(57)【要約】【課題】  変換効率が大きな裏面電極型太陽電池および裏面電極型太陽電池の製造方法を提供する。【解決手段】  裏面電極型太陽電池は、主表面にｐ+領域１２およびｎ+領域１３が形成された多結晶のシリコン基板１０と、ｐ+領域１２に接続されたｐ電極１４およびｎ+領域１３に接続されたｎ電極１５とを備える。裏面電極型太陽電池は、シリコン基板１０の結晶粒の長手方向が、シリコン基板１０の厚さ方向に対して、ほぼ垂直になるように形成されている。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
主表面に、第１導電型の第１ドーピング領域および第２導電型の第２ドーピング領域が形成された多結晶の半導体基板と、
前記第１ドーピング領域に接続された第１電極および前記第２ドーピング領域に接続された第２電極と
を備え、
前記半導体基板の結晶粒の長手方向が、前記半導体基板の厚さ方向に対して、ほぼ垂直になるように形成されている、裏面電極型太陽電池。
【請求項２】
前記半導体基板の厚さが、前記半導体基板の結晶粒の平均粒径以下である、請求項１に記載の裏面電極型太陽電池。
【請求項３】
前記第１ドーピング領域の延びている方向および前記第２ドーピング領域の延びている方向が、前記結晶粒の長手方向に対してほぼ垂直になるように形成された、請求項１に記載の裏面電極型太陽電池。
【請求項４】
多結晶半導体の結晶柱から、半導体基板を切り出す切出し工程を含み、
前記切出し工程は、前記結晶柱の結晶粒の成長方向に対してほぼ平行な切断面で切断する工程を含む、裏面電極型太陽電池の製造方法。
【請求項５】
前記切出し工程は、半導体基板の厚さが前記半導体基板の結晶粒の平均粒径以下となるように切断する工程を含む、請求項４に記載の裏面電極型太陽電池の製造方法。
【請求項６】
第１導電型の第１ドーピング領域および第２導電型の第２ドーピング領域を半導体基板の表面に形成するドーピング領域形成工程を含み、
前記ドーピング領域形成工程は、前記第１ドーピング領域の延びる方向および前記第２ドーピング領域の延びる方向が、前記結晶粒の成長方向に対して、ほぼ垂直になるように行なう、請求項４に記載の裏面電極型太陽電池の製造方法。
【請求項７】
多結晶半導体の結晶リボンを形成する結晶リボン形成工程を含み、
前記結晶リボン形成工程は、半導体融液から前記半導体融液の表面にほぼ垂直な方向に結晶リボンを引き出す工程を含む、裏面電極型太陽電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、裏面電極型太陽電池および裏面電極型太陽電池の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽光エネルギを、直接的に電気エネルギに変換することができる太陽電池は、近年、地球環境問題の観点から、次世代のエネルギ源としての期待が急激に高まっている。太陽電池には、化合物半導体を使ったものまたは有機材料を使ったものなど、さまざまな種類がある。太陽電池の中で主流となっているものは、シリコン結晶を用いた太陽電池である。
【０００３】
現在、シリコン結晶を用いた太陽電池の中で、最も多く生産および販売されている太陽電池は、ｐ型のシリコン基板を備える太陽電池である。太陽電池の構造においては、太陽光を受ける受光面にｎ電極が形成され、受光面と反対側の裏面にはｐ電極が形成されている。
【０００４】
ｐ型のシリコン基板を用いたシリコン太陽電池のうち、多結晶のシリコン基板を用いた太陽電池は、単結晶のシリコン基板を用いた太陽電池と比べて、安価で大量生産に適している。多結晶のシリコン基板を用いた太陽電池は、現在の太陽電池の生産量の約７割以上を占めている。
【０００５】
図７に、多結晶のシリコン基板を用いた太陽電池の概略断面図を示す。多結晶のシリコン基板１０の主表面のうち、受光面の側の主表面にはｎ+層２９が形成されている。ｎ+層２９の表面には、パッシベーション層１１が形成されている。パッシベーション層１１が太陽電池の表面に形成されていることによって、シリコン基板１０の表面がパッシベーション（不活性化）されている。パッシベーション層１１は、パッシベーションの役割の他に、いわゆる反射防止膜としての役割も兼ねていることが多い。また、ｎ+層２９の表面には、受光面側の電極として、ｎ電極１９が形成されている。ｎ電極１９は、線状に形成されている。
【０００６】
シリコン基板１０の主表面のうち、受光面と反対側の裏面には、ｐ+層２８が形成されている。図７に示す太陽電池は、いわゆるＢＳＦ（Back Surface Field）構造になっている。ＢＳＦとは、シリコン基板において、シリコン基板の裏面の近傍に、高濃度のドーパントをドーピングすることにより、裏面の近傍に形成された内蔵電界のことをいう。このような内蔵電界が形成されることによって、シリコン基板の中で形成された少数のキャリアのうち、裏面に向かうものが反射され、裏面での再結合によるキャリアの損失が抑制される。
【０００７】
ｐ+層２８の主表面には、ｐ電極１８が形成されている。ｐ電極１８は、ｐ+層２８の主表面全体を覆うように形成されている。ｐ電極１８は、平面的に形成されている。太陽電池からの電流は、ｎ電極１９およびｐ電極１８から取出される。
【０００８】
図７に示すような多結晶のシリコン基板を含む太陽電池の製造方法を、図８から図１２に示す。図８は、単結晶シリコンインゴットの側面図である。シリコンインゴット３９は、周知のCzochralski法などによって形成される。
【０００９】
シリコンインゴット３９の端部であるインゴット端材４０を集めて、坩堝に入れて溶融させてから、再凝固させると多結晶柱としてのシリコンインゴットを形成することができる。
【００１０】
図９に、多結晶柱としてのインゴット４１の斜視図を示す。図９に示すインゴット４１は、ほぼ直方体状に形成されている。溶融したシリコンを再凝固させる際には、溶融したシリコンが充填された坩堝を、下部から上部に向けて徐々に冷却していく（抜熱していく）。この方法により、上下の高さ方向に多結晶シリコンの結晶粒を成長させることができる。図９においては、矢印５０に示す方向にシリコンの結晶粒が成長している。
【００１１】
次に、図１０に示すように、ワイヤソーなどを用いて、製造される太陽電池の大きさに対応するようにブロック４６を切出す。ブロック４６の切出しにおいては、矢印５０に示す結晶粒の成長方向とブロック４６の長手方向とがほぼ平行になるように切断を行なう。
【００１２】
次に、図１１に示すように、ワイヤソーなどを用いることにより、ブロック４６から、所望の厚さに切断を行なって、半導体基板としてのウエハ４７が形成される。ウエハ４７は、ブロック４６から複数枚が切出される。ウエハ４７は、矢印５０に示す結晶粒の成長方向が、主表面とほぼ垂直になるように切出されている。切出されたウエハ４７は、表面のダメージ層がエッチングによって除去される。
【００１３】
次に、図１２に示すように、ウエハに対して、ドーピング層を形成して、さらに、パッシベーション層の形成および電極の形成などを周知の方法により行なって、太陽電池４９を製造する。
【００１４】
図７を参照して、上記のように製造された多結晶のシリコン基板を含む太陽電池においては、シリコン基板１０の内部に、結晶粒界３１が多数存在している。結晶粒界３１は、欠陥の一種である。光の照射によって形成された光生成キャリア２０は、結晶粒界３１に衝突すると再結合してしまう。すなわち、結晶粒界３１において、光生成キャリアが消滅してしまう。したがって、一般的に、多結晶のシリコン基板を備える太陽電池は、単結晶のシリコン基板を備える太陽電池よりも変換効率が低い。
【００１５】
上記の製造方法によって製造を行なった多結晶のシリコン基板を含む太陽電池においては、図７に示すように、シリコン基板１０の結晶粒界３１の延びている方向は、シリコン基板１０の主表面とほぼ垂直になる。
【００１６】
光生成キャリア２０は、矢印５３に示すように、ｎ+層２９に向かう。すなわち、光生成キャリア２０の拡散方向は、シリコン基板１０の主表面とほぼ垂直な方向である。このため、光生成キャリア２０が結晶粒界３１と衝突することを抑制できる。多結晶のシリコン基板を備える太陽電池においては、結晶粒界がシリコン基板の主表面に対してほぼ垂直であることが好ましい。すなわち、多結晶のシリコン基板において、結晶粒が柱状に形成され、結晶粒の長手方向が厚さ方向とほぼ平行になることが好ましい。この構造は、いわゆる「コラム構造」である。
【００１７】
上記のような製造方法においては、図１１に示すウエハを切出す工程において、矢印５０に示すシリコンの結晶粒の成長方向に対して、主表面がほぼ垂直になるようにウエハを切出すことによって、多結晶のシリコン基板をコラム構造にすることができる。
【００１８】
図７に示す太陽電池において、受光面の側に形成されたｎ電極１９は、電流の取出しのために形成されている。ｎ電極１９は、光を遮断するため、ｎ電極１９の真下には、太陽光などの光が入射せず、その部分では発電が行なわれない。したがって、ｎ電極１９の表面積が大きいと、変換効率が低下する。このような、太陽電池の受光面の電極による損失を「シャドーロス」という。
【００１９】
太陽電池の中には、２種類の電極が太陽電池の受光面と反対側の裏面に形成され、受光面に電極が形成されていない裏面電極型太陽電池がある。裏面電極型太陽電池は、電極によるシャドーロスを防止して、入射する太陽光を１００％太陽電池に取込むことができる。このため、原理的には、高い変換効率を有する太陽電池を製造することが可能である。裏面電極型太陽電池は、たとえば、米国特許第４，９２７，７７０号明細書に開示されている。この文献においては、集光型に適した裏面ポイントコンタクト型の太陽電池が開示されている。
【００２０】
図１３に、裏面電極型太陽電池の説明図を示す。図１３（ａ）は、裏面電極型太陽電池の断面図であり、（ｂ）は、裏面の側から見たときの図（下面図）である。シリコン基板１０のうち、受光面の側の主表面には、パッシベーション層１１ｂが形成されている。シリコン基板１０のうち、裏面の側の主表面には、高濃度ｐドーピング領域としてのｐ+領域１２と、高濃度ｎドーピング領域としてのｎ+領域１３とが形成されている。ｐ+領域１２とｎ+領域１３とは、線状に形成され、延びている方向に垂直な方向において、交互に形成されている。シリコン基板１０の裏面側の表面には、パッシベーション層１１ａが形成されている。
【００２１】
シリコン基板１０の表裏のそれぞれの主表面に、パッシベーション層１１ａ，１１ｂが形成されていることによって、シリコン基板１０の表面での再結合が抑制されている。シリコン基板１０の表面のうち、受光面に形成されているパッシベーション層１１ｂは、反射防止膜としての役割も兼ねている。
【００２２】
シリコン基板１０の裏面の側の主表面において、パッシベーション層１１ａには、ｐ+領域１２とｎ+領域１３との位置に対応するように、ｐ領域コンタクトホール１６とｎ領域コンタクトホール１７とが形成されている。ｐ領域コンタクトホール１６の内部には、ｐ電極１４が形成されている。ｐ電極１４は、ｐ+領域１２に接続されている。また、ｎ領域コンタクトホール１７の内部には、ｎ電極１５が形成され、ｎ電極１５は、ｎ+領域１３に接続されている。このように、ｐ電極１４およびｎ電極１５は、シリコン基板１０の裏面に形成されている。電流は、これらのｐ電極１４およびｎ電極１５から取出される。
【００２３】
図１３（ａ）に示すように、裏面電極型太陽電池においては、受光面の側に電極が形成されておらず、入射する光を遮断する部分がない。このため、太陽光などの光を１００％太陽電池の内部に取込むことができる。
【特許文献１】米国特許第４，９２７，７７０号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２４】
図１３（ａ）および（ｂ）に示したように、裏面電極型太陽電池においては、シャドーロスがゼロであるために、高い変換効率を実現することが可能である。しかし、従来の技術に基づく裏面電極型太陽電池は、シリコン基板として高価な単結晶のシリコン基板が用いられているため、生産性が悪く、価格が高いという問題があった。
【００２５】
生産性を向上させ、価格を低くするためには、安価な多結晶のシリコン基板を用いることが好ましい。しかし、図１３に示すように、シリコン基板として、多結晶のシリコン基板１０を用いると、シリコン基板１０の内部に結晶粒界３１が存在する。図１３（ａ）に示すように、シリコン基板１０の内部で生じた光生成キャリア２０の一部は、ｐ+領域に向かって移動しようとするが、結晶粒界３１に衝突することによって、再結合して消滅してしまう。
【００２６】
このように、従来の技術に基づく裏面電極型太陽電池においては、光生成キャリアの再結合が生じやすく、変換効率が小さくなってしまうという問題があった。
【００２７】
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、変換効率が大きな裏面電極型太陽電池および裏面電極型太陽電池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】
【００２８】
上記目的を達成するため、本発明に基づく裏面電極型太陽電池は、主表面に、第１導電型の第１ドーピング領域および第２導電型の第２ドーピング領域が形成された多結晶の半導体基板と、上記第１ドーピング領域に接続された第１電極および上記第２ドーピング領域に接続された第２電極とを備える。上記半導体基板の結晶粒の長手方向が、上記半導体基板の厚さ方向に対して、ほぼ垂直になるように形成されている。この構成を採用することにより、変換効率が大きく、生産性の優れた裏面電極型太陽電池を提供することができる。
【００２９】
上記発明において好ましくは、上記半導体基板の厚さが、上記半導体基板の結晶粒の平均粒径以下である。この構成を採用することにより、光生成キャリアが結晶粒界に衝突することを抑制でき、さらに上記変換効率を大きくすることができる。
【００３０】
上記発明において好ましくは、上記第１ドーピング領域の延びている方向および上記第２ドーピング領域の延びている方向が、上記結晶粒の長手方向に対してほぼ垂直になるように形成されている。この構成を採用することにより、光生成キャリアが結晶粒界に衝突することを抑制でき、さらに上記変換効率を大きくすることができる。
【００３１】
上記目的を達成するため、本発明に基づく裏面電極型太陽電池の製造方法は、多結晶半導体の結晶柱から、半導体基板を切り出す切出し工程を含み、上記切出し工程は、上記結晶柱の結晶粒の成長方向に対してほぼ平行な切断面で切断する工程を含む。この方法を採用することにより、変換効率が大きく、生産性の優れた裏面電極型太陽電池の製造方法を提供することができる。
【００３２】
上記発明において好ましくは、上記切出し工程は、半導体基板の厚さが上記半導体基板の結晶粒の平均粒径以下となるように切断する工程を含む。この方法を採用することにより、さらに上記変換効率の大きな上記裏面電極型太陽電池を製造することができる。
【００３３】
上記発明において好ましくは、第１導電型の第１ドーピング領域および第２導電型の第２ドーピング領域を半導体基板の表面に形成するドーピング領域形成工程を含み、上記ドーピング領域形成工程は、上記第１ドーピング領域の延びる方向および上記第２ドーピング領域の延びる方向が、上記結晶粒の成長方向に対して、ほぼ垂直になるように行なう。この方法を採用することにより、さらに上記変換効率の大きな上記裏面電極型太陽電池を製造することができる。
【００３４】
上記目的を達成するため、本発明に基づく裏面電極型太陽電池の製造方法は、多結晶半導体の結晶リボンを形成する結晶リボン形成工程を含み、上記結晶リボン形成工程は、半導体融液から上記半導体融液の表面にほぼ垂直な方向に結晶リボンを引き出す工程を含む。この方法を採用することにより、半導体材料の損失を最小限にすることができ、材料を有効に使用することができる。また、安価な上記裏面電極型太陽電池を提供することができる。
【発明の効果】
【００３５】
本発明によれば、変換効率が大きな裏面電極型太陽電池およびその製造方法を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
（実施の形態１）
（構成）
図１から図４を参照して、本発明に基づく実施の形態１における裏面電極型太陽電池および裏面電極型太陽電池の製造方法について説明する。
【００３７】
図１は、本実施の形態における裏面電極型太陽電池の説明図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は下面図である。
【００３８】
本実施の形態においては、多結晶の半導体基板として、ｎ型の多結晶のシリコン基板１０が使われており、シリコン基板１０の主表面のうち、受光面と反対側の裏面には、第１導電型の第１ドーピング領域としてｐ+領域１２が形成されている。また、シリコン基板１０の裏面には、第２導電型の第２ドーピング領域として、ｎ+領域１３が形成されている。
【００３９】
シリコン基板１０の主表面において、ｐ+領域１２とｎ+領域１３とは、それぞれ線状に形成されている。ｐ+領域１２とｎ+領域１３とは、互いにほぼ平行になるように離れて形成されている。ｐ+領域１２とｎ+領域１３とは、延びている方向に垂直な方向において、交互に形成されている。シリコン基板１０の裏面には、パッシベーション層１１ａが形成されている。パッシベーション層１１ａには、ｐ+領域１２およびｎ+領域１３の位置に対応するように、ｐ領域コンタクトホール１６およびｎ領域コンタクトホール１７が形成されている。
【００４０】
ｐ領域コンタクトホール１６の内部およびパッシベーション層１１ａの主表面の一部には、ｐ電極１４が形成されている。ｐ電極１４は、ｐ+領域１２に、電気的に接続されている。また、ｎ領域コンタクトホール１７の内部およびパッシベーション層１１ａの主表面の一部には、ｎ電極１５が形成されている。ｎ電極１５は、ｎ+領域１３に電気的に接続されている。
【００４１】
ｐ電極１４の延びている方向およびｎ電極１５の延びている方向は、互いにほぼ平行になるように離れて形成されている。ｐ電極１４およびｎ電極１５は、それぞれ線状に形成され、延びている方向に垂直な方向において、交互に形成されている。
【００４２】
シリコン基板１０の主表面のうち、受光面の側には、パッシベーション層１１ｂが形成されている。パッシベーション層１１ｂは、シリコン基板１０の主表面を覆うように形成されている。
【００４３】
図１（ａ）および（ｂ）を参照して、本実施の形態における裏面電極型太陽電池は、シリコン基板１０の結晶粒の成長方向が、シリコン基板１０の厚さの方向に対して、ほぼ垂直になるように形成されている。結晶粒は長手方向を有するように形成され、この長手方向が、矢印５０に示す方向とほぼ平行になるように形成されている。結晶粒の長手方向は、シリコン基板１０の主表面とほぼ平行になるように形成されている。
【００４４】
特に、本実施の形態においては、結晶粒界３０の成長方向が、ｐ電極１４の延びている方向およびｎ電極１５の延びている方向にほぼ垂直になるように形成されている。すなわち、形成されている結晶粒は、長手方向がシリコン基板１０の主表面とほぼ平行になるように形成され、さらに、長手方向がｐ電極１４の延びている方向およびｎ電極１５の延びている方向とほぼ垂直になるように形成されている。
【００４５】
また、本実施の形態におけるシリコン基板１０の厚さは、シリコン基板１０の結晶粒の平均粒径以下になるように形成されている。本発明における結晶粒の平均粒径とは、シリコンインゴットやシリコン基板において、結晶粒の成長方向に垂直な断面で切断したときの結晶粒径の平均値である。平均粒径においては、光学的な観察方法などの周知の方法を用いることにより、測定を行なうことができる。また、図１（ａ）を参照して、本実施の形態におけるシリコン基板１０の結晶粒は、結晶粒の長手方向に垂直な断面における平均的な高さが、シリコン基板１０の厚さよりも大きくなるように形成されている。
【００４６】
（作用・効果、製造方法）
図１（ａ）を参照して、太陽光などの光は、シリコン基板１０のうち、パッシベーション層１１ｂが形成されている受光面の側から受光される。太陽光などが受光されることにより、シリコン基板１０の内部には、光生成キャリア２０が形成される。光生成キャリア２０は、矢印５１ａに示すようにｐ+領域１２に向かって進行する。
【００４７】
本実施の形態における裏面電極型太陽電池においては、ｐｎ接合は、ｐ+領域１２の部分に存在する。したがって、ｐ+領域１２から離れた部分で生じた光生成キャリアは、ｐ+領域１２の部分に到達しなければ、光電流として取出すことができない。たとえば、図１（ａ）に示すように、ｎ+領域１３の上方で生じた光生成キャリア２０は、矢印５１ａおよび矢印５１ｂに示すように、シリコン基板１０の内部を横方向に拡散および移動して、ｐｎ接合の部分に到達しなければ、光電流として取出すことができない。
【００４８】
従来の技術に基づくコラム構造の裏面電極型太陽電池においては、結晶粒界が、シリコン基板の主表面にほぼ垂直になるように存在するため、光生成キャリアの多くが結晶粒界と衝突して再結合で失われてしまう。したがって、太陽電池の特性が著しく低下する（図１３参照）。
【００４９】
これに対して、本発明に基づく裏面電極型太陽電池においては、半導体基板の結晶粒の長手方向および結晶粒界が、半導体基板の主表面とほぼ平行に形成されているため、従来の技術に基づく裏面電極型太陽電池よりも、光生成キャリア２０が、結晶粒界に衝突することを減少させることができる。すなわち、形成された光生成キャリア２０のうち、矢印５１ｂに示すように、結晶粒界に衝突せずにｐｎ接合の部分に到達する光生成キャリア２０を多くすることができる。
【００５０】
このように、本発明に基づく裏面電極型太陽電池は、光生成キャリア２０の再結合を少なくすることができ、変換効率を向上させることができる。すなわち、取出せる光電流を多くすることができ、太陽電池の特性が向上する。
【００５１】
また、本実施の形態においては、半導体基板の厚さが、半導体基板の結晶粒の平均粒径以下になるように形成されている。すなわち、シリコン基板の厚さは、結晶粒の平均粒径以下である。この構成を採用することにより、半導体基板の内部に存在する結晶粒界を少なくすることができ、さらに変換効率を向上させることができる。すなわち、図１（ａ）に示すように、半導体基板の主表面に垂直な一の断面で半導体基板を切断したときに、その厚さ方向において、結晶粒界が存在しない部分を多くすることができ、太陽電池の変換効率を向上させることができる。
【００５２】
また、本実施の形態における裏面電極型太陽電池は、結晶粒の成長方向が、ｐ+領域１２およびｎ+領域１３の延びている方向とほぼ垂直になるように形成されている。この構成を採用することにより、図１（ｂ）に示すように、結晶粒界３０の延びている方向と、ｐ電極１４（またはｐ+領域１２）の延びている方向およびｎ電極１５（またはｎ+領域１３）の延びている方向とをほぼ垂直にすることができる。すなわち、光生成キャリアが進む向きと、結晶粒界の延びている方向とをほぼ平行にすることができる。したがって、光生成キャリアが結晶粒界に衝突することをさらに低減することができる。
【００５３】
次に、図２から図４を参照して、本発明に基づく本実施の形態における裏面電極型太陽電池の製造方法について説明する。図２に示すように、シリコンインゴットのインゴット端材から、多結晶シリコンの結晶柱としてのインゴット４１を形成することは、従来の技術に基づく裏面電極型太陽電池の製造方法と同様である（図９参照）。図２においては、矢印５０に示す方向が、結晶粒の成長方向である。
【００５４】
次に、図３に示すように、ワイヤソーなどを用いる周知の方法により、インゴット４１を切断して、ブロック４２を切出す。この際に、後に切出すウエハの主表面とほぼ平行になるべき端面が、矢印５０に示す結晶粒の成長方向とほぼ平行になるように切断する。また、好ましくは、後にウエハの主表面に延びるように形成するｐ+領域の延びる方向およびｎ+領域の延びる方向が、矢印５０に示す結晶粒の成長方向とほぼ垂直になるようにブロック４２を切出す。
【００５５】
次に、図４に示すように、ブロック４２から、周知のワイヤソーを用いる方法などにより、半導体基板としてのウエハ４３を切出す。本実施の形態においては、ブロック４２の長手方向に垂直な切断面で切断を繰返すことによって、ウエハ４３を切出している。ウエハ４３は、矢印５０に示す結晶粒の成長方向がウエハ４３の主表面とほぼ平行になるように切断されている。また、ウエハ４３は、平面形状が長方形になるように切断され、この長方形の一辺と結晶粒の成長方向がほぼ平行になるように切断されている。
【００５６】
また、本実施の形態においては、半導体基板の厚さが結晶粒の平均粒径以下となるように、半導体基板を切出している。この方法を採用することにより、前述のように、光生成キャリアが結晶粒界に衝突して再結合することを抑制できる太陽電池を製造することができる。
【００５７】
半導体基板の厚さが、結晶粒の平均粒径以下になるようにするためには、本実施の形態における製造方法のほか、時間をかけて結晶成長を行なって、結晶粒の長手方向の長さを長くする製造方法がある。すなわち、多結晶の結晶柱を形成する際に、抜熱を遅くする方法がある。
【００５８】
しかし、多結晶の結晶柱の形成の際に抜熱を遅くすると、結晶柱の形成に多大な時間を要することになる。したがって、半導体基板の厚さが結晶粒の平均粒径以下になるようにするためには、本実施の形態のように、半導体基板を薄く切出す製造方法が好ましい。
【００５９】
次に、形成されたウエハ４３に対して、表面のダメージ層をエッチングなどの方法により除去して、周知の方法によりドーピング層としてのｎ+領域およびｐ+領域を形成する。さらに、パッシベーション層、ｐ電極およびｎ電極などを形成して、太陽電池を製造する。
【００６０】
このように、本実施の形態における製造方法は、多結晶半導体の結晶柱としてのシリコンインゴットから、半導体基板としてのシリコン基板を切出す切出し工程を含み、切出し工程は、シリコンインゴットの結晶粒の成長方向に対して、ほぼ平行な切断面で切断する工程を含む。この方法を採用することにより、本実施の形態における多結晶の裏面電極型太陽電池を製造することができる。すなわち、生産性に優れ、変換効率の高い裏面電極型太陽電池を製造することができる。
【００６１】
また、上記の切出し工程においては、後に製造するｐ+領域およびｎ+領域の延びる方向と、上記の結晶粒の成長方向とが、ほぼ垂直になるように切出すことが好ましい。または、半導体基板の主表面に形成するｎ+領域およびｐ+領域においては、延びる方向がシリコン基板の結晶粒の成長方向に対して垂直になるように形成することが好ましい。
【００６２】
すなわち、ドーピング領域を形成する工程において、第１のドーピング領域と第２のドーピング領域とを、それぞれの延びる方向と結晶粒の成長方向とが垂直になるように形成することが好ましい。この方法を採用することにより、光生成キャリアの進行方向と結晶粒の長手方向とをほぼ平行にすることができる。この結果、光生成キャリアが結晶粒界に衝突することをより低減することができ、より変換効率の優れた太陽電池を製造することができる。
【００６３】
（実施の形態２）
図５および図６を参照して、本発明に基づく実施の形態２における裏面電極型太陽電池の製造方法について説明する。
【００６４】
本実施の形態における裏面電極型太陽電池の製造方法においては、実施の形態１における製造方法と半導体基板としてのウエハの製造方法が異なる。本実施の形態においては、溶融シリコンから、直接的に多結晶のシリコン基板を製造する。本実施の形態おけるシリコン基板の製造方法は、Edge-defined Film-fed Growth（ＥＦＧ）または、String Ribbon法などといわれる製造方法である。
【００６５】
図５に示すように、坩堝２５の内部に、半導体融液としての溶融シリコン２２を配置する。この溶融シリコン２２にシリコンの薄板を浸漬させた状態で、矢印５５に示すように、シリコンの薄板を引上げることによって、結晶リボンとしてのシリコンリボン２１を形成する。シリコンリボン２１を、溶融シリコン２２の主表面に垂直な方向に連続的に引出すことによって、シリコンリボン２１と溶融シリコン２２との界面である固液界面２４において、シリコンが結晶成長する。このように多結晶のシリコンリボン２１を連続的に製造することができる。
【００６６】
図６に、シリコンリボン２１を溶融シリコン２２から引出す部分の拡大斜視図を示す。シリコンリボン２１は、溶融シリコン２２から引出されるとともに、固液界面２４で結晶成長が生じて、矢印５６に示す向き（引出す方向）に結晶粒が成長する。すなわち、シリコンリボン２１の主表面に対して、ほぼ平行な方向に結晶粒が成長する。
【００６７】
得られたシリコンリボンを、所定の大きさに切断することにより、結晶リボンから半導体基板を得ることができる。結晶リボンを所定の大きさに切断する際には、後に形成するドーピング領域の長手方向と結晶粒の成長方向とがほぼ垂直になるように切断することが好ましいことは、実施の形態１における裏面電極型太陽電池の製造方法と同様である。
【００６８】
このように、多結晶シリコンからなる半導体基板を製造することができる。製造した半導体基板に対して電極などを形成して、本発明に基づく裏面電極型太陽電池を製造することは、実施の形態１と同様であるので、ここでは説明を繰返さない。
【００６９】
実施の形態１に示した製造方法においては、半導体のインゴットからブロックを切出して、さらに、ブロックからウエハをワイヤソーなどによって切出す。すなわち、これらの切出しの際には、数百μｍの幅の切代が必要になる。半導体基板の厚さが薄い場合には、半導体基板の厚さよりも切代の方が大きくなってしまい、材料の無駄となる部分が多くなってしまう。この結果、材料コストが高くなってしまう。本実施の形態における製造方法においては、半導体基板の切出し時におけるシリコンの無駄をなくすことができ、より安価な太陽電池を提供することができる。
【００７０】
このように、本実施の形態における裏面電極型太陽電池の製造方法は、多結晶半導体の液晶リボンを形成する工程を含み、結晶リボンを形成する工程は、半導体融液から半導体融液の表面にほぼ垂直な方向に、結晶リボンを引出す工程を含む。この方法を採用することにより、シリコンの無駄を少なくして、安価な本発明に基づく裏面電極型太陽電池を提供することができる。
【００７１】
上記の半導体基板の製造方法の他にも、直接的に多結晶のシリコン基板を製造する方法が、Juris P. Kalejsらによる文献（Juris P. Kalejs et.al. “AN OVERVIEW OF NEW DEVELOPMENTS IN CRYSTALLINE SILICON RIBBON MATERIAL TECHNOLOGY FOR SOLAR CELLS” 3rd World Conference on Photovoltaic Energy Conversion, Osaka, Japan, May 11-18, 2003, 4PL-E1-02）に開示されている。直接的に多結晶のシリコン基板の製造方法を採用することにより、シリコンを切断する際の無駄な切代を出さずに、本発明に基づく裏面電極型太陽電池を製造することができる。
【００７２】
その他の作用および効果については、実施の形態１と同様であるので、ここでは説明を繰返さない。
【００７３】
上記の全ての実施の形態においては、半導体基板として、純粋な多結晶のシリコン基板を形成したが、特にこの形態に限られず、たとえば、半導体基板として、化合物半導体基板を形成してもよい。または、半導体基板として、ｐ型のシリコン基板を形成してもよい。
【００７４】
なお、今回開示した上記実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】実施の形態１における裏面電極型太陽電池の説明図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は下面図である。
【図２】実施の形態１における裏面電極型太陽電池の製造方法の第１工程説明図である。
【図３】実施の形態１における裏面電極型太陽電池の製造方法の第２工程説明図である。
【図４】実施の形態１における裏面電極型太陽電池の製造方法の第３工程説明図である。
【図５】実施の形態２における裏面電極型太陽電池の製造方法の工程説明図である。
【図６】シリコンリボンを溶融シリコンから引出す部分の拡大斜視図である。
【図７】従来の技術に基づく太陽電池の概略断面図である。
【図８】従来の技術に基づく太陽電池の製造方法の第１工程説明図である。
【図９】従来の技術に基づく太陽電池の製造方法の第２工程説明図である。
【図１０】従来の技術に基づく太陽電池の製造方法の第３工程説明図である。
【図１１】従来の技術に基づく太陽電池の製造方法の第４工程説明図である。
【図１２】従来の技術に基づく太陽電池の製造方法の第５工程説明図である。
【図１３】従来の技術に基づく裏面電極型太陽電池の説明図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は下面図である。
【符号の説明】
【００７６】
１０  シリコン基板、１１，１１ａ，１１ｂ  パッシベーション層、１２  ｐ+領域、１３  ｎ+領域、１４，１８  ｐ電極、１５，１９  ｎ電極、１６  ｐ領域コンタクトホール、１７  ｎ領域コンタクトホール、２０  光生成キャリア、２１  シリコンリボン、２２  溶融シリコン、２４  固液界面、２５  坩堝、２８  ｐ+層、２９  ｎ+層、３０，３１  結晶粒界、３９  シリコンインゴット、４０  インゴット端材、４１  インゴット、４２，４６  ブロック、４３，４７  ウエハ、４９  太陽電池、５０  （結晶の成長方向を示す）矢印、５１ａ，５１ｂ，５３，５５，５６  矢印。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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