JP2011009754A

JP2011009754A - 太陽電池の製造方法

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Publication number: JP2011009754A
Application number: JP2010157419A
Authority: JP
Inventors: Tsuyoshi Uematsu; 強志上松; Yoshiaki Yazawa; 義昭矢澤; Hiroyuki Otsuka; 寛之大塚; Ken Tsutsui; 謙筒井
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2010-07-12
Filing date: 2010-07-12
Publication date: 2011-01-13

Abstract

【課題】半導体基板の一方の面に不純物拡散層を容易に形成し、光電変換効率の高い太陽電池を作製する。
【解決手段】少なくとも１枚の半導体基板と少なくとも１枚の拡散防止板を背中合わせに配置し、第１の不純物拡散を行う背中合わせ拡散を行う。また、少なくとも１枚の半導体基板と少なくとも１枚の拡散防止板を背中合わせに配置し、第１の背中合わせ拡散を行った後、上記半導体基板の不純物を拡散した面が背中合わせになるように配置して第２の背中合わせ拡散を行う。また、上記拡散防止板を半導体基板とすることにより不純物拡散層を形成する。更には、上記第１と第２の不純物拡散で同一の導電型の不純物を拡散することにより不純物拡散層を形成する。
【効果】半導体基板の一方の面のみに不純物拡散層を一回の不純物拡散のみで形成することが出来るため、作製が容易で光電変換効率の高い太陽電池を作製することが出来る。
【選択図】図１

Description

本発明は、拡散防止板を用いて作製した太陽電池および作製法に関する。

太陽電池を作製する場合の不純物の拡散方法としては、例えば「Solar Cells」、Martin A. Green 著、Prentice-Hall, inc. 社刊、の第１０９頁、第６.４図、第６.５図（ａ）および第６.５図（ｂ）に示されている。この例では、石英の炉心管内に複数の半導体基板を間隔を開けて配置し、その半導体基板の周辺に不純物ガスが行き渡るようにして行っている。この例は不純物としてリンを、半導体基板としてシリコンを用い、８００℃から９００℃に加熱しｎ型の導電型を示す不純物拡散層を形成している。このため、上記の第６.５図（ａ）にあるように上記半導体基板の両面に不純物が拡散されてしまう（本願の図１８（ｃ）に相当）。

「Solar Cells」、Martin A. Green 著、Prentice-Hall, inc. 社刊、第１０９頁

上記従来技術の不純物拡散法では、上記の第６.５図（ｂ）にあるように、半導体基板の一方の面のみに不純物拡散層を形成したい場合には、拡散の前に予め図１８（ｂ）に示すように上記半導体基板の一方の面に熱ＣＶＤ窒化膜や熱酸化膜、またはプラズマＣＶＤなどによる低温形成の窒化膜や酸化膜などからなる拡散防止膜１４を形成して拡散を行うか、両面に不純物を拡散したのち一方の面の拡散層をエッチングや機械的研削により除去する必要がある。このため、拡散防止膜形成やエッチングなどの太陽電池作製工程が増えてしまい太陽電池作製コストの増大を招く。また、特に熱酸化などの高温処理を追加することにより、半導体基板の少数キャリヤライフタイムが低下するなどの品質低下が発生する。更には、不純物の再拡散により不純物プロファイルが変化し、最適プロファイルを得ることが出来なくなるなどの問題が発生し太陽電池の光電変換効率が低下してしまう。また、エッチングや機械的研削などを行うことにより、上記半導体基板の表面形状が変化するため、例えば光反射防止構造として形成されているテクスチャー構造の形状が変化し光反射防止機能が低下することにより、太陽電池の光電変換効率が低下してしまう。

少なくとも１枚の半導体基板と少なくとも１枚の拡散防止板を背中合わせに配置し、第１の不純物拡散を行う背中合わせ拡散により上記課題を解決することが出来る。

また、少なくとも１枚の半導体基板と少なくとも１枚の拡散防止板を背中合わせに配置し、第１の背中合わせ拡散を行った後、上記半導体基板の不純物を拡散した面が背中合わせになるように配置して第２の背中合わせ拡散を行うことにより上記課題を解決することが出来る。

また、上記拡散防止板を半導体基板とすることにより上記課題を解決することが出来る。

更には、上記第１と第２の不純物拡散で同一の導電型の不純物を拡散することにより上記課題を解決することが出来る。

本発明によれば、半導体基板の一方の面のみに不純物拡散層を一回の不純物拡散のみで形成することが出来るため、作製が容易で光電変換効率の高い太陽電池を作製することが出来る。

本発明の太陽電池の一作製法を示す図である。本発明の太陽電池の一作製法を示す図である。本発明の太陽電池の一作製法を示す図である。本発明の太陽電池の一作製法を示す図である。本発明の一作製法を説明するための図である。本発明の太陽電池の一作製法を示す図である。本発明の一作製法を説明するための図である。本発明の一作製法を説明するための図である。本発明の太陽電池の一作製法を示す図である。本発明の太陽電池の一作製法を示す図である。本発明の太陽電池の一作製法を示す図である。本発明の太陽電池の一作製法を示す図である。本発明の太陽電池の一作製法を示す図である。本発明の太陽電池の一作製法を示す図である。本発明の太陽電池の一作製法を示す図である。本発明の太陽電池の一作製法を示す図である。本発明の太陽電池の一作製法を示す図である。従来の太陽電池の一作製法を示す図である。

実施例１
図１に本発明の実施例１の背中合わせ拡散を用いた作製法を示す。この実施例では図１（ａ）に示すように、２枚の半導体基板１を向かい合わせてボート５上にのせ、通常の半導体製造に用いられる炉心管４の中に置きキャリヤガス７を一方の端から導入し、他方に置かれたキャップ６から排気ガス８を排出した。この装置の半導体基板１の拡大図を図１（ｂ）に示す。複数の半導体基板は第１の半導体板２と第２の半導体基板３を２枚一組で背中合わせに配置している。このように構成することにより、第１の半導体基板および第２の半導体基板３の背中合わせにされた面の反対側の面のみがキャリヤガス７にさらされるため、キャリヤガスに所望の第１の不純物を混入させて、所望の温度に保持することによりキャリヤガス７にさらされた面のみに第１の不純物を拡散することが出来た。第１と第２の半導体基板２，３を図１（ｃ）のようにぴったりと接して配置する事により背中合わせされた面への不純物の進入を完全に防止することが出来る。しかし、不純物によっては半導体基板２、３のキャリヤガスに接する部分に形成される拡散ガラスや、半導体基板の反りなどによって出来た背中合わせ面への微量のキャリヤガスの進入などによって２枚が融着し、拡散終了後に２枚の半導体基板を分離することが難しくなったり、場合によっては分離出来なくなってしまうことがある。これを防止するためには、図１（ｄ）に示すように半導体基板２の表面９に反りを持たせることが有効である。また、図１（ｅ）に示すように半導体基板２の表面９に微細な凹凸を形成してもよい。この場合には、光反射防止のために通常形成される四角錐などの微細な表面凹凸をそのまま用いてもよい。また、図１（ｆ）に示すように２枚の半導体基板の一方の基板の表面にのみ凹凸やそりを有していても同様の効果が得られた。上記反りまたは凹凸の高さ１０を２μｍ以上とすることにより２枚の半導体基板の融着を防止することができた。但し、上記２枚の半導体基板の背中合わせになっている面の半導体基板表面３４の間隔１１が１ｍｍを超えると背中合わせ面へのキャリヤガスの回り込みが増大し、背中合わせ面に第１の導電型の不純物の回り込みが激しくなるため、上記間隔１１は１ｍｍ以下とすることが望ましい。上記説明では２枚の半導体基板を用いて両方の基板表面に不純物の拡散を行うことにより片面のみに不純物を拡散した半導体を２枚同時に得ることが出来る例を示しているが、例えば上記第２の半導体基板３は第１の半導体基板２の裏面への不純物の拡散を防止することを目的とした単なるダミー基板であってもよし、半導体以外の材質からなる単なる拡散防止板であってもよい。

上記の不純物拡散法では、予め上記半導体基板の一方の面に熱酸化膜などの拡散防止膜を形成して拡散を行ったり、両面に拡散をしたのち一方の面の拡散層をエッチングや機械的研削により除去したりせずに半導体基板の一方の面にのみ不純物拡散層を一回の不純物拡散で形成することが出来た。このため、熱酸化膜形成やエッチングなどの太陽電池作製工程が不要となり、作製工程数を低減できた。また、熱酸化などの高温処理の回数を減らすことが出来たため、半導体基板の少数キャリヤライフタイムの低下を防止することが出来た。また、エッチングや機械的研削などを行うことによる、上記半導体基板の表面形状の変化が無くなった。このため例えば光反射防止構造として形成されているテクスチャー形状の変化による光反射防止機能の低下で太陽電池の光電変換効率が低下することが無くなった。

上記の説明の半導体基板には、シリコンやゲルマニウム、ガリウム砒素などの単結晶、多結晶などの円形や四角形などの外形の基板を用いることが出来き、半導体基板の導電型はｉ型、ｐ型、ｎ型のいずれでもよい。また、不純物としては、リン、ヒ素、アンチモン、ボロン、アルミ、ガリウム、などがある。これらの不純物拡散源は通常液体または固体の化合物を用いる。例えばリンの場合は液体のPOCl₃を窒素と酸素を混合したキャリヤガスに混ぜて炉心管に導入する。固体のリン拡散源としては石英やSiC基板などにP₂O₅を塗布した固体拡散源などを用いる。場合によってはPH₃などのガスを拡散源として用いる場合がある。また、ボロン拡散源としては液体のBBr₃を窒素と酸素を混合したキャリヤガスに混ぜて用いたり、固体のＢＮ基板を用いたりガス状のB₂H₆を用いたりする場合がある。

実施例２
図２に本発明の実施例２の背中合わせ拡散を用いた作製法を示す。この実施例では不純物拡散源として固体拡散源３６を用いた例を示す。このような固体拡散源では上記液体拡散源に含まれるClやBrなどのハロゲンガスを含んでいない拡散源を用いることが出来る。排気ガス８にハロゲンガスを含む場合は、ハロゲンガスが装置を腐食したり、人体の健康に害を及ぼすことがある。また、大気中へ放出された場合の大気汚染などの問題も考慮する必要がある。通常はこれらの問題を防止するために上記ハロゲンガスの回収装置を用いる。しかし、固体拡散源を用いる場合は、排気ガス８をそのまま大気に放出しても上記のような問題は生じないため、装置コストを低減することができる。

また、ハロゲンガスを含む拡散源を用いた場合には半導体基板中に大量のハロゲン原子が含まれるため、例えば熱酸化膜を半導体基板表面に形成した場合に半導体と酸化膜の界面付近に存在するハロゲンガスが上記界面での少数キャリヤの再結合速度を高め太陽電池の光電変換効率を低下させる場合がある。しかし、固体拡散源などのハロゲン元素を含まない拡散源を用いる方法で形成された太陽電池には太陽電池作製工程に入る前の半導体基板に含まれる程度のハロゲンガスしか含まれないため、光電変換効率が低下することがない。

実施例３
図３に本発明の実施例３の背中合わせ拡散を用いた作製法を示す。この実施例では、不純物の拡散に減圧拡散法を用いている。この方法は、バルブ１２を用いて導入ガス７の炉心管４への流入を完全に止めるか、ごく微量とし、パッキン１３等でキャップ６と炉心管４との間を気密封止し、排気チューブ３３に排気ポンプ（図示せず）を接続して炉心管内の気圧を減圧しながら不純物を導入する方法である。この実施例では固体拡散源３６を用いているが、固体拡散源を用いずに不純物を含むキャリヤガスを導入ガス７として用いることにより不純物を拡散してもよい。これらの方法では、炉心管内が減圧されているため不純物が炉心管内にまんべんなく行き渡り、半導体基板１表面での不純物拡散の均一性が増す。また、不純物拡散源に含まれる重金属など、半導体基板に欠陥を発生させたり、少数キャリヤライフタイムを低下させたりする原因となる有害な不純物が半導体基板内に拡散することを防止、または低減することが出来る。特に、不純物としてボロンを用いる場合は拡散温度が１０００℃から１１００℃前後と高く、有害な不純物の拡散による半導体基板品質の低下が発生しやすいが、本方法を用いることにより太陽電池作製後も半導体基板品質、特にキャリヤライフタイムを高く保つことが出来るため、太陽電池の光電変換効率を高くすることが出来る。

特にボロンを不純物として拡散した場合には、拡散後に熱処理を行うとキャリヤライフタイムが大きく低下することがある。これを防止するためには、熱酸化膜などの拡散防止膜を必要としない本発明の背中合わせ拡散法と上記減圧拡散法を組み合わせることにより不純物拡散以外の熱処理を完全に無くすことが出来るため、太陽電池の変換効率を高めることが出来る。

上記減圧拡散法は上記背中合わせ拡散法との組み合わせにおいても有効であるが。これに限らず、通常の拡散法においても太陽電池の光電変換効率を向上させる効果がある。特にボロンの拡散では不純物拡散源としてＢＮをバインダーで基板状に成形した固体拡散源を用いた場合は不純物拡散後のＳｉ基板の少数キャリヤライフタイムが不純物拡散前の５０％以下となってしまう。例えば、ＣＺ法で作られた比抵抗１０Ω・ｃｍのＳｉ基板の場合、初期の少数キャリヤライフタイムが１００μｓ以上のウエハーを用いてもボロン拡散後では１０μｓ前後まで低下してしまう。このような固体拡散源にはＬｉ、Ｎａ、Ｋなどのアルカリ金属が通常１ｐｐｍ以上含まれる。また、その他のＣｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｕなどの金属も１０ｐｐｍ以上含まれる。

熱ＣＶＤ等で作製されるパイロリティックボロンナイトライド（ＰＢＮ）からなる拡散源はＮａなどのアルカリ金属は通常１ｐｐｍ以下しか含まれない。また、その他のＭｎ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｕなどの金属も１ｐｐｍ以下しか含まれない。このような高純度の固体拡散源を用いると、Ｓｉ基板において不純物拡散後に不純物拡散前の５０％以上の少数キャリヤライフタイムを得ることが出来る。また、例えばＣＺ法で作られた比抵抗１０Ω・ｃｍのＳｉ基板の場合、初期の少数キャリヤライフタイムが１００μｓ以上のウエハーを用いるとボロン拡散後でも１００μｓ前後のキャリヤライフタイムが比較的再現性良く得られるが、拡散源の使用状況によっては拡散後の少数キャリヤライフタイムがばらつくことがある。

高純度の液体のＢＢｒ₃を不純物拡散源として用いる場合は、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋなどのアルカリ金属は１０ｐｐｂ以下しか含まれない。また、Ａｓ、ＢｉなどのＶ族原子も２０ｐｐｂ以下しか含まれない。Ａｌ、Ｇａ、などのＩＩＩ族原子も２０ｐｐｂ以下しか含まれない。その他のＣｒ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｆｅ、Ｐｂ、Ｈｇ、Ｎｉ、Ｓｎ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ａｇなどの金属やＳｒ、Ｃａなどの他の不純物２０ｐｐｂ以下しか含まれないこのような高純度の液体拡散源を用いると、Ｓｉ基板において不純物拡散後に不純物拡散前の５０％以上の少数キャリヤライフタイムを得ることが出来る。また、例えばＣＺ法で作られた比抵抗１０Ω・ｃｍのＳｉ基板の場合、初期の少数キャリヤライフタイムが１００μｓ以上のウエハーを用いるとボロン拡散後でも１００μｓ前後のキャリヤライフタイムが得られるが、再現性が低く上記少数キャリヤライフタイムより小さい値しか得られない場合が多い。

上記のように、拡散源以外の不純物原子の含有量が高い不純物拡散源を用いると少数キャリヤライフタイムの低下が発生する。また、高純度の不純物拡散源を用いた場合も、得られる少数キャリヤライフタイムの再現性の低下が起こる。

これに対して、上記減圧拡散法を用いることにより、ＢＮをバインダーで基板状に成形した固体拡散源のように拡散源以外の不純物濃度の高い不純物拡散源を用いても不純物拡散後のＳｉ基板の少数キャリヤライフタイムを不純物拡散前の５０％以上とすることが出来た。例えば、ＣＺ法で作られた比抵抗１０Ω・ｃｍのＳｉ基板の場合、初期の少数キャリヤライフタイムが１００μｓ以上のウエハーを用いた場合には、ボロン拡散後で再現性良く１００μｓ前後の少数キャリヤライフタイムが得られた。

また、上記パイロリティックボロンナイトライドからなる固体拡散源のよに拡散源以外の主な不純物を１ｐｐｍ以下しか含まない拡散源や、液体のＢＢｒ₃のように拡散源以外の主な不純物を２０ｐｐｂ以下しか含まない拡散源を用いても、上記減圧拡散法を用いることにより再現性良く高い少数キャリヤライフタイムが得られた。

このような高い少数キャリヤライフタイムは太陽電池の光電変換効率を高める上で非常に重要な要素であり、少数キャリヤライフタイムを高めることによって少数キャリヤの拡散長を少なくとも半導体基板厚みの２倍、望ましくは半導体基板厚みの３倍以上とすることにより太陽電池の発電電流が増加するため高い光電変換効率が得られる。

実施例４
図４および図５に本発明の実施例４の背中合わせ拡散を用いた作製法を示す。この実施例では、すでに第１の不純物拡散層１５を一方の面に持つ半導体基板１のもう一方の面に第２の不純物拡散を行っている。図４（ａ）には従来の方法を用いた例を、図４（ｂ）には本発明の方法を用いた例を示す。従来の方法では図４（ａ）に示すように、不純物拡散時に第１の拡散層１５の上への第２の不純物拡散で拡散される不純物の拡散を防止するために、例えば熱酸化により作製した拡散防止膜１４を形成し、不純物拡散後にエッチングにより拡散防止膜１４を除去している。この熱酸化膜の形成は、通常９００℃から１０００℃程度の温度で行い０.１μｍ程度の膜厚とする。このため、例えば第１の不純物拡散層の不純物がボロンである場合には、酸化膜形成により、半導体基板１表面に垂直な方向のボロン濃度プロファイルは図５に示すように酸化膜形成前のプロファイル１６から酸化膜形成後のプロファイル１７に変化する。このように、酸化後はボロン濃度が半導体基板１の不純物の基板濃度と同じになる深さである拡散深さが深くなり、最大不純物濃度が低くなる。太陽電池を作製する場合に、このボロン拡散面から光を入射して発電を行う場合には太陽光の中の短波長光に対する感度を向上させるためにボロン拡散層の深さを浅くする必要がある。従来技術により第２の不純物拡散を行う図４（ａ）の方法で作製した太陽電池に比べて図４（ｂ）の方法で作製した太陽電池ではボロン拡散深さが浅いため短波長感度が高くこの結果光電変換効率が高まる。

更に、図５の酸化膜形成後のプロファイル１７に示すように、熱酸化を行うことにより基板表面にボロン濃度の勾配が出来てしまい、基板の最表面のボロン濃度が最大濃度の半分より小さくなってしまう。このように、表面に向かって不純物濃度が低下するような勾配を持つと、基板表面での少数キャリヤの再結合が増大し光電変換効率が低下する。図４（ｂ）の方法ではこのような勾配の無い不純物プロファイルを得ることが出来るため、太陽電池の光電変換効率を向上することが出来る。

また、リンの拡散は通常７５０℃から９００℃で行う。このため、上記第１の不純物拡散層１５の不純物がリンである場合は、上記拡散防止膜１４を７５０℃以上の温度で行うとリンの不純物濃度プロファイルが変化して拡散深さが深くなり、上記と同様に太陽電池の光電変換効率が低下する。よって、熱酸化膜などの７５０℃以上の温度で形成される拡散防止膜１４を用いることなく、上記背中合わせ拡散を行うことにより太陽電池の光電変換効率を高めることが出来る。

実施例５
図６、図７、図８および図９に本発明の実施例５の背中合わせ拡散を用いた作製法を示す。この実施例では、本発明の方法を用いて半導体基板の一方の面への第１の不純物拡散層と上記半導体基板の他方の面への第２の不純物拡散層を形成した例を示す。この作製プロセスでは、第１の不純物拡散層の不純物としてボロンを、第２の不純物拡散層の不純物としてリンを用い、半導体基板にはシリコンを用いた。図６（ａ）に示すプロセスでは２枚の半導体基板１を背中合わせに配置し、第１の拡散工程としてボロンの拡散を行い第１の不純物拡散層１５を形成した。次に上記２枚の半導体基板をそれぞれ裏返して背中合わせに配置し第２の拡散工程としてリンを拡散し第２の不純物拡散層１９を形成した。この方法により、半導体基板の一方の面にｐ型の拡散層を持ち他方の面にｎ型の拡散層を持つ半導体基板を簡便に作製することが出来た。

図６（ｂ）に示すプロセスでは、図６（ａ）に示すプロセスにおける第１の不純物拡散と第２の不純物拡散で拡散する不純物を入れ替えている。これにより、図６（ａ）のプロセスで作製した構造と同様の不純物拡散層を持つ半導体基板を作製できた。しかし、作製した不純物拡散層の不純物濃度プロファイルを見るとこれらの２つのプロセスで作製された拡散層は互いに異なる不純物濃度プロファイルを持つ。上記図６（ａ）のプロセスを用いて作製された半導体基板のリンおよびボロンの不純物濃度プロファイルを図７に示す。この作製プロセスではボロンの拡散を初めに行っている。ボロンの拡散は通常１０００℃から１１００℃で行う。リンの拡散は通常７５０℃から９００℃で行う。よって、初めに拡散されたボロンはその拡散温度より低い温度のリン拡散を後で行っても不純物濃度プロファイルはほとんど変化しない。よって、ボロン拡散のみを行った場合の拡散深さを約０.３５μｍ、リン拡散のみを行った場合の拡散深さが約０.３μｍとなるように作製した場合には、それぞれの拡散深は第１の拡散と第２の拡散を行った後も図７に示すボロン濃度２１とリン濃度２０のようにほぼ上記それぞれの拡散深さと同じである。これに対し、上記図６（ｂ）に示すプロセスで拡散を行った場合は、初めに拡散を行ったリンが第２の拡散時の高温処理で再拡散するため図８に示すようにリン濃度プロファイル２０が深くなる。このように拡散深さが深くなると半導体基板のリン拡散面から入射する太陽光に対する感度が低下し太陽電池の光電変換効率が低下する。よって、図６（ａ）と図６（ｂ）のプロセスではボロンの拡散を先に行う図６（ａ）のプロセスが有利である。すなわち、本発明の方式を用いて第１の拡散と第２の拡散を行う場合には、より高温の拡散を先に行うことが望ましい。また、第１の拡散と第２の拡散で拡散時間が異なる場合も拡散時間が長くなるほど拡散深さが深くなるため、上記と同様の理由で拡散時間の長い方の拡散を先に行うことが望ましい。

上記の不純物拡散法では、予め上記半導体基板の一方の面に熱酸化膜などの拡散防止膜を形成して拡散を行ったり、両面に拡散をしたのち一方の面の拡散層をエッチングや機械的研削により除去したりせずに半導体基板のそれぞれの面に異なる導電型の不純物拡散層を２回の不純物拡散のみで形成することが出来た。このため、熱酸化膜形成やエッチングなどの太陽電池作製工程を低減できた。また、熱酸化などの高温処理の回数を減らすことにより、半導体基板の少数キャリヤライフタイムの低下を防止することが出来た。また、エッチングや機械的研削などを行うことによる、上記半導体基板の表面形状の変化が無くなり、例えば光反射防止構造として形成されているテクスチャー構造の形状が変化し光反射防止機能が低下することによる光電変換効率の低下を防止することが出来た。

上記方法で形成した半導体基板に図９（ａ）に示すように通常の方法で表面電極３８および裏面電極３９を形成することにより、表面からの入射光４３および裏面からの入射光３７により発電可能な太陽電池を簡便に作成することが出来た。また、図９（ｂ）に示すように表面および裏面に誘電体膜などからなる反射防止膜を形成することにより、半導体基板１表面に形成された微細凹凸から成る反射防止構造とあいまって入射光を有効に取り込むことができた。当然ながら上記微細凹凸のない平坦な表面を持つ半導体基板であっても上記の効果が得られることはいうまでもない。さらには、図９（ｃ）に示すように酸化膜やシリコンナイトライド膜などで形成されるパッシベーション膜４１を挿入することにより少数キャリヤの再結合を低減し光電変換効率を高めることが出来た。また、たとえば図９（ｂ）に示す構造の裏面全面に電極を形成し図９（ｆ）に示す構造とすることにより表面からの光のみで発電する構造とすることも出来た。また、図９（ｅ）や図９（ｂ）に示すように基板１に電極３９が第１および第２の不純物拡散層１５、１９を介さずに接する部分に第１の導電型の拡散層１５とは反対の導電型を持ち、半導体基板１の上記反対の導電型の不純物濃度より高い不純物濃度を有するＢＳＦ層４２をアルミアロイ法などを用いて設けることにより電極３９と基板１の界面での少数キャリヤ再結合速度を低減し、光電変換効率を高めることが出来た。

上記の説明では第１の拡散層をｐ型のボロン拡散層とし、第２の拡散層をｎ型のリン拡散層とした作製法について説明したが、上記第１と第２の不純物拡散層が同じ導電型で上記第１と第２の拡散層の不純物濃度や拡散深さが異なる不純物拡散層を上記半導体基板の表と裏にそれぞれ形成する場合にも上記の説明のように第１と第２の拡散を行うことにより、表と裏にそれぞれ同じ導電型を示し拡散層の不純物濃度や拡散深さが異なる第１と第２の不純物拡散層を持つ図９（ｄ）に示す構造の半導体基板を２回の拡散工程のみで簡便に形成することが出来る。

図９（ａ）から（ｆ）に示す構造は一例であり、拡散層、反射防止膜層、パッシベーション層、ＢＳＦ層、電極、光の入射方向などの構造を適時組み合わせた構造においても上記不純物拡散層形成法を用いることにより光電変換効率の高い太陽電池が得られる。

実施例６
図１０に本発明の実施例６の背中合わせ拡散を用いた作製法を示す。この実施例では第２の拡散時に半導体基板１の背中合わせされた面に若干の拡散ガスの回り込みが発生する場合について説明する。上記回り込みにより、図１０（ａ）に示すように第２の不純物拡散によって不純物拡散層の回り込み部２２が発生する。これにより第１の拡散層１５の面積が減少し上記半導体基板を太陽電池として有効に使用出来る面積が減少する。これを防止するために、図１０（ｂ）で示すように、第１の拡散で形成された第１の不純物ガラス２４を除去せずに、この第１の不純物ガラス２４を第２の拡散での拡散防止膜として用いることが有効である。この方法により、上記拡散層の回り込み部分２２は背中合わせ部分にまでは及ばないため半導体基板１の全面を太陽電池として用いることが出来た。

また、上記方法により第２の不純物拡散時に拡散ガスがわずかに背中合わせ面の中心域に進入した場合でも上記第１の不純物ガラス２４が第２の拡散時に拡散防止膜となるため第１の不純物拡散層１５の面に第２の不純物が拡散されるのを防止することが出来る。

上記実施例６の説明において、上記第１の不純拡散に背中合わせ拡散法を用いることは本質ではなく、通常の拡散法と拡散後の片面エッチング法や、熱酸化膜などの拡散防止膜を用いた通常の拡散方法などを用いてもよい。重要なのは第２の不純物拡散時に第１の拡散で形成された不純物拡散ガラスを残していることである。

実施例７
図１１に本発明の実施例７の背中合わせ拡散を用いた作製法を示す。この実施例では第１の拡散時に第１の拡散層の回り込み部２３が形成されてしまう場合について説明する。この場合にも上記実施例６と同様に第１の拡散で形成された第１の不純物ガラス２４を除去せずに第２の不純物拡散を行うことによって、図１１（ａ）に示すように第１の不純物拡散層１５の面積が減少することを防止することが出来る。しかしながらこの場合には、すでに第１の拡散によって第１の拡散層の回り込み部２３が形成されているため、第２の拡散で形成される第２の拡散層１９の面積が小さくなっている。これを解消するために、図１１（ｂ）に示すように第１の拡散の後に拡散ガラスエッチング工程を行い第１の不純物拡散で形成された第１の不純物ガラスの回り込み部３５を除去する。この後第２の拡散を行うことによ図１１（ｂ）のように半導体基板の一方の面の全面にの第２の拡散層１９を形成することができた。この構造では、図９（ａ）および図９（ｂ）の電極形成工程に示すように、図９（ａ）に比べて図９（ｂ）では第２の電極２６を半導体基板のより外側に形成することが出来るため、同じ面積の半導体基板１からより大きい面積の効率の高い太陽電池を得ることができた。

実施例８
図１２に本発明の実施例８の背中合わせ拡散を用いた作製法を示す。この実施例では図１０や図１１を用いて説明したように半導体基板１の端面または背中合わせにした面への拡散層の回り込み部２２や２３を除去した。この方法としては拡散層の回り込み部２２や２３の拡散層のみをエッチングや研削により除去することも出来るが、より簡便には切断線４４にそってダイシング法やレーザーカット法などにより切除することが出来た。

実施例９
図１３に本発明の実施例９の背中合わせ拡散を用いた作製法を示す。この実施例では２枚の半導体基板２、３を背中合わせに配置する場合に、図１３（ａ）に示す形状の溝２７を持つボート５を用いると第１の半導体基板２と第２の半導体基板３との間に隙間が開きやすくなる。これを防止するために図１３（ｂ）に示すように溝２７が斜面を持つ形状とした。これにより第１の基板２と第２の基板３の隙間を狭めることが出来た。

実施例１０
図１４に本発明の実施例１０の背中合わせ拡散を用いた作製法を示す。この実施例ではボートの上部の溝２８を下部の溝２７の位置から横にずらして設けている。この溝に第１の半導体基板２と第２の半導体基板３を入れることによりこれらの半導体基板の隙間を小さくすることが出来た。この場合も下部溝の形状を図１４（ｂ）に示すように斜面を持つ形状とすることにより、隙間を更に低減することが出来た。また、図１４（ｃ）に示すように、下部の溝２７の形状を斜めに傾いた半導体基板２、３に沿うよに側面を傾けて、これとほぼ直角に底面を傾けることにより、半導体基板２、３の上下のずれも少なくすることが出来た。

実施例１１
図１５に本発明の実施例１１の背中合わせ拡散を用いた作製法を示す。通常は図１５（ａ）に示すように炉心管４をほぼ水平に配置し、半導体基板２、３をほぼ垂直に配置して拡散を行っている。しかし、これらの方法では上記実施例９や実施例１０で述べたように半導体基板２、３の隙間を少なくするための工夫が必要である。これに対して、図１５（ｂ）に示すように半導体基板２、３をほぼ水平に重ね合わせて配置することにより、２枚の半導体基板間の隙間を簡便に低減することが出来た。また、図１５（ｃ）に示す構造の縦型の炉心管４を用い、半導体基板をほぼ水平に配置することにより２枚の半導体基板間の隙間を簡便に低減できると共に、同じ口径の炉心管内に図１５（ｂ）の構造よりも多くの半導体基板を配置することが出来た。

実施例１２
図１６に本発明の実施例１２の背中合わせ拡散を用いた作製法を示す。この作成法においては、実施例３で説明した減圧拡散法を用いている。この方法では常圧拡散に比べると固体拡散源３６から不純物が直線的に炉心管内を進み直接または衝突を繰り返しながら半導体基板２、３に到達する。このため拡散防止板２９を半導体基板２、３と固体拡散源３６の間に設置し拡散防止板２９に開けたスリット３０がおのおの背中合わせに配置されている半導体基板２、３の２組の間に位置するように設置することにより背中合わせに配置されている半導体基板２、３の背中合わせになっている面への拡散源の回り込みを低減することが出来た。また、導入ガス７として不純物を含むキャリヤガスを用いて減圧拡散を行う場合にも同様の効果が得られた。

実施例１３
図１７に本発明の実施例１３の背中合わせ拡散を用いた作製法を示す。この作成法においては、これまで説明した拡散方法に加えて、第２の拡散源として拡散源基板３１を用いて一回の拡散で第１の不純物拡散層と第２の不純物拡散層を半導体基板の表面と裏面に形成する方法について説明する。具体的には、図１７（ａ）に示すように、半導体基板２の表面にこれまでに説明した背中合わせ拡散法で第１の導電型を形成する場合に、半導体基板２の裏面に不純物拡散源基板３１を配置する。これにより、１回の拡散行程のみで第１の不純物拡散層と第２の不純物拡散層を半導体基板２の表面と裏面に形成することができた。不純物拡散源基板に含まれる不純物の導電型や濃度を適時選択することにより、互いに不純物濃度の異なる同一の導電型の不純物拡散層や互いに導電型の異なる不純物拡散層を一回の不純物拡散で半導体基板の表面と裏面に形成することが出来た。

また、図１７（ｂ）に示すように不純物拡散源基板３１の片方の面のみに拡散源層３２が形成されていても同様の効果を得ることが出来る。更には、上記不純物拡散源基板３１または図１７（ｃ）に示すような表面および裏面に拡散源層３２を持つ不純物拡散源基板３１を第１の半導体基板２と第２の半導体基板３で挟むことにより１枚の不純物拡散源基板３１で２枚の半導体基板２、３上に同時に上記構造の不純物拡散層を形成することが出来た。

これまでの説明の半導体基板には、シリコンやゲルマニウム、ガリウム砒素などの単結晶、多結晶などの材質で、円形や四角形などの外形を持つ基板を用いることができ、半導体基板の導電型はｉ型、ｐ型、ｎ型のいずれでもよい。また、不純物としては、リン、ヒ素、アンチモン、ボロン、アルミニウム、ガリウム、などがある。これらの不純物拡散源は通常液体または固体の化合物を用いる。例えばリンの場合は液体のPOCl₃を窒素と酸素を混合したキャリヤガスに混ぜて炉心管に導入する。固体のリン拡散源としては石英やSiC基板などにP₂O₅を塗布した固体拡散源などを用いる。場合によってはPH₃などのガスを拡散源として用いる場合がある。また、ボロン拡散源としては液体のBBr₃を窒素と酸素を混合したキャリヤガスに混ぜて用いたり、固体のＢＮ基板を用いたりガス状のB₂H₆を用いたりする場合がある。

また、上記で説明した拡散方法や拡散層、反射防止膜層、パッシベーション層、ＢＳＦ層、電極、光の入射方向などの構造を適時組み合わせた方法や構造においても上記背中合わせ拡散法を用いることにより光電変換効率の高い太陽電池が得られる。

１：半導体基板、２：第１の半導体基板、３：第２の半導体基板、４：炉心管、５：ボート、６：キャップ、７：導入ガス、８：排気ガス、９：半導体基板表面、１０：凹凸高さ、１１：間隔、１２：バルブ、１３：パッキン、１４：拡散防止膜、１５：第１の不純物拡散層、１６：拡散直後のボロン濃度プロファイル、１７：酸化後のボロン濃度プロファイル、１８：表面の濃度勾配、１９：第２の不純物拡散層、２０：リン濃度プロファイル、２１：ボロン濃度プロファイル、２２：第２の不純物拡散層の回り込み部、２３：第１の不純物拡散層の回り込み部、２４：第１の不純物ガラス、２５：第１の電極、２６：第２の電極、２７：下部の溝、２８：上部の溝、２９：拡散防止板、３０：スリット、３１：拡散源基板、３２：拡散源層、３３：排気チューブ、３４：半導体基板表面、３５：第１の不純物ガラスの回り込み部、３６：固体拡散源、３７：裏面からの入射光、３８：表面電極、３９：裏面電極、４０：反射防止膜、４１：パッシベーション膜、４２：ＢＳＦ層、４３：表面からの入射光、４４：切断線。

Claims

第１の半導体基板の第１の面と第１の不純物拡散源基板の第１の面とを対向させて配置して、前記第１の半導体基板の第１の面に第１の不純物拡散層を形成し、
前記第１の半導体基板の第１の面と反対側の第２の面に第２の不純物拡散を行い、第２の不純物拡散層を形成することを特徴とする太陽電池の製造方法。
前記第２の不純物拡散層は、前記第１の不純物拡散により前記第１の面に形成される第１の不純物拡散層とは異なる導電型であることを特徴とする太陽電池の製造方法。
前記第１の不純物拡散源基板の第１の面に拡散源層が形成されてい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１記載の太陽電池の製造方法において、さらに、前記第１の不純物拡散源基板の第１の面と反対側の第２の面に、第２の半導体基板の第１の面を対向させて配置し、前記第２の半導体基板の第１の面と反対側の第２の面に、前記第２の不純物拡散を行い、第２の不純物拡散層を形成することを特徴とする太陽電池の製造方法。
半導体基板の第１の面に、第１の不純物拡散を行い第１の不純物拡散層を形成し、
前記第１の不純物拡散により形成される不純物ガラス層を前記第１の面に残したまま、前記半導体基板の前記第１の面と反対側の第２の面に第２の不純物拡散を行い、前記第１の不純物拡散層とは異なる導電型の第２の不純物拡散層を形成することを特徴とする太陽電池の製造方法。
前記第１の不純物拡散により前記第２の面に回り込んだ不純物ガラス層を除去してから、前記第２の面に前記第２の不純物拡散を行うことを特徴とする請求項５記載の太陽電池の製造方法。
前記第２の不純物拡散の後、前記第１，２の面又は／及び前記第１の面と前記第２の面の間にある端面に回り込んだ拡散層を除去することを特徴とする請求項５記載の太陽電池の製造方法。