JP2015050277A

JP2015050277A - 太陽電池およびその製造方法

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Publication number: JP2015050277A
Application number: JP2013180106A
Authority: JP
Inventors: 祐司栗本; Yuji Kurimoto
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2013-08-30
Filing date: 2013-08-30
Publication date: 2015-03-16

Abstract

【課題】特殊な材料を含まない電極を備えた太陽電池等を提供する。
【解決手段】裏面パッシベーション膜（２５）は、酸化アルミニウム膜および窒化シリコン膜を含む積層膜構造を有しており、前記窒化シリコン膜の屈折率は２．４以上かつ３．１以下であり、裏面電極（２８）は、ファイヤースルー現象により、裏面パッシベーション膜（２５）を貫通している。
【選択図】図１

Description

本発明は、太陽電池およびその製造方法に関し、例えば、裏面パッシベーション型の太陽電池およびその製造方法に関する。

光電変換素子の一種である太陽電池は、受光することで発生した＋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型半導体層とが接合したｐｎ接合を基本構成として有している。ｐｎ接合は、例えば、ｐ型シリコン基板の表面に、ｎ型不純物拡散層（ｎ＋層）を堆積することによって形成される。

（従来のアルミＢＳＦ型太陽電池９００）
従来、太陽電池の一種として、アルミＢＳＦ（Back Surface Field）型太陽電池が知られている。アルミＢＳＦ型太陽電池は、以下で説明するアルミニウム合金で形成されたｐ＋層を、受光面とは反対側の裏面側に備えた太陽電池である。アルミＢＳＦ型太陽電池は、製造が比較的簡単であるため、量産に適している。図１４に、従来のアルミＢＳＦ型太陽電池９００（以下、単に太陽電池９００と呼ぶ）の模式図を示す。

図１４に示すように、太陽電池９００の受光面側および裏面側には、それぞれ、主面電極９２７および裏面電極９２８が設けられている。裏面電極９２８は、ｐ型シリコン基板９２０（以下、シリコン基板９２０と呼ぶ）の裏面側に形成されたｐ＋層９２９の上に設けられている。なお、裏面電極９２８とｐ＋層９２９とを合わせて、裏面電極は二層構造として構成されているともいえる。

太陽電池９００では、シリコン基板９２０とｐ＋層９２９との界面（以下では、ｐ／ｐ＋界面と表す）に、シリコン基板９２０とｐ＋層９２９との間のポテンシャル差に由来する電界が形成される。この電界は、主として、シリコン基板９２０内で発生した電子および正孔が、拡散現象によりｐ／ｐ＋界面まで移動してきたとき、電子をシリコン基板９２０内部に反射する一方、正孔を選択的にｐ＋層９２９内へ通過させる。言い換えれば、ｐ／ｐ＋界面に生じる電界は、太陽電池９００の裏面近傍における正孔の密度分布と電子の密度分布とを、空間的に引き離す。

これにより、太陽電池９００の裏面近傍において、正孔と電子とが再結合する確率が低減される。従って、ｐ／ｐ＋界面の電界は、電子を排斥し、正孔および電子が再結合することによって生じるキャリア損失を低減する効果を奏することになる。この効果は、フィールドパッシベーション効果と呼ばれている。

（アルミＢＳＦ型太陽電池９００の問題点）
前記のように、ｐ／ｐ＋界面に生じる電界によって、比較的高い変換効率を得ることができる。しかしながら、太陽電池９００は、発電効率の更なる高効率化という観点から見た場合、以下に説明する問題点を有している。

太陽電池９００では、大部分の電子はｐ／ｐ＋界面の電界によってシリコン基板９２０内部に反射されるが、シリコン基板９２０とｐ＋層９２９との間のポテンシャル差より高い運動エネルギーを有する少数の電子は、ｐ／ｐ＋界面を乗り越えて、ｐ＋層９２９内へと侵入する。ところが、ｐ＋層９２９内では、高濃度にドーピングされたアルミニウムが再結合中心を形成しているため、再結合中心の存在密度が高くなっている。言い換えれば、ｐ＋層９２９は、半導体としての品質が悪い層となっている。そのため、ｐ＋層９２９内へ侵入した電子は、ｐ＋層９２９内において、高い確率で再結合を起こして消滅する。

一方、ｐ＋層９２９内で消滅しなかった電子は、ｐ＋層９２９と裏面電極９２８との界面（以下では、ｐ＋／裏面電極界面と表す）に到達する。ところが、ｐ＋／裏面電極界面には、正孔および電子が再結合する速度を減らすためのパッシベーション処理が何らなされていない。そのため、電子は、ｐ＋／裏面電極界面において、高い確率で、再結合により消滅する。以上のようにして生じる電子の消滅は、太陽電池９００の電気的出力を損失する原因となる。

さらに、太陽電池９００では、ｐ＋層９２９の光吸収率が高い。そのため、太陽電池９００の光入射面側で光電変換されずに裏面側に到達した光の大部分は、ｐ＋層９２９で吸収される。また、光がｐ＋層９２９で吸収される際に生じた電子正孔対は、再結合によってただちに消滅する。従って、ｐ＋層９２９に吸収された光は、太陽電池９００の電気的出力には寄与しない。

また、一般に、ｐ＋／裏面電極界面は滑らかではなく、その物理的形状は凹凸が激しくなっている。そのため、ｐ＋／裏面電極界面の光反射率は低い。

太陽電池９００の受光面から入射して裏面に到達した一部の光は、裏面において反射されることにより、再び太陽電池９００の内部に戻り発電に寄与することが望ましい。しかし、アルミＢＳＦ型太陽電池９００では、上記のように、ｐ＋層９２９の光吸収率が高いことと、ｐ＋／裏面電極界面の光反射率が低いこととによって、ｐ＋／裏面電極界面に到達した光を発電に有効に利用することができないという問題を有している。

（従来の裏面パッシベーション型太陽電池８００）
裏面パッシベーション型太陽電池は、上述したアルミＢＳＦ型太陽電池の問題点を克服し、アルミＢＳＦ型太陽電池に置き換わることを目指して、開発が進められている。裏面パッシベーション型太陽電池は、アルミＢＳＦ型太陽電池のようには、キャリアが再結合する速度を抑制しようとする技術思想に基づいて設計されていない。その代わりに、裏面パッシベーション型太陽電池は、太陽電池の裏面近傍に存在する再結合中心の密度を低減することにより、キャリアが再結合する頻度を減少させようとする技術思想に基づいて設計されている。

図１３に、従来の裏面パッシベーション型太陽電池８００（以下、単に太陽電池８００と呼ぶ）の模式図を示す。図１３に示すように、太陽電池８００は、太陽電池９００とは異なり、シリコン基板８２０の裏面の大部分が、絶縁性の裏面パッシベーション膜８２５で覆われている。裏面パッシベーション膜８２５は絶縁体であるため、絶縁体に覆われた部分から太陽電池の電力を取り出すのは不可能である。このために、シリコン基板８２０の裏面の局所的な残りの部分には、裏面電極８２８が設けられている。裏面電極８２８は、一般的に、シリコン基板８２０の裏面全体の１０％またはそれ以下の面積を占めるように設計される。また、裏面電極８２８とシリコン基板８２０とが接触する部位には、ｐ＋層８２９が形成されている。

(i)ｐ型のシリコン基板８２０と裏面パッシベーション膜８２５との界面（以下、ｐ／裏面パッシベーション膜界面と表す）に本来的に存在し、(ii)電子と正孔とが再結合する原因となる、未結合手は、裏面パッシベーション膜８２５の膜中の元素によって終端される結果、再結合中心ではなくなる。そのため、正孔および電子が、ｐ／裏面パッシベーション膜界面において未結合手に捕捉される可能性が低減される。従って、ｐ／裏面パッシベーション膜界面に到達した正孔および電子の多くは、該界面で反射して、シリコン基板８２０側に戻っていく。本効果は、アルミＢＳＦ太陽電池９００裏面のフィールドパッシベーションに対して、ケミカルパッシベーションと呼ばれる。

太陽電池８００では、裏面パッシベーション膜８２５において上記ケミカルパッシベーション性能を十分に高くし、従来型アルミＢＳＦ太陽電池９００裏面のｐ／ｐ＋界面で得られているフィールドパッシベーション性能を上回らせることができた場合、より高い変換効率が期待できる。また、従来型アルミＢＳＦ太陽電池９００に比べ、ｐ＋層８２９が裏面に占める面積割合が大幅に減るので、ｐ＋層８２９に起因した光の吸収量も減少する。これにより、より多くの光およびキャリアを、電気的出力として有効に利用することができるので、太陽電池８００の発電効率を向上させることができる。

さらに、太陽電池８００のｐ／裏面パッシベーション膜界面は、太陽電池９００のｐ＋／裏面電極界面と比較して、より滑らかな形状に形成することができるので、裏面側から入射面側へ、光を効率よく反射することができる。これにより、太陽電池８００の裏面側から入射面側に戻る光量が増加するので、光電変換される光量も増加する。これら、電気的及び光学的特性の改善の結果、太陽電池８００の変換効率を向上させることができる。

近年、酸化アルミニウム膜(Ａｌ_２Ｏ_３膜)と窒化シリコン膜(ＳｉＮｘ膜)とがこの順でシリコン基板８２０の裏面上に堆積された複合層構造（トポロジー）を有する裏面パッシベーション膜８２５の研究および開発が世界的な潮流になっている。複合層構造を構成する各層の厚みはどの程度であることが望ましいかなどの細かい点には、様々な議論があるものの、裏面パッシベーション膜８２５は上記のトポロジーを有することが望ましいという大きな点には、議論の余地がない。

上記トポロジーを有する裏面パッシベーション膜８２５では、Ａｌ_２Ｏ_３膜が、ｐ／裏面パッシベーション膜界面に負の固定電荷を与えるので、シリコン基板８２０中の正孔が上記界面に引き寄せられる。その結果、ｐ＋層８２９内と、上記界面の近傍との両者において、高密度となるキャリアはどちらも正孔となる。これにより、裏面電極８２８の近傍において、電子と正孔との再結合が起こりにくくなる。裏面電極近傍での電子と正孔との再結合損失は、従来、界面に正の固定電荷を与えるＳｉＮｘ膜等の使用によって生じることが知られ、パラサイティックシャンティング現象と呼ばれていた。Ａｌ_２Ｏ_３膜の使用は本問題を解決する。

ただし、Ａｌ_２Ｏ_３膜は、高温（例えば、７００℃〜９００℃）で焼成された場合に、ブリスタリングと呼ばれるミクロな膜剥がれ現象を発生させることが知られている。これを防止する保護膜として、一般的には、Ａｌ_２Ｏ_３膜の上に、ＳｉＮｘ膜が積層される。

（アルミＢＳＦ太陽電池９００及び裏面パッシベーション型太陽電池８００における主面電極構造）
本発明の焦点は太陽電池の裏面にあるので、裏面の作製方法について詳しく述べるべきである。しかし太陽電池８００、９００光入射面の電極（以後主面電極）の作製方法は、本発明における裏面の作製方法と大きな関連性を有するため、予備説明として、これに言及する。

ｐ型のシリコン基板９２０を用いた太陽電池９００及びｐ型のシリコン基板８２０を用いた８００においては、光入射面にはシリコン基板９２０または８２０とｎ＋層とのｐｎ接合が形成されることは既に述べた。よって、光入射面にはｎ＋層が存在しているので、同層の上に金属を堆積すれば、「ｎ＋層／金属」なる構造の接触抵抗の十分に低い主面電極９２７及び８２７を作製できる。

ただし、光入射面にはｎ＋層の上にＳｉＮｘなどの絶縁体層が反射防止と表面パッシベーションとのために形成されている。したがって、単に金属をこの上に堆積しただけでは、絶縁体層が邪魔をして、ｎ＋層と金属との電気的接触を得ることはできない。このため、主面電極９２８及び８２８を形成する部分のＳｉＮｘを剥離すればよいが、これには手間がかかる。

そこで、この問題を解決したのはガラスフリットと銀を主成分とするペーストである。本ペーストをＳｉＮｘ上に印刷し焼成することで、銀は絶縁体層であるＳｉＮｘを貫通し、シリコンに接触する。このようにして、ＳｉＮｘを部分的にエッチングすることなくシリコン上に望む形の電極を形成することができる。本技術はファイヤースルー技術と呼ばれている。

（太陽電池９００における裏面電極構造）
裏面電極９２８の材料は金属であり、例えば、アルミニウムが材料として用いられる。裏面電極９２８およびｐ＋層９２９を形成するためには、アルミニウム膜をシリコン基板９２０の裏面に堆積させた後、アルミニウム膜およびシリコン基板９２０を７００℃以上の温度で焼成する。これにより、シリコン基板９２０中にアルミニウムが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（上記アルミニウム合金）が生成される。アルミニウムは、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９２９が形成される。ｐ＋層９２９は、アルミニウムとシリコンとからなるアルミニウム合金の層である。このように、シリコン基板９２０上に堆積されたアルミニウム膜の一部は、ｐ＋層９２９の形成に寄与する。残りのアルミニウム膜は、ｐ＋層９２９上に裏面電極９２８を形成する。このように、アルミニウムを用いれば、上記裏面構造を極めて合理的に作製することができる。

具体的には、シリコン基板９２０の裏面全面に、アルミニウムを含む導電性ペーストをベタ塗りし焼成すれば、上記裏面構造を完成させることができる。

（太陽電池８００における電極構造；裏面電極）
次に、太陽電池８００の裏面電極８２８について説明する。前述のように、ｐ型のシリコン基板８２０を用いた太陽電池８００において、裏面の大部分は裏面パッシベーション膜８２５という絶縁膜で覆われた構造になっているものの、裏面の一部を占める裏面電極８２８が存在する一部分に於いては、「ｐ型シリコン基板８２０／ｐ＋シリコン層８２９／金属８２８」というアルミＢＳＦ構造になる必要がある。

裏面パッシベーション膜８２５上の裏面電極８２８を形成する部分のみ裏面パッシベーション膜８２５を除去し、本部分にのみアルミペーストを塗布して焼成すると、上記裏面構造を合理的に作製することができる。アルミ合金ｐ＋層の形成が必要なため、裏面電極８２８を形成するための金属ペーストは、アルミペーストであることが望ましい。
（太陽電池８００の裏面電極８２８作製プロセスにおける問題点）
前述のように、従来型のアルミＢＳＦ型太陽電池９００においては、裏面全面が電極となっているので、シリコン基板９２０の全面にアルミペーストをベタ塗りし焼成すれば、簡単に裏面構造を完成させることができた。

しかし、前述の裏面パッシベーション型太陽電池８００においては、裏面の作製はこれほど簡単ではない。まず第一に裏面パッシベーション膜８２５を堆積する必要があり、第二に、局所的に裏面電極８２８を作製する必要がある。裏面電極８２８の作製に必要なアルミペーストは、裏面パッシベーション膜８２５の一部に使用されるＳｉＮｘ膜をファイヤースルーしないので、裏面電極８２８を作製したい箇所の裏面パッシベーション膜８２５上にアルミペーストを印刷し焼成しても、ＳｉＮｘ膜が邪魔をするため、裏面電極８２８は形成されない。即ち主面電極８２７で用いたファイヤースルー法は通用しない。かといって、ファイヤースルー性能を持った銀ペーストはシリコンと合金化してｐ＋層８２９を作らないという理由により使用できない。

このような背景によって、従来、裏面パッシベーション型太陽電池においては、裏面電極形成に先立ってまず、裏面電極を作りたい部分の裏面パッシベーション膜を除去し、シリコンを露出させ、しかる後に該シリコン基板露出部にアルミペーストを部分印刷し焼成している。

この方法によれば、シリコン露出部のみに「ｐ型シリコン基板／ｐ＋シリコン層／アルミニウム」なる裏面構造を有した電極を作製することができるので、裏面パッシベーション型太陽電池が必要とする局所電極を作製することができる。

現在、量産ラインに於いて提案されているパッシベーション膜除去法は、レーザー加熱法である。これはレーザー光で裏面パッシベーション膜を部分的に加熱することにより、裏面パッシベーション膜を除去し孔を開ける方法である。しかし、レーザー加工装置は機構が複雑でコストが高い。また、半導体素子に開口パターンを作製する工程に用いられてきた伝統的方法として、フォトリソグラフィー法がある。この方法はレーザー加熱法に輪をかけてコストと手間がかかる。

このように、フォトリソグラフィー法またはレーザー加熱法などの方法を用いて裏面電極を作製することは、工数が多く、かつ、高価な装置と設備とを必要とするため、太陽電池のコストを押し上げる原因となっている。

そこで、裏面パッシベーション膜に部分的開口を形成する工程の簡略化を目指して、アルミニウムを含むペーストを用いて裏面パッシベーション膜をファイヤースルーさせる技術が探索されている。

例えば、下掲の特許文献１には、アルミペーストに銀などの金属を混入させることにより、該アルミペーストに、ＳｉＮｘ膜に対するファイヤースルー性能を獲得させることが記載されている。

また、下掲の特許文献２には、アルミニウム粉末を含有するペーストに、アニオン性部位を有する分散剤等を混入することで生成されるペースト組成物に、ＳｉＮｘ膜に対するファイヤースルー性能が出現すると記載されている。

特表２０１０−５３８４６６号公報（２０１０年１２月９日公開）特開２０１３−８７５９号公報（２０１３年１月１０日公開）

しかしながら、特許文献１に記載の技術では、アルミペーストに追加される材料として、銀などの特殊で高価な重金属を使用する必要があるという問題がある。このことは、アルミペーストの高価格化を招く原因となる。さらに、特許文献１には、近年世界的な潮流となっているＡｌ_２Ｏ_３膜に対する上記アルミペーストのファイヤースルー性能は示されていない。そのため、Ａｌ_２Ｏ_３膜およびＳｉＮｘ膜からなる複合層構造を有する裏面パッシベーション膜に対する上記アルミペーストのファイヤースルー性能は不明である。

また、特許文献２に記載の技術では、ペースト組成物の材料として、特殊な分散剤を使用する必要があるという問題がある。さらに、特許文献２には、ＳｉＮｘ膜に対するペースト組成物のファイヤースルー実験は開示されているものの、Ａｌ_２Ｏ_３膜に対するペースト組成物のファイヤースルー性能を示す実験結果は開示されていない。従って、引用文献２に記載のペースト組成物も、Ａｌ_２Ｏ_３膜およびＳｉＮｘ膜からなる複合層構造を有する裏面パッシベーション膜に対して、十分なファイヤースルー性能を現すか否かが不明である。さらに、特許文献２には、上記ペースト組成物を用いて作製された裏面パッシベーション型太陽電池の性能を実証する実験結果が記載されていない。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、特殊な材料を含まない電極を備えた太陽電池等を提供することにある。

上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る太陽電池は、不純物の拡散した拡散層が形成されたｐ型半導体基板と、前記ｐ型半導体基板の表面上に形成されたパッシベーション膜と、前記パッシベーション膜を貫通して、前記拡散層と電気的に接続している電極と、を備え、前記電極には、材料として、アルミニウムが含まれており、前記拡散層には、前記不純物として、前記電極に含まれるアルミニウムが拡散しており、前記パッシベーション膜は、酸化アルミニウム膜および窒化シリコン膜を含む積層膜構造を有しており、前記窒化シリコン膜の屈折率は２．４以上かつ３．１以下であることを特徴とする。

本発明の一態様によれば、特殊な材料を含まない電極を備えた太陽電池等を提供することができるという効果を奏する。

本発明の一実施形態に係る太陽電池の構成を示す模式図である。図１に示す太陽電池の製造方法を示す工程図である。図１に示す太陽電池の製造方法を示す他の工程図である。図１に示す太陽電池のサンプル、および従来の太陽電池のサンプルの短絡電流密度、開放電圧、曲線因子、および、変換効率の測定結果を示す表である。図１に示す太陽電池のサンプル、および従来の太陽電池のサンプルの各分光感度特性を示すグラフである。発明者らが実験で使用したアルミペーストの詳細な成分比を示す表である。（ａ）は発明者らが実験で作製したサンプルの顕微鏡写真であり、（ｂ）はその拡大図である。（ａ）は発明者らが実験で作製した他のサンプルの顕微鏡写真であり、（ｂ）はその拡大図である。発明者らが実験で作製したさらに他のサンプルの顕微鏡写真である。発明者らが実験で作製したさらに他のサンプルのファイヤースルー性能を示す実験結果である。従来の裏面パッシベーション型太陽電池の作製プロセスを示す工程図である。従来のアルミＢＳＦ型太陽電池の作製プロセスを示す工程図である。従来の裏面パッシベーション型太陽電池の構成を示す模式図である。従来のアルミＢＳＦ型太陽電池の構成を示す模式図である。（ａ）はガラスフリットを含まないアルミペーストの成分組成を示す表であり、（ｂ）はガラスフリットを含むアルミペーストの成分組成を示す表である。

〔実施形態１〕
以下、本発明の一実施形態について、図１〜図１０、および図１５を用いて詳細に説明する。

（本発明の概要）
発明者らは、従来のアルミＢＳＦ型太陽電池に使用されてきた一般的なアルミペースト（主成分；アルミニウム、ガラスフリット）が、以下の特性を有することを発見した。

特性１．Ａｌ_２Ｏ_３膜をファイヤースルーすることができる。すなわち、アルミペーストはＡｌ_２Ｏ_３膜に対するファイヤースルー性能を有する。

特性２．高屈折率（屈折率２．４以上）のＳｉＮｘ膜をファイヤースルーすることができる。

また、発明者らは、ＳｉＮｘ膜が、以下の特性を有することを発見した。

特性３．高屈折率（屈折率２．４以上）のＳｉＮｘ膜は、ｐ型シリコン基板の表面に直接に堆積されている場合、パッシベーション膜としての機能は示さない。すなわち、高屈折率ＳｉＮｘ膜／ｐ型シリコン界面は、パッシベーション性能が低い。

発明者らは、上記の特性１〜３から、アルミペーストは、「Ａｌ_２Ｏ_３膜／高屈折率ＳｉＮｘ膜」の複合膜構造を有する裏面パッシベーション膜をファイヤースルーすることができるのではないかと推測した。さらに、シリコン基板が直接的に接するパッシベーション膜の界面は、高屈折率ＳｉＮｘ膜／ｐ型シリコン界面ではなく、Ａｌ_２Ｏ_３膜／ｐ型シリコン界面となるので、パッシベーション性能も担保される。ここで、「Ａｌ_２Ｏ_３膜／高屈折率ＳｉＮｘ膜」の複合膜構造とは、基板の表面に、Ａｌ_２Ｏ_３膜が第一層として堆積され、続いて、高屈折率（屈折率２．４以上）のＳｉＮｘ膜が第二層として堆積された構造のことである。基板は、シリコン基板ではなく、その他の半導体基板であってもよい。本構造では、基板の表面上に直接に堆積されたＡｌ_２Ｏ_３膜は、基板に対して、十分なパッシベーション性能を示す。また、本構造は、先述したような、世界的に広く研究されている裏面パッシベーション型太陽電池のトポロジーとも矛盾しない。なお、上記の特性１および特性２を実証するために発明者らが行った実験およびその結果を後述する。

（太陽電池１００の構成）
以下に、図１を用いて、本実施形態に係る太陽電池１００の構成を説明する。図１は、太陽電池１００の構成を示す模式図である。図１に示すように、太陽電池１００は、ｐ型シリコン基板（ｐ型半導体基板）２０（以下では、シリコン基板２０と呼ぶ）、反射防止膜２４、裏面パッシベーション膜（パッシベーション膜）２５、アルミニウム膜２６、主面電極２７、および裏面電極（電極）２８を備えている。

シリコン基板２０は、ｐ型シリコンを材料に形成されている。すなわち、シリコン基板２０の導電型はｐ型である。シリコン基板２０の上面（太陽電池１００の受光面に対応する面）には、高さ数μｍの微小ピラミッド構造２１が形成されている。微小ピラミッド構造２１は、太陽電池１００の受光面での光の反射を抑制する。これにより、太陽電池１００内に入射する光量が増加するので、太陽電池内で光電変換される光量が増大する。

反射防止膜２４は、微小ピラミッド構造２１の形成されたシリコン基板２０の上面を被覆するように形成されている。反射防止膜２４は、太陽光が太陽電池１００の受光面で反射することを抑制する機能の他に、太陽電池１００の受光面を保護するパッシベーション膜としての機能も有している。反射防止膜２４とシリコン基板２０との間には、ｎ＋層２３が形成されている。ｎ＋層２３は、シリコン基板２０の上面にリンを熱拡散させることにより形成される。

裏面パッシベーション膜２５は、シリコン基板２０の裏面の大部分を覆っている。裏面パッシベーション膜２５は、Ａｌ_２Ｏ_３膜（酸化アルミニウム膜）と、ＳｉＮｘ膜（窒化シリコン膜）とが、この順番でシリコン基板２０上に積層されてなる積層膜構造を有している。以降、この構造を、「Ａｌ_２Ｏ_３膜／ＳｉＮｘ膜」と表記する場合がある。なお、裏面パッシベーション膜２５の構造は、「Ａｌ_２Ｏ_３膜／ＳｉＮｘ膜」構造に限定されず、Ａｌ_２Ｏ_３膜およびＳｉＮｘ膜を含む積層構造を有していればよい。

主面電極２７は、太陽電池１００の受光面上に設けられている。主面電極２７は、反射防止膜２４を貫通して、ｎ＋層２３にまで達しており、主面電極２７とｎ＋層２３とは電気的に接続している。

裏面電極２８は、シリコン基板２０の裏面上の一部に設けられている。裏面電極２８は、アルミニウムを主材料として形成されている。裏面電極２８とシリコン基板２０とが接触する部位には、裏面電極２８を構成するアルミニウムがシリコン基板２０中に拡散することによって、ｐ＋層（拡散層）２９が形成されている。ｐ＋層２９は、アルミニウム合金で構成された層である。

（太陽電池１００の製造方法）
以下では、図２および図３を用いて、太陽電池１００の製造方法を説明する。図２および図３は、太陽電池１００の製造方法を示す工程図である。太陽電池１００の製造方法は、Ｓ１〜Ｓ９で構成される。Ｓ１〜Ｓ４の説明では、図２を参照する。Ｓ５〜Ｓ９の説明では、図３を参照する。なお、ここで説明する製造方法は単なる一例であり、太陽電池１００の製造方法は、これに限定されない。

始めに、ＲＣＡ社が開発したＲＣＡ洗浄法を用いて、シリコン基板２０（縦横１０ｃｍ×１０ｃｍ、厚さ２００μｍ、抵抗率１Ωｃｍ、材料はｐ型多結晶シリコン（ｐ−Ｓｉ））を洗浄しておく。ここで、シリコン基板２０の材料となるｐ型多結晶シリコンは、例えば、多結晶シリコン基板に、ホウ素、アルミニウム、またはガリウムなどの３価元素を微量に加えることによって得られる。あるいは、シリコン基板２０は、単結晶シリコンを用いて作製されてもよい。

太陽電池１００の製造方法では、第一に、ＮａＯＨ水溶液とイソプロピルアルコールとの混合液を用いて、液温約９０℃の条件下で、シリコン基板２０にテクスチャエッチングを行う（Ｓ１）。これにより、図２に示すように、シリコン基板２０の表面に、高さ数μｍの微小ピラミッド構造２１（微細凸凹構造）が形成される。なお、テクスチャエッチングを行うために用いる方法は、例えば反応性イオンエッチング法であってもよい。

第二に、ＰＯＣｌ_３（塩化ホスホリル）を含む高温気体が充填された拡散炉中に、シリコン基板２０を置くことにより、熱拡散現象により、シリコン基板２０内にリンを拡散させる（Ｓ２）。Ｓ２では、例えば、シリコン基板２０の表面および裏面に、厚さ１．０μｍ、不純物濃度１．２×１０^２０ｃｍ^−３のｎ型シリコン層２２および２３を形成する。蒸着処理の間、シリコン基板２０の温度および拡散炉の温度は、例えば、８５０℃に設定する。また、リンの拡散時間は、例えば、１０分に設定する。

なお、シリコン基板２０の表面および裏面にリンを拡散させる方法は、上述したＰＯＣｌ_３を用いた気相拡散法以外に、Ｐ_２Ｏ_５を用いた塗布拡散法、または、シリコン基板にリンイオンを直接的に拡散させるイオン打ち込み法であってもよい。

第三に、汎用の平行平板型プラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法を用いて、シリコン基板２０の光入射面に反射防止膜２４を堆積する（Ｓ３）。反射防止膜２４は、例えばＳｉＮｘを材料に構成される。堆積される反射防止膜２４の厚みは８０ｎｍであってよい。反射防止膜２４の堆積条件は、ガス流量：ＳｉＨ_４／ＮＨ_３／Ｎ_２＝２５／５０／３００ＳＣＣＭ（Standard Cubic Centimeter per Minutes）、圧力：１００Ｐａ、ＲＦ（Radio Frequency）電力密度：０．０８６Ｗ／ｃｍ^２、基板温度：４５０℃であってよい。

なお、反射防止膜２４は、上述したＳｉＮｘの代わりに、例えば、Ａｌ_２Ｏ_３、酸化シリコン、または酸化チタンを材料として構成されてもよい。反射防止膜２４は、これらのいずれの材料で構成された場合であっても、反射防止機能に加えて、パッシベーション効果を奏する不活性化膜の機能も兼ね備えている。

ただし、シリコン基板２０が多結晶シリコンで構成されている場合、太陽電池１００の変換効率を向上させる観点から、反射防止膜２４は、水素を含んだＳｉＮを用いて構成されることが好ましい。

また、シリコン基板２０上に反射防止膜２４を堆積する際、上述したプラズマＣＶＤ法の代わりに、例えば、触媒ＣＶＤ法、常圧熱ＣＶＤ法、減圧熱ＣＶＤ法、または光ＣＶＤ法などの各種ＣＶＤ法を用いてもよい。あるいは、真空蒸着法またはスパッタリング法などのＰＶＤ（Physical Vapor Deposition；物理気相堆積）法を用いてもよい。なお、ＳｉＮｘを材料に反射防止膜２４を構成する場合には、膜厚の制御し易さの観点から、プラズマＣＶＤ法を用いることが好ましい。

第四に、シリコン基板２０の光入射面に保護テープを貼付してから、シリコン基板２０を硝酸およびフッ酸の溶液（例えば、硝酸：フッ酸＝３：１の溶液）に所定時間（例えば、４分間）浸漬する（Ｓ４）。その結果、シリコン基板２０の光入射面のｎ型シリコン層（すなわち、ｎ＋層２３）は残る一方、裏面のｎ型シリコン層は除去されて、ｐ型シリコン基板２０の裏面が露出する。その後、シリコン基板２０の光入射面から保護テープを剥がし、シリコン基板２０をフッ酸に浸漬して、ＲＣＡ法でシリコン基板２０裏面に堆積した酸化膜を除去する。

第五に、ＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）法を用いて、シリコン基板２０の裏面に、Ａｌ_２Ｏ_３膜を堆積する。原料ガスは、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）を使用することができ、また酸化ガスは、オゾンを使用することができる。堆積するＡｌ_２Ｏ_３膜の膜厚は、例えば３０ｎｍであってよい。また、堆積時のシリコン基板２０の温度は、例えば、１７５℃であってよい。続けて、平行平板型プラズマＣＶＤを用いて、Ａｌ_２Ｏ_３膜の上に、屈折率２．４以上の高屈折率ＳｉＮｘ膜を堆積する（Ｓ５）。

堆積する高屈折率ＳｉＮｘ膜の膜厚は、例えば、１００ｎｍであってよい。高屈折率ＳｉＮｘ膜の堆積条件は、例えば、ガス流量：ＳｉＨ_４／ＮＨ_３／Ｎ_２＝５０／２５／３００ＳＣＣＭ、圧力：１００Ｐａ、ＲＦ電力密度：０．０８６Ｗ／ｃｍ^２、基板温度４５０℃であってよい。Ｓ５で、「Ａｌ_２Ｏ_３膜／高屈折率ＳｉＮｘ膜」の複合膜構造を有する裏面パッシベーション膜２５が形成される。

第六に、スクリーン印刷機を用いて、裏面パッシベーション膜２５の上に、アルミペーストをドット状に印刷する（Ｓ６；印刷ステップ）。例えば、ドットの径は１００μｍ、ピッチは１ｍｍであってよい。

第七に、電極焼成用の炉を用いて、中間生成物のアニールを行う（Ｓ７；焼成ステップ）。炉の温度は８１０℃に固定し、加熱時間は１２秒に設定してよい。アニールによって、アルミペーストは裏面パッシベーション膜２５をファイヤースルーする。その結果、アルミペーストは裏面パッシベーション膜２５を貫通し、且つシリコン基板２０中にｐ型不純物として拡散する。これにより、ｐ＋層２９が形成される。

このように、Ｓ７では、ファイヤースルー技術を用いてｐ＋層２９と裏面電極２８を作製するので、太陽電池８００における裏面電極８２８の作製工程のようには裏面パッシベーション膜２５に開口部を設ける処理が必要でない。そのため、太陽電池１００における裏面電極２８の作製プロセスは、太陽電池８００のそれと比較して格段に簡略化される。

第八に、真空蒸着法を用いて、裏面パッシベーション膜２５上に、アルミニウム膜２６を堆積する（Ｓ８）。アルミニウム膜２６の膜厚は、例えば２μｍであってよい。

第九に、光入射面側の反射防止膜２４上に、導電性ペーストを印刷してから、中間生成物をアニールする（Ｓ９）。その結果、導電性ペーストは、反射防止膜２４をファイヤースルーして、ｎ型シリコン層２３に到達する。硬化した導電性ペーストは、ｎ＋層２３と電気的に接続した主面電極２７となる。

なお、主面電極２７の材料は特に限定されないが、例えば、アルミニウム、銀、チタン、パラジウム、または金などを用いてもよい。これらの材料は、従来、太陽電池の技術分野で用いられている。ただし、主面電極２７の材料は、反射防止膜２４をファイヤースルーする性能の高さの観点から、銀とガラスフリットとの混合物であることが最も好ましい。また、主面電極２７を形成する際に用いる方法も、ファイヤースルー技術を用いる方法には限定されず、例えば、スクリーン印刷法、または真空蒸着法などであってもよい。生産性の向上の観点、および製造コストの削減の観点からは、スクリーン印刷法が好ましい。

以上で、太陽電池１００が完成する。

（太陽電池１００の性能評価）
発明者らは、太陽電池１００の性能を評価するため、太陽電池１００のサンプルを作製し、そのサンプルの変換効率等を測定する実験を行った。また、太陽電池１００の性能と比較するために、従来の裏面パッシベーション型太陽電池８００（図１３参照）、および従来のアルミＢＳＦ型太陽電池９００（図１４参照）の各サンプルも作製し、それらのサンプルの変換効率等も測定した。なお、本実施形態の最後に、太陽電池８００、９００の製造方法を補足として記載している。

以下では、太陽電池１００、太陽電池８００、太陽電池９００の各サンプルの短絡電流密度、開放電圧、曲線因子、変換効率、および分光感度効率の測定結果から、太陽電池１００の性能を評価する。

（１．短絡電流密度、開放電圧、曲線因子、および、変換効率）
図４に、太陽電池１００、および従来の太陽電池８００、９００の短絡電流密度Ｊｓｃ、開放電圧Ｖｏｃ、曲線因子ＦＦ、および、変換効率Ｅｆｆの測定結果を示す。なお、図４では、太陽電池１００および太陽電池８００の各測定値を、従来のアルミＢＳＦ型太陽電池９００の対応する各測定値で規格化している。

全ての測定値は、ＡＭ（エア・マス）１．５条件において測定した。ここで、ＡＭ１．５条件とは、大気圏に入射する太陽光の入射角が９０度（真上）である場合に太陽光が大気圏を通過する距離を基準として、太陽光の大気圏通過距離が基準値の１．５倍となる入射条件（入射角４１．８度）を表わす。

図４より、従来のアルミＢＳＦ型太陽電池９００の変換効率Ｅｆｆと比較して、太陽電池１００の変換効率Ｅｆｆは、約３％向上していることがわかる。なお、従来の裏面パッシベーション型太陽電池８００の変換効率Ｅｆｆは、アルミＢＳＦ型太陽電池９００の変換効率Ｅｆｆと比較して、約４％向上している。従って、太陽電池１００の変換効率Ｅｆｆは、従来の裏面パッシベーション型太陽電池８００の変換効率Ｅｆｆよりも約１％低い。しかしながら、前述のとおり、太陽電池１００の製造方法には、裏面パッシベーション膜２５を開口する工程が含まれないので、太陽電池１００は、太陽電池８００に比べて格段に簡略化されたプロセスで作製される。この点を鑑みれば、太陽電池１００は、トータルとして高い進歩性を有している。

（２．分光感度特性）
図５に、太陽電池１００、太陽電池９００、および太陽電池８００の各分光感度特性を示す。各分光感度特性は、ＡＭ１．５の条件下で測定した。

図５のグラフから、１０００ｎｍ以上の長波長領域において、太陽電池１００および太陽電池８００の分光感度特性は、どちらも、太陽電池９００の分光感度特性に比べて、約１０％から約２０％改善している。また、太陽電池１００の長波長分光感度特性と、太陽電池８００のそれの間には、大きな差はないことが判る。従って、長波長領域における太陽電池１００および太陽電池８００の分光感度の改善は、裏面パッシベーション構造の効果、すなわち裏面における再結合中心の密度を低減する効果によりもたらされた結果であると考えられる。

従って、太陽電池１００は、その製造方法が従来の裏面パッシベーション型太陽電池８００に比べて劇的に簡略化されたにもかかわらず、裏面パッシベーション構造の効果を十分に保持しているといえる。

（特性１および特性２の実証；アルミペーストのファイヤースルー性能）
ここでは、前述した特性１および特性２を実証するために発明者らが行った実験およびその結果を説明する。発明者らは、シリコン基板上にＡｌ_２Ｏ_３膜が堆積されたサンプルＸ１、および、シリコン基板上に屈折率２．５のＳｉＮｘ膜が堆積されたサンプルＹ１を作製し、各サンプルに対するアルミペーストのファイヤースルー性能を測定した。図６に、実験に使用されたアルミペーストの詳細な成分比を示す。図６において、各物質名の横に記載された分量は、重量比を表している。アルミペーストに主な成分として含まれるアルミニウムの分量は、６５重量％以上かつ７５重量％以下である。

さらに、発明者らは、サンプルＹ１に対するアルミペーストのファイヤースルー性能と比較するため、シリコン基板上に屈折率２．０のＳｉＮｘ膜が堆積されたサンプルＺ１も作製し、サンプルＺ１に対する上記アルミペーストのファイヤースルー性能も測定した。ここで、屈折率が２．０程度のＳｉＮｘ膜は、シリコン基板の表面に対して高いパッシベーション性能を有するため、太陽電池の受光面側の反射防止膜または表面パッシベーション膜として一般的に用いられる。以下では、各サンプルの作製手順と、各サンプルのファイヤースルー性能の測定結果を示す。

（１．特性１の実証；Ａｌ_２Ｏ_３膜に対するファイヤースルー性能）
サンプルＸ１の作製プロセスでは、まず、ＡＬＤ法を用いて、シリコン基板上に、Ａｌ_２Ｏ_３膜を堆積した。原料ガスとして、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）を使用し、酸化ガスとして、オゾンを使用した。堆積時のシリコン基板の温度は１７５℃に設定した。堆積処理後、シリコン基板上に堆積されたＡｌ_２Ｏ_３膜の膜厚は３０ｎｍであった。

次に、Ａｌ_２Ｏ_３膜の上に、アルミペーストをドット状に印刷した。ドットの径は１５０μｍ、ピッチは１ｍｍに設定した。こうして、シリコン基板上にＡｌ_２Ｏ_３膜およびアルミペーストが堆積された中間生成物が完成した。

続いて、窒素と酸素の混合雰囲気下で、中間生成物の焼成を行った。焼成炉の温度は８１０℃、焼成時間は１２秒に設定した。以上で、サンプルＸ１が完成した。その後、塩酸を用いて、サンプルＸ１から、アルミペーストを印刷した部分に形成された金属部（裏面電極）を除去した。そして、金属部を除去したサンプルＸ１を顕微鏡で観察した。

図７の（ａ）および（ｂ）に、顕微鏡を通して観察したサンプルＸ１の写真を示す。図７の（ａ）に示す図及びその拡大図である図７の（ｂ）を見ると、アルミペーストの印刷跡に金属光沢を持つ部分ＭＰ１が形成されていることが判る。これは、アルミがＡｌ_２Ｏ_３膜を貫通し、この部分に、シリコンとアルミの合金層ができている証拠である。以上の実験結果から、アルミペーストは、Ａｌ_２Ｏ_３膜をファイヤースルーすることが可能であることが判った。

さらに、発明者らは、ガラス粉（ＰｂＯ）またはシリカ粉（ＳｉＯ_２）などのいわゆるガラスフリットを含まないアルミペースト、のファイヤースルー性能を調べる目的で、厚さ２μｍのアルミ蒸着膜を用いて、上記と同様な実験を行った。その結果、該アルミ蒸着膜は、Ａｌ_２Ｏ_３膜をファイヤースルーすることが可能であった。このことは、アルミニウムが、Ａｌ_２Ｏ_３膜のファイヤースルーに対して本質的な役割を果たすこと、および、Ａｌ_２Ｏ_３膜上に堆積されたアルミニウムの厚さが２μｍ以上であれば、ファイヤースルーが生じ得ることを意味している。

ここで、ガラスフリットを含まないアルミペーストの成分組成表を図１５の（ａ）に示す。同図に示すアルミペーストの成分のうち、ジエチレングリコールモノブチルエーテル及びジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテートは１５０℃、エチルセルロースは３５０℃でそれぞれ蒸発する。そのため、基板およびＡｌ_２Ｏ_３膜上に、上記成分組成表に示す成分比のアルミペーストを堆積した場合、ファイヤースルーが生じる７００℃以上では、基板上に残留するのはアルミニウムのみとなる。この状況は、Ａｌ_２Ｏ_３膜上にアルミ膜を蒸着して行った上記実験時の状況と等価である。従って、本実験結果から、ガラスフリットを含まないアルミペーストは、Ａｌ_２Ｏ_３膜に対するファイヤースルー性能を示すと予測することができる。なお、上記アルミペーストを用いて、上記の実験を行った場合、焼成後の裏面電極部分におけるアルミニウムの濃度は１００％（１００重量％）となる。

ところで、アルミニウムの濃度を減少させ、代わりにガラスフリットを増加させるように、上記アルミペーストの成分比を変更することができる。このとき、エチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、及びエチルセルロースの濃度を変えないようにする。ガラスフリットは、焼成後も裏面電極部分に残るので、上記のように成分比を変更したアルミペーストを用いて、Ａｌ_２Ｏ_３膜をファイヤースルーさせた場合、焼成後の電極部分におけるガラスフリットの濃度が高くなる一方、アルミニウムの濃度は低くなる。具体的には、焼成後の電極部分におけるアルミニウムの濃度は以下のように表わされる。
（焼成後の電極部分におけるアルミニウムの濃度）
＝（アルミペースト中のアルミニウム濃度）
／（アルミペースト中のアルミニウム濃度＋アルミペースト中のガラスフリット濃度）
ただし、一般的に、ガラスフリットの成分、すなわちガラス粉（ＰｂＯ）とシリカ粉（ＳｉＯ_２）の濃度がどちらも５％を超えるようなアルミペーストを用いて、Ａｌ_２Ｏ_３膜をファイヤースルーさせた場合、アルミニウムとシリコンの合金層の形成が不十分になるという不具合を生じる。そのため、ガラス粉(ＰｂＯ)とシリカ粉（ＳｉＯ_２）の濃度がどちらも５％を超えるようなアルミペーストは、Ａｌ_２Ｏ_３膜をファイヤースルーさせるためのアルミペーストとして採用されることはない。

図１５の（ｂ）に、ガラス粉（ＰｂＯ）とシリカ粉（ＳｉＯ_２）の濃度がどちらも５％ちょうどであるアルミペーストの成分組成表を示す。この成分組成を有するアルミペーストを採用した場合、上式に基づいて、焼成後の裏面電極部分におけるアルミニウムの濃度を計算すると、８５％（８５重量％）となる。焼成後の裏面電極部分において、アルミニウムの濃度がこの値（８５％）を下回ることはないので、本値が、焼成後の裏面電極部分におけるアルミニウムの濃度の下限値であることになる。ゆえに、アルミニウムペーストにＡｌ_２Ｏ_３膜をファイヤースルーさせた場合、焼成後の裏面電極部分におけるアルミニウムの濃度は、８５重量％から１００重量％までの間の値となる。

（２．特性２の実証；屈折率２．５のＳｉＮｘ膜に対するファイヤースルー性能）
サンプルＹ１の作製プロセスでは、まず、プラズマＣＶＤ法を用いて、シリコン基板上にＳｉＮｘ膜を堆積した。堆積時のシリコン基板の温度は４５０℃、ＲＦ電力密度は０．０８６Ｗ／ｃｍ^２、ＲＦ周波数は１３．５６Ｍｈｚ、圧力は１００Ｐａに設定した。また、ＳｉＮｘ膜の屈折率が２．５となるように、ＳｉＮｘ膜の原料ガスであるＮＨ_３ガスおよびＳｉＨ_４ガスの流量比を、ＮＨ_３：ＳｉＮ_４＝１：２に制御した。堆積処理後、シリコン基板上に堆積されたＳｉＮｘ膜の膜厚は２００ｎｍであった。

このように、ＳｉＮｘ膜の屈折率を、ＳｉＮｘ膜の原料ガスであるＮＨ_３ガスおよびＳｉＨ_４ガスの流量比によって制御することができる。

次に、サンプルＸ１の作製プロセスにおける焼成処理と同様に、ＳｉＮｘ膜の上に、アルミペーストをドット状に印刷した後、中間生成物を焼成した。以上で、サンプルＹ１が完成した。その後、塩酸を用いて、サンプルＹ１から、アルミペーストを印刷した部分に形成された金属部を除去した。そして、金属部を除去したサンプルＹ１を顕微鏡で観察した。

図８の（ａ）および（ｂ）に、顕微鏡を通して観察したサンプルＹ１の写真を示す。図８の（ａ）及びその拡大図である図８の（ｂ）を見ると、アルミペーストの印刷跡に金属光沢を持つ部分ＭＰ２が形成されていることが判る。これは、アルミがＳｉＮｘ膜を貫通し、この部分に、シリコンとアルミの合金層ができている証拠である。以上のことから、アルミペーストは、屈折率２．５のＳｉＮｘ膜をファイヤースルーすることが可能であることが判った。

さらに、発明者らは、ガラスフリットを含まないアルミペーストのファイヤースルー性能を調べる目的で、厚さ２μｍのアルミ蒸着膜を用いて、上記と同様な実験を行った。その結果、該アルミ蒸着膜は、屈折率２．５のＳｉＮｘ膜をファイヤースルーすることが可能であった。このことは、アルミニウムが、屈折率２．５のＳｉＮｘ膜のファイヤースルーに対して本質的な役割を果たすこと、および、屈折率２．５のＳｉＮｘ膜上に堆積されたアルミニウムの厚さが２μｍ以上であれば、ファイヤースルーが生じ得ることを意味している。

上述したように、アルミ蒸着膜は、アルミニウム１００％なので、ほぼ「ガラスフリットを含まないアルミペースト」と等価と考えてよい。本実験結果から、ガラスフリットを含まないアルミペーストが、屈折率２．５のＳｉＮｘ膜に対するファイヤースルー性能を示すことを予測することができる。

さらに、アルミペーストにＳｉＮｘ膜をファイヤースルーさせる場合、焼成後の裏面電極部分におけるアルミニウムの濃度に関しては、Ａｌ_２Ｏ_３膜をファイヤースルーさせる場合と同様の議論が成立すると考えることができる。従って、アルミニウムペーストに屈折率２．５のＳｉＮｘ膜をファイヤースルーさせる場合にも、焼成後の裏面電極部分におけるアルミニウムの濃度の下限値は８５％となり、また、上限値は１００％となる。

（３．サンプルＺ１；屈折率２．０のＳｉＮｘ膜に対するファイヤースルー性能）
サンプルＺ１の作製プロセスでは、まず、プラズマＣＶＤ法を用いて、シリコン基板上にＳｉＮｘ膜を堆積した。堆積時のシリコン基板の温度は４５０℃、ＲＦ電力密度は０．０８６Ｗ／ｃｍ^２、ＲＦ周波数は１３．５６Ｍｈｚ、圧力は１００Ｐａに設定した。これらの堆積条件は、屈折率２．５のＳｉＮｘ膜の前記堆積条件と同一である。なお、ＳｉＮｘ膜の屈折率が２．０となるように、ＮＨ_３ガスおよびＳｉＨ_４ガスの流量比を、ＮＨ_３：ＳｉＮ_４＝２：１に設定した。

次に、フォトリソグラフィー法を用いて、ＳｉＮｘ膜に開口部を設け、シリコン基板を露出させた。続いて、露出した開口部を含むＳｉＮｘ膜の領域にアルミペーストを印刷した後、中間生成物を焼成した。以上で、サンプルＺ１が完成した。その後、塩酸を用いて、サンプルＺ１から、アルミペーストを印刷した部分に形成された金属部を除去した。そして、金属部を除去したサンプルＺ１を顕微鏡で観察した。

図９に、顕微鏡を通して観察したサンプルＺ１の写真を示す。図９では、ＳｉＮｘ膜において、印刷処理時にアルミペーストが塗布された領域ＨＬを点線で囲っている。また、領域ＨＬの更に中心部にある領域ＵＤは、ＳｉＮｘ膜にフォトリソグラフィー法を用いて開口部を設けた部分である。領域ＵＤに於いては、アルミペーストの印刷跡にシリコン基板が露出しており、シリコンとアルミの合金層ができている。ここで、焼成処理時に、アルミペーストがＳｉＮｘ膜をファイヤースルーしたならば、アルミペーストの塗布された全領域、すなわち点線で囲まれた領域ＨＬから、ＳｉＮｘ膜が消失していなければならない。しかしながら、図９からわかるように、点線で囲まれた領域ＨＬのうち、開口部の外側の領域には、ＳｉＮｘ膜が残っており、さらには、同領域のＳｉＮｘ膜には、ダメージさえも見られない。以上のことから、アルミペーストは、屈折率２．０のＳｉＮｘ膜をファイヤースルーすることが不可能であること、本膜を用いて裏面パッシベーション太陽電池を作製しようとすれば、ＳｉＮｘ膜の開口が不可欠であることが判った。

（４．その他の実験）
発明者らは、上記のサンプルＸ１、サンプルＹ１、およびサンプルＺ１を用いた実験の他に、屈折率２．３、２．４、２．７、３．１の各ＳｉＮｘ膜に対するアルミペーストのファイヤースルー性能を調査するための実験も行った。

図１０に、上記の各屈折率のＳｉＮｘ膜のサンプルに関する実験の結果を示す。図１０において、マルはファイヤースルー性能が高いことを示し、三角はファイヤースルー性能がやや認められることを示し、バツはファイヤースルー性能が低いことを示す。図１０から、アルミペーストは、屈折率２．４未満のＳｉＮｘ膜をファイヤースルーすることが不可能であることがわかる。一方、アルミペーストは、屈折率２．４以上、特に、屈折率２．５以上のＳｉＮｘ膜をファイヤースルーすることが可能である。従って、ＳｉＮｘ膜の屈折率は、２．４以上であることが好ましく、２．５以上であることがより好ましい。

なお、発明者らは、３．１を超える屈折率を有するＳｉＮｘ膜に対するアルミペーストのファイヤースルー性能を研究する価値は無いと判断し、実験を行わなかった。その理由は、ＳｉＮｘ膜の屈折率が大き過ぎる場合、ＳｉＮｘ膜には、太陽電池の裏面パッシベーション膜としての機能の面で問題が生じるためである。より詳細には、ＳｉＮｘ膜の屈折率が大き過ぎる場合、ＳｉＮｘ膜内部での光吸収量が大きくなるので、ＳｉＮｘ膜での光の反射率が低下する。ＳｉＮｘ膜に吸収された太陽光、および、ＳｉＮｘ膜で反射しなかった太陽光は、太陽電池の電気的出力に寄与しないので、ＳｉＮｘ膜の屈折率が大き過ぎることは、太陽電池の変換効率の観点から望ましくないことになる。

（補足；従来の太陽電池８００、９００の作製プロセス）
以下に、補足として、従来の太陽電池８００および太陽電池９００の作製プロセスをそれぞれ説明する。太陽電池８００および太陽電池９００の作製プロセスは、太陽電池１００の作製プロセスと比較して、Ｓ１〜Ｓ４の工程は同じであり、Ｓ５に対応する工程以降が異なる。

（１．従来の裏面パッシベーション型太陽電池８００の作製プロセス）
図１１を用いて、従来の裏面パッシベーション型太陽電池８００（以下では、太陽電池８００と呼ぶ）の作製プロセスを説明する。図１１は、太陽電池８００の作製プロセスを示す工程図である。太陽電池８００の作製プロセスは、前述した太陽電池１００の作製プロセスと比較した場合、以下の第一の相違点および第二の相違点において相違する。太陽電池８００の作製プロセスのその他の工程は、太陽電池１００の作製プロセスの対応する工程と同じである。

第１の相違点；太陽電池８００の作製プロセスは、太陽電池１００の製造方法と比較して、Ｓ５（図３参照）に対応する工程、すなわち裏面パッシベーション膜８２５を形成する工程において、同膜の第二層目の作製方法が異なる。すなわち、太陽電池８００の作製プロセスにおいて、裏面パッシベーション膜８２５として、シリコン基板８２０に直接接する第一層に太陽電池１００と同じＡｌ_２Ｏ_３を堆積し、その上に屈折率２．０のＳｉＮｘを堆積し、これにより「Ａｌ_２Ｏ_３膜／ＳｉＮｘ膜」の複合膜構造を作製する。太陽電池１００に使用された第二層目の高屈折率ＳｉＮｘ（屈折率２．５）とは異なり、太陽電池８００に使用される屈折率２．０のＳｉＮｘ膜は、太陽電池のパッシベーション膜として一般的に使用されるものである。第二層目ＳｉＮｘの堆積処理は、汎用の平行平板型プラズマＣＶＤ法を用いて行う。堆積時の条件は以下のとおりである。ガス流量：ＳｉＨ_４／ＮＨ_３／Ｎ_２＝２５／５０／３００ＳＣＣＭ、圧力：１００Ｐａ、ＲＦ電力密度：０．０８６Ｗ／ｃｍ^２、基板温度：４５０℃。膜厚：１００ｎｍ。

第２の相違点；さらに、太陽電池８００の作製プロセスは、太陽電池１００の製造方法と比較して、Ｓ６〜Ｓ８（図３参照）に対応する工程、すなわち裏面電極８２８を作製する工程が異なる。屈折率２．０のＳｉＮｘ膜はアルミペーストに対するファイヤースルー性能を有さないため、太陽電池８００の裏面電極８２８は、ファイヤースルー技術を用いて作製することはできない。そのため、太陽電池８００の作製プロセスにおいて、太陽電池１００のＳ６に対応する工程では、フォトリソ法を用いて、裏面パッシベーション膜８２５に開口部８２５ａを設けた（Ｓ１０６）後、開口部８２５ａ内に裏面電極８２８を設ける（Ｓ１０７）。裏面電極８２８とシリコン基板８２０とが接する部位には、拡散現象により、ｐ＋層８２９が形成される。

Ｓ１０６のように、フォトリソ法を用いて裏面パッシベーション膜に開口部を設ける処理は、実験室で裏面パッシベーションセルを作製しようとする際には、最も従来的且つ常套的に実施される。しかしながら、この処理は、工数が多く、かつ、高価な装置と設備を必要とするため、太陽電池８００を量産する際に実施することは非現実的である。

なお、太陽電池８００の作製プロセスでは、Ｓ１０７の後、中間生成物の焼成を行う（Ｓ１０８）。これにより、太陽電池１００の作製プロセスにおけるＳ７（図３参照）を実施した後の中間生成物と同等な中間生成物が完成する。その後、裏面パッシベーション膜８２５上にアルミニウム膜８２６を形成し（Ｓ１０９）、最後に、太陽電池８００の受光面側に主面電極８２７を形成する（Ｓ１１０）。なお、Ｓ１０９およびＳ１１０は、太陽電池１００の製造方法におけるＳ８〜Ｓ９と同じ工程である。以上で、太陽電池８００が完成する。

（２．従来のアルミＢＳＦ型太陽電池９００の作製プロセス）
ここでは、図１２を用いて、従来のアルミＢＳＦ型太陽電池９００（以下では、太陽電池９００と呼ぶ）の作製プロセスを説明する。図１２は、太陽電池９００の作製プロセスを示す工程図である。太陽電池９００の製造方法は、太陽電池１００の製造方法とは、以下の点において相違する。

相違点；太陽電池９００の作製プロセスには、太陽電池１００の製造方法におけるＳ５の工程、すなわち、裏面パッシベーション膜を形成する工程が存在しない。太陽電池１００の製造方法では、Ｓ４（図２参照）の後、裏面パッシベーション膜を形成せずに、シリコン基板９２０の裏面全面に、アルミペースト（ペーストの状態の裏面電極９２８）を塗布する（Ｓ２０５）。その後、中間生成物をアニールする（Ｓ２０６）。これにより、シリコン基板９２０と裏面電極９２８との間には、ｐ＋層９２９が形成される。これで、太陽電池９００の裏面は完成する。最後に、太陽電池９００の受光面側に、太陽電池１００の主面電極２７の形成方法と同様の方法で、主面電極９２７を形成する（Ｓ２０７）。以上で、太陽電池９００が完成する。

〔実施形態２〕
前記実施形態では、太陽電池１００の製造方法のＳ８（図３参照）において、真空蒸着法を用いて、裏面パッシベーション膜２５上にアルミニウム膜２６を形成した。一方、本実施形態では、Ｓ８に対応する工程において、スパッタ法を用いて、裏面パッシベーション膜２５上にアルミニウム膜２６を形成する。

スパッタ法は、真空蒸着法と比較して、(i)アルミニウム膜２６の原料となる粒子のエネルギーが大きいので、裏面パッシベーション膜２５への粒子の拡散力が大きい、(ii)堆積時間を制御するだけで、膜厚を高精度に制御することができるという利点を有する。その他にも、(iii) 裏面パッシベーション膜２５が大面積であっても、裏面パッシベーション膜２５全体の上に、均一な膜厚のアルミニウム膜２６を形成することができる、などの点で優れている。

〔実施形態３〕
前記実施形態２では、散点状（図７の（ａ）参照）に配置された複数の裏面電極２８同士を接続するために、裏面パッシベーション膜２５上にアルミニウム膜２６を形成する方法を説明した。一方、本実施形態では、太陽電池１００の製造方法のＳ８に対応する工程において、接着材を用いて、金属箔を裏面パッシベーション膜２５上に接着する。ここで、裏面パッシベーション膜２５と金属箔とを接着する際、裏面パッシベーション膜２５の全面に接着材を塗布する必要はなく、例えば、裏面パッシベーション膜２５の表面の４コーナーの近傍へ接着材を点付けしてもよい。裏面パッシベーション膜２５（太陽電池１００）と金属箔とは、後に、太陽電池１をモジュール化するモジュール化プロセスのラミネート工程において、強固に圧着される。

本実施形態の方法は、真空蒸着法やスパッタ法では不可欠な真空のプロセスが不要となるので、設備管理の負荷が低減するというメリットを有する。その他にも、裏面電極２８の電気抵抗が低下する等のメリットを有する。

〔まとめ〕
本発明の態様１に係る太陽電池（１００）は、不純物の拡散した拡散層（ｐ＋層２９）が形成されたｐ型半導体基板（シリコン基板２０）と、前記ｐ型半導体基板の表面上に形成されたパッシベーション膜（裏面パッシベーション膜２５）と、前記パッシベーション膜を貫通して、前記拡散層と電気的に接続している電極（裏面電極２８）と、を備え、前記電極には、材料として、アルミニウムが含まれており、前記拡散層には、前記不純物として、前記電極に含まれるアルミニウムが拡散しており、前記パッシベーション膜は、酸化アルミニウム膜（Ａｌ_２Ｏ_３膜）および窒化シリコン膜（ＳｉＮｘ膜）を含む積層膜構造を有しており、前記窒化シリコン膜の屈折率は２．４以上かつ３．１以下である構成である。

上記の構成によれば、窒化シリコン膜の屈折率は２．４以上かつ３．１以下である。発明者らが実証した通り、裏面電極に含まれるアルミニウムは、酸化アルミニウム膜だけでなく、屈折率２．４以上の窒化シリコン膜もファイヤースルーすることに重要な役割を果たしている。

そのため、上記の構成の太陽電池の電極は、例えば、アルミニウムを含むペーストをパッシベーション膜上に印刷してできる中間生成物を焼成することにより作製することができる。すなわち、上記の構成の太陽電池の電極は、従来の太陽電池の電極のようには、パッシベーション膜を開口して、開口内に電極を設ける工程を行うことなく、作製することができる。従って、上記の構成の太陽電池は、従来の太陽電池に比べて、格段に簡略化された製造方法で作製することができる。

本発明の態様２に係る太陽電池（１００）は、上記態様１において、前記酸化アルミニウム膜が前記ｐ型半導体基板（シリコン基板２０）の表面と接している構成であってもよい。

上記の構成によれば、酸化アルミニウム膜が、ｐ型半導体基板とパッシベーション膜との間の界面に負の固定電荷を与えるので、パッシベーション膜界面と電極との間で生じるパラサイティックシャンティング現象の発生が抑制される。これにより、パラサイティックシャンティング現象を原因とする太陽電池の特性劣化を低減することができる。

本発明の態様３に係る太陽電池（１００）は、上記態様１または２において、前記電極（裏面電極２８）には、８５重量％以上かつ１００重量％以下のアルミニウムが含まれている構成であってもよい。

上記の構成において、パッシベーション膜を貫通し、拡散層と電気的に接続する電極をアルミニウムを主要な成分とする材料によって形成する場合、一般に、焼成工程を実施する。電極に８５重量％以上かつ１００重量％以下のアルミニウムが含まれている構成では、焼成工程によって、十分な量のアルミニウムが、パッシベーション膜を貫通し、半導体基板中に拡散する。これにより、アルミニウムを十分に含む拡散層を形成することができる。

なお、電極に８５重量％以上１００重量％未満のアルミニウムが含まれている構成では、アルミニウムとガラスフリットを主成分とするアルミペーストを、上記材料として選択することができる。一方、電極に１００重量％のアルミニウムが含まれている構成では、ガラスフリットを含まないアルミペーストが、上記材料として選択される。

本発明の態様４に係る太陽電池（１００）は、上記態様１〜３のいずれかにおいて、前記拡散層（ｐ＋層２９）の導電型がｐ型であってもよい。

上記の構成によれば、パッシベーション膜に含まれた酸化アルミニウム膜が、ｐ型半導体基板とパッシベーション膜との界面に負の固定電荷を与えるので、ｐ型半導体基板内で発生した電子および正孔のうち、正孔が上記界面に引き寄せられる。その結果、ｐ型拡散層内と、上記界面の近傍との両者において、高密度となるキャリアはどちらも正孔となる。これにより、パッシベーション膜を貫通して設けられている前記電極の近傍において、電子と正孔との再結合が起こりにくくなるので、光電変換効率を向上させることができる。

本発明の態様５に係る太陽電池（１００）の製造方法は、態様１〜４に係る太陽電池の製造方法であって、前記パッシベーション膜上に、アルミニウムを含む前記電極を形成するためのペーストを印刷する印刷ステップと、上記印刷ステップにより生成された中間生成物を焼成して、これにより、前記ペーストに前記パッシベーション膜をファイヤースルーさせて、前記ペーストと前記ｐ型半導体基板とを電気的に接続する焼成ステップとを含む構成である。

上記の各態様に係る太陽電池では、窒化シリコン膜の屈折率は２．４以上かつ３．１以下である。発明者らが実証した通り、アルミニウムを含む電極のペーストは、酸化アルミニウム膜だけでなく、屈折率２．４以上の窒化シリコン膜もファイヤースルーすることができる。

そのため、上記の構成の太陽電池の電極は、従来の太陽電池の電極のようには、パッシベーション膜を開口して、開口内に電極を設ける工程を行うことなく、作製することができる。従って、態様５に係る太陽電池（１００）の製造方法によれば、従来の太陽電池の製造方法に比べて、格段に簡略化された製造方法を提供することができる。

本発明は上述した各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、異なる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実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。さらに、各実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を組み合わせることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。

本発明は、太陽電池に利用することができる。

１００太陽電池
２０ｐ型シリコン基板（ｐ型半導体基板）
２５裏面パッシベーション膜（パッシベーション膜）
２８裏面電極（電極）
２９ｐ＋層（拡散層）

Claims

不純物の拡散した拡散層が形成されたｐ型半導体基板と、
前記ｐ型半導体基板の表面上に形成されたパッシベーション膜と、
前記パッシベーション膜を貫通して、前記拡散層と電気的に接続している電極と、を備え、
前記電極には、材料として、アルミニウムが含まれており、
前記拡散層には、前記不純物として、前記電極に含まれるアルミニウムが拡散しており、
前記パッシベーション膜は、酸化アルミニウム膜および窒化シリコン膜を含む積層膜構造を有しており、
前記窒化シリコン膜の屈折率は２．４以上かつ３．１以下である
ことを特徴とする太陽電池。
前記酸化アルミニウム膜が前記ｐ型半導体基板の表面と接している
ことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池。
前記電極には、８５重量％以上かつ１００重量％以下のアルミニウムが含まれている
ことを特徴とする請求項１または２に記載の太陽電池。
前記拡散層の導電型がｐ型である
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の太陽電池。
請求項１〜４のいずれか１項に記載の太陽電池の製造方法であって、
前記パッシベーション膜の上に、アルミニウムを含む前記電極を形成するためのペーストを印刷する印刷ステップと、
上記印刷ステップにより生成された中間生成物を焼成して、これにより、前記ペーストに前記パッシベーション膜をファイヤースルーさせて、前記ペーストと前記ｐ型半導体基板とを電気的に接続する焼成ステップとを含む
ことを特徴とする太陽電池の製造方法。