(57)【要約】      （修正有）【課題】工程数を低減して、効率的に製造することが可能な選択エミッタ構造を有する太陽電池の製造方法を提供する。【解決手段】シリコン基板１の受光面となる面に、ドーパントを含む化合物及びチタン系化合物を少なくとも含む溶液を塗布し、熱処理することによりドーパントが拡散された第１エミッタ層６と前記ドーパントを含む反射防止膜７とを形成する工程と、反射防止膜上からレーザを照射することにより第２エミッタ層５を形成する工程とを備えた太陽電池３１の製造方法である。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン基板の受光面となる面に、ドーパントを含む化合物及びチタン系化合物を少なくとも含む溶液を塗布し、熱処理することにより前記ドーパントが拡散された第１エミッタ層と前記ドーパントを含む反射防止膜とを形成する第１工程と、
前記反射防止膜上からレーザを照射することにより第２エミッタ層を形成する第２工程とを備えた太陽電池の製造方法。
【請求項２】
前記第２工程は、前記第２エミッタ層を形成するとともに、前記反射防止膜に開口部を形成する請求項１に記載の太陽電池の製造方法
【請求項３】
前記ドーパントは、前記シリコン基板の導電型と異なる導電型となる請求項１または２に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項４】
前記ドーパントは、リンである請求項１〜３のいずれかに記載の太陽電池の製造方法。
【請求項５】
前記第２エミッタ層の前記ドーパント濃度は、前記第１エミッタ層の前記ドーパント濃度よりも高い請求項１〜４のいずれかに記載の太陽電池の製造方法。
【請求項６】
前記第２エミッタ層の前記ドーパント源は、前記反射防止膜のドーパントである請求項１〜５のいずれかに記載の太陽電池の製造方法。
【請求項７】
前記レーザは、グリーンレーザである請求項１〜６のいずれかに記載の太陽電池の製造方法。
【請求項８】
前記レーザは、パルスレーザである請求項１〜７のいずれかに記載の太陽電池の製造方法。
【請求項９】
前記第２工程の後に、第２エミッタ層上に金属ペーストを塗布、焼成し電極を形成する第３工程を備えた請求項１〜８のいずれかに記載の太陽電池の製造方法。
【請求項１０】
前記金属ペーストは、ガラスフリットを含まない請求項９に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項１１】
シリコン基板と、
前記シリコン基板の受光面となる面に形成され、前記シリコン基板の導電型と異なる導電型の第１エミッタ層と、
前記シリコン基板の受光面となる面の前記第１エミッタ層が形成されていない領域に形成され、前記第１エミッタ層と同じ導電型でドーパント濃度が高い第２エミッタ層と、
前記第１エミッタ層が形成されている前記シリコン基板の受光面となる面の上にある反射防止膜と、
前記第２エミッタ層に接続された第１電極と
前記シリコン基板の受光面とは反対側の面の上にある第２電極と、を備え、
前記第１電極はガラスフリットを含まない太陽電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池の製造方法および太陽電池、特に、太陽電池の入射光面である受光面側の構造の製造に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽光エネルギを直接電気エネルギに変換する太陽電池は、近年、特に地球環境問題の観点から、次世代のエネルギ源としての期待が急速に高まっている。太陽電池としては、化合物半導体または有機材料を用いたものなど様々な種類があるが、現在、主流となっているのは、シリコン結晶を用いたものである。
【０００３】
図５は、特許文献１に開示されている半導体基板であるシリコン基板を用いた太陽電池１００の断面図を表す模式図である。ｐ型シリコン基板１０１の入射光側である受光面に、２種類の異なるドーパント濃度のエミッタ層である高濃度エミッタ層１０５、低濃度エミッタ層１０６が形成されている。１０７は低屈折率の反射防止膜、１０８は高屈折率の反射防止膜、１０９は受光面電極、１１０は裏面電極、１１１はＢＳＦ（Ｂａｃｋ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｆｉｅｌｄ）層、１１２はペースト電極である。
【０００４】
太陽電池１００は、光電変換効率を高める目的として、受光面電極１０９直下のエミッタ層のドーパント濃度に対し、それ以外の部分のエミッタ層のドーパント濃度を低くした構造となっている。この構造では、受光面電極１０９とシリコン基板の接触抵抗を低減でき、受光面電極１０９部分以外ではドーパント濃度が低くなって、太陽電池１００の短波長光側の量子効率をよくすることができる（以下、このエミッタ層の構造を「選択エミッタ構造」という。）。
【０００５】
図６は、特許文献１に開示されている図５の太陽電池の製造工程である。
【０００６】
まず、図６（ａ）に示すように、エッチング処理により凹凸構造を形成したｐ型シリコン基板１０１の一表面である受光側となる面（以下「ｐ型シリコン基板の受光面」という。）に、ドーパントであるリンを含む五酸化リンとチタン系化合物とアルコールの混合液を含むＰＴＧ（Ｐｈｏｓｐｈｏｒｉｃ Ｔｉｔａｎａｔｅ Ｇｌａｓｓ）液を塗布する。その後、塗布したＰＴＧ液の乾燥を行ってリン濃度が高い高濃度膜１０３を形成し、部位１０２をレーザ照射する。なお、図６では、受光面側の凹凸構造を省略している。
【０００７】
次に、図６（ｂ）に示すように、高濃度膜１０３をレーザで照射した部位１０２には、固着した固着膜１１３が形成される。
【０００８】
次に、図６（ｃ）に示すように、ＰＴＧ液の一成分であるアルコール溶剤によって固着膜１１３以外の高濃度膜１０３を除去する。このようにして、ｐ型シリコン基板１０１の受光面に所定パターンの高濃度の固着膜１１３をパターニングする。
【０００９】
次に、図６（ｄ）に示すように、固着膜１１３を乾燥した後、ｐ型シリコン基板１０１の受光面に、固着膜１１３よりもドーパント濃度が低いＰＴＧ液を塗布する。その後、塗布したＰＴＧ液の乾燥を行い低濃度膜１０４を形成する。
【００１０】
次に、図６（ｅ）に示すように、ｐ型シリコン基板１０１を熱処理し、高濃度エミッタ層１０５、低濃度エミッタ層１０６、低屈折率の反射防止膜１０７、および高屈折率の反射防止膜１０８を形成する。
【００１１】
次に、図６（ｆ）に示すように、ｐ型シリコン基板１０１の受光面と反対側の面である裏面（以下「ｐ型シリコン基板の裏面」という。）に、アルミニウムペースト１１４と銀ペースト１１５を塗布し、乾燥する。また、高濃度エミッタ層１０５上に銀ペースト１１６を塗布し、乾燥する。
【００１２】
次に、図６（ｇ）に示すように、ｐ型シリコン基板１０１を焼成することで、高濃度エミッタ層１０５上に受光面銀電極１０９を形成し、両者が接続される。ｐ型シリコン基板１０１の裏面には、裏面電極１１０、ＢＳＦ層１１１、アルミニウムのペースト電極１１２がそれぞれ形成される。このようにして、太陽電池１００を作製する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２０１０−１０９２０１号公報（平成２２年５月１３日公開）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、特許文献１に記載の選択エミッタ構造の太陽電池の製造方法では、まず、高濃度エミッタ層を形成するための固着膜を形成し、その後、低濃度エミッタ層を形成するための低濃度膜を形成した後、熱処理して高濃度エミッタ層及び低濃度エミッタ層を形成していたが、さらに、工程数を低減する必要があった。
【００１５】
本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、工程数を低減して、効率的に製造することが可能な選択エミッタ構造の太陽電池の製造方法及び高効率な太陽電池を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明の太陽電池の製造方法は、シリコン基板の受光面となる面に、ドーパントを含む化合物及びチタン系化合物を少なくとも含む溶液を塗布し、熱処理することによりドーパントが拡散された第１エミッタ層とドーパントを含む反射防止膜とを形成する第１工程と、反射防止膜上からレーザを照射することにより第２エミッタ層を形成する第２工程とを備える。
【００１７】
ここで、本発明の太陽電池の製造方法は、前記第２工程は、前記第２エミッタ層を形成するとともに、前記反射防止膜に開口部を形成してもよい。
【００１８】
また、本発明の太陽電池の製造方法は、ドーパントは、シリコン基板の導電型と異なる導電型となってもよい。
【００１９】
また、本発明の太陽電池の製造方法は、ドーパントは、リンであってもよい。
【００２０】
また、本発明の太陽電池の製造方法は、第２エミッタ層のドーパント濃度は、第１エミッタ層のドーパント濃度よりも高くてもよい。
【００２１】
また、本発明の太陽電池の製造方法は、第２エミッタ層のドーパント源は、反射防止膜のドーパントであってもよい。
【００２２】
また、本発明の太陽電池の製造方法は、レーザは、グリーンレーザであってもよい。
【００２３】
また、本発明の太陽電池の製造方法は、レーザは、パルスレーザであってもよい。
【００２４】
また、本発明の太陽電池の製造方法は、第２工程の後に、第２エミッタ層上に電極を形成する第３工程を備えてもよい。
【００２５】
また、本発明の太陽電池の製造方法は、第２エミッタ層上に形成される電極材料にはガラスフリットを含有しなくてもよい。
【００２６】
また、本発明の太陽電池は、シリコン基板と、前記シリコン基板の受光面となる面に形成され、前記シリコン基板の導電型と異なる導電型の第１エミッタ層と、前記シリコン基板の受光面となる面の前記第１エミッタ層が形成されていない領域に形成され、同じ導電型で前記第１エミッタ層と同じ導電型でドーパント濃度が高い第２エミッタ層と、前記第１エミッタ層が形成されている前記シリコン基板の受光面となる面の上にある反射防止膜と、前記第２エミッタ層に接続された第１電極と、前記シリコン基板の受光面とは反対側の面に形成された第２電極と、を備え、前記第１電極はガラスフリットを含まないことが望ましい。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、ドーパントを含む反射防止膜、および第１エミッタ層を熱処理により形成した後、反射防止膜上からレーザを照射することで、第１エミッタ層よりもドーパント濃度が高い第２エミッタ層を形成して選択エミッタ構造を形成することができるため、第２エミッタ層を形成するための固着層を予め形成する必要はないので、工程数を削減して、従来より効率的に製造することが可能な太陽電池の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の第１の実施形態の太陽電池の模式的な断面構成図である。
【図２】本発明の第１の実施形態の太陽電池の製造方法を示す模式的な図である。
【図３】本発明の第２の実施形態の太陽電池の模式的な断面構成図である。
【図４】本発明の第２の実施形態の太陽電池の製造方法を示す模式的な図である。
【図５】従来技術の太陽電池の一例の模式的な断面構成図である。
【図６】従来技術の太陽電池の製造方法の一例を示す模式的な図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態の太陽電池の断面図を表す模式図である。太陽電池３１において、ｐ型シリコン基板１の受光面に、２種類の異なるドーパント濃度のエミッタ層である高濃度エミッタ層５、低濃度エミッタ層６が形成され、選択エミッタ構造が形成されている。７は反射防止膜、９は受光面銀電極、１０は裏面銀電極、１１はＢＳＦ層、１２は裏面アルミニウム電極である。
【００３０】
図２は、本発明の第１の実施形態の太陽電池の製造方法を示す模式的な図である。
【００３１】
まず、図２（ａ）に示すように、エッチング処理により凹凸構造を形成したｐ型シリコン基板１の受光面に、ドーパントであるリンを含む五酸化リンとチタン系化合物とアルコールの混合液を少なくとも含むＰＴＧ液２を塗布する。その後、塗布したＰＴＧ液２の乾燥を行う。なお、図２では、受光面側の凹凸構造を省略している。
【００３２】
次に、図２（ｂ）に示すように、ｐ型シリコン基板１を８００℃以上で熱処理し、リンを拡散した第１エミッタ層である低濃度エミッタ層６及びリンを含むチタン酸化物膜である反射防止膜７を形成する。ここで、低濃度エミッタ層６の表面シート抵抗は４０Ω／□以上とした。
【００３３】
次に、図２（ｃ）に示すように、低濃度エミッタ層６よりもリン濃度が高い第２エミッタ層である高濃度エミッタ層５を形成する箇所に、反射防止膜７上からレーザを照射する。レーザによる照射箇所の温度は上記熱処理よりも高い温度であり、照射箇所の温度はシリコンが溶融する温度には達していないが、１０００℃以上であると思われる。反射防止膜７に含まれるリンをドーパント源として、レーザ照射により高濃度エミッタ層５を形成する。高濃度エミッタ層５の表面シート抵抗は４０Ω／□以下になるようにし、低濃度エミッタ層６の表面シート抵抗よりも２０Ω／□小さい値をターゲット値とした。レーザはグリーンレーザを用いた。波長は５１５ｎｍまたは５３２ｎｍであり、レーザ媒質は、Ｎｄ：ＹＡＧ、またはＮｄ：ＹＶＯ４である。ｐ型シリコン基板１への浸透深さは２μｍ程度である。
【００３４】
ここで、グリーンレーザよりも波長の短いＵＶレーザ（例えば、波長が２６６ｎｍ）を用いると、波長が短いために、ｐ型シリコン基板１への浸透深さは１μｍ程度であるので、反射防止膜７に吸収されて高濃度エミッタ層が形成されない。また、グリーンレーザよりも波長の長い基本波レーザ（例えば、波長が１０６４ｎｍ）を用いると、反射防止膜７に吸収はされないが、波長が長すぎるために、反射防止膜７に含まれるリンを拡散させることができない。また、レーザはパルスレーザを用いた。パルス幅を小さくしパルス間隔を長くすることで、ｐ型シリコン基板１へのダメージを低減することができる。
【００３５】
次に、図２（ｄ）に示すように、ｐ型シリコン基板１の裏面に、アルミニウムペースト１４と銀ペースト１５を塗布し、乾燥する。また、高濃度エミッタ層５上に銀ペースト１６を塗布し、乾燥する。
【００３６】
次に、図２（ｅ）に示すように、ｐ型シリコン基板１を焼成して、高濃度エミッタ層５上に受光面銀電極９を形成する。焼成の際に、銀ペースト１６はファイヤースルーにより反射防止膜７を貫通して受光面銀電極を形成し、高濃度エミッタ層５と接続する。ｐ型シリコン基板１の裏面には、裏面電極１０、ＢＳＦ層１１、アルミニウム電極１２がそれぞれ形成される。
このようにして、太陽電池３１を作製する。よって、複数回のＰＴＧ液塗布を行うことなく、ＰＴＧ液塗布工程を１回にするのみで、選択エミッタ構造を形成することができる。また、高濃度エミッタ層を形成するための膜を予め形成する必要はない。
【００３７】
（第２の実施形態）
図３は、本発明の第２の実施形態の太陽電池の断面図を表す模式図である。本実施形態の太陽電池４１と第１の実施形態との違いは、受光面銀電極４９の面積が反射防止膜開口部４８の面積と同じか大きい点と、受光面銀電極４９がガラスフリットを含まない銀ペーストで形成されている点である。
【００３８】
図４は、本発明の第２の実施形態の太陽電池の製造方法を示す模式的な図である。
【００３９】
まず、図４（ａ）および（ｂ）に示す通り、低濃度エミッタ層６の形成までは第１の実施形態と同一の工程である。
【００４０】
次に、図４（ｃ）に示すように、低濃度エミッタ層６よりもリン濃度が高い第２エミッタ層である高濃度エミッタ層５を形成する箇所に、反射防止膜７上からレーザを照射する。レーザによる照射箇所の温度は図４（ｂ）の熱処理よりも高い温度であり、照射箇所の温度はシリコンが溶融する温度には達していないが、１０００℃以上であると思われる。反射防止膜７に含まれるリンをドーパント源として、レーザ照射により高濃度エミッタ層５を形成する。このとき、レーザ照射箇所のシリコン基板表面においてアブレーションが起こり、それにより上部の酸化防止膜７の機械的破壊による剥離が発生し、反射防止膜開口部４８を形成する。高濃度エミッタ層５の表面シート抵抗は４０Ω／□以下になるようにし、低濃度エミッタ層６の表面シート抵抗よりも２０Ω／□小さい値をターゲット値とした。レーザはグリーンレーザを用いた。波長は５１５ｎｍまたは５３２ｎｍであり、レーザ媒質は、Ｎｄ：ＹＡＧ、またはＮｄ：ＹＶＯ４である。ｐ型シリコン基板１への浸透深さは２μｍ程度である。また、レーザの単位面積当たりの出力であるフルエンスは２．０Ｊ／ｃｍ２が好ましい。また、レーザ照射による反射防止膜開口時のレーザのスポット形状は一辺が３０〜８０μｍの矩形とするのが好ましい。
【００４１】
次に、図４（ｄ）に示すように、ｐ型シリコン基板１の裏面に、アルミニウムペースト１４と銀ペースト１５を塗布し、乾燥する。また、高濃度エミッタ層５上に銀ペースト４６を塗布し、乾燥する。このとき、銀ペースト４６にガラスフリットを含む銀ペーストを使用すると、高濃度エミッタ層５上に反射防止膜が無いため焼成時に銀ペースト４６がファイヤースルー効果により高濃度エミッタ層５を浸食し、ｐｎ接合部分を破壊する虞がある。そのため、銀ペースト４６にはガラスフリットを含まない銀ペーストを用いる必要がある。また、銀ペースト４６の塗布領域は、反射防止膜開口部４８と同じであるか、大きくする必要がある。銀ペースト４６の塗布領域が反射防止膜開口部４８より小さい場合、高濃度エミッタ層５が露出した領域が発生し、太陽電池特性を低下させる原因となるためである。
【００４２】
次に、図４（ｅ）に示すように、ｐ型シリコン基板１を焼成して、高濃度エミッタ層５上に受光面銀電極４９を形成する。焼成の際に、銀ペースト４６はファイヤースルーすることなく高濃度エミッタ層５と接続する。ｐ型シリコン基板１の裏面には、裏面電極１０、ＢＳＦ層１１、アルミニウム電極１２がそれぞれ形成される。
このようにして、太陽電池４１を作製する。よって、複数回のＰＴＧ液塗布を行うことなく、ＰＴＧ液塗布工程を１回にするのみで、選択エミッタ構造を形成することができる。また、高濃度エミッタ層を形成するための膜を予め形成する必要はない。
【００４３】
上記に示した本発明の製造方法で、ガラスフリットを含む金属ペースト材料を用いた第１の実施形態の製造方法で作製した太陽電池を実施例１、ガラスフリットを含まない金属ペースト材料を用いた第２の実施形態の製造方法で作製した太陽電池を実施例２とし、図６に記載の特許文献１に開示されている製造方法で作製した太陽電池を比較例として、太陽電池の変換効率を比較した。
【００４４】
実施例１および実施例２で用いた高濃度エミッタ層形成および、高濃度エミッタ層上の反射防止膜の開口時のグリーンレーザの条件を下記に示す。
【実施例１】
【００４５】
・Ｑスイッチパルスレーザ
・波長：  ５３２ｎｍ
・パルス幅：  １００ｎｓ
・フルエンス：  １．５Ｊ／ｃｍ２  
・スポット形状：３００μｍの矩形
【実施例２】
【００４６】
・Ｑスイッチパルスレーザ
・波長：  ５３２ｎｍ
・パルス幅：  １２００ｎｓ 
・フルエンス：  ２．０Ｊ／ｃｍ２ 
・スポット形状：８０μｍの矩形
表１に結果を示す。表１は、実施例１、実施例２及び比較例共、それぞれ１０サンプルについて測定を行い、その平均値とし、比較例を１．０００とした場合の実施例１及び実施例２の値である。
【表１】
2012209535.tif 000003
【００４７】
表１の結果から、比較例と実施例１との変換効率の差は、ほとんどないことが確認できた。したがって、上記より、ドーパントを含む反射防止膜、および低濃度エミッタ層を形成した後、反射防止膜上からレーザを照射することで、低濃度エミッタ層よりもドーパント濃度が高い高濃度エミッタ層を形成して選択エミッタ構造を形成することができるため、工程数を削減して、効率的に太陽電池を製造することができる。太陽電池の反射防止膜として使用する膜をドーパント源として用いるので、レーザ照射後、その膜を除去して新たに反射防止膜を作製する必要はない。
【００４８】
また、実施例２と比較例との変換効率の差から、ガラスフリットによる高濃度エミッタ層への電極材料の浸食を抑制し、ｐｎ接合部分の破壊を防ぎ、特性を向上させることができた。
【００４９】
なお、受光面銀電極が、フィンガー電極と集電極とからなり、フィンガー電極は、太陽電池で発生したキャリアを収集するための電極であり、集電極は、フィンガー電極で収集したキャリアをさらに集め、太陽電池同士を接続する際に用いるインターコネクタを接続するための電極であるならば、高濃度エミッタ層は、少なくともフィンガー電極の下に形成する。
【００５０】
今回、ｐ型シリコン基板について記載したが、ｎ型シリコン基板を用いることも可能である。その場合は、エミッタ層はｐ型ドーパントとなり、反射防止膜はｐ型ドーパントが含まれた膜となる。
【符号の説明】
【００５１】
１  ｐ型シリコン基板、２  ＰＴＧ液、５  高濃度エミッタ層、６  低濃度エミッタ層、７  反射防止膜、８および４８  反射防止膜開口部、９および４９  受光面銀電極、１０  裏面銀電極、１１  ＢＳＦ層、１２  裏面アルミニウム電極、１４  アルミニウムペースト、１５  銀ペースト、１６および４６  銀ペースト、３１および４１  太陽電池。
【図１】
2012209535.tif 000004
【図２】
2012209535.tif 000005
【図３】
2012209535.tif 000006
【図４】
2012209535.tif 000007
【図５】
2012209535.tif 000008
【図６】
2012209535.tif 000009