(57)【要約】      （修正有）【課題】裏面に配された異なるイオン注入領域どうしの間を狭めて、微細パターン化が図れる、ＴＯＰＣｏｎ−ＢＣ構造の結晶系太陽電池の製造方法を提供する。【解決手段】基板における光の非入射面を順に重ねて覆う極薄酸化層１０２及びｉ型ａ−Ｓｉ層１０３を形成する工程と、ｉ型ａ−Ｓｉ層１０３に内在され、ｉ型ａ−Ｓｉ層１０３の外面側に、マスクを利用したイオン注入法により、第一導電型の部位Ａおよび第一導電型と異なる導電型の部位Ｂを、フォトレジストにより離間した位置に形成する工程と、アニール処理をする工程と、部位Ａ、部位Ｂ、及びフォトレジストを覆うように、導電性の部材ＢＭを形成する工程と、導電性ＢＭの部材によって被覆されたフォトレジストを除去する工程と、導電性の部材ＢＭをマスクとして利用し、ｉ型ａ−Ｓｉ層１０３の外面側において、部位Ａと部位Ｂとの間に位置する離間部Ｃの表層域を絶縁部Ｚへ変換する工程と、を備える。【選択図】図１０
2020170830.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＴＯＰＣｏｎ−ＢＣ構造の結晶系太陽電池の製造方法であって、
第一導電型の結晶系シリコンからなる基板を用い、
前記基板に対して光が入射する一面を覆うパッシベーション層と該一面とは反対側に位置する他面を覆う極薄酸化層とを、個別にあるいは同時に形成する工程と、
前記極薄酸化層を覆うｉ型ａ−Ｓｉ層を形成する工程と、
後段の工程において、前記ｉ型ａ−Ｓｉ層の外面のうち、不純物を導入しない領域を覆うように、フォトレジストを形成する工程と、
前記ｉ型ａ−Ｓｉ層に内在され、かつ、該ｉ型ａ−Ｓｉ層の外面側に一部が露呈されるように、マスクを利用したイオン注入法により、前記第一導電型と同じ導電型の部位Ａおよび前記第一導電型と異なる導電型の部位Ｂを、前記フォトレジストにより互いに離間した位置に形成する工程と、
前記イオン注入後の前記ｉ型ａ−Ｓｉ層に対して、アニール処理をする工程と、
前記パッシベーション層を覆う反射防止層を形成する工程と、
前記アニール処理後の前記ｉ型ａ−Ｓｉ層の外面側に位置する、前記部位Ａ、前記部位Ｂ、及び前記フォトレジストを覆うように、導電性の部材を形成する工程と、
前記導電性の部材によって被覆されたフォトレジストを除去する工程と、
前記導電性の部材をマスクとして利用し、前記ｉ型ａ−Ｓｉ層の外面側において、前記部位Ａと前記部位Ｂとの間に位置する離間部Ｃの表層域を絶縁部Ｚへ変換する工程と、
を順に備えることを特徴とするＴＯＰＣｏｎ−ＢＣ構造の結晶系太陽電池の製造方法。
【請求項２】
前記離間部Ｃの表層域を絶縁部Ｚへ変換する工程が、熱酸化方式を用いることを特徴とする請求項１に記載のＴＯＰＣｏｎ−ＢＣ構造の結晶系太陽電池の製造方法。
【請求項３】
前記離間部Ｃの表層域を絶縁部Ｚへ変換する工程が、ウェット酸化方式を用いることを特徴とする請求項１に記載のＴＯＰＣｏｎ−ＢＣ構造の結晶系太陽電池の製造方法。
【請求項４】
前記離間部Ｃの表層域を絶縁部Ｚへ変換する工程が、ウェットエッチング方式を用いることを特徴とする請求項１に記載のＴＯＰＣｏｎ−ＢＣ構造の結晶系太陽電池の製造方法。
【請求項５】
前記離間部Ｃの表層域を絶縁部Ｚへ変換する工程が、イオン注入方式（イオンドーピング方式）を用いることを特徴とする請求項１に記載のＴＯＰＣｏｎ−ＢＣ構造の結晶系太陽電池の製造方法。
【請求項６】
ＴＯＰＣｏｎ−ＢＣ構造の結晶系太陽電池であって、
光電変換機能を発現する第一導電型の結晶系シリコンからなる基板と、
前記基板に対して光が入射する一面を覆うように順に重ねて配されるパッシベーション層及び反射防止層と、
前記基板の一面とは反対側に位置する他面を覆うように順に重ねて配される極薄酸化層及びｉ型ａ−Ｓｉ層と、を少なくとも備え、
前記ｉ型ａ−Ｓｉ層に内在され、かつ、該ｉ型ａ−Ｓｉ層の外面側に一部が露呈されるように、前記第一導電型と同じ導電型の部位Ａおよび前記第一導電型と異なる導電型の部位Ｂが、互いに離間して配置されており、
前記部位Ａと前記部位Ｂの露呈された外面を各々、個別に覆うように導電性の部材からなる電極が配されており、
前記ｉ型ａ−Ｓｉ層の外面側において、前記部位Ａと前記部位Ｂとの間に位置する離間部Ｃの表層域に絶縁部Ｚを有する、
ことを特徴とするＴＯＰＣｏｎ−ＢＣ構造の結晶系太陽電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、裏面（光入射面と反対側の面）に配された異なるイオン注入領域どうしの間をさらに狭めて、微細パターン化を図ることが可能な、ＴＯＰＣｏｎ−ＢＣ構造の結晶系太陽電池の製造方法、及びＴＯＰＣｏｎ−ＢＣ構造の結晶系太陽電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、結晶系シリコンを基板とする太陽電池（以下、結晶系太陽電池とも呼ぶ）の中で、最も発電効率が改善し注目がされている構造は、パッシベーション層（passivation layer）に酸化シリコン（ＳｉＯｘ）を用いるＴＯＰＣｏｎ（Tunnel Oxide Passivating Contacts）構造である。
【０００３】
ＥＵＰＶＳＥＣ２０１８では、ＴＯＰＣｏｎ−ＢＣ（Tunnel Oxide Passivating Contact-Back Contact）構造により発電効率が２６．１％（ＥＵ内記録）が、ドイツ・ISFHから報告された（非特許文献１）。ＴＯＰＣｏｎ構造を採用した結晶系太陽電池に関する量産化が、中国など各国において今後、検討されている状況にある。
【０００４】
ＴＯＰＣｏｎ−ＢＣ構造における課題は、裏面（光入射面の反対側の面）に配置された、異なるイオン注入領域［ｐ層（領域）、ｎ層（領域）］どうしの間に生じる空乏層を通り越すリーク電流（leak current）の存在である。このリーク電流を防ぐために、次の２つの手法Ａ、Ｂが開示されている。
手法Ａは、異なるイオン注入領域どうしの間に位置する部分をエッチングして除去する手法である。手法Ａを用いることにより、２０１７年にドイツ・FraunhoferISEは、発電効率２３．１％を達成した（非特許文献２）。
手法Ｂは、異なるイオン注入領域どうしの間に３０μｍ程度の真性層（intrinsic layer）を挿入する手法である。手法Ｂを用いることにより、２０１８年にドイツ・ISFHは、発電効率２６．１％を達成した（非特許文献１）。
【０００５】
しかしながら、２つの手法Ａ、Ｂには、以下の課題がある。
手法Ａには、エッチングによる除去工程が必要である。このため、除去工程の前後にはマスク設置および除去などの工程が増加し、低コスト化が図りにくい。
手法Ｂには、真性層の挿入工程が必要でありる。また、異なるイオン注入領域どうしの間に挿入する真性層は３０μｍ程度を要するので、異なるイオン注入領域どうしの間の距離を縮めることは難しい。
【０００６】
これらの手法Ａ、Ｂでは、異なるイオン注入領域どうしの間をさらに狭めて、微細パターン化を図るには限界がある。また、太陽電池というデバイス用途ゆえに、低コスト化が同時に求められている。
よって、今後は、異なるイオン注入領域どうしの間の距離に依存せず、この距離を短くしても両者間に絶縁部を簡易な工程によって形成可能な手法の開発が期待されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】"Laser contact openings for local poly-Si-metal contacts enabling 26.1%-efficient POLO-IBC solar cells", Solar Energy Materials and Solar Cells 186(2018)184-193
【非特許文献２】"INTERDIGITATED BACK CONTACT SILICON SOLAR CELLS FEATURING ION-IMPLANTED POLY-SI/SIOX PASSIVATING CONTACTS", Presented at the 33rd European PV Solar Energy Conference and Exhibition, 25-29 September 2017, Amsterdam, The Netherlands
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、裏面（光入射面と反対側の面）に配された異なるイオン注入領域どうしの間をさらに狭めて、微細パターン化を図ることが可能な、ＴＯＰＣｏｎ−ＢＣ構造の結晶系太陽電池の製造方法、及びＴＯＰＣｏｎ−ＢＣ構造の結晶系太陽電池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】
【０００９】
本発明の請求項１に記載のＴＯＰＣｏｎ−ＢＣ構造の結晶系太陽電池の製造方法は、
第一導電型の結晶系シリコンからなる基板を用い、
前記基板に対して光が入射する一面を覆うパッシベーション層（ＳｉＮｘまたはＳｉＯｘ）と該一面とは反対側に位置する他面を覆う極薄酸化層（ＳｉＯｘ）とを、個別にあるいは同時に形成する工程と、
前記極薄酸化層を覆うｉ型ａ−Ｓｉ層を形成する工程と、
後段の工程において、前記ｉ型ａ−Ｓｉ層の外面のうち、不純物を導入しない領域を覆うように、フォトレジストを形成する工程と、
前記ｉ型ａ−Ｓｉ層に内在され、かつ、該ｉ型ａ−Ｓｉ層の外面側に一部が露呈されるように、マスクを利用したイオン注入法により、前記第一導電型と同じ導電型の部位Ａおよび前記第一導電型と異なる導電型の部位Ｂを、前記フォトレジストにより互いに離間した位置に形成する工程と、
前記イオン注入後の前記ｉ型ａ−Ｓｉ層に対して、アニール処理をする工程と、
前記パッシベーション層を覆う反射防止層を形成する工程と、
前記アニール処理後の前記ｉ型ａ−Ｓｉ層の外面側に位置する、前記部位Ａ、前記部位Ｂ、及び前記フォトレジストを覆うように、導電性の部材を形成する工程と、
前記導電性の部材によって被覆されたフォトレジストを除去する工程と、
前記導電性の部材をマスクとして利用し、前記ｉ型ａ−Ｓｉ層の外面側において、前記部位Ａと前記部位Ｂとの間に位置する離間部Ｃの表層域を絶縁部Ｚへ変換する工程と、
を順に備える。
【００１０】
本発明の請求項２に記載のＴＯＰＣｏｎ−ＢＣ構造の結晶系太陽電池の製造方法は、請求項１において、前記離間部Ｃの表層域を絶縁部Ｚへ変換する工程が、熱酸化方式を用いることを特徴とする。
【００１１】
本発明の請求項３に記載のＴＯＰＣｏｎ−ＢＣ構造の結晶系太陽電池の製造方法は、請求項１において、前記離間部Ｃの表層域を絶縁部Ｚへ変換する工程が、ウェット酸化方式を用いることを特徴とする。
【００１２】
本発明の請求項４に記載のＴＯＰＣｏｎ−ＢＣ構造の結晶系太陽電池の製造方法は、請求項１において、前記離間部Ｃの表層域を絶縁部Ｚへ変換する工程が、ウェットエッチング方式を用いることを特徴とする。
【００１３】
本発明の請求項５に記載のＴＯＰＣｏｎ−ＢＣ構造の結晶系太陽電池の製造方法は、請求項１において、前記離間部Ｃの表層域を絶縁部Ｚへ変換する工程が、イオン注入方式（イオンドーピング方式）を用いることを特徴とする。
【００１４】
本発明の請求項６に記載のＴＯＰＣｏｎ−ＢＣ構造の結晶系太陽電池は、
光電変換機能を発現する第一導電型の結晶系シリコンからなる基板と、
前記基板に対して光が入射する一面を覆うように順に重ねて配されるパッシベーション層及び反射防止層と、
前記基板の一面とは反対側に位置する他面を覆うように順に重ねて配される極薄酸化層及びｉ型ａ−Ｓｉ層と、を少なくとも備え、
前記ｉ型ａ−Ｓｉ層に内在され、かつ、該ｉ型ａ−Ｓｉ層の外面側に一部が露呈されるように、前記第一導電型と同じ導電型の部位Ａおよび前記第一導電型と異なる導電型の部位Ｂが、互いに離間して配置されており、
前記部位Ａと前記部位Ｂの露呈された外面を各々、個別に覆うように導電性の部材からなる電極が配されており、
前記ｉ型ａ−Ｓｉ層の外面側において、前記部位Ａと前記部位Ｂとの間に位置する離間部Ｃの表層域に絶縁部Ｚを有する、
ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係るＴＯＰＣｏｎ−ＢＣ構造の結晶系太陽電池の製造方法は、基板の裏面（光入射面と反対側の面）を覆うように極薄酸化層（ＳｉＯｘ）を形成した後、前記極薄酸化層を覆うようにｉ型ａ−Ｓｉ層を形成する。次に、前記ｉ型ａ−Ｓｉ層に異なるイオン注入領域（部位Ａと部位Ｂ）を形成した後、各々のイオン注入領域上に個別に電極として機能する導電性の部材を形成する。この電極として機能する導電性の部材をマスクとして利用し、導電性の部材を載置するｉ型ａ−Ｓｉ層の外面側において、前記部位Ａと前記部位Ｂとの間に位置する離間部Ｃの表層域を絶縁部Ｚへ変換する工程を備えている。
これにより、本発明によれば、裏面に配された異なるイオン注入領域どうしの間をさらに狭めて、微細パターン化を図ることが可能となる。また、前記部位Ａと前記部位Ｂとの間に位置する離間部Ｃの表層域を絶縁部Ｚへ変換するだけなので、簡易な工程によって離間部Ｃを絶縁化できる。
したがって、本発明は、製造コストの増加を抑えたプロセスを構築することが可能な、ＴＯＰＣｏｎ−ＢＣ構造の結晶系太陽電池の製造方法をもたらす。
【００１６】
本発明に係るＴＯＰＣｏｎ−ＢＣ構造の結晶系太陽電池は、基板の裏面（光入射面と反対側の面）を覆うように配されるｉ型ａ−Ｓｉ層に、異なるイオン注入領域（部位Ａと部位Ｂ）が、互いに離間して配置されている。前記部位Ａと前記部位Ｂの露呈された外面を各々、個別に覆うように導電性の部材からなる電極が配されており、前記ｉ型ａ−Ｓｉ層の外面側において、前記部位Ａと前記部位Ｂとの間に位置する離間部Ｃの表層域に絶縁部Ｚを有する。
本発明によれば、前記ｉ型ａ−Ｓｉ層の外面側において、前記部位Ａと前記部位Ｂとの間に位置する離間部Ｃの表層域に絶縁部Ｚを有する構造を採用したことにより、最も近い位置にある部位Ａと部位Ｂは、確実に絶縁部Ｚにより分離された状態が安定して得られる。
したがって、本発明は、裏面に配された異なるイオン注入領域どうしの間をさらに狭めて、微細パターン化を図ることが可能な、ＴＯＰＣｏｎ−ＢＣ構造の結晶系太陽電池の提供に貢献する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態に係るＴＯＰＣｏｎ−ＢＣ構造の結晶系太陽電池を示す模式断面図。
【図２】図１のＴＯＰＣｏｎ−ＢＣ構造の結晶系太陽電池の製造工程を示す模式断面図。
【図３】図２の次工程を示す模式断面図。
【図４】図３の次工程を示す模式断面図。
【図５】図４の次工程を示す模式断面図。
【図６】図５の次工程を示す模式断面図。
【図７】図６の次工程を示す模式断面図。
【図８】図７の次工程を示す模式断面図。
【図９】図８の次工程を示す模式断面図。
【図１０】図１のＴＯＰＣｏｎ−ＢＣ構造の結晶系太陽電池の製造工程を示すフロー図。
【図１１】ボロン（Ｂ）のイオンエネルギーとストッピングレンジとの関係を示すグラフ。
【図１２】リン（Ｐ）のイオンエネルギーを変えて、基板の深さ方向に観測したリン（Ｐ）濃度のプロファイルを示すグラフ。
【図１３】アモルファスＳｉ膜などの形成に用いる成膜装置の模式断面図。
【図１４】イオン注入装置の模式断面図。
【図１５】アニール処理装置の模式断面図。
【図１６】従来のＴＯＰＣｏｎ−ＢＣ構造の結晶系太陽電池の製造工程を示す模式断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明に係るＴＯＰＣｏｎ−ＢＣ構造の結晶系太陽電池の一実施形態を、図面に基づいて説明する。
【００１９】
＜第一実施形態＞
（ＴＯＰＣｏｎ−ＢＣ構造の結晶系太陽電池）
図１は、本発明の実施形態に係る、ＴＯＰＣｏｎ−ＢＣ構造の結晶系太陽電池１００Ｍ（１００）の構成について説明する図である。
【００２０】
第一実施形態の太陽電池１００Ｍ（１００）は、基板１０１の裏面（光入射面と反対側の面：図１では下面）１０１ｂを覆うように順に重ねて、極薄酸化層１０２及びｉ型ａ−Ｓｉ層１０３が配されている。ｉ型ａ−Ｓｉ層１０３には、異なるイオン注入領域（部位Ａ１０５と部位Ｂ１０６）が、互いに離間して配置されている。
また、太陽電池１００Ｍでは、部位Ａ１０５と部位Ｂ１０６の露呈された外面を各々、個別に覆うように導電性の部材からなる電極ＢＭが配されている。
さらに、太陽電池１００Ｍでは、ｉ型ａ−Ｓｉ層１０３の外面側において、部位Ａ１０５と部位Ｂ１０６との間に位置する離間部Ｃの表層域１０３ｂに絶縁部Ｚを有する。
【００２１】
なお、第一実施形態では、ｎ＋  部位とｐ＋  部位を形成するためにイオン注入法を用いるが、ｉ型ａ−Ｓｉ層に不純物原子をイオンの状態で導入するものであれば、手法はイオン注入法には限らず、プラズマドーピング法などを用い、不純物導入を行ってもよい。ただし、以下の説明では、不純物導入法の代表例としてイオン注入法を用いて詳述する。
【００２２】
また、第一実施形態では、前記離間部Ｃの表層域を絶縁部Ｚへ変換する工程が、熱酸化膜形成法を用いるが、本発明はこれに限定されるものではない。絶縁部Ｚへ変換する工程としては、たとえば、ウェット酸化膜形成法や、ウェットエッチング法、イオン注入法（イオンドーピング法）などを用いてもよい。ただし、以下の説明では、絶縁部Ｚへ変換する工程では熱酸化膜形成法を用いて詳述する。
【００２３】
第一実施形態に係る太陽電池１００Ｍは、光電変換機能を発現する第一導電型（たとえばｎ型半導体）の結晶系シリコンからなる基板１０１と、前記基板１０１に対して光（矢印にて表示）が入射する一面１０１ａを覆うようにパッシベーション層（ＳｉＯｘ）１１２と、該一面１０１ａとは反対側に位置する他面１０１ｂを覆うように順に重ねて配される極薄酸化層１０２及びｉ型ａ−Ｓｉ層１０３と、を少なくとも備えている。
【００２４】
太陽電池１００Ｍにおいては、基板１０１の一面１０１ａ側には、パッシベーション層（ＳｉＯｘ）１１２を覆うように、反射防止層（Anti Reflection Layer：ＡＲ層）１１４が順に重ねて配されている。反射防止層１１４としては、たとえば、絶縁性の窒化膜、窒化ケイ素膜、酸化チタン膜、酸化アルミニウム膜などが好適に用いられる。
【００２５】
また、太陽電池１００Ｍは、前記ｉ型ａ−Ｓｉ層１０３に内在され、かつ、該ｉ型ａ−Ｓｉ層１０３の外面側に一部が露呈されるように、前記第一導電型と同じ導電型（たとえばｎ＋  型）の部位Ａ１０５および前記第一導電型と異なる導電型の部位Ｂ１０６が、互いに離間して配置されている。図１において、部位Ｃが、部位Ａ１０５と部位Ｂ１０６の離間部を表わしている。
【００２６】
ここで、部位Ａ１０５および部位Ｂ１０６は各々、基板１０１の表層部に所望の元素を注入して形成された局在領域である場合である。
図１において、符号ｄ１が前記ｉ型ａ−Ｓｉ層１０３の厚さであり、符号ｄ２が部位Ａ１０５および部位Ｂ１０６の深さを表わしている。ｉ型ａ−Ｓｉ層１０３の厚さｄ１の一例としては、約２００ｎｍが挙げられる。部位Ａ１０５および部位Ｂ１０６は、後述するイオン注入法により形成される。
【００２７】
さらに、太陽電池１００Ｍでは、部位Ａと部位Ｂの露呈された外面を各々、個別に覆うように導電性の部材からなる電極ＢＭが配されており、ｉ型ａ−Ｓｉ層１０３の外面側において、部位Ａ１０５および部位Ｂ１０６との間に位置する離間部Ｃの表層域１０３ｂに絶縁部Ｚを有するように構成されている。
【００２８】
ここで、絶縁部Ｚは、新たなマスクを形成することなく、既に形成されている電極ＢＭをマスクとして利用し、部位Ａ１０５と部位Ｂ１０６との間に位置する離間部Ｃの表層域１０３ｂに形成された局在領域である。
【００２９】
図１に示すように、絶縁部Ｚは電極ＢＭが存在しない離間部Ｃの表層域１０３ｂに形成された絶縁部Ｚの深さｄ３は、部位Ａ１０５および部位Ｂ１０６の深さｄ２に比べて浅いものとされる。絶縁部Ｚは部位Ａ１０５と部位Ｂ１０６との間を満たすように配されるなら、その深さは０．２〜２［μｍ］程度あれば十分である。
【００３０】
絶縁部Ｚは、既に形成されている電極ＢＭをマスクとして利用し、部位Ａ１０５と部位Ｂ１０６との間に位置する離間部Ｃの表層域１０３ｂに形成することから、電極ＢＭの形状パターンに応じて、電極ＢＭの存在しない領域である離間部Ｃの表層域１０３ｂに、絶縁部Ｚを確実に形成できる。つまり、電極ＢＭの形状パターンが複雑な場合でも、電極ＢＭの形状パターンにおいて離間部Ｃをなす領域に、絶縁部Ｚを設けることが可能である。
【００３１】
第一実施形態では、離間部Ｃの表層域を絶縁部Ｚへ変換する工程が、熱酸化方式を用いる。熱酸化には、酸化に用いるガスの種類により、ドライ酸化、ウェット酸化、スチーム酸化の３方式がある。ドライ酸化は酸素ガスを用い、ウェット酸化は酸素ガスに脱イオン水蒸気を加えて用い、スチーム酸化は脱イオン水蒸気のみ用いる。第一実施形態における熱酸化方式は、上記３方式の何れであっても構わない。
【００３２】
熱酸化方式で使用する処理装置としては、たとえば、横型炉、縦型炉、ＲＴＰ（rapid-thermal processing）装置が挙げられるが、第一実施形態における処理装置は、上記３方式の何れであってもよい。
なお、本発明における絶縁部Ｚへ変換する工程は、熱酸化方式に限定されるものではなく、ウェットエッチング方式やイオン注入方式（イオンドーピング方式）を用いても構わない。
【００３３】
上述した手法によれば、ｉ型ａ−Ｓｉ層１０３に対して、部位Ａ１０５と部位Ｂ１０６を各々作製するためのイオン注入処理を施すだけで形成することができる。ゆえに、この構成は、部位Ａ１０５と部位Ｂ１０６を形成した後でも、ｉ型ａ−Ｓｉ層１０３の外面は平坦なプロファイルが維持される。ゆえに、後工程において部位Ａ１０５と部位Ｂ１０６の上に形成される、導電性の部材からなる電極ＢＭも平坦性が保たれる。また、部位Ａと部位Ｂに各々重なる部分に電極ＢＭを残すために行われるフォトレジスト除去の安定化も図れる。
【００３４】
また、上述した手法によれば、新たなマスクを形成することなく、既に形成されている電極ＢＭをマスクとして利用することにより、部位Ａ１０５と部位Ｂ１０６との間に位置する離間部Ｃの表層域１０３ｂを絶縁部Ｚに変換できる。ゆえに、この構成によれば、裏面に配された異なるイオン注入領域［部位Ａ１０５、部位Ｂ１０６］どうしの間をさらに狭めて、微細パターン化を図ることが可能となる。また、前記部位Ａと前記部位Ｂとの間に位置する離間部Ｃの表層域を絶縁部Ｚへ変換するだけなので、シンプルな工程によって離間部Ｃの絶縁化が図れる。特に、本発明によれば、電極ＢＭをマスクとするため、電極ＢＭの形状に依存せず、如何なる形状の電極ＢＭであっても、電極ＢＭどうしの間に位置する離間部Ｃの表層域１０３ｂを、電極ＢＭの形状に応じて絶縁部Ｚに変換できる。
【００３５】
（ＴＯＰＣｏｎ−ＢＣ構造の結晶系太陽電池の製造方法）
図１に示した、第一実施形態に係るＴＯＰＣｏｎ−ＢＣ構造の結晶系太陽電池１００Ｍ（１００）の製造方法について説明する。
図２〜図９は、図１に示したＴＯＰＣｏｎ−ＢＣ構造の結晶系太陽電池を製造する手順を示す模式断面図である。
図１０は、図１に示したＴＯＰＣｏｎ−ＢＣ構造の結晶系太陽電池の製造工程を示すフロー図である。以下では、「アモルファスＳｉ」を「ａ−Ｓｉ」と略記する。
以下では、従来例を示す図１６を適宜用いて、従来例と第一実施形態との相違点についても説明する。
【００３６】
第一実施形態に係る、ＴＯＰＣｏｎ−ＢＣ構造の結晶系太陽電池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、基板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、処理後の基板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。これにより、テクスチャーを有する形状に基板１０１の一面１０１ａと他面１０１ｂを加工する［第一工程：図２（ａ）］。ここでは、基板１０１として、光電変換機能を発現する第一導電型（ｎ型）の結晶系シリコンからなる基板を用いる。
【００３７】
上記のテクスチャーを有する形状に加工された、基板１０１の一面１０１ａにはパッシベーション層（ＳｉＯｘ）１１２を、基板１０１の他面１０１ｂには極薄酸化層（ＳｉＯｘ）１０２を、個別にあるいは同時に、ＣＶＤ法により成膜する［第二工程：図２（ｂ）］。特に、パッシベーション層がＳｉＮｘの場合には、極薄酸化層（ＳｉＯｘ）と個別に成膜することが好ましい。
【００３８】
次いで、極薄酸化層（ＳｉＯｘ）を覆うようにｉ型ａ−Ｓｉ層１０３を、ＣＶＤ法により成膜する［第三工程：図２（ｃ）］。
【００３９】
上記の第二工程や第三工程における成膜は、たとえば、図１３に示すＣＶＤ法を用いて成膜する製造装置（以下では、ＣＶＤ装置とも呼ぶ）７００を用いて行う。
図１３のＣＶＤ装置７００は、各プロセス室が直列に接続して配置されており、結晶系シリコンからなる基板１０１を搭載したトレイ（不図示）が、各プロセス室を順に通過することにより、パッシベーション層（ＳｉＯｘ）１１２、極薄酸化層（ＳｉＯｘ）１０２、ｉ型ａ−Ｓｉ層１０３を、基板１０１上に作製する。
【００４０】
ＣＶＤ装置７００は、仕込室（Ｌ）７５１、加熱室（Ｈ）７５２、成膜入口室（ＥＮ）７５３、第一成膜室（Ｓ１）７５４、第二成膜室（Ｓ２）７５５、第三成膜室（Ｓ３）７５６、第四成膜室（Ｓ４）７５７、成膜出口室（ＥＸ）７５８、搬送室（Ｔ）７５９、取出室（ＵＬ）７６０を備えている。
【００４１】
仕込室（Ｌ）７５１から搬入されたトレイ（不図示）に搭載された基板１０１は、予め、表裏両面にテクスチャーが形成されており、トレイ（不図示）に搭載された状態で、仕込室（Ｌ）７５１から取出室（ＵＬ）７６０へ向けて、順方向にのみ移動することができる。つまり、図１０の製造装置７００においては、トレイ（不図示）に搭載された基板１０１は、逆方向［取出室（ＵＬ）７６０から仕込室（Ｌ）７５１の方向］へ戻る必要がない。ゆえに、図１０の製造装置７００は、量産性に優れている。
【００４２】
仕込室７５１に搬入された基板１０１は、所望の減圧雰囲気になった後、仕込室７５１から加熱室７５２に移動され、地点Ａにおいて、加熱ヒーター７５２Ｈにより加熱処理が施される。所望の温度になった基板１０１は成膜入口室７５３に移動され、基板１０１が収容された成膜入口室７５３の雰囲気は、次の第一成膜室７５４において極薄酸化層（ＳｉＯｘ）１０２が形成される際の雰囲気条件に合わせて調整される。成膜入口室７５３は加熱ヒーター７５３Ｈを有し、基板１０１の温度を、極薄酸化層（ＳｉＯｘ）１０２の作製に好ましい温度となるように温度調整する。
【００４３】
次に、温度調整された基板１０１は第一成膜室７５４に移動され、地点Ｃを通過することにより、ＣＶＤ法によって、基板１０１の他面側にのみ、極薄酸化層（ＳｉＯｘ）１０２が形成される［第一工程：図２（ｂ）］。これにより、基体１０１の他面（１０１ｂ）上に極薄酸化層（ＳｉＯｘ）１０２が形成された状態が得られる。ここで、カソード７５４Ｃ２は電源７５４Ｅ２に接続されており、成膜時にはガス供給手段７５４Ｇから所望の成膜用ガスが導入される。
【００４４】
次に、極薄酸化層（ＳｉＯｘ）１０２が形成された基板１０１は第二成膜室７５５に移動され、地点Ｄを通過することにより、ＣＶＤ法によって、基板１０１の一面側にのみ、パッシベーション層（ＳｉＯｘ）１１２が形成される［第二工程：図２（ｂ）］。これにより、基体１０１の一面（１０１ａ）上にパッシベーション層（ＳｉＯｘ）１１２が、基板１０１の他面（１０１ｂ）上に極薄酸化層（ＳｉＯｘ）１０２が、各々形成された状態が得られる。この状態が、図２（ｂ）に示した構成の結晶系太陽電池１００Ｂである。ここで、カソード７５５Ｃ１は電源７５５Ｅ１に接続されており、成膜時にはガス供給手段７５５Ｇから所望の成膜用ガスが導入される。
【００４５】
次に、極薄酸化層（ＳｉＯｘ）１０２とパッシベーション層（ＳｉＯｘ）１１２とが形成された基板１０１は第三成膜室７５６に移動され、地点Ｅを通過することにより、ＣＶＤ法によって、基板１０１の他面１０１ｂ側にのみ、ｉ型ａ−Ｓｉ層１０３が形成される［第三工程：図２（ｃ）］。これにより、基体１０１の他面（１０１ｂ）上に極薄酸化層（ＳｉＯｘ）１０２を覆うようにｉ型ａ−Ｓｉ層１０３が重ねて形成された状態が得られる。この状態が、図２（ｃ）に示した構成の結晶系太陽電池１００Ｃである。ここで、カソード７５６Ｃ２は電源７５６Ｅ２に接続されており、成膜時にはガス供給手段７５６Ｇから所望の成膜用ガスが導入される。
【００４６】
第一成膜室７５４〜第三成膜室７５６において、極薄酸化層（ＳｉＯｘ）１０２、パッシベーション層（ＳｉＯｘ）１１２、ｉ型ａ−Ｓｉ層１０３を形成する際には、各成膜室内に設けた温度制御手段７５４ＴＣ１、７５５ＴＣ２、７５６ＴＣ１を用いて、各薄膜の作製に好ましい温度となるように、基板の温度を制御してもよい。
【００４７】
図２（ｃ）に示すように、一面側にパッシベーション層（ＳｉＯｘ）１１２が、他面側に極薄酸化層（ＳｉＯｘ）１０２とｉ型ａ−Ｓｉ層１０３が、それぞれ形成された基板１０１は、成膜出口室（ＥＸ）７５８に移動された後、搬送室（Ｔ）７５９を経て、取出室（ＵＬ）７６０に移動され、取出室の内部を大気圧とすることにより、スパッタ装置の外部へ搬出される。
【００４８】
その後、基板１０１の他面側に配されたｉ型ａ−Ｓｉ層１０３上に、所望のフォトレジストＰＲを塗布した後、パターニングする［第四工程：図２（ｄ）］。これにより、後段の工程において、イオン注入する領域に所定の開口部を有するフォトレジストＰＲをｉ型ａ−Ｓｉ層１０３上に形成した状態が得られる。この状態が、図２（ｄ）に示した構成の結晶系太陽電池１００Ｄである。
【００４９】
なおフォトレジスト材料は公知のものを採用することができるが、ＰＭＭＡのような完全有機系のフォトレジスト材料よりも、ＳＯＧ（Ｓｐｉｎ−Ｏｎ−Ｇｌａｓｓ）材料のような有機無機ハイブリッド系のフォトレジスト材料がイオン注入に対する耐性が強く、好ましい。また公知のフォトレジスト材料でフォトレジストを形成した後、数ｎｍ（例えば１〜５ｎｍ）のごく薄い金属膜を形成して、フォトレジストとしての機能を持たせてもよい。
【００５０】
次に、ｉ型ａ−Ｓｉ層１０３の外面１０３ｂ近傍に、ボロン（Ｂ）イオン等のｐ型イオンを、マスクＭ１を介して局所的に注入する［第五工程：図３（ａ）］ことにより、ｐ＋  部位Ａ１０５を形成する［第五工程：図３（ｃ）］。
その際、図３（ｂ）に示すように、マスクＭ１としては、マスクの開口部を通してイオン注入される部位Ａを平面視した場合、該部位Ａの外形を規定するフォトレジストＰＲの部位が見えるような、開口部の形状を有するマスクを用いる。
【００５１】
図３（ｂ）において、Ｍ１ｅはマスクＭ１の端部をフォトレジストＰＲに投射した際の位置、ＰＲｅはフォトレジストＰＲの開口部を規定する端部の位置と規定した場合、マスクＭ１の各々の端部における、Ｍ１ｅとＰＲｅの差分（Δｍ１Ａ、Δｍ１Ｂ）がゼロより大きくなるように設計される。本発明では、マスクＭ１に加えてフォトレジストＰＲも併用したことにより、マスクＭ１のみを用いる場合に比べて、該部位Ａの外形をよりシャープに規定することができる。ゆえに、本発明によれば、ｐ＋  部位Ａ１０５は、その外縁まで明確な形状で作製することが可能となる。
【００５２】
次いで、ｉ型ａ−Ｓｉ層１０３の外面１０３ｂ近傍にあって、ｐ＋  部位Ａ１０５どうしの間で、かつ、ｐ＋  部位Ａ１０５と重ならない位置に、リン（Ｐ）イオン等のｎ型イオンを、マスクＭ２を介して局所的に注入する［第六工程：図４（ａ）］ことにより、ｎ＋  部位Ｂ１０６を形成する［第六工程：図４（ｃ）］。
その際、図４（ｂ）に示すように、マスクＭ２としては、マスクの開口部を通してイオン注入される部位Ｂを平面視した場合、該部位Ｂの外形を規定するフォトレジストＰＲの部位が見えるような、開口部の形状を有するマスクを用いる。
【００５３】
図４（ｂ）において、Ｍ２ｅはマスクＭ２の端部をフォトレジストＰＲに投射した際の位置、ＰＲｅはフォトレジストＰＲの開口部を規定する端部の位置と規定した場合、マスクＭ２の各々の端部における、Ｍ２ｅとＰＲｅの差分（Δｍ１Ａ、Δｍ１Ｂ）がゼロより大きくなるように設計される。本発明では、マスクＭ２に加えてフォトレジストＰＲも併用したことにより、マスクＭ２のみを用いる場合に比べて、該部位Ｂの外形をよりシャープに規定することができる。ゆえに、本発明によれば、ｎ＋  部位Ｂ１０６は、その外縁まで明確な形状で作製することが可能となる。
【００５４】
これにより、ｉ型ａ−Ｓｉ層１０３に内在され、かつ、該ｉ型ａ−Ｓｉ層１０３の外面側に一部が露呈されるように、基板の第一導電型と同じ導電型（たとえばｎ＋  型）の部位Ｂ１０６および前記第一導電型と異なる導電型の部位Ａ１０５、互いに離間して配置されてなる結晶系太陽電池１００Ｈが形成される［図４（ｃ）］。この段階では、ｉ型ａ−Ｓｉ層１０３のうち、部位Ａと部位Ｂの離間部をなす部位Ｃの上にはフォトレジストＰＲが存在する。
【００５５】
次に、アニール処理［第七工程］をした後、部位Ａ、部位Ｂ、及びフォトレジストを覆うように、電極として機能する導電性の部材ＢＭを形成する。なお、アニール処理については、後段において詳細に説明する。
【００５６】
次に、基板１０１の一面側にパッシベーション層（ＳｉＯｘ）１１２上に、窒化シリコン（ＳｉＮ）膜からなる反射防止層１１４を、所定の条件で、ＣＶＤ法により成膜する［第七工程：図５］。これにより、反射防止層１１４をパッシベーション層（ＳｉＯｘ）１１２上に形成した状態が得られる。この状態が、図５に示した構成の結晶系太陽電池１００Ｉである。窒化シリコン（ＳｉＮ）膜１１４の成膜には、たとえば、上述したＣＶＤ装置（図１３）が用いられる。
【００５７】
導電性の部材ＢＭは、所定の条件で、スパッタ法により成膜する［第八工程：図６］。これにより、部位Ａや部位Ｂの上に形成された導電性の部材ＢＭと、フォトレジストの上に形成された導電性の部材ＢＭとが断絶した状態となる。
導電性の部材ＢＭとしては、電極として利用するため、導電率の高い（低抵抗な）材料が好適であり、たとえば、Ａｇ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｔｉ等が挙げられる。導電性の部材ＢＭは、単層膜の他に、２層以上の積層膜としても構わない。その代表例としては、透明導電膜（ＩＴＯ等）と金属膜（Ａｇ等）の積層膜が挙げられる。
【００５８】
次に、たとえばＵＶ光を照射することにより、ｉ型ａ−Ｓｉ層１０３の外面からフォトレジストを剥離する［第九工程：図７］。そのとき、フォトレジスト上にある導電性の部材ＢＭも一緒に取り除かれる。これにより、導電性の部材ＢＭは、部位Ａや部位Ｂの上に形成された部分だけ、ｉ型ａ−Ｓｉ層１０３の外面に残存する。ゆえに、部位Ａや部位Ｂに沿った導電性の部材ＢＭが形成され、電極として利用できる。この工程は、いわゆる「リフトオフ」と呼ばれるプロセスである。
【００５９】
これにより、図７に示した太陽電池１００Ｋ（１００）は、基板１０１の裏面（光入射面と反対側の面：図７では下面）１０１ｂを覆うように配されるｉ型ａ−Ｓｉ層１０３に、異なるイオン注入領域（部位Ａ１０５と部位Ｂ１０６）が、互いに離間して配されている。また、太陽電池１００Ｋでは、部位Ａ１０５と部位Ｂ１０６の露呈された外面を各々、個別に覆うように導電性の部材からなる電極ＢＭが配されている。
【００６０】
最後に、図８および図９に示すように、ｉ型ａ−Ｓｉ層１０３の外面側において、部位Ａ１０５と部位Ｂ１０６との間に位置する離間部Ｃの表層域１０３ｂを絶縁部Ｚに変換する。離間部Ｃの表層域１０３ｂを絶縁部Ｚに変換する際、本発明では、前工程で作製した電極ＢＭをマスクとして利用する。
図８に示した上向き矢印が、後述する手法により、離間部Ｃの表層域１０３ｂを絶縁部Ｚに変換するための作用を表している。つまり、図８に示した太陽電池１００Ｌが変換前の状態を、図９に示した太陽電池１００Ｍが変換後の状態を、各々表している。
【００６１】
ここで、絶縁部Ｚは、新たなマスクを形成することなく、既に形成されている電極ＢＭをマスクとして利用し、部位Ａ１０５と部位Ｂ１０６との間に位置する離間部Ｃの表層域１０３ｂに形成された局在領域である。
図１に示すように、絶縁部Ｚは電極ＢＭが存在しない離間部Ｃの表層域１０３ｂに形成され、絶縁部Ｚの深さは、部位Ａ１０５と部位Ｂ１０６の深さｄ２に比べて浅いものとされる。絶縁部Ｚは部位Ａ１０５と部位Ｂ１０６との間を満たすように配されるなら、その深さは０．２〜２［μｍ］程度あれば十分である。
【００６２】
絶縁部Ｚは、既に形成されている電極ＢＭをマスクとして利用し、部位Ａ１０５と部位Ｂ１０６との間に位置する離間部Ｃの表層域１０３ｂに形成することから、電極ＢＭの形状パターンに応じて、電極ＢＭの存在しない領域である離間部Ｃの表層域１０３ｂに、絶縁部Ｚを確実に形成できる。つまり、電極ＢＭの形状パターンが複雑な場合でも、電極ＢＭの形状パターンにおいて離間部Ｃをなす領域に、絶縁部Ｚを設けることが可能である。
【００６３】
以上の各工程を順に備えるだけで、図１に示した構成のＴＯＰＣｏｎ−ＢＣ構造の結晶系太陽電池１００Ｍ（１００）を作製できる。
【００６４】
これにより、本発明によれば、裏面に配された異なるイオン注入領域どうしの間をさらに狭めて、微細パターン化を図ることが可能となる。また、前記部位Ａと前記部位Ｂとの間に位置する離間部Ｃの表層域を絶縁部Ｚへ変換するだけなので、簡易な工程によって離間部Ｃを絶縁化できる。ゆえに、本発明は、製造コストの増加を抑えたプロセスを構築することが可能な、ＴＯＰＣｏｎ−ＢＣ構造の結晶系太陽電池の製造方法をもたらす。
【００６５】
なお、第一実施形態では、ｎ＋  部位とｐ＋  部位を形成するためにイオン注入法を用いるが、ｉ型ａ−Ｓｉ層に不純物原子をイオンの状態で導入するものであれば、手法はイオン注入法には限らず、プラズマドーピング法などを用い、不純物導入を行ってもよい。ただし、以下の説明では、不純物導入法の代表例としてイオン注入法を用いて詳述する。
【００６６】
第一実施形態では、前記離間部Ｃの表層域を絶縁部Ｚへ変換する工程が、熱酸化膜形成法を用いるが、本発明はこれに限定されるものではない。絶縁部Ｚへ変換する工程としては、たとえば、ウェット酸化膜形成法や、ウェットエッチング法、イオン注入法（イオンドーピング法）などを用いてもよい。熱酸化膜形成法や、ウェット酸化膜形成法、ウェットエッチング法については公知の技術が採用可能であり、ここでは詳細な記載を省略する。またイオン注入法については、たとえばＡｒを２〜１０［ｋｅＶ］で、１ｅ１５〜１ｅ１６［ｉｏｎｓ／ｃｍ２］注入すればよく、注入ドーパントガスは希ガスであればよい。
【００６７】
なお、図２（ｃ）に示されるように、ｉ型ａ−Ｓｉ層１０３はもともとが、厚さ方向および面内方向において単一の膜として形成されたものである。このため、その後の第三工程および第四工程によりｉ型ａ−Ｓｉ層１０３の外面１０３ｂ近傍に、ｐ＋  部位Ａ１０５およびｎ＋  部位Ｂ１０６を形成した場合でも、離間部である部位Ｃ、すなわちイオン注入されていない領域は、その厚さ方向で単一の膜として存在している。
【００６８】
さらに、単一の膜であるｉ型ａ−Ｓｉ層１０３に対して、基板の他面１０１ｂに設けた極薄酸化層１０２に達しないように、ｐ＋  部位Ａ１０５およびｎ＋  部位Ｂ１０６を形成することで、基板の他面１０１ｂ側において極薄酸化層１０２上に接して存在するｉ型ａ−Ｓｉ層１０３は、基板の面内方向にわたって連続した単一の膜として存在している。
【００６９】
このように、第一実施形態（図１）のＴＯＰＣｏｎ−ＢＣ構造の結晶系太陽電池１００Ｍ（１００）では、ｉ型ａ−Ｓｉ層１０３が、ｐ＋  部位Ａ１０５およびｎ＋  部位Ｂ１０６以外の領域において「単一の膜」として存在する（ここで、「単一の膜」とは、ｉ型ａ−Ｓｉ層１０３の内部に界面が存在しないことを意味する）ことにより、ｉ型ａ−Ｓｉ層１０３のパッシベーション膜としての機能が維持される。
【００７０】
図１１は、ボロン（Ｂ）のイオンエネルギー（Ｉｏｎ  Ｅｎｅｒｇｙ）とストッピングレンジ（Ｓｔｏｐｐｉｎｇ  Ｒａｎｇｅ）との関係を示すグラフである。
ストッピングレンジは、注入したイオンが、膜の深さ方向において、どこまで膜に進入できるかを表わす指標である。
このグラフより、イオンエネルギーとストッピングレンジとは、イオンエネルギーが増加すればイオンが注入される深さが大きくなるという比例の関係にあることが分かった。ゆえに、所定のイオンエネルギーを選択することにより、ｉ型ａ−Ｓｉ層１０２に対して、ボロン（Ｂ）をイオン注入した際に、特定の深さで留める位置を変えることが可能である。この関係を利用することにより、図１のｐ＋  部位Ａ１０５を再現性よく形成できる。
【００７１】
一例を示すと、イオンエネルギーとして３ｋｅＶを選択することで、１５ｎｍ程度の深さのｐ＋  部位Ａ１０５を得ることができる。この場合、図１に示されるｉ型ａ−Ｓｉ層１０３の厚さｄ１を２００ｎｍとすると、ボロン（Ｂ）イオンが注入されずに残る厚さは図１で（ｄ１−ｄ２）で示される値となり、このｄ１−ｄ２の厚さを有するｉ型ａ−Ｓｉ層１０３の部分は、基板の面内方向にわたって単一の膜として存在することになる。
【００７２】
イオン注入の際のイオンエネルギーとしては、上記の例のように、ｐ＋  部位Ａ１０５およびｎ＋  部位Ｂ１０６を形成するｉ型ａ−Ｓｉ層１０３の厚さｄ１と、パッシベーション膜として必要になるｉ型ａ−Ｓｉ層１０３の部分の厚さ（ｄ１−ｄ２）、さらにｐ＋  部位Ａ１０５およびｎ＋  部位Ｂ１０６として必要な厚さｄ２によって、適切な値を選択することになる。しかし、イオンエネルギーが大きくなると、処理の対象であるｉ型ａ−Ｓｉ層１０３の表面が粗くなり、平坦性が保てなくなるという問題がある。このため、ｉ型ａ−Ｓｉ層１０３に対して処理を行う場合は、イオンエネルギー［ｋｅＶ］としては２０以下であることが好ましく、さらに、ｉ型ａ−Ｓｉ層１０３の膜厚（すなわち、ｉ型ａ−Ｓｉ層の厚さとパッシベーション膜として残したい厚さとの関係）を考慮すると、５以下が好適であると言える。イオンエネルギー［ｋｅＶ］が５以下であれば、さらに低エネルギーによる処理となるため、ｉ型ａ−Ｓｉ層１０３の表面の平坦性を保つことが可能となる。
【００７３】
なお、リン（Ｐ）についても、上述したボロン（Ｂ）における、イオンエネルギーとストッピングレンジとの関係が成立していることが確認された。ゆえに、この関係を利用することにより、図１のｎ＋  部位Ｂ１０６を再現性よく形成できる。さらに、リン（Ｐ）についても、ｎ＋  部位Ｂ１０６を形成する対象であるｉ型ａ−Ｓｉ層１０３の膜厚等の条件、およびｉ型ａ−Ｓｉ層１０３の表面の平坦性の確保という意味から、ボロン（Ｂ）の場合と同様に、イオンエネルギー［ｋｅＶ］としては、２０以下、さらに５以下を選択することで、ボロン（Ｂ）の場合と同様の効果を得ることが可能である。
【００７４】
図１２は、リン（Ｐ）のイオンエネルギーを変えて、基板の深さ方向に観測したリン（Ｐ）濃度のプロファイルを示すグラフである。
このグラフより、イオン注入する際のイオンエネルギー［ｋｅＶ］を、３、６、１５と変えた場合、リン濃度［ａｔｏｍａ／ｃｍ３］が１０＋１８となる基板の深さ方向の位置［ｎｍ］は、およそ３０、４３、７８となることが確認される。これにより、各深さ位置において、所定のリン濃度となるように、ｎ＋  部位Ｂ１０６を深さ方向に形成できる。
【００７５】
ボロン（Ｂ）についても、上述したリン（Ｐ）における、基板の深さ方向に観測したリン（Ｐ）濃度のプロファイルと同様の関係が成立していることが確認された。ゆえに、この関係を利用することにより、所定のボロン濃度となるように、図１のｐ＋  部位Ａ１０５を深さ方向に形成できる。
【００７６】
上記の第一工程や第二工程におけるイオンの注入は、たとえば、図１４に示すイオン注入装置１２００を用いて行う。
図１４は、本発明において、ｐ型イオン注入工程（第五工程）およびｎ型イオン注入工程（第六工程）に用いる、イオン注入装置１２００の断面図である。イオン注入装置１２００は真空槽１２０１と、永久磁石１２０５、ＲＦ導入コイル１２０６、ＲＦ導入窓（石英）１２１２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。
【００７７】
真空槽１２０１の内部は、複数の開口を有する（たとえば、メッシュ状の）電極１２０８、１２０９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体である基板（テクスチャー形成工程後の基板１０１に相当）１２０３を支持する基板支持台１２０４が配されている。なお、電極１２０８は、浮遊電位とされており、プラズマ１２０７の電位を安定させる機能を有する。また、電極１２０９は、負電位を印加され、プラズマ１２０７から正イオンを引き出す機能を有する。
【００７８】
真空層１２０１内を減圧し、プラズマ発生室に、基板１２０３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１２０７を励起させることにより、不純物原子をイオン化させ、電極１２０８、１２０９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１２０３に注入させることができる。
【００７９】
ここで、ｐ型イオンの注入量やｎ型イオンの注入量は、後述するアニール処理後のｎ＋  部位Ｂ１０６のシート抵抗、及び、ｐ＋  部位Ａ１０５のシート抵抗と、ＴＯＰＣｏｎ−ＢＣ構造の結晶系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、ｎ＋  部位Ｂ１０６におけるｎ型イオンの濃度は、少なくとも基板１０１におけるｎ型イオンの濃度より高く設定されているものとする。
【００８０】
なお、上述したｐ型イオンの注入やｎ型イオンの注入を行う際に、不純物原子を含んだガス（たとえば、ＢＦ３  など）に水素を添加したプロセスガスを用い、前記アモルファスＳｉ層に対して水素がイオン注入されるように条件設定してもよい。イオン注入時に水素も一緒にイオン注入することにより、アモルファスＳｉ層の構造欠陥が修復され、キャリアの再結合の抑制効果が向上し、部位Ａや部位Ｂまで到達する電子やホールの総量が増加するため、発電効率の向上を図ることができる。
【００８１】
ｉ型ａ−Ｓｉ層１０３に対して効果的に水素を注入する手法として、非質量分離型イオン注入の採用が挙げられる。ｎ型イオン、ｐ型イオン（たとえば、Ｐイオン、Ｂイオン）のみを分離して注入する質量分離型イオン注入とは異なり、非質量分離型イオン注入では、不純物原子を含んだガスとしてＰＨ３  、Ｂ２Ｈ６等の水素を含むガスを用いる。これにより、非質量分離型イオン注入においては、前述のように水素を添加したプロセスガスを用いなくとも、基板に対して、ｎ型イオン、ｐ型イオンと同時に、水素も注入することが可能となる。さらに、非質量分離型イオン注入では、イオンを分離する機構が不要であるため、装置構造としてフットプリントが小さくなるというメリットもある。
このように、プロセスガスに水素を添加したり、非質量分離型イオン注入を選択したりすることによって、ｎ型イオン、ｐ型イオンと同時にｉ型ａ−Ｓｉ層１０３に注入された水素は、ｉ型ａ−Ｓｉ層１０３の深さ方向において濃度分布を持つことになる。
【００８２】
次に、第六工程を経て行われるアニール処理（第七工程）は、たとえば、図１５に示すアニール処理装置１３００を用いて行う。図１５のアニール装置１３００は、縦型加熱炉を採用し、バッチ式で、１カセットに１枚の基板（第四工程および第五工程により、ｐ型およびｎ型イオン注入工程後の基板）がセットされ、このカセットを複数枚、同時に熱処理することが可能とされている。
図１５のアニール装置１３００は、加熱室１３１０と前室１３２０から構成されており、加熱室１３１０の内部空間１３１２と前室１３２０の内部空間１３２２は、仕切弁１３１４によって遮断可能とされている。
【００８３】
前室１３２０の内部空間１３２２において、表裏が露呈した状態となるように基板の外周部を保持したカセット１３０１を複数枚、多段に重ねてなるカセットラック１３０３を、カセットベース１３０２上に配置する。
加熱室１３１０の内部空間１３１２を大気開放した状態で仕切弁１３１４を開けて、この状態にあるカセットベース１３０２を、前室１３２０の内部空間１３２２から加熱室１３１０の内部空間１３１２へ、不図示の移動手段により上昇させる（上向き矢印）。その後、仕切弁１３１４を閉じ、排気手段（Ｐ）１３１５を用いて、加熱室１３１０の内部空間１３１２を減圧雰囲気とする。なお、加熱室１３１０の内部空間１３１２を減圧雰囲気とはせず、そのまま後述のアニールガスを導入し、大気圧アニールを行ってもよい。
【００８４】
その後、加熱室１３１０の内部空間１３１２に、アニールガスを導入し、管理された雰囲気下で、所定の温度プロファイルにより、大気圧アニール処理を行う。ここで、導入するガスは窒素ガスであり、これに水素ガスを添加して用いてもよい。このように、アニールガスに水素を添加することで、第二、第三工程においてｉ型ａ−Ｓｉ層に注入された水素が、加熱により基板から離脱することを補うことが可能となる。一例としては、窒素ガスに対し３％水素を添加したアニールガスを利用する。
基板温度を所定の温度以下とした後、上記ガスの導入を停止し、加熱室１３１０の内部空間１３１２を大気開口した状態として仕切弁１３１４を開ける。その後、カセットベース１３０２を、加熱室１３１０の内部空間１３１２から前室１３２０の内部空間１３２２へ、不図示の移動手段により下降させる（下向き矢印）。
【００８５】
以上の手順により、本発明のアニール処理は行われる。その際、アニール処理の条件は、基板内部における、ｎ型イオン及びｐ型イオンの拡散係数に応じた最適な条件として決定される。たとえば、アニール処理の温度は、６００〜９５０℃であることが望ましい。また、アニール処理にかける時間は、３０分〜６０分程度であることが望ましい。
【００８６】
上述した電極の形成工程では、ｐ＋  部位Ａ１０５、ｎ＋  部位Ｂ１０６、およびフォトレジストＰＲを含む、ｉ型ａ−Ｓｉ層１０３の外面１０３ｂの全域を覆うように、金属膜（たとえばＣｕ膜）を形成する。金属膜としては、Ｃｕ膜の他に、Ａｇ膜などが好適に用いられる。ただし、電極は金属膜に限定されるものではなく、金属膜に代えて透明導電膜を用いてもよい。金属膜または透明導電膜は、たとえば、汎用のスパッタ装置を用いて作製される。
【００８７】
次に、金属膜を通してフォトレジストＰＲに、たとえばＵＶ光を照射することにより、ａ−Ｓｉ層１０２の外面からフォトレジストＰＲを剥離する［第九工程：図５（ｂ）］。そのとき、フォトレジスト上にある導電性の部材ＢＭも一緒に取り除かれる。
これにより、導電性の部材ＢＭは、部位Ａや部位Ｂの上に形成された部分だけ、ｉ型ａ−Ｓｉ層１０３の外面に残存する。その結果、ｐ＋  部位Ａ１０５およびｎ＋  部位Ｂ１０６が存在する領域のみを覆うように配置された、導電性の部材ＢＭからなる電極が安定して形成される。本発明では、第九工程のことを、「リフトオフ」工程とも呼ぶ。
【００８８】
最後に、既に形成されている電極ＢＭをマスクとして利用し、ｐ＋  部位Ａ１０５、ｎ＋  部位Ｂ１０６との間に位置する離間部Ｃの表層域１０３ｂを絶縁部Ｚに変換する。この変換には、上述した熱酸化方式を用いる。これにより、電極ＢＭの形状パターンに応じて、電極ＢＭの存在しない領域である離間部Ｃの表層域１０２ｂに、絶縁部Ｚを確実に形成できる。つまり、電極ＢＭの形状パターンが複雑な場合でも、電極ＢＭの形状パターンにおいて離間部Ｃをなす領域に、絶縁部Ｚを設けることが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００８９】
本発明は、ＴＯＰＣｏｎ−ＢＣ構造の結晶系太陽電池に広く適用可能である。このようなＴＯＰＣｏｎ−ＢＣ構造の結晶系太陽電池は、たとえば、単位面積当たりの高い発電効率に加えて、稼働状況における軽量化も求められるタイプの太陽電池として好適に用いられる。
【符号の説明】
【００９０】
ＢＭ  導電性の部位、ＰＲ  フォトレジスト、Ｚ  絶縁部、１００  ＴＯＰＣｏｎ−ＢＣ構造の結晶系太陽電池、１０１  基板、１０１ａ  一面、１０１ｂ  他面、１０２  極薄酸化層、１０３  ｉ型ａ−Ｓｉ層、１０５  ｐ＋  部位Ａ（異なるイオン注入領域）、１０６  ｎ＋  部位Ｂ（異なるイオン注入領域）、１１２  パッシベーション層、１１４  反射防止層。
【図１】
2020170830.tif 000003
【図２】
2020170830.tif 000004
【図３】
2020170830.tif 000005
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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