(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一導電型の半導体基板の第一主表面に、前記第一導電型と反対の導電型である第二導電型のドーパントを熱拡散して第二導電型拡散層を形成する工程と、前記半導体基板の第二主表面に、前記第一導電型のドーパントを熱拡散して第一導電型拡散層を形成する工程と、前記第二導電型拡散層及び前記第一導電型拡散層と電気的に接続した電極を形成する工程とを有する太陽電池セルの製造方法であって、
前記半導体基板を、ガリウムをドープしたシリコン基板とし、
前記第二導電型のドーパントの熱拡散及び前記第一導電型のドーパントの熱拡散を行う際のピーク温度を、それぞれ８００℃以上８５０℃以下とし、前記ピーク温度の保持時間を、１分以上９０分以下とし、
前記第二導電型のドーパントの熱拡散を、前記半導体基板の第一主表面上に、前記第二導電型のドーパントを含む材料を塗布し、熱処理することによって行い、
前記第一導電型のドーパントの熱拡散を、前記半導体基板の第二主表面上に、前記第一導電型のドーパントを含む材料を塗布し、熱処理することによって行うことを特徴とする太陽電池セルの製造方法。
【請求項２】
一度の熱処理で前記第二導電型のドーパントの熱拡散及び前記第一導電型のドーパントの熱拡散を行うことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池セルの製造方法。
【請求項３】
前記電極を形成する工程は、前記第二導電型拡散層及び前記第一導電型拡散層の上にパッシベーション膜を積層し、前記パッシベーション膜上の所定の位置に導電性粒子とガラスフリットを含有する導電性ペーストを塗布し、前記導電性ペーストを塗布した半導体基板を焼成して、前記パッシベーション膜を貫通し、前記第二導電型拡散層及び前記第一導電型拡散層と電気的に接続した電極を形成することにより行うことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の太陽電池セルの製造方法。
【請求項４】
前記第二導電型拡散層を形成する工程及び前記第一導電型拡散層を形成する工程において、前記第二導電型のドーパントの熱拡散及び前記第一導電型のドーパントの熱拡散を行う際のピーク温度保持時の雰囲気を不活性ガスと活性ガスの混合気体とし、該混合気体における不活性ガス／活性ガスの比を５０〜３００とすることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の太陽電池セルの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池セル及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、太陽電池として用いられている半導体基板の導電型はｐ型が主流であり、通常、このｐ型半導体基板にはボロンがドーパントとして添加されている。そして、この半導体基板の材料となる単結晶棒は、ＣＺ法（チョクラルスキー法）やＦＺ法（フローティングゾーン法又は浮遊帯溶融法）等の方法を用いて製造することができる。ただし、ＦＺ法では単結晶棒の製造コストがＣＺ法に比べ高いことに加えて、ＣＺ法の方が大直径のシリコン単結晶を製造し易い。そのため、太陽電池用半導体基板は、通常、比較的低コストで大直径の単結晶を作ることができるＣＺ法によって製造されている。
【０００３】
しかし、現在の単結晶棒製造方法の主流であるＣＺ法で作ったボロンをドープした単結晶は、太陽電池に加工した際に太陽電池セルに強い光を照射すると太陽電池基板のライフタイムの低下が起こり、光劣化を生じるために十分な変換効率を得ることができない。そこで、太陽電池の性能の面でも改善が求められている。なお、ここで「変換効率」とは、「太陽電池セルに入射した光のエネルギーに対し、太陽電池により電気エネルギーに変換して取り出すことができたエネルギーの割合」を示す値であり百分率（％）で表わされた値を言う。
【０００４】
このＣＺ法シリコン単結晶を用いて太陽電池を製造した時に、強い光を太陽電池セルに当てるとライフタイムが低下し光劣化が起こる原因は、単結晶基板中に存在するボロンと酸素による影響であることが知られている。
【０００５】
このような光劣化の問題を解決するため、特許文献１では、ｐ型のドーパントとしてボロンの代わりにガリウムを使用することが提案されている。このようにガリウムをドーパントとすることにより、ボロンと酸素の影響によるライフタイムの低下を防止することができるようになった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】国際公開第ＷＯ２０００／０７３５４２号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
太陽電池を製造するために、半導体基板上にエミッタ層やＢＳＦ（ｂａｃｋ  ｓｕｒｆａｃｅ  ｆｉｅｌｄ）層を形成する方法としては、半導体基板を熱処理して、半導体基板の表面にボロンやリン等のドーパントを熱拡散する方法がある。ガリウムをドープしたシリコン基板（以下、ガリウムドープ基板とも記載する。）を用いた太陽電池セルを製造する場合、このようなドーパント拡散熱処理を行った場合に、製造した太陽電池セルの変換効率が低いという問題があった。
【０００８】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、ガリウムドープ基板を用いて、変換効率に優れた太陽電池セルを安定して製造することができる太陽電池セル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】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明では、第一導電型の半導体基板の第一主表面に、前記第一導電型と反対の導電型である第二導電型のドーパントを熱拡散して第二導電型拡散層を形成する工程と、前記半導体基板の第二主表面に、前記第一導電型のドーパントを熱拡散して第一導電型拡散層を形成する工程と、前記第二導電型拡散層及び前記第一導電型拡散層と電気的に接続した電極を形成する工程とを有する太陽電池セルの製造方法であって、
前記半導体基板を、ガリウムをドープしたシリコン基板とし、
前記第二導電型のドーパントの熱拡散及び前記第一導電型のドーパントの熱拡散を行う際のピーク温度を、それぞれ８００℃以上９００℃以下とし、前記ピーク温度の保持時間を、１分以上９０分以下とすることを特徴とする太陽電池セルの製造方法を提供する。
【００１０】
このような太陽電池セルの製造方法であれば、ガリウムドープ基板を用いたことにより光劣化が抑制された太陽電池セルを、さらに、優れた変換効率を有するものとして、安定して製造することができる。
【００１１】
また、前記第二導電型のドーパントの熱拡散を、前記半導体基板の第一主表面上に、前記第二導電型のドーパントを含む材料を塗布し、熱処理することによって行い、
前記第一導電型のドーパントの熱拡散を、前記半導体基板の第二主表面上に、前記第一導電型のドーパントを含む材料を塗布し、熱処理することによって行うことが好ましい。
【００１２】
このような、いわゆる塗布拡散法を用いることよって、ＰＯＣｌ３やＢＢｒ３等をキャリアガスと共に熱処理炉内に導入して拡散させる気相拡散法を用いる場合に比べて、マスク形成やマスク除去の工程を減らすことができるので、太陽電池セルの製造コストを抑えることができる。
【００１３】
この場合、一度の熱処理で前記第二導電型のドーパントの熱拡散及び前記第一導電型のドーパントの熱拡散を行うことが好ましい。
【００１４】
このように異なる導電型のドーパントを一度の熱処理で拡散させる同時拡散を行うことによって、製造工程数を更に減らすことができ、製造コストを更に抑えることができる。
【００１５】
また、前記電極を形成する工程は、前記第二導電型拡散層及び前記第一導電型拡散層の上にパッシベーション膜を積層し、前記パッシベーション膜上の所定の位置に導電性粒子とガラスフリットを含有する導電性ペーストを塗布し、前記導電性ペーストを塗布した半導体基板を焼成して、前記パッシベーション膜を貫通し、前記第二導電型拡散層及び前記第一導電型拡散層と電気的に接続した電極を形成することにより行うことが好ましい。
【００１６】
このように各拡散層の上にパッシベーション膜を積層することによって、シリコン表面近傍で発生する少数キャリアの再結合速度を低減することができる。
【００１７】
また、前記第二導電型拡散層を形成する工程及び前記第一導電型拡散層を形成する工程において、前記第二導電型のドーパントの熱拡散及び前記第一導電型のドーパントの熱拡散を行う際のピーク温度保持時の雰囲気を不活性ガスと活性ガスの混合気体とし、該混合気体における不活性ガス／活性ガスの比を５０〜３００とすることが好ましい。
【００１８】
本発明において、ピーク温度保持時の雰囲気は、このように設定することが好適である。その理由は、活性ガスとして好適に利用される酸素が、不活性ガスとともに導入されることで、拡散時に基板表面に形成されるドーパント含有ガラスの成長を制御し、良好な膜厚分布のないドーパント含有ガラスが形成できて、熱処理後のシート抵抗分布を無くすことができるためである。
【００１９】
更に、本発明では、上記本発明の太陽電池セルの製造方法を用いて製造したものであることを特徴とする太陽電池セルを提供する。
【００２０】
このような太陽電池セルであれば、変換効率に優れる。また、この太陽電池セルは、ガリウムドープ基板を用いているので、強い光を当ててもライフタイムが低下しにくく、光劣化が抑制されたものである。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の太陽電池セルの製造方法であれば、ガリウムドープ基板を用いたことにより光劣化が抑制された太陽電池セルを、さらに、優れた変換効率を有するものとして、安定して製造することができる。本発明の太陽電池セルは、変換効率に優れる。また、この太陽電池セルは、ガリウムドープ基板を用いているので、強い光を当ててもライフタイムが低下しにくく、光劣化が抑制されたものである。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】実施例１〜６、比較例１〜１８における、ピーク温度（℃）とセル変換効率（％）の関係を示したグラフである。
【図２】実施例１〜６、比較例１〜６における、ピーク温度（℃）と熱拡散後の基板ライフタイム（μ秒）の関係を示したグラフである。
【図３】実施例７〜１０、比較例１９〜２６における、ピーク温度の保持時間（分）とセル変換効率（％）の関係を示したグラフである。
【図４】本発明の太陽電池セルの製造方法の一例を示すフロー図である。
【図５】本発明の太陽電池セルの一例を示す断面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明をより詳細に説明する。
【００２４】
上記のように、ガリウムドープ基板を用いて、変換効率に優れた太陽電池セルを安定して製造することができる太陽電池セルの製造方法が求められている。
【００２５】
本発明者らは、上記目的を達成するために鋭意検討を行った。その結果、ドーパントの熱拡散を行う際のピーク温度及びピーク温度の保持時間を、それぞれ特定の範囲内とする太陽電池セルの製造方法が、上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成させた。
【００２６】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照し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。
【００２７】
まず、本発明の太陽電池セルの製造方法によって得られる太陽電池セルについて、図５を参照して説明する。図５は、本発明の太陽電池セルの一例を示す断面模式図である。図５に示すように、本発明の太陽電池セルの製造方法によって得られる太陽電池セル１０は、第一導電型の半導体基板１１を含む。半導体基板１１の第一主表面（以下、受光面とも記載する。）に、第一導電型と反対の導電型である第二導電型のドーパントが拡散された第二導電型拡散層（ｎ型拡散層）１２が形成され、半導体基板１１の第二主表面（以下、裏面とも記載する。）に、第一導電型のドーパントが拡散された第一導電型拡散層（ｐ型拡散層）１３が形成されている。受光面には、第二導電型拡散層１２と電気的に接続した受光面電極１６が形成され、裏面には、第一導電型拡散層１３と電気的に接続した裏面電極１７が形成されている。通常、第二導電型拡散層１２の上に受光面パッシベーション膜１４が形成され、第一導電型拡散層１３の上に裏面パッシベーション膜１５が形成されている。ここで、第二導電型拡散層１２は、エミッタ層として、第一導電型拡散層１３は、ＢＳＦ層として機能することができる。
【００２８】
本発明では、第一導電型の半導体基板１１は、ｐ型のドーパントであるガリウムをドープしたシリコン基板である。従って、以下では、第一導電型をｐ型、第二導電型をｎ型とも記載する。
【００２９】
本発明の太陽電池セル１０は、裏面電極１７のパターンを変更することで、通常の片面受光型太陽電池の他に両面受光型太陽電池とすることもできる。
【００３０】
ここで、受光面に拡散されるｎ型のドーパントとしては、Ｐ（リン）、Ｓｂ（アンチモン）、Ａｓ（ヒ素）、Ｂｉ（ビスマス）等を挙げることができる。裏面に拡散されるｐ型のドーパントとしては、Ｂ（ボロン）、Ｇａ（ガリウム）、Ａｌ（アルミニウム）、Ｉｎ（インジウム）等を挙げることができる。
【００３１】
次に、本発明の太陽電池セルの製造方法について、図４を参照して説明する。図４は、本発明の太陽電池セルの製造方法の一例を示すフロー図である。以下で説明する方法は典型例であり、本発明はこれに限定されない。まず、図４（ａ）に示すように、ガリウムドープ基板を準備する。ガリウムドープ基板を切り出すシリコン単結晶は、例えば、ＣＺ法を用いて製造することができる。この場合、ガリウムと多結晶原料を一緒にルツボに入れ、原料融液とすればよい。特に、量産にあたっては精細な濃度調整が必要となることから、高濃度のガリウムドープシリコン単結晶を作製し、それを細かく砕いてドープ剤を作製し、これを多結晶シリコンを溶融した後に所望濃度になるよう調整して投入するのが望ましい。このようにして得られたガリウムドープシリコン単結晶をスライスすることによってガリウムドープ基板を得ることができる。
【００３２】
ここで、基板の比抵抗は特に限定されないが、例えば、０．１〜５Ω・ｃｍの範囲内とすることができる。基板の厚さも特に限定されず、例えば、１００〜２００μｍ厚とすることができる。基板の主面の形状及び面積は特に限定されない。
【００３３】
次に、図４（ｂ）に示すように、基板表面のスライスダメージを、濃度５〜６０％の水酸化ナトリウムや水酸化カリウムのような高濃度のアルカリ、もしくは、フッ酸と硝酸の混酸等を用いてエッチングすることができる。
【００３４】
引き続き、基板表面にテクスチャと呼ばれる微小な凹凸形成を行うことができる。テクスチャは太陽電池セルの反射率を低下させるための有効な方法である。テクスチャは、加熱した水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム等のアルカリ溶液（濃度１〜１０％、温度６０〜１００℃）中に１０分から３０分程度浸漬することで作製される。上記溶液中に、所定量の２−プロパノール（ＩＰＡ：イソプロピルアルコール）を溶解させ、反応を促進させることが多い。
【００３５】
ダメージエッチング及びテクスチャ形成の後は、図４（ｃ）に示すように、基板を洗浄することが好ましい。洗浄は、例えば、塩酸、硫酸、硝酸、フッ酸等、もしくはこれらの混合液の酸性水溶液中、又は純水を用いて行うことができる。
【００３６】
次に、図４（ｄ）に示すように、第一導電型の半導体基板の第一主表面に、第一導電型と反対の導電型である第二導電型のドーパントを熱拡散して第二導電型拡散層を形成する。また、図４（ｅ）に示すように、第一導電型の半導体基板の第二主表面に、第一導電型のドーパントを熱拡散して第一導電型拡散層を形成する。工程（ｄ）及び工程（ｅ）を行う順番は特に限定されず、また、以下に示すように工程（ｄ）及び工程（ｅ）を同時に行ってもよい。
【００３７】
本発明では、第二導電型のドーパントの熱拡散及び第一導電型のドーパントの熱拡散を行う際のピーク温度を、それぞれ８００℃以上９００℃以下とする。また、ピーク温度の保持時間を、１分以上９０分以下とする。ここで、ピーク温度は、好ましくは８００℃以上８５０℃以下である。このようなピーク温度とすることにより、ガリウムドープ基板のライフタイムの減少を防止することができ、太陽電池セルの変換効率を高くすることができることがわかった。この理由は必ずしも定かではないが、９００℃を超える熱処理をガリウムドープ基板に対して行うと、ガリウムドープ基板中に酸素析出物による欠陥が生じやすくなり、スワールが発現するためと考えられる。このような９００℃を超える熱処理により変換効率が悪化する現象は、ガリウムドープ基板に特に顕著であり、従来のボロンをドープしたシリコン基板（ボロンドープ基板）を使用した太陽電池セルでは問題となっていなかった。ピーク温度の保持時間は、好ましくは２０分以上４０分以下である。ピーク温度が８００℃未満の場合、ドーパントが熱拡散しづらく、太陽電池セルの拡散層形成には不向きである。ピーク温度が９００℃を超える場合、ライフタイムが低くなってしまう。なお、本発明においてピーク温度とは、第二導電型のドーパント及び第一導電型のドーパントを熱拡散する際に、ガリウムドープ基板を投入して熱処理する拡散熱処理炉内の最高温度のことである。ピーク温度の保持時間が１分未満であると、ドーパントの熱拡散が不十分となる。ピーク温度の保持時間が９０分を超えると生産性が悪化する。
【００３８】
工程（ｄ）及び工程（ｅ）において、ドーパントを熱拡散させる方法は特に限定されない。例えば、ＰＯＣｌ３やＢＢｒ３等をキャリアガスと共に熱処理炉内に導入して拡散させる気相拡散法や、リンやボロンを含む材料を基板上に塗布した後、熱処理する塗布拡散法等を用いることができる。塗布拡散法における塗布方法としては、スピン塗布法、スプレー塗布法、インクジェット法、スクリーン印刷法等を挙げることができる。
【００３９】
本発明では、気相拡散法に比べて、マスク形成やマスク除去の工程を減らすことができ、製造コストを抑えることができる塗布拡散法を用いることが好ましい。具体的には、第二導電型のドーパントの熱拡散を、半導体基板の第一主表面上に、第二導電型のドーパントを含む材料を塗布し、熱処理することによって行い、第一導電型のドーパントの熱拡散を、半導体基板の第二主表面上に、第一導電型のドーパントを含む材料を塗布し、熱処理することによって行うことが好ましい。
【００４０】
この際、一度の熱処理で第二導電型のドーパントの熱拡散及び第一導電型のドーパントの熱拡散を行うことがより好ましい。これにより製造工程数を更に減らすことができ、製造コストを更に抑えることができる。この場合、例えば、まず、受光面にｎ型のドーパントを含む材料を塗布し、基板を乾燥炉に投入し、材料を乾燥させることでｎ型ドーパント含有膜を形成し、次に、同様の方法で、裏面にｐ型ドーパント含有膜を形成する。その後熱処理を実施して、ｎ型拡散層及びｐ型拡散層を一度の熱処理で同時に形成することができる。なお、ｎ型拡散層及びｐ型拡散層のいずれか一方を、塗布拡散法を用いて形成し、他方を気相拡散法によって形成することもできる。
【００４１】
ここで、第二導電型のドーパントを含む材料としては、熱処理によってガラス化するリン拡散剤を用いることができる。このリン拡散剤は、公知のものを用いることができ、例えば、Ｐ２Ｏ５、純水、ＰＶＡ（ポリビニルアルコール）、ＴＥＯＳ（テトラエチルオルソシリケート）を混合することによって得ることもできる。
【００４２】
第一導電型のドーパントを含む材料としては、熱処理によってガラス化するボロン拡散剤を用いることができる。このボロン拡散剤は、公知のものを用いることができ、例えば、Ｂ２Ｏ３、純水、ＰＶＡを混合することによって得ることもできる。
【００４３】
本発明では工程（ｄ）及び工程（ｅ）において、第二導電型のドーパントの熱拡散及び第一導電型のドーパントの熱拡散を行う際のピーク温度保持時の雰囲気を不活性ガスと活性ガスの混合気体とすることが好ましい。この際、この混合気体における不活性ガス／活性ガスの比を５０〜３００とすることが好ましい。ここで、不活性ガスとしては、Ｎ２ガスを、活性ガスとしてはＯ２ガスを挙げることができる。なお、この不活性ガス／活性ガスの比は、体積流量比である。微量のＯ２ガスを、Ｎ２ガスとともに熱拡散時に流すことで、拡散時に基板表面に形成されるドーパント含有ガラスの成長を制御し、良好な膜厚分布のないドーパント含有ガラスが形成できて、熱処理後のシート抵抗分布を無くすことができるためである。
【００４４】
上記熱拡散を行うと半導体基板の表面には少なからずガラス層が形成される。そのため、図４（ｆ）に示すように、フッ酸等で表面のガラスを除去する。
【００４５】
次に、図４（ｇ）に示すように、プラズマエッチャーを用い、ｐｎ接合の分離を行う。このプロセスではプラズマやラジカルが受光面や裏面に侵入しないよう、サンプルをスタックし、その状態で、端面を数ミクロン削る。このプラズマエッチングによるｐｎ分離は、ボロンガラスおよびリンガラスの除去前に行ってもよいし、除去後に行ってもよい。ｐｎ分離の代替手法として、レーザーによる溝形成を行ってもよい。
【００４６】
次に、第二導電型拡散層及び第一導電型拡散層と電気的に接続した電極を形成する。例えば、図４（ｈ）〜図４（ｊ）に示す方法で、電極を形成することができる。まず、図４（ｈ）に示すように、第二導電型拡散層の上に受光面パッシベーション膜を形成し、第一導電型拡散層の上に裏面パッシベーション膜を形成する。ここで、受光面パッシベーション膜は、反射防止膜としても働く。パッシベーション膜としてはプラズマＣＶＤ装置を用いて形成できるＳｉＮｘ膜やＳｉＯ２膜等が使用でき、熱酸化膜も使用可能である。膜厚は８５〜１０５ｎｍが反射率低減効果が最大となり好適である。
【００４７】
次に、図４（ｉ）に示すように、各パッシベーション膜上の所定の位置に導電性粒子とガラスフリットを含有する導電性ペーストを塗布する。導電性粒子としては、例えば、銀を用いることができる。この場合、基板の受光面及び裏面に、銀とガラスフリットを含有する導電性銀ペーストをくし型パターンでそれぞれ印刷することができる。なお、導電性ペーストは、スクリーン印刷法等の印刷法の他に、蒸着法、スパッタ法等で基板上に形成することも可能である。
【００４８】
次に、図４（ｊ）に示すように、導電性ペーストを塗布した半導体基板を焼成して、パッシベーション膜を貫通（ファイアースルー）し、第二導電型拡散層及び第一導電型拡散層と電気的に接続した電極を形成する。裏面電極及び受光面電極の焼成は一度に行うことも可能である。
【００４９】
このようにして図５の太陽電池セルを製造することができる。本発明の太陽電池セルの製造方法は、ガリウムドープ基板を用いること及び工程（ｄ），（ｅ）の拡散層形成時におけるピーク温度に主な特徴を有しており、種々の太陽電池セルの製造方法に適用することができる。
【実施例】
【００５０】
以下、実施例及び比較例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明はこの実施例に限定されるものではない。
【００５１】
（実施例１〜６、比較例１〜６）
まず、ガリウムがドープされ、厚さ０．２ｍｍにスライスして作製された比抵抗が約１Ω・ｃｍのｐ型の単結晶シリコンからなるｐ型シリコン基板に外形加工を行うことによって、一辺１５ｃｍの正方形の板状とした（図４（ａ））。そして、このｐ型シリコン基板をフッ硝酸溶液中に１５秒間浸漬させてダメージエッチングし、更に、２％のＫＯＨと２％のＩＰＡを含む７０℃の溶液で５分間化学エッチングした後に純水で洗浄し、乾燥させることで、ｐ型シリコン基板表面にテクスチャ構造を形成した（図４（ｂ）、図４（ｃ））。
【００５２】
上記のｐ型シリコン基板に対して、受光面となる側（以下オモテ面と呼ぶ）の全面に、ベルギーのＳｏｌｔｅｃｈ  ＮＶのリン含有ドーパントペーストＰ１０１を、スクリーン印刷法を用いて塗布した後、乾燥炉に投入し、２００℃１０分で乾燥して固定することで、リン含有膜を形成した。
【００５３】
その後、上記のｐ型シリコン基板の受光面の反対となる側（以下ウラ面と呼ぶ）の全面に、アメリカ合衆国のハネウェルインターナショナルコーポレーテッドのホウ素含有インクを、スクリーン印刷法を用いて塗布した後、乾燥炉に投入し、２００℃１０分で乾燥して固定することで、ボロン含有膜を形成した。
【００５４】
その後、上記のｐ型シリコン基板を拡散熱処理炉に投入し、以下の条件で拡散熱処理を行った。拡散炉内はＮ２ガス／Ｏ２ガス比＝２００の混合雰囲気中であって、ピーク温度（ピーク熱拡散温度）は７５０℃，８００℃，８５０℃，９００℃，９５０℃，１０００℃の各温度で、ピーク熱拡散温度の保持時間は２０分間又は４０分間で拡散熱処理を行うことにより、基板のオモテ面にｎ型拡散層を、ウラ面にｐ型拡散層を形成した（図４（ｄ）、図４（ｅ））。
【００５５】
その後、上記の基板表面に残る拡散ガラスを２５％フッ酸水溶液中に５分間浸漬し、続いて純水で５分間リンスすることによって除去した（図４（ｆ））。更に、基板のオモテ面とウラ面の全面を覆う治具で押さえつけ、基板の外周のみが露出している状態でチャンバーに入れ、ＣＦ４ガスのプラズマエッチングを３０分間施すことにより、基板の外周をエッチングして、ｎ型拡散層とｐ型拡散層を分離した（図４（ｇ））。続いて、ＳｉＨ４とＮＨ３、Ｎ２を用いたプラズマＣＶＤ法により、基板のオモテ面とウラ面の両方に、反射防止膜兼パッシベーション膜となるＳｉＮを厚さ１０００Åで形成した（図４（ｈ））。
【００５６】
次に、ここまでの処理を施した基板のウラ面に、スクリーン印刷法を用いて、導電性銀ペーストをくし型パターンで印刷し、１５０℃で乾燥させた。更に、基板のオモテ面に、スクリーン印刷法を用いて、導電性銀ペーストをくし型パターンで印刷し、１５０℃で乾燥させた（図４（ｉ））。この導電性銀ペースト塗布済み基板を焼成炉に投入し、最高温度８００℃で５秒間、導電性銀ペーストを焼成して、太陽電池セルを作製した（図４（ｊ））。
【００５７】
（比較例７〜１８）
基板として、ボロンがドープされ、厚さ０．２ｍｍにスライスして作製された比抵抗が約１Ω・ｃｍのｐ型の単結晶シリコンからなるｐ型シリコン基板に外形加工を行うことによって、一辺１５ｃｍの正方形の板状としたものを用いた以外は、実施例１〜６、比較例１〜６と同様の処理を行って太陽電池セルを作製した。
【００５８】
表１、表２及び図１に実施例１〜６、比較例１〜１８の結果を示す。表１は、実施例１〜６、比較例１〜６の熱拡散後の基板ライフタイム（μ秒）とセル変換効率（％）を示すものである。表２は、比較例７〜１８のセル変換効率（％）を示すものである。
【００５９】
【表１】
0005830143.tif 000002
【００６０】
【表２】
0005830143.tif 000003
【００６１】
図１は、実施例１〜６、比較例１〜１８における、ピーク温度（℃）とセル変換効率（％）の関係を示した図である。図１には、上記の方法でボロンドープ基板（ボロンドープｐ型シリコン基板）とガリウムドープ基板（ガリウムドープｐ型シリコン基板）を使用して、ピーク温度は、７５０℃，８００℃，８５０℃，９００℃，９５０℃，１０００℃の各温度で、ピーク温度の保持時間は、２０分間又は４０分間で、拡散熱処理を行って、各条件１０枚ずつの太陽電池セルを作製した際の、太陽電池セルの平均変換効率が示されている。なお、図１及び図２における「保持時間」は、ピーク温度の保持時間を示している。
【００６２】
表１、表２及び図１に示すように、ピーク温度を８００℃以上９００℃以下とし、ガリウムドープ基板を用いた場合（実施例１〜６）は、ピーク温度を８００℃以上９００℃以下とし、ボロンドープ基板を用いた場合（比較例８〜１０、比較例１４〜１６）よりも太陽電池セルの平均変換効率を高めることができる。ガリウムドープ基板は、これより高い温度で熱拡散すると（比較例２、３、５、６）ライフタイムが低くなってしまう。これは、酸素欠陥が析出しやすくなってスワールが発現することによると考えられる。また、これより低い温度（比較例１、４）では、ドーパントが熱拡散しづらく、太陽電池セルの拡散層形成には不向きである。
【００６３】
図２は、実施例１〜６、比較例１〜６における、ピーク温度（℃）と熱拡散後の基板ライフタイム（μ秒）の関係を示した図である。表１及び図２に示すように、ガリウムドープ基板のライフタイムは、ピーク温度の条件を、８００℃以上９００℃以下（実施例１〜６）、特に、８００℃以上８５０℃以下とした場合に高くなることがわかる。
【００６４】
（実施例７〜１０、比較例１９〜２０）
ピーク温度の保持時間を、３０秒，１分，３０分，５０分，９０分，１００分とした以外は実施例２（ピーク温度を８５０℃とした実施例）と同様の処理を行って太陽電池セルを作製した。
【００６５】
（比較例２１〜２６）
ピーク温度の保持時間を、３０秒，１分，３０分，５０分，９０分，１００分とした以外は比較例９（ピーク温度を８５０℃とした比較例）と同様の処理を行って太陽電池セルを作製した。
【００６６】
表３及び図３に、実施例７〜１０、比較例１９〜２６の結果を示す。表３は、実施例７〜１０、比較例１９〜２６のセル変換効率（％）を示すものである。
【００６７】
【表３】
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【００６８】
図３は、実施例７〜１０、比較例１９〜２６における、ピーク温度の保持時間（分）とセル変換効率（％）の関係を示した図である。図３には、実施例２、５、比較例９、１５の結果もプロットしてある。図３に示すように、ピーク温度の保持時間を１分以上９０分以下とし、ガリウムドープ基板を用いた場合（実施例７〜１０）は、ピーク温度の保持時間を１分以上９０分以下とし、ボロンドープ基板を用いた場合（比較例２２〜２５）よりも太陽電池セルの平均変換効率を高めることができる。ピーク温度の保持時間は１分未満だと短すぎ、変換効率が不十分なものとなった。ピーク温度の保持時間は９０分以下で十分である。これを超えても変換効率は改善しない。生産性の観点から、ピーク温度の保持時間は９０分以下とする。
【００６９】
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、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【符号の説明】
【００７０】
１０…太陽電池セル、  １１…第一導電型の半導体基板、  
１２…第二導電型拡散層（ｎ型拡散層）、  １３…第一導電型拡散層（ｐ型拡散層）、  
１４…受光面パッシベーション膜、  １５…裏面パッシベーション膜、  
１６…受光面電極、  １７…裏面電極。
【要約】
【課題】ガリウムドープ基板を用いて、変換効率に優れた太陽電池セルを安定して製造することができる太陽電池セルの製造方法を提供する。
【解決手段】ｐ型の半導体基板の第一主表面に、ｎ型のドーパントを熱拡散してｎ型
拡散層を形成する工程と、前記半導体基板の第二主表面に、ｐ型のドーパントを熱拡散してｐ型拡散層を形成する工程と、前記ｎ型拡散層及び前記ｐ型拡散層と電気的に接続した電極を形成する工程とを有する太陽電池セルの製造方法であって、前記半導体基板を、ガリウムをドープしたシリコン基板とし、前記ｎ型のドーパントの熱拡散及び前記ｐ型のドーパントの熱拡散を行う際のピーク温度を、それぞれ８００℃以上９００℃以下とし、前記ピーク温度の保持時間を、１分以上９０分以下とする太陽電池セルの製造方法。
【選択図】図１【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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