(57)【要約】【課題】アルミニウムを含む電極ペーストの焼成により形成されるアルミニウム電極を裏面に備える太陽電池の製造において電極ペーストの焼成中の膨れを防止・抑制して歩留まりおよび信頼性に優れた太陽電池を得ること。【解決手段】第１導電型の半導体基板の一面側に、第２導電型の不純物元素が拡散された不純物拡散層を形成する不純物拡散層形成工程と、前記半導体基板の表面に対して洗浄処理を施して前記半導体基板の表面層における結晶粒界近傍に存在する金属不純物を除去する除去工程と、アルミニウムを含む電極材料ペーストを前記半導体基板の表面に塗布する電極材料ペースト塗布工程と、前記電極材料ペーストを焼成して電極を形成する焼成工程と、を含む。【選択図】図３
2012119628.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側に、第２導電型の不純物元素が拡散された不純物拡散層を形成する不純物拡散層形成工程と、
前記半導体基板の表面に対して洗浄処理を施して前記半導体基板の表面層における結晶粒界近傍に存在する金属不純物を除去する除去工程と、
アルミニウムを含む電極材料ペーストを前記半導体基板の表面に塗布する電極材料ペースト塗布工程と、
前記電極材料ペーストを焼成して電極を形成する焼成工程と、
を含むことを特徴とする太陽電池の製造方法。
【請求項２】
前記不純物拡散層形成工程と前記除去工程との間に、前記不純物拡散層上に反射防止膜を形成する反射防止膜形成工程を有すること、
を特徴とする請求項１に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項３】
前記反射防止膜形成工程では、前記反射防止膜として窒化シリコン膜をＣＶＤ法により形成すること、
を特徴とする請求項２に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項４】
前記不純物拡散層形成工程では、リンの熱拡散により前記不純物拡散層を形成し、
前記不純物拡散層形成工程と前記除去工程との間に、前記不純物拡散層形成工程において前記半導体基板の表面に形成されたリンガラス層をウェットエッチングにより除去する工程を有すること、
を特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の太陽電池の製造方法。
【請求項５】
前記除去工程では、アルカリ水溶液または酸性水溶液を用いて前記金属不純物をエッチング除去すること、
を特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の太陽電池の製造方法。
【請求項６】
前記半導体基板がシリコン基板であり、前記金属不純物がアルミニウムであること、
を特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の太陽電池の製造方法。
【請求項７】
前記アルカリ水溶液が水酸化ナトリウム水溶液または水酸化カリウム水溶液であること、
を特徴とする請求項６に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項８】
前記酸性水溶液が希塩酸水溶液であること、
を特徴とする請求項６に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１つに記載の太陽電池の製造方法により複数の太陽電池を作製する太陽電池作製工程と、
前記複数の太陽電池を電気的に直列接続または並列接続する接続工程と、
前記直列接続または並列接続された前記太陽電池を絶縁層で覆ってラミネートするラミネート工程と、
を含むことを特徴とする太陽電池モジュールの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池の製造方法および太陽電池モジュールの製造方法に関し、特に、アルミニウムペーストの焼成によって形成されるアルミニウム電極を備える太陽電池の製造方法および太陽電池モジュールの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、地球上で用いられている電力用太陽電池の主流はシリコン太陽電池である。このようなシリコン太陽電池の量産においては、そのプロセスフローをなるべく簡素化して製造コストの低減を図ることが一般的に行われている。そして、シリコン太陽電池に設けられる電極に関しては、金属ペーストをスクリーン印刷等で形成する方法が採用されている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１におけるシリコン太陽電池の製造方法について説明する。まず、ｐ型シリコン（Ｓｉ）基板を準備し、その表面に例えばリン（Ｐ）を熱的に拡散させ、導電型を反転させたｎ型拡散層を形成する。通常、リンの拡散源としては、オキシ塩化リン（ＰＯＣｌ３）が用いられることが多い。一般的には、ｎ型拡散層はＳｉ基板の全面に形成される。なお、このｎ型拡散層のシート抵抗は数十Ω／□程度であり、その深さは０．３μｍ〜０．５μｍ程度である。
【０００４】
続いて、基板の一主面側のｎ型拡散層をレジストにより保護した後、該基板の一主面側のみにｎ型拡散層を残すようにエッチング処理を実施する。処理後の残存レジストは、有機溶剤等を用いて除去される。次いで、プラズマＣＶＤ法等により、絶縁膜（反射防止膜）としてのシリコン窒化膜を、ｎ型拡散層上に７００Å〜９００Å程度の膜厚で形成する。
【０００５】
つぎに、基板の裏面にアルミニウムペーストをスクリーン印刷し、乾燥させる。通常、アルミニウムペースト面上の一部あるいは開口部に銀ペーストを重ねて印刷し、その上に配線を半田付けする。一方、基板の表面（受光面）側のシリコン窒化膜上には表面電極となる銀ペーストを裏面と同様にスクリーン印刷し、乾燥する。
【０００６】
その後、基板を７００℃〜９００℃で数分から十数分間、近赤外ランプ炉中で焼成する。その結果、基板の裏面側では、焼成中にアルミニウムペーストから不純物としてのアルミニウムが基板中に拡散し、アルミニウムの高濃度不純物を含んだｐ＋層が形成される。この層は、一般にＢＳＦ（Back  Surface  Field）層と呼ばれ、太陽電池のエネルギー変換効率の向上に寄与するものである。また、焼成後、アルミニウムペーストは裏面アルミニウム電極となる。一方、表面側の銀ペーストは、焼成中にシリコン窒化膜を溶融・貫通し、ｎ型拡散層と電気的な接触を取ることが可能となる。
【０００７】
また、高集積回路半導体デバイスや薄膜トランジスタデバイスにおいても金属配線としてアルミニウムを使用することが多く行われている。そして、このアルミニウム配線を形成する際の熱処理プロセスにおいて、アルミニウムと基板間における熱膨張率差に基づくアルミニウムの膨れ（いわゆるヒロック）が生ずる場合があることが知られている（たとえば、特許文献２参照）。
【０００８】
このような熱膨張率差に起因した不具合を抑制するために、特許文献２においてはアルミニウムとガラス基板との間に窒化アルミニウム等の中間層を挿入してアルミニウムの膨れを抑制することが有効であると記されている。
【０００９】
一方、特許文献１にかかる多結晶太陽電池セルの製造プロセスにおいても、半導体デバイスや薄膜トランジスタデバイスと同様にアルミニウム電極の膨れが生ずることがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００４−２０７４９３号公報
【特許文献２】特開２００５−３３１９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、このような太陽電池セルの製造プロセスで裏面電極を形成する場合の膨れのメカニズムは発明者らの詳細な実験結果によると、熱膨張率差に基づくものとは考え難い。また、アルミニウム電極とシリコン基板との間に中間層を挿入することは、上記ＢＳＦ層の生成を妨げるため、容易に実施できるものではない。
【００１２】
特許文献１にかかる多結晶太陽電池セルの製造プロセスにおいて、裏面アルミニウム電極の突起状の膨れが生じた場合、その突起を起点として基板割れ率が増加する、という問題がある。また、モジュール化において裏面側を絶縁層でラミネートする際に突起状の膨れが裏面絶縁層を突き破ってしまい、絶縁性が確保できない、という問題がある。したがって、太陽電池では、突起状の裏面アルミニウム電極の膨れを防止・抑制することが重要である。
【００１３】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、アルミニウムを含む電極ペーストの焼成により形成されるアルミニウム電極を備える太陽電池の製造において電極ペーストの焼成中の膨れを防止・抑制して歩留まりおよび信頼性に優れた太陽電池を製造可能な太陽電池の製造方法および太陽電池モジュールの製造方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる太陽電池の製造方法は、第１導電型の半導体基板の一面側に、第２導電型の不純物元素が拡散された不純物拡散層を形成する不純物拡散層形成工程と、前記半導体基板の表面に対して洗浄処理を施して前記半導体基板の表面層における結晶粒界近傍に存在する金属不純物を除去する除去工程と、アルミニウムを含む電極材料ペーストを前記半導体基板の表面に塗布する電極材料ペースト塗布工程と、前記電極材料ペーストを焼成して電極を形成する焼成工程と、を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、アルミニウムを含む電極ペーストの焼成中の膨れを防止・抑制することにより、歩留まりおよび信頼性に優れた太陽電池が得られる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１−１】図１−１は、本発明の実施の形態にかかる太陽電池の製造方法により作製した太陽電池セルの概略構成を示す断面図である。
【図１−２】図１−２は、本発明の実施の形態にかかる太陽電池の製造方法により作製した太陽電池セルの概略構成を示す上面図である。
【図１−３】図１−３は、本発明の実施の形態にかかる太陽電池の製造方法により作製した太陽電池セルの概略構成を示す下面図である。
【図２−１】図２−１は、本発明の実施の形態にかか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２−２】図２−２は、本発明の実施の形態にかか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２−３】図２−３は、本発明の実施の形態にかか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２−４】図２−４は、本発明の実施の形態にかか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２−５】図２−５は、本発明の実施の形態にかか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２−６】図２−６は、本発明の実施の形態にかか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２−７】図２−７は、本発明の実施の形態にかか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２−８】図２−８は、本発明の実施の形態にかか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３】図３は、本発明の実施の形態にかかる太陽電池セルの製造工程を説明するためのフローチャートである。
【図４】図４は、特許文献１に記載の技術を太陽電池の製造に採用した場合の工程を示す断面図である。
【図５】図５は、従来の技術により作製された裏面アルミニウムペースト層におけるアルミニウム−シリコンの共融液の状態を説明するための断面図である。
【図６】図６は、従来の技術により作製された裏面アルミニウムペースト層における突起状膨れの発生を説明するための断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下に、本発明にかかる太陽電池の製造方法および太陽電池モジュールの製造方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は以下の記述に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において適宜変更可能である。また、以下に示す図面においては、理解の容易のため、各部材の縮尺が実際とは異なる場合がある。各図面間においても同様である。
【００１８】
実施の形態
図１−１〜図１−３は、本発明の実施の形態にかかる太陽電池の製造方法により作製した太陽電池セル１の概略構成を示す図であり、図１−１は、太陽電池セル１の断面図、図１−２は、受光面側からみた太陽電池セル１の上面図、図１−３は、受光面と反対側からみた太陽電池セル１の下面図である。図１−１は、図１−２の線分Ａ−Ａにおける断面図である。
【００１９】
太陽電池セル１は、図１−１〜図１−３に示されるように、光電変換機能を有する太陽電池基板であってｐｎ接合を有する半導体基板１１と、半導体基板１１の受光面側の面（おもて面）に形成されて受光面での入射光の反射を防止する反射防止膜１７と、半導体基板１１の受光面側の面（おもて面）において半導体基板に導通して形成された第１電極である受光面側銀電極１９と、半導体基板１１の受光面と反対側の面（裏面）に形成された第２電極である裏面側アルミニウム電極２１と、を備える。
【００２０】
半導体基板１１は、ｐ型（第１の導電型）多結晶シリコン層１３と、該ｐ型多結晶シリコン層１３の表面の導電型が反転したｎ型（第２の導電型）不純物拡散層１５とを有し、これらによりｐｎ接合が構成されている。反射防止膜１７は、例えばシリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）やシリコン酸窒化膜（ＳｉＯＮ膜）などの窒化膜からなる。
【００２１】
受光面側銀電極１９としては、太陽電池セルの表銀グリッド電極２３および表銀バス電極２５を含む。表銀グリッド電極２３は、半導体基板１１で発電された電気を集電するために受光面に局所的に設けられている。表銀バス電極２５は、表銀グリッド電極２３で集電された電気を取り出すために表銀グリッド電極２３にほぼ直交して設けられている。また、裏面側アルミニウム電極２１は、半導体基板１１の裏面の全面に形成されている。また、半導体基板１１の裏面側には、アルミニウムの高濃度不純物を含んだｐ＋層（ＢＳＦ）２７が形成されている。
【００２２】
このように構成された太陽電池セル１では、太陽光が太陽電池セル１の受光面側から半導体基板１１に照射されると、ホールと電子が生成する。ｐｎ接合部（ｐ型多結晶シリコン層１３とｎ型不純物拡散層１５との接合面）の電界によって、生成した電子はｎ型不純物拡散層１５に向かって移動し、ホールはｐ型多結晶シリコン層１３に向かって移動する。これにより、ｎ型不純物拡散層１５に電子が過剰となり、ｐ型多結晶シリコン層１３にホールが過剰となる結果、光起電力が発生する。この光起電力はｐｎ接合を順方向にバイアスする向きに生じ、ｎ型不純物拡散層１５に接続した受光面側銀電極１９がマイナス極となり、ｐ型多結晶シリコン層１３に接続した裏面側アルミニウム電極２１がプラス極となって、図示しない外部回路に電流が流れる。
【００２３】
以上のように構成された本実施の形態にかかる太陽電池セル１では、裏面側アルミニウム電極２１の表面に突起状の膨れが生じていない。このため、裏面側アルミニウム電極２１の表面の突起状の膨れを起点とした基板の割れが防止・抑制されており、歩留まりが高く信頼性の高い太陽電池セルが実現されている。また、この太陽電池セル１では裏面側アルミニウム電極２１の表面に突起状の膨れが生じていないため、太陽電池セル１を絶縁層によりラミネートしてモジュール化する際に裏面側アルミニウム電極２１の突起状の膨れが絶縁層を突き破ることが無く、良好な絶縁性が確保され、歩留まりの高く、信頼性の高い太陽電池モジュールが実現可能である。
【００２４】
つぎに、このような太陽電池セル１の製造方法の一例について図２−１〜図２−８を参照して説明する。図２−１〜図２−８は、本実施の形態にかかる太陽電池セル１の製造工程を説明するための断面図である。図３は、本実施の形態にかかる太陽電池セル１の製造工程を説明するためのフローチャートである。
【００２５】
まず、半導体基板として、例えば民生用太陽電池向けとして最も多く使用されているｐ型多結晶シリコン基板を用意する（以下、ｐ型多結晶シリコン基板１１ａと呼ぶ）（図２−１）。
【００２６】
ｐ型多結晶シリコン基板１１ａは、溶融したシリコンを冷却固化してできたインゴットをワイヤーソーでスライスして製造するため、表面にスライス時のダメージが残っている。そこで、まずはこのダメージ層の除去も兼ねて、ｐ型多結晶シリコン基板１１ａを酸または加熱したアルカリ溶液中、例えば水酸化ナトリウム水溶液に浸漬して表面をエッチングすることにより、シリコン基板の切り出し時に発生してｐ型多結晶シリコン基板１１ａの表面近くに存在するダメージ領域を取り除く。
【００２７】
また、ダメージ除去と同時に、またはダメージ除去に続いて、ｐ型多結晶シリコン基板１１ａの受光面側の表面にテクスチャー構造として微小凹凸を形成してもよい（図示せず）。このようなテクスチャー構造をｐ型多結晶シリコン基板１１ａの受光面側に設けることで、太陽電池セル１の表面側で光の多重反射を生じさせ、太陽電池セル１に入射する光を効率的に半導体基板１１の内部に吸収させることができ、実効的に反射率を低減して変換効率を向上させることができる。
【００２８】
なお、本発明は裏面側アルミニウム電極２１の形成に特徴を有する発明であるので、テクスチャー構造の形成方法や形状については、特に制限するものではない。例えば、イソプロピルアルコールを含有させたアルカリ水溶液や主にフッ酸、硝酸の混合液からなる酸エッチングを用いる方法、部分的に開口を設けたマスク材をｐ型多結晶シリコン基板１１ａの表面に形成して該マスク材を介したエッチングによりｐ型多結晶シリコン基板１１ａの表面にハニカム構造や逆ピラミッド構造を得る方法、或いは反応性ガスエッチング（ＲＩＥ：Reactive  Ion  Etching）を用いた手法など、何れの手法を用いても差し支えない。
【００２９】
つぎに、ｐ型多結晶シリコン基板１１ａを熱拡散炉へ投入し、ｎ型の不純物であるリン（Ｐ）の雰囲気下で加熱する。この工程によりｐ型多結晶シリコン基板１１ａの表面にリン（Ｐ）を拡散させて、導電型を反転させたｎ型不純物拡散層１５ａをｐ型多結晶シリコン基板１１ａの全表面に形成して半導体ｐｎ接合を形成する（ステップＳ１０、図２−２）。
【００３０】
リンの拡散源としては、たとえばオキシ塩化リン（ＰＯＣｌ３）を用いることができる。本実施の形態では、ｐ型多結晶シリコン基板１１ａをオキシ塩化リン（ＰＯＣｌ３）ガス雰囲気中において加熱することにより、ｎ型不純物拡散層１５ａを形成する。また、ｎ型不純物拡散層１５ａのシート抵抗は、数十Ω／□程度であり、当該ｎ型不純物拡散層１５ａの深さは、０．３μｍ〜０．５μｍ程度である。このとき、ｐ型多結晶シリコン基板１１ａの最表面にはリンガラス層３１が形成される。
【００３１】
つぎに、ｐ型多結晶シリコン基板１１ａの端面を例えばプラズマエッチング処理によりエッチングしてｐｎ分離を施した後、ｐ型多結晶シリコン基板１１ａを例えばフッ酸（ＨＦ）に浸漬することにより、リン拡散工程においてｐ型多結晶シリコン基板１１ａの最表面に形成されたリンガラス層３１を除去する（ステップＳ２０、図２−３）。これにより、第１導電型層であるｐ型多結晶シリコン層１３と、該ｐ型多結晶シリコン層１３の受光面側に形成された第２導電型層であるｎ型不純物拡散層１５と、によりｐｎ接合が構成された半導体基板１１が得られる。
【００３２】
つぎに、半導体基板１１の受光面側に、光電変換効率改善のために、絶縁膜からなる反射防止膜１７として例えば７００Å〜９００Å程度の膜厚のシリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）を形成する（ステップＳ３０、図２−４）。反射防止膜１７の形成には、例えばプラズマＣＶＤ法を使用し、シランとアンモニアの混合ガスを用いて４００℃〜４５０℃程度、数分間の条件で所定の膜厚を得ることができる。反射防止膜１７の膜厚および屈折率は、光反射を最も抑制する値に設定する。なお、反射防止膜１７として、屈折率の異なる２層以上の膜を積層してもよい。
【００３３】
ここで、ｐ型多結晶シリコン基板である半導体基板１１においては、裏面を含めて、異なる結晶方位を有する結晶Ａ４１と結晶Ｂ４３との間に結晶粒界４５が存在している（図２−５）。そして、該結晶粒界４５部分にプラズマＣＶＤ法による窒化シリコン膜の形成工程において金属不純物４７が偏析しており、特に、アルミニウムが多く偏析している。なお、ここでは理解の容易のため結晶方位が異なる結晶として結晶Ａ４１と結晶Ｂ４３とを例に挙げたが、結晶方位が異なる結晶の種類は２種類に限るものではない。
【００３４】
このため、半導体基板１１の洗浄を実施することにより金属不純物、特にアルミニウムを除去する（ステップＳ４０、図２−６）。半導体基板１１の洗浄としては、アルカリ水溶液または酸性水溶液を用いたウェットエッチングを行うことが好ましい。アルカリ水溶液としては、例えば５ｗｔ％程度の水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）水溶液または水酸化カリウム（ＫＯＨ）水溶液を用いることができる。また、酸性水溶液としては、例えば５ｗｔ％〜１０ｗｔ％程度の希塩酸（ＨＣｌ）水溶液を用いることができる。このような洗浄処理を行うことにより、金属不純物４７はエッチング除去される。なお、図２−５および図２−６では、理解の容易のため、結晶Ａ４１、結晶Ｂ４３、結晶粒界４５、金属不純物４７に注目して拡大図示している。
【００３５】
つぎに、半導体基板１１の裏面に電極ペーストであるアルミニウムペーストをスクリーン印刷し、例えば２００℃程度で乾燥させる。当該印刷・乾燥処理を施すことにより、半導体基板１１の裏面上に、裏面アルミニウムペースト層２１ａが形成される（ステップＳ５０、図２−７）。当該裏面アルミニウムペースト層２１ａの厚みは、２０μｍ〜４０μｍ程度である。
【００３６】
つぎに、半導体基板１１の表面（受光面）側の反射防止膜１７（シリコン窒化膜）上に電極ペーストである銀ペーストを受光面側銀電極１９の形状、すなわち表銀グリッド電極２３および表銀バス電極２５の形状にスクリーン印刷し、乾燥させる（ステップＳ６０、図２−７）。当該印刷・乾燥処理を施すことにより、半導体基板１１の表面（受光面）上に、所定のパターンの表銀ペースト層１９ａが形成される。
【００３７】
つぎに、裏面アルミニウムペースト層２１ａおよび表銀ペースト層１９ａが形成された半導体基板１１に対して、近赤外ランプ照射炉中で焼成処理を施す（ステップＳ７０、図２−８）。ここで、当該焼成処理は、温度７００℃〜９００℃程度で、数分から十数分間の期間実施される。当該焼成処理を施すことにより、裏面側アルミニウム電極２１および受光面側銀電極１９が形成される。また、半導体基板１１の裏面側では、裏面アルミニウムペースト層２１ａから不純物としてのアルミニウムが半導体基板１１中に拡散する。これにより、アルミニウムの高濃度不純物を含んだｐ＋層（ＢＳＦ層２７）が、裏面側アルミニウム電極２１の下方において形成される。ここで、半導体基板１１の裏面の大部分の表面積内にＢＳＦ層２７を形成する必要が有る。したがって、裏面アルミニウムペースト層２１ａが半導体基板１１の裏面の大部分の表面を覆って形成されていることが望ましい。また、受光面側銀電極１９中の銀が反射防止膜１７を貫通して、ｎ型不純物拡散層１５と受光面側銀電極１９とが電気的に接続する。
【００３８】
以上のような工程を実施することにより、図１−１〜図１−３に示す本実施の形態にかかる太陽電池セル１を作製することができる。なお、電極材料であるペーストの半導体基板１１への配置の順番を、受光面側と裏面側とで入れ替えてもよい。また、太陽電池モジュールを作製するには、上記一連の工程により複数の太陽電池セル１を作製した後に、複数の太陽電池セル１を電気的に直列接続または並列接続する接続工程を行う。すなわち、各太陽電池セル１の裏面側アルミニウム電極２１および受光面側銀電極１９に相互に銅箔等を半田付けし、太陽電池セル１の所望の直列・並列接続を形成する。そして、これらを絶縁層で覆ってラミネートするラミネート工程を行う。これにより、複数の太陽電池セル１から構成される太陽電池モジュールが作製される。
【００３９】
つぎに、本実施の形態にかかる太陽電池の製造方法の効果を説明する前に、特許文献１に記載の技術を太陽電池の製造に採用することにより発生する問題、すなわち裏面アルミニウム電極用ペーストの焼成時に突起状の裏面アルミニウム電極の膨れが発生する問題について説明する。アルミニウムペーストは、主としてアルミニウム粒子、溶剤、ガラスフリットを含んでなるものであるが、焼成前の約２００℃での乾燥時に溶剤は揮発し、アルミニウム粒子とガラスフリットとからなる固体層であるアルミニウムペースト電極を形成する。
【００４０】
つぎに、近赤外ランプ照射炉内での焼成工程における昇温時に、アルミニウム粒子（融点６６０℃）が溶融し始める。この際、基板のシリコン表面が溶融したアルミニウムに溶解するため、アルミニウムとシリコンとが混合したアルミニウム−シリコンの溶融液（共融液）が裏面アルミニウムペースト層内に形成される。この際、近赤外ランプによる裏面アルミニウムペースト層の加熱はシリコン基板による光吸収後の熱伝導によるものであるため、当該裏面アルミニウムペースト層の溶融は基板界面側から始まり、上部に広がってゆくと考えられる。
【００４１】
図４は、特許文献１に記載の技術を太陽電池の製造に採用した場合の工程を示す断面図であり、プラズマＣＶＤ法による反射防止膜１７（窒化シリコン膜）の形成後に半導体基板１１の洗浄を実施せずに半導体基板１１の裏面に裏面アルミニウムペースト層２１ａを形成した時点での断面図である。図４では、理解の容易のため、結晶Ａ４１、結晶Ｂ４３、結晶粒界４５、金属不純物４７に注目して拡大図示している。図４に示すように、半導体基板１１は多結晶基板であるため半導体基板１１の表面には異なる結晶方位を有する結晶Ａ４１と結晶Ｂ４３との間に結晶粒界４５が存在している。そして、該結晶粒界４５部分にプラズマＣＶＤ法による窒化シリコン膜の形成工程において金属不純物４７が偏析しており、特に、アルミニウムが多く偏析している。ここで、ｐ型多結晶シリコン基板１１ａの最表面に形成されたリンガラス層３１を除去するために施されたウェットエッチングによって結晶間の高さに食い違いが生じている場合がある。このような場合、結晶粒界４５においてはいわゆるゲッタリング現象によって金属原子が局所的に偏析することがよく知られている。
【００４２】
また、もとより多結晶基板、特に基板表面数μｍの厚さ範囲にはアルミニウム、鉄、銅等の金属不純物が存在しており、これらもまた結晶粒界に偏析していることが多い。焼成工程におけるアルミニウムペーストのアルミニウムと基板表面のシリコンとの溶融液の形成は、結晶粒界においては昇温以前からすでにシリコンがアルミニウムと混合状態にあるため、このような結晶粒界から開始される。そして、アルミニウムとシリコンとが混合したアルミニウム−シリコンの共融液５１は、図５に示すように裏面アルミニウムペースト層２１ａの表面に向かって広がる。図５は、従来の技術により作製された裏面アルミニウムペースト層におけるアルミニウム−シリコンの共融液５１の状態を説明するための断面図である。図５では、理解の容易のため、結晶Ａ４１、結晶Ｂ４３、結晶粒界４５、アルミニウム−シリコンの共融液５１に注目して拡大図示している。
【００４３】
アルミニウムとシリコンとの溶融反応が早く開始することによって結晶粒界４５においては他の領域に比べてシリコンの裏面アルミニウムペースト層２１ａへの流入が加速され、降温時においてアルミニウム−シリコンの共融液が相図に従ってアルミニウムとシリコンとに分離し、凝固する過程で結晶粒界にシリコンが他の領域よりも多く残る。この結果、図６に示すように結晶粒界４５の近傍に突起状膨れ５３が残される。図６は、従来の技術により作製された裏面アルミニウムペースト層における突起状膨れ５３の発生を説明するための断面図である。図５では、理解の容易のため、結晶Ａ４１、結晶Ｂ４３、結晶粒界４５、突起状膨れ５３に注目して拡大図示している。なお、結晶粒界４５の近傍において突起状膨れ５３が形成されやすいことは、突起状膨れ５３の形成状態の観察から明らかであった。裏面アルミニウムペースト層２１ａは最終的に裏面側アルミニウム電極２１となる。
【００４４】
これに対して、本実施の形態にかかる太陽電池の製造方法によれば、反射防止膜１７の形成後であって裏面アルミニウムペースト層２１ａの形成前に、半導体基板１１の表面領域の金属不純物、特にアルミニウムを洗浄で除去する洗浄処理を実施する。半導体基板１１の洗浄は、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）水溶液または水酸化カリウム（ＫＯＨ）水溶液などのアルカリ水溶液、または酸性水溶液を用いて行うことが好ましい。このような洗浄処理を実施することにより金属不純物４７が除去され、結晶粒界４５付近でアルミニウム濃度が突出するような不純物濃度分布を抑制でき、半導体基板１１の裏面全体において均一なアルミニウム−シリコン溶融が実現できる。これにより、多結晶基板特有の結晶粒界の存在と前工程起因した金属不純物の偏析やゲッタリング、特に、アルミニウムの偏析やゲッタリングが生じた場合でも、焼成工程中の突起状膨れ５３の発生を防止・抑制することが可能となる。
【００４５】
したがって、上述した本実施の形態にかかる太陽電池セル１の製造方法では、裏面側アルミニウム電極２１の表面に突起状の膨れが生じることを防止することができる。このため、裏面側アルミニウム電極２１の表面の突起状の膨れを起点とした基板の割れが防止・抑制され、歩留まりが高く信頼性の高い太陽電池セルを実現することができる。また、この太陽電池セル１の製造方法では裏面側アルミニウム電極２１の表面に突起状の膨れが生じないため、太陽電池セル１を絶縁層によりラミネートしてモジュール化する際に裏面側アルミニウム電極２１の突起状の膨れが絶縁層を突き破ることが無く、良好な絶縁性が確保され、歩留まりの高く、信頼性の高い太陽電池モジュールが実現可能である。
【００４６】
なお、上記においては裏面側アルミニウム電極２１の形成について説明したが、半導体基板１１の受光面側の表面に直接アルミニウム電極を形成する場合にも適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
以上のように、本発明にかかる太陽電池の製造方法は、アルミニウムを含む電極ペーストの焼成により形成されるアルミニウム電極を裏面に備える太陽電池の製造における電極ペーストの焼成中の膨れの防止に有用である。
【符号の説明】
【００４８】
１  太陽電池セル
１１  半導体基板
１１ａ  ｐ型多結晶シリコン基板
１３  ｐ型多結晶シリコン層
１５  ｎ型不純物拡散層
１５ａ  ｎ型不純物拡散層
１７  反射防止膜
１９  受光面側銀電極
１９ａ  表銀ペースト層
２１  裏面側アルミニウム電極
２１ａ  裏面アルミニウムペースト層
２３  表銀グリッド電極
２５  表銀バス電極
２７  ＢＳＦ層
３１  リンガラス層
４１  結晶Ａ
４３  結晶Ｂ
４５  結晶粒界
４７  金属不純物
５１  共融液
５３  突起状膨れ
【図１−１】
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【図１−２】
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【図１−３】
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【図２−１】
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【図２−２】
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【図２−３】
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【図２−４】
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【図２−５】
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【図２−６】
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【図２−７】
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【図２−８】
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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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