(57)【要約】【課題】量産レベルで低コスト化及び高効率化を実現しうる太陽電池セルを提供することを課題とする。【解決手段】第１の極性のシリコン基板と、その受光面側の表面に形成された第２の極性のシリコン窒化膜とからなることを特徴とした太陽電池セルにより上記課題を解決する。また、本発明による太陽電池セルの作製方法では、セルの受光面と裏面の電荷状態に応じたシリコン窒化膜を形成することにより、シリコン窒化膜の固定電荷効果により、ウェハバルク内の少数キャリアのライフタイムを向上させ、ウェハ表面近傍での光生成キャリアの再結合を抑制し、セルの特性を向上させる。【選択図】図５
2005183469.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の極性のシリコン基板と、その受光面側の表面に形成された第２の極性のシリコン窒化膜とからなることを特徴とした太陽電池セル。
【請求項２】
シリコン基板と、その受光面側の表面に形成された第１の極性の不純物拡散層と、該不純物拡散層の表面に形成された第２の極性のシリコン窒化膜とからなることを特徴とした太陽電池セル。
【請求項３】
前記シリコン基板が、第２の極性をもつ請求項２に記載の太陽電池セル。
【請求項４】
前記シリコン基板が、第１の極性をもち、前記不純物拡散層が、前記シリコン基板より高い不純物濃度の層である請求項２に記載の太陽電池セル。
【請求項５】
前記シリコン基板が、その表面に、シリコン窒化膜の存在部分と不存在部分を有する請求項１〜４のいずれか１つに記載の太陽電池セル。
【請求項６】
前記シリコン窒化膜上に電極を備え、該電極が、シリコン窒化膜の不存在部で、シリコン基板又は不純物拡散層と電気的コンタクトをとっている請求項５に記載の太陽電池セル。
【請求項７】
前記電極が、スクリーン印刷法又は真空蒸着法により形成された電極である請求項６に記載の太陽電池セル。
【請求項８】
前記シリコン窒化膜上に電極を備え、該電極が、スクリーン印刷法で形成され、かつファイヤースルーによってシリコン基板又は不純物拡散層と電気的コンタクトをとっている請求項１〜５のいずれか１つに記載の太陽電池セル。
【請求項９】
前記シリコン基板が、その裏面に該シリコン基板と異なる極性のシリコン窒化膜を有する請求項１〜８のいずれか１つに記載の太陽電池セル。
【請求項１０】
前記シリコン基板が、その裏面に、シリコン窒化膜の存在部分と不存在部分を有し、該不存在部分に対応するシリコン基板の裏面のみに形成された裏面電界層を有する請求項９に記載の太陽電池セル。
【請求項１１】
前記シリコン基板が、その裏面に該シリコン基板と同一の極性で該シリコン基板より高濃度の不純物拡散層を有し、該不純物拡散層上に、その不純物拡散層と異なる極性のシリコン窒化膜を有する請求項１〜８の太陽電池セル。
【請求項１２】
シリコン基板と、その受光面の裏面側の表面に形成された第１の極性の不純物拡散層と、該不純物拡散層の表面に形成された第２の極性のシリコン窒化膜とからなることを特徴とした太陽電池セル。
【請求項１３】
前記第１の極性がＮ型の場合、前記第２の極性がＰ型であり、前記第１の極性がＰ型の場合、前記第２の極性がＮ型である請求項１〜１２のいずれか１つに記載の太陽電池セル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池セルに関する。更に詳しくは、特に低コスト化及び高効率化が求められている住宅用太陽電池セルに関する。
【背景技術】
【０００２】
現在最も生産量の多い住宅用量産型多結晶シリコン太陽電池セルは、例えば、特開昭５８−１５１０７０号公報（特許文献１）、特公平７−５４８５４号公報（特許文献２）等に記載され、図７に示すような方法によって作製されている。
すなわち、アルカリエッチング等によりスライスダメージ層が取り除かれたＰ型シリコン基板（ウェハ）９に対し、受光面側を上向きにした状態でＮ型ドーパント（不純物）を含有した溶液を滴下し、スピンコーターで高速回転させて均一な塗布膜を形成する。その後、拡散（高温）炉に投入し、基板内部にドーパントを拡散させて、Ｎ+型の不純物拡散層を備えたＰ型シリコン基板１０を得る。次に、プラズマＣＶＤにより受光面側に反射防止膜としてシリコン窒化（ＳｉＮX）膜を堆積する。図中、１１はシリコン窒化膜を備えたＰ型シリコン基板を意味する。更にその後、受光面及び裏面に電極ペーストをスクリーン印刷により塗布し、焼成を行うことにより、受光面及び裏面側の電極を形成する。図中、７は受光面電極、１２は電極を備えたＰ型シリコン基板を意味する。
【特許文献１】特開昭５８−１５１０７０号公報
【特許文献２】特公平７−５４８５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら上記の方法によって得られた多結晶シリコン太陽電池セルは、住宅用量産型太陽電池セルとして最も光電変換効率の高い単結晶シリコン太陽電池セルより光電変換効率が劣っている。
劣る理由は、
（１）多結晶シリコン基板は、その表面以外に、基板（バルク内部）にもキャリアの再結合中心となる結晶粒界及び結晶欠陥が存在する。そのため、単結晶シリコン基板に比べてキャリアの再結合中心となる部分が多く存在し、少数キャリアライフタイムが短い、
（２）結晶の面方位が一定でないために、表面の凹凸を利用したテクスチャ構造と呼ばれる光反射防止構造（表面反射低減構造）を形成しにくい、
ためである。
【０００４】
単結晶シリコン及び多結晶シリコン太陽電池セルの作製工程では、通常、基板表面のキャリア再結合中心を減少させるために、パッシベーション（不動態化）が行われる。
すなわち、単結晶シリコン太陽電池セルの場合は、基板表面が熱酸化により形成される酸化シリコンでパッシベーションされる。また、多結晶シリコン太陽電池セルの場合は、結晶粒界及び表面の熱酸化膜よりも高いパッシベーション効果が得られるシリコン窒化膜が、量産工程で用いられている。
【０００５】
なお、このシリコン窒化膜は、単結晶シリコン太陽電池セルのパッシベーション膜としても用いることが可能である。しかし、単結晶シリコン太陽電池セルの場合は熱酸化膜を用いた方がより高い太陽電池特性が得られる。また、熱酸化膜をシリコン窒化膜と２層に積層して用いれば更に高い特性が得られる。
以上の理由により、特に多結晶シリコン太陽電池セルの特性を、単結晶シリコン太陽電池セルに近づけることが望まれていた。更に、単結晶シリコン太陽電池セルにおいても、その特性を更に向上させることが望まれていた。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
かくして本発明によれば、第１の極性のシリコン基板と、その受光面側の表面に形成された第２の極性のシリコン窒化膜とからなることを特徴とした太陽電池セルが提供される。
更に、本発明によれば、シリコン基板と、その受光面側の表面に形成された第１の極性の不純物拡散層と、該不純物拡散層の表面に形成された第２の極性のシリコン窒化膜とからなることを特徴とした太陽電池セルが提供される。
【０００７】
また、本発明によれば、シリコン基板と、その受光面の裏面側の表面に形成された第１の極性の不純物拡散層と、該不純物拡散層の表面に形成された第２の極性のシリコン窒化膜とからなることを特徴とした太陽電池セルが提供される。
上記本発明の太陽電池セルによれば、量産レベルで更に高効率化することが可能な太陽電池セル（特に、多結晶シリコン太陽電池セル）構造を提供できる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の太陽電池セルによれば、シリコン基板の受光面の極性（電荷状態）に応じたシリコン窒化膜を形成することにより、基板内の少数キャリアのライフタイムをシリコン窒化膜の固定電荷効果により向上させることができる。その結果、シリコン基板表面近傍での光生成キャリアの再結合を抑制し、太陽電池セルの特性を向上させることができる。
更に、シリコン基板の裏面にも裏面の電荷状態に応じたシリコン窒化膜を形成することにより、上記効果を得ることができる。
【０００９】
本発明による太陽電池セルでは、従来の方法で作製した太陽電池セルに比較して、開放電圧を１０〜３０ｍＶ大きくできる（多結晶シリコン太陽電池セルの場合）。また、固定電荷効果による光生成キャリアの実効ライフタイムの向上とパッシベーション効果により、受光面近傍と裏面電界層近傍でのキャリアの再結合が減少するため、短絡電流も１〜５％向上する。
その結果、太陽電池セルの光電変換効率は、多結晶シリコン基板を用いた場合、量産で使用されているサイズでは１４〜１５％程度であるが、それを１７％に大幅に改善できる。
【００１０】
現在シリコン窒化膜は、結晶系シリコン太陽電池セルの反射防止膜及びパッシベーション膜として広く用いられているため、本発明の太陽電池セルの作製にあたっても、現行の量産装置を利用できる。
また、太陽電池セルの作製工程もほとんど変更することなくセル特性を改善できるため、製造原価を上げずに、太陽電池セルの出力ワット当りの単価を下げることができる。よって、低コストかつ高効率の太陽電池セルを作製することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明において、第１の極性及び第２の極性とは、第１の極性がＮ型である場合、第２の極性はＰ型であることを意味し、第１の極性がＰ型である場合、第２の極性はＮ型であることを意味する。シリコン基板及び不純物拡散層において、Ｐ型を与える不純物としては、ホウ素のような３族元素又はその化合物が挙げられ、Ｎ型を与える不純物としては、リン、砒素等の５族元素が挙げられる。
【００１２】
また、シリコン窒化膜において、その組成が窒素（Ｎ）とケイ素（Ｓｉ）のみからなる場合、理論的には、Ｐ型はＮ成分の割合が化学量論比より大きい場合を、Ｎ型はＮ成分の割合が化学量論比よりも小さい場合を意味する。理論上、シリコン窒化膜は、ＳｉＮXと表され、Ｘ＝１．３３（原子比）が化学量論比、すなわち極性が中性となる。実際のシリコン窒化膜作製においては、例えば、プラズマＣＶＤ法を用い、シリコン窒化膜の作製原料として、シラン（ＳｉＨ4）、アンモニア（ＮＨ3）等の水素を含む原料を用いてシリコン窒化膜を作製した場合、シリコン窒化膜中に水素（Ｈ）が存在するため、Ｘ＝１．３３（原子比）の化学量論比で極性は中性とならず、作製条件に依存する。本発明では、原料ガス（シラン、アンモニア、窒素等）の組成比や圧力、基板温度等を制御することで、所望の極性をシリコン窒化膜に与えている。本発明で使用するシリコン窒化膜は、それを構成するＳｉ及びＮや、Ｈ以外の元素を極性の制御のために使用する必要はない。
【００１３】
まず、本発明の第１の太陽電池セルは、第１の極性のシリコン基板とその受光面側の表面に形成された第２の極性のシリコン窒化膜からなる。このような構成とすることで、シリコン窒化膜の固定電荷効果によって、シリコン基板中の光生成キャリアの実効ライフタイムを向上させることが可能となる。更に、このシリコン窒化膜は、反射防止膜及びパッシベーション膜としても機能する。
【００１４】
本発明に使用できるシリコン基板は、第１の極性をもっている。シリコン基板に第１の極性を与えるためにドーピングされた不純物の濃度は、不純物の種類によっても異なるが、１０13〜１０18／ｃｍ3であることが好ましい。なお、シリコン基板の結晶型は、多結晶でも、単結晶でもよい。
シリコン窒化膜の膜厚は、５０〜２０００Åであるのが好ましい。更に好ましくは１００〜１０００Åである。
シリコン窒化膜の形成方法は、特に限定されないが、例えば、ケイ素含有化合物及び窒素含有化合物を使用したＣＶＤ法、窒素含有化合物を使用した熱窒化法等が挙げられる。
【００１５】
次に、本発明の第２の太陽電池セルは、シリコン基板と、その受光面側の表面に形成された第１の極性の不純物拡散層と、該不純物拡散層の表面に形成された第２の極性のシリコン窒化膜とからなる。このような構成とすることで、シリコン窒化膜の固定電荷によるキャリア収集効果とパッシベーション効果及び反射防止効果を併せ持つ太陽電池セルとすることができる。
シリコン基板は、Ｐ型及びＮ型のいずれを有していてもよい。シリコン基板にＰ型又はＮ型の極性を与えるためにドーピングされた基板の不純物濃度は、不純物の種類によっても異なるが、１０13〜１０18／ｃｍ3であることが好ましい。
【００１６】
不純物拡散層としては、Ｐ型の又はＮ型の不純物拡散層が挙げられる。不純物拡散層の不純物濃度は、シリコン基板の不純物濃度より高いことが好ましい。具体的には、シリコン基板の不純物濃度の１０〜１００００００００倍高いことが好ましい。不純物拡散層の不純物濃度は、不純物の種類によっても異なるが、１０15〜１０21／ｃｍ3であることが好ましい。不純物拡散層の層厚は５００〜１０００００Åであることが好ましく、更に２０００〜５００００Åであることがより好ましい。
シリコン窒化膜は、第１の太陽電池セルと同様のシリコン窒化膜を使用できる。
【００１７】
また、第１及び第２の太陽電池セルにおいて、シリコン窒化膜は、存在部分と不存在部分を有していてもよい。更に、シリコン窒化膜上には電極が形成されていてもよく、シリコン窒化膜の不存在部分で、電極とシリコン基板又は不純物拡散層との電気的コンタクトをとる構造を有していることが好ましい。不存在部分の形状及び大きさは、電気的コンタクト及び光の入射が阻害されない限り特に限定されない。電極の形成方法は、特に限定されないが、例えば、スクリーン印刷法のような塗布法、真空蒸着法のような気相法等が挙げられる。
【００１８】
更には、シリコン窒化膜上に電極の形成材料からなる層をスクリーン印刷法によって形成し、次いで熱処理することで、上記形成材料をシリコン窒化膜にファイヤースルーし、シリコン基板又は不純物拡散層と電気的にコンタクトする電極であってもよい。
電極を構成する材料は、特に限定されず、当該分野で使用されている材料をいずれも使用することができる。例えば、アルミニウム、銀、金等が挙げられる。
【００１９】
太陽電池セルは、シリコン基板の裏面に該シリコン基板がもつ極性と異なる極性のシリコン窒化膜を有していてもよい。これによって、セルの裏面でシリコン窒化膜の固定電荷によるキャリア収集効果とパッシベーション効果及び反射防止効果を得ることができる。ここで、異なる極性とは、シリコン基板の極性がＮ型である場合Ｐ型を、Ｐ型である場合Ｎ型であることを意味する。
裏面に形成されるシリコン窒化膜の膜厚は、５０〜１０００Åであるのが好ましい。更に好ましくは５０〜３００Åである。
裏面のシリコン窒化膜は、受光面側のシリコン窒化膜と同様に形成できる。
【００２０】
更に、裏面のシリコン窒化膜は、存在部分と不存在部分を有していてもよい。加えて、シリコン基板に裏面電界層が形成されていてもよい。裏面側表面の裏面電界層部分の形状及び面積比率は、シリコン基板と裏面電界層との電気的コンタクトが阻害されない限り特に限定されない。裏面電界層の形成方法は、特に限定されないが、例えば、スクリーン印刷法のような塗布拡散法、あるいは気相拡散法等が挙げられる。
【００２１】
また、裏面のシリコン窒化膜と接するシリコン基板の表面層又は不存在部分に対応するシリコン基板に、シリコン基板の極性と同じで、シリコン基板より高い不純物拡散層を備えていてもよい。不存在部分に不純物拡散層を備えた裏面電界層の構成は、局所的裏面電界層と称される。前記不純物拡散層の不純物の濃度は、不純物の種類によっても異なるが、１０15〜１０21／ｃｍ3であることが好ましい。
【００２２】
更には、シリコン窒化膜上に電極及び裏面電界層の形成材料からなる層をスクリーン印刷法によって形成し、次いで熱処理することで、上記形成材料をシリコン窒化膜に対してファイヤースルーさせることで形成される裏面電界層であってもよい。
また、裏面にシリコン窒化膜を形成する前に、気相拡散法等により裏面電界層を形成してもよい。
裏面電界層を構成する材料は、特に限定されず、当該分野で使用されている材料をいずれも使用することができる。例えば、アルミニウム、リン、ホウ素等のドーパントとなる物質が挙げられる。
以下、実施の形態により本発明を更に説明する。
【００２３】
実施の形態１
実施の形態１の太陽電池セルの概略断面図を図１（ａ）及び（ｂ）に示す。図１（ａ）の太陽電池セルは、Ｐ型の多結晶シリコン基板１と、その受光面側の表面にＮ型のシリコン窒化膜３を備えている。一方、図１（ｂ）の太陽電池セルは、Ｎ型の多結晶シリコン基板２と、その受光面側の表面にＰ型のシリコン窒化膜４を備えている。
図１（ａ）及び（ｂ）では、シリコン窒化膜の固定電荷効果により、基板中の光生成キャリアの実効ライフタイムを向上させることが可能となる。シリコン窒化膜は反射防止膜及びパッシベーション膜としても機能する。
更に詳細に図１(ａ)及び（ｂ）を説明する。
【００２４】
図１（ａ）の太陽電池セルに使用される基板として、例えば、１２５ｍｍ×１２５ｍｍ又は１５５ｍｍ×１５５ｍｍのＰ型多結晶シリコン基板が挙げられる。ただし、基板サイズとセル特性は直接関係ないので、どのような形状あるいはサイズの基板を用いてもよい。また、多結晶シリコン基板だけでなく単結晶シリコン基板を用いてもよい。
多結晶シリコン基板の場合、薄膜多結晶シリコン基板でも使用可能である。単結晶シリコンの場合、ＣＺ、ＭＣＺ、ＦＺ法等で作製されたいずれの基板でもよい。多結晶及び単結晶の何れの場合でも基板の厚さは、機械的強度さえ保たれていれば、どのような厚さでもよい。
シリコン基板の抵抗率は、特に限定されないが、セルの特性上０．５〜３０Ωｃｍであることが好ましい。
【００２５】
図１（ａ）では、まず、ホウ素のような３族元素がドーピングされたＰ型の多結晶シリコン基板を、８０〜１００℃程度のアルカリ水溶液（水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等）あるいは常温状態の酸水溶液（フッ酸、硝酸の混合液等）により処理して、基板表面のスライスダメージ層を除去する。次に、シリコン基板上に化学気相成長（ＣＶＤ）法又は熱窒化法により５０〜２０００Å程度の薄いシリコン窒化膜を形成する。
ＣＶＤ法は、原料ガスを分解し基板上にシリコン窒化膜を堆積できさえすれば特に限定されない。具体的には、プラズマＣＶＤ法、常圧熱ＣＶＤ法、減圧熱ＣＶＤ法及び光ＣＶＤ法等が挙げられる。
【００２６】
原料ガスとしては、例えば、ケイ素原子（Ｓｉ）が含まれるシラン（ＳｉＨ4）、フッ化シラン（ＳｉＦ4）、及び窒素原子（Ｎ）が含まれるアンモニア（ＮＨ3）、窒素（Ｎ2）等が挙げられる。
熱窒化法は、１１００〜１３００℃程度の高温炉でシリコン基板を、窒素原子を含む化合物（例えば、窒素或いはアンモニア等）と直接反応させてシリコン窒化膜を作製する方法である。
上記に示したいずれの方法でもシリコン窒化膜の極性制御は可能であるが、上記シリコン窒化膜の製造方法の中でもプラズマＣＶＤ法は、低温で作製できることや厚さの制御がしやすいこと等の利点があるため、最も適している。
【００２７】
プラズマＣＶＤ法によるシリコン窒化膜の作製条件は、反応容器の大きさにより最適な条件が異なる。作製条件の一例として。シラン１０〜５００ｓｃｃｍ、アンモニア１０〜１０００ｓｃｃｍ、窒素５０〜１０００ｓｃｃｍ、圧力１０〜２００Ｐａ、作製温度２００〜５５０℃といった条件が挙げられる。
また、プラズマ生成の際に使用される高周波及びマイクロ波は、その周波数の違いによるシリコン窒化膜の特性差は見られないため、特に限定されないが、国際電波法により許可されている周波数帯であることが好ましい。例えば、１３．５６ＭＨｚ、１００ＭＨｚの高周波や２．４５ＧＨｚのマイクロ波が挙げられる。
【００２８】
シリコン窒化膜の極性の制御は、ケイ素化合物及び窒素化合物の原料ガスの流量比、圧力及び作製温度を制御することによって行うことができる。
一方、図１（ｂ）の太陽電池セルは、極性が異なること以外は、図１（ａ）の太陽電池セルと同じ構成及び製造方法を採用できる。なお、Ｎ型の多結晶基板は、リンのような５族元素がドーピングされた多結晶シリコン基板を使用できる。
【００２９】
実施の形態２
実施の形態２の太陽電池セルの概略断面図を図２（ａ）及び（ｂ）に示す。図２（ａ）の太陽電池セルは、Ｐ型の多結晶シリコン基板１と、その受光面側にＮ+型の不純物拡散層５と、Ｎ+型の不純物拡散層５の表面にＰ型のシリコン窒化膜４を備えている。一方、図２（ｂ）の太陽電池セルは、Ｎ型の多結晶シリコン基板２と、その受光面側にＰ+型の不純物拡散層６と、Ｐ+型の不純物拡散層６の表面にＮ型のシリコン窒化膜３を備えている。なお、Ｎ+及びＰ+は、不純物濃度が高いことを意味している。
【００３０】
図２（ａ）及び（ｂ）では、シリコン窒化膜の固定電荷効果により、基板中の光生成キャリアの実効ライフタイムを向上させることが可能となる。シリコン窒化膜は反射防止膜及びパッシベーション膜としても機能する。
更に詳細に図２(ａ）及び（ｂ）を説明する。なお、多結晶シリコン基板は、実施の形態１と同様のものを使用できる。
図２（ａ）では、まず、ホウ素のような３族元素がドーピングされたＰ型の多結晶シリコン基板を、実施の形態１と同様にして、基板表面のスライスダメージ層を除去する。次に、シリコン基板の受光面側に、リンのような５族元素をドーピングしてＮ+型の不純物拡散層を形成することで、ＰＮ接合を形成する。Ｎ+型の不純物拡散層のシート抵抗は、セルの大きさや電極形状により異なるが、１０〜３００Ω／□が適当である。
【００３１】
不純物拡散層の形成方法としては、例えば次の方法がある。すなわち、５族元素の化合物を含んだ溶液Ａ（例えば五酸化リン、イソプロピルアルコールからなる混合溶液）をＰ型の多結晶シリコン基板上に滴下し、スピンコーターにより均一に塗布する。その後、８００〜９５０℃の高温炉（拡散炉）に投入し、不純物拡散を行う方法である。溶液Ａの滴下量は、基板（ウェハ）面積１００ｃｍ2当り０．３ｃｃ〜５ｃｃの分量が好ましい。スピンコーターの回転数は毎分２００〜７０００回転で１〜１０秒間回転させることが好ましい。
【００３２】
あるいは、他の方法として、５族の化合物を含んだ溶液を拡散源として、高温炉中で、ガス状にして基板に送り込み拡散する方法（気相拡散法）がある。具体的には、液体であるオキシ塩化リン（ＰＯＣｌ3）を含んだＮ2ガスを７５０〜９５０℃の高温炉に導入することでＰ型の多結晶シリコン基板にＮ+型の不純物拡散層を形成することができる。この際、高温炉内は、炉内のドーパント分圧を制御するためにＮ2及びＯ2等で希釈されていることが好ましい。
【００３３】
また、上記気相拡散法においては、気体であるＰＨ3をＮ2で希釈し、ドーパント濃度を制御しつつ直接ガスを高温炉内に導入してＰ型の多結晶シリコン基板にＮ+型の不純物拡散層を形成してもよい。
更に、ドーパントをイオン化して基板内に直接打ち込む方法も挙げられる。この方法は、たとえば、Ｎ+型の不純物拡散層の場合、チャンバー内に拡散源であるＰＨ3又はＡｓＨ3を導入し、アーク放電等でドーパントをプラズマ状態にしてイオン化し、磁場をかけて質量分離を行ない、ドーパントを数ｋＶ程度の加速電圧で基板内に打ち込む方法である。
【００３４】
この際、チャンバー内の拡散源は、Ｈ2、Ｎ2、Ａｒ等で希釈されていることが好ましい。この方法では、打ち込み時に基板を高温にする必要がないという特徴がある。なお、上記イオン打ち込みがされた基板の表面層において、格子欠陥の除去と打ち込まれたイオンを電気的に活性な状態にするために、５００〜８５０℃程度で熱アニールすることが好ましい。
Ｎ+型の不純物拡散層の形成方法として３つの方法を示したが、いずれの方法でセルを作製しても光生成キャリアの実効ライフタイムを向上させることができる。
シリコン窒化膜の作製条件及び極性の調整は、実施の形態１と同様に、ケイ素化合物及び窒素化合物の原料ガスの流量比、圧力及び作製温度を制御することによって行うことができる。
【００３５】
図２（ｂ）の太陽電池セルでは、まず、図２（ａ）と同様にしてスライスダメージ層をエッチングにより除去したリンのような５族元素がドーピングされたＮ型の多結晶シリコン基板の受光面側に、ホウ素のような３族元素を高濃度で不純物拡散させてＰ+型の不純物拡散層を形成することで、ＰＮ接合を形成する。Ｐ+型の不純物拡散層のシート抵抗は、セルの大きさや電極形状により異なるが、５〜１００Ω／□が適当である。
不純物拡散層の形成方法としては、例えば次の方法がある。すなわち、ホウ素、アルミニウム等の３族元素の化合物を含んだ溶液Ｂ（例えば酸化ホウ素、イソプロピルアルコールからなる混合溶液）をＮ型の多結晶シリコン基板上に滴下し、スピンコーターにより均一に塗布する。または、スピンコーターの代わりに、上記３族元素の化合物を含んだペーストをスクリーン印刷により塗布する。その後、高温炉（拡散炉）に投入し、不純物拡散を行う方法である。
【００３６】
あるいは、他の方法として、３族の化合物を含んだ溶液を拡散源として、高温炉中で、ガス状にして基板に送り込み拡散する方法（気相拡散法）がある。具体的には、液体であるＢＢｒ3を含んだＮ2ガスを高温炉に導入することでＮ型の多結晶シリコン基板内に不純物拡散層を形成することができる。この際、高温炉内は、炉内のドーパント分圧を制御するためにＮ2及びＯ2等で希釈されていることが好ましい。
また、上記気相拡散法においては、気体であるＢ2Ｈ6をＮ2で希釈し、ドーパント濃度を制御しつつ直接ガスを高温炉内に導入してＮ型の多結晶シリコン基板にＰ+型の不純物拡散層を形成してもよい。
【００３７】
更に、ドーパントをイオン化して基板内に直接打ち込む方法も挙げられる。この方法は、たとえば、Ｐ+型の不純物拡散層の場合、チャンバー内に拡散源であるＢ2Ｈ6を導入し、アーク放電等でドーパントをプラズマ状態にしてイオン化し、磁場をかけて質量分離を行ない、ドーパントを数ｋＶ程度の加速電圧で基板内に打ち込む方法である。
この際、チャンバー内の拡散源は、Ｈ2、Ｎ2、Ａｒ等で希釈されていることが好ましい。この方法では、打ち込み時に基板を高温にする必要がないという特徴がある。なお、上記イオン打ち込みがされた基板の表面層において、格子欠陥の除去と打ち込まれたイオンを電気的に活性な状態にするために、５００〜８５０℃程度で熱アニールすることが好ましい。
【００３８】
Ｐ+型の不純物拡散層の形成方法として３つの方法を示したが、いずれの方法でセルを作製しても光生成キャリアの実効ライフタイムを向上させることができる。
シリコン窒化膜の作製条件及び極性の調整は、実施の形態１と同様に、ケイ素化合物及び窒素化合物の原料ガスの流量比、圧力及び作製温度を制御することによって行うことができる。
【００３９】
実施の形態３
実施の形態３の太陽電池セルの概略断面図を図３（ａ）及び（ｂ）に示す。図３（ａ）の太陽電池セルは、Ｐ型の多結晶シリコン基板１と、その裏面側にＰ+型の不純物拡散層６と、Ｐ+型の不純物拡散層６の表面にＮ型のシリコン窒化膜３を備えている。一方、図３（ｂ）の太陽電池セルは、Ｎ型の多結晶シリコン基板２と、その裏面側にＮ+型の不純物拡散層５と、Ｎ+型の不純物拡散層５の表面にＰ型のシリコン窒化膜４を備えている。
【００４０】
図３（ａ）及び（ｂ）では、シリコン窒化膜の固定電荷効果により、基板中の光生成キャリアの実効ライフタイムを向上させることが可能となる。シリコン窒化膜は反射防止膜及びパッシベーション膜としても機能する。
更に詳細に図３(ａ）及び（ｂ）を説明する。なお、多結晶シリコン基板は、実施の形態１と同様のものを使用できる。
【００４１】
図３（ａ）の太陽電池セルでは、ホウ素のような３族元素がドーピングされたＰ型の多結晶シリコン基板を、実施の形態１と同様にして、基板表面のスライスダメージ層を除去する。次に、シリコン基板の受光面側に、ホウ素のような３族元素をドーピングしてＰ+型の不純物拡散層を形成することで、電界層を形成する。Ｐ+型の不純物拡散層のシート抵抗は、セルの大きさや電極形状により異なるが、５〜１００Ω／□が適当である。
このＰ+型の不純物拡散層上に、上記図１（ａ）と同様に、ケイ素化合物及び窒素化合物の原料ガスの流量比、圧力及び作製温度を制御することによって所望の極性を持ったシリコン窒化膜の形成を行うことができる。
【００４２】
図３（ｂ）の太陽電池セルでは、リンのような５族元素がドーピングされたＮ型の多結晶シリコン基板を、実施の形態１と同様にして、基板表面のスライスダメージ層を除去する。次に、シリコン基板の受光面側に、リンのような５族元素をドーピングしてＮ+型の不純物拡散層を形成することで、電界層を形成する。Ｎ+型の不純物拡散層のシート抵抗は、セルの大きさや電極形状により異なるが、１０〜３００Ω／□が適当である。
このＮ+型の不純物拡散層上に、上記図１（ａ）と同様に、ケイ素化合物及び窒素化合物の原料ガスの流量比、圧力及び作製温度を制御することによって所望の極性を持ったシリコン窒化膜の形成を行うことができる。
【００４３】
実施の形態４
実施の形態４の太陽電池セルの概略断面図を図４（ａ）及び（ｂ）に示す。図４（ａ）の太陽電池セルは、Ｐ型の多結晶シリコン基板１と、その受光面側にＮ+型の不純物拡散層５と、Ｎ+型の不純物拡散層５の表面にＰ型のシリコン窒化膜４と、Ｐ型の多結晶シリコン基板１の裏面にＮ型のシリコン窒化膜３を備えている。一方、図４（ｂ）の太陽電池セルは、Ｎ型の多結晶シリコン基板２と、その受光面側にＰ+型の不純物拡散層６と、Ｐ+型の不純物拡散層６の表面にＮ型のシリコン窒化膜３と、Ｎ型の多結晶シリコン基板１の裏面にＰ型のシリコン窒化膜４を備えている。
【００４４】
図４（ａ）及び（ｂ）では、シリコン窒化膜の固定電荷効果により、基板中の光生成キャリアの実効ライフタイムを向上させることが可能となる。シリコン窒化膜は反射防止膜及びパッシベーション膜としても機能する。
更に詳細に図４(ａ）及び（ｂ）を説明する。なお、多結晶シリコン基板は、実施の形態１と同様のものを使用できる。
【００４５】
図４（ａ）では、まず、ホウ素のような３族元素がドーピングされたＰ型の多結晶シリコン基板を、実施の形態１と同様にして、基板表面のスライスダメージ層を除去する。次に、シリコン基板の受光面側に、リンのような５族元素をドーピングしてＮ+型の不純物拡散層を形成することで、ＰＮ接合を形成する。Ｎ+型の不純物拡散層のシート抵抗は、セルの大きさや電極形状により異なるが、１０〜３００Ω／□が適当である。
Ｎ+型の不純物拡散層上に、上記図１（ｂ）と同様に、Ｐ型のシリコン窒化膜を形成させる。更に、シリコン基板の裏面に上記図１（ａ）と同様に、Ｎ型のシリコン窒化膜を形成させる。
【００４６】
図４（ｂ）では、まず、リンのような５族元素がドーピングされたＮ型の多結晶シリコン基板を、実施の形態１と同様にして、基板表面のスライスダメージ層を除去する。次に、シリコン基板の受光面側に、ホウ素のような３族元素をドーピングしてＰ+型の不純物拡散層を形成することで、ＰＮ接合を形成する。Ｐ+型の不純物拡散層のシート抵抗は、セルの大きさや電極形状により異なるが、１０〜３００Ω／□が適当である。
Ｐ+型の不純物拡散層上に、上記図１（ａ）と同様に、Ｎ型のシリコン窒化膜を形成させる。更に、シリコン基板の裏面に上記図１（ｂ）と同様に、Ｐ型のシリコン窒化膜を形成させる。
【００４７】
実施の形態５
実施の形態５の太陽電池セルの概略断面図を図５（ａ）及び（ｂ）に示す。
実施の形態５の太陽電池セルの特徴の１つは、セルの受光面及び裏面の極性（電荷状態）に応じて受光面及び裏面上に形成するシリコン窒化膜の極性を制御することにある。
一般的なシリコン太陽電池セルの基板には、Ｐ型又はＮ型の結晶系シリコン基板が用いられる。太陽電池セルは、通常ＰＮ接合を有しており、この接合を得るためシリコン基板とは逆の極性の高濃度不純物拡散層が受光面側のシリコン基板上に形成される。一方、裏面側は、電界層形成のために基板と同一の極性で、基板より高濃度の不純物拡散層が形成される。
【００４８】
すなわち、一般的な太陽電池セルは、受光面側と裏面では電荷状態が異なっている。しかし、極性を観点とした受光面側と裏面側のシリコン窒化膜についての検討は従来なされていなかった。本発明の発明者は、パッシベーション膜として機能するシリコン窒化膜が、受光面側と裏面でそれが形成される基板及び不純物拡散層の極性とそれぞれ異なる極性を有することで、受光面側と裏面側両方でのシリコン窒化膜の固定電荷効果により、太陽電池セル中の光生成キャリアの実効ライフタイムと太陽電池セル特性（開放電圧、短絡電流等の向上）を特段に向上できることを意外にも見出している。
【００４９】
以下、図５（ａ）及び（ｂ）を説明する。図５（ａ）の太陽電池セルは、Ｐ型の多結晶シリコン基板１と、その受光面側にＮ+型の不純物拡散層５と、Ｎ+型の不純物拡散層５の表面にＰ型のシリコン窒化膜４と、Ｐ型の多結晶シリコン基板１の裏面側にＰ+型の不純物拡散層６と、その表面にＮ型のシリコン窒化膜３を備えている。一方、図５（ｂ）の太陽電池セルは、Ｎ型の多結晶シリコン基板２と、その受光面側にＰ+型の不純物拡散層６と、Ｐ+型の不純物拡散層６の表面にＮ型のシリコン窒化膜３と、シリコン基板１の裏面側にＮ+型の不純物拡散層５と、その表面にＰ型のシリコン窒化膜４を備えている。
【００５０】
図５（ａ）及び（ｂ）では、シリコン窒化膜の固定電荷効果により、基板中の光生成キャリアの実効ライフタイムを向上させることが可能となる。シリコン窒化膜は反射防止膜及びパッシベーション膜としても機能する。
更に詳細に図５(ａ）及び（ｂ）を説明する。なお、多結晶シリコン基板は、実施の形態１と同様のものを使用できる。
【００５１】
図５（ａ）では、まず、ホウ素のような３族元素がドーピングされたＰ型の多結晶シリコン基板を、実施の形態１と同様にして、基板表面のスライスダメージ層を除去する。次に、シリコン基板の受光面側に、リンのような５族元素をドーピングしてＮ+型の不純物拡散層を形成することで、ＰＮ接合を形成する。次に、シリコン基板の裏面側に、ホウ素のような３族元素をドーピングしてＰ+型の不純物拡散層を形成することで、電界層を形成する。Ｎ+型及びＰ+型の不純物拡散層のシート抵抗は、セルの大きさや電極形状により異なるが、１０〜３００Ω／□及び５〜１００Ω／□が適当である。
Ｎ+型の不純物拡散層上に、上記図１（ｂ）と同様に、Ｐ型のシリコン窒化膜を形成させる。更に、Ｐ+型の不純物拡散層上に上記図１（ａ）と同様に、Ｎ型のシリコン窒化膜を形成させる。
【００５２】
図５（ｂ）では、まず、リンのような５族元素がドーピングされたＮ型の多結晶シリコン基板を、実施の形態１と同様にして、基板表面のスライスダメージ層を除去する。次に、シリコン基板の受光面側に、ホウ素のような３族元素をドーピングしてＰ+型の不純物拡散層を形成することで、ＰＮ接合を形成する。次に、シリコン基板の裏面側に、リンのような５族元素をドーピングしてＮ+型の不純物拡散層を形成することで、電界層を形成する。Ｎ+型及びＰ+型の不純物拡散層のシート抵抗は、セルの大きさや電極形状により異なるが、１０〜３００Ω／□及び１０〜３００Ω／□が適当である。
Ｎ+型の不純物拡散層上に、上記図１（ａ）と同様に、Ｐ型のシリコン窒化膜を形成させる。更に、Ｐ+型の不純物拡散層上に上記図１（ｂ）と同様に、Ｎ型のシリコン窒化膜を形成させる。
【００５３】
実施の形態６
実施の形態６の太陽電池セルの概略断面図を図６（ａ）及び（ｂ）に示す。図６（ａ）及び（ｂ）で示される図は、図５（ａ）及び図４（ａ）の構造に電極を形成する場合の一例を示した概略断面図である。
図６（ａ）の太陽電池セルは、図５（ａ）と同様に、Ｐ型の多結晶シリコン基板１の受光面側と裏面側のそれぞれに、Ｎ+型の不純物拡散層５とＰ+型の不純物拡散層６を形成する。Ｎ+型の不純物拡散層５上に、上記図１（ｂ）と同様に、Ｐ型のシリコン窒化膜４を形成させる。更に、Ｐ+型の不純物拡散層６上に上記図１（ａ）と同様に、Ｎ型のシリコン窒化膜３を形成させる。
【００５４】
更に、スクリーン印刷及び焼成によるファイヤースルーで受光面電極７及び裏面電極８とそれぞれの不純物拡散層とを接触させる。具体的には、電極ペーストを受光面及び裏面に印刷し、５００〜８００℃で焼成を行って各電極を形成する。ここで、電極ペーストとして、アルミニウム、銀等を含むペーストが挙げられる。焼成は、電極がシリコン窒化膜を突き抜けて、受光面側の不純物拡散層及び裏面電界層と接触する条件であることが好ましい。
【００５５】
一方、真空蒸着により電極を形成する場合は、電極とそれぞれのドーピング拡散層とを接触させるために、電極と接触する部分のシリコン窒化膜の一部を除去することで不存在部分を形成する。この後、不存在部分を少なくとも埋め込むことで、受光面電極７及び裏面電極８を形成する。具体的には、フォトレジストをシリコン窒化膜面上にスピン塗布し、７０〜１００℃、２０〜８０分程度ベーキングを行ってガラスマスク等を用いて露光し、現像する。ここで用いるフォトレジストは、ポジタイプ、ネガタイプのいずれでもよい。パターニングされたフォトレジストを用いて、１〜５０％程度のフッ酸水溶液により、フォトレジストが除去された部分のみシリコン窒化膜を除去する。その後、アセトンディップ及び硫酸ボイルによってレジストを完全に除去する。
上記パターニングによる方法に代えて、金属マスクを用い、シリコン窒化膜をパターニングしつつ堆積させることも可能である。
【００５６】
図６（ｂ）の太陽電池セルは、図４（ａ）と同様に、Ｐ型の多結晶シリコン基板１の受光面側に、Ｎ+型の不純物拡散層５を備え、Ｎ+型の不純物拡散層５上に、Ｐ型のシリコン窒化膜４を、Ｐ型の多結晶シリコン基板１上に、Ｎ型のシリコン窒化膜３を備えている。また、Ｐ+型の不純物拡散層が、Ｐ型の多結晶シリコン基板１の裏面の一部に形成されている。つまり、図６（ｂ）では、裏面電界層を局所的裏面電界層として作製している。
更に、Ｐ型のシリコン窒化膜４とＮ型のシリコン窒化膜３に、受光面電極７と裏面電極８が形成されている。
局所的裏面電界層の作製方法は、例えば、裏面側のＰ+型の不純物拡散層形成工程の前に、裏面側にＮ型のシリコン窒化膜をパターニングして形成する。次に、Ｐ型の多結晶シリコン基板の裏面にＰ型の不純物を拡散させる。このとき、Ｎ型のシリコン窒化膜は不純物拡散の際の障壁となるので、Ｎ型のシリコン窒化膜が無い部分のみにＰ+型の不純物拡散層を形成できる。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
住宅用太陽電池セルに関し、太陽電池セルを構成するシリコン基板の受光面の極性に応じてシリコン窒化膜の極性を制御することによって、従来の太陽電池セルに比較して、量産レベルで低コスト化及び高効率化ができる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明による太陽電池セルの概略断面図である。
【図２】本発明による太陽電池セルの概略断面図である。
【図３】本発明による太陽電池セルの概略断面図である。
【図４】本発明による太陽電池セルの概略断面図である。
【図５】本発明による太陽電池セルの概略断面図である。
【図６】本発明による太陽電池セルの概略断面図である。
【図７】太陽電池セル製造プロセスの概略上面図である。
【符号の説明】
【００５９】
１：Ｐ型の多結晶シリコン基板
２：Ｎ型の多結晶シリコン基板
３：Ｎ型のシリコン窒化膜
４：Ｐ型のシリコン窒化膜
５：Ｎ+型の不純物拡散層
６：Ｐ+型の不純物拡散層
７：受光面電極
８：裏面電極
９：Ｐ型シリコン基板
１０：Ｎ+型の不純物拡散層を備えたＰ型シリコン基板
１１：シリコン窒化膜を備えたＰ型シリコン基板
１２：電極を備えたＰ型シリコン基板
【図１】
2005183469.tif 000003
【図２】
2005183469.tif 000004
【図３】
2005183469.tif 000005
【図４】
2005183469.tif 000006
【図５】
2005183469.tif 000007
【図６】
2005183469.tif 000008
【図７】
2005183469.tif 000009