(57)【要約】【課題】信頼性を高めた光起電力装置を提供する。【解決手段】光起電力装置１００は、第２導電型層２６と、第２導電型層２６の上に設けられるベース層１２と、ベース層１２の上に設けられる第１金属電極２０と、第１金属電極２０およびベース層１２を貫通する貫通孔３６と、第１金属電極２０の略全面を覆うように設けられ、貫通孔３６の内壁を被覆する絶縁層２２と、絶縁層２２の上に設けられる第２金属電極３０と、を備える。第２金属電極３０は、絶縁層２２により被覆された貫通孔３６を介して第２導電型層２６と接する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電型層と、
前記導電型層の上に設けられるベース層と、
前記ベース層の上に設けられる第１電極と、
前記第１電極および前記ベース層を貫通する貫通孔と、
前記第１電極の略全面を覆うように設けられ、前記貫通孔の内壁を被覆する絶縁層と、
前記絶縁層の上に設けられる第２電極と、
を備え、
前記第２電極は、前記貫通孔を介して前記導電型層と接することを特徴とする光起電力装置。
【請求項２】
前記第１電極は、前記ベース層の上に設けられる透明電極層と、前記透明電極層の上に設けられる金属電極と、を有し、
前記第２電極は、前記絶縁層を挟んで前記金属電極の上に重なる領域を有することを特徴とする請求項１に記載の光起電力装置。
【請求項３】
前記貫通孔は、それぞれが互いに離間して配列するように複数設けられており、
前記第２電極は、複数設けられる前記貫通孔を介して前記導電型層と接することを特徴とする請求項１または２に記載の光起電力装置。
【請求項４】
前記ベース層は、結晶質シリコン層であり、前記第１電極との間の領域に、実質的に真性である非晶質シリコン層を含むヘテロ接合領域が形成されており、
前記導電型層は、前記ベース層と比較して高濃度にドープされた層であり、前記ベース層との間の領域において実質的に真性である非晶質シリコン層を含むヘテロ接合領域が形成されることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の光起電力装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光起電力装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光エネルギーを電気エネルギーに変換する光起電力素子の開発が各方面で精力的に行われている。例えば、単結晶シリコンや多結晶シリコン等の結晶質系シリコンを用いた光起電力素子または光起電力装置の研究および実用化が盛んに行われている。
【０００３】
近年、光入射面の受光面積を拡大して電力変換効率を高めた光起電力素子として、光入射面である受光面から受光面に対向する裏面までを貫通する貫通孔を形成し、受光面側から得られる出力電力を貫通孔を介して裏面側に引き出すメタルラップスルー構造の光起電力素子が注目されている。このようなタイプの光起電力素子の製造方法として、光起電力を生じる単結晶シリコン層に貫通孔を設けるとともに、貫通孔の内壁の一部に非晶質シリコン層によるヘテロ結合を形成する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−８０８８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
メタルラップスルー構造を有する光起電力素子では、一般に貫通孔が金属材料で埋設されるが、この金属材料が貫通孔を形成する壁面や光起電力素子の裏面において受光面以外の領域と接触してしまうと、正負極間が短絡され出力特性を大きく損ねるおそれがある。
【０００６】
本発明はこうした課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、信頼性を高めた光起電力装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明のある態様の光起電力装置は、導電型層と、導電型層の上に設けられるベース層と、ベース層の上に設けられる第１電極と、第１電極およびベース層を貫通する貫通孔と、第１電極の略全面を覆うように設けられ、貫通孔の内壁を被覆する絶縁層と、絶縁層の上に設けられる第２電極と、を備える。第２電極は、貫通孔を介して導電型層と接する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、信頼性を高めた光起電力装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１の実施形態における光起電力装置の構造を示す断面図である。
【図２】図１の光起電力装置を裏面から見た外観図である。
【図３】図１の光起電力装置を受光面から見た外観図である。
【図４】ベース層が形成された材料基板を示す図である。
【図５】第１のｉ型層および第１導電型層が形成された材料基板を示す図である。
【図６】第１透明電極層および第１金属電極が形成された材料基板を示す図である。
【図７】第１金属電極から第１のｉ型層までを貫通する第１の孔が形成された状態を示す図である。
【図８】ベース層を貫通する第２の孔が形成された状態を示す図である。
【図９】第１の孔および第２の孔の内壁をドライエッチングする様子を示す図である。
【図１０】絶縁層が形成された状態を示す図である。
【図１１】材料基板を分離した状態を示す図である。
【図１２】第２のｉ型層、第２導電型層および第２透明電極層が形成された状態を示す図である。
【図１３】第２金属電極およびタブ電極が形成された状態を示す図である。
【図１４】第２の実施形態における光起電力装置の構造を示す断面図である。
【図１５】図１４の光起電力装置を裏面から見た外観図である。
【図１６】複数の光起電力素子を保護基板およびバックシートで封止する様子を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。
【００１１】
＜第１の実施形態＞
図１は、第１の実施形態に係る光起電力装置１００の構造を示す断面図である。光起電力装置１００は、光起電力素子７０と、光起電力素子７０が発電した電力を外部に取り出すためのタブ電極８０を備える。光起電力素子７０は、発電した電力を外部へ取り出す電極として、光（太陽光）Ａが入射する受光面７０ａに対向する裏面７０ｂ側に設けられる第１金属電極２０と第２金属電極３０を備える。第２金属電極３０は、光起電力素子７０の受光面７０ａと裏面７０ｂを貫通する貫通孔３６を介して、受光面７０ａ側に形成される第２導電型層２６および第２透明電極層２８と接続される。このように、光起電力装置１００は、受光面７０ａ側からの電力を貫通孔３６を充填する第２金属電極３０を介して裏面７０ｂ側に引き出すことのできるメタルラップスルー構造を有する。
【００１２】
光起電力素子７０は、ベース層１２と、第１のｉ型層１４と、第１導電型層１６と、第１透明電極層１８と、第１金属電極２０と、絶縁層２２と、第２のｉ型層２４と、第２導電型層２６と、第２透明電極層２８と、第２金属電極３０を備える。
【００１３】
ベース層１２は、結晶質の半導体層であり、例えば、単結晶の半導体層や、多数の結晶粒が集合した多結晶の半導体層である。ここでは、ベース層１２として、ｎ型のドーパントが添加されたｎ型結晶質シリコン基板を用い、ドーピング濃度は１０１６／ｃｍ３程度とする。また、ベース層１２は、光起電力素子７０に入射する光吸収効率を向上させるためのテクスチャ構造が受光面７０ａ側に設けられる。テクスチャ構造を設けることで、光起電力素子７０に入射する光の進行方向を変化させ、ベース層１２に入射した光の光路長を長くすることができる。
【００１４】
第１のｉ型層１４及び第１導電型層１６は、非晶質系の半導体層であり、アモルファス相又はアモルファス相内に微少な結晶粒が析出している微結晶相を含む半導体層である。ここでは、水素を含有するアモルファスシリコンとする。第１のｉ型層１４は、実質的に真性のアモルファスシリコンであり、第１導電型層１６は、ｎ型のドーパントが添加されたアモルファスシリコンである。第１導電型層１６は、第１のｉ型層１４よりもドーパント濃度が高いシリコンとされる。例えば、第１のｉ型層１４には意図的にドーピングを行わず、第１導電型層１６のドーパント濃度は１０１８／ｃｍ３程度とすればよい。
【００１５】
第１のｉ型層１４の厚さは、光の吸収をできるだけ抑えるためにはできるだけ薄くすることが望ましく、ベース層１２の表面が十分にパッシベーションされる程度にすることが好ましい。具体的には、第１のｉ型層１４の厚さは、１ｎｍ以上５０ｎｍ以下とすればよく、例えば１０ｎｍとする。また、第１導電型層１６は、光の吸収をできるだけ抑えられるためにはできるだけ薄くすることが望ましく、光起電力素子７０の開放電圧が十分に高くなるような程度に厚くすることが好ましい。具体的には、第１導電型層１６の厚さは、例えば、１ｎｍ以上とすればよく、例えば２００ｎｍとする。
【００１６】
第２のｉ型層２４及び第２導電型層２６は、非晶質系の半導体層であり、アモルファス相又はアモルファス相内に微少な結晶粒が析出している微結晶相を含む半導体層であり、ここでは、水素を含有するアモルファスシリコンとする。第２のｉ型層２４は、実質的に真性のアモルファスシリコンであり、第２導電型層２６は、ｐ型のドーパントが添加されたアモルファスシリコンである。第２導電型層２６は、第２のｉ型層２４よりもドーパント濃度が高いシリコン層とされる。例えば、第２のｉ型層２４には意図的にドーピングを行わず、第２導電型層２６のドーパント濃度は１０１８／ｃｍ３程度とすればよい。
【００１７】
第２のｉ型層２４の厚さは、ベース層１２の表面が十分にパッシベーションされる程度に厚くするとよい。具体的には、第２のｉ型層２４の厚さは１ｎｍ以上とすればよく、例えば１０ｎｍとする。また、第２導電型層２６の厚さは、光起電力素子７０の開放電圧が十分に高くなるような程度にするとよい。第２導電型層２６の厚さは１ｎｍ以上５０ｎｍ以下とすればよく、例えば１０ｎｍとする。
【００１８】
第１のｉ型層１４および第１導電型層１６は、裏面７０ｂ側においてヘテロ接合を形成し、第２のｉ型層２４および第２導電型層２６は、受光面７０ａ側においてヘテロ接合を形成する。これにより、光起電力素子７０内にビルトインポテンシャルを形成する。
【００１９】
第１透明電極層１８及び第２透明電極層２８は、酸化錫（ＳｎＯ２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）等に錫（Ｓｎ）、アンチモン（Ｓｂ）、フッ素（Ｆ）、アルミニウム（Ａｌ）等をドープした透明導電性酸化物（ＴＣＯ）のうち少なくとも一種類又は複数種を組み合わせて用いることが好適である。特に、酸化亜鉛（ＺｎＯ）は、透光性が高く、抵抗率が低い等の利点を有している。第１透明電極層１８及び第２透明電極層２８の膜厚は、１０ｎｍ以上５００ｎｍ以下とすればよく、例えば１００ｎｍとする。
【００２０】
なお、受光面７０ａ側に設けられる第２透明電極層２８の上には、入射する光Ａの反射率を低減させるための反射防止膜が形成されてもよい。
【００２１】
第１金属電極２０及び第２金属電極３０は、光起電力素子７０が発電する電力を外部に取り出すための電極であり、例えば、ニッケル（Ｎｉ）、鉄（Ｆｅ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）またはこれらの合金、もしくはこれらの金属粒子を含むペーストなどである。第１金属電極２０は、後述する製造工程において一時的な支持基板としての役割を果たすため、その厚さは５０μｍ以上とすることが望ましい。
【００２２】
図２は、図１の光起電力装置１００を裏面７０ｂから見た外観図であり、図３は、図１の光起電力装置１００を受光面７０ａから見た外観図である。第２金属電極３０は、光起電力素子７０の裏面７０ｂ側に設けられるとともに、光起電力素子７０の受光面７０ａと裏面７０ｂを貫通する複数の貫通孔３６を充填するように設けられる。第２金属電極３０が充填される複数の貫通孔３６は、第２金属電極３０による集電効率を高めるため、それぞれが互いに離間して配列される。なお、第２金属電極３０は、電気抵抗を小さくするためその厚さを１０μｍ以上とすることが望ましい。
【００２３】
第２金属電極３０は、図２に示すように、複数の貫通孔３６が配列する領域Ｃ１を覆うようにして裏面７０ｂ側に形成される。また、第１金属電極２０は、図１に示すように、複数の貫通孔３６が配列する領域Ｃ１以外の領域を覆うようにして形成される。このため、光起電力素子７０の裏面７０ｂ側は、第１金属電極２０または第２金属電極３０によりその略全面が覆われることとなる。これにより、光起電力素子７０の受光面７０ａから入射した光は、ベース層１２を一度通過しただけでは吸収が不十分であったとしても、裏面７０ｂ側に形成された第１金属電極２０および第２金属電極３０により反射されて、再度ベース層１２を通過することとなる。そのため、第１金属電極２０または第２金属電極３０により裏面７０ｂ側の略全面が覆われていない場合と比較して、より多くの光をベース層１２に反射させてベース層１２の光吸収量を増大させることができる。
【００２４】
絶縁層２２は、第１金属電極２０の略全面を被覆するとともに、貫通孔３６の内壁を形成するように設けられ、第２金属電極３０が、ベース層１２、第１のｉ型層１４、第１導電型層１６、第１透明電極層１８及び第１金属電極２０と接触しないように絶縁する。絶縁層２２は、電気的に絶縁性を有する材料により構成され、ベース層１２の光吸収量を増大させるため、光の吸収を生じない透明材料であることが望ましい。絶縁層２２は、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ２）、窒化シリコン（ＳｉＮ）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）又は樹脂材料とすればよく、その膜厚は、例えば１００ｎｍ以上１μｍ以下とすればよい。なお、絶縁層２２は、第１金属電極２０から外部に電力が取り出せるよう、タブ電極８０が設けられる領域には形成されないようにしてもよい。
【００２５】
本実施の形態では、光起電力素子７０の第２透明電極層２８が受光面７０ａとなる。ここで、受光面とは、光起電力素子７０において主に光（太陽光）Ａが入射される主面を意味し、具体的には、光起電力素子７０に入射される光Ａの大部分が入射される面である。
【００２６】
次に、光起電力装置１００の製造方法について説明する。
図４は、ベース層１２が形成された材料基板１０を示す図である。材料基板１０は、結晶質の半導体材料であり、例えば、シリコン、多結晶シリコン、砒化ガリウム（ＧａＡｓ）、インジウム燐（ＩｎＰ）等の半導体基板である。なお、本実施の形態では、材料基板１０として単結晶シリコン基板を用いた例を示す。したがって、後述するベース層１２、第１のｉ型層１４、第１導電型層１６、第２のｉ型層２４、第２導電型層２６もシリコン層とする。ただし、材料基板１０をシリコン以外の材料としてもよく、これらの層もシリコン層以外の材料としてもよい。
【００２７】
ポーラス層（脆化層）１０ａは、材料基板１０を陽極酸化処理等することにより形成される。陽極酸化に用いる電解質は、例えば、フッ化水素酸及びエタノールの混合液又はフッ化水素酸及び過酸化水素水の混合液とすることができる。陽極酸化の電流密度は、５ｍＡ／ｃｍ２以上６００ｍＡ／ｃｍ２以下とすればよく、例えば１０ｍＡ／ｃｍ２程度とする。
【００２８】
ポーラス層１０ａの厚さは、０．０１μｍ以上３０μｍ以下とすればよく、例えば１０μｍ程度とする。ポーラス層１０ａの空孔径は、０．００２μｍ以上５μｍ以下とすればよく、例えば０．０１μｍ程度とする。ポーラス層１０ａの空孔率は、１０％以上７０％以下とすればよく、例えば２０％程度とする。
【００２９】
材料基板１０のポーラス層１０ａ上には、ベース層１２が形成される。ベース層１２は、化学気相成長法（ＣＶＤ）で形成することができる。ベース層１２は、ポーラス層１０ａをシード層としたエピタキシャル成長により形成され、結晶質の半導体層同士が接合されたホモ接合領域を形成する。例えば、材料基板１０を９５０℃に加熱し、水素（Ｈ２）で希釈されたジクロロシラン（ＳｉＨ２Ｃｌ２）を原料ガスとして供給することにより成膜することができる。水素（Ｈ２）とジクロロシラン（ＳｉＨ２Ｃｌ２）の流量は、例えばそれぞれ０．５（ｌ／ｍｉｎ）及び１８０（ｌ／ｍｉｎ）とする。また、必要に応じてホスフィン（ＰＨ３）をドーピングガスとして添加する。
【００３０】
図示していないが、ベース層１２の表面１２ａにテクスチャ構造が形成される。材料基板１０、ポーラス層１０ａ及びベース層１２を、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）水溶液中で化学的にエッチングすることにより、ベース層１２の表面１２ａに微細な凹凸形状を有するテクスチャ構造を形成する。なお、テクスチャ構造の凹凸形状は、エッチングに用いるＮａＯＨ水溶液の濃度や反応時間などを変えることにより制御することが望ましい。
【００３１】
なお、材料基板１０として、サファイア（Ａｌ２Ｏ３）などのシリコン以外を材料とする基板を用いてもよい。この場合、材料基板１０の上にポーラス層１０ａを形成する必要はなく、ポーラス層１０ａを設ける替わりにサファイア基板上に微細なテクスチャ構造を設け、この上にベース層１２をエピタキシャル成長させることで表面にテクスチャ構造が形成されたベース層１２を得ることができる。
【００３２】
図５は、第１のｉ型層１４および第１導電型層１６が形成された材料基板１０を示す図である。ベース層１２の上に第１のｉ型層１４と第１導電型層１６が順に形成される。
【００３３】
第１のｉ型層１４及び第１導電型層１６は、シラン（ＳｉＨ４）等のケイ素含有ガスを用いたプラズマ化学気相法（ＰＥＣＶＤ）により形成することができる。シラン（ＳｉＨ４）等のケイ素含有ガスを供給しつつ、高周波電源から高周波電極へ高周波電力を供給することによって原料ガスのプラズマが生成され、プラズマからベース層１２上に原料が供給されてシリコン薄膜が形成される。原料ガスには、必要に応じてホスフィン（ＰＨ３）等のドーパント含有ガスを混合する。
【００３４】
図６は、第１透明電極層１８および第１金属電極２０が形成された材料基板１０を示す図である。第１透明電極層１８は、スパッタリング法又はプラズマ化学気相成長法（ＰＥＣＶＤ）等の薄膜形成方法で形成することができる。第１金属電極２０は、ニッケルと鉄の合金からなる金属層がメッキ法により形成される。
【００３５】
図７は、第１金属電極２０から第１のｉ型層１４までを貫通する第１の孔３２が形成された状態を示す図である。第１金属電極２０の上から第１のレーザ６０を照射することで、第１金属電極２０から第１のｉ型層１４までを貫通し、ベース層１２が露出される第１の孔３２を形成する。第１のレーザ６０の照射条件は、例えば波長３５５ｎｍ，繰り返し周波数２５０ｋＨｚ、パワー０．９０Ｗ、パルスエネルギー３．６μＪのパルス状集光レーザビームである。これを第１金属電極２０の上から直径５０μｍの領域Ｃ１に照射することにより、第１金属電極２０から第１のｉ型層１４まで貫通する直径約４５μｍの第１の孔３２を形成することができる。
【００３６】
図８は、ベース層１２を貫通する第２の孔が形成された状態を示す図である。第１の孔３２の内部に第２のレーザ６２を照射することで、ベース層１２を貫通し、ポーラス層１０ａが露出される第２の孔３４を形成する。第２のレーザ６２の照射条件は、例えば波長１０６４ｎｍ、繰り返し周波数１５ｋＨｚ、パワー２５Ｗ、パルスエネルギー１．７ｍＪのパルス状集光レーザビームである。これを第１の孔３２により露出したベース層１２の直径４０μｍの領域Ｃ２に照射することにより、ベース層１２を貫通してポーラス層１０ａの表面に至る直径約３０μｍの第２の孔３４を形成する。
【００３７】
図９は、第１の孔３２および第２の孔３４の内壁をドライエッチングする様子を示す図である。上述した第１の孔３２および第２の孔３4を形成する際、レーザビームの照射領域からいわゆるデブリと呼ばれる飛散物が生じ、第１の孔３２および第２の孔３4の内壁や第１金属電極２０の上面２０ａに付着する。このような付着物によりベース層１２から第１金属電極２０の間に形成された各層の間で短絡が生じてしまうと、光起電力素子７０の出力特性が低下することとなる。そこで、第１の孔３２および第２の孔３４を形成した後に、第１金属電極２０の上から四フッ化炭素および酸素（ＣＦ４＋Ｏ２）によるプラズマガス６４に晒すことにより、これらの付着物をドライエッチングし、第１の孔３２および第２の孔３４の内壁や第１金属電極２０の上面２０ａをクリーニングする。なお、エッチングに用いるガスは、ＣＦ４＋Ｏ２には限定されず、三フッ化窒素（ＮＦ３）や、六フッ化硫黄（ＳＦ６）などを用いてもよい。
【００３８】
図１０は、絶縁層２２が形成された状態を示す図である。絶縁層２２は、ドライエッチングがなされた第１金属電極２０の上から、第１金属電極２０の上面２０ａと第１の孔３２および第２の孔３４の内壁を被覆するように形成される。絶縁層２２は、膜厚が２００ｎｍ程度の窒化シリコン層であり、シラン（ＳｉＨ４）と水素（Ｈ２）に窒素（Ｎ２）又はアンモニア（ＮＨ３）を混合した原料ガスをプラズマ化して供給するプラズマ化学気相成長法（ＰＥＣＶＤ）により形成することができる。これにより、第１の孔３２および第２の孔３４の内壁を被覆する側面部２２ａと、第２の孔３４により露出するポーラス層１０ａの表面を被覆する底面部２２ｂが形成される。なお、第１金属電極２０から外部へ電力を取り出すためのタブ電極８０が接続できるよう、第１金属電極２０の一部領域Ｃ３にマスクを施すことにより、絶縁層２２が形成されないようにしている。
【００３９】
図１１は、材料基板１０を分離した状態を示す図である。ポーラス層１０ａを境界として、ベース層１２側と材料基板１０側とを機械的に切り離す。このとき、第２の孔３４の直径が約３０μｍであるのに対し、絶縁層２２の膜厚は２００ｎｍ程度と第２の孔３４の直径に対して極めて薄いため、ポーラス層１０ａの上の直径約３０μｍの範囲に形成される底面部２２ｂは材料基板１０側に残ることとなる。このため、ポーラス層１０ａの上に形成される底面部２２ｂは側面部２２ａから切り離され、第１の孔３２と第２の孔３４を被覆する側面部２２ａにより貫通孔３６が形成される。
【００４０】
材料基板１０の分離処理では、例えば、材料基板１０及び絶縁層２２を真空チャックで吸着し、双方を引き離すように引っ張ることによって、ポーラス層１０ａ部分から材料基板１０を切り離すことができる。その他、絶縁層２２と材料基板１０とをそれぞれ別の仮支持基材に接着剤、或いはテープ等で固定し、これらの仮支持基材に外力を印加することで分離を行い、その後接着剤、或いはテープを除去してもよい。また、材料基板１０の側面からポーラス層１０ａにウォータージェットを吹き付けることによって、ポーラス層１０ａ部分から材料基板１０を切り離すことができる。
【００４１】
図１２は、第２のｉ型層２４、第２導電型層２６および第２透明電極層２８が形成された状態を示す図であり、これらの層は、貫通孔３６が設けられたベース層１２の上に順に形成される。第２のｉ型層２４及び第２導電型層２６は、第１のｉ型層１４および第１導電型層１６と同様に、シラン（ＳｉＨ４）等のケイ素含有ガスを用いたプラズマ化学気相法（ＰＥＣＶＤ）により形成することができる。原料ガスには、必要に応じてジボラン（Ｂ２Ｈ６）等のドーパント含有ガスを混合する。
【００４２】
第２透明電極層２８は、第１透明電極層１８と同様、スパッタリング法又はプラズマ化学気相成長法（ＰＥＣＶＤ）等の薄膜形成方法で形成することができる。なお、第２透明電極層２８を形成した後に、第２透明電極層２８よりも屈折率の小さい反射防止層を第２透明電極層２８の上に形成してもよい。この場合、反射防止膜は、既に形成されているヘテロ接合に影響を与えないよう２５０℃以下の温度で形成することが望ましい。
【００４３】
なお、第２のｉ型層２４、第２導電型層２６および第２透明電極層２８の膜厚は、貫通孔３６の直径の大きさと比べて極めて薄いため、貫通孔３６の上からこれらの層を形成したとしても、貫通孔３６が埋設されることはない。その結果、貫通孔３６は、絶縁層２２から第２透明電極層２８までを貫通することとなる。
【００４４】
図１３は、第２金属電極３０およびタブ電極８０が形成された状態を示す図である。第２金属電極３０は、第１金属電極２０が形成されていない領域Ｃ１に対応した開口を有するメタルマスクを絶縁層２２の上に配置し、その上から壁面への付着性の高いＣＶＤ法やスパッタリング法により形成される。これにより、貫通孔３６の内部が充填されるとともに、絶縁層２２の一部領域Ｃ１を被覆するようにして第２金属電極３０が形成される。また、第２金属電極３０は、貫通孔３６を介して受光面７０ａ側の第２導電型層２６および第２透明電極層２８と接続される。なお、第２金属電極３０は、金属ペーストをスクリーン印刷する方法により、貫通孔３６を埋設するよう形成してもよい。最後に、第１金属電極２０が露出した領域Ｃ３にタブ電極８０を設ける。
【００４５】
以上の製造方法により、光起電力装置１００は、裏面７０ｂ側に第１金属電極２０及び第２金属電極３０が形成されるとともに、貫通孔３６を介して受光面７０ａ側の第２導電型層２６および第２透明電極層２８と接続される第２金属電極３０が設けられるメタルラップスルー構造を有する。その結果、受光面７０ａの上に集電極を形成する必要がなくなるため、受光面７０ａ上に集電極を形成した場合と比較して受光面７０ａの受光面積を大きくすることができ、電力変換効率を高めることができる。
【００４６】
また、第２金属電極３０は、貫通孔３６および第１金属電極２０の上を被覆する絶縁層２２により、ベース層１２から第１金属電極２０の間に設けられる各層と電気的に絶縁されることとなる。このため、受光面７０ａ側に設けられる第２のｉ型層２４、第２導電型層２６および第２透明電極層２８以外の領域と、第２金属電極３０とが接触してしまうことを防ぐことができ、信頼性の高いメタルラップスルー構造とすることができる。
【００４７】
また、第１金属電極２０と第２金属電極３０は、絶縁層２２を挟んで異なる平面上に形成されているため、どちらかの金属電極を櫛形等にする必要がなく、図２に示すように、広い面積を有する金属電極とすることができる。このため、電極構造を簡便に製造することができ、コストアップを防止することが出来る。
【００４８】
また、第２金属電極３０は、第１金属電極２０が形成されていない領域Ｃ１の上を覆うように形成されるため、光起電力素子７０の裏面７０ｂ側は、第１金属電極２０または第２金属電極３０のいずれかによって被覆されることとなる。その結果、入射光の一部、例えば裏面７０ｂ側に透過したとしても、第１金属電極２０または第２金属電極３０のいずれかが透過光を反射させて再度光起電力素子７０に向かわせる光閉じ込め効果を得ることができ、電力変換効率を高めることができる。
【００４９】
＜第２の実施形態＞
図１４は、第２の実施形態に係る光起電力装置２００の構造を示す断面図である。以下、第１の実施形態における光起電力装置１００との相違点を中心に説明する。
【００５０】
光起電力装置２００は、第１の実施形態において示した光起電力素子７０を複数備え、タブ電極８０によって互いに接続される。図１５は、図１４の光起電力装置２００を裏面７０ｂから見た外観図であり、複数の光起電力素子７０がタブ電極８０により接続される様子を示す。図１５に示すように、タブ電極８０は、隣接する光起電力素子７０の第１金属電極２０と第２金属電極３０を接続することにより、複数の光起電力素子７０を直列接続する。本実施の形態において、第１金属電極２０と第２金属電極３０はいずれも光起電力素子７０の裏面７０ｂ側に設けられるため、タブ電極８０により簡便に複数の光起電力素子７０を接続することができる。
【００５１】
図１４に戻り、光起電力装置２００は、保護基板４０と、保護層４２と、バックシート５０を備える。保護基板４０は、光起電力素子７０を外部環境から保護するとともに、光起電力素子７０が発電のために吸収する波長帯域の光を透過する。保護基板４０は、例えば、ガラス基板である。なお、本実施の形態における光起電力素子７０の受光面７０ａは、櫛形状に形成される電極が設けられず平坦に形成されるため、保護基板４０を受光面７０ａに接するように配置することができる。これにより、受光面７０ａと保護基板４０を接着するための接着剤を省くことができるため、接着剤による入射光の吸収損失を防ぎ、電力変換効率を高めることができる。
【００５２】
保護層４２及びバックシート５０は、ＥＶＡ、ポリイミド等の樹脂材料である。これにより、光起電力装置２００の発電層への水分の浸入等を防ぐとともに、光起電力装置２００全体の強度を向上させる。なお、バックシート５０は、保護基板４０と同じガラスや、プラスチック等の透明基板としてもよい。また、保護基板４０側から入射した光がベース層１２により多く吸収されるよう、保護層４２とバックシート５０との間に反射層を設けることで、光起電力素子７０を透過してバックシート５０に達した光を光起電力素子７０へ反射させてもよい。
【００５３】
次に、光起電力装置２００の製造方法を示す。
図１６は、複数の光起電力素子７０を保護基板４０およびバックシート５０で封止する様子を示す図である。図４〜１３に示す工程により製造された複数の光起電力素子７０をタブ電極８０により直列接続した後、受光面７０ａ側に保護基板４０を配置し、裏面７０ｂ側に保護層４２を挟み込むようにしてバックシート５０を配置する。その後、光起電力素子７０を保護基板４０とバックシート５０で挟み込んだ状態で加熱圧着するとともに、保護基板４０からはみ出た保護層４２を除去することで、図１４に示す光起電力装置１００が形成される。
【００５４】
以上の製造方法により、光起電力装置２００は、複数の光起電力素子７０がモジュール化されるとともに、保護基板４０が受光面側となり、第１金属電極２０および第２金属電極３０が裏面側に設けられることとなる。また、貫通孔３６を介して受光面７０ａ側の第２透明電極層２８と接続される第２金属電極３０が設けられるメタルラップスルー構造を有する。これにより、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００５５】
以上、本発明を上述の各実施の形態を参照して説明したが、本発明は上述の各実施の形態に限定されるものではなく、各実施の形態の構成を適宜組み合わせたものや置換したものについても本発明に含まれるものである。また、当業者の知識に基づいて各実施の形態における組合せや処理の順番を適宜組み替えることや各種の設計変更等の変形を各実施の形態に対して加えることも可能であり、そのような変形が加えられた実施の形態も本発明の範囲に含まれうる。
【００５６】
上述の実施形態においては、受光面７０ａ側の第２透明電極層２８上に金属電極が設けられない構造としたが、第２透明電極層２８の上に櫛形状に形成した金属電極を形成してもよい。この場合、櫛形状に形成される金属電極の分だけ受光面積が低下してしまうが、受光面７０ａ側の集電効率を高めることができる。
【００５７】
上述の実施形態においては、複数の貫通孔３６が配列する領域Ｃ１を覆うようにして第２金属電極３０が形成される場合について述べたが、第２金属電極３０は、領域Ｃ１以外領域を覆うように形成されてもよい。例えば、領域Ｃ１よりも少し広い領域を覆うように第２金属電極３０を形成し、第２金属電極３０が絶縁層２２を挟んで第１金属電極２０と重なるようにしてもよい。また、絶縁層２２の略全面を覆うように第２金属電極３０を形成してもよい。このように、第１金属電極２０の上に第２金属電極３０の少なくとも一部領域が重なるようにして電極を形成することで、光閉じ込め効果をさらに高めることができる。
【００５８】
なお、以下の組合せによる光起電力装置についても本発明の範囲に含まれうる。
【００５９】
（１）光起電力装置は、導電型層と、導電型層の上に設けられるベース層と、ベース層の上に設けられる第１電極と、第１電極およびベース層を貫通する貫通孔と、第１電極の略全面を覆うように設けられ、貫通孔の内壁を被覆する絶縁層と、絶縁層の上に設けられる第２電極と、を備える。第２電極は、貫通孔を介して導電型層と接する。
【００６０】
この態様によれば、受光面となる導電型層の上に電極を設けない構造とすることができるため、受光面の受光面積を大きくすることができ、電力変換効率を高めることができる。また、第１電極は略全面が絶縁層により覆われており、第２電極は絶縁層により被覆された貫通孔を介して導電型層と接するため、第１電極及びベース層と第２電極との間で電気的な絶縁を確保し、光起電力装置の信頼性を高めることができる。
【００６１】
（２）第１電極は、ベース層の上に設けられる透明電極層と、透明電極層の上に設けられる金属電極と、を有し、第２電極は、絶縁層を挟んで金属電極の上に重なる領域を有する（１）に記載の光起電力装置であってもよい。
【００６２】
この態様によれば、ベース層の上に金属電極である第１電極が形成されるとともに、第１電極の上に第２電極が重なるように設けられるため、いずれかの電極がベース層の略全面を覆うように形成されることとなる。このため、受光面となる導電型層から入射した光がベース層に吸収されずに裏面側に透過したとしても、裏面側に形成される電極により反射して再度ベース層に向かわせることができる。その結果、裏面側の略全面に電極が形成されない場合と比較して、光電変換効率を高めることができる。
【００６３】
（３）貫通孔は、それぞれが互いに離間して配列するように複数設けられており、第２電極は、複数設けられる貫通孔を介して導電型層と接する（１）または（２）に記載の光起電力装置であってもよい。第２電極が互いに離間して配列する複数の貫通孔を介して導電型層と接することで、第２電極による集電効率を高めることができる。
【００６４】
（４）ベース層は、結晶質シリコン層であり、第１電極との間の領域に、実質的に真性である非晶質シリコン層を含むヘテロ接合領域が形成されており、導電型層は、ベース層と比較して高濃度にドープされた層であり、ベース層との間の領域において実質的に真性である非晶質シリコン層を含むヘテロ接合領域が形成される（１）から（３）のいずれかに記載の光起電力装置であってもよい。
【符号の説明】
【００６５】
１２…ベース層、１４…第１のｉ型層、１６…第１導電型層、１８…第１透明電極層、２０…第１金属電極、２２…絶縁層、２４…第２のｉ型層、２６…第２導電型層、２８…第２透明電極層、３０…第２金属電極、３６…貫通孔、４０…保護基板、４２…保護層、５０…バックシート、７０…光起電力素子、７０ａ…受光面、７０ｂ…裏面、８０…タブ電極、１００、２００…光起電力装置。
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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