JP2013239476A - 光起電力装置およびその製造方法、光起電力モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】簡単なプロセスで形成可能なバックコンタクトヘテロ接合型の光起電力装置を得ること。
【解決手段】ｎ型半導体基板１と、ｎ型半導体基板１の受光面の裏面に形成された酸素含有真性シリコン膜５と、ｎ型酸素含有シリコン膜７とｎ型集電極１１とが酸素含有真性シリコン膜５上の一部にこの順で積層されたｎ型半導体接合領域７Ａと、ｐ型酸素非含有シリコン膜６とｐ型集電極１０とが酸素含有真性シリコン膜５上のｎ型半導体接合領域７Ａと異なる領域にこの順で形成されたｐ型半導体接合領域６Ａと、を備え、酸素含有真性シリコン膜５とｎ型酸素含有シリコン膜７とが酸素を含む酸素含有半導体膜であって且つｐ型酸素非含有シリコン膜６が酸素を含まない酸素非含有半導体膜であり、または酸素含有真性シリコン膜５とｎ型酸素含有シリコン膜７とが酸素を含まない酸素非含有半導体膜であって且つｐ型酸素非含有シリコン膜６が酸素を含む酸素含有半導体膜である。
【選択図】図１−２

Description

本発明は、光起電力装置およびその製造方法、光起電力モジュールに関する。

従来の一般的な結晶シリコン太陽電池の形成においては、ｐ型結晶シリコン基板を用いて、光吸収率を高める表面テクスチャ、ｎ型不純物拡散層、反射防止膜および表面電極（例えば、櫛型銀（Ａｇ）電極）が該ｐ型結晶シリコン基板の受光面側に順次形成される。また、裏面電極（例えば、アルミニウム（Ａｌ）電極）がスクリーン印刷によって該ｐ型結晶シリコン基板の非受光面側（裏面側）に形成される。そして、これらの電極を焼成することによって結晶シリコン太陽電池が製造されている。

この焼成では、表面電極および裏面電極の溶媒分が揮発すると共に、該ｐ型結晶シリコン基板の受光面側において櫛型Ａｇ電極が反射防止膜を突き破ってｎ型不純物拡散層に接続される。また、この焼成において、該ｐ型結晶シリコン基板の非受光面側においてＡｌ電極の一部のＡｌが該ｐ型結晶シリコン基板に拡散して裏面電界層（ＢＳＦ：Back Surface Field）が形成される。

このＢＳＦ層は、ｐ型結晶シリコン基板との接合面で内部電界を形成して、該ＢＳＦ層近傍で発生した少数キャリアをｐ型結晶シリコン基板内部へ押し戻し、Ａｌ電極近傍でのキャリア再結合を抑制する効果を有する。しかし、この拡散により形成されるＢＳＦ層の膜厚は、適度なドーパント濃度を持つ熱プロセスを用いて形成すると数百ｎｍ〜数μｍの厚い膜厚となり、ＢＳＦ層内での再結合による開放電圧低下や光吸収よる短絡電流の低下を生じる。

たとえば特許文献１〜特許文献３には、結晶シリコン基板に薄い真性半導体薄膜（ｉ層）を介して薄膜の不純物ドープシリコン層からなる接合或いはＢＳＦ層を形成するヘテロ接合太陽電池の発明が記載されている。不純物ドープシリコン層を薄膜で形成することにより、不純物ドープシリコン層の不純物濃度分布を自由に設定でき、また、不純物ドープシリコン層が薄いため膜中でのキャリアの再結合や光吸収を抑制することができ、大きい短絡電流が得られる。また、結晶シリコン基板と不純物ドープシリコン層との間に挿入した真性半導体層はヘテロ接合間の不純物拡散を抑制し、急峻な不純物プロファイルをもつ接合を形成することができるため、良好な接合界面形成により高い開放電圧を得ることができる。さらに真性半導体薄膜および不純物ドープシリコン層は２００℃程度の低温で形成できるため、結晶シリコン基板の厚みが薄い場合においても、熱により結晶シリコン基板に生じるストレスや、結晶シリコン基板の反りを低減することができる。また、熱により劣化しやすい結晶シリコン基板に対しても基板品質の低下を抑制できることが期待できる。

しかしながら、ヘテロ接合太陽電池に用いられる非晶質の真性シリコン層や不純物ドープシリコン層は可視光領域の光吸収係数が大きい。このため、これらの層の膜厚が厚い場合には、これらの層による光吸収により結晶シリコン基板まで進入する光量が低下し、短絡電流が減少する。一方、これらの非晶質のシリコン膜を合計数ｎｍ程度に薄くすると、結晶シリコン基板への初期のエピタキシャル成長層により基板界面のパッシベーション効果が低下し、開放電圧が低下する。

これに対して、特許文献４には、半導体基板の裏面にｐ型とｎ型との両方の不純物ドープ薄膜を交互に配置し、エミッタおよびベースの両電極を裏面側に形成することにより、受光面側の電極によるシャドーロスを抑制する方法が示されている（バックコンタクトヘテロ接合型太陽電池）。この裏面接合型太陽電池によれば、受光面側のシャドーロスを抑制することに加えて、不純物ドープ層よりも光吸収率の小さい絶縁膜等を受光面の反射防止膜として用いることができるため、高い短絡電流を有する太陽電池を実現できる。

特許第２１３２５２７号明細書 特許第２６１４５６１号公報 特許第３４６９７２９号公報 特開２００８−８５３７４明細書

しかしながら、上記裏面接合型太陽電池においては、交互に配列されるｐ型領域（不純物ドープ薄膜）とｎ型領域（不純物ドープ薄膜）とのピッチは特性に大きく影響を与える。これは光が照射された際に半導体基板内で発生した正負のキャリアが各々ｐ型領域とｎ型領域とへ移動する際に、半導体基板内を移動する距離が各領域のピッチに依存するためである。ｐ型領域とｎ型領域とのピッチが短い方が、キャリアの再結合を抑制し、太陽電池特性を向上させることができる。

特許文献４においては、半導体基板の裏面の不純物ドープ薄膜のパターニング方法としてメタルマスクを用いる方法や写真製版を用いる方法が示されている。しかし、メタルマスクを用いる方法では、化学気相成長（ＣＶＤ：Chemical Vapor Deposition）法による薄膜形成の際にメタルマスク下への回り込みがあり、配線ピッチを小さくすることができない。また、写真製版を用いる方法では、精細なピッチの各接合領域を形成することは可能となるが、工程が複雑となり、量産工程に適用するには不向きである。

そこで、量産に適用可能な薄膜のパターニング方法として、エッチングペーストを用いる方法が考えられる。すなわち、スクリーン印刷やインクジェット、ディスペンサーなどで薄膜を形成し、この薄膜の不要な領域にエッチングペーストを塗布して加熱することにより、エッチングペーストを塗布した領域のみをエッチング除去することができる。

このエッチングペーストには、アルカリ溶液を含有することによりシリコンをエッチングするアルカリ系のエッチングペーストと、リン酸などを含有して酸化シリコン（ＳｉＯ_２）や窒化シリコン（ＳｉＮ）などの絶縁膜をエッチングするものがある。アルカリ系のエッチングペーストは、ＳｉＯ_２やＳｉＮなどをエッチングしにくいことを利用してパターニングに使用される。また、リン酸系のエッチングペーストは、シリコン膜をエッチングしにくいことを利用してパターニングに使用される。

形成するべき構造はｐ型領域とｎ型領域とが交互に形成されたシリコン膜からなる構造であるため、シリコン用のエッチングペーストを用いればパターニングが可能であると考えられる。しかし、一方の導電型のシリコン膜をパターニングした後に、他方の導電型のシリコン膜を直接形成すると、一方の導電型のシリコン膜の領域上に形成された他方の導電型のシリコン膜のみをエッチングすることが困難となる。このため、通常は一方の導電型のシリコン膜を形成した後に保護膜を形成し、その後、他方の導電型のシリコン膜を形成する。そして、この保護膜をエッチングストップ層として、後で形成した他方の導電型のシリコン膜をパターニングする方法が用いられる。

このような従来の方法について説明する。ヘテロ接合を形成するためには真性シリコン膜と基板との界面を清浄に保つ必要がある。このため、初めにＲＣＡ洗浄などにより基板表面を十分に洗浄する。そして、基板の一面側の全面に、真性シリコン膜、一導電型の不純物ドープ膜および保護膜をこの順で積層形成する。その後、保護膜上における他方の導電型膜を形成する領域に該保護膜をエッチングするエッチングペーストを塗布し、保護膜をエッチングする。

さらに、この保護膜をハードマスクとして、アルカリ溶液などのシリコンをエッチングできる溶液により不純物ドープ膜および真性シリコン膜をエッチングする。つぎに、基板の一面側の全面に真性シリコン膜と最初に形成した一導電型の不純物ドープ膜と反対の逆導電型の不純物ドープ膜を形成することになるが、この際、エッチングされた領域を清浄に保つため、再度ＲＣＡ洗浄を行ってから真性シリコン膜と逆導電型の不純物ドープ膜を形成する。

そして、シリコンをエッチングするエッチングペーストを用いて最初に形成した一導電型の不純物ドープ膜が形成されている領域の逆導電型の不純物ドープ膜をエッチングすることにより、基板上に真性シリコン層を介して異なる導電型シリコンの領域を形成することができる。

しかしながら、この方法においては基板の洗浄を２回行う必要があり、また保護膜を形成するためプロセスが複雑となる上に、２回目の洗浄では最初の導電型の剥離などを引き起こす、という問題があった。また、保護膜の形成温度がシリコン膜の特性を低下させない温度範囲である２００℃以下に制限される、という問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、簡単なプロセスで形成可能なバックコンタクトヘテロ接合型の光起電力装置およびその製造方法、光起電力モジュールを得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる光起電力装置は、第１導電型の結晶系半導体基板と、前記結晶系半導体基板の受光面と反対側の裏面に形成された真性半導体膜と、第１導電型の第１半導体膜と第１集電極とが前記真性半導体膜上の一部にこの順で積層された第１導電型接合領域と、第２導電型の第２半導体膜と第２集電極とが前記真性半導体膜上の前記第１導電型接合領域と異なる領域にこの順で形成された第２導電型接合領域と、を備え、前記真性半導体膜と前記第１半導体膜とが酸素を含む酸素含有半導体膜であって且つ前記第２半導体膜が酸素を含まない酸素非含有半導体膜であり、または前記真性半導体膜と前記第１半導体膜とが酸素を含まない酸素非含有半導体膜であって且つ前記第２半導体膜が酸素を含む酸素含有半導体膜であること、を特徴とする。

本発明によれば、簡単なプロセスでバックコンタクトヘテロ接合型の光起電力装置が得られる、という効果を奏する。

図１−１は、本発明の実施の形態１にかかる光起電力装置である太陽電池の裏面構造を模式的に示す平面図である。 図１−２は、本発明の実施の形態１にかかる光起電力装置である太陽電池の断面構造を模式的に示す図であり、図１−１の線分Ａ−Ａ’における要部断面図である。 図２は、本発明の実施の形態１にかかる太陽電池の製造方法を説明するためのフローチャートである。 図３−１は、本発明の実施の形態１にかかる太陽電池の製造方法を説明するための断面図である。 図３−２は、本発明の実施の形態１にかかる太陽電池の製造方法を説明するための断面図である。 図３−３は、本発明の実施の形態１にかかる太陽電池の製造方法を説明するための断面図である。 図３−４は、本発明の実施の形態１にかかる太陽電池の製造方法を説明するための断面図である。 図３−５は、本発明の実施の形態１にかかる太陽電池の製造方法を説明するための断面図である。 図３−６は、本発明の実施の形態１にかかる太陽電池の製造方法を説明するための断面図である。 図３−７は、本発明の実施の形態１にかかる太陽電池の製造方法を説明するための断面図である。 図３−８は、本発明の実施の形態１にかかる太陽電池の製造方法を説明するための断面図である。 図３−９は、本発明の実施の形態１にかかる太陽電池の製造方法を説明するための断面図である。 図３−１０は、本発明の実施の形態１にかかる太陽電池の製造方法を説明するための断面図である。 図３−１１は、本発明の実施の形態１にかかる太陽電池の製造方法を説明するための断面図である。 図３−１２は、本発明の実施の形態１にかかる太陽電池の製造方法を説明するための断面図である。 図３−１３は、本発明の実施の形態１にかかる太陽電池の製造方法を説明するための断面図である。 図４−１は、従来のバックコンタクトヘテロ接合太陽電池の形成プロセスを模式的に示す要部断面図である。 図４−２は、従来のバックコンタクトヘテロ接合太陽電池の形成プロセスを模式的に示す要部断面図である。 図４−３は、従来のバックコンタクトヘテロ接合太陽電池の形成プロセスを模式的に示す要部断面図である。 図４−４は、従来のバックコンタクトヘテロ接合太陽電池の形成プロセスを模式的に示す要部断面図である。 図４−５は、従来のバックコンタクトヘテロ接合太陽電池の形成プロセスを模式的に示す要部断面図である。 図４−６は、従来のバックコンタクトヘテロ接合太陽電池の形成プロセスを模式的に示す要部断面図である。 図５は、本発明の実施の形態２にかかる光起電力装置である太陽電池の断面構造を模式的に示す図である。 図６は、本発明の実施の形態２にかかる太陽電池の製造方法を説明するためのフローチャートである。 図７−１は、本発明の実施の形態２にかかる太陽電池の製造方法を説明するための断面図である。 図７−２は、本発明の実施の形態２にかかる太陽電池の製造方法を説明するための断面図である。 図７−３は、本発明の実施の形態２にかかる太陽電池の製造方法を説明するための断面図である。 図７−４は、本発明の実施の形態２にかかる太陽電池の製造方法を説明するための断面図である。 図７−５は、本発明の実施の形態２にかかる太陽電池の製造方法を説明するための断面図である。 図７−６は、本発明の実施の形態２にかかる太陽電池の製造方法を説明するための断面図である。 図７−７は、本発明の実施の形態２にかかる太陽電池の製造方法を説明するための断面図である。 図７−８は、本発明の実施の形態２にかかる太陽電池の製造方法を説明するための断面図である。 図７−９は、本発明の実施の形態２にかかる太陽電池の製造方法を説明するための断面図である。 図７−１０は、本発明の実施の形態２にかかる太陽電池の製造方法を説明するための断面図である。 図７−１１は、本発明の実施の形態２にかかる太陽電池の製造方法を説明するための断面図である。 図７−１２は、本発明の実施の形態２にかかる太陽電池の製造方法を説明するための断面図である。 図７−１３は、本発明の実施の形態２にかかる太陽電池の製造方法を説明するための断面図である。

以下に、本発明にかかる光起電力装置およびその製造方法、光起電力モジュールの実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は以下の記述に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。また、以下に示す図面においては、理解の容易のため、各部材の縮尺が実際とは異なる場合がある。各図面間においても同様である。また、平面図であっても、図面を見易くするためにハッチングを付す場合がある。

実施の形態１．
図１−１は、本発明の実施の形態１にかかる光起電力装置である太陽電池の裏面構造を模式的に示す平面図である。図１−２は、本発明の実施の形態１にかかる光起電力装置である太陽電池の断面構造を模式的に示す図であり、図１−１の線分Ａ−Ａ’における要部断面図である。

実施の形態１にかかる太陽電池は、バックコンタクトヘテロ接合型の太陽電池であり、第１導電型の結晶系半導体基板であるｎ型半導体基板１を有する。ｎ型半導体基板１の受光面側の面には、微細凹凸からなるテクスチャー２が形成されている。テクスチャー２上には、パッシベーション膜３としての酸素含有真性シリコン膜と反射防止膜４とがこの順で積層されている。なお、パッシベーション膜３の代わりに、真性シリコン膜と、結晶系半導体基板と同じ導電型のシリコン膜との積層構造を設けてもよい。

ｎ型半導体基板１の受光面と反対の面（裏面）側には、パッシベーション膜として酸素を含む酸素含有真性シリコン膜５が形成されている。酸素含有真性シリコン膜５上には、ｎ型半導体基板１と反対の導電型（ｐ型）を有するｐ型半導体接合領域６Ａと、ｎ型半導体基板１と同じ導電型（ｎ型）を有するｎ型半導体接合領域７Ａとがそれぞれ櫛形形状に形成されている。そして、ｎ型半導体基板１の裏面において、ｐ型半導体接合領域６Ａとｎ型半導体接合領域７Ａとは、櫛形形状においてそれぞれ櫛歯に相当する部分が１本ずつ交互に噛み合わさるように配置されている。すなわち、ｐ型半導体接合領域６Ａの櫛形形状において櫛歯に相当する領域の１本１本と、ｎ型半導体接合領域７Ａの櫛形形状において櫛歯に相当する領域の１本１本とが１本ずつ交互に噛み合わさるように配置されている。

ｐ型半導体接合領域６Ａでは、酸素含有真性シリコン膜５上に薄膜からなり酸素を含まないｐ型酸素非含有シリコン膜６がｐ型半導体接合領域６Ａと同様の櫛形形状に形成されており、酸素含有真性シリコン膜５を介してｎ型半導体基板１の裏面とｐｎ接合を形成する。ｎ型半導体基板１とｐ型酸素非含有シリコン膜６との間の酸素含有真性シリコン膜５は、ｎ型半導体基板１とｐ型酸素非含有シリコン膜６との界面の不純物プロファイルを急峻なものに制御するために設けられる。

ｐ型酸素非含有シリコン膜６上には、透明導電膜８がｐ型半導体接合領域６Ａと同様の櫛形形状に形成されている。透明導電膜８上には、ｐ型半導体接合領域６Ａにおける各領域を電気的に結合し、発電された電力を各領域から集電して外部に取り出すためのｐ型集電極１０がｐ型半導体接合領域６Ａと同様の櫛形形状に形成されている。

ｎ型半導体接合領域７Ａでは、酸素含有真性シリコン膜５上に薄膜からなり酸素を含むｎ型酸素含有シリコン膜７がｎ型半導体接合領域７Ａと同様の櫛形形状に形成されている。ｎ型酸素含有シリコン膜７は、ｎ型半導体基板１の裏面においてｐ型酸素非含有シリコン膜６が形成されていない領域に形成されており、ｎ型半導体基板１よりもｎ型のドーパント（例えばリン（Ｐ））を高濃度に含有する。ｎ型半導体基板１とｎ型酸素含有シリコン膜７との間の酸素含有真性シリコン膜５は、ｎ型半導体基板１とｎ型酸素含有シリコン膜７との界面の不純物プロファイルを急峻なものに制御するために設けられる。

ｎ型酸素含有シリコン膜７上には、透明導電膜９がｎ型半導体接合領域７Ａと同様の櫛形形状に形成されている。透明導電膜９上には、ｎ型半導体接合領域７Ａにおける各領域を電気的に結合し、発電された電力を各領域から集電して外部に取り出すためのｎ型集電極１１がｎ型半導体接合領域７Ａと同様の櫛形形状に形成されている。

この太陽電池においては反射防止膜４側が受光面とされ、太陽光が入射される。この太陽電池は、ｐ型集電極１０およびｎ型集電極１１が、太陽電池の裏面側にのみ配されたヘテロ構造の裏面接合型太陽電池である。これにより、実施の形態１にかかる太陽電池は、受光面側のシャドーロスを抑制して光電変換効率の向上が図られている。

ｎ型半導体基板１は、例えばｎ型のドーパント（例えばリン（Ｐ））がドープされることでｎ型の導電型を呈する結晶系シリコン基板である。結晶系シリコン基板には、単結晶シリコン基板および多結晶シリコン基板を含むが、本実施の形態では単結晶のシリコン基板を用いた例を示す。

受光面側のパッシベーション膜３は、ｎ型半導体基板１の受光面を被覆して形成されており、ｎ型半導体基板１の受光面側の基板表面におけるキャリア再結合を抑制する表面パッシベーション層として働く。このようなパッシベーション膜を形成することで、ｎ型半導体基板１へのパッベーション効果が得られ、開放電圧や短絡電流密度が向上するという効果が得られる。

反射防止膜４は、パッシベーション膜３を被覆して形成されており、受光面側から太陽電池に入射する光の反射損失の低減を目的として設けられる層である。また、反射防止膜４は、ｎ型半導体基板１の保護層としての機能も有する。

つぎに、このような実施の形態１にかかる太陽電池の製造方法の一例について図２、図３−１〜図３−１３を参照して説明する。図２は、実施の形態１にかかる太陽電池の製造方法を説明するためのフローチャートである。図３−１〜図３−１３は、実施の形態１にかかる太陽電池の製造方法を説明するための断面図である。

まず、半導体基板を用意する。半導体基板はたとえばｎ型単結晶シリコン或いはｎ型多結晶シリコン、またはｐ型単結晶シリコン或いはｐ型多結晶シリコンから任意に選ぶことができるが、本実施の形態ではｎ型ドーパント原子としてリン（Ｐ）を所定の濃度で含有する単結晶シリコンからなるｎ型半導体基板１を用いた例を示す。ｎ型半導体基板１がインゴットからスライスされたままのものであれば、スライス時のダメージを除去する工程や不純物除去のためのゲッタリング工程などをあらかじめ実施しておくことが好ましい。

つぎに、ｎ型半導体基板１の一面側の表面に微細凹凸からなるテクスチャー２が形成される（図３−１、ステップＳ１０）。この際、テクスチャー２はｎ型半導体基板１の片面のみに形成しても両面に形成しても構わないが、本実施の形態では片面のみにテクスチャー２を形成する。ｎ型半導体基板１においてテクスチャー２が形成された面は、最終的に太陽電池が完成した際には受光面になる。以下、ｎ型半導体基板１においてテクスチャー２が形成された面を受光面と呼ぶ場合がある。

たとえば基板方位が（１００）の単結晶シリコン基板を用いる場合には、アルカリ溶液による異方性エッチングによりピラミッド形状のテクスチャー２を形成することができる。また、多結晶シリコン基板を用いた場合は、混酸や反応性イオンエッチング（ＲＩＥ：Reactive Ion Etching）などの方法によりテクスチャー２を形成することができる。テクスチャー２の形状は特に限定されない。また、ｎ型半導体基板１の片面にテクスチャー２を形成する際には、テクスチャー２を形成しない面にあらかじめ保護膜を形成しておく。

つぎに、テクスチャー２が形成されたｎ型半導体基板１の受光面にパッシベーション膜３および反射防止膜４が形成される（図３−２、図３−３、ステップＳ２０、ステップＳ３０）。本実施の形態では、パッシベーション膜３として酸素含有真性シリコン膜を形成する例を示すが、パッシベーション膜３としてはｎ型半導体基板１と同じ導電型で該ｎ型半導体基板１よりも高濃度に不純物がドープされたアモルファスシリコン膜、またはｎ型半導体基板１との界面に対してパッシベーション効果の高いシリコン酸化膜、或いはシリコン窒化膜、真性シリコン膜上に半導体基板と同じ導電型のシリコン膜が積層された積層構造などを用いることができる。また、反射防止膜４としては、シリコン酸化膜やシリコン窒化膜を用いる。なお、シリコン酸化膜やシリコン窒化膜などのようにパッシベーション効果と反射防止効果とを持ち合わせた膜であれば、パッシベーション膜３と反射防止膜４は同じ１つの膜で併用しても構わない。

つぎに、ｎ型半導体基板１の裏面のクリーニングを目的とした洗浄として例えばＲＣＡ洗浄が施される（ステップＳ４０）。ＲＣＡ洗浄は、例えばアンモニア水、硫酸過水、塩酸過水、弗酸、水洗を組み合わせて行う。ｎ型半導体基板１の受光面側の反射防止膜４がＲＣＡ洗浄によりエッチングや剥離などの影響を受ける場合は、ｎ型半導体基板１の裏面のみを洗浄することが好ましい。また、ＲＣＡ洗浄の代わりにオゾンを数十ｍｇ／Ｌ程度溶解させた純水（オゾン水）を用いてもよい。

つぎに、ｎ型半導体基板１の裏面が清浄な表面のまま、酸素含有真性シリコン膜５が形成される（図３−４、ステップＳ５０）。本実施の形態においては、プラズマＣＶＤ法により、たとえば１３．５６〜６０ＭＨｚのＲＦプラズマＣＶＤチャンバで、ＲＦ出力２０〜１００ｍＷ/ｃｍ^２、基板温度１００〜２００℃、ガス圧４００〜６００Ｐａの雰囲気下で、反応ガスの流量をシラン１０〜１００ｓｃｃｍ、水素５００〜１０００ｓｃｃｍ、炭酸ガス５〜２０ｓｃｃｍ流して、膜厚が３ｎｍ〜６ｎｍの酸素含有真性シリコン膜を形成する。

続けて、酸素含有真性シリコン膜５上にｐ型酸素非含有シリコン膜６が形成される（図３−５、ステップＳ６０）。本実施の形態では、１３．５６〜６０ＭＨｚのＲＦプラズマＣＶＤチャンバで、ＲＦ出力２０〜１００ｍＷ/ｃｍ^２、基板温度１００〜２００℃、ガス圧４００〜６００Ｐａの雰囲気下で、反応ガスの流量をシラン５〜５０ｓｃｃｍ、水素５００〜２０００ｓｃｃｍ、１％に水素希釈したジボラン１０〜５０ｓｃｃｍ流して成膜を行って、膜厚が約２０ｎｍのｐ型酸素非含有シリコン膜を形成する。なお、上記の成膜条件は、一例であり、これに限定されない。

つぎに、ｐ型酸素非含有シリコン膜６上の、最終的にｎ型半導体接合領域７Ａとなる領域にシリコン用のエッチングペースト２１をスクリーン印刷により塗布する（図３−６、ステップＳ７０）。シリコン用のエッチングペースト２１は、シリコンをエッチングするペーストとして、例えばメルク社のisishape SolarEtch SiD（登録商標）などを用いることができる。

そして、ｎ型半導体基板１を加熱することにより、ｐ型酸素非含有シリコン膜６の不要部、すなわちシリコン用のエッチングペースト２１を塗布した領域のｐ型酸素非含有シリコン膜６のみをエッチングしてｐ型酸素非含有シリコン膜６を櫛形にパターニングする（ステップＳ８０）。すなわち、例えばシリコン用のエッチングペースト２１としてisishape SolarEtch SiD（登録商標）など塗布後、例えば７０℃〜２００℃の温度で加熱することにより、シリコン用のエッチングペースト２１とｐ型酸素非含有シリコン膜６とを反応させる。その後、シリコン用のエッチングペースト２１と反応したｐ型酸素非含有シリコン膜６およびシリコン用のエッチングペースト２１を純水によりリンス除去する（図３−７、ステップＳ９０）。

ここで、シリコン用のエッチングペースト２１の塗布後の加熱温度および加熱時間は、酸素含有真性シリコン膜５とｐ型酸素非含有シリコン膜６とのエッチング速度が異なってｐ型酸素非含有シリコン膜６のみがエッチングされるように調整される。

つぎに、ｎ型半導体基板１の裏面の全面にｎ型酸素含有シリコン膜７が形成される（図３−８、ステップＳ１００）。本実施の形態では、１３．５６〜６０ＭＨｚのＲＦプラズマＣＶＤチャンバで、ＲＦ出力２０〜１００ｍＷ/ｃｍ^２、基板温度１００〜２００℃、ガス圧４００〜６００Ｐａの雰囲気下で、反応ガスの流量をシラン５〜５０ｓｃｃｍ、水素５０〜２００ｓｃｃｍ、１％に水素希釈したホスフィン１０〜５０ｓｃｃｍ、炭酸ガス１〜１０ｓｃｃｍとして成膜を行って、膜厚が約２０ｎｍのｎ型酸素含有シリコン膜を形成する。なお、上記の成膜条件は、一例であり、これに限定されない。

つぎに、ｎ型酸素含有シリコン膜７上の、最終的にｐ型半導体接合領域６Ａとなる領域に酸化シリコン用のエッチングペースト２２をスクリーン印刷により塗布する（図３−９、ステップＳ１１０）。酸化シリコン用のエッチングペースト２１は、酸化シリコンをエッチングするペーストとして、例えばメルク社のisishape SolarEtch BES（登録商標）などを用いることができる。

そして、ｎ型半導体基板１を加熱することにより、ｎ型酸素含有シリコン膜７の不要部、すなわち酸化シリコン用のエッチングペースト２２を塗布した領域のｎ型酸素含有シリコン膜７のみをエッチングしてｎ型酸素含有シリコン膜７を櫛形にパターニングする（ステップＳ１２０）。すなわち、例えば酸化シリコン用のエッチングペースト２２としてisishape SolarEtch BES（登録商標）など塗布後、例えば１００℃〜２００℃の温度で加熱することにより、酸化シリコン用のエッチングペースト２２とｎ型酸素含有シリコン膜７とを反応させる。その後、酸化シリコン用のエッチングペースト２２と反応したｎ型酸素含有シリコン膜７および酸化シリコン用のエッチングペースト２２を純水によりリンス除去する（図３−１０、ステップＳ１３０）。

ここで、酸化シリコン用のエッチングペースト２２の塗布後の加熱温度および加熱時間は、ｐ型酸素非含有シリコン膜６とｎ型酸素含有シリコン膜７とのエッチング速度が異なってｎ型酸素含有シリコン膜７のみがエッチングされるように調整される。

ここまでの工程で、ｎ型半導体基板１の裏面上に、酸素含有真性シリコン膜５を介して形成されたｐ型酸素非含有シリコン膜６と酸素非含有真性シリコン膜４５を介して形成されたｎ型酸素含有シリコン膜７とが裏面の面方向において交互に配列した裏面接合構造が形成される。

つぎに、ｎ型半導体基板１の裏面上に、透明導電膜８および透明導電膜９となる透明導電膜２３を形成する（図３−１１、ステップＳ１４０）。透明導電膜２３としては、エッチングで除去が可能な材料としてたとえばスパッタリング法により酸化インジウム（Ｉｎ_２Ｏ_３）膜を形成する。なお、透明導電膜２３に用いる酸化インジウム以外の材料としては、錫を５％〜１０％ドープした酸化インジウム（ＩＴＯ）、酸化亜鉛、酸化錫などを用いることができる。ただし、シリコンにおける光吸収がある波長域全体において、できるだけ光吸収の少ない材料を用いることが好ましい。

つぎに、ｐ型半導体接合領域６Ａおよびｎ型半導体接合領域７Ａのそれぞれに、電力取り出し用の集電極が櫛形形状に形成される。すなわち、透明導電膜２３上において、ｐ型半導体接合領域６Ａにｐ型集電極１０が、ｎ型半導体接合領域７Ａにｎ型集電極１１が、互いの電極が接触しないように櫛形形状に形成される（図３−１２、ステップＳ１５０）。ｐ型集電極１０およびｎ型集電極１１の形成は、例えばスクリーン印刷法により電極材料ペーストを印刷、乾燥し、その後焼成することにより行う。ｐ型集電極１０およびｎ型集電極１１には、例えば２００℃程度で焼結する低温焼結型の印刷銀（Ａｇ）ペーストを用いることが好ましい。

つぎに、ｎ型半導体基板１をシュウ酸に浸漬し、ｐ型集電極１０およびｎ型集電極１１をマスクとしてｐ型半導体接合領域６Ａとｎ型半導体接合領域７Ａとの境界近傍の透明導電膜２３をエッチング除去してパターニングすることにより、ｐｎ分離が行われる。これにより、透明導電膜８がｐ型集電極１０の下部に形成され、透明導電膜９がｎ型集電極１１の下部に形成される（図３−１３、ステップＳ１６０）。

なお、本実施の形態ではｐ型集電極１０およびｎ型集電極１１をマスクとしたエッチングにより透明導電膜２３をパターニングしたが、エッチングペーストを用いて透明導電膜２３をパターニングしてもよく、またレーザー照射により透明導電膜２３をパターニングしてもよい。

以上のような工程を実施することにより、図１−１および図１−２に示す太陽電池を作製することができる。なお、上記においてはｐ型半導体接合領域６Ａが形成された後にｎ型半導体接合領域７Ａが形成されているが、ｎ型半導体接合領域７Ａが形成された後にｐ型半導体接合領域６Ａが形成されてもよい。この場合には、先にパターニングされるｎ型半導体接合領域７Ａにｎ型酸素非含有シリコン膜が形成され、ｐ型半導体接合領域６Ａにｐ型酸素含有シリコン膜が形成されることになる。

また、ｐ型集電極１０が酸素含有真性シリコン膜５上に直接形成され、ｎ型集電極１１がｎ型酸素含有シリコン膜７上に直接形成される構成とされてもよい。また、上述した実施の形態において、ｐ型とｎ型との関係を入れ替えてもよい。

つぎに、比較のため、従来のバックコンタクトヘテロ接合太陽電池の形成プロセスを図４−１〜図４−６を参照して説明する。図４−１〜図４−６は、従来のバックコンタクトヘテロ接合太陽電池の形成プロセスを模式的に示す要部断面図である。初めにシリコン基板１０１の受光面側にテクスチャー１０２を形成する。つぎに、テクスチャー１０２が形成されたシリコン基板１０１の受光面に、パッシベーション膜１０３と反射防止膜１０４とをこの順で積層形成する。

つぎに、ＲＣＡ洗浄などの洗浄処理によりシリコン基板１０１の裏面を十分に洗浄する。つぎに、シリコン基板１０１の裏面の全面に、真性シリコン膜１０５、ｐ型の不純物ドープ膜１０６および保護膜１０７をこの順で積層形成する。その後、保護膜１０７上におけるｎ型の不純物ドープ膜を形成する領域に、保護膜用のエッチングペースト１０８を塗布し、保護膜１０７をエッチングする（図４−１）。その後、保護膜用のエッチングペースト１０８を除去する（図４−２）。

つぎに、この保護膜１０７をマスクとして、アルカリ溶液などのシリコンをエッチングできる溶液によりｐ型の不純物ドープ膜１０６および真性シリコン膜１０５をエッチングする（図４−３）。このエッチングによりシリコン基板１０１の裏面が露出する。

つぎに、エッチングされて露出したシリコン基板１０１の裏面領域を清浄に保つため、再度、ＲＣＡ洗浄などの洗浄処理によりシリコン基板１０１の裏面を十分に洗浄する。ここでは、シリコン基板１０１の裏面に形成された真性シリコン膜１０５およびｐ型の不純物ドープ膜１０６に影響がないような低濃度の洗浄が行われる。

つぎに、シリコン基板１０１の裏面の全面に、真性シリコン膜１０９とｎ型の不純物ドープ膜１１０とを積層形成する。その後、ｐ型の不純物ドープ膜１０６が形成されている領域のｎ型の不純物ドープ膜１１０上に、シリコン用のエッチングペースト１１１を塗布し、保護膜１０７をエッチングストップ層として真性シリコン膜１０９とｎ型の不純物ドープ膜１１０とをエッチングする（図４−４）。その後、シリコン用のエッチングペースト１１１を除去する（図４−５）。

そして、真性シリコン膜１０９とｎ型の不純物ドープ膜１１０との不要部および保護膜１０７を除去する（図４−６）。以上の工程を実施することにより、シリコン基板１０１上に真性シリコン膜１０５または真性シリコン膜１０９を介して異なる導電型シリコンの領域が形成され、バックコンタクトヘテロ接合太陽電池が形成される。

しかしながら、上述した従来のバックコンタクトヘテロ接合太陽電池の形成プロセスにおいてはシリコン基板の洗浄を２回行う必要があり、また保護膜１０７を形成するためプロセスが複雑となる上に、２回目の洗浄ではｐ型の不純物ドープ膜１０６の剥離などを引き起こす可能性があった。また、保護膜１０７の形成温度が該保護膜１０７の形成前に形成されたシリコン膜の特性を低下させない温度範囲である２００℃以下に制限され、保護膜１０７の選択の自由度も低かった。

これに対して、実施の形態１にかかる太陽電池の製造方法では、酸素含有真性シリコン膜５上に最初に形成された第１の不純物ドープ層であるｐ型酸素非含有シリコン膜６を、シリコン膜と酸化シリコン膜とのエッチングレートの差を利用してシリコン用のエッチングペースト２１を用いてパターニングする。これにより、ｐ型酸素非含有シリコン膜６のみをエッチングしてｎ型半導体基板１の裏面に酸素含有真性シリコン膜５を残すことができ、ｎ型半導体基板１の裏面が露出することがないため、ｎ型半導体基板１の裏面は良好な基板界面が維持される。このため、第２の不純物ドープ層であるｎ型酸素含有シリコン膜７の形成に際して、ｎ型半導体基板１の裏面のクリーニングを目的とした前のｎ型半導体基板１の洗浄が不要である。

また、上記の実施の形態１にかかる太陽電池の製造方法では、保護膜を形成しないため、プロセスが簡便である。

したがって、従来のような第２の不純物ドープ層の形成前の基板の洗浄プロセスと保護膜の形成プロセスが不要であり、光電変換効率に優れるバックコンタクトヘテロ接合型の太陽電池が簡単なプロセスで低コストで得られる。

以上のような実施の形態１にかかる太陽電池の製造方法により実施例１の太陽電池を作製した。また、比較のため、真性シリコン膜、ｐ型シリコン膜、ｎ型シリコン膜のすべてが酸素を含有しないシリコン膜とされて上述した従来の太陽電池の製造方法により形成された比較例の太陽電池を作製した。そして、実施例１および比較例の太陽電池の電流−電圧特性を評価した。

その結果、比較例の太陽電池は、洗浄不足や保護膜形成時の熱ダメージにより開放電圧が６５０ｍＶしか得られなかった。これに対して、実施例１の太陽電池は、開放電圧が７００ｍＶであり、比較例より高い開放電圧を得ることができた。また、フィルファクターは０．７６であり、比較例と同等の値を得ることができた。

上述したように、実施の形態１にかかる太陽電池の製造方法では、第２の不純物ドープ層であるｎ型酸素含有シリコン膜７の形成前のｎ型半導体基板１の洗浄プロセスと保護膜の形成プロセスが不要であり、簡単なプロセスで光電変換効率に優れたバックコンタクトヘテロ接合型の太陽電池を安価に製造可能である。

実施の形態２．
図５は、本発明の実施の形態２にかかる光起電力装置である太陽電池の断面構造を模式的に示す図である。なお、本発明の実施の形態２にかかる光起電力装置である太陽電池の裏面構造は実施の形態１の場合と同様であるため、図１−１を参照することとする。また、図５は、図１−１の線分Ａ−Ａ’における要部断面図に相当する。

実施の形態２にかかる太陽電池は、バックコンタクトヘテロ接合型の太陽電池であり、第１導電型の結晶系半導体基板であるｎ型半導体基板４１を有する。ｎ型半導体基板４１の受光面側の面には、微細凹凸からなるテクスチャー４２が形成されている。テクスチャー４２上には、パッシベーション膜４３としての酸素含有真性シリコン膜と反射防止膜４４とがこの順で積層されている。なお、パッシベーション膜４３の代わりに、真性シリコン膜と、結晶系半導体基板と同じ導電型のシリコン膜との積層構造を設けてもよい。

ｎ型半導体基板４１の受光面と反対の面（裏面）側には、パッシベーション膜として酸素を含む酸素非含有真性シリコン膜４５が形成されている。酸素非含有真性シリコン膜４５上には、ｎ型半導体基板４１と反対の導電型（ｐ型）を有するｐ型半導体接合領域４６Ａと、ｎ型半導体基板４１と同じ導電型（ｎ型）を有するｎ型半導体接合領域４７Ａとがそれぞれ櫛形形状に形成されている。そして、ｎ型半導体基板４１の裏面において、ｐ型半導体接合領域４６Ａとｎ型半導体接合領域４７Ａとは、櫛形形状においてそれぞれ櫛歯に相当する部分が１本ずつ交互に噛み合わさるように配置されている。すなわち、ｐ型半導体接合領域４６Ａの櫛形形状において櫛歯に相当する領域の１本１本と、ｎ型半導体接合領域４７Ａの櫛形形状において櫛歯に相当する領域の１本１本とが１本ずつ交互に噛み合わさるように配置されている。

ｐ型半導体接合領域４６Ａでは、酸素非含有真性シリコン膜４５上に薄膜からなり酸素を含むｐ型酸素含有シリコン膜４６がｐ型半導体接合領域４６Ａと同様の櫛形形状に形成されており、酸素非含有真性シリコン膜４５を介してｎ型半導体基板４１の裏面とｐｎ接合を形成する。ｎ型半導体基板４１とｐ型酸素含有シリコン膜４６との間の酸素非含有真性シリコン膜４５は、ｎ型半導体基板４１とｐ型酸素含有シリコン膜４６との界面の不純物プロファイルを急峻なものに制御するために設けられる。

ｐ型酸素含有シリコン膜４６上には、透明導電膜４８がｐ型半導体接合領域４６Ａと同様の櫛形形状に形成されている。透明導電膜４８上には、ｐ型半導体接合領域４６Ａにおける各領域を電気的に結合し、発電された電力を各領域から集電して外部に取り出すためのｐ型集電極５０がｐ型半導体接合領域４６Ａと同様の櫛形形状に形成されている。

ｎ型半導体接合領域４７Ａでは、酸素非含有真性シリコン膜４５上に薄膜からなり酸素を含まないｎ型酸素非含有シリコン膜４７がｎ型半導体接合領域４７Ａと同様の櫛形形状に形成されている。ｎ型酸素非含有シリコン膜４７は、ｎ型半導体基板４１の裏面においてｐ型酸素含有シリコン膜４６が形成されていない領域に形成されており、ｎ型半導体基板４１よりもｎ型のドーパント（例えばリン（Ｐ））を高濃度に含有する。ｎ型半導体基板４１とｎ型酸素非含有シリコン膜４７との間の酸素非含有真性シリコン膜４５は、ｎ型半導体基板４１とｎ型酸素非含有シリコン膜４７との界面の不純物プロファイルを急峻なものに制御するために設けられる。

ｎ型酸素非含有シリコン膜４７上には、透明導電膜４９がｎ型半導体接合領域４７Ａと同様の櫛形形状に形成されている。透明導電膜４９上には、ｎ型半導体接合領域４７Ａにおける各領域を電気的に結合し、発電された電力を各領域から集電して外部に取り出すためのｎ型集電極５１がｎ型半導体接合領域４７Ａと同様の櫛形形状に形成されている。

この太陽電池においては反射防止膜４４側が受光面とされ、太陽光が入射される。この太陽電池は、ｐ型集電極５０およびｎ型集電極５１が、太陽電池の裏面側にのみ配されたヘテロ構造の裏面接合型太陽電池である。これにより、実施の形態２にかかる太陽電池は、受光面側のシャドーロスを抑制して光電変換効率の向上が図られている。

ｎ型半導体基板４１は、例えばｎ型のドーパント（例えばリン（Ｐ））がドープされることでｎ型の導電型を呈する結晶系シリコン基板である。結晶系シリコン基板には、単結晶シリコン基板および多結晶シリコン基板を含むが、本実施の形態では単結晶のシリコン基板を用いた例を示す。

受光面側のパッシベーション膜４３は、ｎ型半導体基板４１の受光面を被覆して形成されており、ｎ型半導体基板４１の受光面側の基板表面におけるキャリア再結合を抑制する表面パッシベーション層として働く。このようなパッシベーション膜を形成することで、ｎ型半導体基板４１へのパッベーション効果が得られ、開放電圧や短絡電流密度が向上するという効果が得られる。

反射防止膜４４は、パッシベーション膜４３を被覆して形成されており、受光面側から太陽電池に入射する光の反射損失の低減を目的として設けられる層である。また、反射防止膜４４は、ｎ型半導体基板４１の保護層としての機能も有する。

つぎに、このような実施の形態２にかかる太陽電池の製造方法の一例について図６、図７−１〜図７−１３を参照して説明する。図６は、実施の形態２にかかる太陽電池の製造方法を説明するためのフローチャートである。図７−１〜図７−１３は、実施の形態２にかかる太陽電池の製造方法を説明するための断面図である。

まず、半導体基板を用意する。半導体基板はたとえばｎ型単結晶シリコン或いはｎ型多結晶シリコン、またはｐ型単結晶シリコン或いはｐ型多結晶シリコンから任意に選ぶことができるが、本実施の形態ではｎ型ドーパント原子としてリン（Ｐ）を所定の濃度で含有する単結晶シリコンからなるｎ型半導体基板１を用いた例を示す。ｎ型半導体基板４１がインゴットからスライスされたままのものであれば、スライス時のダメージを除去する工程や不純物除去のためのゲッタリング工程などをあらかじめ実施しておくことが好ましい。

つぎに、ｎ型半導体基板４１の一面側の表面に微細凹凸からなるテクスチャー４２が形成される（図７−１、ステップＳ２１０）。この際、テクスチャー４２はｎ型半導体基板４１の片面のみに形成しても両面に形成しても構わないが、本実施の形態では片面のみにテクスチャー４２を形成する。ｎ型半導体基板４１においてテクスチャー４２が形成された面は、最終的に太陽電池が完成した際には受光面になる。以下、ｎ型半導体基板４１においてテクスチャー４２が形成された面を受光面と呼ぶ場合がある。

たとえば基板方位が（１００）の単結晶シリコン基板を用いる場合には、アルカリ溶液による異方性エッチングによりピラミッド形状のテクスチャー４２を形成することができる。また、多結晶シリコン基板を用いた場合は、混酸や反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）などの方法によりテクスチャー４２を形成することができる。テクスチャー４２の形状は特に限定されない。また、ｎ型半導体基板４１の片面にテクスチャー４２を形成する際には、テクスチャー４２を形成しない面にあらかじめ保護膜を形成しておく。

つぎに、テクスチャー４２が形成されたｎ型半導体基板４１の受光面にパッシベーション膜４３および反射防止膜４４が形成される（図７−２、図７−３、ステップＳ２２０、ステップＳ２３０）。本実施の形態では、パッシベーション膜４３として酸素含有真性シリコン膜を形成する例を示すが、パッシベーション膜４３としてはｎ型半導体基板４１と同じ導電型で該ｎ型半導体基板４１よりも高濃度に不純物がドープされたアモルファスシリコン膜、またはｎ型半導体基板４１との界面に対してパッシベーション効果の高いシリコン酸化膜、或いはシリコン窒化膜、真性シリコン膜上に半導体基板と同じ導電型のシリコン膜が積層された積層構造などを用いることができる。また、反射防止膜４４としては、シリコン酸化膜やシリコン窒化膜を用いる。なお、シリコン酸化膜やシリコン窒化膜などのようにパッシベーション効果と反射防止効果とを持ち合わせた膜であれば、パッシベーション膜４３と反射防止膜４４は同じ１つの膜で併用しても構わない。

つぎに、ｎ型半導体基板４１の裏面のクリーニングを目的とした洗浄として例えばＲＣＡ洗浄が施される（ステップＳ２４０）。ＲＣＡ洗浄は、例えばアンモニア水、硫酸過水、塩酸過水、弗酸、水洗を組み合わせて行う。ｎ型半導体基板４１の受光面側の反射防止膜４４がＲＣＡ洗浄によりエッチングや剥離などの影響を受ける場合は、ｎ型半導体基板４１の裏面のみを洗浄することが好ましい。また、ＲＣＡ洗浄の代わりにオゾンを数十ｍｇ／Ｌ程度溶解させた純水（オゾン水）を用いてもよい。

つぎに、ｎ型半導体基板４１の裏面が清浄な表面のまま、酸素非含有真性シリコン膜４５が形成される（図７−４、ステップＳ２５０）。本実施の形態においては、１３．５６〜６０ＭＨｚのＲＦプラズマＣＶＤチャンバで、たとえばＲＦ出力２０〜１００ｍＷ/ｃｍ^２、基板温度１００〜２００℃、ガス圧４００〜６００Ｐａの雰囲気下で、反応ガスの流量をシラン１０〜１００ｓｃｃｍ、水素５００〜１０００ｓｃｃｍとして成膜を行って、膜厚が３ｎｍ〜６ｎｍの酸素非含有真性シリコン膜を形成する。

続けて、酸素非含有真性シリコン膜４５上にｐ型酸素含有シリコン膜４６が形成される（図７−５、ステップＳ２６０）。本実施の形態では、プラズマＣＶＤ法により、１３．５６〜６０ＭＨｚのＲＦプラズマＣＶＤチャンバで、ＲＦ出力２０〜１００ｍＷ/ｃｍ^２、基板温度１００〜２００℃、ガス圧４００〜６００Ｐａの雰囲気下で、反応ガスの流量をシラン５〜５０ｓｃｃｍ、水素５００〜２０００ｓｃｃｍ、１％に水素希釈したジボラン１０〜５０ｓｃｃｍ、炭酸ガス１〜１０ｓｃｃｍ流して成膜を行って、膜厚が約２０ｎｍのｐ型酸素含有シリコン膜を形成する。なお、上記の成膜条件は、一例であり、これに限定されない。

つぎに、ｐ型酸素含有シリコン膜４６上の、最終的にｎ型半導体接合領域４７Ａとなる領域に酸化シリコン用のエッチングペースト６１をスクリーン印刷により塗布する（図７−６、ステップＳ２７０）。酸化シリコン用のエッチングペースト６１は、酸化シリコンをエッチングするペーストとして、例えばメルク社のisishape SolarEtch BES（登録商標）などを用いることができる。

そして、ｎ型半導体基板４１を加熱することにより、ｐ型酸素含有シリコン膜４６の不要部、すなわち酸化シリコン用のエッチングペースト６１を塗布した領域のｐ型酸素含有シリコン膜４６のみをエッチングしてｐ型酸素含有シリコン膜４６を櫛形にパターニングする（ステップＳ２８０）。すなわち、例えば酸化シリコン用のエッチングペースト６１としてisishape SolarEtch BES（登録商標）など塗布後、例えば１００℃〜２００℃の温度で加熱することにより、酸化シリコン用のエッチングペースト６１とｐ型酸素含有シリコン膜４６とを反応させる。その後、酸化シリコン用のエッチングペースト６１と反応したｐ型酸素含有シリコン膜４６および酸化シリコン用のエッチングペースト６１を純水によりリンス除去する（図７−７、ステップＳ２９０）。

ここで、酸化シリコン用のエッチングペースト６１の塗布後の加熱温度および加熱時間は、酸素非含有真性シリコン膜４５とｐ型酸素含有シリコン膜４６とのエッチング速度が異なってｐ型酸素含有シリコン膜４６のみがエッチングされるように調整される。

つぎに、ｎ型半導体基板４１の裏面の全面にｎ型酸素非含有シリコン膜４７が形成される（図７−８、ステップＳ３００）。本実施の形態では、１３．５６〜６０ＭＨｚのＲＦプラズマＣＶＤチャンバで、ＲＦ出力２０〜１００ｍＷ/ｃｍ^２、基板温度１００〜２００℃、ガス圧４００〜６００Ｐａの雰囲気下で、反応ガスの流量をシラン５〜５０ｓｃｃｍ、水素５０〜２００ｓｃｃｍ、１％に水素希釈したホスフィン１０〜５０ｓｃｃｍ流して成膜を行って、膜厚が約２０ｎｍのｎ型酸素非含有シリコン膜を形成する。なお、上記の成膜条件は、一例であり、これに限定されない。

つぎに、ｎ型酸素非含有シリコン膜４７上の、最終的にｐ型半導体接合領域４６Ａとなる領域にシリコン用のエッチングペースト６２をスクリーン印刷により塗布する（図７−９、ステップＳ３１０）。シリコン用のエッチングペースト６２は、シリコンをエッチングするペーストとして、例えばメルク社のisishape SolarEtch SiD（登録商標）などを用いることができる。

そして、ｎ型半導体基板４１を加熱することにより、ｎ型酸素非含有シリコン膜４７の不要部、すなわちシリコン用のエッチングペースト６２を塗布した領域のｎ型酸素非含有シリコン膜４７のみをエッチングしてｎ型酸素非含有シリコン膜４７を櫛形にパターニングする（ステップＳ３２０）。すなわち、例えばシリコン用のエッチングペースト６１としてisishape SolarEtch SiD（登録商標）など塗布後、例えば７０℃〜２００℃の温度で加熱することにより、シリコン用のエッチングペースト６２とｎ型酸素非含有シリコン膜４７とを反応させる。その後、シリコン用のエッチングペースト６２と反応したｎ型酸素非含有シリコン膜４７およびシリコン用のエッチングペースト６２を純水によりリンス除去する（図７−１０、ステップＳ３３０）。

ここで、シリコン用のエッチングペースト６２の塗布後の加熱温度および加熱時間は、ｐ型酸素含有シリコン膜４６とｎ型酸素非含有シリコン膜４７とのエッチング速度が異なってｎ型酸素非含有シリコン膜４７のみがエッチングされるように調整される。

ここまでの工程で、ｎ型半導体基板４１の裏面上に、酸素非含有真性シリコン膜４５を介して形成されたｐ型酸素含有シリコン膜４６と酸素非含有真性シリコン膜４５を介して形成されたｎ型酸素非含有シリコン膜４７とが裏面の面方向において交互に配列した裏面接合構造が形成される。

つぎに、ｎ型半導体基板４１の裏面上に、透明導電膜４８および透明導電膜４９となる透明導電膜６３を形成する（図７−１１、ステップＳ３４０）。透明導電膜６３としては、エッチングで除去が可能な材料としてたとえばスパッタリング法により酸化インジウム（Ｉｎ_２Ｏ_３）膜を形成する。なお、透明導電膜６３に用いる酸化インジウム以外の材料としては、錫を５％〜１０％ドープした酸化インジウム（ＩＴＯ）、酸化亜鉛、酸化錫などを用いることができる。ただし、シリコンにおける光吸収がある波長域全体において、できるだけ光吸収の少ない材料を用いることが好ましい。

つぎに、ｐ型半導体接合領域４６Ａおよびｎ型半導体接合領域４７Ａのそれぞれに、電力取り出し用の集電極が櫛形形状に形成される。すなわち、透明導電膜６３上において、ｐ型半導体接合領域４６Ａにｐ型集電極５０が、ｎ型半導体接合領域４７Ａにｎ型集電極５１が、互いの電極が接触しないように櫛形形状に形成される（図７−１２、ステップＳ３５０）。ｐ型集電極５０およびｎ型集電極５１の形成は、例えばスクリーン印刷法により電極材料ペーストを印刷、乾燥し、その後焼成することにより行う。ｐ型集電極５０およびｎ型集電極５１には、例えば２００℃程度で焼結する低温焼結型の印刷銀（Ａｇ）ペーストを用いることが好ましい。

つぎに、ｎ型半導体基板４１をシュウ酸に浸漬し、ｐ型集電極５０およびｎ型集電極５１をマスクとしてｐ型半導体接合領域４６Ａとｎ型半導体接合領域４７Ａとの境界近傍の透明導電膜６３をエッチング除去してパターニングすることにより、ｐｎ分離が行われる。これにより、透明導電膜４８がｐ型集電極５０の下部に形成され、透明導電膜４９がｎ型集電極５１の下部に形成される（図７−１３、ステップＳ３６０）。なお、本実施の形態ではｐ型集電極５０およびｎ型集電極５１をマスクとしたエッチングにより透明導電膜６３をパターニングしたが、エッチングペーストを用いて透明導電膜６３をパターニングしてもよく、またレーザー照射により透明導電膜６３をパターニングしてもよい。

以上のような工程を実施することにより、図５に示す太陽電池を作製することができる。なお、上記においてはｐ型半導体接合領域４６Ａが形成された後にｎ型半導体接合領域４７Ａが形成されているが、ｎ型半導体接合領域４７Ａが形成された後にｐ型半導体接合領域４６Ａが形成されてもよい。この場合には、先にパターニングされるｎ型半導体接合領域４７Ａにｎ型酸素含有シリコン膜が形成され、ｐ型半導体接合領域６Ａにｐ型酸素非含有シリコン膜が形成されることになる。

また、ｐ型集電極５０が酸素非含有真性シリコン膜４５上に直接形成され、ｎ型集電極５１がｎ型酸素非含有シリコン膜４７上に直接形成される構成とされてもよい。また、上述した実施の形態において、ｐ型とｎ型との関係を入れ替えてもよい。

このような実施の形態２にかかる太陽電池の製造方法では、酸素非含有真性シリコン膜４５上に最初に形成された第１の不純物ドープ層であるｐ型酸素含有シリコン膜４６を、シリコン膜と酸化シリコン膜とのエッチングレートの差を利用して酸化シリコン用のエッチングペースト６１を用いてパターニングする。これにより、ｐ型酸素含有シリコン膜４６のみをエッチングしてｎ型半導体基板４１の裏面に酸素非含有真性シリコン膜４５を残すことができ、ｎ型半導体基板４１の裏面が露出することがないため、ｎ型半導体基板４１の裏面は良好な基板界面が維持される。このため、第２の不純物ドープ層であるｎ型酸素非含有シリコン膜４７の形成に際して、ｎ型半導体基板４１の裏面のクリーニングを目的としたｎ型半導体基板４１の洗浄が不要である。

また、上記の実施の形態２にかかる太陽電池の製造方法では、保護膜を形成しないため、プロセスが簡便である。

したがって、従来のような第２の不純物ドープ層の形成前の基板の洗浄プロセスと保護膜の形成プロセスが不要であり、光電変換効率に優れるバックコンタクトヘテロ接合型の太陽電池が簡単なプロセスで低コストで得られる。

以上のような実施の形態２にかかる太陽電池の製造方法により実施例２の太陽電池を作製して、電流−電圧特性を評価した。その結果、実施例２の太陽電池は、上述した実施例１の太陽電池と同様に開放電圧が７００ｍＶであり、上記比較例より高い開放電圧を得ることができた。また、フィルファクターは０．７６であり、比較例と同等の値を得ることができた。

上述したように、実施の形態２にかかる太陽電池の製造方法では、第２の不純物ドープ層であるｎ型酸素非含有シリコン膜４７の形成前のｎ型半導体基板４１の洗浄プロセスと保護膜の形成プロセスが不要であり、簡単なプロセスで光電変換効率に優れたバックコンタクトヘテロ接合型の太陽電池を安価に製造可能である。

また、上記の実施の形態で説明した構成を有する太陽電池セルを複数形成し、隣接する太陽電池セル同士を電気的に直列または並列に接続することにより、光電変換効率に優れた太陽電池モジュールが簡単なプロセスで安価に実現できる。この場合は、例えば隣接する太陽電池セルのうち一方のセルのｐ型集電極と他方のセルのｎ型集電極とを電気的に接続すればよい。

以上のように、本発明にかかる光起電力装置は、簡単なプロセスで形成可能なバックコンタクトヘテロ接合型の光起電力装置の実現に有用である。

１ ｎ型半導体基板
２ テクスチャー
３ パッシベーション膜
４ 反射防止膜
５ 酸素含有真性シリコン膜
６ ｐ型酸素非含有シリコン膜
６Ａ ｐ型半導体接合領域
７ ｎ型酸素含有シリコン膜
７Ａ ｎ型半導体接合領域
８ 透明導電膜
９ 透明導電膜
１０ ｐ型集電極
１１ ｎ型集電極
２１ シリコン用のエッチングペースト
２２ 酸化シリコン用のエッチングペースト
２３ 透明導電膜
４１ ｎ型半導体基板
４２ テクスチャー
４３ パッシベーション膜
４４ 反射防止膜
４５ 酸素非含有真性シリコン膜
４６ ｐ型酸素含有シリコン膜
４６Ａ ｐ型半導体接合領域
４７ ｎ型酸素非含有シリコン膜
４７Ａ ｎ型半導体接合領域
４８ 透明導電膜
４９ 透明導電膜
５０ ｐ型集電極
５１ ｎ型集電極
６１ 酸化シリコン用のエッチングペースト
６２ シリコン用のエッチングペースト
６３ 透明導電膜
１０１ シリコン基板
１０２ テクスチャー
１０３ パッシベーション膜
１０４ 反射防止膜
１０５ 真性シリコン膜
１０６ ｐ型の不純物ドープ膜
１０７ 保護膜
１０８ 保護膜用のエッチングペースト
１０９ 真性シリコン膜
１１０ ｎ型の不純物ドープ膜
１１１ シリコン用のエッチングペースト

Claims (14)

1. 第１導電型の結晶系半導体基板と、
   前記結晶系半導体基板の受光面と反対側の裏面に形成された真性半導体膜と、
   第１導電型の第１半導体膜と第１集電極とが前記真性半導体膜上の一部にこの順で積層された第１導電型接合領域と、
   第２導電型の第２半導体膜と第２集電極とが前記真性半導体膜上の前記第１導電型接合領域と異なる領域にこの順で形成された第２導電型接合領域と、
   を備え、
   前記真性半導体膜と前記第１半導体膜とが酸素を含む酸素含有半導体膜であって且つ前記第２半導体膜が酸素を含まない酸素非含有半導体膜であり、または前記真性半導体膜と前記第１半導体膜とが酸素を含まない酸素非含有半導体膜であって且つ前記第２半導体膜が酸素を含む酸素含有半導体膜であること、
   を特徴とする光起電力装置。
2. 前記第１導電型接合領域と前記第２導電型接合領域とが前記結晶系半導体基板の面方向において交互に配列されていること、
   を特徴とする請求項１に記載の光起電力装置。
3. 前記結晶系半導体基板がシリコン基板であり、
   前記酸素含有半導体膜が酸素含有シリコン膜であり、
   前記酸素非含有半導体膜が酸素非含有シリコン膜であること、
   を特徴とする請求項１または２に記載の光起電力装置。
4. 前記結晶系半導体基板における受光面上にパッシベーション膜を備えること、
   を特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の光起電力装置。
5. 第１導電型または第２導電型の結晶系半導体基板の受光面と反対側の裏面に真性半導体膜を形成する第１工程と、
   前記真性半導体膜上に第１導電型の半導体膜を形成する第２工程と、
   第１エッチングペーストを用いて前記第１導電型の半導体膜の一部を除去することにより前記第１導電型の半導体膜をパターニングして第１半導体膜を形成する第３工程と、
   前記第１半導体膜を覆って前記真性半導体膜上に第２導電型の半導体膜を形成する第４工程と、
   前記第１半導体膜上の前記第２導電型の半導体膜を除去することにより前記第２導電型の半導体膜をパターニングして前記真性半導体膜上における前記第１半導体膜と異なる領域に第２半導体膜を形成する第５工程と、
   を含み、
   前記真性半導体膜と前記第２半導体膜とを酸素を含む酸素含有半導体膜により形成する場合には前記第１半導体膜を酸素を含まない酸素非含有半導体膜により形成し、または前記真性半導体膜と前記第２半導体膜とを酸素を含まない酸素非含有半導体膜により形成する場合には前記第１半導体膜を酸素を含む酸素含有半導体膜により形成し、
   前記第３工程では、前記第１エッチングペーストの前記酸素含有半導体膜と前記酸素非含有半導体膜とのエッチングレートの差を利用して前記真性半導体膜を残して前記第１導電型の半導体膜をパターニングすること、
   を特徴とする光起電力装置の製造方法。
6. 前記第５工程では、第２エッチングペーストを用いて前記第１半導体膜上の前記第２導電型の半導体膜を除去し、
   前記第２エッチングペーストの前記酸素含有半導体膜と前記酸素非含有半導体膜とのエッチングレートの差を利用して前記第１半導体膜を残して前記第２導電型の半導体膜をパターニングすること、
   を特徴とする請求項５に記載の光起電力装置の製造方法。
7. 前記真性半導体膜と前記第２半導体膜とが、前記酸素含有半導体膜であり、
   前記第１半導体膜が、前記酸素非含有半導体膜であり、
   前記第１エッチングペーストが、前記酸素非含有半導体膜をエッチングするエッチングペーストであること、
   を特徴とする請求項５または６に記載の光起電力装置の製造方法。
8. 前記第２エッチングペーストが、前記酸素含有半導体膜をエッチングするエッチングペーストであること、
   を特徴とする請求項６または７に記載の光起電力装置の製造方法。
9. 前記真性半導体膜と前記第２半導体膜とが、前記酸素非含有半導体膜であり、
   前記第１半導体膜が、前記酸素含有半導体膜であり、
   前記第１エッチングペーストが、前記酸素含有半導体膜をエッチングするエッチングペーストであること、
   を特徴とする請求項５または６に記載の光起電力装置の製造方法。
10. 前記第２エッチングペーストが、前記酸素非含有半導体膜をエッチングするエッチングペーストであること、
    を特徴とする請求項６または９に記載の光起電力装置の製造方法。
11. 前記結晶系半導体基板がシリコン基板であり、
    前記酸素含有半導体膜が酸素含有シリコン膜であり、
    前記酸素非含有半導体膜が酸素非含有シリコン膜であること、
    を特徴とする請求項５〜１０のいずれか１つに記載の光起電力装置の製造方法。
12. 前記第５工程の後に、前記第１半導体膜上および第２半導体膜上に集電極を形成する第６工程を有すること、
    を特徴とする請求項５〜１１のいずれか１つに記載の光起電力装置の製造方法。
13. 前記第６工程は、
    前記第１半導体膜および第２半導体膜を覆って透明導電膜を形成する工程と、
    前記透明導電膜上における前記第１半導体膜上および第２半導体膜上の領域にそれぞれ集電極を形成する工程と、
    前記集電極をマスクとして前記透明導電膜をエッチングして前記集電極毎に前記透明導電膜を分離する工程と、
    を有することを特徴とする請求項１２に記載の光起電力装置の製造方法。
14. 請求項１〜４のいずれか１つに記載の光起電力装置の少なくとも２つ以上が電気的に直列または並列に接続されてなること、
    を特徴とする光起電力モジュール。

Images