JP2008186927A - 裏面接合型太陽電池とその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】変換効率が高い裏面接合型太陽電池と、簡略化した工程からなる裏面接合型太陽電池の製造方法を提供する。
【解決手段】第１導電型のシリコン基板の受光面とは反対側の裏面にｐｎ接合が形成された裏面接合型太陽電池の製造方法であって、前記裏面に、第２導電型の第１不純物拡散領域を形成する工程と、前記裏面に前記第１不純物拡散領域を含む領域に前記第１不純物拡散領域よりも不純物濃度が低い第２導電型の第２不純物拡散領域を形成する工程と、前記裏面に前記シリコン基板よりも不純物濃度が高い第１導電型の第３不純物拡散領域を形成する工程とを含むことを特徴とする裏面接合型太陽電池の製造方法と、製造される変換効率が高い裏面接合型太陽電池を提供する。
【選択図】図２

Description

本発明は、裏面接合型太陽電池と、その製造工程に関するものであり、特にｐｎ接合形成工程に関するものである。

これまで裏面接合型太陽電池のｐｎ接合形成において、任意の部位に拡散を行なうためにフォトリソグラフィを用いて拡散を妨げる拡散マスクに所望のパターンで穴を開け、穴の開いた部分のみに拡散を行なう方法が用いられてきた。従来の裏面接合型太陽電池の製造方法について図５（ａ）〜（ｉ）に基づいて以下説明する（特許文献１参照）。

（ａ）シリコン基板５０１の両表面に拡散を防ぐため酸化珪素膜からなる拡散マスク５２１を形成する。

（ｂ）拡散マスク５２１上に酸性薬品に耐性のあるレジスト５４０を塗布し、加熱処理を行なう。

（ｃ）レジスト５４０上に所望のパターンで露光用マスク５４１を形成し、露光５４２することで、レジスト５４０を硬化させる。

（ｄ）露光用マスク上の露光されず硬化していないレジストを除去し、硬化レジスト５４４のみを残す。そして、拡散マスク５２１をエッチング可能な酸性薬品５４３で処理することにより、硬化レジスト５４４が表面に形成されていない部分の拡散マスク５２１のみをエッチングし、シリコン基板５０１の表面を露出させる。その後図示はしないが、硬化レジスト５４４は有機溶剤により除去する。

（ｅ）拡散する部分のみを露出している拡散マスク５２１に覆われたシリコン基板５０１の上からｐ型ドーパント５３１を拡散するために、ＢＢｒ₃を用いた気相拡散を行なうことにより、ｐ⁺型拡散領域５０９を形成する。ｐ⁺型拡散領域５０９形成後、図示はしないが、ｐ型ドーパント拡散により形成されたＢＳＧ（ボロンシリケートグラス）と拡散マスク５２１をフッ酸などにより除去する。

（ｆ）ｎ⁺型拡散領域５０３を形成するために、ｐ⁺型拡散領域５０９を形成する場合と同様に前述した（ａ）〜（ｄ）の工程で拡散マスク５２１のエッチングを行なう。このとき拡散マスク５２１は、ｎ⁺型拡散領域５０３の形成パターンと同じパターンでエッチングされるようにする。そして、拡散する部分のみを露出している拡散マスク５２１に覆われたシリコン基板５０１の上からｎ型ドーパント５３２を拡散するために、ＰＯＣｌ₃を用いた気相拡散を行なうことにより、ｎ⁺型拡散領域５０３を形成する。ｎ⁺型拡散領域５０３形成後、図示はしないが、ｎ型ドーパント拡散により形成されたＰＳＧ（リンシリケートグラス）と拡散マスク５２１をフッ酸などにより除去する。

（ｇ）次に受光面側をテクスチャ構造５０８とするためテクスチャエッチングを行なう。テクスチャエッチングを行なった後、シリコン基板５０１の受光面側に窒化珪素膜などからなる反射防止膜５１０、裏面側に酸化珪素膜などからなるパッシベーション膜５１１を形成する。

（ｈ）裏面パッシベーション膜５１１形成後、ｐ⁺型拡散領域５０９、ｎ⁺型拡散領域５０３上に幅１００μｍ程度のコンタクトホール５０６、５０７を形成する。

（ｉ）そして、銀などの電極材料を印刷し、ファイアスルーが起きない５００〜６００℃で焼成することによりｐ型電極５０４、ｎ型電極５０５を形成する。

なお、シリコン基板はｐ型を用いて行なっても良い。
裏面接合型太陽電池は、集光型の太陽電池として開発されたものであるが、裏面接合型太陽電池の作製には、上記のように工程数の多いフォトリソグラフィが用いられているため製造コストが高くなり、工程も複雑であるため、一般に普及していない。

ここで、現在、酸化珪素などの表面をエッチングするために用いられるエッチングペースト（特許文献２参照）や、Ｓｉウェーハに不純物をドーピングするために用いられるドーパントペーストなど（特許文献３参照）について研究が進められている。

また、フォトリソグラフィを用いる代わりに、インクジェット法によって、含有するドーパント濃度が異なる塗布剤を塗り分けることで、簡略化された太陽電池の製造方法に関する研究が進められている（特許文献４参照）。
米国特許第４９２７７７０号明細書 特表２００３−５３１８０７号公報 特表２００２−５３９６１５号公報 特開２００４−２２１１４９号公報

上記のような裏面接合型太陽電池は、太陽電池の変換効率と、電極とシリコン基板との接合部におけるキャリアの表面再結合速度とが密接に関連している。したがって、高い変換効率を実現するためには、接合部の表面再結合速度を低減する必要がある。そして、表面再結合速度が低く、高い変換効率を有する裏面接合型太陽電池を製造でき、かつ一般に普及させるためには、簡略化され、低コストである裏面接合型太陽電池の製造方法が望まれている。

そこで、本発明の目的は、簡略化した工程で変換効率が高い裏面接合型太陽電池の製造方法を提供することである。また、簡略化した工程によって形成された高い変換効率を有する太陽電池を提供することである。

本発明の製造方法は、第１導電型のシリコン基板の受光面の反対側である裏面にｐｎ接合が形成された裏面接合型太陽電池の製造方法であって、前記裏面に、第２導電型の第１不純物拡散領域を形成する工程と、前記裏面に前記第１不純物拡散領域を含む領域に、前記第１不純物拡散領域よりも不純物濃度が低い、第２導電型の第２不純物拡散領域を形成する工程と、前記裏面に前記シリコン基板よりも不純物濃度が高い第１導電型の第３不純物拡散領域を形成する工程とを含む裏面接合型太陽電池の製造方法に関する。

また、本発明の製造方法は、前記第１不純物拡散領域および／または第２不純物拡散領域および／または第３不純物拡散領域を形成する工程に、エッチングペースト、および／またはマスキングペースト、および／またはドーピングペーストを使用することが好ましい。

また、本発明の製造方法は、前記第１不純物拡散領域は、第２不純物拡散領域よりも小さいことが好ましい。

また、本発明の太陽電池は、第１導電型のシリコン基板の受光面とは反対側の裏面にｐｎ接合が形成された裏面接合型太陽電池であって、裏面に、第２導電型の第１不純物拡散領域と、前記第１不純物拡散領域を含む領域に、前記第１不純物拡散領域よりも不純物濃度が低い第２導電型の第２不純物拡散領域と、前記シリコン基板よりも不純物濃度が高い第１導電型の第３不純物拡散領域とを含む裏面接合型太陽電池に関する。

また、本発明の太陽電池は、前記第１不純物拡散領域は、第２不純物拡散領域よりも小さいことが好ましい。

ここで導電型はｐ型とｎ型があり、第１導電型がｐ型である場合には第２導電型がｎ型となり、第１導電型がｎ型である場合には、第２導電型がｐ型となる。

第１拡散マスク、第１マスキングペーストとは、第１不純物拡散領域をパターニング形成する際に使用される不純物の拡散を抑制させるなどの制御機能を有する膜のことをいい、同様に、第２拡散マスク、第２マスキングペーストは第２不純物拡散領域形成時に、第３拡散マスク、第３マスキングペーストは、第３不純物拡散領域形成時に使用されるものをいう。エッチングペーストとは、第１拡散マスク、第２拡散マスク、第３拡散マスクを所望のパターンに窓開けするために使用されるものをいう。ｐ型ドーピングペーストとはｐ型の拡散領域を形成するために使用する不純物を含んだペーストであり、同様にｎ型ドーピングペーストとはｎ型の拡散領域を形成するために使用する不純物を含んだペーストである。

本発明の製造方法において、エッチングペーストおよび／またはマスキングペーストおよび／またはドーピングペーストを使用する方法を導入することにより、裏面接合型太陽電池の作製工程を短縮することができる。そして、簡便に第１不純物拡散領域、第２不純物拡散領域、第３不純物拡散領域をパターン形成することができ、不純物濃度の複雑な分布を有する裏面電極型太陽電池を量産することができる。また、本発明の太陽電池の構造は高い変換効率を提供する。

＜本発明の裏面接合型太陽電池の構造＞
本発明の太陽電池は、受光面の反対側である裏面（以下、裏面という）にｐｎ接合が形成された裏面接合型太陽電池である。以下図１に基づいてその構造について説明する。図１において、第１導電型はｎ型であり、第２導電型はｐ型である。

厚さが１００〜３００μｍ、外形が１辺１００〜１５０ｍｍの擬似四角形であるｎ型のシリコン基板１０１において受光面は、テクスチャ構造１０８が形成されている。そして、テクスチャ構造１０８の表面は窒化珪素膜または酸化珪素膜からなる反射防止膜１１０でおおわれている。この反射防止膜１１０はパッシベーション膜としての役割も果たす。裏面側のシリコン基板１０１内部には第１不純物拡散領域としてのｐ⁺⁺型拡散領域１０２とそれを含むかたちで、好ましくはシリコン基板１０１内部で覆うかたちでｐ⁺⁺型拡散領域１０２よりも不純物濃度が低い第２不純物拡散領域としてのｐ⁺型拡散領域１０９が形成されている。また、ｐ⁺型拡散領域１０９と一定間隔を隔てて第３不純物拡散領域としてのｎ⁺型拡散領域１０３が形成されている。ｎ⁺型拡散領域１０３は、シリコン基板１０１よりも不純物濃度が高い。シリコン基板１０１の裏面にはパッシベーション膜１１１が形成されている。そして、ｐ型電極１０４はコンタクトホール１０６を通じてｐ⁺⁺型拡散領域１０２と、ｎ型電極１０５はコンタクトホール１０７を通じてｎ⁺型拡散領域１０３と接続している。

また、ｎ⁺型拡散領域１０３とｐ⁺型拡散領域１０９が接触してしまうとリークが起こり、太陽電池の特性に悪影響を及ぼすので接触が起こらないように間隔を開けることが好ましい。しかし、間隔を開けすぎシリコン基板１０１の露出部分が大きくなりすぎると、これも太陽電池の特性を低下させる要因となるため、ｎ⁺型拡散領域１０３とｐ⁺型拡散領域１０９は１０〜２００μｍ、望ましくは１０〜１００μｍ間隔を開ける。

また、ｐ⁺⁺型拡散領域１０２は、ｐ⁺型拡散領域１０９よりも体積が小さいことが好ましく、ｐ⁺型拡散領域１０９の中にｐ⁺⁺型拡散領域１０２が全て包含されることが好ましい。そして、拡散する不純物の総量をできる限り少なくし、かつ電極との接触抵抗を低減させるため、ｐ⁺⁺型拡散領域１０２の拡散濃度を濃くすることが好ましい。

本構造においては、ｐ型電極１０４と接続しているｐ⁺⁺型拡散領域１０２での不純物濃度を高くすることにより十分な接合形成を行なうことができ、ｐ型電極１０４との接触抵抗を小さくし、動作電圧を高めることができる。さらに、不純物濃度が高いｐ⁺⁺型拡散領域１０２をｐ型電極１０４下に限定することにより、周辺部の不純物濃度が低いｐ⁺型拡散領域１０９で発生したキャリアの再結合を抑えることができる。その上、不純物濃度の違いから発生する電位差によって、発生したキャリアを再結合量の多いｐ型電極１０４との接合部分に近づけない効果があることから、発電効率向上がみこまれる。

なお、シリコン基板１０１はｐ型のものを用いることも可能である。
＜実施の形態１：エッチングペーストを用いた製造方法＞
まず、本発明において使用するシリコン基板は、ｐ型、ｎ型どちらでもよいが以下、便宜上ｎ型のシリコン基板を用いて説明する。したがって、以下の説明においては、第１導電型はｎ型であり、第２導電型はｐ型である。所望の厚さにスライスされたシリコン基板のスライスダメージを除去するため、片面１０〜２０μｍ程度表面をフッ酸と硝酸の混酸もしくは水酸化ナトリウムなどのアルカリ溶液でエッチングする。こうして、厚さが１００〜３００μｍ、外形が１辺１００〜１５０ｍｍの擬似四角形であるシリコン基板を準備する。シリコン基板は不純物濃度が１０¹⁵〜１０¹⁶／ｃｍ³が好ましい。

以下、図２にしたがって、本発明の製造方法の一形態を説明する。
（工程１：第１不純物拡散領域を形成する工程）
（ａ）ｎ型のシリコン基板２０１両面に第１拡散マスク２２１を２０００〜４０００Å形成する。第１拡散マスク２２１は常圧ＣＶＤ法、スチーム酸化法、ＳＯＧの塗布・焼成などにより形成される酸化珪素膜など、従来から不純物拡散の際に拡散マスクとして利用されてきたものを用いることができる。

（ｂ）形成された第１拡散マスク２２１をエッチングする成分たとえばリン酸を含有するエッチングペースト２２４により任意の形状に印刷、加熱処理を行ないパターンエッチングする。そして図示はしないが、加熱処理を終えたシリコン基板２０１を、洗剤を含んだ超音波水洗、純水のみの超音波洗浄、流水洗浄の順で洗浄し、ペーストの増粘剤などの残渣を除去し、２％程度のＨＦで洗浄し、第１拡散マスク２２１の窓開けを行なう。

（ｃ）ｐ型ドーパント２３１としてＢＢｒ₃を用いた気相拡散を行なうことにより、櫛型に第１不純物拡散領域としてのｐ⁺⁺型拡散領域２０２を形成する。このとき気相拡散のかわりに、ボロンを含んだ溶剤をスピンコートして高温でアニールする塗布拡散を行なってもよい。ｐ⁺⁺型拡散領域２０２の不純物濃度が１０¹⁸〜１０¹⁹／ｃｍ³となるように、気相拡散の場合には９００〜１０００℃で３０〜６０分間拡散を行なうことが好ましい。そして図示はしないが、ｐ⁺⁺型拡散領域２０２形成後、ｐ型ドーパント２３１拡散により形成されたＢＳＧ（ボロンシリケートグラス）と第１拡散マスク２２１をＨＦ処理により除去する。

（工程２：第２不純物拡散領域を形成する工程）
（ｄ）次に再度図２（ａ）と同様にシリコン基板２０１両面に酸化珪素膜等からなる第２拡散マスク２２２を厚さ２０００〜４０００Å形成する。形成された第２拡散マスク２２２をエッチングする成分を含有するエッチングペースト２２４により任意の形状に印刷、加熱処理を行ないパターンエッチングする。そして図示はしないが、加熱処理を終えたシリコン基板２０１を、洗剤を含んだ超音波水洗、純水のみの超音波洗浄、流水洗浄の順で洗浄し、ペーストの増粘剤などの残渣を除去し、２％程度のＨＦで洗浄し、第２拡散マスク２２２の窓開けを行なう。このときの窓のパターンは、図２（ｂ）よりも面積の広い櫛形形状であり、かつ、図２（ｃ）に示す窓を含むかたちで行なう。

（ｅ）図２（ｃ）と同様の方法でｐ型ドーパント２３１による第２不純物拡散領域としてのｐ⁺型拡散領域２０９を櫛型に形成する。ｐ⁺型拡散領域２０９の不純物濃度が１０¹⁷〜１０¹⁸／ｃｍ³となるように、気相拡散の場合には、８００〜１０００℃で３０〜６０分間拡散を行なうことが好ましい。そして図示はしないが、ｐ⁺型拡散領域２０９形成後、ｐ型ドーパント２３１拡散により形成されたＢＳＧ（ボロンシリケートグラス）と第２拡散マスク２２２をＨＦ処理により除去する。

（工程３：第３不純物拡散領域を形成する工程）
（ｆ）そして、再度図２（ａ）と同様にシリコン基板２０１両面に酸化珪素膜等からなる第３拡散マスク２２３を２０００〜４０００Å形成する。そして、図２（ｂ）と同様の方法で所望のパターンで第３拡散マスク２２３に窓開けを行なう。ｎ型ドーパント２３２としてＰＯＣｌ₃を用いた気相拡散を行なうことにより、櫛型に第３不純物拡散領域としてのｎ⁺型拡散領域２０３を形成する。このとき気相拡散のかわりに、リンを含んだ溶剤をスピンコートして高温でアニールする塗布拡散を行なってもよい。ｎ⁺型拡散領域２０３の不純物濃度が１０¹⁷〜１０¹⁹／ｃｍ³となるように、気相拡散の場合には、８００〜９００℃で３０〜６０分間拡散を行なうことが好ましい。そして、図示はしないが、ｎ型ドーパント２３２拡散によって形成されたＰＳＧ（リンシリケートグラス）と第３拡散マスク２２３をＨＦ処理により除去する。なお、ｎ型ドーパント２３２拡散時、受光面側の第３拡散マスク２２３を形成せずにＦＳＦ（フロントサーフェスフィールド）を形成してもよい。

このようにして裏面に拡散された領域を形成するが、ｎ⁺型拡散領域２０３とｐ⁺型拡散領域２０９が接触してしまうとリークが起こり、太陽電池の特性に悪影響を及ぼすので接触が起こらないように間隔を開けることが好ましい。しかし、間隔を開けすぎシリコン基板２０１の露出部分が大きくなりすぎると、これも太陽電池の特性を低下させる要因となるため、ｎ⁺型拡散領域２０３とｐ⁺型拡散領域２０９は１０〜２００μｍ、望ましくは１０〜１００μｍ間隔を開ける。

また、ｐ⁺⁺型拡散領域２０２は、ｐ⁺型拡散領域２０９よりも体積が小さいことが好ましく、ｐ⁺型拡散領域２０９の中にｐ⁺⁺型拡散領域２０２が全て包含されることが好ましい。つまり、ｐ⁺型拡散領域２０９はその領域の幅がｐ⁺⁺型拡散領域２０２よりも大きいことが好ましく、ｐ⁺⁺型拡散領域２０２は、全てｐ⁺型拡散領域２０９に内包されていることが好ましい。

（工程４：裏面接合型太陽電池の製造仕上げ工程）
（ｇ）次に受光面側をテクスチャ構造２０８とするため数％の水酸化ナトリウムもしくは水酸化カリウム溶液に数％のイソプロピルアルコールを含有したアルカリ溶液を７０〜８０℃に加熱した溶液でテクスチャエッチングを行なう。このとき図示はしないが、シリコン基板２０１の裏面にテクスチャエッチングマスクとして酸化珪素膜もしくは窒化珪素膜を形成しておくことによって、シリコン基板２０１裏面をフラットにすることができる。ここで使用する酸化珪素膜はスチーム酸化、常圧ＣＶＤ、ＳＯＧの塗布・焼成により形成される酸化珪素膜のいずれかであり、膜厚は３００〜８００ｎｍである。窒化珪素膜はプラズマＣＶＤ、常圧ＣＶＤで形成される窒化珪素膜のいずれかであり、膜厚は６０〜１００ｎｍである。

テクスチャエッチングを行なった後、テクスチャエッチングマスクはＨＦなどによって除去する。そして、シリコン基板２０１の受光面側に窒化珪素膜などからなる反射防止膜２１０、裏面側に酸化珪素膜などからなるパッシベーション膜２１１を形成する。反射防止膜２１０は、パッシベーションの役割も果たす。なお、反射防止膜２１０、パッシベーション膜２１１はこれらの機能を満たしていればよく、膜の組合せは上記の限りではない。

（ｈ）裏面のパッシベーション膜２１１形成後、図２（ｂ）で説明したエッチングペーストを用いたパターニングエッチングと同じ方法で、ｐ⁺⁺型拡散領域２０２、ｎ⁺型拡散領域２０３上に幅１００μｍ程度のコンタクトホール２０６、２０７を形成する。

（ｉ）そして、銀などの電極材料を印刷し、ファイアスルーが起きない５００〜６００℃で焼成することによりｐ型電極２０４、ｎ型電極２０５を形成する。ファイアスルーが起きない温度でｐ型電極２０４、ｎ型電極２０５を形成することによってシリコン基板２０１のライフタイムを高く維持することができる。また、ファイアスルーしないことから、コンタクトホール２０６、２０７以外の部分にパッシベーション膜２１１が残るため、高いパッシベーション性を維持することができるため、高い太陽電池の特性を得るためにはコンタクトホール２０６、２０７を形成することが有利となる。

なお、シリコン基板はｐ型を用いて行なっても良い。
＜実施の形態２：マスキングペーストを用いた製造方法＞
本実施の形態においても、実施の形態１で説明したｎ型のシリコン基板と同様のものを用いる。したがって、以下の説明においては、第１導電型はｎ型であり、第２導電型はｐ型である。以下、第１マスキングペースト、第２マスキングペースト、第３マスキングペーストとは、拡散マスクと同様の材料、たとえば酸化珪素などを含むペースト状の物質のことをいう（特許文献３参照）。

以下、図３に基づいて説明する。
（工程１：第１不純物拡散領域を形成する工程）
（ａ）第１マスキングペースト３２５をシリコン基板３０１の受光面側の全面にスクリーン印刷し、オーブンを用いて数十分間３００℃程度で乾燥させる。次にシリコン基板３０１の裏面側には所望の形状に開口部を設けたパターンに第１マスキングペースト３２５をスクリーン印刷し、再度オーブンにより乾燥させる。次にこのシリコン基板３０１を酸素雰囲気下において８００℃〜１０５０℃で１０〜６０分間焼成し、第１マスキングペースト３２５の材料である酸化珪素などを焼結させる。

（ｂ）次に、９００〜１０００℃で３０〜６０分間、ｐ型ドーパント３３１をシリコン基板３０１内に拡散させることにより、第１マスキングペースト３２５の開口部に相当する部分のみ第１不純物拡散領域としてのｐ⁺⁺型拡散領域３０２が形成される。このときｐ⁺⁺型拡散領域３０２の不純物濃度が１０¹⁸〜１０¹⁹／ｃｍ³とすることが好ましい。ｐ型ドーパント３３１の拡散方法としては前述した気相拡散やボロンを含む溶液をスピンコートして高温でアニールする塗布拡散などが挙げられる。その後図示はしないが、濃度１０％程度のフッ酸処理で第１マスキングペースト３２５を除去する。

（工程２：第２不純物拡散領域を形成する工程）
（ｃ）再度図３（ａ）と同様の方法で第２マスキングペースト３２６を形成する。なお、このときの第２マスキングペーストの開口部のパターンは、図３（ａ）よりも面積の広い櫛形形状であり、かつ、図３（ａ）の開口部を含むかたちで行なう。次に、８００〜１０００℃で３０〜６０分間、図３（ｂ）と同様にｐ型ドーパント３３１を拡散させることにより、第２マスキングペースト３２６の開口部に相当する部分のみ第２不純物拡散領域としてのｐ⁺型拡散領域３０９が形成される。このときｐ⁺型拡散領域３０９の不純物濃度が１０¹⁷〜１０¹⁸／ｃｍ³とすることが好ましい。その後図示はしないが、濃度１０％程度のフッ酸処理で第２マスキングペースト３２６を除去する。

（工程３：第３不純物拡散領域を形成する工程）
（ｄ）再度図３（ａ）と同様の方法で第３マスキングペースト３２７を形成する。その後８００〜１０００℃、３０〜６０分間、ｎ型ドーパント３３２を拡散することにより、第３不純物拡散領域としてのｎ⁺型拡散領域３０３を形成する。このときｎ⁺型拡散領域３０３の不純物濃度が１０¹⁷〜１０¹⁹／ｃｍ³とすることが好ましい。拡散方法としては気相拡散やリンを含む溶液をスピンコートして高温でアニールする塗布拡散などが挙げられる。その後図示はしないが、濃度１０％程度のフッ酸処理で第３マスキングペースト３２７を除去する。なお、前述のとおり図示はしないが、ＦＳＦを形成してもよい。

このようにして裏面に拡散領域を形成するが、ｎ⁺型拡散領域３０３とｐ⁺型拡散領域３０９が接触してしまうとリークが起こり、太陽電池の特性に悪影響を及ぼすので接触が起こらないように間隔を開けることが好ましい。しかし、間隔を開けすぎシリコン基板３０１の露出部分が大きくなりすぎると、これも太陽電池の特性を低下させる要因となるため、ｎ⁺型拡散領域３０３とｐ⁺型拡散領域３０９は１０〜２００μｍ、望ましくは１０〜１００μｍ間隔を開ける。

また、ｐ⁺⁺型拡散領域３０２は、ｐ⁺型拡散領域３０９よりも体積が小さいことが好ましく、ｐ⁺型拡散領域３０９の中にｐ⁺⁺型拡散領域３０２が全て包含されることが好ましい。つまり、ｐ⁺型拡散領域３０９はその領域の幅、深さともにｐ⁺⁺型拡散領域３０２よりも大きいことが好ましく、ｐ⁺⁺型拡散領域３０２は、全てｐ⁺型拡散領域３０９に内包されていることが好ましい。したがって、ｎ型ドーピング３３２とｐ型ドーピング３３１するための温度、時間を調製する。

（工程４：裏面接合型太陽電池の製造仕上げ工程）
（ｅ）次に受光面側をテクスチャ構造３０８とするため数％の水酸化ナトリウムもしくは水酸化カリウム溶液に数％のイソプロピルアルコールを含有したアルカリ溶液を７０〜８０℃に加熱した溶液でテクスチャエッチングを行なう。このとき図示はしないが、シリコン基板３０１の裏面にテクスチャエッチングマスクとして酸化珪素膜もしくは窒化珪素膜を形成しておくことによって、シリコン基板３０１裏面をフラットにすることができる。ここで使用する酸化珪素膜はスチーム酸化、常圧ＣＶＤ、ＳＯＧの塗布・焼成により形成される酸化珪素膜のいずれかであり、膜厚は３００〜８００ｎｍである。窒化珪素膜はプラズマＣＶＤ、常圧ＣＶＤで形成される窒化珪素膜のいずれかであり、膜厚は６０〜１００ｎｍである。

テクスチャエッチングを行なった後、テクスチャエッチングマスクはＨＦなどによって除去する。そして、シリコン基板３０１の受光面側に窒化珪素膜などからなる反射防止膜３１０、裏面側に酸化珪素膜などからなるパッシベーション膜３１１を形成する。反射防止膜３１０は、パッシベーションの役割も果たす。なお、反射防止膜３１０、パッシベーション膜３１１はこれらの機能を満たしていればよく、膜の組合せは上記の限りではない。

（ｆ）裏面のパッシベーション膜３１１形成後、ｐ⁺⁺型拡散領域３０２、ｎ⁺型拡散領域３０３上に幅１００μｍ程度のコンタクトホール３０６、３０７を形成する。

（ｇ）そして、銀などの電極材料を印刷し、ファイアスルーが起きない５００〜６００℃で焼成することによりｐ型電極３０４、ｎ型電極３０５を形成する。ファイアスルーが起きない温度でｐ型電極３０４、ｎ型電極３０５を形成することによってシリコン基板３０１のライフタイムを高く維持することができる。また、ファイアスルーしないことから、コンタクトホール３０６、３０７以外の部分にパッシベーション膜３１１が残るため、高いパッシベーション性を維持することができるため、高い太陽電池の特性を得るためにはコンタクトホール３０６、３０７を形成することが有利となる。

＜実施の形態３：ドーピングペーストを用いた製造方法＞
実施の形態１で用いたシリコン基板と同様のものを用いる。したがって、以下の説明においては、第１導電型はｎ型であり、第２導電型はｐ型である。以下、図４に基づいて説明する。

（工程１：第１不純物拡散領域を形成する工程）
（ａ）スライスダメージを除去したシリコン基板４０１上にｐ型不純物を含んだｐ型ドーピングペースト４２８を任意のパターンにスクリーン印刷し、加熱する。このとき、８００〜１０００℃で３０〜６０分間加熱することが好ましい。加熱によって、ｐ型ドーパント４３１がシリコン基板４０１内に拡散される。

（ｂ）図４（ａ）での拡散によって、第１不純物拡散領域としてのｐ⁺⁺型拡散領域４０２が形成される。このときｐ⁺⁺型拡散領域４０２の不純物濃度が１０¹⁸〜１０¹⁹／ｃｍ³とすることが好ましい。拡散が終了した後は、フッ酸処理にてシリコン基板４０１表面の洗浄を行なう。

（工程２：第２不純物拡散領域を形成する工程）
（ｃ）先と同様にｐ型不純物を含んだｐ型ドーピングペースト４２８を任意のパターンにスクリーン印刷し、８００〜１０００℃で３０〜６０分間加熱することで、ｐ型ドーパント４３１がシリコン基板４０１内に拡散される。このときｐ型ドーピングペースト４２８のスクリーン印刷は、図４（ａ）よりも面積の広い櫛形形状であり、かつ、含むかたちで行なう。

（ｄ）図４（ｃ）での拡散によって、第２不純物拡散領域としてのｐ⁺型拡散領域４０９が形成される。このときｐ⁺型拡散領域４０９の不純物濃度が１０¹⁷〜１０¹⁸／ｃｍ³とすることが好ましい。

（工程３：第３不純物拡散領域を形成する工程）
（ｅ）続いて、ｎ型不純物を含んだｎ型ドーピングペースト４２９を任意のパターンにスクリーン印刷し、８００〜１０００℃で３０〜６０分間加熱する。

（ｆ）図４（ｅ）での拡散によって、第３不純物拡散領域としてのｎ⁺型拡散領域４０３が形成される。このときｎ⁺型拡散領域４０３の不純物濃度が１０¹⁷〜１０¹⁹／ｃｍ³とすることが好ましい。

このようにして裏面に拡散領域を形成するが、ｎ⁺型拡散領域４０３とｐ⁺型拡散領域４０９が接触してしまうとリークが起こり、太陽電池の特性に悪影響を及ぼすので接触が起こらないように間隔を開けることが好ましい。しかし、間隔を開けすぎシリコン基板４０１の露出部分が大きくなりすぎると、これも太陽電池の特性を低下させる要因となるため、ｎ⁺型拡散領域４０３とｐ⁺型拡散領域４０９は１０〜２００μｍ、望ましくは１０〜１００μｍ間隔を開ける。

また、ｐ⁺⁺型拡散領域４０２は、ｐ⁺型拡散領域４０９よりも体積が小さいことが好ましく、ｐ⁺型拡散領域４０９の中にｐ⁺⁺型拡散領域４０２が全て包含されることが好ましい。つまり、ｐ⁺型拡散領域４０９はその領域の幅、深さともにｐ⁺⁺型拡散領域４０２よりも大きいことが好ましく、ｐ⁺⁺型拡散領域４０２は、全てｐ⁺型拡散領域４０９に内包されていることが好ましい。そこで、ｎ型ドーピングペースト４２９とｐ型ドーピングペースト４２８中の不純物濃度を調製し、またスクリーン印刷する厚さを検討する。

（工程４：裏面接合型太陽電池の製造仕上げ工程）
（ｇ）次に受光面側をテクスチャ構造４０８とするため数％の水酸化ナトリウムもしくは水酸化カリウム溶液に数％のイソプロピルアルコールを含有したアルカリ溶液を７０〜８０℃に加熱した溶液でテクスチャエッチングを行なう。このとき図示はしないが、シリコン基板４０１の裏面にテクスチャエッチングマスクとして酸化珪素膜もしくは窒化珪素膜を形成しておくことによって、シリコン基板４０１裏面をフラットにすることができる。ここで使用する酸化珪素膜はスチーム酸化、常圧ＣＶＤ、ＳＯＧの塗布・焼成により形成される酸化珪素膜のいずれかであり、膜厚は３００〜８００ｎｍである。窒化珪素膜はプラズマＣＶＤ、常圧ＣＶＤで形成される窒化珪素膜のいずれかであり、膜厚は６０〜１００ｎｍである。

テクスチャエッチングを行なった後、テクスチャエッチングマスクはＨＦなどによって除去する。そして、シリコン基板４０１の受光面側に窒化珪素膜などからなる反射防止膜４１０、裏面側に酸化珪素膜などからなるパッシベーション膜４１１を形成する。反射防止膜４１０は、パッシベーションの役割も果たす。なお、反射防止膜４１０、パッシベーション膜４１１はこれらの機能を満たしていればよく、膜の組合せは上記の限りではない。

（ｈ）裏面パッシベーション膜４１１形成後、ｐ⁺⁺型拡散領域４０２、ｎ⁺型拡散領域４０３上に幅１００μｍ程度のコンタクトホール４０６、４０７を形成する。

（ｉ）そして、銀などの電極材料を印刷し、ファイアスルーが起きない５００〜６００℃で焼成することによりｐ型電極４０４、ｎ型電極４０５を形成する。ファイアスルーが起きない温度でｐ型電極４０４、ｎ型電極４０５を形成することによってシリコン基板４０１のライフタイムを高く維持することができる。また、ファイアスルーしないことから、コンタクトホール４０６、４０７以外の部分にパッシベーション膜４１１が残るため、高いパッシベーション性を維持することができるため、高い太陽電池の特性を得るためにはコンタクトホール４０６、４０７を形成することが有利となる。

＜実施例１＞
本実施例では高いライフタイムが得やすいｎ型のシリコン基板を用い、形状は厚さ２００μｍ、１００ｍｍ角のものを用いた。まず、スライスダメージを除去するため、片面２０μｍ表面を水酸化ナトリウムなどのアルカリ溶液でエッチングした。

以下、図２に基づいて、本実施例を説明する。
（工程１：ｐ⁺⁺型拡散拡散領域を形成する工程）
（ａ）ｎ型のシリコン基板２０１両面に第１拡散マスク２２１を４０００Å形成した。第１拡散マスク２２１は常圧ＣＶＤ法により形成される酸化珪素膜を用いた。

（ｂ）形成された第１拡散マスク２２１をエッチングする成分を含有するエッチングペースト２２４により任意の形状に印刷、加熱処理を行ないパターンエッチングした。そして図示されていないが、加熱処理を終えたシリコン基板２０１を、洗剤を含んだ超音波水洗を１０分間、純水のみの超音波洗浄を２０分間、流水洗浄を５分間の順で洗浄し、ペーストの増粘剤などの残渣を除去し、２％程度のＨＦで洗浄し、第１拡散マスク２２１の窓開けを行なった。

（ｃ）ｐ型ドーパント２３１としてＢＢｒ₃を用いた気相拡散を行なうことにより、櫛型にｐ⁺⁺型拡散領域２０２を形成した。このとき、ｐ⁺⁺型拡散領域２０２の幅は０．２ｍｍとした。拡散は、１０００℃で、６０分間行なった。そして図示されていないが、ｐ⁺⁺型拡散領域２０２形成後、ｐ型ドーパント２３１拡散により形成されたＢＳＧ（ボロンシリケートグラス）と第１拡散マスク２２１をＨＦ処理により除去した。

（工程２：ｐ⁺型拡散領域を形成する工程）
（ｄ）そして、図２（ａ）と同様にシリコン基板２０１両面に酸化珪素膜等からなる第２拡散マスク２２２を４０００Å形成した。形成された第２拡散マスク２２２をエッチングする成分を含有するエッチングペースト２２４により任意の形状に印刷、加熱処理を行ないパターンエッチングした。そして図示されていないが、加熱処理を終えたシリコン基板２０１を、洗剤を含んだ超音波水洗、純水のみの超音波洗浄、流水洗浄の順で洗浄し、ペーストの増粘剤などの残渣を除去し、２％程度のＨＦで洗浄し、第２拡散マスク２２２の窓開けを行なった。このときの窓のパターンは、図２（ｂ）よりも面積の広い櫛形形状であり、かつ、シリコン基板２０１表面のｐ⁺⁺型拡散領域２０２を含むかたちで行なった。

（ｅ）図２（ｃ）と同様の方法でｐ型ドーパント２３１によるｐ⁺型拡散領域２０９を櫛型に形成した。このとき、ｐ⁺型拡散領域２０９の幅は１ｍｍとした。拡散は、９００℃で３０分間行なった。そして図示されていないが、ｐ⁺型拡散領域２０９形成後、ｐ型ドーパント２３１拡散により形成されたＢＳＧ（ボロンシリケートグラス）と第２拡散マスク２２２をＨＦ処理により除去した。

（工程３：ｎ⁺型拡散領域を形成する工程）
（ｆ）そして、図２（ａ）と同様にシリコン基板２０１両面に酸化珪素膜等からなる第３拡散マスク２２３を４０００Å形成した。そして、図２（ｂ）と同様の方法で所望のパターンで第３拡散マスク２２３に窓開けを行なった。ｎ型ドーパント２３２としてＰＯＣｌ₃を用いた気相拡散を行なうことにより、櫛型のｎ⁺型拡散領域２０３を形成した。そして、図示されていないが、ｎ型ドーパント２３２拡散後に、形成されたＰＳＧ（リンシリケートグラス）と第３拡散マスク２２３をＨＦ処理により除去した。ｎ⁺型拡散領域２０３とｐ⁺型拡散領域２０９の間には１００μｍ間隔を開けた。

（工程４：裏面接合型太陽電池の製造仕上げ工程）
（ｇ）次に受光面側をテクスチャ構造２０８とするため水酸化カリウム溶液にイソプロピルアルコールを含有したアルカリ溶液を７５℃に加熱した溶液でテクスチャエッチングを行なった。このとき図示されてないが、常圧ＣＶＤ法によってシリコン基板２０１の裏面にテクスチャエッチングマスクとして膜厚８０００Åの酸化珪素膜を形成した。

テクスチャエッチングを行なった後、テクスチャエッチングマスクはＨＦによって除去した。そして、シリコン基板２０１を９００℃、３０分間ドライ酸化を行ない、受光面、裏面の両面に酸化珪素膜を形成し、さらに裏面側のみ常圧ＣＶＤ法によって酸化珪素膜を積層した。次いで、ＨＦによって受光面側のみ酸化珪素膜を除去し、受光面側にはプラズマＣＶＤ法によって窒化珪素膜を形成した。裏面の酸化珪素膜は、パッシベーション膜２１１、受光面の窒化珪素膜は、反射防止膜２１０とした。

（ｈ）裏面パッシベーション膜２１１形成後、図２（ｂ）で説明したエッチングペーストを用いたパターニングエッチングと同じ方法で、ｐ⁺⁺型拡散領域２０２、ｎ⁺型拡散領域２０３上に幅１００μｍ程度のコンタクトホール２０６、２０７を形成した。

（ｉ）そして、銀などの電極材料を印刷し、５５０℃で焼成することによりｐ型電極２０４、ｎ型電極２０５を形成した。

フォトリソグラフィを利用した方法よりも簡易に裏面接合型太陽電池の製造を行なうことができた。

＜実施例２＞
本実施例においては、実施例１で用いたシリコン基板と同様のものを用いた。

以下、図３に基づいて説明する。
（工程１：ｐ⁺⁺型拡散領域を形成する工程）
（ａ）第１マスキングペースト３２５をシリコン基板３０１の受光面側の全面にスクリーン印刷し、オーブンを用いて数十分間３００℃程度で乾燥させた。次にシリコン基板３０１の裏面側には所望の形状に開口部を設けたパターンに第１マスキングペースト３２５をスクリーン印刷し、再度オーブンにより乾燥させた。次にこのシリコン基板３０１を酸素雰囲気下において９００℃で３０分間焼成し、第１マスキングペースト３２５の材料である酸化珪素を焼結させた。

（ｂ）次に、１０００℃で６０分間、ｐ型ドーパント３３１をシリコン基板３０１内に拡散し、第１マスキングペースト３２５の開口部に相当する部分のみｐ⁺⁺型拡散領域３０２を形成した。このときｐ⁺⁺型拡散領域３０２の幅は０．２ｍｍとした。ｐ型ドーパント３３１の拡散方法としてはＢＢｒ₃を用いた気相拡散を用いた。その後図示はしないが、濃度１０％程度のフッ酸処理で第１マスキングペースト３２５を除去した。

（工程２：ｐ⁺型拡散領域を形成する工程）
（ｃ）再度図３（ａ）と同様の方法で第２マスキングペーストを形成した。なお、このときの第２マスキングペーストの開口部のパターンは、図３（ａ）よりも面積の広い櫛形形状であり、かつ、シリコン基板３０１表面のｐ⁺⁺型拡散領域３０２を含むかたちで行なった。次に、９００℃で３０分間、図３（ｂ）と同様にｐ型ドーパント３３１を拡散させ、第２マスキングペースト３２６の開口部に相当する部分のみｐ⁺型拡散領域３０９を形成した。このとき、幅１ｍｍとした。その後図示はしないが、濃度１０％程度のフッ酸処理で第２マスキングペースト３２６を除去した。

（工程３：ｎ⁺型拡散領域を形成する工程）
（ｄ）再度図３（ａ）と同様の方法で第３マスキングペースト３２７を形成した。その後９００℃、６０分間、ｎ型ドーパント３３２を拡散することにより、ｎ⁺型拡散領域３０３を形成する。拡散方法としてはＰＯＣｌ₃を用いた気相拡散を用いた。その後図示はしないが、濃度１０％程度のフッ酸処理で第３マスキングペースト３２７を除去した。

（工程４：裏面接合型太陽電池の製造仕上げ工程）
以後の操作は、実施例１の図２（ｇ）以下の説明と同様に行なった。

フォトリソグラフィを利用した方法よりも簡易に裏面接合型太陽電池の製造を行なうことができた。

＜実施例３＞
本実施例においては、実施例１で用いたシリコン基板と同様のものを用いる。以下、図４に基づいて説明する。

（工程１：ｐ⁺⁺型拡散領域を形成する工程）
（ａ）スライスダメージを除去したシリコン基板４０１上にｐ型不純物を含んだｐ型ドーピングペースト４２８を任意のパターンにスクリーン印刷し、１０００℃で６０分間加熱した。加熱によって、ｐ型ドーパント４３１がシリコン基板４０１内に拡散された。

（ｂ）図４（ａ）での拡散によって、ｐ⁺⁺型拡散領域４０２が形成された。ｐ⁺⁺型拡散領域４０２の幅は０．２ｍｍとした。拡散が終了した後は、フッ酸処理にてシリコン基板４０１表面の洗浄を行なった。

（工程２：ｐ⁺型拡散領域を形成する工程）
（ｃ）先と同様にｐ型不純物を含んだｐ型ドーピングペースト４２８を任意のパターンにスクリーン印刷し、９００℃、３０分間加熱することで、ｐ型ドーパント４３１がシリコン基板４０１内に拡散された。このときｐ型ドーピングペースト４２８のスクリーン印刷は、図４（ａ）よりも面積の広い櫛形形状であり、かつ、含むかたちで行なった。

（ｄ）図４（ｃ）での拡散によって、ｐ⁺型拡散領域４０９が形成された。ｐ⁺型拡散領域４０９の幅は１ｍｍとした。

（工程３：ｎ⁺型拡散領域を形成する工程）
（ｅ）続いて、ｎ型不純物を含んだｎ型ドーピングペースト４２９を任意のパターンにスクリーン印刷し、９００℃、６０分間加熱した。

（ｆ）図４（ｅ）での拡散によって、ｎ⁺型拡散領域４０３が形成された。
（工程４：裏面接合型太陽電池の製造仕上げ工程）
以後の操作は、実施例１の図２（ｇ）以下の説明と同様に行なった。

フォトリソグラフィを利用した方法よりも簡易に裏面接合型太陽電池の製造を行なうことができた。

裏面接合型太陽電池の作製工程を短縮することで解決できる。そして、簡便に第１不純物拡散領域、第２不純物拡散領域、第３不純物拡散領域をパターン形成することができ、不純物濃度の複雑な分布を有する裏面電極型太陽電池を量産することができる。

本発明の裏面接合型太陽電池の断面図である。 エッチングペーストを用いた本発明の裏面接合型太陽電池の製造工程を示した図である。 マスキングペーストを用いた本発明の裏面接合型太陽電池の製造工程を示した図である。 ドーピングペーストを用いた本発明の裏面接合型太陽電池の製造工程を示した図である。 フォトリソグラフィを用いた従来の裏面接合型太陽電池の製造工程を示した図である。

符号の説明

１０１，２０１，３０１，４０１，５０１ シリコン基板、１０２，２０２，３０２，４０２ ｐ⁺⁺型拡散領域、１０３，２０３，３０３，４０３，５０３ ｎ⁺型拡散領域、１０４，２０４，３０４，４０４，５０４ ｐ型電極、１０５，２０５，３０５，４０５，５０５ ｎ型電極、１０６，１０７，２０６，２０７，３０６，３０７，４０６，４０７，５０６，５０７ コンタクトホール、１０８，２０８，３０８，４０８，５０８ テクスチャ構造、１０９，２０９，３０９，４０９，５０９ ｐ⁺型拡散領域、１１０，２１０，３１０，４１０，５１０ 反射防止膜、１１１，２１１，３１１，４１１，５１１ パッシベーション膜、２２１ 第１拡散マスク、２２２ 第２拡散マスク、２２３ 第３拡散マスク、２２４ エッチングペースト、２３１，３３１，４３１，５３１ ｐ型ドーパント、２３２，３３２，４３２，５３２ ｎ型ドーパント、３２５ 第１マスキングペースト、３２６ 第２マスキングペースト、３２７ 第３マスキングペースト、４２８ ｐ型ドーピングペースト、４２９ ｎ型ドーピングペースト、５２１ 拡散マスク、５４０ レジスト、５４１ 露光用マスク、５４２ 露光、５４３ 酸性薬品、５４４ 硬化レジスト。

Claims (5)

1. 第１導電型のシリコン基板の受光面の反対側である裏面にｐｎ接合が形成された裏面接合型太陽電池の製造方法であって、
   前記裏面に、第２導電型の第１不純物拡散領域を形成する工程と、
   前記裏面に前記第１不純物拡散領域を含む領域に、前記第１不純物拡散領域よりも不純物濃度が低い、第２導電型の第２不純物拡散領域を形成する工程と、
   前記裏面に前記シリコン基板よりも不純物濃度が高い第１導電型の第３不純物拡散領域を形成する工程と、
   を含むことを特徴とする裏面接合型太陽電池の製造方法。
2. 前記第１不純物拡散領域および／または第２不純物拡散領域および／または第３不純物拡散領域を形成する工程に、エッチングペースト、および／またはマスキングペースト、および／またはドーピングペーストを使用することを特徴とする請求項１に記載の裏面接合型太陽電池の製造方法。
3. 前記第１不純物拡散領域は、第２不純物拡散領域よりも小さいことを特徴とする請求項１または２に記載の裏面接合型太陽電池の製造方法。
4. 第１導電型のシリコン基板の受光面とは反対側の裏面にｐｎ接合が形成された裏面接合型太陽電池であって、
   前記裏面に、第２導電型の第１不純物拡散領域と、
   前記第１不純物拡散領域を含む領域に、前記第１不純物拡散領域よりも不純物濃度が低い第２導電型の第２不純物拡散領域と、
   前記シリコン基板よりも不純物濃度が高い第１導電型の第３不純物拡散領域と、を含むことを特徴とする裏面接合型太陽電池。
5. 前記第１不純物拡散領域は、第２不純物拡散領域よりも小さいことを特徴とする請求項４に記載の裏面接合型太陽電池。

Images