(57)【要約】【課題】電流が大きく且つＦＦ低下のないＬＰＥシリコン膜太陽電池を製造できる太陽電池の製造方法を提供する。【解決手段】多結晶シリコンからなる基板１表面に、成長阻止層２を形成する工程と、該成長阻止層２を電極形状のパターンに加工する工程と、表面がテキスチャ形状を有する第１のシリコン膜３を形成する工程と、前記電極パターンの成長阻止層２を除去する工程と、少なくとも該成長阻止層２を除去した場所に第２のシリコン膜４を形成する工程と、該成長阻止層２を除去した場所に形成した前記第２のシリコン膜４の上に電極５を形成する工程と、を有する太陽電池の製造方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
多結晶シリコンからなる基板表面に、成長阻止層を形成する工程と、該成長阻止層を電極形状のパターンに加工する工程と、表面がテキスチャ形状を有する第１のシリコン膜を形成する工程と、前記電極パターンの成長阻止層を除去する工程と、少なくとも該成長阻止層を除去した場所に第２のシリコン膜を形成する工程と、該成長阻止層を除去した場所に形成した前記第２のシリコン膜の上に電極を形成する工程と、を有することを特徴とする太陽電池の製造方法。
【請求項２】
多結晶シリコンからなる基板表面に、所定の電極形状パターンを有する成長阻止層を形成する工程と、表面がテキスチャ形状を有する第１のシリコン膜を形成する工程と、前記電極パターンを有する成長阻止層を除去する工程と、少なくとも該成長阻止層を除去した場所に第２のシリコン膜を形成する工程と、該成長阻止層を除去した場所に形成した前記第２のシリコン膜の上に電極を形成する工程と、を有することを特徴とする太陽電池の製造方法。
【請求項３】
第１および第２のシリコン膜は液相エピタキシャル成長法によって形成することを特徴とする請求項１または２に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項４】
前記第２のシリコン膜は、前記第１のシリコン膜よりも表面が平坦であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の太陽電池の製造方法。
【請求項５】
前記成長阻止層は窒化シリコンまたは酸化シリコンであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の太陽電池の製造方法。
【請求項６】
前記成長阻止層の厚さは１０ｎｍから５００ｎｍであることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の太陽電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は液相成長法によって得られる膜を利用した太陽電池の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
比較的不純物の多い低コストの多結晶シリコン基板上に液相エピタキシャル成長（ＬＰＥ）法で高品質なシリコン膜を成長し、該シリコン膜に太陽電池を形成する技術が特許文献１に記載されており、この技術により太陽電池の基板コストを低減することが期待されている。
【０００３】
上記シリコン膜の厚さは数十μｍと比較的薄いため、電流を増大させるためには表面にテキスチャ構造を設けることが望ましい。しかしながら、テキスチャ構造の表面に集電電極を形成すると、テキスチャの形状、或いは大きさによっては、シリーズ抵抗が増大し、ＦＦが低下してしまうという問題点があった。この問題は荒れた表面に対しては電極の断線などの問題が生じるためと考えられている。この問題点はＬＰＥシリコン膜を用いない従来型のバルク多結晶基板太陽電池においても認識されており、特許文献２にはＰ型多結晶シリコン基板の受光面側表面へ溝を形成する表面加工を超音波加工法で行ない、溝の形成を受光面電極形成部分でない部分に限定し、電極形成部分は溝を形成せず平面のまま残す方法が記載されている。
【０００４】
しかしながら、テキスチャ構造を超音波やそのほかの機械的な破砕あるいは研削にて形成する方法は基板材料の損傷を生じ、太陽電池の特性を低下させるという問題点があった。またこれらの方法をＬＰＥシリコン膜太陽電池に適用すると、該シリコン膜が比較的薄いために破砕・研削量を精度よく制御することは困難である。もし破砕・研削量が多すぎて不純物の多い下地基板が露出した場合、もはや良好な特性の太陽電池を得ることが出来ないという問題点があった。
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−１６２８５９号公報
【特許文献２】特開平０７−１８３５５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記従来の問題点に鑑み、電流が大きく且つＦＦ低下のないＬＰＥシリコン膜太陽電池を製造できる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】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明の太陽電池の製造方法は、多結晶シリコンからなる基板表面に、成長阻止層を形成する工程と、該成長阻止層を電極形状のパターンに加工する工程と、表面がテキスチャ形状を有する第１のシリコン膜を形成する工程と、前記電極パターンの成長阻止層を除去する工程と、少なくとも該成長阻止層を除去した場所に第２のシリコン膜を形成する工程と、該成長阻止層を除去した場所に形成した前記第２のシリコン膜の上に電極を形成する工程と、を有することを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の他の太陽電池の製造方法は、多結晶シリコンからなる基板表面に、所定の電極形状パターンを有する成長阻止層を形成する工程と、表面がテキスチャ形状を有する第１のシリコン膜を形成する工程と、前記電極パターンを有する成長阻止層を除去する工程と、少なくとも該成長阻止層を除去した場所に第２のシリコン膜を形成する工程と、該成長阻止層を除去した場所に形成した前記第２のシリコン膜の上に電極を形成する工程と、を有することを特徴とする。
【０００９】
上記本発明の太陽電池の製造方法は、「第１および第２のシリコン膜は液相エピタキシャル成長法によって形成すること」、「前記第２のシリコン膜は、前記第１のシリコン膜よりも表面が平坦であること」、「前記成長阻止層は窒化シリコンまたは酸化シリコンであること」、「前記成長阻止層の厚さは１０ｎｍから５００ｎｍであること」を好ましい態様として包含する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、ＬＰＥシリコン膜太陽電池のシリコン膜の厚さが薄くても電流が大きく、かつ電極のシリーズ抵抗を低く抑えることが出来る。また、電極が埋め込み構造となるのでシャドウロスが低減され、電流を大きくすることが出来る。したがって特性の優れた太陽電池を安価に得ることが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１は本発明の太陽電池の製造方法を示す模式的な断面図である。
【００１２】
まず、図１（１）に示す様に、多結晶シリコン基板１の上にＬＰＥ成長を阻害する成長阻止層を２を形成する。成長阻止層２の材料としてはＳｉＮ、ＳｉＯ、などを用いることが出来る。ＳｉＮはＣＶＤ法、ＳｉＯは熱酸化法やパイロ酸化法などを用いて形成することが出来る。これらの膜厚は１０ｎｍから５０ｎｍであることが望ましい。これより薄いとこの後のＬＰＥ成長中に該層が破れてしまう可能性がある。これより厚いと該層の形成時間およびこの後の除去時間が多く必要となるため生産性が低下する可能性がある。
【００１３】
次に、図１（２）に示す様に、成長阻止層２を所望の電極パターン形状に整形する。この方法としては例えばフォトレジストインクをスクリーン印刷などで電極パターン形状に塗布した後、弗酸溶液に浸漬する。するとフォトレジストインクで被覆された部分の成長阻止層２は保護され、その他の部分は成長阻止層２がエッチングされて基板１が露出する。しかるのち電極パターン形状に残存しているフォトレジストインクをアルカリ溶液で除去する。
【００１４】
成長阻止層２を所望の電極パターン形状に形成する別の方法としては、図１（１）に示す工程において、該層を基板１の全面に形成するかわりにはじめから電極パターン形状に形成することも出来る。その方法は電極パターン形状のマスクを使用する方法、印刷あるいはインクジェットによる描画などの方法を適用することができる。この方法によれば、図１（２）に示した成長阻止層２を電極パターン形状に整形する工程を省略することが出来る。
【００１５】
次に、図１（３）に示す様に、基板１の表面にＬＰＥ法で第１のシリコン膜３を成長する。このときＬＰＥの成長条件を適当に選ぶことにより、テキスチャ構造を有するシリコン膜を形成することが出来ることを本発明者は見出した。また電極形成部分には成長阻止層２があるため、第１のシリコン膜３は形成されることが無い。本発明の方法によれば成膜後に改めてテキスチャ形成処理を実施する必要が無く、しかも機械的な研削による損傷を受けることが無いという利点がある。
【００１６】
次に、図１（４）に示す様に、電極パターンに残存している成長阻止層２を弗酸溶液などで除去する。すると基板１が電極パターン形状に露出する。
【００１７】
次に、図１（５）に示す様に、再度ＬＰＥ法で第２のシリコン膜４を形成する。このときの成長条件は成長膜の形状ができるだけ下地形状に倣うような条件が選ばれる。その結果、すでに表面がテキスチャ形状に形成された第１のシリコン膜３はテキスチャ表面が維持され、電極形成部分には平坦なシリコン膜が形成される。しかる後、第２のシリコン膜４の表面には拡散によってｐｎ接合が形成される。なお、図では説明の便宜上、第１および第２のシリコン膜を区別して示しているが、第２のシリコン膜４は第１のシリコン膜３の上にホモエピタキシャル成長するので、実際にはこれらの間に素子特性に影響を与えるような界面が形成されることは無い。
【００１８】
最後に、図１（６）に示す様に、電極形成部分に表面電極５が形成され、基板１の裏面には裏面電極６が形成される。これらの電極を形成するには印刷、蒸着、スパッタなどの方法を用いることが出来る。
【００１９】
図２はシリコン膜を形成する液相エピタキシャル成長装置の一例である。成長炉２１は坩堝２２を内部に備え、その周りをヒータ２３で取り囲まれている。坩堝２２はスズ、インジウム、銅、アルミニウムなどの金属にシリコン原料を飽和状態に溶解したメルト２４を保持している。成長炉２１の上にはゲートバルブ２５を隔てて基板投入室２６が連結されている。基板投入室２６は左右に可動で、かつ内部に脱着可能な基板保持具２７を備えている。
【００２０】
成長工程は以下のように実施される。ゲートバルブ２５は閉じた状態で成長炉２１は水素雰囲気でメルトの飽和温度に維持されている。基板投入室２６は成長炉２１から分離した位置で、基板１が基板保持具２７に配置された後基板投入室２６は成長炉２１に合体し、内部雰囲気が水素に置換される。続いてゲートバルブ２５が開いて基板保持具２７が下降し、基板１が水素雰囲気中で所定時間加熱される。次に成長炉２１の温度を降下してメルト２４中にシリコン原料が過飽和になるまで冷却する。炉温度が所定の過飽和度に達したら基板保持具２７をさらに下降して基板１をメルト２４に浸漬する。所定の降温速度で成長炉２１の温度を降下すると基板１にシリコン膜がエピタキシャル成長する。所望の成長膜が得られたら基板保持具２７を上昇してゲートバルブ２５を閉じ、基板投入室２６を大気に置換して成長炉２１から分離して基板１を取り出す。メルト２４はガリウム、リン、ボロン、アルミニウムなどのドーパントを含んでいても良い。
【実施例】
【００２１】
本発明の実施例を図１及び図２を用いて説明する。
【００２２】
金属級多結晶シリコン基板１の上に成長阻止層２としてＳｉＮをプラズマＣＶＤ装置で７０ｎｍの厚さに堆積する。このとき電極パターン形状に開口したマスクを併用することによりＳｉＮ膜は電極パターン形状に堆積される。
【００２３】
次に、第１のシリコン膜３を液相エピタキシャル成長する。メルト２４は１１ｋｇのインジウムにシリコン原料を９３０℃で飽和溶解したもので、これを９２３℃に降温して過飽和状態としてから基板１を該過飽和メルト中に浸漬し、温度を一定に保って３０分維持すると２０μｍの厚さのシリコン膜３が得られる。このシリコン膜３はテキスチャ形状の表面を有している。また、電極パターン形状の成長阻止層２の上には成膜されない。
【００２４】
次に、基板保持具２７を取り外して王水に浸漬し、基板１に付着したメルトを除去する。続いて１０％弗酸溶液に浸漬して電極パターン形状の成長阻止層２を除去する。
【００２５】
次に、基板保持具２７を再度液相エピタキシャル装置に装着し、第２のシリコン膜４を液相エピタキシャル成長する。今回の成長条件は９３０℃で飽和溶解したメルトに基板１を浸漬し該メルトの温度を毎分０．２℃で降温しながら１５分維持すると８μｍの厚さの第２のシリコン膜４が得られる。このときすでに表面がテキスチャ形状に形成された第１のシリコン膜３はテキスチャ表面が維持され、電極形成部分には平坦なシリコン膜が形成される。
【００２６】
次に、第２のシリコン膜４の表面にｎ型拡散剤を２００ｎｍの厚さに塗布後８６０℃で焼成して、ｎ＋層を形成する。続いてＳｉＮを８０ｎｍの厚さにプラズマＣＶＤ装置で形成して反射防止膜とする。次にスクリーン印刷にて電極形成部分に銀ペーストを塗布後焼成して集電電極５を形成する。基板１の裏面にアルミニウムペーストを塗布・焼成して裏面電極６を形成し、太陽電池を得る。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
本発明によれば、特性の優れた太陽電池を安価に得ることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の太陽電池の製造方法を示す模式的な断面図である。
【図２】本発明の太陽電池のシリコン膜を形成するための液相エピタキシャル装置の一例を示す図である。
【符号の説明】
【００２９】
１  多結晶シリコン基板
２  成長阻止層
３  第１のシリコン膜
４  第２のシリコン膜
５  表面電極
６  裏面電極
２１  成長炉
２２  坩堝
２３  ヒータ
２４  メルト
２５  ゲートバルブ
２６  基板投入室
２７  基板保持具
３２  反射防止膜
３３  集電電極
３４  裏面電極
【図１】
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【図２】
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