(57)【要約】【課題】熱処理工程を追加せずに表面電極下に高濃度拡散層を形成する。【解決手段】一導電型半導体基板１の一主面側に多数の微細な突起２と他の導電型不純物の拡散層４を有するとともに表面電極６を有し、他の主面側に裏面電極７、８を有する太陽電池素子であって、上記一主面側の表面電極６下の微細な突起３は、それ以外の領域の微細な突起２よりもアスペクト比を大きくしたり、高さを高くしたり、互いに隣り合う微細な突起の頂点の距離を短くして、表面電極６下に高濃度拡散層を形成する。【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多数の微細な突起と他の導電型不純物の拡散層と表面電極を有するとともに、他の主面側に裏面電極を有する太陽電池素子において、前記一主面側の表面電極下の微細な突起はそれ以外の領域の微細な突起よりもアスペクト比が大きいことを特徴とする太陽電池素子。
【請求項２】
一導電型半導体基板の一主面側に多数の微細な突起と他の導電型不純物の拡散層と表面電極を有するとともに、他の主面側に裏面電極を有する太陽電池素子において、前記一主面側の表面電極下の微細な突起はそれ以外の領域の微細な突起よりも高さが高い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】
一導電型半導体基板の一主面側に多数の微細な突起と他の導電型不純物の拡散層と表面電極を有するとともに、他の主面側に裏面電極を有する太陽電池素子において、前記一主面側の表面電極下の互いに隣り合う微細な突起の頂点の距離はそれ以外の領域の互いに隣り合う微細な突起の頂点の距離よりも短いことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池素子。
【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３に示す。図３において、１は半導体基板、２は微細な突起、４は拡散層、５は反射防止膜、６は表面電極、７は裏面電極（銀電極）、８は裏面電極（アルミニウム電極）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４を設け、半導体基板１の一主面側に窒化シリコン膜などから成る反射防止膜５を設け、一主面側に表面電極６を設けるとともに、他の主面側にアルミニウム電極８と銀電極７とで構成される裏面電極７、８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（図不示）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を形成して反射防止膜５を成膜した後、この反射防止膜５の上に表面電極材料を塗布して焼成することによって、電極材料の下の反射防止膜５を溶融させて半導体基板１と直接接触させる方法が一般的である（例えば特許文献１参照）。
【０００５】
図３に示すような太陽電池は、一導電型の半導体基板１の一主面側に逆の導電型不純物を均一に拡散することにより拡散層２が形成されている。太陽光の照射により半導体基板１内部で発生した電子−正孔対はＰ型半導体基板１とＮ型拡散層４の界面である接合の電界により、Ｎ型及びＰ型領域に分離される。これを両面の電極から取り出すことで電力を得ることができる。しかし、光照射により半導体基板１の内部で発生した電子と正孔は不純物拡散層２の表面で一部が再結合してしまう。したがって太陽電池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。
【０００６】
しかし、表面電極６と拡散層４の接触部分では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、電極の突抜けによるリーク電流増大を防ぐためにも電極６下部の拡散層４は深い、即ち高濃度の方が好ましい。これらの相反する条件を満足する方法として、一主面側の電極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）。
【０００７】
図４はこのような太陽電池素子を示す図である。図４において１は半導体基板、４は拡散層、５は反射防止膜、６は表面電極、７は銀電極、８はアルミニウム電極、９は高濃度拡散層を示す。
【０００８】
例えばＰ型半導体基板１の表面近傍の全面にＮ型不純物を拡散させてＮ型を呈する拡散層４を設け、半導体基板１の一主面側に窒化シリコン膜などから成る反射防止膜５を設け、一主面側に表面電極６を設けるとともに、表面電極６下の半導体基板１には高濃度拡散層９が形成されている。さらに、他の主面側にはアルミニウム電極８と銀電極７とで構成される裏面電極７、８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（図不示）が形成される。
【０００９】
従来、この方法を実現するには拡散を二度行う方法が行われてきた。すなわち、まず高濃度拡散層９を形成した後、電極のパターンにマスキングを施し、マスク部以外の高濃度拡散層をエッチングして除去する。その後、エッチングされた部分に拡散層４を形成する方法である。
【００１０】
【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
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、この方法によると拡散の高温熱処理工程を二回行うため、熱衝撃により基板が割れやすいという問題があった。
【００１２】
また、図２に示すような一主面側に凹凸を有する太陽電池素子で、高濃度拡散層９を形成した後、電極のパターンにマスキングを施し、マスク部以外の高濃度拡散層をエッチングして除去するという方法を行うと、先に形成した半導体基板１の一主面側の微細な凹凸２の形状が崩れてしまい、充分に反射防止の効果を得られなくなるという問題も発生する。
【００１３】
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、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において、熱処理工程を追加せずに表面電極６下に高濃度拡散層を形成した太陽電池素子を提供することを目的とする。
【００１４】
【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多数の微細な突起と他の導電型不純物の拡散層と表面電極を有するとともに、他の主面側に裏面電極を有する太陽電池素子において、上記一主面側の表面電極下の微細な突起はそれ以外の領域の微細な突起よりもアスペクト比が大きいことを特徴とする。
【００１５】
また、本発明に係る太陽電池素子においては、上記一主面側の表面電極下の微細な突起はそれ以外の領域の微細な突起よりも高さが高いほうがよい。
【００１６】
また、本発明に係る太陽電池素子においては、上記一主面側の表面電極下の互いに隣り合う微細な突起の頂点の距離はそれ以外の領域の互いに隣り合う微細な突起の頂点の距離よりも短くてもよい。
【００１７】
【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は電極下の微細な突起、４は拡散層、５は反射防止膜、６は表面電極、７は裏面電極（銀電極）、８は裏面電極（アルミニウム電極）を示す。
【００１８】
本発明に係る太陽電池素子も従来の太陽電池素子と略同様である。すなわち、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４を設け、半導体基板１の一主面側に窒化シリコン膜などから成る反射防止膜５を設け、一主面側に表面電極６を設けるとともに、他の主面側にアルミニウム電極８と銀電極７とで構成される裏面電極７、８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（図不示）が形成される。
【００１９】
本発明においては、表面電極６下の微細な突起３は、それ以外の領域の微細な突起２よりもアスペクト比（突起の高さ／突起の幅）が大きくなるように形成する。このようにすることにより、アスペクト比の大きい表面電極６下の微細な突起３のほうが、表面電極６下以外のアスペクト比の小さい微細な突起２よりも高濃度に拡散されることになり、一回の熱拡散で表面電極６下に高濃度拡散層９を形成することができる。
【００２０】
これについて図を用いてさらに詳しく説明する。図２はアスペクト比の異なる突起への拡散状態を説明するための模式図であり、（ａ）はアスペクト比の大きい突起、（ｂ）はアスペクト比の小さい突起を示す図である。図において、２は微細な突起、４は拡散層を示す。拡散層４の濃度と深さはたとえばシリコン基板１中に不純物としてリンを拡散させる場合、シリコンに対するリンの拡散係数、シリコン中のリンの最大溶解度、拡散温度および拡散時間などによって決まる。このことから、同時に拡散を行えば（ａ）のようにアスペクト比の大きい突起はその左右から拡散が進み、やがて突起の全てがリンの拡散層となり、それがさらに進めば徐々に高濃度になる。一方（ｂ）のようにアスペクト比の小さい突起は、その表面に均一に拡散層４が形成されていくことになる。
【００２１】
また、本発明においては、表面電極６下の微細な突起３はそれ以外の領域の微細な突起２よりも高さが高いほうがよい。このようにすることにより、一回の熱拡散でより有効に表面電極６下に高濃度拡散層９を形成することができる。また、表面電極６を形成するために銀粉末を主成分とする電極材料を塗布しても、銀粉末の粒径以下の隙間に電極材料が入り込むことはないので、表面電極６は微細な突起３の頂上部の特に高濃度の拡散層を有する部分のみと接触し、拡散層４は微細な突起２の高さ分さらに深いものとなる。
【００２２】
また、本発明においては、表面電極６下の互いに隣り合う微細な突起３の頂点の距離はそれ以外の領域の互いに隣り合う微細な突起２の頂点の距離より短くてもよい。このようにすることにより、一回の熱拡散でより有効に表面電極６下に高濃度拡散層９を形成することができる。また、微細な突起３の間で電極材料が入り込む深さが浅くなり、表面電極６は微細な突起３の頂上部の特に高濃度の拡散層を有する部分のみと接触し、拡散層４は微細な突起２の高さ分深いものとなる。
【００２３】
本発明に係る太陽電池素子の製造方法の一例を説明する。まず、半導体基板１としてＰ型を呈する板状のシリコン基板１の一主面側に、反応性イオンエッチング法などを用いて全面に微細な突起２を多数形成する。微細な突起２は入射光を閉じこめて反射率を低減させ、太陽電池素子の短絡電流を増大させる。なお、前記微細な突起２の幅は２μｍ以下が望ましい。２μｍ以上であるとエッチングの処理時間が長くなる反面、シリコン基板１の一主面側での反射率はさほど低減されない。
【００２４】
次に、電極形成予定領域以外の受光予定領域の部分に耐プラズマ性レジストをプリントし、再び反応性イオンエッチング法などで電極形成予定領域に表面電極６下の微細な突起３を形成する。このとき、形成する微細な突起３の幅は１μｍ以下が望ましい。なぜなら、この後に行う不純物拡散で形成される拡散層４の深さはおよそ０．５μｍ以下であるため、突起の幅が１μｍ以上であると不純物の集中が起こらず、高濃度に拡散された突起が形成し難いからである。
【００２５】
また、突起のアスペクト比は０．５以上であることが望ましい。アスペクト比が０．５未満であると、表面電極６下の微細な突起３の根元部分が太くなり、高濃度に拡散されない部分が出来る。この部分に表面電極６が形成されると接合の突抜けが起こり易く、リーク電流が増大して太陽電池素子の出力特性が低下する。
【００２６】
また、微細な突起２、３の形成は反応性イオンエッチング法で行うことが望ましい。反応性イオンエッチング法は、ガスの成分比やエッチング時間を調整することで突起の形状を任意に変えることが可能であり、本発明に係る太陽電池素子の微細な突起２、３の形状を比較的容易に形成出来る。微細な突起２を形成する際の３〜５倍の流量の塩素を流すことにより、微細な突起３を形成することができる。
【００２７】
その後、例えばＰＯＣｌ３など不純物元素を含むガス中で熱処理を行ったり、不純物元素を含む薬液を基板表面に塗布した後、熱処理を行うなどにより拡散処理を行う。これにより一回の拡散で、表面電極６下以外の領域の微細な突起２の下には拡散層４が形成され、表面電極６下の微細な突起３の下には局部的に高濃度拡散層９が形成される。
【００２８】
次に、半導体基板１の一主面側にＣＶＤ装置などで反射防止膜６を形成し、拡散層４を分離する。
【００２９】
その後、表面電極６下の微細な突起３の上に銀などからなる電極材料を塗布するとともに、他の主面側にはアルミニウムを主成分とする電極材料と、銀を主成分とする電極材料を塗布して焼き付けることにより、表面電極６および裏面電極７、８を形成して図１に示す太陽電池素子を得ることができる。
【００３０】
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する順番や形成方法はその一例である。
【００３１】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明に係る太陽電池素子においては、一導電型半導体基板の一主面側に多数の微細な突起と他の導電型不純物の拡散層と表面電極を有するとともに、他の主面側に裏面電極を有する太陽電池素子において、上記一主面側の表面電極下の微細な突起はそれ以外の領域の微細な突起よりもアスペクト比を大きくする。このようにすることにより、アスペクト比の大きい表面電極下の微細な突起のほうがそれ以外の領域のアスペクト比の小さい微細な突起よりも高濃度に拡散されることになり、一回の熱拡散で表面電極下に高濃度拡散層を形成することができる。つまり、表面再結合を低減するために表面の不純物濃度を下げると同時に、接触抵抗を低減し、電極の突抜けによるリーク電流の増大抑制するための、高濃度拡散層を表面電極下に有する太陽電池素子を一回の熱拡散によって得ることができる。
【００３２】
また、表面電極下の微細な突起の高さをそれ以外の領域の微細な突起の高さよりも高くする。このようにすることにより、一回の熱拡散でより有効に表面電極下に高濃度拡散層を形成することができるとともに、表面電極を形成するために銀粉末を主成分とする電極材料を塗布しても、銀粉末の粒径以下の隙間に電極材料が入り込むことはないので、表面電極は微細な突起の頂上部の特に高濃度の拡散層を有する部分のみと接触し、拡散層は微細な突起の高さ分さらに深いものとなる。
【００３３】
さらに、表面電極下の互いに隣り合う微細な突起の頂点の距離はそれ以外の領域の互いに隣り合う微細な突起の頂点の距離よりも短くしてもよい。このようにすることにより、一回の熱拡散でより有効に表面電極下に高濃度拡散層を形成することができる。また、微細な突起の間で電極材料が入り込む深さが浅くなり、表面電極は微細な突起の頂上部の特に高濃度の拡散層を有する部分のみと接触し、拡散層は微細な突起の高さ分深いものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る太陽電池素子の一実施例を示した図である。
【図２】本発明に係る太陽電池素子のアスペクト比の異なる突起への拡散状態を説明するための模式図であり、（ａ）はアスペクト比の大きい突起、（ｂ）はアスペクト比の小さい突起を示す図である
【図３】従来の太陽電池素子の一実施例を示した図である。
【図４】従来の太陽電池素子の他の実施例を示した図である。
１・・・半導体基板、２・・・微細な突起、３・・・表面電極下の微細な突起、４・・・拡散層、５・・・反射防止膜、６・・・表面電極、７・・・裏面電極（銀電極）、８・・・裏面電極（アルミニウム電極）、９・・・高濃度拡散層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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