(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
受光面と裏面とを有する第１導電型の結晶系半導体基板と、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、前記第１非晶質半導体層と電気的に接続された第１電極と、前記第２非晶質半導体層と電気的に接続された第２電極と、絶縁性を有する絶縁層と、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いて、前記第１非晶質半導体層の端部を第１非晶質半導体層端部とし、前記第１非晶質半導体層と隣り合う前記第２非晶質半導体層の端部を第２非晶質半導体層端部とし、前記第１非晶質半導体層上に形成され、前記第１電極側にある一方の前記絶縁層の端部を第１絶縁層端部とし、前記第２電極側にある他方の前記絶縁層の端部を第２絶縁層端部とすると、
前記第１非晶質半導体層端部と前記第２非晶質半導体層端部とは接していて、前記絶縁層は前記第１非晶質半導体層端部上と前記第２非晶質半導体層端部上に跨って形成され、前記第２非晶質半導体層は、前記絶縁層上を含んで前記結晶系半導体基板の前記裏面上に設けられ、
前記第２非晶質半導体層端部の前記裏面と接する端点から前記第２絶縁層端部までの前記配列方向に沿った長さは、前記端点から前記第１絶縁層端部までの前記配列方向に沿った長さよりも短い太陽電池。
【請求項２】
前記端点から前記第２絶縁層端部までの前記配列方向に沿った長さは、０．１ｍｍ以内である請求項１に記載の太陽電池。
【請求項３】
前記第２絶縁層端部と前記第１非晶質半導体層端部とが並んでいる請求項１に記載の太陽電池。
【請求項４】
前記第２絶縁層端部と前記第１非晶質半導体層端部とは、前記配列方向において、同一位置にある請求項１に記載の太陽電池。
【請求項５】
前記太陽電池は、短絡を防ぐための分離溝を備えており、
前記分離溝は、前記絶縁層上に位置する、請求項１に記載の太陽電池。
【請求項６】
前記裏面上に形成された前記第１非晶質半導体層と前記裏面上に形成された前記第２非晶質半導体層とのうち、ｐ型の導電型を有する非晶質半導体層をｐ型非晶質半導体層とすると、
前記配列方向において、前記分離溝の中心は、前記絶縁層の中心よりも、前記ｐ型非晶質半導体層の中心に近い請求項５に記載の太陽電池。
【請求項７】
前記受光面の全面で受光が可能である、請求項１に記載の太陽電池。
【請求項８】
前記受光面は、パッシベーション層で覆われている、請求項７に記載の太陽電池。
【請求項９】
前記パッシベーション層は、実質的に真正な非晶質半導体層を含む、請求項８に記載の太陽電池。
【請求項１０】
前記受光面は、テクスチャ構造を有する、請求項７に記載の太陽電池。
【請求項１１】
前記結晶系半導体基板の前記裏面は、前記受光面よりも平坦にされている、請求項１０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及びその太陽電池の製造方法に関する。
【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）。【０００４】
図１は、従来の裏面接合型の太陽電池１００の断面図である。図１に示すように、太陽電池１００では、ｎ型半導体基板１１０の裏面上に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とに跨って、絶縁層１４０が形成されている。この絶縁層１４０上にｐ側電極１５０ｐとｎ側電極１５０ｎの分離溝１６０を形成することにより、両電極間の短絡を防いでいる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−２００２６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
太陽電池１００は、光を受光することにより半導体基板１１０内にキャリア（電子と正孔）が生成する。キャリアは、多数キャリアと少数キャリアとからなる。半導体基板１１０の導電型がｎ型である場合は、多数キャリアは電子であり、少数キャリアは正孔である。図１に示すように、ｎ型半導体基板１１０内のｎ型半導体層１２０付近で生成した正孔５は、ｐ側電極１５０ｐへと移動する際に、絶縁層１４０で覆われたｐ型半導体層１３０と半導体基板１１０との接合付近を通過する必要がある。この通過の際に、正孔５は、多数キャリアである電子と再結合を起こしやすい。再結合が起こると、電極１５０から取り出されるキャリアが減少するため、変換効率の低下が懸念される。また、少数キャリアが電子となるｐ型の半導体基板でも同様である。【０００７】
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、少数キャリアの再結合を減少させ、変換効率を向上させた太陽電池及びその太陽電池の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した課題を解決するため、本発明は、次のような特徴を有している。本発明によれば、受光面と裏面（裏面１２）とを有する第１導電型の半導体基板（半導体基板１０ｎ）と、第１導電型を有する第１半導体層（第１半導体層２０ｎ）と、第２導電型を有する第２半導体層（第２半導体層３０ｐ）と、前記第１半導体層と電気的に接続された第１電極（第１電極５０ｎ）と、前記第２半導体層と電気的に接続された第２電極（第２電極５０ｐ）と、絶縁性を有する絶縁層（絶縁層４０）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（太陽電池１）であって、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（配列方向ｘ）において、前記第１半導体層の端部を第１半導体層端部（第１半導体層端部２７）とし、前記第１半導体層と隣り合う前記第２半導体層の端部を第２半導体層端部（第２半導体層端部３７）とし、前記第１半導体層上に形成され、前記第１電極側にある一方の前記絶縁層の端部を第１絶縁層端部（第１絶縁層端部４５ａ）とし、前記第２電極側にある他方の前記絶縁層の端部を第２絶縁層端部（第２絶縁層端部４５ｂ）とすると、前記第２半導体層端部の前記裏面と接する端点（端点３９）から前記第２絶縁層端部までの前記配列方向に沿った長さは、前記端点から前記第１絶縁層端部までの前記配列方向に沿った長さよりも短いことを要旨とする。【０００９】
本発明によれば、第２半導体層端部の裏面と接する端点から第２絶縁層端部までの配列方向に沿った長さは、端点から第１絶縁層端部までの配列方向に沿った長さよりも短い。これにより、第１半導体層付近で生成した少数キャリアは、第２電極へと移動する際に、絶縁層で覆われた第２半導体層と半導体基板との接合付近を通過する長さが短くなる。従って、配列方向における絶縁層の幅が同一の太陽電池と比べた場合、本発明の太陽電池の方が、第２半導体層下における少数キャリアの再結合を減少させることができる。【００１０】
また、前記端点から前記第２絶縁層端部までの前記配列方向に沿った長さは、０．１ｍｍ以内であることを要旨とする。【００１１】
また、前記第２絶縁層端部と前記第１半導体層端部とが並んでいることを要旨とする。【００１２】
また、前記第２絶縁層端部と前記第１半導体層端部とは、前記配列方向において、同一位置にあることを要旨とする。【００１３】
また、前記太陽電池は、短絡を防ぐための分離溝を備えており、前記裏面上に形成された前記第１半導体層と前記裏面上に形成された前記第２半導体層とのうち、ｐ型の導電型を有する半導体層をｐ型半導体層とすると、前記配列方向において、前記分離溝の中心は、前記絶縁層の中心よりも、前記ｐ型半導体層の中心に近いことを要旨とする。【００１４】
また、光を受ける受光面と前記受光面とは反対側に設けられる裏面とを有する第１導電型の半導体基板の前記裏面上に、第１導電型を有する第１半導体層を形成する第１半導体層形成工程と、前記裏面上に、第２導電型を有する第２半導体層を形成する第２半導体層形成工程と、絶縁性を有する絶縁層を形成する絶縁層形成工程とを有する太陽電池の製造方法であって、各工程は、前記第１半導体層形成工程、前記絶縁層形成工程、前記第２半導体層形成工程の順に行われ、前記第２半導体層形成工程は、前記第１半導体層上に形成された前記絶縁層の一部を除去する工程と、前記絶縁層が除去されることにより露出した前記第１半導体層を除去する工程と、前記第１半導体層が除去されることにより露出した前記半導体基板上に前記第２半導体層を形成する工程とを有することを要旨とする。【００１５】
また、前記太陽電池の製造方法は、短絡を防ぐための分離溝を形成する分離溝形成工程を有しており、前記裏面上に形成された前記第１半導体層と前記裏面上に形成された前記第２半導体層とのうち、ｐ型の導電型を有する半導体層をｐ型半導体層とすると、前記分離溝形成工程では、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いて、前記分離溝の中心は、前記絶縁層の中心よりも、前記ｐ型半導体層の中心に近く形成されることを要旨とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明は、少数キャリアの再結合を減少させ、変換効率を向上させる太陽電池及びその太陽電池の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、従来の裏面接合型の太陽電池１００の断面図である。
【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の垂直方向ｚと配列方向ｘとに沿った断面における断面図である。
【図５】図５は、本発明の実施形態に係る太陽電池１Ｂの製造方法を説明するためのフローチャートである。
【図６】図６は、本発明の実施形態に係る太陽電池１Ｂの製造方法を説明するための図である。
【図７】図７は、本発明の実施形態に係る太陽電池１Ｂ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１Ｂ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１Ｂ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１Ｂ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１Ｂ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１Ｂ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１Ｃの垂直方向ｚと配列方向ｘとに沿った断面における断面図である。
【図１４】図１４は、本発明の実施形態に係る太陽電池１Ｄの垂直方向ｚと配列方向ｘとに沿った断面における断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
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。
（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。
【００１９】
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７０ｎ及び、接続電極７０ｐを備える。
【００２０】
半導体基板１０ｎは、光を受ける受光面と受光面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、受光面における受光によってキャリア（電子と正孔）を生成する。
【００２１】
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。半導体基板１０ｎの受光面及び裏面１２には、微小な凹凸が形成されていてもよい。図示しないが、半導体基板１０ｎの受光面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。半導体基板１０ｎは、受光面全面での受光が可能である。受光面は、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を含むことができる。
【００２２】
半導体基板１０ｎは、第１導電型である。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。
【００２３】
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。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、半導体基板１０ｎと同一の第１導電型を有する。第１半導体層２０ｎは、ｎ型非晶質半導体層によって構成されている。このような構成（いわゆるＢＳＦ構造）によれば、半導体基板１０ｎの裏面１２と第１半導体層２０ｎとの界面におけるキャリアの再結合を抑制することができる。
【００２４】
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。第２半導体層３０ｐは、長手方向ｙを有するように形成される。第２半導体層３０ｐは、半導体基板１０ｎと異なる第２導電型を有する。第２半導体層３０ｐは、ｐ型非晶質半導体層によって構成されている。このため、半導体基板１０ｎと第２半導体層３０ｐとの接合は、ｐｎ接合となる。第２半導体層３０ｐは、絶縁層４０上にも形成される。
【００２５】
尚、第１半導体層２０ｎと裏面１２との間、第２半導体層２０ｐと裏面１２の間に夫々薄い真性非晶質半導体層を介挿しても良い。このようにすることで、接合特性を改善することができる。
【００２６】
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、交互に配列される。この配列方向を配列方向ｘとする。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。
【００２７】
配列方向ｘにおける第１半導体層２０ｎの端部を第１半導体層端部２７とする。配列方向ｘにおいて、第１半導体層２０ｎと隣り合う第２半導体層３０ｐの配列方向ｘにおける端部を第２半導体層端部３７とする。第２半導体層端部３７において、裏面１２と接する点を端点３９とする。太陽電池１Ａにおいて、第１半導体層端部２７と第２半導体層端部３７とは接している。なお、第２半導体層３０ｐは、絶縁層４０上にも形成されるが、第２半導体層端部３７とは、裏面１２上に形成された第２半導体層３０ｐにおける端部をいう。従って、絶縁層４０上に形成された第２半導体層３０ｐの端部は、第２半導体層端部３７でない。
【００２８】
絶縁層４０は、絶縁性を有する。絶縁層４０は、少なくとも第１半導体層２０ｎ上に形成される。太陽電池１Ａにおいて、絶縁層４０は、第１半導体層２０ｎと第２半導体層３０ｐとに跨って形成される。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】
絶縁層４０は、配列方向ｘにおいて端部を有する。第１半導体層２０ｎ上に形成され、配列方向ｘにおいて第１電極５０ｎ側にある一方の絶縁層４０の端部を第１絶縁層端部４５ａとする。配列方向ｘにおいて第２電極５０ｐ側にある他方の絶縁層４０の端部を第２絶縁層端部４５ｂとする。端点３９から第１絶縁層端部４５ａまでの配列方向ｘに沿った長さＬｎは、端点３９から第２絶縁層端部４５ｂまでの配列方向ｘに沿った長さＬｐよりも長い。すなわち、長さＬｐは、長さＬｎよりも短い。言い換えると、絶縁層４０は、配列方向ｘにおいて、第２半導体層３０ｐよりも第１半導体層２０ｎに寄って形成される。端点３９から第２絶縁層端部４５ｂまでの配列方向ｘに沿った長さＬｐは、０．１ｍｍ以内が好ましい。長さＬｐが、０．１ｍｍ以内であれば、再結合する少数キャリアの数も少ないため、変換効率の向上が図られる。
【００３０】
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、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。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、ＩＴＯ（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。また、透明電極層５２ｎ上に下地金属を形成した後、メッキ法を用いて形成することもできる。
【００３１】
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、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。
【００３２】
第１電極５０ｎ及び第２電極５０ｐは、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６０によって分離されている。分離溝６０は、透明電極５２に設けられる。分離溝６０は、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６０の底は、第２半導体層３０ｐとなる。ここでいう第２半導体層３０ｐは、絶縁層４０上に形成された第２半導体層３０ｐである。分離溝６０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。また、第２半導体層３０ｐの厚みは、分離溝６０の幅に対して極めて小さい。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。
【００３３】
接続電極７０ｎは、複数の第１電極５０ｎと電気的に接続される。具体的には、図２に示されるように、接続電極７０ｎは、第１電極５０ｎの端部と接続される。接続電極７０ｐは、複数の第２電極５０ｐと電気的に接続される。具体的には、図２に示されるように、接続電極７０ｐは、第２電極５０ｐの端部と接続される。接続電極７０ｎ及び接続電極７０ｐは、複数の第１電極５０ｎ及び複数の第２電極５０ｐに収集されたキャリアをさらに収集する。
（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とからなる。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、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の裏面におけるキャリアの再結合を抑制することができる。
【００３５】
図４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とからなる。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。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（いわゆる「ＨＩＴ」（登録商標）構造）によれば、ｐｎ接合特性を向上することができる。
【００３６】
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。非晶質半導体層には、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。
【００３７】
図４に示されるように、第２絶縁層端部４５ｂと第１半導体層端部２７とが並んでいる。また、第２絶縁層端部４５ｂと第１半導体層端部２７とは配列方向ｘにおいて、同一位置にある。ここで、同一位置とは、略同一位置であり、誤差によるズレを含んでいる。
【００３８】
太陽電池１Ｂにおいて、ｐ型の導電型を有する半導体層は、第２半導体層３０ｐである。本実施形態においても、第１電極５０ｎと第２電極５０ｐとを分離する分離溝６０は、第１半導体層２０ｎの表面上に設けられた絶縁層４０上に設けられている。また、分離溝６０は、絶縁層４０上の第２半導体層３０ｐ上に設けられている。さらに分離溝６０は、絶縁層４０上の第２半導体層３０ｐ上に設けられた透明電極層５２ｐに設けられている。また、図４に示されるように、配列方向ｘにおける分離溝６０の中心６０Ｍは、配列方向ｘにおける絶縁層４０の中心４０Ｍよりも、配列方向ｘにおける第２半導体層３０ｐの中心３０ｐＭに近い。すなわち、第２半導体層３０ｐの中心３０ｐＭから絶縁層４０の中心４０Ｍまでの長さＬ４０よりも、第２半導体層３０ｐの中心３０ｐＭから分離溝６０の中心６０Ｍまでの長さＬ６０の方が短い。配列方向ｘにおいて、分離溝６０は、絶縁層４０の中心に位置するのではなく、ｐ型の半導体層に寄って形成される。
（３）太陽電池１Ｂの製造方法
本発明の実施形態に係る太陽電池１Ｂの製造方法について、図５から図１２を参照しながら説明する。図５は、本発明の実施形態に係る太陽電池１Ｂの製造方法を説明するためのフローチャートである。図６から図１２は、本発明の実施形態に係る太陽電池１Ｂの製造方法を説明するための図である。
【００３９】
図５に示されるように、太陽電池１Ｂの製造方法は、工程Ｓ１から工程Ｓ４を有する。
【００４０】
工程Ｓ１は、第１導電型の半導体基板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。半導体基板１０ｎの受光面には光反射低減用のテクスチャ構造が形成されている。半導体基板１０ｎの裏面は、受光面に比べ平坦にされている。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。
【００４１】
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６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。
【００４２】
工程Ｓ３は、第１導電型の半導体基板１０ｎの裏面１２上に、第２導電型を有する第２半導体層３０ｐを形成する工程である。工程Ｓ３は、工程Ｓ３１から工程Ｓ３３を有する。
【００４３】
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。フォトリソ法又はスクリーン印刷法を用いて、絶縁層４０上にレジストを塗布する。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上にレジストを塗布する。その後、エッチング液によって、レジストで覆われていない部分の絶縁層４０を溶解及び除去する。これによって、図７に示されるように、第１半導体層２０ｎが露出する。また、第２絶縁層端部４５ｂが現れる。処理条件によっては、第１半導体層２０ｎも一部除去されることもある。
【００４４】
レジストによるパターン形成以外の方法としては、例えば、エッチングペーストにより、絶縁層４０を部分的に除去する方法がある。これらに限らず、他の方法により、絶縁層４０を部分的に除去しても良い。
【００４５】
工程Ｓ３２は、絶縁層４０が除去されることにより露出した第１半導体層２０ｎを除去する工程である。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８に示されるように、半導体基板１０ｎが露出する。また、第１半導体層端部２７が現れる。処理条件により、第１半導体層端部２７の除去される量が変わる。このため、太陽電池１Ａのように、絶縁層４０が第１半導体層２０ｎと第２半導体層３０ｐとに跨って形成する場合は、例えば、処理時間を長めにする。
【００４６】
工程Ｓ３２では、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く。このため、第２絶縁層端部と第１半導体層端部とが並んで形成される。また、第２絶縁層端部４５ｂと第１半導体層端部２７とは配列方向ｘにおいて、同一位置にある。
【００４７】
工程Ｓ３３は、第１半導体層２０ｎが除去されることにより露出した半導体基板１０ｎ上に第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Ｓ３３によって、裏面１２上に第２半導体層３０ｐが形成される。図９に示されるように、太陽電池１Ｂ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。また、第２半導体層３０ｐは、第２絶縁層端部４５ｂ及び第１半導体層端部２７を覆う。第２半導体層端部３７は、裏面１２上に形成された第２半導体層３０ｐにおける端部であるため、第１半導体層端部２７と第２半導体層端部３７とは接している。
【００４８】
工程Ｓ４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Ｓ４は、工程Ｓ４１から工程Ｓ４４を有する。
【００４９】
工程Ｓ４１は、第２半導体層３０ｐ及び絶縁層４０を除去する工程である。絶縁層４０上に形成された第２半導体層３０ｐ上に、フォトリソ法やスクリーン印刷法を用いて、第２半導体層３０ｐを残したい部分にレジストを塗布する。その後、エッチング液を用いて処理を行うことにより、図１０に示されるように、レジストが塗布された第２半導体層３０ｐ部分及び絶縁層４０部分が残る。レジストが塗布されなかった第２半導体層３０ｐ部分及び絶縁層４０部分は、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。また、第１絶縁層端部４５ａが現れる。第２半導体層３０ｐ及び絶縁層４０を別々に除去しても良い。また、工程Ｓ３１と同様に、レジストを用いた方法以外の方法によって、第２半導体層３０ｐ及び絶縁層４０を除去しても良い。
【００５０】
工程Ｓ４２は、透明電極層５２を形成する工程である。図１１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の下地となる下地金属層を形成しても良い。下地金属には、例えば、Ｔｉ及びＣｕが用いられる。
【００５１】
工程Ｓ４３は、短絡を防ぐための分離溝６０を形成する工程である。レーザーを用いて、分離溝６０を形成する。分離溝６０は、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。ここでいう第２半導体層３０ｐは、絶縁層４０上に形成された第２半導体層３０ｐである。レーザーにより、第１半導体層２０ｎ又は第２半導体層３０ｐが傷つけられるためである。レーザーを用いる方法以外、例えば、レジストとエッチング液とを用いて分離溝６０を形成した場合も同様である。
【００５２】
分離溝６０が適切な箇所に形成されるように、レーザーの放射口やレジストパターンの位置合わせは行われるものの、微小なずれを生じてしまう。この微小な位置合わせずれを考慮して、太陽電池１Ａでは、配列方向ｘにおける絶縁層４０の中心４０Ｍに、分離溝６０の中心６０Ｍが一致するようにして、分離溝６０が形成されている。
【００５３】
一方、太陽電池１Ｂでは、配列方向ｘにおいて、分離溝６０が、ｐ型の第２半導体層３０ｐに寄って形成される。すなわち、配列方向ｘにおいて、分離溝６０の中心６０Ｍは、絶縁層４０の中心４０Ｍよりも、第２半導体層３０ｐの中心３０ｐＭに近く形成される。このような位置合わせを行うことにより、配列方向ｘにおける絶縁層４０の幅を短くしても、ｎ型の半導体層である第１半導体層２０ｎにレーザー又はエッチング液による損傷が生じることがない。これにより、絶縁層４０の幅を短く設計することができるため、第１半導体層２０ｎ下で発生した少数キャリアが、絶縁層４０下を経由して第２半導体層３０ｐまで移動する距離を短くできる。従って、少数キャリアの再結合による効率低下を低減させることができる。
【００５４】
工程Ｓ４４は、収集電極５５を形成する工程である。スクリーン印刷法により、導電性ペーストを透明電極５２上に塗布する。その後、導電性ペーストを焼成することによって収集電極５５形成する。メッキ法により、透明電極５２上に、収集電極５５形成しても良い。これにより、図４に示される太陽電池１Ｂが形成される。
（４）作用・効果
本発明の実施形態に係る太陽電池１によれば、端点３９から第２絶縁層端部４５ｂまでの配列方向ｘに沿った長さＬｐは、端点３９から第１絶縁層端部４５ａまでの配列方向ｘに沿った長さＬｎよりも短い。これによって、半導体基板１０ｎ内の第１半導体層２０ｎ付近で生成した少数キャリアは、第２電極５０ｐへと移動する際に、絶縁層４０で覆われた第２半導体層３０ｐと半導体基板１０ｎとの接合付近を通過する長さが短くなる。従って、配列方向ｘにおける絶縁層４０の幅が同一の太陽電池と比べた場合、太陽電池１の方が、第２半導体層３０ｐ下での少数キャリアが第２電極５０ｐに到達するまでの距離が短くなり、少数キャリアの再結合を減少させることができる。
【００５５】
本発明の実施形態に係る太陽電池１によれば、端点３９から第２絶縁層端部４５ｂまでの配列方向ｘに沿った長さＬｐは、０．１ｍｍ以内である。長さＬｐが０．１ｍｍ以内であれば、再結合する少数キャリアの数も少ないため、変換効率の向上が図られる。
【００５６】
本発明の実施形態に係る太陽電池１Ｂによれば、第２絶縁層端部４５ｂと第１半導体層端部２７とが並んでいる。また、第２絶縁層端部４５ｂと第１半導体層端部２７とは配列方向ｘにおいて、同一位置にある。少数キャリアは、絶縁層４０で覆われた第２半導体層３０ｐと半導体基板１０ｎとの接合付近を通過せずに、第２電極５０ｐへと移動できる。
【００５７】
本発明の実施形態に係る太陽電池１Ｂによれば、配列方向ｘにおいて、分離溝６０の中心６０Ｍは、絶縁層４０の中心４０Ｍよりも、ｐ型半導体である第２半導体層３０ｐの中心３０ｐＭに近い。このため、絶縁層４０の幅が短くても、ｎ型の半導体層である第１半導体層２０ｎに、分離溝６０の形成による損傷が生じることがない。絶縁層４０の幅を短くすることにより、第１半導体層２０ｎ下で発生した少数キャリアが、第２電極５０ｐに到達するまでの距離が短くなる。従って、少数キャリアの再結合による損失を減少させることができる。
【００５８】
本発明の実施形態に係る太陽電池１の製造方法によれば、第１半導体層形成工程Ｓ１、絶縁層形成工程Ｓ２、第２半導体層形成工程Ｓ３の順に行われ、第２半導体層形成工程Ｓ３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Ｓ３１と、絶縁層４０が除去されることにより露出した第１半導体層２０ｎを除去する工程Ｓ３２と、第１半導体層２０ｎが除去されることにより露出した半導体基板１０ｎ上に第２半導体層３０ｐを形成する工程Ｓ３３とを有する。これによって、絶縁層４０を第１半導体層２０ｎの保護膜として用いることができる。その結果、第２絶縁層端部と第１半導体層端部とが並んで形成される。また、第２絶縁層端部４５ｂと第１半導体層端部２７とは配列方向ｘにおいて、同一位置となるように形成される。
【００５９】
本発明の実施形態に係る太陽電池１Ｂの製造方法によれば、分離溝形成工程Ｓ４３では、配列方向ｘにおいて、分離溝６０の中心６０Ｍは、絶縁層４０の中心４０Ｍよりも、第２半導体層３０ｐの中心３０ｐＭに近く形成される。これによって、ｎ型の半導体層である第１半導体層２０ｎが表面に露出することがないため、エッチング液などによる損傷を受けない。また、分離溝６０をレーザーで形成する場合も、レーザーによる損傷を生じることはない。従って、絶縁層４０の幅を短く設計することができるため、絶縁層４０の下の第１半導体層２０ｎと半導体基板１０ｎとの接続部分を小さくできる。従って、少数キャリアが第１半導体層２０ｎ下を移動する距離を短くできる。また、絶縁層４０の幅が短くなるにつれ、半導体基板１０ｎ上に形成された第１半導体層２０ｎ上に形成される第１電極５０ｎ（透明電極層５２ｎ）の配列方向ｘにおける幅を長くできる。これによって、電流の抵抗損失を減少できる。
（５）その他の実施形態
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。
【００６０】
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ｎ型であったが、必ずしもそうである必要はない。図１３に示されるように、ｐ型の半導体基板１０ｐを用いても良い。この場合、少数キャリアは電子となる。このため、太陽電池１Ｃでは、端点３９から第２絶縁層端部４５ａまでの配列方向ｘに沿った長さＬｐは、端点３９から第１絶縁層端部４５ｂまでの配列方向ｘに沿った長さＬｎよりも長い。図１３において、第２絶縁層端部４５ｂと第１半導体層端部２７とが並んでいる。また、第２絶縁層端部４５ｂと第１半導体層端部２７とは配列方向ｘにおいて、同一位置にある。
【００６１】
太陽電池１Ｃにおいても、配列方向ｘにおいて、分離溝６０の中心６０Ｍは、絶縁層４０の中心４０Ｍよりも、ｐ型半導体層である第１半導体層の配列方向ｘにおける中心２０ｐＭに近い。
【００６２】
本発明の実施形態に係る太陽電池１では、分離溝６０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に設けられていたが、位置合わせのずれにより、図１４に示すように、分離溝６０の一部が、裏面１２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に設けられていても良い。第２絶縁層端部４５ｂ及び第１半導体層端部２７を覆う第２半導体層３０ｐの厚さが薄い場合は、透明電極層５２ｐと第１半導体層２０ｎとの距離が近くなるため、短絡を生じる可能性が考えられる。分離溝６０の一部である分離溝６５が形成されることにより、そのような短絡を生じる可能性が減少する。分離溝６５の形成により、裏面１２上に形成された第２半導体層３０ｐに損傷を生じるものの、ｐ型の半導体層の損傷によるダメージは、ｎ型の半導体層の損傷によるダメージと比べて、充分小さい。従って、短絡を防ぐため、分離溝６５が、裏面１２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に設けられていても良い。
【００６３】
このように、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】
【００６４】
１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１００…太陽電池、１０ｎ，１０ｐ…半導体基板、１２…裏面、２０ｎ，２０ｐ，１２０…第１半導体層、２２ｉ…ｉ型半導体結晶層、２５ｎ…ｎ型半導体結晶層、２５ｐ…ｐ型半導体結晶層、２７…第１半導体層端部、３０ｎ，３０ｐ…第２半導体層、３２ｉ…ｉ型半導体結晶層、３５ｎ…ｎ型半導体結晶層，３５ｐ…ｐ型半導体結晶層、３７…第２半導体層端部、３９…端点、４０…絶縁層、４５ａ…第１絶縁層端部、４５ｂ…第２絶縁層端部、５０ｎ，５０ｐ…第１電極，第２電極、５２ｎ，５２ｐ…透明電極層、５５ｎ，５５ｐ…収集電極、６０，６５…分離溝、７０ｎ，７０ｐ…接続電極
【図１】
0005906393.tif 000002
【図２】
0005906393.tif 000003
【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】
0005906393.tif 000008
【図８】
0005906393.tif 000009
【図９】
0005906393.tif 000010
【図１０】
0005906393.tif 000011
【図１１】
0005906393.tif 000012
【図１２】
0005906393.tif 000013
【図１３】
0005906393.tif 000014
【図１４】
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