(57)【要約】【課題】  太陽電池グレードのシリコン基板を使用して、良好な裏面電界層となるシート抵抗値を持つ太陽電池セルを提供すること。【解決手段】  シリコン太陽電池セルにおいて、片面受光太陽電池であって、ボロンを拡散して形成される裏面電界層のシート抵抗値が８Ω／□以上５０Ω／□以下であることを特徴とする。また、両面受光太陽電池であって、ボロンを拡散して形成される裏面電界層のシート抵抗値が１３Ω／□以上５０Ω／□以下であることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｐ形不純物を含有するシリコン基板の裏面側にボロンを拡散した片面受光太陽電池において、ｐ+層のシート抵抗が８Ω／□以上５０Ω／□以下であることを特徴とする太陽電池。
【請求項２】
ｐ形不純物を含有するシリコン基板の裏面側にボロンを拡散した両面受光太陽電池において、ｐ+層のシート抵抗が１３Ω／□以上５０Ω／□以下であることを特徴とする太陽電池。
【請求項３】
ｐ形不純物を含有するシリコン基板の裏面側にＢＮを用いてボロンを拡散した片面受光太陽電池において、ｐ+層のシート抵抗が８Ω／□以上５０Ω／□以下であることを特徴とする太陽電池。
【請求項４】
ｐ形不純物を含有するシリコン基板の裏面側にＢＮを用いてボロンを拡散した両面受光太陽電池において、ｐ+層のシート抵抗が１３Ω／□以上５０Ω／□以下であることを特徴とする太陽電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、変換効率が良好な太陽電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の太陽電池素子の製造方法を図６により説明する。図６に示す大要電池素子は、インゴットから所定寸法に切り出されたシリコン基板１，ｎ+層１ａ，反射防止膜２，裏面電界層３で構成されている。
【０００３】
工程（ｂ）で、シリコン基板１の表面にピラミッド状の凹凸を設けるためＮａＯＨ，ＫＯＨなどの水溶液で異方性エッチングを施す。一般にテクスチャ構造と呼ばれ、光閉じ込め効果が高い。
【０００４】
工程（ｃ）でｐｎ接合を形成する。ｐ形基板に対しては表面層にリン元素を熱拡散で添加することでｎ+層１ａを形成する方法が用いられる。
【０００５】
工程（ｄ）で、基板１の光入射面側に光の干渉を利用した透明の反射防止膜２を形成する。反射防止膜２の材料としては、空気やガラスとシリコンとの中間の屈折率を有する透明膜材料が用いられ、酸化チタン膜，窒化シリコン膜，酸化アルミ膜，フッ化マグネシウム膜などが利用される。このような薄膜の形成には真空蒸着法，常圧ＣＶＤ法，プラズマＣＶＤ法などが用いられる。
【０００６】
次に太陽電池の裏面側に基板と同じ導電形の不純物を高濃度に添加して裏面電界層３を形成させる。裏面電界層３の形成にアルミペーストの印刷焼成法が用いられる。アルミニウムとシリコンとの共晶温度５７５℃よりも高い温度で焼成することにより、アルミニウムをシリコン中に簡単に添加することができる。アルミニウムはシリコンに対してｐ形の不純物となり、その濃度は基板よりも高くなり裏面電界層として働く。
【０００７】
その後、電極を形成することで完成となるが、裏面に施すアルミペーストは、基板とアルミニウムの熱膨張係数の相違により基板にソリが生じ、製造歩留まり低下の原因となる。
【０００８】
半導体基板にソリなどを生じさせない太陽電池素子の形成方法としてＢＢｒ3，ＢＮ，ボロン含有塗布剤を用いた熱拡散方法がある。これらの熱拡散方法は、ｐ+層を形成した表面上にボロンシリケートガラス（ＢＳＧ：Boron Silicate Glass）を形成することで不純物となるボロン元素を基板へと拡散させる。このＢＳＧは透明な膜であり基板にソリを生じさせなく、反射防止膜としての機能も持ち、外観から見ても綺麗である。
【０００９】
裏面にアルミニウムを拡散させるものとして、〔特許文献１〕に記載のように、裏面電界層のシート抵抗について、３０Ω／□未満であると、シリコン基板へのアルミ二ウムの拡散が過度に高濃度であるため、シリコン基板中の少数キャリアライフタイムτを低下させ、結果的に太陽電池の電流が低下するおそれがあること、３５Ω／□を超えると、シリコン基板へのアルミ二ウムの拡散が十分でないため、適正なｐ+層が形成されず、太陽電池の電流が低下するおそれがある。このことからアルミペーストによって形成される裏面電界層のシート抵抗は３０Ω／□以上３５Ω／□以下がよいとされている。
【００１０】
一方、〔非特許文献１〕に記載のように、両面受光太陽電池の裏面からも受光できるように、裏面電界層形成にＢＮなどの固体原料から不純物原料を供給する方法を用い、裏面にボロンを拡散させた両面受光太陽電池が開発されている。また、〔非特許文献２〕に記載のものでは、ＢＢｒ3などの不純物を含む液体原料をバブリングによって、基板表面に原料を供給しボロンを拡散している。そして、〔非特許文献１〕，〔非特許文献２〕には、裏面電界層のシート抵抗はそれぞれ８０Ω／□，６０Ω／□と記載されている。
【００１１】
【特許文献１】特開２００６−７３７１５号公報
【非特許文献１】T. Joge et al. Jpn. J. Appl. Phys. Vol. 42 (2003) PP5397-PP5404
【非特許文献２】A. Kranzl et al., IEEE 4th WCPEC, 2006 Hawaii
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
裏面にアルミニウムを拡散させるもの（３０〜３５Ω／□）と、裏面にボロンを拡散させるもの（８０Ω／□，６０Ω／□）では、使用できるシート抵抗の範囲が異なり、〔特許文献１〕に記載のように、裏面にアルミニウムを拡散させてたのでは、基板にソリが生じるため、裏面ボロンを拡散させるものが使用されるが、アルミニウムを用いてｐ+層を形成するものと、ボロンで形成するｐ+層は、拡散種，拡散方法が異なるため、変換効率を向上させるシート抵抗の範囲は異なるものとなる。又、ボロンを拡散させるものでは、〔非特許文献１〕，〔非特許文献２〕に、８０Ω／□，６０Ω／□と記載されているように大きな値が一般的であり、詳細なセル性能と裏面電界層のシート抵抗の比較はされていなく、適切な裏面電界層のシート抵抗値は明らかにされていない。
【００１３】
このように、裏面がアルミニウム拡散とボロン拡散では、拡散種，拡散方法が異なり、ボロン拡散で形成される裏面電界層のシート抵抗は高く、電界層として十分機能していない可能性があるという問題があった。
【００１４】
本発明の目的は、裏面電界層の形成に基板ソリを低減できるボロン拡散を用い、適切な裏面電界層のシート抵抗により歩留まり向上，変換効率の向上した太陽電池を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記目的を達成するために、本発明の太陽電池は、片面受光太陽電池で、裏面にボロンを拡散させた裏面電界層のシート抵抗値を８Ω／□以上５０Ω／□以下にしたものである。
【００１６】
また、両面受光太陽電池で、裏面にボロンを拡散させた裏面電界層のシート抵抗値が１３Ω／□以上５０Ω／□以下にしたものである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、ボロン拡散で形成される裏面電界層のシート抵抗が８Ω／□以上５０Ω／□以下において高い表面変換効率の太陽電池製造が実現できる。
【００１８】
また、１３Ω／□以上７０Ω／□以下において高い裏面変換効率の太陽電池製造が実現できる。
【００１９】
また、シート抵抗が１３Ω／□以上５０Ω／□以下において表裏の総合変換効率の向上が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明の一実施例である太陽電池を図１から図５により説明する。
【００２１】
半導体基板１１として、比抵抗４−６Ωcm，厚さ２３５μｍ，初期ライフタイム２００−４００μｓ程度を有する、ｐ形単結晶シリコン基板を用い、図１に示した各工程により太陽電池を製作した。
【００２２】
本実施例の太陽電池素子は、半導体基板１１，ｐ+層１１ｂ，ｎ+層１１ａ，反射防止膜２２，表面電極３３，裏面電極４４で構成される。
【００２３】
工程（ａ）では、２３５μｍ程度の厚みを有する半導体基板１１を用意する。この半導体基板１１は、ＣＺ法，ＦＺ法，ＥＦＧ法、あるいは鋳造法などで形成された単結晶又は多結晶のシリコンインゴットをスライスして形成され、例えばボロンなどのｐ形不純物を１.５×１０15〜１.５×１０16cm-3程度含有する。
【００２４】
工程（ｂ）では、半導体基板１１の表面部にピラミッド状の凹凸を設けるため、ＮａＯＨ，ＫＯＨなどの水溶液で異方性エッチングを施す。
【００２５】
工程（ｃ）では、半導体基板１１の裏面にｐ+層１１ｂを形成する。ｐ+層１１ｂは、固体拡散源となるＢＮを用いてボロン元素を基板１１の裏面に供給することで形成する。また、固体拡散源を用いず不純物を含むキャリアガス（ＢＢｒ3をバブリングしたガス）、又はボロンを含む塗布剤を用いて、半導体基板１１の表面に供給してもよい。
【００２６】
このとき、シート抵抗が８Ω／□以上９０Ω／□以下となる裏面電界層を形成するため、拡散条件を温度が９００℃〜１１００℃、時間を１０分〜１２０分とする。ここで、シート抵抗の測定は４端子法を用いて測定した。
【００２７】
次に、半導体基板１１の表面にｎ+層１１ａを形成する。ｎ+層１１ａは、リンを含む気体、例えばオキシ塩化リン（ＰＯＣｌ3）などのバブリングガスを流しながら、半導体基板１１を８４０℃〜９００℃の温度に加熱して、リンを半導体基板１１の表面に拡散させることによって形成する。このｎ+層１１ａを形成することによって、半導体基板１１の表面側にｐｎ接合部が形成される。
【００２８】
工程（ｄ）では、半導体基板１１の両面にプラズマＣＶＤを用いて薄膜層（ＳｉＮ膜）２２を形成する。これらの膜は反射防止膜として働き、半導体基板１１に入射する光を効率よく吸収するための膜である。反射防止膜２２は、その厚みが２００〜８００Å、屈折率が１.９〜２.３程度になるように形成される。
【００２９】
工程（ｅ）では、半導体基板１１の両面にＡｇペーストを印刷し７００〜８００℃で焼成することで表面側に表面電極３３，裏面側に裏面電極４４を形成する。
【００３０】
このようにして製造した太陽電池の変換効率をソーラーシミュレータ（条件ＡＭ１.５，２５℃）で測定した。
【００３１】
図２は、裏面電界層のシート抵抗と拡散温度の関係を示す図である。図２から分かるように、拡散温度が高くなるほど裏面電界層のシート抵抗値が低くなる。シート抵抗の低下はボロンが基板表面に高濃度に分布していることを意味し、拡散温度によって裏面電界層のシート抵抗を容易に変更することが可能と言える。
【００３２】
図３は、裏面電界層のシート抵抗と拡散時間の関係を示す図である。図３から分るように、拡散時間が３０分程度の熱処理でシート抵抗値の飽和が見られていることから、拡散時間は３０分で十分である。しかし、更にシート抵抗が低い５Ω／□以下のシート抵抗を得るには、拡散温度が高温（１１００℃以上）で、長時間の熱処理が必要となり拡散時に使用する石英治具の変形が起こり実用的でない。従って、量産ベースで考えた場合、シート抵抗を下げられる限界値は８Ω／□となる。
【００３３】
図４は、裏面電界層のシート抵抗の違いによる表面の変換効率の変化を示す図である。図４から分かるように、シート抵抗が５０Ω／□以下で大幅な変換効率の向上が見られた。ｐ+層が多数キャリアの正孔に対して低抵抗のオーム性電極となった他、ｐｐ+間のエネルギー差によって開放電圧が増加した結果からきたものと考える。実際、シート抵抗の低下に伴う開放電圧の増加を確認した。
【００３４】
一方、シート抵抗が５０Ω／□以上では、変換効率は低いもののある程度のセル性能は得られ、大幅なセル性能低下は見られない。これは裏面に形成した裏面電界層のｐ+層が表面で生成したキャリア移動に大きな影響を与えないことを意味する。また、ある程度のセル性能しか得られないのは開放電圧が低いことで説明できる。シート抵抗が高い８０Ω／□以上になると基板面内のＢＳＧの斑、抵抗値のバラつきが顕著になり、外観や信頼性等の問題となる。
【００３５】
従って、片面受光太陽電池では、表面の変換効率でみた場合、裏面電界層として使用できる適切な裏面電界層のシート抵抗は、８Ω／□以上５０Ω／□以下である。
【００３６】
図５は、裏面電界層のシート抵抗の違いによる裏面の変換効率の変化を示す図である。図５から分るように、裏面の変換効率は裏面電界層が１３Ω／□以上７０Ω／□以下においてセル性能の向上が見られた。１３Ω／□以下での大幅なセル性能の劣化は、シリコン基板へのボロンの拡散が過度に高濃度であるため、裏面近傍で生成された少数キャリアのτを低下させ裏面の変換効率の低下を招いたと推測される。あるいは、ボロン拡散時での過度の高温熱処理によってバルク中に酸素析出物が形成され少数キャリアライフタイムτの低下を引き起こしたと推測される。
【００３７】
従って、表面と裏面の両者のセル性能を考慮した両面受光太陽電池において、適切な裏面電界層のシート抵抗は１３Ω／□以上５０Ω／□以下と言える。
【００３８】
このように、両面受光太陽電池において、裏面電界層はセル性能の向上に欠かせなく、裏面電界層近傍には裏面からの光で生成したキャリアが分布する。従って、総合変換効率は裏面電界層に大きく影響され、その裏面電界層のシート抵抗の適切な値に設定することにより高効率化を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の一実施例である太陽電池の製造プロセスを示す流れ図である。
【図２】太陽電池中の裏面電界層のシート抵抗値と拡散温度の関係を説明する図である。
【図３】太陽電池中の裏面電界層のシート抵抗値と拡散時間の関係を説明する図である。
【図４】太陽電池中の裏面電界層のシート抵抗値と表面変換効率の関係を示した図である。
【図５】太陽電池中の裏面電界層のシート抵抗値と表面変換効率の関係を示した図である。
【図６】従来の太陽電池の製造プロセスを示す流れ図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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