(57)【要約】【課題】光電変換効率を高める太陽電池及びその製造方法の提供。【解決手段】本発明に係る太陽電池は、半導体基体の第１表面に設けられるドーピング層と、半導体基体の第２表面の第１領域に設けられるドープトポリシリコン層と、半導体基体の第２表面の第２領域に設けられるドーピング領域と、ドープトポリシリコン層及びドーピング領域の表面を覆う絶縁層とを含む。絶縁層により、ドープトポリシリコン層の一部及びドーピング領域の一部が露出される。これにより、ドープトポリシリコン層とドーピング領域とは、絶縁層の開口を介して第1電極と第２電極とにそれぞれ接続される。半導体基体及びドーピング層は、第１ドーピングタイプを有する。ドープトポリシリコン層またはドーピング領域の一方は第２ドーピングタイプを有し、その他方は第１ドーピングタイプを有し、且つ、第２ドーピングタイプは第１ドーピングタイプと逆である。【選択図】図１
2015531550.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽電池であって、
半導体基体と、ドーピング層と、ドープトポリシリコン層と、ドーピング領域と、絶縁層と、少なくとも１つの第１電極と、少なくとも１つの第２電極とを含み、
前記半導体基体は、第１表面及び第２表面を含み、第１ドーピングタイプを有し、
前記第２表面は、第１領域及び第２領域を含み、
前記ドーピング層は、前記半導体基体の前記第１表面に位置し、前記第１ドーピングタイプを有し、
前記ドープトポリシリコン層は、前記半導体基体の前記第２表面の前記第１領域に設置されるとともに、前記半導体基体の前記第２表面の前記第２領域を露出させ、
前記ドーピング領域は、前記半導体基体の前記第２表面の前記第２領域内に設置され、
前記ドープトポリシリコン層または前記ドーピング領域の一方は第２ドーピングタイプを有し、その他方は前記第１ドーピングタイプを有し、且つ、前記第２ドーピングタイプと前記第１ドーピングタイプとは逆であり、
前記絶縁層は、前記ドープトポリシリコン層及び前記ドーピング領域の表面を覆うとともに、前記ドープトポリシリコン層の一部を露出させるための少なくとも１つの第１開口と、前記ドーピング領域の一部を露出させるための少なくとも１つの第２開口とを含み、
前記第１電極は、前記絶縁層の表面に設置され、前記第１開口を介して前記ドープトポリシリコン層に接続され、
前記第２電極は、前記絶縁層の表面に設置され、前記第２開口を介して前記ドーピング領域に接続されることを特徴とする太陽電池。
【請求項２】
前記絶縁層は、
前記ドープトポリシリコン層の表面に設置されるとともに、前記ドープトポリシリコン層の一部を露出させるための第１サブ開口と、前記ドーピング領域の一部を露出させるための第２サブ開口とを有する第１絶縁層と、
前記第１絶縁層及び前記ドーピング領域を覆うとともに、前記第１サブ開口に対応し前記ドープトポリシリコン層の一部を露出させるための第３サブ開口と、前記第２サブ開口に対応し前記ドーピング領域の一部を露出させるための第４サブ開口とを有する第２絶縁層と、を含み、
前記第１絶縁層に含まれる材料は、前記第２絶縁層に含まれる材料と異なり、
前記第１サブ開口と前記第２サブ開口とにより、前記第１開口が構成され、
前記第３サブ開口と前記第４サブ開口とにより、前記第２開口が構成されることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池。
【請求項３】
前記第１絶縁層に含まれる固定酸化電荷の極性と、前記第２絶縁層に含まれる固定酸化電荷の極性とは逆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】
前記ドーピング領域が前記第１ドーピングタイプを有するとともに前記ドープトポリシリコン層が前記第２ドーピングタイプを有する場合、前記第１絶縁層に含まれる固定酸化電荷の極性は、前記第２ドーピングタイプの極性と逆であり、前記第２絶縁層に含まれる固定酸化電荷の極性は、前記第１ドーピングタイプの極性と逆であることを特徴とする請求項３に記載の太陽電池。
【請求項５】
前記ドープトポリシリコン層が前記第１ドーピングタイプを有するとともに前記ドーピング領域が前記第２ドーピングタイプを有する場合、前記第１絶縁層に含まれる固定酸化電荷の極性は、前記第１ドーピングタイプの極性と逆であり、前記第２絶縁層に含まれる固定酸化電荷の極性は、前記第２ドーピングタイプの極性と逆であることを特徴とする請求項３に記載の太陽電池。
【請求項６】
前記第１絶縁層と前記第２絶縁層との間、前記ドープトポリシリコン層の側辺と前記第２絶縁層との間、及び、前記ドーピング領域と前記半導体基体との間に設置されるアモルファスシリコン層をさらに含むことを特徴とする請求項２に記載の太陽電池。
【請求項７】
前記半導体基体の前記第２表面の前記第２領域内には、少なくとも１つの凹溝が設けられ、
前記ドーピング領域は、前記凹溝内に設置されることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池。
【請求項８】
前記ドープトポリシリコン層と前記絶縁層との間、及び、前記ドーピング領域と前記半導体基体との間に設置されるアモルファスシリコン層をさらに含むことを特徴とする請求項７に記載の太陽電池。
【請求項９】
前記半導体基体の前記第２表面の前記第２領域と前記ドープトポリシリコン層との間に設置される酸化層をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池。
【請求項１０】
前記ドーピング層の表面に設けられる反射防止層をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池。
【請求項１１】
太陽電池の製造方法であって、
第１表面と、第１領域及び第２領域を有する第２表面とを含み、第１ドーピングタイプを有する半導体基体を供給する工程と、
前記半導体基体の前記第２表面の前記第１領域に、前記半導体基体の前記第２表面の前記第２領域を露出させるドープトポリシリコン層を形成する工程と、
露出された前記半導体基体の前記第２表面の前記第２領域内に少なくとも１つのドーピング領域を形成し、前記ドープトポリシリコン層または前記ドーピング領域の一方が第２ドーピングタイプを有し、その他方が前記第１ドーピングタイプを有し、且つ、前記第２ドーピングタイプと前記第１ドーピングタイプとを逆にする工程と、
前記ドープトポリシリコン層及び前記ドーピング領域の表面を覆うとともに、前記ドープトポリシリコン層の一部を露出させるための少なくとも１つの第１開口と、前記ドーピング領域の一部を露出させるための少なくとも１つの第２開口とを含む絶縁層を形成する工程と、
前記第１開口を介して前記ドープトポリシリコン層に接触する少なくとも１つの第１電極と、前記第２開口を介して前記ドーピング領域に接触する少なくとも１つの第２電極とを含む金属層を、パターン形成された前記絶縁層の表面に形成する工程と、
前記第１表面を覆うように、第１ドーピングタイプを有するドーピング層を前記半導体基体の前記第１表面に形成する工程と、を備えることを特徴とする太陽電池の製造方法。
【請求項１２】
前記ドープトポリシリコン層を形成する前に、前記半導体基体の前記第２表面の前記第２領域と前記ドープトポリシリコン層との間に酸化層を形成する工程をさらに備え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１３】
前記ドープトポリシリコン層及び前記ドーピング領域の表面を覆うとともに、前記ドープトポリシリコン層の一部を露出させるための少なくとも１つの第１開口と、前記ドーピング領域の一部を露出させるための少なくとも１つの第２開口とを含む絶縁層を形成する工程は、
前記ドープトポリシリコン層の一部を露出させるための第１サブ開口と、前記ドーピング領域の一部を露出させるための第２サブ開口とを有する第１絶縁層を、前記ドープトポリシリコン層の表面に形成する工程と、
前記第１絶縁層及び前記ドーピング領域を覆うとともに、前記第１サブ開口に対応して前記ドープトポリシリコン層の一部を露出させるための第３サブ開口と、前記第２サブ開口に対応して前記ドーピング領域の一部を露出させるための第４サブ開口とを有する第２絶縁層を形成する工程と、を備え、
前記第１絶縁層に含まれる材料は、前記第２絶縁層に含まれる材料と異なり、
前記第１サブ開口と前記第２サブ開口とにより、前記第１開口が構成され、
前記第３サブ開口と前記第４サブ開口とにより、前記第２開口が構成され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１４】
前記第１絶縁層に含まれる固定酸化電荷の極性と、前記第２絶縁層に含まれる固定酸化電荷の極性とは逆であることを特徴とする請求項１３に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項１５】
前記ドーピング領域が前記第１ドーピングタイプを有するとともに前記ドープトポリシリコン層が前記第２ドーピングタイプを有する場合、前記第１絶縁層に含まれる固定酸化電荷の極性は、前記第２ドーピングタイプの極性と逆であり、前記第２絶縁層に含まれる固定酸化電荷の極性は、前記第１ドーピングタイプの極性と逆であることを特徴とする請求項１４に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項１６】
前記ドープトポリシリコン層が前記第１ドーピングタイプを有するとともに前記ドーピング領域が前記第２ドーピングタイプを有する場合、前記第１絶縁層に含まれる固定酸化電荷の極性は、前記第１ドーピングタイプの極性と逆であり、前記第２絶縁層に含まれる固定酸化電荷の極性は、前記第２ドーピングタイプの極性と逆であることを特徴とする請求項１４に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項１７】
前記ドーピング領域を形成する前に、
前記第１絶縁層と前記第２絶縁層との間、前記ドープトポリシリコン層の側辺と前記第２絶縁層との間、及び、前記ドーピング領域と前記半導体基体との間にアモルファスシリコン層を形成する工程をさらに備えることを特徴とする請求項１３に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項１８】
前記半導体基体の前記第２表面の前記第２領域内に少なくとも１つの凹溝を形成する工程をさらに備え、
前記ドーピング領域は、前記凹溝内に形成され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１９】
前記ドーピング領域を形成する前に、
前記ドープトポリシリコン層と前記絶縁層との間、及び、前記ドーピング領域と前記半導体基体との間にアモルファスシリコン層を形成する工程をさらに備えることを特徴とする請求項１８に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項２０】
前記ドーピング領域は、ドープトアモルファスシリコン層であ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２１】
前記ドーピング層を覆うように、前記半導体基体の前記第２表面に反射防止層を形成する工程をさらに備え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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池及びその製造方法に関し、特に、高光電変換効率を有する太陽電池及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、人類の使うエネルギー源には、主に石油がある。しかし、地球の石油資源は有限であるため、近年、代替エネルギー源に対するニーズが日々高まっている。様々な代替エネルギー源の中に、太陽光エネルギーは、グリーンエネルギーとして最も発展に期待されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、太陽電池には、製造コストが高く、製造工程が複雑で、光電変換効率が低下する等の問題があるため、太陽電池に関する更なる開発が必要とされている。光電変換効率の低下の原因としては、太陽電池の表面側に設けられる金属電極によって一部の入射光が遮断されることや、ドープ素子の少数キャリアが再結合（ｒｅｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ）しやすいことなどが挙げられる。したがって、従来の高汚染、ハイリスクのエネルギー源の代わりに、高光電変換効率を有する太陽電池の製造は、現在のエネルギー産業において最も重要な開発課題の一つである。
【０００４】
そこで、本発明は、各ドープ素子と絶縁層との相対的な位置を設計することにより、光電変換効率を向上させることが可能な太陽電池及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に係る太陽電池は、半導体基体と、ドーピング層と、ドープトポリシリコン層と、ドーピング領域と、絶縁層と、少なくとも１つの第１電極と、少なくとも１つの第２電極とを含む。半導体基体は、第１表面及び第２表面を含む。第２表面は、第１領域及び第２領域を含む。半導体基体は、第１ドーピングタイプを有する。ドーピング層は、半導体基体の第１表面に位置し、第１ドーピングタイプを有する。ドープトポリシリコン層は、半導体基体の第２表面の第１領域内に設置されるとともに、半導体基体の第２表面の第２領域を露出させる。ドーピング領域は、半導体基体の第２表面の第２領域内に設置される。ドープトポリシリコン層またはドーピング領域の一方は第２ドーピングタイプを有し、その他方は前記第１ドーピングタイプを有し、且つ、第２ドーピングタイプと第１ドーピングタイプとは逆である。絶縁層は、ドープトポリシリコン層及びドーピング領域の表面を覆うとともに、ドープトポリシリコン層の一部を露出させるための少なくとも１つの第１開口と、ドーピング領域の一部を露出させるための少なくとも１つの第２開口とを含む。第１電極は、絶縁層の表面に設置され、第１開口を介してドープトポリシリコン層に接続される。第２電極は、絶縁層の表面に設置され、第２開口を介してドーピング領域に接続される。
【０００６】
本発明に係る太陽電池の製造方法は、以下のような工程を含む。まず、半導体基体を供給する。半導体基体は、第１表面及び第２表面を含むとともに第１ドーピングタイプを有する。第２表面は、第１領域及び第２領域を含む。次に、半導体基体の第２表面の第１領域に、半導体基体の第２表面の第２領域を露出させるドープトポリシリコン層を形成する。次に、露出された半導体基体の第２表面の第２領域内に少なくとも１つのドーピング領域を形成する。ドープトポリシリコン層またはドーピング領域の一方は第２ドーピングタイプを有し、その他方は前記第１ドーピングタイプを有し、且つ、第２ドーピングタイプと第１ドーピングタイプとを逆にする。次に、絶縁層を形成する。絶縁層は、ドープトポリシリコン層及びドーピング領域の表面を覆うとともに、ドープトポリシリコン層の一部を露出させるための少なくとも１つの第１開口と、ドーピング領域の一部を露出させるための少なくとも１つの第２開口とを含む。次に、絶縁層の表面に金属層を形成する。金属層は、絶縁層の第１開口を介してドープトポリシリコン層に接触する少なくとも１つの第１電極と、絶縁層の第２開口を介してドーピング領域に接触する少なくとも１つの第２電極とを含む。最後、第１表面を覆うとともに前記第１ドーピングタイプを有するドーピング層を半導体基体の第１表面に形成する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の太陽電池では、ドープトポリシリコン層をエミッタまたは裏面電界とするため、ドープトポリシリコン層におけるポリシリコンと半導体基体との間に形成される接合面により、少数キャリアの再結合を減少させて、光電変換効率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実施形態に係る太陽電池の製造方法の各段階を示す断面図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る太陽電池の製造方法の各段階を示す断面図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係る太陽電池の製造方法の各段階を示す断面図である。
【図４】本発明の第１実施形態に係る太陽電池の製造方法の各段階を示す断面図である。
【図５】本発明の第１実施形態に係る太陽電池の製造方法の各段階を示す断面図である。
【図６】本発明の第１実施形態に係る太陽電池の製造方法の各段階を示す断面図である。
【図７】本発明の第１実施形態に係る太陽電池の製造方法の各段階を示す断面図である。
【図８】本発明の第２実施形態に係る太陽電池の構造を示す断面概略図である。
【図９】本発明の第３実施形態に係る太陽電池の製造方法の各段階を示す断面図である。
【図１０】本発明の第３実施形態に係る太陽電池の製造方法の各段階を示す断面図である。
【図１１】本発明の第３実施形態に係る太陽電池の製造方法の各段階を示す断面図である。
【図１２】本発明の第３実施形態に係る太陽電池の製造方法の各段階を示す断面図である。
【図１３】本発明の第３実施形態に係る太陽電池の製造方法の各段階を示す断面図である。
【図１４】本発明の第４実施形態に係る太陽電池の構造を示す断面概略図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、当業者が本発明をより理解するために、本発明の好適な実施形態を挙げるとともに、添付した図面を参照することによって、本発明の詳細な説明及び技術内容はより明確になる。
【００１０】
図１は、本発明の第１実施形態に係る太陽電池の構造を示す断面概略図である。本実施形態において、本発明に係る太陽電池１０は、バックコンタクト型（ｉｎｔｅｒｄｉｇｉｔａｔｅｄ  ｂａｃｋ  ｃｏｎｔａｃｔ；ＩＢＣ）の太陽電池であって、半導体基体１２、ドーピング層１４、ドープトポリシリコン層１６、ドーピング領域３２、絶縁層２０、少なくとも1つの第１電極２２及び少なくとも１つの第２電極２４を含んでいる。半導体基体１２は、第１表面１２ａ及び第２表面１２ｂを有している。第１表面１２ａは受光面（ｌｉｇｈｔ−ｒｅｃｅｉｖｉｎｇ  ｓｉｄｅ）であって、太陽電池１０の表面側（ｆｒｏｎｔ  ｓｉｄｅ）とされている。第２表面１２ｂは、第１表面１２ａに対向して半導体基体１２の他方側に設けられ、太陽電池１０の裏面側（ｒｅａｒ  ｓｉｄｅ）とされている。すなわち、上記の両方側は、半導体基体１２の異なる側且つ反対する両側である。第２表面１２ｂには、第１領域２６及び第２領域２８が定義されている。図１に示すように、第１領域２６のパターンと第２領域２８のパターンとは、一例として、ほぼ左から右へ互い違いに配置されているが、これに限定されない。他の実施形態において、第１領域２６と第２領域２８とは、半導体基体の第２表面１２ｂの左右半分をそれぞれ占めて配置されてもよいし、他の適切な配置形態で配置されてもよい。ドーピング層１４は、半導体基体１２の第１表面１２ａに位置し、半導体基体１２と同じ極性の第１ドーピングタイプを有している。ドーピング層１４は半導体基体１２よりも高いドーピング濃度を有することが好ましく、例えば、半導体基体１２は低ドーピング濃度を有し、ドーピング層１４は高ドーピング濃度を有してもよいが、これに限定されない。ドープトポリシリコン層１６は、半導体基体１２の第２表面１２ｂ上の第１領域２６内に設けられ、半導体基体１２の第２表面１２ｂの第２領域２８を露出させる。ドーピング領域３２は、半導体基体１２の第２表面１２ｂの第２領域２８内に設けられる。図１に示すように、ドープトポリシリコン層１６は、第２表面１２ｂ上に位置し、ドーピング領域３２は、ほぼ半導体基体１２の第２表面１２ｂの下方に位置し、例えば、ドーピング領域３２は、第２表面１２ｂの下方の半導体基体１２内に設けられる。ドープトポリシリコン層１６とドーピング領域３２とは、一例として、左から右へ互い違いに配置されている。ドープトポリシリコン層１６またはドーピング領域３２の一方は、第１ドーピングタイプを有し、ドープトポリシリコン層１６またはドーピング領域３２の他方は、第２ドーピングタイプを有し、且つ、第２ドーピングタイプと第１ドーピングタイプとは極性が逆である。ドープトポリシリコン層１６及びドーピング領域３２は、いずれも高ドーピング濃度を有することが好ましい。絶縁層２０は、半導体基体１２の第２表面１２ｂに設けられ、ドープトポリシリコン層１６の一部を露出させるための少なくとも１つの第１開口３４（説明のため、図には第１開口３４を３つ示す）と、ドーピング領域３２の一部を露出させるための少なくとも１つの第２開口３６（説明のため、図には第２開口３６を２つ示す）とを有している。第１電極２２は、絶縁層２０の表���に設けられ、第１開口３４によりドープトポリシリコン層１６に接触する。第２電極２４は、絶縁層２０の表面に設けられ、第２開口３６によりドーピング領域３２に接触する。また、第１電極２２と第２電極２４とは、互いに接続されていない。第１電極２２または第２電極２４の一方は、太陽電池１０の正極として機能し、第１電極２２または第２電極２４の他方は、太陽電池１０の負極として機能している。そのため、太陽電池１０の正極及び負極のいずれも電池の裏面側、すなわち、受光側である第１表面１２ａとは反対側の第２表面１２ｂに位置している。
【００１１】
好適な実施形態において、絶縁層２０は複合絶縁層であって、少なくとも１つの第１絶縁層３８及び少なくとも１つの第２絶縁層４０を含んでいる。第１絶縁層３８は、ドープトポリシリコン層１６の表面を覆い、且つ、少なくとも１つの第１サブ開口４２及び少なくとも１つの第２サブ開口４４を有している。第１サブ開口４２は、ドープトポリシリコン層１６の一部を露出させ、第２サブ開口４４は、ドーピング領域３２を露出させる。第２絶縁層４０は、第１絶縁層３８及び一部のドーピング領域３２を覆い、且つ、少なくとも１つの第３サブ開口４６及び少なくとも１つの第４サブ開口４８を有している。第３サブ開口４６は、第１サブ開口４２に対応するため、ドープトポリシリコン層１６の一部を露出させる。第４サブ開口４８は、第２サブ開口４８に対応するため、ドーピング領域３２の一部を露出させる。図１に示すように、第１絶縁層３８の第１サブ開口４２と第２絶縁層４０の第３サブ開口４６とにより、絶縁層２０の第１開口３４が構成され、第１絶縁層３８の第２サブ開口４４と第２絶縁層４０の第４サブ開口４８とにより、絶縁層２０の第２開口３６が構成される。例えば、本実施形態において、第１絶縁層３８と第２絶縁層４０とは異なる材料を含んでいる。第１絶縁層３８に含まれる固定酸化電荷（固定酸化層電荷または酸化層固定電荷とも呼ばれ、ｆｉｘｅｄ  ｏｘｉｄｅ  ｃｈａｒｇｅ）の極性は、第２絶縁層４０に含まれる固定酸化電荷の極性と逆であることが好ましい。また、第１絶縁層３８の固定酸化電荷の極性は、ドープトポリシリコン層１６のドーピング極性と逆であり、第２絶縁層４０の固定酸化電荷の極性は、ドーピング領域３２のドーピング極性と逆であることが好ましい。これにより、第１絶縁層３８及び第２絶縁層４０によって、ドープトポリシリコン層１６及びドーピング領域３２における少数キャリアは電界効果パッシベーション（ｆｉｅｌｄ  ｅｆｆｅｃｔ  ｐａｓｓｉｖａｔｉｏｎ）効果を有することになり、少数キャリアの再結合を回避することができるが、これに限定されない。本実施形態において、第１絶縁層３８及び第２絶縁層４０の材料を選択することで第１絶縁層３８及び第２絶縁層４０の固定酸化電荷の極性を決定してもよい。例えば、第１絶縁層３８または第２絶縁層４０の一方に正の固定酸化電荷（ｐｏｓｉｔｉｖｅ  ｆｉｘｅｄ  ｏｘｉｄｅ  ｃｈａｒｇｅ）を持たせようとする場合、酸化シリコン（ＳｉＯｘ）、窒化シリコン（ＳｉＮｘ）、酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ）、酸化イットリウム（ＹＯｘ）、他の適切な材料、または上記の少なくとも２種類の材料の組合せを用いて第１絶縁層３８または第２絶縁層４０の一方を製造し、また、第１絶縁層３８または第２絶縁層４０の他方に負の固定酸化電荷（ｎｅｇａｔｉｖｅ  ｆｉｘｅｄ  ｏｘｉｄｅ  ｃｈａｒｇｅ）を持たせようとする場合、アルミナ（ＡｌＯｘ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮｘ）、酸窒化アルミニウム（ａｌｕｍｉｎｕｍ  ｏｘｙｎｉｔｒｉｄｅ,ＡｌＯＮ）、フッ化アルミニウム（ａｌｕｍｉｎｕｍ  ｆｌｕｏｒｉｄｅ,ＡｌＦｘ）、酸化ハフニウム（ｈａｆｎｉｕｍ  ｏｘｉｄｅ,ＨｆＯｘ）、窒素ドープ酸化ハフニウム（ｎｉｔｒｏｇｅｎ−ｄｏｐｅｄ  ＨｆＯｘ）、他の適切��材料、または上記の少なくとも２種類の材料の組合せを用いて第１絶縁層３８または第２絶縁層４０の他方を製造してもよいが、これに限定されない。
【００１２】
以下、一例として、本実施形態の半導体基体１２、ドーピング層１４、ドープトポリシリコン層１６及びドーピング領域３２のそれぞれのドーピングタイプの極性と、第１絶縁層３８及び第２絶縁層４０の固定酸化電荷の極性とを説明する。例えば、本発明の好適な実施形態においては、半導体基体１２がＮ型ドープ、ドーピング層１４がＮ＋型ドープ、ドープトポリシリコン層１６がＰ＋型ドープ、ドーピング領域３２がＮ＋型ドープである（後述する本発明の第１実施形態に係る太陽電池１０の製造方法では、図１に示す構造を例として説明する）。第１絶縁層３８及び第２絶縁層４０による電界効果パッシベーション効果が得られるために、第１絶縁層３８は、ドープトポリシリコン層１６のドーピングタイプに合わせて負の固定酸化電荷を含み、第２絶縁層４０は、ドーピング領域３２のドーピングタイプに合わせて正の固定酸化電荷を含むようになる。好適な実施形態において、太陽電池１０は酸化層１８をさらに選択的に含むことが可能である。酸化層１８は、半導体基体１２の第２表面１２ｂの第１領域２６内に設置され、半導体基体１２の第２領域２８及びドープトポリシリコン層１６と半導体基体１２との間に位置し、トンネル酸化層（ｔｕｎｎｅｌ  ｏｘｉｄｅ  ｌａｙｅｒ）として用いられる。一般的に、酸化層１８の厚さを非常に薄くすることにより、電子が酸化層１８を直接に通過する確率が高くなって、光電変換効率を向上させることができる。酸化層１８の厚さは、約５〜２０オングストローム（Ａｎｇｓｔｒｏｍｓ，Ａ）であってもよい。一部の実施形態において、酸化層１８の厚さは、約１０オングストロームである。酸化層１８の厚さは、約１５オングストロームであることが好ましい。Ｐ＋型ドープのドープトポリシリコン層１６、トンネル酸化層１８及びＮ型ドープの半導体基体１２によってヘテロ接合（ｈｅｔｅｒｏｊｕｎｃｔｉｏｎ）に類似する構造が構成されて、飽和電流を大幅に低下させるため、光電変換効率を効果的に向上させることができる。また、ドーピング層１４及びドーピング領域３２のドーピングタイプの極性が半導体基体１２の極性と同じであるため、ドーピング層１４を表面電界（ｆｒｏｎｔ  ｓｉｄｅ  ｆｉｅｌｄ，ＦＳＦ）素子とし、ドーピング領域３２を裏面電界（ｂａｃｋ  ｓｉｄｅ  ｆｉｅｌｄ，ＢＳＦ）素子とし、Ｐ＋型ドープのドープトポリシリコン層１６を太陽電池１０のエミッタ（ｅｍｉｔｔｅｒ）とすることができる。
【００１３】
本発明の他の好適な実施形態においては、半導体基体１２がＰ型ドープ、ドーピング層１４がＰ＋型ドープ、ドープトポリシリコン層１６がＮ＋型ドープ、ドーピング領域３２がＰ＋型ドープであり、さらに、第１絶縁層３８が正の固定酸化電荷を含み、第２絶縁層４０が負の固定酸化電荷を含んでいる。この場合、ドープトポリシリコン層１６を太陽電池１０のエミッタ（ｅｍｉｔｔｅｒ）とし、且つ、半導体基体１２とドープトポリシリコン層１６との間にはＰＮ接合面を有するため、上記の実施形態と同様に、太陽電池１０は優れた光電変換効率を得られる。また、他の実施形態においては、半導体基体１２がＮ型ドープ、ドーピング層１４がＮ＋型ドープ、ドープトポリシリコン層１６がＮ＋型ドープ、ドーピング領域３２がＰ＋型ドープであり、さらに、第１絶縁層３８が正の固定酸化電荷を含み、第２絶縁層４０が負の固定酸化電荷を含むように設計されてもよい。この場合、ドープトポリシリコン層１６を裏面電界（ＢＳＦ）とし、ドーピング領域３２をエミッタ（ｅｍｉｔｔｅｒ）とし、ドーピング層１４を表面電界（ＦＳＦ）とすることになる。また、別の実施形態においては、半導体基体１２がＰ型ドープ、ドーピング層１４がＰ＋型ドープ、ドープトポリシリコン層１６がＰ＋型ドープ、ドーピング領域３２がＮ＋型ドープであり、さらに、第１絶縁層３８が負の固定酸化電荷を含み、第２絶縁層４０が正の固定酸化電荷を含むように設計されてもよい。この場合、ドープトポリシリコン層１６を裏面電界（ＢＳＦ）とし、ドーピング領域３２をエミッタ（ｅｍｉｔｔｅｒ）とし、ドーピング層１４を表面電界（ＦＳＦ）とすることになる。しかし、本発明の各ドープ素子のドーピングタイプと、第１絶縁層３８及び第２絶縁層４０の固定酸化電荷の極性との対応関係は、上述した実施形態に限定されない。
【００１４】
なお、本実施形態に係る太陽電池１０は、ドーピング層１４の表面上に設けられる反射防止層（ａｎｔｉｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ  ｃｏａｔｉｎｇ,ＡＲＣ）３０をさらに含むことが好ましいが、これに限定されない。また、反射防止層は、単層構造または多層構造であってもよく、その材料として、窒化シリコン、酸化シリコン、酸窒化シリコン、酸化亜鉛、酸化チタン、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、酸化インジウム、酸化ビスマス（ｂｉｓｍｕｔｈ  ｏｘｉｄｅ）、酸化スズ（ｓｔａｎｎｉｃ  ｏｘｉｄｅ）、酸化ジルコニウム（ｚｉｒｃｏｎｉｕｍ  ｏｘｉｄｅ）、酸化ハフニウム（ｈａｆｎｉｕｍ  ｏｘｉｄｅ）、酸化アンチモン（ａｎｔｉｍｏｎｙ  ｏｘｉｄｅ）、酸化ガドリニウム（ｇａｄｏｌｉｎｉｕｍ  ｏｘｉｄｅ）、他の適切な材料、または上記の少なくとも２種類の材料の組合せを用いる。さらに、光量を増やすために、半導体基体１２とドーピング層１４との接合面に選択的に粗面化（ｔｅｘｔｕｒｅｄ）処理を行い、例えば、光電変換効率をより一層向上させるように、第１表面１２ａを粗面化構造１２ｃにすることが好ましいが、これに限定されない。
【００１５】
以下、本発明の第１実施形態に係る太陽電池の製造方法について説明する。ここでは説明を簡潔化するために、同一の構成要素には同一の参照符号を付して、重複する説明を省略する。
【００１６】
図２乃至図７は、本発明の第１実施形態に係る太陽電池の製造方法の各段階を示す断面図である。まず、図２に示すように、半導体基体１２を供給する。この半導体基体１２は、結晶性（ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ）の半導体基体、または多結晶性（ｐｏｌｙｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ）の半導体基体であってもよい。半導体基体１２の厚さは、例えば、約５０〜３００μｍである。半導体基体１２は、第１ドーピングタイプを有する基体であることが好ましい。本実施形態において、半導体基体１２は、例えば、Ｎ型ドープの基体である。半導体基体１２を選択的に洗浄するとともに、切断によって生じたダメージ層を除去する。
【００１７】
次に、半導体基体１２の第２表面１２ｂに、トンネル酸化層としての薄い酸化層１８を選択的に形成する。酸化層１８の厚さは、約５〜２０オングストロームの範囲内であり、好ましくは、約１５オングストロームである。酸化層１８は、例えば、酸化シリコンを含み、オゾン酸化工程または高温酸化工程で形成されてもよいが、これに限定されない。
【００１８】
次に、酸化層１８の表面にドープトポリシリコン層１６を形成する。ドープトポリシリコン層１６の厚さは約５０〜５００ｎｍであるが、これに限定されない。ドープトポリシリコン層１６は、第１ドーピングタイプまたは第２ドーピングタイプを有してもよく、半導体基体１２の第１ドーピングタイプの極性と逆の極性の第２ドーピングタイプを有することが好ましい。例えば、ドープトポリシリコン層１６はＰ＋型ドープである。ドープトポリシリコン層１６のドーピング濃度の範囲は、約１０１９〜１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ２であることが好ましいが、これに限定されない。例えば、ドープトポリシリコン層１６の製造方法としては、化学気相堆積法（ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｖａｐｏｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ，ＣＶＤ）により酸化層１８の表面に多結晶シリコン層を形成し、その後、イオン注入工程を行ってドープトポリシリコン層１６を形成する方法が挙げられる。本実施形態のドープトポリシリコン層１６は、Ｐ＋型ドープであるため、Ｐ型のドーパント、例えば、ホウ素またはホウ素化合物を含んでもよいが、これに限定されない。ドープトポリシリコン層１６の他の形成方法としては、例えば、減圧化学気相堆積（ｌｏｗ  ｐｒｅｓｓｕｒｅ  ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｖａｐｏｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ，ＬＰＣＶＤ）法により、Ｐ＋型ドープのドープトポリシリコン層１６を直接に形成する方法、または、アモルファスシリコン層を形成してから、レーザアニール等の方法でアモルファスシリコン層を再結晶させて多結晶シリコン層を形成し、その後、イオン注入工程を行ってドープトポリシリコン層１６を形成する方法が挙げられるが、これらに限定されない。
【００１９】
次に、ドープトポリシリコン層１６の表面に第１絶縁層３８を選択的に形成する。第１絶縁層３８によりドープトポリシリコン層１６における少数キャリアが電界効果パッシベーション効果を得るため、一例として、ドープトポリシリコン層１６がＰ＋型ドープである場合、本実施形態の第１絶縁層３８は、負の固定酸化電荷を含むことが好ましい。第１絶縁層３８は、上述した材料を用いてもよい。本実施形態において、一例として、第１絶縁層３８の材料は、例えば、酸化アルミニウム（アルミナとも呼ばれる）であってもよいが、これに限定されない。また、ドープトポリシリコン層１６がＮ＋型ドープである場合、本実施形態の第１絶縁層３８は、正の固定酸化電荷を含むことが好ましい。第１絶縁層３８は、上述した材料を用いてもよい。本実施形態において、一例として、第１絶縁層３８の材料は酸化シリコン、例えば、ＳｉＯ２であってもよいが、これに限定されない。第１絶縁層３８の厚さ範囲は、約２０〜４００ｎｍであってもよいが、これに限定されない。本発明の他の実施形態において、第１絶縁層３８を形成しなくてもよい。
【００２０】
次に、図３に示すように、酸化層１８、ドープトポリシリコン層１６及び第１絶縁層３８をパターン形成する。このようなパターン形成工程では、まず、スクリーン印刷マスク（ｓｃｒｅｅｎ  ｐｒｉｎｔｉｎｇ  ｍａｓｋ）５０またはレジストマスクで、第１絶縁層３８の表面に、残そうとする第１絶縁層３８部分、すなわち、半導体基体１２の第２表面１２ｂの第１領域２６を区画して、第２表面１２ｂの第２領域２８における第１絶縁層３８を露出させる。なお、レジストマスクの形成方法としては、露光現像法またはインクジェット塗布法がある。
【００２１】
次に、図４に示すように、スクリーン印刷マスク５０またはレジストマスクによって露出される、一部の第１絶縁層３８、ドープトポリシリコン層１６及び酸化層１８を除去する。この除去方法としては、ウェットエッチング工程またはドライエッチング工程が挙げられるが、ウェットエッチング工程が好ましく、例えば、フッ化水素酸（ＨＦ）と硝酸（ＨＮＯ３）との混合液で除去する。また、この除去工程は、１回で完成されてもよいし、複数回に分けて完成されてもよく、例えば、異なるエッチング工程において、一部の第１絶縁層３８、一部のドープトポリシリコン層１６及び一部の酸化層１８を順次に除去してもよいが、これに限定されない。第１絶縁層３８、ドープトポリシリコン層１６及び酸化層１８をパターン形成する工程は、レーザで完成されてもよいが、これに限定されない。そのため、残りの第１絶縁層３８、ドープトポリシリコン層１６及び酸化層１８は、半導体基体１２の第２表面１２ｂの第１領域２６内に位置して、半導体基体１２の第２表面１２ｂの第２領域２８を露出させる。なお、第２表面１２ｂの第２領域２８は、複数のドット状（ｄｏｔ）のパターン、ストリップ状（ｓｔｒｉｐ）のパターン、または他の適切なパターンを有してもよい。図４によれば、このパターン形成工程の後、残りの酸化層１８は、半導体基体１２の第２表面１２ｂの第１領域２６とドープトポリシリコン層１６との間に位置することがわかる。特に、露出された酸化層１８を除去した後、第２表面１２ｂの第２領域２８の表面に露出される一部の半導体基体１２を続けて除去して、第２領域２８における半導体基体１２内に凹溝を形成させてもよい。凹溝の深さ範囲は、約０〜１０μｍであるが、これに限定されない。本実施例においては、深さが０μｍの凹溝を一例として説明し、すなわち、半導体基体１２内に凹溝を格別に形成することなく、第２領域２８における酸化層１８を除去するとパターン形成工程を停止させる。
【００２２】
次に、図５に示すように、スクリーン印刷マスク５０を除去した後、露出された半導体基体１２の第２表面１２ｂの第２領域２８内にドーピング領域１２を形成する。本実施形態のドーピング領域１２は、第１ドーピングタイプ、例えば、Ｎ＋型ドープであって、その極性がドープトポリシリコン層１６のドープ極性と逆である。ドーピング領域３２の形成方法としては、例えば、第１絶縁層３８が第２サブ開口４４を有して第２表面１２ｂの第２領域２８を露出させるため、第１絶縁層３８をイオン注入マスクとして、まず、半導体基体１２の第２表面１２ｂにイオンを注入し、次に、焼き戻し法や熱拡散法を利用してドーピング領域３２を形成したり、または、熱拡散法を直接に利用してドーパントを第２領域２８における半導体基体１２内に拡散させたり、イオンシャワードーピング法（ｉｏｎ  ｓｈｏｗｅｒ  ｄｏｐｉｎｇ）を直接に利用してドーパントを第２領域２８における半導体基体１２内に進入させたりしてもよいが、これらに限定されない。なお、Ｎ＋型ドーパントは、例えば、リン、ヒ素、アンチモンまたはこれらの化合物であってもよいが、これらに限定されない。例えば、ドーピング領域１２の深さは、約０．５〜１μｍであり、ドーピング濃度は、１０１９〜１０２１ａｔｏｍ／ｃｍ２であるが、これらに限定されない。
【００２３】
次に、図６に示すように、半導体基体１２の第２表面１２ｂの一方側には、第１絶縁層３８及びドーピング領域３２を覆う第２絶縁層４０を全面的に形成する。第２絶縁層４０により、ドーピング領域３２における少数キャリアが電界効果パッシベーション効果を得るために、本実施形態の第２絶縁層４０に用いられる固定酸化電荷の極性は、ドープトポリシリコン層１６の極性及びドーピング領域３２の極性に合わせる必要がある。例えば、ドープトポリシリコン層１６がＰ＋型ドープ、ドーピング領域３２がＮ＋型ドープであって、且つ、第１絶縁層３８が負の固定酸化電荷の材料を用いることを一例とする場合、第２絶縁層４０は、正の固定酸化電荷を含むことが好ましく、第２絶縁層４０の材料は、上述した材料、例えば、酸化シリコンまたは窒化シリコンを用いてもよいが、これらに限定されない。ドープトポリシリコン層１６がＮ＋型ドープ、ドーピング領域３２がＰ＋型ドープであって、且つ、第１絶縁層３８が正の固定酸化電荷の材料を用いることを一例とする場合、第２絶縁層４０は、負の固定酸化電荷を含むことが好ましく、第２絶縁層４０の材料は、上述した材料、例えば、アルミナを用いてもよいが、これに限定されない。第２絶縁層４０の厚さ範囲は、約２０〜４００ｎｍであってもよいが、これに限定されない。次に、第２絶縁層４０及び第１絶縁層３８をパターン形成し、第２絶縁層４０の一部及び第１絶縁層３８の一部を除去することにより、第１絶縁層３８が第１サブ開口４２を有し、第２絶縁層４０が第３サブ開口４６及び第４サブ開口４８を有して、ドープトポリシリコン層１６の一部及びドーピング領域３２の一部を露出させる。このパターン形成工程としては、まず、スクリーン印刷マスクを用いて第２絶縁層４０において第３サブ開口４６及び第４サブ開口４８の位置を区画し、次に、エッチング法で第２絶縁層４０の一部及び第１絶縁層３８を複数回に分けて除去するか、または順次に除去する方法が挙げられる。他の実施形態においては、フォトリソグラフィエッチング技術（レジストマスクとも呼ばれる）を用いてパターン形成を行ってもよいが、これに限定されない。図６に示すように、第３サブ開口４６が第１サブ開口４２に対応して、両者によって絶縁層２０の第１開口３４が構成され、これにより、ドープトポリシリコン層１６の一部を露出させる。一方、第４サブ開口４８が第２サブ開口４４に対応して、両者によって絶縁層２０の第２開口３６が構成され、これにより、ドーピング領域３２の一部を露出させる。他の実施形態においては、第１絶縁層３８内に第１サブ開口３８を形成してから第２絶縁層４０を形成し、それから、第２絶縁層４０をパターン形成することで第２絶縁層４０内に第３サブ開口４６及び第４サブ開口４８を形成してもよい。
【００２４】
図７に示すように、半導体基体１２の第２表面１２ｂの一方側には、金属層５２を全面的に形成する。金属層５２の材料としては、導電性に優れた金属、例えば、アルミ、銀、白金、金、銅またはこれらの合金を用いてもよいし、他の適切な材料を用いてもよいが、これらに限定されない。次に、金属層５２をパターン形成し、金属層５２の一部を除去することで、少なくとも１つの第１電極２２及び少なくとも１つの第２電極２４を形成する。第１電極２２は、絶縁層２０の第１開口３４を介してドープトポリシリコン層１６に接触し、第２電極２４は、絶縁層２０の第２開口３６を介してドーピング領域３２に接続されている。また、第１電極２２及び第２電極２４の形成方法としては、導電性ペーストを塗布する方法を用いてもよい。導電性ペーストの導電性材料としては、アルミ、銀、ニッケル、銅またはこれらの合金を用いてもよいし、他の適切な材料を用いてもよいが、これらに限定されない。導電性ペーストを塗布する方法としては、スクリーン法、インクジェット法または他の適切な方法を含む。第１電極２２及び第２電極２４の厚さ、面積及びパターンは、必要に応じて調整されてもよいが、図７に示すものに限定されない。
【００２５】
図１に戻して説明を続ける。半導体基体１２の第１表面１２ａに対して粗面化処理を選択的に行い、その後、第１表面１２ａにドーピング層１４を形成する。このドーピング層１４は、第１ドーピングタイプを有し、その極性が半導体基体１２のドーピングタイプの極性と同様であり、例えば、ドーピング層１４は、高濃度のＮ＋型ドープである。ドーピング層１４の形成方法としては、例えば、上記のドーピング領域３２と同様に、外部イオンの拡散法を用いてドーパントを半導体基体１２の第１表面１２ａ内に拡散させる方法が挙げられるが、これに限定されない。また、ドーピング層１４の形成に用いられるドーパントとしては、ドーピング領域３２に類似するドーパントを用いてもよい。ここでは、その同じ部分についての説明は省略する。他の実施形態において、ドーピング層１４は、半導体基体１２の第１表面１２ａに別格に形成されたドーピング層、例えば、ドープトアモルファスシリコン層、ドープ結晶層またはドープトポリシリコン層であってもよいが、これらに限定されない。最後、ドーピング層１４の全面には、反射防止層３０を選択的に形成して、半導体基体１２の第１表面１２ａを覆う。なお、反射防止層３０は、単層構造または多層構造であってもよく、その材料としては、図１に示す反射防止層３０の材料を用いてもよい。こうすることで、本発明に係る太陽電池１０の主な構成の製造を完成することができる。
【００２６】
特に、本発明に係る太陽電池における各ドープ素子のドーピングタイプ、及び第１、第２絶縁層の固定酸化電荷の極性は、図１に示すものに限定されない。異なるドーピングタイプに対して、異なるドーパントを用い、異なる極性の固定酸化電荷に対しても、異なる酸化材料を用いて絶縁層を製造する。ここでは、上述した例との重複部分の説明は省略する。また、上述した実施形態において、太陽電池の裏面側の素子を製造した後に太陽電池の表面側の素子を製造するが、他の実施形態において、太陽電池の表面側の素子、例えば、ドーピング層及び反射防止層を先に製造し、それから、太陽電池の裏面側の素子、例えば、酸化層、ドープトポリシリコン層、ドーピング領域、絶縁層、第１電極及び第２電極などを製造してもよい。また、別の実施形態において、太陽電池の表面側または裏面側の一方側の素子を先に製造してから他方側の素子を製造することに限定されず、半導体基体の第１表面及び第２表面上の各素子を交替して製造してもよく、しかも、製造順番を限定することがない。
【００２７】
本発明に係る太陽電池の製造方法は、上記の実施形態に限定されない。以下、本発明に係る太陽電池及びその製造方法の他の実施形態について説明する。ここでは各実施形態の異なる部分を比較するとともに説明を簡潔化するために、同一の構成要素には同一の参照符号を付して、異なる部分について説明するが、重複する説明を省略する。
【００２８】
図８は、本発明の第２実施形態に係る太陽電池の構造を示す断面概略図である。本実施形態は、太陽電池１０が絶縁層２０を一層のみ有することで第１実施形態と異なっている。この絶縁層２０は、ドープトポリシリコン層１６の一部を露出させるためのる第１開口３４と、ドーピング領域３２の一部を露出させるための第２開口３６とを含んでいる。これにより、第１電極２２は、第１開口３４を介してドープトポリシリコン層１６に接触し、第２電極２４は、第２開口３６を介してドーピング領域３２に接触することができる。絶縁層２０がパッシベーション層の機能を有するために、必要に応じて異なる材料で絶縁層２０を製造してもよい。例えば、Ｐ＋型ドープトポリシリコン層１６の飽和電流を改善しようとし、且つＮ＋型ドーピング領域３２を例とする場合には、絶縁層２０が負の固定酸化電荷を有するような材料を用いてもよい。また、Ｎ＋型ドーピング領域３２の飽和電流を改善しようとし、且つＰ＋型ドープトポリシリコン層１６を例とする場合には、絶縁層２０が正の固定酸化電荷を有するような材料を用いてもよい。さらに、ドープトポリシリコン層１６がＮ＋型ドープであって、それに合わせてドーピング領域３２がＰ＋型ドープであることを例とする場合には、ドープトポリシリコン層１６が持つＮ＋型ドープの飽和電流を改善しようとすると、絶縁層２０が正の固定酸化電荷を有するような材料を用いてもよく、一方、ドーピング領域３２が持つＰ＋型ドープの飽和電流を改善しようとすると、絶縁層２０が負の固定酸化電荷を有するような材料を用いてもよい。用いられる正の固定酸化電荷の材料または負の固定酸化電荷の材料について、図１に関する説明を参照するため、ここではその詳細の説明を省略する。本実施形態の太陽電池１０の製造方法は、第１絶縁層の製造工程を省略すること以外に、上記の実施形態と類似している。具体的に、本実施形態において、ドープトポリシリコン層１６を形成した後、ドープトポリシリコン層１６及び酸化層１８をパターン形成することで、第２領域２８における半導体基体１２を露出させるとともに、ドーピング領域３２を形成した後、絶縁層２０を形成し、さらに絶縁層２０をパターン形成することで第１開口３４及び第２開口３６を形成する。なお、絶縁層２０の厚さは、例えば、約２０〜５００ｎｍであってもよい。各素子の製造方法について、その詳細の説明を省略する。
【００２９】
図９乃至図１３は、本発明の第３実施形態に係る太陽電池の製造方法の各段階を示す断面図である。図１３は、本発明に係る太陽電池の第３実施形態の構造を示す断面概略図である。図９に示すように、本実施形態において、半導体基体１２の第１表面１２ａに粗面化処理を行い、これにより、第１表面１２ａが粗面化構造１２ｃを有することになり、その後、第２表面１２ｂ上の素子を製造する。図２及び図３に示す第１実施形態の工程に類似するように、半導体基体１２の第２表面１２ｂには、酸化層１８、ドープトポリシリコン層１６及び第１絶縁層３８を順次に形成する。次に、酸化層１８、ドープトポリシリコン層１６及び第１絶縁層３８をパターン形成し、例えば、スクリーン印刷マスク５０をエッチングマスクとし、露出された酸化層１８、ドープトポリシリコン層１６、第１絶縁層３８及び半導体基体１２の第２表面１２の第２領域２８をエッチングする。図１０に示すように、このエッチング工程では、酸化層１８を除去した後、引き続けて半導体基体１２の第２表面１２ｂをエッチングすることで、第２表面１２ｂの第２領域２８内に凹溝５４を形成する。凹溝５４の深さは、例えば、０μｍよりも大きいが約１０μｍ以下である。その後、熱焼き戻しを行う。
【００３０】
次に、図１１に示すように、半導体基体１２の第２表面１２ｂには、アモルファスシリコン層５６を選択的に形成する。このアモルファスシリコン層５６は、真性アモルファスシリコン層であることが好ましい。次に、真性アモルファスシリコン層５６には、ドープトアモルファスシリコン層５８を形成する。アモルファスシリコン層５６及びドープトアモルファスシリコン層５８は、半導体基体１２の第２表面１２ｂを覆うとともに、凹溝５４内に充填される。真性アモルファスシリコン層５６及びドープトアモルファスシリコン層５８の形成方法としては、例えば、ＣＶＤ法でアモルファスシリコン層を沈着した後、イオン注入法や熱拡散法、イオンシャワートーピング法等の方法でドープトアモルファスシリコン層５８を形成することが挙げられるが、これに限定されない。ドープトアモルファスシリコン層５８のドーピングタイプの極性は、必ずドープトポリシリコン層１６のドーピングタイプの極性と逆である。しかも、ドープトアモルファスシリコン層５８またはドープトポリシリコン層１６の一方のドーピングタイプの極性は、半導体基体１２のドーピングタイプの極性と同じである。アモルファスシリコン層５６の厚さは、約１０ｎｍ以下であってもよいが、好ましくは、約５ｎｍである。ドープトアモルファスシリコン層５８の厚さは、約２〜２０ｎｍであってもよいが、好ましくは、約１０ｎｍである。一例として、ドープトアモルファスシリコン層５８の厚さは、アモルファスシリコン層５６の厚さの２倍以上であることが好ましいが、これに限定されない。
【００３１】
次に、図１２に示すように、ドープトアモルファスシリコン層５８の一部、例えば、凹溝５４以外のドープトアモルファスシリコン層５８を除去して、残りのドープトアモルファスシリコン層５８をドーピング領域３２に形成する。ドープトアモルファスシリコン層５８の一部を除去する方法としては、例えば、レーザーアブレーション（ａｂｌａｔｉｏｎ）法、やスクリーン印刷マスクまたはフォトリソグラフィ処理をドライエッチングに合わせる方法等が挙げられるが、これらに限定されない。好適な実施形態において、ドーピング領域３２のドーピングタイプの極性は、半導体基体１２のドーピングタイプの極性と同じであるが、ドープトポリシリコン層１６の極性と逆である。例えば、半導体基体１２がＮ型ドープ、ドープトポリシリコン層１６がＰ＋型ドープであって、且つドーピング領域３２の極性がドープトポリシリコン層１６の極性と逆であって半導体基体１２の極性と同じである場合、ドーピング領域３２はＮ＋型ドープである。半導体基体１２がＰ型ドープ、ドープトポリシリコン層１６がＮ＋型ドープであって、且つドーピング領域３２の極性がドープトポリシリコン層１６の極性と逆であって半導体基体１２の極性と同じである場合、ドーピング領域３２はＰ＋型ドープである。ドーピング領域３２を太陽電池１０のＢＳＦ素子とする場合、ドーピング領域３２は、真性アモルファスシリコン層５６によって優れたＢＳＦ効果を得ることができる。そのため、本実施形態に係る太陽電池１０は、第１絶縁層３８と第２絶縁層４０との間、ドープトポリシリコン層１６の側辺と第２絶縁層４０との間、及びドーピング領域３２と半導体基体１２との間に設置されるアモルファスシリコン層５６をさらに含むことで第１実施形態と異なっている。
【００３２】
図１３に示すように、上記の第１実施形態と同様に、半導体基体１２の第２表面１２ｂには、パターン形成された第２絶縁層４０、第１電極２２及び第２電極２４を順次に形成するとともに、半導体基体１２の第１表面１２ａにドーピング層１４及び反射防止層３０を形成する。なお、ドーピング層１４は、ＦＳＦ素子として、半導体基体１２と同じドーピングタイプの極性を持つことが好ましい。こうすることで、本発明に係る太陽電池１０の主な素子の製造を完成することができる。本実施形態の各主な素子の製造方法、材料及び膜層厚さは、第１実施形態と類似するため、ここでその詳細の説明を省略する。
【００３３】
図１４は、本発明の第４実施形態に係る太陽電池の構造を示す断面概略図である。本実施形態は、太陽電池１０が絶縁層２０を一層のみ有することで第３実施形態と異なっている。この絶縁層２０は、ドープトポリシリコン層１６の一部を露出させるための第１開口３４と、ドーピング領域３２の一部を露出させるための第２開口３６とを含んでいる。そのため、第１電極２２は、第１開口３４を介してドープトポリシリコン層１６に接触し、第２電極２４は、第２開口３６を介してドーピング領域３２に接触することができる。上記と同様に、絶縁層２０がパッシベーション層の機能を有するために、必要に応じて異なる材料で絶縁層２０を製造してもよい。例えば、Ｐ＋型ドープトポリシリコン層１６の飽和電流を改善しようとし、且つＮ＋型ドーピング領域３２を例とする場合には、絶縁層２０が負の固定酸化電荷を有するような材料を用いてもよい。また、Ｎ＋型ドーピング領域３２の飽和電流を改善しようとし、且つＰ＋型ドープトポリシリコン層１６を例とする場合には、絶縁層２０が正の固定酸化電荷を有するような材料を用いてもよい。さらに、ドープトポリシリコン層１６がＮ＋型ドープであって、それに合わせてドーピング領域３２がＰ＋型ドープであることを例とする場合には、ドープトポリシリコン層１６が持つＮ＋型ドープの飽和電流を改善しようとすると、絶縁層２０が正の固定酸化電荷を有するような材料を用いてもよく、一方、ドーピング領域３２が持つＰ＋型ドープの飽和電流を改善しようとすると、絶縁層２０が負の固定酸化電荷を有するような材料を用いてもよい。用いられる正の固定酸化電荷の材料または負の固定酸化電荷の材料について、図１に関する説明を参照するため、ここではその説明を省略する。本実施形態の太陽電池１０の製造方法は、第１絶縁層の製造工程を省略すること以外に、第３実施形態と類似している。具体的に、本実施形態において、ドープトポリシリコン層１６を形成した後、ドープトポリシリコン層１６及び酸化層１８をパターン形成して、第２領域２８における半導体基体１２を露出させ、さらに、アモルファスシリコン層５６及びドープトアモルファスシリコン層５８を順次に製造し、ドープトアモルファスシリコン層５８をパターン形成することでドーピング領域３２を形成する。その後、絶縁層２０を形成してから、絶縁層２０をパターン形成することで、第１開口３４及び第２開口３６を形成する。なお、絶縁層２０の厚さは、例えば、約２０〜５００ｎｍであってもよい。各素子の製造方法については、詳細の説明を省略する。
【００３４】
特に、本発明の第３実施形態乃至第５実施形態に係る太陽電池における各ドープ素子のドーピングタイプと、第１絶縁層及び第２絶縁層の固定酸化電荷との対応関係は、一種類に限定されず、第１実施形態の太陽電池に関する説明を参照すれば、複数の対応関係を含むことがわかる。半導体基体とドーピング層とは同じドーピングタイプを有し、ドープトポリシリコン層またはドーピング領域の一方のドーピングタイプの極性は半導体基体のドーピングタイプの極性と同じであり、その他方は逆のドーピングタイプの極性を有することが好ましい。また、ドープトポリシリコン層のドーピングタイプの極性は、半導体基体のドーピングタイプの極性と逆であり、且つ、第１絶縁層に含まれる固定酸化電荷の極性は、ドープトポリシリコン層のドーピングタイプの極性と逆であり、第２絶縁層に含まれる固定酸化電荷の極性は、ドーピング領域のドーピングタイプの極性と逆であり、さらに、このような極性の対応関係に応じて異なる材料で第１絶縁層及び第２絶縁層を製造することが好ましいが、これに限定されない。絶縁層が一層しかない場合、必要に応じて、絶縁層が持つ固定酸化電荷の極性を、電界効果パッシベーション効果を供給しようとするドープ素子の極性と逆にするように設計してもよいが、これに限定されない。ドーピングタイプに用いるドーパント、絶縁層の材料、及び太陽電池の表面側、裏面側の素子の製造順番については、第１実施形態の関連説明を参照する。
【００３５】
本発明に係る太陽電池の正極及び負極は、いずれも半導体基体の第２表面、すなわち、受光面とは反対側の裏面側に設置されるため、入射光量を増やすことができる。好適な実施形態において、太陽電池の表面側にＦＳＦ素子が設けられ、太陽電池の裏面側にＢＳＦ素子が設けられ、且つ、ドープトポリシリコン層をエミッタとすることにより、光変換効率を大幅に向上させることができる。また、ドープトポリシリコン層及びドーピング領域の表面には、複数層の絶縁層を設置し、例えば、極性が逆の固定酸化電荷を有する二層の絶縁層を設置することにより、ドープトポリシリコン層及びドーピング領域に電界効果パッシベーション効果をそれぞれ供給することができて、複合電流の発生を減少させる。そのため、本発明に係る太陽電池の構造及びその製造方法によれば、太陽電池全体の光電変換効率を大幅に向上させることができる。
【００３６】
以上、本発明の好適な実施例を挙げて説明したが、これは本発明の実施例に過ぎない。本発明の精神及び範囲を含む各種の変動や潤色は、本発明の保護を求める範囲内に属するものである。
【符号の説明】
【００３７】
１０ 太陽電池
１２ 半導体基体
１２ａ 第１表面
１２ｂ 第２表面
１２ｃ 粗面化構造
１４ ドーピング層
１６ ドープトポリシリコン層
１８ 酸化層
２０ 絶縁層
２２ 第１電極
２４ 第２電極
２６ 第１領域
２８ 第２領域
３０ 反射防止層
３２ ドーピング領域
３４ 第１開口
３６ 第２開口
３８ 第１絶縁層
４０ 第２絶縁層
４２ 第１サブ開口
４４ 第２サブ開口
４６ 第３サブ開口
４８ 第４サブ開口
５０ スクリーン印刷マスク
５２ 金属層
５４ 凹溝
５６ アモルファスシリコン層
５８ ドープトアモルファスシリコン層
【図１】
2015531550.tif 000003
【図２】
2015531550.tif 000004
【図３】
2015531550.tif 000005
【図４】
2015531550.tif 000006
【図５】
2015531550.tif 000007
【図６】
2015531550.tif 000008
【図７】
2015531550.tif 000009
【図８】
2015531550.tif 000010
【図９】
2015531550.tif 000011
【図１０】
2015531550.tif 000012
【図１１】
2015531550.tif 000013
【図１２】
2015531550.tif 000014
【図１３】
2015531550.tif 000015
【図１４】
2015531550.tif 000016
【手続補正書】
【提出日】平成27年7月16日(2015.7.16)
【手続補正１】
【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】
太陽電池であって、 
半導体基体と、ドーピング層と、ドープトポリシリコン層と、ドーピング領域と、絶縁層と、少なくとも１つの第１電極と、少なくとも１つの第２電極とを含み、
前記半導体基体は、第１表面及び第２表面を含み、第１ドーピングタイプを有し、 
前記第２表面は、第１領域及び第２領域を含み、 
前記ドーピング層は、前記半導体基体の前記第１表面に位置し、前記第１ドーピングタイプを有し、 
前記ドープトポリシリコン層は、前記半導体基体の前記第２表面の前記第１領域に設置されるとともに、前記半導体基体の前記第２表面の前記第２領域を露出させ、
前記ドーピング領域は、前記半導体基体の前記第２表面の前記第２領域内に設置され、
前記ドープトポリシリコン層または前記ドーピング領域の一方は第２ドーピングタイプを有し、その他方は前記第１ドーピングタイプを有し、且つ、前記第２ドーピングタイプと前記第１ドーピングタイプとは極性が逆であり、
前記絶縁層は、前記ドープトポリシリコン層及び前記ドーピング領域の表面を覆うとともに、前記ドープトポリシリコン層の一部を露出させるための少なくとも１つの第１開口と、前記ドーピング領域の一部を露出させるための少なくとも１つの第２開口とを含み、
前記第１電極は、前記絶縁層の表面に設置され、前記第１開口を介して前記ドープトポリシリコン層に接続され、 
前記第２電極は、前記絶縁層の表面に設置され、前記第２開口を介して前記ドーピング領域に接続されることを特徴とする太陽電池。
【請求項２】
前記絶縁層は、 
前記ドープトポリシリコン層の表面に設置されるとともに、前記ドープトポリシリコン層の一部を露出させるための第１サブ開口と、前記ドーピング領域の一部を露出させるための第２サブ開口とを有する第１絶縁層と、
前記第１絶縁層及び前記ドーピング領域を覆うとともに、前記第１サブ開口に対応し前記ドープトポリシリコン層の一部を露出させるための第３サブ開口と、前記第２サブ開口に対応し前記ドーピング領域の一部を露出させるための第４サブ開口とを有する第２絶縁層と、を含み、
前記第１絶縁層に含まれる材料は、前記第２絶縁層に含まれる材料と異なり、 
前記第１サブ開口と前記第３サブ開口とにより、前記第１開口が構成され、 
前記第２サブ開口と前記第４サブ開口とにより、前記第２開口が構成されることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池。
【請求項３】
前記第１絶縁層に含まれる固定酸化電荷の極性と、前記第２絶縁層に含まれる固定酸化電荷の極性とは逆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】
前記ドーピング領域が前記第１ドーピングタイプを有するとともに前記ドープトポリシリコン層が前記第２ドーピングタイプを有する場合、前記第１絶縁層に含まれる固定酸化電荷の極性は、前記第２ドーピングタイプの極性と逆であり、前記第２絶縁層に含まれる固定酸化電荷の極性は、前記第１ドーピングタイプの極性と逆であることを特徴とする請求項３に記載の太陽電池。
【請求項５】
前記ドープトポリシリコン層が前記第１ドーピングタイプを有するとともに前記ドーピング領域が前記第２ドーピングタイプを有する場合、前記第１絶縁層に含まれる固定酸化電荷の極性は、前記第１ドーピングタイプの極性と逆であり、前記第２絶縁層に含まれる固定酸化電荷の極性は、前記第２ドーピングタイプの極性と逆であることを特徴とする請求項３に記載の太陽電池。
【請求項６】
前記第１絶縁層と前記第２絶縁層との間、前記ドープトポリシリコン層の側辺と前記第２絶縁層との間、及び、前記ドーピング領域と前記半導体基体との間に設置されるアモルファスシリコン層をさらに含むことを特徴とする請求項２に記載の太陽電池。
【請求項７】
前記半導体基体の前記第２表面の前記第２領域内には、少なくとも１つの凹溝が設けられ、 
前記ドーピング領域は、前記凹溝内に設置されることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池。 
【請求項８】
前記ドープトポリシリコン層と前記絶縁層との間、及び、前記ドーピング領域と前記半導体基体との間に設置されるアモルファスシリコン層をさらに含むことを特徴とする請求項７に記載の太陽電池。
【請求項９】
前記半導体基体の前記第２表面の前記第２領域と前記ドープトポリシリコン層との間に設置される酸化層をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池。
【請求項１０】
前記ドーピング層の表面に設けられる反射防止層をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池。 
【請求項１１】
太陽電池の製造方法であって、 
第１表面と、第１領域及び第２領域を有する第２表面とを含み、第１ドーピングタイプを有する半導体基体を供給する工程と、 
前記半導体基体の前記第２表面の前記第１領域に、前記半導体基体の前記第２表面の前記第２領域を露出させるドープトポリシリコン層を形成する工程と、
露出された前記半導体基体の前記第２表面の前記第２領域内に少なくとも１つのドーピング領域を形成し、前記ドープトポリシリコン層または前記ドーピング領域の一方が第２ドーピングタイプを有し、その他方が前記第１ドーピングタイプを有し、且つ、前記第２ドーピングタイプの極性と前記第１ドーピングタイプの極性とを逆にする工程と、
前記ドープトポリシリコン層及び前記ドーピング領域の表面を覆うとともに、前記ドープトポリシリコン層の一部を露出させるための少なくとも１つの第１開口と、前記ドーピング領域の一部を露出させるための少なくとも１つの第２開口とを含む絶縁層を形成する工程と、
前記第１開口を介して前記ドープトポリシリコン層に接触する少なくとも１つの第１電極と、前記第２開口を介して前記ドーピング領域に接触する少なくとも１つの第２電極とを含む金属層を、パターン形成された前記絶縁層の表面に形成する工程と、
前記第１表面を覆うように、第１ドーピングタイプを有するドーピング層を前記半導体基体の前記第１表面に形成する工程と、を備えることを特徴とする太陽電池の製造方法。
【請求項１２】
前記ドープトポリシリコン層を形成する前に、前記半導体基体の前記第２表面の前記第２領域と前記ドープトポリシリコン層との間に酸化層を形成する工程をさらに備え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１３】
前記ドープトポリシリコン層及び前記ドーピング領域の表面を覆うとともに、前記ドープトポリシリコン層の一部を露出させるための少なくとも１つの第１開口と、前記ドーピング領域の一部を露出させるための少なくとも１つの第２開口とを含む絶縁層を形成する工程は、
前記ドープトポリシリコン層の一部を露出させるための第１サブ開口と、前記ドーピング領域の一部を露出させるための第２サブ開口とを有する第１絶縁層を、前記ドープトポリシリコン層の表面に形成する工程と、
前記第１絶縁層及び前記ドーピング領域を覆うとともに、前記第１サブ開口に対応して前記ドープトポリシリコン層の一部を露出させるための第３サブ開口と、前記第２サブ開口に対応して前記ドーピング領域の一部を露出させるための第４サブ開口とを有する第２絶縁層を形成する工程と、を備え、
前記第１絶縁層に含まれる材料は、前記第２絶縁層に含まれる材料と異なり、 
前記第１サブ開口と前記第３サブ開口とにより、前記第１開口が構成され、 
前記第２サブ開口と前記第４サブ開口とにより、前記第２開口が構成され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１４】
前記第１絶縁層に含まれる固定酸化電荷の極性と、前記第２絶縁層に含まれる固定酸化電荷の極性とは逆であることを特徴とする請求項１３に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項１５】
前記ドーピング領域が前記第１ドーピングタイプを有するとともに前記ドープトポリシリコン層が前記第２ドーピングタイプを有する場合、前記第１絶縁層に含まれる固定酸化電荷の極性は、前記第２ドーピングタイプの極性と逆であり、前記第２絶縁層に含まれる固定酸化電荷の極性は、前記第１ドーピングタイプの極性と逆であることを特徴とする請求項１４に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項１６】
前記ドープトポリシリコン層が前記第１ドーピングタイプを有するとともに前記ドーピング領域が前記第２ドーピングタイプを有する場合、前記第１絶縁層に含まれる固定酸化電荷の極性は、前記第１ドーピングタイプの極性と逆であり、前記第２絶縁層に含まれる固定酸化電荷の極性は、前記第２ドーピングタイプの極性と逆であることを特徴とする請求項１４に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項１７】
前記ドーピング領域を形成する前に、 
前記第１絶縁層と前記第２絶縁層との間、前記ドープトポリシリコン層の側辺と前記第２絶縁層との間、及び、前記ドーピング領域と前記半導体基体との間にアモルファスシリコン層を形成する工程をさらに備えることを特徴とする請求項１３に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項１８】
前記半導体基体の前記第２表面の前記第２領域内に少なくとも１つの凹溝を形成する工程をさらに備え、 
前記ドーピング領域は、前記凹溝内に形成され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１９】
前記ドーピング領域を形成する前に、 
前記ドープトポリシリコン層と前記絶縁層との間、及び、前記ドーピング領域と前記半導体基体との間にアモルファスシリコン層を形成する工程をさらに備えることを特徴とする請求項１８に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項２０】
前記ドーピング領域は、ドープトアモルファスシリコン層であ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２１】
前記ドーピング層を覆うように、前記半導体基体の前記第１表面に反射防止層を形成する工程をさらに備え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。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００５】
本発明に係る太陽電池は、半導体基体と、ドーピング層と、ドープトポリシリコン層と、ドーピング領域と、絶縁層と、少なくとも１つの第１電極と、少なくとも１つの第２電極とを含む。半導体基体は、第１表面及び第２表面を含む。第２表面は、第１領域及び第２領域を含む。半導体基体は、第１ドーピングタイプを有する。ドーピング層は、半導体基体の第１表面に位置し、第１ドーピングタイプを有する。ドープトポリシリコン層は、半導体基体の第２表面の第１領域内に設置されるとともに、半導体基体の第２表面の第２領域を露出させる。ドーピング領域は、半導体基体の第２表面の第２領域内に設置される。ドープトポリシリコン層またはドーピング領域の一方は第２ドーピングタイプを有し、その他方は前記第１ドーピングタイプを有し、且つ、第２ドーピングタイプと第１ドーピングタイプとは極性が逆である。絶縁層は、ドープトポリシリコン層及びドーピング領域の表面を覆うとともに、ドープトポリシリコン層の一部を露出させるための少なくとも１つの第１開口と、ドーピング領域の一部を露出させるための少なくとも１つの第２開口とを含む。第１電極は、絶縁層の表面に設置され、第１開口を介してドープトポリシリコン層に接続される。第２電極は、絶縁層の表面に設置され、第２開口を介してドーピング領域に接続される。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
本発明に係る太陽電池の製造方法は、以下のような工程を含む。まず、半導体基体を供給する。半導体基体は、第１表面及び第２表面を含むとともに第１ドーピングタイプを有する。第２表面は、第１領域及び第２領域を含む。次に、半導体基体の第２表面の第１領域に、半導体基体の第２表面の第２領域を露出させるドープトポリシリコン層を形成する。次に、露出された半導体基体の第２表面の第２領域内に少なくとも１つのドーピング領域を形成する。ドープトポリシリコン層またはドーピング領域の一方は第２ドーピングタイプを有し、その他方は前記第１ドーピングタイプを有し、且つ、第２ドーピングタイプの極性と第１ドーピングタイプの極性とを逆にする。次に、絶縁層を形成する。絶縁層は、ドープトポリシリコン層及びドーピング領域の表面を覆うとともに、ドープトポリシリコン層の一部を露出させるための少なくとも１つの第１開口と、ドーピング領域の一部を露出させるための少なくとも１つの第２開口とを含む。次に、絶縁層の表面に金属層を形成する。金属層は、絶縁層の第１開口を介してドープトポリシリコン層に接触する少なくとも１つの第１電極と、絶縁層の第２開口を介してドーピング領域に接触する少なくとも１つの第２電極とを含む。最後、第１表面を覆うとともに前記第１ドーピングタイプを有するドーピング層を半導体基体の第１表面に形成する。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
【図１】本発明の第１実施形態に係る太陽電池の構造を示す断面概略図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る太陽電池の製造方法の各段階を示す断面図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係る太陽電池の製造方法の各段階を示す断面図である。
【図４】本発明の第１実施形態に係る太陽電池の製造方法の各段階を示す断面図である。
【図５】本発明の第１実施形態に係る太陽電池の製造方法の各段階を示す断面図である。
【図６】本発明の第１実施形態に係る太陽電池の製造方法の各段階を示す断面図である。
【図７】本発明の第１実施形態に係る太陽電池の製造方法の各段階を示す断面図である。
【図８】本発明の第２実施形態に係る太陽電池の構造を示す断面概略図である。
【図９】本発明の第３実施形態に係る太陽電池の製造方法の各段階を示す断面図である。
【図１０】本発明の第３実施形態に係る太陽電池の製造方法の各段階を示す断面図である 。
【図１１】本発明の第３実施形態に係る太陽電池の製造方法の各段階を示す断面図である 。
【図１２】本発明の第３実施形態に係る太陽電池の製造方法の各段階を示す断面図である 。
【図１３】本発明の第３実施形態に係る太陽電池の構造を示す断面概略図である。
【図１４】本発明の第４実施形態に係る太陽電池の構造を示す断面概略図である。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
好適な実施形態において、絶縁層２０は複合絶縁層であって、少なくとも１つの第１絶縁層３８及び少なくとも１つの第２絶縁層４０を含んでいる。第１絶縁層３８は、ドープトポリシリコン層１６の表面を覆い、且つ、少なくとも１つの第１サブ開口４２及び少なくとも１つの第２サブ開口４４を有している。第１サブ開口４２は、ドープトポリシリコン層１６の一部を露出させ、第２サブ開口４４は、ドーピング領域３２を露出させる。第２絶縁層４０は、第１絶縁層３８及び一部のドーピング領域３２を覆い、且つ、少なくとも１つの第３サブ開口４６及び少なくとも１つの第４サブ開口４８を有している。第３サブ開口４６は、第１サブ開口４２に対応するため、ドープトポリシリコン層１６の一部を露出させる。第４サブ開口４８は、第２サブ開口４４に対応するため、ドーピング領域３２の一部を露出させる。図１に示すように、第１絶縁層３８の第１サブ開口４２と第２絶縁層４０の第３サブ開口４６とにより、絶縁層２０の第１開口３４が構成され、第１絶縁層３８の第２サブ開口４４と第２絶縁層４０の第４サブ開口４８とにより、絶縁層２０の第２開口３６が構成される。例えば、本実施形態において、第１絶縁層３８と第２絶縁層４０とは異なる材料を含んでいる。第１絶縁層３８に含まれる固定酸化電荷（固定酸化層電荷または酸化層固定電荷とも呼ばれ、ｆｉｘｅｄ  ｏｘｉｄｅ  ｃｈａｒｇｅ）の極性は、第２絶縁層４０に含まれる固定酸化電荷の極性と逆であることが好ましい。また、第１絶縁層３８の固定酸化電荷の極性は、ドープトポリシリコン層１６のドーピング極性と逆であり、第２絶縁層４０の固定酸化電荷の極性は、ドーピング領域３２のドーピング極性と逆であることが好ましい。これにより、第１絶縁層３８及び第２絶縁層４０によって、ドープトポリシリコン層１６及びドーピング領域３２における少数キャリアは電界効果パッシベーション（ｆｉｅｌｄ  ｅｆｆｅｃｔ  ｐａｓｓｉｖａｔｉｏｎ）効果を有することになり、少数キャリアの再結合を回避することができるが、これに限定されない。本実施形態において、第１絶縁層３８及び第２絶縁層４０の材料を選択することで第１絶縁層３８及び第２絶縁層４０の固定酸化電荷の極性を決定してもよい。例えば、第１絶縁層３８または第２絶縁層４０の一方に正の固定酸化電荷（ｐｏｓｉｔｉｖｅ  ｆｉｘｅｄ  ｏｘｉｄｅ  ｃｈａｒｇｅ）を持たせようとする場合、酸化シリコン（ＳｉＯｘ）、窒化シリコン（ＳｉＮｘ）、酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ）、酸化イットリウム（ＹＯｘ）、他の適切な材料、または上記の少なくとも２種類の材料の組合せを用いて第１絶縁層３８または第２絶縁層４０の一方を製造し、また、第１絶縁層３８または第２絶縁層４０の他方に負の固定酸化電荷（ｎｅｇａｔｉｖｅ  ｆｉｘｅｄ  ｏｘｉｄｅ  ｃｈａｒｇｅ）を持たせようとする場合、アルミナ（ＡｌＯｘ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮｘ）、酸窒化アルミニウム（ａｌｕｍｉｎｕｍ  ｏｘｙｎｉｔｒｉｄｅ,ＡｌＯＮ）、フッ化アルミニウム（ａｌｕｍｉｎｕｍ  ｆｌｕｏｒｉｄｅ,ＡｌＦｘ）、酸化ハフニウム（ｈａｆｎｉｕｍ  ｏｘｉｄｅ,ＨｆＯｘ）、窒素ドープ酸化ハフニウム（ｎｉｔｒｏｇｅｎ−ｄｏｐｅｄ  ＨｆＯｘ）、他の適切��材料、または上記の少なくとも２種類の材料の組合せを用いて第１絶縁層３８または第２絶縁層４０の他方を製造してもよいが、これに限定されない。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
以下、一例として、本実施形態の半導体基体１２、ドーピング層１４、ドープトポリシリコン層１６及びドーピング領域３２のそれぞれのドーピングタイプの極性と、第１絶縁層３８及び第２絶縁層４０の固定酸化電荷の極性とを説明する。例えば、本発明の好適な実施形態においては、半導体基体１２がＮ型ドープ、ドーピング層１４がＮ＋型ドープ、ドープトポリシリコン層１６がＰ＋型ドープ、ドーピング領域３２がＮ＋型ドープである（後述する本発明の第１実施形態に係る太陽電池１０の製造方法では、図１に示す構造を例として説明する）。第１絶縁層３８及び第２絶縁層４０による電界効果パッシベーション効果が得られるために、第１絶縁層３８は、ドープトポリシリコン層１６のドーピングタイプに合わせて負の固定酸化電荷を含み、第２絶縁層４０は、ドーピング領域３２のドーピングタイプに合わせて正の固定酸化電荷を含むようになる。好適な実施形態において、太陽電池１０は酸化層１８をさらに選択的に含むことが可能である。酸化層１８は、半導体基体１２の第２表面１２ｂの第１領域２６内に設置され、半導体基体１２の第１領域２６及びドープトポリシリコン層１６と半導体基体１２との間に位置し、トンネル酸化層（ｔｕｎｎｅｌ  ｏｘｉｄｅ  ｌａｙｅｒ）として用いられる。一般的に、酸化層１８の厚さを非常に薄くすることにより、電子が酸化層１８を直接に通過する確率が高くなって、光電変換効率を向上させることができる。酸化層１８の厚さは、約５〜２０オングストローム（Ａｎｇｓｔｒｏｍｓ，Ａ）であってもよい。一部の実施形態において、酸化層１８の厚さは、約１０オングストロームである。酸化層１８の厚さは、約１５オングストロームであることが好ましい。Ｐ＋型ドープのドープトポリシリコン層１６、トンネル酸化層１８及びＮ型ドープの半導体基体１２によってヘテロ接合（ｈｅｔｅｒｏｊｕｎｃｔｉｏｎ）に類似する構造が構成されて、飽和電流を大幅に低下させるため、光電変換効率を効果的に向上させることができる。また、ドーピング層１４及びドーピング領域３２のドーピングタイプの極性が半導体基体１２の極性と同じであるため、ドーピング層１４を表面電界（ｆｒｏｎｔ  ｓｉｄｅ  ｆｉｅｌｄ，ＦＳＦ）素子とし、ドーピング領域３２を裏面電界（ｂａｃｋ  ｓｉｄｅ  ｆｉｅｌｄ，ＢＳＦ）素子とし、Ｐ＋型ドープのドープトポリシリコン層１６を太陽電池１０のエミッタ（ｅｍｉｔｔｅｒ）とすることができる。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
本発明の他の好適な実施形態においては、半導体基体１２がＰ型ドープ、ドーピング層１４がＰ＋型ドープ、ドープトポリシリコン層１６がＮ＋型ドープ、ドーピング領域３２がＰ＋型ドープであり、さらに、第１絶縁層３８が正の固定酸化電荷を含み、第２絶縁層４０が負の固定酸化電荷を含んでいる。この場合、ドープトポリシリコン層１６を太陽電池１０のエミッタ（ｅｍｉｔｔｅｒ）とし、且つ、半導体基体１２とドープトポリシリコン層１６との間にはＰＮ接合面を有するため、上記の実施形態と同様に、太陽電池１０は優れた光電変換効率を得られる。また、他の実施形態においては、半導体基体１２がＮ型ドープ、ドーピング層１４がＮ＋型ドープ、ドープトポリシリコン層１６がＮ＋型ドープ、ドーピング領域３２がＰ＋型ドープであり、さらに、第１絶縁層３８が正の固定酸化電荷を含み、第２絶縁層４０が負の固定酸化電荷を含むように設計されてもよい。この場合、ドープトポリシリコン層１６を裏面電界（ＢＳＦ）素子とし、ドーピング領域３２を太陽電池１０のエミッタ（ｅｍｉｔｔｅｒ）とし、ドーピング層１４を表面電界（ＦＳＦ）とすることになる。また、別の実施形態においては、半導体基体１２がＰ型ドープ、ドーピング層１４がＰ＋型ドープ、ドープトポリシリコン層１６がＰ＋型ドープ、ドーピング領域３２がＮ＋型ドープであり、さらに、第１絶縁層３８が負の固定酸化電荷を含み、第２絶縁層４０が正の固定酸化電荷を含むように設計されてもよい。この場合、ドープトポリシリコン層１６を裏面電界（ＢＳＦ）素子とし、ドーピング領域３２を太陽電池１０のエミッタ（ｅｍｉｔｔｅｒ）とし、ドーピング層１４を表面電界（ＦＳＦ）素子とすることになる。しかし、本発明の各ドープ素子のドーピングタイプと、第１絶縁層３８及び第２絶縁層４０の固定酸化電荷の極性との対応関係は、上述した実施形態に限定されない。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２１】
次に、図４に示すように、スクリーン印刷マスク５０またはレジストマスクによって露出される、一部の第１絶縁層３８、一部のドープトポリシリコン層１６及び一部の酸化層１８を除去する。この除去方法としては、ウェットエッチング工程またはドライエッチング工程が挙げられるが、ウェットエッチング工程が好ましく、例えば、フッ化水素酸（ＨＦ）と硝酸（ＨＮＯ３）との混合液で除去する。また、この除去工程は、１回で完成されてもよいし、複数回に分けて完成されてもよく、例えば、異なるエッチング工程において、一部の第１絶縁層３８、一部のドープトポリシリコン層１６及び一部の酸化層１８を順次に除去してもよいが、これに限定されない。第１絶縁層３８、ドープトポリシリコン層１６及び酸化層１８をパターン形成する工程は、レーザで完成されてもよいが、これに限定されない。そのため、残りの第１絶縁層３８、ドープトポリシリコン層１６及び酸化層１８は、半導体基体１２の第２表面１２ｂの第１領域２６内に位置して、半導体基体１２の第２表面１２ｂの第２領域２８を露出させる。なお、第２表面１２ｂの第２領域２８は、複数のドット状（ｄｏｔ）のパターン、ストリップ状（ｓｔｒｉｐ）のパターン、または他の適切なパターンを有してもよい。図４によれば、このパターン形成工程の後、残りの酸化層１８は、半導体基体１２の第２表面１２ｂの第１領域２６とドープトポリシリコン層１６との間に位置することがわかる。特に、露出された酸化層１８を除去した後、第２表面１２ｂの第２領域２８の表面に露出される一部の半導体基体１２を続けて除去して、第２領域２８における半導体基体１２内に凹溝を形成させてもよい。凹溝の深さ範囲は、約０〜１０μｍであるが、これに限定されない。本実施例においては、深さが０μｍの凹溝を一例として説明し、すなわち、半導体基体１２内に凹溝を格別に形成することなく、第２領域２８における酸化層１８を除去するとパターン形成工程を停止させる。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２２】
次に、図５に示すように、スクリーン印刷マスク５０を除去した後、露出された半導体基体１２の第２表面１２ｂの第２領域２８内にドーピング領域３２を形成する。本実施形態のドーピング領域３２は、第１ドーピングタイプ、例えば、Ｎ＋型ドープであって、その極性がドープトポリシリコン層１６のドープ極性と逆である。ドーピング領域３２の形成方法としては、例えば、第１絶縁層３８が第２サブ開口４４を有して第２表面１２ｂの第２領域２８を露出させるため、第１絶縁層３８をイオン注入マスクとして、まず、半導体基体１２の第２表面１２ｂにイオンを注入し、次に、焼き戻し法や熱拡散法を利用してドーピング領域３２を形成したり、または、熱拡散法を直接に利用してドーパントを第２領域２８における半導体基体１２内に拡散させたり、イオンシャワードーピング法（ｉｏｎ  ｓｈｏｗｅｒ  ｄｏｐｉｎｇ）を直接に利用してドーパントを第２領域２８における半導体基体１２内に進入させたりしてもよいが、これらに限定されない。なお、Ｎ＋型ドーパントは、例えば、リン、ヒ素、アンチモンまたはこれらの化合物であってもよいが、これらに限定されない。例えば、ドーピング領域３２の深さは、約０．５〜１μｍであり、ドーピング濃度は、１０１９〜１０２１ａｔｏｍ／ｃｍ２であるが、これらに限定されない。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２３】
次に、図６に示すように、半導体基体１２の第２表面１２ｂの一方側には、第１絶縁層３８及びドーピング領域３２を覆う第２絶縁層４０を全面的に形成する。第２絶縁層４０により、ドーピング領域３２における少数キャリアが電界効果パッシベーション効果を得るために、本実施形態の第２絶縁層４０に用いられる固定酸化電荷の極性は、ドープトポリシリコン層１６の極性及びドーピング領域３２の極性に合わせる必要がある。例えば、ドープトポリシリコン層１６がＰ＋型ドープ、ドーピング領域３２がＮ＋型ドープであって、且つ、第１絶縁層３８が負の固定酸化電荷の材料を用いることを一例とする場合、第２絶縁層４０は、正の固定酸化電荷を含むことが好ましく、第２絶縁層４０の材料は、上述した材料、例えば、酸化シリコンまたは窒化シリコンを用いてもよいが、これらに限定されない。ドープトポリシリコン層１６がＮ＋型ドープ、ドーピング領域３２がＰ＋型ドープであって、且つ、第１絶縁層３８が正の固定酸化電荷の材料を用いることを一例とする場合、第２絶縁層４０は、負の固定酸化電荷を含むことが好ましく、第２絶縁層４０の材料は、上述した材料、例えば、アルミナを用いてもよいが、これに限定されない。第２絶縁層４０の厚さ範囲は、約２０〜４００ｎｍであってもよいが、これに限定されない。次に、第２絶縁層４０及び第１絶縁層３８をパターン形成し、第２絶縁層４０の一部及び第１絶縁層３８の一部を除去することにより、第１絶縁層３８が第１サブ開口４２をさらに有し、第２絶縁層４０が第３サブ開口４６及び第４サブ開口４８を有して、ドープトポリシリコン層１６の一部及びドーピング領域３２の一部を露出させる。このパターン形成工程としては、まず、スクリーン印刷マスクを用いて第２絶縁層４０において第３サブ開口４６及び第４サブ開口４８の位置を区画し、次に、エッチング法で第２絶縁層４０の一部及び第１絶縁層３８の一部を複数回に分けて除去するか、または順次に除去する方法が挙げられる。他の実施形態においては、フォトリソグラフィエッチング技術（レジストマスクとも呼ばれる）を用いてパターン形成を行ってもよいが、これに限定されない。図６に示すように、第３サブ開口４６が第１サブ開口４２に対応して、両者によって絶縁層２０の第１開口３４が構成され、これにより、ドープトポリシリコン層１６の一部を露出させる。一方、第４サブ開口４８が第２サブ開口４４に対応して、両者によって絶縁層２０の第２開口３６が構成され、これにより、ドーピング領域３２の一部を露出させる。他の実施形態においては、第１絶縁層３８内に第１サブ開口４２を形成してから第２絶縁層４０を形成し、それから、第２絶縁層４０をパターン形成することで第２絶縁層４０内に第３サブ開口４６及び第４サブ開口４８を形成してもよい。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３４】
特に、本発明の第３実施形態乃至第４実施形態に係る太陽電池における各ドープ素子のドーピングタイプと、第１絶縁層及び第２絶縁層の固定酸化電荷との対応関係は、一種類に限定されず、第１実施形態の太陽電池に関する説明を参照すれば、複数の対応関係を含むことがわかる。半導体基体とドーピング層とは同じドーピングタイプを有し、ドープトポリシリコン層またはドーピング領域の一方のドーピングタイプの極性は半導体基体のドーピングタイプの極性と同じであり、その他方は逆のドーピングタイプの極性を有することが好ましい。また、ドープトポリシリコン層のドーピングタイプの極性は、半導体基体のドーピングタイプの極性と逆であり、且つ、第１絶縁層に含まれる固定酸化電荷の極性は、ドープトポリシリコン層のドーピングタイプの極性と逆であり、第２絶縁層に含まれる固定酸化電荷の極性は、ドーピング領域のドーピングタイプの極性と逆であり、さらに、このような極性の対応関係に応じて異なる材料で第１絶縁層及び第２絶縁層を製造することが好ましいが、これに限定されない。絶縁層が一層しかない場合、必要に応じて、絶縁層が持つ固定酸化電荷の極性を、電界効果パッシベーション効果を供給しようとするドープ素子の極性と逆にするように設計してもよいが、これに限定されない。ドーピングタイプに用いるドーパント、絶縁層の材料、及び太陽電池の表面側、裏面側の素子の製造順番については、第１実施形態の関連説明を参照する。
【手続補正１２】
【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】
１０ 太陽電池 
１２ 半導体基体 
１２ａ 第１表面 
１２ｂ 第２表面 
１２ｃ 粗面化構造 
１４ ドーピング層 
１６ ドープトポリシリコン層 
１８ 酸化層（トンネル酸化層） 
２０ 絶縁層 
２２ 第１電極 
２４ 第２電極 
２６ 第１領域 
２８ 第２領域 
３０ 反射防止層 
３２ ドーピング領域 
３４ 第１開口 
３６ 第２開口 
３８ 第１絶縁層 
４０ 第２絶縁層 
４２ 第１サブ開口 
４４ 第２サブ開口 
４６ 第３サブ開口 
４８ 第４サブ開口 
５０ スクリーン印刷マスク 
５２ 金属層 
５４ 凹溝 
５６ アモルファスシリコン層（真性アモルファスシリコン層） 
５８ ドープトアモルファスシリコン層 
【国際調査報告】
2015531550.tif 000017
2015531550.tif 000018
2015531550.tif 000019
2015531550.tif 000020
2015531550.tif 000021
2015531550.tif 000022