CN110383501B - 太阳能电池单元及太阳能电池单元的制造方法 - Google Patents

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Abstract

太阳能电池单元(10)包括：第1导电型的结晶性半导体的基板(20)；被设于基板(20)的一主表面的第1区域(W1)上的第1半导体层(21)；被设于一主表面的与第1区域(W1)不同的第2区域(W2)上的第2半导体层(22)；被设于第1半导体层(21)上的第1透明电极层(23)；以及被设于第2半导体层(22)上的第2透明电极层(24)。第1半导体层(21)包含第1导电型的第1非晶态半导体层(31)和从一主表面向第1透明电极层(23)延伸的第1结晶性半导体部(35)。第2半导体层(22)包含与第1导电型不同的第2导电型的第2非晶态半导体层(32)。

Description

太阳能电池单元及太阳能电池单元的制造方法
技术领域
本发明涉及太阳能电池单元及太阳能电池单元的制造方法。
背景技术
作为发电效率高的太阳能电池，具有在与光入射的受光面相对的背面上形成n型半导 体层及p型半导体层这二者的背面接合型的太阳能电池。例如，在结晶性的半导体基板的 一主表面上设有n型非晶态半导体层及p型非晶态半导体层(例如：参照专利文献1)。
[在先技术文献]
[专利文献]
专利文献1：美国专利申请公开第2014/0224306号说明书
发明内容
[发明要解决的课题]
非晶态半导体层对结晶性基板表面的钝化(passivation)有效，但成为使太阳能电池 的串联电阻增加的原因之一。为提高发电效率，希望能够兼顾钝化性和低电阻性。
本发明鉴于以上情况而完成，其目的在于提供一种发电效率更高的太阳能电池单元。
[用于解决技术课题的技术方案]
本发明的一种方案的太阳能电池单元包括：第1导电型的结晶性半导体的基板；被设 于基板的一主表面的第1区域上的第1半导体层；被设于一主表面的与第1区域不同的第2区域上的第2半导体层；被设于第1半导体层上的第1透明电极层，以及被设于第2半 导体层上的第2透明电极层。第1半导体层包含第1导电型的第1非晶态半导体层和从一 主表面向第1透明电极层延伸的第1结晶性半导体部。第2半导体层包含与第1导电型不 同的第2导电型的第2非晶态半导体层。
本发明的其他方案为太阳能电池的制造方法。该方法在第1导电型的结晶性半导体的 基板的一主表面上的第1区域形成第1半导体层，在一主表面的与第1区域不同的第2区 域上形成第2半导体层，在第1半导体层上及第2半导体层上形成透明电极层。第1半导体层包含第1导电型的第1非晶态半导体层和从一主表面向透明电极层延伸的第1结晶性半导体部。第2半导体层包含与第1导电型不同的第2导电型的第2非晶态半导体层。第 1非晶态半导体层及第1结晶性半导体部同时形成。
[发明效果]
根据本发明，能够提高太阳能电池单元的发电效率。
附图说明
图1是表示实施方式的太阳能电池单元的构造的俯视图。
图2是表示图1的太阳能电池单元的构造的剖视图。
图3是示意性地表示太阳能电池单元的制造工序的图。
图4是示意性地表示太阳能电池单元的制造工序的图。
图5是示意性地表示太阳能电池单元的制造工序的图。
图6是示意性地表示太阳能电池单元的制造工序的图。
图7是表示变形例的太阳能电池单元的构造的剖视图。
图8是表示变形例的太阳能电池单元的构造的剖视图。
图9是表示变形例的太阳能电池单元的构造的剖视图。
图10是表示变形例的太阳能电池单元的构造的剖视图。
具体实施方式
在具体说明本发明前，先陈述概要。本实施方式为太阳能电池单元。太阳能电池单元 包括：第1导电型的结晶性半导体的基板；被设于基板的一主表面的第1区域上的第1半导体层；被设于一主表面的与第1区域不同的第2区域上的第2半导体层；被设于第1半 导体层上的第1透明电极层；以及被设于第2半导体层上的第2透明电极层。第1半导体 层包含第1导电型的第1非晶态半导体层和从一主表面向第1透明电极层延伸的第1结晶 性半导体部。第2半导体层包含与第1导电型不同的第2导电型的第2非晶态半导体层。 根据本实施方式，通过在第1区域上设置非晶态半导体层和结晶性半导体部这二者，能够 兼顾基于非晶态半导体层的钝化性的提高和基于结晶性半导体部的串联电阻的减少，提高 太阳能电池单元的发电效率。
以下参照附图详细说明用于实施本发明的方案。在附图的说明中对相同的要素标注相 同的附图标记，并适当省略重复的说明。
图1是表示实施方式的太阳能电池单元10的俯视图，表示太阳能电池单元10的背面 13的构造。太阳能电池单元10包括被设于背面13的第1电极14及第2电极15。太阳能 电池单元10为所谓的背接触型的太阳能电池，未在受光面侧设置电极，而在与受光面为 相反侧的背面13设有极性不同的第1电极14及第2电极15这二者。
第1电极14包含沿x方向延伸的第1汇流条电极14a和沿与第1汇流条电极14a插 合的y方向延伸的多个第1指形电极14b，形成梳齿状。第2电极15包含沿x方向延伸 的第2汇流条电极15a和沿与第2汇流条电极15a插合的y方向延伸的多个第2指形电极 15b，形成梳齿状。第1电极14及第2电极15以各自的梳齿分别啮合地相互插合的方式 形成。也可以是，第1电极14及第2电极15分别仅由多个指形电极构成，为不具有汇流 条的无汇流条型的电极。
图2是表示实施方式的太阳能电池单元10的构造的剖面图，表示图1的A-A线剖面。太阳能电池单元10包括基板20、第1半导体层21、第2半导体层22、第1透明电极层 23、第2透明电极层24、第1金属电极层25、第2金属电极层26、以及受光面保护层30。 太阳能电池单元10为在背面13侧形成有异质结的背面接合型的太阳能电池。
太阳能电池单元10具有受光面12及背面13。受光面12是指在太阳能电池单元10中光(阳光)主要入射的主表面，具体地说，是指入射到太阳能电池单元10的光的大部 分所入射的面。另一方面，背面13是指与受光面12为相反侧的另一主表面。
基板20由具有第1导电型的结晶性半导体而构成。作为结晶性半导体基板的具体示 例，例如可例举单晶硅晶圆、多晶硅晶圆等结晶硅(Si)晶圆。在本实施方式中，表示基板20为n型的单晶硅晶圆的情况，表示第1导电型为n型、第2导电型为P型的情况。 基板20包含第1导电型的杂质，例如包含磷(P)作为被掺杂在硅中的n型的杂质。基板 20的n型杂质的浓度不被特别限定，例如为1×1015/cm3～1×1016/cm3的程度。
此外，作为太阳能电池单元的半导体基板，可由结晶性半导体基板以外的半导体基板 构成。例如，也可以使用由砷化镓(GaAs)或磷化铟(InP)等组成的化合物半导体晶圆。另外，也可以是，第1导电型为p型，第2导电型为n型。
基板20具有受光面12侧的第1主表面20a和背面13侧的第2主表面20b。基板20 吸收入射到第1主表面20a的光，生成电子及空穴作为载流子。在第1主表面20a上设有 用于提高入射光的吸收效率的纹理构造40。另一方面，在第2主表面20b上未设有与第1 主表面20a相同的纹理构造，第2主表面20b的平坦性高于第1主表面20a。此外，也可 以是，第2主表面20b至少局部地设有纹理构造，例如，在后述的第1区域W1与第2区 域W2之间，针对第2主表面20b上的纹理构造设置差异。
在基板20的第2主表面20b上设有第1半导体层21及第2半导体层22。第1半导 体层21被设于第2主表面20b的第1区域W1上，第2半导体层22被设于第2主表面20b 的与第1区域不同的第2区域W2上。第1半导体层21及第2半导体层22以分别与第1 电极14及第2电极15对应的方式形成梳齿状，且以相互插合的方式形成。因此，第1区 域W1与第2区域W2在第2主表面20b上沿x方向交替地排列。
第1区域W1为第1导电型区域，收集在基板20上生成的载流子中的第1导电型侧 的载流子。因基板20为第1导电型，故可以说第1区域W1为收集多数载流子的区域。 另一方面，第2区域W2为第2导电型区域，收集少数载流子即第2导电型侧的载流子。 在第1导电型为n型、第2导电型为p型的情况下，第1区域W1收集电子，第2区域 W2收集空穴。
少数载流子的收集效率低于多数载流子。因此，为提高单元整体的发电效率，使少数 载流子侧即第2区域W2的第2面积S2大于多数载流子侧即第1区域W1的第1面积S1。 第1面积S1与第2面积S2的比S2/S1被设定为1.5以上且5以下，例如被设定为2以上 且4以下。
第1半导体层21包含第1非晶态半导体层31、第3非晶态半导体层33、以及第1结 晶性半导体部35。第3非晶态半导体层33被设于第2主表面20b上，第1非晶态半导体 层31被设于第3非晶态半导体层33上。第1结晶性半导体部35被设于第1非晶态半导 体层31及第3非晶态半导体层33的层内，被以从第2主表面20b向第1透明电极层23 柱状地延伸的方式设置。
第1非晶态半导体层31为第1导电型的非晶态半导体层，例如由包含氢(H)的n 型非晶硅(amorphous silicon)构成。第1非晶态半导体层31例如具有2nm～50nm程度的 厚度。第1非晶态半导体层31与基板20相同例如包含磷(P)作为第1导电型的杂质， 优选杂质浓度高于基板20。第1非晶态半导体层31的杂质浓度为1×1020/cm3～1×1021/cm3程度。
第3非晶态半导体层33为实质上本征的非晶态半导体，例如，由包含氢的i型非晶硅构成。在本说明书中，将实质上本征的半导体也称作“i型半导体”。另外，实质上本征 的半导体包含不主动使用成为n型或p型杂质的元素地成膜的半导体层，包含在由化学气 相沉积法(CVD)等形成时不供给掺杂气体而形成的半导体层。具体地说，包含不供给乙 硼烷(B2H6)或磷化氢(PH3)等掺杂气体，而供给以氢(H2)稀释的甲硅烷(SiH4)等 而得到的硅。
第3非晶态半导体层33被设于第2主表面20b与第1非晶态半导体层31之间，例如具有2nm～25nm程度的厚度。此外，也可以是，不设置第3非晶态半导体层33，而在第1 区域W1的第2主表面20b的正上方设置第1非晶态半导体层31。
第1结晶性半导体部35由结晶态的半导体构成，例如包含单晶硅、多晶硅及微晶硅的至少一种。第1结晶性半导体部35为结晶性与第1非晶态半导体层31及第3非晶态半 导体层33不同的部分，可以说是由并非非晶态的半导体构成的部分。第1结晶性半导体 部35包含第1导电型的结晶硅及i型的结晶硅的至少一者。第1结晶性半导体部35例如 也可以具有被设于第2主表面20b上的i型的部分和被设于那之上的第1导电型的部分。
第1结晶性半导体部35被以贯通第1非晶态半导体层31及第3非晶态半导体层33地到达第1透明电极层23的方式设置。即第1结晶性半导体部35距第2主表面20b的高 度h1与使第1非晶态半导体层31及第3非晶态半导体层33层叠的厚度为相同程度。
此外，也可以是，第1结晶性半导体部35被以仅贯通第3非晶态半导体层33而到达第1非晶态半导体层31的中途为止的方式设置。这种情况下，第1结晶性半导体部35的 高度小于使第1非晶态半导体层31及第3非晶态半导体层33层叠的厚度。另外，也可以 是，被以不贯穿第3非晶态半导体层33而到达第3非晶态半导体层33的中途为止的方式 设置。这种情况下，第1结晶性半导体部35的高度小于第3非晶态半导体层33的厚度。 另外，也可以是，第1结晶性半导体部35被以分别具有不同高度的方式设置。
第1结晶性半导体部35被局部地设于第2主表面20b的第1区域W1上，例如被离 散地设于第2主表面20b上。第1结晶性半导体部35例如在第2主表面20b的俯视图中 被岛状地配置，被设为形成多个柱状部。在第1区域W1上第1结晶性半导体部35所占 的面积比例优选为0.05％以上且20％以下，更优选为0.1％以上且10％以下。另外，从如 图2所示的与第2主表面20b交叉的剖面观察的情况下，在第1非晶态半导体层31及第 3非晶态半导体层33的层内，第1结晶性半导体部35所占的面积比例优选为0.02％以上 且10％以下，更优选为0.05％以上且5％以下。通过设为这样的数值范围，能够恰当地兼 顾基于第1非晶态半导体层31及第3非晶态半导体层33的钝化性的提高，和基于第1结 晶性半导体部35的串联电阻的减少。
第2半导体层22包含第2非晶态半导体层32、第4非晶态半导体层34、以及第2结 晶性半导体部36。第4非晶态半导体层34被设于第2主表面20b上，第2非晶态半导体 层32被设于第4非晶态半导体层34上。第2结晶性半导体部36被设于第2主表面20b 上的第4非晶态半导体层34的层内。
第2非晶态半导体层32为与第1导电型不同的第2导电型的非晶态半导体层，例如由包含氢的p型非晶硅而构成。第2非晶态半导体层32例如具有2nm～50nm程度的厚度。 第2非晶态半导体层32例如含有硼(B)作为第2导电型的杂质。
第4非晶态半导体层34为实质上本征的非晶态半导体，例如由包含氢的i型的非晶硅构成。第4非晶态半导体层34被设于第2主表面20b与第2非晶态半导体层32之间， 例如具有2nm～25nm程度的厚度。
优选第4非晶态半导体层34的膜密度低于第1非晶态半导体层31及第3非晶态半导体层33。例如，相对于第1非晶态半导体层31或第3非晶态半导体层33的膜密度为 2.2g/cm3以上且2.4g/cm3以下，优选第4非晶态半导体层34的膜密度为2.0g/cm3以上且 2.2g/cm3以下。第4非晶态半导体层34被以至少与第2主表面20b接触的部分的膜密度 降低的方式构成。因此，第4非晶态半导体层34中的与第2非晶态半导体层32接触的部 分的膜密度可以高于与第2主表面20b接触的部分，也可以具有与第1非晶态半导体层 31及第3非晶态半导体层33相同程度的膜密度。
此外，也可以是，不设置第4非晶态半导体层34，在第2区域W2的第2主表面20b 的正上方设置第2非晶态半导体层32。这种情况下，至少第2非晶态半导体层32的与第 2主表面20b接触的部分的膜密度低于第1非晶态半导体层31及第3非晶态半导体层33， 例如具有2.0g/cm3以上且2.2g/cm3以下的膜密度。
第2结晶性半导体部36与第1结晶性半导体部35同样由结晶态的半导体构成，例如包含单晶硅、多晶硅及微晶硅的至少一种。第2结晶性半导体部36为结晶性与第2非晶 态半导体层32及第4非晶态半导体层34不同的部分，是由并非非晶态的半导体构成的部 分。第2结晶性半导体部36包含第2导电型的结晶硅及i型的结晶硅的至少一者。
第2结晶性半导体部36与第1结晶性半导体部35相同，被局部地设于第2主表面20b的第2区域W2上。另一方面，第2结晶性半导体部36被以每单位面积的量少于第1 结晶性半导体部35的方式设置。例如，在第2主表面20b的第2区域W2上第2结晶性 半导体部36在每单位面积中占的面积，小于在第2主表面20b的第1区域W1上第1结 晶性半导体部35在每单位面积中占的面积。此外，也可以是，不设置第2结晶性半导体 部36。
另外，第2结晶性半导体部36距第2主表面20b的高度h2小于第1结晶性半导体部35距第2主表面20b的高度h1。例如，第2结晶性半导体部36被以不到达第2透明电极 层24的方式设置，被以不贯通第4非晶态半导体层34的方式设置。因此，也可以是，第
另外，第2结晶性半导体部36距第2主表面20b的高度h2小于第1结晶性半导体部35距第2主表面20b的高度h1。例如，第2结晶性半导体部36被以不到达第2透明电极层24的方式设置，被以不贯通第4非晶态半导体层34的方式设置。因此，也可以是，第2结晶性半导体部36的高度h2小于第4非晶态半导体层34的厚度。
第1透明电极层23被设于第1半导体层21之上，第2透明电极层24被设于第2半 导体层22之上。第1透明电极层23及第2透明电极层24例如由在氧化锡(SnO2)、氧化 锌(ZnO)、氧化铟锡(ITO)等中掺杂了锡(Sn)、锑(Sb)、氟(F)、铝(Al)等的透明 导电性氧化物(TCO)形成。在本实施方式中，第1透明电极层23及第2透明电极层24 由氧化铟锡形成。第1透明电极层23及第2透明电极层24的厚度例如可为50nm～100nm 程度。
第1金属电极层25被设于第1透明电极层23之上，第2金属电极层26被设于第2 透明电极层24之上。第1金属电极层25及第2金属电极层26为包含铜(Cu)、锡(Sn)、 金(Au)、银(Ag)、镍(Ni)、钛(Ti)等金属的导电性材料层。第1金属电极层25及 第2金属电极层26可以由单层构成，也可以由多层构成。第1金属电极层25及第2金属 电极层26例如具有50nm～1100nm程度的晶种层、11μm～50μm程度的第1电镀层、以及 1μm～5μm程度的第2电镀层。例如，晶种层及第1电镀层由铜(Cu)构成，第2电镀层 由锡(Sn)构成。
在本实施方式中，第1电极14由第1透明电极层23及第1金属电极层25构成，第 2电极15由第2透明电极层24及第2金属电极层26构成。第1电极14收集第1导电型 侧的载流子，第2电极15收集第2导电型侧的载流子。在第1电极14与第2电极15之 间设有分离槽16，使第1电极14与第2电极15之间电绝缘。也可以是，在分离槽16的 内侧设有绝缘材料，例如设有二氧化硅(SiO2)、氮化硅(SiN)、氮氧化硅(SiON)等绝 缘材料。
受光面保护层30被设于第1主表面20a上。受光面保护层30作为第1主表面20a的钝化层而发挥功能。也可以是，该钝化层包含实质上本征的非晶态半导体层、第1导电型 的非晶态半导体层、第2导电型的非晶态半导体层的至少一者。钝化层可由包含氢的非晶 硅、氧化硅、氮化硅、氮氧化硅等构成。钝化层例如具有2nm～50nm程度的厚度。
也可以是，受光面保护层30还具有作为防反射膜或保护膜的功能。防反射膜及保护 膜绝缘层可由氧化硅、氮化硅、氮氧化硅等构成。防反射膜及保护膜绝缘层的厚度例如根 据防反射特性等而被适当设定，例如为80nm～1100nm程度。
接下来说明太阳能电池单元10的制造方法。首先，如图3所示，在基板20的第1主表面20a形成纹理构造40。纹理构造40的形成方法不被特别限定，例如可通过使用碱性 溶液的各向异性蚀刻而形成。另一方面，使基板20的第2主表面20b不形成纹理构造。 此外，也可以是，在基板20的两面20a、20b形成纹理构造后，将第2主表面20b的纹理 构造通过湿法蚀刻或干法蚀刻除去而形成图示的基板20。
下面，如图4所示，在第1主表面20a上形成受光面保护层30，在第2主表面20b 上形成第3非晶态半导体层33、第1非晶态半导体层31及第1结晶性半导体部35。受光 面保护层30、第1非晶态半导体层31、第3非晶态半导体层33及第1结晶性半导体部 35可通过等离子CVD法等化学气相沉积(CVD)法而形成。
第2主表面20b中，在第2主表面20b上形成i型的第3非晶态半导体层33后，在 第3非晶态半导体层33之上形成第1导电型的第1非晶态半导体层31。在形成第1非晶 态半导体层31及第3非晶态半导体层33时，同时形成第1结晶性半导体部35。因第2 主表面20b至少局部地由结晶硅的(100)面构成，故在使非晶硅成膜的条件下也可局部 地形成结晶硅。在第2主表面20b上局部地形成结晶硅后，第1结晶性半导体部35以该 位置为起点而生长。其结果，能够一次形成混合存在有非晶硅与柱状的结晶硅的层。
被形成于第2主表面20b上的非晶态半导体层31、33及结晶性半导体部35的比例，能够根据第2主表面20b的表面的状态或控制半导体层的成膜条件而调整。由于在结晶硅表面中的(100)面上结晶硅易于生长，在(111)面上结晶硅不易生长，故通过调整第2 主表面20b中(100)面及(111)面所占的比例，能够控制第1结晶性半导体部35所形 成的部分的比例。例如，通过在第2主表面20b上局部地形成纹理构造从而增加(111) 面的比例，能够使第1结晶性半导体部35所占的比例缩小。另外，由于若使成膜速度加 快则结晶硅不易生成，故通过调整第1非晶态半导体层31及第3非晶态半导体层33的成 膜速度也能够控制第1结晶性半导体部35的形成比例。
另一方面，在第1主表面20a形成有受光面保护层30。在使受光面保护层30为非晶硅层的情况下，能够与第1非晶态半导体层31、第3非晶态半导体层33及第1结晶性半 导体部35的形成工序同时地形成受光面保护层30。受光面保护层30可以实质上仅包含 非晶硅，也可以包含结晶硅。受光面保护层30的结晶硅可以多于第2主表面20b，也可 以少于它。此外，受光面保护层30可以与第1非晶态半导体层31、第3非晶态半导体层 33及第1结晶性半导体部35同时形成，也可以在这些层之前形成，还可以在这些层之后 形成。
接下来，如图5所示，在第1非晶态半导体层31及第1结晶性半导体部35之上局部地形成掩模42，并将未形成掩模42的区域的第1非晶态半导体层31、第3非晶态半导体 层33及第1结晶性半导体部35除去。掩模42被设于与第1区域W1对应的位置。由此， 仅在第1区域W1残留第1非晶态半导体层31、第3非晶态半导体层33及第1结晶性半 导体部35，第1半导体层21完成。在与第1区域W1不同的第2区域W2中，第2主表 面20b露出。
接下来，如图6所示，在露出到第2区域W2的第2主表面20b上形成第4非晶态半 导体层34、第2非晶态半导体层32及第2结晶性半导体部36。首先，在第2主表面20b 上形成i型的第4非晶态半导体层34后，在第4非晶态半导体层34之上形成第2导电型 的第2非晶态半导体层32。在第2非晶态半导体层32及第4非晶态半导体层34的形成 时，可同时形成第2结晶性半导体部36。由此第2半导体层22完成。
在第2区域W2中，第2非晶态半导体层32及第4非晶态半导体层34在结晶硅的生 长比第1区域W1易受阻碍的条件下成膜。例如，第2非晶态半导体层32及第4非晶态 半导体层34的至少一者，以比第1非晶态半导体层31及第3非晶态半导体层33快的成 膜速度形成。其结果，第2非晶态半导体层32及第4非晶态半导体层34的至少一者的膜 密度小于第1非晶态半导体层31或第3非晶态半导体层33。
此外，也可以是，通过向露出到第2区域W2的第2主表面20b施以各向异性蚀刻， 而在第2主表面20b中的第2区域W2形成纹理构造(未图示)。也可以是，通过在第2 主表面20b的第2区域W2选择性地形成纹理从而增加(111)面所占的比例，而使第2 结晶性半导体部36的形成被阻碍。由此，能够使包含于第2半导体层22的第2结晶性半 导体部36的比例缩小。例如，能够使第2结晶性半导体部36在第2区域W2中所占的面 积比例小于第1结晶性半导体部35在第1区域W1中所占的面积比例。例如，在将第1 结晶性半导体部35及第2结晶性半导体部36的比例用与第2主表面20b交叉的剖面来确 定的情况下，能够使第2结晶性半导体部36在第2非晶态半导体层32及第4非晶态半导 体层34的层内所占的面积比例，小于第1结晶性半导体部35在第1非晶态半导体层31 及第3非晶态半导体层33的层内所占的面积比例。
接下来，在第1半导体层21上形成第1透明电极层23及第1金属电极层25，在第2 半导体层22上形成第2透明电极层24及第2金属电极层26。第1透明电极层23及第2 透明电极层24通过等离子CVD法等CVD法或溅射法等薄膜形成法而形成。第1金属电 极层25及第2金属电极层26通过溅射法或电镀法等而形成。
根据以上所述，图2所示的太阳能电池单元10完成。上述制造方法中，在形成第1半导体层21并除去第1半导体层21的一部分后形成第2半导体层22，但也可以使第1 半导体层21和第2半导体层22的形成顺序相反。即也可以是，在第2主表面20b的全面 上形成第2半导体层22，在除去第2半导体层22的一部分后形成第1半导体层21。除此 以外，也可以是，通过在第2主表面20b上设置掩模，从而使第1半导体层21及第2半 导体层22仅在所对应的区域形成。
根据本实施方式，通过在第1区域W1使非晶态半导体层31、33及结晶性半导体部35混合存在，能够抑制第1区域W1的钝化性的显著降低，并且减少第1区域的串联电阻。 为提高第1区域W1的钝化性，优选基板20的第2主表面20b的悬挂键以氢(H)终止， 优选以包含氢的非晶态半导体覆盖第2主表面20b的全面。原因在于，并非非晶态的微晶 或多晶的半导体中含有晶格缺陷，会导致起因于晶格缺陷的钝化性的降低。另一方面，非 晶态半导体的导电性低于结晶半导体，成为太阳能电池单元10的串联电阻增加的原因之 一。
本发明人等发现在第1区域W1上形成非晶态半导体层31、33及结晶性半导体部35这二者时，通过使它们以适当的比例混合存在，能够进一步提高太阳能电池单元10的发 电效率。根据一实施例，通过使第1结晶性半导体部35在第1区域W1上所占的面积比 例为0.05％以上且20％以下，优选为0.1％以上且10％以下，能够比未设置第1结晶性半 导体部35的情况提高发电效率。另外，从与第2主表面20b交叉的剖面观察的情况下， 通过使第1结晶性半导体部35在第1非晶态半导体层31及第3非晶态半导体层33的层 内所占的面积比例为0.02％以上且10％以下，优选为0.05％以上且5％以下，能够提高发 电效率。作为其理由之一，认为由于第1区域W1附近为少数载流子密度低的区域，故即 使因设置第1结晶性半导体部35而产生钝化性的下降，也不会导致载流子再结合速度的 显著增加。
另一方面，优选在第2区域W2上实质上不设置第2结晶性半导体部36，或者即使设置第2结晶性半导体部36，也优选形成的比例小于第1区域W1。原因在于，因第2区域 W2的面积大于第1区域W1的面积，故电流密度低于第1区域W1，串联电阻的减少对 发电效率的提高的贡献较小。
通过以上的考察，根据本实施方式，能够使第1区域W1及第2区域W2的二者保持 一定以上的钝化性，并降低第1区域W1的串联电阻。由此，能够从第1区域W1及第2 区域W2这二者高效地收集载流子，并且使太阳能电池单元10的第1电极14与第2电极 15之间的串联电阻下降。其结果，能够提高太阳能电池单元10的发电效率。
根据本实施方式，通过使第1结晶性半导体部35从第2主表面20b向第1透明电极层23柱状地延伸，能够提高由第1结晶性半导体部35带来的电阻性减少的效果。在第1 结晶性半导体部35被以到达第1透明电极层23的方式设置的情况，因基板20与第2透 明电极层24之间通过低电阻的第1结晶性半导体部35而直接连接，能够使第1区域W1 的串联电阻更小。特别是通过以至少贯通导电性低的i型的第3非晶态半导体层33的方 式设置第1结晶性半导体部35，能够提高串联电阻减少的效果。
本实施方式的一方案如下。一种方案的太阳能电池单元(10)，包括：
第1导电型的结晶性半导体的基板(20)；
被设于基板(20)的一主表面(第2主表面20b)的第1区域(W1)上的第1半导体 层(21)；
被设于一主表面(第2主表面20b)的与第1区域(W1)不同的第2区域(W2)上 的第2半导体层(22)；
被设于第1半导体层(21)上的第1透明电极层(23)；以及，
被设于第2半导体层(22)上的第2透明电极层(24)。
第1半导体层(21)包含第1导电型的第1非晶态半导体层(31)和从一主表面(第 2主表面20b)向第1透明电极层(23)柱状地延伸的第1结晶性半导体部(35)；
第2半导体层(22)包含与第1导电型不同的第2导电型的第2非晶态半导体层(32)。
也可以是，第1半导体层(21)还包含被设于一主表面(第2主表面20b)与第1非 晶态半导体层(31)之间的实质上本征的第3非晶态半导体层(33)。
也可以是，第1结晶性半导体部(35)被以至少贯通第3非晶态半导体层(33)而到达第1非晶态半导体层(31)的方式设置。
也可以是，第2非晶态半导体层(32)的至少与一主表面(第2主表面20b)接触的 部分的膜密度低于第1半导体层(21)的与一主表面(第2主表面20b)接触的部分。
也可以是，第2半导体层(22)还包含被设于一主表面(第2主表面20b)与第2非 晶态半导体层(32)之间、实质上本征的第4非晶态半导体层(34)。
也可以是，第4非晶态半导体层(34)的至少与一主表面(第2主表面20b)接触的 部分的膜密度低于第1半导体层(21)的与一主表面(第2主表面20b)接触的部分。
也可以是，第1半导体层(21)的与一主表面(第2主表面20b)接触的部分为第1 非晶态半导体层(31)或第3非晶态半导体层(33)的任意一者。
也可以是，第1结晶性半导体部(35)到达第1透明电极层(23)。
也可以是，第1结晶性半导体部(35)被局部地设于第1区域(W1)上。
也可以是，第1非晶态半导体层(31)的第1导电型的杂质浓度高于基板(20)。
也可以是，第2半导体层(22)还包含被设于一主表面(第2主表面20b)上的第2 结晶性半导体部(36)。
也可以是，第1区域(W1)的每单位面积所设的第1结晶性半导体部(35)的量多 于第2区域(W2)的每单位面积所设的第2结晶性半导体部(36)的量。
也可以是，第1结晶性半导体部(35)距一主表面(第2主表面20b)的高度(h1) 大于第2结晶性半导体部(36)距一主表面(第2主表面20b)的高度(h2)。
也可以是，第1区域(W1)小于第2区域(W2)。
本实施方式的另一方案为太阳能电池单元(10)的制造方法。该方法中，
在第1导电型的结晶性半导体的基板(20)的一主表面(第2主表面20b)上的第1 区域(W1)形成第1半导体层(21)；
在一主表面(第2主表面20b)的与第1区域(W1)不同的第2区域(W2)上形成 第2半导体层(22)；
在第1半导体层(21)及第2半导体层(22)上形成透明电极层(第1透明电极层 23、第2透明电极层24)。
第1半导体层(21)包含第1导电型的第1非晶态半导体层(31)和从一主表面(第 2主表面20b)向透明电极层(第1透明电极层23)柱状地延伸的第1结晶性半导体部(35)；
第2半导体层(22)包含与第1导电型不同的第2导电型的第2非晶态半导体层(32)；
第1非晶态半导体层(31)及第1结晶性半导体部(35)同时形成。
也可以是，第1非晶态半导体层(31)及第1结晶性半导体部(35)将至少局部地形成在一主表面(第2主表面20b)上的纹理构造作为基底而形成。
(变形例1)
图7是表示变形例的太阳能电池单元110的构造的剖面图。本变形例中，在第1区域W1的第2主表面20b附近设有第1导电型的杂志浓度高的高杂质浓度区域120c，在这一 点上与上述实施方式不同。基板120包含第1导电型的杂质浓度低的主体(bulk)区域120d 和第1导电型的杂质浓度高的高杂质浓度区域120c。如图7所示，在从下方观察第2主表 面20b的情况下，高杂质浓度区域120c位于第1区域W1的第2主表面20b的正上方。 在将图7的上下反转而从上方观察第2主表面20b的情况下，可以说位于第1区域W1的 第2主表面20b的正下方。
高杂质浓度区域120c被设于第1区域W1，被避开第2区域W2而设置。120c的杂 质浓度为1×1017/cm3～1×1020/cm3程度，例如可为1×1018/cm3～2×1019/cm3程度。高杂质浓度区域120c例如包含磷(p)作为第1导电型的杂质。也可以是，高杂质浓度区域120c的 杂质浓度高于第1非晶态半导体层31的杂质浓度。
高杂质浓度区域120c形成为距第2主表面20b的深度h3为5μm以下，例如形成为200nm以下，优选形成为5nm～100nm程度。高杂质浓度区域120c例如可以通过在第1区 域W1中使第1导电型的杂质从第2主表面20b扩散而形成。也可以是，高杂质浓度区域 120c通过离子注入处理而形成。
根据本变形例，通过设置高杂质浓度区域120c，能够使第1区域W1附近的少数载流子进一步减少从而使钝化性提高。由此，能够补偿设置第1结晶性半导体部35而造成的 钝化的下降，更适宜地兼顾钝化性和低电阻性。
也可以是，在一种方案的太阳能电池单元(110)中，基板(120)被设于第1区域(W1)内的一主表面(第2主表面20b)的正下方，具有第1导电型的杂质浓度高于基板(120) 的其他部分(主体区域120d)的高杂质浓度区域(120c)。
(变形例2)
图8是表示变形例的太阳能电池单元210的构成的剖面图。本变形例中，在第1区域W1的第2主表面20b与第1半导体层21之间还设有高杂质浓度层244，在这一点上与上 述实施方式不同。高杂质浓度层244与上述变形例相同，为第1导电型的杂质浓度高的部 分，例如包含磷(P)作为第1导电型的杂质。
高杂质浓度层244被设于第1区域W1，被避开第2区域W2而设置。高杂质浓度层 244可与第1非晶态半导体层31同样地通过CVD法等形成，可由结晶硅、非晶硅、氧化 硅、氮氧化硅、氮化硅等构成。高杂质浓度层244可以通过在第2区域W2上设置掩模而 选择性地形成于第1区域W1上，也可以在形成于第1区域W1及第2区域W2的二者后 除去形成于第2区域W2上的部分。
高杂质浓度层244的杂质浓度为1×1019/cm3～5×1020/cm3程度，例如可为 5×1019/cm3～1×1020/cm3程度。高杂质浓度层244的杂质浓度优选低于第1非晶态半导体层 31的杂质浓度。高杂质浓度层244被设置为距第2主表面20b的高度h4在100nm以下， 例如为0.1nm～50nm程度。高杂质浓度层244的高度h4为0.1nm～3nm的程度，例如优选 为2nm以下。
本变形例中，通过设置高杂质浓度层244也能够使第1区域W1附近的少数载流子进一步减少从而使钝化性提高。由此，能够补偿设置第1结晶性半导体部35造成的钝化的 下降，更适宜地兼顾钝化性和低电阻性。
也可以是，一种方案的太阳能电池单元(210)还包括被设于一主表面(第2主表面20b)与第1半导体层(21)之间、第1导电型的杂质浓度高于基板(20)的高杂质浓度 层(244)。
(变形例3)
图9是表示变形例的太阳能电池单元310的构成的剖面图。本变形例中，在第2主表面20b与第1半导体层21之间设有第1氧化物层327，在第2主表面20b与第2半导体 层22之间设有第2氧化物层328，在这一点上与上述实施方式不同。
第1氧化物层327被设于第2主表面20b的第1区域W1上，第2氧化物层328被设 于第2主表面20b的第2区域W2上。第1氧化物层327及第2氧化物层328例如由氧化 硅、氮化硅或氧化铝等构成。
第1氧化物层327及第2氧化物层328作为第2主表面20b的钝化层而发挥功能。另外，第1氧化物层327作为用于控制第1半导体层21所包含的第1结晶性半导体部35的 生成量的基底层而发挥功能。同样地，第2氧化物层328作为用于抑制在第2半导体层 22层内生成第2结晶性半导体部的基底层而发挥功能。通过较厚地形成第2氧化物层328， 能够使第2氧化物层328上实质上不形成第2结晶性半导体部。
在结晶硅的基板20上设置氧化物层的情况，与未设置氧化物层的情况相比结晶硅的 生成被阻碍，但容易生成非晶硅。因此，通过控制第2主表面20b上的氧化物层的量、厚度、形成范围等，能够控制形成于第2主表面20b上的第1结晶性半导体部35的生成量。
第1区域W1中，使第1氧化物层327的厚度相对较小地形成，作为第1结晶性半导 体部35易于生成的基底层。另外，第1氧化物层327并非均匀地覆盖第1区域W1的第2 主表面20b上的整体，而是以局部地使第2主表面20b露出，或局部地使第1氧化物层 327的厚度变小的方式形成。由此，在未设置第1氧化物层327的部位或第1氧化物层327 的厚度较小的部位能够促进结晶硅的生成，使第1结晶性半导体部35局部地形成。
另一方面，第2区域W2中，使第2氧化物层328的厚度相对较大地形成，作为第2 结晶性半导体部不易生成的基底。另外，第2氧化物层328以均匀地覆盖第2区域W2的 第2主表面20b上的整体的方式形成。即，以不会出现不形成第2氧化物层328而使得第 2主表面20b露出、或第2氧化物层328的厚度局部地变小的方式形成第2氧化物层328。 由此，能够阻碍在第2氧化物层328上生成结晶硅，使第2结晶性半导体部实质上不形成。
第1氧化物层327及第2氧化物层328可通过CVD法或药水氧化法等形成。第1氧 化物层327及第2氧化物层328的厚度或形成范围，可通过控制氧化物层的成膜条件或生 长时间而使其变化。第1氧化物层327在第1半导体层21的形成前形成，第1半导体层 21形成于第1氧化物层327之上。第2氧化物层328在第2半导体层22的形成前形成， 第2半导体层22形成于第2氧化物层328之上。
根据本变形例，通过设置第1氧化物层327及第2氧化物层328，能够更适宜地控制第1结晶性半导体部35及第2结晶性半导体部的形成量。另外，使第1氧化物层327及 第2氧化物层328作为钝化层而发挥功能，能够提高第2主表面20b的钝化性。因此，根 据本变形例，能够更适宜地兼顾钝化性和低电阻性，从而提高太阳能电池单元310的发电 效率。
也可以是，一种方案的太阳能电池单元(310)还包括至少被局部地设于一主表面(第 2主表面20b)与第1半导体层(21)之间的第1区域(W1)上的第1氧化物层(327)。
也可以是，一种方案的太阳能电池单元(310)还包括至少被局部地设于一主表面(第 2主表面20b)与第2半导体层(22)之间的第2区域(W2)上的第2氧化物层(328)。 第2氧化物层(328)的厚度大于第1氧化物层(327)的厚度。
也可以是，在一种方案的太阳能电池单元(310)的制造方法中，第1非晶态半导体层(31)及第1结晶性半导体部(35)将至少局部地形成于一主表面上(第2主表面20b) 的氧化物层(第1氧化物层327)作为基底而形成。
(变形例4)
图10是表示变形例的太阳能电池单元410的构成的剖面图。本变形例中，在第1结晶性半导体部435包含基层435a和从基层435a向第1透明电极层23延伸的多个柱状部 435b这一点上与上述实施方式不同。
第1半导体层421包含第1非晶态半导体层31、第3非晶态半导体层33及第1结晶 性半导体部435。第1结晶性半导体部435包含较薄地形成于第2主表面20b的第1区域 W1上的基层435a和从基层435a向第1透明电极层23延伸的多个柱状部435b。第3非 晶态半导体层33被设于基层435a之上，第1非晶态半导体层31被设于第3非晶态半导 体层33之上。
基层435a被以占第1区域W1的一半以上的面积的方式设置，例如，被以占第1区 域W1的80％以上或90％以上的面积的方式设置。基层435a的厚度为0.5nm～25nm程度， 例如为0.5nm～5nm程度。也可以是，基层435a比第1非晶态半导体层31或第3非晶态 半导体层33更薄地形成。多个柱状部435b分别被以从基层435a向第1透明电极层23延 伸、贯通第1非晶态半导体层31及第3非晶态半导体层33的方式设置。
根据本变形例，通过使由导电性高的结晶半导体形成的基层435a的面积增大，能够 进一步地减少第1区域W1的串联电阻。另外，通过使基层435a较薄地形成，能够减少 第1区域W1的每单位面积的缺陷数，缩小晶格缺陷造成的钝化性下降的影响。因此，根 据本变形例，能够进一步提高太阳能电池单元410的发电效率。
也可以是，在一种方案的太阳能电池单元(410)中，第1结晶性半导体部(435)具有被以覆盖第1区域(W1)的一半以上的方式设置的基层(435a)和从基层(435a)向 第1透明电极层(23)延伸的柱状部(435b)。
以上，参照上述实施方式说明了本发明，但本发明并不被限定于上述实施方式，对实 施方式及变形例的构成进行适当组合或置换的方案也包含在本发明中。
[附图标记说明]
10…太阳能电池单元，20…基板，21…第1半导体层，22…第2半导体层，23…第1透明电极层，24…第2透明电极层，31…第1非晶态半导体层，32…第2非晶态半导体层，33…第3非晶态半导体层，34…第4非晶至半导体层，35…第1结晶性半导体部，36…第 2结晶性半导体部，W1…第1区域，W2…第2区域。
[工业可利用性]
根据本发明，能够提高太阳能电池单元的发电效率。

Claims (18)

1.一种太阳能电池单元，其特征在于，包括：
基板，其为第1导电型的结晶性半导体，
第1半导体层，其被设于上述基板的一主表面的第1区域上，
第2半导体层，其被设于上述一主表面的与上述第1区域不同的第2区域上，
第1透明电极层，其被设于上述第1半导体层上，以及
第2透明电极层，其被设于上述第2半导体层上；
上述第1半导体层包含上述第1导电型的第1非晶态半导体层和从上述一主表面向上述第1透明电极层延伸到达上述第1透明电极层的第1结晶性半导体部；
上述第2半导体层包含与上述第1导电型不同的第2导电型的第2非晶态半导体层和被设于上述一主表面上的第2结晶性半导体部；
上述第1区域的每单位面积所设的第1结晶性半导体部的量多于上述第2区域的每单位面积所设的第2结晶性半导体部的量。
2.如权利要求1所述的太阳能电池单元，其特征在于，
上述第1半导体层还包含被设于上述一主表面与上述第1非晶态半导体层之间、实质上本征的第3非晶态半导体层。
3.如权利要求2所述的太阳能电池单元，其特征在于，
上述第1结晶性半导体部被以贯通上述第1非晶态半导体层和上述第3非晶态半导体层而到达上述第1透明电极层的方式设置。
4.如权利要求1至3的任意一项所述的太阳能电池单元，其特征在于，
上述第2非晶态半导体层的至少与上述一主表面接触的部分的膜密度低于上述第1半导体层的与上述一主表面接触的部分。
5.如权利要求1至3的任意一项所述的太阳能电池单元，其特征在于，
上述第2半导体层还包含被设于上述一主表面与上述第2非晶态半导体层之间、实质上本征的第4非晶态半导体层。
6.如权利要求5所述的太阳能电池单元，其特征在于，
上述第4非晶态半导体层的至少与上述一主表面接触的部分的膜密度低于上述第1半导体层的与上述一主表面接触的部分。
7.如权利要求5所述的太阳能电池单元，其特征在于，
上述第2结晶性半导体部以不贯通上述第4非晶态半导体层的方式设置。
8.如权利要求1至3的任意一项所述的太阳能电池单元，其特征在于，
上述第1结晶性半导体部被局部地设于上述第1区域上。
9.如权利要求1至3的任意一项所述的太阳能电池单元，其特征在于，
上述第1结晶性半导体部具有被以覆盖上述第1区域的一半以上的方式设置的基层和从上述基层向上述第1透明电极层延伸的柱状部。
10.如权利要求1至3的任意一项所述的太阳能电池单元，其特征在于，
上述第1非晶态半导体层的上述第1导电型的杂质浓度高于上述基板。
11.如权利要求1至3的任意一项所述的太阳能电池单元，其特征在于，
上述第1结晶性半导体部距上述一主表面的高度大于上述第2结晶性半导体部距上述一主表面的高度。
12.如权利要求11所述的太阳能电池单元，其特征在于，
上述第2结晶性半导体部以不到达上述第2透明电极层的方式设置。
13.如权利要求1至3的任意一项所述的太阳能电池单元，其特征在于，
上述第1区域小于上述第2区域。
14.如权利要求1至3的任意一项所述的太阳能电池单元，其特征在于，
上述基板被设于上述第1区域内的上述一主表面的正下方，具有上述第1导电型的杂质浓度高于上述基板的其他部分的高杂质浓度区域。
15.如权利要求1至3的任意一项所述的太阳能电池单元，其特征在于，
还包括被设于上述一主表面与上述第1半导体层之间、上述第1导电型的杂质浓度高于上述基板的高杂质浓度层。
16.如权利要求1至3的任意一项所述的太阳能电池单元，其特征在于，
还包括至少被局部地设于上述一主表面与上述第1半导体层之间的上述第1区域上的第1氧化物层。
17.如权利要求16所述的太阳能电池单元，其特征在于，
还包括至少被局部地设于上述一主表面与上述第2半导体层之间的上述第2区域上的第2氧化物层，上述第2氧化物层的厚度大于上述第1氧化物层的厚度。
18.一种太阳能电池单元的制造方法，其特征在于，
在第1导电型的结晶性半导体的基板的一主表面上的第1区域形成第1半导体层，
在上述一主表面的与上述第1区域不同的第2区域上形成第2半导体层，
在上述第1半导体层上形成第1透明电极层，在上述第2半导体层上形成第2透明电极层；
上述第1半导体层包含上述第1导电型的第1非晶态半导体层和从上述一主表面向上述透明电极层延伸到达上述第1透明电极层的第1结晶性半导体部；
上述第2半导体层包含与上述第1导电型不同的第2导电型的第2非晶态半导体层和被设于上述一主表面上的第2结晶性半导体部；
上述第1区域的每单位面积所设的第1结晶性半导体部的量多于上述第2区域的每单位面积所设的第2结晶性半导体部的量；
上述第1非晶态半导体层及上述第1结晶性半导体部同时形成；
上述第2非晶态半导体层及上述第2结晶性半导体部同时形成。
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