(57)【要約】【課題】従来よりも簡素な方法で、化学薬品の使用量を減らした太陽電池素子の製造方法を提供することを目的とする。【解決手段】半導体基板１の表面に、拡散層２と反射防止膜３を有する太陽電池素子の製造方法において、前記反射防止膜３上から物理的処理を施すことによって、前記半導体基板１に前記反射防止膜３を貫通したダメージ層１１を形成した後に、化学的処理を施すことによって前記ダメージ層１１を除去することを特徴とする。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板の表面に、拡散層と反射防止膜を有する太陽電池素子の製造方法において、前記反射防止膜上から物理的処理を施すことによって、前記半導体基板に前記反射防止膜を貫通したダメージ層を形成した後に、化学的処理を施すことによって前記ダメージ層を除去することを特徴とする太陽電池素子の製造方法。
【請求項２】
前記反射防止膜は窒化シリコン膜であることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池素子の製造方法。
【請求項３】
前記物理的処理はレーザー光を用いることを特徴とする請求項１または２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】
本発明は太陽電池の製造方法に関し、特に拡散層および反射防止膜を有する太陽電池素子の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
太陽電池素子は入射した光エネルギーを電気エネルギーに変換するものである。
【０００３】
太陽電池素子のうち主要なものは使用材料の種類によって結晶系、アモルファス系、化合物系などに分類される。このうち、現在市場で流通しているのはほとんどが結晶系シリコン太陽電池素子である。
【０００４】
これらの結晶系シリコン太陽電池素子は、直列もしくは並列に複数枚接続し、ガラス材などからなる透光性基板と裏面保護シートとの間に、樹脂などを封入して太陽電池モジュールとして使用するのが一般的である。
【０００５】
近年、環境問題がとりざたされる中、太陽電池の需要は急速に高まっており、その使用用途も広がってきている。これに伴い、太陽電池に求められる仕様は様々であり、その使用用途によっては、高い電圧値を要求される場合がある。その場合、昇圧回路を組み込むことにより昇圧して使用する場合もあるが、電圧値に対して電流値を必要としない場合には、太陽電池素子を分割して接続してモジュール化することにより、高い電圧のモジュールを作成する場合もある。
【０００６】
その場合、半導体基板を分割してから太陽電池素子を形成する方法があり、例えばサイズが１５ｃｍ×１５ｃｍである一枚の半導体基板に、複数の太陽電池素子を作りこみ、出来上がった後で分割する方が製造コスト面で有利であり、一般的である。
【０００７】
さらにこのとき、出力特性を測定してから分割するようにすれば、一枚の太陽電池素子から分割され、得られる複数の太陽電池素子を個々に同時に測定することが可能になり、出力測定にかかる時間も短縮することができる。
【０００８】
このようにするためには、例えば１５ｃｍ×１５ｃｍの一枚の半導体基板に光を照射した際に、中に作りこまれた複数の太陽電池素子を個別に同時に測定する測定機が必要になると同時に、一枚の半導体基板の中に作りこまれる太陽電池素子がそれぞれ絶縁分離されていなくてはならない。
【０００９】
図４〜図６は一枚の半導体基板に複数の太陽電池素子を作りこむ従来の製造方法を説明するための図である。ここでは結晶系シリコン太陽電池素子を例にとり説明する。
【００１０】
これらの図に示す（ａ）〜（ｉ）は、工程順序である。
【００１１】
１は半導体基板、２は拡散層、３は反射防止膜、５はダメージ層のない溝、６は表面電極、７は出力取出電極、８は集電電極、９はＢＳＦ（Ｂａｃｋ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｆｉｅｌｄ）層、１０は太陽電池素子、１２はレジスト膜を示す。
【００１２】
まず半導体基板１を用意する。この半導体基板１はｐ型、ｎ型いずれでもよい。例えば単結晶シリコンの場合は引き上げ法などで形成され、多結晶シリコンの場合は鋳造法などで形成される。多結晶シリコンは、大量生産が容易で製造コスト面で単結晶シリコンよりもきわめて有利である。引き上げ法や鋳造法で形成されたインゴットを３００μｍ程度の厚みにスライスして、１５ｃｍ×１５ｃｍ程度の大きさに切断して半導体基板１となる。
【００１３】
その後、アルカリなどの溶液でエッチングすることにより、スライスや切断の際に表面に付着した汚れや、ダメージを除去し清浄化する（図４（ａ）参照）。
【００１４】
次に半導体接合を形成するために、一導電型を呈する半導体基板１の一主面側に逆導電型半導体領域である拡散層２を形成する（図４（ｂ）参照）。この拡散層２の製造方法としては、例えば半導体基板１を設置した容器内に加熱しながらキャリアガスを用いて、例えば半導体基板１がｐ型である場合ＰＯＣｌ３を流すことで不純物拡散源となるリンガラスを半導体基板１の表面に形成し、同時に半導体基板１の表面への拡散も行うという気相拡散法が一般的である。
【００１５】
次に、半導体基板１の表面側に反射防止膜３を形成する（図４（ｃ）参照）。この反射防止膜３は例えば窒化シリコン膜などから成り、例えばシラン（ＳｉＨ４）とアンモニア（ＮＨ４）との混合ガスをグロー放電分解してプラズマ化させて堆積させるプラズマＣＶＤ法などで形成される。
【００１６】
次に、太陽電池素子形成予定領域の受光面側の反射防止膜３の上に、スクリーン印刷法などによりレジスト膜１２を形成する（図５（ｄ）参照）。このレジスト膜は熱硬化や紫外線硬化などの耐酸性のレジストを用いてフォトリソ法やスクリーン印刷法によって形成する。
【００１７】
その後、例えばフッ酸溶液などに浸漬させることによって、レジスト膜１２を被着した領域を除く反射防止膜３の部分を除去する（図５（ｅ）参照）。
【００１８】
その後、マスクとして使用したレジスト膜１２を有機溶剤などで除去する（図５（ｆ）参照）。
【００１９】
そして、残った反射防止膜３をマスクとして、苛性ソーダなどを溶かしたアルカリ溶液に浸漬させることにより、反射防止膜３の下以外の部分をエッチングする。これにより、半導体基板１の側面および裏面にある不要な拡散層２を除去するとともに、太陽電池素子の形成予定位置間毎にダメージ層のない溝５が形成され、拡散層２を分離する（図６（ｇ）参照）。
【００２０】
そして、裏面にアルミニウムを主成分とするペーストをスクリーン印刷などによって塗布して焼き付けることによって集電電極８が形成されるともに、半導体基板１中にアルミニウムが拡散してＰ型高濃度層であるＢＳＦ層９が形成される。また、表裏面に銀からなる電極材料を塗布して焼き付けることよって表面電極６および出力取出電極７を形成する（図６（ｈ）参照）。
【００２１】
その後、表面電極６と出力取出電極７を半田で被覆し（図示せず）、一枚の半導体基板１の中に作りこまれた個々の太陽電池素子の出力特性を同時に測定する。
【００２２】
最後に裏面側からレーザーなどを照射し太陽電池素子を分離して完成する（図６（ｉ）参照）。
【００２３】
【発明が解決しようとする課題】
この様にしてダメージ層のない溝５を形成する事により、シリコン（Ｓｉ）基板上に任意形状，任意面積の幾つかの太陽電池素子を形成することが出来るが、その反面、工程が煩雑であるとともに、化学薬品を多く使用するため、薬液や廃液が多く、環境に対する負荷が大きくなるとともに、それらの処理にコストがかかるという問題があった。
【００２４】
本発明はこのような従来の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は従来に比べ簡素な方法で、化学薬品の使用量を減らした太陽電池素子の製造方法を提供することにある。
【００２５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係る太陽電池素子の製造方法では、半導体基板の表面に、拡散層と反射防止膜を有する太陽電池素子の形成方法において、前記反射防止膜上から物理的処理を施すことによって、前記半導体基板に前記反射防止膜を貫通したダメージ層を形成した後に、化学的処理を施すことによって前記ダメージ層を除去することを特徴とする。
【００２６】
望ましくは、前記反射防止膜は窒化シリコン膜にすればよい。
【００２７】
さらに前記物理的処理はレーザー光を用いるとよい。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、結晶系シリコン太陽電池を例にして、図を用いて詳細に説明する。
【００２９】
図１と図２は本発明に係る太陽電池素子の製造方法を説明するための図であり、これらの図に示す（ａ）〜（ｇ）は、工程順序である。
【００３０】
これらの図において、１は半導体基板、２は拡散層、３は反射防止膜、４はダメージ層を有する溝、５はダメージ層のない溝、６は表面電極、７は出力取出電極、８は集電電極、９はＢＳＦ層を示す。
【００３１】
そして、本発明によれば、順次下記工程を経て複数の太陽電池素子を得ることを特徴とする。
【００３２】
以下、各工程を詳しく述べる。
【００３３】
まず半導体基板１を用意する。この半導体基板１はｐ型、ｎ型いずれでもよい。例えば単結晶シリコンの場合は引き上げ法などで形成され、多結晶シリコンの場合は鋳造法などで形成される。多結晶シリコンは、大量生産が容易で製造コスト面で単結晶シリコンよりもきわめて有利である。引き上げ法や鋳造法で形成されたインゴットを３００μｍ程度の厚みにスライスして、１５ｃｍ×１５ｃｍ程度の大きさに切断して半導体基板１となる。
【００３４】
その後、アルカリなどの溶液でエッチングすることにより、スライスや切断の際に表面に付着した汚れや、ダメージを除去し清浄化する（図１（ａ）参照）。
【００３５】
次に半導体接合を形成するために、一導電型を呈する半導体基板１の一主面側に逆導電型半導体領域である拡散層２を形成する（図１（ｂ）参照）。この拡散層２の製造方法としては、例えば半導体基板１を設置した容器内に加熱しながらキャリアガスを用いて、例えば半導体基板１がｐ型である場合、ＰＯＣｌ３を流すことで不純物拡散源となるリンガラスを半導体基板１の表面に形成し、同時に半導体基板１の表面への拡散も行うという気相拡散法が一般的である。
【００３６】
また、他の方法としては塗布拡散などがあり、これは不純物拡散源となる薄膜を半導体基板１の上にスピンコートなどで塗布し、これを加熱処理によって拡散させて逆導電型半導体領域である拡散層２を形成する方法である。このときの表面側のシート抵抗は３０〜３００Ω／□程度にする。
【００３７】
この値は四探針法により測定される値である。すなわち、半導体基板１の表面に一直線上に並んだ４本の金属針を加圧しながら接触させ、外側の２本の針に電流を流したときに内側の２本の針の間に発生した電圧を測定し、この電圧と流した電流からオームの法則により抵抗値を求める。
【００３８】
次に、半導体基板１の表面側に反射防止膜３を形成する（図１（ｃ）参照）。この反射防止膜３は例えば窒化シリコン膜などから成り、例えばシラン（ＳｉＨ４）とアンモニア（ＮＨ４）との混合ガスをグロー放電分解してプラズマ化させて堆積させるプラズマＣＶＤ法などで形成される。窒化シリコン膜以外にも酸化シリコン膜や二酸化チタン膜なども反射防止膜として使用することができる。
【００３９】
この反射防止膜３は半導体基板１との屈折率差などを考慮して屈折率が１．８〜２．３程度になるように形成され、厚み５００〜１０００Å程度の厚みに形成される。この窒化シリコン膜３は形成する際にパッシベート効果があり、反射防止の機能と併せて太陽電池の電気特性を向上させる効果がある。
【００４０】
前工程により得られた半導体基板を各太陽電池素子毎に区分すべく、反射防止膜３の上から少なくとも反射防止膜３を貫通するような溝４を物理的処理を施すことにより、この溝４の内壁面に当該物理的処理によりダメージ層１１を形成する。（図１（ｄ）参照）。このダメージ層１１は図３に示す。
【００４１】
このときの物理的処理としては各種レーザー、ウォータージェット、ダイシング、ブラスト処理などの機械的表面加工などがあげられる。
【００４２】
各種レーザーは基本的にどれも局所的な熱加工で、レ−ザ−で照射された部分の温度が上昇し、そこが融解、蒸散することにより行う加工である。
【００４３】
ウォータージェットは細いビーム状の高速水噴流によって加工を行う方法で、高圧、高速の液体の持つ力学的破壊、運搬などの作用と、液体本来の冷却作用などにより、高温に加熱されることなく行える加工手段である。
【００４４】
またダイシングは数μｍ〜数百μｍの厚みのダイヤモンドブレードを高速で回転させ、そこに被処理体を接触させることによって行う加工である。
【００４５】
さらにブラスト処理は、粒子を局所的に高速で吹き付けることによって行う加工である。
【００４６】
特にレーザーを使用すれば、他の方法よりも微細なパターニングが可能になるため、太陽電池素子の受光面積の増加につながり、出力特性を向上させることができる。
【００４７】
図３は図１（ｄ）のダメージ層を有する溝４の部分の拡大図であり、同図において、１は半導体基板、２は拡散層、３は反射防止膜、４はダメージ層を有する溝、１１はダメージ層を示す。
【００４８】
反射防止膜３の上から物理的処理を施すことによって、特別なマスクを要することなく、反射防止膜３を太陽電池素子の形成予定位置にあわせてパターニングすることができる。図３において、ダメージ層を有する溝４は、深さ方向に反射防止膜３を貫通し、拡散層２の途中まで形成されているが、これに限定されるものではなく、深さ方向に反射防止膜３と拡散層２を貫通して、半導体基板１まで到達していてもよい。しかし、反射防止膜３は貫通している必要がある。
【００４９】
このように物理的処理により、特別なマスクを使用することなくパターニングすることができるが、形成される溝には同時にダメージ層１１も形成される。
【００５０】
このようなダメージ層１１は例えば物理的処理として、各種レーザーを用いた場合、その光熱により溝の壁面は溶解し拡散層２のドーパントである例えばリンが、半導体基板１の中や、拡散層２の溝の壁面で拡散してダメージ層１１となってしまう。これにより、このまま素子化すると絶縁ができていなかったり、拡散層２の不均一による特性低下の問題が発生する。
【００５１】
また、各種レーザーのみならず、ウォータージェット、ダイシングなどの機械的表面加工、ブラスト処理などの物理的処理を行うと、その衝撃により欠陥が多数形成されたダメージ層１１となってしまい、太陽電池素子の出力特性を低下させてしまう。
【００５２】
次に化学的処理を施し、ダメージ層１１を除去する。
【００５３】
すなわち、反射防止膜３の上から物理的処理を施した後、化学的処理を施すことによって物理的処理によって形成されたダメージ層１１を除去することを特徴とする（図２（ｅ）参照）。
【００５４】
化学的処理を行う方法としては、反射防止膜３の上に耐酸性もしくは耐アルカリ性のレジストを塗布し、耐酸性のレジストを塗布した場合には酸性の薬品で化学的処理を行い、耐アルカリ性のレジストを塗布した場合にはアルカリ性の薬品で化学的処理を行うことによってダメージ層１１を除去すればよい。ダメージ層１１の厚みは先に行う物理的処理の方法によっても異なるが、通常数μｍに及ぶこともあるため、ダメージ層１１を除去すれば同時に拡散層２を分離することができる。その後反射防止膜１１の上のレジストを除去することによってダメージ層のない溝５を形成する（図２（ｅ）参照）。
【００５５】
このようにすることにより、従来反射防止膜３のパターニングと拡散層２の分離のため２回行っていた化学的処理を１回に減らすことができるため、化学薬品の使用を減らすことができる。
【００５６】
また、本発明の方法によれば、反射防止膜３の上から後の化学的処理の際のマスクとなるレジストを塗布するときに、先に半導体基板１の表面に物理的処理によりダメージ層を有する溝４が形成されているため、極端にチキソ性の低い、低粘度のレジストを使用しない限り、特にパターニングを行わなくても溝４の中にレジストが入り込むことはない。よって作業性も大幅に向上する。
【００５７】
さらに反射防止膜３として窒化シリコン膜を使用すれば、反射防止膜３をマスクとして使用することができるので、化学的処理の前に反射防止膜３の上からレジストを塗布する必要もなくなる。
【００５８】
つまり、表面に拡散層２と窒化シリコンからなる反射防止膜３を有する半導体基板１の表面に、窒化シリコン膜３の上から物理的処理を施すことにより、反射防止膜３を貫通させた後、化学的処理として例えば７０〜９０℃程度の１０〜３０％程度の苛性ソーダ水溶液に１０〜１００秒程度浸漬させればよい。
【００５９】
このようにすることにより従来反射防止膜３のパターニングと拡散層２の分離のため２回行っていた化学的処理を１回に減らすことができるため、化学薬品の使用を減らすことができるとともに、反射防止膜３をマスクとして使用することができるので、化学的処理の前に反射防止膜３の上からレジストを塗布する必要もなくなる。
【００６０】
さらにプラズマＣＶＤで成膜した窒化シリコン膜は反射防止膜としての役割に加え、パッシベーション膜としての機能も併せ持つため、太陽電池素子の特性の向上にもつながる。
【００６１】
その後、裏面にアルミニウムを主成分とするペーストを塗布して焼き付けることによって集電電極８が形成されるともに、半導体基板１中にアルミニウムが拡散してＰ型高濃度層であるＢＳＦ層９が形成される。
【００６２】
また、表裏面に銀からなる電極材料を塗布して焼き付けることよって表面電極５および出力取出電極７を形成する（図２（ｆ）参照）。
【００６３】
この電極材料は銀と有機ビヒクルとガラスフリットを銀１００重量％に対してそれぞれ１０〜３０重量％、０．１〜５重量％を添加してペースト状にしたもので、これをスクリーン印刷法で印刷して６００〜８００℃で１〜３０分程度焼成することよって焼き付けられる。
【００６４】
表面電極５は反射防止膜３の上から直接電極材料を塗布し、焼き付けることによって表面電極５と、半導体基板１の表面に形成された拡散層２のコンタクトをとるいわゆるファイヤースルー法で形成してもよいし、表面電極５の形成予定位置の反射防止膜３を除去してから電極材料を塗布して焼きつけても構わない。しかし本発明の目的である化学薬品の使用量削減の観点からは、ファイヤースルー法を用いた方がより好ましい。
【００６５】
その後、表面電極６と出力取出電極７を半田で被覆し（図示せず）、一枚の半導体基板１の中に作りこまれた個々の太陽電池素子の出力特性を同時に測定するとよい。
【００６６】
その後、裏面側からレーザーなどを照射し太陽電池素子を分離して完成する（図２（ｇ）参照）。
【００６７】
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。
【００６８】
例えば上記半導体基板はｐ型シリコン基板に限定されるものではなく、ｎ型シリコン基板でも構わないし、シリコン以外の結晶系基板でもよい。
【００６９】
また、化学的処理は、反射防止膜３をマスクとして使用することから、耐酸性の反射防止膜３を使用した場合には、酸性の薬品を使用し、耐アルカリ性の反射防止膜３を使用する場合にはアルカリ性の薬品を使用することが必要となるため、反射防止膜３の性質により適宜選択することが必要である。またその処理条件も上記実施形態に限定されるものではない。
【００７０】
さらに本発明は、一枚の半導体基板１に複数の太陽電池素子１０を形成する場合に限定されるものではなく、一枚の半導体基板１に一つの太陽電池素子を形成する場合の拡散層２の分離にも応用することが可能である。
【００７１】
つまり拡散層２と反射防止膜３の上から物理的処理を施すことによってダメージ層１１を形成した後、化学的処理を施すことによってダメージ層１１を除去して拡散層２を分離することも可能である。
【００７２】
【発明の効果】
以上の通り、本発明に係る太陽電池素子の製造方法によれば、半導体基板の表面に、拡散層や反射防止膜を有する太陽電池素子の製造方法において、この反射防止膜上から物理的処理を施すことによって、半導体基板にダメージ層を形成し、そして、その後、化学的処理を施すことによってダメージ層を除去することを特徴とする。
【００７３】
このように反射防止膜の上から物理的処理を施すことによって、従来、反射防止膜３のパターニングと拡散層２の分離のため２回行っていた化学的処理を１回に減らすことができるため、化学薬品の使用を減らすことができる。
【００７４】
また物理的処理を施した後、化学的処理を施すことによってダメージ層を除去すれば、絶縁不良などに起因する出力特性の低下を招くことはない。
【００７５】
また本発明の方法によれば、反射防止膜の上から後の化学的処理の際のマスクとなるレジストを塗布しても、先に半導体基板の表面に物理的処理によりダメージ層を有する溝が形成されているため、極端にチキソ性の低い、低粘度のレジストを使用しない限り、特にパターニングを行わなくても溝の中にレジストが入り込むことはない。よって作業性も大幅に向上する。
【００７６】
また、反射防止膜として窒化シリコン膜を使用すれば、反射防止膜をマスクとして使用することができるので、従来必要であったレジスト膜の形成や、その除去、ならびに反射防止膜に対するエッチングが必要がなくなり、これにより、製造工程の簡略化がはかれるとともに化学薬品の使用量を削減することができる。
【００７７】
さらに窒化シリコン膜は反射防止膜としての役割をもつだけでなく、パッシベーション膜としての効果も併せ持つため、太陽電池素子の出力特性を向上させることができる。また、耐アルカリ性を有する膜であることから、化学的処理をアルカリ性の薬品で行えば、窒化シリコン膜に影響を及ぼすことなく、物理的処理で形成されたダメージ層を除去することが可能になる。よって、従来よりも簡素な方法で、化学薬品の使用量を減らすことができるとともに、出力特性の高い太陽電池素子を得ることができる。
【００７８】
また、例えば物理的処理にレーザーなどを使用することにより、従来のレジスト膜を形成する方法よりも微細なパターニングが可能になり、太陽電池素子の受光面積の増加が図れ、太陽電池素子の出力特性の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る太陽電池素子の製造方法を説明するための図である。
【図２】本発明に係る太陽電池素子の製造方法を説明するための図である。
【図３】本発明に係る太陽電池素子のダメージ層を有する溝を説明するための図であり、図１（ｄ）の４部の拡大図である。
【図４】従来の太陽電池素子の製造方法を説明するための図である。
【図５】従来の太陽電池素子の製造方法を説明するための図である。
【図６】従来の太陽電池素子の製造方法を説明するための図である。
【符号の説明】
１：半導体基板、２：拡散層、３：反射防止膜、４：ダメージ層を有する溝、５：ダメージ層のない溝、６：表面電極、７：出力取出電極、８：集電電極、９：ＢＳＦ層、１０：太陽電池素子、１１：ダメージ層、１２：レジスト膜
【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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