(57)【要約】【課題】高濃度領域が必要最小限の大きさで形成された選択エミッタ構造を備えることにより、変換効率を向上させることができる、光電変換素子の製造方法を提供することを、目的とする。【解決手段】シリコン基板（１２）の裏面上にドーパント層（１６ｎ、１６ｐ）を形成する工程と、シリコン基板（１２）の裏面上にドーパント層（１６ｎ、１６ｐ）を形成した後、シリコン基板（１２）を熱処理する工程と、ドーパント層（１６ｎ、１６ｐ）が裏面上に形成されたシリコン基板（１２）を熱処理した後、ドーパント層（１６ｎ、１６ｐ）の一部にレーザを照射して、ドーパント層（１６ｎ、１６ｐ）にコンタクトホール（３０ｎ、３０ｐ）を形成する工程と、コンタクトホール（３０ｎ、３０ｐ）内に電極（２０ｎ、２０ｐ）を形成する工程とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１導電型を有するシリコン基板と、
前記シリコン基板の裏面側においてマトリクス状に形成され、前記第１導電型の不純物が拡散された第１拡散領域と、
前記シリコン基板の裏面側において前記第１拡散領域を除いた領域に形成され、前記第１導電型と反対の第２導電型の不純物が拡散された第２拡散領域と、
前記シリコン基板の裏面上において前記第１拡散領域と対応する領域に形成され、前記第１導電型の不純物の供給源として機能するとともに、第１コンタクトホールがマトリクス状に形成された第１ドーパント層と、
前記シリコン基板の裏面上において前記第２拡散領域と対応する領域に形成され、前記第２導電型の不純物の供給源として機能するとともに、第２コンタクトホールがマトリクス状に形成された第２ドーパント層と、
前記第１コンタクトホールを介して前記第１拡散領域に接触し、マトリクス状に配置された第１電極と、
前記第２コンタクトホールを介して前記第２拡散領域に接触し、マトリクス状に配置された第２電極とを備え、
前記第１拡散領域は、
前記第１電極が接触する第１高濃度領域と、
前記第１高濃度領域の周囲に形成され、前記第１高濃度領域よりも不純物濃度が低い第１低濃度領域とを含み、
前記第２拡散領域は、
前記第２電極が接触し、マトリクス状に配置された第２高濃度領域と、
前記第２高濃度領域の周囲に形成され、前記第２高濃度領域よりも不純物濃度が低い第２低濃度領域とを含み、
前記シリコン基板を厚さ方向から見たときに、前記第１高濃度領域の大きさ及び形状が、前記第１コンタクトホールの大きさ及び形状と同じであるとともに、前記第２高濃度領域の大きさ及び形状が、前記第２コンタクトホールの大きさ及び形状と同じである、光電変換素子。
【請求項２】
請求項１に記載の光電変換素子であって、
前記第１ドーパント層上に形成された第１拡散バリア層をさらに備え、
前記第２ドーパント層が、前記第１拡散バリア層及び前記シリコン基板の裏面上に形成され、
前記第１コンタクトホールが、前記第１ドーパント層と、前記第１拡散バリア層と、前記第２ドーパント層とを貫通している、光電変換素子。
【請求項３】
請求項２に記載の光電変換素子であって、
前記第２ドーパント層上に形成された第２拡散バリア層をさらに備え、
前記第１コンタクトホールが、前記第１ドーパント層と、前記第１拡散バリア層と、前記第２ドーパント層と、前記第２拡散バリア層とを貫通し、
前記第２コンタクトホールが、前記第２ドーパント層及び前記第２拡散バリア層を貫通している、光電変換素子。
【請求項４】
第１導電型を有するシリコン基板の裏面上に、前記第１導電型の不純物を含む第１ドーパント層をマトリクス状に形成する工程と、
前記第１ドーパント層を形成した後、前記シリコン基板の裏面上で前記第１ドーパント層が形成された領域を除いた領域に、前記第１導電型と反対の第２導電型の不純物を含む第２ドーパント層を形成する工程と、
前記第１ドーパント層、前記第２ドーパント層および前記シリコン基板を熱処理する工程と、
前記第１ドーパント層及び前記第２ドーパント層が形成された前記シリコン基板を熱処理した後、前記第１ドーパント層の一部にレーザを照射して、前記第１ドーパント層に第１コンタクトホールを形成する工程と、
前記第１ドーパント層及び前記第２ドーパント層が形成された前記シリコン基板を熱処理した後、前記第２ドーパント層の複数箇所にレーザを照射して、前記第２ドーパント層に第２コンタクトホールをマトリクス状に形成する工程と、
前記第１コンタクトホール内に第１電極を形成する工程と、
前記第２コンタクトホール内に第２電極を形成する工程とを備える、光電変換素子の製造方法。
【請求項５】
請求項４に記載の光電変換素子の製造方法であって、
前記第１ドーパント層上に第１拡散バリア層を形成する工程をさらに備え、
前記第２ドーパント層を形成する工程は、前記第１拡散バリア層及び前記シリコン基板の裏面上に前記第２ドーパント層を形成する工程であり、
前記第１コンタクトホールを形成する工程は、前記第１ドーパント層と、前記第１拡散バリア層と、前記第２ドーパント層とを貫通するように前記第１コンタクトホールを形成する工程である、光電変換素子の製造方法。
【請求項６】
請求項５に記載の光電変換素子の製造方法であって、
前記第２ドーパント層を形成した後で、前記第２ドーパント層上に第２拡散バリア層を形成する工程をさらに備え、
前記第１コンタクトホールを形成する工程は、前記第１ドーパント層と、前記第１拡散バリア層と、前記第２ドーパント層と、前記第２拡散バリア層とを貫通するように前記第１コンタクトホールを形成する工程であり、
前記第２コンタクトホールを形成する工程は、前記第２ドーパント層及び前記第２拡散バリア層を貫通するように前記第２コンタクトホールを形成する工程である、光電変換素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光電変換素子及びその製造方法に関し、特に選択エミッタ構造を備えた光電変換素子及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、光電変換素子としての太陽電池が注目されている。太陽電池には、例えば、裏面接合型の太陽電池がある（例えば、特開２０１０−２３２５３０号公報参照）。
【０００３】
裏面接合型太陽電池の電極は、例えば、次のように形成される。先ず、裏面パッシベーション膜にコンタクトホールを形成する。続いて、銀ペーストをコンタクトホールに印刷する。その後、銀ペーストを焼成して、電極を形成する。
【０００４】
ここで、エッチングペースト法で裏面パッシベーション膜にコンタクトホールを形成する場合、エッチングペーストを印刷するときの精度が低いので、コンタクトホールを小さくすることが難しいという問題がある。
【０００５】
また、コンタクトホールが小さくなると、シリコン基板の裏面側に形成された拡散領域と電極との接触面積が小さくなる。そのため、拡散領域と電極との接触抵抗が大きくなるという問題がある。
【０００６】
ここで、拡散領域と電極との接触抵抗が大きくなるのを抑えるために、選択エミッタ構造が提案されている（例えば、特開２００８−１８６９２７号公報参照）。選択エミッタ構造は、拡散領域に不純物濃度が高い領域（高濃度領域）と低い領域（低濃度領域）とを設けた構造である。高濃度領域には、電極が接触する。低濃度領域は、高濃度領域の周囲に形成される。
【０００７】
しかしながら、シリコン基板を厚さ方向から見たときに、高濃度領域がコンタクトホールよりも大きいと、高濃度領域と裏面パッシベーション膜との界面におけるキャリアの再結合を抑制し難いという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１０−２３２５３０号公報
【特許文献２】特開２００８−１８６９２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、高濃度領域が必要最小限の大きさで形成された選択エミッタ構造を備えることにより、変換効率を向上させることができる、光電変換素子を提供することにある。
【００１０】
本発明の目的は、高濃度領域が必要最小限の大きさで形成された選択エミッタ構造を形成するときの工程数を少なくできる、光電変換素子の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の一実施形態にかかる光電変換素子は、シリコン基板と、第１拡散領域と、第２拡散領域と、第１ドーパント層と、第２ドーパント層と、第１電極と、第２電極とを備える。シリコン基板は、第１導電型を有する。第１拡散領域は、シリコン基板の裏面側においてマトリクス状に形成される。第１拡散領域には、第１導電型の不純物が拡散されている。第２拡散領域は、シリコン基板の裏面側において第１拡散領域を除いた領域に形成される。第２拡散領域には、第１導電型と反対の第２導電型の不純物が拡散されている。第１ドーパント層は、シリコン基板の裏面上において第１拡散領域と対応する領域に形成される。第１ドーパント層は、第１導電型の不純物の供給源として機能する。第１ドーパント層には、第１コンタクトホールがマトリクス状に形成されている。第２ドーパント層は、シリコン基板の裏面上において第２拡散領域と対応する領域に形成される。第２ドーパント層は、第２導電型の不純物の供給源として機能する。第２ドーパント層には、第２コンタクトホールがマトリクス状に形成されている。第１電極は、第１コンタクトホールを介して、第１拡散領域に接触する。第１電極は、マトリクス状に配置されている。第２電極は、第２コンタクトホールを介して、第２拡散領域に接触する。第２電極は、マトリクス状に配置されている。第１拡散領域は、第１高濃度領域と、第１低濃度領域とを含む。第１高濃度領域は、第１電極と接触する。第１低濃度領域は、第１高濃度領域の周囲に形成される。第１低濃度領域は、第１高濃度領域よりも不純物濃度が低い。第２高濃度領域は、第２電極と接触する。第２高濃度領域は、マトリクス状に配置されている。第２低濃度領域は、第２高濃度領域の周囲に形成される。第２低濃度領域は、第２高濃度領域よりも不純物濃度が低い。シリコン基板を厚さ方向から見たときに、第１高濃度領域の大きさ及び形状は、第１コンタクトホールの大きさ及び形状と同じである。シリコン基板を厚さ方向から見たときに、第２高濃度領域の大きさ及び形状は、第２コンタクトホールの大きさ及び形状と同じである。
【００１２】
本発明の一実施形態にかかる光電変換素子の製造方法は、第１ドーパント層を形成する工程と、第２ドーパント層を形成する工程と、シリコン基板を熱処理する工程と、第１コンタクトホールを形成する工程と、第２コンタクトホールを形成する工程と、第１電極を形成する工程と、第２電極を形成する工程とを備える。第１ドーパント層を形成する工程は、第１導電型を有するシリコン基板の裏面上に、第１導電型の不純物を含む第１ドーパント層をマトリクス状に形成する工程である。第２ドーパント層を形成する工程は、第１ドーパント層を形成した後、シリコン基板の裏面上で第１ドーパント層が形成された領域を除いた領域に、第１導電型と反対の第２導電型の不純物を含む第２ドーパント層を形成する工程である。シリコン基板を熱処理する工程は、第１ドーパント層、第２ドーパント層及びシリコン基板を熱処理する工程である。第１コンタクトホールを形成する工程は、第１ドーパント層及び第２ドーパント層が形成されたシリコン基板を熱処理した後、第１ドーパント層の一部にレーザを照射して、第１ドーパント層に第１コンタクトホールを形成する工程である。第２コンタクトホールを形成する工程は、第１ドーパント層及び第２ドーパント層が形成されたシリコン基板を熱処理した後、第２ドーパント層の複数箇所にレーザを照射して、第２ドーパント層に第２コンタクトホールをマトリクス状に形成する工程である。第１電極を形成する工程は、第１コンタクトホール内に第１電極を形成する工程である。第２電極を形成する工程は、第２コンタクトホール内に第２電極を形成する工程である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の一実施形態にかかる光電変換素子においては、高濃度領域が必要最小限の大きさで形成された選択エミッタ構造を備えることにより、変換効率を向上させることができる。
【００１４】
本発明の一実施形態にかかる光電変換素子の製造方法においては、高濃度領域が必要最小限の大きさで形成された選択エミッタ構造を形成するときの工程数を少なくできる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、本発明の実施形態にかかる光電変換素子の概略構成の一例を示す断面図である。
【図２】図２は、図１に示す光電変換素子が備えるシリコン基板の裏面側に形成されたｎ型拡散領域とｐ型拡散領域との関係を示す平面図である。
【図３Ａ】図３Ａは、図１に示す光電変換素子の製造方法を説明するための断面図であって、ＰＳＧ膜がシリコン基板の裏面上に形成された状態を示す断面図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、図１に示す光電変換素子の製造方法を説明するための断面図であって、ＰＳＧ膜上にＮＳＧ膜が形成された状態を示す断面図である。
【図３Ｃ】図３Ｃは、図１に示す光電変換素子の製造方法を説明するための断面図であって、ＰＳＧ膜及びＮＳＧ膜がパターニングされた状態を示す断面図である。
【図３Ｄ】図３Ｄは、図１に示す光電変換素子の製造方法を説明するための断面図であって、シリコン基板の裏面上及びＮＳＧ膜上にＢＳＧ膜が形成された状態を示す断面図である。
【図３Ｅ】図３Ｅは、図１に示す光電変換素子の製造方法を説明するための断面図であって、ＢＳＧ膜上にＮＳＧ膜が形成された状態を示す断面図である。
【図３Ｆ】図３Ｆは、図１に示す光電変換素子の製造方法を説明するための断面図であって、シリコン基板の裏面側にｎ型拡散領域とｐ型拡散領域とが形成された状態を示す断面図である。
【図３Ｇ】図３Ｇは、図１に示す光電変換素子の製造方法を説明するための断面図であって、シリコン基板の受光面にテクスチャ構造が形成された状態を示す断面図である。
【図３Ｈ】図３Ｈは、図１に示す光電変換素子の製造方法を説明するための断面図であって、シリコン基板の受光面にパッシベーション膜が形成された状態を示す断面図である。
【図３Ｉ】図３Ｉは、図１に示す光電変換素子の製造方法を説明するための断面図であって、シリコン基板の裏面側にレーザが照射される工程を示す断面図である。
【図３Ｊ】図３Ｊは、図１に示す光電変換素子の製造方法を説明するための断面図であって、ｎ型拡散領域及びｐ型拡散領域のそれぞれに高濃度領域が形成されるとともに、シリコン基板の裏面上に形成された積層膜にコンタクトホールが形成された状態を示す断面図である。
【図３Ｋ】図３Ｋは、図１に示す光電変換素子の製造方法を説明するための断面図であって、電極が形成された状態を示す断面図である。
【図４】図４は、本発明の実施形態にかかる光電変換素子の応用例１の概略構成の一例を示す断面図である。
【図５】図５は、本発明の実施形態にかかる光電変換素子の応用例２の概略構成の一例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の一実施形態にかかる光電変換素子は、シリコン基板と、第１拡散領域と、第２拡散領域と、第１ドーパント層と、第２ドーパント層と、第１電極と、第２電極とを備える。シリコン基板は、第１導電型を有する。第１拡散領域は、シリコン基板の裏面側においてマトリクス状に形成される。第１拡散領域には、第１導電型の不純物が拡散されている。第２拡散領域は、シリコン基板の裏面側において第１拡散領域を除いた領域に形成される。第２拡散領域には、第１導電型と反対の第２導電型の不純物が拡散されている。第１ドーパント層は、シリコン基板の裏面上において第１拡散領域と対応する領域に形成される。第１ドーパント層は、第１導電型の不純物の供給源として機能する。第１ドーパント層には、第１コンタクトホールがマトリクス状に形成されている。第２ドーパント層は、シリコン基板の裏面上において第２拡散領域と対応する領域に形成される。第２ドーパント層は、第２導電型の不純物の供給源として機能する。第２ドーパント層には、第２コンタクトホールがマトリクス状に形成されている。第１電極は、第１コンタクトホールを介して、第１拡散領域に接触する。第１電極は、マトリクス状に配置されている。第２電極は、第２コンタクトホールを介して、第２拡散領域に接触する。第２電極は、マトリクス状に配置されている。第１拡散領域は、第１高濃度領域と、第１低濃度領域とを含む。第１高濃度領域は、第１電極と接触する。第１低濃度領域は、第１高濃度領域の周囲に形成される。第１低濃度領域は、第１高濃度領域よりも不純物濃度が低い。第２高濃度領域は、第２電極と接触する。第２高濃度領域は、マトリクス状に配置されている。第２低濃度領域は、第２高濃度領域の周囲に形成される。第２低濃度領域は、第２高濃度領域よりも不純物濃度が低い。シリコン基板を厚さ方向から見たときに、第１高濃度領域の大きさ及び形状は、第１コンタクトホールの大きさ及び形状と同じである。シリコン基板を厚さ方向から見たときに、第２高濃度領域の大きさ及び形状は、第２コンタクトホールの大きさ及び形状と同じである。
【００１７】
第１拡散領域において第１電極が接触する領域（第１高濃度領域）は、その周囲の領域（第１低濃度領域）よりも不純物濃度が高い。つまり、第１拡散領域には、選択エミッタ構造が形成されている。
【００１８】
ここで、シリコン基板を厚さ方向から見たときに、第１高濃度領域の大きさ及び形状が、第１コンタクトホールの大きさ及び形状と同じである。つまり、第１拡散領域のうち不純物濃度が周囲よりも高い領域（第１高濃度領域）が必要最小限の大きさで形成される。そのため、シリコン基板を厚さ方向から見たときの第１高濃度領域が第１コンタクトホールよりも大きい場合に比して、第１高濃度領域と裏面パッシベーション膜との界面におけるキャリアの再結合が抑えられる。その結果、光電変換素子の変換効率が向上する。
【００１９】
第２拡散領域において第２電極が接触する領域（第２高濃度領域）は、その周囲の領域（第２低濃度領域）よりも不純物濃度が高い。つまり、第２拡散領域には、選択エミッタ構造が形成されている。
【００２０】
ここで、シリコン基板を厚さ方向から見たときに、第２高濃度領域の大きさ及び形状が、第２コンタクトホールの大きさ及び形状と同じである。つまり、第２拡散領域のうち不純物濃度が周囲よりも高い領域（第２高濃度領域）が必要最小限の大きさで形成される。そのため、シリコン基板を厚さ方向から見たときの第２高濃度領域が第２コンタクトホールよりも大きい場合に比して、第２高濃度領域と裏面パッシベーション膜との界面におけるキャリアの再結合が抑えられる。その結果、光電変換素子の変換効率が向上する。
【００２１】
本発明の一実施形態にかかる光電変換素子の製造方法は、第１ドーパント層を形成する工程と、第２ドーパント層を形成する工程と、シリコン基板を熱処理する工程と、第１コンタクトホールを形成する工程と、第２コンタクトホールを形成する工程と、第１電極を形成する工程と、第２電極を形成する工程とを備える。第１ドーパント層を形成する工程は、第１導電型を有するシリコン基板の裏面上に、第１導電型の不純物を含む第１ドーパント層をマトリクス状に形成する工程である。第２ドーパント層を形成する工程は、第１ドーパント層を形成した後、シリコン基板の裏面上で第１ドーパント層が形成された領域を除いた領域に、第１導電型と反対の第２導電型の不純物を含む第２ドーパント層を形成する工程である。シリコン基板を熱処理する工程は、第１ドーパント層、第２ドーパント層及びシリコン基板を熱処理する工程である。第１コンタクトホールを形成する工程は、第１ドーパント層及び第２ドーパント層が形成されたシリコン基板を熱処理した後、第１ドーパント層の一部にレーザを照射して、第１ドーパント層に第１コンタクトホールを形成する工程である。第２コンタクトホールを形成する工程は、第１ドーパント層及び第２ドーパント層が形成されたシリコン基板を熱処理した後、第２ドーパント層の複数箇所にレーザを照射して、第２ドーパント層に第２コンタクトホールをマトリクス状に形成する工程である。第１電極を形成する工程は、第１コンタクトホール内に第１電極を形成する工程である。第２電極を形成する工程は、第２コンタクトホール内に第２電極を形成する工程である。
【００２２】
第１ドーパント層及び第２ドーパント層が裏面上に形成されたシリコン基板を熱処理する。これにより、第１ドーパント層及び第２ドーパント層のそれぞれからシリコン基板内に不純物が拡散する。その結果、第１拡散領域及び第２拡散領域がシリコン基板の裏面側に形成される。
【００２３】
第１拡散領域及び第２拡散領域がシリコン基板の裏面側に形成された状態で、第１ドーパント層及び第２ドーパント層のそれぞれにレーザを照射する。これにより、第１ドーパント層に第１コンタクトホールが形成され、第２ドーパント層に第２コンタクトホールが形成される。
【００２４】
ここで、第１ドーパント層にレーザが照射されるときに、第１ドーパント層からシリコン基板内に不純物が拡散する。そのため、第１拡散領域のうち第１コンタクトホールと対応する領域の不純物濃度は、その周囲の領域よりも高くなる。
【００２５】
第１拡散領域のうち、第１コンタクトホールと対応する領域には、第１電極が接触する。つまり、第１拡散領域には、選択エミッタ構造が形成されている。
【００２６】
ここで、第１拡散領域のうち不純物濃度が周囲よりも高い領域（第１高濃度領域）の大きさ及び形状は、第１コンタクトホールの大きさ及び形状と同じである。つまり、第１高濃度領域が必要最小限の大きさで形成される。そのため、シリコン基板を厚さ方向から見たときの第１高濃度領域が第１コンタクトホールよりも大きい場合に比して、第１高濃度領域と裏面パッシベーション膜との界面におけるキャリアの再結合が抑えられる。その結果、光電変換素子の変換効率が向上する。
【００２７】
また、第１拡散領域に第１電極を接触させるための第１コンタクトホールが、不純物の拡散源として機能する第１ドーパント層に形成される。つまり、不純物の拡散源として機能する第１ドーパント層がパッシベーション膜として利用される。そのため、不純物の拡散源として機能する第１ドーパント層を除去する必要がなくなる。その結果、光電変換素子の製造工程数を少なくできる。
【００２８】
また、第２ドーパント層にレーザが照射されるときに、第２ドーパント層からシリコン基板内に不純物が拡散する。そのため、第２拡散領域のうち、第２コンタクトホールと対応する領域の不純物濃度は、その周囲の領域よりも高くなる。
【００２９】
第２拡散領域のうち、第２コンタクトホールと対応する領域には、第２電極が接触する。つまり、第２拡散領域には、選択エミッタ構造が形成されている。
【００３０】
ここで、第２拡散領域のうち不純物濃度が周囲よりも高い領域（第２高濃度領域）の大きさ及び形状は、第２コンタクトホールの大きさ及び形状と同じである。つまり、第２高濃度領域が必要最小限の大きさで形成される。そのため、シリコン基板を厚さ方向から見たときの第２高濃度領域が第２コンタクトホールよりも大きい場合に比して、第２高濃度領域と裏面パッシベーション膜との界面におけるキャリアの再結合が抑えられる。その結果、光電変換素子の変換効率が向上する。
【００３１】
また、第２拡散領域に第２電極を接触させるための第２コンタクトホールが、不純物の拡散源として機能する第２ドーパント層に形成される。つまり、不純物の拡散源として機能する第２ドーパント層がパッシベーション膜として利用される。そのため、不純物の拡散源として機能する第２ドーパント層を除去する必要がなくなる。その結果、光電変換素子の製造工程数を少なくできる。
【００３２】
好ましくは、第１ドーパント層上に第１拡散バリア層を形成する工程をさらに備える。第２ドーパント層を形成する工程は、第１拡散バリア層及びシリコン基板の裏面上に第２ドーパント層を形成する工程である。第１コンタクトホールを形成する工程は、第１ドーパント層と、第１拡散バリア層と、第２ドーパント層とを貫通するように第１コンタクトホールを形成する工程である。
【００３３】
この場合、シリコン基板を熱処理するときに、第２ドーパント層から第１ドーパント層内に不純物が拡散するのを防止できる。
【００３４】
好ましくは、第２ドーパント層を形成した後で、前記第２ドーパント層上に第２拡散バリア層を形成する工程をさらに備える。第１コンタクトホールを形成する工程は、第１ドーパント層と、第１拡散バリア層と、第２ドーパント層と、第２拡散バリア層とを貫通するように第１コンタクトホールを形成する工程である。第２コンタクトホールを形成する工程は、第２ドーパント層及び第２拡散バリア層を貫通するように第２コンタクトホールを形成する工程である。
【００３５】
この場合、例えば、複数のシリコン基板を同時に熱処理するときに、あるシリコン基板が有する第２ドーパント層が他のシリコン基板の拡散源として機能することを防止できる。また、例えば、シリコン基板の受光面側にテクスチャ構造を形成するときに、第２ドーパント層がエッチングされるのを防止できる。
【００３６】
以下、本発明のより具体的な実施形態について、図面を参照しながら説明する。図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。なお、以下で参照する図面においては、説明を分かりやすくするために、構成が簡略化または模式化して示されたり、一部の構成部材が省略されたりしている。また、各図に示された構成部材間の寸法比は、必ずしも実際の寸法比を示すものではない。
【００３７】
［実施の形態］
図１には、本発明の実施の形態に係る光電変換素子１０が示されている。光電変換素子１０は、裏面接合型の太陽電池である。
【００３８】
［光電変換素子の全体構成］
光電変換素子１０は、シリコン基板１２と、パッシベーション膜１４と、ドーパント層１６ｎ、１６ｐと、拡散バリア層１８ｎ、１８ｐと、電極２０ｎ、２０ｐとを備える。シリコン基板１２は、ｎ型拡散領域２２ｎと、ｐ型拡散領域２２ｐとを含む。
【００３９】
シリコン基板１２は、ｎ型の単結晶シリコン基板である。シリコン基板１２の厚さは、例えば、１００〜３００μｍである。シリコン基板１２の比抵抗は、例えば、１．０〜１０．０Ω・ｃｍである。
【００４０】
シリコン基板１２の受光面には、テクスチャ構造２４が形成されている。これにより、シリコン基板１２に入射した光を閉じ込めて、光の利用効率を高めることができる。
【００４１】
シリコン基板１２の面方位は（１００）が望ましい。これにより、テクスチャ構造２４の形成が容易になる。
【００４２】
シリコン基板１２の受光面は、パッシベーション膜１４で覆われている。パッシベーション膜１４は、シリコン酸化膜であってもよいし、シリコン窒化膜であってもよい。パッシベーション膜１４の膜厚は、例えば、５０〜１００ｎｍである。
【００４３】
パッシベーション１４上に反射防止膜を積層し、反射防止効果を高めてもよい。この場合、パッシベーション１４の膜厚と、反射防止膜の膜厚との合計が、例えば、１００〜２００ｎｍであればよい。
【００４４】
シリコン基板１２の裏面側（図１の下面側）には、複数のｎ型拡散領域（第１拡散領域）２２ｎと、ｐ型拡散領域（第２拡散領域）２２ｐとが形成されている。ｐ型拡散領域２２ｐは、複数のｎ型拡散領域２２ｎを除いた領域に形成されている。
【００４５】
シリコン基板１２を裏面側から見たときの複数のｎ型拡散領域２２ｎの面積とｐ型拡散領域２２ｐの面積との和に対するｐ型拡散領域２２ｐの面積の割合（ｐ型拡散領域２２ｐの面積率）が高いほど、光生成された少数キャリア（正孔）が、ｐ型拡散領域２２ｐに到達するまでに移動しなくてはならない距離が減少する。そのため、ｐ型拡散領域２２に到達するまでに再結合する正孔の数が減少し、短絡電流が増加する。したがって、光電変換素子１０の変換効率が向上する。好ましいｐ型拡散領域２２ｐの面積率は、６３〜９０％である。
【００４６】
ここで、シリコン基板１２を裏面側から見た場合、光電変換素子１０においては、図２に示すように、複数のｎ型拡散領域２２ｎがマトリクス状に形成されている。シリコン基板１２を厚さ方向から見たとき、図２に示すように、ｎ型拡散領域２２ｎは円形である。
【００４７】
ｎ型拡散領域２２ｎは、ｎ型高濃度領域（第１高濃度領域）２６ｎと、ｎ型低濃度領域（第１低濃度領域）２８ｎとを備える。
【００４８】
シリコン基板１２を厚さ方向から見たとき、図２に示すように、ｎ型高濃度領域２６ｎは円形であり、ｎ型低濃度領域２８ｎは円環形状である。
【００４９】
ｎ型高濃度領域２６ｎの直径は、例えば、３０〜１００μｍである。ｎ型低濃度領域２８ｎの外径（ｎ型拡散領域２２ｎの直径）は、例えば、５０〜３００μｍである。
【００５０】
ｎ型高濃度領域２６ｎの深さ寸法（図１の上下方向の寸法）は、例えば、０．３〜１．０μｍである。ｎ型低濃度領域２８ｎの深さ寸法は、例えば、０．３〜１．０μｍである。
【００５１】
ｎ型高濃度領域２６ｎの不純物濃度は、例えば、１×１０２０ｃｍ−３以上ｃｍ−３である。ｎ型低濃度領域２８ｎの不純物濃度は、例えば、１×１０１９ｃｍ−３〜１×１０２０ｃｍ−３である。
【００５２】
ｐ型拡散領域２２ｐは、複数のｐ型高濃度領域（第２高濃度領域）２６ｐと、ｐ型低濃度領域（第２低濃度領域）２８ｐとを備える。
【００５３】
ここで、シリコン基板１２を裏面側から見た場合、光電変換素子１０においては、図２に示すように、複数のｐ型高濃度領域２６ｐがマトリクス状に形成されている。図２の左右方向で隣り合う２つのｎ型拡散領域２２ｎの間に、１つのｐ型高濃度領域２６ｐが位置している。
【００５４】
シリコン基板１２を厚さ方向から見たとき、図２に示すように、ｐ型高濃度領域２６ｐは円形である。ｐ型高濃度領域２６ｐの直径は、例えば、３０〜１００μｍである。
【００５５】
ｐ型高濃度領域２６ｐの深さ寸法（図１の上下方向の寸法）は、例えば、０．３〜１．０μｍである。ｐ型低濃度領域２８ｐの深さ寸法は、例えば、０．３〜１．０μｍである。
【００５６】
ｐ型高濃度領域２６ｐの不純物濃度は、例えば、１×１０２０ｃｍ−３以上である。ｐ型低濃度領域２８ｐの不純物濃度は、例えば、１×１０１９ｃｍ−３〜１×１０２０ｃｍ−３である。
【００５７】
シリコン基板１２の裏面上には、複数のｎ型ドーパント層（第１ドーパント層）１６ｎが形成されている。ｎ型ドーパント層１６ｎは、シリコン基板１２の裏面において、ｎ型拡散領域２２ｎと対応する領域に接触している。つまり、ｎ型ドーパント層１６ｎは、シリコン基板１２の裏面上でマトリクス状に形成されている。ｎ型ドーパント層１６ｎは、リンドープシリコンガラス（Phosphorus Silicate Glass：ＰＳＧ）膜である。ｎ型ドーパント層１６ｎの膜厚は、例えば、３０〜５００ｎｍである。
【００５８】
ｎ型ドーパント層１６ｎ上には、拡散バリア層（第１拡散バリア層）１８ｎが形成されている。拡散バリア層１８ｎは、ｎ型ドーパント層１６ｎの全体を覆う。拡散バリア層１８ｎは、ノンドープシリコンガラス（Non-doped Silicate Glass：ＮＳＧ）膜である。拡散バリア層１８ｎの膜厚は、例えば、３０〜５００ｎｍである。
【００５９】
シリコン基板１２の裏面上及び拡散バリア層１８ｎ上には、ｐ型ドーパント層（第２ドーパント層）１６ｐが形成されている。つまり、ｐ型ドーパント層１６ｐは、シリコン基板１２の裏面において、ｐ型拡散領域２２ｐと対応する領域に接触している。ｐ型ドーパント層１６ｐは、ボロンドープシリコンガラス（Boron Silicate Glass：ＢＳＧ）膜である。ｐ型ドーパント層１６ｐの膜厚は、例えば、３０〜５００ｎｍである。
【００６０】
ｐ型ドーパント層１６ｐ上には、拡散バリア層（第２拡散バリア層）１８ｐが形成されている。拡散バリア層１８ｐは、ｐ型ドーパント層１６ｐの全体を覆う。拡散バリア層１８ｐは、ノンドープシリコンガラス（Non-doped Silicate Glass：ＮＳＧ）膜である。拡散バリア層１８ｐの膜厚は、例えば、３０〜５００ｎｍである。
【００６１】
ｎ型ドーパント層１６ｎ、拡散バリア層１８ｎ、ｐ型ドーパント層１６ｐ及び拡散バリア層１８ｐを貫通するコンタクトホール（第１コンタクトホール）３０ｎが形成されている。コンタクトホール３０ｎは、ｎ型高濃度領域２６ｎと対応する位置に形成されている。シリコン基板１２を裏面側から見たときに、コンタクトホール３０ｎの大きさ及び形状は、ｎ型高濃度領域２６ｎの大きさ及び形状と同じである。
【００６２】
コンタクトホール３０ｎ内に、電極（第１電極）２０ｎが形成されている。これにより、電極２０ｎが、ｎ型高濃度領域２６ｎに接触している。電極２０ｎは、例えば、銀である。
【００６３】
ｐ型ドーパント層１６ｐ及び拡散バリア層１８ｐを貫通するコンタクトホール（第２コンタクトホール）３０ｐが形成されている。コンタクトホール３０ｐは、ｐ型高濃度領域２６ｐと対応する位置に形成されている。シリコン基板１２を裏面側から見たときに、コンタクトホール３０ｐの大きさ及び形状は、ｐ型高濃度領域２６ｐの大きさ及び形状と同じである。
【００６４】
コンタクトホール３０ｐ内に、電極（第２電極）２０ｐが形成されている。これにより、電極２０ｐが、ｐ型高濃度領域２６ｐに接触している。電極２０ｐは、例えば、銀である。
【００６５】
光電変換素子１０においては、電極２０ｎが接触するｎ型高濃度領域２６ｎは、ｎ型低濃度領域２８ｎよりも不純物濃度が高い。つまり、ｎ型拡散領域２２ｎに選択エミッタ構造が形成されている。
【００６６】
ここで、シリコン基板１２を厚さ方向から見たときに、ｎ型高濃度領域２６ｎの大きさ及び形状は、コンタクトホール３０ｎの大きさ及び形状と同じである。つまり、ｎ型高濃度領域２６ｎが必要最小限の大きさで形成されている。そのため、シリコン基板１２を厚さ方向から見たときのｎ型高濃度領域２６ｎがコンタクトホール３０ｎよりも大きい場合に比して、ｎ型高濃度領域２６ｎと裏面パッシベーション膜（第１ドーパント層１６ｎ）との界面におけるキャリアの再結合が抑えられる。その結果、光電変換素子１０の変換効率が向上する。
【００６７】
光電変換素子１０においては、電極２０ｐが接触するｐ型高濃度領域２６ｐは、ｐ型低濃度領域２８ｐよりも不純物濃度が高い。つまり、ｐ型拡散領域２２ｐに選択エミッタ構造が形成されている。
【００６８】
ここで、シリコン基板１２を厚さ方向から見たときに、ｐ型高濃度領域２６ｐの大きさ及び形状は、コンタクトホール３０ｐの大きさ及び形状と同じである。つまり、ｐ型高濃度領域２６ｐが必要最小限の大きさで形成されている。そのため、シリコン基板１２を厚さ方向から見たときのｐ型高濃度領域２６ｐがコンタクトホール３０ｐよりも大きい場合に比して、ｐ型高濃度領域２６ｐと裏面パッシベーション膜（第２ドーパント層１６ｐ）との界面におけるキャリアの再結合が抑えられる。その結果、光電変換素子１０の変換効率が向上する。
【００６９】
［光電変換素子の製造方法］
続いて、図３Ａ〜図３Ｋを参照しながら、光電変換素子１０の製造方法について説明する。
【００７０】
先ず、図３Ａに示すように、シリコン基板１２の裏面上に、ｎ型ドーパント層１５ｎを形成する。ｎ型ドーパント層１５ｎは、ＰＳＧである。ｎ型ドーパント層１５ｎは、シリコン基板１２の裏面全体を覆う。ｎ型ドーパント層１５ｎは、常圧ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）によって形成される。
【００７１】
続いて、図３Ｂに示すように、ｎ型ドーパント層１５ｎ上に、拡散バリア層１７ｎを常圧ＣＶＤで形成する。拡散バリア層１７ｎは、ＮＳＧである。拡散バリア層１７ｎは、ｎ型ドーパント層１５ｎの全体を覆う。
【００７２】
続いて、図３Ｃに示すように、ｎ型ドーパント層１５ｎ及び拡散バリア層１７ｎをパターニングする。これにより、ｎ型ドーパント層１６ｎ及び拡散バリア層１８ｎがマトリクス状に形成される。つまり、シリコン基板１２の裏面の一部が、ｎ型ドーパント層１６ｎ及び拡散バリア層１８ｎで覆われる。パターニングは、スクリーン印刷法等でマスクを形成した後、フッ酸等でエッチングすることで実施される。なお、パターニングは、フォトリソグラフィ及びエッチングによって実施してもよい。
【００７３】
続いて、図３Ｄに示すように、シリコン基板１２の裏面上及び拡散バリア層１８ｎ上に、ｐ型ドーパント層１６ｐを常圧ＣＶＤで形成する。
【００７４】
続いて、図３Ｅに示すように、ｐ型ドーパント層１６ｐ上に、拡散バリア層１８ｐを常圧ＣＶＤで形成する。
【００７５】
続いて、シリコン基板１２を熱処理する。熱処理温度は、例えば、８００〜９５０℃である。これにより、ｎ型ドーパント層１６ｎからシリコン基板１２へ不純物（リン）が拡散し、ｐ型ドーパント層１６ｐからシリコン基板１２へ不純物（ボロン）が拡散する。その結果、図３Ｆに示すように、シリコン基板１２の裏面側に、ｎ型拡散領域２１ｎ及びｐ型拡散領域２１ｐが形成される。
【００７６】
続いて、図３Ｇに示すように、シリコン基板１２の受光面の全体にウェットエッチングを実施する。これにより、シリコン基板１２の受光面の全体にテクスチャ構造２４が形成される。
【００７７】
続いて、図３Ｈに示すように、シリコン基板１２の受光面にパッシベーション膜１４を形成する。パッシベーション膜１４は、例えば、プラズマＣＶＤによって形成される。
【００７８】
続いて、図３Ｉに示すように、シリコン基板１２の裏面側からレーザ３２を照射する。これにより、図３Ｊに示すように、コンタクトホール３０ｎ、３０ｐが形成される。
【００７９】
このとき、図３Ｊに示すように、ｎ型拡散領域２１ｎのうちコンタクトホール３０ｎと対応する領域にｎ型高濃度領域２６ｎが形成され、ｎ型高濃度領域２６ｎの周囲にｎ型低濃度領域２８ｎが形成される。
【００８０】
また、ｐ型拡散領域２２ｐのうちコンタクトホール３０ｐと対応する領域にｐ型高濃度領域２６ｐが形成され、ｐ型高濃度領域２６ｐの周囲にｐ型低濃度領域２８ｐが形成される。
【００８１】
レーザ３２は、例えば、ＹＡＧレーザ、ＹＶＯ４レーザ、ＣＯ２レーザである。レーザ３２は、例えば、レーザの種類、レーザのエネルギー密度、パルス発振周波数、照射時間等を変更することで、照射条件を変更できる。
【００８２】
コンタクトホール３０ｎを形成しながら、ｎ型高濃度領域２６ｎを形成する場合のレーザ３２の照射条件は、以下のとおりである。レーザ３２がＹＡＧレーザ（波長：３５５ｎｍ）の場合、エネルギー密度は１００〜６００ｍＪ／ｃｍ２（パワー：０．４〜０．６Ｗ、照射径：３０〜１００μｍ）であり、パルス発振周波数は３０〜２００ｋＨｚである。
【００８３】
コンタクトホール３０ｐを形成しながら、ｐ型高濃度領域２６ｐを形成する場合のレーザ３２の照射条件は、コンタクトホール３０ｎを形成しながら、ｎ型高濃度領域２６ｎを形成する場合のレーザ３２の照射条件と同じであってもよいし、異なっていてもよい。
【００８４】
コンタクトホール３０ｎはコンタクトホール３０ｐよりも深く形成する必要がある。そのため、例えば、照射径が同じである場合には、コンタクトホール３０ｐを形成しながら、ｐ型高濃度領域２６ｐを形成する場合のレーザ３２のエネルギー密度を、コンタクトホール３０ｎを形成しながら、ｎ型高濃度領域２６ｎを形成する場合のレーザ３２のエネルギー密度よりも小さくする必要がある。なお、レーザ３２の照射により、例えば、ｐ型高濃度領域２６ｐが破壊される等の問題がなければ、コンタクトホール３０ｐを形成しながら、ｐ型高濃度領域２６ｐを形成する場合のレーザ３２の照射条件は、コンタクトホール３０ｎを形成しながら、ｎ型高濃度領域２６ｎを形成する場合のレーザ３２の照射条件と同じであってもよい。
【００８５】
続いて、図３Ｋに示すように、電極２０ｎ、２０ｐを形成する。これにより、目的とする光電変換素子１０が得られる。
【００８６】
電極２０ｎ、２０ｐの形成方法は、例えば、以下のとおりである。先ず、電極ペーストをコンタクトホール３０ｎ、３０ｐ内に印刷する。電極ペーストの印刷は、例えば、スクリーン印刷法によって実施される。電極ペーストは、例えば、銀ペーストである。続いて、シリコン基板１２を熱処理する。これにより、電極ペーストが焼成される。その結果、電極２０ｎ、２０ｐが形成される。
【００８７】
このような製造方法においては、コンタクトホール３０ｎを形成しながら、ｎ型高濃度領域２６ｎを形成する。コンタクトホール３０ｎ内に印刷された電極ペーストを焼成することで、電極２０ｎが形成される。そのため、ｎ型拡散領域２２ｎに選択エミッタ構造を形成するための工程数を少なくできる。
【００８８】
コンタクトホール３０ｐを形成しながら、ｐ型高濃度領域２６ｐを形成する。コンタクトホール３０ｐ内に印刷された電極ペーストを焼成することで、電極２０ｐが形成される。そのため、ｐ型拡散領域２２ｐに選択エミッタ構造を形成するための工程数を少なくできる。
【００８９】
ｎ型ドーパント層１６ｎ及びｐ型ドーパント層１６ｐをパッシベーション膜として利用できる。そのため、ｎ型ドーパント層１６ｎ及びｐ型ドーパント層１６ｐを除去した後でパッシベーション膜を形成する場合に比して、光電変換素子１０の製造工程を少なくできる。
【００９０】
ｎ型ドーパント層１６ｎを覆う拡散バリア層１８ｎが形成されている。そのため、ｎ型拡散領域２２ｎ及びｐ型拡散領域２２ｐを形成するための熱処理において、ｐ型ドーパント層１６ｐからｎ型ドーパント層１６ｎに不純物（ボロン）が拡散するのを防ぐことができる。
【００９１】
ｐ型ドーパント層１６ｐを覆う拡散バリア層１８ｐが形成されている。そのため、シリコン基板１２の受光面にテクスチャ構造２４を形成するときに、ｐ型ドーパント層１６ｐがエッチングされるのを防ぐことができる。
【００９２】
また、ｎ型拡散領域２２ｎ及びｐ型拡散領域２２ｐを形成するときに、複数のシリコン基板１２を同時に熱処理する場合、あるシリコン基板１２が備えるｐ型ドーパント層１６ｐから他のシリコン基板１２の受光面に不純物（ボロン）が拡散するのを防止できる。
【００９３】
［応用例１］
光電変換素子は、図４に示すような光電変換素子１０１であってもよい。光電変換素子１０１は、拡散バリア層１８ｐを備えていない。この場合、シリコン基板１２の受光面にテクスチャ構造２４を形成した後で、ｎ型拡散領域２２ｎ及びｐ型拡散領域２２ｐを形成すればよい。
【００９４】
［応用例２］
光電変換素子は、図５に示すような光電変換素子１０２であってもよい。光電変換素子１０２は、拡散バリア層１８ｎ、１８ｐを備えていない。この場合、ｎ型ドーパント層１６ｎの膜厚は、例えば、０．１〜１．５μｍに設定される。これにより、シリコン基板１２を熱処理するときに、ｐ型ドーパント層１６ｐに含まれる不純物がｎ型ドーパント層１６ｎを通過してシリコン基板１２内に拡散するのを防止できる。
【００９５】
以上、本発明の実施形態について、詳述してきたが、これらはあくまでも例示であって、本発明は、上述の実施形態によって、何等、限定されない。
【００９６】
例えば、上記の実施形態及びその応用例１，２において、シリコン基板１２はｐ型の単結晶シリコン基板であってもよい。この場合、ｐ型拡散領域２２ｐがマトリクス状に形成される。ｐ型ドーパント層１６ｐ上に形成された拡散バリア層１８ｐは、ｎ型ドーパント層１６ｎによって覆われる。
【００９７】
上記の実施形態及びその応用例１，２において、シリコン基板１２と同じ導電型を有する不純物が高濃度にドーピングされた領域（高濃度領域）を、シリコン基板１２の受光面側に形成してもよい。この場合、高濃度領域は、ＦＳＦ（Front Surface Field）として機能する。
【００９８】
上記の実施形態及びその応用例１，２において、テクスチャ構造２４及びパッシベーション膜１４は必須ではない。
【符号の説明】
【００９９】
１０：光電変換素子、１２：シリコン基板、１６ｎ：ｎ型ドーパント層（第１ドーパント層）、１６ｐ：ｐ型ドーパント層（第２ドーパント層）、１８ｎ：拡散バリア層（第１拡散バリア層）、１８ｐ：拡散バリア層（第２拡散バリア層）、２０ｎ：電極（第１電極）、２０ｐ：電極（第２電極）、２２ｎ：ｎ型拡散領域（第１拡散領域）、２２ｐ：ｐ型拡散領域（第２拡散領域）、２６ｎ：ｎ型高濃度領域、２６ｐ：ｐ型高濃度領域、２８ｎ：ｎ型低濃度領域、２８ｐ：ｐ型低濃度領域、３０ｎ：コンタクトホール（第１コンタクトホール）、３０ｐ：コンタクトホール（第２コンタクトホール）
【図１】
2013172126.tif 000003
【図２】
2013172126.tif 000004
【図３Ａ】
2013172126.tif 000005
【図３Ｂ】
2013172126.tif 000006
【図３Ｃ】
2013172126.tif 000007
【図３Ｄ】
2013172126.tif 000008
【図３Ｅ】
2013172126.tif 000009
【図３Ｆ】
2013172126.tif 000010
【図３Ｇ】
2013172126.tif 000011
【図３Ｈ】
2013172126.tif 000012
【図３Ｉ】
2013172126.tif 000013
【図３Ｊ】
2013172126.tif 000014
【図３Ｋ】
2013172126.tif 000015
【図４】
2013172126.tif 000016
【図５】
2013172126.tif 000017