(57)【要約】  光の利用効率に優れ、かつキャリアの再結合損失が抑制された太陽電池セルを提供する。Ｇｅと他の金属元素との合金により形成された裏面電極２２と、裏面電極２２の主面に形成された第１極性の第１の結晶Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層１５と、第１の結晶Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層１５の主面に形成された第２極性の第２の結晶Ｓｉ１−ｙＧｅｙ層１６と、を有する太陽電池セルである。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｇｅと他の金属元素との合金により形成された裏面電極と、
前記裏面電極の主面に形成された第１極性の第１の結晶Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層と、
前記第１の結晶Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層の主面に形成された第２極性の第２の結晶Ｓｉ１−ｙＧｅｙ層と、を有することを特徴とする太陽電池セル。
【請求項２】
前記第２の結晶Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層の主面に形成され、前記第１の結晶Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層の膜厚と前記第２の結晶Ｓｉ１−ｙＧｅｙ層の膜厚との合計値より小さい膜厚を有する第２極性の結晶Ｓｉ層と、
前記第２極性の結晶Ｓｉ層の主面に絶縁材料により形成されたパッシベーション層と、
前記第２極性の結晶Ｓｉ層と導通する表面電極と、をさらに有することを特徴とする請求項１に記載の太陽電池セル。
【請求項３】
結晶Ｓｉ基板上に設けられた前記裏面電極の主面には、前記第１の結晶Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層、前記第２の結晶Ｓｉ１−ｙＧｅｙ層、及び前記第２極性の結晶Ｓｉ層を有する積層体が、開口部を挟んで複数形成されており、
前記パッシベーション層は、さらに前記開口部に面する前記積層体の側面に形成されていることを特徴とする請求項２に記載の太陽電池セル。
【請求項４】
前記第１の結晶Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層のｘの値は、０＜ｘ≦０．６８であり、前記第２の結晶Ｓｉ１−ｙＧｅｙ層のｙの値は、０＜ｙ≦０．６８である請求項１に記載の太陽電池セル。
【請求項５】
前記裏面電極は、前記金属元素として、Ａｇ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｐｄ、Ｎｉ、Ｃｕからなる群から選択される少なくとも一の金属元素を有することを特徴とする請求項１に記載の太陽電池セル。
【請求項６】
前記第１の結晶Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層の膜厚と前記第２の結晶Ｓｉ１−ｙＧｅｙ層の膜厚との合計値は、２μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池セル。
【請求項７】
前記第２極性の結晶Ｓｉ層の膜厚は、７ｎｍ以上であることを特徴とする請求項２に記載の太陽電池セル。
【請求項８】
前記パッシベーション層は、ＳｉＯ２により形成されていることを特徴とする請求項３に記載の太陽電池セル。
【請求項９】
結晶Ｓｉ基板上に、Ｇｅを主体とするＧｅ層を形成し、
前記Ｇｅ層上に、第１極性の第１の結晶Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層を形成し、
前記第１の結晶Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層上に、第２極性の第２の結晶Ｓｉ１−ｙＧｅｙ層を形成し、
前記Ｇｅ層に他の金属元素を導入して裏面電極を形成することを特徴とする太陽電池セルの製造方法。
【請求項１０】
前記第２の結晶Ｓｉ１−ｙＧｅｙ層上に、第２極性の結晶Ｓｉ層を形成し、
前記第１の結晶Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層、前記第２の結晶Ｓｉ１−ｙＧｅｙ層及び前記第２極性の結晶Ｓｉ層の積層体をパターニングして開口部を形成し、
前記積層体の前記第２極性の結晶Ｓｉ層の表面及び前記積層体の前記開口部に面する側面に、パッシベーション層を形成し、
前記開口部の領域において前記Ｇｅ層の上に存在する層を除去して、前記Ｇｅ層を露出させ、
前記開口部に前記他の金属元素を含有する金属材料を充填して、前記開口部において露出する前記Ｇｅ層に接する金属層を形成し、
前記Ｇｅ層を前記金属層とともに加熱して、前記裏面電極を形成することを特徴とする請求項９に記載の太陽電池セルの製造方法。
【請求項１１】
前記金属層を除去した後、前記パッシベーション層又は前記第２極性の結晶Ｓｉ層の上に、前記第２極性の結晶Ｓｉ層と導通する表面電極を形成することを特徴とする請求項１０に記載の太陽電池セルの製造方法。
【請求項１２】
前記パッシベーション層を、熱酸化法により形成することを特徴とする請求項１０に記載の太陽電池セルの製造方法。
【請求項１３】
前記第１の結晶Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層のｘの値が０＜ｘ≦０．６８の範囲となるように前記第１の結晶Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層を形成し、
前記第２の結晶Ｓｉ１−ｙＧｅｙ層のｙの値が０＜ｙ≦０．６８の範囲となるように前記第２の結晶Ｓｉ１−ｙＧｅｙを形成することを特徴とする請求項９に記載の太陽電池セルの製造方法。
【請求項１４】
前記金属材料は、Ａｇ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｐｄ、Ｎｉ、Ｃｕからなる群から選択される少なくとも一の金属元素を有することを特徴とする請求項１０に記載の太陽電池セルの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池セル及びその製造方法に係り、特にマルチエキシトンの生成が可能な太陽電池セル及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池セルを高効率化する技術として、近年、マルチエキシトン生成が注目されている。マルチエキシトン生成は、バンドギャップエネルギー（伝導帯と価電子帯とのエネルギー差であり、以下、Ｅｇと記す）を上回る余剰エネルギーがＥｇの２倍（以下、２Ｅｇと記す）以上である場合に、余剰エネルギーによりさらに電子正孔対が生成される現象である。マルチエキシトン生成を利用することで、従来の一般的な太陽電池セルにおいて、熱として散逸されていた余剰エネルギーを電力に変換することが可能となるため、太陽電池セルの高効率化が期待されている。【０００３】
例えば、特許文献１には、マルチエキシトン生成を利用する太陽電池セルの例が開示されている。特許文献１では、例えば単結晶Ｓｉのｐｎ接合と、太陽光受光面（以下、表面と記す）側に熱酸化法により形成されたＳｉＯ２膜とを有する太陽電池セルにおいて、１を超える内部量子効率が確認される点が開示されている。【０００４】
特許文献１に記載された単結晶Ｓｉ太陽電池セルでは、入射光のエネルギーが、原理的にはマルチエキシトンの生成が期待される２Ｅｇ以上であってもマルチエキシトンは発生せず、入射光のエネルギーが、Γ点での伝導帯と価電子帯とのエネルギー差（以下、ΔΓと記す。）を超える場合に、マルチエキシトン生成が発生している。すなわち、この単結晶Ｓｉ太陽電池セルでは、入射光のエネルギーが２Ｅｇ以上かつΔΓ以下の場合（結晶Ｓｉ：ΔΓ＝３．４ｅＶ、２Ｅｇ＝２．２ｅＶ）、内部量子効率が１を超える現象は観測されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第５６９３１５１号明細書
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｒｅｖｉｅｗ  Ｂ，  Ｖｏｌ．４０，  Ｎｏ．８，１５  Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ  １９８９，  ｐｐ．５６８３−５６９３．
【非特許文献２】Ｓｏｌｉｄ−Ｓｔａｔｅ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，  Ｖｏｌ．６０，  Ｉｓｓｕｅ  １，  Ｊｕｎｅ  ２０１１，  ｐｐ．２−６．
【非特許文献３】“Ｓｉｌｉｃｏｎ  ＶＬＳＩ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ”（Ｐｒｅｎｔｉｃｅ  Ｈａｌｌ，  ２０００），  ｐｐ．６９１−６９５．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に記載の単結晶Ｓｉ太陽電池セルにおいて、内部量子効率が１を超える現象（すなわち、マルチエキシトン生成）が観測されていない、２Ｅｇ以上かつΔΓ以下のエネルギー帯（２．２ｅＶ〜３．４ｅＶ）は、太陽光強度の比較的高い領域である。このため、特許文献１に記載の太陽電池セルでは、マルチエキシトン生成は可能であるが、上記した高強度のエネルギー帯の光を有効利用することができない。このため、実用上、高い変換効率を実現することは困難である。【０００８】
一方、単結晶Ｓｉ太陽電池セルより高い変換効率を期待できるものとして、結晶ＳｉＧｅ層を発電層に用いる太陽電池セルが検討されている。結晶ＳｉＧｅ層は、単結晶Ｓｉを発電層として用いる場合と比較して、光の利用効率の向上が期待できるが、その一方で、単結晶Ｓｉと比較して結晶欠陥密度（以下、転位密度と示す。）が高くなり易い。このため、発電層において一旦発生した電子正孔対（以下、キャリアと示す。）が再度結合する、所謂再結合の発生が懸念される。【０００９】
結晶ＳｉＧｅ層は、その下に形成される下地層の膜厚を厚くするほど転位密度が低減し、キャリアの再結合が抑制される傾向がある。一方、結晶ＳｉＧｅ層の下地層の厚さを厚くすると、この下地層におけるキャリアの再結合が発生する確率が高くなる。【００１０】
従って、結晶ＳｉＧｅ層を発電層に用いた場合、太陽セル全体としての再結合損失を抑制することは、現状では困難である。このため、光を有効に利用しつつ、キャリアの再結合損失を抑制した太陽電池セルは、現状では得られていない。【００１１】
そこで、本発明の目的は、光の利用効率に優れ、かつキャリアの再結合損失が抑制された太陽電池セル及びその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明に係る太陽電池セルの好ましい実施形態としては、Ｇｅと他の金属元素との合金により形成された裏面電極と、前記裏面電極の主面に形成された第１極性の第１の結晶Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層と、前記第１の結晶Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層の主面に形成された第２極性の第２の結晶Ｓｉ１−ｙＧｅｙ層と、を有することを特徴とする。【００１３】
また、本発明に係る太陽電池セルの製造方法の好ましい実施形態としては、結晶Ｓｉ基板上に、Ｇｅを主体とするＧｅ層を形成し、前記Ｇｅ層上に、第１極性の第１の結晶Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層を形成し、前記第１の結晶Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層上に、第２極性の第２の結晶Ｓｉ１−ｙＧｅｙ層を形成し、前記Ｇｅ層に他の金属元素を導入して裏面電極を形成することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、光の利用効率に優れ、かつキャリアの再結合損失が抑制された太陽電池セル及びその製造方法を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施例１に係る太陽電池セルを示す図である。
【図２】実施例１に係る太陽電池セルの製造方法を示す図である。
【図３】実施例１に係る太陽電池セルの製造方法を示す図である。
【図４】実施例１に係る太陽電池セルの製造方法を示す図である。
【図５】実施例１に係る太陽電池セルの製造方法を示す図である。
【図６】実施例１に係る太陽電池セルの製造方法を示す図である。
【図７】実施例１に係る太陽電池セルの製造方法を示す図である。
【図８】実施例１に係る太陽電池セルの製造方法を示す図である。
【図９】実施例１に係る太陽電池セルの製造方法を示す図である。
【図１０】結晶Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層及び結晶Ｇｅ層を発電層として有する従来の太陽電池セルの一例を示す図である。
【図１１】実施例１に係る太陽電池セルを用いた太陽電池システムを示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【００１６】
＜太陽電池セルの構造＞
本発明の実施例１に係る太陽電池セルについて、図１を用いて説明する。ここで、（ａ）は太陽電池セルを示す上面図、（ｂ）は同太陽電池セルの断面図である。【００１７】
図１に示すように、太陽電池セルは、結晶Ｓｉ基板１１の主面に裏面電極２２が形成されている。裏面電極２２の主面には、Ｐ型結晶Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層１５、Ｎ型結晶Ｓｉ１−ｙＧｅｙ層１６、及びＮ型の結晶Ｓｉ層１７がこの順に積層された積層体２５が複数形成されている。【００１８】
ここで、結晶Ｓｉ１−ｘＧｅｘ、結晶Ｓｉ１−ｙＧｅｙは、いずれもＳｉとＧｅの混晶であり、ｘ、ｙは、それぞれ０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１の値をとる。以下、Ｐ型結晶Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層１５、Ｎ型結晶Ｓｉ１−ｙＧｅｙ層１６を、単にＰ型結晶ＳｉＧｅ層１５、Ｎ型結晶ＳｉＧｅ層１６と示す。【００１９】
各積層体２５は、裏面電極２２上で、開口部２４を挟んで隣り合うように設けられており、各積層体２５の結晶Ｓｉ層１７の主面及び開口部２４に面する側面には、パッシベーション層１８が形成されている。表面電極２１は、結晶Ｓｉ層１７上のパッシベーション層１８に形成された開口部上に設けられている。表面電極２１は、パッシベーション層１８の開口部において結晶Ｓｉ層１７と接することで、結晶Ｓｉ層１７に導通されている。【００２０】
結晶Ｓｉ基板１１、Ｐ型結晶Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層１５、Ｎ型結晶Ｓｉ１−ｙＧｅｙ層１６、及び結晶Ｓｉ層１７としては、単結晶、多結晶、微結晶などの結晶構造を有するものを用いることができる。【００２１】
パッシベーション層１８としては、ＳｉＯ２、ＳｉＮ（窒化シリコン）、アモルファスＳｉ、ＳｉＣ（炭化シリコン）、ＣｄＳなどの絶縁材料を用いることができる。パッシベーション層１８は、これらの絶縁材料を用いた単独の層で形成してもよく、これらから選択される二種以上の絶縁材料を積層した積層構造により形成してもよい。これらの中でも、パッシベーション層１８としては、ＳｉＯ２を用いて形成することが望ましい。その理由は、ＳｉＯ２と結晶Ｓｉとの界面が、ＳｉＯ２と結晶Ｓｉ１−ｘＧｅｘとの界面と比較して、界面再結合が抑制されるためである。【００２２】
マルチエキシトン生成は、高エネルギーの光により発生する現象である。一般に、高エネルギーの光は太陽電池セルの表面付近で吸収されることから、マルチエキシトンの生成効率を高めるには、太陽電池セルの表面に、高品質のパッシベーション層１８を設けるのがよい。低品質のパッシベーション層１８を設けた場合、すなわちパッシベーション層１８と発電層との界面に再結合準位が多数存在する場合には、マルチエキシトン生成によって発生した電子と正孔は、電極に収集される前に、再結合によって消滅する確率が高い。このため、パッシベーション層１８としては、高品質なパッシベーション層１８として、熱酸化法により形成したＳｉＯ２膜を設けることが望ましい。【００２３】
表面電極２１としては、太陽電池の電極材料として一般に用いられる金属材料、例えば、Ａｇ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｐｄ、Ｎｉ、Ｃｕからなる群から選択される少なくとも一の元素を含む金属材料を用いることができる。表面電極２１としては、上記した金属元素のうちのいずれかの元素単独で形成されていてもよく、これらの金属元素のうちの二種以上を含んで形成されていてもよい。また、互いに異なる金属元素を含む複数の層を、積層して形成されていてもよい。【００２４】
裏面電極２２としては、ゲルマニウム（以下、単にＧｅと示す。）と他の金属元素とを含む合金を用いることができる。  
Ｇｅと混合する金属元素としては、太陽電池の電極材料として一般に用いられる金属材料、例えばＡｇ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｐｄ、Ｎｉ、Ｃｕからなる群から選択される少なくとも一の元素を用いることができる。【００２５】
Ｇｅと混合する金属元素としては、上記した金属元素の中でも、この金属元素中のＧｅの固体溶解度が、この金属元素中のＳｉの固体溶解度よりも高いものを用いることが望ましい。裏面電極２２として、Ｇｅと金属元素との合金を用いることにより、後述する理由から、太陽電池セルにおけるキャリアの再結合損失を低減することが可能である。なお、熱処理により得られる合金の組成比は、合金を形成する一方の成分の、他方の成分中の固体溶解度に依存する（非特許文献３参照。）。【００２６】
上記した固体溶解度の条件に加え、Ｇｅと混合する金属元素としては、太陽光に対して高い反射率を示すものを用いることが望ましい。これらの条件を満たす金属元素としては、上記した金属元素の中でも、Ａｌを好適に用いることができる。【００２７】
裏面電極２２としての機能を果たし、かつ太陽光に対して良好な反射率を得る観点から、裏面電極２２は、Ｇｅ以外の金属元素を５０％以上含有することが望ましい。【００２８】
図１（ｂ）では、発電層が、裏面電極２２上に、Ｐ型結晶Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層１５、Ｎ型結晶Ｓｉ１−ｙＧｅｙ層１６の順に積層されている例を示したが、本発明の太陽電池セルは、これらの層が、裏面電２２上にＮ型結晶Ｓｉ１−ｙＧｅｙ層１６、Ｐ型結晶Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層１５の順に積層されていてもよい。【００２９】
また、図１（ｂ）に示す例では、Ｎ型の結晶Ｓｉ層１７を形成した例を示したが、本発明の太陽電池セルは、必ずしもこのような構成に限られない。すなわち、裏面電極２２上に、Ｐ型結晶Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層１５、Ｎ型結晶Ｓｉ１−ｙＧｅｙ層１６の順に積層されている場合には、その上の結晶Ｓｉ層１７の導電型はＮ型であり、裏面電極２２上に、Ｎ型結晶Ｓｉ１−ｙＧｅｙ層１６、Ｐ型結晶Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層１５の順に積層されている場合には、その上の結晶Ｓｉ層１７の導電型はＰ型である。【００３０】
図１では、Ｐ型結晶Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層１５、Ｎ型結晶Ｓｉ１−ｙＧｅｙ層１６及び結晶Ｓｉ層１７の積層体、パッシベーション層１８、表面電極２１が、表面電極２１の形成面側から見て、互いに平行な直線状にパターニングされた例を示しているが、パターニング形状は、必ずしも図１に示す形態に限られない。例えば各層が、円形等の曲線を有する形状にパターニングされていてもよい。【００３１】
実施例１の太陽電池セルでは、一般的な太陽電池セルと同様、結晶Ｓｉ層１７のうち、表面電極２１と接続される領域の導電性を、表面電極２１と接続されない領域よりの導電性よりも高くした、いわゆる選択エミッタ構造を採用してもよい。【００３２】
また、実施例１の太陽電池セルでは、一般的な太陽電池セルと同様、Ｐ型結晶Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層１５と裏面電極２２との界面に、Ｂａｃｋ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｆｉｅｌｄ（ＢＳＦ）層を設けてもよい。【００３３】
＜太陽電池セルの効果＞
以上説明したように、実施例１の太陽電池セルは、Ｇｅと他の金属元素との合金により形成された裏面電極２２上に、発電層であるＰ型結晶Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層１５及びＮ型結晶Ｓｉ１−ｙＧｅｙ層１６が形成された構成とすることで、マルチエキシトンの生成効率の向上と、キャリアの再結合損失の低減を両立し、発電効率の高い太陽電池セルを実現することができる。以下にその理由について説明する。【００３４】
実施例１の太陽電池セルによれば、Ｐ型結晶Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層１５、Ｎ型結晶Ｓｉ１−ｙＧｅｙ層１６を、発電層として設けることで、例えば結晶Ｓｉ層を発電層とする結晶Ｓｉ太陽電池と比較して、マルチエキシトンの生成効率を向上させることができる。【００３５】
すなわち、マルチエキシトンの生成効率を向上させるには、上記したように、発電層のバンド構造におけるΔΓ−２Ｅｇの値を低減することが有効である。実施例１の太陽電池セルでは、マルチエキシトンの発生可能領域は、Ｐ型結晶Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層１５、Ｎ型結晶Ｓｉ１−ｙＧｅｙ層１６、及び結晶Ｓｉ層１７であり、このうちＰ型結晶Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層１５、Ｎ型結晶Ｓｉ１−ｙＧｅｙ層１６のΔΓ−２Ｅｇの値は、後述するように、それぞれｘ、ｙの値の増加に伴い単調に減少する。このため、Ｐ型結晶Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層１５、Ｎ型結晶Ｓｉ１−ｙＧｅｙ層１６において、ｘ、ｙの値をそれぞれ調整することで、バンド構造のΔΓ−２Ｅｇの値を低減し、２Ｅｇ以上のエネルギーを有する光の利用効率を向上させることができる。【００３６】
Ｐ型結晶Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層１５、Ｎ型結晶Ｓｉ１−ｙＧｅｙ層１６の２Ｅｇ以上のエネルギーを有する光を、より多くこれらの層に吸収させて、マルチエキシトンの発生効率を高めるには、Ｐ型結晶Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層１５及びＮ型結晶Ｓｉ１−ｙＧｅｙ層１６の、ｘ、ｙの値の調整に加え、後述するように、Ｐ型結晶Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層１５、Ｎ型結晶Ｓｉ１−ｙＧｅｙ層１６、及び結晶Ｓｉ層１７の膜厚の調整も有効である。【００３７】
また、図１に示す太陽電池セルによれば、Ｇｅと他の金属元素との合金により形成された裏面電極２２上に、発電層であるＰ型結晶Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層１５を形成することで、（１）Ｐ型結晶Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層１５の下地層である裏面電極２２における再結合損失、及び（２）Ｐ型結晶Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層１５、Ｎ型結晶Ｓｉ１−ｙＧｅｙ層１６における再結合損失の双方の低減を両立することが可能である。
［従来の太陽電池セル］
この点について、ＳｉＧｅ層を用いた従来の太陽電池と比較しながら説明する。図１０に、結晶Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層及び結晶Ｇｅ層を発電層として有する従来の太陽電池セルの一例を示す。（ａ）はその上面図、（ｂ）は断面図である。【００３８】
図１０に示す太陽電池セルでは、裏面電極６２上に形成された結晶Ｓｉ基板５１上に、Ｇｅバッファ層５２、結晶Ｇｅ層５３、結晶Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層５４、結晶Ｓｉ層５７、パッシベーション層５８がこの順に積層されており、パッシベーション層５８に設けられた開口部に表面電極６１が形成されている。図１０に示す例では、結晶Ｇｅ層５３及び結晶Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層５４が発電層となる。【００３９】
Ｇｅバッファ層５２は、結晶Ｓｉ基板５１上に結晶Ｇｅ層５２を形成するために設けられる層である。具体的には、結晶Ｓｉ基板５１上に、まずＧｅバッファ層５２を形成し、熱処理を加えることで、Ｇｅバッファ層５２を格子緩和させる。その後、Ｇｅバッファ層５２上に、結晶Ｇｅ層５３を形成する。このようにして形成された結晶Ｇｅ層５３は、その膜厚を厚くするほど最表面の転位密度が低減し（非特許文献２参照。）、その結果、結晶Ｇｅ層５３上に形成される結晶Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層５４の転位密度が低減する。結晶Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層５４の転位密度が低減することで、結晶Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層５４での再結合が抑制される。しかしながら、結晶Ｇｅ層５３の膜厚を厚くすると、結晶Ｇｅ層５３又は結晶Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層５４で発生したキャリアが、結晶Ｇｅ層５３を通過する際に、結晶Ｇｅ層５３において再結合する確率が増大する。【００４０】
すなわち、結晶Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層５４及び結晶Ｇｅ層５３の積層膜を発電層とする太陽電池セルにおいては、結晶Ｇｅ層５３における再結合損失（第１の再結合損失）と、結晶Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層５４における再結合損失（第２の再結合損失）の、二種の再結合損失が問題となっており、第１の再結合損失を低減するには、結晶Ｇｅ層５３の膜厚を小さくする必要があり、第２の再結合損失を低減するには、結晶Ｇｅ層５３の膜厚を大きくする必要がある。このため、ＳｉＧｅ層を用いた従来の太陽電池セルでは、これら二種の再結合損失の抑制に関して、結晶Ｇｅ層の膜厚調整のトレードオフが存在する。【００４１】
なお、実施例１の太陽電池セルにおいて、裏面電極２２は、後に製造方法の説明において詳述するように、Ｇｅバッファ層１２及び結晶Ｇｅ層１３と、金属層２３との合金化反応により形成される（図７参照。）。【００４２】
このため、実施例１の太陽電池セルの製造工程時におけるＧｅバッファ層１２及び結晶Ｇｅ層１３（図５参照。）を、それぞれ図１０に示すＧｅバッファ層５２及び結晶Ｇｅ層５３に対応させて検討し、実施例１の太陽電池セルのＰ型結晶Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層１５及びＮ型結晶Ｓｉ１−ｙＧｅｙ層１６を、図１０に示す結晶Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層５４に対応させて検討する。【００４３】
すなわち、従来構成における第１の再結合損失の発生箇所である結晶Ｇｅ層５３は、実施例１の太陽電池セルの裏面電極２２に対応し、従来構成における第２の再結合損失の発生箇所である結晶Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層５４は、実施例１のＰ型結晶Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層１５及びＮ型結晶Ｓｉ１−ｙＧｅｙ層１６に対応する。
［（１）裏面電極２２における再結合損失の抑制］
まず、Ｐ型結晶Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層１５の下地層である裏面電極２２における、再結合損失の抑制について説明する。  
実施例１の太陽電池セルでは、Ｐ型結晶Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層１５の下地層である裏面電極２２は、Ｇｅと他の金属元素との合金により形成されており、裏面電極２２は、Ｇｅ以外の金属元素を含有させずに形成した場合と比較して、表面電極２２側から入射した光に対する反射率が高くなっている。裏面電極２２は、Ｇｅ以外の金属元素が占める組成比率が高いほど、表面反射率が高くなる傾向がある。【００４４】
このため、表面電極２１側から入射した太陽光のうち、Ｎ型結晶Ｓｉ１−ｙＧｅｙ層１６、Ｐ型結晶Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層１５のいずれにおいても吸収されずに、Ｐ型結晶Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層１５と裏面電極２２との界面に到達した光は、この界面において反射され、Ｐ型結晶Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層１５、Ｎ型結晶Ｓｉ１−ｙＧｅｙ層１６、又は結晶Ｓｉ層１７で吸収される。従って、表面電極２１側からの入射光が、裏面電極２２内部に侵入して光吸収される確率は低く、裏面電極２２における再結合損失の発生は抑制されている。【００４５】
なお、上記したように、結晶Ｇｅ層１３（図５参照。）は、Ｇｅバッファ層１２と共に金属層２３と合金化されて裏面電極２２を形成するものであり、実施例１の太陽電池セルでは、結晶Ｇｅ層１３は存在せず、結晶Ｇｅ層１３における再結合損失は存在しない。
［（２）Ｐ型結晶Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層１５の再結合抑制］
次に、Ｐ型結晶Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層１５、Ｎ型結晶Ｓｉ１−ｙＧｅｙ層１６における、再結合損失の抑制について説明する。  
Ｐ型結晶Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層１５、Ｎ型結晶Ｓｉ１−ｙＧｅｙ層１６における再結合損失を抑制するには、Ｐ型結晶Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層１５の形成時点において、Ｐ型結晶Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層１５に接する下層の膜厚を大きくし、この下層の最表面の転位密度を低減して、Ｐ型結晶Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層１５、Ｎ型結晶Ｓｉ１−ｙＧｅｙ層１６における転位密度を低減することが有効である。上記したように、実施例１の太陽電池セルにおいて、Ｐ型結晶Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層１５の形成面は、結晶Ｇｅ層１３となる（図２（ｂ）参照。）ため、実施例１の構成では、結晶Ｇｅ層１３の膜厚を大きくし、結晶Ｇｅ層１３の最表面の転位密度を低くする。【００４６】
上記したように、実施例１の太陽電池セルでは、裏面電極２２が、光吸収が生じ難いものとされており、その厚さに関わらず、再結合損失が抑制されている。このため、実施例１の構成によれば、裏面電極２２における再結合損失の増大を懸念することなく、裏面電極２２の厚さを任意に厚くすることができる。このため、後述するＰ型結晶Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層１５の形成時において、その下層の結晶Ｇｅ層１３（図２（ｂ）参照。）を厚くすることができ、結晶Ｇｅ層１３の最表面の転位密度を低減することで、Ｐ型結晶Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層１５、Ｎ型結晶Ｓｉ１−ｙＧｅｙ層１６の転位密度を低減することができる。これにより、Ｐ型結晶Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層１５、Ｎ型結晶Ｓｉ１−ｙＧｅｙ層１６における、再結合損失を抑制することができる。【００４７】
以上より、実施例１の太陽電池セルによれば、（１）裏面電極２２における再結合損失の低減、及び（２）Ｐ型結晶Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層１５、Ｎ型結晶Ｓｉ１−ｙＧｅｙ層１６における再結合損失の低減の双方を両立することが可能である。【００４８】
＜効果を得るためのパラメータ＞
以下に、実施例１の構造において、上記した効果をより効率的に得る上で重要となるパラメータの数値範囲について説明する。【００４９】
第１のパラメータは、Ｐ型結晶Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層１５及びＮ型結晶Ｓｉ１−ｙＧｅｙ層１６のＧｅ組成を示すｘ、ｙである。  
Ｐ型結晶Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層１５のｘの値、Ｎ型結晶Ｓｉ１−ｙＧｅｙ層１５のｙの値は、それぞれマルチエキシトン生成効率と、Ｐ型結晶Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層１５及びＮ型結晶Ｓｉ１−ｙＧｅｙ層１６の形成条件の２点を考慮して決定することが望ましい。以下では、Ｐ型結晶Ｓｉ１−ｘＧｅｘの場合を例に説明するが、Ｎ型結晶Ｓｉ１−ｙＧｅｙについても同様のことがいえるため、説明を省略する。なお、太陽電池セルにおいて、Ｐ型結晶Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層１５のＧｅ組成ｘと、Ｎ型結晶Ｓｉ１−ｙＧｅｙ層１６のＧｅ組成ｙとは、互いに等しくてもよく異なっていてもよい。また、各層の内部において、Ｇｅ組成が変化していてもよい。【００５０】
上記したように、マルチエキシトンの生成効率を向上させる観点からは、光の利用効率を高めるため、ΔΓ−２Ｅｇの値をより小さくすることが望ましい。ただし、ΔΓ−２Ｅｇ＜０の場合、Γ点での光吸収により発生した電子と正孔とは、マルチエキシトンを発生させることはできない。従って、マルチエキシトンを効率的に発生させるためには、ΔΓ−２Ｅｇの値は０以上であり、かつできるだけ小さいことが望ましい。【００５１】
結晶Ｓｉ１−ｘＧｅｘにおけるΔΓとＥｇは、いずれもｘに対して単調に減少し、さらにΔΓ−２Ｅｇの値もｘに対して単調減少する。結晶Ｓｉ１−ｘＧｅｘにおいては、具体的には、０＜ｘ＜０．６８ではΔΓ−２Ｅｇ＞０、ｘ＝０．６８においてΔΓ−２Ｅｇ＝０となり、ｘ＞０．６８ではΔΓ−２Ｅｇ＜０である（非特許文献１参照。）。このため、マルチエキシトンを効率的に発生させる観点からは、ｘの値は０＜ｘ≦０．６８の範囲内であるのが望ましく、特に、上記範囲内で、ｘの値ができるだけ大きいのが望ましい。【００５２】
また、後述するように、Ｐ型結晶Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層１５及びＮ型結晶Ｓｉ１−ｙＧｅｙ層１６は、結晶Ｇｅ層１３上に、例えばエピタキシャル成長により形成される。このため、Ｐ型結晶Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層１５及びＮ型結晶Ｓｉ１−ｙＧｅｙ層１６の形成条件の観点からは、結晶Ｇｅ層１３の格子定数と、Ｐ型結晶Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層１５及びＮ型結晶Ｓｉ１−ｙＧｅｙ層１６の格子定数との間の差は小さいことが望ましい。すなわち、ｘ、ｙの値がより大きい方が、例えばエピタキシャル成長による、結晶Ｇｅ層１３上でのＰ型結晶Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層１５及びＮ型結晶Ｓｉ１−ｙＧｅｙ層１６の形成を容易に行うことができる。【００５３】
以上より、Ｐ型結晶Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層１５のｘの値は、０＜ｘ≦０．６８の範囲内であるのが望ましい。特に０＜ｘ≦０．６８の範囲内において、より大きい値であることが望ましい。また、Ｎ型結晶Ｓｉ１−ｙＧｅｙ層１６についても同様に、ｙの値は０＜ｙ≦０．６８の範囲内であるのが望ましく、特に０＜ｙ≦０．６８の範囲内において、より大きい値であることが望ましい。【００５４】
第２のパラメータは、Ｐ型結晶Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層１５の膜厚とＮ型結晶Ｓｉ１−ｙＧｅｙ層１６の膜厚との合計値である。  
Ｐ型結晶Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層１５の膜厚と、Ｎ型結晶Ｓｉ１−ｙＧｅｙ層１６の膜厚との合計値は、Ｐ型結晶Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層１５及びＮ型結晶Ｓｉ１−ｙＧｅｙ層１６における光吸収性と、Ｐ型結晶Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層１５及びＮ型結晶Ｓｉ１−ｙＧｅｙ層１６における再結合損失の抑制の２点を考慮して決定することが望ましい。【００５５】
実施例１の太陽電池セルにおいて、Ｐ型結晶Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層１５及びＮ型結晶Ｓｉ１−ｙＧｅｙ層１６を、マルチエキシトンの主な発生層とするためには、マルチエキシトンの発生に用いられる高エネルギー光が、Ｐ型結晶Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層１５及びＮ型結晶Ｓｉ１−ｙＧｅｙ層１６において、より多く吸収されることが望ましい。【００５６】
このため、Ｐ型結晶Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層１５及びＮ型結晶Ｓｉ１−ｙＧｅｙ層１６における光吸収性の観点から検討すると、例えば２ｅＶ以上のエネルギーを有する光を、Ｐ型結晶Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層１５及びＮ型結晶Ｓｉ１−ｙＧｅｙ層１６で吸収するのに必要な、Ｐ型結晶Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層１５の膜厚とＮ型結晶Ｓｉ１−ｙＧｅｙ層１６の膜厚との合計値は、光吸収係数から、概ね２μｍと見積もられる。【００５７】
一方、Ｐ型結晶Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層１５及びＮ型結晶Ｓｉ１−ｙＧｅｙ層１６において発生したキャリアの再結合損失を抑制する観点からは、Ｐ型結晶Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層１５の膜厚と、Ｎ型結晶Ｓｉ１−ｙＧｅｙ層１６の膜厚との合計値は、より小さい方が望ましい。また、Ｐ型結晶Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層１５及びＮ型結晶Ｓｉ１−ｙＧｅｙ層１６を、例えばエピタキシャル成長法により形成する場合には、その形成条件や形成時間の観点から、Ｐ型結晶Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層１５の膜厚と、Ｎ型結晶Ｓｉ１−ｙＧｅｙ層１６の膜厚との合計値は、より小さい方が望ましい。【００５８】
以上より、Ｐ型結晶Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層１５の膜厚と、Ｎ型結晶Ｓｉ１−ｙＧｅｙ層１６の膜厚との合計値は、これらの層における光吸収性の向上と、再結合損失の抑制とを両立する観点から、２μｍ以下の範囲であることが望ましい。より望ましくは、２μｍ以下の範囲内において、より大きい値であることがよい。【００５９】
ただし、これらの膜厚の合計値は、最終的には形成条件等を考慮した上で、適宜調整することが望ましい。【００６０】
第３のパラメータは、結晶Ｓｉ層１７の膜厚である。結晶Ｓｉ層１７の膜厚は、Ｐ型結晶Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層１５及びＮ型結晶Ｓｉ１−ｙＧｅｙ層１６における光吸収性と、Ｐ型結晶Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層１５及びＮ型結晶Ｓｉ１−ｙＧｅｙ層１６からのＧｅの拡散抑制との２点を考慮して決定することが望ましい。【００６１】
マルチエキシトン生成に用いられる高エネルギー光の、Ｐ型結晶Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層１５及びＮ型結晶Ｓｉ１−ｙＧｅｙ層１６における光吸収量を増大させる観点からは、結晶Ｓｉ層１７における光吸収を抑制することが望ましく、結晶Ｓｉ層１７の膜厚は小さい方が望ましい。このため、結晶Ｓｉ層１７の膜厚は、Ｐ型結晶Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層１５の膜厚とＮ型結晶Ｓｉ１−ｙＧｅｙ層１６の膜厚との合計値より小さいことが望ましい。【００６２】
一方、結晶Ｓｉ層１７は、後述する製造工程時における、Ｐ型結晶Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層１５及びＮ型結晶Ｓｉ１−ｙＧｅｙ層１６からのＧｅの拡散を抑制可能な厚さを有することが望ましい。【００６３】
例えば、Ｐ型結晶Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層１５及びＮ型結晶Ｓｉ１−ｙＧｅｙ層１６の形成後、高品質なパッシベーション層１８として、熱酸化法によりＳｉＯ２膜を形成する場合、Ｐ型結晶Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層１５及びＮ型結晶Ｓｉ１−ｙＧｅｙ層１６の積層体は、高温で熱処理され、この際に、Ｐ型結晶Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層１５及びＮ型結晶Ｓｉ１−ｙＧｅｙ層１６からＧｅの拡散が発生する。このため、結晶Ｓｉ層１７の膜厚は、熱処理時におけるＧｅの拡散抑制を考慮して決定することが望ましい。【００６４】
例えば、熱酸化法による一般的な酸化処理の例として、９００℃の温度下で５４００秒の酸化処理を行う場合について検討する。９００℃の温度下では、結晶Ｓｉ中のＧｅの拡散係数は１０−１６ｃｍ２ｓ−１であり、拡散距離は、√（１０−１６×５４００）＝７×１０−７ｃｍ＝７ｎｍとなる。このため、結晶Ｓｉ層１７の膜厚が７ｎｍ未満である場合には、太陽電池セルの製造工程終了時点において、結晶Ｓｉ層１７とパッシベーション層１８との界面に、Ｐ型結晶Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層１５又はＮ型結晶Ｓｉ１−ｙＧｅｙ層１６から拡散したＧｅが到達し、その結果、パッシベーション層１８の品質が低下することが懸念される。【００６５】
結晶Ｓｉ層１７の膜厚を７ｎｍ以上とすることで、パッシベーション層１８へのＧｅの拡散を抑制し、高品質なパッシベーション層１８の形成が可能となる。【００６６】
このため、Ｐ型結晶Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層１５及びＮ型結晶Ｓｉ１−ｙＧｅｙ層１６からのＧｅの拡散抑制の観点からは、結晶Ｓｉ層１７の膜厚は、７ｎｍ以上であるのが望ましい。特に、Ｇｅの拡散抑制と、Ｐ型結晶Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層１５及びＮ型結晶Ｓｉ１−ｙＧｅｙ層１６における光吸収性とを両立させる観点からは、７ｎｍ以上の範囲でより小さい膜厚とすることが望ましい。
【実施例２】
【００６７】
＜太陽電池セルの製造方法＞
図２〜９は、実施例１に係る太陽電池セルの製造方法を示す図である。図２〜９において、（ａ）は上面図を示し、（ｂ）は断面図を示す。以下、図２〜９に基づいて、実施例１に係る太陽電池セルの製造方法の各工程を説明する。【００６８】
まず、結晶Ｓｉ基板１１の表面に、Ｇｅバッファ層１２、結晶Ｇｅ層１３、Ｐ型結晶Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層１５、及びＮ型結晶Ｓｉ１−ｙＧｅｙ層１６、及び結晶Ｓｉ層１７を、この順に形成する。各層の形成後の構造を図２に示す。Ｇｅバッファ層１２の形成後には、水素雰囲気中での熱処理を加えることで、Ｇｅバッファ層１２を格子緩和させ、その上に形成される結晶Ｇｅ層１３の結晶欠陥を低減することが望ましい。【００６９】
Ｇｅバッファ層１２、結晶Ｇｅ層１３、Ｐ型結晶Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層１５及びＮ型結晶Ｓｉ１−ｙＧｅｙ層１６、並びに結晶Ｓｉ層１７の形成方法は、結晶欠陥低減のためにエピタキシャル成長法により行うのが望ましい。ただし、上記した層のうちの一部の層を、ＣＶＤ法などの他の成膜法により行ってもよい。【００７０】
Ｐ型結晶Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層１５、Ｎ型結晶Ｓｉ１−ｙＧｅｙ層１６、及び結晶Ｓｉ層１７への不純物ドーピングは、上記した各層の成膜時に行ってもよいし、上記成膜後に、イオン注入、気相拡散、あるいは固相拡散といった方法により行ってもよい。【００７１】
次に、Ｐ型結晶Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層１５、Ｎ型結晶Ｓｉ１−ｙＧｅｙ層１６、及び結晶Ｓｉ層１７の積層体をパターニングして、開口部２４を形成する。開口部２４の形成により、結晶Ｇｅ層１３上に積層体２５が形成される。開口部２４形成後の構造を図３に示す。開口部２４の形成は、リソグラフィーとエッチングを用いたパターニング法により行ってもよく、エッチングペーストを用いたパターニング法により行ってもよい。開口部２４の形成の際には、一般に、開口部２４の底部の結晶Ｇｅ層１３の少なくとも一部もエッチングされる。【００７２】
開口部２４に関しては、隣り合う開口部２４の間のピッチ、及び開口部２４の幅を適宜調整して形成する。  
隣り合う開口部２４の間のピッチを小さくすることで、後述する、Ｇｅバッファ層１２及び結晶Ｇｅ層１３と、金属層２３との合金化反応を、Ｇｅバッファ層１２及び結晶Ｇｅ層１３の全領域にわたって容易に進行させることができる。従って、隣り合う開口部２４の間のピッチは、小さくすることが望ましい。【００７３】
一方、太陽電池セルにおいて、マルチエキシトン生成効率を向上させる観点からは、Ｐ型結晶Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層１５及びＮ型結晶Ｓｉ１−ｙＧｅｙ層１６において、高エネルギー光をより多く吸収することが望ましい。このため、Ｐ型結晶Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層１５及びＮ型結晶Ｓｉ１−ｙＧｅｙ層１６における光吸収性を向上させる観点からは、開口部２４の占める面積は小さい方が望ましく、開口部２４の幅は、より小さい方が望ましい。【００７４】
但し、開口部２４の幅が小さいと、開口部２４のアスペクト比が高くなり、後述する金属層２３の形成時（図６参照。）に、開口部２４を金属層２３により充填するのが困難になり、開口部２４の内部に、金属層２３の存在しない空隙が生じ易くなる。このため、開口部２４の幅は、金属層２３により開口部２４が十分に充填される範囲内で、より小さく形成することが望ましい。【００７５】
次に、パッシベーション層１８を形成する。パッシベーション層１８は、積層体２５の露出面全体に接触させるように形成する。パッシベーション層１８形成後の構造を図４に示す。【００７６】
パッシベーション層１８の形成は、熱酸化法、プラズマ酸化法、ＣＶＤ法などにより行うことができる。これらの中でも、上記したように、熱酸化法を用いることで、発電層との界面に存在する再結合準位が少ない、高品質なパッシベーション層を形成することができる。  
なお、パッシベーション層１８の形成時に熱酸化法を用いると、Ｐ型結晶Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層１５、Ｎ型結晶Ｓｉ１−ｙＧｅｙ層１６、及び結晶Ｓｉ層１７の積層体１８の表面に加えて、結晶Ｓｉ基板１１の裏面側にもパッシベーション層１８が形成される。これに対し、例えばプラズマＣＶＤ法を用いた場合には、結晶Ｓｉ基板１１の裏面側にはパッシベーション層１８が形成されない。【００７７】
但し、図１に示す実施例１の太陽電池セルでは、結晶Ｓｉ基板１１の表面側（積層体２５の形成面側）に、表面電極２１と裏面電極２２の双方が形成されており、発電層で形成されたキャリアは、結晶Ｓｉ基板１１の裏面側を通過しない。このため、図１に示す太陽電池セルでは、結晶Ｓｉ基板１１の裏面側にパッシベーション層１８が存在してもよい。【００７８】
次に、パッシベーション層１８のうち、結晶Ｇｅ層１３と接する領域を除去する。結晶Ｇｅ層１３除去後の構造を図５に示す。パッシベーション層１８が除去されることで、結晶Ｇｅ層１３は、開口部２４の領域において露出する。【００７９】
パッシベーション層１８のうち、結晶Ｇｅ層１３と接する領域の除去は、リソグラフィーとエッチングを用いたパターニング法により行ってもよく、エッチングペーストを用いたパターニング法により行ってもよい。【００８０】
但し、パッシベーション層１８のうち、Ｐ型結晶Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層１５及びＮ型結晶Ｓｉ１−ｙＧｅｙ層１６の側壁部と接する領域が除去されると、後述する、Ｇｅバッファ層１２及び結晶Ｇｅ層１３と、金属層２３との合金化反応の際（図７参照。）に、Ｐ型結晶Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層１５及びＮ型結晶Ｓｉ１−ｙＧｅｙ層１６と、金属層２３との合金化反応が並行して進行するおそれがある。従って、パッシベーション層１８のうち、Ｐ型結晶Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層１５及びＮ型結晶Ｓｉ１−ｙＧｅｙ層１６の側壁部と接する領域は除去されないようにして、結晶Ｇｅ層１３上のパッシベーション層１８を除去する。【００８１】
次に、金属層２３を形成する。金属層２３形成後の構造を図６に示す。【００８２】
金属層２３は、例えば印刷法、蒸着法、めっき法、スパッタ法、ＣＶＤ法などの成膜法を用いて形成することができる。金属層２３は、上記したように、Ｇｅ以外の金属元素を含有する金属材料を、開口部２４に充填するようにして形成する。これにより、開口部において露出する結晶Ｇｅ層１３に接する金属層２３が形成される。【００８３】
金属層２３を構成する金属材料としては、この金属材料中のＧｅの固体溶解度が、この金属材料中のＳｉの固体溶解度よりも高いものを用いることが望ましい。金属層２３を構成する金属材料としては、具体的には、例えばＡｇ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｐｄ、Ｎｉ、Ｃｕからなる群から選択される少なくとも一の元素を含む金属材料を用いることができる。【００８４】
Ｇｅバッファ層１２及び結晶Ｇｅ層１３と、金属層２３との合金化反応の後に得られる裏面電極２２（図７参照。）における、Ｇｅと金属層２３に含まれる金属元素との組成比は、この金属元素中のＧｅの固体溶解度により決定される。【００８５】
但し、金属層２３の膜厚が小さいと、後述する合金化反応時に、結晶Ｇｅ層１３やＧｅバッファ層１２への金属層２３の金属元素の供給量が不足する。この場合、裏面電極２２における、Ｇｅと金属層２３の金属元素との組成比が、この金属元素中のＧｅの固体溶解度により決定される値よりも低くなる。【００８６】
上記したように、実施例１の太陽電池セルにおける再結合損失を抑制する観点から、裏面電極２２の表面反射率は高いことが望ましく、このため裏面電極２２における金属層２３の金属元素の組成比は高い方が望ましい。このため、金属層２３の膜厚は、結晶Ｇｅ層１３やＧｅバッファ層１２への金属層２３の金属元素の供給量が不足しないように、十分に厚く形成することが望ましい。具体的には、図６に示すように、金属層２３が積層体２５全体を覆うように形成することが望ましい。【００８７】
次に、Ｇｅバッファ層１２及び結晶Ｇｅ層１３と、金属層２３とを合金化反応させて裏面電極２２を形成する。裏面電極２２形成後の構造を図７に示す。【００８８】
Ｇｅバッファ層１２及び結晶Ｇｅ層１３と、金属層２３との合金化反応は、高温での熱処理により行う。一般に、熱処理温度を高くするほど、Ｇｅバッファ層１２及び結晶Ｇｅ層１３と、金属層２３との合金化反応の進行速度は高まるが、同時に、金属層２３と、Ｐ型結晶Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層１５及びＮ型結晶Ｓｉ１−ｙＧｅｙ層１６との合金化反応の進行が懸念される。【００８９】
具体的には、金属層２３とＧｅとの共融点よりも熱処理温度が高い場合には、
Ｇｅバッファ層１２及び結晶Ｇｅ層１３と、金属層２３との合金化反応の進行が顕著に速くなる。このため、例えば金属層２３の金属元素とＧｅとの共融点よりも高く、かつ、金属層２３の金属元素とＳｉ１−ｘＧｅｘ（Ｓｉ１−ｙＧｅｙ）との共融点よりも低い温度で熱処理を行うことが望ましい。これにより、Ｇｅバッファ層１２及び結晶Ｇｅ層１３を短時間で合金化し、かつＰ型結晶Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層１５及びＮ型結晶Ｓｉ１−ｙＧｅｙ層１６と、金属層２３との合金化反応を抑制することができる。【００９０】
次に、結晶Ｇｅ層１３上に形成された金属層２３を除去する。金属層２３除去後の構造を図８に示す。金属層２３の除去は、ウェットエッチングなどにより行う。【００９１】
一般に、金属と半導体との合金のウェットエッチング耐性は、金属単体のウェットエッチング耐性と異なるため、例えば、エッチングに使用する薬液を適宜選択することで、裏面電極２２に対するエッチングを抑制しつつ、金属層２３をエッチング除去することができる。【００９２】
次に、表面電極２１を形成する。表面電極２１形成後の構造を図９に示す。【００９３】
表面電極２１の形成は、印刷法、蒸着法、めっき法、スパッタ法、ＣＶＤ法などの成膜法により行う。  
表面電極２１は、例えばパッシベーション層１８に予め開口部を形成した後、開口部において露出した結晶Ｓｉ層１７に接触させるようにして形成することで、表面電極２１を結晶Ｓｉ層１７と電気的に導通させることができる。【００９４】
また、パッシベーション層１８上に、開口部形成を行わずに表面電極２１を形成した後、焼成する、所謂ファイアスルーを行うことによっても、表面電極２１を、結晶Ｓｉ層１７と電気的に導通させることができる。【００９５】
ファイアスルーを用いて表面電極２１を形成した場合、パッシベーション層１８の開口部は、上面側から見た形状が、表面電極２１の上面側から見た形状と同一になる。一方、パッシベーション層１８に予め形成した開口部に表面電極２１を形成した場合、ファイアスルーを用いた場合と比較して、表面電極２１と結晶Ｓｉ層１７との接触面積を低減することが可能である。【００９６】
表面電極２１と結晶Ｓｉ層１７との接触面積を低減することにより、再結合抑制の効果が得られることが知られている。一方、表面電極２１と結晶Ｓｉ層１７との接触面積を低減した場合、表面電極２１の接触抵抗が増大する。このため、再結合抑制と、接触抵抗の増大抑制の双方を考慮して、表面電極２１と結晶Ｓｉ層１７との接触面積を最適化することが望ましい。【００９７】
以上説明した太陽電池セルの製造方法によれば、図１に示す太陽電池セルを製造することができる。なお、上記した各工程に加えて、各々の膜の結晶性や膜質の改善、或いは隣接する膜との界面の質の向上を目的として、適宜熱処理やプラズマ処理などを追加して行ってもよい。
＜適用例＞
以下に、実施例１の太陽電池セルを用いた太陽電池システムについて図１１を用いて説明する。【００９８】
図１１は、実施例１に係る太陽電池セルを用いた太陽電池システムを示す構成図である。太陽電池システムは、太陽電池パネル３１と、接続箱３２と、集電箱３３と、パワーコンディショナー３４と、変圧器３５とを有する。【００９９】
太陽電池パネル３１は、実施例１で説明した太陽電池セルを複数配置した太陽電池パネルである。この太陽電池パネル３１は、太陽光により電力を発電するパネルである。接続箱３２は、太陽電池パネル３１により発電された電力を集電箱３３へ送電する接続箱である。集電箱３３は、接続箱３２から送電されてきた電力を集約してパワーコンディショナー３４へ送電する集電箱である。パワーコンディショナー３４は、集電箱３３から送電されてきた電力を直流から交流へ変換して変圧器３５へ送電する変換器である。変圧器３５は、パワーコンディショナー３４から送電されてきた交流電力の電圧を変圧して商用電力系統３６へ送電する変圧器である。【０１００】
図１１に示す例では、商用電力系統３６に接続される１つの変圧器３５に対して、３系統のパワーコンディショナー３４及び集電箱３３が接続されている。さらに、各１系統のパワーコンディショナー３４及び集電箱３３に対して、３系統の接続箱３２及び太陽電池パネル３１が接続されている。【０１０１】
図１１に示す太陽電池システムにおいて、太陽電池パネル３１で発電された電力は、接続箱３２へと送電され、集電箱３３で集約される。その後、パワーコンディショナー３４で、直流から交流へと変換され、纏めて変圧器３５で電圧を変圧し、商用電力系統３６に接続される。なお、上記構成は、太陽電池システムの中でも、特に、パネル枚数の多いメガソーラーシステムの構成例である。例えばパネル枚数の比較的少ない住宅用システムの場合には、接続箱３２から直接、パワーコンディショナー３４へと接続される。【０１０２】
以上のようにして、実施例１の太陽電池セルを用いた太陽電池システムを実現することができる。図１１に示す太陽電池システムでは、実施例１で説明した太陽電池セルの特性を活かした、高効率な太陽光発電が可能となる。
【符号の説明】
【０１０３】
１１、５１…結晶Ｓｉ基板、１２、５２…Ｇｅバッファ層、１３、５３…結晶Ｇｅ層、１５…Ｐ型結晶Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層、１６…Ｎ型結晶Ｓｉ１−ｙＧｅｙ層、５４…結晶Ｓｉ１−ｘＧｅｘ層、１７、５７…結晶Ｓｉ層、１８、５８…パッシベーション層、２１、６１…表面電極、２２、６２裏面電極、２３…金属層、２４…開口部、２５…積層体
【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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【図１１】
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【国際調査報告】
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