(57)【要約】【課題】光起電力装置の発電特性を向上させる。【解決手段】単結晶半導体層（ベース層１４）を有する複数の光電変換素子７０と、複数の光電変換素子７０が形成された支持基板１８と、を備え、互いに隣接する光電変換素子７０に跨って形成され、光電変換素子７０から電力を取り出すためのｐ型電極（第２電極２８ｐ）およびｎ型電極（第１電極２８ｎ）とは電気的に接続されていない金属部２８ａを有する光起電力装置１００とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
単結晶半導体層を有する複数の光起電力素子と、
前記複数の光起電力素子が形成された支持基板と、
を備え、
互いに隣接する前記光起電力素子に跨って形成され、前記光起電力素子から電力を取り出すためのｐ型電極およびｎ型電極とは電気的に接続されていない金属部を有することを特徴とする光起電力装置。
【請求項２】
請求項１に記載の光起電力装置であって、
前記支持基板と前記金属部との間に、互いに隣接する前記光起電力素子に跨って形成された積層体を有し、
前記積層体は、単結晶半導体層の側面において前記単結晶半導体層と接する非晶質半導体層を含むことを特徴とする光起電力装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の光起電力装置であって、
前記光起電力素子は、結晶質シリコンからなるベース層を備え、
前記ベース層の受光面側に設けられたパッシベーション層を有しており、前記パッシベーション層を介して前記支持基板と陽極接合されていることを特徴とする光起電力装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光起電力装置に関し、特に支持基板上に複数の光起電力素子を形成した光起電力装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光エネルギーを電気エネルギーに変換する光起電力素子の開発が各方面で精力的に行われている。例えば、単結晶シリコンや多結晶シリコン等の結晶質系シリコンを用いた光起電力素子（装置）の研究および実用化が盛んに行われている。
【０００３】
また、近年、受光面（光入射面）と反対側の面にＰＮ接合と集電極を形成したバックコンタクト型（裏面接合型）の光起電力素子の開発も進んでいる。このタイプの光起電力素子では、受光面側にはテクスチャ構造や反射防止、及びキャリアの再結合防止のためのパッシベーション層が形成されるのみで、素子の構造に起因する損失を極力除き、高い変換効率が得られることから、注目を集めている。
【０００４】
さらに、このようなタイプの光起電力素子を複数形成した光起電力装置として、例えば、ガラス基板からなる支持基板上に絶縁層を介して複数のバックコンタクト型光起電力素子を取り付ける構造が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−２８３３３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
バックコンタクト型の光起電力素子の開発により発電効率の向上が図られたが、近年、光起電力装置の発電効率のさらなる向上が強く求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、光起電力装置であって、単結晶半導体層を有する複数の光起電力素子と、複数の光起電力素子が形成された支持基板と、を備え、互いに隣接する光起電力素子に跨って形成され、光起電力素子から電力を取り出すためのｐ型電極およびｎ型電極とは電気的に接続されていない金属部を有する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、発電特性の向上した光起電力装置を提供することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本実施の形態における光起電力装置の構造を示す断面図である。
【図２Ａ】本実施の形態における光起電力装置の製造方法を示す図である。
【図２Ｂ】本実施の形態における光起電力装置の製造方法を示す図である。
【図２Ｃ】本実施の形態における光起電力装置の製造方法を示す図である。
【図２Ｄ】本実施の形態における光起電力装置の製造方法を示す図である。
【図２Ｅ】本実施の形態における光起電力装置の製造方法を示す図である。
【図２Ｆ】本実施の形態における光起電力装置の製造方法を示す図である。
【図２Ｇ】本実施の形態における光起電力装置の製造方法を示す図である。
【図２Ｈ】本実施の形態における光起電力装置の製造方法を示す図である。
【図２Ｉ】本実施の形態における光起電力装置の製造方法を示す図である。
【図２Ｊ】本実施の形態における光起電力装置の製造方法を示す図である。
【図２Ｋ】本実施の形態における光起電力装置の製造方法を示す図である。
【図３】陽極接合の方法を説明する図である。
【図４】本実施の形態における支持基板と光起電力素子との接合方法を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本実施の形態における光起電力装置１００は、図１の断面図に示すように、支持基板１８、パッシベーション層１６、ベース層１４、第１導電型層１２、絶縁層２０、ｉ型層２２、第２導電型層２４、透明電極層２６、金属層２８（第１電極２８ｎ、第２電極２８ｐ、金属部２８ａ）、充填材６０及び封止材６２を含んで構成される。パッシベーション層１６、ベース層１４、第１導電型層１２、絶縁層２０、ｉ型層２２、第２導電型層２４、透明電極層２６及び金属層２８は、光電変換素子７０を構成する。そして、光電変換素子７０の端部から隣接する光電変換素子７０の端部にまで跨るように金属部２８ａが設けられる。なお、金属部２８ａは、両端の光電変換素子７０におけるｎ型電極（第１電極２８ｎ）およびｐ型電極（第２電極２８ｐ）とは電気的に接続されないように形成される。
【００１１】
本実施の形態では、光起電力装置１００は、複数の光電変換素子７０を含んで構成される。また、光起電力装置１００は、裏面接合型光起電力素子であり、光電変換素子７０で発電された電力を外部へ取り出す電極が受光面とは反対側の主面（以下、裏面という）のみに設けられる。ただし、本発明の適用範囲は、これに限定されるものではなく、支持基板１８上に光電変換素子７０が複数配置されている光起電力装置であればよい。
【００１２】
ここで、受光面とは、光起電力素子において主に光が入射される主面を意味し、具体的には、光起電力素子に入射される光の大部分が入射される面である。また、裏面とは、光起電力素子の受光面とは反対側の面を意味する。
【００１３】
支持基板１８は、光電変換素子７０を機械的に支持すると共に、光電変換素子７０に含まれる半導体層を外部環境から保護する。また、支持基板１８は、光電変換素子７０の受光面側に配置されるので、光電変換素子７０で発電に利用される波長帯域の光を透過し、ベース層１４等の各層を機械的に支持できる材料とされる。支持基板１８は、透光性及び機械的な強度を考慮してアルカリ金属元素を含有するガラス基板とする。例えば、アルカリ金属元素としてナトリウム（Ｎａ）を２×１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以上１×１０20ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以下（３．５重量％以上１５．０重量％以下）含むガラス基板とする。または、カリウム（Ｋ）を含むガラス基板としてもよい。この場合には含有量を０．１重量％以上１．０重量％以下の範囲とすることが好ましい。なお、こうしたアルカリ金属元素を含有するガラス基板は、ヤング率は６０ＧＰａ以上８０ＧＰ以下であり、熱膨張係数は２×１０-6／Ｋ以上１×１０-5／Ｋ以下であることが好ましい。
【００１４】
ベース層１４は、結晶質の半導体層である。なお、結晶質とは、単結晶のみならず、多数の結晶粒が集合した多結晶も含むものとする。ベース層１４は、光電変換素子７０の発電層となる。ここでは、ベース層１４は、ｎ型のドーパントが添加されたｎ型結晶質シリコン層とする。ベース層１４のドーピング濃度は１０16／ｃｍ3程度とすればよい。
【００１５】
ベース層１４の膜厚は、発電層として十分にキャリアを発生できる膜厚とすることが好ましく、例えば１μｍ以上１００μｍ以下とすればよい。
【００１６】
ベース層１４の側面には、その側面全体を被覆するように、後述する積層体（ｉ型層２２、第２導電型層２４、及び透明電極層２６からなる積層体）が設けられている。
【００１７】
パッシベーション層１６は、支持基板１８とベース層１４との間に設けられる。パッシベーション層１６は、ベース層１４の表面の未結合手（ダングリングボンド）を終端させる等の役割を果し、ベース層１４の表面におけるキャリアの再結合を抑制する。パッシベーション層１６を設けることによって、光電変換素子７０の受光面側においてベース層１４の表面でのキャリアの再結合による損失を抑制することができる。
【００１８】
パッシベーション層１６は、例えば、窒化シリコン層（ＳｉＮ）を含むようにすればよく、酸化シリコン層（ＳｉＯｘ）と窒化シリコン層との積層構造とすることがより好ましい。例えば、酸化シリコン層及び窒化シリコン層をそれぞれ３０ｎｍ及び４０ｎｍの膜厚で順に積層した構造とすればよい。後述するように、パッシベーション層１６を介して支持基板１８と光電変換素子７０とが接合される。
【００１９】
第１導電型層１２は、結晶質の半導体層である。ここでは、第１導電型層１２は、ｎ型のドーパントが添加されたｎ型結晶質シリコン層とする。第１導電型層１２は、金属層２８（第１電極２８ｎ）と接合される層であり、ベース層１４よりも高いドーピング濃度とされる。第１導電型層１２のドーピング濃度は１０19／ｃｍ3程度とすればよい。第１導電型層１２の膜厚は、金属との接触抵抗を十分に低くできる範囲でできるだけ薄くすることが好ましく、例えば０．１μｍ以上２μｍ以下とすればよい。
【００２０】
ベース層１４と第１導電型層１２とは結晶質同士がホモ接合された第１導電型コンタクト領域Ｃ１を形成する。第１導電型コンタクト領域Ｃ１は、例えば、光起電力装置１００の面上内においてフィンガー及びバスバーを含む櫛形に形成される。第１導電型コンタクト領域Ｃ１の面積は、ベース層１４の主面上において第１導電型層１２とホモ接合されている領域の面積を意味する。
【００２１】
絶縁層２０は、第１導電型層１２と後述するｉ型層２２及び第２導電型層２４とを電気的に絶縁するために用いられると共に、第１導電型層１２をエッチングするためのマスクとして利用される。絶縁層２０は、電気的に絶縁性を有する材料から構成し、例えば、窒化シリコン層（ＳｉＮ）とすればよい。絶縁層２０の膜厚は、例えば１００ｎｍ程度とすればよい。
【００２２】
ｉ型層２２及び第２導電型層２４は、非晶質系の半導体層とされる。なお、非晶質系とは、アモルファス相又はアモルファス相内に微少な結晶粒が析出している微結晶相を含む。本実施の形態では、ｉ型層２２及び第２導電型層２４は、水素を含有するアモルファスシリコンとする。ｉ型層２２は、実質的に真性のアモルファスシリコン層とされる。第２導電型層２４は、ｐ型のドーパントが添加されたアモルファスシリコン層とされる。第２導電型層２４は、ｉ型層２２よりもドーピング濃度が高い半導体層とされる。例えば、ｉ型層２２には意図的にドーピングを行わず、第２導電型層２４のドーピング濃度は１０18／ｃｍ3程度とすればよい。ｉ型層２２の膜厚は、光の吸収をできるだけ抑えられるように薄くし、一方でベース層１４の表面が十分にパッシベーションされる程度に厚くする。具体的には、１ｎｍ以上５０ｎｍ以下とすればよく、例えば１０ｎｍとする。また、第２導電型層２４の膜厚は、光の吸収をできるだけ抑えられるように薄くし、一方で光起電力素子の開放電圧が十分に高くなるような程度に厚くする。例えば、１ｎｍ以上５０ｎｍ以下とすればよく、例えば１０ｎｍとする。
【００２３】
透明電極層２６は、酸化錫（ＳｎＯ2）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）等に錫（Ｓｎ）、アンチモン（Ｓｂ）、フッ素（Ｆ）、アルミニウム（Ａｌ）等をドープした透明導電性酸化物（ＴＣＯ）のうち少なくとも一種類又は複数種を組み合わせて用いることが好適である。特に、酸化亜鉛（ＺｎＯ）は、透光性が高く、抵抗率が低い等の利点を有している。透明電極層２６の膜厚は、１０ｎｍ以上５００ｎｍ以下とすればよく、例えば１００ｎｍとする。
【００２４】
ベース層１４とｉ型層２２及び第２導電型層２４とは結晶質と非晶質とがヘテロ接合された第２導電型コンタクト領域Ｃ２を形成する。第２導電型コンタクト領域Ｃ２は、例えば、光起電力装置１００の面上内においてフィンガー及びバスバーを含み、第１導電型コンタクト領域Ｃ１と組み合わされた櫛形に形成される。第２導電型コンタクト領域Ｃ２の面積は、ベース層１４の主面上においてｉ型層２２及び第２導電型層２４とヘテロ接合されている領域の面積を意味する。ここで、第１導電型コンタクト領域Ｃ１の面積を第２導電型コンタクト領域Ｃ２の面積より小さくするようにパターンを形成することが好適である。
【００２５】
ｉ型層２２、第２導電型層２４、及び透明電極層２６によって積層体が構成される。積層体は、ベース層１４上に形成され、上記の通り第２導電型コンタクト領域Ｃ２においてヘテロ接合を構成する。本実施の形態では、積層体は、光電変換素子７０を構成するベース層１４上および絶縁層２０上に形成されるだけでなく、光電変換素子７０の端部から隣接する光電変換素子７０の端部にまで跨るように設けられる。具体的には、光電変換素子７０の端部（光電変換素子７０の裏面）上から光電変換素子７０の側面を被覆して支持基板１８上にまで延在して形成される。さらに支持基板１８上から隣接する光電変換素子７０の側面を被覆して隣接する光電変換素子７０の端部（隣接する光電変換素子７０の裏面）上にまで延在して形成される。
【００２６】
なお、本実施の形態では、光電変換素子７０の端部は、ベース層１４上に第１導電型層１２および絶縁層２０が残存した状態で構成され、こうした絶縁層２０上から支持基板１８上にまで延在するように構成されているが、光電変換素子７０の端部がベース層１４で構成され、こうしたベース層１４上から支持基板１８上にまで延在するように構成してもよい。
【００２７】
金属層２８は、光電変換素子７０の裏面側に設けられる電極となる層である。金属層２８は、金属等の導電性の材料から構成され、例えば、銅（Ｃｕ）やアルミニウム（Ａｌ）を含む材料とする。金属層２８は、第１導電型層１２に接続される第１電極２８ｎと第２導電型層２４に接続される第２電極２８ｐと、を含む。また、金属層２８は、光電変換素子７０から隣接する光電変換素子７０にまで延在する積層体上に形成される金属部２８ａを含む。金属層２８は、さらに銅（Ｃｕ）や錫（Ｓｎ）等の電解メッキ層を含んでもよい。ただし、これに限定されるものでなく、金、銀等の他の金属、他の導電性材料、又はそれらの組み合わせとしてもよい。
【００２８】
金属部２８ａは、光電変換素子７０から電力を取り出すための第１電極２８ｎおよび第２電極２８ｐとは分断されて電気的に接続されておらず、電気的にフローティングな状態である。また、光電変換素子７０から隣接する光電変換素子７０にまで延在するｉ型層２２、第２導電型層２４、及び透明電極層２６の積層体もまた金属部２８ａと同様、第１電極２８ｎおよび第２電極２８ｐとは電気的に接続されないように分離されている。
【００２９】
光電変換素子７０をモジュール化する場合、並置された複数の光電変換素子７０の第１電極２８ｎ及び第２電極２８ｐを導電性のタブで接続して、複数の光電変換素子７０を直列又は並列に接続する。さらに、光電変換素子７０の裏面側に充填材６０を塗布し、封止材６２で封止してもよい。充填材６０及び封止材６２は、ＥＶＡ、ポリイミド等の樹脂材料とすることができる。これによって、光起電力装置１００の発電層への水分の浸入等を防ぐことができる。また、封止材６２は、基板１０と同じガラス、プラスチック等の透明基板とすることができる。これにより、光起電力素子全体の強度を向上させることができる。また、裏面側での光の反射性を高めるために、充填材と透明基板との間に反射層を設けたり、又は封止材自体を色付きの基板としてもよい。
【００３０】
次に、光起電力装置１００の製造方法について説明する。図２Ａ〜図２Ｋは、本実施の形態における光起電力装置１００の製造方法を示す。
【００３１】
基板１０は、結晶質の半導体材料からなる。例えば、シリコン、多結晶シリコン、砒化ガリウム（ＧａＡｓ）、インジウム燐（ＩｎＰ）等の半導体基板とする。
【００３２】
本実施の形態では、基板１０として単結晶シリコン基板を用いた例を示す。したがって、後述する第１導電型層１２、ベース層１４、ｉ型層２２及び第２導電型層２４もシリコン層とする。ただし、基板１０をシリコン以外の材料としてもよく、これらの層もシリコン層以外の材料としてもよい。
【００３３】
基板１０の一主面にはポーラス層（脆化層）１０ａが形成される（図２Ａ）。ポーラス層１０ａは、陽極酸化処理等によって形成することができる。陽極酸化に用いる電解質は、例えば、フッ化水素酸及びエタノールの混合液又はフッ化水素酸及び過酸化水素水の混合液とすることができる。陽極酸化の電流密度は、５ｍＡ／ｃｍ2以上６００ｍＡ／ｃｍ2以下とすればよく、例えば１０ｍＡ／ｃｍ2程度とする。
【００３４】
ポーラス層１０ａの厚さは、０．０１μｍ以上３０μｍ以下とすればよく、例えば１０μｍ程度とする。ポーラス層１０ａの空孔径は、０．００２μｍ以上５μｍ以下とすればよく、例えば０．０１μｍ程度とする。ポーラス層１０ａの空孔率は、１０％以上７０％以下とすればよく、例えば２０％程度とする。
【００３５】
基板１０のポーラス層１０ａ上に第１導電型層１２、ベース層１４が形成される（図２Ｂ）。第１導電型層１２及びベース層１４は、化学気相成長法（ＣＶＤ）で形成することができる。第１導電型層１２及びベース層１４は、ポーラス層１０ａをシード層としたエピタキシャル成長により形成され、結晶質の半導体層同士が接合されたホモ接合領域を形成する。例えば、基板１０を９５０℃に加熱し、水素（Ｈ2）で希釈されたジクロロシラン（ＳｉＨ2Ｃｌ2）を原料ガスとして供給することにより成膜することができる。水素（Ｈ2）とジクロロシラン（ＳｉＨ2Ｃｌ2）の流量は、例えばそれぞれ０．５（ｌ／ｍｉｎ）及び１８０（ｌ／ｍｉｎ）とする。また、必要に応じてホスフィン（ＰＨ3）をドーピングガスとして添加する。
【００３６】
ベース層１４上にパッシベーション層１６が形成される（図２Ｃ）。パッシベーション層１６は、シラン（ＳｉＨ4）に酸素（Ｏ2）又は窒素（Ｎ2）を混合した原料ガスをプラズマ化して供給するプラズマ化学気相成長法（ＰＥＣＶＤ）により形成することができる。
【００３７】
パッシベーション層１６を形成後、パッシベーション層１６に支持基板１８が接合される（図２Ｄ）。このとき、図４の平面図に示すように、支持基板１８の一主面上に複数の基板１０を接着して光起電力素子をモジュール化する。図４は、２４枚の基板１０を１枚の支持基板１８に接着してモジュール化した例を示している。
【００３８】
なお、パッシベーション層１６は必須ではなく、ベース層１４と支持基板１８とが直接接合されてもよい。
【００３９】
支持基板１８は、陽極接合によりパッシベーション層１６に接合される。図３に示すように、複数の基板１０をパッシベーション層１６側が支持基板１８に対向するように配置し、基板１０と支持基板１８とを電極５０、５２により挟み込む。そして、真空に排気した状態で２００℃以上６００℃以下の温度範囲で加熱し、電極５０、５２間に３００Ｖから１ｋＶ程度の電圧を印加して陽極接合を行う。本実施の形態では、基板１０と支持基板１８とを４００℃に加熱し、電極５２側（受光面側）が負電圧となるように６００Ｖの電圧を２０分間印加した。
【００４０】
陽極接合することにより、パッシベーション層１６である窒化シリコン層（ＳｉＮ）から窒素（Ｎ）が抜け、パッシベーション層１６と支持基板１８との間にはＳｉ−Ｏ共有結合が形成され、パッシベーション層１６と支持基板１８とが強固に接合される。
【００４１】
加えて、ガラスである支持基板１８中に含まれるナトリウムが接合界面（結合界面）から遠ざかる方向に移動し、接合界面（結合界面）１８ｂ付近の支持基板１８中に、ナトリウムが支持基板１８の母材に比べて、低濃度化した領域が形成される。具体的には、ガラスである支持基板１８中のナトリウム濃度が、３×１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3であるのに対し、接合界面１８ｂ直下の支持基板１８中のナトリウム濃度が、１×１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以下である。そして、ナトリウム濃度が減少した支持基板１８内部には、ＳｉＯ-イオンが残される。このＳｉＯ-イオンがパッシベーション層１６の主材料であるＳｉとＳｉ−Ｏ−Ｓｉ共有結合を形成することで、より強固な接合が形成される。
【００４２】
本実施の形態では、基板１０と支持基板１８とを４００℃に加熱し、電極５２側（受光面側）が負電圧となるように６００Ｖの電圧を２０分間印加した。これにより、ガラスである支持基板１８中に含まれるナトリウムが接合界面１８ｂから遠ざかる方向に移動し、接合界面１８ｂ付近の支持基板中に、ナトリウムが支持基板の母材に比べて、低濃度化した領域が形成される。一方、ナトリウム濃度が減少した支持基板１８内部には、ＳｉＯ-イオンが残される。このＳｉＯ-イオンが光起電力素子の主材料であるＳｉとＳｉ−Ｏ−Ｓｉ共有結合を形成することで、強固な接合が形成される。
【００４３】
ここで、パッシベーション層１６と支持基板１８との間に酸素プラズマを発生させて接合面を予め表面処理してもよい。
【００４４】
なお、図２Ｄ〜図２Ｌでは、説明を分かり易くするために図２Ａ〜図２Ｃとは図の上下を逆にして示す。なお、以下の各膜の成膜時において、複数の光電変換素子の間の領域には膜が形成されないようにマスクを施しておいたり、膜が形成された後にエッチング等で除去したりすればよい。
【００４５】
次に、ポーラス層１０ａを利用して基板１０が分離される（図２Ｅ）。陽極接合の際に加熱された状態から冷却された状態となることによってポーラス層１０ａから自然に基板１０が分離される。すなわち、２００℃以上６００℃以下の加熱状態から室温程度の冷却状態へ移行することによって、ガラスからなる支持基板１８とシリコンからなる基板１０との熱膨張係数の違いによって内部応力が発生する。すなわち、支持基板１８がベース層１４より大きく収縮することによって内部応力が発生し、この内部応力がポーラス層１０ａに掛かり、脆弱であるポーラス層１０ａ部分から剥離が生ずる。なお、ガラスの線膨張係数は９×１０-6／Ｋ程度であり、シリコンの線膨張係数は２．５５×１０-6／Ｋ程度である。
【００４６】
なお、分離処理では、機械的な処理を適用してもよい。例えば、基板１０及び支持基板１８を真空チャックで吸着し、双方を引き離すように引っ張ることによって、ポーラス層１０ａ部分から基板１０を切り離すことができる。また、基板１０の側面からポーラス層１０ａにウォータージェットを吹き付けることによって、ポーラス層１０ａ部分から基板１０を切り離すことができる。もし、第１導電型層１２側にポーラス層１０ａの一部が残留している場合には、フッ化水素酸（ＨＦ）と硝酸（ＨＮＯ3）とを混合したフッ硝酸によるエッチング等で第１導電型層１２上のポーラス層１０ａを除去してもよい。
【００４７】
ポーラス層１０ａを利用して基板１０を分離することによって、支持基板１８上に複数の分離層（第１導電型層１２、ベース層１４、パッシベーション層１６）が転写形成される（図２Ｆ）。なお、分離層と隣接する分離層との間には所定の間隔で領域１８ｃが設けられる。
【００４８】
第１導電型層１２上に絶縁層２０が形成されると共に、第１導電型層１２がパターニングされる（図２Ｇ）。絶縁層２０は、シラン（ＳｉＨ4）に窒素（Ｎ2）を混合した原料ガスをプラズマ化して供給するプラズマ化学気相成長法（ＰＥＣＶＤ）により形成することができる。
【００４９】
パターニングは、エッチングペーストを用いて行うことができる。燐酸を含むエッチングペーストをスクリーン印刷法等により所望のパターンに塗布することによって、絶縁層２０と共に第１導電型層１２を除去する。また、所望のパターンとなるように絶縁層２０をドライエッチングで除去し、絶縁層２０をマスクとして第１導電型層１２をドライエッチング又はウエットエッチングにより除去してもよい。絶縁層２０のドライエッチングに
は、四フッ化炭素（ＣＦ4）を用いた気相反応を適用すればよい。また、第１導電型層１２のドライエッチングには、六フッ化硫黄（ＳＦ6）を用いた反応イオンエッチング（ＲＩＥ）を適用すればよい。第１導電型層１２のウエットエッチングには、フッ化水素酸を含むエッチャントを用いればよい。
【００５０】
第１導電型層１２のパターニング（エッチング除去）の際には、隣接する分離層間の領域１８ｃにおける絶縁層２０をエッチング除去し、ベース層１４およびパッシベーション層１６の側面を露出させるとともに、支持基板１８も露出させる。
【００５１】
絶縁層２０及び第１導電型層１２は、光起電力素子の裏面からできるだけ均等に電力を集電できるようにパターニングすることが好ましい。例えば、光起電力素子に一般的に適用されているフィンガー及びバスバーを含む櫛形のパターンとすることが好ましい。ここで、第１導電型コンタクト領域Ｃ１の面積を第２導電型コンタクト領域Ｃ２の面積より小さくするようにパターンを形成することが好適である。
【００５２】
パターニングによって露出されたベース層１４および絶縁層２０を含む支持基板１８上の全面にｉ型層２２、第２導電型層２４及び透明電極層２６が形成される（図２Ｈ）。ｉ型層２２及び第２導電型層２４は、シラン（ＳｉＨ4）等のケイ素含有ガスのＰＥＣＶＤにより形成することができる。シラン（ＳｉＨ4）等のケイ素含有ガスを供給しつつ、高周波電源から高周波電極へ高周波電力を供給することによって原料ガスのプラズマが生成され、プラズマからベース層１４上、絶縁層２０上、及び支持基板１８上に原料が供給されてシリコン薄膜が形成される。原料ガスには、必要に応じてボロン（Ｂ2Ｈ6）等のドーパント含有ガスを混合する。透明電極層２６は、スパッタリング法等を用いて形成することができる。
【００５３】
以上により、各分離層におけるベース層１４上および絶縁層２０上に、ｉ型層２２、第２導電型層２４、及び透明電極層２６からなる積層体が形成されるとともに、分離層間の領域１８ｃにおける支持基板１８上、ベース層１４の側面上、及びパッシベーション層１６の側面上に積層体が形成される。
【００５４】
次に、全面に形成されたｉ型層２２、第２導電型層２４、透明電極層２６及び絶縁層２０がパターニングされる（図２Ｉ）。パターニングは、エッチングペーストを用いて行うことができる。燐酸を含むエッチングペーストをスクリーン印刷法等により所望のパターンに塗布することによって、ｉ型層２２、第２導電型層２４、透明電極層２６及び絶縁層２０を除去する。
【００５５】
ここでは、ｉ型層２２がベース層１４に直接接触している領域以外の領域、すなわち、絶縁層２０及び第１導電型層１２が残されている第１導電型コンタクト領域Ｃ１上のｉ型層２２、第２導電型層２４、透明電極層２６及び絶縁層２０を除去してパターニングする。パターンは、光電変換素子７０の裏面からできるだけ均等に電力を集電できるように設定する。例えば、第１導電型層１２の櫛形のパターンと交互に組み合わされる櫛形のパターンとすることが好ましい。
【００５６】
パターニングされた表面上に金属層２８が形成される（図２Ｊ）。金属層２８は、スパッタリング法又はプラズマ化学気相成長法（ＰＥＣＶＤ）等の薄膜形成方法で形成することができる。
【００５７】
光電変換素子７０上において、ｉ型層２２、第２導電型層２４、透明電極層２６及び金属層２８の一部が除去される（図２Ｋ）。これにより、金属層２８が分断され、第１導電型層１２に接続される第１電極２８ｎと、透明電極層２６に接続される第２電極２８ｐと、金属部２８ａと、が形成される。なお、金属部２８ａは、光電変換素子７０の端部から隣接する光電変換素子７０の端部にまで跨って形成され、両端の光電変換素子７０における第１電極２８ｎおよび第２電極２８ｐとは分断されて電気的に接続されないように形成される。
【００５８】
ｉ型層２２、第２導電型層２４、透明電極層２６及び金属層２８は、レーザーエッチングにより除去することができる。また、スクリーン印刷法等でレジストを塗布してパターニングされたマスクを形成し、マスクを利用してｉ型層２２、第２導電型層２４、透明電極層２６及び金属層２８をそれぞれ別々にエッチングしてもよい。金属層２８が銅（Ｃｕ）であれば塩化第二鉄をエッチャントとし、金属層２８がアルミニウム（Ａｌ）であれば燐酸をエッチャントとすればよい。また、透明電極層２６のエッチングには、塩酸（ＨＣｌ）を含むエッチャントを用いればよい。また、ｉ型層２２及び第２導電型層２４のエッチングには、フッ化水素酸（ＨＦ）を含むエッチャントを用いればよい。
【００５９】
このとき、第１導電型層１２に接続される第１電極２８ｎと第２導電型層２４に接続される第２電極２８ｐとが電気的に分離されるようにｉ型層２２、第２導電型層２４、透明電極層２６及び金属層２８を除去する。本実施の形態では、第１導電型層１２上に残された絶縁層２０の領域上のｉ型層２２、第２導電型層２４、透明電極層２６及び金属層２８を除去している。
【００６０】
また、第１電極２８ｎ及び第２電極２８ｐにさらに電解メッキ等で金属層を積層してもよい。例えば、銅（Ｃｕ）や錫（Ｓｎ）を電解メッキにより形成する。第１電極２８ｎ及び第２電極２８ｐに電位を印加しつつ電解メッキ法で適用することにより、第１電極２８ｎ及び第２電極２８ｐが残された領域上のみに金属層が積層される。
【００６１】
その後、必要に応じて、並置された複数の光電変換素子７０の第１電極２８ｎ及び第２電極２８ｐを導電性のタブで接続し、光起電力素子の裏面側に充填材６０を塗布し、封止材６２で封止する。
【００６２】
このようにして、本実施の形態における光起電力装置１００が形成される。光起電力装置１００では、支持基板１８が受光面側となり、第１電極２８ｎ及び第２電極２８ｐの両方が裏面側に設けられた裏面接合型となる。
【００６３】
本実施の形態における光起電力装置１００では、光電変換素子７０と隣接する光電変換素子７０との間における領域１８ｃに金属部２８ａが設けられ、この金属部２８ａによって光が光電変換素子７０側に反射される。これにより、従来使用されていなかった光（領域１８ｃを透過する光）を利用して発電するので、光起電力装置１００としての発電効率が向上する。
【００６４】
また、裏面電極（第１電極２８ｎ、第２電極２８ｐ）を構成する金属層２８を光電変換素子７０間における金属部２８ａにそのまま適用するので、工数の増加なしに光起電力装置１００を製造することができる。
【００６５】
また、本実施の形態では、金属部２８ａの下地として、支持基板１８上およびベース層１４の側面に、ｉ型層２２、第２導電型層２４、及び透明電極層２６からなる積層体が設けられる。積層体を構成するｉ型層２２は、ベース層１４の側面の未結合手（ダングリングボンド）を終端させる等の役割を果し、ベース層１４の側面におけるキャリアの再結合を抑制する。ベース層１４に接するｉ型層を含む積層体を設けることによって、光電変換素子７０の側面側でのキャリアの再結合による損失を抑制することができるため、光起電力装置１００の発電特性を向上させることができる。
【００６６】
従来の光起電力装置では、支持基板上に設けられた複数の光起電力素子を封止するように充填材と封止材が設けられ、充填材は、光起電力素子上および光起電力素子（光起電力素子を構成する単結晶半導体層）の側面と接するとともに、隣接する光起電力素子間では支持基板と接するように構成される。しかしながら、支持基板（光起電力素子）と充填材とが直接しているため、支持基板内のナトリウム（アルカリ金属元素）が充填材を介して光起電力素子（単結晶半導体層）に拡散し、長期信頼性の低下（光起電力素子の特性劣化）を生じることがある。
【００６７】
本実施の形態では、光起電力装置１００は、支持基板１８と充填材６０との間に、支持基板１８に接するｉ型層２２を含む積層体および金属部２８ａを介在して構成される。これにより、支持基板１８内から充填材６０へのナトリウム（アルカリ金属元素）の拡散が抑制される。また、光起電力装置１００は、光電変換素子７０（ベース層１４、第１導電型層１２）の側面と充填材６０との間に、光電変換素子７０（ベース層１４、第１導電型層１２）の側面に接するｉ型層２２を含む積層体および金属部２８ａを介在して構成される。これにより、充填材６０内から光電変換素子７０（ベース層１４、第１導電型層１２）へのナトリウム（アルカリ金属元素）の拡散が抑制される。これらの結果、従来の光起電力装置に比べて支持基板１８内から充填材６０を介したナトリウム（アルカリ金属元素）の拡散が効果的に抑制されるので、光起電力装置１００の長期信頼性を向上させることができる。
【００６８】
また、裏面電極（第２電極２８ｐ）におけるヘテロ接合を構成するｉ型層２２、第２導電型層２４、及び透明電極層２６からなる積層体をそのまま適用するので、工数の増加なしに光起電力装置１００を製造することができる。
【００６９】
また、本実施の形態では、支持基板１８におけるパッシベーション層１６との接合界面（結合界面）１８ｂ付近に、ナトリウム（アルカリ金属元素）が支持基板１８の母材に比べて低濃度化した領域が形成されている。このため、従来に比べてナトリウムが光電変換素子７０内に拡散することを抑制することができ、光電変換素子７０の劣化の進行を遅らせることができる。また、ファン・デル・ワールス力や水素結合により接合する場合に比べて、支持基板１８と光電変換素子７０とをより強固に接合することができ、長期に亘って優れた信頼性を保つことができる。
【００７０】
また、光電変換素子７０（パッシベーション層１６）と支持基板１８とは陽極接合されているので、簡素な方法で強固な接合を形成できる。また、ＥＶＡ等の樹脂の充填材を用いた場合に比べて、耐熱性が高く、後工程における高温での処理が可能となるといった利点がある。
【符号の説明】
【００７１】
１０  基板、１０ａ  ポーラス層、１２  第１導電型層、１４  ベース層、１６  パッシベーション層、１８  支持基板、２０  絶縁層、２２  ｉ型層、２４  第２導電型層、２６  透明電極層、２８  金属層、２８ｎ  第１電極、２８ｐ  第２電極、２８ａ  金属部、５０、５２  電極、６０  充填材、６２  封止材、７０  光電変換素子、１００  光起電力装置。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
2014067739.tif 000007
【図２Ｅ】
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【図２Ｆ】
2014067739.tif 000009
【図２Ｇ】
2014067739.tif 000010
【図２Ｈ】
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【図２Ｉ】
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【図２Ｊ】
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【図２Ｋ】
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【図３】
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【図４】
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