(57)【要約】【課題】ガリウムドープ基板を備える、変換効率に優れた太陽電池及びその製造方法を提供する。【解決手段】一方の主表面を受光面とし、もう一方の主表面を裏面とするＰ型シリコン基板を備え、前記裏面上に誘電体膜を備え、前記Ｐ型シリコン基板が前記受光面の少なくとも一部にＮ型導電型層を有する太陽電池であって、  前記Ｐ型シリコン基板がガリウムがドープされたシリコン基板であり、  前記Ｐ型シリコン基板の前記裏面に、拡散された第ＩＩＩ族の元素を含むものであることを特徴とする太陽電池。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方の主表面を受光面とし、もう一方の主表面を裏面とするＰ型シリコン基板を備え、前記裏面上に誘電体膜を備え、前記Ｐ型シリコン基板が前記受光面の少なくとも一部にＮ型導電型層を有する太陽電池であって、
前記Ｐ型シリコン基板がガリウムがドープされたシリコン基板であり、
前記Ｐ型シリコン基板の前記裏面に、拡散された第ＩＩＩ族の元素を含むものであることを特徴とする太陽電池。
【請求項２】
前記裏面における前記第ＩＩＩ族の元素の拡散表面濃度が５．０×１０１７ａｔｏｍ／ｃｍ３以上２．０×１０１９ａｔｏｍ／ｃｍ３以下であることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池。
【請求項３】
前記第ＩＩＩ族の元素がボロン、ガリウム、又はアルミニウムであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の太陽電池。
【請求項４】
一方の主表面が受光面であり、もう一方の主表面が裏面であるＰ型シリコン基板を備える太陽電池を製造する方法であって、
前記Ｐ型シリコン基板として、ガリウムが一様にドープされたシリコン基板を準備する工程と、
前記裏面に第ＩＩＩ族の元素を拡散させる工程と、
前記受光面にＮ型導電型層を形成する工程と、
前記裏面上に誘電体膜を形成する工程と
を有することを特徴とする太陽電池の製造方法。
【請求項５】
一度の熱処理で前記第ＩＩＩ族の元素の拡散及び前記Ｎ型導電型層の形成を行うことを特徴とする請求項４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、太陽電池及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池用半導体基板は、通常、比較的低コストで大直径の単結晶を作ることができるＣＺ法（チョクラルスキー法）によって製造されている。例えば、Ｐ型半導体基板は、ＣＺ法でボロンがドープされたシリコン単結晶を作製し、この単結晶をスライスすることによって得ることができる。このようにして得られたボロンがドープされたシリコン基板には、基板中に存在するボロンと酸素による影響で強い光を太陽電池に当てるとライフタイムが低下し光劣化が起こるという問題があった。
【０００３】
このような光劣化の問題を解決するため、特許文献１では、Ｐ型ドーパントとしてボロンの代わりにガリウムを使用することが提案されている。
【０００４】
ここで、太陽電池の裏面構造としては、ＢＳＦ（Ｂａｃｋ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｆｉｅｌｄ）領域を有する構造を挙げることができる。ＢＳＦ領域は、アルミペーストを基板の裏面のほぼ全域に印刷し、焼成することにより、裏面のほぼ全面に付与することができる。
【０００５】
その他にも、さらなる高効率化のため、基板と裏面の電極とのコンタクト領域を部分的にし、裏面の大部分をパッシベーション膜として作用する誘電体膜で保護する構造もある。これらの太陽電池構造は、ＰＥＲＣ（Ｐａｓｓｉｖａｔｅｄ  Ｅｍｉｔｔｅｒ  ａｎｄ  Ｒｅａｒ  Ｃｏｎｔａｃｔ  Ｓｏｌａｒ  Ｃｅｌｌ）構造、ＰＥＲＬ（Ｐａｓｓｉｖａｔｅｄ  Ｅｍｉｔｔｅｒ  ａｎｄ  Ｒｅａｒ  Ｌｏｃａｌｌｙ  Ｄｉｆｆｕｓｅｄ  Ｓｏｌａｒ  Ｃｅｌｌ）構造と呼ばれている。
【０００６】
図６は、従来のＰＥＲＬ構造を有する太陽電池を模式的に示す断面図である。図６に示すように太陽電池１１０は、Ｐ型シリコン基板１１１の受光面側にＮ型導電型層（エミッタ層）１１２を備える。このＮ型導電型層１１２上に受光面電極１１６を備える。受光面上には反射防止膜１１４が設けられることが多い。また、裏面上にパッシベーション膜又は保護膜として作用する誘電体膜１１５を備える。また、裏面上に裏面電極１１７を備える。裏面電極１１７とＰ型シリコン基板１１１が接触する接触領域にＢＳＦ層１１３を備える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】国際公開第ＷＯ２０００／０７３５４２号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記のＰＥＲＣ構造又はＰＥＲＬ構造等の構造を有する太陽電池の製造において、裏面に誘電体膜を形成する際、特にガリウムがドープされたシリコン基板（以下、ガリウムドープ基板とも記載する。）を用いた場合に、ドープしたガリウム原子が誘電体膜側に拡散し、基板側の裏面のガリウム（Ｐ型ドーパント）の表面濃度が低下するという問題がある。
【０００９】
上記のように基板側の裏面のガリウムの表面濃度が低下すると、ｉ）コンタクト抵抗が増大する、ｉｉ）正電荷を有する誘電体膜を形成した場合、図６に示すように基板表面に反転層１１８が形成され、コンタクト近傍（接触領域）でリーク電流が発生し、太陽電池の特性が大幅に低下する、といった問題に発展する。
【００１０】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、ガリウムドープ基板を備える、変換効率に優れた太陽電池及びその製造方法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】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明では、一方の主表面を受光面とし、もう一方の主表面を裏面とするＰ型シリコン基板を備え、前記裏面上に誘電体膜を備え、前記Ｐ型シリコン基板が前記受光面の少なくとも一部にＮ型導電型層を有する太陽電池であって、
前記Ｐ型シリコン基板がガリウムがドープされたシリコン基板であり、
前記Ｐ型シリコン基板の前記裏面に、拡散された第ＩＩＩ族の元素を含むものであることを特徴とする太陽電池を提供する。
【００１２】
このような太陽電池であれば、基板の裏面に拡散された第ＩＩＩ族の元素を含むものであるため、ガリウムがドープされた基板の裏面上に誘電体膜が形成されたものであっても、基板の裏面においてＰ型ドーパントの濃度が十分なものとなる。これにより、コンタクト抵抗の増大及びコンタクト近傍でのリーク電流の発生等を防ぐことができ、変換効率が高い太陽電池とすることができる。
【００１３】
また、前記裏面における前記第ＩＩＩ族の元素の拡散表面濃度が５．０×１０１７ａｔｏｍ／ｃｍ３以上２．０×１０１９ａｔｏｍ／ｃｍ３以下であることが好ましい。
【００１４】
このような濃度で第ＩＩＩ族の元素が裏面表面に拡散された太陽電池であれば、裏面におけるＰ型ドーパントの濃度の低下を抑制しつつ、電池特性の悪化を低減できる。
【００１５】
また、前記第ＩＩＩ族の元素がボロン、ガリウム、又はアルミニウムであることが好ましい。
【００１６】
本発明の太陽電池の基板裏面に含有される元素はこれらが特に好適である。
【００１７】
更に、本発明では、一方の主表面が受光面であり、もう一方の主表面が裏面であるＰ型シリコン基板を備える太陽電池を製造する方法であって、
前記Ｐ型シリコン基板として、ガリウムが一様にドープされたシリコン基板を準備する工程と、
前記裏面に第ＩＩＩ族の元素を拡散させる工程と、
前記受光面にＮ型導電型層を形成する工程と、
前記裏面上に誘電体膜を形成する工程と
を有することを特徴とする太陽電池の製造方法を提供する。
【００１８】
このような太陽電池の製造方法であれば、裏面に第ＩＩＩ族の元素が拡散されたＰ−層を導入することができ、Ｐ型ドーパント量を補償することにより、ガリウムドープ基板の裏面に誘電体膜を保護膜等として形成しても、該誘電体膜と接する基板裏面の表面近傍のＰ型ドーパントの濃度の低下を防ぐことが可能である。その結果、リーク電流を原因とする電圧低下を避けることができ、高効率を維持することができる。
【００１９】
また、一度の熱処理で前記第ＩＩＩ族の元素の拡散及び前記Ｎ型導電型層の形成を行うことが好ましい。
【００２０】
このような太陽電池の製造方法であれば、第ＩＩＩ族の元素を含む層を低コストで容易に形成することができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の太陽電池であれば、基板の裏面に拡散された第ＩＩＩ族の元素を含むものであるため、ガリウムドープ基板の裏面上に誘電体膜が形成されたものであっても、基板の裏面においてＰ型ドーパントの濃度が十分なものとなる。また、本発明の太陽電池の製造方法であれば、裏面にボロン等の第ＩＩＩ族の元素を導入し、Ｐ型ドーパント量を補償することにより、ガリウムドープ基板の裏面に誘電体膜を保護膜等として形成しても、該誘電体膜と接する基板裏面の表面近傍のＰ型ドーパントの濃度の低下を防ぐことが可能である。その結果、リーク電流を原因とする電圧低下を避けることができ、高効率を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の太陽電池の一例を示す断面図である。
【図２】本発明の太陽電池の製造方法の一例を示すフロー図である。
【図３】ＳＩＭＳ（二次イオン質量分析）による実施例２の拡散プロファイルを示す図である。
【図４】実施例１及び比較例の内部量子効率を示す図である。
【図５】図１及び図６の破線で示す横断面のエネルギーバンド図を概念的に示した図である。
【図６】従来のＰＥＲＬ構造を有する太陽電池を模式的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明をより詳細に説明する。
【００２４】
上記のように、ガリウムドープ基板を備える、変換効率に優れた太陽電池及びその製造方法が求められている。しかしながら、ガリウムドープ基板を太陽電池用基板として用いた場合、保護膜やパッシベーション膜として誘電体膜を基板表面に形成すると、上記のように、該誘電体膜と接触する領域及びその近傍において、ドーパントであるガリウムの量が減少するなどの問題があった。
【００２５】
本発明者らは、上記問題を解決するために鋭意検討を行った。その結果、ガリウムドープ基板の裏面上に誘電体膜を備え、この基板の裏面に拡散された第ＩＩＩ族の元素を含む太陽電池が、上記課題を解決できることを見出し、本発明の太陽電池及びその製造方法を完成させた。
【００２６】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００２７】
図１は、本発明の太陽電池の一例を示す断面図である。図１に示すように本発明の太陽電池１０は、一方の主表面を受光面とし、もう一方の主表面を裏面とするＰ型シリコン基板１１を備える。このＰ型シリコン基板１１は、ガリウムドープシリコン基板であり、裏面上に誘電体膜（裏面誘電体膜）１５を備える。また、Ｐ型シリコン基板１１が受光面の少なくとも一部にＮ型導電型層１２を有する。
【００２８】
ここで、ガリウムがドープされたＰ型シリコン基板１１の抵抗率は特に限定されないが、例えば、０．１〜５Ω・ｃｍの範囲内とすることができる。Ｐ型シリコン基板１１の厚さも特に限定されず、例えば、１００〜２００μｍ厚とすることができる。Ｐ型シリコン基板１１の主面の形状及び面積は特に限定されない。
【００２９】
図１に示すように、裏面上には、通常、裏面電極１７を備える。裏面電極１７は、図１に示したように、裏面誘電体膜１５の一部を開口してＰ型シリコン基板１１の裏面と接合させることができる。Ｎ型導電型層１２上には、通常、受光面電極１６を備える。また、受光面上には反射防止膜等として作用する受光面誘電体膜１４を設けることができる。裏面電極１７とＰ型シリコン基板１１が接触する接触領域にはＢＳＦ層１３を設けることができる。この場合、ＰＥＲＬ構造を有する太陽電池となる。ＢＳＦ層１３を設けずにＰＥＲＣ構造を有する太陽電池とすることもできる。
【００３０】
ここで、ＰＥＲＣ構造を有する太陽電池とは、基板裏面上に部分的に形成された裏面電極を備え、Ｐ型シリコン基板が裏面電極と接触する接触領域を有する太陽電池のことである。ＰＥＲＬ構造を有する太陽電池とは、この接触領域におけるＰ型ドーパントの濃度が、接触領域以外の領域におけるＰ型ドーパントの濃度よりも高い太陽電池のことである。これらの場合、裏面電極１７とＰ型シリコン基板１１が直接接合する領域のピッチは、例えば、１ｍｍ以上１０ｍｍ以下とすることができる。
【００３１】
上記のように受光面誘電体膜は、反射防止膜として作用することができる。また、パッシベーション膜、保護膜としても作用することができる。裏面誘電体膜は、パッシベーション膜、保護膜として作用することができる。これら誘電体膜としてはプラズマＣＶＤ装置を用いて形成できるＳｉＮｘ膜（シリコン窒化膜）やＳｉＯ２膜等が使用でき、熱酸化膜も使用可能である。反射防止膜としては、誘電体膜の膜厚は８５〜１０５ｎｍが反射率低減効果が最大となり好適である。
【００３２】
ここで、本発明では、Ｐ型シリコン基板１１がガリウムがドープされたシリコン基板である。また、Ｐ型シリコン基板１１の裏面に、拡散された第ＩＩＩ族の元素（１３族の元素）を含む。図１中には第ＩＩＩ族の元素が拡散された層を参照番号１９で示している。
【００３３】
ここで、Ｎ型導電型層１２に含まれるＮ型のドーパントとしては、Ｐ（リン）、Ｓｂ（アンチモン）、Ａｓ（ヒ素）、Ｂｉ（ビスマス）等を挙げることができる。拡散された第ＩＩＩ族の元素としては、Ｂ（ボロン）、Ｇａ（ガリウム）、Ａｌ（アルミニウム）、Ｉｎ（インジウム）等を挙げることができる。第ＩＩＩ族の元素は好ましくはボロン、ガリウム、又はアルミニウムである。
【００３４】
また、裏面における第ＩＩＩ族の元素の拡散表面濃度は、特に限定されない。拡散表面濃度は、例えば、１．０×１０１５ａｔｏｍ／ｃｍ３以上１．０×１０２０ａｔｏｍ／ｃｍ３以下とすることができる。好ましくは、５．０×１０１７ａｔｏｍ／ｃｍ３以上２．０×１０１９ａｔｏｍ／ｃｍ３以下である。拡散表面濃度が５．０×１０１７ａｔｏｍ／ｃｍ３以上であれば、裏面におけるＰ型ドーパントの濃度の低下を十分抑制することができる。２．０×１０１９ａｔｏｍ／ｃｍ３以下であれば電圧が低下することなく、変換効率が低下せず、電池特性の悪化を低減できる。なお、ここでいう拡散表面濃度とは、裏面における追加ドープした第ＩＩＩ族の元素の濃度であり、元々含まれているガリウムの濃度は含まないものである。この拡散表面濃度の規定は、裏面側の所定の厚さで満たされていればよい。所定の厚さとは、０．１μｍとすることができる。０．５μｍの深さまでこの規定を満たしているとより好ましい。
【００３５】
第ＩＩＩ族の元素の裏面における拡散深さは特に限定されない。拡散深さは、例えば、０．１μｍ〜３μｍの範囲内とすることができる。
【００３６】
第ＩＩＩ族の元素を拡散させる面積は特に限定されない。ただし、裏面におけるＰ型ドーパントの濃度の低下を十分抑制するために、第ＩＩＩ族の元素は裏面の全域に拡散させることが望ましい。
【００３７】
Ｎ型導電型層１２におけるＮ型ドーパントの濃度は、特に限定されない。この濃度は、例えば、１．０×１０１８ａｔｏｍ／ｃｍ３以上１．０×１０２０ａｔｏｍ／ｃｍ３以下とすることができる。Ｎ型導電型層１２は受光面の全域に形成することもできる。Ｎ型導電型層１２の形状は、受光面電極１６の形状に合わせて適宜変更できる。
【００３８】
次に、本発明の太陽電池の製造方法について、図２を参照して説明する。図２は、本発明の太陽電池の製造方法の一例を示すフロー図である。以下で説明する方法は典型例であり、本発明はこれに限定されない。まず、図２（ａ）に示すように、一方の主表面が受光面であり、もう一方の主表面が裏面であるＰ型シリコン基板として、ガリウムが一様にドープされたシリコン基板を準備する。なお、ガリウムが一様にドープされたシリコン基板とは、ＣＺ法で製造されたシリコン単結晶から切り出された基板のように、基板の全域（厚さ方向及び長さ方向）において、Ｐ型ドーパントであるガリウムが均一にドープされているシリコン基板のことである。ただし、偏析等による意図しない若干の濃度分布は有していてもよい。
【００３９】
ガリウムドープ基板を切り出すシリコン単結晶は、例えば、上述のようにＣＺ法を用いて製造することができる。この場合、ガリウムと多結晶原料を一緒にルツボに入れ、原料融液とすればよい。特に、量産にあたっては精細な濃度調整が必要となることから、高濃度のガリウムドープシリコン単結晶を作製し、それを細かく砕いてドープ剤を作製し、これを多結晶シリコンを溶融した後に所望濃度になるよう調整して投入するのが望ましい。このようにして得られたガリウムドープシリコン単結晶をスライスすることによってガリウムドープ基板を得ることができる。
【００４０】
次に、図２（ｂ）に示すように、基板表面のスライスダメージを、濃度５〜６０％の水酸化ナトリウムや水酸化カリウムのような高濃度のアルカリ、もしくは、フッ酸と硝酸の混酸等を用いてエッチング除去することができる。
【００４１】
引き続き、図２（ｃ）に示すように、基板表面にテクスチャと呼ばれる微小な凹凸形成を行うことができる。テクスチャは太陽電池の反射率を低下させるための有効な方法である。テクスチャは、加熱した水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム等のアルカリ溶液（濃度１〜１０％、温度６０〜１００℃）中に１０分から３０分程度浸漬することで作製される。面内均一にテクスチャを形成するため、上記溶液中に、所定量の２−プロパノール（ＩＰＡ：イソプロピルアルコール）を溶解させることが多い。
【００４２】
ダメージエッチング及びテクスチャ形成の後は、図２（ｄ）に示すように、基板を洗浄することが好ましい。洗浄は、例えば、塩酸、硫酸、硝酸、フッ酸等、もしくはこれらの混合液の酸性水溶液中、又は純水を用いて行うことができる。
【００４３】
次に、図２（ｅ）に示すように、ガリウムドープ基板の裏面に第ＩＩＩ族の元素を拡散させる。また、図２（ｆ）に示すように、ガリウムドープ基板の受光面にＮ型導電型層を形成する。工程（ｅ）及び工程（ｆ）を行う順番は特に限定されず、また、以下に示すように工程（ｅ）及び工程（ｆ）を同時に行ってもよい。
【００４４】
工程（ｅ）において第ＩＩＩ族の元素を拡散させる方法及び工程（ｆ）においてＮ型導電型層を形成する方法は特に限定されない。例えば、ドーパントを熱拡散させる方法を挙げることができる。この場合、ＰＯＣｌ３（オキシ塩化リン）やＢＢｒ３等をキャリアガスと共に熱処理炉内に導入して拡散させる気相拡散法や、リンやボロンを含む材料を基板上に塗布した後、熱処理する塗布拡散法等を用いることができる。塗布拡散法における塗布方法としては、スピン塗布法、スプレー塗布法、インクジェット法、スクリーン印刷法等を挙げることができる。
【００４５】
塗布拡散法を用いる場合、裏面に、第ＩＩＩ族の元素を含む材料を塗布し、熱処理することによって第ＩＩＩ族の元素の拡散を行うことができる。また、受光面にＮ型のドーパントを含む材料を塗布し、熱処理することによってＮ型導電型層の形成を行うことができる。なお、裏面におけるＰ型ドーパントの濃度の低下を十分抑制するために、第ＩＩＩ族の元素を含む材料は裏面の全域に塗布することが望ましい。
【００４６】
この際、工程（ｅ）及び工程（ｆ）を同時に行うこと、すなわち、一度の熱処理で第ＩＩＩ族の元素の拡散及びＮ型導電型層の形成を行うことが好ましい。このような方法であれば、裏面にＰ型層を導入する際に、製造工程数を減らすことができ、プロセスに手間がかかることがなく、コストを削減することができる。このように工程（ｅ）及び工程（ｆ）を同時に行うことにより、裏面に所望の表面濃度のＰ型層を容易に導入することができる。
【００４７】
工程（ｅ）及び工程（ｆ）を同時に行う場合、例えば、まず、受光面にＮ型のドーパントを含む材料を塗布し、基板を乾燥炉に投入し、材料を乾燥させることでＮ型ドーパント含有膜を形成し、次に、同様の方法で、裏面に第ＩＩＩ族の元素を含む膜を形成する。その後熱処理を実施して、第ＩＩＩ族の元素の拡散及びＮ型導電型層の形成を一度の熱処理で同時に行うことができる。なお、第ＩＩＩ族の元素の拡散及びＮ型導電型層の形成のいずれか一方を、塗布拡散法で行い、他方を気相拡散法で行うこともできる。
【００４８】
ここで、Ｎ型のドーパントを含む材料としては、熱処理によってガラス化するリン拡散剤（リン拡散ソース）を用いることができる。このリン拡散剤は、公知のものを用いることができ、例えば、Ｐ２Ｏ５、純水、ＰＶＡ（ポリビニルアルコール）、ＴＥＯＳ（テトラエチルオルソシリケート）を混合することによって得ることもできる。
【００４９】
第ＩＩＩ族の元素を含む材料としては、熱処理によってガラス化するボロン拡散剤（ボロン拡散ソース）を用いることができる。このボロン拡散剤は、公知のものを用いることができ、例えば、Ｂ２Ｏ３、純水、ＰＶＡを混合することによって得ることもできる。
【００５０】
基板の受光面に上記のリン拡散剤、裏面に上記のボロン拡散剤を塗布し、リン拡散温度で同時拡散を行えば、リン原子と比較して、ボロン原子の方が拡散係数が小さいため、比較的低表面濃度のボロン層が形成できる。これにより、ボロン層とリン拡散層を別々に形成する方法に比べて、コストを削減することができる。なお、リン拡散温度は、特に限定されないが、一般的に８３０〜９５０℃の範囲内である。ボロン拡散温度は、一般的に９００〜１１００℃の範囲内である。これらの熱処理時間は、一般的に１〜６０分程度である。
【００５１】
第ＩＩＩ族の元素の拡散表面濃度や拡散深さは、例えば、ボロン拡散剤中のＢ２Ｏ３の含有量、熱処理温度、熱処理時間等を調整することにより、目的に応じた適当な値にすることができる。
【００５２】
次に、図２（ｇ）に示すように、プラズマエッチャーを用い、ＰＮ接合の分離を行う。このプロセスではプラズマやラジカルが受光面や裏面に侵入しないよう、サンプルをスタックし、その状態で、端面を数ミクロン削る。このプラズマエッチングによるＰＮ分離は、ボロンガラス及びリンガラスの除去前に行ってもよいし、除去後に行ってもよい。ＰＮ分離の代替手法として、レーザーによる溝形成を行ってもよい。
【００５３】
上記工程（ｅ）及び工程（ｆ）を行うと、基板の表面には少なからずガラス層が形成される。そのため、図２（ｈ）に示すように、フッ酸等で表面のガラスを除去する。
【００５４】
次に、図２（ｉ）に示すように、ガリウムドープ基板の受光面上に誘電体膜を形成することができる。誘電体膜としては上述の太陽電池の項で記載したものと同様のものを用いることができる。
【００５５】
次に、図２（ｊ）に示すように、ガリウムドープ基板の裏面上に誘電体膜を形成する。誘電体膜としては上述の太陽電池の項で記載したものと同様のものを用いることができる。本発明の太陽電池の製造方法であれば、工程（ｅ）で基板の裏面に第ＩＩＩ族の元素を拡散させているため、シリコン窒化膜等の正電荷を有する誘電体膜を形成した場合に、基板裏面の表面領域に反転層が形成されるのを防ぐことができる。工程（ｉ）と（ｊ）は順序を逆にしてもよいし、同時に行うことも可能である。
【００５６】
次に、図２（ｋ）に示すように、裏面電極を形成する部分のみ誘電体膜を取り除く。誘電体膜の除去は、例えば、フォトリソグラフィー法やレーザーアブレーション法、エッチングペースト等を用いて行うことができる。このエッチングペーストは、例えば、エッチング成分としてリン酸、フッ化水素、フッ化アンモニウム及びフッ化水素アンモニウムからなる群から選択された少なくとも１種を含み、水、有機溶媒及び増粘剤を含むものである。
【００５７】
次に、図２（ｌ）に示すように、ガリウムドープ基板の裏面上に裏面電極用のペーストを印刷し、乾燥する。例えば、上記基板の裏面に、Ａｌ粉末を有機物バインダで混合したペーストをスクリーン印刷する。裏面電極材料はＡｇ等を使用することもできる。
【００５８】
次に、図２（ｍ）に示すように、ガリウムドープ基板の受光面上に受光面電極用のペーストを印刷し、乾燥する。例えば、上記基板の受光面に、Ａｇ粉末とガラスフリットを有機物バインダと混合したＡｇペーストをスクリーン印刷する。工程（ｌ）と工程（ｍ）の順序は逆にしてもよい。
【００５９】
以上の電極印刷の後、図２（ｎ）に示すように、受光面電極用のペースト及び裏面電極用のペーストを焼成する。このようにペーストを印刷後、焼成することで受光面電極及び裏面電極が形成される。焼成は、通常７００〜８００℃の温度で５〜３０分間熱処理することで行われる。この熱処理により受光面側の誘電体膜にＡｇ粉末を貫通させ（ファイアースルー）、受光面電極とガリウムドープ基板を導通させる。裏面電極及び受光面電極の焼成は別々に行うことも可能である。
【００６０】
このようにして図１に示す太陽電池を製造することができる。本発明の太陽電池の製造方法は、ガリウムドープ基板を用いること及び誘電体膜を形成する前に裏面に第ＩＩＩ族の元素を拡散させることを主な特徴を有しており、種々の太陽電池の製造方法に適用することができる。
【実施例】
【００６１】
以下、実施例及び比較例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明はこの実施例に限定されるものではない。
【００６２】
（実施例１）
まず、ガリウムが一様にドープされたシリコン基板として、厚み２００μｍ、基板抵抗率１Ω・ｃｍの１５６ｍｍ角アズスライスＣＺ基板を準備した（図２（ａ））。
【００６３】
次に、このガリウムドープ基板をフッ硝酸溶液中に１５秒間浸漬させてダメージエッチングした（図２（ｂ））。更に、２％のＫＯＨと２％のＩＰＡを含む７０℃の水溶液で５分間化学エッチングした（図２（ｃ））。その後に純水で洗浄し、乾燥させることで、ガリウムドープ基板の受光面にテクスチャ構造を形成した（図２（ｄ））。
【００６４】
次に、裏面にホウ酸を含むボロン拡散剤を、スピン塗布法を用いて塗布した後、乾燥炉に投入し、１２０℃、１分程度で乾燥させ、裏面の全域にボロン含有膜を形成した。続いて、ボロン含有膜を形成したガリウムドープ基板を熱処理炉に投入し、温度８５０℃、熱処理時間４０分で熱処理を行い、ガリウムドープ基板の裏面に第ＩＩＩ族の元素を拡散させた（図２（ｅ））。この際、石英ボートの一溝に２枚、ボロン塗布面が外側になるようセットし、できるだけボロンを塗布しなかった面にボロン拡散層が成長しないよう施した。
【００６５】
次に、オキシ塩化リン雰囲気下、８５０℃で、３０分間、ガリウムドープ基板を熱処理し、受光面にＮ型導電型層を形成した（図２（ｆ））。この際、ボロン拡散面同士を重ね合わせ、石英ボートの一溝に挿入することにより拡散を行い、ボロン拡散層にリンが拡散するのをできる限り防いだ。
【００６６】
次に、プラズマエッチャーを用い、ＰＮ接合の分離を行った（図２（ｇ））。続いて、上記の基板表面に残る拡散ガラスを２５％フッ酸水溶液中に５分間浸漬し、続いて純水で５分間リンスすることによって除去した（図２（ｈ））。
【００６７】
次に、拡散を施した本ガリウムドープ基板を酸化炉に入れ、９００℃、３０分間、酸素雰囲気下で熱処理し、基板両面に誘電体膜として膜厚２０ｎｍの酸化膜を形成した。さらに、ガリウムドープ基板の受光面上および裏面上に、それぞれプラズマＣＶＤ装置を用いて誘電体膜としてシリコン窒化膜を形成した（図２（ｉ）、（ｊ））。受光面側の誘電体膜の膜厚は９０ｎｍとした。また、裏面側の誘電体膜の膜厚も９０ｎｍとした。この時点で酸化膜をフッ酸でエッチングし、シート抵抗を測定したところ、２５０Ω／□であり、これから表面濃度を推定すると約１．５×１０１８ａｔｏｍ／ｃｍ３であった。
【００６８】
次に、裏面側の裏面電極を形成する部分のみ、エッチングペーストを用いて誘電体膜を取り除いた（図２（ｋ））。
【００６９】
次に、ガリウムドープ基板の裏面上に、銀を主成分とする導電性ペーストをスクリーン印刷法で印刷し、１５０℃で乾燥させた（図２（ｌ））。
【００７０】
次に、ガリウムドープ基板の受光面上にも、銀を主成分とする導電性ペーストをスクリーン印刷法で印刷し、１５０℃で乾燥させた（図２（ｍ））。
【００７１】
この導電性ペースト塗布済み基板を焼成炉に投入し、最高温度８００℃で５秒間、導電性ペーストを焼成して、裏面電極及び受光面電極を形成し、図１に示す太陽電池を作製した（図２（ｎ））。
【００７２】
（実施例２）
図２の（ｅ）（ｆ）に示す工程を同時に処理する以外は、実施例１と同様の処理を行って図１に示す太陽電池を作製した。すなわち本工程では、まず、裏面にホウ酸を含むボロン拡散剤を、スピン塗布法を用いて塗布した後、１２０℃、１分程度でホットプレート上で乾燥させ、裏面の全域にボロン含有膜を形成し、引き続いて、表面にリン酸を含むリン拡散剤を、スピン塗布法を用いて塗布した後、１５０℃、１分程度でホットプレート上で乾燥させ、表面の全域にリン含有膜を形成した。次に、この基板を炉に投入して８５０℃で３０分間熱処理し、表面にＮ型導電型層を、裏面にＰ型導電型層を同時に形成した。この際、ボロン塗布面同士もしくはリン拡散面同士を重ね合わせ、石英ボートの一溝に挿入することにより拡散を行い、ボロンとリンが相互に拡散するのをできる限り防いだ。
【００７３】
図３に、ＳＩＭＳ（二次イオン質量分析）による実施例２の拡散プロファイルを示す図を示した。なお、これは工程（ｈ）後時点の基板を測定したものである。図３に示すように、作製意図通り、ガリウムドープ基板の裏面にボロンが拡散し、受光面にリンが拡散していることがわかる。
【００７４】
（比較例）
図２の（ｅ）に示す工程（ガリウムドープ基板の裏面にボロン含有膜を形成し、第ＩＩＩ族の元素を拡散させる工程）を行わなかった以外は、実施例と同様の処理を行って図６に示す太陽電池を作製した。
【００７５】
このようにして作製した太陽電池計３００枚（実施例１：１００枚、実施例２：１００枚、比較例１００枚）について、ソーラーシミュレーター（２５℃の雰囲気の中、照射強度：１ｋＷ／ｍ２、スペクトル：ＡＭ１．５グローバル）による評価（電流電圧特性検査）を行った。表１に実施例１，２及び比較例の結果を示す。表１中の変換効率等は、実施例１、２、比較例それぞれの太陽電池１００枚ずつの平均を示すものである。
【００７６】
【表１】
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【００７７】
表１に示すように、ガリウムドープ基板の裏面に第ＩＩＩ族の元素を拡散させた実施例１および２は、短絡電流密度、開放電圧、フィルファクタ、変換効率共に良好な結果を示した。一方、基板の裏面に第ＩＩＩ族の元素を拡散させなかった比較例は、図６に示すように基板表面に反転層１１８が形成され、短絡電流密度等の結果が悪化した。
【００７８】
図４は、実施例１及び比較例の内部量子効率を示す図である。図４における内部量子効率は分光感度測定装置によって測定した。図４に示すように、実施例１は比較例に比べて、特に波長８００ｎｍ〜１１００ｎｍにおいて内部量子効率が良好であった。なお、実施例２の内部量子効率は実施例１の内部量子効率とほぼ同一であった。
【００７９】
図５は、図１（実施例の構造）及び図６（比較例の構造）の破線で示す横断面のエネルギーバンド図を概念的に示した図である。図５に示すように、第ＩＩＩ族の元素を拡散させた実施例では、基板内部に比べて裏面側の方がＰ型ドーパントの濃度が高いので、基板内部に比べて裏面側の方が伝導帯の下端が高くなっている。これにより、裏面側でキャリアが再結合するのを防ぐことができる。一方、第ＩＩＩ族の元素を拡散させなかった比較例では、基板内部に比べて裏面側の方がＰ型ドーパントの濃度が低いので、伝導帯の下端が低くなっている。そのため、裏面側でキャリアが再結合してしまう。これにより変換効率等が悪化してしまう。
【００８０】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【符号の説明】
【００８１】
１０、１１０…太陽電池、  １１、１１１…Ｐ型シリコン基板、
１２、１１２…Ｎ型導電型層（エミッタ層）、  １３、１１３…ＢＳＦ層、
１４、１１４…反射防止膜（受光面誘電体膜）、
１５、１１５…誘電体膜（裏面誘電体膜）、
１６、１１６…受光面電極、  １７、１１７…裏面電極、
１１８…反転層、  １９…第ＩＩＩ族の元素が拡散された層。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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