(57)【要約】【課題】パッシベーション効果に優れたパッシベーション層を有し、発電効率が高く、さらに製造コストが低く安価な太陽電池およびその製造方法を提供する。【解決手段】少なくとも、半導体基板の受光面側にエミッタ層およびパッシベーション層を有し、かつ前記半導体基板の受光面側および裏面側に電極が形成されている太陽電池であって、前記エミッタ層が熱拡散法によって前記半導体基板の受光面側の表面に形成されたものであり、かつ、前記パッシベーション層が前記熱拡散法によって前記エミッタ層の上に形成されたガラス層であることを特徴とする太陽電池。および、エミッタ層を熱拡散法によって形成し、前記熱拡散法において前記エミッタ層上に析出するガラス層を、除去せずにパッシベーション層として残留させ、然る後に受光面側電極を形成することを特徴とする太陽電池の製造方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも、半導体基板の受光面側にエミッタ層およびパッシベーション層を有し、かつ前記半導体基板の受光面側および裏面側に電極が形成されている太陽電池であって、前記エミッタ層が熱拡散法によって前記半導体基板の受光面側の表面に形成されたものであり、かつ、前記パッシベーション層が前記熱拡散法によって前記エミッタ層の上に形成されたガラス層であることを特徴とする太陽電池。
【請求項２】
前記パッシベーション層を構成するガラス層が、リンガラスであることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池。
【請求項３】
前記エミッタ層に含まれるリンの濃度が、１×１０１８〜１×１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３であることを特徴とする請求項２に記載の太陽電池。
【請求項４】
少なくとも、半導体基板の受光面側の表面にエミッタ層を形成する工程と、前記半導体基板の受光面側および裏面側に電極を形成する工程とを含む太陽電池の製造方法であって、前記エミッタ層を熱拡散法によって形成し、前記熱拡散法において前記エミッタ層上に析出するガラス層を、除去せずにパッシベーション層として残留させ、然る後に前記受光面側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５】
前記熱拡散によってエミッタ層を形成する工程で、リンをドーパントとしてｐ型半導体基板中に熱拡散させることを特徴とする請求項４に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項６】
前記エミッタ層に含まれるリンの濃度を、１×１０１８〜１×１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３の範囲内に制御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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、単結晶または多結晶のシリコン基板からなり、発電効率が高く製造コストが低い太陽電池およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に太陽電池は、シリコン等の半導体基板の受光面側に光を受光するためのｐｎ接合が形成され、半導体基板の受光面側および裏面側のそれぞれに電力取り出し用の電極が形成されている。さらに、半導体基板の受光面側に、少数キャリアの再結合による損失を低減するためのパッシベーション層と、表面での太陽光の反射を抑え半導体基板内に太陽光を有効に取り込むための反射防止膜とが形成されている。
【０００３】
このような太陽電池は、例えば図２に示す工程によって製造される。
まず、単結晶シリコンあるいは多結晶シリコンなどからなる半導体基板１３を準備し、スライス加工時の表面歪み層の除去などを施す（図２（ａ））。
【０００４】
次に、熱拡散法により半導体基板１３の表面にドーパントを拡散させ、エミッタ層１１を形成しｐｎ接合を形成する。例えば、ｐ型の半導体基板１３を拡散炉中に配置して、オキシ塩化リン（ＰＯＣｌ３）などのガスを導入しながら加熱し、半導体基板１３の表面部分にｎ型のエミッタ層１１を形成する。その際、エミッタ層１１の上にドーパント原子を含むガラス層１２が形成される（図２（ｂ））。
【０００５】
その後、半導体基板１３の受光面側のエミッタ層１１のみを残して、他のエミッタ層及びガラス層１２を、フッ酸と硝酸を主成分としたエッチング液などに浸漬して除去した後、純水で洗浄する（図２（ｃ））。そして、半導体基板１３の裏面にｐ＋拡散層１５を形成する（図２（ｄ））。
【０００６】
次に、エミッタ層１１上にパッシベーション層１８及び反射防止膜１４を形成する（図２（ｅ））。パッシベーション層１８は、例えば半導体基板１３をドライ熱酸化して酸化シリコンを形成したり（例えば特許文献１）、シリコン微粒子を含有するシリコン化合物を塗布し焼成してシリコン微粒子含有シリコン酸化物膜を形成する（特許文献２）ことによって形成される。また、反射防止膜１４は、例えば窒化シリコン膜などからなり、シランとアンモニアとの混合ガスを用いたプラズマＣＶＤ法などによって形成される。
然る後に、裏面側電極１６及び受光面側電極１７を、印刷用マスクを当てて電極パターンを印刷、焼成して形成し、太陽電池１９を完成させる（図２（ｆ））。
【０００７】
しかし、上記のような従来の太陽電池の製造工程では、受光面側のエミッタ層の上に形成されたガラス層を除去し、その後エミッタ層上に熱酸化などによりパッシベーション層を形成する必要があった。そのため太陽電池の製造コストアップの要因となっていた。
【０００８】
【特許文献１】特開平５−４８１２３号公報
【特許文献２】特開２００３−３０３９８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上記の問題点に鑑みなされたものであって、パッシベーション効果に優れたパッシベーション層を有し、発電効率が高く、さらに製造コストが低く安価な太陽電池およびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するための本発明は、少なくとも、半導体基板の受光面側にエミッタ層およびパッシベーション層を有し、かつ前記半導体基板の受光面側および裏面側に電極が形成されている太陽電池であって、前記エミッタ層が熱拡散法によって前記半導体基板の受光面側の表面に形成されたものであり、かつ、前記パッシベーション層が前記熱拡散法によって前記エミッタ層の上に形成されたガラス層であることを特徴とする太陽電池を提供する（請求項１）。
【００１１】
このように、エミッタ層が熱拡散法によって半導体基板の受光面側の表面に形成されたものであり、かつ、パッシベーション層が熱拡散法によってエミッタ層の上に形成されたガラス層であれば、ガラス層が高いパッシベーション効果を有しており、これをパッシベーション層に用いているので、光電変換効率の高い太陽電池とすることができる。また、従来のように、ガラス層を除去し熱酸化などによりパッシベーション層を形成するのではなく、エミッタ層の形成と同時にパッシベーション層を形成することになるので、製造コストの低い安価な太陽電池を得ることができる。
【００１２】
この場合、前記パッシベーション層を構成するガラス層が、リンガラスであることが好ましい（請求項２）。
【００１３】
このように、パッシベーション層を構成するガラス層がリンガラスであれば、優れたパッシベーション効果を有するパッシベーション層が得られるため、より発電効率の高い太陽電池とすることができる。
【００１４】
この場合、前記エミッタ層に含まれるリンの濃度が、１×１０１８〜１×１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３であることが好ましい（請求項３）。
【００１５】
このように、エミッタ層に含まれるリンの濃度が１×１０１８〜１×１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３であれば、十分なリンがドープされるので、ｐ型の半導体基板表面に必要なｐｎ接合が形成された太陽電池となる。さらに表面再結合時間が長くキャリアが捕捉されにくくなるために光電変換効率が高い太陽電池を得ることができるとともに、パッシベーション層の効果も優れたものとなる。
【００１６】
また、本発明は、少なくとも、半導体基板の受光面側の表面にエミッタ層を形成する工程と、前記半導体基板の受光面側および裏面側に電極を形成する工程とを含む太陽電池の製造方法であって、前記エミッタ層を熱拡散法によって形成し、前記熱拡散法において前記エミッタ層上に析出するガラス層を、除去せずにパッシベーション層として残留させ、然る後に前記受光面側電極を形成することを特徴とする太陽電池の製造方法を提供する（請求項４）。
【００１７】
このように、エミッタ層を熱拡散法によって形成し、熱拡散法においてエミッタ層上に析出するガラス層を、除去せずにパッシベーション層として残留させ、然る後に受光面側電極を形成すれば、従来の太陽電池の製造工程におけるエミッタ層形成後のガラス層除去工程およびパッシベーション層形成工程を省略することができるため、製造コストを著しく低下させることができる。また、ガラス層が高いパッシベーション効果を有するので、光電変換効率が高い太陽電池を製造することができる。
【００１８】
この場合、前記熱拡散によってエミッタ層を形成する工程で、リンをドーパントとしてｐ型半導体基板中に熱拡散させることが好ましい（請求項５）。
【００１９】
熱拡散によってエミッタ層を形成する工程において、リンをドーパントとしてｐ型半導体基板中に熱拡散させると、エミッタ層上にリンガラス層が析出する。リンガラスは優れたパッシベーション効果を発揮するため、このリンガラス層をパッシベーション層とすれば、より光電変換効率の高い太陽電池を製造することが可能となる。
【００２０】
この場合、前記エミッタ層に含まれるリンの濃度を、１×１０１８〜１×１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３の範囲内に制御することが好ましい（請求項６）。
【００２１】
このように、エミッタ層に含まれるリンの濃度を、１×１０１８〜１×１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３の範囲内に制御すれば、ｐ型の半導体基板がｎ型に反転するのに十分なリンがドープされるので、必要なｐｎ接合が形成された太陽電池とすることができる。さらに、表面再結合時間が長くキャリアが捕捉されにくくなり、光電変換効率の高い太陽電池を製造することができるとともに、パッシベーション層の効果も優れたものとなる。
【発明の効果】
【００２２】
以上、本発明によれば、熱拡散法によってエミッタ層を形成する時にエミッタ層上に析出するガラス層が高いパッシベーション効果を有するので、これをパッシベーション層とすることにより、光電変換効率の高い太陽電池とすることができる。特に、ｐ型半導体基板にリンをドーパントとして熱拡散させた場合、エミッタ層上に形成されたリンガラス層は優れたパッシベーション効果を発揮するので、より光電変換効率の高い太陽電池となる。さらに、従来の太陽電池の製造工程におけるガラス層を除去する工程と、熱酸化などによりパッシベーション層を形成する工程とを省略することもできるので、製造コスト削減を実現することができ、安価な太陽電池を得ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態について具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
一般に、シリコン半導体基板にｐｎ接合を形成したとき、半導体基板の表面にはＯＨ、Ｏなどで終端している結合や未結合手が存在している。未結合手は反応性に富むため、未結合手が多く存在すると、受光したときに発生するキャリアが未結合手に捕捉されて光電変換効率が低下する。そのため、エミッタ層上に酸化シリコン膜などからなるパッシベーション層を形成し、未結合手を不活性化させていた。
【００２４】
エミッタ層を形成するときにシリコン半導体基板表面に析出するガラス層は、従来エッチング処理で除去されていたが、本発明者らが検討した結果、ガラス層中の酸素が半導体基板表面の未結合手を終端させるか、またはＯＨ基と置き換わってＳｉ−Ｏ結合を形成することによって、ガラス層が高いパッシベーション効果を発揮することを見出した。特に、ｐ型半導体基板にリンをドーパントとして拡散させる場合、エミッタ層のリン濃度が高いほどリンガラス層の厚さが厚くなり、これによりリンガラス層中の酸素量が高まるので、パッシベーション効果が一層高まることを見出した。そして、エミッタ層形成後にガラス層を除去することなくパッシベーション層として残留させて太陽電池を製造すると、従来の酸化シリコン膜をパッシベーション層とした太陽電池と同様に高い光電変換効率が得られることを見出し、本発明を完成させた。
【００２５】
図１に示すフロー図を用いて本発明の太陽電池およびその製造方法の一例を説明する。
まず、図１（ａ）に示すように、半導体基板３を準備する。本発明の半導体基板３としては、単結晶シリコン基板あるいは多結晶シリコン基板を用いる。抵抗値や結晶方位などのシリコン基板の物性は特に制限されず、例えば導電型としてｐ型あるいはｎ型のいずれの基板も用いることができる。
なお、この半導体基板３に対し、スライス加工を施した際に発生するダメージ層を除去するためのエッチング処理や、受光面側の表面にテクスチャ（光閉じ込め用凹凸）を形成するためのアルカリ処理を施しても良い。
【００２６】
次に、図１（ｂ）のように、半導体基板３の受光面側の表面に、熱拡散法を用いてエミッタ層１を形成する。この際、エミッタ層１の上にドーパントとなる原子を含むガラス層２が形成される。ｐ型半導体基板を用いる場合、基板と異なる導電型の不純物としてリンなどのＶ族（１５族）の原子を拡散させ、ｎ型のエミッタ層を形成する。ｎ型半導体基板を用いる場合は、ホウ素などのＩＩＩ族（１３族）の原子を拡散させてｐ型のエミッタ層を形成する。エミッタ層１が深くなると、再結合層が深くなり少数キャリアの再結合が起こりやすくなるため、エミッタ層１の深さは半導体基板３の表面から０．２μｍ〜１μｍであることが好ましい。なお、シリコン単結晶裏面へ不純物が拡散し、裏面に拡散層およびガラス層が形成されるのを防ぐため、裏面同士を重ねあわせ、２枚１組で熱拡散を行っても良い。
【００２７】
特に、ｐ型半導体基板中にリンをドーパントとして熱拡散させた時エミッタ層上に析出するリンガラス層は、非常に高いパッシベーション効果を発揮するため、パッシベーション層として用いるのに好適である。
【００２８】
具体的には、ｐ型半導体基板３を拡散炉中に配置して、オキシ塩化リン（ＰＯＣｌ３）などのガスを導入しながら８２０〜８８０℃で数十分熱処理し、半導体基板３上にリンガラス層２を析出させるとともに、半導体基板３の表面部分にリンを拡散させてｎ型のエミッタ層１を形成する。
【００２９】
この場合、エミッタ層１に含まれるリンの濃度は、１×１０１８〜１×１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３であることが好ましい。このようなエミッタ層のリン濃度であれば、リンガラス層が十分な厚さとなり、これによりリンガラス層の酸素量が高まるので、高いパッシベーション効果が得られる。特に、深さ０．２μｍ〜０．５μｍのエミッタ層表面付近の領域で、上記濃度に制御されていることが好ましい。エミッタ層に含まれるリンの濃度が上記範囲内であれば、十分なリンがドープされるので、ｐ型の半導体基板表面に必要なｐｎ接合が形成された太陽電池となる。さらに表面再結合時間が長くキャリアが捕捉されにくくなるために光電変換効率が高い太陽電池を得ることができるとともに、パッシベーション層の効果も優れたものとなる。
【００３０】
エミッタ層１およびガラス層２を形成した後、図１（ｃ）に示すように、ガラス層２をエッチング除去することなく、ガラス層２上に反射防止膜４を形成する。例えば、反射防止膜４として、プラズマＣＶＤ法を用いて窒化シリコン（ＳｉＮ）膜を形成する。この場合は、原料ガスとしてモノシランガスとアンモニアガスを使用し、プラズマを発生させるための電源の周波数としてマイクロ波を用い、圧力０．１〜１０Ｔｏｒｒ（約１３〜１．３×１０３Ｐａ）、基板温度３００℃〜４００℃で、プラズマ処理を行う。処理時間は５分以上が好ましい。プラズマ処理により、ガラス層２の表面はプラズマによってダメージを受けるが、ガラス層２がプラズマダメージを吸収するため、半導体基板３にまでプラズマダメージが及ぶことはない。
【００３１】
その後、図１（ｄ）に示すように、非受光面（裏面）にｐ＋拡散層５を形成し、さらにｐ＋拡散層５上に裏面側電極６を形成する。ｐ＋拡散層５の形成は、反射防止膜形成前に行っても構わない。裏面側電極６は、スクリーン印刷で銀ペーストもしくはＡｇ／Ａｌペーストを印刷し焼成することによって形成する。
【００３２】
そして、図１（ｅ）のように、受光面側に受光面側電極７を形成し、太陽電池９を得る。受光面側の受光面側電極７は、受光面側に溝を形成し、その溝中にスクリーン印刷により銀ペーストをパターン印刷し焼成することで形成する。
【００３３】
上記製造工程を経て製造された太陽電池９は、ガラス層２が高いパッシベーション効果を有するので、従来の酸化シリコンからなるパッシベーション層と同等の効果を得ることができる。したがって、本発明の太陽電池は、光電変換効率が高いものとなる。特に、リンを熱拡散する時に析出するリンガラス層をパッシベーション層とする場合は、リンガラス層が優れたパッシベーション効果を発揮するため、より高い光電変換効率を有する太陽電池を得ることが可能となる。
また、上記の製造工程では、従来の製造工程のようにガラス層をエッチング除去する工程とパッシベーション層を形成する工程とを行っていない。このように、本発明によって太陽電池の製造工程を簡略化することができるため、製造コストを低減でき、安価な太陽電池を得ることができる。
【実施例】
【００３４】
以下に本発明の実施例を挙げて具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
（実施例）
厚さ３００μｍ、抵抗率０．５Ω・ｃｍ、方位｛１００｝のホウ素ドープｐ型アズカット単結晶シリコン基板３を用意し、濃水酸化カリウム水溶液によるエッチングを行ってスライス加工時に発生したダメージ層を除去した。その後、単結晶シリコン基板３を水酸化カリウム／２−プロパノール混合溶液中に浸漬し、表面にテクスチャを形成した。そして、基板３を水洗、乾燥後、ＲＣＡ洗浄（アンモニア過水洗浄、フッ酸洗浄、塩酸過水洗浄、フッ酸洗浄）を行ってから、水洗・乾燥した。
【００３５】
次に、２枚の単結晶シリコン基板を１組とし裏面同士を重ね合わせ、石英ボートに移載して拡散炉に投入した。投入後、ヒーター温度を８５０℃まで昇温して、オキシ塩化リンを窒素ガス毎分１リットル／分にてバブリングさせた。バブリング蒸発したオキシ塩化リンは、酸素ガス毎分１リットル／分とともに拡散炉に導入してシリコン基板表面にリンガラスとして堆積させた。引き続き、窒素雰囲気中に３０分間放置した後、拡散炉から取出した。この工程により、単結晶シリコン基板３の表面にエミッタ層１およびリンガラス層２を形成した。
【００３６】
そして、リンガラス層２上に、反射防止膜４としてプラズマＣＶＤ法により窒化シリコン膜を形成した。原料ガスとしてモノシランガスとアンモニアガスを使用した。また、プラズマ発生用電源の周波数としてマイクロ波を用い、圧力は０．１〜１０Ｔｏｒｒ、基板温度は４００℃、処理時間は５分間とした。
【００３７】
その後、単結晶シリコン基板３の裏面にｐ＋拡散層５を形成した後、ｐ＋拡散層５上にスクリーン印刷で銀ペーストを印刷し、焼成して裏面側電極６を形成した。
そして、受光面側に溝を形成し、その溝中にスクリーン印刷により銀ペーストをパターン印刷し、焼成して受光面側電極７を形成し、太陽電池９を得た。
【００３８】
（比較例１）
実施例と同様にして単結晶シリコン基板３表面にエミッタ層１およびリンガラス層２を形成した。そして、フッ酸を用いてリンガラス層２を除去し、この基板を９００度の酸素雰囲気下で熱処理して、エミッタ層１上に酸化シリコン膜からなるパッシベーション層を形成した。その後、実施例と同様にして反射防止膜４、ｐ＋拡散層５、裏面側電極６および受光面側電極７を形成し、太陽電池を得た。
【００３９】
（比較例２）
実施例と同様にして単結晶シリコン基板３表面にエミッタ層１およびリンガラス層２を形成した。そして、フッ酸を用いてリンガラス層２を除去し、パッシベーション層を形成せずに実施例と同様の方法でエミッタ層上に直接反射防止膜４を形成した。その後、実施例と同様にしてｐ＋拡散層５、裏面側電極６および受光面側電極７を形成し、太陽電池を得た。
【００４０】
実施例、比較例１および比較例２の太陽電池について、ソーラーシミュレータを用い、標準条件下でこれら太陽電池の電流―電圧特性を測定し、発電効率を得た。その結果を表１に示す。
【表１】
2006024757.tif 000003
【００４１】
実施例の太陽電池は、比較例１とほぼ同等の電流―電圧特性および発電効率を示した。また、比較例２はパッシベーション層を設けていないため、発電効率が低くなった。
【００４２】
このように、リンガラス層は酸化シリコン膜と同等の高いパッシベーション効果を発揮するために、リンガラス層をパッシベーション層に用いることで高い光電変換効率を有する太陽電池を得ることができる。また、実施例の太陽電池は比較例１の太陽電池よりも少ない工程数で作製しているため、製造コストを低く抑えることができ、安価な太陽電池を得ることができる。
【００４３】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、如何なるものであっても本発明の技術範囲に包含される。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の太陽電池の製造工程の一例を概略的に説明するフロー図である。
【図２】従来の太陽電池の製造工程の一例を概略的に説明するフロー図である。
【符号の説明】
【００４５】
１…エミッタ層、  ２…ガラス層、  ３…半導体基板、４…反射防止膜、
５…Ｐ＋拡散層、  ６…裏面側電極、  ７…受光面側電極、  ９…太陽電池。
【図１】
2006024757.tif 000004
【図２】
2006024757.tif 000005