(57)【要約】【課題】発電効率の優れた太陽電池素子を提供する。【解決手段】太陽電池素子１００Ａが、ｎ型半導体領域２と、ｐ型半導体層５と、ｐ型電極６と、ｎ型電極９とを備え、ｐ型半導体層５がｎ型半導体領域２の裏面の一部に隣接形成され、ｐ型電極６が、ｐ型半導体層５を介してｎ型半導体領域２と対向する位置に形成され、ｎ型電極９が、ｎ型半導体領域２の裏面側において、ｐ型半導体層５の形成されてない領域に隣接形成され、ｐ型半導体層５において、ｐ型の導電型決定元素の濃度がｎ型半導体領域２の裏面に近いほど小さいようにする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の面と第２の面とを含み、第１の導電型を有する半導体基板と、
半導体基板の前記第１の面の第１領域に設けられており、第２の導電型を有するとともに前記第２の導電型に寄与するドーパントの濃度が、前記半導体基板の前記第１の面から遠ざかるに従って大きくなる半導体層と、
前記半導体層上に設けられており導電性材料からなる第１電極と、
を有することを特徴とする太陽電池素子。
【請求項２】
請求項１に記載の太陽電池素子において、
前記半導体層における前記第２の導電型に寄与するドーパントの濃度が、前記半導体基板から前記第１電極に向かって連続的に増加している、ことを特徴とする太陽電池素子。
【請求項３】
請求項１に記載の太陽電池素子において、
前記半導体層は、前記第２の導電型に寄与するドーパントの濃度が相異なる複数の層からなり、
前記複数の層のそれぞれは、略一定の濃度で前記第２の導電型に寄与するドーパントを含有する、ことを特徴とする太陽電池素子。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の太陽電池素子において、
前記第１の導電型に寄与するドーパントを前記半導体基板よりも高い濃度で含有し、前記半導体基板の前記第１の面の第２領域に設けられた第１ドープ層と、前記第１ドープ層上に設けられた第２電極と、をさらに備えることを特徴とする太陽電池素子。
【請求項５】
請求項４に記載の太陽電池素子において、
前記半導体層に含有された前記第２の導電型に寄与するドーパントの濃度は、前記半導体層と前記半導体基板との接合界面近傍で１×１０17（ｃｍ-3）以上１×１０20（ｃｍ-3）以下であり、前記半導体層と前記第１電極との接合界面近傍で１×１０21（ｃｍ-3）以上１×１０22（ｃｍ-3）以下である、ことを特徴とする太陽電池素子。
【請求項６】
請求項４または請求項５に記載の太陽電池素子において、
前記第１の導電型に寄与するドーパントを前記半導体基板よりも高い濃度で含有し、前記半導体基板の前記第２の面に設けられた第２ドープ層を、さらに含むことを特徴とする太陽電池素子。
【請求項７】
請求項６に記載の太陽電池素子において、
前記第１および第２のドープ層が、前記半導体基板の外縁部に熱拡散層として設けられてなることを特徴とする太陽電池素子。
【請求項８】
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の太陽電池素子において、
前記半導体層は、前記半導体基板の前記第１の面の略全面に形成されてなり、
前記半導体基板の第２の面側に透明導電層を有する第２電極をさらに備えることを特徴とする太陽電池素子。
【請求項９】
請求項８に記載の太陽電池素子において、
前記第１の導電型に寄与するドーパントを前記半導体基板よりも高い濃度で含有し、前記半導体基板の前記第２の面に設けられたドープ層をさらに備え、前記第２電極が前記ドープ層上に設けられてなる、ことを特徴とする太陽電池素子。
【請求項１０】
請求項９に記載の太陽電池素子において、
前記ドープ層における前記第１の導電型に寄与するドーパントの濃度が、前記半導体基板から前記第２電極に向かって高くなる、ことを特徴とする太陽電池素子。
【請求項１１】
第１の導電型の半導体基板を準備する工程と、
前記半導体基板の第１の面の第１の領域に、第２の導電型を有する半導体層を、前記半導体基板との接合界面に近いほど前記第２の導電型を発現させるドーパントの濃度が小さくなるように形成する工程と、
前記半導体層上に、第１電極を形成する工程と、
前記半導体基板の前記第１の面の第２の領域に、第２電極を形成する工程と、
を備えることを特徴とする太陽電池素子の製造方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載の太陽電池素子の製造方法において、
前記半導体層を形成する工程において、前記半導体層を少なくともシランとジボランを含有するガスを用いて形成し、前記半導体層の形成開始から終了時にかけて、前記ジボランの流量を増大させることを特徴とする太陽電池素子の製造方法。
【請求項１３】
請求項１１に記載の太陽電池素子の製造方法において、
前記半導体層を形成する工程において、前記半導体基板の前記第１の面に前記第２の導電型を発現させる前記ドーパントの濃度が略均一なドープ層を形成した後、さらに、前記半導体基板をガスに曝し、前記ドープ層の表面から前記ドーパントを拡散させることを特徴とする太陽電池素子の製造方法。
【請求項１４】
請求項１１に記載の太陽電池素子の製造方法において、
前記半導体層を形成する工程において、前記半導体基板の前記第１の面に前記第２の導電型を発現させる前記ドーパントの濃度が略均一なドープ層を形成した後、さらに、塗布拡散法により、前記ドープ層の表面から前記ドーパントを拡散させることを特徴とする太陽電池素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体接合を用いた太陽電池素子およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、受光面側における電極の面積を小さくさせた太陽電池素子が広く知られている。例えば、非受光面側にｎ型電極およびｐ型電極を形成したうえで、ｎ型あるいはｐ型電極の一方と受光面側に設けられた受光面電極（フィンガー電極）とを半導体基板に設けた貫通導体により電気的に接続してなるバックコンタクト型の太陽電池素子などが、その一例である。
【０００３】
また、近年、裏面側にのみ電極を設け、受光面側には電極を設けないようにしたバックコンタクト型の太陽電池素子の開発が盛んになってきている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１０１２４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
受光面全体での受光が可能な太陽電池素子には、例えば、ｎ型結晶シリコン基板と該基板の非受光面側の所定の領域に形成されたｐ型アモルファスシリコン膜とで形成されてなるｐｎ接合を有する太陽電池素子がある。このような太陽電池素子ではｐｎ接合界面近傍に多くの欠陥が存在し、これらの欠陥によるキャリアの再結合損失が、開放電圧および発電効率の低下の一因となっている。
【０００６】
また、特許文献１には、ｎ型単結晶シリコン基板の非受光面側の所定の領域に、ｉ型アモルファスシリコン膜とｐ型アモルファスシリコン膜とがこの順に形成されたｐｉｎ接合を有する太陽電池素子が開示されている。係る構成の太陽電池素子では、上記ｉ型アモルファスシリコン膜の存在によって、ｐｉｎ接合領域における欠陥密度は小さくなっている。一方で、ｉ型アモルファスシリコン膜は実質的に絶縁膜であるので、ｐｉｎ接合領域におけるキャリアのトンネリングを妨げる原因ともなっていることから、太陽電池素子の曲線因子および発電効率の低下の一要因になっている。
【０００７】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、従来より発電効率の優れた太陽電池素子を提供すること目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、請求項１の発明は、第１の面と第２の面とを含み、第１の導電型を有する半導体基板と、半導体基板の前記第１の面の第１領域に設けられており、第２の導電型を有するとともに前記第２の導電型に寄与するドーパントの濃度が、前記半導体基板の前記第１の面から遠ざかるに従って大きくなる半導体層と、前記半導体層上に設けられており導電性材料からなる第１電極と、を有することを特徴とする。
【０００９】
請求項２の発明は、請求項１に記載の太陽電池素子において、前記半導体層における前記第２の導電型に寄与するドーパントの濃度が、前記半導体基板から前記第１電極に向かって連続的に増加している、ことを特徴とする。
【００１０】
請求項３の発明は、請求項１に記載の太陽電池素子において、前記半導体層は、前記第２の導電型に寄与するドーパントの濃度が相異なる複数の層からなり、前記複数の層のそれぞれは、略一定の濃度で前記第２の導電型に寄与するドーパントを含有する、ことを特徴とする。
【００１１】
請求項４の発明は、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の太陽電池素子において、前記第１の導電型に寄与するドーパントを前記半導体基板よりも高い濃度で含有し、前記半導体基板の前記第１の面の第２領域に設けられた第１ドープ層と、前記第１ドープ層上に設けられた第２電極と、をさらに備えることを特徴とする。
【００１２】
請求項５の発明は、請求項４に記載の太陽電池素子において、前記半導体層に含有された前記第２の導電型に寄与するドーパントの濃度は、前記半導体層と前記半導体基板との接合界面近傍で１×１０17（ｃｍ-3）以上１×１０20（ｃｍ-3）以下であり、前記半導体層と前記第１電極との接合界面近傍で１×１０21（ｃｍ-3）以上１×１０22（ｃｍ-3）以下である、ことを特徴とする。
【００１３】
請求項６の発明は、請求項４または請求項５に記載の太陽電池素子において、前記第１の導電型に寄与するドーパントを前記半導体基板よりも高い濃度で含有し、前記半導体基板の前記第２の面に設けられた第２ドープ層を、さらに含むことを特徴とする。
【００１４】
請求項７の発明は、請求項６に記載の太陽電池素子において、前記第１および第２のドープ層が、前記半導体基板の外縁部に熱拡散層として設けられてなることを特徴とする。
【００１５】
請求項８の発明は、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の太陽電池素子において、前記半導体層は、前記半導体基板の前記第１の面の略全面に形成されてなり、前記半導体基板の第２の面側に透明導電層を有する第２電極をさらに含むことを特徴とする。
【００１６】
請求項９の発明は、請求項８に記載の太陽電池素子において、前記第１の導電型に寄与するドーパントを前記半導体基板よりも高い濃度で含有し、前記半導体基板の前記第２の面に設けられたドープ層をさらに備え、前記第２電極が前記ドープ層上に設けられてなる、ことを特徴とする。
【００１７】
請求項１０の発明は、請求項９に記載の太陽電池素子において、前記ドープ層における前記第１の導電型に寄与するドーパントの濃度が、前記半導体基板から前記第２電極に向かって高くなる、ことを特徴とする。
【００１８】
請求項１１の発明は、第１の導電型の半導体基板を準備する工程と、前記半導体基板の第１の面の第１の領域に、第２の導電型を有する半導体層を、前記半導体基板との接合界面に近いほど前記第２の導電型を発現させるドーパントの濃度が小さくなるように形成する工程と、前記半導体層上に、第１電極を形成する工程と、前記半導体基板の前記第１の面の第２の領域に、第２電極を形成する工程と、を備えることを特徴とする。
【００１９】
請求項１２の発明は、請求項１１に記載の太陽電池素子の製造方法において、前記半導体層を形成する工程において、前記半導体層を少なくともシランとジボランを含有するガスを用いて形成し、前記半導体層の形成開始から終了時にかけて、前記ジボランの流量を増大させることを特徴とする。
【００２０】
請求項１３の発明は、請求項１１に記載の太陽電池素子の製造方法において、前記半導体層を形成する工程において、前記半導体基板の前記第１の面に前記第２の導電型を発現させる前記ドーパントの濃度が略均一なドープ層を形成した後、さらに、前記半導体基板をガスに曝し、前記ドープ層の表面から前記ドーパントを拡散させることを特徴とする。
【００２１】
請求項１４の発明は、請求項１１に記載の太陽電池素子の製造方法において、前記半導体層を形成する工程において、前記半導体基板の前記第１の面に前記第２の導電型を発現させる前記ドーパントの濃度が略均一なドープ層を形成した後、さらに、塗布拡散法により、前記ドープ層の表面から前記ドーパントを拡散させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
請求項１ないし請求項１４の発明によれば、半導体層に含有されるドーパントの濃度は、半導体基板との接合界面近傍では相対的に小さくなっているので、該接合界面近傍においては、欠陥密度が小さくなっており、キャリアの再結合損失が抑制されてなる。また、半導体層に含有されるドーパントの濃度は、第１電極との接合界面に近いほど相対的に大きくなっているので、該接合界面における接触抵抗は小さくされてなる。これにより、係る太陽電池素子では高い発電効率が実現されている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
＜第１の実施の形態＞
＜太陽電池素子の全体構造＞
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る太陽電池素子１００Ａの断面構造を示す図である。図２は、太陽電池素子１００Ａの裏面側を示す平面図である。
【００２４】
本実施形態では第１の導電型としてｎ型、第２の導電型としてｐ型を用いて説明する。
【００２５】
第１の実施の形態に係る太陽電池素子１００Ａは、第１の面１ａと第２の面１ｂとを含み、ｎ型のドーパント（例えばＰ（リン））がドープされてなることでｎ型の導電型を呈するｎ型半導体領域２を有する半導体基板１と、ｎ型半導体領域２よりもｎ型のドーパント（例えばＰ）を高濃度に含有するドープ層３と、アモルファスシリコンからなり、ｐ型のドーパント（例えばＢ（ボロン））がドープされてなることでｐ型の導電型を呈するｐ型半導体層５と、ｐ型電極（第１電極）６、ｎ型電極（第２電極）９と、反射防止層４とを主として備える。
【００２６】
係る太陽電池素子１００Ａは、半導体基板１のｎ型半導体領域２とｐ型半導体層５とのｐｎ接合を有する。半導体基板１の第１の面１ａ側のうち、ｐｎ接合形成領域を第１領域１ａａと称する。また、半導体基板１の第１の面１ａ側のうち、裏面側ドープ層（第１ドープ層）３ａが形成された領域を第２領域１ａｂと称する。なお、係る太陽電池素子１００Ａにおける表面側とは受光面側（図１においては図面視上側）を示し、裏面側とは表面の裏側（図１においては図面視下側）を示すものとする。
【００２７】
太陽電池素子１００Ａは、ｐ型電極６およびｎ型電極９が、太陽電池素子１００Ａの裏面側にのみ配された構造（バックコンタクト）である。これにより、太陽電池素子１００Ａは、変換効率の向上が図られているとともに、受光面側において電極が凸部となって存在することがないので、美観の向上も実現されている。
【００２８】
半導体基板１は、例えば、ｎ型の導電性を有する多結晶シリコン基板である。半導体基板１の寸法例としては、大きさが１０ｃｍ×１０ｃｍ〜２１ｃｍ×２１ｃｍ程度、厚みが３００μｍ以下であることがその好適な一例であり、さらに、厚みに関しては２００μｍ以下であることがより好ましい。また、半導体基板１の抵抗率は０．３〜５Ω・ｃｍ程度であるのが好ましい。
【００２９】
また、好ましくは、半導体基板１の第２の面１ｂ側にはドープ層３の形成に先立ってあらかじめ、粗面化処理を施すことによって、微細な凹凸構造（テクスチャ構造）が形成される（図８（ａ）参照）。半導体基板１がこのような構造を有することにより、太陽電池素子１００Ａの受光面における光の反射損失が低減される。
【００３０】
ドープ層３は、半導体基板１の第１の面１ａの第２領域１ａｂに設けられた裏面側ドープ層（第１ドープ層）３ａと、半導体基板１の第２の面１ｂに設けられた表面側ドープ層（第２ドープ層）３ｂと、を有する。ここで、「第１の面１ａの第２領域１ａｂに設けられた」「第２の面１ｂに設けられた」とは、半導体基板１の第１（第２）の面上に形成される場合と、半導体基板１内に形成される場合とを含む。このようなドープ層３は、２０ｎｍ〜５μｍ程度の厚みを有するように形成される。好ましくは、ｎ型半導体領域２は、１×１０15〜１×１０17（ｃｍ-3）程度の濃度でｎ型のドーパントを含有し、ドープ層３は、１×１０16〜１×１０20（ｃｍ-3）程度の濃度ｎ型のドーパントを含有する。半導体基板１にこのような態様にてドープ層３を形成することで得られる効果については後述する。
【００３１】
ｐ型半導体層５は、半導体基板１の第１の面１ａの第１領域１ａａ上に形成されている。ｐ型半導体層５は、厚み方向（図面視上下方向）にドーパント濃度の勾配がある。ｐ型半導体層５のドーパント濃度は、半導体基板１との界面から第１シード層７との界面に向かうほど、連続的に増加する（連続的かつ単調に増加する場合を含む）。ｐ型半導体層５は、５ｎｍ〜３０ｎｍ程度の厚みを有するように形成されるのが好ましい。
【００３２】
ｐ型電極６およびｎ型電極９は、発電された電力を外部に取り出すための取出電極である。図２においてｐ型電極６およびｎ型電極９はいずれも複数の電極指を有する櫛歯状電極であり、ｐ型電極６およびｎ型電極９の電極指は交互に並んでいる（ただし、図１においては、図示の都合上、両電極の電極指を１つずつのみ示している）。
【００３３】
ｐ型電極６は、第１シード層７と第１裏面電極８とを含む。第１シード層７と第１裏面電極８とは、ｐ型半導体層５の、半導体基板１と接続していない側の面（図１の場合は下側の面）に、順に形成されている。
【００３４】
ｎ型電極９は、第２シード層１０と第２裏面電極１１とを含む。第２シード層１０と第２裏面電極１１とは、半導体基板１の裏面において、裏面側ドープ層３ａの形成領域（第１領域）に順に形成されている。
【００３５】
第１シード層７および第２シード層１０は、ｐ型電極６およびｎ型電極９における集電部として機能するほか、第１裏面電極８および第２裏面電極１１をメッキ形成する際の下地層としての役割も果たす。第１シード層７および第２シード層１０は、数百ｎｍ〜数μｍ程度の厚みに形成される。第１シード層７および第２シード層１０は、例えば、Ｎｉ（ニッケル）、Ｗ（タングステン）、Ｃｏ（コバルト）、およびこれらの合金、あるいは、Ｎｉ、Ｗ、ＣｏとＰ、Ｂとの合金などの、導電性材料により形成される。また、ＩＴＯ（酸化インジウム錫）やＡｇ（銀）等の高反射率材料を用いて、第１シード層７および第２シード層を形成する態様であってもよい。この場合、受光面側から入射した光が第１シード層７および第２シード層１０にて反射されるので、入射光の透過損失が低減される。
【００３６】
第１裏面電極８および第２裏面電極１１は、太陽電池素子１００Ａにて発生した電力の外部取出電極である。第１裏面電極８および第２裏面電極１１は、数μｍ程度の厚みである。第１裏面電極８および第２裏面電極１１は、Ｃｕにて形成されるのが好適な一例である。あるいは、Ａｇ、Ａｌ（アルミニウム）、Ｃｒ（クロム）、Ｔｉ（チタン）、Ｗ、Ｍｏ（モリブデン）、Ｔａ（タンタル）、Ｐｔ（白金）、Ａｕ（金）、Ｎｉ、Ｃｏや、これらの合金など、一般的な電極材料を用いてもよい。なお、第１シード層７および第２シード層１０を設けることなく、第１裏面電極８および第２裏面電極１１を形成することも可能である。
【００３７】
反射防止層４は、受光面側から太陽電池素子１００Ａに入射する光の反射損失の低減を目的として設けられる層である。また、反射防止層４は、半導体基板１の保護層としての役割も有する。反射防止層４は、表面側ドープ層３ｂを被覆するように形成されている。このように反射防止層４を形成することで、半導体基板１へのバルクおよび表面へのパッシベーション効果が増大し、開放電圧や短絡電流密度が向上するという効果が得られる。
【００３８】
反射防止層４の構成材料や厚みは、半導体基板１との屈折率の差などを考慮して定められる。反射防止層４は、屈折率２程度の材料であるＳｉＯ2（酸化シリコン）、ＳｉＮ（窒化シリコン）、ＴｉＯ2（酸化チタン）、あるいはＭｇＦ（フッ化マグネシウム）等により、厚みが５０〜２００ｎｍとなるように、形成されるのがその好適な一例である。
【００３９】
＜ドープ層形成の効果＞
次に、太陽電池素子１００Ａに上述のような形態にてドープ層３を設けることで得られる効果について説明する。
【００４０】
まず、ドープ層３のうち、表面側ドープ層３ｂは、半導体基板１の表面側の界面付近における欠陥によるキャリアの再結合損失を低減する効果（表面電界効果）を有する、ＦＳＦ層（表面電界層）として機能する。一方、裏面側ドープ層３ａは、半導体基板１の裏面側の界面付近におけるキャリアの欠陥による再結合損失を低減する効果（裏面電界効果）を有する、ＢＳＦ層（裏面電界層）として機能する。すなわち、半導体基板１の両面にドープ層３を備えることは、太陽電池素子１００Ａにおける発電効率を向上させる効果を有する。
【００４１】
好ましくは、ドープ層３は、Ｐ等のｎ型ドーパント原子が存在する雰囲気下で半導体基板１を９００℃程度の温度に加熱し、該ｎ型ドーパント原子を半導体基板１の内部に拡散させる熱拡散法によって形成される熱拡散層である（詳細は後述）。係る加熱の際には、半導体基板１中に（ｎ型半導体領域２中に）含まれている金属不純物（例えば、Ｆｅ、Ｃｕ、Ａｌなど）がドープ層３側へと拡散して移動し、ｎ型半導体領域２におけるこれらの金属不純物濃度が低減する、金属ゲッタリング効果が得られる。これにより、ｎ型半導体領域２内における不純物原子の存在に起因したキャリアの再結合が低減されるので、太陽電池素子における発電効率がさらに向上する。
【００４２】
特に、ホールに対し比較的大きな捕獲断面積を有するＦｅ不純物が低減することは、多結晶シリコンからなる半導体基板１のライフタイムを向上させる効果もある。なお、ＦＳＦ層やＢＳＦとしての機能を持たせる観点では、上述のように熱拡散層として形成する態様に代えて、半導体基板１の表面にアモルファスシリコンからなるドープ層３を積層形成する態様であってもよい。
【００４３】
ｎ型半導体領域２における不純物濃度が低減されれば、ｎ型半導体領域２内における不純物原子の存在に起因したキャリアの再結合が低減されるので、上述のようにドープ層３を形成してなる太陽電池素子１００Ａは、ｎ型半導体領域２の品質を改善させて発電効率を向上させたものであるといえる。
【００４４】
一方で、ドープ層３は、太陽電池素子１００Ａのｐｎ接合箇所には形成されていない。すなわち、太陽電池素子１００Ａにおいては、ドープ層３のような高濃度に不純物を含有する領域がｐｎ接合界面の近傍に存在していない。これにより、太陽電池素子１００Ａにおいては、ｐｎ接合界面における欠陥密度は低く保たれており、該界面における欠陥密度は低く保たれており、該界面におけるキャリアの再結合損失は低減されてなる。
【００４５】
＜ｐ型半導体層の形成態様と発電効率との関係＞
次に、ｐ型半導体層５のドーパント濃度に上述のような濃度勾配を設けることと発電効率との関係について説明する。
【００４６】
一般に、ｐｎ接合を有する太陽電池素子では、ｐｎ接合界面近傍の欠陥が、該接合界面近傍でのキャリアの再結合損失の原因となっている。ｐｎ接合界面近傍に欠陥が多く、キャリアの再結合損失が大きい太陽電池素子では、高い発電効率が得られにくいため、素子の発電効率の向上にはｐｎ接合界面近傍の欠陥密度の低減が重要となる。
【００４７】
太陽電池素子１００Ａのｐ型半導体層５においては、上述のように、ｐｎ接合界面に近い領域ほどドーパント濃度が相対的に小さい。これにより、ｐ型半導体層５のｐｎ接合界面近傍は、ｐ型半導体層５の他の領域よりも欠陥密度が小さくなっている。係る構成によって、太陽電池素子１００Ａでは、ｐｎ接合界面近傍におけるキャリアの再結合損失が抑制され、発電効率の向上が図られてなる。
【００４８】
具体的には、半導体基板１との接合界面におけるｐ型半導体層５のドーパント濃度は、１×１０17（ｃｍ-3）以上１×１０20（ｃｍ-3）以下であるのが、好適である。このような範囲とすることで、ｐｎ接合界面近傍での欠陥の影響を低減し、再結合電流、開放電圧に不具合が生じにくい。また、ｐ型半導体層５におけるキャリアのトンネリング確率を低減させにくく、曲線因子が低下しにくい。
【００４９】
太陽電池素子１００Ａのｐ型半導体層５においては、半導体／金属接合界面である第１シード層７との界面近傍におけるドーパント濃度が相対的に大きいので、当該界面における接触抵抗（コンタクト抵抗）は十分小さな値となっている。これによって、係る太陽電池素子１００Ａにおいては、電力の取り出しが良好に行われ得るようになっている。
【００５０】
第１シード層７との接合界面におけるｐ型半導体層５のドーパント濃度は、１×１０21（ｃｍ-3）以上１×１０22（ｃｍ-3）以下であるのが、好適である。このような範囲とすることで、接触抵抗が増加しにくく、曲線因子が低下しにくい。加えて、ｐｎ接合部の内部電界が減少しにくくなる。
【００５１】
以上のように、太陽電池素子１００Ａでは、ｐ型半導体層５のドーパント濃度が、半導体基板１の第１の面１ａから遠ざかるに従って大きくなる。これにより、半導体基板１とｐ型半導体層５との接合界面近傍では、欠陥密度が小さく、キャリアの再結合損失が抑制され、また、ｐ型半導体層５と第１シード層７と接合部近傍では、接触抵抗が小さい。係る構成によって、太陽電池素子１００Ａにおいては、高い発電効率が実現されている。
【００５２】
＜太陽電池素子の製造方法＞
次に、第１の実施の形態に係る太陽電池素子１００Ａの製造方法について説明する。以降の説明においては、ｎ型のドーパントとしてＰが用いられ、ｐ型のドーパントとしてＢが用いられる場合を例として説明する。さらに、半導体基板１が表面凹凸構造を有する太陽電池素子１００Ａを製造する場合を例として説明する。図３は、太陽電池素子１００Ａの製造工程の流れを示す図である。図４および図５は、製造工程の途中段階における素子の構造を模式的に示す図である。
【００５３】
まず、ｎ型ドーパント原子としてＰを所定の濃度で含有するｎ型多結晶シリコンインゴットが、鋳造法等により形成され、所定の大きさおよび厚みに切断されることによって、ｎ型多結晶シリコン基板（半導体基板１）が得られる（ステップＳ１）。得られた半導体基板１のスライス面を正常化するために、アルカリ溶液や、混合溶液等でごくわずかにエッチングする。
【００５４】
続いて、半導体基板１の表面（すなわち受光面側となる面）を、ドライエッチングや、ウェットエッチングによって粗面化することで、該半導体基板１の表面に、光反射率の低減機能を有する凹凸構造を形成する。
【００５５】
反応性イオンエッチング法により表面凹凸構造を形成した後には、半導体基板１の表面（凹凸構造形成面）に残ったエッチング残渣の除去を行う。
【００５６】
次に、図４（ａ）に示すように、半導体基板１の裏面側において、裏面側ドープ層３ａの形成予定領域以外の領域を被覆する態様にて、マスク２０を形成する（ステップＳ２）。つまり、半導体基板１の裏面側において、ｐ型半導体層５の形成予定領域は、少なくともマスク２０によって被覆されることになる。マスク２０は、液体材料の塗布および焼成などによるいわゆる塗布法によって厚膜として形成する態様であってもよいし、ＣＶＤ法やスパッタリング法等の薄膜形成手法によって薄膜として形成する態様であってもよい。
【００５７】
続いて、図４（ｂ）に示すように、ドープ層３を形成する（ステップＳ３）。ドープ層３の形成には、マスク２０の形成された半導体基板１の表面および裏面全面にペースト状のＰ2Ｏ5（五酸化二リン）を塗布して熱拡散させる塗布熱拡散方法を用いることができる。あるいは、半導体基板１の側面についてもマスク２０を形成したうえで、ガス状態にしたＰＯＣｌ3（オキシ塩化リン）を拡散源として熱拡散させる気相熱拡散方法や、Ｐ+イオンを直接拡散させるイオン打ち込み法等の方法を用いる態様であってもよい。これらの手法においては、半導体基板１を５００℃〜９５０℃程度に加熱する。このような処理により、マスク２０の形成領域を除いて、半導体基板１の表面および裏面にドープ層３が形成される。なお、ドープ層３は、半導体基板１の側面にも形成される態様であってもよい。
【００５８】
ドープ層３を形成した後、マスク２０はフッ酸等でエッチング除去される。図４（ｃ）は、マスク２０を除去した半導体基板１を示している。
【００５９】
なお、マスク２０を用いる代わりに、いったん半導体基板１の全面に熱拡散法により高濃度のｎ型ドープ層を形成し、その後、ドープ層３として残存させる必要のない部分をエッチングして除去するといった方法を用いてもよい。具体的には、高濃度のｎ型ドープ層を半導体基板１の全面に形成した後、該ドープ層をドープ層３として残存させる領域にレジストを塗布したうえで、フッ酸あるいはフッ酸と硝酸との混合液を用いてエッチングを行い、最後にレジスト膜を除去すればよい。係る場合においては、エッチングは、レーザスクライブ処理やサンドブラスト処理などのメカニカルな手法で行ってもよい。また、ドープ層３の表層のドーパント濃度が高い場合には、フッ酸と硝酸との混合溶液等でエッチングして、ドーピングプロファイルを制御することが好ましい。
【００６０】
続いて、ドープ層３の形成された半導体基板１を洗浄する（ステップＳ４）。半導体基板１の洗浄は、ウェット洗浄や、ドライ洗浄によって行う。また、酸化膜を除去するために、半導体基板１をフッ酸やＮＨ4Ｆ（フッ化アンモニウム）溶液等に浸漬し、その後水洗する。
【００６１】
上述の洗浄後、図４（ｄ）に示すように、ｐ型半導体層５を形成する（ステップＳ５）。ｐ型半導体層５の形成には、ＰＥＣＶＤ法、ＣａｔＣＶＤ法、蒸着法、またはスパッタ法等を用いることができる。ｐ型半導体層５は、非形成領域（半導体基板１の裏面において、ｐｎ接合の形成を予定する領域を除いた領域）にメタルマスク等でマスクを行ったうえで、半導体基板１の裏面に、５ｎｍ〜３０ｎｍの厚みに形成する。
【００６２】
例えば、ＰＥＣＶＤ法を用いる場合であれば、Ｈ2（水素）とＳｉＨ4（シラン）とＢ2Ｈ6（ジボラン）とを原料ガスとし、ＰＥＣＶＤ装置のチャンバ内のガス圧を１〜５Ｔｏｒｒ、基板温度を１００℃〜２００℃という成長条件で、Ｂのドープされたアモルファスシリコンを形成するのが好適な一例である。
【００６３】
この際、半導体基板１の裏面に近いほどＢ濃度が小さく、半導体基板１の裏面から遠いほど（ｐ型半導体層５において、第１シード層７の形成を予定する領域に近いほど）Ｂ濃度が大きくなるようにｐ型半導体層５を形成するには、シランとジボランとのガス流量比を変化させつつｐ型半導体層５の形成を行えばよい。具体的には、時間の経過とともに、ジボランの流量比を増大させればよく、例えば、形成開始から終了までの３０秒間に、水素とシランとジボランとの流量比を１：１：０．００１から１：１：０．１へと変化させるのが、好適な一例である。
【００６４】
また、ｐ型半導体層５を形成する他の方法として、半導体基板１の裏面にＢ濃度の均一なドープ層を形成した後（例えば、上記のＰＥＣＶＤ法によって、原料ガスの流量比を一定とし、Ｂのドープされたアモルファスシリコン層を形成した後）、さらに、半導体基板１をチャンバ内でジボランのガスプラズマに曝すことによって、該ドープ層の表面からＢを拡散させる方法を用いてもよい。
【００６５】
あるいは、半導体基板１の裏面にＢの濃度の均一なドープ層を形成した後に、該ドープ層の裏面（半導体基板１と反対側の面）に液体材料であるＰＢＦ（ポリボロンフィルム）を塗布することによって、Ｂを該ドープ層内部へ拡散させる方法（塗布拡散法）を用いて、ｐ型半導体層５を形成してもよい。
【００６６】
なお、半導体基板１の裏面の所望の領域にｐ型半導体層５を形成するには、上述したメタルマスク等により非形成領域をマスクする方法のほか、フォトリソグラフィー法等を用いてもよい。
【００６７】
次に、図５（ａ）に示すように、反射防止層４を形成する（ステップＳ６）。反射防止層４の形成は、ＰＥＣＶＤ法、スパッタリング法、蒸着法により行うことができる。ＳｉＮからなる反射防止層４を形成する場合であれば、アンモニアと水素とシランとを原料ガスとしたＰＥＣＶＤ法や、エッチングガスを用いたスパッタリング法により行う。
【００６８】
次に、図５（ｂ）に示すように、第１シード層７および第２シード層１０を形成する（ステップＳ７）。第１シード層７と第２シード層１０とは、Ｎｉ、Ｗ、Ｃｏおよびこれらの合金や、Ｎｉ、Ｗ、ＣｏとＰ、Ｂとの合金などによって形成される。第１シード層７および第２シード層１０は、無電解メッキによって形成することができる。この場合、薬液温度を１５０℃以下とし、厚さが１μｍ以下となるように形成するのが好ましい。第１シード層７および第２シード層１０は、後に第１裏面電極８および第２裏面電極１１を形成する際の下地層として機能することになる。
【００６９】
なお、ｐ型電極６を構成する第１シード層７とｎ型電極９を構成する第２シード層１０とは、両者が連続しないように（互いに絶縁されるように）形成する必要がある。これは、それぞれを形成するための無電解メッキを行うに際して、その形成対象領域（第１シード層７の場合はｐ型半導体層５において、半導体基板１との接続面と反対側の面略全体、第２シード層１０の場合は半導体基板１の裏面側において、裏面側ドープ層３ａの形成領域（第１領域））のみを選択的に活性化させるようにすることで実現される。あるいは、第１シード層７および第２シード層１０を構成することになる金属層を無電解メッキによって半導体基板の裏面側全体に形成した後に、レーザを用いて不要部分を除去するようにしてもよい。なお、レーザによる除去に代わり、不要部分以外をレジスト膜等で被覆し、当該不要部分をエッチング除去する方法を用いることもできる。
【００７０】
最後に、図５（ｃ）に示すように、第１裏面電極８および第２裏面電極１１を形成する（ステップＳ８）。第１裏面電極８および第２裏面電極１１としては、電解メッキによりＣｕを形成材料として形成するのが好適である。なお、無電解メッキを行った後には、接着強度向上のため５０〜３５０℃の温度で乾燥処理を行う。
【００７１】
なお、第１裏面電極８および第２裏面電極１１の形成は、電解メッキによるほか、スクリーン印刷法、ドクターブレード法、あるいはディスペンサー塗布法などの種々の塗布法によって導電性ペーストを塗布してこれを焼成する方法や、スパッタリング法や蒸着法などの種々の真空成膜手法を用いることもできる。裏面電極の形成材料としては、製法に合わせて、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｗ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｃｏおよびこれらの合金を用いることができる。
【００７２】
以上の工程を経ることで、第１の実施の形態に係る太陽電池素子１００Ａが完成する。
【００７３】
＜第２の実施の形態＞
次に、第２の実施の形態に係る太陽電池素子１００Ｂについて説明する。図６は、第２の実施の形態に係る太陽電池素子１００Ｂの断面構造を示す図である。なお、第１の実施の形態に係る太陽電池素子１００Ａと同様の作用効果を奏する構成要素については、同一の符号を付し、以下ではその説明を省略する。
【００７４】
本実施の形態に係る太陽電池素子１００Ｂは、ｐ型半導体層５が、ドーパント濃度の相異なる２つの層から構成される点で、太陽電池素子１００Ａとは相違する。
【００７５】
具体的には、太陽電池素子１００Ｂのｐ型半導体層５は、半導体基板１と接合された、ドーパント濃度が相対的に低い第１ｐ型半導体層５ａと、第１シード層７と接した、ドーパント濃度が相対的に高い第２ｐ型半導体層５ｂとの２層からなる。
【００７６】
係る構成の太陽電池素子１００Ｂにおいても、太陽電池素子１００Ａと同様に、ｐ型半導体層５と半導体基板１との接合界面近傍では、欠陥密度が小さくなっており、キャリアの再結合損失が抑制されているとともに、ｐ型半導体層５と第１シード層７と接合界面における接触抵抗についても小さくなっている。従って、係る太陽電池素子１００Ｂにおいても、高い発電効率が実現される。
【００７７】
第１ｐ型半導体層５ａのドーパント濃度は、１×１０17（ｃｍ-3）以上１×１０20（ｃｍ-3）以下であり、第２ｐ型半導体層５ｂのドーパント濃度は、１×１０21（ｃｍ-3）以上１×１０22（ｃｍ-3）以下であるのが、好適である。また、ｐ型半導体層５の厚みは５ｎｍ〜３０ｎｍ程度とし、低濃度ｐ型半導体層５ａと高濃度ｐ型半導体層５ｂとの厚みの比は５：１〜３：２程度とするのが好適な一例である。
【００７８】
ただし、太陽電池素子１００Ｂにおいては、第１ｐ型半導体層５ａと第２ｐ型半導体層５ｂとの界面でドーパント濃度が不連続に変化するため、該界面付近においてキャリアの再結合が生じやすくなっている。従って、太陽電池素子１００Ａと比較すると、ｐ型半導体層５内部のキャリアの再結合損失は若干大きいが、発電効率の向上という効果は、十分に得ることができる。
【００７９】
太陽電池素子１００Ｂの作製は、図３ないし図５にて示した第１の実施の形態の場合とほぼ同じプロセスにて形成することができる。なお、ｐ型半導体層５を上記のような２層構成とするには、例えば、ＰＥＣＶＤ法による方法を用いるのであれば、ジボラン、シランおよび水素の流量比を所定の値として第１ｐ型半導体層５ａを形成し、続いて、シランに対するジボランの流量比をより大きな値として第２ｐ型半導体層５ｂを形成すればよい。
【００８０】
以上、説明したように、第２の実施の形態に係る太陽電池素子１００Ｂにおいても、高い発電効率が実現される。
【００８１】
＜第３の実施の形態＞
第１および第２の実施の形態においては、バックコンタクト型の太陽電池素子を対象に説明したが、ｐ型半導体層のドーパント濃度について厚み方向に濃度勾配を設ける構成は、素子表裏面の両面に電極を有する太陽電池素子についても適用可能である。本実施の形態では係る構成を有する太陽電池素子について説明する。
【００８２】
図７は、第３の実施の形態に係る太陽電池素子２００の断面構造を示す図である。太陽電池素子２００は、Ｐ等のｎ型のドーパントを含有するｎ型半導体層２０２と、ｎ型半導体層２０２よりもｎ型のドーパントを高濃度に含有するドープ層２０３と、Ｂ等のｐ型のドーパントを含有するｐ型半導体層２０５と、ｐ型電極２０６と、ｎ型電極２０９とを主として備える。太陽電池素子２００においては、ｎ型半導体層２０２とｐ型半導体層２０５とがｐｎ接合を形成している。また、太陽電池素子２００においては、ｐ型電極２０６側を受光面側（表面側）とし、ｎ型電極２０９側を裏面側とする。
【００８３】
ドープ層２０３は、ｎ型の導電型を呈する多結晶シリコン基板である半導体基板２０１の裏面側に形成されてなる層である。また、ｎ型半導体層２０２は、半導体基板２０１のうち、ドープ層２０３以外の部分を構成する層である。ｎ型半導体層２０２は１×１０15〜１×１０17（ｃｍ-3）程度の濃度でｎ型のドーパントを含有し、ドープ層２０３は１×１０16〜１×１０20程度の濃度でｎ型のドーパントを含有する。ドープ層２０３の形成には、半導体基板２０１に拡散層を形成する方法のほか、半導体基板２０１表面に高濃度にｎ型ドーパントを含有するアモルファスシリコン膜を成膜させる方法を用いてもよい。また、半導体基板２０１は厚み５０μｍ〜３００μｍ程度に形成されるのが好ましく、ドープ層２０３は厚み５ｎｍ〜５μｍ程度に形成されるのが好ましい。
【００８４】
ｐ型半導体層２０５は、半導体基板２０１の受光面側全面に形成されている。ｐ型半導体層２０５は、半導体基板２０１との界面から第１透明導電層２０７との界面へ向かって、連続的にドーパント濃度が増加するようにドーパントがドープされてなる。つまり、太陽電池素子１００Ａにおけるｐ型半導体層５と同様に、ｐ型半導体層２０５においては、ｐｎ接合界面（半導体基板２０１との接合界面）近傍でドーパントの濃度が相対的に小さく、金属／半導体接合界面（第１透明導電層２０７との接合界面）近傍でドーパントの濃度が相対的に大きくなっている。
【００８５】
ｐ型電極２０６は、ｐ型半導体層２０５において半導体基板２０１と接合する面と反対側の面全体に形成された第１透明導電層２０７と、第１透明導電層２０７の所定の位置に形成された第１電極２０８とを有する。ｎ型電極２０９は、半導体基板２０１の裏面全体に形成された第２透明導電層２１０と、第２透明導電層の所定の位置に形成された第２電極２１１とを有する。
【００８６】
第１透明導電層２０７および第２透明導電層２１０は太陽電池素子２００における集電部であり、ＩＴＯ、ＧａまたはＡｌがドープされたＺｎＯ、フッ素がドープされたＳｎＯ2等の金属酸化物等の透光性の導電性材料により形成されてなる。
【００８７】
また、第１電極２０８および第２電極２１１は太陽電池素子２００における外部取出電極であり、第１の実施の形態に係る太陽電池素子１００Ａにおける第１裏面電極８および第２裏面電極１１と同様の電極材料により形成されてなる。
【００８８】
係る構成の太陽電池素子２００においても、太陽電池素子１００Ａと同じように、ｐ型半導体層２０５のドーパント濃度が相対的に小さいので、ｐｎ接合界面（ｐ型半導体層２０５と半導体基板２０１との接合界面）近傍では欠陥密度が小さくなっており、キャリアの再結合損失が低減されているとともに、ｐ型半導体層２０５のドーパント濃度が相対的に大きいので、金属／半導体接合界面（ｐ型半導体層２０５と第１透明導電層２０７との接合界面）おける接触抵抗についても小さくなっている。
【００８９】
このように、太陽電池素子２００のｐ型半導体層２０５においても、太陽電池素子１００Ａのｐ型半導体層５と同様の構成および作用効果を得ることができる。したがって、素子の表裏面の両側に電極を備えた構成を有する、本実施の形態に係る太陽電池素子２００においても、高い発電効率が実現される。
【００９０】
＜変形例＞
上述の実施の形態においては、半導体基板１がｎ型の多結晶シリコン基板である場合を説明したが、半導体基板１の材質は多結晶シリコンに限られず単結晶シリコンや他の半導体であってもよい。
【００９１】
また、上述の第１および第２の実施の形態の場合、半導体基板１の裏面において第１領域１ａａと第２領域１ａｂのいずれにも属さない領域が存在し得るが、当該領域については、半導体基板１の裏面が露出している態様としてもよいし、絶縁層を形成するようにしてもよい。
【００９２】
また、上述の第１および第２の実施の形態においては、半導体基板１の受光面側全面に、表面側ドープ層３ｂを形成する態様について説明したが、表面側ドープ層３ｂの代わりに、ｉ型のアモルファスシリコン層や絶縁層を形成してもよい。
【００９３】
また、上述したように、第１および第２の実施の形態においては、半導体基板１の受光面側に凹凸構造を形成することが、受光面における光の反射損失を低減するうえで好ましいとし、係る凹凸構造を有する半導体基板１の受光面状に反射防止層４を形成する態様を示している。しかしながら、受光面において光の反射損失を低減する態様は、これに限られるものではない。
【００９４】
図８は、半導体基板１の受光面側の構造および反射防止層４の形成態様を示す断面模式図である。図８（ａ）は、第１の実施の形態に係る太陽電池素子１００Ａが備える構造を示している。すなわち、半導体基板１の受光面自体が凹凸構造を有してなり、その上に形成された反射防止層４についても、係る凹凸構造を引き継ぐ態様にて形成されてなる。
【００９５】
これに代わり、図８（ｂ）に示すように、半導体基板１の受光面には凹凸構造を形成せず、その上に設けた反射防止層４の表面に凹凸構造を形成するようにしてもよい。係る構造をとる太陽電池素子においても、光の反射損失を低減させる効果が得られる。
【００９６】
なお、このように表面に凹凸構造を有する反射防止層４の形成は、例えば、表面が平坦な半導体基板１の受光面側にいったん同じく平坦な表面を有するように反射防止層４を形成したうえで、エッチング等の処理を施すことによって行うようにしてもよいし、あるいは、膜成長過程において直接に凹凸構造が形成されるように、反射防止層４の形成条件を適宜に調整することによって行うようにしてもよい。
【００９７】
また、上述の第２の実施の形態においては、ｐ型半導体層５が第１ｐ型半導体層５ａと第２ｐ型半導体層５ｂとの２つの層から構成される場合について説明したが、ｐ型半導体層５は、濃度の相異なる３つ以上の層により構成される態様であってもよい。
【００９８】
また、上述の第３の実施の形態においては、ｐ型半導体層２０５のドーパント濃度に対して、半導体基板２０１との接合界面から第１透明導電層２０７との接合界面に向かって、連続的に増加するような濃度勾配を設ける場合について説明したが、ｐ型半導体層２０５は、第２の実施の形態に係る太陽電池素子１００Ｂのように、ドーパント濃度の相異なる複数の層によって構成される態様であってもよい。
【００９９】
また、上述の第３の実施の形態では、太陽電池素子２００について、ｐ型電極２０６側（図７の図面視下側）が受光面側であり、ｎ型電極２０９側（図７の図面視上側）が裏面側である場合を説明したが、ｐ型電極２０６側が裏面側であり、ｎ型電極２０９側が受光面側である態様としてもよい。係る態様でも、太陽電池素子２００は、ｐ型電極２０６側が受光面側でありｎ型電極２０９側が裏面側である場合と同様の作用効果を奏するので、高い発電効率が実現される。
【０１００】
また、第３の実施の形態に係る太陽電池素子２００において、ドープ層２０３中のｎ型ドーパントの濃度についても濃度勾配を設けるようにしてもよい。具体的には、ドープ層２０３中のｎ型ドーパントに対して、ｎ型半導体層２０２に近いほど相対的に小さく、かつ、ｎ型半導体層２０２のｎ型ドーパントの濃度に近い濃度となるように濃度勾配を設けるとともに、ｎ型電極２０９に近いほど相対的に大きな濃度となるように濃度勾配を設けるようにしてもよい。
【０１０１】
このようなドープ層２０３の形成によって、太陽電池素子２００においては、ドープ層２０３とｎ型半導体層２０２との界面近傍では、欠陥密度を低減し、該接合界面近傍での再結合損失を低減することができるとともに、ドープ層２０３と第２透明導電層２１０との接合界面では、接触抵抗を小さくすることができる。これにより、発電効率のさらなる向上を図ることができる。
【０１０２】
なお、係るドープ層２０３を設けた太陽電池素子２００についても、ｐ型電極２０６側を裏面側とし、ｎ型電極２０９側を受光面側とする態様としてもよい。
【実施例】
【０１０３】
（実施例）
実施例として、第１の実施の形態に係る太陽電池素子１００Ａを作製した。
【０１０４】
半導体基板１としては、大きさが１０ｃｍ×１０ｃｍで、厚みが２００μｍで、ｎ型のドーパントとしてＰが１×１０16（ｃｍ-3）の濃度でドープされた多結晶シリコン基板を用意した。係る半導体基板１の抵抗率は、０．５Ω・ｍであった。
【０１０５】
係る半導体基板１の表面を、反応性イオンエッチング法により粗面化した。粗面化は、ＲＩＥ装置内にて、ＣＨＦ3を１２ｓｃｃｍ、Ｃｌ2を７２ｓｃｃｍ、Ｏ2を９ｓｃｃｍ、およびＳＦ6を６５ｓｃｃｍの流量で流し、反応圧力を５０ｍＴｏｒｒとし、ＲＦパワー５００Ｗとし、３分間行った。その後、超音波洗浄を行ってエッチング残渣を除去した。
【０１０６】
ドープ層３の形成には、熱拡散法を用いた。その際の半導体基板１の加熱温度は８００℃とした。拡散マスク２０としてはＳｉＯ2厚膜を塗布法により形成した。得られたドープ層３のドーパント濃度は２×１０17（ｃｍ-3）であった。
【０１０７】
ｐ型半導体層５の形成は、Ｂをｐ型のドーパントとして、ＰＥＣＶＤ法により行った。ｐ型半導体層５の厚みは２３ｎｍに形成した。ＰＥＣＶＤ装置のチャンバ内のガス圧は、０．５Ｔｏｒｒ、基板温度は１７０℃とした。Ｂ濃度の制御は、ＳｉＨ4とＢ3Ｈ6の流量比を、３０秒の間に、１：０．００１〜１：０．１に変化させて行った。
【０１０８】
反射防止層４としては、ＳｉＮ層を１００ｎｍの厚みに形成した。ＳｉＮ層はＰＥＣＶＤ法によりアンモニアと水素とシランとを原料ガスとして形成した。
【０１０９】
第１シード層７および第２シード層１０としては、Ｎｉ層を０．３μｍの厚みに形成した。Ｎｉ層は無電解メッキにより形成した。メッキ用の薬液としては次亜リン酸ニッケルを用い、薬液温度を９０℃以下とした。
【０１１０】
第１裏面電極８および第２裏面電極１１としては、Ｃｕ電極を８０μｍの厚みに形成した。Ｃｕ電極の形成は、電解メッキにより行った。なお、電解メッキ形成後、接着強度向上のため１５０℃で乾燥処理を行った。
【０１１１】
なお、このようにして作製した太陽電池素子について、ｐ型半導体層５の厚み方向におけるＢの濃度分布（濃度プロファイル）をＳＩＭＳ（二次イオン質量分析計）により測定した。図９は、実施例に係る太陽電池素子について、ｐ型半導体層５に含有されるＢの濃度プロファイルを示す図である。図９において、横軸は、ｐ型半導体層５と第１シード層７との接合界面からの距離を示し、縦軸は、Ｂの濃度を対数スケールで示す。なお、図中の距離ｄ＝２３．０（ｎｍ）の位置は、ｐ型半導体層５と半導体基板１との接合界面を示す。
【０１１２】
図９に示すように、実施例に係る太陽電池素子においては、ｐ型半導体層５のＢ濃度が、第１シード層７との接合界面で約３×１０21（ｃｍ-3）で、半導体基板１との接合界面で約２×１０19（ｃｍ-3）であり、第１シード層７との接合界面から半導体基板１との接合界面まで、およそ単調に減少している。すなわち、ｐ型半導体層５中のＢ濃度は、半導体基板１との接合界面から第１シード層７の接合界面まで、およそ単調に増加しているともいえる。
【０１１３】
上記のような太陽電池素子について、光照射時の電流−電圧特性を測定し、短絡電流Ｉsc、開放電圧Ｖoc、曲線因子ＦＦ、および変換効率ηを求めた。
【０１１４】
（比較例１）
比較例１として、ｐ型半導体層５について、Ｂ濃度を１×１０21（ｃｍ-3）で略一定とし、厚みを２０ｎｍとした以外は、実施例に係る太陽電池素子と同様の構成を有する太陽電池素子を作製した。係る太陽電池素子においても、光照射時の電流−電圧特性を測定し、短絡電流Ｉsc、開放電圧Ｖoc、曲線因子ＦＦ、および変換効率ηを求めた。
【０１１５】
（比較例２）
比較例２として、ｐ型半導体層５の代わりに、半導体基板１の裏面側の第１領域１ａａに、厚みが１５ｎｍのｉ型のアモルファスシリコン層と、厚みが１０ｎｍであり、Ｂ濃度が５×１０20（ｃｍ-3）で略一定のｐ型のアモルファスシリコン層とをこの順に形成した以外は、実施例に係る太陽電池素子と同様の構成を有する太陽電池素子を作製した。
【０１１６】
ｉ型のおよびｐ型のアモルファスシリコン層の形成にはＰＥＣＶＤ法を用いた。ＰＥＣＶＤ装置のチャンバ内のガス圧は、いずれも０．５Ｔｏｒｒ、基板温度はいずれも１７０℃とした。また、原料ガスは、ｉ型のアモルファスシリコン層の形成には水素とシランとを用い、ｐ型のアモルファスシリコン層の形成には水素とシランとジボランとを用いた。
【０１１７】
係る太陽電池素子においても、光照射時の電流−電圧特性を測定し、短絡電流Ｉsc、開放電圧Ｖoc、曲線因子ＦＦ、および変換効率ηを求めた。
【０１１８】
（比較例３）
比較例３として、ｐ型半導体層５の代わりに、半導体基板１の裏面側の第１領域１ａａに、ｉ型のアモルファスシリコン層と、ドーパントＢの濃度に勾配が設けられてなる、ｐ型のアモルファスシリコン層とをこの順に形成した以外は、実施例に係る太陽電池素子と同様の構成を有する太陽電池素子を作製した。なお、ｉ型アモルファスシリコン層とｐ型アモルファスシリコン層との厚みの総和は１８ｎｍである。また、該ｐ型のアモルファスシリコン層中のＢ濃度は、ｉ型のアモルファスシリコン層との接合界面でノンドープとし、第１シード層７との接合界面で１×１０21（ｃｍ-3）とした。また、ドーパントＢの濃度は、第１シード層７との接合界面からｉ型のアモルファスシリコン層までおよそ単調に増加するようにした。
【０１１９】
ｉ型のアモルファスシリコン層の形成はＰＥＣＶＤ法によって行った。ＰＥＣＶＤ装置のチャンバ内のガス圧は０．５Ｔｏｒｒ、基板温度は１７０℃とした。また、原料ガスは水素とシランとを用いた。
【０１２０】
ｐ型のアモルファスシリコン層の形成についてもＰＥＣＶＤ法により行った。ＰＥＣＶＤ装置のチャンバ内のガス圧は０．５Ｔｏｒｒ、基板温度は１７０℃とした。Ｂの濃度の制御は、ＳｉＨ4とＢ2Ｈ6の流量比を、３０秒間に、１：０〜１：０．１に変化させて行った。
【０１２１】
係る太陽電池素子においても、光照射時の電流−電圧特性を測定し、短絡電流Ｉsc、開放電圧Ｖoc、曲線因子ＦＦ、および変換効率ηを求めた。
【０１２２】
（実施例と比較例の比較）
上述のようにして得られた、実施例、および比較例１〜３に係る太陽電池素子についての評価結果を表１に示す。なお、表１に示す値は、比較例２の太陽電池素子について得られた値を１．００として規格化されたものである。
【０１２３】
【表１】
2010147324.tif 000003
【０１２４】
表１は、実施例に係る太陽電池素子においては、比較例１〜３のいずれの太陽電池素子よりも、大きな値の発電効率ηが得られたことを示している。すなわち、実施例のように、ｎ型半導体領域２とｐ型半導体層５とによりｐｎ接合を形成し、さらに、ｐ型半導体層５に含有されるドーパント濃度に対し、ｎ型半導体領域２に近いほど大きく、遠いほど小さくなるように濃度勾配を形成することで、従来の太陽電池素子より高い発電効率が得られることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【０１２５】
【図１】太陽電池素子１００Ａの断面構造を示す図である。
【図２】太陽電池素子１００Ａの裏面側を示す平面図である。
【図３】太陽電池素子１００Ａの製造工程を示す図である。
【図４】太陽電池素子１００Ａの製造方法を説明するための工程断面図である。
【図５】太陽電池素子１００Ａの製造方法を説明するための工程断面図である。
【図６】太陽電池素子１００Ｂの断面構造を示す図である。
【図７】太陽電池素子２００の断面構造を示す図である。
【図８】半導体基板１の受光面側の構造および反射防止層４の形成態様を示す断面模式図である。
【図９】実施例に係る太陽電池素子について、ｐ型半導体層５中のＢの濃度プロファイルを示す図である。
【符号の説明】
【０１２６】
１  半導体基板
２  ｎ型半導体領域
３  ドープ層
３ａ  裏面側ドープ層
３ｂ  表面側ドープ層
５  ｐ型半導体層
５ａ  第１ｐ型半導体層
５ｂ  第２ｐ型半導体層
６  ｐ型電極
９  ｎ型電極
１００Ａ、Ｂ、２００  太陽電池素子
【図１】
2010147324.tif 000004
【図２】
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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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