(57)【要約】【課題】表面電極の下部以外の部分に微小な突起を生産性よく形成するとともに、選択的不純物拡散と同様な構造を形成する。【解決手段】一導電型半導体基板１の一主面側に他の導電型不純物の拡散層３と表面電極４と多数の微細な突起２を有する太陽電池素子であって、上記表面電極４の下部以外の拡散層３の深さを表面電極４の下部の拡散層３の深さよりも浅くする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一導電型半導体基板の一主面側に他の導電型不純物の拡散層とと多数の微細な突起と表面電極とを有する太陽電池素子において、前記表面電極の下部以外の拡散層の深さが表面電極の下部の拡散層の深さよりも浅いことを特徴とする太陽電池素子。
【請求項２】
前記微細な突起が形成された半導体基板の表面が前記表面電極が形成された半導体基板の表面よりも窪んでいることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池素子。
【請求項３】
前記他の逆導電型不純物の拡散層の他の主面側が前記半導体基板の他の主面側とほぼ平行になるように形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の太陽電池素子。
【請求項４】
前記表面電極の下部の拡散層の表面濃度が他の領域の拡散層の表面濃度よりも高いことを特徴とする請求項１又は２に記載の太陽電池素子。
【請求項５】
前記微細な突起の表面全体が前記一導電型半導体基板とは逆の導電型を呈する不純物拡散層で覆われていることを特徴とする請求項１又は２に記載の太陽電池素子。
【請求項６】
前記微細な突起のアスペクト比が０．１以上であることを特徴とする請求項１又は２に記載の太陽電池素子。
【請求項７】
一導電型半導体基板の一主面側に他の導電型不純物の拡散層と多数の微細な突起と表面電極とを有する太陽電池素子において、前記一導電型半導体基板の一主面側に形成した前記他の導電型不純物の拡散層の上に前記表面電極となる電極材料を塗布した後、前記半導体基板の前記表面電極の下部以外の部分に微細な突起を形成することを特徴とする太陽電池素子の製造方法。
【請求項８】
一導電型半導体基板の一主面側に他の導電型不純物の拡散層と多数の微細な突起と表面電極とを有する太陽電池素子において、前記一導電型半導体基板の一主面側に形成した前記他の導電型不純物の拡散層の上に前記表面電極を形成した後、前記半導体基板の前記表面電極の下部以外の部分に微細な突起を形成することを特徴とする太陽電池素子の製造方法。
【請求項９】
前記微細な突起を反応性イオンエッチング法で形成することを特徴とする請求項７又は８に記載の太陽電池素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は太陽電池素子に関し、特に一主面側に多数の微細な突起を有する太陽電池素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の太陽電池素子を図２に示す。図２において、１は半導体基板、２は微細な突起、３は拡散層、４は表面電極、５は裏面電極（銀電極）、６は裏面電極（アルミニウム電極）、７は表面電極の下部の平坦部を示す。
【０００３】
例えばＰ型半導体基板１の一主面側に反射防止のための多数の微細な突起２を形成し、表面近傍の全面に一定の深さまでＮ型不純物を拡散させてＮ型を呈する拡散層３を設け、一主面側に表面電極４を設けるとともに、他の主面側にアルミニウム電極６と銀電極５とで構成される裏面電極５、６を設けている。また、半導体基板１の他の主面側には高濃度のＰ型拡散層（不図示）が形成される。
【０００４】
これらの太陽電池素子を形成するには反応性イオンエッチング法を用いて一主面側に多数の微細な突起２を形成してから拡散層３を形成してスクリーン印刷法等で表裏面に電極材料を塗布して焼成することによって表面電極４および裏面電極５、６を形成する方法が一般的である（例えば特許文献１参照）。
【０００５】
太陽光が照射されて半導体基板１の内部に発生した電子−正孔対はＰ型半導体基板１と拡散層３の界面である接合の電界によってＮ型領域とＰ型領域に分離される。これを両面の電極４、６から取り出すことで電力を得ることができる。
【０００６】
しかし、光照射によって半導体基板１の内部に発生した電子と正孔は拡散層３の表面で一部が再結合してしまう。したがって、太陽電池素子の変換効率を向上させるためにはこの表面再結合を低減することが重要である。表面再結合を低減するためには表面の不純物濃度が低い方がよい。
【０００７】
しかし、表面電極４と拡散層３の接触部分で不純物濃度が低い場合、接触抵抗が増大して太陽電池の変換効率が低下してしまう。また、電極４の突抜けによるリーク電流の増大を防ぐためにも表面電極４の下部の拡散層３は深い、即ち高濃度の方が好ましい。
【０００８】
これらの相反する条件を満足する方法として、一主面側の表面電極４の下部に当たる部分に高濃度拡散層を形成し、それ以外の受光領域を低濃度とする選択的不純物拡散法が考案されている（例えば非特許文献１参照）。また、表面電極の下部以外の部分だけに微細な突起を形成した太陽電池が考案されている。表面電極４の下部では元々入射光が電極材料に遮られるため、突起をなくしても太陽電池素子の反射率が上昇して光電流が低下することはない。
【０００９】
この太陽電池素子を形成する方法として、電極４の形成予定部にマスクを施してから反応性イオンエッチング法で電極４の形成予定部以外の領域に突起２を形成する方法がある（例えば特願２００１−３９２７７３号明細書参照）。これを図３を用いて説明する。図３において、１は半導体基板、２は微細な突起、３は拡散層、４は表面電極、５は裏面電極（銀電極）、６は裏面電極（アルミニウム電極）、７は表面電極４の下部の平坦部を示す。
【００１０】
例えばＰ型半導体基板１の一主面側の表面近傍の全面に一定の深さまでＮ型不純物を拡散させてＮ型を呈する拡散層３を設ける。この上の表面電極４の形成予定部に耐プラズマ性のマスク（不図示）を形成してから反応性イオンエッチング法で被マスク部以外に微細な突起２を形成する。マスクを除去してから平坦部に合わせて表面電極４となる電極材料を塗布して、他の主面側にアルミニウム電極６と銀電極５となるそれぞれの電極材料を塗布する。これを焼成することにより、表面電極４及び裏面電極５、６と半導体基板１との間に電気的接合を形成する。また、半導体基板１の他の主面側には高濃度のＰ型拡散層（不図示）が形成される。
【００１１】
【特許文献１】
特開平１１−３０７７９２号公報
【非特許文献１】
Ｊｉａｎｈｕａ  Ｚｈａｏ，ｅｔｃ．”２２．３％  ＥＦＦＩＣＩＥＮＴ  ＳＩＬＩＣＯＮ  ＳＯＬＡＲ  ＣＥＬＬ  ＭＯＤＵＬＥ”  ２５ｔｈ  Ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ  Ｓｐｅｃｉａｌｉｓｔｓ  Ｃｏｎｆ．（１９９６）  Ｐ．１２０３−１２０６
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、この方法によるとマスキング工程が増えて工程が複雑になり、生産性が低下するという問題があった。また、表面電極４を微細な突起２が形成されていない平坦部７に合わせて形成することが難しかった。
【００１３】
位置ずれが発生した場合、反射を低減した微細な突起２の上に光を通さない表面電極４がのってしまい、再結合の低減されていない高濃度の拡散層が受光面となってしまうために太陽電池素子の出力特性が低下する。
【００１４】
この問題を回避するため、表面電極４の形成予定幅よりも平坦部７をあらかじめ広く形成しておくことがあった。このようにすると、位置合わせはできるものの表面電極４の周囲に高濃度の拡散領域が残ってしまうために、再結合を有効に減らすことができないという問題があった。
【００１５】
本発明はこのような従来技術の問題に鑑みてなされたものであり、表面電極の下部以外の部分に微小な突起を生産性よく形成するとともに、選択的不純物拡散を行った太陽電池素子とその製造方法を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に係る太陽電池素子では、一導電型半導体基板の一主面側に他の導電型不純物の拡散層と多数の微細な突起と表面電極とを有する太陽電池素子において、前記表面電極の下部以外の拡散層の深さが表面電極の下部の拡散層の深さよりも浅いことを特徴とする。
【００１７】
上記太陽電池素子では、前記微細な突起が形成された半導体基板の表面が前記表面電極が形成された半導体基板の表面よりも窪んでいてもよい。
【００１８】
上記太陽電池素子では、前記他の逆導電型不純物の拡散層の他の主面側が前記半導体基板の他の主面側とほぼ平行になるように形成されていてもよい。
【００１９】
また、前記表面電極の下部の拡散層の表面濃度が他の領域の拡散層の表面濃度よりも高いほうがよい。
【００２０】
さらに、前記微細な突起の表面全体が前記一導電型半導体基板とは逆の導電型不純物の拡散層で被覆されていることが望ましい。
【００２１】
前記微細な突起のアスペクト比は０．１以上であったほうがよい。
【００２２】
また、請求項７に係る太陽電池素子の製造方法においては、一導電型半導体基板の一主面側に他の導電型不純物の拡散層と多数の微細な突起と表面電極とを有する太陽電池素子において、前記一導電型半導体基板の一主面側に形成した前記他の導電型不純物の拡散層の上に前記表面電極となる電極材料を塗布した後、前記半導体基板の前記表面電極の下部以外の部分に微細な突起を形成することを特徴とする。
【００２３】
さらに、請求項８に係る太陽電池素子の製造方法においては、一導電型半導体基板の一主面側に他の導電型不純物の拡散層と多数の微細な突起と表面電極とを有する太陽電池素子において、前記一導電型半導体基板の一主面側に形成した前記他の導電型不純物の拡散層の上に前記表面電極を形成した後、前記半導体基板の前記表面電極の下部以外の部分に微細な突起を形成することを特徴とする。
【００２４】
このとき前記微細な突起は反応性イオンエッチング法で形成したほうがよい。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づき詳細に説明する。図１に本発明に係る太陽電池素子を示す。図１において、１は半導体基板、２は微細な突起、３は拡散層、４は表面電極、５は裏面電極（銀電極）、６は裏面電極（アルミニウム電極）、７は表面電極の下部の平坦部を示す。
【００２６】
これらの太陽電池素子を製造するためには、例えばＰ型半導体基板１の一主面側の表面近傍の全面に一定の深さまでＮ型不純物を拡散させてＮ型を呈する拡散層３を設け、表面電極４の上から反射防止のための多数の微細な突起２を形成する。また、他の主面側にはアルミニウム電極６と銀電極５とで構成される裏面電極５、６を設ける。また、半導体基板１の他の主面側には高濃度のＰ型拡散層（不図示）が形成される。
【００２７】
このとき、本発明に係る太陽電池素子の製造方法によれば、一導電型半導体基板１の一主面側に形成した他の導電型不純物の拡散層３の上に表面電極４となる電極材料を塗布した後、半導体基板１における表面電極４の下部以外の部分に微細な突起２を形成する。
【００２８】
このようにすることにより、電極材料がマスクの役目を果たし、受光面のみに反射を低減する微細な突起２を形成することができるとともに、受光面の拡散層３のみをエッチングすることで表面電極４の下部のみに高濃度の拡散層３を残して受光面の拡散層を低濃度にすることができる。さらに、この方法によれば従来問題であった表面電極４を形成する際の位置合わせが難しいという問題が発生することもない。
【００２９】
また、一導電型半導体基板１の一主面側に形成した他の導電型不純物の拡散層３の上に表面電極４を形成した後、半導体基板１の表面電極４の下部以外の部分に微細な突起２を形成してもよい。このようにすることにより、表面電極４が更に強固なエッチング時のマスクとなるため、エッチング時に電極材料が飛散する問題を発生することがない。
【００３０】
このとき、微細な突起２は反応性イオンエッチング法で形成したほうがよい。他のエッチング法でも可能であるが、反応性イオンエッチング法で形成することにより、マスクとなる表面電極４と微細な突起２を形成する基板の表面の材質の差を利用した選択性のあるエッチングと、微細な突起２を形成するための異方性のあるエッチングを両立させることが容易になる。
【００３１】
上記のように形成すると、微細な突起２が形成された半導体基板１の表面は表面電極４が形成された半導体基板１の表面よりも窪んだ形状になる。このようにすることにより、例えば作業台の上で半導体基板１の主面側を下に向けて作業を行ったとしても、微細な突起２が作業台と触れることがなくなり、微細な突起２の破損を防止することができる。そのため後工程での微細な突起２の破損を考慮して、微細な突起２の形状に制限を加える必要がなくなる。
【００３２】
また、上記のように形成すると、他の逆導電型不純物の拡散層３の他の主面側は半導体基板１の他の主面側とほぼ平行になるように形成される。このようにすることにより、万一微細な突起２の先端部を破損しても、接合を破壊することはなく太陽電池素子の出力特性の低下を極力抑えることができる。また飽和電流密度が等しい場合、飽和電流は接合面積に伴って増加する。このようにすることにより接合面積を減らすことが可能となり、飽和電流を減らすことができるため、太陽電池素子の出力特性を向上させることができる。
【００３３】
本発明に係る太陽電池素子においては、表面電極４の下部以外の拡散層３の深さを表面電極４の下部の拡散層３の深さよりも浅く形成する。このようにすることによって受光面の再結合を減らすことができるとともに、表面電極４の下部の拡散層が深いので、表面電極４の周囲に高濃度の拡散領域が残って再結合を有効に減らすことができないという従来の問題を回避することができる。
【００３４】
また、表面電極４の下部の拡散層３の表面濃度が他の領域の拡散層３の表面濃度よりも高いほうがよい。このようにすることによって抵抗の低い表面電極４の下部に有効に集電できるとともに、表面電極４の下部以外の受光面部分は表面濃度が低いので、再結合の問題を有効に回避することができる。
【００３５】
電極を形成した後に受光面の微細な突起２を形成すると、その際のエッチングで基板１とは逆の導電型を呈する受光面の拡散層３をエッチングすることになるが、エッチング後の微細な突起２の表面全体が逆導電型を呈する拡散層３に覆われていることが望ましい。過剰なエッチングで拡散層３がなくなると、その面積には発電に寄与する接合が少なくなり、太陽電池としての特性が低下するからである。
【００３６】
上記微細な突起２のアスペクト比（突起の高さ／突起の幅）は０．１以上であったほうがよい。アスペクト比が０．１以下であると十分な反射防止効果が得られず太陽電池特性が低下するからである。この微細な突起２のアスペクト比は好適には０．１〜２である。２より大きい場合には、突起２が破壊される恐れがあることから実際の太陽電池の作製が困難となる場合があるからである。また、突起２が大きくかつアスペクト比が大きいときには突起２の先端で発生したキャリアがその長いパスによって再結合が大きくなることから、太陽電池としての特性が低下する。このアスペクト比は拡散層の深さ、凹凸の大きさなどによって最適値が異なる。
【００３７】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で多くの修正および変更を加えることができる。例えば本発明に係る太陽電池素子の製造方法はこれに限定されるものではなく、例えば微細な突起を形成した後に再度不純物拡散を行ってもよいし、さらに有効に表面の反射を防止するために一主面側に窒化シリコンなどからなる反射防止膜を形成することも可能である。
【００３８】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、請求項１に係る太陽電池素子によれば、半導体基板の一主面側に多数の微細な突起を有する太陽電池素子の表面電極の下部以外の拡散層の深さが表面電極の下部の拡散層の深さよりも浅いことから、受光面近傍でのキャリアの再結合を減らすことができ、高効率な太陽電池となる。
【００３９】
このとき微細な突起が形成された半導体基板の表面を表面電極が形成された半導体基板の表面よりも窪ますと、表面電極の下部以外の拡散層の深さを表面電極の下部の拡散層の深さよりも浅くすることができ、受光面近傍でのキャリアの再結合を容易に低減した高効率な太陽電池となる。
【００４０】
このとき表面電極の下部の拡散層の表面濃度が他の領域の拡散層の表面濃度よりも高いと、抵抗の低い表面電極の下部に有効に集電できるとともに、表面電極の下部以外の受光面部分は表面濃度が低いので、再結合の問題を回避できる。
【００４１】
また、微細な突起の表面全体が一導電型半導体基板とは逆の導電型を呈する不純物拡散層で覆うと、発電に寄与する接合が多くなり、太陽電池としての特性が向上する。
【００４２】
また、微細な突起のアスペクト比を０．１以上にすると、十分な反射防止効果が得られ、太陽電池特性が向上する。
【００４３】
請求項７に係る太陽電池素子の製造方法によれば、半導体基板の一主面側に多数の微細な突起を有する太陽電池素子の一導電型半導体基板の一主面側に形成した他の導電型不純物の拡散層の上に表面電極となる電極材料を塗布した後、半導体基板の表面電極の下部以外の部分に微細な突起を形成することから、電極材料がマスクの役目を果たし、受光面のみに反射を低減する微細な突起を形成することができるとともに、受光面の拡散層のみをエッチングすることによって、表面電極の下部のみに高濃度の拡散層を残し、受光面の拡散層を低濃度にすることができる。また、この方法によれば従来問題であった表面電極を形成する際の位置合わせが難しいという問題がない。
【００４４】
また、請求項８に係る太陽電池素子の製造方法によれば、半導体基板の一主面側に多数の微細な突起を有する太陽電池素子の一導電型半導体基板の一主面側に形成した他の導電型不純物の拡散層の上に表面電極を形成した後、半導体基板の表面電極の下部以外の部分に微細な突起を形成することから、表面電極が更に強固なエッチング時のマスクとなるため、エッチング時に電極材料が飛散するという問題を発生することはない。
【００４５】
また、微細な突起を反応性イオンエッチング法で形成すると、マスクとなる表面電極と微細な突起を形成する基板表面との材質の差を利用した選択性のあるエッチングと、微細な突起を形成するための異方性のあるエッチングを両立させることが容易になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る太陽電池素子を示す図である。
【図２】従来の太陽電池素子を示す図である。
【図３】従来の他の太陽電池素子を示す図である。
【符号の説明】
１・・・半導体基板、２・・・微細な突起、３・・・拡散層、４・・・表面電極、５・・・裏面電極（銀電極）、６・・・裏面電極（アルミニウム電極）、７・・・表面電極の下部の平坦部
【図１】
2004281570.tif 000003
【図２】
2004281570.tif 000004
【図３】
2004281570.tif 000005