(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上に形成された複数の化合物半導体層からなる太陽電池層と、
前記太陽電池層上に形成された、化合物半導体層からなり凹部を有するコンタクト部と、
前記コンタクト部の凹部に埋め込まれて形成される第１電極とを含み、
前記コンタクト部および前記第１電極は前記太陽電池層に埋め込まれておらず、
前記コンタクト部は前記第１電極に沿って、その周辺部にのみ形成され、
前記第１電極は、前記太陽電池層と接しないように形成され、かつ前記コンタクト部を介して前記太陽電池層と電気的に接続される、太陽電池素子。
【請求項２】
前記第１電極と前記コンタクト部との接触面積は、前記第１電極の上面の面積よりも大きい、請求項１に記載の太陽電池素子。
【請求項３】
前記第１電極の高さは、前記第１電極の幅よりも長い、請求項１または２に記載の太陽電池素子。
【請求項４】
前記コンタクト部は、１μｍ以上１０μｍ以下の厚みを有する、請求項１〜３のいずれかに記載の太陽電池素子。
【請求項５】
前記コンタクト部は、２層以上の化合物半導体層を積層したものである、請求項１〜４のいずれかに記載の太陽電池素子。
【請求項６】
前記コンタクト部は、選択エッチングによりエッチングを行なうことができる材料からなる、請求項１〜５のいずれかに記載の太陽電池素子。
【請求項７】
前記基板の前記太陽電池層が形成された側と反対側の表面に形成された第２電極を有する、請求項１〜６のいずれかに記載の太陽電池素子。
【請求項８】
前記第１電極の底面および側面の一部と前記コンタクト部とが接する、請求項１〜７のいずれかに記載の太陽電池素子。
【請求項９】
基板上に複数の化合物半導体層からなる太陽電池層および化合物半導体層からなるコンタクト部を形成するステップと、
前記コンタクト部上にフォトレジストを塗布するステップと、
前記フォトレジストに対し、フォトリソグラフィを行なうことにより、前記コンタクト部を部分的に露出させるステップと、
露出した前記コンタクト部の一部をエッチングにより除去し凹部を形成するステップと、
前記コンタクト部の凹部に第１電極を形成し、前記第１電極の周辺部のみを残すように前記コンタクト部の一部を除去するステップとを含む、太陽電池素子の製造方法。
【請求項１０】
前記コンタクト部のエッチング深さは、エッチングする時間により調整する、請求項９に記載の太陽電池素子の製造方法。
【請求項１１】
基板上に複数の化合物半導体層からなる太陽電池層および化合物半導体層からなるコンタクト部を形成するステップと、
前記コンタクト部上にフォトレジストを塗布するステップと、
前記フォトレジストに対し、フォトリソグラフィを行なうことにより、前記コンタクト部を部分的に露出させるステップと、
露出した前記コンタクト部の一部の層を選択エッチングにより除去し凹部を形成するステップと、
前記コンタクト部の凹部に第１電極を形成し、前記第１電極の周辺部のみを残すように前記コンタクト部の一部を除去するステップとを含む、太陽電池素子の製造方法。
【請求項１２】
前記基板の前記太陽電池層が形成された側と反対側の表面に第２電極を形成するステップを含む、請求項９〜１１のいずれかに記載の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、太陽電池素子およびその製造方法に関し、特に、第１電極とコンタクト部との接触部分および第１電極自体の抵抗が少ない太陽電池素子およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１９は、従来の太陽電池素子の模式的な断面図である。従来の太陽電池素子は、図１９に示されるように、半導体基板３０１上に、太陽電池層３０２が形成されており、太陽電池層３０２の一部上にコンタクト層３０３および第１電極３０５が形成されている。また、太陽電池層３０２上のコンタクト層３０３が形成されていない領域上には、反射防止膜３０７が形成されている。一方、半導体基板３０１の太陽電池層３０２と接する側の反対側には第２電極３０６が形成されている。
【０００３】
図２０は、従来の太陽電池素子の第１電極周辺の構造を示す模式的な断面図である。従来の太陽電池素子に用いられる第１電極３０５は、図２０に示されるように、その大部分をＡｇ電極３０５ａが占めており、その直下にＮｉおよびＡｇとの密着性が高いＡｕ層３０５ｂを設ける。そして、Ａｕ層３０５ｂの下にＮｉからなるバリア層３０５ｃ、およびコンタクト層３０３と良好なオーミック接触を得ることができるＡｕＧｅ層３０５ｄを設ける。このように第１電極３０５は、高価なＡｕの代わりに比較的安価なＡｇを主成分として用いる。
【０００４】
従来の第１電極３０５を製造する方法は、まず、フォトリソグラフィを用いてＡｕ層３０５ｂの部分のみ窓が開くようにレジストパターンを形成する。そして、レジストパターンの上からＡｇ膜を真空蒸着により形成する。次に、レジストパターンをリフトオフで不要部分のＡｇ膜を除去することにより、Ａｇ電極３０５ａを形成していた。
【０００５】
しかしながら、Ａｕ層３０５ｂの部分のみ窓が開くようにレジストパターンを形成するときのアライメントが困難であった。このため、図２０に示されるように、Ａｇ電極３０５ａよりもＡｕ層３０５ｂの面積を広くすることにより、アライメントの誤差に対するマージンを確保していた。
【０００６】
ところで、第１電極３０５は、太陽電池素子の受光面に形成されていることから、太陽電池素子の受光面に対する第１電極３０５の面積がシャドウロスとなり、その部分の太陽電池層３０２の発電量が低下する。太陽電池層３０２の発電量を低下させないためには、第１電極を形成する間隔を広くするか、もしくは太陽電池素子の受光面に対する第１電極３０５の上面の面積を可能な限り狭くする必要がある。
【０００７】
ここで、第１電極３０５を形成する間隔は、太陽電池層３０２の表面のシート抵抗により最適値が決まるものであり、太陽電池層３０２の表面のシート抵抗を下げるほど、第１電極３０５を形成する間隔を広げることができる。
【０００８】
しかしながら、太陽電池層３０２の表面のシート抵抗を下げるほど、太陽電池層３０２の特性が低下する。このため実際のところ太陽電池層３０２の表面のシート抵抗を下げることはできず、第１電極３０５を形成する間隔を広げるという手法では、発電効率を向上させることはできない。
【０００９】
これに対し、第１電極３０５の上面の面積を狭くするという手法は、フォトリソグラフィなどのパターニング技術の発達によって電極の細線化が可能となったことから、頻繁に用いられる。しかし、第１電極３０５の上面の面積を狭くすることにより、第１電極３０５自体の抵抗（配線抵抗）が増加し、太陽電池素子内の電力損失が増加するという問題がある。
【００１０】
近年研究開発が盛んに行なわれている太陽電池素子は、発生する電流が大きいが、それから取り出される電力を向上させるためには、太陽電池素子内の電力損失を如何に少なくするかが重要である。第１電極における電力損失Ｅは、第１電極の抵抗Ｒと電流Ｉの二乗の積（Ｅ＝ＲＩ2）で求まるため、第１電極の抵抗が増大すると、発電効率が大幅に低下し、太陽電池素子の特性が劣化する。
【００１１】
そこで、第１電極自体の抵抗をなるべく小さくするために、現在は第１電極３０５の高さを大きくすることにより、第１電極３０５自体の抵抗の増加を抑制している。この手法により、第１電極３０５によるシャドウロスの低減を図るとともに、第１電極３０５自体の抵抗を低下し、太陽電池素子の発電効率を向上させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開平０８−２７４３５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、フォトリソグラフィなどのパターニング技術の発達に伴い電極の細線化が可能になったとはいえ、実際の製造において、第１電極３０５の幅に対する高さの値（以下においては「アスペクト比」とも記す）を大きくすることは困難である。
【００１４】
すなわち、第１電極３０５の高さを大きくして、第１電極３０５自体の抵抗が増加するのを抑制するには限界があり、ある程度まで第１電極３０５の細線化が進むと第１電極自体の抵抗が増大するという問題がある。また、第１電極３０５の幅を狭くすることにより、第１電極３０５とコンタクト層３０３とが接触する面積が狭くなるため、この部分での接触抵抗が増大するという問題もある。
【００１５】
本発明は、上記のような現状に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、第１電極自体の抵抗および第１電極とコンタクト部との接触抵抗を低減することにより、太陽電池素子の電力損失を低減し、もって発電効率を向上させた太陽電池素子を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明の太陽電池素子は、基板と、該基板上に形成された複数の化合物半導体層からなる太陽電池層と、該太陽電池層上に形成されたコンタクト部と、該コンタクト部に埋め込まれて形成される第１電極とを含み、該第１電極は、太陽電池層と接しないように形成され、かつコンタクト部を介して太陽電池層と電気的に接続されることを特徴とする。
【００１７】
第１電極とコンタクト部との接触面積は、第１電極の上面の面積よりも大きいことが好ましい。第１電極の高さは、第１電極の幅よりも長いことが好ましい。コンタクト部は、１μｍ以上１０μｍ以下の厚みを有することが好ましく、２層以上の化合物半導体層を積層したものであることがより好ましく、さらに好ましくは、選択エッチングによりエッチングを行なうことができる材料からなることである。
【００１８】
基板の太陽電池層が形成された側と反対側の表面に形成された第２電極を有することが好ましい。第１電極の底面および側面の一部とコンタクト部とが接することが好ましい。
【００１９】
本発明の太陽電池素子の製造方法は、基板上に太陽電池層およびコンタクト部を形成するステップと、該コンタクト部上にフォトレジストを塗布するステップと、該フォトレジストに対し、フォトリソグラフィを行なうことにより、コンタクト部を部分的に露出させるステップと、露出したコンタクト部の一部をエッチングにより除去するステップと、コンタクト部のエッチングにより除去した部分上に、第１電極を形成するステップとを含むことを特徴とする。コンタクト部のエッチング深さは、エッチングする時間により調整することが好ましい。
【００２０】
本発明の太陽電池素子の製造方法は、基板上に太陽電池層およびコンタクト部を形成するステップと、該コンタクト部上にフォトレジストを塗布するステップと、該コンタクト部の一部の層を選択エッチングにより除去するステップと、該コンタクト部の選択エッチングにより除去した部分上に、第１電極を形成するステップとを含むことを特徴とする。基板の太陽電池層が形成された側と反対側の表面に第２電極を形成するステップを含むことが好ましい。
【発明の効果】
【００２１】
本発明は、上記の構成を有することにより、第１電極自体の電気抵抗および第１電極とコンタクト部との接触抵抗を低減し、これにより太陽電池素子の電力損失を低減し、もって発電効率を向上させた太陽電池素子を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】実施形態１の太陽電池素子の模式的な断面図である。
【図２】本発明の太陽電池素子に用いられる第１電極の一例を示す模式的な断面図である。
【図３】本発明の太陽電池素子に用いられる第１電極の一例を示す模式的な断面図である。
【図４】本発明の太陽電池素子に用いられる第１電極の一例を示す模式的な断面図である。
【図５】基板上に太陽電池層およびコンタクト部を形成した後の状態を示す模式的な断面図である。
【図６】コンタクト部上にフォトレジストを塗布した後の状態を示す模式的な断面図である。
【図７】フォトレジストに対しフォトリソグラフィを行なうことにより、コンタクト部を部分的に露出させた後の状態を示す模式的な断面図である。
【図８】露出したコンタクト部の一部をエッチングにより除去した後の状態を示す模式的な断面図である。
【図９】フォトレジストおよびコンタクト部上に金属膜を形成した後の状態を示す模式的な断面図である。
【図１０】エッチングにより除去した部分のコンタクト部上に、第１電極を形成した後の状態を示す模式的な断面図である。
【図１１】第１電極の表面を覆うようにエッチングパターンを形成した後の状態を示す模式的な断面図である。
【図１２】エッチングパターンが形成されていない部分のコンタクト部をエッチングにより除去した後の状態を示す模式的な断面図である。
【図１３】基板上に太陽電池層およびコンタクト部を形成した後の状態を示す模式的な断面図である。
【図１４】第２コンタクト部を部分的に露出させた後の状態を示す模式的な断面図である。
【図１５】露出した第２コンタクト部を選択エッチングにより除去した後の状態を示す模式的な断面図である。
【図１６】第２コンタクト部上に、第１電極を形成した後の状態を示す模式的な断面図である。
【図１７】第１電極の表面を覆うようにエッチングパターンを形成した後の状態を示す模式的な断面図である。
【図１８】実施形態２の太陽電池素子の模式的な断面図である。
【図１９】従来の太陽電池素子の模式的な断面図である。
【図２０】従来の太陽電池素子の第１電極周辺の構造を示す模式的な断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本実施形態の太陽電池素子について図面を参照しながら説明する。なお、本発明の図面において、同一の参照符号は、同一部分または相当部分を表わすものである。また、長さ、幅、厚さ、深さなどの寸法関係は図面の明瞭化と簡略化のために適宜に変更されており、実際の寸法関係を表わすものではない。
【００２４】
（実施形態１）
［太陽電池素子］
図１は、本実施形態の太陽電池素子を示す模式的な断面図である。本実施形態の太陽電池素子は、図１に示されるように、基板１０１と、該基板１０１上に形成された複数の化合物半導体層からなる太陽電池層１０２と、該太陽電池層１０２上に形成されたコンタクト部１０３ｂと、該コンタクト部１０３ｂに埋め込まれて形成される第１電極１０５とを含み、上記の第１電極１０５は、太陽電池層１０２と接しないように形成され、かつコンタクト部１０３ｂを介して太陽電池層１０２と電気的に接続されることを特徴とする。また、基板１０１の太陽電池層１０２が形成された側と反対側の表面に第２電極１０６が形成される。そして、太陽電池層１０２上のコンタクト部１０３ｂが形成されていない領域上には反射防止膜１０７が形成される。
【００２５】
図１に示されるように、コンタクト部１０３ｂに埋め込まれるように第１電極１０５を形成することにより、コンタクト部１０３ｂと第１電極１０５との接触面積が増えることをもって、接触抵抗を低減することができる。この部分の接触抵抗が低減されることにより、太陽電池素子の電力損失を低減することができ、もって発電効率を向上させることができる。
【００２６】
しかも、コンタクト部１０３ｂに凹部を形成し、その凹部に埋め込まれるように第１電極１０５を形成することにより、第１電極１０５の高さを高くすることができ、もって第１電極１０５のアスペクト比を高くすることができる。これにより第１電極１０５自体の電気抵抗を低減することができ、さらに太陽電池素子の電力損失を低減し、発電効率を向上させることができる。以下においては、本発明の太陽電池素子を構成する各部を説明する。
【００２７】
＜基板＞
本発明において、基板１０１は、太陽電池層１０２およびコンタクト部１０３ｂを形成するための台座として設けられるものである。かかる基板１０１は、その上に形成される太陽電池層１０２およびコンタクト部１０３を成長させるときの基礎としての役割をなすものである。
【００２８】
太陽電池層１０２が膜厚が薄く、かつ脆い材料からなる場合には、基板１０１を太陽電池層１０２の保持材料として用いることが好ましい。一方、太陽電池層１０２がそれ自体で十分な強度を有する材料からなる場合には、基板１０１は不要になるため除去することができる。このように基板１０１を除去することにより、太陽電池素子そのものの厚みを薄くすることができるため、軽量化を達成することができる。また、基板１０１を除去した上で、別の保持部材によって太陽電池層１０２を保持してもよい。
【００２９】
なお、除去した基板上に、再度太陽電池層１０２およびコンタクト部１０３を成長させて、基板を再利用してもよい。
【００３０】
このような基板１０１の材料としては、従来公知のものを用いることができるが、半導体基板を用いることが好ましい。半導体基板としては、たとえばＧｅ、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＩｎＰなどを挙げることができる。
【００３１】
＜太陽電池層＞
本発明において、太陽電池層１０２は、ベース層、エミッタ層、および窓層の３層の化合物半導体層を少なくとも有するものであり、これらの各層により光電変換を行なうことができる。太陽電池層１０２は、上記の３層に加え、バッファ層およびＢＳＦ層を含むことが好ましい。このような太陽電池層１０２を複数積層させる場合、太陽電池層１０２の間にトンネル接合層を形成することが好ましい。
【００３２】
太陽電池層１０２を構成する各層の好適な材料を説明する。まず、ベース層を構成する材料としては、ＩｎＧａＰ、ＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓなどを用いることができる。エミッタ層を構成する材料としては、ＩｎＧａＰ、ＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓ、ＡｌＩｎＧａＰなどを用いることができる。窓層を構成する材料としては、ＡｌＩｎＧａＰ、ＡｌＩｎＰ、ＡｌＧａＡｓなどを用いることができる。なお、バッファ層およびＢＳＦ層を構成する材料としては、従来公知のものを用いることができる。
【００３３】
上記の第１電極１０５の底面および側面の一部と、後述するコンタクト部１０３ｂとが接することが好ましい。従来は第１電極の底面とコンタクト層の上面とが接する構造であったが、本発明のように第１電極１０５の側面の一部にも接するようにコンタクト部１０３ｂを設けることにより、第１電極１０５とコンタクト部１０３ｂとの接触抵抗を低減することができる。
【００３４】
＜コンタクト部＞
本発明において、コンタクト部１０３ｂは、太陽電池層１０２と第１電極１０５との間に形成されるものであり、第１電極１０５が太陽電池層１０２に接しないようにし、かつ第１電極１０５と太陽電池層１０２とを電気的に接続するために設けられるものである。このようにコンタクト部１０３ｂを設けることにより、第１電極１０５を構成する材料が太陽電池層１０２に拡散するのを防止することができる。
【００３５】
そして、本発明に用いられるコンタクト部１０３ｂは、その内部に凹部が形成されていることを特徴とする。この凹部に、第１電極１０５を形成することにより、コンタクト部１０３ｂと第１電極１０５との接触面積を広くするとともに、第１電極１０５の高さを高くすることができる。これによりコンタクト部１０３ｂと第１電極１０５との接触抵抗を低減するとともに、第１電極１０５自体の電極抵抗を低減することができ、もって太陽電池素子の特性を向上させることができる。
【００３６】
コンタクト部１０３ｂに形成される凹部のくぼみの幅が最終的に第１電極の幅となるため、この凹部のくぼみの幅は、１μｍ以上１０μｍ以下であることが好ましく、より好ましくは３μｍ以上５μｍ以下である。また、このようにして形成されるコンタクト部１０３ｂの厚みは、１μｍ以上１０μｍ以下であることが好ましく、より好ましくは２μｍ以上５μｍ以下である。なお、コンタクト部１０３ｂの厚みとは、太陽電池層１０２の上面から光入射側の先までの長さを意味する。
【００３７】
なお、コンタクト部に形成される凹部は、図１に示される形状のみに限られるものではなく、図２〜図４に示されるような形状であってもよい。かかるコンタクト部の凹部の形成に関しては後述する。
【００３８】
上述のコンタクト部１０３ｂは、単層の化合物半導体層からなるものであってもよいし、２層以上の化合物半導体層を積層させたものであってもよい。コンタクト部１０３ｂを構成する材料としては、化合物半導体であればいかなるものを用いることができ、たとえばＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓなどを挙げることができる。
【００３９】
上記のコンタクト部１０３ｂは、選択エッチングによりエッチングを行なうことができる材料からなることが好ましい。これにより選択エッチングによって凹部を形成することができ、もって製造効率を高めることができる。
【００４０】
＜第１電極＞
本発明において、第１電極１０５は、単層構造であってもよいし、多層構造であってもよい。多層構造である場合は、たとえば約１００ｎｍのＡｕＧｅ層を抵抗加熱蒸着により形成し、続けて約２０ｎｍのＮｉ層、約１００ｎｍのＡｕ層、および約５μｍのＡｇ層をＥＢ蒸着により形成することが好ましい。
【００４１】
図１に示されるように、第１電極１０５とコンタクト部１０３ｂとの接触面積は、第１電極１０５の上面の面積よりも大きいことが好ましい。このように第１電極１０５の上面の面積を狭くすることにより、光入射におけるシャドウロスを低減することができる。また、第１電極１０５とコンタクト部１０３ｂとの接触抵抗を低減することができ、もって太陽電池素子の光電変換効率を高めることができる。
【００４２】
本発明において、第１電極１０５の高さは、第１電極１０５の幅よりも長いことが好ましい。このように第１電極１０５の幅を狭くするほど、光入射におけるシャドウロスを低減することができる。また、第１電極１０５の高さを高くするほど、第１電極１０５自体の電極抵抗を低減することができる。このような第１電極１０５の高さと幅の関係は、第１電極１０５の高さをＴとし、第１電極１０５の幅をＷとすると、１≦Ｔ／Ｗを満たすことが好ましく、より好ましくは１＜Ｔ／Ｗ≦２である。これにより、シャドウロスの低減と、第１電極１０５自体の電気抵抗の低減とを同時に達成し得る。上記の第１電極１０５の高さは、３μｍ以上２０μｍ以下であることが好ましい。
【００４３】
＜第２電極＞
本発明において、第２電極１０６は、第１電極１０５と同様に、単層構造であってもよいし、多層構造であってもよい。多層構造である場合は、たとえば約３０ｎｍのＡｕ層および約１μｍのＡｇ層をＥＢ蒸着により形成することが好ましい。このような第２電極１０６は、基板１０１の太陽電池層１０２が形成された側と反対側の表面に形成されることが好ましい。これにより太陽電池素子の製造工程を簡略化することができる。
【００４４】
＜反射防止膜＞
本発明において、反射防止膜１０７の膜厚は、反射防止膜１０７を構成する材料の屈折率、および太陽電池層１０２の表面の屈折率によって適切な厚みに調整することが好ましい。反射防止膜１０７に用いる材料としては、ＴｉＯ2、Ｔａ2Ｏ5、ＺｎＳ、Ａｌ2Ｏ3、ＳｉＮ、ＳｉＯ2、ＭｇＦ2等を挙げることができ、これらを組み合わせて用いることが好ましい。
【００４５】
［太陽電池素子の製造方法］
図５〜図１２は、本実施形態の太陽電池素子の製造方法の各工程を示す模式的な断面図である。本発明の太陽電池素子の製造方法は、基板１０１上に太陽電池層１０２およびコンタクト部１０３を形成するステップと（図５）、該コンタクト部１０３上にフォトレジスト１０８を塗布するステップと（図６）、該フォトレジスト１０８に対し、フォトリソグラフィを行なうことにより、コンタクト部１０３を部分的に露出させるステップと（図７）、露出したコンタクト部１０３の一部をエッチングにより除去するステップと（図８）、該コンタクト部１０３のエッチングにより除去した部分上に、第１電極１０５を形成するステップと（図１０）を含むことを特徴とする。そして、さらに反射防止膜１０７
を形成するステップと、第２電極１０６を形成するステップを行なうことにより、本実施形態の太陽電池素子を作製することができる（図１）。以下において、本実施形態の太陽電池素子の製造方法の各ステップを説明する。
【００４６】
＜太陽電池層およびコンタクト部を形成するステップ＞
図５は、基板上に太陽電池層およびコンタクト部を形成した後の状態を示す模式的な断面図である。まず、図５に示されるように、基板１０１上に、有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ:Metal  Organic  Chemical  Vapor  Deposition）法を用いることにより、太陽電池層１０２およびコンタクト部１０３をこの順に形成する。
【００４７】
＜フォトレジストを塗布するステップ＞
図６は、コンタクト部上にフォトレジストを塗布した後の状態を示す模式的な断面図である。そして、図６に示されるように、コンタクト部１０３上の表面にフォトレジスト１０８を塗布する。このフォトレジスト１０８は、従来公知のものを用いることができる。
【００４８】
＜コンタクト部を部分的に露出させるステップ＞
図７は、フォトレジストに対しフォトリソグラフィを行なうことにより、コンタクト部を部分的に露出させた後の状態を示す模式的な断面図である。上記で形成したフォトレジスト１０８に対し、フォトリソグラフィを用いることにより開口部１０８ａを形成する。これによりフォトレジスト１０８のうちの第１電極１０５を形成する部分が除去され、開口部１０８ａの部分のコンタクト部１０３のみが露出し、図７に示されるようなパターン状のフォトレジスト１０８になる。
【００４９】
＜コンタクト部の一部をエッチングにより除去するステップ＞
図８は、露出したコンタクト部の一部をエッチングにより除去した後の状態を示す模式的な断面図である。上記で開口部１０８ａを形成したフォトレジスト１０８をマスクとして、露出したコンタクト部１０３の一部をエッチングにより除去する。これにより、図８に示されるように、コンタクト部１０３に凹部１０３ａを形成する。
【００５０】
ここで、コンタクト部１０３のエッチングとしては、ウェットエッチングまたはドライエッチングのいずれかを用いることが好ましい。ウェットエッチングに用いるエッチング液としては、アンモニアと過酸化水素水との水溶液、クエン酸と過酸化水素水との水溶液などを挙げることができる。一方、ドライエッチングに用いるエッチングガスとしては、フッ素、塩素などを含むガスを挙げることができる。
【００５１】
コンタクト部１０３に形成されたエッチング深さ（すなわち凹部１０３ａの深さ）は、エッチング時間によって調整することができる。エッチング時間によってエッチング深さを調整することにより、ある程度均一な深さの凹部１０３ａを連続して形成することができる。
【００５２】
また、コンタクト部１０３に形成された凹部１０３ａの直下に残されるコンタクト部の厚みは、０．３μｍ以上であることが好ましい。これにより第１電極を構成する材料が太陽電池層１０２に拡散しにくくなる。製造上のマージンを考慮すると、残部コンタクト部の厚み１０３ｂは、０．５μｍ以上であることがより好ましい。
【００５３】
なお、上記においてはフォトリソグラフィを用いてコンタクト部１０３に凹部１０３ａを形成したが、この方法によって凹部１０３ａを形成する場合のみに限られるものではなく、たとえばリフトオフが可能な可溶性の材料を塗布した後に、レーザ光または電子ビーム（ＥＢ：Electric  Beam）を用いることにより、コンタクト部１０３に凹部１０３ａを形成してもよい。
【００５４】
なお、凹部の形状は、図８に示されるものに限られるものではなく、図２〜図４に示される形状であってもよい。以下においては、図２〜図４に示される形状の凹部を形成する方法を説明する。
【００５５】
図３に示される凹部１０３ａを形成する方法としては、まず、コンタクト部１０３の上面に対し、フォトリソグラフィのときにハーフ露光を行なうことにより、部分的に薄膜のフォトレジストを形成する。そして、その後にコンタクト部に対しエッチングを行なってから、アッシング等によってハーフ露光した部分のフォトレジストを除去することにより、凹部１０３ａを形成する。このようにして凹部１０３ａを形成した後に、第１電極１０５を形成する。
【００５６】
図２に示される凹部１０３ａは、ドライエッチングの際にレジストをエッチング（腐食）するＯ2等のガスを添加することにより形成される。レジストが腐食されると、エッチングが進むにつれて開口部１０８ａも広がり、エッチングが縦方向だけでなく横方向にも進むため、図２に示される凹部１０３ａを形成することができる。
【００５７】
図４（ｄ）に示される凹部１０３ａは、図２の凹部を形成する方法と図３の凹部を形成する方法とを組み合わせることにより形成される。図４（ａ）〜（ｃ）は、図４（ｄ）に示される凹部の形成方法を図解して示した図である。以下においては、図４（ａ）〜（ｃ）を用いて図４（ｄ）の凹部の作製方法を説明する。
【００５８】
まず、図４（ａ）に示されるようにフォトリソグラフィを行なった後に、コンタクト部上にハーフ露光した部分のレジストを形成する。そして、Ｏ2等のガスを添加してドライエッチングを行なうことにより、図４（ｂ）に示されるように、ハーフ露光した部分のレジストを除去しつつ、コンタクト部１０３をエッチングする。その後、Ｏ2等のガスを除いてエッチングを行なうことにより、コンタクト部１０３をさらにエッチングして、図４（ｃ）に示される形状の凹部を形成する。そして、フォトレジスト１０８を除去した後に、後述する第１電極を形成するステップを行なうことにより、図４（ｄ）に示される形状の第１電極およびコンタクト部を形成することができる。
【００５９】
＜第１電極を形成するステップ＞
図９は、フォトレジストおよびコンタクト部上に金属膜を形成した後の状態を示す模式的な断面図である。次に、図９に示されるようにフォトレジスト１０８および凹部１０３ａに対し、真空蒸着により１層または２層以上を積層した金属膜１１０を形成する。
【００６０】
図１０は、エッチングにより除去した部分のコンタクト部上に、第１電極を形成した後の状態を示す模式的な断面図である。図１０に示されるように、フォトレジスト１０８とともに、フォトレジスト１０８上の金属膜１１０をリフトオフにより除去する。このようにして金属膜１１０のうちのコンタクト部１０３の凹部１０３ａ上に形成された金属膜のみが残る。この金属膜の残留部分が第１電極１０５となる。このようにして所望のパターンの積層構造を有する第１電極１０５を形成することができる。
【００６１】
また、上記以外の第１電極１０５の形成方法としては、たとえば真空蒸着により３層構造の金属膜を形成した上で、リフトオフによりフォトレジスト１０８および金属膜１１０を除去し、第１電極１０５の主要部分であるＡｇをめっきにより形成してもよい。
【００６２】
次に、Ｎ2などの不活性ガス雰囲気中で３００℃以上４５０℃以下で第１電極１０５のシンタリングを行なう。そして、コンタクト部１０３および第１電極１０５の表面上にフォトレジストを塗布した後に、フォトリソグラフィにより第１電極１０５の表面を覆うようにエッチングパターン１０８ｂを形成する。図１１は、第１電極の表面を覆うようにエッチングパターンを形成した後の状態を示す模式的な断面図である。
【００６３】
図１２は、エッチングパターンが形成されていない部分のコンタクト部をエッチングにより除去した後の状態を示す模式的な断面図である。上記のエッチングパターン１０８ｂをマスクとして、図１２に示されるように、エッチングパターン１０８ｂが形成されていない部分のコンタクト部１０３をウェットエッチングまたはドライエッチングのいずれかにより除去する。ウェットエッチングには、アンモニアと過酸化水素水との混合水溶液、またはクエン酸と過酸化水素水との水溶液を用いることが好ましい。ドライエッチングには、フッ素、塩素などを含むガスを用いることが好ましい。これにより第１電極１０５の周辺部のみにコンタクト部１０３ｂが残る形状となる。
【００６４】
次に、フォトリソグラフィにより太陽電池層１０２の表面にメサエッチングパターンを形成し、メサエッチング部分の太陽電池層１０２をエッチングにより除去して基板１０１を露出させる。エッチング液は塩酸水溶液、およびアンモニアと過酸化水素水との混合水溶液を用いて行なうことが好ましい。続いて、メサエッチングパターン上をダイシングすることにより、所望のセル形状に切り出す。
【００６５】
＜第２電極を形成するステップ＞
次に、基板１０１の太陽電池層１０２とは反対側の面に、真空蒸着を用いて第２電極１０６を形成する。ここで、真空蒸着としては、ＥＢ蒸着法、抵抗加熱蒸着法等を挙げることができ、材料によって好適な蒸着法を選択する。すなわち、Ａｕ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｔｉ等の材料を蒸着する場合は、ＥＢ蒸着を用いることが好ましく、ＡｕＧｅ、ＡｕＺｎ等の材料を蒸着する場合は、抵抗加熱蒸着を用いることが好ましい。
【００６６】
＜反射防止膜を形成するステップ＞
続いて、真空蒸着を用いて太陽電池層１０２の表面に反射防止膜１０７を形成する。最後に、第１電極１０５のシンタリングと同様の手順で第２電極１０６および反射防止膜１０７のシンタリングを行なう。このようにして図１に示す太陽電池素子を作製する。
【００６７】
（実施形態２）
本実施形態の太陽電池素子は、実施形態１の太陽電池素子におけるコンタクト部を２層構造にしたこと、コンタクト部を選択エッチングにより除去したことが異なる他は実施形態１と同様の方法により作製したものである。
【００６８】
すなわち、本実施形態の太陽電池素子の製造方法は、基板２０１上に太陽電池層２０２およびコンタクト部２０３を形成するステップと（図１３）、該コンタクト部２０３上にフォトレジスト２０８を塗布するステップと、該フォトレジスト２０８に対し、フォトリソグラフィを行なうことにより、コンタクト部２０３を部分的に露出させるステップと（図１４）、露出したコンタクト部２０３の一部の層を選択エッチングにより除去するステップと（図１５）、コンタクト部２０３の選択エッチングにより除去した部分上に、第１電極２０５を形成するステップと（図１６）を含むことを特徴とする。以下において、実施形態１と重複する部分の説明は、省略もしくは簡潔に記載することとし、本実施形態の太陽電池素子の製造方法を説明する。
【００６９】
＜太陽電池層およびコンタクト部を形成するステップ＞
図１３は、基板上に太陽電池層およびコンタクト部を形成した後の状態を示す模式的な断面図である。まず、図１３に示されるように、基板２０１上に、ＭＯＣＶＤ法を用いることにより、太陽電池層２０２、第１コンタクト部２１３、および第２コンタクト部２２３をこの順に形成する。この第１コンタクト部２１３および第２コンタクト部２２３を併せてコンタクト部２０３である。なお、本実施形態では、コンタクト部２０３として２層積層したものを用いる場合を説明しているが、３層以上を積層したものであってもよいことは言うまでもない。
【００７０】
＜コンタクト部を部分的に露出させるステップ＞
図１４は、フォトレジストに対しフォトリソグラフィを行なうことにより、コンタクト部を部分的に露出させた後の状態を示す模式的な断面図である。次に、実施形態１と同様の方法によりコンタクト部上にフォトレジストを塗布し、このフォトレジスト２０８に対し、フォトリソグラフィを用いることにより開口部２０８ａを形成する（図１４）。
【００７１】
＜コンタクト部の一部を選択エッチングにより除去するステップ＞
図１５は、露出した第２コンタクト部を選択エッチングにより除去した後の状態を示す模式的な断面図である。上記で開口部２０８ａを形成したフォトレジスト２０８をマスクとして、露出した第２コンタクト部２２３のみを選択エッチングにより除去する。これにより、図１５に示されるように、コンタクト部２０３に凹部２０３ａを形成する。
【００７２】
＜第１電極を形成するステップ＞
図１６は、第２コンタクト部上に、第１電極を形成した後の状態を示す模式的な断面図である。上記のように凹部２０３ａを形成した後は、実施形態１と同様の方法により第１電極２０５を形成する。
【００７３】
図１７は、第１電極の表面を覆うようにエッチングパターンを形成した後の状態を示す模式的な断面図である。そして、実施形態１と同様の方法により、図１７に示されるようにエッチングパターンを形成する。
【００７４】
＜第２電極を形成するステップ＞
次に、実施形態１と同様の方法により第２電極２０６および反射防止膜２０７を形成する。そして、最後に、第２電極２０６および反射防止膜２０７のシンタリングを行なうことにより、図１８に示す太陽電池素子を作製する。
【実施例】
【００７５】
以下、実施例を挙げて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００７６】
（実施例１）
本実施例においては、図１に示される太陽電池素子を作製した。以下にその手順を説明する。
【００７７】
まず、Ｇｅからなる基板１０１上に、ＭＯＣＶＤ法を用いて、厚み約１μｍのＩｎＧａＰからなる太陽電池層１０２と、厚み約３μｍのＧａＡｓからなるコンタクト部１０３とをこの順に形成した（図５）。そして、コンタクト部１０３上の表面にフォトレジスト１０８を塗布した（図６）。
【００７８】
上記フォトレジスト１０８に対し、フォトリソグラフィを用いることにより開口部１０８ａを形成した（図７）。これにより開口部１０８ａの部分のコンタクト部のみが露出し、パターン状のフォトレジスト１０８になった。ここでの開口部１０８ａの幅は、約３μｍであった。
【００７９】
上記のパターン状のフォトレジスト１０８をマスクとして、露出したコンタクト部１０３に対し、アンモニアと過酸化水素水との水溶液をエッチャントとして１５０秒間ウェットエッチングを行なうことによりコンタクト部１０３ｂに凹部１０３ａを形成した（図８）。このときコンタクト部１０３に形成された凹部１０３ａの直下に残されるコンタクト部の厚みは約０．５μｍであった。
【００８０】
次に、フォトレジスト１０８および凹部１０３ａに対し、抵抗加熱蒸着により１００ｎｍのＡｕＧｅ層、ＥＢ蒸着により２０ｎｍのＮｉ層、１００ｎｍのＡｕ層、および５μｍのＡｇ層をこの順に積層して金属膜１１０を形成した（図９）。そして、フォトレジスト１０８とともに、フォトレジスト１０８上の金属膜１１０をリフトオフにより除去した（図１０）。ここで、凹部１０３ａ上に残留した金属膜が第１電極１０５となる。したがって、第１電極１０５は、１００ｎｍのＡｕＧｅ層、２０ｎｍのＮｉ層、１００ｎｍのＡｕ層、および５μｍのＡｇ層の４層構造であり、その合計厚みは５．２２μｍであった。
【００８１】
次に、Ｎ2などの不活性ガス雰囲気中で３５０℃で第１電極１０５のシンタリングを行なった。そして、コンタクト部１０３および第１電極１０５の表面上にフォトレジストを塗布した後に、フォトリソグラフィにより第１電極１０５の表面を覆うようにエッチングパターン１０８ｂを形成した（図１１）。
【００８２】
上記のエッチングパターン１０８ｂをマスクとして、アンモニアと過酸化水素水との混合水溶液をエッチャントとして用いたウェットエッチングにより、エッチングパターン１０８ｂが形成されていない部分のコンタクト部を除去した（図１２）。
【００８３】
次に、フォトリソグラフィにより太陽電池層の表面にメサエッチングパターンを形成した。そして、塩酸水溶液およびアンモニアと過酸化水素水との混合水溶液をエッチング液として用い、ウェットエッチングによりメサエッチング部分の太陽電池層を除去して基板を露出した。続いて、メサエッチングパターン上をダイシングすることにより、所望のセル形状に切り出した。
【００８４】
次に、基板１０１の太陽電池層１０２とは反対側の面に、ＥＢ蒸着を用いて３０ｎｍのＡｕ層および１μｍのＡｇ層とからなる第２電極１０６を形成した。そして、基板の反対側の面に約６０ｎｍのＴｉＯ2膜および約９０ｎｍＡｌ2Ｏ3膜からなる反射防止膜１０７を形成した。最後に、第２電極および反射防止膜のシンタリングを行なった。以上のようにして図１に示す太陽電池素子を作製した。
【００８５】
以上のようにして作製した本実施例の太陽電池素子は、従来の太陽電池素子に比して、発電量が多かった。これは、第１電極とコンタクト部との接触面積が大きいことにより、これらの接触抵抗を低減するとともに、第１電極の高さが高いことから、第１電極自体の電気抵抗を低減したことによるものと考えられる。
【００８６】
以上のように本発明の実施の形態および実施例について説明を行なったが、上述の各実施の形態および実施例の構成を適宜組み合わせることも当初から予定している。
【００８７】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００８８】
１０１，２０１  基板、１０２，２０２，３０２  太陽電池層、１０３，１０３ｂ，２０３  コンタクト部、１０３ａ，２０３ａ  凹部、１０５，２０５，３０５  第１電極、１０６，２０６，３０６  第２電極、１０７，２０７，３０７  反射防止膜、１０８  フォトレジスト、１０８ａ  開口部、１０８ｂ  エッチングパターン、１１０  金属膜、２０８  フォトレジスト、２０８ａ  開口部、２１３  第１コンタクト部、２２３  第２コンタクト部、３０１  半導体基板、３０３  コンタクト層、３０５ａ  Ａｇ電極、３０５ｂ  Ａｕ層、３０５ｃ  バリア層、３０５ｄ  ＡｕＧｅ層。
【図１】
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【図２】
0005587690.tif 000003
【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】
0005587690.tif 000009
【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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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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