JP2011096701A

JP2011096701A - 結晶シリコン系太陽電池

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Publication number: JP2011096701A
Application number: JP2009246099A
Authority: JP
Inventors: Takashi Kuchiyama; 崇口山; Daisuke Adachi; 大輔足立; Tsune Utsu; 恒宇津; Kunita Yoshikawa; 訓太吉河; Kenji Yamamoto; 憲治山本
Original assignee: Kaneka Corp
Current assignee: Kaneka Corp
Priority date: 2009-10-27
Filing date: 2009-10-27
Publication date: 2011-05-12
Anticipated expiration: 2029-10-27
Also published as: JP5307688B2

Abstract

【課題】結晶シリコン系太陽電池において、従来よりもダメージの少ない方法で結晶シリコン表面に非晶質薄膜層を設けることで、結晶シリコン表面でのキャリア再結合を抑制し、開放電圧の向上をはかる。
【解決手段】厚みが２５０μｍ以下の一導電型単結晶シリコン基板を用い、前記単結晶シリコン基板の一面にｐ型シリコン系薄膜層を有し、前記単結晶シリコン基板の他面にｎ型シリコン系薄膜層を有し、前記ｐ型およびｎ型シリコン系薄膜層上に透明電極を備え、さらに前記透明電極上に集電極、さらにその上に保護層を設けた結晶シリコン系太陽電池であって、上記単結晶シリコン基板とｐ型シリコン系薄膜層の間および／または単結晶シリコン基板とｎ型シリコン系薄膜層の間に非晶質の酸化アルミニウムを主成分とする化合物層が形成されていることを特徴とする、結晶シリコン系太陽電池。
【選択図】図１

Description

本発明は、単結晶シリコン基板表面にヘテロ接合を有する結晶シリコン系太陽電池に関し、更に詳しくは光電変換効率に優れた結晶シリコン系太陽電池に関するものである。

結晶シリコン基板を用いた結晶シリコン太陽電池は、光電変換効率が高く、既に太陽光発電システムとして広く一般に実用化されている。中でも単結晶シリコンとはバンドギャップの異なる薄膜を単結晶表面へ製膜し、拡散電位を形成した結晶シリコン太陽電池はヘテロ接合太陽電池と呼ばれている。

さらに、中でも拡散電位を形成するための導電型非晶質シリコン系薄膜と結晶シリコン表面の間に薄い真性の非晶質シリコン層を介在させる太陽電池は、変換効率の最も高い結晶シリコン太陽電池の形態の一つとして知られている（特許文献１参照）。結晶シリコン表面と導電型非晶質シリコン系薄膜の間に、薄い真性な非晶質シリコン層を製膜することで、製膜による新たな欠陥準位の生成を低減しつつ結晶シリコンの表面に存在する欠陥（主にシリコンの未結合手）を水素で終端化処理することができる。また、導電型非晶質シリコン系薄膜を製膜する際の、キャリア導入不純物の結晶シリコン表面への拡散を防止することもできるというものである。

例えば非特許文献１には、非晶質シリコン層以外に、非晶質水素化シリコンオキサイド、非晶質水素化シリコンナイトライド、非晶質水素化シリコンカーバイドナイトライドなどが報告されており、そのキャリアのライフタイムが測定・報告されている。

しかしながら、これらの非晶質シリコン系薄膜の製膜プロセスはいずれもプラズマＣＶＤ法であり、製膜時にはプラズマによる輻射熱や、製膜活性種の運動エネルギーによって結晶シリコンがダメージを受ける可能性があり、このダメージによって表面への欠陥準位の形成がおこるために、キャリアの再結合が促進され、効率の向上が期待できなくなる虞がある。

特開平４−１３０６７１号公報

ＪａｐａｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＡｐｐｌｉｅｄＰｈｙｓｉｃｓ，Ｖｏｌ．４６，Ｎｏ．６Ａ，３２９６−３３００（２００７）．

本発明の目的は、従来よりもダメージの少ない方法で結晶シリコン表面に非晶質薄膜層を設けることで、結晶シリコン表面でのキャリア再結合を抑制し、開放電圧の向上をはかるものである。

本発明者らは上記課題に鑑み鋭意検討した結果、非晶質の酸化アルミニウムを主成分とする化合物層を結晶シリコン基板上に製膜することで、光電変換効率、特に開放電圧の向上が可能であることを見出した。

すなわち本発明は、厚みが２５０μｍ以下の一導電型単結晶シリコン基板を用い、前記単結晶シリコン基板の一面にｐ型シリコン系薄膜層を有し、前記単結晶シリコン基板の他面にｎ型シリコン系薄膜層を有し、前記ｐ型およびｎ型シリコン系薄膜層上に透明電極を備え、さらに前記透明電極上に集電極、さらにその上に保護層を設けた結晶シリコン系太陽電池であって、上記単結晶シリコン基板とｐ型シリコン系薄膜層の間および／または単結晶シリコン基板とｎ型シリコン系薄膜層の間に非晶質の酸化アルミニウムを主成分とする化合物層が形成されていることを特徴とする、結晶シリコン系太陽電池に関する。

好ましい実施態様は、前記非晶質の酸化アルミニウムを主成分とする化合物層と前記ｐ型および／またはｎ型シリコン系薄膜層との間に実質的に真正なシリコン系薄膜層が形成されていることを特徴とする、前記の結晶シリコン系太陽電池に関する。

好ましい実施態様は、前記非晶質の酸化アルミニウムを主成分とする化合物層が、水素化酸化アルミニウムであることを特徴とする、前記の結晶シリコン系太陽電池に関する。

本発明によって、結晶シリコン基板上にプラズマＣＶＤ法にて製膜していた真正非晶質シリコン層を非プラズマプロセスで製膜することが可能となり、結晶シリコン基板へのダメージが抑制される。このため、キャリアの再結合中心の生成が起こりにくくなり、太陽電池特性の特に開放電圧が向上する。

本発明の実施例１の結晶シリコン系太陽電池に係る模式的断面図である。本発明の実施例２の結晶シリコン系太陽電池に係る模式的断面図である。

本発明は、「厚みが２５０μｍ以下の一導電型単結晶シリコン基板を用い、前記単結晶シリコン基板の一面にｐ型シリコン系薄膜層を有し、前記単結晶シリコン基板の他面にｎ型シリコン系薄膜層を有し、前記ｐ型およびｎ型シリコン系薄膜層上に透明電極を備え、さらに前記透明電極上に集電極、さらにその上に保護層を設けた結晶シリコン系太陽電池であって、上記単結晶シリコン基板とｐ型シリコン系薄膜層の間および／または単結晶シリコン基板とｎ型シリコン系薄膜層の間に非晶質の酸化アルミニウムを主成分とする化合物層が形成されていることを特徴とする、結晶シリコン系太陽電池。」に関するものである。

まず、本発明の結晶シリコン系太陽電池における、一導電型単結晶シリコン基板について説明する。

一般的に単結晶シリコン基板は、導電性を持たせるためにシリコンに対して電荷を供給する不純物を含有させる。一般に単結晶シリコン基板は、Ｓｉ原子に対して電子を導入するリン原子を供給したｎ型と、ホール（正孔ともいう）を導入するボロン原子を供給したｐ型がある。太陽電池に用いる場合、単結晶シリコン基板へ入射した光が最も多く吸収される入射側のへテロ接合を逆接合として強い電場を設けることで、電子正孔対を効率的に分離回収することができる。よって入射側のヘテロ接合は逆接合とすることが好ましい。一方で、正孔と電子を比較した場合、有効質量及び散乱断面積の小さい電子の方が一般的に移動度は大きくなる。以上の観点から、本発明において使用する一導電型単結晶シリコン基板は、ｎ型単結晶シリコン基板であることが好ましい。

ｎ型単結晶シリコン基板を用いた場合の本発明の好適な構成としては、例えば、保護層／集電極／透明電極層／ｐ型非晶質シリコン系薄膜層／非晶質酸化アルミニウム薄膜層／ｎ型単結晶シリコン基板／非晶質酸化アルミニウム薄膜層／ｎ型非晶質シリコン系薄膜層／透明電極層／集電極／保護層となり、この場合は裏面をｎ層とすることが好ましい。

さらに、ｐ型および／またはｎ型非晶質シリコン系薄膜と非晶質酸化アルミニウム薄膜層の相互原子拡散を抑制する観点から、ｐ型および／またはｎ型非晶質シリコン系薄膜と非晶質酸化アルミニウム薄膜層の間にｉ型非晶質シリコン系薄膜を形成してもよい。

また、裏面をｎ層とする場合においては、光閉じ込めの観点から、透明電極層上に反射層を形成すると更に好ましい。反射層とは光を反射する機能を太陽電池に付加する層を意味し、例えばＡｇやＡｌといった金属層でも良く、ＭｇＯやＡｌ_２Ｏ_３、白色亜鉛といった金属酸化物の微粒子からなる白色高反射材料を用いて形成しても良い。また、屈折率と膜厚の異なる二種類以上の誘電体層を積層して多層膜を製膜し、多層膜内の界面における反射光を干渉させることで、一定範囲の波長の光に対して反射率を有するフォトニック構造を形成しても良い。但し、セラミック系材料や誘電体層を用いる場合は、当該材料は絶縁体であるため、導電性酸化物上に集電極を形成した後に反射層を製膜することが好ましい。

また、前記一導電型単結晶シリコン基板として、ｐ型単結晶シリコン基板を用いた場合の本発明の好適な構成としては、保護層／集電極／透明電極層／ｎ型非晶質シリコン系薄膜層／非晶質酸化アルミニウム薄膜層／ｐ型単結晶シリコン基板／非晶質酸化アルミニウム薄膜層／ｐ型非晶質シリコン系薄膜層／透明電極層／集電極／保護層となり、この場合は逆接合部を光入射側とするキャリアの高効率回収の観点から、入射面をｎ層とすることが好ましい。

単結晶シリコン基板の厚みは適宜選択できるが、製造時の取り扱いと、コスト・反りの観点から、５０〜２５０μｍが好ましく、さらには７０〜１５０μｍが好ましい。単結晶シリコン基板の膜厚が厚いほど多くの光を取り込むことができ、シリコン基板内での導電性キャリア生成は多く起こるが、この膜厚の範囲にあることで、膜厚が厚すぎる場合のキャリアの拡散長が膜厚よりも短くなるために起こるキャリア再結合や、薄すぎるために起こる反りや変形などが起こりにくくなり、性能と生産性のバランスの取れた結晶シリコン系太陽電池を作製できる。

単結晶シリコン基板の入射面は（１００）面であるように切り出されていることが好ましい。これは、単結晶シリコン基板をエッチングする場合に、（１００）面と（１１１）面のエッチングレートが異なる異方性エッチングによって容易にテクスチャ構造を形成できるためである。一般的にテクスチャサイズはエッチングが進行すればするほど大きくなる。例えば、エッチング時間を長くするとテクスチャサイズは大きくなるが、反応速度が大きくなるようにエッチャント濃度、供給速度の増加や液温の上昇等によってもテクスチャサイズを大きくすることができる。また、エッチングが開始される表面状態によってもエッチング速度が異なるため、一般にラビング等の工程を実施した表面とそうでない表面とではテクスチャサイズが異なる。また、基板表面に形成されたテクスチャの鋭い谷部では、薄膜を製膜する際の圧縮応力によって、欠陥が発生しやすいため、テクスチャ形成エッチング後に形成したテクスチャの谷や山の形状を緩和する工程として、（１００）面と（１１１）面の選択性の低い等方性エッチングを行うことが好ましい。

単結晶シリコン基板とｐ型シリコン系薄膜層の間および／または単結晶シリコン基板とｎ型シリコン系薄膜層の間に形成する非晶質の酸化アルミニウムを主成分とする薄膜層は、例えば、化学式Ａｌ_２Ｏ_３で表される化合物や、欠陥を有するＡｌ_２−ｘＯ_３−ｙ（ｘは０〜２、ただし０および２は含まない。ｙは０〜３、ただし０および３は含まない。）で表されるものの他に、水素化酸化アルミニウムＡｌ_２−ｘＯ_３：Ｈ（ｘは０〜２、ただし０および２は含まない。）のような化合物でもよい。これらの化合物を用いることによって、良好に単結晶シリコン表面をパッシベーション処理することが可能となる。上記のように酸化アルミニウム薄膜層は非晶質であることが好ましい。結晶質の酸化アルミニウムは製膜に高温を有するため、生産上好ましくないことと、高温と結晶の格子不整合により単結晶シリコン基板表面に欠陥準位を生成する可能性があるため好ましくない。

さらに、ストイキオメトリックな酸化アルミニウムＡｌ_２Ｏ_３は絶縁体となり電気を流さないが、薄膜状に製膜したＡｌ_２Ｏ_３は構造に欠陥を有すること、製膜の影響で水素化されていることから導電性を示すことが可能である。さらに、本発明に用いる膜厚であればトンネル接合となり、トンネル電流によりキャリアの輸送が可能となることが期待される。

これらの非晶質の酸化アルミニウムを主成分とする薄膜層の形成方法は、ドライプロセス・ウェットプロセスを任意に選択することができるが、膜厚の制御の観点からドライプロセスが好ましく、さらには有機アルミニウム化合物と水やアルコール・酸素との反応を利用した有機金属ＣＶＤ（ＭＯＣＶＤ）法が好ましく用いられる。ここで上記有機アルミニウム化合物は、トリメチルアルミニウムが代表的に用いられうる。

前記非晶質酸化アルミニウム薄膜層の膜厚は適宜設定できるが、以下の理由から１〜５０ｎｍの範囲が好ましく、さらには２〜２０ｎｍの範囲がより好ましい。これより膜厚が薄い場合には、これより上に製膜するｐ型またはｎ型非晶質シリコン層を製膜する際にプラズマのダメージが単結晶シリコンにまで及ぶ虞がある。一方、膜厚が厚すぎる場合には抵抗となり特性を低下させる虞がある。

前記非晶質酸化アルミニウム薄膜層の上には、実質真正な非晶質シリコン薄膜層を形成することができる。この層により、キャリアの再結合をさらに良好に抑制することが可能となり、開放電圧の向上に大きな影響を与える。

前記シリコン系薄膜の製膜方法としては、特にプラズマＣＶＤ法を用いることが好ましい。プラズマＣＶＤ法を用いた場合のシリコン系薄膜の形成条件としては、例えば、基板温度１００〜３００℃、圧力２０〜２６００Ｐａ、高周波パワー密度０．００３〜０．５Ｗ／ｃｍ^２が好ましく用いられる。シリコン系薄膜の形成に使用する原料ガスとしては、ＳｉＨ_４、Ｓｉ_２Ｈ_６等のシリコン含有ガス、またはそれらのガスとＨ_２を混合したものが好適に用いられる。光電変換ユニットにおけるシリコン系薄膜のｐ型またはｎ型層を形成するためのドーパントガスとしては、例えば、Ｂ_２Ｈ_６またはＰＨ_３等が好ましく用いられる。また、ＰやＢといった不純物の添加量は微量でよいため、予めＳｉＨ_４やＨ_２などで希釈された混合ガスを用いることもできる。また、ＣＨ_４、ＣＯ_２、ＮＨ_３、ＧｅＨ_４等といった異種元素を含むガスを上記ガスに添加することで、合金化しエネルギーギャップを変更することもできる。

本発明の結晶シリコン系太陽電池においては、前記単結晶シリコン基板の一面にｐ型シリコン系薄膜層を有し、前記単結晶シリコン基板とｐ型シリコン系薄膜層の間に非晶質の酸化アルミニウムを主成分とする化合物層を備えており、好適には非晶質の酸化アルミニウムを主成分とする化合物層とｐ型シリコン系薄膜層の間に実質的に真正なｉ型シリコン系薄膜層を備えている。また、前記単結晶シリコン基板の他面にｎ型シリコン系薄膜層を有し、前記単結晶シリコン基板とｎ型シリコン系薄膜層の間に非晶質の酸化アルミニウムを主成分とする化合物層を備えており、好適には非晶質の酸化アルミニウムを主成分とする化合物層とｎ型シリコン系薄膜層の間に実質的に真正なｉ型シリコン系薄膜層を備えている。

上記の実質的に真正なｉ型シリコン系薄膜層は、シリコンと水素で構成されるｉ型水素化非晶質シリコン層であることが好ましい。この場合、ｉ型水素化非晶質シリコン層のＣＶＤ製膜時に、単結晶シリコン基板への不純物拡散を抑えつつ、単結晶シリコン表面のパッシベーションを有効に行うことができる。また、膜中の水素量を変化させることで、エネルギーギャップにキャリア回収を行う上で有効なプロファイルを持たせることができる。

前記ｐ型シリコン系薄膜層は、ｐ型水素化非晶質シリコン層か、ｐ型酸化非晶質シリコン層であることが好ましい。不純物拡散や直列抵抗の観点から、ｐ型シリコン系薄膜層はｐ型水素化非晶質シリコン層を用いることが好ましい。一方で、ワイドギャップの低屈折率層として光学的なロスを低減できる観点から、ｐ型酸化非晶質シリコン層を用いることもできる。

また、前記のｎ型シリコン系薄膜層としては、例えば、ｎ型水素化非晶質シリコン層、ｎ型非晶質シリコンナイトライド層、ｎ型微結晶シリコン層が好ましい。本発明の構成においては、ｎ型微結晶シリコン系薄膜の下地層として、結晶化阻害元素を含まないｎ型水素化非晶質シリコンを用いることが特に好ましい。ｎ型微結晶シリコン系薄膜層に関しては、ｎ型微結晶シリコン層、ｎ型微結晶シリコンカーバイド層、ｎ型微結晶シリコンオキサイド層等が挙げられるが、欠陥の生成を抑制する観点からドーパント以外の不純物を積極的に添加しないｎ型微結晶シリコン層が好ましい。上記の場合、ｎ型微結晶シリコン層は、その上に製膜する透明電極層の結晶性を、ｎ型非晶質シリコン層上に製膜する場合に比べて向上させることができるため、設けることが好ましい。

本発明の好適例において、ｎ側薄膜層の製膜に関しては、ｉ型シリコン層への不純物拡散及び製膜ダメージを低減させることが好ましい。一方、ｎ型微結晶シリコン層を製膜するためには、水素プラズマを高密度で発生させるため高パワーでプラズマを発生させる必要がある。しかしながら、予めｎ型水素化非晶質シリコンを薄く製膜しておき、これを下地としてｎ型微結晶シリコン層を製膜することで製膜に要するパワーを低減することができる。このため、本発明のｎ型シリコン系薄膜層としては、ｉ型シリコン薄膜層側から、ｎ型水素化非晶質シリコン薄膜層とｎ型微結晶シリコン薄膜層で構成されることが好ましい。

一方で、シリコンに酸素や炭素を添加することで実効的な光学ギャップを広げることができ、屈折率も低下するので、光学的なメリットが得られる場合がある。上記観点から、結晶化を妨げない流量比範囲、例えばＣＯ_２／ＳｉＨ_４＜１０、ＣＨ_４／ＳｉＨ_４＜３にて添加することが好ましい。

本発明では、ｐ型およびｎ型シリコン系薄膜層上に透明電極を備えることにより構成される。透明電極には導電性酸化物層が含まれる。導電性酸化物層としては、例えば、酸化亜鉛や酸化インジウム、酸化錫を単独または混合して用いることができる。さらにこれらには導電性ドーピング剤を添加することができる。例えば、酸化亜鉛にはアルミニウムやガリウム、ホウ素、ケイ素、炭素などが挙げられる。酸化インジウムには亜鉛や錫、チタン、タングステン、モリブデン、ケイ素などが挙げられる。酸化錫にはフッ素などが挙げられる。これらの導電性酸化物層は単膜で用いても良いし、積層構造でもよい。

本発明において、透明電極層の膜厚は、透明性と導電性の観点から、１０ｎｍ以上１４０ｎｍ以下であることが好ましい。透明電極層の役割は、集電極へのキャリアの輸送であり、そのために必要な導電性があればよい。一方で透明性の観点から、厚すぎる透明電極層は、それ自身の吸収ロスのために透過率が減少し、その結果光電変換効率を低下させる原因となりうる場合がある。

前記の透明電極層の製膜方法としてはスパッタリング法などの物理気相堆積法や有機金属化合物と酸素または水との反応を利用した化学気相堆積などが好ましい。いずれの製膜方法でもプラズマ放電によるエネルギーを利用することができる。

透明電極層作製時の基板温度は１５０℃以下が好ましい。それ以上の高温となると、非晶質シリコン層から水素が脱離し、ケイ素原子にダングリングボンドが発生し、キャリアの再結合中心となりうる場合がある。

透明電極層上には集電極が形成されうる。集電極は、インクジェット、スクリーン印刷、導線接着、スプレー等の公知技術によって作製できるが、生産性の観点からスクリーン印刷がより好ましい。スクリーン印刷は金属粒子と樹脂バインダーからなる導電ペーストをスクリーン印刷によって印刷し、集電極を形成する工程が好ましく用いられる。

集電極に用いられる導電ペーストの固化も兼ねてセルのアニールが行われうる。アニールによって、透明電極層の透過率／抵抗率比の向上、接触抵抗や界面準位の低減といった各界面特性の向上なども得られる。アニール温度としてはシリコン系薄膜の製膜温度から１００℃前後の高温度領域に留めることが好ましい。アニール温度が高すぎると、導電型シリコン系薄膜層から真性シリコン系薄膜層へのドーパントの拡散、透明電極層からシリコン領域への異種元素の拡散による不純物準位の形成、非晶質シリコン中での欠陥準位の形成などによって、特性が悪化してしまう場合がある。

これらの層の上に、例えばエチレン・ビニル・アセテート（ＥＶＡ）樹脂のようなフィルムを保護層としてコーティングすることで、物理的な強度を向上することが可能である。さらに、酸素や水分によるシリコン層や電極層の劣化を防ぐ役割を果たすこともできる。また、このＥＶＡフィルムにヘイズを有するようなブラスト処理等を施すことで、光学特性の損失を抑えることも可能となる。

以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

（実施例１）
図１は、本発明に従う実施例１の結晶シリコン系太陽電池を示す模式的断面図である。本実施例の結晶シリコン系太陽電池はヘテロ接合太陽電池であり、ｎ型単結晶シリコン基板１の両面にそれぞれテクスチャを備えている。ｎ型単結晶シリコン基板１の入射面には非晶質酸化アルミニウム薄膜層２／ｐ型非晶質シリコン層３／透明電極層６が形成され、その上に集電極７が形成されている。一方、基板１の裏面には非晶質酸化アルミニウム薄膜層４／ｎ型非晶質シリコン層５／透明電極層６が、さらにその上に集電極７が形成されている。

図１に示す実施例１の結晶シリコン系太陽電池を以下のようにして製造した。

入射面の面方位が（１００）で、厚みが２００μｍのｎ型単結晶シリコン基板をアセトン中で洗浄した後、２重量％のＨＦ水溶液に３分間浸漬し、表面の酸化シリコン膜を除去し、超純水によるリンスを２回行った。次に７０℃に保持した５／１５重量％のＫＯＨ／イソプロピルアルコール水溶液に１５分間浸漬し、基板表面をエッチングすることでテクスチャを形成した。その後に超純水によるリンスを２回行った。原子間力顕微鏡（以下ＡＦＭパシフィックナノテクノロジー社製）による単結晶シリコン基板１の表面観察を行ったところ、基板表面はエッチングが最も進行しており、（１１１）面が露出したピラミッド型のテクスチャが形成されていた。

エッチングが終了した単結晶シリコン基板１をＣＶＤ装置へ導入し、入射面に非晶質酸化アルミニウム薄膜層２を３ｎｍ製膜した。本実施例において製膜した薄膜の膜厚は、ガラス基板上に同条件にて製膜した場合の膜厚を分光エリプソメトリー（商品名ＶＡＳＥ、ジェー・エー・ウーラム社製）にて測定し、製膜速度を求め、同じ製膜速度にて製膜されていると仮定して算出した。非晶質酸化アルミニウム薄膜層２の製膜条件は基板温度が１５０℃、圧力１２０Ｐａの条件で、水素とトリメチルアルミニウムと気体状の水を流量比１０／２／３で流して製膜した。非晶質酸化アルミニウム薄膜層２の上にｐ型非晶質シリコン層３を４ｎｍ製膜した。ｐ型非晶質シリコン層３の製膜条件は基板温度が１５０℃、圧力６０Ｐａ、ＳｉＨ_４／Ｂ_２Ｈ_６流量比が１／３、投入パワー密度が０．０１Ｗ／ｃｍ^２であった。なお、本実験例でいうＢ_２Ｈ_６ガスは、Ｂ_２Ｈ_６濃度を５０００ｐｐｍまでＨ_２で希釈したガスを用いた。

次に裏面側に非晶質酸化アルミニウム薄膜層４を６ｎｍ製膜した。製膜条件は非晶質酸化アルミニウム薄膜層２と同様にした。非晶質酸化アルミニウム薄膜層４上にｎ型非晶質シリコン層５を４ｎｍ製膜した。ｎ型非晶質シリコン層５の製膜条件は基板温度が１５０℃、圧力６０Ｐａ、ＳｉＨ_４／ＰＨ_３流量比が１／２、投入パワー密度が０．０１Ｗ／ｃｍ^２であった。なお、本実験例でいうＰＨ_３ガスは、ＰＨ_３濃度を５０００ｐｐｍまでＨ_２で希釈したガスを用いた。

ｐ型非晶質シリコン層３およびｎ型非晶質シリコン層５上に透明電極層６としてインジウム−錫複合酸化物（ＩＴＯ：酸化錫１０重量％含有）を１００ｎｍ製膜した。製膜条件は、基板温度を１５０℃とし、ターゲットとしてインジウム−錫複合酸化物（ＩＴＯ：酸化錫１０重量％含有）を、キャリアガスとしてアルゴン・酸素をそれぞれ９５・５ｓｃｃｍ使用して、０．２Ｐａの圧力で０．５Ｗｃｍ^２のパワー密度かけて製膜した。最後に、透明電極層６上に銀ペーストをスクリーン印刷し、櫛形電極を形成し、集電極７とした。集電極の間隔は５ｍｍとした。

（実施例２）
図２は、本発明に従う実施例２の結晶シリコン系太陽電池を示す模式的断面図である。本実施例の結晶シリコン系太陽電池はヘテロ接合太陽電池であり、ｎ型単結晶シリコン基板１の両面にそれぞれテクスチャを備えている。ｎ型単結晶シリコン基板１の入射面には非晶質酸化アルミニウム薄膜層２／ｉ型非晶質シリコン薄膜層８／ｐ型非晶質シリコン層３／透明電極層６が形成され、その上に集電極７が形成されている。一方、基板１の裏面には非晶質酸化アルミニウム薄膜層４／ｉ型非晶質シリコン薄膜層９／ｎ型非晶質シリコン層５／透明電極層６が、さらにその上に集電極７が形成されている。

エッチングが終了した単結晶シリコン基板１をＣＶＤ装置へ導入し、入射面に非晶質酸化アルミニウム薄膜層２を３ｎｍ製膜した。非晶質酸化アルミニウム薄膜層２の製膜条件は基板温度が１５０℃、圧力１２０Ｐａの条件で、水素とトリメチルアルミニウムと気体状の水を流量比１０／２／３で流して製膜した。非晶質酸化アルミニウム薄膜層２上にｉ型非晶質シリコン層８を３ｎｍ製膜した。ｉ型非晶質シリコン層８の製膜条件は基板温度が１５０℃、圧力１２０Ｐａ、ＳｉＨ_４／Ｈ_２流量比が３／１０、投入パワー密度が０．０１１Ｗ／ｃｍ^２であった。ｉ型非晶質シリコン層８の上にｐ型非晶質シリコン層３を４ｎｍ製膜した。ｐ型非晶質シリコン層３の製膜条件は基板温度が１５０℃、圧力６０Ｐａ、ＳｉＨ_４／Ｂ_２Ｈ_６流量比が１／３、投入パワー密度が０．０１Ｗ／ｃｍ^２であった。なお、本実験例でいうＢ_２Ｈ_６ガスは、Ｂ_２Ｈ_６濃度を５０００ｐｐｍまでＨ_２で希釈したガスを用いた。

次に裏面側に非晶質酸化アルミニウム薄膜層４を６ｎｍ製膜した。製膜条件は非晶質酸化アルミニウム薄膜層２と同様にした。非晶質酸化アルミニウム薄膜層４上にｉ型非晶質シリコン層９を６ｎｍ製膜した。ｉ型非晶質シリコン層９の製膜条件は基板温度が１５０℃、圧力１２０Ｐａ、ＳｉＨ_４／Ｈ_２流量比が３／１０、投入パワー密度が０．０１１Ｗ／ｃｍ^２であった。ｉ型非晶質シリコン層９上にｎ型非晶質シリコン層５を４ｎｍ製膜した。ｎ型非晶質シリコン層５の製膜条件は基板温度が１５０℃、圧力６０Ｐａ、ＳｉＨ_４／ＰＨ_３流量比が１／２、投入パワー密度が０．０１Ｗ／ｃｍ^２であった。なお、本実験例でいうＰＨ_３ガスは、ＰＨ_３濃度を５０００ｐｐｍまでＨ_２で希釈したガスを用いた。

（比較例１）
エッチングが終了した単結晶シリコン基板１をＣＶＤ装置へ導入し、入射面にｉ型非晶質シリコン層を３ｎｍ製膜した。ｉ型非晶質シリコン層の製膜条件は基板温度が１５０℃、圧力１２０Ｐａ、ＳｉＨ_４／Ｈ_２流量比が３／１０、投入パワー密度が０．０１１Ｗ／ｃｍ^２であった。ｉ型非晶質シリコン層の上にｐ型非晶質シリコン層を４ｎｍ製膜した。ｐ型非晶質シリコン層の製膜条件は基板温度が１５０℃、圧力６０Ｐａ、ＳｉＨ_４／Ｂ_２Ｈ_６流量比が１／３、投入パワー密度が０．０１Ｗ／ｃｍ^２であった。なお、本実験例でいうＢ_２Ｈ_６ガスは、Ｂ_２Ｈ_６濃度を５０００ｐｐｍまでＨ_２で希釈したガスを用いた。

次に裏面側にｉ型非晶質シリコン層を６ｎｍ製膜した。ｉ型非晶質シリコン層の製膜条件は基板温度が１５０℃、圧力１２０Ｐａ、ＳｉＨ_４／Ｈ_２流量比が３／１０、投入パワー密度が０．０１１Ｗ／ｃｍ^２であった。ｉ型非晶質シリコン層上にｎ型非晶質シリコン層を４ｎｍ製膜した。ｎ型非晶質シリコン層の製膜条件は基板温度が１５０℃、圧力６０Ｐａ、ＳｉＨ_４／ＰＨ_３流量比が１／２、投入パワー密度が０．０１Ｗ／ｃｍ^２であった。なお、本実験例でいうＰＨ_３ガスは、ＰＨ_３濃度を５０００ｐｐｍまでＨ_２で希釈したガスを用いた。

上記実施例及び比較例の太陽電池セルの光電変換特性を、ソーラーシミュレータを用いて評価した。上記太陽電池モジュールの短絡電流（Ｊｓｃ）、開放電圧（Ｖｏｃ）、曲線因子（ＦＦ）、出力（Ｅｆｆ）を表１に示す。

上記実施例および比較例の結果から、非晶質酸化アルミニウムを単結晶シリコン基板上に製膜することで開放電圧が向上することがわかった。これは、非晶質酸化アルミニウムのパッシベーション処理により単結晶シリコン表面でのキャリア再結合が抑制されたためだと考えられる。

１．ｎ型単結晶シリコン基板
２．非晶質酸化アルミニウム薄膜層
３．ｐ型非晶質シリコン層
４．非晶質酸化アルミニウム薄膜層
５．ｎ型非晶質シリコン層
６．透明電極層
７．集電極
８．ｉ型非晶質シリコン層
９．ｉ型非晶質シリコン層

Claims

厚みが２５０μｍ以下の一導電型単結晶シリコン基板を用い、前記単結晶シリコン基板の一面にｐ型シリコン系薄膜層を有し、前記単結晶シリコン基板の他面にｎ型シリコン系薄膜層を有し、前記ｐ型およびｎ型シリコン系薄膜層上に透明電極を備え、さらに前記透明電極上に集電極、さらにその上に保護層を設けた結晶シリコン系太陽電池であって、
上記単結晶シリコン基板とｐ型シリコン系薄膜層の間および／または単結晶シリコン基板とｎ型シリコン系薄膜層の間に非晶質の酸化アルミニウムを主成分とする化合物層が形成されていることを特徴とする、結晶シリコン系太陽電池。
前記非晶質の酸化アルミニウムを主成分とする化合物層と前記ｐ型および／またはｎ型シリコン系薄膜層との間に実質的に真正なシリコン系薄膜層が形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の結晶シリコン系太陽電池。
前記非晶質の酸化アルミニウムを主成分とする化合物層が、水素化酸化アルミニウムであることを特徴とする、請求項１または２に記載の結晶シリコン系太陽電池。