(57)【要約】  【課題】電極の焼成時の加熱により太陽電池素子に与えられる内部応力やダメージを抑制し、反りが少なく、出力特性の良好な太陽電池素子の製造方法を提供する。  【解決手段】表面側に逆導電型拡散領域を有する一導電型の半導体基板と、前記半導体基板の表面側に形成された表面電極と、前記半導体基板の裏面側に形成された集電電極と出力取出電極とからなる裏面電極と、を備えた太陽電池素子の製造方法であって、前記半導体基板に塗布した電極材料を焼成して前記表面電極および／または裏面電極を形成する焼成工程を含むとともに、前記焼成工程は、前記半導体基板を略水平に配置して焼成する第一焼成工程と、前記半導体基板を、鉛直方向を軸として前記第一焼成工程で焼成した向きから略１８０°回転させた状態で焼成する第二焼成工程と、を含む。  【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面側に逆導電型拡散領域を有する一導電型の半導体基板と、前記半導体基板の表面側に形成された表面電極と、前記半導体基板の裏面側に形成された集電電極と出力取出電極とからなる裏面電極と、を備えた太陽電池素子の製造方法であって、
前記半導体基板に塗布した電極材料を焼成して前記表面電極および／または裏面電極を形成する焼成工程を含むとともに、
前記焼成工程は、前記半導体基板を略水平に配置して焼成する第一焼成工程と、
前記半導体基板を、鉛直方向を軸として前記第一焼成工程で焼成した向きから略１８０°回転させた状態で焼成する第二焼成工程と、を含む太陽電池素子の製造方法。
【請求項２】
前記集電電極は、前記第一焼成工程および前記第二焼成工程を経て形成される請求項１に記載の太陽電池素子の製造方法。
【請求項３】
前記半導体基板は、ｐ型シリコン半導体であり、前記集電電極は、アルミニウムを主成分とする電極材料によって形成される請求項１または請求項２に記載の太陽電池素子の製造方法。
【請求項４】
前記第一焼成工程および前記第二焼成工程は、エンドレスに回転する搬送用ベルトを備えたベルト式連続焼成炉を用い、前記搬送用ベルト上に前記半導体基板を配置した状態で行われる請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の太陽電池素子の製造方法。
【請求項５】
表面側に逆導電型拡散領域を有する一導電型の半導体基板と、前記半導体基板の表面側に形成された表面電極と、前記半導体基板の裏面側に形成された集電電極と出力取出電極とからなる裏面電極と、を備えた太陽電池素子の製造方法であって、
前記半導体基板に塗布した電極材料を焼成して前記表面電極および／または裏面電極を形成する焼成工程を含むとともに、
前記焼成工程は、前記半導体基板を略水平に配置して焼成する第一焼成工程と、
前記半導体基板を、前記第一焼成工程で焼成した状態から表裏反転させた状態で焼成する第三焼成工程と、を含む太陽電池素子の製造方法。
【請求項６】
前記集電電極は、前記第一焼成工程および前記第三焼成工程を経て形成される請求項５に記載の太陽電池素子の製造方法。
【請求項７】
前記半導体基板は、ｐ型シリコン半導体であり、前記集電電極は、アルミニウムを主成分とする電極材料によって形成される請求項５または請求項６に記載の太陽電池素子の製造方法。
【請求項８】
前記第一焼成工程および前記第三焼成工程は、エンドレスに回転する搬送用ベルトを備えたベルト式連続焼成炉を用い、前記搬送用ベルト上に前記半導体基板を配置した状態で行われる請求項５から請求項７のいずれか一項に記載の太陽電池素子の製造方法。
【請求項９】
前記ベルト式連続焼成炉は、前記搬送用ベルトを挟んで、上方と下方にそれぞれ上部ヒーターと下部ヒーターとを備えた請求項４または請求項８に記載の太陽電池素子の製造方法。
【請求項１０】
前記半導体基板は、前記焼成工程において、前記下部ヒーターから受ける熱量よりも前記上部ヒーターから受ける熱量の方が大きくなるようにした請求項９に記載の太陽電池素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は太陽電池素子の製造方法に関し、特に電極材料を焼き付けて表面電極と裏面電極を形成する太陽電池素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の太陽電池素子を図１に示す。多結晶シリコンなどのｐ型の半導体基板１の受光面側の表面近傍に一定の深さまで逆導電型のｎ型不純物（例えばＰ）を拡散させて、ｎ型を呈する逆導電型拡散領域２を設け、ｐ型の半導体基板１との間にｐｎ接合を形成する。この逆導電型拡散領域２の上には、窒化シリコン膜などから成る反射防止膜３が設けられている。そして、受光面側である表面には表面電極４が設けられ、裏面にはアルミニウムなどから成る集電電極５ａと銀などから成る出力取出電極５ｂとで構成される裏面電極５が設けられている。なお太陽電池素子の特性を向上させるために、半導体基板１の裏面には高濃度のｐ＋領域６が形成されることがある。
【０００３】
これらの太陽電池素子の表面電極４、裏面電極５は、金属を主成分とする電極材料を塗布して焼成することによって得ることができる。
【０００４】
例えば、特許文献１に記載された方法によれば、次のようにして裏面電極５を形成する。
【０００５】
（１）集電電極５ａを形成するために、アルミニウムなどを主成分とする電極材料を半導体基板１の裏面の一部を除いた大部分に塗布して乾燥する
（２）出力取出電極５ｂを形成するために、（１）で電極材料を塗布しなかった部分とその周縁部を覆うように銀などを主成分とする電極材料を塗布して乾燥する
（３）表面電極４を形成するために、半導体基板１の表面に銀などを主成分とする電極材料を塗布して乾燥する
（４）表面と裏面に塗布された電極材料を同時に焼成し、表面電極４および裏面電極５を得る
上述の方法は、表面電極４および裏面電極５を同時に焼成する方法（同時焼成法）であるが、別々に焼成するようにしても良く、例えば、特許文献２には以下に示す方法が記載されている。
【０００６】
（Ａ）出力取出電極５ｂを形成するために、半導体基板１の裏面の一部に銀などを主成分とする電極材料を塗布して乾燥する
（Ｂ）集電電極５ａを形成するために、（Ａ）で電極材料を塗布しなかった部分とその周縁部を覆うようにアルミニウムを主成分とする電極材料を半導体基板１の裏面の一部を除いた大部分に塗布して乾燥する
（Ｃ）焼成（第１回目）により、裏面電極５（集電電極５ａと出力取出電極５ｂ）を焼成する
（Ｄ）表面電極４を形成するために、半導体基板１の表面に銀などを主成分とする電極材料を塗布して乾燥する
（Ｅ）焼成（第２回目）により、表面電極４を焼成する
なお、（Ｃ）の焼成（第１回目）は（Ａ）の直後に行い、先に出力取出電極５ｂを焼成するようにしてもよい。
【０００７】
上述のような方法により、銀を主成分とするはんだ濡れ性の良好な表面電極４および裏面電極５（アルミニウムを主成分とする集電電極５ａと銀を主成分とするはんだ濡れ性の良好な出力取出電極５ｂ）が形成される。このとき、裏面の略全面に形成された集電電極５ａは、シリコンの半導体基板１に対してｐ型不純物元素として作用するアルミニウムを主成分としているので、集電電極５ａと接した部分には、高濃度のｐ＋領域６が形成される。
【０００８】
その後、必要に応じて、表面電極４および裏面電極の出力取出電極５ｂ上にはんだ（不図示）によって被覆する。そして、隣り合った太陽電池素子同士を直列もしくは並列に接続するため、これらのはんだ被覆を行った箇所同士を、銅箔を基体としたインナーリード（不図示）によって接続する。
【０００９】
なお、上述したように半導体基板１に電極材料を塗布した後に焼成するが、この焼成には、連続式の焼成炉を用いるのが一般的である。連続式の焼成炉を用いることによって、連続的に多くの半導体基板１を焼成処理することができ、極めて生産性が高い。
【００１０】
このような連続式の焼成炉の一例として、ベルト式連続焼成炉について説明する。このベルト式連続焼成炉は、焼成炉の加熱部を貫通させた搬送用ベルト上に半導体基板を配置し、エンドレスに搬送用ベルトを回転させることによって、焼成炉の加熱部の中を通過させて、焼成を行うものである。図３はベルト式連続焼成炉の構造を説明するための図であり、８は搬送用ベルト、９は上部ヒーター、１０は下部ヒーター、１１はカバー、１２はローラーを示す。半導体基板１を処理する焼成炉は、断熱性や安全性、そして雰囲気を外気と遮断するために設けられたカバー１１の中に、上部ヒーター９と下部ヒーター１０が搭載されている。この上部ヒーター９と下部ヒーター１０は遠赤外や近赤外等のヒーターで、抵抗コイルやランプなどからなる。この焼成炉の長手方向に炉を貫通して搬送用ベルト８が設けられ、この搬送用ベルト８は、ローラー１２が回転駆動することによってエンドレスに循環し、これによって搬送用ベルト８上に乗せた半導体基板１が所定時間を費やして焼成炉内を通過し、その間に焼成が行われる。
【特許文献１】特開平１０−３３５２６７号公報
【特許文献２】特開平１０−１４４９４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上述のように電極を焼成によって形成する場合、太陽電池素子を構成する半導体基板が加熱され、欠陥を生じさせたり、逆導電型拡散領域２に含まれる不純物の再拡散、電極材料による逆導電型拡散領域２の突き抜けなどによって太陽電池素子の出力特性が低下したり、基板が反ったりしやすい。これらの問題は、電極の信頼性を確保できる範囲で、できるだけ低温かつ短時間で電極を焼成することによって、ある程度抑制することができる。
【００１２】
しかしながら、近年、太陽電池素子を形成するための半導体基板は大型化の傾向にあり、一般的に１０ｃｍ×１０ｃｍから１５ｃｍ×１５ｃｍ程度の大きさを有している。さらに、コスト削減の観点から、半導体材料の使用量を削減するために、基板の厚みが薄くなってきている。このように大型化した薄い基板は、電極を焼成によって形成したときに、非常に反りやすく、上記対策では回避しきれなくなってきた。このような大型化した薄い半導体基板は、衝撃やストレスに対して弱いため、反っていると容易に割れてしまい、大きな問題となる。
【００１３】
また、生産性を高めるために、上述したような連続式の焼成炉（例えば、ベルト式連続焼成炉）を用いた場合、反りの問題や太陽電池素子の出力特性が低下する問題の発生が顕著であった。
【００１４】
本発明はこれらの従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、電極の焼成時の加熱により太陽電池素子に与えられるダメージを抑制し、反りが少なく、出力特性の良好な太陽電池素子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】
【００１５】
本発明者らは上述の問題に鑑み、鋭意検討を行ったところ、以下の事実を知見した。
【００１６】
上述の連続式の焼成炉（例えば、ベルト式連続焼成炉）は、入口付近から急激に温度を上昇させ、電極材料の焼結に必要な６５０〜８００℃まで達した後は、急冷による応力に起因する割れを防ぐなどの目的から徐々に温度を低下させる構成となっている。ここで、大型化した半導体基板（１０ｃｍ×１０ｃｍ〜１５ｃｍ×１５ｃｍ以上）をこのような温度プロファイルを有する連続式の焼成炉で焼成した場合、以下のような理由から基板内において熱履歴の違いが生ずる。
【００１７】
まず、基板の進行方向に対して、まず前方の領域が輻射などによって加熱されて温度上昇するが、基板内部の熱伝導により、後方の領域もやや遅れて温度が上昇する。そして焼成炉中の基板の進行に伴い、やがて後方の領域も焼成炉の加熱領域に到達し加熱を受けるので、基板の進行方向に対して後方は、熱伝導と輻射によって二重に加熱され、熱履歴に違いが生ずることとなる。
【００１８】
このような熱履歴の違いにより、例えば、基板進行方向に対し、半導体基板中の後方となる部分は印加された熱量が大きいので、太陽電池素子の逆導電型拡散領域がダメージを受けたり、表面電極の電極材料が逆導電型拡散領域に入り込んで、ｐｎ接合に悪影響を与えたりする。その結果、太陽電池素子の出力特性が低下したり、場所によって特性がばらついたり、内部応力が蓄積して反ったりするものと推測される。
【００１９】
なお、焼成炉内の温度分布を緩やかにして徐々に昇温するようにすれば、半導体基板の熱履歴の差は抑えられるが、半導体基板全体が長時間高温にさらされるため、逆導電型拡散領域へのダメージが大きくなり好ましくない。
【００２０】
本発明者らは、以上の知見に基づいて、繰り返し検討を行い、以下に記載する本発明に到達したのである。
【００２１】
すなわち、本発明の請求項１に係る太陽電池素子の製造方法は、表面側に逆導電型拡散領域を有する一導電型の半導体基板と、前記半導体基板の表面側に形成された表面電極と、前記半導体基板の裏面側に形成された集電電極と出力取出電極とからなる裏面電極と、を備えた太陽電池素子の製造方法であって、前記半導体基板に塗布した電極材料を焼成して前記表面電極および／または裏面電極を形成する焼成工程を含むとともに、前記焼成工程は、前記半導体基板を略水平に配置して焼成する第一焼成工程と、前記半導体基板を、鉛直方向を軸として前記第一焼成工程で焼成した向きから略１８０°回転させた状態で焼成する第二焼成工程と、を含む。
【００２２】
また、本発明の請求項２に係る太陽電池素子の製造方法は、請求項１に記載の太陽電池素子の製造方法において、前記集電電極は、前記第一焼成工程および前記第二焼成工程を経て形成される。
【００２３】
そして、本発明の請求項３に係る太陽電池素子の製造方法は、請求項１または請求項２に記載の太陽電池素子の製造方法において、前記半導体基板は、ｐ型シリコン半導体であり、前記集電電極は、アルミニウムを主成分とする電極材料によって形成される。
【００２４】
さらに、本発明の請求項４に係る太陽電池素子の製造方法は、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の太陽電池素子の製造方法において、前記第一焼成工程および前記第二焼成工程は、エンドレスに回転する搬送用ベルトを備えたベルト式連続焼成炉を用い、前記搬送用ベルト上に前記半導体基板を配置した状態で行われる。
【００２５】
すなわち、本発明の請求項５に係る太陽電池素子の製造方法は、表面側に逆導電型拡散領域を有する一導電型の半導体基板と、前記半導体基板の表面側に形成された表面電極と、前記半導体基板の裏面側に形成された集電電極と出力取出電極とからなる裏面電極と、を備えた太陽電池素子の製造方法であって、前記半導体基板に塗布した電極材料を焼成して前記表面電極および／または裏面電極を形成する焼成工程を含むとともに、前記焼成工程は、前記半導体基板を略水平に配置して焼成する第一焼成工程と、前記半導体基板を、前記第一焼成工程で焼成した状態から表裏反転させた状態で焼成する第三焼成工程と、を含む。
【００２６】
また、本発明の請求項６に係る太陽電池素子の製造方法は、請求項５に記載の太陽電池素子の製造方法において、前記集電電極は、前記第一焼成工程および前記第三焼成工程を経て形成される。
【００２７】
そして、本発明の請求項７に係る太陽電池素子の製造方法は、請求項５または請求項６に記載の太陽電池素子の製造方法において、前記半導体基板は、ｐ型シリコン半導体であり、前記集電電極は、アルミニウムを主成分とする電極材料によって形成される。
【００２８】
さらに、本発明の請求項８に係る太陽電池素子の製造方法は、請求項５から請求項７のいずれか一項に記載の太陽電池素子の製造方法において、前記第一焼成工程および前記第三焼成工程は、エンドレスに回転する搬送用ベルトを備えたベルト式連続焼成炉を用い、前記搬送用ベルト上に前記半導体基板を配置した状態で行われる。
【００２９】
また、本発明の請求項９に係る太陽電池素子の製造方法は、請求項４または請求項８に記載の太陽電池素子の製造方法において、前記ベルト式連続焼成炉は、前記搬送用ベルトを挟んで、上方と下方にそれぞれ上部ヒーターと下部ヒーターとを備える。
【００３０】
しかるに、本発明の請求項１０に係る太陽電池素子の製造方法は、請求項９に記載の太陽電池素子の製造方法において、前記半導体基板は、前記焼成工程において、前記下部ヒーターから受ける熱量よりも前記上部ヒーターから受ける熱量の方が大きくなるようにした。
【発明の効果】
【００３１】
上述のように本発明は、表面側に逆導電型拡散領域を有する一導電型の半導体基板と、前記半導体基板の表面側に形成された表面電極と、前記半導体基板の裏面側に形成された集電電極と出力取出電極とからなる裏面電極と、を備えた太陽電池素子の製造方法に関するものである。
【００３２】
ここで、前記半導体基板に塗布した電極材料を焼成して前記表面電極および／または裏面電極を形成する焼成工程を含むとともに、前記焼成工程は、前記半導体基板を略水平に配置して焼成する第一焼成工程と、前記半導体基板を、鉛直方向を軸として前記第一焼成工程で焼成した向きから略１８０°回転させた状態で焼成する第二焼成工程と、を含むようにしたので、半導体基板の一部分に集中して大きな熱量がかかることを防ぐことができるので、基板に蓄積する内部応力を抑制して反りを防止するとともに、電極の焼成により逆導電型拡散領域に与えられるダメージを軽減し、出力特性の良好な太陽電池素子を得ることができる。
【００３３】
また、第二焼成工程の代わりに、前記第一焼成工程で焼成した状態から表裏反転させた状態で焼成する第三焼成工程と、を含むようにしてもよく、同様に半導体基板の一部分に集中して大きな熱量がかかることを防ぐことができ、基板に蓄積する内部応力を抑制して反りを防止するとともに、電極の焼成により逆導電型拡散領域に与えられるダメージを軽減し、出力特性の良好な太陽電池素子を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
以下、本発明を添付図面に基づき詳細に説明する。
【００３５】
図１は太陽電池素子の一般的な構造を示す断面図であり、図２（ａ）は図１に示した太陽電池素子の表面電極を示す上視図、図２（ｂ）は裏面電極を示す下視図である。なお、図中、１は半導体基板、２は逆導電型拡散領域、３は反射防止膜、４は表面電極、５は裏面電極、５ａは集電電極、５ｂは出力取出電極、６はｐ＋領域を示す。
【００３６】
まず、図１に示す太陽電池素子の作用について簡単に説明する。
【００３７】
太陽電池素子の受光面側である反射防止膜３の側から入射から光が入射すると、主にｐ型半導体である半導体基板１のバルク領域で吸収・光電変換されて電子−正孔対（電子キャリアおよび正孔キャリア）が生成される。この光励起起源の電子キャリアおよび正孔キャリア（光生成キャリア）によって、太陽電池素子の表側に設けられた表面電極４と、裏側に設けられた裏面電極５との間に光起電力を生ずる。なお、反射防止膜３は反射防止膜となる膜の屈折率と膜厚とによって所望の光波長領域で反射率を低減させて、光生成キャリア量を増大させる役割を果たし、光電流密度Ｊｓｃが向上する。
【００３８】
また、裏面電極５である集電電極５ａは、通常、半導体基板であるシリコンに対して、ｐ型不純物元素として作用するアルミニウムを用いて形成され、シリコン基板の裏面側表層部にｐ＋領域６を形成する。この領域は、ＢＳＦ（Back Surface Field）領域とも呼ばれ、光生成電子キャリアが裏面電極５に到達して再結合損失する割合を低減する役割を果たし、光電流密度Ｊｓｃが向上する。またこのｐ＋領域６では少数キャリア（電子）密度が低減されるので、この領域および裏面電極５に接する領域でのダイオード電流量（暗電流量）を低減する働きをし、開放電圧Ｖｏｃが向上する。
【００３９】
上述の構造を有する太陽電池素子の製造工程を説明する。半導体基板１は、単結晶又は多結晶シリコンなどから成る。この半導体基板１として半導体シリコンを用いる場合、ボロン（Ｂ）などのｐ型の導電型を呈する半導体不純物を１×１０１６〜１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３程度含有し、比抵抗１．０〜２．０Ω・ｃｍ程度の基板が好適に用いられる。単結晶シリコン基板の場合は引き上げ法などによって形成され、多結晶シリコン基板の場合は鋳造法などによって形成される。多結晶シリコン基板は、大量生産が可能であり製造コスト面で単結晶シリコン基板よりも有利であるので、ここでは多結晶シリコンを用いた例によって説明する。
【００４０】
多結晶シリコンのインゴットは、例えば、鋳造法によって形成され、３００μｍ程度の厚みにスライスして、１０ｃｍ×１０ｃｍまたは１５ｃｍ×１５ｃｍ程度の大きさに切断され、半導体基板１とする。なお、基板の切断面を清浄化するために表面をフッ酸やフッ硝酸などでごく微量エッチングすることが望ましい。
【００４１】
次に、半導体基板１を拡散炉中に配置して、オキシ塩化リン（ＰＯＣｌ３）などの不純物元素を含むガス中で熱処理することによって、半導体基板１の外表面部分にリン原子を拡散させてシート抵抗が３０〜３００Ω／□程度のｎ型の導電型を呈する逆導電型拡散領域２を形成する。
【００４２】
そして太陽電池素子の受光面側である、半導体基板１の表面側に逆導電型拡散領域２を残して他の部分を除去した後、純水で洗浄する。この除去方法としては、例えば、半導体基板１の表面側にフッ酸に耐性を有するレジスト膜を塗布し、フッ酸と硝酸の混合液を用いてこの半導体基板１の表面側以外の逆導電型拡散領域をエッチング除去した後、レジスト膜を除去すればよい。
【００４３】
次に、半導体基板１の表面側に反射防止膜３を形成する。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（ＮＨ３）との混合ガスをグロー放電分解で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。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。このように窒化シリコン膜を、水素プラズマの存在下で成膜して形成した場合、半導体基板１のシリコンの未結合手を水素で終端させるパッシベーション効果も同時に有するので、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。
【００４４】
次に表面電極４と、集電電極５ａと出力取出電極５ｂとを含む裏面電極５を以下のようにして形成する。
【００４５】
裏面電極５を構成する集電電極５ａは、例えばアルミニウム粉末などからなる金属と有機ビヒクルとガラスフリットをアルミニウム１００重量部に対してそれぞれ１０〜３０重量部、０．１〜５重量部を添加してペースト状にした第一の電極材料を用いる。具体的な形状としては、例えば、図２（ｂ）に示すように、後述する出力取出電極５ｂを形成する部位を除いた裏面のほぼ全面とする。塗布法としては、スクリーン印刷法などの周知の方法を用いることができ、塗布後、所定の温度で溶剤を蒸散させて乾燥させる。
【００４６】
裏面電極５を構成する出力取出電極５ｂおよび表面電極４は、第一の電極材料より半田濡れ性のよい金属材料、例えば銀粉末などと有機ビヒクルとガラスフリットを銀１００重量部に対してそれぞれ１０〜３０重量部、０．１〜５重量部を添加してペースト状にした第二の電極材料を用いる。具体的な形状としては、例えば、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、表面電極４は格子状に形成し、出力取出電極５ｂは、大部分が上述のアルミニウムを主成分とした集電電極５ａを塗布しなかった部位に設けられ、周縁部を集電電極５ａと重ね合わせて形成する。塗布法としては、スクリーン印刷法などの周知の方法を用いることができ、塗布後、所定の温度で溶剤を蒸散させて乾燥させる。
【００４７】
上述のようにして塗布・乾燥した表面電極４、裏面電極５を、６００〜８００℃で１０〜３０分程度焼成する焼成工程を経ることによって、基板に対して電極を焼き付けて形成することができる。
【００４８】
なお、この焼成工程として、バッチ式の焼成炉や連続式の焼成炉を用いることができるが、連続式の焼成炉を用いた場合、連続的に大量の半導体基板１を処理することができ、生産性が高いので望ましい。連続式の焼成炉の中でも、焼成炉の加熱部を貫通させた搬送用ベルト上に半導体基板１を配置し、この搬送用ベルトをエンドレスに回転させることによって、焼成炉の加熱部の中を通過させるベルト式連続焼成炉が、調整が簡単で高い再現性が得られ、焼成炉内をスムーズに半導体基板を通過させることができ、さらに搬送用ベルトの下方からも加熱が可能であるので望ましい。
【００４９】
図３に、ベルト式連続焼成炉の構造を説明するための図を示す。図中、８は搬送用ベルト、９（９ａ、９ｂ、９ｃ）は上部ヒーター、１０（１０ａ、１０ｂ、１０ｃ）は下部ヒーター、１１はカバー、１２はローラーを示す。
【００５０】
半導体基板１を処理するベルト式連続焼成炉は、断熱性や安全性、そして雰囲気を外気と遮断するために設けられたカバー１１の中に、複数の上部ヒーター９（９ａ、９ｂ、９ｃ）と下部ヒーター１０（１０ａ、１０ｂ、１０ｃ）が搭載されている。この上部ヒーター９と下部ヒーター１０は遠赤外や近赤外等のヒーターで、抵抗コイルやランプなどからなる。なお、図３では上部ヒーター９、下部ヒーター１０ともそれぞれ３分割にして記載したが、これに制限されるものではなく、これより多くても少なくても構わない。ただし、半導体基板の加熱のプロファイルを自在に設定するためには、３分割以上とすることが望ましい。
【００５１】
さらに、図３では上部ヒーター９と下部ヒーター１０の両方を記載したが、これに制限されるものではなく、上部ヒーター９のみや下部ヒーター１０のみの構造でもよい。しかし、半導体基板１の両面に電極材料が塗布されている場合、上部ヒーター９と下部ヒーター１０の両方を備えていれば、これらを用いることによって、同時に焼成を行うことができるのでより望ましい。
【００５２】
このベルト式連続焼成炉の長手方向に炉を貫通して搬送用ベルト８が設けられ、この搬送用ベルト８は、ローラー１２が回転駆動することによって循環し、これによって搬送用ベルト８上に乗せた半導体基板１が焼成炉内を通過する。なお、搬送用ベルト８は、例えば、耐熱性を有する金属のメッシュなどから構成されている。また、搬送用ベルト８の入口側には焼成前の半導体基板１を連続的に搬送用ベルト８上に配置するローダー（不図示）を設け、さらに、搬送用ベルト８の出口側には、焼成後の半導体基板１を連続的に搬送用ベルト８からピックアップ可能なアンローダー（不図示）を設けてもよい。
【００５３】
このようなベルト式連続焼成炉によって、半導体基板１に塗布した電極を焼成する場合、通常、入口付近から急激に温度が上昇し、最高温度となる６５０〜８００℃まで上昇し、最高温度に達した後は、徐々に温度を低下させる温度分布となっている。これは最初に電極材料の焼結に必要な温度まで達した後、急冷による応力に起因する割れを防ぐためである。具体的には、ベルト式連続焼成炉の入口側の上部ヒーター９ａ、下部ヒーター１０ａを熱の流出を考慮して最高温度より高めの温度に設定し、上部ヒーター９ｂ、９ｃおよび下部ヒーター１０ｂ、１０ｃを半導体基板１が下流に向かうに連れて、徐々に温度を低下させるような設定にすればよい。
【００５４】
［第一実施形態］  
以下、本発明の太陽電池の製造方法に係る焼成工程の第一実施形態について説明する。
【００５５】
本発明の第一実施形態に係る焼成工程では、半導体基板１を焼成するときに、略水平に配置して焼成する第一焼成工程と、第一焼成工程を経た半導体基板１を、鉛直方向を軸として第一焼成工程で焼成した向きから略１８０°回転させた状態で焼成する第二焼成工程とを含むようにする。これによって、反りを低減させるとともに逆導電型拡散領域２へのダメージを軽減し、出力特性が良好な太陽電池素子が得られる。
【００５６】
この理由について以下のように推測する。なお、以下の説明は、上述の図３で説明したベルト式連続焼成炉を用いて本発明に係る焼成工程を行った例によって行う。
【００５７】
上述したように図３に示すベルト式連続焼成炉は、入口付近から急激に温度が上昇し、最高温度となる６５０〜８００℃まで上昇し、最高温度に達した後は、徐々に温度を低下させる温度分布に設定されている。このようなベルト式連続焼成炉によって、太陽電池素子に用いる半導体基板１（１０ｃｍ×１０ｃｍから１５ｃｍ×１５ｃｍ程度のサイズ）を焼成すると、基板が反るとともに太陽電池素子の出力特性が低下したりバラツキが生じたりしてしまう。この理由は以下のように考えられる。まず、基板の進行方向に対して、まずベルト式連続焼成炉中の加熱領域に到達した前方の領域が温度上昇し、基板内部の熱伝導により、後方の領域もやや遅れて温度が上昇する。そしてベルト式連続焼成炉中で基板が進行するに伴って、後方の領域も焼成炉の加熱領域に到達するので、基板の進行方向に対して前方と後方とで熱履歴に違いが生じ、熱履歴の違いによる内部応力によって反ったり、逆導電型拡散領域２がダメージを受けたり、表面電極４の電極材料が逆導電型拡散領域２に入り込んで、ｐｎ接合に悪影響を与えたりする。
【００５８】
ここで本発明の第一実施形態では、この焼成工程として、半導体基板１を焼成するときに、第一焼成工程で図２（ａ）に示される半導体基板１のＡ側をベルト式連続焼成炉のベルトの進行方向に向けて略水平に配置した状態で焼成を行い、第二焼成工程では、半導体基板１を、鉛直方向を軸として第一焼成工程で焼成した向きから略１８０°回転させ、図２（ａ）に示される半導体基板１のＢ側をベルト式連続焼成炉のベルトの進行方向に向けて焼成する。これによって、第一焼成工程で半導体基板１に対して加えられた熱履歴とは異なった熱履歴が第二焼成工程によって加えられるので、より広い領域で均一に熱が印加されることとなる。そして、一部分に必要以上の熱量が印加されないため、内部応力が緩和されるとともに、逆導電型拡散領域２へのダメージが軽減され、また表面電極４の電極材料が逆導電型拡散領域２に入り込んで、ｐｎ接合を破壊することもなく、出力特性が良好な太陽電池素子を得ることができるものと考えられる。
【００５９】
ところで、表面電極４は、あらかじめ反射防止膜３の表面電極４に相当する部分をエッチングし、その箇所に第二の電極材料（銀ペーストなど）を塗布して焼成して逆導電型拡散領域２と導通を取るようにしてもよいし、反射防止膜３の上に直接、第二の電極材料（銀ペーストなど）を塗布して焼成し、いわゆるファイアースルー法によって反射防止膜３を貫通させて逆導電型拡散領域２と導通を取るようにしてもよい。
【００６０】
また、電極を形成する焼成の順番、組み合わせは上記に示した方法以外であっても構わない。例えば、第一焼成工程で裏面電極５（集電電極５ａと出力取出電極５ｂ）を形成し、第二焼成工程で表面電極４を形成してもよいし、第一焼成工程で出力取出電極５ｂを形成し、第二焼成工程で集電電極５ａと表面電極４を形成してもよいが、集電電極５ａは、第一焼成工程および第二焼成工程を経て形成されるようにすることが望ましい。
【００６１】
その理由は以下の通りである。まず、集電電極５ａの面積は広く、使用する電極材料の量も多い。したがって、半導体基板１と電極材料との熱膨張係数の差異による影響を大きく受けるので、半導体基板１の反りに対して及ぼす影響が大きい。従来の焼成方法によれば、上述のような理由から半導体基板１に対する熱履歴が搬送用ベルト８の進行方向で異なるため、内部応力に加えて熱応力の影響をも受けて、片側に大きく反る傾向がある。ここで本発明に係る焼成工程により、上述したような理由から、基板に対する熱履歴をより均一化できるので、基板が片側へ大きく反ることなく、両側へ均等に反るようになる。その結果、大きな反りを抑制することができるので、反りによる半導体基板１の割れを軽減することができる。
【００６２】
［第二実施形態］  
次に、本発明の太陽電池の製造方法に係る焼成工程の第二実施形態について説明する。
【００６３】
本発明の第二実施形態に係る焼成工程では、本発明の第一実施形態にかかる第二焼成工程の代わりに、第一焼成工程で焼成した状態から表裏反転させた状態で焼成する第三焼成工程と、を含むような構成とした。具体的には、第一焼成工程で半導体基板１の表面側を上部ヒーター９に向けて焼成し、第三焼成工程で半導体基板１を表裏反転させて半導体基板１の裏面側を上部ヒーター９に向けて焼成を行えばよい。また、第一焼成工程で半導体基板１の裏面側を上部ヒーター９に向けて焼成し、第三焼成工程で半導体基板１を表裏反転させて半導体基板１の表面側を上部ヒーター９に向けて焼成を行っても構わない。
【００６４】
このように半導体基板１を第三焼成工程において第一焼成工程で焼成した状態から表裏反転させて行うことによって、半導体基板１の一部分に集中して大きな熱量がかかることを防ぐことができ、基板に蓄積する内部応力を抑制して反りを防止するとともに、電極の焼成により逆導電型拡散領域２に与えられるダメージを軽減し、出力特性の良好な太陽電池素子を得ることができる。本発明に係る第二実施形態では、第三焼成工程において第一焼成工程から表裏反転させて行うので、各電極に対して、半導体基板１の両面から加熱することができ、熱履歴を均一化することができるのである。
【００６５】
また、集電電極５ａは、第一焼成工程および第三焼成工程を経て形成されるようにすることが望ましい。その理由としては、集電電極５ａの面積は広く、使用する電極材料の量も多いため、半導体基板と電極材料との熱膨張係数の差異による影響を大きく受け、半導体基板の反りに対して及ぼす影響が大きいからである。ここで本発明の焼成工程により、第一焼成工程で半導体基板１をベルト式連続焼成炉の搬送用ベルト上に略水平に配置した状態で焼成を行い、第三焼成工程では、表裏反転させて焼成することによって、基板に対する熱履歴をより均一化できるので、半導体基板１の反りを軽減させることができ、割れについても軽減することができる。
【００６６】
また、第一焼成工程で裏面側を上部ヒーター９に向けて焼成することで、集電電極５ａの電極材料と半導体基板１との間に安定したオーミック接触が得られ、第三焼成工程で半導体基板１の表裏を反転させることで、裏面側に必要以上の熱量がかからないため、従来に比べ半導体基板１の反りを抑えることができる。なお、第一焼成工程と第三焼成工程が逆であっても同様である。
【００６７】
さらに、第一焼成工程と第三焼成工程とを分けて焼成する場合、
（ａ）第一焼成工程時には半導体基板１の受光面側の表面に何も存在していない状態で搬送用ベルト８に配置し、裏面側を上部ヒーター９に向けた状態で焼成を行う
（ｂ）半導体基板１の受光面側に表面電極４を塗布乾燥させて設ける
（ｃ）第三焼成工程で半導体基板１の表面電極４の側を上部ヒーター９に向けて焼成を行う
のような手順で行えば、表面電極４と搬送用ベルト８との接触を避け、半導体基板１の受光面側の汚れを防止し、受光量の減少を防ぐことができる。
【００６８】
［各実施形態の共通事項］  
次に、第一実施形態、第二実施形態の双方で共通の事項について述べる。
【００６９】
半導体基板１として、ｐ型シリコン半導体を用いる場合、集電電極５ａの電極材料としては、アルミニウムを主成分とするものを用いることが望ましい。その理由は以下の通りである。まず、集電電極５ａを形成すると同時に、シリコンに対してｐ型不純物であるアルミニウムを多量に含んだｐ＋領域６が形成される。この領域は光生成電子キャリアが裏面電極５に到達して再結合損失する割合を低減する役割を果たし、光電流密度Ｊｓｃが向上する。また、このｐ＋領域６では少数キャリア（電子）密度が低減されるので、この領域および裏面電極５に接する領域でのダイオード電流量（暗電流量）を低減する働きをし、開放電圧Ｖｏｃが向上するという効果が得られ、太陽電池素子の特性向上への影響が大きいからである。
【００７０】
また、ベルト式連続焼成炉は、搬送用ベルト８を挟んで、上方と下方にそれぞれ上部ヒーター９と下部ヒーター１０とを備えるものを用いることが望ましい。半導体基板１の表面電極４と裏面電極５とを同時に加熱焼成することができるからである。
【００７１】
さらに、このような上部ヒーター９、下部ヒーター１０を用いたベルト式連続焼成炉を用いる場合、半導体基板１が焼成工程において受ける熱量は、下部ヒーター１０よりも上部ヒーター９から受ける方が大きくなるようにすることが望ましい。このような構成にすれば、上方と下方からの加熱状態が非対称となり、焼成工程における半導体基板１の内部の温度分布の対称性を崩すことができる。その結果、本発明の第一実施形態（半導体基板１を第一焼成工程で焼成した向きから略１８０°回転させた状態で第二焼成工程を行う）、第二実施形態（半導体基板１を、第一焼成工程で焼成した状態から表裏反転させた状態で第三焼成工程を行う）における効果をより確実なものとし、基板内部の熱履歴をよりランダムにして均一化を図ることができるからである。
【００７２】
特に第二実施形態においては、第三焼成工程で半導体基板１の表裏反転が伴っているので、必ず半導体基板１の表面側をより受ける熱量が少ない下部ヒーター１０に向けて焼成する工程が組み込まれる。そのため、逆導電型拡散領域２へのダメージを軽減することができるとともに、表面電極４の電極材料が逆導電型拡散領域２に入り込んで、ｐｎ接合を破壊することをより防止し、出力特性が良好な太陽電池素子を得ることが可能である。
【００７３】
なお、下部ヒーター１０は搬送用ベルト８を挟んで半導体基板１の下面（搬送用ベルト８と接した面）と対向しており、直接、半導体基板１の上面と向き合った上部ヒーター９に比べて、半導体基板１に高い熱量を供給することが難しい。もちろん、電力を増大させることによって可能ではあるが、エネルギーの効率的利用という観点から見ても、上部ヒーター９からの熱量を大きくする方が自然であり、より好ましい。
【００７４】
上述のように上部ヒーター９、下部ヒーター１０を用いたベルト式連続焼成炉を用いる場合、半導体基板１が焼成工程において受ける熱量について、下部ヒーター１０よりも上部ヒーター９から受ける方が大きいかどうかについては、次のようにして確認することができる。
【００７５】
（ａ）ダミーの半導体基板の表面および裏面の複数箇所（表裏の対称箇所）に熱電対を取り付ける
（ｂ）上部ヒーター９と下部ヒーター１０を所定の温度条件に設定する
（ｃ）（ａ）のダミーの半導体基板を搬送用ベルト８に配置し、所定のベルト速度で送る
（ｄ）熱電対によって、ダミーの半導体基板の表面および裏面の温度を測定し、時間に対する温度変化のプロファイルを求める
（ｅ）（ｄ）で求めた温度変化のプロファイルを時間で積分したものを表面、裏面で比較し、加えられた熱量を比較する（複数箇所について平均値を取る）
なお、本発明の実施形態は上述の例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることはもちろんである。
【００７６】
例えば、本発明の第二実施形態において、第一焼成工程の後、半導体基板の表裏を反転させて第三焼成工程を行うが、このとき更に第一実施形態における第二焼成工程（鉛直方向を軸として第一焼成工程で焼成した向きから略１８０°回転）を行ってから、第三焼成工程を行うようにしても構わない。これによってさらに確実に本発明の効果を得ることができる。
【００７７】
さらに、第一実施形態における第一焼成工程と第二焼成工程あるいは第二実施形態における第一焼成工程と第三焼成工程は、それぞれ異なった焼成炉、望ましくはベルト式連続焼成炉を用いて処理するようにすれば、高い生産性で大量の半導体基板を処理することができるので望ましい。この場合、第一焼成工程を終えた半導体基板に対して、鉛直方向を軸として略１８０°回転させたり（第一実施形態）、表裏反転させたり（第二実施形態）する機構を設けることが望ましい。例えば、アンローダーによって半導体基板をカセットに集約した後に、カセット自身を、鉛直方向を軸として略１８０°回転させたり（第一実施形態）、表裏反転させたり（第二実施形態）する機構を設け、その後、第二焼成工程（第一実施形態）あるいは第三焼成工程（第二実施形態）に用いる焼成炉のローダーにこのカセットをセットして、半導体基板を所定状態で供給するようにすればよい。なお、あらかじめローダーに対して、カセットを所定状態でセットできるような構造にしておくことは言うまでもない。
【００７８】
また、上述の説明では、半導体基板１は下部ヒーター１０に比べ上部ヒーター９の方から大きい熱量を受ける例によって説明した。通常、上部ヒーター９に比べ下部ヒーター１０は搬送用ベルト８を挟んで半導体基板１に対峙しているので、上部ヒーター９からの熱量を大きくする方が簡単であるが、逆であっても何ら差し支えなく、本発明による太陽電池素子の製造方法を用いれば、基板への熱履歴を均一にし、基板の反りを抑え、逆導電型拡散領域２へのダメージを軽減することができる。
【００７９】
さらに上述の各実施形態の説明では、焼成工程として第一焼成工程および第二焼成工程（第一実施形態）もしくは第一焼成工程および第三焼成工程（第二実施形態）のように二つの焼成工程を備えた例によって説明したが、これらの二つの焼成工程の前後あるいは間に、更に複数の焼成工程を備えていても構わない。
【００８０】
また、第一焼成工程をはじめとする各焼成工程においては、半導体基板を略水平に配置するが、必ずしも厳密に水平である必要はない。例えば、ベルト式連続焼成炉の場合、排気を良くするために搬送用ベルトが傾斜を有している場合があるが、半導体基板が搬送用ベルトから滑り落ちない程度であれば、このような傾斜を有する状態で配置しても構わない。
【００８１】
さらに図２（ａ）では焼成工程における半導体基板の方向を表すために、格子状とした表面電極４の細い電極の向きと、Ａ、Ｂの符号で示される辺の向きとが一致するように図を描いたが、これに限定されるものではない。
【００８２】
そして上述の説明では、焼成炉としてベルト式連続焼成炉を用いた例によって説明したが、この例に限定されるものではなく、例えば、ウォーキングビーム式の連続焼成炉を用いたり、バッチ式の焼成炉を用いたりしても、本発明の構成を導入することによって基板への熱履歴を均一にし、基板の反りを抑え、逆導電型拡散領域２へのダメージを軽減することができる。
【００８３】
また、半導体基板の材質は、シリコン以外に周知の化合物半導体であっても構わない。さらに、焼成する電極材料や塗布する電極形状、あるいは塗布方法についても、上述の例に限るものではなく、太陽電池素子としての特性を発揮できる材料や形状の組合せであれば、本発明の構成によって本発明特有の作用効果を得ることができることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】太陽電池素子の構造を示す概略断面構造図である。
【図２】（ａ）は図１の太陽電池素子を表面側から見た上視図であり、（ｂ）は図１の太陽電池素子を裏面側から見た下視図である。
【図３】ベルト式連続焼成炉の概略構造図である。
【符号の説明】
【００８５】
１：半導体基板
２：逆導電型拡散領域
３：反射防止膜
４：表面電極
５：裏面電極
５ａ：集電電極
５ｂ：出力取出電極
６：ｐ＋領域
８：搬送用ベルト
９：上部ヒーター
９、９ａ、９ｂ、９ｃ：上部ヒーター
１０、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ：下部ヒーター
１１：カバー
１２：ローラー
【図１】
2005317574.tif 000003
【図２】
2005317574.tif 000004
【図３】
2005317574.tif 000005