JP5723143B2 - 裏面電極型太陽電池の製造方法、および裏面電極型太陽電池 - Google Patents
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Description
本発明は、裏面電極型太陽電池の製造方法、および裏面電極型太陽電池、特に、裏面電極型太陽電池の受光面側の構造に関する。
太陽光エネルギを直接電気エネルギに変換する太陽電池は、近年、特に地球環境問題の観点から、次世代のエネルギ源としての期待が急激に高まっている。太陽電池としては、化合物半導体または有機材料を用いたものなど様々な種類があるが、現在、主流となっているのは、シリコン結晶を用いたものである。
現在、最も多く製造および販売されている太陽電池は、太陽光が入射する側の面である受光面と、受光面の反対側である裏面とに電極が形成された構造のものである。
しかしながら、受光面に電極を形成した場合、電極における光の反射、吸収があることから、形成された電極の面積分だけ入射する太陽光が減少するので、裏面にのみ電極を形成した裏面電極型太陽電池が開発されている。
図１０は、特許文献１に開示されている従来の裏面電極型太陽電池の断面を表す模式図である。以下に、従来の裏面電極型太陽電池１０１について説明する。
ｎ型シリコンウェーハ１０４の受光面側には凹凸形状１０５が形成され、ｎ型前面側拡散領域１０６であるＦＳＦ（Ｆｒｏｎｔ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｆｉｅｌｄ）層が形成されている。そして、凹凸形状１０５上には、ｎ型シリコンウェーハ１０４側から、二酸化ケイ素を含む誘電性パッシベーション層１０８、窒化シリコンを含む反射防止コーティング１０７が形成されている。
また、ｎ型シリコンウェーハ１０４の裏面には酸化物層１０９が形成されている。さらに、ｎ型シリコンウェーハ１０４の裏面側にはｎ型ドープされたｎ＋領域１１０とｐ型ドープされたｐ＋領域１１１とが交互に形成されている。そして、ｎ＋領域１１０にはｎ型用金属コンタクト１０２が形成されており、ｐ＋領域１１１にはｐ型用金属コンタクト１０３が形成されている。
次に、裏面電極型太陽電池１０１の受光面側の形成方法を示す。ｎ型シリコンウェーハ１０４の受光面となる面にエッチングによる凹凸形状１０５を形成後、拡散によりｎ型前面側拡散領域１０６を形成し、その後、高温酸化による二酸化シリコンの誘電性パッシベーション層１０８形成し、プラズマ化学気相成長法による窒化シリコンの反射防止コーティング１０７を形成する。
また、裏面電極型太陽電池１０１の裏面側の形成方法を示す。ｎ型シリコンウェーハ１０４の受光面となる面と反対の面側である裏面に、ｎ型ドープされたｎ＋領域１１０とｐ型ドープされたｐ＋領域１１１とを形成し、その後、裏面電極型太陽電池１０１の裏面側に酸化物層１０９を形成する。次に、酸化物層１０９にパターン形成し、ｎ型用金属コンタクト１０２とｐ型用金属コンタクト１０３とを形成する。
しかしながら、特許文献１に記載のＦＳＦ層をもつ裏面電極型太陽電池の受光面側の製造方法では、ｎ型シリコンウェーハの受光面に凹凸形状を形成後、拡散によるｎ型前面側拡散領域を形成し、その後、誘電性パッシベーション層を形成し、さらに、反射防止コーティングを形成しているため、工程数が多く、裏面電極型太陽電池を効率的に製造することができなかった。
そこで、工程数を減らす検討を行い、さらに、裏面電極型太陽電池の特性を上げるため、再結合電流を低減させる検討を行った。再結合電流は、受光面側のパッシベーション性と裏面側のパッシベーション性とに大きく起因している。加えて、受光面側にはＦＳＦ層が形成されているので、受光面側のパッシベーション性には、ＦＳＦ層の不純物濃度も影響する。
図１１は、工程数を減らした裏面電極型太陽電池の受光面側のみの製造フロー図である。ｎ型シリコン基板の受光面となる面（以下「ｎ型シリコン基板の受光面」という。）にテクスチャ構造である凹凸形状を形成する（Ｓ１０１。「Ｓ」はステップを表す。以下同様。）。次に、ｎ型シリコン基板の受光面にリン化合物、チタンアルコキシドおよびアルコールを少なくとも含む混合液の塗布を行い、乾燥する。その後、酸素を含む雰囲気で熱処理を行い、ｎ型不純物であるリンが拡散して、受光面側全面に受光面拡散層であるｎ−層および反射防止膜となるリンを含有した酸化チタン膜が形成される（Ｓ１０２）。次に、熱酸化を行い、受光面拡散層と反射防止膜との間に受光面パッシベーション膜である酸化シリコン膜が形成される（Ｓ１０３）。
しかしながら、上記工程では、工程数を減らすことはできたが、Ｓ１０２において、酸素を含む雰囲気で熱処理を行った場合、受光面側のパッシベーション性に起因した再結合電流を低減させることができなかった。
本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、工程数を低減して、効率的に製造し、さらに、受光面側のパッシベーション性に起因した再結合電流を低減することが可能な裏面電極型太陽電池の製造方法を提供することにある。
本発明の裏面電極型太陽電池の製造方法は、シリコン基板の受光面とは反対側の面にｎ型用電極とｐ型用電極とを有する裏面電極型太陽電池の製造方法において、シリコン基板の受光面に、シリコン基板の導電型と同じ導電型になる不純物を含む化合物、チタンアルコキシドおよびアルコールを少なくとも含む溶液を塗布し窒素雰囲気で熱処理することにより受光面拡散層と反射防止膜とを形成する工程と、受光面拡散層と反射防止膜とを形成する工程の後に、シリコン基板の受光面に熱酸化処理により受光面パッシベーション膜として酸化シリコンを形成する工程とを有する。
ここで、本発明の裏面電極型太陽電池の製造方法は、受光面パッシベーション膜を形成する工程における熱処理温度は、８５０℃より高い温度であってもよい。
また、本発明の裏面電極型太陽電池の製造方法は、受光面パッシベーション膜を形成する工程において、シリコン基板の裏面に裏面パッシベーション膜が形成されてもよい。
また、本発明の裏面電極型太陽電池の製造方法は、受光面拡散層のシート抵抗が、１００Ω／□以上２５０Ω／□未満であってもよい。
また、本発明の裏面電極型太陽電池の製造方法は、受光面拡散層と反射防止膜とを形成する工程と、受光面パッシベーション膜を形成する工程とを、一連の熱処理によって形成してもよい。
本発明の裏面電極型太陽電池は、シリコン基板の受光面とは反対側の面にｎ型用電極とｐ型用電極とを有する裏面電極型太陽電池において、シリコン基板の受光面側に形成された、シリコン基板の導電型と同じ導電型で不純物濃度がシリコン基板よりも高い濃度である受光面拡散層と、受光面拡散層の受光面上に形成された受光面パッシベーション膜と、受光面パッシベーション膜の受光面上に形成された、シリコン基板の導電型と同じ導電型の不純物を含む酸化チタンである反射防止膜とを有し、受光面拡散層のシート抵抗が、１００Ω／□以上２５０Ω／□未満である。
ここで、本発明の裏面電極型太陽電池は、反射防止膜に含まれる不純物がｎ型不純物であり、ｎ型不純物はリン酸化物として１５ｗｔ％〜３５ｗｔ％含有してもよい。
本発明によれば、チタンアルコキシドおよびアルコールを少なくとも含む溶液に、裏面電極型太陽電池に用いられるシリコン基板の導電型と同じ導電型になるような不純物を含む化合物を含めることで、反射防止膜とＦＳＦ層である受光面拡散層とを形成することができるため、工程数を低減して効率的に製造することができる。
さらに、受光面拡散層と反射防止膜とを形成する工程における熱処理を窒素雰囲気で行うことにより、受光面側のパッシベーション性に起因する再結合電流を低減させることができ、裏面電極型太陽電池特性を向上させることができる。
図１、図２は、受光面と反対側の面である裏面にのみ電極を形成した本発明の一例の裏面電極型太陽電池を表す図である。図１は、裏面電極型太陽電池１の裏面側から見た図であり、裏面電極型太陽電池１の裏面には、ｎ型用電極２およびｐ型用電極３がそれぞれ帯状に交互に形成されている。
図２は、図１で示したＡ−Ａ′の断面を表す図である。単結晶シリコン基板であるｎ型シリコン基板４の受光面側にはテクスチャ構造である凹凸形状５が形成されている。この凹凸は数μｍ〜数十μｍオーダーである。受光面側全面には受光面拡散層６であるｎ−層がＦＳＦ（Ｆｒｏｎｔ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｆｉｅｌｄ）層として形成され、受光面拡散層６の受光面側には受光面パッシベーション膜１３が形成されている。さらに、受光面側には反射防止膜１２が形成されている。ここで、受光面パッシベーション膜１３は酸化シリコン膜で、その膜厚は５ｎｍ〜２００ｎｍであり、好ましくは５ｎｍ〜６０ｎｍである。また、反射防止膜１２は酸化チタン膜である。膜厚は１０〜４００ｎｍである。さらに、反射防止膜にはリンが含まれており、その濃度はリン酸化物として１５〜３５ｗｔ％含有する。
また、ｎ型シリコン基板４の裏面には、ｎ型シリコン基板４側から、第２裏面パッシベーション膜８、第１裏面パッシベーション膜１１の２層からなる裏面パッシベーション膜１４が形成されている。ｎ型シリコン基板４の裏面側にはｎ型半導体領域であるｎ＋領域９とｐ型半導体領域であるｐ＋領域１０とが交互に隣接して形成されており、ｎ型シリコン基板４の裏面のｎ＋領域９の表面は、ｎ型シリコン基板４の裏面のｎ＋領域９以外の表面よりも凹状になっている。ここで、図２に示す凹状の深さｄは数十ｎｍのオーダーである。さらに、ｎ＋領域９にはｎ型用電極２が形成され、ｐ＋領域１０にはｐ型用電極３が形成されている。ｎ型シリコン基板４の裏面の最も外側には、電極が形成されていない、すなわち、電極に接触していない半導体領域であるｐ＋領域７１が形成されている。また、ｎ＋領域９上の裏面パッシベーション膜１４とｐ＋領域１０上の裏面パッシベーション膜１４とに膜厚差があり、ｎ＋領域９上の裏面パッシベーション膜１４の方が厚くなっている。ここで、ｎ＋領域９とｐ＋領域１０とが交互に隣接して形成されていることより、裏面電極型太陽電池１に逆方向のバイアスがかかったとき、部分的に電圧がかかることがなく、局所的なリーク電流による発熱をさけることができる。
図３は、裏面電極型太陽電池１からｎ型用電極２とｐ型用電極３とを除去し、さらに裏面パッシベーション膜１４を除去した場合に、ｎ＋領域９とｐ＋領域１０とを裏面側から見た図である。ｎ型シリコン基板４の裏面の外周縁には、電極に接触していない半導体領域であるｐ＋領域７１が形成されている（外周縁に形成された電極に接触していない半導体領域を、以下「外周縁半導体領域」という。）。ｎ＋領域９の周囲に、ｎ＋領域９とは導電型の異なる外周縁半導体領域であるｐ＋領域７１を形成することで、裏面電極型太陽電池１のエッジ部等に半導体領域ができたとしても、その半導体領域と、ｎ＋領域９およびｐ＋領域１０とは、電気的に分離できている。外周縁には、電極に接触していない半導体領域があるので、裏面電極型太陽電池１に逆方向のバイアスがかかったとき、外周縁を通して発生するリーク電流を抑えることができる。また、図３では、ｎ＋領域９は全てつながって１つの半導体領域を形成しているが、必ずしも全部がつながっていなくてもよい。さらに、図３では、ｐ＋領域１０は複数に分離して形成しているが、つながっている箇所があってもよい。
なお、最も外側の電極が同じ導電型なので、形成した電極を回転対称構造にすることが可能になり、裏面電極型太陽電池を複数並べる太陽電池モジュールを作製する際、例えば、図１に示す裏面電極型太陽電池の上下が反対になっても問題ない。
以下に、本発明の裏面電極型太陽電池の製造方法の一例を示す。
図４は、図１、および図２に示す本発明の裏面電極型太陽電池の製造方法の一例である。図４に示すように模式的断面図を参照して説明する。
まず、図４（ａ）に示すように、１００μｍ厚のｎ型シリコン基板４の受光面となる面（以下「ｎ型シリコン基板の受光面」という。）の反対側の面である裏面（以下「ｎ型シリコン基板の裏面」という。）に、窒化シリコン膜等のテクスチャマスク２１をＣＶＤ法、またはスパッタ法等で形成する。その後、図４（ｂ）に示すように、ｎ型シリコン基板４の受光面にテクスチャ構造である凹凸形状５をエッチングにより形成する。エッチングは、たとえば、水酸化ナトリウムまたは水酸化カリウムなどのアルカリ水溶液にイソプロピルアルコールを添加し、７０℃以上８０℃以下に加熱した溶液により行われる。
次に、図４（ｃ）を用いて次工程を説明する。図４（ｃ）は、ｎ型シリコン基板４の裏面側が上となっている。図４（ｃ）に示すように、ｎ型シリコン基板４の裏面に形成したテクスチャマスク２１を除去後、ｎ型シリコン基板４の受光面に酸化シリコン膜等の拡散マスク２２を形成する。その後、ｎ型シリコン基板４の裏面において、ｎ＋領域９を形成しようとする箇所以外に、例えば、溶剤、増粘剤および酸化シリコン前駆体を含むマスキングペーストをインクジェット、またはスクリーン印刷等で塗布し、熱処理により拡散マスク２３を形成し、ＰＯＣｌ３を用いた気相拡散によって、ｎ型シリコン基板４の裏面の露出した箇所に、ｎ型不純物であるリンが拡散してｎ＋領域９が形成される。
次に、図４（ｄ）に示すように、ｎ型シリコン基板４に形成した拡散マスク２２、２３、および拡散マスク２２、２３にリンが拡散して形成されたガラス層をフッ化水素酸処理により除去した後、酸素または水蒸気による熱酸化を行い、酸化シリコン膜２４を形成する。この際、図４（ｄ）に示すように、ｎ型シリコン基板４の裏面のｎ＋領域９上の酸化シリコン膜２４が厚くなる。９００℃で水蒸気による熱酸化を行い、ｎ＋領域９上以外の酸化シリコン膜２４の膜厚が７０ｎｍ〜９０ｎｍ、ｎ＋領域９上の酸化シリコン膜２４の膜厚は２５０ｎｍ〜３５０ｎｍになった。ここで、熱酸化前のｎ＋領域９のリンの表面濃度は、５×１０１９／ｃｍ３以上であり、熱酸化の処理温度の範囲としては、酸素による熱酸化で８００℃〜１０００℃、水蒸気による熱酸化で８００℃〜９５０℃である。
酸化シリコン膜２４を、ｐ＋領域形成時のｎ＋領域の拡散マスクとして使用するには、ｎ＋領域９上とｎ＋領域９上以外との酸化シリコン膜２４の膜厚差は、６０ｎｍ以上必要となる。
また、熱酸化時に、シリコン基板に拡散される不純物の種類と濃度により、熱酸化による酸化シリコン膜の成長速度が異なる。とくにｎ型不純物濃度が高い場合は、成長速度が速くなる。このため、ｎ型シリコン基板４よりもｎ型不純物濃度が高いｎ＋領域９上の酸化シリコン膜２４の膜厚の方がｎ型シリコン基板４上よりも厚くなる。酸化シリコン膜２４は、熱酸化時にシリコンと酸素とが結びつくことで形成されるので、ｎ型シリコン基板４の裏面のｎ＋領域９の表面は、ｎ型シリコン基板４の裏面のｎ＋領域９以外であるｐ＋領域の表面よりも凹状になる。
次に、図４（ｅ）に示すように、ｎ型シリコン基板４の受光面の酸化シリコン膜２４および裏面のｎ＋領域９上以外の酸化シリコン膜２４をエッチングにより除去する。裏面では、上記に示したように、酸化シリコン膜２４がｎ＋領域９上に厚く形成されているので、ｎ＋領域９上だけ酸化シリコン膜２４が残る。ｎ＋領域９上の酸化シリコン膜２４とｎ＋領域９上以外の酸化シリコン膜２４とのエッチングレートの差により、ｎ＋領域９上の酸化シリコン膜２４は１２０ｎｍ程度の膜厚となる。例えば、９００℃３０分の水蒸気による熱酸化で酸化シリコン膜２４を形成し、ｎ＋領域９上以外の酸化シリコン膜２４を除去するためにフッ化水素酸処理をした場合、ｎ＋領域９上の酸化シリコン膜２４の膜厚は１２０ｎｍ程度となる。先述したように６０ｎｍ以上あればｐ＋領域形成時の拡散マスクとして機能する。
さらに、ｎ型シリコン基板４の受光面に酸化シリコン膜等の拡散マスク２５を形成し、その後、ｎ型シリコン基板４の裏面に、有機性高分子にホウ素化合物を反応させたポリマーをアルコール系溶媒に溶解させた溶液を塗布し、乾燥後、熱処理によりｎ型シリコン基板４の裏面の露出した箇所にｐ型不純物であるボロンが拡散してｐ＋領域が形成される。この際、ｐ＋領域１０とｐ＋領域７１とが形成される。
次に、図４（ｆ）を用いて次工程を説明する。図４（ｆ）は、ｎ型シリコン基板４の受光面側が上となっている。図４（ｆ）に示すように、ｎ型シリコン基板４に形成した酸化シリコン膜２４、拡散マスク２５、および酸化シリコン膜２４、拡散マスク２５にボロンが拡散して形成されたガラス層をフッ化水素酸処理により除去する。その後、ｎ型シリコン基板４の裏面に酸化シリコン膜等の拡散マスクを兼ねた第１裏面パッシベーション膜１１をＣＶＤ法、またはＳＯＧ（スピンオングラス）の塗布、焼成により形成する。その後、ｎ型シリコン基板４の受光面に受光面拡散層６であるｎ−層および反射防止膜１２を形成するため、ｎ型シリコン基板４の受光面にリン化合物、チタンアルコキシドおよびアルコールを少なくとも含む混合液２７の塗布を行い、乾燥する。ここで、混合液２７のリン化合物としては五酸化リン、チタンアルコキシドとしてはテトライソプロピルチタネート、およびアルコールとしてはイソプロピルアルコールを用いる。
次に、図４（ｇ）に示すように、熱処理によりｎ型不純物であるリンが拡散して受光面側全面に受光面拡散層６であるｎ−層および反射防止膜１２となるリンを含有した酸化チタン膜が形成される。この熱処理は、窒素雰囲気で行った。
ｎ型シリコン基板４の裏面に酸化シリコン膜による第２裏面パッシベーション膜８を形成するため、酸素または水蒸気による熱酸化を行う。この際、ｎ型シリコン基板４の裏面に第２裏面パッシベーション膜８である酸化シリコン膜が形成されながら、図４（ｊ）に示すように、ｎ型シリコン基板４の受光面全面にも、酸化シリコン膜が形成される。この受光面全面に形成された酸化シリコン膜は、受光面拡散層６と反射防止膜１２との間に形成され、受光面パッシベーション膜１３となる。また、第２裏面パッシベーション膜８と受光面パッシベーション膜１３との形成は、受光面拡散層６および反射防止膜１２を形成する熱処理に引き続き、ガスを切り替えて酸素または水蒸気による熱酸化を行うことによっても可能である。すなわち、受光面拡散層６であるｎ−層および反射防止膜１２を形成する熱処理と、受光面パッシベーション膜１３形成する熱処理とを、一連の熱処理によって形成することにより、工程数を減らすことができる。
次に、図４（ｈ）に示すように、ｎ型シリコン基板４の裏面側に形成されたｎ＋領域９、ｐ＋領域１０に電極を形成するため、ｎ型シリコン基板の裏面に形成された裏面パッシベーション膜１４にパターニングを行う。パターニングは、エッチングペーストをスクリーン印刷法などで塗布し加熱処理により行われる。その後、パターニング処理を行ったエッチングペーストは超音波洗浄し酸処理により除去する。ここで、エッチングペーストとしては、例えば、エッチング成分としてリン酸、フッ化水素、フッ化アンモニウムおよびフッ化水素アンモニウムからなる群から選択された少なくとも１種を含み、水、有機溶媒および増粘剤を含むものである。
次に、図４（ｉ）に示すように、ｎ型シリコン基板４の裏面の所定の位置に銀ペーストをスクリーン印刷法により塗布し、乾燥する。その後、焼成により、ｎ＋領域９にはｎ型用電極２が形成され、ｐ＋領域１０にはｐ型用電極３が形成され、裏面電極型太陽電池１を作製した。
ここで、受光面側のパッシベーション性の効果を評価するため、サンプルを作製して、再結合電流を測定した。測定は、ＱＳＳＰＣ（Ｑｕａｓｉ Ｓｔｅａｄｙ Ｓｔａｔｅ Ｐｈｏｔｏ Ｃｏｎｄｕｃｔａｎｃｅ）法を用い、測定器として、シントンコンサルティング社製のＷＴＣ−１２０を用いた。
図５は作製したサンプル８１の構造である。８２はｎ型シリコン基板、８３は受光面拡散層に対応するｎ−層、８４はパッシベーション膜である酸化シリコン膜、８５は反射防止膜に対応するリンを含有した酸化チタン膜に相当する。
図６は、図５のサンプル８１の製造方法を示す製造フロー図である。図５に示すサンプル８１は、まず、ｎ型シリコン基板８２の両面に凹凸構造（図５では図示していない）を形成する（Ｓ１。「Ｓ」はステップを表す。以下同様。）。ｎ型シリコン基板８２の両面に、リン化合物、チタンアルコキシドおよびアルコールを少なくとも含む混合液の塗布を行い、乾燥する。ここで、混合液のリン化合物としては五酸化リン、チタンアルコキシドとしてはテトライソプロピルチタネート、およびアルコールとしてはイソプロピルアルコールを用いる（Ｓ２）。熱処理によりｎ型不純物であるリンが拡散してｎ−層８３およびリンを含有した酸化チタン膜８５が形成される（Ｓ３）。熱酸化を行い、酸化シリコン膜８４を形成する（Ｓ４）。また、サンプル８１を作製して再結合電流の測定後、サンプル８１の、両側の酸化チタン膜８５、および両側の酸化シリコン膜８４を除去し、さらに、片側のｎ−層８３を除去した後、シート抵抗の測定を、除去していないｎ−層８３上で行った。
図７は、図６において、Ｓ４の酸化シリコン膜形成温度Ｔを８５０℃、９００℃、９５０℃、１０００℃に変えた場合の再結合電流Ｊ０の測定結果である。図７において、○は、Ｓ４の前工程であるＳ３の熱処理を窒素雰囲気で行った場合であり、□は、比較例として、Ｓ３の熱処理を酸素を含む雰囲気で行った場合である。ここで、図７の縦軸の値は、
Ｓ３の熱処理を酸素を含む雰囲気で行った後、Ｓ４の酸化シリコン膜形成温度Ｔを８５０℃で行った際の再結合電流Ｊ０を１とした場合の値である。また、Ｓ４で形成する酸化シリコン膜はパッシベーション膜に対応する膜であるので、そのパッシベーション性を確保するため酸化シリコン膜形成温度Ｔを８５０℃以上とした。なお、Ｓ４で形成する酸化シリコン膜は酸素を用いた熱酸化で形成した。
Ｓ３の熱処理を酸素を含む雰囲気で行った後、Ｓ４の酸化シリコン膜形成温度Ｔを８５０℃で行った際の再結合電流Ｊ０を１とした場合の値である。また、Ｓ４で形成する酸化シリコン膜はパッシベーション膜に対応する膜であるので、そのパッシベーション性を確保するため酸化シリコン膜形成温度Ｔを８５０℃以上とした。なお、Ｓ４で形成する酸化シリコン膜は酸素を用いた熱酸化で形成した。
図７から、Ｓ３の熱処理を窒素雰囲気で行えば、Ｓ４の酸化シリコン膜形成温度Ｔを高くするほど、再結合電流Ｊ０を低減することができた。しかしながら、比較例であるＳ３の熱処理を酸素を含む雰囲気で行った場合は、Ｓ４の酸化シリコン膜形成温度Ｔを変化させても再結合電流Ｊ０を低減させることができなかった。
また、Ｓ４の酸化シリコン膜形成温度Ｔが高い領域で、Ｓ３の熱処理を窒素雰囲気で行うと、比較例に比べ、再結合電流Ｊ０値が低くなることがわかる。Ｓ４の酸化シリコン膜形成温度Ｔは８５０℃より高い温度で、比較例に比べ、再結合電流Ｊ０値が低くなることがわかり、好ましくは９００℃以上、より好ましくは９５０℃以上であることがわかる。これから、Ｓ３の熱処理での雰囲気、Ｓ４の酸化シリコン膜形成温度Ｔが、再結合電流Ｊ０に影響することがわかる。
図８は、図６において、Ｓ３の熱処理を窒素雰囲気で行い、Ｓ４の酸化シリコン膜形成温度Ｔを８５０℃、９００℃、９５０℃、１０００℃に変えた場合のシート抵抗ρsの測定結果である。図８から、ｎ型シリコン基板表面のシート抵抗値を１００Ω／□以上２５０Ω／□未満で、実用的な裏面電極型太陽電池が得られることがわかった。また、比較例で、Ｓ４の酸化シリコン膜形成温度Ｔを９００℃、１０００℃にした場合のｎ型シリコン基板表面のシート抵抗値も図８に示しておく。このように、Ｓ３の熱処理を酸素を含む雰囲気で行ったものはｎ型シリコン基板表面のシート抵抗値が低いため、Ｓ３の熱処理を窒素雰囲気で行ったものに比べ、再結合電流Ｊ０値が高くなったと考えられる。これは、酸素雰囲気における熱処理では、シリコン基板に対してｎ型不純物であるリンがシリコン基板表面に偏析し、この偏析したリンよるディフェクトより再結合電流が下がらなかったと考えられる。
したがって、裏面電極型太陽電池１作製時において、受光面拡散層６であるｎ−層、および反射防止膜１２となるリンを含有した酸化チタン膜作製時の熱処理を窒素雰囲気で行うことで、酸素を含む雰囲気で行うよりも裏面電極型太陽電池１の受光面側の再結合電流を低減することができ、裏面電極型太陽電池特性を向上させることができる。そして、受光面パッシベーション膜１３である酸化シリコン膜形成温度を８５０℃より高く、より好ましくは９００℃以上にすることで、裏面電極型太陽電池１の受光面側の再結合電流を低減することができ、裏面電極型太陽電池特性を向上させることができる。加えて、受光面パッシベーション膜１３である酸化シリコン膜形成後の、受光面拡散層６であるｎ−層のｎ型シリコン基板４表面のシート抵抗値を１００Ω／□以上２５０Ω／□未満であれば、さらに、裏面電極型太陽電池１の受光面側の再結合電流を低減することができ、裏面電極型太陽電池特性を向上させることができる。
次に、Ｓ３の熱処理を窒素雰囲気で行った後Ｓ４の熱処理を行った場合と、Ｓ３の熱処理を酸素を含む雰囲気で行った後Ｓ４の熱処理で行った場合の、酸化チタン膜８５のＸ線解析を行った。図９は、Ｘ線解析の結果である。（ａ）は、Ｓ３の熱処理を窒素雰囲気で行った場合、（ｂ）は、Ｓ３の熱処理を酸素を含む雰囲気で行った場合であり、（ａ）、（ｂ）とも、Ｓ３の熱処理温度は９２０℃であり、Ｓ４の酸化シリコン膜形成温度は９５０℃である。図９から、Ｓ３の熱処理を窒素雰囲気で行った場合、酸化チタン膜はアナタース型であり、Ｓ３の熱処理を酸素を含む雰囲気で行った場合、酸化チタン膜はルチル型である結果が得られた。
実施例１では、ｎ型シリコン基板について記載したが、ｐ型シリコン基板を用いることも可能である。その際、受光面拡散層が存在する場合はｐ型不純物を用いたｐ−層となり、反射防止膜はｐ型不純物が含まれた膜となり、他の構造はｎ型シリコン基板について記載した上記構造と同様である。
また、ｐ型シリコン基板を用いる場合は、より高い短絡電流を得るために、シリコン基板の導電型であるｐ型と異なる導電型であり、電極が形成されたｎ＋領域の合計面積のほうが、電極が形成されたｐ＋領域の合計面積よりも大きい。この場合、隣接するｐ＋領域は長さ方向に対し垂直方向に分離されていてもよい。その際、ｐ＋領域間はｎ＋領域が形成されている。また、ｎ＋領域が長さ方向に対し垂直方向に分離されている場合は、ｎ＋領域間にｐ＋領域が形成されている。
さらに、本発明の裏面電極型太陽電池の概念には、半導体基板の裏面となる面のみにｐ型用電極およびｎ型用電極の双方が形成された構成の裏面電極型太陽電池だけでなく、ＭＷＴ（Metal Wrap Through）型（半導体基板に設けられた貫通孔に電極の一部を配置した構成の太陽電池）などの構成の太陽電池も含まれる。
１ 裏面電極型太陽電池、２ ｎ型用電極、３ ｐ型用電極、４ ｎ型シリコン基板、５ 凹凸形状、６ 受光面拡散層、８ 第２裏面パッシベーション膜、９ ｎ＋領域、１０ ｐ＋領域、１１ 第１裏面パッシベーション膜、１２ 反射防止膜、１３ 受光面パッシベーション膜、１４ 裏面パッシベーション膜、２１ テクスチャマスク、２２ 拡散マスク、２３ 拡散マスク、２４ 酸化シリコン膜、２５ 拡散マスク、２７ 混合液、７１ ｐ＋領域、８１ サンプル、８２ ｎ型シリコン基板、８３ ｎ−層、８４ 酸化シリコン膜、８５ 酸化チタン膜、１０１ 裏面電極型太陽電池、１０２ ｎ型用金属コンタクト、１０３ ｐ型用金属コンタクト、１０４ ｎ型シリコンウェーハ、１０５ 凹凸形状、１０６ ｎ型前面側拡散領域、１０７ 反射防止コーティング、１０８ 誘電性パッシベーション層、１０９ 酸化物層、１１０ ｎ＋領域、１１１ ｐ＋領域。
Claims (8)
- シリコン基板の受光面とは反対側の面にｎ型用電極とｐ型用電極とを有する裏面電極型太陽電池の製造方法において、
前記シリコン基板の受光面に、前記シリコン基板の導電型と同じ導電型になる不純物を含む化合物、チタンアルコキシドおよびアルコールを少なくとも含む溶液を塗布し窒素雰囲気で熱処理することにより受光面拡散層と反射防止膜とを形成する工程と、
前記受光面拡散層と前記反射防止膜とを形成する工程の後に、前記シリコン基板の受光面に熱酸化処理により受光面パッシベーション膜として酸化シリコンを形成する工程とを有する裏面電極型太陽電池の製造方法。 - 前記受光面パッシベーション膜を形成する工程における熱処理温度は、８５０℃より高い温度である請求項１に記載の裏面電極型太陽電池の製造方法。
- 前記受光面パッシベーション膜を形成する工程において、前記シリコン基板の裏面に裏面パッシベーション膜が形成される請求項１または２のいずれかに記載の裏面電極型太陽電池の製造方法。
- 前記受光面拡散層のシート抵抗が、１００Ω／□以上２５０Ω／□未満である請求項１〜３のいずれかに記載の裏面電極型太陽電池の製造方法。
- 前記受光面拡散層と反射防止膜とを形成する工程と、前記受光面パッシベーション膜を形成する工程とを、一連の熱処理によって形成する請求項１〜４のいずれかに記載の裏面電極型太陽電池の製造方法。
- シリコン基板の受光面とは反対側の面にｎ型用電極とｐ型用電極とを有する裏面電極型太陽電池において、
前記シリコン基板の受光面側に形成された、前記シリコン基板の導電型と同じ導電型で不純物濃度が前記シリコン基板よりも高い濃度である受光面拡散層と、
前記受光面拡散層の受光面上に形成された受光面パッシベーション膜と、
前記受光面パッシベーション膜の受光面上に形成された、前記シリコン基板の導電型と同じ導電型の不純物を含む酸化チタンである反射防止膜とを有し、
前記受光面拡散層のシート抵抗が、１００Ω／□以上２５０Ω／□未満である裏面電極型太陽電池。 - 前記反射防止膜に含まれる不純物がｎ型不純物であり、前記ｎ型不純物はリン酸化物として１５ｗｔ％〜３５ｗｔ％含有する請求項７に記載の裏面電極型太陽電池。
- 前記受光面パッシベーション膜は、酸化シリコンである請求項６または７に記載の裏面電極型太陽電池。
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