(57)【要約】【課題】フィルファクタの高い光起電力素子、その製造方法および製造装置を得ること。【解決手段】第１主面と第２主面を有し、第１主面から光が入射されるｎ型単結晶シリコン基板１と、第１又は第２主面にｐｎ接合を形成するｐ型非晶質シリコン層１１とを有し、第１および第２主面にそれぞれ第１および第２の電極を有する光起電力素子である。ここで第１の電極は、第１主面から第２主面まで回り込むように形成された下地導体層としての無電解Ｎｉめっき層１８と、この上に形成された電解Ｃｕめっき層１９とを含む。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１主面と第２主面を有し、前記第１主面を光入射面とする第１導電型の結晶系半導体基板と、
前記結晶系半導体基板の前記第１又は第２主面にｐｎ接合を形成するように前記結晶系半導体基板と異なる第２導電型の半導体層とを有し、
前記第１および第２主面にそれぞれ第１および第２の電極を有する光起電力素子であって、
前記第１の電極は、前記第１主面から前記第２主面まで回り込むように形成された下地導体層と、
前記下地導体層上に形成されためっき層とを含む光起電力素子。
【請求項２】
前記下地導体層は、前記第１主面から側面を経て前記第２主面まで回り込むように連続的に形成された請求項１に記載の光起電力素子。
【請求項３】
前記第２導電型の半導体層は、前記第１主面から第２主面まで回りこむように連続的に形成されており、
前記第２導電型の半導体層上に前記下地導体層が形成された請求項２に記載の光起電力素子。
【請求項４】
前記第２導電型の半導体層は、前記第１主面から第２主面まで回りこむように連続的に形成された、真性非晶質半導体層を介して積層形成された第２導電型の非晶質半導体層であり、
前記第１の電極は、前記第２導電型の非晶質半導体層上に形成された透光性導電膜と、前記透光性導電膜上に形成された、前記下地導体層としての無電解めっき層と、
前記無電解めっき層上に形成された電解めっき層とを含む請求項３に記載の光起電力素子。
【請求項５】
前記第２の電極は、前記第１の電極と同一工程で形成された無電解めっき層と、電解めっき層とを含む請求項４に記載の光起電力素子。
【請求項６】
前記第２導電型の半導体層は、前記第１主面から第２主面まで回りこむように連続的に形成された、第２導電型の不純物拡散層であり、
前記第１の電極は、前記第２導電型の不純物拡散層上に形成された前記下地導体層としての無電解めっき層と、
前記無電解めっき層上に形成された電解めっき層とを含む請求項３に記載の光起電力素子。
【請求項７】
第１主面と第２主面を有し、前記第１主面を光入射面とする第１導電型の結晶系半導体基板の前記第１又は第２主面にｐｎ接合を形成するように前記結晶系半導体基板と異なる第２導電型の半導体層を形成する工程と、
前記第１主面に第１の電極を形成する工程と、
前記第２主面に第２の電極を形成する工程とを含み、
前記第１の電極を形成する工程は、
前記第１主面から前記第２主面まで回り込むように下地導体層を形成する工程と、
前記下地導体層のうち、前記第２主面まで回り込んだ領域を給電領域として、電解めっき層を形成する工程とを含む光起電力素子の製造方法。
【請求項８】
前記下地導体層を形成する工程に先立ち、
前記第１主面の集電電極形成領域を除く領域に保護膜を形成する工程を含み、
前記下地導体層を形成する工程は、
前記第１主面上の集電電極形成領域から前記半導体基板の側面を介して前記第２主面の周縁部まで到達するように、形成する工程を含む請求項７に記載の光起電力素子の製造方法。
【請求項９】
前記下地導体層を形成する工程は、
前記第１主面上の集電電極形成領域から前記半導体基板の側面を介して前記第２主面の全体を覆うように、形成する工程を含む請求項７に記載の光起電力素子の製造方法。
【請求項１０】
前記下地導体層を形成する工程は、無電解めっき工程である請求項８または９に記載の光起電力素子の製造方法。
【請求項１１】
前記電解めっき層を形成する工程は、
前記第１主面上から前記第２主面を連続的に覆う前記下地導体層上に、電解めっき層を形成する工程であり、第１主面上の集電電極形成領域から前記半導体基板側面を介して前記第２主面全体を覆うように、めっき層を形成する工程であり、
前記電解めっき工程後に、
前記第２主面の端面から一定距離内側で、前記下地導体層および前記めっき層を除去し、ｐｎ分離溝を形成する工程を含む請求項９または１０に記載の光起電力素子の製造方法。
【請求項１２】
前記第２導電型の半導体層を形成する工程は、
前記第１主面から第２主面まで回りこむように連続的に第２導電型の非晶質半導体層を形成する工程であり、
前記第１の電極を形成する工程に先立ち、
前記第２導電型の非晶質半導体層上に透光性導電膜を形成する工程を含む請求項１１に記載の光起電力素子の製造方法。
【請求項１３】
前記第２導電型の半導体層を形成する工程は、
前記第１主面から第２主面まで回りこむように連続的に第２導電型の不純物拡散層を形成する工程であり、
前記第１の電極を形成する工程に先立ち、
前記第２主面に第２電極を形成する工程を含む請求項７に記載の光起電力素子の製造方法。
【請求項１４】
前記不純物拡散層を形成する工程は、気相拡散工程である請求項１３に記載の光起電力素子の製造方法。
【請求項１５】
電解液の充填されるめっき槽と、
前記めっき槽内に浸漬される第１の給電端子と、
前記めっき槽内で、被処理基板の裏面の少なくとも一部を覆うと共に前記被処理基板を支持すると共に前記被処理基板に給電する第２の給電端子を備えた支持部とを備え、
前記支持部は前記被処理基板に当接して前記被処理基板を吸引する吸引部を備え、
前記第２の給電端子は、前記吸引部内に埋め込まれた光起電力素子の製造装置。
【請求項１６】
前記吸引部は前記被処理基板の周縁部を露呈させるように、前記被処理基板よりも小さく形成された請求項１５に記載の光起電力素子の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光起電力素子、その製造方法およびその製造装置に係り、特にめっき電極を用いた光起電力素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在の結晶シリコン太陽電池は、光起電力素子として最も一般的である、受光面側に拡散による不純物半導体層を形成した拡散型の太陽電池、アモルファスシリコンなど薄膜により不純物半導体層を形成したヘテロ接合太陽電池、基板と同一および異なる導電型の両方の不純物半導体層を裏面側にくし型に配置した裏面接合型太陽電池があり、いずれの型の太陽電池も量産レベルで製造されている。
【０００３】
これらのうち、拡散型の太陽電池は厚さが２００μｍ程度のｐ型結晶シリコン基板を用い、光吸収率を高める表面テクスチャー、ｎ型拡散層、反射防止膜および表面電極（例えば、櫛型銀（Ａｇ）電極）を当該基板の受光面側に順次形成し、また、裏面電極（例えば、アルミニウム（Ａｌ）電極）をスクリーン印刷によって当該基板の非受光面側に形成した後、８００℃程度の高温で焼成することによって一般に製造されている。かかる焼成では、表面電極および裏面電極の溶媒分が揮発すると共に、当該基板の受光面側において櫛型Ａｇ電極が反射防止膜を突き破ってｎ型拡散層に接続され、また、当該基板の非受光面側においてＡｌ電極の一部のＡｌが当該基板に拡散して裏面電界層（ＢＳＦ：Ｂａｃｋ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｆｉｅｌｄ）を形成する。
【０００４】
より変換効率を向上させるセル構造として、特許文献１〜３には結晶シリコン基板に薄い真性半導体層を介して不純物ドープシリコン層からなる接合或いはＢＳＦ層を形成するヘテロ接合太陽電池に関する技術が開示されている。この構造では不純物ドープ層を薄膜で形成することにより不純物ドープ層の濃度分布を自由に設定できる。また、この不純物ドープ層は薄いため膜中でのキャリアの再結合や光吸収を抑制することができる。また、間に挿入した真性半導体層は接合間の不純物拡散を抑制し、急峻な不純物プロファイルをもつ接合を形成することができるため、良好な接合界面形成により高い開放電圧を得ることができる。さらに真性半導体層、不純物ドープ層は２００℃程度の低温で形成できるため、基板の厚みが薄くても熱により基板に生じるストレスや、基板の反りを低減することができる。また、熱により劣化しやすい結晶シリコン基板に対しても基板品質の低下を抑制できることが期待できる。この方式の太陽電池における電極は、ヘテロ接合部の特性低下を防ぐため、低温焼結型Ａｇ電極を用いて２００℃以下で形成される。
【０００５】
上述したように、これらの太陽電池のグリッド電極とバス電極からなる集電電極は主としてスクリーン印刷法による銀やアルミニウムを用いているが、このスクリーン印刷法による電極の線幅は８０μｍ程度以上あり、受光面の電極における光損失は大きい。また、印刷用のペーストを焼成させて形成した配線は小粒子の集合体であり、ガラス成分や樹脂成分を含むため、比抵抗が純金属の銀に対し数倍程度ある。このため、このような印刷用のペーストを焼成させて形成した配線は、細線化すると配線抵抗、接触抵抗の増大を招く。
【０００６】
スクリーン印刷以外の電極として、めっきによる電極形成方法も多く検討されている。拡散接合上に窒化シリコン（ＳｉＮ）膜などの反射防止膜が形成された従来型の太陽電池ではこのＳｉＮ膜にレーザーを照射する方法等を用いて電極形成部が開口され、露出した拡散層に無電解めっき、電解めっき等を行うことによりめっき電極が形成される。また、ヘテロ接合型太陽電池では透光性導電膜上にＳｉＮやＳｉＯ2などの絶縁膜等が形成され、この絶縁膜をパターニング開口し、露出した透光性導電膜にめっき電極が形成される（特許文献４、５）。これらの太陽電池で絶縁膜を介してめっきを行うとめっきが等方的に成長するため、横方向に広がり、開口部よりも太い電極となる。
【０００７】
特許文献６ではＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法で形成されたコンタクト部に掘り込みを入れてその中でめっき電極を成長させることにより、横への広がりをなくして細線化させるという技術が開示されている。電解めっきは基板に形成された導電層に直接電極端子を接続し、電流を流すことにより金属イオンに負電荷を与え、金属として析出させるものである。よって通常はめっき電極を形成する面に形成された集電電極、特にバス電極などの太い電極を形成する部位に給電用の端子を接触させる。装置を構成する上でこの給電端子はウエハ中央部に接触させるよりもウエハの周縁部に接触させる方が端子の長さを短くすることができ、装置構成上ウエハの脱着も容易になる。
【０００８】
特許文献７では周縁部で給電しやすいようにバス電極を周縁部に配置し、このバス電極に給電する内容が記載されている。また、特許文献８ではバス電極などの集電電極に直接給電すると、接触する端子部にめっきが施されず、めっき厚に不均一な部分が生じるとともにタブ電極形成時にこの不均一な部分に起因してウエハ割れが生じるため、集電電極とは別にめっきの給電部を形成する内容が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平４-１３０６７１号公報
【特許文献２】特許第２６１４５６１号公報
【特許文献３】特許第３４６９７２９号公報
【特許文献４】特開２０００-０５８８８５号公報
【特許文献５】特開２０１１-１９９０４５号公報
【特許文献６】特開２０１２-０２３２３２号公報
【特許文献７】特開２０００-２９４８１９号公報
【特許文献８】国際公開第２０１３/０４６３５１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上記従来の技術によれば、上述したように電解めっきで集電電極を形成するためには給電部が必要となる。しかしながら、特許文献８に記載されているように給電部を集電電極形成部に形成すると集電電極の厚みが不均一な部分を生じる。また、特許文献８のように集電電極とは別に給電部を設けたとしても、給電端子にめっきが析出し、給電端子が太くなって場合によっては析出しためっき膜と接続端子が析出する金属を介して結合してしまう場合もある。その場合、めっき後に結合した給電端子を離す際にウエハのわれの原因となるため、析出した給電端子の金属を頻繁に取り除くことが必要となる。また、給電部がバス電極などの太い給電電極から大きく離れていると電流を流す際の抵抗損失となり、めっき膜厚に不均一性を生じる。また、この給電部は集電に寄与しないにもかかわらず給電端子を接続させる際の位置精度にある程度余裕を持たせる必要があるため、例えば１ｍｍΦ程度以上と、ある程度大きな面積とする必要があり、発電に寄与しない電極部面積を必要以上に増大させることとなり、特性（短絡電流）の低下を招く。
【００１１】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、フィルファクタの高い光起電力素子、その製造方法およびその製造装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
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主面と第２主面を有し、第１主面から光が入射される第１導電型の結晶系半導体基板と、結晶系半導体基板の第１又は第２主面にｐｎ接合を形成するように結晶系半導体基板と異なる第２導電型の半導体層とを有し、第１および第２主面にそれぞれ第１および第２の電極を有する光起電力素子である。ここで第１の電極は、第１主面から前記第２主面まで回り込むように形成された下地導体層と、下地導体層上に形成されためっき層とを含む。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、少なくとも第１主面全体を受光領域とすることができ、フィルファクタを向上させることができる。また裏面である第２主面に給電部を設けることができ、給電端子の接触によるめっき厚の不均一部を解消することができるとともに、受光面の給電部形成による特性低下も防ぐことができる。また、さらには通常発電に寄与しないウエハの側壁部にも集電電極を形成可能であり、その結果、受光面上の集電電極（バス電極）の形成密度を小さくことができる。そして、結果として受光面積の増大を図ることができ、フィルファクタをさらに向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１（ａ）および（ｂ）は、実施の形態１におけるセル表面構造および裏面構造を示す図である。
【図２】図２は、実施の形態１におけるセルの端面構造を示す図である。
【図３】図３は、実施の形態１におけるセル形成プロセスを示すフローチャートである。
【図４】図４（ａ）〜（ｄ）は、実施の形態１におけるセル形成プロセスを示す工程断面図である。
【図５】図５（ａ）〜（ｃ）は、実施の形態１におけるセル形成プロセスを示す工程断面図である。
【図６】図６は、実施の形態１における露光マスクパターンを示す図である。
【図７】図７は、実施の形態１と従来型太陽電池のバスパターン比較図である。
【図８】図８は、実施の形態１におけるめっき装置の要部拡大図であり、めっき時のウエハ端面部配置図を示す図である。
【図９】図９は、実施の形態１におけるめっき装置配置図を示す図である。
【図１０】図１０（ａ）および（ｂ）は、実施の形態２におけるセル表面構造および裏面構造を示す図である。
【図１１】図１１は、実施の形態２におけるセル構造を示す図である。
【図１２】図１２は、実施の形態２におけるセル形成プロセスを示すフローチャートである。
【図１３】図１３（ａ）〜（ｃ）は、実施の形態２におけるセル形成プロセスを示す工程断面図である。
【図１４】図１４（ａ）〜（ｃ）は、実施の形態２におけるセル形成プロセスを示す工程断面図である。
【図１５】図１５は、実施の形態２におけるめっき装置の要部拡大図であり、めっき時のウエハ端面部配置図を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下に、本発明にかかる光起電力素子、その製造方法および製造装置の実施の形態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く、その要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。また、以下に示す図面においては、理解の容易のため各層あるいは各部材の縮尺が現実と異なる場合があり、各図面間においても同様である。また、平面図であっても、図面を見易くするためにハッチングを付す場合がある。
【００１６】
実施の形態１．
図１（ａ）および（ｂ）は、本発明にかかる光起電力素子を構成する太陽電池セルの実施の形態１のセル表面構造および裏面構造を示す図である。図２は、セル端面の断面構造、図３はその形成プロセスを示すフローチャート、図４（ａ）〜（ｄ）および図５（ａ）〜（ｃ）は工程断面図である。本実施の形態における光起電力素子としての太陽電池セルの形成プロセスにおいて、めっきの下地となる導電層を裏面（めっき電極を形成する面と反対の面）まで回り込ませ、この裏面に電解めっきの給電端子を押し当てることにより裏面側から給電を行うようにしたことを特徴とする。ここで、太陽電池セルは、図１に示すようにｎ型単結晶シリコン基板１の表側に受光面側構造としてｉ型非晶質シリコン層１０およびｐ型非晶質シリコン層１１によるヘテロ構造膜とＩＴＯによる透光性導電膜１２の積層構造からなるｐ型領域部２をもち、このｐ型領域部２は裏面の周縁部の距離ａ＝２ｍｍ程度の領域まで回り込んでいる。またｎ型単結晶シリコン基板１（ウエハ）端部に形成された周辺電極部５、および受光面電極（バス電極３、グリッド電極４）はｐ型領域部２上に形成され、無電解Ｎｉめっき層１８と電解Ｃｕ（銅）めっき層１９の積層構造からなるバス電極３、グリッド電極４および周縁部電極５が一続きとなっている構造をもつ。また、裏面構造としては上記の回り込んだｐ型領域部２の内側にｐｎ分離部１４を挟んでｉ型非晶質シリコン層１５およびｎ型非晶質シリコン層１６によるヘテロ膜とＩＴＯによる透光性導電膜１７、無電解Ｎｉめっき層１８、およびその上の置換めっき層１９ｅの積層構造からなるｎ型領域部６が形成されている。
【００１７】
図２のセル断面構造は図１（ａ）および（ｂ）におけるグリッド電極４の長手方向から眺めた場合のウエハ端部の構造図であり、図１（ａ）のＡ−Ａ断面に相当する図である。図２における、ｉ型非晶質シリコン層１０、ｐ型非晶質シリコン層１１、透光性導電膜１２からなる領域は、無電解Ｎｉめっき層１８、電解Ｃｕめっき層１９を含めて、図１におけるｐ型領域部２に相当する。また、ｉ型非晶質シリコン層１５、ｎ型非晶質シリコン層１６、透光性導電膜１７、無電解Ｎｉめっき層１８からなる領域は図１（ａ）におけるｎ型領域部６に相当する。また、無電解Ｎｉめっき層１８、電解Ｃｕめっき層１９、およびその上の置換めっき１９ｅは図１の表面構造におけるバス電極３およびグリッド電極４に相当する。ただし、バス電極３はグリッド電極４と同じ膜構成であるが、グリッド電極４と直交しているため、図２には表記されていない。
【００１８】
次に、本実施の形態の太陽電池セルの製造方法について説明する。図３は同製造方法を示すフローチャートであり、図４（ａ）〜（ｄ）、図５（ａ）〜（ｃ）は同製造工程を示す工程断面図である。
【００１９】
まず、１５６ｍｍ□で比抵抗１Ωｃｍの（１００）ｎ型単結晶シリコン基板１に対し、アルカリ溶液中でスライス時のワイヤーソーダメージを除去した（スライスダメージ除去ステップＳ１０１）。その後、イソプロピルアルコールを添加したアルカリ溶液中に浸漬し、基板の両面にピラミッド状の突起がランダムに配置するテクスチャーを形成した（ステップＳ１０２）。
【００２０】
その後ｎ型単結晶シリコン基板１をＲＣＡ洗浄によりクリーニングするとともに、希フッ酸で表面酸化膜除去を施した。そしてｎ型単結晶シリコン基板１の端面から距離ａ＝２ｍｍ程度までは成膜されないように、成膜面と反対側の端面から２ｍｍ程度の範囲が基板に密着せず、それより内側が基板に密着するようなステージに基板を設置し、プラズマＣＶＤチャンバーで、以下のようにｉ型非晶質シリコン層１０、およびｐ型非晶質シリコン層１１の積層膜を形成した（図４（ａ）：ステップＳ１０３）。ここで、ＣＶＤ膜はカバレッジが良いため、プラズマが形成される成膜面とは反対側であってもステージに密着していなければ電極側と同じように成膜される。
【００２１】
ｉ型非晶質シリコン層１０としては１３．５６〜６０ＭＨｚのＲＦプラズマＣＶＤチャンバーで約２〜３ｎｍの酸素ドープのｉ型非晶質シリコン層１０を形成した。その際成膜条件はＲＦ出力２０〜１００ｍＷ/ｃｍ2、基板温度１００〜２００℃、ガス圧４００〜６００Ｐａの雰囲気下で、反応ガスの流量をシラン１０〜１００ｓｃｃｍ、水素５００〜１０００ｓｃｃｍ、炭酸ガス５〜２０ｓｃｃｍとした。
【００２２】
続けて、１３．５６〜６０ＭＨｚのＲＦプラズマＣＶＤチャンバーで、膜厚約２０ｎｍのｐ型非晶質シリコン層１１をｉ型非晶質シリコン層１０上に形成した。その際成膜条件はＲＦ出力２０〜１００ｍＷ/ｃｍ2、基板温度１００〜２００℃、ガス圧４００〜６００Ｐａの雰囲気下で、反応ガスの流量をシラン５〜５０ｓｃｃｍ、水素５００〜２０００ｓｃｃｍ、１％に水素希釈したジボラン１０〜５０ｓｃｃｍとした。
【００２３】
次に上記のｐ型非晶質シリコン層１１を形成した受光面とは反対側である裏面にｉ型非晶質シリコン層１５とｎ型非晶質シリコン層１６の積層膜を形成した（図４（ｂ）：ステップＳ１０４）。その際、ｉ型非晶質シリコン層１５とｎ型非晶質シリコン層１６の積層膜を裏面に回り込ませた基板端面から２ｍｍの領域に成膜されないように成膜面の端面から２ｍｍの範囲がウエハに密着するようなマスクを用いて成膜をおこなった。ｉ型非晶質シリコン層１５は１３．５６〜６０ＭＨｚのＲＦプラズマＣＶＤチャンバーで、膜厚約２ｎｍ〜３ｎｍの裏面側のｉ型非晶質シリコン層１５をｎ型単結晶シリコン基板１の裏面に形成した。ＲＦ出力２０〜１００ｍＷ/ｃｍ2、基板温度１００〜２００℃、ガス圧４００〜６００Ｐａの雰囲気下で、反応ガスの流量をシラン１０〜１００ｓｃｃｍ、水素５００〜１０００ｓｃｃｍとした。
【００２４】
さらに、１３．５６〜６０ＭＨｚのＲＦプラズマＣＶＤチャンバーで、膜厚約２０ｎｍの裏面側の高濃度不純物ドープシリコン層であるｎ型非晶質シリコン層１６を裏面側ｉ型非晶質シリコン層１５上に形成してｎ型単結晶シリコン基板１の裏面側にＢＳＦ構造を形成した。成膜条件はＲＦ出力２０〜１００ｍＷ／ｃｍ2、基板温度１００〜２００℃、ガス圧４００〜６００Ｐａの雰囲気下で、反応ガスの流量をシラン５〜５０ｓｃｃｍ、水素５０〜２００ｓｃｃｍ、１％に水素希釈したホスフィン１０〜５０ｓｃｃｍとした。
【００２５】
その後、フォーミングガス(水素５％含有の不活性ガス雰囲気)中で２００℃１０分間の熱処理を行った。
【００２６】
次に、受光面側の透光性導電膜１２として、ｐ型非晶質シリコン層１１上に約７０〜９０ｎｍの厚みを有するＩＴＯ(酸化インジウム錫)をスパッタリング法により形成した（ステップＳ１０５）。また裏面側の透光性導電膜１７としてｎ型非晶質シリコン膜１６上にも約７０〜９０ｎｍの厚みを有するＩＴＯ(酸化インジウム錫)をスパッタリング法により形成した（図４（ｃ）：ステップＳ１０６）。そして、裏面に回り込ませたｐ型領域部２と、ｎ型領域部６の間に対し、ＩＴＯに対し吸収のある短波長レーザーによりｐｎ領域の分離を施した（図４（ｄ）：ｐｎ分離ステップＳ１０７）。本実施の形態では、レーザーによりｐｎ分離を施したが、スクリーン印刷等によりｐｎ分離部にエッチングペーストを塗布し、２００℃以下で乾燥、水洗することによりＩＴＯ膜をエッチング除去してもよい。本実施の形態においてはＩＴＯをスパッタリングにより形成したが、より確実にＩＴＯ膜を側面に回り込ませるためにはＣＶＤ法を用いてもよい。
【００２７】
その後、受光面側表面にフィルムラミネータにより透光性絶縁体フィルム９として厚さ２０μｍの感光性フィルムを貼り付けた（図５（ａ）：ステップＳ１０８）。感光性フィルムはフォトレジストと同様に写真製版によりパターニングが可能なフィルムであり、液晶デバイスのプロセスなどに用いられている。このような透光性絶縁体フィルム９は例えば日立化成工業製のＭＢシリーズなどを用いることができる。この感光性をもつ透光性絶縁体フィルム９に図６に示すような幅３０μｍのグリッド電極４と幅１ｍｍのバス電極３をもつ露光マスクを転写し、現像液で現像することにより感光性の透光性絶縁体フィルム９上に電極パターンを形成した（図５（ｂ）：ステップＳ１０９）。この際、透光性絶縁体フィルム９は基板の端面を覆わないように形成されるとともに、電極パターンは図６に示すように、ウエハの設置位置（図６における点線部）に対しグリッド電極のパターンＰ4、およびバス電極のパターンＰ3のパターニング開口部以外を露光するよう、感光性フィルムがネガ型であれば電極形成部を遮蔽するようなマスクパターンとなる。また、グリッド電極のパターンＰ4およびバス電極のパターンＰ3の長手方向の長さはウエハの１辺より長く、ウエハ端部まで途切れずに続くようなパターンとする。それにより透光性絶縁体フィルム９の開口部ｈにめっき層を形成する際、グリッド電極４とバス電極３が各々ウエハ端部に形成されるめっき層と一続きになり、周辺部のめっき層がグリッド電極４から集電するバス電極３としての効果を持つことになる。
【００２８】
ところで通例の結晶系太陽電池はバス電極のパターン例を図７（ｂ）に示すように、ウエハ上部にある数本のバス電極３が集電する領域が同じになるようにするため、バス本数が２本であればウエハ受光面を４分割した領域のうちの外側の２箇所にバス電極３を形成する。しかしながら、本実施の形態におけるセルは、図７（ａ）に示すように、周辺部にも集電電極が配置されているため、バス本数が２本であればウエハの受光面を３等分するようにバス電極３を配置すればよい。このときのバス電極Ａ，Ｂの集電領域ＲA，ＲBは、周辺部の集電電極による集電領域ＲR分だけ少なくてよい。つまり、この構造により、一本あたりのバスが集電する領域が従来のセルよりも減るため、受光面を遮蔽するバス電極を増やさなくても一本の各グリッド電極４および各バス電極３を流れる電流の総量が低下し、フィルファクタを向上させることができる。
【００２９】
その後、透光性絶縁体フィルム９に開口したウエハの集電電極となるバス電極３およびグリッド電極４に相当する領域、側壁部および裏面部を含むウエハ周縁部に無電解Ｎｉめっき層１８を形成した（図５（ｃ）：ステップＳ１１０）。無電解めっきはＮｉ無電解めっきを用いたが、無電解Ｎｉめっきはパラジウムを触媒として成長するため、めっき前処理としてフィルム開口したウエハの表裏全面をそのままパラジウム触媒液に浸漬した。パラジウム触媒は正イオンとして触媒液に分散しているため、酸化物である透光性導電膜に選択的に吸着する。表裏全面を無電解Ｎｉめっき液に浸したところ、透光性絶縁体フィルム９で覆われていない部分に選択的に無電解Ｎｉめっきが成長した（無電解めっきによる下層電極形成ステップＳ１１１）。無電解Ｎｉめっきは温度７０℃で行い、約１μｍの厚みとなるように浸漬時間を調整した。この際、裏面は全面に無電解Ｎｉめっきを施すことにより裏面反射膜として用いた。裏面の端面から２ｍｍ程度の位置でレーザーによってｐｎ分離溝を形成したｐｎ分離部１４については、あらかじめ絶縁体樹脂を塗布することにより裏面と端面のＮｉめっきが接触しないようにした。また、本実施の形態においては無電解Ｎｉめっきを用いたが、電解Ｎｉめっきを用いてもよい。
【００３０】
その後ウエハを図８に示すように吸着部を備えたプレート状の支持部２０に設置し、図９に示す硫酸銅系の電解Ｃｕめっきを行うためのめっき装置に浸漬して電解めっきによる電解Ｃｕめっき層１９を形成した（電解めっきによる上層電極形成ステップＳ１１２）。この工程により周辺電極部５、グリッド電極４およびバス電極３が形成される。
【００３１】
図８にここで用いられるめっき装置の要部拡大図、図９に概要図を示す。ここで用いられるめっき装置は、電解液２３の充填されるめっき槽２３Ｓと、めっき槽２３Ｓ内に浸漬される第１の給電端子としての銅製のアノード電極２５と、めっき槽２３Ｓ内で、ウエハ１Ｗの裏面の少なくとも一部を覆うと共にウエハ１Ｗを支持すると共にウエハ１Ｗに給電する第２の給電端子としてのプローブ２１を備えた支持部２０とを備えている。この支持部２０はウエハ１Ｗに当接してウエハ１Ｗを吸引する吸引部２２を備えている。そしてプローブ２１は、吸引部２２内に埋め込まれ、ウエハ１Ｗの給電部に接触するようになっている。２４はめっき用電源である。
【００３２】
めっき工程は、図８に示すように、ウエハ１Ｗの裏面側の端部にプローブ２１を押し当てながらウエハ１Ｗを支持部２０に吸着設置し、さらに図９に示すようにアノード電極２５を浸漬しためっき槽２３Ｓに吸着プレートを構成する支持部２０を浸漬し、裏面の給電部であるプローブ２１にマイナス、アノード電極２５にプラスの電圧を印加して電解Ｃｕ（銅）めっきを行い、電解Ｃｕめっき層１９を形成した。電解Ｃｕめっきは１Ａ／ｃｍ2の電流下で行い、Ｃｕめっき厚がフィルムの表面より若干薄くフィルムからの電極のはみ出しが無いような厚みに調整された。ここで、吸着プレートを構成する支持部２０はウエハ１Ｗ裏面全面に密着しているため、Ｃｕめっきは露出している受光面およびウエハ周辺部の側面のみに形成される。よってバス電極３とグリッド電極４以外に受光面側にシャドーロスはない。さらに、Ｃｕめっき電極表面の酸化をふせぐため、同様にしてＳｎめっき槽にウエハ１Ｗを浸漬し図２に示したＳｎの置換めっき層１９ｅを形成した。
【００３３】
かかるめっき装置を用いることでウエハの支持部２０が裏面全面を覆うことにより受光面と側壁の集電電極のみにめっき層を形成できるため、ウエハ周辺部に余計なストレスを生じることがない。また、吸着プレートを構成する支持部２０によりウエハ１Ｗの裏面を保護しているため、めっき液の余計な回り込みや異なる導電型の導電層に対してめっき層が形成されることがない。
【００３４】
比較例１として、透光性導電膜形成後までは上記と同様のプロセスで作製し、めっき電極の代わりに図７（ｂ）に示したような通例の太陽電池セルに示された配置で、ウエハ周辺部には電極を形成せず、受光面にＡｇの印刷ペーストによる２本のバスと、実施の形態１と同じ本数のＡｇの印刷ペーストによるグリッド電極４をもち、裏面にはＮｉめっきの代わりにスパッタリングによりＮｉ膜を形成したサンプルを形成した。Ａｇの印刷ペーストは低温焼結型のものを用い、グリッド電極４の印刷幅８０μｍとし、印刷後２００℃で焼結した。
【００３５】
各々の太陽電池セルの電流―電圧特性を評価したところ、図７（ａ）に示したような本実施の形態におけるＣｕ／Ｎｉめっきを電極としたセルと印刷Ａｇを電極とした比較例１のセルの開放電圧は同等の値であったが、本実施の形態におけるセルの方が比較例１のセルに比べて短絡電流が約０.６ｍＡ／ｃｍ2高く、また、比較例１のフィルファクタが０．７８なのに対し実施例のフィルファクタが０．７９と１／１００高い値を示した。短絡電流の増加はグリッド電極幅が比較例の８０μｍに比べて３０μｍに狭化したことによる。また、フィルファクタの増加は周辺部にめっきによる集電電極を形成したことにより、グリッド電極および集電電極が集電する範囲が狭くなり、集電により生じる抵抗が減ったためにフィルファクタを増加させることに寄与したものと考えられる。
【００３６】
実施の形態２．
本実施の形態において形成したセル表面構造および裏面構造を図１０（ａ）および（ｂ）に示す。図１１は、セル端面の断面構造を示す図、図１２はその形成プロセスを示すフローチャート、図１３（ａ）〜（ｃ）および図１４（ａ）〜（ｃ）は工程断面図である。図１１は図１０（ａ）のＳＡ−ＳＡ断面図である。前記実施の形態１では、ヘテロ接合型の太陽電池セルについて説明したが、本実施の形態では、拡散型の太陽電池セルについて説明する。本実施の形態における太陽電池セルは、図１０（ａ）および（ｂ）に示すようにｐ型単結晶シリコン基板１ｐの表側に受光面側構造としてｎ型拡散層３１とシリコン窒化膜３３による積層構造に、無電解Ｎｉめっき層１８、電解Ｃｕめっき層１９を含めて、図１０（ａ）および（ｂ）におけるｎ型領域部２ｎに相当する。このｎ型領域部２ｎは裏面の周縁部の距離ａ＝２ｍｍ程度の領域まで回り込んでいる。また、ウエハ端部に形成された周辺電極部５ｎおよび受光面電極（バス電極３ｎ、グリッド電極４ｎ）はｎ型領域部２ｎ上に形成され、無電解Ｎｉめっき層１８と電解Ｃｕめっき層１９の積層構造からなるバス電極３ｎ、グリッド電極４ｎおよび周辺電極部５ｎが一続きとなっている構造をもつ。また、裏面構造としては上記の回り込んだｎ型領域部２ｎの内側にｐｎ分離部１４を挟んでＡｌ印刷電極３４と、Ａｌ印刷電極３４によって形成された裏面電界層３５によるｐ型領域部６ｐが形成されている。
【００３７】
図１１に示すセル断面構造は図１０（ａ）および（ｂ）におけるグリッド電極３ｎの長手方向から眺めた場合のウエハ端部の構造図であるが、リン拡散層（ｎ型拡散層）３１からなる領域は図１０（ａ）および（ｂ）におけるｎ型領域部２ｎに相当する。また、Ａｌ印刷電極３４および裏面電界層３５からなる領域は図１０（ａ）および（ｂ）のｐ型領域部６ｐに相当する。また、無電解Ｎｉめっき層１８、電解Ｃｕめっき層１９、およびその上の置換めっき１９ｅは図１０（ａ）および（ｂ）のバス電極３ｎおよびグリッド電極４ｎに相当する。ただし、バス電極３ｎはグリッド電極４ｎと同じ膜構成であるが、グリッド電極４ｎと直交しているため、図１１には表記されていない。
【００３８】
次に、本実施の形態の太陽電池セルの製造方法について説明する。図１２は同製造方法を示すフローチャートであり、図１３（ａ）〜（ｃ）、図１４（ａ）〜（ｃ）は同製造工程を示す工程断面図である。
【００３９】
まず、１５６ｍｍ□で比抵抗１Ωｃｍの（１００）のｐ型単結晶シリコン基板１ｐに対し、アルカリ溶液中でスライス時のワイヤーソーダメージを除去した（スライスダメージ除去ステップＳ２０１）。その後、イソプロピルアルコールを添加したアルカリ溶液中に浸漬し、ウエハの両面にピラミッド状のテクスチャーを形成した（ステップＳ２０２）。
【００４０】
その後ＰＯＣｌ3ガス雰囲気下８００℃で熱処理することにより基板と逆導電型の接合層としてｎ型拡散層３１を形成し、表面に形成されたリンガラスを除去した（ステップＳ２０３）。このとき、基板をサセプタＳ上に載置して、リン拡散を行うことで、サセプタＳに当接している領域にはｎ型拡散層３１が形成されないようにする。その後、受光面側に反射防止膜、兼パッシベーション膜としてシランとアンモニアを原料とするプラズマＣＶＤでシリコン窒化膜３３を形成した（図１３（ａ）：ステップＳ２０４）。シリコン窒化膜３３は８０ｎｍの膜厚となるように形成した。
【００４１】
さらに、裏面の端部から約２ｍｍの領域を残すようにＡｌの印刷ペーストを塗布、焼成することにより、裏面のＡｌ印刷電極３４を形成した（図１３（ｂ））。その際、焼成によりＡｌがシリコン中に拡散することによってｎ型となったリン拡散層はｐ型に反転し、裏面電界層３５が形成された（図１３（ｃ）：ステップＳ２０５）。また、Ａｌの形成された領域と形成されていない端部の領域の間にレーザー照射により溝を設けることによりｐｎ分離部１４を形成した（図１４（ａ）：ステップＳ２０６）。
【００４２】
その後、実施の形態１と同様に受光面側表面にフィルムラミネータにより透光性絶縁体フィルム９として厚さ２０μｍの感光性フィルムを貼り付けた（図１４（ｂ）：ステップＳ２０７）。この感光性フィルムからなる透光性絶縁体フィルム９に図６に示したのと同様に幅３０μｍのグリッド電極と幅１ｍｍのバス電極をもつ露光マスクを転写し、現像液で現像することにより透光性絶縁体フィルム９上に開口部ｈを形成し電極パターンを形成した（集電極部開口ステップＳ２０８）。この後フッ酸による開口部ｈから露呈するシリコン窒化膜３３を除去する（ステップＳ２０９）。この際、透光性絶縁体フィルム９は端面を覆わないように形成されるとともに、電極パターンは図６に示したのと同様に、ウエハの設置位置（図６における点線部）に対しグリッド電極のパターンＰ4、およびバス電極のパターンＰ3のパターニング開口部以外を露光するよう、感光性フィルムがネガ型であれば電極形成部を遮蔽するようなマスクパターンとなる。また、グリッド電極パターンおよびバス電極パターンの長手方向の長さはウエハの1辺より長く、ウエハ端部まで途切れずに続くようなパターンとする。それにより透光性絶縁体フィルム９の開口部にめっき電極を形成する際、グリッド電極とバス電極が各々ウエハ端部に形成されるめっき電極と一続きになり、周辺部のめっき電極がグリッド電極から集電するバス電極としての効果を持つことになる。従って本実施の形態の結晶系太陽電池においても前記実施の形態１のヘテロ接合型太陽電池の場合と同様、図７（ｂ）に示すように、通例の太陽電池の場合は、ウエハ上部にある数本のバス電極が集電する領域が同じになるようにするため、バス本数が２本であればウエハ受光面を４分割したうちの外側の２箇所にバス電極を形成する。しかしながら、本実施の形態におけるセルは、周辺部にも集電電極が配置されているため、図７（ａ）に示すように、バス本数が２本であればウエハの受光面を３等分するようにバス電極を配置すればよい。この構造により、一本あたりのバスが集電する領域が従来のセルよりも減るため、一本の各グリッド電極および各バス電極を流れる電流の総量が低下し、フィルファクタの向上させることができる。
【００４３】
その後、透光性絶縁体フィルム９に開口したウエハを無電解めっき用触媒液に浸漬する（ステップＳ２１０）。そして集電電極となるバス電極３ｎおよびグリッド電極４ｎに相当する領域、側壁部および裏面部を含むウエハ周縁部に無電解Ｎｉめっき層１８を形成した（図１４（ｃ）：無電解めっきによる下層電極形成ステップＳ２１１）。無電解めっきはＮｉ（ニッケル）無電解めっきを用いたが、無電解Ｎｉめっき層１８はパラジウムを触媒として成長するため、めっき前処理としてフィルム開口したウエハの表裏全面をそのままパラジウム触媒液に浸漬した。パラジウム触媒は正イオンとして触媒液に分散しているため、ｎ型のリン拡散層に選択的に吸着する。表裏全面を無電解Ｎｉめっき液に浸したところ、開口部ｈとウエハ端面のみに選択的に無電解Ｎｉめっき層１８が成長した。Ｎｉめっきは温度７０℃で行い、約１μｍの厚みとなるように浸漬時間を調整した。この際、裏面はＡｌ電極上にＮｉ電解めっき層が形成された。裏面の端面から２ｍｍ程度の位置でレーザーによってｐｎ分離を行った溝については、あらかじめｐｎ分離溝１４に絶縁体樹脂を塗布することにより裏面と端面の無電解Ｎｉめっき層１８が接触しないようにした。また、本実施の形態においては無電解Ｎｉめっきを用いたが、電解Ｎｉめっきを用いてもよい。
【００４４】
その後ウエハを実施の形態１と同様に図９に示した硫酸銅系の電解Ｃｕめっき装置に浸漬し、電解Ｃｕめっき層１９を形成した。図１５に電解めっき装置の要部拡大図を示すようにウエハ１Ｗを設置し、実施の形態１と同様に図８に示したように裏面の給電部であるプローブ２１にマイナス、アノード電極２５にプラスの電圧を印加して電解Ｃｕめっきを行った（電解めっきによる上層電極形成ステップＳ２１２）。Ｃｕめっきは１Ａ／ｃｍ2の電流下で行い、Ｃｕめっき厚がフィルムの表面より若干薄くフィルムからの電極のはみ出しが無いような厚みに調整された。さらに、電解Ｃｕめっき層表面の酸化をふせぐため、Ｓｎの置換めっき液に浸漬し、置換めっき層１９ｅを形成した。吸着プレートで構成された支持部２０はウエハ１Ｗ裏面全面に密着しているため、Ｃｕめっきは露出している受光面およびウエハ周辺部の側面のみに形成される。よってバス電極４とグリッド電極３以外に受光面側にシャドーロスはない。
【００４５】
比較例２として、ウエハ１Ｗの受光面にシリコン窒化膜を形成した後、ウエハ１Ｗの受光面には幅８０μｍの高温焼結型のＡｇペースト、裏面にはアルミペーストを塗布するとともに焼成炉にて８００℃で焼成したサンプルを形成した。
【００４６】
各々の太陽電池セルの電流―電圧特性を評価したところ、本実施の形態におけるＣｕ／Ｎｉめっきを電極としたセルと印刷Ａｇを電極とした比較例１のセルの開放電圧は同等の値であったが、本実施の形態におけるセルの方が比較例１のセルに比べて短絡電流が約０.６ｍＡ／ｃｍ2高く、また、比較例１のフィルファクタが０．７９なのに対し実施例のフィルファクタが０．８０と１／１００高い値を示した。短絡電流の増加はグリッド電極幅が比較例の８０μｍに比べて３０μｍに狭化したことによる。また、フィルファクタの増加は周辺部にめっきによる集電電極を形成したことにより、グリッド電極および集電電極が集電する範囲が狭くなり、集電により生じる抵抗が減ったためにフィルファクタを増加させることに寄与したものである。
【００４７】
また、本実施の形態によれば第２導電型の半導体層が気相拡散で形成されることにより、側面および裏面へ回り込む膜厚を十分に確保することができる。
【００４８】
なお、前記実施の形態１，２では、めっき層を形成するための下地導体層として無電解めっき層を形成したが、かならずしも無電解めっき層を用いる必要はなく、スパッタリング法で形成した金属膜を用いるなど、表面を導体化する工程であればよい。
【００４９】
さらにまた、前記実施の形態１，２では、ｐｎ接合を形成する導電性の半導体層を第２主面まで回りこませ、この上に下地導体層を形成したが、必ずしも導電性の半導体層を、第２主面まで回りこませることはなく、下地導体層が、第１および第２主面側で電気的に接続していればよい。つまり、下地導体層と導電性の半導体層とのいずれかが、第１主面から少なくともひとつの側面を経て第２主面まで回り込むように連続的に形成されていればよい。このようにして、めっき工程において、第２主面すなわち裏面側の下地導体層から給電することで、第１主面側のめっき層形成を行うことができる。そして、この側面部の下地導体層あるいは導電型の半導体層は、太陽電池セルとして完成した際には、ダイシングなどにより、除去されている場合もある。このようにダイシングによって得られる太陽電池セルの場合は、下地導体層あるいは導電型の半導体層の端面と、基板の端面が一致する。
【００５０】
また、前記実施の形態１，２では、基板とウエハとを同等に用いており、１枚のウエハで１枚の太陽電池セルからなる光起電力素子が形成される場合について説明した。つまり実施の形態１では、ｎ型単結晶シリコン基板１がウエハであり、実施の形態２では、ｐ型単結晶シリコン基板１ｐがウエハであり、これらをそのまま太陽電池セルとして使用する。これに対し、ウエハ上に複数のセルを形成し、ダイシングすることで１つ以上の太陽電池セルを形成し、側壁部のめっき層が少なくとも１側面で除去されている場合も有効であることはいうまでもない。あるいは、電解めっきを実施する際、ウエハの少なくとも１つの側壁を覆うような吸引プレート（支持部）を用いることで、ウエハの当該側壁には電解めっき層が形成されないようにすることが可能となる。このように側壁のめっき層を隣接セルとの接続側にのみ形成し、太陽電池セル間の接続に用いることにより、受光面側に、インターコネクタを配することなく相互接続することもでき、さらにシャドーロスの小さいモジュール設計を実現することも可能となる。
【００５１】
なお、前記実施の形態１，２のいずれにおいても、半導体基板としては、単結晶シリコン基板、多結晶シリコン基板などの結晶系シリコン基板の他、シリコンカーバイド基板などのシリコン化合物基板をはじめとする結晶系半導体基板に適用可能である。真性又は各導電型の非晶質シリコン薄膜についても、微結晶シリコン系薄膜、多結晶シリコン系薄膜などの結晶系薄膜、あるいは熱拡散によるドーピング層を用いてもよい。
【００５２】
本発明のいくつかの実施の形態を説明したが、これらの実施の形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施の形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００５３】
１  ｎ型単結晶シリコン基板、１ｐ  ｐ型単結晶シリコン基板、２，６ｐ  ｐ型領域部、３，３ｎ  バス電極、４，４ｎ  グリッド電極、５，５ｎ  周辺電極部、２ｎ，６  ｎ型領域部、９  透光性絶縁体フィルム、１０  ｉ型非晶質シリコン層、１１  ｐ型非晶質シリコン層、１２  透光性導電膜、１４  ｐｎ分離部、１５  ｉ型非晶質シリコン層、１６  ｎ型非晶質シリコン層、１７  透光性導電膜、１８  無電解Ｎｉめっき層（裏面電極）、１９  電解Ｃｕめっき層、１９ｅ  置換めっき層、２０  支持部、２１  プローブ、２２  吸引部、２３  電解液、２３Ｓ  めっき槽、２４  めっき用電源、２５  アノード電極、３１  ｎ型拡散層、３３  シリコン窒化膜、３４  Ａｌ印刷電極、３５  裏面電界層、ｈ  開口部。
【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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