(57)【要約】      （修正有）【課題】より反射率の高い裏面電極を実現する太陽電池の製造方法を提供する。【解決手段】シリコン基板２の受光面に形成された受光面電極４と、シリコン基板の受光面とは反対側の面である裏面に裏面電極１０とを有する太陽電池の製造方法であって、シリコン基板の裏面側に裏面電界層８を形成する工程と、受光面電極を形成する工程と、受光面電極を形成する工程の後に、裏面電極として銀電極を形成する工程とを備える太陽電池の製造方法である。【選択図】図１
2011243758.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン基板の受光面に形成された受光面電極と、前記シリコン基板の受光面とは反対側の面である裏面に裏面電極とを有する太陽電池の製造方法であって、
前記シリコン基板の裏面側に裏面電界層を形成する工程と、
前記受光面電極を形成する工程と、
前記受光面電極を形成する工程の後に、前記裏面電極として銀電極を形成する工程とを備える太陽電池の製造方法。
【請求項２】
前記シリコン基板の裏面に裏面パッシベーション膜を形成する工程を備える請求項１に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項３】
前記シリコン基板の裏面に裏面電極を形成する工程の後に、
前記裏面電極上に保護膜を形成する工程をさらに備える請求項１または２に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項４】
前記裏面電極は、蒸着により形成される請求項１〜３のいずれかに記載の太陽電池の製造方法。
【請求項５】
前記受光面電極は、熱処理により形成される請求項１〜４のいずれかに記載の太陽電池の製造方法。
【請求項６】
前記受光面電極は、銀電極である請求項５に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項７】
前記裏面パッシベーション膜を形成する工程の後に、
前記裏面パッシベーション膜をパターニングする工程をさらに備える請求項２〜６のいずれか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、太陽電池の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽光のような光エネルギを電気エネルギに変換する太陽電池は、地球環境問題に対する関心が高まるにつれ、積極的に種々の構造、構成のものが開発されている。その中でも、シリコン結晶系の太陽電池は、その変換効率、製造コストなどの優位性により最も一般的に用いられている。また、現在、量産されている太陽電池の中では受光面に櫛型の集電極を有し、受光面と反対の面である裏面全面に電極を形成した両面電極型の太陽電池が多数を占める。ここで、受光面に形成された電極を受光面電極、裏面に形成された電極を裏面電極とする。両面電極型の太陽電池の中でも、高い光電変換効率を実現するための構造として、シリコン基板と裏面電極との接合部において局所的にｐ＋層を設けたことを特徴とする太陽電池が非特許文献１に、ＰＥＲＬ（Ｐａｓｓｉｖａｔｅｄ  Ｅｍｉｔｔｅｒ，  Ｒｅａｒ  Ｌｏｃａｌｌｙ−ｄｉｆｆｕｓｅｄ）構造として開示されている。
【０００３】
図７は、この非特許文献１に記載された構造の太陽電池である。図８は、図７の太陽電池の製造方法の一例を示す製造フロー図である。
【０００４】
図７に示す太陽電池１０１は、まず、シリコン基板の受光面側に凹凸構造（図７では図示していない）を形成する（Ｓ１０１。「Ｓ」はステップを表す。以下同様。）。シリコン基板１０２の受光面に、例えばリンを拡散させることによってｎ型半導体層１０３が形成される（Ｓ１０２）。一般的には、シリコン基板１０２にはｐ型シリコン基板が用いられる。次に、ｎ型半導体層１０３の上に受光面パッシベーション膜１０４と反射防止膜１０５を形成する（Ｓ１０３、１０４）。次に、シリコン基板１０２の裏面に、例えば、酸化シリコン膜などの裏面パッシベーション膜１０７を形成し（Ｓ１０５）、その後、部分的に裏面パッシベーション膜１０７を除去してコンタクトホールを形成し、熱処理により裏面パッシベーション膜１０７をマスクとして部分的に裏面電界層１０８が形成される（Ｓ１０６）。次に、コンタクトホールを充填し、さらに裏面パッシベーション膜１０７を覆うようにして裏面電極１０９が形成される（Ｓ１０７）。次に、受光面パッシベーション膜１０４と反射防止膜１０５とを部分的に除去してコンタクトホールを形成し、受光面電極１０６を形成する（Ｓ１０８）。
【０００５】
非特許文献１に記載の太陽電池は、局所的に設けた裏面電界層１０８によりＬＢＳＦ（Ｌｏｃａｌ  Ｂａｃｋ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｆｉｅｌｄ）効果を得ながら、同時に裏面パッシベーション膜１０７によりシリコン基板１０２の裏面表層部シリコン原子の未結合手を終端させ、表面再結合速度を低減することができる。光電変換効率と表面再結合速度は密接に結びついており、上述のように表面再結合速度を低減することにより、光電変換効率を高くすることができる。また、裏面パッシベーション膜として窒化シリコン膜を用いた太陽電池が特許文献１に記載されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】A. Wang，J. Zhao，and M. A. Green :“ 24% efficient silicon solar cells”，Appl. Phys. Lett.，vol. 57，pp. 602-604 (1990)
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平９−４５９４５号公報（平成９年２月１４日公開）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
太陽電池においては、製造コスト低減のためにシリコン基板をより薄くする試みがなされている。厚みが薄い１００μｍ程度のシリコン基板を用いた太陽電池の光電変換効率をより高くするには、太陽電池を透過した光である８５０ｎｍ以上の長波長域の光を反射させて再度太陽電池内部に入射させる光閉じ込め技術が必要になる。この透過光を再度太陽電池内部に入射させる効果をＢＳＲ（Ｂａｃｋ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）効果という。
【０００９】
このＢＳＲ効果を持たせるため、非特許文献１に開示されている太陽電池の構造では、裏面に光を反射させる材料を用いて裏面反射膜を形成している。なおこの膜は裏面電極にもなる。具体的には、アルミニウム（Ａｌ）膜を用いている。１０００ｎｍの光での反射率は、アルミニウム（Ａｌ）は約９４％であり、金（Ａｕ）は９８％、銀（Ａｇ）は９９％、銅（Ｃｕ）は９８．５％である。
【００１０】
そこで、アルミニウム（Ａｌ）膜の代わりに、より反射率が高い銀（Ａｇ）膜を使用することが考えられるが、銀（Ａｇ）膜を用いた場合、銀（Ａｇ）には熱処理による硫化現象があり、太陽電池の製造工程での熱処理で硫化され反射率が低下する問題がある。
【００１１】
本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、反射率の高い材料である銀を用い、硫化現象を抑えてＢＳＲ効果を有効にする太陽電池の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の太陽電池の製造方法は、シリコン基板の受光面に形成された受光面電極と、シリコン基板の受光面とは反対側の面である裏面に裏面電極とを有する太陽電池の製造方法であって、シリコン基板の裏面側に裏面電界層を形成する工程と、受光面電極を形成する工程と、受光面電極を形成する工程の後に裏面電極として銀電極を形成する工程とを備える。
【００１３】
ここで、本発明の太陽電池の製造方法は、シリコン基板の裏面に裏面パッシベーション膜を形成する工程をさらに備える。
【００１４】
また、本発明の太陽電池の製造方法は、裏面電極を形成する工程の後に、裏面電極上に保護膜を形成する工程をさらに備える。
【００１５】
また、本発明の太陽電池の製造方法は、裏面電極は蒸着により形成されることがより好ましい。
【００１６】
また、本発明の太陽電池の製造方法は、受光面電極は熱処理により形成されることがより好ましい。
【００１７】
また、本発明の太陽電池の製造方法は、受光面電極が銀で形成された電極であることがより好ましい。
【００１８】
また、本発明の太陽電池の製造方法は、シリコン基板の裏面に裏面パッシベーション膜を形成する工程の後に、裏面パッシベーション膜をパターニングする工程をさらに備える。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、より反射率の高い材料である銀（Ａｇ）を裏面電極構造に用いても太陽電池製造工程で発生する硫化現象を抑えることができるので、硫化現象によるＢＳＲ効果の低下を抑え、特性に優れた太陽電池の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の太陽電池の一例の模式的な断面構成図である。
【図２】本発明の太陽電池の製造方法の一例を示す製造フロー図である。
【図３】本発明の太陽電池の他の一例の模式的な断面図である。
【図４】本発明の効果を評価するサンプルＡ〜Ｄの構造を表す図である。
【図５】サンプルＡ〜Ｄの作製フロー図である。
【図６】図５の各フローに対する分光反射率の測定結果である。
【図７】従来技術の太陽電池の一例の模式的な断面構成図である。
【図８】図７の太陽電池の製造方法の一例を示す製造フロー図である。
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【００２１】
図１は、本発明の太陽電池を示す模式的な断面図である。以下に図１の太陽電池１について説明する。
【００２２】
ｐ型のシリコン基板２の受光面側にｎ型半導体層３が形成され、受光面にはランダムテクスチャ構造となる凹凸構造６が形成されている。その受光面側には窒化シリコンである反射防止膜７が形成され、反射防止膜７を貫通する櫛状のＡｇ電極である受光面電極４がｎ型半導体層３と電気的に接している。
【００２３】
ｐ型のシリコン基板２の受光面と反対側の面である裏面（以下、シリコン基板の裏面という。）には、窒化シリコンである裏面パッシベーション膜９がパターニングされて形成され、シリコン基板２の裏面側にはそのパターニングに対応した裏面電界層８が局所的に形成されている。シリコン基板の裏面には、更に、Ａｇ電極である裏面電極１０が形成されている。
【００２４】
以下に、本発明の太陽電池の製造方法を示す。図２は、図１に示す本発明の太陽電池の製造方法の一例である。以下、フロー図を参照して説明する。基板の大きさが１００ｍｍ角、厚さが１００〜２００μｍ、電気抵抗率が０．５〜５０Ωｃｍ、より好ましくは０．５〜１０Ωｃｍのｐ型シリコン基板を用いる。
【００２５】
まず、凹凸構造形成工程（Ｓ１）では、シリコン基板２の両面に、アルカリ液を用いたテクスチャエッチング装置により公知のランダムテクスチャ構造を形成する。
【００２６】
次に、ｎ型半導体層形成工程（Ｓ２）において、拡散材料としてＰＯＣｌ３を用いチューブ炉で８００〜９００℃程度の温度で、１５〜６０分程度の時間、シリコン基板２を熱処理することで、シリコン基板２の露出表面の全面、すなわち、受光面側、裏面側、端面にリンを気相拡散して、ｎ型半導体層３を形成する。尚、気相拡散の場合には裏面側にもｎ型半導体層が形成されるが、後述するシリコン基板２の裏面エッチングでランダムテクスチャ構造とともにエッチング除去される。また、ｎ型半導体層３の形成は、気相拡散ではなくｎ型不純物のリンを含む塗布液をシリコン基板２の受光面となる面（以下、シリコン基板の受光面という。）に塗布して熱処理を行う塗布拡散法を用いても構わない。
【００２７】
次に、反射防止膜形成工程（Ｓ３）において、ｎ型半導体層３の受光面側にプラズマＣＶＤ法により、ガス種としてシランおよびアンモニアを用いて、膜厚７０ｎｍ程度の窒化シリコン膜を反射防止膜７として形成する。
【００２８】
次に、裏面パッシベーション膜形成工程（Ｓ４）において、反射防止膜７が形成されたシリコン基板２の受光面にエッチング防止のための耐酸性を有する保護テープを貼り、シリコン基板の裏面側に形成されたランダムテクスチャ構造およびｎ型半導体層をエッチング除去するとともに、シリコン基板２の裏面を平坦化する。この際、端面に形成されたランダムテクスチャ構造およびｎ型半導体層も除去される。
【００２９】
その後、希フッ酸などを用いてシリコン基板２の裏面に残ったシリコン酸化物を除去した後、プラズマＣＶＤ法によって窒化シリコン膜を平坦化されたシリコン基板２の裏面に裏面パッシベーション膜９として形成する。
【００３０】
次に、裏面電界層形成工程（Ｓ５）において、裏面パッシベーション膜９を、周知のフォトリソグラフィ法により、所定の裏面電界層パターンでエッチングし、裏面パッシベーション膜９を貫通するコンタクトホールを形成する。その後、パターニングされた裏面パッシベーション膜９上に、周知のスクリーン印刷法によって、アルミニウム粉末、ガラスフリット、樹脂、有機溶媒等からなるアルミニウムペーストを印刷、乾燥し、７００〜８００℃にて焼成することにより、コンタクトホールに対応した箇所のシリコン基板２の裏面側に裏面電界層８を形成する。その後、焼成後のアルミニウムを塩酸にて除去する。
【００３１】
次に、受光面電極形成工程（Ｓ６）において、スクリーン印刷法を用いて、銀粉末、ガラスフリット、樹脂、有機溶媒等からなる銀ペーストを印刷、乾燥し、５００〜６００℃で焼成して受光面電極４としてＡｇ電極を形成する。尚、受光面電極４は、焼成時に反射防止膜７を突き破り、すなわち、ファイヤースルーして形成されるため、ｎ型半導体層３と電気的に接続する。
【００３２】
次に、裏面電極形成工程（Ｓ７）において、コンタクトホールを充填し、さらに裏面パッシベーション膜９を覆うようにして裏面電極１０としてＡｇ電極が形成される。
【００３３】
次に、アニール工程（Ｓ８）において、１００〜４００℃にてアニールを行い、金属膜の接触性をより良くする。
【実施例２】
【００３４】
図３は、本発明の他の太陽電池１１を示す模式的な断面図である。実施例１と異なる点は、裏面電極１０の上に更に保護膜１２としてパラジウム（Ｐｄ）膜が形成されていることである。Ｐｄ膜は、銀の硫化を抑制する材料であり、蒸着により形成する。この保護膜１２は電極にもなる。
【００３５】
次に本願の効果を評価するためにサンプルＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄを作製して分光反射率の測定を行った。
【００３６】
図４は作製したサンプルの構造で、サンプルＡ、Ｃ、Ｄの構造は図４（ａ）、サンプルＢの構造は図４（ｂ）である。２１はｐ型シリコン基板、２２は窒化シリコン膜、２３は金属膜、２４はＰｄ膜である。窒化シリコン膜２２は図１の反射防止膜７、裏面パッシベーション膜９に相当し、金属膜２３は図１の裏面電極１０に相当する。また、Ｐｄ膜２４は図３の保護膜１２に相当する。
【００３７】
サンプルＡは、金属膜２３がＡｇであり、本願の実施例１に相当する。サンプルＢは、金属膜２３がＡｇで、かつＰｄ膜２４を有し、本願の実施例２に相当する。サンプルＣは比較例１で、金属膜２３はＡｇであるがサンプルＡとは製造工程が異なる。サンプルＤは比較例２で、金属膜２３がＡｌで製造工程はサンプルＣと同じであり、従来の構造に相当する。
【００３８】
図５は、それぞれの製造フローを表す図である。フローＡ〜Ｄは、それぞれサンプルＡ〜Ｄの作製フローである。
【００３９】
図５に示す窒化シリコン膜形成はｐ型シリコン基板両面に窒化シリコン膜を形成、受光面電極形成時の熱処理の温度、アニールの温度は、それぞれ実施例１に示すＳ６、Ｓ８での処理温度である。
【００４０】
フローＡは、金属膜２３としてＡｇ膜を蒸着で形成したもので、Ａｇ膜の蒸着前に受光面電極形成時の熱処理を行なったものである。フローＢは、フローＡと同様に金属膜２３としてＡｇ膜を形成した後にＡｇ膜の上にＰｄ膜２４を蒸着で形成したものである。フローＣは、金属膜２３はＡｇ膜であるが、フローＡとは異なり、Ａｇ膜を蒸着後に受光面電極形成時の熱処理を行ったものである。フローＤは金属膜２３をＡｌ蒸着で形成した場合であり、フローＣと同じく、Ａｌ膜蒸着後に受光面電極形成時の熱処理を行っている。
【００４１】
図６は各フローに対する分光反射率の測定結果である。図６から、測定波長域サンプルＡで一番高い分光反射率を示すことが確認できた。サンプルＢは、サンプルＡと比較すると分光反射率が低いが、従来構造であるサンプルＤを上回る分光反射率を示しており、Ｐｄ膜が保護膜として適していることがわかる。保護膜を形成することでＡｇ膜の硫化が防がれ、硫化現象による反射率の低下を防ぐことができ、更に、太陽電池作製後の自然劣化も防ぐことが出来る。一方、サンプルＣは、Ａｇ膜を用いているにも関わらず、従来構造であるサンプルＤと同程度の分光反射率しか得られず、受光面電極形成時の熱処理条件によって、分光反射率が低下したと考えられる。
【００４２】
よって、裏面電極としてＡｇを用いる場合、受光面電極形成時の熱処理を行った後にＡｇを形成しないと、高いＢＳＲ効果を十分に得られず、従来の裏面電極にＡｌを用いた場合と大差ないことがわかる。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明に係る製造方法は、太陽電池の製造方法全般に広く適用することができる。
【符号の説明】
【００４４】
１、１１  太陽電池、２  シリコン基板、３  ｎ型半導体層、４  受光面電極、６  凹凸構造、７  反射防止膜、８  裏面電界層、９  裏面パッシベーション膜、１０  裏面電極、１２  保護膜、２１  ｐ型シリコン基板、２２  窒化シリコン膜、２３  金属膜、２４  Ｐｄ膜。
【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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