JP2017017364A - 太陽電池及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】優れた効率を有し、かつ、簡単なる工程により製造され得る太陽電池及びその製造方法を提供すること。【解決手段】本発明の太陽電池の製造方法は、第１の導電型不純物を有する半導体基板の前面をドライエッチングによりテクスチャリング（ｔｅｘｔｕｒｉｎｇ）するステップと、前記半導体基板の前面にイオン注入法を利用してエミッタ層を形成するステップと、前記半導体基板の後面に後面パッシベーション膜を形成するステップと、前記エミッタ層に電気的に接続される第１の電極及び前記半導体基板の後面と部分的に接触する第２の電極を形成する電極形成ステップとを含むことを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、太陽電池及びその製造方法に関し、簡単なる製造方法により製造された太陽電池及びその製造方法に関する。

近年、石油や石炭のような従来のエネルギー資源の枯渇が予想されつつ、これらに代わる代替エネルギーに対する関心が高まりつつある。その中でも太陽電池は、太陽エネルギーを電気エネルギーに変換させる次世代電池として脚光を浴びている。

太陽電池では、光電変換効率を向上することが最も大きな課題であり、このために、様々な構造が提案されている。例えば、シリコン太陽電池では、半導体基板の表面をテクスチャリングする構造が提案されている。ところが、このような構造では、半導体基板の前面のみならず、後面までテクスチャリングされて、半導体基板の後面におけるパッシベーション特性が低下する恐れがある。これを防止するために、テクスチャリングされた後面を除去する工程を再度行うこともできるが、このようにすると、製造工程が複雑になる問題がある。

本発明は、上記のような従来技術の問題を解決するために提案されたものであって、その目的は、優れた効率を有し、かつ、簡単なる工程により製造され得る太陽電池及びその製造方法を提供することにある。

そこで、上記の目的を達成するための本発明に係る太陽電池の製造方法は、第１の導電型不純物を有する半導体基板の前面をドライエッチングによりテクスチャリング（ｔｅｘｔｕｒｉｎｇ）するステップと、前記半導体基板の前面にイオン注入法を利用してエミッタ層を形成するステップと、前記半導体基板の後面に後面パッシベーション膜を形成するステップと、前記エミッタ層に電気的に接続される第１の電極及び前記半導体基板の後面と部分的に接触する第２の電極を形成する電極形成ステップとを含む。

また、上記の目的を達成するための本発明に係る太陽電池は、第１の導電型不純物を有し、前面の表面粗さが後面の表面粗さより大きい半導体基板と、前記半導体基板の前面側に形成され、第２の導電型不純物を有するエミッタ層と、前記半導体基板の後面側に形成され、前記第１の導電型不純物を有する後面電界層と、前記半導体基板の前面をパッシベーションする前面パッシベーション膜と、前記半導体基板の後面をパッシベーションする後面パッシベーション膜と、前記エミッタ層と電気的に接続される第１の電極と、前記半導体基板の後面と部分的に電気的に接続される第２の電極とを備える。前記半導体基板の前面が１μｍ以下の表面粗さを有する。

本実施形態によれば、断面エッチング及び断面ドーピングを使用した簡単な方法により、半導体基板の前面はテクスチャリングによって相対的に高い表面粗さを有し、後面は相対的に表面粗さが低い平らな面を有するようにできる。これにより、前面で光の反射率を低くして光損失を低減し、後面ではパッシベーション特性を向上して太陽電池の効率を向上することができる。

すなわち、本実施形態によれば、効率の高い太陽電池を簡単な工程により形成でき、効率及び生産性を共に向上することができる。

本発明の第１の実施形態に係る太陽電池を示した斜視図である。 図１のII−II線に沿って切り取った断面図である。 本発明の第１の実施形態に係る太陽電池の製造方法を示した断面図である。 本発明の第１の実施形態に係る太陽電池の製造方法を示した断面図である。 本発明の第１の実施形態に係る太陽電池の製造方法を示した断面図である。 本発明の第１の実施形態に係る太陽電池の製造方法を示した断面図である。 本発明の第１の実施形態に係る太陽電池の製造方法を示した断面図である。 本発明の第１の実施形態に係る太陽電池の製造方法を示した断面図である。 本発明の第１の実施形態に係る太陽電池の製造方法を示した断面図である。

以下では、添付した図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。しかし、本発明がこのような実施形態に限定されるものではなく、様々な形態に変形され得ることはもちろんである。

図面では、本発明を明確かつ簡略に説明するために、説明と関係ない部分の図示を省略し、明細書の全体を介して同一または極めて類似した部分に対しては、同じ図面参照符号を使用する。そして、図面では、説明をさらに明確にするために、厚さ、広さなどを拡大または縮小して図示したが、本発明の厚さ、広さなどは、図面に示されたものに限定されない。

そして、明細書の全体において、ある部分が他の部分を「含む」とするとき、特に反する記載がない限り、他の部分を排除するものではなく、他の部分をさらに含むことができる。また、膜、領域、板などの部分が他の部分の「上に」あるとき、これは、他の部分の「真上に」ある場合のみならず、その中間に他の部分が位置する場合も含む。膜、領域、板などの部分が他の部分の「真上に」あるときは、中間に他の部分が位置しないことを意味する。

図１は、本発明の第１の実施形態に係る太陽電池を示した斜視図であり、図２は、図１のII−II線に沿って切り取った断面図である。

図１及び図２に示すように、本実施形態に係る太陽電池１００は、半導体基板１０、半導体基板１０の第１の面（以下、「前面」）側に位置するエミッタ層２０、半導体基板１０の第２の面（以下、「後面」）側に位置する後面電界層３０、半導体基板１０の前面に形成される第１のパッシベーション膜（または前面パッシベーション膜）２１、反射防止膜２２及び第１の電極２４、半導体基板１０の後面１４に位置する第２のパッシベーション膜（または後面パッシベーション膜）３２、及び第２の電極３４を備えることができる。これをより詳しく説明すれば、次のとおりである。

半導体基板１０は、様々な半導体物質を含むことができるが、例えば、第１の導電型不純物を含むシリコンを含むことができる。シリコンとしては、単結晶シリコンまたは多結晶シリコンが使用され得る。

このとき、第１の導電型がｐ型の場合は、半導体基板１０がボロン（Ｂ）、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）などのｐ型不純物を有することができる。または、第１の導電型がｎ型の場合は、半導体基板１０がリン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）、ビズマス（Ｂｉ）、アンチモン（Ｓｂ）などのｎ型不純物を有することができる。

本実施形態において、半導体基板１０は、前面（表面）１２のみにテクスチャリング（ｔｅｘｔｕｒｉｎｇ）を施し、前面１２のみに凹凸が形成され得る。半導体基板１０の後面（裏面）１４は、鏡面研磨（ｍｉｒｒｏｒ ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）により相対的に平らなかつ滑らかな面で形成され得る。これにより、半導体基板１０の前面１２の表面粗さが半導体基板１０の後面１４の表面粗さより大きいことがある。

半導体基板１０の前面１２に形成された凹凸により前面１２が相対的に高い表面粗さを有すれば、半導体基板１０の前面などを介して入射される光の反射率を下げることができる。したがって、半導体基板１０とエミッタ層２０との界面に形成されたｐｎ接合まで到達する光量を増加させることができ、光損失を最小化することができる。また、半導体基板１０の後面１４は、相対的に低い表面粗さを有し、表面積を最小化してパッシベーション特性を向上させることができる。

すなわち、半導体基板１０の前面１２のみに凹凸を形成し、半導体基板１０の後面１４を滑らかに形成して太陽電池の効率及び特性を向上することができる。

例えば、半導体基板１０の前面１２は、略１μｍ以下（例えば、３００〜６００ｎｍ）の表面粗さを有することができる。このような表面粗さは、ドライエッチングの一種である反応性イオンエッチングを利用して断面エッチングをする場合の表面粗さで、従来の両面エッチングであるウェットエッチングによる表面粗さ（略２０〜３０μｍ）に比べて非常に低い水準であることが分かる。このように、本実施形態では、断面エッチングにより従来より低い水準の表面粗さを有する前面１２が均一に形成されることで、製造工程を単純化することができるが、これについては、後述する。

そして、半導体基板１０の後面１４は、鏡面研磨により１００ｎｍ以下（例えば、１０〜１００ｎｍ）の表面粗さを有することができる。このように、半導体基板１０の後面１４は、平らにかつ滑らかに形成されてパッシベーション特性を向上することができる。
半導体基板１０の前面１２側には、第２の導電型不純物を有するエミッタ層２０が形成され得る。本実施形態においてエミッタ層２０は、断面ドーピングにより形成されるが、これについては、後述する。

このとき、第２の導電型がｎ型の場合は、エミッタ層２０がリン、ヒ素、ビズマス、アンチモンなどのｎ型不純物を有することができる。または、第２の導電型がｐ型の場合は、エミッタ層２０がボロン、アルミニウム、ガリウムなどのｐ型不純物を有することができる。

本実施形態においてエミッタ層２０は、第１の電極２４が形成されていない部分で第１のパッシベーション膜２２に接触形成される第１の部分２０ａと、第１の電極２４と接触形成され、第１の部分２０ａより低い抵抗を有する第２の部分２０ｂとを備えることができる。例えば、第１の部分２０ａは、５０〜１００Ω／□の抵抗を有することができ、第２の部分２０ｂは、１０〜３０Ω／□の抵抗を有することができる。しかし、本発明はこれに限定されるものではなく、第２の部分２０ｂが第１の部分２０ａより低い抵抗を有すれば十分である。

このように、本実施形態では、光が入射される第１の電極２４が存在しない第１の部分２０ａでは、浅いエミッタ（ｓｈａｌｌｏｗ ｅｍｉｔｔｅｒ）を実現することにより、太陽電池１００の効率を向上することができる。これと共に、第１の電極２４と接触する第２の部分２０ｂでは、ドーピング濃度を高めて前面電極２４との接触抵抗を低減させることができる。すなわち、本実施形態のエミッタ層２０は、選択的エミッタ（ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ ｅｍｉｔｔｅｒ）構造を有して太陽電池の効率を最大化することができる。
半導体基板１０の前面において、エミッタ層２０の上に第１のパッシベーション膜２１、反射防止膜２２、及び第１の電極２４が形成される。

第１のパッシベーション膜２１及び反射防止膜２２を、第１の電極２４が形成された部分を除いて、実質的に半導体基板１０の前面全体に形成することができる。第１のパッシベーション膜２１は、エミッタ層２０の表面またはバルク内に存在する欠陥を不動化させる。これにより、少数キャリアの再結合サイトを除去して太陽電池１００の開放電圧（Ｖｏｃ）を増加させることができる。このように、第１のパッシベーション膜２１により太陽電池１００の開放電圧と短絡電流とを増加させて太陽電池１００の変換効率を向上することができる。

反射防止膜２２は、半導体基板１０の前面１２を介して入射される光の反射率を減少させる。これにより、半導体基板１０とエミッタ層２０との界面に形成されたｐｎ接合まで到達される光量を増加させることができる。これにより、太陽電池１００の短絡電流（Ｉｓｃ）を増加させることができる。

このような第１のパッシベーション膜２１は、様々な物質で形成されることができる。本実施形態では、第１のパッシベーション膜２１がエミッタ層２０に含まれた第２の導電型不純物の導電型によりパッシベーション特性を最大化できる物質を含むことができる。例えば、エミッタ層２０がｎ型不純物を含む場合は、第１のパッシベーション膜２１がシリコン酸化物を含むことができ、エミッタ層２０がｐ型不純物を含む場合は、第１のパッシベーション膜２１がアルミニウム酸化物を含むことができる。

そして、反射防止膜２２は、反射を防止できる様々な物質を含むことができる。例えば、反射防止膜２２は、シリコン窒化膜を含むことができる。しかし、本発明はこれに限定されるものではなく、反射防止膜２２が様々な物質を有することができることはもちろんである。すなわち、反射防止膜２２がシリコン窒化膜、水素を含むシリコン窒化膜、シリコン酸化膜、シリコン酸化窒化膜、ＭｇＦ₂、ＺｎＳ、ＴｉＯ₂、ＣｅＯ₂などからなる群より選ばれたいずれか１つの単一膜または２つ以上の膜が組み合わせられた多層膜構造を有することができる。

また、第１のパッシベーション膜２１及び反射防止膜２２の代わりに、第１のパッシベーション膜２１と反射防止膜２２との機能を共に行う１つの膜を形成することもできる。そして、第１のパッシベーション膜２１を備えないか、反射防止膜２２を備えないなど、様々に変形が可能である。

そして、第１のパッシベーション膜２１及び反射防止膜２２を貫通してエミッタ層２０に電気的に接続される第１の電極２４は、シェーディング損失（ｓｈａｄｉｎｇ ｌｏｓｓ）、接触抵抗などを最小化できる構造及び物質で形成されることができる。

例えば、エミッタ層２０がｎ型不純物を有する場合は、第１の電極２４が銀（Ａｇ）を含むことができる。エミッタ層２０がｐ型不純物を有する場合は、第１の電極２４が、半導体基板１０の前面１２に接触形成される銀（Ａｇ）層及びこの銀層に積層されるアルミニウム（Ａｌ）層を含むことができる。これにより、エミッタ層２０と第１の電極２４との接触抵抗を最小化することができる。

そして、第１の電極２４は、例えば、グリッド（ｇｒｉｄ）形状を有することができる。第１の電極２４は、十分に低い抵抗のために、約２０μｍ以上（例えば、２０〜４０μｍ）の厚さを有することができ、シェーディング損失を最小化するために、約６０μｍ以下（例えば、３０〜６０μｍ）の幅を有することができる。

しかし、本発明は、これに限定されるものではなく、第１の電極２４が銅、錫、亜鉛、インジウム、チタニウム、金、透明伝導性物質、またはこれらの組み合わせなど、様々な物質からなることができる。また、第１の電極２４が様々な厚さ及び幅を有することができることはもちろんである。

半導体基板１０の後面１４側には、半導体基板１０より高いドーピング濃度で第１の導電型不純物を含む後面電界層３０が形成される。後面電界層３０は、電子と正孔の後面再結合を最小化して、太陽電池の効率向上に寄与することができる。

これと共に、半導体基板１０の後面１４には、後面電界層３０の上にパッシベーション膜３２と第２の電極３４とが形成され得る。

本実施形態では、第２のパッシベーション膜３２が第１の導電型不純物の導電型によりパッシベーション特性を最大化できる物質を含むことができる。

例えば、後面電界層３０がｐ型不純物を含む場合は、第２のパッシベーション膜３２が、図２の点線の円に示すように、半導体基板１０の後面１４に接触形成されるｐ型酸化膜３２ａと、このｐ型酸化膜３２ａの上にこれと接触形成されるシリコン酸化膜３２ｂとを備えることができる。

ｐ型酸化膜３２ａは、アルミニウム酸化物、希土類酸化物（例えば、イットリウム酸化物）、及びジルコニウム酸化物からなる群より選ばれた物質を少なくとも１つ含むことができる。アルミニウム酸化物は、負電荷（ｎｅｇａｔｉｖｅ ｃｈａｒｇｅ）を有し、ｐ型の後面電界層３０をパッシベーションするのに最も適している。そして、希土類酸化物及びジルコニウム酸化物は、太陽光の中で、長波長を短波長に変換させて太陽電池１００で使用できるようにするアップコンバージョン（ｕｐ−ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ）特性を有し、太陽電池１００の特性を向上することができる。例えば、イットリウム酸化物は、９８０ｎｍで励起されて５５０ｎｍの光子を高いエネルギーで放出し、ジルコニウム酸化物は、９８０ｎｍで励起されて５５０ｎｍ、６６０ｎｍ、６７５ｎｍの光子を高いエネルギーで放出することができる。また、アルミニウム酸化物、ジルコニウム酸化物、及び希土類酸化物は、高い透過度を有し、第２の電極３４とともに高い反射率を有する後面反射体として機能することができる。

また、ｐ型酸化膜３２ａは、自らｐ型不純物自体を含んでいるので、ｐ型酸化膜３２ａ内のｐ型不純物が拡散されてｐ型の後面電界層３０を形成することができる。本実施形態では、第２の電極３４と後面電界層３０とが部分的に電気的に接続されるように（例えば、点接触（ｐｏｉｎｔ ｃｏｎｔａｃｔ）するように）、後面電界層３０を全般に形成することができ、局部的な構造の後面電界層３０に比べて抵抗を減らすことができる。これについては、後で詳細に説明する。

ｐ型酸化膜３２ａの上に形成されるシリコン酸化膜３２ｂは、半導体基板１０の後面１４でパッシベーション特性をより向上する役割をする。しかし、本発明はこれに限定されるものではなく、シリコン酸化膜３２ｂなしでｐ型酸化膜３２ａのみを含むこともできる。この場合には、製造工程を単純化することができる。

例えば、ｐ型酸化膜３２ａは、約１０〜１００ｎｍの厚さを有し、シリコン酸化膜３２ｂは、約１０〜２００ｎｍの厚さを有することができる。しかし、本発明はこれに限定されるものではなく、様々な厚さを有することができることはもちろんである。

あるいは、後面電界層３０がｎ型不純物を含む場合は、第２のパッシベーション膜３２がシリコン窒化膜、水素を含むシリコン窒化膜、シリコン酸化膜、シリコン酸化窒化膜、ＭｇＦ₂、ＺｎＳ、ＴｉＯ₂、及びＣｅＯ₂からなる群より選ばれたいずれか１つの単一膜または２つ以上の膜が組み合わせられた多層膜構造を有することができる。例えば、第２のパッシベーション膜３２は、シリコン窒化膜とシリコン酸化膜とが積層された構造を有することができる。

そして、第２のパッシベーション膜３２を貫通して後面電界層３０に電気的に接続される第２の電極３４は、パッシベーション損失、接触抵抗などを最小化できる構造及び物質で形成されることができる。

例えば、後面電界層３０がｐ型不純物を有する場合は、第２の電極３４がアルミニウムを含むことができる。後面電界層３０がｎ型不純物を有する場合は、第２の電極３４が半導体基板１０の後面１４に接触形成される銀（Ａｇ）層及びこれに積層されるアルミニウム（Ａｌ）層を含むことができる。これにより、後面電界層３０と第２の電極３４との接触抵抗を最小化することができる。

このような第２の電極３４は、第２のパッシベーション膜３２と共に後面反射体として機能することができる。すなわち、第２の電極３４を構成するアルミニウムが後面反射体として機能することができる。また、第２の電極３４を形成するために焼成するとき、アルミニウムが半導体基板１０の後面１４に拡散して後面電界層３０を形成することができる。これについては、後で詳細に説明する。

このような第２の電極３４は、第２のパッシベーション膜３２を貫通して半導体基板１０の後面電界層３０と点接触する第１の部分３４ａと、この第１の部分３４ａに接続され、第２のパッシベーション膜３２の上の全般に形成される第２の部分３４ｂとを備えることができる。これにより、第１の部分３４ａにより後面電界層３０と電気的に接続され、第１の部分３４ａを除外した部分に形成された第２のパッシベーション膜３２によってパッシベーション特性を向上することができる。そして、第２のパッシベーション膜３２の上の全般に形成された第２の部分３４ｂにより後面反射を増加させて光利用率を高めることができる。

すなわち、このように、本実施形態では、半導体基板１０の前面１２のみテクスチャリングされた構造を有する太陽電池１００において、第１のパッシベーション膜及び第２のパッシベーション膜２１、３２及び反射防止膜２２と、第１の電極及び第２の電極３２、３４との物質及び構造などを最適化して太陽電池１００の効率を向上することができる。すなわち、第１のパッシベーション膜及び第２のパッシベーション膜２１、３２及び反射防止膜２２では、エミッタ層２０及び後面電界層３０に適した物質を有するようにし、第１の電極３２は、シェーディング損失及びオーミック損失（ｏｈｍｉｃ ｌｏｓｓ）を考慮した構造及び物質を有するようにし、第２の電極３４は、パッシベーション損失（ｐａｓｓｉｖａｔｉｏｎ ｌｏｓｓ）、オーミック損失、反射率などを考慮した構造及び物質を有するようにした。太陽電池１００では、効率を向上することが最も大きい課題であるが、本実施形態では、太陽電池１００の効率を向上することができる。

前述した構造の太陽電池１００では、半導体基板１０とエミッタ層２０とによりｐｎ接合（ｊｕｎｃｔｉｏｎ）が形成される。このようなｐｎ接合に光が照射されると、光電効果により生成された電子（または正孔）が半導体基板１０の後面側に移動して第２の電極３４により収集され、正孔（または電子）が半導体基板１０の前面側に移動して第１の電極２４により収集される。これにより、電気エネルギーが発生する。

以下、図３Ａ〜図３Ｇを参照して本発明の第１の実施形態に係る太陽電池１００の製造方法を詳細に説明する。前述した内容については詳細な説明を省略し、説明していない部分についてのみ詳細に説明する。

図３Ａ〜図３Ｇは、本発明の第１の実施形態に係る太陽電池の製造方法を示した断面図である。

図３Ａに示すように、半導体基板１０の前面（表面）１２及び後面（裏面）１４を鏡面研磨して表面を平坦化し、内部に発生した損傷を除去する。

さらに具体的に説明すれば、半導体基板１０は、半導体インゴット（ｉｎｇｏｔ）を切削（スライス）して製造され得るが、この過程において、半導体基板１０の前面１２及び後面１４に切削損傷（ｓａｗ ｄａｍａｇｅ）が生じ得る。このような切削損傷を除去するために、半導体基板１０の前面１２及び後面１４をエッチングするものである。このような鏡面研磨のためのエッチングは、ウェットアルカリ溶液（例えば、高濃度の水酸化カリウム（ＫＯＨ）溶液）を用いて行われ得る。このように、ウェットエッチングを利用すれば、工程時間を短縮することができる。

このような鏡面研磨により半導体基板１０の前面及び後面１４は、１００ｎｍ以下（例えば、１０〜１００ｎｍ）の表面粗さを有することができる。

また、図３Ｂに示すように、半導体基板１０の前面１２を断面エッチングする。より具体的には、半導体基板１０の前面１２が後面１４より大きい表面粗さを有するように、半導体基板１０の前面１２のみをテクスチャリングする。本実施形態では、断面エッチングのために、例えば、反応性イオンエッチング（ｒｅａｃｔｉｖｅ ｉｏｎ ｅｔｃｈｉｎｇ、ＲＩＥ）をすることができる。

反応性イオンエッチング法は、エッチングガス（例えば、Ｃｌ₂、ＳＦ₆、ＮＦ₃、ＨＢｒ等）を供給した後、プラズマを発生させてエッチングするドライエッチング法である。このような反応性イオンエッチング法は、結晶方向に関係なく、半導体基板１０の表面に均一な凹凸を形成することができ、従来のウェットエッチング方式に比べて除去される基板厚さが小さくなる。これにより、半導体基板１０の前面１２は、略１μｍ（例えば、３００〜６００ｎｍ）の表面粗さを有することができる。

このように、本実施形態では、断面エッチングをして半導体基板１０の前面１２における反射率を下げる一方、半導体基板１０の後面１４は、表面積を最小化してパッシベーション特性を向上することができる。

実施形態によっては、断面エッチング後、断面エッチングで生じた損傷などを除去するための追加エッチング（例えば、ウェットエッチング）などをさらに行うこともできる。しかし、このような追加エッチングは、選択的なものであるため、省略することもできる。

次に、図３Ｃに示すように、半導体基板１０の前面１２側を断面ドーピングして第２の導電型不純物を有するエミッタ層２０を形成する。断面ドーピングとしては、イオン注入法、プラズマドーピング法、スピンオンドーピング法、またはスプレードーピング法などが利用され得るが、例えば、イオン注入法が利用され得る。そして、マスクを使用するか、またはドーピング工程を２回以上繰り返して第２の部分２０ａに一層多量の不純物を注入することにより、エミッタ層２０が選択的なエミッタ構造を有するようにすることができる。

ドーピング後は、半導体基板１０を加熱して第２の導電型不純物が活性化されるようにする。一般に、第２の導電型不純物を半導体基板１０に注入するようになると、注入された第２の導電型不純物は、格子位置でない位置に位置して活性化されていない。このような状態の半導体基板１０を加熱すれば、第２の導電型不純物が格子位置に移動して活性化される。

前述したように、エミッタ層２０がｎ型の場合は、リン、ヒ素、ビズマス、アンチモンなどのｎ型不純物を半導体基板１０の前面１２側に断面ドーピングすることができる。または、エミッタ層２０がｐ型の場合は、エミッタ層２０がボロン、アルミニウム、ガリウムなどのｐ型不純物を半導体基板１０の前面１２側に断面ドーピングすることができる。

従来は、半導体基板１０の前面１２のみにテクスチャリングによる凹凸及びエミッタ層２０を有し、後面１４には凹凸及びエミッタ層２０を備えない構造を次のとおりに形成した。半導体基板１０の前面１２及び後面１４をテクスチャリングのためのウェットエッチング（すなわち、両面エッチング）をした後、熱拡散などによるドーピング（すなわち、両面ドーピング）により半導体基板１０の前面１２及び後面１４を含む全体表面にエミッタ層２０を形成する。その後、半導体基板１０の前面１２に反射防止膜２２などを形成した後、再度半導体基板１０をエッチングすれば、半導体基板１０の前面１２は反射防止膜２２によりエッチングされず、半導体基板１０の後面１４のみがエッチングされて、後面１４の凹凸及びエミッタ層２０が除去される。すなわち、従来は、両面エッチング及び両面ドーピングを利用して後面１４の凹凸及びエミッタ層２０を除去する工程が追加された。これにより、複雑な工程によって前述した構造を形成していた。

それに対し、本実施形態によれば、断面エッチング及び断面ドーピングを利用して簡単な方法により半導体基板１０の前面１２のみにテクスチャリングによる凹凸及びエミッタ層２０を有する構造を形成することができる。

次いで、図３Ｄに示すように、半導体基板１０の前面１２に第１のパッシベーション膜２１及び反射防止膜２２を形成する。このような第１のパッシベーション膜２１及び反射防止膜２２は、真空蒸着法、化学気相蒸着法、スピンコート、スクリーン印刷、またはスプレーコートなどのような様々な方法により形成されることができる。

前述したように、例えば、エミッタ層２０がｎ型不純物を含む場合は、第１のパッシベーション膜２１がシリコン酸化物を含み、エミッタ層２０がｐ型不純物を含む場合は、第１のパッシベーション膜２１がアルミニウム酸化物を含むことができる。そして、例えば、反射防止膜２２は、シリコン窒化膜、水素を含むシリコン窒化膜、シリコン酸化膜、シリコン酸化窒化膜、ＭｇＦ₂、ＺｎＳ、ＴｉＯ₂、ＣｅＯ₂などを含むことができる。このとき、第１のパッシベーション膜２１及び反射防止膜２２の代わりに、第１のパッシベーション膜２１と反射防止膜２２との機能を共に行う１つの膜を形成し、又は第１のパッシベーション膜２１を備えないか、反射防止膜２２を備えないなど、様々に変形が可能である。

続いて、図３Ｅに示すように、半導体基板１０の後面１４に第２のパッシベーション膜３２を形成する。このような第２のパッシベーション膜３２は、真空蒸着法、化学気相蒸着法、スピンコート、スクリーン印刷、またはスプレーコートなどのような様々な方法により形成されることができる。

前述したように、後面電界層３０がｐ型不純物を含む場合は、第２のパッシベーション膜３２が、図２の点線の円に示すように、アルミニウム酸化物、希土類酸化物（例えば、イットリウム酸化物）、及びジルコニウム酸化物などを含むｐ型酸化膜３２ａとシリコン酸化膜３２ｂとを備えることができる。または、後面電界層３０がｎ型不純物を含む場合は、第２のパッシベーション膜３２が、シリコン窒化膜、水素を含むシリコン窒化膜、シリコン酸化膜、シリコン酸化窒化膜、ＭｇＦ₂、ＺｎＳ、ＴｉＯ₂、及びＣｅＯ₂などを含むことができる。例えば、第２のパッシベーション膜３２がシリコン窒化膜とシリコン酸化膜とが積層された構造を有することができる。

また、図３Ｆに示すように、半導体基板１０の後面１４に第２の電極層３４０を形成する。このような第２の電極層３４０は、第２のパッシベーション膜３２を貫通して半導体基板１０の後面と点接触する第１の部分３４０ａと、この第１の部分３４０ａに接続され、第２のパッシベーション膜３２の上の全般に形成される第２の部分３４０ｂとを備えることができる。

このような構造を有する第２の電極層３４０を形成する方法は、次のとおりである。
半導体基板１０の後面１４にレーザーを照射して第１の部分３４０ａが形成される部分で第２のパッシベーション膜３２に貫通孔を形成する。その後、第２のパッシベーション膜３２の上に第２の電極層３４０をメッキ、蒸着、スクリーン印刷などの方法により形成することができる。

あるいは、半導体基板１０の後面に第２の電極層３４０をメッキ、蒸着、スクリーン印刷などにより全般に形成する。そして、第１の部分３４０ａを形成する部分にレーザーを照射すれば、半導体基板１０、第２のパッシベーション膜３２、及び第２の電極層３４０が共に溶融されて混合され、第１の部分３４０ａが形成され得る。このような方法をレーザー焼成コンタクト（ｌａｓｅｒ ｆｉｒｉｎｇ ｃｏｎｔａｃｔ）とも呼ぶ。このとき、レーザーの種類、波長、強度などは、第２のパッシベーション膜３２及び第２の電極層３４０の物質、厚さなどによって変わることができる。

前述したように、後面電界層３０がｐ型不純物を有する場合は、第２の電極３４がアルミニウムを含むことができる。後面電界層３０がｎ型不純物を有する場合は、第２の電極３４が互いに積層される銀（Ａｇ）層及びアルミニウム（Ａｌ）層を含むことができる。

次に、図３Ｇに示すように、半導体基板１０の前面１２で反射防止膜２２の上に第１の電極層２４０を形成する。このような第１の電極層２４０は、金属（例えば、銀）とともに、ガラスフリット、バインダー、溶媒などを含むペーストを印刷法などで塗布して形成され得る。

続いて、前面及び後面電極層（図３Ｇの参照符号２４０、３４０、以下、同じである）を共に焼成して図１及び図２に示すように、第１の電極及び第２の電極２４、３４を有する太陽電池１００を形成する。すなわち、半導体基板１０を適切な温度（例えば、６００〜９００℃）で熱処理する。

すると、ファイヤースルー（ｆｉｒｅ ｔｈｒｏｕｇｈ）により第１の電極層２４０が第１のパッシベーション膜２１及び反射防止膜２２を貫通しつつ焼成され、第１の電極２４がエミッタ層２０と接触して形成される。そして、第２の電極層３４０の焼成により第２の電極３４が形成される。

そして、半導体基板１０がｐ型不純物を有する場合は、第２の電極層３４０に含まれたアルミニウムなどが半導体基板１０の後面１４に拡散されて、隣接した部分に後面電界層３０を形成する。このとき、前述したように、第２のパッシベーション膜３２に含まれたｐ型不純物が半導体基板１０の後面１４に拡散されて、半導体基板１０の後面１４の全般に後面電界層３０が形成され得る。すなわち、第２の電極３４を半導体基板１０の後面１４と点接触して第２のパッシベーション膜３４の面積を最大化する一方、後面電界層３０は、半導体基板１０の後面１４の全般に形成され得る。したがって、パッシベーション特性の低下なく半導体基板１０の後面１４における直列抵抗を減少させることができる。

一方、半導体基板１０がｎ型不純物を有する場合は、第２のパッシベーション膜３２を形成する工程前に、ｎ型不純物を注入して後面電界層３０を形成する工程を追加することもできる。これにより、第２の電極３４が半導体基板１０の後面１４と点接触する一方、後面電界層３０は、半導体基板１０の後面１４の全般に形成され得るようにすることができる。

上述した製造方法は、本発明の一例として提示したものであり、第１のパッシベーション膜及び第２のパッシベーション膜２１、３２、反射防止膜２２、第１の電極層２４０、３４０を形成する順序などは、自由に変形され得ることはもちろんである。

上述したことによる特徴、構造、効果などは、本発明の少なくとも１つの実施形態に含まれ、必ず、１つの実施形態のみに限定されるものではない。さらには、各実施形態において例示された特徴、構造、効果などは、実施形態が属する分野の通常の知識を有した者によって他の実施形態に対しても組み合わせまたは変形されて実施可能である。したがって、このような組み合わせと変形とに関係した内容は、本発明の範囲に含まれるものと解釈されるべきであろう。

１００ 太陽電池
１０ 半導体基板
２０ エミッタ層
３０ 後面電界層
２１ 第１のパッシベーション膜
２２ 反射防止膜
３２ 第２のパッシベーション膜
２４ 第１の電極
３４ 第２の電極

Claims (20)

1. 第１の導電型不純物を有する半導体基板の前面をドライエッチングによりテクスチャリングするステップと、
   前記半導体基板の前面にイオン注入法を利用して第２の導電型不純物を注入してエミッタ層を形成するステップと、
   前記半導体基板の後面に後面パッシベーション膜を形成するステップと、
   前記エミッタ層に電気的に接続される第１の電極及び前記半導体基板の後面と部分的に接触する第２の電極を形成する電極形成ステップと、
   を含むことを特徴とする太陽電池の製造方法。
2. 前記テクスチャリングするステップにおいて、前記ドライエッチングが反応性イオンエッチングによりなされることを特徴とする、請求項１に記載の太陽電池の製造方法。
3. 前記半導体基板の前面が、前記テクスチャリングするステップにより１μｍ以下の表面粗さを有することを特徴とする、請求項１に記載の太陽電池の製造方法。
4. 前記半導体基板の前面が、前記テクスチャリングするステップにより３００〜６００ｎｍの表面粗さを有することを特徴とする、請求項３に記載の太陽電池の製造方法。
5. 前記テクスチャリングするステップの前に、前記半導体基板の前面及び後面を鏡面研磨するステップをさらに含み、
   前記テクスチャリングするステップの後に、前記半導体基板の前記後面より前記前面がさらに大きい表面粗さを有することを特徴とする、請求項３に記載の太陽電池の製造方法。
6. 前記半導体基板の後面が、前記鏡面研磨により１００ｎｍ以下の表面粗さを有することを特徴とする、請求項５に記載の太陽電池の製造方法。
7. 前記第１の導電型不純物がｐ型であり、前記第２の導電型不純物がｎ型であり、
   前記後面パッシベーション膜を形成するステップにおいて、前記後面パッシベーション膜はｐ型酸化膜を含むことを特徴とする、請求項１に記載の太陽電池の製造方法。
8. 前記ｐ型酸化膜は、希土類酸化物、アルミニウム酸化物、及びジルコニウム酸化物からなる群より選ばれた物質を少なくとも１つ含むことを特徴とする、請求項７に記載の太陽電池の製造方法。
9. 前記エミッタ層を形成するステップの後に、前記半導体基板の前記前面に前面パッシベーション膜を形成するステップをさらに含み、
   前記前面パッシベーション膜を形成するステップにおいて、前記前面パッシベーション膜は、シリコン酸化膜を含むことを特徴とする、請求項６に記載の太陽電池の製造方法。
10. 前記第１の導電型不純物がｎ型であり、前記第２の導電型不純物がｐ型であり、
    前記後面パッシベーション膜を形成するステップにおいて、前記後面パッシベーション膜は、シリコン窒化膜と、前記シリコン窒化膜の上に形成されたシリコン酸化膜とを含むことを特徴とする、請求項１に記載の太陽電池の製造方法。
11. 前記前面パッシベーション膜を形成するステップにおいて、前記前面パッシベーション膜は、アルミニウム酸化膜を含むことを特徴とする、請求項１０に記載の太陽電池の製造方法。
12. 前記エミッタ層を形成するステップの後に、前記半導体基板の前記前面に前面パッシベーション膜を形成するステップをさらに含み、
    前記電極形成ステップでは、
    前記後面パッシベーション膜の上に第２の電極膜を形成するステップと、
    前記第２の電極膜をレーザー焼成コンタクトにより前記半導体基板と電気的に接続するステップと、
    前記前面パッシベーション膜の上に第１の電極膜を形成するステップと、
    前記第１の電極膜及び前記第２の電極膜を同時に焼成するステップと、
    を含むことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池の製造方法。
13. 前記第２の電極は、前記半導体基板と点接触することを特徴とする、請求項１２に記載の太陽電池の製造方法。
14. 前記焼成するステップにおいて、前記後面パッシベーション膜及び前記第２の電極のうち、少なくともいずれか１つを構成する物質が前記半導体基板内に拡散されて後面電界層を形成することを特徴とする、請求項１２に記載の太陽電池の製造方法。
15. 第１の導電型不純物を有し、前面の表面粗さが後面の表面粗さより大きい半導体基板と、
    前記半導体基板の前面側に形成され、第２の導電型不純物を有するエミッタ層と、
    前記半導体基板の後面側に形成され、前記第１の導電型不純物を有する後面電界層と、
    前記半導体基板の前面をパッシベーションする前面パッシベーション膜と、
    前記半導体基板の後面をパッシベーションする後面パッシベーション膜と、
    前記エミッタ層と電気的に接続される第１の電極と、
    前記半導体基板の後面と部分的に接触する第２の電極と、
    を備え、
    前記半導体基板の前面が１μｍ以下の表面粗さを有することを特徴とする太陽電池。
16. 前記半導体基板の前面が３００〜６００ｎｍの表面粗さを有することを特徴とする、請求項１５に記載の太陽電池。
17. 前記半導体基板の後面が１００ｎｍ以下の表面粗さを有することを特徴とする、請求項１５に記載の太陽電池。
18. 前記第１の導電型不純物がｐ型であり、前記後面パッシベーション膜は、ｐ型酸化膜を含むことを特徴とする、請求項１５に記載の太陽電池。
19. 前記ｐ型酸化膜は、希土類酸化物、アルミニウム酸化物、及びジルコニウム酸化物からなる群より選ばれた物質を少なくとも１つ含むことを特徴とする、請求項１８に記載の太陽電池。
20. 前記後面電界層は、前記後面パッシベーション膜の上の全面に形成され、
    前記第２の電極は、前記後面パッシベーション膜を貫通して前記後面電界層に点接触することを特徴とする、請求項１５に記載の太陽電池。

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