(57)【要約】【課題】光電変換効率を向上させることができる太陽電池を提供する。【解決手段】本発明の多結晶シリコン太陽電池は、第１導電型の多結晶シリコン基板１の表面側から基板の結晶粒界５近傍に形成された第１導電型の高濃度不純物領域７と、基板の表面側に形成された第２導電型の不純物層９とを備え、高濃度不純物領域７により結晶粒界５近傍での電気抵抗が低減される。  本発明によれば、結晶粒界５近傍のダングリングボンドが高濃度の不純物よって不活性化されるので、再結合中心が減少し、光電変換効率が向上する。また、基板１と同一の導電型の不純物によってダングリングボンドが不活性化されるため、結晶粒界５近傍に基板１と同一の導電型の高濃度不純物領域７が形成される。そのため、結晶粒界５近傍での電気抵抗が低減され、光電変換効率の向上につながる。【選択図】図１
2005251928.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１導電型の多結晶シリコン基板の表面側から基板の結晶粒界近傍に形成された第１導電型の高濃度不純物領域と、基板の表面側に形成された第２導電型の不純物層とを備え、高濃度不純物領域により結晶粒界近傍での基板の電気抵抗が低減されていることを特徴とする多結晶シリコン太陽電池。
【請求項２】
高濃度不純物領域は、その濃度が１×１０18〜１×１０20ａｔｏｍｓ／ｃｍ3である請求項１に記載の太陽電池。
【請求項３】
高濃度不純物領域は、Ｂ又はＡｌが基板の結晶粒界近傍にドーピングされて形成される請求項１に記載の太陽電池。
【請求項４】
高濃度不純物領域は、（ａ）第１導電型の不純物からなる不純物層を基板表面上に形成し、（ｂ）熱処理により不純物を基板の結晶粒界近傍に拡散させることにより、形成されている請求項１に記載の太陽電池。
【請求項５】
第１導電型の不純物からなる不純物層は、その厚さが１〜５０μｍである請求項４に記載の太陽電池。
【請求項６】
第１導電型の不純物は、ホウケイ酸鉛、Ｂ2Ｏ3、又はＡｌからなる請求項４に記載の太陽電池。
【請求項７】
熱処理は、８００℃以下で行われる請求項４に記載の太陽電池。
【請求項８】
（１）第１導電型の多結晶シリコン基板の表面側から基板の結晶粒界近傍に第１導電型の高濃度不純物領域を形成し、（２）基板の表面側に第２導電型の不純物層を形成する工程を備え、高濃度不純物領域により結晶粒界近傍での基板の電気抵抗が低減される多結晶シリコン太陽電池の製造方法。
【請求項９】
工程（１）は、（ａ）第１導電型の不純物からなる不純物層を基板表面上に形成し、（ｂ）熱処理により不純物を基板の結晶粒界近傍に拡散させることにより、基板の結晶粒界近傍に第１導電型の高濃度不純物領域を形成する工程である請求項８に記載の製造方法。
【請求項１０】
工程（１）の後に、第１導電型の不純物からなる不純物層及び工程（１）で形成されるＳｉ合金層を酸により除去する工程をさらに備える請求項９に記載の製造方法。
【請求項１１】
酸は、塩酸又はフッ酸である請求項１０に記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多結晶シリコン太陽電池、及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
多結晶シリコン太陽電池では、結晶粒界の存在がその品質に大きく影響する。多結晶シリコンの結晶粒界には多数のダングリングボンドが存在するが、このダングリングボンドはキャリアの再結合中心として働くため、キャリアの寿命を大幅に短縮する。また結晶粒界部分に現れる歪により多結晶シリコン半導体中のエネルギーバンドが影響を受けて空乏領域が形成され、キャリアの移動を妨げる原因となっている。このように結晶粒界の存在は多結晶シリコンを用いたデバイス特性を非常に悪化させるため、従来は水素プラズマ処理、水素イオンの打ち込み等の方法による水素パッシベーションを用いた粒界の不活性化が行われている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平７−１８３５５２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、水素パッシベーション等による粒界の不活性化により、光電変換効率がある程度は改善するものの十分ではない。
【０００４】
本発明は、係る事情に鑑みてなされたものであり、光電変換効率をさらに向上させることができる太陽電池を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の多結晶シリコン太陽電池は、第１導電型の多結晶シリコン基板の表面側から基板の結晶粒界近傍に形成された第１導電型の高濃度不純物領域と、基板の表面側に形成された第２導電型の不純物層とを備え、高濃度不純物領域により結晶粒界近傍での基板の電気抵抗が低減されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、結晶粒界近傍のダングリングボンドが高濃度の不純物よって不活性化されるので、再結合中心が減少し、光電変換効率が向上する。
【０００７】
また、基板と同一の導電型の不純物によってダングリングボンドが不活性化されるため、基板と同一の導電型の高濃度不純物領域が結晶粒界近傍に形成される。そのため、結晶粒界近傍での基板の電気抵抗が低減され、光電変換効率の向上につながる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明の多結晶シリコン太陽電池は、第１導電型の多結晶シリコン基板の表面側から基板の結晶粒界近傍に形成された第１導電型の高濃度不純物領域と、基板の表面側に形成された第２導電型の不純物層とを備え、高濃度不純物領域により結晶粒界近傍での基板の電気抵抗が低減されていることを特徴とする。
【０００９】
１．多結晶シリコン基板
第１導電型の多結晶シリコン基板には、ｎ型又はｐ型の多結晶シリコン基板を用いることができる。多結晶シリコン基板の不純物濃度は、１×１０15ａｔｏｍｓ／ｃｍ3程度であることが好ましい。
【００１０】
２．高濃度不純物領域
２−１．構成
第１導電型の多結晶シリコン基板の表面側から基板の結晶粒界近傍に第１導電型の高濃度不純物領域を形成する。高濃度不純物領域は、基板の表面近傍、例えば、ｐｎ接合近傍に形成されてもよく、基板の裏面まで到達してもよい。何れの場合も、再結合中心を減少させ、かつ、結晶粒界近傍での基板の電気抵抗を低減するという効果が得られ、その結果、光電変換効率を向上させることができる。
【００１１】
高濃度不純物領域は、その濃度が１×１０18〜１×１０20ａｔｏｍｓ／ｃｍ3であることが好ましい。なぜなら、１×１０18より小さい場合、高濃度不純物領域を設けた効果が十分でなく、１×１０20より大きい場合、Ｓｉの結晶構造の歪みが大きくなり、太陽電池の特性を悪化させるためである。また、高濃度不純物領域は、Ｂ又はＡｌが基板の結晶粒界近傍にドーピングされて形成されることが好ましい。
【００１２】
２−２．形成方法
高濃度不純物領域は、例えば、（ａ）第１導電型の不純物からなる不純物層を基板表面上に形成し、（ｂ）熱処理により不純物を基板の結晶粒界近傍に拡散させる工程を備える方法を用いて、形成することができる。
【００１３】
結晶粒界近傍では原子の拡散速度が大きいため、不純物層に含まれる第１導電型の不純物は、優先的に結晶粒界近傍に拡散し、高濃度不純物領域を形成する。
【００１４】
第１導電型の不純物からなる不純物層は、その厚さが１〜５０μｍであることが好ましい。１μｍより小さい場合、第１導電型の不純物を結晶粒界近傍に十分に拡散させることができないからあり、５０μｍより大きい場合、後工程での不純物層の除去に手間がかかるからである。この不純物層は、例えば、スクリーン印刷法により形成することができる。
また、第１導電型の不純物は、ホウケイ酸鉛、Ｂ2Ｏ3、又はＡｌからなることが好ましい。
【００１５】
また、熱処理は、８００℃で以下で行われることが好ましい。８００℃より高い場合、ｐ型多結晶シリコン基板の粒界以外の部分にも不純物が拡散し、この結果、基板の不純物濃度の設計値からのずれが生じ、素子特性が悪化する場合があるからである。また、熱処理は、不純物層の融点以上の温度で行われることが好ましい。融点より低い温度では、不純物が十分に拡散しないからである。
【００１６】
２−３．後処理
高濃度不純物領域を形成した後に、第１導電型の不純物からなる不純物層を除去することが好ましい。また、高濃度不純物領域を形成する工程で形成されるＳｉ合金層も除去することが好ましい。これらは、酸により除去することが好ましい。また、酸には、塩酸又はフッ酸を用いることが好ましい。これらの酸を用いるのが好ましいのは、充分に除去効果があることと、これらの酸は太陽電池の他の洗浄工程での使用頻度が高く、工程を簡便化することができるためである。
【００１７】
３．第２導電型の不純物層
３−１．構成
第２導電型の不純物層が、基板の表面側に形成される。「基板の表面側」とは、基板の表面上又は基板の表面近傍を意味する。
【００１８】
３−２．製造方法
第２導電型の不純物層は、基板の表面上に形成する場合、例えば、ＣＶＤ法により形成することができる。また、第２導電型の不純物層は、例えば、基板の表面近傍に形成する場合、基板表面上に第２導電型の不純物からなる不純物層を形成し、熱処理により不純物を拡散させることにより、形成することができる。また、第２導電型の不純物層は、基板の表面近傍に第２導電型の不純物をイオン注入することにより形成してもよい。何れの方法を用いる場合でも、第２導電型の不純物層は、公知の条件で形成することができる。
【００１９】
４．その他
４−１．反射防止膜
本発明の多結晶シリコン太陽電池は、第２導電型の不純物層上に反射防止膜をさらに備えることが好ましい。この場合、太陽電池に入射する光の表面反射を低減させることができ、その結果、光電変換効率を向上させることができる。反射防止膜は、シリコン酸化膜などの透明膜からなることが好ましい。また、反射防止膜は、ＣＶＤ法などにより形成することができる。
【００２０】
４−２．裏面電界層
本発明の多結晶シリコン太陽電池は、基板の裏面側に、裏面電界層を備えることが好ましい。裏面電界層を形成することにより、キャリアの再結合ロスを低減させることができ、その結果、光電変換効率を向上させることができる。裏面電界層は、例えば、Ａｌペーストを基板裏面に印刷し、その基板を熱処理することにより、形成することができる。
【００２１】
４−３．表面・裏面電極
上記の構成に加え、基板の表面・裏面側に表面・裏面電極を形成し、本発明の多結晶シリコン太陽電池が形成される。表面・裏面電極は、例えば、銀ペーストを用いて形成することができる。表面・裏面電極は、蒸着法などにより形成することができる。
【実施例１】
【００２２】
図１は、実施例１に係る多結晶シリコン太陽電池の製造工程を示す断面図である。以下、図１を用いて、本実施例に係る多結晶シリコン太陽電池の製造方法を説明する。
【００２３】
まず、ｐ型多結晶シリコン基板１の表面上に、Ａｌペーストからなるｐ型不純物層３を厚さ約５０μｍでスクリーン印刷し、図１（ａ）に示す構造を得る。
【００２４】
次に、ｐ型不純物層３を２００℃で１分乾燥、７００℃で１分焼成する。この工程により、Ａｌが結晶粒界５近傍に拡散し、基板１の結晶粒界５近傍にｐ型の高濃度不純物領域７が形成され、図１（ｂ）に示す構造を得る。高濃度不純物領域７が形成されるのは、結晶粒界５近傍では原子の拡散速度が大きいため、不純物層３に含まれるｐ型不純物が、結晶粒界５近傍に優先的に拡散するからである。高濃度不純物領域７が形成されることにより、結晶粒界５近傍のダングリングボンドが高濃度の不純物よって不活性化されるので、再結合中心が減少し、光電変換効率が向上する。また、基板１と同一の導電型の不純物によってダングリングボンドが不活性化されるため、結晶粒界５近傍に基板１と同一の導電型の高濃度不純物領域７が形成される。そのため、結晶粒界５近傍での電気抵抗が低減され、光電変換効率のさらなる向上につながる。
【００２５】
次に、得られた基板１を塩酸に１０分間浸漬し、Ａｌペースト層３及び焼成・拡散過程で生じるＡｌＳｉ合金層を除去し、図１（ｃ）に示す構造を得る。
【００２６】
次に、基板１裏面側にｐ+層８形成、受光側にｎ+層９を形成し、図１（ｄ）に示す構造を得る。ｐ+層８は、Ａｌペーストを基板１裏面に印刷し、その基板１を熱処理することにより、形成する。ｎ+層９は、ＰＯＣｌ3を基板１表面側に塗布し、８５０℃、２０分間で熱拡散させることにより、形成する。
【００２７】
次に、基板１の表面に反射防止膜１０を形成し、さらに、基板１の表面・裏面側に表面・裏面電極１１、１２を形成し、図１（ｅ）に示す構造を得て、本実施例の太陽電池の製造を完了する。表面・裏面電極は、銀ペーストを用いて、蒸着法により、形成する。
【実施例２】
【００２８】
図１を用いて、実施例２に係る多結晶シリコン太陽電池の製造方法を説明する。
【００２９】
まず、ｐ型多結晶シリコン基板１の表面上に、Ｂ2Ｏ3からなるｐ型不純物層３を厚さ約５０μｍで塗布し、図１（ａ）に示す構造を得る。
【００３０】
次に、ｐ型不純物層３を５００℃で１０分間熱処理する。この工程により、Ｂが結晶粒界５近傍に拡散し、基板１の結晶粒界５近傍にｐ型の高濃度不純物領域７が形成され、図１（ｂ）に示す構造を得る。高濃度不純物領域７が形成される原理、その効果は、実施例１と同様である。
【００３１】
次に、得られた基板１をフッ酸に１０分間浸漬し、Ｂ2Ｏ3層３及び焼成・拡散過程で生じる合金層を除去し、図１（ｃ）に示す構造を得る。
【００３２】
次に、基板１裏面側にｐ+層８形成、受光側にｎ+層９を形成し、図１（ｄ）に示す構造を得る。ｐ+層８は、Ａｌペーストを基板１裏面に印刷し、その基板１を熱処理することにより、形成する。ｎ+層９は、ＰＯＣｌ3を基板１表面側に塗布し、８５０℃、２０分間で熱拡散させることにより、形成する。
【００３３】
次に、基板１の表面に反射防止膜１０を形成し、さらに、基板１の表面・裏面側に表面・裏面電極１１、１２を形成し、図１（ｅ）に示す構造を得て、本実施例の太陽電池の製造を完了する。表面・裏面電極は、銀ペーストを用いて、蒸着法により、形成する。
【実施例３】
【００３４】
図１を用いて、実施例３に係る多結晶シリコン太陽電池の製造方法を説明する。
【００３５】
まず、ｐ型多結晶シリコン基板１の表面上に、ホウケイ酸鉛からなるｐ型不純物層３を厚さ約５０μｍでスクリーン印刷し、図１（ａ）に示す構造を得る。
【００３６】
次に、ｐ型不純物層３を２００℃で１分間乾燥させ、さらに、７００℃で１分間焼成する。この工程により、Ｂが結晶粒界５近傍に拡散し、基板１の結晶粒界５近傍にｐ型の高濃度不純物領域７が形成され、図１（ｂ）に示す構造を得る。高濃度不純物領域７が形成される原理、その効果は、実施例１と同様である。
【００３７】
次に、得られた基板１をフッ酸に１０分間浸漬し、ホウケイ酸鉛層３及び焼成・拡散過程で生じる合金層を除去し、図１（ｃ）に示す構造を得る。
【００３８】
次に、基板１裏面側にｐ+層８形成、受光側にｎ+層９を形成し、図１（ｄ）に示す構造を得る。ｐ+層８は、Ａｌペーストを基板１裏面に印刷し、その基板１を熱処理することにより、形成する。ｎ+層９は、ＰＯＣｌ3を基板１表面側に塗布し、８５０℃、２０分間で熱拡散させることにより、形成する。
【００３９】
次に、基板１の表面に反射防止膜１０を形成し、さらに、基板１の表面・裏面側に表面・裏面電極１１、１２を形成し、図１（ｅ）に示す構造を得て、本実施例の太陽電池の製造を完了する。表面・裏面電極は、銀ペーストを用いて、蒸着法により、形成する。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の実施例１に係る多結晶シリコン太陽電池の製造工程を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４１】
１  ｐ型多結晶シリコン基板
３  ｐ型不純物層
５  結晶粒界
７  高濃度不純物領域
８  ｐ+層
９  ｎ+層
１０  反射防止膜
１１  表面電極
１２  裏面電極
【図１】
2005251928.tif 000003