JP2007019259A

JP2007019259A - 太陽電池およびその製造方法

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Publication number: JP2007019259A
Application number: JP2005198974A
Authority: JP
Inventors: Naoki Asano; 直城浅野
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2005-07-07
Filing date: 2005-07-07
Publication date: 2007-01-25

Abstract

【課題】太陽電池のドーピング領域の再結合速度を低減して光生成キャリアの再結合損失を抑制し、高性能を実現する太陽電池の製造方法を提供する。
【解決手段】半導体基板に対しドーパントを熱拡散させて高濃度ドーピング領域を形成する熱拡散工程と、酸素含有雰囲気とした加熱炉において該高濃度ドーピング領域の表面に酸化膜を形成する酸化処理工程と、該酸化膜を除去し、該高濃度ドーピング領域の表面ドーパント濃度が低下させられたドーピング領域を形成する酸化膜除去工程とを含む太陽電池の製造方法である。
【選択図】図１

Description

本発明は、光を電気に変換する太陽電池およびその製造方法に関し、特に低コスト化および高効率化が求められている住宅用の太陽電池セルとして有用である太陽電池およびその製造方法に関する。

太陽光エネルギーを直接電気エネルギーに変換する太陽電池に対しては、近年、特に地球環境問題の観点から、次世代のエネルギー源としての期待が急激に高まっている。太陽電池用の材料としては化合物半導体や有機材料などが利用されてきたが、現在はシリコン結晶が主流となっている。現在最も多く生産、販売されている太陽電池では、太陽光を受ける受光面にはｎ電極が、受光面の反対面である裏面にはｐ電極が設けられている。受光面側に設けられたｎ電極は、光電変換により得られた電流の取り出しのために必要不可欠であるが、ｎ電極が形成された部位の基板には該ｎ電極による遮蔽によって太陽光が入射しないため、電極面積が大きいと変換効率が低下する。受光面側の電極によるこのような変換効率の損失をシャドウロスという。

受光面に電極がない裏面電極型太陽電池においては、電極によるシャドウロスがなく、入射する太陽光をほぼ１００％太陽電池に取り込むことができるため、原理的に高変換効率が実現可能である。図３は、従来技術に係る裏面ポイントコンタクト型の太陽電池の構造を示す概略断面図である。従来においては、図３に示すような、集光型に適した裏面ポイントコンタクト型の太陽電池が提案されている（たとえば特許文献１参照）。

図３に示す太陽電池においては、半導体基板１０の裏面に高濃度ｐドーピング領域１２ｃと高濃度ｎドーピング領域１３ｃとを交互に設けている。半導体基板１０の表面には、たとえばシリコン酸化膜およびシリコン窒化膜からなるパッシベーション層１１が形成されており、これによって表面再結合が抑制されている。裏面に設けられたｐ領域コンタクトホール１６ｂおよびｎ領域コンタクトホール１７ｂをそれぞれ介し、高濃度ｐドーピング領域１２ｃにはｐ電極１４ｂが、高濃度ｎドーピング領域１３ｃにはｎ電極１５ｂがそれぞれ接続され、光電変換により得られた電流が取り出される。受光面のパッシベーション層１１は反射防止膜としての働きも兼ねている。図３からわかるように、ｐドーピング領域、ｎドーピング領域、ｐ電極、ｎ電極は全て裏面に形成されており、受光面には光をさえぎるものがなく、太陽光をほぼ１００％取り込むことができる。

特許文献１に記載される太陽電池の製造プロセスの概略は以下のようなものである。まず酸化膜を形成後、窒化膜を堆積してパッシベーション層１１を形成する。次にフォトリソグラフィー技術によりｎ領域コンタクトホール１７ｂを開け、ｎ型のドーパントを含むガラス層をＣＶＤにより堆積させる。該ガラス層の高濃度ｐドーピング領域に相当する部分を除去した後、ｐ領域コンタクトホール１６ｂをフォトリソグラフィー技術により形成し、ｐ型のドーパントを含むガラス層を堆積させる。次いで９００℃で加熱することにより高濃度ｐドーピング領域１２ｃおよび高濃度ｎドーピング領域１３ｃが形成される。その後表面に残留するガラス層を全て除去し、Ｈ₂雰囲気中、９００℃以上の高温で熱処理しＳｉ−ＳｉＯ₂間の界面を水素化処理する。拡散源となった２つのガラス層を除去した後、Ａｌをスパッタなどにより堆積させ、フォトリソグラフィー技術によりパターニングしてｐ電極１４ｂおよびｎ電極１５ｂを形成する。

しかし、特許文献１に開示されるような裏面電極型太陽電池は、当初集光型の太陽電池として開発されたものであり、製造工程においては、複雑なフォトリソグラフィー技術、高品位のドーピング技術およびパッシベーション技術が用いられていた。そのため、コストが高く、一般の地上用太陽電池としては適していなかった。

図４は、従来技術に係る裏面電極型太陽電池の構造を示す概略断面図である。上記の問題を解決するため、プロセスの簡略化により低コスト化した裏面電極型太陽電池が開発された（たとえば非特許文献１参照）。特許文献１に開示される太陽電池との主な違いは、裏面の高濃度ｐドーピング領域１２ｃに相当する部分が数μｍ程度削られている点と、高濃度ｐドーピング領域１２ｃと高濃度ｎドーピング領域１３ｃとが接している点である。

非特許文献１に記載された太陽電池の製造プロセスの概略は以下のようなものである。まず、シリコン基板の裏面全面に、ｎ型のドーパントを含むガラス層をＣＶＤにより堆積させる。その後該ガラス層を下地のシリコンごと櫛の歯状にエッチングする。このため図４に示した様に裏面には段差ができる。その上から、裏面全面にｐ型のドーパントを含むガラス層を堆積させる。その後熱処理を行なうと、ｎ型ガラス層に接しているシリコン基板にはｎ型ドーパントが拡散されて高濃度ｎドーピング領域１３ｃが形成され、ｐ型ガラス層に接しているシリコン基板にはｐ型ドーパントが拡散されて高濃度ｐドーピング領域１２ｃが形成される。その後、シリコン基板表面にパッシベーション層１１を形成し、さらにコンタクトホールをあけ、ｐ電極１４ｂとｎ電極１５ｂとを高濃度ｐドーピング領域１２ｃと高濃度ｎドーピング領域１３ｃとにそれぞれ接続する。

図３や図４に示したような裏面電極型太陽電池の場合、太陽電池特性、および裏面のシリコンとパッシベーション層との界面における表面再結合速度は、非常に密接に結びついており、高い変換性能を実現するためには、該界面における表面再結合速度を低減して、光生成キャリアの再結合損失を抑制する必要がある。特許文献１では表面再結合速度低減のために、水素中９００℃以上の高温で熱処理することによりシリコンとパッシベーション層との界面を水素化処理し、再結合速度を低減しているが、太陽電池のコストを低減するためには、このようなパッシベーションはできるだけ簡単な処理で行なうことが望ましい。

たとえばｎ型基板を使用した場合を例とすると、高濃度ｐドーピング領域と高濃度ｎドーピング領域の間に、基板よりも不純物濃度が高く、かつ該高濃度ｎドーピング領域よりも不純物濃度の低い低濃度ｎドーピング領域を設けた場合、いわゆるＢａｃｋＳｕｒｆａｃｅＦｉｅｌｄ（ＢＳＦ）効果が生じ、裏面での光生成キャリアの再結合損失が抑制される。ＢＳＦとは、裏面近傍の半導体中にｎ型ドーパントを分布させ、ｎドーピング領域を形成することによって裏面の近傍に形成させた内蔵電界である。この内蔵電界によって、ｎ型基板内で生成した少数キャリア（正孔）のうち、裏面に向かうものが反射され、裏面での再結合損失が抑制されて、太陽電池特性が向上する。

また、高濃度ｐドーピング領域と高濃度ｎドーピング領域との間に、上記の低濃度ｎドーピング領域の代わりに低濃度ｐドーピング領域を設けても良い。この場合はいわゆるＦｌｏａｔｉｎｇＪｕｎｃｔｉｏｎ（ＦＪ）構造が形成され、前述のＢＳＦとは異なる機構ではあるものの、ＢＳＦと同様に裏面での再結合損失が抑制され、太陽電池特性が向上する。非特許文献２には、ＦＪ構造を応用したＳｉ太陽電池について、７２０ｍＶというＳｉ太陽電池としては最も高い開放電圧が得られたことが報告されており、上述のパッシベーション法の有効性が実証されている。

さらに、特許文献２では、拡散炉内において、Ｎ型またはＰ型のドーパントを含む雰囲気で、Ｐ型またはＮ型のシリコン基板に対して熱拡散によって接合層を形成した後、該拡散炉内の雰囲気を酸素雰囲気に切り換えるとともに、徐冷を開始して、シリコン基板表面に保護膜を形成するという手法が報告されている。シリコン基板の熱拡散後にドーピング領域表面を酸化させ、さらに酸化部分を除去することにより、ドーピング領域の表面におけるドーパント濃度を低下させ、キャリアの表面再結合を低減させることができるが、同時にドーパントの量が低下することによる拡散電位の低下を引き起こす恐れがある。
米国特許第４，９２７，７７０号明細書特開２００２−２２２９７３号公報ＲｏｎａｌｄＡ．ＳｉｎｔｏｎａｎｄＲｉｃｈａｒｄＭ．Ｓｗａｎｓｏｎ， "ＳｉｍｐｌｉｆｉｅｄＢａｃｋｓｉｄｅ−ＣｏｎｔａｃｔＳｏｌａｒＣｅｌｌｓ" ＩＥＥＥＴＲＡＮＳＡＣＴＩＯＮＳＯＮＥＬＥＣＴＲＯＮＤＥＶＩＣＥＳ．ＶＯＬ．３７，ＮＯ．２，Ｆｅｂｒｕａｒｙ１９９０，ｐ．３４８−ｐ．３５２ "ＲｅａｒＳｕｒｆａｃｅＥｆｆｅｃｔｓｉｎＨｉｇｈＥｆｆｉｃｉｅｎｃｙＳｉｌｉｃｏｎＳｏｌａｒＣｅｌｌｓ" Ｓ．Ｒ．Ｗｅｎｈａｍ，Ｓ．Ｊ．Ｒｏｂｉｎｓｏｎ，Ｘ．Ｄａｉ，Ｊ．Ｚｈａｏ，Ａ．Ｗａｎｇ，Ｙ．Ｈ．Ｔａｎｇ，Ａ．Ｅｂｏｎｇ，Ｃ．Ｂ．ＨｏｎｓｂｅｒｇａｎｄＭ．Ａ．Ｇｒｅｅｎ，Ｐｒｏｃ．ＩＥＥＥ１ｓｔＷＣＰＥＣ，Ｈａｗａｉｉ（１９９４）ｐｐ．１２７８−１２８２

本発明は上記の課題を解決し、光生成キャリアの再結合損失をより簡便な処理で抑制することによって、高い変換性能を有する太陽電池、特に好ましくは裏面電極型の太陽電池を、低コストで提供することを目的とする。

本発明は、第１導電型ドーパントを含む雰囲気とした加熱炉において、第１導電型または第２導電型の半導体基板に対し第１導電型ドーパントを熱拡散させ、第１導電型高濃度ドーピング領域を形成する第１の熱拡散工程と、酸素含有雰囲気とした加熱炉において、該第１導電型高濃度ドーピング領域の表面に第１の酸化膜を形成する第１の酸化処理工程と、該第１の酸化膜を除去し、該第１導電型高濃度ドーピング領域の表面ドーパント濃度が低下させられた第１導電型ドーピング領域を形成する第１の酸化膜除去工程と、第２導電型ドーパントを含む雰囲気とした加熱炉において、該半導体基板に対し第２導電型ドーパントを熱拡散させ、第２導電型高濃度ドーピング領域を形成する第２の熱拡散工程と、酸素含有雰囲気とした加熱炉において、該第２導電型高濃度ドーピング領域の表面に第２の酸化膜を形成する第２の酸化処理工程と、該第２の酸化膜を除去し、該第２導電型高濃度ドーピング領域の表面ドーパント濃度が低下させられた第２導電型ドーピング領域を形成する第２の酸化膜除去工程とを含む太陽電池の製造方法に関する。

本発明はまた、該熱拡散工程および該酸化処理工程に対して１の加熱炉が用いられる太陽電池の製造方法に関する。

本発明はまた、該第１の熱拡散工程および該第２の熱拡散工程に対して第１の加熱炉が用いられ、該第１の酸化処理工程および該第２の酸化処理工程に対して第２の加熱炉が用いられる太陽電池の製造方法に関する。

本発明はまた、該第１の熱拡散工程と該第１の酸化処理工程との加熱温度、および、該第２の熱拡散工程と該第２の酸化処理工程との加熱温度がそれぞれ同一である太陽電池の製造方法に関する。

本発明はまた、該第１の酸化処理工程が該第１の熱拡散工程よりも高温で行なわれ、かつ、該第２の酸化処理工程が該第２の熱拡散工程よりも高温で行なわれる太陽電池の製造方法に関する。

本発明はまた、該第１の熱拡散工程および該第２の熱拡散工程における加熱温度が８００℃〜１０００℃の範囲内、加熱時間が３０分間〜１００分間の範囲内、ドーパントのキャリアガス流量比が０．１％〜１０％の範囲内にそれぞれ設定される太陽電池の製造方法に関する。

本発明はまた、該第１の酸化処理工程および該第２の酸化処理工程における加熱温度が８００℃〜１０００℃の範囲内、加熱時間が１分間〜１０分間の範囲内にそれぞれ設定される太陽電池の製造方法に関する。

本発明に係る太陽電池の製造方法は、特に裏面電極型の太陽電池の製造方法に関する。
本発明はさらに、上記の製造方法により得られる太陽電池に関する。

本発明により製造される太陽電池においては、簡便な処理で表面再結合速度を低減させ、光生成キャリアの再結合損失を抑制することによって、高い変換性能を低コストで実現することが可能となる。

本発明においては、第１導電型または第２導電型の半導体基板に、第１導電型および第２導電型の高濃度ドーピング領域をそれぞれ設け、該半導体基板よりも不純物濃度が高く、該高濃度ドーピング領域よりも不純物濃度が低い、第１導電型および第２導電型の低濃度ドーピング領域をそれぞれ設ける。これにより、いわゆるＢａｃｋＳｕｒｆａｃｅＦｉｅｌｄ（ＢＳＦ）効果を生じさせ、裏面での光生成キャリアの再結合損失を抑制することができる。なお本発明においては、第１導電型がｐ型で第２導電型がｎ型でも良く、また第１導電型がｎ型で第２導電型がｐ型でも良い。

以下に図を例示しながら本発明の具体的な実施の形態について例示する。図１は、本発明に係る太陽電池セルの製造工程について説明する概略断面図である。まず、第１導電型または第２導電型の半導体基板の表面を拡散制御マスク３０により保護する。拡散制御マスクとは、ドーパントの拡散工程において、ドーパントの拡散を抑制し、または停止させる制御機能などを有する膜をいう。拡散制御マスクとしては、熱酸化により形成されたＳｉＯ₂膜が良く用いられるが、長時間高温の熱酸化を行なうと基板のバルクライフタイムが低下し、太陽電池性能が低下する傾向がある。スピンオングラス膜は、熱酸化膜と比べて低温で容易に形成できるので量産性が高く、かつ、基板のバルクライフタイムを低下させる可能性も低いという利点がある。またスピンオングラス膜においては膜厚の制御も容易かつ精度良く行なえるので、拡散制御マスクとしてはスピンオングラス膜が好適である。次に、形成した拡散制御マスクの一部であって第１導電型高濃度ドーピング領域に相当する部分に開口部を設ける。この開口部はたとえばフォトリソグラフィー技術を用いて形成することができるが、より簡便には、たとえば、特表２００３−５３１８０７号公報、米国特許出願公開第２００３／０１６００２６号明細書に記載されるような公知の方法で、エッチングペーストを用いて行なう方法もある。エッチングペーストとは、スクリーン印刷が可能な、シリコン酸化膜あるいはシリコン窒化膜のエッチング材料であり、該エッチングペーストをスクリーン印刷によりパターン印刷して加熱することにより、シリコン酸化膜あるいはシリコン窒化膜を用いた拡散制御マスクに開口部を設けることができる。また、たとえば特表２００２−５３９６１５号公報に記載されるような公知の方法で、マスキングペーストを用い、スクリーン印刷によるパターニングで拡散制御マスク層をはじめから形成する方法もある。マスキングペーストとはスクリーン印刷が可能な拡散制御マスク材料である。

その後、加熱炉内で第１導電型ドーパント３１を熱拡散させると、拡散制御マスクの開口部に相当する部分のみにおいて第１導電型ドーパント３１が基板内に拡散し、第１導電型高濃度ドーピング領域１２ａが形成される（第１の熱拡散工程）（図１（Ａ））。本発明においては、基板に対するドーパントの熱拡散後に、ドーピング領域表面を酸化させ、さらに酸化部分を除去することにより、ドーピング領域の表面ドーパント濃度を低下させ、キャリアの表面再結合を低減させることができるが、同時にドーパントの量を低下させ、拡散電位の低下を引き起こす恐れがある。よって本発明では、熱拡散後の酸化処理を行なわない場合の最適な熱拡散条件よりも高温または長時間の条件で熱拡散処理を行ない、より多くのドーパントを基板内部に熱拡散させることが好ましい。具体的には、たとえば、８００℃〜１０００℃で３０分〜１００分間の熱拡散条件が挙げられる。

熱拡散の方法としては、たとえば気相拡散法やイオンインプランテーション法などが挙げられる。拡散制御マスク、エッチングペースト、マスキングペーストなどを使って熱拡散を行なうことにより簡便にドーピング領域を形成することができ、本発明のようなドーパント濃度の複雑な分布を有する裏面電極型太陽電池を低コストで量産することが可能となる。

その後、加熱炉内を酸素含有雰囲気とし、加熱炉内の温度をたとえば熱拡散工程よりも０℃〜２００℃高い温度に設定して、第１導電型高濃度ドーピング領域の表面を酸化させる（第１の酸化処理工程）（図１（Ｂ））。これにより、第１導電型高濃度ドーピング領域の表面に第１の酸化膜３３が形成される。本発明においては、第１の熱拡散工程と第１の酸化工程、および、第２の熱処理工程と第２の酸化処理工程が、それぞれ同じ温度条件に設定される場合、温度変化に伴う基板の膨張、収縮が発生せず、基板の割れが低減できるという利点を有する。一方、該酸化処理工程が該熱拡散工程よりもそれぞれ高温で行なわれる場合、短時間で目的の厚さの酸化膜を形成できるために基板のダメージが低減できるという利点を有する。

本発明の酸化処理工程における加熱炉内の雰囲気は酸素含有雰囲気とされる。特に、酸素の流量比が５０〜１００％とされることが好ましい。該流量比が５０％以上である場合高濃度ドーピング領域表面の酸化処理を所望の程度まで効率良く進行させることができる。加熱炉内の雰囲気中には、酸素以外に窒素等が含まれていても良い。

本発明においては、熱拡散工程と酸化処理工程とを同一の加熱炉内で行なっても良いが、熱拡散工程後に基板を加熱炉外へ取り出し、熱拡散工程よりも０℃〜２００℃高い設定とした別の加熱炉内に投入し、酸素含有雰囲気下で熱処理することにより酸化処理工程を行なっても良い。具体的には、たとえば第１の加熱炉と第２の加熱炉とを用い、第１の熱拡散工程および第２の熱拡散工程を第１の加熱炉にて行ない、第１の酸化処理工程および第２の酸化処理工程を第２の加熱炉にて行なう方法が好ましく採用され得る。熱拡散工程と酸化処理工程とを別の加熱炉にて行なう場合、酸化処理工程において高濃度ドーピング領域の表面を均一に酸化処理することができる点で好ましい。さらに、第１の熱拡散工程および第２の熱拡散工程が異なる加熱炉を用いて行われても良い。

その後、基板を１質量％〜５０質量％程度のフッ酸水溶液に浸漬することにより、第１導電型高濃度ドーピング領域表面の第１の酸化膜３３を除去し、表面ドーパント濃度の低下した第１導電型ドーピング領域１２ｂを得ることができる（第１の酸化膜除去工程）。

第２導電型ドーパントの拡散についても、上記と同様な工程を適用し、第２導電型ドーパント３２を拡散させることにより第２導電型高濃度ドーピング領域１３ａを形成することができる（第２の熱拡散工程）（図１（Ｃ））。その後、同様な工程で第２導電型高濃度ドーピング領域表面を酸化させた後（第２の酸化処理工程）（図１（Ｄ））、基板を１質量％〜５０質量％程度のフッ酸水溶液に浸漬してｐ型ドーピング層表面の第２の酸化膜３４を除去することにより、表面ドーパント濃度の低下した第２導電型ドーピング領域１３ｂを得ることができる（第２の酸化膜除去工程）。

図２は、酸化処理時間と基板表面のシート抵抗値との関係を示す図である。図２に示されるように、酸化処理工程においては、第１導電型もしくは第２導電型の熱拡散後の酸化処理時間が長いほど、または酸化処理温度が高いほど、ドーピング層表面の酸化が促進され、酸化膜を除去した後の基板内部のドーパント量は減少し、基板表面のシート抵抗は増加する。ドーパント量の減少は太陽電池の拡散電位の減少に繋がる恐れがある。よって熱拡散後の酸化処理時間を増加させ、または酸化処理温度を上昇させる場合は、予めドーパントの拡散量を増加させ、酸化処理後の基板内部のドーパント量を一定に保つことが好ましい。また、基板の拡散面のシート抵抗は電極との接触抵抗を減らすためにも１００Ω／□程度を上限とすることが好ましい。

上記のような方法で各ドーピング領域を形成した後、基板を７５℃〜８５℃程度に保ち、界面活性剤としてイソプロピルアルコールを水酸化カリウム水溶液等に対して１質量％〜１０質量％添加した１質量％〜１０質量％の水酸化カリウムまたは水酸化ナトリウムの水溶液に１０分間〜６０分間浸透させることによって、受光面にテクスチャエッチング面１８を形成する。テクスチャエッチング面を形成する方法には、ヒドラジン水溶液等を用いる方法もあるが、受光面に入射光反射を抑制するテクスチャ構造を形成できるものであれば、どのような方法をも用いることができる。

次に基板表面にパッシベーション層１１を形成してパッシベーションを行ない（図１（Ｅ））、そのパッシベーション層に穴開け加工を施して第１導電型領域コンタクトホール１６ａ、第２導電型領域コンタクトホール１７ａを設けた上で、電極１４ａ，１５ａを形成し、本発明に係る太陽電池を得ることができる（図１（Ｆ））。

本発明に係る太陽電池は特に裏面電極型太陽電池として作製されることができ、簡便な処理で表面再結合速度を低減させ、光生成キャリアの再結合損失を抑制することによって、高い変換性能を低コストで実現することが可能である。

（実施の形態１）
本実施の形態においては、第１導電型がｐ型、第２導電型がｎ型であり、熱拡散工程および酸化処理工程が同じ加熱炉において行なわれる場合について説明する。なお本実施の形態においては図１に示す工程に従って太陽電池の製造を行なっている。

まず、半導体基板としてのｐ型シリコン基板の表面を拡散制御マスク３０により保護する。次に、形成した拡散制御マスクの一部であって高濃度ｐ型ドーピング領域に相当する部分に、フォトリソグラフィー技術を用いて開口部を設ける。その後、シリコン基板を加熱炉内に投入し、窒素雰囲気下、該加熱炉の温度を、昇温速度約５℃／秒で約３分間かけて室温から９７０℃まで上昇させる。

続いて、窒素をキャリアガスとし、窒素、酸素、ＢＢｒ₃の混合雰囲気下で、９７０℃で５０分間、気相拡散法によりｐ型ドーパントを熱拡散させ、拡散制御マスクの開口部に相当する部分のみにおいてｐ型ドーパントを基板内に拡散させ、第１導電型高濃度ドーピング領域１２ａとしての高濃度ｐドーピング領域を形成する（第１の熱拡散工程）（図１（Ａ））。熱拡散工程後には、９７０℃で３分間窒素パージを行なう。

続いて、窒素雰囲気下で、加熱炉内の温度を熱拡散工程よりも０℃〜２００℃高い温度に設定し、たとえば昇温速度約１℃／秒で約２分間かけて酸化処理工程における加熱温度まで加熱炉内の温度を上昇させる。

続いて、加熱炉内を酸素雰囲気とし、５分間加熱を行なって、高濃度ｐドーピング領域の表面を酸化させる（第１の酸化処理工程）（図１（Ｂ））。酸化処理工程後には、加熱炉内の温度を酸化処理時と同じ温度に維持したまま３分間窒素パージを行なう。その後、降温速度約５℃／秒で、約３分間かけて加熱炉内を常温まで降温し、シリコン基板を引き出す。

この後、シリコン基板を１質量％〜５０質量％程度のフッ酸水溶液に浸漬することにより、ｐドーピング領域表面の第１の酸化膜３３を除去し、表面ドーパント濃度の低下した第１導電型ドーピング領域１２ｂとしてのｐドーピング領域を得る（第１の酸化膜除去工程）。

次に、ｎ型拡散を行なう。ｎ型拡散についても、上記と同様な工程を適用することにより第２導電型高濃度ドーピング領域１３ａとしての高濃度ｐドーピング領域を形成することができる。

拡散制御マスク３０の一部であって高濃度ｎドーピング領域に相当する部分に、フォトリソグラフィー技術を用いて開口部を設ける。その後、シリコン基板を加熱炉内に投入し、窒素雰囲気下、該加熱炉の温度を、昇温速度約５℃／秒で約３分間かけて室温から８９０℃まで上昇させる。

続いて、窒素をキャリアガスとし、窒素、酸素、ＰＯＣｌ₃の混合雰囲気下で、８９０℃で２０分間、気相拡散法によりｎ型ドーパントを熱拡散させ、拡散制御マスク３０の開口部に相当する部分のみにおいてｎ型ドーパントを基板内に拡散させ、第２導電型高濃度ドーピング領域１３ａとしての高濃度ｎドーピング領域を形成する（第２の熱拡散工程）（図１（Ｃ））。熱拡散工程後には、８９０℃で３分間窒素パージを行なう。

続いて、加熱炉内を酸素雰囲気とし、５分間加熱を行なって、高濃度ｎドーピング領域の表面を酸化させる（第２の酸化処理工程）（図１（Ｄ））。酸化処理工程後には、８９０℃で３分間窒素パージを行なう。その後、降温速度約５℃／秒で、約３分間かけて加熱炉内を常温まで降温し、シリコン基板を引き出す。

この後、シリコン基板を１質量％〜５０質量％程度のフッ酸水溶液に浸漬することにより、ｎドーピング領域表面の第２の酸化膜３４を除去し、表面ドーパント濃度の低下した第２導電型ドーピング領域１３ｂとしてのｎドーピング領域を得る（第２の酸化膜除去工程）。

上記の方法で各ドーピング領域を形成した後、基板を７５℃〜８５℃程度に保ち、界面活性剤としてイソプロピルアルコールを水酸化カリウム水溶液等に対して１質量％〜１０質量％添加した１質量％〜１０質量％の水酸化カリウムまたは水酸化ナトリウムの水溶液に１０分間〜６０分間浸透させることによって、受光面にテクスチャエッチング面１８を形成する。

次に基板表面にパッシベーション層１１を形成してパッシベーションを行ない（図１（Ｅ））、そのパッシベーション層に穴開け加工を施して第１導電型領域コンタクトホール１６ａとしてのｐ領域コンタクトホール、第２導電型領域コンタクトホール１７ａとしてのｎ領域コンタクトホールを設けた上で、電極１４ａ，１５ａを形成し、本発明に係る太陽電池としての裏面電極型太陽電池を得る（図１（Ｆ））。

（実施の形態２）
本実施の形態においては、第１導電型がｐ型、第２導電型がｎ型であり、第１の熱拡散工程および第２の熱拡散工程が第１の加熱炉において行われ、かつ第１の酸化処理工程および第２の酸化処理工程が第２の加熱炉において行なわれる場合について説明する。なお本実施の形態においては、図１に示す工程に従って太陽電池の製造を行なっている。

まず、半導体基板としてのｐ型シリコン基板の表面を拡散制御マスク３０により保護する。次に、形成した拡散制御マスク３０の一部であって第１導電型高濃度ドーピング領域に相当する部分に、フォトリソグラフィー技術を用いて開口部を設ける。その後、シリコン基板を第１の加熱炉内に投入し、窒素雰囲気下、該加熱炉の温度を、昇温速度約５℃／秒で約３分間かけて室温から９７０℃まで上昇させる。

続いて、窒素をキャリアガスとし、窒素、酸素、ＢＢｒ₃の混合雰囲気下で、９７０℃で５０分間、気相拡散法によりｐ型ドーパントを熱拡散させ、拡散制御マスク３０の開口部に相当する部分のみにおいてｐ型ドーパントを基板内に拡散させ、第１導電型高濃度ドーピング領域１２ａとしての高濃度ｐドーピング領域を形成する（第１の熱拡散工程）（図１（Ａ））。熱拡散工程後には、９７０℃で３分間窒素パージを行なう。

続いて、窒素雰囲気下で、第１の加熱炉内の温度を、降温速度約５℃/秒で約３分間かけて９７０℃から室温まで下降させ、シリコン基板を第１の加熱炉から取り出す。

続いて、常温に保たれた、酸化処理を行なうための第２の加熱炉にシリコン基板を投入し、窒素雰囲気下、第２の加熱炉内の温度を、昇温速度約５℃/秒で約３分間かけて室温から酸化処理工程における加熱温度まで上昇させる。ここで、酸化処理工程における加熱温度は熱拡散工程よりも０℃〜２００℃高い温度に設定する。

続いて、第２の加熱炉内を酸素雰囲気とし、５分間加熱を行なって、高濃度ｐドーピング領域の表面を酸化させる（第１の酸化処理工程）（図１（Ｂ））。酸化処理工程後には、第２の加熱炉内の温度を酸化処理時と同じ温度に維持したまま３分間窒素パージを行なう。その後、降温速度約５℃／秒で、約３分間かけて第２の加熱炉内を常温まで降温し、シリコン基板を引き出す。

次に、ｎ型拡散を行なう。ｎ型拡散についても、上記と同様な工程を適用することにより第２導電型高濃度ドーピング領域１３ａとしての高濃度ｎドーピング領域を形成することができる。

拡散制御マスク３０の一部であって第２導電型高濃度ドーピング領域に相当する部分に、フォトリソグラフィー技術を用いて開口部を設ける。その後、シリコン基板を第１の加熱炉内に投入し、窒素雰囲気下、該加熱炉の温度を、昇温速度約５℃／秒で約３分間かけて室温から８９０℃まで上昇させる。

続いて、窒素雰囲気下で、第１の加熱炉内の温度を、降温速度約５℃/秒で約３分間かけて８９０℃から室温まで下降させ、シリコン基板を加熱炉から取り出す。

続いて、常温に保たれた、酸化処理を行なうための第２の加熱炉にシリコン基板を投入し、窒素雰囲気下、加熱炉内の温度を、昇温速度約５℃/秒で約３分間かけて室温から酸化処理工程における加熱温度まで上昇させる。ここで、酸化処理工程における加熱温度は熱拡散工程よりも０℃〜２００℃高い温度に設定する。

続いて、第２の加熱炉内を酸素雰囲気とし、５分間加熱を行なって、高濃度ｎドーピング領域の表面を酸化させる（第２の酸化処理工程）（図１（Ｄ））。酸化処理工程後には、第２の加熱炉内の温度を酸化処理時と同じ温度に維持したまま３分間窒素パージを行なう。その後、降温速度約５℃／秒で、約３分間かけて第２の加熱炉内を常温まで降温し、シリコン基板を引き出す。

次に基板表面にパッシベーション層１１を形成してパッシベーションを行ない（図１（Ｅ））、そのパッシベーション層に穴開け加工を施して、第１導電型領域コンタクトホール１６ａとしてのｐ領域コンタクトホール、第２導電型領域コンタクトホール１７ａとしてのｎ領域コンタクトホールを設けた上で、電極１４ａ，１５ａを形成し、本発明に係る太陽電池としての裏面電極型太陽電池を得る（図１（Ｆ））。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、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ことが意図される。

本発明に係る太陽電池の製造方法は、特に裏面電界型太陽電池に対して好ましく適用され、簡便な処理で表面再結合速度を低減させ、光生成キャリアの再結合損失を抑制することによって、高い変換性能を低コストで実現することを可能とする。

本発明に係る太陽電池セルの製造工程について説明する概略断面図である。酸化処理時間と基板表面のシート抵抗値との関係を示す図である。従来技術に係る裏面ポイントコンタクト型の太陽電池の構造を示す概略断面図である。従来技術に係る裏面電極型太陽電池の構造を示す概略断面図である。

符号の説明

１０半導体基板、１１パッシベーション層、１２ａ第１導電型高濃度ドーピング領域、１２ｂ第１導電型ドーピング領域、１２ｃ高濃度ｐドーピング領域、１３ａ第２導電型高濃度ドーピング領域、１３ｂ第２導電型ドーピング領域、１３ｃ高濃度ｎドーピング領域、１４ａ，１５ａ電極、１４ｂｐ電極、１５ｂｎ電極、１６ａ第１導電型領域コンタクトホール、１６ｂｐ領域コンタクトホール、１７ａ第２導電型領域コンタクトホール、１７ｂｎ領域コンタクトホール、１８テクスチャエッチング面、３０拡散制御マスク、３１第１導電型ドーパント、３２第２導電型ドーパント、３３第１の酸化膜、３４第２の酸化膜。

Claims

第１導電型ドーパントを含む雰囲気とした加熱炉において、第１導電型または第２導電型の半導体基板に対し第１導電型ドーパントを熱拡散させ、第１導電型高濃度ドーピング領域を形成する第１の熱拡散工程と、
酸素含有雰囲気とした加熱炉において、前記第１導電型高濃度ドーピング領域の表面に第１の酸化膜を形成する第１の酸化処理工程と、
前記第１の酸化膜を除去し、前記第１導電型高濃度ドーピング領域の表面ドーパント濃度が低下させられた第１導電型ドーピング領域を形成する第１の酸化膜除去工程と、
第２導電型ドーパントを含む雰囲気とした加熱炉において、前記半導体基板に対し第２導電型ドーパントを熱拡散させ、第２導電型高濃度ドーピング領域を形成する第２の熱拡散工程と、
酸素含有雰囲気とした加熱炉において、前記第２導電型高濃度ドーピング領域の表面に第２の酸化膜を形成する第２の酸化処理工程と、
前記第２の酸化膜を除去し、前記第２導電型高濃度ドーピング領域の表面ドーパント濃度が低下させられた第２導電型ドーピング領域を形成する第２の酸化膜除去工程と、
を含む、太陽電池の製造方法。
前記熱拡散工程および前記酸化処理工程に対して１の加熱炉が用いられる、請求項１に記載の太陽電池の製造方法。
前記第１の熱拡散工程および前記第２の熱拡散工程に対して第１の加熱炉が用いられ、前記第１の酸化処理工程および前記第２の酸化処理工程に対して第２の加熱炉が用いられる、請求項１に記載の太陽電池の製造方法。
前記第１の熱拡散工程と前記第１の酸化処理工程との加熱温度、および、前記第２の熱拡散工程と前記第２の酸化処理工程との加熱温度がそれぞれ同一である、請求項１に記載の太陽電池の製造方法。
前記第１の酸化処理工程が前記第１の熱拡散工程よりも高温で行なわれ、かつ、前記第２の酸化処理工程が前記第２の熱拡散工程よりも高温で行なわれる、請求項１に記載の太陽電池の製造方法。
前記第１の熱拡散工程および前記第２の熱拡散工程における加熱温度が８００℃〜１０００℃の範囲内、加熱時間が３０分間〜１００分間の範囲内、ドーパントのキャリアガス流量比が０．１％〜１０％の範囲内にそれぞれ設定される、請求項１に記載の太陽電池の製造方法。
前記第１の酸化処理工程および前記第２の酸化処理工程における加熱温度が８００℃〜１０００℃の範囲内、加熱時間が１分間〜１０分間の範囲内にそれぞれ設定される、請求項１に記載の太陽電池の製造方法。
前記太陽電池が裏面電極型である、請求項１〜７に記載の太陽電池の製造方法。
請求項１〜８に記載の製造方法により得られる太陽電池。