特許 5965110 結晶太陽電池の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5965110

(24)【登録日】2016年7月8日

(45)【発行日】2016年8月3日

(54)【発明の名称】結晶太陽電池の製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 31/077 20120101AFI20160721BHJP

   H01L 21/265 20060101ALI20160721BHJP

【ＦＩ】

   H01L31/06 520

   H01L21/265 P

   H01L21/265 602B

【請求項の数】5

【全頁数】11

(21)【出願番号】特願2011-146554(P2011-146554)

(22)【出願日】2011年6月30日

(65)【公開番号】特開2013-16553(P2013-16553A)

(43)【公開日】2013年1月24日

【審査請求日】2014年3月26日

【審判番号】不服2015-11942(P2015-11942/J1)

【審判請求日】2015年6月24日

(73)【特許権者】

【識別番号】000231464

【氏名又は名称】株式会社アルバック

(74)【代理人】

【識別番号】100064908

【弁理士】

【氏名又は名称】志賀 正武

(74)【代理人】

【識別番号】100126664

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 慎吾

(72)【発明者】

【氏名】石川 道夫

(72)【発明者】

【氏名】西橋 勉

(72)【発明者】

【氏名】古川 幸弘

(72)【発明者】

【氏名】山口 昇

(72)【発明者】

【氏名】酒田 現示

【合議体】

【審判長】 森林 克郎

【審判官】 伊藤 昌哉

【審判官】 井口 猶二

(56)【参考文献】

【文献】 特開昭６２−１６５３７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００９／００３２０９１（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２００１−２３７１９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５６−５５０３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６３−２０８２８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６０−１１３９１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５５−９５３７５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

H01L31/00-31/20

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

光を受光する受光面と該受光面と対向する裏面との間で光電変換機能を発現する結晶基板を具備する結晶太陽電池の製造方法であって、
前記結晶基板として、ｐ型の単結晶又は多結晶シリコンからなる平板状の基体を用い、
前記基体の裏面をなす他方の主面側に、ｐ型のイオンを注入して、ｐ型半導体層を形成する第一工程と、
前記基体の受光面をなす一方の主面側に、ｎ型のイオンを注入して、ｎ型半導体層を形成する第二工程と、
前記基体の表面に対して、酸素ガスおよび窒素ガスで構成される雰囲気中において、ランプを用いたアニール処理を行う第三工程と、
前記第三工程において前記基体の表面に形成された酸化膜をフッ酸処理を行い除去する第四工程と、を順に備えており、
前記第四工程の前段にのみ、前記第三工程としてアニール処理を行う工程を有する、ことを特徴とする結晶太陽電池の製造方法。

【請求項2】

次いで、前記基体の二つの主面に、新たな酸化膜または窒化膜を形成する第五工程を備えている、ことを特徴とする請求項１に記載の結晶太陽電池の製造方法。

【請求項3】

前記アニール処理を行う時間は５秒以上２０秒以下である、ことを特徴とする請求項１または２に記載の結晶太陽電池の製造方法。

【請求項4】

前記アニール処理の温度は１０５０℃以上１１５０℃以下である、ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の結晶太陽電池の製造方法。

【請求項5】

前記第一工程において、前記基体の二つの主面にテクスチャーを形成したものを用いる、ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の結晶太陽電池の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、結晶太陽電池の製造方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

自然エネルギーの有効利用の観点から、近年、太陽電池はますます広く一般的に利用されつつある。太陽電池を構成する材料としては、これまで主に、結晶シリコンが用いられてきた。

【0003】

結晶シリコンを用いた太陽電池は、光を受光する受光面と、受光面と対向する裏面との間で光電変換機能を発現する、ｐ型の結晶シリコンからなる基板を備えている。基板の裏面をなす他方の主面側には高濃度のｐ型シリコン層（ｐ^＋ 層）が形成され、基板の受光面をなす一方の主面側にはｎ型シリコン層（ｎ層）が形成される。そして、ｐ^＋ 層とｎ層の間に、ｐ^＋ 層よりも低濃度のｐ型シリコン層（ｐ層）が形成される。この基板に対して光を照射することにより、ｐ層において励起された電子、正孔のうち、電子をｎ層に接続された電極に、正孔をｐ＋層に接続された電極に、それぞれ捕捉させ、補足させた電子、正孔による電流を発生させることができる。

【0004】

すなわち、結晶シリコン太陽電池は、照射された光のエネルギーを、外部への出力が可能な電気のエネルギーに変換する機能を有している。特に、結晶シリコン太陽電池は、照射された光のエネルギーのうち、電気のエネルギーに変換される割合（光電変換効率）が高く、太陽電池市場において重要な位置を占めており、光電変換効率を更に高めるための技術開発が進められている（非特許文献１）。

【0005】

ところで、結晶シリコン太陽電池を構成する基板（結晶基板）に、ｐ型半導体層、ｎ型半導体層を形成する場合、従来は、基板の裏面をなす他方の主面にｐ型のイオンを注入し、基板の受光面をなす一方の主面にｎ型のイオンを注入した後に、８５０〜９００℃のアニール処理が行われていた。アニール処理は、ｐ型、ｎ型のイオンを基板内に拡散させるとともに、イオン注入により乱れた結晶構造を回復させ、基板の二つの主面に低抵抗の領域を形成するために行われるものである。しかしながら、アニール処理には昇温・降温に要する時間を含めて、３０〜６０分もの時間がかかり、その間に加熱されている、基板に注入されたイオンが、基板の深さ方向に広がって分布する。したがって、ｐ型、ｎ型のイオンを活性化させるとともに、基板の表面に集中して分布させ、基板の表面に、低抵抗のｐ型半導体層およびｎ型半導体層を形成することが難しくなる。また、長くても数分で終わる他の工程処理に対して、３０〜６０分かかるアニール処理は、結晶シリコン太陽電池を製造する上で、プロセス処理時間の短縮を阻む大きな要因となる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【非特許文献1】Ｐｌａｓｍａ Ｆｕｓｉｏｎ Ｒｅｓ．Ｖｏｌ．８５，Ｎｏ．１２（２００９）８２０−８２４

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

本発明は、以上のような点を考慮してなされたものであり、結晶基板の裏面をなす他方の主面および受光面をなす一方の主面に、それぞれ形成されるｐ型半導体層およびｎ型半導体層を低抵抗化し、光電変換効率を向上させることを可能とする、結晶太陽電池の製造方法を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の請求項１に係る結晶太陽電池の製造方法は、光を受光する受光面と該受光面と対向する裏面との間で光電変換機能を発現する結晶基板を具備する結晶太陽電池の製造方法であって、前記結晶基板として、ｐ型の単結晶又は多結晶シリコンからなる平板状の基体を用い、前記基体の裏面をなす他方の主面側に、ｐ型のイオン（たとえば、ボロン：Ｂ）を注入して、ｐ型半導体層を形成する第一工程と、前記基体の受光面をなす一方の主面側に、ｎ型のイオン（たとえば、リン：Ｐ）を注入して、ｎ型半導体層を形成する第二工程と、前記基体の表面に対して、酸素ガスおよび窒素ガスで構成される雰囲気中において、ランプを用いたアニール処理を行う第三工程と、前記第三工程において前記基体の表面に形成された酸化膜をフッ酸処理を行い除去する第四工程と、を順に備えており、前記第四工程の前段にのみ、前記第三工程としてアニール処理を行う工程を有する、ことを特徴とする。

【0009】

本発明の請求項２に係る結晶太陽電池の製造方法は、請求項１において、次いで、前記基体の二つの主面に、新たな酸化膜または窒化膜を形成する第五工程を備えている、ことを特徴とする。

【0010】

本発明の請求項３に係る結晶太陽電池の製造方法は、請求項１または２において、前記アニール処理を行う時間は５秒以上２０秒以下である、ことを特徴とする。

【0011】

本発明の請求項４に係る結晶太陽電池の製造方法は、請求項１〜３のいずれか一項において、前記アニール処理の温度は１０５０℃以上１１５０℃以下である、ことを特徴とする。

【0012】

本発明の請求項５に係る結晶太陽電池の製造方法は、請求項１〜４のいずれか一項において、前記第一工程において、前記基体の二つの主面にテクスチャーを形成したものを用いる、ことを特徴とする。

【発明の効果】

【0013】

本発明に係る結晶太陽電池の製造方法によれば、アニール処理を、ランプを用いて行うため、基体（結晶基板）を急速に昇温・降温させることが可能となる。基体を急速に昇温・降温させることにより、基体に注入された不純物イオンの加熱される時間、すなわち不純物イオンが活性化されている時間が短くなるため、不純物イオンが基体の表面（主面）から深さ方向へ広がって分布するのを抑えることができる。その結果として、基体の裏面をなす他方の主面近傍にｐ型のイオンを、基体の受光面をなす一方の主面近傍にｎ型のイオンを、それぞれ集中して分布させることができる。したがって、基体の他方の主面および一方の主面に、それぞれ形成されるｐ型半導体層およびｎ型半導体層を低抵抗化し、光電変換効率を向上させた結晶太陽電池を製造することができる。

【0014】

また、基体の昇温・降温を急速に行うことにより、アニール処理全体に要する時間が短くなるため、結晶シリコン太陽電池を製造する上で、プロセス処理時間を短縮することができる。そして、短縮された分の時間を利用し、基体に対して、従来よりも高い温度の加熱を行うことができる。これにより、ｐ型イオン、ｎ型イオンに対する活性化の効果を高めることができる。したがって、基体の他方の主面および一方の主面に、それぞれ形成されるｐ型半導体層およびｎ型半導体層を低抵抗化し、光電変換効率を向上させた結晶太陽電池を製造することができる。

【0015】

また、本発明に係る結晶太陽電池の製造方法によれば、ｐ型のイオン、ｎ型のイオンを注入する際の結晶基板の主面には、絶縁膜が形成されていない。そのため、ｐ型イオンとｎ型イオンを、結晶基板に直接注入することが可能となり、注入エネルギーを低く抑えることができる。低エネルギーで注入されたｐ型イオン、ｎ型イオンは、それぞれ結晶基板の他方の主面、一方の主面の近傍に高濃度で分布する。

【0016】

そして、ｐ型イオンおよびｎ型イオンの注入エネルギーを低くすることにより、一部のイオンが注入されずに、それぞれ他方の主面および一方の主面に堆積する。そのため、続いて行われるアニール処理により、主面から極めて浅い位置にｐ型イオンまたはｎ型イオンを分布させることができる。したがって、基体の他方の主面および一方の主面に、それぞれ備えたｐ型半導体層およびｎ型半導体層を低抵抗化し、光電変換効率を向上させた結晶太陽電池を製造することができる。

【0017】

また、本発明に係る結晶太陽電池の製造方法によれば、ｐ型のイオンおよびｎ型のイオンを低エネルギーで注入することにより、結晶基板が受けるイオンダメーシを小さく抑えることができ、アニール処理による結晶性の回復が容易となる。したがって、基体の他方の主面および一方の主面に、それぞれ備えたｐ型半導体層およびｎ型半導体層を低抵抗化し、光電変換効率を向上させた結晶太陽電池を製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】本発明における結晶太陽電池の断面図である。

【図2】（ａ）従来の結晶太陽電池の製造工程フローである。（ｂ）本発明における結晶太陽電池の製造工程フローである。

【図3】結晶太陽電池の製造に用いる、イオン注入装置の断面図である。

【図4】ｐ型イオンの注入量とシート抵抗との関係を示すグラフである。

【図5】ｎ型イオンの注入量とシート抵抗との関係を示すグラフである。

【図6】アニール処理温度とシート抵抗との関係を示すグラフである。

【図7】アニール処理温度とシート抵抗との関係を示すグラフである。

【図8】アニール処理温度と光電変換効率との関係を示すグラフである。

【図9】アニール処理時間と光電変換効率との関係を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下、好適な実施形態に基づき、図面を参照して本発明を説明する。

【0020】

＜第一実施形態＞
図１は、第一実施形態に係る結晶太陽電池の構成について説明する図である。結晶太陽電池１００は、光を受光する受光面と、受光面と対向する裏面との間で光電変換機能を発現する結晶基板１０１を備えた太陽電池である。結晶基板１０１は、ｐ型の単結晶または多結晶シリコンからなる平板状の基体である。

【0021】

結晶基板（基体）１０１は、その一方の主面（受光面）１０１ａ側および他方の主面（裏面）１０１ｂ側に、それぞれｎ型の半導体層（ｎ層）１０３およびｐ型の半導体層（ｐ^＋層）１０２を備えている。そして、ｎ層１０３は、結晶基板の一方の主面１０１ａに形成されたシリコン窒化膜（ＳｉＮ_ｘ膜）１０４に覆われている。さらに、ｎ層１０３は、ＳｉＮ_ｘ膜を貫通するように形成された受光面電極１０５と、電気的に接続されている。また、ｐ^＋層１０２は、結晶基板の他方の主面１０１ｂに形成された裏面電極１０６に覆われている。

【0022】

なお、図１においては、基体の二つの主面１０１ａ、１０１ｂが、いずれも平坦であるように示しているが、いずれも微視的なスケールのテクスチャー形状を有するものとする。

【0023】

［製造方法］
図１に示した、第一実施形態に係る結晶太陽電池１００の製造方法について、説明する。図２（ａ）および図２（ｂ）は、それぞれ結晶太陽電池１００を製造する、従来の工程フローおよび第一実施形態に係る工程フローを示している。

【0024】

従来の工程フローによれば、結晶太陽電池１００は、テクスチャー形成、ボロン等のｐ型イオン注入、リン等のｎ型イオン注入、アニール処理、絶縁膜形成、電極形成の６つの工程処理を順に行うことにより製造される。これに対し、第一実施形態に係る工程フローによれば、結晶太陽電池１００は、テクスチャー形成、ｐ型イオン注入、ｎ型イオン注入、（高温）アニール処理、フッ酸（ＨＦ）処理、絶縁膜形成、電極形成の７つの工程を順に行うことにより製造される。すなわち、第一実施形態に係る工程フローは、ｐ型イオン注入およびｎ型イオン注入の後に、高温アニール処理およびＨＦ処理を含む点において、従来の工程フローと異なる。なお、ここでの高温アニール処理とは、１０００℃以上で、数秒〜数十秒間行うアニール処理を意味しており、８００〜９００℃で、３０〜６０分間行う、従来のアニール処理と区別されるものである。

【0025】

第一実施形態に係る、結晶太陽電池１００を製造するための各工程について、詳しく説明する。まず、テクスチャー形成工程において、基体１０１に対して、例えば水酸化カリウム（ＫＯＨ）や水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）をエッチャントとして用いたウェットエッチング処理を行う。そして、処理後の基体１０１に残存する有機物および金属汚染物を、フッ硝酸を用いて除去することにより、二つの主面１０１ａ、１０１ｂを、テクスチャーを有する形状に加工する。

【0026】

次に、テクスチャーを有する形状に加工された、基体１０１の他方の主面１０１ｂに、ボロン（Ｂ）イオン等のｐ型イオンを注入する（第一工程）。ｐ型イオンの注入は、図３に示すイオン注入装置２００を用いて行う。

【0027】

図３は、ｐ型イオン注入工程（第一工程）および後述するｎ型イオン注入工程（第二工程）に用いる、イオン注入装置２００の断面図である。イオン注入装置２００は真空槽２０１と、永久磁石２０５、ＲＦ導入コイル２０６、ＲＦ導入窓（石英）２１２を用いたＩＣＰ放電によるプラズマ発生手段と、真空排気手段（不図示）とを備えている。真空槽２０１の内部は、メッシュ電極２０８、２０９により、プラズマ発生室とプラズマ処理室とに分離されている。プラズマ処理室に被処理基板（基体）２０３を支持する基板支持台２０４が配されている。なお、メッシュ電極２０８は、浮遊電位とされており、プラズマ２０７の電位を安定させる機能を有する。また、メッシュ電極２０９は、負電位を印加され、プラズマ２０７から正イオンを引き出す機能を有する。

【0028】

真空層２０１内を減圧し、プラズマ発生室に、基体２０３に注入する不純物原子を含んだガスを導入する。そして、プラズマ発生手段を用いてプラズマ２０７を励起させることにより、不純物原子をイオン化させ、メッシュ電極２０８、２０９を経由して引き出されたｐ型あるいはｎ型のイオンを、基板に注入させることができる。

【0029】

ここで、ｐ型イオンの最適な注入量は、後述するアニール処理後のｐ型半導体層１０２のシート抵抗と、結晶太陽電池の光電変換効率との関係から、太陽電池１００を製造する上での最適値として決定される。ただし、ｐ型半導体層１０２におけるｐ型イオンの濃度は、少なくとも基体１０１におけるｐ型イオンの濃度より高くなっているものとする。ｐ型イオンの濃度の高いｐ^＋層を、裏面電極１０６と基体１０１との間に設けることにより、裏面電極１０６と基体１２１との間において、電場が弱まり、電気抵抗が低減される。

【0030】

次に、基体１０１の他方の主面１０１ｂに、リン（Ｐ）等のｎ型イオンを注入する（第二工程）。ｎ型イオンの注入は、図３に示すイオン注入装置２００を用いて行う。

【0031】

ここで、ｎ型イオンの最適な注入量は、後述するアニール処理後のｎ型半導体層１０３のシート抵抗と、結晶太陽電池の光電変換効率との関係から、太陽電池１００を製造する上での最適値として決定される。

【0032】

次に、半導体用のランプアニール装置を用いて、１０００〜１２００［℃］、かつ３０［秒］以下のアニール処理を行う（第三工程）。ここでのアニール処理は、流量５００［ｓｃｃｍ］の酸素ガスおよび窒素ガスで構成される雰囲気中において行われ、昇温レートを１５０［℃／ｓｅｃ］としている。

【0033】

なお、アニール処理（第三工程）の際に、基体１０１の表面に酸化膜が形成される。この酸化膜中に含まれる酸素イオンは、基体１０１の内部に拡散し、再結合中心として機能することにより、光電変換効率を低下させる。したがって、第三工程の処理後、すなわち、アニール処理（第三工程）して以降に、次工程をなす第四工程として、基体１０１の表面に形成された酸化膜を、フッ酸処理（ＨＦ処理）を行って除去することが望ましい。

【0034】

次に、絶縁膜形成工程としてＳｉＮ_ｘ膜を、基体の一方の主面１０１ａに、ｎ層を覆うように形成する。ＳｉＮ_ｘ膜は、反射防止膜として機能する膜であり、プラズマＣＶＤ法を用いて形成することができる。本実施形態においては、ＳｉＮ_ｘ膜の膜厚を８００［ｎｍ］としている。

【0035】

次に、電極形成工程として受光面電極１０５を、ＳｉＮ_ｘ膜を貫通し、ｎ層と電気的に接続されるように形成する。受光面電極１０５を構成する材料としては、例えば銀（Ａｇ）を用いることができ、ファイヤースルー（焼成貫通）法を用いて形成される。

【0036】

また、電極形成工程として、さらに裏面電極１０６を、基体の他方の主面１０１ｂに、ｐ^＋層を覆うように形成する。裏面電極１０６を構成する材料としては、例えばアルミニウム（Ａｌ）を用いることができ、スクリーン印刷法により形成される。

【0037】

［実験例］
上述の製造方法により製造される、結晶太陽電池１００および結晶太陽電池用の基体１０１を用いた実験例について、説明する。

【0038】

図４は、ｐ型イオンの注入量と、アニール処理後に形成されるｐ型半導体層のシート抵抗との関係を示すグラフである。縦軸はｐ型半導体層のシート抵抗、横軸はｐ型イオンの注入量を示している。ここでは、ｐ型イオンの一例としてＢイオンを用い、１０５０［℃］で１０秒間のアニール処理を行っている。図４のグラフによれば、ｐ型イオンの注入量を多くするにつれて、ｐ型半導体層のシート抵抗が減少する傾向にあり、注入量を１．００Ｅ＋１６［ｄｏｓｅ／ｃｍ^２］とした場合に、シート抵抗が１００［Ω／ｃｍ］となる。注入量を１．００Ｅ＋１６［ｄｏｓｅ／ｃｍ^２］以上とした場合には、注入量の増加に対して、シート抵抗の減少が緩やかになる傾向があり、不純物イオンの注入により、シート抵抗を減少させる効果は小さい。したがって、ｐ型イオンの注入量は、１．００Ｅ＋１６［ｄｏｓｅ／ｃｍ^２］であることが望ましい。

【0039】

図５は、ｎ型イオンの注入量と、アニール処理後に形成されるｎ型半導体層のシート抵抗との関係を示すグラフである。縦軸はｎ型半導体層のシート抵抗、横軸はｎ型イオンの注入量を示している。ここでは、ｎ型イオンの一例として、Ｐイオンを用いている。図５のグラフによれば、ｎ型イオンの注入量を多くするにつれて、ｎ型半導体層のシート抵抗が減少する傾向にあり、注入量を１．００Ｅ＋１５［ｄｏｓｅ／ｃｍ^２］とした場合には、シート抵抗が５０［Ω／ｃｍ］となる。注入量を１．００Ｅ＋１５［ｄｏｓｅ／ｃｍ^２］以上とした場合には、注入量の増加に対して、シート抵抗の減少が緩やかになる傾向があり、不純物イオンの注入により、シート抵抗を減少させる効果は小さい。したがって、ｎ型イオンの注入量は、１．００Ｅ＋１５［ｄｏｓｅ／ｃｍ^２］であることが望ましい。

【0040】

図６は、アニール処理温度と、アニール処理後に形成されるｐ型半導体層のシート抵抗との関係を示すグラフである。縦軸はｐ型半導体層のシート抵抗、横軸はアニール処理温度を示している。ここでは、ｐ型イオンとしてＢイオンを用い、その注入量を１．００Ｅ＋１６［ｄｏｓｅ／ｃｍ^２］としている。図６のグラフによれば、アニール処理温度を高くするにつれて、ｐ型半導体層のシート抵抗が減少する傾向にある。シート抵抗の減少傾向は、アニール処理温度を１０５０［℃］とする場合を境に変化している。シート抵抗は、１０５０［℃］以下の温度領域においては、温度の上昇に対して急峻な減少傾向を示しているのに対し、１０５０［℃］以上の温度領域においては、温度の上昇に対して緩やかな減少傾向を示している。アニール処理温度を１０５０［℃］以上とすることにより、シート抵抗が１００［Ωｃｍ］以下の低い値で安定した、ｐ型半導体層が得られる。

【0041】

図７は、アニール処理温度と、アニール処理後に形成されるｎ型半導体層のシート抵抗との関係を示すグラフである。縦軸はｎ型半導体層のシート抵抗、横軸はアニール処理温度を示している。ここでは、ｎ型イオンとしてＰイオンを用い、その注入量を１．００Ｅ＋１５［ｄｏｓｅ／ｃｍ^２］としている。図７のグラフによれば、アニール処理温度を高くするにつれて、ｎ型半導体層のシート抵抗が減少する傾向にある。シート抵抗の減少傾向は、アニール処理温度を１０５０［℃］とする場合を境に変化している。シート抵抗は、１０５０［℃］以下の温度領域においては、温度の上昇に対して急峻な減少傾向を示しているのに対し、１０５０［℃］以上の温度領域においては、温度の上昇に対して緩やかな減少傾向を示している。アニール処理温度を１０５０［℃］以上とすることにより、シート抵抗が５０［Ωｃｍ］以下の低い値で安定した、ｎ型半導体層が得られる。

【0042】

図８は、アニール処理温度と、最終形態としての太陽電池の光電変換効率との関係を示している。縦軸は光電変換効率、横軸はアニール処理温度を示している。ここでは、ｐ型イオンとしてＢイオンを用い、その注入量を１．００Ｅ＋１６［ｄｏｓｅ／ｃｍ^２］としている。また、ｎ型イオンとしてＰイオンを用い、その注入量を１．００Ｅ＋１５［ｄｏｓｅ／ｃｍ^２］としている。アニール処理の時間は１０［ｓｅｃ］としている。図８のグラフによれば、アニール処理温度と光電変換効率との関係は、アニール処理の温度領域に応じて異なる。

【0043】

すなわち、アニール処理温度が１０５０［℃］以下の温度領域では、光電変換効率は、処理温度の上昇にともない、急峻な増加傾向を示している。また、アニール処理温度が１０５０［℃］以上１１５０［℃］以下の温度領域では、光電変換効率は、処理温度の上昇に対して、１５［％］以上の高い値で安定した傾向を示している。また、アニール処理温度が１１５０［℃］以上の温度領域では、光電変換効率は、処理温度の上昇にともない、減少傾向を示している。図８のグラフによれば、アニール処理温度を１０５０［℃］としたときに、最大の光電変換効率１７．５［％］が得られる。そして、アニール処理温度が１０５０［℃］以上１１５０［℃］以下の範囲にあれば、最大の光電変換効率に対して５［％］以内の差の光電変換効率が得られる。したがって、太陽電池１００を製造する上でのアニール処理の最適な温度範囲は、１０５０〜１１５０［℃］となる。

【0044】

図９は、アニール処理時間と、最終形態としての太陽電池の光電変換効率との関係を示している。縦軸は光電変換効率、横軸はアニール処理時間を示している。ここでは、ｐ型イオンとしてＢイオンを用い、その注入量を１．００Ｅ＋１６［ｄｏｓｅ／ｃｍ^２］としている。また、ｎ型イオンとしてＰイオンを用い、その注入量を１．００Ｅ＋１５［ｄｏｓｅ／ｃｍ^２］としている。図９のグラフによれば、アニール処理時間と光電変換効率との関係は、アニール処理時間の長さに応じて異なる。

【0045】

すなわち、アニール処理時間を５［秒］以下とする場合には、光電変換効率は、処理時間に比例した増加傾向を示している。また、アニール処理時間を５［秒］以上２０［秒］以下とする場合には、光電変換効率は、処理時間に対して、１５［％］以上の高い値で安定した傾向を示している。また、アニール処理時間を２０［秒］以上とする場合には、光電変換効率は、処理時間に反比例した減少傾向を示している。図９のグラフによれば、アニール処理時間を５〜２０［秒］とすることにより、最大の光電変換効率に対して５［％］以内の差の光電変換効率が得られる。したがって、太陽電池１００を製造する上でのアニール処理の最適な温度範囲は、５〜２０［秒］となる。

【0046】

第一実施形態に係る結晶太陽電池の製造方法によれば、アニール処理を、ランプを用いて行うため、基体（結晶基板）を急速に昇温・降温させることが可能となる。基体を急速に昇温・降温させることにより、基体に注入された不純物イオンの加熱される時間、すなわち不純物イオンが活性化されている時間が短くなるため、不純物イオンが基体の表面（主面）から深さ方向へ広がって分布するのを抑えることができる。その結果として、基体の他方の主面近傍にｐ型のイオンを、一方の主面近傍にｎ型のイオンを、それぞれ集中して分布させることができる。したがって、基体の他方の主面および一方の主面に、それぞれ形成されるｐ型半導体層およびｎ型半導体層を低抵抗化し、光電変換効率を向上させた結晶太陽電池を製造することができる。

【0047】

また、基体の昇温・降温を急速に行うことにより、アニール処理全体に要する時間が短くなるため、結晶シリコン太陽電池を製造する上で、プロセス処理時間の短縮を行うことができる。そして、短縮された分の時間を利用し、基体に対して、従来よりも高い温度の加熱を行うことができる。これにより、ｐ型のイオンを、ｎ型のイオンに対する活性化の効果を高めることができる。したがって、基体の他方の主面および一方の主面に、それぞれ形成されるｐ型半導体層およびｎ型半導体層を低抵抗化し、光電変換効率を向上させた結晶太陽電池を製造することができる。

【0048】

また、第一実施形態に係る結晶太陽電池の製造方法によれば、ｐ型のイオン、ｎ型のイオンを注入する際の結晶基板の主面には、絶縁膜が形成されていない。そのため、ｐ型イオンとｎ型イオンを、結晶基板に直接注入することが可能となり、注入エネルギーを低く抑えることができる。低エネルギーで注入されたｐ型イオン、ｎ型イオンは、それぞれ結晶基板の他方の主面、一方の主面の近傍に高濃度で分布する。

【0049】

そして、ｐ型イオンおよびｎ型イオンの注入エネルギーを低くすることにより、一部のイオンが注入されずに、それぞれ他方の主面および一方の主面に堆積する。そのため、続いて行われるアニール処理により、主面から極めて浅い位置にｐ型イオンまたはｎ型イオンを分布させることができる。したがって、基体の他方の主面および一方の主面に、それぞれ備えたｐ型半導体層およびｎ型半導体層を低抵抗化し、光電変換効率を向上させた結晶太陽電池を製造することができる。

【0050】

また、第一実施形態に係る結晶太陽電池の製造方法によれば、ｐ型のイオンおよびｎ型のイオンを低エネルギーで注入することにより、結晶基板が受けるイオンダメーシを小さく抑えることができ、アニール処理による結晶性の回復が容易となる。したがって、基体の他方の主面および一方の主面に、それぞれ備えたｐ型半導体層およびｎ型半導体層を低抵抗化し、光電変換効率を向上させた結晶太陽電池を製造することができる。

【産業上の利用可能性】

【0051】

本発明は、結晶シリコンを用いた太陽電池の光電変換効率を高める場合に対し、広く適用することが出来る。

【符号の説明】

【0052】

１００・・・結晶太陽電池、１０１・・・基体、１０１ａ、１０１ｂ・・・主面、
１０２・・・ｐ型半導体層、１０３・・・ｎ型半導体層、
１０４・・・窒化膜。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】