(57)【要約】【課題】電極抵抗を低減し、太陽電池を高効率化すること。【解決手段】ｐ型の導電型を有するｐ型半導体基板１の第１主面側にｎ型半導体層２を形成して多層構造体を形成し、第１の電極である金属電極７ｂをｐ型半導体基板１の第２主面側に、光を透過する第２の電極である透明電極３をｎ型半導体層２上に形成する。さらにｐ型半導体基板１およびｎ型半導体層２を貫通して透明電極３に至るスルーホール５を形成し、ｐ型半導体基板１の第２主面側に形成された裏面電極である金属電極７ａによって電流を裏面から取り出すことができるようにする。ここで透明電極３を形成した後にスルーホール５を開孔し、金属電極７ａの形成時にスルーホール５の内部を金属で完全に埋め込むことで、スルーホール５内の抵抗値を低くする。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｎ型半導体とｐ型半導体とを含む多層構造体を第１の電極と光を透過する第２の電極とで挟んでなる太陽電池の製造方法であって、
基板の第１主面側に前記第２の電極を形成する第２電極形成工程と、
少なくとも前記基板を貫通して当該基板の第２主面側から前記第２の電極に至るスルーホールを開孔する開孔工程と、
前記スルーホールを金属で埋め込むとともに前記基板の第２主面側に金属電極を形成する金属電極形成工程と、
を含んだことを特徴とする太陽電池の製造方法。
【請求項２】
前記基板はｎ型もしくはｐ型の導電型を有する単結晶半導体基板であり、該基板上に基板の導電型とは異なる導電型を有する単結晶半導体層を形成して前記多層構造体を構成し、前記基板の第２主面側に前記第１の電極を形成することを特徴とする請求項１に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項３】
前記基板の第２主面側に絶縁膜を形成した後パタンニングする絶縁パターン形成工程を行った後に前記開孔工程を実行し、前記開孔工程によって開孔されたスルーホールの内壁に絶縁膜を形成した後に前記金属電極形成工程を実行し、前記金属電極形成工程によって堆積した金属をパタンニングして前記金属電極と前記第１の電極とを形成することを特徴とする請求項２に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項４】
前記基板は絶縁性を有し、該基板の第１主面側に前記第１の電極、前記多層構造体、前記第２の電極を順次形成した後に前記開孔工程を実行し、前記開孔工程によって開孔されたスルーホールの内壁に絶縁膜を形成した後に前記金属電極形成工程を実行することを特徴とする請求項１に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項５】
ｎ型半導体とｐ型半導体とを含む多層構造体を第１の電極と光を透過する第２の電極とで挟んでなる太陽電池であって、
基板の第２主面側から前記基板の第１主面側に形成された前記第２の電極まで貫通するスルーホールと、
前記基板の第２主面側に形成され、前記スルーホールを介して前記第２電極に接する金属電極と、
を備え、前記スルーホールを金属素材で埋め込んだことを特徴とする太陽電池。
【請求項６】
前記基板はｎ型もしくはｐ型の導電型を有する単結晶半導体基板であり、該基板上に基板の導電型とは異なる導電型を有する単結晶半導体層を形成して前記多層構造体を構成し、前記基板の第２主面側に前記第１の電極を形成したことを特徴とする請求項５に記載の太陽電池。
【請求項７】
前記金属電極および前記第１の電極の素材は前記スルーホールに埋め込まれる金属素材と同一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】
前記基板は絶縁性を有し、該基板の第１主面側に前記第１の電極、前記多層構造体、前記第２の電極を備えたことを特徴とする請求項５に記載の太陽電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ｎ型半導体とｐ型半導体とを含む多層構造体を第１の電極と光を透過する第２の電極とで挟んでなる太陽電池およびその製造方法に関し、特に変換効率を向上した太陽電池およびその製造法方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光を透過する電極（透明電極）と基板の反対面に形成された背面電極とをスルーホールを介して接続し、発生した電流を裏面から取り出す太陽電池が考案されている（例えば非特許文献１参照。）。
【０００３】
この従来技術による太陽電池の製造方法を図５−１および図５−２に示す。従来の技術では、基板１０１の第１主面側に金属電極１０２、ｎ型アモルファスシリコン層１０３、ノンドープアモルファスシリコン層１０４、ｐ型アモルファスシリコン層１０５を順次堆積し、孔（スルーホール）を形成する（図５−１）。
【０００４】
そして、孔の側面に絶縁層１０６を形成した後、ｐ型アモルファスシリコン層１０５上及び孔の側面に透明電極１０７を形成し、さらに裏面電極１０８を形成して太陽電池を得る（図５−２）。
【０００５】
【非特許文献１】小長井誠  編者  太陽光発電技術研究組合  “薄膜太陽電池の基礎と応用”  オーム社雑種局  pp.117-118 2001
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来技術による太陽電池では、孔が完全に透明電極で埋め込まれておらず、また透明電極自体の電極抵抗が高いため光起電力が有効に取り出せず、太陽電池の発電効率の高効率化に問題があった。
【０００７】
本発明は従来技術が持つ問題点を鑑みてなされたものであり、太陽電池における電極抵抗、特に透明電極から裏面電極に至るスルーホールコンタクトの抵抗が高効率化を妨げるという問題を除去し、低抵抗な電極抵抗を提供し、もって高効率な太陽電池およ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】
【０００８】
上述した課題を解決し、目的を達成するため、請求項１の発明に係る太陽電池の製造方法は、ｎ型半導体とｐ型半導体とを含む多層構造体を第１の電極と光を透過する第２の電極とで挟んでなる太陽電池の製造方法であって、基板の第１主面側に前記第２の電極を形成する第２電極形成工程と、少なくとも前記基板を貫通して当該基板の第２主面側から前記第２の電極に至るスルーホールを開孔する開孔工程と、前記スルーホールを金属で埋め込むとともに前記基板の第２主面側に金属電極を形成する金属電極形成工程と、を含んだことを特徴とする。
【０００９】
また、請求項２の発明に係る太陽電池の製造方法は、請求項１に記載の発明において、前記基板はｎ型もしくはｐ型の導電型を有する単結晶半導体基板であり、該基板上に基板の導電型とは異なる導電型を有する単結晶半導体層を形成して前記多層構造体を構成し、前記基板の第２主面側に前記第１の電極を形成することを特徴とする。
【００１０】
また、請求項３の発明に係る太陽電池の製造方法は、請求項２に記載の発明において、前記基板の第２主面側に絶縁膜を形成した後パタンニングする絶縁パターン形成工程を行った後に前記開孔工程を実行し、前記開孔工程によって開孔されたスルーホールの内壁に絶縁膜を形成した後に前記金属電極形成工程を実行し、前記金属電極形成工程によって堆積した金属をパタンニングして前記金属電極と前記第１の電極とを形成することを特徴とする。
【００１１】
また、請求項４の発明に係る太陽電池の製造方法は、請求項１に記載の発明において、前記基板は絶縁性を有し、該基板の第１主面側に前記第１の電極、前記多層構造体、前記第２の電極を順次形成した後に前記開孔工程を実行し、前記開孔工程によって開孔されたスルーホールの内壁に絶縁膜を形成した後に前記金属電極形成工程を実行することを特徴とする。
【００１２】
また、請求項５の発明に係る太陽電池は、ｎ型半導体とｐ型半導体とを含む多層構造体を第１の電極と光を透過する第２の電極とで挟んでなる太陽電池であって、基板の第２主面側から前記基板の第１主面側に形成された前記第２の電極まで貫通するスルーホールと、前記基板の第２主面側に形成され、前記スルーホールを介して前記第２電極に接する金属電極と、を備え、前記スルーホールを金属素材で埋め込んだことを特徴とする。
【００１３】
また、請求項６の発明に係る太陽電池は、請求項５に記載の発明において、前記基板はｎ型もしくはｐ型の導電型を有する単結晶半導体基板であり、該基板上に基板の導電型とは異なる導電型を有する単結晶半導体層を形成して前記多層構造体を構成し、前記基板の第２主面側に前記第１の電極を形成したことを特徴とする。
【００１４】
また、請求項７の発明に係る太陽電池は、請求項６に記載の発明において、前記金属電極および前記第１の電極の素材は前記スルーホールに埋め込まれる金属素材と同一であることを特徴とする。
【００１５】
また、請求項８の発明に係る太陽電池は、前記基板は絶縁性を有し、該基板の第１主面側に前記第１の電極、前記多層構造体、前記第２の電極を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１の発明によれば太陽電池の製造方法は、基板の第１主面側に光を透過する第２の電極を形成した後、基板を貫通して第２の電極に至るスルーホールを開孔し、その後スルーホールを金属で埋め込むとともに基板の第２主面側に金属電極を形成するので、スルーホール内を金属電極で完全に埋め込むことで電極抵抗を低減し、もって太陽電池を高効率化する太陽電池の製造方法を得ることができるという効果を奏する。
【００１７】
また、請求項２の発明によれば太陽電池の製造方法は、ｎ型もしくはｐ型の導電型を有する単結晶半導体基板上に基板の導電型とは異なる導電型を有する単結晶半導体層を形成して多層構造体を構成し、基板の第２主面側に第１の電極を、第１主面側に第２の電極である透明電極をそれぞれ有する太陽電池を製造する場合に、基板を貫通して第２の電極に至るスルーホールを開孔し、その後スルーホールを金属で埋め込むとともに基板の第２主面側に金属電極を形成するので、スルーホール内を金属電極で完全に埋め込むことで電極抵抗を低減し、もって太陽電池を高効率化する太陽電池の製造方法を得ることができるという効果を奏する。
【００１８】
また、請求項３の発明によれば太陽電池の製造方法は、ｎ型もしくはｐ型の導電型を有する単結晶半導体基板上に基板の導電型とは異なる導電型を有する単結晶半導体層を形成して多層構造体を構成し、基板の第２主面側に第１の電極を、第１主面側に第２の電極である透明電極を、それぞれ有する太陽電池を製造する場合に、基板の第２主面側に絶縁パターン形成工程を行った後にスルーホールを開孔し、スルーホールの内壁に絶縁膜を形成した後に金属電極形成工程を実行し、金属電極形成工程によって堆積した金属をパタンニングして金属電極と第１の電極とを形成するので、金属電極と第１の電極とを一括して形成し、簡易な工程で高効率の太陽電池を製造する太陽電池の製造方法を得ることができるという効果を奏する。
【００１９】
また、請求項４の発明によれば太陽電池の製造方法は、絶縁性を有する基板の第１主面側に第１の電極、ｎ型半導体とｐ型半導体とを含む多層構造体、光を透過する第２の電極を順次形成した後にスルーホールを開孔し、スルーホールの内壁に絶縁膜を形成した後に金属電極形成工程を実行するので、スルーホール内を金属電極で完全に埋め込むことで電極抵抗を低減し、もって太陽電池を高効率化する太陽電池の製造方法を得ることができるという効果を奏する。
【００２０】
また、請求項５の発明によれば太陽電池は、ｎ型半導体とｐ型半導体とを含む多層構造体を第１の電極と光を透過する第２の電極とで挟んでなる太陽電池であって、基板の第１主面側に形成された第２の電極まで貫通するスルーホールと、基板の第２主面側に形成され、スルーホールを介して第２電極に接する金属電極と、を備え、スルーホールを金属素材で埋め込んだ構造を有するので、スルーホールコンタクトの抵抗を低減し、発生した電流を効率的に取り出すことのできる太陽電池を得ることができるという効果を奏する。
【００２１】
また、請求項６の発明によれば太陽電池は、ｎ型もしくはｐ型の導電型を有する単結晶半導体基板上に基板の導電型とは異なる導電型を有する単結晶半導体層を形成し、第２主面側に第１の電極を、第１主面側に光を透過する第２の電極をそれぞれ形成した太陽電池において、基板を貫通して第２の電極に至るスルーホールと、基板の第２主面側に形成され、スルーホールを介して第２の電極に接する金属電極と、を備え、スルーホールを金属素材で埋め込んだ構造を有するので、スルーホールコンタクトの抵抗を低減し、発生した電流を効率的に取り出すことのできる太陽電池を得ることができるという効果を奏する。
【００２２】
また、請求項７の発明によれば太陽電池は、ｎ型もしくはｐ型の導電型を有する単結晶半導体基板上に基板の導電型とは異なる導電型を有する単結晶半導体層を形成し、第２主面側に第１の電極を、第１主面側に光を透過する第２の電極をそれぞれ形成した太陽電池において、基板を貫通して第２の電極に至るスルーホールを備え、スルーホール内の埋め込みと、スルーホールを介して第２の電極に接する金属電極と、第１の電極とを同一の金属素材で形成するので、簡易な構造で高効率の太陽電池を得ることができるという効果を奏する。
【００２３】
また、請求項８の発明によれば太陽電池は、絶縁性を有する基板の上に第１の電極、ｎ型半導体とｐ型半導体とを含む多層構造体、光を透過する第２の電極を積層した太陽電池であって、基板を貫通して第２の電極まで至るスルーホールと、基板の第２主面側に形成され、スルーホールを介して第２電極に接する金属電極と、を備え、スルーホールを金属素材で埋め込んだ構造を有するので、スルーホールコンタクトの抵抗を低減し、発生した電流を効率的に取り出すことのできる太陽電池を得ることができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下に添付図面を参照して、この発明に係る太陽電池およびその製造方法の好適な実施例について詳細に説明する。
【実施例１】
【００２５】
図１は、実施例１にかかる太陽電池の基本構成を説明する説明図である。同図に示す太陽電池は、ｐ型の導電型を有するｐ型半導体基板１の第１主面側にｎ型半導体層２を形成して多層構造体を形成し、第１の電極である金属電極７ｂをｐ型半導体基板１の第２主面側に、光を透過する第２の電極である透明電極３をｎ型半導体層２上に形成している。
【００２６】
さらにｐ型半導体基板１およびｎ型半導体層２を貫通して透明電極３に至るスルーホール５を有し、ｐ型半導体基板１の第２主面側に形成された裏面電極である金属電極７ａによって電流を裏面から取り出すことができるようにしている。
【００２７】
ここで、スルーホール５は、透明電極３を形成した後に開孔し、金属電極７ａの形成時にスルーホール５の内部を金属で完全に埋め込んでいる。そのため、スルーホール５内の抵抗値を低くし、発生した電流を高効率で裏面電極から取り出すことができる。
【００２８】
なお、金属電極７ａと金属電極７ｂの間には絶縁膜４を設けて電極間の短絡を防止し、スルーホール５の内壁には絶縁膜６を設けて裏面電極と多層構造体との短絡を防止している。
【００２９】
つづいて、図２−１および図２−２を参照し、太陽電池の製造方法の具体例についてさらに詳細に説明する。
【００３０】
まず、図２−１に示すように、半導体基板として例えばｐ型シリコン単結晶基板１１を出発基板とし、ｐ型単結晶シリコン半導体基板１１の表面（第１主面）側に凹凸を例えばＫＯＨエッチングにより形成する。
【００３１】
つぎに、ｐ型シリコン単結晶基板１１の第１主面から例えば熱拡散によりリンを拡散し、ｎ型の単結晶シリコン半導体層１２を形成した後、透明電極１３として例えばＩＴＯを堆積し、さらに反射防止膜４として例えば酸化チタン膜を堆積する。
【００３２】
つづいて、図２−２に示すように、単結晶シリコン半導体基板１１の第２主面側に、例えば熱拡散によりボロンを拡散し、高濃度のｐ型層１５を形成する。そして、単結晶シリコン半導体基板１１の第２主面に絶縁膜１６として例えば酸化膜を形成した後、所望の領域のみ酸化膜６を残す。
【００３３】
次に絶縁膜１６から透明電極１３にいたるスルーホール１７を開孔し、スルーホール１７の内壁面に絶縁膜１８として例えば酸化膜を堆積する。そして、ｐ型単結晶シリコン半導体基板１１の裏面の所望の領域にバリアメタル１９として例えばチタンナイトライドを形成した後、例えば、メッキにより金属２０（例えば銅）をスルーホール１７に完全に埋め込むと同時に、ｐ型単結晶シリコン半導体基板１１の第２主面側に金属２０を堆積する。その後、所望の領域のみに金属２０を残してパタンニングし、太陽電池が完成する。
【００３４】
なお、本実施例１に示した構成および素材はあくまで一例であり、適宜変更して実施することができるものである。例えば、半導体基板として化合物半導体基板、反射防止膜としてフッ化マグネシウム、酸化アルミニウム、窒化シリコン、金属として、金、銀、アルミニウム、金属の形成方法として化学的気相成長法を用いても同様な効果が得られる。
【実施例２】
【００３５】
図３は、実施例２にかかる太陽電池の基本構成を説明する説明図である。同図に示す太陽電池は、絶縁性を有する基板３１の第１主面側に第１の電極である電極３２、ｎ型半導体層３３、ｐ型半導体層３４、第２の電極である透明電極３５を形成している。
【００３６】
さらに基板３１からｐ型半導体層３４までを貫通して透明電極３５に至るスルーホール３６を有し、基板３１の第２主面側に形成された裏面電極である金属電極３８によって電流を裏面から取り出すことができるようにしている。
【００３７】
ここで、スルーホール３６は、透明電極３５を形成した後に開孔し、金属電極３８の形成時にスルーホール３６の内部を金属で完全に埋め込んでいる。そのため、スルーホール３６内の抵抗値を低くし、発生した電流を高効率で裏面電極から取り出すことができる。
【００３８】
なお、スルーホール３６の内壁には絶縁膜３７を設けて裏面電極と基板３１や電極３２、多層構造体との短絡を防止している。
【００３９】
つづいて、図４−１および図４−２を参照し、太陽電池の製造方法の具体例についてさらに詳細に説明する。
【００４０】
まず、図４−１に示すように、絶縁性を有する基板４１として例えばポリイミド上に、電極４２（例えばタングステン）を形成した後、ｎ型の半導体層４３（例えばｎ型アモルファスシリコンゲルマニウム半導体層）、ノンドープアモルファスシリコンゲルマニウム半導体層４４、ｐ型の半導体層４５（例えばｐ型アモルファスシリコンゲルマニウム半導体層）、さらにはｎ型のアモルファスシリコン半導体層４６、ノンドープアモルファスシリコン半導体層４７、ｐ型のアモルファスシリコン半導体層４８を堆積する。その後、透明電極４９として例えばＩＴＯを堆積し、さらに反射防止膜５０として例えば酸化チタン幕を堆積する。
【００４１】
つづいて、図４−２に示すように、基板４１、電極４２を貫通し、透明電極４９に至るスルーホール５１を形成した後、スルーホール５１の側面（内壁面）のみに絶縁膜５２として例えば酸化膜を形成する。そして、裏面電極となる金属５３（例えば銅）をメッキなどによってスルーホール５１に埋め込むと同時に、基板４１の第２主面側に金属５３を堆積することにより太陽電池が完成する。
【００４２】
なお、本実施例２に示した構成および素材はあくまで一例であり、適宜変更して実施することができるものである。例えば半導体層４５に凹凸をもたせても同様な効果が得られる。また、半導体層として、ｎ型のアモルファスシリコン半導体層、ノンドープアモルファスシリコン半導体層、ｐ型のアモルファスシリコン半導体層の３層構造を用いてもよいし、アモルファスシリコンゲルマニウム半導体層、ノンドープアモルファスシリコンゲルマニウム半導体層、ｐ型のアモルファスシリコンゲルマニウム半導体層、ｎ型のアモルファスシリコン半導体層、ノンドープアモルファスシリコン半導体層、ｐ型のアモルファスシリコン半導体層、ｎ型のアモルファスシリコンカーバイト半導体層、ノンドープアモルファスシリコンカーバイト半導体層、ｐ型のアモルファスシリコンカーバイト半導体層の９層構造を用いることもできる。同様に、ｎ型の多結晶シリコン半導体層、ノンドープ多結晶シリコン半導体層、ｐ型の多結晶シリコン半導体層の３層構造や、ｎ型の多結晶シリコン半導体層とｐ型の多結晶シリコン半導体層の２層構造でもよい。
【００４３】
さらに、反射防止膜としてフッ化マグネシウム、酸化アルミニウム、窒化シリコン、金属として、金、銀、アルミニウム、金属の形成方法として化学的気相成長法を用いても同様な効果が得られる。
【００４４】
実施例１および実施例２に示したように、本発明に係る太陽電池の製造方法および太陽電池では、スルーホール内を金属電極で完全に埋め込む工程を付加することより、電極抵抗を低減し、太陽電池の高効率化を実現することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
以上のように、本発明にかかる太陽電池の製造方法および太陽電池は、太陽電池の高効率化に有効であり、特に電極抵抗の低減による高効率化に適している。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】実施例１にかかる太陽電池の基本構成を説明する説明図である。
【図２−１】図１に示した太陽電池の製造方法について説明する説明図である（その１）。
【図２−２】図１に示した太陽電池の製造方法について説明する説明図である（その２）。
【図３】実施例２にかかる太陽電池の基本構成を説明する説明図である。
【図４−１】図３に示した太陽電池の製造方法について説明する説明図である（その１）。
【図４−２】図３に示した太陽電池の製造方法について説明する説明図である（その２）。
【図５−１】従来の太陽電池の製造方法について説明する説明図である（その１）。
【図５−２】従来の太陽電池の製造方法について説明する説明図である（その２）。
【符号の説明】
【００４７】
１    ｐ型半導体基板
２    ｎ型半導体層
３    透明電極
４    絶縁膜
５    スルーホール
６    絶縁膜
７ａ  金属電極
７ｂ  金属電極
１１    単結晶半導体基板
１２    ｎ型の単結晶シリコン半導体層
１３    透明電極
１４    反射防止幕
１５    高濃度のｐ型層
１６    絶縁膜
１７    スルーホール
１８    絶縁膜
１９    バリアメタル
２０    金属
３１    基板
３２    電極
３３    ｎ型半導体層
３４    ｐ型半導体層
３５    透明電極
３６    スルーホール
３７    絶縁膜
３８    金属電極
４１    基板
４２    電極
４３    半導体層
４４    ノンドープアモルファスシリコンゲルマニウム半導体層
４５    半導体層
４６    ｎ型アモルファスシリコン半導体層
４７    ノンドープアモルファスシリコン半導体層
４８    ｐ型アモルファスシリコン半導体層
４９    透明電極
５０    反射防止膜
５１    スルーホール
５２    絶縁膜
５３    金属
１０１    基板
１０２    金属電極
１０３    ｎ型アモルファスシリコン層
１０４    ノンドープアモルファスシリコン層
１０５    ｐ型アモルファスシリコン層
１０６    絶縁層
１０７    透明電極
１０８    裏面電極
【図１】
2007311425.tif 000003
【図２−１】
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【図２−２】
2007311425.tif 000005
【図３】
2007311425.tif 000006
【図４−１】
2007311425.tif 000007
【図４−２】
2007311425.tif 000008
【図５−１】
2007311425.tif 000009
【図５−２】
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