JP2012028718A - 太陽電池の製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】裏面接合型の太陽電池を容易に製造し得る方法を提供する。
【解決手段】第２の半導体層２５を、第１の主面１０ｂを覆うように形成する。第２の半導体層２５に対するエッチング速度が絶縁層２３に対するエッチング速度よりも大きな第１のエッチング剤を用いて、第２の半導体層２５の絶縁層２３の上に位置している部分の一部分をエッチングすることにより除去する。第２の半導体層１３ｐの上から、絶縁層２３に対するエッチング速度が第２の半導体層１３ｐに対するエッチング速度よりも大きな第２のエッチング剤を用いて、絶縁層２３の一部分をエッチングにより除去することにより第１の半導体領域１２ｎを露出させる。第１の半導体領域１２ｎと第２の半導体層１３ｐとのそれぞれの上に電極１４，１５を形成する。
【選択図】図２

Description

本発明は、太陽電池の製造方法に関する。特に、本発明は、裏面接合型の太陽電池の製造方法に関する。
従来、太陽電池の裏面側にｐ型及びｎ型の半導体領域が形成されている所謂裏面接合型の太陽電池が知られている（例えば、下記の特許文献１）。この裏面接合型の太陽電池では、受光面側に電極を設ける必要がない。このため、裏面接合型の太陽電池では、光の受光効率を高めることができる。従って、より高い発電効率を実現し得る。また、配線材による太陽電池の接続を裏面側のみで行える。このため、幅の広い配線材を用いることができる。従って、複数の太陽電池を、配線材を用いて配線することによる電圧降下を抑制することができる。
ところで、この裏面接合型の太陽電池では、半導体基板の裏面の上に、複数種類の半導体接合を形成する必要がある。具体的には、半導体基板の裏面の上に、ｐ型半導体層と、ｎ型半導体層とを形成する必要がある。このため、半導体基板の裏面の上に、ｐ型半導体層とｎ型半導体層とを如何にして形成するかが問題となる。
例えば、特許文献１には、裏面接合型の太陽電池の製造方法として、以下のような製造方法が開示されている。すなわち、まず、図１４に示すように、ｎ型単結晶シリコン基板１００の裏面上に、ｉ型半導体層１０１ｉとｎ型半導体層１０１ｎとの積層体からなるｉｎ接合層１０１と、被覆層１０２とをこの順番で形成する。その後、エッチング法によって被覆層１０２の一部分を除去する。
次に、図１５に示すように、一部分がエッチングされた被覆層１０２をマスクとして用いて、ｉｎ接合層１０１の一部をエッチング法により除去する。次に、図１６に示すように、ｉ型半導体層１０４ｉとｐ型半導体層１０４ｐとの積層体からなるｉｐ接合層１０４を形成する。その後、被覆層１０２をエッチングにより除去することにより、ｉｎ接合層１０１の被覆層１０２により覆われていた部分を露出させる。最後に、ｉｎ接合層１０１の上にｎ側電極を形成し、ｉｐ接合層１０４の上にｐ側電極を形成することにより、裏面接合型の太陽電池を完成させる。
特開２０１０−８０８８７号公報
特許文献１に記載の裏面接合型の太陽電池の製造方法では、被覆層１０２のエッチングによる除去に長い時間を要する。このため、裏面接合型の太陽電池の製造に要する時間が長くなるという問題がある。また、被覆層１０２をエッチングにより確実に除去することが困難であるという問題もある。
本発明は、係る点に鑑みてなされたものであり、その目的は、裏面接合型の太陽電池を容易に製造し得る方法を提供することにある。
本発明に係る太陽電池の製造方法では、第１及び第２の主面を有し、第１の主面の一部分に第１の導電型を有する第１の半導体領域が形成されており、さらに第１の半導体領域を覆うように絶縁層が形成されている半導体基板を用意する。第２の導電型を有する第２の半導体層を、絶縁層の表面を含んで第１の主面を覆うように形成する。第２の半導体層に対するエッチング速度が絶縁層に対するエッチング速度よりも大きな第１のエッチング剤を用いて、第２の半導体層の絶縁層の上に位置している部分の一部分をエッチングすることにより除去する。エッチングにより一部分が除去された第２の半導体層の上から、絶縁層に対するエッチング速度が第２の半導体層に対するエッチング速度よりも大きな第２のエッチング剤を用いて、絶縁層の一部分をエッチングにより除去することにより第１の半導体領域を露出させる。第１の半導体領域と第２の半導体層とのそれぞれの上に電極を形成する電極形成工程を行う。
本発明によれば、裏面接合型の太陽電池を容易に製造し得る方法を提供することができる。
第１の実施形態における太陽電池の略図的平面図である。 図１の線ＩＩ−ＩＩにおける略図的断面図である。 第１の実施形態における太陽電池の製造工程を表すフローチャートである。 太陽電池の製造工程を説明するための略図的断面図である。 太陽電池の製造工程を説明するための略図的断面図である。 太陽電池の製造工程を説明するための略図的断面図である。 太陽電池の製造工程を説明するための略図的断面図である。 太陽電池の製造工程を説明するための略図的断面図である。 太陽電池の製造工程を説明するための略図的断面図である。 太陽電池の製造工程を説明するための略図的断面図である。 太陽電池の製造工程を説明するための略図的断面図である。 太陽電池の製造工程を説明するための略図的断面図である。 第２の実施形態における太陽電池の略図的断面図である。 特許文献１に記載の太陽電池の製造工程を説明するための略図的断面図である。 特許文献１に記載の太陽電池の製造工程を説明するための略図的断面図である。 特許文献１に記載の太陽電池の製造工程を説明するための略図的断面図である。
以下、本発明の好ましい実施形態の一例について説明する。但し、下記の実施形態は、単なる一例である。本発明は、下記の実施形態に何ら限定されない。
また、実施形態等において参照する各図面において、実質的に同一の機能を有する部材は同一の符号で参照することとする。また、実施形態等において参照する図面は、模式的に記載されたものであり、図面に描画された物体の寸法の比率などは、現実の物体の寸法の比率などとは異なる場合がある。図面相互間においても、物体の寸法比率等が異なる場合がある。具体的な物体の寸法比率等は、以下の説明を参酌して判断されるべきである。
《第１の実施形態》
（太陽電池１の構成）
まず、本実施形態において製造される太陽電池１の構成について、図１及び図２を参照しながら詳細に説明する。
太陽電池１は、ＨＩＴ（登録商標）構造を有する裏面接合型の太陽電池である。なお、本実施形態の太陽電池１単体では、十分に大きな出力が得られない場合は、太陽電池１は、複数の太陽電池１が配線材により接続された太陽電池モジュールとして利用されることもある。
図２に示すように、太陽電池１は、半導体基板１０を備えている。半導体基板１０は、第２の主面としての受光面１０ａと、第１の主面としての裏面１０ｂとを有する。半導体基板１０は、受光面１０ａにおいて、光１１を受光することによってキャリアを生成する。ここで、キャリアとは、光が半導体基板１０に吸収されることにより生成される正孔及び電子のことである。
本実施形態の太陽電池１は、ＨＩＴ構造を有するものである。半導体基板１０は、ｎ型またはｐ型の導電型を有する結晶性半導体基板により構成されている。結晶性半導体基板の具体例としては、例えば、単結晶シリコン基板、多結晶シリコン基板などの結晶シリコン基板が挙げられる。
なお、太陽電池がＨＩＴ構造を有するものでない場合は、半導体基板を結晶性半導体基板以外の半導体基板により構成することができる。例えば、ＧａＡｓやＩｎＰなどからなる化合物半導体基板を半導体基板１０に替えて用いることができる。以下、本実施形態では、半導体基板１０がｎ型の単結晶シリコン基板により構成されている例について説明する。
半導体基板１０の受光面１０ａの上には、真性な非晶質半導体（以下、真性な半導体を「ｉ型半導体」とする。）からなるｉ型非晶質半導体層１７ｉが形成されている。本実施形態においては、ｉ型非晶質半導体層１７ｉは、具体的には、水素を含むｉ型のアモルファスシリコンにより形成されている。ｉ型非晶質半導体層１７ｉの厚みは、発電に実質的に寄与しない程度の厚みである限りにおいて特に限定されない。ｉ型非晶質半導体層１７ｉの厚みは、例えば、数Å〜２５０Å程度とすることができる。
なお、本発明において、「非晶質半導体」には、微結晶半導体を含むものとする。微結晶半導体とは、非晶質半導体中に析出している半導体結晶の平均粒子径が１ｎｍ〜５０ｎｍの範囲内にある半導体をいう。
ｉ型非晶質半導体層１７ｉの上には、半導体基板１０と同じ導電型を有するｎ型非晶質半導体層１７ｎが形成されている。ｎ型非晶質半導体層１７ｎは、ｎ型のドーパントが添加されており、ｎ型の導電型を有する非晶質半導体層である。具体的には、本実施形態では、ｎ型非晶質半導体層１７ｎは、水素を含むｎ型アモルファスシリコンからなる。ｎ型非晶質半導体層１７ｎの厚みは、特に限定されない。ｎ型非晶質半導体層１７ｎの厚みは、例えば、２０Å〜５００Å程度とすることができる。
ｎ型非晶質半導体層１７ｎの上には、反射防止膜としての機能と保護膜としての機能とを兼ね備えた絶縁層１６が形成されている。絶縁層１６は、例えば、酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素などにより形成することができる。絶縁層１６の厚みは、付与しようとする反射防止膜の反射防止特性などに応じて適宜設定することができる。絶縁層１６の厚みは、例えば８０ｎｍ〜１μｍ程度とすることができる。
上記のｉ型非晶質半導体層１７ｉ、ｎ型非晶質半導体層１７ｎ及び絶縁層１６の積層構造は、半導体基板１０のパッシベーション層としての機能及び反射防止膜としての機能を有する。
半導体基板１０の裏面１０ｂの上には、ＩＮ積層体１２とＩＰ積層体１３とが形成されている。図１に示すように、ＩＮ積層体１２とＩＰ積層体１３とのそれぞれは、くし歯状に形成されている。ＩＮ積層体１２とＩＰ積層体１３とは互いに間挿し合うように形成されている。このため、裏面１０ｂ上において、ＩＮ積層体１２とＩＰ積層体１３とは、交差幅方向ｙに垂直な方向ｘに沿って交互に配列されている。方向ｘにおいて隣り合うＩＮ積層体１２とＩＰ積層体１３とは接触している。すなわち、本実施形態では、ＩＮ積層体１２とＩＰ積層体１３とによって、裏面１０ｂの実質的に全体が被覆されている。なお、ＩＮ積層体１２の幅Ｗ１（図２を参照）と、方向ｘにおけるＩＮ積層体１２の間隔Ｗ２とのそれぞれは、例えば、１００μｍ〜１．５ｍｍ程度とすることができる。幅Ｗ１と間隔Ｗ２とは、互いに等しくてもよいし、異なっていてもよい。
ＩＮ積層体１２は、裏面１０ｂの上に形成されているｉ型非晶質半導体層１２ｉと、ｉ型非晶質半導体層１２ｉの上に形成されているｎ型非晶質半導体層１２ｎとの積層体により構成されている。ｉ型非晶質半導体層１２ｉは、上記ｉ型非晶質半導体層１７ｉと同様に、水素を含むｉ型のアモルファスシリコンからなる。ｉ型非晶質半導体層１２ｉの厚みは、発電に実質的に寄与しない程度の厚みである限りにおいて特に限定されない。ｉ型非晶質半導体層１２ｉの厚みは、例えば、数Å〜２５０Å程度とすることができる。
ｎ型非晶質半導体層１２ｎは、上記ｎ型非晶質半導体層１７ｎと同様に、ｎ型のドーパントが添加されており、半導体基板１０と同様に、ｎ型の導電型を有する。具体的には、本実施形態では、ｎ型非晶質半導体層１２ｎは、水素を含むｎ型アモルファスシリコンからなる。ｎ型非晶質半導体層１２ｎの厚みは、特に限定されない。ｎ型非晶質半導体層１２ｎの厚みは、例えば、２０Å〜５００Å程度とすることができる。
ＩＮ積層体１２の方向ｘにおける中央部を除く両端部の上には、絶縁層１８が形成されている。ＩＮ積層体１２の方向ｘにおける中央部は、絶縁層１８から露出している。絶縁層１８の方向ｘにおける幅Ｗ３は特に限定されず、例えば、幅Ｗ１の約１／３程度とすることができる。また、絶縁層１８間の方向ｘにおける間隔Ｗ４も特に限定されず、例えば、幅Ｗ１の約１／３程度とすることができる。
絶縁層１８の材質は、特に限定されない。絶縁層１８は、例えば、酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素などにより形成することができる。なかでも、絶縁層１８は、窒化ケイ素により形成されていることが好ましい。また、絶縁層１８は、水素を含んでいることが好ましい。
ＩＰ積層体１３は、裏面１０ｂのＩＮ積層体１２から露出した部分と、絶縁層１８の端部との上に形成されている。このため、ＩＰ積層体１３の両端部は、ＩＮ積層体１２と高さ方向ｚにおいて重なっている。
ＩＰ積層体１３は、裏面１０ｂの上に形成されているｉ型非晶質半導体層１３ｉと、ｉ型非晶質半導体層１３ｉの上に形成されているｐ型非晶質半導体層１３ｐとの積層体により構成されている。
ｉ型非晶質半導体層１３ｉは、水素を含むｉ型のアモルファスシリコンからなる。ｉ型非晶質半導体層１３ｉの厚みは、発電に実質的に寄与しない程度の厚みである限りにおいて特に限定されない。ｉ型非晶質半導体層１３ｉの厚みは、例えば、数Å〜２５０Å程度とすることができる。
ｐ型非晶質半導体層１３ｐは、ｐ型のドーパントが添加されており、ｐ型の導電型を有する非晶質半導体層である。具体的には、本実施形態では、ｐ型非晶質半導体層１３ｐは、水素を含むｐ型のアモルファスシリコンからなる。ｐ型非晶質半導体層１３ｐの厚みは、特に限定されない。ｐ型非晶質半導体層１３ｐの厚みは、例えば、２０Å〜５００Å程度とすることができる。
このように、本実施形態では、結晶性の半導体基板１０とｐ型非晶質半導体層１３ｐとの間に、実質的に発電に寄与しない程度の厚みのｉ型非晶質半導体層１３ｉが設けられたＨＩＴ構造が構成されている。本実施形態のように、ＨＩＴ構造を採用することにより、半導体基板１０とＩＰ積層体１３及びＩＮ積層体１２との接合界面におけるキャリアの再結合を抑制することができる。その結果、光電変換効率の向上を図ることができる。
なお、非晶質半導体層１７、１２、１３のそれぞれは水素を含むものであることが好ましい。
ｎ型非晶質半導体層１２ｎの上には、電子を収集するｎ側電極１４が形成されている。一方、ｐ型非晶質半導体層１３ｐの上には、正孔を収集するｐ側電極１５が形成されている。ｐ側電極１５とｎ側電極１４とは、電気的に絶縁されている。なお、絶縁層１８の上におけるｎ側電極１４とｐ側電極１５との間の間隔Ｗ５は、例えば、幅Ｗ３の１／３程度とすることができる。
上述の通り、本実施形態では、ＩＮ積層体１２とＩＰ積層体１３とのそれぞれはくし歯状に形成されている。このため、ｎ側電極１４及びｐ側電極１５のそれぞれは、バスバー及び複数のフィンガーを含むくし歯状に形成されている。もっとも、ｎ側電極１４及びｐ側電極１５のそれぞれは、複数のフィンガーのみにより構成されており、バスバーを有さない所謂バスバーレス型の電極であってもよい。
ｎ側電極１４及びｐ側電極１５のそれぞれは、キャリアを収集できるものである限りにおいて特に限定されない。本実施形態においては、ｎ側電極１４とｐ側電極１５とのそれぞれは、第１〜第４の導電層１９ａ〜１９ｄの積層体により形成されている。
第１の導電層１９ａは、例えば、ＩＴＯ（インジウム錫酸化物）などのＴＣＯ（Ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ Ｏｘｉｄｅ）等により形成することができる。具体的には、本実施形態では、第１の導電層１９ａは、ＩＴＯにより形成されている。第１の導電層１９ａの厚みは、例えば、５０〜１００ｎｍ程度とすることができる。
第２〜第４の導電層１９ｂ〜１９ｄは、例えばＣｕなどの金属や合金により形成することができる。具体的には、本実施形態では、第２及び第３の導電層１９ｂ、１９ｃのそれぞれは、Ｃｕにより形成されている。第４の導電層１９ｄは、Ｓｎにより形成されている。第２〜第４の導電層１９ｂ〜１９ｄの厚みは、それぞれ、例えば、５０ｎｍ〜１μｍ程度、５０ｎｍ〜１５０ｎｍ程度、１０μｍ〜２０μｍ程度、１μｍ〜５μｍ程度とすることができる。
なお、第１〜第４の導電層１９ａ〜１９ｄの形成方法は特に限定されず、例えば、スパッタリング法やＣＶＤ法などの薄膜形成方法やめっき法などにより形成することができる。具体的には、本実施形態では、第１及び第２の導電層１９ａ、１９ｂが薄膜形成法により形成された膜で、第３及び第４の導電層１９ｃ、１９ｄがめっき法により形成された膜である。
次に、図３〜図１２を主として参照しながら、本実施形態の太陽電池１の製造方法について説明する。
まず、半導体基板１０（図４及び図２を参照）を用意する。次に、図３に示すように、ステップＳ１において、半導体基板１０の受光面１０ａ及び裏面１０ｂの洗浄を行う。半導体基板１０の洗浄は、例えば、ＨＦ水溶液などを用いて行うことができる。なお、このステップＳ１において、受光面１０ａにテクスチャ構造を形成しておくことが好ましい。
次に、ステップＳ２において、半導体基板１０の受光面１０ａの上にｉ型非晶質半導体層１７ｉとｎ型非晶質半導体層１７ｎとを形成すると共に、裏面１０ｂの上にｉ型非晶質半導体層２１とｎ型非晶質半導体層２２とを形成する。ｉ型非晶質半導体層１７ｉ，２１及びｎ型非晶質半導体層１７ｎ，２２のそれぞれの形成方法は、特に限定されない。ｉ型非晶質半導体層１７ｉ，２１及びｎ型非晶質半導体層１７ｎ，２２のそれぞれは、例えば、プラズマＣＶＤ法等のＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により形成することができる。
次に、ステップＳ３において、ｎ型非晶質半導体層１７ｎの上に絶縁層１６を形成すると共に、ｎ型非晶質半導体層２２の上に絶縁層２３を形成する。なお、絶縁層１６，２３の形成方法は特に限定されない。絶縁層１６，２３は、例えば、スパッタリング法やＣＶＤ法等の薄膜形成法などにより形成することができる。
次に、ステップＳ４において、絶縁層２３をエッチングすることにより、絶縁層２３の一部分を除去する。具体的には、絶縁層２３のうち、後の工程で半導体基板１０にｐ型半導体層を接合させる領域の上に位置する部分を除去する。なお、絶縁層２３のエッチングは、絶縁層２３が酸化シリコン、窒化シリコンまたは酸窒化シリコンからなる場合は、例えば、ＨＦ水溶液等の酸性のエッチング液を用いて行うことができる。
次に、ステップＳ５において、ステップＳ４においてパターニングした絶縁層２３をマスクとして用いて、ｉ型非晶質半導体層２１とｎ型非晶質半導体層２２とを、アルカリ性のエッチング液を用いてエッチングすることにより、ｉ型非晶質半導体層２１及びｎ型非晶質半導体層２２の絶縁層２３により覆われている部分以外の部分を除去する。これにより、裏面１０ｂのうち、上方に絶縁層２３が位置していない部分を露出させると共に、半導体層２１，２２から、ｉ型非晶質半導体層１２ｉとｎ型非晶質半導体層１２ｎ（図２を参照）とを形成する。
ここで、上述の通り、本実施形態では、絶縁層２３が酸化シリコン、窒化シリコンまたは酸窒化シリコンからなる。このため、酸性のエッチング液による絶縁層２３のエッチング速度は高いものの、アルカリ性のエッチング液による絶縁層２３のエッチング速度は低い。一方、半導体層２１，２２は非晶質シリコンからなる。このため、半導体層２１，２２に関しては、酸性のエッチング液によるエッチング速度が低く、アルカリ性のエッチング液によるエッチング速度が高い。このため、ステップＳ４において用いた酸性のエッチング液によって、絶縁層２３はエッチングされるものの、半導体層２１，２２は、実質的にエッチングされない。一方、ステップＳ５において用いたアルカリ性のエッチング液によって半導体層２１，２２はエッチングされるものの、絶縁層２３は実質的にエッチングされない。従って、ステップＳ４及びステップＳ５において、絶縁層２３または半導体層２１，２２を選択的にエッチングすることができる。
以上のように、ステップＳ１〜Ｓ５によって、第１の主面としての裏面１０ｂと第２の主面としての受光面１０ａとを有し、裏面１０ｂの一部分の上にｎ型半導体からなるｎ型非晶質半導体層１２ｎが形成されており、さらにｎ型非晶質半導体層１２ｎを覆うように絶縁層２３が形成されている半導体基板１０を用意する。換言すれば、第１の主面としての裏面１０ｂと、第２の主面としての受光面１０ａとを有し、裏面１０ｂの一部分にｎ型の半導体領域と、このｎ型の半導体領域を覆うように絶縁層２３が形成されている半導体基板１０を用意する。
次に、ステップＳ６において、裏面１０ｂを覆うように、ｉ型非晶質半導体層２４とｐ型非晶質半導体層２５とをこの順番で順次形成する。非晶質半導体層２４，２５の形成方法は特に限定されない。非晶質半導体層２４，２５は、例えば、ＣＶＤ法などの薄膜形成法により形成することができる。
次に、ステップＳ７において、非晶質半導体層２４，２５の絶縁層２３の上に位置している部分の一部分をエッチングする。これにより、非晶質半導体層２４，２５からｉ型非晶質半導体層１３ｉとｐ型非晶質半導体層１３ｐとを形成する。
このステップＳ７においては、非晶質半導体層２４，２５に対するエッチング速度が絶縁層２３に対するエッチング速度よりも大きな第１のエッチング剤を使用する。このため、絶縁層２３と非晶質半導体層２４，２５のうち、非晶質半導体層２４，２５が選択的にエッチングされる。
第１のエッチング剤は、非晶質半導体層２４，２５に対するエッチング速度が絶縁層２３に対するエッチング速度の１．１倍以上、好ましくは１．５倍以上、より好ましくは２倍以上、さらに好ましくは５倍以上であるエッチング剤であることが好ましい。さらには、第１のエッチング剤は、非晶質半導体層２４，２５をエッチングする一方、絶縁層２３を実質的にエッチングしないものであることが好ましい。このような第１のエッチング剤の具体例としては、非晶質半導体層２４，２５がシリコンからなり、絶縁層２３が酸化ケイ素、窒化ケイ素または酸窒化ケイ素からなる場合は、例えば、ＮａＯＨを含むＮａＯＨ水溶液や、ＫＯＨを含むＫＯＨ水溶液などのアルカリ性水溶液、硝酸とアンモニアとの混酸などが挙げられる。また、第１のエッチング剤は、液体、すなわちエッチング液である必要は必ずしもない。第１のエッチング剤は、例えばガスであってもよい。第１のエッチング剤として好ましく用いられるエッチングガスの具体例としては、例えば、Ｃｌ２とＨｅとの混合ガスやＸｅＦ２ガスなどが挙げられる。
なお、本発明において、「エッチング液」には、ペースト状のエッチングペーストや粘度が調製されたエッチングインクが含まれるものとする。
次に、ステップＳ８において絶縁層２３のエッチングを行う。具体的には、ステップＳ７におけるエッチングにより一部分が除去された非晶質半導体層２４，２５からなる非晶質半導体層１３ｉ、１３ｐの上から、第２のエッチング剤を用いて、絶縁層２３の露出部をエッチングにより除去する。これにより、絶縁層２３にコンタクトホールを形成してｎ型非晶質半導体層１２ｎを露出させると共に、絶縁層２３から絶縁層１８を形成する。
このステップＳ８においては、絶縁層２３に対するエッチング速度が非晶質半導体層２４，２５に対するエッチング速度よりも大きな第２のエッチング剤を使用する。このため、絶縁層２３と非晶質半導体層２４，２５のうち、絶縁層２３が選択的にエッチングされる。
第２のエッチング剤は、絶縁層２３に対するエッチング速度が非晶質半導体層２４，２５に対するエッチング速度の１．１倍以上、好ましくは１．５倍以上、より好ましくは２倍以上、さらに好ましくは５倍以上であるエッチング剤であることが好ましい。さらには、第２のエッチング剤は、絶縁層２３をエッチングする一方、非晶質半導体層２４，２５を実質的にエッチングしないものであることが好ましい。このような第２のエッチング剤の具体例としては、非晶質半導体層２４，２５がシリコンからなり、絶縁層２３が酸化ケイ素、窒化ケイ素または酸窒化ケイ素からなる場合は、例えば、ＨＦを含むＨＦ水溶液や、リン酸水溶液などの酸性水溶液などが挙げられる。また、第２のエッチング剤も、第１のエッチング剤と同様に、液体、すなわちエッチング液である必要は必ずしもない。第２のエッチング剤は、例えばガスであってもよい。第２のエッチング剤として好ましく用いられるエッチングガスの具体例としては、例えば、ＳＦ６とＨｅとの混合ガスやＣＦ４とＣＨＦ３とＨｅとの混合ガス、ＨＦガスなどが挙げられる。なかでも、第２のエッチング剤としては、ＨＦ水溶液が好ましく用いられる。この場合、下記のステップＳ９における電極形成の前に、電極形成面の酸化皮膜の除去も行うことができるためである。
次に、ステップＳ９において、ｎ型非晶質半導体層１２ｎ及びｐ型非晶質半導体層１３ｐのそれぞれの上にｎ側電極１４及びｐ側電極１５を形成する電極形成工程を行うことにより、太陽電池１を完成させることができる。
ｎ側電極１４及びｐ側電極１５の形成方法は、電極の材質に応じて適宜選択することができる。詳細には、本実施形態では、以下のようにしてｎ側電極１４及びｐ側電極１５が形成される。
まず、図１１に示すように、ＴＣＯからなる導電層２６と、Ｃｕなどの金属や合金からなる導電層２７とを、プラズマＣＶＤ法等のＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法やスパッタリング法等の薄膜形成法によりこの順番で形成する。
次に、図１２に示すように、導電層２６，２７の絶縁層１８の上に位置している部分を分断する。これにより、導電層２６，２７から第１及び第２の導電層１９ａ、１９ｂが形成される。なお、導電層２６，２７の分断は、例えばフォトリソグラフィー法などにより行うことができる。
次に、ｎ型非晶質半導体層１２ｎ及びｐ型非晶質半導体層１３ｐのそれぞれの上に形成されている第１及び第２の導電層１９ａ、１９ｂの上に、めっきにより、Ｃｕからなる第３の導電層１９ｃと、Ｓｎからなる第４の導電層１９ｄとを順次形成することにより、図２に示すｎ側電極１４とｐ側電極１５とを完成させることができる。
以上説明したように、非晶質半導体層１３は、半導体基板１０との間でＨＩＴ接合を形成する機能と、絶縁層１８にコンタクトホールを形成するためのマスク層としての機能とを有する。換言すると、本実施形態によれば、半導体基板１０との間でＨＩＴ接合を形成するための半導体層とコンタクトホール形成用のマスク層とを同一の工程で形成している。このため、太陽電池１の製造時間を短縮することができる。
また、本実施形態では、第１のエッチング剤により非晶質半導体層２４，２５の絶縁層２３の上に位置する部分の一部分を選択的にエッチングする。そして、そのエッチングされた非晶質半導体層２４をマスクとして用いて、第２のエッチング剤により絶縁層２３の一部分をエッチングにより除去することによりｎ型非晶質半導体層１２ｎを露出させる。このため、例えば、非晶質半導体層２４，２５に覆われた状態の絶縁層２３を、絶縁層２３をエッチング可能なエッチング剤によりエッチングすることにより除去し、ｎ型非晶質半導体層１２ｎを露出させる場合とは異なり、絶縁層２３及び非晶質半導体層２４，２５を迅速かつ容易にエッチングすることができる。実際に、本実施形態の方法を用いた場合に絶縁層２３及び非晶質半導体層２４，２５のエッチングに要した時間は、非晶質半導体層２４，２５に覆われた状態の絶縁層２３を、絶縁層２３をエッチング可能なＨＦによりエッチングすることにより除去するのに要した時間の約１／７〜１／１２程度であった。従って、太陽電池１を短い製造時間で容易に製造することができる。
なお、例えば、１種類のエッチング剤を用いて絶縁層２３と非晶質半導体層２４，２５とを同時にエッチングすることによりｎ型非晶質半導体層１２ｎを露出させることも考えられる。しかしながら、通常、非晶質半導体層２４，２５をエッチング可能なエッチング剤は、非晶質半導体層１２ｉ、１２ｎもエッチング可能である。このため、１種類のエッチング剤を用いて絶縁層２３と非晶質半導体層２４，２５とを同時にエッチングしようとすると、絶縁層２３の下の非晶質半導体層１２ｉ、１２ｎまでエッチングされてしまうこととなる。従って、エッチングにより絶縁層２３と非晶質半導体層２４，２５との一部を除去することによりｎ型非晶質半導体層１２ｎを露出させることは、本実施形態のように、選択的エッチングが可能な第１及び第２のエッチング剤を用いて初めて行えることである。
本実施形態では、絶縁層２３を、酸化シリコン、窒化シリコンまたは酸窒化シリコンにより形成する。このため、絶縁層２３から形成される絶縁層１８は、高いガスバリア性を有する。従って、耐候性に優れた太陽電池１を製造することができる。より良好な耐候性を実現する観点からは、絶縁層２３を、窒化シリコンにより形成することがより好ましい。
また、絶縁層２３が水素を含んでいる場合は、酸性のエッチング液に対する絶縁層２３の溶解性がより高くなる。よって、絶縁層２３の選択エッチング性をより高めることができる。従って、絶縁層２３のエッチング時におけるｎ型非晶質半導体層１２ｎやｐ型非晶質半導体層１３ｐの損傷を抑制することができる。その結果、より優れた光電変換効率を有する太陽電池１を製造することができる。
本実施形態では、ｎ型非晶質半導体層１２ｎとｐ型非晶質半導体層１３ｐとのうちのｎ型非晶質半導体層１２ｎの上に絶縁層１８を形成する。換言すれば、絶縁層１８の下に位置する半導体層をｎ型非晶質半導体層１２ｎとする。そして、ｐ型非晶質半導体層１３ｐの実質的に全体の上にｐ側電極１５を形成する。このため、少数キャリアであるホールがｐ側電極１５に収集されやすくなる。従って、得られる太陽電池１の光電変換効率をより高めることができる。
但し、半導体基板がｐ型の導電型を有する場合は、少数キャリアが電子となるため、絶縁層の下に位置する第１の半導体層をｐ型半導体により形成することが好ましい。
また、本実施形態では、結晶性半導体からなる半導体基板１０の裏面１０ｂの実質的に全体が、ｎ型非晶質半導体層１２ｎ及びｐ型非晶質半導体層１３ｐにより覆われるようにｐ型非晶質半導体層１３ｐを形成する。このため、結晶性半導体からなる半導体基板１０の裏面１０ｂが実質的に露出していない。従って、半導体基板１０の裏面１０ｂにおける少数キャリアであるホールが再結合し難い。従って、得られる太陽電池１の光電変換効率をさらに高めることができる。
本実施形態では、薄膜形成法により形成された第１及び第２の導電層１９ａ、１９ｂを分断した後に、めっきにより第３及び第４の導電層１９ｃ、１９ｄを形成する。このため、例えば第１〜第４の導電層１９ａ〜１９ｄの全てを形成した後にｎ側電極１４とｐ側電極１５とに分断する場合よりも、電極の分断を容易かつ短時間で行うことができる。
また、第１及び第２の導電層１９ａ、１９ｂの分断を絶縁層１８の上で行うため、第１及び第２の導電層１９ａ、１９ｂの分断時にｎ型非晶質半導体層１２ｎやｐ型非晶質半導体層１３ｐが損傷しにくい。
また、本実施形態では、ｎ型非晶質半導体層１２ｎ及びｐ型非晶質半導体層１３ｐの実質的に全体が絶縁層１８、ｎ側電極１４及びｐ側電極１５により覆われるように、絶縁層１８、ｎ側電極１４及びｐ側電極１５を形成する。従って、本実施形態の製造方法によれば、ガスバリア性や耐候性により優れた太陽電池１を製造することができる。
以下、本発明を実施した好ましい形態の他の例について説明する。但し、以下の説明において、上記第１の実施形態と実質的に共通の機能を有する部材を共通の符号で参照し、説明を省略する。
（第２の実施形態）
図１３は、第２の実施形態における太陽電池の略図的断面図である。
上記第１の実施形態では、図２に示すように、半導体基板１０として、ｎ型の導電型を有する結晶性半導体基板を用い、半導体基板１０の上にｎ型非晶質半導体層１２ｎを形成する例について説明した。但し、本発明は、この構成に限定されない。
例えば、図１３に示すように、ｎ型の結晶性半導体基板３０の裏面３０ｂ側の部分の一部分にｎ型のドーパントを熱拡散させることにより、結晶性半導体基板３０の裏面３０ｂの部分にｎ＋型の熱拡散領域３１ｎを形成するようにしてもよい。
本実施形態においても、ｎ＋型の熱拡散領域３１ｎを形成した後は、上記第１の実施形態と同様に、図３に示すステップＳ６〜ステップＳ９を行うことにより、太陽電池を完成させる。
１…太陽電池
１０…半導体基板
１０ａ…受光面
１０ｂ…裏面
１１…光
１２…ＩＮ積層体
１２ｉ…ｉ型非晶質半導体層
１２ｎ…ｎ型非晶質半導体層
１３…ＩＰ積層体
１３ｉ…ｉ型非晶質半導体層
１３ｐ…ｐ型非晶質半導体層
１４…ｎ側電極
１５…ｐ側電極
１６…絶縁層
１７ｉ…ｉ型非晶質半導体層
１７ｎ…ｎ型非晶質半導体層
１８…絶縁層
１９ａ…第１の導電層
１９ｂ…第２の導電層
１９ｃ…第３の導電層
１９ｄ…第４の導電層
２１…ｉ型非晶質半導体層
２２…ｎ型非晶質半導体層
２３…絶縁層
２４…ｉ型非晶質半導体層
２５…ｐ型非晶質半導体層
２６，２７…導電層
３０…ｎ型の結晶性半導体基板
３０ｂ…裏面
３１ｎ…ｎ＋型の熱拡散領域

Claims (10)

  1. 第１及び第２の主面を有し、前記第１の主面の一部分に第１の導電型を有する第１の半導体領域が形成されており、さらに前記第１の半導体領域を覆うように絶縁層が形成されている半導体基板を用意する工程と、
    第２の導電型を有する第２の半導体層を、前記絶縁膜の表面を含んで前記第１の主面を覆うように形成する工程と、
    前記第２の半導体層に対するエッチング速度が前記絶縁層に対するエッチング速度よりも大きな第１のエッチング剤を用いて、前記第２の半導体層の前記絶縁層の上に位置している部分の一部分をエッチングすることにより除去する工程と、
    前記エッチングにより一部分が除去された第２の半導体層の上から、前記絶縁層に対するエッチング速度が前記第２の半導体層に対するエッチング速度よりも大きな第２のエッチング剤を用いて、前記絶縁層の一部分をエッチングにより除去することにより前記第１の半導体領域を露出させる工程と、
    前記第１の半導体領域と前記第２の半導体層とのそれぞれの上に電極を形成する電極形成工程と、
    を備える、太陽電池の製造方法。
  2. 前記半導体基板として、前記第１の導電型の半導体基板を用いる、請求項１に記載の太陽電池の製造方法。
  3. 前記半導体基板として結晶性半導体基板を用いる、請求項１または２に記載の太陽電池の製造方法。
  4. 前記第１の半導体領域は、第１の半導体層により形成されている、請求項１〜３のいずれか一項に記載の太陽電池の製造方法。
  5. 前記半導体基板の前記第１の主面の実質的に全体が、前記第１の半導体層及び前記第２の半導体層により覆われるように前記第２の半導体層を形成する、請求項４に記載の太陽電池の製造方法。
  6. 前記第１及び第２の半導体層のそれぞれをアモルファスシリコンにより形成し、前記絶縁層を、窒化ケイ素、酸化ケイ素または酸窒化ケイ素により形成する、請求項４または５に記載の太陽電池の製造方法。
  7. 前記絶縁層は、水素を含む、請求項６に記載の太陽電池の製造方法。
  8. 前記第１のエッチング剤としてアルカリ性のエッチング液を用い、前記第２のエッチング剤として酸性のエッチング液を用いる、請求項６または７に記載の太陽電池の製造方法。
  9. 前記第１のエッチング剤としてＮａＯＨ水溶液及びＫＯＨ水溶液のうちの少なくとも一方を用い、前記第２のエッチング剤としてＨＦ水溶液を用いる、請求項８に記載の太陽電池の製造方法。
  10. 前記電極形成工程は、
    前記第１の半導体領域及び第２の半導体層並びに前記絶縁層の上に第１の導電層を形成する工程と、
    前記第１の導電層の前記絶縁層の上に位置している部分を分断することにより、前記第１の導電層の前記第１の半導体領域の上に形成されている部分と、前記第１の導電層の前記第２の半導体層の上に形成されている部分とを絶縁する工程と、
    前記第１の導電層の前記第１の半導体領域の上に形成されている部分と、前記第１の導電層の前記第２の半導体層の上に形成されている部分との上のそれぞれに、第２の導電層を形成することにより前記第１の半導体領域に電気的に接続されている第１の電極と、前記第２の半導体層に電気的に接続されている第２の電極とを形成する工程と、
    を含む、請求項１〜９のいずれか一項に記載の太陽電池の製造方法。
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