(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板の受光面に形成される上記半導体基板とは逆型の第１の半導体層と、
上記受光面とは反対の上記半導体基板の裏面に形成される上記第１の半導体層とは同型の第１の電極と、
上記第１の電極とは電気的に絶縁する上記半導体基板とは同型の第２の電極と、
上記半導体基板の裏面に形成され、上記第１の半導体層と上記第１の電極とを電気的に接続する上記第１の半導体層とは同型の第２の半導体層と、
上記第２の半導体層を、上記第１の電極が形成されている領域と上記第２の電極が形成されている領域とに分割して電気的に絶縁する溝と、
上記半導体基板に設けられる貫通孔と、を備え、
上記第１の半導体層と上記第２の半導体層とは、上記貫通孔の壁面に形成される上記第１の半導体層とは同型の第３の半導体層により電気的に接続され、
上記溝は、パルス幅１００ｎｓｅｃ以下、かつ１パルス当たりのエネルギー密度が１０Ｊ／Ｐｕｌｓｅ・ｃｍ２以上、３０Ｊ／Ｐｕｌｓｅ・ｃｍ２以下のパルスレーザビームの照射により形成されることを特徴とする太陽電池。
【請求項２】
上記第１の半導体層および上記第３の半導体層は、上記半導体基板に対する拡散層であることを特徴とする請求項１に記載する太陽電池。
【請求項３】
半導体基板の受光面に形成される上記半導体基板とは逆型の第１の半導体層と、
上記受光面とは反対の上記半導体基板の裏面に形成される上記第１の半導体層とは同型の第２の半導体層と、
上記第２の半導体層に配設される上記第１の半導体層とは同型の第１の電極と、
上記第１の電極と電気的に絶縁する上記半導体基板とは同型の第２の電極と、
上記第２の半導体層を、上記第１の電極が形成されている領域と上記第２の電極が形成されている領域とに分割して電気的に絶縁する溝と、
上記半導体基板に設けられる貫通孔と、を備え、
上記第２の半導体層は、上記第１の半導体層と上記第２の電極とを電気的に接続し、
上記第１の半導体層と上記第２の半導体層とは、上記貫通孔の壁面に形成される上記第１の半導体層とは同型の第３の半導体層により電気的に接続され、
上記溝は、パルス幅１００ｎｓｅｃ以下、かつ１パルス当たりのエネルギー密度が１０Ｊ／Ｐｕｌｓｅ・ｃｍ２以上、３０Ｊ／Ｐｕｌｓｅ・ｃｍ２以下のパルスレーザビームの照射により形成されることを特徴とする太陽電池。
【請求項４】
上記第１の半導体層と、上記第２の半導体層と、上記第３の半導体層とは、上記半導体基板に対する拡散層であることを特徴とする請求項３に記載する太陽電池。
【請求項５】
上記溝は、上記拡散層が設けられておらず、上記貫通孔と上記第２の半導体層とを囲むように形成されていることを特徴とする請求項４に記載する太陽電池。
【請求項６】
上記半導体基板とは同型の第３の電極が上記溝内に設けられていることを特徴とする請求項５に記載する太陽電池。
【請求項７】
半導体基板に貫通孔を形成するステップと、
上記半導体基板の受光面に上記半導体基板とは逆型の第１の半導体層を形成するステップと、
上記受光面とは反対の上記半導体基板の裏面に、上記第１の半導体層とは同型の第１の電極および第２の電極を形成するステップと、
上記第１の半導体層と上記第１の電極とを電気的に接続し、かつ上記第１の電極と上記第２の電極とを電気的に絶縁する、上記第１の半導体層とは同型の第２の半導体層を、上記半導体基板の裏面に形成するステップと、
上記第１の半導体層と上記第２の半導体層とを電気的に接続する、上記第１の半導体層とは同型の第３の半導体層を、上記貫通孔の壁面に形成するステップと、を有し、
上記半導体基板の裏面に上記第１の電極および上記第２の電極を形成するステップは、
上記貫通孔を囲むように上記第２の半導体層を除去した溝を形成するステップと、
上記溝で囲まれた領域内の上記第２の半導体層上に上記第１の電極を形成するステップと、
上記溝で囲まれた領域外の上記第２の半導体層上に上記第２の電極を形成するステップと、を含み、
上記貫通孔を囲むように上記第２の半導体層を除去した溝を形成するステップは、
パルス幅１００ｎｓｅｃ以下で、かつ１パルス当たりのエネルギー密度が１０Ｊ／Ｐｕｌｓｅ・ｃｍ２以上、３０Ｊ／Ｐｕｌｓｅ・ｃｍ２以下のパルスレーザビームを照射するステップを含むことを特徴とする太陽電池の製造方法。
【請求項８】
上記半導体基板に貫通孔を形成するステップは、
レーザビームを照射するステップを含むことを特徴とする請求項７に記載する太陽電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、受光面側に電極が配設されていないラップアラウンド構造の太陽電池およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の太陽電池は、ｐ型シリコン基板の表面に形成されたｎ型拡散層と、ｐ型シリコン基板の裏面に島状に絶縁されたｎ型拡散層の領域に形成されたｐ＋型拡散層と、ｐ型シリコン基板の裏面のｐ＋型拡散層上に形成されたｐ型層の電極と、ｐ型シリコン基板の受光面のｎ型拡散層に形成されたｎ型層の電極と、から構成されている（例えば、特許文献１参照）。【０００３】
しかし、ｐ型シリコン基板の受光面にｎ型層の電極が配設されると、実質的な光入射面の面積損失が８〜１０％になってしまうという問題がある。
そこで、耐熱性基板上に多結晶シリコン薄膜を形成した後に帯域溶融再結晶化処理を施して得られた半導体薄膜に異方性エッチングにより格子状に並ぶ貫通孔を設けてから半導体薄膜を耐熱性基板から剥離し、半導体薄膜の表面にｎ型拡散層を形成する。このｎ型拡散層は貫通孔の側壁にも形成されるので、貫通孔の側壁のｎ型拡散層を介して半導体薄膜の受光面と裏面のｎ型拡散層が導通されている。そして、貫通孔の側面に形成される裏面のｎ型拡散層を部分的に残して、その他の部分のｎ型拡散層をｐ型半導体薄膜が表に現れるまで除去する。この貫通孔の側面に形成されるｎ型拡散層上にｎ型層の電極を形成するとともに、ｎ型拡散層が除去されて現れた半導体薄膜にｐ型層の電極を形成することにより、受光面に電極が配設されていないラップアラウンド構造の太陽電池が提案されている（例えば、特許文献２参照）。【０００４】
【特許文献１】特開平５−７５１４８号公報
【特許文献２】特開平７−２２６５２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、半導体薄膜に格子状に設けられた貫通孔の側壁のｎ型拡散層を介して受光面のｎ型拡散層に導通されている裏面のｎ型拡散層からｎ型層の電極を引き出すために、異方性エッチングにより貫通孔が形成できる位に薄い半導体薄膜が必要であり、そのために耐熱性基板上にシリコン酸化膜からなる剥離層、多結晶シリコン薄膜、シリコン窒化膜からなるキャップ層を積層し、帯域溶融再結晶化処理を施し、キャップ層を除去し、その上に多結晶シリコン薄膜をエピタキシャル成長させなければならないので、工程数が多すぎて高価すぎるという問題がある。【０００６】
また、格子状に貫通孔を形成する異方性エッチングでは、［１１１］面方位に沿ってエッチングが進行するため、円柱状の貫通孔を形成しようとしても頭切の角錐状の貫通孔になってしまうという問題がある。【０００７】
また、半導体薄膜は多結晶であり、結晶粒のそれぞれの面方位が揃っていないので、結晶粒界を跨る位置に貫通孔を形成すると、形成された貫通孔の形状が不揃いになり、貫通孔の側面に形成される領域を除くｎ型拡散層を裏面から除去するとき、形状が不揃いのために除去する領域に貫通孔が掛かってしまうという問題がある。【０００８】
また、［１１１］面方位に沿ってエッチングが進むので、貫通孔の裏面の開口面積が受光面の開口面積より小さくなるので、貫通孔の側壁のｎ型拡散層を介して受光面と裏面とを導通する電気的特性を満足するために、裏面の開口面積を所定以上にしなければならず、そのため受光面の開口面積を大きくなってしまい、実質的な光入射面の面積損失が増加するという問題がある。【０００９】
さらに、貫通孔の裏面の開口部分を囲む領域のｎ型拡散層を部分的に残して、その他の領域のｎ型拡散層を除去し、残されたｎ型拡散層にｎ型層の電極を形成し、ｎ型拡散層が除去された領域にｐ型層の電極を形成するが、ｎ型拡散層の除去のためのレジスト形成やｎ型層の電極およびｐ型層の電極の形成のためのスクリーン印刷などのための多数回に亘る位置合わせを行わなければならないので、位置合わせに多くの時間が掛かるという問題がある。【００１０】
この発明の目的は、特別に厚みの薄くない半導体基板から構成されている受光面に電極が配設されていないラップアラウンド構造の太陽電池とその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この発明に係わる太陽電池は、半導体基板の受光面に形成される上記半導体基板とは逆型の第１の半導体層と、上記受光面とは反対の上記半導体基板の裏面に形成される上記第１の半導体層とは同型の第１の電極と、上記第１の電極とは電気的に絶縁する上記半導体基板とは同型の第２の電極と、上記半導体基板の裏面に形成され、上記第１の半導体層と上記第１の電極とを電気的に接続する上記第１の半導体層とは同型の第２の半導体層と、上記第２の半導体層を、上記第１の電極が形成されている領域と上記第２の電極が形成されている領域とに分割して電気的に絶縁する溝と、上記半導体基板に設けられる貫通孔と、を備え、上記第１の半導体層と上記第２の半導体層とは、上記貫通孔の壁面に形成される上記第１の半導体層とは同型の第３の半導体層により電気的に接続され、上記溝は、パルス幅１００ｎｓｅｃ以下、かつ１パルス当たりのエネルギー密度が１０Ｊ／Ｐｕｌｓｅ・ｃｍ２以上、３０Ｊ／Ｐｕｌｓｅ・ｃｍ２以下のパルスレーザビームの照射により形成される。
【発明の効果】
【００１２】
この発明に係わる太陽電池の効果は、貫通孔の側壁がほぼ真っ直ぐに切り立っており、第１の導電性の半導体基板の厚さが厚くても受光面と裏面とを導通する第２の導電性の拡散層が側壁に形成されるので、特別に薄い半導体基板を用いなくてもラップアラウンドタイプの太陽電池を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】この発明の実施の形態１に係わる太陽電池セルの斜視図である。
【図２】実施の形態１に係わる太陽電池セルの裏面の部分平面図である。
【図３】実施の形態１に係わる太陽電池セルの裏面の電極の拡大図である。
【図４】実施の形態１に係わる太陽電池の部分断面図である。
【図５】実施の形態１に係わる太陽電池セルの製造工程を説明するための断面図である。
【図６】太陽電池の等価回路図である。
【図７】実施の形態１に係わる太陽電池セルの溝加工におけるレーザ光のパルス幅に対するダイオード電流の関係を示す図である。
【図８】この発明の実施の形態２に係わる太陽電池セルの部分断面図である。
【図９】実施の形態３に係わる太陽電池セルの裏面の電極の拡大図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係わる太陽電池セルの斜視図である。図２は、実施の形態１に係わる太陽電池セルの裏面の部分平面図である。図３は、実施の形態１に係わる太陽電池セルの裏面の電極の拡大図である。図４は、実施の形態１に係わる太陽電池の部分断面図である。図５は、実施の形態１に係わる太陽電池セルの製造工程を説明するための断面図である。図６は、太陽電池の等価回路図である。図７は、実施の形態１に係わる太陽電池セルの溝加工におけるレーザ光のパルス幅に対するダイオード電流の関係を示す図である。【００１５】
この実施の形態１に係わる太陽電池セル１は、半導体基板としてのｐ型多結晶シリコン基板２から作成されている。なお、半導体基板を構成する半導体としてシリコン以外にガリウム砒素合金を適用してもよい。また、半導体は、ｐ型またはｎ型の導電性のいずれでもよいが、ここでは便宜上ドーピング不純物元素としてホウ素を含有したｐ型シリコン基板によって説明する。
シリコン基板を切り出すインゴットとしては、ＣＺ法・ＦＺ法・ＥＦＧ法などの方法で作られた単結晶シリコンインゴットまたはキャスト法で鋳造された多結晶シリコンインゴットを用いることができる。なお、多結晶シリコンは、大量生産が可能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。【００１６】
このような方法により形成されたインゴットを５０〜２００μｍ程度の厚みにスライスして、外形１５ｃｍ角に切断してｐ型多結晶シリコン基板２を得る。なお、シリコン基板のドーピングはドーピング不純物元素単体を適量シリコンインゴット製造時に含ませてもよいし、既にドープ濃度の分かっているシリコン塊を適量含ませてもよい。【００１７】
実施の形態１に係わる太陽電池セル１は、図１に示すように、ｐ型多結晶シリコン基板２を厚み方向に貫通する格子状に配列された貫通孔３、ｐ型多結晶シリコン基板２の受光面および裏面と貫通孔３の側壁の表面に形成されているｎ型拡散層４、裏面のｎ型拡散層４を２つの領域に電気的に絶縁する溝５、貫通孔３の側壁を介して受光面のｎ型拡散層４に接続されている裏面のｎ型拡散層４上に配設されているｎ型層の電極６、ｐ型多結晶シリコン基板２にｐ＋型拡散層７を介して接続されているｎ型拡散層４上に配設されているｐ型層の電極８、受光面のｎ型拡散層４の表面に反射防止のための反射防止膜９から構成されている。以下の説明において、ｐ型多結晶シリコン基板２の表面とは、受光面、裏面および貫通孔３の側壁の表面を示す。【００１８】
貫通孔３は、内径が約１００μｍの円柱状であり、ｐ型多結晶シリコン基板２の受光面と裏面との開口はほぼ同じ大きさである。そして、ｐ型多結晶シリコン基板２には、図２に示すように、行と列とがともに１．５ｍｍピッチで格子状に貫通孔３が多数加工されている。貫通孔３の側壁は受光面に対してほぼ垂直に切り立っているが、レーザ加工により僅かに一方の開口の面積が大きくても、この発明の効果を得ることができる。【００１９】
ｎ型拡散層４は、リンが拡散されており、部分によってシート抵抗が異なっている。裏面と貫通孔３の側壁は、ｐｎ接合形成工程において形成されたままにシート抵抗が維持されており、シート抵抗は約３０Ω／□であり、この部分のｎ型拡散層４の厚さは約１μｍである。一方、受光面では、ｐｎ接合形成工程の後でエッチバック処理が施されて、光起電力に最適なシート抵抗に合わされており、シート抵抗は約５０〜６０Ω／□であり、この部分のｎ型拡散層４の厚さは０．４〜０．５μｍである。【００２０】
溝５は、図２に示すように、ｐ型多結晶シリコン基板２の裏面に形成されているｎ型拡散層４を、列毎の貫通孔３を包含し、受光面のｎ型拡散層４に貫通孔３の側壁のｎ型拡散層４を介して接続されているｎ型層の電極６が形成される第１の領域１１と、ｐ型層の電極８が形成されている第２の領域１２と、を分割するものである。なお、第１の領域１１は列毎に設けられている。
そして、溝５は、幅が２０〜４０μｍ、深さが数μｍ〜５０μｍであり、厚み１μｍの裏面のｎ型拡散層４の第１の領域１１と、第２の領域１２と、を電気的に絶縁している。【００２１】
ｐ＋型拡散層７は、第２の領域１２のｎ型拡散層４を貫通し、ｐ型層の電極８とｐ型多結晶シリコン基板２とを接続する。ｐ＋型拡散層７は、ｐ型層の電極８の形成に用いられる銀アルミニウムが焼成される間に、アルミニウム原子がｎ型拡散層４を通ってｐ型多結晶シリコン基板２まで拡散することにより形成される。【００２２】
ｎ型層の電極６は、図３に示すように、それぞれの貫通孔３の裏面に開いた開口の周囲のｎ型拡散層４上に形成されている周囲部１３と、各周囲部１３を列毎につなげる列部１４から構成されている。ｎ型層の電極６は、ガラスフリットが融けて銀粉末が連なることにより導通が発揮する。【００２３】
ｐ型層の電極８は、ｎ型層の電極６の列部に並行し、ガラスフリットが溶融して銀アルミニウム合金またはアルミニウム粉末が繋がることにより導通が発揮する。【００２４】
反射防止膜９の材質としては、Ｓｉ3Ｎ4膜、ＴｉＯ2膜、ＳｉＯ2膜、ＭｇＯ膜、ＩＴＯ膜、ＳｎＯ2膜、ＺｎＯ膜などを用いることができる。一般的には、Ｓｉ3Ｎ4膜がパッシベーション性を有することから好適に用いられ、原料ガスとしてシランとアンモニアの混合ガスをＲＦやマイクロ波などによってプラズマ化し、Ｓｉ3Ｎ4を生成させて反射防止膜９を形成する。【００２５】
なお、反射防止膜９の厚さは材料によって適宜選択され、入射光に対する無反射条件を実現するようにすればよい。即ち、材料の屈折率をｎとし、無反射にしたいスペクトル領域の波長をλとすれば、（λ/ｎ）／４＝ｄを満たすｄが反射防止膜９の最適膜厚となる。例えば、一般的に用いられるＳｉ3Ｎ4膜（ｎ＝約２）の場合は、無反射目的波長を６００ｎｍとすれば、膜厚を７５ｎｍ程度とすればよい。【００２６】
次に、上述の太陽電池セル１を用いて組み立てられる太陽電池１５について図４を参照して説明する。
太陽電池セル１の受光面には、充填材膜１６とガラス板１７が順次積層されている。隣接セル同士の銅箔による相互接続は、図４に示すように、太陽電池セルをガラス板に貼り付けた後に実施する。これまでの太陽電池では、半田付け相互接続後、ガラス板を貼り付けていた。従来の場合では銅箔とシリコン太陽電池との膨張係数の差により反りが生じ、シリコン厚を薄くするほど反りが大きくなり、割れが発生し、実用上シリコン厚が１５０μｍ未満では銅箔による相互接続は困難であった。ところが、この発明の場合、ガラス板に太陽電池セルを貼り付けた後に相互接続を行う。通常のガラス板の厚みは、３．２ｍｍであり、銅箔との熱膨張係数の差では十分な剛性があるので、太陽電池セルの厚みを薄くしても反りが生じず、割れは発生しない。また、裏面だけでの相互接続が可能となり、従来の太陽電池のように表側から裏側へ銅箔を配線する必要がなく、相互接続の工程を簡便にすることが可能となった。【００２７】
次に、実施の形態１に係わる太陽電池セル１の製造方法について、図５を参照して説明する。
まず、基板スライシング工程を実施する。ｐ型多結晶シリコンインゴットをスライスして、厚さが５０〜２００μｍの外形が１５ｃｍ角のｐ型多結晶シリコン基板２を用意する。
次に、図５（ａ）に示しように、貫通孔形成工程を実施してｐ型多結晶シリコン基板２に複数の貫通孔３を形成する。この貫通孔形成工程では、レーザダイオードで励起されるネオジウムを活性原子として添加したＹＡＧレーザまたはネオジウムを活性原子として添加したＹＶＯ４レーザを用いる。そして、このレーザダイオード励起固体レーザを用いて、波長が３５５ｎｍでパルス幅が１００ｎｓｅｃより短い、例えば１０〜４０ｎｓｅｃのレーザ光を照射してｐ型多結晶シリコン基板２に行と列とともに１．５ｍｍピッチで格子状に貫通孔３を開ける。１つの貫通孔３は、内径が１００μｍの円柱状である。加工レートは、１パルス当たり０．５〜１μｍであり、厚さ５０〜２００μｍのｐ型多結晶シリコン基板２に貫通孔３を形成するのに要する時間は、レーザ繰り返し周波数を１０ｋＨｚとすると０．１秒以内である。【００２８】
次に、ダメージ層除去工程を実施する。このダメージ層除去工程では、基板スライシング工程で生じたｐ型多結晶シリコン基板２の表面の機械加工変質層および汚れを取り除くため、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム水溶液等のアルカリ水溶液或いは弗酸と硝酸の混合液などを用いておよそ５から２０μｍ程度、ｐ型多結晶シリコン基板２の表面をエッチングする。【００２９】
次に、図５（ｂ）に示すように、テクスチャー形成工程を実施する。このテクスチャー形成工程では、ｐ型多結晶シリコン基板２の受光面にテクスチャー構造と呼ばれる凹凸を形成する。
テクスチャー構造とするのは、入射光の多重反射を利用した光閉じ込め技術であり、太陽電池の性能を高めるために行われる。このようなテクスチャー構造を得るために、例えば、ダメージ層除去工程で用いたのと同様のアルカリ水溶液に１乃至３０重量％のイソプロピルアルコールを添加した溶液や炭酸ナトリウム（Ｎａ2ＣＯ3）水溶液等を用いた湿式エッチングによる方法、或いは機械的な方法でグルーブ加工する方法などを実施する。【００３０】
次に、図５（ｃ）に示すように、ｐｎ接合形成工程を実施する。このｐｎ接合形成工程では、ｐ型多結晶シリコン基板２に例えば、リンを熱的に拡散することにより導電型を反転させたｎ型拡散層４を形成する。このｎ型拡散層４の形成方法は、オキシ塩化リン（ＰＯＣｌ3）による熱拡散を用いる。その他の方法としては、例えば、ＳＯＤ（Ｓｐｉｎ−Ｏｎ−Ｄｏｐａｎｔ）、ＰＳＧ（Ｐｈｏｓｐｈｏ−Ｓｌｉｃａｔｅ−Ｇｌａｓｓ）、リン酸系水溶液、あるいはフィルム拡散源などを拡散供給源として、適切な方法でｐ型多結晶シリコン基板２の表面にリンを含む不純物を付着させて熱的に拡散させる。【００３１】
次に、セルの表面のみをエッチバックする。まず、表面側に形成されている拡散後のｐ型多結晶シリコン基板２の表面に残ったリンガラスのエッチングを例えばＲＩＥエッチングにより行う。これは真空引きされたチャンバ内にガスを導入して一定圧力に保持してチャンバ内に設けられた電極にＲＦ電力を印加することでプラズマを発生させ、生じた活性種であるイオンラジカルなどの作用によってｐ型多結晶シリコン基板２の受光面のリンガラスをエッチングするものである。この方法は反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）法と呼ばれる。
例えば、反応性イオンエッチング装置において、塩素（Ｃｌ2）と酸素（Ｏ2）と六フッ化硫黄（ＳＦ6）を１：５：５の割合で流しながら、ＲＦ電力を印加することでプラズマを発生させて反応圧力を７Ｐａとし、所定時間エッチングする。この状態で受光面側のみリンガラス層が除去された状態となる。【００３２】
次に、エッチバック処理工程を実施する。エッチバック処理工程では、受光面のｎ型拡散層４を、弗化水素酸と過酸化水素水を混合させた水溶液に浸漬処理することにより、リン濃度が高い高濃度不純物領域をエッチング除去する。このエッチバック処理は、過酸化水素水によるシリコンの酸化処理と、弗化水素酸によるシリコン酸化膜のエッチング処理との２段階の処理から構成される。【００３３】
次いで、リンガラス除去工程を実施する。拡散後のｐ型多結晶シリコン基板２の表面に残ったリンガラスは、弗化水素酸水溶液に浸漬することにより、短時間で取り除くことができる。ここで、リンガラスとはリンと酸素を含む化合物または拡散源の残存物質を指す。この状態で表面側のシート抵抗を１００Ω／□、貫通孔側面および裏面のｎ型層のシート抵抗を３０Ω／□にすることが可能となる。【００３４】
次に、反射防止膜形成工程を実施する。この反射防止膜形成工程では、ｐ型多結晶シリコン基板２の受光面上に反射防止膜９である絶縁膜を形成する。この反射防止膜９である絶縁膜は、太陽電池の入射光に対する表面反射率を低減させるため、発生電流を増加させることが可能になる。例えば、反射防止膜９に窒化シリコン膜を適用する場合、その形成方法は減圧熱ＣＶＤ法やプラズマＣＶＤ法を用いて形成される。減圧熱ＣＶＤ法の場合、ジクロルシラン（ＳｉＣl2Ｈ2）とアンモニア（ＮＨ3）を原料とすることが多く、例えばガス流量比としてＮＨ3／ＳｉＣl2Ｈ2＝１０〜２０、反応室内の圧力２×１０4Ｐａ〜５×１０4Ｐａ、温度７６０℃の条件で成膜を行う。また、プラズマＣＶＤ法で形成する場合の原料ガスとしては、ＳｉＨ4とＮＨ3の混合ガスを用いるのが一般的である。成膜条件としては、例えばガス流量比ＮＨ3／ＳｉＨ4＝０．５〜１．５、反応室内の圧力１×１０5Ｐａ〜２×１０5Ｐａ、温度３００℃〜５５０℃で、プラズマ放電に必要な高周波電源の周波数としては数百ｋＨｚ以上が適当である。【００３５】
次に、ｐｎ分離工程を図５（ｄ）に示すように実施する。ｐｎ分離工程では、波長が３５５ｎｍ、パルス幅が１００ｎｓｅｃより短い、例えば１０〜４０ｎｓｅｃのレーザ光でｐ型多結晶シリコン基板２の裏面の貫通孔３の列の周囲をそれぞれ囲むように幅２０〜４０μｍ、深さ数μｍ〜５０μｍの溝５を形成する。これによりｎ型層の電極６を形成するｎ型拡散層４の第１の領域１１とｐ型層の電極８を形成するｎ型拡散層４の第２の領域１２とを電気的に絶縁する。【００３６】
次に、電極形成工程を図５（ｅ）に示すように実施する。電極形成工程では、まず貫通孔３の開口の周囲を含むｎ型層の電極６を形成する第１の領域１１上に銀ペーストをスクリーン印刷技術により所定のパターン形状に形成した後、その形成された銀ペーストを例えば６５０℃〜９００℃の温度で数十秒〜数分間焼成してｎ型層の電極６を形成する。このｎ型層の電極６は、焼成によりｎ型拡散層４とオーミック接続される。ｎ型層の電極６を構成する成分は、ｎ型拡散層４内に拡散が限られる。【００３７】
次に、ｐ型層の電極８を形成する第２の領域１２上に銀アルミニウムペーストをスクリーン印刷技術により所定のパターン形状に形成した後、それを例えば６５０℃〜９００℃の温度で数十秒〜数分間焼成してｐ型層の電極８を形成する。このｐ型層の電極８は、アルミニウム原子が焼成によりｎ型拡散層４内とｐ型多結晶シリコン基板２内とに拡散して拡散した部分の導電性をｐ＋型に変化し、ｐ型多結晶シリコン基板２とオーミック接続される。このようにｐ型層の電極８を構成する成分は、焼成によりｎ型拡散層４の厚さを超えてｐ型多結晶シリコン基板２内にまで拡散する。
このようにして、太陽電池セル１が製造される。【００３８】
次に、受光面保護工程を実施する。受光面保護工程では、シリコーン樹脂のような充填材層１６を反射防止膜９上に表面が平らになるように塗布し、その上にガラス板１７を積層し、シリコーン樹脂を硬化して、ガラス板１７を固定する。【００３９】
次に、裏面側だけで隣接した太陽電池セル１同士の相互接続を行う。このようにして、太陽電池１５が作製される。【００４０】
次に、溝５を裏面に形成してｐｎ分離するレーザ加工の条件について説明する。太陽電池１５の電気的特性は、図６に示す等価回路によって表すことができる。等価回路は、光起電流源（ＩL）、ダイオード、直列抵抗（ｒS）、並列抵抗（ｒSh）からなり、直列抵抗（ｒS）は太陽電池１５の受光面のオーミック損失、並列抵抗（ｒSh）はダイオードリーケージ電流による損失を表している。ｐｎ分離が良好に行われたか否かは並列抵抗（ｒSh）を求めるかまたは逆バイアスをかけたときのダイオード電流Ｉdを求めればよい。逆バイアスをかけたときのダイオード電流Ｉdは小さいほどリークが少ないことを意味し、電気的絶縁がより良好であることを意味する。図７に溝５のレーザ加工に使用したレーザ光のパルス幅と逆バイアス（−１Ｖ）をかけたときの１５ｃｍ角の太陽電池においてダイオード電流Ｉdとの関係を示す。図７から分かるように、パルス幅が１００ｎｓｅｃ以下ではダイオード電流Ｉdが０．１Ａ以下となり、電気的絶縁が良好である。一方、パルス幅が１００ｎｓｅｃを超えるとダイオード電流Ｉdが増加し、電気的絶縁が悪化することが分かる。これは、パルス幅が大きくなると、加工部近傍で溶融が起き、電気的絶縁を悪くなると思われる。【００４１】
また、電気的絶縁に係わるレーザ加工の条件として、パルス幅以外に照射エネルギーがある。照射エネルギーが低いとレーザ加工が不十分になり、逆に、照射エネルギーが高すぎると溶融が起きて電気的絶縁が悪くなる。レーザ光の波長が基本波長である１０６４ｎｍでも第３高調波である３５５ｎｍでも、電気的絶縁が良好になる条件として、１パルス当たり単位面積当たりの照射エネルギーが１０Ｊ／Ｐｕｌｓｅ・ｃｍ2以上、３０Ｊ／Ｐｕｌｓｅ・ｃｍ2以下であった。
また、照射スポットを一部重ね合わせながら移動して溝加工を行っているが、照射スポットの重なり率は６０％以上になるようにして重ね合わせている。【００４２】
このような太陽電池１５は、側壁が半導体基板の厚み方向にほぼ垂直に切り立ち、断面が円形の貫通孔３が格子状に開けられ、受光面のｐｎ接合を貫通孔３の側壁のｎ型拡散層４を介して裏面のｎ型層の電極６に接続されるので、貫通孔３が設けることにより入射面の減少が少なく、面積当たりの発電量が増加する。
また、貫通孔３の形状が均一に形成されているので、貫通孔３の形状のばらつきを考慮したｎ型層の電極とｐ型層の電極との間の寸法のマージンを少なくすることができ、電極の大きさを大きくすることができる。
また、貫通孔３の側壁に形成されるｎ型拡散層４は、円筒状であり、異方性エッチング法で形成されたときの角錐筒に比べて、抵抗が小さいので、発電効率の高い太陽電池セル１を提供することができる。
また、半導体基板が厚くても、レーザダイオード励起固体レーザを貫通孔３の加工に適用することにより、アスペクト比の大きな貫通孔３を開けることができるので、工程数の多い方法でしか製造できない半導体基板ではなく、インゴットからスライシングして得られる安価な半導体基板を使用することができる。【００４３】
また、パルス幅が１００ｎｓｅｃ以下のレーザ光で溝加工することにより、シリコンの溶融を防げるので、良好な電気的絶縁特性を有する太陽電池セル１を提供することができる。
また、１パルス当たりの照射エネルギー密度が１０Ｊ／Ｐｕｌｓｅ・ｃｍ2以上、３０Ｊ／Ｐｕｌｓｅ・ｃｍ2未満のレーザ光を照射して溝加工することにより、適切な加工を行うとともにシリコンの溶融を引き起こさないので、良好な電気的絶縁特性を有する太陽電池を提供することができる。【００４４】
また、受光面にガラス板１７が充填材層１６により貼り付けられてから、裏面だけに半田付けを行うので、半導体基板がガラス板１７により支えられているため、反りの問題が発生しない。特に、半導体基板の厚さが１５０μｍ未満になっても、ガラス板１７により応力が受け持たれるので、セル割れが起こらずにモジュール化できる。一方、受光面のｎ型層の電極と裏面のｐ型層の電極とにそれぞれ銅箔を接続すると、銅とシリコンとの熱膨張係数の差に因る応力が半導体基板に加わって反りが発生し、セル割れが起こる。特に、半導体基板の厚さが１５０μｍ程度になると、セル割れが発生し、モジュール化が困難になる。
また、アセンブリを裏面だけで行うことが可能になり、アセンブリが簡単になる。【００４５】
実施の形態２．
図８は、この発明の実施の形態２に係わる太陽電池セルの部分断面図である。
実施の形態２に係わる太陽電池セル１Ｂは、図８に示すように、ｐ型層の電極８Ｂを配置する位置に形成されているｎ型拡散層４が除去されてｐ型多結晶シリコン基板２が表に現れているので、実施の形態１においてｐ＋型拡散層７を形成するために用いた銀アルミニウムペーストを用いる必要がなくなり、ｎ型層の電極６の形成と一緒にスクリーン印刷によりｐ型層の電極８Ｂも形成できることが異なっており、その他は同様であるので、同様な部分に同じ符号を付記して説明は省略する。【００４６】
ｐ型層の電極８Ｂの幅は、６０μｍ位であるので、位置合わせのマージンを考慮して、溝５Ｂの幅を１５０μｍ位とすればよく、数回レーザ照射の位置を動かしながら照射すればいい。このように溝５Ｂの幅を広くしても加工に要する時間は全体としてわずかしか増加しない。【００４７】
このような太陽電池セル１Ｂは、ｎ型層の電極６とｐ型層の電極８Ｂとを同じ電極形成用のペーストを用いることができるとともにスクリーンの位置合わせも一回で済むので、より安価な太陽電池を提供することができる。【００４８】
実施の形態３．
図９は、この発明の実施の形態３に係わる太陽電池セルの裏面での電極の配置図である。
実施の形態３に係わる太陽電池セルは、実施の形態１に係わる太陽電池セル１とｎ型層の電極６Ｃの形状が異なっており、その他は同様であるので、同様な部分に同じ符号を付記して説明は省略する。
実施の形態３に係わるｎ型層の電極６Ｃは、図９に示すように、貫通孔３の開口を囲む周囲部１３Ｃが開口の周縁部から所定の間隔だけ離れている。【００４９】
このような太陽電池セルは、ｎ型層の電極６Ｃが貫通孔３の開口から離れているので、ｎ型層の電極６Ｃをスクリーン印刷により形成するとき、印刷ペーストが貫通孔３内に流れ込まないので、受光面に印刷ペーストがはみ出すことを防げる。
また、貫通孔３のｐｎ接合にも光があたるので、貫通孔３の部分も発電に寄与する。
【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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