(57)【要約】【課題】本願明細書に開示される技術は、高い光閉じ込め効果を得るとともに、広い波長域において光の利用効率を高めるための技術を提供することを目的とするものである。【解決手段】本願明細書に開示される技術に関する太陽電池は、第１の導電型の半導体基板（１１）の上面に形成される凸形状である、複数のワイヤー（１２）と、複数のワイヤーの間の間隙（１４）内に充填される絶縁層（１６）と、絶縁層中に設けられる蛍光体粒子（１５）と、ワイヤーの上面に形成される、第２の導電型の半導体層（１９）と、絶縁層の上面および半導体層の上面を覆って形成される第１の透明導電膜（２０）とを備えるものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の導電型の半導体基板の上面に形成される凸形状である、複数のワイヤーと、
複数の前記ワイヤーの間の間隙内に充填される絶縁層と、
前記絶縁層中に設けられる蛍光体粒子と、
前記ワイヤーの上面に形成される、第２の導電型の半導体層と、
前記絶縁層の上面および前記半導体層の上面を覆って形成される第１の透明導電膜とを備える、
太陽電池。
【請求項２】
前記蛍光体粒子は、光の波長を変換可能な粒子であり、
前記蛍光体粒子で波長が変換された後の光の波長が、前記ワイヤーと前記半導体層とで形成されるＰＮ接合で吸収される光の波長である、
請求項１に記載の太陽電池。
【請求項３】
前記蛍光体粒子が、
アルミニウム（Ａｌ）、マグネシウム（Ｍｇ）、バリウム（Ｂａ）、ヒ素（Ａｓ）、ランタン（Ｌａ）、リチウム（Ｌｉ）、カリウム（Ｋ）、ナトリウム（Ｎａ）、チタン（Ｔｉ）、クロム（Ｃｒ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、イットリウム（Ｙ）、カルシウム（Ｃａ）、ニオブ（Ｎｂ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、バナジウム（Ｖ）、シリコン（Ｓｉ）、銅（Ｃｕ）、亜鉛（Ｚｎ）、タングステン（Ｗ）、ガリウム（Ｇａ）、ボロン（Ｂ）、リン（Ｐ）、塩素（Ｃｌ）、臭素（Ｂｒ）、銀（Ａｇ）、マンガン（Ｍｎ）、ビスマス（Ｂｉ）、セリウム（Ｃｅ）、テルビウム（Ｔｂ）、ガドリニウム（Ｇｄ）およびユウロピウム（Ｅｕ）のうちの少なくとも１つによって構成され、かつ、その酸化物、硫化物、フッ化物および窒化物のうちの少なくとも１つによる化合物で構成される、
請求項１または請求項２に記載の太陽電池。
【請求項４】
前記半導体基板および複数の前記ワイヤーが、単結晶シリコン半導体で構成され、
絶縁層が、シリコン酸化物、酸化アルミニウムまたはシリコン窒化物で構成される、
請求項１から請求項３のうちのいずれか１項に記載の太陽電池。
【請求項５】
複数の前記ワイヤーは、円柱形状または多角柱形状である、
請求項１から請求項４のうちのいずれか１項に記載の太陽電池。
【請求項６】
複数の前記ワイヤーの上面の高さが等しい、
請求項１から請求項５のうちのいずれか１項に記載の太陽電池。
【請求項７】
前記半導体層は、非晶質シリコンで構成される、
請求項１から請求項６のうちのいずれか１項に記載の太陽電池。
【請求項８】
前記半導体層は、前記絶縁層の上面には形成されない、
請求項１から請求項７のうちのいずれか１項に記載の太陽電池。
【請求項９】
複数の前記ワイヤーは、互いに繋がりつつ、アレイ状に配置される、
請求項１から請求項８のうちのいずれか１項に記載の太陽電池。
【請求項１０】
前記ワイヤーの上面と前記絶縁層の上面との高さが等しい、
請求項１から請求項９のうちのいずれか１項に記載の太陽電池。
【請求項１１】
前記半導体層は、前記ワイヤーの表層に拡散される拡散層である、
請求項１から請求項１０のうちのいずれか１項に記載の太陽電池。
【請求項１２】
前記半導体層は、前記間隙内の側部および底部を覆って形成され、
前記間隙内の前記半導体層を覆って形成される第２の透明導電膜をさらに備える、
請求項１から請求項１１のうちのいずれか１項に記載の太陽電池。
【請求項１３】
前記間隙内の側部および底部を覆って形成される絶縁膜をさらに備える、
請求項１から請求項１１のうちのいずれか１項に記載の太陽電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願明細書に開示される技術は、ワイヤー構造が形成された太陽電池に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
太陽光発電装置（すなわち、太陽電池）において、太陽光を効率よく吸収させるために、太陽光の反射を抑制して吸収波長の損失を最小限にすることが重要である。
【０００３】
このために、太陽電池の受光面を凹凸形状の構造としたり、または、太陽電池の受光面に反射防止膜などの膜を形成したりすることによって、入射された太陽光の反射を抑制して、太陽電池の受光面を形成する基板中または受光面における膜中に光を閉じ込める手法が一般的に利用されている。
【０００４】
受光面における凹凸形状の構造の形成手法としては、界面活性剤を含むアルカリ溶液に基板を浸すことによって基板の表面にテクスチャ構造を形成させる手法があるが、光閉じ込め効果を高めるためには、受光面をアスペクト比の高い多数のワイヤー状に加工することが望ましい。
【０００５】
特にワイヤー構造においては、ワイヤーの直径を微小化し、かつ、ワイヤーの間隔を短くすることによって、ワイヤー密度が密になる。そのため、光閉じ込め効果を高めることができる。
【０００６】
さらに、ワイヤー構造においては、ワイヤーの直径を数ｎｍまで微小化し、かつ、隣り合うワイヤーの間隔をナノオーダーにまで短くすることによって、量子サイズ効果によるバンドギャップ変調を利用することができる。
【０００７】
ワイヤー構造を利用する太陽電池素子として、たとえば、特許文献１および特許文献２には、微小サイズのワイヤーが基板に形成され、さらに、半導体層またはエミッタ層がワイヤーに形成される構造が開示されている。半導体層またはエミッタ層がワイヤーに形成されることによって、ワイヤーにＰＮ接合が形成される。
【０００８】
特許文献１および特許文献２では、ワイヤー構造によって生じる光閉じ込め効果に加えて、太陽光の乱反射を利用するために、複数の粒子がワイヤーの表面に配置されている。
【０００９】
特に、特許文献１では、ワイヤーの表面に金属材料の粒子が配置され、また、ワイヤー間には透明電極が充填されている。また、特許文献２では、粒子として導電性を有するシリカ粒子を利用することによって、ワイヤー内部で生成されたキャリアを上部電極に輸送している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２０１３−０１６７８７号公報
【特許文献２】特開２０１１−２４３７１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
一方で、太陽電池は、波長４００ｎｍ以下の光に対して光電変換効率が低く、近紫外領域の光を効率よく電気に変換することができない。特に、基板の表面にワイヤーが形成される場合、基板をエッチングする際にダメージ層が形成される。短波長側の太陽光は基板の表面付近で吸収されるため、当該ダメージ層の影響を受けやすい。
【００１２】
特許文献１および特許文献２に記載されたワイヤー構造を利用する太陽電池では、高い光閉じ込め効果が得られている。しかしながら、太陽光の収集効率をさらに高めるためには、当該効果に加えて、近紫外領域の光を有効利用する必要がある。
【００１３】
本願明細書に開示される技術は、以上に記載されたような問題を解決するためになされたものであり、高い光閉じ込め効果を得るとともに、広い波長域において光の利用効率を高めるための技術を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本願明細書に開示される技術の第１の態様は、第１の導電型の半導体基板の上面に形成される凸形状である、複数のワイヤーと、複数の前記ワイヤーの間の間隙内に充填される絶縁層と、前記絶縁層中に設けられる蛍光体粒子と、前記ワイヤーの上面に形成される、第２の導電型の半導体層と、前記絶縁層の上面および前記半導体層の上面を覆って形成される第１の透明導電膜とを備える。
【発明の効果】
【００１５】
本願明細書に開示される技術の第１の態様は、第１の導電型の半導体基板の上面に形成される凸形状である、複数のワイヤーと、複数の前記ワイヤーの間の間隙内に充填される絶縁層と、前記絶縁層中に設けられる蛍光体粒子と、前記ワイヤーの上面に形成される、第２の導電型の半導体層と、前記絶縁層の上面および前記半導体層の上面を覆って形成される第１の透明導電膜とを備えるものである。このような構成によれば、複数のワイヤーの間の間隙に埋め込まれた蛍光体粒子と絶縁層とによって、光の閉じ込め効果を高めることができる。また、間隙における蛍光体粒子によって、広い波長域において光の利用効率を高めることができる。
【００１６】
本願明細書に開示される技術に関する目的と、特徴と、局面と、利点とは、以下に示される詳細な説明と添付図面とによって、さらに明白となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】実施の形態に関する、ヘテロ接合型のワイヤー構造太陽電池の構成の例を概略的に示す断面図である。
【図２】近紫外領域の波長の光を青色領域の波長の光に変換することができる代表的な蛍光体粒子の例を示す図である。
【図３】近紫外領域の波長の光を緑色領域の波長の光に変換することができる代表的な蛍光体粒子の例を示す図である。
【図４】近紫外領域の波長の光を黄色領域または橙色領域の波長の光に変換することができる代表的な蛍光体粒子の例を示す図である。
【図５】近紫外領域の波長の光を赤色領域の波長の光に変換することができる代表的な蛍光体粒子の例を示す図である。
【図６】可視光領域の波長とエネルギーと色との関係を示す図である。
【図７】実施の形態に関する、太陽電池の製造方法の一例を説明するための図である。
【図８】実施の形態に関する、太陽電池の製造方法の一例を説明するための図である。
【図９】実施の形態に関する、太陽電池の製造方法の一例を説明するための図である。
【図１０】実施の形態に関する、太陽電池の製造方法の一例を説明するための図である。
【図１１】実施の形態に関する、太陽電池の製造方法の一例を説明するための図である。
【図１２】実施の形態に関する、太陽電池の製造方法の一例を説明するための図である。
【図１３】実施の形態に関する、太陽電池の製造方法の一例を説明するための図である。
【図１４】実施の形態に関する、太陽電池の製造方法の一例を説明するための図である。
【図１５】実施の形態に関する、太陽電池の製造方法の一例を説明するための図である。
【図１６】実施の形態に関する、太陽電池に形成するワイヤーのマスクのパターンの例を示す図である。
【図１７】図１６に示されたマスクのマスク部の拡大図である。
【図１８】図１６に示されたマスクの遮光領域の拡大図である。
【図１９】ヘテロ接合型ワイヤー構造太陽電池について、光電変換効率η［％］、開放電圧Ｖｏｃ［Ｖ］、短絡電流Ｉｓｃ［ｍＡ／ｃｍ２］および曲線因子Ｆ．Ｆ．のそれぞれの特性値を示す図である。
【図２０】実施の形態に関する、ヘテロ接合型のワイヤー構造太陽電池の構成の例を概略的に示す断面図である。
【図２１】実施の形態に関する、太陽電池の製造方法の一例を説明するための図である。
【図２２】実施の形態に関する、太陽電池の製造方法の一例を説明するための図である。
【図２３】実施の形態に関する、太陽電池の製造方法の一例を説明するための図である。
【図２４】実施の形態に関する、太陽電池の製造方法の一例を説明するための図である。
【図２５】実施の形態に関する、太陽電池の製造方法の一例を説明するための図である。
【図２６】実施の形態に関する、太陽電池の製造方法の一例を説明するための図である。
【図２７】実施の形態に関する、太陽電池の製造方法の一例を説明するための図である。
【図２８】実施の形態に関する、ヘテロ接合型のワイヤー構造太陽電池の構成の例を概略的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、添付される図面を参照しながら実施の形態について説明する。
【００１９】
なお、図面は概略的に示されるものであり、説明の便宜のため、適宜、構成の省略、または、構成の簡略化がなされるものである。また、異なる図面にそれぞれ示される構成などの大きさおよび位置の相互関係は、必ずしも正確に記載されるものではなく、適宜変更され得るものである。また、断面図ではない平面図などの図面においても、実施の形態の内容を理解することを容易にするために、ハッチングが付される場合がある。
【００２０】
また、以下に示される説明では、同様の構成要素には同じ符号を付して図示し、それらの名称と機能とについても同様のものとする。したがって、それらについての詳細な説明を、重複を避けるために省略する場合がある。
【００２１】
また、以下に記載される説明において、「上」、「下」、「左」、「右」、「側」、「底」、「表」または「裏」などの特定の位置と方向とを意味する用語が用いられる場合があっても、これらの用語は、実施の形態の内容を理解することを容易にするために便宜上用いられるものであり、実際に実施される際の方向とは関係しないものである。
【００２２】
また、以下に記載される説明において、「第１の」、または、「第２の」などの序数が用いられる場合があっても、これらの用語は、実施の形態の内容を理解することを容易にするために便宜上用いられるものであり、これらの序数によって生じ得る順序などに限定されるものではない。
【００２３】
＜第１の実施の形態＞
以下、本実施の形態に関する太陽電池について説明する。
【００２４】
太陽電池は、波長４００ｎｍ以下の光に対して光電変換効率が低く、近紫外領域の光を効率よく電気に変換することができない。特に、基板の表面にワイヤーが形成される場合、基板をエッチングする際にダメージ層が形成される。短波長側の太陽光は基板の表面付近で吸収されるため、当該ダメージ層の影響を受けやすい。
【００２５】
そのため、基板界面を透過する太陽光の波長は、短波長である近紫外領域でない方が望ましい。パッシベーション膜などで表面欠陥の影響を抑制することはできるが、その効果に加えて、太陽光の波長を変えることができれば、より多くの波長域の光を損失させずに吸収することができる。
【００２６】
ここで、近紫外領域の太陽光を光電変換に有効に活用するためには、結晶Ｓｉ太陽電池では赤外域から近赤外域に、アモルファスＳｉ太陽電池では緑色域に、近紫外領域の太陽光を波長変換する必要がある。そのための波長変換材料として蛍光体粒子（たとえば、ＹＶＯ４系化合物、磁化物蛍光体など）を利用することができれば、変換効率の向上に大いに寄与することができる。
【００２７】
特に、近紫外領域の光の波長の光を長波長側にシフトさせることで、ワイヤー加工時に形成されたダメージ層の影響を抑制させることができる。
【００２８】
＜太陽電池の構成について＞
図１は、本実施の形態に関するヘテロ接合型のワイヤー構造太陽電池（以下、太陽電池と呼ぶ場合がある）の構成の例を概略的に示す断面図である。
【００２９】
本実施の形態に関する太陽電池１は、ｎ型の半導体基板１１を備える。ｎ型の半導体基板１１には、たとえば、結晶系半導体基板であるｎ型の単結晶シリコン半導体が用いられる。
【００３０】
ｎ型の半導体基板１１の表面に複数の凸形状のワイヤー１２がアレイ状に形成される。なお、それぞれのワイヤー１２は、ｎ型の半導体基板１１の表面を微細加工することによって形成されており、ｎ型の半導体基板１１と同一の材料で形成されている。また、それぞれのワイヤー１２は、ｎ型の半導体基板１１を介して互いに繋がって形成される。
【００３１】
隣り合うワイヤー１２間の間隙１４の側部、および、間隙１４の底部には、パッシベーション効果を有する絶縁層として、絶縁膜１３が均一に形成されている。絶縁膜１３は、たとえば、酸化アルミニウム膜（Ａｌ２Ｏ３膜）である。
【００３２】
隣り合うワイヤー１２間の間隙１４には、多数の波長変換材料である蛍光体粒子１５が密に充填されている。さらに、間隙１４内の複数の蛍光体粒子１５の間には、絶縁層１６が隙間なく形成されている。絶縁層１６は、たとえば、シリコン酸化物（ＳｉＯ２）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）またはシリコン窒化物（Ｓｉ３Ｎ４）である。
【００３３】
ワイヤー１２間の間隙１４に密に形成された絶縁層１６および蛍光体粒子１５は、間隙１４を埋め、かつ、ワイヤー１２の頂点に位置するワイヤー頂点領域１７と同じ高さで上面が平坦加工されている。すなわち、複数のワイヤー頂点領域１７および複数の絶縁層１６の上面が同じ高さで平坦加工されている。
【００３４】
ワイヤー頂点領域１７は、絶縁膜１３、絶縁層１６および蛍光体粒子１５が除去されており、これらは形成されていない。
【００３５】
なお、ｎ型の半導体基板１１の最外周表面１８にはワイヤー１２が形成されていない。最外周表面１８は、ワイヤー１２間の間隙１４における絶縁層１６および蛍光体粒子１５の上面の高さを、ワイヤー頂点領域１７と同じ高さに平坦加工する際のガイドとして用いられる。
【００３６】
それぞれのワイヤー頂点領域１７には、ｐ型の半導体層１９が形成される。ｐ型の半導体層１９は、間隙１４における絶縁層１６の上面には形成されない。ｐ型の半導体層１９には、たとえば、非晶質でｐ型のＳｉ膜が用いられる。なお、ｐ型の半導体層１９は、ｎ型の半導体基板１１とは異なる導電型で形成されている。
【００３７】
ワイヤー１２間の間隙１４に形成された絶縁層１６の上部および蛍光体粒子１５の上部、さらには、ワイヤー頂点領域１７に形成されたｐ型の半導体層１９の上部の全面に、透光性を有する表面透明導電膜２０が製膜される。表面透明導電膜２０には、たとえば、酸化インジウムスズ（ｔｉｎ−ｄｏｐｅｄ  ｉｎｄｉｕｍ  ｏｘｉｄｅ、または、ｉｎｄｉｕｍ  ｔｉｎ  ｏｘｉｄｅ、すなわち、ＩＴＯ）が用いられる。
【００３８】
なお、ｐ型の半導体層１９に近紫外領域の太陽光を吸収させずに透過させる必要があるため、ワイヤー１２間の間隙１４には、ｐ型の半導体層１９が形成されていない。
【００３９】
さらに、表面透明導電膜２０の上部には、多数のワイヤー１２内で発電された電力をワイヤー頂点領域１７上に形成されたｐ型の半導体層１９から集電して外部に取り出すための、櫛形の表面電極２１が形成される。表面電極２１には、たとえば、銀（Ａｇ）が用いられる。
【００４０】
ｎ型の半導体基板１１の裏面には、ｎ型の半導体層２２が全面に均一に形成される。ｎ型の半導体層２２は、たとえば、非晶質でｎ型のＳｉ膜である。なお、ｎ型の半導体層２２は、ｎ型の半導体基板１１と同じ導電型の不純物がドープされている。
【００４１】
ｎ型の半導体層２２の裏面には、裏面透明導電膜２３が製膜される。裏面透明導電膜２３には、たとえば、ＩＴＯが用いられる。
【００４２】
さらに、裏面透明導電膜２３の裏面には、裏面電極２４が全面に形成される。裏面電極２４には、たとえば、Ａｇが用いられる。
【００４３】
なお、裏面透明導電膜２３は、ｎ型の半導体層２２と裏面電極２４とのコンタクト抵抗を低減させるために設けられている。裏面透明導電膜２３は、必ずしも必須の構成ではない。
【００４４】
基板の表面に多数形成されているワイヤー１２は、たとえば、直径（すなわち、太さ）が１ｎｍ以上、かつ、５０μｍ以下であり、長さがたとえば１００ｎｍ以上、かつ、５０μｍ以下である。
【００４５】
さらに、隣り合うワイヤーの間隔は、たとえば、５０ｎｍ以上、かつ、１００μｍ以下である。また、ワイヤー１２は、多角柱または円柱状に形成されている。
【００４６】
なお、ｎ型の半導体基板１１は、ｐ型の半導体基板であってもよく、その場合は、ｐ型の半導体層１９にｎ型の半導体層を用い、ｎ型の半導体層２２にｐ型の半導体層を用いる。
【００４７】
図示されてはいないが、ワイヤー頂点領域１７とｐ型の半導体層１９との間、および、ｎ型の半導体基板１１の裏面とｎ型の半導体層２２の表面との間のうちの少なくとも一方には、真性半導体膜が製膜されていてもよい。真性半導体膜には、たとえば、非晶質でｉ型のＳｉ膜が用いられる。真性半導体膜の厚さは、たとえば、１ｎｍ以上、かつ、５０ｎｍ以下である。
【００４８】
蛍光体粒子１５は、材質に応じて、近紫外領域の波長の光を励起させて波長変換する領域が異なっている。蛍光体粒子１５は、アルミニウム（Ａｌ）、マグネシウム（Ｍｇ）、バリウム（Ｂａ）、ヒ素（Ａｓ）、ランタン（Ｌａ）、リチウム（Ｌｉ）、カリウム（Ｋ）、ナトリウム（Ｎａ）、チタン（Ｔｉ）、クロム（Ｃｒ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、イットリウム（Ｙ）、カルシウム（Ｃａ）、ニオブ（Ｎｂ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、バナジウム（Ｖ）、シリコン（Ｓｉ）、銅（Ｃｕ）、亜鉛（Ｚｎ）、タングステン（Ｗ）、ガリウム（Ｇａ）、ボロン（Ｂ）、リン（Ｐ）、塩素（Ｃｌ）、臭素（Ｂｒ）、銀（Ａｇ）、マンガン（Ｍｎ）、ビスマス（Ｂｉ）、セリウム（Ｃｅ）、テルビウム（Ｔｂ）、ガドリニウム（Ｇｄ）またはユウロピウム（Ｅｕ）などの材料のいずれか、または、上記材料のうちの複数の組み合わせによって構成され、それらの酸化物、硫化物、フッ化物または窒化物、または、それらのうちの複数の組み合わせによる化合物で構成されている。
【００４９】
本実施の形態においては、蛍光体粒子１５で波長が変換された後の光の波長が、ワイヤー１２とｐ型の半導体層１９とで形成されるＰＮ接合で吸収される光の波長となるように、蛍光体粒子１５の構成要素が選択される。
【００５０】
図２は、これらの材料で構成された化合物において、近紫外領域の波長の光を青色領域の波長の光に変換することができる代表的な蛍光体粒子１５の例を示す図である。図３は、近紫外領域の波長の光を緑色領域の波長の光に変換することができる代表的な蛍光体粒子１５の例を示す図である。図４は、近紫外領域の波長の光を黄色領域または橙色領域の波長の光に変換することができる代表的な蛍光体粒子１５の例を示す図である。図５は、近紫外領域の波長の光を赤色領域の波長の光に変換することができる代表的な蛍光体粒子１５の例を示す図である。また、図６は、可視光領域の波長とエネルギーと色との関係を示す図である。
【００５１】
ワイヤー１２の間隙１４には、図２、図３、図４および図５に示された蛍光体粒子１５のいずれか、または、それらのうちの複数の組み合わせが含まれている。
【００５２】
蛍光体粒子１５は、直径がたとえば１０００ｎｍ以下、好ましくは１００ｎｍ以下である。特に、蛍光体粒子１５はワイヤー１２の間隙１４に密に埋められており、間隙１４に照射される太陽光は、多数の蛍光体粒子１５によって前方散乱と後方散乱とが繰り返し行われ、その過程で、近紫外領域の波長の光が波長変換されて、ワイヤー１２の内部に照射される。
【００５３】
半導体基板において、近紫外領域の太陽光は基板表面の浅い深さで吸収されるが、基板表面の欠陥で光吸収した際に生じたキャリアは、界面で再結合してしまうため発電に寄与しない。
【００５４】
これらのキャリアを発電に寄与させるためには、基板界面の欠陥密度を低減する必要がある。そのため、表面欠陥を低減させるために、パッシベーション膜として、バンドギャップが高い酸化物系の絶縁膜を形成する。たとえば、Ｓｉ基板上では、非晶質のＳｉ膜などでヘテロ接合を形成する手法などが一般的に用いられる。
【００５５】
本実施の形態における構造では、上記のパッシベーション膜に加えて、さらに、ワイヤー１２の間隙１４に照射される近紫外領域の太陽光を、近紫外領域よりも高い波長の光に変換する蛍光体粒子１５を備える。そうすることによって、より一層界面の欠陥の影響を受けずに、ワイヤー１２内部に光を照射させることができる。
【００５６】
絶縁膜１３は、近紫外領域の波長（たとえば、４００ｎｍ以下）の光をより高い波長の光に変換するため、バンドギャップとして、たとえば３．１ｅＶ以上の絶縁体材料が好ましく、高いパッシベーション効果を有する膜であることが好ましい。絶縁膜１３には、たとえば、シリコン窒化膜（ＳｉＮ）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）またはシリコン酸化膜（ＳｉＯ２）などが用いられる。
【００５７】
絶縁膜１３の厚さは、たとえば、１ｎｍ以上、かつ、１０００ｎｍ以下であることが好ましく、より好ましくは、たとえば、１０ｎｍ以上、かつ、１００ｎｍ以下である。
【００５８】
絶縁層１６は、たとえば波長３００ｎｍ以上の太陽光を透過させる必要があるため、たとえば４．０ｅＶ以上のバンドギャップを有する絶縁層であることが好ましい。絶縁層１６には、たとえば、シリコン酸化物（ＳｉＯ２）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）またはシリコン窒化物（Ｓｉ３Ｎ４）などが用いられる。さらに、多数の蛍光体粒子１５を絶縁層１６で埋め込むため、絶縁層１６は、原子層堆積（ａｔｏｍｉｃ  ｌａｙｅｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ、すなわち、ＡＬＤ）法、または、熱化学気相堆積（ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｖａｐｏｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ、すなわち、ＣＶＤ）法で形成されることが好ましい。
【００５９】
絶縁層１６の厚さは、隣り合う蛍光体粒子１５の間隔を埋める必要があるため、たとえば、１０ｎｍ以上、かつ、１０００ｎｍ以下であることが好ましく、より好ましくは、たとえば、２０ｎｍ以上、かつ、２００ｎｍ以下である。
【００６０】
ワイヤー１２とｐ型の半導体層１９とを電気的にコンタクトさせるため、ワイヤー頂点領域１７における蛍光体粒子１５、絶縁膜１３および絶縁層１６を除去する必要がある。その方法としては、化学機械研磨（ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ、すなわち、ＣＭＰ）を用いて表面の膜を削り取り、最外周表面１８に合わせてワイヤー頂点領域１７の表面を平坦化する手法が利用される。
【００６１】
特に、化学機械研磨（ＣＭＰ）を利用する場合、ワイヤー１２の間隙１４を蛍光体粒子１５と絶縁層１６とで密に埋め込むことでワイヤー１２の強度を高めることができるため、ワイヤー１２の物理的な破断を防ぐことができる。
【００６２】
＜太陽電池の製造方法について＞
次に、上記のように構成された太陽電池１の製造方法を説明する。図７から図１５は、本実施の形態に関する太陽電池１の製造方法の一例を説明するための図である。
【００６３】
まず、図７に例が示されるように、ｎ型の半導体基板１１として、ｎ型のＳｉ（１００）基板を用意する。そして、硫酸過水、塩酸過水、アンモニア過水またはフッ酸などの薬液によって、半導体基板１１の表面を洗浄する。ｎ型の半導体基板１１の厚さは、たとえば、５０μｍ以上、かつ、６５０μｍ以下であることが好ましく、より好ましくは、５０μｍ以上、かつ、３００μｍ以下である。
【００６４】
次に、洗浄されたｎ型の半導体基板１１の表面に、ＯＡＰ（Ｃ６Ｈ１９ＮＳｉ２、ヘキサメチルジシラザン（ＨＭＤＳ））を塗布して加熱処理する。その後、ポジレジストを塗布して加熱処理を行い、レジストマスクを形成する。
【００６５】
レジストマスクを形成した後に、電子線描画装置（ｅｌｅｃｔｒｏｎ  ｂｅａｍ  ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ  ｅｘｐｏｓｕｒｅ）によるパターンの露光、または、フォトマスクを介して紫外線を露光することによってパターンを形成し、現像液によって露光された部分をエッチングする。
【００６６】
図１６は、太陽電池１に形成するワイヤー１２のマスクのパターンの例を示す図である。また、図１７は、図１６に示されたマスクのマスク部２５０の拡大図である。また、図１８は、図１６に示されたマスクの遮光領域の拡大図である。図１６、図１７および図１８においては、黒く塗られた部分はマスクされる部分であり、白く塗られた部分は露光部分である。
【００６７】
図１６に示されるように、マスクは、マスク部２５０と、マスク部２５０の外周領域に形成されるガイドとしての遮光領域２６とを備える。遮光領域２６の幅は、たとえば、５ｍｍ以上、かつ、１０ｍｍ以下である。また、図１７に示されるように、マスク部２５０は、多数の円形パターン２５で構成される。なお、図１７においては、マスク部２５０のパターンとして多数の円形パターン２５が示されたが、マスク部２５０のパターンは、多数の多角形で構成されていてもよい。
【００６８】
また、図１８に示されるように、遮光領域２６には、アラインメントマーク２７が形成される。ただし、アラインメントマーク２７は形成されていなくてもよい。
【００６９】
次に、誘導結合型（ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ  ｃｏｕｐｌｅｄ  ｐｌａｓｍａ、すなわち、ＩＣＰ）反応性イオンエッチング（ｒｅａｃｔｉｖｅ  ｉｏｎ  ｅｔｃｈｉｎｇ、すなわち、ＲＩＥ）によって、ｎ型の半導体基板１１のレジストマスクが形成されていない領域をエッチングして、ｎ型の半導体基板１１の表面にワイヤー１２を形成する。
【００７０】
なお、高いアスペクト比でｎ型の半導体基板１１のエッチング処理を行う場合は、ボッシュプロセスを利用してエッチングすることが好ましい。
【００７１】
次に、レジストをアッシング、剥離液または硫酸過水によって除去する。そして、図８に例が示されるような構造が形成される。すなわち、ｎ型の半導体基板１１の表面に複数のワイヤー１２が形成され、ワイヤー１２間には、間隙１４が形成される。また、それぞれのワイヤー１２の頂点にはワイヤー頂点領域１７が形成され、ｎ型の半導体基板１１の最外周表面１８にはワイヤー１２が形成されていない。
【００７２】
その後、絶縁膜１３を製膜する前に、ｎ型の半導体基板１１の表面を洗浄する。この前洗浄を実施した後、図９に例が示されるように、絶縁膜１３をワイヤー１２の表面を含むｎ型の半導体基板１１の表面に製膜する。
【００７３】
ここでは、絶縁膜１３として、たとえば、Ａｌ２Ｏ３膜を原子層堆積法（ＡＬＤ）によって、ワイヤー１２の表面を含むｎ型の半導体基板１１の表面に均一に製膜する。
【００７４】
次に、多数の蛍光体粒子１５を有機溶剤に撹拌させることで、蛍光体粒子１５と有機溶剤との混合薬液を作製する。そして、その混合薬液をワイヤー１２をワイヤー１２の間隙１４内に塗布して、ワイヤー１２の間隙１４内に混合薬液を浸透させる。有機溶剤には、たとえば、エタノール、アセトンまたはイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）などが用いられる。
【００７５】
混合薬液を浸透させた後に、蛍光体粒子１５のみを残存させ、かつ、有機溶剤を揮発させるために、１００℃以上の温度でｎ型の半導体基板１１を加熱する。好ましくは、加熱温度は１５０℃以上、かつ、２５０℃以下である。
【００７６】
上記の加熱処理によって、有機溶剤のみが揮発し、蛍光体粒子１５は、ワイヤー１２の表面に付着したままの状態となる。なお、有機溶剤を揮発させた後、図１０に示される構造となる。
【００７７】
次に、図１１に例が示されるように、ワイヤー１２の表面に付着している蛍光体粒子１５をワイヤー１２の間隙１４内で固めるために、ワイヤー１２の表面を含むｎ型の半導体基板１１の表面に絶縁層１６を形成する。
【００７８】
ここでは、絶縁層１６として、たとえば、Ａｌ２Ｏ３膜を原子層堆積法（ＡＬＤ）によって形成する。絶縁層１６は、ワイヤー１２の表面に既に製膜されている絶縁膜１３と、ワイヤー１２の表面に付着している蛍光体粒子１５とを覆う。その結果、ワイヤー１２の間隙１４が、蛍光体粒子１５と絶縁膜１３と絶縁層１６とによって埋められる。
【００７９】
次に、図１２に例が示されるように、ワイヤー頂点領域１７に付着している蛍光体粒子１５、絶縁層１６および絶縁膜１３を除去する。そして、ワイヤー１２の間隙１４内に形成されている蛍光体粒子１５および絶縁層１６の上面の高さを、ワイヤー頂点領域１７の高さおよび最外周表面１８の高さに合わせて平坦化させる。
【００８０】
そのために、化学機械研磨（ＣＭＰ）によって、ｎ型の半導体基板１１の表面を平坦に加工する。特に最外周表面１８の部分が、化学機械研磨（ＣＭＰ）の際のガイドとして作用するため、蛍光体粒子１５、絶縁層１６および絶縁膜１３のエッチングが完了し研磨面がワイヤー頂点領域１７に到達した時点で、化学機械研磨（ＣＭＰ）によるワイヤー１２の削りレートが低くなり表面が平坦化されていく。なお、蛍光体粒子１５、絶縁層１６および絶縁膜１３のエッチングは、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）によって行われてもよいし、化学機械研磨（ＣＭＰ）と反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）とが組み合わせられて行われてもよい。
【００８１】
ここで、ワイヤー１２の間隙１４を蛍光体粒子１５のみで埋め込む場合は、化学機械研磨（ＣＭＰ）による平坦化加工でワイヤー１２が破断する結果が得られており、ワイヤー１２の強度を高めるためには、特に、絶縁層１６で蛍光体粒子１５間を埋め込むことが重要である。蛍光体粒子１５の隙間を絶縁層１６で埋め込むことによってワイヤー１２の強度を高められる。絶縁層１６の厚さは、たとえば、２０ｎｍであれば、化学機械研磨（ＣＭＰ）によるワイヤー１２の破断を防止することができる。
【００８２】
化学機械研磨（ＣＭＰ）による加工の後に、ｎ型の半導体基板１１の表面を洗浄する。ｎ型の半導体基板１１の表面の洗浄には、有機物の除去を目的とする硫酸過水による洗浄と、パーティクル除去を目的とするアンモニア過水による洗浄とを行う。
【００８３】
さらに、ｐ型の半導体層１９を形成する前の洗浄として、たとえば０．５重量％のフッ化水素酸によって自然酸化膜をエッチングする。
【００８４】
次に、図１３に例が示されるように、平坦化されたワイヤー頂点領域１７の表面全域と、間隙１４内に形成されている蛍光体粒子１５および絶縁層１６の上面全域とに、ｐ型の半導体層１９を形成する。ｐ型の半導体層１９として、たとえば、プラズマＣＶＤ法を用いて、非晶質でｐ型のＳｉ膜を形成する。
【００８５】
ｐ型の半導体層１９には、ｎ型の半導体基板１１にドープされているドーパントとは、反対のドーパントがドープされている。ｎ型の半導体基板１１の表面は既に平坦化されているため、ｐ型の半導体層１９を均一に形成することができる。
【００８６】
次に、図１４に例が示されるように、ｐ型の半導体層１９での近紫外領域の太陽光の吸収の影響を抑制するために、ワイヤー１２の間隙１４上に形成されたｐ型の半導体層１９をエッチングする。
【００８７】
図１８に例が示されたマスクのアラインメントマーク２７に対応して最外周表面１８にマークが形成されていれば、当該マークに合わせて、図１６に例が示されたマスクのパターンと同一のパターンでフォトレジストマスクを形成する。そして、ワイヤー１２の間隙１４上に形成されているｐ型の半導体層１９をエッチングする。
【００８８】
ｐ型の半導体層１９のエッチングには、酸性またはアルカリ性の薬液を用いるエッチング、または、ＲＩＥによるエッチングを行う。ｐ型の半導体層１９のエッチング後には、フォトレジストをアッシング、剥離液または硫酸過水によって除去する。
【００８９】
次に、ｎ型の半導体基板１１の裏面にｎ型の半導体層２２を形成する。ｎ型の半導体層２２として、たとえば、プラズマＣＶＤによって、非晶質でｎ型のＳｉ層を形成する。裏面電界効果を利用するために、ｎ型の半導体層２２には、ｎ型の半導体基板１１と同じドーパントが、ｎ型の半導体基板１１よりも高濃度でドープされている。
【００９０】
次に、ｎ型の半導体基板１１の表面に表面透明導電膜２０を製膜する。表面透明導電膜２０として、たとえば、スパッタ法によって、ＩＴＯを製膜する。ＩＴＯ膜は、近紫外領域の光の透過性を高めるために、バンドギャップが４．０ｅＶ以上であることが好ましい。
【００９１】
次に、ｎ型の半導体基板１１の裏面に裏面透明導電膜２３を製膜する。裏面透明導電膜２３として、たとえば、スパッタ法によって、ＩＴＯを製膜する。
【００９２】
次に、表面透明導電膜２０の表面に表面電極２１を形成する。表面電極２１は、金属からなることが好ましい。表面電極２１として、たとえば、スクリーン印刷法によってＡｇを形成する。表面電極２１の形成パターンは、たとえば櫛形形状であることが好ましい。
【００９３】
次に、裏面透明導電膜２３の裏面に裏面電極２４を形成する。裏面電極２４は、金属からなることが好ましい。裏面電極２４として、たとえば、スクリーン印刷法によって、Ａｇを裏面透明導電膜２３の裏面全面に形成する。これによって、図１５に例が示されるような太陽電池１が完成する。
【００９４】
以下、上述した製造方法によって作製されたヘテロ接合型のワイヤー構造太陽電池を実際に作動させ、発電特性を測定した結果について説明する。
【００９５】
上述した本実施の形態に関する太陽電池の製造方法で作製した太陽電池を実施例１とする。なお、実施例１における蛍光体粒子１５には、近紫外領域の太陽光を赤外域に変換させるため、たとえば、Ｙ２Ｏ３：Ｂｉ３＋、Ｅｕ３＋を利用している。また、比較のため、比較例１のヘテロ接合型のワイヤー構造太陽電池を作製した。
【００９６】
比較例１のヘテロ接合型ワイヤー構造太陽電池は、ｎ型の半導体基板１１に形成されたワイヤー１２の間隙１４に、蛍光体粒子１５ではなく、シリカ粒子と絶縁層１６とが埋め込まれている。そして、ワイヤー１２の表面は、絶縁膜１３で覆われている。上記以外の構造は、実施例１のヘテロ接合型のワイヤー構造太陽電池と同様の構造である。
【００９７】
図１９は、実施例１および比較例１のヘテロ接合型ワイヤー構造太陽電池について、光電変換効率η［％］、開放電圧Ｖｏｃ［Ｖ］、短絡電流Ｉｓｃ［ｍＡ／ｃｍ２］および曲線因子Ｆ．Ｆ．のそれぞれの特性値を示す図である。
【００９８】
図１９に例が示されるように、実施例１では、蛍光体粒子１５によって、３００ｎｍ以上、かつ、４００ｎｍ以下の近紫外領域の太陽光が波長６１０ｎｍ以上、かつ、７５０ｎｍ以下の赤外域に波長変換される。一方で、比較例１においては、蛍光体粒子１５ではなくシリカ粒子が備えられているため、ワイヤーの表面欠陥による再結合によって３００ｎｍ以上、かつ、４００ｎｍ以下の波長域において損失が生じる。実施例１には、当該損失の積算電流分が上積みされるため、実施例１では、比較例１と比べて短絡電流が高くなる。
【００９９】
特に、３００ｎｍ以上、かつ、４００ｎｍ以下の波長域における量子効率から求められる電流換算の積算値が、蛍光体粒子１５を備えることによって、比較例１の０．８７ｍＡ／ｃｍ２から、実施例１の１．１５ｍＡ／ｃｍ２にまで増加しており、図１９に例が示される実施例１によれば、電流の増加量と同程度の増加量が得られている。
【０１００】
以上の結果から、蛍光体粒子１５と絶縁層１６とをワイヤー１２の間隙１４へ埋め込むことによって、高い光閉じ込め効果を有するワイヤー構造太陽電池に、近紫外領域の波長の太陽光を効率よく吸収させることができることを確認できた。
【０１０１】
加えて、ワイヤー１２の光閉じ込め効果とワイヤー１２の間隙１４に埋め込まれた蛍光体粒子１５による乱反射とを組み合わせることによって、太陽光の角度依存性の影響を抑えることができる。
【０１０２】
ｎ型の半導体基板１１に形成されたワイヤー１２の上面であるワイヤー頂点領域１７と、ワイヤー１２間の間隙１４に形成された絶縁層１６の上面とが同じ高さで平坦化されるため、ワイヤー１２間の間隙１４を蛍光体粒子１５と絶縁層１６とによって密に充填された状態で固定し、外的要因に対するワイヤー１２の強度を高めることができる。
【０１０３】
＜第２の実施の形態＞
本実施の形態に関する太陽電池について説明する。以下の説明においては、以上に記載された実施の形態で説明された構成要素と同様の構成要素については同じ符号を付して図示し、その詳細な説明については適宜省略するものとする。
【０１０４】
＜太陽電池の構成について＞
本実施の形態では、第１の実施の形態に関する太陽電池の構造の他の例について説明する。図２０は、本実施の形態に関する拡散型のワイヤー構造太陽電池の構成の例を概略的に示す断面図である。
【０１０５】
本実施の形態に関する太陽電池１Ａは、ｐ型の半導体基板１１Ａを備える。ｐ型の半導体基板１１Ａには、たとえば、結晶系半導体基板であるｐ型のＳｉ基板が用いられる。
【０１０６】
ｐ型の半導体基板１１Ａの表面に複数のワイヤー１２がアレイ状に形成される。なお、それぞれのワイヤー１２は、ｐ型の半導体基板１１Ａの表面を微細加工することによって形成されており、ｐ型の半導体基板１１Ａと同一の材料で形成されている。
【０１０７】
エミッタ層として、それぞれのワイヤー１２のワイヤー頂点領域１７から当該ワイヤー１２の内部に渡ってｎ型の拡散層２８が形成されている。すなわち、ｎ型の拡散層２８は、ワイヤー１２の表層に拡散されて形成されている。ｎ型の拡散層２８は、ｐ型の半導体基板１１Ａとは異なる導電型であり、たとえば、リン（Ｐ）がドープされている。
【０１０８】
隣り合うワイヤー１２間の間隙１４の側部、および、間隙１４の底部には、パッシベーション効果を有する絶縁層として、絶縁膜１３が均一に形成されている。絶縁膜１３は、たとえば、酸化アルミニウム膜（Ａｌ２Ｏ３膜）である。
【０１０９】
隣り合うワイヤー１２間の間隙１４には、多数の波長変換材料である蛍光体粒子１５が密に充填されている。さらに、複数の蛍光体粒子１５の間には、絶縁層１６が隙間なく形成されている。絶縁層１６は、たとえば、シリコン酸化物（ＳｉＯ２）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）またはシリコン窒化物（Ｓｉ３Ｎ４）である。
【０１１０】
ワイヤー１２間の間隙１４に密に形成された絶縁層１６および蛍光体粒子１５は、間隙１４を埋め、かつ、ワイヤー１２の頂点に位置するワイヤー頂点領域１７と同じ高さで上面が平坦加工されている。
【０１１１】
ワイヤー頂点領域１７は、絶縁膜１３、絶縁層１６および蛍光体粒子１５が除去されており、これらは形成されていない。
【０１１２】
なお、ｐ型の半導体基板１１Ａの最外周表面１８にはワイヤー１２が形成されていない。最外周表面１８は、ワイヤー１２間の間隙１４における絶縁層１６および蛍光体粒子１５の上面の高さを、ワイヤー頂点領域１７と同じ高さに平坦加工する際のガイドとして用いられる。
【０１１３】
ワイヤー１２間の間隙１４に形成された絶縁層１６の上部および蛍光体粒子１５の上部、さらには、ワイヤー頂点領域１７の全面に、透光性を有する表面透明導電膜２０が製膜される。表面透明導電膜２０には、たとえば、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）が用いられる。
【０１１４】
さらに、表面透明導電膜２０の上部には、多数のワイヤー１２内で発電された電力を集電して外部に取り出すための、櫛形の表面電極２１が形成される。表面電極２１には、たとえば、銀（Ａｇ）が用いられる。
【０１１５】
ｐ型の半導体基板１１Ａの裏面には、ｐ型の拡散層２９が形成される。ｐ型の拡散層２９は、たとえば、ボロン（Ｂ）がドープされている。なお、ｐ型の拡散層２９は、ｐ型の半導体基板１１Ａと同じ導電型で形成されている。
【０１１６】
ｐ型の拡散層２９の裏面には、裏面透明導電膜２３が製膜される。裏面透明導電膜２３には、たとえば、ＩＴＯが用いられる。
【０１１７】
さらに、裏面透明導電膜２３の裏面には、裏面電極２４が全面に形成される。裏面電極２４には、たとえば、Ａｇが用いられる。
【０１１８】
なお、裏面透明導電膜２３は、ｐ型の拡散層２９と裏面電極２４とのコンタクト抵抗を低減させるために設けられている。裏面透明導電膜２３は、必ずしも必須の構成ではない。
【０１１９】
基板の表面に多数形成されているワイヤー１２は、たとえば、直径（すなわち、太さ）が１ｎｍ以上、かつ、５０μｍ以下であり、長さがたとえば１００ｎｍ以上、かつ、５０μｍ以下である。
【０１２０】
さらに、隣り合うワイヤーの間隔は、たとえば、５０ｎｍ以上、かつ、１００μｍ以下である。また、ワイヤー１２は、多角柱または円柱状に形成されている。
【０１２１】
なお、ｐ型の半導体基板１１Ａは、ｎ型の半導体基板であってもよく、その場合は、ｎ型の拡散層２８にたとえばＢをドープしてｐ型の拡散層とし、ｐ型の拡散層２９にたとえばＰをドープしてｎ型の拡散層とする。なお、裏面に形成されるｐ型の拡散層２９は、真性半導体膜との積層膜であってもよい。
【０１２２】
蛍光体粒子１５は、材質に応じて、近紫外領域の波長の光を励起させて波長変換する領域が異なっている。蛍光体粒子１５は、アルミニウム（Ａｌ）、マグネシウム（Ｍｇ）、バリウム（Ｂａ）、ヒ素（Ａｓ）、ランタン（Ｌａ）、リチウム（Ｌｉ）、カリウム（Ｋ）、ナトリウム（Ｎａ）、チタン（Ｔｉ）、クロム（Ｃｒ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、イットリウム（Ｙ）、カルシウム（Ｃａ）、ニオブ（Ｎｂ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、バナジウム（Ｖ）、シリコン（Ｓｉ）、銅（Ｃｕ）、亜鉛（Ｚｎ）、タングステン（Ｗ）、ガリウム（Ｇａ）、ボロン（Ｂ）、リン（Ｐ）、塩素（Ｃｌ）、臭素（Ｂｒ）、銀（Ａｇ）、マンガン（Ｍｎ）、ビスマス（Ｂｉ）、セリウム（Ｃｅ）、テルビウム（Ｔｂ）、ガドリニウム（Ｇｄ）またはユウロピウム（Ｅｕ）などの材料のいずれか、または、上記材料のうちの複数の組み合わせによって構成され、それらの酸化物、硫化物、フッ化物または窒化物、または、それらのうちの複数の組み合わせによる化合物で構成されている。
【０１２３】
図２は、これらの材料で構成された化合物において、近紫外領域の波長の光を青色領域の波長の光に変換することができる代表的な蛍光体粒子１５の例を示す図である。図３は、近紫外領域の波長の光を緑色領域の波長の光に変換することができる代表的な蛍光体粒子１５の例を示す図である。図４は、近紫外領域の波長の光を黄色領域または橙色領域の波長の光に変換することができる代表的な蛍光体粒子１５の例を示す図である。図５は、近紫外領域の波長の光を赤色領域の波長の光に変換することができる代表的な蛍光体粒子１５の例を示す図である。また、図６は、可視光領域の波長とエネルギーと色との関係を示す図である。
【０１２４】
ワイヤー１２の間隙１４には、図２、図３、図４および図５に示された蛍光体粒子１５のいずれか、または、それらのうちの複数の組み合わせが含まれている。
【０１２５】
蛍光体粒子１５は、直径がたとえば１０００ｎｍ以下、好ましくは１００ｎｍ以下である。特に、蛍光体粒子１５はワイヤー１２の間隙１４に密に埋められており、間隙１４に照射される太陽光は、多数の蛍光体粒子１５によって前方散乱と後方散乱とが繰り返し行われ、その過程で、近紫外領域の波長の光が波長変換されて、ワイヤー１２の内部に照射される。
【０１２６】
絶縁膜１３は、近紫外領域の波長（たとえば、４００ｎｍ以下）の光をより高い波長の光に変換するため、バンドギャップとして、たとえば３．１ｅＶ以上の絶縁体材料が好ましく、高いパッシベーション効果を有する膜であることが好ましい。絶縁膜１３には、たとえば、シリコン窒化膜（ＳｉＮ）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）またはシリコン酸化膜（ＳｉＯ２）などが用いられる。
【０１２７】
絶縁膜１３の厚さは、たとえば、１ｎｍ以上、かつ、１０００ｎｍ以下であることが好ましく、より好ましくは、たとえば、１０ｎｍ以上、かつ、１００ｎｍ以下である。
【０１２８】
絶縁層１６は、たとえば波長３００ｎｍ以上の太陽光を透過させる必要があるため、たとえば４．０ｅＶ以上のバンドギャップを有する絶縁層であることが好ましい。絶縁層１６には、たとえば、シリコン酸化物（ＳｉＯ２）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）またはシリコン窒化物（Ｓｉ３Ｎ４）などが用いられる。さらに、多数の蛍光体粒子１５を絶縁層１６で埋め込むため、絶縁層１６は、原子層堆積（ＡＬＤ）法、または、熱化学気相堆積（ＣＶＤ）法で形成されることが好ましい。
【０１２９】
絶縁層１６の厚さは、隣り合う蛍光体粒子１５の間隔を埋める必要があるため、たとえば、１０ｎｍ以上、かつ、１０００ｎｍ以下であることが好ましく、より好ましくは、たとえば、２０ｎｍ以上、かつ、２００ｎｍ以下である。
【０１３０】
ワイヤー頂点領域１７における蛍光体粒子１５、絶縁膜１３および絶縁層１６を除去する。その方法としては、化学機械研磨（ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ、すなわち、ＣＭＰ）を用いて表面の膜を削り取り、最外周表面１８に合わせてワイヤー頂点領域１７の表面を平坦化する手法が利用される。
【０１３１】
特に、化学機械研磨（ＣＭＰ）を利用する場合、ワイヤー１２の間隙１４を蛍光体粒子１５と絶縁層１６とで密に埋め込むことでワイヤー１２の強度を高めることができるため、ワイヤー１２の物理的な破断を防ぐことができる。
【０１３２】
＜太陽電池の製造方法について＞
次に、上記のように構成された太陽電池１Ａの製造方法を説明する。図２１から図２７は、本実施の形態に関する太陽電池１Ａの製造方法の一例を説明するための図である。
【０１３３】
まず、図２１に例が示されるように、ｐ型の半導体基板１１Ａとして、ｐ型のＳｉ（１００）基板を用意する。ｐ型の半導体基板１１Ａの厚さは、たとえば、５０μｍ以上、かつ、６５０μｍ以下であることが好ましく、より好ましくは、５０μｍ以上、かつ、３００μｍ以下である。
【０１３４】
次に、図２２に例が示されるように、ｐ型の半導体基板１１Ａの表面にＰをドープして、ｎ型の拡散層２８を形成する。また、ｐ型の半導体基板１１Ａの裏面にＢをドープして、ｐ型の拡散層２９を形成する。
【０１３５】
ｎ型の拡散層２８およびｐ型の拡散層２９の厚さは、たとえば、０．５μｍ以上、かつ、２．０μｍ以下であることが好ましい。
【０１３６】
これらの拡散層を形成する方法としては、たとえば、イオン注入法、拡散材塗布および高温加熱によるドーパント拡散、または、ドーパントガスによる高温拡散などが用いられる。
【０１３７】
次に、硫酸過水、塩酸過水、アンモニア過水またはフッ酸などの薬液によって、ｐ型の半導体基板１１Ａを洗浄する。
【０１３８】
次に、洗浄されたｐ型の半導体基板１１Ａの表面に、ＯＡＰを塗布して加熱処理する。その後、ポジレジストを塗布して加熱処理を行い、レジストマスクを形成する。
【０１３９】
レジストマスクを形成した後に、電子線描画装置によるパターンの露光、または、フォトマスクを介して紫外線を露光することによってパターンを形成し、現像液によって露光された部分をエッチングする。
【０１４０】
図１６に示されるように、マスクは、マスク部２５０と、マスク部２５０の外周領域に形成されるガイドとしての遮光領域２６とを備える。遮光領域２６の幅は、たとえば、５ｍｍ以上、かつ、１０ｍｍ以下である。また、図１７に示されるように、マスク部２５０は、多数の円形パターン２５で構成される。なお、図１７においては、マスク部２５０のパターンとして多数の円形パターン２５が示されたが、マスク部２５０のパターンは、多数の多角形で構成されていてもよい。
【０１４１】
また、図１８に示されるように、遮光領域２６には、アラインメントマーク２７が形成される。ただし、アラインメントマーク２７は形成されていなくてもよい。
【０１４２】
次に、誘導結合型（ＩＣＰ）反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）によって、ｐ型の半導体基板１１Ａのレジストマスクが形成されていない領域をエッチングして、ｐ型の半導体基板１１Ａの表面にワイヤー１２を形成する。
【０１４３】
なお、高いアスペクト比でｐ型の半導体基板１１Ａのエッチング処理を行う場合は、ボッシュプロセスを利用してエッチングすることが好ましい。
【０１４４】
次に、レジストをアッシング、剥離液または硫酸過水によって除去する。そして、図２３に例が示されるような構造が形成される。すなわち、ｐ型の半導体基板１１Ａの表面に複数のワイヤー１２が形成され、ワイヤー１２間には、間隙１４が形成される。また、それぞれのワイヤー１２の頂点にはワイヤー頂点領域１７が形成され、ｐ型の半導体基板１１Ａの最外周表面１８にはワイヤー１２が形成されていない。また、それぞれのワイヤー１２のワイヤー頂点領域１７から当該ワイヤー１２の内部に渡ってｎ型の拡散層２８が形成され、ｐ型の半導体基板１１Ａの裏面には、ｐ型の拡散層２９が形成される。
【０１４５】
その後、絶縁膜１３を製膜する前に、ｐ型の半導体基板１１Ａの表面を洗浄する。この前洗浄を実施した後、図２４に例が示されるように、絶縁膜１３をワイヤー１２の表面を含むｐ型の半導体基板１１Ａの表面に製膜する。
【０１４６】
ここでは、絶縁膜１３として、たとえば、Ａｌ２Ｏ３膜を原子層堆積法（ＡＬＤ）によって、ワイヤー１２の表面を含むｐ型の半導体基板１１Ａの表面に均一に製膜する。
【０１４７】
次に、多数の蛍光体粒子１５を有機溶剤に撹拌させることで、蛍光体粒子１５と有機溶剤との混合薬液を作製する。そして、その混合薬液をワイヤー１２をワイヤー１２の間隙１４内に塗布して、ワイヤー１２の間隙１４内に混合薬液を浸透させる。有機溶剤には、たとえば、エタノール、アセトンまたはイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）などが用いられる。
【０１４８】
混合薬液を浸透させた後に、蛍光体粒子１５のみを残存させ、かつ、有機溶剤を揮発させるために、１００℃以上の温度でｐ型の半導体基板１１Ａを加熱する。好ましくは、加熱温度は１５０℃以上、かつ、２５０℃以下である。
【０１４９】
上記の加熱処理によって、有機溶剤のみが揮発し、蛍光体粒子１５は、ワイヤー１２の表面に付着したままの状態となる。なお、有機溶剤を揮発させた後、図２４に示される構造となる。
【０１５０】
次に、図２５に例が示されるように、ワイヤー１２の表面に付着している蛍光体粒子１５をワイヤー１２の間隙１４内で固めるために、ワイヤー１２の表面を含むｐ型の半導体基板１１Ａの表面に絶縁層１６を形成する。
【０１５１】
ここでは、絶縁層１６として、たとえば、Ａｌ２Ｏ３膜を原子層堆積法（ＡＬＤ）によって形成する。絶縁層１６は、ワイヤー１２の表面に既に製膜されている絶縁膜１３と、ワイヤー１２の表面に付着している蛍光体粒子１５とを覆う。その結果、ワイヤー１２の間隙１４が、蛍光体粒子１５と絶縁膜１３と絶縁層１６とによって埋められる。
【０１５２】
次に、図２６に例が示されるように、ワイヤー頂点領域１７に付着している蛍光体粒子１５、絶縁層１６および絶縁膜１３を除去する。そして、ワイヤー１２の間隙１４内に形成されている蛍光体粒子１５および絶縁層１６の上面の高さを、ワイヤー頂点領域１７の高さおよび最外周表面１８の高さに合わせて平坦化させる。
【０１５３】
そのために、化学機械研磨（ＣＭＰ）によって、ｐ型の半導体基板１１Ａの表面を平坦に加工する。特に最外周表面１８の部分が、化学機械研磨（ＣＭＰ）の際のガイドとして作用するため、蛍光体粒子１５、絶縁層１６および絶縁膜１３のエッチングが完了し研磨面がワイヤー頂点領域１７に到達した時点で、化学機械研磨（ＣＭＰ）によるワイヤー１２の削りレートが低くなり表面が平坦化されていく。なお、蛍光体粒子１５、絶縁層１６および絶縁膜１３のエッチングは、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）によって行われてもよいし、化学機械研磨（ＣＭＰ）と反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）とが組み合わせられて行われてもよい。
【０１５４】
ここで、ワイヤー１２の間隙１４を蛍光体粒子１５のみで埋め込む場合は、化学機械研磨（ＣＭＰ）による平坦化加工でワイヤー１２が破断する結果が得られており、ワイヤー１２の強度を高めるためには、特に、絶縁層１６で蛍光体粒子１５間を埋め込むことが重要である。蛍光体粒子１５の隙間を絶縁層１６で埋め込むことによってワイヤー１２の強度を高められる。絶縁層１６の厚さは、たとえば、２０ｎｍであれば、化学機械研磨（ＣＭＰ）によるワイヤー１２の破断を防止することができる。
【０１５５】
化学機械研磨（ＣＭＰ）による加工の後に、ｐ型の半導体基板１１Ａの表面を洗浄する。ｐ型の半導体基板１１Ａの表面の洗浄には、有機物の除去を目的とする硫酸過水による洗浄と、パーティクル除去を目的とするアンモニア過水による洗浄とを行う。
【０１５６】
さらに、表面透明導電膜２０を製膜する前の洗浄として、たとえば０．５重量％のフッ化水素酸によって自然酸化膜をエッチングする。
【０１５７】
次に、ｐ型の半導体基板１１Ａの表面に表面透明導電膜２０を製膜する。表面透明導電膜２０として、たとえば、スパッタ法によって、ＩＴＯを製膜する。ＩＴＯ膜は、近紫外領域の光の透過性を高めるために、バンドギャップが４．０ｅＶ以上であることが好ましい。
【０１５８】
次に、ｐ型の半導体基板１１Ａの裏面に裏面透明導電膜２３を製膜する。裏面透明導電膜２３として、たとえば、スパッタ法によって、ＩＴＯを製膜する。
【０１５９】
次に、表面透明導電膜２０の表面に表面電極２１を形成する。表面電極２１は、金属からなることが好ましい。表面電極２１として、たとえば、スクリーン印刷法によってＡｇを形成する。表面電極２１の形成パターンは、たとえば櫛形形状であることが好ましい。
【０１６０】
次に、裏面透明導電膜２３の裏面に裏面電極２４を形成する。裏面電極２４は、金属からなることが好ましい。裏面電極２４として、たとえば、スクリーン印刷法によって、Ａｇを裏面透明導電膜２３の裏面全面に形成する。これによって、図２７に例が示されるような太陽電池１Ａが完成する。
【０１６１】
本実施の形態によれば、蛍光体粒子１５と絶縁層１６とをワイヤー１２の間隙１４へ埋め込むことによって、高い光閉じ込め効果を有するワイヤー構造太陽電池に、近紫外領域の波長の太陽光を効率よく吸収させることができる。
【０１６２】
加えて、ワイヤー１２の光閉じ込め効果とワイヤー１２の間隙１４に埋め込まれた蛍光体粒子１５による乱反射とを組み合わせることによって、太陽光の角度依存性の影響を抑えることができる。
【０１６３】
また、本実施の形態によれば、特に、エミッタ層として、それぞれのワイヤー１２のワイヤー頂点領域１７から当該ワイヤー１２の内部に渡ってｎ型の拡散層２８が形成されているため、第１の実施の形態における製造工程で行われるフォトリソグラフィーによるｐ型の半導体層１９のエッチングプロセスが不要である。
【０１６４】
＜第３の実施の形態＞
本実施の形態に関する太陽電池について説明する。以下の説明においては、以上に記載された実施の形態で説明された構成要素と同様の構成要素については同じ符号を付して図示し、その詳細な説明については適宜省略するものとする。
【０１６５】
＜太陽電池の構成について＞
本実施の形態では、第１の実施の形態に関する太陽電池の構造の他の例について説明する。図２８は、本実施の形態に関するヘテロ接合型のワイヤー構造太陽電池の構成の例を概略的に示す断面図である。
【０１６６】
本実施の形態に関する太陽電池１Ｂは、ｎ型の半導体基板１１を備える。ｎ型の半導体基板１１には、たとえば、結晶系半導体基板であるｎ型のＳｉ基板が用いられる。
【０１６７】
ｎ型の半導体基板１１の表面に複数のワイヤー１２がアレイ状に形成される。なお、それぞれのワイヤー１２は、ｎ型の半導体基板１１の表面を微細加工することによって形成されており、ｎ型の半導体基板１１と同一の材料で形成されている。
【０１６８】
ワイヤー１２の内部を含むｎ型の半導体基板１１の表面には、ｐ型の半導体層１９Ｂが形成されている。ｐ型の半導体層１９Ｂには、たとえば、非晶質でｐ型のＳｉ膜が用いられる。ｐ型の半導体層１９Ｂは、ｎ型の半導体基板１１と異なる導電型で形成されている。なお、ｐ型の半導体層１９Ｂは、ドーパントの拡散によってワイヤー１２の内部に形成される拡散層であってもよい。
【０１６９】
間隙１４の側部、および、間隙１４の底部におけるｐ型の半導体層１９Ｂ上には、表面透明導電膜３０が形成されている。表面透明導電膜３０には、たとえば、ＩＴＯが用いられる。
【０１７０】
隣り合うワイヤー１２間の間隙１４には、多数の波長変換材料である蛍光体粒子１５が密に充填されている。さらに、複数の蛍光体粒子１５の間には、絶縁層３１が隙間なく形成されている。絶縁層３１は、たとえば、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）である。
【０１７１】
ワイヤー１２間の間隙１４に密に形成された絶縁層３１および蛍光体粒子１５は、間隙１４を埋め、かつ、ワイヤー１２の頂点に位置するワイヤー頂点領域１７と同じ高さで上面が平坦加工されている。
【０１７２】
ワイヤー頂点領域１７は、絶縁層３１および蛍光体粒子１５が除去されており、これらは形成されていない。
【０１７３】
なお、ｎ型の半導体基板１１の最外周表面１８にはワイヤー１２が形成されていない。最外周表面１８は、ワイヤー１２間の間隙１４における絶縁層３１および蛍光体粒子１５の上面の高さを、ワイヤー頂点領域１７と同じ高さに平坦加工する際のガイドとして用いられる。
【０１７４】
ワイヤー頂点領域１７には、ｐ型の半導体層１９Ｂが形成される。そして、ワイヤー１２間の間隙１４に形成された絶縁層３１の上部および蛍光体粒子１５の上部、さらには、ワイヤー頂点領域１７に形成されたｐ型の半導体層１９Ｂの上面に、透光性を有する表面透明導電膜３２が製膜される。表面透明導電膜３２には、たとえば、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）が用いられる。
【０１７５】
さらに、表面透明導電膜３２の上部には、多数のワイヤー１２内で発電された電力をワイヤー頂点領域１７上に形成されたｐ型の半導体層１９Ｂから集電して外部に取り出すための、櫛形の表面電極２１が形成される。表面電極２１には、たとえば、銀（Ａｇ）が用いられる。
【０１７６】
ｎ型の半導体基板１１の裏面には、ｎ型の半導体層２２が全面に均一に形成される。ｎ型の半導体層２２は、たとえば、非晶質でｎ型のＳｉ膜である。なお、ｎ型の半導体層２２は、ｎ型の半導体基板１１と同じ導電型の不純物がドープされている。
【０１７７】
ｎ型の半導体層２２の裏面には、裏面透明導電膜２３が製膜される。裏面透明導電膜２３には、たとえば、ＩＴＯが用いられる。
【０１７８】
さらに、裏面透明導電膜２３の裏面には、裏面電極２４が全面に形成される。裏面電極２４には、たとえば、Ａｇが用いられる。
【０１７９】
なお、裏面透明導電膜２３は、ｎ型の半導体層２２と裏面電極２４とのコンタクト抵抗を低減させるために設けられている。裏面透明導電膜２３は、必ずしも必須の構成ではない。
【０１８０】
基板の表面に多数形成されているワイヤー１２は、たとえば、直径（すなわち、太さ）が１ｎｍ以上、かつ、５０μｍ以下であり、長さがたとえば１００ｎｍ以上、かつ、５０μｍ以下である。
【０１８１】
さらに、隣り合うワイヤーの間隔は、たとえば、５０ｎｍ以上、かつ、１００μｍ以下である。また、ワイヤー１２は、多角柱または円柱状に形成されている。
【０１８２】
なお、ｎ型の半導体基板１１は、ｐ型の半導体基板であってもよく、その場合は、ｐ型の半導体層１９Ｂにｎ型の半導体層を用い、ｎ型の半導体層２２にｐ型の半導体層を用いる。
【０１８３】
図示されてはいないが、ワイヤー頂点領域１７とｐ型の半導体層１９Ｂとの間、および、ｎ型の半導体基板１１の裏面とｎ型の半導体層２２の表面との間のうちの少なくとも一方には、真性半導体膜が製膜されていてもよい。真性半導体膜には、たとえば、非晶質でｉ型のＳｉ膜が用いられる。真性半導体膜の厚さは、たとえば、１ｎｍ以上、かつ、５０ｎｍ以下である。
【０１８４】
蛍光体粒子１５は、材質に応じて、近紫外領域の波長の光を励起させて波長変換する領域が異なっている。蛍光体粒子１５は、アルミニウム（Ａｌ）、マグネシウム（Ｍｇ）、バリウム（Ｂａ）、ヒ素（Ａｓ）、ランタン（Ｌａ）、リチウム（Ｌｉ）、カリウム（Ｋ）、ナトリウム（Ｎａ）、チタン（Ｔｉ）、クロム（Ｃｒ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、イットリウム（Ｙ）、カルシウム（Ｃａ）、ニオブ（Ｎｂ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、バナジウム（Ｖ）、シリコン（Ｓｉ）、銅（Ｃｕ）、亜鉛（Ｚｎ）、タングステン（Ｗ）、ガリウム（Ｇａ）、ボロン（Ｂ）、リン（Ｐ）、塩素（Ｃｌ）、臭素（Ｂｒ）、銀（Ａｇ）、マンガン（Ｍｎ）、ビスマス（Ｂｉ）、セリウム（Ｃｅ）、テルビウム（Ｔｂ）、ガドリニウム（Ｇｄ）またはユウロピウム（Ｅｕ）などの材料のいずれか、または、上記材料のうちの複数の組み合わせによって構成され、それらの酸化物、硫化物、フッ化物または窒化物、または、それらのうちの複数の組み合わせによる化合物で構成されている。
【０１８５】
図２は、これらの材料で構成された化合物において、近紫外領域の波長の光を青色領域の波長の光に変換することができる代表的な蛍光体粒子１５の例を示す図である。図３は、近紫外領域の波長の光を緑色領域の波長の光に変換することができる代表的な蛍光体粒子１５の例を示す図である。図４は、近紫外領域の波長の光を黄色領域または橙色領域の波長の光に変換することができる代表的な蛍光体粒子１５の例を示す図である。図５は、近紫外領域の波長の光を赤色領域の波長の光に変換することができる代表的な蛍光体粒子１５の例を示す図である。また、図６は、可視光領域の波長とエネルギーと色との関係を示す図である。
【０１８６】
ワイヤー１２の間隙１４には、図２、図３、図４および図５に示された蛍光体粒子１５のいずれか、または、それらのうちの複数の組み合わせが含まれている。
【０１８７】
蛍光体粒子１５は、直径がたとえば１０００ｎｍ以下、好ましくは１００ｎｍ以下である。特に、蛍光体粒子１５はワイヤー１２の間隙１４に密に埋められており、間隙１４に照射される太陽光は、多数の蛍光体粒子１５によって前方散乱と後方散乱とが繰り返し行われ、その過程で、近紫外領域の波長の光が波長変換されて、ワイヤー１２の内部に照射される。
【０１８８】
ｐ型の半導体層１９Ｂに近紫外領域の波長の光が照射された場合、当該光は基板表面の浅い深さでｐ型の半導体層１９Ｂに吸収されるが、光吸収した際に生じたキャリアは、膜中の欠陥によって再結合してしまうため、発電に寄与しない。
【０１８９】
そのため、ｐ型の半導体層１９Ｂ中で近紫外領域の光を吸収させずに透過させるためには、光の波長を変換することが効果的である。
【０１９０】
本実施の形態によれば、ワイヤー１２の間隙１４に絶縁層３１と蛍光体粒子１５とを埋め込むことによって、近紫外領域の光が波長変換され、ワイヤー１２の表面に形成されているｐ型の半導体層１９Ｂ中で光が吸収されずに、ワイヤー１２の内部に光を照射させることができる。
【０１９１】
絶縁層３１は、たとえば波長３００ｎｍ以上の太陽光を透過させる必要があるため、たとえば４．０ｅＶ以上のバンドギャップを有する絶縁層であることが好ましい。絶縁層３１には、たとえば、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）またはシリコン酸化物（ＳｉＯ２）などが用いられる。さらに、多数の蛍光体粒子１５を絶縁層３１で埋め込むため、絶縁層３１は、原子層堆積（ＡＬＤ）法、または、熱化学気相堆積（ＣＶＤ）法で形成されることが好ましい。
【０１９２】
絶縁層３１の厚さは、隣り合う蛍光体粒子１５の間隔を埋める必要があるため、たとえば、１０ｎｍ以上、かつ、１０００ｎｍ以下であることが好ましく、より好ましくは、たとえば、２０ｎｍ以上、かつ、２００ｎｍ以下である。
【０１９３】
ワイヤー１２とｐ型の半導体層１９Ｂとを電気的にコンタクトさせるため、ワイヤー頂点領域１７における蛍光体粒子１５、絶縁層３１を除去する必要がある。その方法としては、化学機械研磨（ＣＭＰ）を用いて表面の膜を削り取り、最外周表面１８に合わせてワイヤー頂点領域１７の表面を平坦化する手法が利用される。
【０１９４】
特に、化学機械研磨（ＣＭＰ）を利用する場合、ワイヤー１２の間隙１４を蛍光体粒子１５と絶縁層３１とで密に埋め込むことでワイヤー１２の強度を高めることができるため、ワイヤー１２の物理的な破断を防ぐことができる。
【０１９５】
本実施の形態においては、化学機械研磨（ＣＭＰ）の後にワイヤー頂点領域１７に形成されている蛍光体粒子１５、絶縁層３１および表面透明導電膜３０が除去され、ｐ型の半導体層１９Ｂが残るように、化学機械研磨（ＣＭＰ）の時間が調整される。
【０１９６】
間隙１４の側部、および、間隙１４の底部にｐ型の半導体層１９Ｂおよび表面透明導電膜３０が形成されることによって、ワイヤー１２の内部で生成されたキャリアのエミッタ層までの輸送経路を短くすることができる。そのため、ワイヤー１２内のキャリア輸送による影響を少なくすることができる。
【０１９７】
＜以上に記載された実施の形態によって生じる効果について＞
次に、以上に記載された実施の形態によって生じる効果の例を示す。なお、以下の説明においては、以上に記載された実施の形態に例が示された具体的な構成に基づいて当該効果が記載されるが、同様の効果が生じる範囲で、本願明細書に例が示される他の具体的な構成と置き換えられてもよい。
【０１９８】
また、当該置き換えは、複数の実施の形態に跨ってなされてもよい。すなわち、異なる実施の形態において例が示されたそれぞれの構成が組み合わされて、同様の効果が生じる場合であってもよい。
【０１９９】
以上に記載された実施の形態によれば、太陽電池は、複数のワイヤー１２と、絶縁層１６と、蛍光体粒子１５と、半導体層と、第１の透明導電膜とを備えるものである。ここで、半導体層は、たとえば、ｐ型の半導体層１９に対応するものである。また、第１の透明導電膜は、たとえば、表面透明導電膜２０に対応するものである。ワイヤー１２は、ｎ型の半導体基板１１の上面に形成される凸形状である。絶縁層１６は、複数のワイヤー１２の間の間隙１４内に充填される。蛍光体粒子１５は、絶縁層１６中に設けられる。ｐ型の半導体層１９は、ワイヤー１２の上面に形成される。表面透明導電膜２０は、絶縁層１６の上面およびｐ型の半導体層１９の上面を覆って形成される。
【０２００】
このような構成によれば、ｎ型の半導体基板１１の上面に形成されたワイヤー１２によって、高い光閉じ込め効果が得られる。したがって、太陽光の照射角度による反射の影響を抑制することができる。さらに、複数のワイヤー１２の間の間隙１４に蛍光体粒子１５が埋め込まれたことによって、蛍光体粒子１５に照射された太陽光が乱反射し、間隙１４における光が閉じ込められる。それと同時に、蛍光体粒子１５が埋め込まれたことによって、近紫外領域の光が、太陽電池が効率よく吸収することができる波長の光に変換されれば、ワイヤー１２およびｎ型の半導体基板１１における光の吸収効率を高めることができる。さらに、近紫外領域の太陽光は、蛍光体粒子１５で波長変換されることによって、ワイヤー１２の加工時に形成されたｎ型の半導体基板１１の表面におけるダメージ層の影響を受けずに、ワイヤー１２およびｎ型の半導体基板１１に吸収されるため、光の吸収効率を高めることができる。さらに、ワイヤー１２の間の間隙１４内と蛍光体粒子１５とを絶縁層１６で覆うことによって、パッシベーション効果を得ることができる。また、ワイヤー１２の間の間隙１４が蛍光体粒子１５と絶縁層１６とによって埋められることによって、多数の蛍光体粒子１５を固めて固定し、ワイヤー１２の外的要因に対する強度を高めることができる。ワイヤー１２の強度を高めることによって、ワイヤー頂点領域１７に形成された蛍光体粒子１５、絶縁膜１３および絶縁層１６を化学機械研磨（ＣＭＰ）などの研磨プロセスで除去して、平坦化することができる。また、平坦化された面には、プラズマＣＶＤまたはスパッタリングなどの手法によって、膜質が均一な膜を形成することができる。さらに、ｎ型の半導体基板１１の厚さが２００μｍ以下である場合、ワイヤー１２を深く形成した後に、蛍光体粒子１５と絶縁層１６とをワイヤー１２の間の間隙１４に埋め込むことによって、ワイヤー１２およびｎ型の半導体基板１１の割断を抑制することができる。
【０２０１】
なお、これらの構成以外の本願明細書に例が示される他の構成については適宜省略することができる。すなわち、少なくともこれらの構成を備えていれば、以上に記載された効果を生じさせることができる。
【０２０２】
しかしながら、本願明細書に例が示される他の構成のうちの少なくとも１つを以上に記載された構成に適宜追加した場合、すなわち、以上に記載された構成としては言及されなかった本願明細書に例が示される他の構成が適宜追加された場合であっても、同様の効果を生じさせることができる。
【０２０３】
また、以上に記載された実施の形態によれば、蛍光体粒子１５は、光の波長を変換可能な粒子である。また、蛍光体粒子１５で波長が変換された後の光の波長は、ワイヤー１２とｐ型の半導体層１９とで形成されるＰＮ接合で吸収される光の波長である。このような構成によれば、太陽光をワイヤー状に形成されているｐ型の半導体層１９では吸収されない波長に変換することによって、ワイヤー１２の内部で当該光を吸収させることができる。そのため、太陽光を効率よく吸収することができる。
【０２０４】
また、以上に記載された実施の形態によれば、蛍光体粒子１５が、アルミニウム（Ａｌ）、マグネシウム（Ｍｇ）、バリウム（Ｂａ）、ヒ素（Ａｓ）、ランタン（Ｌａ）、リチウム（Ｌｉ）、カリウム（Ｋ）、ナトリウム（Ｎａ）、チタン（Ｔｉ）、クロム（Ｃｒ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、イットリウム（Ｙ）、カルシウム（Ｃａ）、ニオブ（Ｎｂ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、バナジウム（Ｖ）、シリコン（Ｓｉ）、銅（Ｃｕ）、亜鉛（Ｚｎ）、タングステン（Ｗ）、ガリウム（Ｇａ）、ボロン（Ｂ）、リン（Ｐ）、塩素（Ｃｌ）、臭素（Ｂｒ）、銀（Ａｇ）、マンガン（Ｍｎ）、ビスマス（Ｂｉ）、セリウム（Ｃｅ）、テルビウム（Ｔｂ）、ガドリニウム（Ｇｄ）およびユウロピウム（Ｅｕ）のうちの少なくとも１つによって構成され、かつ、その酸化物、硫化物、フッ化物および窒化物のうちの少なくとも１つによる化合物で構成される。このような構成によれば、近紫外領域の太陽光を、蛍光体粒子１５によって、ワイヤー１２の内部で効率よく吸収することができる波長の光に変換することができる。
【０２０５】
また、以上に記載された実施の形態によれば、ｎ型の半導体基板１１および複数のワイヤー１２が、単結晶シリコン半導体で構成される。また、絶縁層１６が、シリコン酸化物（ＳｉＯ２）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）またはシリコン窒化物（Ｓｉ３Ｎ４）で構成される。このような構成によれば、近紫外領域の太陽光をワイヤー１２の間隙１４で吸収せずに、蛍光体粒子１５で波長変換することができる。すなわち、絶縁層１６を、ワイヤー１２の表面のパッシベーション膜として利用することができる。
【０２０６】
また、以上に記載された実施の形態によれば、複数のワイヤー１２は、円柱形状または多角柱形状である。このような構成によれば、ワイヤー１２の形状によってｎ型の半導体基板１１の表面に照射される太陽光の反射率を低減させることができる。
【０２０７】
また、以上に記載された実施の形態によれば、複数のワイヤー１２の上面（すなわち、ワイヤー頂点領域１７）の高さが等しい。このような構成によれば、ワイヤー頂点領域１７が平坦化されているため、ワイヤー頂点領域１７に均一に半導体層を形成することができる。また、近紫外領域の太陽光を導電膜で吸収させずに、ワイヤー１２間の間隙１４に照射させることができる。
【０２０８】
また、以上に記載された実施の形態によれば、ｐ型の半導体層１９は、非晶質シリコンで構成される。このような構成によれば、拡散のための高温プロセスを必要とせずに、エミッタ層を形成することができる。さらに、ワイヤー１２を形成した際と同じマスクパターンを用いてエッチングすることによって、ワイヤー頂点領域１７にのみエミッタ層としてのｐ型の半導体層１９を残すことができる。すなわち、微細なワイヤー構造であっても、ワイヤー頂点領域１７にのみエミッタ層を形成することができる。
【０２０９】
また、以上に記載された実施の形態によれば、ｐ型の半導体層１９は、絶縁層１６の上面には形成されない。このような構成によれば、ワイヤー１２の間隙１４に照射される太陽光の近紫外領域の光を蛍光体粒子１５にまで到達させ、蛍光体粒子１５において効率的に波長変換することができる。
【０２１０】
また、以上に記載された実施の形態によれば、複数のワイヤー１２は、互いに繋がりつつ、アレイ状に配置される。このような構成によれば、ワイヤー１２だけでなく、ワイヤー１２が形成されている半導体基板において吸収される太陽光を発電に利用することができる。
【０２１１】
また、以上に記載された実施の形態によれば、ワイヤー１２の上面（すなわち、ワイヤー頂点領域１７）と絶縁層１６の上面との高さが等しい。このような構成によれば、ワイヤー１２の間の間隙１４が蛍光体粒子１５と絶縁層１６とによって埋められることによって、多数の蛍光体粒子１５を固めて固定し、ワイヤー１２の外的要因に対する強度を高めることができる。
【０２１２】
また、以上に記載された実施の形態によれば、半導体層は、ワイヤー１２の表層に拡散される拡散層２８である。このような構成によれば、ワイヤー１２における光の吸収効率を高めることができる。
【０２１３】
また、以上に記載された実施の形態によれば、半導体層１９Ｂは、間隙１４内の側部および底部を覆って形成される。そして、太陽電池１Ｂは、間隙１４内の半導体層１９Ｂを覆って形成される第２の透明導電膜を備えるものである。ここで、第２の透明導電膜は、たとえば、表面透明導電膜３０に対応するものである。このような構成によれば、間隙１４内における光の吸収効率を高めることができる。
【０２１４】
また、以上に記載された実施の形態によれば、太陽電池は、間隙１４内の側部および底部を覆って形成される絶縁膜１３を備えるものである。このような構成によれば、絶縁膜１３によるパッシベーション効果を得ることができる。
【０２１５】
＜以上に記載された実施の形態における変形例について＞
以上に記載された実施の形態では、それぞれの構成要素の材質、材料、寸法、形状、相対的配置関係または実施の条件などについても記載する場合があるが、これらはすべての局面においてひとつの例であって、本願明細書に記載されたものに限られることはないものとする。
【０２１６】
したがって、例が示されていない無数の変形例、および、均等物が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。たとえば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの実施の形態における少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。
【０２１７】
また、以上に記載された実施の形態におけるそれぞれの構成要素には、同一の機能を発揮する限り、他の構造または形状を有する構造物が含まれるものとする。
【０２１８】
また、本願明細書における説明は、本技術に関するすべての目的のために参照され、いずれも、従来技術であると認めるものではない。
【０２１９】
また、以上に記載された実施の形態において、特に指定されずに材料名などが記載された場合は、矛盾が生じない限り、当該材料に他の添加物が含まれた、たとえば、合金などが含まれるものとする。
【０２２０】
また、以上に記載された実施の形態では、第１の導電型がｎ型であり、第２の導電型がｐ型であるとするが、逆に、第１の導電型がｐ型であり、第２の導電型がｎ型であってもよいものとする。
【産業上の利用可能性】
【０２２１】
以上のように、本実施の形態に関する太陽電池は、太陽光の光閉じ込め効果および光の収集効率に優れる太陽電池に有用である。
【符号の説明】
【０２２２】
１，１Ａ，１Ｂ  太陽電池、１１，１１Ａ  半導体基板、１２  ワイヤー、１３  絶縁膜、１４  間隙、１５  蛍光体粒子、１６，３１  絶縁層、１７  ワイヤー頂点領域、１８  最外周表面、１９，１９Ｂ，２２  半導体層、２０，３０，３２  表面透明導電膜、２１  表面電極、２３  裏面透明導電膜、２４  裏面電極、２５  円形パターン、２６  遮光領域、２７  アラインメントマーク、２８，２９  拡散層、２５０  マスク部。
【図１】
2019149437.tif 000003
【図２】
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【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】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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