JP2011142210A - 太陽電池およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】短波長受光感度を向上しつつ、変換効率を維持することができる、太陽電池およびそ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２と第１電極７と第２導電型拡散層３と第２電極６とを備えている。第１電極７は、受光面とは反対側のシリコン基板２の裏面上に形成されている。第２導電型拡散層３は、第１導電型とは反対の導電型である第２導電型の不純物を含み、受光面側であるシリコン基板２の主表面近傍に少なくとも一部が形成されている。第２電極６は、第２導電型拡散層３に接続されている。第２導電型拡散層３が形成されたシリコン基板２の表面に凹凸が設けられ、凹凸は、平面的に見て、凸部１７が連続するように設けられている。第２導電型拡散層３において、凹凸の凸部１７部分の方が凹部５部分より第２導電型の不純物濃度が高い。
【選択図】図１

Description

本発明は、太陽電池およびその製造方法に関し、特に、単結晶または多結晶構造を有する半導体基板を備えた太陽電池およびその製造方法に関する。

近年、太陽電池の受光面における光の反射を低減するために、受光面に凹凸が形成された太陽電池が開発されている。受光面に入射した光の内、受光面に形成された凹凸の側面に到達した光は、反射して太陽電池の内部に進行する。このように太陽電池に入射した光を太陽電池内に閉じ込めることにより、太陽電池の変換効率を高めている。

受光面に凹凸を形成する方法としては、単結晶シリコンを半導体基板として用いた場合には、面方位(１００)の基板に対してアルカリエッチングを施すことによって、数μｍから１０μｍ程度の四角錘形状の凸部を形成する方法がある。また、多結晶シリコンを半導体基板として用いた場合には、酸エッチングまたはドライエッチングを施すことによって、数μｍから１０μｍ程度の山型の凸部を形成する方法がある。

優れた光閉じ込め性能を有する凹凸構造を有する太陽電池を開示した先行文献として、非特許文献１および２がある。非特許文献１に記載された太陽電池においては、単結晶構造を有するシリコン基板の主表面に、四角錘形状の穴部からなる凹部を有する凹凸が形成されている。非特許文献２に記載された太陽電池においては、多結晶構造を有するシリコン基板の主表面に、ハニカムテクスチャ構造と呼ばれる凹凸構造が形成されている。

これらの凹凸構造の形成方法としては、平坦な基板表面にエッチングマスクとなる酸化シリコン膜または窒化シリコン膜を形成する。その膜に、フォトリソグラフィまたはレーザーなどを用いて開口部をパターン形成する。その後、ウエットエッチングまたはドライエッチングなどを用いてシリコン基板をエッチングすることにより、基板上に凹凸構造が形成される。多結晶構造を有する半導体基板においては、ダイサーなどにより溝形状を形成することにより、基板上に凹凸構造を形成する方法もある。

ところで、太陽電池において短波長の受光感度を向上するために、基板表面に形成されたエミッタ層の不純物濃度を低くすることが好ましい。しかし、エミッタ層の不純物濃度を低くした場合、エミッタ層と電極との接触抵抗が高くなる。そのため、エミッタ層において電極と直接接触する部分のみ不純物濃度を高くする選択エミッタの手法が行なわれている。また、エミッタ層の不純物濃度を低くすることによりエミッタ層自体の電気抵抗が大きくなるため、電極の形成間隔を狭くして太陽電池内の電気抵抗を低減させる場合がある。このように電極の形成間隔を狭くした場合、太陽電池の受光面において電極が占める面積が増えるため、受光可能な面積が減少して太陽電池の変換効率が低下する。

そこで、太陽電池の短波長受光感度を向上しつつ、太陽電池の変換効率を維持することができる太陽電池およびその製造方法を開示した先行文献として、特許文献１および２がある。特許文献１および２に記載された太陽電池においては、フィンガー電極に直交するストライプ状の高濃度層が低濃度エミッタ内に形成されている。

特許文献１に記載された太陽電池の製造方法においては、光を閉じ込めるために溝部を表面に形成した基板を、燐を含む塗布液に浸漬している。基板を一定速度で引き上げた後、溝部形成面を上にして乾燥している。その結果、溝部の底部は、他の部分より燐を含んだ膜が厚く形成され、この状態で熱処理することにより溝部の底部において選択的に燐濃度が高くなるようにしている。

特許文献２に記載された太陽電池の製造方法においては、基板表面に酸化膜または窒化膜などを形成し、その膜の表面にレーザーを用いて開口部を設けている。開口部が設けられた膜をマスクにして基板に燐を熱拡散などにより拡散させることにより、開口部の直下の基板に高濃度拡散層を形成している。その後、膜をエッチングにより除去し、基板に２度目の拡散を行なうことにより、低濃度拡散層を形成している。

特開平５−２４３５９２号公報 特開２００５-１２３４４７号公報

Prog.Photovolt:Res.Appl.2009;17:183-189 Proceedings of 2nd WCPEC,pp.1681-1684

特許文献２に記載された太陽電池においては、基板への不純物の拡散を２回行なわなければならず、工程が煩雑となり製造コストが高くなる。

特許文献１に記載された太陽電池においては、エミッタ層の形成の際にマスクの形成が不要であり、かつ拡散処理も一回で行なえるため簡便に太陽電池を製作することができる。しかし、エミッタ層の高濃度部分が溝部の底部に形成されているため、エミッタ層が基板の表面から比較的深い部分まで形成され、太陽電池の短波長受光感度を向上するうえで、さらに改善の余地があった。

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、短波長受光感度を向上しつつ、変換効率を維持することができる、廉価な太陽電池およびその製造方法を提供することを目的とする。

本発明に基づく太陽電池は、光が入射する受光面を有する太陽電池である。太陽電池は、第１導電型の半導体基板と第１電極と第２導電型拡散層と第２電極とを備えている。第１電極は、受光面とは反対側の半導体基板の裏面上に形成されている。第２導電型拡散層は、第１導電型とは反対の導電型である第２導電型の不純物を含み、受光面側である半導体基板の主表面近傍に少なくとも一部が形成されている。第２電極は、第２導電型拡散層に接続されている。第２導電型拡散層が形成された半導体基板の表面に凹凸が設けられ、凹凸は、平面的に見て、凸部が連続するように設けられている。第２導電型拡散層において、凹凸の凸部部分の方が凹部部分より第２導電型の不純物濃度が高い。

上記の太陽電池においては、半導体基板の表面に凹凸が形成されているため、受光面に入射した光を太陽電池内に閉じ込めることができる。また、第２導電型の不純物濃度が高くなるように形成された凸部は連続して設けられて第２電極に接続されているため、第２導電型拡散層自体による電気抵抗を低減することができる。さらに、凹部部分の第２導電型の不純物濃度は低いため、第２導電型拡散層の厚さを薄くすることができる。このように、太陽電池の短波長受光感度を向上しつつ、太陽電池の変換効率を維持することができる。

本発明の一形態においては、第２導電型拡散層および第２電極が、半導体基板の主表面にのみ形成されている。この場合、太陽電池の作製が容易であるため、太陽電池の製造コストの増加を抑制することができる。

本発明の一形態においては、半導体基板の主表面から裏面まで貫通した孔部が設けられ、第２導電型拡散層および第２電極が、半導体基板の主表面および裏面に孔部の内周面を経由して連続して形成されている。この場合、太陽電池は、いわゆるＭＷＴ（Metallization Wrap Through）型となり、第２電極の一部が半導体基板の裏面に形成されていることにより、受光面における第２電極の占める面積を減少させて太陽電池の変換効率を向上させることができる。

本発明の一形態においては、半導体基板の主表面から裏面まで貫通した孔部が設けられ、第２導電型拡散層が、半導体基板の主表面および裏面に孔部の内周面を経由して連続して形成され、第２電極が半導体基板の裏面にのみ形成されている。この場合、太陽電池は、いわゆるＥＷＴ（Emitter Wrap Through）型となり。電極が半導体基板の裏面にのみ形成されているため、受光面における電極の占める面積をなくして太陽電池の変換効率を向上させることができる。

本発明の一形態においては、凹凸の凹部が、並列に配置された溝部からなる。または、凹凸の凹部が、格子状に配置された四角錘形状の穴部からなる。もしくは、凹凸の凹部が、ハニカム状に配置された半球形状の穴部からなる。この構成により、受光面における光の反射率を低くして、太陽電池の変換効率を高くすることができる。

好ましくは、凹凸の凹部が、並列に配置された溝部からなり、かつ、第２電極が溝部と直交するように形成されている。この構成により、太陽電池の直列抵抗を低くすることができ、太陽電池の変換効率を高くすることができる。

本発明に基づく太陽電池の製造方法は、第１導電型の半導体基板の主表面に凹凸を形成する工程と、半導体基板の裏面上に第１電極を形成する工程と、凹凸の凸部部分の方が凹部部分より薄くなるように、凹凸の表面にレジストを形成する工程とを備えている。また、太陽電池の製造方法は、レジストをマスクとして第１導電型とは反対の導電型である第２導電型の不純物を半導体基板に拡散させる工程と、第２導電型の不純物が拡散された第２導電型拡散層に電気的に接続されるように第２電極を形成する工程とを備えている。

上記の太陽電池の製造方法においては、半導体基板の表面に凹凸を形成し、その凹凸の表面に凸部部分の方が凹部部分より薄くなるようにレジストを形成している。そのレジストをマスクにして第２導電型の不純物を半導体基板に拡散させることにより、第２導電型の不純物濃度を凸部部分の方が凹部部分よりを高くなるようにすることができる。凸部を連続して設けて第２電極に接続することにより、第２導電型拡散層自体による電気抵抗を低減することができる。さらに、凹部部分の第２導電型の不純物濃度は低くすることにより、第２導電型拡散層の厚さを薄くすることができる。このように太陽電池を製造することにより、太陽電池の短波長受光感度を向上しつつ、太陽電池の変換効率を維持することができる。また、不純物の半導体基板への拡散を一度で行なえるため、太陽電池の製造コストの増加を抑制することができる。

好ましくは、レジストを形成する工程には、液状のレジストを凹凸の表面に塗布する工程と、塗布した液状のレジストが重力により凸部から凹部に移動した状態で乾燥する工程とが含まれる。このようにすることにより、簡易な方法により凹凸の表面に凸部部分の方が凹部部分より薄くなるようにレジストを形成することができる。

本発明の一形態においては、液状のレジストをスピンコート法を用いて塗布する。または、液状のレジストをディップ法を用いて塗布し、半導体基板の主表面を上にして乾燥させる。このようにすることにより、簡易なレジスト形成方法を用いて、凹凸の表面に凸部部分の方が凹部部分より薄くなるようにレジストを形成することができる。

短波長受光感度を向上しつつ、変換効率を維持することができる、廉価な太陽電池およびその製造方法を提供することができる。

本発明の実施形態１に係る太陽電池の構造を模式的に示す斜視図である。 (Ａ)は、凹凸の表面にレジストを形成した状態を模式的に示す断面図であり、(Ｂ)は、レジストをマスクにして第２導電型の不純物を基板に拡散している状態を模式的に示す断面図であり、(Ｃ)は、凸部および凹部に第２導電型拡散層が形成された状態を模式的に示す断面図である。 本実施形態の一の変形例の太陽電池の構造を模式的に示す斜視図である。 本実施形態の二の変形例の太陽電池の構造を模式的に示す斜視図である。 本実施形態の三の変形例の太陽電池の構造を模式的に示す斜視図である。 本発明の実施形態２に係る太陽電池の構造を模式的に示す断面図である。 本発明の実施形態３に係る太陽電池の構造を模式的に示す断面図である。

以下、本発明に基づいた実施形態１における太陽電池およびその製造方法について図を参照して説明する。
実施形態１
図１は、本発明の実施形態１に係る太陽電池の構造を模式的に示す斜視図である。本実施形態の太陽電池１においては、第１導電型の半導体基板として、多結晶構造を有するｐ型のシリコン基板２を用いたが、単結晶構造を有するｐ型のシリコン基板を用いてもよい。図１においては、太陽電池１の受光面が上方となるように記載している。

図１に示すように、受光面側であるシリコン基板２の主表面近傍に、第１導電型とは反対の導電型である第２導電型の不純物を含む第２導電型拡散層であるｎ型拡散層３が形成されている。ｎ型拡散層３が形成されたシリコン基板２の表面に凹凸が形成されている。本実施形態においては、平面的に見て六角形状を有する穴部からなる凹部５が形成されている。また、平面的に見て、凸部１７が連続するように設けられている。

ｎ型拡散層３においては、凸部１７部分は第２導電型の不純物濃度が高いｎ++型拡散層が形成され、凹部５部分は第２導電型の不純物濃度が低いｎ+型拡散層が形成されている。シリコン基板２の上面は、図示しないパッシベーション膜を兼ねた反射防止膜で覆われている。

シリコン基板２の主表面上に第２電極６が形成されている。第２電極６は、ｎ型拡散層３に電気的に接続されている。具体的には、反射防止膜に開口部が設けられ、その開口部内に第２電極６が形成されることによりｎ++型拡散層と第２電極６とが接続されている。

シリコン基板２の受光面と反対側の裏面近傍に、ｐ型の不純物が高濃度に添加されたｐ+型拡散層４が形成されている。ｐ+型拡散層４は、裏面電界層として機能する。シリコン基板２の裏面上に第１電極７が形成されている。ｐ+型拡散層４は、第１電極７によって覆われている。

上記の太陽電池１においては、シリコン基板２の表面に凹凸が形成されているため、受光面に入射した光を太陽電池１内に閉じ込めることができる。また、第２導電型の不純物濃度が高くなるように形成された凸部１７は連続して設けられて第２電極６に接続されているため、ｎ型拡散層３自体による電気抵抗を低減して太陽電池１の直列抵抗が大きくなることを抑制することができる。さらに、凹部５部分の第２導電型の不純物濃度は低いため、ｎ型拡散層３の厚さは比較的薄く形成されている。その結果、太陽電池１の短波長受光感度を向上しつつ、太陽電池１の変換効率を維持することができる。

本実施形態においては、ｎ型拡散層３および第２電極６はシリコン基板２の主表面にのみ形成されている。このようにした場合、太陽電池１の作製が容易であるため、太陽電池１の製造コストの増加を抑制することができる。

以下、本実施形態に係る太陽電池の製造方法について説明する。図２(Ａ)は、凹凸の表面にレジストを形成した状態を模式的に示す断面図であり、(Ｂ)は、レジストをマスクにして第２導電型の不純物を基板に拡散している状態を模式的に示す断面図であり、(Ｃ)は、凸部および凹部に第２導電型拡散層が形成された状態を模式的に示す断面図である。

まず、シリコン基板２を洗浄した。その後、シリコン基板２の主表面に凹凸を形成した。凹凸の形成方法としては、平坦なシリコン基板２の表面にエッチングマスクとなる窒化シリコン膜を形成した。この窒化シリコン膜に、フォトリソグラフィ法により凹部５に対応する位置に開口部をパターン形成した。その後、ウエットエッチングを用いてシリコン基板２をエッチングすることにより、シリコン基板２の主表面に凹凸を形成した。このとき、第２電極６が形成される部分には凹凸を形成しない。

次に、図２(Ａ)に示すように、凹凸の表面にケイ酸エチルを含んだアルコール溶剤をシリコン基板２の表面にスピンコート法を用いて塗布した。その後、塗布した液状のアルコール溶剤が重力により凸部１７から凹部５に移動した状態で乾燥することによりレジスト８を形成した。その結果、レジスト８は凸部１７部分の方が凹部５部分より薄くなるように形成された。

次に、図２(Ｂ)に示すように、レジスト８をマスクとして、ドーパント９としてオキシ塩化燐（ＰＯＣｌ₃）を用いた気相拡散法によって、燐をシリコン基板２の表面に拡散させた。その後、シリコン基板２の表面に形成された燐ガラスとレジスト８とを弗酸によって除去した。

図２(Ｃ)に示すように、凸部１７および凹部５にｎ型拡散層３が形成された。上記のように、ドーパント９をシリコン基板２に拡散させる際に、凸部１７部分の方が凹部５部分より薄くなるようにレジストが形成されていたため、凸部１７部分の方が凹部５部分より拡散した燐の濃度が高くなっている。その結果、燐が高濃度で拡散しているｎ++型拡散層１０、および、燐が低濃度で拡散しているｎ+型拡散層１１が形成された。

その後、受光面側のシリコン基板２の上面に、窒化シリコン膜からなる反射防止膜をプラズマＣＶＤ法によって形成した。また、シリコン基板２の裏面側をエッチングして、裏面側に形成されていたｎ型拡散層を除去した。さらに、シリコン基板２の裏面側にアルミニウムペーストを印刷した後、焼成することによりｐ+型拡散層４および第１電極７を形成した。最後に、シリコン基板２の受光面側に、Ａｇペーストを印刷した後、焼成することにより反射防止膜をファイヤスルーさせて、第２電極６を形成した。上記の工程により、太陽電池１が作製された。

基板表面に凹凸を設けてはいるが、凸部にｎ++型拡散層を形成していない比較例の太陽電池と、本実施形態に係る太陽電池の特性を比較した。表１は、比較例および本実施形態の太陽電池の特性をまとめたものである。表１に示すように、本実施形態の太陽電池においては、曲線因子が改善されて変換効率が向上していることが認められた。

上記のように、シリコン基板２の表面に凹凸を形成し、その凹凸の表面に凸部１７部分の方が凹部５部分より薄くなるようにレジスト８を形成している。そのレジスト８をマスクにして第２導電型の不純物をシリコン基板２に拡散させることにより、第２導電型の不純物濃度を凸部１７部分の方が凹部５部分よりを高くなるようにすることができる。凸部１７を連続して設けて第２電極６に接続することにより、ｎ型拡散層３自体による電気抵抗を低減することができる。さらに、凹部５部分の第２導電型の不純物濃度は低くすることにより、ｎ型拡散層３の厚さを薄くすることができる。このように太陽電池１を製造することにより、太陽電池１の短波長受光感度を向上しつつ、太陽電池の変換効率を維持することができる。

また、本実施形態における太陽電池およびその製造方法は、マスク剤の回転塗布という簡便な手法と１回の拡散により、太陽電池の直列抵抗を大きくすることなく、短波長感度を向上させることができ、コストおよび製造工数を低減して生産性を改善することができる。

なお、本実施形態においては、レジスト８をスピンコート法を用いて塗布したが、他の方法を用いてもよい。たとえば、液状のレジスト８をディップ法を用いて塗布し、シリコン基板２の主表面を上にして乾燥するようにしてもよい。このようにした場合にも、塗布された液状のレジスト８が重力により凸部１７から凹部５に移動した状態で乾燥されるため、凹凸の凸部１７部分の方が凹部５部分より薄くなるようにレジスト８を形成することができる。

また、太陽電池１の構成として、裏面パッシベーション型など太陽電池における一般的な高効率化の手法を採用してもよい。シリコン基板２の導電型をｐ型としたがｎ型としてもよい。

図３は、本実施形態の一の変形例の太陽電池の構造を模式的に示す斜視図である。図３に示すように、一の変形例の太陽電池２０には、第２導電型拡散層であるｎ型拡散層３が形成されたシリコン基板２の表面に、凹部１３が四角錘形状の穴部からなる凹凸が設けられている。

ｎ型拡散層３の表面は、酸化シリコンからなるパッシベーション膜１２に覆われている。シリコン基板２の主表面上に形成された第２電極６は、パッシベーション膜１２を貫通して、ｎ型拡散層３の内のｎ++型拡散層１０に接続されている。

シリコン基板２の裏面側の一部に、ｐ型の不純物が高濃度に添加されたｐ+型拡散層４が形成されている。ｐ+型拡散層４は、裏面電界層として機能する。シリコン基板２の裏面上において、ｐ+型拡散層４同士の間の位置に所定の間隔を置いて、酸化シリコンからなる絶縁膜１４が形成されている。絶縁膜１４上に第１電極７が形成され、第１電極７は絶縁膜１４同士の間においてｐ+型拡散層４に接続されている。

他の構成については、太陽電池１と同様であるため説明を繰り返さない。上記の太陽電池２０においても、太陽電池１と同様の機能を実現することができる。

図４は、本実施形態の二の変形例の太陽電池の構造を模式的に示す斜視図である。図４に示すように、二の変形例の太陽電池３０には、第２導電型拡散層であるｎ型拡散層３が形成されたシリコン基板２の表面に、凹部１５が半球形状の穴部からなる凹凸が設けられている。

ｎ型拡散層３の表面は、酸化シリコンからなるパッシベーション膜１２に覆われている。シリコン基板２の主表面に形成された第２電極６は、パッシベーション膜１２を貫通して、ｎ型拡散層３の内のｎ++型拡散層１０に接続されている。

シリコン基板２の裏面側の一部に、ｐ型の不純物が高濃度に添加されたｐ+型拡散層４が形成されている。ｐ+型拡散層４は、裏面電界層として機能する。シリコン基板２の裏面上において、ｐ+型拡散層４同士の間の位置に所定の間隔を置いて、酸化シリコンからなる絶縁膜１４が形成されている。絶縁膜１４上に第１電極７が形成され、第１電極７は絶縁膜１４同士の間においてｐ+型拡散層４に接続されている。

他の構成については、太陽電池１と同様であるため説明を繰り返さない。上記の太陽電池３０においても、太陽電池１と同様の機能を実現することができる。

図５は、本実施形態の三の変形例の太陽電池の構造を模式的に示す斜視図である。図５に示すように、三の変形例の太陽電池４０には、第２導電型拡散層であるｎ型拡散層３が形成されたシリコン基板２の表面に、凹部１６が溝部からなる凹凸が設けられている。

ｎ型拡散層３の表面は、酸化シリコンからなる図示しないパッシベーション膜に覆われている。シリコン基板２の主表面に形成された第２電極６は、パッシベーション膜を貫通して、ｎ型拡散層３の内のｎ++型拡散層１０に接続されている。第２電極６は、凹部１６と直交するように形成されている。

シリコン基板２の裏面側の一部に、ｐ型の不純物が高濃度に添加されたｐ+型拡散層４が形成されている。ｐ+型拡散層４は、裏面電界層として機能する。シリコン基板２の裏面上において、ｐ+型拡散層４同士の間の位置に所定の間隔を置いて、酸化シリコンからなる絶縁膜１４が形成されている。絶縁膜１４上に第１電極７が形成され、第１電極７は絶縁膜１４同士の間においてｐ+型拡散層４に接続されている。

他の構成については、太陽電池１と同様であるため説明を繰り返さない。上記の太陽電池４０においても、太陽電池１と同様の機能を実現することができる。

以下、本発明に基づいた実施形態２における太陽電池およびその製造方法について図を参照して説明する。
実施形態２
図６は、本発明の実施形態２に係る太陽電池の構造を模式的に示す断面図である。図６に示すように、実施形態２に係る太陽電池５０においては、多結晶構造を有する第１導電型の半導体基板として、ｐ型のシリコン基板２を使用した。シリコン基板２の主表面には、図示しない半球形状の穴部からなる凹部を含む凹凸がハニカム状に形成されている。シリコン基板２には、シリコン基板２の主表面から裏面まで貫通した複数の孔部５１が形成されている。

シリコン基板２の主表面に、第２導電型拡散層であるｎ型拡散層５３が形成されている。ｎ型拡散層５３においては、上記凹凸の凹部部分には第２導電型の不純物濃度の低いｎ+型拡散層が形成され、凸部部分には第２導電型の不純物濃度の高いｎ++型拡散層が形成されている。ｎ型拡散層５３の上面は、図示しないパッシベーション膜を兼ねた反射防止膜で覆われている。

本実施形態においては、第２導電型拡散層として、孔部５１の内周面に位置するｎ型拡散層５８、および、シリコン基板２の裏面に位置するｎ型拡散層５９がさらに形成されている。ｎ型拡散層５３とｎ型拡散層５８とｎ型拡散層５９とは連続して形成されている。

シリコン基板２の裏面上にのみ、ｎ型拡散層５９と接続されるように第２電極５６が形成されている。また、シリコン基板２の裏面のｐ型拡散層に接続されるように、第１電極５７が形成されている。

本実施形態における太陽電池５０は、第２導電型拡散層がシリコン基板２の主表面からシリコン基板２に形成された孔部５１を介してシリコン基板２の裏面まで連続して形成されている。このように、本実施形態の太陽電池５０は、太陽電池の裏面において電極に接続された裏面電極型太陽電池の一種であるＥＷＴ型太陽電池である。ＥＷＴ型太陽電池は、電極がシリコン基板２の裏面にのみ形成されているため、受光面における電極の占める面積をなくして太陽電池の変換効率を向上させることができる。他の構成については、実施形態１の太陽電池と同様であるため説明を繰り返さない。

以下、本実施形態に係る太陽電池５０の製造方法について説明する。まず、シリコン基板２にレーザーを用いて孔部５１を形成する。次に、孔部５１のレーザー加工によるダメージをエッチングにより除去する。孔部５１の直径は５０μｍ以上１５０μｍ以下であり、シリコン基板２の主表面内の孔密度は、１００個／ｃｍ²程度である。

次に、シリコン基板２の主表面にハニカムテクスチャ構造を形成する。ハニカムテクスチャ構造は、実施形態１と同様の方法で形成することができる。シリコン基板２の表面に液状のレジストとしてケイ酸エチルを含んだアルコール溶剤をスピンコート法を用いて塗布する。その後、塗布した液状のアルコール溶剤が重力により凸部から凹部に移動した状態で乾燥することによりレジストを形成した。その結果、レジストは凸部部分の方が凹部部分より薄くなるように形成された。

次に、シリコン基板２の裏面側において、インクジェット法を用いて孔部５１の周辺部以外の部分に拡散防止マスクであるレジストを形成する。レジストをマスクとして、ドーパントとしてオキシ塩化燐（ＰＯＣｌ₃）を用いた気相拡散法によって、燐をシリコン基板２の表面に拡散させる。その後、シリコン基板２の表面に形成された燐ガラスとレジストとを弗酸によって除去する。その結果、凸部および凹部にｎ型拡散層５３が形成された。

上記のように、ドーパントをシリコン基板２に拡散させる際に、凸部部分の方が凹部部分より薄くなるようにレジストが形成されていたため、凸部部分の方が凹部部分より燐の濃度が高くなる。このｎ型拡散層５３は、孔部５１の内周部および裏面の孔部５１の周辺部にも形成され、これらは連続している。次に、シリコン基板２の受光面側に窒化シリコン膜からなる反射防止膜をプラズマＣＶＤ法によって形成する。次に、シリコン基板２の裏面側のｎ型拡散層５９の領域内に銀ペーストを印刷した後、焼成することにより第２電極５６を形成する。また、シリコン基板２の裏面側のｐ型拡散層の領域内に銀ペーストを印刷した後、焼成することにより第１電極５７を形成する。上記の工程により、太陽電池５０が作製することができる。

以下、本発明に基づいた実施形態３における太陽電池およびその製造方法について図を参照して説明する。
実施形態３
図７は、本発明の実施形態３に係る太陽電池の構造を模式的に示す断面図である。図７に示すように、実施形態３に係る太陽電池６０においては、多結晶構造を有する第１導電型の半導体基板として、ｐ型のシリコン基板２を使用した。シリコン基板２の主表面には、図示しない半球形状の穴部からなる凹部を含む凹凸がハニカム状に形成されている。シリコン基板２には、シリコン基板２の主表面から裏面まで貫通した複数の孔部６１が形成されている。

シリコン基板２の主表面に、第２導電型拡散層であるｎ型拡散層６３が形成されている。ｎ型拡散層６３においては、上記凹凸の凹部部分には第２導電型の不純物濃度の低いｎ+型拡散層が形成され、凸部部分には第２導電型の不純物濃度の高いｎ++型拡散層が形成されている。ｎ型拡散層６３の上面は、図示しないパッシベーション膜を兼ねた反射防止膜で覆われている。

本実施形態においては、第２導電型拡散層として、孔部６１の内周面に位置するｎ型拡散層６８、および、シリコン基板２の裏面に位置するｎ型拡散層６９がさらに形成されている。ｎ型拡散層６３とｎ型拡散層６８とｎ型拡散層６９とは連続して形成されている。

ｎ型拡散層に接続される第２電極６６は、シリコン基板２の主表面上においてはｎ型拡散層６３上にライン状に形成され、孔部６１の内周面を経由して、シリコン基板２の裏面上のｎ型拡散層６９の領域内に形成されている。また、シリコン基板２の裏面のｐ型拡散層に接続されるように、第１電極６７が形成されている。

本実施形態における太陽電池６０は、第２導電型層拡散層およびこれに接続される第２電極６６がシリコン基板２の主表面から孔部６１を介してシリコン基板２の裏面まで連続して形成されている。このように、本実施形態の太陽電池６０は、裏面電極型太陽電池の一種であるＭＷＴ型太陽電池である。ＭＷＴ型太陽電池は、第２電極６６の一部がシリコン基板２の裏面に形成されていることにより、受光面における第２電極６６の占める面積を減少させて太陽電池の変換効率を向上させることができる。他の構成については、実施形態１の太陽電池と同様であるため説明を繰り返さない。

以下、本実施形態に係る太陽電池６０の製造方法について説明する。まず、シリコン基板２にレーザーを用いて孔部６１を形成する。次に、孔部６１のレーザー加工によるダメージをエッチングにより除去する。孔部６１の直径は５０μｍ以上１５０μｍ以下であり、シリコン基板２の主表面内の孔密度は、０．１個／ｃｍ²〜０．５個／ｃｍ²程度である。

次に、シリコン基板２の主表面にハニカムテクスチャ構造を形成する。ハニカムテクスチャ構造は、実施形態１と同様の方法で形成することができる。シリコン基板２の表面に液状のレジストとしてケイ酸エチルを含んだアルコール溶剤をスピンコート法を用いて塗布する。その後、塗布した液状のアルコール溶剤が重力により凸部から凹部に移動した状態で乾燥することによりレジストを形成した。その結果、レジストは凸部部分の方が凹部部分より薄くなるように形成された。

次に、シリコン基板２の裏面側において、インクジェット法を用いて孔部６１の周辺部以外の部分に拡散防止マスクであるレジストを形成する。レジストをマスクとして、ドーパントとしてオキシ塩化燐（ＰＯＣｌ₃）を用いた気相拡散法によって、燐をシリコン基板２の表面に拡散させる。その後、シリコン基板２の表面に形成された燐ガラスとレジストとを弗酸によって除去する。その結果、凸部および凹部にｎ型拡散層６３が形成された。

上記のように、ドーパントをシリコン基板２に拡散させる際に、凸部部分の方が凹部部分より薄くなるようにレジストが形成されていたため、凸部部分の方が凹部部分より燐の濃度が高くなる。このｎ型拡散層６３は、孔部６１の内周部および裏面の孔部６１の周辺部にも形成され、これらは連続している。次に、シリコン基板２の受光面側に窒化シリコン膜からなる反射防止膜をプラズマＣＶＤ法によって形成する。次に、シリコン基板２の主表面側のｎ型拡散層６３上に孔部６１を覆うように銀ペーストを印刷した後乾燥させる。また、シリコン基板２の裏面側のｎ型拡散層６９およびｐ型拡散層のそれぞれの領域内に銀ペーストを印刷した後乾燥させる。このとき、孔部６１において、主表面側からと裏面側から印刷した銀ペーストが接続されるようにする。これらの乾燥されたペーストを一括焼成することにより、第１電極６７および第２電極６６を形成して太陽電池６０を作製することができる。

なお、今回開示した上記実施形態はすべての点で例示であって、限定的な解釈の根拠となるものではない。したがって、本発明の技術的範囲は、上記した実施形態のみによって解釈されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて画定される。また、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

１，２０，３０，４０，５０，６０ 太陽電池、２ シリコン基板、３，５３，５８，５９，６３，６８，６９ ｎ型拡散層、４ ｐ型拡散層、５，１３，１５，１６ 凹部、６，５６，６６ 第２電極、７，５７，６７ 第１電極、８ レジスト、９ ドーパント、１０ ｎ++型拡散層、１１ ｎ+型拡散層、１２ パッシベーション膜、１４ 絶縁膜、１７ 凸部、５１，６１ 孔部。

Claims (12)

1. 光が入射する受光面を有する太陽電池であって、
   第１導電型の半導体基板と、
   前記受光面とは反対側の前記半導体基板の裏面上に形成された第１電極と、
   前記第１導電型とは反対の導電型である第２導電型の不純物を含み、前記受光面側である前記半導体基板の主表面近傍に少なくとも一部が形成された第２導電型拡散層と、
   前記第２導電型拡散層に接続された第２電極と
   を備え、
   前記第２導電型拡散層が形成された前記半導体基板の表面に凹凸が設けられ、
   前記凹凸は、平面的に見て、凸部が連続するように設けられ、
   前記第２導電型拡散層において、前記凹凸の凸部部分の方が凹部部分より前記第２導電型の不純物濃度が高い、太陽電池。
2. 前記第２導電型拡散層および前記第２電極が、前記半導体基板の主表面にのみ形成された、請求項１に記載の太陽電池。
3. 前記半導体基板の主表面から裏面まで貫通した孔部が設けられ、
   前記第２導電型拡散層および前記第２電極が、前記半導体基板の主表面および裏面に前記孔部の内周面を経由して連続して形成された、請求項１に記載の太陽電池。
4. 前記半導体基板の主表面から裏面まで貫通した孔部が設けられ、
   前記第２導電型拡散層が、前記半導体基板の主表面および裏面に前記孔部の内周面を経由して連続して形成され、
   前記第２電極が前記半導体基板の裏面にのみ形成された、請求項１に記載の太陽電池。
5. 前記凹凸の凹部が、並列に配置された溝部からなる、請求項２または３に記載の太陽電池。
6. 前記凹凸の凹部が、格子状に配置された四角錘形状の穴部からなる、請求項２から４のいずれかに記載の太陽電池。
7. 前記凹凸の凹部が、ハニカム状に配置された半球形状の穴部からなる、請求項２から４のいずれかに記載の太陽電池。
8. 前記第２電極が、前記溝部と直交するように形成された、請求項５に記載の太陽電池。
9. 第１導電型の半導体基板の主表面に凹凸を形成する工程と、
   前記半導体基板の裏面上に第１電極を形成する工程と、
   前記凹凸の凸部部分の方が凹部部分より薄くなるように、前記凹凸の表面にレジストを形成する工程と、
   前記レジストをマスクとして前記第１導電型とは反対の導電型である第２導電型の不純物を前記半導体基板に拡散させる工程と、
   前記第２導電型の不純物が拡散された第２導電型拡散層に電気的に接続されるように第２電極を形成する工程と
   を備えた、太陽電池の製造方法。
10. 前記レジストを形成する工程には、液状の前記レジストを前記凹凸の表面に塗布する工程と、塗布した液状の前記レジストが重力により凸部から凹部に移動した状態で乾燥する工程とが含まれる、請求項９に記載の太陽電池の製造方法。
11. 液状の前記レジストをスピンコート法を用いて塗布する、請求項１０に記載の太陽電池の製造方法。
12. 液状の前記レジストをディップ法を用いて塗布し、前記半導体基板の主表面を上にして乾燥させる、請求項１０に記載の太陽電池の製造方法。

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