(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板の表面の第１の所定部分に拡散処理剤を付着させるとともに、第２の所定部分に拡散防止剤を付着させる付着工程と、
炉内を流下する雰囲気ガスの流量が、炉内の温度を半導体基板に形成する不純物半導体層の成長効率が最も高くなる最適温度に保持できる流量の４倍以上でかつ８倍以下となるように、雰囲気ガスが流下される炉内で、拡散処理剤および拡散防止剤が付着された複数の半導体基板を加熱する熱拡散工程とを含むことを特徴とする太陽電池セルの製造方法。
【請求項２】
雰囲気ガスの流量は、前記最適温度を保持できる流量の６．５倍以上でかつ８倍以下であることを特徴とする請求項１記載の太陽電池セルの製造方法。
【請求項３】
半導体基板の厚み方向一方表面に拡散処理剤が付着され、半導体基板の厚み方向他方表面に拡散防止剤が付着され、
各半導体基板は、雰囲気ガスの流下方向上流側に厚み方向他方表面を臨ませて配置されることを特徴とする請求項１または２に記載の太陽電池セルの製造方法。
【請求項４】
雰囲気ガスは、半導体基板に付着される拡散処理剤および拡散防止剤と化学反応しないガスであ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セルの製造方法。
【請求項５】
前記拡散防止剤は、チタン、酸化チタンおよびガラスの少なくともいずれか１つを含んで成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セルの製造方法。
【請求項６】
熱拡散工程で半導体基板の表面の第１の所定位置に不純物半導体層を形成した後、半導体基板の表面の第２の所定位置に付着された拡散防止剤を、弗化水素溶液に溶出させて除去する防止剤除去工程を含む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セルの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体基板に不純物半導体層を形成する太陽電池セルの製造方法に関する。なお本明細書において、「不活性ガス」は、アルゴン、ネオン、ヘリウム、クリプトン、キセノンおよびラドンである元素周期表第０属に属する元素から成るガスならびに窒素ガスを含む。
【０００２】
【従来の技術】
太陽電池セルは、第１導電型半導体基板の表面部分に、第２半導体層が形成され、ＰＮ接合部分が形成される。従来の技術の太陽電池セルの製造方法は、Ｐ型導電型半導体基板（以下Ｐ型半導体基板と呼ぶ）にＰＮ接合部分を形成するために、Ｐ型半導体基板の厚み方向一方側の表面にＮ型半導体層を形成する。Ｎ型半導体層の形成には、ＰＯＣｌ3を用いた気相拡散法またはＰ2Ｏ5を用いた塗布拡散法などのＮ型導電型の不純物を熱拡散させる方法およびＮ型導電型の不純物をイオン化し、加速してＰ型半導体基板に打ち込むイオン打ち込み法などが用いられる。このうち熱拡散法は、装置の構造が単純で、取り扱いが容易であり、安価であるという特徴を有する。
【０００３】
このような熱拡散法を用いた第１の従来の技術の太陽電池セルの製造方法は、塗布工程と、熱拡散工程とを含む。塗布工程は、太陽電池セルとして構成したときに受光面となる、Ｐ型シリコンウェハの厚み方向一方の面に、Ｎ型導電型の不純物であるＰ2Ｏ5を主成分とする拡散処理剤を塗布する工程である。熱拡散工程は、拡散処理剤が塗布された後のＰ型シリコンウェハを、拡散炉で一定時間加熱する工程である。熱拡散工程では、炉内の拡散温度条件を均一にするために、少量の窒素を流した雰囲気下で行われる場合がある。
【０００４】
拡散処理剤に含まれるリンは、熱拡散工程で、Ｐ型シリコンウェハ厚み方向一方側表面からＰ型シリコンウェハ内部に透過し、Ｐ型シリコンウェハの厚み方向一方側部分にＮ型半導体層を形成する。これによってＰ型半導体基板のＰ型半導体部分とＮ型半導体層とが隣接するＰＮ接合部分が形成される。
【０００５】
熱加熱工程時において、加熱によって拡散処理剤に含まれる一部のリンが気化する。気化したリンは、Ｐ型シリコンウェハの厚み方向他方の面にまわりこんで付着し、厚み方向他方の面側で拡散するアウト拡散（Out diffusion）現象が生じる。アウト拡散によってリンが、Ｐ型シリコンウェハの厚み方向他方側から内方に向かって透過し、ＰＮ接合部分まで達する。リンを含んだ半導体部分は、Ｎ型半導体となる。したがってＰＮ接合部分のＰ型半導体層形成側に、Ｎ型半導体部分が形成され、Ｐ型半導体部分の比率が低下し、ＰＮ接合部を良好に形成することができない。
【０００６】
このように第１の従来の技術の製造方法では、ＰＮ接合部分において、Ｐ型半導体層形成側のＰ型半導体部分の比率が低下する。これによって製造される太陽電池セルは、リーク電流が増加するとともに出力電力が低下し、太陽電池セルとしての特性が著しく低下する。
【０００７】
また第２の従来の技術の太陽電池セルの製造方法として、塩化水素を含む雰囲気中で、前記熱拡散工程を行う技術が、たとえば特開昭５４―６４９８５号公報に開示される。拡散処理剤から気化したリンが雰囲気中の塩素と反応することによって、リンと塩素との化合物が形成されて、気化したリンを捕捉する。これによってリンが、Ｐ型シリコンウェハの厚み方向他方側にまわりこむことを防止する。
【０００８】
また第３の従来の技術の太陽電池セルの製造方法として、前記Ｐ型シリコンウェハの受光面となる面の反対側の面にチタンを含む拡散防止剤を塗布する方法がある。前記拡散防止剤を付着したシリコンウェハを加熱することによって、シリコンウェハの拡散防止剤塗布部分にチタンを含むＴｉＯ2膜の拡散防止膜を形成する。拡散防止膜は、拡散を防止するマスクとなる。熱拡散工程で気化したリンは、拡散防止膜に付着する。これによってリンが、Ｐ型シリコンウェハの拡散防止膜付着部分に直接付着することを防止し、Ｐ型シリコンウェハの拡散防止膜付着部分で拡散が生じることを防止する。このような従来の技術は、たとえば特開昭５９−１８２５７７号公報に開示され、また本件出願人も、たとえば特願昭６３−１８４３９６号公報および特願平３−１７７０３号公報に開示する技術を既に提案し、実施している。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
第２の従来の技術の太陽電池セルの製造方法では、塩化水素が活性元素であり、拡散処理剤から気化した不純物と化学反応する。このような化学反応によって化合物が生成される。したがって熱拡散工程を終えた半導体基板に、塩素および塩素化合物が付着するおそれがある。したがって次の工程として、塩素および塩素化合物を除去する工程を行う必要があり、工程数が増加するという問題がある。また塩素または塩素化合物が、半導体基板に残留することによって、熱拡散工程後の太陽電池セルの製造工程に悪影響を及ぼし、太陽電池セルの性能が低下するという問題がある。
【００１０】
太陽電池セルの生産性を向上するために、熱拡散工程は、拡散炉内に複数の半導体基板が収容された状態で行われることがある。たとえば本件出願人が既に実施している熱拡散工程では、拡散炉内に２００〜３００枚の半導体基板が収納される。複数の半導体基板が拡散炉に収容された場合、半導体基板ごとに付着したそれぞれの拡散処理膜から不純物が気化し、炉内に充満する不純物の濃度が高くなる。
【００１１】
第３の従来の技術の太陽電池セルの製造方法では、上述のように気化した不純物の濃度が高い場合には、気化した不純物が、拡散防止膜を透過し、半導体基板のＰＮ接合部分まで達する。不純物がＰＮ接合部分まで達することによって、ＰＮ接合部分を良好に形成することができず、製造される太陽電池セルのリーク電流が増加し、品質が低下するという問題が生じる。
【００１２】
したがって本発明の目的は、製造される太陽電池セルの特性を均一化するとともに、各半導体基板の所望の部分以外に不純物半導体層が形成されることを防ぎ、リーク電流の少ない太陽電池セルの製造方法を提供することである。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、半導体基板の表面の第１の所定部分に拡散処理剤を付着させるとともに、第２の所定部分に拡散防止剤を付着させる付着工程と、
炉内を流下する雰囲気ガスの流量が、炉内の温度を半導体基板に形成する不純物半導体層の成長効率が最も高くなる最適温度に保持できる流量の４倍以上でかつ８倍以下となるように、雰囲気ガスが流下される炉内で、拡散処理剤および拡散防止剤が付着された複数の半導体基板を加熱する熱拡散工程とを含むことを特徴とする太陽電池セルの製造方法である。
【００２０】
本発明に従えば、半導体基板の表面の第２の所定部分に拡散防止剤を付着させることによって、炉内で拡散処理剤から気化した不純物が、拡散防止剤に付着し、半導体基板の表面の第２の所定部分で拡散することを防止することができる。
【００２１】
また雰囲気ガスが流下する炉内で、複数の半導体基板が加熱される。加熱によって拡散処理剤から気化した不純物を、雰囲気ガスによって、雰囲気ガスの流下方向下流側に搬送させることができる。これによって気化した不純物が炉内に留まることを防止し、炉内の不純物濃度を低下させることができる。これによって半導体基板の表面の第１の所定部分以外の部分に、気化した不純物が付着することを防止することができ、半導体基板の表面の第１の所定部分以外で不純物が拡散することを防止することができる。
【００２２】
また炉内を流下する雰囲気ガスの流量を大きくすることによって、拡散処理剤から気化した不純物の搬送量を増加させることができ、第１の所定部分以外で、気化した不純物が拡散することをより確実に防止することができる。しかし雰囲気ガスの流量が、大きくなるにつれて炉内に温度ムラが生じ、温度ムラによって炉内に配置される複数の半導体基板の拡散に影響が生じる。流量が、不純物半導体層の成長効率が最も高くなる最適温度に保持できる流量の４倍以上でかつ８倍以下となるように、雰囲気ガスを流下することによって、温度ムラによる各半導体基板の表面の第１の所定部分の拡散ムラを所定の許容範囲内にすることができる。第１の所定部分以外の部分に不純物が拡散することを防止することができる。また最適温度に保持できる流量の４倍未満の流量では、製造された太陽電池セルのリーク電流が増加し、出力電力が低下する。また最適温度に保持できる流量の８倍を超える流量では、炉内の温度ムラが大きくなり、太陽電池セルの品質の偏差が大きくなる。
【００２３】
また本発明は、雰囲気ガスの流量は、前記最適温度を保持できる流量の６．５倍以上でかつ８倍以下であることを特徴とする。
【００２４】
本発明に従えば、不純物半導体層の成長効率が最も高くなる最適温度に保持できる流量の６．５倍以上でかつ８倍以下となるように、雰囲気ガスを流下することによって、第１の所定部分となる所望の部分以外への拡散を防止するとともに炉内の温度ムラの影響による拡散不良を防止することをさらに確実に実現することができる。
【００２９】
また本発明は、半導体基板の厚み方向一方表面に拡散処理剤が付着され、半導体基板の厚み方向他方表面に拡散防止剤が付着され、
各半導体基板は、雰囲気ガスの流下方向上流側に厚み方向他方表面を臨ませて配置されることを特徴とする。
【００３０】
本発明に従えば、拡散防止剤が付着される半導体基板の厚み方向他方側の表面が、雰囲気ガスの流下方向上流側に臨んで配置されるので、拡散処理剤が付着される厚み方向一方側の表面が、雰囲気ガスの流下方向下流側に配置される。半導体基板に付着された拡散処理剤から気化した不純物は、雰囲気ガスによって、流下方向下流側に搬送されるので、半導体基板の流下方向上流側の拡散防止剤に付着することを防止することができる。このようにして半導体基板の厚み方向一方側で気化した不純物が、半導体基板をまわりこんで厚み方向他方側に付着することをより確実に防止することができる。
【００３１】
また本発明は、雰囲気ガスは、半導体基板に付着される拡散処理剤および拡散防止剤と化学反応しないガスであることを特徴とする。
【００３２】
本発明に従えば、雰囲気ガスが、拡散処理剤および拡散防止剤と化学反応しないガス、たとえば不活性ガスであるので、気化した不純物および拡散防止剤と、雰囲気ガスとが化学反応せず、炉内で反応生成物が形成されることを防止することができる。これによって半導体基板に反応生成物が付着しないので、次工程で、半導体基板から除去する必要がない。したがって反応生成物の、熱拡散工程の後の工程における処理への影響を防止し、製造される太陽電池セルの特性が悪化することを防止することができる。
【００３３】
また本発明は、前記拡散防止剤は、チタン、酸化チタンおよびガラスの少なくともいずれか１つを含んで成ることを特徴とする。
【００３４】
本発明に従えば、拡散防止剤は、チタン、酸化チタンおよびガラスの少なくともいずれか１つを含んで成るので、拡散処理剤から気化した不純物と拡散することを良好に防止することができる。
【００３５】
また本発明は、熱拡散工程で半導体基板の表面の第１の所定位置に不純物半導体層を形成した後、半導体基板の表面の第２の所定位置に付着された拡散防止剤を、弗化水素溶液に溶出させて除去する防止剤除去工程を含むことを特徴とする。
【００３６】
本発明に従えば、熱拡散工程で第１の所定位置に不純物半導体層を形成した後、拡散防止剤を弗化水素溶液で除去する防止剤除去工程を含む。弗化水素水溶液を用いることによって、拡散防止剤を容易に弗化水素溶液中に溶出させて除去することができる。
【００３７】
【発明の実施の形態】
太陽電池セルは、半導体基板に正の電荷をもった正孔がキャリアとなるＰ型半導体層と、負の電荷をもった電子がキャリアとなるＮ型半導体層とが隣接するＰＮ接合（PN junction）部分が形成される。
【００３８】
ＰＮ接合部分に太陽光が照射されると、光が吸収されて電子と正孔が生じる。光照射によって生じた電子と正孔とは、ＰＮ接合部分の電位障壁によって、それぞれＮ型およびＰ型側に分離される。Ｐ型領域では正孔が、Ｎ型領域では、電子が過剰に蓄積され、ＰＮ接合部分の両端部間に電位差が生じる。ＰＮ接合部分の両端部間を電気的に接続することによって、電流が流れ、電力として取り出すことができる。
【００３９】
図１は、本発明の実施の一形態の太陽電池セルの製造方法の一部であるＰＮ接合部分を形成する工程を示すフローチャートである。太陽電池セルは、たとえば多結晶シリコンウェハにＰＮ接合部分が形成される。ステップｓ０で、ＰＮ接合のためのＰ型導電型の不純物が添加されたＰ型シリコンウェハの準備が完了するとステップｓ１に進み、ＰＮ接合部分の形成工程が開始される。Ｐ型シリコンウェハは、たとえば一辺が１２５ｍｍの正方形板状に形成され、その厚さは、０．２ｍｍ以上でかつ０．４ｍｍ以下である。
【００４０】
ステップｓ１では、Ｐ型シリコンウェハが太陽電池セルとして構成された場合に、受光面となる厚み方向一方側の面に、５酸化リン（化学式：Ｐ2Ｏ5）を主成分とする液状の拡散処理剤を塗布装置によってスピン塗布するとともに、受光面と反対側の面となる厚み方向他方側の面の少なくとも一部分に、テトライソプロポキシチタン（化学式：［（ＣＨ3）2ＣＨＯ］4Ｔｉ）を主成分とする液状の拡散防止剤を、塗布装置によってスピン塗布する塗布工程が行われる。スピン塗布することによってＰ型シリコンウェハに所定の厚さに拡散処理剤および拡散防止剤を付着する。次にＰ型シリコンウェハに塗布した拡散処理剤および拡散防止剤を乾燥し、有機成分を除去する。拡散処理剤および拡散防止剤が塗布されたＰ型シリコンウェハは、Ｐ型シリコンウェハを、多数枚収納する収容容器であるダンパーボートに、複数、たとえば２００〜３００枚収納され、炉内で約１００度で３０分間乾燥される。乾燥によって、拡散処理剤および拡散防止剤は、固体状態となり膜化する。拡散処理剤が乾燥して、たとえば厚さ３００ｎｍの拡散処理膜がＰ型シリコンウェハの厚み方向一方側の面に形成され、拡散防止剤が乾燥して、たとえば厚さ３００ｎｍの拡散防止膜がＰ型シリコンウェハの厚み方向他方側の面に形成される。このように各膜が形成されると付着工程が完了し、ステップｓ２に進む。
【００４１】
ステップｓ２では、熱拡散工程が行われる。ダンパーボートに収容される複数のＰ型シリコンウェハを、不活性ガスが流量０．３２リットル／分・ｃｍ2で流下する拡散炉内で加熱する。たとえば不活性ガスを流下しながら約９００度で３０分程度加熱する。前述のステップｓ1に示す拡散処理膜および拡散防止処理膜形成のための加熱を拡散炉内で行ってもよい。
【００４２】
Ｐ型シリコンウェハを加熱することによって、拡散処理膜がＰ型半導体と接している厚み方向一方側の表面部分で、拡散処理膜に含まれるリンが拡散し、Ｐ型シリコンウェハの厚み方向一方側の表面部分にリンが透過する。これによって、Ｐ型シリコンウェハの厚み方向一方側の表面部に不純物半導体層であるＮ型半導体層が形成される。これによってＮ型半導体層とＰ型シリコンウェハのＰ型半導体部分の境界部分にＰＮ接合部分が形成される。拡散炉による加熱が完了するとステップｓ３に進む。たとえばＮ型半導体層の厚さは、数μｍである。
【００４３】
ステップｓ３では、拡散防止膜の除去を行う。具体的には、熱拡散工程を終えてチタンと酸化チタンとガラスとを含む混合物となった拡散防止膜を弗化水素溶液によってエッチングする。これによって拡散防止膜を弗化水素溶液中に溶出させて、Ｐ型シリコンウェハから容易に拡散防止膜を除去することができる。拡散防止膜の除去が完了すると、ステップｓ４に進む。ステップｓ４では、ＰＮ接合部分の形成が完了する。ＰＮ接合部分形成工程の次には、電界層および電極の形成工程が行われる。
【００４４】
図２は、太陽電池セルの製造工程を示す断面図であり、図２（１）〜図２（８）に進むにつれて、製造工程が進む。図３は、太陽電池セルのＰＮ接合部形成工程を含む製造工程を示すフローチャートである。ステップａ０では、Ｐ型半導体基板としてＰ型シリコンウェハが形成される。Ｐ型シリコンウェハ１は、キャスト法で製造された多結晶シリコンから板状に切断されて形成される。多結晶シリコンは、Ｐ型導電性不純物が添加され、Ｐ型半導体となる。このような半導体基板となるＰ型シリコンウェハ１が準備されるとステップａ１に進む。
【００４５】
ステップａ１では、欠陥層２を除去する欠陥層除去工程が行われる。図２（１）に示すように、準備されたＰ型シリコンウェハ１は、付着物および酸化物などが付着した欠陥層２が形成される。Ｐ型シリコンウェハ１を水酸化ナトリウム（化学式：ＮＡＯＨ）および水酸化カリウム（化学式：ＫＯＨ）などのアルカリ性溶液に浸漬してウエアエッチングを実施し、図２（２）に示すように、Ｐ型シリコンウェハ１に形成される欠陥層２を除去する。このようにＰ型シリコンウェハ１の欠陥層２が除去されるとステップａ２に進む。
【００４６】
ステップａ２では、ＰＮ接合部分を形成するＰＮ接合部分形成工程が行われる。図２（３）に示すように、熱拡散法を用いて、Ｐ型シリコンウェハ１の厚み方向一方側表面部にＮ型半導体層３を形成する。詳しくは、図１に示すステップｓ１〜ｓ４の工程が行われて、ＰＮ接合部分が形成される。ＰＮ接合部分の形成が完了することによって、ステップａ３に進む。
【００４７】
ステップａ３では、図２（４）に示すように、太陽電池セルの受光面と反対側となる裏面の電界層４を形成する裏面電界層形成工程が行われる。裏面電界層４が形成されることによって、Ｐ型シリコンウェハ１の裏面付近でのキャリア再結合を防止し、出力の低下を防止することができる。電界層は、たとえばアルミニウムがＰ型シリコンウェハ１の裏面側に拡散されてＰ型シリコンウェハの裏面部分にＰ+型半導体部分となる裏面電界層４が形成される。このように裏面電界層４が形成されるとステップａ４に進む。
【００４８】
図１に示すステップｓ３において、拡散防止膜が弗化水溶液によって除去されるので、アルミニウムによる拡散不良を防止し、ステップａ３での工程で、Ｐ型シリコンウェハ１の厚み方向他方側の面に形成するＰ+の裏面電界層形成用のアルミニウムのドーピングを容易に行うことができる。ここでＰ+は、Ｐ型シリコンウェハよりも、Ｐ型導電型の不純物が多い半導体層を意味する。
【００４９】
ステップａ４では、図２（５）に示すように、受光面での光の反射を防止する反射防止膜５を形成する反射防止膜形成工程が行われる。反射防止膜５は、たとえば２酸化チタン（化学式：ＴｉＯ2）、窒化珪素（化学式：ＳｉxＮy，ただし「ｘ」「ｙ」は任意の自然数である。）または２酸化スズ（化学式：ＳｎＯ2）などから成る。反射防止膜５は、受光面側の表面に形成される。反射防止膜５を形成することによって、受光面での光の反射を防止し、太陽電池としての出力の低下を防ぐことができる。このように反射防止膜５を形成した後、ステップａ５に進む。
【００５０】
ステップａ５では、電極形成工程が行われる。図２（６）に示すように、反射防止層５に表電極ペースト６を印刷するとともに、裏電極ペースト７を裏面電界層４に印刷するペースト塗布段階が行われる。次に各ペースト６，７の予備乾燥を行う予備乾燥段階が行われ、予備乾燥が終了すると、窒素または空気を供給しながら高温で各電極ペースト６，７を焼成する。これによって、図２（７）に示すように、基板には、表側および裏側電極が形成される。形成された表側電極８は、反射防止膜５を挿通してＮ型半導体層３と電気的に接続し、裏側電極９は裏面電界層４と電気的に接続する。各電極８，９が形成されると、ステップａ６に進む。ステップａ６では、図２（８）に示すように、各電極８，９に、はんだ１０が盛られ、ステップａ７に進み、ステップａ７で太陽電池セルの製造工程が終了する。
【００５１】
図４は、本発明の太陽電池セルの製造方法に用いられる拡散炉２０の主要な構成を示すブロック図である。拡散炉２０は、ダンパーボート２１に収容される複数のＰ型シリコンウェハ１を収容する拡散炉本体２２と、Ｐ型シリコンウェハ１を加熱する加熱手段２３と、不活性ガスを拡散炉本体２２に供給するガス挿入手段２４と、拡散炉本体を挿通した不活性ガスを拡散炉本体外に排出するガス排出手段２５と、拡散炉本体２２の炉内の温度を検出する温度検出手段２６とを有する。また温度検出手段２６が検出した炉内の温度に基づいて、加熱手段２３に加熱量を調整する命令を与えるとともに、ガス挿入手段２４に不活性ガスの流量を調整する命令を与える制御手段２７とを有してもよい。
【００５２】
ダンパーボート２１は、２５０枚のＰ型シリコンウェハを立設して保持し、拡散炉本体２２に収容された状態で、ガス流下方向Ｘに並べてＰ型シリコンウェハを一列に収納する。Ｐ型シリコンウェハ同士は、間隔Ｌをあけて並べられる。
【００５３】
拡散炉本体２２は、たとえば内径Ｄが２００ｍｍに形成され、軸線方向寸法Ｈが１００ｃｍに形成される。また拡散炉本体２２内に収容され、Ｐ型シリコンウェハ同士は、間隔をあけて並べられるので、隣り合う２つのＰ型シリコンウェハの間を、不活性ガスが通過可能に形成される。これによって拡散処理膜から気化した不純物が拡散処理膜付近で留まらずに、不活性ガスによって搬送される。不活性ガスは、拡散炉本体２２の軸線方向一端部から軸線方向他端部に向けて流れる。
【００５４】
加熱手段２３は、設定温度可変に構成され、炉内の温度分布にムラがないように部分的に加熱できることが望ましい。またガス挿入手段２４は、不活性ガスを炉内の軸線方向一端部側から供給する。またガス排出手段２５またはガス挿入手段２４は、不活性ガスを炉内に流下させる。たとえばガス排出手段２５は、真空ポンプなどによって構成される。
【００５５】
加熱時間と加熱温度と不活性ガスの流量を制御し、製造された太陽電池セルの偏差が少なく、高品質な特性を有するようにＰ型シリコンウェハの拡散が最適となる各条件を与えて、熱拡散工程が行われる。たとえば拡散によって生じる不純物半導体層であるＮ型半導体層の成長効率が最も高くなる最適温度からの偏差が最適温度の０．８０％以下となる範囲内で、不活性ガスの流量を最大にする。または最適温度を保てる流量の４．０倍以上でかつ８．０倍以下の流量に調整する。好ましくは、最適温度を保てる流量の６．５倍以上でかつ８．０倍以下の流量に調整する。または標準状態、すなわち温度０度でかつ圧力１気圧で０．１９５リットル／分・ｃｍ2以上の流量以上でかつ拡散炉本体内の温度が所定の範囲内になる流量に調節する。またこのような各条件に基づく不活性ガスの流量、拡散炉本体の温度および拡散時間の調整は、手動で行ってもよく、また制御手段２７を用いてもよい。
【００５６】
成長効率は、与えたエネルギーに対して拡散が良好に成長する割合である。たとえば本実施の形態では、成長効率が最も高くなる最適温度は、８６８度以上でかつ８７２度以下の温度範囲であり、最適温度を保持できる不活性ガスの流量は、０．０４１リットル／分・ｃｍ2である。
【００５７】
図５は、拡散処理剤および拡散防止剤によって拡散処理膜４１および拡散防止膜４０が形成された状態のＰ型シリコンウェハ１を示す側面図である。図６は、拡散防止膜４１が形成されるＰ型シリコンウェハ１の厚み方向他方側の面を示す平面図である。図７は、拡散処理膜４０が形成されるＰ型シリコンウェハ１の厚み方向一方側の面を示す平面図である。
【００５８】
Ｐ型シリコンウェハの厚み方向一方側面の中心に拡散処理剤が付着され、Ｐ型シリコンウェハ１が回転されることによって、遠心力により拡散処理剤が厚み方向一方側の全面に均一に拡がる。同様にＰ型シリコンウェハ１の厚み方向他方の面の中心に拡散防止剤が付着され、Ｐ型シリコンウェハ１が回転されることによって、遠心力により拡散防止処理剤が、厚み方向他方側の面の少なくとも一部分に均一に拡がる。次に拡散処理剤および拡散防止剤が拡がったＰ型シリコンウェハ１は、約１００度で３０分間加熱されることによって、有機成分が除去され、Ｐ型シリコンウェハ１の厚み方向一方側の表面に拡散処理膜４１が形成され、Ｐ型シリコンウェハ１の厚み方向他方側の表面の一部分に拡散防止膜４０が形成される。
【００５９】
図６に示すようように、拡散防止膜４０は、厚み方向他方側の面の中心位置を、中心とする円形に形成される。したがってＰ型シリコンウェハの厚み方向他方側の縁辺部には、拡散防止膜４０が形成されない。円形に形成されることによって、スピン塗布によって容易に拡散防止膜を形成することができる。
【００６０】
図７に示すように、拡散処理膜４１は、厚み方向一方側の面のほぼ全面に形成される。太陽電池セルの受光面となる厚み方向一方側の面のほぼ全面に形成されることによって、Ｐ型シリコンウェハの厚み方向一方側全面にＮ型半導体層を形成することができ、太陽電池セルの受光面部分に対するＮ型半導体層の占める割合を最大にし、太陽電池セルの出力電力を向上させることができる。
【００６１】
Ｐ型シリコンウェハ１は、拡散防止膜４０が形成される側の面を、不活性ガスの流下方向Ｘ上流側に配置し、拡散処理膜４１が形成される側の面を、不活性ガスの流下方向Ｘ下流側に配置した状態で、拡散炉本体２２内に収容される。
【００６２】
拡散処理剤および拡散防止剤の乾燥工程を、不活性ガスが流下する拡散炉で行ってもよい。流下方向Ｘ下流側に臨む面に拡散処理剤が付着されることによって、拡散処理剤から気化した酸素は、不活性ガスによって、流下方向下流側に搬送され、拡散防止剤に付着することを防止することができる。これによって拡散防止膜４１の組成は、２酸化チタンＴｉＯ2成分を低減し、チタンＴｉ成分の割合を増やすことができる。２酸化チタンＴｉＯ2よりもチタンＴｉのほうが弗化水素によって除去されやすいので、拡散防止膜を弗化水素水溶液によって、容易に除去することができる。
【００６３】
図８は、不活性ガスの流量を変化した場合の拡散炉本体２２内の温度分布を示すグラフである。なお図８において、不活性ガスの流量が、０．０４１リットル／分・ｃｍ2の場合の炉内の温度変化を実線Ａで示し、流量が、０．１３リットル／分・ｃｍ2の場合の炉内の温度変化を一点鎖線Ｂで示し、流量が、０．１９５リットル／分・ｃｍ2の場合の炉内の温度変化を破線Ｃで示し、流量が、０．３２４９リットル／分・ｃｍ2の場合を破線Ｄで示す。
【００６４】
炉内は、最適温度８７０度に設定され、不活性ガスの流量が多くなるほど、炉内の温度ムラが大きくなる。不活性ガスの流量が０．０４１リットル／分・ｃｍ2の場合Ａは、拡散炉本体の軸線方向にわたる温度分布が、８６８度以上でかつ８７２度以下の範囲Ｌ１であり、不活性ガスの流量が、０．１３リットル／分・ｃｍ2の場合Ｂは、拡散炉本体の軸線方向にわたる温度分布が、８６６度以上でかつ８７４度以下の範囲であり、設定温度である８７０度からの偏差が０．４６％以下の範囲Ｌ２である。また不活性ガスの流量が０．３２４９リットル／分・ｃｍ2の場合Ｄは、拡散所本体の軸線方向にわたる温度分布が、８６４度以上で８７７度以下の範囲Ｌ３であり設定温度である８７０度からの偏差が０．８０％以下の範囲で最大の流量となる。
【００６５】
不活性ガスは、ガス挿入手段２４から大気温度で炉内に供給され、流下方向Ｘ下流側に流れるにつれて、加熱手段２３によって温度が上昇する。Ｐ型シリコンウェハ１は、加熱手段２３からの熱輻射によって加熱される。不活性ガスも加熱手段２３からの熱輻射によって加熱される。また炉内を流下する不活性ガスの流量が多い場合には、Ｐ型シリコンウェハ１は、加熱手段２３からの熱輻射によって加熱されるとともに、不活性ガスからの熱伝達の影響を受ける。これによって不活性ガスが流下することによって、拡散炉本体２２内に収容されるＰ型シリコンウェハ１のうち、流下方向Ｘ上流側のウェハの温度が低くなり、流下方向Ｘ下流側のウェハの温度が高くなる。
【００６６】
図９は、不活性ガスの流量を変化させて製造した太陽電池セルの性能を示すグラフであり、図９（１）および図９（２）は、不活性ガスの流量が多い、すなわち０．３２４９リットル／分・ｃｍ2で製造した場合の太陽電池セルの性能を示し、図９（３）および図９（４）は、不活性ガスの流量が図９（１）および図９（２）より少ない、すなわち０．１９５０リットル／分・ｃｍ2で製造した場合の太陽電池セルの性能を示し、図９（５）および図９（６）は、不活性ガスの流量が図９（３）および図９（４）より少ない、すなわち０．０４０６リットル／分・ｃｍ2で製造した場合の太陽電池セルの性能を示す。
【００６７】
また図９（１）、図９（３）および図９（５）は、太陽電池セルの出力電力Ｐｍの偏差を示し、図９（２）、図９（４）および図９（６）は、太陽電池セルのリーク電流Ｉｄと出力電力Ｐｍとの関係を示す。
【００６８】
図９（２）、図９(４)および図９(６)に示すように、不活性ガスの流量が増加することによって、製造される太陽電池セルごとのリーク電流Iｄのばらつきが小さくなり、均一な品質を得ることができる。また太陽電池セルのリーク電流Ｉｄが減少する。また図９（１）、図９(３)および図９(５)に示すように、不活性ガスの流量が増加することによって、製造される太陽電池セルのうち、出力電力Ｐｍが高い太陽電池セルの割合が増加する。雰囲気ガスの流量を増加させることによって、熱拡散中に拡散処理膜から気化したリンが、雰囲気ガスによって搬送される。したがって拡散炉本体２２内の気化したリンの濃度を低下することができ、Ｐ型シリコンウェハの厚み方向他方側に気化したリンが付着することを防止することができる。このように厚み方向他方側でリンが拡散することがないので、ＰＮ接合部分のＰ型半導体側にＮ型半導体部分が形成されることを防ぎ、ＰＮ接合部分を良好に保つことができる。特に、最適温度の０．８０％以内の偏差の温度範囲内を保持した状態で最大流量の不活性ガスを流下することによってリーク電流が低下し、最大出力が高い太陽電池セルを製造することができる。最適温度からの偏差が小さい温度範囲に保持される流量の不活性ガスを流下した場合では流量が小さすぎ、リーク電流が大きくなるとともに、出力電圧が低くなる。最適温度から最適温度の０．８０％を超える偏差の温度範囲となる最大流量の不活性ガスを流下した場合では、流量が過大となり炉内の温度ムラが大きくなり、太陽電池セルの品質にばらつきが生じることがある。
【００６９】
図１０は、不活性ガスの流量を変化させた場合に製造される太陽電池セルの性能を示すグラフである。図１０において、各点ａ〜ｆは、不活性ガスの流量を変化させた点を示し、ａは０．０４０６リットル／分・ｃｍ2、ｂは、０．０９７５リットル／分・ｃｍ2、ｃは０．１９５０リットル／分・ｃｍ2、ｄは０．２６００リットル／分・ｃｍ2、eは０．３２４９リットル／分・ｃｍ2、fは０．３８９９リットル／分・ｃｍ2の流量の不活性ガスを流したときのリーク電流と出力電圧の特性を示す。表１は、不活性ガスの流量を変化させた場合に製造される太陽電池セルの性能を示すグラフである。
【００７０】
【表１】
0004025058.tif 000002
【００７１】
図１０および表１に示すように、ａ点からｄ点に向かうにつれて、すなわち不活性ガスの流量が増加するにつれて、リーク電流Ｉｄが減少し、出力電力Ｐｍが増加する。さらにｄ点からｅ点に向かうにつれて、出力電力Ｐｍがほぼ一定に保たれた状態で、リーク電流Ｉｄが減少する。さらにｅ点からｆ点に向かうにつれて、出力電力Ｐｍが減少する。
【００７２】
またｃ点からａ点に向かうにつれて、すなわち不活性ガスを流下する流量が０．１９５リットル／分・ｃｍ2よりも小さくなると、リーク電流Ｉｄが劇的に増加するとともに、出力電力Ｐｍが小さくなる。これは、拡散炉本体２２内への不活性ガスの流量が小さくなることによって、Ｎ＋拡散源となる気化したリンが、反受光面側となる厚み方向他方の面へアウト拡散するからである。
【００７３】
またｅ点からｆ点に向かうにつれて、すなわち不活性ガス流量が０．３２４９リットル／分・ｃｍ2よりも大きくなると、出力電力Ｐｍが小さくなる。これは、拡散炉本体２２内へ供給される不活性ガスの流量が過大になることによって、拡散炉本体２２内の温度ムラが大きくなり、Ｐ型シリコンウェハの拡散温度条件から大きく逸脱するからである。また不活性ガス流量が、０．３２４９リットル／分・ｃｍ2よりも大きくなると、拡散炉本体２２内の温度偏差が大きくなり、製造される太陽電池セルの品質が均一にならない。
【００７４】
したがって０．１９５リットル／分・ｃｍ2以上すなわち最適温度を保持できる流量の４倍以上の不活性ガスを流下することによって、製造される太陽電池セルのリーク電流Ｉｄを小さくし、出力電力Ｐｍの低下を防止し、品質を均一に保つことができる。
【００７５】
さらに出力電力Ｐｍが大きくなるｅ点とｄ点との間、すなわち０．２６００リットル／分・ｃｍ2以上でかつ０．３２４９リットル／分・ｃｍ2以下の範囲、すなわち最適温度を保持できる流量の６.５倍以上でかつ８倍以下の範囲Ｌ５で不活性ガスを流下することによって、高い出力電力を得ることができる太陽電池セルを製造することができる。
【００７６】
以上のように本発明の実施例に従えば、熱拡散工程において、気化したリンがＰ型シリコンウェハの厚み方向他方側の面に付着することを防止し、かつ拡散温度範囲を大きく逸脱せずに、拡散炉本体２２の拡散不良が生じない温度範囲で拡散を行うことによって、太陽電池セルの品質を均一化し、かつリーク電流を低下させ、出力電力の大きい太陽電池セルを製造することができる。
【００７７】
具体的には、図９および図１０に示すように、最適温度を保持できる流量の４倍以上でかつ８倍以下、望ましくは６．５倍以上でかつ８倍以下の流量で不活性ガスを流下する。本実施例では８６８度以上でかつ８７２度以下の範囲をほぼ一定に保つ０．０４リットル／分・ｃｍ2の流量の４倍〜８倍である流量０．１９５リットル／分・ｃｍ2以上でかつ流量０．３２０リットル／分・ｃｍ2以下の流量の不活性ガスが流下される。流量が拡散温度条件をほぼ一定に保てる流量の４倍未満、すなわち０．１６リットル／分・ｃｍ2未満であると、リーク電流Ｉｄが増加し、出力電力Ｐｍが小さくなる。また流量が拡散温度条件をほぼ一定に保てる流量の８倍を超える、すなわち流量が０．３２リットル／分・ｃｍ2を超えると、拡散炉本体内に温度ムラが生じ、収容される場所によって太陽電池セルの品質が低下する。
【００７８】
特に拡散温度条件をほぼ一定に保てる流量の６．５倍以上でかつ８．０倍以下の流量範囲にすることによって、より出力電力が向上し、リーク電流が少ない太陽電池セルを製造することができる。
【００７９】
また拡散炉本体内全体の温度範囲を、拡散効率が良好な拡散温度の偏差０．８０％以下、たとえば８６４度以上８７７度以下に保った状態で、不活性ガスの流量を最大にすることによって、リーク電流が少ない太陽電池セルを製造することができる。
【００８０】
また拡散処理膜が付着される厚み方向一方側の表面が、不活性ガスの流下方向Ｘ下流側に配置されるので、拡散処理膜から気化したリンは、不活性ガスによって、流下方向Ｘ下流側に搬送されるので、拡散防止膜に付着することを防止することができる。これによってＰ型半導体ウェハの厚み方向一方側で気化した不純物が、半導体基板をまわりこんで厚み方向他方側に飛散することをより確実に防止することができる。
【００８１】
また炉内を流下する雰囲気ガスとして、拡散処理膜および拡散防止膜と化学反応しないガス、たとえば不活性ガスが用いられることによって、雰囲気ガスが化学反応せず、炉内で反応生成物が形成されることを防止することができる。これによって雰囲気ガスおよびその反応生成物を次工程で除去する必要がない。また熱拡散工程で使用された雰囲気ガスが、熱加熱工程の後の工程におよぼす影響を少なくすることができ、製造される太陽電池セルの特性が悪化することを防止することができる。
【００８２】
また拡散防止膜は、チタン、酸化チタンおよびガラスの少なくともいずれか１つを含んで成るので、気化したリンがＰ型シリコンウェハの厚み方向他方側で拡散することを良好に防止することができる。また熱拡散工程でＮ型半導体層を形成した後、弗化水素水溶液を用いて拡散防止剤を除去することによって、拡散防止剤を容易に弗化水素溶液中に溶出させて除去することができる。
【００８３】
また上述の記載は、本発明の一例示に過ぎず、発明の範囲内でその構成を変更することができる。たとえば実施例では、Ｐ型シリコンウェハにＮ型半導体層を形成するとしたが、第１導電型半導体基板に第１導電型とは異なる第２導電型半導体層を形成すればよく、たとえば拡散処理剤を換えて、Ｎ型半導体基板に、Ｐ型半導体層を形成してもよい。またＢＳＦ型（Back Surface Field）型ｎ+／Ｐ／Ｐ+太陽電池セルについても適用することができる。また本実施の形態では、拡散防止剤および拡散処理剤が液状であり、加熱乾燥させて拡散防止膜および拡散処理膜を形成するるとしたが、拡散防止剤および拡散処理剤が固体であって、直接膜状に形成されてもよい。
【００８４】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、不純物半導体層の成長効率が最も高くなる最適温度に保持できる流量の４倍以上でかつ８倍以下となるように、雰囲気ガスを流下することによって、第１の所定部分以外への不純物の拡散を防止するとともに炉内の温度ムラの影響による太陽電池セルの品質の偏差を少なくすることができる。これによって高品質な太陽電池セルを製造することができる。たとえばＰ型半導体基板の厚み方向一方側の表面で拡散させ、Ｎ型半導体層を形成してＰＮ接合部分を形成する太陽電池セルにおいて、不純物が半導体基板の厚み方向他方の面からＰ型半導体基板に透過することを防ぐことができる。これによってＰＮ接合部分のうちＰ型半導体層側に、Ｎ型半導体部分が形成されることを防止し、Ｐ型半導体の比率を向上させることができ、ＰＮ接合部分の接合不良を少なくすることができる。これによってリーク電流が少なく、電力特性の向上した太陽電池セルをムラなく製造することができ、太陽電池セルの歩止りを向上することができ、生産コストを安価にすることができる。
【００８７】
また本発明によれば、不純物半導体層の成長効率が最も高くなる最適温度に保持できる流量の６．５倍以上でかつ８倍以下となるように、雰囲気ガスを流下することによって、第１の所定部分となる所望の部分以外への拡散を防止するとともに炉内の温度ムラの影響による拡散不良を防止することをさらに確実に実現することができる。
【００８９】
また本発明によれば、拡散防止処理剤が付着される半導体基板の厚み方向他方側の表面が、雰囲気ガスの流下方向上流側に臨んで配置されるので、半導体基板の厚み方向一方側で気化した不純物が、半導体基板をまわりこんで厚み方向他方側に飛散することをより確実に防止することができる。これによって半導体基板の厚み方向他方側で拡散が生じることを防止し、製造された太陽電池セルのリーク電流をより低下させることができる。
【００９０】
また本発明によれば、雰囲気ガスが拡散処理剤および拡散防止剤と化学反応しないガス、たとえば不活性ガスであるので、熱拡散工程の後で、雰囲気ガスによる反応生成物を除去する必要がなく、次工程に及ぼす影響を少なくすることができ、製造される太陽電池セルの特性が悪化することを防止することができる。
【００９１】
本発明によれば、拡散防止剤は、チタン、酸化チタンおよびガラスのいずれか１つを含んで成るので、拡散処理剤から気化した不純物が、第２の所定部分で拡散することを良好に防止することができる。
【００９２】
また本発明によれば、熱拡散工程で第１の所定位置に不純物半導体層を形成した後、拡散防止剤を弗化水素溶液で除去する防止剤除去工程を含み、弗化水素水溶液を用いて、拡散防止剤を除去することによって、拡散防止剤を容易に弗化水素溶液中に溶出させて除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態の太陽電池セルの製造方法の一部であるＰＮ接合部分を形成する工程を示すフローチャートである。
【図２】太陽電池セルの製造工程を示す断面図である。
【図３】太陽電池セルのＰＮ接合部形成工程を含む製造工程を示すフローチャートである。
【図４】本発明の太陽電池セルの製造方法に用いられる拡散炉２０の主要な構成を示すブロック図である。
【図５】拡散処理剤および拡散防止剤によって拡散処理膜４１および拡散防止膜４０が形成された状態のＰ型シリコンウェハ１を示す側面図である。
【図６】拡散防止膜４１が形成されるＰ型シリコンウェハ１の厚み方向他方側の面を示す平面図である。
【図７】拡散処理膜４０が形成されるＰ型シリコンウェハ１の厚み方向一方側の面を示す平面図である。
【図８】不活性ガスの流量を変化した場合の拡散炉本体２２内の温度分布を示すグラフである。
【図９】不活性ガスの流量を変化させて製造した太陽電池セルの性能を示すグラフである。
【図１０】不活性ガスの流量を変化させた場合に製造される太陽電池セルの性能を示すグラフである。
【符号の説明】
１  Ｐ型シリコンウェハ
３  Ｎ型半導体層
４  裏面電界層
５  反射防止層
８  表側電極
９  裏側電極
１０  はんだ
２０  拡散炉
２１  ダンパーボート
２２  拡散炉本体
２３  加熱手段
４０  拡散防止膜
４１  拡散処理膜
Ｘ  流下方向
【図１】
0004025058.tif 000003
【図２】
0004025058.tif 000004
【図３】
0004025058.tif 000005
【図４】
0004025058.tif 000006
【図５】
0004025058.tif 000007
【図６】
0004025058.tif 000008
【図７】
0004025058.tif 000009
【図８】
0004025058.tif 000010
【図９】
0004025058.tif 000011
【図１０】
0004025058.tif 000012