(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン基板の一主面側にシート抵抗が１０〜４０Ω／□となる高濃度拡散領域を形成する工程と、
この高濃度拡散領域の電極下部に当たる部分をマスクで保護する工程と、
このマスクで保護された領域以外の高濃度拡散領域をドライエッチング法で微細な突起を形成しつつ除去する工程と、
シリコン基板の一主面側で前記微細な突起が形成された領域にシート抵抗が６０〜３００Ω／□となる低濃度拡散領域を形成する工程と、
前記マスクが除去された前記高濃度拡散領域の上に前記電極を形成する工程と、を含むことを特徴とする太陽電池素子の製造方法。
【請求項２】
耐プラズマ性レジストをスクリーン印刷することによって前記マスクを形成することを特徴とする請求項１に記載の太陽電池素子の製造方法。
【請求項３】
前記マスクとして金属マスクを用いることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池素子の製造方法。
【請求項４】
前記ドライエッチング法が反応性イオンエッチング法であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の太陽電池素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は太陽電池素子およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図５は従来の太陽電池素子を示す図である。図５において、１は一導電型不純物を含有するシリコン基板、１ａはシリコン基板１の表面部に形成された逆導電型不純物拡散領域、２は反射防止膜、３は表面電極、４は裏面電極である。裏面電極４は銀などから成る電極取出部４ａとアルミニウムなどから成る集電部４ｂで構成される。表面電極３と裏面電極４の電極取出部４ａは他の配線部材（不図示）との接続を容易にするために、はんだ層１１で被覆されている。
【０００３】
この従来の太陽電池素子の製造方法を図６に示す。まず、図６（ａ）に示すような一導電型を呈する板状のシリコン基板１の一主面側を図６（ｂ）に示すように例えばリアクティブイオンエッチング法などで微細な凹凸１ａを多数形成して粗面状にする。これはシリコン基板１の表面での反射を極力低減して光をシリコン基板１内へ有効に取り込むためである。多結晶シリコン基板１はアルカリ水溶液を用いるウェットエッチングでは、良好に粗面状にできないことから、リアクティブイオンエッチング法で行なう。
【０００４】
次に、図６（ｃ）に示すように、一導電型を呈するシリコン基板１の表面部に逆導電型半導体不純物を拡散した領域１ａを形成して、シリコン基板１内に半導体接合部を形成する。また、図６（ｄ）に示すように、シリコン基板１の他の主面側の周縁部に切欠部１ｄを設けて、逆導電型不純物拡散領域１ｂを分断する。半導体基板１の一主面側に、窒化シリコン膜などから成る反射防止膜２を形成する。
【０００５】
しかる後、図５に示すように、シリコン基板１の一主面側に表面電極３を形成するとともに、シリコン基板１の他の主面側に裏面電極４を形成する。表面電極３は、銀粉末とガラスフリットを樹脂に混練したペーストを反射防止膜２上に塗布して、焼き付けることにより、この電極材料３が反射防止膜２を貫通してシリコン基板１の一主面側の逆導電型不純物を拡散した領域１ａに接合して形成される。また、裏面電極４は銀粉末とガラスフリットを樹脂に混練したペースト４ａと、アルミニウムとガラスフリットを樹脂に混練したペースト４ｂを塗布して焼き付けることにより、シリコン基板１の他の主面側に一導電型半導体不純物を高濃度に拡散させながら焼き付ける。
【０００６】
このように、従来の太陽電池素子では、シリコン基板１の一主面側を粗面状にした後に、逆導電型半導体不純物を拡散した領域１ｂを形成し、表面電極３は逆導電側不純物を拡散した領域１ｂに接続するように設けていた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、この従来の太陽電池における逆導電型不純物拡散領域１ｂは、集電効率を考慮して、シリコン基板１の一主面側のシート抵抗が６０〜３００Ω／□となるように形成されることから、表面電極３との接触抵抗が増大するとともに、太陽電池素子の直列抵抗が増大し、また表面電極３部分のキャリア再結合が増大して太陽電池の高効率化が達成できないという問題があった。
【０００８】
本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、低反射により高い発生電流を得る微小な凹凸を有する太陽電池構造において、直列抵抗の増大が少なく、かつ電極側への少数キャリアの拡散を抑制し、オーミックコンタクト電極部のキャリア再結合を低減することによって、高効率化した太陽電池素子を提供することを目的とする。
【０００９】
【問題点を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に係る太陽電池素子の製造方法は、シリコン基板の一主面側にシート抵抗が１０〜４０Ω／□となる高濃度拡散領域を形成する工程と、この高濃度拡散領域の電極下部に当たる部分をマスクで保護する工程と、このマスクで保護された領域以外の高濃度拡散領域をドライエッチング法で微細な突起を形成しつつ除去する工程と、シリコン基板の一主面側で前記微細な突起が形成された領域にシート抵抗が６０〜３００Ω／□となる低濃度拡散領域を形成する工程と、前記マスクが除去された前記高濃度拡散領域の上に前記電極を形成する工程と、を含むことを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、各請求項に係る発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は請求項１に係る太陽電池素子を示す図であり、１はシリコン基板、２は反射防止膜、３は表面電極、４は裏面電極である。
【００１２】
シリコン基板１は、例えばｐ型などの一導電型を呈し、その表面部分には、反射を防止するために、微細な凹凸１ａが形成されている。この微細な凹凸１ａは、シリコン基板１の表面部分での反射を防止して、シリコン基板１内に有効に取り込むために、高低差が２．０μｍ以下で、アスペクト比（凸部の高さ／凸部の底辺の長さ）が２以上であることが望ましい。この微細な凹凸１ａは例えばＲＩＥ法などのドライエッチング法で形成する。このＲＩＥ法では、結晶の面方位に影響されずに微細な凹凸を均一に多数形成できることから、シリコン基板１として多結晶シリコン基板を用いた場合に特に有利である。
【００１３】
シリコン基板１の表面にはリンなどの逆導電型不純物を含有させた領域１ｂが厚み０．５μｍ程度に形成されている。この領域１ｂは、そのシート抵抗が６０〜３００Ω／□となるように逆導電側不純物を含有させる。この領域１ｂのシート抵抗が６０Ω／□以下の場合、受光面の不純物濃度が高くなり、受光面の表面再結合が増大するため、太陽電池特性の低下を招き不適である。また、この領域１ｂのシート抵抗が３００Ω／□以上の場合、表面抵抗の増大によるFFの低下を招き不適である。なお、この逆導電型不純物を含有させた領域１ｂは、正極と負極の分離を行なうために、シリコン基板１の他の主面側の周縁部１ｄで切断されている。
【００１４】
逆導電型半導体不純物を含有させた領域１ｂのうち、表面電極３を形成する領域１ｃは、シート抵抗が１０〜４０Ω／□となるように逆導電型不純物を含有させる。このように、表面電極３を接続する領域１ｃのシート抵抗が１０〜４０Ω／□となるように逆導電型不純物を含有させると、図４に示すように、接合部の突き抜けによるリーク電流が小さくなるため開放電圧が向上し、太陽電池の変換効率が向上する。また、表面電極３を接続する領域１ｃのシート抵抗が１０〜４０Ω／□となるように逆導電型不純物を含有させると、図３に示すように、表面電極３が形成される領域以外の一主面側の逆導電型不純物拡散領域１ａのシート抵抗を高くすることができ、表面濃度が低くなるため表面再結合が低減され、太陽電池の開放電圧が向上し、太陽電池の変換効率が向上する。このとき電極下部のシート抵抗を、太陽電池素子の特性を下げずに１０Ω/□以下とするためには、長時間プロセスが必要となる。これは太陽電池製造コストの上昇につながり不適である。また４０Ω/□以上にすると、接触抵抗の増大によるシリーズ抵抗の増大や、接合が浅いことによる電極の突き抜けが太陽電池素子の特性の低下を招き不適である。なお、図３は一主面側の電極下部以外のシート抵抗が２０Ω／□のときの例である。
【００１５】
このシリコン基板１の一主面側のシート抵抗は、半導体不純物を熱拡散させる際の温度や時間や不純物濃度などを適宜調整して、１０〜４０Ω／□あるいは６０〜３００Ω／□となるように調整すればよい。
【００１６】
シリコン基板１の受光面側には反射防止膜２が形成されている。この反射防止膜２は、例えば厚み８０ｎｍ程度の窒化シリコン膜などから成り、その表面はシリコン基板１の微細な凹凸形状をそのまま引き継いだ微細な凹凸形状になっている。この反射防止膜２は、例えばプラズマＣＶＤ法などで形成するのが望ましい。すなわち、この反射防止膜２をプラズマＣＶＤ法で形成すると、その膜形成の過程で、シリコン基板１内に水素が注入され、多結晶シリコンの粒堺の界面準位を低下させて高効率化を図ることができる。
【００１７】
逆導電型不純物が高濃度に拡散された領域１ｃには表面電極３が形成されている。この表面電極３は例えば銀を主成分として構成される。また、シリコン基板２の他の主面側には、裏面電極４が形成されている。この裏面電極４は例えば銀などを主成分とする電極取出部４ａとアルミニウムなどを主成分とする集電部４ｂから成る。さらに、表面電極３と裏面電極４の電極取出部４ａは、複数の太陽電池素子同志の接続を容易に行なうために、はんだ層５で被覆されている。
【００１８】
拡散層のシート抵抗を求めるには、四探針法のような電流−電圧特性から直接電気抵抗を求めて計算する方法や、不純物濃度の深さ分布からシート抵抗を求める方法がある。不純物濃度の深さ分布測定は、Ｃ−Ｖ法や広がり抵抗法など電気的に測定する方法や、ＳＩＭＳ（二次イオン質量分析法）やＲＢＳ（ラザフォード後方散乱法）など物理的に測定する方法がある。しかし、物理的分析手法は装置が高価で測定に手間がかかるため、一般的には電気的に測定する方法で特に簡便である四探針法が広く用いられている。
【００１９】
次に、上述した太陽電池の製造方法を説明する。図２（ａ）に示すように、シリコン基板１は、高濃度にリンが拡散された高濃度リン拡散層２が形成される。この高濃度リン拡散層２は１μｍ程度の深さを有する。この高濃度拡散領域１ｃは、後に表面電極３の接続部になるものであり、そのシート抵抗が１０〜４０Ω／□と比較的低抵抗なるように形成される。
【００２０】
次に、図２（ｂ）に示すように、シリコン基板１の表面電極を形成する領域に耐プラズマ性レジスト１２が印刷され、図１（ｃ）に示すように、シリコン基板１の表面電極下部の高濃度リン拡散層２が耐プラズマ性レジスト１２で保護された状態で、微小な凹凸１ａを形成するためのエッチングが施される。この微小な凹凸１ａを形成する工程の目的は、凹凸１ａの形成のみでなく、光活性領域に存在する高濃度のリン拡散層１ｃを除去することも含まれている。従って、凹凸１ａを形成するときのエッチング深さは、凹凸１ａを形成する面で高濃度リン拡散層１ｃ以上を必要とする。
【００２１】
次に、図２（ｄ）に示すように、電極下部領域を保護していたレジスト１３が除去される。ここで、表面電極３の下部となる高濃度リン拡散層２は、微小な凹凸１ａが形成されない。そのため、高濃度のリン拡散領域１ｃが光活性領域と容易に判別できる。この表面形状は、後工程の表面電極の印刷において、位置合わせが容易となるという大きなメリットを生むことになる。すなわち、表面電極３を形成するためのペーストをスクリーン印刷する際に、スクリーンのパターンとシリコン基板１の表面電極を形成する位置を目視で位置合わせすることが可能となり、表面電極の形成が極めて容易になる。
【００２２】
続いて、図２（ｅ）〜（ｇ）に示すように、従来工程と同様に、シリコン基板１にｐｎ接合６が形成され、シリコン基板１の他の主面側の周縁部１ｄでｐｎ分離を行った後、プラズマＣＶＤ法で反射防止膜３が形成される。さらに、スクリーン印刷法で表面電極３と裏面電極４を形成するペーストをスクリーン印刷して焼成し、焼成後にはんだ層５で被覆して完成する（図１参照）。これによって、基板１を含む太陽電池素子が完成する。
【００２３】
図１に示すような太陽電池素子においては、反射を防止するための微小な凹凸（２．０μｍ以下）構造及び、浅く拡散されたｎ型拡散層領域１ａは短絡電流の向上に大きく作用する。他方、表面電極３の下部に形成された高濃度リン拡散領域１ｃは十分な深さを有しているため、表面電極３がｐｎ接合を破壊する可能性が少ない。さらに、表面電極３の下部に形成された高濃度リン拡散領域１ｃは小さな面抵抗を有しているため発生したキャリアを効率よく収集することができ、太陽電池の光電変換効率の改善に寄与することができる。
【００２４】
実際に、先行技術である微小な凹凸を利用した生産品である図５の太陽電池素子構造に比べて、本発明による図１の太陽電池素子では光電変換効率が約１．０％程度改善される。
【００２５】
【実施例】
厚みが３００μｍで、比抵抗が１．５Ωｃｍの１５ｃｍ角の多結晶シリコンから成る基板を２５％の水酸化ナトリウム水溶液に浸漬し片面１０μｍエッチングしたあと、高濃度のリン拡散を行うものと、行わないもの作製した。高濃度リン拡散層のシート抵抗は２０Ω/□とした。高濃度拡散を行った基板には、フォトレジストをスピンコートし、露光、現像することで、表面電極の領域にマスクを形成した。次に高濃度拡散した基板と、拡散していない基板全てに対し、反応性イオンエッチングを行い微小な凹凸を形成した。
【００２６】
次に、シリコン基板表面部のシート抵抗が、４０Ω／□、７０Ω／□、８０Ω／□、１００Ω／□、となるようにリン（Ｐ）を拡散した。さらに、ｐｎ分離を行い、シリコン基板一主面側に、屈折率１．２、膜厚８０ｎｍのＳｉＮ膜をプラズマＣＶＤ法で形成して反射防止膜とした。次に、表面に銀ペーストを、裏面にはアルミニウムペースト及び銀ペーストをスクリーン印刷し、ベルト炉を用いて焼成した。最後にシリコン基板をはんだ槽に浸漬させ受光面電極、及び裏面の銀電極にはんだをコーティングして、はんだ層を形成する。
【００２７】
それぞれの試料について、開放電圧を測定した。その結果を図２に示す。電極下部に高濃度リン拡散層がある試料では、拡散シート抵抗が高くなるのに伴い、開放電圧も向上する。これに対し、高濃度リン拡散層がない試料では拡散シート抵抗に対する開放電圧は、７０Ω／□をピークに低下している。これより、ＲＩＥを用いた微小な凹凸（２．０μｍ以下）をもつ太陽電池構造においても、表面電極下部に高濃度のリン拡散層を有することで、光活性領域のシート抵抗を高くすることが可能となった。
【００２８】
さらに、電極下部の高濃度リン拡散層のリン濃度を変更し、シート抵抗を２０Ω／□、４０Ω／□、５０Ω／□、６０Ω／□として素子化を行った。素子化手順は上記と同様で、光活性層の拡散シート抵抗は７０Ω／□とした。それぞれの試料に対するＦＦを図３に示す。これより、電極下部のシート抵抗が５０Ω／□以上になるとＦＦが低下することが分かった。
【００２９】
【発明の効果】
以上のように、請求項１に係る発明によれば、シリコン基板の一主面側にシート抵抗が１０〜４０Ω／□となる高濃度拡散領域を形成する工程と、この高濃度拡散領域の電極下部に当たる部分をマスクで保護する工程と、このマスクで保護された領域以外の高濃度拡散領域をドライエッチング法で微細な突起を形成しつつ除去する工程と、シリコン基板の一主面側で前記微細な突起が形成された領域にシート抵抗が６０〜３００Ω／□となる低濃度拡散領域を形成する工程と、前記マスクが除去された前記高濃度拡散領域の上に前記電極を形成する工程と、を含むことから、太陽電池の製造コストの上昇を抑制しつつ、微小な凹凸を形成した太陽電池の表面電極下部に高濃度リン拡散層を有する構造を持つ太陽電池を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】請求項１に係る太陽電池素子の一実施形態を示す図である。
【図２】請求項２に係る太陽電池素子の製造方法の一実施形態を示す図である。
【図３】請求項１に係る太陽電池素子と従来の太陽電池素子における一主面側の電極下部以外のシート抵抗と開放電圧との関係を示す図である。
【図４】請求項１に係る太陽電池素子における一主面側の電極下部のシート抵抗と開放電圧との関係を示す図である。
【図５】従来の太陽電池素子の構造を示す図である。
【図６】従来の太陽電池素子の製造方法を示す図である。
【符号の説明】
１；シリコン基板、１ａ；低濃度拡散層、１ｂ；微細な凹凸、１ｃ；高濃度拡散領域、１ｄ；分離部、２；反射防止膜、３；表面電極、４；裏面電極、４ａ；電極取出部、４ｂ；集電部、５；はんだ層
【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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