JP6013200B2

JP6013200B2 - 光電変換素子および光電変換素子の製造方法

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Description

本発明は、光電変換素子および光電変換素子の製造方法に関する。

太陽光エネルギを電気エネルギに直接変換する太陽電池は、近年、特に、地球環境問題の観点から、次世代のエネルギ源としての期待が急激に高まっている。太陽電池には、化合物半導体または有機材料を用いたものなど様々な種類のものがあるが、現在、主流となっているのは、シリコン結晶を用いたものである。

現在、最も多く製造および販売されている太陽電池は、太陽光が入射する側の面である受光面と、受光面の反対側である裏面とにそれぞれ電極が形成された構造のものである。

しかしながら、受光面に電極を形成した場合には、電極における太陽光の反射および吸収があることから、電極の面積分だけ入射する太陽光の量が減少するため、裏面のみに電極が形成された太陽電池セル（バックコンタクトセル）の開発が進められている。

なかでも、ヘテロ接合型バックコンタクトセルが、２０％を超える変換効率を有する高効率の太陽電池セルとして、様々な研究機関から報告されている。しかしながら、ヘテロ接合型バックコンタクトセルの構造は複雑であり、その製造工程も複雑であることから、製造工程の簡易化が要望されている。

たとえば特許文献１には、ヘテロ接合型バックコンタクトセルの製造工程を簡易化した発明が開示されている。

以下、図１４〜図２２の模式的断面図を参照して、従来の特許文献１に開示されているヘテロ接合型バックコンタクトセルの製造方法について説明する。

まず、図１４に示すように、ｐ型結晶シリコンからなる半導体基板１０１を準備する。次に、図１５に示すように、半導体基板１０１の裏面上に、ｉ型の水素化アモルファスシリコン膜からなるｉ型シリコン薄膜層１０２、ならびにｎ型の水素化アモルファスシリコン膜からなる逆導電型層１０３をこの順に形成する。

次に、図１６に示すように、逆導電型層１０３の裏面上に、ＩＴＯ等からなる酸化物透明導電材料層１０４、極薄のＡｇを主成分とする反射層１０５、およびＡｌを主成分とする導電層１０６をこの順に形成する。

次に、図１７に示すように、導電層１０６の裏面の一部にＹＡＧレーザ光の基本波（波長１．０６μｍ）を照射することによって、導電層１０６の一部を加熱溶融させ、Ａｌを主成分とするヘテロ接合貫通コンタクト部１０８を形成する。ここで、ヘテロ接合貫通コンタクト部１０８は、半導体基板１０１と導電層１０６とを電気的に接続する層であり、ヘテロ接合貫通コンタクト部１０８が接する半導体基板１０１の裏面の領域にはＡｌが拡散してｐ+領域１０７となる。

次に、図１８に示すように、酸化物透明導電材料層１０４、反射層１０５および導電層１０６の積層体からなる裏面電極の一部をその厚さ方向に除去することによって、当該裏面電極を複数に分離する開口部である電極分離部１０９を形成する。

次に、図１９に示すように、半導体基板１の受光面のテクスチャエッチングを行なうことによって、半導体基板１の受光面にテクスチャ構造１１０を形成する。

次に、図２０に示すように、導電層１０６の裏面の一部のみを露出させ、かつ電極分離部１０９を埋めるように絶縁層１１１を形成する。

次に、図２１に示すように、ヘテロ接合貫通コンタクト部１０８と接続されている導電層１０６の裏面に接するように正極取出電極１１２を形成するとともに、ヘテロ接合貫通コンタクト部１０８と接続されていない導電層１０６の裏面に接するように負極取出電極１１３を形成する。

その後、図２２に示すように、半導体基板１０１の受光面のテクスチャ構造１１０上に、表面パッシベーション層１１４および反射防止層１１５をこの順に形成して、特許文献１に記載のヘテロ接合型バックコンタクトセルが完成する。

特開２００９−１５２２２２号公報

上記の特許文献１に開示されたヘテロ接合型バックコンタクトセルの製造方法においては、ＹＡＧレーザ光の基本波を照射することによってヘテロ接合貫通コンタクト部１０８を形成している。

しかしながら、特許文献１に開示された方法は、少なくとも以下の（i）および（ii）の２つの課題が存在していた。

（i）ＹＡＧレーザ光の基本波が照射されることによって形成されたヘテロ接合貫通コンタクト部１０８は半導体基板１０１のｐ+領域１０７と直接接触することになるため、パッシベーション効果が発現しない。

（ii）ヘテロ接合型バックコンタクトセルにおいては、半導体基板１０１としてｐ型結晶シリコンを用いた場合よりもｎ型結晶シリコンを用いた場合の方が変換効率が高くなるが、Ａｌの拡散によってｎ型結晶シリコンからなる半導体基板１０１にｐ+領域１０７を形成するのは適していない。

いずれにしても、特許文献１に開示された方法は、ヘテロ接合型バックコンタクトセルを製造しにくいプロセスとなっていた。

上記の事情に鑑みて、本発明の目的は、複雑な構造を有するヘテロ接合型バックコンタクトセルを簡易な製造工程で製造することが可能な光電変換素子および光電変換素子の製造方法を提供することにある。

本発明は、第１導電型の半導体基板と、半導体基板の一方の表面の一部の領域上に順次積層されたｉ型非晶質膜とｐ型非晶質膜およびｐ型微結晶膜の少なくとも一方を含むｐ型半導体膜とｎ型微結晶膜と第１の透明導電膜と第１の電極と、半導体基板の表面の他の一部の領域上に順次積層されたｎ型非晶質膜と第２の透明導電膜と第２の電極とを備え、半導体基板の表面の他の一部の領域とｎ型非晶質膜とが接している光電変換素子である。このような構成とすることにより、複雑な構造を有するヘテロ接合型バックコンタクトセルを簡易な製造工程で製造することが可能となる。

また、本発明は、第１導電型の半導体基板の一方の表面の全面上にｉ型非晶質膜とｐ型非晶質膜およびｐ型微結晶膜の少なくとも一方を含むｐ型半導体膜とｎ型微結晶膜とをこの順序で積層することによって半導体基板の表面上に第１の積層体を形成する工程と、第１のレーザ光の照射により第１の積層体の一部を除去することによって半導体基板の表面の一部を露出させる工程と、半導体基板の露出した表面と第１の積層体とを覆うようにｎ型非晶質膜と透明導電膜とをこの順序で積層することによって半導体基板の露出した表面上に第２の積層体を形成する工程と、第２のレーザ光の照射により第１の積層体と第２の積層体とを分離する工程と、第１の積層体上に第１の電極を形成する工程と、第２の積層体上に第２の電極を形成する工程と、を含む、光電変換素子の製造方法である。このような構成とすることにより、複雑な構造を有するヘテロ接合型バックコンタクトセルを簡易な製造工程で製造することが可能となる。

本発明によれば、複雑な構造を有するヘテロ接合型バックコンタクトセルを簡易な製造工程で製造することが可能な光電変換素子および光電変換素子の製造方法を提供することができる。

実施の形態のヘテロ接合型バックコンタクトセルの模式的な断面図である。実施の形態のヘテロ接合型バックコンタクトセルの製造方法の一例の製造工程の一部について図解する模式的な断面図である。実施の形態のヘテロ接合型バックコンタクトセルの製造方法の一例の製造工程の一部について図解する模式的な断面図である。実施の形態のヘテロ接合型バックコンタクトセルの製造方法の一例の製造工程の一部について図解する模式的な断面図である。実施の形態のヘテロ接合型バックコンタクトセルの製造方法の一例の製造工程の一部について図解する模式的な断面図である。結晶シリコン（ｃ−Ｓｉ）、水素化アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ：Ｈ）および水素化微結晶シリコン（μｃ−Ｓｉ：Ｈ）に対して照射される光のエネルギ（ｅＶ）と吸収係数（ｃｍ^-1）との関係を示す図である。実施の形態のヘテロ接合型バックコンタクトセルの製造方法の一例の製造工程の一部について図解する模式的な断面図である。実施の形態のヘテロ接合型バックコンタクトセルの製造方法の一例の製造工程の一部について図解する模式的な断面図である。実施の形態のヘテロ接合型バックコンタクトセルの製造方法の一例の製造工程の一部について図解する模式的な断面図である。実施の形態のヘテロ接合型バックコンタクトセルの製造方法の一例の製造工程の一部について図解する模式的な断面図である。実施の形態のヘテロ接合型バックコンタクトセルの製造方法の一例の製造工程の一部について図解する模式的な断面図である。実施の形態のヘテロ接合型バックコンタクトセルの製造方法の一例の製造工程の一部について図解する模式的な断面図である。実施の形態のヘテロ接合型バックコンタクトセルから電力を取り出すための配線シートの一例の模式的な平面図である。従来の特許文献１に開示されたヘテロ接合型バックコンタクトセルの製造方法の製造工程の一部を図解する模式的な断面図である。従来の特許文献１に開示されたヘテロ接合型バックコンタクトセルの製造方法の製造工程の一部を図解する模式的な断面図である。従来の特許文献１に開示されたヘテロ接合型バックコンタクトセルの製造方法の製造工程の一部を図解する模式的な断面図である。従来の特許文献１に開示されたヘテロ接合型バックコンタクトセルの製造方法の製造工程の一部を図解する模式的な断面図である。従来の特許文献１に開示されたヘテロ接合型バックコンタクトセルの製造方法の製造工程の一部を図解する模式的な断面図である。従来の特許文献１に開示されたヘテロ接合型バックコンタクトセルの製造方法の製造工程の一部を図解する模式的な断面図である。従来の特許文献１に開示されたヘテロ接合型バックコンタクトセルの製造方法の製造工程の一部を図解する模式的な断面図である。従来の特許文献１に開示されたヘテロ接合型バックコンタクトセルの製造方法の製造工程の一部を図解する模式的な断面図である。従来の特許文献１に開示されたヘテロ接合型バックコンタクトセルの製造方法の製造工程の一部を図解する模式的な断面図である。

以下、本発明の実施の形態について説明する。なお、本発明の図面において、同一の参照符号は、同一部分または相当部分を表わすものとする。

図１に、本発明の光電変換素子の一例である実施の形態のヘテロ接合型バックコンタクトセルの模式的な断面図を示す。図１に示すように、実施の形態のヘテロ接合型バックコンタクトセルは、ｎ型単結晶シリコンからなる半導体基板１を有しており、半導体基板１の一方の表面である受光面上には、パッシベーション膜２と、反射防止膜３とが、半導体基板１側から順次積層されている。

半導体基板１の受光面とは反対側の表面である裏面の一部の領域上には、ｉ型のアモルファスシリコンからなるｉ型非晶質膜４と、ｐ型のアモルファスシリコンからなるｐ型非晶質膜５と、ｐ型の微結晶シリコンからなるｐ型微結晶膜６と、ｎ型の微結晶シリコンからなるｎ型微結晶膜７と、ｎ型のアモルファスシリコンからなるｎ型非晶質膜８と、第１の透明導電膜９ａと、第１の電極１２とが順次積層されている。

半導体基板１の裏面の他の一部の領域上には、ｎ型非晶質膜８と、第２の透明導電膜９ｂと、第２の電極１３とが順次積層されている。

なお、半導体基板１の裏面上にｉ型非晶質膜４とｐ型非晶質膜５とｐ型微結晶膜６とｎ型微結晶膜７とが半導体基板１側から順次積層されてなる第１の積層体１０の端面と、第１の電極１２の反対側の端面との間の水平距離Ｗ１は、たとえば１０００μｍ程度とすることができる。

また、第１の積層体１０の端面と、それに隣り合う第１の積層体１０の端面との間の水平距離Ｗ２は、たとえば１５００μｍ程度とすることができる。なお、隣り合う第１の積層体１０の間の半導体基板１の裏面上にはｎ型非晶質膜８と第２の透明導電膜９とが半導体基板１側から順次積層されてなる第２の積層体２０が形成されている。

また、第１の電極１２の端面と、それに隣り合う第２の電極１３の端面との間の水平距離Ｗ３およびＷ４は、それぞれ、たとえば２００μｍ程度とすることができる。

これにより、第２の電極１３の幅は、Ｗ２−（Ｗ１＋Ｗ３＋Ｗ４）の式から、たとえば１００μｍ程度とすることができる。

以下、図２〜図１０の模式的断面図を参照して、実施の形態のヘテロ接合型バックコンタクトセルの製造方法の一例について説明する。まず、図２に示すように、半導体基板１の受光面の全面に、パッシベーション膜２を積層する。

パッシベーション膜２としては、たとえば、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜または水素化アモルファスシリコン膜などを用いることができる。パッシベーション膜２の厚さは特に限定されないが、たとえば５ｎｍ以上１０ｎｍ以下とすることができる。

パッシベーション膜２の積層方法も特に限定されず、たとえばプラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法などを用いることができる。

次に、図３に示すように、パッシベーション膜２の全面に、反射防止膜３を積層する。
反射防止膜３としては、たとえば、窒化シリコン膜または透明導電酸化膜などの屈折率が２．０程度の膜を用いることができる。反射防止膜３の厚さは特に限定されないが、たとえば１００ｎｍ程度とすることができる。

反射防止膜３の積層方法も特に限定されず、たとえばプラズマＣＶＤ法またはスパッタリング法などを用いることができる。

次に、図４に示すように、半導体基板１の裏面の全面に、ｉ型のアモルファスシリコンからなるｉ型非晶質膜４と、ｐ型のアモルファスシリコンからなるｐ型非晶質膜５と、ｐ型の微結晶シリコンからなるｐ型微結晶膜６と、ｎ型の微結晶シリコンからなるｎ型微結晶膜７を、この順序で、たとえばプラズマＣＶＤ法により積層する。これにより、半導体基板１の裏面上に、ｉ型非晶質膜４と、ｐ型非晶質膜５と、ｐ型微結晶膜６と、ｎ型微結晶膜７とが半導体基板１側からこの順序で積層されてなる第１の積層体１０が形成される。

半導体基板１としてはｎ型単結晶シリコンを用いることが、ヘテロ接合型バックコンタクトセルの変換効率を向上させる観点からは好ましいが、たとえば従来から公知のｐ型半導体基板などを用いてもよい。また、半導体基板１としては、たとえば予め半導体基板１の受光面にテクスチャ構造（図示せず）が形成された半導体基板などを用いることが望ましい。

半導体基板１の厚さは、特に限定されないが、たとえば１００μｍ以上３００μｍ以下とすることができ、好ましくは１００μｍ以上２００μｍ以下とすることができる。また、半導体基板１の比抵抗も、特に限定されないが、たとえば０．１Ω・ｃｍ以上１Ω・ｃｍ以下とすることができる。

ｉ型非晶質膜４の厚さは、特に限定されないが、たとえば３ｎｍ程度とすることができる。

ｐ型非晶質膜５の厚さは、特に限定されないが、たとえば７ｎｍ程度とすることができる。

ｐ型非晶質膜５に含まれるｐ型不純物としては、たとえばボロンを用いることができ、ｐ型非晶質膜５のｐ型不純物濃度は、たとえば５×１０¹⁹個／ｃｍ³程度とすることができる。

ｐ型微結晶膜６の厚さは、特に限定されないが、たとえば２０ｎｍ程度とすることができる。

ｐ型微結晶膜６に含まれるｐ型不純物としては、たとえばボロンを用いることができ、ｐ型微結晶膜６のｐ型不純物濃度は、たとえば１×１０¹⁸個／ｃｍ³程度とすることができる。

ｎ型微結晶膜７の厚さは、特に限定されないが、たとえば２０ｎｍ程度とすることができる。

ｎ型微結晶膜７に含まれるｎ型不純物としては、たとえばリンを用いることができ、ｎ型微結晶膜７のｎ型不純物濃度は、たとえば１×１０¹⁸個／ｃｍ³程度とすることができる。

なお、本明細書において「ｉ型」とは、ｎ型またはｐ型の不純物を意図的にドーピングしていないことを意味しており、たとえば光電変換素子の作製後にｎ型またはｐ型の不純物が不可避的に拡散することなどによってｎ型またはｐ型の導電型を示すこともあり得る。

また、本明細書において「アモルファスシリコン」には、水素化アモルファスシリコンなどのシリコン原子の未結合手（ダングリングボンド）が水素で終端されたものも含まれる。

また、本明細書において「微結晶」とは、非晶質相および結晶質相の双方を含む物質を意味している。

なお、上記においては、半導体基板１の裏面上にｉ型非晶質膜４とｐ型非晶質膜５とｐ型微結晶膜６とｎ型微結晶膜７とが半導体基板１側からこの順序で積層されてなる第１の積層体１０を形成したが、第１の積層体１０としては、上記以外にも、たとえば図１１および図１２に示される第１の積層体１０を形成することもできる。

図１１に示される第１の積層体１０は、半導体基板１の裏面上に、ｉ型非晶質膜４と、ｐ型微結晶膜６と、ｎ型微結晶膜７とが半導体基板１側からこの順序で積層されて構成されている。

図１２に示される第１の積層体１０は、半導体基板１の裏面上に、ｉ型非晶質膜４と、ｐ型非晶質膜５と、ｐ型非晶質膜５よりも高いｐ型不純物濃度を有する高ドープｐ型非晶質膜１４と、ｎ型微結晶膜７とが半導体基板１側からこの順序で積層されて構成されている。

高ドープｐ型非晶質膜１４としては、ｐ型のアモルファスシリコンからなる膜を用いることができるが、これに限定されず、たとえば従来から公知のｐ型のアモルファス半導体膜などを用いてもよい。高ドープｐ型非晶質膜１４の厚さは、特に限定されないが、たとえば１５ｎｍ程度とすることができる。

高ドープｐ型非晶質膜１４に含まれるｐ型不純物としては、たとえばボロンを用いることができ、高ドープｐ型非晶質膜１４のｐ型不純物濃度は、たとえば１×１０¹⁹個／ｃｍ³程度とすることができる。

次に、図５に示すように、第１の積層体１０の裏面の一部に第１のレーザ光１１を照射することによって、第１の積層体１０の一部を除去して、半導体基板１の裏面の一部を露出させる。

第１のレーザ光１１としては、半導体基板１と比べて、ｉ型非晶質膜４の方が大きな吸収係数を有するエネルギに対応する波長を有する光を用いることが好ましく、なかでもＹＡＧレーザ光の第２高調波（波長５３２ｎｍ）およびＹＡＧレーザ光の第３高調波（波長３５５ｎｍ）の少なくとも一方であることがより好ましく、ＹＡＧレーザ光の第２高調波であることが特に好ましい。

たとえば、ｉ型非晶質膜４が水素化アモルファスシリコンからなり、半導体基板１が結晶シリコンからなる場合には、図６に示すように、ＹＡＧレーザ光の第２高調波に対する水素化アモルファスシリコンの吸収係数は、結晶シリコンの吸収係数と比べて１０倍以上となる。そのため、この場合には、ＹＡＧレーザ光の第２高調波の照射部分のｉ型非晶質膜４のみを選択的に蒸散させて、当該照射部分のｉ型非晶質膜４上のｐ型非晶質膜５およびｐ型微結晶膜６とともに除去することができるため、半導体基板１の裏面の一部をより効率的に露出させることができる。

なお、図６は、結晶シリコン（ｃ−Ｓｉ）、水素化アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ：Ｈ）および水素化微結晶シリコン（μｃ−Ｓｉ：Ｈ）に対して照射される光のエネルギ（ｅＶ）と吸収係数（ｃｍ^-1）との関係を示している。

また、第１のレーザ光１１の照射時間は、１ナノ秒以下であることが好ましい。第１のレーザ光１１の照射時間が１ナノ秒以下である場合には、下地となる半導体基板１へのダメージを少なくすることができる傾向にある。

また、図５に示す第１のレーザ光１１の照射による第１の積層体１０の除去幅Ｗ５は、たとえば５００μｍ程度とすることができる。

次に、図７に示すように、半導体基板１の露出した裏面と第１の積層体１０とを覆うように、ｎ型非晶質膜８をたとえばプラズマＣＶＤ法により積層する。

ｎ型非晶質膜８としてはｎ型のアモルファスシリコンからなる膜に限定されず、たとえば従来から公知のｎ型のアモルファス半導体膜などを用いてもよい。ｎ型非晶質膜８の厚さは、特に限定されないが、たとえば３０ｎｍ程度とすることができる。

ｎ型非晶質膜８に含まれるｎ型不純物としては、たとえばリンを用いることができ、ｎ型非晶質膜８のｎ型不純物濃度は、たとえば５×１０¹⁹個／ｃｍ³程度とすることができる。

次に、図８に示すように、半導体基板１の露出した裏面と第１の積層体１０とを覆うｎ型非晶質膜８の裏面の全面に透明導電膜９を積層する。これにより、半導体基板１の裏面上に、ｎ型非晶質膜８と透明導電膜９とが半導体基板１側からこの順序で積層されてなる第２の積層体２０が形成される。

透明導電膜９としては、導電性を有する透明材料を特に限定なく用いることができるが、なかでもＩＴＯ（Indium Tin Oxide）を含む透明導電膜を用いることが好ましい。透明導電膜９にＩＴＯを含む透明導電膜を用いた場合には、ｎ型非晶質膜８との密着性が向上する傾向にある。

透明導電膜９の積層方法は特に限定されないが、たとえばスパッタリング法により積層することができる。また、透明導電膜９の厚さも特に限定されないが、たとえば６０ｎｍ以下とすることができる。

次に、図９に示すように、第２の積層体２０の裏面の一部に第２のレーザ光１１を照射することによって、第２の積層体２０の一部を除去して、半導体基板１の裏面の一部を露出させる。これにより、第１の積層体１０と第２の積層体２０とが電気的に分離され、第１の積層体１０上の透明導電膜９が第１の透明導電膜９ａとなり、第２の積層体２０上の透明導電膜９が第２の透明導電膜９ｂとなる。

なお、この工程によって、第１の積層体１０上にもｎ型非晶質膜８と第１の透明導電膜９ａとの積層体が残ることになるが、本明細書においては、半導体基板１の裏面上に積層されたｎ型非晶質膜８と透明導電膜９との積層体、およびｎ型非晶質膜８と第２の透明導電膜９ａとの積層体を第２の積層体２０というものとする。

第２のレーザ光１１としては、半導体基板１と比べて、ｎ型非晶質膜８の方が大きな吸収係数を有するエネルギに対応する波長を有する光を用いることが好ましく、なかでもＹＡＧレーザ光の第２高調波（波長５３２ｎｍ）およびＹＡＧレーザ光の第３高調波（波長３５５ｎｍ）の少なくとも一方であることがより好ましく、ＹＡＧレーザ光の第２高調波であることが特に好ましい。

たとえば、ｎ型非晶質膜８が水素化アモルファスシリコンからなり、半導体基板１が結晶シリコンからなる場合には、図６に示すように、ＹＡＧレーザ光の第２高調波に対する水素化アモルファスシリコンの吸収係数は、結晶シリコンの吸収係数と比べて１０倍以上となる。そのため、この場合には、ＹＡＧレーザ光の第２高調波の照射部分のｎ型非晶質膜８のみを選択的に蒸散させて、当該照射部分のｎ型非晶質膜８上の透明導電膜９とともに除去することができるため、半導体基板１の裏面の一部をより効率的に露出させることができる。

また、第２のレーザ光１１の照射時間は、１ナノ秒以下であることが好ましい。第２のレーザ光１１の照射時間が１ナノ秒以下である場合には、下地となる半導体基板１へのダメージを少なくすることができる傾向にある。

次に、図１０に示すように、第１の積層体１０上の第１の透明導電膜９ａの裏面上に第１の銀ペースト１２ａを塗布するとともに、第２の積層体２０の第２の透明導電膜９ｂの裏面上に第２の銀ペースト１３ａを塗布する。

ここで、第１の銀ペースト１２ａおよび第２の銀ペースト１３ａとしては、それぞれ、焼成温度が２００℃以下の銀ペーストを用いることが好ましい。この場合には、アモルファスシリコンの結合水素状態に与える影響が少なくなる傾向にある。

また、第１の銀ペースト１２ａおよび第２の銀ペースト１３ａとしては、それぞれ、１０μΩ・ｃｍ以下の比抵抗を有する銀ペーストを用いることが好ましい。この場合には、第１の透明導電膜９ａに対する第１の電極１２のコンタクト抵抗、および第２の透明導電膜９ｂに対する第２の電極１３のコンタクト抵抗を低くすることができる傾向にある。

次に、第１の銀ペースト１２ａおよび第２の銀ペースト１３ａを焼成することによって、図１に示すように、第１の積層体１０上に焼成銀電極である第１の電極１２を形成するとともに、第２の積層体２０上に焼成銀電極である第２の電極１３を形成する。

第１の電極１２および第２の電極１３の形状は、特に限定されないが、それぞれたとえば櫛形状に形成され、互いの櫛歯が１本ずつ交互に配列されるように形成されることができる。

また、第１の電極１２および第２の電極１３を形成する前（第１の銀ペースト１２ａおよび第２の銀ペースト１３ａを塗布する前）に、第２の透明導電膜９の裏面上に銀薄膜を形成しておくことが好ましい。この場合には、第１の透明導電膜９ａに対する第１の電極１２のコンタクト抵抗および第２の透明導電膜９ｂに対する第２の電極１３のコンタクト抵抗を低くすることができ、ヘテロ接合型バックコンタクトセルにおいて発生する電流を第１の電極１２および第２の電極１３で集電しやすくなる傾向にある。

ここで、銀薄膜の厚さは、たとえば１００ｎｍ以上５００ｎｍ以下とすることができる。また、銀薄膜は、たとえば、スパッタリング法、蒸着法または銀を含む液体の塗布などによって形成することができる。

以上により、図１に示す構造を有する実施の形態のヘテロ接合型バックコンタクトセルが完成する。

図１３に、実施の形態のヘテロ接合型バックコンタクトセルから電力を取り出すための配線シートの一例の模式的な平面図を示す。図１３に示すように、配線シート３０は、絶縁性基材３１の表面上に、実施の形態のヘテロ接合型バックコンタクトセルの裏面の第１の電極１２および第２の電極１３からそれぞれ電力を取り出すためのｐ配線３２およびｎ配線３３が千鳥格子状に配置されている構成とすることができる。

すなわち、第１の電極１２の櫛歯の長手方向が、互いに間隔を空けて配置されているｐ配線３２の長手方向に沿うようにして、第１の電極１２をｐ配線３２上に設置して電気的に接続する。また、第２の電極１３の櫛歯の長手方向が、互いに間隔を空けて配置されているｎ配線３３の長手方向に沿うようにして、第２の電極１３をｎ配線３３上に設置して電気的に接続する。これにより、図１に示す実施の形態のヘテロ接合型バックコンタクトセルと、図１３に示す配線シート３０とを接続することができる。

また、実施の形態のヘテロ接合型バックコンタクトセルが接続された配線シート３０のｐ配線３２と、実施の形態のヘテロ接合型バックコンタクトセルが接続された他の配線シート３０のｎ配線３３とを順次電気的に接続していくことによって、配線シート３０により実施の形態のヘテロ接合型バックコンタクトセルのモジュール化が可能となる。

なお、絶縁性基材３１としては、絶縁性材料であれば特に限定されず、たとえばポリエステルフィルムなどの絶縁性フィルムを用いることができる。また、ｐ配線３２およびｎ配線３３としては、導電性材料であれば特に限定されず、たとえば銅配線などを用いることができる。

実施の形態のヘテロ接合型バックコンタクトセルの製造方法によれば、従来の特許文献１に開示された方法のように、ヘテロ接合貫通コンタクト部の形成といった形成困難な工程を経ることなく、より簡易な工程で、複雑な構造を有するヘテロ接合型バックコンタクトセルを製造することができる。

また、実施の形態のヘテロ接合型バックコンタクトセルの製造方法によれば、フォトレジストの塗布ならびにフォトリソグラフィー技術およびエッチング技術によるフォトレジストのパターンニングの工程を行なう必要がないため、この観点からも、より簡易な製造工程で、複雑な構造を有するヘテロ接合型バックコンタクトセルを製造することができる。

以上の理由により、実施の形態によれば、複雑な構造を有するヘテロ接合型バックコンタクトセルを簡易な製造工程で製造することができる。

本発明は、第１導電型の半導体基板と、半導体基板の一方の表面の一部の領域上に順次積層されたｉ型非晶質膜とｐ型非晶質膜およびｐ型微結晶膜の少なくとも一方を含むｐ型半導体膜とｎ型微結晶膜と第１の透明導電膜と第１の電極と、半導体基板の表面の他の一部の領域上に順次積層されたｎ型非晶質膜と第２の透明導電膜と第２の電極とを備えた光電変換素子である。このような構成とすることにより、複雑な構造を有するヘテロ接合型バックコンタクトセルを簡易な製造工程で製造することが可能となる。

また、本発明の光電変換素子において、ｐ型半導体膜は、半導体基板の表面側からｐ型非晶質膜とｐ型微結晶膜とが順次積層されてなることが好ましい。このような構成とすることにより、ヘテロ接合型バックコンタクトセルの変換効率を向上させることができる。

また、本発明の光電変換素子において、ｐ型半導体膜は、ｐ型微結晶膜からなることが好ましい。このような構成とすることにより、ヘテロ接合型バックコンタクトセルの変換効率を向上させることができる。

また、本発明の光電変換素子において、ｐ型半導体膜は、半導体基板の表面側からｐ型非晶質膜とｐ型非晶質膜よりも高いｐ型不純物濃度を有する高ドープｐ型非晶質膜とが順次積層されてなることが好ましい。このような構成とすることにより、ヘテロ接合型バックコンタクトセルの変換効率を向上させることができる。

また、本発明の光電変換素子において、第１の透明導電膜および第２の透明導電膜は、ＩＴＯを含むことが好ましい。このような構成とすることにより、第１の透明導電膜および第２の透明導電膜の密着性が向上する傾向にある。

また、本発明の光電変換素子の製造方法において、ｐ型半導体膜は、半導体基板の表面側からｐ型非晶質膜とｐ型微結晶膜とが順次積層されてなることが好ましい。このような構成とすることにより、ヘテロ接合型バックコンタクトセルの変換効率を向上させることができる。

また、本発明の光電変換素子の製造方法において、ｐ型半導体膜は、ｐ型微結晶膜からなることが好ましい。このような構成とすることにより、ヘテロ接合型バックコンタクトセルの変換効率を向上させることができる。

また、本発明の光電変換素子の製造方法において、ｐ型半導体膜は、半導体基板の表面側からｐ型非晶質膜とｐ型非晶質膜よりも高いｐ型不純物濃度を有する高ドープｐ型非晶質膜とが順次積層されてなることが好ましい。このような構成とすることにより、ヘテロ接合型バックコンタクトセルの変換効率を向上させることができる。

また、本発明の光電変換素子の製造方法において、第１のレーザ光および第２のレーザ光は、それぞれ、ＹＡＧレーザ光の第２高調波およびＹＡＧレーザ光の第３高調波の少なくとも一方であることが好ましい。このような構成とすることにより、第１のレーザ光および第２のレーザ光の照射による半導体基板１の表面への熱ダメージの影響を抑えることができる。

また、本発明の光電変換素子の製造方法において、第１のレーザ光の照射時間および第２のレーザ光の照射時間は、それぞれ、１ナノ秒以下であることが好ましい。このような構成とすることにより、下地となる半導体基板１へのダメージを少なくすることができる傾向にある。

また、本発明の光電変換素子の製造方法において、第１の電極を形成する工程は、第１の積層体上に第１の銀ペーストを塗布する工程と第１の銀ペーストを焼成する工程とを含み、第２の電極を形成する工程は、第２の積層体上に第２の銀ペーストを塗布する工程と第２の銀ペーストを焼成する工程とを含むことが好ましい。このような構成とすることにより、複雑な構造を有するヘテロ接合型バックコンタクトセルを簡易な製造工程で製造することが可能となる。

また、本発明の光電変換素子の製造方法において、第１の銀ペーストの焼成温度および第２の銀ペーストの焼成温度はそれぞれ２００℃以下であって、第１の銀ペーストの比抵抗および第２の銀ペーストの比抵抗はそれぞれ１０μΩ・ｃｍ以下であることが好ましい。このような構成とすることにより、アモルファスシリコンの結合水素状態に与える影響を小さくすることができるとともに、第１の電極および第２の電極のコンタクト抵抗を低くすることができる傾向にある。

また、本発明の光電変換素子の製造方法において、第１の銀ペーストおよび第２の銀ペーストはそれぞれ平均粒径が１０００ｎｍ未満の銀粒子を含むことが好ましい。このような構成とすることにより、第１の電極および第２の電極のコンタクト抵抗を低くすることができる傾向にある。

また、本発明の光電変換素子の製造方法は、第１の電極を形成する工程および第２の電極を形成する工程の前に、第２の透明導電膜上に銀薄膜を形成する工程をさらに含むことが好ましい。このような構成とすることにより、第１の電極および第２の電極のコンタクト抵抗を低くすることができ、ヘテロ接合型バックコンタクトセルにおいて発生する電流を第１の電極および第２の電極で集電しやすくなる傾向にある。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明は、光電変換素子および光電変換素子の製造方法に利用することができ、特に、複雑な構造を有するヘテロ接合型バックコンタクトセルおよびヘテロ接合型バックコンタクトセルの製造方法に利用することができる。

１半導体基板、２パッシベーション膜、３反射防止膜、４ｉ型非晶質膜、５ｐ型非晶質膜、６ｐ型微結晶膜、７ｎ型微結晶膜、８ｎ型非晶質膜、９透明導電膜、９ａ第１の透明導電膜、９ｂ第２の透明導電膜、１０第１の積層体、１１第１のレーザ光、２１第２のレーザ光、１２第１の電極、１２ａ銀ペースト、１３第２の電極、１３ａ銀ペースト、１４高ドープｐ型非晶質膜、２０第２の積層体、３０配線シート、３１絶縁性基材、３２ｐ配線、３３ｎ配線、１０１半導体基板、１０２ｉ型シリコン薄膜層、１０３逆導電型層、１０４酸化物透明導電材料層、１０５反射層、１０６導電層、１０７ｐ+領域、１０８ヘテロ接合貫通コンタクト部、１０９電極分離部、１１０テクスチャ構造、１１１絶縁層、１１２正極取出電極、１１３負極取出電極、１１４表面パッシベーション層、１１５反射防止層。

Claims

第１導電型の半導体基板と、
前記半導体基板の一方の表面の一部の領域上に、順次積層された、ｉ型非晶質膜と、ｐ型非晶質膜およびｐ型微結晶膜の少なくとも一方を含むｐ型半導体膜と、ｎ型微結晶膜と、第１の透明導電膜と、第１の電極と、
前記半導体基板の前記表面の他の一部の領域上に、順次積層された、ｎ型非晶質膜と、第２の透明導電膜と、第２の電極と、を備え、
前記半導体基板の前記表面の前記他の一部の領域と前記ｎ型非晶質膜とが接している、光電変換素子。
前記ｐ型半導体膜は、前記半導体基板の前記表面側から、ｐ型非晶質膜と、ｐ型微結晶膜とが順次積層されてなる、請求項１に記載の光電変換素子。
前記ｐ型半導体膜は、前記半導体基板の前記表面側から、ｐ型非晶質膜と、前記ｐ型非晶質膜よりも高いｐ型不純物濃度を有する高ドープｐ型非晶質膜とが順次積層されてなる、請求項１に記載の光電変換素子。
第１導電型の半導体基板の一方の表面の全面上に、ｉ型非晶質膜と、ｐ型非晶質膜およびｐ型微結晶膜の少なくとも一方を含むｐ型半導体膜と、ｎ型微結晶膜とをこの順序で積層することによって、前記半導体基板の前記表面上に第１の積層体を形成する工程と、
第１のレーザ光の照射により、前記第１の積層体の一部を除去することによって、前記半導体基板の前記表面の一部を露出させる工程と、
前記半導体基板の露出した前記表面と前記第１の積層体とを覆うように、ｎ型非晶質膜と、透明導電膜とをこの順序で積層することによって、前記半導体基板の露出した前記表面上に第２の積層体を形成する工程と、
第２のレーザ光の照射により、前記第１の積層体と前記第２の積層体とを分離する工程と、
前記第１の積層体上に第１の電極を形成する工程と、
前記第２の積層体上に第２の電極を形成する工程と、を含む、光電変換素子の製造方法。