(57)【要約】【課題】裏面パッシベーション型太陽電池セルについて、実際的な状況における裏面パッシベーション膜の最適化された膜厚を提供する。【解決手段】本発明に係る太陽電池１は、Ｐ型シリコン基板１００を用いた太陽電池であり、光入射面の反対側に、裏面パッシベーション膜としての窒化シリコン膜１０１が堆積され、窒化シリコン膜１０１の厚みが５５０ｎｍ以上２０００ｎｍ以下に設定されている。これにより、太陽電池の変換効率が向上する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
単結晶シリコン基板または多結晶シリコン基板を用いた太陽電池において、
光入射面の反対側に、裏面パッシベーション膜としての窒化シリコン膜が堆積され、
該窒化シリコン膜の厚みが５５０ｎｍ以上２０００ｎｍ以下であること
を特徴とする太陽電池。
【請求項２】
上記窒化シリコン膜の厚みが１０００ｎｍ以上２０００ｎｍ以下であること
を特徴とする請求項１に記載の太陽電池。
【請求項３】
単結晶シリコン基板または多結晶シリコン基板と窒化シリコン膜との界面における光反射率を、上記窒化シリコン膜に進入する光の入射角と上記窒化シリコン膜の厚みとを変化させて求める第１のステップと、
上記光の入射角の変化と厚みの変化とに対する上記光反射率の変化に基づいて、上記光反射率が相対的に最も高くなる上記厚みの範囲を求める第２のステップとを含んでいること
を特徴とする裏面パッシベーション型太陽電池セルにおける裏面パッシベーション膜の製造方法。
【請求項４】
上記第１のステップは、
上記光としてのＳ偏光に関する上記光反射率を求める第１のサブステップと、
上記光としてのＰ偏光に関する上記光反射率を求める第２のサブステップとを含んでいること
を特徴とする請求項３に記載の裏面パッシベーション型太陽電池セルにおける裏面パッシベーション膜の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光電変換素子を構成するパッシベーション膜の製造方法に関し、より具体的には、例えば裏面パッシベーション型太陽電池の製造に適用し得る裏面パッシベーション膜の製造方法と、その膜厚とに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光電変換素子の一種である太陽電池は、受光によって発生した＋電荷の正孔が集まるｐ型半導体層と、−電荷の電子が集まるｎ型半導体層とのｐｎ接合を基本構成としている。具体的には、ｐ型シリコン基板の受光面側にｎ型不純物拡散層を形成することによって上記ｐｎ接合を形成し、さらに、ｐ型シリコン基板の受光面側とその裏面側とに、それぞれ電極を設けている。
【０００３】
裏面に形成する電極は、一般的に、ｐ型シリコン基板に形成されたｐ＋層と、その層上に形成された金属層との二層構造により構成されている。
【０００４】
上記金属層の形成材料には、従来、アルミニウムが用いられている。アルミニウムを上記ｐ型シリコン基板と接触させた状態で、７００℃以上の熱を加えると、アルミニウムがｐ型シリコン基板中に拡散した拡散領域が形成され、アルミニウムとシリコンの合金が生成される。アルミニウムはシリコンに対して正孔を供給するドーパントとして働くので、上記拡散領域にはｐ＋層が形成される。このようにアルミニウムの一部はｐ＋層形成に寄与し、残りのアルミニウムはそのまま金属電極となる。
【０００５】
このタイプの太陽電池では、ｐ＋層が作り出す電界は、電子を排斥し、裏面界面（ｐ／ｐ＋界面；ｐ型シリコン基板とｐ＋層との界面）において電子と正孔の再結合確率を低減する（フィールドパッシベーション効果）ため、太陽電池の変換効率向上に寄与している。本方式は、製造が簡単であるため、量産技術として多く用いられている。
【０００６】
しかし、本方式は光の有効利用という面から考えると問題を含んでいる。太陽電池裏面に到達した一部の光は、裏面において反射され、再び太陽電池内部に戻り発電に寄与するのが望ましい。しかし、上記ｐ＋層は光の吸収率が大きく、且つ半導体としての品質が悪い。よって、本ｐ＋層の領域まで到達した光は、ｐ＋層で大部分が吸収され、生じた電子正孔対はただちに再結合を起し消滅してしまい電気的出力に寄与しない。また、ｐ＋層と電極の界面の物理的形状は凹凸が激しく、滑らかな平面として接触しているわけではない。この形状のため光反射率は低下する。このように、本方式では光は有効に利用されない。
【０００７】
この問題に対し、裏面パッシベーション型太陽電池は、上記タイプの太陽電池の将来的な置き換えを目指して開発が進められている。本型太陽電池は、上記タイプの太陽電池とは異なる。具体的には、太陽電池の裏面をパッシベーション膜で覆うことにより、基板とパッシベーション膜との界面に本来的に存在し再結合の原因となる未結合手を終端する。すなわち、裏面パッシベーション型太陽電池は、ｐ／ｐ＋界面に生じる電界により、キャリア再結合速度を減らそうとするのではなく、裏面における再結合中心の密度自体を低減させ、キャリアの再結合を減らそうとする思想に基づいている。
【０００８】
本方式で太陽電池裏面を作製した場合、裏面における光反射率を高めることができる。なぜなら、第一にｐ＋層が存在せずｐ＋層における光吸収が無いからである。第二にパッシベーション膜と基板との界面を滑らかに作製することができ、界面における光反射率を高くすることができるからである。
【０００９】
本方式の太陽電池において、裏面光反射率を高める方法はいくつか探索されてきた。例えば、特許文献１(特開２００２−２７０８６９)には、裏面パッシベーション膜の膜厚を太陽電池基板の結晶面方位に応じて所定の値にすることにより反射率を高められることが示されている。また、特許文献２（特開平４−１８６７７９）には、裏面パッシベーション膜を複合膜とすることによる反射率の改善が記されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００２−２７０８６９（２００２年９月２０日公開）
【特許文献２】特開平４−１８６７７９（１９９２年７月３日公開）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、特許文献１が提案する裏面パッシベーション膜の最適化膜厚の求め方を、現在主流となっている多結晶シリコン系太陽電池に適用することができないという問題がある。
【００１２】
特許文献１に示された方法によれば、シリコン基板の面方位に依存して裏面パッシベーション膜として使用する窒化シリコン膜の膜厚を最適化することが示されている。この最適化膜厚は、シリコン基板の面方位に依存するが、どの面方位についてもいずれも３００ｎｍ以下と記されている。太陽電池裏面に入射した光がシリコン／窒化シリコン膜界面と窒化シリコン膜／金属裏面電極界面の２か所で反射し、これら２つの光が干渉を起し、その光路差による位相のずれが反射光を強めあう条件より、窒化シリコン膜の最適化膜厚が導かれている。
【００１３】
特許文献１の発明者は上記最適化膜厚の計算において単結晶シリコン太陽電池をモデルとして使用している。単結晶シリコンでは、エッチングにより結晶面方位に応じたピラミッド構造が表面にできる。このピラミッド構造は結晶シリコンの結晶格子構造に依存して出来上がるので、その頂角は正確に決定される。したがって、この頂角を用いれば太陽電池裏面に入射する光の入射角を正確に計算でき、その入射角に応じて有利な光干渉条件を計算により導くことができる。
【００１４】
現在、太陽電池生産の多くの割合は単結晶シリコンではなく、多結晶シリコンによって占められている。多結晶シリコンは、その切断面において単一の面方位を有しないため、太陽電池裏面に入射する光の入射角を正確に計算できない。また、太陽電池に取り込まれる光の量を最大化するために、光入射面に作製する微小凹凸構造の形状はもはやピラミッドではなく、それに比べて複雑なものになっているため、太陽電池基板内部における光の角度は特許文献１において単結晶シリコンに対し計算されたものとは大きく異なっている。
【００１５】
しかも、特許文献１に示されたモデル計算では、太陽電池への光入射面への光入射角を０°としている。しかしながら現実に太陽電池が設置される環境では、太陽光は必ずしもすべて０°で太陽電池に入射するわけではなく、周囲の物体や雲に散乱された間接光が存在し、これら間接光は有限の角度をもって太陽電池に入射する。このような光は上記モデルで解析できない。よって間接光が太陽電池に入射したとき、この光が裏面へ入射する角度は上記モデルで示されたそれとは異なってくる。当然このような場合には最適化された裏面パッシベーション膜の膜厚も異なってくる。
【００１６】
上記のような現状を踏まえ、本発明は、太陽電池裏面に入射する光の入射角を特許文献１に示された角度より更に広範囲に設定し、これに対してモデル計算と実験とを行い、より実際的な状況における裏面パッシベーション膜の最適化された膜厚を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明に係る太陽電池は、上記の課題を解決するために、単結晶シリコン基板または多結晶シリコン基板を用いた太陽電池において、光入射面の反対側に、裏面パッシベーション膜としての窒化シリコン膜が堆積され、該窒化シリコン膜の厚みが５５０ｎｍ以上２０００ｎｍ以下であることを特徴とする。
【００１８】
上記の構成によれば、パッシベーション膜としての窒化シリコン膜の厚みを５５０ｎｍ以上２０００ｎｍ以下とすることにより、シリコン基板と窒化シリコン膜との界面における光反射率、すなわち裏面反射率をできるだけ大きくすることができ、かつ、商業的な量産が可能になる。
【００１９】
本発明は全反射条件を満たした角度で窒化シリコン膜／シリコン界面に入射したｐ偏光光線を確実に反射させ、シリコン基板に戻す科学的原理に基づいている。実は、同界面における光の入射角が全反射条件を満たしていても、それだけで入射光が実際に全反射するわけではない。なぜなら、窒化シリコン膜の厚みが特に５５０ｎｍを下回ると、窒化シリコン膜に入射する光から生じるエバネッセント波の減衰長に対し、窒化シリコン膜の厚みが薄くなり、実際には全反射が不完全になるために、裏面反射率が低下するためである。
【００２０】
また、窒化シリコン膜の厚みが２０００ｎｍを上回ると、窒化シリコン膜の堆積に多大な時間がかかり、その堆積の工程が太陽電池の生産コストを押し上げるため、商業的な意味を失う。なお、窒化シリコン膜の堆積時間の短縮を重視する場合には、窒化シリコン膜の厚みの上限を１５００ｎｍとしてもよい。
【００２１】
したがって、窒化シリコン膜の厚みを上記の範囲とすることにより、裏面パッシベーション膜として、取り扱いが簡便で将来広く量産に用いられるであろう窒化シリコン膜を用いた太陽電池の変換効率を向上させることができる。
【００２２】
本発明に係る太陽電池では、上記窒化シリコン膜の厚みが１０００ｎｍ以上２０００ｎｍ以下であることが、さらに好ましい。
【００２３】
上記窒化シリコン膜の厚みが１０００ｎｍ以上になると、膜の厚みはエバネッセント波の減衰長に対して更に増加し、全反射角近傍におけるＰ波の反射率が高まることと、Ｐ波のフレネル反射係数が０になるブリュースター角の存在に起因した裏面反射率の低下を回避することができ、裏面反射率がさらに向上する。この結果、窒化シリコン膜を用いた太陽電池の変換効率をさらに向上させることができる。
【００２４】
本発明に係る裏面パッシベーション型太陽電池セルにおける裏面パッシベーション膜の製造方法は、上記の課題を解決するために、
(1)単結晶シリコン基板または多結晶シリコン基板と窒化シリコン膜との界面における光反射率を、上記窒化シリコン膜に進入する光の入射角と上記窒化シリコン膜の厚みとを変化させて求める第１のステップと、
(2)上記光の入射角の変化と厚みの変化とに対する上記光反射率の変化に基づいて、上記光反射率が相対的に最も高くなる上記厚みの範囲を求める第２のステップとを含んでいること、を含んでいることを特徴とする。
【００２５】
実際の太陽電池セルの光入射面にはテキスチャが形成され、テキスチャによって散乱された光が様々な入射角を持って、シリコン基板と窒化シリコン膜との界面に入射する。上記第１のステップによれば、窒化シリコン膜に進入する光の入射角を変化させながら、窒化シリコン膜の厚みの変化に対する上記光反射率、すなわち上記裏面反射率を求めるので、実際の太陽電池と同様の条件で、実際的な裏面反射率を求めることができる。
【００２６】
上記第２のステップでは、そのようにして求めた実際的な裏面反射率が相対的に最も高くなる上記厚みの範囲を求めるので、実際的な状況における窒化シリコン膜の厚みの最適化された範囲を求めることができる。
【００２７】
本発明に係る上記製造方法では、上記第１のステップは、上記光としてのＳ偏光に関する上記光反射率を求める第１のサブステップと、上記光としてのＰ偏光に関する上記光反射率を求める第２のサブステップとを含んでいることを特徴とする。
【００２８】
上記のように、窒化シリコン膜に進入する光をＳ偏光とＰ偏光とに分けて上記裏面反射率を求めるので、窒化シリコン膜の厚みの最適化された範囲をより正確に求めることができる。
【００２９】
なぜなら、Ｓ偏光の裏面反射率は単に窒化シリコン膜の表裏面各反射光同士の干渉で生じる周期性で説明されるのに対して、Ｐ偏光の裏面反射率については、フレネル反射係数が０になるブリュースター角近傍及び、全反射角近傍において、Ｓ偏光には見られない、そして単に上記周期性では説明できない特異な振る舞いを見せるからである。
【００３０】
したがって、上記第２のステップでは、Ｓ偏光とＰ偏光の各裏面反射率の変化に基づいて、各裏面反射率が相対的に最も高くなる上記厚みの範囲を求めるので、最適化された範囲をより正確に求めることができる。
【発明の効果】
【００３１】
本発明に係る太陽電池は、以上のように、裏面パッシベーション膜としての窒化シリコン膜の厚みが５５０ｎｍ以上２０００ｎｍ以下であることを特徴とする。
【００３２】
これにより、太陽電池の変換効率を向上させることができるという効果を奏する。
【００３３】
また、本発明に係る裏面パッシベーション型太陽電池セルにおける裏面パッシベーション膜の製造方法は、以上のように、窒化シリコン膜に進入する光の入射角と窒化シリコン膜の厚みとを変化させて裏面反射率を求め、裏面反射率が相対的に最も高くなる上記厚みの範囲を求めることを特徴とする。
【００３４】
これにより、実際の太陽電池と同様の条件で、窒化シリコン膜の厚みの最適化された範囲を求めることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の太陽電池の構成例を概略的に示す断面図である。
【図２】図１の構成を備えた太陽電池の裏面側における領域Ａのみを模擬したモデルを示す説明図である。
【図３】波長１０００ｎｍのＳ偏光を入射光とした場合に、窒化シリコン膜の厚みと光入射角とに対する裏面反射率の依存性を示す図である。
【図４】波長１０００ｎｍのＰ偏光を入射光とした場合に、窒化シリコン膜の厚みと光入射角とに対する裏面反射率の依存性を示す図である。
【図５】窒化シリコン膜の厚みに対するＰ偏光の反射率平均値を、入射角の異なる範囲について示すグラフである。
【図６】窒化シリコン膜の厚みと入射光の波長とを変化させたときの裏面反射率の測定結果を示すグラフである。
【図７】特に波長１１００ｎｍの光における裏面反射率を、厚みｄを変えて示すグラフである。
【図８】本発明の実施例としての太陽電池の特性を、参考例としての太陽電池の特性と対比可能に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
【００３７】
（太陽電池の主要部）
図１は、本発明の太陽電池の構成例を概略的に示す断面図である。
【００３８】
図１に示すように、本発明の太陽電池１は、ｐ型シリコン基板１００を用い、光Ｌが入射する光入射面の反対側に、裏面パッシベーション膜としての窒化シリコン膜１０１が堆積されている。該窒化シリコン膜１０１の厚みｄは５５０ｎｍ〜２０００ｎｍに設定されている。
【００３９】
なお、ｐ型シリコン基板１００には、ｐ型単結晶シリコン基板またはｐ型多結晶シリコン基板を用いることができる。
【００４０】
（太陽電池の細部）
上記太陽電池１のその他の構成について補足する。上記ｐ型シリコン基板１００の厚みＤは、例えば１００μｍ〜１３０μｍに設定されている。上記ｐ型シリコン基板１００の光入射面側には、テキスチャ１０２として、高さが数μｍ程度の微小ピラミッドが形成されている。
【００４１】
そのテキスチャ１０２が形成されたｐ型シリコン基板１００の光入射面に、例えばリンの熱拡散により、１μｍ程度のｎ型シリコン層１０３が形成されている。
【００４２】
ｎ型シリコン層１０３上には、反射防止膜１０４として、８５ｎｍ程度のＳｉＮｘ膜が堆積されている。
【００４３】
一方、ｐ型シリコン基板１００の裏面側には、上記窒化シリコン膜１０１が設けられ、裏面電極形成部１０５に対応する窒化シリコン膜１０１が部分的に除去された状態で、約２μｍ厚のアルミニウム電極層１０６が積層されている。
【００４４】
なお、裏面パッシベーション膜および反射防止膜の形成には、プラズマＣＶＤ法が適している。
【００４５】
（本発明における課題の解決方法および解決手段）
本発明が着目した前述の課題を解決し、上記のように窒化シリコン膜１０１の厚みｄの最適範囲を５５０ｎｍ〜２０００ｎｍに決定する方法の要点を以下説明する。
【００４６】
光入射面より入射した光Ｌは光入射面に存在するテキスチャによって散乱される。この効果により、太陽電池セルの光入射面での入射角が０度であっても、裏面に入射する光の角度は０度ではなくなること、そしてその角度は、実際的に太陽電池が使用される局面においては理論的には算出が難しいことは既に述べた。したがって、本願において考察する裏面の光反射モデルにおいては、あらゆる入射角の光に対する計算を行う。
【００４７】
（厚みｄを求める第１のステップ）
まず、図１の構成を備えた裏面パッシベーション型太陽電池セルの裏面側における領域Ａのみを模擬する図２に示すモデルを仮定した。シリコンの屈折率を３．６、窒化シリコンの屈折率を１．９８とし、入射光の波長と窒化シリコン膜１０１の厚みとを変化させて、ｐ型シリコン基板１００と窒化シリコン膜１０１との界面、つまりシリコン／窒化シリコン界面の光反射率（以下、裏面反射率という）を計算した。計算には汎用の光学計算ソフトウェア（ＨＰＤＥＳＩＧＮ：オプトロニクス社販売）を用いた。
【００４８】
このように、窒化シリコン膜１０１に進入する光の入射角θと窒化シリコン膜１０１の厚みｄとに対する裏面反射率の依存性を求める処理は、裏面パッシベーション型太陽電池セルにおける裏面パッシベーション膜の製造方法の一部を構成し、本発明では、この処理のことを第１のステップと呼ぶ。
【００４９】
図３および図４は、上記計算の結果であり、図３は、波長１１００ｎｍのＳ偏光（Ｓ波）を入射光とした場合に、窒化シリコン膜１０１の厚みｄと光入射角（図２に示すθ）とに対する裏面反射率の依存性を示す図である。また、図４は、波長１１００ｎｍのＰ偏光（Ｐ波）を入射光とした場合に、図３と同じく、裏面反射率の依存性を示す図である。図３および図４において、横軸は窒化シリコン膜の厚み（ｎｍ）を表し、縦軸は光入射角（°）を表している。
【００５０】
このように、上記第１のステップの中で、上記入射光としてのＳ偏光に関する上記光反射率を求める処理と、上記入射光としてのＰ偏光に関する上記光反射率を求める処理とを、本発明ではそれぞれ第１のサブステップ、第２のサブステップと呼ぶ。
【００５１】
（第２のステップ）
図３および図４に示すように、Ｓ波に比べるとＰ波の方が裏面反射率が低い傾向を示しているが、Ｓ波、Ｐ波共に、入射角θが１０°〜３０°の範囲において、厚みｄの変化に対する裏面反射率の周期的な増減が見られる。この周期的な増減は、窒化シリコン膜１０１の裏面で反射した光が窒化シリコン膜１０１の光入射面（つまり、上記界面）に戻った時に起こす干渉効果により生じる。
【００５２】
この周期的な増減は入射光の角度と波長によって変化するので、ある一つの角度及び波長に対して最適な値を求めることはできる。しかし実際の太陽電池では、裏面に届く光は角度及び波長に対してある有限な幅をもっている。そして、その幅は光入射面の微小凹凸構造やシリコン基板の厚みによっても変化すると予測され、作製しようとする太陽電池の系によって異なる。本計算の結果のみから、現実の太陽電池について上記周期的な増減の原理に基いて窒化シリコン膜厚最適値を求めることは困難であり、試作された太陽電池に対し個別に実験的に求めるのが良いと考えられる。
【００５３】
図３および図４をさらに細かく見る。入射角θが３０°以上の範囲では、Ｓ波に関しては、厚みｄに依らず、反射率はほぼ１００％である。これは、シリコンに比べて窒化シリコンは屈折率が大きく、上記界面に入射した光が全反射条件を満たすからである。
【００５４】
このように、Ｓ波に対し、入射角θが３０°以上の範囲では、反射に関して全く問題はなく、入射角θが３０°以下の範囲では、上記裏面反射率の周期的な増減に基づく値となる。
【００５５】
一方、Ｐ波に関しては問題がある。まず、Ｐ波においても入射角３０°以上且つ膜厚６００ｎｍ以上の範囲では、裏面反射率はほぼ１００％であり全く問題が無い。しかし、膜厚６００ｎｍ以上の範囲であっても、入射角θが２５°〜３０°にかけて裏面反射率が低下する領域（図４において、裏面反射率が「８２−８５」となる領域）が現れる。
【００５６】
これはブリュースター角による効果である。一般に、Ｐ波ではフレネル反射係数が０になるブリュースター角が存在する。入射角２５°〜３０°はちょうどシリコン／窒化シリコン界面におけるブリュースター角に相当するため、本領域では同界面における反射自体が存在せず、反射は窒化シリコン／裏面電極界面の金属反射のみに頼ることになる。したがって、薄膜により反射を強めあう効果、つまり、窒化シリコン膜１０１の上下２つの界面における反射光同士が強めあう効果が得られないので、裏面反射率が低下する。
【００５７】
更に深刻であり、ブリュースター角に起因した裏面反射率低下とは異なるタイプの裏面反射率低下が、図４に示すように、入射角３０°〜４０°膜厚６００ｎｍ以下の範囲において現れている。この原因については完全には明らかでないが、シリコンと窒化シリコンの界面への入射角が大きくなり全反射条件を満たしたとき、光の電場が窒化シリコン膜１０１の有限の厚みに侵入し（エバネッセント波）反射をするため、膜（厚みｄ）が沁み込み長さより薄いと反射が不完全になるためと考えられる。
【００５８】
シリコンと窒化シリコンの界面における全反射角は３３．４°である。単純に考えると、これ以上の角度で界面に入射した光は全てシリコン基板に戻ると思われるが、ｐ波に対しては、実際には全反射が成立するためには有限の深さまで光が侵入する必要があり、窒化シリコン膜１０１の厚みが薄い場合、侵入した光はより下層の窒化シリコン膜／アルミ界面に到達し干渉を生じる。この効果により計算上、全反射角以上の入射角においても全反射が起こらない現象が生じる。入射角が全反射角を超えて更に大きくなると、光は窒化シリコン膜１０１の表面に対して浅い角度で入射することになるので、窒化シリコン膜への侵入長は短くなり実際に全反射が起きるようになる。
【００５９】
図５は上記をより明確に示している。同図において、●は入射角１０°〜２０°の反射率平均値を示し、×は入射角２５°〜４０°の反射率平均値を示す。
【００６０】
前者は全反射角の近傍にないので、前述のように、窒化シリコン膜１０１の裏面で反射した光が窒化シリコン膜１０１の光入射面に戻った時に起こす干渉効果により、窒化シリコン膜の膜厚に対して光反射率の周期的な増減が観測される。
【００６１】
しかしながら、全反射角の近傍を含む後者の場合には、４００ｎｍ以下の膜厚では反射率が低く、４００ｎｍ以上の領域で反射率は増加しはじめる。５５０ｎｍ程度で第一のステップ構造が現れ、１０００ｎｍ程度で第二のステップ構造が現れながら、増加を続ける。前者の入射角１０〜２０°の範囲には見られない非周期的な変化が観測される。これは窒化シリコン膜１０１の膜厚が全反射における光の侵入長を上回った効果であり、変化が非周期的であることから前者とはその変化機構が異なる。
【００６２】
したがって、本発明の製造方法における上記第２のステップでは、窒化シリコン膜１０１に入射した光から生ずるエバネッセント光の沁み込み長が問題とならない範囲を、厚みｄの最適範囲として求めているといえる。
【００６３】
次に、厚みｄの上限について検討する。上記の理屈から考えると厚みｄの理論的な上限値は存在しない。しかし、実際の太陽電池量産を考えた場合、あまりに厚く窒化シリコン膜を堆積すると堆積に時間がかかり太陽電池の生産が商業的に成り立たなくなる。商業的に成り立たなくなる上限値としては、さまざまな考え方があるが、現在入手しうる高堆積速度プラズマＣＶＤ装置であるマイクロ波プラズマＣＶＤを使用して、堆積時間が１５〜２０分程度を超えない値が適当と考えられる。この時間を超える窒化シリコン膜の堆積は商業的に意味が無い。この条件で堆積される厚みｄは約２０００ｎｍとなる。
【００６４】
以上の議論により、厚みｄについて、(1)エバネッセント波の減衰長より厚くすることが必要という第１の条件と、(2)それが商業的に成り立つ厚みであるという第２の条件とが導かれる。
【００６５】
上記第１の条件を満たす厚みｄは、５５０ｎｍ以上であり、上記第２の条件を満たす厚みｄは、２０００ｎｍ以下なので、結局、厚みｄを５５０ｎｍ以上２０００ｎｍ以下に設定することが適当であるという結論が、理論的に導出される。
【００６６】
なお、厚みｄの下限として、図５に示すように、全反射角近傍におけるＰ波の反射率が、１０００ｎｍ程度で第二のステップ構造を示し、相対的に高反射率になることと、図４で示したＰ波の反射率が、同様に１０００ｎｍ程度を上回ると、ブリュースター角に起因した裏面反射率低下を回避できることとから、厚みｄを１０００ｎｍ以上とすることが、さらに好ましいといえる。すなわち、厚みｄのより好ましい範囲は、１０００ｎｍ以上２０００ｎｍ以下である。
【００６７】
（実証実験）
上記の理論を実証するため実験を行った。その実験のための反射率測定用サンプルを作製した。反射率測定用サンプルは、図１を参照して説明した太陽電池の構成から、ｎ型シリコン層１０３および裏面電極形成部１０５を省略したものである。上記ｐ型シリコン基板１００には、実際の太陽電池に使用されている多結晶シリコンを用い、光入射面に、上記テキスチャ１０２のような微小凹凸構造を作製した。これによりｐ型シリコン基板１００の裏面に入射する光の入射角は現実の太陽電池と同じになる。
【００６８】
なお、反射防止膜１０４としてのＳｉＮｘの厚みを８５μｍ、ｐ型シリコン基板１００の厚みを１３０μｍ、アルミニウム電極層１０６の厚みを２μｍとし、窒化シリコン膜１０１の膜厚を１００ｎｍ〜１３００ｎｍまで変化させた。
【００６９】
図６は、窒化シリコン膜１０１の厚みｄと入射光の波長とを変化させたときの上記裏面反射率の測定結果を示すグラフである。図７は、特に波長１１００ｎｍの光における裏面反射率を、厚みｄを変えて示すグラフである。
【００７０】
図６および図７に示すように、裏面反射率は厚みｄが１００ｎｍのときに比べて、厚みｄが４００ｎｍのときに２％程度増加し、それ以上の膜厚増加に対しても１００ｎｍの値以下には低下しないことがわかった。前記４００ｎｍなる値は、計算で得られたそれとは少々異なるものの、計算予測値に近い値であること、また膜厚を増やすことで増加した反射率が再度１００ｎｍの値に戻らない、もしくは周期的な変化を示さないことは計算で得られた知見と一致する。
【００７１】
なお、厚みｄの最適範囲の検証実験を、光の波長が１０００ｎｍ未満では行っていないのは、短波長の光はＳｉに吸収されるため太陽電池の裏面に届かないので、裏面をどのように変化させてもその変化は短波長の光の利用効率に影響を与えないからである。
【００７２】
すなわち、前述した第１の条件に基づき厚みｄを５５０ｎｍ以上とすることで、全反射角近傍でシリコン／窒化シリコン界面に入射する光の反射率が増大したと考えられる。これは、考察では仮定に過ぎなかった事柄「表面のテキスチャーの散乱効果によって入射角が全反射角近傍でシリコン／窒化シリコン界面に入射する光」の実在を示唆している。
【００７３】
本結果は、シリコン/窒化シリコン界面での反射係数を直接に測定しているものではなく、太陽電池１の光入射面（反射防止膜１０４の表面）における反射率を測定している。シリコン/窒化シリコン界面で反射した光は、更にシリコンの中を通過し、上記光入射面にシリコン側から逆に入射し透過して外部に出てきているため、その過程で反射、散乱、吸収される。これらによる光量の減衰のため、今問題としているシリコン/窒化シリコン界面での反射率の差は測定に表れている値の差より大きいと考えられる。
【００７４】
以上の考察と検証により、裏面パッシベーション膜を窒化シリコンとしたとき、その厚みｄが５５０ｎｍ以上となったときに、裏面反射率は最大化される。したがって、窒化シリコン膜１０１の厚みｄを上記の値に設定することが望ましい。
【００７５】
（実施例）
上記の知見を用いて太陽電池を計算機上で再現し特性を確かめた。図１のような構成の太陽電池を仮定した。モデルにおいて光入射面には３μｍの微小凹凸構造を作製し、その上に８５ｎｍの窒化シリコンを堆積し反射防止膜とした。前述した光学計算ソフトウェアを用い、光入射面における光反射率が波長１１００ｎｍにおいて、上記実験で厚みｄが７００ｎｍ時に得られた実験値（約３４％）となるように、裏面反射率を変化させ調節した。
【００７６】
この結果、裏面反射率は９２％と算出された。本モデルは窒化シリコン膜１０１の厚みｄが７００ｎｍである太陽電池セルを模擬していると考えられる。このときの計算で得られた太陽電池の電気的特性を図８に示す。
【００７７】
（参考例）
実施例と同じ手法を用いて、厚みが１００ｎｍ程度の窒化シリコン膜を裏面パッシベーション膜として用いた太陽電池を計算機上で再現した。本膜厚は、従来的に裏面パッシベーション型太陽電池に用いられてきた膜厚であり、特許文献１においても裏面反射率が高くなる値として示された値である。光入射面における光反射率が波長１１００ｎｍにおいて、上記実験で膜厚１００ｎｍ時に得られた実験値（約３０％）となるように、裏面反射率を変化させ調節した。この結果、裏面反射率は８５％と算出された。このときの計算で得られた太陽電池の電気的特性を図８に示す。
【００７８】
（特性比較）
実施例と参考例とを比較する。実施例は、参考例に比べて短絡電流密度が０．２６ｍＡ／ｃｍ２程度高く、その結果、変換効率は０．２９％程度高いことがわかる。以上のように、本発明によって、太陽電池の変換効率が向上することが証明された。
【００７９】
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、上記実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる他の実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００８０】
本発明は、裏面パッシベーション型太陽電池およびその製造方法に好適に利用することができる。
【符号の説明】
【００８１】
単結晶シリコン基板または多結晶シリコン基板を用いた太陽電池において、
光入射面の反対側に、裏面パッシベーション膜としての窒化シリコン膜が堆積され、
該窒化シリコン膜の厚み
１  太陽電池
１００  ｐ型シリコン基板（単結晶シリコン基板または多結晶シリコン基板）
１０１  窒化シリコン膜（裏面パッシベーション膜）
ｄ    窒化シリコン膜の厚み
Ｌ    光
θ    入射角
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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