JP2006128156A - 埋め込み電極型太陽電池およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 基体上に光活性層がある構成において、光活性層との充分なコンタクトの接触面積を確保し得る特性の良好な埋め込み電極型太陽電池を提供する。
【解決手段】 基体上に形成された光活性層を用いた太陽電池において、光入射側に設けられた埋め込み電極１０４の断面形状が概略矩形または台形であり、埋め込み電極１０４の深さが光活性層１０２の厚さよりも大きいことを特徴とする。
【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、より詳細には、低コストで高性能な太陽電池およびその製造方法に関する。

各種機器の駆動エネルギー源や商用電力と系統連結させる電源として、太陽電池が広く研究されている。

太陽電池はコスト的要請から低価格基板上に素子を形成できることが望まれる。一方、太陽電池を構成する半導体としては一般にＳｉが用いられる。中でも、光エネルギーを起電力に変換する効率すなわち光電変換効率の観点からは、単結晶Ｓｉが最も優れている。しかし、大面積化および低コスト化の観点からは、アモルファスＳｉが有利とされている。また、近年においては、アモルファスＳｉなみの低コストと単結晶なみの高エネルギー変換効率とを得る目的で、多結晶Ｓｉの使用が検討されている。

しかしながら、従来の単結晶Ｓｉや多結晶Ｓｉからなる太陽電池では、塊状の結晶をスライスし、板状体に加工して用いるため、その厚さを０．３ｍｍ以下にすることは困難であった。したがって、光量を吸収するのに必要十分な厚さ以上となっているため、材料の有効利用が不十分であった。すなわち、コストを下げるためには、さらなる薄型化を図る必要があった。

最近では、上述した薄型化を実現する方法として、溶融したＳｉの液滴を鋳型に流し込むスピン法によりＳｉシートを形成する方法が提案されている。しかし、この方法によっても、厚さは最小０．１ｍｍ〜０．２ｍｍ程度であり、結晶Ｓｉとして光吸収に必要十分な膜厚（２０〜５０μｍ）に比べて、まだ薄型化が不十分である。また、このような薄型化によって、Ｓｉシート自体が基体としての強度を維持することが困難となる。その結果、必然的にＳｉシートを支持する別の安価な基体が要求される。

このような別の安価な基体としては、例えば金属級Ｓｉが挙げられる。例えば非特許文献１には、金属級Ｓｉを用いて基体を形成し、その上に光吸収に必要十分な膜厚のＳｉ層を形成して太陽電池とする試みが報告されている。

ところで、一般に太陽電池を作製する場合、光入射側に集電電極（グリッド）がある構成では電極の面積分のロス（シャドウロス）が発生する。シャドウロスを極力減らすにはグリッドパターンを微細にする必要があるが、直列抵抗が増加する。直列抵抗を抑えるにはグリッド厚を厚くしなければならないが、現状の太陽電池作製工程で使用されるＡｇペースト等の印刷では２０μｍ以上にすることは困難であり、直列抵抗を下げるためにはフィンガー本数を増やすことになり結局シャドウロスの低減に限度がある。光入射側の開口率をほぼ１００％にする方法として裏面集中接合型の太陽電池が提案されている（例えば非特許文献２及び特許文献１等）。しかしながら、基体上にＳｉ層などの光活性層を形成して太陽電池とする場合にはこの構造をとることはできない。

一方、基体上に光活性層がある構成において光入射側の集電電極のロスを低減する手法として埋め込み電極を形成する方法があるものの、基体上に形成された光活性層に電極を埋め込むと、埋め込み電極の深さを光活性層の厚み（せいぜい１０〜５０μｍ程度）よりも深くすることはできず、充分なコンタクトの接触面積を確保することが困難である。

特開平９−１７２１９６号公報 Ｔ．Ｗａｒａｂｉｓａｋｏ， Ｔ．Ｓａｉｔｏｈ， Ｅ．Ｋｕｒｏｄａ， Ｈ．Ｉｔｏｈ， Ｎ．Ｎａｋａｍｕｒａ ａｎｄ Ｔ．Ｔｏｋｕｙａｍａ， "Ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ Ｓｏｌａｒ Ｃｅｌｌｓ ｆｒｏｍ Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｉｃａｌ−Ｇｒａｄｅ Ｓｉｌｉｃｏｎ"， Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ １１ｔｈ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅｏｎ Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｅｖｉｃｅｓ， Ｔｏｋｙｏ， １９７９； Ｊａｐａｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ， １９ （１９８０） Ｓｕｐｐｌｅｍｅｎｔ １９−１， ｐ．５３９ Ｒ．Ａ．Ｓｉｎｔｏｎ他、「Ｌａｒｇｅ−Ａｒｅａ ２１％ Ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ Ｓｉ Ｓｏｌａｒ Ｃｅｌｌｓ」、Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ Ｒｅｃｏｒｄ ２３ｒｄ ＩＥＥＥ Ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ Ｓｐｅｃｉａｌｉｓｔｓ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ， ｐ．１５７（１９９３）

そこで本発明は、基体上に光活性層がある構成において、光活性層との充分なコンタクトの接触面積を確保し得る特性の良好な埋め込み電極型太陽電池を提供することを目的とするものである。

本発明は、上述の従来技術における問題を解決すべく本発明者らが鋭意研究を重ねた結果完成に至ったものであり、以下の構成を有する。

すなわち、本発明は、基体上に形成された光活性層を用いた太陽電池において、光入射側に設けられた埋め込み電極の断面形状が概略矩形または台形であり、該埋め込み電極の深さが光活性層の厚さよりも大きいことを特徴とする埋め込み電極型太陽電池である。

上記本発明の埋め込み電極型太陽電池は、
「前記埋め込み電極の側面および底部が前記光活性層に接していること」、
「前記基体表面に前記光活性層の厚みの２倍に前記埋め込み電極の幅を足した分の幅を有する概略矩形または台形状の溝が設けられ、且つ、該溝の深さが形成すべき光活性層の厚みよりも大きいこと」、
「前記溝の深さが５０〜１００μｍであること」、
「前記溝の底が概略べべリング形状となっていること」、
「前記光活性層の表面にエミッタ層が積層されていること」、
「前記光活性層がＳｉであること」、
「前記光活性層の厚みが１０〜５０μｍであること」、
をその好ましい態様として含むものである。

また、本発明は、基体上に形成された光活性層に埋め込み電極を形成する太陽電池の製造方法において、基体表面に幅が少なくとも形成すべき光活性層の厚みの２倍の幅と埋め込み電極の幅とを足した値で、且つ、深さが形成すべき光活性層の厚みよりも大きい、断面が概略矩形または台形状の溝を形成する工程と、前記基体表面に光活性層を形成して前記溝の内側を前記光活性層で覆う工程と、前記光活性層で覆われた溝の内部に埋め込み電極を形成する工程とを含むことを特徴とする埋め込み電極型太陽電池の製造方法である。

上記本発明の埋め込み電極型太陽電池の製造方法は、
「前記溝の形成が回転ブレードにより行われること、
「前記溝の形成がエッチングにより行われること」、
「前記溝の形成がレーザー照射により行われること」、
「前記光活性層がＳｉであること」、
「前記光活性層の厚みが１０〜５０μｍであること」、
「前記溝の深さが５０〜１００μｍであること」、
「前記光活性層は液相成長法により形成されること」、
「前記光活性層はＣＶＤ法により形成されること」、
「前記埋め込み電極は電解または無電解メッキにより形成されること」、
「前記埋め込み電極は金属ペーストの印刷・焼成により形成されること」、
「前記溝の底が概略べべリング形状となっていること」、
「前記埋め込み電極を形成する前に前記光活性層の表面にエミッタ層を形成する工程が行われること」、
をその好ましい態様として含むものである。

本発明の埋め込み電極型太陽電池によれば、埋め込み電極の深さは光活性層の厚みを超えて充分深くできるのでコンタクトの接触面積を大きくとることが可能であり、基体上に形成した光活性層を用いて特性の良好な埋め込み電極型太陽電池を実現でき、量産性のある良質の太陽電池を市場に提供することができる。
また本発明の埋め込み電極型太陽電池の製造方法によれば、基体の表面に予め所定の溝を設けておくことで基体上に光活性層を形成後にセルフアラインで埋め込み電極用のスペースが確保される。このとき、埋め込み電極の深さは光活性層の厚みを超えて充分深くできるのでコンタクトの接触面積を大きくとることが可能となる。

本発明の埋め込み電極型太陽電池の実施形態の一例として、図１に示す太陽電池の製造方法を図２を用いて説明する。これらの図において、１０１、２０１は基体、１０２、２０２は光活性層、１０３、２０３はエミッタ層、１０４、２０４は埋め込み電極（金属電極）、１０５は金属タブ、１０６は裏面電極である。

まず、図２（ａ）に示すように低抵抗なウエハ等を基体２０１として用意し、基体２０１の表面に図２（ｂ）のように機械的手段、エッチングあるいはレーザー照射等により溝２０５を形成する。このとき、溝２０５の断面形状は概略矩形または台形状とし、溝２０５の幅は、少なくとも形成すべき光活性層の厚みの２倍と予定する埋め込み電極の幅とを足した分とする。また、溝２０５の深さは、形成すべき光活性層の厚みよりも大きくする。
次に基体２０１の表面にＣＶＤ（化学気相成長）法や液相成長法等により所望の厚さの光活性層２０２を堆積する（図２（ｃ））。光活性層堆積後には所定の幅と深さの埋め込み電極用の溝２０７が自動的に形成される。
次に光活性層２０２の表面に不純物拡散により、または不純物を含む光活性層を薄く堆積して導電型の異なるエミッタ層２０３を形成する（図２（ｄ））。
次に印刷あるいは電解メッキ等により金属電極２０４を溝２０７中に埋め込み、裏面側にも金属ペースト等の印刷・焼成を行って裏面電極２０６を形成する。また必要に応じて金属電極２０４間を繋ぐ金属タブ（図示せず：図１の１０５に相当）を半田等により溶着してもよい。
最後に表面反射防止層２０８を蒸着等により付けて太陽電池を完成する（図２（ｅ））。

上記のように構成される本発明の埋め込み電極型太陽電池によれば、埋め込み電極の深さは光活性層の厚みを超えて充分深くできるのでコンタクトの接触面積を大きくとることができる。

なお、埋め込み電極の構成としては図７に示すようないわゆるテクスチャ構造の谷間に表面電極７０４を配置することも考えられる。この場合も光活性層７０２の厚みを超えてＡｇペースト等を塗布することが可能であるが、同じ線幅（シャドウロスが同じ）で考えた場合、光活性層への接触面積および電極断面積ともに本発明のように矩形または台形の方が有利となる。

本発明に使用される基体としては半導体が好適に用いられるが、特にコスト的観点からＳｉが好ましい。またその構造としては単結晶または多結晶のものが適当であり、ウエハ状に加工されたものが好適に用いられる。多結晶基体の場合、結晶粒径の大きさとしては、特に制限はないが、実用上２００μｍ〜数ｃｍの範囲のものが利用しやすい。

本発明において基体に溝を設ける手段としてはダイシング装置の回転ブレードでの研削や、化学的なエッチング、またレーザー照射による昇華等により行うことができる。溝の断面形状としては概略矩形または台形状であり、溝の幅としては基体上に形成される光活性層の厚みの２倍の幅に埋め込み電極の幅を足した分となるようにする。このとき溝の底がべべリング（傾斜形状）を有していてもよい。溝の深さとしては形成される光活性層の厚みや基体の強度などを勘案して５０〜１００μｍ程度とするのが好ましい。

本発明において使用される光活性層の代表的なものとしてはＳｉが挙げられ、またＧａＡｓ等の化合物半導体も適用可能である。光活性層の厚みとしてはその種類によって適宜決められるが、Ｓｉの場合１０〜５０μｍ程度とするのが好ましい。

本発明においてＳｉ層等の光活性層の形成に使用される結晶成長法には熱ＣＶＤ法、ＬＰＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法、光ＣＶＤ法、スパッタ法または液相成長法等がある。

例えば、熱ＣＶＤ法、ＬＰＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法または光ＣＶＤ法等の気相成長法の場合に使用される原料ガスとしては、例えばＳｉ層の形成の場合には、ＳｉＨ₂Ｃｌ₂、ＳｉＣｌ₄、ＳｉＨＣｌ₃、ＳｉＨ₄、Ｓｉ₂Ｈ₆、ＳｉＨ₂Ｆ₂、Ｓｉ₂Ｆ₆等のシラン類およびハロゲン化シラン類が代表的なものとして挙げられる。上述の結晶成長法を用いることで基体表面および溝内面にはほぼ同一の厚さの光活性層を形成することができる。またキャリアガスとしてあるいは結晶成長を促進させる還元雰囲気を得る目的で前記の原料ガスに加えて水素（Ｈ₂）が添加される。前記原料ガスと水素との量の割合は形成方法および原料ガスの種類さらに形成条件により適宜所望に従って決められるが、好ましくは１：１０以上１：１０００以下（導入流量比）が適当であり、より好ましくは１：２０以上１：８００以下とするのが望ましい。

液相成長を用いる場合にはＨ₂あるいはＮ₂雰囲気中でＧａ，Ｉｎ，Ｓｂ，Ｂｉ，Ｓｎ等の溶媒中にＳｉを溶解させて溶媒を徐冷あるいは溶媒中に温度差をつけることによりエピタキシャル成長を行う。

また本発明で使用される結晶成長法における温度および圧力としては、形成方法および使用する原料（ガス）の種類等によって異なるが、温度については例えば通常の熱ＣＶＤ法でＳｉを成長する場合は概ね８００℃以上１２５０℃以下が適当であり、より好ましくは８５０℃以上１２００℃以下に制御されるのが望ましい。液相成長法の場合には溶媒の種類によるが溶媒にＳｎ，Ｉｎを用いてＳｉを成長する場合には６００℃以上１０５０℃以下に制御されるのが望ましい。プラズマＣＶＤ法等の低温プロセスでは概ね２００℃以上６００℃以下が適当であり、より好ましくは２００℃以上５００℃以下に制御されるのが望ましい。

同様に圧力については概ね１Ｐａ〜１０⁵Ｐａが適当であり、より好ましくは１０Ｐａ〜１０⁵Ｐａの範囲が望ましい。

本発明において光活性層の表面に光電流を収集するためにエミッタ層が形成され、光活性層がＳｉの場合にはＰやＢ等の不純物の熱拡散やイオン注入、あるいは上述の結晶成長中に不純物を混入させる等により行うことができる。

また本発明で使用される埋め込み電極は、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｒ等の電解・無電解メッキあるいはＡｇ、Ａｌ、Ｃｕ等の金属ペーストの印刷・焼成により形成することができる。

本発明の太陽電池において入射光の反射損を減らす目的で光活性層の表面にテクスチャ処理を施すことができる。Ｓｉの場合にはヒドラジンやＮａＯＨ、ＫＯＨ等の薬品あるいは塩素系ガスによるＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）を用いて行われる。形成されるテクスチャのピラミッドの高さとしては０．１μｍ〜数μｍの範囲が適当である。

以下、本発明の方法を実施して所望の埋め込み電極型太陽電池を形成するところをより詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例により何ら限定されるものではない。

［実施例１］
本例では図２に示すプロセスにより、単結晶Ｓｉを基体として溝を設け、その上にＳｉエピタキシャル層を形成して埋め込み電極型太陽電池を得るところを示す。

ｐ⁺単結晶Ｓｉウエハ（ρ＝０．０１Ω・ｃｍ）２０１を用意し、その表面に耐エッチング性のレジスト２１１を印刷により塗布して開口部を設け、フッ酸／硝酸系の等方性エッチング液により溝２０５を形成した（図２（ａ）、（ｂ））。このとき、溝２０５の幅は、形成するＳｉエピタキシャル層（光活性層）の厚みを約３０μｍ、埋め込み電極の幅を約５０μｍと設定して約１１０μｍとした。また溝２０５の深さは６０μｍとした。レジスト除去後に単結晶Ｓｉ基体２０１表面に、Ｉｎを溶媒に用いたスライダー方式の液相成長装置により表１の形成条件でエピタキシャル成長を行いＳｉ層２０２の膜厚を３０μｍとした。このとき、溶媒中に微量のＧａ（Ｉｎ量に対して０．１ａｔｍ％程度）を添加して成長Ｓｉ層２０２をｐ^-型にした（図２（ｃ））。

この結果、Ｓｉエピタキシャル層２０２には基体２０１に設けられた溝２０５に対応した埋め込み電極用の新たな溝（幅約５０μｍ）２０７がセルフアラインで形成される。また得られたＳｉ層は下地単結晶Ｓｉウエハ２０１の結晶方位を引き継いだものとなった。

Ｓｉ層２０２の表面に、ＰＯＣｌ₃を拡散源として９００℃の温度でＰの熱拡散を行い、ｎ⁺層（エミッタ層２０３）を形成した。その接合深さは、０．５μｍ程度であった。形成されたｎ⁺層表面のデッド層をエッチングにより除去し、その結果約０．２μｍの適度な表面濃度をもった接合深さを形成した（図２（ｄ））。

次にスクリーン印刷によりＡｇペーストを塗布して溝２０７内に埋め込み、オーブンで１５０℃で乾燥を行った。基体裏面側にも印刷によりＡｌペーストを塗布・乾燥し、ベルト焼成炉により８００℃の温度で焼成を行い、表面の埋め込み電極２０４および裏面電極２０６を形成した。最後にＳｉ層表面に反射防止膜２０８としてＴｉＯ₂をスパッタ装置により８０ｎｍ堆積して埋め込み電極型太陽電池を得た（図２（ｅ））。

得られた埋め込み電極型太陽電池に対して、ＡＭ１．５（１００ｍＷ／ｃｍ²）光照射下でのＩ−Ｖ特性を測定した。その結果、セル面積２ｃｍ²で、開放電圧０．６４Ｖ、短絡光電流３２．７ｍＡ／ｃｍ²、曲線因子０．８０２となり、変換効率１６．８％を得た。

比較のため、基体に溝を設けないでＳｉ層、ｎ⁺層を上述と同一条件で形成し、Ａｇペーストを印刷により幅１００μｍ、厚み２０μｍでＳｉ層表面に塗布して焼成（８００℃）を行って表面電極とし、その他の工程は上述と同じとした場合には、開放電圧０．６２Ｖ、短絡光電流３０．８ｍＡ／ｃｍ²、曲線因子０．７５となり、変換効率１４．３％となった。

これらのことから本発明の埋め込み電極型太陽電池の構成が基体上に形成された光活性層に対して大変有用であることが明らかとなった。

［実施例２］
本例では図３に示すプロセスにより、多結晶Ｓｉを基体として溝を設け、その上にＳｉ層を形成して埋め込み電極型太陽電池を得るところを示す。

ｐ⁺多結晶Ｓｉウエハ（ρ＝０．０２Ω・ｃｍ）３０１を用意し、その表面にダイシング装置を用いて回転ブレード（ブレードの厚み：１００μｍ）により溝３０５を形成した（図３（ａ）、（ｂ））。このとき、溝３０５の幅は、形成するＳｉ層（光活性層）の厚みを約５０μｍ、埋め込み電極の幅を約６０μｍと設定して約１６０μｍとした。１つの溝を掘るのにブレードの送り量を調整して２回切削を行い溝の幅が所定の値となるようにした。また溝の深さは８０μｍとした。ブレードの刃の先端にはべべリングがあるため、切削後の溝３０５の断面は図３（ｂ）に示すように底付近でべべリング形状となる。

切削によるダメージを除去するために基体表面をフッ酸／硝酸系のエッチング液で数μｍ程度エッチングを行った後に、通常の熱ＣＶＤ装置により表２の形成条件で結晶成長を行い、Ｓｉ層３０２（膜厚約５０μｍ）を形成した（図３（ｃ））。このとき、成長中にＢ₂Ｈ₆の量を０．数ｐｐｍ〜数ｐｐｍ程度として成長Ｓｉ層をｐ^-型にした。また得られたＳｉ層は下地多結晶Ｓｉウエハ３０１の結晶方位・粒径を引き継いだものとなった。

次にＳｉ層３０２の表面に、ＰＯＣｌ₃を拡散源として９００℃の温度でＰの熱拡散を行い、ｎ⁺層（エミッタ層３０３）を形成した。その接合深さは、０．５μｍ程度であった。形成されたｎ⁺層表面のデッド層をエッチングにより除去し、その結果約０．２μｍの適度な表面濃度をもった接合深さを形成した（図３（ｄ））。

次にドライ酸化炉に上記基体を投入して、酸素雰囲気中で８００℃で酸化を行い、ｎ⁺層３０３の表面に１５ｎｍ程度の薄い酸化Ｓｉ層（図示せず）を形成した。

次にスクリーン印刷によりドーパントとしてＰを含むＡｇペーストを塗布して溝３０７内に埋め込み、オーブンで１５０℃で乾燥を行った。基体裏面側にも印刷によりＡｌペーストを塗布・乾燥し、ベルト焼成炉により８５０℃の温度で焼成を行い、表面の埋め込み電極３０４および裏面電極３０６を形成した。このとき、溝３０７内ではＡｇペーストが酸化Ｓｉ層を突き抜けてｎ⁺層３０３内に達し、同時にＰ原子を拡散させるのでｎ⁺層に対して良好なコンタクトを取ることができる。

最後にプラズマＣＶＤ装置によりＳｉＨ₄＋ＮＨ₃混合ガスから非晶質ＳｉＮをＳｉ層表面に反射防止膜３０８として８２ｎｍ堆積して埋め込み電極型太陽電池を得た（図３（ｅ））。

得られた埋め込み電極型太陽電池に対して、ＡＭ１．５（１００ｍＷ／ｃｍ²）光照射下でのＩ−Ｖ特性を測定した。その結果、セル面積２ｃｍ²で、開放電圧０．６２Ｖ、短絡光電流３３．８ｍＡ／ｃｍ²、曲線因子０．７９１となり、変換効率１６．６％を得た。

比較のため、基体に溝を設けないでＳｉ層、ｎ⁺層を上述と同一条件で形成し、Ａｇペーストを印刷により幅８０μｍ、厚み２０μｍでＳｉ層表面に塗布して焼成（８００℃）を行って表面電極とし、その他の工程は上述と同じとした場合には、開放電圧０．６０５Ｖ、短絡光電流３１．５ｍＡ／ｃｍ²、曲線因子０．７４となり、変換効率１４．１％となった。

［実施例３］
本例では図４に示すプロセスにより、金属級Ｓｉを基体として溝を設け、その上にＳｉ層を形成して埋め込み電極型太陽電池を得るところを示す。

純度９８％の金属級Ｓｉを原料として、キャスティング法を用いて一方向性凝固によりＳｉインゴットを作製した。できたインゴットをワイヤーソーでスライスして厚さ３５０μｍの多結晶の金属級Ｓｉウエハ４０１を得た（図４（ａ））。このとき、インゴット作成時に金属級Ｓｉに含まれるＦｅ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｖ等の不純物はかなり少なく、Ｆｅで０．１ｐｐｍ程度であった。またＢ、Ａｌ、Ｐの不純物は比較的多く、各々１００ｐｐｍ、１ｐｐｍ、２０ｐｐｍ程度であり、その結果得られた金属級Ｓｉウエハ４０１はｐ⁺型（ρ〜０．０２Ω・ｃｍ）となった。

金属級Ｓｉウエハ４０１の表面にＸｅＣｌエキシマレーザー４０９を用いて溝４０５を形成した（図４（ｂ））。このとき、溝４０５の幅は、形成するＳｉエピタキシャル層（光活性層）の厚みを約５０μｍ、埋め込み電極の幅を約５０μｍと設定して約１５０μｍとし、所定の溝幅になるようにアパーチャーでレーザー光を成形した。また、レーザーの出力を調整して（レーザーエネルギー密度：２３．６Ｊ／ｃｍ²、発振周波数：２００Ｈｚ）溝の深さを７０μｍとした。

次に金属級Ｓｉ基体４０１表面に、通常の熱ＣＶＤ装置により表２の形成条件で結晶成長を行い、Ｓｉ層４０２（膜厚約５０μｍ）を形成した（図４（ｃ））。このとき、成長中にＢ₂Ｈ₆の量を０．数ｐｐｍ〜数ｐｐｍ程度として成長Ｓｉ層をｐ^-型にした。また得られたＳｉ層は下地の金属級Ｓｉ基体４０１の結晶方位・粒径を引き継いだものとなった。

次に成長したＳｉ層４０２表面に対してＰ₂Ｏ₅を含む拡散剤を塗布して８６０℃の温度でＰの熱拡散を行ってｎ⁺層（エミッタ層４０３）を形成した（図４（ｄ））。拡散終了後、表面の拡散剤をエッチングで除去した後に表面に蒸着装置によりＴｉＯ₂膜の反射防止層４０８を８１ｎｍの厚さで堆積した（図４（ｅ））。このとき、基体表面に対して蒸着のビーム４１０が浅い角度で入射するように基体を配置することで、溝４０７の内面にはＴｉＯ₂膜をほとんど堆積させないようにすることができる。

このようにして溝４０７以外の表面をＴｉＯ₂膜で覆った上記基体を電解層（図示せず）に入れて最初にＮｉを１μｍ程度、次いでＣｕを溝４０７が充分埋まるまで電解メッキにより付け、埋め込み電極４０４を形成した。最後に裏面電極４０６としてＡｌを蒸着し、埋め込み電極型太陽電池を得た（図４（ｆ））。

得られた埋め込み電極型太陽電池に対して、ＡＭ１．５（１００ｍＷ／ｃｍ²）光照射下でのＩ−Ｖ特性を測定した。その結果、セル面積２ｃｍ²で、開放電圧０．６１Ｖ、短絡光電流３３．３ｍＡ／ｃｍ²、曲線因子０．７８９となり、変換効率１６．０％を得た。

［実施例４］
本例では図５に示すプロセスにより単結晶Ｓｉを基体として溝を設け、その上にＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓＳｉエピタキシャル層を形成して埋め込み電極型太陽電池を得るところを示す。

実施例１と同様にしてｐ⁺単結晶Ｓｉウエハ（ρ＝０．０１Ω・ｃｍ）５０１を用意し、その表面に耐エッチング性のレジストを印刷により塗布して開口部を設け（図示せず）、フッ酸／硝酸系のエッチング液により溝５０５を形成した（図５（ａ）、（ｂ））。このとき、溝５０５の幅は、形成するＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓＳｉエピタキシャル層（光活性層）の全体の厚みを約１０μｍ、埋め込み電極の幅を約５０μｍと設定して約７０μｍとした。また溝５０５の深さは３０μｍとした。レジスト除去後に単結晶Ｓｉ基体５０１表面に、ＭＯＣＶＤ（有機金属気相成長）装置によりタンデム構成のＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ層（単結晶）５０２を堆積した（図５（ｃ））。ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ層５０２の内、点線の円で囲んだ部分のより詳しい構成を図６に示す。

図６に示すように、ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ層５０２は、ｐＧａＡｓ層６０２、ｎＧａＡｓ層６０３、ｎ⁺Ａｌ_0.9Ｇａ_0.1Ａｓ層６０４、ｎＡｌ_0.37Ｇａ_0.63Ａｓ層６０５、ｎ⁺Ａｌ_xＧａ_1-xＡｓ層６０６、ｐＡｌ_0.37Ｇａ_0.63Ａｓ層６０７、ｐ⁺Ａｌ_xＧａ_1-xＡｓ層６０８、ｐＡｌ_0.37Ｇａ_0.63Ａｓ層６０９、ｎＡｌ_0.37Ｇａ_0.63Ａｓ層６１０、ｎ⁺Ａｌ_xＧａ_1-xＡｓ層６１１、ｎ⁺ＧａＡｓ層６１２からなる。

得られたＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ層の表面に蒸着装置によりＴｉＯ₂膜の反射防止層５０８を基体表面に対して蒸着のビーム５１０が浅い角度で入射するように堆積し、溝５０７の内面にはＴｉＯ₂膜をほとんど堆積させないようにした（図５（ｄ））。

次に溝５０７の内部において、最表面層であるｎ⁺ＧａＡｓ層６１２をエッチングしてｎ⁺Ａｌ_xＧａ_1-xＡｓ層６１１を露出させ、基体５０１を電解層（図示せず）に入れて最初にＡｕを０．２μｍ程度、次いでＮｉを１μｍ程度、さらにＣｕを溝が充分埋まるまで電解メッキにより付け、埋め込み電極５０４を形成した。さらに基体表面側に２層目の反射防止膜としてＭｇＯをスパッタ装置により堆積し、最後に裏面電極５０６としてＡｌを蒸着し、埋め込み電極型太陽電池を得た（図５（ｅ））。

このようにして得られた埋め込み電極型太陽電池についてＡＭ１．５（１００ｍＷ／ｃｍ²）光照射下でのＩ−Ｖ特性について測定したところ、セル面積４ｃｍ²で開放電圧２．３Ｖ、短絡光電流１３．９ｍＡ／ｃｍ²、曲線因子０．８０３となり、エネルギー変換効率２５．７％を得た。

［実施例５］
本例では図８に示すプロセスにより、単結晶Ｓｉを基体として溝を設け、その上にＳｉエピタキシャル層を形成して埋め込み電極型太陽電池を得るところを示す。

ｐ⁺単結晶Ｓｉウエハ（面方位（１００）、ρ＝０．０１Ω・ｃｍ）８０１を用意して基体表面にＳｉＮ膜８１１をプラズマＣＶＤで堆積し、図８（ａ）に示すような結晶方位の位置関係を保ちながら、耐エッチング性のレジスト（図示せず）を印刷により塗布してＳｉＮ膜に開口部を設け、このＳｉＮ膜の開口部を通してＫＯＨの異方性エッチング液により断面が台形状の溝８０５を形成した（図８（ｂ））。このとき、溝８０５の幅は、形成するＳｉエピタキシャル層（光活性層）の厚みを約３０μｍ、埋め込み電極のエピタキシャル層表面位置での幅を約５０μｍと設定して約１１０μｍとした。また溝８０５の深さとしては６０μｍとした。ＳｉＮ膜除去後に単結晶Ｓｉ基体８０１表面に、Ｉｎを溶媒に用いたスライダー方式の液相成長装置により表３の形成条件でエピタキシャル成長を行いＳｉ層８０２の膜厚を３０μｍとした。このとき、溶媒中に微量のＧａ（Ｉｎ量に対して０．１ａｔｍ％程度）を添加して成長Ｓｉ層８０２をｐ^-型にした（図８（ｃ））。

この結果、Ｓｉエピタキシャル層８０２には基体８０１に設けられた溝８０５に対応した埋め込み電極用の新たな溝（エピタキシャル層表面位置での幅約５０μｍ）８０７がセルフアラインで形成される。また得られたＳｉ層は下地単結晶Ｓｉウエハ８０１の結晶方位を引き継いだものとなった。

Ｓｉ層８０２の表面に、ＰＯＣｌ₃を拡散源として９００℃の温度でＰの熱拡散を行い、ｎ⁺層（エミッタ層８０３）を形成した。その接合深さは、０．５μｍ程度であった。形成されたｎ⁺層表面のデッド層をエッチングにより除去し、その結果約０．２μｍの適度な表面濃度をもった接合深さを形成した（図８（ｄ））。

次にスクリーン印刷によりＡｇペーストを基体表面全面に塗布し、ゴム製ブレード（スキージ：図示せず）で基体表面を掻いて溝８０７内にのみＡｇペーストを埋め込み、オーブンで１５０℃で乾燥を行った。基体裏面側にも印刷によりＡｌペーストを塗布・乾燥し、ベルト焼成炉により７８０℃の温度で焼成を行い、表面の埋め込み電極８０４および裏面電極８０６を形成した。最後にＳｉ層表面に反射防止膜８０８としてＴｉＯ₂をスパッタ装置により８０ｎｍ堆積して埋め込み電極型太陽電池を得た（図８（ｅ））。

得られた埋め込み電極型太陽電池に対して、ＡＭ１．５（１００ｍＷ／ｃｍ²）光照射下でのＩ−Ｖ特性を測定した。その結果、セル面積２ｃｍ²で、開放電圧０．６４Ｖ、短絡光電流３２．６ｍＡ／ｃｍ²、曲線因子０．７９９となり、変換効率１６．７％を得た。

比較のため、基体に溝を設けないでＳｉ層、ｎ⁺層を上述と同一条件で形成し、Ａｇペーストを印刷により幅１５０μｍ、厚み２０μｍでＳｉ層表面に塗布して焼成（８００℃）を行って表面電極とし、その他の工程は上述と同じとした場合には、開放電圧０．６２Ｖ、短絡光電流３０．１ｍＡ／ｃｍ²、曲線因子０．７６となり、変換効率１４．２％となった。

以上、本発明の実施例について具体的に説明したが、本発明は上述の実施例により何ら限定されるものではなく、様々な変形が可能である。例えば、上述の各実施例において、基体に溝を形成する前に予め基体表面をエッチング等でテクスチャ化しておくことで、光活性層形成後の表面がテクスチャ形状を有することも可能となる。あるいは基体に溝を設けて光活性層形成後の表面にテクスチャ処理を施しても良い（この場合、直列抵抗増を避けるため溝内部の光活性層表面の凹凸があまり激しくならないように注意を要する。）。

また上述の実施例ではシリコン基体上に光活性層を形成する場合について示したが、ＳＵＳを始めとする金属基板、グラファイトやグラッシーカーボン等の導電性基板、あるいはさらにムライト（３Ａｌ₂Ｏ₃−２ＳｉＯ₂）基板等の絶縁基板上に光活性層を形成した場合にも本発明は適用可能である。

本発明の埋め込み電極型太陽電池の一構成例を模式的に示した斜視図である。 本発明の実施例１に係る埋め込み電極型太陽電池の製造方法を説明するための図である。 本発明の実施例２に係る埋め込み電極型太陽電池の製造方法を説明するための図である。 本発明の実施例３に係る埋め込み電極型太陽電池の製造方法を説明するための図である。 本発明の実施例４に係る埋め込み電極型太陽電池の製造方法を説明するための図である。 本発明の実施例４に係る埋め込み電極型ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ太陽電池の層構成を示した概略断面図である。 参考例の埋め込み電極の構成を示す図である。 本発明の実施例５に係る埋め込み電極型太陽電池の製造方法を説明するための図である。

符号の説明

１０１、２０１、３０１、４０１、５０１、６０１、７０１、８０１…基体
１０２、２０２、３０２、４０２、５０２、７０２、８０２…光活性層
１０３、２０３、３０３、４０３、７０３、８０３…ｎ⁺層（エミッタ層）
１０４、２０４、３０４、４０４、５０４、７０４、８０４…埋め込み電極
２０５、２０７、３０５、３０７、４０５、４０７、５０５、５０７、８０５、８０７…溝
１０５…金属タブ
１０６、２０６、３０６、４０６、５０６、８０６…裏面電極
２０８、３０８、４０８、５０８、５１１、８０８…反射防止層
４０９…レーザービーム
４１０、５１０…蒸着ビーム
２１１、８１１…エッチング用マスク材
６０２…ｐＧａＡｓ
６０３…ｎＧａＡｓ
６０４…ｎ⁺Ａｌ_0.9Ｇａ_0.1Ａｓ
６０５…ｎＡｌ_0.37Ｇａ_0.63Ａｓ
６０６…ｎ⁺Ａｌ_xＧａ_1-xＡｓ
６０７…ｐＡｌ_0.37Ｇａ_0.63Ａｓ
６０８…ｐ⁺Ａｌ_xＧａ_1-xＡｓ
６０９…ｐＡｌ_0.37Ｇａ_0.63Ａｓ
６１０…ｎＡｌ_0.37Ｇａ_0.63Ａｓ
６１１…ｎ⁺Ａｌ_xＧａ_1-xＡｓ
６１２…ｎ⁺ＧａＡｓ

Claims (21)

1. 基体上に形成された光活性層を用いた太陽電池において、光入射側に設けられた埋め込み電極の断面形状が概略矩形または台形であり、該埋め込み電極の深さが光活性層の厚さよりも大きいことを特徴とする埋め込み電極型太陽電池。
2. 前記埋め込み電極の側面および底部が前記光活性層に接していることを特徴とする請求項１に記載の埋め込み電極型太陽電池。
3. 前記基体表面に前記光活性層の厚みの２倍に前記埋め込み電極の幅を足した分の幅を有する概略矩形または台形状の溝が設けられ、且つ、該溝の深さが形成すべき光活性層の厚みよりも大きいことを特徴とする請求項１又は２に記載の埋め込み電極型太陽電池。
4. 前記溝の深さが５０〜１００μｍであることを特徴とする請求項３に記載の埋め込み電極型太陽電池。
5. 前記溝の底が概略べべリング形状となっていることを特徴とする請求項３又は４に記載の埋め込み電極型太陽電池。
6. 前記光活性層の表面にエミッタ層が積層されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の埋め込み電極型太陽電池。
7. 前記光活性層がＳｉであることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の埋め込み電極型太陽電池。
8. 前記光活性層の厚みが１０〜５０μｍであることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の埋め込み電極型太陽電池。
9. 基体上に形成された光活性層に埋め込み電極を形成する太陽電池の製造方法において、基体表面に、幅が少なくとも形成すべき光活性層の厚みの２倍の幅と埋め込み電極の幅とを足した値で、且つ、深さが形成すべき光活性層の厚みよりも大きい、断面が概略矩形または台形状の溝を形成する工程と、前記基体表面に光活性層を形成して前記溝の内側を前記光活性層で覆う工程と、前記光活性層で覆われた溝の内部に埋め込み電極を形成する工程とを含むことを特徴とする埋め込み電極型太陽電池の製造方法。
10. 前記溝の形成が回転ブレードにより行われることを特徴とする請求項９に記載の埋め込み電極型太陽電池の製造方法。
11. 前記溝の形成がエッチングにより行われることを特徴とする請求項９に記載の埋め込み電極型太陽電池の製造方法。
12. 前記溝の形成がレーザー照射により行われることを特徴とする請求項９に記載の埋め込み電極型太陽電池の製造方法。
13. 前記光活性層がＳｉであることを特徴とする請求項９乃至１２のいずれかに記載の埋め込み電極型太陽電池の製造方法。
14. 前記光活性層の厚みが１０〜５０μｍであることを特徴とする請求項９乃至１３のいずれかに記載の埋め込み電極型太陽電池の製造方法。
15. 前記溝の深さが５０〜１００μｍであることを特徴とする請求項９乃至１４のいずれかに記載の埋め込み電極型太陽電池の製造方法。
16. 前記光活性層は液相成長法により形成されることを特徴とする請求項９乃至１５のいずれかに記載の埋め込み電極型太陽電池の製造方法。
17. 前記光活性層はＣＶＤ法により形成されることを特徴とする請求項９乃至１５のいずれかに記載の埋め込み電極型太陽電池の製造方法。
18. 前記埋め込み電極は電解または無電解メッキにより形成されることを特徴とする請求項９乃至１７のいずれかに記載の埋め込み電極型太陽電池の製造方法。
19. 前記埋め込み電極は金属ペーストの印刷・焼成により形成されることを特徴とする請求項９乃至１７のいずれかに記載の埋め込み電極型太陽電池の製造方法。
20. 前記溝の底が概略べべリング形状となっていることを特徴とする請求項９乃至１９のいずれかに記載の埋め込み電極型太陽電池の製造方法。
21. 前記埋め込み電極を形成する前に前記光活性層の表面にエミッタ層を形成する工程が行われることを特徴とする請求項９乃至２０のいずれかに記載の埋め込み電極型太陽電池の製造方法。

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