(57)【要約】  サブ波長構造を有する太陽電池セルにおいて、サブ波長構造内部での再結合損失低減と、表面電極としてパターン電極を用いることとを両立する方法が、従来はなかった。これに対し、所定の方向に延伸する複数のピラー（２）を具備し、第１導電型（ｐ型）である基板（１）と、基板と接して設けられ、第１導電型とは異なる第２導電型（ｎ型）のエミッタ層（１１）と、を有する太陽電池セルにおいて、複数のピラーは、第１導電型の半導体からなり、複数のピラーのそれぞれは、その側面においてエミッタ層と接している構造とする。係る構造によって、従来の太陽電池セルと比較して、サブ波長構造内部での再結合損失低減と、表面電極としてパターン電極を用いることとを両立することが可能となる。
2013190646.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の方向に延伸する複数のピラーを具備し、第１導電型である基板と、
前記基板と接して設けられ、前記第１導電型とは異なる第２導電型のエミッタ層と、を有し、
前記複数のピラーは、前記第１導電型の半導体からなり、
前記複数のピラーのそれぞれは、その側面において前記エミッタ層と接していることを特徴とする太陽電池セル。
【請求項２】
請求項１において、
前記複数のピラーおよび前記エミッタ層と接して設けられるパッシベーション膜をさらに有することを特徴とする太陽電池セル。
【請求項３】
請求項１において、
前記エミッタ層は、前記複数のピラーの内部には設けられないことを特徴とする太陽電池セル。
【請求項４】
請求項１において、
前記エミッタ層における不純物濃度は、前記複数のピラーにおける不純物濃度よりも高いことを特徴とする太陽電池セル。
【請求項５】
請求項１において、
前記エミッタ層と電気的に接続される電極をさらに有し、
前記電極は、Ａｇ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｐｄ、Ｎｉ、Ｃｕ、またはこれらの積層構造からなることを特徴とする太陽電池セル。
【請求項６】
請求項１において、
前記複数のピラーの幅が１μｍ以下であることを特徴とする太陽電池セル。
【請求項７】
請求項１において、
前記エミッタ層の膜厚は、５００ｎｍ以上であることを特徴とする太陽電池セル。
【請求項８】
その表面に複数の柱状凹部を有し、第１導電型の基板と、
前記基板の表面、かつ、前記柱状凹部の設けられていない部分、に設けられ、前記第１導電型とは異なる第２導電型のエミッタ層と、を有し、
前記柱状凹部の幅が１μｍ以下であることを特徴とする太陽電池セル。
【請求項９】
請求項８において、
前記エミッタ層における不純物濃度は、前記複数のピラーにおける不純物濃度よりも高いことを特徴とする太陽電池セル。
【請求項１０】
請求項８において、
前記エミッタ層と電気的に接続される電極をさらに有し、
前記電極は、Ａｇ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｐｄ、Ｎｉ、Ｃｕ、またはこれらの積層構造からなることを特徴とする太陽電池セル。
【請求項１１】
請求項８において、
前記エミッタ層の膜厚が、前記柱状凹部の高さよりも小さいことを特徴とする太陽電池セル。
【請求項１２】
請求項８において、
前記エミッタ層の膜厚は、５００ｎｍ以下であることを特徴とする太陽電池セル。
【請求項１３】
金属パターンをマスクとして、第１導電型の基板の表面に、前記第１導電型とは異なる第２導電型のエミッタ層を形成する第１の工程と、
前記金属パターンを用いて、前記基板の表面に前記第１導電型の複数のピラーを形成する第２の工程と、を有する太陽電池セルの製造方法。
【請求項１４】
請求項１３において、
前記第２の工程は、前記金属パターンを種として前記複数のピラーを成長させる工程であることを特徴とする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およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、太陽電池セルの表面反射防止構造としては、アルカリ溶液または酸溶液によるウェットエッチングで形成されたテクスチャ構造が、最も一般的に用いられている。これに対して、太陽光の波長と同等またはより微細なサイズの凹凸が周期的に形成された構造（いわゆるサブ波長構造）を表面反射防止構造に用いることで、より低い反射率が実現されることが知られている。そのため、サブ波長構造を太陽電池セルの表面反射防止構造として用いることで、従来よりも反射率を低減し、出力電流を増大することが可能であると期待されている。例えば、非特許文献１では、サブ波長構造の中でも、後述するナノピラーアレイ構造を表面反射防止構造として用いることで、従来構造の太陽電池セルと比較して、反射防止効果による出力電流増大が可能であることが、シミュレーションにより示されている。【０００３】
現在までに提案および研究されている、後述するナノピラー太陽電池セルの構造は３種類に分類される。それら３種類とは、非特許文献１の表２に示されている、Ｎａｎｏｗｉｒｅ  Ｓｏｌａｒ  Ｃｅｌｌ（ｓｕｂｓｕｒｆａｃｅ−ｊｕｎｃｔｉｏｎ）、Ｎａｎｏｗｉｒｅ  Ｓｏｌａｒ  Ｃｅｌｌ（ｐｌａｎａｒ−ｊｕｎｃｔｉｏｎ）、および、Ｎａｎｏｗｉｒｅ  Ｓｏｌａｒ  Ｃｅｌｌ（ｒａｄｉａｌ−ｊｕｎｃｔｉｏｎ）である。ここでのＮａｎｏｗｉｒｅは、本明細書におけるナノピラーと同義である。以下、本明細書では、Ｎａｎｏｗｉｒｅ  Ｓｏｌａｒ  Ｃｅｌｌ（ｓｕｂｓｕｒｆａｃｅ−ｊｕｎｃｔｉｏｎ）を、ｐｌａｎａｒ深接合型ナノピラー太陽電池セル、Ｎａｎｏｗｉｒｅ  Ｓｏｌａｒ  Ｃｅｌｌ（ｐｌａｎａｒ−ｊｕｎｃｔｉｏｎ）を、ｐｌａｎａｒ浅接合型ナノピラー太陽電池セル、Ｎａｎｏｗｉｒｅ  Ｓｏｌａｒ  Ｃｅｌｌ（ｒａｄｉａｌ−ｊｕｎｃｔｉｏｎ）を、ｒａｄｉａｌ接合型ナノピラー太陽電池セルとそれぞれ記す。【０００４】
ここで、上述した３種類の太陽電池セルには、ｐ型基板の表面に不純物が高濃度にドーピングされたｎ＋層が形成されることにより、ｐｎ接合が形成されている（ｐとｎは逆でも良い）。以下、「不純物が高濃度にドーピングされた層」のことを「エミッタ層」と記す。エミッタ層の役割は主に、ｐｎ接合のポテンシャル差を形成して電子と正孔とを分離させる役割、エミッタ層に収集されたキャリアが電極に到達するまでの伝導経路としての役割、および、電極との接触抵抗を低減する役割、の３点である。ｐｌａｎａｒ深接合型ナノピラー太陽電池セルと、ｐｌａｎａｒ浅接合型ナノピラー太陽電池セルにおいては、ｐｎ接合面は、基板表面に平行な平面状に形成される。一方、ｒａｄｉａｌ接合型ナノピラー太陽電池セルにおいては、ｐｎ接合面は、ナノピラー表面と平行に形成される。【０００５】
ここで、上述の３種類の太陽電池セルの違いは、ナノピラー内におけるエミッタ層の位置にある。ｐｌａｎａｒ深接合型ナノピラー太陽電池セルにおいては、エミッタ層は、ナノピラーの全領域に存在している。これに対し、ｐｌａｎａｒ浅接合型ナノピラー太陽電池セルにおいては、エミッタ層は、ナノピラーの頂部に存在している。また、ｒａｄｉａｌ接合型ナノピラー太陽電池セルにおいては、エミッタ層は、ナノピラーの側壁部分に存在している。以上のように、ナノピラー内におけるエミッタ層の位置は異なるものの、従来のナノピラー太陽電池セル構造のいずれにおいても、ナノピラーの少なくとも一部の領域にエミッタ層が存在する点は共通である。【０００６】
また、非特許文献２には、ナノピラー太陽電池セルにおけるキャリア発生率分布をシミュレーションにより調べた結果が記載されており、ナノピラー内部でのキャリア発生率が、その直下の基板でのキャリア発生率に比べて２桁から３桁程度高いということが示されている。【０００７】
なお、特許文献１には、基板表面に光閉じ込め効果を有する複数の開口部を設けた太陽電池が開示されている。これは一見すると本願発明の実施例３に関連する構造のようにも思えるが、その開口部の開口幅として１〜１５μｍ程度の大きさを挙げており、これは上述したサブ波長構造とは異なるオーダーの大きさである。従って、特許文献１に記載の技術は、本願発明の実施例３とは異なる光学的効果を期待するものである。詳細は実施例３において後述する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１１-７７３７０号
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】ＩＥＥＥ  ＩＥＤＭ  Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ  Ｄｉｇｅｓｔ，  ｐｐ．  ８５６  −  ８５９  （２０１１）．
【非特許文献２】ＩＥＥＥ  ＩＥＤＭ  Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ  Ｄｉｇｅｓｔ，  ｐｐ．  ７０４  −  ７０７  （２０１０）．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
＜再結合損失について＞
上述した通り、エミッタ層には太陽電池セルにとって有用な役割があるため、エミッタ層を設けること自体は必要である。しかしながら、従来の３種類の太陽電池セルにおいては、ナノピラー内にエミッタ層が存在するため、再結合損失が大きいという課題が存在する。以下、ナノピラー太陽電池セルを例にとり、この課題について述べる。【００１１】
図９は、本発明に先立って、発明者によりなされた検討の結果であり、基板１上に、直径４０ｎｍ、高さ２００ｎｍのナノピラー２が、４０ｎｍ間隔で配列されたナノピラーアレイ構造に対して、波長４６０ｎｍの光を入射したときのキャリア発生率分布を、ＦＤＴＤ法（Ｆｉｎｉｔｅ  Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ  Ｔｉｍｅ  Ｄｏｍａｉｎ  ｍｅｔｈｏｄ）により計算した結果である。図９において、濃い黒色の領域ほど、キャリア発生率が高く、逆に白色の領域は、キャリア発生率が低い。非特許文献２の結果と同様に、図９においても、ナノピラー２の内部でのキャリア発生率は、基板でのキャリア発生率に比べて高い。それだけでなく、図９から、ナノピラー２の内部の中でも、側壁部でのキャリア発生率が特に高いということもわかる。【００１２】
ここで、高濃度にドーピングされた半導体では、種々の再結合過程のうち、オージェ再結合の確率が高くなることが知られている。また、オージェ再結合の寿命も、不純物濃度の増大に伴って短くなる。このため、高濃度にドーピングされた半導体で光吸収が起こり、電子正孔対が発生しても、それらのキャリアは、短時間のうちにオージェ再結合によって消滅する確率が高い。従って、ナノピラー内にエミッタ層が存在する太陽電池セルにおいてはオージェ再結合に起因する損失が課題となる。【００１３】
従来の３種類のナノピラー太陽電池セル構造のうち、ｐｌａｎａｒ深接合型ナノピラー太陽電池セルでは、他の２種類の構造よりもエミッタ層の占める体積が大きいことから、再結合損失が最も大きい。それに比べれば、ｐｌａｎａｒ浅接合型ナノピラー太陽電池セルと、ｒａｄｉａｌ接合型ナノピラー太陽電池セルでは、エミッタ層を薄膜化しているために、再結合損失は比較的小さいが、それでも、ナノピラーの少なくとも一部の領域に、高濃度にドーピングされたエミッタ層が存在することによる再結合損失は避けられない。また、上述のように、図９に示す、ナノピラー２の内部のキャリア発生率分布によれば、ナノピラー２の側壁部でのキャリア発生率が特に高い。このことから、ｒａｄｉａｌ接合型ナノピラー太陽電池セルにおいては、エミッタ層を薄膜化しているとはいえ、全ての側壁部が高濃度にドーピングされることによって、再結合損失が大きくなっていることが懸念される。【００１４】
＜表面電極について＞
従来の太陽電池セルの別の課題として、表面電極に関する課題について述べる。ｐｌａｎａｒ深接合型ナノピラー太陽電池セルにおいては、エミッタ層が連続した層からなるため、表面電極をエミッタ層のいずれの領域に設けても、エミッタ層全体からのキャリアを表面電極に到達させることができる。そのため、表面電極を、ナノピラーとは別の領域に設けることが可能である。従って、表面電極は、結晶Ｓｉ太陽電池セルで一般的に用いられている、ＡｇやＡｌといった透明でない金属からなるフィンガー・バスバーパターンの電極でもよいし、薄膜太陽電池セルで用いられている、ＩＴＯ（Ｉｎ−Ｓｎ−Ｏ）などの透明導電性酸化物を全面に形成した電極でもよい。【００１５】
一方、ｐｌａｎａｒ浅接合型ナノピラー太陽電池セルとｒａｄｉａｌ接合型ナノピラー太陽電池セルにおいては、表面電極として、フィンガー・バスバーパターンの電極を用いることができず、全面に形成された電極を用いる必要があり、その結果、電極の材料がＩＴＯなどの透明導電性酸化物に限定される。その理由は以下の通りである。まず、ｐｌａｎａｒ浅接合型ナノピラー太陽電池セルの場合には、ナノピラーの頂部にのみエミッタ層が形成されているため、異なるナノピラー内のエミッタ層は互いに孤立して存在する。従って、これらエミッタ層からキャリアを収集するためには、孤立した複数のエミッタ層のそれぞれと電気的に接続された電極が必要となるため、パターン電極ではなく全面に形成された電極を用いる必要がある。また、ｒａｄｉａｌ接合型ナノピラー太陽電池セルの場合には、上述のように、エミッタ層を薄膜化しているために、エミッタ層のシート抵抗が高く、その結果、パターン電極を用いると、直列抵抗損失が大きくなるため、表面電極としては、全面に形成された電極を用いる必要がある。【００１６】
以上２つのセルのように、全面に電極を形成せざるを得ないセル構造の場合には、ナノピラー上部も電極で覆われることになるため、太陽光を反射してしまうＡｇ、Ａｌ等の金属を表面電極として用いることはできない。よって、表面電極の材料は透明導電性酸化物に限定される。【００１７】
表面電極としてＩＴＯなどの透明導電性酸化物を用いると、エミッタ層と透明導電性酸化物との接触抵抗、および、透明導電性酸化物の光吸収に起因する損失が発生する。【００１８】
まず接触抵抗について述べる。パターン電極の材料として一般的に用いられるＡｇやＡｌといった金属と比べると、ＩＴＯなどの透明導電性酸化物は、Ｓｉをはじめとする半導体材料との接触抵抗が高い。一般的に、接触抵抗は、半導体の表面不純物濃度を高くすることで低減することが可能だが、上述のように、太陽電池セルにおいて、表面不純物濃度を高くすることは、再結合損失の増大をもたらすため、接触抵抗低減のために表面不純物濃度を任意に高くすることはできない。従って、透明導電性酸化物を表面電極として用いると、高い接触抵抗による損失と、再結合損失の両方を同時に回避することが困難である。【００１９】
また、透明導電性酸化物は、一般的に、紫外光や赤外光を吸収することが知られており、それを表面電極として用いると、太陽電池セルの光吸収層に到達する光量が低減するという損失が発生する。以上のことから、表面電極としてＩＴＯなどの透明導電性酸化物を用いると、太陽電池セルの特性低下をもたらす要因となる。【００２０】
以上をまとめると、サブ波長構造、特にナノピラーアレイ構造を、表面反射防止構造として用いる、従来の太陽電池セルの課題は以下の通りである。第一に、ナノピラー内部に高濃度にドーピングされたエミッタ層が存在する太陽電池セルにおいては、再結合損失が大きいという課題が存在する。第二に、エミッタ層が互いに孤立した太陽電池セルや、エミッタ層を薄膜化した太陽電池セルにおいては、表面電極として、パターン電極を用いることができず、ＩＴＯなどの透明導電性酸化物を全面に形成した電極を用いる必要があり、この結果、エミッタ層と透明導電性酸化物との接触抵抗、および、透明導電性酸化物の光吸収に起因する損失が発生する。サブ波長構造を有する太陽電池セルにおいて、上記２つの課題を解決する手法は、従来はなかった。【００２１】
本発明は、かかる事情を鑑みてなされたものであり、サブ波長構造内部での再結合損失低減と、表面電極としてパターン電極を用いることとを両立することのできる太陽電池セルを実現することを目的とする。本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
本願において開示される発明のうち代表的なものを簡単に説明すれば、次のとおりである。【００２３】
第１に、太陽電池セルであって、所定の方向に延伸する複数のピラーを具備し第１導電型である基板と、基板と接して設けられ第１導電型とは異なる第２導電型のエミッタ層と、を有し、複数のピラーは第１導電型の半導体からなり、複数のピラーのそれぞれはその側面において前記エミッタ層と接していることを特徴とする。【００２４】
第２に、太陽電池セルであって、その表面に複数の柱状凹部を有し第１導電型の基板と、基板の表面かつ柱状凹部の設けられていない部分に設けられ、第１導電型とは異なる第２導電型のエミッタ層と、を有し、柱状凹部の幅が１μｍ以下であることを特徴とする。【００２５】
第３に、太陽電池セルの製造方法であって、金属パターンをマスクとして第１導電型の基板の表面に第１導電型とは異なる第２導電型のエミッタ層を形成する第１の工程と、金属パターンを用いて基板の表面に第１導電型の複数のピラーを形成する第２の工程と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によると、サブ波長構造を有する太陽電池セルにおいて、サブ波長構造内部での再結合損失低減と、表面電極としてパターン電極を用いることとを両立することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１（ａ）】本発明の実施例１に係るナノピラー太陽電池セルの上面図である。
【図１（ｂ）】本発明の実施例１に係るナノピラー太陽電池セルの断面図である。
【図２（ａ）】本発明の実施例１に係るナノピラー太陽電池セルからパッシベーション膜のみを除いた構造の上面図である。
【図２（ｂ）】本発明の実施例１に係るナノピラー太陽電池セルからパッシベーション膜のみを除いた構造の断面図である。
【図３（ａ）】本発明の実施例１に係るナノピラー太陽電池セルの第１の製造方法を示す第１の上面図である。
【図３（ｂ）】本発明の実施例１に係るナノピラー太陽電池セルの第１の製造方法を示す第１の断面図である。
【図３（ｃ）】本発明の実施例１に係るナノピラー太陽電池セルの第１の製造方法を示す第２の上面図である。
【図３（ｄ）】本発明の実施例１に係るナノピラー太陽電池セルの第１の製造方法を示す第２の断面図である。
【図３（ｅ）】本発明の実施例１に係るナノピラー太陽電池セルの第１の製造方法を示す第３の上面図である。
【図３（ｆ）】本発明の実施例１に係るナノピラー太陽電池セルの第１の製造方法を示す第３の断面図である。
【図３（ｇ）】本発明の実施例１に係るナノピラー太陽電池セルの第１の製造方法を示す第４の上面図である。
【図３（ｈ）】本発明の実施例１に係るナノピラー太陽電池セルの第１の製造方法を示す第４の断面図である。
【図３（ｉ）】本発明の実施例１に係るナノピラー太陽電池セルの第１の製造方法を示す第５の上面図である。
【図３（ｊ）】本発明の実施例１に係るナノピラー太陽電池セルの第１の製造方法を示す第５の断面図である。
【図３（ｋ）】本発明の実施例１に係るナノピラー太陽電池セルの第１の製造方法を示す第６の上面図である。
【図３（ｌ）】本発明の実施例１に係るナノピラー太陽電池セルの第１の製造方法を示す第６の断面図である。
【図３（ｍ）】本発明の実施例１に係るナノピラー太陽電池セルの第１の製造方法を示す第７の上面図である。
【図３（ｎ）】本発明の実施例１に係るナノピラー太陽電池セルの第１の製造方法を示す第７の断面図である。
【図３（ｏ）】本発明の実施例１に係るナノピラー太陽電池セルの第１の製造方法を示す第８の上面図である。
【図３（ｐ）】本発明の実施例１に係るナノピラー太陽電池セルの第１の製造方法を示す第８の断面図である。
【図４（ａ）】本発明の実施例１に係るナノピラー太陽電池セルの第１の製造方法を示す第１の上面図である。
【図４（ｂ）】本発明の実施例１に係るナノピラー太陽電池セルの第１の製造方法を示す第１の断面図である。
【図４（ｃ）】本発明の実施例１に係るナノピラー太陽電池セルの第１の製造方法を示す第２の上面図である。
【図４（ｄ）】本発明の実施例１に係るナノピラー太陽電池セルの第１の製造方法を示す第２の断面図である。
【図４（ｅ）】本発明の実施例１に係るナノピラー太陽電池セルの第１の製造方法を示す第３の上面図である。
【図４（ｆ）】本発明の実施例１に係るナノピラー太陽電池セルの第１の製造方法を示す第３の断面図である。
【図５（ａ）】本発明の実施例２に係るナノグルーブ太陽電池セルの上面図である。
【図５（ｂ）】本発明の実施例２に係るナノグルーブ太陽電池セルの断面図である。
【図６（ａ）】本発明の実施例２に係るナノグルーブ太陽電池セルからパッシベーション膜のみを除いた構造の上面図である。
【図６（ｂ）】本発明の実施例２に係るナノグルーブ太陽電池セルからパッシベーション膜のみを除いた構造の断面図である。
【図７（ａ）】本発明の実施例３に係るナノホール太陽電池セルの上面図である。
【図７（ｂ）】本発明の実施例３に係るナノホール太陽電池セルの断面図である。
【図８（ａ）】本発明の実施例３に係るナノホール太陽電池セルからパッシベーション膜のみを除いた構造の上面図である。
【図８（ｂ）】本発明の実施例３に係るナノホール太陽電池セルからパッシベーション膜のみを除いた構造の断面図である。
【図９】直径４０ｎｍ、高さ２００ｎｍのナノピラーが、４０ｎｍ間隔で配列されたナノピラーアレイ構造に対して、波長４６０ｎｍの光を入射したときのキャリア発生率分布を、ＦＤＴＤ法により計算した結果である。
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【００２８】
＜用語の定義＞
本明細書では、サブ波長構造の中でも、ナノピラーアレイ構造、ナノホールアレイ構造、および、ナノグルーブアレイ構造、の３種類の構造を取り上げる。以下、これら３種類の構造の定義を述べる。ナノピラーアレイ構造とは、太陽光の波長と同等、またはより微細な幅を有する柱状構造（以下、「ナノピラー」または単に「ピラー」と記す）が、基板表面に周期的に配列された構造である。当該柱状構造の柱軸方向は基板面と垂直である。以下の実施例ではナノピラーの例として円柱を挙げているが、角柱など、異なる断面形状であってもよい。ナノホールアレイ構造とは、太陽光の波長と同等、またはより微細な幅の柱状構造を為す空隙が、基板表面に周期的にあけられた構造である。当該柱状構造の柱軸方向は基板面と垂直である。同様に、柱状構造の形状は、円柱でなく、角柱など、異なる断面形状であってもよい。ナノグルーブアレイ構造とは、太陽光の波長と同等、またはより微細な幅を有する凸部が基板表面上に周期的に配列され、その結果、凸部の間に周期的な溝（グルーブ）を持つ構造である。凸部の断面形状としては、四角形、三角形、あるいは扇型などが一般的である。基板の上面から観察した場合、ナノピラーアレイ構造とナノホールアレイ構造が、２次元的な周期性を有する構造であるのに対して、ナノグルーブアレイ構造は、１次元的な周期性を有する構造である。なお、柱状構造、および凸部の「幅」を、基板面に平行な方向における長さとする。【００２９】
これら３種類のサブ波長構造の反射防止効果について述べると、ナノピラーアレイ構造とナノホールアレイ構造の反射率は、一般的に、ほぼ同程度であり、ナノグルーブアレイ構造は、前記２種類の構造と比較すると、一般的に、反射率は高い。また、ナノピラーアレイ構造とナノホールアレイ構造は、入射光が、基板面に垂直方向からでなく、斜め方向から進入する場合においても、比較的低い反射率を示すが、ナノグルーブアレイ構造は、溝に垂直方向に傾いて進入する光に対しては、反射率が比較的高くなることが知られている。このように、前記３種類のサブ波長構造は、反射防止効果の点で異なるものの、以下で述べるように、いずれも本発明の対象となる。本明細書では、ナノピラーアレイ構造、ナノホールアレイ構造、ナノグルーブアレイ構造を、表面反射防止構造として有する太陽電池セルを、それぞれ、ナノピラー太陽電池セル、ナノホール太陽電池セル、ナノグルーブ太陽電池セルと記す。【００３０】
なお、以下の実施例では、基板等をｐ型、エミッタ層をｎ型として説明しているが、これらの導電型を逆にしたものについても同様の議論が可能であり、本願発明の技術的範囲に属するものである。【００３１】
＜セル構造＞
図１（ａ）および（ｂ）は、本発明の実施例１に係るナノピラー太陽電池セルの上面図および断面図である。実施例１のナノピラー太陽電池セルは、基板１上に、ナノピラー２が形成されたナノピラー太陽電池セルである。図１には、ナノピラー２が円柱である場合の構造が示されているが、上述の通り、ナノピラー２は、角柱など、異なる断面形状を有する柱状構造であってもよい。ナノピラー２およびエミッタ層１１の最表面にはパッシベーション膜１２が形成されているが、表面電極１３の直下には、パッシベーション膜１２は存在せず、エミッタ層１１と表面電極１３とは互いに接する。図１（ｂ）の断面図は、複数のエミッタ層１１が互いに孤立して存在するかのように描かれているが、実際には、エミッタ層１１は、基板１上の全面にわたって連続した層である。このことを示すために、実施例１のナノピラー太陽電池セル構造から、パッシベーション層１２のみを除いた構造の、上面図および断面図を、図２（ａ）および（ｂ）に、それぞれ示す。図２（ａ）の上面図に示すように、エミッタ層１１は、ナノピラー２の間の領域を網羅しており、従って、互いに孤立することなく、基板１上の全面にわたって連続している。【００３２】
一般的に、太陽電池セルは、半導体のｐｎ接合あるいはｐｉｎ接合、あるいは、半導体と金属とのショットキー接合により構成される。以下では、ｐｎ接合により構成される太陽電池セルを想定して述べる。実施例１のナノピラー太陽電池セルにおいては、基板１とナノピラー２は、同じ導電型（第１導電型）の半導体材料からなる。以下、基板１とナノピラー２が、いずれもｐ型半導体の場合について述べるが、本発明は、ｐ型とｎ型とが逆の場合にも適用可能である。基板１とナノピラー２がｐ層の場合、エミッタ層１１は、高濃度にドーピングされかつ第１導電型とは異なる導電型（第２導電型）の層であり、基板１およびナノピラー２をｐ型とした場合はｎ＋層である。従って、基板１およびナノピラー２と、エミッタ層１１とが、ｐｎ接合を形成する。特にナノピラー２については、その側面においてエミッタ層１１とｐｎ接合を形成しており、その先端部においてはエミッタ層１１とはｐｎ接合を形成しない。また、太陽電池セルにおいては、基板と同じ導電型であって、高濃度にドーピングされたＢＳＦ（Ｂａｃｋ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｆｉｅｌｄ）層を、基板と裏面電極との間に形成することが一般的に行われる。実施例１のナノピラー太陽電池セルにおいては、基板１と裏面電極２２との間に、ｐ＋層からなるＢＳＦ層２１が形成される。なお、図１では、ＢＳＦ層２１と、裏面電極２２とが、全面にわたって接触する構造が示されているが、例えば、ＢＳＦ層２１と裏面電極２２との間にパッシベーション膜が形成され、局所的な領域でのみ、パッシベーション膜が除去され、ＢＳＦ層２１と裏面電極２２とが接する、いわゆるポイントコンタクト構造を用いてもよい。【００３３】
実施例１のナノピラー太陽電池セルを構成する材料について述べる。光吸収層である、基板１、ナノピラー２、エミッタ層１１、および、ＢＳＦ層２１の材料は、Ｓｉ、ＣｄＴｅ、ＣｕＩｎＧａＳｅ、ＩｎＰ、ＧａＡｓ、Ｇｅなどの半導体であり、これらは単結晶、多結晶、微結晶、アモルファスなど種々の構造をとりうる。パッシベーション膜１２の材料は、ＳｉＯ２、ＳｉＮ（窒化シリコン）、アモルファスＳｉ、ＳｉＣ（炭化シリコン）、ＣｄＳなどの絶縁体、あるいは、これら絶縁体の積層構造である。表面電極１３および裏面電極２２の材料は、Ａｇ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｐｄ、Ｎｉ、Ｃｕなどの金属、または、これらの積層構造である。【００３４】
このように、実施例１に係る太陽電池セルは、所定の方向に延伸する複数のピラー２を具備し第１導電型（ｐ型）である基板１と、基板１と接して設けられ第１導電型とは異なる第２導電型（ｎ型）のエミッタ層１１と、を有し、複数のピラー２は第１導電型の半導体からなり、複数のピラー２のそれぞれは、その側面においてエミッタ層１１と接していることを特徴とする。ここで、エミッタ層１１の不純物濃度は、複数のピラー２の不純物濃度より高い。【００３５】
係る構造により、実施例１に係る太陽電池は以下の効果を有する。第１に、エミッタ層１１をナノピラー２の内部には設けられない構造とすることができる。これによって、エミッタ層１１による利点を享受しつつ、かつ、ナノピラー内部における再結合損失の確率を低減することが可能となる。【００３６】
第２に、エミッタ層１１を、ナノピラー２の間において連続した層とすることができる。これによって、エミッタ層の孤立したｐｌａｎａｒ浅接合型ナノピラー太陽電池セルとは異なり、表面電極１３はエミッタ層１１の一部と電気的に接続していれば、エミッタ層１１の全領域からのキャリアを収集することができる。従って、実施例１に係る太陽電池セルは、エミッタ層１１と電気的に接続される表面電極１３として、Ａｇ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｐｄ、Ｎｉ、Ｃｕ、または、これらの積層構造からなるパターン電極を用いることが可能となる。【００３７】
また、上述の通りナノピラー２はｐ型の半導体からなり、ｎ型のエミッタ層を含まないため、パッシベーション膜１２をナノピラー２およびエミッタ層１１と接して設けることが可能となる。【００３８】
また、エミッタ層を薄膜化せざるを得ないｒａｄｉａｌ接合型ナノピラー太陽電池セルとは異なり、エミッタ層１１を薄膜化する必要はない。従って、エミッタ層１１を厚膜化して、シート抵抗を相対的に低くすることが可能である。具体的には、エミッタ層１１の膜厚を、例えば５００ｎｍ以上とすることが可能である。【００３９】
以上の通り、実施例１に係る太陽電池セルによれば、従来の太陽電池セルと比較して、サブ波長構造内部での再結合損失低減と、表面電極としてパターン電極を用いることとを両立することが可能となる。【００４０】
＜第１の製造方法＞
図３は、実施例１のナノピラー太陽電池セルの第１の製造方法を示す図である。実施例１のナノピラー太陽電池セルの製造方法には、ナノピラーの形成方法の異なる、２通りの方法がある。第１の製造方法では、ナノピラーを成長法により形成し、第２の製造方法では、ナノピラーを加工法により形成する。以下、図３に基づいて、実施例１のナノピラー太陽電池セルの第１の製造方法を説明する。なお、図３に示す製造方法においては、裏面側の構造、すなわち、ＢＳＦ層２１と裏面電極２２の形成工程は省略されている。これら２つの工程は、一般的な太陽電池セルの製造方法と同様に行うことができる。【００４１】
まず、基板１の表面に、レジスト３１を形成する。形成後の構造の上面図を図３（ａ）に、断面図を図３（ｂ）に、それぞれ示す。レジスト３１は、まず基板１上の全面にわたって塗布された後に、フォトリソグラフィーによりパターニングされる。パターニング後に、レジスト３１が存在しない領域が、最終的な太陽電池セル構造におけるナノピラー２の領域となる。なお、図３（ａ）および（ｂ）に示すように、最終的に表面電極１３が形成される領域には、パターニングを行わず、ナノピラー２が形成されないようにするのが望ましい。【００４２】
次に、触媒金属３２をレジスト３１上に形成する。形成後の構造の上面図を図３（ｃ）に、断面図を図３（ｄ）に、それぞれ示す。触媒金属３２は、後述するように、ナノピラー２の成長の際に必要となるものであり、Ｃｕ、Ａｕ、Ｐｔなどを用いるのが一般的である。触媒金属３２の形成は、蒸着法、スパッタ法、ＣＶＤ法などにより行う。【００４３】
その後、レジスト３１、およびレジスト３１の直上に形成された触媒金属３２を、リフトオフにより除去する。除去後の構造の上面図を図３（ｅ）に、断面図を図３（ｆ）に、それぞれ示す。リフトオフの結果、基板１上に、パターニングされた触媒金属３２が存在するという構造が形成される。この構造を形成する方法として、実施例１では、レジスト３１のリフトオフを用いた方法を述べたが、以下のような別の方法もある。すなわち、基板１の表面に、レジスト３１を形成するのではなく、初めから、パターニングされた触媒金属３２を形成するという方法である。パターニングされた触媒金属３２を形成するには、金属マスクを用いた蒸着法や、触媒金属のナノ粒子を分散させるといった方法を用いる。これらの方法には、実施例１で述べた、リフトオフを用いる方法と比較して、工程数とコストが短縮できるという利点があるが、一方で、触媒金属３２のパターンサイズにばらつきが発生しやすいという課題が存在する。触媒金属３２のパターンサイズのばらつきは、最終的には、ナノピラー２のパターンサイズのばらつきとなる。リフトオフを用いるか、それとも、初めからパターニングされた触媒金属３２を形成するかという選択は、ナノピラー２のパターンサイズのばらつきを、どの程度許容できるかという点を考慮してなされるべきである。【００４４】
また、触媒金属のナノ粒子を分散させる方法によって、上述のような、最終的に表面電極１３が形成される領域にのみ、パターニングを行わず、ナノピラー２が形成されないようにする、ということを行うには、以下のような工夫が必要である。すなわち、ナノ粒子を基板１上の全面に分散させた後にパターニングを行わない領域のナノ粒子を除去するか、あるいは、ナノ粒子を分散させる前にパターニングを行わない領域における基板１表面の化学的性質を調整しておくことで、分散されたナノ粒子が反発されて、パターニングを行わない領域にナノ粒子が存在しないようにする、といった工程が別途必要となる。従って、ナノ粒子の分散を用いる方法には、上述のような工夫の結果として、工程数やコストが増大するという課題も存在する。【００４５】
次に、エミッタ層１１を形成する。これに伴い、図３（ｊ）の工程においてナノピラー２となる領域のうち、エミッタ層１１に接する部分（ｐｎ接合部）も併せて形成されることとなる。形成後の構造の上面図を図３（ｇ）に、断面図を図３（ｈ）に、それぞれ示す。エミッタ層１１の形成は、気相拡散法、固相拡散法、イオン注入法などの不純物注入法により行う。従って、触媒金属３２は、ナノピラー２の成長に用いられる触媒であると同時に、不純物拡散のマスクとしての役割も果たすことになる。このため、ナノピラー２とエミッタ層１１との相対位置を、自己整合的に合わせることが可能となる。なお、エミッタ層１１を不純物注入法により形成する際に、上述のように、触媒金属３２がマスクの役割を果たすものの、いったん基板１の内部に注入された不純物の拡散は、一般的に等方的になる。従って実際には、エミッタ層１１は、触媒金属３２の下部、つまりナノピラー２の下部にも、一部形成されることになる。もし、エミッタ層１１の横方向拡散の長さが、ナノピラー２の直径よりも大きくなると、ナノピラー２と基板１とが、エミッタ層１１によって隔てられた構造となる。上述のように、基板１とナノピラー２がｐ層、エミッタ層１１がｎ＋層の場合には、ナノピラー２、エミッタ層１１、基板１という順序の構造は、ｐｎ＋ｐ構造となるため、ナノピラー２の内部で発生した正孔が、基板１に到達する前に、エミッタ層１１で再結合するという損失が発生する。このように、基板１とナノピラー２とが、エミッタ層１１で隔てられることのないように、エミッタ層１１の横方向拡散を抑制する必要がある。【００４６】
その後、触媒金属３２を種として、ナノピラー２のうちエミッタ層１１の上部に突出する部分（突出部）を成長させることにより、ナノピラー２を形成する。成長後の構造の上面図を図３（ｉ）に、断面図を図３（ｊ）に、それぞれ示す。ナノピラー２の成長は、ＶＬＳ（Ｖａｐｏｒ  Ｌｉｑｕｉｄ  Ｓｏｌｉｄ）成長法などにより行う。触媒金属３２としてＣｕを用い、１０００℃程度の高温下でＶＬＳ成長を行うことで、欠陥密度の少ないナノピラー２が実現されることが知られている。なお、エミッタ層１１の形成方法のうち、イオン注入法を用いた場合には、ＶＬＳ成長の間に試料にかかる熱により、イオンの活性化を行うことができるが、その際、上述の通り、エミッタ層１１の横方向拡散ができるだけ進行しないように注意する必要がある。【００４７】
次に、触媒金属３２を除去する。除去後の構造の上面図を図３（ｋ）に、断面図を図３（ｌ）に、それぞれ示す。触媒金属３２の除去は、溶液によるウェットエッチングにより行う。その際、基板１、ナノピラー２、およびエミッタ層１１に対するエッチングレートが遅い、つまりエッチング選択比の高い溶液を用いるのが望ましい。【００４８】
その後、パッシベーション膜１２を形成する。形成後の構造の上面図を図３（ｍ）に、断面図を図３（ｎ）に、それぞれ示す。パッシベーション膜１２の形成は、ＣＶＤ法、スパッタ法、エピタキシー法、蒸着法などの成膜法により行ってもよいし、あるいは、パッシベーション膜１２の材料が、ナノピラー２およびエミッタ層１１の材料の酸化物や窒化物である場合には、表面酸化や表面窒化により、パッシベーション膜１２を形成することもできる。【００４９】
最後に、表面電極１３を形成する。形成後の構造の上面図を図３（ｏ）に、断面図を図３（ｐ）に、それぞれ示す。表面電極１３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１３とエミッタ層１１とが互いに接するために、その間に存在するパッシベーション膜１２を除去する必要がある。パッシベーション膜１２の除去方法は、フォトリソグラフィーとエッチングによる方法、エッチングペーストを用いる方法、表面電極１３を印刷後に焼成して電気的に導通させる、いわゆるファイアスルーを用いる方法、などの中から選択可能である。図３（ｐ）の断面図では、表面電極１３の直下のパッシベーション膜１２は、表面電極１３と同じ幅にわたって除去されているが、除去されるパッシベーション膜１２の幅を、表面電極１３の幅よりも狭くすることで、エミッタ層１１と表面電極１３との接触面積を低減してもよい。エミッタ層１１と表面電極１３との接触面積低減は、再結合抑制の効果があることが知られているが、一方で、接触抵抗の増大をもたらすため、再結合と接触抵抗の２点を考慮して、接触面積を最適化する必要がある。【００５０】
以上が、実施例１の太陽電池セルの第１の製造方法である。この製造方法は、金属パターン（触媒金属３２）をマスクとして、第１導電型（ｐ型）の基板１の表面に第１導電型とは異なる第２導電型（ｎ型）のエミッタ層を形成する工程（図３（ｇ）（ｈ））と、同一の金属パターン（触媒金属３２）を用いて、基板１の表面に複数のナノピラー２を形成する工程（図３（ｉ）（ｊ））とを有することを特徴とする。【００５１】
係る特徴により、第１の製造方法は、同一の触媒金属３２を、エミッタ層を形成する際のマスクとしても、ナノピラーを成長させる際の種としても用いることが可能となり、プロセスコストを低減できる上に、ナノピラー２とエミッタ層１１の相対位置を自己整合的に合わせることも可能となる。また、後述する第２の製造方法と比較して、第１の製造方法では、エミッタ層１１を形成する際に等方的注入法と異方的注入法のいずれを用いることもできる利点もある。なお、上記工程に加えて、各々の膜の結晶性や膜質の改善のため、あるいは隣接膜との界面の質を向上させるための熱処理、プラズマ処理などを適宜追加してもよい。【００５２】
＜第２の製造方法＞
図４は、実施例１のナノピラー太陽電池セルの第２の製造方法を示す図である。上述の通り、第１の製造方法では、ナノピラー２を成長法により形成するが、第２の製造方法では、ナノピラー２を加工法により形成する。以下、図４に基づいて、実施例１のナノピラー太陽電池セルの第２の製造方法を説明する。なお、第１の製造方法と同様に、裏面側の構造の形成工程については省略する。【００５３】
まず、基板１の表面に、エッチングマスク３３を形成する。形成後の構造の上面図を図４（ａ）に、断面図を図４（ｂ）に、それぞれ示す。エッチングマスク３３は、次工程の、ナノピラー２を形成するためのエッチング加工のマスクとなるものであり、その材料としては、金属ナノ粒子やＳｉＯ２、レジストなどが一般的に用いられる。金属ナノ粒子を用いる場合は、ナノ粒子を分散させることで、自己組織化により、エッチングマスク３３を形成することができる。また、リフトオフやエッチングといった方法で金属を加工することにより、エッチングマスク３３を形成してもよい。ＳｉＯ２やレジストを用いる場合には、リソグラフィーを用いたパターニングにより、エッチングマスク３３を形成することができる。【００５４】
次に、基板１の表面を加工することで、ナノピラー２のうち、後にエミッタ層１１の上部に突出する部分（突出部）を形成する。形成後の構造の上面図を図４（ｃ）に、断面図を図４（ｄ）に、それぞれ示す。突出部の形成は、ドライエッチング、ウェットエッチング、レーザーアブレーションなどの方法により行う。反射防止効果の観点からは、ナノピラー２のアスペクト比、つまり「高さ／直径」の値が大きいのが望ましく、そのためには、加工の異方性の高いドライエッチングを用いて、突出部を形成するのがよい。また、アスペクト比を高くするためには、エッチングマスク３３を二層以上の積層構造とすることも、有効な方法である。【００５５】
その後、エミッタ層１１を形成する。これに伴い、ナノピラー２のうちエミッタ層１１に接する部分（ｐｎ接合部）も併せて形成されることとなる。形成後の構造の上面図を図４（ｅ）に、断面図を図４（ｆ）に、それぞれ示す。エミッタ層１１の形成は、前記第１の製造方法と同様に、不純物注入法により行うのだが、第１の製造方法との違いは、気相拡散法などの等方的注入法を用いることができず、イオン注入法などの異方的注入法を用いる必要があるということである。その理由は、もし、本工程において、等方的注入法により不純物注入を行うと、ナノピラー２の側壁部にもエミッタ層１１が形成されてしまうためである。【００５６】
これ以降の工程としては、まず、エッチングマスク３３を除去することで、第１の製造方法における図３（ｋ）および（ｌ）に示す構造が得られるので、その後は、第１の製造方法と同様の工程を経ることで、実施例１のナノピラー太陽電池セル構造を実現することができる。【００５７】
以上が、実施例１の太陽電池セルの第２の製造方法である。この製造方法は、エッチングマスク３３をマスクとしたエッチングにより、基板１の表面に複数のナノピラー２を形成する工程（図４（ａ）（ｂ））と、異方性注入法を用いることにより、基板１の表面かつ複数のナノピラー２の間の領域に不純物を注入する工程（図４（ｃ）（ｄ））とを有することを特徴とする。【００５８】
係る工程によっても、実施例１に係る太陽電池セルを製造することが可能となる。その上で、第２の製造方法は、加工法を用いてナノピラー２を形成しているため、基板１として単結晶を用いた場合には、加工法により形成されたナノピラー２の方が、第１の製造方法のように成長法により形成されたナノピラー２と比較して、結晶性や純度の点で優れており、従って再結合損失を低減することが可能である。
【実施例２】
【００５９】
図５（ａ）および（ｂ）は、本発明の実施例２に係る太陽電池セルの上面図および断面図である。実施例１との違いは、実施例１の構造がナノピラー太陽電池セルであるのに対して、実施例２の構造がナノグルーブ太陽電池セルであり、基板１の表面に平行な所定の方向に延伸する複数の凸部３を有するセルであるという点である。実施例１の場合と同様に、実施例２のナノピラー太陽電池セル構造から、パッシベーション層１２のみを除いた構造の上面図および断面図を、図６（ａ）および（ｂ）にそれぞれ示す。図５および図６には、凸部３の延伸方向および基板表面に垂直な面における断面形状が四角形である場合の構造が示されているが、上述の通り、凸部３は、三角形や扇型など、異なる断面形状であってもよい。【００６０】
このように、実施例２に係る太陽電池セルは、第１導電型（ｐ型）の基板１と、基板１の表面に設けられ、第１導電型であり、所定の方向に延伸する複数の凸部３と、基板１の表面に設けられ、第１導電型とは異なる第２導電型（ｎ型）のエミッタ層１１とを有し、エミッタ層１１は、複数の凸部３の間に設けられていることを特徴とする。【００６１】
係る特徴によって、実施例１の場合と同様に、凸部３の内部での再結合損失を低減することが可能となる。また、図６（ａ）の上面図に示すように、エミッタ層１１が、複数の凸部３の外周において連続している。これは、エミッタ層１１を、互いに孤立することなく、基板１上の全面にわたって連続させるためであり、これにより、実施例１と同様に、表面電極１３として、パターン電極を用いることが可能になる。【００６２】
以上のように、実施例２によれば、実施例１のナノピラー太陽電池セルの場合と同様、ナノグルーブ太陽電池セルにおいても、凸部３の内部での再結合損失を低減し、かつ、表面電極１３として、パターン電極を用いることができる。【００６３】
実施例２の構造の製造方法は、実施例１の場合と同様であるが、凸部３の形成方法としては、加工法を用いるのが一般的である。従って、実施例１のナノピラー太陽電池セルの第２の製造方法と同様の方法により、実施例２のナノグルーブ太陽電池セル構造を作製するのが一般的である。上述の、基板１面内の一部に、凸部３の形成されない領域を設ける、という点は、実施例１の第２の製造方法におけるエッチングマスク３３のパターンを設計することで実現可能である。
【実施例３】
【００６４】
図７（ａ）および（ｂ）は、本発明の実施例２に係る太陽電池セルの上面図および断面図である。実施例１との違いは、実施例３の構造がナノホール太陽電池セルであるという点、および、実施例３のナノホール太陽電池セルにおいては、サブ波長構造の内部、つまりナノホール４の側壁領域の頂部に、エミッタ層１１が形成されているという点、の２つである。実施例１の場合と同様に、実施例３のナノピラー太陽電池セル構造から、パッシベーション層１２のみを除いた構造の、上面図および断面図を、図８（ａ）および（ｂ）に、それぞれ示す。図７および図８には、ナノホール４が円柱状の凹部である場合の構造が示されているが、上述の通り、ナノホール４は、角柱など、異なる断面形状を有する柱状構造であってもよい。実施例３のナノホール太陽電池セル構造は、上述のｐｌａｎａｒ浅接合型ナノピラー太陽電池セルにおいて、ナノピラーのかわりにナノホールを用いた場合の構造とみなすことができる。但し、実施例３のナノホール太陽電池セルと、ｐｌａｎａｒ浅接合型ナノピラー太陽電池セルとの間には、以下の違いがある。すなわち、ｐｌａｎａｒ浅接合型ナノピラー太陽電池セルにおいては、上述のように、ナノピラー２の頂部に形成されたエミッタ層１１が、互いに孤立しているために、表面電極１３として、パターン電極ではなく、全面に形成された電極を用いる必要がある。これに対して、実施例３のナノホール太陽電池セルにおいては、基板１の表面のうちナノホール４の設けられていない部分に形成された、浅いエミッタ層１１は、図８（ａ）の上面図に示すように、基板１上の全面にわたって連続しており、従って、表面電極１３として、パターン電極を用いることができる。【００６５】
このように、実施例３に係る太陽電池セルは、その表面に複数の柱状凹部（ナノホール４）を有し、第１導電型（ｐ型）の基板１と、基板１の表面かつ柱状凹部の設けられていない部分に設けられ、第１導電型とは異なる第２導電型（ｎ型）のエミッタ層１１とを有し、前記柱状凹部の幅が１μｍ以下であることを特徴とする。【００６６】
係る特徴によれば、エミッタ層１１をナノホール４の高さよりも薄膜化することで、ナノホール太陽電池セルにおける再結合損失をｐｌａｎａｒ浅接合型ナノピラー太陽電池セルと同程度に低減することができ、かつ、ｐｌａｎａｒ浅接合型ナノピラー太陽電池セルとは異なり、表面電極１３としてパターン電極を用いることができる。具体的には、エミッタ層１１の膜厚を、例えば５００ｎｍ以下とすることが可能である。【００６７】
実施例３の構造の製造方法としては、まず、基板１上の全面にわたってエミッタ層１１を形成し、その後、ナノホール４、続いてパッシベーション膜１２と表面電極１３とを形成すればよい。エミッタ層１１は、不純物注入法、成膜法のいずれの方法で形成してもよい。ナノホール４の形成は、エッチングや、レーザーを用いた加工法により行うのが一般的である。パッシベーション膜１２の形成は、実施例１の場合と同様に、表面酸化や表面窒化により行っても、成膜法により行ってもよい。パッシベーション膜１２を成膜法により形成する場合には、ナノホール４を上面から見たときに、ナノホール４の側壁領域が陰にならないように、すなわち、ナノホール４の頂部の開口面積が、底部の開口面積と同程度か、より大きい形状になるようにするのが望ましい。【００６８】
なお、特許文献１に、表面反射防止構造としてホールアレイ構造を有し、かつ、ホール側壁部に浅いエミッタ層が形成された太陽電池セル構造が示されている。この構造は、実施例３の構造と類似しているが、両者の間には、以下のような違いが存在する。まず、特許文献１の構造におけるホールの直径が１μｍ以上であるのに対して、本発明で対象とするナノホールの幅は１μｍ以下である。ナノホールの幅を１μｍ以下とする根拠は、ナノホールが、太陽光の波長と同等、またはより微細なサイズの直径を有するものと定義しており、かつ、太陽光のうち、波長１μｍ以下の光が特に強度が大きく、太陽電池セルにおいて、通常利用される波長域である、という２点である。また、特許文献１の構造は、ホールの開口部に比べて底部の面積が広いという特徴を有する。もし、ナノホール太陽電池において、実施例３の柱状凹部とは異なり、ナノホールの開口部よりも底部の面積を広くした形状を用いると、実施例３で述べるような、開口部と底部の面積が同等のナノホールを用いた場合に比べて、隣接するナノホール底部間の領域が狭くなることによって直列抵抗が増大すること、ナノホールの表面積が増大することによって表面再結合損失が増大すること、および、ナノホールを上面から見たときに陰になる領域が存在するために、ナノホールの表面パッシベーションとして、ＣＶＤ法などの成膜法を用いることが困難になるということ、の３点が課題となる。従って、特許文献１の構造は、開口部の直径を１μｍ以下にすることが困難である。【００６９】
以上をまとめると、特許文献１の構造は、用いているホールアレイが、そのサイズから、サブ波長構造ではない。また、仮に特許文献１の構造において、ホールの開口部のサイズをサブ波長構造と同等の１μｍ以下程度にまで縮小したとすると、直列抵抗の増大、再結合損失の増大、および、成膜法によるパッシベーション膜が困難であること、の３点が課題となるため、特許文献１の構造は、開口部の径を１μｍ以下にすることが困難なものである。【００７０】
以上より、特許文献１に記載の発明は、実施例３に係る発明とは構成も効果も相違するものである。【００７１】
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。
【符号の説明】
【００７２】
１…基板、２…ナノピラー、３…凸部、４…ナノホール、１１…エミッタ層、１２…パッシベーション膜、１３…表面電極、２１…ＢＳＦ層、２２…裏面電極、３１…レジスト、３２…触媒金属、３３…エッチングマスク。
【図１（ａ）】
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【図１（ｂ）】
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【図２（ａ）】
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【図２（ｂ）】
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【図３（ａ）】
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【図３（ｂ）】
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【図３（ｃ）】
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【図３（ｄ）】
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【図３（ｅ）】
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【図３（ｆ）】
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【図３（ｇ）】
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【図３（ｈ）】
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【図３（ｉ）】
2013190646.tif 000015
【図３（ｊ）】
2013190646.tif 000016
【図３（ｋ）】
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【図３（ｌ）】
2013190646.tif 000018
【図３（ｍ）】
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【図３（ｎ）】
2013190646.tif 000020
【図３（ｏ）】
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【図３（ｐ）】
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【図４（ａ）】
2013190646.tif 000023
【図４（ｂ）】
2013190646.tif 000024
【図４（ｃ）】
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【図４（ｄ）】
2013190646.tif 000026
【図４（ｅ）】
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【図４（ｆ）】
2013190646.tif 000028
【図５（ａ）】
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【図５（ｂ）】
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【図６（ａ）】
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【図６（ｂ）】
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【図７（ａ）】
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【図７（ｂ）】
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【図８（ａ）】
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【図８（ｂ）】
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【図９】
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【手続補正書】
【提出日】平成27年7月14日(2015.7.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の方向に延伸する複数のピラーを具備し、第１導電型である基板と、
前記基板と接して設けられ、前記第１導電型とは異なる第２導電型のエミッタ層と、を有し、
前記複数のピラーは、前記第１導電型の半導体からなり、
前記複数のピラーのそれぞれは、その側面において前記エミッタ層と接しており、
前記エミッタ層の膜厚は、５００ｎｍ以上であることを特徴とする太陽電池セル。
【請求項２】
請求項１において、
前記複数のピラーおよび前記エミッタ層と接して設けられるパッシベーション膜をさらに有することを特徴とする太陽電池セル。
【請求項３】
請求項１において、
前記エミッタ層は、前記複数のピラーの内部には設けられないことを特徴とする太陽電池セル。
【請求項４】
請求項１において、
前記エミッタ層における不純物濃度は、前記複数のピラーにおける不純物濃度よりも高いことを特徴とする太陽電池セル。
【請求項５】
請求項１において、
前記エミッタ層と電気的に接続される電極をさらに有し、
前記電極は、Ａｇ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｐｄ、Ｎｉ、Ｃｕ、またはこれらの積層構造からなることを特徴とする太陽電池セル。
【請求項６】
請求項１において、
前記複数のピラーの幅が１μｍ以下であることを特徴とする太陽電池セル。
【請求項７】
その表面に複数の柱状凹部を有し、第１導電型の基板と、
前記基板の表面、かつ、前記柱状凹部の設けられていない部分、に設けられ、前記第１導電型とは異なる第２導電型のエミッタ層と、を有し、
前記柱状凹部の幅が１μｍ以下であり、
前記エミッタ層における不純物濃度は、前記複数のピラーにおける不純物濃度よりも高いことを特徴とする太陽電池セル。
【請求項８】
請求項７において、
前記エミッタ層と電気的に接続される電極をさらに有し、
前記電極は、Ａｇ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｐｄ、Ｎｉ、Ｃｕ、またはこれらの積層構造からなることを特徴とする太陽電池セル。
【請求項９】
請求項７において、
前記エミッタ層の膜厚が、前記柱状凹部の高さよりも小さいことを特徴とする太陽電池セル。
【請求項１０】
請求項７において、
前記エミッタ層の膜厚は、５００ｎｍ以下であることを特徴とする太陽電池セル。
【請求項１１】
金属パターンをマスクとして、第１導電型の基板の表面に、前記第１導電型とは異なる第２導電型のエミッタ層を形成する第１の工程と、
前記金属パターンを用いて、前記基板の表面に前記第１導電型の複数のピラーを形成する第２の工程と、を有する太陽電池セルの製造方法。
【請求項１２】
請求項１１において、
前記第２の工程は、前記金属パターンを種として前記複数のピラーを成長させる工程であることを特徴とする太陽電池セルの製造方法。
【国際調査報告】
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