(57)【要約】  一面側に第２導電型の不純物元素が拡散された不純物拡散層１０２を有する第１導電型のシリコン基板１０１と、不純物拡散層１０２に電気的に接続してシリコン基板１０１の一面側に一定の間隔をおいて並列配置された複数本のグリッド電極を有する受光面側電極１０５と、シリコン基板１０１の他面側に形成された裏面側電極１０４とを備え、不純物拡散層１０２は、不純物元素を第１の濃度で含む第１不純物拡散層１０２ａと、不純物元素を第１の濃度よりも低い第２の濃度で含む第２不純物拡散層１０２ｂとからなり、第１不純物拡散層１０２ａは、受光面側電極１０５のグリッド電極の長手方向に垂直な方向を長手方向とし、かつ第１不純物拡散層１０２ａにおけるグリッド電極の長手方向に平行な方向の最大幅を均一幅とされるとともに長手方向の長さが第１不純物拡散層１０２ａの長手方向の長さと同一とされた帯状の領域に対する面積比率が５０％以下である。
2012118201.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一面側に第２導電型の不純物元素が拡散された不純物拡散層を有する第１導電型のシリコン基板と、
前記不純物拡散層に電気的に接続して前記シリコン基板の一面側に一定の間隔をおいて並列配置された複数本のグリッド電極を有する受光面側電極と、
前記シリコン基板の他面側に形成された裏面側電極と、
を備え、
前記不純物拡散層は、前記不純物元素を第１の濃度で含む第１不純物拡散層と、前記不純物元素を前記第１の濃度よりも低い第２の濃度で含む第２不純物拡散層とからなり、
前記第１不純物拡散層は、前記シリコン基板の一面側において前記受光面側電極のグリッド電極の長手方向に垂直な方向を長手方向とし、かつ前記第１不純物拡散層における前記グリッド電極の長手方向に平行な方向の最大幅を均一幅とされるとともに長手方向の長さが前記第１不純物拡散層の長手方向の長さと同一とされた帯状の領域に対する面積比率が５０％以下であること、
を特徴とする光起電力装置。
【請求項２】
前記第１不純物拡散層は、長手方向において断続的なパターンを有すること、
を特徴とする請求項１に記載の光起電力装置。
【請求項３】
前記断続的なパターンのうちの各第１不純物拡散層は、長尺側の長さが短尺側の長さの１以上５以下の範囲であること、
を特徴とする請求項２に記載の光起電力装置。
【請求項４】
前記断続的なパターンのうちの各第１不純物拡散層は、前記シリコン基板の面方向において長手方向が前記グリッド電極の長手方向に垂直に近い角度で交差し、
前記グリッド電極の長手方向に真に垂直な方向と前記各第１不純物拡散層の長手方向との誤差角度θの正接（tanθ）の絶対値が、前記各第１不純物拡散層における長尺側の長さに対する短尺側の長さの比率以下であること、
を特徴とする請求項３に記載の光起電力装置。
【請求項５】
前記第１不純物拡散層は、前記シリコン基板の面方向において前記第１不純物拡散層の長手方向において連続して形成されて前記第１不純物拡散層の長手方向が前記グリッド電極の長手方向に垂直に近い角度で交差し、
前記グリッド電極の長手方向に真に垂直な方向と前記第１不純物拡散層の長手方向との誤差角度θの正接（tanθ）の絶対値が、前記グリッド電極間の間隔の１／２に対する前記第１不純物拡散層における前記グリッド電極の長手方向の最大幅の比率以下であること、
を特徴とする請求項１に記載の光起電力装置。
【請求項６】
前記第１不純物拡散層のシート抵抗値をＲ１、前記第２不純物拡散層のシート抵抗値をＲ２、前記不純物拡散層の全面に対する前記第１不純物拡散層の面積比率をｒとするとき、下記の数式（１）を満足すること、
を特徴とする請求項１乃至５のいずれか１つに記載の光起電力装置。
【数１】
2012118201.tif 000005
【請求項７】
前記第１不純物拡散層のシート抵抗値をＲ１、前記第２不純物拡散層のシート抵抗値をＲ２、前記不純物拡散層の全面に対する前記第１不純物拡散層の面積比率をｒとするとき、下記の数式（２）を満足すること、
を特徴とする請求項６に記載の光起電力装置。
【数２】
2012118201.tif 000006
【請求項８】
前記不純物拡散層の全面に対する前記第１不純物拡散層の面積比率が２０％以下であること、
を特徴とする請求項６または７に記載の光起電力装置。
【請求項９】
第１導電型のシリコン基板の一面側に第２導電型の不純物元素を拡散して前記シリコン基板の一面側に不純物拡散層を形成する第１工程と、
前記不純物拡散層に電気的に接続して前記シリコン基板の一面側に一定の間隔をおいて並列配置された複数本のグリッド電極を有する受光面側電極を前記シリコン基板の一面側に形成する第２工程と、
前記シリコン基板の他面側に電気的に接続する裏面側電極を形成する第３工程と、
を含み、
前記第１工程は、
前記不純物元素を第１の濃度で含む第１不純物拡散層を形成する工程と、
前記不純物元素を前記第１の濃度よりも低い第２の濃度で含む第２不純物拡散層を形成する工程と、
を含み、
前記第１不純物拡散層は、前記シリコン基板の一面側において前記受光面側電極のグリッド電極の長手方向に垂直な方向を長手方向とし、かつ前記第１不純物拡散層における前記グリッド電極の長手方向に平行な方向の最大幅を均一幅とされるとともに長手方向の長さが前記第１不純物拡散層の長手方向の長さと同一とされた帯状の領域に対する面積比率が５０％以下であるように形成されること、
を特徴とする光起電力装置の製造方法。
【請求項１０】
前記第１工程では、前記第１不純物拡散層のシート抵抗値をＲ１、前記第２不純物拡散層のシート抵抗値をＲ２、前記不純物拡散層の全面に対する前記第１不純物拡散層の面積比率をｒとするとき、下記の数式（３）を満足するように前記第１不純物拡散層と前記第２不純物拡散層とを形成すること、
を特徴とする請求項９に記載の光起電力装置の製造方法。
【数３】
2012118201.tif 000007
【請求項１１】
前記第１工程では、前記第１不純物拡散層のシート抵抗値をＲ１、前記第２不純物拡散層のシート抵抗値をＲ２、前記不純物拡散層の全面に対する前記第１不純物拡散層の面積比率をｒとするとき、下記の数式（４）を満足するように前記第１不純物拡散層と前記第２不純物拡散層とを形成すること、
を特徴とする請求項１０に記載の光起電力装置の製造方法。
【数４】
2012118201.tif 000008
【請求項１２】
前記不純物拡散層の全面に対する前記第１不純物拡散層の面積比率を２０％以下とすること、
を特徴とする請求項１０または１１に記載の光起電力装置の製造方法。
【請求項１３】
請求項１〜８のいずれか１つに記載の光起電力装置の少なくとも２つ以上が電気的に直列または並列に接続されてなること、
を特徴とする光起電力モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光起電力装置およびその製造方法、光起電力モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池等の光起電力装置の性能向上には、太陽光を効率良く装置内部に取り込む事、取り込んだ光エネルギーを高い電流電圧特性で電気エネルギーに変換する事、変換した光エネルギーを効率良く外部に取り出す事の３点が重要である。また、実際の使用も含めて考えた場合は、長期に渡って出力を維持できる長期信頼性も同様に重要である。【０００３】
一般に、光起電力装置を作製するには、基板の導電型と反対の導電型が得られる不純物を基板表面に拡散させて基板表面に不純物拡散層（以下、拡散層と称する）を形成し、ＰＮ接合を形成する。【０００４】
光起電力装置において、光起電力は各導電型の準位格差に大きく依存する。このため、光起電力の視点からは導電準位を決定する不純物濃度（ドーパント濃度）は、それぞれ高い方が好ましい。これに加えて、拡散層は発生した電流を効率良く外部回路に取り出す為の電極の一部としても機能するので、この視点から、ドーパント濃度は高い方が好ましい。【０００５】
また、電極とＰＮ接合との接続部分には、長期使用に応じて抵抗成分が少しずつ増加していく。このため、長期信頼性を含めて考慮した場合は、このような抵抗成分の増加の影響を抑制する視点からも、ドーパント濃度は高い方が好ましい。【０００６】
一方、シリコン半導体における結晶品質は、その内部に存在する不純物濃度が低いほど良好な特性を示す。ドーパント濃度が高すぎると、半導体としての結晶品質が大きく低下し、再結合速度が増加するので、光起電力を低下させる。したがって、ＰＮ接合が単一構造の場合は、上記の３つの視点からバランスを取りながらドーパント濃度を適切な濃度に設定する事が重要である。【０００７】
一方、ＰＮ接合が単一構造ではないが、上記の課題に対する有効かつ現実的な手法の一つとして「セレクティブエミッタ」がある。これは、構造上の特徴に応じて拡散層の濃度設定に変化を付ける手法である。最も典型的な例は、電極の直下付近はドーパント濃度が高濃度の高濃度領域とされ、それ以外の領域はドーパント濃度が低濃度の低濃度領域とされた２段階構造がある（たとえば、特許文献１、２参照）。【０００８】
上記の例は、電極の一部としての機能を電極直下付近の高濃度領域に、半導体としての結晶品質低下の抑制機能をそれ以外の低濃度領域に担わせている。すなわち、期待する役割をそれぞれの領域に重点的に振り分けて太陽電池セルの電流電圧特性向上を図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０１０−１８６９００号公報
【特許文献２】国際公開第２００９／１５７０５２号
【特許文献３】特表平１１−５０８０８８号公報
【特許文献４】特開２００５−１２３４４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、この場合は高濃度領域と低濃度領域とが、電極直下付近の領域とそれ以外の領域で区別されるという領域的な特徴を有する為、位置合わせの必要が発生し、位置合わせの条件を満たす為の副次的な制約が新たに生じる、という問題がある。【００１１】
例えば上記のセレクティブエミッタの場合、高濃度領域と電極構造とを過不足なく完全に一致させる事は、事実上不可能と言えるほど極めて難しい。このため、多くの場合は高濃度領域をやや広めに設定し、電極形成の際に位置合わせ用のマージンとして活用する。この結果、不要な高濃度領域が残り、特性が意図した通りに向上しない、という問題が生じる。長期信頼性も含めて考慮すると、直接電極と接する高濃度領域には、より高濃度側へのシフトが望まれる為、意図した通りに特性が向上しない、という問題が更に増幅する。【００１２】
一方、電極形成工程において上記の様に位置合わせ用のマージンを取ったとしても、単一構造のＰＮ接合と比較すれば高度な精度が求められる。このため、製造コストの上昇や不良率の増加に繋がる、という問題も発生する。【００１３】
また、高濃度領域を受光面側電極のパターンとは相関を持たない独立した形状に形成する試みが行われているが（たとえば、特許文献３、４参照）、これらは高濃度領域と低濃度領域とを区別する加工工程を活用し、かつ表面の凹凸形状を形成する工程をも同時に担う手法である為、残存させる高濃度領域への制約が無視できず、高効率化への寄与が必ずしも十分でない、という課題があった。【００１４】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、光電変換効率および信頼性に優れた安価な光起電力装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる光起電力装置は、一面側に第２導電型の不純物元素が拡散された不純物拡散層を有する第１導電型のシリコン基板と、前記不純物拡散層に電気的に接続して前記シリコン基板の一面側に一定の間隔をおいて並列配置された複数本のグリッド電極を有する受光面側電極と、前記シリコン基板の他面側に形成された裏面側電極と、を備え、前記不純物拡散層は、前記不純物元素を第１の濃度で含む第１不純物拡散層と、前記不純物元素を前記第１の濃度よりも低い第２の濃度で含む第２不純物拡散層とからなり、前記第１不純物拡散層は、前記シリコン基板の一面側において前記受光面側電極のグリッド電極の長手方向に垂直な方向を長手方向とし、かつ前記第１不純物拡散層における前記グリッド電極の長手方向に平行な方向の最大幅を均一幅とされるとともに長手方向の長さが前記第１不純物拡散層の長手方向の長さと同一とされた帯状の領域に対する面積比率が５０％以下であること、を特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、第１不純物拡散層のパターンを、受光面側電極のパターンとは相関を持たない独立した形状に形成する為、製造時の制約が緩和され、低コスト化を実現することができる。更に、従来の位置合わせ用のマージンなどの実質面を加味して考慮する事で、第１不純物拡散層のパターンを受光面側電極のパターンに依存して形成する場合より、第１不純物拡散層の面積比率を低く形成できる。その上、第１不純物拡散層のパターンの最大幅と均一幅の帯状の領域に対する面積比率が５０％以下の第１不純物拡散層を形成する事により、第２不純物拡散層から第１不純物拡散層、更にグリッド電極へと連なる発生電流の流れを、少ない面積比率で効果的に制御する事ができる為、より高光電変換効率の光起電力装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１−１】図１−１は、本発明の実施の形態にかかる光起電力装置の製造方法の一例を示す断面図である。
【図１−２】図１−２は、本発明の実施の形態にかかる光起電力装置の製造方法の一例を示す断面図である。
【図１−３】図１−３は、本発明の実施の形態にかかる光起電力装置の製造方法の一例を示す断面図である。
【図１−４】図１−４は、本発明の実施の形態にかかる光起電力装置の製造方法の一例を示す断面図である。
【図１−５】図１−５は、本発明の実施の形態にかかる光起電力装置の製造方法の一例を示す断面図である。
【図１−６】図１−６は、本発明の実施の形態にかかる光起電力装置の製造方法の一例を示す断面図である。
【図１−７】図１−７は、本発明の実施の形態にかかる光起電力装置の製造方法の一例を示す断面図である。
【図１−８】図１−８は、本発明の実施の形態にかかる光起電力装置の製造方法の一例を示す断面図である。
【図１−９】図１−９は、本発明の実施の形態にかかる光起電力装置の製造方法の一例を示す断面図である。
【図１−１０】図１−１０は、本発明の実施の形態にかかる光起電力装置の製造方法の一例を示す断面図である。
【図２−１】図２−１は、本発明の実施の形態にかかる光起電力装置の製造方法の一例を示す斜視図である。
【図２−２】図２−２は、本発明の実施の形態にかかる光起電力装置の製造方法の一例を示す斜視図である。
【図２−３】図２−３は、本発明の実施の形態にかかる光起電力装置の製造方法の一例を示す斜視図である。
【図２−４】図２−４は、本発明の実施の形態にかかる光起電力装置の製造方法の一例を示す斜視図である。
【図２−５】図２−５は、本発明の実施の形態にかかる光起電力装置の製造方法の一例を示す斜視図である。
【図２−６】図２−６は、本発明の実施の形態にかかる光起電力装置の製造方法の一例を示す斜視図である。
【図２−７】図２−７は、本発明の実施の形態にかかる光起電力装置の製造方法の一例を示す斜視図である。
【図２−８】図２−８は、本発明の実施の形態にかかる光起電力装置の製造方法の一例を示す斜視図である。
【図２−９】図２−９は、本発明の実施の形態にかかる光起電力装置の製造方法の一例を示す斜視図である。
【図２−１０】図２−１０は、本発明の実施の形態にかかる光起電力装置の製造方法の一例を示す斜視図である。
【図３】図３は、サンプル１およびサンプル２の光起電力装置の作製直後の曲線因子（初期値）を示す特性図である。
【図４】図４は、サンプル１およびサンプル２の光起電力装置の信頼性試験の結果を示す図であり、経過時間と曲線因子の劣化率との関係を示す特性図である。
【図５】図５は、高濃度ｎ型拡散層のシート抵抗値、低濃度ｎ型拡散層のシート抵抗値の代表的な組み合せに対する、各全体的シート抵抗値に対応する高濃度ｎ型拡散層の面積比率を示す図である。
【図６】図６は、シミュレーションによるシリコン太陽電池の開放電圧および短絡電流の、シート抵抗依存性を示す特性図である。
【図７】図７は、本発明の実施の形態における高濃度ｎ型拡散層のパターンの例を模式的に示す平面図である。
【図８】図８は、単純格子上に配置された各形状の短尺側および長尺側の長さによる面積比率を示す図である。
【図９】図９は、本発明の実施の形態における高濃度ｎ型拡散層のパターンの例を模式的に示す平面図である。
【図１０】図１０は、図６に示すシミュレーションの中で、「高濃度ｎ型拡散層のシート抵抗が２０Ω/□、低濃度ｎ型拡散層のシート抵抗が９０Ω/□」の場合の、ｎ型拡散層全面に対する高濃度ｎ型拡散層の面積比率に対する電圧・電流の、シミュレーション上の推移を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下に、本発明にかかる光起電力装置およびその製造方法、光起電力モジュールの実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は以下の記述に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。また、以下に示す図面においては、理解の容易のため、各部材の縮尺が実際とは異なる場合がある。各図面間においても同様である。
【００１９】
実施の形態
以下、図１−１〜図１−１０および図２−１〜図２−１０を参照しながら、製造工程に沿って本発明の実施の形態を説明する。図１−１〜図１−１０は、本発明の実施の形態にかかる光起電力装置の製造方法の一例を示す断面図である。図２−１〜図２−１０は、本発明の実施の形態にかかる光起電力装置の製造方法の一例を示す斜視図である。図２−１〜図２−１０に示される各工程は、図１−１〜図１−１０に示される各工程に対応する。
【００２０】
まず、半導体基板として、例えば民生用太陽電池向けとして最も多く使用されているｐ型多結晶シリコン基板（以下、ｐ型シリコン基板１０１ａと呼ぶ）を用意する（図１−１、図２−１）。
【００２１】
ｐ型シリコン基板１０１ａは、溶融したシリコンを冷却固化してできた単結晶シリコンインゴットまたは多結晶シリコンインゴットをバンドソーやマルチワイヤーソー等を用いてワイヤーソーで所望のサイズ・厚さにカット・スライスして製造するため、表面にスライス時のダメージが残っている。そこで、まずはこのダメージ層の除去も兼ねて、ｐ型シリコン基板１０１ａを酸または加熱したアルカリ溶液中、例えば水酸化ナトリウム水溶液に浸漬して表面をエッチングすることにより、シリコン基板の切り出し時に発生してｐ型シリコン基板１０１ａの表面近くに存在するダメージ領域を取り除く。ダメージ除去後のｐ型シリコン基板１０１ａの厚みは、例えば２００μｍ、寸法は例えば１５０ｍｍ×１５０ｍｍである。
【００２２】
また、ダメージ除去と同時に、またはダメージ除去に続いて、ｐ型シリコン基板１０１ａの受光面側の表面にテクスチャー構造として微小凹凸を形成してもよい。このようなテクスチャー構造を半導体基板の受光面側に形成することで、光起電力装置の表面で光の多重反射を生じさせ、光起電力装置に入射する光を効率的にシリコン基板の内部に吸収させることができ、実効的に反射率を低減し変換効率を向上させることができる。
【００２３】
なお、本発明は光起電力装置の拡散層の構造にかかる発明であるので、テクスチャー構造の形成方法や形状については、特に制限するものではない。例えば、イソプロピルアルコールを含有させたアルカリ水溶液や主にフッ酸、硝酸の混合液からなる酸エッチングを用いる方法、部分的に開口を設けたマスク材をｐ型シリコン基板１０１ａの表面に形成して該マスク材を介したエッチングによりｐ型シリコン基板１０１ａの表面にハニカム構造や逆ピラミッド構造を得る方法、或いは反応性ガスエッチング（ＲＩＥ：Reactive  Ion  Etching）を用いた手法など、何れの手法を用いても差し支えない。
【００２４】
つぎに、このｐ型シリコン基板１０１ａを熱拡散炉へ投入し、ｎ型の不純物であるリン（Ｐ）の雰囲気下で加熱する。この工程によりｐ型シリコン基板１０１ａの表面にリン（Ｐ）を高濃度に拡散させて、リンを第１の濃度で含む第１不純物拡散層として高濃度ｎ型不純物拡散層（以下、高濃度ｎ型拡散層と称する）１０２ａを形成して半導体ｐｎ接合を形成する（図１−２、図２−２）。本実施の形態では、ｐ型シリコン基板１０１ａをオキシ塩化リン（ＰＯＣｌ３）ガス雰囲気中において、例えば８５０℃〜９００℃の温度で加熱することにより、高濃度ｎ型拡散層１０２ａを形成する。ここで、高濃度ｎ型拡散層１０２ａの表面シート抵抗が例えば１５〜４５Ω／□、好ましくは２５〜３５Ω／□となるように加熱処理を制御する。なお、熱拡散による拡散層は、濃度分布曲線が複雑な為、例えば「濃度×深さ」等の画一的な表現は、事実上意味を成さず、これを補う表現としては、シート抵抗が用いられる事が多い。
【００２５】
つぎに、高濃度ｎ型拡散層１０２ａ上に、耐エッチング性を有する膜（以下、耐エッチング膜と呼ぶ）１１１を形成する（図１−３、図２−３）。耐エッチング膜１１１は、例えばプラズマＣＶＤ（Chemical  Vapor  Deposition）法により、膜厚８０ｎｍの窒化シリコン膜（以下、「ＳｉＮ膜」と称する）を形成する。ここではＳｉＮ膜を用いるが、酸化シリコン膜（ＳｉＯ２、ＳｉＯ）、酸化窒化シリコン膜（ＳｉＯＮ）、アモルファスシリコン膜（а−Ｓｉ）、ダイアモンドライクカーボン膜、樹脂膜等を用いてもよい。また、ここでは耐エッチング膜１１１の膜厚は８０ｎｍとしたが、テクスチャー・エッチング時のエッチング条件と、後工程でのＳｉＮ膜の除去性から適切な膜厚を選択することができる。
【００２６】
つぎに、耐エッチング膜１１１にレーザー光を照射することにより、微細な開口１１２を形成する（図１−４、図２−４）。開口１１２は、テクスチャー構造の形成領域１１３ａに形成する。テクスチャー構造を形成せず、高濃度ｎ型拡散層１０２ａを残存させる領域１１３ｂには、開口１１２は形成しない。なお、レーザー光照射以外の加工手段を用いて開口１１２を形成しても構わない。具体例を挙げるならば、半導体プロセスで用いられる写真製版やブラストを用いた加工などが挙げられる。
【００２７】
つぎに、開口１１２を通してｐ型シリコン基板１０１ａをウエットエッチングする（図１−５、図２−５）。微細な開口１１２を通してｐ型シリコン基板１０１ａをエッチングするため、ｐ型シリコン基板１０１ａの表面には微細な開口１１２と同心位置に凹部１１４が形成される。エッチング液には、例えばフッ酸と硝酸との混合液を用いる。フッ酸と硝酸との混合比は体積比でフッ酸１：硝酸２０：水１０である。エッチング液の混合比は所望のエッチング速度、エッチング形状により適切な混合比に変更可能である。混酸系のエッチング液によりエッチングを行うと、シリコン基板表面の結晶面方位に影響されずにエッチングが進む為、同じ形状のテクスチャーが均一に形成され、表面反射損失の少ない光起電力装置を製造できる。
【００２８】
なお、ｐ型シリコン基板１０１ａが単結晶シリコンであり、スライス面が（１００）面である場合に限っては、エッチング液は水酸化ナトリウムや水酸化カリウム等のアルカリ金属の水酸化物を含む水溶液を用いることが、より好ましい。他方位の単結晶や多結晶シリコンの場合は、上述の通り結晶面方位に影響されずにエッチングを進める方が有利だが、（１００）面の単結晶シリコンに限っては、逆に異方性を持つエッチング液を用いて、更に反射率を低減できる形状への加工が比較的容易なので、こちらの方が好ましい。
【００２９】
また、この場合の凹部１１４の形状は、逆ピラミッド状の形状になる。エッチング液の具体例としては、０．５ｗｔ％〜４ｗｔ％の水酸化ナトリウム水溶液を７０℃〜９５℃に加熱したものや、これらの水溶液に界面活性剤を加えたもの等が挙げられる。
【００３０】
凹部１１４の形成に伴って、凹部１１４の部分の高濃度ｎ型拡散層１０２ａは同時に除去される。一方、高濃度ｎ型拡散層１０２ａを残存させる領域１１３ｂについては、その目的通り、高濃度ｎ型拡散層１０２ａが残る。ここで、高濃度ｎ型拡散層１０２ａを残存させる領域１１３ｂのパターン（形状・寸法）の選択は、本発明の最も重要な要素を含んでいる。これについての詳細は後述する。
【００３１】
凹部１１４の形成後、耐エッチング膜１１１を、フッ酸を用いて除去する（図１−６、図２−６）。
【００３２】
つぎに、このｐ型シリコン基板１０１ａを熱拡散炉へ再度投入し、ｎ型の不純物であるリン（Ｐ）の雰囲気下で加熱する。この工程によりｐ型シリコン基板１０１ａの表面にリン（Ｐ）を低濃度に拡散させて、リンを第２の濃度で含む第２不純物拡散層として低濃度ｎ型不純物拡散層（以下、低濃度ｎ型拡散層と称する）１０２ｂを形成して半導体ｐｎ接合を形成する（図１−７、図２−７）。ここで、第２の濃度は第１の濃度よりも低い。これにより、高濃度ｎ型拡散層１０２ａと低濃度ｎ型拡散層１０２ｂとからなるｎ型不純物拡散層（以下、ｎ型拡散層と称する）１０２が形成される。本実施の形態では、ｐ型シリコン基板１０１ａをオキシ塩化リン（ＰＯＣｌ３）ガス雰囲気中において、例えば８４０℃程度の温度で加熱することにより、高濃度ｎ型拡散層１０２ａを形成する。ここで、低濃度ｎ型不純物拡散層１０２ｂの表面シート抵抗が例えば６０〜１５０Ω／□となるように加熱処理を制御する。熱拡散による拡散層は、濃度分布曲線が複雑な為、例えば「濃度×深さ」等の画一的な表現ができない。そこで、シート抵抗で表現してこれを補う事が多い。
【００３３】
ここで、高濃度ｎ型拡散層１０２ａを残存させる領域１１３ｂは、エッチング時に高濃度ｎ型拡散層１０２ａが除去されずに残っている。したがって、その上から再度低濃度の拡散を行っても高濃度ｎ型拡散層１０２ａがほぼそのまま残っている。また、テクスチャー構造の形成領域１１３ａは、エッチング時に開口１１２の高濃度ｎ型拡散層１０２ａが除去されている。したがって、開口１１２の内面に低濃度ｎ型不純物拡散層１０２ｂが形成される。
【００３４】
なお、形成パターン（形状・寸法）の選択を除く、一連の高濃度ｎ型拡散層１０２ａおよび低濃度ｎ型不純物拡散層１０２ｂの形成方法については、それ自体は本実施の形態の本質的な特徴部分と直接の関係性はない。したがって、これらについては、特に制限されるものではない。上記の本実施の形態で示す手段以外の事例を列挙すると、低濃度ｎ型拡散層を一旦形成した後にレーザーを局所的に照射・加熱して拡散をさらに進行させて所望の領域のみに高濃度ｎ型拡散層を選択形成する手法、本実施の形態での事例とは逆に耐エッチング膜の開口の露出部を介して高濃度に選択拡散する手法、拡散ペーストを部分的にシリコン基板に塗布して高濃度ｎ型拡散層および低濃度ｎ型拡散層の各領域を選択形成する手法等が挙げられる。
【００３５】
高濃度・低濃度の両拡散層が形成された後、低濃度ｎ型不純物拡散層１０２ｂの形成直後の表面には、リンの酸化物を主成分とするリンガラス層が形成されているため、フッ酸溶液等を用いて除去する。
【００３６】
つぎに、高濃度ｎ型拡散層１０２ａおよび低濃度ｎ型不純物拡散層１０２ｂを形成したｐ型シリコン基板１０１ａの受光面側に、光電変換効率改善のために、反射防止膜１０３としてシリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）を形成する（図１−８、図２−８）。反射防止膜１０３の形成には、例えばプラズマＣＶＤ法を使用し、シランとアンモニアの混合ガスを用いて反射防止膜１０３としてシリコン窒化膜を形成する。反射防止膜１０３の膜厚および屈折率は、光反射を最も抑制する値に設定する。なお、反射防止膜１０３として、屈折率の異なる２層以上の膜を積層してもよい。また、反射防止膜１０３の形成には、スパッタリング法などの異なる成膜方法を用いてもよい。また、反射防止膜１０３としてシリコン酸化膜を形成してもよい。
【００３７】
つぎに、リン（Ｐ）の拡散によりｐ型シリコン基板１０１ａの裏面に形成された高濃度ｎ型拡散層１０２ａを除去する（図１−９、図２−９）。これにより、第１導電型層であるｐ型シリコン基板１０１ａと、ｐ型シリコン基板１０１ａの受光面側に形成された第２導電型層であるｎ型拡散層１０２と、によりｐｎ接合が構成された半導体基板１０１が得られる。
【００３８】
ｐ型シリコン基板１０１ａの裏面に形成された高濃度ｎ型拡散層１０２ａの除去は、例えば片面エッチング装置を用いて行う。または、反射防止膜１０３をマスク材として活用し、エッチング液にｐ型シリコン基板１０１ａの全体を浸漬させる方法を用いてもよい。エッチング液は、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなどのアルカリ水溶液を、室温〜９５℃、好ましくは５０℃〜７０℃に加熱したものを用いる。また、エッチング液として、硝酸とフッ酸との混合水溶液を用いてもよい。
【００３９】
最後に、受光面側電極および裏面側電極を形成する。まず、アルミニウムが混入した裏面側電極形成用の電極材料ペーストを半導体基板１０１の裏面側の全面にスクリーン印刷により塗布し、乾燥させる。つぎに、銀が混入した受光面側電極形成用の電極材料ペーストを半導体基板１０１の受光面である反射防止膜１０３上に、櫛形にスクリーン印刷により塗布し、乾燥させる。ここで、受光面側電極形成用の電極材料ペーストは、テクスチャー構造の形成領域１１３ａに塗布される。
【００４０】
その後、半導体基板１０１の受光面側および裏面側の電極材料ペーストを例えば大気雰囲気中、７６０℃程度の温度で同時に焼成することで、受光面側電極１０５および裏面側電極１０４が得られる（図１−１０、図２−１０）。この際、半導体基板１０１の受光面側ではペースト中に含まれているガラス材料で反射防止膜１０３が溶融している間に銀材料がシリコンと接触し再凝固する。これにより、ｎ型拡散層１０２は受光面側電極１０５と良好な抵抗性接合を得ることができる。そして、受光面側電極１０５は、テクスチャー構造の形成領域１１３ａに形成される。すなわち、受光面側電極１０５は、低濃度ｎ型拡散層１０２ｂの上に形成される。受光面側電極１０５の電極パターンとしては、典型的な、所定の方向に一定の間隔で並列配置された複数本の細線長尺のグリッド電極と数本のバス電極からなる櫛型の構成が形成される。グリッド電極は、半導体基板１０１で発電された電気を集電するために受光面に局所的に設けられる。バス電極は、グリッド電極で集電された電気を取り出すためにグリッド電極にほぼ直交して設けられる。グリッド電極およびバス電極は、それぞれ底面部においてｎ型拡散層１０２に電気的に接続している。
【００４１】
以上のような工程を実施することにより、実施の形態にかかる光起電力装置が作成される。
【００４２】
つぎに、本実施の形態において高濃度ｎ型拡散層１０２ａを残存させる領域１１３ｂのパターン（形状・寸法）の選択について説明する。従来の光起電力装置の構造では、受光面側電極の形成領域に高濃度ｎ型拡散層を残す事を基本としていた。これは、低濃度ｎ型拡散層の上に受光面側電極が形成された場合は、受光面側電極と拡散層との接触抵抗や電流集中による直列抵抗の成分が増加し、曲線因子が悪化および不安定化すると考えられて来た為である。
【００４３】
発明者は、受光面側電極が高濃度ｎ型拡散層の領域上に形成された従来の構成を有するサンプル１の光起電力装置と、受光面側電極が高濃度ｎ型拡散層の領域からずれて形成されたサンプル２の光起電力装置とを実際に複数試作した。サンプル１とサンプル２とは、受光面側電極の形成位置が異なる以外は、同条件の構成とされている。また、受光面全体における高濃度ｎ型拡散層の領域の面積比率は２０％である。そして、サンプル１およびサンプル２の光起電力装置の特性を評価した。
【００４４】
その結果、図３に示すように、サンプル２の光起電力装置においては、従来の考えにより想定される曲線因子（Fill  Factor：ＦＦ）の低下は認められず、受光面側電極が高濃度ｎ型拡散層の領域からずれて形成されたことの影響は、高濃度ｎ型拡散層の受光領域が増える事による電流の減少のみにとどまっている。図３は、サンプル１およびサンプル２の光起電力装置の作製直後の曲線因子（初期値）を示す特性図である。また、長期に渡って出力を維持できる長期信頼性に関しても、図４に示すように、サンプル２の光起電力装置において２０００時間までの時間経過において劣化が激しいという結果は認められなかった。図４は、サンプル１およびサンプル２の光起電力装置の信頼性試験の結果を示す図であり、経過時間と曲線因子（ＦＦ）の劣化率との関係を示す特性図である。図４における曲線因子（ＦＦ）劣化率は、信頼性試験後の光起電力装置の光電変換効率を信頼性試験前の光起電力装置の光電変換効率で割ったものである。
【００４５】
このように、従来の考えにより想定されていた特性の不利益が実際には存在しないのであれば、高濃度ｎ型拡散層と受光面側電極との位置合わせにこだわる必要性はない。受光面電極の位置合わせ用のマージン等の不利益を抱えながら高濃度ｎ型拡散層／低濃度ｎ型拡散層のパターン設計をするのではなく、これらの拡散層のパターンを受光面電極のパターンとは独立に考える方が、自由度が広がりメリットが大きい。特に、本発明の高濃度ｎ型拡散層１０２ａの領域比率を、従来でのマージンを含めた高濃度ｎ型拡散層の領域比率を下回るように設定すると、高濃度ｎ型拡散層が電流に与える悪影響、すなわち電流値が意図した値より低下することを抑制し、特性を改善できる。
【００４６】
高濃度ｎ型拡散層のシート抵抗値をＲ１、ｎ型拡散層全面に対する高濃度ｎ型拡散層の面積比率をｒ、低濃度ｎ型拡散層のシート抵抗値をＲ２、ｎ型拡散層全面に対する低濃度ｎ型拡散層の面積比率を（１−ｒ）で表わすと、ｎ型拡散層の全体的シート抵抗値Ｒtotalは下記の数式（１）で表現される。
【００４７】
【数１】
2012118201.tif 000003
【００４８】
そして、数式（１）より、高濃度ｎ型拡散層の面積比率ｒは下記の数式（２）で表現される。
【００４９】
【数２】
2012118201.tif 000004
【００５０】
ＰＮ接合が単一構造の場合は、受光面の全体的シート抵抗値Ｒtotalが５０Ω／□〜７０Ω／□であることが好ましく、更には５５Ω／□〜６５Ω／□の範囲にある事がより好ましい。そして、本実施の形態にかかる光起電力装置のようにＰＮ接合が２段階構造である場合でも、全体的シート抵抗値Ｒtotalは上記と同様の範囲にある事が好ましい。Ｒtotalが５０Ω／□より小である場合（ドーパント濃度が高すぎる場合）は、半導体としての結晶品質が大きく低下し、再結合速度が増加するので、シリコン内部での発電が効率良く進まず、光起電力が低下する。Ｒtotalが７０Ω／□より大である場合（ドーパント濃度が低すぎる場合）は、シリコン内部で発電した電力を効率良く外部に取り出す事ができず、結果として同じく光起電力が低下し、また長期使用に応じた電極とＰＮ接合との接続部分の抵抗成分の増加に起因して長期信頼性の低下リスクが増す。したがって、受光面の全体的シート抵抗値Ｒtotalを５５Ω／□〜６５Ω／□の範囲とすることにより、半導体としての結晶品質、ＰＮ接合の準位格差に起因した光起電力量、長期信頼性のバランスがより良好となり、良好な特性が得られる。
【００５１】
図５は、高濃度ｎ型拡散層のシート抵抗値Ｒ１、低濃度ｎ型拡散層のシート抵抗値Ｒ２の代表的な組み合せに対する、各全体的シート抵抗値Ｒtotalに対応する高濃度ｎ型拡散層の面積比率ｒを示す図である。図５では、５０Ω／□、５５Ω／□、６５Ω／□、７０Ω／□の４種類のＲtotalに対応する高濃度ｎ型拡散層の面積比率ｒを示している。これらのＲtotalを実現するためには、高濃度ｎ型拡散層の面積比率ｒは図５に示されるような範囲で設けられる事が好ましい。高濃度ｎ型拡散層の面積比率ｒをこのような範囲内に制御する事により、良好な曲線因子（ＦＦ）を有する光起電力装置を実現できる。
【００５２】
更に、従来の光起電力装置の構造（受光面側電極の形成領域に高濃度ｎ型拡散層を残す事を基本とする構造）との比較で言えば、従来の代表的な高濃度ｎ型拡散層の面積比率ｒは２０％であり、高濃度ｎ型拡散層１０２ａの面積比率ｒが２０％を下回るＲ１とＲ２との組み合せを選択すれば、高濃度ｎ型拡散層が電流に与える悪影響、すなわち電流値が意図した値より低下することを抑制し、特性を改善することもできる。そして、特性改善効果の観点から、より好ましい高濃度ｎ型拡散層１０２ａの面積比率ｒは１０％以下である。
【００５３】
ここで、より高い光電変換効率の光起電力装置の構造実現を想起すると、高濃度領域の面積比率を、より少なくより効率的に、グリッド電極まで発生電流を導くことが重要になる。本実施の形態の様に高濃度ｎ型拡散層と低濃度ｎ型拡散層とが混在する構造では、特に低濃度ｎ型拡散層で発生した電流成分の場合は、まず発生地点から最寄りの高濃度ｎ型拡散層まで最短距離で進み、その後に高濃度ｎ型拡散層の形状に沿ってグリッド電極まで至る。従って、各地点のグリッド電極までの抵抗値は、
「（低濃度ｎ型拡散層のシート抵抗）×（低濃度ｎ型拡散層の経路長の合計）
＋（高濃度ｎ型拡散層のシート抵抗）×（高濃度ｎ型拡散層の経路長の合計）」
で表わされる数値に相関を有するものであり、少ない面積比率で上記数値を小さく抑える形状が重要となる。なお、高濃度ｎ型拡散層は、必ずしもグリッド電極に接続していなくてもよく、高濃度ｎ型拡散層がグリッド電極に接続していない場合においても、上記の論理が適用される。この場合は、電流成分は、高濃度ｎ型拡散層と低濃度ｎ型拡散層のそれぞれの経路を、上記式の総和が最小になるように通過した後、グリッド電極に至る。
【００５４】
一方、上述の視点で高濃度ｎ型拡散層のパターンに着目すると、光起電力装置の受光面の面内においてグリッド電極と垂直な形状は、発生した電流成分がグリッド電極に向かって最短距離で近付く方向性を有しており、グリッド電極まで発生電流をより効率的に導くために有効な形状である。逆にグリッド電極と平行な成分は、その方向成分を通過する間は、発生電流はグリッド電極に近付いておらず、高濃度ｎ型拡散層（低シート抵抗領域）であっても、グリッド電極まで発生電流をより効率的に導くための有効性に欠ける。これらの視点を具体的形状に反映させると、高濃度ｎ型拡散層のパターン形状は、光起電力装置の受光面の面内においてグリッド電極に対して垂直に形成される線状のパターンが適している、との結論に達する。
【００５５】
他方で、高濃度ｎ型拡散層の面積比率の抑制に着目すると、単純な線状やストライプ状の形状では、まだ十分とは言えない。図６は、受光面のｎ型拡散層全面のシート抵抗を除いて同じ条件下でのシミュレーションによる、シリコン太陽電池の開放電圧（Ｖｏｃ）および短絡電流（Ｉｓｃ）の、シート抵抗依存性（相対値）を示す特性図である。ここでは、ｎ型拡散層全面のシート抵抗が９０Ω／□の場合を基準（１００％）として示している。当然の事ながら、シート抵抗が小さくなるに伴い（不純物濃度高くなるに伴い）半導体としての結晶品質が低下し再結合速度が増加するので光起電力が低下して、Ｖｏｃ、Ｉｓｃともに低下する。特に高濃度ｎ型拡散層として有効な、シート抵抗が４０Ω／□以下の範囲での低下が顕著であり、このような構造を採用するに当たっては、より徹底的に高濃度ｎ型拡散層の面積比率を抑制する必要がある。
【００５６】
しかし、高濃度ｎ型拡散層が単純な線状やストライプ状の形状の場合は、面積比率の抑制手段は幅を狭くすることに限定される。更に、特に量産品製造等の安価な加工手段を想定する場合は、寸法精度や加工限界の関係で所望の加工ができず、十分な高濃度ｎ型拡散層の面積比率抑制が得られない危険が高くなる。従って、比較的加工の容易な寸法で効果的に高濃度ｎ型拡散層の面積比率を抑制できる様に、更に踏み込んだ形状の工夫が重要である。
【００５７】
同程度の寸法を用いて効果的に高濃度ｎ型拡散層の面積比率を抑制する方法としては、高濃度ｎ型拡散層の形状としてドット状などの断続的なパターンを採用することが挙げられる。例えば０．１ｍｍ幅のストライプ状領域を１ｍｍ間隔で形成して所定の領域に対して面積比率が１０％となるようにする。また、ストライプ状領域の代わりに該ストライプ状領域と同じ領域に０．１ｍｍ角の四角ドット形状（単純格子）を１ｍｍ間隔で形成する場合を考える。ストライプ状領域は所定の領域に対する面積比率が１０％であるのに対して、四角ドット形状（単純格子）領域は所定の領域に対する面積比率が略１％となり、より顕著な面積比率の低減を図ることができる。
【００５８】
上記検討を合わせて考察した結果、両者の建設的特徴を汲み取る高濃度ｎ型拡散層の形状として、光起電力装置の受光面の面内においてグリッド電極の長手方向に垂直な方向を長手方向とする、例えば矩形形状・楕円形状・ひし形形状等の断続的な形状が提案される（図７）。図７は、本実施の形態における高濃度ｎ型拡散層１０２ａのパターンの例を模式的に示す平面図である。図７において、図７（ａ）は矩形形状の高濃度ｎ型拡散層１０２ａのパターンの例、図７（ｂ）は楕円形状の高濃度ｎ型拡散層１０２ａのパターンの例、図７（ｃ）はひし形矩形の高濃度ｎ型拡散層１０２ａのパターンの例を示している。なお、図７において、矢印Ｘはグリッド電極の長手方向（延在方向）を示し、矢印Ｙはグリッド電極の長手方向（延在方向）に垂直な方向を示している。また、図７においては、高濃度ｎ型拡散層１０２ａの短尺側の最大幅と同じ幅寸法を均一幅として有するストライプ状（帯状）の形状を点線で、該ストライプ状（帯状）の形状の中心線を一点鎖線で示している。
【００５９】
図８は、単純格子上に配置された各形状の短尺側および長尺側の長さによる面積比率を示す図である。図８では、例えば１ｍｍ間隔の単純格子上に、短尺側の長さが０．１ｍｍ、長尺側の長さが０．１×Ｎｍｍの、矩形形状・楕円形状・ひし形形状を配した場合の、格子領域に対する各々の形状の面積比率を示している。なお、図８における矩形の場合のＮ＝１０の数値は、０．１ｍｍ幅のストライプを配した場合と同じである。この矩形の場合のＮ＝１０の事例を除き、図８に示す何れの場合も、短尺寸法が同寸法のストライプに比べ、効果的に面積比率を抑制できていることが分かる。特に、Ｎ≦５では、面積比率の低減効果がより顕著である。
【００６０】
本実施の形態の目的に適う構造としては、上記各形状の短尺側と同じ幅寸法を有するストライプ形状に対して、面積比率が小さければ、何れも目的に適うと言える。しかしながら、本発明者の検討の結果、面積比率の顕著な低減効果を考慮するならば、上記各形状の短尺側の最大幅と同じ幅寸法を均一幅として有するストライプ状（帯状）の形状に対して、面積比率が５０％以下であることが好ましいことがわかった。高濃度ｎ型拡散層による電流や電圧の低減を、高濃度ｎ型拡散層の面積比率を減らすことで抑制できる。部分的に高濃度ｎ型拡散層を有する構造では、電流は直接的に、また電圧はその逆数が、高濃度ｎ型拡散層の面積比率に概ね比例した低減効果を受ける。何れにしても高濃度ｎ型拡散層の面積比率が大きいほど電流や電圧に対する悪影響は大きい。このため、高濃度ｎ型拡散層の面積比率は、可能な限り低減することが望ましい。ここでストライプ状（帯状）の形状の長手方向の長さは上記各形状の高濃度ｎ型拡散層が配置されたパターン全体の長手方向の長さと同一とされる。更に上記各形状の短尺側に対する長尺側の寸法倍率で言うならば、１以上５以下の範囲にあることがより好ましい。上記寸法倍率が１未満では長尺と呼べず、グリッド電極の長手方向と平行な成分が大きくなる為、本実施の形態の目的に適わない。また上記寸法倍率が５を超えると、形状にも依存するが、上述の面積比率の低減効果が顕著とは言えない。
【００６１】
また、上記各形状の短尺側の最大幅と同じ幅寸法を均一幅として有するストライプ状（帯状）の形状に対して、高濃度ｎ型拡散層の面積比率の下限値は、機能面からは特に制限するものではないが、加工限界の視点から例えば下記の例のように考えられる。
（下限値例１）
グリッド電極間隔＝１ｍｍ、高濃度ｎ型拡散層のパターン形成の加工限界＝１００μｍ（０．１ｍｍ）の場合：
（０．１ｍｍ×０．１ｍｍ）／（１ｍｍ×１ｍｍ）＝０．０１（＝１％）
（下限値例２）
グリッド電極間隔＝２ｍｍ、高濃度ｎ型拡散層のパターン形成の加工限界＝１００μｍ（０．１ｍｍ）の場合：
（０．１ｍｍ×０．１ｍｍ）／（２ｍｍ×２ｍｍ）＝０．００２５（＝０．２５％）
【００６２】
また断続的な形状の他に、高濃度ｎ型拡散層の形状として、光起電力装置の受光面の面内においてグリッド電極の長手方向に垂直な方向に連続し、かつ幅の変動する「波打ち型」の形状が提案される（図９）。図９は、本実施の形態における高濃度ｎ型拡散層１０２ａのパターンの例を模式的に示す平面図である。図９において、図９（ａ）はグリッド電極の長手方向に垂直な方向に連続し、かつ幅の変動する略同等の形状が略規則的に繰り返される高濃度ｎ型拡散層１０２ａのパターンの例、図９（ｂ）はグリッド電極の長手方向に垂直な方向に連続し、かつ幅の変動する不規則な形状の高濃度ｎ型拡散層１０２ａのパターンの例を示している。なお、図９において、矢印Ｘはグリッド電極の長手方向（延在方向）を示し、矢印Ｙはグリッド電極の長手方向（延在方向）に垂直な方向を示している。また、図９においては、高濃度ｎ型拡散層１０２ａの短尺側の最大幅と同じ幅寸法を均一幅として有するストライプ状（帯状）の形状を点線で、該ストライプ状（帯状）の形状の中心線を一点鎖線で示している。この形状の場合も、短尺寸法が同寸法のストライプに比べ、効果的に面積比率を抑制できる。前述同様、この場合も高濃度ｎ型拡散層の面積比率の顕著な低減効果を考慮するならば、均一幅のストライプ形状に対して面積比率が５０％以下であることが好ましい。
【００６３】
なお、上記の高濃度ｎ型拡散層の各形状の並びとグリッド電極との交差の関係であるが、理解のし易さから、これまでは単純に「垂直」という表現を用いた。確かに完全な垂直が理想的ではあるが、現実的には一定の範囲を許容するのが妥当である。高濃度ｎ型拡散層の各形状の並びに沿う方向（延在方向）に平行な直線と、グリッド電極に真に垂直な線分（方向）との誤差角度（ずれ角）をθで表すと、前述同様に高濃度ｎ型拡散層のグリッド電極の長手方向に垂直な成分を平行な成分に対して優位を保つ考え方、すなわちグリッド電極の長手方向に垂直な成分を高濃度ｎ型拡散層の長手方向成分とすると、
（１）高濃度ｎ型拡散層が連続した形状の場合：
正接（tanθ）の絶対値  ≦  （高濃度ｎ型拡散層の最大幅）  ／  （グリッド電極間隔  ×  １／２）
（２）高濃度ｎ型拡散層が断続的形状の場合：
正接（tanθ）の絶対値  ≦  （高濃度ｎ型拡散層の短尺側寸法）  ／  （高濃度ｎ型拡散層の長尺側寸法）
である範囲内が本実施の形態の目的に適うので、θはこの範囲内であることが望ましい。ここで、高濃度ｎ型拡散層の最大幅は、グリッド電極の長手方向の最大幅である。図７および図９で例示すると、図中、点線間のＸ方向の幅がこれに該当する。また、上記の（１）高濃度ｎ型拡散層が連続した形状の場合においては、ｎ型拡散層の領域中、グリッド電極と垂直方向においてグリッド電極間の中間位置が最もグリッド電極に遠い位置関係となるため、高濃度ｎ型拡散層が連続した形状の場合においてはこの位置を基準に考えるのが適切である。
【００６４】
なお、高濃度ｎ型拡散層の形状が連続的および断続的の何れの場合でも、細部の形状は特に制限されるものではないが、製造の簡便さ、ひいては低コスト化を導く観点からは、繰り返し性を有するものが好ましい。更に特性の均一性・安定性を期するならば、グリッド電極間隔と前期繰り返し間隔の整数倍が一致すること、更にはこの整数倍が１以上２０以下であることが好ましい。前記整数倍が２０を越える場合とは、例えばグリッド電極間隔２ｍｍの場合では０．１ｍｍ未満の繰り返しピッチになる。この場合、本実施の形態の本来の目的には特に支障ないが、具体的製造方法に制約が大きくなり、低コスト化を導く観点から好ましくない。
【００６５】
また、上記の繰り返し性を示す典型例として、特に断続的な形状の場合、格子の交点に従って形成することが挙げられる。代表例として、正方格子や六角格子などの交点に従って高濃度ｎ型拡散層を配置することが挙げられる。
【００６６】
図１０は、図６に示すシミュレーションの中で、「高濃度ｎ型拡散層のシート抵抗が２０Ω/□、低濃度ｎ型拡散層のシート抵抗が９０Ω/□」の場合の、ｎ型拡散層全面に対する高濃度ｎ型拡散層の面積比率に対する電圧・電流の、シミュレーション上の推移を示す図である。図１０（ａ）は、シミュレーション上の電圧の推移を示す。図１０（ｂ）は、シミュレーション上の電流の推移を示す。図１０（ａ）および図１０（ｂ）において、面積比率Ａは、ｎ型拡散層全面に対する高濃度ｎ型拡散層の面積比率を示す。図１０（ａ）および図１０（ｂ）において、面積比率Ｂは、上記において比較対象とした「帯状の高濃度ｎ型拡散層」のセル全体（ｎ型拡散層全面）に対する面積比率Ａが２０％を占める場合を基準（１００％）としたときの、本実施の形態における対象形状の高濃度ｎ型拡散層の面積相対比を示す。そして、図１０（ａ）および図１０（ｂ）において、電圧および電流の算出値はｎ型拡散層全面が９０Ω/□の場合の値を１００％とする。
【００６７】
図１０から分かるように、高濃度ｎ型拡散層の面積比率Ａを１０％以内に抑制できれば、電圧・電流の低下率を０．５％以内に抑えることができる。特に電圧は、電極面積等で挽回可能な電流と違って、他要素での挽回が難しく、高効率化を考慮する際、相対比１％未満の差と言えども、無視できない。
【００６８】
なお、上記において図５を参照して説明したように、従来の代表的な高濃度ｎ型拡散層の面積比率ｒは２０％であり、高濃度ｎ型拡散層１０２ａの面積比率ｒが２０％を下回ることで高濃度ｎ型拡散層が電流に与える悪影響、すなわち電流値が意図した値より低下することを抑制し、特性を改善することもできる。そして、高濃度ｎ型拡散層１０２ａの面積比率ｒをその半分の値である１０％以下とすることで特性改善の効果が顕著となる。
【００６９】
なお、上述の説明は主に発生電流をグリッド電極まで導く抵抗の小ささを主眼に置いた説明を行なった。従って、光起電力装置の出力特性としては、主に曲線因子（ＦＦ）に効果が顕在化する事例となる。これに対して、抵抗の小ささを尤度として捉え、グリッド間隔を広げる構造とすることも可能である。この場合は受光面積が増える為、主に短絡電流（Ｉｓｃ）に効果が顕在化する事例となるが、根本となる特徴は上述と同類であることは言うまでもない。
【００７０】
上述したように、本実施の形態によれば、光起電力装置において半導体基板１０１の受光面側に形成される高濃度ｎ型拡散層１０２ａと低濃度ｎ型拡散層１０２ｂとのパターン（形状・寸法）を、同じく受光面側に形成される受光面側電極１０５のパターン（形状・寸法）に依存させず、受光面側電極１０５のパターンと相関を持たない独立したパターン（形状・寸法）で形成する。これにより、高濃度ｎ型拡散層１０２ａと低濃度ｎ型拡散層１０２ｂとのパターン（形状・寸法）制御が容易になり、低コスト・高歩留まりでの製造が可能になる。更に、高濃度ｎ型拡散層１０２ａの面積比率を、受光面側電極１０５のパターン（形状・寸法）に依存させる場合の実情面での面積比率より小さく抑えられる。加えて、高濃度ｎ型拡散層１０２ａをグリッド電極の長手方向に対して垂直な成分を優位にする（グリッド電極の長手方向に垂直な成分を高濃度ｎ型拡散層の長手方向成分とする）ことにより、発生する電流を、少ない面積比率で効果的にグリッド電極まで導くことができる。更に、高濃度ｎ型拡散層１０２ａについて、同幅の線状パターンに比して面積比率を５０％以下にすることにより、発生する電流を、より少ない面積比率で効果的にグリッド電極まで導くことができる。本実施の形態によれば、これらのことにより、高光電変換効率を有する光起電力装置が得られる。
【００７１】
なお、上記においては半導体基板としてｐ型シリコン基板を使用する場合について説明したが、ｎ型シリコン基板を用いてｐ型拡散層を形成する逆導電型の光起電力装置においても上記と同様の効果が得られる。また、上記においては半導体基板として多結晶シリコンを使用する場合について説明したが、単結晶シリコン基板を用いても同様の効果があることは言うまでもない。さらに、ここでは基板厚を２００μｍと記述したが、自己保持できる範囲で例えば５０μｍ程度まで薄型化した基板を用いることもできる。また、上記においては基板の寸法を１５０ｍｍ×１５０ｍｍと記述したが、これより大きい場合または小さい場合でも上記と同様の効果が得られるのは言うまでもない。
【００７２】
また、上記の実施の形態で説明した構成を有する光起電力装置を複数配列し、隣接する光起電力装置同士を電気的に直列または並列に接続することにより、良好な光閉じ込め効果を有し、信頼性、光電変換効率に優れた光起電力モジュールが実現できる。この場合は、隣接する光起電力装置の一方の受光面側電極と他方の裏面側電極とを電気的に接続すればよい。そして、これらを絶縁層で覆ってラミネートするラミネート工程を行う。これにより、複数の光起電力装置から構成される光起電力モジュールが作製される。
【産業上の利用可能性】
【００７３】
以上のように、本発明にかかる光起電力装置は、光電変換効率および信頼性に優れた安価な光起電力装置の実現に有用である。
【符号の説明】
【００７４】
１０１  半導体基板
１０１ａ  ｐ型シリコン基板
１０２  ｎ型不純物拡散層（ｎ型拡散層）
１０２ａ  高濃度ｎ型不純物拡散層（高濃度ｎ型拡散層）
１０２ｂ  低濃度ｎ型不純物拡散層（低濃度ｎ型拡散層）
１０３  反射防止膜
１０４  裏面側電極
１０５  受光面側電極
１１１  耐エッチング膜
１１２  開口
１１３ａ  テクスチャー構造の形成領域
１１３ｂ  高濃度ｎ型拡散層を残存させる領域
１１４  凹部
ｒ  ｎ型拡散層全面に対する高濃度ｎ型拡散層の面積比率
Ｒ１  高濃度ｎ型拡散層のシート抵抗値
Ｒ２  低濃度ｎ型拡散層のシート抵抗値
Ｒtotal  ｎ型拡散層の全体的シート抵抗値
【図１−１】
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【図１−２】
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【図１−３】
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【図１−４】
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【図１−５】
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【図１−６】
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【図１−７】
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【図１−８】
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【図１−９】
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【図１−１０】
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【図２−１】
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【図２−２】
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【図２−３】
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【図２−４】
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【図２−５】
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【図２−６】
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【図２−７】
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【図２−８】
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【図２−９】
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【図２−１０】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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