(57)【要約】  太陽電池素子を従来よりも簡略的に作製することが可能な太陽電池素子の製造方法を提供する。ｐ型の導電型を呈する半導体基板の一主面側に、ｎ型の導電型を呈するシリコン薄膜層を形成し、さらにシリコン薄膜層の上に導電層を形成したうえで、正極部においてのみ導電層を加熱溶融させることによって、負極部における半導体基板とｎ型シリコン薄膜層とのｐｎ接合を維持しつつ、正極部において、半導体基板上へのｐ+領域の形成と、コンタクト部の形成による導電層とｐ+領域との導通接続とが同時に実現される。これにより、エッチング除去とｐ型の導電型を呈するシリコン薄膜層の再成長という煩雑な処理を行うことなく太陽電池素子を作製することができる。
2008050889.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一導電型を呈する半導体基板の一主面側の少なくとも一部に、逆導電型を呈する逆導電型層を形成する逆導電型層形成工程と、
前記逆導電型層上に導電層を形成する導電層形成工程と、
前記導電層の少なくとも一部を加熱して溶融させることによって、該導電層と前記半導体基板とを導通接続するコンタクト部を形成する導通接続工程と、
を有することを特徴とする太陽電池素子の製造方法。
【請求項２】
前記導電層及び前記逆導電型層からなる積層体の一部をその厚み方向に除去して、該積層体を複数の部分積層体に分離する分離工程、
をさらに備え、
前記導通接続工程が、
前記複数の部分積層体の少なくとも一つを構成する導電層を加熱して溶融させることによって、該導電層と前記半導体基板とを導通接続する前記コンタクト部を形成する工程である、
ことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池素子の製造方法。
【請求項３】
前記分離工程は、レーザー光を前記積層体に照射することによって行われることを特徴とする請求項２に記載の太陽電池素子の製造方法。
【請求項４】
前記逆導電型層形成工程においては、複数の前記逆導電型層が、前記半導体基板の一主面側に、互いに隔てて形成され、
前記導電層形成工程においては、前記複数の逆導電型層のそれぞれに導電層を形成することによって複数の導電層を形成し、
前記導通接続工程においては、前記複数の導電層の少なくとも一つを加熱して溶融させることによって、該導電層と前記半導体基板とを導通接続する前記コンタクト部を形成する、
ことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池素子の製造方法。
【請求項５】
前記導通接続工程においては、レーザー光を前記導電層に照射することによって該導電層を加熱して溶融させる、ことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池素子の製造方法。
【請求項６】
前記逆導電型層形成工程においては、前記半導体基板の一主面上に前記逆導電型層をＣＶＤ法により形成する、ことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池素子の製造方法。
【請求項７】
前記導電層形成工程においては、前記導電層をスパッタ法により形成する、ことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池素子の製造方法。
【請求項８】
前記半導体基板の前記一主面上にＣＶＤ法により真性型を呈する半導体層を形成した上で、前記逆導電型層形成工程によって前記逆導電型層を形成する、ことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池素子の製造方法。
【請求項９】
前記逆導電型層の上に透明導電接着層を形成した上で、前記導電層形成工程によって前記導電層を形成する、ことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池素子の製造方法。
【請求項１０】
前記透明導電接着層の上にＡｇを主成分とする反射層を形成した上で、前記導電層形成工程によってＡｌを主成分とする前記導電層を形成する、ことを特徴とする請求項９に記載の太陽電池素子の製造方法。
【請求項１１】
前記半導体基板の前記一主面側の外表面であって前記導電層表面の一部を除いた領域に絶縁層を形成する絶縁層形成工程、
をさらに有することを特徴とする請求項１に記載の太陽電池素子の製造方法。
【請求項１２】
前記導通接続工程において前記半導体基板との間で導通接続されていない前記導電層の上に、該導電層よりも半田濡れ性が高い第一電極を形成する工程、
をさらに有することを特徴とする請求項１に記載の太陽電池素子の製造方法。
【請求項１３】
前記導通接続工程において前記半導体基板との間で前記導通接続がされた前記導電層の上に、該導電層よりも半田濡れ性が高い第二電極を形成する工程、
をさらに有することを特徴とする請求項１に記載の太陽電池素子の製造方法。
【請求項１４】
太陽電池素子であって、
一導電型を呈する半導体基板の一主面側に正極部と負極部とを備え、
前記正極部と前記負極部の一方は、前記半導体基板と逆の導電型を呈する逆導電型層と第一の導電層とが順に、前記一主面側に積層形成されてなり、
前記正極部と前記負極部の他方は、逆導電型を呈するドーピング元素を含有するコンタクト部と第二の導電層とが順に、前記半導体基板の一部であって前記コンタクト部の構成元素が拡散してなる拡散領域の上に積層形成されてなる、
ことを特徴とする太陽電池素子。
【請求項１５】
前記半導体基板がＰ型を呈するとともに、前記第二の導電層がＡｌを主成分とする、
ことを特徴とする請求項１４に記載の太陽電池素子。
【請求項１６】
前記半導体基板と前記逆導電型層との間に真性型を呈する半導体層が介在してなることを特徴とする請求項１４に記載の太陽電池素子。
【請求項１７】
前記逆導電型層と前記導電層との間に透明導電接着層が介在してなることを特徴とする請求項１４に記載の太陽電池素子。
【請求項１８】
前記導電層がＡｌを主成分としてなり、かつ、前記導電層と前記透明導電接着層との間にＡｇを主成分とする反射層が介在してなる、
ことを特徴とする請求項１７に記載の太陽電池素子。
【請求項１９】
前記導電層表面の一部を除いた前記半導体基板の前記一主面側の外表面に絶縁層を備えることを特徴とする請求項１４に記載の太陽電池素子。
【請求項２０】
前記絶縁層が酸化物又は窒化物からなることを特徴とする請求項１９に記載の太陽電池素子。
【請求項２１】
前記第一の導電層上に、該第一の導電層よりも半田濡れ性が高い第一電極を備えることを特徴とする請求項１４に記載の太陽電池素子。
【請求項２２】
前記第二の導電層上に、該第二の導電層よりも半田濡れ性が高い第二電極を備えることを特徴とする請求項１４に記載の太陽電池素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は太陽電池素子の製造方法および太陽電池素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、太陽電池素子の主流製品は、結晶シリコン基板を用いたバルク型の結晶シリコン太陽電池素子である。この結晶シリコン太陽電池素子は、結晶シリコン基板が素子化工程により加工されることで作製される（例えば、特開平８−２７４３５６号公報（特許文献１）参照）。この結晶シリコン太陽電池素子を複数個接続した構成を有するのが、結晶シリコン太陽電池モジュールである。【０００３】
結晶シリコン太陽電池素子には、受光面に金属からなる表電極（多くはバスバー及びフィンガーと呼ばれる金属電極からなる）を有するタイプのほか、受光面には電極を設けず、正・負の両電極を非受光面側に配置したいわゆるＢＣ（バックコンタクト、裏面コンタクト）型太陽電池素子がある（例えば、"A 26.8% EFFICIENT CONCENTRATOR POINT-CONTACT SOLAR CELL", 13TH EUROPEAN PHOTOVOLTAIC SOLAR ENERGY CONFERENCE, (1995) 1582-1585（非特許文献１）参照）。【０００４】
ＢＣ型太陽電池素子は、受光面側に表電極が存在することによる遮光ロスが無い分だけ、表電極を備える太陽電池素子よりも高い変換効率が得られる。係るＢＣ型太陽電池素子は既に実現されており、製造における工程の多さ・複雑さを無視すれば、その基本思想の有効性は実証されている。【０００５】
しかしながら、従来の一般的なＢＣ型太陽電池素子の製造方法は、複数のマスク形成やパターニングを含む長くかつ複雑なものであり、できあがったＢＣ型太陽電池素子の素子構造も複雑なものであった。よって、係る製造方法によって製造される太陽電池素子は、コスト面・歩留まり面で課題を有していた。【０００６】
これに対して、従来の方法を改良したＢＣ型太陽電池素子の製造方法もすでに公知である（例えば、"Designs and Fabrication Technologies for Future Commercial Crystalline Si Solar Cells", (2005) 11-22 （非特許文献２）参照）。この改良された製造方法においては、シリコン基板の裏面側にアモルファスシリコン膜が設けられる。図６は、この改良された製造方法によるＢＣ型太陽電池素子２００の製造の手順を模式的に示す図である。以下においては、この製造方法を工程ごとに説明する。【０００７】
１．表面を微量エッチングすることでスライス切断面の機械的ダメージ層や汚染層を清浄化してなるｐ型シリコン基板２０１を準備する（図６（ａ））。【０００８】
２．ｐ型シリコン基板２０１の受光面側（表面側）に光反射率低減機能を有する凹凸（粗面化）構造２０１ａを形成する（図６（ｂ））。【０００９】
３．ｐ型シリコン基板２０１の裏面側に、第一シリコン薄膜層として、ｉ型（ノンドープ）シリコン薄膜層２０２とｎ型シリコン薄膜層２０３とを積層形成する。例えば、ｉ型シリコン薄膜層２０２としてのｉ型の水素化アモルファスシリコン層と、ｎ型シリコン薄膜層２０３としてのｎ型の水素化アモルファスシリコン層を順次積層する（図６（ｃ））。【００１０】
４．その後、第一シリコン薄膜層（ｉ型シリコン薄膜層２０２およびｎ型シリコン薄膜層２０３）の一部を除去するためのマスク２１５を形成する（図６（ｄ））。【００１１】
５．ウェットエッチング等によって、マスク２１５の開口部に存在する第一シリコン薄膜層を除去する（図６（ｅ））。【００１２】
６．第一シリコン薄膜層が除去された部分に、第二シリコン薄膜層として、ｉ型シリコン薄膜層２０２とｐ型シリコン薄膜層２０４とを積層形成する。例えば、ｉ型シリコン薄膜層２０２としてのｉ型の水素化アモルファスシリコン層と、ｐ型シリコン薄膜層２０４としてのｐ型の水素化アモルファスシリコン層を順次積層する（図６（ｆ））。【００１３】
７．マスク２１５の上にも積層した第二シリコン薄膜層（ｉ型シリコン薄膜層２０２およびｐ型シリコン薄膜層２０４）を除去するために、マスク２１５を除去する（図６（ｇ））。【００１４】
８．第一シリコン薄膜層および第二シリコン薄膜層の上に、酸化物透明導電材料層２０５と、Ａｌ（アルミニウム）を主成分とするＡｌ層２０６とを連続形成することによって、後に負電極２１３および正電極２１４となる裏面電極層を形成する（図６（ｈ））。【００１５】
９．ｐ型シリコン基板２０１の受光面側（表面側）に表面パッシベーション層２０８および反射防止層２０９を連続形成する。なお、反射防止層２０９が表面パッシベーション層２０８としての機能を兼ね備えることもある（図６（ｉ））。【００１６】
１０．第一シリコン薄膜層と第二シリコン薄膜層とのコンタクトを分離するとともに、酸化物透明導電材料層２０５とＡｌ層２０６とを負電極２１３と正電極２１４に分離する（図６（ｊ））。【００１７】
１１．基板の裏面側に絶縁層２１０を形成する（図６（ｋ））。【００１８】
以上に説明した各工程を経て、ＢＣ型太陽電池素子２００が形成される。【００１９】
一般に、基板がｐ型を呈する太陽電池素子においては、正電極と負電極との間にｎ／ｐ／ｐ+接合を備えることが好ましい。特に、ＢＣ型太陽電池素子の場合は、基板の同一主面側に設けた正電極と負電極との間に係る接合を備える構造の形成が好ましい。【００２０】
図６に例示した製造方法の場合、第一真空成膜工程（上述の場合であればｎ型シリコン薄膜層２０３を含む第一シリコン薄膜層を形成する工程）と第二真空成膜工程（上述の場合であればｐ型シリコン薄膜層２０４を含む第二シリコン薄膜層を形成する工程）との２回の成膜工程で当該構造の形成を実現しているが、この場合、それぞれの層を形成するためにはマスク形成およびエッチングによるパターニングの工程が少なくとも１回は必要である。これでは工程の簡略化は未だ充分とは言えず、該製造方法を実用化できる程度にまで低コストで行うことは困難であるという問題があった。
【発明の開示】
【００２１】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、従来よりも簡略的に作製することが可能な太陽電池素子及びその製造方法を提供することを目的とする。本発明は、特に、バックコンタクト型（ＢＣ型）の太陽電池素子に好適である。
【００２２】
本発明によれば、太陽電池素子の製造方法は、一導電型を呈する半導体基板の一主面上に、逆導電型を呈する逆導電型層を形成する逆導電型層形成工程と、前記逆導電型層上に導電層を形成する導電層形成工程と、前記導電層を加熱溶融することによって、該導電層と前記半導体基板とを導通接続させるコンタクト部を形成する導通接続工程と、を有する。
【００２３】
これにより、一導電型を呈する半導体基板の一主面側に、いったん逆導電型層を積層形成しておきながら、該逆導電型層をエッチング除去することなく、該逆導電型層とさらに導電型の異なる部位を形成し、しかも当該部位と導電層とを導通接続することができる。これにより、エッチング除去とシリコン薄膜層の再成長という煩雑な処理を行うことなく、太陽電池素子を作製することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】太陽電池素子２０の構造を示す断面模式図である。
【図２】太陽電池素子２０の表裏面についての上面図である。（ａ）は太陽電池素子２０を表面（受光面）側から見た図、（ｂ）は太陽電池素子２０を裏面（非受光面）側から見た場合の取出電極の配置状態を示す図である。
【図３】太陽電池素子２０を用いて構成された太陽電池モジュール３０の構成を概略的に示す図である。（ａ）は太陽電池モジュール３０の断面図であり、（ｂ）は太陽電池モジュール３０を表面（受光面）側から見た平面図である。
【図４】太陽電池素子２０の製造手順を概略的に示す図である。
【図５】変形例に係る手順で太陽電池素子を作製する場合について説明するための図である。
【図６】従来のＢＣ型太陽電池素子２００の製造手順を模式的に示す図である。
【図７】導電層７を加熱溶融するためのレーザー照射に用いることができるレーザー加工装置１００の構成を示す模式図である。
【図８】レーザー加工装置１００を用いて導電層７を加熱溶融させた場合の導電層７近傍の状態変化を模式的に示す図である。
【図９】変形例に係る手順で太陽電池素子を作製する場合について説明するための図である。
【図１０】変形例に係る手順で太陽電池素子を作製する場合について説明するための図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の実施の形態に係る太陽電池素子およびその製造方法について、図面を用いて詳細に説明する。【００２６】
なお、本明細書において、ａＥｎという表記は、ａ×１０nを表すものとする。【００２７】
太陽電池素子
まず初めに、本発明の実施の形態に係る製造方法を用いて製造された太陽電池素子２０の構成を、図１及び図２を用いて説明する。太陽電池素子２０は、受光面側に電極を有さず、裏面側に負電極および正電極を有するＢＣ型太陽電池素子である。【００２８】
図１は、太陽電池素子２０の構造を示す断面模式図である。また、図２は、太陽電池素子２０の表裏面についての上面図である。図２（ａ）は太陽電池素子２０を表面（受光面）側から見た図、図２（ｂ）は太陽電池素子２０を裏面（非受光面）側から見た場合の取出電極の配置状態を示す図である。図２（ｂ）のＡ−Ａ’断面が図１に相当する。なお、図１、図２をはじめ、各図において図示される構成要素同士のサイズの大小関係は、必ずしも実際の関係を反映しているわけではない。【００２９】
図１に示すように、太陽電池素子２０は、半導体基板１の両主面側に所定の層を積層形成することによって構成されてなる。半導体基板１としては、所定のドーパント元素（導電型制御用の不純物）を有して一導電型（例えば、ｐ型）を呈する単結晶シリコン基板や多結晶シリコン基板等の結晶シリコン基板が用いられる。なお、リボン法等の引き上げ法で得られた板状シリコンを用いる態様であってもよい。半導体基板１の厚みは、３００μｍ以下であるのが好ましく、２５０μｍ以下であるのがより好ましく、１５０μｍ以下であるのがさらに好ましい。【００３０】
本実施の形態においては、半導体基板１として、ｐ型の導電型を呈する結晶シリコン基板を用いて説明する。結晶シリコン基板からなる半導体基板１がｐ型を呈するようにする場合、ドーパント元素としては、Ｂ（ボロン）あるいはＧａ（ガリウム）を用いるのが好適な一例である。Ｇａを用いると、Ｂを用いた場合に半導体基板１中のＯ（酸素）とＢとが関係することで生じてしまう光劣化現象を回避できるので、太陽電池素子を高効率化するうえでより好適である。【００３１】
まず、半導体基板１の受光面側（図１においては上面側）には、テクスチャ構造（凹凸構造）１ａ、パッシベーション層８および反射防止層９が順に形成されている。なお、これらの構成は、本実施形態において必須の構成ではなく、必要に応じて形成すれば良い。【００３２】
テクスチャ構造（凹凸構造）１ａは、半導体基板の表面において入射光の反射率を低減する役割を有するものであり、半導体基板１の受光面側は多数の微細な突起１ｂからなる凹凸面となっている。係る突起１ｂは、幅と高さがそれぞれ２μｍ以下であり、かつアスペクト比（高さ／幅）が０．１以上２以下であるのが好適である。【００３３】
パッシベーション層８は、所謂表面パッシベーション効果を実現する役割を有するものであり、テクスチャ構造１ａによる凹凸面上に形成されている。パッシベーション層８は、水素化アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ：Ｈ）膜あるいは水素化微結晶シリコン（μｃ−Ｓｉ：Ｈ）膜によって形成されるのが好適である。なお、本明細書において、微結晶シリコンとは、結晶シリコン粒の結晶粒界をアモルファスシリコンが埋めている状態のものを指し示すものとする。パッシベーション層８は、０．５〜５ｎｍ程度の厚みに形成されるのが好適である。なお、ａ−Ｓｉ：Ｈ膜やμｃ−Ｓｉ：Ｈ膜は、不純物をドープしていないｉ型として形成される場合と、不純物のドープを行ってｐ型あるいはｎ型として形成される場合とがある。【００３４】
反射防止層９は、半導体基板の表面において入射光の反射を抑制する役割を有するものであり、パッシベーション層８上に形成されている。反射防止層９は、窒化珪素膜（ＳｉＮx膜（Ｓｉ3Ｎ4ストイキオメトリを中心にして組成比（ｘ）には幅がある））あるいは酸化物材料膜（ＴｉＯ2膜、ＳｉＯ2膜、ＭｇＯ膜、ＩＴＯ膜、ＳｎＯ2膜、ＺｎＯ膜）などによって形成されるのが好適である。反射防止層９の厚みは、構成材料によって好適な値は異なるが、入射光に対して無反射条件が実現される値に設定される。より詳細に言えば、反射防止層９の構成材料の屈折率をｎとし、無反射にしたい光の波長をλとすれば、ｄ＝（λ／ｎ）／４が反射防止層９の最適膜厚となる。例えば、一般的に用いられるＳｉＮx膜（ｎ≒２）にて反射防止層９が形成される場合において、無反射としたい光の波長を、太陽光スペクトル特性を考慮して６００ｎｍとするならば、反射防止層９は、７５ｎｍ程度の厚みに形成されるのが好適である。なお、反射防止層９を構成する膜に表面パッシベーション効果をある程度見出せる場合は、パッシベーション層８の形成を省略してもよい。【００３５】
次に、半導体基板１の非受光面側（図１においては下面側）には、負極部１５と正極部１６とが形成されている。具体的には、負極部１５及び正極部１６は、真性型（ｉ型）シリコン薄膜層２、ｎ型シリコン薄膜層３、透明導電接着層（ＴＣＯ膜）５、反射層６および導電層７からなる積層構造（以下、積層体とも称する）を、電極分離部１１によって複数の部位（これを、部分積層体とも称する）に分け隔てられた形で形成されている。ここで、電極分離部１１は、負極部１５と正極部１６とを（それぞれを形成する部分積層体同士を）電気的に分離する分離溝である。【００３６】
ｉ型シリコン薄膜層２は、半導体基板１の非受光面上に、ｉ型のａ−Ｓｉ：Ｈ膜（ａ−Ｓｉ：Ｈ（ｉ）膜）あるいはｉ型の微結晶シリコン薄膜（μｃ−Ｓｉ：Ｈ（ｉ）膜）によって、厚み０．５〜５ｎｍ程度で形成されるのが好適である。【００３７】
ｎ型シリコン薄膜層３は、ｉ型シリコン薄膜層２上に、例えばドーパントとしてＰ（リン）がドープされてなるｎ型のａ−Ｓｉ：Ｈ膜（ａ−Ｓｉ：Ｈ（ｎ）膜）あるいはｎ型の微結晶シリコン膜（μｃ−Ｓｉ：Ｈ（ｎ）膜）によって、厚み２〜２０ｎｍ程度で形成されるのが好適である。【００３８】
これにより、ｐ型である結晶シリコン基板１、ｉ型シリコン薄膜層２及びｎ型シリコン薄膜層３によって、いわゆるヘテロ接合（ｐｉｎ接合）が形成される。ただし、ｉ型シリコン薄膜層２を備えるのは必須の態様ではなく、結晶シリコン基板１の非受光面側に直接にｎ型シリコン薄膜層３を形成することで、ｐｎ接合を形成するようにしてもよい。以下において、ｉ型シリコン薄膜層２とｎ型シリコン薄膜層３とをまとめて、単にシリコン薄膜層と称する場合がある。【００３９】
透明導電接着層５は、シリコン薄膜層と導電層７との接着強度を高める目的で設けられる層であり、必要に応じて形成すれば良い。透明導電接着層５として、例えば、ＩＴＯ膜、ＳｎＯ2膜、ＺｎＯ膜などが好ましく、その厚みは１〜１０ｎｍ程度であるのが好適である。【００４０】
反射層６は、受光面側から入射する入射光のうち半導体基板１を透過する成分、例えば９００ｎｍ以上の長波長光を反射させて、半導体基板１に再入射させることを目的として設けられる層であり、必要に応じて形成すれば良い。係る反射層６を備えることによって、入射光の取り込みをより多くすることができ、太陽電池素子の特性を向上させることができる。反射層６は、Ａｇ（銀）を主成分とするＡｇ膜が好ましいが、上述の長波長光に対してＡｇと同等程度の光反射率を有する材料であればＡｇに限らず反射層６の構成材料として用いることができる。反射層６の厚みは、１〜１０ｎｍ程度であるのが好適である。【００４１】
なお、反射層６は、シリコン薄膜層と導電層７との間に設けられればその作用効果を奏するが、図１のように、両者の間に透明導電接着層５が設けられる場合であれば、透明導電接着層５と導電層７との間に反射層６を設けることがより好ましい。【００４２】
導電層７は、負極部１５においては負電極として機能し、正極部１６においては正電極として機能するべく設けられる層である。導電層７は、例えば、Ａｌを主成分として形成される層（Ａｌ層）である。以下においては、負極部１５に備わる導電層７を第一導電層７ａと称し、正極部１６に備わる導電層７を第二導電層７ｂと称して、互いに区別することがある。導電層７の厚みは、１００〜５０００ｎｍ程度であるのが好適である。【００４３】
上述の構成に加えて、半導体基板１の非受光面側の外表面には、負極部１５と正極部１６とにまたがり、且つ、第一導電層７ａ及び第二導電層７ｂの夫々一部が露出するようにして、導電層７及び電極分離部１１を覆う絶縁層１０が形成されている。絶縁層１０としては酸化物や窒化物を用いることが好ましく、特にＳｉＯ2膜やＴｉＯ2膜などを用いればパッシベーション層としての効果も奏することができる。【００４４】
そして、負極部１５および正極部１６にはそれぞれ、外部配線と電気的に接続する役割を有する第一電極（負（−）極取出電極）１３及び第二電極（正（＋）極取出電極）１４が形成されている。必要に応じて、第一電極１３及び第二電極１４の上に、半田領域を形成してもよい。【００４５】
なお、図１においては、太陽電池素子２０が２つの負極部１５と１つの正極部１６とを備えるような構成を示しているが、これは図示の都合によるものである。実際の太陽電池素子２０においては、第一電極１３と第二電極１４とがそれぞれ、図２（ｂ）に示すように、所謂櫛歯状（第一の線部と、該第一の線部に対して互いに所定間隔を隔てて接続された複数の第二の線部とで構成された形状）の電極として形成されてなる。図２（ｂ）においては詳細な図示を省略しているが、当然ながら、電極分離部１１が適宜に設けられることで、負極部１５および正極部１６は、この電極配置に対応する態様にて形成されてなる。換言すれば、図１は、図２（ｂ）に示されている、第一電極１３と第二電極１４のそれぞれの電極指（第二の線部）が交互に配列してなる箇所の断面構造を、部分的かつ模式的に示す図に相当する。【００４６】
ここで、本実施形態において、正極部１６には、その少なくとも一部に、ｉ型シリコン薄膜層２、ｎ型シリコン薄膜層３、透明導電接着層５及び反射層６を貫通する（より本質的には、半導体基板１との間でヘテロ接合を形成する部位を貫通する）コンタクト部１２が形成されている。コンタクト部１２は、半導体基板１と第二導電層７ｂとを電気的に接続させる（導通させる）目的で設けられてなるものである。【００４７】
コンタクト部１２は、後で詳述するように、ｎ型シリコン薄膜層３の上に形成されていた（あるいは、透明導電接着層５及び反射層６を挟んで形成されていた）第二導電層７ｂを加熱溶融することによって形成されるものである。それゆえ、コンタクト部１２は、第二導電層７ｂの構成元素であるＡｌを主成分として構成されている。【００４８】
また、結晶シリコン基板１の一部であってコンタクト部１２との近傍領域は、上記加熱溶融の結果、第二導電層７ｂに由来するＡｌ原子を例えば１Ｅ１８〜５Ｅ１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ3程度含有するものとなっている。ＡｌはＳｉ中でｐ型ドープ元素として働くので、この領域はｐ+領域４として機能する。レーザー溶融コンタクト法を用いてコンタクト部１２を形成する場合、ｐ+領域４は、第二導電層７ｂの厚みにもよるが、半導体基板１の裏面から数μｍ程度の深さにわたって形成される。【００４９】
以上のような構成を有する本実施形態に係る太陽電池素子２０は、いずれも裏面側に備わる負極部１５の第一導電層７ａと正極部１６の第二導電層７ｂ（およびコンタクト部１２）との間に、ｎ型シリコン薄膜層３と半導体基板１とその一部であるｐ+領域４とによってｎ／ｐ／ｐ+接合が形成されてなるＢＣ型太陽電池素子である。そして、このＢＣ型太陽電池素子は、ｐ／ｐ+接合（いわゆるＨｉｇｈ−Ｌｏｗ接合）を有するため、半導体基板１中で光照射によって発生した少数キャリアである電子に対するポテンシャルバリアが形成され、電子がシリコン／正電極界面に達して再結合によって消滅するのを防ぐ効果、いわゆるＢＳＦ効果がもたらされる。【００５０】
太陽電池素子の製造方法
本発明の実施の形態に係る太陽電池素子２０の製造方法について、図４、図７、および図８を用いて工程ごとに詳細に説明する。図４は、太陽電池素子２０の製造手順を概略的に示す図である。【００５１】
＜半導体基板の準備工程＞
まずｐ型の導電型を呈する半導体基板１を準備する（図４（ａ））。【００５２】
半導体基板１として単結晶シリコン基板を用いる場合であれば、ＦＺやＣＺ法など公知の製法で作製された単結晶シリコンインゴットを所定の厚みに切り出すことで結晶シリコン基板１を得ることができる。また、多結晶シリコン基板を半導体基板１として用いる場合であれば、キャスト法や鋳型内凝固法などの公知の製法で作製された多結晶シリコンインゴットを所定の厚みに切り出すことで半導体基板１を得ることができる。また、リボン法等の引き上げ法で得られた板状シリコンを用いる場合は、この板状シリコンを所定の大きさにカットし、必要に応じて表面研磨処理等を施すことで所望の半導体基板１を得ることができる。【００５３】
以下においては、ドーパント元素としてＢあるいはＧａを１Ｅ１５〜１Ｅ１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ3程度ドープして成ることでｐ型の導電型を呈する結晶シリコン基板を半導体基板１として用いる場合を例にとって説明する。ドーパント元素のドープは、上述したそれぞれのシリコンインゴット製造方法において、シリコン融液中に、ドーパント元素そのものを、あるいはドーパント元素がシリコン中に適量含まれたドーパント材を、適量溶かすことで実現できる。【００５４】
なお、切り出し（スライス）に伴う半導体基板１の表層部の機械的ダメージ層や汚染層を除去するために、切り出した半導体基板１の表面側及び裏面側の表層部をＮａＯＨやＫＯＨ、あるいはフッ酸と硝酸の混合液などでそれぞれ１０〜２０μｍ程度エッチングし、その後、純水などで洗浄することで、有機成分や金属成分を除去しておくようにする。加えて、希フッ酸処理＋純水リンス処理によって、次述する工程でシリコン薄膜層が形成される側の面を水素で終端させておくことが好ましい。係る場合、半導体基板１とシリコン薄膜層との間に、品質の優れたヘテロ接合界面をより容易に形成することができる。【００５５】
＜逆導電型層の形成工程＞
次に、半導体基板１の一主面側に、逆導電型を呈する逆導電型層であるｎ型シリコン薄膜層３を形成する。具体的には、半導体基板１の裏面側（非受光面側）となる面上に、ｎ型シリコン薄膜層３として、ａ−Ｓｉ：Ｈ（ｎ）膜あるいはμｃ−Ｓｉ：Ｈ（ｎ）膜を形成する。【００５６】
ここで、上述したように、半導体基板１の裏面上に、真性型（ｉ型）を呈する半導体層であるシリコン薄膜層２（例えば、ａ−Ｓｉ：Ｈ（ｉ）膜あるいはμｃ−Ｓｉ：Ｈ（ｉ）膜）を形成した上で、逆導電型層であるｎ型シリコン薄膜層３を形成するのが好ましい（図４（ｂ））。【００５７】
これらのシリコン薄膜層の形成方法としては、ＣＶＤ法、特に、プラズマＣＶＤ（ＰＥＣＶＤ）法やＣａｔ−ＣＶＤ法などを好適に用いることができる。特に、特開２００３−１７３９８０号公報に開示されているようなＣａｔ-ＰＥＣＶＤ法を用いれば、極めて品質の高いシリコン薄膜層を形成することが可能であるので、半導体基板１とシリコン薄膜層との間に形成されるヘテロ接合の品質が向上する。これにより、太陽電池素子２０の高特性・高歩留まりをより実現し易くなる。【００５８】
Ｃａｔ−ＰＥＣＶＤ法を用いる場合、ｉ型シリコン薄膜層２についてはシランと水素とを原料ガスとして用い、ｎ型シリコン薄膜層３については、シランと水素とに加えて、ドーパントとしてＰを添加するためにフォスフィンを原料ガスとして用いれば良い。また、その際の成膜条件としては、基板温度を１００℃〜３００℃（例えば２００℃程度）、ガス圧力を１０Ｐａ〜５００Ｐａ、電力密度を０．０１Ｗ／ｃｍ2〜１Ｗ／ｃｍ2とするのが好適である。これにより、極めて品質の高いシリコン薄膜層を２００℃程度という比較的低温でかつ短時間で形成することができる。【００５９】
＜導電層の形成工程＞
次に、ｎ型シリコン薄膜層３の上に、導電層７を形成する。特に、上述した透明導電接着層５と反射層６とを形成した上で、導電層７を形成するのがより好ましい（図４（ｃ））。【００６０】
透明導電接着層５は、スパッタ法、蒸着法、イオンプレーティング法、ゾルゲル法、あるいは液状にした原料を噴霧加熱する方法などを用いて形成することができる。例えば、透明導電接着層５としてのＩＴＯ膜をスパッタ法により形成する場合であれば、ＳｎＯ2を０．５ｗｔ％〜４ｗｔ％ドープしたＩＴＯターゲットを用い、ＡｒガスまたはＡｒガスとＯ2ガスの混合ガスを流し、基板温度が２５℃〜２５０℃、ガス圧力が０．１〜１．５Ｐａ、電力が０．０１ｋＷ〜２ｋＷという条件でスパッタ処理を行うのが好適な一例である。【００６１】
反射層６や導電層７は、スパッタ法、蒸着法、イオンプレーティング法等を用いて形成することができる。特に、加熱温度を低く抑えることができ、また、加熱時間を短くできるという観点から、スパッタ法を用いることが好ましい。例えば、反射層６としてのＡｇ膜、導電層７としてのＡｌ膜をスパッタ法により形成する場合、それぞれ銀またはアルミニウムのターゲットを用いて、ＡｒガスまたはＡｒガスとＯ2ガスの混合ガスを流し、基板温度が２５℃〜２５０℃、ガス圧力が０．１〜１．５Ｐａ、電力が０．０１ｋＷ〜２ｋＷという条件でスパッタ処理を行うのが好適な一例である。なお、導電層７は、Ａｌ粉末を有機成分中に混合させてなるアルミニウムペーストを印刷法などの塗布法によって所定パターンに塗布し、それを焼成することによって形成してもよい。【００６２】
＜導電層と半導体基板との導通接続工程＞
次に、正極部１６において半導体基板１と第二導電層７ｂとを導通接続させるために、正極部１６の一部分にコンタクト部１２を形成する。具体的には、導電層７全体のうち第二導電層７ｂとなる部分を加熱溶融させることによって、シリコン薄膜層、透明導電接着層５及び反射層６を貫通して、半導体基板１と第二導電層７ｂとを電気的に短絡させるコンタクト部１２を形成する（図４（ｄ））。【００６３】
加熱溶融は、レーザー照射により行うのが好適である。図７は、係るレーザー照射に用いることができるレーザー加工装置１００の構成を概念的に示す模式図である。【００６４】
レーザー加工装置１００を用いて加熱溶融を行う場合、まず、テーブル１０５の上に、あらかじめ裏面側をレーザー光ＬＢの照射側に向けた状態で、導電層７の形成までが終了した半導体基板１を載置する。この状態で、レーザー発生部（光源）１０１においてレーザー光ＬＢを発生させ、図示しない複数のミラーとレンズを含む第一光学系１０２に入射させる。レーザー光ＬＢは、第一光学系１０２にて所望の形状に調節される。該第一光学系１０２を通過したレーザー光ＬＢは、反射鏡１０３にて反射された後、第二光学系１０４に入射する。第二光学系１０４にてその焦点を調節されたレーザー光ＬＢは、テーブル１０５の上に載置された半導体基板１におけるコンタクト部１２の形成予定位置に照射される。【００６５】
レーザー加工装置１００としては、公知のＹＡＧレーザー装置を用いる場合であれば、例えば、波長１．０６４μｍ、パルス幅が２ｍｓｅｃのパルスレーザー光を、１パルス当り０．０５Ｊのパワー密度で、照射径１４０μｍとして照射することにより、導電層７と結晶シリコン基板１とがコンタクト部１２を介して電気的に短絡する構造を形成することができる。また、波長１．０６４μｍ、パルス幅が１２５ｎｓｅｃのパルスレーザー光を、１パルス当り０．００１Ｊのパワー密度で、照射径４０μｍとして照射するようにしてもよい。パルス周波数とスキャン速度との組み合わせを適宜に調整することにより、レーザー加工点を１００μｍ〜１ｍｍの間隔でポイント状に形成することも可能であるし、レーザー加工点を線状に形成することも可能である。【００６６】
図８は、レーザー加工装置１００を用いて導電層７のうち第二導電層７ｂとなる箇所を加熱溶融させた場合の当該箇所近傍の状態変化を模式的に示す図である。レーザー光ＬＢを第二導電層７ｂとなる箇所（コンタクト部１２の形成予定位置でもある）に照射して導電層７を形成するＡｌを溶融させると、図８（ａ）に示すように、それぞれ極薄に形成されてなる反射層６、透明導電接着層５、ｎ型シリコン薄膜層およびｉ型シリコン薄膜層２は、順次かつ容易に溶融Ａｌ７ｍに侵食される。さらに、溶融Ａｌ７ｍは、図８（ｂ）に示すように、半導体基板１の一部領域も侵食して半導体基板１を構成するＳｉをその溶融Ａｌ中に溶かし込む。【００６７】
その後、レーザー照射を終了すると、溶融Ａｌ７ｍは冷却固化する。その際、溶融Ａｌ７ｍ中に溶け込んでいたＳｉは、半導体基板１を下地として再び結晶相として析出（エピタキシャル成長）する。この析出は、溶融Ａｌ７ｍの量が充分で、反射層６、透明導電接着層５、ｉ型シリコン薄膜層２、およびｎ型シリコン薄膜層３に由来する不純物量が無視できる程度であれば、ほぼＳｉ−Ａｌの２成分系相図に対応して生じると考えてよい。【００６８】
係る析出の結果として、図８（ｃ）に示すように、Ａｌを主成分とするコンタクト部１２が形成されるとともに、Ｓｉ中にＡｌを１Ｅ１８〜５Ｅ１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ3程度含むｐ+領域４が形成される。すなわち、Ｓｉからなる半導体基板１の一部に、第二導電層７ｂないしはコンタクト部１２を構成する元素であるＡｌが拡散することによって、当該一部が拡散領域（ｐ+領域４）となる。【００６９】
なお、導電層７の厚みは上述したように１００ｎｍ〜５０００ｎｍ程度であって、通常は反射層６、透明導電接着層５、ｉ型シリコン薄膜層２、およびｎ型シリコン薄膜層３の厚みの総和に比べて十分大きい（図１および図４ではこれらの層の厚みは誇張されている）ので、溶融Ａｌ７ｍの冷却固化後の導電層７自体の厚みは加熱溶融前とほとんど同じであると考えてよい。【００７０】
以上のように、一導電型を呈する半導体基板の一主面側に、該半導体基板とは逆の導電型を呈する逆導電型層を形成し、さらに該逆導電型層の上に導電層が形成されてなる積層体（あるいはさらに別の層が挿入されてなる積層体）において、導電層を加熱溶融させることによって、該導電層と半導体基板とを導通接続させることができる。これは、一導電型を呈する半導体基板の一主面側に、いったん逆導電型層を積層形成しておきながら、該逆導電型層をエッチング除去することなく、該逆導電型層とさらに導電型の異なる部位を形成することができることを意味する。【００７１】
＜積層体の分離工程＞
次に、図４（ｅ）に示すように、負極部１５と正極部１６とを分離するための電極分離部１１を形成する。【００７２】
つまり、ｉ型シリコン薄膜層２、ｎ型シリコン薄膜層３、透明導電接着層５、反射層６、導電層７からなる積層体を、コンタクト部１２を含む正極部１６とそうではない負極部１５とに電気的に分離するために、係る積層体の一部をその厚み方向に除去して、溝状の電極分離部１１を加工形成する。【００７３】
電極分離部１１の加工形成法としては、サンドブラスト法やメカニカルスクライブ法、さらにはレーザー法などを用いることができる。特に、レーザー法を用いれば、分離幅の狭い電極分離部１１を精度よく高速に加工形成でき、またヘテロ接合部への電気的ダメージも低く抑えることができるため好ましい。レーザー法の場合は、公知のＹＡＧレーザー装置を用いることができる。例えば、波長０．５３２μｍ、周波数が１ｋＨｚ〜１００ｋＨｚ、パルス幅が１０ｎｓｅｃ〜５０ｎｓｅｃのレーザー光を、出力１０Ｗ〜５０Ｗ、照射径１０μｍ〜１００μｍという条件で照射することによって、電極分離部１１を形成することができる。その他の方法として、電極上にマスクを設けた状態でウェットエッチングを行うことによって電極分離部１１を形成することも可能である。【００７４】
この電極分離部１１の形成を行うことによって、半導体基板１の裏面側に形成された負極部１５の第一導電層７ａおよび正極部１６の第二導電層７ｂとの間で、ｎ型シリコン薄膜層３と半導体基板１とその一部であるｐ+領域４とによってｎ／ｐ／ｐ+接合が形成される。【００７５】
＜テクスチャ構造の形成工程＞
次に、図４（ｆ）に示すように、半導体基板１の表面（受光面）側に、エッチング法によりテクスチャ構造１ａを形成することが好ましい。【００７６】
テクスチャ構造１ａの形成方法としては、ＮａＯＨやＫＯＨなどのアルカリ水溶液によるウェットエッチング法や、Ｓｉをエッチングする性質を有するエッチングガスを用いるドライエッチング法を用いることができる。【００７７】
ここで、ウェットエッチング法を用いる場合は、半導体基板１の裏面側にも凹凸構造が形成されてしまうことを防ぐべく、該裏面側をエッチング防止材でマスクすることが好ましい。【００７８】
ドライエッチング法を用いる場合は、基本的に処理面側（受光面側）にだけ微細なテクスチャ構造１ａを形成することができる。本実施の形態に係る太陽電池素子２０のようなＢＣ型太陽電池素子の場合、半導体基板の受光面側にのみテクスチャ構造が形成されるのであれば、該テクスチャ構造はｎ／ｐ／ｐ+接合と無関係である。従って、テクスチャ構造１ａの形成にドライエッチング法を用いれば、該接合部起源のダイオード電流の電流密度（暗電流密度）やｎ型層／導電層界面起源のダイオード電流の電流密度は小さい、より特性の優れた太陽電池素子を得ることができる。なぜならば、これらのダイオード電流の電流密度は、上述した接合部の体積や界面の面積に比例する値であり、しかもこれらの体積及び面積は、ウェットエッチングのように裏面側にも凹凸構造が形成されてしまうような場合よりも、そうでないドライエッチングの場合の方が小さいからである。ゆえに、基板全域にわたって光反射率を効果的に低減せしめる良好なテクスチャ構造１ａを一様に形成するうえでは、ドライエッチング法を用いる方がより好適である。【００７９】
ここで、ドライエッチング法には様々な手法があるが、特に、特開２０００−３３２２７９号公報に開示されているように、ＲＩＥ法（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ法）を用いると、広い波長域に渡って極めて低い光反射率に抑えられる微細なテクスチャ構造１ａを広い面積に渡って短時間で形成することができる。すなわち、太陽電池素子２０の高効率化に極めて有効である。特に、結晶の面方位に大きく影響されないで凹凸構造を形成できる特徴があるので、半導体基板１として多結晶シリコン基板を用いた場合でも、多結晶シリコン基板内の各結晶粒の面方位に無関係に、基板全域に渡って低反射率を有する微細なテクスチャ構造１ａを一様に形成することができる。【００８０】
ＲＩＥ法を用いる場合、例えば、塩素ガス（Ｃｌ2）、酸素ガス（Ｏ2）、及び六フッ化硫黄ガス（ＳＦ6）を、１：５：５程度の混合比となるように公知のエッチング装置のエッチング室（チャンバー）に導入し、反応ガス圧力を７Ｐａ程度、プラズマをかけるＲＦパワー密度を５ｋＷ/ｍ2程度として、５分間程度エッチング処理を行うことで、テクスチャ構造１ａを良好に形成することができる。なお、ガス流量等の示量変数はチャンバーのサイズに依存する。なお、必要に応じて、上記の混合ガスにさらに三フッ化メタンガス（ＣＨＦ3）やＨ2Ｏガスを適量混合させてもよい。【００８１】
なお、テクスチャ構造１ａの形成をこの段階で行うことは必須の態様ではなく、例えば、シリコン薄膜層の形成前に行ってもよいし、コンタクト部１２を形成した後に行う態様であっても構わない。なお、ウェットエッチング法を用いる場合は、先に述べた基板表層部のダメージ層を除去するプロセスに連続してテクスチャ構造１ａを形成することができる。【００８２】
＜絶縁層の形成工程＞
次に、絶縁層１０を形成することが好ましい。絶縁層１０は、図４（ｇ）に示すように、導電層７及び電極分離部１１に対して、第一電極１３および第二電極１４との導通を確保するための一部領域を除いた部位を覆うように形成される。【００８３】
具体的には、ＳｉＯ2膜、ＴｉＯ2膜などの酸化膜やＳｉ3Ｎ4の窒化膜などを、スパッタ法、蒸着法、ＣＶＤ法などを用いて、１０〜１０００ｎｍ程度の厚みに形成する。【００８４】
＜出力取出電極の形成工程＞
次に、図４（ｈ）に示すように、第一電極１３と第二電極１４が形成されることが好ましい。この第一電極１３及び第二電極１４は、導電層７よりも半田濡れ性の高いものであることが好ましく、それによって後述する配線部材２１と半田接続性を向上させることができる。但し、導電層７を既に金属ペーストを用いて形成している場合は、第一電極１３及び第二電極１４の形成を省略することも可能である。【００８５】
これらの出力取出電極は、印刷法などの塗布法によって金属粉末と有機成分とを混成した金属ペーストからなる電極パターンを形成し、その後焼成することによって形成する。金属ペーストには、シリコン薄膜層にダメージを与えないために、２００℃近傍で硬化する樹脂系のバインダを使用する。このような樹脂系のバインダとしては、エポキシ樹脂，フェノール樹脂，ウレタン樹脂，ポリエステル樹脂の中の一つまたは複数のものを使用できる。焼成は約１時間程度行えばよい。【００８６】
＜パッシベーション層および反射防止層の形成工程＞
次に、図４（ｉ）に示すように、半導体基板１の受光面側にパッシベーション層８および反射防止層９を形成することが好ましい。【００８７】
パッシベーション層８は、絶縁層１０と同様の方法で形成することができる。なお、必要に応じて、パッシベーション層８の形成面をクリーニングガスで処理する態様であってもよい。例えば、ＣＦ4、ＳＦ6等のガスプラズマで該形成面を微量エッチング処理すると、表面を好適に清浄化することができる。【００８８】
反射防止層９は、ＰＥＣＶＤ法、蒸着法、スパッタ法などを用いて形成することができる。反射防止層９を形成する場合、成膜温度は、４００℃以下、より好ましくは３００℃以下とする。【００８９】
＜半田の形成工程＞
必要であれば、さらに、半田ディップ処理によって、第一電極１３及び第二電極１４上に半田領域を形成する態様であってもよい（不図示）。【００９０】
以上のような手順によって、太陽電池素子２０が作製される。【００９１】
係る製造方法は、ｐ型の導電型を呈する半導体基板の一主面側に、ｎ型の導電型を呈するシリコン薄膜層を形成し、さらにシリコン薄膜層の上に導電層を形成したうえで、導電層を加熱溶融させるという手順を有するものであり、これによって、負極部における半導体基板とｎ型シリコン薄膜層とのｐｎ接合を維持しつつ、正極部においては、半導体基板へのｐ+領域の形成と、コンタクト部の形成による導電層とｐ+領域（半導体基板）との導通接続とが同時に実現される。それ故、エッチングによる除去工程とｐ型の導電型を呈するシリコン薄膜層を再成長させる工程などの煩雑な処理を行うことなく、太陽電池素子を作製することができる。【００９２】
しかも、シリコン薄膜層の形成にｃａｔ−ＰＥＣＶＤ法などの薄膜形成法を用いることで、２００℃程度の極めて低い温度で、ｐ型の導電型を呈する半導体基板とｎ型の導電型を呈するシリコン薄膜層との間に極めて品質の高いｐｎ接合が形成されるともに、半導体基板（より具体的にはｐ+領域）と導電層とがコンタクト部によって良好にコンタクトされるので、高い変換効率を有するＢＣ型太陽電池素子が実現される。【００９３】
太陽電池モジュール及びその製造方法
単独の太陽電池素子の電気出力が小さい場合、複数の太陽電池素子を直列および並列に接続することで太陽電池モジュールが構成される。この太陽電池モジュールを複数個組み合わせることによって、実用的な電気出力の取り出しが可能となる。【００９４】
以下においては、上述のような構造を有する太陽電池素子を複数個用いて構成された太陽電池モジュール及びその製造方法について説明する。【００９５】
図３は、図１の太陽電池素子２０を用いて構成された太陽電池モジュール３０の構成を概略的に示す図である。図３（ａ）は太陽電池モジュール３０の断面図であり、図３（ｂ）は太陽電池モジュール３０を表面（受光面）側から見た平面図である。【００９６】
図３（ａ）に示すように、太陽電池モジュール３０は、例えば、ガラスなどの透明部材２２と、透明のエチレンビニルアセテート共重合体（ＥＶＡ）などからなる表側充填材２４と、配線部材２１によって隣接する太陽電池素子の第一電極部１３と第二電極部１４とを交互に接続して成る複数の太陽電池素子２０と、ＥＶＡなどからなる裏側充填材２５と、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）や金属箔をポリフッ化ビニル樹脂（ＰＶＦ）で挟みこんだ裏面保護材２３と、を主として備える。【００９７】
係る太陽電池モジュール３０は、透明部材２２の上に、表側充填材２４と、複数の太陽電池素子２０およびその配線部材２１と、裏側充填材２５と、裏面保護材２３とを順次積層することで得られるモジュール基体を、ラミネータの中で脱気、加熱して押圧することによって一体化させることで得られる。【００９８】
隣接する太陽電池素子２０同士を接続する配線部材２１としては、通常、厚さ０．１〜０．２ｍｍ程度、幅２ｍｍ程度の銅箔の全面を半田材料によって被覆したもの用いる。これを所定の長さに切断し、太陽電池素子２０の電極上に半田付けすることで、太陽電池素子２０同士を接続する。【００９９】
また、直列接続された複数の太陽電池素子２０のうち、最初の太陽電池素子２０と最後の太陽電池素子２０の電極の一端を、出力取出部である端子ボックス２７に、出力取出配線２６によって接続する。また、図３（ａ）では図示を省略しているが、図３（ｂ）に示すように、必要に応じて、アルミニウムなどの枠２８を太陽電池モジュール３０の周囲にはめ込む。【０１００】
以上のようにして、太陽電池モジュール３０を得ることができる。上述したように変換効率の高い太陽電池素子２０を用いて、このような太陽電池モジュール３０を形成することができるということは、従来よりも低コストかつ高効率な光電変換素子及び光電変換モジュールが実現されたことを意味している。【０１０１】
＜変形例＞
尚、本発明は上述の実施形態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種々の変更、改良等が可能である。【０１０２】
たとえば、上述の実施形態においては、半導体基板１の裏面にｎ型シリコン薄膜層３を形成することで、半導体基板と逆導電型層との間にヘテロ接合を有する太陽電池素子を実現しているが、これに代えて、半導体基板１の裏面にドーパント元素を熱拡散させることによって逆導電型層を形成するようにしてもよい。係る場合においても、導電層７の形成以降の各工程については、上述の実施形態と同様に行えばよい。【０１０３】
また、上述の実施形態においては、ｐ型の導電型を呈する半導体基板を用いた場合について説明しているが、これに代えてｎ型の導電型を呈する半導体基板を用いることもできる。この場合、各層の極性を逆にすれば、上述の実施形態と同様の工程で、同様の作用効果を奏する太陽電池素子を得ることができる。この場合には、導電層７を、ｎ型の導電型を呈する半導体基板中でｐ型ドーピング元素として振舞わない金属、例えばＴｉ（チタン）などを用いて形成すれば良い。【０１０４】
また、上述の実施形態においては、太陽電池素子を例にとって説明しているが、本発明はこれに限定されるわけではなく、光入射面を有する結晶シリコンを含むｐｎ接合部を備える光電変換素子であって、光入射面への光照射によってｐｎ接合部で生じた光生成キャリアを電流として集める光電変換素子（例えば光センサなど）全般に適用することができる。【０１０５】
また、上述の実施形態においては、半導体基板１として単結晶または多結晶のシリコン基板を例に挙げて説明しているが、本発明において半導体基板１の材料はこれに限定されるわけではなく、ＧａＡｓなどの他の半導体材料を用いる場合についても適用することができる。【０１０６】
さらには、太陽電池素子を形成する際の各工程の順番は、上述の実施形態に記載のものに限定されるものではない。図５、図９および図１０は、上述の実施の形態と異なる順序で太陽電池素子を作製する場合について説明するための図である。【０１０７】
例えば、図５に示すように、複数のｉ型シリコン薄膜層２および複数のｎ型シリコン薄膜層３を、あらかじめ負極部１５と正極部１６とを電極分離部１１によって互いに隔てるようにして、形成しても良い。このような構成は、各層２、３の形成に際して電極分離部１１の形成予定箇所にマスクをすること、或いは、シリコン薄膜層をマスクなしで各層２、３を全面に形成した後で、電極分離部１１の形成予定箇所の部分のみをエッチング法やレーザー法で除去すること、によって形成することができる。その上で、負極部１５および正極部１６のそれぞれに、透明導電接着層５、反射層６および導電層７を形成し、その後、所定の導電層７を加熱溶融して導通接続を行うことによって、上述の実施形態において積層体を分離した状態（図４（ｅ））と同じ状態を実現することができる。その後、上述の実施形態と同様の後工程を行うことで、同様の作用効果を得る事ができる。【０１０８】
次に、図９は、ｉ型シリコン薄膜層２、ｎ型シリコン薄膜層３及び導電層７からなる積層体を形成し、該積層体の一部をその厚み方向に除去（電極分離部１１を形成）することで複数の部分積層体に分離し（図９（ａ））、その後で、中央に位置する部分積層体を構成する導電層７を加熱溶融して導通接続を行う（図９（ｂ））という手順を示している。係る手順を採用した場合、正極部１６にシリコン薄膜層が存在することを抑制することができるため、コンタクト部１２の形成後に、部分的に残ったｎ型シリコン薄膜層３と半導体基板１とのヘテロ接合が逆接合として機能して太陽電池素子の特性低下に寄与することを抑制できる。【０１０９】
次に、図１０は、ｉ型シリコン薄膜層２およびｎ型シリコン薄膜層３を半導体基板１の裏面側の一部にのみ形成し（図１０（ａ））、その後で導電層７を加熱溶融して導通接続を行う（図１０（ｂ））という手順を示している。このように半導体基板１の裏面側の一部にのみ逆導電型層３を形成する場合においても、本発明を好適に適用することができることは言うまでもない。なお、図９および図１０に示すように、半導体基板１の表面側（受光面側）に、テクスチャ構造１ａ、パッシベーション層８および反射防止層９の形成を行った後に、半導体基板１の裏面側（非受光面側）における各層の形成を行うようにしても良い。【０１１０】
図５、図９、および図１０に示した例はいずれも、一導電型を呈する半導体基板の一主面側に、該半導体基板とは逆の導電型を呈する逆導電型層を形成し、さらに該逆導電型層の上に導電層が形成されてなる積層体において、導電層を加熱溶融させることによって、該導電層と半導体基板とを導通接続させているという手順において、上述の実施の形態と共通するものである。【０１１１】
さらに、上述の実施形態においては、加熱溶融された導電層（Ａｌ層）７が逆導電型層３ないしは半導体基板１を侵食することでｐ+領域４が形成される例を示したが、これに代えて、ｐ+領域４を、ｉ型シリコン薄膜層２およびｎ型シリコン薄膜層３を積層形成することによるヘテロ接合形成に先だって形成するようにしても良い。すなわち、半導体基板１の所定位置に、印刷法などによってＡｌペーストからなる厚膜を数μｍ〜数十μｍの厚みに形成し、Ｓｉ−Ａｌ共晶温度たる５７７℃以上の温度で熱処理することで、半導体基板１の一部にｐ+領域４を形成し、その後で薄膜層２、３を積層する態様であってもよい。これによれば、上述の実施形態と比べて、ｐ+領域４の厚みを大きく（例えば数μｍ〜数十μｍ程度）形成することができ、ＢＳＦ効果がより一層発揮されて太陽電池素子２０の特性のさらなる向上が実現される。なお、上述の熱処理後に、半導体基板１の表面に残存するＡｌを含んだ成分を塩酸などで除去し、その後でＲＣＡ法など公知の表面洗浄技術を適用して表面から金属成分や有機成分を除去することが好ましい。本態様でｐ+領域４を形成した場合であっても、後工程として上述した加熱溶融によってコンタクト部１２を形成することで、半導体基板１（ｐ+領域４）と第二導電層７ｂとの間に良好なコンタクトを実現できることは言うまでもない。【０１１２】
さらにいえば、上述の実施形態において、一導電型を呈する半導体基板の一主面側に、該半導体基板とは逆の導電型を呈する逆導電型層を形成し、さらに該逆導電型層の上に導電層が形成されてなる積層体において、導電層を加熱溶融させることによって、該導電層と半導体基板とを導通接続させるという手法を示したが、この手法は、原理的には、半導体基板上における逆導電型層さらにはその上の導電層の形成態様（より具体的には、逆導電型層および導電層による半導体基板の被覆度合い）に左右されるものではない。すなわち、当該手法は、半導体基板上の少なくとも一部領域に形成された逆導電型層および導電層の積層体の少なくとも一部を加熱溶融することによって、導電層と半導体基板とを導通接続する場合を全て含むものである。
【実施例】
【０１１３】
以下、本発明に関する実施例について説明する。実施例１〜実施例７は、上述の実施の形態に係る太陽電池素子についてのものであり、比較例は、従来技術で作製されたＢＣ型太陽電池素子についてのものである。【０１１４】
実施例１〜実施例７のいずれにおいても、半導体基板１としては、ＦＺ法で製造された単結晶シリコン基板を用いた。ドーパントとしてＢ（ボロン）をドープすることで、単結晶シリコン基板がｐ型の導電型を呈するようにした。なお、半導体基板１の比抵抗値は約２Ωｃｍであった。基板厚は２００μｍとした。【０１１５】
実施例１〜実施例４に係る太陽電池素子は、原則的には図４で示した手順で作製しつつも、任意的構成要素の有無が互いに少しずつ異なる素子構造をとるように作製した。【０１１６】
具体的には、半導体基板１、ｉ型シリコン薄膜層２、ｎ型シリコン薄膜層３、ｐ+領域４、透明導電接着層（ＴＣＯ膜）５、導電層７、反射防止層９、絶縁層１０、およびコンタクト部１２については、全ての太陽電池素子が備える共通構成要素とした。【０１１７】
実施例１では、共通構成要素のみを備え、しかも、テクスチャ構造１ａを有さない太陽電池素子を作製した。【０１１８】
実施例２では、共通構成要素のみを備え、テクスチャ構造１ａを有する太陽電池素子を作製した。【０１１９】
実施例３では、実施例２に係る太陽電池素子にさらにパッシベーション層８を備える太陽電池素子を作製した。【０１２０】
実施例４では、実施例３に係る太陽電池素子にさらに反射層６を備える太陽電池素子を作製した。【０１２１】
一方、実施例５〜実施例７に係る太陽電池素子は、素子構造自体は実施例４に係る太陽電池素子と同じとなるようにしながら、互いに異なる作製手順で作製した。【０１２２】
実施例１〜実施例７のいずれにおいても、まず、半導体基板１としての単結晶シリコン基板の裏面側に、ｉ型シリコン薄膜層２およびｎ型シリコン薄膜層３の形成を行った。具体的には、Ｃａｔ−ＰＥＣＶＤ法を用い、半導体基板１の裏面側（非受光面側）に、ｉ型シリコン薄膜層２としてのｉ型の水素化アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ：Ｈ（ｉ））層を２ｎｍ程度の厚みに形成し、その後、ｎ型シリコン薄膜層３としてのｎ型の水素化アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ：Ｈ（ｎ））層を５ｎｍ程度の厚みに形成した。ａ−Ｓｉ：Ｈ（ｉ）層の形成は、原料ガスをシランと水素とし、チャンバー内のガス圧力が２００Ｐａ、ＲＦパワーが２０Ｗ、基板温度が２００℃の条件で行った。ａ−Ｓｉ：Ｈ（ｎ）層の形成は、上述の原料ガスにフォスフィンを添加し、チャンバー内のガス圧力が２００Ｐａ、ＲＦパワーが２０Ｗ、基板温度が２００℃の条件で行った。【０１２３】
ただし、実施例５のみ、正極部１６の所定領域（ｐ+領域４の形成予定位置）にアルミニウムペーストからなる厚膜を印刷形成したうえでこれを焼成することによってあらかじめｐ＋領域４を形成したうえで、ｉ型シリコン薄膜層２およびｎ型シリコン薄膜層３を形成した。【０１２４】
次に、実施例１〜実施例３においては、スパッタ装置を用いて、上述のように形成されたシリコン薄膜層の上に、透明導電接着層（ＴＣＯ膜）５としてのＩＴＯ膜、および導電層７としてのＡｌ層をそれぞれ、５ｎｍ程度、１０００ｎｍ程度の厚みに形成した。また、実施例４〜実施例７においては、スパッタ装置を用いて、シリコン薄膜層の上に透明導電接着層（ＴＣＯ膜）５としてのＩＴＯ膜、反射層６としてのＡｇ膜、導電層７としてのＡｌ層をそれぞれ、５ｎｍ程度、５ｎｍ程度、１０００ｎｍ程度の厚みに形成した。【０１２５】
なお、実施例６においては、上述のＩＴＯ膜の形成の前に、あらかじめ電極分離部１１となる部分のシリコン薄膜層を除去した。また、実施例７においては、上述のＡｌ層の形成の前に、あらかじめ電極分離部１１となる部分のシリコン薄膜層、ＩＴＯ膜、Ａｇ膜を除去した。【０１２６】
そして、いずれの実施例においても、上述のように導電層７としてのＡｌ層を形成した後、コンタクト部１２の形成位置となるＡｌ層の所定位置に対して、ＹＡＧレーザー装置によってレーザー光を照射することで加熱溶融を生じさせ、コンタクト部１２およびｐ+領域４を形成した。レーザー光の照射は、波長１．０６４μｍ、パルス幅が１２５ｎｓｅｃで１パルス当りのエネルギーが０．００１Ｊ、照射径４０μｍという条件で行った。さらに、実施例１〜実施例５においては、引き続きＹＡＧレーザー装置によってレーザー光を照射することで、正極部１６と負極部１５とを分離する電極分離部１１を形成した。その際のレーザー光の照射は、波長０．５３２μｍ、周波数が５０ｋＨｚ、パルス幅が１５ｎｓｅｃ、出力１０Ｗ、照射径１５μｍという条件で行った。【０１２７】
コンタクト部１２の形成後、負極部１５および正極部１６の上には、絶縁層１０としてのＳｉＯ2膜を１００ｎｍ程度の厚みに形成した。【０１２８】
その後、実施例１においては、単結晶シリコン基板の受光面側にテクスチャ（凹凸）構造１ａを設けず、フラット構造のまま、その上に反射防止層９としてのＩＴＯ膜を８０ｎｍの厚みに形成した。また、実施例２おいては、ＲＩＥ法によりテクスチャ（凹凸）構造１ａを設け、その上に反射防止層９としてのＩＴＯ膜を８０ｎｍの厚みに形成した。なお、テクスチャ（凹凸）構造１ａは、高さおよび幅が１μｍとなるように形成した。さらに、実施例３〜実施例７においては、実施例２と同様にＲＩＥ法によりテクスチャ（凹凸）１ａ構造を設け、その上にパッシベーション層８としてのｉ型のａ−Ｓｉ：Ｈ膜を２ｎｍ程度の厚みに形成した上で、反射防止層９としてのＩＴＯ膜を８０ｎｍの厚みに形成した。【０１２９】
なお、比較例に係る太陽電池素子としては、原則的に図６に示したような手順で、ＢＣ型太陽電池素子２００を形成した。ｐ型シリコン基板２０１としては、Ｂをドープした単結晶シリコン基板を用いた。ｎ型シリコン薄膜層２０３を含む第一シリコン薄膜層およびｐ型シリコン薄膜層２０４を含む第二シリコン薄膜層はいずれも、水素化アモルファスシリコンにて形成した。これにより、ｐ型シリコン基板２０１とｎ型シリコン薄膜層２０３との間のヘテロ接合およびｐ型シリコン基板２０１とｐ型シリコン薄膜層２０４との間のヘテロＬｏｗ−Ｈｉｇｈ接合を得た。ただし、受光面側においては、テクスチャ（凹凸構造）を設けず、フラット構造の上に反射防止層２０９としてのＩＴＯ膜のみを形成した。【０１３０】
表１に、実施例１〜実施例７および比較例に係る各太陽電池素子に関する製造方法・構造、並びに、それらの素子特性（変換効率、短絡電流密度Ｊsc）についての測定結果を示す。【０１３１】
なお、素子特性の測定は、ＪＩＳ  Ｃ  ８９１３（１９９８）に従ってＡＭ１．５の条件下で行った。なお、短絡電流密度Ｊscは、太陽光の利用効率に対応した特性を示すものである。【０１３２】
【表１】
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【０１３３】
表１に示すように、実施例１〜実施例７に係る太陽電池素子においては、従来技術で作製された比較例に係る太陽電池素子と同等、あるいはそれ以上の変換効率および短絡電流密度Ｊscが得られた。すなわち、本発明のような態様にて太陽電池素子を構成することによって、具体的には、導電層７を形成した上で、コンタクト部１２とｐ+領域４とを設けるようにすることによって、従来技術に係るＢＣ型の太陽電池素子と同等あるいはそれ以上の特性を有する太陽電池素子を作製できることが確認された。換言すれば、従来のように一導電型層の一部をエッチング除去したあと、異なる導電型層を再び形成するような煩雑な処理を行わずとも、本発明のような方法を用いることで、良好な特性を有するＢＣ型の太陽電池素子が得られることが確認された。【０１３４】
なお、このように変換効率の高い太陽電池素子である実施例１〜実施例７に係る太陽電池素子を複数個用いて太陽電池モジュールを作製したところ、低コストかつ高効率な光電変換素子及び光電変換モジュールとして機能することも確認された。
【図１】
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【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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【図１０】
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【国際調査報告】
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