(57)【要約】【課題】光電変換効率が高い太陽電池の製造方法を提供する。【解決手段】半導体基板１０の第１の主面１０ｂの一部分の上に位置しており、ｐ型半導体及びｎ型半導体のうちの一方からなる第１の半導体層１６と、第１の電極１７とを形成する。第１の半導体層１６及び第１の電極１７を覆う一方、第１の主面１０ｂのうちの第１の半導体層１６により覆われていない部分の少なくとも一部を露出させるように絶縁層１８を形成する。絶縁層１８が形成された半導体基板１０の第１の主面１０ｂを洗浄する。露出部１０ｂ１の上に位置しており、ｐ型半導体及びｎ型半導体のうちの他方からなる第２の半導体層２１と、第２の電極２２とを形成する。絶縁層形成工程は、絶縁層１８の少なくとも最外層が水素を含まないように形成されたアモルファスシリコン層１８ｂとなるように絶縁層１８の形成を行う工程である。【選択図】図２
2011204832.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１及び第２の主面を有する半導体基板を用意する工程と、
前記半導体基板の前記第１の主面の一部分の上に位置しており、ｐ型半導体及びｎ型半導体のうちの一方からなる第１の半導体層と、前記第１の半導体層の上に位置している第１の電極とを形成する第１の接合形成工程と、
前記第１の半導体層及び前記第１の電極を覆う一方、前記第１の主面のうちの前記第１の半導体層により覆われていない部分の少なくとも一部を露出させるように絶縁層を形成する絶縁層形成工程と、
前記絶縁層が形成された前記半導体基板の前記第１の主面を洗浄する洗浄工程と、
前記洗浄工程後に、前記半導体基板の前記第１の主面の前記露出部の上に位置しており、ｐ型半導体及びｎ型半導体のうちの他方からなる第２の半導体層と、前記第２の半導体層の上に位置している第２の電極とを形成する第２の接合形成工程と、
を備え、
前記絶縁層形成工程は、前記絶縁層の少なくとも最外層が水素を含まないように形成されたアモルファスシリコン層となるように前記絶縁層の形成を行う工程である、太陽電池の製造方法。
【請求項２】
前記絶縁層形成工程において、前記アモルファスシリコン層を蒸着法により形成する、請求項１に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項３】
前記絶縁層は、前記アモルファスシリコン層からなる、請求項１または２に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項４】
前記絶縁層の最外層以外の部分は、酸化シリコン及び窒化シリコンの少なくとも一方からなる、請求項１または２に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項５】
前記洗浄工程は、フッ酸により洗浄する工程を含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項６】
前記第１の接合形成工程において、前記半導体基板と前記第１の半導体層との間に真性半導体からなる第３の半導体層をさらに形成し、
前記第２の接合形成工程において、前記半導体基板と前記第２の半導体層との間に真性半導体からなる第４の半導体層をさらに形成する、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。
【請求項７】
前記第２の接合形成工程において、前記第２の半導体層及び第２の電極を、前記第１の主面を覆うように形成する、請求項１〜６のいずれか一項に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項８】
第１及び第２の主面を有する半導体基板と、
前記半導体基板の前記第１の主面の一部分の上に形成されており、ｐ型半導体及びｎ型半導体のうちの一方からなる第１の半導体層と、
前記第１の半導体層の上に形成されている第１の電極と、
前記第１の半導体層と前記第１の電極とを覆う一方、前記第１の主面のうちの前記第１の半導体層により覆われていない部分の少なくとも一部を露出させるように形成されている絶縁層と、
前記半導体基板の前記第１の主面の前記露出部の上に形成されており、ｐ型半導体及びｎ型半導体のうちの他方からなる第２の半導体層と、
前記第２の半導体層の上に形成されている第２の電極と、
を備え、
前記絶縁層の少なくとも最外層は、水素を含まないように形成されたアモルファスシリコン層により構成されている、太陽電池。
【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及び太陽電池に関する。特には、本発明は、裏面接合型太陽電池の製造方法及び太陽電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、太陽電池の裏面側に半導体接合が形成されており、受光面側には半導体接合が形成されていない所謂裏面接合型太陽電池が知られている（例えば、下記の特許文献１，２及び非特許文献１）。この裏面接合型太陽電池では、受光面側に電極を設ける必要がない。このため、裏面接合型太陽電池では、光の受光効率を高めることができる。従って、より高い発電効率を実現し得る。また、配線材による太陽電池の接続を裏面側のみで行える。このため、幅の広い配線材を用いることができる。従って、複数の太陽電池を、配線材を用いて配線することによる電圧降下を抑制することができる。
【０００３】
ところで、例えばこの裏面接合型太陽電池において、ＢＳＦ（Ｂａｃｋ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｆｉｅｌｄ）構造を採用しようとすると、半導体基板の裏面側に、異なる種類の半導体接合を形成する必要がある。具体的には、例えば、ｎ型の半導体基板の裏面に、ｐ型半導体層と、ｎ型半導体層とを、相互に絶縁して形成する必要がある。このため、ｐ型半導体層とｎ型半導体層とのうちの一方を、絶縁層で覆うことが検討されている。例えば、下記の非特許文献１には、この絶縁層を、酸化シリコン層やアルミナ層により構成することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１１８６９号公報
【特許文献２】特開平９−１７２１９６号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Ｒ．  Ｓｔａｎｇｌ  ｅｔ  ａｌ，  Ｓｏｌａｒ  Ｅｎｅｒｇｙ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  ＆  Ｓｏｌａｒ  ｃｅｌｌｓ  ９３  （２００９）  １９００−１９０３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ｎ型半導体層とｐ型半導体層とを絶縁する絶縁層には、絶縁性が高いことが求められる。このため、ｎ型半導体層とｐ型半導体層とを絶縁する絶縁層は、上記非特許文献１にも記載のように、高い絶縁性を有する酸化シリコン層やアルミナ層などの酸化物層により構成することが好ましいものと考えられていた。
【０００７】
しかしながら、本発明者は、鋭意研究の結果、ｎ型半導体層とｐ型半導体層とを絶縁する絶縁層として、酸化シリコン層やアルミナ層などの酸化物層を用いた場合、太陽電池の光電変換効率が低くなる場合があることを見出した。
【０００８】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、光電変換効率が高い太陽電池の製造方法及び光電変換効率が高い太陽電池を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者は、鋭意研究の結果、ｎ型半導体層とｐ型半導体層とを絶縁する絶縁層として酸化物層を用いた場合に光電変換効率が低くなる原因が、酸化物層の上に半導体層を形成する前に半導体基板の表面を洗浄する工程において、酸化物層から不純物が発生し、半導体基板の表面が汚染されることにあることを見出した。その結果、本発明者は、本発明を成すに至った。
【００１０】
すなわち、本発明に係る太陽電池の製造方法は、第１及び第２の主面を有する半導体基板を用意する工程と、第１の接合形成工程と、絶縁層形成工程と、洗浄工程と、第２の接合形成工程とを備えている。第１の接合形成工程は、半導体基板の第１の主面の一部分の上に位置しており、ｐ型半導体及びｎ型半導体のうちの一方からなる第１の半導体層と、第１の半導体層の上に位置している第１の電極とを形成する工程である。絶縁層形成工程は、第１の半導体層及び第１の電極を覆う一方、第１の主面のうちの第１の半導体層により覆われていない部分の少なくとも一部を露出させるように絶縁層を形成する工程である。洗浄工程は、絶縁層が形成された半導体基板の第１の主面を洗浄する工程である。第２の接合形成工程は、洗浄工程後に、半導体基板の第１の主面の露出部の上に位置しており、ｐ型半導体及びｎ型半導体のうちの他方からなる第２の半導体層と、第２の半導体層の上に位置している第２の電極とを形成する工程である。絶縁層形成工程は、絶縁層の少なくとも最外層が水素を含まないアモルファスシリコン層となるように絶縁層の形成を行う工程である。
【００１１】
本発明において、「アモルファスシリコン層」とは、アモルファスシリコンからなる層のことである。本発明において、「アモルファスシリコン」には、微結晶シリコンが含まれる物とする。「微結晶シリコン」とは、アモルファスシリコン中に析出しているシリコン結晶の平均粒子径が１ｎｍ〜５０ｎｍ以下であるシリコンをいう。
【００１２】
本発明では、絶縁層形成工程において、アモルファスシリコン層を蒸着法により形成することが好ましい。蒸着法の具体例としては、例えば、電子ビーム蒸着法、抵抗加熱蒸着法及びスパッタリング法等が挙げられる。
【００１３】
本発明において、絶縁層は、アモルファスシリコン層からなるものであってもよい。
【００１４】
本発明において、絶縁層の最外層以外の部分は、酸化シリコン及び窒化シリコンの少なくとも一方からなるものであってもよい。
【００１５】
本発明において、洗浄工程は、フッ酸により洗浄する工程を含むことが好ましい。
【００１６】
本発明において、第１の接合形成工程において、半導体基板と第１の半導体層との間に真性半導体からなる第３の半導体層をさらに形成し、第２の接合形成工程において、半導体基板と第２の半導体層との間に真性半導体からなる第４の半導体層をさらに形成することが好ましい。
【００１７】
本発明において、「真性半導体（ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ  ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）」とは、ドーピング用の不純物を実質的に含まないように形成された半導体をいう。
【００１８】
本発明において、第２の接合形成工程において、第２の半導体層及び第２の電極を、第１の主面を覆うように形成することが好ましい。
【００１９】
本発明に係る太陽電池は、半導体基板と、第１の半導体層と、第１の電極と、絶縁層と、第２の半導体層と、第２の電極とを備えている。半導体基板は、第１及び第２の主面を有する。第１の半導体層は、半導体基板の第１の主面の一部分の上に形成されている。第１の半導体層は、ｐ型半導体及びｎ型半導体のうちの一方からなる。第１の電極は、第１の半導体層の上に形成されている。絶縁層は、第１の半導体層と第１の電極とを覆う一方、第１の主面のうちの第１の半導体層により覆われていない部分の少なくとも一部を露出させるように形成されている。第２の半導体層は、半導体基板の第１の主面の露出部の上に形成されている。第２の半導体層は、ｐ型半導体及びｎ型半導体のうちの他方からなる。第２の電極は、第２の半導体層の上に形成されている。絶縁層の少なくとも最外層は、水素を含まないように形成されたアモルファスシリコン層により構成されている。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、光電変換効率が高い太陽電池の製造方法及び光電変換効率が高い太陽電池が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】第１の実施形態に係る太陽電池の裏面の略図的平面図である。
【図２】図１の線ＩＩ−ＩＩにおける略図的断面図である。
【図３】第１の実施形態における太陽電池の製造工程を表すフローチャートである。
【図４】第１の実施形態における絶縁膜の成膜工程を表す略図的断面図である。
【図５】第１の実施形態における絶縁膜のパターニング工程を表す略図的断面図である。
【図６】第２の実施形態に係る太陽電池の略図的断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明を実施した好ましい形態について、図１に示す太陽電池１を例に挙げて説明する。但し、太陽電池１は、単なる例示である。本発明は、太陽電池１に何ら限定されない。
【００２３】
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。
【００２４】
《第１の実施形態》
（太陽電池１の構成）
図１は、第１の実施形態に係る太陽電池の裏面の略図的平面図である。図２は、第１の実施形態に係る太陽電池の略図的断面図である。まず、図１及び図２を参照しながら本実施形態に係る太陽電池１の構成について説明する。
【００２５】
本実施形態に係る太陽電池１は、ＢＳＦ（Ｂａｃｋ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｆｉｅｌｄ）構造とＨＩＴ（登録商標）構造とを有する太陽電池である。なお、本実施形態の太陽電池１単体では、十分に大きな出力が得られない場合は、太陽電池１は、複数の太陽電池１が配線材により接続された太陽電池モジュールとして利用されることもある。
【００２６】
図２に示すように、太陽電池１は、半導体基板１０を備えている。半導体基板１０は、第２の主面としての受光面１０ａと、第１の主面としての裏面１０ｂとを有する。半導体基板１０は、受光面１０ａにおいて、光１１を受光することによってキャリアを生成する。ここで、キャリアとは、光が半導体基板１０に吸収されることにより生成する正孔及び電子のことである。
【００２７】
半導体基板１０は、ｎ型またはｐ型の導電性を有する。半導体基板１０は、例えば、結晶系半導体材料や、化合物半導体材料などによって形成されている。化合物半導体材料の具体例としては、例えば、ＧａＡｓやＩｎＰなどが挙げられる。結晶系半導体材料の具体例としては、例えば、単結晶シリコンや、多結晶シリコンなどの結晶シリコンが挙げられる。以下、本実施形態では、半導体基板１０は、ｎ型の結晶シリコンからなる場合について説明する。
【００２８】
半導体基板１０の受光面１０ａの上には、真性な非晶質半導体（以下、真性な半導体を「ｉ型半導体」とする。）からなるｉ型非晶質半導体層１２が形成されている。ｉ型非晶質半導体層１２の上には、半導体基板１０と同じ導電型を有するｎ型非晶質半導体層１３が形成されている。ｎ型非晶質半導体層１３の上に、光の反射を抑制する反射抑制膜（図示せず）が形成されていてもよい。
【００２９】
一方、半導体基板１０の裏面１０ｂ側には、図１にも示すように、複数のＩＰ積層体１４が、半導体基板１０の裏面１０ｂの一部分の上に形成されている。具体的には、複数のＩＰ積層体１４は、裏面１０ｂ上に、所定の間隔を隔てて相互に平行にストライプ状に形成されている。
【００３０】
図２に示すように、複数のＩＰ積層体１４のそれぞれは、ｉ型非晶質半導体層１５と、第１の半導体層としてのｐ型非晶質半導体層１６との積層体により構成されている。
【００３１】
複数のｉ型非晶質半導体層１５は、半導体基板１０の裏面１０ｂの上に、相互に平行にストライプ状に形成されている。ｉ型非晶質半導体層１５は、半導体基板１０とヘテロ接合している。ｉ型非晶質半導体層１５は、非晶質の真性半導体からなる層である。具体的には、本実施形態では、ｉ型非晶質半導体層１５は、ｉ型のアモルファスシリコンからなる。
【００３２】
ｐ型非晶質半導体層１６は、各ｉ型非晶質半導体層１５の上に形成されている。ｐ型非晶質半導体層１６は、ｉ型非晶質半導体層１５と接触するように形成されている。ｐ型非晶質半導体層１６は、ｐ型のドーパントが添加されており、ｐ型の導電性を有する非晶質半導体層である。具体的には、本実施形態では、ｐ型非晶質半導体層１６は、ｐ型のアモルファスシリコンからなる。
【００３３】
このように、本実施形態では、結晶性の半導体基板１０とｐ型非晶質半導体層１６との間に、実質的に発電に寄与しない程度の厚み（例えば、数Å〜２５０Å程度）のｉ型非晶質半導体層１５が設けられたＨＩＴ構造が構成されている。本実施形態のように、ＨＩＴ構造を採用することにより、半導体基板１０とＩＰ積層体１４との接合界面における少数キャリアの再結合を抑制できるため、開放電圧の向上などの光電変換効率の向上を図ることができる。
【００３４】
複数のｐ型非晶質半導体層１６のそれぞれの上には、第１の電極としてのｐ側電極１７が形成されている。このｐ側電極１７は、ｐ型非晶質半導体層１６に集まる正孔を収集する収集電極である。ｐ側電極１７は、正孔を収集できるものであれば特に限定されない。本実施形態では、ｐ側電極１７は、ＴＣＯ（Ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ  Ｃｏｎｄｕｃｉｎｇ  Ｏｘｉｄｅ）層１７ａと、金属層１７ｂとの積層体により構成されている。ＴＣＯ層１７ａは、ｐ型非晶質半導体層１６の上に形成されている。ＴＣＯ層１７ａは、例えば、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）などの透明導電性酸化物（ＴＣＯ）からなる。金属層１７ｂは、銀やアルミニウムなどの金属や、銀やアルミニウムなどの金属を含む合金からなる。本実施形態では、ＴＣＯ層１７ａがＩＴＯからなり、金属層１７ｂがアルミニウムからなる例について説明する。
【００３５】
ｐ側電極１７の上には、絶縁層１８が形成されている。この絶縁層１８により、ｐ側電極１７と、ＩＰ積層体１４と、半導体基板１０の裏面１０ｂの一部とが被覆されている。半導体基板１０の裏面１０ｂの一部は、絶縁層１８により覆われておらず、露出している。この裏面１０ｂの絶縁層１８から露出している露出部１０ｂ１の上に、後述するＢＳＦ（Ｂａｃｋ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｆｉｅｌｄ）接合が形成される。なお、絶縁層１８の構成については、後に詳述する。
【００３６】
裏面１０ｂの露出部１０ｂ１の上には、ＩＮ積層体１９が形成されている。本実施形態では、ＩＮ積層体１９は、ＩＰ積層体１４の表面上を含んで、裏面１０ｂ上の全面に形成されている。
【００３７】
ＩＮ積層体１９は、ｉ型非晶質半導体層２０と、第２の半導体層としてのｎ型非晶質半導体層２１とを有する。ｉ型非晶質半導体層２０は、露出部１０ｂ１を含む裏面１０ｂの実質的に全体を覆うように形成されている。ｉ型非晶質半導体層２０は、半導体基板１０とヘテロ接合している。ｉ型非晶質半導体層２０は、ｉ型非晶質半導体層１５と同様に、非晶質の真性半導体からなる層である。具体的には、本実施形態では、ｉ型非晶質半導体層２０は、ｉ型のアモルファスシリコンからなる。
【００３８】
ｎ型非晶質半導体層２１は、ｉ型非晶質半導体層２０上を覆うように面状に形成されている。ｎ型非晶質半導体層２１は、ｉ型非晶質半導体層２０と接触するように形成されている。ｎ型非晶質半導体層２１は、ｎ型のドーパントが添加されており、ｎ型の導電性を有する非晶質半導体層である。具体的には、本実施形態では、ｎ型非晶質半導体層２１は、ｎ型のアモルファスシリコンからなる。
【００３９】
ｎ型非晶質半導体層２１の上には、第２の電極としてのｎ側電極２２が面状に形成されている。このｎ側電極２２は、ｎ型非晶質半導体層２１に集まる電子を収集する収集電極である。
【００４０】
このように、本実施形態では、半導体基板１０とｎ側電極２２との間に、ｉ型非晶質半導体層２０とｎ型非晶質半導体層２１とが設けられたＢＳＦ構造が構成されている。このため、裏面１０ｂにおける少数キャリアの再結合を効果的に抑制することができる。
【００４１】
ｎ側電極２２は、電子を収集できるものであれば特に限定されない。本実施形態では、ｎ側電極２２は、ＴＣＯ層２２ａと、金属層２２ｂとにより構成されている。ＴＣＯ層２２ａは、ＴＣＯ層１７ａと同様に、例えば、ＩＴＯなどの透明導電性酸化物（ＴＣＯ）からなる。金属層２２ｂは、金属層１７ｂと同様に、銀やアルミニウムなどの金属や、銀やアルミニウムなどの金属を含む合金からなる。本実施形態では、ＴＣＯ層２２ａがＩＴＯからなり、金属層２２ｂが銀からなる例について説明する。
【００４２】
（絶縁層１８の構成）
次に、主として図２を参照しながら、本実施形態における絶縁層１８の構成について説明する。
【００４３】
図２に示すように、本実施形態では、絶縁層１８は、第１の絶縁層１８ａと、第２の絶縁層１８ｂとを有する。第１の絶縁層１８ａは、ｐ側電極１７と、ＩＰ積層体１４と、半導体基板１０の裏面１０ｂの一部とを覆うように形成されている。第２の絶縁層１８ｂは、第１の絶縁層１８ａの上に形成されている。第１の絶縁層１８ａの端部を除く実質的に全体は、第２の絶縁層１８ｂにより被覆されている。
【００４４】
絶縁層１８の最外層を構成している第２の絶縁層１８ｂは、第１の半導体層としてのｐ型非晶質半導体層１６と、第２の半導体層としてのｎ型非晶質半導体層２１とのそれぞれよりも高い電気抵抗を有する非晶質半導体層により構成されている。具体的には、本実施形態では、第２の絶縁層１８ｂは、水素が添加されずに形成されたモルファスシリコン層により構成されている。
【００４５】
第２の絶縁層１８ｂの内側に位置する第１の絶縁層１８ａの材質は、絶縁性を有するものである限りにおいて特に限定されない。第１の絶縁層１８ａは、例えば、ＳｉＯ２などの酸化シリコンに代表される酸化物、ＳｉＮなどの窒化シリコンに代表される窒化物、ＳｉＣなどの炭化シリコンに代表される炭化物、高抵抗の結晶シリコンやアモルファスシリコンなどのシリコン、絶縁性を有する有機材料などにより形成することができる。絶縁性を有する有機材料の具体例としては、例えば、ポリイミドなどのイミド系樹脂、テフロン（登録商標）などのフッ素樹脂、ポリカーボネート、液晶ポリマーなどが挙げられる。これらの中でも、酸化ケイ素及び窒化ケイ素が第１の絶縁層１８ａの材料として好ましい。
【００４６】
なお、絶縁層１８の厚さは、ｐ型非晶質半導体層１６とｎ型非晶質半導体層２１とを十分に絶縁できる程度であれば特に限定されず、絶縁層１８の材質などに応じて適宜設定することができる。絶縁層１８の厚さは、例えば、２０ｎｍ〜１００μｍ程度であることが好ましく、５０ｎｍ〜５μｍであることがより好ましい。第１の絶縁層１８ａの厚さは、例えば、２０ｎｍ〜１００μｍ程度であることが好ましく、５０ｎｍ〜５μｍであることがより好ましい。第２の絶縁層１８ｂの厚さは、例えば、１０ｎｍ〜１０００ｎｍ程度であることが好ましく、２０ｎｍ〜２００ｎｍであることがより好ましい。
【００４７】
（太陽電池１の製造方法）
図３は、太陽電池１の製造工程を表すフローチャートである。図４及び図５は、太陽電池１の製造工程を説明するための略図的断面図である。次に、図２〜図５を参照しながら、本実施形態に係る太陽電池１の製造方法の一例について説明する。
【００４８】
まず、図３に示すように、ステップＳ１において、半導体基板１０を準備する。詳細には、本実施形態では、受光面１０ａ側にｉ型非晶質半導体層１２とｎ型非晶質半導体層１３とが形成されている半導体基板１０を準備する。なお、ｉ型非晶質半導体層１２及びｎ型非晶質半導体層１３は、例えば、プラズマＣＶＤ法等のＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法等により形成することができる。
【００４９】
次に、ステップＳ２において、ＨＩＴ構造を形成する第１の接合形成工程を行う。このステップＳ２においては、ｉ型非晶質半導体層１５と、第１の半導体層としてのｐ型非晶質半導体層１６と、第１の電極としてのｐ側電極１７とを形成する。具体的には、まず、ステップＳ２−１において、半導体基板１０の裏面１０ｂの上にメタルマスク（図示せず）を配置した状態で、ｉ型非晶質半導体層１５を形成する。次に、ステップＳ２−２において、上記メタルマスクの上から、ｐ型非晶質半導体層１６を形成する。さらに、ステップＳ２−３において、上記メタルマスクの上から、ｐ側電極１７を形成する。詳細には、まず、ＩＴＯからなるＴＣＯ層１７ａを形成する。その後、アルミニウムからなる金属層１７ｂを形成する。なお、ｉ型非晶質半導体層１５及びｐ型非晶質半導体層１６は、例えば、ＣＶＤ法などにより形成することができる。ＴＣＯ層１７ａは、例えば、スパッタリング法により形成することができる。金属層１７ｂは、例えば、スパッタリング法や真空蒸着法により形成することができる。
【００５０】
次に、ステップＳ３において、絶縁層１８を、ｐ型非晶質半導体層１６及びｐ側電極１７を覆う一方、裏面１０ｂのうちのｐ型非晶質半導体層１６により覆われていない部分の少なくとも一部を露出させるように形成する（絶縁層形成工程）。また、このステップＳ３の絶縁層形成工程においては、絶縁層１８の少なくとも最外層が水素を含まないように形成されたアモルファスシリコン層となるように絶縁層１８の形成を行う。
【００５１】
本実施形態では、詳細には、まず、ステップＳ３−１において、図４に示すように、裏面１０ｂの上に、第１の絶縁層１８ａを形成するための絶縁膜２３ａを面状に形成する。絶縁膜２３ａの形成方法は、絶縁膜２３ａの種類によって適宜選択することができる。例えば、絶縁膜２３ａが酸化ケイ素である場合は、スパッタリング法などにより形成することができる。
【００５２】
次に、ステップＳ３−２において、絶縁膜２３ａの上に、第２の絶縁層１８ｂを形成するためのアモルファスシリコン膜２３ｂを形成する。このアモルファスシリコン膜２３ｂは、電子ビーム蒸着法や抵抗加熱蒸着法及びスパッタリング法などの蒸着法により、水素を含まない雰囲気中で行うことが好ましい。比較的膜厚が厚く、水素を含まずに緻密なアモルファスシリコン膜２３ｂを短時間に形成することができるためである。
【００５３】
最後に、ステップＳ３−３において、絶縁膜２３ａとアモルファスシリコン膜２３ｂとをパターニングすることにより、図４に示すように、第１及び第２の絶縁層１８ａ、１８ｂからなる絶縁層１８を形成することができる。
【００５４】
なお、絶縁膜２３ａとアモルファスシリコン膜２３ｂとのパターニングは、例えば、レジスト膜を利用した化学エッチングにより行うことができる。詳細には、例えば、パターニングしようとする形状に対応した形状のレジスト膜をアモルファスシリコン膜２３ｂの上に配置し、その上から、フッ硝酸などのエッチング液を用いてエッチングし、最後に、水酸化ナトリウム水溶液などを用いてレジストを除去することによって、絶縁膜２３ａとアモルファスシリコン膜２３ｂとのパターニングを行うことができる。
【００５５】
次に、図３に示すステップＳ４において、絶縁層１８が形成された半導体基板１０の裏面１０ｂを洗浄する洗浄工程を行う。このステップＳ４の洗浄工程は、フッ酸により洗浄する工程を含むことが好ましい。そうすることにより、半導体基板１０の裏面１０ｂ上の酸化膜等を効果的に除去することができる。
【００５６】
具体的には、本実施形態では、ステップＳ４において、まず、ＲＣＡ洗浄法による洗浄を行った後に、フッ酸による洗浄が行われる。なお、ＲＣＡ洗浄法とは、化学的洗浄法の一種であり、過酸化水素と水酸化アンモニウムとを含むアルカリ性水溶液による洗浄（ＳＣ１洗浄）を行った後に、塩酸と過酸化水素とを含む酸性水溶液による洗浄（ＳＣ２洗浄）を行う洗浄法である。ＳＣ１洗浄において、有機物汚染が除去され、ＳＣ２洗浄において、アルカリイオンやＡｌ３＋やＦｅ３＋等といった陽イオンが除去される。
【００５７】
次に、ステップＳ５において、ＢＳＦ構造を形成する第２の接合形成工程を行う。このステップＳ５においては、ｉ型非晶質半導体層２０と、第２の半導体層としてのｎ型非晶質半導体層２１と、第２の電極としてのｎ側電極２２とを形成する。具体的には、まず、ステップＳ５−１において、ＣＶＤ法などによりｉ型非晶質半導体層２０を、裏面１０ｂを覆うように面状に形成する。次に、ステップＳ５−２において、ＣＶＤ法などによりｎ型非晶質半導体層２１を、裏面１０ｂを覆うように面状に形成する。そして、ステップＳ５−３において、ｎ側電極２２を形成する。詳細には、まず、スパッタリング法などによりＩＴＯからなるＴＣＯ層２２ａを形成する。その後、スパッタリング法や真空蒸着法などにより銀からなる金属層２２ｂを形成する。以上により、図１及び図２に示す太陽電池１を完成させることができる。
【００５８】
ところで、例えば、上記非特許文献１に記載のように、絶縁層を、酸化物層により構成した場合、洗浄工程において絶縁層から発生した不純物が半導体基板の裏面に付着する。従って、半導体基板の裏面が汚染されてしまうため、ｉ型非晶質半導体層２０とｎ型非晶質半導体層２１とを好適に形成することができなくなる。その結果、得られる太陽電池の光電変換効率が低くなってしまうという問題が発生する。また、絶縁膜が酸化シリコン層からなる場合は、絶縁層がフッ酸に溶解するため、フッ酸を用いて半導体基板を洗浄することが困難であり、プロセス条件の大幅な制約を受ける。半導体基板の洗浄にフッ酸を用いたとしても、絶縁層の厚みが薄くなりすぎないように、低濃度のフッ酸しか用いることができず、洗浄時間も短くする必要がある。このため、裏面１０ｂの清浄度を十分に高めることが困難である。
【００５９】
それに対して、本実施形態では、絶縁層１８の最外層を構成している第２の絶縁層１８ｂが、水素を含まない雰囲気で形成された、水素を含まないアモルファスシリコン層により構成されている。このため、図３に示すステップＳ４の洗浄工程において、絶縁層１８から半導体基板１０の裏面１０ｂを汚染するような物質が発生しにくい。また、アモルファスシリコン層は、フッ酸に溶解しにくい。このため、本実施形態では、フッ酸を用いた洗浄を十分に行うことができる。具体的には、洗浄に適した濃度のフッ酸を用いて、十分な時間、洗浄を行うことができる。よって、洗浄工程において、半導体基板１０の裏面１０ｂの清浄度を十分に高くすることができる。従って、ｉ型非晶質半導体層２０及びｎ型非晶質半導体層２１を好適に形成することができる。その結果、光電変換効率が高い太陽電池１を製造することができる。なお、絶縁層１８に埋め込まれたｐ側電極１７から、外部に電流を取り出すために、以下の処理をさらに行ってもよい。すなわち、ｐ側電極１７から外部へ電流の取り出しを行おうとする部分については、メタルマスク等を用いて、ＩＮ積層体１９、ｎ側電極２２（共に、図６を参照）の形成を行わないようにしてもよい。そして、ＩＮ積層体１９とｎ側電極２２の形成後に、電流取り出しを行うｐ側電極１７上の絶縁層（アモルファスシリコン層、水素を含む窒化ケイ素層など）を、加工部以外をレジスト膜で保護した上で、水酸化ナトリウム及びフッ化水素を用いて除去する。これらの工程により、絶縁膜によって覆われたｐ側電極１７の一部を露出させて外部に電流を取り出すことが可能となる。
【００６０】
なお、本実施形態では、第１の絶縁層１８ａは、第２の絶縁層１８ｂにより完全に覆われている訳ではない。第１の絶縁層１８ａの一部は、第２の絶縁層１８ｂから露出している。しかしながら、第１の絶縁層１８ａの大部分が第２の絶縁層１８ｂにより被覆されているため、汚染物が発生しにくい。従って、光電変換効率が高い太陽電池１を製造することができる。
【００６１】
また、第１の絶縁層１８ａが、例えば、酸化シリコン層や窒化シリコン層などにより形成されている場合は、たとえ第１の絶縁層１８ａからの溶出物が発生したとしても、例えば、第１の絶縁層１８ａが有機材料などからなる場合と比較して、溶出物に起因する接合特性の低下は少ない。よって、裏面１０ｂの露出部１０ｂ１が汚染されにくい。従って、光電変換効率がより高い太陽電池１を製造することができる。
【００６２】
もっとも、光電変換効率がより高い太陽電池１を製造するためには、第１の絶縁層１８ａは、第２の絶縁層１８ｂにより完全に覆われていることが好ましい。なお、第１の絶縁層１８ａが第２の絶縁層１８ｂにより完全に覆われた太陽電池を製造する方法としては、例えば、絶縁膜２３ａをパターニングした後に、アモルファスシリコン膜２３ｂを形成すると共にパターニングする方法が挙げられる。
【００６３】
また、本実施形態では、ｉ型非晶質半導体層１５、ｐ型非晶質半導体層１６及びｐ側電極１７が絶縁層１８で覆われているため、ｉ型非晶質半導体層２０、ｎ型非晶質半導体層２１及びｎ側電極２２を、面状に形成することができ、パターニングする必要がない。従って、太陽電池１を容易に製造することができる。
【００６４】
以下、本発明を実施した好ましい形態の他の例について説明する。なお、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。また、下記の第２の実施形態において、図１は、上記第１の実施形態と共通に参照する。
【００６５】
《第２の実施形態》
図６は、第２の実施形態に係る太陽電池の略図的断面図である。
【００６６】
図６に示すように、本実施形態の太陽電池２は、上記第１の実施形態の太陽電池１と、絶縁層１８の構成においてのみ異なる。
【００６７】
すなわち、本実施形態の太陽電池２は、受光面１０ａ及び裏面１０ｂを有する半導体基板１０を備えている。半導体基板１０の裏面１０ｂの一部分の上には、ｉ型非晶質半導体層１５と、第１の半導体層としてのｐ型非晶質半導体層１６との積層体が形成されている。ｐ型非晶質半導体層１６の上には、第１の電極としてのｐ側電極１７が形成されている。絶縁層１８は、ｐ型非晶質半導体層１６とｐ側電極１７とを覆う一方、裏面１０ｂのうちのｐ型非晶質半導体層１６により覆われていない部分の少なくとも一部を露出させるように形成されている。絶縁層１８が形成された半導体基板１０の裏面１０ｂの露出部１０ｂ１の上には、ｉ型非晶質半導体層２０と、第２の半導体層としてのｎ型非晶質半導体層２１との積層体が形成されている。ｎ型非晶質半導体層２１の上には、第２の電極としてのｎ側電極２２が形成されている。
【００６８】
そして、本実施形態では、絶縁層１８が、水素を含まないように形成されたアモルファスシリコン層により構成されている。
【００６９】
本実施形態の太陽電池２は、例えば、図３に示すステップＳ３を除いては、上記第１の実施形態において説明したステップＳ１〜ステップＳ５と同様の手順により製造することができる。ここでは、ステップＳ１、ステップＳ２及びステップＳ４〜Ｓ５の説明は、上記第１の実施形態における説明を援用し、本実施形態におけるステップＳ３のみについて説明する。
【００７０】
ステップＳ３においては、まず、裏面１０ｂの上に、絶縁層１８を形成するためのアモルファスシリコン膜を、例えば、電子ビーム蒸着法や抵抗加熱蒸着法などの蒸着法により、水素を含まない雰囲気中で形成する。そして、そのアモルファスシリコン膜を、化学エッチングによりパターニングすることにより、水素を含まないように形成されたアモルファスシリコン層からなる絶縁層１８を形成することができる。
【００７１】
本実施形態においては、絶縁層１８が、水素を含まないように形成されたアモルファスシリコン層のみからなり、絶縁層１８に酸化シリコンやアルミナなど半導体基板１０の裏面１０ｂの汚染原因となる物質が含まれていない。このため、半導体基板１０の裏面１０ｂが汚染されることをより効果的に抑制することができる。従って、光電変換効率がより高い太陽電池２を製造することができる。
【００７２】
なお、本実施形態のように、絶縁層１８が、水素を含まないように形成されたアモルファスシリコン層からなる場合は、絶縁層１８の厚さは、例えば、２０ｎｍ〜２μｍ程度であることが好ましく、２０ｎｍ〜５００ｎｍであることがより好ましい。
【００７３】
《その他の実施形態》
上記第１の実施形態では、絶縁層１８により覆われている第１の半導体層がｐ型非晶質半導体層であり、絶縁層１８の上に位置する第２の半導体層がｎ型非晶質半導体層であ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、絶縁層１８により覆われている第１の半導体層がｎ型非晶質半導体層であり、絶縁層１８の上に位置する第２の半導体層がｐ型非晶質半導体層であってもよい。
【００７４】
上記第１の実施形態では、第１の半導体層としてのｐ型非晶質半導体層１６及び第２の半導体層としてのｎ型非晶質半導体層２１と、半導体基板１０との間のそれぞれにｉ型非晶質半導体層１５，２０が形成されている場合について説明した。但し、本発明は、この構成に限定されない。例えば、ｉ型非晶質半導体層１５，２０のうちの少なくとも一方が設けられていなくてもよい。本発明に係る太陽電池は、例えば、ｉ型非晶質半導体層１５が設けられておらず、ＨＩＴ構造を有さないものであってもよい。
【００７５】
上記第１の実施形態では、第１の電極としてのｐ側電極１７と、第２の電極としてのｎ側電極２２とのそれぞれが、ＴＣＯ膜と、金属膜との積層体により形成されて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。第１及び第２の電極のそれぞれは、例えば、ＴＣＯ膜のみにより構成されていてもよいし、金属膜や合金膜のみにより構成されていてもよい。
【００７６】
上記第１の実施形態では、図１に示すように、複数のｐ側電極１７がフィンガーのみにより構成されており、バスバーが設けられていない場合について説明した。但し、本発明は、この構成に限定されない。本発明において、第１の電極は、例えば、バスバーと、バスバーに接続されている複数のフィンガーとを有するものであってもよい。
【００７７】
上記第１の実施形態では、第１の絶縁層１８ａが、ｉ型非晶質半導体層１５及びｐ型非晶質半導体層１６の上面と共に側面を覆って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、絶縁層が、第１の絶縁層と、第１の絶縁層の上に形成されており、水素を含まないように形成されたアモルファスシリコン層からなる第２の絶縁層とを有する場合、第１の絶縁層を、第１の半導体層の上面の上のみに形成してもよい。
【００７８】
このように、本発明は、ここで記載していない様々な実施形態等を含むことは勿論である。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。
【００７９】
以下、本発明について、実施例を挙げて具体的に説明する。
【００８０】
《実施例１》
本実施例１では、ｐ型非晶質半導体層１６とｎ型非晶質半導体層２１との位置が入れ替わっていること以外は、上記第１の実施形態に係る太陽電池１と同様の構成を有する太陽電池を以下の要領で作製した。
【００８１】
まず、（１００）方位のｎ型結晶シリコン基板（抵抗率：１Ωｍ、２５ｍｍ角、厚さ：２００μｍ）を用意した。
【００８２】
次に、ｎ型結晶シリコン基板の上に、メタルマスクを配置し、ＣＶＤ法により、ｎ型結晶シリコン基板の裏面の一部分の上にｉ型のアモルファスシリコン膜からなるｉ型非晶質半導体層と、ｎ型のアモルファスシリコン膜からなるｎ型非晶質半導体層とをストライプ状に形成した。さらに、スパッタリング法により、厚さ１００ｎｍのＩＴＯ膜と、厚さ３μｍのアルミニウム膜との積層体からなる第１の電極を形成した。
【００８３】
次に、ｎ型結晶シリコン基板の裏面の全面に、厚さ５００ｎｍの酸化シリコン膜をスパッタリング法を用いて形成した後に、さらに、厚さ１００ｎｍの、水素を含まないノンドープアモルファスシリコン層を電子ビーム蒸着法により形成した。これにより、酸化シリコン膜と、水素を含まないノンドープアモルファスシリコン層との積層体からなる絶縁膜を形成した。
【００８４】
次に、ｎ型結晶シリコン基板の裏面のうち、ｐ型非晶質半導体層を形成する部分の上に位置している絶縁膜をレジスト膜を利用した化学エッチングにより除去した。具体的には、まず、ｎ型結晶シリコン基板の上に、所望の形状のレジスト膜を配置した。そして、レジスト膜の上から、フッ硝酸を用いて絶縁膜をエッチングした。最後に、１重量％の水酸化ナトリウム水溶液を用いてレジスト膜を除去することにより、絶縁膜のパターニングを行った。
【００８５】
次に、ｎ型結晶シリコン基板の裏面を、エタノールを用いて有機物の洗浄を行った後にＲＣＡ洗浄を行い、最後に、１重量％の濃度のフッ酸を用いて１分間洗浄した。
【００８６】
次に、ＣＶＤ法を用いて、ｎ型結晶シリコン基板の裏面の露出部を含む全面に、厚さ１０ｎｍのｉ型非晶質半導体層と、厚さ１０ｎｍのｐ型非晶質半導体層とを積層した。その後、スパッタリング法を用いて、厚さ１００ｎｍのＩＴＯ膜と、厚さ２０μｍの銀膜とからなる積層体を第２の電極として形成することにより、実施例１に係る太陽電池を１０枚作成した。
【００８７】
《比較例１》
比較例１では、絶縁層として、酸化シリコン膜と、水素を含まないノンドープアモルファスシリコン層との積層体を形成する代わりに、スパッタリング法を用いて厚さ６００ｎｍのアルミニウム膜を形成し、次いで陽極酸化処理を行うことにより、厚さ１００ｎｍのアルミナ層を形成したこと以外は、上記実施例１と同様にして太陽電池を１０枚作成した。
【００８８】
《実施例２》
実施例２では、絶縁膜の一部を構成する酸化シリコン層が第１の電極の上のみに形成し、第１の半導体層及び第１の電極の側面が酸化シリコン層により覆われないようにしたことを除いては、上記実施例１と同様にして太陽電池を１０枚作成した。
【００８９】
具体的には、本実施例においては、酸化シリコン層を面状に形成した後に、上記実施例１に記載の方法によりパターニングした後にアモルファスシリコン膜を形成した。
【００９０】
《比較例２》
比較例２では、絶縁膜を厚さ５００ｎｍの酸化シリコン膜のみで構成し、かつ絶縁膜のパターニングまでをメタルマスクを用いて行った。また、ＲＣＡ洗浄は行わず、１質量％のフッ酸水で１０秒間洗浄したこと以外は、上記実施例２と同様にして太陽電池を１０枚作成した。
【００９１】
《評価》
上記実施例１，２及び比較例１，２のそれぞれにおいて作成した太陽電池１０枚（セル有効面積：４ｃｍ２）について、開放電圧（Ｖｏｃ）、短絡電流密度（Ｊｓｃ）、曲線因子（Ｆ．Ｆ．）及び光電変換効率を測定し、実施例１，２及び比較例１，２における１０枚の平均値を求めた。結果を、下記の表１に示す。
【００９２】
【表１】
2011204832.tif 000003
【００９３】
上記表１に示すように、実施例１，２の方が、比較例１，２よりも光電変換効率が高かった。また、酸化シリコン層が、水素を含まないように形成されたアモルファスシリコン層により完全に覆われている実施例２の方が、酸化シリコン層が、水素を含まないように形成されたアモルファスシリコン層により完全に覆われていない実施例１よりも光電変換効率が高かった。また、比較例１，２のうち、絶縁層にアルミナを用いている比較例１が特に開放電圧が低く、接合特性が低いことが分かった。比較例２は、絶縁膜に酸化シリコンのみを用いていたため、洗浄条件が制限され、特性が実施例１，２と比較して劣っていた。
【００９４】
これらの結果から、本発明に従い、絶縁膜の最外層を、水素を含まないように形成されたアモルファスシリコン層により構成することにより、高い光電変換効率を有する太陽電池が得られることが分かる。また、酸化シリコン層のアモルファスシリコン層からの露出面積を小さくするほど、高い光電変換効率が得られることが分かる。
【符号の説明】
【００９５】
１，２…太陽電池
１０…半導体基板
１０ａ…太陽電池の受光面
１０ｂ…太陽電池の裏面
１０ｂ１…太陽電池の裏面の露出部
１１…光
１２…ｉ型非晶質半導体層
１３…ｎ型非晶質半導体層
１４…ＩＰ積層体
１５…ｉ型非晶質半導体層
１６…ｐ型非晶質半導体層
１７…ｐ側電極
１７ａ…ＴＣＯ層
１７ｂ…金属層
１８…絶縁層
１８ａ…第１の絶縁層
１８ｂ…第２の絶縁層
１９…ＩＮ積層体
２０…ｉ型非晶質半導体層
２１…ｎ型非晶質半導体層
２２…ｎ側電極
２２ａ…ＴＣＯ層
２２ｂ…金属層
２３ａ…絶縁膜
２３ｂ…アモルファスシリコン膜
【図１】
2011204832.tif 000004
【図２】
2011204832.tif 000005
【図３】
2011204832.tif 000006
【図４】
2011204832.tif 000007
【図５】
2011204832.tif 000008
【図６】
2011204832.tif 000009