(57)【要約】  改善された光電変換効率を有する太陽電池を製造し得る方法を提供する。  基板１１の一主面１１ａの少なくとも一部をアルカリ水溶液で処理して一主面の少なくとも一部をエッチングまたは洗浄する。アルカリ水溶液による処理を行う前に、基板１１の他主面１１ｂの少なくとも一部の上にホウ素を含むｐ型半導体層２２ｐを成膜する。
2013133006.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
結晶半導体材料からなる基板を有する太陽電池の製造方法であって、
前記基板の一主面の少なくとも一部をアルカリ水溶液で処理して前記一主面の少なくとも一部をエッチングまたは洗浄する工程と、
前記アルカリ水溶液による処理を行う前に、前記基板の他主面の少なくとも一部の上にホウ素を含むｐ型半導体層を成膜する工程と、
を備える、太陽電池の製造方法。
【請求項２】
前記基板の他主面の上に半導体接合を形成する、請求項１に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項３】
前記ｐ型半導体層を用いて前記半導体接合を形成する、請求項２に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項４】
前記ｐ型半導体層を除去した後に、新たな半導体層を形成することにより前記半導体接合を形成する、請求項２に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項５】
前記新たな半導体層はホウ素を含む半導体層であり、
前記新たな半導体層におけるホウ素の濃度が前記ｐ型半導体層におけるホウ素の濃度よりも低い、請求項４に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項６】
前記アルカリ水溶液により前記基板の一主面の少なくとも一部を異方性エッチングする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の太陽電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ヘテロ接合型太陽電池（例えば特許文献１を参照）の光電変換効率をさらに向上したいという要望が高まってきている。光電変換効率を向上するひとつの方法としては、受光効率を向上させる方法が挙げられる。受光効率を向上する方法としては、裏面にヘテロ接合を設けた裏面接合型の太陽電池とすることが検討されている。また、受光面にテクスチャ構造と呼ばれる凹凸構造を設けることにより受光面への入射効率を向上させることも検討されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−２９４８３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一般的に、テクスチャ構造は、アルカリ性水溶液をエッチング液として用いて、半導体材料からなる基板の表面を異方性エッチングすることにより形成される。裏面接合型の太陽電池の製造に際し、受光面にテクスチャ構造を形成する場合は、半導体接合面となる主面を保護しておく必要がある。【０００５】
また、例えばアルカリ性の水溶液を用いた洗浄工程を行う場合にも、半導体接合面となる主面を保護しておく必要がある。【０００６】
しかしながら、上記のようなアルカリ性のエッチング液を用いた処理工程に適した保護膜に関しては十分に検討されていないのが実情である。アルカリ性のエッチング液を用いた処理工程において、半導体材料からなる基板を好適に保護し、改善された光電変換効率を有する太陽電池を製造し得る方法が望まれている。【０００７】
本発明は、改善された光電変換効率を有する太陽電池を製造し得る方法を提供することを主な目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る太陽電池の製造方法は、結晶半導体材料からなる基板を有する太陽電池の製造方法に関する。本発明に係る太陽電池の製造方法では、基板の一主面の少なくとも一部をアルカリ水溶液で処理して一主面の少なくとも一部をエッチングまたは洗浄する。アルカリ水溶液による処理を行う前に、基板の他主面の少なくとも一部の上にホウ素を含むｐ型半導体層を成膜する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、改善された光電変換効率を有する太陽電池を製造し得る方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、第１の実施形態において製造する太陽電池の略図的裏面図である。
【図２】図２は、図１の線ＩＩ−ＩＩ部分の略図的断面図である。
【図３】図３は、第１の実施形態における太陽電池の製造工程を説明するための略図的断面図である。
【図４】図４は、第２の実施形態における太陽電池の製造工程を説明するための略図的断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明を実施した好ましい形態の一例について説明する。但し、下記の実施形態は、単なる例示である。本発明は、下記の実施形態に何ら限定されない。
【００１２】
また、実施形態等において参照する各図面において、実質的に同一の機能を有する部材は同一の符号で参照することとする。また、実施形態等において参照する図面は、模式的に記載されたものであり、図面に描画された物体の寸法の比率などは、現実の物体の寸法の比率などとは異なる場合がある。図面相互間においても、物体の寸法比率等が異なる場合がある。具体的な物体の寸法比率等は、以下の説明を参酌して判断されるべきである。
【００１３】
＜第１の実施形態＞
（太陽電池１の構成）
まず、図１及び図２を参照しながら、本実施形態において製造される太陽電池１の構成について説明する。
【００１４】
図２に示されるように、太陽電池１は、光電変換部１０を有する。光電変換部１０は、受光した際に電子や正孔などのキャリアを発生させるものである。光電変換部１０は、第１及び第２の主面１０ａ、１０ｂを有する。第１の主面１０ａは、受光面を構成している。一方、第２の主面１０ｂは、裏面を構成している。ここで、「受光面」とは、主として受光する主面をいい、「裏面」は、受光面とは反対側の主面をいう。なお、太陽電池１は、受光面を構成している第１の主面１０ａにおいて受光した際にのみ発電するものであってもよいし、第１の主面１０ａにおいて受光した際のみならず、第２の主面１０ｂにおいて受光した際にも発電する両面受光型の太陽電池であってもよい。
【００１５】
光電変換部１０は、結晶半導体材料からなる基板１１を有する。基板１１は、一の導電型を有している。具体的には、本実施形態では、基板１１は、ｎ型の結晶性シリコンにより構成されている。ここで、「結晶性シリコン」には、単結晶シリコンと、多結晶シリコンとが含まれるものとする。
【００１６】
基板１１は、第１及び第２の主面１１ａ、１１ｂを有する。基板１１は、第１の主面１１ａが第１の主面１０ａ側を向き、第２の主面１１ｂが第２の主面１０ｂ側を向くように配されている。
【００１７】
第１の主面１１ａには、テクスチャ構造が設けられている。一方、第２の主面１１ｂには、テクスチャ構造は設けられていない。第２の主面１１ｂは、第１の主面１１ａよりも小さな表面粗さを有する。第２の主面１１ｂは、実質的に平坦である。
【００１８】
なお、「テクスチャ構造」とは、表面反射を抑制し、光電変換部の光吸収量を増大させるために形成されている凹凸構造のことをいう。テクスチャ構造の具体例としては、（１００）面を有する単結晶シリコン基板の表面に異方性エッチングを施すことによって得られるピラミッド状（四角錐状や、四角錐台状）の凹凸構造が挙げられる。
【００１９】
第１の主面１１ａの上には、基板１１と同じ導電型であるｎ型の半導体層１７ｎが配されている。この半導体層１７ｎの表面によって、光電変換部１０の第１の主面１０ａが構成されている。ｎ型半導体層１７ｎは、例えば、ｎ型ドーパントを含むアモルファスシリコンにより構成することができる。なお、ｎ型半導体層１７ｎの厚みは、２ｎｍ〜５０ｎｍであることが好ましく、５ｎｍ〜３０ｎｍであることがより好ましい。
【００２０】
ｎ型半導体層１７ｎと基板１１との間には、実質的に真性なｉ型の半導体層１７ｉが配されている。ｉ型半導体層１７ｉは、例えば、実質的に真性なｉ型アモルファスシリコンにより構成することができる。ｉ型半導体層１７ｉの厚みは、例えば数Å〜２５０Å程度の発電に実質的に寄与しない程度の厚みであることが好ましい。
【００２１】
ｎ型半導体層１７ｎの上には、反射抑制層１６が配されている。反射抑制層１６は、光電変換部１０の第１の主面１０ａにおける光の反射を抑制し、光電変換部１０への光の入射効率を高める機能を有する。反射抑制層１６は、例えば、酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素により構成することができる。反射抑制層１６の厚みは、例えば、８０ｎｍ〜１μｍ程度であることが好ましい。
【００２２】
基板１１の第２の主面１１ｂの上には、裏面である第２の主面１０ｂを構成している半導体層１２ｎ、１３ｐが配されている。これら半導体層１２ｎ、１３ｐによって主面１１ｂ側に半導体接合が構成されている。半導体層１２ｎは、第２の主面１１ｂの一部を覆うように配されており、半導体層１３ｐは、第２の主面１１ｂの他の一部を覆うように配されている。本実施形態では、これら半導体層１２ｎ、１３ｐにより第２の主面１１ｂの実質的に全体が覆われている。
【００２３】
半導体層１２ｎは、基板１１と同じ導電型であるｎ型を有する。半導体層１２ｎは、例えば、ｎ型ドーパントを含むアモルファスシリコンにより構成することができる。半導体層１２ｎの厚みは、２ｎｍ〜５０ｎｍであることが好ましく、４ｎｍ〜３０ｎｍであることがより好ましい。
【００２４】
半導体層１２ｎと基板１１との間には、実質的に真性なｉ型の半導体層１２ｉが配されている。半導体層１２ｉは、例えば、実質的に真性なｉ型アモルファスシリコンにより構成することができる。半導体層１２ｉの厚みは、例えば数Å〜２５０Å程度の発電に実質的に寄与しない程度の厚みであることが好ましい。
【００２５】
半導体層１３ｐは、基板１１と異なる導電型であるｐ型を有する。半導体層１３ｐは、例えば、ｐ型ドーパントとしてのホウ素を含むアモルファスシリコンにより構成することができる。半導体層１３ｐにおけるホウ素の濃度は、高い程好ましく、例えば、ジボラン（Ｂ２Ｈ６）／シラン（ＳｉＨ４）の流量比を０．０９以上として形成したものであることが好ましい。半導体層１３ｐの厚みは、１ｎｍ〜４０ｎｍであることが好ましく、２ｎｍ〜２０ｎｍであることがより好ましい。
【００２６】
半導体層１３ｐと基板１１との間には、実質的に真性なｉ型の半導体層１３ｉが配されている。半導体層１３ｉは、例えば、実質的に真性なｉ型アモルファスシリコンにより構成することができる。半導体層１３ｉの厚みは、例えば数Å〜２５０Å程度の発電に実質的に寄与しない程度の厚みであることが好ましい。
【００２７】
半導体層１２ｎの一部と半導体層１３ｐの一部とは、ｚ軸方向（厚み方向）において重なっている。具体的には、半導体層１２ｎのｘ軸方向における両端部の上に、半導体層１３ｐのｘ軸方向における両端部が位置している。このｚ軸方向において重なっている半導体層１２ｎの一部と半導体層１３ｐの一部との間には、絶縁層１８が配されている。
【００２８】
絶縁層１８は、半導体層１２ｎの上に配されている。具体的には、絶縁層１８は、半導体層１２ｎのｘ軸方向における両端部の上に配されている。絶縁層１８は、半導体層１２ｎのｘ軸方向における中央部に設けられない。
【００２９】
絶縁層１８は、例えば、酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素、酸化チタン、酸化タンタルなどにより構成することができる。絶縁層１８の厚みは、例えば、１０ｎｍ〜５００ｎｍであることが好ましく、２０ｎｍ〜２００ｎｍであることがより好ましい。
【００３０】
半導体層１２ｎの上には、ｎ側電極１４が配されている。ｎ側電極１４は、半導体層１２ｎに電気的に接続されている。一方、半導体層１３ｐの上には、ｐ側電極１５が配されている。ｐ側電極１５は、半導体層１３ｐに電気的に接続されている。
【００３１】
電極１４，１５は、例えば、Ｃｕ，Ａｇなどの金属、それらの金属のうちの一種以上を含む合金などにより形成することができる。また、電極１４，１５は、例えば、ＩＴＯ（インジウム錫酸化物）などのＴＣＯ（Ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ  Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ  Ｏｘｉｄｅ：透光性導電酸化物）などにより形成することもできる。電極１４，１５は、上記金属、合金またはＴＣＯからなる複数の導電層の積層体により構成されていてもよい。
【００３２】
（太陽電池１の製造方法）
次に、図３を主として参照しながら、太陽電池１の製造方法の一例について説明する。
【００３３】
まず、基板１１を用意する。次に、基板１１の第２の主面１１ｂの上にｉ型半導体層とｎ型半導体層と絶縁層とを順次形成し、パターニングすることによりｉ型半導体層１２ｉ、ｎ型半導体層１２ｎ及び絶縁層１８を構成するための絶縁層２３を形成する。
【００３４】
なお、各半導体層及び絶縁層の形成方法は特に限定されない。半導体層及び絶縁層は、それぞれ、例えば、プラズマＣＶＤ法などのＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、スパッタリング法などの薄膜形成法により形成することができる。
【００３５】
次に、基板１１の主面１１ｂの上に、絶縁層２３の上を含めて主面１１ｂの実質的に全体を覆うように、ｉ型半導体層１３ｉを構成するためのｉ型半導体層２１ｉと、ｐ型半導体層１３ｐを構成するためのｐ型半導体層２２ｐとを順次形成する。半導体層２１ｉ、２２ｐは、それぞれ、例えば、プラズマＣＶＤ法などのＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、スパッタリング法などの薄膜形成法により形成することができる。
【００３６】
具体的には、例えば、ｐ型半導体層２２ｐは、ＳｉＨ４ガスとＢ２Ｈ６ガスとＨ２ガスとを含む混合ガスを用いてＣＶＤ法により形成することができる。
【００３７】
次に、主面１１ａの上に、テクスチャ構造を形成する。具体的には、主面１１ａの少なくとも一部（典型的には実質的に全体）をアルカリ水溶液で処理することにより主面１１ａの少なくとも一部を異方性エッチングすることにより、テクスチャ構造を形成する。異方性エッチングに適したアルカリ水溶液としては、例えば、水酸化ナトリウム水溶液や水酸化カリウム水溶液などのアルカリ金属水酸化物の水溶液等が挙げられる。
【００３８】
主面１１ａにテクスチャ構造を形成した後に、半導体層１７ｉ、１７ｎ、反射抑制層１６の形成、半導体層２１ｉ、２２ｐからの半導体層１３ｉ、１３ｐの形成、絶縁層２３からの絶縁層１８の形成、電極１４，１５の形成を適宜行うことにより太陽電池１を完成させることができる。
【００３９】
本実施形態では、アルカリ水溶液を用いた異方性エッチングを行う前に、基板１１の主面１１ｂの少なくとも一部の上に、ホウ素を含むｐ型半導体層２２ｐを形成しておく。このｐ型半導体層２２ｐは、アルカリ水溶液に対する耐性が高い。即ち、ｐ型半導体層２２ｐは、アルカリ水溶液に溶解しにくい。このため、ｐ型半導体層２２ｐが保護膜として機能し、アルカリ水溶液による主面１１ｂの損傷や、浸食、変性を抑制することができる。従って、改善された光電変換効率を有する太陽電池１を製造することが可能となる。
【００４０】
なお、アルカリ水溶液を用いる場合の保護膜を窒化ケイ素により構成することも考えられる。しかしながら、窒化ケイ素膜にはピンホールが生じやすい。従って、窒化ケイ素膜では基板の主面を確実に保護することが困難である。
【００４１】
それに対してｐ型半導体層２２ｐであれば、薄く形成した場合であっても、ピンホールが生じ難い。即ち、ピンホールの発生が抑制された薄いｐ型半導体層２２ｐを容易に形成することができる。従って、アルカリ水溶液から主面１１ｂを好適に保護することができる。
【００４２】
また、ｐ型半導体層２２ｐは、窒化ケイ素膜と比べて、膜質や膜厚の制御が容易である。
【００４３】
また、窒化ケイ素膜は、エッチングによる除去が困難である。一方、ｐ型半導体層２２ｐであれば、フッ硝酸等を用いることにより、必要に応じて、容易に除去することも可能である。
【００４４】
なお、本実施形態では、異方性エッチングに用いられるアルカリ水溶液に対する保護膜としてホウ素を含むｐ型半導体層２２ｐを用いる例について説明した。但し、本発明は、これに限定されない。例えば、太陽電池の製造工程における洗浄に用いられるアルカリ水溶液に対する保護膜としても、ｐ型半導体層を好適に用いることができる。
【００４５】
保護膜としてｐ型半導体層は、非晶質であってもよいし、微結晶であってもよい。即ち、本発明において、ｐ型半導体層は、非晶質であってもよいし、微結晶を含む非晶質であってもよい。
【００４６】
また、本実施形態では、裏面接合型の太陽電池１の製造におけるアルカリ水溶液の処理時にｐ型半導体層２２ｐを保護膜として用いる例について説明した。但し、本発明は、この構成に限定されない。例えば、結晶半導体材料からなる基板の一主面側にｐ／ｉ／ｎ半導体接合が設けられており、他主面側にｎ／ｉ／ｎ半導体接合が設けられた太陽電池の製造におけるアルカリ水溶液の処理時においても同様に、ｐ型半導体層がアルカリ水溶液に対する保護膜として好適に使用される。すなわち、本発明において、太陽電池は、結晶半導体材料からなる基板を有するものである限りにおいて特に限定されない。
【００４７】
以下、本発明の好ましい実施形態の他の例について説明する。以下の説明において、上記第１の実施形態と実質的に共通の機能を有する部材を共通の符号で参照し、説明を省略する。
【００４８】
＜第２の実施形態＞
第１の実施形態では、ｐ型半導体層１３ｐを構成するためのｐ型半導体層２２ｐをアルカリ水溶液に対する保護膜として用いる例について説明した。すなわち、第１の実施形態では、アルカリ水溶液に対する保護膜として用いたｐ型半導体層２２ｐを、半導体接合を形成しているｐ型半導体層１３ｐとして用いる例について説明した。但し、本発明は、これに限定されない。
【００４９】
例えば、図４に示されるように、ｉ型半導体層２４ｉとｐ型半導体層２５ｐとを主面１１ｂ上に形成し、これら半導体層２４ｉ、２５ｐをアルカリ水溶液に対する保護膜として用い、半導体層２４ｉ、２５ｐを除去した後に、半導体層２１ｉ、２２ｐを改めて形成してもよい。この場合、半導体層２１ｉ、２２ｐのアルカリ水溶液による損傷や変性を抑制することができる。また、半導体接合に用いられる半導体層２２ｐであれば、所望される太陽電池の性能等に応じて半導体層２２ｐにおけるホウ素の濃度が決定されるが、半導体層２５ｐであれば、そのような設計上の制約がない。従って、半導体層２５ｐにおけるホウ素の濃度を、アルカリ水溶液に対する保護膜としてより適した範囲に設定することが可能となる。例えば、半導体層２５ｐにおけるホウ素の濃度をｐ型半導体層１３ｐにおけるホウ素の濃度よりも高くすることにより、半導体層２５ｐのアルカリ水溶液に対する耐性を半導体層１３ｐのアルカリ水溶液に対する耐性よりも高くすることができる。従って、さらに改善された光電変換効率を有する太陽電池の製造が可能となる。
【００５０】
なお、第２の実施形態においては、アルカリ水溶液に対する保護膜として、ホウ素を含むｐ型半導体層２５ｐと共に、実質的に真性なｉ型半導体層２４ｉを形成する例について説明した。但し、本発明は、これに限定されない。ｐ型半導体層２５ｐのみを保護膜として形成してもよい。
【符号の説明】
【００５１】
１…太陽電池
１０…光電変換部
１０ａ…第１の主面
１０ｂ…第２の主面
１１…基板
１１ａ…第１の主面
１１ｂ…第２の主面
１２ｉ…ｉ型半導体層
１２ｎ…ｎ型半導体層
１３ｉ…ｉ型半導体層
１３ｐ…ｐ型半導体層
１４…ｎ側電極
１５…ｐ側電極
１６…反射抑制層
１７ｉ…ｉ型半導体層
１７ｎ…ｎ型半導体層
１８…絶縁層
２１ｉ…ｉ型半導体層
２２ｐ…ｐ型半導体層
２３…絶縁層
２４ｉ…ｉ型半導体層
２５ｐ…ｐ型半導体層
【図１】
2013133006.tif 000003
【図２】
2013133006.tif 000004
【図３】
2013133006.tif 000005
【図４】
2013133006.tif 000006
【国際調査報告】
2013133006.tif 000007
2013133006.tif 000008