(57)【要約】  メンテナンスが容易な製造装置を用いることが可能であると共に、電気的なリークが生じ難い太陽電池の製造方法を提供することを目的とする。  この発明の太陽電池の製造方法では、パルス幅が１００ｎｓｅｃ以下のパルスレーザビームを用いて、結晶シリコン系太陽電池のＰ型電極形成領域とＮ型電極形成領域とを電気的に絶縁加工し、ＰＮ分離を実現する。また、ＹＡＧレーザまたはＹＶＯ4レーザ装置を用いて上記パルスレーザビームを得ることにより、廉価で、メンテナンスが容易であると共に、設置スペースをとらないレーザ装置を用いて太陽電池を製造することができる。【特許請求の範囲】
【請求項１】
パルス幅が１００ｎｓｅｃ以下のパルスレーザビームを用いて、結晶シリコン系太陽電池のＰ型電極形成領域とＮ型電極形成領域とを電気的に絶縁加工し、ＰＮ分離することを特徴とする太陽電池の製造方法。
【請求項２】
固定レーザ装置を用いて上記パルスレーザビームを得ることを特徴とする請求項１記載の太陽電池の製造方法。
【請求項３】
固体レーザ装置は、ＹＡＧレーザまたはＹＶＯ4レーザであり、基本波を用いて絶縁加工することを特徴とする請求項２記載の太陽電池の製造方法。
【請求項４】
固体レーザ装置は、ＹＡＧレーザまたはＹＶＯ4レーザであり、第ｎ次高調波（ｎ≧２）を用いて絶縁加工することを特徴とする請求項２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】
この発明は太陽電池の製造方法に関するものであり、特に結晶シリコン系太陽電池のｐ型電極とｎ型電極とを電気的に絶縁する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
シリコンを用いたシリコン太陽電池の製造方法において、ｐ型電極とｎ型電極とを電気的に絶縁する工程（ＰＮ分離）として、ウエットエッチングやプラズマエッチングを用いた方法がよく知られている。しかしながら、上記方法は長時間を要する、あるいはエッチング処理のためにシリコンウエハを積み重ねる処理前後の移載工程でシリコンウエハが割れ易いため、上記エッチングの代替としてレーザを用いるものが提案されている。ＰＮ分離に使われるレーザとしては、エキシマレーザを用いるもの（例えば、特許文献１参照。）、またはＱスイッチＹＡＧレーザを用いるもの（例えば、特許文献２参照。）が報告されている。【０００３】
【特許文献１】米国特許第４９８９０５９号明細書（第６頁、Ｆｉｇ１）
【特許文献２】特開平５−７５１４８号公報（第２−３頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ＰＮ分離にレーザを使用するにあたって、上記レーザとして特許文献１に示されたエキシマレーザを用いた場合、有害なガスを用いるのでメンテナンスが容易でなく、装置が大型化し、スペースをとるという問題点があった。また、レーザとして特許文献２に示されたＱスイッチＹＡＧレーザ（波長１．０６［μｍ］、パルス幅２００［μｓｅｃ］、エネルギー密度１０8［Ｗ／ｃｍ2］）を用いた場合、廉価だがパルス幅が長く、熱加工になりやすいという問題があった。また、この場合、従来のエッチング方法やエキシマレーザを用いた場合に比べて、電気的絶縁が十分でないという問題点があった。【０００５】
この発明は上記のような問題点を解決するためになされたものであり、メンテナンスが容易な製造装置を用いることが可能であると共に、電気的なリークが生じ難い太陽電池の製造方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係る太陽電池の製造方法は、パルス幅が１００［ｎｓｅｃ］以下のパルスレーザビームを用いて、結晶シリコン系太陽電池のｐ型電極形成領域とｎ型電極形成領域とを電気的に絶縁加工し、ＰＮ分離するものである。
【発明の効果】
【０００７】
この発明によれば、レーザのパルス幅を短くすることにより、エキシマレーザのような短波長のものを選ばなくても効果的な加工ができる。すなわち、短パルスであることにより熱加工になりにくく、つまり加工点に熱がたまりにくく、加工部分周辺のシリコンが溶融しないので、ｐ型電極形成領域とｎ型電極形成領域とをより確実に電気的に絶縁できる、といった顕著な効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施の形態１による太陽電池の製造工程を示す工程図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係わるレーザによるＰＮ分離の加工例を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態１による太陽電池の製造方法において用いるレーザの波形を従来のレーザ波形と比較して示す図である。
【図４】本発明の実施の形態１に係わる太陽電池セルの等価回路を示す回路構成図である。
【図５】本発明の実施の形態１に係わるＰＮ分離レーザ加工を実施したレーザのパルス幅とダイオード電流との関係を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態１に係わるレーザ溝加工形状を示す図である。
【符号の説明】
【０００９】
１  シリコンウエハ、２  Ｎ+層、３  反射防止膜、４  Ａｌ電極、５，６  Ａｇ電極、７  Ｐ+層、８  レーザ加工溝、９ａ，９ｂ  角切落し部分、１１  光起電流源、１２  ダイオード、１３  直列抵抗  、１４  並列抵抗。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
実施の形態１．
図１（ａ）〜（ｆ）は本発明の実施の形態１による太陽電池の製造方法を示す工程図であり、各工程におけるシリコンウエハの横断面を示している。
まず、ｐ型の結晶シリコンインゴットを所定の厚さ（３００［μｍ］程度）にスライシングし、ウエハ１を形成する（図１（ａ））
次に、上記ウエハ表面のダメージ層に対してダメージエッチング（最大で約２０［μｍ］）と、光電流の増大を目的とした反射率の低減のためピラミッド状のテクスチャーエッチングを行う。さらに、上記ウエハに対し、オキシ塩化リンを用いて表面にリンを拡散し、Ｎ+層２を形成する。また、反射率を低減させるため、ウエハの上面に対して反射防止膜３を形成する（図１（ｂ））。
次に、ウエハの下面にＡｌ電極４とＡｇ電極５とからなるｐ型電極を作成する。ｐ型電極を作るために、ＡｌペーストとＡｇペーストとを用い、それぞれ所定のパターンにスクリーン印刷し、乾燥させる（図１（ｃ）（ｄ））。
ウエハ１の上面に対しても同様に、Ａｇ電極６からなるｎ型電極を作るために、Ａｇペーストを所定のパターンにスクリーン印刷し、乾燥させる（図１（ｄ））。
ウエハ１の両面のペーストが乾燥した後、各々焼成することによって、ウエハ下面のＡｌペーストからｐ型シリコンウエハ内に拡散されたＡｌ原子は、Ｎ+層２を相殺してｐ型シリコンウエハ１内にＰ+層７を形成する。その結果、Ｎ+ＰＰ+接合が形成され、ウエハの下面には、Ａｌ電極４とＡｇ電極５とからなるｐ型電極が、上面にはＡｇ電極６からなるｎ型電極が形成される（図１（ｅ））。
次に、パルス幅が１００［ｎｓｅｃ］以下の（例えば１０〜４０［ｎｓｅｃ］）短パルスＬＤ励起固体レーザ（波長１０６４［ｎｍ］〜３５５［ｎｍ］）を用いて、上記ウエハ下面のｐ型電極周辺部に沿ってレーザビームを照射し（繰り返し周波数１０［ｋＨｚ］〜１００［ｋＨｚ］）、溝（幅２０〜４０［μｍ］、深さ数［μｍ］〜５０［μｍ］）８を形成する。これにより、ウエハ上面のｎ型電極形成領域とウエハ下面のｐ型電極形成領域とが電気的に絶縁され、ＰＮ分離が実現する（（図１（ｆ））。
上記までの工程で、太陽電池セルが完成する。これを基に複数の太陽電池セルを並べて構成し、モジュール化することによって太陽電池モジュールが完成する。【００１１】
なお、上記実施の形態では、上記レーザによる加工は、図１（ｆ）、図２（ｆ−１）に示すように、ウエハ下面のｐ型電極周辺部を溝加工するものを示したが、図２（ｆ−２）に示すように、ウエハ上面のｎ型電極周辺部を溝加工してもよい。また、図２（ｆ−３）、（ｆ−４）に示すように、ウエハ１の角部を切落す加工としてもよい。９ａ、９ｂがレーザによる角切落し部分である。【００１２】
また、上記実施の形態では、短パルスＬＤ励起固体レーザからのレーザビームを用いたが、パルス幅が１００［ｎｓｅｃ］以下のパルスレーザビームであれば、使用するレーザはＬＤ励起固体レーザに限らず、他のレーザ装置であっても良い。
本実施の形態では、Ｎｄ：ＹＡＧ（ネオジウムを活性原子として添加したＹＡＧレーザ）もしくはＮｄ：ＹＶＯ4（ネオジウムを活性原子として添加したＹＶＯ4レーザ）の基本波、またはＮｄ：ＹＡＧもしくはＮｄ：ＹＶＯ4の第３高調波を用いてそれぞれ実際の加工を行った結果、良好に電気的絶縁されていることを確認した。【００１３】
図３は本発明の太陽電池の製造方法において用いるレーザの波形Ａを従来のレーザ波形Ｂと比較して示す図である。従来のレーザ波形Ｂのパルス幅は１００［ｎｓｅｃ］より大きい波形を用いているのに対して、本発明に係わるレーザ波形Ａはパルス幅が小さく、１００［ｎｓｅｃ］以下である。したがって、ピークパワーは従来よりも大きく、１０［ｋｗ］程度以上である。
以下に、太陽電池セルの電気的特性と、加工に用いるレーザビームのパルス幅との関係を説明する。
太陽電池セルの電気的特性は図４に示す等価回路によって説明することができる。等価回路は光起電流源１１（ＩL）、ダイオード１２、直列抵抗１３（ｒs）、並列抵抗１４（ｒsh）からなり、直列抵抗１３（ｒs）は太陽電池表面のオーミック損失、並列抵抗１４（ｒsh）はリーケージ電流（Ｉsh）による損失を表している。ＰＮ分離が良好におこなわれたかどうかは並列抵抗１４（ｒsh）を求めるか、逆バイアスをかけたときのリーケージ電流（Ｉsh）を求めればよい。逆バイアスをかけたときのリーケージ電流（Ｉsh）は小さければ小さいほどリークが少ないことを表し、電気的絶縁ができたかどうか判断することができる。そこで、ＰＮ分離のための溝加工工程（図１（ｆ））で用いるレーザのパルス幅を変えて電気的特性を比較した。【００１４】
図５にレーザのパルス幅と逆バイアス（−１［Ｖ］）をかけたときのリーケージ電流（Ｉsh）との関係を示す。
良好な電気的絶縁を得るにはリーケージ電流（Ｉsh）が０．１［Ａ］以下となることが必要であり、図５より、パルス幅が１００［ｎｓｅｃ］以下で電気的絶縁が良好であることがわかる。一方、パルス幅が大きく、１００μｓｅｃ以上になるとリーケージ電流（Ｉsh）は０．６［Ａ］以上となり、電気的絶縁が悪くなる。
レーザ加工したウエハを観察した結果、このような条件で加工すると加工部近傍で溶融が起きていることがわかり、このことが電気的絶縁を悪くしていると推察される。【００１５】
以上の検討により、熱加工を防いで電気的絶縁性の良いＰＮ分離を行うには、従来示されたエキシマレーザを用いる方法、すなわちレーザ波長を短くする方法の他に、レーザのパルス幅を１００［ｎｓｅｃ］以下にすることが有効であることを本発明で初めて実際に明らかにした。【００１６】
なお、図５はＹＡＧレーザの基本波を用いた場合の結果であるが、第３高調波を用いた場合も、パルス幅が１００［ｎｓｅｃ］以下で、リーケージ電流（Ｉsh）が０．１［Ａ］以下となり、電気的絶縁が良好に行われることが確認できた。高調波にするとエネルギーが増えるので、利用できる加工材料の選択の範囲が広がる利点がある。また、ビームを小さく絞れるので微細な加工も可能となる利点がある。なお、基本波を用いれば装置構成が簡単になる効果がある。【００１７】
電気的絶縁の良否を左右するもうひとつのパラメータとして、照射エネルギーがあげられる。照射エネルギーが低いと加工不十分になり、逆にエネルギーが高すぎると溶融が起きて電気的絶縁がよくならない。レーザ波長が１０６４［ｎｍ］（基本波）の場合も３５５［ｎｍ］（第３高調波）の場合も、電気的絶縁が良好に行えるための加工条件は、１パルス当り、かつ単位面積あたりの照射エネルギーが１０〜３０［Ｊ／（Ｐｕｌｓｅ・ｃｍ2）］であった。【００１８】
以上のことより、使用するレーザビームは、パルス幅が１００［ｎｓｅｃ］以下のパルスレーザビームであり、かつ溶融が起きない範囲の照射エネルギー密度であることが必要である。このような条件を満たせば、基本波を用いて加工しても、第ｎ次高調波（ｎ≧２）を用いて加工してもよい。【００１９】
また、照射スポットを重ねて溝加工を行うときのスポットの重なり率は６０％以上になるような加工速度がよい。【００２０】
また、レーザによる溝加工の加工軌跡は、例えば、図６（ａ）（ｂ）に示すように、「井」型や「口」型など、直線を組み合わせた形状にすることにより、レーザ加工装置の駆動系を単純な構成にすることができる。
【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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【国際調査報告】
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