(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板と、
第１導電型の第１非晶質シリコン層と、
前記第１導電型とは反対の第２導電型の第２非晶質シリコン層と、
前記第１非晶質シリコン層に接して形成された第１電極と、
前記第２非晶質シリコン層に接して形成された第２電極とを備え、
前記第１電極と前記第２電極のうち少なくとも一方の電極は、金属結晶粒を複数含み、
前記第１電極の面内方向における前記金属結晶粒の平均結晶粒径が前記第１電極の厚みより大きく、
前記第１導電型は、ｎ型である、光電変換素子。
【請求項２】
請求項１に記載の光電変換素子であって、
前記第１非晶質シリコン層及び前記第２非晶質シリコン層は、前記半導体基板における受光面とは反対側の裏面に設けられた、光電変換素子。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の光電変換素子であって、
前記金属結晶粒は、前記半導体基板の厚み方向に平行な結晶軸が＜１１１＞方向に優先配向している、光電変換素子。
【請求項４】
請求項１〜３の何れか１項に記載の光電変換素子であって、
前記平均結晶粒径は、前記第１電極の厚みの１．３４倍以上である、光電変換素子。
【請求項５】
請求項１〜３の何れか１項に記載の光電変換素子であって、
前記第２導電型は、ｐ型であり、
前記平均結晶粒径は、前記第２電極の厚みの１倍より大きく、２．４４倍以下である、光電変換素子。
【請求項６】
請求項１〜３の何れか１項に記載の光電変換素子であって、
前記半導体基板の導電型は、前記第１導電型であり、
前記第２電極と前記第２非晶質シリコン層との接触面積は、前記第１電極と前記第１非晶質シリコン層との接触面積の２倍以上であり、
前記第１電極の平均結晶粒径と前記第２電極の平均結晶粒径との平均値は、前記第１電極及び前記第２電極の厚みの１．３倍以上であって、且つ、４．７２倍以下である、光電変換素子。
【請求項７】
請求項１〜３の何れか１項に記載の光電変換素子であって、
前記半導体基板の導電型は、前記第１導電型であり、
前記第２電極と前記第２非晶質シリコン層との接触面積は、前記第１電極と前記第１非晶質シリコン層との接触面積の１倍以上であり、
前記第１電極の平均結晶粒径と前記第２電極の平均結晶粒径との平均値は、第１電極及び第２電極の厚みの１．３倍以上であって、且つ、４倍以下である、光電変換素子。
【請求項８】
請求項１〜７の何れか１項に記載の光電変換素子を少なくとも１つ含む光電変換モジュール。
【請求項９】
請求項８に記載の光電変換モジュールを少なくとも１つ含む太陽光発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光電変換素子、光電変換モジュール、並びに、太陽光発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、光電変換素子としての太陽電池が注目されている。太陽電池の一例として、裏面電極型の太陽電池がある。【０００３】
裏面電極型の太陽電池は、例えば、特開２００７−２８１１５６号公報に開示されている。上記公報において、裏面電極型の太陽電池は、結晶半導体と、前記結晶半導体の、太陽光の照射面とは反対側になる裏面に形成されたｎ型非晶質半導体層と、前記裏面に形成されたｐ型非晶質半導体層と、前記ｎ型非晶質半導体層上および前記ｐ型非晶質半導体層上に形成された電極とからなる。【０００４】
しかしながら、上記公報のように、非晶質半導体層上に電極を形成する場合、非晶質半導体層と電極との間の接触抵抗が高くなるという問題があった。
【発明の開示】
【０００５】
本発明の目的は、不純物を含む非晶質半導体層と当該非晶質半導体層上に形成される電極との接触抵抗を低減して、素子特性を向上させることができる、光電変換素子を提供することにある。
【０００６】
本発明の実施の形態による光電変換素子は、半導体基板、第１半導体層と、第２半導体層と、第１電極と、第２電極とを備える。第１半導体層は、第１導電型を有する。第２半導体層は、第１導電型とは反対の第２導電型を有する。第１電極は、第１半導体層上に形成される。第２電極は、第２半導体層上に形成される。第１電極及び第２電極のうち少なくとも一方の電極は、複数の金属結晶粒を含む。電極の面内方向における金属結晶粒の平均結晶粒径は、電極の厚みよりも大きい。
【０００７】
本発明の実施の形態による光電変換素子は、不純物を含む非晶質半導体層と当該非晶質シリコン層上に形成される電極との接触抵抗を低減して、素子特性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の第１の実施の形態による光電変換素子の概略構成を示す断面図である。
【図２Ａ】図１に示す光電変換素子の製造方法を説明するための断面図であって、シリコン基板を示す断面図である。
【図２Ｂ】図１に示す光電変換素子の製造方法を説明するための断面図であって、シリコン基板の裏面に真性非晶質シリコン層が形成され、且つ、真性非晶質シリコン層上にｎ型非晶質シリコン層及びｐ型非晶質シリコン層が形成された状態を示す断面図である。
【図２Ｃ】図１に示す光電変換素子の製造方法を説明するための断面図であって、シリコン基板の受光面にパッシベーション膜が形成された状態を示す断面図である。
【図２Ｄ】図１に示す光電変換素子の製造方法を説明するための断面図であって、パッシベーション膜上に反射防止膜が形成された状態を示す断面図である。
【図２Ｅ】図１に示す光電変換素子の製造方法を説明するための断面図であって、金属膜が形成された状態を示す断面図である。
【図２Ｆ】図１に示す光電変換素子の製造方法を説明するための断面図であって、電極が形成された状態を示す断面図である。
【図３】平均結晶粒径とアニール温度との関係を示すグラフである。
【図４】平均結晶粒径と接触抵抗との関係を示すグラフである。
【図５】接触抵抗を測定したときのサンプルの概略構成を示す断面図である。
【図６】金属結晶粒の界面準位を説明するための概念図である。
【図７】金属結晶粒が小さい場合の電極とｎ型非晶質シリコン層との界面のバンド図である。
【図８】金属結晶粒が大きい場合の電極とｎ型非晶質シリコン層との界面のバンド図である。
【図９】セル抵抗と平均結晶粒径の平均値との関係を示すグラフである。
【図１０】変換効率ηと平均結晶粒径の平均値との関係を示すグラフである。
【図１１】曲線因子ＦＦと平均結晶粒径の平均値との関係を示すグラフである。
【図１２】本発明の第１の実施の形態の応用例１に係る光電変換素子の概略構成の一例を示す断面図である。
【図１３】本発明の第１の実施の形態の応用例２に係る光電変換素子の概略構成の一例を示す断面図である。
【図１４】本発明の第１の実施の形態の応用例３に係る光電変換素子の概略構成の一例を示す断面図である。
【図１５】本発明の第２の実施の形態による光電変換素子の概略構成を示す断面図である。
【図１６Ａ】図１５に示す光電変換素子の製造方法を説明するための断面図であって、シリコン基板の裏面側にｎ型拡散層が形成された状態を示す断面図である。
【図１６Ｂ】図１５に示す光電変換素子の製造方法を説明するための断面図であって、シリコン基板の裏面に絶縁膜が形成された状態を示す断面図である。
【図１６Ｃ】図１５に示す光電変換素子の製造方法を説明するための断面図であって、シリコン基板の表面側にｐ型拡散層が形成された状態を示す断面図である。
【図１６Ｄ】図１５に示す光電変換素子の製造方法を説明するための断面図であって、シリコン基板の受光面に非晶質膜が形成された状態を示す断面図である。
【図１６Ｅ】図１５に示す光電変換素子の製造方法を説明するための断面図であって、パッシベーション膜上に非晶質膜が形成された状態を示す断面図である。
【図１６Ｆ】図１５に示す光電変換素子の製造方法を説明するための断面図であって、金属膜が形成された状態を示す断面図である。
【図１６Ｇ】図１５に示す光電変換素子の製造方法を説明するための断面図であって、電極が形成された状態を示す断面図である。
【図１７】本発明の第２の実施の形態の応用例に係る光電変換素子の概略構成を示す断面図である。
【図１８】本発明の第３の実施の形態による光電変換素子の概略構成を示す断面図である。
【図１９Ａ】図１８に示す光電変換素子の製造方法を説明するための断面図であって、シリコン基板の裏面側にｎ型拡散層が形成された状態を示す断面図である。
【図１９Ｂ】図１８に示す光電変換素子の製造方法を説明するための断面図であって、シリコン基板の表面側にｐ型拡散層が形成された状態を示す断面図である。
【図１９Ｃ】図１８に示す光電変換素子の製造方法を説明するための断面図であって、シリコン基板の表面に非晶質膜が形成された状態を示す断面図である。
【図１９Ｄ】図１８に示す光電変換素子の製造方法を説明するための断面図であって、シリコン基板の裏面に非晶質膜が形成された状態を示す断面図である。
【図１９Ｅ】図１８に示す光電変換素子の製造方法を説明するための断面図であって、金属膜が形成された状態を示す断面図である。
【図１９Ｆ】図１８に示す光電変換素子の製造方法を説明するための断面図であって、電極が形成された状態を示す断面図である。
【図２０】本発明の第３の実施の形態の応用例１に係る光電変換素子の概略構成を示す断面図である。
【図２１】本発明の第３の実施の形態の応用例２に係る光電変換素子の概略構成を示す断面図である。
【図２２】この実施の形態による光電変換素子を備える光電変換モジュールの構成を示す概略図である。
【図２３】この実施の形態による光電変換素子を備える太陽光発電システムの構成を示す概略図である。
【図２４】図２３に示す光電変換モジュールアレイの構成を示す概略図である。
【図２５】この実施の形態による光電変換素子を備える太陽光発電システムの構成を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明の第１の態様に係る光電変換素子は、半導体基板と、第１半導体層と、第２半導体層と、第１電極と、第２電極とを備える。第１半導体層は、第１導電型を有する。第２半導体層は、第１導電型とは反対の第２導電型を有する。第１電極は、第１半導体層上に形成される。第２電極は、第２半導体層上に形成される。第１電極及び第２電極のうち少なくとも一方の電極は、複数の金属結晶粒を含む。電極の面内方向における金属結晶粒の平均結晶粒径は、電極の厚みよりも大きい。
【００１０】
第１の態様においては、電極と半導体層との接触抵抗を低くできる。その結果、光電変換素子の素子特性を向上させることができる。
【００１１】
本発明の第２の態様に係る光電変換素子は、第１の態様に係る光電変換素子において、電極は、銀を主成分とする金属膜からなる。
【００１２】
第２の態様においては、電極そのものの抵抗を低くできる。また、電極が半導体基板の光入射側とは反対側の裏面に形成される場合は、裏面に到達した光を効果的に反射することにより、変換効率を向上する。
【００１３】
本発明の第３の態様に係る光電変換素子は、第１又は第２の態様に係る光電変換素子において、第１半導体層及び第２半導体層は、半導体基板における受光面とは反対側の裏面に設けられている。
【００１４】
第３の態様においては、裏面電極型の光電変換素子において、素子特性を向上させることができる。
【００１５】
本発明の第４の態様に係る光電変換素子は、第１〜第３の態様の何れかに係る光電変換素子であって、金属結晶粒は、半導体基板の厚み方向に平行な結晶軸が＜１１１＞方向に優先配向している。
【００１６】
第４の態様においては、電極と半導体層との接触抵抗が高くなるのを抑制できる。
【００１７】
本発明の第５の態様に係る光電変換素子は、第１〜第４の態様の何れかに係る光電変換素子であって、電極は、第1電極である。第１導電型は、ｎ型である。平均結晶粒径は、第１電極の厚みの１．３４倍以上である。
【００１８】
第５の態様においては、第１電極と第１半導体層との接触抵抗が高くなるのを抑制できる。
【００１９】
本発明の第６の態様に係る光電変換素子は、第１〜第４の態様の何れかに係る光電変換素子であって、電極は、第1電極である。第１導電型は、ｎ型である。平均結晶粒径は、第１電極の厚みの１．５４倍以上である。
【００２０】
第６の態様においては、第１電極と第１半導体層との接触抵抗が高くなるのをさらに抑制できる。
【００２１】
本発明の第７の態様に係る光電変換素子は、第１〜第４の態様の何れかに係る光電変換素子であって、電極は、第２電極である。第２導電型は、ｐ型である。平均結晶粒径は、第２電極の厚みの１倍より大きく、２．４４倍以下である。
【００２２】
第７の態様においては、第２電極と第２半導体層との接触抵抗が高くなるのを抑制できる。
【００２３】
本発明の第８の態様に係る光電変換素子は、第１〜第４の態様の何れかに係る光電変換素子であって、電極は、第２電極である。第２導電型は、ｐ型である。平均結晶粒径は、第２電極の厚みの１．２６倍以上、且つ、２．４４倍以下である。
【００２４】
第８の態様においては、第２電極と第２半導体層との接触抵抗が高くなるのをさらに抑制できる。
【００２５】
本発明の第９の態様に係る光電変換素子は、第１〜第４の態様の何れかに係る光電変換素子において、半導体基板の導電型が第１導電型である。第２電極と第２半導体層との接触面積は、第１電極と第１半導体層との接触面積の２倍以上である。電極は、第１電極及び第２電極である。第１電極の平均結晶粒径と第２電極の平均結晶粒径との平均値は、第１電極及び第２電極の厚みの１．３倍以上であって、且つ、４．７２倍以下である。
【００２６】
第９の態様においては、素子特性を向上させることができる。
【００２７】
本発明の第１０の態様に係る光電変換素子は、第１〜第４の態様の何れかに係る光電変換素子において、半導体基板の導電型が第１導電型である。第２電極と第２半導体層との接触面積は、第１電極と第１半導体層との接触面積の１倍以上である。電極は、第１電極及び第２電極である。第１電極の平均結晶粒径と第２電極の平均結晶粒径との平均値は、第１電極及び第２電極の厚みの１．３倍以上であって、且つ、４倍以下である。
【００２８】
第１０の態様においては、素子特性をさらに向上させることができる。
【００２９】
本発明の第１１の態様に係る光電変換素子は、第１の態様に係る光電変換素子において、第１半導体層は、半導体基板上に形成され、第１導電型の非晶質半導体を含む。半導体基板と第１半導体層との間には、真性の非晶質半導体を含む第３半導体層が形成される。
【００３０】
第１１の態様においては、第１半導体層が半導体基板上に直接形成される場合と比べて、半導体基板のパッシベーション性が向上する。
【００３１】
本発明の第１２の態様に係る光電変換素子は、第１１の態様に係る光電変換素子において、真性の非晶質半導体は、水素化アモルファスシリコンである。
【００３２】
第１２の態様においては、半導体基板の裏面のパッシベーション性がさらに向上する。
【００３３】
本発明の第１３の態様に係る光電変換素子は、第１１の態様に係る光電変換素子において、第１導電型の非晶質半導体は、水素化アモルファスシリコンである。
【００３４】
第１３の態様においては、第１電極と第１半導体層との接触界面の劣化を抑制できる。
【００３５】
本発明の第１４の態様に係る光電変換素子は、第１の態様に係る光電変換素子において、第２半導体層は、半導体基板上に形成され、第２導電型の非晶質半導体を含む。半導体基板と第２半導体層との間には、真性の非晶質半導体を含む第４半導体層が形成される。
【００３６】
第１４の態様においては、第２半導体層が半導体基板上に直接形成される場合と比べて、半導体基板のパッシベーション性が向上する。
【００３７】
本発明の第１５の態様に係る光電変換素子は、第１４の態様に係る光電変換素子において、真性の非晶質半導体は、水素化アモルファスシリコンである。
【００３８】
第１５の態様においては、半導体基板のパッシベーション性がさらに向上する。
【００３９】
本発明の第１６の態様に係る光電変換素子は、第１４の態様に係る光電変換素子において、第２導電型の非晶質半導体は、水素化アモルファスシリコンである。
【００４０】
第１６の態様においては、第２電極と第２半導体層との接触界面の劣化を抑制できる。
【００４１】
本発明の第１の態様に係る光電変換モジュールは、本発明の第１〜第１６の態様の何れかに係る光電変換素子を含む。
【００４２】
第１の態様においては、光電変換モジュールの性能を向上させることができる。
【００４３】
本発明の第１の態様に係る光電変換システムは、本発明の第１の態様に係る光電変換モジュールを含む。
【００４４】
第１の態様においては、光電変換システムの性能を向上させることができる。
【００４５】
以下、本発明のより具体的な実施形態について、図面を参照しながら説明する。図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。
【００４６】
［第１の実施の形態］
図１には、本発明の第１の実施の形態による光電変換素子１０が示されている。光電変換素子１０は、裏面電極型の太陽電池である。
【００４７】
光電変換素子１０は、シリコン基板１２と、パッシベーション膜１４と、反射防止膜１６と、真性非晶質シリコン層１８、１９と、ｎ型非晶質シリコン層２０ｎと、ｐ型非晶質シリコン層２０ｐと、電極２２ｎと、電極２２ｐとを備える。
【００４８】
シリコン基板１２は、ｎ型の単結晶シリコン基板である。シリコン基板１２の厚さは、例えば、５０〜３００μｍである。シリコン基板１２の比抵抗は、例えば、１．０〜１０．０Ω・ｃｍである。なお、ｎ型単結晶シリコン基板に代えて、ｎ型多結晶シリコン基板、ｎ単結晶ゲルマニウム、ｎ型単結晶シリコンゲルマニウム等を用いてもよく、一般的には、半導体基板を用いてもよい。ｎ型の代わりにｐ型を用いてもよい。
【００４９】
シリコン基板１２の受光面には、図示はしていないが、テクスチャ構造が形成されている。これにより、シリコン基板１２に入射した光を閉じ込めて、光の利用効率を高めることができる。
【００５０】
シリコン基板１２の面方位は（１００）が望ましい。これにより、テクスチャ構造の形成が容易になる。
【００５１】
シリコン基板１２の受光面は、パッシベーション膜１４で覆われている。パッシベーション膜１４は、例えば、水素化アモルファスシリコン膜である。パッシベーション膜１４の膜厚は、例えば、３〜３０ｎｍである。なお、パッシベーション膜１４として、水素化アモルファスシリコン膜の代わりに、窒化シリコン膜、酸化シリコン膜、酸窒化シリコン膜等を用いてもよい。
【００５２】
反射防止膜１６は、パッシベーション膜１４を覆う。反射防止膜１６は、例えば、シリコン窒化膜である。反射防止膜１６の膜厚は、例えば、５０〜２００ｎｍである。
【００５３】
シリコン基板１２の裏面上には、真性非晶質シリコン層１８、１９が形成されている。真性非晶質シリコン１８、１９は、例えば、ｉ型の水素化アモルファスシリコン（ａ‐Ｓｉ：Ｈ）からなる。真性非晶質シリコン層１８は、シリコン基板１２の裏面の一部に形成されている。真性非晶質シリコン層１９は、シリコン基板１２の裏面において真性非晶質シリコン層１８に隣接して形成されている。つまり、真性非晶質シリコン層１８、１９は、シリコン基板１２の裏面の全体に交互に形成されている。真性非晶質シリコン層１８，１９の厚さは、例えば、１０ｎｍである。図１に示す例では、真性非晶質シリコン層１９は、真性非晶質シリコン層１８に隣接して形成されているが、例えば、シリコン基板１２の裏面において真性非晶質シリコン層１８が形成されていない領域の一部に形成されていてもよい。また、真性非晶質シリコン層１８、１９は、非晶質相のみからなっていてもよいし、微細な結晶相と非晶質相とからなっていてもよい。
【００５４】
真性非晶質シリコン層１８上には、ｎ型非晶質シリコン層２０ｎが形成されている。ｎ型非晶質シリコン層２０ｎは、ｎ型不純物（例えば、リン）を含む水素化アモルファスシリコン（ａ‐Ｓｉ：Ｈ（ｎ））からなる。ｎ型非晶質シリコン層２０ｎの厚さは、例えば、１０ｎｍである。ｎ型非晶質シリコン層２０ｎの不純物濃度は、例えば、１×１０１９ｃｍ−３〜１×１０２１ｃｍ−３である。ｎ型非晶質シリコン層２０ｎは、非晶質相のみからなっていてもよいし、微細な結晶相と非晶質相とからなっていてもよい。微細な結晶相と非晶質相とからなっている場合の一例は、例えば、ｎ型微結晶シリコンである。
【００５５】
真性非晶質シリコン層１９上には、ｐ型非晶質シリコン層２０ｐが形成されている。ｐ型非晶質シリコン層２０ｐは、ｐ型不純物（例えば、ボロン）を含む水素化アモルファスシリコン（ａ‐Ｓｉ：Ｈ（ｐ））からなる。ｐ型非晶質シリコン層２０ｐの厚さは、例えば、１０ｎｍである。ｐ型非晶質シリコン層２０ｐの不純物濃度は、例えば、１×１０１９ｃｍ−３〜１×１０２１ｃｍ−３である。ｐ型非晶質シリコン層２０ｐは、非晶質相のみからなっていてもよいし、微細な結晶相と非晶質相とからなっていてもよい。微細な結晶相と非晶質相とからなっている場合の一例は、例えば、ｐ型微結晶シリコンである。図１に示す例では、ｎ型非晶質シリコン層２０ｎは、ｐ型非晶質シリコン層２０ｐに隣接して形成されているが、必ずしも隣接する必要はなく、例えば、ｎ型非晶質シリコン層２０ｎは非晶質シリコン層１８上の少なくとも一部に形成されていてもよく、また、ｐ型非晶質シリコン層２０ｐは非晶質シリコン層１９上の少なくとも一部に形成されていてもよい。
【００５６】
シリコン基板１２の面内方向において、ｎ型非晶質シリコン層２０ｎの幅寸法は、ｐ型非晶質シリコン層２０ｐの幅寸法よりも小さいほうが好ましい。ｎ型非晶質シリコン層２０ｎの面積とｐ型非晶質シリコン層２０ｐの面積の和に対するｐ型非晶質シリコン層２０ｐの面積の割合（ｐ型非晶質シリコン層２０ｐの面積率）が高いほど、光生成された少数キャリア（正孔）が、ｐ型非晶質シリコン層２０ｐに到達するまでに移動しなくてはならない距離が減少する。そのため、ｐ型非晶質シリコン層２０ｐに到達するまでに再結合する正孔の数が減少し、短絡電流が増加する。したがって、光電変換素子１０の変換効率が向上する。好ましいｐ型非晶質シリコン層２０ｐの面積率は、６３〜９０％である。
【００５７】
シリコン基板１２の裏面には、図示はしていないが、テクスチャ構造が形成されていてもよい。この場合、真性非晶質シリコン層１８、１９、ｎ型非晶質シリコン層２０ｎ及びｐ型非晶質シリコン層２０ｐには、シリコン基板１２の裏面のテクスチャ構造に対応した凹凸が形成される。
【００５８】
ｎ型非晶質シリコン層２０ｎ上には、電極２２ｎが形成されている。ｐ型非晶質シリコン層２０ｐ上には、電極２２ｐが形成されている。電極２２ｎ、２２ｐは、銀を主成分とする金属膜である。なお、電極２２ｎ、２２ｐは、銀以外の元素（例えば、金属元素や酸素等）を含んでいてもよい。電極２２ｎ、２２ｐの厚さは、例えば、５００ｎｍである。
【００５９】
なお、シリコン基板１２の裏面にテクスチャ構造を形成する場合には、電極２２ｎとｎ型非晶質シリコン層２０ｎとの密着性、及び、電極２２ｐとｐ型非晶質シリコン層２０ｐとの密着性が向上する。これにより、光電変換素子１０の歩留まり及び信頼性が向上する。更に、シリコン基板１２の裏面が平坦な場合に比べて、電極２２ｎとｎ型非晶質シリコン層２０ｎとの接触面積、及び、電極２２ｐとｐ型非晶質シリコン層２０ｐとの接触面積が大きくなるため、接触抵抗が低減される。なお、シリコン基板１２の厚み方向から見て、電極２２ｎと重なる領域の少なくとも一部を含む領域、または、電極２２ｐと重なる領域の少なくとも一部を含む領域のいずれか一方にテクスチャを形成してもよい。
【００６０】
［光電変換素子の製造方法］
図２Ａ〜図２Ｆを参照しながら、光電変換素子１０の製造方法について説明する。
【００６１】
先ず、図２Ａに示すように、シリコン基板１２を準備する。シリコン基板１２は、受光面の全体にテクスチャ構造を有する。テクスチャ構造を形成する方法は、例えば、ウェットエッチングである。シリコン基板１２の受光面の全体にウェットエッチングを実施することにより、シリコン基板１２の受光面の全体にテクスチャ構造が形成される。ウェットエッチングは、例えば、アルカリ溶液等を用いて実施される。ウェットエッチングの時間は、例えば、１０〜６０分である。ウェットエッチングに用いられるアルカリ溶液は、例えば、ＮａＯＨやＫＯＨであり、その濃度は、例えば、５％である。
【００６２】
続いて、図２Ｂに示すように、シリコン基板１２の裏面に真性非晶質シリコン層１８、１９を形成し、真性非晶質半導体層１８上にｎ型非晶質半導体層２０ｎを形成し、真性非晶質半導体層１９上にｐ型非晶質半導体層２０ｐを形成する。
【００６３】
真性非晶質シリコン層１８、１９は、例えば、プラズマＣＶＤで形成することができる。プラズマＣＶＤで形成する場合、プラズマＣＶＤ装置が備える反応室に導入される反応ガスは、シランガス及び水素ガスである。シリコン基板１２の温度は、例えば、１００〜３００℃である。
【００６４】
続いて、ｐ型非晶質シリコン層を真性非晶質シリコン層１８、１９上に形成する。ｐ型非晶質シリコン層は、例えば、プラズマＣＶＤで形成することができる。プラズマＣＶＤで形成する場合、プラズマＣＶＤ装置が備える反応室に導入される反応ガスは、シランガス、水素ガス及びジボランガスである。シリコン基板１２の温度は、例えば、１００〜３００℃である。
【００６５】
続いて、ｐ型非晶質シリコン層上に、マスクとしての被覆層を形成する。この被覆層は、例えば、ｐ型非晶質シリコン層上に形成された窒化シリコン膜をパターニングすることで得られる。窒化シリコン膜の代わりに、酸化シリコン膜または酸窒化シリコン膜等を用いてもよい。パターニングは、例えば、フォトリソグラフィ法によって実施される。被覆層は、真性非晶質シリコン層１８、１９上に形成されたｐ型非晶質シリコン層のうち、後にｐ型非晶質シリコン層２０ｐとなる部分、つまり、真性非晶質シリコン層１９上に形成されたｐ型非晶質シリコン層を覆う。
【００６６】
続いて、真性非晶質シリコン層１８上に形成されたｐ型非晶質シリコン層を除去する。ｐ型非晶質シリコン層を除去する方法は、ドライエッチングであってもよいし、ウェットエッチングであってもよい。これにより、真性非晶質シリコン層１９上にｐ型非晶質シリコン層２０ｐが形成される。このとき、ｐ型非晶質シリコン層２０ｐ上には、被覆層が形成されている。
【００６７】
続いて、ｎ型非晶質シリコン層を、真性非晶質シリコン層１８上と、ｐ型非晶質シリコン層２０ｐ上に形成された被覆層上とに形成する。ｎ型非晶質シリコン層は、例えば、プラズマＣＶＤで形成することができる。プラズマＣＶＤで形成する場合、プラズマＣＶＤ装置が備える反応室に導入される反応ガスは、シランガス、水素ガス及びフォスフィンガスである。シリコン基板１２の温度は、例えば、１００〜３００℃である。
【００６８】
続いて、ｐ型非晶質シリコン層２０ｐ上に形成された被覆層を除去する。これにより、ｎ型非晶質シリコン層２０ｎが真性非晶質シリコン層１８上に形成される。ｐ型非晶質シリコン層２０ｐ上に形成された被覆層を除去する方法は、例えば、ウェットエッチングである。
【００６９】
続いて、図２Ｃに示すように、シリコン基板１２の受光面上にパッシベーション膜１４を形成する。パッシベーション膜１４は、例えば、プラズマＣＶＤによって形成される。
【００７０】
続いて、図２Ｄに示すように、パッシベーション膜１４上に反射防止膜１６を形成する。反射防止膜１６は、例えば、プラズマＣＶＤによって、例えば、窒化シリコン膜、酸化シリコン膜、酸窒化シリコン膜等を成膜することによって形成される。
【００７１】
続いて、図２Ｅに示すように、金属膜２１ｎ、２１ｐを形成する。金属膜２１ｎ、２１ｐの形成方法は、例えば、以下のとおりである。
【００７２】
先ず、ｎ型非晶質シリコン層２０ｎ上及びｐ型非晶質シリコン層２０ｐ上に、蒸着又はスパッタリングにより、銀からなる金属膜を形成する。続いて、マスクとしてのレジストパターンを金属膜上に形成する。レジストパターンは、金属膜上に形成されたレジストをパターニングすることで得られる。パターニングは、例えば、フォトリソグラフィ法によって実施される。レジストパターンは、シリコン基板１２の厚さ方向から見た場合に、ｎ型非晶質シリコン層２０ｎとｐ型非晶質シリコン層２０ｐとの境界には重ならない。
【００７３】
続いて、金属膜のうち、レジストパターンで覆われていない部分を除去する。金属膜を除去する方法は、例えば、ウェットエッチングである。
【００７４】
続いて、レジストパターンを除去する。これにより、金属膜２１ｎがｎ型非晶質シリコン層２０ｎ上に形成され、金属膜２１ｐがｐ型非晶質シリコン層２０ｐ上に形成される。レジストパターンを除去する方法は、例えば、ウェットエッチングである。
【００７５】
続いて、図２Ｆに示すように、電極２２ｎ、２２ｐを形成する。これにより、目的とする光電変換素子１０が得られる。
【００７６】
電極２２ｎ、２２ｐは、金属膜２１ｎ、２１ｐを熱処理することで形成される。熱処理は、例えば、ホットプレートを用いて実施される。熱処理の時間は、例えば、１５分である。熱処理の温度は、１２５℃〜２２５℃が好ましい。熱処理は、例えば、大気中で実施する。不活性雰囲気中または真空中で実施してもよい。熱処理は、金属膜２１ｎ、２１ｐを形成した後であれば、何れの工程で行ってもよい。例えば、モジュールを製造するとき等において、熱処理を行ってもよい。また、熱処理等を実施して所望のサイズの金属結晶粒を成長させた後、電極２２ｎおよび電極２２ｐの上に、更に、導電膜を形成してもよい。この場合、電極２２ｎと導電膜、および、電極２２ｐと導電膜との境界は、金属結晶粒の分布の不連続性、組成の不連続性等から判断できる。
【００７７】
［平均結晶粒径］
光電変換素子１０においては、電極２２ｎ、２２ｐに含まれる複数の金属結晶粒の平均結晶粒径（以下、単に平均結晶粒径と称する）を電極２２ｎ、２２ｐの厚みよりも大きくすることで、素子特性を向上させることができる。以下、この点について説明する。なお、熱処理等を実施して所望のサイズの金属結晶粒を成長させた後、電極２２ｎおよび電極２２ｐの上に、更に、導電膜を形成する場合については、所望のサイズの金属結晶粒が形成されている電極層と当該電極層の厚みとの関係が、上記の条件を満たせばよい。
【００７８】
平均結晶粒径は、電子後方散乱回折法（Electron Backscatter Diffraction Pattern）によって、電極２２ｎ、２２ｐの表面を解析することで求められる。電極２２ｎ、２２ｐは、複数の金属結晶粒を含む。
【００７９】
平均結晶粒径は、各金属結晶粒の結晶粒径と面積占有率との積を平均したものである。結晶粒径は、以下の式（１）により、求められる。
結晶粒径＝２×｛（結晶粒の面積）／π｝１／２・・・（１）
式（１）における「結晶粒の面積」は、電子後方散乱回折法を用いて測定したものである。式（１）は、結晶粒の面積を円の面積と仮定し、且つ、結晶粒径を円の直径と仮定して計算することを意味する。結晶粒径を求める際、シグマ３（Σ３）の対応粒界は、粒界として取り扱わないこととする。また、結晶方位のずれが５度以内である場合には、同一の結晶粒とみなすこととする。
【００８０】
面積占有率は、金属結晶粒の面積を測定領域の面積で除することで得られる。ここで、金属結晶粒の面積とは、シリコン基板１２の厚さ方向に垂直な平面に正射影したときの面積である。測定領域は、８μｍ×２３μｍである。尚、測定領域の境界を含む金属結晶粒については、平均結晶粒径の計算には含めないものとする。
【００８１】
シリコン基板１２の厚さ方向から見た場合、金属結晶粒の結晶方位は、＜１１１＞に優先配向している。この場合、金属結晶粒の結晶方位が揃っているので、ｎ型非晶質シリコン層２０ｎと電極２２ｎとの界面における金属結晶粒の仕事関数、及び、ｐ型非晶質シリコン層２０ｐと電極２２ｐとの界面における金属結晶粒の仕事関数の均一性が向上する。その結果、接触抵抗のばらつきを抑制することができる。また、銀の｛１１０｝面、｛１００｝面、｛１１１｝面の仕事関数はそれぞれ、４．５２ｅＶ、４．６４ｅＶ、４．７４ｅＶであり、｛１１１｝面の仕事関数が最も大きい。従って、金属結晶粒の面方位を｛１１１｝に優先配向させること、即ち、シリコン基板１２の厚さ方向に対して、金属結晶粒の結晶方位を＜１１１＞に優先配向させることは、特に、ｐ型非晶質シリコン層２０ｐと電極２２ｐとの接触抵抗を低くする効果がある。
【００８２】
金属膜２１ｎを１５０℃で１５分熱処理した場合において、シリコン基板１２の厚さ方向に対して１０度以内に＜１１１＞方向の結晶方位を有する金属結晶粒が電極２２ｎに占める割合は、６１．９％であった。金属膜２１ｐを１５０℃で１５分熱処理した場合において、シリコン基板１２の厚さ方向に対して１０度以内に＜１１１＞方向の結晶方位を有する金属結晶粒が電極２２ｐに占める割合は、５３．５％であった。
【００８３】
電極２２ｎの膜厚が０．５μｍの場合、複数の金属結晶粒のうち、０．５μｍ以上の粒径を有する金属結晶粒が電極２２ｎに占める割合は、熱処理前は６．５％であり、１５０℃で１５分熱処理した後は４１．２％であった。電極２２ｐの膜厚が０．５μｍの場合、複数の金属結晶粒のうち、０．５μｍ以上の粒径を有する金属結晶粒が電極２２ｐに占める割合は、熱処理前は１１．９％であり、１５０℃で１５分熱処理した後は３３．３％であった。
【００８４】
平均結晶粒径の大きさは、金属膜２１ｎ、２１ｐを熱処理するときの温度（以下、単にアニール温度と称する）に依存する。図３は、平均結晶粒径とアニール温度との関係を示すグラフである。図３には、アニール温度が２５℃である場合の平均結晶粒径が示されている。これは熱処理をしていない状態での平均結晶粒径を意味する。図３に示すように、電極２２ｎ、２２ｐでは、アニール温度が高くなると、平均結晶粒径が大きくなった。ここで、電極２２ｎ、２２ｐの厚みは、０．５μｍであった。つまり、金属膜２１ｎ、２１ｐを熱処理することにより、平均結晶粒径は、電極２２ｎ、２２ｐの厚みよりも大きくなった。
【００８５】
図４は、平均結晶粒径と接触抵抗との関係を示すグラフである。
【００８６】
接触抵抗については、図５に示すサンプル３０を作成し、当該サンプル３０を用いて測定した。サンプル３０は、シリコン基板３２と、電極３４と、非晶質シリコン層３６と、電極３８とを備えていた。
【００８７】
電極２２ｎとｎ型非晶質シリコン層２０ｎとの接触抵抗については、電極３４を電極２２ｎとした。この場合、非晶質シリコン層３６はｎ型不純物を含み、シリコン基板３２はｎ型シリコン基板であった。ｎ型シリコン基板の比抵抗は、０．０１Ω・ｃｍ以下であった。電極３４の厚みは、電極２２ｎの厚みと同じであった。非晶質シリコン層３６の厚み及び不純物濃度は、ｎ型非晶質シリコン層２０ｎと同じであった。シリコン基板３２の厚みは、３００μｍであった。
【００８８】
電極２２ｐとｐ型非晶質シリコン層２０ｐとの接触抵抗については、電極３４を電極２２ｐとした。この場合、非晶質シリコン層３６はｐ型不純物を含み、シリコン基板３２はｐ型シリコン基板であった。ｐ型シリコン基板の比抵抗は、０．０１Ω・ｃｍ以下であった。電極３４の厚みは、電極２２ｐの厚みと同じであった。非晶質シリコン層３６の厚み及び不純物濃度は、ｐ型非晶質シリコン層２０ｐと同じであった。
【００８９】
電極２２ｎとｎ型非晶質シリコン層２０ｎとの接触抵抗を測定する場合、及び、電極２２ｐとｐ型非晶質シリコン層２０ｐとの接触抵抗を測定する場合の何れにおいても、電極３８は、チタン（Ｔｉ）、パラジウム（Ｐｄ）及び銀（Ａｇ）の積層構造であった。
【００９０】
図４に示すように、電極２２ｎにおける平均結晶粒径が電極２２ｎの厚み（０．５μｍ）よりも大きくなると、ｎ型非晶質シリコン層２０ｎと電極２２ｎとの接触抵抗は、熱処理をしていない状態での接触抵抗よりも小さくなった。従って、ｎ型非晶質半導体上の電極（電極２２ｎ）の平均結晶粒径は、金属膜の膜厚（電極２２ｎの厚み）以上であることが好ましい。より好ましくは、電極２２ｎの平均結晶粒径は、電極２２ｎの厚みの１．３４倍以上である。具体的には、図４より、電極２２ｎの厚みが０．５μｍの場合、電極２２ｎの平均結晶粒径は０．６７μｍ以上であることがより好ましい。
【００９１】
図４に示すように、ｎ型非晶質シリコン層２０ｎと電極２２ｎとの接触抵抗は、電極２２ｎの平均結晶粒径が大きくなるほど小さくなり、平均結晶粒径が電極２２ｎの厚みの１．５４倍以上になるとほぼ最低の接触抵抗を得ることができる。従って、ｎ型非晶質半導体上の電極２２ｎの平均結晶粒径は、電極２２ｎの膜厚の１．５４倍以上であることがさらに好ましい。具体的には、図４より、電極２２ｎの厚みが０．５μｍの場合、電極２２ｎの平均結晶粒径は、０．７７μｍ以上であることがさらに好ましい。
【００９２】
ここで、平均結晶粒径が大きくなることで接触抵抗が低くなる理由としては、例えば、以下の理由が考えられる。
【００９３】
図６に示すように、金属結晶粒２４間の界面である結晶粒界には、高密度の界面準位が存在すると考えられる。つまり、結晶粒界が密であるほど、界面準位の影響を大きく受ける。
【００９４】
金属結晶粒２４が小さい場合には、界面準位が多くなる。そのため、図７に示すように、ｎ型非晶質シリコン層２０ｎの空乏層中のイオン化したドナー不純物と、金属結晶粒界の界面準位にトラップされた電子との間に、ダイポールが形成される。その結果、エネルギー障壁が大きくなり、非オーミックな特性になりやすく、接触抵抗が高くなる。なお、図７では、界面準位の影響を判り易く示すために、ｎ型非晶質シリコン層２０ｎと電極２２ｎとの間に界面準位領域があるものとして記載している。
【００９５】
一方、金属結晶粒２４が大きい場合には、結晶粒界が少なくなる。そのため、界面準位密度が実効的に減少する。この場合、図８に示すように、ｎ型非晶質シリコン層２０ｎのフェルミ準位と、電極２２ｎのフェルミ準位とが一致するように、バンドベンディングが起こり、ｎ型非晶質シリコン層２０ｎ中に空乏層が形成される。ｎ型非晶質シリコン層２０ｎ中のドナー不純物濃度が十分に大きい場合、空乏層幅が十分に小さくなり、トンネル電流が流れる。この場合、ｎ型非晶質シリコン層２０ｎと電極２２ｎとの間のエネルギー障壁が小さいので、オーミック特性となり、接触抵抗が低くなる。つまり、金属結晶粒２４の結晶粒径を大きくしたほうが、接触抵抗を低くできる。電極２２ｎにおける平均結晶粒径が電極２２ｎの膜厚よりも大きくなると、金属結晶粒２４間の結晶粒界の多くが電極２２ｎの膜厚方向に貫通するため、ｎ型非晶質シリコン層２０ｎとの界面付近における結晶粒界密度が非常に小さくなり、界面準位密度が非常に小さくなる。従って、電極２２ｎにおける平均結晶粒径は、電極２２ｎの膜厚よりも大きいことが好ましい。同様に、電極２２ｐにおける平均結晶粒径は、電極２２ｐの膜厚よりも大きいことが好ましい。
【００９６】
図４では、電極２２ｐにおける平均結晶粒径が電極２２ｐの厚みの２．４４倍（１．２２μｍ）よりも大きくなると、ｐ型非晶質シリコン層２０ｐと電極２２ｐとの接触抵抗が、熱処理をしていない状態での接触抵抗よりも大きくなった。つまり、電極２２ｐにおける平均結晶粒径が電極２２ｐの厚みの１〜２．４４倍（０．５〜１．２２μｍ）である場合、ｐ型非晶質シリコン層２０ｐと電極２２ｐとの接触抵抗は、熱処理をしていない状態での接触抵抗よりも小さくなった。更に、電極２２ｐにおける平均結晶粒径は、電極２２ｐの厚みの１．２６倍以上であって、２．４４倍以下（電極２２ｐの厚みが０．５μｍの場合、平均結晶粒径は０．６３μｍ以上であって、１．２２μｍ以下）の場合、接触抵抗が非常に小さくなった。
【００９７】
従って、電極２２ｐの平均結晶粒径は、電極２２ｐの厚みよりも大きいことが好ましく、より好ましくは、電極２２ｐの厚みの１倍よりも大きく、２．４４倍以下である。具体的には、電極２２ｐの厚みが０．５μｍの場合、電極２２ｐの平均結晶粒径は、０．５μｍよりも大きいことが好ましく、より好ましくは、０．５μｍよりも大きく、１．２２μｍ以下である。
【００９８】
さらに好ましくは、電極２２ｐの平均結晶粒径は、電極２２ｐの厚みの１．２６倍以上であって、２．４４倍以下である。具体的には、電極２２ｐの厚みが０．５μｍの場合、電極２２ｐの平均結晶粒径は、０．６３μｍ以上であって、１．２２μｍ以下である。
【００９９】
電極２２ｐにおける平均結晶粒径が電極２２ｐの厚みの１〜２．４４倍（０．５〜１．２２μｍ）である場合に接触抵抗が低くなる理由は、電極２２ｎにおける平均結晶粒径が電極２２ｎの厚みよりも大きい場合に接触抵抗が低くなる理由と同様であると考えられる。
【０１００】
ｐ型非晶質シリコン層２０ｐと電極２２ｐとの接触抵抗が高くなる理由としては、例えば、ｐ型非晶質シリコン層２０ｐと電極２２ｐとの界面に酸化銀又は酸化シリコンからなる高抵抗層が形成されたことが考えられる。実際、オージェ電子分光法により、ｐ型非晶質シリコン層２０ｐと電極２２ｐとの界面付近で、酸化銀と酸化シリコンとを検出した。つまり、ｐ型非晶質シリコン層２０ｐと電極２２ｐとの界面では、ｎ型非晶質シリコン層２０ｎと電極２２ｎとの界面と異なり、特異的に酸化が進むことが明らかとなった。
【０１０１】
図９は、光電変換素子面積１ｃｍ２当たりの接触抵抗（セル抵抗）と、平均結晶粒径の平均値との関係を示すグラフである。
【０１０２】
セル抵抗は、電極２２ｎとｎ型非晶質シリコン層２０ｎとの接触面積と、電極２２ｐとｐ型非晶質シリコン層２０ｐとの接触面積との比率を仮定したときの光電変換素子１０の接触抵抗である。図９において、凡例中のｎ：ｐ＝１：１、ｎ：ｐ＝１：２、ｎ：ｐ＝１：３とは、電極２２ｎとｎ型非晶質シリコン層２０ｎとの接触面積と、電極２２ｐとｐ型非晶質シリコン層２０ｐとの接触面積との比がそれぞれ、１：１、１：２、１：３であることを示す。平均結晶粒径の平均値は、電極２２ｎにおける平均結晶粒径と電極２２ｐにおける平均結晶粒径との平均値である。
【０１０３】
電極２２ｎとｎ型非晶質シリコン層２０ｎとの接触面積を１とし、電極２２ｐとｐ型非晶質シリコン層２０ｐとの接触面積をＮとした場合、セル抵抗は、以下の式（２）により、求められる。
セル抵抗＝｛（電極２２ｎとｎ型非晶質シリコン層２０ｎとの接触抵抗）×（１＋Ｎ）｝＋｛（電極２２ｐとｐ型非晶質シリコン層２０ｐとの接触抵抗）×（１＋Ｎ）／Ｎ｝・・（２）
図９に示すように、電極２２ｐとｐ型非晶質シリコン層２０ｐとの接触面積が、電極２２ｎとｎ型非晶質シリコン層２０ｎとの接触面積の２倍以上であり、平均結晶粒径の平均値が、０．６５μｍ以上であって、且つ、２．３６μｍ以下である場合には、セル抵抗が、熱処理をしていない状態（平均結晶粒径の平均値＝０．２７μｍ）でのセル抵抗よりも低くなった。即ち、電極２２ｐとｐ型非晶質シリコン層２０ｐとの接触面積が、電極２２ｎとｎ型非晶質シリコン層２０ｎとの接触面積の２倍以上である場合、平均結晶粒径の平均値は、電極２２ｎ、２２ｐの厚みの１．３倍以上、且つ、４．７２倍以下であることが好ましい。この場合、熱処理をしていない状態でのセル抵抗よりも低いセル抵抗が得られ、素子特性が向上する。
【０１０４】
図９に示すように、電極２２ｐとｐ型非晶質シリコン層２０ｐとの接触面積が、電極２２ｎとｎ型非晶質シリコン層２０ｎとの接触面積の１倍以上であり、平均結晶粒径の平均値が、０．６５μｍ以上であって、且つ、２．０μｍ以下である場合には、セル抵抗が、熱処理をしていない状態でのセル抵抗よりも低くなった。即ち、電極２２ｐとｐ型非晶質シリコン層２０ｐとの接触面積が、電極２２ｎとｎ型非晶質シリコン層２０ｎとの接触面積の１倍以上である場合、平均結晶粒径の平均値は、電極２２ｎ、２２ｐの厚みの１．３倍以上、且つ、４倍以下であることが好ましい。この場合、熱処理をしていない状態でのセル抵抗よりも低いセル抵抗が得られ、素子特性が向上する。
【０１０５】
平均結晶粒径の平均値は、電極２２ｎ、２２ｐの厚みの１．３倍以上、且つ、３．１８倍以下であることがより好ましい。この場合、非常に低いセル抵抗が得られる。具体的には、電極２２ｎ、２２ｐの厚みが０．５μｍのとき、平均結晶粒径の平均値は、０．６５μｍ以上であって、１．５９μｍ以下であることがより好ましい。
【０１０６】
平均結晶粒径の平均値は、電極２２ｎ、２２ｐの厚みの１．４６倍以上、且つ、３．１８倍以下であることが、さらに好ましい。この場合、さらに低いセル抵抗が得られる。具体的には、電極２２ｎ、２２ｐの厚みが０．５μｍのとき、平均結晶粒径の平均値は、０．７３μｍ以上であって、１．５９μｍ以下であることがさらに好ましい。
【０１０７】
図１０は、変換効率ηと平均結晶粒径との関係を示すグラフである。変換効率ηは、熱処理をしていない状態での変換効率ηを基準に規格化している。平均結晶粒径の平均値は、電極２２ｎに含まれる複数の金属結晶粒の平均結晶粒径と、電極２２ｐに含まれる複数の金属結晶粒の平均結晶粒径とを平均したものである。
【０１０８】
図１１は、曲線因子ＦＦと平均結晶粒径との関係を示すグラフである。曲線因子ＦＦは、熱処理をしていない状態での曲線因子ＦＦを基準に規格化している。平均結晶粒径の平均値は、電極２２ｎに含まれる複数の金属結晶粒の平均結晶粒径と、電極２２ｐに含まれる複数の金属結晶粒の平均結晶粒径とを平均したものである。
【０１０９】
図１０及び図１１は、電極２２ｎ、２２ｐの厚みが０．５μｍであり、且つ、電極２２ｐとｐ型非晶質シリコン層２０ｐとの接触面積が、電極２２ｎとｎ型非晶質シリコン層２０ｎとの接触面積の３倍である場合の測定結果を示す。図１０及び図１１に示すように、平均結晶粒径が電極２２ｎ、２２ｐの厚みよりも大きい場合に、素子特性（具体的には、変換効率η及び曲線因子ＦＦ）が向上する。特に、曲線因子ＦＦが向上するのは、熱処理をすることにより、ｎ型非晶質シリコン層２０ｎと電極２２ｎとの接触抵抗、及び、ｐ型非晶質シリコン層２０ｐと電極２２ｐとの接触抵抗が低くなるからである。つまり、光電変換素子１０においては、ｎ型非晶質シリコン層２０ｎと電極２２ｎとの接触抵抗、及び、ｐ型非晶質シリコン層２０ｐと電極２２ｐとの接触抵抗を小さくすることができるので、曲線因子ＦＦを向上させることができる。その結果、変換効率ηを向上させることができる。
【０１１０】
平均結晶粒径の平均値は、好ましくは、電極２２ｎ、２２ｐの厚みよりも大きく、且つ、電極２２ｎ、２２ｐの厚みの４．７２倍以下である。具体的には、電極２２ｎ、２２ｐの厚みが０．５μｍである場合、平均結晶粒径の平均値は、好ましくは、０．５μｍよりも大きく、且つ、２．３６μｍ以下である。この場合、図１０及び図１１に示すように、素子特性がさらに向上する。
【０１１１】
平均結晶粒径の平均値は、より好ましくは、電極２２ｎ、２２ｐの厚みの１．３倍以上、且つ、電極２２ｎ、２２ｐの厚みの４．０倍以下である。具体的には、電極２２ｎ、２２ｐの厚みが０．５μｍである場合、平均結晶粒径は、より好ましくは、０．６５μｍ以上、且つ、２．０μｍ以下である。この場合、図１０及び図１１に示すように、素子特性がより一層向上する。
【０１１２】
平均結晶粒径の平均値は、さらに好ましくは、電極２２ｎ、２２ｐの厚みの１．３倍以上、且つ、電極２２ｎ、２２ｐの厚みの３．１８倍以下である。具体的には、電極２２ｎ、２２ｐの厚みが０．５μｍである場合、平均結晶粒径は、さらに好ましくは、０．６５μｍ以上、且つ、１．５９μｍ以下である。この場合、図１０及び図１１に示すように、素子特性がより一層向上する。
【０１１３】
平均結晶粒径の平均値は、更に一層好ましくは、電極２２ｎ、２２ｐの厚みの１．４６倍以上、且つ、電極２２ｎ、２２ｐの厚みの３．１８倍以下である。具体的には、電極２２ｎ、２２ｐの厚みが０．５μｍである場合、平均結晶粒径は、更に一層好ましくは、０．７３μｍ以上、且つ、１．５９μｍ以下である。この場合、図１０及び図１１に示すように、素子特性がより一層向上する。
【０１１４】
［第１の実施の形態による光電変換素子の応用例１〜３］
本発明の第１の実施の形態による光電変換素子は、図１２〜図１４に示すような構成であってもよい。
【０１１５】
図１２は、本発明の第１の実施の形態の応用例１に係る光電変換素子１０Ａの概略構成の一例を示す断面図である。図１２に示すように、光電変換素子１０Ａは、光電変換素子１０と比べて、真性非晶質シリコン層１８を備えていない。
【０１１６】
光電変換素子１０Ａを製造するときには、例えば、真性非晶質シリコン層とｐ型非晶質シリコン層とを、この順番で、シリコン基板１２の裏面上に形成する。続いて、ｐ型非晶質シリコン層のうち、後にｐ型非晶質シリコン層２０ｐとなる部分以外を除去するのと共に、真性非晶質シリコン層のうち、後に真性非晶質シリコン層１９となる部分以外も除去する。続いて、ｐ型非晶質シリコン層２０ｐ上に形成された被覆層上と、シリコン基板１２の裏面上とに、ｎ型非晶質シリコン層を形成する。続いて、ｐ型非晶質シリコン層２０ｐ上に形成された被覆層を除去する。これにより、シリコン基板１２の裏面上には、真性非晶質シリコン層１９と、ｎ型非晶質シリコン層２０ｎとが形成され、真性非晶質シリコン層１９上には、ｐ型非晶質シリコン層２０ｐが形成される。
【０１１７】
図１３は、本発明の第１の実施の形態の応用例２に係る光電変換素子１０Ｂの概略構成の一例を示す断面図である。図１３に示すように、光電変換素子１０Ｂは、光電変換素子１０と比べて、真性非晶質シリコン層１９を備えていない。
【０１１８】
光電変換素子１０Ｂを製造するときには、例えば、真性非晶質シリコン層とｎ型非晶質シリコン層と被覆層とを、この順番で、シリコン基板１２の裏面上に形成する。続いて、フォトリソグラフィ法等を利用して、被覆層とｎ型非晶質シリコン層と真性非晶質シリコン層とをパターニングして、シリコン基板１２の一部を露出させるのとともに、ｎ型非晶質シリコン層２０ｎと真性非晶質シリコン層１８とを形成する。このとき、ｎ型非晶質シリコン層２０ｎ上には被覆層が形成されている。続いて、ｎ型非晶質シリコン層２０ｎ上に形成された被覆層上と、シリコン基板１２の裏面上とに、ｐ型非晶質シリコン層を形成する。続いて、ｎ型非晶質シリコン層２０ｎ上に形成された被覆層を除去する。これにより、シリコン基板１２の裏面上には、真性非晶質シリコン層１８と、ｐ型非晶質シリコン層２０ｐとが形成され、真性非晶質シリコン層１８上には、ｎ型非晶質シリコン層２０ｎが形成される。
【０１１９】
図１４は、本発明の第１の実施の形態の応用例３に係る光電変換素子１０Ｃの概略構成の一例を示す断面図である。図１４に示すように、光電変換素子１０Ｃは、光電変換素子１０と比べて、真性非晶質シリコン層１８、１９を備えていない。
【０１２０】
光電変換素子１０Ｃを製造するときには、例えば、ｎ型非晶質シリコン層と被覆層とを、この順番で、シリコン基板１２の裏面上に形成する。続いて、被覆層とｎ型シリコン層とをパターニングし、シリコン基板１２の一部を露出させるのとともに、ｎ型非晶質シリコン層２０ｎを形成する。このとき、ｎ型非晶質シリコン層２０ｎ上には被覆層が形成されている。続いて、ｎ型非晶質シリコン層２０ｎ上に形成された被覆層上と、シリコン基板１２の裏面上とに、ｐ型非晶質シリコン層を形成する。続いて、ｎ型非晶質シリコン層２０ｎ上に形成された被覆層を除去する。これにより、シリコン基板１２の裏面上には、ｎ型非晶質シリコン層２０ｎと、ｐ型非晶質シリコン層２０ｐとが形成される。
【０１２１】
［第２の実施の形態］
図１５は、本発明の第２の実施の形態による光電変換素子５０の構成を示す断面図である。光電変換素子５０は、シリコン基板５２と、非晶質膜５４と、非晶質膜５６と、電極５８と、絶縁膜６０と、電極６２とを含む。
【０１２２】
シリコン基板５２は、ｎ型単結晶シリコン基板である。シリコン基板５２は、ｐ型拡散層６４ｐと、ｎ型拡散層６４ｎとを含む。
【０１２３】
ｐ型拡散層６４ｐは、ｐ型の不純物として、例えば、ボロン（Ｂ）を含む。ボロン（Ｂ）の最大濃度は、例えば、１×１０１８ｃｍ−３〜１×１０２０ｃｍ−３である。ｐ型拡散層６４ｐは、例えば、５０〜１０００ｎｍの厚みを有する。
【０１２４】
ｎ型拡散層６４ｎは、シリコン基板５２の光入射側の表面と反対側の裏面に接してシリコン基板５２の面内方向に所望の間隔で配置される。ｎ型拡散層６４ｎは、ｎ型の不純物として、例えば、リン（Ｐ）を含む。リン（Ｐ）の最大濃度は、例えば、１×１０１８ｃｍ−３〜１×１０２０ｃｍ−３である。ｎ型拡散層６４ｎは、例えば、５０〜１０００ｎｍの厚みを有する。
【０１２５】
シリコン基板５２についてのその他の説明は、シリコン基板１２の説明と同じである。
【０１２６】
非晶質膜５４は、シリコン基板５２の光入射側の表面に接して配置される。非晶質膜５４は、少なくとも非晶質相を含み、例えば、ａ−Ｓｉ：Ｈからなる。非晶質膜５４の膜厚は、例えば、１〜２０ｎｍである。
【０１２７】
非晶質膜５６は、非晶質膜５４に接して配置される。非晶質膜５４は、少なくとも非晶質相を含み、例えば、窒化シリコンからなる。非晶質膜５６の膜厚は、例えば、５０〜２００ｎｍである。
【０１２８】
電極５８は、非晶質膜５４及び非晶質膜５６を貫通してシリコン基板５２のｐ型拡散層６４ｐに接するとともに非晶質膜５６上に配置される。電極５８は、銀からなる。
【０１２９】
絶縁膜６０は、シリコン基板５２の裏面に接して配置される。絶縁膜６０は、例えば、酸化シリコン、窒化シリコン、酸窒化シリコンおよび酸化アルミニウム等からなる。絶縁膜６０は、例えば、５０〜１０００ｎｍの厚みを有する。
【０１３０】
電極６２は、絶縁膜６０を貫通してシリコン基板５２のｎ型拡散層６４ｎに接するとともに絶縁膜６０を覆うように配置される。電極６２は、銀からなる。
【０１３１】
［光電変換素子の製造方法］
図１６Ａ〜図１６Ｇを参照しながら、光電変換素子５０の製造方法について説明する。
【０１３２】
先ず、図１６Ａに示すように、シリコン基板５２にｎ型拡散層６４ｎを形成する。具体的には、先ず、シリコン基板５２を準備する。続いて、シリコン基板５２の裏面にレジストを塗布する。続いて、レジストをフォトリソグラフィ法でパターニングし、レジストパターンを形成する。続いて、レジストパターンをマスクとしてＰおよび砒素（Ａｓ）等のｎ型不純物をシリコン基板５２にイオン注入する。これによって、ｎ型拡散層６４ｎがシリコン基板５２の裏面側に形成される。なお、イオン注入後、ｎ型不純物を電気的に活性化するための熱処理を行ってもよい。イオン注入法の代わりに、気相拡散法、固相拡散法、プラズマドーピング法、イオンドーピング法等を用いてもよい。
【０１３３】
続いて、図１６Ｂに示すように、シリコン基板５２の裏面全体に絶縁膜６０を形成する。絶縁膜６０は、例えば、プラズマＣＶＤ法によって形成される。なお、絶縁膜６０は、ＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ  Ｌａｙｅｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法および熱ＣＶＤ法等によって形成されてもよい。
【０１３４】
続いて、図１６Ｃに示すように、シリコン基板５２にｐ型拡散層６４ｐを形成する。具体的には、Ｂ、ガリウム（Ｇａ）およびインジウム（Ｉｎ）等のｐ型不純物を光入射側からシリコン基板５２にイオン注入する。これによって、ｐ型拡散層６４ｐがシリコン基板５２の光入射側に形成される。なお、イオン注入後、ｐ型不純物を電気的に活性化するための熱処理を行ってもよい。イオン注入法の代わりに、気相拡散法、固相拡散法、プラズマドーピング法、イオンドーピング法等を用いてもよい。
【０１３５】
続いて、図１６Ｄに示すように、シリコン基板５２の受光面上に非晶質膜５４を形成する。非晶質膜５４は、例えば、プラズマＣＶＤによって形成される。
【０１３６】
続いて、図１６Ｅに示すように、非晶質膜５４上に非晶質膜５６を形成する。非晶質膜５６は、例えば、プラズマＣＶＤによって形成される。
【０１３７】
続いて、図１６Ｆに示すように、金属膜５８１、６２１を形成する。金属膜５８１、６２１の形成方法は、例えば、以下のとおりである。
【０１３８】
先ず、非晶質膜５６の全面にレジストを塗布する。続いて、レジストをフォトリソグラフィ法でパターニングし、レジストパターンを形成する。続いて、レジストパターンをマスクとしてフッ酸と硝酸の混合液等を用いて非晶質膜５６及び非晶質膜５４の一部をエッチングする。続いて、レジストパターンを除去する。これにより、ｐ型拡散層６４ｐの一部が露出される。続いて、蒸着法またはスパッタリング法等を用いて、Ａｇからなる金属膜を非晶質膜５６の全面に形成する。続いて、金属膜をパターニングする。これにより、金属膜５８１が形成される。
【０１３９】
続いて、絶縁膜６０の全面にレジストを塗布する。続いて、レジストをフォトリソグラフィ法でパターニングし、レジストパターンを形成する。続いて、レジストパターンをマスクとして、フッ酸等を用いて、絶縁膜６０の一部をエッチングし、レジストパターンを除去する。これにより、シリコン基板５２のｎ型拡散層６４ｎの一部が露出される。
【０１４０】
続いて、蒸着法またはスパッタリング法等を用いて、絶縁膜６０を覆うようにして、Ａｇからなる金属膜６２１を形成する。
【０１４１】
続いて、金属膜５８１、６２１を熱処理し、電極５８、６２を形成する。熱処理は、第１の実施の形態と同様にして行われる。これにより、図１６Ｇに示すように、光電変換素子５０が得られる。
【０１４２】
光電変換素子５０においても、光電変換素子１０と同様に、素子特性が向上する。
【０１４３】
また、光電変換素子５０においては、シリコン基板５２表面全体に設けられたｐ型拡散層６４ｐによって、シリコン基板５２の受光面側全体に空乏層が形成されるのとともに、ｐ型拡散層６４ｐによる横方向の高いキャリア伝導を得ることで、光によって生成される電子・正孔対の分離を効率的に行うことができる。更に、シリコン基板５２表面に設けた非晶質膜５４（例えばｉ型ａ−Ｓｉ：Ｈ）によって高いパッシベーション効果を得ることができる。非晶質膜５４としてａ−Ｓｉ：Ｈを用いる場合、高温処理（例えば３００℃以上）によってパッシベーション性能が低下してしまうが、光電変換素子５０においては、２５０℃以下の低温プロセスにて低い接触抵抗が得られる。
【０１４４】
なお、光電変換素子５０は、ｐ型拡散層６４ｐに代えてｎ型拡散層を備え、ｎ型拡散層６４ｎに代えてｐ型拡散層を備えていてもよい。また、光電変換素子５０において、シリコン基板５２の導電型はｐ型であってもよい。
【０１４５】
［第２の実施の形態の応用例］
図１７は、第２の実施の形態の応用例に係る光電変換素子５０Ａの概略構成を示す断面図である。光電変換素子５０Ａは、光電変換素子５０と比べて、非晶質膜５４の代わりに、非晶質膜７０及び非晶質膜７２を備える。また、光電変換素子５０Ａは、光電変換素子５０と比べて、電極５８の代わりに、電極７６を備える。
【０１４６】
非晶質膜７０は、少なくとも非晶質相を含み、例えば、ａ−Ｓｉ：Ｈからなる。非晶質膜７０は、ｉ型ａ−Ｓｉ：Ｈからなることが好ましいが、非晶質膜７２に含まれるｐ型不純物の濃度よりも低い濃度のｐ型不純物を含んでいてもよい。非晶質膜７０は、例えば、１ｎｍ〜２０ｎｍの膜厚を有する。非晶質膜７０は、シリコン基板５０のｐ型拡散層６４ｐに接してｐ型拡散層６４ｐ上に配置され、シリコン基板５２をパッシベーションする。
【０１４７】
非晶質膜７２は、少なくとも非晶質相を含み、例えば、ｐ型ａ−Ｓｉ：Ｈからなる。非晶質膜７２は、例えば、１〜３０ｎｍの膜厚を有する。非晶質膜７２は、非晶質膜７０に接して非晶質膜７０上に配置される。
【０１４８】
電極７６は、Ａｇからなる。電極７６は、非晶質膜５６を貫通して非晶質膜７２に接し、非晶質膜５６上に配置される。
【０１４９】
光電変換素子５０Ａは、電極７６が直接シリコン基板５２に接することがなく、シリコン基板５２表面が非晶質膜７０で被覆されているため、光電変換素子５０に比べて更に良好なパッシベーション特性が得られる。この結果、光電変換効率を更に向上させることができる。
【０１５０】
光電変換素子５０Ａの製造方法は、光電変換素子５０の製造方法のうち、非晶質膜５４を形成する工程を、非晶質膜７０及び非晶質膜７２を形成する工程に変更し、且つ、電極５８を形成する工程を、電極７６を形成する工程に変更すればよい。
【０１５１】
なお、光電変換素子５０Ａは、非晶質膜７０を備えていなくてもよい。光電変換素子５０Ａにおいては、ｐ型拡散層６４ｐをｎ型拡散層に代え、ｎ型拡散層６４ｎをｐ型拡散層に代え、非晶質膜７２をｎ型ａ−Ｓｉ：Ｈからなるものに代えてもよい。シリコン基板５２の導電型をｐ型に変更してもよい。  ［第３の実施の形態］
図１８は、本発明の第３の実施の形態による光電変換素子８０の概略構成を示す断面図である。光電変換素子８０は、光電変換素子５０のシリコン基板５２をシリコン基板８２に代え、絶縁膜６０を非晶質膜８４、８６に代え、電極６２を電極８８に代えたものである。その他は、光電変換素子５０と同じである。
【０１５２】
シリコン基板８２は、シリコン基板５２のｎ型拡散層６４ｎをｎ型拡散層９０ｎに代えたものである。その他は、シリコン基板５２と同じである。
【０１５３】
ｎ型拡散層９０ｎは、シリコン基板８２の光入射側と反対側の裏面全体に接してシリコン基板８２中に配置される。ｎ型拡散層９０ｎは、ｎ型拡散層６４ｎと同じ厚みを有するとともに、ｎ型拡散層６４ｎのｎ型不純物と同じ濃度のｎ型不純物を含む。
【０１５４】
非晶質薄膜８４は、少なくとも非晶質相を含み、例えば、ｉ型ａ−Ｓｉ：Ｈまたはｎ型ａ−Ｓｉ：Ｈからなる。また、非晶質薄膜８４の膜厚は、例えば、１〜２０ｎｍである。非晶質薄膜８４は、シリコン基板８２の光入射側と反対側の裏面に接してシリコン基板８２上に配置される。
【０１５５】
非晶質薄膜８６は、少なくとも非晶質相を含み、例えば、窒化シリコンからなる。また、非晶質薄膜８６の膜厚は、例えば、５０〜２００ｎｍである。
【０１５６】
電極８８は、Ａｇからなる。電極８８は、非晶質薄膜８４、８６を貫通してｎ型拡散層９０ｎに接し、非晶質薄膜８６上に配置される。
【０１５７】
光電変換素子８０においては、シリコン基板８２の光入射側の表面は、非晶質薄膜５４によってパッシベーションされ、シリコン基板８２の裏面は、非晶質薄膜８４によってパッシベーションされる。これにより、高い光電変換効率が得られる。なお、シリコン基板８２の裏面側から光を入射しても良い。
【０１５８】
［光電変換素子の製造方法］
図１９Ａ〜１９Ｆを参照しながら、光電変換素子８０の製造方法について説明する。
【０１５９】
先ず、図１９Ａに示すように、シリコン基板８２にｎ型拡散層９０ｎを形成する。具体的には、Ｐおよび砒素（Ａｓ）等のｎ型不純物をシリコン基板８２にイオン注入して、ｎ型拡散層９０ｎをシリコン基板８２の裏面側に形成する。なお、イオン注入後、ｎ型不純物を電気的に活性化するための熱処理を行ってもよい。イオン注入法の代わりに、気相拡散法、固相拡散法、プラズマドーピング法、イオンドーピング法等を用いてもよい。
【０１６０】
続いて、図１９Ｂに示すように、シリコン基板８２にｐ型拡散層６４ｐを形成する。具体的には、Ｂ、ガリウム（Ｇａ）およびインジウム（Ｉｎ）等のｐ型不純物を光入射側からシリコン基板８２にイオン注入する。これによって、ｐ型拡散層６４ｐがシリコン基板８２の光入射側に形成される。なお、イオン注入後、ｐ型不純物を電気的に活性化するための熱処理を行ってもよい。イオン注入法の代わりに、気相拡散法、固相拡散法、プラズマドーピング法、イオンドーピング法等を用いてもよい。
【０１６１】
続いて、図１９Ｃに示すように、シリコン基板８２の受光面上に非晶質膜５４、５６を形成する。非晶質膜５４、５６は、例えば、プラズマＣＶＤによって形成される。
【０１６２】
続いて、図１９Ｄに示すように、非晶質薄膜８４，８６をシリコン基板８２の裏面に順次積層する。非晶質膜８４、８６は、例えば、プラズマＣＶＤによって形成される。
【０１６３】
続いて、図１９Ｅに示すように、金属膜５８１、８８１を形成する。金属膜５８１、８８１の形成方法は、例えば、以下のとおりである。
【０１６４】
先ず、非晶質膜５６の全面にレジストを塗布する。続いて、レジストをフォトリソグラフィ法でパターニングし、レジストパターンを形成する。続いて、レジストパターンをマスクとして非晶質膜５６及び非晶質膜５４の一部をエッチングする。続いて、レジストパターンを除去する。これにより、ｐ型拡散層６４ｐの一部が露出される。続いて、蒸着法およびスパッタリング法等を用いて、Ａｇからなる金属膜を非晶質膜５６の全面に形成する。続いて、金属膜をパターニングする。これにより、金属膜５８１が形成される。
【０１６５】
続いて、非晶質膜８６の全面にレジストを塗布する。続いて、レジストをフォトリソグラフィ法でパターニングし、レジストパターンを形成する。続いて、レジストパターンをマスクとして非晶質膜８６の一部をエッチングし、レジストパターンを除去する。これにより、シリコン基板８２のｎ型拡散層６４ｎの一部が露出される。
【０１６６】
続いて、蒸着法およびスパッタリング法等を用いて、非晶質膜８６を覆うようにして、Ａｇからなる金属膜８８１を形成する。
【０１６７】
続いて、金属膜５８１、８８１を熱処理し、電極５８、８８を形成する。熱処理は、第１の実施の形態と同様にして行われる。これにより、図１９Ｆに示すように、光電変換素子８０が得られる。
【０１６８】
光電変換素子８０においても、光電変換素子１０と同様に、素子特性が向上する。
【０１６９】
なお、光電変換素子８０においては、ｐ型拡散層６４ｐをｎ型拡散層に代え、ｎ型拡散層９０ｎをｐ型拡散層に代えてもよい。この場合、非晶質薄膜５４は、ｉ型ａ−Ｓｉ：Ｈまたはｎ型ａ−Ｓｉ：Ｈからなり、非晶質薄膜８４は、ｉ型ａ−Ｓｉ：Ｈまたはｐ型ａ−Ｓｉ：Ｈからなる。
【０１７０】
［第３の実施の形態の応用例１］
図２０は、第３の実施の形態の応用例１に係る光電変換素子８０Ａの概略構成を示す縦断面図である。光電変換素子８０Ａは、光電変換素子８０と比べて、非晶質膜５４の代わりに、非晶質膜７０及び非晶質膜７２を備える。非晶質膜８４の代わりに、非晶質膜９４及び非晶質膜９６を備える。電極５８の代わりに、電極７６を備える。電極８８の代わりに、電極９８を備える。
【０１７１】
非晶質薄膜９４は、少なくとも非晶質相を含み、例えば、ｉ型ａ−Ｓｉ：Ｈまたはｎ型ａ−Ｓｉ：Ｈからなる。非晶質薄膜９４は、シリコン基板８２の裏面に接してシリコン基板８２の裏面上に配置される。
【０１７２】
非晶質薄膜９６は、少なくとも非晶質相を含み、例えば、ｎ型ａ−Ｓｉ：Ｈからなる。非晶質薄膜９６は、非晶質薄膜９４に接して非晶質薄膜９４１上に配置される。
【０１７３】
電極９８は、Ａｇからなる。電極９８は、非晶質薄膜８６を貫通して非晶質薄膜９６に接し、非晶質薄膜８６上に配置される。
【０１７４】
光電変換素子８０Ａの製造方法は、光電変換素子８０の製造方法のうち、非晶質膜５４を形成する工程を、非晶質膜７０及び非晶質膜７２を形成する工程に変更し、非晶質膜８４を形成する工程を、非晶質膜９４及び非晶質膜９６を形成する工程に変更し、電極５８を形成する工程を、電極７６を形成する工程に変更し、電極８８を形成する工程を、電極９８を形成する工程に変更すればよい。
【０１７５】
光電変換素子８０Ａの構成では、電極７６とシリコン基板８２の間には非晶質膜７０，７２が形成され、電極９８とシリコン基板８２の間には非晶質膜９４，９６が形成されているため、光電変換素子８０と比べ、より高いパッシベーション効果が得られる。
【０１７６】
なお、光電変換素子８０Ａは、非晶質膜７０、９４を備えていなくてもよい。光電変換素子８０Ａにおいては、ｐ型拡散層６４ｐをｎ型拡散層に代え、ｎ型拡散層９０ｎをｐ型拡散層に代え、非晶質膜７２をｎ型ａ−Ｓｉ：Ｈからなるものに代え、非晶質膜９６をｐ型ａ−Ｓｉ：Ｈからなるものに代えてもよい。シリコン基板８２の導電型をｐ型に変更してもよい。
【０１７７】
［第３の実施の形態の応用例２］
図２１は、第３の実施の形態の応用例２に係る光電変換素子８０Ｂの概略構成を示す縦断面図である。光電変換素子８０Ｂは、光電変換素子８０と比べて、非晶質膜５４の代わりに、非晶質膜７０及び非晶質膜７２を備える。電極５８の代わりに、電極７６を備える。
【０１７８】
光電変換素子８０Ｂの製造方法は、光電変換素子８０の製造方法のうち、非晶質膜５４を形成する工程を、非晶質膜７０及び非晶質膜７２を形成する工程に変更し、電極５８を形成する工程を、電極７６を形成する工程に変更すればよい。
【０１７９】
なお、光電変換素子８０Ｂは、非晶質膜７０を備えていなくてもよい。光電変換素子８０Ｂにおいては、ｐ型拡散層６４ｐをｎ型拡散層に代え、ｎ型拡散層９０ｎをｐ型拡散層に代え、非晶質膜７２をｎ型ａ−Ｓｉ：Ｈからなるものに代えてもよい。シリコン基板８２の導電型をｐ型に変更してもよい。
【０１８０】
［第４の実施の形態］
図２２は、この実施の形態による光電変換素子を備える光電変換モジュールの構成を示す概略図である。図２２を参照して、光電変換モジュール１０００は、複数の光電変換素子１００１と、カバー１００２と、出力端子１００３，１００４とを備える。
【０１８１】
複数の光電変換素子１００１は、アレイ状に配置され、直列に接続される。直列に接続する代わりに、並列接続、または、直列と並列を組み合わせた接続を行ってもよい。複数の光電変換素子１００１の各々は、光電変換素子１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，５０，５０Ａ，８０，８０Ａ，８０Ｂのいずれかからなる。
【０１８２】
カバー１００２は、耐候性のカバーからなり、複数の光電変換素子１００１を覆う。
【０１８３】
出力端子１００３は、直列に接続された複数の光電変換素子１００１の一方端に配置される光電変換素子１００１に接続される。
【０１８４】
出力端子１００４は、直列に接続された複数の光電変換素子１００１の他方端に配置される光電変換素子１００１に接続される。
【０１８５】
上述したように、光電変換素子１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，５０，５０Ａ，８０，８０Ａ，８０Ｂは、素子特性が向上している。従って、光電変換モジュール１０００の性能を向上させることができる。
【０１８６】
なお、第４の実施の形態による光電変換モジュールは、図２２に示す構成に限らず、光電変換素子１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，５０，５０Ａ，８０，８０Ａ，８０Ｂのいずれかを用いる限り、どのような構成であってもよい。
【０１８７】
［第５の実施の形態］
図２３は、この実施の形態による光電変換素子を備える太陽光発電システムの構成を示す概略図である。図２３を参照して、太陽光発電システム１１００は、光電変換モジュールアレイ１１０１と、接続箱１１０２と、パワーコンディショナー１１０３と、分電盤１１０４と、電力メーター１１０５とを備える。
【０１８８】
接続箱１１０２は、光電変換モジュールアレイ１１０１に接続される。パワーコンディショナー１１０３は、接続箱１１０２に接続される。分電盤１１０４は、パワーコンディショナー１１０３および電気機器１１１０に接続される。電力メーター１１０５は、分電盤１１０４および商用電力系統に接続される。
【０１８９】
光電変換モジュールアレイ１１０１は、太陽光を電気に変換して直流電力を発電し、その発電した直流電力を接続箱１１０２に供給する。
【０１９０】
接続箱１１０２は、光電変換モジュールアレイ１１０１が発電した直流電力を受け、その受けた直流電力をパワーコンディショナー１１０３へ供給する。
【０１９１】
パワーコンディショナー１１０３は、接続箱１１０２から受けた直流電力を交流電力に変換し、その変換した交流電力を分電盤１１０４に供給する。
【０１９２】
分電盤１１０４は、パワーコンディショナー１１０３から受けた交流電力および／または電力メーター１１０５を介して受けた商用電力を電気機器１１１０へ供給する。また、分電盤１１０４は、パワーコンディショナー１１０３から受けた交流電力が電気機器１１１０の消費電力よりも多いとき、余った交流電力を、電力メーター１１０５を介して、商用電力系統へ供給する。
【０１９３】
電力メーター１１０５は、商用電力系統から分電盤１１０４へ向かう方向の電力を計測するとともに、分電盤１１０４から商用電力系統へ向かう方向の電力を計測する。
【０１９４】
図２４は、図２３に示す光電変換モジュールアレイ１１０１の構成を示す概略図である。図２４を参照して、光電変換モジュールアレイ１１０１は、複数の光電変換モジュール１１２０と、出力端子１１２１，１１２２とを含む。
【０１９５】
複数の光電変換モジュール１１２０は、アレイ状に配列され、直列に接続される。直列に接続する代わりに、並列接続、または、直列と並列を組み合わせた接続を行ってもよい。複数の光電変換モジュール１１２０の各々は、図２２に示す光電変換モジュール１０００からなる。
【０１９６】
出力端子１１２１は、直列に接続された複数の光電変換モジュール１１２０の一方端に位置する光電変換モジュール１１２０に接続される。
【０１９７】
出力端子１１２２は、直列に接続された複数の光電変換モジュール１１２０の他方端に位置する光電変換モジュール１１２０に接続される。
【０１９８】
太陽光発電システム１１００における動作を説明する。光電変換モジュールアレイ１１０１は、太陽光を電気に変換して直流電力を発電し、その発電した直流電力を、接続箱１１０２を介してパワーコンディショナー１１０３へ供給する。
【０１９９】
パワーコンディショナー１１０３は、光電変換モジュールアレイ１１０１から受けた直流電力を交流電力に変換し、その変換した交流電力を分電盤１１０４へ供給する。
【０２００】
分電盤１１０４は、パワーコンディショナー１１０３から受けた交流電力が電気機器１１１０の消費電力以上であるとき、パワーコンディショナー１１０３から受けた交流電力を電気機器１１１０に供給する。そして、分電盤１１０４は、余った交流電力を、電力メーター１１０５を介して、商用電力系統へ供給する。
【０２０１】
また、分電盤１１０４は、パワーコンディショナー１１０３から受けた交流電力が電気機器１１１０の消費電力よりも少ないとき、商用電力系統から受けた交流電力およびパワーコンディショナー１１０３から受けた交流電力を電気機器１１１０へ供給する。
【０２０２】
太陽光発電システム１１００は、上述したように、素子特性が向上している光電変換素子１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，５０，５０Ａ，８０，８０Ａ，８０Ｂのいずれかを備えている。従って、太陽光発電システム１１００の性能を向上させることができる。
【０２０３】
なお、第５の実施の形態による太陽光発電システムは、図２３，２４に示す構成に限らず、光電変換素子１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，５０，５０Ａ，８０，８０Ａ，８０Ｂのいずれかを用いる限り、どのような構成であってもよい。
【０２０４】
［第６の実施の形態］
図２５は、この実施の形態による光電変換素子を備える太陽光発電システムの構成を示す概略図である。図２５を参照して、太陽光発電システム１２００は、サブシステム１２０１〜１２０ｎ（ｎは２以上の整数）と、パワーコンディショナー１２１１〜１２１ｎと、変圧器１２２１とを備える。太陽光発電システム１２００は、図２３に示す太陽光発電システム１１００よりも規模が大きい太陽光発電システムである。
【０２０５】
パワーコンディショナー１２１１〜１２１ｎは、それぞれ、サブシステム１２０１〜１２０ｎに接続される。
【０２０６】
変圧器１２２１は、パワーコンディショナー１２１１〜１２１ｎおよび商用電力系統に接続される。
【０２０７】
サブシステム１２０１〜１２０ｎの各々は、モジュールシステム１２３１〜１２３ｊ（ｊは２以上の整数）からなる。
【０２０８】
モジュールシステム１２３１〜１２３ｊの各々は、光電変換モジュールアレイ１３０１〜１３０ｉ（ｉは２以上の整数）と、接続箱１３１１〜１３１ｉと、集電箱１３２１とを含む。
【０２０９】
光電変換モジュールアレイ１３０１〜１３０ｉの各々は、図３４に示す光電変換モジュールアレイ１１０１と同じ構成からなる。
【０２１０】
接続箱１３１１〜１３１ｉは、それぞれ、光電変換モジュールアレイ１３０１〜１３０ｉに接続される。
【０２１１】
集電箱１３２１は、接続箱１３１１〜１３１ｉに接続される。また、サブシステム１２０１のｊ個の集電箱１３２１は、パワーコンディショナー１２１１に接続される。サブシステム１２０２のｊ個の集電箱１３２１は、パワーコンディショナー１２１２に接続される。以下、同様にして、サブシステム１２０ｎのｊ個の集電箱１３２１は、パワーコンディショナー１２１ｎに接続される。
【０２１２】
モジュールシステム１２３１のｉ個の光電変換モジュールアレイ１３０１〜１３０ｉは、太陽光を電気に変換して直流電力を発電し、その発電した直流電力をそれぞれ接続箱１３１１〜１３１ｉを介して集電箱１３２１へ供給する。モジュールシステム１２３２のｉ個の光電変換モジュールアレイ１３０１〜１３０ｉは、太陽光を電気に変換して直流電力を発電し、その発電した直流電力をそれぞれ接続箱１３１１〜１３１ｉを介して集電箱１３２１へ供給する。以下、同様にして、モジュールシステム１２３ｊのｉ個の光電変換モジュールアレイ１３０１〜１３０ｉは、太陽光を電気に変換して直流電力を発電し、その発電した直流電力をそれぞれ接続箱１３１１〜１３１ｉを介して集電箱１３２１へ供給する。
【０２１３】
そして、サブシステム１２０１のｊ個の集電箱１３２１は、直流電力をパワーコンディショナー１２１１へ供給する。
【０２１４】
サブシステム１２０２のｊ個の集電箱１３２１は、同様にして直流電力をパワーコンディショナー１２１２へ供給する。
【０２１５】
以下、同様にして、サブシステム１２０ｎのｊ個の集電箱１３２１は、直流電力をパワーコンディショナー１２１ｎへ供給する。
【０２１６】
パワーコンディショナー１２１１〜１２１ｎは、それぞれ、サブシステム１２０１〜１２０ｎから受けた直流電力を交流電力に変換し、その変換した交流電力を変圧器１２２１へ供給する。
【０２１７】
変圧器１２２１は、パワーコンディショナー１２１１〜１２１ｎから交流電力を受け、その受けた交流電力の電圧レベルを変換して商用電力系統へ供給する。
【０２１８】
太陽光発電システム１２００は、上述したように、素子特性が向上している光電変換素子１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，５０，５０Ａ，８０，８０Ａ，８０Ｂのいずれかを備えている。従って、太陽光発電システム１２００の性能を向上させることができる。  なお、第６の実施の形態による太陽光発電システムは、図２５に示す構成に限らず、光電変換素子１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，５０，５０Ａ，８０，８０Ａ，８０Ｂのいずれかを用いる限り、どのような構成であってもよい。
【０２１９】
以上、本発明の実施形態について、詳述してきたが、これらはあくまでも例示であって、本発明は、上述の実施形態によって、何等、限定されない。
【０２２０】
例えば、第１の実施の形態において、シリコン基板１２はｐ型の単結晶シリコン基板であってもよい。この場合、シリコン基板１２の面内方向でｐ型非晶質シリコン層２０ｐの幅寸法がｎ型非晶質シリコン層２０ｎの幅寸法よりも小さくするのが好ましい。これは、応用例１〜３についても、同様である。
【０２２１】
第１の実施の形態において、シリコン基板１２の受光面側のテクスチャ構造及び裏面側のテクスチャ構造は、必須の構成要素ではない。これは、応用例１〜３についても、同様である。
【０２２２】
第１の実施の形態において、パッシベーション膜１４及び反射防止膜１６は、必須の構成要素ではない。これは、応用例１〜３についても、同様である。
【０２２３】
第１の実施の形態において、シリコン基板１２の受光面側に高濃度領域が形成されていてもよい。高濃度領域は、シリコン基板１２と同じ導電型を有する不純物がシリコン基板１２よりも高濃度にドーピングされた領域である。高濃度領域は、ＦＳＦ（Front Surface Field）として機能する。これは、応用例１〜３についても、同様である。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図２Ｅ】
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【図２Ｆ】
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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１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【図１６Ｃ】
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【図１６Ｄ】
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【図１６Ｅ】
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【図１６Ｆ】
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【図１６Ｇ】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９Ａ】
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【図１９Ｂ】
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【図１９Ｃ】
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【図１９Ｄ】
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【図１９Ｅ】
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【図１９Ｆ】
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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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