(57)【要約】      （修正有）【課題】光閉じ込め形状形成と半導体領域の不純物の低濃度層の露出とを、１工程で行うことで、太陽電池の製造ラインの処理能力を高める。【解決手段】半導体基板の受光面となる面に絶縁膜９を形成する工程と、絶縁膜９に複数の開口部６２を形成する工程と、半導体基板の導電型と異なる導電型の不純物を含む導電性ペースト１０を塗布する工程と、熱処理することで、半導体基板及び不純物の合金領域８と、合金領域に沿った不純物を含む半導体領域とを形成する工程と、合金領域及び半導体領域の表面側の一部をエッチングすることにより、光閉じ込め形状を形成する工程とを備えた太陽電池の製造方法。【選択図】図２
2012186402.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板の受光面となる面に絶縁膜を形成する第１工程と、
前記絶縁膜に複数の開口部を形成する第２工程と、
前記絶縁膜上及び前記開口部上に、前記半導体基板の導電型と異なる導電型の不純物を含む導電性ペーストを塗布する第３工程と、
前記半導体基板を熱処理することで、前記半導体基板の受光面となる面に、前記半導体基板及び前記不純物の合金領域と、前記合金領域に沿った前記不純物を含む半導体領域とを形成する第４工程と、
前記合金領域及び前記半導体領域の表面側の一部をエッチングすることにより、光閉じ込め形状を形成する第５工程とを備え、
前記半導体領域は、前記半導体基板の表面から深さ方向に前記不純物の濃度が低い太陽電池の製造方法。
【請求項２】
前記第４工程において、前記導電性ペーストより形成された電極を形成する工程を含み、
前記第４工程の後に、前記電極をパターニングして受光面電極を形成する第６工程を有し、
前記第５工程は、前記パターニングを用いて行う請求項１に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項３】
前記半導体基板の導電型はｎ型であり、前記不純物はアルミニウムである請求項１または２に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項４】
前記エッチングは、フッ酸硝酸混合液で行う請求項１〜３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、太陽電池の製造方法、特に、太陽電池の入射光側である受光面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激に高まっている。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】
シリコン基板を用いた太陽電池では、入射した光の表面反射を低減するためにシリコン基板の表面に凹凸形状を形成し、その斜面で反射された光を再度入射させている。凹凸形状（以下「光閉じ込め形状」という。）の形成は、単結晶シリコン基板においては、面方位（１００）に対してアルカリ溶液によるエッチングを施して数μｍから１０μｍ程度のピラミッド形状にするもの、多結晶シリコン基板においては、酸性溶液によるエッチングやプラズマによるドライエッチングによって数μｍから１０μｍ程度の山型形状とするものが一般的に用いられている。
【０００４】
また、他の光閉じ込め形状として、単結晶シリコン基板では非特許文献１に示されている逆ピラミッド構造があり、多結晶シリコン基板では非特許文献２、または特許文献１に示されているハニカムテクスチャと呼ばれる構造がある。これらの構造は、シリコン基板表面にエッチングマスクとなる酸化シリコン膜、窒化シリコン膜等を形成し、フォトリソグラフィ、レーザ等を用いて開口部をパターン形成した後、ウエットエッチング、ドライエッチング等で開口部を介してシリコン基板をエッチングして形成される。さらに、特許文献２には、多結晶シリコン基板において、ダイサー等により形成される溝形状を光閉じ込め形状としたことが示されている。
【０００５】
図３は、非特許文献２に示されているシリコン基板を用いた従来の太陽電池１０１の断面図を表す模式図である。半導体基板であるｐ型シリコン基板１０２の入射光側である受光面には、光閉じ込め形状であるハニカムテクスチャ構造１０３と呼ばれる概略半球形状の孔がハニカム状に形成されている。そして、ｐ型シリコン基板１０２の受光面にｎ型不純物半導体領域のｎ領域１０４と、ｎ領域よりもｎ型不純物が高濃度であるｎ＋領域１０５が形成されている。ｎ＋領域１０５は、受光面電極１０６との接触抵抗を低くするため、受光面電極１０６下に形成されている。また、ハニカムテクスチャ構造１０３に沿ってｎ領域１０４が形成されている。なお、ｎ領域１０４は表面パッシベーション膜（図示せず）で覆われている。１０７は裏面電極、１０８はｐ＋領域、１０９は裏面パッシベーション膜である。
【０００６】
図４は、特許文献１に示されている光閉じ込め形状の形成方法である。この形成方法は、図３に示す光閉じ込め形状の形成方法の一つである。図４を用いて従来の太陽電池の製造方法を説明する。
【０００７】
まず、図４（ａ）に示すように、シリコン基板１２１の上にプラズマＣＶＤ法によって窒化シリコン膜である耐エッチング膜１５１を形成する。次に、図４（ｂ）に示すように、レーザ光を用いて耐エッチング膜１５１に開口１５２を形成する。次に、図４（ｃ）に示すように、パターニングされた耐エッチング膜１５１をマスクとして、シリコン基板１２１をエッチングする。エッチング液としてフッ酸硝酸混合液を用いる。エッチングによって半球状のエッチング孔１２２が得られる。次に、図４（ｄ）に示すように、フッ酸を用いて耐エッチング膜１５１を除去する。こうして、半球状のエッチング孔１２２の光閉じ込め形状が得られる。
【０００８】
次に、ＰＯＣｌ３を用いた加熱によって、シリコン基板１２１にリンを拡散させてｎ層を形成し、リンガラス層を除去した後、反射防止膜を形成する。その後、受光面と受光面の反対側の面である裏面に電極を形成する。このようにして、太陽電池が作製される。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】Prog. Photovolt: Res. Appl. 2009; 17:183-189
【非特許文献２】Proceedings of 2nd WCPEC, pp. 1681-1684
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００８−２２７０７０号公報（平成２０年９月２５日公開）
【特許文献２】特開平３−７１６７７号公報（平成３年３月２７日公開）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
特許文献１の製造方法で、非特許文献２の太陽電池を作製するには、光閉じ込め形状工程に加え、表面が低濃度不純物の半導体領域であるｎ領域を形成する工程と、表面が高濃度不純物の半導体領域であるｎ＋領域を形成する工程が必要となる。
【００１２】
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、光閉じ込め形状形成と表面が低濃度不純物の半導体領域形成とを、１工程で行うことで、太陽電池の製造ラインの処理能力を高める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】
本発明の太陽電池の製造方法は、半導体基板の受光面となる面に絶縁膜を形成する第１工程と、絶縁膜に複数の開口部を形成する第２工程と、絶縁膜上及び開口部上に、半導体基板の導電型と異なる導電型の不純物を含む導電性ペーストを塗布する第３工程と、半導体基板を熱処理することで、半導体基板の受光面となる面に、半導体基板及び不純物の合金領域と、合金領域に沿った不純物を含む半導体領域とを形成する第４工程と、合金領域及び半導体領域の表面側の一部をエッチングすることにより、光閉じ込め形状を形成する第５工程とを備え、半導体領域は、半導体基板の表面から深さ方向に不純物の濃度が低い。
【００１４】
ここで、本発明の太陽電池の製造方法は、第４工程において、導電性ペーストより形成された電極を形成する工程を含み、第４工程の後に、電極をパターニングして受光面電極を形成する第６工程を有し、第５工程は、パターニングを用いて行ってもよい。
【００１５】
また、本発明の太陽電池の製造方法は、半導体基板の導電型はｎ型であり、不純物はアルミニウムであってもよい。
【００１６】
また、本発明の太陽電池の製造方法は、エッチングは、フッ酸硝酸混合液で行ってもよい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、光閉じ込め形状形成と、表面が低濃度不純物の半導体領域形成とを、１工程で行うことで、太陽電池の製造ラインの処理能力を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の太陽電池の一例の模式的な断面構成図である。
【図２】本発明の太陽電池の受光面側の製造方法の一例を示す模式的な図である。
【図３】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４】従来技術の太陽電池の受光面側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】
【００１９】
図１は、本発明の太陽電池の一例の断面図を表す模式図である。太陽電池１において、半導体基板であるｎ型シリコン基板２の入射光側である受光面には、光閉じ込め形状であるハニカムテクスチャ構造３が形成されている。そして、ｎ型シリコン基板２の受光面にｐ型不純物半導体領域のｐ領域４と、ｐ領域４よりもｐ型不純物が高濃度であるｐ＋領域５が形成されている。ｐ型不純物はアルミニウムである。ｐ領域４は表面パッシベーション膜を兼ねた反射防止膜（図示せず）で覆われている。ｐ領域４の表面にはアルミニウムとシリコンの合金領域８が形成されており、アルミニウムとシリコンの合金領域８上に絶縁膜９と受光面電極６が形成されている。７は裏面電極である。
【００２０】
図２は、本発明の太陽電池の受光面側の製造方法の一例である。
【００２１】
まず、図２（ａ）に示すように、洗浄後のｎ型シリコン基板２の受光面となる面（以下「ｎ型シリコン基板の受光面」という。）にプラズマＣＶＤ法によって窒化シリコン膜である絶縁膜９を形成し、エッチングペーストを用いて２０μｍ径の穴が１００μｍピッチで格子点状になるように、絶縁膜９に開口部６２を形成した。
【００２２】
次に、図２（ｂ）に示すように、ｎ型シリコン基板２の受光面にアルミニウムペースト１０、ｎ型シリコン基板２の裏面となる面（以下「ｎ型シリコン基板の裏面」という。）に銀ペースト（図示せず）を塗布し乾燥した。
【００２３】
次に、図２（ｃ）に示すように、ｎ型シリコン基板２を熱処理して、ｎ型シリコン基板２の受光面では、開口部６２を介して、アルミニウムとシリコンとの合金化と、ｎ型シリコン基板２へのアルミニウムの拡散を行い、アルミニウムとシリコンの合金領域８と、アルミニウムを不純物として含む拡散領域と、受光面電極６を形成し、ｎ型シリコン基板２の裏面では、裏面電極（図示せず）を形成した。アルミニウムとシリコンの合金領域８と拡散領域は、アルミニウムペーストを熱処理することにより形成しているので、開口部６２からの距離に応じて形成される深さが異なる。更に、拡散領域では、ｐ型の不純物であるアルミニウム濃度は濃度勾配を持ち、表面付近では、ｐ＋領域５が形成されており、ｎ型シリコン基板２の受光面である表面から内部へと深さ方向にアルミニウム濃度は低くなっていく。また、アルミニウムペーストを熱処理することにより受光面電極６形成していることから、受光面電極６はアルミニウム電極となる。
【００２４】
次に、図２（ｄ）に示すように、受光面電極６の一部にレジスト６３を形成し、裏面電極全面にもレジストを形成した（図示せず）。
【００２５】
次に、図２（ｅ）に示すように、先ず、塩酸により、レジスト６３で覆われていない部分の、受光面電極６とアルミニウムとシリコンの合金領域８とをエッチングして除去する。この際、アルミニウムとシリコンの合金領域８が除去された形状に沿ってハニカムテクスチャ構造が形成され、絶縁膜９の少なくとも一部はリフトオフにより除去される。その後、アルミニウムとシリコンの合金領域８を除去することによって現れた拡散領域の表面をフッ酸硝酸混合液でエッチングすることで、ｎ型シリコン基板２表面の高濃度のアルミニウム不純物層を除去し、ハニカムテクスチャ構造に沿った低濃度のアルミニウム不純物層を露出させｐ領域４を形成した。この時、レジスト６３を形成した領域では、受光面電極６と、その下の、アルミニウムとシリコンの合金領域８、ｐ＋領域５、および絶縁層９が残っている。
【００２６】
以上のように、１工程で、光閉じ込め形状形成と表面が低濃度不純物の半導体領域であるｐ領域４の形成とを行うことができた。その後、表面パッシベーション膜を兼ねた反射防止膜（図示せず）を形成した。次に、ｎ型シリコン基板２の受光面と裏面に形成したレジストを除去して太陽電池１を作製した。
【００２７】
以上のように、本発明の太陽電池の製造方法によれば、光閉じ込め形状形成とシリコン基板の表面に形成される低濃度不純物の半導体領域形成とを、１工程で行うことができ、太陽電池の製造ラインの処理能力を高めることができる。さらに、受光面電極のパターニングで、受光面電極形成、光閉じ込め形状形成、および表面が低濃度不純物の半導体領域形成を形成することができ、太陽電池の製造ラインの処理能力を高めることができる。
【００２８】
なお、例えば、太陽電池の構成については、ＢＳＦ（Ｂａｃｋ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｆｉｅｌｄ）領域、裏面パッシベーション等、太陽電池における一般的な高効率手法を取り込むことも可能である。また、上記実施例では、シリコン基板をｎ型としたが、適当な温度でシリコンと合金化するドーパントを含むペーストを用いれば、ｐ型とすることも可能である。そして、シリコン基板は、単結晶シリコン基板、多結晶シリコン基板のいずれを用いることも可能である。さらに、光閉じ込め形状についても、ハニカム状ではなく、溝形状等にすることも可能である。
【符号の説明】
【００２９】
１  太陽電池、２  ｎ型シリコン基板、３  ハニカムテクスチャ構造、４  ｐ領域、５  ｐ＋領域、６  受光面電極、７  裏面電極、８  アルミニウムとシリコンの合金領域、９  絶縁膜、１０  アルミニウムペースト、６２  開口部、６３  レジスト、１０１  太陽電池、１０２  ｐ型シリコン基板、１０３  ハニカムテクスチャ構造、１０４  ｎ領域、１０５  ｎ＋領域、１０６  受光面電極、１０７  裏面電極、１０８  ｐ＋領域、１０９  裏面パッシベーション膜、１２１  シリコン基板、１２２  エッチング孔、１５１  耐エッチング膜、１５２  開口。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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