(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
受光面と裏面とを有し結晶系半導体材料を含む半導体基板と、第１導電型を有する第１非晶質半導体層と、第２導電型を有する第２非晶質半導体層とを備え、
前記第１非晶質半導体層及び前記第２非晶質半導体層は、前記裏面上に形成される太陽電池であって、
前記裏面には、溝が形成されており、
前記溝が形成されていない前記裏面には、前記第１非晶質半導体層が形成され、
前記第１非晶質半導体層と前記第２非晶質半導体層とが交互に配列された配列方向における前記溝の側面と前記溝の底面とには、前記第２非晶質半導体層が形成され、前記第２非晶質半導体層と前記側面との接合及び前記第２非晶質半導体層と前記底面との接合は、ヘテロ接合であって、
前記側面は、傾きを持って前記底面とつながっている太陽電池。
【請求項２】
前記側面と前記底面とは、円弧状につながっている請求項１に記載の太陽電池。
【請求項３】
前記半導体基板は、第１導電型である請求項１から２の何れか１項に記載の太陽電池。
【請求項４】
前記裏面上に形成された前記第２非晶質半導体層の前記配列方向における幅は、前記裏面上に形成された前記第１非晶質半導体層の前記配列方向における幅よりも長い請求項３に記載の太陽電池。
【請求項５】
前記半導体基板は、第２導電型であり、
前記裏面上に形成された前記第２非晶質半導体層の前記配列方向における幅は、前記裏面上に形成された前記第１非晶質半導体層の前記配列方向における幅よりも短い請求項１から２の何れか１項に記載の太陽電池。
【請求項６】
裏面上において、前記第１非晶質半導体層と前記第２非晶質半導体層とが接している請求項１から５の何れか１項に記載の太陽電池。
【請求項７】
前記溝が形成されていない前記裏面と前記溝との境界上において、前記第１非晶質半導
体層と前記第２非晶質半導体層とが接している請求項１から６の何れか１項に記載の太陽電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ｎ型半導体層及びｐ型半導体層が半導体基板の裏面上に形成された裏面接合型の太陽電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池は、クリーンで無尽蔵に供給される太陽光エネルギーを直接電気エネルギー変換することができるため、新しいエネルギー源として期待されている。【０００３】
従来、ｎ型半導体層及びｐ型半導体層が半導体基板の裏面上に形成された太陽電池、いわゆる裏面接合型の太陽電池が知られている（例えば、特許文献１）。裏面接合型の太陽電池では、受光面から光を受光し、キャリアを生成する。【０００４】
図１（ａ）は、従来の裏面接合型の太陽電池１００の断面図である。図１（ａ）に示すように、太陽電池１００では、半導体基板１１０の裏面１１２上に、非晶質半導体層であるｎ型半導体層１２０とｐ型半導体層１３０とが形成されている。ｎ型半導体層１２０とｐ型半導体層１３０とは、交互に配列される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特表２００９−５２４９１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
裏面接合型の太陽電池では、裏面からのみキャリアを取り出すため、半導体基板の受光面及び裏面からキャリアを取り出す太陽電池に比べると、電流密度が大きくなる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る太陽電池は、受光面と裏面とを有する半導体基板と、第１導電型を有する第１半導体層と、第２導電型を有する第２半導体層とを備え、前記第１半導体層及び前記第２半導体層は、前記裏面上に形成される太陽電池であって、前記裏面には、溝が形成されており、前記溝が形成されていない前記裏面には、前記第１半導体層が形成され、前記第１半導体層と前記第２半導体層とが交互に配列された配列方向における前記溝の側面と前記溝の底面とには、前記第２半導体層が形成される。【０００８】
また、本発明に係る太陽電池は、半導体基板と、前記半導体基板上に形成された第１半導体層と、前記第１半導体層上に形成されるとともに、前記第１半導体層を露出する開口部を含むように形成された絶縁層と、前記半導体基板上において前記第１半導体層と交互に配列されるともに、前記絶縁層を覆うように形成された第２半導体層と、前記第１半導体層上及び前記第２半導体層上に形成されるとともに、前記絶縁層上に前記第１半導体層と前記第２半導体層とを電気的に分離する分離溝を含むように形成された下地電極と、前記下地電極上に形成された収集電極と、を備える。【０００９】
また、本発明に係る太陽電池の製造方法は、第１半導体層と、前記第１半導体層と交互に配列された第２半導体層と、を形成された半導体基板を準備し、前記第１半導体層及び前記第２半導体層を被覆するように下地電極を形成する工程と、前記下地電極を、前記第１半導体層と接続された第１部分と、前記第２半導体層と接続された第２部分とに分離する分離溝を形成する工程と、メッキ法を用いて、前記下地電極の前記第１部分上及び前記第２部分上のそれぞれに収集電極を形成する工程と、備える。
【発明の効果】
【００１０】
本発明は、裏面接合型の太陽電池において、電流密度を減少させ、経年劣化を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１（ａ）は、従来の裏面接合型の太陽電池１００の断面図である。図１（ｂ）は、太陽電池１００における電柱密度を示すグラフである。
【図２】図２は、本発明の実施形態に係る太陽電池１Ａの裏面１２側から視た平面図である。
【図３】図３は、図２のＡ−Ａ’線における断面図である。
【図４】図４は、本発明の実施形態に係る太陽電池１Ｂの配列方向ｘ及び長手方向ｙに垂直な垂直方向ｚと配列方向ｘとに沿った断面図である。
【図５】図５は、本発明の実施形態に係る太陽電池１Ｃの配列方向ｘ及び長手方向ｙに垂直な垂直方向ｚと配列方向ｘとに沿った断面図である。
【図６】図６は、本発明の実施形態に係る太陽電池１Ａの製造方法を説明するためのフローチャートである。
【図７】図７は、本発明の実施形態に係る太陽電池１Ａの製造方法を説明するための図である。
【図８】図８は、本発明の実施形態に係る太陽電池１Ａの製造方法を説明するための図である。
【図９】図９は、本発明の実施形態に係る太陽電池１Ａの製造方法を説明するための図である。
【図１０】図１０は、本発明の実施形態に係る太陽電池１Ａの製造方法を説明するための図である。
【図１１】図１１は、本発明の実施形態に係る太陽電池１Ａの製造方法を説明するための図である。
【図１２】図１２は、本発明の実施形態に係る太陽電池１Ａの製造方法を説明するための図である。
【図１３】図１３は、本発明の実施形態に係る太陽電池１Ａの製造方法を説明するための図である。
【図１４】図１４（ａ）は、計算モデルにおける実施例に係る太陽電池の配列方向ｘ及び長手方向ｙに垂直な垂直方向ｚと配列方向ｘとに沿った断面図である。図１４（ｂ）は、計算モデルにおける比較例に係る太陽電池の配列方向ｘ及び長手方向ｙに垂直な垂直方向ｚと配列方向ｘとに沿った断面図である。
【図１５】図１５は、相対電流密度と原点Ｏからの距離との関係を表すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
はじめに、図１（ａ）に示す従来の裏面接合型の太陽電池１００の電流密度の大きさを調べるため、デバイスシュミレータを用いて、電流密度を計算した。具体的には、太陽電池１００における、ｎ型半導体層１２０及びｐ型半導体層１３０の電流密度、及び、半導体基板１１０の裏面１１２から０．０５μｍの深さまでの領域ｒの電流密度を測定した。縦軸を電流密度、横軸をｎ型半導体層１２０とｐ型半導体層１３０とが交互に配列された配列方向ｘに沿った長さとする。図１（ａ）に示されるように、配列方向ｘにおけるｐ型半導体層１３０の端部が５００ｎｍの位置になるように設定した。ｐ型半導体層１３０の端部に隣接する配列方向ｘにおけるｎ型半導体層１２０の端部が５５０ｎｍの位置になるように設定した。結果を図１（ｂ）に示す。
【００１３】
図１（ｂ）に示されるように、ｎ型半導体層１２０の端部域１２０ａ及びｐ型半導体層１３０の端部域１３０ａにおいて、電流密度が大きくなっているのが分かる。キャリアである正孔は、ｐ型半導体層１３０へと移動する。半導体基板１１０内において、ｎ型半導体層１２０付近で生じた正孔は、裏面１１２上にあるｐ型半導体層１３０の端部へ集中する。これによって、電流密度が大きくなっていると考えられる。
【００１４】
発電により、電流密度の大きい半導体層の端部は、他の部分に比べて温度が上昇する。この温度上昇によって、半導体層の劣化や、半導体層の端部が半導体基板から剥がれるといった経年劣化が生じてしまう。
【００１５】
つづいて、本発明の実施形態に係る太陽電池１の一例について、図面を参照しながら説明する。以下の図面の記載において、同一または類似の部分には、同一又は類似の符号を付している。図面は模式的なのものであり、各寸法の比率などは現実のものとは異なることを留意すべきである。従って、具体的な寸法などは以下の説明を参酌して判断すべきものである。図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
【００１６】
（１）太陽電池１Ａの概略構成
本発明の実施形態に係る太陽電池１Ａの概略構成について、図２及び図３を参照しながら説明する。図２は、本発明の実施形態に係る太陽電池１Ａの裏面１２側から視た平面図である。図３は、図２のＡ−Ａ’線における断面図である。
【００１７】
太陽電池１Ａは、図２及び図３に示すように、半導体基板１０ｎ、第１半導体層２０ｎ、第２半導体層３０ｐ、絶縁層４０、第１電極５０ｎ、第２電極５０ｐ、接続電極６０ｎ、及び、接続電極６０ｐを備える。
【００１８】
半導体基板１０ｎは、光を受ける受光面１１と受光面１１とは反対側に設けられる裏面１２とを有する。半導体基板１０ｎは、受光面１１における受光によってキャリアを生成する。キャリアとは、半導体基板１０ｎに光が吸収されて生成される正孔と電子とをいう。
【００１９】
図３に示されるように、半導体基板１０ｎの裏面１２には、溝１３が形成されている。溝１３は、側面１７と底面１９とを有している。太陽電池１Ａにおいて、側面１７と底面１９とは、円弧状につながっている。
【００２０】
半導体基板１０ｎは、ｎ型又はｐ型の導電型を有する単結晶Ｓｉ、多結晶Ｓｉなどの結晶系半導体材料や、ＧａＡｓ、ＩｎＰなどの化合物半導体材料を含む一般的な半導体材料によって構成することができるウエハ状の基板である。半導体基板１０ｎの受光面１１及び裏面１２には、微小な凹凸が形成されていても良い。図示しないが、半導体基板１０ｎの受光面１１には光の入射を遮る構造体（例えば、電極など）は形成されていない。このため、半導体基板１０ｎは、受光面１１全面での受光が可能である。受光面１１は、パッシベーション層に覆われていても良い。パッシベーション層は、キャリアの再結合を抑制するパッシベーション性を有する。パッシベーション層は、例えば、ドーパントを添加せず、あるいは微量のドーパントを添加することによって形成される実質的に真正な非晶質半導体層である。これに限らず酸化膜や窒化膜を用いることもできる。太陽電池１Ａにおいて、半導体基板１０ｎがｎ型単結晶シリコン基板であるものとして説明する。従って、半導体基板１０ｎの導電型は、ｎ型となる。このため、少数キャリアは、正孔となる。
【００２１】
図３に示されるように、第１半導体層２０ｎは、半導体基板１０ｎの裏面１２上に形成される。具体的には、第１半導体層２０ｎは、溝１３が形成されていない裏面１２上に形成される。また、第１半導体層２０ｎは、長手方向を有するように形成される。この長手方向を長手方向ｙとする。第１半導体層２０ｎは、第１導電型を有する。太陽電池１Ａにおいて、第１半導体層２０ｎは、ｎ型の導電型を有する。
【００２２】
図３に示されるように、第１半導体層２０ｎは、ｉ型非晶質半導体層２２ｉとｎ型非晶質半導体層２５ｎとから構成される。ｉ型非晶質半導体層２２ｉは、半導体基板１０ｎの裏面１２上に形成される。ｎ型非晶質半導体層２５ｎは、ｉ型非晶質半導体層２２ｉ上に形成される。このような、ｎ型の半導体基板１０ｎ、ｉ型非晶質半導体層２２ｉ、及びｎ型非晶質半導体層２５ｎという構成（いわゆるＢＳＦ構造）によれば、半導体基板１０ｎの裏面における少数キャリアの再結合を抑制することができる。
【００２３】
図３に示されるように、第２半導体層３０ｐは、半導体基板１０ｎの裏面１２上に形成される。具体的には、配列方向ｘにおける溝１３の側面１７と溝１３の底面１９とに、第２半導体層３０ｐは形成される。太陽電池１Ａにおいて、第２半導体層３０ｐは、絶縁層４０上にも形成されている。第２半導体層３０ｐは、第１半導体層２０ｎの端部を覆うように形成されている。また、長手方向ｙに沿って、第２半導体層３０ｐは形成される。第２半導体層３０ｐは、第２導電型を有する。太陽電池１Ａにおいて、第２半導体層３０ｐは、ｐ型の導電型を有する。従って、半導体基板１０ｎと第２半導体層３０ｐとによって、ｐｎ接合が形成される。
【００２４】
図３に示されるように、第２半導体層３０ｐは、ｉ型非晶質半導体層３２ｉとｐ型非晶質半導体層３５ｐとから構成される。ｉ型非晶質半導体層３２ｉは、半導体基板１０ｎの裏面１２上に形成される。従って、第２半導体層３０ｐと側面１７との接合及び第２半導体層３０ｐと底面１９との接合は、ヘテロ接合である。ｐ型非晶質半導体層３５ｐは、ｉ型非晶質半導体層３２ｉ上に形成される。このような、ｎ型の半導体基板１０ｎ、ｉ型非晶質半導体層３２ｉ、ｐ型非晶質半導体層３５ｐという構成によれば、ｐｎ接合特性を向上することができる。
【００２５】
図３に示されるように、第１半導体層２０ｎと第２半導体層３０ｐとは、配列方向ｘに沿って交互に配列される。太陽電池１Ａにおいて、裏面１２上に形成された第２半導体層３０ｐの配列方向ｘにおける幅Ｌ２は、裏面１２上に形成された第１半導体層２０ｎの配列方向ｘにおける幅Ｌ１よりも長いことが好ましい。これによって、直列抵抗を下げることができるので、太陽電池の曲線因子をより小さくすることができる。なお、太陽電池１Ａにおいて、配列方向ｘと長手方向ｙとは、直交している。
【００２６】
裏面１２上において、第１半導体層２０ｎと第２半導体層３０ｐとは、接している。具体的には、溝１３が形成されていない裏面１２と溝１３との境界上において、第１半導体層２０ｎと第２半導体層３０ｐとは、接している。これにより、半導体基板と半導体層との接合面積を最大限にすることができるため、半導体基板１０ｎの裏面を効果的にパッシベーションすることができる。その結果、発電効率の向上が図られる。
【００２７】
ｉ型非晶質半導体層２２ｉ、ｉ型非晶質半導体層３２ｉ、ｎ型非晶質半導体層２５ｎ及びｐ型非晶質半導体層３５ｐそれぞれは、水素を含み、かつシリコンを含む非晶質半導体によって構成することができる。このような非晶質半導体としては、非晶質シリコン、非晶質シリコンカーバイド、或いは非晶質シリコンゲルマニウムなどが挙げられる。これに限らず他の非晶質半導体を用いてもよい。ｉ型非晶質半導体層２２ｉ、ｉ型非晶質半導体層３２ｉ、ｎ型非晶質半導体層２５ｎ及びｐ型非晶質半導体層３５ｐは、それぞれ１種の非晶質半導体によって構成されていてもよい。ｉ型非晶質半導体層２２ｉ、ｉ型非晶質半導体層３２ｉ、ｎ型非晶質半導体層２５ｎ及びｐ型非晶質半導体層３５ｐは、それぞれ２種以上の非晶質半導体が組み合わされていてもよい。
【００２８】
絶縁層４０は、絶縁性を有する。絶縁層４０は、第１半導体層２０ｎ上に形成される。絶縁層４０としては、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、酸化ケイ素などを用いることができる。
【００２９】
第１電極５０ｎは、第１半導体層２０ｎと電気的に接続されている。図２に示されるように、第１電極５０ｎは、長手方向ｙに沿って形成される。第１電極５０ｎは、好ましくは透明電極層５２ｎと収集電極５５ｎとを有する。透明電極層５２ｎは、第１半導体層２０ｎ上に形成される。具体的には、透明電極層５２ｎは、配列方向ｘにおいて、絶縁層４０に挟まれて形成されている。また、絶縁層４０上に形成された第２半導体層３０ｐ上にも形成される。透明電極層５２ｎは、透光性を有する導電性材料によって形成される。透明電極層５２ｎとしては、酸化インジウム錫、酸化錫、酸化亜鉛などを用いることができる。収集電極５５ｎは、透明電極層５２ｎ上に形成される。収集電極５５ｎとしては、樹脂材料をバインダーとし、銀粒子等の導電性粒子をフィラーとする樹脂型導電性ペーストや、スパッタリング法による銀などを用いて形成することができる。他にも、銀、ニッケル、銅などをスパッタリング法を用いて下地金属として形成し、その後、銅などをメッキ法により形成することができる。
【００３０】
第２電極５０ｐは、第２半導体層３０ｐと電気的に接続されている。図２に示されるように、第２電極５０ｐは、長手方向ｙに沿って形成される。第２電極５０ｐは、好ましくは透明電極層５２ｐと収集電極５５ｐとを有する。透明電極層５２ｐは、第２半導体層３０ｐ上に形成される。収集電極５５ｐは、透明電極層５２ｐ上に形成される。透明電極層５２ｐ及び収集電極５５ｐは、それぞれ透明電極層５２ｎ、収集電極５５ｎと同一の材料を用いることができる。
【００３１】
第１電極５０ｎ及び第２電極５０ｐは、光を受光することにより生成したキャリアを収集する。第１電極５０ｎ及び第２電極５０ｐは、短絡を防ぐための分離溝７０によって分離されている。分離溝７０は、透明電極５２に設けられる。分離溝７０は、絶縁層４０上に形成された第２半導体層３０ｐ上に形成された透明電極５２に設けられる。従って、分離溝７０の底は、第２半導体層３０ｐとなる。第２半導体層３０ｐは、分離溝７０の底において絶縁層４０を保護する。これによって、第２半導体層３０ｐは、第１半導体層２０ｎと半導体基板１０ｎとの接合を保護する。分離溝７０は、長手方向ｙに沿って形成される。なお、第２半導体層３０ｐは、ｐ型であるため、導電性が低い。このため、第２半導体層３０ｐを介した第１電極５０ｎと第２電極５０ｐとの間のリークは、極めて小さい。
【００３２】
接続電極６０ｎは、複数の第１電極５０ｎと電気的に接続される。接続電極６０ｐは、複数の第２電極５０ｐと電気的に接続される。接続電極６０ｎ及び接続電極６０ｐは、複数の第１電極５０ｎ及び複数の第２電極５０ｐに収集された光生成キャリアをさらに収集する。
【００３３】
（２）太陽電池１Ｂの概略構成
本発明の実施形態に係る太陽電池１Ｂの概略構成について、図４を参照しながら説明する。以下において、太陽電池１Ａと同一部分については、説明を省略する。すなわち、太陽電池１Ａとの相違点を主に説明する。図４は、本発明の実施形態に係る太陽電池１Ｂの配列方向ｘ及び長手方向ｙに垂直な垂直方向ｚと配列方向ｘとに沿った断面図である。
【００３４】
図４に示されるように、第１半導体層２０ｐは、半導体基板１０ｎの裏面１２上に形成される。具体的には、第１半導体層２０ｐは、溝１３が形成されていない裏面１２上に形成される。また、長手方向ｙに沿って、第１半導体層２０ｐは形成される。太陽電池１Ｂにおいて、第１半導体層２０ｐは、ｐ型の導電型を有する。従って、半導体基板１０ｎと第１半導体層２０ｐとの導電型は異なっている。従って、半導体基板１０ｎと第１半導体層２０ｐとによって、ｐｎ接合が形成される。
【００３５】
図４に示されるように、第１半導体層２０ｐは、ｉ型非晶質半導体層２２ｉとｐ型非晶質半導体層２５ｐとから構成される。ｉ型非晶質半導体層２２ｉは、半導体基板１０ｎの裏面１２上に形成される。ｐ型非晶質半導体層２５ｐは、ｉ型非晶質半導体層２２ｉ上に形成される。
【００３６】
図４に示されるように、第２半導体層３０ｎは、半導体基板１０ｎの裏面１２上に形成される。具体的には、配列方向ｘにおける溝１３の側面１７と溝１３の底面１９とに、第２半導体層３０ｎは形成される。太陽電池１Ｂにおいて、第２半導体層３０ｎは、絶縁層４０上にも形成されている。第２半導体層３０ｎは、第１半導体層２０ｐの端部を覆うように形成されている。また、長手方向ｙに沿って、第２半導体層３０ｎは形成される。太陽電池１Ｂにおいて、第２半導体層３０ｎは、ｎ型の導電型を有する。従って、半導体基板１０ｎと第２半導体層３０ｎとは、導電型は同じである。
【００３７】
図４に示されるように、第２半導体層３０ｎは、ｉ型非晶質半導体層３２ｉとｎ型非晶質半導体層３５ｎとから構成される。ｉ型非晶質半導体層３２ｉは、半導体基板１０ｎの裏面１２上に形成される。ｎ型非晶質半導体層３５ｎは、ｉ型非晶質半導体層３２ｉ上に形成される。
【００３８】
図４に示されるように、太陽電池１Ａにおいて、裏面１２上に形成された第１半導体層２０ｐの配列方向ｘにおける幅Ｌ１は、裏面１２上に形成された第２半導体層３０ｎの配列方向ｘにおける幅Ｌ２よりも長い。すなわち、幅Ｌ２は、幅Ｌ１よりも短い。
（３）太陽電池１Ｃの概略構成
本発明の実施形態に係る太陽電池１Ｃの概略構成について、図５を参照しながら説明する。以下において、太陽電池１Ａと同一部分については、説明を省略する。すなわち、太陽電池１Ａとの相違点を主に説明する。図５は、本発明の実施形態に係る太陽電池１Ｃの配列方向ｘ及び長手方向ｙに垂直な垂直方向ｚと配列方向ｘとに沿った断面図である。
【００３９】
図５に示されるように、太陽電池１Ｃにおいて、半導体基板１０ｎの裏面１２には、溝１３ａ及び溝１３ｂが形成されている。溝１３ａは、側面１７と底面１９とを有している。側面１７は、傾きを持って底面１９とつながっている。太陽電池１Ｃにおいて、側面１７と底面１９とは、角を有するようにつながっているが、側面１７と底面１９とは、円弧状につながっていても良い。
【００４０】
溝１３ｂは、側面１７と底面１９とを有している。側面１７は、側面１７ａ及び側面１７ｂとから構成されている。側面１７ａと側面１７ｂとは、角を有するようにつながっているが、側面１７ａと側面１７ｂとは、円弧状につながっていても良い。側面１７ｂと底面１９とは、角を有するようにつながっているが、側面１７ｂと底面１９とは、円弧状につながっていても良い。
【００４１】
太陽電池１Ｃにおいて、裏面１２には、溝１３ａ及び溝１３ｂが形成されているが、裏面１２には、溝１３ａのみ形成されていても良い。また、裏面１２には、溝１３ｂのみ形成されていても良い。
【００４２】
（３）太陽電池１Ａの製造方法
本発明の実施形態に係る太陽電池１Ａの製造方法について、図６から図１３を参照しながら説明する。図６は、本発明の実施形態に係る太陽電池１Ａの製造方法を説明するためのフローチャートである。図７から図１３は、本発明の実施形態に係る太陽電池１Ａの製造方法を説明するための図である。
【００４３】
図６に示されるように、太陽電池１Ａの製造方法は、工程Ｓ１から工程Ｓ５を有する。
【００４４】
工程Ｓ１は、半導体基板１０ｎの裏面１２上に、第１導電型を有する第１半導体層２０ｎを形成する工程である。まず、半導体基板１０ｎが準備される。半導体基板１０ｎ表面の汚れを除去するため、半導体基板１０ｎには、酸又はアルカリ溶液でエッチングがなされている。準備された半導体基板１０ｎの裏面１２上に、ｉ型非晶質半導体層２２ｉが形成される。形成されたｉ型非晶質半導体層２２ｉ上に、ｎ型非晶質半導体層２５ｎが形成される。ｉ型非晶質半導体層２２ｉ及びｎ型非晶質半導体層２５ｎは、例えば、化学気相蒸着法（ＣＶＤ法）によって、形成される。この工程Ｓ１によって、裏面１２上に第１半導体層２０ｎが形成される。
【００４５】
工程Ｓ２は、絶縁性を有する絶縁層４０を形成する工程である。工程Ｓ１により、形成された第１半導体層２０ｎ上に、絶縁層４０が形成される。具体的には、図７に示されるように、ｎ型非晶質半導体層２５ｎ上に、絶縁層４０が形成される。絶縁層４０は、例えば、ＣＶＤ法によって、形成される。
【００４６】
工程Ｓ３は、半導体基板１０ｎの裏面１２に、溝１３が形成される工程である。工程Ｓ３は、工程Ｓ３１から工程Ｓ３２を有する。
【００４７】
工程Ｓ３１は、第１半導体層２０ｎ上に形成された絶縁層４０を除去する工程である。スクリーン印刷法を用いて、絶縁層４０上にエッチングペーストを塗布する。垂直方向ｚから裏面１２を見て、第２半導体層３０ｐが形成される部分に該当する絶縁層４０上にエッチングペーストを塗布する。このため、エッチングペーストの配列方向ｘにおける幅及びエッチングペーストの配列方向ｘにおける間隔によって、幅Ｌ１及び幅Ｌ２が決まる。
【００４８】
その後、２００度で４分間程度のアニール処理を行うことにより、図８に示されるように、エッチングペーストが塗布された絶縁層４０部分が除去される。これにより、第１半導体層２０ｎが露出する。処理条件によっては、第１半導体層２０ｎも一部除去される。
【００４９】
工程Ｓ３２は、露出した第１半導体層２０ｎを除去するとともに、半導体基板１０ｎの裏面１２に、溝１３を形成する工程である。露出した第１半導体層２０ｎをアルカリ洗浄する。これにより、図９に示されるように、第１半導体層２０ｎを除去するとともに、半導体基板１０ｎの裏面１２に、溝１３が形成される。処理条件により、溝１３の深さを適宜調整する。工程Ｓ３２において、除去されずに残った絶縁層４０が第１半導体層２０ｎを保護する保護層として働いている。なお、溝１３の形成は、その他の方法を用いても良い。例えば、切削加工によって、溝１３を形成しても良い。
【００５０】
工程Ｓ４は、半導体基板１０ｎの裏面１２に形成された溝１３に、第２半導体層３０ｐを形成する工程である。半導体基板１０ｎの裏面１２上に、ｉ型非晶質半導体層３２ｉが形成される。形成されたｉ型非晶質半導体層３２ｉ上に、ｐ型非晶質半導体層３５ｐが形成される。ｉ型非晶質半導体層３２ｉ及びｐ型非晶質半導体層３５ｐは、例えば、ＣＶＤ法によって、形成される。この工程Ｓ４によって、裏面１２上に第２半導体層３０ｐが形成される。すなわち、配列方向ｘにおける溝１３の側面１７と溝１３の底面１９とに、第２半導体層３０ｐは形成される。図１０に示されるように、太陽電池１Ａにおいて、第２半導体層３０ｐは、全面に渡って形成される。従って、第２半導体層３０ｐは、裏面１２上だけでなく、絶縁層４０上にも形成される。第２半導体層３０ｐは、絶縁層４０の端部及び第１半導体層２０ｎの端部を覆っている。溝１３が形成されていない裏面１２と溝１３との境界上において、第１半導体層２０ｎと第２半導体層３０ｐとは、接している。工程Ｓ３の後に、溝１３を形成しないように、工程Ｓ３２を行うことにより、境界上以外の裏面１２において、第１半導体層２０ｎと第２半導体層３０ｐとが接する。
【００５１】
工程Ｓ５は、第１電極５０ｎ及び第２電極５０ｐを形成する工程である。工程Ｓ５は、工程Ｓ５１から工程Ｓ５４を有する。
【００５２】
工程Ｓ５１は、第２半導体層３０ｐ及び絶縁層４０を除去する工程である。スクリーン印刷法を用いて、絶縁層４０上に形成された第２半導体層３０ｐ上にエッチングペーストを塗布する。その後、約７０度で５分間程度のアニール処理を行うことにより、図１１に示されるように、エッチングペーストが塗布された第２半導体層３０ｐ部分及び絶縁層４０部分が除去される。絶縁層４０が完全に除去されずに残る場合は、フッ化水素（ＨＦ）を用いて洗浄を行う。これにより、第１半導体層２０ｎが露出する。第２半導体層３０ｐ及び絶縁層４０を同時ではなく、別々に除去しても良い。
【００５３】
工程Ｓ５２は、透明電極層５２を形成する工程である。図１２に示されるように、第１半導体層２０ｎ上及び第２半導体層３０ｐ上に、物理蒸着法（ＰＶＤ法）を用いて、透明電極層５２を形成する。その後、ＰＶＤ法を用いて、収集電極５５の下地となるメッキ用の下地金属層（不図示）を形成する。下地金属層には、例えば、Ｎｉ及びＣｕが用いられる。
【００５４】
工程Ｓ５３は、短絡を防ぐための分離溝７０を形成する工程である。分離溝７０は、絶縁層４０上に形成された第２半導体層３０ｐ上に形成された透明電極５２に設けられる。スクリーン印刷法を用いて、エッチングペーストを下地金属層に塗布する。約２００度で４分間程度のアニール処理を行うことにより、図１３に示されるように、エッチングペーストが塗布された下地金属部分、及びそれに対応する透明電極５２部分が除去される。これにより、分離溝７０が形成される。なお、分離溝７０を形成する工程ではエッチングペーストを用いず、フォトレジストを用いたパターニングであってもよい。
【００５５】
工程Ｓ５４は、収集電極５５を形成する工程である。メッキ法を用いて、下地金属に収集電極５５を形成する。これにより、第１電極５０ｎ及び第２電極５０ｐが形成される。第１電極５０ｎの端部を接続電極６０ｎに接続する。第２電極５０ｐの端部を接続電極６０ｐに接続する。これによって、図３に示される太陽電池１Ａが形成される。
【００５６】
なお、下地金属部分及び透明電極５２に分離溝７０を形成しない状態で、メッキ法を用いて、下地金属に収集電極５５を形成した場合、収集電極５５を第１電極５０ｎと第２電極５０ｐとに分離する工程が必要となる。収集電極５５はメッキ法によって厚く形成されていることを考慮すると、この方法では分離する工程の時間が多く必要となり、また、削られる材料が増加して製造コストが増大してしまう。一方、本実施形態では、工程Ｓ５４にて下地金属及び透明電極５２に分離溝７０を形成したのちに、メッキ法を用いて収集電極５５を形成した。これにより、第１電極５０及び第２電極５０ｐは、分離溝７０に応じて互いに分離されている。この方法によると、収集電極５５に比べて薄い下地金属に分離溝７０を形成するだけで、収集電極５５を第１電極５０ｎと第２電極５０ｐとに分離することができる。したがって、製造工程の時間を短縮することができる。
【００５７】
（５）比較評価
本発明の効果を確かめるために、電流密度について、計算モデルによって、評価した。具体的には、正孔８０がｐ型の第２半導体層３０ｐへと移動するときの電流密度を計算した。計算モデルの条件は、以下の通りである。
【００５８】
厚みが２００μｍであるｎ型の半導体基板１０ｎの裏面１２に、ｐ型の第２半導体層３０ｐが形成されている。図１４（ａ）及び図１４（ｂ）に示されるように、配列方向ｘにおいて、裏面１２上の第２半導体層３０ｐの端部を原点Ｏとする。原点Ｏから第２半導体層３０ｐの端部に隣接する第１半導体層２０ｎに向かって距離ｘ１までの領域において、受光面１１での受光によって半導体基板１０ｎで生成された正孔８０を対象とする。距離ｘ１は、３５０μｍである。半導体基板１０ｎ及び第２半導体層３０ｐの長手方向ｙ長さは、無限であるとする。正孔８０は、半導体基板１０ｎ内で均一に発生する。正孔８０は、第２半導体層３０ｐに向かって最短ルートを移動する。第２半導体層３０ｐに到達した正孔８０は、すぐに収集される。
【００５９】
図１４（ａ）は、計算モデルにおける実施例に係る太陽電池の配列方向ｘ及び長手方向ｙに垂直な垂直方向ｚと配列方向ｘとに沿った断面図である。図１４（ｂ）は、計算モデルにおける比較例に係る太陽電池の配列方向ｘ及び長手方向ｙに垂直な垂直方向ｚと配列方向ｘとに沿った断面図である。図１４（ａ）に示されるように、実施例の太陽電池では、半導体基板１０ｎに、深さｈの溝が形成されている。配列方向ｘにおける溝の側面から溝の底面にかけて、半径ｈの円弧によって形成されている。実施例１では、深さｈは、１μｍである。実施例２では、深さｈは、５μｍである。実施例３では、深さｈは、１０μｍである。実施例４では、深さｈは、２０μｍである。図１４（ｂ）に示されるように、比較例の太陽電池では、溝は形成されていない。これらの太陽電池によって、電流密度を計算した結果を図１５に示す。
【００６０】
図１５は、相対電流密度と原点Ｏからの距離との関係を表すグラフである。図１５において、縦軸は、相対電流密度である。横軸は、原点Ｏから方向ｘ２に沿った距離（μｍ）である。方向ｘ２は、配列方向ｘにおいて、裏面１２に沿った方向である。
【００６１】
図１５に示されるように、比較例では、原点Ｏにおいて、相対電流密度は、７７０である。原点Ｏから１μｍ離れた部分では、相対電流密度は、０．２となっている。これは、第２半導体層３０ｐの裏面上の端部に正孔８０が集中していることを意味している。
【００６２】
一方、実施例の太陽電池では、比較例の太陽電池に比べて、いずれも原点Ｏにおける電流密度は、大幅に減少している。具体的には、実施例１では、原点Ｏにおいて、相対電流密度は、７０である。実施例２では、原点Ｏにおいて、相対電流密度は、１８である。実施例３では、原点Ｏにおいて、相対電流密度は、９である。実施例４では、原点Ｏにおいて、相対電流密度は、４である。また、深さｈが深いほど、原点Ｏから、離れた位置まで正孔８０が移動していることがわかる。
【００６３】
これらの結果から、半導体基板１０ｎと第２半導体層３０ｐとの接合面が深いほど、電流密度を減少できることがわかる。
【００６４】
（６）作用・効果
本発明の実施形態に係る太陽電池では、太陽電池１では、配列方向ｘにおける溝１３の側面１７と溝１３の底面１９とに、第２半導体層３０ｐは形成される。これによって、半導体基板１０ｎ内における第１半導体層２０ｎ付近で形成されたキャリアにおいて、裏面１２上の第２半導体層３０ｐの端部よりも、側面１７及び底面１９に形成された第２半導体層３０ｐの方が距離的に近いキャリアが現れる。このため、裏面１２上の第２半導体層３０ｎの端部へとキャリアが集中して移動するのではなく、側面１７及び底面１９に形成された第２半導体層３０ｐの方へもキャリアが分散して移動する。従って、電流密度が減
少するものと考えられる。このため、経年劣化を抑制できる。
【００６５】
さらに、溝１３の側面１７と溝１３の底面１９とに、第２半導体層３０ｐは形成されることにより、半導体基板１０ｎと第２半導体層３０ｐとの接合面積が広くなる。これによって、直列抵抗を下げられるため、太陽電池の曲線因子(fill factor)を向上させることができる。
【００６６】
本発明の実施形態に係る太陽電池１では、側面１７は、傾きを持って底面１９とつながっている。また、本発明の実施形態に係る太陽電池１では、側面１７と底面１９とは、円弧状につながっていても良い。これによって、第１半導体層２０ｎ付近で形成されたキャリアにおいて、裏面１２上の第２半導体層３０ｎの端部よりも、側面１７及び底面１９に形成された第２半導体層３０ｐの方が距離的に近いキャリアが、さらに現れる。その結果、電流密度をより減少させることができるため、経年劣化を抑制できる。
【００６７】
本発明の実施形態に係る太陽電池１では、第２半導体層３０ｐと側面１７との接合及び第２半導体層３０ｐと底面１９との接合は、ヘテロ接合である。半導体基板にドーパントを拡散させて接合を形成した太陽電池と異なり、ヘテロ接合による太陽電池は、接合の境界がはっきりしている。このため、ヘテロ接合による太陽電池は、電流密度が大きくなりやすい。太陽電池１では、ヘテロ接合とする部分を側面１７及び底面１９とすることにより、電流密度を減少させることができる。
【００６８】
本発明の実施形態に係る太陽電池１では、半導体基板１０ｎは、第２導電型である第２半導体層３０ｐと異なる、第１導電型である。これによって、溝１３に形成された第２半導体層３０ｐへと少数キャリアが移動する。溝１３が形成されることにより、第２半導体層３０ｐへの移動距離が短くなる少数キャリアが現れる。このため、再結合する少数キャリアを減らすことができる。
【００６９】
本発明の実施形態に係る太陽電池１Ａでは、裏面１２上に形成された第２半導体層３０ｐの配列方向ｘにおける幅Ｌ２は、裏面１２上に形成された第１半導体層２０ｎの配列方向ｘにおける幅Ｌ１よりも長いことが好ましい。これによって、直列抵抗を下げることができるので、太陽電池の曲線因子をより小さくすることができる。
【００７０】
本発明の実施形態に係る太陽電池１Ｂでは、半導体基板１０ｎは、第２半導体層３０ｎと同じ導電型である。また、裏面１２上に形成された第２半導体層３０ｐの配列方向ｘにおける幅Ｌ２は、裏面１２上に形成された第１半導体層２０ｎの配列方向ｘにおける幅Ｌ１よりも短い。これによって、幅Ｌ２は短いため、底面１９付近で生じた少数キャリアの移動距離を短くできる。
【００７１】
本発明の実施形態に係る太陽電池１では、裏面１２上において、第１半導体層２０ｎと第２半導体層３０ｐとは、接している。また、溝１３が形成されていない裏面１２と溝１３との境界上において、第１半導体層２０ｎと第２半導体層３０ｐとは、接している。これにより、半導体基板と半導体層との接合面積を最大限にすることができるため、発電効率の向上が図られる。
【００７２】
上述したように、本発明の実施形態を通じて本発明の内容を開示したが、この開示の一部をなす論述及び図面は、本発明を限定するものであると理解すべきではない。本発明はここでは記載していない様々な実施形態を含む。従って、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
【符号の説明】
【００７３】
１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１００…太陽電池、１０ｎ…半導体基板、１１…受光面、１２，１１２…裏面、２０ｎ，２０ｐ…第１半導体層、２２ｉ，３２ｉ…ｉ型非晶質半導体層、２５ｎ，３５ｎ…ｎ型非晶質半導体層、２５ｐ，３５ｐ…ｐ型非晶質半導体層、３０ｎ，３０ｐ…第２半導体層、４０…絶縁層、５０ｎ，５０ｐ…第１電極，第２電極、５２，５２ｎ，５２ｐ…透明電極層、５５，５５ｎ，５５ｐ…収集電極、６０ｎ，６０ｐ…接続電極、７０…分離溝、８０…正孔、１１０…光電変換部
【図１】
0005845445.tif 000002
【図２】
0005845445.tif 000003
【図３】
0005845445.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0005845445.tif 000008
【図８】
0005845445.tif 000009
【図９】
0005845445.tif 000010
【図１０】
0005845445.tif 000011
【図１１】
0005845445.tif 000012
【図１２】
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【図１３】
0005845445.tif 000014
【図１４】
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【図１５】
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