(57)【要約】  受光面１Ａと裏面１Ｂとを有するｎ型単結晶シリコン基板１と、このｎ型単結晶シリコン基板１に形成されたｐｎ接合と、ｐｎ接合を挟むように形成された第１および第２の電極とを備える。受光面１Ａには逆ピラミッド状を有するテクスチャー１ＴAが形成され、裏面１Ｂには、正ピラミッド状を有するテクスチャー１ＴBが形成されている。そして、これらのテクスチャーの内、受光面１Ａ側のピラミッド底面の一辺の長さの平均値が裏面１Ｂのピラミッド底面の一辺の長さの平均値より短い。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１および第２主面を有する単結晶シリコン基板と、
前記単結晶シリコン基板に形成されたｐｎ接合と、
前記ｐｎ接合を挟むように形成された第１および第２の電極とを備え、
前記第１主面には逆ピラミッド状を有するテクスチャーが形成され、
前記基板の第２主面には、正ピラミッド状を有するテクスチャーが形成され、
前記第１および第２主面のテクスチャーの内、受光面側である前記第１主面のピラミッド底面の一辺の長さの平均値が前記第２主面のピラミッド底面の一辺の長さの平均値より短いことを特徴とする、太陽電池。
【請求項２】
前記単結晶シリコン基板の前記第１および第２主面は、薄膜層で被覆されたことを特徴とする、請求項１に記載の太陽電池。
【請求項３】
前記薄膜層は、真性の非晶質シリコン層であることを特徴とする、請求項２に記載の太陽電池。
【請求項４】
前記単結晶シリコン基板の第２主面のみ、真性の非晶質シリコン層で被覆されたことを特徴とする、請求項１に記載の太陽電池。
【請求項５】
前記単結晶シリコン基板は第１導電型であり、
前記単結晶シリコン基板の第２主面の前記真性の非晶質シリコン層上のみ第２導電型の非晶質シリコン層が形成されたことを特徴とする、請求項４に記載の太陽電池。
【請求項６】
前記単結晶シリコン基板の第１主面に、穴を有する窒化シリコン膜が形成されており、前記穴は前記第１主面側よりも外表面側で穴径が大きいことを特徴とする、請求項１に記載の太陽電池。
【請求項７】
前記穴径は、前記第１主面上で５ｎｍ以上、１μｍ以下であることを特徴とする、請求項６に記載の太陽電池。
【請求項８】
前記窒化シリコン膜は、膜密度が、前記第１主面から、外表面側に行くに従い小さくなっていることを特徴とする、請求項６または７に記載の太陽電池。
【請求項９】
第１および第２主面を有する単結晶シリコン基板と、
前記単結晶シリコン基板に形成されたｐｎ接合と、
前記ｐｎ接合を挟むように形成された第１および第２の電極とを備え、
前記第１主面には逆ピラミッド状を有するテクスチャーが形成され、ただし、第１の電極の下の一部に正ピラミッド状のテクスチャー構造の領域があり、
前記単結晶シリコン基板の第２主面には、正ピラミッド状を有するテクスチャーが形成され、
前記第１および第２主面のテクスチャーの内、受光面側である前記第１主面のピラミッド底面の一辺の長さの平均値が前記第２主面のピラミッド底面の一辺の長さの平均値より短い太陽電池。
【請求項１０】
第１および第２主面を有する単結晶シリコン基板の前記第１主面に耐エッチング膜を形成する工程と、
前記耐エッチング膜にアルカリ溶液を用いてピンホールを形成するとともに、前記アルカリ溶液で前記単結晶シリコン基板の両面をエッチングして、前記第１主面には逆ピラミッド状、前記第２主面には前記第１主面よりピラミッドの底面の一辺の平均値が長い正ピラミッド状のテクスチャーを形成する異方性エッチング工程と、
前記単結晶シリコン基板にｐｎ接合を形成する工程と、
前記ｐｎ接合を挟む第１および第２の電極を形成する工程とを備えた太陽電池の製造方法。
【請求項１１】
前記耐エッチング膜を形成する工程は、窒化シリコン膜の密度が徐々に小さくなるように調整しながら成膜する工程である請求項１０に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項１２】
前記異方性エッチング工程後、前記第１または第２主面のいずれか一方に薄膜層を形成する工程を含む請求項１０または１１に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項１３】
前記耐エッチング膜を形成する工程は、前記窒化シリコン膜の密度が１．５以上２．５ｇ／ｃｍ3以下となるように成膜する工程である請求項１１に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項１４】
前記異方性エッチング工程後、前記耐エッチング膜を残したまま、前記ｐｎ接合を形成する工程および第１および第２の電極を形成する工程を実行することを特徴とする請求項１１に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項１５】
前記ｐｎ接合を形成する工程は、前記第１主面側に第１導電型の拡散層を形成する工程と、
前記第２主面側に真性の非晶質シリコン層および第２導電型の非晶質シリコン層を順次積層する工程とを含むことを特徴とする請求項１１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、基板表面にテクスチャー構造をもつ太陽電池および太陽電池の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池においては、太陽光を効率良く吸収するために、基板の表面での光反射率を極力小さくする必要があり、エッチングによって基板の表面にテクスチャーと呼ばれる凹凸構造を形成している。【０００３】
テクスチャーとは単結晶シリコン基板などからなる基板の表面に形成される微小凹凸の総称であり、アルカリ水溶液にイソプロピルアルコール等の添加剤を加えたアルカリ性エッチング液を用いて、単結晶シリコン基板のエッチングにより形成される。これは、特定の結晶方位に対してエッチングが進まない異方性エッチングを利用しており、単結晶シリコン基板の（１００）面をエッチングして、シリコン結晶の安定な（１１１）面からなる微小なピラミッド構造が形成される。特許文献１では、このようなピラミッド構造を用いた太陽電池が提案されている。この結果、受光面側の反射が抑えられ、より多くの太陽光を吸収でき、光電変換効率の高い太陽電池を製作することができる。【０００４】
さらに、特許文献２では、テクスチャーを、受光面と、基板の側面および、裏面周辺端部から２ｍｍ以下までの領域に形成することで、基板周辺からの光を効率的に吸収するようにした太陽電池が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第４１８８４８３号公報
【特許文献２】特許第４５５７７７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
更なる変換効率の高い太陽電池を得るためには、受光面側では反射を低減すること、受光面、裏面でキャリアを失活させる表面欠陥を低減することが重要で、受光面側と裏面側とでこれらの要求を同時に満たすためにそれぞれの面で適切なテクスチャーを形成することが課題であった。【０００７】
しかし、上記特許文献１および２の方法では単結晶シリコン基板（１００）面に対してエッチングを行い、
Ａ．受光面と裏面でほぼ同じサイズのテクスチャーを有する構造−
あるいは、
Ｂ．裏面周辺端部から２ｍｍ以下の領域を除き、裏面にテクスチャーが形成されていない構造−
のいずれかの構造である。Ａでは、受光面の反射を抑えるためにテクスチャーサイズが最適化され、そのサイズで裏面も形成されてしまう。Ｂでは、端部から２ｍｍを除いて裏面は削られることなく（１００）面のままである。このような受光面および裏面の表面では欠陥の低減が不十分で、これを低減することが課題であった。【０００８】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、表面欠陥を低減し、受光面側での反射を低減できる、適切なテクスチャーを形成し、変換効率の高い太陽電池を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の太陽電池では、第１および第２主面を有する単結晶シリコン基板と、単結晶シリコン基板に形成されたｐｎ接合と、ｐｎ接合を挟むように形成された第１および第２の電極とを備え、第１主面には逆ピラミッド状を有するテクスチャーが形成され、基板の第２主面には、正ピラミッド状を有するテクスチャーが形成されている。そして、第１および第２主面のテクスチャーの内、受光面側である第１主面のピラミッド底面の一辺の長さの平均値が第２主面のピラミッド底面の一辺の長さの平均値より短い。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、表面欠陥を低減し、受光面側での反射を低減できる、適切なテクスチャーを形成し、変換効率の高い太陽電池を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態１による太陽電池を模式的に示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図
【図２】本発明の実施の形態１による太陽電池のテクスチャー構造を示す説明図であり、（ａ）はテクスチャーの模式的上面図の拡大図、（ｂ）はテクスチャーの断面図、（ｃ）はテクスチャーの斜視図
【図３】本発明の実施の形態１による太陽電池のピラミッド状のテクスチャー構造を示す説明図であり、（ａ）はテクスチャーの模式的上面図の拡大図、（ｂ）はテクスチャーの断面図、（ｃ）はテクスチャーの斜視図
【図４】（ａ）から（ｄ）は、本発明の実施の形態１の太陽電池の製造方法を示す工程断面図
【図５】本発明の実施の形態１の太陽電池の製造方法を示すフローチャート
【図６】実施の形態１の太陽電池の特性を説明するために、凹凸のない平らな基板表面における、異なる結晶面のライフタイムの比較を示す図
【図７】実施の形態１の太陽電池の特性を説明するために、異なるピラミッド形状のライフタイムの比較を示す図
【図８】実施の形態１の太陽電池の特性を説明するために、逆ピラミッド形状における、反射率のテクスチャーサイズ依存性を示す図
【図９】実施の形態１の太陽電池の特性を説明するために、逆ピラミッド形状における、底面の異なる一辺の長さのライフタイムの比較を示す図
【図１０】本発明の実施の形態２による太陽電池を模式的に示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図
【図１１】（ａ）から（ｄ）は、本発明の実施の形態２による太陽電池の製造方法を示す工程断面図
【図１２】本発明の実施の形態２による太陽電池の製造方法を示すフローチャート
【図１３】本発明の実施の形態３による太陽電池を模式的に示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図
【図１４】本発明の実施の形態３による太陽電池の電極形成前の状態を示す図
【図１５】本発明の実施の形態３による太陽電池のピラミッド形状と特性との関係を示す図
【図１６】本発明の実施の形態３による太陽電池のピラミッドのテクスチャーサイズと特性との関係を示す図
【図１７】本発明の実施の形態４による太陽電池のＳｉＮ膜のピンホールの要部拡大図
【図１８】本発明の実施の形態４による太陽電池を模式的に示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図
【図１９】（ａ）から（ｄ）は、本発明の実施の形態４による太陽電池の製造方法を示す工程断面図
【図２０】本発明の実施の形態４による太陽電池の製造方法を示すフローチャート
【図２１】本発明の実施の形態５による太陽電池を模式的に示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図
【図２２】（ａ）から（ｄ）は、本発明の実施の形態５による太陽電池の製造方法を示す工程断面図
【図２３】本発明の実施の形態５による太陽電池の製造方法を示すフローチャート
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に、本発明にかかる太陽電池およびその製造方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。また、以下に示す図面においては、理解の容易のため各層あるいは各部材の縮尺が現実と異なる場合があり、各図面間においても同様である。また、平面図であっても、図面を見易くするためにハッチングを付す場合がある。
【００１３】
実施の形態１．
図１は、本発明にかかる太陽電池の実施の形態１を模式的に示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。図２は、逆ピラミッド状のテクスチャー構造を示す説明図であり、（ａ）はテクスチャーの模式的上面図の拡大図、（ｂ）はテクスチャーの断面図、（ｃ）はテクスチャーの斜視図である。図３は、ピラミッド状のテクスチャー構造を示す説明図であり、（ａ）はテクスチャーの模式的上面図の拡大図、（ｂ）はテクスチャーの断面図、（ｃ）はテクスチャーの斜視図である。図４（ａ）から（ｄ）は、同太陽電池の製造方法を示す工程断面図、図５は、同太陽電池の製造方法を示すフローチャートである。ここで単結晶シリコン基板として、ｎ型単結晶シリコン基板１を用いる。このｎ型単結晶シリコン基板１は（１００）面を表面とするものである。なおこのｎ型単結晶シリコン基板１に代えてｐ型の基板を用いるようにしてもよい。この太陽電池は、受光面１Ａを構成する第１主面で（１１１）面からなる逆ピラミッド構造のテクスチャー１ＴAを形成している。裏面１Ｂを構成する第２主面側で、受光面１Ａよりサイズの大きい（１１１）面からなる正ピラミッド構造のテクスチャー１ＴBを形成している。この（１１１）面からなる凹凸構造も、（１００）面に対して５５°の角度で形成される。この角度は、正確には５４．７５°である。
【００１４】
反射の防止、あるいは散乱による基板内の光路長の増大のため、（１００）面を受光面および裏面１Ａ、１Ｂとするｎ型単結晶シリコン基板１をエッチングにより、凹凸構造すなわちテクスチャーが形成される。これにより、受光面１Ａには裏面１Ｂ側よりサイズの小さい（１１１）面からなる逆ピラミッド構造の凹凸構造を形成している。（１１１）面からなる凹凸構造は、（１００）面に対して５５°の角度で形成される。
【００１５】
サイズが大きいというのは、受光面側に形成されたピラミッド構造の底面面積の平均値と、裏面側に形成されたピラミッド構造の底面面積の平均値を比較して、平均値が大きいことを意味する。あるいは、底面の一辺の長さの平均値を比較して、平均値が大きいという意味でもある。
【００１６】
逆ピラミッドは、図２（ａ）から（ｃ）に示すように、四角形の底面と一つの頂点で構成される四角錘で表面を切り抜いた形状で、一つの頂点が基板表面の凹部の先端を構成するものである。一方、正ピラミッドというのは、図３（ａ）から（ｃ）に示すように、表面が四角形の底面と一つの頂点で構成される四角錘の形状で、前記一つの頂点が基板表面の凸部の先端を構成するものである。なお、これらのテクスチャーは、必ずしも等間隔で整然と整列しているわけではない。また、テクスチャーのサイズもばらつきをもって形成されることが多い。Ｄは正ピラミッド状のテクスチャーの山の頂点、Ｅは逆ピラミッド状のテクスチャーの谷の頂点、Ｆはピラミッドの底面を示す。
【００１７】
ここで、正ピラミッド、逆ピラミッドの両方が、異方性エッチングで形成される。単結晶シリコンは、（１１１）面の方が（１００）面よりエッチング速度が遅く、エッチングされにくい。このエッチング速度の違いを利用し、単結晶シリコンを（１００）面からエッチングしたときエッチングが進むに従って、エッチングされにくい（１１１）面が現れて、さまざまな形状ができる。そのままエッチングを行うと、正ピラミッド状のテクスチャーが形成されるが、マスクに形成されたピンホールｈからエッチングしていくと逆ピラミッド状となる。
【００１８】
そこで本実施の形態では、後述するが、受光面１Ａ側に密度が小さく、ピンホールｈを含む窒化シリコン膜を形成しておき、ピンホールｈから異方性エッチングを進行させることにより逆ピラミッド形状を得る。
【００１９】
本実施の形態１の太陽電池は、ｎ型単結晶シリコン基板１を基板として用いたものであり、受光面１Ａ側および裏面１Ｂ側には逆ピラミッド状のテクスチャー１ＴAおよび正ピラミッド状のテクスチャー１ＴBが形成されている。そして受光面１Ａ側には、ｐ型拡散層２と、裏面１Ｂ側にはｎ型拡散層３が形成されている。そして外側が実質的に真性な非晶質シリコン系薄膜としての非晶質シリコンｉ層４ｉ，５ｉで覆われている。そして窒化シリコン膜６，７が形成されている。そして受光面１Ａおよび裏面１Ｂ側には第１および第２の集電電極８および９が設けられている。
【００２０】
なお、基板内表面近傍には受光面側に基板とのｐｎ接合を形成するためｐ型拡散層２、裏面１Ｂ側にＢＳＦ（ｂａｃｋ  ｓｕｒｆａｃｅ  ｆｉｅｌｄ）効果によりキャリアを収集するため、ｎ型拡散層３が形成されているが、これを逆にして、受光面１Ａ側にｎ型拡散層３、裏面側にｐ型拡散層２としてもよい。
【００２１】
また、ｎ型単結晶シリコン基板１の受光面１Ａ側、裏面１Ｂ側、それぞれに、基板表面の欠陥を修復するために形成される薄膜層として真性非晶質シリコン膜すなわち非晶質シリコンｉ層４ｉ，５ｉを備える。なおこの薄膜層はその他、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、酸化アルミニウム膜あるいはこれらの元素を組み合わせて構成された膜、生成したキャリアの引き込みあるいは追い返し効果を有する電荷を保有できる絶縁膜などが考えられる。
【００２２】
なお、受光面１Ａ側の薄膜層には入射してくる太陽光の反射防止の役割を担う場合もある。また、非晶質シリコンｉ層４ｉ，５ｉの上層に、基板両面に第２薄膜層として窒化シリコン膜６，７が形成されている。これは、さらに基板表面の欠陥を修復する効果、および受光面側の反射防止の効果がある。ただし、第２薄膜層としての窒化シリコン膜６，７は形成しなくても良い。そして、第１および第２の集電電極８，９が基板に電気的に接続するように形成されている。
【００２３】
次に、本実施の形態１の太陽電池の製造方法について説明する。ｎ型単結晶シリコン基板１（１００）面はインゴットからスライスにより切り出される。切断面は研磨され表面を平坦にする。さらに、切断面には結晶のひずみが残っているため、ダメージ除去ステップＳ１０１で、ＨＦ＋ＨＮＯ3、ＮａＯＨなどのエッチング液を用いて表面を１０から２０μｍ程度エッチングする。また、ゲッタリングにより基板内の不純物を除去することが好ましい。ゲッタリングには、リンを熱拡散し、形成されたリンガラス層に不純物を偏析させる方法がある。
【００２４】
次に、テクスチャーを形成する。テクスチャーエッチング用マスクを以下エクスチャーエッチ用マスクとよぶ。本実施の形態では、まず、テクスチャーエッチ用マスクの形成ステップＳ１０２で、図４（ａ）に示すように、ｎ型単結晶シリコン基板１の受光面１Ａ側に膜密度が２．３ｇ／ｃｍ3の耐エッチング膜としてのＳｉＮ膜２０を８０ｎｍ形成する。ＳｉＮ膜２０の成膜にはプラズマＣＶＤ法を用い、ＳｉＨ4ガスとＮＨ3ガスを利用する。ＳｉＨ4ガス流量４０ｓｃｃｍ、ＮＨ3ガス流量２０ｓｃｃｍとし、圧力１００Ｐａ、基板温度１７０℃、およびＲＦパワー密度１．５Ｗ／ｃｍ2の条件で形成される。ＳｉＮ膜は窒化シリコン膜であるが、耐エッチング膜として有効となるように組成を調整した膜を示すものとし、以下、ＳｉＮ膜と称するものとする。
【００２５】
膜密度は１．５から２．５ｇ／ｃｍ3が好ましい。高すぎるとこの後のエッチングでＳｉＮにピンホールが形成できず、低すぎるとＳｉＮ膜２０自身がエッチングされて消失してしまうからである。
【００２６】
また、膜密度の異なるＳｉＮ膜２０を積層してもよい。１．５ｇ／ｃｍ3の膜密度のＳｉＮを６０ｎｍ形成してから２．５ｇ／ｃｍ3の膜密度のＳｉＮを２０ｎｍ形成する。これにより、ＳｉＮ膜２０がエッチングにより消失することを十分に防止しながら、ＳｉＮのピンホールｈの数を増やして、テクスチャーサイズを大きくすることができる。
【００２７】
このようにして得られたＳｉＮ膜２０をマスクとして、図４（ｂ）に示すように、テクスチャーエッチングステップＳ１０３で、アルカリ溶液として５重量％濃度の水酸化ナトリウムに、添加剤としてイソプロピルアルコールを２ｗｔ％混ぜて、８０℃で２０分ｎ型単結晶シリコン基板１をエッチングする。アルカリ溶液には水酸化カリウム等、他のアルカリ材料の水溶液を用いてもよい。添加剤は他にシリコン基板表面のエッチング反応を適度に阻害できるものであればよく、エチレングリコール、ブタノール等が考えられる。また、添加剤は、用いなくてもよい。
【００２８】
この方法により、裏面１Ｂ側には基板の（１００）面と（１１１）面のエッチングレートが異なることを利用した異方性エッチングによって、図３（ａ）から（ｃ）に示したように、（１１１）面で形成された正ピラミッド構造のテクスチャー１ＴBを形成できる。
【００２９】
一方、受光面１Ａ側は、ＳｉＮ膜に微小なピンホールｈが形成されて、そのピンホールｈを通して薬液が浸透し、基板をエッチングすることで、図２（ａ）から（ｃ）に示すように、基板に逆ピラミッド構造のテクスチャー１ＴAが形成される。また、このピラミッドの底面面積の大きさを小さく、すなわち、テクスチャーサイズを小さくすることができる。
【００３０】
テクスチャーサイズを小さくできる理由は、基板へのエッチングの開始が基板上を覆ったＳｉＮ膜２０の阻害による効果で遅れるためで、このため、基板のエッチング量が減り、その結果、ピラミッド形状の底面面積が小さくなる。つまりテクスチャーサイズが小さくなる。
【００３１】
基板エッチング量が減るとピラミッドの底面面積を小さくできる理由は、逆に、基板のエッチング量が増えると底面面積が大きくなる理由を考えると分かりやすい。はじめ基板上に微小な凹凸が形成され、この凹凸のエッチング量が増え、エッチングが進むと深く基板がエッチングされながら隣の凹凸と連結していく。このようにして、凹凸のサイズが大きくなり、ピラミッドの底面面積が大きくなっていく。従って、逆に、基板エッチング量が減れば、ピラミッドの底面面積を小さくできる。
【００３２】
ピラミッドの底面の一辺の長さの平均値は、受光面で０．５μｍ以上２．０μｍ以下、裏面で２．０μｍ以上１０．０μｍ以下とするのが好ましい。これは、受光面では入射してくる太陽光の反射を抑え、裏面側では欠陥を抑制するのに効果的なサイズである。従って、受光面側で、裏面側よりピラミッドの底面のサイズを小さくし、裏面側でピラミッドの底面のサイズを大きくすることで、太陽電池の出力特性を向上できる。
【００３３】
このようにして、テクスチャーエッチングを終了した後、テクスチャーエッチ用マスクの除去ステップＳ１０４で、テクスチャーエッチ用マスクを除去する。
【００３４】
そして、受光面側のｐ型拡散層の形成ステップＳ１０５で、ｎ型単結晶シリコン基板１の受光面１Ａ側にｐ型拡散層２を形成する。ｐ型拡散層２はボロンＢを含有する酸化膜を常圧ＣＶＤで成膜してからアニールすることで固相拡散により形成される。そして不要となったＢ含有酸化膜はフッ酸ＨＦで除去する。
【００３５】
続いて、図４（ｃ）に示すように、裏面側のｎ型拡散層の形成ステップＳ１０６でｎ型単結晶シリコン基板１の裏面１Ｂ側にｎ型拡散層３を形成する。ｎ型拡散層３はリンＰを含有する酸化膜を常圧ＣＶＤで成膜してからアニールすることで固相拡散により形成される。そして不要となったＰ含有酸化膜はフッ酸ＨＦで除去する。
【００３６】
この後、受光面側および裏面側の第１薄膜層形成ステップＳ１０７で、ｎ型単結晶シリコン基板１両面に、表面の欠陥を低減するために有効である薄膜層として非晶質シリコンｉ層４ｉ、５ｉを形成する。プラズマＣＶＤ法により、ＳｉＨ4ガス流量６０ｓｃｃｍ、圧力１００Ｐａ、基板温度１３０℃、およびＲＦパワー０．１Ｗ／ｃｍ2の条件で形成する。膜厚は１０ｎｍである。膜厚は１ｎｍから５０ｎｍ程度が好ましい。
【００３７】
薄膜層としての非晶質シリコンｉ層４ｉ、５ｉは、これ以外に、シリコン酸化膜でもよく、プラズマＣＶＤ法により、ＳｉＨ4ガス流量６０ｓｃｃｍ、Ｈ2ガス流量６０ｓｃｃｍ、ＣＯ2流量６０ｓｃｃｍ、圧力１００Ｐａ、基板温度１７０℃、およびＲＦパワー０．１Ｗ／ｃｍ2の条件で形成できる。膜厚は３０ｎｍである。膜厚は１ｎｍから１００ｎｍ程度が好ましい。
【００３８】
シリコン酸化膜の形成方法としては、プラズマＣＶＤ法以外に、プラズマにより酸素ガスを分解したラジカル酸素でシリコン基板を酸化する方法、大気圧中で１０００℃のＯ2ガス１０００ｓｃｃｍを流しながら、熱を利用してシリコン基板を酸化する方法などがある。ただし、熱を利用した場合、基板への熱ダメージにより基板内部の欠陥が増大するおそれがある。
【００３９】
このような方法で、基板（１１１）面上に薄膜層としての非晶質シリコンｉ層４ｉ、５ｉを形成して、薄膜層のエピタキシャル成長を抑え、これにより、基板表面の欠陥をより低減できる。
【００４０】
次に、受光面側および裏面側の第２薄膜層形成ステップＳ１０８で、図４（ｄ）に示すように、第２薄膜層として窒化シリコン膜６，７を形成する。窒化シリコン膜の成膜にはプラズマＣＶＤ法を用い、ＳｉＨ4ガスとＮＨ3ガスを利用する。ＳｉＨ4ガス流量４０ｓｃｃｍ、ＮＨ3ガス流量２０ｓｃｃｍとし、圧力１００Ｐａ、基板温度４５０℃、およびＲＦパワー密度１．５Ｗ／ｃｍ2の条件で形成される。膜厚は５０ｎｍである。
【００４１】
次に、金属電極形成ステップＳ１０９で、受光面１Ａ側および裏面１Ｂ側に第１および第２の集電電極８，９として、スクリーン印刷によってＡｇペーストを用いて、Ａｇを形成した。ＡｇペーストはＡｇ粒子と樹脂バインダーからなる導電ペーストを用いた。この他、インクジェット、銅線接着、スプレーなどの方法を用いても良い。
【００４２】
そして、ｎ型単結晶シリコン基板１と第１および第２の集電電極８，９を接続するため、焼成ステップＳ１１０で、アニールを７００℃、１０秒行った。これによって、Ａｇが受光面１Ａ側では窒化シリコン膜６、非晶質シリコンｉ層４ｉを、裏面１Ｂ側では窒化シリコン膜７、非晶質シリコンｉ層５ｉを、拡散して基板との接続が形成される。
【００４３】
このようにして、実施の形態１の太陽電池が完成する。
【００４４】
この太陽電池によれば、受光面１Ａ側では逆ピラミッド状のテクスチャー１ＴAを形成することにより、基板表面の欠陥を減らすことができる。一方、裏面１Ｂ側では正ピラミッド状のテクスチャー１ＴBを、ピラミッド底面の一辺の長さを受光面に比べ長く、すなわち、テクスチャーサイズを大きくすることにより、基板表面の欠陥を低減できる。その結果、高品質の太陽電池が作成でき太陽電池の出力を向上することができる。
【００４５】
以下、この構造の効果を示す実験結果として、ライフタイムと反射率結果を説明する。ライフタイムは、テクスチャー形成した基板あるいは形成しない基板において、基板両面に薄膜層を形成した試料を評価した。評価法として、μ-ＰＣＤ(Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ  Ｐｈｏｔｏ-Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ  Ｄｅｃａｙ)法を用いた。μ-ＰＣＤ法はサンプル表面に波長９０４ｎｍのレーザー光を照射し、発生させたキャリアの減少速度を、もう一方で試料に照射した１０ＧＨｚのマイクロ波の試料からの反射率を用いて測定する。ライフタイム値はキャリアの再結合速度を反映しており、高い値を示す試料ほど欠陥密度が少ないといえる。
【００４６】
図６に、凹凸のない平らな基板表面において、表面の結晶面の異なる基板を評価した結果を示す。（１１１）面上に薄膜層を形成した基板の方が、ライフタイムが向上する。すなわち、（１００）面に比べ（１１１）面の方が表面欠陥を低減する効果がある。従って、本実施の形態のように、（１００）面の基板から、異方性を利用してエッチングしピラミッド形状にして（１１１）面を出すことが表面欠陥低減に有効であることがわかる。
【００４７】
欠陥を低減できる理由は、（１００）面上ではその上に形成される薄膜層がエピタキシャル成長し易くなり、そのエピタキシャル層は基板との界面の修復効果が低いからである。一方、（１１１）面上ではエピタキシャル成長を抑えられ、その結果、（１００）面上に比べ、（１１１）面と薄膜層界面で欠陥修復効果が向上し、欠陥が低減できる。また、Ｓｉ結晶の構造上、（１１１）面の表面のほうがダングリングボンドすなわち原子における未結合手が少ないため欠陥を低減できる。
【００４８】
図７に、逆ピラミッド構造のテクスチャーと正ピラミッド構造のテクスチャーを比較したライフタイム評価結果を示す。この時、ピラミッド底面の一辺は１μｍの場合である。正ピラミッドより、逆ピラミッド構造のテクスチャーにすることでライフタイムが向上する。従って、受光面側の表面形状を逆ピラミッド構造のテクスチャーの形状にすることにより欠陥をより低減できる。
【００４９】
この理由は、逆ピラミッド構造のテクスチャーの方が正ピラミッド構造のテクスチャーに比べ、そのピラミッド構造を完成させるまで基板をエッチングする量が少なくてすむためで、このため、より平坦な（１１１）表面が得られ、表面の欠陥を低減できるからである。
【００５０】
図８に、逆ピラミッド構造のテクスチャーにおいて、反射率のテクスチャーサイズ依存性を示す。なお、正ピラミッドの場合も同様の傾向となる。受光面の反射率は、テクスチャーサイズを小さくし、すなわち、ピラミッド底面の一辺の長さを低減することにより低減できる。これは、テクスチャーサイズが大きい形状は、それだけ基板のエッチングが進行したことを意味し、テクスチャーサイズが小さいものにくらべ、形成されたテクスチャーの（１１１）面が荒れており、その結果、反射が増大すると考えられる。つまり、逆に、テクスチャーサイズを小さくする方が、表面の（１１１）面の荒れが少なく、より反射を抑えることができる。このため、受光面側ではテクスチャーサイズが小さいほうが、太陽電池の出力向上に有効であることがわかる。
【００５１】
図９に、逆ピラミッド構造のテクスチャーにおける、ライフタイムのテクスチャーサイズ依存性を示す。なお、正ピラミッド構造のテクスチャーの場合も同様の傾向となる。グラフより、底面の一辺の長さが長いほど、すなわちテクスチャーサイズが大きいほどライフタイムは高くなる。従って、裏面側では、受光面側よりテクスチャーのピラミッド構造のサイズが大きくなっており、より欠陥を低減できる。
【００５２】
この理由は、テクスチャーサイズが大きいということは谷の密度すなわち単位面積当たりの谷の割合が少ないことを意味する。谷は２つの面がぶつかった交線であるため平面に比べ欠陥が多い。また、谷部では、薄膜層による基板表面の修復効果が低く、薄膜層と基板表面との界面の欠陥を低減するのが難しい。従って、テクスチャーサイズを大きくすることで谷の密度が低減し、その結果、欠陥を低減できる。
【００５３】
以上の観点から、上記の基板両面のテクスチャー構造、すなわち、受光面では比較的テクスチャーサイズの小さい逆ピラミッド構造により、入射する光の反射を抑えながら基板表面の欠陥を低減し、裏面側では、テクスチャーサイズを受光面より大きくすることで基板表面の欠陥を低減できる。その結果、高品質の太陽電池が作成できるため太陽電池の出力を向上できる。
【００５４】
なお、上記構造の拡散型太陽電池において、裏面側も逆ピラミッド状のテクスチャーをもつようにしても良い。
【００５５】
実施の形態２．
図１０は、本発明にかかる太陽電池の実施の形態２を模式的に示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。図１１（ａ）から（ｄ）は同太陽電池の製造方法を示す工程断面図、図１２は、同太陽電池の製造方法を示すフローチャートである。実施の形態１の太陽電池は受光面１Ａ側を逆ピラミッド構造のテクスチャー、裏面側をサイズの小さい正ピラミッド構造のテクスチャーとしたのに対し、本実施の形態では受光面側裏面側共に逆ピラミッド構造のテクスチャーを持つようにした点が異なる。また本実施の形態の太陽電池は、ヘテロ接合型の太陽電池である。他の構成については、実施の形態１の太陽電池と同様である。同一部位には同一符号を付した。
【００５６】
ここでも単結晶シリコン基板として、実施の形態１の太陽電池と同様、ｎ型単結晶シリコン基板１を用いる。ｎ型単結晶シリコン基板１は（１００）面を表面とするものである。なおｎ型単結晶シリコン基板１に代えてｐ型の基板を用いるようにしてもよい。太陽電池は、受光面１Ａを構成する第１主面で（１１１）面からなる逆ピラミッド構造のテクスチャー１ＴAを形成している。裏面１Ｂを構成する第２主面側で、受光面１Ａよりサイズの大きい（１１１）面からなる逆ピラミッド構造のテクスチャー１ＴBTを形成している。（１１１）面からなる凹凸構造も、（１００）面に対して５５°、正確には５４．７５°の角度で形成される。
【００５７】
このように、実施形態２の太陽電池は、実施形態１の太陽電池に対して、裏面側も逆ピラミッドのテクスチャー１ＴBTを備える点と、ｐｎ接合が薄膜で形成されたヘテロ接合型の太陽電池である点が異なる。
【００５８】
ピラミッドの底面の一辺の長さは、これを平均すると、受光面１Ａ側で０．５μｍ以上２．０μｍ以下、裏面１Ｂ側で２．０μｍ以上１０．０μｍ以下である。裏面側も逆ピラミッド形状のテクスチャーを得るために、基板裏面側にも耐エッチング膜として膜密度の低いＳｉＮ膜を形成してから基板をエッチングする。ただし、受光面１Ａ側に形成するＳｉＮ膜より密度の低いＳｉＮ膜を形成する。膜厚は８０ｎｍ程度である。これにより、裏面側は、受光面に比べＳｉＮ膜の膜密度が低いＳｉＮ膜を形成したことにより、ＳｉＮ膜のピンホールｈが多く形成され、基板へのエッチング量が増え、その結果、受光面側に比べ大きなテクスチャー底面をもつ、逆ピラミッドのテクスチャーが形成できる。
【００５９】
このようにして、裏面側をサイズが大きくかつ逆ピラミッド構造にすることにより、欠陥を低減でき、その結果、太陽電池の出力を向上できる。
【００６０】
本実施の形態の太陽電池では、ｎ型単結晶シリコン基板１の受光面１Ａ側、裏面１Ｂ側、それぞれに、基板表面の欠陥を修復するための薄膜層として透光性導電膜１４，１５を備える。
【００６１】
また、ｐ型拡散層２に代えて、ｎ型単結晶シリコン基板１の受光面１Ａ側には、非晶質シリコンｉ層２ｉと、ｐｎ接合を形成するための、非晶質シリコンｐ層２ｐを形成している。基板内部に拡散層を形成せず、薄膜層の上に導電型層を形成しているため、基板内部に拡散層を形成するのに比べ、基板の欠陥を低減できる。また、非晶質シリコンｉ層２ｉを形成しているためこの薄膜層すなわち非晶質シリコンｉ層２ｉにより基板と導電型層の界面の欠陥を低減できる。その結果、太陽電池の出力を向上できる。
【００６２】
裏面１Ｂ側には、薄膜層である非晶質シリコンｉ層３ｉの上に、ＢＳＦ（ｂａｃｋ  ｓｕｒｆａｃｅ  ｆｉｅｌｄ）効果によりキャリアを収集する効果のある、ｎ型シリコン層３ｎを備える。なお、これを逆にして、受光面側にｎ型シリコン層を、裏面側にｐ型シリコン層を配するようにしてもよい。
【００６３】
そしてさらにこの上層に、キャリア収集および反射防止のため、受光面１Ａ側に透光性導電膜１４を、裏面１Ｂ側にもキャリア収集のため透光性導電膜１５を備える。
【００６４】
透光性導電膜１４，１５は、材料として、ＳｎＯ2、Ｉｎ2Ｏ3、ＺｎＯ、ＣｄＯ、ＣｄＩｎ2Ｏ4、ＣｄＳｎＯ3、ＭｇＩｎ2Ｏ4、ＣｄＧａ2Ｏ4、ＧａＩｎＯ3、ＩｎＧａＺｎＯ4、Ｃｄ2Ｓｂ2Ｏ7、Ｃｄ2ＧｅＯ4、ＣｕＡｌＯ2、ＣｕＧａＯ2、ＳｒＣｕ2Ｏ2、ＴｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3などを使用することができ、またこれらを積層して形成した透光性導電膜を使用することもできる。また、ドーパントとしては、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｂ、Ｙ、Ｓｉ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｆ、Ｃｅから選択した１種類以上の元素を用いてもよい。
【００６５】
そしてさらに透光性導電膜１４，１５と電気的に接続するためそれぞれ第１および第２の集電電極８，９を備える。
【００６６】
次に、実施形態２の太陽電池の製造方法について説明する。実施の形態１の場合と同様、ｎ型単結晶シリコン基板１の（１００）面はインゴットからスライスにより切り出される。切断面は研磨され表面の平坦化がなされる。さらに、切断面には結晶のひずみが残っているため、ダメージ除去ステップＳ２０１で、ＨＦ＋ＨＮＯ3あるいはＮａＯＨなどのエッチング液を用いて表面を１０から２０μｍ程度エッチングする。この工程は実施の形態１のステップＳ１０１と同様である。
【００６７】
次に、テクスチャーを形成する。まずテクスチャーエッチ用マスクの形成ステップＳ２０２Ｓで、図１１（ａ）に示すように、基板の表裏両面に耐エッチング膜としてのＳｉＮ膜２０を８０ｎｍ形成する。ＳｉＮ膜２０の成膜には実施の形態１と同様プラズマＣＶＤ法を用い、同様の条件で形成される。
【００６８】
膜密度は実施の形態１と同様、１．５から２．５ｇ／ｃｍ3とするのが好ましい。高すぎると後のエッチングでＳｉＮ膜２０にピンホールｈが形成されず、低すぎるとＳｉＮ膜２０自体がエッチングされて消失してしまうからである。本実施の形態では、実施の形態１に対して裏面側も逆ピラミッドのテクスチャーを形成するための耐エッチング膜を形成する点が異なる。
【００６９】
また、実施の形態１と同様、膜密度の異なるＳｉＮ膜２０を積層してもよい。
【００７０】
本実施の形態では、裏面１Ｂ側も逆ピラミッド構造のテクスチャーを得るために、基板の裏面１Ｂ側にもＳｉＮ膜２０を形成してから基板をエッチングする。ただし、裏面１Ｂ側には、受光面１Ａ側に形成するＳｉＮ膜２０より密度の低いＳｉＮ膜２０を形成する。膜厚は８０ｎｍ程度である。これにより、裏面１Ｂ側は、受光面１Ａに比べＳｉＮの膜密度が低いＳｉＮを形成したことにより、ＳｉＮのピンホールｈが多く、そして、大きく形成されている。このため基板エッチングの際、基板へのエッチング量が増え、その結果、受光面側に比べ大きなテクスチャーサイズを有する逆ピラミッド構造のテクスチャーが形成できる。
【００７１】
この構成において、実施の形態１と同様アルカリ溶液として５重量％濃度の水酸化ナトリウムに、添加剤としてイソプロピルアルコールを２ｗｔ％混ぜて、８０℃で２０分ｎ型単結晶シリコン基板１をエッチングすることで、テクスチャーを形成する。このテクスチャーエッチングステップＳ２０３により、図１１（ｂ）に示すように受光面１Ａを構成する第１主面に逆ピラミッド構造のテクスチャー１ＴAを形成するとともに、裏面１Ｂを構成する第２主面側に、受光面１Ａよりサイズの大きい（１１１）面からなる逆ピラミッド構造のテクスチャー１ＴBTを形成する。アルカリ溶液には、水酸化ナトリウムに限定されることなく、水酸化カリウム等のアルカリでもよい。添加剤は他にシリコン基板表面のエッチング反応を適度に阻害できるものであればよく、エチレングリコール、ブタノールが考えられる。また、ＳｉＮ膜２０のピンホールｈを通して逆ピラミッド構造のテクスチャーが形成できるため、添加剤を用いなくてもよく、添加剤を用いることなくテクスチャーを形成できる利点がある。
【００７２】
この方法により、図２（ａ）から（ｃ）に示したように、受光面１Ａ側および裏面１Ｂ側には基板の（１００）面と（１１１）面のエッチングレートが異なることを利用した異方性エッチングによって（１１１）面で形成された逆ピラミッド構造のテクスチャー１ＴAを形成する。
【００７３】
このようにして、受光面１Ａ側の方が裏面１Ｂ側より、ピラミッドの底面面積の大きさを小さく、すなわち、テクスチャーサイズを小さくなるようにすることができる。
【００７４】
テクスチャーサイズを小さくできる理由は、基板へのエッチングの開始が基板上を覆ったより高密度で膜厚の大きいＳｉＮ膜２０の阻害による効果で遅れるためである。このため、基板のエッチング量が減り、その結果、前述したようにピラミッド形状の底面面積が小さくなる、つまりテクスチャーサイズが小さくなる。一方裏面側では、低密度で膜厚の薄いＳｉＮ膜２０が形成されているため、開口が形成され易く、ピラミッド底面のサイズが大きくなる。
【００７５】
ここでもピラミッドの底面の一辺の長さの平均値は、受光面で０．５μｍ以上２．０μｍ以下、裏面で２．０μｍ以上１０．０μｍ以下とするのが好ましい。これは、受光面では太陽光の入射の反射を抑え、裏面側では欠陥を抑制するのに効果的なサイズであるからである。従って、受光面側で、裏面側よりピラミッドの底面のサイズを小さくし、裏面側でピラミッドの底面のサイズを大きくすることで、太陽電池の出力特性を向上できる。
【００７６】
このようにして、テクスチャーエッチングを終了した後、図１２に示すように、テクスチャーエッチ用マスクの除去ステップＳ２０４で実施の形態１と同様テクスチャーエッチ用マスクを除去する。
【００７７】
この後、受光面側および裏面側の非晶質シリコンｉ層形成ステップＳ２０５Ｓ１でｎ型単結晶シリコン基板１の受光面１Ａ側および裏面１Ｂ側に、表面の欠陥を低減するために有効である薄膜層として非晶質シリコンｉ層２ｉ，３ｉを形成する。プラズマＣＶＤ法により、ＳｉＨ4ガス流量６０ｓｃｃｍ、圧力１００Ｐａ、基板温度１３０℃、およびＲＦパワー０．１Ｗ／ｃｍ2の条件で形成する。非晶質シリコンｉ層２ｉの膜厚は１０ｎｍである。非晶質シリコンｉ層２ｉの膜厚は１ｎｍから５０ｎｍが好ましい。
【００７８】
続いて、受光面側の非晶質シリコンｐ層形成ステップＳ２０５Ｓ２で、図１１（ｃ）に示すように、非晶質シリコンｐ層２ｐを形成する。ここでは、プラズマＣＶＤ法により、ＳｉＨ4ガス流量４０ｓｃｃｍ、Ｂ2Ｈ6ガス流量５０ｓｃｃｍ、圧力１００Ｐａ、基板温度１７０℃、ＲＦパワー密度０．１Ｗ／ｃｍ2の条件で形成している。ここでＢ2Ｈ6ガスはＨ2ガス中に１％含有する。なお非晶質シリコンｐ層２ｐの膜厚は1０ｎｍである。非晶質シリコンｐ層２ｐの1ｎｍから４０ｎｍの範囲が好ましい。
【００７９】
さらに、裏面側の非晶質シリコンｎ層形成ステップＳ２０６Ｓで非晶質シリコンｎ層３ｎを形成する。ここでは、プラズマＣＶＤ法により、ＳｉＨ4ガス流量４０ｓｃｃｍ、ＰＨ3ガス流量５０ｓｃｃｍ、圧力１００Ｐａ、基板温度１７０℃、ＲＦパワー密度０．１Ｗ／ｃｍ2の条件で形成している。ここでＰＨ3ガスはＨ2ガス中に１％含有する。非晶質シリコンｎ層３ｎの膜厚は１０ｎｍである。非晶質シリコンｎ層３ｎの膜厚は１ｎｍから４０ｎｍの範囲が好ましい。
【００８０】
この後、受光面側および裏面側の透光性導電膜形成ステップＳ２０７Ｓで、図１１（ｄ）に示すように、ｎ型単結晶シリコン基板１の受光面１Ａ側および裏面１Ｂ側に、透光性導電膜１４、１５を形成する。ここでは、酸化インジウムを用い、形成方法は、直流マグネトロンスパッタリング法を用いた。基板温度１８０℃、Ａｒガス流量７０ｓｃｃｍ、Ｏ2ガス流量５ｓｃｃｍ、圧力０．７Ｐａ、ＲＦパワー８Ｗ／ｃｍ2の条件で、形成している。ここでＯ2ガスはＡｒガス中に５％を含有する。透光性導電膜１４、１５の膜厚は１０から２００ｎｍである。
【００８１】
最後に、受光面側および裏面側の金属電極形成ステップＳ２０９で、第１および第２の集電電極８，９として金属電極を形成する。第１および第２の集電電極８，９は、透光性導電膜１４，１５と接続されていればよく、めっき法により金属電極を形成してもよい。あるいはスクリーン印刷によってＡｇペーストを用いて、Ａｇによる集電極を形成した後、Ａｇの抵抗低減および透光性電極との接触抵抗低減を目的にアニールを１５０℃、６０分おこなってもよい。
【００８２】
本実施の形態では、ｎ型単結晶シリコン基板１内部にｐ型拡散層２を形成せず、薄膜層としての非晶質シリコンｉ層の上に導電型層である非晶質シリコンｎ層３ｎを形成している。
【００８３】
上記構造により以下の効果を有する。一つ目は、ｎ型単結晶シリコン基板１内部に拡散層を形成するのに比べ、基板の欠陥が減少できる。２つ目は、薄膜層すなわち非晶質シリコンｉ層２ｉによりｎ型単結晶シリコン基板１と導電型層である非晶質シリコンｐ層２ｐの界面の欠陥を低減できる。すなわち、非晶質シリコンｐ層２ｐとｎ型単結晶シリコン基板１の間に非晶質シリコンｉ層２ｉからなる薄膜層を備える。この非晶質シリコンｉ層２ｉは欠陥を低減する効果があり、非晶質シリコンｐ層２ｐとｎ型単結晶シリコン基板１で形成される界面、すなわち、ｐｎ接合領域の欠陥を低減できる。これにより、基板内部にｐｎ接合を作る構造に比べ、ｐｎ接合領域でのキャリアの再結合を低減できる。３つ目は、ｎ型単結晶シリコン基板１のバンドギャップに比べ非晶質シリコンｉ層２ｉのバンドギャップの方が大きいため、非晶質シリコンｉ層２ｉはキャリアの流れを抑制する効果をもつ。非晶質シリコンｐ層２ｐに比べてより多くのキャリアを有しているｎ型単結晶シリコン基板１のキャリアが非晶質シリコンｐ層２ｐ表面に流れようとする際、その間の非晶質シリコンｉ層２ｉにより、非晶質シリコンｐ層２ｐ表面のキャリアの増加を抑制する。このように、裏面側でテクスチャーサイズの大きいテクスチャーを形成した場合、特に、裏面側に位置する、非晶質シリコンｐ層２ｐ表面では欠陥が多いため本来キャリアが再結合し易いが、キャリアの増加が抑制されているため、そこでのキャリアの再結合を抑制できる。以上、３つの理由により、太陽電池出力を向上できる。
【００８４】
また上記方法によれば、耐エッチング膜の密度を調整するのみでテクスチャーサイズを制御することができ、製造がきわめて容易である。
【００８５】
なお、本実施の形態においても、実施形態１のように第２主面を正ピラミッド構造のテクスチャーにしてもよい。この場合、第２主面に耐エッチング膜を形成することなく基板をエッチングすることで形成できる。
【００８６】
また、前記実施の形態２のテクスチャー構造を、実施の形態１のような拡散型太陽電池など他の構造の太陽電池にも適用可能であることはいうまでもない。
【００８７】
また、前記実施の形態１、２のいずれのテクスチャー構造についても、第１または第２主面内で耐エッチング膜の密度の分布を持たせることで、テクスチャーサイズに面内分布を持たせるようにした構造にも適用可能である。かかる構成によれば、集光性に分布を持たせることができ、集積型の太陽電池に適用した場合には、ｐｎ接合を構成する機能膜の膜質分布に対応して、光電変換電流が均一となるように調整することも可能である。
【００８８】
なお、前記実施の形態１，２のいずれにおいても、耐エッチング膜として、窒化シリコン膜を用いたが、窒化シリコン膜に限定されることなく、膜密度を小さくした酸化シリコン膜あるいは樹脂膜など、エッチング条件に応じて他の材料を用いてもよいことはいうまでもない。
【００８９】
さらにまた、前記実施の形態１，２においては、エッチング工程中に、耐エッチング膜の膜密度に応じてピンホールｈが形成されるのを利用して、この耐エッチング膜をテクスチャーエッチングのマスクに用いたが、テクスチャー形成のためのエッチング工程とは別途エッチングを行い、耐エッチング膜にピンホールｈを形成してもよい。あるいは成膜時にピンホールｈが形成されるような成膜条件で耐エッチング膜を形成するようにしてもよい。
【００９０】
実施の形態３．
図１３は、本発明にかかる太陽電池の実施の形態３を模式的に示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。実施の形態１の太陽電池では受光面１Ａ側である第１主面側にｐ型拡散層、裏面１Ｂ側である第２主面にｎ型拡散層を持つのに対して、本実施の形態では、受光面１Ａである第１主面側にｎ型拡散層３、裏面1Ｂである第２主面側に非晶質シリコンｉ層２ｉと、非晶質シリコンｐ層２ｐとを持つ点が異なる。他の構成については、実施の形態１の太陽電池と同様であり、受光面１Ａ側を逆ピラミッド構造のテクスチャー、裏面１Ｂ側をサイズの大きい正ピラミッド構造のテクスチャーとする。また本実施の形態の太陽電池は、ヘテロ接合型の太陽電池である。他の構成については、実施の形態１の太陽電池と同様である。同一部位には同一符号を付した。
【００９１】
なお、図１４は、図１３（ａ）および（ｂ）に示した本実施の形態の太陽電池の電極形成前の状態を示す断面図である。次に、受光面１Ａと裏面１Ｂのテクスチャーの関係に着目して、テクスチャーの大小、ピラミッドの形状について特性の比較および評価を行った。すなわち、ライフタイムおよび光の吸収量を評価した。光の吸収量は単結晶シリコン基板１での光の吸収を高めると太陽電池の効率向上に効果的である長波長の１１００ｎｍを評価した。波長１１００ｎｍの光を照射し、当該光の反射と透過を測定することにより、入射量から、反射量と透過量を減算することにより、吸収量を求めた。吸収量が多いほど太陽電池の電流が増大し、効率が向上する。図１５にピラミッド形状を比較した結果を示す。いずれの場合も、受光面１Ａ側および裏面１Ｂ側のテクスチャーサイズＴAＴBは、受光面１Ａ側が小、裏面１Ｂ側が大となるようにした。ライフタイムは、受光面１Ａ側の形状にはよらず、裏面１Ｂ側の形状が正ピラミッドの方が逆ピラミッドに比べ増加する。一方、吸収量は、受光面１Ａ側が逆ピラミッドで、裏面１Ｂ側が正ピラミッドの構造が最も大きい。したがって、ライフタイムと吸収量を合わせた観点から、受光面１Ａが逆ピラミッドで、裏面１Ｂが正ピラミッドの構造が最も特性が向上する。
【００９２】
次に、この構造、すなわち、受光面１Ａが逆ピラミッド、裏面１Ｂが正ピラミッドにおいて、テクスチャーサイズの検討結果を図１６に示す。ライフタイムａは受光面１ＡのテクスチャーサイズＴAによらず、裏面１ＢのテクスチャーサイズＴBが大きい場合に増加する。一方、吸収量は、受光面１ＡのテクスチャーサイズＴAが小、裏面１ＢのテクスチャーサイズＴBが大きい場合に増加する。したがって、ライフタイムと吸収量を合わせた観点から、受光面１Ａのテクスチャーサイズが小、裏面１ＢのテクスチャーサイズＴBが大きい場合が最も特性が向上することがわかる。
【００９３】
そこで、受光面１Ａが逆ピラミッド形状のテクスチャーをもち、裏面１Ｂが正ピラミッド形状のテクスチャーをもち、受光面１ＡのテクスチャーサイズＴAが小、裏面１ＢのテクスチャーサイズＴBが大きい、基板表面構造を実現した。図１４の太陽電池用基板構造を使用し、受光面１Ａ側に酸化シリコン膜２１、窒化シコン膜６、第１の集電電極８、裏面側１Ｂに透光性導電膜１５、第２の集電電極９を形成することにより、図１３（ａ）および（ｂ）に示した太陽電池が完成する。
【００９４】
上記構造の効果として、受光面１Ａでは、逆ピラミッド、小サイズのテクスチャー構造をもつことにより単結晶シリコン基板１における表面モフォロジーすなわち表面の膨張収縮が低減し、その結果、光の反射の低減を実現している。
【００９５】
また、裏面に、正ピラミッド、大サイズのテクスチャー構造をもつことによる効果と、裏面側正ピラミッドと受光面１Ａ側逆ピラミッドという異なる形状のピラミッド構造を基板両面に構成する効果により、裏面１Ｂで多重反射による反射の増大が実現している。
【００９６】
更に、裏面１Ｂのテクスチャーサイズの大きい正ピラミッドテクスチャー構造の単結晶シリコン基板１上に、非晶質シリコンｉ層２ｉが構成されることで、界面での屈折率の違いによる効果で、反射の増大効果が得られている。
【００９７】
また、裏面１Ｂ側のテクスチャーサイズの大きい正ピラミッドテクスチャー構造の単結晶シリコン基板１上に非晶質シリコンｉ層２ｉが構成されることで、非晶質シリコンｉ層２ｉの結晶性が改善し、その結果、キャリアの再結合抑制効果が得られる。
【００９８】
すなわち、図１３（ａ）および（ｂ）に示した太陽電池の構造により、反射効果による光の吸収の増大とキャリアの再結合抑制効果の両立を実現している。その結果、太陽電池特性の電圧、電流が向上し、太陽電池の出力を向上することができる。
【００９９】
さらに、受光面１Ａに形成された窒化シリコン膜６には、ピンホールが形成されていてもよい。この場合、逆ピラミッドのテクスチャー形状を作成するのに用いたＳｉＮ膜すなわち窒化シリコン膜をそのまま利用できるため、工程簡略化につながる。
【０１００】
さらに、以下に述べる理由からも特性が向上する。すなわち、反射防止として効果的に機能するには窒化シリコン膜６の屈折率を空気の屈折率１．０とシリコン基板の屈折率４．０の間に制御する必要がある。窒化シリコン膜６の屈折率は、窒化シリコン膜のピンホールによって制御が可能である。
【０１０１】
すなわち、たとえば、ピンホールのない窒化シリコン膜の屈折率が２．１であったものが、ピンホールの数を増やす、あるいは、ピンホールの大きさを大きくすることで、その屈折率は１．５まで下げることができる。テクスチャー形成のためアルカリ溶液に浸漬したＳｉＮ膜は、表面側ほどピンホールが大きくなる傾向にある。これは、表面側ほど長い時間ピンホールにアルカリ溶液が接触するためである。
【０１０２】
一方、ＳｉＮ膜２０の厚さ方向の深いところのピンホールｈは、ピンホールｈが形成されるまでの時間がかかるため、アルカリ溶液の接触時間が短くなる。このため、図１７に要部拡大断面図を示すように、ＳｉＮ膜のピンホールｈは、外表面側ほど直径Ｒoが基板表面側の直径Ｒiに比べて大きくなり、ＳｉＮ膜２０の屈折率は連続的に基板表面側から外表面側に向かって膜厚方向に増加する。このように連続的に屈折率の変化したＳｉＮ膜２０を反射防止膜として配置することにより、反射防止効果をより高めることができる。
【０１０３】
以上のように、ＳｉＮ膜２０のピンホールｈは、円柱状の穴であるが、その大きさは、直径1μｍ以下、５ｎｍ以上で、外表面側の直径Ｒoほどその直径は大きくなる。
【０１０４】
なお、外表面側の直径Ｒoが１μｍより大きくなると入射する光の波長と同程度になり反射防止効果が低下する。一方、外表面側の直径Ｒoが５ｎｍより小さいと窒化シリコン膜の屈折率を変化させるのが難しくなり連続的に変化した窒化シリコン膜を得られなくなる。また、反射防止膜が表面全体に形成されているのに比べ、窒化シリコン膜のピンホールｈのパターンエッジでの散乱に加え、窒化シリコン膜下部へのエッチングの回り込みによって複雑化された基板表面の形状により散乱効果が増大する。
【０１０５】
こうした窒化シリコン膜の屈折率の制御されたＳｉＮ膜を反射防止膜として配置することにより、反射防止効果および散乱効果を高めることができ、受光光量が増大する。また、反射防止膜が酸化シリコン膜２１と窒化シリコン膜６との２層構造であるため、より欠陥修復効果を高めることができる。その結果、太陽電池の光電変換電流と電圧が増大し出力が向上する。
【０１０６】
実施の形態４．
次に本発明の実施の形態４について説明する。図１８（ａ）および（ｂ）は、本発明にかかる太陽電池の実施の形態４を模式的に示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。本実施の形態の太陽電池は、テクスチャー形成に用いたＳｉＮ膜２０を除去することなく反射防止膜として用いたことを特徴とするものである。図１９（ａ）から（ｄ）は、同太陽電池の製造方法を示す工程断面図、図２０は、同太陽電池の製造方法を示すフローチャートである。
【０１０７】
本実施の形態では、テクスチャー形成工程でマスクとして用いたＳｉＮ膜２０を除去することなく反射防止膜として用いたもので、実施の形態１の太陽電池と異なるのは、テクスチャー形成のためのマスクとして用いた開口すなわちピンホールｈを有するＳｉＮ膜２０を受光面１Ａ側に残した点と、受光面１Ａ側はｎ型拡散層３を形成するとともに、裏面１Ｂ側は第１の薄膜層としての非晶質シリコンｉ層２ｉ，非晶質シリコンｐ層２ｐを形成した点である。
【０１０８】
製造に際しては、図２０にフローチャートを示すように、実施の形態１において図５で説明したテクスチャーエッチ用マスクの除去ステップＳ１０４を実施することなく、ｎ型拡散層の形成ステップＳ１０５Ｓを実施するようにした点である。
【０１０９】
図１９（ａ）および（ｂ）は、実施の形態１における図４（ａ）および（ｂ）とまったく同様であるが、図１９（ｃ）では、テクスチャーエッチング工程でマスクとして用いたＳｉＮ膜２０が残留した状態で、受光面側のｎ型拡散層形成ステップＳ１０５Ｓが実施されｎ型拡散層３を形成するとともに、続いて裏面側の非晶質シリコンｉ層形成ステップＳ１０６Ｓにより非晶質シリコンｉ層２ｉが形成される。この時受光面１Ａ側表面に酸化シリコン層が形成されてもよいがここでは省略している。
【０１１０】
そして裏面側の非晶質シリコンｐ層形成ステップＳ１０７Ｓにより非晶質シリコンｉ層２ｉ上に非晶質シリコンｐ層２ｐを形成する。こののち、図１９（ｄ）に示すように、裏面１Ｂ側に、第２薄膜層形成ステップＳ１０８Ｓにより、第２薄膜層である透光性導電膜膜１５が形成される。そして受光面側および裏面側の金属電極形成ステップＳ１０９および焼成ステップＳ１１０を経て図１８（ａ）および（ｂ）に示した太陽電池が形成される。
【０１１１】
以上のようにして形成された太陽電池によれば、実施の形態３で説明したのと同様、テクスチャーエッチ用マスクとして機能する際にピンホールｈの形成されたＳｉＮ膜２０を反射防止膜として用い、連続的に屈折率の変化したＳｉＮ膜２０を反射防止膜として配置することになり、反射防止効果と散乱効果をより高めることができる。
【０１１２】
本実施の形態においても図１７に示した要部拡大図と同様、ＳｉＮ膜のピンホールｈは、円柱状の穴であるが、その大きさは、直径1μｍ以下、５ｎｍ以上で、外表面側の直径ＲOほどその直径は大きくなる。
【０１１３】
なお、基板表面側の直径Ｒiが１μｍより大きくなると入射する光の波長と同程度になり反射防止効果が低下する。一方、基板表面側の直径Ｒiが５ｎｍより小さいと窒化シリコン膜の屈折率を変化させるのが難しくなり連続的に変化した窒化シリコン膜を得られなくなる。また、反射防止膜が表面全体に形成されているのに比べ、窒化シリコン膜のピンホールｈのパターンエッジでの散乱に加え、窒化シリコン膜下部へのエッチングの回り込みにより、複雑化された基板表面の形状により、散乱効果が増大する。
【０１１４】
こうした窒化シリコン膜の屈折率の制御されたＳｉＮ膜を反射防止として配置することにより、反射防止効果および散乱効果を高めることができ、受光光量が増大する。その結果、太陽電池の光電変換電流が増大し出力が向上する。
【０１１５】
なお、穴は第１主面である受光面１Ａ側よりも外表面側で穴径が大きいのが好ましい。つまりＲO＞Ｒiである。また穴は受光面１Ａから直径１μm以下、５ｎｍ以上の円柱状の穴が膜厚方向に形成され、外表面側に行くに従い穴径が大きい。このような穴形状は、エッチング工程におけるエッチング液の回り込み効果により容易に形成可能である。さらにまた、窒化シリコン膜の膜密度を、受光面１Ａから、外表面側に行くに従い小さくするなど、膜質、膜組成を変化させることで、容易に外表面側に行くに従い穴径が大きい形状を得ることができる。かつ、膜自体の屈折率も次第に小さくなり、反射防止効果はさらに増大する。
【０１１６】
上記実施の形態では、単結晶シリコン基板は第１導電型であり、単結晶シリコン基板の第２主面の真性の非晶質シリコン層上のみ第２導電型の非晶質シリコン層が形成されている。つまり、裏面１Ｂ側にｐｎ接合が形成されており、このｐｎ接合は非晶質シリコンｉ層を介して形成されており、結晶性にすぐれたｐｎ接合界面を得ることができ、光電変換特性が向上する。
【０１１７】
なお、前記実施の形態では、裏面１Ｂ側は第２導電型の非晶質シリコン層を形成しヘテロ接合型のｐｎ接合を形成したが、実施の形態１と同様、裏面１Ｂ側は第２導電型の拡散層としてもよい。
【０１１８】
実施の形態５．
次に本発明の実施の形態５について説明する。図２１（ａ）および（ｂ）は、本発明にかかる太陽電池の実施の形態５を模式的に示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。実施の形態１では受光面１Ａ側の全面が逆ピラミッド構造のテクスチャーを構成しているのに対して、実施の形態５では、受光面１Ａ側の、第１の集電電極８の下に位置する領域Ｒａが正ピラミッド構造である点である。他の構成については前記実施の形態１と同様であるためここでは説明を省略する。
【０１１９】
この構造によって、第１の集電電極８とｎ型単結晶シリコン基板１とのコンタクト抵抗が低減する。これは、正ピラミッド形状では外側にＳｉの突部が突出しているため、その突部と第１の集電電極８との接触でその地点での電界が増加する効果があり、その結果コンタクト抵抗が低減するからである。したがって、抵抗の低減効果により、太陽電池の出力が向上する。
【０１２０】
本実施の形態の太陽電池の製造方法について説明する。図２２（ａ）から（ｄ）は、同太陽電池の製造方法を示す工程断面図、図２３は、同太陽電池の製造方法を示すフローチャートである。実施形態１と同様に、受光面側の単結晶シリコン基板１に逆ピラミッド構造のテクスチャーを形成するためにＳｉＮ膜２０を形成する。次に、実施形態５では、受光面１Ａ側の第１の集電電極８の下になる領域Ｒａの単結晶シリコン基板１上で、正ピラミッドを形成したい領域のＳｉＮ膜２０のみ除去する。その後、実施の形態１と同様の方法でアルカリ処理を行いテクスチャーを形成する。こうすることによって、受光面１Ａ側のＳｉＮ膜２０のない領域に正ピラミッド構造のテクスチャー１ＴTAが形成され、受光面１Ａ側の第１の集電電極８が形成される。このように正ピラミッド構造のテクスチャー１ＴTAが形成された領域に第１の集電電極８を配置することにより、実施形態５の構造を実現できる。
【０１２１】
すなわちまず、図２２（ａ）で実施の形態１と同様ダメージ除去ステップＳ１０１を実施する。
【０１２２】
続いて、受光面側テクスチャーエッチ用マスクの形成ステップＳ１０２Ｓで、ＳｉＮ膜２０を形成し受光面１Ａ側のテクスチャーエッチ用マスクを形成する。
【０１２３】
次いで図２２（ｂ）に示すように、電極形成部の開口ステップＳ３０３で電極形成部Ｒａに開口を形成する。
【０１２４】
そして、図２２（ｃ）に示すように、テクスチャーエッチングステップＳ３０４で、受光面１Ａ側の電極形成部Ｒａ以外を逆ピラミッド構造に、受光面１Ａ側の電極形成部Ｒａおよび裏面１Ｂに正ピラミッド構造のテクスチャーを形成する。テクスチャーエッチングステップＳ３０４ではテクスチャーエッチ用マスクとなるＳｉＮ膜２０にピンホールｈが形成され、電極形成部Ｒａを除く領域には、逆ピラミッド構造のテクスチャーが形成されル。一方、電極形成部Ｒａには裏面１Ｂと同様正ピラミッド構造のテクスチャーが形成される。
【０１２５】
そして実施の形態１と同様に、テクスチャーエッチ用マスクの除去ステップＳ１０４を経て、図２２（ｄ）および（ｅ）に示すように、受光面側のｐ型拡散層の形成ステップＳ１０５から第２薄膜層の形成ステップＳ１０８を実施する。
【０１２６】
そして実施の形態１と同様に、金属電極形成ステップＳ１０９および焼成ステップＳ１１０を実行し、図２１に示した太陽電池を得る。
【０１２７】
以上説明したように、上記各実施の形態の太陽電池によれば、受光面１Ａである第１主面側では逆ピラミッド状のテクスチャーを形成することで反射を抑えながら表面の欠陥を低減できる、また、第２主面である裏面１Ｂ側では、受光面１Ａよりサイズが大きいテクスチャーを形成することで、裏面１Ｂ側で十分な反射性を得つつ、受光面１Ａ側の欠陥をより低減できる。その結果、太陽電池の出力を向上することができるという効果を奏する。
【０１２８】
なお、前記実施の形態では、電極形成部Ｒａ全体を正ピラミッド構造のテクスチャーを形成するようにしたが、一部でもよく、一部でも突出部が存在することで、第１の集電電極８を焼成する際、突出部からファイアスルーが進行し、第１の集電電極と受光面１Ａ側の導電型領域とのコンタクト性が向上する。
【０１２９】
また、前記実施の形態１から５のいずれにおいても、単結晶シリコン基板を用いたが、テクスチャー形状のばらつきは否めないが、多結晶シリコン基板など、他の結晶系シリコン基板にも適用可能である。また、耐エッチング膜としてはＳｉＮ膜を用いたが、ＳｉＮ膜に限定されることなく、ＳｉＮ膜とＳｉＯ膜との積層膜、あるいは金属膜など、適宜変更可能である。
【０１３０】
また、前記実施の形態では、太陽電池について説明したが、太陽電池に限定されることなく、イメージセンサなどの受光素子をはじめとする種々の光電変換デバイスに適用可能である。
【０１３１】
さらにまた、実施の形態１，３，４，５では、第１主面が逆ピラミッド構造のテクスチャー、第２主面が正ピラミッド構造のテクスチャーを有するもの、実施の形態２では、第１および第２主面ともに逆ピラミッド構造のテクスチャーを有するものについて述べたが、この単結晶シリコン基板上に形成する太陽電池の構造については、拡散型、ヘテロ接合型、一方の主面にのみ電極を形成する裏面取り出し型などいかなる構造にでも適用可能である。
【０１３２】
本発明のいくつかの実施の形態を説明したが、これらの実施の形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施の形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【０１３３】
１  単結晶シリコン基板、１Ａ  受光面、１Ｂ  裏面、１ＴA，１ＴBT  逆ピラミッド状のテクスチャー、１ＴTA，１ＴB  正ピラミッド状のテクスチャー、Ｄ  正ピラミッド状のテクスチャーの山の頂点、Ｅ  逆ピラミッド状のテクスチャーの谷の頂点、Ｆ  ピラミッドの底面、２  ｐ型拡散層、２ｉ  非晶質シリコンｉ層、２ｐ  非晶質シリコンｐ層、３  ｎ型拡散層、３ｉ  非晶質シリコンｉ層、３ｎ  非晶質シリコンｎ層、４ｉ，５ｉ  非晶質シリコンｉ層、６，７  窒化シリコン膜、８  第１の集電電極、９  第２の集電電極、１４，１５  透光性導電膜、２０  ＳｉＮ膜、ｈ  ピンホール、２１  酸化シリコン膜。
【図１】
2015159456.tif 000003
【図２】
2015159456.tif 000004
【図３】
2015159456.tif 000005
【図４】
2015159456.tif 000006
【図５】
2015159456.tif 000007
【図６】
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【図７】
2015159456.tif 000009
【図８】
2015159456.tif 000010
【図９】
2015159456.tif 000011
【図１０】
2015159456.tif 000012
【図１１】
2015159456.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
2015159456.tif 000015
【図１４】
2015159456.tif 000016
【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
2015159456.tif 000019
【図１８】
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【図１９】
2015159456.tif 000021
【図２０】
2015159456.tif 000022
【図２１】
2015159456.tif 000023
【図２２】
2015159456.tif 000024
【図２３】
2015159456.tif 000025
【手続補正書】
【提出日】平成28年4月5日(2016.4.5)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の太陽電池では、第１および第２主面を有する単結晶シリコン基板と、単結晶シリコン基板に形成されたｐｎ接合と、ｐｎ接合を挟むように形成された第１および第２の電極とを備え、第１主面には逆ピラミッド状を有するテクスチャーが形成され、基板の第２主面には、正ピラミッド状を有するテクスチャーが形成されている。そして、第１および第２主面のテクスチャーの内、受光面側である第１主面のピラミッド底面の一辺の長さの平均値が第２主面のピラミッド底面の一辺の長さの平均値より短い。単結晶シリコン基板の第１主面は、穴を有する耐エッチング膜を備える。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２４】
次に、テクスチャーを形成する。テクスチャーエッチング用マスクを以下テクスチャーエッチ用マスクとよぶ。本実施の形態では、まず、テクスチャーエッチ用マスクの形成ステップＳ１０２で、図４（ａ）に示すように、ｎ型単結晶シリコン基板１の受光面１Ａ側に膜密度が２．３ｇ／ｃｍ3の耐エッチング膜としてのＳｉＮ膜２０を８０ｎｍ形成する。ＳｉＮ膜２０の成膜にはプラズマＣＶＤ法を用い、ＳｉＨ4ガスとＮＨ3ガスを利用する。ＳｉＨ4ガス流量４０ｓｃｃｍ、ＮＨ3ガス流量２０ｓｃｃｍとし、圧力１００Ｐａ、基板温度１７０℃、およびＲＦパワー密度１．５Ｗ／ｃｍ2の条件で形成される。ＳｉＮ膜は窒化シリコン膜であるが、耐エッチング膜として有効となるように組成を調整した膜を示すものとし、以下、ＳｉＮ膜と称するものとする。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３６】
この後、受光面側および裏面側の第１薄膜層形成ステップＳ１０７で、ｎ型単結晶シリコン基板１両面に、表面の欠陥を低減するために有効である薄膜層として非晶質シリコンｉ層４ｉ、５ｉを形成する。プラズマＣＶＤ法により、ＳｉＨ4ガス流量６０ｓｃｃｍ、圧力１００Ｐａ、基板温度１３０℃、およびＲＦパワー密度０．１Ｗ／ｃｍ2の条件で形成する。膜厚は１０ｎｍである。膜厚は１ｎｍから５０ｎｍ程度が好ましい。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３７】
薄膜層としての非晶質シリコンｉ層４ｉ、５ｉは、これ以外に、シリコン酸化膜でもよく、プラズマＣＶＤ法により、ＳｉＨ4ガス流量６０ｓｃｃｍ、Ｈ2ガス流量６０ｓｃｃｍ、ＣＯ2流量６０ｓｃｃｍ、圧力１００Ｐａ、基板温度１７０℃、およびＲＦパワー密度０．１Ｗ／ｃｍ2の条件で形成できる。膜厚は３０ｎｍである。膜厚は１ｎｍから１００ｎｍ程度が好ましい。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７７】
この後、受光面側および裏面側の非晶質シリコンｉ層形成ステップＳ２０５Ｓ１でｎ型単結晶シリコン基板１の受光面１Ａ側および裏面１Ｂ側に、表面の欠陥を低減するために有効である薄膜層として非晶質シリコンｉ層２ｉ，３ｉを形成する。プラズマＣＶＤ法により、ＳｉＨ4ガス流量６０ｓｃｃｍ、圧力１００Ｐａ、基板温度１３０℃、およびＲＦパワー密度０．１Ｗ／ｃｍ2の条件で形成する。非晶質シリコンｉ層２ｉの膜厚は１０ｎｍである。非晶質シリコンｉ層２ｉの膜厚は１ｎｍから５０ｎｍが好ましい。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７８】
続いて、受光面側の非晶質シリコンｐ層形成ステップＳ２０５Ｓ２で、図１１（ｃ）に示すように、非晶質シリコンｐ層２ｐを形成する。ここでは、プラズマＣＶＤ法により、ＳｉＨ4ガス流量４０ｓｃｃｍ、Ｂ2Ｈ6ガス流量５０ｓｃｃｍ、圧力１００Ｐａ、基板温度１７０℃、ＲＦパワー密度０．１Ｗ／ｃｍ2の条件で形成している。ここでＢ2Ｈ6ガスはＨ2ガス中に１％含有する。なお非晶質シリコンｐ層２ｐの膜厚は1０ｎｍである。非晶質シリコンｐ層２ｐの膜厚は１ｎｍから４０ｎｍの範囲が好ましい。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８０】
この後、受光面側および裏面側の透光性導電膜形成ステップＳ２０７Ｓで、図１１（ｄ）に示すように、ｎ型単結晶シリコン基板１の受光面１Ａ側および裏面１Ｂ側に、透光性導電膜１４、１５を形成する。ここでは、酸化インジウムを用い、形成方法は、直流マグネトロンスパッタリング法を用いた。基板温度１８０℃、Ａｒガス流量７０ｓｃｃｍ、Ｏ2ガス流量５ｓｃｃｍ、圧力０．７Ｐａ、ＲＦパワー密度８Ｗ／ｃｍ2の条件で、形成している。ここでＯ2ガスはＡｒガス中に５％を含有する。透光性導電膜１４、１５の膜厚は１０から２００ｎｍである。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８１】
最後に、受光面側および裏面側の金属電極形成ステップＳ２０９で、第１および第２の集電電極８，９として金属電極を形成する。第１および第２の集電電極８，９は、透光性導電膜１４，１５と接続されていればよく、めっき法により金属電極を形成してもよい。あるいはスクリーン印刷によってＡｇペーストを用いて、Ａｇによる集電電極を形成した後、Ａｇの抵抗低減および透光性電極との接触抵抗低減を目的にアニールを１５０℃、６０分おこなってもよい。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９３】
そこで、受光面１Ａが逆ピラミッド形状のテクスチャーをもち、裏面１Ｂが正ピラミッド形状のテクスチャーをもち、受光面１ＡのテクスチャーサイズＴAが小、裏面１ＢのテクスチャーサイズＴBが大きい、基板表面構造を実現した。図１４の太陽電池用基板構造を使用し、受光面１Ａ側に酸化シリコン膜２１、窒化シリコン膜６、第１の集電電極８、裏面側１Ｂに透光性導電膜１５、第２の集電電極９を形成することにより、図１３（ａ）および（ｂ）に示した太陽電池が完成する。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１１８】
実施の形態５．
次に本発明の実施の形態５について説明する。図２１（ａ）および（ｂ）は、本発明にかかる太陽電池の実施の形態５を模式的に示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。実施の形態１では受光面１Ａ側の全面が逆ピラミッド構造のテクスチャーを構成しているのに対して、実施の形態５では、受光面１Ａ側の、第１の集電電極８の下に位置する領域Ｒａが正ピラミッド構造である。他の構成については前記実施の形態１と同様であるためここでは説明を省略する。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１２４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１２４】
そして、図２２（ｃ）に示すように、テクスチャーエッチングステップＳ３０４で、受光面１Ａ側の電極形成部Ｒａ以外を逆ピラミッド構造に、受光面１Ａ側の電極形成部Ｒａおよび裏面１Ｂに正ピラミッド構造のテクスチャーを形成する。テクスチャーエッチングステップＳ３０４ではテクスチャーエッチ用マスクとなるＳｉＮ膜２０にピンホールｈが形成され、電極形成部Ｒａを除く領域には、逆ピラミッド構造のテクスチャーが形成される。一方、電極形成部Ｒａには裏面１Ｂと同様正ピラミッド構造のテクスチャーが形成される。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１および第２主面を有する単結晶シリコン基板と、
前記単結晶シリコン基板に形成されたｐｎ接合と、
前記ｐｎ接合を挟むように形成された第１および第２の電極とを備え、
前記第１主面には逆ピラミッド状を有するテクスチャーを有するとともに、
前記第２主面には、正ピラミッド状を有するテクスチャーを有し、
前記第１および第２主面のテクスチャーの内、受光面側である前記第１主面のピラミッド底面の一辺の長さの平均値が前記第２主面のピラミッド底面の一辺の長さの平均値より短く、
前記単結晶シリコン基板の前記第１主面は、穴を有する耐エッチング膜を備えたことを特徴とする、太陽電池。
【請求項２】
前記単結晶シリコン基板の前記第１および第２主面が被覆された薄膜層を備えたことを特徴とする、請求項１に記載の太陽電池。
【請求項３】
前記薄膜層は、真性の非晶質シリコン層であることを特徴とする、請求項２に記載の太陽電池。
【請求項４】
前記単結晶シリコン基板の第２主面のみが被覆された真性の非晶質シリコン層を備えたことを特徴とする、請求項１に記載の太陽電池。
【請求項５】
前記単結晶シリコン基板は第１導電型であり、
前記単結晶シリコン基板の第２主面の前記真性の非晶質シリコン層上のみ第２導電型の非晶質シリコン層を備えたことを特徴とする、請求項４に記載の太陽電池。
【請求項６】
前記耐エッチング膜は、穴を有する窒化シリコン膜であり、前記穴は前記第１主面側よりも外表面側で穴径が大きいことを特徴とする、請求項１に記載の太陽電池。
【請求項７】
前記穴径は、前記第１主面上で５ｎｍ以上、１μｍ以下であることを特徴とする、請求項６に記載の太陽電池。
【請求項８】
前記窒化シリコン膜は、膜密度が、前記第１主面から、外表面側に行くに従い小さくなっていることを特徴とする、請求項６または７に記載の太陽電池。
【請求項９】
第１および第２主面を有する単結晶シリコン基板と、
前記単結晶シリコン基板に形成されたｐｎ接合と、
前記ｐｎ接合を挟むように形成された第１および第２の電極とを備え、
前記第１主面に形成された逆ピラミッド状を有するテクスチャーと、第１の電極の下の一部に形成された正ピラミッド状を有するテクスチャーと、
前記単結晶シリコン基板の第２主面に形成された、正ピラミッド状を有するテクスチャーと、を有し、
前記第１および第２主面のテクスチャーの内、受光面側である前記第１主面のピラミッド底面の一辺の長さの平均値が前記第２主面のピラミッド底面の一辺の長さの平均値より短い太陽電池。
【請求項１０】
第１および第２主面を有する単結晶シリコン基板の前記第１主面に耐エッチング膜を形成する工程と、
前記第１主面の前記耐エッチング膜にアルカリ溶液を用いてピンホールを形成するとともに、前記アルカリ溶液で前記単結晶シリコン基板の両面をエッチングして、前記第１主面には逆ピラミッド状、前記第２主面には前記第１主面よりピラミッドの底面の一辺の平均値が長い正ピラミッド状のテクスチャーを形成する異方性エッチング工程と、
前記単結晶シリコン基板にｐｎ接合を形成する工程と、
前記ｐｎ接合を挟む第１および第２の電極を形成する工程とを備えた太陽電池の製造方法。
【請求項１１】
前記耐エッチング膜を形成する工程は、窒化シリコン膜の密度が徐々に小さくなるように調整しながら成膜する工程である請求項１０に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項１２】
前記異方性エッチング工程後、前記第１または第２主面のいずれか一方に薄膜層を形成する工程を含む請求項１０または１１に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項１３】
前記耐エッチング膜を形成する工程は、前記窒化シリコン膜の密度が１．５以上２．５ｇ／ｃｍ3以下となるように成膜する工程である請求項１１に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項１４】
前記異方性エッチング工程後、前記耐エッチング膜を残したまま、前記ｐｎ接合を形成する工程および第１および第２の電極を形成する工程を実行することを特徴とする請求項１１に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項１５】
前記ｐｎ接合を形成する工程は、前記第１主面側に第１導電型の拡散層を形成する工程と、
前記第２主面側に真性の非晶質シリコン層および第２導電型の非晶質シリコン層を順次積層する工程とを含むことを特徴とする請求項１１に記載の太陽電池の製造方法。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図２１】
2015159456.tif 000026
【手続補正１４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図２２】
2015159456.tif 000027
【国際調査報告】
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