JP2015191962A - 太陽電池およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】低コストで信頼性の高い、裏面ｐｎ分離を実現できる太陽電池を得ること。
【解決手段】相対向する第１および第２の主面１Ａ，１Ｂを有するｎ型単結晶基板からなる基板１と、第２の主面１Ｂに形成されたｐ型シリコン系層７と、第２の主面１Ｂに形成された溝１０内に形成されたｎ型シリコン系層１２と、ｐ型シリコン系層７およびｎ型シリコン系層１２にスパッタリング薄膜で構成された第１および第２の透光性導電膜１４，１６を介して形成された第１および第２の金属電極１５，１７とを備えている。この第２の透光性導電膜１６は、溝１０の底面に選択的に形成され、ｎ型シリコン系層１２に接続されるとともに、少なくとも溝１０の側壁で分断される。そして第１の透光性導電膜１４は、第２の主面１Ｂ上のｐ型シリコン系層７に形成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、太陽電池およびその製造方法にかかり、特に裏面接合型の太陽電池における構造ならびに製造方法に関するものである。

従来、太陽電池において、太陽光をより効率よく発電させるためには、受光面から照射される光をできる限りロスなく基板内部で吸収することが不可欠である。そこで、表面電極が形成されていない構造にすることにより反射損失を減らすようにした技術が開示されている（特許文献１）。この構造の太陽電池は、一般的に、裏面接合型太陽電池（裏面電極型太陽電池とも呼ばれる）といい、裏面側にｐｎ接合が形成されている。受光面に電極を有しないことで、電極によるシャドーロスがなくなり、シリコン基板の受光面と裏面にそれぞれ電極を有する太陽電池に比べて高い出力を得ることが可能になる。

裏面接合型太陽電池を作製する上で、ｐ型領域とｎ型領域をシリコン基板の一主面上に形成する必要があるため、製造工程でｐ型領域とｎ型領域の分離が必要となる。分離する方法として、フォトリソグラフィによるパターニング、マスクによるパターニング成膜もしくはエッチングペーストによる印刷パターニングを利用している。フォトリソグラフィでは、パターニング（基板上に所定のパターンを形成すること）精度が高いという利点があるが、製造にかかるコストが高く、タクトタイムが長いという欠点がある。一方、マスクやエッチングペーストによるパターニングでは、タクトタイムが短く、低コストであるという利点があるが、パターニング精度が悪くなるといった欠点がある。パターニング精度が悪いとリークパスが形成される等により太陽電池の特性が悪化する。

特許第５２１３１３４号公報

しかしながら、上記特許文献１の技術によれば、シリコン基板の裏面上にシリコン酸化膜層があり、その上に、第１のパターンのｐ型-ａＳｉ(アモルファスシリコン)層、及び、第１のパターンに交互配置されている第２のパターンのｎ型-ａＳｉ層を具備している。そして、それぞれに、第１の導電性パターンと第２の導電性パターンが接続されて裏面電極型太陽電池を構成している。ここで、ｎ-ａＳｉ層とシリコン基板との接続をとるためにｐ層の開口、ｐ-ａＳｉ層と金属電極との接続をとるためにｎ層の開口、ｐ，ｎ-ａＳｉ層上の金属電極をｐ，ｎ用それぞれに分離、計３つのパターニング工程が必要となる。パターニング工程は分離幅を大きくし過ぎると発電する有効面積が低下し、逆に小さくし過ぎるとリーク電流が発生し、いずれも太陽電池の特性を低下させる。

以上のように、裏面接合型太陽電池の製造工程において、裏面に形成する電極は、ｐ層、ｎ層にそれぞれ分離して接続するためのパターニングが必要である。太陽電池の特性を向上させるためには位置精度の高いパターニングが必要で、そのための技術として、フォトリソグラフィが考えられるが、製造にかかるコストが高いという問題がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、裏面接合型太陽電池の製造工程において、低コストで信頼性の高い、裏面ｐｎ分離を実現できる太陽電池およびその製造方法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、本発明は、相対向する第１および第２の主面を有する第１導電型の半導体基板と、第２の主面に形成された第２導電型の半導体領域と、第２の主面に形成された溝内に形成された第１導電型の半導体領域と、第１および第２導電型の半導体領域にコンタクト層を介して形成された第１および第２の電極とを備えている。このコンタクト層は、溝の底面に選択的に形成され、第１導電型の半導体領域に接続されるとともに、少なくとも溝の側壁で分断され、第２の主面上の第２導電型の半導体領域上に成膜された、薄膜で構成される。

本発明によれば、フォトリソグラフィを用いることなく、第１および第２の導電型層用にそれぞれ透光性導電膜などのコンタクト層を分離でき、しかも、位置精度が高く、コストを抑えた簡易な方法でこれを実現できるという効果を奏する。

図１は、本発明の実施の形態１の太陽電池の模式的な断面を示す図である。 図２（ａ）〜（ｃ）は、実施の形態１の太陽電池の製造工程を示す工程断面図である。 図３（ａ）〜（ｃ）は、実施の形態１の太陽電池の製造工程を示す工程断面図である。 図４（ａ）〜（ｃ）は、実施の形態１の太陽電池の製造工程を示す工程断面図である。 図５は、本発明の実施形態１の太陽電池のｐ、ｎ型領域を上面からみた模式図である。 図６は、本発明の実施形態２の太陽電池の模式的な断面を示す図である。 図７は、本発明の実施形態３の太陽電池の模式的な断面を示す図である。 図８は、本発明の実施形態４の太陽電池の模式的な断面を示す図である。 図９は、本発明の実施形態５の太陽電池の模式的な断面を示す図である。 図１０（ａ）〜（ｃ）は、実施の形態５の太陽電池の製造工程を示す工程断面図である。 図１１（ａ）〜（ｃ）は、実施の形態５の太陽電池の製造工程を示す工程断面図である。 図１２（ａ）〜（ｃ）は、実施の形態５の太陽電池の製造工程を示す工程断面図である。 図１３は、本発明の実施形態１の太陽電池の変形例のｐ、ｎ型領域を上面からみた模式図である。 図１４は、本発明の実施形態１の太陽電池の変形例のｐ、ｎ型領域を上面からみた模式図である。

以下に、本発明にかかる太陽電池およびその製造方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではなく、そ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層あるいは各部材の縮尺が現実と異なる場合があり、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は、本発明にかかる太陽電池の実施の形態１の模式的な断面を示す図である。受光面に電極を有しない、つまり裏面接合型太陽電池において、相対向する第１および第２の主面１Ａ，１Ｂを有する第１導電型の半導体基板である、基板１としてはｎ型単結晶シリコン基板を用いる。基板１の第２の主面１Ｂに形成された第２導電型の半導体領域としてｐ型シリコン系層７、第２の主面に形成された溝１０内に形成された第１導電型の半導体領域としてのｎ型シリコン系層１２と、これらｐ型シリコン系層７およびｎ型シリコン系層１２にコンタクト層を介して形成された第１および第２の金属電極１５，１７とを備えている。このコンタクト層は、溝１０の底面に選択的に形成され、ｎ型シリコン系層１２に接続されるとともに、少なくとも溝１０の側壁で分断され、第２の主面１Ｂ上のｐ型シリコン系層７上に形成された、スパッタリング薄膜からなる第１および第２の透光性導電膜１４，１６で構成される。ｎ型結晶シリコン基板には、ｎ型単結晶シリコン基板が好ましい。ｎ型の単結晶は欠陥が少なく太陽電池の高い出力特性が期待できるためである。ただし、基板に多結晶シリコン基板を用いても良いし、また、ｐ型基板でも良い。

基板１の第１の主面（受光面）１Ａ側にはテクスチャー１Ｔが形成される。テクスチャー１Ｔは散乱面を構成するため、光を閉じ込めるのに効果があり太陽電池の出力特性が向上する。テクスチャー１Ｔが形成された基板１上に反射防止膜５が形成される。反射防止膜５としては窒化シリコン膜、酸化シリコン膜、これらを組み合わせた膜等が考えられる。その他、透光性導電膜でもよく、材料として、ＳｎＯ₂、Ｉｎ₂Ｏ₃、ＺｎＯ、ＣｄＯ、ＣｄＩｎ₂Ｏ₄、ＣｄＳｎＯ₃、ＭｇＩｎ₂Ｏ₄、ＣｄＧａ₂Ｏ₄、ＧａＩｎＯ₃、ＩｎＧａＺｎＯ₄、Ｃｄ₂Ｓｂ₂Ｏ₇、Ｃｄ₂ＧｅＯ₄、ＣｕＡｌＯ₂、ＣｕＧａＯ₂、ＳｒＣｕ₂Ｏ₂、ＴｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃などを使用することができ、またこれらを積層して形成した透光性導電膜を使用することもできる。また、ドーパントとしては、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｂ、Ｙ、Ｓｉ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｆ、Ｃｅから選択した１種類以上の元素を用いてもよい。

その他、基板１の屈折率と空気の屈折率の間の屈折率を有する膜を形成しても良い。これによって基板１表面から入射する太陽光の反射を抑える効果がある。また、反射防止膜５と基板１との間に真性シリコン系層３を挿入するのが好ましい。真性シリコン系層３は非晶質シリコンであることが好ましい。これは基板１表面の欠陥を修復する効果があるからである。また、基板１側に非晶質シリコンを形成しその上に微結晶シリコンを形成して積層する構造も考えられる。微結晶層にすることで透光性が向上し光吸収損失を抑えることができる。真性シリコン系層３の膜厚は１ｎｍ〜１０ｎｍが好ましい。基板１表面の欠陥を修復して再結合を抑制するために必要な厚さであり、また、厚すぎると太陽光を多く吸収して損失になるためである。

真性シリコン系層３と反射防止膜５との間にｎ型シリコン系層４を挿入するのが好ましい。これにより基板１との間で電界（Ｆｒｏｎｔ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｆｉｅｌｄ）が形成され、基板１で生成されたキャリアの再結合を抑制する効果がある。ｎ型シリコン系層４としてはｎ型非晶質シリコンかｎ型微結晶シリコンが考えられる。ｎ型シリコン系層４についても微結晶層にする方が好ましい。微結晶層にすることにより非晶質より透光性が向上するため光吸収損失を抑える効果がある。ｎ型シリコン系層４の膜厚は１ｎｍ〜３０ｎｍが好ましい。電界を形成するのに必要な厚さであり、また、厚すぎると太陽光を多く吸収して損失になるためである。つまり１ｎｍに満たないと電界を十分に形成できず、３０ｎｍを超えると、吸収損失が大きすぎるという問題がある。

基板１のもう一方の対向する第２の主面（裏面）１Ｂには、平面上に、第１のパターンであるｐ型シリコン系層７が形成されている。ｐ型シリコン系層７にはｐ型非晶質シリコン、ｐ型微結晶シリコン、これらを組み合わせた膜が考えられる。ｐ型シリコン系層７の膜厚は１ｎｍ〜３０ｎｍが好ましい。薄すぎると基板１との間で電界が形成されず出力特性が低下し、厚すぎるとその上の第１の透光性導電膜１４と基板１との間の距離が遠くなるため抵抗が増大し出力特性が低下する。つまり１ｎｍに満たないと電界を十分に形成できず、３０ｎｍを超えると、抵抗増大により出力特性が低下するという問題がある。

また、ｐ型シリコン系層７と基板１との間に真性シリコン系層６を挿入するのが好ましい。また、真性シリコン系層６は非晶質シリコンであることが好ましい。あるいは、基板１に接する膜に非晶質シリコンを用い、その上に微結晶シリコンを積層する構造でも良い。基板１に接する膜に非晶質を用いることで基板１表面の欠陥を修復する効果がある。その上を微結晶層にすることでｐ型微結晶シリコンの結晶化を促進する効果がありｐ型微結晶シリコンが低抵抗化し太陽電池の出力が向上する。この真性シリコン系層６の膜厚は１ｎｍ〜１０ｎｍが好ましい。基板１表面の欠陥を修復し再結合を抑制するために必要な厚さであり、また、厚すぎると抵抗が高くなるためである。つまり１ｎｍに満たないと十分に欠陥修復ができず、１０ｎｍを超えると、抵抗が増大するという問題がある。

第２の主面（裏面）１Ｂ上に溝１０が形成され、ｐ型シリコン系層７から形成されるｐ領域からなる第１のパターンと交互に配置される第２のパターンとして、ｎ型シリコン系層１２が溝１０の側面および底面に形成される。ｎ型シリコン系層１２は非晶質シリコン、微結晶シリコンが考えられる。ｎ型シリコン系層１２は、ｐ型シリコン系層７との間で基板１を介して電界を形成し、太陽光により発生したキャリアを収集する。また、基板１とｎ型シリコン系層１２との電界（Ｂａｃｋ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｆｉｅｌｄ）効果により基板１で生成されたキャリアの再結合を抑制する効果がある。ｎ型シリコン系層１２は、第２の透光性導電膜１６と接する部分では微結晶シリコンであることが好ましい。これは第２の透光性導電膜１６とｎ型シリコン層とのコンタクト抵抗はｎ型微結晶シリコンにすることにより低抵抗化する効果があるからである。このｎ型シリコン系層１２の膜厚は１ｎｍ〜３０ｎｍが好ましい。電界を形成するのに必要な厚さがあり、また、厚すぎると基板１と第２の透光性導電膜１６までの距離が長くなり抵抗が増大して損失になるためである。つまり１ｎｍに満たないと十分に電界を形成することができず、３０ｎｍを超えると、抵抗が増大して損失となるという問題がある。

さらにまた、ｎ型シリコン系層１２と基板１との間に真性シリコン系層１１を挿入するのが好ましい。また、この真性シリコン系層１１の膜厚は１ｎｍ〜１０ｎｍが好ましい。基板１の再結合を抑制する効果がある。このために必要な厚さがあり、厚すぎると抵抗が増大し損失になるためである。つまり１ｎｍに満たないと再結合抑制の効果が十分でなく、１０ｎｍを超えると、抵抗が増大して損失となるという問題がある。

ｐ型シリコン系層７上に順に第１の透光性導電膜１４と第１の金属電極１５を、ｎ型シリコン系層１２上に順に第２の透光性導電膜１６と第２の金属電極１７を有する。第１および第２の透光性導電膜１４、１６の膜厚は１０ｎｍ〜５μｍが好ましい。薄すぎると基板１平面方向の第１および第２の透光性導電膜１４、１６の抵抗が増大し、厚すぎると長波長光の吸収が増大し損失になるためである。金属電極１５、１７の膜厚は１００ｎｍ〜５００μｍが好ましい。薄すぎると金属電極１５、１７の基板１平面方向の抵抗が増大し、厚すぎると金属電極１５、１７の加工が難しくなるためである。

第２の透光性導電膜１６は、溝１０の底面に形成されｎ型シリコン系層１２と接しているが、溝１０側面の上部には形成されていない。第２の透光性導電膜１６から、ｐ型シリコン系層７が溝１０を形づくる側面までの距離は１０ｎｍ以上１００μｍ以下である。近すぎるとリーク電流が増大し、離しすぎると溝を深く掘る必要があるため基板１表面再結合が増大し出力特性が悪化する。さらに、その距離を１００ｎｍ以下にすることで太陽電池の特性をより高めることができる。

第１のパターンとして形成されたｐ型シリコン系層７と溝１０内に第２のパターンとして形成されたｎ型シリコン系層１２は基板１裏面上にｐ型領域１３ｐ，ｎ型領域９ｎとして交互に配置され、たとえば、図５に示すパターン配置が考えられる。ただし、基板１上に交互に配置されれば、このパターンに限定されない。

溝１０の深さは、５０ｎｍ〜１００μｍ、幅は１０μｍ〜２ｃｍが好ましい。深さは浅すぎると第２の透光性導電膜１６と、ｐ型シリコン系層７が溝１０を形づくる側面までの距離が短くなってリーク電流が発生する。溝１０の深さが深すぎると基板１の表面積の増大により表面再結合が増大しセル特性が悪化する。溝１０の幅は狭すぎるとｎ型領域９ｎが狭くなりすぎて十分に電流が収集できなくなり、幅が広すぎるとｐ層、ｎ層を一組とした幅が広がりすぎて基板１表面上の電流が十分に収集できなくなる。

次に、図２（ａ）〜図４（ｃ）の模式的断面図を参照して本発明の太陽電池の製造方法の一例である実施の形態１の裏面接合型太陽電池の製造方法について説明する。

まず、図２（ａ）に示すように、基板１の一例として、結晶面（１００）を表面とするｎ型単結晶シリコン基板を用いる。

ｎ型単結晶シリコン基板は、シリコンインゴットをスライスすることで得られる。これにより生じたスライスダメージを、例えば、フッ化水素水溶液（ＨＦ）と硝酸（ＨＮＯ₃）との混酸またはＮａＯＨなどのアルカリ水溶液でエッチングして除去する。

基板１の形状および大きさは特に限定はされないが、厚さは６０μｍ〜４００μｍが好ましい。基板１の大きさは例えば１辺の長さが３０ｍｍ〜２００ｍｍの四角形状が好ましい。

次に、図２（ｂ）に示すように、基板１の第１の主面（受光面）１Ａ側のみにテクスチャー１Ｔを形成する。第２の主面（裏面１Ｂ）側においては、フラット面を維持する。裏面のフラットを維持する理由はパターニングの際、マスクの位置あわせが光の反射が無くなるので困難になること、フラット面の方が欠陥の少ない表面が得られ、出力特性が向上することが考えられる。

ここでは、受光面側のみにテクスチャー１Ｔを形成する方法を示す。まず、基板１の裏面側にアルカリ耐性のある保護膜２として窒化シリコン膜を形成する。保護膜２としてそれ以外に、酸化シリコン膜、酸化シリコン膜と窒化シリコン膜の積層膜などが考えられる。また、酸化インジウム等の導電性酸化物を保護膜２として利用してもよい。保護膜２の作製には、プラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法またはスパッタリング法、熱酸化法などの方法によって形成することができる。テクスチャー１Ｔ形成時、保護膜２がエッチングされて消失したり、保護膜２中に薬液が浸透して、基板１がエッチングされるのを防ぐ必要があり、このために、保護膜２の厚さとして２０ｎｍ〜８００ｎｍが好ましい。

次に、基板１の表面にテクスチャー１Ｔを形成する。ウェットエッチングにより、基板１の受光面１Ａ側の表面上に底辺長１００ｎｍ〜３０μｍサイズのマイクロピラミッドがランダムに形成される。エッチング液は、ＮａＯＨ、ＫＯＨ、水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）といったアルカリ液を用い、これにＩＰＡなどのアルコール系添加剤、界面活性剤もしくはオルソケイ酸ナトリウムなどのケイ酸塩化合物を添加している。エッチング温度は３０℃〜１２０℃が好ましく、エッチング時間は、２ｍｉｎ〜６０ｍｉｎが好ましい。

次に、まず、保護膜２をエッチング除去する。エッチング液には、ＨＦ、フッ化アンモニウム（ＮＨ₄Ｆ）を用いる。なお、ＨＦ濃度が高いほど、保護膜２のエッチングレートが高く、除去が簡単である。保護膜２の耐性にもよるが、ＨＦ濃度０．５％以上が好ましい。

次に、基板１裏面を洗浄するために、以下の第１工程と第２工程を行う。第１工程では、濃硫酸と過酸化水素水を含む洗浄液で基板１表面の有機物を除去し、次にその時形成される酸化膜をＨＦで除去する。第２工程では、塩酸と過酸化水素水を含む洗浄液で金属不純物を除去し、その時形成される基板１表面上の酸化膜をフッ酸溶液で除去する。第１工程と第２工程は、基板１表面上の有機汚染、金属汚染、パーティクルによる汚染が十分に低減されるまで繰り返し行う。また、オゾン水による洗浄、炭酸水による洗浄など、機能水による洗浄でも良い。

次に、基板１の受光面側に真性シリコン系層３として真性非晶質シリコン層を成膜する。この形成には、プラズマＣＶＤ法により、シランと水素を用いる。上記の形成には、ＣＨ₄、ＣＯ₂、ＮＨ₃、ＧｅＨ₄等のガスを混合することで合金化によるバンドギャップを変更して成膜しても良い。また、微結晶シリコン層を用いてもよい。真性シリコン系層３は単層構造でもよいが、温度、圧力、パワー、ガス流量を変えることで導電率、バンドギャップ、結晶化率などの物性値の異なるシリコン層を積層させても良い。膜厚は１ｎｍ〜１０ｎｍである。

次に、受光面にドーピングガスとしてＰＨ₃等を用いて、プラズマＣＶＤ法によりｎ型シリコン系層４としてｎ型微結晶シリコン層を形成する。ｎ型シリコン系層４は、単層構造でもよいが、温度、圧力、Ｐｏｗｅｒ、ガス流量を変えることで導電率、バンドギャップ、結晶化率などの物性値の異なるシリコン層を積層させても良い。膜厚は１ｎｍ〜３０ｎｍとした。

次に、基板１の裏面側に真性シリコン系層６として、真性非晶質シリコン層を成膜する。この形成には、プラズマＣＶＤ法により、ＳｉＨ₄ガスとＨ₂ガスを利用する。ＳｉＨ₄ガス流量６０ｓｃｃｍ、Ｈ₂ガス３００ｓｃｃｍとし、圧力１００Ｐａ、基板温度１７０℃、及びＲＦパワー０．３Ｗ/cm²の条件で形成される。これ以外にも、ＣＨ₄、ＣＯ₂、ＮＨ₃、ＧｅＨ₄等のガスを混合することで合金化によるバンドギャップを変更して成膜しても良い。真性シリコン系層６は単層構造でもよいが、導電率、バンドギャップ、結晶化率などの物性値の異なるシリコン層を積層させても良い。膜厚は１ｎｍ〜１０ｎｍである。

次に、ドーピングガスとしてＢ₂Ｈ₆等を用いて、プラズマＣＶＤ法によりｐ型シリコン系層７としてｐ型非晶質シリコン層を裏面の真性な非晶質シリコン層の上に成膜する。ｐ型非晶質シリコン層の形成条件は、真性非晶質シリコンの形成条件にＢ₂Ｈ₆ガス（１％Ｈ₂ベース）流量６０ｓｃｃｍを添加する。これ以外に、ＣＨ₄、ＣＯ₂、ＮＨ₃、ＧｅＨ₄等のガスを混合することで合金化によるバンドギャップを変更して成膜しても良い。また、ｐ型シリコン系層７は、単層構造でもよいが、導電率、バンドギャップ、結晶化率などの物性値の異なるシリコン薄膜を積層させても良い。膜厚は１〜３０ｎｍである。

次に、テクスチャー１Ｔを形成した受光面側に、反射防止膜５を成膜する。反射防止膜５には、透光性導電膜である酸化インジウムを用いる。スパッタリング法により形成される。形成条件は、基板温度１８０℃、Ａｒガス流量７０ｓｃｃｍ、Ｏ₂ガス流量（５％Ａｒベース）５ｓｃｃｍ、圧力０．７Ｐａ、ＲＦパワー密度８Ｗ/ｃｍ²の条件で、その膜厚は１０〜２００ｎｍである。

それ以外の方法として、イオンプレーティング蒸着法、電子ビーム蒸着法などが挙げられる。これらの成膜時に用いるプロセスガスには、Ａｒガスを主体として、Ｏ₂、Ｈ₂、水蒸気、Ｎ₂などが適宜添加される。シリコンが光吸収できる波長域全体において、光吸収の少ない材料を用いることが好ましい。

また、反射防止膜５として、シリコン酸化膜もしくはシリコン窒化膜を用いてもよい。シリコン酸化膜ならびにシリコン窒化膜はＨＦならびにアルカリ耐性が高く緻密な膜であることが好ましい。形成方法としてスパッタリング法もしくはプラズマＣＶＤ法により形成できる。形成時の温度は、プラズマＣＶＤにより基板１上に形成したシリコン層へダメージを与えないよう３００℃以下が好ましい。さらに、反射率を低減するため基板１と空気の間の屈折率が望ましく、空気と波長７００ｎｍでの屈折率が１．５〜２．５であることが好ましい。なお、シリコン酸化膜、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を持ち合わせた膜にすることで、基板１の欠陥を修復し、より出力特性を向上させる効果がある。

次に、図２（ｃ）に示すように、裏面側ｐ型シリコン層をパターニングするマスクの役目をもつ、絶縁膜８としてシリコン窒化膜を形成する。この形成には、プラズマＣＶＤ法により、ＳｉＨ₄ガスとＮＨ₃ガスを利用する。ＳｉＨ₄ガス流量６０ｓｃｃｍ、ＮＨ₃ガス６０ｓｃｃｍとし、圧力１００Ｐａ、基板温度１７０℃、及びＲＦパワー密度１．５Ｗ/ｃｍ²の条件で形成される。スパッタリング法を用いてもよい。また、シリコン酸化膜を利用してもよい。温度は、３００℃以下で、この絶縁膜８の膜厚は４０〜５００ｎｍであることが好ましい。薄いとパターニング形成時にエッチングにより消失してしまい、厚すぎるとエッチングに時間がかかりすぎるためである。

次に、図３（ａ）に示すように、裏面側の絶縁膜８をエッチングし開口する。絶縁膜８のエッチングではレジストマスクでパターニングする。エッチング液にＨＦを用いて２分間処理する。エッチング時間はシリコン窒化膜の薬液耐性によって異なり、１０秒から３０分程度である。また、エッチング溶液には、これ以外に、フッ化アンモニウムや、ＨＦとフッ化アンモニウムとの混合液などが用いられる。

絶縁膜８の開口、パターニングには、エッチングペーストを使用してもよい。エッチングペーストを塗布する方法は、ディスペンサによる塗布、スクリーン印刷による塗布、インクジェットによる塗布などがある。エッチングペーストは、絶縁膜８をエッチングできるエッチング成分とエッチング成分以外の成分として水、有機溶媒および増粘剤などを含んでいる。エッチング成分としては、リン酸、フッ化水素、フッ化アンモニウムおよびフッ化水素アンモニウムから選択された少なくとも１種を利用している。

次に、図３（ａ）に示すように、絶縁膜８をマスクに、ｐ型シリコン系層７、真性シリコン系層６、基板１をエッチングし基板１に開口幅ａ₁の溝１０が形成される。エッチング液にはＴＭＡＨ（水酸化テトラメチルアンモニウム）２．３７％を用い、液を６５℃に加熱して、１０ｓｅｃ〜１時間エッチングする。エッチング液は、ＮａＯＨ、ＫＯＨアルカリ試薬を用いてもよく、温度は２５℃〜１００℃が好ましい。

絶縁膜８とこれらの層とのエッチングレートの差から、すなわち、絶縁膜８が基板１に比べてエッチングレートを遅くするようなエッチング条件を選択することによって、図３（ａ）に示すように絶縁膜８はひさし８Ｒをもつ形状となる。

この出っ張り距離ａ₀（図３（ａ）に位置記載）の制御は、絶縁膜８のエッチング耐性を変化させることや、エッチング液の濃度を変えるなどして可能である。絶縁膜８のエッチング耐性向上には、絶縁膜８の成膜条件の、圧力を下げる、基板温度をあげる、ＲＦパワーをあげる等とすることで制御可能である。

溝１０の開口幅ａ₁は１００μｍ、深さｄは、基板１表面から５００ｎｍである。溝１０の形状は断面からみて矩形である。ただし、これは楕円でもよいし半円でもよい。矩形の場合、そのコーナー部Ｓ（図３参照）の曲率半径は５ｎｍ〜１００μｍが好ましい。曲率半径が短いとその後にコーナー部に接して形成される真性シリコン層及びｎ型シリコン層に欠陥が発生しやすい。曲率半径の上限は溝１０の深さの上限と同じ１００μmである。また、局率半径を制御することにより、電界が均一となり、信頼性が向上する。

溝１０の深さによって曲率半径の制御が可能で、溝１０の深さを深くすれば曲率半径を大きくでき、溝１０の深さを浅くすれば曲率半径は欠陥の発生を招くことなく小さくすることができる。

本実施の形態において、絶縁膜８のひさし８Ｒつまりひさし状領域の出っ張り距離ａ₀は５００ｎｍである。出っ張り距離ａ₀は５０ｎｍ〜１００μｍが好ましい。この後、裏面にｎ型シリコン系層１２形成後に透光性導電膜を形成する際、ひさし８Ｒによって、溝１０側面上部への透光性導電膜の堆積を防止することができる。一方、絶縁膜８の開口幅ａ₁（図３（ａ）に位置記載）は１０μｍ以上２ｃｍ以下である。狭すぎると、この後成膜する、ｎ型シリコン系層１２および真性シリコン系層１１が溝１０側面に形成されなくなり（図３（ｂ）参照）、幅が広すぎるとｐ層、ｎ層を一組とした幅が広がりすぎて基板１表面上の電流を効率よく収集するのが困難となる。

溝１０の深さｄは、５０ｎｍ〜１００μｍ、幅は１０μｍ〜２ｃｍが好ましい。深さは浅すぎると、この後成膜する第２の透光性導電膜１６と、ｐ型シリコン系層７が形づくる溝１０側面との間の距離が短くなってリーク電流が発生する（図３（ｃ）参照）。深すぎると表面積増大により表面再結合が増大しセル特性が悪化する。幅は狭すぎるとｎ型領域であるｎ型シリコン系層１２が狭くなりすぎて十分に電流が収集できなくなり、幅が広すぎるとｐ層、ｎ層を一組とした幅が広がりすぎて基板１表面上の電流を効率よく収集するのが困難となる。

次に、フッ酸溶液中で溝１０の基板１表面に形成された自然酸化膜を除去する。ただし、フッ酸溶液は、反射防止膜５ならびに絶縁膜８の酸耐性に応じて、消失しないようにＨＦ濃度ならびに浸漬時間を制御する必要がある。

次に、図３（ｂ）に示すように、基板１の裏面側に真性シリコン系層１１として真性非晶質シリコン層を、ｎ型シリコン系層１２としてｎ型微結晶シリコン層を成膜する。この時、真性シリコン系層１１、ｎ型シリコン系層１２はいずれも溝１０の基板１側壁上部にも形成される。

真性シリコン系層１１の形成には、プラズマＣＶＤ法により、ＳｉＨ₄ガス流量６０ｓｃｃｍ、Ｈ₂ガス３００ｓｃｃｍとし、圧力１００Ｐａ、基板温度１７０℃、及びＲＦパワー０．３Ｗ/ｃｍ²の条件で形成される。膜厚は１〜１０ｎｍである。また、微結晶シリコン層を形成してもよい。上記のシリコン層の形成には、ＣＨ₄、ＣＯ₂、ＮＨ₃、ＧｅＨ₄等のガスを混合することで合金化によりバンドギャップを変更して成膜しても良い。温度、圧力、Ｐｏｗｅｒ、ガス流量を変えることで導電率、バンドギャップ、結晶化率などの物性値の異なるシリコン層を単層もしくは積層させても良い。

ｎ型シリコン系層１２の形成には、ドーピングガスとしてＰＨ₃等を用いて、プラズマＣＶＤ法によりｎ型微結晶シリコンを成膜する。ＳｉＨ₄ガス流量６ｓｃｃｍ、Ｈ₂ガス１０００ｓｃｃｍ、ＰＨ₃（１％Ｈ₂ベース）２ｓｃｃｍとし、圧力８００Ｐａ、基板温度１７０℃、及びＲＦパワー２Ｗ/ｃｍ²の条件で形成される。また、非晶質シリコン層を用いてもよい。膜厚は１ｎｍから３０ｎｍである。また、温度、圧力、Ｐｏｗｅｒ、ガス流量を変えることで導電率、バンドギャップ、結晶化率などの物性値の異なるシリコン層を単層もしくは積層させても良い。

次に、図３（ｃ）に示すように、電極との接続をとるためｐ型シリコン系層７上部の開口を行う。なお、ｐ型領域は、セルを上から見ると図５で示すように、ｐ型領域１３ｐであり、ｎ型領域はｎ型領域９ｎである。フォトリソグラフィを用い、レジストでパターン形成した後、ｎ型シリコン系層１２、その下の真性シリコン系層１１、その下の絶縁膜８のエッチングを行う。ｎ型シリコン系層１２、その下の真性シリコン系層１１のエッチング液にはＴＭＡＨ、２．３７％を用い、液を４５℃に加熱して、１０ｓｅｃ〜１時間エッチングする。エッチング液は、ＮａＯＨ、ＫＯＨアルカリ試薬を用いてよく、温度は２５℃〜１００℃が好ましい。

絶縁膜８のエッチング液にはＨＦを用い、２分でエッチングする。時間はシリコン窒化膜の薬液耐性によって異なり、１０秒から３０分程度である。また、エッチング溶液には、これ以外に、フッ化アンモニウムやフッ化アンモニウムとＨＦとの混合液などが用いられる。

次に、図４（ａ）に示すように、スパッタリング法により、第２の透光性導電膜１６がｎ型シリコン系層１２上に、第１の透光性導電膜１４がｐ型シリコン系層７上に形成される。ただし、スパッタ粒子の直進性により、溝１０の側壁上部には、絶縁膜８のひさし８Ｒが影となって透光性導電膜は形成されない。

第１および第２の透光性導電膜１４、１６には、導電性酸化物である酸化インジウムを用い、形成方法は、直流マグネトロンスパッタリング法を用いた。基板温度１８０℃、Ａｒガス流量７０ｓｃｃｍ、Ｏ₂ガス流量（５％Ａｒベース）５ｓｃｃｍ、圧力０．７Ｐａ、ＲＦパワー８Ｗ/ｃｍ²の条件で、その膜厚は１０〜２００ｎｍである。ここでターゲット材料には酸化インジウムを用いた。

このように、圧力が低いため平均自由工程が数ｃｍ程度と長いため、ひさし８Ｒで遮蔽されて、酸化インジウムは溝１０の底面付近にのみ付着しそのまま堆積され、溝１０の側壁上部には堆積しない。その結果、図４（ａ）に示すように、第１および第２の透光性導電膜１４、１６を同時に形成でき、かつ、第１の透光性導電膜１４と第２の透光性導電膜１６を分離できる。

第２の透光性導電膜１６と、ｐ型シリコン系層７が形づくる溝１０側壁までの距離は１０ｎｍ以上１００μｍ以下が好ましい。１０ｎｍ以上で両者のリーク電流が抑えられ、１００μｍより離れると基板表面再結合の影響で太陽電池の出力特性は低下する。さらに、この距離を１００ｎｍ以下にすることで、太陽電池の特性をより高めることができる。

第１および第２の透光性導電膜１４、１６のスパッタリング法以外の形成方法として、イオンプレーティング法、真空蒸着法、などの低圧成膜法が挙げられる。イオンプレーティング法は、生成した蒸着粒子の一部をイオン化して加速し真空中に置かれた基板上に、蒸着粒子とそのイオンを照射して薄膜を形成する。イオンプレーティング法を用いた場合は、蒸着粒子をイオン化する方法に、蒸発源とアーク用電極との間にアーク放電を起こしプラズマ状態を生成し、蒸着粒子の生成と蒸着粒子のイオン化を行った。基板温度を室温に設定し、ターゲットに酸化インジウムを用い、圧力１Ｐａから圧力１ｘ１０^-1Ｐａの間で行った。プラズマ生成用ガスとしてＡｒを用いる。また、成膜装置内雰囲気としてＡｒ１００ｓｃｃｍ供給し、さらに、酸化インジウム膜中キャリア濃度を調整するために酸素１６ｓｃｃｍを供給した。真空蒸着法で成膜する場合には、電子ビームを酸化インジウムターゲットに当て、加熱して蒸着粒子を生成した。基板温度は室温から２００℃の範囲に設定し、ターゲットに酸化インジウムを用い、圧力１ｘ１０^-1Ｐａから圧力１ｘ１０^-3Ｐａの間で行った。スパッタリング法、イオンプレーティング法、真空蒸着法、いずれも成膜時の圧力が１Ｐａから１ｘ１０^-3Ｐａの範囲にあり、蒸着粒子の平均自由工程は１０ｍｍから１０ｍの値となる。これによって、絶縁膜８のひさし８Ｒが影となって溝１０側壁上部への堆積を防ぐことができる。いずれの手法においても、成膜時に用いるガスには、Ａｒガスを主体として、Ｏ₂、Ｈ₂、水蒸気、Ｎ₂などが適宜添加される。また、Ａｇ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｔｉなどの金属を材料として用いてもよい。また、透光性導電膜１４、１６の材料として、ＳｎＯ₂、Ｉｎ₂Ｏ₃、ＺｎＯ、ＣｄＯ、ＣｄＩｎ₂Ｏ₄、ＣｄＳｎＯ₃、ＭｇＩｎ₂Ｏ₄、ＣｄＧａ₂Ｏ₄、ＧａＩｎＯ₃、ＩｎＧａＺｎＯ₄、Ｃｄ₂Ｓｂ₂Ｏ₇、Ｃｄ₂ＧｅＯ₄、ＣｕＡｌＯ₂、ＣｕＧａＯ₂、ＳｒＣｕ₂Ｏ₂、ＴｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃などを使用することができ、また、ドーパントとしては、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｂ、Ｙ、Ｓｉ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｆ、Ｃｅから選択した１種類以上の元素を用いてもよい。

以上のように、上記方法により、第１の透光性導電膜１４と第２の透光性導電膜１６の分離を高い位置精度でできるため、従来ｐ型領域１３ｐとｎ型領域９ｎに対する透光性導電膜の分離をレジストマスクによるパターニングで行っていたものが不要となりコスト削減ができる。

また、レジストによるパターニングでは、エッチングを行うために薬液を用いる。これが基板１や形成したシリコン層へのダメージとなって太陽電池の出力低下を招く場合がある。このため、上記方法により、ダメージを低減でき太陽電池特性の低下を抑えることができる。

次に、図４（ｂ）に示すように、裏面電極として、スクリーン印刷によってＡｇペーストを用いて、Ａｇ電極を形成する。これによって、第１の透光性導電膜１４の上に第１の金属電極１５を、第２の透光性導電膜１６の上に第２の金属電極１７が形成される。また、ＡｇペーストはＡｇ粒子と樹脂バインダーからなる導電ペーストを用いた。この他、インクジェット、銅線接着、スプレーなどによって形成される。生産性の観点からスクリーン印刷が好ましい。

次に、図４（ｃ）に示すように、絶縁膜８の除去工程を行う。同時に、リフトオフにより絶縁膜８の側壁と上面に形成された、真性シリコン系層１１とｎ型シリコン系層１２及び第１の透光性導電膜１４も除去する。絶縁膜８の除去を行うためのエッチング液にはＨＦを用い、２分間エッチングした。時間は絶縁膜８のシリコン窒化膜の薬液耐性によって異なり、１０秒から３０分程度である。また、絶縁膜８の除去を行う液には、これ以外に、フッ化アンモニウムや、フッ化アンモニウムとＨＦとの混合液などが用いられる。絶縁膜８を除去することによって、絶縁膜８が倒れることでリークが発生して特性が悪化するのを防ぐことができる。

一方、図４（ｃ）の絶縁膜８の除去工程を行なわなくてもよい。この場合、工程の削減につながるためコスト削減のメリットがある。

さらにまた、絶縁膜８の除去工程は、図４（ｂ）の第１および第２の金属電極１５、１７を形成する工程の前におこなってもよい。これによって、第１および第２の金属電極１５、１７の形成中に、絶縁膜８が倒れることによるリークパスの発生を防ぐメリットがある。

実施の形態２．
次に、本発明の実施の形態２について説明する。本実施の形態では、絶縁膜８の除去を行うことなく、図６に示すように、溝１０内に張り出した絶縁膜８上にも第１の金属電極１５を形成し、集電抵抗の低減を図るようにしたものである。他は前記実施の形態１と同様であるためここでは説明を省略するが、同一部位には同一符号を付した。

製造に際しては、図４（ａ）に示した第１および第２の透光性導電膜１４，１６の形成工程までは同様の工程を行い、次に、図６に示すように絶縁膜８の上も含めて第１の電極側の第１の金属電極１５を形成し、また同時に第２の電極側の第２の金属電極１７も形成する。形成には、実施形態１と同様にスクリーン印刷を用いた。

上記構成によれば、絶縁膜８の上にも第１の電極である第１の金属電極１５が形成されるため、裏面のより広い面積で金属が堆積され、そのため、裏面の広い領域で光を反射でき太陽電池の出力特性が向上できる。

実施の形態３．
次に、本発明の実施の形態３について説明する。本実施の形態では、絶縁膜８の除去を行うことなく、図７に示すように、溝１０内に張り出した絶縁膜８上にも第１の金属電極１５を形成し、集電抵抗の低減を図るようにした、実施の形態２の構成に加え、溝１０に絶縁材としての絶縁性樹脂２０を充填したものである。他は前記実施の形態２と同様であるためここでは説明を省略するが、同一部位には同一符号を付した。

製造に際しては、第１の電極側の第１の金属電極１５、第２の電極側の第２の金属電極１７を形成したのち、ポリイミド樹脂などの絶縁性樹脂２０を充填する。

上記構成によれば、実施の形態２の効果に加え、絶縁性樹脂の存在により、第２の金属電極１７が補強された状態となり、第１および第２の金属電極１５、１７の形成後に、絶縁膜８が倒れるのを抑制することができる。また、第１および第２の金属電極１５、１７の間に絶縁性樹脂２０が介在することにより、リークパスの発生をより確実に防ぐことができる。

実施の形態４．
次に、本発明の実施の形態４について説明する。本実施の形態では、絶縁膜８を除去した実施の形態１の構成において、図８に示すように、溝１０に絶縁性樹脂２０を充填したものである。他は前記実施の形態１と同様であるためここでは説明を省略するが、同一部位には同一符号を付した。

製造に際しては、第１の電極側の第１の金属電極１５、第２の電極側の第２の金属電極１７を形成したのち、絶縁膜８の除去工程を行い、その後、ポリイミド樹脂などの絶縁性樹脂２０を充填する。

上記構成によれば、実施の形態１の効果に加え、絶縁性樹脂の存在により、第２の金属電極１７が補強された状態となり、第１および第２の金属電極１５、１７の間に絶縁性樹脂２０が介在することにより、リークパスの発生をより確実に防ぐことができる。

実施の形態５．
図９は、本発明にかかる太陽電池の実施の形態５の模式的な断面を示す図である。前記実施の形態１から４においては、ヘテロ接合型の太陽電池について説明したが、本実施の形態では、拡散によってｐｎ接合を形成する拡散型の太陽電池について説明する。また、前記実施の形態１から４の太陽電池では、分離用の絶縁膜を溝１０に突出するように形成したのちに、透光性導電膜をスパッタリングによって形成して、分離し、この上に印刷電極を形成することで、第１および第２の電極としての第１および第２の金属電極１５，１７を形成した。これに対し、本実施の形態では、ひさし状の絶縁膜上に、コンタクト層としてＴｉとＣｕとの２層構造のスパッタリング薄膜からなる下地層２４，２６を形成することで、下地層２４，２６をｐ層側とｎ層側とで分離し、この下地層２４，２６上にめっき層を形成することで金属電極２５，３７を形成するものである。

本実施の形態においても、基板１としてはｎ型単結晶シリコン基板を用いる。ｎ型結晶シリコン基板には、ｎ型単結晶シリコン基板が好ましい。ｎ型の単結晶は欠陥が少なく太陽電池の高い出力特性が期待できるからである。ただし、基板に多結晶シリコン基板を用いても良いし、また、ｐ型基板でも良い。

第１の主面（受光面）１Ａ側にはテクスチャー１Ｔが形成される。テクスチャー１Ｔは散乱面を構成するため、光を閉じ込めるのに効果があり太陽電池の出力特性が向上する。テクスチャー１Ｔが形成された基板１上に反射防止膜５が形成される。反射防止膜５は窒化シリコン膜、酸化シリコン膜、これらを組み合わせた膜等が考えられる。その他、実施の形態１と同様、透光性導電膜でもよく、材料として、ＳｎＯ₂、Ｉｎ₂Ｏ₃、ＺｎＯ、ＣｄＯ、ＣｄＩｎ₂Ｏ₄、ＣｄＳｎＯ₃、ＭｇＩｎ₂Ｏ₄、ＣｄＧａ₂Ｏ₄、ＧａＩｎＯ₃、ＩｎＧａＺｎＯ₄、Ｃｄ₂Ｓｂ₂Ｏ₇、Ｃｄ₂ＧｅＯ₄、ＣｕＡｌＯ₂、ＣｕＧａＯ₂、ＳｒＣｕ₂Ｏ₂、ＴｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃などを使用することができ、またこれらを積層して形成した透光性導電膜を使用することもできる。また、ドーパントとしては、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｂ、Ｙ、Ｓｉ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｆ、Ｃｅから選択した１種類以上の元素を用いてもよい。

その他、基板１の屈折率と空気の屈折率の間の屈折率を有する膜を形成しても良い。これによって基板１表面から入射する太陽光の反射を抑える効果がある。また、反射防止膜５と基板１との間に不純物拡散で形成したｎ型シリコン系層を挿入してもよい。

基板１のもう一方の対向する第２の主面（裏面）１Ｂには、平面上に、第１のパターンであるｐ型拡散層２７が形成されている。

主面上（裏面）１Ｂに溝１０が形成され、ｐ型拡散層２７から形成されるｐ領域からなる第１のパターンと交互に配置される第２のパターンとして、ｎ型拡散層２２が溝１０の底面に形成される。ｎ型拡散層２２は、ｐ型拡散層２７との間で基板１を介して電界を形成し、太陽光により発生したキャリアを収集する。また、基板１とｎ型拡散層２２との電界効果（Ｂａｃｋ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｆｉｅｌｄ）により基板１で生成されたキャリアの再結合を抑制する効果がある。

ｐ型拡散層２７上に順に第１の下地層２４と第１の金属電極２５を、ｎ型拡散層２２上に順に第２の下地層２６と第２の金属電極３７を有する。第１および第２の下地層２４、２６の膜厚は１０ｎｍ〜２００ｎｍが好ましい。薄すぎるとその上に形成する金属電極２５、３７からのダメージにより基板に欠陥が増大し、厚すぎるとｐ型拡散層２７と接近しすぎてリーク電流が増大するからである。金属電極（第１および第２の金属電極）２５、３７の膜厚は１００ｎｍ〜５００μｍが好ましい。薄すぎると第１および第２の金属電極２５、３７の基板１平面方向の抵抗が増大し、厚すぎると成膜時間が長くなりコストが増大する。

第２の下地層２６は、溝１０の底面に形成されｎ型拡散層２２と接しているが、溝１０側面の上部は形成されていない。第２の下地層２６から、ｐ型拡散層２７が溝１０を形づくる側面までの距離は１０ｎｍ以上１００μｍ以下である。近すぎるとリーク電流が増大し、離しすぎると溝１０を深く掘る必要があるため基板１表面再結合が増大し出力特性が悪化する。

第１のパターンとして形成されたｐ型拡散層２７と溝１０内に第２のパターンとして形成されたｎ型拡散層２２は基板１裏面上にｐ型領域１３ｐ，ｎ型領域９ｎとして交互に配置され、たとえば、図５に示すパターン配置が考えられる。ただし、基板１上に交互に配置されば、このパターンに限定されない。

溝１０の深さは、５０ｎｍ〜１００μｍ、幅は１０μｍ〜２ｃｍが好ましい。深さは浅すぎると第２の下地層２６と、ｐ型拡散層２７が溝１０を形づくる側面までの距離が短くなってリーク電流が発生する。溝１０の深さが深すぎると基板１の表面積の増大により表面再結合が増大しセル特性が悪化する。溝１０の幅は狭すぎるとｎ型領域９ｎが狭くなりすぎて十分に電流が収集できなくなり、幅が広すぎるとｐ層、ｎ層を一組とした幅が広がりすぎて基板１表面上の電流が十分に収集できなくなる。

次に、図１０（ａ）〜図１２（ｃ）の模式的断面図を参照して本発明の太陽電池の製造方法の一例である実施の形態５の裏面接合型太陽電池の製造方法について説明する。

まず、図１０（ａ）に示すように、実施の形態１と同様、基板１の一例として、結晶面（１００）を表面とするｎ型単結晶シリコン基板を用いる。

次に、図１０（ｂ）に示すように、基板１の第１の主面（受光面）１Ａ側のみにテクスチャー１Ｔを形成する。第２の主面（裏面）１Ｂ側においては、フラット面を維持する。裏面のフラットを維持する理由はパターニングの際、マスクの位置あわせが光の反射が無くなるので困難になること、フラット面の方が欠陥の少ない表面が得られ、出力特性が向上することが考えられる。

ここでは、実施の形態１と同様、保護膜２を用いて、受光面側のみにテクスチャー１Ｔを形成する。

次に、基板１裏面を洗浄した後、ＢＳＧ膜を形成し、これを拡散源として、裏面側にｐ型拡散層２７を形成する。この後、ＢＳＧ膜はＨＦ液で除去する。

次に、実施の形態１と同様、テクスチャー１Ｔを形成した受光面側に、反射防止膜５を成膜する。

次に、図１０（ｃ）に示すように、裏面側ｐ型拡散層をパターニングするマスクの役目をもつ、絶縁膜２８としてシリコン窒化膜を形成する。この形成には、プラズマＣＶＤ法により、ＳｉＨ₄ガスとＮＨ₃ガスを利用する。ＳｉＨ₄ガス流量６０ｓｃｃｍ、ＮＨ₃ガス６０ｓｃｃｍとし、圧力１００Ｐａ、基板温度１７０℃、及びＲＦパワー密度１．５Ｗ/ｃｍ²の条件で形成される。スパッタリング法を用いてもよい。また、シリコン酸化膜を利用してもよい。温度は、３００℃以下で、この絶縁膜２８の膜厚は４０〜５００ｎｍであることが好ましい。薄いとパターニング形成時にエッチングにより消失してしまい、厚すぎるとエッチングに時間がかかりすぎるためである。

次に、裏面側の絶縁膜２８をエッチングし開口する。絶縁膜２８のエッチングではレジストマスクでパターニングする。エッチング液にＨＦを用いて２分間処理する。時間はシリコン窒化膜の薬液耐性によって異なり、１０秒から３０分程度である。また、エッチング溶液には、これ以外に、フッ化アンモニウムや、ＨＦとフッ化アンモニウムとの混合液などが用いられる。

絶縁膜２８の開口、パターニングには、エッチングペーストを使用してもよい。エッチングペーストを塗布する方法は、ディスペンサによる塗布、スクリーン印刷による塗布、インクジェットによる塗布などがある。エッチングペーストは、絶縁膜２８をエッチングできるエッチング成分とエッチング成分以外の成分として水、有機溶媒および増粘剤などを含んでいる。エッチング成分としては、リン酸、フッ化水素、フッ化アンモニウムおよびフッ化水素アンモニウムから選択された少なくとも１種を利用している。

そして、図１１（ａ）に示すように、絶縁膜２８をマスクに、ｐ型拡散層２７、基板１をエッチングし基板１に開口幅ａ₁の溝１０が形成される。エッチング液にはＴＭＡＨ２．３７％を用い、液を６５℃に加熱して、１０ｓｅｃ〜１時間エッチングする。エッチング液は、ＮａＯＨ、ＫＯＨアルカリ試薬を用いてもよく、温度は２５℃〜１００℃が好ましい。

絶縁膜２８とこれらの層とのエッチングレートの差から、すなわち、絶縁膜２８が基板１に比べてエッチングレートを遅くするようなエッチング条件を選択することによって、図１１（ａ）に示すように絶縁膜２８はひさし２８Ｒをもつ形状となる。

この出っ張り距離ａ₀（図１１（ａ）に位置記載）の制御は、絶縁膜２８のエッチング耐性を変化させることや、エッチング液の濃度を変えるなどして可能である。絶縁膜２８のエッチング耐性向上には、絶縁膜２８の成膜条件の、圧力を下げる、基板温度をあげる、ＲＦパワーをあげる等とすることで制御可能である。

溝１０の開口幅ａ₁は１００μｍ、深さｄは、基板１表面から５００ｎｍである。溝１０の形状は断面からみて矩形である。ただし、これは楕円でもよいし半円でもよい。矩形の場合、そのコーナー部Ｓ（図３参照）の曲率半径は５ｎｍ〜１００μｍが好ましい。曲率半径が短いとその後にコーナー部に接して形成されるｎ型拡散層に欠陥が発生しやすい。曲率半径の上限は溝１０の深さｄの上限と同じ１００μmである。

溝１０の深さｄによって曲率半径を制御が可能で、溝１０の深さｄを深くすれば曲率半径を大きくでき、溝１０の深さｄを浅くすれば曲率半径は欠陥の発生を招くことなく小さくすることができる。

本実施の形態において、絶縁膜２８のひさし２８Ｒつまりひさし状の出っ張り距離ａ₀は５００ｎｍである。出っ張り距離ａ₀は５０ｎｍ〜１００μｍが好ましい。この後、裏面にｎ型拡散層形成後に下地層を形成する際、ひさし２８Ｒによって、溝１０側面への下地層の堆積を防止することができる。一方、絶縁膜２８の開口幅ａ₁（図１１（ａ）に位置記載）は１０μｍ以上２ｃｍ以下である。狭すぎると、ｎ型領域９ｎが狭くなりすぎて十分に電流が収集できなくなり、幅が広すぎるとｐ層、ｎ層を一組とした幅が広がりすぎて基板１表面上の電流を効率よく収集するのが困難となる。

溝１０の深さｄは、５０ｎｍ〜１００μｍ、幅は１０μｍ〜２ｃｍが好ましい。深さは浅すぎると、この後成膜する下地層２６と、ｐ型拡散層２７が形づくる溝１０側面との間の距離が短くなってリーク電流が発生する（図１２（ａ）参照）。深すぎると表面積増大により表面再結合が増大しセル特性が悪化する。幅は狭すぎるとｎ型領域であるｎ型拡散層２２が狭くなりすぎて十分に電流が収集できなくなり、幅が広すぎるとｐ層、ｎ層を一組とした幅が広がりすぎて基板１表面上の電流を効率よく収集するのが困難となる。

次に、図１１（ｂ）に示すように、溝１０底部に選択的にＰＳＧ膜２１を塗布して形成し、このＰＳＧ膜２１からのリン拡散によりｎ型拡散層２２を形成する。なお、ｐ型拡散層２７は、キャリア濃度を調整することでｐ型を維持できる。ここで絶縁膜２８をマスクとしてｎ型拡散層２２をイオン注入により形成するようにしてもよい。この後、ＰＳＧ膜２１はＨＦ液で除去する。このとき絶縁膜２８が消失しないように、ＨＦ濃度を比較的薄くし、時間短くして制御する。

次に、図１１（ｃ）に示すように、電極との接続をとるためｐ型拡散層２７上部の開口を行う。すなわちフォトリソグラフィにより絶縁膜２８をパターニングし、フッ酸溶液中で溝１０および基板１表面に形成された自然酸化膜を除去する。ただし、フッ酸溶液は、反射防止膜５ならびに絶縁膜２８の酸耐性に応じて、消失しないようにＨＦ濃度ならびに浸漬時間を制御する必要がある。

絶縁膜２８のエッチング液にはＨＦを用い、２分でエッチングする。時間はシリコン窒化膜の薬液耐性によって異なり、１０秒から３０分程度である。また、エッチング溶液には、これ以外に、フッ化アンモニウムやフッ化アンモニウムとＨＦとの混合液などが用いられる。

次に、図１２（ａ）に示すように、スパッタリング法により、ＴｉおよびＣｕを順次成膜する。このとき、スパッタ粒子の直進性により、第２の下地層２６がｎ型拡散層２２上に、第１の下地層２４がｐ型拡散層２７上に形成される。ただし、溝１０の側壁上部には、絶縁膜２８のひさし２８Ｒが影となって下地層は形成されない。

第１および第２の下地層２４、２６には、Ｔｉ，Ｃｕの２層膜を用い、形成方法は、直流マグネトロンスパッタリング法を用い、順次ターゲットをＴｉから、Ｃｕに代えた。基板温度１８０℃、Ａｒガス流量７５ｓｃｃｍ、圧力０．７Ｐａ、ＲＦパワー８Ｗ/ｃｍ²の条件で、その膜厚は１０〜2００ｎｍである。

このように、圧力が低いため平均自由工程が数ｃｍ程度と長いため、ひさし２８Ｒが影となってＴｉ，Ｃｕは溝１０の底面付近にのみ付着しそのまま堆積され、溝１０の側壁上部には堆積しない。その結果、図１２（ａ）に示すように、第１および第２の下地層２４、２６を同時に形成でき、かつ、分離できる。

第２の下地層２６と、ｐ型拡散層２７が形づくる溝１０側壁までの距離は１０ｎｍ以上１００μｍ以下が好ましい。１０ｎｍ以上で両者のリーク電流が抑えられ、１００μｍより離れると基板表面再結合の影響で太陽電池の出力特性は低下する。
第１および第２の下地層２４、２６のそれ以外の形成方法として、イオンプレーティング法、電子ビーム蒸着法などの低圧成膜法が挙げられる。いずれも圧力が１ｘ１０^-1Ｐａから１ｘ１０^-3Ｐａと低いため、溝１０側壁上部への堆積を防ぐことができる。いずれの手法においても成膜時に用いるガスには、Ａｒガスを主体として、Ｏ₂、Ｈ₂、水蒸気、Ｎ₂などが適宜添加される。また、Ａｇ，Ａｌ，などの他の金属を材料として用いてもよい。そのほかに、透光性材料を用いてもよく、ＳｎＯ₂、Ｉｎ₂Ｏ₃、ＺｎＯ、ＣｄＯ、ＣｄＩｎ₂Ｏ₄、ＣｄＳｎＯ₃、ＭｇＩｎ₂Ｏ₄、ＣｄＧａ₂Ｏ₄、ＧａＩｎＯ₃、ＩｎＧａＺｎＯ₄、Ｃｄ₂Ｓｂ₂Ｏ₇、Ｃｄ₂ＧｅＯ₄、ＣｕＡｌＯ₂、ＣｕＧａＯ₂、ＳｒＣｕ₂Ｏ₂、ＴｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃などを使用することができ、また、ドーパントとしては、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｂ、Ｙ、Ｓｉ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｆ、Ｃｅから選択した１種類以上の元素を用いてもよい。

また、溝１０の側壁に選択的に側壁絶縁膜３０を形成しておくようにすれば、無電解めっき法により、下地層を形成することも可能である。

以上のように、上記方法により、第１および第２の下地層２４と２６の分離を高い位置精度でできるため、従来ｐ型領域１３ｐとｎ型領域９ｎに対する透光性導電膜あるいは金属の分離をレジストマスクによるパターニングで行っていたものが不要となりコスト削減ができる。

また、レジストによるパターニングでは、エッチングを行うために薬液を用いる。これが基板１や形成したシリコン層へのダメージとなって太陽電池の出力低下を招く。このため、上記方法により、ダメージを低減でき太陽電池特性の低下を抑えることができる。

次に、図１２（ｂ）に示すように、側壁絶縁膜３０を形成してから、絶縁膜２８を除去する。側壁絶縁膜３０の形成には、ＣＶＤ法を用いる。酸化シリコン膜は、プラズマＣＶＤ法によりＳｉＨ₄ガス流量５０ｓｃｃｍ、Ｈ₂ガス３５０ｓｃｃｍ、ＣＯ₂１０ｓｃｃｍとし、圧力１００Ｐａ、基板温度１７０℃、及びＲＦパワー０．２Ｗ/ｃｍ²の条件で形成される。その後、下地層２２、２４をストッパーとして酸化シリコン膜の異方性エッチングを行い、溝の側壁と溝のひさしに隠れている領域にのみ酸化シリコン膜を残留せしめ側壁絶縁膜３０とする。絶縁膜２８の除去工程では、この時絶縁膜２８上の下地層もリフトオフにより除去される。絶縁膜２８の除去を行う液にはＨＦを用い、２分間エッチングした。時間は絶縁膜２８のシリコン窒化膜の薬液耐性によって異なり、１０秒から３０分程度である。また、絶縁膜２８の除去を行う液には、これ以外に、フッ化アンモニウムや、フッ化アンモニウムとＨＦとの混合液などが用いられる。絶縁膜２８を除去することによって、絶縁膜２８が倒れることでリークが発生して特性が悪化するのを防ぐことができる。これにより次に形成される、第１および第２の電極の絶縁分離を確実にすることができる。

また、もっと簡易に作製する方法として、第１および第２の下地層２４、２６の形成時に蒸着粒子の直進性をより高めることにより、下地層２６を溝１０の側壁からはなして形成することができる。これにより、側壁絶縁膜３０の形成を省略することができる。第１および第２の下地層２４、２６の成膜時の圧力を０．０１Ｐａ以下となるように低圧に変更することで直進性を高めることができる。次に、同じ方法で絶縁膜２８の除去、第１および第２の金属電極２５，３７を形成すればよい。

次に、図１２（ｃ）に示すように、Ｃｕ選択めっきにより、第１および第２下地層２４，２６上にＣｕパターンからなる第１および第２の金属電極２５，３７を形成する。
第１および第２の金属電極２５，３７では、実施形態１と同様にスクリーン印刷によってＡｇペーストを用いて、Ａｇ電極を形成してもよい。

このようにして、拡散型の太陽電池についても、容易に作業性よく裏面取り出し構造の太陽電池を形成することが可能となる。

次に、平面構成の変形例について説明する。図１３に示すように、角部にＲ形状を形成した例が有用である。他の構成については図５に示した実施の形態１と同様であり、ここでは説明を省略する。

また、図１４に示すように第１のパターンとして形成されたｐ型領域１３ｐ内に円形の溝１０Ｒを形成し、この円形の溝１０Ｒ内にｎ型領域９ｎを形成してもよい。この場合は、ｎ型領域９ｎの相互接続のためのインターコネクタの形状に工夫が必要であるが、深い溝を形成した場合にも応力歪を均一にすることができ、容易に集電性の高い太陽電池モジュールを形成することも可能となる。

本発明のいくつかの実施の形態を説明したが、これらの実施の形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施の形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１ 基板、１Ｔ テクスチャー、２ 保護膜、３ 真性シリコン系層、４ ｎ型シリコン系層、５ 反射防止膜、６ 真性シリコン系層、７ ｐ型シリコン系層、８ 絶縁膜、８Ｒ ひさし、９ｎ ｎ型領域、１０ 溝、１１ 真性シリコン系層、１２ ｎ型シリコン系層、１３ｐ ｐ型領域、１４ 第１の透光性導電膜、１５ 第1の金属電極、１６ 第２の透光性導電膜、１７ 第２の金属電極、２１ ＰＳＧ膜、２２ ｎ型拡散層、２４ 第１の下地層、２５ 第１の金属電極、２６ 第２の下地層、２７ ｐ型拡散層、２８ 絶縁膜、２８Ｒ ひさし、３０ 側壁絶縁膜、３７ 第２の金属電極。

Claims (22)

1. 相対向する第１および第２の主面を有する第１導電型の半導体基板と、
   前記第２の主面に形成された第２導電型の半導体領域と、
   前記第２の主面に形成された溝内に形成された第１導電型の半導体領域と、
   前記第２および第１導電型の半導体領域にコンタクト層を介して形成された第１および第２の電極とを備え、
   前記コンタクト層は、前記溝の底面に選択的に形成され、前記第１導電型の半導体領域に接続されるとともに、少なくとも前記溝の側壁で分断され、前記第２の主面上の第２導電型の半導体領域上に成膜された薄膜である太陽電池。
2. 前記第１導電型の半導体基板は、ｎ型シリコン系基板であり、
   前記第１および第２導電型の半導体領域は、それぞれｎ型拡散領域、ｐ型拡散領域であり、
   前記コンタクト層は金属膜である請求項１に記載の太陽電池。
3. 前記第１導電型の半導体基板は、ｎ型単結晶シリコン基板であり、
   前記第１導電型の半導体領域は、真性非晶質シリコン層を介して形成されたｎ型非晶質シリコン層であり、
   前記第２導電型の半導体領域は、真性非晶質シリコン層を介して形成されたｐ型非晶質シリコン層であり、
   前記コンタクト層は、透光性導電膜である請求項１に記載の太陽電池。
4. 前記溝内に、ひさし状の絶縁膜が形成されており、
   前記コンタクト層は、
   前記溝内に形成された第１のコンタクト層と、
   前記絶縁膜上に形成され、前記絶縁膜の側壁に至る第２のコンタクト層とで構成された請求項２または３に記載の太陽電池。
5. 前記コンタクト層は、
   前記溝内に形成された第１のコンタクト層と、
   前記溝の周縁から一定の幅を隔てて形成された第２のコンタクト層とで構成された請求項２または３に記載の太陽電池。
6. 前記第２導電型の半導体領域と、前記第１のコンタクト層との最短距離が１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下である請求項４または５に記載の太陽電池。
7. 前記コンタクト層に、第１および第２の金属電極が形成されており、
   前記第１の金属電極は、ひさし状に張り出した前記絶縁膜の上面にも形成されている請求項４に記載の太陽電池。
8. 前記溝に絶縁材が充填された請求項１から７のいずれか１項に記載の太陽電池。
9. 前記コンタクト層はめっき用の下地層であり、
   前記第１および第２の電極はめっき層である請求項１に記載の太陽電池。
10. 前記薄膜は、スパッタリング薄膜である請求項１から９のいずれか１項に記載の太陽電池。
11. 前記薄膜は、イオンプレーティング薄膜または真空蒸着膜である請求項１から９のいずれか１項に記載の太陽電池。
12. 相対向する第１および第２の主面を有する第１導電型の半導体基板の前記第２の主面に第２導電型の半導体領域を形成する工程と、
    絶縁膜を形成し、前記絶縁膜に第１の開口部を形成する工程と、
    前記開口部からエッチングを行い、前記第２の主面に溝を形成する工程と、
    前記溝内に第１導電型の半導体領域を形成する工程と、
    前記絶縁膜に第２の開口部を形成し、前記第２導電型の半導体領域を露呈させる工程と、
    前記第１および第２の開口部と、前記溝の形成された前記第１および第２導電型の半導体領域に、前記溝の側壁で分断されるようにコンタクト層を圧力１Ｐａから１×１０^-3Ｐａ下で分離形成する工程と、
    前記第２および第１導電型の半導体領域に分離形成された前記コンタクト層に、第１および第２の電極を形成する工程とを含む太陽電池の製造方法。
13. コンタクト層を分離形成する工程は金属膜を形成する工程である請求項１２に記載の太陽電池の製造方法。
14. 前記第１導電型の半導体基板は、ｎ型単結晶シリコン基板であり、
    前記第１導電型の半導体領域は、真性非晶質シリコン層を介して形成されたｎ型非晶質シリコン層であり、
    前記第２導電型の半導体領域は、真性非晶質シリコン層を介して形成されたｐ型非晶質シリコン層であり、コンタクト層を分離形成する工程は透光性導電膜を形成する工程である請求項１２に記載の太陽電池の製造方法。
15. 前記溝を形成する工程は、前記溝内にひさし状の絶縁膜が形成されるように、等方性エッチングを行う工程である請求項１２に記載の太陽電池の製造方法。
16. 前記ひさし状の絶縁膜は、前記第１および第２の電極の形成に先立ち除去する工程を含む請求項１５に記載の太陽電池の製造方法。
17. 第１の電極を形成する工程は、ひさし状に張り出した前記絶縁膜の上面にも形成する工程を含む請求項１５に記載の太陽電池の製造方法。
18. 前記溝に絶縁材を充填する工程を含む請求項１２から１７のいずれか１項に記載の太陽電池の製造方法。
19. 前記第１および第２の電極を形成する工程は、印刷工程である請求項１２に記載の太陽電池の製造方法。
20. 前記第１および第２の電極を形成する工程は、選択めっき工程である請求項１２に記載の太陽電池の製造方法。
21. 前記コンタクト層を分離形成する工程は、スパッタリング工程である請求項１２から２０のいずれか１項に記載の太陽電池の製造方法。
22. 前記コンタクト層を分離形成する工程は、イオンプレーティング工程または真空蒸着工程である請求項１２から２０のいずれか１項に記載の太陽電池の製造方法。

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