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JP6639496B2 - 光電変換装置 - Google Patents

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Description

本発明は、光電変換装置に関する。
特開２０１０−２８３４０６号公報には、裏面電極型太陽電池が開示されている。この裏面電極型太陽電池は、単結晶シリコン基板の裏面に、アモルファスシリコン層が形成され、その上に、メタルマスクを用いて、ｎ型非晶質半導体層とｐ型非晶質半導体層が交互に形成されている。そして、メタルマスクを用い、ｎ型非晶質半導体層とｐ型非晶質半導体層のそれぞれの上に、電極が形成されている。
特開２０１０−２８３４０６号公報において、ｐ型非晶質半導体層、ｎ型非晶質半導体層、及び電極を形成する際、シリコン基板の厚さが薄いほど、ｐ型非晶質半導体層、ｎ型非晶質半導体層、及び電極の応力によってシリコン基板が反ったり、撓んだりする。特に、電極は、ｐ型非晶質半導体層及びｎ型非晶質半導体層と比べて応力が大きいため、電極の応力による影響が大きい。
本発明の目的は、厚みが薄い半導体基板を用いた場合であっても、電極の応力を軽減し、半導体基板の反りや撓みを抑制することができる光電変換装置を提供することを目的とする。
本発明に係る光電変換装置は、半導体基板と、前記半導体基板の一方の面の側に形成され、第１導電型を有する第１非晶質半導体層が少なくとも１つ形成された第１非晶質半導体部と、前記半導体基板の前記一方の面の側に形成され、かつ前記半導体基板の面内方向において前記第１非晶質半導体部に隣接して形成され、前記第１導電型と異なる第２導電型を有する第２非晶質半導体層が少なくとも１つ形成された第２非晶質半導体部と、前記第１非晶質半導体部の上に、互いに離間して配置された複数の第１電極と、前記第２非晶質半導体部の上に、互いに離間して配置された複数の第２電極と、を備え、一の前記第１非晶質半導体層の上に、複数の前記第１電極が配置され、一の前記第２非晶質半導体層の上に、複数の前記第２電極が配置されている。
本発明によれば、厚みが薄い半導体基板を用いた場合であっても、電極の応力を軽減し、半導体基板の反りや撓みを抑制することができる。
図１は、第１実施形態に係る光電変換装置の平面を表す模式図である。 図２は、図１に示す光電変換装置のＡ−Ａ断面を示す模式図である。 図３Ａは、ｐ型非晶質半導体層の断面構造を例示した模式図である。 図３Ｂは、ｐ型非晶質半導体層の他の断面構造を例示した模式図である。 図３Ｃは、ｐ型非晶質半導体層の他の断面構造を例示した模式図である。 図３Ｄの（ａ）は、ｉ型非晶質半導体層とシリコン基板の表面との界面から非晶質半導体層の表面までの膜厚を測定した結果を表す模式図である。図３Ｄの（ｂ）は、図３Ｄの（ａ）に示す膜厚をプロットし直した結果を表す模式図である。 図４は、第１実施形態における配線シートの平面を表す模式図である。 図５Ａの（ａ）は、ｐ型電極間の距離ｄ１が３００μｍと５００μｍである光電変換装置にレーザー光を照射して得られた電流を測定した結果を示す図である。図５Ａの（ｂ）は、図５Ａの（ａ）の測定対象となる光電変換装置の断面図である。 図５Ｂは、距離ｄ１が２００μｍ〜７００μｍの間の光電変換装置にレーザー光を照射して得られた電流を測定した結果を示す図である。 図６Ａは、図１に示す光電変換装置の製造工程を説明する図であって、シリコン基板にテクスチャが形成された状態の断面図である。 図６Ｂは、図６Ａに示すシリコン基板の受光面に反射防止膜が形成された状態を示す断面図である。 図６Ｃは、図６Ｂに示すシリコン基板の裏面にｉ型非晶質半導体層とｐ型非晶質半導体層とが形成された状態の断面図である。 図６Ｄは、図６Ｃに示すシリコン基板の裏面にｎ型非晶質半導体層が形成された状態の断面図である。 図６Ｅは、図６Ｄに示すｐ型非晶質半導体層及びｎ型非晶質半導体層の上に電極が形成された状態の断面図である。 図７は、図６Ｃの工程においてｐ型非晶質半導体層を形成する際に用いるメタルマスクの平面を表す模式図である。 図８は、図６Ｄの工程においてｎ型非晶質半導体層を形成する際に用いるメタルマスクの平面を表す模式図である。 図９は、図６Ｅの工程において電極を形成する際に用いるメタルマスクの平面を表す模式図である。 図１０Ａは、メタルマスクを用いて形成された電極の端部の形状を例示した模式図である。 図１０Ｂは、メタルマスクを用いて形成された電極の端部の形状を例示した模式図である。 図１０Ｃは、メタルマスクを用いて形成された電極の端部の形状を例示した模式図である。 図１１は、シリコン基板上に所定の位置精度でメタルマスクを配置可能なメタルマスクのアスペクト比と磁場との関係を示す図である。 図１２Ａは、第２実施形態に係る光電変換装置の平面を表す模式図である。 図１２Ｂは、図１２Ａに示す光電変換装置のＣ−Ｃ断面を示す模式図である。 図１３Ａは、図１２Ａに示す光電変換装置のｐ型非晶質半導体層を形成する際に用いるメタルマスクの平面を表す模式図である。 図１３Ｂは、図１２Ａに示す光電変換装置のｎ型非晶質半導体層を形成する際に用いるメタルマスクの平面を表す模式図である。 図１４Ａは、第３実施形態に係る光電変換装置の平面を表す模式図である。 図１４Ｂは、図１４Ａに示す光電変換装置のＤ−Ｄ断面を示す模式図である。 図１５は、図１４Ａに示す光電変換装置の電極を形成する際に用いるメタルマスクの平面を表す模式図である。 図１６Ａは、第４実施形態に係る光電変換装置の平面を表す模式図である。 図１６Ｂは、図１６Ａに示す光電変換装置のＥ−Ｅ断面を示す模式図である。 図１７の（ａ）は、図１６Ａに示す光電変換装置のｐ型非晶質半導体層を形成する際に用いるメタルマスクの平面を表す模式図である。図１７の（ｂ）は、図１７の（ａ）に示すメタルマスクのＦ−Ｆ断面を示す模式図である。 図１８Ａは、第５実施形態に係る光電変換装置の平面を表す模式図である。 図１８Ｂは、図１８Ａに示す光電変換装置のＧ−Ｇ断面を示す模式図である。 図１９は、シリコン基板の裏面にｉ型非晶質半導体層が形成された状態の断面図である。 図２０は、図１９に示すｉ型非晶質半導体層の上にｐ型非晶質半導体層が形成された状態の断面図である。 図２１は、第６実施形態に係る光電変換モジュールの構成を示す概略図である。 図２２Ａは、第６実施形態による光電変換装置を備える太陽光発電システムの構成を示す概略図である。 図２２Ｂは、図２２Ａに示す太陽光発電システムの他の構成例を示す概略図である。 図２３は、図２２Ａに示す光電変換モジュールアレイの構成を示す概略図である。 図２４Ａは、第７実施形態による光電変換装置を備える太陽光発電システムの構成を示す概略図である。 図２４Ｂは、図２４Ａに示す太陽光発電システムの他の構成例を示す概略図である。
本発明の一実施形態に係る光電変換装置は、半導体基板と、前記半導体基板の一方の面の側に形成され、第１導電型を有する第１非晶質半導体層が少なくとも１つ形成された第１非晶質半導体部と、前記半導体基板の前記一方の面の側に形成され、かつ前記半導体基板の面内方向において前記第１非晶質半導体部に隣接して形成され、前記第１導電型と異なる第２導電型を有する第２非晶質半導体層が少なくとも１つ形成された第２非晶質半導体部と、前記第１非晶質半導体部の上に、互いに離間して配置された複数の第１電極と、前記第２非晶質半導体部の上に、互いに離間して配置された複数の第２電極と、を備え、一の前記第１非晶質半導体層の上に、複数の前記第１電極が配置され、一の前記第２非晶質半導体層の上に、複数の前記第２電極が配置されている（第１の構成）。
第１の構成によれば、基板の一方の面の側に、第１非晶質半導体部と第２非晶質半導体部が面内方向に隣接して形成され、第１非晶質半導体部と第２非晶質半導体部は、少なくとも１つの第１非晶質半導体層と第２非晶質半導体層がそれぞれ形成されている。第１非晶質半導体部の上には、複数の第１電極が互いに離間して配置され、第２非晶質半導体部の上には、複数の第２電極が互いに離間して配置されている。一の第１非晶質半導体層の上には複数の第１電極が配置され、一の第２非晶質半導体層の上には複数の第２電極が配置されている。そのため、一の第１非晶質半導体層と、一の第２非晶質半導体層において、第１電極と第１電極の間や、第２電極と第２電極の間の電極間領域が形成される。電極間領域によって、第１電極と第２電極の自重による応力やこれら電極の内部応力が小さくなるため、電極の応力による半導体基板の反りや撓みを抑制することができる。
第２の構成に係る光電変換装置は、第１の構成において、前記第１非晶質半導体部は、互いに離間して配置された複数の第１非晶質半導体層が形成され、前記複数の第１非晶質半導体層のそれぞれの上に、少なくとも１つの前記第１電極が配置され、前記第２非晶質半導体部は、互いに離間して配置された複数の第２非晶質半導体層が形成され、前記複数の第２非晶質半導体層のそれぞれの上に、少なくとも１つの前記第２電極が配置されていることとしてもよい。
第２の構成によれば、第１非晶質半導体部は複数の第１非晶質半導体層が離間して形成され、第２非晶質半導体部は複数の第２非晶質半導体層が離間して形成されている。そのため、第１非晶質半導体層と第２非晶質半導体層が一つながりに形成される場合と比べ、第１非晶質半導体層と第２非晶質半導体層の応力による半導体基板の反りや撓みが抑制される。
また、第３の構成に係る光電変換装置は、第１の構成において、前記第１非晶質半導体部、及び前記第２非晶質半導体部の少なくとも一方の半導体部は、当該半導体部における第１非晶質半導体層又は第２非晶質半導体層の半導体層において、前記面内方向に沿って形成された第１の溝状部を少なくとも１つ有し、前記第１の溝状部を挟んで隣接する前記半導体層の上面のそれぞれの上に、少なくとも１つの前記第１電極又は前記第２電極が配置されていることとしてもよい。
第３の構成によれば、第１非晶質半導体部と第２非晶質半導体部の少なくとも一方の半導体部における半導体層に第１の溝状部が形成されている。これにより、第１の溝状部における半導体層の膜厚は第１の溝状部以外の領域と比べて薄くなり、当該半導体層の応力が緩和され、当該半導体層の応力による半導体基板の反りや撓みが軽減される。また、第１の溝状部における半導体層の膜厚は薄くなるため、この部分におけるドーパント濃度は他の領域よりも高くなる。その結果、当該半導体層の導電性が高くなり、当該半導体層の第１の溝状部において発生したキャリアの収集効率を向上させることができる。
また、第４の構成に係る光電変換装置は、第３の構成において、さらに、前記半導体基板の前記一方の面と、前記第１非晶質半導体部及び前記第２非晶質半導体部との間に形成された真性非晶質半導体層を備え、前記真性非晶質半導体層は、前記第１の溝状部に対応する位置に第２の溝状部を有することとしてもよい。
第４の構成によれば、真性非晶質半導体層において第１の溝状部に対応する位置に第２の溝状部が形成されている。そのため、真性非晶質半導体層において第２の溝状部が設けられていない場合と比べ、半導体基板の一方の面上の第２の溝状部における膜厚は薄くなり、真性非晶質半導体層の応力が軽減され、半導体基板にかかる応力をさらに抑制することができる。
また、第５の構成に係る光電変換装置は、第１から第４のいずれかの構成において、隣接する前記第１電極と前記第１電極の間、又は、隣接する前記第２電極と前記第２電極の間の距離は５００μｍ以下であることとしてもよい。
第５の構成によれば、第１非晶質半導体部の上における第１電極と第１電極の間や、第２非晶質半導体の上における第２電極と第２電極の間の電極間領域に発生するキャリアの収集効率を向上させることができる。
第６の構成に係る光電変換装置は、第１から第５のいずれかの構成において、前記半導体基板は、前記第１導電型を有し、前記第１非晶質半導体部の上に配置される前記第１電極の数は、前記第２非晶質半導体部の上に配置される前記第２電極の数よりも多いこととしてもよい。
第６の構成によれば、キャリアの消滅を抑制しつつ、電極の応力による半導体基板の反りや撓みを抑制することができる。
第７の構成に係る光電変換装置は、第１から第６のいずれかの構成において、前記第１非晶質半導体層及び前記第２非晶質半導体層の少なくとも一方の半導体層、又は、前記第１電極及び前記第２電極の少なくとも一方の電極における、前記複数の第１電極又は前記複数の第２電極の配列方向の長さは、前記配列方向に直交する方向の長さの３００倍以下であることとしてもよい。
第７の構成によれば、半導体基板にかかる応力を緩和し、半導体基板の反りや撓みを抑制することができる。
以下、図面を参照し、本発明の光電変換装置の実施の形態を詳しく説明する。本明細書において、光電変換装置は、光電変換素子、光電変換素子を用いた光電変換モジュール、光電変換モジュールを備えた太陽電池発電システム、を含む。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、説明を分かりやすくするために、以下で参照する図面においては、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。
＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る光電変換装置の平面を示す模式図である。また、図２は、図１に示す光電変換装置１のＡ−Ａ断面を示す模式図である。
図１、図２に示すように、光電変換装置１は、シリコン基板１０１、ｉ型非晶質シリコン層１０２ｉ、ｎ型非晶質半導体部１０２ｎ、ｐ型非晶質半導体部１０２ｐ、電極１０３、反射防止膜１０４を備える。
シリコン基板１０１は、例えば、ｎ型の単結晶シリコン基板である。シリコン基板１０１の厚さは、例えば、１００〜１５０μｍである。
図２に示すように、シリコン基板１０１の一方（Ｚ軸負方向側）の面を覆うように反射防止膜１０４が形成されている。反射防止膜１０４は、例えば、厚さ２０ｎｍ程度の酸化シリコン膜と、厚さ６０ｎｍ程度の窒化シリコン膜をこの順に積層したものである。反射防止膜１０４は、シリコン基板１０１の表面反射率を低下させ、短絡電流を増加させる。以下の説明において、反射防止膜１０４が形成された面を受光面と称し、他方（Ｚ軸正方向側）の面を裏面と称する。
また、シリコン基板１０１の裏面には，ｉ型非晶質半導体層１０２ｉが形成されている。ｉ型非晶質半導体層１０２ｉは、実質的に真性で、水素を含有する非晶質半導体の膜である。ｉ型非晶質半導体層１０２ｉは、例えば、ｉ型非晶質シリコン、ｉ型非晶質シリコンゲルマニウム、ｉ型非晶質ゲルマニウム、ｉ型非晶質シリコンカーバイド、ｉ型非晶質シリコンナイトライド、ｉ型非晶質シリコンオキサイド、ｉ型非晶質シリコンカーボンオキサイド等からなる。ｉ型非晶質半導体層１０２ｉの厚さは、例えば、１０ｎｍ以下である。ｉ型非晶質半導体層１０２ｉの膜厚が１０ｎｍよりも薄くなるとパッシベーション性は低下するが、ｉ型非晶質半導体層１０２ｉの膜厚を厚くすると直列抵抗成分が高くなる。そのため、パッシベーション性及び直列抵抗成分を考慮すると、ｉ型非晶質半導体層１０２ｉの膜厚は１０ｎｍ以下が望ましい。
ｉ型非晶質半導体層１０２ｉの上には、ｐ型非晶質半導体部１０２ｐとｎ型非晶質半導体部１０２ｎが形成されている。図１に示すように、ｐ型非晶質半導体部１０２ｐとｎ型非晶質半導体部１０２ｎは、シリコン基板１０１上において、Ｙ軸方向に交互に配置されている。
図１に示すように、ｐ型非晶質半導体部１０２ｐには、略長方形の形状を有する３つのｐ型非晶質半導体層１０２０ｐが形成されている。また、ｎ型非晶質半導体部１０２ｎには、略長方形の形状を有する４つのｎ型非晶質半導体層１０２０ｎが形成されている。なお、ｐ型非晶質半導体部１０２とｎ型非晶質半導体部１０２ｎは、少なくとも１つのｐ型非晶質半導体層１０２０ｐとｎ型非晶質半導体層１０２０ｎがそれぞれ形成されていればよく、ｐ型非晶質半導体層１０２０ｐとｎ型非晶質半導体層１０２０ｎの数はこれに限られない。
図１に示すように、シリコン基板１０１上において、３つのｐ型非晶質半導体層１０２０ｐと４つのｎ型非晶質半導体層１０２０ｎはそれぞれ、Ｘ軸方向に離間して配置されている。また、隣接するｎ型非晶質半導体層１０２０ｎとｎ型非晶質半導体層１０２０ｎの間の位置と、隣接するｐ型非晶質半導体層１０２０ｐとｐ型非晶質半導体層１０２０ｐの間の位置とがＸ軸方向においてずれている。この例において、隣接するｎ型非晶質半導体層１０２０ｎの間の距離と、隣接するｐ型非晶質半導体層１０２０ｐの間の距離はそれぞれ約２ｍｍ以下であり、シリコン基板１０１で発生するキャリア（電子及び正孔）の拡散長（例えば約２ｍｍ）よりも短い。よって、このように構成することにより、キャリアの再結合が抑制され、キャリアの収集効率を向上させることができる。
ｎ型非晶質半導体層１０２０ｎは、水素を含有するｎ型の非晶質半導体層である。ｎ型非晶質半導体層１０２０ｎは、例えばリン（Ｐ）を不純物として含有する、ｎ型非晶質シリコン、ｎ型非晶質シリコンゲルマニウム、ｎ型非晶質ゲルマニウム、ｎ型非晶質シリコンカーバイド、ｎ型非晶質シリコンナイトライド、ｎ型非晶質シリコンオキサイド、ｎ型非晶質シリコンオキシナイトライド、ｎ型非晶質シリコンカーボンオキサイド等であってもよい。ｎ型非晶質半導体層１０２０ｎの厚さは、例えば、５〜２０ｎｍである。
ｐ型非晶質半導体層１０２０ｐは、水素を含有するｐ型の非晶質半導体層である。ｐ型非晶質半導体層１０２０ｐは、例えばボロン（Ｂ）を不純物として含有する、ｐ型非晶質シリコン、ｐ型非晶質シリコンゲルマニウム、ｐ型非晶質ゲルマニウム、ｐ型非晶質シリコンカーバイド、ｐ型非晶質シリコンナイトライド、ｐ型非晶質シリコンオキサイド、ｐ型非晶質シリコンオキシナイトライド、ｐ型非晶質シリコンカーボンオキサイド等であってもよい。ｐ型非晶質半導体層１０２０ｐの厚さは、例えば、５〜２０ｎｍである。
なお、本明細書において、非晶質半導体には、微結晶相が含まれても良いものとする。微結晶相は、平均粒子径が１〜５０ｎｍである結晶を含む。
そして、図１及び図２に示すように、ｐ型非晶質半導体層１０２０ｐとｎ型非晶質半導体層１０２０ｎのそれぞれの上には、略長方形の形状を有する電極１０３が形成されている。以下、ｐ型非晶質半導体層１０２ｐの上に形成された電極１０３と、ｎ型非晶質半導体層１０２ｎの上に形成された電極１０３とを区別するときは、ｐ型電極１０３ｐ及びｎ型電極１０３ｎと表す。
本実施形態では、一のｐ型非晶質半導体部１０２ｐの上に配置されるｐ型電極１０３ｐの数が、当該ｐ型非晶質半導体部１０２ｐにおけるｐ型非晶質半導体層１０２０ｐの数以上になるように、各ｐ型非晶質半導体層１０２０ｐの上に、ｐ型電極１０３ｐが配置されている。
また、同様に、一のｎ型非晶質半導体部１０２ｎの上に配置されるｎ型電極１０３ｎの数が、当該ｎ型非晶質半導体部１０２ｎにおけるｎ型非晶質半導体層１０２０ｎの数以上になるように、各ｎ型非晶質半導体層１０２０ｎの上に、ｎ型電極１０３ｎが配置されている。
つまり、図１の例では、一のｐ型非晶質半導体部１０２ｐにおける３つのｐ型非晶質半導体層１０２０ｐのそれぞれの上には、ｐ型電極１０３ｐが２つずつ設けられ、ｐ型非晶質半導体層１０２０ｐの数以上のｐ型電極１０３ｐが配置されている。また、一のｎ型非晶質半導体部１０２ｎにおける４つのｎ型非晶質半導体層１０２０ｎのそれぞれの上には、ｎ型電極１０３ｎが１又は２つ設けられ、ｎ型非晶質半導体層１０２０ｎの数以上のｎ型電極１０３ｎが配置されている。
このように構成することで、ｐ型非晶質半導体部１０２ｐの上には、ｐ型電極１０３ｐとｐ型電極１０３ｐの間の電極間領域が５つ形成され、ｎ型非晶質半導体部１０２ｎの上には、ｎ型電極１０３ｎとｎ型電極１０３ｎの間の電極間領域が５つ形成される。電極間領域が多く存在するほど電極１０３の自重による応力や電極１０３の内部応力を小さくすることができ、厚みが２００μｍ以下のシリコン基板１０１を用いた場合でもシリコン基板１０１の反りや撓みを抑制できる。
また、この例では、ｐ型非晶質半導体部１０２ｐにおけるｐ型非晶質半導体層１０２０ｐが分離されて配置され、ｎ型非晶質半導体部１０２ｎのｎ型非晶質半導体層１０２０ｎが分離されて配置されている。そのため、ｐ型非晶質半導体層１０２０ｐとｐ型非晶質半導体層１０２０ｐの間の領域（以下、分離領域Ｓｐと称する）や、ｎ型非晶質半導体層１０２０ｎとｎ型非晶質半導体層１０２０ｎの間の領域（以下、分離領域Ｓｎと称する）の存在によって、シリコン基板１０１にかかるｐ型非晶質半導体層１０２０ｐ及びｎ型非晶質半導体層１０２０ｎの応力が緩和され、シリコン基板１０１の反りや撓みがさらに抑制できる。
なお、電極１０３は、ｐ型非晶質半導体層１０２ｐ及びｎ型非晶質半導体層１０２ｎのそれぞれの上に配置されていることが好ましい。隣接するｐ型非晶質半導体部１０２ｐとｎ型非晶質半導体部１０２ｎの間のギャップ領域、分離領域Ｓｐ、及び分離領域Ｓｎに電極１０３が形成されると、これら領域において、ｉ型非晶質半導体層１０２ｉを介してｐｎ接合のリーク電流が増大するからである。
また、図１に示すように、隣接するｎ型電極１０３ｎとｐ型電極１０３は、距離Ｌを隔てて形成されている。また、図２に示すように、一のｐ型非晶質半導体部１０２ｐの上に配置されるｐ型電極１０３ｐはそれぞれ、距離ｄ１を隔てて形成されている。また、一のｎ型非晶質半導体部１０２ｎの上に配置されるｎ型電極１０３ｎはそれぞれ、距離ｄ１を隔てて形成されている。後述する理由により、距離ｄ１は約５００μｍ以下が好ましい。
ｎ型電極１０３ｎ、ｐ型電極１０３ｐは、例えば、Ａｇ（銀）、Ｎｉ（ニッケル）、Ａｌ（アルミニウム）、Ｃｕ（銅）、Ｓｎ（錫）、Ｐｔ（プラチナ）、Ａｕ（金）、Ｔｉ（チタン）等の金属、ＩＴＯ等の酸化物導電体膜、又はこれらの金属の合金、又はこれら金属の積層膜で構成されている。ｎ型電極１０３ｎ及びｐ型電極１０３ｐは、導電率の高い金属により構成されていることが好ましい。ｎ型電極１０３ｎ及びｐ型電極１０３ｐの厚さは、例えば５０ｎｍ〜１μｍ程度である。
本実施形態において、例えば、ｐ型非晶質半導体層１０２０ｐは、図３Ａに示す断面構造を有していてもよい。以下、この断面構造について具体的に説明する。図３Ａに示すように、ｐ型非晶質半導体層１０２０ｐは、ｐ型非晶質半導体層１０２０ｐの面内方向（幅方向）において、フラット領域ＦＴと、膜厚減少領域ＴＤとを有する。フラット領域ＦＴは、ｐ型非晶質半導体層１０２０ｐのうち、最も厚い膜厚を有し、かつ、膜厚がほぼ一定である部分からなる。
フラット領域ＦＴの両端の点をＡ点とし、膜厚の減少率が第１の減少率から第１の減少率よりも大きい第２の減少率に変化する点をＢ点としたとき、膜厚減少領域ＴＤは、ｐ型非晶質半導体層１０２０ｐの面内方向においてＡ点からＢ点までの領域である。
そして、膜厚減少領域ＴＤは、ｐ型非晶質半導体層１０２０ｐの面内方向においてフラット領域ＦＴの両側に配置される。
ｐ型非晶質半導体層１０２０ｐが膜厚減少領域ＴＤを有するのは、後述するように、ｐ型非晶質半導体層１０２０ｐは、メタルマスクを用い、プラズマＣＶＤ法によって形成されるからである。膜厚減少領域ＴＤは、フラット領域ＦＴよりも薄い膜厚を有するので、膜厚減少領域ＴＤのドーパント濃度は、フラット領域ＦＴのドーパント濃度よりも高い。
そして、電極１０３ｐは、ｐ型非晶質半導体層１０２０ｐのフラット領域ＦＴの全体と膜厚減少領域ＴＤの一部とに接して配置される。
なお、図３Ａでは、ｐ型非晶質半導体層１０２０ｐを例示しているが、本発明の実施形態において、ｐ型非晶質半導体層１０２０ｐおよびｎ型非晶質半導体層１０２０ｎの少なくとも一方が膜厚減少領域を有していればよい。ｎ型非晶質半導体層１０２０ｎが図３Ａと同様の構造を有する場合、ｎ型電極１０３ｎは、ｎ型非晶質半導体層１０２０ｎのフラット領域ＦＴの全体と膜厚減少領域ＴＤの一部とに接して配置される。
その結果、キャリア（正孔）がｐ型非晶質半導体層１０２０ｐを介してｐ型電極１０３ｐへ到達するときの抵抗は、ｉ型非晶質半導体層１０２ｉの面内方向において一定の膜厚を有するｐ型非晶質半導体層が形成される場合に比べ低抵抗になる。また、キャリア（電子）がｎ型非晶質半導体層１０２０ｎを介してｎ型電極１０３ｎへ到達するときの抵抗は、ｉ型非晶質半導体層１０２ｉの面内方向において一定の膜厚を有するｎ型非晶質半導体層が形成される場合に比べ低抵抗になる。従って、光電変換装置１の変換効率を向上できる。
なお、ｐ型電極１０３ｐは、ｐ型非晶質半導体層１０２０ｐの膜厚減少領域ＴＤの全体に接していてもよく、ｎ型電極１０３ｎは、ｎ型非晶質半導体層１０２０ｎの膜厚減少領域ＴＤの全体に接していてもよい。
また、ｐ型非晶質半導体層１０２０ｐは、図３Ａに示す断面構造に代えて、例えば、図３Ｂに示す断面構造を有していてもよい。図３Ｂを参照して、光電変換装置１は、ｐ型非晶質半導体層１０２０ｐに代えて、ｐ型非晶質半導体層１０２１ｐを備え、ｐ型電極１０３ｐに代えてｐ型電極１０３１ｐを備えていてもよい。
ｐ型非晶質半導体層１０２１ｐにおいて、膜厚が最大である点をＣ点とし、膜厚の減少率が第１の減少率から第１の減少率よりも大きい第２の減少率に変化する点をＤ点とする。この場合、膜厚減少領域ＴＤは、ｐ型非晶質半導体層１０２１ｐの面内方向においてＣ点からＤ点までの領域である。
そして、ｐ型非晶質半導体層１０２１ｐは、ｐ型非晶質半導体層１０２１ｐの面内方向において２つの膜厚減少領域ＴＤを有する。２つの膜厚減少領域ＴＤは、ｐ型非晶質半導体層１０２１ｐの面内方向において相互に接して配置される。
ｐ型電極１０３１ｐは、２つの膜厚減少領域ＴＤのうち、一方の膜厚減少領域ＴＤの一部と他方の膜厚減少領域ＴＤの一部とに接して配置される。
また、光電変換装置１は、ｎ型非晶質半導体層１０２０ｎに代えて、図３Ｂに示すｐ型非晶質半導体層１０２１ｐと同じ構造からなるｎ型非晶質半導体層を備えていてもよい。
このように構成することにより、キャリア（正孔）がｐ型非晶質半導体層１０２１ｐを介してｐ型電極１０３１ｐへ到達するときの抵抗は、ｉ型非晶質半導体層１０２ｉの面内方向において一定の膜厚を有するｐ型非晶質半導体層が形成される場合に比べ低抵抗になる。また、キャリア（電子）がｐ型非晶質半導体層１０２１ｐと同じ構造を有するｎ型非晶質半導体層を介してｎ型電極へ到達するときの抵抗は、ｉ型非晶質半導体層１０２ｉの面内方向において一定の膜厚を有するｎ型非晶質半導体層が形成される場合に比べ低抵抗になる。従って、光電変換装置１の変換効率を向上できる。
なお、ｐ型電極１０３１ｐは、ｐ型非晶質半導体層１０２１ｐと、ｐ型非晶質半導体層１０２１ｐと同じ構造を有するｎ型非晶質半導体層とにおいて、２つの膜厚減少領域ＴＤの全体に接して配置されていてもよい。
また、ｐ型非晶質半導体層１０２０ｐは、図３Ａに示す断面構造に代えて、例えば、図３Ｃに示す断面構造を有していてもよい。図３Ｃを参照して、光電変換装置１は、ｐ型非晶質半導体層１０２０ｐに代えてｐ型非晶質半導体層１０２２ｐを備え、ｐ型電極１０３ｐに代えて、ｐ型電極１０３２ｐを備えていてもよい。
ｐ型非晶質半導体層１０２２ｐにおいて、膜厚が最大である点をＥ点とし、膜厚の減少率が第１の減少率から第１の減少率よりも大きい第２の減少率に変化する点をＦ点とし、膜厚の変化率の符号が負から正に変化する点をＧ点とする。この場合、膜厚減少領域ＴＤ１は、ｐ型非晶質半導体層１０２２ｐの面内方向においてＥ点からＦ点までの領域であり、膜厚減少領域ＴＤ２は、ｐ型非晶質半導体層１０２２ｐの面内方向においてＥ点からＧ点までの領域である。
よって、ｐ型非晶質半導体層１０２２ｐは、ｐ型非晶質半導体層１０２２ｐの面内方向において２つの膜厚減少領域ＴＤ１と２つの膜厚減少領域ＴＤ２とを有する。
２つの膜厚減少領域ＴＤ２は、ｐ型非晶質半導体層１０２２ｐの面内方向における膜厚分布がＧ点を通る線に対して対称になるように配置される。２つの膜厚減少領域ＴＤ１は、ｐ型非晶質半導体層１０２２ｐの面内方向において２つの膜厚減少領域ＴＤ２の両側に配置される。
ｐ型電極１０３２ｐは、２つの膜厚減少領域ＴＤ２の全体と、一方の膜厚減少領域ＴＤ１の一部と、他方の膜厚減少領域ＴＤ１の一部とに接して配置される。
また、光電変換装置１は、ｎ型非晶質半導体層１０２０ｎに代えて、図３Ｃに示すｐ型非晶質半導体層１０２２ｐと同じ構造からなるｎ型非晶質半導体層を備えていてもよい。
このように構成することにより、キャリア（電子）がｎ型非晶質半導体層を介してｎ型電極１０３ｎへ到達するときの抵抗は、ｉ型非晶質半導体層１０２ｉの面内方向において一定の膜厚を有するｎ型非晶質半導体層が形成される場合に比べ低抵抗になる。また、キャリア（正孔）がｐ型非晶質半導体層１０２２ｐを介してｐ型電極１０３２ｐへ到達するときの抵抗は、ｉ型非晶質半導体層１０２ｉの面内方向において一定の膜厚を有するｎ型非晶質半導体層が形成される場合に比べ低抵抗になる。従って、光電変換装置１の変換効率を向上できる。
なお、ｐ型電極１０３２ｐは、ｐ型非晶質半導体層１０２２ｐと、ｐ型非晶質半導体層１０２２ｐと同じ構造を有するｎ型非晶質半導体層とにおいて、２つの膜厚減少領域ＴＤ１の全体と、２つの膜厚減少領域ＴＤ２の全体とに接して配置されていてもよい。
このように、光電変換装置１は、膜厚減少領域ＴＤ（ＴＤ１，ＴＤ２）を有するｐ型非晶質半導体層およびｎ型非晶質半導体層を備える。そして、この発明の実施の形態においては、膜厚減少領域は、膜厚減少領域ＴＤ，ＴＤ１，ＴＤ２のいずれかからなる。
従って、ｐ型非晶質半導体層またはｎ型非晶質半導体層の膜厚が最大である点を第１の点とし、ｐ型非晶質半導体層またはｎ型非晶質半導体層の面内方向において、膜厚の減少率が第１の減少率から第１の減少率よりも大きい第２の減少率に変化する点、または膜厚の変化率の符号が負から正に変化する点を第２の点としたとき、膜厚減少領域は、ｐ型非晶質半導体層またはｎ型非晶質半導体層の面内方向において、第１の点から第２の点までの領域である。
上記の例では、シリコン基板１０１の表面が平坦である場合について説明したが、実際には、シリコン基板１０１には、ダメージ層を除去するために行うエッチングの影響等によって、テクスチャが形成されていない面にも１μｍ程度の凹凸が存在する場合がある。ここで、シリコン基板１０１の表面に凹凸がある場合の非晶質半導体層の膜厚の測定方法について説明する。
表面に凹凸が形成されているシリコン基板１０１上に、ｉ型非晶質半導体層１０２ｉを形成し、ｉ型非晶質半導体層１０２ｉの上に膜厚減少領域を有するｎ型非晶質半導体層１０２０ｎ又はｐ型非晶質半導体層１０２０ｐを形成する。そして、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）又は透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）を用いて、そのシリコン基板１０１の断面写真を撮影する。撮影結果から、ｉ型非晶質半導体層１０２ｉとシリコン基板１０１との界面を容易に確認することができる。図３Ｄの（ａ）は、ｉ型非晶質半導体層１０２ｉとシリコン基板１０１の表面との界面Ｓからｎ型非晶質半導体層１０２０ｎ又はｐ型非晶質半導体層１０２０ｐの表面までの膜厚ｈを測定した結果を表す模式図である。図３Ｄの（ａ）に示す各膜厚ｈをプロットし直すことにより、図３Ｄの（ａ）に示す各膜厚ｈを、図３Ｄの（ｂ）に示すように表すことができる。つまり、シリコン基板１０１の表面が略平坦なものとして非晶質半導体層（ｎ型非晶質半導体層、ｐ型非晶質半導体層）の膜厚を特定できる。
また、シリコン基板１０１の両面にテクスチャが形成されている基板を用いた場合においても、上記と同様の方法でテクスチャ上の膜厚を測定してプロットし直すことで、膜厚減少領域を判断することができる。
なお、シリコンウェハーのテクスチャ構造が形成されていない面は、最大で２μｍ程度の高低差を有するが、テクスチャ構造が形成された面（最大で数１０μｍの高低差）に比べると、高低差が非常に小さく、ほぼフラットである。
従って、後述する配線シート等の外部配線とのコンタクトのし易さ、および電極１０３間の短絡の生じ難さを考慮すると、ｉ型非晶質半導体層１０２ｉ、ｎ型非晶質半導体層１０２０ｎおよびｐ型非晶質半導体層１０２０ｐ等は、本来、比較的フラットである裏面（テクスチャ構造が形成されていない面）上に形成されるのが好ましい。しかし、入射光を効率よくシリコン基板１０１に閉じ込めるためには、シリコン基板１０１の裏面にテクスチャが形成されることが好ましく、更に、シリコン基板１０１の裏面にテクスチャ構造を有することで、シリコン基板１０１の表面積が増加し（１．７倍程度）、コンタクト抵抗を下げることができる。また、シリコン基板１０１の片面にだけテクスチャ構造を有する場合には、異方性エッチングを行う際、テクスチャを形成しない面を保護する工程が必要となる。一方、シリコン基板１０１の両面にテクスチャ構造を形成する場合には、シリコン基板１０１の両面を保護する必要がないので、プロセス工数を低減することができる。
次に光電変換装置１のモジュール化を行う場合の構成について説明する。光電変換装置１をモジュール化する際、光電変換装置１を外部配線回路（以下、配線シート）と電気的に接続する。図４は、本実施形態における配線シートの一部を拡大した模式図である。
配線シート３００は、絶縁性基板３０１の上に、ｎ型用配線材３０２ｎと、ｐ型用配線材３０２ｐとが形成されている。
絶縁性基板３０１は、絶縁性の材料であればよく、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリビニルフルオライド（ＰＶＦ）、ポリイミド等を用いてもよい。絶縁性基板３０１の膜厚は特に限定されないが、２５μｍ以上、１５０μｍ以下程度が好ましい。また、絶縁性基板３０１は、１層構造でもよいし、２層以上の多層構造であってもよい。
ｎ型用配線材３０２ｎと、ｐ型用配線材３０２ｐは、櫛歯形状を有し、所定の間隔を隔てて交互に配置されている。光電変換装置１の裏面に形成されたｎ型電極１０３ｎとｐ型電極１０３ｐは、それぞれ、ｎ型用配線材３０２ｎ、ｐ型用配線材３０２ｐと接合される。絶縁性基板３０１の表面には、接続用配線（図示略）が形成されている。接続用配線によって、隣接する光電変換装置１のｎ型用配線材３０２ｎとｐ型用配線材３０２ｐとが電気的に接続され、配線シート３００上の隣接する光電変換装置１は互いに電気的に接続されている。これにより、光電変換装置１の受光面に光が入射することによって発生した電流を、ｐ型用配線材３０２ｐ、及びｎ型用配線材３０２ｎを介して外部に取り出すことができる。
ｎ型用配線材３０２ｎと、ｐ型用配線材３０２ｐは、導電性の材料で構成されていればよく、例えば、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｇ等のいずれかの金属でもよいし、又はこれらいずれかの金属を主成分とする合金等であってもよい。
ｎ型用配線材３０２ｎと、ｐ型用配線材３０２ｐの膜厚は特に限定されないが、例えば、１０μｍ以上、１００μｍ以下が好ましい。ｎ型用配線材３０２ｎと、ｐ型用配線材３０２ｐの膜厚が１０μｍよりも薄くなると配線抵抗が高くなることがある。また、１００μｍよりも厚くなると、ｎ型用配線材３０２ｎ及びｐ型用配線材３０２ｐと光電変換装置１とを貼り合せる際に熱をかける必要がある。その結果、１００μｍよりも厚くなるとｎ型用配線材３０２ｎ及びｐ型用配線材３０２ｐと、光電変換装置１のシリコン基板１０１の熱膨張係数の違いなどにより、配線シート３００の反りが大きくなるため、ｎ型用配線材３０２ｎ及びｐ型用配線材３０２ｐの膜厚は１００μｍ以下がより好ましい。
また、ｎ型用配線材３０２ｎ及びｐ型用配線材３０２ｐの表面の一部には、ニッケル、金、白金、パラジウム、銀、錫、インジウム、ＩＴＯなどの導電性材料が形成されていてもよい。このように構成することで、ｎ型用配線材３０２ｎ及びｐ型用配線材３０２ｐと光電変換装置１のｎ型電極１０３ｎ及びｐ型電極１０３ｐとの電気的接続が良好となり、ｎ型用配線材３０２ｎ及びｐ型用配線材３０２ｐの耐候性が向上する。ｎ型用配線材３０２ｎ及びｐ型用配線材３０２ｐは、１層構造でもよいし、２層以上の多層構造であってもよい。
ここで、上述した電極１０３間の距離ｄ１が５００μｍ以下であることが好ましい理由を具体的に説明する。
図５Ａの（ａ）は、図５Ａの（ｂ）に示すように、ｐ型電極１０３ｐ間の距離ｄ１が３００μｍと５００μｍの光電変換装置のＸ軸方向に沿ってレーザー光を照射し、それぞれの光電変換装置に生じるレーザー光線誘起電流（ＬＢＩＣ：Laser Beam Induced Current）を測定した結果を示す図である。以下、距離ｄ１＝３００μｍの光電変換装置を光電変換装置Ａ、距離ｄ１＝５００μｍの光電変換装置を光電変換装置Ｂとする。
図５Ａの（ａ）の実線は、光電変換装置Ｂの測定結果を示し、破線は、光電変換装置Ａの測定結果を示している。図５Ａの（ａ）の横軸は、光電変換装置Ａ、Ｂの断面のＸ軸方向の位置を示している。また、縦軸は、光電変換装置Ａ、Ｂにおけるｐ型電極１０３ｐが形成されている領域のｐ型非晶質半導体層１０２０ｐで生じた電流を１００％とし、光電変換装置Ａ、Ｂのそれぞれの電極間領域Ｄｐａ、Ｄｐｂにおける電流を規格化した値（％）を示している。
図５Ａの（ａ）における実線及び破線で示すように、電極間領域Ｄｐａ、Ｄｐｂでは、生成された電流が減少していることが分かる。特に、ｐ型電極１０３ｐから離れるほど、電極間領域Ｄｐａ、Ｄｐｂにおける生成電流は小さくなっている。光電変換装置Ｂの場合、ｐ型電極１０３ｐとｐ型電極１０３ｐの間の略中間の位置における生成電流は約７０％近くまで減少している。また、光電変換装置Ａの場合には、ｐ型電極１０３ｐとｐ型電極１０３ｐの間の略中間の位置における生成電流は約８０％近くまで減少している。つまり、電極間領域Ｄｐａ、Ｄｐｂにおける生成電流の減少率は、ｐ型電極１０３ｐからの距離に比例する。
ｐ型非晶質半導体層１０２０ｐにおいてｐ型電極１０３ｐが形成されている領域と、ｐ型電極１０３ｐが形成されていない領域は、それぞれ、レーザー光が照射されたときは同等の電流が生成される。しかしながら、電極間領域Ｄｐでは、生成されたキャリアがｐ型電極１０３ｐに到達するまでに消滅する割合が大きく、生成したキャリアの収集割合が減少し、電極間領域Ｄｐにおいて生成電流が減少するものと考えられる。
図５Ｂは、図５Ａとは別に、２００μｍ〜７００μｍの間で距離ｄ１を変えた光電変換装置を作製し、各光電変換装置にレーザー光を照射して上記と同様に生成電流を測定した結果を示している。ここでの光電変換装置は、ｐ型非晶質半導体層１０２０ｐのＸ軸方向の長さが約３０ｍｍ、ｐ型電極１０３ｐのＸ軸方向の長さが約５ｍｍである。図５Ｂでは、距離ｄ１が５００μｍの光電変換装置で、Ｘ軸方向の長さが３０ｍｍのｐ型非晶質半導体層１０２０ｐにおける生成電流の合計を１００％とし、他の光電変換装置のＸ軸方向の長さ３０ｍｍのｐ型非晶質半導体層１０２０ｐの生成電流の合計を規格化している。
図５Ｂに示す電流値から、距離ｄ１が小さくなるほど、ｐ型非晶質半導体層１０２０ｐ上のｐ型電極１０３ｐが占める面積が増加し、電極間領域Ｄｐにおける生成キャリアが収集されやすくなることが分かる。また、図５Ｂに示すように、距離ｄ１＝５００μｍを境に、距離ｄ１が５００μｍよりも小さい場合の生成電流の減少率よりも、距離ｄ１が５００μｍよりも大きい場合の生成電流の減少率が大きくなっている。つまり、距離ｄ１＝５００μｍは、生成電流の減少率が変化する変曲点であり、距離ｄ１が５００μｍ以下では、距離ｄ１が５００μｍより大きい場合よりも生成キャリアが消滅する割合が小さくなる。従って、距離ｄ１を５００μｍ以下にすることで生成キャリアの消滅を低減することができ、変換効率を向上させることができる。より好ましくは、距離ｄ１を４００μｍ以下にすることで、さらに多くのキャリアを収集することが可能となる。
次に、図６Ａ〜６Ｆを参照し、光電変換装置１の製造方法の一例について説明する。
まず、バルクのシリコンから１００〜３００μｍの厚さのウェハを切り出し、ウェハ表面のダメージ層を除去するためのエッチングと、厚さを調整するためのエッチングとを行う。これらのエッチングされたウェハの片面に保護膜を形成する。保護膜は、例えば、酸化シリコン、窒化シリコン等からなる。保護膜が形成されたウェハを、ＮａＯＨ、ＫＯＨ等のアルカリ溶液（例えば、ＫＯＨ：１〜５ｗｔ％、イソプロピルアルコール：１〜１０ｗｔ％の水溶液）を用いてウェットエッチングを行う。このとき、異方性エッチングによって、保護膜が形成されていない面１０１ａにテクスチャ構造が形成される。エッチング後に保護膜を除去することにより、図６Ａに示すシリコン基板１０１が生成される。
続いて、図６Ｂに示すように、シリコン基板１０１の受光面１０１ａに、反射防止膜１０４を形成する。以下、反射防止膜１０４は、酸化シリコン膜と窒化シリコン膜とを積層した積層構造である場合について説明する。
この場合、まず、シリコン基板１０１の表面を熱酸化させ、受光面１０１ａに酸化膜を形成する。その後、受光面１０１ａの酸化膜の上に窒化シリコン膜を形成することにより反射防止膜１０４を形成する。シリコン基板１０１の酸化は、ウェット処理および熱酸化処理のいずれを用いてもよい。ウェット処理の場合、例えば、シリコン基板１０１を過酸化水素、硝酸、又はオゾン水等に浸漬し、その後、ドライ雰囲気で８００〜１０００℃に加熱する。また、熱酸化処理の場合には、例えば、シリコン基板１０１を酸素又は水蒸気の雰囲気で９００〜１０００℃に加熱する。窒化シリコン膜の形成は、スパッタ法、ＥＢ（Electron Beam）蒸着法、ＴＥＯＳ（TetraEthOxySilane）法等によって行うことができる。なお、シリコン基板１０１と窒化シリコン膜の間に、ｉ型非晶質半導体層１０２ｉ及びｎ型非晶質半導体層１０２０ｎを順次形成して挟んでもよいが、この場合には、低温プロセスでスパッタ処理を行う。
次に、シリコン基板１０１の受光面１０１ａと反対側の裏面に、ｉ型非晶質半導体層１０２ｉを形成する。ｉ型非晶質半導体層１０２ｉの成膜は、例えば、プラズマＣＶＤ（Plasma Chemical Vapor Deposition）法を用いて行う。この場合、プラズマＣＶＤ装置が備える反応室に導入される反応ガスは、シランガス、水素ガスである。そして、例えば、シリコン基板１０１の温度を１３０〜２１０℃、水素ガス流量を０〜１００ｓｃｃｍ、シランガス（ＳｉＨ4）流量を約４０ｓｃｃｍ、反応室内の圧力を４０〜１２０Ｐａ、高周波（１３．５６ＭＨｚ）電力密度を５〜１５ｍＷ／ｃｍ2とする条件を用いて成膜してもよい。これにより、図６Ｃに示すように、シリコン基板１０１の裏面全体に、ｉ型非晶質半導体層１０２ｉが形成される。
続いて、ｉ型非晶質半導体層１０２ｉの上に、図７に示すメタルマスク５００を配置し、ｐ型非晶質半導体層１０２０ｐを形成する。メタルマスク５００は、ｐ型非晶質半導体層１０２０ｐを形成するための複数の開口部５０１を有する。図７に示すように、複数の開口部５０１は、Ｘ軸方向に離間して配置されるとともに、Ｙ軸方向に一定の間隔を隔てて配置されている。Ｙ軸方向に隣接する開口部５０１と開口部５０１の間隔ＧＡは、約２ｍｍ以下である。
シリコン基板１０１で発生するキャリア（電子及び正孔）の拡散長は２ｍｍ程度である。ｐ型非晶質半導体部１０２ｐの間隔ＧＡがキャリア（電子及び正孔）の拡散長（約２ｍｍ）より大きければ、ｐ型非晶質半導体部１０２ｐとｐ型非晶質半導体部１０２ｐの間でキャリアが消滅し、光電変換効率が低下する。本実施形態では、間隔ＧＡが２ｍｍ以下であるため、キャリアを消滅させず、光電変換効率を向上させることができる。
メタルマスク５００は、ステンレス鋼、銅、ニッケル、ニッケルを含む合金（例えば、ＳＵＳ４３０、４２アロイ、又はインバー材等）、モリブデン等の金属で構成されていてもよい。上記メタルマスク５００に代えて、ガラス、セラミック（アルミナ、ジルコニア等）、有機フィルム等で構成されたマスクを用いてもよい。また、シリコン基板をエッチングしたマスクを用いてもよい。また、メタルマスク５００の厚さは、例えば５０μｍ〜３００μｍ程度が好ましい。この場合、メタルマスク５００が磁力で曲がったり、浮いたりしにくい。
シリコン基板１０１の熱膨張係数と、原料コストとを考慮するとメタルマスク５００は４２アロイがより好ましい。メタルマスク５００の厚さに関し、製造コストを考慮すると、メタルマスク５００を１回で使い捨てることは問題となる。メタルマスク５００を何度も使用することによって生産のランニングコストを抑制することができるため、メタルマスク５００を再生して多数回使用することが好ましい。この場合、メタルマスク５００に付着する成膜物を、弗酸やＮａＯＨを用いて除去する。
ｐ型非晶質半導体層１０２０ｐは、例えばプラズマＣＶＤ法を用いて形成される。プラズマＣＶＤ装置が備える反応室に導入される反応ガスは、シランガス、水素ガス、及び水素希釈されたジボランガス（ジボラン濃度は例えば約２％）である。この場合、水素ガス流量を０〜１００ｓｃｃｍ、シランガス流量を４０ｓｃｃｍ、ジボランガス流量を４０ｓｃｃｍ、シリコン基板１０１の温度を１５０〜２１０℃とし、反応室内の圧力を４０〜１２０Ｐａ、高周波電力密度を５〜１５ｍＷ／ｃｍ2とする条件を用いて成膜してもよい。これにより、図６Ｃに示すように、ｉ型非晶質半導体層１０２ｉの上に、ボロン（Ｂ）がドープされたｐ型非晶質半導体層１０２０ｐがＹ軸方向に離間して形成される。なお、ｐ型非晶質半導体層１０２０ｐは、Ｘ軸方向にも離間して形成される。
次に、図６Ｄに示すように、ｉ型非晶質半導体層１０２ｉの上に、ｎ型非晶質半導体層１０２０ｎを形成する。ｎ型非晶質半導体層１０２０ｎは、図８に示すメタルマスク６００を半導体基板１０１の裏面側に配置し、例えば、プラズマＣＶＤ法を用いて形成される。メタルマスク６００は、ｎ型非晶質半導体層１０２０ｎを形成するための複数の開口部６０１を有する。図８に示すように、複数の開口部６０１は、Ｘ軸方向に離間して配置されるとともに、Ｙ軸方向に一定の間隔を隔てて配置されている。Ｙ軸方向に隣接する開口部６０１の間隔ＧＢは、約５００〜１５００μｍである。メタルマスク６００は、上述したメタルマスク５００と同様の材料及び厚さを有するものとしてもよい。
ｎ型非晶質半導体層１０２０ｎは、例えば、プラズマＣＶＤを用いて形成される。プラズマＣＶＤ装置が備える反応室に導入される反応ガスは、シランガス、水素ガス、及び水素で希釈されたホスフィンガス（ホスフィン濃度は例えば１％）である。この場合、シリコン基板１０１の温度を例えば約１７０℃、水素ガス流量を０〜１００ｓｃｃｍ、シランガス流量を約４０ｓｃｃｍ、ホスフィンガス流量を約４０ｓｃｃｍ、反応室内の圧力を約４０Ｐａ、高周波電力密度を約８．３３ｍＷ／ｃｍ2とする条件を用いて成膜してもよい。これにより、図６Ｄに示すように、リンがドープされたｎ型非晶質半導体層１０２０ｎがＸ軸方向及びＹ軸方向に離間して形成される。
ｎ型非晶質半導体層１０２０ｎとｐ型非晶質半導体層１０２０ｐは、重ならなくてもよいし、ｎ型非晶質半導体層１０２０ｎとｐ型非晶質半導体層１０２０ｐの一部が重なってもよい。ｎ型非晶質半導体層１０２０ｎとｐ型非晶質半導体層１０２０ｐとが重ならない場合、図６Ｄに示すように、ｐ型非晶質半導体層１０２０ｐとｎ型非晶質半導体層１０２０ｎは、間隔Ｋを隔てて形成される。ｐ型非晶質半導体層１０２０ｐとｎ型非晶質半導体層１０２０ｎの間の領域は、ｉ型非晶質半導体層１０２ｉによってパッシベーションされているため、シリコン基板１０１中で発生したキャリアが殆ど消滅しない。
一方、ｎ型非晶質半導体層１０２０ｎとｐ型非晶質半導体層１０２０ｐとが一部重なる場合、ｐ型非晶質半導体層１０２０ｐとｎ型非晶質半導体層１０２０ｎとの間に、これら半導体層が一部重なるオーバーラップ領域が形成される。しかしながら、ｐ型非晶質半導体層１０２０ｐとｎ型非晶質半導体層１０２０ｎは導電率が低いため、ｐ型非晶質半導体層１０２０ｐとｎ型非晶質半導体層１０２０ｎとの間で電流は流れず、ｐｎ接合の短絡は生じない。
次に、ｎ型非晶質半導体層１０２０ｎの形成後、図６Ｅに示すように、ｐ型非晶質半導体層１０２０ｐ及びｎ型非晶質半導体層１０２０ｎの上に、ｐ型電極１０３ｐとｎ型電極１０３ｎをそれぞれ形成する。
ｐ型電極１０３ｐとｎ型電極１０３ｎは、シリコン基板１０１の上に、図９に示すメタルマスク７００を配置し、例えば、蒸着法やスパッタ法によって形成される。メタルマスク７００は、ｎ型電極１０３ｎを形成するための複数の開口部７０１ｎと、ｐ型電極１０３ｐを形成するための複数の開口部７０１ｐとを有する。開口部７０１ｐ，７０１ｎは、長辺ＷＬは５ｍｍ〜４０ｍｍの長さを有し、短辺ＷＣは０．３ｍｍ〜２ｍｍの長さを有する。短辺ＷＣ方向に隣接する電極１０３と電極１０３の間隔ＧＣ１、つまり、ｐ型電極１０３ｐとｎ型電極１０３ｎのギャップ幅Ｌは、約１００〜３００μｍである。
ｎ型電極１０３ｎ及びｐ型電極１０３ｐの膜厚は、５０ｎｍ〜１μｍが好ましく、５０ｎｍ〜５００ｎｍがさらに好ましい。電極１０３が厚くなるとシリコン基板１０１にかかる応力が強くなり、シリコン基板１０１の反りの原因となるからである。これにより、光電変換装置１が形成される。
メタルマスク７００は、上述のメタルマスク５００と同様、金属、セラミック、ガラス、有機物等の材料が用いられる。メタルマスク７００に用いられる材料や加工方法によって、メタルマスク７００を用いて形成された電極１０３の端部は、メタルマスク７００の開口部７０１ｐ、７０１ｎのように角張った形状になりにくく、以下に示す形状となる場合がある。
図１０Ａ〜図１０Ｃは、メタルマスク７００を用いてｐ型非晶質半導体層１０２０ｐ又はｎ型非晶質半導体層１０２０ｎの上に形成された電極１０３を上から見た模式図である。図１０Ａに例示する電極１０３の端部は、電極１０３の外側に向かって円弧状に突出するように形成され、丸みを帯びた形状を有する。また、図１０Ｂに例示する電極１０３の端部は、電極１０３の内側に向かって円弧状に凹んだ形状を有する。また、図１０Ｃに例示する電極１０３の端部は、電極１０３の外側に向かって尖った形状を有する。図１０Ａ〜１０Ｃの場合、隣接する電極１０３の端部の破線枠で示す先端の間の長さが電極間の距離ｄ１となる。このように２つの電極１０３の間を結ぶ最短距離を電極間距離ｄ１とする。
なお、メタルマスク５００、６００、７００を用いて、ｐ型非晶質半導体層１０２０ｐ、ｎ型非晶質半導体層１０２０ｎ、電極１０３を形成する際、磁石を用いてメタルマスクをシリコン基板１０１に密着させる。磁石による磁場が強すぎるとメタルマスクが撓み、ｐ型非晶質半導体層１０２０ｐ、ｎ型非晶質半導体層１０２０ｎ、電極１０３を所望する形状に形成することが難しい。
図１１は、磁石による磁場の強さと、メタルマスクの開口部の長辺と短辺の長さの比（アスペクト比）と、メタルマスクの撓み量の関係とを示す図である。なお、この例では、材料に４２アロイを用い、３００μｍの厚みを有するメタルマスクを用いている。
図１１における曲線Ｊは、横軸の各磁場の強さで、縦軸の各アスペクト比を有するメタルマスクをシリコン基板１０１に配置する際、シリコン基板１０１における所定位置を基準として１０μｍの範囲内に配置できるか否かの境界を示している。曲線Ｊより右又は上側の領域Ａは、メタルマスクを所定の範囲内に配置できない領域であり、曲線Ｊより左又は下側の領域Ｂは、メタルマスクを所定の範囲内に配置できる領域である。つまり、領域Ａでは、メタルマスクが受ける磁場の影響が強く、メタルマスクをシリコン基板１０１の所定範囲内に配置できず、所望の形状のｐ型非晶質半導体層、ｎ型非晶質半導体層、及び電極を形成することができない。一方、領域Ｂでは、メタルマスクが受ける磁場の影響が弱く、メタルマスクをシリコン基板１０１の所定範囲内に配置することができ、所望の形状のｐ型非晶質半導体層、ｎ型非晶質半導体層、及び電極を形成することができる。
なお、メタルマスクをシリコン基板１０１の上に配置する際、０．１ｍＴ未満の磁場を制御することは難しいため、少なくとも０．１ｍＴ以上の磁場を用いることが好ましいが、光電変換装置を量産する上では、１．０ｍＴ程度以上の磁場を用いることがより好ましい。従って、０．１ｍＴ以上の磁場を用い、一定の精度で所望の形状を得るためには、図１１に示すように、メタルマスク５００、６００、７００のアスペクト比は３００以下であることが好ましい。従って、これらメタルマスクによって形成されるｐ型非晶質半導体層１０２０ｐ、ｎ型非晶質半導体層１０２０ｎ、及び電極１０３の長辺と短辺の長さの比（アスペクト比）も３００以下となる。
上述した第１実施形態における光電変換装置１は、シリコン基板１０１の裏面全体に形成されたｉ型非晶質半導体層１０２ｉの上に、複数のｎ型非晶質半導体層１０２０ｎが離間して配置されたｎ型非晶質半導体部１０２ｎと、複数のｐ型非晶質半導体層１０２０ｐが離間して配置されたｐ型非晶質半導体部１０２ｐとが面内方向に交互に形成される。そして、ｎ型非晶質半導体部１０２ｎ及びｐ型非晶質半導体部１０２ｐのそれぞれの上に、複数のｎ型電極１０３ｎと複数のｐ型電極１０３ｐが配置されており、一のｐ型非晶質半導体層１０２０ｐの上には、複数のｐ型電極１０３ｐが配置され、一のｎ型非晶質半導体層１０２０ｎの上には、複数のｎ型電極１０３ｎが配置されている。これにより、一のｐ型非晶質半導体層１０２０ｐの上に電極間領域Ｄｐが形成され、ｎ型非晶質半導体部１０２ｎの上に電極間領域Ｄｎが形成される。そのため、電極間領域Ｄｐ、Ｄｎが無い場合、つまり、ｐ型非晶質半導体層１０２０ｐ及びｎ型非晶質半導体層１０２０ｎの上に一つながりの電極が形成される場合と比べ、電極間領域Ｄｐ、Ｄｎによって、電極１０３の自重による応力や電極１０３の内部応力が小さくなり、シリコン基板１０１の厚みが２００μｍ以下であってもシリコン基板１０１の反りや撓みを低減することができる。
また、ｐ型非晶質半導体部１０２ｐとｎ型非晶質半導体部１０２ｎは、それぞれ、複数のｐ型非晶質半導体層１０２０ｐと複数のｎ型非晶質半導体層１０２０ｎが離間して配置され、シリコン基板１０１上に、ｐ型非晶質半導体層１０２０ｐとｎ型非晶質半導体層１０２０ｎの分離領域Ｓｐ、Ｓｎが形成される。そのため、シリコン基板１０１上に分離領域Ｓｐ、Ｓｎが無い場合、つまり、ｐ型非晶質半導体部１０２ｐとｎ型非晶質半導体部１０２ｎにおいて、一つながりのｐ型非晶質半導体層１０２０ｐ、ｎ型非晶質半導体層１０２０ｎがそれぞれ配置されている場合と比べ、分離領域Ｓｐ、Ｓｎによって、ｐ型非晶質半導体部１０２ｐとｎ型非晶質半導体部１０２ｎによる応力が小さくなり、シリコン基板１０１の反りや撓みをさらに低減することができる。
また、上述した第１実施形態の光電変換装置１において、隣接するｐ型電極１０３ｐの間や、隣接するｎ型電極１０３ｎの間の電極間の距離ｄ１が５００μｍ以下であるため、電極間領域Ｄｐ、Ｄｎにおける生成キャリアの収集効率が向上し、変換効率を向上させることができる。
また、上述した第１実施形態の光電変換装置１の製造工程に用いるメタルマスク５００、６００、７００の開口領域の長辺と短辺の長さの比（アスペクト比）は３００以下である。そのため、これらメタルマスクを、磁場を用いてシリコン基板１０１に密着させる際、メタルマスクが磁場の影響によって撓みにくく、一定の精度でメタルマスクをシリコン基板１０１に密着させることができる。その結果、これらメタルマスクによって、所望の形状のｐ型非晶質半導体層１０２０ｐ、ｎ型非晶質半導体層１０２０ｎ、及び電極１０３が形成される。
＜第２実施形態＞
図１２Ａは、第２実施形態に係る光電変換装置の平面を示す模式図である。また、図１２Ｂは、図１２Ａに示す光電変換装置１ＡのＣ−Ｃ断面を示す模式図である。光電変換装置１Ａは、第１実施形態の光電変換装置１（図１参照）と以下の点で異なる。
図１２Ａ及び図１２Ｂに示すように、光電変換装置１Ａは、一つながりのｐ型非晶質半導体層１１２０ｐが形成されたｐ型非晶質半導体部１１２ｐと、一つながりのｎ型非晶質半導体層１１２０ｎが形成されたｎ型非晶質半導体部１１２ｎとを備える。つまり、光電変換装置１Ａは、シリコン基板１０１上に分離領域Ｓｐ、Ｓｎが形成されていない点で第１実施形態と異なる。
本実施形態に係る光電変換装置１Ａは、第１実施形態と同様の製造方法によって形成されるが、図６Ｃ、６Ｄの工程において用いるメタルマスクが第１実施形態と異なる。つまり、ｐ型非晶質半導体層１１２０ｐを形成する図６Ｃの工程において、メタルマスク５００に替えて、図１３Ａに示すメタルマスク５１０を用いる。メタルマスク５１０は、ｐ型非晶質半導体層１１２０ｐを形成するための複数の開口部５１１を有する。また、ｎ型非晶質半導体層１１２０ｎを形成する図６Ｄの工程では、メタルマスク６００に替えて、図１３Ｂに示すメタルマスク６１０を用いる。メタルマスク６１０は、ｎ型非晶質半導体層１１２０ｎを形成するための複数の開口部６１１を有する。なお、この例では、ｐ型非晶質半導体層１１２０ｐとｎ型非晶質半導体層１１２０ｎに配置される電極１０３の数は、第１実施形態と同様であるため、本実施形態では、第１実施形態と同様のメタルマスク７００を用いるが、ｐ型非晶質半導体層１１２０ｐとｎ型非晶質半導体層１１２０ｎに配置される電極１０３に応じた数の開口部が設けられたメタルマスクを用いればよい。これらメタルマスク５１０、６１０の開口部５１１、６１１の長辺と短辺の比（アスペクト比）は、第１実施形態と同様に３００以下である。
光電変換装置１Ａの場合、光電変換装置１と比べ、シリコン基板１０１は、ｎ型非晶質半導体部１１２ｎ及びｐ型非晶質半導体層１１２ｐの応力を受けやすい。しかしながら、光電変換装置１Ａにおいても、一のｐ型非晶質半導体層１１２０ｐの上には、複数のｐ型電極１０３ｐが形成され、ｎ型非晶質半導体部１１２ｎの上には、一のｎ型非晶質半導体層１１２０ｎの上には、複数のｎ型電極１０３ｎが形成されている。なお、光電変換装置１Ａにおける電極間の距離ｄ１は５００μｍ以下である。従って、光電変換装置１Ａにおいても、ｐ型非晶質半導体１１２ｐ及びｎ型非晶質半導体部１１２ｎのそれぞれの上に、電極１０３の数に応じた電極間領域Ｄｐ、Ｄｎが形成される。そのため、電極間領域Ｄｐ、Ｄｎによって、電極１０３の自重による応力や電極１０３の内部応力が緩和され、電極１０３の応力によるシリコン基板１０１の反りや撓みを低減することができる。
また、光電変換装置１Ａは、分離領域Ｓｐ、Ｓｎが無く、全ての電極間領域Ｄｐ、Ｄｎにｐ型非晶質半導体層１１２０ｐ又はｎ型非晶質半導体層１１２０ｎが形成されている。そのため、シリコン基板１０１のパッシベーション性が損なわれず、電極間領域Ｄｐ、Ｄｎにおける生成キャリアが消滅しにくいので、変換効率を向上させることができる。
＜第３実施形態＞
図１４Ａは、第３実施形態に係る光電変換装置の平面を示す模式図である。また、図１４Ｂは、図１４Ａに示す光電変換装置１ＡのＤ−Ｄ断面を示す模式図である。
図１４Ａに示すように、光電変換装置１Ｂは、ｐ型非晶質半導体部１１２ｐとｎ型非晶質半導体部１１２ｎの上に配置されている電極１０３の数が異なる点で第２実施形態の光電変換装置１Ａ（図１２Ａ）と異なる。
つまり、光電変換装置１Ｂは、ｎ型非晶質半導体部１１２ｎの上に配置されるｎ型電極１０３ｎの数がｐ型非晶質半導体部１１２ｐの上に配置されるｐ型電極１０３ｐの数よりも多い。そのため、ｎ型非晶質半導体部１１２ｎに形成される電極間領域Ｄｎは、ｐ型非晶質半導体部１１２ｐに形成される電極間領域Ｄｐよりも多い。この例において、シリコン基板１０１は、ｎ型の単結晶シリコン基板が用いられているため、光によって生成される電子は多数キャリアである。そのため、このように構成した場合であっても、キャリアの消滅の影響が小さく、変換効率が低下しにくい。
また、光電変換装置１Ｂでは、光電変換装置１Ａに比べてｐ型非晶質半導体部１１２ｐにおける電極間領域Ｄｐが少ないが、ｎ型非晶質半導体部１１２ｎにおける電極間領域Ｄｎによって、シリコン基板１０１にかかる電極１０３による応力が緩和され、シリコン基板１０１の反りや撓みを低減することができる。
なお、光電変換装置１Ｂの電極１０３を形成する工程では、上述したメタルマスク７１０に替えて、図１５に示すメタルマスク７１０を用いる。メタルマスク７１０は、ｐ型電極１０３ｐを形成するための複数の開口部７１１ｐと、ｎ型電極１０３ｎを形成するための複数の開口部７１１ｎとを有する。メタルマスク７１０の開口部７１１ｐ、７１１ｎの長辺と短辺の比（アスペクト比）は、第１実施形態と同様に３００以下である。
＜第４実施形態＞
図１６Ａは、第４実施形態における光電変換装置の平面を示す模式図である。また、図１６Ｂは、図１６Ａに示す光電変換装置１ＣのＥ−Ｅ断面を示す模式図である。図１６Ａ及び１６Ｂにおいて、第１実施形態と同様の構成には、第１実施形態と同じ符号を付している。以下、第１実施形態と異なる構成について説明する。
本実施形態では、図１６Ａ及び図１６Ｂに示すように、ｐ型非晶質半導体部１２２ｐにおけるｐ型非晶質半導体層１２２０ｐと、ｎ型非晶質半導体部１２２ｎにおけるｎ型非晶質半導体層１２２０ｎにおいて、Ｙ軸方向に沿って溝状に形成された溝状部１２２１を複数設けられている点で第１実施形態の光電変換装置１と異なる。
図１６Ｂに示すように、ｐ型非晶質半導体層１２２０ｐにおいて、溝状部１２２１の膜厚Ｔ１は、溝状部１２２１が形成されていない他の領域の膜厚Ｔ２の５０％程度の厚みを有する。図示を省略するが、ｎ型非晶質半導体層１２２０ｎにおける溝状部１２２１の膜厚も、溝状部１２２１が形成されていない他の領域の膜厚の５０％程度の厚みを有する。溝状部１２２１における膜厚は他の領域よりも薄いため、溝状部１２２１が設けられていない一つながりのｐ型非晶質半導体層１２２０ｐ、ｎ型非晶質半導体層１２２０ｎの場合と比べ、シリコン基板１０１にかかるｐ型非晶質半導体層１２２０ｐとｎ型非晶質半導体層１２２０ｎの応力が軽減され、シリコン基板１０１の反りや撓みが抑制される。
本実施形態に係る光電変換装置１Ｃは、第１実施形態と同様の製造工程を行うことによって形成されるが、図６Ｃ及び図６Ｄに示すｐ型非晶質半導体層１２２０ｐ及びｎ型非晶質半導体層１２２０ｎを形成する工程が第１実施形態と異なる。本実施形態では、図６Ｃの工程と同様、ｉ型非晶質半導体層１０２ｉを形成した後、図１７の（ａ）に示すメタルマスク５２０を用い、プラズマＣＶＤ法によってｐ型非晶質半導体層１２２０ｐを形成する。図１７の（ｂ）は、メタルマスク５２０のＦ−Ｆ断面を示す模式図である。
図１７の（ａ）（ｂ）に示すように、メタルマスク５２０は、ｐ型非晶質半導体層１２２０ｐを形成するための開口領域５２１を有する。開口領域５２１は、溝状部１２２１以外のｐ型非晶質半導体層１２２０ｐを形成するための開口部５２１ａと、溝状部１２２１を形成するための凸部５２１ｂとを有する。
凸部５２１ｂは、深さ（Ｚ軸方向の長さ）が、開口部５２１ａのＺ軸方向の長さの約１／２のとなるようにハーフエッチングされている。凸部５２１ｂのＸ軸方向の長さは２００μｍ以上、６００μｍ以下であり、Ｙ軸方向の長さは２００μｍ以上、１５００μｍ以下である。
このように、凸部５２１ｂが設けられることにより、開口領域５２１の長辺と短辺の長さの比（アスペクト比）を小さくすることができる。その結果、メタルマスク５２０の機械的強度が増し、メタルマスクの洗浄や加熱を行った場合でも、メタルマスク５２０の反りを抑制することができる。
また、プラズマＣＶＤ法を用いてｐ型非晶質半導体層１２２０ｐを成膜することにより、ハーフエッチングされた凸部５２１ｂの下側に反応ガスが回り込み、開口部５２１ａに成膜されるｐ型非晶質半導体層１２２０ｐよりも膜厚が薄いｐ型非晶質半導体層１２２０ｐが凸部５２１ｂの下側に成膜される。なお、凸部５２１ｂの大きさにもよるが、凸部５２１ｂの下側に成膜されるｐ型非晶質半導体層１２２０ｐの膜厚は、開口部５２１ａに成膜されるｐ型非晶質半導体層１２２０ｐの３０％〜８０％程度であってもよい。
なお、ｎ型非晶質半導体層１２２０ｎを形成する工程の具体的な説明は省略するが、ｎ型非晶質半導体層１２２０ｎを形成する場合も、ｐ型非晶質半導体層１２２０ｐを形成する工程と同様、ｎ型非晶質半導体層１２２０ｎを形成するための開口領域を有するメタルマスクを用い、プラズマＣＶＤ法によってｎ型非晶質半導体層１２２０ｎを成膜すればよい。そして、ｎ型非晶質半導体層１２２０ｎの形成後、第１実施形態の図６Ｅに示す工程を行う。これにより、光電変換装置１Ｃが形成される。
光電変換装置１Ｃのｐ型非晶質半導体層１２２０ｐの溝状部１２２１におけるボロンの濃度は他の領域よりも高く、ｎ型非晶質半導体層１２２０ｎの溝状部１２２１におけるリンの濃度は他の領域よりも高い。つまり、溝状部１２２１におけるｐ型非晶質半導体層１２２０ｐとｎ型非晶質半導体層１２２０ｎの膜厚は薄くなっているが、ドーパント濃度は他の領域よりも高くなる。そのため、ｐ型非晶質半導体層１２２０ｐ及びｎ型非晶質半導体層１２２０ｎの長辺方向（Ｘ軸方向）の導電性は高くなり、溝状部１２２１において生成されたキャリアを効率良く収集することができる。
なお、第４実施形態では、ｐ型非晶質半導体層１２２０ｐ、及びｎ型非晶質半導体層１２２０ｎの両方において溝状部１２２１が形成されている例を説明したが、ｐ型非晶質半導体層１２２０ｐとｎ型非晶質半導体層１２２０ｎの少なくとも一方の非晶質半導体層に溝状部１２２１が形成されていればよい。このように構成した場合であっても、一方の非晶質半導体層による応力が小さくなるため、シリコン基板１０１の反りや撓みを軽減することができる。
＜第５実施形態＞
図１８Ａは、第５実施形態における光電変換装置の平面を示す模式図である。また、図１８Ｂは、図１８Ａに示す光電変換装置１ＤのＧ−Ｇ断面を示す模式図である。図１８Ａ、１８Ｂにおいて、第４実施形態と同様の構成には、第４実施形態と同じ符号を付している。以下、第４実施形態と異なる構成について説明する。
図１８Ｂに示すように、光電変換装置１Ｄは、ｐ型非晶質半導体層１２２０ｐ、ｎ型非晶質半導体層１２２０ｎにおいて第４実施形態と同様の溝状部１２２１が形成され、さらに、ｉ型非晶質半導体層１２２ｉにおいて、溝状部１２２１に対応する位置にＹ軸方向に沿って溝状部１２２２が形成されている。
図１８Ｂに示すように、ｉ型非晶質半導体層１２２ｉにおける溝状部１２２２の膜厚Ｍ１は、溝状部１２２２以外の領域の膜厚Ｍ２よりも薄くなっているため、シリコン基板１０１にかかるｉ型非晶質半導体層１２２ｉの応力が軽減され、シリコン基板１０１の反りや撓みをさらに抑制することができる。
本実施形態に係る光電変換装置１Ｄは、第１実施形態と同様の製造工程を行うことにより形成されるが、図６Ｃ及び図６Ｄに示す、ｉ型非晶質半導体層１２２ｉ及びｐ型非晶質半導体層１２２０ｐとｎ型非晶質半導体層１２２０ｎをそれぞれ形成する工程が第１実施形態と異なる。つまり、本実施形態では、図６Ａの工程の後、シリコン基板１０１の受光面に反射防止膜１０４を形成した後（図６Ｂ参照）、第１実施形態と同様、シリコン基板１０１の裏面に、ｉ型非晶質半導体層１０２ｉを成膜する。そして、ｉ型非晶質半導体層１０２ｉの成膜後、ｉ型非晶質半導体層１０２ｉの上にレジストを塗布してパターニングし、溝状部１２２２を形成する領域をハーフエッチングした後、レジストを除去する。これにより、シリコン基板１０１の裏面において、膜厚が薄い溝状部１２２２が形成されたｉ型非晶質半導体層１２２ｉが形成される（図１９参照）。
そして、ｉ型非晶質半導体層１２２ｉの形成後、第４実施形態と同様、ｉ型非晶質半導体層１２２ｉの上にメタルマスク７１０を配置し、プラズマＣＶＤ法によりｐ型非晶質半導体層１２２０ｐを形成する（図２０参照）。
ｐ型非晶質半導体層１２２０ｐの形成後、第４実施形態と同様にｎ型非晶質半導体層１２２０ｎを形成し、第１実施形態の図６Ｅの工程を行う。これにより光電変換装置１Ｄが形成される。
上述の第５実施形態では、ｐ型非晶質半導体層１２２０ｐ、ｎ型非晶質半導体層１２２０ｎにおいて溝状部１２２１が形成されているとともに、ｉ型非晶質半導体層１２２ｉに溝状部１２２２が形成されている。そのため、ｐ型非晶質半導体層１２２０ｐとｎ型非晶質半導体層１２２０ｎの応力に加え、ｉ型非晶質半導体層１２２ｉの応力が緩和され、シリコン基板１０１の反りや撓みがさらに抑制される。
なお、第５実施形態において、ｐ型非晶質半導体層１２２０ｐ、ｎ型非晶質半導体層１２２０ｎにおいて溝状部１２２１が形成されている例を説明したが、ｐ型非晶質半導体層１２２０ｐとｎ型非晶質半導体層１２２０ｎの少なくとも一方の非晶質半導体層に溝状部１２２１が形成されていればよい。この場合には、ｉ型非晶質半導体層１２２ｉにおいて、一方の非晶質半導体層に形成された溝状部１２２１に対応する位置に溝状部１２２２が形成されていればよい。このように構成した場合であっても、一方の非晶質半導体層による応力が小さくなり、溝状部１２２２が形成されていない場合よりｉ型非晶質半導体層１２２ｉの応力も小さくなるため、シリコン基板１０１の反りや撓みを軽減することができる。
＜第６実施形態＞
本実施形態では、上述した第１実施形態から第５実施形態の少なくとも１つの光電変換装置を備えた光電変換モジュールについて説明する。図２１は、第６実施形態に係る光電変換モジュールの構成を示す概略図である。光電変換モジュール１０００は、複数の光電変換装置１００１と、カバー１００２と、出力端子１００３，１００４とを備える。
複数の光電変換装置１００１は、例えば、光電変換装置１、１Ａ〜１Ｄのいずれかに配線シートが接合されたものを適用してもよい。また、配線シート上にいずれかの光電変換装置がアレイ状に配置され、直列に接続されたものあってもよいし、直列に接続する代わりに、並列接続、または、直列と並列を組み合わせて接続されたものでもよい。
カバー１００２は、耐候性のカバーからなり、複数の光電変換装置１００１を覆う。カバー１００２は、例えば、光電変換装置１００１の受光面側に設けられた透明基材（例えばガラス等）と、光電変換装置１００１の裏面に設けられた裏面基材（例えば、ガラス、樹脂シート等）と、前記透明基材と前記樹脂基材との間の隙間を埋める封止材（例えばＥＶＡ等）とを含む。
出力端子１００３は、直列に接続された複数の光電変換装置１００１の一方端に配置される光電変換装置１００１に接続される。
出力端子１００４は、直列に接続された複数の光電変換装置１００１の他方端に配置される光電変換装置１００１に接続される。
なお、光電変換モジュール１０００は、複数の光電変換装置１００１の少なくとも１つが第１〜第５実施形態の光電変換装置のいずれかからなる限り、上記構成に限定されず、いかなる構成も取り得る。
＜第７実施形態＞
図２２Ａは、第７実施形態に係る太陽光発電システムの構成を示す概略図である。太陽光発電システム１１００は、光電変換モジュールアレイ１１０１と、接続箱１１０２と、パワーコンディショナー１１０３と、分電盤１１０４と、電力メーター１１０５とを備える。太陽光発電システム１１００には、「ホーム・エネルギー・マネジメント・システム（ＨＥＭＳ：Ｈｏｍｅ Ｅｎｅｒｇｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）」、「ビルディング・エネルギー・マネジメント・システム（ＢＥＭＳ：Ｂｕｉｌｄｉｎｇ Ｅｎｅｒｇｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）」等の機能を付加することができる。これにより、太陽光発電システム１１００の発電量の監視、太陽光発電システム１１００に接続される各電気機器類の消費電力量の監視・制御等を行うことができ、エネルギー消費量を削減することができる。
接続箱１１０２は、光電変換モジュールアレイ１１０１に接続される。パワーコンディショナー１１０３は、接続箱１１０２に接続される。分電盤１１０４は、パワーコンディショナー１１０３および電気機器１１１０に接続される。電力メーター１１０５は、分電盤１１０４および商用電力系統に接続される。
光電変換モジュールアレイ１１０１は、太陽光を電気に変換して直流電力を発電し、その発電した直流電力を接続箱１１０２に供給する。
接続箱１１０２は、光電変換モジュールアレイ１１０１が発電した直流電力を受け、その受けた直流電力をパワーコンディショナー１１０３へ供給する。
パワーコンディショナー１１０３は、接続箱１１０２から受けた直流電力を交流電力に変換し、その変換した交流電力を分電盤１１０４に供給する。
分電盤１１０４は、パワーコンディショナー１１０３から受けた交流電力および／または電力メーター１１０５を介して受けた商用電力を電気機器１１１０へ供給する。また、分電盤１１０４は、パワーコンディショナー１１０３から受けた交流電力が電気機器１１１０の消費電力よりも多いとき、余った交流電力を、電力メーター１１０５を介して、商用電力系統へ供給する。
電力メーター１１０５は、商用電力系統から分電盤１１０４へ向かう方向の電力を計測するとともに、分電盤１１０４から商用電力系統へ向かう方向の電力を計測する。
図２３は、図２２Ａに示す光電変換モジュールアレイ１１０１の構成を示す概略図である。図２３を参照して、光電変換モジュールアレイ１１０１は、複数の光電変換モジュール１１２０と、出力端子１１２１，１１２２とを含む。
複数の光電変換モジュール１１２０は、アレイ状に配列され、直列に接続される。複数の光電変換モジュール１１２０の各々は、図２１に示す光電変換モジュール１０００からなる。
出力端子１１２１は、直列に接続された複数の光電変換モジュール１１２０の一方端に位置する光電変換モジュール１１２０に接続される。
出力端子１１２２は、直列に接続された複数の光電変換モジュール１１２０の他方端に位置する光電変換モジュール１１２０に接続される。
太陽光発電システム１１００における動作を説明する。光電変換モジュールアレイ１１０１は、太陽光を電気に変換して直流電力を発電し、その発電した直流電力を、接続箱１１０２を介してパワーコンディショナー１１０３へ供給する。
パワーコンディショナー１１０３は、光電変換モジュールアレイ１１０１から受けた直流電力を交流電力に変換し、その変換した交流電力を分電盤１１０４へ供給する。
分電盤１１０４は、パワーコンディショナー１１０３から受けた交流電力が電気機器１１１０の消費電力以上であるとき、パワーコンディショナー１１０３から受けた交流電力を電気機器１１１０に供給する。そして、分電盤１１０４は、余った交流電力を、電力メーター１１０５を介して商用電力系統へ供給する。
また、分電盤１１０４は、パワーコンディショナー１１０３から受けた交流電力が電気機器１１１０の消費電力よりも少ないとき、商用電力系統から受けた交流電力およびパワーコンディショナー１１０３から受けた交流電力を電気機器１１１０へ供給する。
なお、本実施形態による太陽光発電システムは、図２２Ａに示す構成に限らず、第１実施形態から第５実施形態に係る光電変換装置のいずれかを用いる限り、どのような構成であってもよい。また、図２２Ｂに示すようにパワーコンディショナー１１０３には蓄電池１１０６が接続されていてもよい。この場合、日照量の変動による出力変動を抑制することができるとともに、日照のない時間帯であっても蓄電池１１０６に蓄電された電力を供給することができる。蓄電池１１０６はパワーコンディショナー１１０３に内蔵されていてもよい。
＜第８実施形態＞
図２４Ａは、第８実施形態に係る太陽光発電システムの構成を示す概略図である。太陽光発電システム１２００は、サブシステム１２０１〜１２０ｎ（ｎは２以上の整数）と、パワーコンディショナー１２１１〜１２１ｎと、変圧器１２２１とを備える。太陽光発電システム１２００は、図２２Ａ、２２Ｂに示す太陽光発電システム１１００よりも規模が大きい太陽光発電システムである。
パワーコンディショナー１２１１〜１２１ｎは、それぞれ、サブシステム１２０１〜１２０ｎに接続される。
変圧器１２２１は、パワーコンディショナー１２１１〜１２１ｎおよび商用電力系統に接続される。
サブシステム１２０１〜１２０ｎの各々は、モジュールシステム１２３１〜１２３ｊ（ｊは２以上の整数）からなる。
モジュールシステム１２３１〜１２３ｊの各々は、光電変換モジュールアレイ１３０１〜１３０ｉ（ｉは２以上の整数）と、接続箱１３１１〜１３１ｉと、集電箱１３２１とを含む。
光電変換モジュールアレイ１３０１〜１３０ｉの各々は、図２２Ａに示す光電変換モジュールアレイ１１０１と同じ構成からなる。
接続箱１３１１〜１３１ｉは、それぞれ、光電変換モジュールアレイ１３０１〜１３０ｉに接続される。
集電箱１３２１は、接続箱１３１１〜１３１ｉに接続される。また、サブシステム１２０１のｊ個の集電箱１３２１は、パワーコンディショナー１２１１に接続される。サブシステム１２０２のｊ個の集電箱１３２１は、パワーコンディショナー１２１２に接続される。以下、同様にして、サブシステム１２０ｎのｊ個の集電箱１３２１は、パワーコンディショナー１２１ｎに接続される。
モジュールシステム１２３１のｉ個の光電変換モジュールアレイ１３０１〜１３０ｉは、太陽光を電気に変換して直流電力を発電し、その発電した直流電力を、それぞれ接続箱１３１１〜１３１ｉを介して集電箱１３２１へ供給する。モジュールシステム１２３２のｉ個の光電変換モジュールアレイ１３０１〜１３０ｉは、太陽光を電気に変換して直流電力を発電し、その発電した直流電力をそれぞれ、接続箱１３１１〜１３１ｉを介して集電箱１３２１へ供給する。以下、同様にして、モジュールシステム１２３ｊのｉ個の光電変換モジュールアレイ１３０１〜１３０ｉは、太陽光を電気に変換して直流電力を発電し、その発電した直流電力をそれぞれ、接続箱１３１１〜１３１ｉを介して集電箱１３２１へ供給する。
そして、サブシステム１２０１のｊ個の集電箱１３２１は、直流電力をパワーコンディショナー１２１１へ供給する。
サブシステム１２０２のｊ個の集電箱１３２１は、同様にして直流電力をパワーコンディショナー１２１２へ供給する。
以下、同様にして、サブシステム１２０ｎのｊ個の集電箱１３２１は、直流電力をパワーコンディショナー１２１ｎへ供給する。
パワーコンディショナー１２１１〜１２１ｎは、それぞれ、サブシステム１２０１〜１２０ｎから受けた直流電力を交流電力に変換し、その変換した交流電力を変圧器１２２１へ供給する。
変圧器１２２１は、パワーコンディショナー１２１１〜１２１ｎから交流電力を受け、その受けた交流電力の電圧レベルを変換して商用電力系統へ供給する。
なお、本実施形態による太陽光発電システムは、図２４Ａに示す構成に限らず、第１実施形態から第５実施形態に係る光電変換装置のいずれかを用いる限り、どのような構成であってもよい。
また、図２４Ｂに示すようにパワーコンディショナー１２１１〜１２１ｎに蓄電池１２１３が接続されていてもよいし、蓄電池１２１３がパワーコンディショナー１２１１〜１２１ｎに内蔵されていてもよい。この場合、パワーコンディショナー１２１１〜１２１ｎは、集電箱１３２１から受けた直流電力の一部または全部を適切に電力変換して、蓄電池１２１３に蓄電することができる。蓄電池１２１３に蓄電された電力は、サブシステム１２０１〜１２０ｎの発電量に応じて適宜パワーコンディショナー１２１１〜１２１ｎ側に供給され、適切に電力変換されて変圧器１２２１へ供給される。
＜変形例＞
以上、本発明の第１〜第５実施形態にかかる光電変換装置、及び、第６〜第８実施形態において、第１〜第５実施形態のいずれかの光電変換装置を用いた光電変換モジュール、及び太陽光発電システムについて説明した。本発明の光電変換装置は上述の各実施形態のみに限定されず、発明の範囲内で種々の変更が可能である。また、各実施形態は、適宜組み合わせて実施することが可能である。
（１）上述した第１実施形態〜第８実施形態において、光電変換装置におけるシリコン基板１０１の導電型がｎ型の場合を説明したが、シリコン基板１０１はｐ型であってもよい。
（２）上述した第１実施形態〜第８実施形態の光電変換装置は、シリコン基板１０１の受光面に反射防止膜１０４が形成されている例を説明したが、反射防止膜１０４が形成されていなくてもよい。また、反射防止膜１０４に代えて、高濃度のｎ型ドーパントが拡散されたｎ+層が形成されていてもよい。あるいは、シリコン基板１０１の受光面と反射防止膜１０４との間に、高濃度のｎ型ドーパントが拡散されたｎ+層が形成されていてもよい。または、シリコン基板１０１と反射防止膜１０４との間に、ｉ型非晶質半導体層１０２ｉ及びｎ型非晶質半導体層１０２ｎを順次形成して挟んでもよい。
（３）上述した第１実施形態〜第５実施形態の光電変換装置は、シリコン基板１０１の裏面の全面に、ｉ型非晶質半導体層を形成した後、ｉ型非晶質半導体層の上にｐ型非晶質半導体層を形成し、その後、ｎ型非晶質半導体層を形成する例を説明したが、ｐ型非晶質半導体層とｎ型非晶質半導体層の形成順序はこれに限定されない。例えば、ｉ型非晶質半導体層を形成した後、ｎ型非晶質半導体層をｉ型非晶質半導体層の上に形成し、その後、ｐ型非晶質半導体層をｉ型非晶質半導体層の上に形成してもよい。
（４）上述した第１実施形態〜第８実施形態の光電変換装置は、シリコン基板１０１の受光面にテクスチャが形成されている例を説明したが、シリコン基板１０１の裏面にテクスチャが形成されていてもよい。

Claims (5)

  1. 半導体基板と、
    前記半導体基板の一方の面の側に形成され、第１導電型を有する複数の第１非晶質半導体部と、
    前記半導体基板の前記一方の面の側に形成され、前記第１導電型と異なる第２導電型を有する複数の第２非晶質半導体部と、
    前記複数の第１非晶質半導体部の上に設けられ、前記複数の第１非晶質半導体部の数よりも多い複数の第１電極と、
    前記複数の第２非晶質半導体部の上に設けられ、前記複数の第２非晶質半導体部の数よりも多い複数の第２電極と、を備え、
    前記複数の第２非晶質半導体部は、前記半導体基板の面内方向における第１の方向に前記複数の第１非晶質半導体部と隣接し、
    前記複数の第１非晶質半導体部は、前記第１の方向と異なる第２の方向に互いに離間して配置され、
    前記複数の第２非晶質半導体部は、前記第２の方向に互いに離間して配置され、
    前記複数の第１電極は、前記複数の第１非晶質半導体部の上において前記第２の方向に互いに離間して配置され、
    前記複数の第２電極は、前記複数の第２非晶質半導体部の上において前記第２の方向に互いに離間して配置されている、光電変換装置。
  2. 請求項１に記載の光電変換装置において、
    前記第２の方向において隣接する前記第１電極と前記第１電極の間、又は、前記第２の方向において隣接する前記第２電極と前記第２電極の間の距離は５００μｍ以下である、光電変換装置。
  3. 請求項１又は２に記載の光電変換装置において、
    前記半導体基板は、前記第１導電型を有し、
    前記第１非晶質半導体部の上に配置される前記第１電極の数は、前記第２非晶質半導体部の上に配置される前記第２電極の数よりも多い、光電変換装置。
  4. 請求項１から３のいずれか一項に記載の光電変換装置において、
    第１非晶質半導体部、及び第２非晶質半導体部の前記第２方向の長さは、前記第１方向の長さの３００倍以下である、光電変換装置。
  5. 請求項１から４のいずれか一項に記載の光電変換装置において、
    第１電極、及び第２電極の前記第２方向の長さは、前記第１方向の長さの３００倍以下である、光電変換装置。

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