(57)【要約】  本発明に係る太陽電池は、導電型結晶シリコン基板１１と、導電型結晶シリコン基板１１の一方の主面上に配置された第１導電型シリコン系層１２及び第２導電型シリコン系層１３とを備え、第１導電型シリコン系層１２と第２導電型シリコン系層１３とは、電気的に絶縁され、第２導電型シリコン系層１３は、第１部分１３ａと第２部分１３ｂとを含み、第１部分１３ａは、第１の真性シリコン系層１４及び第１導電型シリコン系層１２を介して導電型結晶シリコン基板１１に対向し、第２部分１３ｂは、第２の真性シリコン系層１５を介して導電型結晶シリコン基板１１に対向し、第１の真性シリコン系層１４の厚さは、第２の真性シリコン系層１５の厚さより厚い。
2017203751.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電型結晶シリコン基板と、前記導電型結晶シリコン基板の一方の主面上に配置された第１導電型シリコン系層及び第２導電型シリコン系層とを含む太陽電池であって、
前記第１導電型シリコン系層と前記第２導電型シリコン系層とは、電気的に絶縁され、
前記第２導電型シリコン系層は、第１部分と第２部分とを含み、
前記第２導電型シリコン系層の第１部分は、第１の真性シリコン系層及び前記第１導電型シリコン系層を介して前記導電型結晶シリコン基板に対向し、
前記第２導電型シリコン系層の第２部分は、第２の真性シリコン系層を介して前記導電型結晶シリコン基板に対向し、
前記第１の真性シリコン系層の厚さは、前記第２の真性シリコン系層の厚さより厚いことを特徴とする太陽電池。
【請求項２】
前記第１の真性シリコン系層と前記第１導電型シリコン系層との間に絶縁層を更に含む請求項１に記載の太陽電池。
【請求項３】
前記第１の真性シリコン系層は、前記絶縁層に接する第１真性シリコン系下層と、前記第２導電型シリコン系層に接する第１真性シリコン系上層とからなる請求項２に記載の太陽電池。
【請求項４】
前記第１導電型シリコン系層が、第１導電型アモルファスシリコン層であり、前記第２導電型シリコン系層が、第２導電型アモルファスシリコン層である請求項１〜３のいずれか１項に記載の太陽電池。
【請求項５】
前記第１の真性シリコン系層が、第１の真性アモルファスシリコン層であり、前記第２の真性シリコン系層が、第２の真性アモルファスシリコン層である請求項１〜４のいずれか１項に記載の太陽電池。
【請求項６】
前記導電型結晶シリコン基板が、導電型単結晶シリコン基板又は導電型多結晶シリコン基板である請求項１〜５のいずれか１項に記載の太陽電池。
【請求項７】
前記第１導電型シリコン系層と前記導電型結晶シリコン基板との間に第３の真性シリコン系層を更に含む請求項１〜６のいずれか１項に記載の太陽電池。
【請求項８】
前記第３の真性シリコン系層が、第３の真性アモルファスシリコン層である請求項７に記載の太陽電池。
【請求項９】
前記第１導電型シリコン系層に接続された第１電極と、前記第２導電型シリコン系層に接続された第２電極とを更に含む請求項１〜８のいずれか１項に記載の太陽電池。
【請求項１０】
前記第１電極は、前記第１導電型シリコン系層に接する第１下層電極と、前記第１下層電極の上に配置された第１上層電極とからなり、前記第２電極は、前記第２導電型シリコン系層に接する第２下層電極と、前記第２下層電極の上に配置された第２上層電極とからなる請求項９に記載の太陽電池。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか１項に記載の太陽電池を複数含むことを特徴とする太陽電池パネル。
【請求項１２】
請求項１〜１０のいずれか１項に記載の太陽電池の製造方法であって、
導電型結晶シリコン基板の一方の主面上に、第１導電型シリコン系層を製膜する第１工程と、
製膜した前記第１導電型シリコン系層の上に真性シリコン系層Ａを製膜する第２工程と、
製膜した前記真性シリコン系層Ａの上にレジスト膜を製膜する第３工程と、
製膜した前記レジスト膜の一部を除去する第４工程と、
残った前記レジスト膜をマスクとして、前記真性シリコン系層Ａ及び前記第１導電型シリコン系層をパターニングする第５工程とを含むことを特徴とする太陽電池の製造方法。
【請求項１３】
前記第２工程において、製膜した前記第１導電型シリコン系層の上に絶縁層を形成した後に、前記絶縁層の上に真性シリコン系層Ａを製膜し、前記第５工程において、残った前記レジスト膜をマスクとして、前記真性シリコン系層Ａ、前記絶縁層及び前記第１導電型シリコン系層をパターニングする請求項１２に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項１４】
前記第１工程において、導電型結晶シリコン基板の一方の主面上に、真性シリコン系層Ｂを製膜した後に、前記真性シリコン系層Ｂの上に第１導電型シリコン系層を製膜し、前記第５工程において、残った前記レジスト膜をマスクとして、前記真性シリコン系層Ａ、前記第１導電型シリコン系層及び前記真性シリコン系層Ｂをパターニングするする請求項１２に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項１５】
前記第１工程において、導電型結晶シリコン基板の一方の主面上に、真性シリコン系層Ｂを製膜した後に、前記真性シリコン系層Ｂの上に第１導電型シリコン系層を製膜し、前記第２工程において、製膜した前記第１導電型シリコン系層の上に絶縁層を形成した後に、前記絶縁層の上に真性シリコン系層Ａを製膜し、前記第５工程において、残った前記レジスト膜をマスクとして、前記真性シリコン系層Ａ、前記絶縁層、前記第１導電型シリコン系層及び前記真性シリコン系層Ｂをパターニングするする請求項１２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、開放電圧及び曲率因子を改善した太陽電池及びその製造方法、並びにその太陽電池を備えた太陽電池パネルに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
結晶シリコン基板を用いた結晶シリコン系太陽電池は、光電変換効率が高く、既に太陽光発電システムとして広く実用化されている。そして、実用化されている多くの結晶シリコン系太陽電池は、効率の良い電流の取り出しのため、太陽光を受光する受光面側及び受光面側とは反対面側の裏面側にそれぞれ電極を形成した両面電極型の太陽電池である。より具体的には、両面電極型の太陽電池は、結晶シリコン基板の両面にそれぞれＰＮ極を備え、受光面から太陽光を取り込み、内部で電子正孔対を生じさせ、両面の電極を通じて電流を取り出している。【０００３】
しかし、この両面電極型の太陽電池では、効率良く電流を取り出すために、受光面側にも電極が形成されているため、受光面側の電極が太陽光を遮断し、光電変換効率が低下する問題がある。このため、結晶シリコン基板の裏面側にｐ型半導体層及びｎ型半導体層を形成し、これらの半導体層の上に電極を形成した裏面電極型の太陽電池が提案されている。この裏面電極型の太陽電池では、受光面側に電極を形成する必要がないため、太陽光の受光率を高め、より高い光電変換効率を実現することができる。【０００４】
ところで、裏面電極型の太陽電池では、結晶シリコン基板の裏面側にｐ型半導体層及びｎ型半導体層を形成する必要がある。このため、結晶シリコン基板の裏面側にｐ型半導体層及びｎ型半導体層をどのように形成するかが問題となる。【０００５】
例えば、特許文献１では、半導体基板の上に、真性半導体層と、第１導電型半導体層と、絶縁層とをこの順に製膜した後、絶縁層の一部をエッチングにより除去し、残った絶縁層をマスクとして、第１導電型半導体層と真性半導体層とをエッチングにより除去して、結晶シリコン基板の一部を露出させている（特許文献１の図４〜図７）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１２−２８７１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、特許文献１に記載のように、半導体基板の上に、第１導電型半導体層としてｐ型シリコン系層を製膜し、その上に絶縁層として酸化シリコン層を形成して、ｐ型シリコン系層をエッチングによりパターニングしたところ、ｐ型シリコン系層のパターニング精度が必ずしも高くなく、ｐ型シリコン系層がパターニングにより広く除去され、半導体基板が予定領域を超えて露出し、太陽電池の開放電圧及び曲率因子が低下することが判明した。また、上記方法では、絶縁層にピンホールが存在する場合、そのピンホールを途中で除去できないため、そのピンホールを介したリーク電流により、太陽電池の曲率因子が低下することも判明した。【０００８】
本発明は、上記問題を解決したもので、開放電圧及び曲率因子を改善した太陽電池及びその製造方法、並びにその太陽電池を備えた太陽電池パネルを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の太陽電池は、導電型結晶シリコン基板と、前記導電型結晶シリコン基板の一方の主面上に配置された第１導電型シリコン系層及び第２導電型シリコン系層とを含む太陽電池であって、前記第１導電型シリコン系層と前記第２導電型シリコン系層とは、電気的に絶縁され、前記第２導電型シリコン系層は、第１部分と第２部分とを含み、前記第２導電型シリコン系層の第１部分は、第１の真性シリコン系層及び前記第１導電型シリコン系層を介して前記導電型結晶シリコン基板に対向し、前記第２導電型シリコン系層の第２部分は、第２の真性シリコン系層を介して前記導電型結晶シリコン基板に対向し、前記第１の真性シリコン系層の厚さは、前記第２の真性シリコン系層の厚さより厚いことを特徴とする。【００１０】
本発明の太陽電池パネルは、上記本発明の太陽電池を複数含むことを特徴とする。【００１１】
本発明の太陽電池の製造方法は、導電型結晶シリコン基板の一方の主面上に、第１導電型シリコン系層を製膜する第１工程と、製膜した前記第１導電型シリコン系層の上に真性シリコン系層Ａを製膜する第２工程と、製膜した前記真性シリコン系層Ａの上にレジスト膜を製膜する第３工程と、製膜した前記レジスト膜の一部を除去する第４工程と、残った前記レジスト膜をマスクとして、前記真性シリコン系層Ａ及び前記第１導電型シリコン系層をパターニングする第５工程とを含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、開放電圧及び曲率因子を改善した太陽電池及び太陽電池パネルを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、太陽電池セルの一例を示す模式平面図である。
【図２】図２は、図１のＩ−Ｉ線の要部模式断面図である。
【図３】図３（図３Ａ〜図３Ｉ）は、太陽電池の製造工程の一例を示す要部模式断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
（太陽電池及び太陽電池パネルの実施形態）
先ず、本発明の太陽電池の実施形態について説明する。本実施形態の太陽電池は、導電型結晶シリコン基板と、上記導電型結晶シリコン基板の一方の主面上に配置された第１導電型シリコン系層及び第２導電型シリコン系層とを備えている。また、上記第１導電型シリコン系層と上記第２導電型シリコン系層とは、電気的に絶縁され、上記第２導電型シリコン系層は、第１部分と第２部分とを含み、上記第２導電型シリコン系層の第１部分は、第１の真性シリコン系層及び上記第１導電型シリコン系層を介して上記導電型結晶シリコン基板に対向し、上記第２導電型シリコン系層の第２部分は、第２の真性シリコン系層を介して上記導電型結晶シリコン基板に対向し、上記第１の真性シリコン系層の厚さは、上記第２の真性シリコン系層の厚さより厚く設定されている。
【００１５】
本実施形態の太陽電池は、上記第１の真性シリコン系層の厚さが、上記第２の真性シリコン系層の厚さより厚いため、後述する本発明の太陽電池の製造方法の実施形態の説明で詳述するように、第１導電型シリコン系層のパターニングの精度が向上し、従来の裏面電極型の太陽電池に比べて、開放電圧及び曲率因子を改善することができる。
【００１６】
また、本実施形態の太陽電池は、上記第１の真性シリコン系層と上記第１導電型シリコン系層との間に絶縁層を備えていることが好ましい。これにより、第１導電型シリコン系層及び第２導電型シリコン系層の間の絶縁性を向上できる。更に、上記第１の真性シリコン系層は、上記絶縁層に接する第１真性シリコン系下層と、上記第２導電型シリコン系層に接する第１真性シリコン系上層とからなることが好ましい。これにより、上記絶縁層にピンホールが存在する場合であっても、太陽電池の製造工程において上記第１真性シリコン系下層がそのピンホールを埋めることができ、ピンホールを介したリーク電流による太陽電池の曲率因子の低下を抑制できる。
【００１７】
本実施形態の太陽電池では、上記第１導電型シリコン系層を第１導電型アモルファスシリコン層とし、上記第２導電型シリコン系層を第２導電型アモルファスシリコン層とすることが好ましい。これにより、上記第１導電型シリコン系層及び上記第２導電型シリコン系層と、他の層又は基板との接合面におけるクラックの発生を抑制でき、太陽電池の光電変換効率を向上できる。
【００１８】
本実施形態の太陽電池では、上記第１の真性シリコン系層を第１の真性アモルファスシリコン層とし、上記第２の真性シリコン系層を第２の真性アモルファスシリコン層とすることが好ましい。これにより、通常の半導体の製造方法により太陽電池を製造することができる。
【００１９】
上記導電型結晶シリコン基板としては、導電型単結晶シリコン基板又は導電型多結晶シリコン基板を用いることができ、導電型単結晶シリコン基板を用いるとより高い光電変換効率を実現でき、導電型多結晶シリコン基板を用いるとより安価に太陽電池を製造できる。
【００２０】
上記第１導電型シリコン系層と上記導電型結晶シリコン基板との間に第３の真性シリコン系層を備えることが好ましい。通常、上記導電型結晶シリコン基板の表面は、その表面での太陽光の反射率を低減するために、テクスチャ構造を有しているが、上記第１導電型シリコン系層と上記導電型結晶シリコン基板との間に第３の真性シリコン系層を設けることにより、上記第１導電型シリコン系層と上記導電型結晶シリコン基板と接合が強固となる。
【００２１】
また、上記第３の真性シリコン系層は、第３の真性アモルファスシリコン層であることが好ましい。これにより、通常の半導体の製造方法により太陽電池を製造することができる。
【００２２】
本実施形態の太陽電池は、上記第１導電型シリコン系層に接続された第１電極と、上記第２導電型シリコン系層に接続された第２電極とを備えることにより、太陽電池から電流を取り出すことができる。また、上記第１電極は、上記第１導電型シリコン系層に接する第１下層電極と、上記第１下層電極の上に配置された第１上層電極とから形成し、上記第２電極は、上記第２導電型シリコン系層に接する第２下層電極と、上記第２下層電極の上に配置された第２上層電極とから形成することができる。
【００２３】
次に、本発明の太陽電池パネルの実施形態について説明する。本実施形態の太陽電池パネルは、上記実施形態の太陽電池を複数備えている。即ち、本実施形態の太陽電池パネルは、導電型結晶シリコン基板と、上記導電型結晶シリコン基板の一方の主面上に配置された第１導電型シリコン系層及び第２導電型シリコン系層とを備えた太陽電池単セルを複数備えた集合電池である。上記集合電池とすることにより、太陽光の受光面積を大きくでき、太陽光の受光率を高めることができる。また、上記集合電池とすることにより、発電規模に応じて太陽電池パネルの大きさを自由に変更でき、太陽電池の設置スペースを効率的に活用できる。
【００２４】
次に、本実施形態の太陽電池セルを図面に基づき説明する。図１は、本実施形態の太陽電池セルの一例を示す模式平面図であり、図２は、図１のＩ−Ｉ線の要部模式断面図である。
【００２５】
図１及び図２において、本実施形態の太陽電池セル１０は、導電型結晶シリコン基板１１と、導電型結晶シリコン基板１１の一方の主面（裏面）上に配置された第１導電型シリコン系層１２及び第２導電型シリコン系層１３を備えている。第１導電型シリコン系層１２と第２導電型シリコン系層１３とは、電気的に絶縁されている。
【００２６】
また、第２導電型シリコン系層１３は、第１部分１３ａと第２部分１３ｂとを備え、第１部分１３ａは、第１の真性シリコン系層１４、絶縁層１６、第１導電型シリコン系層１２及び第３の真性シリコン系層１７を介して導電型結晶シリコン基板１１に対向し、第２部分１３ｂは、第２の真性シリコン系層１５を介して導電型結晶シリコン基板１１に対向している。更に、第１の真性シリコン系層１４は、絶縁層１６に接する第１真性シリコン系下層１４ａ及び第２導電型シリコン系層１３に接する第１真性シリコン系上層１４ｂからなり、第１の真性シリコン系層１４の厚さは、第２の真性シリコン系層１５の厚さより厚く形成されている。
【００２７】
また、太陽電池セル１０は、第１導電型シリコン系層１２に接続された第１電極１８と、第２導電型シリコン系層１３に接続された第２電極１９とを備えている。また、第１電極１８は、第１導電型シリコン系層１２に接する第１下層電極１８ａと、第１下層電極１８ａの上に配置された第１上層電極１８ｂとから構成され、第２電極１９は、第２導電型シリコン系層１３に接する第２下層電極１９ａと、第２下層電極１９ａの上に配置された第２上層電極１９ｂとか構成されている。
【００２８】
また、太陽電池セル１０は、導電型結晶シリコン基板１１の他方の主面（受光面）上に第４の真性シリコン系層２１と保護層２２とを備えている。太陽電池セル１０は、上記受光面から太陽光２０を受光する構造となっている。太陽電池セル１０では、受光面側に電極が形成されていないため、受光面側で太陽光を遮断するものが無く、光電変換効率が向上する。
【００２９】
導電型結晶シリコン基板１１としては、ｎ型単結晶シリコン基板又はｎ型多結晶シリコン基板を用いることができる。また、第１導電型シリコン系層１２は、ｐ型又はｎ型のアモルファスシリコン層で形成でき、第２導電型シリコン系層１３は、第１導電型シリコン系層１２と異なる導電型のｐ型又はｎ型のアモルファスシリコン層で形成できる。また、第１の真性シリコン系層１４、第２の真性シリコン系層１５、第３の真性シリコン系層１７及び第４の真性シリコン系層２１は、それぞれ真性アモルファスシリコン層で形成できる。また、絶縁層１６及び保護層２２は、酸化シリコン、窒化シリコン、酸窒化シリコン又はそれらの積層物から形成できる。
【００３０】
（太陽電池の製造方法の実施形態）
次に、本発明の太陽電池の製造方法の実施形態について説明する。本実施形態の太陽電池の製造方法は、導電型結晶シリコン基板の一方の主面上に、第１導電型シリコン系層を製膜する第１工程と、製膜した上記第１導電型シリコン系層の上に真性シリコン系層Ａを製膜する第２工程と、製膜した上記真性シリコン系層Ａの上にレジスト膜を製膜する第３工程と、製膜した上記レジスト膜の一部を除去する第４工程と、残った上記レジスト膜をマスクとして、上記真性シリコン系層Ａ及び上記第１導電型シリコン系層をパターニングする第５工程とを備えていることを特徴とする。
【００３１】
本実施形態の太陽電池の製造方法は、製膜した上記第１導電型シリコン系層の上に真性シリコン系層Ａを製膜する第２工程を備えているため、上記第１導電型シリコン系層のパターニングの精度が向上する。これにより、従来の裏面電極型の太陽電池に比べて、開放電圧及び曲率因子を改善することができる。即ち、本実施形態の太陽電池の製造方法では、上記第２工程において、上記第１導電型シリコン系層の上に真性シリコン系層Ａを製膜しているため、上記第４工程において製膜した上記レジスト膜の一部を露光により除去する際に、露光に用いられレジスト膜を通過した紫外光等を上記真性シリコン系層Ａが吸収でき、上記第１導電型シリコン系層の予定外の領域がパターニングされることが抑制され、上記第１導電型シリコン系層のパターニングの精度が向上する。
【００３２】
上記第２工程において、製膜した上記第１導電型シリコン系層の上に絶縁層を形成した後に、上記絶縁層の上に真性シリコン系層Ａを製膜し、上記第５工程において、残った上記レジスト膜をマスクとして、上記真性シリコン系層Ａ、上記絶縁層及び上記第１導電型シリコン系層をパターニングすることが好ましい。これにより、第１導電型シリコン系層及び第２導電型シリコン系層の間の絶縁性を向上できる。また、上記絶縁層の上に真性シリコン系層Ａを製膜することにより、上記絶縁層にピンホールが存在する場合であっても、上記真性シリコン系層Ａがそのピンホールを埋めることができ、ピンホールを介したリーク電流による太陽電池の曲率因子の低下を抑制できる。
【００３３】
上記第１工程において、導電型結晶シリコン基板の一方の主面上に、真性シリコン系層Ｂを製膜した後に、上記真性シリコン系層Ｂの上に第１導電型シリコン系層を製膜し、上記第５工程において、残った上記レジスト膜をマスクとして、上記真性シリコン系層Ａ、上記第１導電型シリコン系層及び上記真性シリコン系層Ｂをパターニングすることが好ましい。通常、上記導電型結晶シリコン基板の表面は、その表面での太陽光の反射率を低減するために、テクスチャ構造を有しているが、上記導電型結晶シリコン基板の上に真性シリコン系層Ｂを設けることにより、上記第１導電型シリコン系層と上記導電型結晶シリコン基板との接合が強固となる。
【００３４】
上記第１工程において、導電型結晶シリコン基板の一方の主面上に、真性シリコン系層Ｂを製膜した後に、上記真性シリコン系層Ｂの上に第１導電型シリコン系層を製膜し、上記第２工程において、製膜した上記第１導電型シリコン系層の上に絶縁層を形成した後に、上記絶縁層の上に真性シリコン系層Ａを製膜し、上記第５工程において、残った上記レジスト膜をマスクとして、上記真性シリコン系層Ａ、上記絶縁層、上記第１導電型シリコン系層及び上記真性シリコン系層Ｂをパターニングすることがより好ましい。
【００３５】
続いて、本実施形態の太陽電池の製造方法を図面に基づき説明する。図３は、本実施形態の太陽電池の製造工程の一例を示す要部模式断面図である。図３では、図２に示した部材に対応する部材には、図２と同様の符号を付している。
【００３６】
先ず、図３Ａに示すように、ｎ型結晶シリコン基板１１の受光面側の主面の略全面に真性シリコン系層２１を形成すると共に、ｎ型結晶シリコン基板１１の裏面側の主面の略全面に真性シリコン系層１７を形成する。真性シリコン系層１７が形成されることで、表面パッシベーション効果が期待できる。ここで、「略全面」とは、主面の９０％以上の領域を意味する。中でも製膜時の放電異常等による基板端部の製膜ムラやピンホール等のような極小面積領域を除いた、ｎ型結晶シリコン基板１１の全面に真性シリコン系層が形成されることが好ましく、９５％以上の領域に形成されることがより好ましく、１００％の領域、即ち全面に形成されることが特に好ましい。また、図３Ａでは図示を省略しているが、光閉じ込め効果による光取り込み効率向上の観点から、ｎ型結晶シリコン基板１１の両主面はテクスチャ構造を備えている。続いて、真性シリコン系層１７を実質的に覆うようにｐ型シリコン系層１２が積層される。
【００３７】
真性シリコン系層２１、真性シリコン系層１７及びｐ型シリコン系層１２は、プラズマＣＶＤ法により形成することが好ましい。上記シリコン系層をプラズマＣＶＤ法によって製膜する場合、製膜条件によって比較的容易に膜質を制御できることから、耐エッチャント性や屈折率を調整することが容易となる。
【００３８】
プラズマＣＶＤ法により上記シリコン系層を形成する条件としては、基板温度：１００〜３００℃、圧力：２０〜２６００Ｐａ、高周波パワー密度：０．００４〜０．８Ｗ／ｃｍ2が好ましく用いられる。また、上記シリコン系層の形成に使用される原料ガスとしては、ＳｉＨ4、Ｓｉ2Ｈ6等のシリコン含有ガス、又はシリコン系ガスとＨ2との混合ガスが好ましく用いられる。
【００３９】
次に、図３Ｂに示すように、真性シリコン系層２１の上に保護層２２を形成すると共に、ｐ型シリコン系層１２の上に絶縁層１６を形成する。保護層２２及び絶縁層１６は、どちらも酸化シリコン、窒化シリコン、酸窒化シリコン又はそれらの積層物から形成することが好ましい。保護層２２及び絶縁層１６もプラズマＣＶＤ法で形成することが好ましい。
【００４０】
続いて、絶縁層１６の上に真性シリコン系層１４ａを形成し、更に真性シリコン系層１４ａの上にフォトレジスト２３を形成する。真性シリコン系層１４ａもプラズマＣＶＤ法で形成することが好ましい。フォトレジスト２３は、ポジ型及びネガ型のいずれも用いることができるが、材料の入手の容易さ及びパターニング精度の高さから、ポジ型のフォトレジストを用いることが好ましい。以下、本実施形態では、ポジ型のフォトレジストを用いた場合について説明する。
【００４１】
次に、図３Ｃに示すように、ｐ型シリコン系層１２のパターン形成用のフォトマスク（図示せず。）を用いて露光し、真性シリコン系層１４ａが一部露出するようにフォトレジスト２３の一部を除去する。
【００４２】
次に、図３Ｄに示すように、フォトレジスト２３をマスクとして、真性シリコン系層１４ａ、絶縁層１６、ｐ型シリコン系層１２及び真性シリコン系層１７の一部をエッチングする。エッチングのためのエッチング液としては、フッ酸を含む酸系の溶液が好ましく用いられる。上記エッチング液は、各層毎に適合したものを適宜選択して用いることができる。
【００４３】
本実施形態の太陽電池の製造方法では、絶縁層１６の上に真性シリコン系層１４ａを形成する工程を備えているため、例えば、ポジ型のフォトレジストを用いた場合、フォトレジスト２３の一部を露光により除去する際に、フォトレジスト２３を通過した紫外光等を真性シリコン系層１４ａが吸収するため、紫外光等が、絶縁層１６や、テクスチャ構造を有するｎ型結晶シリコン基板１１で反射散乱することが抑制でき、この反射散乱した紫外光等によりフォトレジト２３が余分に露光されることを防止できる。このため、設計どおりのパターンでフォトレジスト２３を除去してマスクを形成でき、予定外の領域がエッチングされることが抑制され、ｐ型シリコン系層１２を設計どおりのパターンでエッチグでき、ｐ型シリコン系層１２のパターニングの精度が向上する。
【００４４】
上記のとおり、露光時の紫外光等の反射散乱を抑制できることから、ｎ型結晶シリコン基板１１の両主面にテクスチャ構造を形成でき、これにより光閉じ込め効果が向上し、更にｎ型結晶シリコン基板１１の表面積が増加することで、電極面積を広くできるため、コンタクト抵抗の低減が可能となり、より高効率の太陽電池を作製することができる。
【００４５】
また、真性シリコン系層１４ａは、絶縁層としても機能するため、絶縁層１６にピンホールが存在しても、そのピンホールを真性シリコン系層１４ａが埋めることができ、絶縁性を向上できる。
【００４６】
更に、絶縁層１６の上に形成された真性シリコン系層１４ａの屈折率は、酸化シリコン、窒化シリコン、窒酸化シリコン等により形成される絶縁層１６の屈折率より低いため、この絶縁層１６との屈折率差により真性シリコン系層１４ａは白く見えることなり、パターニング時に絶縁層１６が形成された領域を容易に視認できることから、太陽電池の製造工程の作業性を向上できる。
【００４７】
これに対して従来の太陽電池の製造方法では、真性シリコン系層１４ａを形成する工程を有していなかった。そのため、例えば、ポジ型のフォトレジストを用いた場合、フォトレジストの一部を露光により除去する際に、フォトレジストを通過した紫外光等が、絶縁層や、テクスチャ構造を有するｎ型結晶シリコン基板で反射散乱することにより、この反射散乱した紫外光等により設計よりも広い範囲でフォトレジストが露光されてしまうことになる。このため、設計どおりのパターンでフォトレジストを除去してマスクを形成できず、予定外の領域がエッチングされることになり、太陽電池の性能低下を招くことになる。この問題を解決するために、マスクの設計に予めマージンを設けることも考えられるが、反射散乱した紫外光等によるフォトレジストの露光領域の広がり幅は制御困難であり、そのためにマージンを広く取る必要があり、マージンを取った部分は最終的に絶縁領域となるため、発電に寄与しない領域を広げることとなり、これも太陽電池の性能低下を招くことになる。
【００４８】
以上から、本実施形態の太陽電池の製造方法では、絶縁層１６の上に真性シリコン系層１４ａを形成する工程を備えるものである。真性シリコン系層１４ａの厚さは、上記した紫外光等を吸収できれば特に限定されないが、ｎ型結晶シリコン基板１１に垂直な方向に対して５〜２０ｎｍが好ましく、最終的に真性シリコン系層１４ａを絶縁層として機能させるために１２〜２０ｎｍがより好ましい。
【００４９】
次に、図３Ｅに示すように、フォトレジストを剥離する。以上の工程より、ｐ型シリコン系層１２が形成されたｐ型シリコン系層形成領域と、ｐ型シリコン系層がエッチングされてｎ型結晶シリコン基板１１が露出されたｐ型シリコン系層非形成領域とが形成される。
【００５０】
次に、図３Ｆに示すように、上記ｐ型シリコン系層形成領域と、上記ｐ型シリコン系層非形成領域とを実質的に覆うように、真性シリコン系層１５を形成し、更に真性シリコン系層１５を実質的に覆うようにｎ型シリコン系層１３を形成する。真性シリコン系層１５及びｎ型シリコン系層１３は、プラズマＣＶＤ法により形成することが好ましい。図３Ｆにおいては、ｐ型シリコン系層形成領域には、真性シリコン系層１７、ｐ型シリコン系層１２、絶縁層１６及び真性シリコン系層１４ａが形成されている。ここで、真性シリコン系層１５及びｎ型シリコン系層１３の形成工程の前に、基板の洗浄を行うことが好ましく、フッ酸水溶液による洗浄を行うことがより好ましい。
【００５１】
次に、図３Ｇに示すように、絶縁層１６の上のｎ型シリコン系層１３、真性シリコン系層１５及び真性シリコン系層１４ａの一部をエッチングによって除去し、絶縁層１６の表面を露出させる。図３Ｇに示すように、絶縁層１６の一部の上には、ｎ型シリコン系層１３、真性シリコン系層１４ｂ（１５）及び真性シリコン系層１４ａが形成されている。また、ｎ型シリコン系層１３は、第１部分１３ａと第２部分１３ｂとを備え、第１部分１３ａの一部は、真性シリコン系層１４ｂ、真性シリコン系層１４ａ、絶縁層１６、ｐ型シリコン系層１２及び真性シリコン系層１７を介してｎ型結晶シリコン基板１１と対向し、第２部分１３ｂは、真性シリコン系層１５を介してｎ型結晶シリコン基板１１と対向している。
【００５２】
次に、図３Ｈに示すように、露出した領域の絶縁層１６をエッチングにより除去する。最後に、図３Ｉに示すように、ｐ型シリコン系層１２の上に第１電極１８を形成し、ｎ型シリコン系層１３の上に第２電極１９を形成する。第１電極１８は、第１下層電極１８ａ及び第１上層電極１８ｂから形成され、第２電極１９は、第２下層電極１９ａ及び第２上層電極１９ｂから形成されている。第１下層電極１８ａ及び第２下層電極１９ａの形成方法は特に限定されないが、例えば、スパッタリング法等の物理気相堆積法や、有機金属化合物と酸素又は水との反応を利用した化学気相堆積法等を用いることができる。また、第１上層電極１８ｂ及び第２上層電極１９ｂの形成方法も特に限定されないが、例えば、導電性ペーストを印刷法等により塗布することにより形成できる。
【００５３】
以上の工程により、本実施形態の裏面電極型の太陽電池セルが完成する。本実施形態の太陽電池セルでは、図３Ｉに示すように、真性シリコン系層１４ａと真性シリコン系層１４ｂとからなる層の厚さは、真性シリコン系層１５の厚さより厚く構成されている。
【実施例】
【００５４】
以下、実施例に基づいて本発明を詳細に説明する。但し、下記実施例は、本発明を制限するものではない。【００５５】
（実施例１）
下記のとおり、図２に示す裏面電極型太陽電池を、図３に示す工程により作製した。【００５６】
先ず、入射面方位が（１００）で、厚みが２００μｍのｎ型単結晶シリコン基板１１を準備し、この基板を２質量％のフッ酸水溶液に３分間浸漬し、表面の酸化シリコン膜を除去した後、超純水による洗浄を２回行った。この基板を、７０℃に保持された５質量％ＫＯＨ／１５質量％イソプロピルアルコールの混合水溶液に１５分間浸漬し、基板の表面をエッチングすることで、基板の表面にテクスチャを形成した。その後、超純水による洗浄を２回行った。この段階で、パシフィックナノテクノロジー社製の原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）により、ｎ型単結晶シリコン基板の表面観察を行ったところ、基板の表面はエッチングが最も進行しており、（１１１）面が露出したピラミッド型のテクスチャが形成されていることを確認した。【００５７】
次に、エッチング後の基板をＣＶＤ装置へ導入し、ｎ型単結晶シリコン基板１１の受光面（第二主面）側に真性シリコン系層２１として真性アモルファスシリコンを１０ｎｍの膜厚で製膜した。真性アモルファスシリコンの製膜条件は、基板温度：１５０℃、圧力：１２０Ｐａ、ＳｉＨ4／Ｈ2流量比：３／１０、投入パワー密度：０．０１１Ｗ／ｃｍ2であった。本実施例における薄膜の膜厚は、ガラス基板上に同条件にて製膜された薄膜の膜厚を、分光エリプソメトリー（商品名：Ｍ２０００、ジェー・エー・ウーラム社製）にて測定することにより求められた製膜速度から算出された値である。【００５８】
同様にしてＣＶＤ法により、ｎ型単結晶シリコン基板１１の裏面（第一主面）側に真性シリコン系層１７として真性アモルファスシリコンを８ｎｍの膜厚で製膜した。次に、真性シリコン系層１７の上にｐ型シリコン系層１２として、ｐ型アモルファスシリコンを７ｎｍの膜厚で製膜した。ｐ型アモルファスシリコンの製膜条件は、基板温度：１５０℃、圧力：６０Ｐａ、ＳｉＨ4／Ｂ2Ｈ6流量比：１／３、投入パワー密度：０．０１Ｗ／ｃｍ2であった。上記でいうＢ2Ｈ6ガス流量は、Ｈ2によりＢ2Ｈ6濃度が５０００ｐｐｍまで希釈された希釈ガスの流量である。【００５９】
次に、ＣＶＤ法により、真性シリコン系層２１の上に受光面側の保護層２２として窒化シリコンを７０ｎｍの膜厚で製膜した。窒化シリコンの製膜条件は、基板温度：１４０℃、圧力：８０Ｐａ、ＳｉＨ4／ＮＨ3流量比：１／４、投入パワー密度：０．２Ｗ／ｃｍ2であった。続いて、ＣＶＤ法によりｐ型シリコン系層１２の上に、絶縁層１６として酸化シリコンを２６０ｎｍの膜厚で製膜し、更に、ＣＶＤ法により絶縁層１６の上に真性シリコン系層１４ａとして真性アモルファスシリコンを１４ｎｍの膜厚で製膜した。酸化シリコンの製膜条件は、基板温度：１５０℃、圧力：６０Ｐａ、ＳｉＨ4／ＣＯ2流量比：１／４０、投入パワー密度：０．０４Ｗ／ｃｍ2であった。また、真性アモルファスシリコンの製膜条件は、基板温度：１５０℃、圧力：６０Ｐａ、ＳｉＨ4／ＣＯ2流量比：１／４０、投入パワー密度：０．０４Ｗ／ｃｍ2であった。【００６０】
このようにして形成された真性シリコン系層１４ａを実質的に覆うようにフォトレジスト２３を形成し、フォトマスクを用いてフォトレジスト２３の一部を紫外光によって露光し、ＫＯＨ水溶液によって現像し、フォトレジスト２３の一部を除去して真性シリコン系層１４ａを露出させた。【００６１】
次に、残ったフォトレジスト２３をマスクとして真性シリコン系層１４ａの一部をＫＯＨ水溶液によってエッチングし、続いて絶縁層１６の一部をＨＦ水溶液によってエッチングし、それぞれ除去した。更に、ｐ型シリコン系層１２及び真性シリコン系層１７をＨＦ及びＨＮＯ3の混酸によってエッチングし、ｎ型単結晶シリコン基板１１の第一主面を露出させた後、エタノール、アセトン及びイソプロピルアルコールの混合有機溶剤を用いてフォトレジスト２３を剥離、除去した。【００６２】
次に、エッチングにより汚染された基板をＨＦ水溶液で洗浄し、ＣＶＤ装置へ導入して、第一主面側に、真性シリコン系層１５として真性アモルファスシリコンを８ｎｍの膜厚で製膜した。真性アモルファスシリコンの製膜条件は、基板温度：１５０℃、圧力：１２０Ｐａ、ＳｉＨ4／Ｈ2流量比：３／１０、投入パワー密度：０．０１１Ｗ／ｃｍ2であった。【００６３】
続いて、真性シリコン系層１５の上にｎ型シリコン系層１３としてｎ型アモルファスシリコンを１２ｎｍの膜厚で製膜した。ｎ型アモルファスシリコンの製膜条件は、基板温度：１５０℃、圧力：６０Ｐａ、ＳｉＨ4／ＰＨ3流量比：１／３、投入パワー密度：０．０１Ｗ／ｃｍ2であった。上記でいうＰＨ3ガス流量は、Ｈ2によりＰＨ3濃度が５０００ｐｐｍまで希釈された希釈ガスの流量である。【００６４】
このようにして形成されたｎ型シリコン系層１３、真性シリコン系層１５及び真性シリコン系層１４ａの、絶縁層１６の上の一部をＫＯＨ水溶液によってエッチングし、続けて絶縁層１６をＨＦ水溶液によってエッチングして除去し、ｐ型シリコン系層１２の表面を露出させた。【００６５】
次に、ｐ型シリコン系層１２及びｎ型シリコン系層１３が形成された第一主面の略全面に、スパッタリング法により酸化インジウム錫（ＩＴＯ、屈折率：１．９）を５０ｎｍの膜厚で製膜した。ＩＴＯの製膜条件は、ターゲットとして酸化インジウムを用い、基板温度を室温とし、圧力０．２Ｐａのアルゴン雰囲気中で、０．５Ｗ／ｃｍ2のパワー密度を印加して透明導電膜として製膜した。この透明導電膜の一部は塩酸を用いたエッチングによって除去され、第１下層電極１８ａ及び第２下層電極１９ａとして分離した。【００６６】
最後に、第１下層電極１８ａ及び第２下層電極１９ａの上に、Ａｇペーストをスクリーン印刷により塗布して、第１上層電極１８ｂ及び第２上層電極１９ｂを形成した。【００６７】
（比較例１）
絶縁層１６の上に真性シリコン系層１４ａを製膜せず、真性シリコン系層１４ａのエッチング工程を省略した以外は、実施例１と同様にして裏面電極型太陽電池を作製した。【００６８】
以上のように作製した実施例１及び比較例１の太陽電池の光電変換特性として、開放電圧（Ｖｏｃ）、短絡電流（Ｉｓｃ）、曲率因子（ＦＦ）及び変換効率（Ｅｆｆ）を測定した。その結果を表１に示す。表１では、比較例１の結果を１．００とした場合の相対比率で実施例１の結果を示した。【００６９】
【表１】
2017203751.tif 000003
【００７０】
表１から、絶縁層１６の上に真性シリコン系層１４ａを製膜しなかった比較例１に対して、絶縁層１６の上に真性シリコン系層１４ａを製膜した実施例１では、Ｖｏｃ及びＦＦが改善していることが分かる。これは、実施例１では、露光時に紫外光の散乱が抑制されてパターンの広がりが改善したこと、また、絶縁層１６と真性シリコン系層１４ａの積層構造によりパターニング時の視認性が向上し、アライメント精度が改善したこと、また、上記積層構造により絶縁効果が向上したため、ｐｎ間のリーク電流が抑制されたことが要因であると考えられる。特に、比較例１では設計値に対するパターンの広がりは１５〜８０μｍ程度であった一方で、実施例１では略均一に５〜１０μｍ程度に抑制されていた。【００７１】
以上の実施例１と比較例１の結果から、絶縁層１６の上に真性シリコン系層１４ａを形成する本実施形態の太陽電池の製造方法を用いることによって、パターニング精度が向上し基板の露出を防ぐと共に、絶縁性能が改善し、開放電圧及び曲率因子を改善できることが分かった。
【符号の説明】
【００７２】
１０  太陽電池セル
１１  導電型結晶シリコン基板（ｎ型結晶シリコン基板）
１２  第１導電型シリコン系層（ｐ型シリコン系層）
１３  第２導電型シリコン系層（ｎ型シリコン系層）
１３ａ  第２導電型シリコン系層の第１部分
１３ｂ  第２導電型シリコン系層の第２部分
１４  第１の真性シリコン系層
１４ａ  第１真性シリコン系下層（真性シリコン系層）
１４ｂ  第１真性シリコン系上層
１５  第２の真性シリコン系層（第１真性シリコン系上層）
１６  絶縁層
１７  第３の真性シリコン系層
１８  第１電極
１８ａ  第１下層電極
１８ｂ  第１上層電極
１９  第２電極
１９ａ  第２下層電極
１９ｂ  第２上層電極
２０  太陽光
２１  第４の真性シリコン系層
２２  保護層
２３  フォトレジスト
【図１】
2017203751.tif 000004
【図２】
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【図３】
2017203751.tif 000006
【国際調査報告】
2017203751.tif 000007
2017203751.tif 000008
2017203751.tif 000009
2017203751.tif 000010