JP2014007284A - 太陽電池セルの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ポイント・コンタクト・セル構造を有して発電性能に優れた太陽電池セルを簡便な工程で安価に得ること。
【解決手段】第１導電型の半導体基板の一面側に所定のパターンで選択的に酸素イオンを注入する第１工程と、前記半導体基板に第１アニールを実施して、前記半導体基板の一面側における前記酸素イオンを注入した部分を酸化して前記半導体基板の一面側の表層に前記所定のパターンを有する酸化膜を形成する第２工程と、前記半導体基板の一面側において前記酸化膜が形成されていない領域であって前記所定のパターンに囲まれた閉領域の少なくとも一部に選択的に第１導電型の不純物イオンを注入する第３工程と、前記半導体基板に第２アニールを実施して、前記半導体基板の一面側の表層における前記閉領域に第１導電型の不純物が前記半導体基板の他の領域よりも高濃度に拡散された第１導電型半導体層を形成する第４工程と、を含む。
【選択図】図３

Description

本発明は、太陽電池セルの製造方法に関し、特に、受光面と反対側の裏面側に部分的に半導体層が設けられたポイント・コンタクト・セル構造を有する太陽電池セルの製造方法に関する。

太陽電池セルのポイント・コンタクト・セル構造の研究は２０年以上前に遡り、当時既にｐ型単結晶シリコンを用いて２４％の光電変換効率を実現していた（たとえば、非特許文献１参照）。ただし、その製造工程においては、たとえばｎ型基板を用いてポイント・コンタクト・セル構造の最大のポイントである裏面側のｐ＋層を形成する際に、ｐ＋層を形成する部分のパッシベーション膜である酸化膜を所望でサイズに除去してパターニングする必要がある。しかし、この酸化膜のパターニングは、当時から現時点まで一般的にはレジストを用いたパターニング等により実施されており、工程が煩雑となり、高コストとなり、現実的に本構造を工業的に実現することは困難であった。

そこで、ポイント・コンタクト・セル構造を工業的に実現するために、絶縁膜上からアルミペーストを印刷・焼成することにより裏面側の電極を形成し、絶縁膜のパターニングを行わない工夫が試みられた（たとえば、非特許文献２参照）。

A. Wang, J. Zhao, M.A. Green "24% efficient silicon solar cells", Appl. Phys. Lett, vol.57(6),6 August 1990, pp.602-604 G. Beaucarne, "LOCAL CONTACT STRUCTURES FOR INDUSTRIAL PERC-TYPE SOLAR CELLS", 20th European Photovoltaic Solar Energy Conference, 6-10 June Barcelona Spain 2005, pp.942-945

しかしながら、非特許文献２の技術においては、非特許文献１と類似の構成が実現できるものの、裏面のポイント・コンタクト・セル構造で実現できる本来の理想的な太陽電池セルの発電性能を伴わないものとなっていた。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、ポイント・コンタクト・セル構造を有して発電性能に優れた太陽電池セルを簡便な工程で安価に作製することができる太陽電池セルの製造方法を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる太陽電池セルの製造方法は、第１導電型の半導体基板の一面側に所定のパターンで選択的に酸素イオンを注入する第１工程と、前記半導体基板に第１アニールを実施して、前記半導体基板の一面側における前記酸素イオンを注入した部分を酸化して前記半導体基板の一面側の表層に前記所定のパターンを有する酸化膜を形成する第２工程と、前記半導体基板の一面側において前記酸化膜が形成されていない領域であって前記所定のパターンに囲まれた閉領域の少なくとも一部に選択的に第１導電型の不純物イオンを注入する第３工程と、前記半導体基板に第２アニールを実施して、前記半導体基板の一面側の表層における前記閉領域に第１導電型の不純物が前記半導体基板の他の領域よりも高濃度に拡散された第１導電型半導体層を形成する第４工程と、を含む。

本発明によれば、ポイント・コンタクト・セル構造を有して発電性能に優れた太陽電池セルを簡便な工程で安価に作製することができる、という効果を奏する。

図１−１は、本発明の実施の形態１にかかる太陽電池セルの構成を説明するための要部断面図である。 図１−２は、本発明の実施の形態１にかかる太陽電池セルの構成を説明するための図であり、太陽電池セル受光面側から見た上面図である。 図１−３は、本発明の実施の形態１にかかる太陽電池セルの構成を説明するための図であり、太陽電池セルを受光面と反対側の面（裏面）から見た下面図である。 図２−１は、本発明の実施の形態１にかかる太陽電池セルの製造方法を説明するための要部断面図である。 図２−２は、本発明の実施の形態１にかかる太陽電池セルの製造方法を説明するための要部断面図である。 図２−３は、本発明の実施の形態１にかかる太陽電池セルの製造方法を説明するための要部断面図である。 図２−４は、本発明の実施の形態１にかかる太陽電池セルの製造方法を説明するための要部断面図である。 図２−５は、本発明の実施の形態１にかかる太陽電池セルの製造方法を説明するための要部断面図である。 図２−６は、本発明の実施の形態１にかかる太陽電池セルの製造方法を説明するための要部断面図である。 図２−７は、本発明の実施の形態１にかかる太陽電池セルの製造方法を説明するための要部断面図である。 図２−８は、本発明の実施の形態１にかかる太陽電池セルの製造方法を説明するための要部断面図である。 図３は、本発明の実施の形態１にかかる太陽電池セルの製造方法の手順を説明するためのフローチャートである。 図４−１は、本発明の実施の形態１にかかる酸素イオン注入方法を説明する模式図である。 図４−２は、本発明の実施の形態１にかかる酸素イオン注入方法を説明する模式図である。 図４−３は、本発明の実施の形態１にかかる酸素イオン注入方法を説明する模式図である。 図５−１は、第１イオン注入工程における酸素注入用マスクの配置状態を示す模式図である。 図５−２は、第２イオン注入工程における酸素注入用マスクの配置状態を示す模式図である。 図６は、ボロン注入用マスクの構成を示す模式図である。 図７は、レジストを用いたパターニングによりポイント・コンタクト・セル構造を形成する従来の太陽電池セルの製造方法の手順を説明するためのフローチャートである。 図８−１は、本発明の実施の形態２にかかる太陽電池セルの製造方法を説明するための要部断面図であり、ｐ型シリコン基板の受光面側にテクスチャー構造を形成する工程を示す図である。 図８−２は、本発明の実施の形態２にかかる太陽電池セルの製造方法を説明するための要部断面図であり、ｐ型シリコン基板の受光面側にテクスチャー構造を形成する工程を示す図である。 図８−３は、本発明の実施の形態２にかかる太陽電池セルの製造方法を説明するための要部断面図であり、ｐ型シリコン基板の受光面側にテクスチャー構造を形成する工程を示す図である。 図８−４は、本発明の実施の形態２にかかる太陽電池セルの製造方法を説明するための要部断面図であり、ｐ型シリコン基板の受光面側にテクスチャー構造を形成する工程を示す図である。 図９−１は、本発明の実施の形態３にかかる太陽電池セルの製造方法を説明するための要部断面図である。 図９−２は、本発明の実施の形態３にかかる太陽電池セルの製造方法を説明するための要部断面図である。 図９−３は、本発明の実施の形態３にかかる太陽電池セルの製造方法を説明するための要部断面図である。 図９−４は、本発明の実施の形態３にかかる太陽電池セルの製造方法を説明するための要部断面図である。 図９−５は、本発明の実施の形態３にかかる太陽電池セルの製造方法を説明するための要部断面図である。 図９−６は、本発明の実施の形態３にかかる太陽電池セルの製造方法を説明するための要部断面図である。 図１０−１は、本発明の実施の形態４にかかる太陽電池セルの製造方法を説明するための要部断面図である。 図１０−２は、本発明の実施の形態４にかかる太陽電池セルの製造方法を説明するための要部断面図である。 図１０−３は、本発明の実施の形態４にかかる太陽電池セルの製造方法を説明するための要部断面図である。 図１０−４は、本発明の実施の形態４にかかる太陽電池セルの製造方法を説明するための要部断面図である。

以下に、本発明にかかる太陽電池セルの製造方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は以下の記述に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。また、以下に示す図面においては、理解の容易のため、各部材の縮尺が実際とは異なる場合がある。各図面間においても同様である。また、平面図であっても、図面を見易くするためにハッチングを付す場合がある。

実施の形態１．
図１−１は、本発明の実施の形態１にかかる太陽電池セルの構成を説明するための要部断面図である。図１−２は、実施の形態１にかかる太陽電池セルの構成を説明するための図であり、太陽電池セル受光面側から見た上面図である。図１−３は、実施の形態１にかかる太陽電池セルの構成を説明するための図であり、太陽電池セルを受光面と反対側の面（裏面）から見た下面図である。実施の形態１にかかる太陽電池セルは、裏面側にポイント・コンタクト・セル構造を有する。

本実施の形態にかかる太陽電池セルにおいては、ｐ型シリコン（Ｓｉ）からなる半導体基板１の受光面側に、リン拡散によって不純物拡散層（ｎ型不純物拡散層）４が形成されているとともにシリコン窒化膜よりなる反射防止膜５が形成されている。

半導体基板１としては、たとえばガリウムもしくはボロンが添加されたｐ型の単結晶もしくは多結晶のシリコン基板を用いることができる。なお、半導体基板１はこれに限定されるものではなく、ｎ型のシリコン基板を用いてもよい。また、反射防止膜５には、シリコン酸化膜を用いてもよい。

また、半導体基板１の受光面側には、銀、ガラスを含む電極材料により構成されるｎ型不純物拡散層用電極６（以下、ｎ層電極６と呼ぶ）が、反射防止膜５を突き抜けてｎ型不純物拡散層４に電気的に接続して櫛形状に設けられている。ｎ層電極６としては、半導体基板１の受光面の面内方向において長尺細長のグリッド電極６ａが複数並べて設けられ、またこのグリッド電極６ａと導通するバス電極６ｂが半導体基板１の受光面の面内方向において該グリッド電極６ａと略直交するように設けられており、それぞれ底面部においてｎ型不純物拡散層４に電気的に接続している。

一方、半導体基板１の裏面の表層には、全体にわたってシリコン酸化膜からなる裏面パッシベーション膜であるパッシベーション酸化膜２が設けられている。また、半導体基板１の裏面の表層には、ｐ型不純物元素が半導体基板１における他の領域よりも高濃度に拡散されたｐ＋層（ｐ型半導体層）３が形成されている。このｐ＋層３は、いわゆるＢＳＦ（Back Surface Field）層である。ｐ＋層３は、半導体基板１の裏面の面内においてパッシベーション酸化膜２に囲まれたドット状の領域とされ、半導体基板１の裏面の面内において格子状に複数配列されている。

そして、ｐ＋層３上には、アルミニウム、ガラス等を含む電極材料からなるアルミニウム電極であるｐ＋層用電極（ポイント・コンタクト用電極）７（以下、ｐ＋層電極７と呼ぶ）が設けられている。なお、図１−３においては、ｐ＋層電極７を透過して見ている。

つぎに、上記の本実施の形態にかかる太陽電池セルの製造方法について図２−１〜図２−８および図３を参照して説明する。図２−１〜図２−８は、実施の形態１にかかる太陽電池セルの製造方法を説明するための要部断面図である。図３は、実施の形態１にかかる太陽電池セルの製造方法の手順を説明するためのフローチャートである。

まず、半導体基板１としてｐ型シリコン基板（以下、ｐ型シリコン基板１と呼ぶ）を用意し（図２−１）、該ｐ型シリコン基板１を８０℃〜１００℃程度の水酸化ナトリウムや水酸化カリウムなどのアルカリ水溶液、または室温程度のフッ酸と硝酸の混合溶液などの酸溶液を用いたエッチングにより、スライス時に形成されたダメージ層を除去する。

つぎに、ｐ型シリコン基板１の裏面側において、後にｐ＋層３を形成するドット状の領域を除いた領域に選択的に酸素（Ｏ_２）をイオン注入する（図２−２、ステップＳ１０）。酸素のイオン注入は、ｐ型シリコン基板１の裏面側におけるｐ＋層３が形成されるドット状の領域を酸素注入用マスクで覆って行われる。

図４−１〜図４−３は、実施の形態１にかかる酸素イオン注入方法を説明する模式図である。図４−１は、ｐ型シリコン基板１の裏面側において後にｐ＋層３が形成されるドット状の領域を酸素注入用マスク１１により覆った状態を示している。酸素注入用マスク１１は、後にｐ＋層３が形成されるドット状の領域を覆う複数のポイント状マスク部１１ａと、隣接するポイント状マスク部１１ａ同士を接続する接続部１１ｂと、を備えて構成される。

酸素注入用マスク１１を用いてｐ型シリコン基板１の裏面側に酸素をイオン注入した場合には、図４−２に示すようにｐ型シリコン基板１の裏面側に酸素イオン注入領域２ａと酸素イオン非注入領域とが形成される。酸素イオン非注入領域は、ｐ型シリコン基板１の裏面側において酸素イオン注入時にポイント状マスク部１１ａに覆われていた領域１ａと、酸素イオン注入時に接続部１１ｂに覆われていた領域１ｂである。図４−２は、酸素注入用マスク１１を用いてｐ型シリコン基板１の裏面側に酸素のイオン注入した場合の酸素イオン注入領域２ａと酸素イオン非注入領域とを示す模式図である。

ポイント・コンタクト・セル構造のポイント・コンタクト部分（ｐ＋層３）のディメンジョンの設計の範囲は、たとえばポイント・コンタクト部分（ｐ＋層３）の直径が３０μｍ〜１００μｍ、格子状に配されたポイント・コンタクト部分（ｐ＋層３）同士の間隔が２５０〜５００μｍとされる。

ここで、たとえば、酸素注入用マスク１１における接続部１１ｂの幅を３０μｍとして構成した場合は、ｐ型シリコン基板１の裏面側において酸素を注入できない領域はｐ型シリコン基板１の裏面側の１０％以上になり、また酸素イオン注入時に接続部１１ｂに覆われていた領域１ｂはパッシベーション酸化膜２が形成できないため、パッシベーション効果が損なわれる。

そこで、本実施の形態では以下の方法によりこのような問題を解消する。まず、図４−１に示すような配置位置（第１配置位置）で酸素注入用マスク１１をｐ型シリコン基板１の裏面側に配置して酸素のイオン注入を実施する（第１イオン注入工程）。図５−１および図５−２は、イオン注入工程における酸素注入用マスク１１の配置状態を示す模式図である。図５−１では、第１イオン注入工程におけるポイント状マスク部１１ａと接続部１１ｂとの配列状態を図４−１よりも広範囲において示している。図４−１および図５−１では、接続部１１ｂが図面の左右方向に延在する配置位置（第１配置位置）にｐ型シリコン基板１の裏面側に酸素注入用マスク１１が配置されている。

そして、酸素イオン注入処理時間のたとえば中間の時間で、酸素イオン注入を一旦中断し、図４−３に示すように酸素注入用マスク１１を９０度回転させた配置位置（第２配置位置）にｐ型シリコン基板１の裏面側に配置し、再度、酸素イオン注入を実施する（第２イオン注入工程）。図４−３は、酸素注入用マスク１１を９０度回転させて再度ｐ型シリコン基板１の裏面側に配置した状態を示す模式図である。図５−２では、第２イオン注入工程におけるポイント状マスク部１１ａと接続部１１ｂとの配列状態を図４−３よりも広範囲において示している。図４−３および図５−２では、接続部１１ｂが図面の上下方向に延在する配置位置（第２配置位置）にｐ型シリコン基板１の裏面側に酸素注入用マスク１１が配置されている。第２配置位置では、ポイント状マスク部１１ａが第１配置位置におけるポイント状マスク部１１ａの配置位置を覆う（重なる）とともに接続部１１ｂの位置が第１配置位置とは異なる。

このような第１イオン注入工程と第２イオン注入工程とを実施することにより、第１イオン注入工程において接続部１１ｂに覆われていた領域１ｂに対して第２イオン注入工程において酸素イオンを注入することができ、ポイント・コンタクトのｐ＋層３となる部分（ポイント状マスク部１１ａに覆われていた領域１ａ）を除くｐ型シリコン基板１の裏面側の全面に酸素を注入することが可能となる。これにより、接続部１１に起因した酸素イオン非注入領域の発生が防止され、接続部１１に起因したパッシベーション酸化膜２の非形成領域の発生によるパッシベーション効果の損失が防止される。

上記酸素注入用マスク１１としては、たとえばＳＵＳ等の金属板の表面にフォトレジストがコーティング形成されてなるマスクを用いることができる。このように構成されたマスクを酸素注入用マスク１１として用いることにより、金属板によりマスクとしての剛性を保持しフォトレジストのコーティングにより金属元素の基板への拡散を防止することが可能となるのでマスクを直接基板上に乗せるもしくは近傍に設置でき精度を高めるという利点がある。

つぎに、ｐ型シリコン基板１をアニールすることによりｐ型シリコン基板１の裏面側における酸素イオンを注入した部分を酸化（熱印加酸化）して、ｐ＋層３となるドット状の領域を除いた所定のパターンを有するパッシベーション酸化膜２をｐ型シリコン基板１の裏面側の表層に形成する（図２−３、ステップＳ２０）。

つぎに、ｐ型シリコン基板１の裏面側におけるパッシベーション酸化膜２が形成されていないドット状の領域（酸素イオン注入時にポイント状マスク部１１ａに覆われていた領域１ａ）に選択的にボロン（Ｂ）をイオン注入する（図２−４、ステップＳ３０）。ボロンのイオン注入は、たとえば図６に示すようにｐ型シリコン基板１の裏面側におけるパッシベーション酸化膜２が形成されていない領域（酸素イオン注入時にポイント状マスク部１１ａに覆われていた領域１ａ）に対応する位置に開口部２２を有するボロン注入用マスク２１を用いて行われる。図６は、ボロン注入用マスク２１の構成を示す模式図である。

上記ボロン注入用マスク２１としては、たとえばＳＵＳ等の金属板の表面にフォトレジストがコーティング形成されてなるマスクを用いることができる。このように構成されたマスクをボロン注入用マスク２１として用いることにより、金属板によりマスクとしての剛性を保持しフォトレジストのコーティングにより金属元素の基板への拡散を防止することが可能となるのでマスクを直接基板上に乗せるもしくは近傍に設置でき精度を高めるという利点がある。そして、ボロン注入用マスク２１としてステンシルマスクを用いることができる。

つぎに、ｐ型シリコン基板１の受光面側の全面にリン（Ｐ）をイオン注入する（図２−５、ステップＳ４０）。そして、ｐ型シリコン基板１にアニールを実施することにより、ｐ型シリコン基板１の裏面側におけるボロンがイオン注入された領域にｐ＋層３が形成され、またｐ型シリコン基板１の受光面側の全面にｎ型不純物拡散層４が形成される（図２−６、ステップＳ５０）。これにより、ｐ型シリコン基板１における受光面側にＰＮ接合が形成される。

つぎに、光電変換効率改善のために、ｎ型不純物拡散層４を形成したｐ型シリコン基板１の受光面側に、反射防止膜５としてシリコン窒化膜を形成する（図２−７、ステップＳ６０）。反射防止膜５の形成には、たとえばプラズマＣＶＤ法を使用し、シランとアンモニアの混合ガスを用いて反射防止膜５としてシリコン窒化膜を形成する。なお、反射防止膜５としてシリコン酸化膜を形成してもよい。

つぎに、ｐ＋層電極７の電極材料であってアルミニウム、ガラス等を含む裏面アルミニウム電極材料ペーストを、ｐ型シリコン基板１の裏面側におけるｐ＋層３上にスクリーン印刷法により塗布し、乾燥させる。また、ｐ型シリコン基板１の受光面側の反射防止膜５上に、ｎ層電極６の電極材料であって銀、ガラス等を含む受光面電極材料ペーストを、ｎ層電極６の形状に選択的にスクリーン印刷法により塗布し、乾燥させる（ステップＳ７０）。

その後、大気中において、たとえば７５０℃〜９００℃の温度で焼成を行う（図２−８、ステップＳ８０）。これにより、ｐ型シリコン基板１の裏面側では、ｐ＋層３上にｐ＋層電極７が形成され、ｐ型シリコン基板１の受光面側には、ｎ層電極６が形成される。また、ｎ層電極６中の銀が反射防止膜５を貫通して、ｎ型不純物拡散層４とｎ層電極６とが電気的に接続する。

以上により、図１−１〜図１−３に示すポイント・コンタクト・セル構造を有する実施の形態１にかかる太陽電池セルが作製される。なお、電極材料であるペーストの塗布の順番を、受光面側と裏面側とで入れ替えてもよい。

比較のため、レジストを用いたパターニングによりポイント・コンタクト・セル構造を形成する従来のポイント・コンタクト・セル構造の製造方法について説明する。図７は、レジストを用いたパターニングによりポイント・コンタクト・セル構造を形成する従来の太陽電池セルの製造方法の手順を説明するためのフローチャートである。

まず、ｐ型シリコン基板の全面に酸化膜を形成し（ステップＳ１１０）、ｐ型シリコン基板の裏面全面にレジストを印刷法により形成する（ステップＳ１２０）。そして、レジストをマスクとして、ｐ型シリコン基板の受光面側および端面の酸化膜をエッチングにより除去する（ステップＳ１３０）。その後、レジストを除去する（ステップＳ１４０）。

つぎに、ｐ型シリコン基板の表面にオキシ塩化リン（ＰＯＣｌ_３）、リン酸等を気相拡散法により拡散させて不純物拡散層（ｎ型不純物拡散層）を形成することでＰＮ接合を形成する（ステップＳ１５０）。そして、受光面側をレジストや耐酸性樹脂等で保護した後にフッ硝酸溶液中にｐ型シリコン基板を浸漬することにより、ｐ型シリコン基板の端面と裏面側との不純物拡散層（ｎ型不純物拡散層）を除去する。

つぎに、ｐ型シリコン基板の全面に酸化膜を形成する（ステップＳ１６０）。つぎに、ｐ型シリコン基板の裏面の酸化膜上に、ｐ＋層の形成領域に対応した開口部を有する所定のパターンでレジストを印刷法により形成する（ステップＳ１７０）。そして、レジストをマスクとして、レジストの開口部から露出した酸化膜をエッチングにより除去して酸化膜に開口部を形成し、ｐ型シリコン基板の裏面を露出させる（ステップＳ１８０）。その後、レジストを除去する（ステップＳ１９０）。

そして、ｐ型シリコン基板の裏面における酸化膜の開口部以外をレジスト等により保護した後に、該酸化膜の開口部から露出したｐ型シリコン基板の表層にボロンを気相拡散法により拡散してｐ＋層を形成する（ステップＳ２００）。以上により、ポイント・コンタクト・セル構造を有する太陽電池セルが作製される。このように、レジストを用いたパターニングによりポイント・コンタクト・セル構造を形成する従来の太陽電池セルの製造方法では、工程が長く、煩雑になり、コストも高くなる。

上述したように、実施の形態１にかかる太陽電池セルの製造方法においては、パッシベーション酸化膜２およびｐ＋層３を、イオン注入を用いて形成する。これにより、実施の形態１にかかる太陽電池セルの製造方法においては、レジストによるパターニングプロセスを経ることなく、簡便且つ短い工程でパッシベーション酸化膜２およびｐ＋層３を高品質に形成でき、工程の簡略化および低コスト化を図ることができる。

また、実施の形態１にかかる太陽電池セルの製造方法においては、イオン注入を用いてｎ型不純物拡散層４を形成するため、従来の気層拡散法により形成されたｎ型不純物拡散層よりもｎ型不純物の拡散の均一性に優れた高品質なｎ型不純物拡散層を形成できる。これにより、光電変換効率の向上を図ることができ、たとえば光電変換効率の向上を図るためのｎ型不純物拡散層の薄層化にも対応可能である。

したがって、上述した実施の形態１にかかる太陽電池セルの製造方法によれば、イオン注入プロセスを適用してポイント・コンタクト・セル構造を形成することにより、従来のパターニングプロセスによる煩雑さおよびコストの上昇、簡便化プロセスによる発電性能の劣化を防止することが可能となる。これにより、レジストによるパターニングプロセスを経ることなく、簡便な工程で安価にポイント・コンタクト・セル構造を有する高光電変換効率の太陽電池セルを作製することができる。

実施の形態２．
実施の形態１では、光閉じ込め構造であるテクスチャー構造を形成しない場合について説明した。実施の形態２では、テクスチャー構造としてｐ型シリコン基板１の受光面側に微小凹凸を形成する場合について説明する。微小凹凸は、受光面において外部からの光を吸収する面積を増加し、受光面における反射率を抑え、光を閉じ込める構造となっている。なお、実施の形態２にかかる太陽電池セルの製造方法は、以下に示すテクスチャー構造の形成工程以外は、実施の形態１にかかる太陽電池セルの製造方法と同じである。

図８−１〜図８−４は、実施の形態２にかかる太陽電池セルの製造方法を説明するための要部断面図であり、ｐ型シリコン基板１の受光面側にテクスチャー構造を形成する工程を示す図である。ポイント・コンタクト・セル構造の場合は、半導体基板１の裏面のパッシベーション構造の効果を最大にする為には、半導体基板１の裏面側は平坦な面である方が好ましく、以下の工程によりｐ型シリコン基板１の受光面側にテクスチャー構造を形成する。

まず、ｐ型シリコン基板１を用意し（図８−１）、スライス時に形成されたダメージ層を除去する。つぎに、ｐ型シリコン基板１を酸化して、ｐ型シリコン基板１の全面にマスク用酸化膜３１を形成する（図８−２）。つぎに、たとえばＲＩＥ（Reactive Ion Etching）により、ｐ型シリコン基板１の受光面側のマスク用酸化膜３１のみを除去する（図８−３）。

そして、たとえば濃度１ｗｔ％〜数ｗｔ％の水酸化ナトリウム等のアルカリ水溶液を用いてｐ型シリコン基板１に対してエッチングを行うことにより、ｐ型シリコン基板１の受光面側の表面にテクスチャー構造として微小凹凸３２を形成する。このようなテクスチャー構造をｐ型シリコン基板１の受光面側に形成することで、太陽電池セルの表面で光の多重反射を生じさせて、実効的に反射率を低減し、光電変換効率を向上させることができる。その後、マスク用酸化膜３１を除去することにより、受光面側にテクスチャー構造が形成されたｐ型シリコン基板１が得られる（図８−４）。

以降は、実施の形態１の場合と同様にしてポイント・コンタクト・セル構造を有する高光電変換効率の太陽電池セルを作製することができる。

上述したように、実施の形態２にかかる太陽電池セルの製造方法によれば、レジストによるパターニングプロセスを経ることなく、より光電変換効率に優れた、ポイント・コンタクト・セル構造を有する太陽電池セルを簡便な工程で安価に作製することができる。

実施の形態３．
実施の形態３では、バック・コンタクト型のポイント・コンタクト・セル構造を有する太陽電池セルの製造方法について説明する。図９−１〜図９−６は、実施の形態３にかかる太陽電池セルの製造方法を説明するための要部断面図である。なお、以下に示す各工程は、実施の形態１の場合と同様の処理により行われる。

まず、実施の形態１において図２−１〜図２−３を用いて説明した工程を実施して、ドット状の領域を除いた所定のパターンを有するパッシベーション酸化膜２をｐ型シリコン基板１の裏面側の表層に形成する（図９−１）。

つぎに、ｐ型シリコン基板１の裏面側におけるパッシベーション酸化膜２が形成されていないドット状の領域のうちの一部の領域に選択的にボロン（Ｂ）をイオン注入する（図９−２）。

つぎに、ｐ型シリコン基板１の裏面側におけるパッシベーション酸化膜２が形成されていないドット状の領域のうちの他の一部の領域（ボロン（Ｂ）をイオン注入していない領域）に選択的にリン（Ｐ）をイオン注入する（図９−３）。

そして、ｐ型シリコン基板１にアニールを実施することにより、ｐ型シリコン基板１の裏面側におけるボロンがイオン注入された領域にｐ＋層３が形成され、またｐ型シリコン基板１の裏面側におけるリンがイオン注入された領域にｎ型不純物拡散層４が形成される（図９−４）。これにより、ｐ型シリコン基板１の裏面側にＰＮ接合が形成される。

つぎに、光電変換効率改善のために、ｐ型シリコン基板１の受光面側に、反射防止膜５としてシリコン窒化膜を形成する（図９−５）。

つぎに、ｐ＋層電極７の電極材料であってアルミニウム、ガラス等を含む裏面アルミニウム電極材料ペーストを、ｐ型シリコン基板１の裏面側におけるｐ＋層３上にスクリーン印刷法により塗布し、乾燥させる。また、ｎ層電極６の電極材料であって銀、ガラス等を含む受光面電極材料ペーストを、ｐ型シリコン基板１の裏面側におけるｎ型不純物拡散層４上にスクリーン印刷法により塗布し、乾燥させる。その後、大気中において、たとえば７５０℃〜９００℃の温度で焼成を行う。これにより、ｐ型シリコン基板１の裏面側において、ｐ＋層３上にｐ＋層電極７が形成され、ｎ型不純物拡散層４上にｎ層電極６が形成される（図９−６）。

上述したように、実施の形態３にかかる太陽電池セルの製造方法によれば、レジストによるパターニングプロセスを経ることなく、光電変換効率に優れた、ポイント・コンタクト・セル構造を有するバック・コンタクト型の太陽電池セルを簡便な工程で安価に作製することができる。

実施の形態４．
実施の形態４では、光閉じ込め構造であるテクスチャー構造およびバック・コンタクト型のポイント・コンタクト・セル構造を有する太陽電池セルの製造方法について説明する。図１０−１〜図１０−４は、実施の形態４にかかる太陽電池セルの製造方法を説明するための要部断面図である。なお、以下に示す各工程は、実施の形態１〜実施の形態３の場合と同様の処理により行われる。

実施の形態３において図９−１を用いて説明した工程を実施して、ドット状の領域を除いた所定のパターンを有するパッシベーション酸化膜２をｐ型シリコン基板１の裏面側の表層に形成する。その後、酸素のイオン注入の条件を変更することにより、ドット状の領域のうちｐ＋層３を形成する領域にのみパッシベーション酸化膜２よりも膜厚の薄い酸化膜４１を形成する（図１０−１）。

つぎに、パッシベーション酸化膜２および酸化膜４１をマスクとしてｐ型シリコン基板１に対してエッチングを行うことにより、ｐ型シリコン基板１の受光面側の表面およびｐ型シリコン基板１の裏面側のドット状の領域のうちｎ型不純物拡散層４を形成する領域にテクスチャー構造として微小凹凸３２を形成する（図１０−２）。

つぎに、たとえばｐ型シリコン基板１を希フッ化水素（ＨＦ）水溶液に浸漬することにより酸化膜４１を除去する（図１０−３）。このとき、パッシベーション酸化膜２は残存させる条件で酸化膜４１を除去する。

そして、実施の形態３において図９−２〜図９−４を用いて説明した工程を実施することにより、ｐ型シリコン基板１の裏面側におけるドット状の領域のうちボロンがイオン注入された領域にｐ＋層３が形成され、またｐ型シリコン基板１の裏面側におけるドット状の領域のうちリンがイオン注入された領域にｎ型不純物拡散層４が形成される（図１０−４）。ｎ型不純物拡散層４は、ｐ型シリコン基板１の裏面側における微小凹凸３２が形成されたドット状の領域に形成される。

以降は、実施の形態３の場合と同様にしてテクスチャー構造およびポイント・コンタクト・セル構造を有する高光電変換効率の太陽電池セルを作製することができる。

上述したように、実施の形態４にかかる太陽電池セルの製造方法によれば、レジストによるパターニングプロセスを経ることなく、より光電変換効率に優れた、ポイント・コンタクト・セル構造を有する太陽電池セルを簡便な工程で安価に作製することができる。

また、上記の実施の形態で説明した構成を有する太陽電池セルを複数形成し、隣接する太陽電池セル同士を電気的に接続することにより、光電変換効率に優れた太陽電池モジュールが実現できる。この場合は、たとえば隣接する太陽電池セルの一方のｎ層電極６と他方のｐ＋層電極７とを電気的に接続すればよい。

以上のように、本発明にかかる太陽電池セルの製造方法は、ポイント・コンタクト・セル構造を有する太陽電池を簡便な工程で安価に作製する場合に有用である。

１ 半導体基板（ｐ型シリコン基板）
１ａ 酸素イオン注入時にポイント状マスク部に覆われていた領域
１ｂ 酸素イオン注入時に接続部に覆われていた領域
２ パッシベーション酸化膜
２ａ 酸素イオン注入領域
３ ｐ＋層（ｐ型半導体層）
４ ｎ型不純物拡散層
５ 反射防止膜
６ ｎ型不純物拡散層用電極（ｎ層電極）
６ａ グリッド電極
６ｂ バス電極
７ ｐ＋層用電極（ｐ＋層電極）
１１ 酸素注入用マスク
１１ａ ポイント状マスク部
１１ｂ 接続部
２１ ボロン注入用マスク
２２ 開口部
３１ マスク用酸化膜
３２ 微小凹凸
４１ 酸化膜

Claims (8)

1. 第１導電型の半導体基板の一面側に所定のパターンで選択的に酸素イオンを注入する第１工程と、
   前記半導体基板に第１アニールを実施して、前記半導体基板の一面側における前記酸素イオンを注入した部分を酸化して前記半導体基板の一面側の表層に前記所定のパターンを有する酸化膜を形成する第２工程と、
   前記半導体基板の一面側において前記酸化膜が形成されていない領域であって前記所定のパターンに囲まれた閉領域の少なくとも一部に選択的に第１導電型の不純物イオンを注入する第３工程と、
   前記半導体基板に第２アニールを実施して、前記半導体基板の一面側の表層における前記閉領域に第１導電型の不純物が前記半導体基板の他の領域よりも高濃度に拡散された第１導電型半導体層を形成する第４工程と、
   を含むことを特徴とする太陽電池セルの製造方法。
2. 前記第１工程は、
   複数のマスク部と隣接する前記マスク部同士を接続する接続部とを備えて前記所定のパターンを有するマスクを前記半導体基板の一面側において第１配置位置に配置して前記酸素イオンの注入を行う第１イオン注入工程と、
   前記マスクを前記半導体基板の一面側において第１配置位置に配置して前記酸素イオンの注入を行う第１イオン注入工程と、
   前記マスク部が前記第１配置位置における前記マスク部の配置位置を覆うとともに前記接続部の位置が前記第１配置位置とは異なる第２配置位置に前記マスクを配置して前記酸素イオンの注入を行う第２イオン注入工程と、
   を含むことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池セルの製造方法。
3. 前記マスクは、金属板の表面にフォトレジストが形成されてなること、
   を特徴とする請求項１または２に記載の太陽電池セルの製造方法。
4. 前記マスクは、ステンシルマスクであること、
   を特徴とする請求項１または２に記載の太陽電池セルの製造方法。
5. 前記半導体基板は、ガリウムが添加されたｐ型シリコン基板であること、
   を特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の太陽電池セルの製造方法。
6. 前記半導体基板は、ｎ型シリコン基板であること、
   を特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の太陽電池セルの製造方法。
7. 前記半導体基板の他面側に第２導電型の不純物が拡散された第２不純物拡散層を形成する工程を有すること、
   を特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の太陽電池セルの製造方法。
8. 前記半導体基板の一面側において前記酸化膜が形成されていない領域であって前記所定のパターンに囲まれた閉領域に第２導電型の不純物イオンを注入する工程と、
   前記半導体基板に第３アニールを実施して、前記閉領域における前記半導体基板の表層に第２導電型の不純物が拡散された第３導電型半導体層を形成する工程と、
   を有すること、
   を特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の太陽電池セルの製造方法。

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