(57)【要約】      （修正有）【課題】太陽電池基板結晶内部の欠陥を増大させることなく、光照射によって発生する少数キャリアを高効率に光電流に寄与させ、太陽電池の変換効率を向上させることができるシリコン太陽電池の製造方法を提供する。【解決手段】太陽電池製造プロセスにおける、ｐｎ接合形成のためのＰ（りん）拡散工程において、拡散熱処理条件を７８０℃以上８５０℃以下の温度範囲で、かつ、該温度範囲での拡散熱処理時間を５秒以上３０秒以下とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽電池製造プロセスにおける、ｐｎ接合形成のためのＰ（りん）拡散工程において、拡散熱処理条件を７８０℃以上８５０℃以下の温度範囲で、かつ、該温度範囲での拡散熱処理時間を５秒以上３０秒以下とすることを特徴とするシリコン太陽電池の製造方法。
【請求項２】
使用するＳｉ基板がｐ型の半導体Ｓｉ単結晶基板またはｐ型のＳｉ多結晶基板であることを特徴とする請求項１記載のシリコン太陽電池の製造方法。
【請求項３】
使用する基板がｐ型の薄膜Ｓｉ結晶基板または薄膜アモルファスＳｉ基板であることを特徴とする請求項１記載のシリコン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、シリコン太陽電池の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
実用Ｓｉ（シリコン）太陽電池は、チョクラルスキー法で作製されるＳｉ単結晶インゴットや、キャスト法で作製されるＳｉ多結晶インゴットから厚さ２００ミクロンメートル以下の薄板が切り出され、これを太陽電池の基板材料として用いたものが主流となっている。これら両材料で、現在の実用太陽電池生産量の８割以上を占めている。また、これらのＳｉ結晶のほとんどは、ＩＩＩ族元素であるＢ（ボロン）がドープされたｐ型半導体の結晶である。
【０００３】
ｐ型半導体Ｓｉ結晶を基板として用いた太陽電池では、その製造過程において、基板表面からＰ（リン）などのＶ族元素をドープすることで、基板表面から一定の深さまでｎ型半導体層を作製し、表面近傍にｐｎ接合が形成される。
【０００４】
ｐｎ接合型Ｓｉ太陽電池では、太陽光などの光照射によって生成した電子および正孔がｐｎ接合部近傍における内部電界によって分離され、ｐ型領域に正孔、ｎ型領域に電子がたまることにより起電力を発生する。光照射によりｐ型領域で生成された電子やｎ型領域で生成された正孔は少数キャリアとよばれ、これらの少数キャリアがｐｎ接合部まで到達できなければ光電流に寄与することができない。従って、少数キャリアの数やその寿命（ライフタイム）が太陽電池の特性に大きく影響を及ぼすこととなる。
【０００５】
ｐ型基板の表面近傍にｐｎ接合を形成する方法として、オキシ塩化りん（ＰＯＣｌ３）を基板表面に塗布して８５０℃で３０分間の熱処理を行う方法（例えば、特許文献１または２参照）、リン酸水溶液を塗布して９００℃で５分間の熱処理を行う方法（例えば、特許文献３参照）、リン酸を含有した拡散ペーストをスピン塗布して８８０℃で４０分間の熱処理を行う方法（例えば、特許文献４参照）、Ｐ２Ｏ５を含む薬液を塗布して約９００℃で約３０分間の熱処理を行う方法（例えば、特許文献５参照）、Ｐ２Ｏ５とＴｉ系化合物とアルコールとの混合液からなるＰＴＧ（ＰｈｏｓｐｈｏｒｉｃＴｉｔａｎａｔｅ  Ｇｌａｓｓ）液を塗布して８００℃〜９５０℃の温度で５〜３０分間熱処理を行う方法（例えば、特許文献６参照）、Ｐ（りん）を含むＰＳＧ（ＰｈｏｓｐｈｏＳｌｉｃａｔｅ  Ｇｌａｓｓ）液を塗布して８００〜９００℃で２０分程度の熱処理を行う方法（例えば、特許文献７参照）等が報告されている。
【０００６】
前述のように、ｐ型Ｓｉ結晶基板の表面近傍にｎ型層を作製し、ｐｎ接合を形成する方法としては、Ｐ（りん）を含む溶液を基板表面に塗布して、８００℃〜９５０℃の温度範囲で５分〜４０分間の拡散熱処理を施す方法が一般的である。このような条件で形成されるｐｎ接合の表面からの深さは、およそ０．５μｍ程度である（例えば、非特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平５−２５９４８８号公報
【特許文献２】特開２０００−２９９４８３号公報
【特許文献３】特開２００８−２８２８７７号公報
【特許文献４】特開２０１０−２７７４４号公報
【特許文献５】特開２０１０−９２９６１号公報
【特許文献６】特開２０１０−１０９２０１号公報
【特許文献７】特開２０１０−１１４３４５号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】浜川圭弘・桑野幸徳  共編、「太陽エネルギー工学」、培風館、１９９４年
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
太陽電池の基板として利用されるＳｉ単結晶中には、不純物やミクロボイドなどの点欠陥や転位が必ず存在し、また、Ｓｉ多結晶中には前述の欠陥の他に、亜粒界や結晶粒界など多くの欠陥が存在する。
【００１０】
このようなＳｉ結晶基板内部に存在する欠陥は、非特許文献１等に記載のような従来の５分〜４０分間の長時間のＰ（りん）の拡散熱処理の間に、再分布したり増殖したりする。再分布や増殖した欠陥は、基板表面から結晶内部へ光が侵入する際の妨げとなり、また、光照射によって発生した少数キャリアを消滅させるため、発生した少数キャリアの一部がｐｎ接合部まで到達する前に消滅してしまうという課題があった。
【００１１】
本発明は、このような課題に着目してなされたもので、太陽電池基板結晶内部の欠陥を増大させることなく、光照射によって発生する少数キャリアを高効率に光電流に寄与させ、太陽電池の変換効率を向上させることができるシリコン太陽電池の製造方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために、本発明に係るシリコン太陽電池の製造方法は、太陽電池製造プロセスにおける、ｐｎ接合形成のためのＰ（りん）拡散工程において、拡散熱処理条件を７８０℃以上８５０℃以下の温度範囲で、かつ、該温度範囲での拡散熱処理時間を５秒以上３０秒以下とすることを特徴とする。
【００１３】
本発明に係るシリコン太陽電池の製造方法は、ｐ型Ｓｉ結晶基板にＰ（りん）拡散によりｐｎ接合を形成させる際、拡散熱処理時間を極めて短時間にすることにより拡散熱処理による基板の劣化を防ぎ、また基板表面の極浅い場所にｐｎ接合を形成させて、基板結晶中の欠陥の影響を極力減らすことで電流密度を最大限に引き上げ太陽電池の高効率化を達成する方法である。
【００１４】
本発明に係るシリコン太陽電池の製造方法は、ｐ型Ｓｉ結晶基板の表面にＰ（りん）を含む溶液を塗布し、７８０℃〜８５０℃の温度で５秒〜３０秒という極短時間の拡散熱処理を行うことにより、Ｐを表面から数ｎｍ〜数十ｎｍ拡散させ、表面から極浅い位置にｐｎ接合を形成することができる。これにより、基板結晶内部に存在する、あらゆる欠陥における少数キャリアの消滅や損失を防止することができる。
【００１５】
本発明に係るシリコン太陽電池の製造方法は、使用するＳｉ基板がｐ型の半導体Ｓｉ単結晶基板またはｐ型のＳｉ多結晶基板であってもよい。また、使用する基板がｐ型の薄膜Ｓｉ結晶基板または薄膜アモルファスＳｉ基板であってもよい。本発明による数秒〜数十秒という極短時間の拡散熱処理時間でｐｎ接合を形成させた太陽電池は、従来の数分〜数十分の拡散熱処理時間でｐｎ接合を形成させた太陽電池に比べて、高効率な特性が得られるだけでなく、ｐｎ接合プロセスにかかる時間を大幅に短縮することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、太陽電池基板結晶内部の欠陥を増大させることなく、光照射によって発生する少数キャリアを高効率に光電流に寄与させ、太陽電池の変換効率を向上させることができるシリコン太陽電池の製造方法を提供することができる。本発明により、太陽電池の短絡電流密度と開放電圧が増加するため、エネルギー変換効率が従来プロセスを施した太陽電池と比較して１％以上向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明のシリコン太陽電池の製造方法により製造された太陽電池、および、従来技術の熱処理時間により製造された太陽電池のＩ−Ｖ曲線を示すグラフである。
【図２】本発明のシリコン太陽電池の製造方法により製造された太陽電池、および、従来技術の熱処理時間により製造された太陽電池の外部量子効率（Ｅｘｔｅｒｎａｌ  ｑｕａｎｔｕｍ  ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ）を示すグラフである。
【図３】本発明のシリコン太陽電池の製造方法により、Ｐ拡散の熱処理時間を５秒から４０秒まで変えて製造された太陽電池のＩ−Ｖ曲線を示すグラフである。
【図４】本発明のシリコン太陽電池の製造方法により、Ｐ拡散の熱処理温度を８２５℃から８６０℃まで変えて製造された太陽電池のＩ−Ｖ曲線を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明のシリコン太陽電池の製造方法によるｐｎ接合形成プロセスが太陽電池の高効率化に有効であることを実証するために、チョクラルスキー法により作製された市販のＳｉ単結晶基板を用いて太陽電池を試作し、特性評価を行った。
【００１９】
抵抗率２．６Ωｃｍ、基板厚さ約４００μｍのｐ型Ｓｉ（１００）単結晶基板を、１．８ｃｍ角にカットし、太陽電池試作用の基板とした。基板表面のテクスチャー構造は作製せず、鏡面表面のまま用いた。基板表面を、ＨＦ：ＨＮＯ３、１０％ＨＦ溶液および純水で洗浄した後、Ｐ（りん）を含むＯＣＤ（Ｏｈｋａ  Ｃｏａｔ  Ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ  ｔｙｐｅ  Ｐ−５９２３０）溶液をスピンコートにより塗布した。ｐｎ接合プロセスは、本発明による極短時間の拡散熱処理プロセスを用いた。８３５℃で１０秒間という極短時間の熱処理により、ｐｎ接合を表面から極浅い位置に形成した。比較のため、従来技術の熱処理時間（５分、７分、１０分、１５分）を用いた試料も作製した。熱処理温度は、いずれの基板も８３５℃とした。熱処理後、全ての基板において、ＩＴＯを用いた単層反射防止膜（７５−８０ｎｍ）をスパッタによって成膜し、基板の裏面にＡｌペースト電極を７６０℃で約６０秒間焼成し、受光面にＡｇフィンガー電極を作製して太陽電池とした。
【００２０】
図１は、試作した各太陽電池のＩ−Ｖ曲線である。縦軸は短絡電流密度（Ｃｕｒｒｅｎｔ  ｄｅｎｓｉｔｙ）ＪＳＣであり、横軸は開放電圧（Ｖｏｌｔａｇｅ）ＶＯＣである。本発明による、拡散熱処理時間を１０秒とした高速ｐｎ接合プロセスを用いて作製した太陽電池（δ  Ｄｉｆｆ．  １０ｓｅｃ）は、従来の技術である５分〜１５分の拡散熱処理時間によりｐｎ接合を作製した太陽電池（Ｃｏｎｖ．  ５，７，１０，１５  ｍｉｎ）と比較して、短絡電流密度および開放電圧が増加した結果、変換効率が１％程度向上しており、本発明の有効性が実証された。
【００２１】
図２は、各太陽電池の外部量子効率（Ｅｘｔｅｒｎａｌ  ｑｕａｎｔｕｍ  ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ）の測定結果である。本発明により作製した太陽電池（δ  Ｄｉｆｆ．  １０ｓｅｃ）は、従来技術により作製した太陽電池（Ｃｏｎｖ．  ５，７，１０，１５  ｍｉｎ）に比べて、６００ｎｍ〜１２００ｎｍの波長領域で量子効率の向上が見られる。これは、従来の技術では拡散熱処理時間が長いため、熱処理中に結晶内部に存在する転位の増殖が起こり、発生したキャリアが転位によって消滅してしまうが、本発明では極短時間の熱処理のため、熱処理中の転位の増殖が起こらないためである。
【００２２】
次に、同様の基板を用いて、Ｐ拡散のための熱処理時間の最適範囲を調べるために、熱処理時間を５秒から４０秒まで変えてｐｎ接合を作製し、太陽電池を作製した。Ｐ拡散のための熱処理温度は、いずれも８４０℃とした。
【００２３】
図３は、各太陽電池のＩ−Ｖ曲線である。Ｐ拡散のための熱処理時間が５秒から３０秒までは、Ｉ−Ｖ曲線の曲線因子（ＦＦ）が０．７０５以上であり、良好な太陽電池特性が得られているが、熱処理時間が４０秒のときは、ＦＦが０．６７３という低い値となり、特性の向上はみられない。この結果より、Ｐ拡散のための拡散熱処理時間としては、５秒から３０秒までの範囲が適当であるといえる。
【００２４】
さらに、Ｐ拡散のための最適な熱処理温度範囲を調べるために、熱処理温度を８２５℃から８６０℃まで変えてｐｎ接合を作製し、太陽電池を作製した。熱処理時間は、いずれも１０秒とした。
【００２５】
図４は、各太陽電池のＩ−Ｖ曲線である。Ｐ拡散のための熱処理温度が８２５℃から８５０℃までは、Ｉ−Ｖ曲線のＦＦが０．７２６以上であり、良好な太陽電池特性が得られているが、熱処理温度が８６０℃のときは、ＦＦが０．６６５という低い値となり、特性の向上はみられない。熱処理温度が高くなると、Ｐの拡散が速くなり、短時間の熱処理においても表面から深い位置にｐｎ接合が形成されるためである。
【００２６】
同様に、Ｐ拡散のための熱処理温度を７６０℃から８００℃まで変えて、熱処理時間を１０秒として特性を評価したところ、熱処理温度が７８０℃未満の時には特性の向上が見られなかった。これは、熱処理温度が低い時、短時間の熱処理ではＰの拡散が起こりにくく、ｐｎ接合の形成自体が困難となるためである。以上の結果より、最適な熱処理温度範囲は、７８０℃以上８５０℃以下である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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