特許 5938113 太陽電池用基板の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】5938113

(24)【登録日】2016年5月20日

(45)【発行日】2016年6月22日

(54)【発明の名称】太陽電池用基板の製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 31/18 20060101AFI20160609BHJP

   H01L 31/068 20120101ALI20160609BHJP

   H01L 21/324 20060101ALI20160609BHJP

   H01L 21/22 20060101ALI20160609BHJP

   H01L 21/316 20060101ALI20160609BHJP

【ＦＩ】

   H01L31/04 400

   H01L31/06 300

   H01L21/324 X

   H01L21/22 501A

   H01L21/316 S

   H01L21/22 Y

【請求項の数】5

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2015-554(P2015-554)

(22)【出願日】2015年1月5日

【審査請求日】2015年1月6日

(73)【特許権者】

【識別番号】000002060

【氏名又は名称】信越化学工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100102532

【弁理士】

【氏名又は名称】好宮 幹夫

(72)【発明者】

【氏名】大塚 寛之

(72)【発明者】

【氏名】白井 省三

【審査官】 吉岡 一也

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１４−１４３２７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−０１７８１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０５−２０６１４６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−０４６５６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２００６／１０１２００（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０１３−１４３５０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−２８９０７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第００／０７３５４２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００２−０５７３５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−０７６３８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１９０９７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−２１７２６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−０４３５５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−０７６４００（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−１７３３９５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ３１／０２−３１／０７８

Ｈ０１Ｌ ３１／１８−３１／２０

Ｈ０１Ｌ ２１／２２

Ｈ０１Ｌ ２１／３１６

Ｈ０１Ｌ ２１／３２４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

単結晶シリコンからなる太陽電池用基板の製造方法であって、
ガリウムでドープされているシリコン単結晶インゴットを作製する工程と、
前記シリコン単結晶インゴットからシリコン基板を切り出す工程と、
前記シリコン基板に対して８００℃以上１２００℃未満の温度で低温熱処理を行う工程とを有し、
前記低温熱処理を行う前に、前記シリコン単結晶インゴット又は前記シリコン基板に対して１２００℃以上の温度で３０秒以上３０分以下の高温熱処理を行うことを特徴とする太陽電池用基板の製造方法。

【請求項2】

前記シリコン単結晶インゴットから前記シリコン基板を切り出した後に、前記シリコン基板に対して前記高温熱処理を行うことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池用基板の製造方法。

【請求項3】

前記低温熱処理が、ドーパント拡散処理、又は、酸化処理に伴うものであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の太陽電池用基板の製造方法。

【請求項4】

前記シリコン基板の酸素濃度を１２ｐｐｍ以上とすることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の太陽電池用基板の製造方法。

【請求項5】

前記高温熱処理をオキシ塩化リンを含む雰囲気下で行うことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の太陽電池用基板の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、太陽電池用基板の製造方法及び太陽電池用基板に関する。

【背景技術】

【0002】

一般的な太陽電池は、ｐ型シリコン基板を用いる場合には、電極はＡｇペーストを材料としたスクリーン印刷法により形成され、また、反射防止膜はＳｉＮ_ｘ膜をＣＶＤ法により形成され、さらにエミッタ層（ｎ型拡散層）は熱拡散により形成されている（例えば、特許文献１を参照）。この熱拡散はＰＯＣｌ_３による気相拡散、もしくはリン酸ベースの塗布拡散で形成しており、８００℃前後の熱が基板に加わる。さらに、高効率化のためＢＳＦ層としてボロン拡散層を形成する場合には、１０００℃前後の熱を基板に加える必要がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００２−０７６３８８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、上記したような熱拡散や、基板表面に酸化膜を形成する際に８００℃以上のような熱処理がシリコン単結晶基板に加えられると、シリコン単結晶基板にある濃度以上の酸素原子が含まれていた場合、酸素に起因する欠陥が成長し、シリコン単結晶基板の少数キャリアライフタイムが低下する場合があった。また、その結果、このような基板を用いて作製された太陽電池の特性が低下するという問題があった。上記の特性低下は特に酸素濃度の高い基板で顕著であった。

【0005】

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、基板の酸素濃度が多い場合であっても、基板の少数キャリアライフタイムの低下を抑制することができる太陽電池用基板の製造方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記目的を達成するために、本発明は、単結晶シリコンからなる太陽電池用基板の製造方法であって、シリコン単結晶インゴットを作製する工程と、前記シリコン単結晶インゴットからシリコン基板を切り出す工程と、前記シリコン基板に対して８００℃以上１２００℃未満の温度で低温熱処理を行う工程とを有し、前記低温熱処理を行う前に、前記シリコン単結晶インゴット又は前記シリコン基板に対して１２００℃以上の温度で３０秒以上の高温熱処理を行うことを特徴とする太陽電池用基板の製造方法を提供する。

【0007】

このように、８００℃以上１２００℃未満の温度の低温熱処理を行う前に、シリコン単結晶インゴット又はシリコン基板に対して１２００℃以上の温度で３０秒以上の高温熱処理を行うことで、酸素析出欠陥のもとになる酸素析出核を予め溶かし、後続の製造プロセスにおいて低温熱処理を経ても、酸素起因欠陥が成長しないので、少数キャリアライフタイムの低下が抑制された基板を製造することができ、それによって、製造された基板を用いて作製した太陽電池の変換効率を向上させることができる。本発明の説明では、便宜上１２００℃以上の温度の「高温熱処理」と区別するために、８００℃以上１２００℃未満の温度の熱処理を、「低温熱処理」と称する。

【0008】

このとき、前記シリコン単結晶インゴットから前記シリコン基板を切り出した後に、前記シリコン基板に対して前記高温熱処理を行うことが好ましい。

【0009】

このようにシリコン基板に対して高温熱処理を行えば、酸素析出欠陥のもとになる酸素析出核を確実に溶かすことができるので、基板の少数キャリアライフタイムの低下を確実に抑制することができる。

【0010】

このとき、前記低温熱処理を、ドーパント拡散処理、又は、酸化処理に伴うものとすることができる。

【0011】

太陽電池用基板の製造において、ドーパント拡散処理、又は、酸化処理は上記低温熱処理の温度範囲で行うことが多い。このような低温熱処理を行うドーパント拡散処理、又は、酸化処理を行う場合に、本発明を好適に適用することができる。

【0012】

このとき、前記シリコン基板の酸素濃度を１２ｐｐｍ以上とすることができる。

【0013】

シリコン基板の酸素濃度が１２ｐｐｍ以上である場合には、従来法では特に太陽電池の特性の低下が大きく、本発明を好適に適用することができる。なお、本発明の説明において、シリコン基板中の酸素濃度は原子数比基準（この場合、単位を「ｐｐｍａ」とも書く）であり、ｎｅｗ ＡＳＴＭ規格に基づくものである。

【0014】

このとき、シリコン単結晶インゴットをリンでドープされているものとすることができる。

【0015】

シリコン単結晶インゴットがリンでドープされてｎ型になっている場合に、本発明を好適に適用することができる。

【0016】

このとき、前記シリコン単結晶インゴットをガリウムでドープされているものとし、前記高温熱処理の時間を３０分以下とすることが好ましい。

【0017】

シリコン単結晶インゴットにドーピングするｐ型ドーパントとして、ガリウムを用いることにより、基板の少数キャリアライフタイムの低下をより効果的に抑制することができる。また、高温熱処理の時間を３０分以下とすることで、基板表面からガリウムが蒸発することを抑制でき、これにより、基板の表面が高抵抗になることを抑制することができ、このような基板を用いて作製した太陽電池のフィルファクタの低下を抑制することができる。

【0018】

このとき、高温熱処理をオキシ塩化リンを含む雰囲気下で行うことが好ましい。

【0019】

高温熱処理をオキシ塩化リンを含む雰囲気下で行えば、リンの強力なゲッタリング作用により、基板の少数キャリアライフタイムの低下をより効果的に抑制することができる。

【0020】

また、本発明は、上記の太陽電池用基板の製造方法により製造されたものであることを特徴とする太陽電池用基板を提供する。

【0021】

このような太陽電池用基板であれば、基板の少数キャリアライフタイムの低下を抑制することができ、それによって、このような基板を用いて作製した太陽電池の変換効率を向上させることができる。

【発明の効果】

【0022】

以上のように、本発明の太陽電池用基板の製造方法であれば、少数キャリアライフタイムの低下が抑制された基板を製造することができ、それによって、製造された基板を用いて作製した太陽電池の変換効率を向上させることができる。また、本発明の太陽電池用基板であれば、基板の少数キャリアライフタイムの低下を抑制することができ、それによって、このような基板を用いて作製した太陽電池の変換効率を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0023】

【図1】本発明の太陽電池用基板の製造方法の実施態様の一例を示すフロー図である。

【図2】本発明の太陽電池用基板の製造方法の実施態様の他の例を示すフロー図である。

【図3】本発明の太陽電池用基板の一例を示す断面図である。

【図4】図３の太陽電池用基板を用いて製造された太陽電池の一例を示す断面図である。

【図5】図３の太陽電池用基板を製造するフローを示す図である。

【図6】図４の太陽電池を製造するフローを示す図である。

【図7】本発明の太陽電池用基板の他の例を示す断面図である。

【図8】図７の太陽電池用基板を用いて製造された太陽電池の他の例を示す断面図である。

【図9】図７の太陽電池用基板を製造するフローを示す図である。

【図10】図８の太陽電池を製造するフローを示す図である。

【図11】実施例１及び比較例１の太陽電池用基板を用いて作製した太陽電池のＥＬ像を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0024】

以下、本発明について、実施態様の一例として、図を参照しながら詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。

【0025】

前述したように、８００℃以上１２００℃未満のような熱処理がシリコン単結晶基板に加えられると、シリコン単結晶基板にある濃度以上の酸素原子が含まれていた場合、酸素に起因する欠陥が成長し、シリコン単結晶基板の少数キャリアライフタイムが低下し、その結果、このような基板を用いて作製された太陽電池の特性が低下するという問題があった。

【0026】

そこで、発明者らは、基板の酸素濃度が高い場合であっても、基板の少数キャリアライフタイムの低下を抑制することができる太陽電池用基板の製造方法について鋭意検討を重ねた。その結果、８００℃以上１２００℃未満の低温熱処理を行う前に、シリコン単結晶インゴット又はシリコン基板に対して１２００℃以上の温度で３０秒以上の高温熱処理を行うことで、酸素析出欠陥のもとになる酸素析出核を予め溶かし、後続の製造プロセスにおいて低温熱処理を経ても、酸素起因欠陥が成長しないことによって、少数キャリアライフタイムの低下が抑制された基板を製造することができることを見出し、本発明をなすに至った。

【0027】

以下、図１を参照しながら、本発明の太陽電池用基板の製造方法の実施態様の一例（第１の態様）を説明する。

【0028】

まず、シリコン単結晶インゴットを作製する（図１のステップＳ１１を参照）。具体的には、例えば、ＣＺ法（チョクラルスキー法）によりシリコン単結晶インゴットを作製する。このとき、シリコン単結晶インゴットが所望の導電型を有するように、ｎ型ドーパント、又はｐ型ドーパントをドーピングすることができる。なお、ＣＺ法によるシリコン単結晶の育成において、原料融液を収容する石英ルツボから酸素がシリコン単結晶中に取り込まれる。

【0029】

次に、ステップＳ１１で作製したシリコン単結晶インゴットからシリコン基板を切り出す（図１のステップＳ１２を参照）。具体的には、例えば、ダイシングソー、ワイヤーソー等を用いて、シリコン単結晶インゴットから、所定の厚さを有するシリコン基板をウェーハ状に切り出す。

【0030】

次に、ステップＳ１２で切り出したシリコン基板に対して１２００℃以上の温度で３０秒以上の高温熱処理を行う（図１のステップＳ１３を参照）。ここで、高温熱処理の温度とは、熱処理中にシリコン基板に加わる最高温度を意味し、高温熱処理の時間とは、１２００℃以上を維持する時間を意味する。なお、高温熱処理は、例えば、ランプアニーラー、横型炉、縦型炉等を用いて行うことができる。高温熱処理の上限は、原理的に、シリコンの融点である。

【0031】

ステップＳ１３の後に、太陽電池用基板を製造するプロセス中において、シリコン基板に対して８００℃以上１２００℃未満の低温熱処理を行う（図１のステップＳ１４を参照）。

【0032】

このように、低温熱処理を行う前に、シリコン基板に対して１２００℃以上の温度で３０秒以上の高温熱処理を行うことで、酸素析出欠陥のもとになる酸素析出核を予め溶かす（固溶させる）。これにより、後続の製造プロセスにおいて低温熱処理を経ても、酸素起因欠陥が成長しないので、少数キャリアライフタイムの低下が抑制された基板を製造することができ、それによって、製造された基板を用いて作製した太陽電池の変換効率を向上させることができる。

【0033】

次に、図２を参照しながら、本発明の太陽電池用基板の製造方法の実施態様の他の例（第２の態様）を説明する。第１の態様と重複する説明は適宜省略する。

【0034】

まず、シリコン単結晶インゴットを作製する（図２のステップＳ２１を参照）。

【0035】

次に、ステップＳ２１で作製したシリコン単結晶インゴットに対して、１２００℃以上の温度で３０秒以上の高温熱処理を行う（図２のステップＳ２２を参照）。

【0036】

次に、高温熱処理を行ったシリコン単結晶インゴットからシリコン基板を切り出す（図２のステップＳ２３を参照）。

【0037】

次に、太陽電池用基板を製造するプロセスにおいて、シリコン基板に対して８００℃以上１２００℃未満の低温熱処理を行う（図２のステップＳ２４を参照）。

【0038】

図２を用いて上記で説明したように、本発明ではシリコン単結晶インゴットに対して高温熱処理を行うこともできる。

【0039】

上記の第１の態様、第２の態様ともに、低温熱処理を、ドーパント拡散処理、又は、酸化処理に伴うものとすることができる。太陽電池用基板の製造において、ドーパント拡散処理、又は、酸化処理は上記低温熱処理で行うことが多い。このような低温熱処理を行うドーパント拡散処理、又は、酸化処理を本発明における低温熱処理として行う場合に、本発明を好適に適用することができる。

【0040】

ここで、シリコン基板の酸素濃度を１２ｐｐｍ（１２ｐｐｍａ、ｎｅｗ ＡＳＴＭ規格）以上とすることができる。シリコン基板の酸素濃度を１２ｐｐｍ以上である場合に、本発明を好適に適用することができる。特に、ＣＺ法でシリコン単結晶インゴット（ＣＺ結晶）を作製し、該インゴットからシリコン基板を切り出すときは、酸素濃度が高くなりやすく、１２ｐｐｍ以上となりやすい。特にＣＺ結晶の引上げ初期（コーン側）は酸素濃度が高くなりやすい。このように酸素濃度が一本のシリコン単結晶インゴットの位置によってバラツキがある場合であっても、酸素濃度が高いシリコン基板を除外せずに、太陽電池用基板とすることができる。

【0041】

ここで、シリコン単結晶インゴットをリンでドープされているものとすることができる。シリコン単結晶インゴットがリンでドープされてｎ型になっている場合に、本発明を好適に適用することができる。

【0042】

ここで、シリコン単結晶インゴットをガリウムでドープされているものとし、前記高温熱処理の時間を３０分以下とすることが好ましい。シリコン単結晶インゴットにドーピングするｐ型ドーパントとして、ガリウムを用いることにより、基板の少数キャリアライフタイムの低下をより効果的に抑制することができる。また、高温熱処理の時間を３０分以下とすることで、基板表面からガリウムが蒸発することを抑制でき、これにより、基板の表面が高抵抗になることを抑制することができ、このような基板を用いて作製した太陽電池のフィルファクタの低下を抑制することができる。

【0043】

ここで、高温熱処理をオキシ塩化リンを含む雰囲気下で行うことが好ましい。高温熱処理をオキシ塩化リンを含む雰囲気下で行えば、リンの強力なゲッタリング作用により、基板の少数キャリアライフタイムの低下をより効果的に抑制することができる。このオキシ塩化リンを含む雰囲気下でリンがドープされることになるが、これは問題とならない。例えば、リンドープ基板であれば元々リンがドープされているからである。また、ガリウムドープ基板であれば、ｐｎ接合を形成する際にいずれにしろｎ型ドーパントを導入するからである。

【0044】

次に、図３を参照しながら、本発明の太陽電池用基板の実施態様の一例を説明する。

【0045】

図３の太陽電池用基板１０は、上記で図１及び図２を用いて説明した太陽電池用基板の製造方法を用いて製造されたものである。太陽電池用基板１０は、例えば、リンドープシリコン基板１００と、リンドープシリコン基板１００の受光面側に設けられたエミッタ層（ボロン拡散層）１１０と、リンドープシリコン基板１００の裏面側に設けられたＢＳＦ層（リン拡散層）１１１を有しており、エミッタ層１１０の受光面側表面には受光面反射防止膜１２０が設けられ、ＢＳＦ層１１１の裏面側表面には裏面反射防止膜１２１が設けられている。

【0046】

太陽電池用基板１０は、８００℃以上１２００℃未満の低温熱処理を行う前に、シリコン単結晶インゴット又はシリコン基板に対して１２００℃以上の温度で３０秒以上の高温熱処理を行って製造されているものである。そのため、酸素析出欠陥のもとになる酸素析出核を予め溶かされており、後続の製造プロセスにおいて低温熱処理を経ても、酸素起因欠陥が成長しない。ここでの低温熱処理とは、例えば、エミッタ層１１０を形成するためのボロン拡散熱処理である。太陽電池用基板１０は、このように、少数キャリアライフタイムの低下が抑制された基板となっており、それによって、このような基板を用いて作製した太陽電池の変換効率を向上させることができる。

【0047】

次に、図４を参照しながら、太陽電池用基板１０を用いて製造した太陽電池の実施態様の一例を説明する。

【0048】

図４の太陽電池１１は、太陽電池用基板１０のエミッタ層１１０の受光面側表面上に受光面電極１３０が設けられ、太陽電池用基板１０のＢＳＦ層１１１の裏面側表面上に裏面電極１３１が設けられたものである。なお、図４では、太陽電池１１において、受光面電極１３０は受光面反射防止膜１２０を貫通してエミッタ層１１０と電気的に接続されており、裏面電極１３１は裏面反射防止膜１２１を貫通してＢＳＦ層１１１と電気的に接続されている例を示している。

【0049】

次に、図５を参照しながら、図３の太陽電池用基板１０の製造方法の一例（リンドープ基板を用いた態様）を具体的に説明する。本発明は、以下の太陽電池用基板の製造方法に限定されない。

【0050】

まず、シリコン単結晶インゴットから切り出したリンドープシリコン基板１００のダメージ層を除去してから洗浄を行う（図５（ａ）を参照）。ダメージ層の除去は、例えば、リンドープシリコン基板１００を熱濃水酸化カリウム水溶液中に浸漬することで行うことができる。

【0051】

次に、ダメージ層が除去されたリンドープシリコン基板１００に対して、１２００℃以上の温度で３０秒以上の高温熱処理を行う（図５（ｂ）を参照）。ここで、高温熱処理は、例えば、ランプアニーラー、横型炉、縦型炉等を用いて行うことができる。

【0052】

次に、高温熱処理を行ったリンドープシリコン基板１００に対してテクスチャエッチングを行ってから洗浄を行う（図５（ｃ）を参照）。テクスチャエッチングは、例えば、水酸化カリウム／２−プロパノールの水溶液中に浸漬することで行うことができる。なお、テクスチャエッチングを行うことでテクスチャと呼ばれる微細な凹凸を形成することができ、受光面の反射率を低減することができる。なお、このテクスチャ形成処理は前記高温熱処理の前に行うことも可能である。この場合、高温熱処理と次工程の拡散マスク形成工程は、横型炉等を用いて、連続的に行うことも可能である。

【0053】

次に、テクスチャエッチングを行ったリンドープシリコン基板１００に対してエミッタ層１１０形成用の拡散マスクを形成する（図５（ｄ）を参照）。拡散マスクの形成は、例えば、リンドープシリコン基板１００を横型炉に入れ、熱酸化により酸化膜を成長させ、片面の酸化膜をエッチングすることで行うことができる。この際、酸化はドライ酸化より酸化膜成長の早いウェット酸化、好ましくはパイロ酸化で行うことがコストの面からも好適である。この熱酸化処理は、「低温熱処理」の温度範囲内で行ってもよい。

【0054】

次に、拡散マスクを形成したリンドープシリコン基板１００に対してボロン拡散を行う（図５（ｅ）を参照）。ボロン拡散は、例えば、リンドープシリコン基板１００を横型炉に入れ、アルゴンおよびＢＢｒ_３ガス雰囲気の中で熱処理することで行うことができる。この工程により、エミッタ層（ボロン拡散層）１１０が形成される。この熱処理は、例えば、１０００℃程度の温度（「低温熱処理」の温度範囲内）で行われる。

【0055】

次に、リンドープシリコン基板１００の表面に形成されたボロンガラスおよび酸化珪素膜をふっ酸で除去する（図５（ｆ）を参照）。

【0056】

次に、ボロン拡散を行ったリンドープシリコン基板１００に対してＢＳＦ層１１１形成用の拡散マスクを形成する（図５（ｇ）を参照）。拡散マスクの形成は、エミッタを形成した基板１００を横型炉に入れ、熱酸化により酸化膜を成長させ、裏面側の酸化膜をエッチングすることで行うことができる。この熱酸化処理も「低温熱処理」の温度範囲内で行うことがある。

【0057】

次に、拡散マスクを形成したリンドープシリコン基板１００に対してリン拡散を行う（図５（ｈ）を参照）。リン拡散は、例えば、リンドープシリコン基板１００を横型炉に入れ、酸素およびＰＯＣｌ_３ガス雰囲気の中で熱処理することで行うことができる。この工程により、ＢＳＦ層（リン拡散層）１１１が形成される。このＰＯＣｌ_３を用いたリン拡散は、通常８００℃前後の熱が基板に加わる。

【0058】

次に、リンドープシリコン基板１００の表面に形成されたリンガラスおよび酸化珪素膜をふっ酸で除去する（図５（ｉ）を参照）。さらに、変換効率を高めるために、リンドープシリコン基板１００の表面に酸化膜や酸化アルミ膜のパッシベーション膜を形成しても良い。このパッシベーション膜の形成は酸化膜に対しては、熱酸化、ＬＰＣＶＤ等により形成することが可能である。また、酸化アルミ膜に対しては、ＰＥＣＶＤ、ＡＬＤ等により形成可能である。

【0059】

次に、リンドープシリコン基板１００のエミッタ層１１０の受光面側表面に受光面反射防止膜１２０を形成する（図５（ｊ）を参照）。受光面反射防止膜１２０の形成は、例えば、プラズマＣＶＤにより窒化珪素膜を形成することで行うことができる。

【0060】

次に、リンドープシリコン基板１００のＢＳＦ層１１１の受光面側表面に裏面反射防止膜１２１を形成する（図５（ｋ）を参照）。裏面反射防止膜１２１の形成は、例えば、プラズマＣＶＤにより窒化珪素膜を形成することで行うことができる。

【0061】

上記のようにして、図３の太陽電池用基板１０を製造することができる。

【0062】

次に、図６を参照しながら、図３の太陽電池用基板１０を用いて図４の太陽電池１１を製造する方法の一例を説明する。

【0063】

まず、太陽電池用基板１０の裏面反射防止膜１２１の裏面側表面に裏面電極１３１を形成する（図６（ａ）を参照）。裏面電極１３１の形成は、例えば、銀ペーストを用いて所望のパターンにスクリーン印刷することで行うことができる。

【0064】

次に、太陽電池用基板１０の受光面反射防止膜１２０の受光面側表面に受光面電極１３０を形成する（図６（ｂ）を参照）。受光面電極１３０の形成は、例えば、銀ペーストを用いて所望のパターンにスクリーン印刷することで行うことができる。

【0065】

次に、裏面電極１３１及び受光面電極１３０の形成を行った太陽電池用基板１０に対して焼成を行う（図６（ｃ）を参照）。この焼成の際の温度は、例えば、６００〜８５０℃である。なお、受光面反射防止膜１２０及び裏面反射防止膜１２１を開口せずに、焼成時に裏面電極１３１及び受光面電極１３０にこれらの膜を貫通させることにより、受光面電極１３０とエミッタ層１１０、及び、裏面電極１３１とＢＳＦ層１１１を電気的に接続させることができる。

【0066】

上記のようにして、図４の太陽電池１１を製造することができる。

【0067】

次に、図７を参照しながら、本発明の太陽電池用基板の実施態様の他の例を説明する。

【0068】

図７の太陽電池用基板２０は、上記で図１及び図２を用いて説明した太陽電池用基板の製造方法を用いて製造されたものである。太陽電池用基板２０は、例えば、ガリウムドープシリコン基板１０１と、ガリウムドープシリコン基板１０１の受光面側に設けられたエミッタ層（リン拡散層）１１２とを有しており、エミッタ層１１２の受光面側表面には受光面反射防止膜１２０が設けられている。

【0069】

太陽電池用基板２０は、８００℃以上１２００℃未満の低温熱処理を行う前に、シリコン単結晶インゴット又はシリコン基板に対して１２００℃以上の温度で３０秒以上の高温熱処理を行って製造されているものである。そのため、酸素析出欠陥のもとになる酸素析出核を予め溶かされており、後続の製造プロセスにおいて低温熱処理を経ても、酸素起因欠陥が成長しない。ここでの低温熱処理とは、例えば、エミッタ層１１２を形成するためのリン拡散熱処理である。太陽電池用基板２０は、このように少数キャリアライフタイムの低下が抑制された基板となっており、それによって、このような基板を用いて製造した太陽電池の変換効率を向上させることができる。

【0070】

次に、図８を参照しながら、太陽電池用基板２０を用いて製造した太陽電池の実施態様の他の例を説明する。

【0071】

図８の太陽電池２１は、太陽電池用基板２０のエミッタ層１１２の受光面側表面上に受光面電極１３０が設けられ、太陽電池用基板２０の裏面側表面に裏面アルミニウム電極１３２が設けられ、太陽電池用基板２０の裏面側にＢＳＦ層（アルミニウム拡散層）１１３が設けられたものである。なお、図８では、太陽電池２１において、受光面電極１３０は受光面反射防止膜１２０を貫通してエミッタ層１１２と電気的に接続されており、裏面アルミニウム電極１３２はＢＳＦ層１１３と電気的に接続されている。

【0072】

次に、図９を参照しながら、図７の太陽電池用基板２０の製造方法の一例（ガリウムドープ基板を用いた態様）を具体的に説明する。既に説明したリンドープ基板を用いる態様と重複する説明は適宜省略する。

【0073】

まず、シリコン単結晶インゴットから切り出したガリウムドープシリコン基板１０１のダメージ層を除去してから洗浄を行う（図９（ａ）を参照）。

【0074】

次に、ダメージ層が除去されたガリウムドープシリコン基板１０１に対して、１２００℃以上の温度で３０秒以上の高温熱処理を行う（図９（ｂ）を参照）。

【0075】

次に、高温熱処理を行ったガリウムドープシリコン基板１０１に対してテクスチャエッチングを行ってから洗浄を行う（図９（ｃ）を参照）。本テクスチャ形成工程は前記高温熱処理工程と前後しても構わない。

【0076】

次に、テクスチャエッチングを行ったガリウムドープシリコン基板１０１に対してエミッタ層１１２形成用の拡散マスクを形成する（図９（ｄ）を参照）。拡散マスクの形成は、ガリウムドープシリコン基板１０１を横型炉に入れ、熱酸化により酸化膜を成長させ、片面をエッチングすることで行うことができる。

【0077】

次に、拡散マスクを形成したガリウムドープシリコン基板１０１に対してリン拡散を行う（図９（ｅ）を参照）。リン拡散は、例えば、ガリウムドープシリコン基板１０１を横型炉に入れ、酸素およびＰＯＣｌ_３ガス雰囲気の中で熱処理することで行うことができる。製造コストを低減するために、前記拡散マスクを形成せず、拡散時にガリウムドープシリコン基板１０１を石英ボートの一溝に２枚入れ、片面にＰＯＣｌ_３ガスが回り込まないようにして、他方の片面にリン拡散層を形成することも可能である。このときの熱処理温度は、通常、８００℃前後である。

【0078】

次に、ガリウムドープシリコン基板１０１の表面に形成されたリンガラスおよび酸化珪素膜をふっ酸で除去する（図９（ｆ）を参照）。

【0079】

次に、ガリウムドープシリコン基板１０１のエミッタ層１１２の受光面側表面に受光面反射防止膜１２０を形成する（図９（ｇ）を参照）。受光面反射防止膜１２０の形成は、例えば、プラズマＣＶＤにより窒化珪素膜を形成することで行うことができる。

【0080】

上記のようにして、図７の太陽電池用基板２０を製造することができる。

【0081】

次に、図１０を参照しながら、図７の太陽電池用基板２０を用いて図８の太陽電池２１を製造する方法の一例を説明する。

【0082】

まず、太陽電池用基板２０の裏面側表面のバスバー電極部以外に裏面アルミニウム電極１３２を形成する（図１０（ａ）を参照）。裏面アルミニウム電極１３２の形成は、例えば、Ａｌペーストを太陽電池用基板２０の裏面にスクリーン印刷することで行うことができる。

【0083】

次に、太陽電池用基板２０の裏面のバスバー電極部に銀ペーストを用いて、スクリーン印刷により銀電極を形成することができる（図１０（ｂ）を参照）。

【0084】

次に、太陽電池用基板２０の受光面反射防止膜１２０の受光面側表面に受光面電極１３０を形成する（図１０（ｃ）を参照）。

【0085】

次に、裏面アルミニウム電極１３２、及び受光面電極１３０の形成を行った太陽電池用基板２０に対して焼成を行う（図１０（ｄ）を参照）。この焼成時に、裏面アルミニウム電極１３２からアルミニウムがガリウムドープシリコン基板１０１内に拡散し、ＢＳＦ層（アルミニウム拡散層）１１３が形成される。なお、受光面反射防止膜１２０を開口せずに、焼成時に受光面電極１３０にこの膜を貫通させることにより、受光面電極１３０とエミッタ層１１２を電気的に接続させることができる。

【0086】

上記のようにして、図８の太陽電池２１を製造することができる。

【実施例】

【0087】

以下、実施例及び比較例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

【0088】

（実施例１）
図３の太陽電池用基板１０を図５の製造フローで製造した。ただし、リンドープシリコン基板１００は、ｎ型で抵抗率１Ω・ｃｍの基板（ＣＺ法引き上げ、酸素濃度１７〜１８ｐｐｍ）を用い、高温熱処理は、横型炉（ＳｉＣチューブを使用）で窒素雰囲気下、１２５０℃、５分の条件で行った。

【0089】

製造した太陽電池用基板を用いて、図６の製造フローで図４の太陽電池１１を１００枚製造した。太陽電池製造後のＥＬ（エレクトロルミネッセンス）画像を図１１（ａ）に示す。図１１（ａ）より後述する渦巻き状の酸素起因欠陥が消滅していることがわかる。また、製造した太陽電池について、太陽電池の特性（短絡電流密度、開放電圧、フィルファクタ、変換効率）を測定した。その結果を表１に示す。ここで、短絡電流密度は、太陽電池に接続される抵抗器の抵抗が０Ωの時の電流密度値であり、開放電圧は、太陽電池に接続される抵抗器の抵抗が非常に大きい時の電圧値であり、フィルファクタ（形状因子）は、最大発電電力／（短絡電流×開放電圧）であり、変換効率は、（太陽電池からの出力／太陽電池に入った太陽エネルギー）×１００である。

【0090】

（実施例２）
実施例１と同様にして、図３の太陽電池用基板１０を製造した。ただし、高温熱処理は、横型炉（ＳｉＣチューブを使用）でＰＯＣｌ_３雰囲気下、１２００℃、１０分の条件でリン拡散を行い、これにより酸素析出核を溶かすとともにリンゲッター（リンによるゲッタリング）を行った。

【0091】

製造した太陽電池用基板を用いて、実施例１と同様にして、図４の太陽電池１１を１００枚製造した。製造した太陽電池について、太陽電池の特性（短絡電流密度、開放電圧、フィルファクタ、変換効率）を測定した。その結果を表１に示す。

【0092】

（比較例１）
実施例１と同様にして、図３の太陽電池用基板１０を製造した。ただし、高温熱処理は行わなかった。

【0093】

製造した太陽電池用基板を用いて、実施例１と同様にして、図４の太陽電池１１を１００枚製造した。太陽電池製造後のＥＬ画像を図１１（ｂ）に示す。図１１（ｂ）より渦巻き状の酸素起因欠陥が見られることがわかる。また、製造した太陽電池について、太陽電池の特性（短絡電流密度、開放電圧、フィルファクタ、変換効率）を測定した。その結果を表１に示す。

【0094】

【表1】

【0095】

表１からわかるように、リンドープ基板を用いた場合、実施例１−２では、比較例１と比べて変換効率が向上していることがわかる。また、実施例１−２では、比較例１と比べて太陽電池の特性（短絡電流密度、開放電圧、フィルファクタ、変換効率）のばらつきが低減されている。これは、高温熱処理を行っている実施例１−２では、高温熱処理を行っていない比較例１と比べて、酸素起因欠陥の生成が抑制されていて（図１１を参照）、これにより基板のバルク部分のライフタイムの低下を抑制させているためと考えられる。さらに、高温熱処理をＰＯＣｌ_３雰囲気下で行った実施例２では、変換効率がより向上していることがわかる。

【0096】

（実施例３）
図７の太陽電池用基板２０を図９の製造フローで製造した。ただし、ガリウムドープシリコン基板１０１は、ｐ型で抵抗率１Ω・ｃｍの基板（ＣＺ法引き上げ、酸素濃度１７〜１８ｐｐｍ）を用い、高温熱処理は、横型炉（ＳｉＣチューブを使用）で窒素雰囲気下、１２５０℃、５分の条件で行った。

【0097】

製造した太陽電池用基板を用いて、図１０の製造フローで図８の太陽電池２１を１００枚製造した。製造した太陽電池について、太陽電池の特性（短絡電流密度、開放電圧、フィルファクタ、変換効率）を測定した。その結果を表２に示す。

【0098】

（実施例４）
実施例３と同様にして、図７の太陽電池用基板２０を製造した。ただし、高温熱処理は、横型炉（ＳｉＣチューブを使用）でＰＯＣｌ_３雰囲気下、１２００℃、１０分の条件でリン拡散を行い、これにより酸素析出核を溶かすとともにリンゲッターを行った。

【0099】

製造した太陽電池用基板を用いて、実施例３と同様にして、図８の太陽電池２１を１００枚製造した。製造した太陽電池について、太陽電池の特性（短絡電流密度、開放電圧、フィルファクタ、変換効率）を測定した。その結果を表２に示す。

【0100】

（比較例２）
実施例３と同様にして、図７の太陽電池用基板２０を製造した。ただし、高温熱処理は行わなかった。

【0101】

製造した太陽電池用基板を用いて、実施例３と同様にして、図８の太陽電池２１を１００枚製造した。製造した太陽電池について、太陽電池の特性（短絡電流密度、開放電圧、フィルファクタ、変換効率）を測定した。その結果を表２に示す。

【0102】

（実施例５）
実施例３と同様にして、図７の太陽電池用基板２０を製造した。ただし、高温熱処理は、横型炉（ＳｉＣチューブを使用）で窒素雰囲気下、１２５０℃、４０分の条件で行った。

【0103】

製造した太陽電池用基板を用いて、実施例３と同様にして、図８の太陽電池２１を１００枚製造した。製造した太陽電池について、太陽電池の特性（短絡電流密度、開放電圧、フィルファクタ、変換効率）を測定した。その結果を表２に示す。

【0104】

【表2】

【0105】

表２からわかるように、ガリウムドープ基板を用いた場合も、実施例３−５では、比較例２と比べて変換効率が向上していることがわかる。また、実施例３−５では、比較例２
と比べて太陽電池の特性（短絡電流密度、開放電圧、フィルファクタ、変換効率）のばらつきが低減されている。これは、高温熱処理を行っている実施例３−５では、高温熱処理を行っていない比較例２と比べて、酸素起因欠陥の生成が抑制されていて、これにより基板のバルク部分のライフタイムの低下を抑制させているためと考えられる。さらに、高温熱処理をＰＯＣｌ_３雰囲気下で行った実施例４では、変換効率がより向上していることがわかる。また、高温熱処理を３０分以下としている実施例３−４では、高温熱処理が３０分を超えている実施例５と比較して、フィルファクタ、変換効率が向上している。これは、実施例３−４では、高温熱処理を３０分以下とすることで基板からガリウムドーパントが抜けることを防止し、そりにより、基板が高抵抗化し直列抵抗が増大することを防止しているためと考えられる。

【0106】

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。

【符号の説明】

【0107】

１０…太陽電池用基板、 １１…太陽電池、 ２０…太陽電池用基板、
２１…太陽電池、
１００…リンドープシリコン基板、 １０１…ガリウムドープシリコン基板、
１１０…エミッタ層（ボロン拡散層）、 １１１…ＢＳＦ層（リン拡散層）、
１１２…エミッタ層（リン拡散層）、 １１３…ＢＳＦ層（アルミニウム拡散層）、
１２０…受光面反射防止膜、 １２１…裏面反射防止膜、
１３０…受光面電極、 １３１…裏面電極、 １３２…裏面アルミニウム電極。

【要約】

【課題】 基板の酸素濃度が多い場合であっても、基板のライフタイムの低下を抑制することができる太陽電池用基板の製造方法を提供する。
【解決手段】 単結晶シリコンからなる太陽電池用基板の製造方法であって、シリコン単結晶インゴットを作製する工程と、前記シリコン単結晶インゴットからシリコン基板を切り出す工程と、前記シリコン基板に対して８００℃以上１２００℃未満の温度で低温熱処理を行う工程とを有し、前記低温熱処理を行う前に、前記シリコン単結晶インゴット又は前記シリコン基板に対して１２００℃以上の温度で３０秒以上の高温熱処理を行うことを特徴とする太陽電池用基板の製造方法。
【選択図】 図１

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】