(57)【要約】  裏面接合型の太陽電池セル７０において、パッシベーション層１３ｉ及び第２導電型層１３ｐ上にアモルファスシリコン、微結晶シリコン及び多結晶シリコンのうち少なくとも1つを含む多結晶シリコン粒１３ｂが離散的に存在させる。
2017168910.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽電池セルであって、
半導体基板の主面のうち一面のみに電極部が設けられた裏面接合型であり、
前記半導体基板の前記一面側に設けられた第１のアモルファスシリコン層と
前記第１のアモルファスシリコン層の上に設けられた前記電極部を備え、
前記電極部は、電子を収集するｎ側電極と、正孔を収集するｐ側電極と、を有し、前記ｎ側電極と前記ｐ側電極とは、溝によって分離されており、
前記溝が形成される領域に設けられた前記第１のアモルファスシリコン層のうち少なくとも一層にアモルファスシリコン、微結晶シリコン及び多結晶シリコンのうち少なくとも1つを含む粒が離散的に存在している。
【請求項２】
請求項１に記載の太陽電池セルであって、
前記粒は、前記第１のアモルファスシリコン層上に離散的に存在している。
【請求項３】
請求項２に記載の太陽電池セルであって、
前記半導体基板と前記第１のアモルファスシリコン層との間であって、前記溝が形成される領域に設けられた絶縁層をさらに備える。
【請求項４】
請求項３に記載の太陽電池セルであって、
前記半導体基板と絶縁層との間に設けられ、前記第１のアモルファスシリコン層と導電型の異なる第２のアモルファスシリコン層をさらに備え、
前記ｎ側電極は、前記第１のアモルファスシリコン層と前記第２のアモルファスシリコン層とのうちの一方の上に形成されて電子を収集し、
前記ｐ側電極は、前記第１のアモルファスシリコン層と前記第２のアモルファスシリコン層とのうちの他方の上に形成されて正孔を収集する。
【請求項５】
請求項２に記載の太陽電池セルであって、
前記粒は、中心間の平均距離が２５０ｎｍ以上である。
【請求項６】
請求項２に記載の太陽電池セルであって、
前記粒の中心間の平均距離は、前記粒の直径よりも大きい。
【請求項７】
請求項１に記載の太陽電池セルであって、
前記粒は、前記アモルファスシリコン層上に不均一に存在している。
【請求項８】
太陽電池セルの製造方法であって、
前記太陽電池セルは、半導体基板の主面のうち一面のみに電極部が設けられた裏面接合型であり、
前記半導体基板の前記一面の上に、絶縁層と、前記絶縁層上に形成されたアモルファスシリコン層と、前記アモルファスシリコン層上に形成された透明導電層と、の積層体を形成する薄膜形成工程と、
前記半導体基板の前記一面の上から前記積層体に対して、前記透明導電層に吸収される波長帯域を含むレーザを照射して前記透明導電層を除去する第１のレーザ照射工程と、
前記第１のレーザ照射工程の後、前記透明導電層を除去した領域にレーザを再度照射する第２のレーザ照射工程と、
を備える。
【請求項９】
請求項８に記載の太陽電池セルの製造方法において、
前記第２のレーザ照射工程の後に、めっき法によって前記透明導電層の上に金属を含む導電層を形成するめっき工程と、をさらに含む。
【請求項１０】
請求項９に記載の太陽電池セルの製造方法であって、
前記第１のレーザ照射工程において使用される前記レーザは３３０ｎｍ以下の波長を含む。
【請求項１１】
請求項１０に記載の太陽電池セルの製造方法であって、
前記第２のレーザ照射工程において使用される前記レーザは０．１４５Ｊ／ｃｍ２以上０．１６５Ｊ／ｃｍ２以下のエネルギー密度で照射される。
【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関し、特に裏面接合型の太陽電池セル及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
発電効率の高い太陽電池として、光が入射する受光面に対向する裏面にｎ型半導体層およびｐ型半導体層の双方が形成された裏面接合型の太陽電池がある。裏面接合型の太陽電池では、アモルファスシリコン層上に透明導電層を形成した上で、レーザを用いて透明導電層を蒸散加工にして電極分離を行う場合がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、レーザを用いた蒸散により透明導電層の電極分離加工を行った場合、アモルファスシリコン層内にリークパスが形成されて太陽電池セルの特性が低下するおそれがあった。【０００４】
本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、より発電効率の高い太陽電池セルを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の１つの態様は、太陽電池セルであって、半導体基板の主面のうち一面のみに電極部が設けられた裏面接合型であり、前記半導体基板の前記一面側に設けられた第１のアモルファスシリコン層と前記第１のアモルファスシリコン層の上に設けられた前記電極部を備え、前記電極部は、電子を収集するｎ側電極と、正孔を収集するｐ側電極と、を有し、前記ｎ側電極と前記ｐ側電極とは、溝によって分離されており、前記溝が形成される領域に設けられた前記第１のアモルファスシリコン層のうち少なくとも一層にアモルファスシリコン、微結晶シリコン及び多結晶シリコンのうち少なくとも1つを含む粒が離散的に存在している。【０００６】
本発明の別の態様は、太陽電池セルの製造方法であって、前記太陽電池セルは、半導体基板の主面のうち一面のみに電極部が設けられた裏面接合型であり、前記半導体基板の前記一面の上に、絶縁層と、前記絶縁層上に形成されたアモルファスシリコン層と、前記アモルファスシリコン層上に形成された透明導電層と、の積層体を形成する薄膜形成工程と、前記半導体基板の前記一面の上から前記積層体に対して、前記透明導電層に吸収される波長帯域を含むレーザを照射して前記透明導電層を除去する第１のレーザ照射工程と、前記第１のレーザ照射工程の後、前記透明導電層を除去した領域にレーザを再度照射する第２のレーザ照射工程と、を備える。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、レーザ加工によるリークパスの形成を抑制し、発電効率の高い太陽電池セルを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施の形態における太陽電池セルを示す平面図である。
【図２】本発明の実施の形態における太陽電池セルの構造を示す断面図である。
【図３】本発明の実施の形態における太陽電池セルの製造工程を概略的に示す断面図である。
【図４】本発明の実施の形態における太陽電池セルの製造工程を概略的に示す断面図である。
【図５】本発明の実施の形態における太陽電池セルの製造工程を概略的に示す断面図である。
【図６】本発明の実施の形態における太陽電池セルの製造工程を概略的に示す断面図である。
【図７】本発明の実施の形態における太陽電池セルの製造工程を概略的に示す拡大平面図である。
【図８】本発明の実施の形態における太陽電池セルの製造工程を概略的に示す断面図である。
【図９】本発明の実施の形態における太陽電池セルの製造工程を概略的に示す断面図である。
【図１０】本発明の実施の形態における太陽電池セルの製造工程を概略的に示す断面図である。
【図１１】本発明の実施の形態における太陽電池セルの製造工程を概略的に示す断面図である。
【図１２】本発明の実施の形態における太陽電池セルの製造工程を概略的に示す断面図である。
【図１３】本発明の実施の形態における太陽電池セルの製造工程を概略的に示す断面図である。
【図１４】本発明の実施の形態における太陽電池セルの製造工程を概略的に示す断面図である。
【図１５】本発明の実施の形態における太陽電池セルの第１絶縁層上の断面模式図である。
【図１６】本発明の実施の形態における太陽電池セルの第１絶縁層上のＳＥＭ観察写真である。
【図１７】本発明の実施の形態における太陽電池セルの製造工程を概略的に示す断面図である。
【図１８】本発明の実施の形態における太陽電池セルの第１絶縁層上の断面模式図である。
【図１９】本発明の実施の形態における太陽電池セルの第１絶縁層上のＳＥＭ観察写真である。
【図２０】本発明の変形例におけるリーク経路を示す拡大平面図である。
【図２１】本発明の変形例におけるリーク経路の別例を示す拡大平面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。
【００１０】
図１は、実施の形態に係る太陽電池セル７０を示す平面図であり、太陽電池セル７０の裏面７０ｂの構造を示す。
【００１１】
太陽電池セル７０は、裏面７０ｂに設けられるｎ側電極１４と、ｐ側電極１５を備える。ｎ側電極１４は、ｘ方向に延びるバスバー電極１４ａと、ｙ方向に延びる複数のフィンガー電極１４ｂを含む櫛歯状に形成される。同様に、ｐ側電極１５は、ｘ方向に延びるバスバー電極１５ａと、ｙ方向に延びる複数のフィンガー電極１５ｂを含む櫛歯状に形成される。ｎ側電極１４およびｐ側電極１５は、それぞれの櫛歯が互いに間挿し合うように形成される。なお、ｎ側電極１４およびｐ側電極１５のそれぞれは、複数のフィンガーのみにより構成され、バスバーを有さないバスバーレス型の電極であってもよい。
【００１２】
図２は、実施の形態に係る太陽電池セル７０の構造を示す断面図であり、図１のＡ−Ａ線断面を示す。太陽電池セル７０は、半導体基板１０と、第１のパッシベーション層１２ｉと、第１導電型層１２ｎと、第２のパッシベーション層１３ｉと、第２導電型層１３ｐと、第１絶縁層１６と、第３のパッシベーション層１７ｉと、第３導電型層１７ｎと、第２絶縁層１８と、電極層１９とを備える。電極層１９は、ｎ側電極１４またはｐ側電極１５を構成する。太陽電池セル７０は、裏面７０ｂ側に第１導電型層１２ｎおよび第２導電型層１３ｐが設けられる裏面接合型の光起電力素子である。
【００１３】
半導体基板１０は、受光面７０ａ側に設けられる第１主面１０ａと、裏面７０ｂ側に設けられる第２主面１０ｂを有する。半導体基板１０は、第１主面１０ａに入射する光を吸収し、キャリアとして電子および正孔を生成する。半導体基板１０は、ｎ型またはｐ型の導電型を有する結晶性の半導体材料により構成される。本実施の形態における半導体基板１０は、ｎ型の単結晶シリコンウェーハとしている。
【００１４】
ここで、受光面７０ａとは、太陽電池セル７０において主に光（太陽光）が入射される主面を意味し、具体的には、太陽電池セル７０に入射される光の大部分が入射される面を意味する。一方、裏面７０ｂは、受光面７０ａに対向する他方の主面を意味する。
【００１５】
半導体基板１０の第２主面１０ｂの上には、第１積層体１２と第２積層体１３とが形成される。第１積層体１２および第２積層体１３はそれぞれ、ｎ側電極１４およびｐ側電極１５に対応するように櫛歯状に形成され、互いに間挿し合うように形成される。このため、第１積層体１２が設けられる第１領域Ｗ１と、第２積層体１３が設けられる第２領域Ｗ２は、第２主面１０ｂ上において、ｘ方向に交互に配列される。また、ｘ方向に隣接する第１積層体１２と第２積層体１３は接触して設けられる。したがって、本実施の形態では、第１積層体１２および第２積層体１３によって、第２主面１０ｂの実質的に全体が被覆される。
【００１６】
第１積層体１２は、第２主面１０ｂの上に形成される第１のパッシベーション層１２ｉと、第１のパッシベーション層１２ｉの上に形成される第１導電型層１２ｎにより構成される。第１のパッシベーション層１２ｉは、実質的に真性な非晶質半導体（以下、真性な半導体を「ｉ型層」ともいう）で構成される。なお、本実施の形態において、「非晶質半導体」には、微結晶半導体を含むものとする。微結晶半導体とは、非晶質半導体中に半導体結晶が析出している半導体をいう。
【００１７】
第１のパッシベーション層１２ｉは、水素（Ｈ）を含むｉ型の非晶質シリコンで構成され、例えば、数ｎｍ〜２５ｎｍ程度の厚さを有する。第１のパッシベーション層１２ｉの形成方法は、特に限定されないが、例えば、プラズマＣＶＤ法等の化学気相成長（ＣＶＤ）法により形成することができる。第１のパッシベーション層１２ｉは、半導体基板１０の表面のキャリアの再結合中心を低減できる薄膜であればよく、酸化シリコン（ＳｉＯ２）、窒化シリコン（ＳｉＮ）、酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ）を用いてもよい。
【００１８】
第１導電型層１２ｎは、半導体基板１０と同じ導電型であるｎ型のドーパントが添加された非晶質半導体で構成される。本実施の形態における第１導電型層１２ｎは、水素を含むｎ型非晶質シリコンで構成される。第１導電型層１２ｎは、例えば、２ｎｍ〜５０ｎｍ程度の厚さを有する。
【００１９】
第１積層体１２の上には、第１絶縁層１６が形成される。第１絶縁層１６は、第１領域Ｗ１のうちｘ方向の中央部に相当する第３領域Ｗ３には設けられず、第３領域Ｗ３を残した両端に相当する第４領域Ｗ４に設けられる。第１絶縁層１６が形成される第４領域Ｗ４の幅は、例えば、第１領域Ｗ１の幅の約１／３程度である。また、第１絶縁層１６が設けられない第３領域Ｗ３は、例えば、第１領域Ｗ１の幅の約１／３程度である。
【００２０】
第１絶縁層１６は、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ２）、窒化シリコン（ＳｉＮ）、酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ）などにより形成される。第１絶縁層１６は、窒化シリコンにより形成されることが望ましく、水素を含んでいることが好ましい。
【００２１】
第２積層体１３は、第２主面１０ｂのうち第１積層体１２が設けられない第２領域Ｗ２と、第１絶縁層１６が設けられる第４領域Ｗ４の端部の上に形成される。このため、第２積層体１３の両端部は、第１積層体１２と高さ方向（ｚ方向）に重なって設けられる。
【００２２】
第２積層体１３は、第２主面１０ｂの上に形成される第２のパッシベーション層１３ｉと、第２のパッシベーション層１３ｉの上に形成される第２導電型層１３ｐにより構成される。第２のパッシベーション層１３ｉは、水素を含むｉ型の非晶質シリコンで構成され、例えば、数ｎｍ〜２５ｎｍ程度の厚さを有する。第２のパッシベーション層１３ｉは、第１のパッシベーション層１２ｉと同様に、酸化シリコン（ＳｉＯ２）、窒化シリコン（ＳｉＮ）、酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ）を用いてもよい。
【００２３】
第２導電型層１３ｐは、半導体基板１０とは異なる導電型であるｐ型のドーパントが添加された非晶質半導体で構成される。本実施の形態における第２導電型層１３ｐは、水素を含むｐ型の非晶質シリコンで構成される。第２導電型層１３ｐは、例えば、２ｎｍ〜５０ｎｍ程度の厚さを有する。
【００２４】
ここで、ｉ型非晶質シリコンとは、ドーパントの含有率が１×１０１９ｃｍ−３未満である非晶質シリコンをいう。また、ｎ型非晶質シリコンとは、ｎ型ドーパントの含有率が５×１０１９ｃｍ−３以上である非晶質シリコンをいう。また、ｐ型非晶質シリコンとは、ｐ型ドーパントの含有率が５×１０１９ｃｍ−３以上である非晶質シリコンをいう。
【００２５】
第１導電型層１２ｎの上には、電子を収集するｎ側電極１４が形成される。第２導電型層１３ｐの上には、正孔を収集するｐ側電極１５が形成される。ｎ側電極１４とｐ側電極１５の間には溝が形成され、両電極は電気的に絶縁される。本実施の形態において、ｎ側電極１４およびｐ側電極１５は、第４領域Ｗ４において溝が形成されて絶縁された第１導電層１９ａから第４導電層１９ｄの４層の導電層の積層体により構成される。
【００２６】
第１導電層１９ａは、例えば、酸化錫（ＳｎＯ２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）等の透明導電性酸化物（ＴＣＯ）により形成される。本実施の形態における第１導電層１９ａは、インジウム錫酸化物により形成され、例えば、５０ｎｍ〜１００ｎｍ程度の厚さを有する。
【００２７】
第２導電層１９ｂから第４導電層１９ｄは、銅（Ｃｕ）、錫（Ｓｎ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）などの金属を含む導電性の材料である。本実施の形態では、第２導電層１９ｂおよび第３導電層１９ｃは、銅により形成され、第４導電層１９ｄは、錫により形成される。第２導電層１９ｂ、第３導電層１９ｃ、第４導電層１９ｄはそれぞれ、５０ｎｍ〜１０００ｎｍ程度、１０μｍ〜２０μｍ程度、１μｍ〜５μｍ程度の厚さを有する。
【００２８】
第１導電層１９ａから第４導電層１９ｄの形成方法は特に限定されず、例えば、スパッタリング法や化学気相成長法（ＣＶＤ）などの薄膜形成方法や、めっき法などにより形成することができる。本実施の形態において、第１導電層１９ａおよび第２導電層１９ｂは、薄膜形成法により形成され、第３導電層１９ｃおよび第４導電層１９ｄは、めっき法により形成される。
【００２９】
半導体基板１０の第１主面１０ａの上には、第３のパッシベーション層１７ｉが設けられる。第３のパッシベーション層１７ｉは、水素を含むｉ型の非晶質シリコンにより形成され、例えば、数ｎｍ〜２５ｎｍ程度の厚さを有する。第３のパッシベーション層１７ｉは、第１のパッシベーション層１２ｉと同様に、酸化シリコン（ＳｉＯ２）、窒化シリコン（ＳｉＮ）、酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ）を用いてもよい。
【００３０】
第３のパッシベーション層１７ｉの上には、第３導電型層１７ｎが設けられる。第３導電型層１７ｎは、半導体基板１０と同じ導電型であるｎ型のドーパントが添加された非晶質半導体で構成される。本実施の形態における第３導電型層１７ｎは、水素を含むｎ型非晶質シリコンで構成され、例えば、２ｎｍ〜５０ｎｍ程度の厚さを有する。
【００３１】
第３導電型層１７ｎの上には、反射防止膜および保護膜としての機能を有する第２絶縁層１８が設けられる。第２絶縁層１８は、例えば、酸化シリコン、窒化シリコン、酸窒化シリコンなどにより形成される。第２絶縁層１８の厚さは、反射防止膜としての反射防止特性などに応じて適宜設定され、例えば、８０ｎｍ〜１０００ｎｍ程度とされる。
【００３２】
なお、第３のパッシベーション層１７ｉ、第３導電型層１７ｎ、第２絶縁層１８の積層構造は、半導体基板１０のパッシベーション層としての機能を有してもよい。また、第３導電型層１７ｎは、ｐ型のドーパントが添加された非晶質半導体で構成されてもよいし、第３導電型層１７ｎを設けずに第３のパッシベーション層１７ｉの上に第２絶縁層１８を直接積層してもよい。
【００３３】
つづいて、図３〜図１４を参照しながら、本実施の形態の太陽電池セル７０の製造方法について説明する。
【００３４】
図３に示すように、半導体基板１０の第２主面１０ｂの上に、ｉ型非晶質半導体層２１、ｎ型非晶質半導体層２２、絶縁層２３を形成する。また、半導体基板１０の第１主面１０ａの上に、第３のパッシベーション層１７ｉ、第３導電型層１７ｎ、第２絶縁層１８を形成する。ｉ型非晶質半導体層２１、ｎ型非晶質半導体層２２、絶縁層２３、第３のパッシベーション層１７ｉ、第３導電型層１７ｎ、第２絶縁層１８のそれぞれの形成方法は、特に限定されないが、例えば、プラズマＣＶＤ法等の化学気相成長（ＣＶＤ）法や、スパッタリング法により形成することができる。
【００３５】
半導体基板１０の第１主面１０ａおよび第２主面１０ｂの上に各層を形成する順序は適宜設定することができる。本実施の形態では、第２主面１０ｂの上にｉ型非晶質半導体層２１、ｎ型非晶質半導体層２２、絶縁層２３を形成する各工程に先立って、第１主面１０ａの上に第３のパッシベーション層１７ｉとなるｉ型非晶質半導体層、第３導電型層１７ｎとなるｎ型非晶質半導体層、第２絶縁層１８となる絶縁層を形成する。
【００３６】
次に、図４に示すように、絶縁層２３の上に第１のマスク層３１を形成する。第１のマスク層３１は、ｉ型非晶質半導体層２１、ｎ型非晶質半導体層２２および絶縁層２３をパターニングするためのマスクとなる層である。第１のマスク層３１は、太陽電池セル７０の半導体層や絶縁層に用いられる材料で構成され、絶縁層２３よりも耐アルカリ性の低い材料で構成される。絶縁層２３は、例えば、非晶質シリコン、シリコン含有率の高い窒化シリコン、酸素を含むシリコン、炭素（Ｃ）を含むシリコン等のシリコンを含む材料で構成される。第１のマスク層３１は、非晶質シリコンを用いることが望ましく、本実施の形態における第１のマスク層３１は、ｉ型の非晶質シリコン層で構成される。また、第１のマスク層３１は、次の図５に示すレーザ照射の工程で除去しやすいように薄く形成され、例えば、２ｎｍ〜５０ｎｍ程度の厚さを有する。
【００３７】
次に、図５に示すように、第１のマスク層３１にレーザ５０を照射して、第１のマスク層３１の一部を除去する。レーザ５０は、第２積層体１３が設けられることとなる第２領域Ｗ２に照射され、第２領域Ｗ２には絶縁層２３が露出する第１開口部４１が形成される。レーザ５０は、主に第１のマスク層３１のみを除去するような強度で照射され、レーザ照射部において絶縁層２３より下の層が露出しないような強度で照射される。なお、第１のマスク層３１の表面の凹凸による多重反射を抑えるため、第１のマスク層３１の上に水や酸化シリコンなどの第１のマスク層３１よりも屈折率の低い液体または低屈折率膜を設けてレーザ５０を照射してもよい。
【００３８】
図６および図７は、レーザ５０により第１開口部４１を形成する工程を示す図である。図６は、図５に示す断面と直交する断面図を示し、図７は、第１のマスク層３１を上から見た平面図を示す。図５は、図７のＢ−Ｂ線断面に相当し、図６は、図７のＣ−Ｃ線断面に相当する。レーザ５０は、図６に示すようにＹ方向に照射位置をずらしながら照射され、図７に示すように帯状に延びる第１開口部４１を形成するように第１のマスク層３１の一部領域をエッチングする。
【００３９】
レーザ５０は、隣接する照射位置におけるレーザ５０の照射範囲５４が部分的に重なるようにして照射され、レーザ照射により絶縁層２３が露出した範囲にレーザ５０の中心５２が位置しないようにずらして照射される。つまり、レーザ５０の照射により第１のマスク層３１が除去される照射範囲５４の半径Ｄ１よりも、隣接するレーザ照射の間隔Ｄ２が大きくなるようにレーザ５０を照射することが望ましい。レーザ５０の照射範囲５４が重ならないようにすることで、絶縁層２３の下の半導体層にまでレーザ照射によるダメージが及ばないようにする。なお、本実施の形態では、隣接する照射位置におけるレーザ５０の照射範囲５４が部分的に重なるようにしたが、隣接する照射位置におけるレーザ５０の照射範囲５４が重ならないようにしてもよい。レーザ５０の照射範囲５４を離散的に配置することで、レーザ５０の照射回数を削減でき、製造工程を簡素にすることができる。
【００４０】
レーザ５０は、レーザ照射部への熱影響を少なくするため、パルス幅がナノ秒（ｎｓ）またはピコ秒（ｐｓ）程度の短パルスレーザであることが望ましい。このようなレーザ５０として、ＹＡＧレーザや、エキシマレーザなどを用いればよい。本実施の形態では、レーザ光源としてＮｄ：ＹＡＧレーザ（波長１０６４ｎｍ）の第３高調波（波長３５５ｎｍ）を使用し、１パルスあたり約０．１〜０．５Ｊ／ｃｍ２の強度でレーザ５０を照射する。なお、レーザ５０により第１開口部４１を短時間で形成できるよう、繰り返し周波数の高いレーザ光源を用いることが望ましい。
【００４１】
次に、図８に示すように、レーザ照射によりパターニングした第１のマスク層３１を用いて、第１開口部４１に露出する絶縁層２３をエッチングする。絶縁層２３のエッチングは、絶縁層２３が酸化シリコン、窒化シリコンまたは酸窒化シリコンからなる場合は、例えば、フッ酸水溶液等の酸性のエッチング剤を用いて行うことができる。化学エッチングに用いるエッチング剤は、液体であってもよいし気体であってもよい。第２領域Ｗ２に位置する絶縁層２３のエッチングにより、ｎ型非晶質半導体層２２が露出する第２開口部４２が形成される。
【００４２】
次に、図９に示すように、パターニングした絶縁層２３をマスクとして用いて、ｉ型非晶質半導体層２１とｎ型非晶質半導体層２２をエッチングする。ｉ型非晶質半導体層２１およびｎ型非晶質半導体層２２は、アルカリ性のエッチング剤を用いてエッチングできる。第２領域Ｗ２に位置するｉ型非晶質半導体層２１およびｎ型非晶質半導体層２２を除去することにより、半導体基板１０の第２主面１０ｂが露出する第３開口部４３が形成される。また、第１領域Ｗ１に残るｉ型非晶質半導体層２１およびｎ型非晶質半導体層２２により、第１積層体１２が形成される。絶縁層２３の上の第１のマスク層３１は、ｉ型非晶質半導体層２１およびｎ型非晶質半導体層２２のエッチング工程において一緒に除去される。エッチング工程後に形成される第２開口部４２および第３開口部４３は、半導体基板１０の第２主面１０ｂを底面とする一体的な溝を構成する。なお、第１のマスク層３１は、ｉ型非晶質半導体層２１およびｎ型非晶質半導体層２２のエッチングとは別の工程により除去されてもよい。
【００４３】
次に、図１０に示すように、第２主面１０ｂおよび絶縁層２３の上を覆うようにｉ型非晶質半導体層２４が形成され、ｉ型非晶質半導体層２４の上にｐ型非晶質半導体層２５が形成される。ｉ型非晶質半導体層２４、ｐ型非晶質半導体層２５の形成方法は特に限定されないが、例えば、ＣＶＤ法などの薄膜形成法により形成することができる。なお、ｉ型非晶質半導体層２４およびｐ型非晶質半導体層２５は、絶縁層２３のさらなるパターニングのための第２のマスク層として機能する。
【００４４】
次に、図１１に示すように、第１領域Ｗ１の絶縁層２３の上に位置する第２のマスク層の一部にレーザ５０を照射する。レーザ５０が照射される第３領域Ｗ３には、絶縁層２３が露出する第４開口部４４が形成される。レーザ照射によって第２のマスク層の第３領域Ｗ３以外の部分が残って、ｉ型非晶質半導体層２４が第２のパッシベーション層１３ｉとなり、ｐ型非晶質半導体層２５が第２導電型層１３ｐとなる。つまり、第２のマスク層により、第２積層体１３が形成される。
【００４５】
次に、図１２に示すように、パターニングした第２のマスク層を用いて、第４開口部４４に露出する絶縁層２３のエッチングを行う。絶縁層２３は、上述の図８に示す工程と同様に、フッ酸水溶液等の酸性のエッチング剤を用いて行うことができる。これにより、絶縁層２３に第５開口部４５を形成して第１導電型層１２ｎを露出させ、絶縁層２３から第１絶縁層１６を形成する。絶縁層２３が除去された部分は第３領域Ｗ３となり、第１絶縁層１６が残る部分は第４領域Ｗ４となる。エッチング工程後に形成される第４開口部４４及び第５開口部４５は、第１導電型層１２ｎの表面を底面とする一体的な溝を構成する。
【００４６】
次に、図１３に示すように、第１導電型層１２ｎおよび第２導電型層１３ｐの上に、導電層２６、２７を形成する。導電層２６は、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）などの透明電極層であり、導電層２７は、銅（Ｃｕ）などの金属や合金により構成される金属電極層である。導電層２６、２７は、プラズマＣＶＤ法等のＣＶＤ法や、スパッタリング法等の薄膜形成法により形成される。
【００４７】
次に、図１４に示すように、導電層２６、２７のうち、第１絶縁層１６の上に位置している部分を分断して溝を形成する。これにより、導電層２６、２７から第１導電層１９ａおよび第２導電層１９ｂが形成され、ｎ側電極とｐ側電極とが分離される。導電層２６、２７の分断は、レーザ６０を照射することにより行われる。
【００４８】
導電層２６を除去する前に、第１絶縁層１６の上に位置している部分の導電層２７を除去する。導電層２７が金属電極層である場合、導電層２７はウェットエッチングによって除去することが好ましいが、レーザを用いて除去してもよい。導電層２６のレーザ６０による加工は、前記一面の上から照射されたレーザ６０を透明導電層である導電層２６に吸収させ、吸収によって発生する熱によって導電層２６及び第２のパッシベーション層１３ｉ，第２導電型層１３ｐを蒸散させることによって除去するものである。したがって、レーザ６０は、導電層２６によって吸収される波長を含むものとする。例えば、導電層２６がインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）である場合、レーザ６０は、３３０ｎｍ以下の発振波長とすることが好適である。また、レーザ６０の照射エネルギー密度は０．０８Ｊ／ｃｍ２以上０．１７Ｊ／ｃｍ２以下とすることが好適である。
【００４９】
図１５は、レーザ６０による加工後の第１絶縁層１６上の断面模式図を示し、図１６は、レーザ６０による加工後の第１絶縁層１６上の電子顕微鏡観察写真を示す。レーザ６０によって第２のパッシベーション層１３ｉ及び第２導電型層１３ｐも同時に蒸散されるが、第１絶縁層１６上にアモルファスシリコン層１３ａが残留する。また、アモルファスシリコン層１３ａ上には、第２のパッシベーション層１３ｉ及び第２導電型層１３ｐが溶融した後に結晶粒として凝集したと考えられる多結晶シリコン粒１３ｂが形成される。多結晶シリコン粒１３ｂは、その上部が多結晶シリコンからなるブリッジ部１３ｃによって近傍の他の多結晶シリコン粒１３ｂと接続された状態となる。
【００５０】
このように、多結晶シリコン粒１３ｂがブリッジ部１３ｃによって繋がれることによって、第１絶縁層１６の表面方向に導通（ショート）した状態となる。したがって、この状態のままでは、太陽電池セル７０の特性を低下させる原因となるおそれがある。
【００５１】
そこで、図１７に示すように、導電層２６，２７及び第２のパッシベーション層１３ｉ，第２導電型層１３ｐを蒸散させた領域にさらにレーザ６２を照射してブリッジ部１３ｃを蒸散させる処理を行う。レーザ６０は、ブリッジ部１３ｃによって吸収される波長を含むものとする。例えば、レーザ６０は、３３０ｎｍ以下の発振波長とすることが好適である。また、レーザ６０の照射エネルギー密度は０．１４５Ｊ／ｃｍ２以上０．１６５Ｊ／ｃｍ２以下とすることが好適である。
【００５２】
図１８は、レーザ６２による処理後の第１絶縁層１６上の断面模式図を示し、図１９は、レーザ６２による処理後の第１絶縁層１６上の電子顕微鏡観察写真を示す。レーザ６２によってブリッジ部１３ｃや多結晶シリコン粒１３ｂの一部が蒸散される。これによって、残留した多結晶シリコン粒１３ｂの第１絶縁層１６の表面方向に沿った接続が断たれ、第１絶縁層１６上に多結晶シリコン粒１３ｂが離散的に存在する状態となる。
【００５３】
ここで、残留した多結晶シリコン粒１３ｂの中心位置間の平均距離が多結晶シリコン粒１３ｂの直径よりも大きくなるように処理することが好適である。上記レーザ６０及びレーザ６２の照射条件によれば、多結晶シリコン粒１３ｂの直径は１００ｎｍ程度となるので、多結晶シリコン粒１３ｂの平均距離を１００ｎｍより大きくすることが好適であり、例えば多結晶シリコン粒１３ｂの平均距離を２５０ｎｍ以上とする。
【００５４】
また、アモルファスシリコン層１３ａの結晶化度は、レーザ６２の照射面側の方が非照射面側よりも高くなるか、または膜厚方向にほぼ一定となる。なお、結晶化度は、ラマンスペクトルにおける５２０ｃｍ−１付近のピークの強度と４７０ｃｍ−１付近のピークの強度の比から求めることができる。また、断面透過電子顕微鏡観察（断面ＴＥＭ）の格子像から結晶化度の違いを検証することができる。
【００５５】
また、図１９に示した第１絶縁層１６上の表面状態の組成を調べた場合、窒素（Ｎ）が１１．４ｍｏｌ％、酸素（Ｏ）が１．２ｍｏｌ％、シリコン（Ｓｉ）が８６．４ｍｏｌ％であり、インジウム（Ｉｎ）は１ｍｏｌ％以下であった。すなわち、第１絶縁層１６上の表面状態の組成においてシリコン（Ｓｉ）の組成が７０％以上であることが好適である。
【００５６】
これによって、レーザ６０による処理の後にさらにレーザ６２による処理を施さなかった場合に比べて太陽電池セル７０の特性を向上させることができる。
【００５７】
最後に、第１導電層１９ａおよび第２導電層１９ｂの上に、銅（Ｃｕ）を含む第３導電層１９ｃと、錫（Ｓｎ）を含む第４導電層１９ｄをめっき法により形成する。第３導電層１９ｃおよび第４導電層１９ｄは、第１導電層１９ａおよび第２導電層１９ｂをシード層として電流を流すことにより、めっき法により形成する。以上の製造工程により、図２に示す太陽電池セル７０ができあがる。
【００５８】
本実施の形態によれば、多結晶シリコン粒１３ｂ及びブリッジ部１３ｃによる界面での電気的な短絡（ショート）を抑制することができ、太陽電池セル７０の特性を向上させることができる。
【００５９】
［変形例］
上記実施の形態では、導電層２６，２７及び第２のパッシベーション層１３ｉ，第２導電型層１３ｐを蒸散させた領域の全域にレーザ６２による処理を施すものとしたが、多結晶シリコン粒１３ｂ及びブリッジ部１３ｃによる接続状態を利用するようにしてもよい。
【００６０】
すなわち、太陽電池セル７０では、何らかの影響により太陽電池セル７０の表面の一部が陰になったときにその部分が発熱して破損してしまうホットスポット現象が生ずる。そこで、ホットスポット対策として、太陽電池セル７０の隣り合うｎ側電極１４とｐ側電極１５との間にバイパスダイオードを設けることによりホットスポット領域における過電流をバイパスさせる方法が採用されている。
【００６１】
そこで、多結晶シリコン粒１３ｂ及びブリッジ部１３ｃを利用して隣り合うｎ側電極１４とｐ側電極１５との間に電流のリーク経路（リークパス）を形成しておき、ホットスポット現象が生じた場合にそのリーク経路を通じて電流が流れるようにしてもよい。
【００６２】
例えば、図２０の第１絶縁層１６上の表面拡大図に示すように、レーザ６２を照射する領域６５と照射しない領域６６とを設け、照射しない領域６６によってｎ側電極１４とｐ側電極１５との間に適度なリーク経路が形成されるようにする。リーク経路の形状は、特に限定されるものでなく、図２０のように２つの領域６６の頂点が接するような形状としてもよいし、図２１のように均一の幅の領域６６からなる形状としてもよい。また、図２１のようなリーク経路を複数形成することが好ましく、リーク経路が形成される領域とリーク経路が形成されない領域とが繰返し配置されることが好ましい。
【００６３】
以上のように、多結晶シリコン粒１３ｂ及びブリッジ部１３ｃによる接続状態を利用してリーク経路を設けることによってホットスポットによる太陽電池セル７０の破損を防ぐことができる。
【００６４】
以上、本発明を上述の実施の形態及び変形例を参照して説明したが、本発明は、実施の形態及び変形例に限定されるものではなく、実施の形態及び変形例の構成を適宜組み合わせたものや置換したものとしてもよい。
【符号の説明】
【００６５】
１０  半導体基板、１０ａ  第１主面、１０ｂ  第２主面、１２  積層体、１２ｉ  第１のパッシベーション層、１２ｎ  第１導電型層、１３  積層体、１３ａ  アモルファスシリコン層、１３ｂ  多結晶シリコン粒、１３ｃ  ブリッジ部、１３ｉ  第２のパッシベーション層、１３ｐ  第２導電型層、１４  ｎ側電極、１４ａ  バスバー電極、１４ｂ  フィンガー電極、１５  ｐ側電極、１５ａ  バスバー電極、１５ｂ  フィンガー電極、１６  第１絶縁層、１７ｉ  第３のパッシベーション層、１７ｎ  第３導電型層、１８  第２絶縁層、１９  電極層、１９ａ  第１導電層、１９ｂ  第２導電層、１９ｃ  第３導電層、１９ｄ  第４導電層、２１  ｉ型非晶質半導体層、２２  ｎ型非晶質半導体層、２３  絶縁層、２４  ｉ型非晶質半導体層、２５  ｐ型非晶質半導体層、２６，２７  導電層、３１  マスク層、４１，４２，４３，４４，４５  開口部、５０，６０，６２  レーザ、５２  中心、５４  照射範囲、６５  レーザを照射する領域、６６  レーザを照射しない領域、７０  太陽電池セル、７０ａ  受光面、７０ｂ  裏面。
【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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【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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【図２１】
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【国際調査報告】
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