JP2015109364A - 太陽電池の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】シリコン基板表面に濃度差のあるパターンの拡散層を形成する場合に、既存の手法では製造工程におけるコストや生産性、安定性に問題がある。【解決手段】シリコン基板の表面に複数の溝を形成する工程と、前記表面に形成された前記複数の溝にドーパントを含む拡散源を形成する工程と、前記拡散源の前記ドーパントを前記シリコン基板内に拡散させる熱処理工程と、を備える。これにより、シリコン基板表面に濃度差のあるパターンの拡散層を形成する太陽電池の製造方法を提供する。【選択図】図１

Description

本発明は、シリコン基板の表面に溝を形成する工程と、溝に拡散源を形成する工程と、拡散源のドーパントをシリコン基板内に拡散させる熱処理工程と、を備える太陽電池の製造方法に関する。

太陽電池は、光エネルギーを電力に変換する半導体素子である。太陽電池には、ｐ−ｎ接合型、ｐｉｎ型、ショットキー型などがあり、特にｐ−ｎ接合型が広く用いられている。シリコン結晶基板は比較的容易に製造されることから、シリコン結晶系太陽電池が最も普及している。

太陽電池のｐ−ｎ接合構造は、半導体基板の受光面となる第一主表面側からのドーパント拡散により形成される。第一主表面には、基板本体部分の導電型とは反対の導電型を有するドーパント拡散層が形成される。さらに、該第一主表面には、太陽電池の出力を取り出すための電極が形成される。ここで、該第一主表面は受光面としても機能させなければならない。電極で覆われた領域は光が遮断されてシャドーロス領域となる。そこで、光の入射効率を高めるために、受光面側電極は、内部抵抗を低減させるために適当な間隔で形成された太いバスバー電極と、そのバスバー電極から所定間隔で櫛型に分岐する細いフィンガー電極と、を有する構造が採用される。しかし、フィンガー電極は非常に細いため、電極接触抵抗が高くなりやすい傾向にある。

電極接触抵抗を低減するには、拡散層のドーパント濃度を高くすればよい。しかし、太陽電池では、短波長領域での変換効率を向上させるために、受光面における拡散層のドーパント濃度をなるべく低くし、拡散層の厚みを薄くすることが望ましい。

そこで、上記の相反する要求を両立させるために、フィンガー電極と接触している領域のみに高濃度拡散層を形成し、他の受光面領域を低濃度のドーパント拡散層とする方法が種々考案されている。具体的には、２種類の濃度のドーパント拡散層を受光面上に形成するために、フォトマスク法、ベリッドコンタクト法、セレクティブエミッタ法が提案されている。

しかし、前記方法には次のような問題点がある。まず、フォトマスク法では、フォトマスクを使用することにより工程数の増大と高精度の製造装置が要求され、製造コストを低減させることが困難となる。また、ベリッドコンタクト法では、主に無電解めっきでフィンガー電極を作製することから、太陽電池に必要な厚いフィンガー電極を作製するのは困難であり、生産性が劣る。セレクティブエミッタ法では、ドーパントを含んだペーストの価格が高いことと、ペーストからドーパントを拡散させる工程での安定性に欠ける、といった問題がある。このように、どの方法においても製造工程におけるコストや生産性、安定性に問題を抱えている。

そこで、拡散バリア膜を用いた二回拡散による高濃度層形成でのセレクティブエミッタ化（特許文献１）や、ドーパント飛散防止剤を用いての一回拡散によるセレクティブエミッタ化（特許文献２）が検討されている。

しかしながら特許文献１では、熱処理工程が多くなることによりバルクライフタイムが低下しやすい。また、特許文献２ではドーパント飛散防止剤の高純度化によりコスト高となってしまうという問題がある。

また、従来から主流のシリコン太陽電池では、受光面に形成された金属の電極がシャドーロスを発生させている。そこで、シリコン基板の受光面には電極を形成せずに、シリコン基板の裏面のみに電極を形成する、いわゆるバックコンタクト型太陽電池が開発されている。受光面に電極がないバックコンタクト型太陽電池は、電極によるシャドーロスがなく、入射してくる太陽光を１００％太陽電池に取り込むことができる。このため、原理的に太陽電池の高効率が実現可能である。

ただ、これまでバックコンタクト型太陽電池のｐ−ｎ接合形成において、任意の部位に拡散を行なうためにフォトリソグラフィ（特許文献３）や熱酸化膜とエッチングペースト（特許文献４）を用いて、拡散マスクに所望のパターンで穴を開け、穴の開いた部分のみに拡散を行なう工程が複数回繰り返される方法が用いられてきた。このような従来の製造方法では製造コストが高くなり、工程も複雑になるという問題がある。

特開２００５−１２３４４７号公報 特開２００６−３１０３７３号公報 米国特許第４９２７７７０号明細書 特開２０１１−１２４６０３号広報

本発明は上記課題を鑑みなされたものであり、光電変換効率を向上させた太陽電池を、簡便かつ容易な方法により安価に製造することができる太陽電池の製造方法を提供することを目的とする。

上記の課題を解決すべく、本発明の実施形態に係る太陽電池の製造方法は、シリコン基板の少なくとも第一表面に複数の溝を形成する工程と、前記第一表面に形成された前記複数の溝に第一ドーパントを含む第一拡散源を形成する工程と、前記第一拡散源の前記第一ドーパントを前記シリコン基板内に拡散させる熱処理工程と、を備える。

本発明において、前記第一拡散源を形成する工程は、前記第一拡散源をパターニングによって形成してもよい。

本発明において、前記第一拡散源を形成する工程は、前記第一拡散源をスピンコートによって形成してもよい。

本発明では、前記シリコン基板の前記第一表面とは反対側の第二表面に複数の溝を形成する工程と、前記第二表面に形成された前記複数の溝に第二ドーパントを含む第二拡散源をパターニングする工程と、前記第二拡散源の前記第二ドーパントを前記シリコン基板内に拡散させる熱処理工程と、をさらに備えていてもよい。

本発明において、前記第二拡散源を形成する工程は、前記第二拡散源をパターニングによって形成してもよい。

本発明において、前記第二拡散源を形成する工程は、前記第二拡散源をスピンコートによって形成してもよい。

本発明の実施形態に係る太陽電池の製造方法は、シリコン基板の第一表面に複数の溝を形成する工程と、前記複数の溝に、第一ドーパントを含む第一拡散源と、第二ドーパントを含む第二拡散源と、を交互にパターニングする工程と、前記第一拡散源の前記第一ドーパントおよび前記第二拡散源の前記第二ドーパントを前記シリコン基板内に拡散させる熱処理工程と、を備える。

本発明において、前記熱処理工程は、複数の前記シリコン基板を一括して処理することを含み、前記複数のシリコン基板のうちの一つである第一シリコン基板は、前記複数のシリコン基板のうちの他の一つである第二シリコン基板と、互いの前記第一表面を向かい合わせに配置されることを含んでいてもよい。

本発明において、前記熱処理工程は、前記第一シリコン基板および前記第二シリコン基板の互いの前記溝を向かい合わせに配置することを含んでいてもよい。

本発明において、前記溝の断面形状は、円弧型、Ｖ字型、矩形またはフラスコ型であってもよい。

本発明において、前記溝の深さは、５μｍ以上１００μｍ以下であってもよい。

本発明において、前記溝の幅は、５０μｍ以上１５０μｍ以下であってもよい。

本発明において、前記第一表面の前記溝を形成した部分以外を平坦化する工程をさらに備えていてもよい。

本発明において、前記複数の溝は、交互に配置された第一溝と第二溝とを含み、前記第一溝は、第一幅を有し、前記第二溝は、前記第一幅よりも広い第二幅を有していてもよい。

本発明において、前記第一幅は、５０μｍ以上２０００μｍ以下であってもよい。

本発明において、前記第二幅は、２００μｍ以上５０００μｍ以下であってもよい。

図１は、第１実施形態に係る太陽電池の製造方法を例示するフローチャートである。 図２は、シリコン基板および溝を例示する模式的斜視図である。 図３（ａ）〜（ｄ）は、溝の断面形状を例示する模式的断面図である。 図４（ａ）〜（ｃ）は、ボートへの載置状態を例示する模式図である。 図５（ａ）及び（ｂ）は、電極ペーストの形成状態を例示する模式的断面図である。 図６は、第２実施形態に係る太陽電池の製造方法を例示するフローチャートである。 図７は、溝の平面形状を例示する模式的平面図である。 図８は、バスバーを配置する場合の溝の平面形状を例示する模式的平面図である。

以下、本発明の実施形態に係る太陽電池の製造方法を図に基づき説明する。但し、本発明はこの方法で作製された太陽電池に限られるものではない。また、以下の説明では、同一の部材には同一の符号を付し、一度説明した部材については適宜その説明を省略する。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る太陽電池の製造方法を例示するフローチャートである。
すなわち、図１に表したように、第１実施形態に係る太陽電池の製造方法は、溝の形成（ステップＳ１０１）、拡散源の形成（ステップＳ１０２）および熱処理（ステップＳ１０３）を含む。

ステップＳ１０１に表した溝の形成では、シリコン基板の少なくとも第一表面に複数の溝を形成する。ステップＳ１０２に表した拡散源の形成では、第一表面に形成した複数の溝に、例えば第一ドーパントを含む第一拡散源を形成する。第一拡散源は、パターニングやスピンコートによって形成される。ステップＳ１０３に表した熱処理では、シリコン基板を所定の温度に加熱することで、第一拡散源の第一ドーパントをシリコン基板内に拡散させる。

ここで、ステップＳ１０１に表した溝の形成では、シリコン基板の第一表面とは反対側の第二表面にも複数の溝を形成してもよい。また、ステップＳ１０２に表した拡散源の形成では、第二表面に形成された複数の溝に、第二ドーパントを含む第二拡散源を形成してもよい。第二拡散源は、パターニングやスピンコートによって形成される。また、ステップＳ１０３に表した熱処理では、シリコン基板を所定の温度に加熱することで、第二拡散源の第二ドーパントをシリコン基板内に拡散させてもよい。

次に、具体的な太陽電池素子の製造方法の一例について説明する。

[両面電極型太陽電池素子の製造方法]
ここでは、太陽電池の材料として単結晶シリコンの場合を例示するが、多結晶シリコンでも同様の効果を示す。
先ず、図２に表したように、シリコン基板１０１を用意する。例えば、高純度シリコンにホウ素あるいはガリウムのようなＩＩＩ族元素をドープし、比抵抗０．１Ω・ｃｍ以上５Ω・ｃｍ以下としたアズカット単結晶｛１００｝ｐ型シリコン基板を用意する。そして、シリコン基板１０１の表面のスライスダメージを除去する。例えば、濃度５質量％以上６０質量％以下の水酸化ナトリウムや水酸化カリウムのような高濃度のアルカリ、または、ふっ酸と硝酸との混酸等を用いてシリコン基板１０１の表面をエッチングする。単結晶のシリコン基板１０１は、ＣＺ法、ＦＺ法いずれの方法によって作製されてもよい。シリコン基板１０１は、受光面１０１ａと、受光面１０１ａとは反対側の非受光面１０１ｂと、を有する。本実施形態において、受光面１０１ａは第一表面であり、非受光面１０１ｂは第二表面である。

次に、シリコン基板１０１の表面にテクスチャとよばれる微小な凹凸を形成する。テクスチャの形成は、太陽電池の反射率を低下させるための有効な方法である。テクスチャは、加熱した水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム等のアルカリ溶液（濃度１質量％以上１０質量％以下、温度６０℃以上１００℃以下）中に１０分以上３０分以下程度浸漬することで作製される。上記溶液中に、所定量の２−プロパノールを溶解させ、反応を促進させることが多い。

テクスチャを形成した後、レーザやダイシング装置を用いて、シリコン基板１０１の受光面１０１ａに複数の溝１０２を形成する。複数の溝１０２は、シリコン基板１０１の受光面１０１ａに沿ってほぼ平行に形成される。

溝１０２は、アルカリ溶液を主成分とするエッチングペーストをパターン状に印刷してシリコン基板１０１をパターン状にエッチングする方法や、ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）等によるドライエッチング法を利用して形成されてもよい。また、非受光面１０１ｂにも拡散パターンを形成する場合には、受光面１０１ａだけでなく非受光面１０１ｂに溝１０２を形成してもよい。また、この溝１０２の形成は、テクスチャを形成する前に行ってもよい。

図３（ａ）〜（ｄ）は、溝の断面形状を例示する模式的断面図である。
図３（ａ）〜（ｄ）には、溝１０２の延びる方向に見た模式的な断面図が表される。溝１０２の断面形状としては、図３（ａ）に表したような円弧型、図３（ｂ）に表したようなＶ字型、図３（ｃ）に表したような矩形、図３（ｄ）に表したようなフラスコ型であることが好ましい。ここで、フラスコ型とは、溝１０２の底側の幅が、開口側の幅よりも広くなっている形状のことを言う。各断面形状は、実質的にそれぞれの断面形状になっていればよい。実質的とは、製造上の誤差を含んだ範囲で同一であることを意味する。

溝１０２の断面形状は、特に、図３（ｃ）に表した矩形、または図３（ｄ）に表したフラスコ型であることが好ましい。後の工程で電極を形成した場合、同じ電極体積である場合には矩形またはフラスコ型にすることで電極とシリコン基板１０１とのコンタクト面積が広くなる。

溝１０２の深さは、５μｍ以上１００μｍ以下であり、好ましくは１０μｍ以上５０μｍ以下である。溝１０２の深さが５μｍ以下の場合、溝１０２によるオートディフージョンの抑制力が小さく、Ｒ（ｎ^＋）のＲ（ｎ^＋＋）に対する比（Ｒ（ｎ^＋）／Ｒ（ｎ^＋＋））は小さいままとなる。ここで、以下の説明においては、ｎ型の低濃度拡散層の抵抗を「Ｒ（ｎ^＋）」、ｎ型の高濃度拡散層の抵抗を「Ｒ（ｎ^＋＋）」と呼ぶ。抵抗は、シート抵抗または拡がり抵抗である。一方、溝１０２の深さが１００μｍ以上になると、シリコン基板１０１の強度が脆弱になる。

ここでは、隣り合う溝１０２同士の中央部の間隔をピッチと呼ぶ。隣り合う溝１０２のピッチは、０．２ｍｍ以上３．０ｍｍ以下であり、好ましくは０．５ｍｍ以上２．０ｍｍ以下である。溝１０２のピッチが０．２ｍｍ以下では、シリコン基板１０１の強度が脆弱になり、溝１０２のピッチが３．０ｍｍ以上では、シリコン基板１０１の横流れ抵抗の増大によりフィルファクタの低下を招く。

溝１０２の深さが浅いと、Ｒ（ｎ^＋）のＲ（ｎ^＋＋）に対する比は比較的小さいが、溝１０２の深さを深くすると、Ｒ（ｎ^＋＋）は変化せずにＲ（ｎ^＋）が上昇するため、Ｒ（ｎ^＋）のＲ（ｎ^＋＋）に対する比は大きくなる。すなわち、溝１０２の深さが深くなるとオートディフージョンの抑制力が大きくなる。これにより、低濃度拡散層の不純物濃度は低下し、Ｒ（ｎ^＋）は高くなる。一方、高濃度拡散層の不純物濃度は変化せず、Ｒ（ｎ^＋＋）は低いまま維持される。よって溝１０２の深さと拡散温度とにより、Ｒ（ｎ^＋）とＲ（ｎ^＋＋）とを制御することができるようになる。

溝１０２の幅は、５０μｍ以上１５０μｍ以下であり、好ましくは７０μｍ以上１００μｍ以下である。溝１０２の幅が５０μｍ以下では、ペーストの印刷が困難となる。一方、溝１０２の幅が１５０μｍ以上では、高濃度拡散層の占める面積が大きくなってしまい、セレクティブエミッタ化の優位性が失われる。

溝１０２を形成した後、シリコン基板１０１の表面を塩酸、硫酸、硝酸、ふっ酸等、もしくはこれらの混合液の酸性水溶液中で洗浄する。経済的及び効率的見地から、塩酸中での洗浄が好ましい。清浄度を向上させるため、塩酸溶液中に、０．５％以上５％以下の過酸化水素を混合させ、６０℃以上９０℃以下に加温して洗浄してもよい。

次に、シリコン基板１０１を洗浄した後、ｎ型拡散層を形成する。ｎ型拡散層の形成には、イオン注入法、熱拡散法、エピタキシャル成長、レーザドーピング等があり、いずれを用いてもよい。一例として熱拡散法について記述する。

先ず、シリコン基板１０１の受光面１０１ａに形成した溝１０２内に、例えばリン酸およびシリカゲルを含有した拡散ペースト（第一拡散源）を例えばスクリーン印刷機によって印刷し、塗布する。なお、リン酸およびシリカゲルを含有した拡散源は、例えばスピンコートにより塗布してもよい。拡散ペーストは受光面１０１ａの溝１０２内とともに溝１０２以外の表面に塗布されてもよい。溝１０２が形成されている部分には拡散ペーストが多く堆積するため、後述する工程でｎ型の高濃度層が形成される。

次に、第一拡散源を形成したシリコン基板１０１を所定の温度で加熱する。これにより、第一拡散源に含まれるドーパントが熱拡散してｎ型拡散層が形成される。

図４（ａ）〜（ｃ）は、重ね合わせ基板のボートへの載置状態を例示する模式図である。図４（ａ）及び（ｂ）に示すように、２枚のシリコン基板１０１を用意し、互いの拡散ペースト２０１を塗布した面同士を向かい合わせにして重ね合わせる。そして、ボート３０２の１つの溝３０３に、重ね合わせた２枚のシリコン基板１０１を挿入する。

２枚のシリコン基板１０１同士を密着状態にするため、ボート３０２の溝３０３の幅３０３ｄは、２枚のシリコン基板１０１を重ね合わせた厚さよりも２０μｍ以上５０μｍ以下程度広くしておくことが好ましい。

また、図４（ｃ）に示すように、偶数枚（例えば、４枚）のシリコン基板１０１を重ね合わせ、ボート３０５の１つの溝３０６に、偶数枚のシリコン基板１０１を挿入してもよい。偶数枚のシリコン基板１０１同士を密着状態にするため、ボート３０５の１つの溝３０６の幅３０６ｄは、偶数枚のシリコン基板１０１を重ね合わせた厚さよりも２０μｍ以上５０μｍ以下程度広くしておくことが好ましい。

次に、シリコン基板１０１を熱処理炉に入れて、例えば８００℃以上１１００℃以下 で１分以上９０分以下の時間保持して拡散熱処理を行う。この熱処理によって、拡散ペースト２０１に含まれるドーパントがシリコン基板１０１に拡散して拡散層が形成される。この際、シリコン基板１０１の溝１０２の内壁側の部分には高濃度拡散層が形成され、シリコン基板１０１の溝１０２が形成されていない部分の表面側には低濃度拡散層が形成される。その後、シリコン基板１０１を熱処理炉から取り出す。

熱処理後、シリコン基板１０１に付着したガラス成分を、ふっ酸等により洗浄する。ドーパントはｎ型であればどれでもよいが、特にリンを用いるのが好ましい。

次に、ｐ型拡散層を形成する。ｐ型拡散層の形成には、イオン注入法、熱拡散法、エピタキシャル成長、レーザドーピング等があり、いずれを用いてもよい。一例として熱拡散法について記述する。シリコン基板１０１の非受光面（例えば、第二表面）にも拡散層のパターンを形成する場合には、シリコン基板１０１の非受光面１０１ｂに例えばホウ酸およびシリカゲルを含有した拡散ペースト（第二拡散源）を例えばスクリーン印刷機によって印刷し、塗布する。なお、ホウ酸およびシリカゲルを含有した拡散剤は、例えばスピンコートにより塗布してもよい。ここで、シリコン基板１０１の非受光面１０１ｂに溝１０２が形成されている場合には、溝１０２内にも拡散源が塗布される。溝１０２が形成されている部分に拡散源が多く堆積するため、後述する工程でｐ型の高濃度層が形成される。

塗布後、８００℃以上１１００℃以下で１分以上９０分以下の時間保持して拡散熱処理を行う。これにより、シリコン基板１０１の非受光面１０１ｂにｐ型拡散領域が形成される。熱処理後、シリコン基板１０１に付着したガラス成分をガラスエッチング等により洗浄する。ドーパントはｐ型であればどれでもよいが、特にボロンを用いるのが好ましい。

続いて、再結合サイトの一つとなるダングリングボンドを減らすために、シリコン基板１０１上に酸化膜を形成する。酸化膜の形成には、熱酸化、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法による酸化膜の堆積、硝酸あるいは塩酸を含むオゾン水等によるウエット酸化等がある。

熱酸化の場合は、拡散層を形成したシリコン基板１０１を酸素雰囲気下で７００℃以上１１００℃以下、３０分以上１２０分以下で熱処理して、パッシベーション膜となるシリコン酸化膜を形成する。シリコン酸化膜の膜厚は３ｎｍ以上３０ｎｍ以下が好ましい。

次に、シリコン基板１０１の受光面１０１ａに反射防止膜を形成する。また、シリコン基板１０１の非受光面１０１ｂに適宜パッシベーション膜を形成してもよい。反射防止膜及びパッシベーション膜としては窒化珪素膜を使用してもよい。反射防止膜の膜厚は、７０ｎｍ以上１００ｎｍ以下が好ましい。膜の形成には、プラズマＣＶＤ法、熱ＣＶＤ法、Ｃａｔ（Catalytic）−ＣＶＤ法等、いずれを用いてもよい。

プラズマＣＶＤ法の場合は、反応ガスとして、モノシラン及びアンモニアを混合して用いることが多い。なお、アンモニアの代わりに窒素を用いてもよい。また、プロセス圧力の調整、反応ガスの希釈、更には、基板に多結晶シリコンを用いた場合には基板のバルクパッシベーション効果を促進するため、反応ガスに水素を混合することもある。

ＣＶＤの反応ガスの励起方法としては、前述のプラズマによるもののほか、熱ＣＶＤや光ＣＶＤ等を用いてもよい。他の反射防止膜及びパッシベーション膜として、酸化珪素、二酸化チタン膜、酸化亜鉛膜、酸化スズ膜、酸化タンタル膜、酸化ニオブ膜、フッ化マグネシウム膜、酸化アルミニウム膜等で代替してもよい。また、形成方法も上記以外にコーティング法、真空蒸着法等があるが、経済的な観点から、上記窒化珪素膜をプラズマＣＶＤ法によって形成するのが好適である。

次いで、電極を形成する。電極形成には、蒸着、印刷法、めっき等があり、いずれを用いてもよい。ここでは印刷法について記述する。スクリーン印刷装置等を用い、シリコン基板の受光面、非受光面の両面に、例えば銀を主成分とする電極ペーストを、スクリーン印刷装置を用いて形成する。

図５（ａ）及び（ｂ）は、電極ペーストの形成状態を例示する模式的断面図である。
図５（ａ）及び（ｂ）に表したように、シリコン基板１０１の溝１０２の内壁側には高濃度拡散層４０５、４１０が形成される。シリコン基板１０１の溝１０２以外の表面側には低濃度拡散層４０４、４０９が形成される。

電極を形成するには、先ず、溝１０２の内部（ｐ型拡散層及びｎ型拡散層の高濃度拡散層４０５、４１０上）に、例えば銀を主成分とする電極ペースト４０２、４０７を印刷し、乾燥させる。また、高濃度拡散層４０５、４１０と直交する方向に集電電極としてバスバーを２本以上５本以下程度形成する場合には、溝１０２と直交する方向に電極ペースト４０２、４０７を印刷する。

電極ペースト４０２、４０７には、ガラスフリットと呼ばれるシリコン基板１０１と電極との接着強度を向上させるための成分が含有される。ｐ型拡散層とｎ型拡散層で必要なガラスフリットの種類および量は異なるため、ｐ型電極とｎ型電極では電極ペースト４０２、４０７を分けて印刷してもよい。この場合、一度目の印刷時に例えばｐ型電極を印刷するときのスクリーンパターンと、二度目の印刷時にｎ型電極印刷するときのスクリーンパターンとを別に用意しておく必要がある。

これらの印刷の後、焼成炉において、５００℃以上９００℃以下で１分以上３０分以下の間、焼成を行い、窒化珪素膜に銀粉末を貫通させ（ファイアースルー）、電極とシリコンとを導通させる。これにより、両面電極型太陽電池素子が完成する。

本実施形態によれば、シリコン基板の表面に形成した溝内に拡散源を形成し、熱処理によって拡散させることから、溝の位置及び深さによって拡散層の位置及び濃度を正確に設定することができるようになる。すなわち、シリコン基板の表面に濃度差のある拡散層を容易かつ安定して形成することができる。これにより、オーミックコンタクトを得ながら、受光面や非受光面の電極以外の部分での表面再結合およびエミッタ内の再結合が抑制される。したがって、光電変換効率を向上させた太陽電池を、簡便かつ容易な方法により安価に製造することができる。

（第２実施形態）
図６は、第２実施形態に係る太陽電池の製造方法を例示するフローチャートである。
すなわち、図６に表したように、第２実施形態に係る太陽電池の製造方法は、溝の形成（ステップＳ２０１）、第一拡散源及び第二拡散源の形成（ステップＳ２０２）及び熱処理（ステップＳ２０３）を含む。

ステップＳ２０１に表した溝の形成では、シリコン基板の第一表面に複数の溝を形成する。ステップＳ２０２に表し第一拡散源及び第二拡散源の形成では、第一表面に形成された複数の溝に、第一ドーパントを含む第一拡散源と、第二ドーパントを含む第二拡散源と、を交互に形成する。ステップＳ２０３に表し熱処理では、シリコン基板を所定の温度に加熱することで、第一拡散源の第一ドーパント及び第二拡散源の第二ドーパントをシリコン基板内に拡散させる。

ここで、シリコン基板の第一表面の溝を形成した部分以外を平坦化する工程をさらに備えていてもよい。

また、複数の溝は、交互に配置された第一溝と第二溝とを含んでいてもよい。第一溝は、第一幅を有し、第二溝は、第一幅よりも広い第二幅を有する。

次に、具体的な太陽電池素子の製造方法の一例について説明する。

[バックコンタクト型太陽電池素子の製造方法]
ここでは、太陽電池の材料として単結晶シリコンの場合を例示するが、多結晶シリコンでも同様の効果を示す。
先ず、シリコン基板１０１を用意する。例えば、高純度シリコンにホウ素あるいはガリウムのようなＩＩＩ族元素をドープし、比抵抗０．１Ω・ｃｍ以上５Ω・ｃｍ以下としたアズカット単結晶｛１００｝ｐ型シリコン基板を用意する。そして、シリコン基板１０１の表面のスライスダメージを除去する。例えば、濃度５質量％以上６０質量％以下の水酸化ナトリウムや水酸化カリウムのような高濃度のアルカリ、または、ふっ酸と硝酸の混酸等を用いてシリコン基板の表面をエッチングする。単結晶のシリコン基板１０１は、ＣＺ法、ＦＺ法いずれの方法によって作製されてもよい。シリコン基板１０１は、受光面１０１ａと、受光面１０１ａとは反対側の非受光面１０１ｂと、を有する。本実施形態において、非受光面１０１ｂは第一表面である。

次に、シリコン基板１０１の表面にテクスチャを形成する。テクスチャは、加熱した水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム等のアルカリ溶液（濃度１質量％以上１０質量％以下、温度６０℃以上１００℃以下）中に１０分以上３０分以下程度浸漬することで作製される。上記溶液中に、所定量の２−プロパノールを溶解させ、反応を促進させることが多い。

テクスチャを形成した後、レーザやダイシング装置を用いて、シリコン基板の非受光面１０１ｂに複数の溝１０２を形成する。この溝１０２は、複数の溝１０２は、シリコン基板１０１の非受光面１０１ｂに沿ってほぼ平行に形成される。

また、図７に示すように、幅の狭い第一溝１０２ａと、幅の広い第二溝１０２ｂとを交互に等間隔で配列してもよい。第一溝１０２ａは、第一幅を有する。第二溝１０２ｂは、第一溝よりも広い第二幅を有する。なお、以下の説明で、第一溝１０２ａ及び第二溝１０２ｂを総称して溝１０２と呼ぶことにする。

溝１０２は、アルカリ溶液を主成分とするエッチングペーストをパターン状に印刷してシリコン基板１０１をパターン状にエッチングする方法や、ＲＩＥ等によるドライエッチング法を利用して形成されてもよい。また、この溝１０２の形成は、テクスチャを形成する前に行ってもよい。

溝１０２の断面形状は、図３（ａ）に表したような円弧型、図３（ｂ）に表したようなＶ字型である。特に図２（ｃ）に表したような矩形、図３（ｄ）に表したようなフラスコ型であることが好ましい。後の工程で電極を形成した場合、同じ電極体積である場合には矩形またはフラスコ型にすることで電極とシリコン基板１０１とのコンタクト面積が広くなる。

溝１０２の深さは、２０μｍ以上１００μｍ以下であり、好ましくは３０μｍ以上７０μｍ以下である。溝１０２の深さが２０μｍ以下では、後の工程の研磨時に溝形成部以外だけでなく溝形成部分も多く研磨されてしまう可能性がある。この場合、電極の直列抵抗が大きくなり、フィルファクタの低下を招く。一方、溝の深さが１００μｍ以上では、基板の強度が脆弱になる。

ここでは、第一溝１０２ａと第一溝１０２ａ同士、あるいは第二溝１０２ｂと第二溝１０２ｂ同士の間隔を溝のピッチと呼ぶ。溝のピッチは、０．４ｍｍ以上６．０ｍｍ以下であり、好ましくは１．０ｍｍ以上４．０ｍｍ以下である。溝のピッチが０．４ｍｍ以下ではシリコン基板１０１の強度が脆弱になる。溝のピッチが６．０ｍｍ以上では、エレクトリックシャドウの増大により短絡電流が大きく低下する。

第一溝１０２ａの幅（第一幅）は、５０μｍ以上２０００μｍ以下であり、好ましくは１００μｍ以上１０００μｍ以下である。第一溝１０２ａの幅が５０μｍ以下では、ＢＳＦ（Back Surface Field）領域が小さくフィルファクタの低下を招く。第一溝１０２ａの幅が２０００μｍ以上では、エレクトリックシャドウ増大により短絡電流の低下を招く。

第二溝１０２ｂの幅（第二幅）は、２００μｍ以上５０００μｍ以下であり、好ましくは５００μｍ以上３０００μｍ以下である。第二溝１０２ｂの幅が２００μｍ以下では、エミッタ層が小さくなり、短絡電流や開放電圧の低下を招く。第二溝１０２ｂの幅が５０００μｍ以上では、シリコン基板１０１の横流れ抵抗及びエミッタ層の横流れ抵抗が大きくなり、フィルファクタの低下を招く。

溝１０２を形成した後、シリコン基板１０１の表面を塩酸、硫酸、硝酸、ふっ酸等、もしくはこれらの混合液の酸性水溶液中で洗浄する。経済的及び効率的見地から、塩酸中での洗浄が好ましい。清浄度を向上させるため、塩酸溶液中に、０．５％以上５％以下の過酸化水素を混合させ、６０℃以上９０℃以下に加温して洗浄してもよい。

次に、シリコン基板１０１の非受光面１０１ｂの第二溝１０２ｂにエミッタ層を、第一溝１０２ａにＢＳＦを形成する。拡散層の形成には、イオン注入法、熱拡散法、エピタキシャル成長、レーザドーピング等があり、いずれを用いてもよい。一例として熱拡散法について記述する。

先ず、リン酸およびシリカゲルを含有した拡散ペースト２０１を例えばスクリーン印刷機によって幅の広い第二溝１０２ｂ内に印刷し、塗布する。一方、ホウ酸およびシリカゲルを含有した拡散ペースト２０１を例えばスクリーン印刷機によって幅の狭い第一溝１０２ａ内に印刷し、塗布する。また、受光面１０１ａ側にＦＳＦ（Front Surface Field）を形成する場合には、受光面１０１ａ側にホウ酸およびシリカゲルを含有した低濃度の拡散塗布剤を例えばスピンコートによって塗布する。

次に、図４に示すように、２枚のシリコン基板１０１を用意し、互いの拡散ペースト２０１を塗布した面同士を互いに向かい合わせにして重ね合わせる。そして、ボート３０２の１つの溝３０３に、重ね合わせた２枚のシリコン基板１０１を挿入する。

２枚のシリコン基板１０同士を密着状態にするため、ボート３０２の溝３０３の幅３０３ｄは、２枚のシリコン基板１０１を重ね合わせた厚さよりも２０μｍ以上５０μｍ以下程度広くしておくことが好ましい。

また、図４（ｃ）に示すように、偶数枚（例えば、４枚）のシリコン基板１０１を重ね合わせ、ボート３０５の１つの溝３０６に、偶数枚のシリコン基板１０１を挿入してもよい。偶数枚のシリコン基板１０１同士を密着状態にするため、ボート３０５の１つの溝３０６の幅３０６ｄは、偶数枚のシリコン基板１０１を重ね合わせた厚さよりも２０μｍ以上５０μｍ以下程度広くしておくことが好ましい。

次に、シリコン基板１０１を熱処理炉に入れて、例えば８００℃以上１１００℃以下 で１分以上９０分以下の時間保持して拡散熱処理を行う。この熱処理によって、拡散ペースト２０１に含まれるドーパントがシリコン基板１０１に拡散して拡散層が形成される。この際、シリコン基板１０１の溝１０２の内壁側の部分には高濃度拡散層が形成され、シリコン基板１０１の溝１０２が形成されていない部分の表面側には低濃度拡散層が形成される。その後、シリコン基板１０１を熱処理炉から取り出す。

熱処理後、シリコン基板１０１の非受光面１０１ｂの溝形成部以外を平坦化する。平坦化により、凹凸減少による再結合サイトの抑制、および、ｐ−ｎ接合の分離がなされる。

平坦化には、化学機械平坦化（ＣＭＰ）、ラップ研磨、スピンエッチング、レーザエッチング等が用いられる。平坦化の方法は、溝形成部以外を優先的にエッチングするものであればいずれであってもよい。

一例としてＣＭＰについて記述する。一般的なＣＭＰ技術（例えば、米国特許第５２４５７９４号明細書、米国特許第４９４４８３６号明細書参照）およびＣＭＰ装置（例えば、米国特許第４１９３２２６号明細書、米国特許第３８４１０３１号明細書参照）を使用する。フラットテーブル上の研磨パッドにシリコン基板１０１を配置し、研磨パッドの回転および研磨液のエッチングにより非受光面１０１ｂの主に溝形成部以外の研磨を行う。平坦化処理後、拡散処理時にシリコン基板１０１に付いたガラス成分や平坦化時の研磨残留物をふっ酸、ＲＣＡ洗浄等により洗浄する。

続いて、再結合サイトの一つとなるダングリングボンドを減らすために、シリコン基板１０１上に酸化膜を形成する。酸化膜の形成には、熱酸化、ＣＶＤ法による酸化膜の堆積、硝酸あるいは塩酸を含むオゾン水等によるウエット酸化等がある。

熱酸化の場合は、拡散層を形成したシリコン基板１０１を酸素雰囲気下で７００℃以上１１００℃以下、３０分以上１２０分以下で熱処理して、パッシベーション膜となるシリコン酸化膜を形成する。シリコン酸化膜の膜厚は３ｎｍ以上３０ｎｍ以下が好ましい。

次に、シリコン基板１０１の受光面１０１ａに反射防止膜を形成する。また、シリコン基板１０１の非受光面１０１ｂに適宜パッシベーション膜を形成してもよい。反射防止膜及びパッシベーション膜としては窒化珪素膜を使用してもよい。反射防止膜の膜厚は、７０ｎｍ以上１００ｎｍ以下が好ましい。膜の形成には、プラズマＣＶＤ法、熱ＣＶＤ法、Ｃａｔ−ＣＶＤ法等、いずれを用いてもよい。

プラズマＣＶＤ法の場合は、反応ガスとして、モノシラン及びアンモニアを混合して用いることが多い。なお、アンモニアの代わりに窒素を用いてもよい。また、プロセス圧力の調整、反応ガスの希釈、更には、基板に多結晶シリコンを用いた場合には基板のバルクパッシベーション効果を促進するため、反応ガスに水素を混合することもある。

ＣＶＤの反応ガスの励起方法としては、前述のプラズマによるもののほか、熱ＣＶＤや光ＣＶＤ等を用いてもよい。他の反射防止膜及びパッシベーション膜として、酸化珪素、二酸化チタン膜、酸化亜鉛膜、酸化スズ膜、酸化タンタル膜、酸化ニオブ膜、フッ化マグネシウム膜、酸化アルミニウム膜等で代替してもよい。また、形成方法も上記以外にコーティング法、真空蒸着法等があるが、経済的な観点から、上記、窒化珪素膜をプラズマＣＶＤ法によって形成するのが好適である。

バスバーを設ける場合には、シリコン基板１０１の非受光面１０１ｂの拡散層上に絶縁体膜を形成してもよい。絶縁体のパターンを形成するには、スクリーン印刷と加熱によるシロキサン等を形成する方法や、熱酸化膜を所望部分以外除去する方法等があり、いずれを用いてもよい。例えばシロキサン前駆体ペーストをスクリーン印刷機によって後の工程でバスバーを設けたい箇所に印刷し、ホットプレート等により加熱しシロキサンを形成してもよい。

また、シリコン基板１０１の端部にバスバーを設ける場合には、図８に示すような、第一溝１０２ａおよび第二溝１０２ｂの少なくとも一方をシリコン基板１０１の端部に寄せて形成しておく。寄り度合いの長さ６０４は、２００μｍ以上５０００μｍ以下が好ましい。

次いで、電極を形成する。電極形成には、蒸着、印刷法、めっき等があり、いずれを用いてもよい。ここでは印刷法について記述する。スクリーン印刷装置等を用い、シリコン基板の非受光面に、例えば銀を主成分とする電極ペースト４０２、４０７を、スクリーン印刷装置を用いて形成する。図５（ａ）及び（ｂ）に表したように、電極ペースト４０２、４０７は、溝１０２の内部（ｐ型拡散層及びｎ型拡散層の高濃度拡散層４０５、４１０上）に印刷塗布される。その後、電極ペースト４０２、４０７を乾燥させる。また、シリコン基板１０１の両端や絶縁体を形成した箇所に、ほぼ直線状に集電電極としてバスバーを２本以上５本以下程度形成してもよい。

電極ペースト４０２、４０７中には、ガラスフリットと呼ばれるシリコン基板１０１と電極との接着強度を向上させるための成分が含有される。ｐ型拡散層とｎ型拡散層で必要なガラスフリットの種類および量は異なるため、ｐ型電極とｎ型電極では電極ペースト４０２、４０７を分けて印刷してもよい。この場合、一度目の印刷時に例えばｐ型電極を印刷するときのスクリーンパターンと、二度目の印刷時にｎ型電極印刷するときのスクリーンパターンとを別に用意しておく必要がある。

これらの印刷の後、焼成炉において、５００℃以上９００℃以下で１分以上３０分以下の間、焼成を行い、窒化珪素膜に銀粉末を貫通させ（ファイアースルー）、電極とシリコンとを導通させる。これにより、バックコンタクト型太陽電池素子が完成する。

本実施形態によれば、シリコン基板の表面に形成した溝内に拡散源を形成し、熱処理によって拡散させることから、溝の位置及び深さによって拡散層の位置及び濃度を正確に設定することができるようになる。すなわち、シリコン基板の表面に濃度差のある拡散層を容易かつ安定して形成することができる。これにより、オーミックコンタクトを得ながら、受光面や非受光面の電極以外の部分での表面再結合およびエミッタ内の再結合が抑制される。また、受光面の電極をなくしシャドーロスをなくすことができる。したがって、光電変換効率を向上させた太陽電池を、簡便かつ容易な方法により安価に製造することができる。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更又は改良を加えることができることが当業者に明らかである。その様な変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、請求の範囲の記載から明らかである。例えば、上述の例ではｐ型基板を使用したが、ｎ型基板を使用してもよく、この場合は例えばエミッタ層の形成にはホウ素系拡散剤を、ＢＳＦの形成にはリン系拡散剤を使用すればよい。

以下、本発明の実施例を説明する。なお、本発明は本実施例に限定されるものではない。
［実施例１］
本発明の有効性を確認するため、基板受光面に溝を有する両面電極型太陽電池を拡散ペーストを用いて以下に示す条件で作製し、評価を行った。

（作製手順及び条件）
まず、半導体基板として、縦横１００×１００ｍｍ、厚さ２５０μｍ、比抵抗１Ω・ｃｍのガリウムドープ｛１００｝ｐ型アズカットシリコン基板を６０枚用意し、加熱した水酸化カリウム水溶液により該シリコン基板のダメージ層を除去した。次に、水酸化カリウム・２−プロパノール水溶液中に浸漬し、テクスチャ形成を行った。

次いで、受光面側に溝を形成した。ダイサーにより平行で等間隔な溝のパターンを切削により形成した。溝間隔は１．０ｍｍ、溝幅は１００μｍ、溝の深さは３０μｍ、溝の形状は矩形とした。溝形成後、８０℃に保った１％の塩酸と１％の過酸化水素の水溶液中に５分浸漬し、純水で５分リンス後、クリーンオーブンにて乾燥させた。

次に、ｎ型拡散層の形成を行った。詳しくは、リン酸およびシリカゲルを含有した拡散ペーストをスクリーン印刷機によって溝内に印刷し、シリコン基板２枚を図４に示したように溝が合わさるように受光面同士で重ねあわせた状態で、酸素を１．０ｖｏｌ％窒素中に混合させたガス雰囲気の中に配置し、９００℃で３０分熱処理を行った。続いて、シリコン基板の表面に形成されたリンガラスをふっ酸で除去した。

次いで、これらのシリコン基板を酸素雰囲気中、１０００℃で１０分間処理することで熱酸化を行い、基板両面に熱酸化膜を２０ｎｍ形成した。

引き続き、熱酸化膜上に窒化珪素膜からなる反射防止膜を成膜した。このときプラズマＣＶＤ法を用い、反応ガスとしてはモノシラン及びアンモニアの混合ガスを用い、膜厚は８０ｎｍ、屈折率は２．０とした。

次に、非受光面全面にアルミニウムペーストをスクリーン印刷し、乾燥した。この後、受光面に櫛歯状のパターンで銀ペーストをスクリーン印刷し、乾燥した。アルミニウムペーストは、粒径数〜数十ｎｍのアルミニウム微粒子を有機溶媒中に分散させたものである。また、銀ペーストは、粒径数〜数十ｎｍの銀微粒子を有機溶媒中に分散させたものである。最後に、８００℃の空気雰囲気下で１０秒程度熱処理し、アルミニウムおよび銀を焼結させて太陽電池を完成させた。

［実施例２］
本発明の有効性を確認するため基板受光面に溝を有する両面電極型太陽電池をスピンコート法を用いて以下に示す条件で作製し、評価を行った。

（作製手順及び条件）
まず、半導体基板として、縦横１００×１００ｍｍ、厚さ２５０μｍ、比抵抗１Ω・ｃｍのガリウムドープ｛１００｝ｐ型アズカットシリコン基板を６０枚用意し、加熱した水酸化カリウム水溶液により該シリコン基板のダメージ層を除去した。次に、水酸化カリウム・２−プロパノール水溶液中に浸漬し、テクスチャ形成を行った。

次いで、受光面側に溝を形成した。ダイサーにより平行で等間隔な溝のパターンを切削により形成した。溝間隔は１．０ｍｍ、溝幅は１００μｍ、溝の深さは３０μｍ、溝の形状は矩形とした。溝形成後、８０℃に保った１％の塩酸と１％の過酸化水素の水溶液中に５分浸漬し、純水で５分リンス後、クリーンオーブンにて乾燥させた。

次に、ｎ型拡散層の形成を行った。詳しくは、リン酸およびシリカゲルを含有した拡散ペーストをスピンコートによって塗布し、シリコン基板２枚を図４に示したように溝が合わさるように受光面同士で重ねあわせた状態で、酸素を１．０ｖｏｌ％窒素中に混合させたガス雰囲気の中に配置し、９００℃で３０分熱処理を行った。続いて、シリコン基板の表面に形成されたリンガラスをふっ酸で除去した。

次いで、これらのシリコン基板を酸素雰囲気中、１０００℃で１０分間処理することで熱酸化を行い、基板両面に熱酸化膜を２０ｎｍ形成した。

引き続き、熱酸化膜上に窒化珪素膜からなる反射防止膜を成膜した。このときプラズマＣＶＤ法を用い、反応ガスとしてはモノシラン及びアンモニアの混合ガスを用い、膜厚は８０ｎｍ、屈折率は２．０とした。

次に、非受光面全面にアルミニウムペーストをスクリーン印刷し、乾燥した。この後、受光面に櫛歯状のパターンで銀ペーストをスクリーン印刷し、乾燥した。アルミニウムペーストは、粒径数ｎｍ〜数十ｎｍのアルミニウム微粒子を有機溶媒中に分散させたものである。また、銀ペーストは、粒径数ｎｍ〜数十ｎｍの銀微粒子を有機溶媒中に分散させたものである。最後に、８００℃の空気雰囲気下で１０秒程度熱処理し、アルミニウムおよび銀を焼結させて太陽電池を完成させた。

［比較例１］
比較のため、溝を形成しない従来の両面電極型太陽電池を以下に示す条件で作製し、評価を行った。

（作製手順及び条件）
まず、半導体基板として、縦横１００×１００ｍｍ、厚さ２５０μｍ、比抵抗１Ω・ｃｍのガリウムドープ｛１００｝ｐ型アズカットシリコン基板を６０枚用意し、加熱した水酸化カリウム水溶液により該シリコン基板のダメージ層を除去した。次に、水酸化カリウム・２−プロパノール水溶液中に浸漬し、テクスチャ形成を行った。その後、８０℃に保った１％の塩酸と１％の過酸化水素の水溶液中に５分浸漬し、純水で５分リンス後、クリーンオーブンにて乾燥させた。

次に、ｎ型拡散層の形成を行った。詳しくは、リン酸およびシリカゲルを含有した拡散ペーストをスクリーン印刷機によって印刷し、シリコン基板２枚を受光面同士で重ねあわせた状態で、酸素を１．０ｖｏｌ％窒素中に混合させたガス雰囲気の中に配置し、９００℃で３０分熱処理を行った。続いて、シリコン基板の表面に形成されたリンガラスをふっ酸で除去した。

次いで、これらのシリコン基板を酸素雰囲気中、１０００℃で１０分間処理することで熱酸化を行い、基板両面に熱酸化膜を２０ｎｍ形成した。

引き続き、熱酸化膜上に窒化珪素膜からなる反射防止膜を成膜した。このときプラズマＣＶＤ法を用い、反応ガスとしてはモノシラン及びアンモニアの混合ガスを用い、膜厚は８０ｎｍ、屈折率は２．０とした。

次に、非受光面全面にアルミニウムペーストをスクリーン印刷し、乾燥した。この後、受光面に櫛歯状のパターンで銀ペーストをスクリーン印刷し、乾燥した。アルミニウムペーストは、粒径数ｎｍ〜数十ｎｍのアルミニウム微粒子を有機溶媒中に分散させたものである。また、銀ペーストは、粒径数ｎｍ〜数十ｎｍの銀微粒子を有機溶媒中に分散させたものである。最後に、８００℃の空気雰囲気下で１０秒程度熱処理し、アルミニウムおよび銀を焼結させて太陽電池を完成させた。

（評価方法）
以上のようにして得られた太陽電池のサンプルについて、山下電装社製ソーラーシミュレータを用いてＡＭ１．５スペクトル、照射強度１００ｍＷ／ｃｍ^２、２５℃の条件下で、太陽電池特性を測定した。得られた結果の平均値を表１に示す。

以上の結果、実施例１あるいは実施例２の太陽電池は、受光面に溝を形成し、Ｒ（ｎ^＋）のＲ（ｎ^＋＋）に対する比（Ｒ（ｎ^＋）／Ｒ（ｎ^＋＋））が大きくなるようにしたので、比較例１よりも短絡電流および開放電圧が増加し、変換効率も向上した。

［実施例３］
本発明の有効性を確認するため基板受光面に溝を有するバックコンタクト型太陽電池を以下に示す条件で作製し、評価を行った。

（作製手順及び条件）
まず、半導体基板として、縦横１００×１００ｍｍ、厚さ１５０μｍ、比抵抗３Ω・ｃｍのリンドープ｛１００｝ｎ型アズカットシリコン基板を６０枚用意し、加熱した水酸化カリウム水溶液により該シリコン基板のダメージ層を除去した。次に、水酸化カリウム・２−プロパノール水溶液中に浸漬し、テクスチャ形成を行った。

次に、非受光面側に溝を形成した。ダイサーにより平行で等間隔なピッチ１．５ｍｍで幅２５０μｍの狭い溝のパターンを切削により形成した。その後ダイサーにより狭い溝の中間に平行で等間隔なピッチ１．５ｍｍで幅１０００μｍの広い溝のパターンを切削により形成した。溝の深さは３０μｍで、溝の形状は矩形とした。溝形成後、８０℃に保った１％の塩酸と１％の過酸化水素の水溶液中に５分浸漬し、純水で５分リンス後、クリーンオーブンにて乾燥させた。

次にｐ型拡散層およびｎ型拡散層の形成を行った。リン酸およびシリカゲルを含有した拡散ペーストをスクリーン印刷機によって狭い溝内に印刷した。さらにホウ酸およびシリカゲルを含有した拡散ペーストをスクリーン印刷機によって広い溝内に印刷した。印刷したシリコン基板２枚を溝が合わさるように非受光面同士で重ねあわせた状態で、酸素を１．０ｖｏｌ％窒素中に混合させたガス雰囲気の中に配置し、１０００℃で３０分熱処理を行った。その後、非受光面の溝形成部以外をＣＭＰにより平坦化した。フラットテーブル上の研磨パッドに基板を配置し、研磨パッド（定盤）の回転および研磨液のエッチングにより非受光面の主に溝形成部以外の研磨を行った。定盤の回転速度は１００ｒｐｍで、研磨液は砥粒、分散剤、ポリアクリル酸化合物、界面活性剤、ｐＨ調整剤、リン酸化合物、水を含むものを使用した。平坦化処理後、拡散処理時にシリコン基板表面に形成したガラス成分と平坦化時の研磨残留物をふっ酸およびＲＣＡ洗浄により洗浄した。

次いで、これらのシリコン基板を酸素雰囲気中、１０００℃で１０分間処理することで熱酸化を行い、基板両面に熱酸化膜を２０ｎｍ形成した。

引き続き、熱酸化膜上に窒化珪素膜からなる反射防止膜を成膜した。このときプラズマＣＶＤ法を用い、反応ガスとしてはモノシラン及びアンモニアの混合ガスを用い、膜厚は８０ｎｍ、屈折率は２．０とした。

次に、非受光面に櫛歯状のパターンで銀ペーストをスクリーン印刷し、乾燥した。また、銀ペーストは、粒径数ｎｍ〜数十ｎｍの銀微粒子を有機溶媒中に分散させたものである。最後に、８００℃の空気雰囲気下で１０秒程度熱処理し、銀を焼結させて太陽電池を完成させた。

［比較例２］
比較のため、溝を形成しない従来のバックコンタクト型太陽電池を以下に示す条件で作製し、評価を行った。

（作製手順及び条件）
まず、半導体基板として、縦横１００×１００ｍｍ、厚さ１５０μｍ、比抵抗３Ω・ｃｍのリンドープ｛１００｝ｎ型アズカットシリコン基板を６０枚用意し、加熱した水酸化カリウム水溶液により該シリコン基板のダメージ層を除去した。その後、８０℃に保った１％の塩酸と１％の過酸化水素の水溶液中に５分浸漬し、純水で５分リンス後、クリーンオーブンにて乾燥させた。

次に、常圧ＣＶＤ法によりシリコン基板両面に第１拡散マスクとして酸化珪素を４００ｎｍ形成した。リン酸を含有するエッチングペーストにより櫛型に印刷、加熱処理を行ないパターンエッチングした。そして加熱処理を終えたシリコン基板を、洗剤を含んだ超音波水洗を１０分間、純水のみの超音波洗浄を２０分間、流水洗浄を５分間の順で洗浄し、エッチングペーストの増粘剤などの残渣を除去し、２％程度のふっ酸で洗浄し、第１拡散マスクの窓開けを行なった。

次に、三臭化ホウ素を用いた気相拡散により櫛型にｐ^＋＋型拡散領域を形成した。拡散は、１０００℃で、６０分間行なった。ｐ^＋＋型拡散領域形成後、基板表面に形成されたガラスと第１拡散マスクをふっ酸により除去した。

次いで、常圧ＣＶＤ法によりシリコン基板両面に第２拡散マスクとして酸化珪素を４００ｎｍ形成した。リン酸を含有するエッチングペーストにより櫛型に印刷、加熱処理を行ないパターンエッチングした。そして加熱処理を終えたシリコン基板を、洗剤を含んだ超音波水洗を１０分間、純水のみの超音波洗浄を２０分間、流水洗浄を５分間の順で洗浄し、ペーストの増粘剤などの残渣を除去し、２％程度のふっ酸で洗浄し、第２拡散マスクの窓開けを行なった。

次に、塩化ホスホリルを用いた気相拡散により櫛型にｎ^＋＋型拡散領域を形成した。拡散は、９００℃で、６０分間行なった。ｎ^＋＋型拡散領域形成後、基板表面に形成されたガラスと第２拡散マスクをふっ酸により除去した。

次に、常圧ＣＶＤ法によってシリコン基板の非受光面にテクスチャエッチングマスクとして膜厚８００ｎｍの酸化珪素膜を形成した。次に、水酸化カリウム・２−プロパノール水溶液中に浸漬し、受光面にテクスチャを形成した。その後、テクスチャエッチングマスクはふっ酸によって除去した。そして、シリコン基板を９００℃、３０分間ドライ酸化を行ない、基板両面に熱酸化膜を形成した。

次いで、受光面側にはプラズマＣＶＤ法によって窒化珪素膜を形成した。反応ガスとしてはモノシラン及びアンモニアの混合ガスを用い、膜厚は８０ｎｍ、屈折率は２．０とした。その後リン酸を含有するエッチングペーストを用いて、ｐ^＋＋型拡散領域とｎ^＋＋型拡散領域上に幅１００μｍ程度の櫛型のパターンを形成した。そして、銀などの電極材料を印刷し、５００℃で焼成することによりｐ型電極、ｎ型電極を形成した。

（評価方法）
以上のようにして得られた太陽電池のサンプルについて、山下電装社製ソーラーシミュレータを用いてＡＭ１．５スペクトル、照射強度１００ｍＷ／ｃｍ^２、２５℃の条件下で、太陽電池特性を測定した。得られた結果の平均値を表２に示す。

以上の結果、実施例３の太陽電池は、非受光面に溝を形成し、溝形成部以外を平坦化したため、非受光面での表面再結合が減少し、シャントが抑制された。そのため、実施例３の太陽電池は比較例２よりも短絡電流および開放電圧が増加し、変換効率も向上した。

本発明によれば、簡便かつ容易な方法により安価にシリコン基板表面に濃度差のあるパターンの拡散層が形成される。また、基板のドーパント濃度の差を制御することができ、太陽電池の変換効率の向上が達成される。さらに、裏面を平坦化する場合、裏面再結合速度が低減するため、開放電圧が増加する。また、光閉じ込め作用が強まるため、短絡電流も増加する。その結果、太陽電池の性能が大幅に向上する。

以上、具体例を参照しつつ実施形態について説明したが、本発明はこれらの具体例に限定されるものではない。例えば、前述の実施形態に当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。

１０１…シリコン基板
１０１ａ…受光面
１０１ｂ…非受光面
１０２…溝
１０２ａ…第一溝
１０２ｂ…第二溝
２０１…拡散ペースト
４０２、４０７…電極ペースト
４０４、４０９…低濃度拡散層
４０５、４１０…高濃度拡散層

Claims (16)

1. シリコン基板の少なくとも第一表面に複数の溝を形成する工程と、
   前記第一表面に形成された前記複数の溝に第一ドーパントを含む第一拡散源を形成する工程と、
   前記第一拡散源の前記第一ドーパントを前記シリコン基板内に拡散させる熱処理工程と、
   を備えることを特徴とする太陽電池の製造方法。
2. 前記第一拡散源を形成する工程は、前記第一拡散源をパターニングによって形成することを含む請求項１記載の太陽電池の製造方法。
3. 前記第一拡散源を形成する工程は、前記第一拡散源をスピンコートによって形成することを含む請求項１記載の太陽電池の製造方法。
4. 前記シリコン基板の前記第一表面とは反対側の第二表面に複数の溝を形成する工程と、
   前記第二表面に形成された前記複数の溝に第二ドーパントを含む第二拡散源を形成する工程と、
   前記第二拡散源の前記第二ドーパントを前記シリコン基板内に拡散させる熱処理工程と、
   をさらに備える請求項１〜３のいずれか１つに記載の太陽電池の製造方法。
5. 前記第二拡散源を形成する工程は、前記第二拡散源をパターニングによって形成することを含む請求項４記載の太陽電池の製造方法。
6. 前記第二拡散源を形成する工程は、前記第二拡散源をスピンコートによって形成することを含む請求項４記載の太陽電池の製造方法。
7. シリコン基板の第一表面に複数の溝を形成する工程と、
   前記複数の溝に、第一ドーパントを含む第一拡散源と、第二ドーパントを含む第二拡散源と、を交互に形成する工程と、
   前記第一拡散源の前記第一ドーパントおよび前記第二拡散源の前記第二ドーパントを前記シリコン基板内に拡散させる熱処理工程と、
   を備えることを特徴とする太陽電池の製造方法。
8. 前記熱処理工程は、複数の前記シリコン基板を一括して処理することを含み、
   前記複数のシリコン基板のうちの一つである第一シリコン基板は、前記複数のシリコン基板のうちの他の一つである第二シリコン基板と、互いの前記第一表面を向かい合わせに配置されることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載の太陽電池の製造方法。
9. 前記熱処理工程は、前記第一シリコン基板および前記第二シリコン基板の互いの前記溝を向かい合わせに配置することを含む請求項８記載の太陽電池の製造方法。
10. 前記溝の断面形状は、円弧型、Ｖ字型、矩形またはフラスコ型であることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１つに記載の太陽電池の製造方法。
11. 前記溝の深さは、５μｍ以上１００μｍ以下である請求項１〜１０のいずれか１つに記載の太陽電池の製造方法。
12. 前記溝の幅は、５０μｍ以上１５０μｍ以下である請求項１〜１１のいずれか１つに記載の太陽電池の製造方法。
13. 前記第一表面の前記溝を形成した部分以外を平坦化する工程をさらに備えたことを特徴とする請求項７〜１２のいずれか１つに記載の太陽電池の製造方法。
14. 前記複数の溝は、交互に配置された第一溝と第二溝とを含み、
    前記第一溝は、第一幅を有し、
    前記第二溝は、前記第一幅よりも広い第二幅を有することを特徴とする請求項７〜１１、１３のいずれか１つに記載の太陽電池の製造方法。
15. 前記第一幅は、５０μｍ以上２０００μｍ以下である請求項１４記載の太陽電池の製造方法。
16. 前記第二幅は、２００μｍ以上５０００μｍ以下である請求項１４または１５に記載の太陽電池の製造方法。