JP2015133341A - 裏面接合型太陽電池及びその製造方法 - Google Patents

裏面接合型太陽電池及びその製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】再結合による効率低下を抑制した裏面接合型太陽電池を提供する。【解決手段】光の入射面と反対側の主面に第１導電型コンタクト領域Ｃ１及び第２導電型コンタクト領域Ｃ２を有し、第１導電型コンタクト領域Ｃ１は、結晶質のベース層１４と結晶質の第１導電型層１２とがホモ接合された領域であり、第２導電型コンタクト領域Ｃ２は、ベース層１４と非結晶質のｉ型層２２及び第２導電型層２４とがヘテロ接合された領域である裏面接合型太陽電池とする。【選択図】図１

Description

本発明は、裏面接合型太陽電池及びその製造方法に関する。
太陽光発電システム等の発電効率を高めるために様々なタイプの太陽電池が考え出されている。裏面接合型太陽電池は、受光面側には電極を設けず、裏面側のみに電極が設けられるので、有効受光面積を増加させることができ、発電効率を高めることができる。また、太陽電池セル間の接続を裏面側のみで行えるので、幅広の配線材を用いることができる。したがって、配線部分における電圧降下や電力損失を抑制することができる。
例えば、裏面側で単結晶シリコン基板に単結晶のドーピング層をホモ接合させた裏面接合型太陽電池が開示されている（特許文献１）。
米国特許出願公開第２０１０／０１０８１３０号明細書
ところで、結晶質の半導体層同士を接合したホモ接合領域では、接合界面でのパッシベーション効果が十分に得られず、キャリアの再結合が生じ易い。したがって、発電層で生成されたキャリアが界面で再結合し易くなり、太陽電池の発電効率を低下させる原因となっている。
本発明は、再結合による効率低下を抑制した裏面接合型太陽電池及びその製造方法を提供することを目的とする。
本発明の１つの態様は、光の入射面と反対側の主面に、第１導電型コンタクト領域及び第２導電型コンタクト領域を有する裏面接合型太陽電池であって、第１導電型コンタクト領域は、結晶質のベース層と結晶質の第１導電型層又は第１導電型拡散層とがホモ接合された領域であり、第２導電型コンタクト領域は、ベース層と非結晶質のｉ型層及び第２導電型層とがヘテロ接合された領域である、ことを特徴とする裏面接合型太陽電池である。
本発明の別の態様は、発電層となる結晶質の半導体層のベース層における光の入射面と反対側の主面に結晶質の第１導電型層又は第１導電型拡散層を形成し、ベース層とホモ接合された第１導電型コンタクト領域を形成する第１の工程と、ベース層の主面に非晶質のｉ型層及び第２導電型層を形成し、ベース層とヘテロ接合された第２導電型コンタクト領域を形成する第２の工程と、を備えることを特徴とする裏面接合型太陽電池の製造方法である。
本発明によれば、再結合による効率低下を抑制した裏面接合型太陽電池及びその製造方法を提供することができる。
第１の実施の形態における太陽電池の構造を示す断面図である。 第１の実施の形態における太陽電池の製造方法を示す図である。 第１の実施の形態における太陽電池の製造方法を示す図である。 第１の実施の形態における太陽電池の製造方法を示す図である。 第１の実施の形態における太陽電池の製造方法を示す図である。 第１の実施の形態における太陽電池の製造方法を示す図である。 第１の実施の形態における太陽電池の製造方法を示す図である。 第１の実施の形態における太陽電池の製造方法を示す図である。 第１の実施の形態における太陽電池の製造方法を示す図である。 第１の実施の形態における太陽電池の製造方法を示す図である。 第１の実施の形態における太陽電池の製造方法を示す図である。 本発明の実施の形態における太陽電池の平面構造を示す図である。 第２の実施の形態における太陽電池の構造を示す断面図である。 第２の実施の形態における太陽電池の製造方法を示す図である。 第２の実施の形態における太陽電池の製造方法を示す図である。 第２の実施の形態における太陽電池の製造方法を示す図である。 第２の実施の形態における太陽電池の製造方法を示す図である。 第２の実施の形態における太陽電池の製造方法を示す図である。 第３の実施の形態における太陽電池の構造を示す断面図である。 第３の実施の形態における太陽電池の製造方法を示す図である。 第３の実施の形態における太陽電池の製造方法を示す図である。 第３の実施の形態における太陽電池の製造方法を示す図である。 第３の実施の形態における太陽電池の製造方法を示す図である。 第３の実施の形態における太陽電池の製造方法を示す図である。 第３の実施の形態における太陽電池の製造方法を示す図である。 第３の実施の形態における太陽電池の製造方法を示す図である。 第３の実施の形態における太陽電池の製造方法を示す図である。 第３の実施の形態における太陽電池の製造方法を示す図である。 第３の実施の形態における太陽電池の製造方法を示す図である。 第３の実施の形態における太陽電池の製造方法を示す図である。 第３の実施の形態における太陽電池の製造方法を示す図である。
＜第１の実施の形態＞
第１の実施の形態における太陽電池１００は、図１の断面図に示すように、基板１８、パッシベーション層１６、ベース層１４、第１導電型層１２、絶縁層２０、ｉ型層２２、第２導電型層２４、透明電極層２６及び金属層２８（第１電極２８ｎ、第２電極２８ｐ）を含んで構成される。本実施の形態における太陽電池１００は、裏面接合型太陽電池であり、太陽電池で発電された電力を外部へ取り出す電極が受光面とは反対側の主面（以下、裏面という）のみに設けられる。
ここで、受光面とは、太陽電池において主に光が入射される主面を意味し、具体的には、太陽電池に入射される光の大部分が入射される面である。また、裏面とは、太陽電池の受光面とは反対側の面を意味する。
基板１８は、太陽電池を機械的に支持すると共に、太陽電池に含まれる半導体層を外部環境から保護する。また、基板１８は、太陽電池の受光面側に配置されるので、太陽電池で発電に利用される波長帯域の光を透過し、ベース層１４等の各層を機械的に支持できる材料とされる。基板１８、例えば、透光性を有するガラス又はプラスチック等とすればよい。
ベース層１４は、結晶質の半導体層である。ベース層１４は、太陽電池の発電層となる。ここでは、ベース層１４は、ｎ型のドーパントが添加されたｎ型結晶質シリコン層とする。ベース層１４のドーピング濃度は１０１６／ｃｍ３程度とすればよい。ベース層１４の膜厚は、発電層として十分にキャリアを発生できる膜厚とすることが好ましく、例えば１μｍ以上１００μｍ以下とすればよい。なお、結晶質とは、単結晶のみならず、多数の結晶粒が集合した多結晶も含むものとする。
パッシベーション層１６は、基板１８とベース層１４と間に設けられる。パッシベーション層１６は、ベース層１４の表面の未結合手（ダングリングボンド）を終端させる等の役割を果し、ベース層１４の表面におけるキャリアの再結合を抑制する。パッシベーション層１６を設けることによって、太陽電池の受光面側においてベース層１４の表面でのキャリアの再結合による損失を抑制することができる。
パッシベーション層１６は、例えば、窒化シリコン層（ＳｉＮ）を含むようにすればよく、酸化シリコン層（ＳｉＯｘ）と窒化シリコンとの積層構造とすることがより好ましい。例えば、酸化シリコン層及び窒化シリコン層をそれぞれ３０ｎｍ及び４０ｎｍの膜厚で順に積層した構造とすればよい。
第１導電型層１２は、結晶質の半導体層である。ここでは、第１導電型層１２は、ｎ型のドーパントが添加されたｎ型結晶質シリコン層とする。第１導電型層１２は、金属層２８（第１電極２８ｎ）と接合される層であり、ベース層１４よりも高いドーピング濃度とされる。第１導電型層１２のドーピング濃度は１０１９／ｃｍ３程度とすればよい。第１導電型層１２の膜厚は、金属との接触抵抗を十分に低くできる範囲でできるだけ薄くすることが好ましく、例えば０．１μｍ以上２μｍ以下とすればよい。
ベース層１４と第１導電型層１２とは結晶質同士がホモ接合された第１導電型コンタクト領域Ｃ１を形成する。第１導電型コンタクト領域Ｃ１は、例えば、太陽電池１００の面上内においてフィンガー及びバスバーを含む櫛形に形成される。第１導電型コンタクト領域Ｃ１の面積は、ベース層１４の主面上において第１導電型層１２とホモ接合されている領域の面積を意味する。
絶縁層２０は、第１導電型層１２と後述するｉ型層２２及び第２導電型層２４とを電気的に絶縁するために用いられると共に、第１導電型層１２をエッチングするためのマスクとして利用される。絶縁層２０は、電気的に絶縁性を有する材料から構成し、例えば、窒化シリコン（ＳｉＮ）とすればよい。絶縁層２０の膜厚は、例えば１００ｎｍ程度とすればよい。
ｉ型層２２及び第２導電型層２４は、非晶質系の半導体層とされる。なお、非晶質系とは、アモルファス相又はアモルファス相内に微少な結晶粒が析出している微結晶相を含む。本実施の形態では、ｉ型層２２及び第２導電型層２４は、水素を含有するアモルファスシリコンとする。ｉ型層２２は、実質的に真性のアモルファスシリコン層とされる。第２導電型層２４は、ｐ型のドーパントが添加されたアモルファスシリコン層とされる。第２導電型層２４は、ｉ型層２２よりもドーピング濃度が高い半導体層とされる。例えば、ｉ型層２２には意図的にドーピングを行わず、第２導電型層２４のドーピング濃度は１０１８／ｃｍ３程度とすればよい。ｉ型層２２の膜厚は、光の吸収をできるだけ抑えられるように薄くし、一方でベース層１４の表面が十分にパッシベーションされる程度に厚くする。具体的には、１ｎｍ以上５０ｎｍ以下とすればよく、例えば１０ｎｍとする。また、第２導電型層２４の膜厚は、光の吸収をできるだけ抑えられるように薄くし、一方で太陽電池の開放電圧が十分に高くなるような程度に厚くする。例えば、１ｎｍ以上５０ｎｍ以下とすればよく、例えば１０ｎｍとする。
透明電極層２６は、酸化錫（ＳｎＯ２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）等に錫（Ｓｎ）、アンチモン（Ｓｂ）、フッ素（Ｆ）、アルミニウム（Ａｌ）等をドープした透明導電性酸化物（ＴＣＯ）のうち少なくとも一種類又は複数種を組み合わせて用いることが好適である。特に、酸化亜鉛（ＺｎＯ）は、透光性が高く、抵抗率が低い等の利点を有している。透明電極層２６の膜厚は、１０ｎｍ以上５００ｎｍ以下とすればよく、例えば１００ｎｍとする。
ベース層１４とｉ型層２２及び第２導電型層２４とは結晶質と非晶質とがヘテロ接合された第２導電型コンタクト領域Ｃ２を形成する。第２導電型コンタクト領域Ｃ２は、例えば、太陽電池１００の面上内においてフィンガー及びバスバーを含み、第１導電型コンタクト領域Ｃ１と組み合わされた櫛形に形成される。第２導電型コンタクト領域Ｃ２の面積は、ベース層１４の主面上においてｉ型層２２及び第２導電型層２４とヘテロ接合されている領域の面積を意味する。ここで、第１導電型コンタクト領域Ｃ１の面積を第２導電型コンタクト領域Ｃ２の面積より小さくするようにパターンを形成することが好適である。
金属層２８は、太陽電池の裏面側に設けられる電極となる層である。金属層２８は、金属等の導電性の材料から構成され、例えば、銅（Ｃｕ）やアルミニウム（Ａｌ）を含む材料とする。金属層２８は、第１導電型層１２に接続される第１電極２８ｎと第２導電型層２４に接続される第２電極２８ｐとを含む。金属層２８は、さらに銅（Ｃｕ）や錫（Ｓｎ）等の電解メッキ層を含んでもよい。ただし、これに限定されるものでなく、金、銀等の他の金属、他の導電性材料、又はそれらの組み合わせとしてもよい。
次に、太陽電池１００の製造方法について説明する。図２Ａ〜図２Ｊは、第１の実施の形態における太陽電池１００の製造方法を示す。
基板１０は、結晶質の半導体材料からなる。例えば、シリコン、多結晶シリコン、砒化ガリウム（ＧａＡｓ）、インジウム燐（ＩｎＰ）等の半導体基板とする。
本実施の形態では、基板１０として単結晶シリコン基板を用いた例を示す。したがって、後述する第１導電型層１２、ベース層１４、ｉ型層２２及び第２導電型層２４もシリコン層とする。ただし、基板１０をシリコン以外の材料としてもよく、これらの層もシリコン層以外の材料としてもよい。
基板１０の一主面にはポーラス層１０ａが形成される（図２Ａ）。ポーラス層１０ａは、陽極酸化処理等によって形成することができる。陽極酸化に用いる電解質は、例えば、フッ化水素酸及びエタノールの混合液又はフッ化水素酸及び過酸化水素水の混合液とすることができる。陽極酸化の電流密度は、５ｍＡ／ｃｍ２以上６００ｎＡ／ｃｍ２以下とすればよく、例えば１０ｍＡ／ｃｍ２程度とする。
ポーラス層１０ａの厚さは、０．０１μｍ以上３０μｍ以下とすればよく、例えば１０μｍ程度とする。ポーラス層１０ａの空孔径は、０．００２μｍ以上５μｍ以下とすればよく、例えば０．０１μｍ程度とする。ポーラス層１０ａの空孔率は、１０％以上７０％以下とすればよく、例えば２０％程度とする。
基板１０のポーラス層１０ａ上に第１導電型層１２、ベース層１４が形成される（図２Ｂ）。第１導電型層１２及びベース層１４は、化学気相成長法（ＣＶＤ）で形成することができる。第１導電型層１２及びベース層１４は、ポーラス層１０ａをシード層としたエピタキシャル成長により形成され、結晶質の半導体層同士が接合されたホモ接合領域を形成する。例えば、基板１０を９５０℃に加熱し、水素（Ｈ２）で希釈されたジクロロシラン（ＳｉＨ２Ｃｌ２）を原料ガスとして供給することにより成膜することができる。水素（Ｈ２）とジクロロシラン（ＳｉＨ２Ｃｌ２）の流量は、例えばそれぞれ０．５（ｌ／ｍｉｎ）及び１８０（ｌ／ｍｉｎ）とする。また、必要に応じてホスフィン（ＰＨ３）をドーピングガスとして添加する。
ベース層１４上にパッシベーション層１６が形成される（図２Ｃ）。パッシベーション層１６は、シラン（ＳｉＨ４）に酸素（Ｏ２）又は窒素（Ｎ２）を混合した原料ガスをプラズマ化して供給するプラズマ化学気相成長法（ＰＥＣＶＤ）により形成することができる。
パッシベーション層１６を形成後、パッシベーション層１６に基板１８が接着される（図２Ｄ）。基板１８は、接着剤等によりパッシベーション層１６に接着される。接着剤は、太陽電池で発電に利用される波長帯域の光を透過する材料とされる。
なお、図２Ｄ〜図２Ｊでは、説明を分かり易くするために図２Ａ〜図２Ｃとは図の上下を逆にして示す。
図３の平面図に示すように、基板１８に複数の基板１０を接着して太陽電池をモジュール化してもよい。図３は、２４枚の基板１０を１枚の基板１８に接着してモジュール化した例を示している。
次に、ポーラス層１０ａを利用して基板１０が分離される（図２Ｅ）。基板１０は、機械的な処理により分離することができる。例えば、基板１０及び基板１８を真空チャックで吸着し、双方を引き離すように引っ張ることによって、ポーラス層１０ａ部分から基板１０を切り離すことができる。また、基板１０の側面からポーラス層１０ａにウォータージェットを吹き付けることによって、ポーラス層１０ａ部分から基板１０を切り離すことができる。もし、第１導電型層１２側にポーラス層１０ａの一部が残留している場合には、フッ化水素酸（ＨＦ）と硝酸（ＨＮＯ３）とを混合したフッ硝酸によるエッチング等で第１導電型層１２上のポーラス層１０ａを除去してもよい。
基板１０から切り離された後、第１導電型層１２上に絶縁層２０が形成されると共に、第１導電型層１２がパターンニングされる（図２Ｆ）。絶縁層２０は、シラン（ＳｉＨ４）に窒素（Ｎ２）を混合した原料ガスをプラズマ化して供給するプラズマ化学気相成長法（ＰＥＣＶＤ）により形成することができる。
パターンニングは、エッチングペーストを用いて行うことができる。燐酸を含むエッチングペーストをスクリーン印刷法等により所望のパターンに塗布することによって、絶縁層２０と共に第１導電型層１２を除去する。また、所望のパターンとなるように絶縁層２０をドライエッチングで除去し、絶縁層２０をマスクとして第１導電型層１２をドライエッチング又はウエットエッチングにより除去してもよい。絶縁層２０のドライエッチングには、四フッ化炭素（ＣＦ４）を用いた反応イオンエッチング（ＲＩＥ）を適用すればよい。また、第１導電型層１２のドライエッチングには、六フッ化硫黄（ＳＦ６）を用いた反応イオンエッチング（ＲＩＥ）を適用すればよい。第１導電型層１２のウエットエッチングには、フッ化水素酸を含むエッチャントを用いればよい。
絶縁層２０及び第１導電型層１２は、太陽電池の裏面からできるだけ均等に電力を集電できるようにパターンニングすることが好ましい。例えば、太陽電池に一般的に適用されているフィンガー及びバスバーを含む櫛形のパターンとすることが好ましい。ここで、第１導電型コンタクト領域Ｃ１の面積を第２導電型コンタクト領域Ｃ２の面積より小さくするようにパターンを形成することが好適である。
パターンニングによって露出されたベース層１４及び絶縁層２０上にｉ型層２２、第２導電型層２４及び透明電極層２６が形成される（図２Ｇ）。ｉ型層２２及び第２導電型層２４は、シラン（ＳｉＨ４）等のケイ素含有ガスのＰＥＣＶＤにより形成することができる。シラン（ＳｉＨ４）等のケイ素含有ガスを供給しつつ、高周波電源から高周波電極へ高周波電力を供給することによって原料ガスのプラズマが生成され、プラズマからベース層１４及び絶縁層２０上に原料が供給されてシリコン薄膜が形成される。原料ガスには、必要に応じてボロン（Ｂ２Ｈ６）等のドーパント含有ガスを混合する。透明電極層２６は、スパッタリング法等を用いて形成することができる。
次に、全面に形成されたｉ型層２２、第２導電型層２４、透明電極層２６及び絶縁層２０がパターニングされる（図２Ｈ）。パターンニングは、エッチングペーストを用いて行うことができる。燐酸を含むエッチングペーストをスクリーン印刷法等により所望のパターンに塗布することによって、ｉ型層２２、第２導電型層２４、透明電極層２６及び絶縁層２０を除去する。
ここでは、ｉ型層２２がベース層１４に直接接触している領域以外の領域、すなわち、絶縁層２０及び第１導電型層１２が残されている第１導電型コンタクト領域Ｃ１上のｉ型層２２、第２導電型層２４、透明電極層２６及び絶縁層２０を除去してパターンニングする。パターンは、太陽電池の裏面からできるだけ均等に電力を集電できるように設定する。例えば、第１導電型層１２の櫛形のパターンと交互に組み合わされる櫛形のパターンとすることが好ましい。
パターニングされた表面上に金属層２８が形成される（図２Ｉ）。金属層２８は、スパッタリング法又はプラズマ化学気相成長法（ＰＥＣＶＤ）等の薄膜形成方法で形成することができる。
ｉ型層２２、第２導電型層２４、透明電極層２６及び金属層２８の一部が除去される（図２Ｊ）。これにより、金属層２８が分断され、第１導電型層１２に接続される第１電極２８ｎと、透明電極層２６に接続される第２電極２８ｐと、が形成される。
ｉ型層２２、第２導電型層２４、透明電極層２６及び金属層２８は、レーザーエッチングにより除去することができる。また、スクリーン印刷法等でレジストを塗布してパターニングされたマスクを形成し、マスクを利用してｉ型層２２、第２導電型層２４、透明電極層２６及び金属層２８をそれぞれ別々にエッチングしてもよい。金属層２８が銅（Ｃｕ）であれば塩化第二鉄をエッチャントとし、金属層２８がアルミニウム（Ａｌ）であれば燐酸をエッチャントとすればよい。また、透明電極層２６のエッチングには、塩酸（ＨＣｌ）を含むエッチャントを用いればよい。また、ｉ型層２２及び第２導電型層２４のエッチングには、フッ化水素酸（ＨＦ）を含むエッチャントを用いればよい。
このとき、第１導電型層１２に接続される第１電極２８ｎと第２導電型層２４に接続される第２電極２８ｐとが電気的に分離されるようにｉ型層２２、第２導電型層２４、透明電極層２６及び金属層２８を除去する。本実施の形態では、第１導電型層１２上に残された絶縁層２０の領域上のｉ型層２２、第２導電型層２４、透明電極層２６及び金属層２８を除去している。
また、第１電極２８ｎ及び第２電極２８ｐにさらに電解メッキ等で金属層を積層してもよい。例えば、銅（Ｃｕ）や錫（Ｓｎ）を電解メッキにより形成する。第１電極２８ｎ及び第２電極２８ｐに電位を印加しつつ電解メッキ法で適用することにより、第１電極２８ｎ及び第２電極２８ｐが残された領域上のみに金属層が積層される。
このようにして、本実施の形態における太陽電池１００が形成される（図２Ｊ）。太陽電池１００では、基板１８が受光面側となり、第１電極２８ｎ及び第２電極２８ｐの両方が裏面側に設けられた裏面接合型となる。
太陽電池をモジュール化する場合、並置された複数の太陽電池の第１電極２８ｎ及び第２電極２８ｐを導電性のタブで接続して、複数の太陽電池を直列又は並列に接続する。さらに、太陽電池の裏面側に充填材を塗布し、封止材で封止してもよい。充填材及び封止材は、ＥＶＡ、ポリイミド等の樹脂材料とすることができる。これによって、太陽電池モジュールの発電層への水分の浸入等を防ぐことができる。また、封止材は、基板１０と同じガラス、プラスチック等の透明基板とすることができる。これにより、太陽電池全体の強度を向上させることができる。また、裏面側での光の反射性を高めるために、充填材と透明基板との間に反射層を設けたり、又は封止材自体を色付きの基板としてもよい。
本実施の形態における太陽電池１００では、第１導電型層１２はベース層１４にエピタキシャル成長されて結晶質同士のホモ接合である第１導電型コンタクト領域Ｃ１を形成するが、ｉ型層２２及び第２導電型層２４はベース層１４と結晶質と非晶質とのヘテロ接合である第２導電型コンタクト領域Ｃ２を形成する。ヘテロ接合が形成された領域では、接合界面においてパッシベーションが十分となり、再結合によるキャリアの損失を抑制することができる。これにより、太陽電池１００の発電効率を向上させることができる。
特に、第１導電型コンタクト領域Ｃ１の面積を第２導電型コンタクト領域Ｃ２の面積より小さくすることによって、再結合によるキャリアの損失をより抑制することができる。
なお、ポーラス層１０ａを利用して基板１８を基板１０から分離する際に、第１導電型層１２上にポーラス層１０ａを残留させてもよい。この場合、ポーラス層１０ａは表面に凹凸がある状態で第１導電型層１２と絶縁層２０との間に残留するので、基板１８側から入射した光のうちポーラス層１０ａに到達した光を乱反射させてベース層１４へ戻す役割を果たす。
＜第２の実施の形態＞
第２の実施の形態における太陽電池１０２は、図４の断面図に示すように、基板１８、パッシベーション層１６、ベース層１４、第１導電型層１２、絶縁層２０、ｉ型層２２、第２導電型層２４、透明電極層２６及び金属層２８（第１電極２８ｎ、第２電極２８ｐ）を含んで構成される。
本実施の形態では、第１導電型層１２とｉ型層２２及び第２導電型層２４との間にアンダーカットＡ（ギャップ）を有する点で第１の実施の形態における太陽電池１００と異なる。他の構成要素については、第１の実施の形態における太陽電池１００と同様であるので説明を省略する。以下、アンダーカットＡについて製造方法と共に説明する。
本実施の形態では、絶縁層２０及び第１導電型層１２のパターンニングの際に基板１８の平面方向にも第１導電型層１２をエッチングしてアンダーカットＡを形成する（図５Ａ）。アンダーカットＡは、パターニングされた絶縁層２０の下に形成される空間である。
アンダーカットＡは、第１導電型層１２に対して等方性エッチングを施すことにより形成することができる。第１導電型層１２を等方性エッチングするためには、例えば、フッ化水素酸（ＨＦ）と硝酸（ＨＮＯ３）とを混合したフッ硝酸を用いればよい。
次に、ｉ型層２２、第２導電型層２４及び透明電極層２６に形成する。このとき、アンダーカットＡは、ｉ型層２２及び第２導電型層２４は、第１導電型層１２と直接接触させないようにするギャップ（空間）として機能する（図５Ｂ）。
その後、第１の実施の形態と同様に、金属層２８のパターンニングまで処理が行われる（図５Ｃ〜図５Ｅ）。これにより、太陽電池１０２が形成される。
太陽電池１０２では、何も充填されていない空間であるギャップ（アンダーカットＡ）が設けられることによって、ｉ型層２２及び第２導電型層２４は、第１導電型層１２と直接接触しない。したがって、ｉ型層２２及び第２導電型層２４と第１導電型層１２との間の電流リークが抑制され、太陽電池１０２の発電効率が向上される。
＜第３の実施の形態＞
第３の実施の形態における太陽電池１０４は、図６の断面図に示すように、基板１８、パッシベーション層１６、ベース層１４、第１導電型拡散層４２、ｉ型層２２、第２導電型層２４、透明電極層２６及び金属層４４（第１電極４４ｎ、第２電極４４ｐ）を含んで構成される。本実施の形態における太陽電池１０４は、裏面接合型太陽電池であり、太陽電池で発電された電力を外部へ取り出す電極が受光面とは反対側の主面（以下、裏面という）のみに設けられる。
本実施の形態では、第１導電型層１２、絶縁層２０及び金属層２８が設けられておらず、第１導電型拡散層４２及び金属層４４が設けられている点において第１の実施の形態における太陽電池１００と相違するのでこれらについて詳しく説明し、同様の構成要素については説明を省略する。
第１導電型拡散層４２は、ベース層１４内に第１導電型（ｎ型）のドーパントを拡散させた層である。ここでは、第１導電型拡散層４２は、ｉ型層２２、第２導電型層２４及び透明電極層２６が形成されていない領域に設けられる。第１導電型拡散層４２のドーピング濃度は１０１９／ｃｍ３程度とすればよい。
ベース層１４と第１導電型拡散層４２とは結晶質同士がホモ接合された第１導電型コンタクト領域Ｃ１を形成する。第１導電型コンタクト領域Ｃ１は、例えば、太陽電池１０４の面上内においてフィンガー及びバスバーを含む櫛形に形成される。第１導電型コンタクト領域Ｃ１の面積は、ベース層１４の主面において第１導電型拡散層４２とホモ接合されている領域の面積を意味する。ここで、第１導電型コンタクト領域Ｃ１の面積を第２導電型コンタクト領域Ｃ２の面積より小さくするようにパターンを形成することが好適である。例えば、第１導電型拡散層４２及び第２導電型層２４の長さが等しければ、第１導電型拡散層４２のパターンの幅は１．６ｍｍとし、第２導電型層２４のパターンの幅は２．０ｍｍとし、双方の間に０．２ｍｍのベース層１４が残された領域を設ければよい。
金属層４４は、太陽電池の裏面側に設けられる電極となる層である。金属層４４は、金属層２８と同様に、金属等の導電性の材料から構成され、例えば、銅（Ｃｕ）やアルミニウム（Ａｌ）を含む材料とする。金属層４４は、第１導電型拡散層４２に接続される第１電極４４ｎと第２導電型層２４に接続される第２電極４４ｐとを含む。金属層４４は、さらに銅（Ｃｕ）や錫（Ｓｎ）等の電解メッキ層を含んでもよい。ただし、これに限定されるものでなく、金、銀等の他の金属、他の導電性材料、又はそれらの組み合わせとしてもよい。
次に、太陽電池１０４の製造方法について説明する。図７Ａ〜図７Ｌは、第３の実施の形態における太陽電池１０４の製造方法を示す。
基板１０は、第１の実施の形態と同様に、結晶質の半導体材料とする。また、基板１０上にはポーラス層１０ａが形成される（図７Ａ）。ポーラス層１０ａ上にはベース層１４が形成される（図７Ｂ）。ここでは、第１の実施の形態と異なり、第１導電型層１２は形成されない。続いて、ベース層１４上にパッシベーション層１６が形成される（図７Ｃ）。ベース層１４及びパッシベーション層１６の形成方法は、第１の実施の形態と同様とすればよい。
次に、パッシベーション層１６を基板１８に接着する（図７Ｄ）。そして、ポーラス層１０ａを利用して基板１０を分離する（図７Ｅ）。これらの処理も第１の実施の形態と同様に行うことができる。
基板１０から分離されたベース層１４上にｉ型層２２、第２導電型層２４及び透明電極層２６が形成される（図７Ｆ）。ｉ型層２２、第２導電型層２４及び透明電極層２６は、ベース層１４の全面に形成される他は第１の実施の形態と同様に形成することができる。すなわち、ｉ型層２２及び第２導電型層２４は非晶質系の半導体層とし、透明電極層２６は酸化錫（ＳｎＯ２）等の透明導電性酸化物（ＴＣＯ）とすればよい。
ｉ型層２２、第２導電型層２４及び透明電極層２６はパターンニングされる。パターンニングは、第１の実施の形態と同様に、エッチングペーストを用いて行うことができる。ｉ型層２２、第２導電型層２４及び透明電極層２６は、太陽電池の裏面からできるだけ均等に電力を集電できるようにパターンニングすればよい。例えば、第１の実施の形態と同様に櫛形のパターンとすることが好ましい。
パターンニングされた透明電極層２６及び露出したベース層１４上にｎ型のドーパントを含むドープ層４０を形成する（図７Ｈ）。ドープ層４０は、ベース層１４にｎ型のドーパントを拡散させるために用いられる。ドープ層４０は、例えば、ｎ型のドーパントを含むアモルファスシリコン層やリン珪酸ガラス（ＰＳＧ）等とすることができる。アモルファスシリコン層は常圧ＣＶＤ等で形成することができ、ＰＳＧは塗布法等で形成することができる。ドープ層４０の膜厚は、例えば３００ｎｍ程度することが好ましい。
ドープ層４０を形成後、ベース層１４へのドーパントの拡散処理により第１導電型拡散層４２が形成される（図７Ｉ）。ここでは、ｉ型層２２、第２導電型層２４及び透明電極層２６が除去された領域、すなわちドープ層４０がベース層１４と直接接触している領域のみに拡散が行われるような処理を行う。
例えば、対象となる領域のみにレーザ光Ｂを照射し、レーザ光Ｂによる局所加熱によってドーパントをベース層１４内へ拡散させて第１導電型拡散層４２を形成することができる。レーザ光Ｂは、例えば、波長５３２ｎｍ、電力０．８９Ｗ、走査速度５０ｍｍ／ｓとすればよい。
第１導電型拡散層４２を形成後、不要となったドープ層４０がエッチングにより除去される（図７Ｊ）。ドープ層４０は、例えば、三フッ化窒素（ＮＦ３）のプラズマエッチングで除去することができる。ドープ層４０を除去後、パターンニングされた透明電極層２６及び露出したベース層１４上に金属層４４が形成される（図７Ｋ）。金属層４４は、第１の実施の形態と同様に形成することができる。
次に、金属層４４の一部が除去され、金属層４４が分断されて、第１導電型拡散層４２に接続される第１電極４４ｎと、透明電極層２６に接続される第２電極４４ｐと、が形成される（図７Ｌ）。金属層４４は、第１の実施の形態と同様に、レーザーエッチングや化学的エッチングにより除去することができる。
このようにして、本実施の形態における太陽電池１０４が形成される。太陽電池１０４では、第１導電型拡散層４２はベース層１４にドーパントを拡散させることによってホモ接合である第１導電型コンタクト領域Ｃ１を形成するが、ｉ型層２２及び第２導電型層２４はベース層１４と結晶質と非晶質とのヘテロ接合である第２導電型コンタクト領域Ｃ２を形成する。本実施の形態においても、ヘテロ接合領域では、接合界面においてパッシベーションが十分となり、再結合によるキャリアの損失を抑制することができる。これにより、太陽電池１０４の発電効率を向上させることができる。
特に、第１導電型コンタクト領域Ｃ１の面積を第２導電型コンタクト領域Ｃ２の面積より小さくすることによって、再結合によるキャリアの損失をより抑制することができる。
また、第１導電型拡散層４２と第２導電型層２４との間に低濃度のベース層１４が残されることによって、第１導電型拡散層４２と第２導電型層２４との間の電流リークが抑制され、太陽電池１０２の発電効率が向上される。
なお、第１〜第３の実施の形態では、基板１０に形成されたポーラス層１０ａを利用してベース層１４を形成し、ベース層１４を基板１０から分離して使用する構成としたが、本発明の適用範囲はこれに限定されるものではない。例えば、単結晶基板にホモ接合を有する第１導電型のコンタクト領域とヘテロ接合を有する第２導電型のコンタクト領域を形成した裏面接合型太陽電池としてもよい。
１０ 基板、１０ａ ポーラス層、１２ 第１導電型層、１４ ベース層、１６ パッシベーション層、１８ 基板、２０ 絶縁層、２２ ｉ型層、２４ 第２導電型層、２６ 透明電極層、２８ 金属層、２８ｎ 第１電極、２８ｐ 第２電極、４０ ドープ層、４２ 第１導電型拡散層、４４ 金属層、４４ｎ 第１電極、４４ｐ 第２電極、１００，１０２，１０４ 太陽電池。

Claims (7)

  1. 光の入射面と反対側の主面に、第１導電型コンタクト領域及び第２導電型コンタクト領域を有する裏面接合型太陽電池であって、
    前記第１導電型コンタクト領域は、結晶質のベース層と結晶質の第１導電型層又は第１導電型拡散層とがホモ接合された領域であり、
    前記第２導電型コンタクト領域は、前記ベース層と非結晶質のｉ型層及び第２導電型層とがヘテロ接合された領域である、
    ことを特徴とする裏面接合型太陽電池。
  2. 請求項１に記載の裏面接合型太陽電池であって、
    前記ベース層の受光面側に非晶質の酸化シリコン又は窒化シリコンを含むパッシベーション層が設けられていることを特徴とする裏面接合型太陽電池。
  3. 請求項１又は２に記載の裏面接合型太陽電池であって、
    前記第２導電型コンタクト領域は、前記第１導電型コンタクト領域より面積が広いことを特徴とする裏面接合型太陽電池。
  4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の裏面接合型太陽電池であって、
    前記第１導電型コンタクト領域が前記ベース層と前記第１導電型層とがホモ接合された領域である場合、前記第１導電型層と、前記ｉ型層及び第２導電型層と、の間にギャップが設けられていることを特徴とする裏面接合型太陽電池。
  5. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の裏面接合型太陽電池であって、
    前記第１導電型コンタクト領域が前記ベース層と前記第１導電型拡散層とがホモ接合された領域である場合、前記第１導電型拡散層と、前記ｉ型層及び第２導電型層と、の間に前記ベース層が残されていることを特徴とする裏面接合型太陽電池。
  6. 発電層となる結晶質の半導体層のベース層における光の入射面と反対側の主面に結晶質の第１導電型層又は第１導電型拡散層を形成し、前記ベース層とホモ接合された第１導電型コンタクト領域を形成する第１の工程と、
    前記ベース層の前記主面に非晶質のｉ型層及び第２導電型層を形成し、前記ベース層とヘテロ接合された第２導電型コンタクト領域を形成する第２の工程と、
    を備えることを特徴とする裏面接合型太陽電池の製造方法。
  7. 請求項６に記載の裏面接合型太陽電池の製造方法であって、
    前記第２導電型コンタクト領域の面積を前記第１導電型コンタクト領域の面積より広く形成することを特徴とする裏面接合型代用電池の製造方法。
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