JP2015153934A - 光電変換装置 - Google Patents

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和仁 西村
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Abstract

【課題】生産性を向上することができる光電変換装置を提供する。
【解決手段】光電変換装置は、半導体基板１の第１の面１ａの上方のｉ型半導体層３および第１導電型半導体層４と、第１導電型半導体層４上の第１電極５および第２電極６を備えている。第１の面１ａは、第１領域１２と、第１領域１２以外の領域である第２領域１１とを有している。第２領域１１の下方の半導体基板１に半導体基板１よりも第２導電型不純物濃度の高い第２導電型領域２が設けられている。第２領域１１の上方に第２電極５が設けられており、第１領域１２の上方に第１電極６が設けられている。第２領域１１と第２電極５との間にｉ型半導体層３と第１導電型半導体層４とが介在している部分を有し、第２電極５と第２領域１１とが導通している。
【選択図】図１

Description

本発明は、光電変換装置に関する。
光電変換装置のなかでも、太陽光エネルギーを電気エネルギーに直接変換する太陽電池は、近年、特に、地球環境問題の観点から、次世代のエネルギ源としての期待が急激に高まっている。太陽電池には、化合物半導体または有機材料を用いたものなど様々な種類のものがあるが、現在、主流となっているのは、シリコン結晶を用いたものである。
図４３に、特許文献１に記載の太陽電池素子の模式的な断面図を示す。図４３に示す特許文献１に記載の太陽電池素子は、ｎ型多結晶シリコン基板１０１と、ｎ型多結晶シリコン基板１０１の裏面側に設けられた真性の水素化アモルファスシリコン等からなるｉ型シリコン薄膜層１０２と、ｉ型シリコン薄膜層１０２の一部に設けられたｐ型シリコン薄膜層１０３と、ｐ型シリコン薄膜層１０３上に設けられた正電極１０５とを備えている。また、ｎ型多結晶シリコン基板１０１の裏面の一部にはドーパントとしてリンが拡散されたｎ型拡散層１１２が形成されており、ｉ型シリコン薄膜層１０２上にはｎ型拡散層１１２と接するようにして負電極１０６が形成されている。さらに、ｎ型多結晶シリコン基板１０１の受光面側の表面には凹凸構造１０１ａが形成されており、凹凸構造１０１ａ上には反射防止層１１１が形成されている。
特開２０１３−１５００２１号公報
上記の特許文献１に記載の太陽電池素子は、以下のようにして製造される。まず、ｎ型多結晶シリコン基板１０１の裏面の一部にｎ型拡散層１１２を形成する。次に、ｎ型多結晶シリコン基板１０１の裏面の全面にｉ型シリコン薄膜層１０２を形成する。
次に、ｎ型拡散層１１２が露出する位置に開口部を有するマスクをｉ型シリコン薄膜層１０２上に形成する。次に、当該マスクをマスクとしてｉ型シリコン薄膜層１０２の一部をエッチングしてｎ型拡散層１１２の表面の一部を露出させる。次に、ｉ型シリコン薄膜層１０２上のマスクを除去する。
次に、ｐ型シリコン薄膜層１０３が残る位置に開口部を有するマスクをｉ型シリコン薄膜層１０２上に形成する。次に、マスクが形成されたｉ型シリコン薄膜層１０２の裏面側の全面にｐ型シリコン薄膜層１０３を形成する。その後、ｉ型シリコン薄膜層１０２の裏面側のマスクを除去し、ｐ型シリコン薄膜層１０３上に正電極１０５を形成し、ｎ型拡散層１１２上に負電極１０６を形成することによって、特許文献１に記載の太陽電池素子が製造される。
しかしながら、特許文献１に記載の太陽電池素子は、ｉ型シリコン薄膜層１０２の形成工程およびｐ型シリコン薄膜層１０３の形成工程のそれぞれにおいて、パターニング工程を必要としていたことから、生産性が悪いという問題があったため、その改善が要望されていた。
上記の事情に鑑みて、後述の実施態様は、生産性を向上することができる光電変換装置を提供することにある。
本発明の一例である実施態様によれば、半導体基板と、半導体基板の第１の面の上方のｉ型半導体層と、ｉ型半導体層上の第１導電型半導体層と、第１導電型半導体層上の電極とを備え、電極は、電気的に分離された第１電極および第２電極を有し、第１の面は、第１領域と第１領域以外の領域である第２領域とを有し、第２領域の下方の半導体基板に半導体基板よりも第２導電型不純物濃度の高い第２導電型領域が設けられており、第１領域の上方に第１電極が設けられており、第２領域の上方に第２電極が設けられており、第２導電型領域と第２電極との間にｉ型半導体層と第１導電型半導体層とが介在している部分を有し、第２電極と第２導電型領域とが導通している光電変換装置を提供することができる。
上記の実施態様によれば、生産性を向上することができる光電変換装置を提供することができる。
実施の形態１の光電変換装置の模式的な断面図である。 （ａ）〜（ｉ）は、実施の形態１の光電変換装置の製造方法の一例を図解する模式的な断面図である。 （ａ）〜（ｄ）は、実施の形態１の光電変換装置の製造方法の一例を図解する模式的な断面図である。 実施の形態２の光電変換装置の模式的な上面透視図である。 （ａ）は図４のＶａ−Ｖａに沿った模式的な断面図であり、（ｂ）はレーザ光の照射によってレーザ光の照射領域におけるｉ型半導体層およびｐ型半導体層の部分を除去する工程の一例を図解する模式的な断面図であり、（ｃ）は第１の面の垂直上方から第１の面にｉ型半導体層とｐ型半導体層との積層体を投影したときのｉ型半導体層の投影面積とｐ型半導体層の投影面積との関係の一例の模式的な平面図である。 実施の形態３の光電変換装置の模式的な上面透視図である。 実施の形態４の光電変換装置の模式的な断面図である。 （ａ）〜（ｈ）は、実施の形態４の光電変換装置の製造方法の一例について図解する模式的な断面図である。 実施の形態５の光電変換装置の模式的な断面図である。 実施の形態６の光電変換装置の模式的な断面図である。 実施の形態７の光電変換装置の模式的な断面図である。 実施の形態８の光電変換装置の模式的な断面図である。 実施の形態９の光電変換装置の模式的な断面図である。 実施の形態１０の光電変換装置の模式的な断面図である。 実施の形態１１の光電変換装置の模式的な断面図である。 実施の形態１２の光電変換装置の模式的な断面図である。 実施の形態１３の光電変換装置の模式的な断面図である。 実施の形態１４の光電変換装置の模式的な断面図である。 実施の形態１５の光電変換装置の模式的な断面図である。 実施の形態１６の光電変換装置の模式的な断面図である。 実施の形態１７の光電変換装置の模式的な断面図である。 実施の形態１８の光電変換装置の模式的な断面図である。 実施の形態１９の光電変換装置の模式的な断面図である。 実施の形態２０の光電変換装置の模式的な断面図である。 実施の形態２１の光電変換装置の模式的な断面図である。 （ａ）〜（ｊ）は、実施の形態２１の光電変換装置の製造方法の一例について図解する模式的な断面図である。 実施の形態２２の光電変換装置の模式的な断面図である。 実施の形態２３の光電変換装置の模式的な断面図である。 実施の形態２４の光電変換装置の模式的な断面図である。 （ａ）〜（ｊ）は、実施の形態２４の光電変換装置の製造方法の一例について図解する模式的な断面図である。 実施の形態２５の光電変換装置の模式的な断面図である。 実施の形態２６の光電変換装置の模式的な断面図である。 （ａ）および（ｂ）は、実施の形態２６の光電変換装置の製造方法の一例について図解する模式的な断面図である。 実施の形態２７の光電変換装置の模式的な断面図である。 （ａ）は実施の形態２７の光電変換装置の変形例の模式的な断面図であり、（ｂ）は（ａ）に示す実施の形態２７の光電変換装置の第１領域における第２導電型不純物濃度の変化を示す図である。 （ａ）は実施の形態２７の光電変換装置のさらなる変形例の模式的な断面図であり、（ｂ）は（ａ）に示す実施の形態２７の光電変換装置の第１領域上の誘電体層の膜厚の変化を示す図である。 オーバーラップ領域を有しない光電変換装置の模式的な断面図である。 実施の形態２７の光電変換装置の電流電圧特性とオーバーラップ領域を有しない光電変換装置の電流電圧特性とを対比した図である。 実施の形態１０の光電変換装置のｎ型単結晶シリコン基板の第１の面を上方から見たときの模式的な平面図である。 実施の形態２４の光電変換装置の変形例の模式的な断面図である。 実施の形態２８の光電変換装置の模式的な断面図である。 実施の形態２８の光電変換装置の変形例の模式的な断面図である。 特許文献１に記載の太陽電池素子の模式的な断面図である。
以下、本発明の一例である実施の形態について説明する。なお、実施の形態の説明に用いられる図面において、同一の参照符号は、同一部分または相当部分を表わすものとする。
＜実施の形態１＞
［光電変換装置の構造］
実施の形態１においては、ｎ型単結晶基板に対してｎ+領域を拡散により形成する方法について説明するがこれには限定されず、たとえば、ｎ型単結晶基板にｐ+領域をボロン拡散により形成した後に、ｉ層およびｎ層をこの順に堆積する構成としてもよい。また、ｎ型単結晶基板の代わりにｐ型単結晶基板を使用して、ｐ型単結晶基板にｎ+領域を拡散により形成した後に、ｉ層およびｐ層をこの順に堆積する構成としてもよい。さらに、ｐ型単結晶基板にｐ+領域を拡散により形成した後に、ｉ層およびｎ層をこの順に堆積する構成としてもよい。
図１に、本発明の光電変換装置の一例である実施の形態１の光電変換装置の模式的な断面図を示す。実施の形態１の光電変換装置は、ｎ型単結晶シリコン基板１と、ｎ型単結晶シリコン基板１の一方の面である第１の面１ａの上方のｉ型非晶質シリコンからなるｉ型半導体層３と、ｉ型半導体層３上に設けられたｐ型非晶質シリコンからなるｐ型半導体層４と、ｐ型半導体層４上において電気的に分離されている第１電極６と第２電極５とを備えている。
ｎ型単結晶シリコン基板１の第１の面１ａは、第１領域１２と、第１領域１２以外の領域である第２領域１１とを有しており、第２領域１１の下方のｎ型単結晶シリコン基板１にはｎ型単結晶シリコン基板１よりもｎ型不純物濃度の高いｎ型領域２が形成されている。なお、第１領域１２のｎ型不純物濃度は、ｎ型単結晶シリコン基板１と同一であるため、第２領域１１のｎ型不純物濃度は、第１領域１２のｎ型不純物濃度よりも高くなっている。
また、第２領域１１の上方のｐ型半導体層４の領域に第２電極５が設けられているとともに、第１領域１２の上方のｐ型半導体層４の領域に第１電極６が設けられている。
実施の形態１の光電変換装置においては、第２電極５と第２領域１１との間にはｉ型半導体層３およびｐ型半導体層４が介在しており、第２電極５と第２領域１１とが導通している。なお、第２電極５と第２領域１１とが導通している状態とは、第２電極５と第２領域１１とが物理的に接触していない場合であっても、トンネル電流等によって、電流が流れる状態とされていることを意味する。
ｐ型半導体層４にはキャリアが存在するため、ｉ型半導体層３のみをキャリアが通過できればよい。ここで、ｉ型半導体層３の厚さは０．５ｎｍ以上６ｎｍ以下であることが好ましい。ｉ型半導体層３の厚さが０．５ｎｍ以上である場合には、ｉ型半導体層３をより均一な層とすることができるため、ｉ型半導体層３によるパッシベーション性を向上させることができるため、開放電圧を向上させることができる。ｉ型半導体層３の厚さが６ｎｍ以下である場合には、ｉ型半導体層３に良好なトンネル電流が流れるため、良好な短絡電流とＦＦ（フィルファクター）を得ることができる。
なお、本明細書において「ｉ型」とは、完全な真性の状態だけでなく、十分に低濃度であればｎ型またはｐ型の不純物が混入された状態のものも含む意味であり、たとえば光電変換装置の作製後にｎ型またはｐ型の不純物が不可避的に拡散することなどによってｎ型またはｐ型の導電型を示すこともあり得る。
また、本明細書において「非晶質シリコン」には、シリコン原子の未結合手（ダングリングボンド）が水素で終端されていないアモルファスシリコンだけでなく、水素化アモルファスシリコンなどのシリコン原子の未結合手が水素で終端されたものも含まれるものとする。
［光電変換装置の製造方法］
以下、図２（ａ）〜図２（ｉ）および図３（ａ）〜図３（ｄ）の模式的断面図を参照して、実施の形態１の光電変換装置の製造方法の一例について説明する。まず、図２（ａ）に示すように、ｎ型単結晶シリコン基板１の第１の面１ａとは反対側の面である第２の面１ｂにテクスチャ構造を形成する。
テクスチャ構造は、たとえば、ｎ型単結晶シリコン基板１の第１の面１ａに窒化シリコン膜等のテクスチャマスクをＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法またはスパッタ法等で形成した後に、ｎ型単結晶シリコン基板１の第２の面１ｂをテクスチャエッチングすることにより形成することができる。テクスチャエッチングは、たとえば、水酸化ナトリウムまたは水酸化カリウムなどのアルカリ水溶液にイソプロピルアルコールを添加し７０℃以上８０℃以下に加熱した溶液をエッチャントとしたウエットエッチングにより行なうことができる。なお、テクスチャ構造の形成後には、ｎ型単結晶シリコン基板１の第２の面１ｂからテクスチャマスクが除去される。
次に、図２（ｂ）に示すように、ｎ型単結晶シリコン基板１の第１の面１ａ上に酸化シリコンからなる拡散マスク２１を形成する。
拡散マスク２１は、たとえば、ｎ型単結晶シリコン基板１の第１の面１ａの第１領域１２となる領域に、溶剤、増粘剤および酸化シリコン前駆体を含むマスキングペーストをインクジェットまたはスクリーン印刷等で塗布し、これを熱処理することによって形成することができる。
次に、図２（ｃ）に示すように、拡散マスク２１をマスクとして、ｎ型単結晶シリコン基板１の第１の面１ａの一部にｎ型単結晶シリコン基板１よりもｎ型不純物濃度の高いｎ型領域２を形成する。
ｎ型領域２は、たとえば、ＰＯＣｌ3を用いた気相拡散によって、ｎ型単結晶シリコン基板１の第１の面１ａにおける拡散マスク２１からの露出面にｎ型不純物であるリンを拡散することによって形成することができる。
次に、図２（ｄ）に示すように、ｎ型単結晶シリコン基板１の第１の面１ａに形成された拡散マスク２１を除去する。拡散マスク２１は、たとえば、ｎ型単結晶シリコン基板１の第１の面１ａにリンが拡散することによって形成されたガラス層とともに、フッ化水素酸により除去することができる。
次に、図３（ａ）に示すように、ｎ型単結晶シリコン基板１の第１の面１ａに酸化シリコンからなる拡散マスク２６を形成するとともに、ｎ型単結晶シリコン基板１のテクスチャ構造が形成された第２の面１ｂ上にリン化合物、チタンアルコキシドおよびアルコールを少なくとも含む混合液をスピン塗布等により塗布して乾燥する。ここで、混合液に含まれるリン化合物としてはたとえば五酸化リンを用いることができ、チタンアルコキシドとしてはたとえばテトライソプロピルチタネートを用いることができ、アルコールとしてはたとえばイソプロピルアルコールを用いることができる。
その後、上記の混合液の塗布および乾燥後のｎ型単結晶シリコン基板１を熱処理してリンを拡散させることによって、図３（ｂ）に示すように、ｎ型単結晶シリコン基板１の第２の面１ｂにｎ型不純物拡散層である受光面拡散層２８が形成されるとともに、リンを含む酸化チタン膜からなる反射防止層２７が形成される。ここで、受光面拡散層２８のシート抵抗値は、３０〜１００Ω／□であることが好ましく、６０±２０Ω／□であることがより好ましい。
次に、図３（ｃ）に示すように、ｎ型単結晶シリコン基板１の第１の面１ａから拡散マスク２６をフッ化水素酸を用いたエッチングにより除去する。ここで、第２の面１ｂ上の反射防止層２７は、リンを含む酸化チタン膜から構成されているため耐フッ化水素酸性が高い。これにより、反射防止層２７が薄くなっているｎ型単結晶シリコン基板１の第２の面１ｂの凹凸構造の凸部のみが露出する。
次に、ｎ型単結晶シリコン基板１の酸素または水蒸気による熱酸化を行なう。これにより、図３（ｄ）に示すように、ｎ型単結晶シリコン基板１の第２の面１ｂに酸化シリコン膜からなる誘電体層２９が形成されるとともに、図３（ｃ）に示すように、ｎ型単結晶シリコン基板１の第１の面１ａに酸化シリコン膜３０が形成される。その後、ｎ型単結晶シリコン基板１の第１の面１ａに形成された酸化シリコン膜３０をフッ化水素酸処理により除去する。
ここでは、ｎ型単結晶シリコン基板１の受光面に酸化チタン膜からなる反射防止層２７と酸化シリコン膜からなる誘電体層２９とをこの順序で形成する構成について説明したが、ｎ型単結晶シリコン基板１の受光面に窒化シリコン膜を形成する構成としてもよい。このとき、窒化シリコン膜の厚さは、８０ｎｍ以上１２０ｎｍ以下とすることが好ましい。
次に、図２（ｅ）に示すように、ｎ型単結晶シリコン基板１の第１の面１ａの全面にｉ型半導体層３をたとえばプラズマＣＶＤ法により積層し、その後、ｉ型半導体層３の全面にｐ型半導体層４をたとえばプラズマＣＶＤ法により積層する。
なお、実施の形態１の光電変換装置においては、ｉ型非晶質シリコンからなるｉ型半導体層３およびｐ型非晶質シリコンからなるｐ型半導体層４を用いる場合について説明しているが、この構成に限定されるものではない。
ｉ型半導体層３およびｐ型半導体層４は、たとえば、同一種類のシリコン系半導体層であってもよく、異なる種類のシリコン系半導体層であってもよい。たとえば、本実施の形態のように、ｉ型半導体層３およびｐ型半導体層４は共に非晶質シリコンであってもよく、ｉ型半導体層３をｉ型非晶質シリコンとし、ｐ型半導体層４をｐ型微結晶シリコンとしてもよい。ｐ型半導体層４をｐ型微結晶シリコンとした場合には、ｐ型半導体層４と第１電極６とのコンタクト抵抗を低減することができるため、実施の形態１の光電変換装置のＦＦおよび変換効率を向上することができる。さらに、ｐ型半導体層４のｉ型半導体層３と接する側を非晶質シリコンとし、ｉ型半導体層３と接しない側を微結晶シリコン層とした２層構造とすることで、ｉ／Ｐ層間のバンドのつながりをスムーズにし、かつｐ型半導体層４と第１電極６とのコンタクト抵抗を低減することができるため、開放電圧およびＦＦの向上を図ることができる。なお、本明細書において「微結晶」とは、非晶質相および結晶質相の双方を含む物質を意味している。
また、ｐ型半導体層４をｐ型非晶質シリコンカーバイド層またはｐ型非晶質窒化シリコン層とし、ｉ型半導体層３を非晶質シリコンとしてもよい。この場合には、ｐ型半導体層４がワイドバンドギャップとなることによって、ｐ型半導体層４における光損失を低減することができるため、実施の形態１の光電変換装置の短絡電流値を増大させることができる。
ｉ型半導体層３としては、たとえば、ｉ型非晶質シリコンカーバイド（ｉ型ａ−ＳｉＣ）、ｉ型非晶質窒化シリコン（ｉ型ａ−ＳｉＮ）、ｉ型非晶質シリコン（ｉ型ａ−Ｓｉ）、ｉ型非晶質ゲルマニウムシリサイド（ｉ型ａ−ＳｉＧｅ）、ｉ型非晶質ゲルマニウム（ｉ型ａ−Ｇｅ）、ｉ型微結晶シリコンカーバイド（ｉ型μｃ−ＳｉＣ）、ｉ型微結晶窒化シリコン（ｉ型μｃ−ＳｉＮ）、ｉ型微結晶シリコン（ｉ型μｃ−Ｓｉ）、ｉ型微結晶ゲルマニウムシリサイド（ｉ型μｃ−ＳｉＧｅ）またはｉ型微結晶ゲルマニウム（ｉ型μｃ−Ｇｅ）などを用いることができる。また、ｉ型半導体層３が、ｉ型ａ−ＳｉＣ、ｉ型ａ−ＳｉＮ、ｉ型ａ−ＳｉＧｅ、ｉ型μｃ−ＳｉＣ、ｉ型μｃ−ＳｉＮまたはｉ型μｃ−ＳｉＧｅのいずれかからなる場合には、ｎ型単結晶シリコン基板１の第１の面１ａから離れるにつれて光学バンドギャップが徐々に小さくなるようにｉ型半導体層３を形成してもよい。
ｉ型ａ−Ｓｉからなるｉ型半導体層３の厚さは、たとえば０．５ｎｍ以上１０ｎｍ以下とすることができ、なかでも３ｎｍ以上７ｎｍ以下とすることが好ましい。
ｉ型ａ−Ｓｉからなるｉ型半導体層３の原料ガスとしては、たとえば、シラン（ＳｉＨ4）ガスと水素（Ｈ2）ガスとの混合ガスを用いることができる。また、プラズマ励起には、２０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚの領域のＬＦ周波数や、１０ＭＨｚ以上１４ＭＨｚ以下のＲＦ周波数などの様々な帯域を用いることができるが、なかでも１１ＭＨｚ以上１３ＭＨｚ以下のＲＦ周波数を用いることが好ましい。また、ｉ型ａ−Ｓｉからなるｉ型半導体層３の成膜時の圧力はたとえば２００Ｐａ以上８００Ｐａ以下とすることができ、なかでも４００Ｐａ以上６００Ｐａ以下とすることが好ましい。また、ｉ型ａ−Ｓｉからなるｉ型半導体層３の成膜時の温度は、たとえば１８０℃以上２１０℃以下とすることができ、パワー密度はたとえば４５ｍＷ／ｃｍ2以上１０５ｍＷ／ｃｍ2以下とすることができる。
ｐ型半導体層４としては、たとえば、ｐ型非晶質シリコンカーバイド（ｐ型ａ−ＳｉＣ）、ｐ型非晶質窒化シリコン（ｐ型ａ−ＳｉＮ）、ｐ型非晶質シリコン（ｐ型ａ−Ｓｉ）、ｐ型非晶質ゲルマニウムシリサイド（ｐ型ａ−ＳｉＧｅ）、ｐ型微結晶シリコンカーバイド（ｐ型μｃ−ＳｉＣ）、ｐ型微結晶窒化シリコン（ｐ型μｃ−ＳｉＮ）、ｐ型微結晶シリコン（ｐ型μｃ−Ｓｉ）またはｐ型微結晶ゲルマニウムシリサイド（ｐ型μｃ−ＳｉＧｅ）を用いることができる。
ｐ型ａ−Ｓｉからなるｐ型半導体層４の厚さは、たとえば１０ｎｍ以上３０ｎｍ以下とすることができ、なかでも１５ｎｍ以上２５ｎｍ以下とすることが好ましい。
ｐ型ａ−Ｓｉからなるｐ型半導体層４の原料ガスとしては、たとえば、シラン（ＳｉＨ4）ガスと水素（Ｈ2）ガスとジボラン（Ｂ2Ｈ6）ガスとの混合ガスを用いることができる。また、プラズマ励起には、たとえば１０ＭＨｚ以上１４ＭＨｚ以下のＲＦ周波数を用いることができ、なかでも１１ＭＨｚ以上１３ＭＨｚ以下のＲＦ周波数を用いることが好ましい。また、ｐ型ａ−Ｓｉからなるｐ型半導体層４の成膜時の圧力はたとえば２００Ｐａ以上８００Ｐａ以下とすることができ、なかでも４００Ｐａ以上６００Ｐａ以下とすることが好ましい。また、ｐ型ａ−Ｓｉからなるｐ型半導体層４の成膜時の温度は、たとえば１８０℃以上２１０℃以下とすることができ、パワー密度はたとえば１０ｍＷ／ｃｍ2以上４０ｍＷ／ｃｍ2以下とすることができる。
次に、図２（ｆ）に示すように、ｐ型半導体層４の全面に導電層２２を形成する。導電層２２は、たとえば、ｐ型半導体層４の全面に透明導電層を形成した後に、透明導電層の全面に反射電極層を形成することによって形成することができる。透明導電層としては、たとえば、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）またはこれらの組み合わせを用いることができる。また、反射電極層としては、たとえば、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、ニッケル（Ｎｉ）またはこれらの少なくとも２種の合金などを用いることができる。
ＩＴＯからなる透明導電層は、たとえばＤＣマグネトロンスパッタ法により形成することができる。また、ＩＴＯからなる透明導電層の厚さは、たとえば４ｎｍ以上１０ｎｍ以下とすることができる。また、ＩＴＯからなる透明導電層の形成時の基板温度はたとえば１４０℃以上２００℃以下とすることができる。
Ａｇからなる反射電極層は、たとえばＤＣマグネトロンスパッタ法により形成することができる。また、Ａｇからなる反射電極層の厚さは、たとえば４０ｎｍ以上８０ｎｍ以下とすることができる。また、Ａｇからなる反射電極層の形成時の基板温度はたとえば１４０℃以上２００℃以下とすることができる。なお、Ａｇからなる反射電極層は、たとえば銀ペーストをスクリーン印刷法により印刷した後に焼成することによって形成することもできる。
次に、図２（ｇ）に示すように、第２電極５および第１電極６が形成される導電層２２の領域を覆い、それ以外の領域は導電層２２の表面を露出させるように、導電層２２の表面上にエッチングマスク２３を形成する。
エッチングマスク２３は、たとえば以下のようにして形成することができる。まず、導電層２２の表面を１００℃以上１２０℃以下の温度に加熱してプリベークした後に、レジストをスピンコートによって塗布し、１００℃以上１２０℃以下の温度でレジストを乾燥させる。そして、乾燥後のレジストにパターンを露光し、現像処理することによって、レジストのパターンニングを行なう。そして、パターンニング後のレジストを水洗した後に１００℃以上１２０℃以下の温度でポストベークすることによって形成することができる。
次に、エッチングマスク２３をマスクとして、導電層２２をエッチングすることによって、図２（ｈ）に示すように、第２電極５および第１電極６を形成する。ここで、第２電極５および第１電極６のエッチングは、たとえば、硝酸と酢酸との混合液をエッチャントとしたウエットエッチングにより行なうことができる。
その後、図２（ｈ）に示すように、第２電極５および第１電極６の表面からエッチングマスク２３を除去することによって、実施の形態１の光電変換装置が完成する。エッチングマスク２３は、たとえば、アセトン洗浄、エタノール洗浄、水洗および乾燥を経ることによって除去することができる。
［作用効果］
実施の形態１の光電変換装置においては、ｎ型単結晶シリコン基板１の第２領域１１（ｎ型領域２）上にｉ型半導体層３およびｐ型半導体層４がこの順に積層されて第２電極５が形成されており、第１領域１２上においてもｉ型半導体層３およびｐ型半導体層４がこの順に積層された後に第１電極６が形成された構成を有している。したがって、実施の形態１の光電変換装置においては、特許文献１に記載の太陽電池素子とは異なり、ｉ型半導体層３およびｐ型半導体層４のいずれについてもパターニング工程を行なう必要がないため、特許文献１に記載の太陽電池素子と比べて、生産性を向上することができる。
なお、上記においては、ｎ型とｐ型の導電型を入れ替えても、上記と同様の効果が得られることは言うまでもない。
また、上記においては、フォトエッチングによって第２電極５および第１電極６をパターニングする場合について説明したが、レーザパターニングによって第２電極５および第１電極６を形成してもよい。レーザパターニングにより第２電極５および第１電極６を形成する場合には、たとえば図２（ｆ）のようにして形成された導電層２２にレーザ光を照射することによって、レーザ光の照射部分の導電層２２を除去する。これにより、たとえば図２（ｉ）のように、導電層２２が分離されることにより第２電極５および第１電極６が形成される。上記のようにレーザパターニングを利用すると、工程数を大幅に削減することができるため、生産性を向上して低コスト化を図ることができる。ここで、導電層２２に照射されるレーザ光としては、Ｎｄ：ＹＡＧレーザの第３次高調波（ネオジムがドープされたＹＡＧ結晶を使うもので一般的）で、発振パルス幅はたとえば１０ピコ秒〜５０ピコ秒とすることができ、レーザ光のスポット径はたとえば直径３０μｍ〜５０μｍとすることができ、パターニングラインはたとえば５０μｍ以上１００μｍ以下とすることができる。
＜実施の形態２＞
実施の形態２の光電変換装置は、実施の形態１と異なる電極パターニングプロセス（レーザパターニング）の場合に作りやすい形状である。図４に、本発明の光電変換装置の他の一例である実施の形態２の光電変換装置の模式的な上面透視図を示す。図５（ａ）に、図４のＶａ−Ｖａに沿った模式的な断面図を示す。実施の形態２の光電変換装置は、ｎ型単結晶シリコン基板１の第１の面１ａの第２領域１１が、その一部に、第２電極５と物理的に接触している第３領域３１と、第２電極５と物理的に接触していない第４領域３２とを有しており、第２領域１１の長手方向に沿って第３領域３１と第４領域３２とが交互に存在していることを特徴としている。
実施の形態２の光電変換装置は、ｎ型単結晶シリコン基板１の第１の面１ａの第２領域１１が、第２電極５と物理的に接触している第３領域３１を有している。第３領域３１においては第２電極５と第２領域１１との直列抵抗を低減することができるため、光電変換装置のＦＦが向上する。
また、実施の形態２の光電変換装置は、ｎ型単結晶シリコン基板１の第１の面１ａの第２領域１１が、第２電極５と物理的に接触しておらず、ｉ型半導体層３とｉ型半導体層３上のｐ型半導体層４との積層体３３によって覆われている第４領域３２を有している。第４領域３２においてはパッシベーション性を高めることができるため、光電変換装置の開放電圧が向上する。
したがって、実施の形態２の光電変換装置においては、第２電極５と第２領域１１との直列抵抗の低減および第２領域１１におけるパッシベーション性の向上の双方を両立させることができるため、光電変換装置のＦＦおよび開放電圧を共に向上することができる。
なお、実施の形態２の光電変換装置は、たとえば、ｎ型単結晶シリコン基板１の第１の面１ａの全面にｉ型半導体層３およびｐ型半導体層４をこの順に積層した後に、レーザ光を照射して、たとえば図５（ｂ）の模式的断面図に示すように、レーザ光の照射領域３４におけるｉ型半導体層３およびｐ型半導体層４の部分を除去し、その後、第２電極５を形成することによって作製することができる。
図５（ｃ）に、第１の面１ａの垂直上方から第１の面１ａにｉ型半導体層３とｐ型半導体層４との積層体３３を投影したときのｉ型半導体層３の投影面積とｐ型半導体層４の投影面積との関係の一例の模式的な平面図を示す。図５（ｃ）に示すように、第１の面１ａの垂直上方から第１の面１ａに積層体３３のｐ型半導体層４を投影したときの投影面積４ａは、積層体３３のｉ型半導体層３を投影したときの投影面積３ａよりも小さくなっている。このような構成とすることにより、第２電極５と第２領域１１との密着性を高めて第２電極５と第２領域１１との間のコンタクト抵抗を低減することができるとともに、第２電極５の剥離を抑制することで長期信頼性を高めることができる。また、ｉ型半導体層３の投影面積を大きくすることができるため、ｉ型半導体層３による第２領域１１のパッシベーション性が向上して開放電圧を高くすることができる。
第２電極５と第２領域１１（ｎ型領域２）との接触については、第２電極５と第２領域１１との間のコンタクト抵抗の低減（直列抵抗の減少によるＦＦ向上）と、ｉ型半導体層３による第２領域１１のパッシベーション性の低下（開放電圧の低下）とはトレードオフの関係にある。
したがって、第２電極５の第２領域１１に対する接触をできるだけ小面積としたポイントコンタクトにすることによって、ｉ型半導体層３でパッシベーションされた領域をできるだけ広くとり、かつ、ポイントコンタクト領域では密着性よく低抵抗で電気的に接続されるように作製することが好ましい。ここで、密着性に関しては、第４領域３２（ｉ型半導体層３／ｐ型半導体層４／第２電極５）の密着性の方が、第３領域３１（第２領域１１／第２電極５）より高いため、第４領域３２を周期的に存在させ、かつ第２電極５のアンカー効果を高めるためには積層体３３をテクスチャ構造とすることが好ましい。
実施の形態２における上記以外の説明は実施の形態１と同様であるため、その説明については省略する。
＜実施の形態３＞
図６に、本発明の光電変換装置の他の一例である実施の形態３の光電変換装置の模式的な上面透視図を示す。実施の形態３の光電変換装置は、ｎ型単結晶シリコン基板１の第１の面１ａの第２領域１１の全領域が、第２電極５と物理的に接触している第３領域３１と、第２電極５と物理的に接触していない第４領域３２とから構成されており、第２領域１１の長手方向に沿って第３領域３１と第４領域３２とが交互に存在していることを特徴としている。
実施の形態３の光電変換装置は、第２領域１１が第２電極５と物理的に接触している第３領域３１の面積を大きくして第２電極５と第２領域１１との直列抵抗をより低減することができるため、光電変換装置のＦＦをより向上させることができる。
実施の形態３における上記以外の説明は実施の形態１および２と同様であるため、その説明については省略する。
＜実施の形態４＞
図７に、本発明の光電変換装置の他の一例である実施の形態４の光電変換装置の模式的な断面図を示す。実施の形態４の光電変換装置は、ｎ型単結晶シリコン基板１の第１の面１ａの第２領域１１の長手方向とは直交する方向（以下、「幅方向」という。）に沿って、第２電極５と物理的に接触している第３領域３１と、第２電極５と物理的に接触していない第４領域３２とが存在していることを特徴としている。
実施の形態４の光電変換装置は、ｎ型単結晶シリコン基板１の第１の面１ａの第２領域１１が、第２電極５と物理的に接触している第３領域３１を有している。第３領域３１においては第２電極５と第２領域１１との直列抵抗を低減することができるため、光電変換装置のＦＦが向上する。
また、実施の形態４の光電変換装置も、ｎ型単結晶シリコン基板１の第１の面１ａの第２領域１１が、第２電極５と物理的に接触しておらず、ｉ型半導体層３によって覆われている第４領域３２を有している。第４領域３２においては、パッシベーション性を高めることができるため、光電変換装置の開放電圧が向上する。
したがって、実施の形態４の光電変換装置においても、第２電極５と第２領域１１との直列抵抗の低減および第２領域１１のパッシベーション性の向上の双方を両立させることができ、光電変換装置のＦＦおよび開放電圧を共に向上させることができる。
以下、図８（ａ）〜図８（ｈ）の模式的断面図を参照して、実施の形態４の光電変換装置の製造方法の一例について説明する。まず、実施の形態１と同様にして、図８（ａ）に示すように、ｎ型単結晶シリコン基板１の第１の面１ａの全面にｉ型半導体層３およびｐ型半導体層４をこの順に積層する。
次に、図８（ｂ）に示すように、ｐ型半導体層４上に酸化シリコンからなる拡散マスク２１を形成する。次に、図８（ｃ）に示すように、拡散マスク２１をマスクとして、拡散マスク２１から露出している部分のｉ型半導体層３およびｐ型半導体層４をエッチングにより除去する。ここで、フッ化水素酸と硝酸との混合液を用いたエッチングを行なった場合には、非晶質シリコンからなるｉ型半導体層３およびｐ型半導体層４のみをエッチングすることができる。
次に、図８（ｄ）に示すように、ｐ型半導体層４上から拡散マスク２１を除去する。次に、図８（ｅ）に示すように、ｐ型半導体層４の全面に導電層２２を形成する。
次に、図８（ｆ）に示すように、第２電極５および第１電極６が形成される導電層２２の領域を覆い、それ以外の領域は導電層２２の表面を露出させるように、導電層２２の表面上にエッチングマスク２３を形成する。
次に、エッチングマスク２３をマスクとして、導電層２２をエッチングすることによって、図８（ｇ）に示すように、第２電極５および第１電極６に分離する。その後、図８（ｈ）に示すように、第２電極５および第１電極６の表面からエッチングマスク２３を除去することによって、実施の形態４の光電変換装置が完成する。
実施の形態４における上記以外の説明は実施の形態１〜３と同様であるため、その説明については省略する。
＜実施の形態５＞
図９に、本発明の光電変換装置の他の一例である実施の形態５の光電変換装置の模式的な断面図を示す。実施の形態５の光電変換装置は、第２電極５の形状が異なっていることを特徴としている。
実施の形態５の光電変換装置においても、ｎ型単結晶シリコン基板１の第１の面１ａの第２領域１１の幅方向に沿って、第２電極５と物理的に接触している第３領域３１と、第２電極５と物理的に接触していない第４領域３２とが存在している。
したがって、実施の形態５の光電変換装置においても、第２電極５と第２領域１１との直列抵抗の低減および第２領域１１のパッシベーション性の向上の双方を両立させることができるため、光電変換装置のＦＦおよび開放電圧を共に向上させることができる。
実施の形態５における上記以外の説明は実施の形態１〜４と同様であるため、その説明については省略する。
＜実施の形態６＞
図１０に、本発明の光電変換装置の他の一例である実施の形態６の光電変換装置の模式的な断面図を示す。実施の形態６の光電変換装置は、ｉ型半導体層３およびｐ型半導体層４を厚さ方向に貫通する貫通孔６１の複数が互いに間隔を空けて設けられており、貫通孔６１を通して第２電極５が第２領域１１と物理的に接触していることを特徴としている。
実施の形態６の光電変換装置においても、ｎ型単結晶シリコン基板１の第１の面１ａの第２領域１１は、第２電極５と物理的に接触している第３領域３１と、第２電極５と物理的に接触していない第４領域３２とを有している。
したがって、実施の形態６の光電変換装置においても、第２電極５と第２領域１１との直列抵抗の低減および第２領域１１のパッシベーション性の向上の双方を両立させることができ、光電変換装置のＦＦおよび開放電圧を共に向上させることができる。
貫通孔６１および貫通孔６１を通して第２領域１１と物理的に接触する第２電極５は、ｎ型単結晶シリコン基板１の第１の面１ａ上にｉ型半導体層３およびｐ型半導体層４をこの順に積層した後に、ｐ型半導体層４上に第２電極５および第１電極６の前駆体となる導電性ペーストを塗布し、第２領域１１の上方に位置する導電性ペーストに対してのみレーザ光を照射して導電性ペーストを加熱し、第２領域１１に対して選択的にファイヤースルーを行なうことによって形成することができる。
ファイヤースルーを行なうための導電性ペーストとしては、たとえば導電性金属とガラスフリットとを有するペーストを用いることができ、レーザ光の照射によって導電性ペーストが加熱されることによって、導電性ペースト中のガラスフリットがｉ型半導体層３およびｐ型半導体層４を突き破って、第２電極５と第２領域１１との間の導通を図ることができる。ここで、ガラスフリットとしては、鉛（Ｐｂ）、亜鉛（Ｚｎ）、ビスマス（Ｂｉ）およびアルミニウム（Ａｌ）からなる群から選択される少なくとも１種の低融点金属を含むガラスフリットを用いることが好ましい。特に、ｐ型半導体層４が非晶質シリコンなどの非晶質半導体から構成される場合には、ｐ型半導体層４上に塗布される導電性ペーストとしては低温で焼成することが可能な導電性ペーストを用いることが好ましい。Ｐｂ、Ｚｎ、ＢｉおよびＡｌからなる群から選択される少なくとも１種の低融点金属を含むガラスフリットを含む導電性ペーストを用いることによって低温でのファイヤースルー性が良好となり、第１電極６とｐ型半導体層４との間のコンタクト抵抗をさらに低減することができるため、光電変換装置のＦＦを向上させることができる。
実施の形態６における上記以外の説明は実施の形態１〜５と同様であるため、その説明については省略する。
＜実施の形態７＞
図１１に、本発明の光電変換装置の他の一例である実施の形態７の光電変換装置の模式的な断面図を示す。実施の形態７の光電変換装置は、第２電極５と第１電極６とを電気的に分離する（電気的な接触を妨げる）ように分離溝を備えていることを特徴としている。この分離溝は、間隔Ｗ１を空けて向かい合うようにして設けられた第１の側壁面５１ｃおよび第２の側壁面５１ｄと、底面５１ｅとにより構成される。底面５１ｅは、図１１のように平面で構成されている場合に限定されず、曲面であってもよい。なお、本明細書において、「電気的な接触」とは、シャント抵抗成分が１ｋΩ以下となることを言う。その理由は、シャント抵抗成分が１ｋΩ以上となる電気的な接触では、変換効率の低下も少なく、かつ、シャント抵抗を介したリーク電流の発生についても品質に問題が生じない程度の発熱に抑えられるためである。
実施の形態７の光電変換装置において、分離溝は、第２電極５と第１電極６との間に設けられて、第２電極５と第１電極６との物理的な接触を妨げているとともに、第２電極５側のｐ型半導体層４ａと、第１電極６側のｐ型半導体層４ｂとの物理的な接触を妨げている。これにより、実施の形態７の光電変換装置においては、第２電極５と第１電極６とが電気的に分離されているとともに、第２電極５側のｐ型半導体層４ａと第１電極６側のｐ型半導体層４ｂとが電気的に分離されている。なお、第１の側壁面５１ｃと第２の側壁面５１ｄとの間の間隔Ｗ１の長さは、２０μｍ以上１００μｍ以下の範囲であることが好ましく、本実施の形態ではたとえば４０μｍとすることができる。なお、分離溝の第１の側壁面５１ｃおよび第２の側壁面５１ｄは、ｎ型単結晶シリコン基板１に垂直な面に対して傾いている場合もあるため、分離溝の第１の側壁面５１ｃと第２の側壁面５１ｄとの間の間隔Ｗ１は、第２電極５の最上部と第１電極６の最上部との間の間隔であると定義される。また、実施の形態７の光電変換装置においては、分離溝は、ｐ型半導体層４ａ，４ｂまで達している。
実施の形態７の光電変換装置においては、微結晶シリコンなどの微結晶半導体からなるｐ型半導体層４ｂを用いることによって、ｐ型半導体層４ｂと第１電極６との間のコンタクト抵抗を低減することができる。これは、ｐ型半導体層４ｂに微結晶シリコンなどの微結晶半導体を用いた場合には、非晶質シリコンなどの非結晶半導体を用いた場合と比べてｐ型半導体層４ｂの導電率が高くなるためである。
さらに、実施の形態７の光電変換装置においては、分離溝によって第２電極５側のｐ型半導体層４ａと第１電極６側のｐ型半導体層４ｂとが電気的に分離されているため、第２電極５と第１電極６との間に発生するリーク電流量を低減することができ、光電変換装置のＦＦを向上することができる。すなわち、ｐ型半導体層４がたとえば非晶質シリコンなどの非結晶半導体からなる場合にはｐ型半導体層４の導電率が低くなるため、ｐ型半導体層４の幅方向に流れる電流量が少ない。しかしながら、ｐ型半導体層４にたとえば微結晶シリコンなどの微結晶半導体を用いた場合にはｐ型半導体層４ｂの導電率が高くなり、ｐ型半導体層４の幅方向に流れる電流量も多くなる。そこで、分離溝によって、第２電極５と第１電極６とを電気的に分離するだけでなく、ｐ型半導体層４を第２電極５側のｐ型半導体層４ａと第１電極６側のｐ型半導体層４ｂとに電気的に分離することによって、第２電極５と第１電極６との間に発生するリーク電流量を低減することができ、光電変換装置のＦＦを向上することができる。
実施の形態７の光電変換装置は、ｎ型単結晶シリコン基板１の第１の面１ａ上にｉ型半導体層３およびｐ型半導体層４をこの順に積層した後に、ｐ型半導体層４上に導電層２２を形成し、その後、レーザ光を照射して、導電層２２およびｐ型半導体層４を厚さ方向に除去することによって、分離溝を形成する。そして、分離溝によって導電層２２が電気的に分離されることにより第２電極５および第１電極６となり、分離溝によってｐ型半導体層４が電気的に分離されて第２電極５側のｐ型半導体層４ａと第１電極６側のｐ型半導体層４ｂとなる。また、第１の側壁面５１ｃは、第１電極６の露出面およびｐ型半導体層４ｂの露出面からなる。第２の側壁面５１ｄは、第２電極５の露出面およびｐ型半導体層４ａの露出面からなる。なお、レーザ光としては、上述のように、たとえばＮｄ：ＹＡＧレーザの第３次高調波を用いることができ、発振パルス幅はたとえば１０ピコ秒〜５０ピコ秒とすることができ、レーザ光のスポット径はたとえば直径２０μｍ〜５０μｍとすることができ、パターニングラインはたとえば２０μｍ以上１００μｍ以下とすることができる。
実施の形態７における上記以外の説明は実施の形態１〜６と同様であるため、その説明については省略する。
＜実施の形態８＞
図１２に、本発明の光電変換装置の他の一例である実施の形態８の光電変換装置の模式的な断面図を示す。実施の形態８の光電変換装置は、分離溝が、第２電極５と第１電極６との間および第２電極５側のｐ型半導体層４ａと第１電極６側のｐ型半導体層４ｂとの間だけでなく、第２電極５側のｉ型半導体層３ａと第１電極６側のｉ型半導体層３ｂとの間も電気的に分離していることを特徴としている。実施の形態８の光電変換装置においては、分離溝は、ｉ型半導体層３ａ，３ｂまで達している。
実施の形態８の光電変換装置においても、微結晶シリコンなどの微結晶半導体からなるｐ型半導体層４ｂを用いることによって、ｐ型半導体層４ｂと第１電極６との間のコンタクト抵抗を低減することができる。
また、実施の形態８の光電変換装置においては、分離溝によって、第２電極５側のｐ型半導体層４ａと第１電極６側のｐ型半導体層４ｂとが電気的に分離されているだけでなく、第２電極５側のｉ型半導体層３ａと第１電極６側のｉ型半導体層３ｂも電気的に分離されている。さらに、実施の形態８の光電変換装置においては、後述のレーザ光の熱によって、ｎ型領域２に酸化膜を形成し、当該酸化膜によってｎ型領域２のパッシベーション性を高めることが可能となる。したがって、実施の形態８の光電変換装置においては、第２電極５と第１電極６との間に発生するリーク電流量の低減によるＦＦの向上に加え、パッシベーション性向上による開放電圧の向上の効果を得ることができる。
実施の形態８の光電変換装置は、ｎ型単結晶シリコン基板１の第１の面１ａ上にｉ型半導体層３およびｐ型半導体層４をこの順に積層した後に、ｐ型半導体層４上に導電層２３を形成し、その後、レーザ光を照射して、導電層２２、ｐ型半導体層４およびｉ型半導体層３を厚さ方向に除去することによって、分離溝を形成する。そして、分離溝によって導電層２２が電気的に分離されることにより第２電極５および第１電極６となり、分離溝によってｐ型半導体層４が電気的に分離されて第２電極５側のｐ型半導体層４ａと第１電極６側のｐ型半導体層４ｂとなり、分離溝によってｉ型半導体層３が電気的に分離されて第２電極５側のｉ型半導体層３ａと第１電極６側のｉ型半導体層３ｂとなる。また、第１の側壁面５１ｃは、第１電極６の露出面、ｐ型半導体層４ｂの露出面およびｉ型半導体層３ｂの露出面からなる。第２の側壁面５１ｄは、第２電極５の露出面、ｐ型半導体層４ａの露出面およびｉ型半導体層３ａの露出面からなる。本実施の形態においては、レーザ光の照射パワーを実施の形態７の場合と比べて＋１０％〜＋１００％の範囲で高めることによって、ｎ型領域２の表面に酸化膜を形成することができる。
実施の形態８における上記以外の説明は実施の形態１〜７と同様であるため、その説明については省略する。
＜実施の形態９＞
図１３に、本発明の光電変換装置の他の一例である実施の形態９の光電変換装置の模式的な断面図を示す。実施の形態９の光電変換装置は、分離溝が、第２電極５と第１電極６との間、第２電極５側のｐ型半導体層４ａと第１電極６側のｐ型半導体層４ｂとの間および第２電極５側のｉ型半導体層３ａと第１電極６側のｉ型半導体層３ｂとの間を電気的に分離しているとともに、ｎ型領域２まで達していることを特徴としている。
実施の形態９の光電変換装置においても、微結晶シリコンなどの微結晶半導体からなるｐ型半導体層４ｂを用いることによって、ｐ型半導体層４ｂと第１電極６との間のコンタクト抵抗を低減することができる。また、実施の形態９の光電変換装置においては、分離溝によって、第２電極５側のｐ型半導体層４ａと第１電極６側のｐ型半導体層４ｂとが電気的に分離されているだけでなく、第２電極５側のｉ型半導体層３ａと第１電極６側のｉ型半導体層３ｂも電気的に分離されている。さらに、実施の形態９の光電変換装置においては、後述のようにレーザ光の照射により第２領域１１の一部が除去されることにより露出したｎ型領域２に、レーザ光の熱によって酸化膜を形成し、当該酸化膜によってｎ型領域２のパッシベーション性を高めることが可能となる。
したがって、実施の形態９の光電変換装置においては、実施の形態８の光電変換装置と同様のリーク電流量を低減することができることから、光電変換装置のＦＦの向上効果を発現することができる。さらに、実施の形態９の光電変換装置においては、ｎ型領域２の表面に酸化膜を形成することによって、ｎ型領域２のパッシベーション性を高めることができるため、光電変換装置の開放電圧も高くすることができる。
実施の形態９の光電変換装置は、ｎ型単結晶シリコン基板１の第１の面１ａ上にｉ型半導体層３およびｐ型半導体層４をこの順に積層した後に、ｐ型半導体層４上に導電層２２を形成し、その後、レーザ光を照射して、導電層２２、ｐ型半導体層４、ｉ型半導体層３およびｎ型領域２を厚さ方向に除去することによって、分離溝を形成する。そして、分離溝によって導電層２２が電気的に分離されることにより第２電極５および第１電極６となり、分離溝によってｐ型半導体層４が電気的に分離されて第２電極５側のｐ型半導体層４ａと第１電極６側のｐ型半導体層４ｂとなり、分離溝によってｉ型半導体層３が電気的に分離されて第２電極５側のｉ型半導体層３ａと第１電極６側のｉ型半導体層３ｂとなる。
実施の形態９における上記以外の説明は実施の形態１〜８と同様であるため、その説明については省略する。
＜実施の形態１０＞
図１４に、本発明の光電変換装置の他の一例である実施の形態１０の光電変換装置の模式的な断面図を示す。また、図３９に、実施の形態１０の光電変換装置のｎ型単結晶シリコン基板１の第１の面１ａを上方から見たときの模式的な平面図を示す。実施の形態１０の光電変換装置は、図３９に示される分離溝の中心線５１ｂが、第２領域１１に対応する領域内に含まれることを特徴としている。なお、分離溝の中心線５１ｂは、図３９に示すように、分離溝の第１の側壁面５１ｃと第２の側壁面５１ｄとの間の間隔Ｗ１の中点５１ｆの集合として描かれる直線または曲線をｎ型単結晶シリコン基板１の第１の面１ａに対して垂直な方向から第１の面１ａに対して投影してできる間隔Ｗ１の幅方向に垂直な仮想線である。また、第２領域１１に対応する領域とは、第２領域１１の上方および下方の領域である。
実施の形態１０の光電変換装置は、たとえば以下のようにして作製することができる。まず、ｎ型単結晶シリコン基板１の第１の面１ａ上にｉ型半導体層３およびｐ型半導体層４をこの順に積層した後に、ｉ型半導体層３およびｐ型半導体層４のそれぞれの一部を厚さ方向にエッチングすることにより除去する。その後、ｉ型半導体層３、ｐ型半導体層４およびエッチングによる第２領域１１の露出面に導電層２２を形成し、その後、レーザ光を照射することによって、導電層２２の一部を厚さ方向に除去して分離溝を形成することによって実施の形態１０の光電変換装置を作製することができる。
実施の形態１０の光電変換装置においては、レーザ光の照射によって第２電極５と第１電極６とを電気的に分離する分離溝が形成され、第２電極５と第１電極６の形成時にレジストのパターニング工程が不要となるため、工程数を削減することができ、ひいては光電変換装置の製造コストを低減することができる。
また、実施の形態１０の光電変換装置においては、第１電極６が第１領域１２の上方に位置するｐ型半導体層４の全面を覆っているため、第１電極６とｐ型半導体層４との間の直列抵抗を低減することができるとともに、光電変換装置のＦＦを向上することができる。
さらに、実施の形態１０の光電変換装置においては、第１電極６が第１領域１２の上方に位置するｐ型半導体層４の全面を覆っているため、第１領域１２の上方のｐ型半導体層４の全体をｐ+領域として機能させることができる。これにより、第１電極６によるキャリア収集効率を向上させることができるため、光電変換装置の短絡電流量およびＦＦを向上することができる。
実施の形態１０における上記以外の説明は実施の形態１〜９と同様であるため、その説明については省略する。
＜実施の形態１１＞
図１５に、本発明の光電変換装置の他の一例である実施の形態１１の光電変換装置の模式的な断面図を示す。実施の形態１１の光電変換装置は、図３９に示される分離溝の中心線５１ｂが、第１領域１２に対応する領域内に含まれることを特徴としている。なお、第１領域１２に対応する領域とは、第１領域１２の上方および下方の領域である。
実施の形態１１の光電変換装置においては、分離溝が第１領域１２の上方に位置しているため、第２電極５の面積を大きくすることができる。これにより、実施の形態１１の光電変換装置で発生した電流を外部に取り出すための図１５に示す配線シート７０のｎ配線７２と実施の形態１１の光電変換装置の第２電極５との接触面積を増大させることができるとともに、図１５に示す配線シート７０のｐ配線７３と実施の形態１１の光電変換装置の第１電極６との接触面積を増大させることができる。実施の形態１１の光電変換装置のＦＦを向上することができるとともに変換効率を向上することができる。通常、第１領域１２と第２領域１１との面積比率は、再結合しやすい正孔のキャリア収集効率を高めるため、ｐ型領域である第１領域１２の面積がｎ型領域である第２領域１１の面積よりも広くなるように設計される。すなわち、ｎ型領域である第２領域１１の面積を相対的に小さくする場合には、短絡電流およびＦＦの向上を目的として集積ピッチがより微細となり、第２領域１１が特に小さくなることがある。ここで、実施の形態１１の光電変換装置のように、分離溝を第１領域１２の上方に設けることによって、第２領域１１の面積が小さくなったとしても、第２電極５の面積を大きくとることができるため、集積ピッチをより微細にした場合でも、配線シート７０の配線と光電変換装置の電極との位置合わせが容易となる。これにより、位置ズレによるリークの発生およびコンタクト抵抗の増加を抑制し、出力向上と歩留の向上を図ることができる。
実施の形態１１における上記以外の説明は実施の形態１〜１０と同様であるため、その説明については省略する。
＜実施の形態１２＞
図１６に、本発明の光電変換装置の他の一例である実施の形態１２の光電変換装置の模式的な断面図を示す。実施の形態１２の光電変換装置は、図３９に示される分離溝の中心線５１ｂが第２領域１１に対応する領域内に含まれており、分離溝がｐ型半導体層４ａ，４ｂまで達していることを特徴としている。
実施の形態１２の光電変換装置においては、第２電極５と第１電極６との間のシャント抵抗を大きくすることによって、リーク電流を低減することができる。すなわち、ｐ型半導体層４ｂに微結晶シリコンなどの微結晶半導体を用いることによって、ｐ型半導体層４ｂと第１電極６との間のコンタクト抵抗を低減することができるが、この場合には、ｐ型半導体層４ｂを分離しなければシャント抵抗が小さくなり、リーク電流が大きくなる。すなわち、微結晶シリコンなどの微結晶半導体からなるｐ型半導体層４ｂと、ｐ型半導体層４ｂの分離とを合わせて用いることで、シャントリークなく、かつコンタクト抵抗を低減することができるため、光電変換装置のＦＦをより向上することができる。
実施の形態１２における上記以外の説明は実施の形態１〜１１と同様であるため、その説明については省略する。
＜実施の形態１３＞
図１７に、本発明の光電変換装置の他の一例である実施の形態１３の光電変換装置の模式的な断面図を示す。実施の形態１３の光電変換装置は、図３９に示される分離溝の中心線５１ｂが第１領域１２に対応する領域内に含まれており、分離溝がｉ型半導体層４ａ，４ｂまで達していることを特徴としている。
実施の形態１３の光電変換装置においては、分離溝が第１領域１２の上方に位置しているため、第２電極５の面積を大きくすることができる。これにより、光電変換装置で発生した電流を外部に取り出す配線シートの配線等の集電極と第２電極５との間の接触面積を増大させることができることから、集電極と第２電極５との間のコンタクト抵抗を低減し、集電極の位置ずれによる第２電極５と第１電極６との間のリーク電流の発生を低減することができる。これにより、光電変換装置のＦＦを向上することができるとともに変換効率を向上することができる。
実施の形態１３における上記以外の説明は実施の形態１〜１２と同様であるため、その説明については省略する。
＜実施の形態１４＞
図１８に、本発明の光電変換装置の他の一例である実施の形態１４の光電変換装置の模式的な断面図を示す。実施の形態１４の光電変換装置は、図３９に示される分離溝の中心線５１ｂが第２領域１１に対応する領域内に含まれており、分離溝がｉ型半導体層３まで達していることを特徴としている。
また、実施の形態１４の光電変換装置においては、分離溝によって、第２電極５側のｐ型半導体層４ａと第１電極６側のｐ型半導体層４ｂとが電気的に分離されているだけでなく、ｉ型半導体層３も電気的に分離されている。さらに、実施の形態１４の光電変換装置においては、第２領域１１の表面がｉ型半導体層３で覆われているため、第２領域１１の表面のパッシベーション性も高めることができる。したがって、実施の形態１４の光電変換装置においては、第２電極５と第１電極６との間に発生するリーク電流量をより低減することができることから、光電変換装置のＦＦをより向上することができる。
実施の形態１４における上記以外の説明は実施の形態１〜１３と同様であるため、その説明については省略する。
＜実施の形態１５＞
図１９に、本発明の光電変換装置の他の一例である実施の形態１５の光電変換装置の模式的な断面図を示す。実施の形態１５の光電変換装置は、図３９に示される分離溝の中心線５１ｂが第１領域１２に対応する領域内に含まれており、分離溝がｉ型半導体層３まで達していることを特徴としている。
実施の形態１５の光電変換装置においては、分離溝が第１領域１２の上方に位置しているため、第２電極５の面積を大きくすることができる。これにより、光電変換装置で発生した電流を外部に取り出す配線シートの配線等の集電極と第２電極５との間の接触面積を増大させることができることから、集電極と第２電極５との間のコンタクト抵抗を低減し、集電極の位置ずれによる第２電極５と第１電極６との間のリーク電流の発生を低減することができる。これにより、光電変換装置のＦＦを向上することができるとともに変換効率を向上することができる。
実施の形態１５における上記以外の説明は実施の形態１〜１４と同様であるため、その説明については省略する。
＜実施の形態１６＞
図２０に、本発明の光電変換装置の他の一例である実施の形態１６の光電変換装置の模式的な断面図を示す。実施の形態１６の光電変換装置は、図３９に示される分離溝の中心線５１ｂが第２領域１１に対応する領域内に含まれており、分離溝がｉ型半導体層３ａ，３ｂまで達していることを特徴としている。
また、実施の形態１６の光電変換装置においては、分離溝によって、第２電極５側のｐ型半導体層４ａと第１電極６側のｐ型半導体層４ｂとが電気的に分離されているだけでなく、第２電極５側のｉ型半導体層３ａと第１電極６側のｉ型半導体層３ｂも電気的に分離されている。さらに、実施の形態１６の光電変換装置においては、後述のレーザ光の熱によってｎ型領域２に酸化膜を形成し、当該酸化膜によってｎ型領域２のパッシベーション性を高めることが可能となる。したがって、実施の形態１６の光電変換装置においては、第２電極５と第１電極６との間に発生するリーク電流量を低減することができることから、光電変換装置のＦＦを向上することができる。
実施の形態１６における上記以外の説明は実施の形態１〜１５と同様であるため、その説明については省略する。
＜実施の形態１７＞
図２１に、本発明の光電変換装置の他の一例である実施の形態１７の光電変換装置の模式的な断面図を示す。実施の形態１７の光電変換装置は、図３９に示される分離溝の中心線５１ｂが第１領域１２に対応する領域内に含まれており、分離溝がｉ型半導体層３ａ，３ｂまで達していることを特徴としている。
実施の形態１７の光電変換装置においては、分離溝が第１領域１２の上方に位置しているため、第２電極５の面積を大きくすることができる。これにより、光電変換装置で発生した電流を外部に取り出す配線シートの配線等の集電極と第２電極５との間の接触面積を増大させることができることから、集電極と第２電極５との間のコンタクト抵抗を低減し、集電極の位置ずれによる第２電極５と第１電極６との間のリーク電流の発生を低減することができる。これにより、光電変換装置のＦＦを向上することができるとともに変換効率を向上することができる。
実施の形態１７における上記以外の説明は実施の形態１〜１６と同様であるため、その説明については省略する。
＜実施の形態１８＞
図２２に、本発明の光電変換装置の他の一例である実施の形態１８の光電変換装置の模式的な断面図を示す。実施の形態１８の光電変換装置は、図３９に示される分離溝の中心線５１ｂが第２領域１１に対応する領域内に含まれており、分離溝がｎ型領域２まで達していることを特徴としている。
実施の形態１８の光電変換装置においても、微結晶シリコンなどの微結晶半導体からなるｐ型半導体層４ｂを用いることによって、ｐ型半導体層４ｂと第１電極６との間のコンタクト抵抗を低減することができる。また、実施の形態１８の光電変換装置においては、分離溝によって、第２電極５側のｐ型半導体層４ａと第１電極６側のｐ型半導体層４ｂとが電気的に分離されているだけでなく、第２電極５側のｉ型半導体層３ａと第１電極６側のｉ型半導体層３ｂも電気的に分離されている。さらに、実施の形態１８の光電変換装置においては、後述のようにレーザ光の照射により第２領域１１の一部が除去されることにより露出したｎ型領域２にレーザ光の熱によって酸化膜を形成し、当該酸化膜によってｎ型領域２のパッシベーション性を高めることが可能となる。
したがって、実施の形態１８の光電変換装置においては、実施の形態１８の光電変換装置と同様のリーク電流量を低減することができることから、実施の形態１８の光電変換装置と同様のＦＦの向上効果を発現することができる。さらに、実施の形態１８の光電変換装置においては、ｎ型領域２の表面に酸化膜を形成することによって、ｎ型領域２のパッシベーション性を高めることができるため、光電変換装置の開放電圧も高くすることができる。これにより、実施の形態１８の光電変換装置においては、光電変換装置の特性を高くすることが可能となる。
実施の形態１８における上記以外の説明は実施の形態１〜１７と同様であるため、その説明については省略する。
＜実施の形態１９＞
図２３に、本発明の光電変換装置の他の一例である実施の形態１９の光電変換装置の模式的な断面図を示す。実施の形態１９の光電変換装置は、図３９に示される分離溝の中心線５１ｂが第１領域１２に対応する領域内に含まれており、分離溝がｎ型単結晶シリコン基板１のｎ型領域２以外の領域まで達していることを特徴としている。
実施の形態１９の光電変換装置においては、分離溝が第１領域１２の上方に位置しているため、第２電極５の面積を大きくすることができる。これにより、光電変換装置で発生した電流を外部に取り出す配線シートの配線等の集電極と第２電極５との間の接触面積を増大させることができることから、集電極と第２電極５との間のコンタクト抵抗を低減し、集電極の位置ずれによる第２電極５と第１電極６との間のリーク電流の発生を低減することができる。これにより、光電変換装置のＦＦを向上することができるとともに変換効率を向上することができる。
実施の形態１９における上記以外の説明は実施の形態１〜１８と同様であるため、その説明については省略する。
＜実施の形態２０＞
図２４に、本発明の光電変換装置の他の一例である実施の形態２０の光電変換装置の模式的な断面図を示す。実施の形態２０の光電変換装置は、ｎ型単結晶シリコン基板１の周縁が、ｉ型半導体層３およびｐ型半導体層４が第１電極６から外側に突出している部分を有していることを特徴としている。
実施の形態２０の光電変換装置においては、ｎ型単結晶シリコン基板１の周縁におけるｉ型半導体層３およびｐ型半導体層４の突出部によって、第１電極６とｎ型単結晶シリコン基板１との接触を抑制することができるため、ｎ型単結晶シリコン基板１の周縁部におけるリーク電流の発生を低減することができる。これにより、光電変換装置のＦＦを向上させることができる。
実施の形態２０における上記以外の説明は実施の形態１〜１９と同様であるため、その説明については省略する。
＜実施の形態２１＞
図２５に、本発明の光電変換装置の他の一例である実施の形態２１の光電変換装置の模式的な断面図を示す。実施の形態２１の光電変換装置は、第２領域１１の全面に誘電体層４１が形成されており、第２電極５と第２領域１１との間に酸化シリコン膜からなる誘電体層４１が介在している部分を有していることを特徴としている。ここで、誘電体層４１は、第２領域１１および第２電極５と物理的に接触している領域４１ａと、第２領域１１およびｉ型半導体層３と物理的に接触している領域４１ｂとを有している。誘電体層４１の厚さは、たとえば０．５ｎｍ以上５ｎｍ以下とすることができる。また、誘電体層４１としては、酸化シリコン膜以外にも、たとえば窒化シリコン膜または酸化アルミニウム膜などを用いてもよい。
実施の形態２１の光電変換装置においては、誘電体層４１の領域４１ａにおいては第２電極５と第２領域１１とはトンネル電流によって導通をとりつつ、誘電体層４１の領域４１ｂにおいては誘電体層４１によって第２領域１１のパッシベーション性を高めている。これにより、実施の形態２１の光電変換装置においては、第２電極５と第２領域１１との直列抵抗の低減によるＦＦの向上と、第２領域１１のパッシベーション性を高めたことによる光電変換装置の開放電圧の向上とを両立することが可能である。
以下、図２６（ａ）〜図２６（ｊ）の模式的断面図を参照して、実施の形態２１の光電変換装置の製造方法の一例について説明する。まず、図２６（ａ）に示すように、実施の形態１と同様にして、拡散マスク２１をマスクとして、第１の面１ａの一部に第２領域１１を形成したｎ型単結晶シリコン基板１の第１の面１ａ上に、拡散マスク２１を覆うようにして酸化シリコン膜からなる誘電体層４１を形成する。
次に、図２６（ｂ）に示すように、ｎ型単結晶シリコン基板１上の拡散マスク２１および誘電体層４１をフッ化水素酸処理によって除去する。酸化シリコン膜からなる誘電体層４１は、ｎ型領域２上と拡散マスク２１上とで成長速度が異なるためｎ型領域２上の方が厚く形成されるので、フッ化水素酸処理により、ｎ型領域２上のみに酸化シリコン膜からなる誘電体層４１を選択的に残すことができる。
次に、図２６（ｃ）に示すように、誘電体層４１を覆うようにｎ型単結晶シリコン基板１上にｉ型半導体層３およびｐ型半導体層４をこの順に積層する。
次に、図２６（ｄ）に示すように、ｐ型半導体層４上に所定の位置に開口部を有するようにパターニングされたエッチングマスク２３を形成する。次に、図２６（ｅ）に示すように、エッチングマスク２３をマスクとして、ｎ型領域２の一部、ｉ型半導体層３およびｐ型半導体層４を厚さ方向にエッチングすることにより除去する。
次に、図２６（ｆ）に示すように、ｐ型半導体層４上からエッチングマスク２３を除去する。次に、図２６（ｇ）に示すように、上記のエッチングにより露出したｎ型領域２の表面およびｐ型半導体層４の表面を覆うように導電層２２を形成する。
次に、図２６（ｈ）に示すように、導電層２２の表面上に所定の位置に開口部を有するようにパターニングされたエッチングマスク２４を形成する。エッチングマスク２４としてはエッチングマスク２３と同様のものを用いることができる。
次に、図２６（ｉ）に示すように、エッチングマスク２４をマスクとして、導電層２２のエッチングを行ない、導電層２２の一部を除去することによって、第２電極５および第１電極６を形成する。
次に、図２６（ｊ）に示すように、導電層２２上からエッチングマスク２４を除去することによって、実施の形態２１の光電変換装置が作製される。
実施の形態２１における上記以外の説明は実施の形態１〜２０と同様であるため、その説明については省略する。
＜実施の形態２２＞
図２７に、本発明の光電変換装置の他の一例である実施の形態２２の光電変換装置の模式的な断面図を示す。実施の形態２２の光電変換装置は、誘電体層４１が、第２領域１１および第２電極５と物理的に接触している領域４１ａのみを有していることを特徴としている。
実施の形態２２の光電変換装置においては、誘電体層４１の領域４１ａにおいて第２電極５と第２領域１１とはトンネル電流によって導通をとっており、第２電極５が第２領域１１と接していない場合でも光電変換装置として機能させることができる。
実施の形態２２における上記以外の説明は実施の形態１〜２１と同様であるため、その説明については省略する。
＜実施の形態２３＞
図２８に、本発明の光電変換装置の他の一例である実施の形態２３の光電変換装置の模式的な断面図を示す。実施の形態２３の光電変換装置においては、誘電体層４１が、第２領域１１および第２電極５と物理的に接触している領域４１ａと、第２領域１１およびｉ型半導体層３と物理的に接触している領域４１ｂとを有しており、誘電体層４１の領域４１ａに誘電体層４１を厚さ方向に貫通する貫通孔６１が形成されて、貫通孔６１を通して第２電極５と第２領域１１とが物理的に接触していることを特徴としている。
実施の形態２３の光電変換装置においては、誘電体層４１の領域４１ａにおいて第２電極５と第２領域１１とが接触しているため、トンネル電流によって第２電極５と第２領域１１との間の導通をとる必要がない。そのため、実施の形態２３の光電変換装置においては、第２電極５と第２領域１１との直列抵抗の低減によるＦＦのさらなる向上が可能となる。
実施の形態２３における上記以外の説明は実施の形態１〜２２と同様であるため、その説明については省略する。
＜実施の形態２４＞
図２９に、本発明の光電変換装置の他の一例である実施の形態２４の光電変換装置の模式的な断面図を示す。実施の形態２４の光電変換装置は、第４領域３２上に誘電体層４１が形成されていることを特徴としている。
実施の形態２４の光電変換装置においては、第４領域３２上に膜厚の厚い誘電体層４１を形成することによって、第４領域３２のパッシベーション性を高めることができるため、光電変換装置の開放電圧を向上させることができる。ここで、誘電体層４１の厚さは、たとえば５０ｎｍ以上１００ｎｍ以下とすることができる。
以下、図３０（ａ）〜図３０（ｊ）の模式的断面図を参照して、実施の形態２４の光電変換装置の製造方法の一例について説明する。まず、図３０（ａ）に示すように、実施の形態１と同様にして、拡散マスク２１をマスクとして、第１の面１ａの一部に第２領域１１を形成したｎ型単結晶シリコン基板１の第１の面１ａ上に、拡散マスク２１を覆うようにして酸化シリコン膜からなる誘電体層４１を形成する。
次に、図３０（ｂ）に示すように、ｎ型単結晶シリコン基板１上の拡散マスク２１および誘電体層４１をフッ化水素酸処理によって除去する。このとき、ｎ型領域２上の領域とｎ型領域２上以外の領域との間のエッチング速度の相違を利用して、ｎ型領域２上に誘電体層４１を残す。
次に、図３０（ｃ）に示すように、誘電体層４１を覆うようにｎ型単結晶シリコン基板１上にｉ型半導体層３およびｐ型半導体層４をこの順に積層する。
次に、図３０（ｄ）に示すように、ｐ型半導体層４上に所定の位置に開口部を有するようにパターニングされたエッチングマスク２３を形成する。次に、図３０（ｅ）に示すように、エッチングマスク２３をマスクとして、ｎ型領域２の一部、ｉ型半導体層３およびｐ型半導体層４を厚さ方向にエッチングすることにより除去する。
次に、図３０（ｆ）に示すように、ｐ型半導体層４上からエッチングマスク２３を除去する。次に、図３０（ｇ）に示すように、上記のエッチングにより露出したｎ型領域２の表面およびｐ型半導体層４の表面を覆うように導電層２２を形成する。
次に、図３０（ｈ）に示すように、導電層２２の表面上に所定の位置に開口部を有するようにパターニングされたエッチングマスク２４を形成する。
次に、図３０（ｉ）に示すように、エッチングマスク２４をマスクとして、導電層２２のエッチングを行ない、導電層２２の一部を除去することによって、第２電極５および第１電極６を形成する。
次に、図３０（ｊ）に示すように、導電層２２上からエッチングマスク２４を除去することによって、実施の形態２４の光電変換装置が作製される。
図４０に、実施の形態２４の光電変換装置の変形例の模式的な断面図を示す。図４０に示される実施の形態２４の光電変換装置の変形例は、第２電極５とｎ型領域２とが誘電体層４１を介して導通している部分を有していることを特徴としている。実施の形態２４の光電変換装置の変形例は、レーザスクライブを用いた方法により形成することができる。
実施の形態２４における上記以外の説明は実施の形態１〜２３と同様であるため、その説明については省略する。
＜実施の形態２５＞
図３１に、本発明の光電変換装置の他の一例である実施の形態２５の光電変換装置の模式的な断面図を示す。実施の形態２５の光電変換装置は、分離溝が誘電体層４１まで達しており、分離溝によって、第２電極５と第１電極６との間、第２電極５側のｐ型半導体層４ａと第１電極６側のｐ型半導体層４ｂとの間および第２電極５側のｉ型半導体層３ａと第１電極６側のｉ型半導体層３ｂとを電気的に分離していることを特徴としている。
実施の形態２５の光電変換装置においては、導電層２２の電気的な分離工程、ｐ型半導体層４の電気的な分離工程、およびｉ型半導体層３の電気的な分離工程を１回のレーザ光の照射のみによって行なうことができるため、さらなる工数の削減が可能である。さらに、実施の形態２５の光電変換装置においては、レーザ光の照射部分に対応するｎ型単結晶シリコン基板１の第１の面１ａ上に誘電体層４１が存在しているため、誘電体層４１によってｎ型単結晶シリコン基板１へのレーザ光の照射ダメージを抑えることができる。
また、実施の形態２５の光電変換装置においては、第４領域３２上に膜厚の厚い誘電体層４１を形成することによって、第４領域３２のパッシベーション性を高めることができるため、光電変換装置の開放電圧を向上させることができる。また、実施の形態２５の光電変換装置においては、ｉ型半導体層３およびｐ型半導体層４を厚さ方向にエッチングするためのエッチングマスク２３のパターンニング工程、ならびに導電層２２を厚さ方向にエッチングするためのエッチングマスク２４のパターンニング工程を行なう必要がないため、工数を削減でき、製造コストを低減することができる。
実施の形態２５における上記以外の説明は実施の形態１〜２４と同様であるため、その説明については省略する。
＜実施の形態２６＞
図３２に、実施の形態２６の光電変換装置の模式的な断面図を示す。実施の形態２６の光電変換装置は、第２電極５および第１電極６と、ｐ型半導体層４ａとの間にｎ型非晶質シリコンからなるｎ型半導体層８１が設けられていることを特徴としている。
実施の形態２６の光電変換装置においては、第２電極５とｎ型領域２との間にｎ型半導体層８１が設けられているため、ｎ型半導体層８１によって第２電極５とｎ型領域２との間の密着性が向上し、コンタクト抵抗を低減することができる。
ここで、ｎ型半導体層８１の導電率は、１×１０-7Ｓ／ｃｍ以上１×１０-4Ｓ／ｃｍ以下であることが好ましい。また、ｎ型半導体層８１は非晶質シリコンを含む層である。非晶質シリコンを含む層は、ｎ型半導体層８１のラマン分光測定において４８０ｃｍ-1付近にブロードなピークが観測されることにより確認することができる。さらに、非晶質シリコンを含む層は、ｎ型半導体層８１のラマン分光測定において４８０ｃｍ-1付近にブロードなピークが観測される微結晶シリコンであってもよい。ｎ型半導体層８１の導電率が１×１０-7Ｓ／ｃｍ以上である場合には、直列抵抗の増大を抑制することができるため、光電変換装置のＦＦの低下を抑制することができる。また、ｎ型半導体層８１の導電率が１×１０-4Ｓ／ｃｍ以下である場合には、第２電極５と第１電極６との間のシャント抵抗の低下を抑制できるため、光電変換装置のＦＦの低下を抑制することができる。詳細には、ｎ型半導体層８１の導電率を１×１０-4Ｓ／ｃｍ以下とすることによって、第２電極５と第１電極６との間８２におけるリーク電流を低減することができるため、光電変換装置のＦＦを向上することができる。
以下、実施の形態２６の光電変換装置の製造方法の一例について説明する。まず、実施の形態１と同様にして、図８（ａ）に示すように、ｎ型単結晶シリコン基板１の第１の面１ａの全面にｉ型半導体層３およびｐ型半導体層４をこの順に積層する。
次に、図８（ｂ）に示すように、ｐ型半導体層４上に酸化シリコンからなる拡散マスク２１を形成する。次に、図８（ｃ）に示すように、拡散マスク２１をマスクとして、拡散マスク２１から露出している部分のｉ型半導体層３およびｐ型半導体層４をエッチングにより除去する。次に、図８（ｄ）に示すように、ｐ型半導体層４上から拡散マスク２１を除去する。
次に、図３３（ａ）の模式的断面図に示すように、上記のエッチングにより露出したｎ型領域２およびｐ型半導体層４の表面を覆うようにｎ型半導体層８１が被覆される。図３３（ｂ）の模式的断面図に示すように、ｎ型半導体層８１の表面上に導電層２２を形成する。その後は、レーザエッチングにより導電層２２を分離して、ｐ型半導体層４の表面上に第２電極５および第１電極６を形成することによって、実施の形態２６の光電変換装置が完成する。
実施の形態２６における上記以外の説明は実施の形態１〜２５と同様であるため、その説明については省略する。
＜実施の形態２７＞
図３４に、実施の形態２７の光電変換装置の模式的な断面図を示す。図３４に示す実施の形態２７の光電変換装置は、ｎ型単結晶シリコン基板１の第１の面１ａ上のｉ型非晶質シリコンからなる第２のｉ型半導体層９２と、第２のｉ型半導体層９２上のｎ型非晶質シリコンからなるｎ型領域２（第２導電型半導体層）とを有しているとともに、第１電極６の一部が第２領域１１の上方に設けられていることを特徴としている。ここで、第１電極６と重複する第２領域１１の領域をオーバーラップ領域９１とし、オーバーラップ領域９１は、第２領域１１の内部側の端部９３から第１領域１２との境界９４までの領域である。
図３５（ａ）に、実施の形態２７の光電変換装置の変形例の模式的な断面図を示す。図３５（ａ）に示す実施の形態２７の光電変換装置は、図３４に示す第２のｉ型半導体層９２と、第２のｉ型半導体層９２上のｎ型領域２とに代えて、ｎ型単結晶シリコン基板１の第２の領域１１の下方にｎ型領域２を備えていることを特徴としている。
図３５（ｂ）に、図３５（ａ）に示す実施の形態２７の光電変換装置のｎ型単結晶シリコン基板１の第１の面１ａの第２領域１１における第２導電型不純物濃度（リン濃度）の変化を示す。なお、図３５（ｂ）において、縦軸は第２導電型不純物濃度［ａｔｏｍｓ／ｃｍ3］を示し、横軸は第２領域１１の位置を示している。
図３６（ａ）に、実施の形態２７の光電変換装置のさらに変形例の模式的な断面図を示す。図３６（ａ）に示す実施の形態２７の光電変換装置は、図３５（ａ）に示すｎ型領域２とｉ型半導体層３との間に誘電体層４１を備えていることを特徴としている。
図３６（ｂ）に、図３６（ａ）に示す実施の形態２７の光電変換装置のｎ型単結晶シリコン基板１の第１の面１ａの第２領域１１上の誘電体層４１の膜厚の変化を示す。なお、図３６（ｂ）において、縦軸は誘電体層４１の膜厚を示し、横軸は第２領域１１の位置を示している。
実施の形態２７の光電変換装置は、オーバーラップ領域９１を有しているため、オーバーラップ領域９１を有しない図３７の模式的断面図に示す光電変換装置と比べて、図３８に示すように逆方向飽和電流を大きくすることができるとともに、降伏電圧を小さくすることができる。したがって、この場合には、実施の形態２７の光電変換装置の複数を電気的に接続した光電変換モジュールの一部に影が差したときに発生する局所的な加熱現象であるホットスポットに対する耐性を高くすることができる。
すなわち、影が差した光電変換装置が図３８の曲線Ｂに示すような逆方向特性を有する場合には、影が差した光電変換装置に高電圧が印加され、影が差した光電変換装置の発熱量が大きくなるため、光電変換装置を封止する封止材が変質および変色し、さらに悪いことには光電変換装置が破壊する可能性がある。しかしながら、実施の形態２７の光電変換装置は、図３８の曲線Ａに示すような小さい降伏電圧を有する逆方向特性を示すため、影が差した光電変換装置の発熱量を小さくすることができ、光電変換装置を封止する封止材が変質または変色し、光電変換装置が破壊する可能性を低く抑えることができるため、ホットスポット耐性が高く、信頼性の高い光電変換モジュールとすることができる。
また、ホットスポット耐性が高く、信頼性の高い光電変換モジュールを得る観点からは、図３５（ｂ）に示すように、オーバーラップ領域９１における第２領域１１の内部側の端部９３から第２領域１１と第１領域１２との境界９４に近づくにつれて第２領域１１の第２導電型不純物濃度を低下させることが好ましく、オーバーラップ領域９１における第２領域１１の内部側の端部９３では第２領域１１の第２導電型不純物濃度（リン濃度）を１×１０19［ａｔｏｍｓ／ｃｍ3］以上にするとともに、第２領域１１と第１領域１２との境界９４では第２領域１１の第２導電型不純物濃度（リン濃度）を１×１０17［ａｔｏｍｓ／ｃｍ3］未満とすることがより好ましい。このようなリン濃度プロファイルとすることによって、模式的には図３５（ａ）に示すように、周辺部にテーパーの付いたｎ型領域２を形成することができる。これにより、図３８の曲線Ａの降伏電圧付近で降伏電流が流れる際に、降伏電流が第１領域１２と第２領域１１との境界９４のみに集中することがなく、第２領域１１の内部側の端部９３から境界９４にわたるオーバーラップ領域９１のｎ型領域２のテーパー部分の全体に流れる。したがって、第１領域１２と第２領域１１との界面に流れる降伏電流の電流密度を低減し、降伏電流による発熱から素子破壊に至るのを防ぐことができるため、信頼性の高い光電変換モジュールを提供することができる。
また、図３６（ｂ）に示すように、第２領域１１の内部側の端部９３から第２領域１１と第１領域１２との境界９４に近づくにつれて誘電体層４１の膜厚を薄くすることによって、数ｎｍ〜数十ｎｍの極薄の誘電体層４１をオーバーラップ領域９１に形成しやすくなり、適度に小さい降伏電圧の逆方向特性を持たせることができる。これにより、光電変換装置に影が差したときの発熱量を小さくすることができ、光電変換装置を封止する封止材が変質または変色し、光電変換装置が破壊する可能性を低く抑えることができるため、ホットスポット耐性が高く、信頼性の高い光電変換モジュールとすることができる。
さらに、オーバーラップ領域９１の幅（図３４〜図３６のオーバーラップ領域９１の両矢印の長さ）を狭くした場合には図３８に示す降伏電圧の絶対値を大きくすることができ、オーバーラップ領域９１の幅を広くした場合には図３８に示す降伏電圧の絶対値を小さくすることができるため、オーバーラップ領域９１の幅を制御することによって降伏電圧を制御することができる。なお、光電変換装置の降伏電圧の絶対値を小さくしすぎた場合には逆方向飽和電流が大きくなりすぎて開放電圧が低下して変換効率が低下するため、変換効率を低下させずにホットスポット耐性を向上させるためには、オーバーラップ領域９１の幅は１０μｍ以上１００μｍ以下とすることが好ましい。
実施の形態２７における上記以外の説明は実施の形態１〜２６と同様であるため、その説明については省略する。
＜実施の形態２８＞
図４１に、実施の形態２８の光電変換装置の模式的な断面図を示す。図４１に示す実施の形態２８の光電変換装置は、ｎ型単結晶シリコン基板１の第１領域１２上に、ｉ型非晶質シリコンからなる第２のｉ型半導体層９２と、第２のｉ型半導体層９２上のｐ型非晶質シリコンからなるｐ型領域９５（第１導電型半導体層）とを有しているとともに、第２電極５の一部が第１領域１２の上方に設けられていることを特徴としている。ここで、第２電極５と重複する第１領域１２の領域をオーバーラップ領域９１とし、オーバーラップ領域９１は、第１領域１２の内部側の端部９３から第２領域１１との境界９４までの領域である。
図４２に、実施の形態２８の光電変換装置の変形例の模式的な断面図を示す。図４２に示す実施の形態２８の光電変換装置は、図４１に示す第２のｉ型半導体層９２と、第２のｉ型半導体層９２上のｐ型領域９５とに代えて、ｎ型単結晶シリコン基板１の第１の領域１２の下方にｐ型領域９５を備えていることを特徴としている。
実施の形態２８の光電変換装置も、実施の形態２７の光電変換装置と同様の理由により、実施の形態２８の光電変換装置の複数を電気的に接続した光電変換モジュールのいくつかに影が差したときのホットスポット耐性を高くすることができる。
実施の形態２８における上記以外の説明は実施の形態１〜２７と同様であるため、その説明については省略する。
以上のように本発明の実施の形態について説明を行なったが、上述の各実施の形態の構成を適宜組み合わせることも当初から予定している。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
本発明は、光電変換装置に利用することができ、特に裏面電極型太陽電池に利用することができる。
１ ｎ型単結晶シリコン基板、１ａ 第１の面、１ｂ 第２の面、２ ｎ型領域、３ ｉ型半導体層、３ａ 第１電極側のｉ型半導体層、３ｂ 第２電極側のｉ型半導体層、４ａ 第１電極側のｐ型半導体層、４ｂ 第２電極側のｐ型半導体層、４ ｐ型半導体層、５ 第２電極、６ 第１電極、１１ 第２領域、１２ 第１領域、２１ 拡散マスク、２２ 導電層、２３，２４ エッチングマスク、２６ 拡散マスク、２７ 反射防止層、２８ 受光面拡散層、２９ 誘電体層、３０ 酸化シリコン膜、３１ 第３領域、３２ 第４領域、３３ 積層体、３４ レーザ光の照射領域、４１ 誘電体層、４１ａ，４１ｂ 領域、５１ｂ 中心線、５１ｃ 第１の側壁面、５１ｄ 第２の側壁面、５１ｅ 底面、６１ 貫通孔、７０ 配線シート、７２ ｎ配線、７３ ｐ配線、８１ ｎ型半導体層、８２ 第１電極と第２電極との間、９１ オーバーラップ領域、９２ 第２のｉ型半導体層、９３ 端部、９４ 境界、９５ ｐ型領域、１０１ ｎ型多結晶シリコン基板、１０１ａ 凹凸構造、１０２ ｉ型シリコン薄膜層、１０３ ｐ型シリコン薄膜層、１０５ 正電極、１０６ 負電極、１１１ 反射防止層、１１２ ｎ型拡散層。

Claims (24)

  1. 半導体基板と、
    前記半導体基板の第１の面の上方のｉ型半導体層と、
    前記ｉ型半導体層上の第１導電型半導体層と、
    前記第１導電型半導体層上の電極と、を備え、
    前記電極は、電気的に分離された第１電極および第２電極を有し、
    前記第１の面は、第１領域と、前記第１領域以外の領域である第２領域とを有し、
    前記第２領域の下方の前記半導体基板に、前記半導体基板よりも第２導電型不純物濃度の高い第２導電型領域が設けられており、
    前記第１領域の上方に前記第１電極が設けられており、
    前記第２領域の上方に前記第２電極が設けられており、
    前記第２導電型領域と前記第２電極との間に前記ｉ型半導体層と前記第１導電型半導体層とが介在している部分を有し、
    前記第２電極と前記第２導電型領域とが導通している、光電変換装置。
  2. 前記第２領域は、前記第２電極と前記第２導電型領域とが物理的に接触している第３領域と、前記第２電極と前記第２導電型領域とが物理的に接触していない第４領域との少なくとも一方を有する、請求項１に記載の光電変換装置。
  3. 前記第２領域が前記第３領域と前記第４領域とを有し、
    前記第１の面を上方から見たときに、前記第３領域と前記第４領域とが交互に存在している、請求項２に記載の光電変換装置。
  4. 前記第２領域が前記第４領域を有し、
    前記第４領域の上方に前記ｉ型半導体層と前記第１導電型半導体層との積層体が設けられており、
    前記第１の面の垂直上方から前記第１の面に、前記積層体の前記第１導電型半導体層を投影したときの投影面積が、前記積層体の前記ｉ型半導体層を投影したときの投影面積よりも小さい、請求項２または請求項３に記載の光電変換装置。
  5. 前記第１電極と前記第２電極とを電気的に分離する分離溝を備え、
    前記分離溝が、前記第１導電型半導体層に達している、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の光電変換装置。
  6. 前記分離溝が、前記第ｉ型半導体層に達している、請求項５に記載の光電変換装置。
  7. 前記分離溝が、前記第２導電型領域に達している、請求項６に記載の光電変換装置。
  8. 前記分離溝の中心線が、前記第２領域に対応する領域内に含まれる、請求項５〜請求項７のいずれか１項に記載の光電変換装置。
  9. 前記分離溝の中心線には、前記第１領域に対応する領域内に含まれるものと、前記第２領域に対応する領域内に含まれるものとがある、請求項５〜請求項７のいずれか１項に記載の光電変換装置。
  10. 前記分離溝の中心線が、前記第１領域に対応する領域内に含まれる、請求項５〜請求項７のいずれか１項に記載の光電変換装置。
  11. 前記第２導電型領域と前記第２電極との間に誘電体層が介在している部分を有する、請求項１〜請求項１０のいずれか１項に記載の光電変換装置。
  12. 前記第１電極と前記第２電極とを電気的に分離する分離溝を備え、
    前記分離溝が、前記誘電体層に達している、請求項１１に記載の光電変換装置。
  13. 前記第２導電型領域は、前記第２電極と物理的に接触している、請求項１２に記載の光電変換装置。
  14. 前記誘電体層は、前記第２導電型領域および前記第２電極と物理的に接触している領域と、前記第２導電型領域および前記ｉ型半導体層と物理的に接触している領域との少なくとも一方を有する、請求項１１〜請求項１３のいずれか１項に記載の光電変換装置。
  15. 半導体基板と、
    前記半導体基板の第１の面の上方のｉ型半導体層と、
    前記ｉ型半導体層上の第１導電型半導体層と、
    前記第１導電型半導体層上の電極と、を備え、
    前記電極は、電気的に分離された第１電極および第２電極を有し、
    前記第１の面は、第１領域と、前記第１領域以外の領域である第２領域とを有し、
    前記第１領域の上方に前記第１電極が設けられており、
    前記第２領域の上方に前記第２電極が設けられており、
    前記第２領域の下方の前記半導体基板に、前記半導体基板よりも第２導電型不純物濃度の高い第２導電型領域が設けられており、
    前記第２導電型領域と前記第２電極との間に第２導電型半導体層が介在している部分を有し、
    前記第２電極と前記第２導電型領域とが導通している、光電変換装置。
  16. 前記第２導電型半導体層は、非晶質シリコンを含む、請求項１５に記載の光電変換装置。
  17. 前記第２導電型半導体層の導電率が１×１０-7Ｓ／ｃｍ以上１×１０-4Ｓ／ｃｍ以下である、請求項１５または請求項１６に記載の光電変換装置。
  18. 半導体基板と、
    前記半導体基板の第１の面の上方のｉ型半導体層と、
    前記ｉ型半導体層上の第１導電型半導体層と、
    前記第１導電型半導体層上の電極と、を備え、
    前記電極は、電気的に分離された第１電極および第２電極を有し、
    前記第１の面は、第２導電型の第２領域と、前記第２領域以外の領域である第１領域とを有し、
    前記第２領域の上方および／または下方に、前記半導体基板よりも第２導電型不純物濃度の高い第２導電型領域が設けられており、
    前記第１領域の上方に前記第１電極が設けられており、
    前記第２領域の上方に前記第２電極が設けられており、
    前記第２導電型領域と前記第２電極との間に前記ｉ型半導体層と前記第１導電型半導体層とが介在している部分を有し、
    前記第２領域の上方に前記第１電極の一部が設けられており、
    前記第２電極と前記第２導電型領域とが導通している、光電変換装置。
  19. 前記第２導電型領域は、前記半導体基板の前記第１の面の上方の第２のｉ型半導体層と、
    前記第２のｉ型半導体層上の第２導電型半導体層とを有する、請求項１８に記載の光電変換装置。
  20. 前記第２導電型領域と前記第２電極との間に誘電体層が介在している部分を有する、請求項１８に記載の光電変換装置。
  21. 前記第１電極の一部の下方における前記第２領域の部分において、
    前記誘電体層は、前記第２領域の内部から前記第１領域と前記第２領域との境界に向かうにつれて膜厚が薄くなる、請求項２０に記載の光電変換装置。
  22. 前記第１電極の一部の下方における前記第２導電型領域の部分において、
    前記第２導電型領域の内部から前記第１領域と前記第２領域との境界に向かうにつれて第２導電型不純物濃度が低くなる、請求項１８〜請求項２１のいずれか１項に記載の光電変換装置。
  23. 半導体基板と、
    前記半導体基板の第１の面の上方のｉ型半導体層と、
    前記ｉ型半導体層上の第２導電型半導体層と、
    前記第２導電型半導体層上の電極と、を備え、
    前記電極は、電気的に分離された第１電極および第２電極を有し、
    前記第１の面は、第２導電型の第２領域と、前記第２領域以外の領域である第１領域とを有し、
    前記第１領域の上方および／または下方に前記半導体基板よりも第１導電型不純物濃度の高い第１導電型領域が設けられており、
    前記第１領域の上方に前記第１電極が設けられており、
    前記第２領域の上方に前記第２電極が設けられており、
    前記第１導電型領域と前記第１電極との間に前記ｉ型半導体層と前記第２導電型半導体層とが介在している部分を有し、
    前記第１電極と前記第１導電型領域とが導通している、光電変換装置。
  24. 前記第１導電型領域が、前記半導体基板の前記第１の面の上方の第２のｉ型半導体層と、
    前記第２のｉ型半導体層上の第１導電型半導体層とを有する、請求項２３に記載の光電変換装置。
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