(57)【要約】【課題】高濃度選択拡散層上に適切に電極を形成可能な太陽電池セルの電極形成装置を提供する。【解決手段】高濃度選択拡散層７が形成された半導体基板６に該半導体基板６を透過する波長領域を含む光を照射する光源１及び前記半導体基板６を透過した光の強度分布を検出する光学センサ２を有する光強度検出部と、前記半導体基板６上に電極を形成する電極形成部５と、前記半導体基板６を前記光強度検出部及び電極形成部５に搬送し、前記半導体基板６に対する電極形成位置を調整可能に該半導体基板６を保持する可動ステージ４と、前記光学センサ２による光強度検出結果から前記半導体基板６における高濃度選択拡散層７の位置領域を識別し、この識別結果に基づいて電極形成部５における可動ステージ４の位置を調整するコンピューター３と、を備える。【選択図】図１
2013232607.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板に所定パターンの高濃度選択拡散層を有するエミッタ層を形成し、その上に反射防止膜を形成し、更に該反射防止膜上に電極を形成する太陽電池セルの製造方法において、所定パターンの高濃度選択拡散層を有する半導体基板に対して該半導体基板を透過する波長領域を含む光を照射して、その半導体基板を透過した光、又は半導体基板で反射された光の強度分布を検出し、次いで検出した光の強度分布から前記高濃度選択拡散層の位置領域を識別し、次いでこの高濃度選択拡散層の位置領域識別結果に基づいて前記半導体基板上に形成する電極の位置領域を決定し、この位置領域に前記電極を形成することを特徴とする太陽電池セルの製造方法。
【請求項２】
前記電極の形成をスクリーン印刷法により行うことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池セルの製造方法。
【請求項３】
前記識別された高濃度選択拡散層の位置領域と形成予定の電極の位置領域の重ね合わせ面積が最大となるように前記半導体基板における電極の位置領域を決定することを特徴とする請求項１又は２に記載の太陽電池セルの製造方法。
【請求項４】
前記半導体基板上に電極を形成した後、この半導体基板における電極の形成位置を確認し、この電極の形成位置の確認結果に基づいて次の半導体基板における電極形成位置を補正することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の太陽電池セルの製造方法。
【請求項５】
前記電極はフィンガー電極であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の太陽電池セルの製造方法。
【請求項６】
高濃度選択拡散層が形成された半導体基板に該半導体基板を透過する波長領域を含む光を照射する光源及び前記半導体基板を透過した光又は前記半導体基板で反射された光の強度分布を検出する光学センサを有する光強度検出部と、前記半導体基板上に電極を形成する電極形成部と、前記半導体基板を前記光強度検出部及び電極形成部に搬送し、前記半導体基板に対する電極形成位置を調整可能に該半導体基板を保持する可動ステージと、前記光学センサによる光強度検出結果から前記半導体基板における高濃度選択拡散層の位置領域を識別し、この識別結果に基づいて電極形成部における可動ステージの位置を調整する制御部と、を備えることを特徴とする太陽電池セルの電極形成装置。
【請求項７】
前記光源から照射される光の波長領域及び前記光学センサの検出可能波長領域は、８００〜１２００ｎｍを含むことを特徴とする請求項６に記載の電極形成装置。
【請求項８】
光強度分布検出時の前記光学センサと可動ステージ上の半導体基板との間隔を１０ｃｍ以下とすることを特徴とする請求項６又は７に記載の電極形成装置。
【請求項９】
前記制御部は、識別した高濃度選択拡散層の位置領域と形成予定の電極の位置領域の重ね合わせ面積が最大となるように電極形成部における可動ステージの位置を調整することを特徴とする請求項６〜８のいずれか１項に記載の電極形成装置。
【請求項１０】
前記光学センサは、ＣＣＤイメージセンサであることを特徴とする請求項６〜９のいずれか１項に記載の電極形成装置。
【請求項１１】
前記制御部は、電極形成後の半導体基板を前記光学センサにより撮像した撮像イメージから該半導体基板における電極の形成位置を確認し、この電極の形成位置の確認結果に基づいて次の半導体基板における電極形成位置を補正することを特徴とする請求項１０に記載の電極形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池セルの製造方法及び電極形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現在、民生用の太陽電池セルを製造するのに用いられている方法ではコスト低減が重要課題であり、そのため熱拡散法とスクリーン印刷法を組み合わせた方法が一般的である。その詳細は例えば次の通りである。
【０００３】
まず、チョクラルスキー（ＣＺ）法で引き上げられた単結晶シリコンインゴットや、キャスト法により作製した多結晶シリコンインゴットを、マルチワイヤー法でスライスすることにより得られたｐ型シリコン基板を用意する。次に、アルカリ溶液で表面のスライスダメージを取り除いた後、最大高さ１０μｍ程度の微細凹凸（テクスチャ）を表面に形成し、基板表面に熱拡散法でｎ型の拡散層を形成する。さらに受光面にはＴｉＯ2又はＳｉＮを、例えば７０ｎｍ程度の膜厚で堆積し、反射防止膜を形成する。次に、スクリーン印刷法を用い、アルミニウムを主成分とする材料を非受光面の裏面全面にわたり印刷、焼成することにより裏面電極を形成する。一方、受光面電極は、銀を主成分とする材料を例えば幅１００〜２００μｍ程度の櫛歯状に印刷、焼成することにより形成する。
【０００４】
この様な民生用太陽電池セルの製造方法としては、例えば特開２００４−１９３３５０号公報（特許文献１）では、半導体シリコン基板の表面にシリコン酸化膜などの拡散防止膜を成長させ、この膜をフォトマスク法などの手法で部分的に取り除き、ドーパントを含む拡散剤をスピンコートなどの手法で塗布し、これを熱処理することで、膜を取り除いた部分には高濃度選択拡散層を形成し、膜が取り除かれていない部分には低濃度拡散層を形成することが開示されている。この高濃度選択拡散層と低濃度拡散層からなるエミッタ拡散層のことを２段エミッタと呼ぶ。
【０００５】
また、前記受光面側電極に関し、一般的な結晶系太陽電池セルでは、図３で示したようなパターンのスクリーン製版で形成される電極構造を持つものが多く見受けられる。すなわち、図３において２１で示した様な線幅が１００〜２００μｍ程度、間隔が１．５〜２．５ｍｍ程度の略平行な細線状の開口部に対応した複数の電極（一般にこれらをフィンガー電極と呼ぶ）が、半導体基板全体から発生する電力を集電するためにセル全面に亘って形成されている。また、これらフィンガー電極と直交する形で、フィンガー電極で集電した電荷をさらに集電し、太陽電池モジュールを作製する際、太陽電池セル同士を接続する場合や太陽電池モジュールの外へと送電する配線を接続する目的で、図３において２２で示した幅が１．０〜３．０ｍｍ程度、基板に対して１〜４本程度の比較的太い形状の開口部に対応した電極（一般にこれらをバスバー電極と呼ぶ）が形成されている。
【０００６】
前記特許文献１では、変換効率を高めるために高濃度選択拡散層上にのみ電極を形成する方法が開示されている。
【０００７】
その他、近年、太陽電池セルの変換効率を改善するため、前記受光面側電極のシャドーロスを少しでも低減させようと、受光面側のフィンガー電極直下に貫通孔（スルーホール）を開け、貫通孔を通して裏面側に配したバスバー電極へと接続する構造（一般にメタル・ラップ・スルー構造と呼ばれている）や、受光面側には全く電極がなく、裏面側にのみ電極を持つ構造（一般にバック・コンタクト構造と呼ばれている）の太陽電池セルなどが開発されている。
【０００８】
ここで、前記開示例に従って高濃度選択拡散層を有する民生用の高効率太陽電池セルを作製する場合、例えば、まずフォトマスク法とスピン塗布法と熱拡散法とを組合せて高濃度選択拡散層とその他の部分に低濃度拡散層から成る２段エミッタ構造を形成し、次にこの高濃度選択拡散層上に電極剤ペーストをスクリーン印刷して電極を形成することになる。
【０００９】
従来、上記の様な太陽電池セルを製造する場合、先に半導体基板上に形成される前記高濃度選択拡散層が、洗浄工程を経た後工程では目視認識が困難となるため、前記高濃度選択拡散層と電極とを形成するそれぞれの工程において、半導体基板のエッジからの距離を制御することで、前記高濃度拡散層と電極との位置合わせを行っていた。
【００１０】
これに関し、前記開示例では受光面側に形成した前記高濃度選択拡散層と受光面側電極とを重ね合わせるために、基板エッジにおいてＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）カメラ等、精密な位置測定が可能な装置を利用した位置合わせを行なう製造工程が望ましいとしている。
【００１１】
しかしながら、前記開示例では前記２段エミッタの形成方法と受光面電極の形成方法とが異なり、電極の形成方法であるスクリーン印刷法自体がコストと生産性は優れているものの印刷位置決め精度は十分に高いとは言えず、印刷機のアライメント精度、スクリーン製版の連続使用に対する耐久性、スクリーン印刷で使用されるスキージやスクレッパの磨耗、温度や湿度など環境変化による電極ペーストの物理物性の変化など、製造プロセスにおける様々な違いやバラツキにより、前記２段エミッタの高濃度拡散層と電極形成位置には少なからず位置ズレが発生する。その結果、この位置ズレ箇所はコンタクト抵抗が増大し太陽電池セルの光電変換効率が低下した。
【００１２】
そのため、従来は前記高濃度選択拡散層を形成する際、予め製造プロセスによるバラツキ幅を加味し、後に形成されるフィンガー電極線幅より一様に太い相似形状で高濃度選択拡散層を形成していた。
【００１３】
しかしながら、このフィンガー電極線幅より太い部分の高濃度選択拡散層（一般にデッドエリアと呼ばれる）は、低濃度拡散層に比べキャリアの再結合中心が多いため、フィンガー電極線幅以上に太くし過ぎると光電変換効率が低下し、高効率な太陽電池セルが得られなくなる。また逆に、フィンガー電極線幅と同じ程度に細くすると、電極との位置ズレが発生しなければ高効率な太陽電池セルは得られるが、位置ズレが発生した場合は光電変換効率が極端に低下するという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開２００４−１９３３５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明は、上記事情に鑑みなされたもので、高濃度選択拡散層上に適切に電極を形成可能な太陽電池セルの製造方法及び電極形成装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は、上記目的を達成するため、下記の太陽電池セルの製造方法及び電極形成装置を提供する。
〔１〕  半導体基板に所定パターンの高濃度選択拡散層を有するエミッタ層を形成し、その上に反射防止膜を形成し、更に該反射防止膜上に電極を形成する太陽電池セルの製造方法において、所定パターンの高濃度選択拡散層を有する半導体基板に対して該半導体基板を透過する波長領域を含む光を照射して、その半導体基板を透過した光、又は半導体基板で反射された光の強度分布を検出し、次いで検出した光の強度分布から前記高濃度選択拡散層の位置領域を識別し、次いでこの高濃度選択拡散層の位置領域識別結果に基づいて前記半導体基板上に形成する電極の位置領域を決定し、この位置領域に前記電極を形成することを特徴とする太陽電池セルの製造方法。
〔２〕  前記電極の形成をスクリーン印刷法により行うことを特徴とする〔１〕に記載の太陽電池セルの製造方法。
〔３〕  前記識別された高濃度選択拡散層の位置領域と形成予定の電極の位置領域の重ね合わせ面積が最大となるように前記半導体基板における電極の位置領域を決定することを特徴とする〔１〕又は〔２〕に記載の太陽電池セルの製造方法。
〔４〕  前記半導体基板上に電極を形成した後、この半導体基板における電極の形成位置を確認し、この電極の形成位置の確認結果に基づいて次の半導体基板における電極形成位置を補正することを特徴とする〔１〕〜〔３〕のいずれかに記載の太陽電池セルの製造方法。
〔５〕  前記電極はフィンガー電極であることを特徴とする〔１〕〜〔４〕のいずれかに記載の太陽電池セルの製造方法。
〔６〕  高濃度選択拡散層が形成された半導体基板に該半導体基板を透過する波長領域を含む光を照射する光源及び前記半導体基板を透過した光又は前記半導体基板で反射された光の強度分布を検出する光学センサを有する光強度検出部と、前記半導体基板上に電極を形成する電極形成部と、前記半導体基板を前記光強度検出部及び電極形成部に搬送し、前記半導体基板に対する電極形成位置を調整可能に該半導体基板を保持する可動ステージと、前記光学センサによる光強度検出結果から前記半導体基板における高濃度選択拡散層の位置領域を識別し、この識別結果に基づいて電極形成部における可動ステージの位置を調整する制御部と、を備えることを特徴とする太陽電池セルの電極形成装置。
〔７〕  前記光源から照射される光の波長領域及び前記光学センサの検出可能波長領域は、８００〜１２００ｎｍを含むことを特徴とする〔６〕に記載の電極形成装置。
〔８〕  光強度分布検出時の前記光学センサと可動ステージ上の半導体基板との間隔を１０ｃｍ以下とすることを特徴とする〔６〕又は〔７〕に記載の電極形成装置。
〔９〕  前記制御部は、識別した高濃度選択拡散層の位置領域と形成予定の電極の位置領域の重ね合わせ面積が最大となるように電極形成部における可動ステージの位置を調整することを特徴とする〔６〕〜〔８〕のいずれかに記載の電極形成装置。
〔１０〕  前記光学センサは、ＣＣＤイメージセンサであることを特徴とする〔６〕〜〔９〕のいずれかに記載の電極形成装置。
〔１１〕  前記制御部は、電極形成後の半導体基板を前記光学センサにより撮像した撮像イメージから該半導体基板における電極の形成位置を確認し、この電極の形成位置の確認結果に基づいて次の半導体基板における電極形成位置を補正することを特徴とする〔１０〕に記載の電極形成装置。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、個々の半導体基板の高濃度選択拡散層の位置を特定し、これに合わせて電極形成を行うので、高濃度選択拡散層と電極との重ね合わせ精度が向上し、太陽電池セルの変換効率低下を抑制することができる。また、高濃度選択拡散層をフィンガー電極線幅と同じ程度に細くすることができるので高い変換効率を有する太陽電池セルが得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に係る電極形成装置の構成を示す概略図である。
【図２】高濃度選択拡散層用露光マスクのパターンを示す平面図である。
【図３】受光面電極形成用スクリーン製版のパターンを示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明するが、本発明は本実施形態に限定されるものではない。
【００２０】
以下、本発明の電極形成装置を用いた民生用の高効率太陽電池セルの製造方法について説明する。
（基板の準備）
ここで、使用する半導体基板（以下、単に基板ともいう）の種類がシリコンの場合、チョクラルスキー（ＣＺ）法またはフロートゾーン（ＦＺ）法などで製造された、単結晶基板の方が高い性能の太陽電池セルを作る上で好適である。導電型は、Ｎ型でもＰ型でも構わない。
【００２１】
また、単結晶シリコン基板の場合の、結晶面方位は下記テクスチャを形成する際に、アルカリ溶液による異方性エッチングを利用する場合は（１００）が好ましいが、研削機等を用いて物理研削する場合は、その他の結晶面方位でも構わない。また、基板比抵抗は例えば０．１〜２０Ω・ｃｍが好ましく、特に０．５〜３．０Ω・ｃｍであることが高い性能の太陽電池セルを作る上で好適である。
【００２２】
基板厚さは、薄ければ薄い程材料コストが抑えられるが、シリコンの場合は薄くし過ぎると太陽電池特性が低下し、また機械的強度も低下し製造歩留りが低下する。高い太陽電池特性と機械的強度を保つためには１５０〜３００μｍ程度の厚さがあることが望ましい。
【００２３】
基板のダメージ除去方法については、水酸化ナトリウム水溶液や水酸化カリウム水溶液などの強アルカリ水溶液を用いることが出来る。また、フッ硝酸等の酸水溶液でも同様の目的を達成することが可能である。
【００２４】
また、太陽電池セルは通常、表面にテクスチャと呼ばれる凹凸形状を形成するのが好ましい。その理由は、太陽光の反射率を低減させるために、できる限り２回以上の反射を受光面で行わせる必要があるためである。そのため、基板を、１〜５質量％濃度で水酸化ナトリウムとイソプロピルアルコールを加えた水溶液に浸し、ウェットエッチングすることにより、両面にランダムテクスチャを形成する。これら一つ一つの山のサイズは１〜２０μｍ程度である。他の代表的な表面凹凸構造としてはＶ溝、Ｕ溝が挙げられる。これらは、研削機を利用するなどしても、形成可能である。また、ランダムな凹凸構造を作るには酸エッチングやリアクティブ・イオン・エッチング等が代替法として用いることが可能である。
【００２５】
（高濃度選択拡散層の形成）
前記開示例の様に、受光面電極直下となる部分に高濃度選択拡散層を形成することが、高い性能の太陽電池セルを作る上で望ましい。前記高濃度選択拡散層を形成する方法は様々な方法が開示されているが、例えばフォトマスク法とスピン塗布法と熱拡散法を例に挙げると以下の様になる。
【００２６】
まず、シリコン基板を酸素雰囲気下で８５０〜９５０℃、１０〜６０分程度熱処理し、シリコン酸化膜を１０〜３０ｎｍ程度の膜厚で形成させる。次に、基板の受光面側にフォトレジスト材料をスピン塗布し、ベーキングを行い、受光面電極と重なるパターンを持つガラスマスクを用いてレジスト膜を露光現像する。この場合、フォトレジスト材料はポジ型でもネガ型でもよく、ポジ型の場合ではレジスト膜の照射部位がアルカリ現像液で除去され、ネガ型の場合では非照射部位が除去されるが、ポジ型が好ましい。次に、５質量％程度のフッ化水素水溶液に浸漬し、現像によりフォトレジスト膜を除去した部分のみシリコン酸化膜を除去し、更にアセトンディップ、硫酸ボイルによって残りのレジスト膜を完全に除去する。次に、前記パターン形成されたシリコン酸化膜上に、リン酸などのドーパントを含む塗布剤をスピン塗布し、ベーキングする。
【００２７】
次に、熱処理方法としては、例えば基板をボートに溝立てするなどして熱処理炉に入れ、所定の熱プロファイルで処理することによって実施できる。この際、使用するボート及び炉心管は石英や炭化珪素（ＳｉＣ）などの材料を用いることができる。純度とコストの面からは石英製が好ましい。
【００２８】
熱プロファイルについては、拡散剤に含まれるドーパントの種類と濃度及び他の成分、基板への拡散剤の塗布量などにより異なる。例えば、リンを含む拡散剤を用いた場合は８５０〜９５０℃で１０〜１２０分程度処理することで実施できる。
【００２９】
拡散熱処理時のプロセスガスとしては、様々な種類のガスを用いることが出来るが、純度とコストを加味して考えた場合、例えば窒素と酸素などを用いることができる。プロセスガスの流量は使用する熱処理炉の容量により異なるが、例えば炉心管が内径１５０〜３５０ｍｍ、長さ１５００〜３５００ｍｍ程度のものを使用する場合、窒素５〜４０Ｌ／ｍｉｎ、酸素０．０２５〜０．２０Ｌ／ｍｉｎ程度の流量で流せば良い。
【００３０】
この結果、酸化膜が除去された部分は、シート抵抗が１０Ω／□〜１００Ω／□になるのに対し、酸化膜がある部分のシート抵抗は酸化膜がない部分のシート抵抗に対応してそれよりも大きくなる。
【００３１】
（接合分離）
前記方法などによりドーパントを拡散させた後、例えばここで接合分離処理を実施することができる。接合分離とは、太陽電池セルの正極電極と負極電極が同一導電型のドーパント拡散層により繋がることで短絡し特性が低下することを防ぐため、拡散層を部分的に除去するなどして正極電極と負極電極が同一導電型のドーパント拡散層で繋がらない構造にすることである。
【００３２】
接合分離の方法としては、ドライエッチングやウェットエッチングなど基板をエッチングする方法、研削機を用いた物理研削法、レーザー光線を用いたアブレーション法など、いずれの方法でも良い。また接合分離は、必ずしも拡散熱処理後に実施する必要はない。
【００３３】
（ガラス層除去）
前記拡散熱処理を行った基板表面にはドーパントガラス層（リンの場合はリンガラス）が形成されており、表面再結合中心となるため、フッ化水素などを用いてドーパントガラス層を除去する。使用した拡散剤によっては、フッ化水素だけでは除去しきれない場合もあるので、引続き、半導体の一般的な洗浄を加えても良い。一般的な洗浄とは、アンモニアと過酸化水素水を用いたものや、塩酸と過酸化水素水を用いた洗浄などがある。
【００３４】
（表面保護層、反射防止膜の形成）
次に、エミッタ層上に表面保護膜と反射防止膜を堆積する。膜の種類としては、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、酸化アルミニウム、二酸化チタン膜、酸化亜鉛膜、酸化スズ膜などがあるが、エミッタ層の導電型により適切な膜の種類が異なり、また高機能の反射防止膜として機能させるには膜形成する順序及び膜厚が異なる。例えばリンの拡散層上には、２５０ｋＨｚの周波数を持つダイレクトプラズマＣＶＤ装置を用いシリコン窒化膜を形成することで、表面保護膜兼反射防止膜とすることができる。この際のシリコン窒化膜の膜厚は、反射防止膜も兼ねさせるため７０〜１００ｎｍが適している。また、形成法も前記以外にリモートプラズマＣＶＤ法、コーティング法、真空蒸着法等があるが、経済的な観点から、前記のようなシリコン窒化膜をプラズマＣＶＤ法によって形成するのが好適である。さらに、前記反射防止膜上にトータルの反射率が最も小さくなるような条件、例えば二フッ化マグネシウム膜といった屈折率が１〜２の間の膜を形成すれば、反射率がさらに低減し、生成電流密度は高くなる。
【００３５】
（電極形成）
次に、例えば図１に示す様な本発明の電極形成装置を用い、以下に示す手順で受光面側に電極を形成することを行う。
【００３６】
本発明の電極形成装置は、図１に示す様に、高濃度選択拡散層７が形成された半導体基板６に該半導体基板６を透過する波長領域を含む光を照射する光源１及び前記半導体基板６を透過した光の強度分布を検出する光学センサ２を有する光強度検出部と、前記半導体基板６上に電極を形成する電極形成部５と、前記半導体基板６を前記光強度検出部及び電極形成部５に搬送し、前記半導体基板６に対する電極形成位置を調整可能に該半導体基板６を保持する可動ステージ４と、光学センサ２による光強度検出結果から前記半導体基板６における高濃度選択拡散層７の位置領域を識別し、この識別結果に基づいて電極形成部５における可動ステージ４の位置を調整する制御部（コンピューター３）と、を備える。
【００３７】
ここで、光源１から照射される光の波長領域は、半導体基板６として単結晶シリコン基板を用いる場合、８００〜１２００ｎｍの範囲を含むことが望ましい。これは、前記波長領域より短波長の光では、単結晶シリコン基板に吸収されて透過光強度が十分に得られない場合があり、前記波長領域より長波長の光では単結晶シリコンによる吸収が殆ど起こらず、高濃度選択拡散層７とそれ以外の部分での透過光強度の差が十分に得られないおそれがあるからである。
【００３８】
光学センサ２は、半導体基板６からの所定の波長領域の透過光又は反射光の強度分布を測定できる受光素子（フォトダイオード）を用いたものであれば特に限定されず、例えばＣＣＤイメージセンサ（ＣＣＤ素子）を備えたデジタルカメラでもよい。このとき、光学センサ２の光の検出可能波長領域が前述した光源１から照射される光の波長領域に対応したもの、例えば８００〜１２００ｎｍの波長領域を検出可能波長領域として含むものであるとよい。
【００３９】
また、高濃度選択拡散層７と形成する電極とを半導体基板６全面に亘って精度良く重ね合わせるためには、光学センサ２によって半導体基板６全面で光強度分布を検出することが望ましく、その解像度は高ければ高い程よい。
【００４０】
なお、光学センサ２としてのデジタルカメラは、含まれるＣＣＤ素子などの撮像素子の光学特性にもよるが、短波長フィルターや長波長フィルターなどを備えたものでもよい。これは半導体基板６を透過した光を選択的に検出し、高濃度選択拡散層７の位置領域を識別できるように、ノイズ成分となる波長領域の光をカットするためのものである。
【００４１】
また、前記デジタルカメラの使用台数は必ずしも１台である必要はなく、そのレンズの光学倍率や解像度との兼ね合いで、複数台を同時に使用しても良く、撮影視野範囲は基板全面を撮影しても良く、一部分だけを複数ヶ所撮影しても良い。
【００４２】
図１に示す構成例は、光源１は半導体基板６の第１平面側（図中下方側）に設置され、光学センサ２は半導体基板６の第２平面側（図中上方側）に設置されており、光源１から照射された入射光８は、半導体基板６を透過し、透過光９が光学センサ２により検出される構造である。なお、光源１と光学センサ２とをどちらも半導体基板６の第２平面側に設置して、光源１から照射された入射光８を半導体基板６で反射し、その反射光を光学センサ２により検出する構造としても良い。
【００４３】
コンピューター３は、光学センサ２、可動ステージ４、電極形成部５とそれぞれと通信可能、かつそれぞれを制御可能に接続されている。また、コンピューター３は、生産性の観点から、光学センサ２が検出した光強度分布（光学センサ２がデジタルカメラの場合はデジタルカメラで捉えた画像も含む）をなるべく短時間で信号処理（画像処理）できる演算素子が含まれることが望ましい。
【００４４】
可動ステージ４は、半導体基板６を保持した状態で、コンピューター３の制御により光強度検出部と電極形成部５のそれぞれの任意の位置に移動するものである。また、可動ステージ４は、電極形成部５に採用される電極形成法にもよるが、安定した電極形成を行う上で十分な剛性を備えたものが望ましく、任意の位置に繰り返し精度良く移動可能なものが望ましい。また、光源１からの光が半導体基板６に照射され、該半導体基板６を透過した光を光学センサ２で検出できるように、可動ステージ４上の半導体基板６との接触部の全部または一部分に光源１の光を透過できる素材の窓材が備えられているものが望ましい。この窓材の素材としては、光源１の波長領域の光が透過するものであれば構わないが、例えば石英やアクリル樹脂などのプラスチック等が利用できる。
【００４５】
なお、光学センサ２と可動ステージ４上の半導体基板６との間隔は、１０ｃｍ以内の距離に設置可能であることが望ましい。両者の間隔を１０ｃｍ以上離れた位置に設置すると、半導体基板６のテクスチャ構造や高濃度選択拡散層７のパターンにもよるが、高濃度選択拡散層７のパターンの認識が困難となる場合がある。そこで、このように可動ステージ４上に固定された半導体基板６と光学センサ２との間隔を近付けることで、半導体基板６のテクスチャ構造による光の散乱の影響を減らすことができ、パターン認識が可能となる。
【００４６】
受光面電極形成の具体的な手順の一例は、以下の通りである。ここでは、光学センサ２がデジタルカメラである場合を説明する。
（手順１）  まず、準備段階として、予めダミー基板として前記単結晶シリコン基板を用意し、初期設定位置に置かれた可動ステージ４上に前記ダミー基板を真空吸着させ固定し、可動ステージ４を電極形成部５に移動させ、電極形成を行う。
【００４７】
ここで行う電極形成部５の電極形成法は、太陽電池セルの電極形成方法として一般的に用いられるスクリーン印刷法で構わないが、凹版印刷法でもよく、インクジェット式印刷法でもよく、その他の印刷方法であっても構わない。なお、蒸着法などの電極形成法は基板６全面に対して電極を形成する性質上、本発明には適さない。コストと生産性の面からはスクリーン印刷法が望ましい。
【００４８】
（手順２）  次に、可動ステージ４を光強度検出部の光学センサ２の下に移動させ、実際に印刷された電極パターンを撮影し、その画像イメージをコンピューター３で画像処理することにより、電極パターンを認識させ、電極形成部５において今回配置した可動ステージ位置の場合の半導体基板上に形成された電極の位置領域情報として記憶させる。
【００４９】
（手順３）  次に印刷段階として、前記受光面側に高濃度選択拡散層７を有する半導体基板６を、可動ステージ４上に非受光面側から真空吸着させ固定し、この半導体基板６の非受光面側から、光源１から光を照射し、受光面側上方に設置した光学センサ２で半導体基板６を透過した光の強度分布を検出し、コンピューター３で画像処理することで、高濃度選択拡散層７の位置領域を識別する。この場合、半導体基板６を透過する光を高濃度選択拡散層７が吸収するため、検出される半導体基板面における光強度分布として相対的に強度の低い領域が高濃度選択拡散層７として識別される。
【００５０】
なお、半導体基板６の受光面側から光源の光を照射してその反射光の強度分布を光学センサ２で検出する場合、高濃度選択反射層７でより多く光を反射するため、検出される半導体基板面における光強度分布として相対的に強度の高い領域が高濃度選択拡散層７として識別される。
【００５１】
（手順４）  次に、可動ステージ４を用いて、その半導体基板６の前記高濃度拡散層７に対する電極形成位置の位置合わせを行い、前記電極形成を行う。すなわち、半導体基板６を電極形成部５の下の所定位置（図１において点線で示す可動ステージ４の位置）にスライドさせた上で、電極形成を行う。
【００５２】
ここでいう位置合わせとは、コンピューター３により光学センサ２の視野範囲内において識別された高濃度選択拡散層７の位置領域と形成予定の電極の位置領域との重ね合わせ面積が最大となる半導体基板６上の該電極の位置領域を求め、対象の半導体基板６においてその電極の位置領域に電極が形成されるように該半導体基板６を電極形成部５の電極印刷位置に移動させることをいう。これにより、高濃度選択拡散層７に対して精度よく位置合わせして電極を形成することができる。
【００５３】
また、電極印刷後、可動ステージ４を光学センサ２の下にスライドさせ、実際に形成された電極を撮影し、コンピューター３で画像処理することで、今回の可動ステージ位置において半導体基板６上に形成された電極の位置領域を認識させ、この認識された電極の位置領域情報を電極形成位置として記憶させ、次回に処理する半導体基板６の位置合わせ時に適用することが望ましい。電極形成のつど、あるいは所定回数の電極形成ごとに、この手順により電極形成位置を更新補正するとよい。これにより、電極形成部５において形成される電極の位置のばらつきによる高濃度選択拡散層と電極との位置ずれを抑制することができる。
【００５４】
（手順５）  次に、半導体基板６の非受光面側に銀やアルミニウムなどを含む電極ペーストをスクリーン印刷法などにより形成する。
（手順６）  次に、７００〜８５０℃程度の所定の熱プロファイルで焼成して、受光面及び非受光面電極を同時に形成する。
【００５５】
上記例では、民生用の高効率太陽電池セルの製造方法として一般的な、２段エミッタ構造を受光面側に有する構造について述べたが、その他にも前記メタル・ラップ・スルー構造や前記バック・コンタクト構造を持つ太陽電池セルにおいても、高濃度選択拡散層と電極とを位置合わせする際に、本発明が適用できることは言うまでもない。
【実施例】
【００５６】
以下、本発明の実施例を説明する。なお、本発明はこの実施例の内容に限定されるものではない。
【００５７】
［実施例１］
前記太陽電池セルの製造方法において、以下の条件を採用し太陽電池セルサンプルを作製した。
（半導体基板６の準備）
結晶はＣＺ法で製造されたボロンドープｐ型単結晶、アズスライス比抵抗０．５〜３．０Ω・ｃｍ、面方位（１００）、厚さ２００μｍ、１５６ｍｍ角のシリコン基板を、１０００枚を用意し、４０質量％水酸化ナトリウム水溶液に浸し、ダメージ層をエッチングで取り除き、前記記載のウェットエッチング法で両面にランダムテクスチャを形成させた。
（高濃度選択拡散層７の形成）
基板を酸素雰囲気下、９００℃で３０分間ドライ酸化し、シリコン酸化膜を１５ｎｍの膜厚で形成させた。
次に、基板の受光面側にポジ型フォトレジスト材料をスピン塗布し、１００℃で２０分間ベーキングを行い、図２に示した様なパターンを持つガラスマスクを用いてレジスト膜を露光、現像した。なお、露光時の図２のパターンにおける細線本数は７８本、長さは１５４ｍｍ、細線同士の間隔は２．０ｍｍ、細線の開口幅は２００μｍとし、基板に対する開口パターンの位置合わせは、基板において基準となる辺の基板エッジからの細線パターン１本目中心までの距離を１０００μｍとした。
次に、５質量％のフッ化水素水溶液に浸漬し、現像によりフォトレジストを除去した部分のみシリコン酸化膜を除去し、更にアセトンディップ、硫酸ボイルによって残りのレジスト膜を完全に除去した。
次に、前記パターン形成されたシリコン酸化膜上に、リン酸を含む塗布剤をスピン塗布し、８０℃で３分間ベーキングした。
次に、９００℃で４０分間の拡散熱処理を行い、高濃度選択拡散層７を形成した。
（接合分離）
次に、プラズマエッチング装置を用いて基板外周部を数μｍエッチングし接合分離を行った。
（ガラス層除去）
次に、表面に形成されたリンガラスをフッ酸でエッチングした後、アンモニアと過酸化水素水の混合液で洗浄し、乾燥させた。
（表面保護層及び反射防止膜の形成）
次に、２５０ｋＨｚの周波数を持つダイレクトプラズマＣＶＤ装置を用い、４５０℃の雰囲気下において、基板表面にシリコン窒化膜を１００ｎｍの膜厚で形成した。
【００５８】
（電極形成）
次に、光学センサ２としてデジタルカメラ２を有し、電極形成部５としてスクリーン印刷機を有する、図１に示す装置構成の電極形成装置を用い、受光面側に図３に示すパターンを持つスクリーン製版を用いて、前記高濃度選択拡散層７とフィンガー電極パターンとが正確に重なる様に以下に示す手順で位置合わせを行い、銀を主成分とする電極ペーストをスクリーン印刷し、２００℃で１５分間乾燥した。なお、図３のパターンにおけるフィンガー電極パターンの本数は７８本、長さが１５４ｍｍ、間隔は２．０ｍｍ、開口幅は１００μｍ、バスバー電極パターンの本数は３本、長さ１５４ｍｍ、間隔は３８.５ｍｍ、開口幅は１５００μｍとした。
【００５９】
（（位置合わせ及び印刷手順））
＜準備段階＞
まず、ダミー基板として前記単結晶シリコン基板を用意し、初期設定位置に置かれた可動ステージ４上に前記ダミー基板を真空吸着させ固定した。
次に、可動ステージ４をスクリーン印刷機（画像形成部５）の下の基準位置にスライドさせ、電極ペーストを印刷した。
次に、可動ステージ４をデジタルカメラ（光学センサ２）の下にスライドさせ、実際に印刷された電極パターンを撮影し、コンピューター３で画像処理することにより、ダミー基板における電極パターンを認識させ、電極形成位置（スクリーン印刷機の基準印刷位置で形成した場合の基板における電極の位置領域（基準位置領域）データ）として記憶させた。
【００６０】
＜印刷段階＞
次に、前記受光面側に高濃度選択拡散層７を有する半導体基板６を、可動ステージ４上に非受光面側を真空吸着させ固定した。
次に、前記高濃度選択拡散層７を有する半導体基板６の非受光面側から、光源１を用いて８００〜１２００ｎｍの波長領域を含む光を照射し、受光面側上方に設置した前記デジタルカメラで半導体基板６を透過した光を検出し、前記コンピューター３で画像処理することで前記高濃度選択拡散層７の位置領域を識別した。
次に、可動ステージ４を用い、記憶された電極形成位置と前記高濃度拡散層７の位置合わせを行って半導体基板６をスクリーン印刷機の下にスライドさせた。ここでは、まずコンピューター３により識別された高濃度選択拡散層７の位置領域と形成予定の電極の位置領域との重ね合わせ面積が最大となる半導体基板６上の電極の位置領域（目標位置領域）を求め、ついで前記記憶された電極の基準位置領域と今回求めた目標位置領域に基づいて前記スクリーン印刷機の基準印刷位置からのスライド量、すなわち目標印刷位置を求めて、コンピューター３でその目標印刷位置に可動ステージ４を移動させた。次いで、スクリーン印刷機により半導体基板６上に電極ペーストを印刷した。
【００６１】
次に、半導体基板６の非受光面側に、銀を含む電極ペーストをバスバー部に印刷し、それ以外の部分全面にアルミニウムを含む電極ペーストを印刷し、２００℃で１５分間乾燥した。
次に、７８０℃で１０秒間のピーク部を持つ焼成プロファイルで焼成することで、受光面及び非受光面電極を同時に形成した。
【００６２】
［実施例２］
実施例１において、前記受光面側の電極形成工程の印刷手順の後に以下の手順を加えて電極形成位置の更新補正を行い、それ以外は実施例１と同じ条件で電極形成を行って太陽電池セルサンプルを作製した。
＜電極印刷位置の更新補正＞
電極印刷後、可動ステージ４を前記デジタルカメラの下にスライドさせ、実際に形成された電極位置を撮影し、コンピューター３で画像処理することで、半導体基板６上に形成された電極の位置領域を認識させ、電極形成位置（スクリーン印刷機の前記目標印刷位置で形成した場合の基板における電極の位置領域（修正基準位置領域）データ）として記憶させた。
上記手順により電極形成位置データは更新補正され、次に処理する半導体基板６の電極形成工程の印刷段階における位置合わせに適用した。
【００６３】
［比較例］（従来法：辺合わせ法）
実施例１において、図１の電極形成装置に代えて従来方式の位置合わせ機構を持つスクリーン印刷機を用い、それ以外は実施例１と同じ条件で電極形成を行って太陽電池セルサンプルを作製した。なお、前記受光面側の電極形成工程では、従来法の辺合わせ法として、以下の手順で前記高濃度選択拡散層とフィンガー電極パターンとの位置合わせを行い、スクリーン印刷を行った。
【００６４】
（（位置合わせ及び印刷手順））
＜準備段階＞
まず、ダミー基板として前記単結晶シリコン基板を用意し、初期設定位置に置かれた可動ステージ上に前記ダミー基板を真空吸着させ固定した。
次に、ダミー基板のエッジ部をデジタルカメラで観察し、ダミー基板のエッジ部が前記デジタルカメラの視野内の指定位置に来るよう可動ステージを移動させた（以下、この位置をエッジ指定位置と呼ぶ。）。
次に、可動ステージをスクリーン印刷機の下にスライドさせ、電極ペーストを印刷した。
次に、ダミー基板に印刷された電極パターンの、基準となる辺における基板エッジからフィンガー電極パターン１本目中心までの距離を、光学顕微鏡を用いて測定し、この距離が１０００μｍとなるように可動ステージ位置をエッジ指定位置から微調整し、ダミー基板の印刷と印刷位置の確認と可動ステージ位置の微調整とを繰り返し、電極形成位置として記憶させた。
＜印刷段階＞
次に、前記受光面側に高濃度選択拡散層を有する半導体基板を、前記可動ステージ上に非受光面側を真空吸着させ固定した。
次に、前記可動ステージを用い、記憶された電極形成位置に位置合わせを行った。
次に、前記可動ステージをスクリーン印刷機の下にスライドさせ、電極ペーストを印刷した。
【００６５】
以上のように作製した太陽電池セルを、エアマス１．５の擬似太陽光を用いた電流電圧測定機で特性測定を行った。
表１に、実施例及び比較例で作製した各１０００枚の太陽電池セルの太陽電池特性の平均値と標準偏差を示す。
【００６６】
【表１】
2013232607.tif 000003
【００６７】
表１に示すように、比較例に比べ実施例１は、曲線因子が顕著に上昇し、標準偏差が小さくなった。これは、個々の半導体基板６における高濃度選択拡散層７の位置領域を特定し、これに合せて電極形成を行うことで、電極の重ね合せ精度が向上したためと考えられる。
また、実施例１に比べ実施例２は、更に曲線因子が上昇し、標準偏差が小さくなった。これは、個々の半導体基板６の電極形成後に、電極形成位置を確認し、そのつど更新補正させたことで、電極の重ね合せ精度が更に向上したためと考えられる。
【符号の説明】
【００６８】
１  光源
２  光学センサ
３  コンピューター（制御部）
４  可動ステージ
５  電極形成部
６  半導体基板
７  高濃度選択拡散層
８  入射光
９  透過光
１０  ガラスマスク
１１  マスクパターン
２０  スクリーン製版
２１  フィンガー電極パターン
２２  バスバー電極パターン
【図１】
2013232607.tif 000004
【図２】
2013232607.tif 000005
【図３】
2013232607.tif 000006