(57)【要約】【課題】太陽電池セルにおける電極と基板との信頼性の高い低抵抗な導通を実現する技術を提供する。【解決手段】太陽電池セルの製造方法は、太陽電池用の基板の受光面側にエミッタ層を形成するエミッタ層形成工程と、基板の受光面の一部が露出するように、パターニングされた反射防止膜を基板上に形成する反射防止膜形成工程と、反射防止膜をマスクとして、露出した部分に不純物を注入しコンタクト領域を形成するコンタクト領域形成工程と、コンタクト領域の上に受光面電極を形成する電極形成工程と、を含む。【選択図】図４
2013171943.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽電池用の基板の受光面側にエミッタ層を形成するエミッタ層形成工程と、
前記基板の受光面の一部が露出するように、パターニングされた反射防止膜を前記基板上に形成する反射防止膜形成工程と、
前記反射防止膜をマスクとして、前記露出した部分に不純物を注入しコンタクト領域を形成するコンタクト領域形成工程と、
前記コンタクト領域の上に受光面電極を形成する電極形成工程と、
を含む太陽電池セルの製造方法。
【請求項２】
太陽電池用の基板の受光面側にエミッタ層を形成するエミッタ層形成工程と、
前記エミッタ層の所定の領域に不純物濃度が他より高いコンタクト領域を形成するコンタクト領域形成工程と、
前記コンタクト領域が露出するように、パターニングされた反射防止膜を前記基板上に形成する反射防止膜形成工程と、
前記コンタクト領域の上に受光面電極を形成する電極形成工程と、
を含む太陽電池セルの製造方法。
【請求項３】
太陽電池用の基板の受光面の一部が露出するように、パターニングされた反射防止膜を前記基板上に形成する反射防止膜形成工程と、
前記基板の露出した部分に受光面電極を形成する電極形成工程と、
を含む太陽電池セルの製造方法。
【請求項４】
エミッタ層が形成されている半導体基板と、
前記エミッタ層を覆うとともに、貫通部を形成するようにパターニングされた反射防止膜と、
前記反射防止膜に形成されている貫通部に設けられている受光面電極と、を備えることを特徴とする太陽電池セル。
【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太陽電池セルに関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池は、シリコンなどの半導体材料が光を吸収した際に発生する電子正孔対が、電池内部に形成されたｐｎ接合等による電界によって、電子はｎ層側へ、正孔はｐ層側へ移動することで、外部回路へ電流として取り出される。ｐｎ接合やコンタクト層の形成には、局所的に不純物の濃度や種類を異ならせる処理が必要である。
【０００３】
また、太陽電池の内部に取り込まれる光を極力多くするために、シリコン基板の受光面側には反射防止膜が形成される。そのため、シリコン基板のエミッタ層の一部と受光面電極との導通は、反射防止膜を挟んで行う必要がある。
【０００４】
例えば、特許文献１には、反射防止膜の上に銀ペーストを所定のパターンで印刷し、高温で焼成することにより、銀ペーストの一部の成分が反射防止膜に浸透し、不純物濃度が高いエミッタ層との導通が達成される太陽電池の製造方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−１２４４８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述の製造方法では、銀ペーストを、反射防止膜を介して不純物濃度が高いエミッタ層まで適切に浸透させる必要がある。そのため、適切な電極ペーストが選択されなかったり、焼成条件が正確でなかったりすると、コンタクト抵抗の上昇による変換効率の低下を招いたり、電極浸透が深くなりすぎて、ｐｎ接合層での突き抜けの問題が発生したりする場合がある。
【０００７】
本発明のある態様の例示的な目的のひとつは、太陽電池セルにおける電極と基板との信頼性の高い低抵抗な導通を実現する技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明のある態様の太陽電池セルの製造方法は、太陽電池用の基板の受光面側にエミッタ層を形成するエミッタ層形成工程と、基板の受光面の一部が露出するように、パターニングされた反射防止膜を基板上に形成する反射防止膜形成工程と、反射防止膜をマスクとして、露出した部分に不純物を注入しコンタクト領域を形成するコンタクト領域形成工程と、コンタクト領域の上に受光面電極を形成する電極形成工程と、を含む。
【０００９】
本発明の別の態様もまた、太陽電池セルの製造方法である。この方法は、太陽電池用の基板の受光面側にエミッタ層を形成するエミッタ層形成工程と、エミッタ層の所定の領域に不純物濃度が他より高いコンタクト領域を形成するコンタクト領域形成工程と、コンタクト領域が露出するように、パターニングされた反射防止膜を基板上に形成する反射防止膜形成工程と、コンタクト領域の上に受光面電極を形成する電極形成工程と、を含む。
【００１０】
本発明のさらに別の態様もまた、太陽電池セルの製造方法である。この方法は、太陽電池用の基板の受光面の一部が露出するように、パターニングされた反射防止膜を基板上に形成する反射防止膜形成工程と、基板の露出した部分に受光面電極を形成する電極形成工程と、を含む。
【００１１】
本発明のさらに別の態様は、太陽電池セルである。この太陽電池セルは、エミッタ層が形成されている半導体基板と、エミッタ層を覆うとともに、貫通部を形成するようにパターニングされた反射防止膜と、反射防止膜に形成されている貫通部に設けられている受光面電極と、を備えている。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、太陽電池セルにおける電極と基板との信頼性の高い低抵抗な導通を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第１の実施の形態に係る太陽電池セルの製造方法のフローチャートである。
【図２】図２（ａ）〜図２（ｅ）は、第１の実施の形態に係る太陽電池セルの製造方法の各工程における半導体基板の概略断面図である。
【図３】図３（ａ）〜図３（ｄ）は、第１の実施の形態に係る太陽電池セルの製造方法の各工程における半導体基板の概略断面図である。
【図４】第２の実施の形態に係る太陽電池セルの製造方法のフローチャートである。
【図５】図５（ａ）〜図５（ｄ）は、第２の実施の形態に係る太陽電池セルの製造方法の各工程における半導体基板の概略断面図である。
【図６】図６（ａ）〜図６（ｃ）は、第２の実施の形態に係る太陽電池セルの製造方法の各工程における半導体基板の概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。なお、以下に述べる構成は例示であり、本発明の範囲を何ら限定するものではない。また、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。また、製造方法を説明する際に示す各断面図において、半導体基板やその他の層の厚みや大きさは説明の便宜上のものであり、必ずしも実際の寸法や比率を示すものではない。
【００１５】
（第１の実施の形態）
図１は、第１の実施の形態に係る太陽電池セルの製造方法のフローチャートである。図２（ａ）〜図２（ｅ）は、第１の実施の形態に係る太陽電池セルの製造方法の各工程における半導体基板の概略断面図である。図３（ａ）〜図３（ｄ）は、第１の実施の形態に係る太陽電池セルの製造方法の各工程における半導体基板の概略断面図である。
【００１６】
本実施の形態では、半導体基板としてｐ型の単結晶シリコン基板を使用した場合について説明するが、ｎ型のシリコン基板や多結晶基板、他のｐ型又はｎ型の化合物半導体基板を使用する場合にも本発明を適用できる。以下、図１〜図３を参照して本実施の形態に係る太陽電池セルの製造方法について説明する。
【００１７】
はじめに、図２（ａ）に示すように、単結晶シリコンインゴットをマルチワイヤ法でスライスすることによりｐ型のシリコン基板１０を用意する。次に、基板表面のスライスによるダメージをアルカリ溶液で取り除いた後、最大高さ１０μｍ程度の微細凹凸（テクスチャ：図２（ａ）では不図示）を受光面に形成する（図１のＳ１０）。このような凹凸構造による散乱により光の閉じ込め効果が得られ、変換効率の向上に寄与する。
【００１８】
次に、図２（ｂ）に示すように、基板の受光面側に、基板とは逆導電型となるｎ型ドーパントをイオン注入により全面注入させることによりｎ型のエミッタ層１２を形成する（図１のＳ１２）。
【００１９】
次に、図２（ｃ）に示すように、エミッタ層１２の所定の領域が露出するようにパターニングされたマスクを形成する（図１のＳ１４）。マスクは、フォトリソグラフィ法、印刷法によって形成されたものや、ハードマスクを用いることができる。
【００２０】
次に、図２（ｄ）に示すように、再度、基板の受光面側に、基板とは逆導電型となるｎ型ドーパントをイオン注入により全面注入する。この際、マスクにより被覆されていない、エミッタ層１２の露出した所定の領域１２ａ（図２（ｃ）参照）に選択的にイオンが注入される。これにより、エミッタ層１２の所定の領域に不純物濃度が他より高いコンタクト領域１６が形成される（図１のＳ１６）。このように基板の一部に選択的にイオンを注入し、不純物濃度の高いコンタクト領域を形成する手法を選択エミッタともいう。これらの手法により、イオン注入が不要な箇所をマスキングした後に、イオン注入が行われることで、マスキングがされてない部分に対応した選択的なイオン注入パターンが基板の所定の領域に形成される。
【００２１】
次に、図２（ｅ）に示すように、シリコン基板１０からマスク１４を除去し（図１のＳ１８）、基板全体に活性化アニール処理を施す（図１のＳ２０）。
【００２２】
次に、図３（ａ）に示すように、コンタクト領域１６をマスキングするようにマスク１８を形成する（図１のＳ２２）。そして、図３（ｂ）に示すように、エミッタ層１２の表面のうち、マスク１８でマスクされている以外の領域上に、ＣＶＤ法等によりＳｉＮやＴｉＯ２等の反射防止膜２０を形成する（図１のＳ２４）。反射防止膜２０の厚みは、例えば、１０〜１００ｎｍ程度である。その後、図３（ｃ）に示すように、シリコン基板１０からマスク１８を除去する（図１のＳ２６）。これらの工程により、コンタクト領域１６が露出するように、パターニングされた反射防止膜２０を基板上に形成することができる。
【００２３】
次に、図３（ｄ）に示すように、反射防止膜２０のパターンに沿って、コンタクト領域１６の上に直接受光面電極２２を形成する（図１のＳ３０）。受光面電極２２は、銀（Ａｇ）を主成分とする受光面電極用ペーストを、例えば幅５０〜１００μｍ程度の櫛形状に印刷、焼成することにより形成する。受光面電極２２の高さは１０〜５０μｍ程度である。
【００２４】
また、この段階で、裏面電極２４もアルミニウム（Ａｌ）を主成分とする裏面電極用ペーストを用いて印刷、焼成することにより形成される。その際、ペーストに含まれているＡｌがシリコン基板１０の内部に拡散し、裏面電極２４付近にｐ＋層２６を形成する。これにより、ＢＳＦ（Back Surface Field）効果を得ることができる。
なお、活性化アニール処理は、イオン注入が行われた後であって図１のＳ１８〜Ｓ３０の間に適宜実施することも可能である。また、Ｓ１２におけるエミッタ層の形成やＳ１６におけるコンタクト領域の形成に、イオン注入法ではなく熱拡散法等の他の手法を用いた場合には、活性化アニール処理を省略することもできる。
【００２５】
以上の工程により、太陽電池セル１００が製造される。この太陽電池セル１００は、エミッタ層１２が形成されているシリコン基板１０と、エミッタ層１２を覆うとともに、貫通部２０ａを形成するようにパターニングされた反射防止膜２０と、シリコン基板１０のエミッタ層１２まで貫通するように反射防止膜２０に形成されている貫通部２０ａに設けられている受光面電極２２と、を備えている。貫通部２０ａは、エミッタ層１２のうち不純物濃度が他より高いコンタクト領域１６の上方に形成されている。
【００２６】
コンタクト領域１６の上に反射防止膜２０を介さずに直接受光面電極２２が形成されているため、受光面電極２２を構成するペースト材の選定や、ペースト材の焼成条件の選定および管理が容易となる。結果として、シリコン基板１０と受光面電極２２との低抵抗な導通が実現される。
【００２７】
また、本実施の形態に係る太陽電池セル１００の製造方法は、換言すると、太陽電池用のシリコン基板１０の受光面の一部が露出するように、パターニングされた反射防止膜２０をシリコン基板１０上に形成する反射防止膜形成工程と、反射防止膜２０をマスクとして、シリコン基板１０の露出した部分に受光面電極２２を形成する電極形成工程と、を含むことになる。
【００２８】
（第２の実施の形態）
図４は、第２の実施の形態に係る太陽電池セルの製造方法のフローチャートである。図５（ａ）〜図５（ｄ）は、第２の実施の形態に係る太陽電池セルの製造方法の各工程における半導体基板の概略断面図である。図６（ａ）〜図６（ｃ）は、第２の実施の形態に係る太陽電池セルの製造方法の各工程における半導体基板の概略断面図である。
【００２９】
以下、図４〜図６を参照して本実施の形態に係る太陽電池セルの製造方法について説明する。なお、第１の実施の形態と同様の構成や工程については説明を適宜省略する。
【００３０】
はじめに、図５（ａ）に示すように、単結晶シリコンインゴットをマルチワイヤ法でスライスすることによりｐ型のシリコン基板１０を用意する。次に、基板表面のスライスによるダメージをアルカリ溶液で取り除いた後、最大高さ１０μｍ程度の微細凹凸（テクスチャ：図５（ａ）では不図示）を受光面に形成する（図４のＳ３２）。
【００３１】
次に、図５（ｂ）に示すように、基板の受光面側に、基板とは逆導電型となるｎ型ドーパントをイオン注入により全面注入させることによりｎ型のエミッタ層１２を形成する（図４のＳ３４）。
【００３２】
次に、図５（ｃ）に示すように、後述する選択エミッタにより形成されるコンタクト領域に対応する所定の部分をマスキングするようにマスク１８を形成する（図４のＳ３６）。そして、図５（ｄ）に示すように、エミッタ層１２の表面のうち、マスク１８でマスクされている以外の領域上に、ＣＶＤ法等によりＳｉＮやＴｉＯ２等の反射防止膜２０を形成する（図４のＳ３８）。その後、図６（ａ）に示すように、シリコン基板１０からマスク１８を除去する（図１のＳ４０）。これらの工程により、シリコン基板１０の受光面の一部が露出するように、パターニングされた反射防止膜２０をシリコン基板１０上に形成することができる。
【００３３】
次に、図６（ｂ）に示すように、再度、シリコン基板１０の受光面側に、シリコン基板１０とは逆導電型となるｎ型ドーパントをイオン注入により全面注入する。この際、反射防止膜２０をマスクとして、露出した部分に不純物を注入しコンタクト領域１６を形成する。つまり、反射防止膜２０により被覆されていない、エミッタ層１２の露出した所定の領域１２ａ（図６（ａ）参照）に選択的にイオンが注入される。これにより、エミッタ層１２の所定の領域に不純物濃度が他より高いコンタクト領域１６が形成される（図４のＳ４２）。その後、基板全体に活性化アニール処理を施す（図４のＳ４４）。
【００３４】
ここで、イオン注入におけるｎ型ドーパントのエネルギーによっては、ｎ型ドーパントが反射防止膜２０を突き抜けてエミッタ層に到達する場合があり、エミッタ層の性能を低下させる可能性がある。そこで、反射防止膜２０に注入されたｎ型ドーパントのほとんどがエミッタ層まで到達しないように、反射防止膜２０の膜厚やイオン注入のエネルギーを適宜選択するとよい。
【００３５】
次に、図６（ｃ）に示すように、反射防止膜２０のパターンに沿って、コンタクト領域１６の上に直接受光面電極２２を形成する（図４のＳ４６）。受光面電極２２の形成方法は第１の実施の形態と同様である。また、この段階で、裏面電極２４も形成する。裏面電極２４の形成方法は第１の実施の形態と同様である。その際、裏面電極用ペーストに含まれているＡｌがシリコン基板１０の内部に拡散し、裏面電極２４付近にｐ＋層２６を形成する。これにより、ＢＳＦ（Back Surface Field）効果を得ることができる。
【００３６】
以上の工程により、第１の実施の形態に係る太陽電池セル１００と同じ構成の太陽電池セル２００が製造される。コンタクト領域１６の上に反射防止膜２０を介さずに直接受光面電極２２が形成されているため、受光面電極２２を構成するペースト材の選定や、ペースト材の焼成条件の選定および管理が容易となる。また、第２の実施の形態に係る製造方法と比較して、第２の実施の形態に係る製造方法は、２つの異なるマスクを用いることなく、反射防止膜２０をマスクの一つとして利用することで、専用のマスクの数を低減できる。そして、反射防止膜２０のパターンを用いたセルフアラインによって、エミッタ層１２の露出した部分に沿ってコンタクト領域１６が形成される。結果として、位置合わせ精度が向上するとともに、シリコン基板１０と受光面電極２２との低抵抗な導通が実現される。
【００３７】
また、本実施の形態に係る太陽電池セル２００の製造方法も、換言すると、太陽電池用のシリコン基板１０の受光面の一部が露出するように、パターニングされた反射防止膜２０をシリコン基板１０上に形成する反射防止膜形成工程と、反射防止膜２０をマスクとして、シリコン基板１０の露出したコンタクト領域１６の上に受光面電極２２を形成する電極形成工程と、を含むことになる。
【００３８】
この方法によると、反射防止膜２０をマスクとして、エミッタ層１２の露出した部分に沿って、コンタクト領域１６が形成できるため、受光面電極２２と基板のコンタクト領域１６との位置合わせを容易に精度良くできる。また、コンタクト領域１６の上に反射防止膜２０を介さずに直接受光面電極２２が形成されているため、受光面電極２２を構成するペースト材の選定や、ペースト材の焼成条件の選定および管理が容易となる。結果として、位置合わせ精度が向上するとともに、シリコン基板１０と受光面電極２２との低抵抗な導通が実現される。
【００３９】
また、エミッタ層１２にコンタクト領域１６をイオン注入で形成する際の、ドーピングイオンの注入飛程は、反射防止膜２０の膜厚以下となるように選択される。そのため、反射防止膜２０に注入されたイオンは、反射防止膜２０を透過してエミッタ層１２まで到達することはなく、そのほとんどが反射防止膜２０に留まることになる。その結果、エミッタ層１２のドーズ量には大きく影響を与えることはない。
【００４０】
また、図４の工程Ｓ３６（図５（ｃ）に対応）におけるマスクとして、真空装置内で基板表面に対して接離可能なハードマスク、ステンシルマスク等を用いるとよい。これにより、図４に示す工程Ｓ３４から工程Ｓ４２までの処理を、一旦大気に戻すことなく、一連の真空環境下で行え、装置のインライン化が容易となる。なお、マスクは、その形状とマスク部のサイズからワイヤ等を用いてもよい。さらには、図４の工程Ｓ４４において、フラッシュランプ等の真空層内で処理できるアニール方法を採用すれば、図４に示す工程Ｓ３４から工程Ｓ４４までの処理を、一旦大気に戻すことなく、一連の真空環境下で行える。
【００４１】
上述のように、各実施の形態に係る太陽電池セルの製造方法によれば、受光面電極２２の焼成時に、反射防止膜２０の内部を浸透させてシリコン基板１０と導通させる必要はないため、焼成条件の幅を広げることができ、制御の容易化、太陽電池セルの品質の安定化が図られる。
【００４２】
以上、本発明を上述の各実施の形態を参照して説明したが、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、各実施の形態の構成を適宜組み合わせたものや置換したものについても本発明に含まれるものである。また、当業者の知識に基づいて各実施の形態におけるイオン注入装置、イオン注入装置、搬送容器などにおいて各種の設計変更等の変形を実施の形態に対して加えることも可能であり、そのような変形が加えられた実施の形態も本発明の範囲に含まれうる。
【符号の説明】
【００４３】
１０  シリコン基板、  １２  エミッタ層、  １４  マスク、  １６  コンタクト領域、  １６  受光面電極、  １８  マスク、  ２０  反射防止膜、  ２０ａ  貫通部、  ２２  受光面電極、  ２４  裏面電極、  １００，２００  太陽電池セル。
【図１】
2013171943.tif 000003
【図２】
2013171943.tif 000004
【図３】
2013171943.tif 000005
【図４】
2013171943.tif 000006
【図５】
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【図６】
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