(57)【要約】【課題】リン酸水溶液が半導体基板の表面上で弾かれるのを抑止してリン酸水溶液を半導体基板の表面上に塗布することができる太陽電池セルの製造方法を提供する。【解決手段】半導体基板の表面にリン酸水溶液を噴霧する工程と、リン酸水溶液が噴霧された半導体基板を加熱することにより半導体基板にｎ型不純物を拡散させてｎ型不純物拡散層を形成する工程とを含む太陽電池セルの製造方法である。ここで、リン酸水溶液の噴霧時の半導体基板の温度が６０℃以上１２０℃以下であることが好ましい。【選択図】図１０
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板の表面にリン酸水溶液を噴霧する工程と、
前記リン酸水溶液が噴霧された前記半導体基板を加熱することにより前記半導体基板にｎ型不純物を拡散させてｎ型不純物拡散層を形成する工程とを含む、太陽電池セルの製造方法。
【請求項２】
前記リン酸水溶液の噴霧時の前記半導体基板の温度が６０℃以上１２０℃以下であることを特徴とする、請求項１に記載の太陽電池セルの製造方法。
【請求項３】
前記リン酸水溶液を噴霧する工程が前記半導体基板の温度を６０℃以上１２０℃以下とする工程の後に行なわれることを特徴とする、請求項２に記載の太陽電池セルの製造方法。
【請求項４】
前記リン酸水溶液の噴霧時の液滴サイズが５μｍ以下であることを特徴とする、請求項１から３のいずれかに記載の太陽電池セルの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池セルの製造方法に関し、特に、リン酸水溶液が半導体基板の表面上で弾かれるのを抑止してリン酸水溶液を半導体基板の表面上に塗布することを可能とする太陽電池セルの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、資源の有効利用や環境汚染の防止等の観点から、太陽光を直接電気エネルギに変換する太陽電池セルが注目されており、開発が進められている。
【０００３】
たとえば特許文献１等には、従来の太陽電池セルの製造方法が開示されている。以下、図１〜図９を参照して、特許文献１等に開示されている従来の太陽電池セルの製造方法の一例について説明する。
【０００４】
まず、図１（ａ）の模式的断面図および図１（ｂ）の模式的斜視図に示すように、ｐ型多結晶シリコン基板１を用意し、そのｐ型多結晶シリコン基板１の表面に形成されているダメージ層１ａをエッチングにより除去するとともにｐ型多結晶シリコン基板１の表面の洗浄を行なう。ここで、ダメージ層１ａは、シリコンインゴッドをスライスすることによってｐ型多結晶シリコン基板１の表面に形成されるものである。また、ダメージ層１ａをエッチングおよびｐ型多結晶シリコン基板１の表面の洗浄は、スライス後のｐ型多結晶シリコン基板１を８０℃前後の数％アルカリ水溶液（ＮａＯＨ等）に数秒間浸漬させることにより行なうことができる。
【０００５】
次に、図２（ａ）の模式的断面図および図２（ｂ）の模式的斜視図に示すように、ｐ型多結晶シリコン基板１の受光面側となる表面にリン等のｎ型不純物を含む薬液をｐ型多結晶シリコン基板１を数百〜数千ｒｐｍの回転速度で回転させながら塗布（スピン塗布）することによって、ｐ型多結晶シリコン基板１の表面上にｎ型不純物拡散膜２を形成する。なお、図示はされていないが、上記のスピン塗布の前には、ｐ型多結晶シリコン基板１の裏面側となる表面に酸化チタン等の金属酸化物を含む接合分離用マスキング薬剤が予め塗布されてマスキング膜が形成される。
【０００６】
次に、図３（ａ）の模式的断面図および図３（ｂ）の模式的斜視図に示すように、ｎ型不純物を含む薬液の塗布後のｐ型多結晶シリコン基板１を加熱することによってｎ型不純物拡散膜２からｎ型不純物をｐ型多結晶シリコン基板１に拡散させてｎ型不純物拡散層３を形成する。ここで、ｐ型多結晶シリコン基板１の加熱は、９００℃程度の高温の炉内に数十分間放置されることにより行なわれる。
【０００７】
なお、ｎ型不純物拡散層３の形成後には、ｐ型多結晶シリコン基板１の表面上のｎ型不純物拡散膜２およびマスキング膜（図示せず）は、ｐ型多結晶シリコン基板１を数％のＨＦ（フッ化水素）水溶液中に数秒間浸漬させることによって除去される。このＨＦ水溶液中への浸漬後にはｐ型多結晶シリコン基板１は純水により洗浄される。
【０００８】
次に、図４（ａ）の模式的断面図および図４（ｂ）の模式的斜視図に示すように、ｐ型多結晶シリコン基板１のｎ型不純物拡散層３の表面上にＳｉ3Ｎ4（窒化ケイ素）膜等の反射防止膜５を形成する。ここで、Ｓｉ3Ｎ4膜等の反射防止膜５は、プラズマＣＶＤ法によって形成することができ、反射防止膜としての機能だけでなく、パッシベーション膜としての機能も有するものである。
【０００９】
次に、図５（ａ）の模式的断面図および図５（ｂ）の模式的平面図に示すように、ｐ型多結晶シリコン基板１の裏面にＡｇ（銀）を含むＡｇペーストを印刷法により所定の形状に印刷した後に焼成することによってＡｇ電極６を形成する。
【００１０】
次に、図６（ａ）の模式的断面図および図６（ｂ）の模式的平面図に示すように、ｐ型多結晶シリコン基板１の裏面のＡｇ電極６の形成領域以外のほぼ全面にＡｌ（アルミニウム）を含むＡｌペーストを印刷法により印刷した後に焼成することによってＡｌ電極７を形成する。
【００１１】
ここで、上記のＡｇペーストの焼成およびＡｌペーストの焼成は、ＡｇペーストおよびＡｌペーストが印刷されたｐ型多結晶シリコン基板１を加熱することによって行なわれ、ｐ型多結晶シリコン基板１は、７００〜８００℃程度の高温の炉内に放置されることによって加熱される。このとき、ＡｌおよびＡｇがｐ型多結晶シリコン基板１中のシリコンと合金化して導通コンタクトが形成される。
【００１２】
また、Ａｌ電極７の下方のｐ型多結晶シリコン基板１の領域にはｐ型不純物であるＡｌが拡散することによってｐ型不純物拡散層１１が形成されて裏面電界層を構成してＢＳＦ（Back Surface Field）構造となるため、長波長側の分光感度を向上させることができる。
【００１３】
次に、図７（ａ）の模式的断面図および図７（ｂ）の模式的平面図に示すように、ｐ型多結晶シリコン基板１の受光面側となる表面上にＡｇ電極８を形成する。ここで、Ａｇ電極８は、ｐ型多結晶シリコン基板１の受光面側の反射防止膜５上にＡｇペーストを所定の形状に印刷した後にｐ型多結晶シリコン基板１を７００〜８００℃程度の高温の炉内に放置することによって、Ａｇペーストが反射防止膜５をファイヤースルーしてｐ型多結晶シリコン基板１のｎ型不純物拡散層３の表面に接触し、Ａｇがｐ型多結晶シリコン基板１中のシリコンと合金化して導通コンタクトが形成されることにより作製される。
【００１４】
次に、図８（ａ）の模式的断面図および図８（ｂ）の模式的平面図に示すように、ｐ型多結晶シリコン基板１の受光面側のＡｇ電極８および裏面側のＡｇ電極６にそれぞれ無鉛はんだメッキ層１０およびはんだメッキ層９を形成して太陽電池セルが形成される。
【００１５】
その後、図９の模式図に示すように、上記のようにして形成した太陽電池セルの電流−電圧特性を擬似太陽光照射下にて測定して不良品を取り除く。そして、電流−電圧特性の測定後の太陽電池セルを直列に電気的に接続した後に封止材中に封止することによって太陽電池モジュールを形成することができる。
【特許文献１】特開平２−３３９８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
従来の太陽電池セルの製造方法においては、ｎ型不純物拡散膜４の形成に用いられたｎ型不純物を含む薬液においてはリンの他にエタノール等の揮発性有機化合物（ＶＯＣ：Volatile Organic Compounds）が含まれていることから、環境に負荷をかけるとして問題となっていた。そこで、近年における環境問題への積極的な取り組みの観点から、ｎ型不純物拡散膜４の形成用のｎ型不純物を含む薬液としてリン酸水溶液への変更が進められている。
【００１７】
しかしながら、リン酸水溶液を半導体基板の表面上にスピン塗布した場合には、リン酸水溶液が半導体基板の表面上で弾かれるために、リン酸水溶液を半導体基板の表面上に塗布することができないという問題があった。
【００１８】
上記の事情に鑑みて、本発明の目的は、リン酸水溶液が半導体基板の表面上で弾かれるのを抑止してリン酸水溶液を半導体基板の表面上に塗布することを可能とする太陽電池セルの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明は、半導体基板の表面にリン酸水溶液を噴霧する工程と、リン酸水溶液が噴霧された半導体基板を加熱することにより半導体基板にｎ型不純物を拡散させてｎ型不純物拡散層を形成する工程とを含む太陽電池セルの製造方法である。
【００２０】
ここで、本発明の太陽電池セルの製造方法においては、リン酸水溶液の噴霧時の半導体基板の温度が６０℃以上１２０℃以下であることが好ましい。
【００２１】
また、本発明の太陽電池セルの製造方法においては、リン酸水溶液を噴霧する工程が半導体基板の温度を６０℃以上１２０℃以下とする工程の後に行なわれることが好ましい。
【００２２】
さらに、本発明の太陽電池セルの製造方法においては、リン酸水溶液の噴霧時の液滴サイズが５μｍ以下であることが好ましい。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、リン酸水溶液が半導体基板の表面上で弾かれるのを抑止してリン酸水溶液を半導体基板の表面上に塗布することを可能とする太陽電池セルの製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の太陽電池セルの製造方法の一例について説明する。なお、本発明の図面において、同一の参照符号は、同一部分または相当部分を表わすものとする。
【００２５】
まず、図１（ａ）および図１（ｂ）に示すように、半導体基板の一例としてｐ型多結晶シリコン基板１を用意し、そのｐ型多結晶シリコン基板１の表面に形成されているダメージ層１ａをエッチングにより除去するとともにｐ型多結晶シリコン基板１の表面の洗浄を行なう。
【００２６】
次に、図２（ａ）および図２（ｂ）に示すように、ｐ型多結晶シリコン基板１の受光面側となる表面にリン酸水溶液を噴霧してｐ型多結晶シリコン基板１の表面上にリン酸水溶液を塗布することによってｎ型不純物拡散膜２を形成する。
【００２７】
ここで、リン酸水溶液の噴霧は、たとえば図１０の模式的構成図に示すように、ｐ型多結晶シリコン基板１を加熱するための加熱器１００の表面上に、受光面側の表面が上面側となるようにｐ型多結晶シリコン基板１を設置した後に、噴霧器１０１からリン酸水溶液４を液滴状にして噴霧することによってｐ型多結晶シリコン基板１の表面上に塗布することによって行なうことができる。
【００２８】
このリン酸水溶液４の噴霧の際におけるｐ型多結晶シリコン基板１の表面温度は６０℃以上１２０℃以下であることが好ましい。この場合には、噴霧されたリン酸水溶液４がｐ型多結晶シリコン基板１の表面上で弾かれるのを有効に抑止してｐ型多結晶シリコン基板１の表面上に塗布することができる傾向にある。
【００２９】
なお、上記の場合には、リン酸水溶液４の噴霧時にｐ型多結晶シリコン基板１の表面が６０℃以上１２０℃以下に温まっていればよいため、ｐ型多結晶シリコン基板１の表面温度が６０℃以上１２０℃以下となるようにｐ型多結晶シリコン基板１を加熱しながらリン酸水溶液４を噴霧してもよく、ｐ型多結晶シリコン基板１の表面温度を６０℃以上１２０℃以下に加熱した後にリン酸水溶液４を噴霧してもよい。
【００３０】
また、リン酸水溶液４の噴霧時におけるリン酸水溶液４の液滴サイズは５μｍ以下であることが好ましい。この場合には、噴霧されたリン酸水溶液４が弾かれるのをさらに有効に抑止することができる傾向にある。ここで、リン酸水溶液４の噴霧時におけるリン酸水溶液４の液滴サイズはリン酸水溶液４の噴霧直後のリン酸水溶液４の液滴サイズを意味しており、リン酸水溶液４の液滴の外表面に存在する任意の２点を結ぶ直線のうち最も長い直線の長さを液滴サイズと定義する。
【００３１】
また、噴霧されたリン酸水溶液４がｐ型多結晶シリコン基板１の表面上で弾かれるのを有効に抑止するためには、上記の液滴サイズが５μｍ以下のリン酸水溶液４の液滴は、噴霧されるリン酸水溶液４のすべての液滴の５０％以上を占めることが好ましい。
【００３２】
また、図１０に示す噴霧器１０１とｐ型多結晶シリコン基板１の表面との最短距離ｈは、リン酸水溶液４を構成する水の蒸発効果をもたらし、リン酸水溶液４の噴霧を効果的に行なう観点から、１８０ｍｍ程度とすることが好ましい。
【００３３】
なお、本発明において噴霧されるリン酸水溶液４としては、リン酸を水に溶解させたもの等の従来から公知のリン酸水溶液を用いることができる。ここで、リン酸水溶液４には、ｎ型不純物拡散膜２の形成および後述のｎ型不純物拡散層３の形成の妨げとならず、かつ本発明の効果の発現を妨げない範囲でその他の成分が含まれていてもよい。
【００３４】
次に、図３（ａ）および図３（ｂ）に示すように、ｎ型不純物を含む薬液の塗布後のｐ型多結晶シリコン基板１を加熱することによってｎ型不純物拡散膜２からｎ型不純物をｐ型多結晶シリコン基板１に拡散させてｎ型不純物拡散層３を形成する。
【００３５】
次に、図４（ａ）および図４（ｂ）に示すように、ｐ型多結晶シリコン基板１のｎ型不純物拡散層３の表面上にＳｉ3Ｎ4（窒化ケイ素）膜等の反射防止膜５を形成する。
【００３６】
次に、図５（ａ）および図５（ｂ）に示すように、ｐ型多結晶シリコン基板１の裏面にＡｇペーストを印刷法により所定の形状に印刷した後に焼成することによってＡｇ電極６を形成する。
【００３７】
次に、図６（ａ）および図６（ｂ）に示すように、ｐ型多結晶シリコン基板１の裏面のＡｇ電極６の形成領域以外のほぼ全面にＡｌペーストを印刷法により印刷した後に焼成することによってＡｌ電極７を形成する。
【００３８】
次に、図７（ａ）および図７（ｂ）に示すように、ｐ型多結晶シリコン基板１の受光面側となる表面上にＡｇ電極８を形成する。
【００３９】
次に、図８（ａ）および図８（ｂ）に示すように、ｐ型多結晶シリコン基板１の受光面側のＡｇ電極８および裏面側のＡｇ電極６にそれぞれ無鉛はんだメッキ層１０および無鉛はんだメッキ層９を形成して太陽電池セルが形成される。
【００４０】
その後、図９の模式図に示すように、上記のようにして形成した太陽電池セルの電流−電圧特性を擬似太陽光照射下にて測定して不良品を取り除く。そして、電流−電圧特性の測定後の太陽電池セルを直列に電気的に接続した後に封止材中に封止することによって太陽電池モジュールを形成することができる。
【００４１】
上記以外の説明は、本明細書の背景技術の欄における説明と同様であるので、その説明は省略する。
【００４２】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明によれば、リン酸水溶液が半導体基板の表面上で弾かれるのを抑止してリン酸水溶液を半導体基板の表面上に塗布することができる太陽電池セルの製造方法を提供することができる。
【００４４】
また、本発明においては、ｎ型不純物を含む薬液においてにエタノール等の揮発性有機化合物を用いる必要がないため、環境への負荷を低減することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】（ａ）は本発明の太陽電池セルの製造方法の一例の製造工程の一部を図解する模式的な断面図であり、（ｂ）は（ａ）の模式的な斜視図である。
【図２】（ａ）は本発明の太陽電池セルの製造方法の一例の製造工程の一部を図解する模式的な断面図であり、（ｂ）は（ａ）の模式的な斜視図である。
【図３】（ａ）は本発明の太陽電池セルの製造方法の一例の製造工程の一部を図解する模式的な断面図であり、（ｂ）は（ａ）の模式的な斜視図である。
【図４】（ａ）は本発明の太陽電池セルの製造方法の一例の製造工程の一部を図解する模式的な断面図であり、（ｂ）は（ａ）の模式的な斜視図である。
【図５】（ａ）は本発明の太陽電池セルの製造方法の一例の製造工程の一部を図解する模式的な断面図であり、（ｂ）は（ａ）の模式的な平面図である。
【図６】（ａ）は本発明の太陽電池セルの製造方法の一例の製造工程の一部を図解する模式的な断面図であり、（ｂ）は（ａ）の模式的な平面図である。
【図７】（ａ）は本発明の太陽電池セルの製造方法の一例の製造工程の一部を図解する模式的な断面図であり、（ｂ）は（ａ）の模式的な平面図である。
【図８】（ａ）は本発明の太陽電池セルの製造方法の一例の製造工程の一部を図解する模式的な断面図であり、（ｂ）は（ａ）の模式的な平面図である。
【図９】本発明の太陽電池セルの製造方法の一例で製造された太陽電池セルの電流−電圧特性の一例を図解する模式図である。
【図１０】本発明においてリン酸水溶液を噴霧する工程の一例を図解する模式図である。
【符号の説明】
【００４６】
１  ｐ型多結晶シリコン基板、１ａ  ダメージ層、２  ｎ型不純物拡散膜、３  ｎ型不純物拡散層、４  リン酸水溶液、５  反射防止膜、６，８  Ａｇ電極、７  Ａｌ電極、９，１０  無鉛はんだメッキ層、  １００  加熱器、１０１  噴霧器。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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