(57)【要約】【課題】  太陽電池の裏面におけるキャリアの再結合損失を抑制することによって高い変換効率を有する太陽電池およびその製造方法を提供する。【解決手段】  第１導電型の半導体基板１０の一面に形成されている、半導体基板１０よりも不純物濃度が高い第１導電型の第１ドーピング領域１３と、第１導電型とは逆の導電型である第２導電型の第２ドーピング領域１２と、半導体基板１０よりも不純物濃度が高く第１ドーピング領域１３よりも不純物濃度が低い第１導電型の第３ドーピング領域２０または半導体基板１０よりも不純物濃度が高く第２ドーピング領域１２よりも不純物濃度が低い第２導電型の第３ドーピング領域２０のいずれか一方とを含む太陽電池とその製造方法である。【選択図】        図１
2005310830.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１導電型の半導体基板の一面に形成されている、前記半導体基板よりも不純物濃度が高い前記第１導電型の第１ドーピング領域と、前記第１導電型とは逆の導電型である第２導電型の第２ドーピング領域と、前記半導体基板よりも不純物濃度が高く前記第１ドーピング領域よりも不純物濃度が低い前記第１導電型の第３ドーピング領域または前記半導体基板よりも不純物濃度が高く前記第２ドーピング領域よりも不純物濃度が低い前記第２導電型の第３ドーピング領域のいずれか一方と、を含む、太陽電池。
【請求項２】
前記第３ドーピング領域が、前記第１ドーピング領域および前記第２ドーピング領域の少なくとも一方と接触していることを特徴とする、請求項１に記載の太陽電池。
【請求項３】
前記第３ドーピング領域の不純物濃度が、１０17／ｃｍ3以上１０19／ｃｍ3以下であ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。
【請求項４】
第１導電型の半導体基板の一面に、前記半導体基板よりも不純物濃度が高い前記第１導電型の第１ドーピング領域を形成する工程と、前記第１導電型とは逆の導電型である第２導電型の第２ドーピング領域を形成する工程と、前記半導体基板よりも不純物濃度が高く前記第１ドーピング領域よりも不純物濃度が低い前記第１導電型の第３ドーピング領域または前記半導体基板よりも不純物濃度が高く前記第２ドーピング領域よりも不純物濃度が低い前記第２導電型の第３ドーピング領域のいずれか一方を形成する工程と、を含む、太陽電池の製造方法。
【請求項５】
前記第１ドーピング領域および前記第２ドーピング領域を形成した後に、前記第３ドーピング領域を形成することを特徴とする、請求項４に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項６】
前記第３ドーピング領域の一部に前記第３ドーピング領域と同じ導電型のドーパントを拡散することによって前記第１ドーピング領域または前記第２ドーピング領域を形成することを特徴とする、請求項４に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項７】
前記半導体基板の一面に、前記第１ドーピング領域または前記第２ドーピング領域に対応する位置に開口部を有するドーパントの透過量を低減するマスクを形成した後に前記半導体基板の一面に前記マスクを通してドーパントを拡散させることによって、前記マスクが形成されている前記半導体基板の面に第３ドーピング領域を形成すると同時に、前記開口部から露出している前記半導体基板の面に前記第３ドーピング領域と同じ導電型である前記第１ドーピング領域または前記第２ドーピング領域を形成することを特徴とする、請求項４に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項８】
前記第３ドーピング領域の一部を除去することによって前記半導体基板の一部を露出させ、露出した前記半導体基板の一部に前記第３ドーピング領域とは逆の導電型であるドーパントを拡散して前記第１ドーピング領域または前記第２ドーピング領域を形成することを特徴とする、請求項４に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項９】
前記半導体基板の一面の一部に固相拡散源層を設置した後に前記固相拡散源層を加熱することによって前記第３ドーピング領域を形成することを特徴とする、請求項４に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項１０】
前記固相拡散源層がドーピングペーストであることを特徴とする、請求項９に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項１１】
前記固相拡散源層をエッチングペーストによりパターンニングすることを特徴とする、請求項９に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項１２】
前記半導体基板の一面に、開口部を有するマスクを形成した後に、前記半導体基板の一面に向けてドーパントを拡散させることによって、前記第１ドーピング領域、前記第２ドーピング領域および前記第３ドーパント領域の少なくとも１つを形成する太陽電池の製造方法であって、前記マスクがスピンオングラス膜またはマスキングペーストであることを特徴とする、請求項４から１１のいずれかに記載の太陽電池の製造方法。
【請求項１３】
前記半導体基板の一面に、開口部を有するマスクを形成した後に、前記半導体基板の一面に向けてドーパントを拡散させることによって、前記第１ドーピング領域、前記第２ドーピング領域および前記第３ドーパント領域の少なくとも１つを形成する太陽電池の製造方法であって、前記マスクをエッチングペーストによりパターンニングすることを特徴とする、請求項４から１２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】
本発明は太陽電池および太陽電池の製造方法に関し、特に裏面のみに電極が形成されている裏面電極型の太陽電池およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、特に地球環境の保護の観点から、太陽光エネルギを電気エネルギに変換する太陽電池は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。太陽電池の種類には、化合物半導体を用いたものや有機材料を用いたものなどの様々なものがあるが、現在、シリコン結晶を用いた太陽電池が主流となっている。そして、現在、最も多く製造および販売されている太陽電池においては、太陽光が入射する側の面（受光面）にｎ電極が形成されており、受光面と反対側の面（裏面）にｐ電極が形成されている。このような太陽電池の受光面に形成されているｎ電極は太陽光の入射により発生した電流を外部に取り出すために不可欠なものであるが、ｎ電極の下方の部分には太陽光が入射しないためその部分には電流が発生しない。それゆえ、ｎ電極の面積が大きくなると太陽電池の変換効率が低下してしまうという問題があった。
【０００３】
そこで、たとえば特許文献１には、太陽電池の受光面には電極を形成せず、裏面のみにｎ電極およびｐ電極を形成した裏面電極型の太陽電池が開示されている。この太陽電池においては、受光面に形成された電極によって太陽光の入射が阻害されることがないため、原理的には高い変換効率を期待することができる。
【０００４】
図８に、この裏面電極型の太陽電池の模式的な断面図を示す。この太陽電池のシリコン基板１０の裏面には高濃度ｐドーピング領域１２と高濃度ｎドーピング領域１３とが交互に形成されている。そして、シリコン基板１０の受光面および裏面にはそれぞれパッシベーション膜１１が形成されており、これによりキャリアの再結合が抑制されている。また、シリコン基板１０の裏面側のパッシベーション膜１１の一部が除去されてコンタクトホール１６、１７が形成されており、コンタクトホール１６、１７を通して高濃度ｐドーピング領域１２上にｐ電極１４が、高濃度ｎドーピング領域１３上にｎ電極１５がそれぞれ形成されている。図８からもわかるように、太陽電池の受光面には電極が形成されていないため、受光面において太陽光の入射が阻害されない。ここで、太陽電池の受光面に形成されているパッシベーション膜１１は太陽光の反射防止膜としての機能も兼ね備えている。
【０００５】
この裏面電極型の太陽電池はたとえば以下のようにして製造される。まず、シリコン基板１０の受光面および裏面にそれぞれシリコン酸化膜を形成した後にシリコン窒化膜を形成してパッシベーション膜１１を形成する。次に、フォトエッチングにより、シリコン基板１０の裏面のパッシベーション膜１１の一部を除去してコンタクトホール１７を形成する。そして、ＣＶＤ法を用いて、シリコン基板１０の裏面側の全面にｎ型ドーパントを含むガラス層を堆積させる。続いて、高濃度ｐドーピング領域１２が形成される部分に対応するガラス層の部分を除去した後、フォトエッチングによりその部分のパッシベーション膜１１の一部を除去してコンタクトホール１６を形成する。そして、ＣＶＤ法を用いて、シリコン基板１０の裏面側にｐ型ドーパントを含むガラス層を堆積させる。
【０００６】
次いで、このようにガラス層が堆積されたシリコン基板１０を９００℃に加熱することによって、シリコン基板１０の裏面に高濃度ｐドーピング領域１２および高濃度ｎドーピング領域１３が形成される。その後、パッシベーション膜１１に堆積されているガラス層をすべて除去し、水素雰囲気下で９００℃以上の高温でシリコン基板１０を熱処理する。これにより、シリコン基板１０とシリコン基板１０の裏面のパッシベーション膜１１のシリコン酸化膜との界面が水素化処理される。そして、高濃度ｐドーピング領域１２上および高濃度ｎドーピング領域１３上に残留しているガラス層を除去した後に、スパッタリング法によりシリコン基板１０の裏面側にアルミニウム膜を堆積する。このアルミニウム膜をフォトエッチングを用いてパターンニングすることによってｐ電極１４およびｎ電極１５がそれぞれ形成される。
【０００７】
しかしながら、この裏面電極型の太陽電池は、当初、集光型の太陽電池として開発されたものであり、その製造には複雑なフォトリソグラフィ技術、高品位のドーピング技術および高温における水素化処理などのパッシベーション技術が用いられていた。したがって、その製造コストが非常に高く、一般的に地上で用いられる太陽電池には適していなかった。
【０００８】
そこで、たとえば非特許文献１には、製造プロセスを簡略化することによって製造コストの低減を図った裏面電極型の太陽電池が開示されている。図９に、この裏面電極型の太陽電池の模式的な断面図を示す。この裏面電極型の太陽電池においては、シリコン基板１０の裏面の高濃度ｐドーピング領域１２に対応する部分の一部が数μｍ程度削られており、高濃度ｐドーピング領域１２と高濃度ｎドーピング領域１３とが接していることを特徴としている。
【０００９】
この裏面電極型の太陽電池はたとえば以下のようにして製造される。まず、ＣＶＤ法を用いて、シリコン基板１０の裏面の全面にｎ型ドーパントを含むガラス層を堆積させる。その後、このガラス層をシリコン基板１０ごと櫛の歯状にエッチングする。これにより、図９に示すように、シリコン基板１０の裏面に段差が形成される。そして、シリコン基板１０の裏面側にｐ型ドーパントを含むガラス層をさらに堆積させる。その後、シリコン基板１０を熱処理すると、シリコン基板１０の裏面においてｎ型ドーパントを含むガラス層に接している部分には高濃度ｎドーピング領域１３が形成され、ｐ型ドーパントを含むガラス層に接している部分には高濃度ｐドーピング領域１２が形成される。そして、シリコン基板１０の受光面および裏面にパッシベーション膜１１を形成した後に、コンタクトホール１６、１７を形成する。これらのコンタクトホール１６、１７を通してｐ電極１４およびｎ電極１５が、高濃度ｐドーピング領域１２上および高濃度ｎドーピング領域１３上にそれぞれ形成される。
【００１０】
しかしながら、この太陽電池においては、特に高濃度ｐドーピング領域と高濃度ｎドーピング領域のシリコン基板の裏面近傍におけるドーパント濃度が非常に高い。したがって、これらの領域の間にリーク電流が流れることによって太陽電池の変換効率が低下する可能性があった。
【特許文献１】米国特許第４９２７７７０号明細書
【特許文献２】特表２００３−５３１８０７号公報
【特許文献３】特表２００２−５３９６１５号公報
【非特許文献１】Ronald A. Sinton and Richard M. Swanson, “Simplified Backside-Contact Solar Cells”, IEEE TRANSACTIONS ON ELECTRON DEVICES, VOL.37，NO.2，February 1990，P.348-p.352
【非特許文献２】“Rear Surface Effects in High Efficiency Silicon Solar Cells” S. R. Wenham, S. J. Robinson, X. Dai, J. Zhao, A. Wang, Y. H. Tang, A. Ebong, C. B. Honsberg and M. A. Green, Proc. IEEE 1st WEPVSC, Hawaii (1994) pp.1278-1282
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上記のような裏面電極型の太陽電池においては、太陽電池の変換効率と、シリコン基板とパッシベーション膜との界面におけるキャリアの表面再結合速度とが密接に関連している。したがって、高い変換効率を有する太陽電池を実現するためには、この表面再結合速度を低減して、キャリアの再結合損失を抑制する必要がある。
【００１２】
本発明の目的は、太陽電池の裏面におけるキャリアの再結合損失を抑制することによって高い変換効率を有する太陽電池およびその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、第１導電型の半導体基板の一面に形成されている、半導体基板よりも不純物濃度が高い第１導電型の第１ドーピング領域と、第１導電型とは逆の導電型である第２導電型の第２ドーピング領域と、半導体基板よりも不純物濃度が高く第１ドーピング領域よりも不純物濃度が低い第１導電型の第３ドーピング領域または半導体基板よりも不純物濃度が高く第２ドーピング領域よりも不純物濃度が低い第２導電型の第３ドーピング領域のいずれか一方とを含む太陽電池である。ここで、導電型にはｐ型とｎ型とがあり、第１導電型がｐ型である場合には第２導電型がｎ型となり、第１導電型がｎ型である場合には第２導電型がｐ型となる。また、本発明において「不純物」は、半導体基板中においてキャリアを供給する不純物のことをいう。
【００１４】
また、本発明の太陽電池においては、第３ドーピング領域が、第１ドーピング領域および第２ドーピング領域の少なくとも一方と接触していることが好ましい。
【００１５】
また、本発明の太陽電池においては、第３ドーピング領域の不純物濃度が１０17／ｃｍ3以上１０19／ｃｍ3以下であることが好ましい。
【００１６】
さらに、本発明は、第１導電型の半導体基板の一面に、半導体基板よりも不純物濃度が高い第１導電型の第１ドーピング領域を形成する工程と、第１導電型とは逆の導電型である第２導電型の第２ドーピング領域を形成する工程と、半導体基板よりも不純物濃度が高く第１ドーピング領域よりも不純物濃度が低い第１導電型の第３ドーピング領域または半導体基板よりも不純物濃度が高く第２ドーピング領域よりも不純物濃度が低い第２導電型の第３ドーピング領域のいずれか一方を形成する工程とを含む太陽電池の製造方法である。ここで、本発明においては、これらの工程の順序が入れ替わっていてもよい。また、本発明においては、これらの工程以外の工程が含まれていてもよいことは言うまでもない。
【００１７】
また、本発明の太陽電池の製造方法においては、第１ドーピング領域および第２ドーピング領域を形成した後に、第３ドーピング領域を形成することができる。
【００１８】
また、本発明の太陽電池の製造方法においては、第３ドーピング領域の一部に第３ドーピング領域と同じ導電型のドーパントを拡散することによって第１ドーピング領域または第２ドーピング領域を形成することができる。
【００１９】
また、本発明の太陽電池の製造方法においては、半導体基板の一面に、第１ドーピング領域または第２ドーピング領域に対応する位置に開口部を有するドーパントの透過量を低減するマスクを形成した後に半導体基板の一面にマスクを通してドーパントを拡散させることによって、マスクが形成されている半導体基板の面に第３ドーピング領域を形成すると同時に、開口部から露出している半導体基板の面に第３ドーピング領域と同じ導電型である第１ドーピング領域または第２ドーピング領域を形成することができる。
【００２０】
また、本発明の太陽電池の製造方法においては、第３ドーピング領域の一部を除去することによって半導体基板の一部を露出させ、露出した半導体基板の一部に第３ドーピング領域とは逆の導電型であるドーパントを拡散して第１ドーピング領域または第２ドーピング領域を形成することができる。
【００２１】
また、本発明の太陽電池の製造方法においては、半導体基板の一面の一部に固相拡散源層を設置した後に固相拡散源層を加熱することによって第３ドーピング領域を形成することができる。ここで、固相拡散源層はドーピングペーストであり得る。また、固相拡散源層はエッチングペーストによりパターンニングされ得る。
【００２２】
また、本発明の太陽電池の製造方法においては、半導体基板の一面に、開口部を有するマスクを形成した後に、半導体基板の一面にドーパントを拡散させることによって、第１ドーピング領域、第２ドーピング領域および第３ドーパント領域の少なくとも１つが形成され、マスクがスピンオングラス膜またはマスキングペーストであり得る。
【００２３】
また、本発明の太陽電池の製造方法においては、半導体基板の一面に、開口部を有するマスクを形成した後に、半導体基板の一面にドーパントを拡散させることによって、第１ドーピング領域、第２ドーピング領域および第３ドーパント領域の少なくとも１つが形成され、マスクがエッチングペーストによりパターンニングされ得る。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、太陽電池の裏面におけるキャリアの再結合損失を抑制することによって高い変換効率を有する太陽電池およびその製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の実施の形態について説明する。なお、本願の図面において、同一の参照符号は、同一部分または相当部分を表わすものとする。また、本明細書において、太陽電池モジュールに太陽光が入射する側の面を受光面とし、受光面の反対側にあって太陽光が入射しない側の面を裏面とする。
【００２６】
（実施の形態１）
図１に、本発明の太陽電池の好ましい一例の模式的な断面図を示す。この太陽電池においては、半導体基板の一例であるｎ型のシリコン基板１０の裏面に第１ドーピング領域としての高濃度ｎドーピング領域１３と第２ドーピング領域としての高濃度ｐドーピング領域１２と形成されている。そして、高濃度ｐドーピング領域１２と高濃度ｎドーピング領域１３との間に低濃度ｎドーピング領域２０が形成されている。ここで、低濃度ｎドーピング領域２０の不純物濃度は、高濃度ｎドーピング領域１３の不純物濃度よりも低く、シリコン基板１０の不純物濃度よりも高い。
【００２７】
また、シリコン基板１０の受光面の全面および裏面の一部にはパッシベーション膜１１が形成されている。また、シリコン基板１０の裏面にはコンタクトホール１６、１７を通してｐ電極１４およびｎ電極１５が高濃度ｐドーピング領域１２上および高濃度ｎドーピング領域１３上にそれぞれ形成されている。
【００２８】
このような太陽電池においては、低濃度ｎドーピング領域２０の形成によってＢＳＦ（Back Surface Field）効果が生じ、シリコン基板１０の裏面でのキャリアの再結合損失が抑制される。ここで、ＢＳＦとはシリコン基板１０に形成された内部電界のことである。この内部電界によってｎ型のシリコン基板１０内で発生した少数キャリア（正孔）がシリコン基板１０の裏面に流れにくくなって、シリコン基板１０の裏面におけるキャリアの再結合損失が抑制されるため、太陽電池の変換効率を高くすることができる。
【００２９】
また、シリコン基板１０がｐ型である場合には、低濃度ｎドーピング領域２０の形成によってＦＪ（Floating Junction）構造が形成され、シリコン基板１０の裏面でのキャリアの再結合損失が抑制される。ここで、ＦＪ構造とは、シリコン基板１０の裏面にシリコン基板１０の導電型と逆の導電型であって、電極と接触していないドーピング領域を形成した構造のことをいう。これにより、そのドーピング領域に形成されているパッシベーション膜１１のパッシベーション効果を向上させることができ、シリコン基板１０の裏面におけるキャリアの再結合損失が抑制されるため、太陽電池の変換効率を高くすることができる。なお、ＦＪ構造については、これを応用したシリコン系太陽電池において７２０ｍＶというシリコン系太陽電池としては最も高い開放電圧が得られたことが非特許文献２で報告されており、そのパッシベーション効果の有効性が実証されている。
【００３０】
なお、シリコン基板１０がｐ型である場合には、高濃度ｐドーピング領域１２と高濃度ｎドーピング領域１３との間に低濃度ｐドーピング領域を形成することもできる。ここで、低濃度ｐドーピング領域の不純物濃度は、高濃度ｐドーピング領域１２の不純物濃度よりも低く、シリコン基板１０の不純物濃度よりも高い。この場合には、ＢＳＦ効果によってシリコン基板１０の裏面におけるキャリアの再結合損失が抑制されるため、太陽電池の変換効率を高くすることができる。また、この低濃度ｐドーピング領域が形成されたシリコン基板１０がｎ型である場合には、ＦＪ構造によってシリコン基板１０の裏面におけるキャリアの再結合損失が抑制されるため、太陽電池の変換効率を高くすることができる。
【００３１】
図２（Ａ）から図２（Ｅ）の模式的断面図を参照して、本発明の太陽電池の製造工程の好ましい一例を説明する。まず、図２（Ａ）に示すように、シリコン基板１０の受光面および裏面の全面にマスクとしての拡散制御マスク３０を形成する。ここで、拡散制御マスク３０は、シリコン基板１０内にドーパントが拡散するのを抑制または停止させる機能を有する。拡散制御マスク３０としては、たとえばシリコン基板１０の熱酸化より形成されたＳｉＯ2膜やスピンオングラス膜などを用いることができる。なかでも、低温で簡易に形成することができるため生産性が高く、シリコン基板１０内におけるキャリアのバルクライフタイムも長くなる傾向にあるスピンオングラス膜を用いることが好ましい。なお、スピンオングラス膜とは、ＳｉＯ2を溶剤の中に混入した液状体をスピンコートした後に熱処理することによって溶剤を除去して得られた薄膜のことをいう。
【００３２】
次に、図２（Ｂ）に示すように、シリコン基板１０の裏面の拡散制御マスク３０の一部を除去して開口部を形成する。ここで、拡散制御マスク３０の除去は、フォトエッチングを用いて行なうこともできるが、より簡易にはエッチングペーストを用いて行なうこともできる。エッチングペーストは除去しようとする拡散制御マスク３０の部分にスクリーン印刷された後に加熱される。これにより、拡散制御マスク３０の一部が除去される。ここで、エッチングペーストとは、拡散制御マスク３０をエッチングすることが可能な成分を含むペースト状物質のことをいう（たとえば特許文献２参照）。また、マスキングペーストをスクリーン印刷することによって上記のように一部が除去された形状の拡散制御マスク３０を形成することもできる。なお、マスキングペーストとは、拡散制御マスク３０の材料を含むペースト状物質のことをいう（たとえば特許文献３参照）。
【００３３】
そして、拡散制御マスク３０の開口部からｐ型ドーパント３１をシリコン基板１０の裏面で拡散させると、高濃度ｐドーピング領域１２が形成される。ここで、ｐ型ドーパント３１の拡散方法としては、たとえば気相拡散法、イオンインプランテーション法または固相拡散法などを用いることができる。なかでも、固相拡散源層をシリコン基板１０の裏面に印刷または塗布した後に熱処理を行なうことによってドーパントを拡散させる固相拡散法が簡易で生産性が高いため好適である。上記のように、エッチングペーストやマスキングペーストを用いて拡散制御マスク３０を形成した後にｐ型ドーパント３１を拡散させることによって、簡易に高濃度ｐドーピング領域１２を形成することができる。それゆえ、本発明のように複雑なドーパント濃度分布を有する太陽電池であっても低コストで製造することができる。
【００３４】
続いて、シリコン基板１０の裏面の拡散制御マスク３０をすべて除去した後に再度シリコン基板１０の裏面に拡散制御マスク３０を形成する。そして、図２（Ｃ）に示すように、シリコン基板１０の裏面の拡散制御マスク３０の一部を除去して得られた開口部からｎ型ドーパント３２をシリコン基板１０の裏面で拡散させて、高濃度ｎドーピング領域１３を形成する。ここで、拡散制御マスク３０の形成方法およびｎ型ドーパント３２の拡散方法は上記と同様である。
【００３５】
そして、シリコン基板１０の裏面の拡散制御マスク３０をすべて除去した後に再度シリコン基板１０の裏面に拡散制御マスク３０を形成する。そして、図２（Ｄ）に示すように、シリコン基板１０の裏面の拡散制御マスク３０の一部を除去して得られた開口部からｎ型ドーパント３２をシリコン基板１０の裏面で拡散させて、低濃度ｎドーピング領域２０を形成する。ここで、ｎ型ドーパント３２は、高濃度ｎドーピング領域１３の不純物濃度よりも低く、シリコン基板１０の不純物濃度よりも高くなるようにドーパント量を調節して拡散させられる。
【００３６】
その後、シリコン基板１０の裏面の拡散制御マスク３０をすべて除去した後に、図２（Ｅ）に示すパッシベーション膜１１を形成する。そして、図２（Ｅ）に示すように、シリコン基板１０の裏面のパッシベーション膜１１の一部を除去してコンタクトホール１６、１７を形成する。そして、コンタクトホール１６、１７を通してｐ電極１４およびｎ電極１５を高濃度ｐドーピング領域１２上および高濃度ｎドーピング領域１３上にそれぞれ形成する。これにより、図１に示す太陽電池が完成する。
【００３７】
（実施の形態２）
図３に、本発明の太陽電池の好ましい他の一例の模式的な断面図を示す。この太陽電池においては、ｎ型のシリコン基板１０の裏面の高濃度ｐドーピング領域１２と高濃度ｎドーピング領域１３との間に形成されている低濃度ｎドーピング領域２０がこれらの領域と接触している点に特徴がある。
【００３８】
このように高濃度ｐドーピング領域１２と高濃度ｎドーピング領域１３との間の領域をすべて低濃度ｎドーピング領域２０で埋めてしまうことによって、ｎ型のシリコン基板１０内で発生した少数キャリア（正孔）が高濃度ｐドーピング領域１２と高濃度ｎドーピング領域１３との間からシリコン基板１０の裏面に到達することを防止することができる。したがって、シリコン基板１０の裏面におけるキャリアの再結合損失を抑制する効果をより向上させることができ、太陽電池の変換効率もより高くすることができる傾向にある。また、図９に示す従来の太陽電池のように高濃度ｐドーピング領域１２と高濃度ｎドーピング領域１３とが直接接触していないため、これらの領域の間にリーク電流が流れるのを抑制することができ、太陽電池の変換効率もより高くすることができる傾向にある。
【００３９】
また、シリコン基板１０がｐ型である場合には、ＦＪ構造が形成されてシリコン基板１０の裏面でのキャリアの再結合損失が抑制されることとなる。この場合でもシリコン基板１０の裏面においてＦＪ構造によるパッシベーション効果が向上した領域が広がることになるため、シリコン基板１０の裏面におけるキャリアの再結合損失を抑制する効果をより向上させることができ、太陽電池の変換効率もより高くすることができる傾向にある。
【００４０】
図４（Ａ）から図４（Ｄ）の模式的断面図を参照して、この太陽電池の製造工程の好ましい一例を説明する。まず、図４（Ａ）に示すように、ｎ型のシリコン基板１０の受光面に拡散制御マスク３０を形成した後に、シリコン基板１０の裏面の全面にｎ型ドーパント３２を拡散させて低濃度ｎドーパント領域２０を形成する。
【００４１】
次に、シリコン基板１０の裏面の全面に拡散制御マスク３０を形成する。そして、図４（Ｂ）の模式的断面図に示すように、拡散制御マスク３０の一部を除去して得られた開口部からｎ型ドーパント３２をシリコン基板１０の裏面で拡散させて高濃度ｎドーピング領域１３を形成する。
【００４２】
続いて、シリコン基板１０の裏面の拡散制御マスク３０をすべて除去した後に再度シリコン基板１０の裏面に拡散制御マスク３０を形成する。そして、図４（Ｃ）に示すように、シリコン基板１０の裏面の拡散制御マスク３０の一部を除去して得られた開口部からｐ型ドーパント３１をシリコン基板１０の裏面で拡散させて、高濃度ｐドーピング領域１２を形成する。
【００４３】
その後は上記と同様にして、拡散制御マスク３０を除去した後に、図４（Ｄ）に示すようにシリコン基板１０の裏面に形成されたパッシベーション膜１１の一部を除去してコンタクトホール１６、１７を形成する。そして、コンタクトホール１６、１７を通してｐ電極１４およびｎ電極１５を高濃度ｐドーピング領域１２上および高濃度ｎドーピング領域１３上にそれぞれ形成する。これにより、図３に示す太陽電池が完成する。
【００４４】
このように、まずシリコン基板１０の裏面の全面に低濃度ｎドーパント領域２０を形成した場合には、低濃度ｎドーパント領域２０を形成するために拡散制御マスク３０を形成する必要がなくなることから、より簡易に太陽電池を製造することができるため、太陽電池の製造コストをより低減することができる。
【００４５】
（実施の形態３）
図５（Ａ）から図５（Ｃ）の模式的断面図を参照して、本発明の太陽電池の製造工程の好ましい他の一例を説明する。まず、図５（Ａ）に示すように、ｎ型のシリコン基板１０の受光面に拡散制御マスク３０を形成する。そして、シリコン基板１０の裏面に膜厚および／または材質を調節することによって少量のｎ型ドーパント３２しか透過しないようにｎ型ドーパント３２の透過量を低減させた拡散制御マスク３０ａを形成する。ここで、この拡散制御マスク３０ａはその一部に開口部を有している。次いで、この拡散制御マスク３０ａを通してｎ型ドーパント３２をシリコン基板１０の裏面に拡散させる。これにより、シリコン基板１０の裏面の拡散制御マスク３０ａの開口部に対応する部分においては高濃度ｎドーピング領域１３が形成されるが、それ以外の部分においては拡散制御マスク３０ａによってｎ型ドーパント３２の透過量が低減させられるため低濃度ｎドーパント領域２０が形成される。
【００４６】
次に、シリコン基板１０の裏面の拡散制御マスク３０ａをすべて除去した後にシリコン基板１０の裏面に拡散制御マスク３０を形成する。そして、図５（Ｂ）に示すように、シリコン基板１０の裏面の拡散制御マスク３０の一部を除去して得られた開口部からｐ型ドーパント３１をシリコン基板１０の裏面で拡散させて、高濃度ｐドーピング領域１２を形成する。
【００４７】
その後は上記と同様にして、拡散制御マスク３０を除去した後に図５（Ｃ）に示すようにシリコン基板１０の裏面に形成されたパッシベーション膜１１の一部を除去してコンタクトホール１６、１７を形成する。そして、コンタクトホール１６、１７を通してｐ電極１４およびｎ電極１５を高濃度ｐドーピング領域１２上および高濃度ｎドーピング領域１３上にそれぞれ形成する。これにより、本発明の太陽電池が完成する。
【００４８】
このように、１回のｎ型ドーパント３２の拡散によって低濃度ｎドーパント領域２０と高濃度ｎドーピング領域１３とを同時に形成した場合には、さらに簡易に太陽電池を製造することができるため、太陽電池の製造コストをさらに低減することができる。
【００４９】
（実施の形態４）
図６（Ａ）から図６（Ｄ）の模式的断面図を参照して、本発明の太陽電池の製造工程の好ましい他の一例を説明する。まず、上記と同様にして、図６（Ａ）に示すように、１回のｎ型ドーパント３２の拡散によって低濃度ｎドーパント領域２０と高濃度ｎドーピング領域１３とを同時に形成する。
【００５０】
次に、拡散制御マスク３０、３０ａを除去した後に、シリコン基板１０の受光面および裏面の全面に図６（Ｂ）に示すエッチングマスク３３を形成する。そして、図６（Ｂ）に示すように、このエッチングマスク３３の一部を除去した後に、シリコン基板１０をＮａＯＨやＫＯＨなどのアルカリ溶液や混酸などに浸漬させる。これにより、エッチングマスク３３の除去部分に対応する部分のシリコン基板１０を除去する。ここで、シリコン基板１０の除去は低濃度ｎドーパント領域２０が形成されていないシリコン基板１０の領域が露出するまで行なわれる。
【００５１】
続いて、シリコン基板１０に形成されているエッチングマスク３３をすべて除去した後に、シリコン基板１０の受光面および裏面に図６（Ｃ）に示す拡散制御マスク３０を形成する。そして、図６（Ｃ）に示すように、シリコン基板１０の除去部分のうちシリコン基板１０の裏面に平行な部分の拡散制御マスク３０を除去する。その後、ｐ型ドーパント３１をその拡散制御マスク３０の除去部分から拡散させて、高濃度ｐドーピング領域１２を形成する。
【００５２】
そして、上記と同様にして、図６（Ｄ）に示すように、拡散制御マスク３０を除去した後にシリコン基板１０に形成されたパッシベーション膜１１の一部を除去してコンタクトホール１６、１７を形成する。そして、コンタクトホール１６、１７を通してｐ電極１４およびｎ電極１５を高濃度ｐドーピング領域１２上および高濃度ｎドーピング領域１３上にそれぞれ形成する。これにより、本発明の太陽電池が完成する。
【００５３】
このように、低濃度ｎドーパント領域２０が形成されていない領域にｐ型ドーパント３１を拡散させて高濃度ｐドーピング領域１２を形成することによって、この領域の不純物濃度が高くなりすぎるのを有効に防止することができる。これにより、再結合電流やリーク電流の増大による変換効率の低下を抑制することができる。
【００５４】
（実施の形態５）
図７の模式的断面図に、本発明における低濃度ｎドーパント領域の形成方法の好ましい一例を示す。この方法においては、拡散制御マスク３０ではなく固相拡散源層４０を用いて低濃度ｎドーパント領域２０を形成することに特徴がある。すなわち、低濃度ｎドーパント領域２０を形成しようと意図しているシリコン基板１０の裏面の領域に固相拡散源層４０を形成し、その後熱処理をすることによって、低濃度ｎドーパント領域２０が形成される。この方法によれば、非常に簡易に低濃度ｎドーパント領域を形成することができるため、太陽電池を生産性良く、安価に製造することが可能となる。
【００５５】
ここで、固相拡散源層４０は、たとえば、まずドーパントを含んだスピンオングラス膜をシリコン基板１０の裏面の全面に形成しておき、その後フォトエッチングやエッチングペーストなどを用いてその一部を除去してパターンニングすることによって形成される。また、さらに簡易な方法としては、ドーピングペーストを所望のパターンにスクリーン印刷する方法がある。なお、ドーピングペーストとは、固相拡散源層４０の材料を含むペースト状物質のことをいう（たとえば特許文献３参照）。
【００５６】
（その他）
上記においては、低濃度ｎドーパント領域を形成する場合について説明したが、低濃度ｎドーパント領域を形成する代わりに低濃度ｐドーパント領域を形成することもできる。この場合には、シリコン基板１０がｎ型である場合にはＦＪ構造によって、シリコン基板１０の裏面におけるキャリアの再結合損失が抑制される。また、シリコン基板１０がｐ型である場合にはＢＳＦ効果によってシリコン基板１０の裏面におけるキャリアの再結合損失が抑制される。
【００５７】
また、上記においては半導体基板としてシリコン基板を用いているが、シリコン基板以外の半導体基板を用いてもよいことは言うまでもない。また、上記において、ｎ型ドーパントおよびｐ型ドーパントの種類は特に限定されない。
【実施例】
【００５８】
図３に示す構造の太陽電池のモデルを用い、表１に示すパラメータの設定条件下においてシリコン基板の裏面の低濃度ｎドーピング領域の表面不純物濃度を変化させたときの短絡電流密度（Ｊｓｃ）、開放電圧（Ｖｏｃ）、曲線因子（Ｆ．Ｆ．）および変換効率をＩＳＥ社のデバイスシミュレータＴＣＡＤにより算出した。表２にその結果を示す。
【００５９】
【表１】
2005310830.tif 000003
【００６０】
【表２】
2005310830.tif 000004
【００６１】
このシミュレーションにおいては、シリコン基板をｎ型、シリコン基板の不純物濃度を１０15／ｃｍ3、高濃度ｎドーピング領域の表面不純物濃度を１０20／ｃｍ3に設定している。したがって、低濃度ｎドーピング領域の表面不純物濃度が１０20／ｃｍ3の場合には、非特許文献１と同様に高濃度ｐドーピング領域と高濃度ｎドーピング領域とが直接接触している状態に相当する。また、低濃度ｎドーピング領域の表面不純物濃度が１０15／ｃｍ3の場合には、低濃度ｎドーピング領域を形成していない状態に相当する。
【００６２】
表２に示したように、低濃度ｎドーピング領域の表面不純物濃度を１０15／ｃｍ3から増加させるにつれて、短絡電流密度（Ｊｓｃ）、開放電圧（Ｖｏｃ）および曲線因子（Ｆ．Ｆ．）がいずれも増加していき、変換効率が向上していることがわかる。
【００６３】
しかしながら、低濃度ｎドーピング領域の表面不純物濃度を１０17／ｃｍ3よりも高くしても短絡電流密度（Ｊｓｃ）は大きくならず、低濃度ｎドーピング領域の表面不純物濃度を１０18／ｃｍ3よりも高くしても開放電圧（Ｖｏｃ）は大きくならない。また、低濃度ｎドーピング領域の表面不純物濃度を高くしすぎた場合には短絡電流密度（Ｊｓｃ）および開放電圧（Ｖｏｃ）は逆に小さくなる。結果的に低濃度ｎドーピング領域の表面不純物濃度が１０19／ｃｍ3である場合に最も変換効率が高くなり、低濃度ｎドーピング領域の表面不純物濃度が１０20／ｃｍ3である場合、すなわち、高濃度ｐドーピング領域と高濃度ｎドーピング領域とが直接接触している場合には若干変換効率が低下する。したがって、この結果から、低濃度ｎドーピング領域の表面不純物濃度は１０17／ｃｍ3以上であり、１０19／ｃｍ3以下であることが変換効率を向上させる観点から望ましい。
【００６４】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。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が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
本発明によれば、太陽電池の裏面におけるキャリアの再結合損失を抑制することによって高い変換効率を有する太陽電池およびその製造方法を提供することができることから、本発明は太陽電池、特に裏面電極型の太陽電池に好適に利用される。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明の太陽電池の好ましい一例の模式的な断面図である。
【図２】本発明の太陽電池の製造工程の好ましい一例を示す模式的な断面図である。
【図３】本発明の太陽電池の好ましい他の一例の模式的な断面図である。
【図４】本発明の太陽電池の製造工程の好ましい一例を示す模式的な断面図である。
【図５】本発明の太陽電池の製造工程の好ましい他の一例を示す模式的な断面図である。
【図６】本発明の太陽電池の製造工程の好ましい他の一例を示す模式的な断面図である。
【図７】本発明における低濃度ｎドーパント領域の形成方法の好ましい一例を示す模式的な断面図である。
【図８】従来の裏面電極型の太陽電池の一例の模式的な断面図である。
【図９】従来の裏面電極型の太陽電池の他の一例の模式的な断面図である。
【符号の説明】
【００６７】
１０  シリコン基板、１１  パッシベーション膜、１２  高濃度ｐドーピング領域、１３  高濃度ｎドーピング領域、１４  ｐ電極、１５  ｎ電極、１６，１７  コンタクトホール、２０  低濃度ｎドーピング領域、３０，３０ａ  拡散制御マスク、３１  ｐ型ドーパント、３２  ｎ型ドーパント、３３  エッチングマスク、４０  固相拡散源層。
【図１】
2005310830.tif 000005
【図２】
2005310830.tif 000006
【図３】
2005310830.tif 000007
【図４】
2005310830.tif 000008
【図５】
2005310830.tif 000009
【図６】
2005310830.tif 000010
【図７】
2005310830.tif 000011
【図８】
2005310830.tif 000012
【図９】
2005310830.tif 000013