(57)【要約】  ｎ型結晶性珪素基板２の受光面と反対側の裏面に、ｎ型半導体層１１およびｐ型半導体層１０と、前記ｎ型半導体層１１上に形成された集電極４と、前記ｐ型半導体層１０上に形成された集電極３とを備え、前記ｎ型結晶性珪素基板２の受光面側の表面に、ｎ型半導体領域８を備え、前記ｎ型半導体領域８は、前記ｎ型結晶性珪素基板２を介して前記ｎ型半導体層１１に対向するｎ型半導体領域８ｂと、前記ｎ型結晶性珪素基板２を介して前記ｐ型半導体層１０に対向するｎ型半導体領域８ａと、において平均不純物濃度が異なる。
2013172056.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１導電型の半導体基板の受光面と反対側の裏面に、第１導電型の第１半導体層および第２導電型の第２半導体層と、前記第１半導体層上に形成された第１電極と、前記第２半導体層上に形成された第２電極とを備え、
前記半導体基板の受光面側の表面に、第１導電型の半導体領域を備え、
前記半導体領域は、前記半導体基板を介して前記第１半導体層に対向する第１領域と、前記半導体基板を介して前記第２半導体層に対向する第２領域と、において平均不純物濃度が異なること、
を特徴とする光電変換装置。
【請求項２】
前記第１領域と前記第２領域とが略同等の厚みを有するとともに前記第１領域の平均不純物濃度が、前記第２領域の平均不純物濃度より低いこと、
を特徴とする請求項１に記載の光電変換装置。
【請求項３】
前記第２領域が、前記第１領域と同等の平均不純物濃度を有して前記半導体領域の厚み方向において前記裏面側に配置された第１層と、前記第１層よりも平均不純物濃度が高く前記半導体領域の厚み方向において前記受光面側に配置された第２層と、が積層されてなること、
を特徴とする請求項２に記載の光電変換装置。
【請求項４】
前記第１領域の不純物進入深さが、前記第２領域の不純物進入深さより浅いこと、
を特徴とする請求項１に記載の光電変換装置。
【請求項５】
前記第１半導体層および前記第２半導体層と、前記半導体基板との間に、不純物濃度が前記第１半導体層および前記第２半導体層より低い第３半導体層を有すること、
を特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の光電変換装置。
【請求項６】
前記半導体基板の受光面側の表面に第１導電型の第４半導体層が形成されていること、
を特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の光電変換装置。
【請求項７】
前記半導体基板の受光面側の表面に誘電体層が形成されていること、
を特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の光電変換装置。
【請求項８】
前記誘電体層が酸化珪素または窒化珪素からなること、
を特徴とする請求項７に記載の光電変換装置。
【請求項９】
前記第１半導体層と前記第２半導体層とが前記半導体基板の裏面において交互に配列されていること、
を特徴とする請求項１〜８のいずれか１つに記載の光電変換装置。
【請求項１０】
前記第１半導体層と前記第１電極との間および前記第２半導体層と前記第２電極との間に透明電極を有すること、
を特徴とする請求項１〜９のいずれか１つに記載の光電変換装置。
【請求項１１】
第１導電型の半導体基板の受光面側の表面に、第１導電型の半導体領域を形成する第１工程と、
前記半導体基板の受光面と反対側の裏面に第１導電型の第１半導体層を形成する第２工程と、
前記半導体基板の受光面と反対側の裏面に第２導電型の第２半導体層を形成する第３工程と、
前記第１半導体層上に第１電極を形成し、前記第２半導体層上に第２電極を形成する第４工程と、
を含み
前記第１工程では、前記半導体基板を介して前記第１半導体層に対向する第１領域と、前記半導体基板を介して前記第２半導体層に対向する第２領域と、において平均不純物濃度を異ならせること、
を特徴とする光電変換装置の製造方法。
【請求項１２】
前記第１工程では、前記第１領域と前記第２領域とを略同等の厚みとするとともに前記第１領域の平均不純物濃度を前記第２領域の平均不純物濃度より低くすること、
を特徴とする請求項１１に記載の光電変換装置の製造方法。
【請求項１３】
前記第２領域が、前記第１領域と同等の平均不純物濃度を有して前記半導体領域の厚み方向において前記裏面側に配置された第１層と、前記第１層よりも平均不純物濃度が高く前記半導体領域の厚み方向において前記受光面側に配置された第２層と、が積層されて形成されること、
を特徴とする請求項１２に記載の光電変換装置の製造方法。
【請求項１４】
前記第１工程では、前記第１領域の不純物進入深さを、前記第２領域の不純物進入深さより浅くすること、
を特徴とする請求項１１に記載の光電変換装置の製造方法。
【請求項１５】
前記第２工程および前記第３工程では、前記第１半導体層と前記第２半導体層とを前記半導体基板の裏面において交互に配列すること、
を特徴とする請求項１１〜１４のいずれか１つに記載の光電変換装置の製造方法。
【請求項１６】
請求項１〜１０のいずれか１つに記載の光電変換装置の少なくとも２つ以上が電気的に直列または並列に接続されてなること、
を特徴とする光電変換モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光電変換装置およびその製造方法、光電変換モジュールに関するものであり、特に、受光面と反対の裏面側にｐ型半導体電極およびｎ型半導体電極が配置された光電変換装置およびその製造方法、光電変換モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の光電変換装置としては、例えば結晶性半導体基板の一面側に、ボロン（Ｂ）をドープしたｐ型半導体層と、ｐ型半導体層上に細線状にパターニングされた集電極とが順次形成され、また結晶性半導体基板の他面側に、リン（Ｐ）をドープしたｎ型半導体層と、ｎ型半導体層の全面上に形成された集電極とが順次形成され、結晶性半導体基板の一面からの光入射により結晶性半導体基板とｐ型半導体層で光起電力を発生する太陽電池セルを備えるものがある。また、その他の従来の光電変換装置として、ボロン（Ｂ）やリン（Ｐ）を半導体基板にドープする代わりに、真性半導体層、ボロン（Ｂ）、リン（Ｐ）のそれぞれを含む薄膜半導体層、透明電極を用いたヘテロ接合型太陽電池がある。【０００３】
このような光電変換装置では、集電極として光透過性がない金属材料を使用する。このため、受光面において集電極で遮蔽された光は光起電力に寄与しない。すなわち、光電変換装置に入射された光の一部が損失となる。したがって、光電変換装置の発電効率を向上させるためには、集電極の遮光をできるだけ低減しなければならない。【０００４】
一方、受光面における集電極による遮光を低減するために集電極の幅を低減すると、集電極の電気抵抗が増加する。集電極の電気抵抗が増加すると、光照射により発生した電荷の収集効率が低下する。この結果、集電極の遮光率が低減して発電電流が増加しても、集電極の電気抵抗の増加により光電変換装置の曲率因子が低下し、十分な光電変換効率の改善が望めない。【０００５】
これらの問題を解決するために、たとえば特許文献１、特許文献２では、全ての電極を半導体基板の片面に形成したバックコンタクト型とすることで光照射面での遮光を無くし、発電電流を増加させている。そして、半導体基板の片面側に形成したｐ型電極とｎ型電極とを交差指型に配置することで、電極間抵抗を低減している。また、電極を無くした光照射面側に結晶性半導体基板と同極性のＰをドープすることで所謂Front  Surface  Field（ＦＳＦ）層を形成し、光照射で発生した電荷を半導体基板内部に戻し、電荷の表面での再結合損失を低減している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０―１２３８５９号公報
【特許文献２】特開２０１０―１２９８７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記の特許文献１、特許文献２のように結晶性半導体基板の光照射面側に形成されたＦＳＦ領域では、照射された光を吸収して発生した電荷は層内で消失してしまう。このため、ＦＳＦ層で吸収された照射光は発電に寄与しない。その結果、ＦＳＦ領域による光吸収により光電変換効率が抑制される、という問題があった。【０００８】
一方、ＦＳＦ領域での光吸収を抑制するためには、ＦＳＦ領域の厚みを薄くするか、またはＦＳＦ領域のドープ濃度を低下させなければならない。しかし、ＦＳＦ領域の厚みを薄くした場合や、ＦＳＦ領域のドープ濃度を低下させた場合は、ＦＳＦの効果が低下する。また、これに加えてＦＳＦ領域の電気抵抗が高くなる。ｐ型電極上に位置するＦＳＦ領域は、同領域付近で発生した電荷を基板面に対して平行方向に伝導させる役割を担っている。したがって、ＦＳＦ領域の電気抵抗が増加すると、電荷の伝導の妨げとなり電流損失が発生し、光電変換効率が低下する、という問題があった。【０００９】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、光電変換効率に優れた光電変換装置およびその製造方法、光電変換モジュールを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる光電変換装置は、第１導電型の半導体基板の受光面と反対側の裏面に、第１導電型の第１半導体層および第２導電型の第２半導体層と、前記第１半導体層上に形成された第１電極と、前記第２半導体層上に形成された第２電極とを備え、前記半導体基板の受光面側の表面に、第１導電型の半導体領域を備え、前記半導体領域は、前記半導体基板を介して前記第１半導体層に対向する第１領域と、前記半導体基板を介して前記第２半導体層に対向する第２領域と、において平均不純物濃度が異なること、を特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、半導体基板の裏面の第１半導体層に半導体基板を介して対向する第１領域と、半導体基板の裏面の第２半導体層に半導体基板を介して対向する第２領域と、において平均不純物濃度が異なることにより、光電変換効率に優れた光電変換装置を実現できる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１−１】図１−１は、本発明の実施の形態１にかかる光電変換装置を受光面と反対側の裏面側から見た概略構成を示す斜視図である。
【図１−２】図１−２は、本発明の実施の形態１にかかる光電変換装置の裏面側の一部を拡大して示す平面図であり、図１−１の領域Ｂを拡大した平面図である。
【図１−３】図１−３は、本発明の実施の形態１にかかる光電変換装置の概略構成を示す断面図であり、図１−２のＣ−Ｃ’線に沿った断面図である。
【図２】図２は、本発明の実施の形態１にかかる光電変換装置における電荷の流れを模式的に示す要部断面図である。
【図３】図３は、本発明の実施の形態１にかかる光電変換装置と従来の光電変換装置との光電変換特性を示す特性図である。
【図４−１】図４−１は、本発明の実施の形態１にかかる光電変換装置の製造方法の手順を説明する断面図である。
【図４−２】図４−２は、本発明の実施の形態１にかかる光電変換装置の製造方法の手順を説明する断面図である。
【図４−３】図４−３は、本発明の実施の形態１にかかる光電変換装置の製造方法の手順を説明する断面図である。
【図４−４】図４−４は、本発明の実施の形態１にかかる光電変換装置の製造方法の手順を説明する断面図である。
【図４−５】図４−５は、本発明の実施の形態１にかかる光電変換装置の製造方法の手順を説明する断面図である。
【図４−６】図４−６は、本発明の実施の形態１にかかる光電変換装置の製造方法の手順を説明する断面図である。
【図４−７】図４−７は、本発明の実施の形態１にかかる光電変換装置の製造方法の手順を説明する断面図である。
【図４−８】図４−８は、本発明の実施の形態１にかかる光電変換装置の製造方法の手順を説明する断面図である。
【図４−９】図４−９は、本発明の実施の形態１にかかる光電変換装置の製造方法の手順を説明する断面図である。
【図４−１０】図４−１０は、本発明の実施の形態１にかかる光電変換装置の製造方法の手順を説明する断面図である。
【図５−１】図５−１は、本発明の実施の形態２にかかる光電変換装置を受光面と反対側の裏面側から見た概略構成を示す斜視図である。
【図５−２】図５−２は、本発明の実施の形態２にかかる光電変換装置の裏面側の一部を拡大して示す平面図であり、図５−１の領域Ｇを拡大した平面図である。
【図５−３】図５−３は、本発明の実施の形態２にかかる光電変換装置の概略構成を示す断面図であり、図５−２のＨ−Ｈ’線に沿った断面図である。
【図６】図６は、本発明の実施の形態２にかかる光電変換装置における電荷の流れを模式的に示す要部断面図である。
【図７−１】図７−１は、本発明の実施の形態２にかかる光電変換装置の製造方法の手順を説明する断面図である。
【図７−２】図７−２は、本発明の実施の形態２にかかる光電変換装置の製造方法の手順を説明する断面図である。
【図７−３】図７−３は、本発明の実施の形態２にかかる光電変換装置の製造方法の手順を説明する断面図である。
【図７−４】図７−４は、本発明の実施の形態２にかかる光電変換装置の製造方法の手順を説明する断面図である。
【図７−５】図７−５は、本発明の実施の形態２にかかる光電変換装置の製造方法の手順を説明する断面図である。
【図７−６】図７−６は、本発明の実施の形態２にかかる光電変換装置の製造方法の手順を説明する断面図である。
【図７−７】図７−７は、本発明の実施の形態２にかかる光電変換装置の製造方法の手順を説明する断面図である。
【図７−８】図７−８は、本発明の実施の形態２にかかる光電変換装置の製造方法の手順を説明する断面図である。
【図７−９】図７−９は、本発明の実施の形態２にかかる光電変換装置の製造方法の手順を説明する断面図である。
【図７−１０】図７−１０は、本発明の実施の形態２にかかる光電変換装置の製造方法の手順を説明する断面図である。
【図８−１】図８−１は、本発明の実施の形態３にかかる光電変換装置を受光面と反対側の裏面側から見た概略構成を示す斜視図である。
【図８−２】図８−２は、本発明の実施の形態３にかかる光電変換装置の裏面側の一部を拡大して示す平面図であり、図８−１の領域Ｐを拡大した平面図である。
【図８−３】図８−３は、本発明の実施の形態３にかかる光電変換装置の概略構成を示す断面図であり、図８−２のＱ−Ｑ’線に沿った断面図である。
【図９】図９は、本発明の実施の形態３にかかる光電変換装置における電荷の流れを模式的に示す要部断面図である。
【図１０−１】図１０−１は、本発明の実施の形態３にかかる光電変換装置の製造方法の手順を説明する断面図である。
【図１０−２】図１０−２は、本発明の実施の形態３にかかる光電変換装置の製造方法の手順を説明する断面図である。
【図１０−３】図１０−３は、本発明の実施の形態３にかかる光電変換装置の製造方法の手順を説明する断面図である。
【図１０−４】図１０−４は、本発明の実施の形態３にかかる光電変換装置の製造方法の手順を説明する断面図である。
【図１０−５】図１０−５は、本発明の実施の形態３にかかる光電変換装置の製造方法の手順を説明する断面図である。
【図１０−６】図１０−６は、本発明の実施の形態３にかかる光電変換装置の製造方法の手順を説明する断面図である。
【図１０−７】図１０−７は、本発明の実施の形態３にかかる光電変換装置の製造方法の手順を説明する断面図である。
【図１０−８】図１０−８は、本発明の実施の形態３にかかる光電変換装置の製造方法の手順を説明する断面図である。
【図１０−９】図１０−９は、本発明の実施の形態３にかかる光電変換装置の製造方法の手順を説明する断面図である。
【図１０−１０】図１０−１０は、本発明の実施の形態３にかかる光電変換装置の製造方法の手順を説明する断面図である。
【図１０−１１】図１０−１１は、本発明の実施の形態３にかかる光電変換装置の製造方法の手順を説明する断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に、本発明にかかる光電変換装置およびその製造方法、光電変換モジュールの実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は以下の記述に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。また、以下に示す図面においては、理解の容易のため、各部材の縮尺が実際とは異なる場合がある。各図面間においても同様である。また、平面図であっても、図面を見易くするためにハッチングを付す場合がある。
【００１４】
実施の形態１．
図１−１は、本発明の実施の形態１にかかる光電変換装置１を受光面と反対側の裏面側から見た概略構成を示す斜視図である。図１−２は、光電変換装置１の裏面側の一部を拡大して示す平面図であり、図１−１の領域Ｂを拡大した平面図である。図１−３は、光電変換装置１の概略構成を示す断面図であり、図１−２のＣ−Ｃ’線に沿った断面図である。図１−１〜図１−３に示すように、光電変換装置１は、ｎ型結晶性珪素基板２の受光面と反対側の裏面側に、ボロン（Ｂ）をドープしたｐ型半導体層１０と透明電極１２と櫛形状に細線化された集電極３とがこの順で形成され、またリン（Ｐ）をドープしたｎ型半導体層１１と透明電極１３と櫛形状に細線化された集電極４とがこの順で形成されている。
【００１５】
集電極３と集電極４とは、それぞれの櫛形状の細線部が光電変換装置１の裏面の面方向において一定の間隔で交互に配置されて交差指型とされ、それぞれ一端部で接続されている。なお、図１−２においては集電極３と集電極４との一端部のうち集電極３の一端部のみが示されているが、集電極４も同様に図示しない反対側の一端部で接続されている。そして、この光電変換装置１においては、ｎ型結晶性珪素基板２における集電極３および集電極４が形成された面と異なる面が受光面となり、太陽光Ａが入射される。
【００１６】
次に、図１−３を参照して光電変換装置１の詳細な構成を説明する。図１−３に示す断面図は、説明のために上下を反転している。すなわち、図１−３の上方から太陽光Ａが光電変換装置１に入射される。ｎ型結晶性珪素基板２は、比抵抗が１〜１０Ω・ｃｍであり厚みが５０μｍ以上３００μｍ以下であり、テクスチャと呼ばれる凹凸からなるテクスチャ構造５が受光面側の表面に形成されている。
【００１７】
ｎ型結晶性珪素基板２の受光面側の表層には、ＦＳＦ領域として、ｎ型半導体領域８ａとｎ型半導体領域８ｂとを有するｎ型半導体領域８が形成されている。ｎ型半導体領域８ａおよびｎ型半導体領域８ｂは、ＦＳＦ効果により、ｎ型結晶性珪素基板２内で発生した電荷をｎ型結晶性珪素基板２の内部に戻す役割を果たす。ｎ型半導体領域８上には、単層膜または２層以上の積層膜により構成されたパッシベーション膜６と反射防止膜７とがこの順で形成されている。
【００１８】
ｎ型結晶性珪素基板２においてテクスチャ構造５が形成されていない他面（裏面）側には、パッシベーション膜９ａが形成されている。パッシベーション膜９ａ上の一部の領域には、パッシベーション膜９ｂとボロン（Ｂ）をドープしたｐ型半導体層１０と透明電極１２と櫛形状に細線化された集電極３とがこの順で形成されている。また、パッシベーション膜９ａ上の他の一部の領域には、リン（Ｐ）をドープしたｎ型半導体層１１と透明電極１３と櫛形状に細線化された集電極４とがこの順で形成されている。
【００１９】
集電極３と集電極４とは、上述したようにそれぞれの櫛形状の細線部がパッシベーション膜９ａ上において一定の間隔で交互に配置されて交差指型とされ、それぞれ一端部で接続されている。そして、パッシベーション膜９ｂとｐ型半導体層１０と透明電極１２とは、ｎ型結晶性珪素基板２の面方向において櫛形状の集電極３と略同形状を有する。また、ｎ型半導体層１１と透明電極１３とは、ｎ型結晶性珪素基板２の面方向において櫛形状の集電極４と略同形状を有する。透明電極１２は、ｐ型半導体層１０と集電極３との電気的接続を向上させるために、ｐ型半導体層１０と集電極３との間に配置される。透明電極１３は、ｎ型半導体層１１と集電極４との電気的接続を向上させるために、ｎ型半導体層１１と集電極４との間に配置される。
【００２０】
ｎ型半導体領域８ａは、ｎ型結晶性珪素基板２の面方向において、ｎ型結晶性珪素基板２の裏面側に形成されたｐ型半導体層１０と対向する位置に対応して形成されている。ｎ型半導体領域８ｂは、ｎ型結晶性珪素基板２の面方向において、ｎ型結晶性珪素基板２の裏面側に形成されたｎ型半導体層１１と対向する位置に対応して形成されている。そして、ｎ型半導体領域８ａとｎ型半導体領域８ｂとは、略同等の厚みを有するとともに異なる不純物濃度を有し、ｎ型半導体領域８ｂの不純物濃度がｎ型半導体領域８ａの不純物濃度よりも低くなっている。実施の形態１にかかる光電変換装置１では、ｐ型半導体層１０に対向する位置に設けられたｎ型半導体領域８ａの最大不純物濃度は１×１０１８ｃｍ−３、ｎ型半導体層１１に対向する位置に設けられたｎ型半導体領域８ｂの最大不純物濃度は１×１０１６ｃｍ−３とされ、ｎ型半導体領域８ｂとｎ型半導体領域８ａとは同じ厚みを有する。そして、ｎ型半導体領域８ａの平均不純物濃度は、０．５×１０１８ｃｍ−３、ｎ型半導体領域８ｂの平均不純物濃度は、０．５×１０１６ｃｍ−３程度である。
【００２１】
図２は、実施の形態１にかかる光電変換装置１における電荷の流れを模式的に示す要部断面図である。全ての集電極をｎ型結晶性珪素基板２の片面側（裏面側）に形成したバックコンタクト型の光電変換装置１では、ｐ型半導体層１０の上方に位置する、すなわちｐ型半導体層１０に対向する位置のｎ型半導体領域８ａで発生した電荷はｎ型結晶性珪素基板２の基板面と平行な方向に移動し、ｎ型半導体層１１に到達する。すなわち、ｎ型結晶性珪素基板２において集電極の存在しない受光面側の基板表面で発生した電荷の一部は、ｎ型半導体領域８ａの電気抵抗がｎ型結晶性珪素基板２の電気抵抗より低いため、ｎ型半導体領域８ａ内を移動し、その後、ｎ型結晶性珪素基板２の厚さ方向に移動してｎ型半導体層１１に到達する。図２においては、ｎ型半導体領域８ａ内を移動する電荷の流れを実線矢印Ｄで示した。この場合には、ｎ型半導体領域８ａの電気抵抗がｎ型結晶性珪素基板２の電気抵抗より低いため、電荷がｎ型結晶性珪素基板２内において基板面と平行な方向に移動する場合と比べて電荷移動による電圧損失が低減される。したがって、電荷のｎ型半導体領域８ａにおける電荷移動により発電効率が向上し、光電変換効率が向上する。
【００２２】
一方、ｎ型半導体層１１に対向する位置に設けられたｎ型半導体領域８ｂは、平均不純物濃度がｎ型半導体領域８ａより低い。一般に半導体中の不純物濃度が低いと、再結合による電荷損失が抑制される。また、ｎ型半導体領域８ｂおよびその近傍で発生した電荷は主にｎ型結晶性珪素基板２の厚さ方向に移動してｐ型半導体層１０、ｎ型半導体層１１に到達するため、ｎ型半導体領域８ｂの抵抗は殆ど電荷移動に寄与しない。したがって、ｎ型半導体領域８ｂの平均不純物濃度を減ずることにより、電荷移動を妨げずにｎ型半導体領域８ｂにおける再結合による電荷損失を低下させることができ、その結果として発電電流を増加させることができる。これにより、発電効率が向上し、光電変換効率が向上する。図２においては、ｎ型半導体領域８ｂおよびその近傍で発生した電荷の移動を破線矢印Ｅで示した。
【００２３】
図３は、実施の形態１にかかる光電変換装置１と従来の光電変換装置との光電変換特性を示す特性図である。上述したように光電変換装置１におけるｎ型半導体領域８ａの最大不純物濃度は１×１０１８ｃｍ−３、ｎ型半導体領域８ｂの最大不純物濃度は１×１０１６ｃｍ−３であり、ｎ型半導体領域８ａの平均不純物濃度は、０．５×１０１８ｃｍ−３、ｎ型半導体領域８ｂの平均不純物濃度は、０．５×１０１６ｃｍ−３程度である。図３では、この条件を仮定して導いた、実施の形態１にかかる光電変換装置１（実施例）と従来の光電変換装置（比較例）との光電変換特性を示している。ここで、従来の光電変換装置は、ｎ型半導体領域８ａとｎ型半導体領域８ｂとからなるｎ型半導体領域８（ＦＳＦ領域）の代わりに、均一な不純物濃度のｎ型半導体領域（ＦＳＦ領域）を有すること以外は、実施の形態１にかかる光電変換装置１と同じ構成を有する。比較例の光電変換装置におけるｎ型半導体領域（ＦＳＦ領域）の平均不純物濃度は、０．５×１０１８ｃｍ−３である。
【００２４】
図３から、実施の形態１にかかる光電変換装置１は、従来の光電変換装置に比べて発電電流が向上していることが分かる。これは、実施の形態１にかかる光電変換装置１ではｎ型半導体領域８ｂにおける電荷損失が低減したためである。したがって、実施の形態１にかかる光電変換装置１は、ＦＳＦ領域においてｎ型半導体領域８ｂの不純物濃度のみを低減させることで、従来の均一な不純物濃度のｎ型半導体領域（ＦＳＦ領域）を有する光電変換装置に比べて、光電変換効率が向上することが明らかとなった。
【００２５】
次に、実施の形態１にかかる光電変換装置１の製造方法を説明する。図４−１〜図４−１０は、実施の形態１にかかる光電変換装置１の製造方法の手順を説明する断面図である。まず、図４−１に示すようにｎ型結晶性珪素基板２の受光面側にテクスチャと呼ばれる凹凸からなるテクスチャ構造５を形成する。凹凸の形成には、酸性或いはアルカリ性のエッチング溶液を用いる。このとき、ｎ型結晶性珪素基板２の他面側をレジストなどの樹脂、或いは誘電膜等で覆うことで、ｎ型結晶性珪素基板２の他面側にテクスチャ構造が形成されないようにする。また凹凸の形成前に、ｎ型結晶性珪素基板２の表面のダメージ層を除去する工程を実施してもよい。また、これに加えて、ダメージ層除去工程後に、ｎ型結晶性珪素基板２内の不純物のゲッタリング処理を施すと光電変換装置の性能向上に望ましい。ゲッタリング処理としては、たとえばリン拡散処理などを用いる。
【００２６】
テクスチャ構造５の形成後、図４−２に示すように、テクスチャ構造５が形成されたｎ型結晶性珪素基板２の受光面側において、ｎ型結晶性珪素基板２の裏面側においてｎ型半導体層１１が形成される領域に対向する領域に、保護膜１４を形成する。保護膜１４としては、たとえば酸化珪素膜や窒化珪素膜を用いる。保護膜１４は、たとえばｎ型結晶性珪素基板２の受光面側の全面に保護膜を形成し、ｎ型半導体層１１が形成される領域に対向する領域をレジストで被覆した後、レジストをマスクとして不要部分を除去して形成される。その後、レジストを除去する。
【００２７】
次に、リン（Ｐ）を拡散させるためにＰＯＣｌ３等のリン拡散源１５をｎ型結晶性珪素基板２の受光面側の表面に保護膜１４を覆って全面に形成し、たとえば７５０℃以上の温度で熱処理（リン拡散処理）を実施する。これによりｎ型結晶性珪素基板２の受光面側の表面にリン（Ｐ）が拡散し、ｐ型半導体層１０が形成される領域に対向する領域にｎ型半導体領域８ａが形成される。このとき、熱処理の温度や処理時間を調整することにより、ｎ型結晶性珪素基板２の受光面側の表面に拡散するリン（Ｐ）濃度を制御できる。また、ｎ型結晶性珪素基板２の受光面側の表面において、ｎ型半導体層１１が形成される領域に対向する領域は、保護膜１４で覆われているためリン（Ｐ）は拡散しない。その後、保護膜１４およびリン拡散源１５を除去する。
【００２８】
次に、図４−３に示すように、ｎ型結晶性珪素基板２の受光面側の表面にリン拡散源１６を形成し、熱処理を実施する。これによりｎ型結晶性珪素基板２の受光面側の表面にリン（Ｐ）が拡散し、ｎ型結晶性珪素基板２の裏面側においてｎ型半導体層１１が形成される領域に対向する領域にｎ型半導体領域８ｂが形成される。このとき、前述のｎ型半導体領域８ａを形成した熱処理（リン拡散処理）より低い熱処理温度や短い処理時間を適用することにより、ｎ型半導体領域８ｂのリン（Ｐ）濃度をｎ型半導体領域８ａより低下させる。これにより、ｎ型半導体領域８ａに比べて低不純物濃度を有するｎ型半導体領域８ｂが形成される。その後、リン拡散源１６を除去する。
【００２９】
次に、図４−４に示すように、テクスチャ構造５を有するｎ型結晶性珪素基板２の受光面側の表面にパッシベーション膜６と反射防止膜７とをこの順で化学気相成長（ＣＶＤ）法を用いて形成する。パッシベーション膜６としては、たとえば酸化珪素膜、窒化珪素膜などを用いる。また、ｎ型結晶性珪素基板２と同じ導電型の、ｎ型非晶質珪素膜或いはｎ型微結晶珪素薄膜などをパッシベーション膜６として用いてもよい。更に、真性非晶質珪素膜とｎ型非晶質珪素膜或いはｎ型微結晶珪素膜との積層膜をパッシベーション膜６として用いてもよい。このときのパッシベーション膜６の膜厚は、パッシベーション膜６での光吸収を抑制するため、５ｎｍ以上２０ｎｍ以下が好ましい。ＣＶＤ法としては、プラズマＣＶＤ法、熱ＣＶＤ法などを用いるとよい。反射防止膜７としては、たとえば酸化珪素膜、窒化珪素膜、或いはこれらの積層膜を用いる。また、パッシベーション膜６が酸化珪素膜や窒化珪素膜である場合は、これらの膜で反射防止膜を兼ねてもよい。
【００３０】
次に、図４−５に示すように、ｎ型結晶性珪素基板２におけるテクスチャ構造５が形成されていない裏面側に、パッシベーション膜９ａとｎ型半導体層１１とをこの順に形成する。パッシベーション膜９ａとしては、たとえば真性非晶質珪素膜或いは真性微結晶珪素膜などを用いる。ｎ型半導体層１１としては、たとえばリン（Ｐ）をドープした、非晶質珪素膜や微結晶珪素膜を用いる。ｎ型半導体層１１の膜厚は、該ｎ型半導体層１１での光損失を抑制するため、２０ｎｍ以下が好ましい。このとき、パッシベーション膜９ａを形成する前に、弗酸（ＨＦ）、過酸化水素水（Ｈ２Ｏ２）を添加した塩酸（ＨＣＬ）、アンモニア（ＮＨ３）水溶液などでｎ型結晶性珪素基板２の裏面を洗浄することが好ましい。また、パッシベーション膜９ａの膜厚は、たとえば２ｎｍ〜５ｎｍが好ましい。
【００３１】
パッシベーション膜９ａおよびｎ型半導体層１１の形成後、図４−６に示すように、ｎ型半導体層１１の必要な箇所をレジスト１７で被覆して、不要なｎ型半導体層１１を除去する。このときのレジスト１７の平面配置パターンは、図１−２に示したような集電極４のパターンより幅が５０μｍから１００μｍ程度大きい形状とする。不要なｎ型半導体層１１を除去する方法としては、たとえばウェットエッチング、プラズマエッチング、エッチングペーストなどを用いる。このとき、パッシベーション膜９ａは除去されないようにする。その後、レジスト１７を除去する。なお、ｎ型半導体層１１の必要な箇所をレジスト１７で被覆してエッチングする代わりに、エッチングペーストをｎ型半導体層１１の不要な箇所に印刷して、不要なｎ型半導体層１１を除去してもよい。
【００３２】
次に、図４−７に示すように、ｎ型結晶性珪素基板２における裏面側に、パッシベーション膜９ｂとボロン（Ｂ）をドープしたｐ型半導体層１０とをこの順に形成する。パッシベーション膜９ｂとしては、たとえば真性非晶質珪素膜或いは真性微結晶珪素膜などを用いる。ｐ型半導体層１０としては、ボロン（Ｂ）をドープした非晶質珪素膜やボロン（Ｂ）をドープした微結晶珪素膜を用いる。また、パッシベーション膜９ｂの膜厚は、たとえば２ｎｍ〜５ｎｍが好ましい。これに加えて、ｐ型半導体層１０の膜厚は、該ｐ型半導体層１０での光損失を抑制するため、１０ｎｍ以下が好ましい。
【００３３】
パッシベーション膜９ｂおよびｐ型半導体層１０の形成後、図４−８に示すように、ｐ型半導体層１０の必要な箇所をレジスト１８で被覆して、不要なパッシベーション膜９ｂおよびｐ型半導体層１０を除去する。このときのレジスト１８の平面配置パターンは、図１−２に示したような集電極３のパターンより幅が５０μｍから１００μｍ程度大きい形状とする。不要なパッシベーション膜９ｂおよびｐ型半導体層１０を除去する方法としては、たとえばウェットエッチング、プラズマエッチング、エッチングペーストなどを用いる。このとき、ｎ型半導体層１１およびパッシベーション膜９ａは除去されないようにする。その後、レジスト１８を除去する。なお、ｐ型半導体層１０の不要な箇所をレジストで被覆してエッチングする代わりに、エッチングペーストをｐ型半導体層１０の不要な箇所に印刷して、不要なパッシベーション膜９ｂおよびｐ型半導体層１０を除去してもよい。
【００３４】
次に、ｎ型結晶性珪素基板２における裏面側に、透明導電膜をスパッタリング法などで成膜し、その後エッチングペーストでｐ型半導体層１０上およびｎ型半導体層１１上の領域以外を除去する。これにより、図４−９に示すように、ｐ型半導体層１０上に透明電極１２が形成され、ｎ型半導体層１１上に透明電極１３が形成される。透明導電膜としては、たとえば酸化インジウム（Ｉｎ２Ｏ３：Ｉｎｄｉｕｍ  Ｏｘｉｄｅ）、錫を添加した酸化インジウム（ＩＴＯ：Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ：Ｚｉｎｃ  Ｏｘｉｄｅ）などを用いる。また、透明導電膜の形成前に、パッシベーション膜による欠陥終端効果を向上させるため、ｎ型結晶性珪素基板２に２００℃程度で熱処理を施してもよい。
【００３５】
次に、図４−１０に示すように、透明電極１２上に集電極３を形成し、透明電極１３上に集電極４を形成する。集電極３および集電極４は、たとえば銀（Ａｇ）ペーストを印刷して形成する。また、銀（Ａｇ）ペーストの代わりに銅（Ｃｕ）などを用いて金属メッキにより集電極３および集電極４を形成してもよい。以上の工程を実施することにより、図１−１〜図１−３に示される構成を有する実施の形態１にかかる光電変換装置１が得られる。なお、光電変換装置１の受光面側と裏面側との形成順序を変えてもかまわない。
【００３６】
上述したように、実施の形態１にかかる光電変換装置１においては、ｎ型結晶性珪素基板２の受光面側の基板表面で発生した電荷の移動に寄与しない、ｎ型結晶性珪素基板２を介してｎ型半導体層１１に対向する位置に設けられたＦＳＦ領域であるｎ型半導体領域８ｂの平均不純物濃度をｎ型半導体領域８ａよりも低減する。一般的に半導体中の不純物濃度が低下すると、再結合による電荷消失が減少する。光電変換装置１では、ｎ型半導体領域８ｂの平均不純物濃度が低くなるため、ｎ型半導体領域８ｂでの再結合による電荷消失が低減する。一方、ｐ型半導体層１０に対向する位置に設けられたＦＳＦ領域であるｎ型半導体領域８ａは発生した電荷をｎ型半導体層１１へ伝導する役割を担っているのに対し、ｎ型半導体領域８ｂおよびその近傍で発生した電荷は基板面に対してほぼ垂直方向にしか伝導しないためｎ型半導体領域８ｂは電荷伝導に寄与しない。したがって、光電変換装置１ではＦＳＦ領域による電荷の伝導を維持したまま発電電流が増加し、光電変換効率の高い光電変換装置が実現される。
【００３７】
したがって、実施の形態１によれば、発電電流が高く、光電変換効率に優れたバックコンタクト型の光電変換装置を実現できる、という効果を奏する。
【００３８】
実施の形態２．
図５−１は、本発明の実施の形態２にかかる光電変換装置１０１を受光面と反対側の裏面側から見た概略構成を示す斜視図である。図５−２は、光電変換装置１０１の裏面側の一部を拡大して示す平面図であり、図５−１の領域Ｇを拡大した平面図である。図５−３は、光電変換装置１０１の概略構成を示す断面図であり、図５−２のＨ−Ｈ’線に沿った断面図である。図５−１〜図５−３に示すように、光電変換装置１０１は、ｎ型結晶性珪素基板１０２の受光面と反対側の裏面側に、ボロン（Ｂ）をドープしたｐ型半導体層１１０と透明電極１１２と櫛形状に細線化された集電極１０３とがこの順で形成され、またリン（Ｐ）をドープしたｎ型半導体層１１１と透明電極１１３と櫛形状に細線化された集電極１０４とがこの順で形成されている。
【００３９】
集電極１０３と集電極１０４とは、それぞれの櫛形状の細線部が光電変換装置１０１の裏面の面方向において一定の間隔で交互に配置されて交差指型とされ、それぞれ一端部で接続されている。なお、図５−２においては集電極１０３と集電極１０４との一端部のうち集電極１０３の一端部のみが示されているが、集電極１０４も同様に図示しない反対側の一端部で接続されている。そして、この光電変換装置１０１においては、ｎ型結晶性珪素基板１０２における集電極１０３および集電極１０４が形成された面と異なる面が受光面となり、太陽光Ｆが入射される。
【００４０】
次に、図５−３を参照して光電変換装置１０１の詳細な構成を説明する。図５−３に示す断面図は、説明のために上下を反転している。すなわち、図５−３の上方から太陽光Ｆが光電変換装置１０１に入射される。ｎ型結晶性珪素基板１０２は、比抵抗が１〜１０Ω・ｃｍであり厚みが５０μｍ以上３００μｍ以下であり、テクスチャと呼ばれる凹凸からなるテクスチャ構造１０５が受光面側の表面に形成されている。
【００４１】
ｎ型結晶性珪素基板１０２の受光面側の表層には、ＦＳＦ領域として、ｎ型半導体領域１０８ａとｎ型半導体領域１０８ｂとを有するｎ型半導体領域１０８が形成されている。ｎ型半導体領域１０８ａおよびｎ型半導体領域１０８ｂは、ＦＳＦ効果により、ｎ型結晶性珪素基板１０２内で発生した電荷をｎ型結晶性珪素基板１０２の内部に戻す役割を果たす。ｎ型半導体領域１０８上には、単層膜または２層以上の積層膜により構成されたパッシベーション膜１０６と反射防止膜１０７とがこの順で形成されている。
【００４２】
ｎ型結晶性珪素基板１０２においてテクスチャ構造１０５が形成されていない他面（裏面）側には、パッシベーション膜１０９ａが形成されている。パッシベーション膜１０９ａ上の一部の領域には、パッシベーション膜１０９ｂとボロン（Ｂ）をドープしたｐ型半導体層１１０と透明電極１１２と櫛形状に細線化された集電極１０３とがこの順で形成されている。また、パッシベーション膜１０９ａ上の他の一部の領域には、リン（Ｐ）をドープしたｎ型半導体層１１１と透明電極１１３と櫛形状に細線化された集電極１０４とがこの順で形成されている。
【００４３】
集電極１０３と集電極１０４とは、上述したようにそれぞれの櫛形状の細線部がパッシベーション膜１０９ａ上において一定の間隔で交互に配置されて交差指型とされ、それぞれ一端部で接続されている。そして、パッシベーション膜１０９ｂとｐ型半導体層１１０と透明電極１１２とは、ｎ型結晶性珪素基板１０２の面方向において櫛形状の集電極１０３と略同形状を有する。また、ｎ型半導体層１１１と透明電極１１３とは、ｎ型結晶性珪素基板１０２の面方向において櫛形状の集電極１０４と略同形状を有する。透明電極１１２は、ｐ型半導体層１１０と集電極１０３との電気的接続を向上させるために、ｐ型半導体層１１０と集電極１０３との間に配置される。透明電極１１３は、ｎ型半導体層１１１と集電極１０４との電気的接続を向上させるために、ｎ型半導体層１１１と集電極１０４との間に配置される。
【００４４】
ｎ型半導体領域１０８ａは、ｎ型結晶性珪素基板１０２の面方向において、ｎ型結晶性珪素基板１０２の裏面側に形成されたｐ型半導体層１１０と対向する位置に対応して形成されている。ｎ型半導体領域１０８ｂは、ｎ型結晶性珪素基板１０２の面方向において、ｎ型結晶性珪素基板１０２の裏面側に形成されたｎ型半導体層１１１と対向する位置に対応して形成されている。そして、ｎ型半導体領域１０８ａとｎ型半導体領域１０８ｂとは、異なる不純物拡散深さ（不純物進入深さ）を有し、ｎ型半導体領域１０８ｂの不純物拡散深さがｎ型半導体領域１０８ａの不純物拡散深さよりも浅くなっている。実施の形態２にかかる光電変換装置１０１では、ｐ型半導体層１１０に対向する位置に設けられたｎ型半導体領域１０８ａの不純物拡散深さは１．４μｍ、ｎ型半導体層１１１に対向する位置に設けられたｎ型半導体領域１０８ｂの不純物拡散深さが０．５μｍとされている。ｎ型半導体領域１０８ａおよびｎ型半導体領域１０８ｂの不純物濃度は、両領域ともほぼ１×１０１８ｃｍ−３である。なお、不純物を拡散させることによりＦＳＦ領域が形成されている光電変換装置１０１では、ＦＳＦ領域における不純物拡散深さ（不純物進入深さ）は、ＦＳＦ領域（ｎ型半導体領域１０８）の厚みに対応する。
【００４５】
図６は、実施の形態２にかかる光電変換装置１０１における電荷の流れを模式的に示す要部断面図である。全ての集電極をｎ型結晶性珪素基板１０２の片面側（裏面側）に形成したバックコンタクト型の光電変換装置１０１では、ｐ型半導体層１１０の上方に位置する、すなわちｐ型半導体層１１０に対向する位置のｎ型半導体領域１０８ａで発生した電荷はｎ型結晶性珪素基板１０２の基板面と平行な方向に移動し、ｎ型半導体層１１１に到達する。すなわち、ｎ型結晶性珪素基板１０２において集電極の存在しない受光面側の基板表面で発生した電荷の一部は、ｎ型半導体領域１０８ａの電気抵抗がｎ型結晶性珪素基板１０２の電気抵抗より低いため、ｎ型半導体領域１０８ａ内を移動し、その後、ｎ型結晶性珪素基板１０２の厚さ方向に移動してｎ型半導体層１１１に到達する。図６においては、ｎ型半導体領域１０８ａ内を移動する電荷の流れを実線矢印Ｍで示した。この場合には、ｎ型半導体領域１０８ａの電気抵抗がｎ型結晶性珪素基板１０２の電気抵抗より低いため、電荷がｎ型結晶性珪素基板１０２内において基板面と平行な方向に移動する場合と比べて電荷移動による電圧損失が低減される。したがって、電荷のｎ型半導体領域１０８ａにおける電荷移動により発電効率が向上し、光電変換効率が向上する。
【００４６】
一方、ｎ型半導体層１１１に対向する位置に設けられたｎ型半導体領域１０８ｂは、不純物拡散深さがｎ型半導体領域１０８ａより浅い。一般に半導体中の不純物が拡散された深さが浅いと高濃度の不純物領域が減少して平均不純物濃度が減少し、再結合による電荷損失が抑制される。また、ｎ型半導体領域１０８ｂおよびその近傍で発生した電荷は主にｎ型結晶性珪素基板１０２の厚さ方向に移動してｐ型半導体層１１０、ｎ型半導体層１１１に到達するため、ｎ型半導体領域１０８ｂの抵抗は殆ど電荷移動に寄与しない。したがって、ｎ型半導体領域１０８ｂの不純物拡散深さを減ずることにより、電荷移動を妨げずにｎ型半導体領域１０８ｂにおける再結合による電荷損失を低下させることができ、その結果として発電電流を増加させることができる。図６においては、ｎ型半導体領域１０８ｂおよびその近傍で発生した電荷の移動を破線矢印Ｋで示した。
【００４７】
上述したように光電変換装置１０１におけるｎ型半導体領域１０８ａの不純物拡散深さは１．４μｍ、ｎ型半導体領域１０８ｂの不純物拡散深さは０．５μｍである。この条件を仮定して導いた、実施の形態２にかかる光電変換装置１０１（実施例）と従来の光電変換装置（比較例）との光電変換特性は、実施の形態１の図３と同様の結果を得る。すなわち、実施の形態２にかかる光電変換装置１０１は、従来の光電変換装置に比べて発電電流が向上する。これは、実施の形態２にかかる光電変換装置１０１ではｎ型半導体領域１０８ｂにおける電荷損失が低減したためである。したがって、実施の形態２にかかる光電変換装置１０１は、ＦＳＦ領域においてｎ型半導体領域１０８ｂの不純物拡散深さを低減させることで、従来の均一な不純物拡散深さのｎ型半導体領域（ＦＳＦ領域）を有する光電変換装置に比べて、光電変換効率が向上することが明らかとなった。
【００４８】
なお、従来の光電変換装置は、ｎ型半導体領域１０８ａとｎ型半導体領域１０８ｂとからなるｎ型半導体領域１０８（ＦＳＦ領域）の代わりに、均一な不純物拡散深さのｎ型半導体領域（ＦＳＦ領域）を有すること以外は、実施の形態２にかかる光電変換装置１０１と同じ構成を有する。比較例の光電変換装置におけるｎ型半導体領域（ＦＳＦ領域）の不純物拡散深さは、２００ｎｍである。
【００４９】
次に、実施の形態２にかかる光電変換装置１０１の製造方法を説明する。図７−１〜図７−１０は、実施の形態２にかかる光電変換装置１０１の製造方法の手順を説明する断面図である。まず、図７−１に示すようにｎ型結晶性珪素基板１０２の受光面側にテクスチャと呼ばれる凹凸からなるテクスチャ構造１０５を形成する。凹凸の形成には、酸性或いはアルカリ性のエッチング溶液を用いる。このとき、ｎ型結晶性珪素基板１０２の他面側をレジストなどの樹脂、或いは誘電膜等で覆うことで、ｎ型結晶性珪素基板１０２の他面側にテクスチャ構造が形成されないようにする。また凹凸の形成前に、ｎ型結晶性珪素基板１０２の表面のダメージ層を除去する工程を実施してもよい。また、これに加えて、ダメージ層除去工程後に、ｎ型結晶性珪素基板１０２内の不純物のゲッタリング処理を施すと光電変換装置の性能向上に望ましい。ゲッタリング処理としては、たとえばリン拡散処理などを用いる。
【００５０】
テクスチャ構造１０５の形成後、図７−２に示すように、リン（Ｐ）を拡散させるためにＰＯＣｌ３等のリン拡散源１１４をｎ型結晶性珪素基板１０２の受光面側の表面全面に形成し、たとえば７５０℃以上の温度で熱処理（リン拡散処理）を実施する。これによりｎ型結晶性珪素基板１０２の受光面側の表面にリン（Ｐ）が拡散し、ｎ型結晶性珪素基板１０２の受光面側の表層にｎ型半導体領域１０８ｂが形成される。このとき、熱処理の温度や処理時間を調整することにより、ｎ型結晶性珪素基板１０２の受光面側の表面に拡散するリン（Ｐ）濃度を制御できる。その後、リン拡散源１１４を除去する。
【００５１】
次に、図７−３に示すように、ｎ型半導体領域１０８ｂにおける、ｎ型結晶性珪素基板１０２の裏面側においてｐ型半導体層１１０が形成される領域に対向する領域のみに選択的にレーザ光Ｌを照射してｎ型半導体領域１０８ｂを加熱することにより、リン（Ｐ）を更にｎ型結晶性珪素基板１０２内に拡散させる。これにより、ｎ型結晶性珪素基板１０２の受光面側の表層に、拡散深さが深いリン（Ｐ）拡散分布を形成する。レーザ光Ｌを照射してリン（Ｐ）拡散を再活性化させる代わりに、リン（Ｐ）のイオンビームをｐ型半導体層１１０が形成される領域に対向する領域のｎ型半導体領域１０８ｂのみに選択的に照射することにより、拡散深さが深いリン（Ｐ）拡散分布を形成してもよい。
【００５２】
次に、図７−４に示すように、テクスチャ構造１０５を有するｎ型結晶性珪素基板１０２の受光面側の表面にパッシベーション膜１０６と反射防止膜１０７とをこの順でＣＶＤ法を用いて形成する。パッシベーション膜１０６としては、たとえば酸化珪素膜、窒化珪素膜などを用いる。また、ｎ型結晶性珪素基板１０２と同じ導電型の、ｎ型非晶質珪素膜或いはｎ型微結晶珪素薄膜などをパッシベーション膜１０６として用いてもよい。更に、真性非晶質珪素膜とｎ型非晶質珪素膜或いはｎ型微結晶珪素膜との積層膜をパッシベーション膜１０６として用いてもよい。このときのパッシベーション膜１０６の膜厚は、パッシベーション膜１０６での光吸収を抑制するため、５ｎｍ以上２０ｎｍ以下が好ましい。ＣＶＤ法としては、プラズマＣＶＤ法、熱ＣＶＤ法などを用いるとよい。反射防止膜１０７としては、たとえば酸化珪素膜、窒化珪素膜、或いはこれらの積層膜を用いる。また、パッシベーション膜１０６が酸化珪素膜や窒化珪素膜である場合は、これらの膜で反射防止膜を兼ねてもよい。
【００５３】
次に、図７−５に示すように、ｎ型結晶性珪素基板１０２におけるテクスチャ構造１０５が形成されていない裏面側に、パッシベーション膜１０９ａとｎ型半導体層１１１とをこの順に形成する。パッシベーション膜１０９ａとしては、たとえば真性非晶質珪素膜或いは真性微結晶珪素膜などを用いる。ｎ型半導体層１１１としては、たとえばリン（Ｐ）をドープした、非晶質珪素膜や微結晶珪素膜を用いる。ｎ型半導体層１１１の膜厚は、該ｎ型半導体層１１１での光損失を抑制するため、２０ｎｍ以下が好ましい。このとき、パッシベーション膜１０９ａを形成する前に、弗酸（ＨＦ）、過酸化水素水（Ｈ２Ｏ２）を添加した塩酸（ＨＣＬ）、アンモニア（ＮＨ３）水溶液などでｎ型結晶性珪素基板１０２の裏面を洗浄することが好ましい。また、パッシベーション膜１０９ａの膜厚は、たとえば２ｎｍ〜５ｎｍが好ましい。
【００５４】
パッシベーション膜１０９ａおよびｎ型半導体層１１１の形成後、図７−６に示すように、ｎ型半導体層１１１の必要な箇所をレジスト１１７で被覆して、不要なｎ型半導体層１１１を除去する。このときのレジスト１１７の平面配置パターンは、図５−２に示したような集電極１０４のパターンより幅が５０μｍから１００μｍ程度大きい形状とする。不要なｎ型半導体層１１１を除去する方法としては、たとえばウェットエッチング、プラズマエッチング、エッチングペーストなどを用いる。このとき、パッシベーション膜１０９ａは除去されないようにする。その後、レジスト１１７を除去する。なお、ｎ型半導体層１１１の必要な箇所をレジスト１１７で被覆してエッチングする代わりに、エッチングペーストをｎ型半導体層１１１の不要な箇所に印刷して、不要なｎ型半導体層１１１を除去してもよい。
【００５５】
次に、図７−７に示すように、ｎ型結晶性珪素基板１０２における裏面側に、パッシベーション膜１０９ｂとボロン（Ｂ）をドープしたｐ型半導体層１１０とをこの順に形成する。パッシベーション膜１０９ｂとしては、たとえば真性非晶質珪素膜或いは真性微結晶珪素膜などを用いる。ｐ型半導体層１１０としては、ボロン（Ｂ）をドープした、非晶質珪素膜や微結晶珪素膜を用いる。また、パッシベーション膜１０９ｂの膜厚は、たとえば２ｎｍ〜５ｎｍが好ましい。これに加えて、ｐ型半導体層１１０の膜厚は、該ｐ型半導体層１１０での光損失を抑制するため、１０ｎｍ以下が好ましい。
【００５６】
パッシベーション膜１０９ｂおよびｐ型半導体層１１０の形成後、図７−８に示すように、ｐ型半導体層１１０の必要な箇所をレジスト１１８で被覆して、不要なパッシベーション膜１０９ｂおよびｐ型半導体層１１０を除去する。このときのレジスト１１８の平面配置パターンは、図５−２に示したような集電極１０３のパターンより幅が５０μｍから１００μｍ程度大きい形状とする。不要なパッシベーション膜１０９ｂおよびｐ型半導体層１１０を除去する方法としては、たとえばウェットエッチング、プラズマエッチング、エッチングペーストなどを用いる。このとき、ｎ型半導体層１１１およびパッシベーション膜１０９ａは除去されないようにする。その後、レジスト１１８を除去する。なお、ｐ型半導体層１１０の不要な箇所をレジストで被覆してエッチングする代わりに、エッチングペーストをｐ型半導体層１１０の不要な箇所に印刷して、不要なパッシベーション膜１０９ｂおよびｐ型半導体層１１０を除去してもよい。
【００５７】
次に、ｎ型結晶性珪素基板１０２における裏面側に、透明導電膜をスパッタリング法などで成膜し、その後エッチングペーストでｐ型半導体層１１０上およびｎ型半導体層１１１上の領域以外を除去する。これにより、図７−９に示すように、ｐ型半導体層１１０上に透明電極１１２が形成され、ｎ型半導体層１１１上に透明電極１１３が形成される。透明導電膜としては、たとえば酸化インジウム（Ｉｎ２Ｏ３：Ｉｎｄｉｕｍ  Ｏｘｉｄｅ）、錫を添加した酸化インジウム（ＩＴＯ：Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ：Ｚｉｎｃ  Ｏｘｉｄｅ）などを用いる。また、透明導電膜の形成前に、パッシベーション膜による欠陥終端効果を向上させるため、ｎ型結晶性珪素基板１０２に２００℃程度で熱処理を施してもよい。
【００５８】
次に、図７−１０に示すように、透明電極１１２上に集電極１０３を形成し、透明電極１１３上に集電極１０４を形成する。集電極１０３および集電極１０４は、たとえば銀（Ａｇ）ペーストを印刷して形成する。また、銀（Ａｇ）ペーストの代わりに銅（Ｃｕ）などを用いて金属メッキにより集電極１０３および集電極１０４を形成してもよい。以上の工程を実施することにより、図５−１〜図５−３に示される構成を有する実施の形態２にかかる光電変換装置１０１が得られる。なお、光電変換装置１０１の受光面側と裏面側との形成順序を変えてもかまわない。
【００５９】
上述したように、実施の形態２にかかる光電変換装置１０１においては、ｎ型結晶性珪素基板１０２の受光面側の基板表面で発生した電荷の移動に寄与しない、ｎ型結晶性珪素基板１０２を介してｎ型半導体層１１１に対向する位置に設けられたＦＳＦ領域であるｎ型半導体領域１０８ｂの不純物拡散深さをｎ型半導体領域１０８ａよりも低減して平均不純物濃度をｎ型半導体領域１０８ａよりも低減する。一般的に半導体中の不純物濃度が低下すると、再結合による電荷消失が減少する。光電変換装置１０１では、ｎ型半導体領域１０８ｂの平均不純物濃度が低くなるため、ｎ型半導体領域１０８ｂでの再結合による電荷消失が低減する。一方、ｐ型半導体層１１０に対向する位置に設けられたＦＳＦ領域であるｎ型半導体領域１０８ａは発生した電荷をｎ型半導体層１１１へ伝導する役割を担っているのに対し、ｎ型半導体領域１０８ｂおよびその近傍で発生した電荷は基板面に対してほぼ垂直方向にしか伝導しないためｎ型半導体領域１０８ｂは電荷伝導に寄与しない。したがって、光電変換装置１０１ではＦＳＦ領域による電荷の伝導を維持したまま発電電流が増加し、光電変換効率の高い光電変換装置が実現される。
【００６０】
したがって、実施の形態２によれば、発電電流が高く、光電変換効率に優れたバックコンタクト型の光電変換装置を実現できる、という効果を奏する。
【００６１】
実施の形態３．
図８−１は、本発明の実施の形態３にかかる光電変換装置２０１を受光面と反対側の裏面側から見た概略構成を示す斜視図である。図８−２は、光電変換装置２０１の裏面側の一部を拡大して示す平面図であり、図８−１の領域Ｐを拡大した平面図である。図８−３は、光電変換装置２０１の概略構成を示す断面図であり、図８−２のＱ−Ｑ’線に沿った断面図である。図８−１〜図８−３に示すように、光電変換装置２０１は、ｎ型結晶性珪素基板２０２の受光面と反対側の裏面側に、ボロン（Ｂ）をドープしたｐ型半導体層２１０と透明電極２１２と櫛形状に細線化された集電極２０３とがこの順で形成され、またリン（Ｐ）をドープしたｎ型半導体層２１１と透明電極２１３と櫛形状に細線化された集電極２０４とがこの順で形成されている。
【００６２】
集電極２０３と集電極２０４とは、それぞれの櫛形状の細線部が光電変換装置２０１の裏面の面方向において一定の間隔で交互に配置されて交差指型とされ、それぞれ一端部で接続されている。なお、図８−２においては集電極２０３と集電極２０４との一端部のうち集電極２０３の一端部のみが示されているが、集電極２０４も同様に図示しない反対側の一端部で接続されている。そして、この光電変換装置２０１においては、ｎ型結晶性珪素基板２０２における集電極２０３および集電極２０４が形成された面と異なる面が受光面となり、太陽光Ｎが入射される。
【００６３】
次に、図８−３を参照して光電変換装置２０１の詳細な構成を説明する。図８−３に示す断面図は、説明のために上下を反転している。すなわち、図８−３の上方から太陽光Ｎが光電変換装置２０１に入射される。ｎ型結晶性珪素基板２０２は、比抵抗が１〜１０Ω・ｃｍであり厚みが５０μｍ以上３００μｍ以下であり、テクスチャと呼ばれる凹凸からなるテクスチャ構造２０５が受光面側の表面に形成されている。
【００６４】
ｎ型結晶性珪素基板２０２の受光面側の表層には、ＦＳＦ領域として、ｎ型半導体領域２０８ａ、ｎ型半導体領域２０８ｂ、ｎ型半導体領域２０８ｃが形成されている。ｎ型半導体領域２０８ａ、ｎ型半導体領域２０８ｂ、ｎ型半導体領域２０８ｃは、ＦＳＦ効果により、ｎ型結晶性珪素基板２０２内で発生した電荷をｎ型結晶性珪素基板２０２の内部に戻す役割を果たす。ｎ型半導体領域２０８ａ上には、高濃度のリン（Ｐ）がドープされたｎ型半導体層２１４が形成されている。ｎ型半導体層２１４とｎ型半導体領域８ｂ上には、単層膜または２層以上の積層膜により構成されたパッシベーション膜２０６と反射防止膜２０７とがこの順で形成されている。
【００６５】
ｎ型結晶性珪素基板２０２においてテクスチャ構造２０５が形成されていない他面（裏面）側には、パッシベーション膜２０９ａが形成されている。パッシベーション膜２０９ａ上の一部の領域には、パッシベーション膜２０９ｂとボロン（Ｂ）をドープしたｐ型半導体層２１０と透明電極２１２と櫛形状に細線化された集電極２０３とがこの順で形成されている。また、パッシベーション膜２０９ａ上の他の一部の領域には、リン（Ｐ）をドープしたｎ型半導体層２１１と透明電極２１３と櫛形状に細線化された集電極２０４とがこの順で形成されている。
【００６６】
集電極２０３と集電極２０４とは、上述したようにそれぞれの櫛形状の細線部がパッシベーション膜２０９ａ上において一定の間隔で交互に配置されて交差指型とされ、それぞれ一端部で接続されている。そして、パッシベーション膜２０９ｂとｐ型半導体層２１０と透明電極２１２とは、ｎ型結晶性珪素基板２０２の面方向において櫛形状の集電極２０３と略同形状を有する。また、ｎ型半導体層２１１と透明電極２１３とは、ｎ型結晶性珪素基板２０２の面方向において櫛形状の集電極２０４と略同形状を有する。透明電極２１２は、ｐ型半導体層２１０と集電極２０３との電気的接続を向上させるために、ｐ型半導体層２１０と集電極２０３との間に配置される。透明電極２１３は、ｎ型半導体層２１１と集電極２０４との電気的接続を向上させるために、ｎ型半導体層２１１と集電極２０４との間に配置される。
【００６７】
ｎ型半導体領域２０８ｃは、ＦＳＦ領域の厚み方向においてｎ型結晶性珪素基板２０２の受光面側の表層（ＦＳＦ領域）における裏面側に形成されている。また、ｎ型半導体領域２０８ｃは、ｎ型結晶珪素基板２０２の面方向において、ｎ型結晶性珪素基板２０２の受光面側の表層の全面に略均一な厚みで形成されている。
【００６８】
ｎ型半導体領域２０８ａは、ＦＳＦ領域の厚み方向においてｎ型結晶性珪素基板２０２の受光面側の表層（ＦＳＦ領域）における受光面側に形成されている。また、ｎ型半導体領域２０８ａは、ｎ型結晶性珪素基板２０２の面方向において、ｎ型結晶性珪素基板２０２の裏面側に形成されたｐ型半導体層２１０と対向する位置に対応して、ｎ型半導体領域２０８ｃ上の一部の領域に形成されている。ｎ型半導体領域２０８ｂは、ＦＳＦ領域の厚み方向においてｎ型結晶性珪素基板２０２の受光面側の表層（ＦＳＦ領域）における受光面側に形成されている。また、ｎ型半導体領域２０８ｂは、ｎ型結晶性珪素基板２０２の面方向において、ｎ型結晶性珪素基板２０２の裏面側に形成されたｎ型半導体層２１１と対向する位置に対応して、ｎ型半導体領域２０８ｃ上の一部の領域であって、隣接するｎ型半導体領域２０８ａ間のｎ型半導体領域２０８ｃ上に形成されている。
【００６９】
そして、ｎ型半導体領域２０８ｃは、ｎ型結晶性珪素基板２０２の面方向において、ｎ型半導体領域２０８ａおよびｎ型半導体領域２０８ｂを包含してｎ型半導体領域２０８ａおよびｎ型半導体領域２０８ｂの下層全体に形成されている。なお、ここでは便宜上、ｎ型半導体領域２０８ｂをｎ型半導体領域２０８ｃと区別して説明しているが、後述するようにｎ型半導体領域２０８ｂはｎ型半導体領域２０８ｃと同時に単層として形成されている。
【００７０】
そして、ｎ型半導体領域２０８ａは、たとえばｎ型半導体領域８ｃよりも薄い略均一な厚みを有し、且つｎ型半導体領域８ｂおよびｎ型半導体領域８ｃと異なる不純物濃度を有する。すなわち、ｎ型半導体領域８ｂおよびｎ型半導体領域２０８ｃの不純物濃度は、ｎ型半導体領域２０８ａの不純物濃度よりも低くなっている。また、ｎ型結晶性珪素基板２０２の不純物濃度は、ｎ型半導体領域８ｂおよびｎ型半導体領域２０８ｃの不純物濃度よりも低くなっている。ｎ型半導体領域２０８ｂは、たとえばｎ型半導体領域８ｃよりも薄い略均一な厚みを有し、且つＦＳＦ領域の厚み方向において対応するｎ型半導体領域２０８ａよりも低く、ｎ型半導体領域２０８ｃと同じ不純物濃度を有する。また、ｎ型半導体領域２０８ａ、ｎ型半導体領域２０８ｂ、ｎ型半導体領域２０８ｃからなるＦＳＦ領域は、全体としてＦＳＦ効果を発揮するために十分な厚みとされている。
【００７１】
実施の形態３にかかる光電変換装置では、ｐ型半導体層２１０に対向する位置に設けられたｎ型半導体領域２０８ａの最大不純物濃度は１×１０１８ｃｍ−３、ｎ型半導体層２１１と対向する位置に設けられたｎ型半導体領域２０８ｂおよびｎ型結晶性珪素基板２０２の面方向における全体に設けられたｎ型半導体領域２０８ｃの最大不純物濃度は１×１０１６ｃｍ−３である。そして、ｎ型半導体領域２０８ａの平均不純物濃度は、０．５×１０１８ｃｍ−３、ｎ型半導体領域２０８ｂおよびｎ型半導体領域２０８ｃの平均不純物濃度は、０．５×１０１６ｃｍ−３程度である。
【００７２】
したがって、実施の形態３にかかる光電変換装置のＦＳＦ領域では、ｎ型結晶性珪素基板２０２の面方向においてｎ型半導体層２１１と対向する位置に対応する領域の平均不純物濃度が、ｎ型結晶性珪素基板２０２の面方向においてｐ型半導体層２１０と対向する位置に対応する領域の平均不純物濃度よりも低くなっている。
【００７３】
図９は、実施の形態３にかかる光電変換装置２０１における電荷の流れを模式的に示す要部断面図である。全ての集電極をｎ型結晶性珪素基板２０２の片面側（裏面側）に形成したバックコンタクト型の光電変換装置２０１では、ｐ型半導体層２１０の上方に位置する、すなわちｐ型半導体層２１０に対向する位置のｎ型半導体領域２０８ａで発生した電荷はｎ型結晶性珪素基板２０２の基板面と平行な方向に移動し、ｎ型半導体層２１１に到達する。すなわち、ｎ型結晶性珪素基板２０２において集電極の存在しない受光面側の基板表面で発生した電荷の一部は、ｎ型半導体領域２０８ａの電気抵抗がｎ型結晶性珪素基板２０２の電気抵抗より低いため、ｎ型半導体領域２０８ａ内を移動し、その後、ｎ型結晶性珪素基板２０２の厚さ方向に移動してｎ型半導体層２１１に到達する。図９においては、ｎ型半導体領域２０８ａ内を移動する電荷の流れを実線矢印Ｒで示した。この場合には、ｎ型半導体領域２０８ａの電気抵抗がｎ型結晶性珪素基板２０２の電気抵抗より低いため、電荷がｎ型結晶性珪素基板２０２内において基板面と平行な方向に移動する場合と比べて電荷移動による電圧損失が低減される。したがって、電荷のｎ型半導体領域２０８ａにおける電荷移動により発電効率が向上し、光電変換効率が向上する。
【００７４】
一方、ｎ型半導体層２１１に対向する位置に設けられたｎ型半導体領域２０８ｂは、平均不純物濃度がｎ型半導体領域２０８ａより低い。一般に半導体中の不純物濃度が低いと、再結合による電荷損失が抑制される。また、ｎ型半導体領域２０８ｂおよびその近傍で発生した電荷は主にｎ型結晶性珪素基板２０２の厚さ方向に移動してｐ型半導体層２１０、ｎ型半導体層２１１に到達するため、ｎ型半導体領域２０８ｂの抵抗は殆ど電荷移動に寄与しない。したがって、ｎ型半導体領域２０８ｂの平均不純物濃度を減ずることにより、電荷移動を妨げずにｎ型半導体領域２０８ｂにおける再結合による電荷損失を低下させることができ、その結果として発電電流を増加させることができる。これにより、発電効率が向上し、光電変換効率が向上する。図９においては、ｎ型半導体領域２０８ｂおよびその近傍で発生した電荷の移動を破線矢印Ｓで示した。
【００７５】
上述したように光電変換装置２０１におけるｎ型半導体領域２０８ａの最大不純物濃度は１×１０１８ｃｍ−３、ｎ型半導体領域２０８ｂの最大不純物濃度は１×１０１６ｃｍ−３であり、ｎ型半導体領域２０８ａの平均不純物濃度は、０．５×１０１８ｃｍ−３、ｎ型半導体領域２０８ｂの平均不純物濃度は、０．５×１０１６ｃｍ−３程度である。この条件を仮定して導いた、実施の形態３にかかる光電変換装置２０１（実施例）と従来の光電変換装置（比較例）との光電変換特性は、実施の形態１の図３と同様の結果を得る。すなわち、実施の形態３にかかる光電変換装置２０１は、従来の光電変換装置に比べて発電電流が向上する。これは、実施の形態３にかかる光電変換装置２０１ではｎ型半導体領域２０８ｂにおける電荷損失が低減したためである。したがって、実施の形態３にかかる光電変換装置２０１は、ＦＳＦ領域においてｎ型半導体領域２０８ｂの不純物濃度を低減させることで、従来の均一な不純物拡散濃度のｎ型半導体領域（ＦＳＦ領域）を有する光電変換装置に比べて、光電変換効率が向上することが明らかとなった。
【００７６】
なお、従来の光電変換装置は、ｎ型半導体領域２０８ａとｎ型半導体領域２０８ｂとｎ型半導体領域２０８ｃとからなるＦＳＦ領域の代わりに、同じ厚みの均一な平均不純物濃度のｎ型半導体領域（ＦＳＦ領域）を有すること以外は、実施の形態３にかかる光電変換装置２０１と同じ構成を有する。比較例の光電変換装置におけるｎ型半導体領域（ＦＳＦ領域）の平均不純物濃度は、１×１０１８ｃｍ−３である。
【００７７】
次に、実施の形態３にかかる光電変換装置２０１の製造方法を説明する。図１０−１〜図１０−１１は、実施の形態３にかかる光電変換装置２０１の製造方法の手順を説明する断面図である。まず、図１０−１に示すようにｎ型結晶性珪素基板２０２の受光面側にテクスチャと呼ばれる凹凸からなるテクスチャ構造２０５を形成する。凹凸の形成には、酸性或いはアルカリ性のエッチング溶液を用いる。このとき、ｎ型結晶性珪素基板２０２の他面側をレジストなどの樹脂、或いは誘電膜等で覆うことで、ｎ型結晶性珪素基板２０２の他面側にテクスチャ構造が形成されないようにする。また凹凸の形成前に、ｎ型結晶性珪素基板２０２の表面のダメージ層を除去する工程を実施してもよい。また、これに加えて、ダメージ層除去工程後に、ｎ型結晶性珪素基板２０２内の不純物のゲッタリング処理を施すと光電変換装置の性能向上に望ましい。ゲッタリング処理としては、たとえばリン拡散処理などを用いる。
【００７８】
テクスチャ構造２０５の形成後、図１０−２に示すように、テクスチャ構造２０５が形成されたｎ型結晶性珪素基板２０２の受光面側の表面にリン拡散源２１５を形成し、熱処理を実施する。これによりｎ型結晶性珪素基板２０２の受光面側の表面にリン拡散源２１５からリン（Ｐ）が拡散し、ｎ型結晶性珪素基板２０２の受光面側の表層にｎ型半導体領域２０８ｃが形成される。このとき、熱処理の温度や処理時間を調整することにより、ｎ型結晶性珪素基板２０２の受光面側の表面に拡散するリン（Ｐ）濃度を制御できる。ｎ型半導体領域２０８ｃでは、最大不純物濃度が１×１０１６ｃｍ−３、平均不純物濃度が０．５×１０１６ｃｍ−３程度となる。その後、リン拡散源２１５を除去する。
【００７９】
次に、図１０−３に示すように、受光面側の表面（ｎ型半導体領域２０８ｃ上）における、ｎ型結晶性珪素基板２０２の裏面側においてｐ型半導体層２１０が形成される領域に対向する領域に、ｎ型半導体層２１４を形成する。ｎ型半導体層２１４としては、たとえばリン（Ｐ）をドープした非晶質珪素膜や微結晶珪素膜を用いる。ｎ型半導体層２１４の平均ドープ濃度としては、例えば１×１０２２〜１×１０２３ｃｍ―３程度が好ましい。また、ｎ型半導体層２１４とｎ型結晶性珪素基板２０２（ｎ型半導体領域２０８ｃ）との間に数ｎｍ程度の厚さの真性非晶質珪素膜を挿入してもよい。この場合、ｎ型半導体層２１４と真性非晶質珪素膜とを合わせた膜厚は、これらの膜での光吸収を抑制するために、５ｎｍ以上２０ｎｍ以下が好ましい。ｎ型半導体層２１４を形成するには、たとえばｎ型結晶性珪素基板２０２の受光面側の全面にｎ型半導体層２１４としてたとえばリン（Ｐ）をドープした非晶質珪素膜や微結晶珪素膜を形成する。そして、この珪素膜における、ｐ型半導体層２１０が形成される領域に対向する領域をレジストで被覆した後、該レジストをマスクとしてエッチングにより該珪素膜の不要部分を除去する。その後、レジストを除去する。これにより、ｎ型結晶性珪素基板２０２の受光面側の表面（ｎ型半導体領域２０８ｃ上）にｎ型半導体層２１４が形成される。
【００８０】
次に、ｎ型半導体層２１４からｎ型結晶性珪素基板２０２にリン（Ｐ）を拡散させるために、たとえば２００℃以上の温度で熱処理（リン拡散処理）を実施する。これによりｎ型結晶性珪素基板２０２の受光面側の表面（ｎ型半導体領域２０８ｃ）にリン（Ｐ）が拡散し、図１０−４に示すようにｐ型半導体層２１０が形成される領域に対向する領域にｎ型半導体領域２０８ａが形成される。このとき、熱処理の温度や処理時間を調整することにより、ｎ型結晶性珪素基板２０２の受光面側の表面に拡散するリン（Ｐ）濃度を制御し、ｎ型半導体領域２０８ａのリン（Ｐ）濃度をｎ型半導体領域２０８ｃより増加させる。また、ｎ型結晶性珪素基板２０２の受光面側の表面（ｎ型半導体領域２０８ｃ）において、ｎ型半導体層２１１が形成される領域に対向する領域は、ｎ型半導体層２１４で覆われていないためリン（Ｐ）は拡散せず、そのままｎ型半導体領域２０８ｃが残存する。そして、ｎ型結晶性珪素基板２０２の面方向において隣接するｎ型半導体領域２０８ａ間の領域がｎ型半導体領域２０８ｂとなる。したがって、ｎ型半導体領域２０８ｂとｎ型半導体領域２０８ｃとのリン（Ｐ）濃度は同じ濃度となる。これにより、ｎ型半導体領域２０８ａでは、最大不純物濃度が１×１０１８ｃｍ−３、平均不純物濃度が０．５×１０１８ｃｍ−３程度となる。また、ｎ型半導体領域２０８ｂおよびｎ型半導体領域２０８ｃでは、最大不純物濃度が１×１０１６ｃｍ−３、平均不純物濃度が０．５×１０１６ｃｍ−３程度となる。また、ｎ型半導体層２１４はパッシベーション膜としても機能するためリン拡散後も除去しない。なお、後述するように別のパッシベーション膜を形成するのでｎ型半導体層２１４を除去しても構わない。
【００８１】
次に、図１０−５に示すように、テクスチャ構造２０５を有するｎ型結晶性珪素基板２０２の受光面側の表面に、ｎ型半導体層２１４およびｎ型半導体領域２０８ｂを被うようにパッシベーション膜２０６と反射防止膜２０７とをこの順で化学気相成長（ＣＶＤ）法を用いて形成する。パッシベーション膜２０６としては、たとえば酸化珪素膜、窒化珪素膜などを用いる。また、ｎ型結晶性珪素基板２０２と同じ導電型の、ｎ型非晶質珪素膜或いはｎ型微結晶珪素薄膜などをパッシベーション膜２０６として用いてもよい。更に、真性非晶質珪素膜とｎ型非晶質珪素膜或いはｎ型微結晶珪素膜との積層膜をパッシベーション膜２０６として用いてもよい。このときのパッシベーション膜２０６の膜厚は、パッシベーション膜２０６での光吸収を抑制するため、５ｎｍ以上２０ｎｍ以下が好ましい。ＣＶＤ法としては、プラズマＣＶＤ法、熱ＣＶＤ法などを用いるとよい。反射防止膜２０７としては、たとえば酸化珪素膜、窒化珪素膜、或いはこれらの積層膜を用いる。また、パッシベーション膜２０６が酸化珪素膜や窒化珪素膜である場合は、これらの膜で反射防止膜を兼ねてもよい。
【００８２】
次に、図１０−６に示すように、ｎ型結晶性珪素基板２０２におけるテクスチャ構造２０５が形成されていない裏面側に、パッシベーション膜２０９ａとｎ型半導体層２１１とをこの順に形成する。パッシベーション膜２０９ａとしては、たとえば真性非晶質珪素膜或いは真性微結晶珪素膜などを用いる。ｎ型半導体層２１１としては、たとえばリン（Ｐ）をドープした、非晶質珪素膜や微結晶珪素膜を用いる。ｎ型半導体層２１１の膜厚は、該ｎ型半導体層２１１での光損失を抑制するため、２０ｎｍ以下が好ましい。このとき、パッシベーション膜２０９ａを形成する前に、弗酸（ＨＦ）、過酸化水素水（Ｈ２Ｏ２）を添加した塩酸（ＨＣＬ）、アンモニア（ＮＨ３）水溶液などでｎ型結晶性珪素基板２０２の裏面を洗浄することが好ましい。また、パッシベーション膜２０９ａの膜厚は、たとえば２ｎｍ〜５ｎｍが好ましい。
【００８３】
パッシベーション膜２０９ａおよびｎ型半導体層２１１の形成後、図１０−７に示すように、ｎ型半導体層２１１の必要な箇所をレジスト２１６で被覆して、不要なｎ型半導体層２１１を除去する。このときのレジスト２１６の平面配置パターンは、図８−２に示したような集電極２０４のパターンより幅が５０μｍから１００μｍ程度大きい形状とする。不要なｎ型半導体層２１１を除去する方法としては、たとえばウェットエッチング、プラズマエッチング、エッチングペーストなどを用いる。このとき、パッシベーション膜２０９ａは除去されないようにする。その後、レジスト２１６を除去する。なお、ｎ型半導体層２１１の必要な箇所をレジスト２１６で被覆してエッチングする代わりに、エッチングペーストをｎ型半導体層２１１の不要な箇所に印刷して、不要なｎ型半導体層２１１を除去してもよい。
【００８４】
次に、図１０−８に示すように、ｎ型結晶性珪素基板２０２における裏面側に、パッシベーション膜２０９ｂとボロン（Ｂ）をドープしたｐ型半導体層２１０とをこの順に形成する。パッシベーション膜２０９ｂとしては、たとえば真性非晶質珪素膜或いは真性微結晶珪素膜などを用いる。ｐ型半導体層２１０としては、ボロン（Ｂ）をドープした非晶質珪素膜やボロン（Ｂ）をドープした微結晶珪素膜を用いる。また、パッシベーション膜２０９ｂの膜厚は、たとえば２ｎｍ〜５ｎｍが好ましい。これに加えて、ｐ型半導体層２１０の膜厚は、該ｐ型半導体層２１０での光損失を抑制するため、１０ｎｍ以下が好ましい。
【００８５】
パッシベーション膜２０９ｂおよびｐ型半導体層２１０の形成後、図１０−９に示すように、ｐ型半導体層２１０の必要な箇所をレジスト２１７で被覆して、不要なパッシベーション膜２０９ｂおよびｐ型半導体層２１０を除去する。このときのレジスト２１７の平面配置パターンは、図８−２に示したような集電極２０３のパターンより幅が５０μｍから１００μｍ程度大きい形状とする。不要なパッシベーション膜２０９ｂおよびｐ型半導体層２１０を除去する方法としては、たとえばウェットエッチング、プラズマエッチング、エッチングペーストなどを用いる。このとき、ｎ型半導体層２１１およびパッシベーション膜２０９ａは除去されないようにする。その後、レジスト２１７を除去する。なお、ｐ型半導体層２１０の不要な箇所をレジストで被覆してエッチングする代わりに、エッチングペーストをｐ型半導体層２１０の不要な箇所に印刷して、不要なパッシベーション膜２０９ｂおよびｐ型半導体層２１０を除去してもよい。
【００８６】
次に、ｎ型結晶性珪素基板２０２における裏面側に、透明導電膜をスパッタリング法などで成膜し、その後エッチングペーストでｐ型半導体層２１０上およびｎ型半導体層２１１上の領域以外を除去する。これにより、図１０−１０に示すように、ｐ型半導体層２１０上に透明電極２１２が形成され、ｎ型半導体層２１１上に透明電極２１３が形成される。透明導電膜としては、たとえば酸化インジウム（Ｉｎ２Ｏ３：Ｉｎｄｉｕｍ  Ｏｘｉｄｅ）、錫を添加した酸化インジウム（ＩＴＯ：Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ：Ｚｉｎｃ  Ｏｘｉｄｅ）などを用いる。また、透明導電膜の形成前に、パッシベーション膜による欠陥終端効果を向上させるため、ｎ型結晶性珪素基板２０２に２００℃程度で熱処理を施してもよい。
【００８７】
次に、図１０−１１に示すように、透明電極２１２上に集電極２０３を形成し、透明電極２１３上に集電極２０４を形成する。集電極２０３および集電極２０４は、たとえば銀（Ａｇ）ペーストを印刷して形成する。また、銀（Ａｇ）ペーストの代わりに銅（Ｃｕ）などを用いて金属メッキにより集電極２０３および集電極２０４を形成してもよい。以上の工程を実施することにより、図８−１〜図８−３に示される構成を有する実施の形態３にかかる光電変換装置２０１が得られる。なお、光電変換装置２０１の受光面側と裏面側との形成順序を変えてもかまわない。
【００８８】
上述したように、実施の形態３にかかる光電変換装置２０１においては、ｎ型結晶性珪素基板２０２の受光面側の基板表面で発生した電荷の移動に寄与しない、ｎ型結晶性珪素基板２０２を介してｎ型半導体層２１１に対向する位置に設けられたＦＳＦ領域であるｎ型半導体領域２０８ｂの平均不純物濃度をｎ型半導体領域２０８ａよりも低減する。一般的に半導体中の不純物濃度が低下すると、再結合による電荷消失が減少する。光電変換装置２０１では、ｎ型半導体領域２０８ｂの平均不純物濃度が低くなるため、ｎ型半導体領域８ｂでの再結合による電荷消失が低減する。一方、ｐ型半導体層２１０に対向する位置に設けられたＦＳＦ領域であるｎ型半導体領域２０８ａは発生した電荷をｎ型半導体層２１１へ伝導する役割を担っているのに対し、ｎ型半導体領域２０８ｂおよびその近傍で発生した電荷は基板面に対してほぼ垂直方向にしか伝導しないためｎ型半導体領域２０８ｂは電荷伝導に寄与しない。したがって、光電変換装置２０１ではＦＳＦ領域による電荷の伝導を維持したまま発電電流が増加し、光電変換効率の高い光電変換装置が実現される。
【００８９】
また、実施の形態３にかかる光電変換装置２０１においては、ｎ型半導体領域２０８ａの下部のｎ型半導体領域２０８ｃの平均不純物濃度をｎ型半導体領域２０８ａよりも低くしている。これにより、ＦＳＦ領域での光吸収による光電変換効率の低減を抑制することができる。たとえばＦＳＦ領域の厚みを実施の形態１の場合と同じ厚みとし、ｎ型半導体領域２０８ａの厚みを実施の形態１のｎ型半導体領域８ａよりも薄くすることにより、ＦＳＦ領域での光吸収による光電変換効率の低減を、実施の形態１の場合よりも抑制することができる。したがって、光電変換装置２０１ではＦＳＦ領域による電荷の伝導を維持したまま発電電流がより増加し、光電変換効率の高い光電変換装置が実現される。
【００９０】
したがって、実施の形態３によれば、発電電流が高く、光電変換効率に優れたバックコンタクト型の光電変換装置を実現できる、という効果を奏する。
【００９１】
なお、実施の形態１〜実施の形態３のうちの任意の構造を組み合わせた形態としてもよい。
【００９２】
また、上記の実施の形態で説明した構成を有する光電変換装置を複数形成し、隣接する光電変換装置同士を電気的に直列または並列に接続することにより、光電変換効率に優れた光電変換モジュールが実現できる。この場合は、たとえば隣接する光電変換装置の一方のｐ型半導体層上の集電極と他方のｎ型半導体層上の集電極とを電気的に接続すればよい。
【産業上の利用可能性】
【００９３】
以上のように、本発明にかかる光電変換装置は、光電変換効率に優れたバックコンタクト型の光電変換装置の実現に有用である。
【符号の説明】
【００９４】
１  光電変換装置、２  ｎ型結晶性珪素基板、３  集電極、４  集電極、５  テクスチャ構造、６  パッシベーション膜、７  反射防止膜、８  ｎ型半導体領域、８ａ  ｎ型半導体領域、８ｂ  ｎ型半導体領域、９ａ  パッシベーション膜、９ｂ  パッシベーション膜、１０  ｐ型半導体層、１１  ｎ型半導体層、１２  透明電極、１３  透明電極、１４  保護膜、１５  リン拡散源、１６  リン拡散源、１７  レジスト、１８  レジスト、１０１  光電変換装置、１０２  ｎ型結晶性珪素基板、１０３  集電極、１０４  集電極、１０５  テクスチャ構造、１０６  パッシベーション膜、１０７  反射防止膜、１０８  ｎ型半導体領域、１０８ａ  ｎ型半導体領域、１０８ｂ  ｎ型半導体領域、１０９ａ  パッシベーション膜、１０９ｂ  パッシベーション膜、１１０  ｐ型半導体層、１１１  ｎ型半導体層、１１２  透明電極、１１３  透明電極、１１４  リン拡散源、１１７  レジスト、１１８  レジスト、２０１  光電変換装置、２０２  ｎ型結晶性珪素基板、２０３  集電極、２０４  集電極、２０５  テクスチャ構造、２０６  パッシベーション膜、２０７  反射防止膜、２０８，２０８ａ，２０８ｂ，２０８ｃ  ｎ型半導体領域、２０９ａ，２０９ｂ  パッシベーション膜、２１０  ｐ型半導体層、２１１  ｎ型半導体層、２１２  透明電極、２１３  透明電極、２１４  ｎ型半導体層、２１５  リン拡散源、２１６  レジスト、２１７  レジスト、Ａ  太陽光、Ｆ  太陽光、Ｌ  レーザ光、Ｎ  太陽光。
【図１−１】
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【図１−２】
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【図１−３】
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【図２】
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【図３】
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【図４−１】
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【図４−２】
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【図４−３】
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【図４−４】
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【図４−５】
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【図４−６】
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【図４−７】
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【図４−８】
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【図４−９】
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【図４−１０】
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【図５−１】
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【図５−２】
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【図５−３】
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【図６】
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【図７−１】
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【図７−２】
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【図７−３】
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【図７−４】
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【図７−５】
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【図７−６】
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【図７−７】
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【図７−８】
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【図７−９】
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【図７−１０】
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【図８−１】
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【図８−２】
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【図８−３】
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【図９】
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【図１０−１】
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【図１０−２】
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【図１０−３】
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【図１０−４】
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【図１０−５】
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【図１０−６】
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【図１０−７】
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【図１０−８】
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【図１０−９】
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【図１０−１０】
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【図１０−１１】
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【国際調査報告】
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