ接合が形成されている。また、ｐ型不純物ドープ層３が形成されたｎ型単結晶シリコン基板１の裏面上には、絶縁膜からなる裏面パッシベーション膜である、裏面シリコン酸化膜７と裏面シリコン窒化膜８とが順次形成されている。
【００１６】
ｐ型不純物ドープ層３は、高濃度ボロンドープ層３ａと、第１低濃度ボロンドープ層３ｂと、第２低濃度ボロンドープ層３ｃとを含む。高濃度ボロンドープ層３ａは、第１低濃度ボロンドープ層３ｂと第２低濃度ボロンドープ層３ｃとに対して相対的に高濃度にボロンが拡散されている。すなわち、第１低濃度ボロンドープ層３ｂと第２低濃度ボロンドープ層３ｃとは、高濃度ボロンドープ層３ａに対して相対的に低濃度にボロンが拡散されている。そして、第２低濃度ボロンドープ層３ｃは、第１低濃度ボロンドープ層３ｂに対して同等または相対的に低濃度にボロンが拡散されている。
【００１７】
図４は、本発明の実施の形態１にかかる結晶系シリコン太陽電池の高濃度ボロンドープ層３ａと、第１低濃度ボロンドープ層３ｂと、第２低濃度ボロンドープ層３ｃとの位置関係に注目して示す図であり、結晶系シリコン太陽電池の裏面側の一部を切り取って見た斜視図である。図４においては、ｎ型単結晶シリコン基板１、高濃度ボロンドープ層３ａ、第１低濃度ボロンドープ層３ｂ、第２低濃度ボロンドープ層３ｃ以外の部材については省略している。
【００１８】
高濃度ボロンドープ層３ａは、ｎ型単結晶シリコン基板１の裏面において、櫛形状に突出した第１突出部である突出部１５の表層領域に形成されている。第２低濃度ボロンドープ層３ｃは、ｎ型単結晶シリコン基板１の裏面において、櫛形状に突出した突出部１５の領域以外の第１溝開口部である溝開口部１６の表層領域に形成されている。第１低濃度ボロンドープ層３ｂは、突出部１５の側面と第２低濃度ボロンドープ層３ｃとの間の領域に突出部１５に隣接して形成されている。
【００１９】
また、ｎ型単結晶シリコン基板１の光入射面、すなわち受光面と、高濃度ボロンドープ層３ａの表面および高濃度ボロンドープ層３ａに隣接する第１低濃度ボロンドープ層３ｂの表面には、微小凹凸２からなるテクスチャー構造が形成されている。ｎ型単結晶シリコン基板１の受光面に形成されたテクスチャー構造は、受光面において外部からの光を吸収する面積を増加し、受光面における光反射率を抑え、光を閉じ込める構造となっている。
【００２０】
ｎ型単結晶シリコン基板１の裏面側には、長尺細長の裏面フィンガー電極９ａが複数並べて設けられ、この裏面フィンガー電極９ａと導通する裏面バス電極９ｂが該裏面フィンガー電極９ａと直交するように設けられており、それぞれ高濃度ボロンドープ層３ａ上に形成されている。すなわち、裏面フィンガー電極９ａおよび裏面バス電極９ｂは、底面部において高濃度ボロンドープ層３ａに電気的に接続している。裏面フィンガー電極９ａおよび裏面バス電極９ｂは、裏面シリコン酸化膜７と裏面シリコン窒化膜８とを貫通して高濃度ボロンドープ層３ａに接続している。裏面フィンガー電極９ａおよび裏面バス電極９ｂは、高濃度ボロンドープ層３ａからはみ出すことなく、高濃度ボロンドープ層３ａ上に形成されている。
【００２１】
裏面フィンガー電極９ａは、一例として１０μｍ〜１００μｍ程度の高さ、５０μｍ〜２００μｍ程度の幅を有するとともに２ｍｍ程度の間隔で平行に配置され、結晶系シリコン太陽電池の内部で発電した電気を集電する。また、裏面バス電極９ｂは、一例として５００μｍ〜２０００μｍ程度の幅を有するとともに結晶系シリコン太陽電池の１枚当たりに２本〜４本程度配置され、裏面フィンガー電極９ａで集電した電気を外部に取り出す。裏面フィンガー電極９ａと裏面バス電極９ｂとにより、金属電極である裏面電極９が構成される。裏面フィンガー電極９ａおよび裏面バス電極９ｂは、アルミニウムまたはアルミニウムと銀との混合材料により構成されている。
【００２２】
ｎ型単結晶シリコン基板１の受光面側の表層には、リンが拡散されたドープ層であるｎ型不純物ドープ層４が形成されている。ｎ型不純物ドープ層４は、ｎ型単結晶シリコン基板１よりも高濃度に不純物を含んだｎ＋層が設けられる。また、ｎ型不純物ドープ層４が形成されたｎ型単結晶シリコン基板１の受光面上には、絶縁膜からなる受光面パッシベーション膜である、受光面シリコン酸化膜５と受光面シリコン窒化膜６とが順次形成されている。
【００２３】
ｎ型不純物ドープ層４は、相対的に高濃度にリンが拡散された高濃度リンドープ層４ａと、相対的に低濃度にリンが拡散された低濃度リンドープ層４ｂとにより構成される。高濃度リンドープ層４ａは、ｎ型単結晶シリコン基板１の受光面において、櫛形状に形成されている。低濃度リンドープ層４ｂは、ｎ型単結晶シリコン基板１の受光面において、高濃度リンドープ層４ａが形成されていない領域の全面に形成されている。
【００２４】
ｎ型単結晶シリコン基板１の受光面側には、長尺細長の受光面フィンガー電極１０ａが複数並べて設けられ、この受光面フィンガー電極１０ａと導通する受光面バス電極１０ｂが該受光面フィンガー電極１０ａと直交するように設けられており、それぞれ高濃度リンドープ層４ａ上に形成されている。すなわち、受光面フィンガー電極１０ａおよび受光面バス電極１０ｂは、底面部において高濃度リンドープ層４ａに電気的に接続している。受光面フィンガー電極１０ａおよび受光面バス電極１０ｂは、受光面シリコン酸化膜５と受光面シリコン窒化膜６とを貫通して高濃度リンドープ層４ａに接続している。
【００２５】
受光面フィンガー電極１０ａは、一例として１０μｍ〜１００μｍ程度の高さ、５０μｍ〜２００μｍ程度の幅を有するとともに２ｍｍ程度の間隔で平行に配置され、結晶系シリコン太陽電池の内部で発電した電気を集電する。また、受光面バス電極１０ｂは、一例として５００μｍ〜２０００μｍ程度の幅を有するとともに結晶系シリコン太陽電池の１枚当たりに２本〜４本程度配置され、受光面フィンガー電極１０ａで集電した電気を外部に取り出す。受光面フィンガー電極１０ａと受光面バス電極１０ｂとにより、金属電極である受光面電極１０が構成される。受光面フィンガー電極１０ａおよび受光面バス電極１０ｂは、銀材料により構成されている。
【００２６】
ｐ型のドープ層は、ボロン等の不純物がシリコン内に多く含有されており、また表面から深い位置まで不純物が含有されたプロファイルを有するため、ｎ型のドープ層よりも光の吸収量が多い。このため、ｐ型のドープ層を受光面側の表面に配置した場合には、ｎ型のドープ層を受光面側の表面に配置した場合よりも、結晶系シリコン太陽電池に入射した光のうち吸収される光量が多くなり、光電変換に用いられる光量が少なくなる。したがって、本実施の形態１の結晶系シリコン太陽電池のようにｎ型単結晶シリコン基板を用いた場合にはｐ型のドープ層を裏面側に配置することにより、結晶系シリコン太陽電池に入射した光のうち光電変換に用いられる光量を多くすることができる。
【００２７】
つぎに、本実施の形態１にかかる結晶系シリコン太陽電池の製造方法を図面に沿って説明しながら、結晶系シリコン太陽電池について詳細に説明する。図５〜図１１は、本発明の実施の形態１にかかる結晶系シリコン太陽電池の製造工程の一例を模式的に示す要部断面図である。図１２は、本発明の実施の形態１にかかる結晶系シリコン太陽電池の製造方法を示すフローチャートである。
【００２８】
まず、ｎ型単結晶シリコン基板１を用意する。ｎ型単結晶シリコン基板１は、溶融したシリコンを成長させて得られたインゴットをワイヤーソーでスライスして製造される。このため、ｎ型単結晶シリコン基板１は、シリコンインゴットをスライスすることにより生じたスライスダメージが除去されたものを用いることが好ましい。
【００２９】
スライスダメージの除去方法の一例としては、フッ化水素水溶液（ＨＦ）と硝酸（ＨＮＯ３）との混酸、または水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）水溶液に代表されるアルカリ水溶液を用いたエッチングが挙げられる。また、スライスダメージの除去方法として、プラズマ、紫外線（Ultraviolet：ＵＶ）、オゾン等を用いたドライクリーニング法または熱処理など、シリコン基板の汚染状態に対応した方法を適時用いることができる。ｎ型単結晶シリコン基板１の形状および大きさは特に限定はされないが、例えば、厚さは８０μｍ〜４００μｍの範囲、比抵抗は、１．０Ω・ｃｍ〜１０．０Ω・ｃｍのものが好ましい。また、主面、すなわちシリコンインゴットからスライスされた面の面方位が（１００）面とされていることが好ましい。
【００３０】
まず、ステップＳ１０において、図５に示すようにｎ型単結晶シリコン基板１の両面に微小凹凸２からなるテクスチャー構造を形成する工程を行う。テクスチャー構造を設けることにより、ｎ型単結晶シリコン基板１に入射した光を閉じ込めて、光の利用効率を高めることができる。テクスチャー構造は、平均が１μｍ以上、１０μｍ未満の凹凸周期と１０μｍ未満の凹凸高さとのサイズで微小凹凸２が形成され、シリコンの（１１１）面を主として形成される四角錐形状の三角ピラミッド状の微小凹凸２が形成される。凹凸周期は、ｎ型単結晶シリコン基板１の面方向における凹凸の形成間隔であり、隣接する微小凹凸２の頂点間の距離で定義される。
【００３１】
このようなテクスチャー構造を形成するエッチング条件として、ｎ型単結晶シリコン基板１の両面において（１００）面のエッチング速度が最も速く、つぎに（１１０）面、（１１１）面の順にエッチング速度が遅くなるようにエッチング条件が調整される。テクスチャー構造を形成するエッチングとしては、アルカリ低濃度液、１０ｗｔ％未満の水酸化ナトリウムまたは水酸化カリウムのようなアルカリ低濃度液にイソプロピルアルコール（Isopropyl  Alcohol：ＩＰＡ）等の異方性エッチングを促進する添加剤を添加した溶液で異方性エッチングを行う。すなわち、ｎ型単結晶シリコン基板１の表裏面に対して、アルカリ系溶液を用いたウエットエッチングを行うことにより、テクスチャー構造が形成できる。この場合は、ｎ型単結晶シリコン基板１の表裏面毎にウエットエッチングを行ってもよいが、ｎ型単結晶シリコン基板１をアルカリ系溶液に浸漬することが生産性の点から好ましい。
【００３２】
テクスチャー構造の形成後、酸、オゾン水、炭酸水などの機能水によりｎ型単結晶シリコン基板１の表面の洗浄を、ｎ型単結晶シリコン基板１の表面の有機汚染、金属汚染、パーティクルによる汚染が実用レベルまで十分に低減されるまで行う。
【００３３】
つぎに、ステップＳ２０において、図６に示すようにｎ型単結晶シリコン基板１の裏面側に選択エミッタ領域となる高濃度ボロンドープ層３ａと、第１低濃度ボロンドープ層３ｂとを形成する。ここで、ｎ型単結晶シリコン基板１の裏面は、結晶系シリコン太陽電池において裏面となる面である。本実施の形態１では、イオン注入法を用いて選択エミッタ領域となる高濃度ボロンドープ層３ａを形成する。なお、図６〜図１１においては、微小凹凸２の図示を省略している。
【００３４】
イオン注入法により選択エミッタ領域を形成する場合は、図１３に示すように、ボロンをイオン化させた質量数１１のボロンイオンビーム３０を、マスク２０を用いてｎ型単結晶シリコン基板１の裏面へ垂直に注入して選択エミッタ領域を形成することができる。ボロンは質量数が１０のものと、質量数が１１のものがあるが、質量数１１のボロンが一般的に用いられる。マスク２０は、ｎ型単結晶シリコン基板１の裏面に位置合わせされた際にｎ型単結晶シリコン基板１の裏面において選択エミッタ領域が形成される領域に対応した位置に既定のパターンの開口が設けられる。図１３は、本発明の実施の形態１におけるイオン注入法を示す模式断面図である。
【００３５】
しかしながら、同方法を用いた場合は、ボロンイオンビーム３０の条件またはｎ型単結晶シリコン基板１とマスク２０との設置距離等の条件から、図１３〜図１５に示すように、ｎ型単結晶シリコン基板１の裏面には、高濃度ボロンドープ層３ａと第１低濃度ボロンドープ層３ｂとが形成される。図１４は、本発明の実施の形態１における選択エミッタ領域の形状の一例を示す図であり、ｎ型単結晶シリコン基板１を裏面側から見た下面図である。図１５は、本発明の実施の形態１においてイオン注入法により形成された選択エミッタ領域の形状の一例を示す図であり、ｎ型単結晶シリコン基板１の裏面側の一部を切り取って見た斜視図である。
【００３６】
マスク２０を介してｎ型単結晶シリコン基板１の裏面に照射されたボロンイオンビーム３０は、ｎ型単結晶シリコン基板１の裏面に垂直に照射される直進成分３１と、ｎ型単結晶シリコン基板１の裏面に直進成分３１の外側に広がって照射される散乱成分３２とに分散される。そして、直進成分３１によりボロンイオンが注入された領域が、第１の濃度でボロンがドープされた高濃度ボロンドープ層３ａとなり、散乱成分３２によりボロンイオンが注入された領域が、第１の濃度よりも低い第２の濃度でボロンがドープされた第１低濃度ボロンドープ層３ｂとなる。第１低濃度ボロンドープ層３ｂは、高濃度ボロンドープ層３ａよりも、ボロンイオンの注入量が少なく、深さも浅くなる。なお、請求項における第１ドープ層は高濃度ボロンドープ層３ａに対応する。
【００３７】
高濃度ボロンドープ層３ａの幅Ｗ１は、５０μｍ〜５００μｍの範囲が好ましい。幅Ｗ１が５０μｍ未満の場合は、高濃度ボロンドープ層３ａに対する電極の重ね合わせが難しくなる。幅Ｗ１が５００μｍよりも大の場合は、ｎ型単結晶シリコン基板１からｐｎ接合を通過して高濃度ボロンドープ層３ａに進入した光の高濃度ボロンドープ層３ａにおける吸収量が多くなる。この場合は、裏面フィンガー電極９ａおよび裏面バス電極９ｂで反射してｐｎ接合に戻される光量が少なくなり、光電変換に寄与する光量が少なくなる。
【００３８】
第１低濃度ボロンドープ層３ｂの幅Ｗ２は、ボロンイオンビーム３０の条件またはｎ型単結晶シリコン基板１とマスク２０との設置距離等の条件にもよるが、高濃度ボロンドープ層３ａの幅Ｗ１の、１／１０程度となる。
【００３９】
つぎに、ｎ型単結晶シリコン基板１に注入したボロンを電気的に活性化させるために、９００℃以上程度の温度で高温アニール処理を行う。高温アニール処理は、一般にランプアニール法、レーザアニール法または炉アニール法が用いられる。太陽電池の製造においては、生産性の観点から一度に複数枚を同時処理できる炉アニールによる熱処理が好ましい。本実施の形態１では、横型拡散炉を用いて高温アニールを行う。アニール処理条件において、最高温度、処理時間、雰囲気を変化させ、ｎ型単結晶シリコン基板１の裏面に形成される高濃度ボロンドープ層３ａの、質量数１１が主となるボロン濃度を１．０×１０２０／ｃｍ３以上、１．０×１０２１／ｃｍ３以下となるように調整する。
【００４０】
高濃度ボロンドープ層３ａは、裏面フィンガー電極９ａおよび裏面バス電極９ｂの直下に形成される。このため、後述する裏面フィンガー電極９ａおよび裏面バス電極９ｂの形成時の、高濃度ボロンドープ層３ａに対する電極の重ね合わせ精度に対応させてｎ型単結晶シリコン基板１の裏面における幅、表面積を調整して形成される。すなわち、ｎ型単結晶シリコン基板１の裏面における幅、表面積は、高濃度ボロンドープ層３ａに対する電極の重ね合わせ精度に対応して、電極が高濃度ボロンドープ層３ａからはみ出さない程度に少なくされる。
【００４１】
つぎに、ステップＳ３０において、ｎ型単結晶シリコン基板１の裏面をエッチングすることにより、図７に示すように溝開口部１６を形成する。すなわち、ｎ型単結晶シリコン基板１の裏面に対して、高濃度ボロンドープ層３ａをマスクとして選択エッチングを行う。本実施の形態１では、ｎ型単結晶シリコン基板１の裏面側の一面のみをエッチングするエッチング法を用いる。また、ｎ型単結晶シリコン基板１の受光面に酸化膜（ＳｉＯ２）または窒化膜（ＳｉＮ）等の保護膜を形成して、ｎ型単結晶シリコン基板１の全面をエッチングしてもよい。選択エッチングは、アルカリ性溶液をエッチング液として用いたエッチングにより行う。アルカリ性溶液には、水酸化カリウム（ＫＯＨ）、テトラメチルアンモニアハイドロオキサイド（Tetramethylammonium  Hydroxide：ＴＭＡＨ）、エチレンジアミンピロカテコール（Ethylene  Diamine  Pyrocatechol：ＥＤＰ）などの溶液を用いることができる。
【００４２】
アルカリ性溶液を用いたウエットエッチング処理で利用するエッチング液のエッチング温度は、４０℃〜１００℃程度が好ましく、エッチング時間は、１分〜３０分程度が好ましい。エッチング量は、ｎ型単結晶シリコン基板１の裏面におけるボロンの表面不純物濃度に依存し、１．０×１０２０／ｃｍ３以上でエッチングレートは急激に低下する。このため、エッチングレートは、ｎ型単結晶シリコン基板１＞第１低濃度ボロンドープ層３ｂ＞高濃度ボロンドープ層３ａの順で早くなる。したがって、高濃度ボロンドープ層３ａをエッチングマスクとして用いることができる。
【００４３】
ｎ型単結晶シリコン基板１の裏面がエッチングされた後の高濃度ボロンドープ層３ａの領域は、図７、図１６に示すように、エッチング後のｎ型単結晶シリコン基板１の裏面において他の領域から突出した突出部１５となる。図１６は、本発明の実施の形態１にかかる選択エミッタ領域の形状の一例を示す図であり、ｎ型単結晶シリコン基板１の裏面側の一部を切り取って見た斜視図である。エッチング後のｎ型単結晶シリコン基板１の裏面において第１低濃度ボロンドープ層３ｂは、高濃度ボロンドープ層３ａの領域から離れるにしたがって高さが低くなる。そして、高濃度ボロンドープ層３ａが形成されていない領域は、溝開口部１６となる。なお、ここでの溝開口部１６には、ｎ型単結晶シリコン基板１の裏面における外周縁部において隣接する突出部１５間に挟まれない領域も含むものであり、ボロンがドープされていない領域にエッチングにより形成された、突出部１５よりも低い面を意味する。
【００４４】
本実施の形態１では、高濃度ボロンドープ層３ａの表面と、エッチング後のｎ型単結晶シリコン基板１の裏面との高低差となる溝開口部１６の深さＤ１は、１μｍ〜１０μｍ程度となるように調整する。すなわち、溝開口部１６の深さＤ１は、高濃度ボロンドープ層３ａの上面とｎ型単結晶シリコン基板１の裏面との、ｎ型単結晶シリコン基板１の高さ方向における高低差である。微小凹凸２の凹凸高さは、平均１μｍ〜１０μｍのサイズで形成されている。したがって、溝開口部１６の深さＤ１を、形成された微小凹凸２の凹凸高さよりも大きく、１μｍ〜１０μｍ程度となるように調整することで、高濃度ボロンドープ層３ａ以外の領域の微小凹凸２をエッチングする。
【００４５】
ここで、高濃度ボロンドープ層３ａにおけるボロンの表面不純物濃度が１．０×１０２０／ｃｍ３以上の場合、エッチングレートは急激に低下して高濃度ボロンドープ層３ａはほとんどエッチングされない。したがって、図１６に示すように、エッチング後の高濃度ボロンドープ層３ａの表面は、テクスチャー構造の微小凹凸２を有した状態のままである。したがって、エッチング後の高濃度ボロンドープ層３ａの上面の平均粗さは、１μｍ以上、１０μｍ未満の範囲とされる。そして、エッチング後の高濃度ボロンドープ層３ａの上面は、微小凹凸２を有した状態のままであるため、シリコンの（１１１）面を主として構成されている。
【００４６】
一方、第１低濃度ボロンドープ層３ｂは、テクスチャー構造の微小凹凸２の一部がエッチングにより加工されて除去され、シリコンの（１００）面と、（１１１）面と、（１１０）面と、（３１１）面とが混在した状態となる。また、エッチング前のｎ型単結晶シリコン基板１の裏面においてボロンが注入されていない領域、すなわち溝開口部１６の底面は、エッチングレートが一番早く、エッチングにより掘り進められて、より微小凹凸２が大きく加工された面となる。したがって、エッチング後の高濃度ボロンドープ層３ａの上面の表面粗さ、すなわち平均粗さと、溝開口部１６の底面の表面粗さとは異なり、高濃度ボロンドープ層３ａの上面の方が表面粗さが大きくなる。なお、本実施の形態１では、アルカリ性の溶液でエッチングを実施する場合について説明したが、等方性エッチングとして、酸性溶液でエッチングを実施する方法、ドライエッチング法またはエッチングペースト法を組み合わせて利用してもよい。
【００４７】
つぎに、ステップＳ４０において、図８に示すように、第２低濃度ボロンドープ層３ｃを形成する。第２低濃度ボロンドープ層３ｃは、ｎ型単結晶シリコン基板１の裏面側の全面にボロンをイオン注入することで、高濃度ボロンドープ層３ａおよび第１低濃度ボロンドープ層３ｂが形成されていない溝開口部１６の底面の表層に形成される。また、結晶系シリコン太陽電池の構成によっては、ｎ型単結晶シリコン基板１の裏面の基板外周部のみに、ボロンをドープしない未ドープ領域を形成するようにマスクを用いてイオン注入を行ってもよい。
【００４８】
ここで、第２低濃度ボロンドープ層３ｃは、第１低濃度ボロンドープ層３ｂと同濃度または第１低濃度ボロンドープ層３ｂよりも低い濃度でボロンが注入される。また、この際、第１低濃度ボロンドープ層３ｂの直下領域にもボロンが注入されて、第２低濃度ボロンドープ層３ｃが第１低濃度ボロンドープ層３ｂの直下領域に回り込む。これにより、高濃度ボロンドープ層３ａと第１低濃度ボロンドープ層３ｂと第２低濃度ボロンドープ層３ｃとが電気的および機械的に接続される。請求項における第２ドープ層は、第２低濃度ボロンドープ層３ｃに対応する。
【００４９】
つぎに、ｎ型単結晶シリコン基板１に注入したボロンを電気的に活性化させるために、９００℃以上の高温アニール処理を行う。高温アニール処理は、一般にランプアニール法、レーザアニール法または炉アニール法が用いられる。アニール処理条件において、最高温度、処理時間、雰囲気を変化させ、ｎ型単結晶シリコン基板１の裏面に形成される第２低濃度ボロンドープ層３ｃの、質量数１１が主となるボロンの濃度を５．０×１０１８／ｃｍ３以上、５．０×１０１９／ｃｍ３以下程度となるように調整する。第２低濃度ボロンドープ層３ｃのボロンの濃度が５．０×１０１８／ｃｍ３未満の場合は、第２低濃度ボロンドープ層３ｃの導電性が不十分となるおそれがある。第２低濃度ボロンドープ層３ｃのボロンの濃度が５．０×１０１９／ｃｍ３より大の場合は、結晶系シリコン太陽電池内で光電変換により生成されたキャリアの第２低濃度ボロンドープ層３ｃでの再結合が増加し、光電変換効率が低下するおそれがある。
【００５０】
本実施の形態１では、高濃度ボロンドープ層３ａおよび第１低濃度ボロンドープ層３ｂのボロンを電気的に活性化させるために、９００℃以上程度の温度で高温アニール処理を行い、エッチングにより溝開口部１６を形成する場合について説明した。高濃度ボロンドープ層３ａおよび第１低濃度ボロンドープ層３ｂのボロンを電気的に活性化させる他の方法として、以下の方法を用いてもよい。すなわち、まず高濃度ボロンドープ層３ａおよび第１低濃度ボロンドープ層３ｂを形成後、電気的に活性化させずにエッチングにより溝開口部１６を形成する。そして、第２低濃度ボロンドープ層３ｃの形成後にアニール処理を行うことにより、高濃度ボロンドープ層３ａ、第１低濃度ボロンドープ層３ｂおよび第２低濃度ボロンドープ層３ｃに注入したボロンを一括して電気的に活性化させる方法を用いてもよい。
【００５１】
また、第２低濃度ボロンドープ層３ｃは、ボロンを含有するドーパントペーストを塗布する方法、または常圧ＣＶＤ（Atmospheric  Pressure  Chemical  Vapor  Deposiotion：ＡＰＣＶＤ）法を用いて形成してもよい。
【００５２】
つぎに、ステップＳ５０において、図９に示すように、高濃度リンドープ層４ａと低濃度リンドープ層４ｂとを形成する。すなわち、ｎ型単結晶シリコン基板１の裏面側と同様に、リンをイオン化させたリンイオンビームをｎ型単結晶シリコン基板１の受光面側にマスクを介して照射して、高濃度リンドープ層４ａを形成する。さらに、ｎ型単結晶シリコン基板１の受光面側の全面にリンイオンビームを照射して、低濃度リンドープ層４ｂを形成する。その後、ｎ型単結晶シリコン基板１の受光面側に注入したリンを電気的に活性化させるために、９００℃以上程度の高温アニール処理を行う。
【００５３】
つぎに、ステップＳ６０において、図１０に示すように、ｎ型単結晶シリコン基板１の受光面側および裏面側にパッシベーション膜を形成する。すなわち、裏面パッシベーション膜として、図１０に示すように、裏面シリコン酸化膜７と裏面シリコン窒化膜８とをこの順でｎ型単結晶シリコン基板１の裏面側の全面に形成する。また、受光面パッシベーション膜として、図１０に示すように、受光面シリコン酸化膜５と受光面シリコン窒化膜６とをこの順でｎ型単結晶シリコン基板１の受光面側の全面に形成する。
【００５４】
まず、裏面シリコン酸化膜７をｎ型単結晶シリコン基板１の裏面側の全面に形成する。したがって、裏面シリコン酸化膜７は、高濃度ボロンドープ層３ａと第１低濃度ボロンドープ層３ｂと第２低濃度ボロンドープ層３ｃとを被覆して形成される。また、受光面シリコン酸化膜５をｎ型単結晶シリコン基板１の受光面側の全面に形成する。したがって、受光面シリコン酸化膜５は、高濃度リンドープ層４ａと低濃度リンドープ層４ｂとを被覆して形成される。
【００５５】
受光面シリコン酸化膜５は、ｎ型単結晶シリコン基板１の受光面のドライ酸化により成膜する。裏面シリコン酸化膜７は、ｎ型単結晶シリコン基板１の裏面のドライ酸化により成膜する。ドライ酸化は、高温電気炉を利用して、高純度の酸素を使用して行うことができる。酸化温度は、９００℃〜１２００℃程度が好ましい。また、受光面シリコン酸化膜５および裏面シリコン酸化膜７の膜厚は、１０ｎｍ〜４０ｎｍ程度の範囲とされる。受光面シリコン酸化膜５および裏面シリコン酸化膜７は、ｎ型単結晶シリコン基板１表面のパッシベーション膜として機能する。
【００５６】
つぎに、受光面シリコン酸化膜５および裏面シリコン酸化膜７の形成後、図１０に示すように、ｎ型単結晶シリコン基板１の受光面側および裏面側にパッシベーション膜として、受光面シリコン窒化膜６と裏面シリコン窒化膜８とを形成する。
【００５７】
すなわち、図１０に示すように、裏面シリコン酸化膜７上の全面に裏面シリコン窒化膜８を形成する。また、受光面シリコン酸化膜５上の全面に受光面シリコン窒化膜６を形成する。
【００５８】
受光面シリコン窒化膜６と裏面シリコン窒化膜８との成膜には、プラズマＣＶＤ法を用いる。成膜条件として、反応ガスには、シランガス（ＳｉＨ４）、窒素ガス（Ｎ２）、アンモニアガス（ＮＨ３）を使用し、成膜温度は３００℃以上とする。受光面シリコン窒化膜６と裏面シリコン窒化膜８の膜厚は、１０ｎｍ〜１００ｎｍ程度の範囲が好ましい。
【００５９】
シリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）は、正の固定電荷を有している。このため、シリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）は、特にシリコン基板において表面がｎ型層側のシリコン界面では、パッシベーション効果をより高めることができる。すなわち、裏面シリコン窒化膜８は、ｎ型単結晶シリコン基板１の裏面側のパッシベーション効果をより高めることができる。さらに、シリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）は、受光面側においては、高いパッシベーション効果に加えて反射防止膜として利用できる。すなわち、受光面シリコン窒化膜６は、反射防止膜として利用できる。なお、ｎ型単結晶シリコン基板１の裏面側におけるシリコン界面のパッシベーション膜には、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）膜などを用いてもよく、また酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）膜とシリコン酸化膜との積層膜としてもよい。
【００６０】
なお、上述したｎ型単結晶シリコン基板１にイオン注入した不純物を電気的に活性化させるアニール処理の前洗浄、およびドライ酸化等の高温でのｎ型単結晶シリコン基板１の熱処理を実施する工程の前洗浄として、濃硫酸と過酸化水素水とを含む洗浄液、塩酸と過酸化水素水とを含む洗浄液、またはフッ酸溶液によるシリコン基板１の洗浄を実施することが好ましい。このような洗浄を実施することにより、ｎ型単結晶シリコン基板１の表面およびｎ型単結晶シリコン基板１中への、有機汚染、金属汚染、パーティクルによる汚染を実用レベルまで十分に低減させることができる。また、オゾン水による洗浄、炭酸水による洗浄などの機能水による洗浄をｎ型単結晶シリコン基板１に対して行ってもよい。この場合も、ｎ型単結晶シリコン基板１の表面およびｎ型単結晶シリコン基板１中への、有機汚染、金属汚染、パーティクルによる汚染を実用レベルまで十分に低減させることができる。
【００６１】
つぎに、ステップＳ７０において、図１１に示すように、ｎ型単結晶シリコン基板１の両面に金属電極を形成する。まず、図１１に示すように、ｎ型単結晶シリコン基板１の裏面側の高濃度ボロンドープ層３ａ上に金属電極である裏面電極９を形成して、該裏面電極９を高濃度ボロンドープ層３ａに電気的および機械的に接合させる。
【００６２】
裏面電極９を高濃度ボロンドープ層３ａと接合させる方法としては、アルミニウム（Ａｌ）のみ、またはアルミニウム（Ａｌ）と銀（Ａｇ）との混合材料を含んで構成される、電極形成用の導電ペーストを高濃度ボロンドープ層３ａ上にスクリーン印刷して塗布した後に、７００℃以上程度の高温で焼成する。これにより、印刷された導電ペースト中の金属成分、すなわちアルミニウム（Ａｌ）またはアルミニウム（Ａｌ）と銀（Ａｇ）との混合材料が、裏面シリコン窒化膜８および裏面シリコン酸化膜７をファイアスルーして高濃度ボロンドープ層３ａに接合する。
【００６３】
同様に、図１１に示すように、ｎ型単結晶シリコン基板１の受光面側の高濃度リンドープ層４ａ上に金属電極である受光面電極１０を形成して、該受光面電極１０を高濃度リンドープ層４ａに電気的および機械的に接合させる。受光面電極１０を高濃度リンドープ層４ａと接合させる方法としては、銀（Ａｇ）を含んで構成される、電極形成用の導電ペーストを高濃度リンドープ層４ａ上にスクリーン印刷して塗布した後に、７００℃以上程度の高温で焼成する。これにより、印刷された導電ペースト中の金属成分、すなわち銀（Ａｇ）が、受光面シリコン窒化膜６および受光面シリコン酸化膜５をファイアスルーして高濃度リンドープ層４ａに接合する。
【００６４】
裏面電極９の裏面フィンガー電極９ａおよび受光面電極１０の受光面フィンガー電極１０ａは、一例として高さ１０μｍ〜１００μｍ程度、幅５０μｍ〜２００μｍ程度で、複数本が形成される。裏面電極９の裏面バス電極９ｂおよび受光面電極１０の受光面バス電極１０ｂは、一例として、幅５００μｍ〜２０００μｍ程度で２本形成される。
【００６５】
ここで、裏面電極９の形成用の導電ペーストを高濃度ボロンドープ層３ａ上にスクリーン印刷して塗布する際の位置合わせについて説明する。裏面電極９の形成時において、高濃度ボロンドープ層３ａの表面は、テクスチャー構造の微小凹凸２を全面に有した状態のままである。一方、第１低濃度ボロンドープ層３ｂの表面は、テクスチャー構造の微小凹凸２の一部がエッチングにより加工されて除去され、シリコンの（１００）面と、（１１１）面と、（１１０）面と、（３１１）面とが混在した状態となる。また、第２低濃度ボロンドープ層３ｃの表面は、溝開口部１６の底面であり、より微小凹凸２が大きく加工されている。
【００６６】
これにより、全面に微小凹凸２を有した状態の高濃度ボロンドープ層３ａの表面と、より微小凹凸２が大きく加工されている第２低濃度ボロンドープ層３ｃの表面とでは光反射率に大きな差が生じている。すなわち、第２低濃度ボロンドープ層３ｃの表面では、高濃度ボロンドープ層３ａの表面よりも正反射が多くなり、正反射率が大きくなっている。ここでの光反射率は、正反射率を意味する。このため、ｎ型単結晶シリコン基板１の裏面において光反射率を検出し、光反射率の異なる領域を検出することにより、ｎ型単結晶シリコン基板１の裏面における高濃度ボロンドープ層３ａの位置を精度良く検出できる。すなわち、ｎ型単結晶シリコン基板１の裏面において光反射率の少ない領域を検出することにより、ｎ型単結晶シリコン基板１の裏面における高濃度ボロンドープ層３ａの位置を精度良く検出できる。これにより、裏面電極９の形成用の導電ペーストの印刷時に、高濃度ボロンドープ層３ａ自体を裏面電極９のパターン化可視マークとして利用できる。したがって、裏面電極９形成用の導電ペーストの印刷において、導電ペーストの印刷位置の、高濃度ボロンドープ層３ａ上への精度の高い位置合わせが可能である。
【００６７】
裏面電極９形成用の導電ペーストのスクリーン印刷時において、高濃度ボロンドープ層３ａのパターン位置の検出は、ｎ型単結晶シリコン基板１の裏面の電磁放射量を検出してｎ型単結晶シリコン基板１の裏面の光反射率を検出することで行われる。この場合、たとえばｎ型単結晶シリコン基板１の外形形状に対応する領域内にセンサーまたはカメラが複数配置され、このセンサーまたはカメラの下方に裏面を上向きとしてｎ型単結晶シリコン基板１が配置される。そして、センサーまたはカメラにより、ｎ型単結晶シリコン基板１の裏面の電磁放射量が検出される。検出したデータ、すなわち光反射率のデータを使用して、所望のスクリーン印刷パターンが形成されたスクリーン印刷マスクの向きおよび位置を、ｎ型単結晶シリコン基板１の裏面上に形成された高濃度ボロンドープ層３ａに合わせる。スクリーン印刷マスクが位置合わせされた後、スクリーン印刷マスク内に形成された開口部を通して導電ペーストを印刷することで、高濃度ボロンドープ層３ａ上に裏面電極９が配置される。光学認識しづらい高濃度ドープ領域の場合、従来のように画像処理により認識するためには、画像認識するための画像認識システムには、高い機能が求められる。
【００６８】
すなわち、微小凹凸２の有無に起因して光反射率の異なる高濃度ボロンドープ層３ａと第２低濃度ボロンドープ層３ｃとを形成することにより、裏面電極９の形成用の導電ペーストを印刷するべき高濃度ボロンドープ層３ａの位置を精度良く検出でき、裏面電極９形成用の導電ペーストの印刷において、精度の高い位置合わせが可能である。これにより、裏面電極９が高濃度ボロンドープ層３ａから外れる場合に発生する、裏面電極９と高濃度ボロンドープ層３ａとの接触部分における電気的抵抗、すなわち接触抵抗の増加に起因したフィルファクターの低下を防止でき、発電効率の低下を防止できる。また、裏面電極９で覆われないと高濃度ボロンドープ層３ａにおけるキャリアの再結合による光電変換特性の低下を防止でき、発電効率の低下を防止できる。
【００６９】
また、裏面電極９が高濃度ボロンドープ層３ａから外れることに起因した裏面電極９と高濃度ボロンドープ層３ａとの接触抵抗の増加を防止して、裏面電極９と高濃度ボロンドープ層３ａとのオーミック接触を実現できる。
【００７０】
高濃度ボロンドープ層３ａの表面と第２低濃度ボロンドープ層３ｃの表面との光反射率の検出には、ｎ型単結晶シリコン基板１の裏面の光反射率を検出可能な任意の装置を用いることができる。また、光反射率の検出においては、一例として波長７００ｎｍの光の光反射率を検出する。
【００７１】
なお、第１低濃度ボロンドープ層３ｂの表面は、テクスチャー構造の微小凹凸２の一部がエッチングにより加工されて削られて形成時よりも小さくされ、シリコンの（１００）面と、（１１１）面と、（１１０）面と、（３１１）面とが混在した状態である。第１低濃度ボロンドープ層３ｂの表面は、第２低濃度ボロンドープ層３ｃの表面と比べると少ないが、高濃度ボロンドープ層３ａの表面よりも正反射が多くなり、正反射率が大きくなっている。したがって、光反射率の検出により第１低濃度ボロンドープ層３ｂの位置を検出することにより、ｎ型単結晶シリコン基板１の裏面における高濃度ボロンドープ層３ａの位置をより精度良く検出可能である。
【００７２】
選択エミッタ領域を狭幅化した場合は、選択エミッタ領域と金属電極との位置合わせにずれが生じる場合がある。金属電極が高濃度の選択エミッタ領域から外れて形成されると、金属電極とシリコン基板との接触部分における電気的抵抗、すなわち接触抵抗が高くなりフィルファクターの低下を招く。また、金属電極で覆われない高濃度の選択エミッタ領域においては、不純物拡散領域内で太陽光により生成されたキャリアの再結合による光電変換特性の低下が発生する。すなわち、高濃度の不純物拡散領域と金属電極との位置ずれに起因した発電効率の低下が生じる。このため、選択エミッタ領域となる高濃度の不純物拡散領域と金属電極との位置ずれに起因した発電効率の低下を抑制するために高濃度の不純物拡散領域の表面積を広くとる必要が生じる。
【００７３】
しかしながら、本実施の形態１では、ｎ型単結晶シリコン基板１の裏面における光反射率の差により、ｎ型単結晶シリコン基板１の裏面における高濃度ボロンドープ層３ａの位置を精度良く検出できる。したがって、本実施の形態１では、高濃度ボロンドープ層３ａに対して裏面電極９を精度良く位置合わせできるため、選択エミッタ領域となる高濃度の不純物拡散領域と金属電極との位置ずれに起因した発電効率の低下を抑制するために高濃度の不純物拡散領域の表面積を広くする必要がない。
【００７４】
また、本実施の形態１においては、裏面電極９の印刷時に、複雑な画像処理または検出システムを用いた導電ペーストの位置合わせが不要となる。また、位置合わせ用のマーカーを用いることなく、高濃度ボロンドープ層３ａに直接、位置合わせすればよく、選択エミッタ領域の形成時または形成前において、２点またはそれ以上の数量の導電ペーストの位置合わせ用のマーカーの形成を別途レーザー等によりｎ型単結晶シリコン基板１に形成する必要がない。レーザー等によりｎ型単結晶シリコン基板１に位置合わせマーカーを形成した場合には、位置合わせマーカーの形成に起因したｎ型単結晶シリコン基板１のダメージが生じ、光電変換効率、製造歩留および信頼性が低下する。
【００７５】
以上の工程を実施することにより、図１〜図３に示した本実施の形態１にかかる結晶系シリコン太陽電池が得られる。
【００７６】
なお、上記においては、ファイアスルーを利用した金属電極形成方法について説明したが、金属電極形成方法の形成方法はこれに限定されない。エッチングペースト、レーザー、またはフォトリソグラフィを用いて、高濃度ボロンドープ層３ａ上の裏面シリコン窒化膜８と裏面シリコン酸化膜７とに開口を形成する。その後、該開口を介して導電ペーストを高濃度ボロンドープ層３ａ上にスクリーン印刷により塗布し、６００℃以上程度の高温で焼成を行ってもよい。また、エッチングペースト、レーザー、またはフォトリソグラフィを用いて、高濃度リンドープ層４ａ上の受光面シリコン窒化膜６と受光面シリコン酸化膜５とに開口を形成する。その後、該開口を介して導電ペーストを高濃度リンドープ層４ａ上にスクリーン印刷により塗布し、６００℃以上程度の高温で焼成を行ってもよい。
【００７７】
また、その他の金属電極を形成する方法として、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、チタン（Ｔｉ）などの金属をメッキ法で形成してもよい。
【００７８】
また、上記においては、裏面フィンガー電極９ａと裏面バス電極９ｂとが高濃度ボロンドープ層３ａ上に形成される場合について説明したが、裏面フィンガー電極９ａと裏面バス電極９ｂとのうちいずれか一方が高濃度ボロンドープ層３ａ上に形成される場合でも、上述した効果が得られる。この場合、裏面フィンガー電極９ａの方が裏面バス電極９ｂよりも細いため位置合わせが難しく、より上述した位置合わせの精度向上の効果が大きい。
【００７９】
また、上記においては、光閉じ込め効果を得るための受光面に対するテクスチャー構造の形成時に裏面に同時に形成されたテクスチャー構造を利用しているため、１回のテクスチャー形成工程が、光閉じ込め効果と裏面電極９の位置合わせとに寄与する。
【００８０】
上述したように、本実施の形態１においては、微小凹凸２に起因した光反射率の異なる高濃度ボロンドープ層３ａと第２低濃度ボロンドープ層３ｃとの光反射率の差を利用することにより、裏面電極９の形成用の導電ペーストを印刷する高濃度ボロンドープ層３ａの位置を精度良く検出でき、裏面電極９形成用の導電ペーストの印刷において、精度の高い位置合わせが可能である。したがって、本実施の形態１によれば、高濃度ボロンドープ層３ａに対する裏面電極９の形成位置の位置ずれに起因した発電効率の低下が防止された、光電変換効率に優れた太陽電池が得られる。
【００８１】
実施の形態２．
実施の形態２では、選択エミッタ領域となる高濃度ボロンドープ層の形成方法としてドーパントペーストを利用する場合について説明する。まず、実施の形態１で説明した工程のステップＳ１０およびｎ型単結晶シリコン基板１の表面の洗浄を行う。
【００８２】
つぎに、ドーパントペーストを利用して選択エミッタ領域を形成する。ドーパントペーストを利用して選択エミッタ領域を形成する場合は、図１７に示すように、ボロンなどのｐ型不純物と、水、有機溶媒および増粘剤などの成分を含むドーパントペースト５０を、マスク４０を用いてｎ型単結晶シリコン基板１の裏面へスクリーン印刷によって垂直に印刷して塗布する。マスク４０は、ｎ型単結晶シリコン基板１の裏面に位置合わせされた際にｎ型単結晶シリコン基板１の裏面において選択エミッタ領域が形成される領域に対応した位置に開口が設けられる。図１７は、本発明の実施の形態２におけるドーパントペースト印刷法を示す模式断面図である。
【００８３】
ドーパントペースト５０の塗布後、８００℃以上程度の高温でｎ型単結晶シリコン基板１を加熱して、ドーパントペースト５０に含まれるボロンをｎ型単結晶シリコン基板１の表層に拡散させて高濃度ボロンドープ層３ｄを形成する。
【００８４】
上記のように塗布されたドーパントペースト５０は、ｎ型単結晶シリコン基板１の面方向において、にじみおよび広がりが生じ、端部ほど厚みが薄くなる。塗布されたドーパントペースト５０の厚みの違いにより、ｎ型単結晶シリコン基板１の表層に供給されて拡散するボロン濃度が変化する。そして、図１８に示すように、ｎ型単結晶シリコン基板１には、質量数１０と質量数１１のボロンが相対的に高濃度で拡散した高濃度ボロンドープ層３ｄと、にじみおよび広がりにより薄く塗布されたドーパントペースト５０から質量数１０と質量数１１のボロンが相対的に低濃度に拡散した第１低濃度ボロンドープ層３ｅと、が実施の形態１と同様に形成される。ここで、高濃度ボロンドープ層３ｄは、高濃度ボロンドープ層３ａに対応し、第１低濃度ボロンドープ層３ｅは、第１低濃度ボロンドープ層３ｂに対応する。図１８は、本発明の実施の形態２においてドーパントペースト印刷法により形成された選択エミッタ領域の形状の一例を示す図であり、ｎ型単結晶シリコン基板１の裏面側の一部を切り取って見た斜視図である。
【００８５】
高濃度ボロンドープ層３ｄの幅Ｗ３は、５０μｍ〜５００μｍの範囲が好ましい。第１低濃度ボロンドープ層３ｅの幅Ｗ４は、ドーパントペースト５０の条件またはｎ型単結晶シリコン基板１とマスク４０との設置距離の関係等の条件にもよるが、だいたい高濃度ボロンドープ層３ｄの幅Ｗ３の、１／１０程度となる。
【００８６】
つぎに、ｎ型単結晶シリコン基板１に注入したボロンを電気的に活性化させるために、９００℃以上程度の温度で高温アニール処理を行う。アニール処理条件において、最高温度、処理時間、雰囲気を変化させ、ｎ型単結晶シリコン基板１の裏面に形成される高濃度ボロンドープ層３ｄの、質量数１１が主となるボロン濃度を１．０×１０２０／ｃｍ３以上、１．０×１０２１／ｃｍ３以下となるように調整する。
【００８７】
つぎに、実施の形態１におけるステップＳ３０と同様にして、ｎ型単結晶シリコン基板１の裏面をエッチングすることにより、実施の形態１と同様に溝開口部１６を形成する。すなわち、ｎ型単結晶シリコン基板１の裏面に対して、高濃度ボロンドープ層３ｄをマスクとした選択エッチングを、アルカリ性溶液をエッチング液として用いたエッチングにより行う。エッチング量は、ｎ型単結晶シリコン基板１の裏面におけるボロンの表面不純物濃度に依存し、１．０×１０２０／ｃｍ３以上でエッチングレートは急激に低下する。このため、エッチングレートは、ｎ型単結晶シリコン基板１＞第１低濃度ボロンドープ層３ｅ＞高濃度ボロンドープ層３ｄの順で早くなる。したがって、高濃度ボロンドープ層３ｄをエッチングマスクとして用いることができる。
【００８８】
ｎ型単結晶シリコン基板１の裏面がエッチングされた後の高濃度ボロンドープ層３ｄの領域は、実施の形態１の場合と同様に、図１９に示すようにエッチング後のｎ型単結晶シリコン基板１の裏面において他の領域から突出した突出部１５となる。エッチング後のｎ型単結晶シリコン基板１の裏面において第１低濃度ボロンドープ層３ｅは、高濃度ボロンドープ層３ｄの領域から離れるにしたがって高さが低くなる。そして、高濃度ボロンドープ層３ｄが形成されていない領域は、溝開口部１６となる。高濃度ボロンドープ層３ｄの上面と、エッチング後のｎ型単結晶シリコン基板１の裏面、すなわち溝開口部１６の底面との高低差となる溝開口部１６の深さは、１μｍ〜１０μｍ程度となるように調整する。図１９は、本発明の実施の形態２にかかる選択エミッタ領域の形状の一例を示す図であり、ｎ型単結晶シリコン基板１の裏面側の一部を切り取って見た斜視図である。
【００８９】
ここで、高濃度ボロンドープ層３ｄにおけるボロンの表面不純物濃度が１．０×１０２０／ｃｍ３以上の場合、エッチングレートは急激に低下して高濃度ボロンドープ層３ｄはほとんどエッチングされない。したがって、図１９に示すように、エッチング後の高濃度ボロンドープ層３ｄの表面は、高濃度ボロンドープ層３ａと同様にテクスチャー構造の微小凹凸２を有した状態のままである。
【００９０】
一方、第１低濃度ボロンドープ層３ｅは、第１低濃度ボロンドープ層３ｂと同様に、テクスチャー構造の微小凹凸２が一部エッチングされ、シリコンの（１００）面と、（１１１）面と、（１１０）面と、（３１１）面とが混在した状態となる。また、エッチング前のｎ型単結晶シリコン基板１の裏面においてボロンが注入されていない領域、すなわち溝開口部１６の底面はエッチングレートが一番早く、エッチングにより掘り進められて、より微小凹凸２が大きく加工された面となる。
【００９１】
また、エッチング前にｎ型単結晶シリコン基板１の表面におけるドーパントペースト成分の残渣を除去するために、濃硫酸と過酸化水素水とを含む洗浄液による洗浄、フッ酸溶液による洗浄、オゾン水による洗浄、等の洗浄を実施することが好ましい。
【００９２】
本実施の形態２では、アルカリ性溶液をエッチング液として用いた等方性エッチングにより溝開口部１６を形成したが、等方性エッチングのエッチング液として、フッ酸と硝酸と酢酸と過酸化水素とを組み合わせた酸性混合液を用いてもよい。この場合は、例えば、ドーパントペースト５０を塗布し、加熱することにより、高濃度ボロンドープ層３ｄと第１低濃度ボロンドープ層３ｅとを形成した後に、ドーパントペースト５０を除去せずにマスク材料として用いて、ｎ型単結晶シリコン基板１をエッチングし、溝開口部１６を形成することができる。また、高濃度ボロンドープ層３ｄを形成後、更にアルカリ性溶液を利用し、溝開口部１６のエッチング量を制御してもよい。
【００９３】
これ以降は、実施の形態１のステップＳ４０以降の工程を実施することにより、図１〜図３に示した実施の形態１にかかる結晶系シリコン太陽電池と同じ構成の結晶系シリコン太陽電池が得られる。このように形成される実施の形態２にかかる結晶系シリコン太陽電池は、高濃度ボロンドープ層３ａの代わりに高濃度ボロンドープ層３ｄを、第１低濃度ボロンドープ層３ｂの代わりに第１低濃度ボロンドープ層３ｅを有すること以外は、実施の形態１にかかる結晶系シリコン太陽電池と同じ構成を有する。
【００９４】
上述したように、実施の形態２においては、選択エミッタ領域となる高濃度ボロンドープ層３ｄを、ドーパントペースト５０を利用して形成することができる。そして、実施の形態２においては、実施の形態１の場合と同様に、高濃度ボロンドープ層３ｄに対する裏面電極９の形成位置の位置ずれに起因した発電効率の低下が防止された、光電変換効率に優れた太陽電池が得られる。
【００９５】
実施の形態３．
図２０は、本発明の実施の形態３にかかる結晶系シリコン太陽電池の模式断面図である。実施の形態３では、結晶系シリコン太陽電池におけるｎ型単結晶シリコン基板１の基板厚みＥ１を１００μｍ〜１５０μｍ程度とする場合について説明する。ここでのｎ型単結晶シリコン基板１の基板厚みＥ１は、ｎ型単結晶シリコン基板１の裏面における溝開口部１６の底面からｎ型単結晶シリコン基板１の受光面における上面までの厚み、なお、微小凹凸２の上端位置は平均化されたものとする。
【００９６】
本実施の形態３にかかる結晶系シリコン太陽電池は、ｐ型不純物ドープ層３の構成以外は、基本的には実施の形態１にかかる結晶系シリコン太陽電池と同様の構成を有する。本実施の形態３にかかる結晶系シリコン太陽電池が実施の形態１にかかる結晶系シリコン太陽電池と異なる点は、第１低濃度ボロンドープ層３ｂが形成されておらず、ｐ型不純物ドープ層３が高濃度ボロンドープ層３ａと第２低濃度ボロンドープ層３ｃとから構成されている点と、溝開口部１６の深さＤ１の深さが実施の形態１にかかる結晶系シリコン太陽電池よりも深い点である。図２０においては、実施の形態１と同じ部材については同じ符号を付している。
【００９７】
結晶系シリコン太陽電池の変換効率は、電流×電圧×曲線因子で求められる。そして、シリコン基板の厚みが薄くなる場合、高い光電変換効率を得るためには、電圧の増加と電流の低下とのバランスの観点から、シリコン基板の厚みには適切な厚みが存在する。実施の形態１にかかる結晶系シリコン太陽電池において、溝開口部１６の深さＤ１は、使用するシリコン基板の厚みにより適切な値が異なる。
【００９８】
基板厚みＥ１を、１００μｍ〜１５０μｍ程度となるように調整することで、ｎ型単結晶シリコン基板１が反り易い、ｎ型単結晶シリコン基板１が割れ易いなどの問題を解消しつつ、ｎ型単結晶シリコン基板１の機械的強度を維持したまま、電圧の高い、光電変換効率の高い太陽電池を形成することができる。基板厚みＥ１が１００μｍ未満の場合には、ｎ型単結晶シリコン基板１の機械的強度が低くなり、反りおよび割れが発生し易くなる。基板厚みＥ１が１５０μｍよりも大の場合は、電圧の増加と電流の低下とのバランスが悪くなり、光電変換効率が低下する。したがって、基板厚みＥ１は、１００μｍ〜１５０μｍ程度とされることが好ましい。以下、ｎ型単結晶シリコン基板１の基板厚みＥ１を１００μｍ〜１５０μｍ程度とする場合について説明する。
【００９９】
図２１〜図２４は、本発明の実施の形態３にかかる結晶系シリコン太陽電池の製造工程の一例を模式的に示す要部断面図である。まず、図２１に示すように、実施の形態１で説明した微小凹凸２からなるテクスチャー構造を形成する工程であるステップＳ１０を行う。その後、ｎ型単結晶シリコン基板１の表面の洗浄を行う。図２１は、ｎ型単結晶シリコン基板１の両面に微小凹凸２からなるテクスチャー構造が形成された状態を示している。ここでは、シリコンインゴットからスライスされて２００μｍの厚みを有するシリコン基板を、ｎ型単結晶シリコン基板１の形成に用いる場合について説明する。
【０１００】
シリコンインゴットからスライスされて２００μｍの厚みを有するシリコン基板を用いた場合、シリコン基板は、スライス時のダメージの除去により、片面につき１０μｍ程度が削られる。これにより、シリコン基板の厚みは、１８０μｍ程度となる。そして、テクスチャー構造の形成時、すなわち微小凹凸２の形成時におけるシリコン基板の厚みの減少が片面において１０μｍ程度である場合は、微小凹凸２の形成後のシリコン基板の厚みは、１６０μｍ程度となる。すなわち、テクスチャー構造形成後のｎ型単結晶シリコン基板１の基板厚みＥ２は、１６０μｍ程度となる。
【０１０１】
基板厚みＥ２は、結晶系シリコン太陽電池において裏面となるｎ型単結晶シリコン基板１の裏面に形成された微小凹凸２の上端位置から、結晶系シリコン太陽電池において受光面となるｎ型単結晶シリコン基板１の表面に形成された微小凹凸２の上端位置までの厚みである。この状態のｎ型単結晶シリコン基板１は、実施の形態１において図５を参照して説明したステップＳ１０の実施後の状態であり、１６０μｍの厚みで基板表面にテクスチャー構造を有する状態に対応する。
【０１０２】
つぎに、実施の形態１の場合と同様にしてステップＳ２０の工程を実施し、イオン注入法を用いて、高濃度ボロンドープ層３ａと第１低濃度ボロンドープ層３ｂとをｎ型単結晶シリコン基板１の裏面の表層に形成する。なお、高濃度ボロンドープ層３ａは、実施の形態２において示した方法により形成されてもよい。なお、図２２〜図２４においては、微小凹凸２の図示を省略している。
【０１０３】
つぎに、実施の形態１の場合と同様にして、ｎ型単結晶シリコン基板１に注入したボロンを電気的に活性化させるために、９００℃以上程度の温度で高温アニール処理を行う。
【０１０４】
つぎに、実施の形態１の場合と同様にして、ステップＳ３０において、ｎ型単結晶シリコン基板１の裏面をエッチングすることにより、図２３に示すように突出部１５および溝開口部１６を形成する。ここで、本実施の形態３においては、ｎ型単結晶シリコン基板１の裏面のエッチング深さを１０μｍ〜６０μｍの範囲とする。すなわち、本実施の形態３では、高濃度ボロンドープ層３ａの表面と、エッチング後のｎ型単結晶シリコン基板１の裏面との高低差となる溝開口部１６の深さＤ１は、１０μｍ〜６０μｍ程度となるように調整する。
【０１０５】
微小凹凸２の凹凸高さは、平均１μｍ〜１０μｍのサイズで形成されている。したがって、溝開口部１６の深さＤ１を、形成された微小凹凸２の凹凸高さよりも大きく、１０μｍ〜６０μｍ程度となるように調整することで、高濃度ボロンドープ層３ａ以外の領域の微小凹凸２をエッチングする。溝開口部１６の深さＤ１を１０μｍ以上とすることで、高濃度ボロンドープ層３ａ以外の領域の微小凹凸２を大きく加工して、高濃度ボロンドープ層３ａの光反射率と高濃度ボロンドープ層３ａ以外の領域の光反射率とに、大きな差を設けることができる。溝開口部１６の深さＤ１を６０μｍより大とした場合には、突出部１５の機械的強度が低くなり、突出部１５が折れ易くなる。エッチング後のｎ型単結晶シリコン基板１の裏面との高低差となる溝開口部１６の深さＤ１を１０μｍ〜６０μｍ程度とすることにより、ｎ型単結晶シリコン基板１の基板厚みＥ１を１００μｍ〜１５０μｍ程度とすることができる。
【０１０６】
また、この工程において、図２３に示すように第１低濃度ボロンドープ層３ｂは除去される。なお、第１低濃度ボロンドープ層３ｂは残存していても問題はない。
【０１０７】
つぎに、ステップＳ４０において、ｎ型単結晶シリコン基板１の裏面側の全面にボロンをイオン注入することで、高濃度ボロンドープ層３ａが形成されていない溝開口部１６の底面の表層に第２低濃度ボロンドープ層３ｃが形成される。このとき、イオン注入の条件を調整することにより、図２４に示すようにｎ型単結晶シリコン基板１の面方向において高濃度ボロンドープ層３ａの下部に対応する領域には第２低濃度ボロンドープ層３ｃが形成されない。
【０１０８】
この場合、高濃度ボロンドープ層３ａと第２低濃度ボロンドープ層３ｃとは直接は電気的に接続していないが、高濃度ボロンドープ層３ａと第２低濃度ボロンドープ層３ｃとの間の距離は短いため、キャリアの移動に大きな影響はない。なお、ｎ型単結晶シリコン基板１の面方向において高濃度ボロンドープ層３ａの下部に対応する領域に第２低濃度ボロンドープ層３ｃが形成されても問題はない。
【０１０９】
これ以降は、実施の形態１のステップＳ５０以降の工程を実施することにより、図２０に示した実施の形態３にかかる結晶系シリコン太陽電池が得られる。
【０１１０】
上述したように、実施の形態３においては、実施の形態１の場合と同様に、高濃度ボロンドープ層３ａに対する裏面電極９の形成位置の位置ずれに起因した発電効率の低下が防止された、光電変換効率に優れた太陽電池が得られる。
【０１１１】
また、実施の形態３においては、基板厚みＥ１を１００μｍ〜１５０μｍ程度となるように調整することで、ｎ型単結晶シリコン基板１の機械的強度を維持したまま、電圧の高い、光電変換効率の高い太陽電池を形成することができる。そして、溝開口部１６の深さＤ１を１０μｍ〜６０μｍ程度とすることにより、太陽電池の機械的強度を確保するとともに、高濃度ボロンドープ層３ａの光反射率と高濃度ボロンドープ層３ａ以外の領域の光反射率とに大きな差を設けることができる。これにより、裏面電極９形成用の導電ペーストの印刷における導電ペーストの印刷位置の、高濃度ボロンドープ層３ａ上への精度の高い位置合わせを実現できる。
【０１１２】
実施の形態４．
上述した実施の形態１〜実施の形態３では、シリコンインゴットからシリコン基板をスライスすることにより生じたダメージの除去、ｎ型単結晶シリコン基板１の両面への微小凹凸２からなるテクスチャー構造の形成、ｎ型単結晶シリコン基板１の裏面側への選択エミッタ領域となる高濃度ボロンドープ層３ａと第１低濃度ボロンドープ層３ｂとの形成、をこの順序で実施して結晶系シリコン太陽電池を形成する場合について説明した。本実施の形態４では、図２５に示すように、シリコンインゴットからシリコン基板をスライスすることにより生じたダメージの除去の後に、ステップＳ２０におけるｎ型単結晶シリコン基板１の裏面側への選択エミッタ領域となる高濃度ボロンドープ層３ａと第１低濃度ボロンドープ層３ｂとの形成、ステップＳ１０におけるｎ型単結晶シリコン基板１の両面への微小凹凸２からなるテクスチャー構造の形成、の順序で結晶系シリコン太陽電池を形成する場合について説明する。図２５は、本発明の実施の形態４にかかる結晶系シリコン太陽電池の製造方法を示すフローチャートである。図２６〜図２８は、本発明の実施の形態４にかかる結晶系シリコン太陽電池の製造工程の一例を模式的に示す要部断面図である。
【０１１３】
本実施の形態４では、図１２に示したフローチャートにおいて、ステップＳ１０とステップＳ２０とを実施する順番を入れ替えている。すなわち、シリコンインゴットからシリコン基板をスライスすることにより生じたダメージを除去した後、ステップＳ２０において、図２６に示すように高濃度ボロンドープ層３ａと第１低濃度ボロンドープ層３ｂとが形成される。高濃度ボロンドープ層３ａの幅Ｗ１および第１低濃度ボロンドープ層３ｂの幅Ｗ２は、実施の形態１の場合と同様である。高濃度ボロンドープ層３ａと第１低濃度ボロンドープ層３ｂとは、実施の形態１または実施の形態２に示した方法のいずれの方法でも形成できる。
【０１１４】
この場合、ステップＳ２０が実施された時点で高濃度ボロンドープ層３ａと第１低濃度ボロンドープ層３ｂとの表面には微小凹凸２からなるテクスチャー構造は形成されていない。ステップＳ２０の実施の方法は、実施の形態１の場合と同様である。したがって、高濃度ボロンドープ層３ａのボロンの表面不純物濃度は、１．０×１０２０／ｃｍ３以上とされる。
【０１１５】
つぎに、ステップＳ１０におけるｎ型単結晶シリコン基板１の両面への微小凹凸２からなるテクスチャー構造の形成が行われる。この場合、ボロンの表面不純物濃度が１．０×１０２０／ｃｍ３以上の高濃度ボロンドープ層３ａが形成された後に、アルカリ系溶液を用いたウエットエッチングを行うことにより、テクスチャー構造が形成される。このため、高濃度ボロンドープ層３ａは、ほとんどエッチングされず、高濃度ボロンドープ層３ａの表面に微小凹凸２からなるテクスチャー構造は形成されない。
【０１１６】
また、本実施の形態４では、ステップＳ１０は、実施の形態１におけるステップＳ３０である溝開口部１６および突出部１５の形成工程を兼ねている。高濃度ボロンドープ層３ａは、テクスチャー構造の形成時にほとんどエッチングされない。このため、高濃度ボロンドープ層３ａは、テクスチャー構造の形成時のウエットエッチングにおいて、マスクとしての役割を果たす。これにより、ｎ型単結晶シリコン基板１の裏面における高濃度ボロンドープ層３ａ以外の領域がエッチングされて第２溝開口部である溝開口部６２が形成される。そして、溝開口部６２の底面に微小凹凸２からなるテクスチャー構造が形成される。また、ｎ型単結晶シリコン基板１の裏面がエッチングされた後の高濃度ボロンドープ層３ａの領域は、図２７に示すように、エッチング後のｎ型単結晶シリコン基板１の裏面において他の領域から突出した第２突出部である突出部６１となる。
【０１１７】
そして、ステップＳ３０における溝開口部６２および突出部６１の形成後において、突出部６１における高濃度ボロンドープ層３ａの表面には微小凹凸２は形成されていない。したがって、高濃度ボロンドープ層３ａの表面、すなわち突出部６１の上面は平坦となる。すなわち、高濃度ボロンドープ層３ａの表面は、シリコンの（１１１）面を主として構成される。一方、溝開口部６２の底面の表面のみに、テクスチャー構造の微小凹凸２が形成される。したがって、エッチング後の溝開口部６２の底面の表面は、微小凹凸２を有しているため、シリコンの（１１１）面を主として構成されている。なお、第１低濃度ボロンドープ層３ｂの表面は、テクスチャー構造の微小凹凸２が一部に形成されて、シリコンの（１００）面と、（１１１）面と、（１１０）面と、（３１１）面とが混在した状態となる。
【０１１８】
つぎに、ステップＳ４０において、ｎ型単結晶シリコン基板１の裏面側の全面にボロンをイオン注入することで、高濃度ボロンドープ層３ａが形成されていない溝開口部６２の底面の表層に第２低濃度ボロンドープ層３ｃが形成される。このとき、イオン注入の条件を調整することにより、図２８に示すようにｎ型単結晶シリコン基板１の面方向において高濃度ボロンドープ層３ａの下部に対応する領域には第２低濃度ボロンドープ層３ｃが形成されない。
【０１１９】
この場合、高濃度ボロンドープ層３ａと第２低濃度ボロンドープ層３ｃとは直接は電気的に接続していないが、高濃度ボロンドープ層３ａと第２低濃度ボロンドープ層３ｃとの間の距離は短いため、キャリアの移動に大きな影響はない。なお、ｎ型単結晶シリコン基板１の面方向において高濃度ボロンドープ層３ａの下部および第１低濃度ボロンドープ層３ｂの下部に対応する領域に第２低濃度ボロンドープ層３ｃが形成されても問題はない。
【０１２０】
これ以降は、実施の形態１のステップＳ５０以降の工程を実施することにより、実施の形態４にかかる結晶系シリコン太陽電池が得られる。
【０１２１】
図２９は、本発明の実施の形態４にかかる結晶系シリコン太陽電池のｐ型不純物ドープ層３を拡大して示す模式断面図である。上記のようにして作製される本実施の形態４にかかる結晶系シリコン太陽電池は、ｐ型不純物ドープ層３の構成以外は、基本的に実施の形態１にかかる結晶系シリコン太陽電池と同様の構成を有する。本実施の形態４にかかる結晶系シリコン太陽電池が実施の形態１にかかる結晶系シリコン太陽電池と異なる主な点は、高濃度ボロンドープ層３ａの表面にテクスチャー構造の微小凹凸２が形成されておらず、溝開口部６２の底面、すなわち第２低濃度ボロンドープ層３ｃの表面にテクスチャー構造の微小凹凸２が形成されている点である。すなわち、本実施の形態４にかかる結晶系シリコン太陽電池においては、テクスチャー構造の微小凹凸２が形成されている領域が、実施の形態１にかかる結晶系シリコン太陽電池と逆になっている。なお、図２９においては、実施の形態１と同じ部材については同じ符号を付している。
【０１２２】
上述したように、本実施の形態４にかかる結晶系シリコン太陽電池では、高濃度ボロンドープ層３ａの表面は、第２低濃度ボロンドープ層３ｃの表面よりも正反射が多くなり、正反射率が大きくなっている。このため、ｎ型単結晶シリコン基板１の裏面において光反射率を検出し、光反射率の異なる領域を検出することにより、ｎ型単結晶シリコン基板１の裏面における高濃度ボロンドープ層３ａの位置を精度良く検出できる。すなわち、ｎ型単結晶シリコン基板１の裏面において光反射率の大きい領域を検出することにより、ｎ型単結晶シリコン基板１の裏面における高濃度ボロンドープ層３ａの位置を精度良く検出できる。これにより、裏面電極９の形成用の導電ペーストの印刷時に、高濃度ボロンドープ層３ａ自体を裏面電極９のパターン化可視マークとして利用できる。したがって、裏面電極９形成用の導電ペーストの印刷において、導電ペーストの印刷位置の、高濃度ボロンドープ層３ａ上への精度の高い位置合わせが可能である。
【０１２３】
したがって、本実施の形態４によれば、高濃度ボロンドープ層３ａに対する裏面電極９の形成位置の位置ずれに起因した発電効率の低下が防止された、光電変換効率に優れた太陽電池が得られる。
【０１２４】
また、本実施の形態４では、実施の形態１〜実施の形態３の場合と同様に、光閉じ込め効果を得るための受光面に対するテクスチャー構造の形成時に裏面に同時に形成されたテクスチャー構造を裏面電極９の形成位置の位置合わせに利用している。このため、１回のテクスチャー形成工程が、光閉じ込め効果と裏面電極９の位置合わせとに寄与する。
【０１２５】
また、本実施の形態４では、ｎ型単結晶シリコン基板１の裏面に選択エミッタ領域を形成しているが、溝開口部６２は、光反射率が十分に低い微小凹凸２を有していることから、太陽電池の表面となる受光面に形成して光閉じ込め効果を得るために使用することができる。
【０１２６】
つぎに、具体的な実施例に基づいて実施の形態１〜実施の形態４にかかる結晶系シリコン太陽電池について説明する。
【０１２７】
実施例１．
実施の形態１で説明した製造方法に従って結晶系シリコン太陽電池を作製し、実施例１の結晶系シリコン太陽電池とした。高濃度ボロンドープ層３ａのボロン濃度は、１．０×１０２０／ｃｍ３以上、１．０×１０２１／ｃｍ３以下となるように調整した。第１低濃度ボロンドープ層３ｂのボロン濃度は、５．０×１０１９／ｃｍ３以上、１．０×１０２０／ｃｍ３未満となるように調整した。第２低濃度ボロンドープ層３ｃのボロン濃度は、５．０×１０１８／ｃｍ３以上、５．０×１０１９／ｃｍ３以下となるように調整した。微小凹凸２は、平均が３μｍ程度の凹凸周期と平均が３μｍ程度の凹凸高さとのサイズで形成した。
【０１２８】
実施例２．
実施の形態２で説明した製造方法に従って結晶系シリコン太陽電池を作製し、実施例２の結晶系シリコン太陽電池とした。高濃度ボロンドープ層３ｄのボロン濃度は、１．０×１０２０／ｃｍ３以上、１．０×１０２１／ｃｍ３以下となるように調整した。第１低濃度ボロンドープ層３ｅのボロン濃度は、５．０×１０１９／ｃｍ３以上、１．０×１０２０／ｃｍ３未満となるように調整した。第２低濃度ボロンドープ層３ｃのボロン濃度は、５．０×１０１８／ｃｍ３以上、５．０×１０１９／ｃｍ３以下となるように調整した。微小凹凸２は、平均が３μｍ程度の凹凸周期と平均が３μｍ程度の凹凸高さとのサイズで形成した。
【０１２９】
実施例３．
実施の形態３で説明した製造方法に従って結晶系シリコン太陽電池を作製し、実施例３の結晶系シリコン太陽電池とした。高濃度ボロンドープ層３ａ、第１低濃度ボロンドープ層３ｂおよび第２低濃度ボロンドープ層３ｃのボロン濃度は実施例１と同じとした。溝開口部の深さＤ１を調整して、基板厚みＥ１を１２０μｍ程度とした。
【０１３０】
実施例４．
実施の形態４で説明した製造方法に従って結晶系シリコン太陽電池を作製し、実施例４の結晶系シリコン太陽電池とした。高濃度ボロンドープ層３ａ、第１低濃度ボロンドープ層３ｂおよび第２低濃度ボロンドープ層３ｃのボロン濃度は実施例１と同じとした。突出部６１の上面は平坦とし、平均が３μｍ程度の凹凸周期と平均が３μｍ程度の凹凸高さとのサイズの微小凹凸２を溝開口部６２表面に形成した。
【０１３１】
比較例１．
選択エミッタ領域である高濃度ボロンドープ層を、実施例１と同様にマスクを用いたイオン注入法で形成し、高濃度ボロンドープ層のボロン濃度を１．０×１０２０／ｃｍ３以上、１．０×１０２１／ｃｍ３以下となるように調整した。そして、高濃度ボロンドープ層をマスクとしたｎ型単結晶シリコン基板の裏面のエッチングを実施せずに、ｎ型単結晶シリコン基板の裏面側の全面にボロンをイオン注入して低濃度ボロンドープ層を形成したこと以外は、実施例１と同様の工程で結晶系シリコン太陽電池を作製し、比較例１の結晶系シリコン太陽電池とした。
【０１３２】
比較例２．
選択エミッタ領域である高濃度ボロンドープ層を、実施例２と同様にマスクを用いたドーパントペースト印刷法で形成し、高濃度ボロンドープ層のボロン濃度を１．０×１０２０／ｃｍ３以上、１．０×１０２１／ｃｍ３以下となるように調整した。そして、高濃度ボロンドープ層をマスクとしたｎ型単結晶シリコン基板の裏面のエッチングを実施せずに、ｎ型単結晶シリコン基板の裏面側の全面にボロンをイオン注入して低濃度ボロンドープ層を形成したこと以外は、実施例２と同様の工程で結晶系シリコン太陽電池を作製し、比較例２の結晶系シリコン太陽電池とした。
【０１３３】
比較例３．
選択エミッタ領域である高濃度ボロンドープ層を形成する前に、位置合わせ用にレーザーにより２点以上の位置合わせマーカーをｎ型単結晶シリコン基板の裏面に形成した。そして、選択エミッタ領域をドーパントペーストを用いて形成する際に、位置合わせマーカーと一致するように選択エミッタ領域の位置を調整した。また、画像処理装置でｎ型単結晶シリコン基板の裏面の画像を取り込み、取り込んだ画像を用いて選択エミッタ領域の位置と同じ位置に位置合わせして裏面電極９を形成したこと以外は、比較例２と同様の工程で結晶系シリコン太陽電池を作製し、比較例３の結晶系シリコン太陽電池とした。
【０１３４】
上述した実施例および比較例の各結晶系シリコン太陽電池における、裏面電極形成前の裏面の波長７００ｎｍにおける光反射率を測定した。光反射率は、高濃度ボロンドープ層と低濃度ボロンドープ層について測定した。低濃度ボロンドープ層は、第２低濃度ボロンドープ層３ｃに対応する領域である。また、各結晶系シリコン太陽電池の光電変換効率として、ソーラーシミュレータにより出力を測定した。その結果を表１に示す。
【０１３５】
【表１】
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【０１３６】
表１から分かるように、実施例１〜実施例４では、比較例１〜比較例３と比較して出力特性が向上した。これは、選択エミッタ構造を有する結晶系シリコン太陽電池において、裏面電極９の形成位置の位置ずれ、およびレーザーによる位置合わせマーカー形成時のｎ型単結晶シリコン基板へのダメージによる光電変換効率の低下が防止されたことによる効果であると考えられる。
【０１３７】
また、実施例１〜実施例３では、低濃度ボロンドープ層の光反射率が高濃度ボロンドープ層の反射率よりも大幅に大きくなっている。これは、高濃度ボロンドープ層をマスクとしたｎ型単結晶シリコン基板の裏面のエッチングを実施しているためである。また、実施例４では、高濃度ボロンドープ層の光反射率が低濃度ボロンドープ層の反射率よりも大幅に大きくなっている。これは、高濃度ボロンドープ層３ａの表面にテクスチャー構造の微小凹凸２を形成せずに、第２低濃度ボロンドープ層３ｃの表面にテクスチャー構造の微小凹凸２を形成しているためである。そして、実施例１〜実施例４では、高濃度ボロンドープ層と低濃度ボロンドープ層との光反射率の差を利用して裏面電極９の位置合わせが精度良く行われているため、裏面電極９の形成位置の位置ずれによる光電変換効率の低下が防止されている。
【０１３８】
一方、比較例１〜比較例３では、高濃度ボロンドープ層と低濃度ボロンドープ層との光反射率がほぼ同じ値となっている。これは、高濃度ボロンドープ層をマスクとしたｎ型単結晶シリコン基板の裏面のエッチングを実施していないためである。このため、高濃度ボロンドープ層と低濃度ボロンドープ層との光反射率の差を利用して裏面電極の位置合わせを行っているが、裏面電極の位置合わせの精度が低く、実施例１〜実施例４に対して光電変換効率が低くなっている。
【０１３９】
以上のことより、実施例１〜実施例４では、光電変換効率、製造歩留および信頼性に優れた太陽電池を得ることができる、といえる。
【０１４０】
以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、本願発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。また、上記実施の形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出されうる。例えば、上記実施の形態１〜４のそれぞれに示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出されうる。更に、上記実施の形態１〜４にわたる構成要件を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【０１４１】
１  ｎ型単結晶シリコン基板、２  微小凹凸、３  ｐ型不純物ドープ層、３ａ  高濃度ボロンドープ層、３ｂ  第１低濃度ボロンドープ層、３ｃ  第２低濃度ボロンドープ層、３ｄ  高濃度ボロンドープ層、３ｅ  第１低濃度ボロンドープ層、４  ｎ型不純物ドープ層、４ａ  高濃度リンドープ層、４ｂ  低濃度リンドープ層、９  裏面電極、９ａ  裏面フィンガー電極、９ｂ  裏面バス電極、１０  受光面電極、１０ａ  受光面フィンガー電極、１０ｂ  受光面バス電極、１５，６１  突出部、１６，６２  溝開口部、２０，４０  マスク、３０  ボロンイオンビーム、３１  直進成分、３２  散乱成分、５０  ドーパントペースト、Ｗ１  高濃度ボロンドープ層の幅、Ｗ２  第１低濃度ボロンドープ層の幅、Ｗ３  高濃度ボロンドープ層の幅、Ｗ４  第１低濃度ボロンドープ層の幅。
【要約】
第１導電型の半導体基板における一面に、第２導電型の不純物が第１の濃度で拡散された第１ドープ層と、第１の濃度よりも低い第２の濃度で第２導電型の不純物が拡散されて第１ドープ層と表面粗さが異なる第２ドープ層と、を形成する第１工程と、第１ドープ層に電気的に接続する金属電極を第１ドープ層上に形成する第２工程と、を含む。第２工程では、第１ドープ層と第２ドープ層との表面粗さの差により生じる第１ドープ層と第２ドープ層とにおける光反射率の差に基づいて第１ドープ層の位置を検出し、検出した第１ドープ層の位置に合わせて金属電極を形成する。【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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【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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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