JP2010219527A - バックコンタクト単一ヘテロ接合型太陽電池の製造方法及びバックコンタクト単一ヘテロ接合型太陽電池 - Google Patents

バックコンタクト単一ヘテロ接合型太陽電池の製造方法及びバックコンタクト単一ヘテロ接合型太陽電池 Download PDF

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Abstract

【課題】バックコンタクト単一ヘテロ接合型太陽電池及び関連する製造プロセスを提供する。
【解決手段】本発明の太陽電池の製造方法では、第１ドーパント型で低濃度にドープされた第１半導体基板を設ける。上記基板は第１エネルギーバンドギャップを有している。次に上記基板の裏面の領域に第２半導体膜を形成する。上記第２半導体膜は、第１エネルギーバンドギャップよりも大きな第２エネルギーバンドギャップを有している。上記基板の表面上には、第１ドーパントで中濃度にドープされ、さらに微小凹凸加工されている第３半導体層を形成する。上記基板の裏面には第１ドーパント型とは極性が逆の第２ドーパント型で高濃度にドープされたエミッタ、及び第１ドーパント型で高濃度にドープされたベースを形成する。上記ベース及びエミッタは電気接続がなされている。エミッタおよびベースの一方は第２半導体膜に形成されている。
【選択図】図４

Description

本発明は、概して太陽電池の製造に関し、特に単一へテロ接合バックコンタクト型太陽電池及びその製造プロセスに関する。
図１は、従来のシリコン太陽電池（従来技術）の部分的な断面図である。基板材料としてのシリコンウエハーは通常、低濃度にホウ素が（ｐ）ドープされている。エミッタ層は、リン（ｎ）拡散によってウエハー表面に形成され、ウエハー裏面には、ホウ素拡散またはシリコン・アルミニウム（Ｓｉ−Ａｌ）共晶形成によって裏面電界領域が形成されている。ウエハー表面には、反射を低減し太陽電池効率を改善するため、反射防止コーティング（ＡＲＣ）及び表面に微小凹凸加工が施されている。上面グリッドはエミッタ層（ｎドープ領域）に接し、裏面金属は裏面電界（ｐドープ）領域に接している。この太陽電池には、次のような問題点がある。
（ａ）金属グリッドによる遮光による損失、（ｂ）上面金属グリッドおよびエミッタにおける直列的な抵抗による損失、（ｃ）エミッタ接合における上面での再結合による損失、（ｄ）Ａｌ界面における不動態化が低品質であることにより生ずる界面での再結合による損失、である。
図２は、バックコンタクト型太陽電池（従来技術）を示す部分的な断面図である。このバックコンタクト型太陽電池は、金属グリッドによって生じる表面での反射による光損失及び直列的な抵抗損失を低減するために開発されたものである。この太陽電池は、表面にグリッドがないため、遮光効果がない。また裏面の金属グリッドを広くすることができるので、直列抵抗が非常に低い。上面が電気的性能に寄与せず、光学的性能にしか影響しないため、光捕捉効果が改善されている。また前記太陽電池では簡素な電気接続がなされている。また、太陽電池効率としては、２３．４％が報告されている。しかし、光によって発生したキャリアをウエハー裏面に移動させて得ることできるように、高品質の（単結晶）シリコンウエハーが必要とされる。しかし、単結晶バルクシリコン製造プロセスは、コストが高い。
効率の高いバックコンタクト型太陽電池が報告されているが、この太陽電池の開回路電圧（Ｖｏｃ）は依然０．７Ｖ未満である。この電圧は、エミッタ接合（ｎ＋ ｔｏ ｐ） 及びベース接合（ｐ＋ ｔｏ ｎ）における表面での再結合が依然として高いことを示している。Ｖｏｃを高めるため、表面での再結合を低減することが必要である。
図３は、ヘテロ接合型太陽電池（従来技術）を示す斜視図である。ヘテロ接合は、表面での再結合を低減し、Ｖｏｃを高める少数キャリア反射鏡を形成するということが一般的に認められている。Ｓｉ太陽電池に関しては、図３の水素化アモルファスシリコン・結晶シリコン（ａ−Ｓｉ：Ｈ／ｃ−Ｓｉ）ヘテロ接合が広く研究されている。ａ−Ｓｉ：ＨはＳｉ（１．１ｅＶ）よりバンドギャップが大きく（１．７〜１．９ｅＶ）、ヘテロ接合は、伝導帯（Ｅｃ）及び価電子帯（Ｅｃ）において断絶している。
また、太陽電池効率としては、２２．３％が報告されている。バックコンタクト型太陽電池に比べ、ヘテロ接合型太陽電池は、Ｖｏｃが大きいが、短絡回路電流（Ｉｓｃ）及び曲線因子（ＦＦ）が低い。前面における金属グリッドのシャドーイング効果によりＩｓｃは低くなり、グリッド抵抗によりＦＦは低くなる。
ヘテロ接合とは、異なる半導体の２つの層または領域の間の接合部分である。これらの半導体物質はバンドギャップが異なっている。電子エネルギーバンドの技術工学が半導体レーザやトランジスタの設計にも利用されている。ヘテロ接合が、バイポーラ接合トランジスタのベース・エミッタ接合として使用される場合、極めて高いフォワードゲイン及び低いリバースゲインが生じる。その結果、非常に高い周波数動作（何十〜何百ＧＨｚ）及び低い漏れ電流を生じる。このような装置は、ヘテロ接合バイポーラトランジスタ（ＨＢＴ：Heterojunction Bipolar Transistor）と呼ばれる。
バイポーラ接合トランジスタ（ＢＪＴ）とＨＢＴとの主な違いは、ＨＢＴでは、エミッタ及びベース領域に異なる半導体材料を使用し、境界面にヘテロ接合を形成することである。その効果としては、価電子帯における電位壁がヘテロ接合の境界面で非常に大きくなるため、少数キャリアのエミッタ領域への導入を制限し、エミッタ効率を高めることにある。ＢＪＴ技術とは異なり、これによってベースにおける高濃度のドープが可能になり、ゲインを保持しながら、電子の移動度を高めることができる。
なお、先行技術文献として以下の非特許文献１〜４も挙げられる。
Dirk-Holger Neuhaus and Adolf Munzer, "Industrial silicon wafer solar cells," Advances in OptoElectronics, Volumn 2007, Article ID 24521. Makoto Tanaka, Shingo Okamoto, Sadaji Tsuge and Seiichi Kiyama, "Development of HIT solar cells with more than 21% conversion efficiency and commercialization of highest performance HIT modules," 3rd world Conference on Photovoltaic Energy Conversion, p.955, May, 2003. E.Conrad, K.V.Maydell, H.Angemann, C. Schubert, and M.Schmidt, "Optimization of interface properties in a-Si:H/c-Si heterojunction solar cells,"4th World Conference on Photovoltaic Energy Conversion, p.1263, 2006. Meijun Lu, Stuart Bowden, Ujjwal Das, and Robert Birkmier, "a-Si/c-Si heterojunction for interdigitated back contact solar cell," 22nd European Photovoltaic Solar Energy Conference, 2007.
バックコンタクト型太陽電池及びヘテロ接合型太陽電池の利点を組み合わせた太陽電池は、どちらかの単独型よりも効率が高くなるだろうと一般的に考えられている。いくつかの論文においてダブルヘテロ接合バックコンタクト型太陽電池が論じられているが、ｎ型ａ−Ｓｉ及びｐ型ａ−Ｓｉを太陽電池の一方側に組み込むための簡素で安価な手段は報告されていない。
加えて、ｐ型及びｎ型のｃ−Ｓｉウエハーの両方に形成されるＳｉダブルへテロ接合バックコンタクト型太陽電池では、特異な「Ｓ」形のＩ−Ｖ特性が、しばしば観察される。この「Ｓ」形のＩ−Ｖ特性は、界面欠陥におけるキャリア再結合、ｃ−Ｓｉ空乏領域における再結合、価電子帯におけるオフセット、伝導帯におけるオフセットを含む様々なメカニズムに起因する。バンドオフセットにより、光電効果で発生するキャリアの輸送を阻む電位壁がヘテロ接合全域に形成され、充填比に影響を及ぼす。
ヘテロ接合とバックコンタクトの両方の利点を含む太陽電池が効率よく形成できれば、有利である。
本発明は、上記課題を解決するために、上記単一ヘテロ接合バックコンタクト型太陽電池の製造方法及びバックコンタクト単一ヘテロ接合型太陽電池を開示するものである。ヘテロ接合は、エミッタ接合及びベース接合の内一方にしか形成されていない。他方の接合は、従来のドーパント拡散を使って形成される。この構造によれば、Ｖｏｃは、ダブルヘテロ接合型太陽電池ほど高くはないが、ダブルへテロ接合バックコンタクト型太陽電池よりも製造コストを低くすることができる。また、従来のバックコンタクト型太陽電池よりも高い効率を達成することができる。加えて、ダブルへテロ接合バックコンタクト型太陽電池に付随する特異な「Ｓ」形のＩ−Ｖ特性がなくなる。
例えば、単一ヘテロ接合バックコンタクト型太陽電池は、ｎ型の単結晶シリコン（ｃ−Ｓｉ）ウエハー上に形成され、ｎ＋アモルファスＳｉ（ａ−Ｓｉ）がベース接合においてｃ−Ｓｉにヘテロ接合を形成するために使われる。ａ−Ｓｉ・ｃ−Ｓｉヘテロ接合に関しては、価電子帯オフセットが伝導帯オフセットより大きいということが一般的に認められている。両方の接合が少数キャリアの正孔移動を妨げるダブルヘテロ接合型太陽電池と異なり、ベースに単一のヘテロ接合を有する太陽電池では、ベース（ｎ＋）方向への正孔移動のみが妨げられている。これにより、ベース接合におけるキャリア再結合を効果的に低減することができる。少数キャリア（正孔）は、電子壁に「接触する」ことなく、エミッタ（ｐ＋）によって捕捉される。よって、「Ｓ」形のＩ−Ｖ特性はなくなる。
さらに、本願は、バックコンタクト単一ヘテロ接合型太陽電池の製造方法を提供するものである。まず、第１のドーパント型（例えばｎ型）で低濃度にドープされた第１半導体基板を設ける。上記第１半導体基板は、表面及び裏面を有し、第１エネルギーバンドギャップを有している。次に、上記第１半導体基板の裏面の領域に第２半導体膜を形成する。上記第２半導体膜は、第１エネルギーバンドギャップよりも大きい第２エネルギーバンドギャップを有している。その後、第１半導体基板の表面に、第１ドーパントで中濃度にドープされ、微小凹凸加工された第３半導体層を形成する。上記第１半導体基板の裏面には、第１ドーパント型とは極性が(変更なし)逆の第２ドーパント型（例えばｐ型）で高濃度にドープされたエミッタ及び、第１ドーパント型で高濃度にドープされたベースを形成する。さらに、上記ベースとエミッタに電気接点を形成する。エミッタまたはベースは第２半導体膜に形成されている。
例えば、上記第１半導体基板の裏面の領域は第１ドーパントで高濃度にドープされていてもよく、第２半導体膜を第２ドーパントでドープされる場にて堆積する。次に、エミッタが第２半導体膜に形成され、ベースが基板の裏面の高濃度ドープ領域に形成する。あるいは、基板の裏面の領域が第２ドーパントで高濃度にドープされ、第２半導体膜を第１ドーパントでドープされる場にて堆積する。次に、ベースを第２半導体膜に形成し、エミッタを基板の裏面の高濃度ドープ領域に形成する。
上述した製造方法及びバックコンタクト単一へテロエミッタ接合太陽電池の詳細を以下に述べる。
従来のシリコン太陽電池（従来技術）の部分的な断面図である。 バックコンタクト型太陽電池（従来技術）を示す部分的な断面図である。 ヘテロ接合型太陽電池（従来技術）を示す斜視図である。 バックコンタクト単一ヘテロ接合型太陽電池の部分的な断面図である。 図４のバックコンタクト単一ヘテロ接合型太陽電池の特定の実施形態を示す部分的な断面図である。 図４のバックコンタクト単一ヘテロ接合型太陽電池の特定の実施形態を示す部分的な断面図である。 単一ヘテロ接合バックコンタクト型太陽電池の製造方法の一例におけるステップを示す図である。 単一ヘテロ接合バックコンタクト型太陽電池の製造方法の一例におけるステップを示す図である。 単一ヘテロ接合バックコンタクト型太陽電池の製造方法の一例におけるステップを示す図である。 単一ヘテロ接合バックコンタクト型太陽電池の製造方法の一例におけるステップを示す図である。 単一ヘテロ接合バックコンタクト型太陽電池の製造方法の一例におけるステップを示す図である。 単一ヘテロ接合バックコンタクト型太陽電池の製造方法の一例におけるステップを示す図である。 単一ヘテロ接合バックコンタクト型太陽電池の製造方法の一例におけるステップを示す図である。 単一ヘテロ接合バックコンタクト型太陽電池の製造方法の一例におけるステップを示す図である。 単一ヘテロ接合バックコンタクト型太陽電池の製造方法の一例におけるステップを示す図である。 バックコンタクト単一ヘテロ接合型太陽電池の製造方法を示すフローチャートである。
本発明について図４〜図７を用いて以下に説明する。図４はバックコンタクト単一ヘテロ接合型太陽電池の部分的な断面図である。太陽電池（バックコンタクト単一ヘテロ接合型太陽電池）４００は、第１ドーパント型で低濃度にドープされた基板（第１半導体基板）４０２を備えている。基板４０２は、表面４０４及び裏面４０６を有しており、第１エネルギーバンドギャップ（材料及びドープの選択に関連している）を有している。裏面４０６の領域上には第２半導体膜４０８が設けられている。第２半導体膜４０８は、第１エネルギーバンドギャップよりも大きい第２エネルギーバンドギャップを有している。第１半導体基板の表面の上には、微小凹凸加工された表面４１２を有し第１ドーパントで中濃度にドープされた第３半導体層４１０が設けられている。
エミッタまたはベースは第２半導体膜４０８に形成されている。エミッタ５１６が第２半導体膜４０８に形成されている場合（図５Ｂ参照）、ベース５１４が基板４０２に形成される。一方、ベース４１６が第２半導体膜４０８に形成されている場合（図５Ａ参照）、エミッタ４１４が基板４０２に形成される。
図５Ａ・５Ｂは、図４に係るバックコンタクト単一ヘテロ接合型太陽電池の特定の実施形態を示す部分的な断面図である。図５Ａにおいては、第１ドーパント型と極性が逆の第２ドーパント型で高濃度にドープされたエミッタ４１４が、裏面４０６に形成されている。裏面４０６に形成されているベース４１６は、第１ドーパント型で高濃度にドープされている。第１電気接点４１８はエミッタ４１４に形成されており、第２電気接点４２０がベース４１６に形成されている。より詳細には、裏面４０６は、第２ドーパントで高濃度にドープされた高濃度ドープ領域４２２を備えており、第２半導体膜４０８は第１ドーパントで高濃度にドープされている。ベース４１６は第２半導体膜４０８に形成されており、エミッタ４１４は、裏面４０６の高濃度ドープ領域４２２に形成されている。
一形態において、第１ドーパントはｎ型ドーパント物質（例：リン）で、第２ドーパントはｐ型ドーパント物質（例：ホウ素）である。あるいは、第１ドーパントがｐ型で、第２ドーパントがｎ型となる。例えば、基板４０２は低濃度ｎ型シリコン基板で、ベース４１６は高濃度ｎ型アモルファスシリコン第２半導体物質である。
本明細書においては、高濃度ドープ領域、すなわち高濃度ｐドープ領域はｐ＋（ｐ＋ドープ）と呼ばれ、約１×１０１９ｃｍ−３以上、１×１０２１ｃｍ−３以下の範囲にあるドーパント濃度に関連している。この程度のドーパントを有する領域は、多くの場合、接触領域である。中濃度ドープ領域、すなわち中濃度ｐドープ領域はｐ（ｐドープ）と呼ばれ、約５×１０１６ｃｍ−３以上、１×１０１９ｃｍ−３未満の範囲にあるドーパント濃度に関連している。低濃度ドープ領域、すなわち低濃度ｐドープ領域はｐ−（ｐ−ドープ）と呼ばれ、約１×１０１５ｃｍ−３以上、５×１０１６ｃｍ−３未満の範囲にあるドーパント濃度に関連している。
上述したように、ｎ型の層のドープ濃度は、ｐ型ドーパントのものと同じである。「ｎ型」とは、任意の量のｎドープのことをいう。同様に、「ｐ型」とは、任意のレベルのｐドープのことである。
図５Ｂにおいては、基板の裏面４０６は、第１ドーパントで高濃度にドープされた高濃度ドープ領域４２２を備えており、第２半導体膜４０８は第２ドーパントで高濃度にドープされている。エミッタ５１６は第２半導体膜４０８に形成されており、ベース５１４は、基板の裏面の高濃度ドープ領域４２２に形成されている。一形態においては、第１ドーパントはｎ型物質（例：リン）で、第２ドーパントはｐ型物質（例：ホウ素）である。あるいは、第１ドーパントがｐ型で、第２ドーパントがｎ型となる。
基板４０２は、単結晶シリコン、多結晶シリコン、アモルファスシリコン、単結晶シリコンゲルマニウム、III−Ｖ化合物半導体などの物質を使用できる（図５Ａまたは図５Ｂを参照）。第２半導体膜４０８及び第３半導体層４１０は、水素化アモルファスシリコン、水素化アモルファス炭化ケイ素、水素化アモルファスシリコンゲルマニウム、水素化微晶質酸化ケイ素、微晶質シリコン、III−Ｖ化合物半導体、II−VI化合物半導体、有機半導体などの物質を使用できる。第２半導体膜及び第３半導体層に使用される物質は必ずしも同じである必要はない。
一形態においては、第３半導体層４１０は、第１半導体基板の表面４０４上に堆積されてもよく、その場合には、基板４０２と第３半導体層４１０は異なる物質を使用してもよい。より詳細にいうと、第３半導体層４１０は、独立した半導体層であり、第１ドーパントで中濃度にドープされ、第１半導体基板の表面４０４上に堆積された半導体層であってもよい。あるいは、第３半導体層４１０は、基板４０２の表面４０４の中濃度にドープされた領域であってもよく、この場合には、第３半導体層４１０は基板４０２と同じ物質が使われる。
[機能記述]
図６Ａ〜Ｉは、単一ヘテロ接合バックコンタクト型太陽電池の製造方法の一例におけるステップを示す図である。この装置は４つのアライメントプロセスによって完成する。ただし、別のプロセスフローによっても同じまたは同様の装置が製造され得る。
図６Ａにおいては、低濃度にドープされたｎ型またはｐ型基板をもってプロセスがスタートする。この例においては、ｎ型シリコン基板を使用する。ｐ型シリコンを使用する場合には、以下のプロセスにおけるドーパントの極性は逆になる（ｎがｐ、ｐがｎになる）。シリコンは、５０ミクロン（μｍ）から４００μｍの厚さを有し、単結晶であってもよく、多結晶であってもよい。リンドーパント濃度は、５Ｅ１４から５Ｅ１５ｃｍ−３の間である。ウエハーの裏面では熱酸化物の成長がなされる。
図６Ｂにおいては、片面微小凹凸加工が行われる。このプロセスにおいては、ＮａＯＨ、ＫＯＨなどの腐食液が使用され、ピラミッド型のエッチング構造が形成される。
図６Ｃにおいては、リンを上面の表面へ拡散し、上面の表面注入層を形成する。ドーププロセスは、ＰＯＣｌ３を拡散ガスとして用い、拡散炉の中で行ってもよい。ヘテロ接合がベース接合に形成される場合、エミッタドープのために裏面酸化物窓が開かれる。酸化物は、レーザ切断によって取り除いてもよいし、ウェットエッチングによって取り除いてもよい。酸化物の幅は、２００μｍから１０００μｍの間であり、開口は５００μｍから２０００μｍの間である。ベース接合とエミッタ接合との比としては、１：１．５と１：３との間である。図６Ｄにおいては、基板の両面にＳｉＮｘを堆積する。表面側のＳｉＮｘは反射防止膜として使われ、裏面側のＳｉＮｘはハードマスクとして使われる。
図６Ｅにおいては、ウエハー裏面においてＳｉＮｘが選択的にエッチングされる。この開口は、ベース接合の形成のためである。ＳｉＮｘはレーザ切断によって取り除いてもよいし、ウェットエッチングによって取り除いてもよい。
図６Ｆにおいては、ＳｉＮｘをマスクとして用い、酸化物を選択的にウェットエッチングする。
図６Ｇにおいては、ウエハーの裏面にａ−Ｓｉ：Ｈが堆積される。（図に示すように）随意、固有の（非ドープの）ａ−Ｓｉ：Ｈ層が、ｎ＋ａ−Ｓｉ：Ｈとシリコン基板との間に形成される。固有のａ−Ｓｉ：Ｈ層の厚さは０〜１０ｎｍの間で、ｎ型リンドープａ−Ｓｉ：Ｈ層の厚さは５〜５０ｎｍの間である。なお、ａ−Ｓｉにおけるドーパントは、その場にてドープしたものである。例えば、ｎ型リンドープ用のＰＨ３ 若しくはｐ型ホウ素ドープ用のＢ２ Ｈ６ がＣＶＤにおいて混合される。追加の注入の必要はない。０ｎｍのｉ層によって、固有の層は随意的であるということを示している。次に、ａ−Ｓｉ：Ｈを選択的にエッチングする。このプロセスは、レーザ切断によって取り除いてもよいし、エッチングマスクを用いドライエッチングによって取り除いてもよい。ａ−Ｓｉ：Ｈ層は、バンドギャップを大きくするため、ＣまたはＯでドープすることができる。その結果得られる膜は、それぞれａ−ＳｉＣ：Ｈ、ａ−ＳｉＯ：Ｈと表される。
別のフローとしては、ａ−Ｓｉ：Ｈの選択的エッチングの前に、ａ−Ｓｉ：Ｈ（ｎ）の上に電極を形成する。電極としては、透明伝導性酸化物（例えば、ＴＣＯ、ＩＴＯ、ＳｎＯ２ ：Ｆ、ＺｎＯ等）またはａ−Ｓｉ：Ｈとの接触が良好な金属電極（例えば、Ａｇ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｔａ等）を用いることができる。その後、導電体とａ−Ｓｉ：Ｈとは選択的にエッチングされ、図示される構造が得られる。
図６Ｈにおいては、ウエハー裏面においてＳｉＮｘを、例えばウェットエッチングを用い選択的に取り除く。
図６Ｉにおいては、金属を堆積及びパターン化し、エミッタコンタクト及びベースコンタクトを形成する。
図７は、バックコンタクト単一ヘテロ接合型太陽電池の製造方法を示すフローチャートである。なお、説明を分かりやすくするため、上記製造方法は、各ステップに番号が付せられ図示されているが、番号は必ずしもステップの順序を示すものではない。いくつかのステップは省略してもよいし、並行して行ってもよいし、厳密に順序を維持することなく行ってもよい。上記製造方法は、ステップ７００からスタートする。
ステップ７０２において、第１ドーパント型で低濃度にドープし、表面及び裏面を有し、第１エネルギーバンドギャップを有する第１半導体基板を設ける。上記第１半導体基板としては、単結晶シリコン、多結晶シリコン、アモルファスシリコン、単結晶シリコンゲルマニウム、III−Ｖ化合物半導体などの物質を使用することができる。ステップ７０４においては、上記第１半導体基板の表面の上に、第１ドーパント型で中濃度にドープされた第３半導体層を形成する。一形態においては、ステップ７０４において、上記第１半導体基板の表面の上に、第１ドーパント型で中濃度にドープされた第３半導体層を堆積する。あるいは、上記第１半導体基板の表面を（中濃度に）ドープする。第２半導体膜及び第３半導体層は、水素化アモルファスシリコン、水素化アモルファス炭化ケイ素、水素化アモルファスシリコンゲルマニウム、水素化微晶質酸化ケイ素、微晶質シリコン、III−Ｖ化合物半導体、II−VI化合物半導体、有機半導体などの物質を使用できる。第２半導体膜及び第３半導体層に使用される物質は必ずしも同じである必要はない。ステップ７０６において、第３半導体層の表面を微小凹凸加工する。
ステップ７０８において、基板の裏面の領域上に第２半導体膜を形成する。第２半導体膜は、第１エネルギーバンドギャップよりも大きな第２エネルギーバンドギャップを有している。第２半導体膜は、次のプロセスのうち１つを使って堆積される。つまり、化学気相成長法（ＣＶＤ）、プラズマ化学気相成長法（ＰＥＣＶＤ）、ホットワイヤー化学気相成長法（ＨＷＣＶＤ）、高周波プラズマ化学気相成長法（ＨＦＰＥＣＶＤ）、高密度プラズマ化学気相成長法（ＨＤＰＥＣＶＤ）、インクジェットプリンティング、スクリーンプリンティングの内１つを使って堆積される。なお、上記方法のいくつかの形態においては、ステップ７０８はステップ７０４の前に行ってもよい。他の形態においては、第２半導体膜及び第３半導体層に使用される物質が同じであれば、ステップ７０４と７０８とは同時に行ってもよい。
ステップ７１０においては、基板の裏面に、第１ドーパント型とは極性が逆の第２ドーパント型で高濃度にドープされたエミッタを形成する。ステップ７１２においては、基板の裏面に、第１ドーパント型で高濃度にドープされたベースを形成する。ステップ７１４では、エミッタへ接続する第１電気接点を形成する。ステップ７１６では、ベースへ接続する第２電気接点を形成する。ステップ７１０においてエミッタを第２半導体膜に形成する場合、ステップ７１２では基板の裏面にベースを形成する。ステップ７１０においてエミッタを基板の裏面に形成する場合、ステップ７１２では第２半導体膜にベースを形成する。
より詳細に説明すると、ステップ７０７ｂ１において、基板の裏面の領域を第１ドーパントで高濃度にドープし、ステップ７０８の第２半導体膜の形成は、第２ドーパントでドープした場にて第２半導体膜を堆積する工程を含む。ステップ７１０のエミッタの形成は第２半導体膜へのエミッタの形成を含み、ステップ７１２のベースの形成は基板の裏面の高濃度ドープ領域へのベースの形成を含む。
あるいは、ステップ７０７ｂ２において、基板の裏面の領域を第２ドーパントで高濃度にドープし、ステップ７０８の第２半導体膜の形成は、第１ドーパントでドープした場にて第２半導体膜を堆積する工程を含む。ステップ７１２のベースの形成は第２半導体膜へのベースの形成を含み、ステップ７１０のエミッタの形成は基板の裏面の高濃度ドープ領域へのエミッタの形成を含む。
一形態においては、ステップ７０７ａにおいて、基板の裏面に熱酸化物を選択的に形成し、ステップ７０７ｂ１及び７０７ｂ２において、熱酸化物における開口を通じて露出している基板の裏面の領域を高濃度にドープする。ステップ７０７ｃにおいて、基板の表面の上にＳｉＮｘ膜を形成し、基板の裏面の領域を高濃度にドープする。ステップ７０７ｄにおいて、熱酸化物が露出した領域をエッチングする。次に、ステップ７０８において、基板の裏面の熱酸化物におけるエッチングした開口を通じて第２半導体膜を堆積する。
一形態においては、ステップ７０２において、ｎ型シリコン基板を設け、ステップ７１２において、アモルファスシリコン第２半導体物質にn+型を注入したベースを形成する（図６Ｉ参照）。
以上、バックコンタクト単一ヘテロ接合型太陽電池及びそれに関連する製造プロセスを述べたが、特定の構造、物質、プロセスは本発明の技術内容を明らかにするためのものであり、本発明はこれらの例に限定されない。当業者によって他の変形例や実施形態も可能である。
４００ 太陽電池
４０２ 基板（第１半導体基板）
４０４ 表面
４０６ 裏面
４０８ 第２半導体膜
４１０ 第３半導体層
４１２ 表面
４１４ エミッタ
４１６ ベース
４１８ 第１電気接点
４２０ 第２電気接点
４２２ 高濃度ドープ領域
５１４ ベース

Claims (16)

  1. 表面及び裏面を有し、第１エネルギーバンドギャップを有し、第１ドーパント型で低濃度にドープされた第１半導体基板を設ける工程、
    上記第１半導体基板の裏面の領域上に、第１エネルギーバンドギャップよりも大きい第２エネルギーバンドギャップを有する第２半導体膜を形成する工程、
    上記第１半導体基板の表面上に、第１ドーパントで中濃度にドープされた第３半導体層を形成する工程、
    第３半導体層の表面に微小凹凸加工を行う工程、
    上記第１半導体基板の裏面に、第１ドーパント型と極性が逆の第２ドーパント型で高濃度にドープされたエミッタを形成する工程、
    上記第１半導体基板の裏面に、第１ドーパント型で高濃度にドープされたベースを形成する工程、
    上記エミッタに対して第１電気接点を形成する工程、
    及び、上記ベースに対して第２電気接点を形成する工程を含み、
    上記エミッタ及びベースからなる群から選択される１種類の電極を上記第２半導体膜に形成することを特徴とするバックコンタクト単一ヘテロ接合型太陽電池の製造方法。
  2. 上記第１半導体基板を設ける工程は、単結晶シリコン、多結晶シリコン、アモルファスシリコン、単結晶シリコンゲルマニウム及びIII−Ｖ化合物半導体からなる群から選択される１種類の基板材料を設ける工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
  3. 上記第２半導体膜を形成する工程及び上記第３半導体層を形成する工程は、水素化アモルファスシリコン、水素化アモルファス炭化ケイ素、水素化アモルファスシリコンゲルマニウム、水素化微結晶酸化ケイ素、微結晶シリコン、III−Ｖ化合物半導体、II−VI化合物半導体及び有機半導体からなる群から選択される１種類の材料からそれぞれ構成される第２半導体膜または第３半導体層を形成する工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
  4. 上記第１半導体基板の裏面の領域を第１ドーパントで高濃度にドープする工程をさらに含み、
    上記第２半導体膜を形成する工程は、第２ドーパントでドープする場にて第２半導体膜を堆積する工程を含み、
    上記エミッタを形成する工程は、上記第２半導体膜にエミッタを形成する工程を含み、
    上記ベースを形成する工程は、上記第１半導体基板の裏面の高濃度ドープ領域にベースを形成する工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
  5. 上記第１半導体基板の裏面の領域を第２ドーパントで高濃度にドープする工程をさらに含み、
    上記第２半導体膜を形成する工程は、第１ドーパントでドープする場にて第２半導体膜を堆積する工程を含み、
    上記ベースを形成する工程は、上記第２半導体膜にベースを形成する工程を含み、
    上記エミッタを形成する工程は、上記第１半導体基板の裏面の高濃度ドープ領域にエミッタを形成する工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
  6. 上記第２半導体膜を形成する工程は、化学気相成長法、プラズマ化学気相成長法、ホットワイヤー化学気相成長法、高周波プラズマ化学気相成長法、高濃度プラズマ化学気相成長法、インクジェットプリンティング及びスクリーンプリンティングからなる群から選択される１種類のプロセスを用いて第２半導体膜を堆積する工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
  7. 上記第１半導体基板の裏面上に熱酸化物を選択的に形成する工程、
    上記熱酸化物における開口を通して露出している第１半導体基板の裏面の領域を高濃度にドープする工程、
    上記第１半導体基板の表面及び上記第１半導体基板の裏面の高濃度ドープ領域上にＳｉＮｘ膜を形成する工程、
    及び、熱酸化物が露出した領域をエッチングする工程を含み、
    第１半導体基板の裏面上に形成された熱酸化物におけるエッチングされた開口を通じて上記第２半導体膜を堆積する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
  8. 上記第３半導体層を形成する工程は、上記第１半導体基板の表面上に第１ドーパントで中濃度にドープされた第３半導体層を堆積する工程、および、上記第１半導体基板の表面をドープする工程からなる群から選択される１種類の第３半導体層を形成する工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
  9. 上記第１ドーパント型で低濃度にドープされた第１半導体基板を設ける工程は、ｎ型シリコン基板を設ける工程を含み、
    上記ｎ型シリコン基板の裏面に、第１ドーパント型で高濃度にドープされたベースを形成する工程は、アモルファスシリコン第２半導体物質にｎ＋型にドープされたベースを形成する工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
  10. 表面及び裏面を有し、第１エネルギーバンドギャップを有し、第１ドーパント型で低濃度にドープされた第１半導体基板、
    上記第１半導体基板の裏面の領域上に形成された、第１エネルギーバンドギャップよりも大きい第２エネルギーバンドギャップを有する第２半導体膜、
    上記第１半導体基板の表面上に形成された、表面が微小凹凸加工されており、第１ドーパントで中濃度にドープされた第３半導体層、
    上記第１半導体基板の裏面に形成され、第１ドーパント型と極性が逆の第２ドーパント型で高濃度にドープされたエミッタ、
    上記第１半導体基板の裏面に形成され、第１ドーパント型で高濃度にドープされたベース、
    エミッタに対する第１電気接点、
    及び、ベースに対する第２電気接点を備え、
    上記エミッタ及びベースからなる群から選択される電極は上記第２半導体膜に形成されていることを特徴とするバックコンタクト単一ヘテロ接合型太陽電池。
  11. 上記第１半導体基板は、単結晶シリコン、多結晶シリコン、アモルファスシリコン、単結晶シリコンゲルマニウム及びIII−Ｖ化合物半導体からなる群から選択される１種類の材料で構成されていることを特徴とする請求項１０に記載の太陽電池。
  12. 上記第２半導体膜及び第３半導体層はそれぞれ、水素化アモルファスシリコン、水素化アモルファス炭化ケイ素、水素化アモルファスシリコンゲルマニウム、水素化微結晶酸化ケイ素、微結晶シリコン、III−Ｖ化合物半導体、II−VI化合物半導体及び有機半導体からなる群から選択される１種類の材料から構成されていることを特徴とする請求項１０に記載の太陽電池。
  13. 上記第１半導体基板の裏面は、第１ドーパントで高濃度にドープされた領域を含み、
    上記第２半導体膜は、第２ドーパントで高濃度にドープされ、
    上記エミッタは、上記第２半導体膜に形成され、
    上記ベースは、第１半導体基板の裏面の高濃度ドープ領域に形成されていることを特徴とする請求項１０に記載の太陽電池。
  14. 上記第１半導体基板の裏面は、第２ドーパントで高濃度にドープされた領域を含み、
    上記第２半導体膜は、第１ドーパントで高濃度にドープされ、
    上記ベースは、上記第２半導体膜に形成され、
    上記エミッタは、第１半導体基板の裏面の高濃度ドープ領域に形成されていることを特徴とする請求項１０に記載の太陽電池。
  15. 上記第３半導体層は、（i）第１ドーパントで中濃度にドープされており、上記第１半導体基板の表面上に堆積された、独立した半導体層、及び（ii）上記第１半導体基板の表面の中濃度にドープされた領域からなる群から選択されることを特徴とする請求項１０に記載の太陽電池。
  16. 上記第１半導体基板は、低濃度ｎ型シリコン基板であり、
    上記ベースは、高濃度でｎ＋型にドープされたアモルファスシリコン第２半導体物質であることを特徴とする請求項１０に記載の太陽電池。
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