JP2016167507A - 光電変換素子およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】優れた性能を示す光電変換素子およびその製造方法を提供する。【解決手段】光電変換素子１０は、第１の面１ａを有する、第１導電型または第２導電型の半導体基板１と、半導体基板１の、第１の面１ａと反対側の第２の面１ｂ側に設けられた、第１導電型非晶質半導体膜３および第２導電型非晶質半導体膜５と、第１導電型非晶質半導体膜３上に設けられた第１電極１２と、第２導電型非晶質半導体膜５上に設けられた第２電極１１と、を備え、第２の面１ｂに対して垂直な方向から見て、第１導電型非晶質半導体膜３と第２導電型非晶質半導体膜５とは間隔を隔てて配置されている。【選択図】図１

Description

この発明は、光電変換素子およびその製造方法に関する。

太陽光エネルギを電気エネルギ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。現在、最も多く製造および販売されている太陽電池は、太陽光が入射する側の面である受光面と受光面の反対側である裏面とにそれぞれ電極が形成された構造のものである。

しかしながら、受光面に電極を形成した場合には、電極における太陽光の反射および吸収があることから、電極の面積分だけ入射する太陽光の量が減少する。そのため、裏面のみに電極を形成した太陽電池の開発が進められている（たとえば特許文献１参照）。特許文献１では、光電変換素子としての太陽電池の裏面において、ｐ型半導体層上にｐ型電極が形成され、ｎ型半導体層上にｎ型電極が形成されている。

また、半導体素子においては、高濃度不純物層と電極とのコンタクト抵抗が半導体素子の性能に大きな影響を及ぼすため、ｐ型不純物層とｎ型不純物層とのそれぞれに応じてｐ型電極とｎ型電極とで異なる材料を適用することが提案されている（たとえば、非特許文献１参照）。

国際公開第２０１３／１３３００５号

田中宏明、他８名、"高性能トランジスタのための低バリアハイト低抵抗コンタクト形成技術"、［online］、［平成２７年２月１２日検索］、インターネット（ＵＲＬ：http://www.jpo.go.jp/shiryou/kijun/kijun2/pdf/tjkijun_i-3.pdf）

上述した特許文献１に開示された光電変換素子では、裏面側においてｎ型半導体層の端部がｐ型半導体層の端部上に重なるように配置されている。このような構成では、ｎ型半導体層の端部とｐ型半導体層の端部との重なり領域においてリーク電流が流れる可能性が考えられる。このようなリーク電流の発生は、結果的に光電変換素子の性能の低下につながる。また、特許文献１に開示された光電変換素子では、性能を改善するためｎ型電極とｐ型電極との材料を異ならせることについて開示も示唆もされていない。

ここで開示された実施形態は、上記のような課題を解決するためになされたものである。ここで開示された実施形態の主たる目的は、優れた性能を示す光電変換素子およびその製造方法を提供することである。

ここで開示された実施形態は、第１の面を有する、第１導電型または第２導電型の半導体基板と、半導体基板の、第１の面と反対側の第２の面側に設けられた、第１導電型非晶質半導体膜および第２導電型非晶質半導体膜と、第１導電型非晶質半導体膜上に設けられた第１電極と、第２導電型非晶質半導体膜上に設けられた第２電極と、を備え、第２の面に対して垂直な方向から見て、第１導電型非晶質半導体膜と第２導電型非晶質半導体膜とは間隔を隔てて配置されている、光電変換素子である。

ここで開示された実施形態は、第１の面および前記第１の面と反対側の第２の面を有する半導体基板を準備する工程と、半導体基板の第２の面側に、第１導電型非晶質半導体膜および第２導電型非晶質半導体膜を形成する工程と、第１導電型非晶質半導体膜上に第１電極を形成する工程と、第２導電型非晶質半導体膜上に第２電極を形成する工程とを備え、第１導電型非晶質半導体膜および第２導電型非晶質半導体膜を形成する工程では、第２の面に対して垂直な方向から見て、第１導電型非晶質半導体膜と第２導電型非晶質半導体膜とが間隔を隔てるように形成される、光電変換素子の製造方法である。

ここで開示された実施形態によれば、第２の面に対して垂直な方向から見て第１導電型非晶質半導体膜と第２導電型非晶質半導体膜とが間隔を隔てるように形成されているため、第１導電型非晶質半導体膜と第２導電型非晶質半導体膜との間におけるリーク電流の発生を抑制することができる。

また、ここで開示された実施形態によれば、第１電極と第２電極とを別工程で形成できるので、光電変換素子の性能を高めるために第１電極の材料と第２電極の材料とを独立して選択できる。

実施形態１のヘテロ接合型バックコンタクトセルの断面模式図である。 実施形態１のヘテロ接合型バックコンタクトセルの製造方法の一例の製造工程の一部について説明するための断面模式図である。 実施形態１のヘテロ接合型バックコンタクトセルの製造方法の一例の製造工程の一部について説明するための断面模式図である。 実施形態１のヘテロ接合型バックコンタクトセルの製造方法の一例の製造工程の一部について説明するための断面模式図である。 実施形態１のヘテロ接合型バックコンタクトセルの製造方法の一例の製造工程の一部について説明するための断面模式図である。 実施形態１のヘテロ接合型バックコンタクトセルの製造方法の一例の製造工程の一部について説明するための断面模式図である。 実施形態２のヘテロ接合型バックコンタクトセルの断面模式図である。 実施形態３のヘテロ接合型バックコンタクトセルの断面模式図である。 実施形態３のヘテロ接合型バックコンタクトセルの製造方法の一例の製造工程の一部について説明するための断面模式図である。 実施形態４のヘテロ接合型バックコンタクトセルの製造方法の一例の製造工程の一部について説明するための断面模式図である。 実施形態４のヘテロ接合型バックコンタクトセルの製造方法の一例の製造工程の一部について説明するための断面模式図である。 実施形態４のヘテロ接合型バックコンタクトセルの製造方法の一例の製造工程の一部について説明するための断面模式図である。

以下、ここで開示される実施形態の光電変換素子の一例としてのヘテロ接合型バックコンタクトセルについて説明する。なお、以下の図面において、同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰り返さない。

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（ｎ型不純物濃度が１×１０¹⁵個／ｃｍ³未満、かつｐ型不純物濃度が１×１０¹⁵個／ｃｍ³未満）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る。また、本明細書において「ｎ型」はｎ型不純物濃度が１×１０¹⁵個／ｃｍ³以上の状態を意味し、「ｐ型」はｐ型不純物濃度が１×１０¹⁵個／ｃｍ³以上の状態を意味する。ｎ型不純物濃度およびｐ型不純物濃度は、たとえば二次イオン質量分析法によって測定することができる。

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が水素で終端されていない非晶質シリコンだけでなく、水素化非晶質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。

（実施形態１）
＜ヘテロ接合型バックコンタクトセルの構造＞
図１に、実施形態１のヘテロ接合型バックコンタクトセルの模式的な断面図を示す。実施形態１のヘテロ接合型バックコンタクトセルは、半導体基板１を有する。半導体基板１の第１の面１ａ（受光面）には凹凸形状が形成されている。半導体基板１の第１の面１ａ上には誘電体膜７が形成されている。誘電体膜７の材料としては任意の材料を用いることができるが、たとえば窒化シリコンを含む膜を用いることができる。誘電体膜７の組成は、二次イオン質量分析（ＳＩＭＳ）によって誘電体膜７に含まれる各原子の含有量を測定することによって求めることができる。本実施形態において、半導体基板１はｎ型単結晶シリコン基板である。

半導体基板１の第１の面１ａと反対側の第２の面１ｂ（裏面）上には第１のｉ型非晶質半導体膜２と第２のｉ型非晶質半導体膜４とが設けられている。本実施形態において、第１のｉ型非晶質半導体膜２および第２のｉ型非晶質半導体膜４はそれぞれｉ型非晶質シリコン膜である。

第１のｉ型非晶質半導体膜２上には第１導電型非晶質半導体膜３が設けられている。また、第２のｉ型非晶質半導体膜４上には第２導電型非晶質半導体膜５が設けられている。本実施形態において、第１導電型非晶質半導体膜３はｐ型非晶質シリコン膜であり、第２導電型非晶質半導体膜５はｎ型非晶質シリコン膜である。

第１のｉ型非晶質半導体膜２と第１導電型非晶質半導体膜３との第１の積層体５１の端部は、第２のｉ型非晶質半導体膜４と第２導電型非晶質半導体膜５とからなる第２の積層体５２の端部から離れた位置に配置されている。また、第２の積層体５２の端部と第１の積層体５１の端部との間では、半導体基板１の第２の面１ｂの一部が露出している。

このような構成では、第１の積層体５１における第１導電型非晶質半導体膜３の端部と第２の積層体５２における第２導電型非晶質半導体膜５の端部との間には空隙が形成されている。つまり、第１導電型非晶質半導体膜３と第２導電型非晶質半導体膜５とは当該空隙によって分離されている。

第１導電型非晶質半導体膜３上には、第１導電型非晶質半導体膜３に接する第１電極１２が設けられている。異なる観点から言えば、第１導電型非晶質半導体膜３の表面における中央部分を含む領域に接するように第１電極１２が形成されている。また、第２導電型非晶質半導体膜５上には、第２導電型非晶質半導体膜５に接する第２電極１１が設けられている。第１電極１２および第２電極１１としては、たとえばアルミニウムまたは銀などを用いることができる。また、第１電極１２と第２電極１１とについて異なる材料を採用することもできる。第１電極１２と第２電極１１との形状は任意の形状とすることができるが、たとえば第２電極１１の平面形状を円形状とし、第１電極１２の形状を当該第２電極１１が配置される開口部が形成された平板状の形状としてもよい。また、逆に第１電極１２の平面形状を円形状とし、第２電極１１の形状を当該第１電極１２が配置される開口部が形成された平板状の形状としてもよい。

本実施形態では、第１電極１２および第２電極１１を平面視した場合に、たとえば第２電極１１は複数の島状に配置されていてもよい。第２電極１１は、第２の面１ｂ上において正方格子のパターンで配置されていてもよい。第２電極１１の配置パターンは、正方格子に限られず、三角格子や非周期パターンであってもよい。本実施の形態では、半導体基板１の第２の面１ｂ側から見たときに、第２電極１１のそれぞれは円形を有していてもよい。半導体基板１の第２の面１ｂ側から見たときに、複数の島状の第２電極１１のそれぞれは、０μｍより大きく１０μｍ以下、より好ましくは、３μｍ以上９μｍ以下の曲率半径を有する円形を有していてもよい。

第１電極１２は、半導体基板１の第２の面１ｂを覆うとともに、上記第２電極１１が配置される部分となるべき開口部が複数形成されていてもよい。開口部の平面形状は任意の形状であってもよいが、たとえば円形状である。当該開口部の内部に第２電極１１が配置されていてもよい。また、当該開口部下に位置する第２の積層体５２のそれぞれは複数の島状に形成されていてもよい。

本実施の形態では、半導体基板１の第２の面１ｂ側から見たときに、複数の島状の第２の積層体５２（第２のｉ型非晶質半導体膜４と第２導電型非晶質半導体膜５）のそれぞれは円形を有していてもよい。半導体基板１の第２の面１ｂ側から見たときに、複数の島状の第２導電型非晶質半導体膜５のそれぞれは、０μｍより大きく１０μｍ以下、より好ましくは、３μｍ以上９μｍ以下の曲率半径を有する円形を有していてもよい。複数の島状の第２導電型非晶質半導体膜５のそれぞれの直径、すなわち、半導体基板１の第２の面１ｂ側から見たときの複数の島状の第２導電型非晶質半導体膜５のそれぞれにおける最長距離は、たとえば平面形状が四角形状である半導体基板１の一辺の長さの１／２以下であってもよく、１／３以下であってもよい。本実施の形態では、複数の島状の第２導電型非晶質半導体膜５のそれぞれの直径、すなわち、半導体基板１の第２の面１ｂ側から見たときの複数の島状の第２導電型非晶質半導体膜５のそれぞれにおける最長距離は、半導体基板１の一辺の長さの１／４以下であってもよい。半導体基板１の第２の面１ｂ側から見たときの半導体基板１の面積に対する第２導電型非晶質半導体膜５の面積の割合は、５％以上５０％以下であり、好ましくは、１０％以上４５％以下であり、より好ましくは、２０％以上４０％以下である。

第２導電型非晶質半導体膜５は、第１導電型非晶質半導体膜３と異なる第２の導電型を有する。第２導電型非晶質半導体膜５として、ｎ型非晶質半導体膜、ｐ型非晶質半導体膜を例示することができる。本実施の形態では、第２導電型非晶質半導体膜５として、ｎ型非晶質シリコン膜が用いられている。

なお、上記においては、半導体基板１の導電型がｎ型である場合について説明したが、半導体基板１の導電型はｐ型であってもよい。また、上記においては、第１導電型がｐ型であり、第２導電型がｎ型である場合について説明したが、第１導電型がｎ型であり、第２導電型がｐ型であってもよい。

＜ヘテロ接合型バックコンタクトセルの製造方法＞
以下、図２〜図６の断面模式図を参照して、実施形態１のヘテロ接合型バックコンタクトセルの製造方法の一例について説明する。

まず、図２に示すように、半導体基板１の受光面となる第１の面１ａに凹凸形状を形成する。第１の面１ａの凹凸形状は、たとえば、半導体基板１の第１の面１ａ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。

次に、半導体基板１の第１の面１ａの全面に接するように誘電体膜７を形成する。誘電体膜７は、たとえばプラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法により形成することができる。

次に、半導体基板１の第２の面１ｂの全面に第１のｉ型非晶質半導体膜２を形成する。第１のｉ型非晶質半導体膜の形成方法は特に限定されないが、たとえばプラズマＣＶＤ法を用いることができる。

次に、第１のｉ型非晶質半導体膜上に第１導電型非晶質半導体膜３を形成する。第１導電型非晶質半導体膜３の形成方法は特に限定されないが、たとえばプラズマＣＶＤ法を用いることができる。さらに、当該第１導電型非晶質半導体膜３上に半導体膜６を形成する。半導体膜６の形成方法は特に限定されないが、たとえばプラズマＣＶＤ法を用いることができる。半導体膜６は第２導電型非晶質半導体膜である。また、半導体膜６はｎ型非晶質シリコン膜であってもよい。

次に、半導体膜６上にフォトレジストマスク（図示せず）を形成する。当該フォトレジストマスクには、第１のｉ型非晶質半導体膜２、第１導電型非晶質半導体膜３および半導体膜６を厚さ方向にエッチングする箇所に開口部が形成されている。フォトレジストマスクは、半導体膜の全面にフォトレジストを塗布した後に、現像液として水酸化カリウム水溶液を用いたパターニングにより形成される。

次に、フォトレジストマスクをマスクとして、第１のｉ型非晶質半導体膜２、第１導電型非晶質半導体膜３および半導体膜６からなる積層構造を厚さ方向にエッチングすることによって、半導体基板１の第２の面１ｂの一部を露出させる。露出した第２の面１ｂの一部に隣接するように、第１のｉ型非晶質半導体膜２と第１導電型非晶質半導体膜３とからなる第１の積層体５１、および当該第１の積層体５１上に位置する半導体膜６が配置される。上記積層構造のエッチング方法としては、任意のエッチング方法を用いることができる。たとえば、フッ酸水溶液と硝酸水溶液との混酸であるフッ硝酸水溶液、または水酸化カリウム水溶液若しくは水酸化ナトリウム水溶液等のアルカリ水溶液をエッチング液として用いたウエットエッチングを用いてもよい。その後、フォトレジストマスクを除去する。このようにして、図３に示す構造を得る。

次に、図４に示すように、半導体基板１の第２の面１ｂの露出面、第１の積層体５１および半導体膜６を覆うようにして第２のｉ型非晶質半導体膜４を形成する。第２のｉ型非晶質半導体膜４の形成方法は特に限定されないが、たとえばプラズマＣＶＤ法を用いることができる。

次に、第２のｉ型非晶質半導体膜４上に第２導電型非晶質半導体膜５を形成する。第２導電型非晶質半導体膜５の形成方法は特に限定されないが、たとえばプラズマＣＶＤ法を用いることができる。このようにして、図４に示す構造を得る。

次に、図５に示すように、第２導電型非晶質半導体膜５上において、半導体基板１の第２の面１ｂ上の第２のｉ型非晶質半導体膜４と第２導電型非晶質半導体膜５との積層体である第２の積層体５２（図１参照）を残す部分上にのみ第２電極１１を形成する。具体的には、第２の面１ｂに沿った方向において、第２電極１１の端面が第１の積層体５１の端部の位置から離れた位置に配置されるように、第２電極１１は形成される。また、異なる観点から言えば、第２電極１１は隣接する第１の積層体５１の間の領域の内部に位置するとともに、第２の面１ｂに対して垂直な方向から見て第１の積層体５１と重ならないように形成されている。

第２電極１１は、たとえば以下のようなプロセスにより形成できる。まず、第２導電型非晶質半導体膜５の全面に第２電極１１となるべき導電体膜を形成する。この導電体膜の全面にフォトレジストを塗布した後、当該フォトレジストをパターニングすることにより第２電極１１が形成されるべき領域を覆うようにフォトレジストマスク（図示せず）を形成する。このフォトレジストマスクをマスクとして用いてエッチングにより導電体膜を部分的に除去する。この結果、導電体からなる第２電極１１が形成される。その後フォトレジストマスクを除去する。このようにして、図５に示した構造を得る。なお、第２電極１１を形成する方法としては、上述した方法以外の従来周知の任意の方法（たとえばリフトオフ法など）を採用することができる。

次に、第２電極１１をマスクとして、第２の積層体５２の一部および半導体膜６を厚さ方向にエッチングすることによって、図６に示すように、第１導電型非晶質半導体膜３の表面を露出させる。このとき、第１導電型非晶質半導体膜３と第２の積層体５２との間において半導体基板１の第２の面１ｂの一部が露出してもよい。第２の積層体５２および半導体膜６のエッチング方法としては、従来周知の任意のエッチング方法を用いることができる。たとえば、ドライエッチング法を用いてもよい。

次に、図１に示すように、第１導電型非晶質半導体膜３に接するように第１電極１２を形成する。第１電極１２の形成方法は特に限定されないが、たとえば蒸着法などを用いることができる。

以上により、図１に示す構成の実施形態１のヘテロ接合型バックコンタクトセルが完成する。

なお、上記においては、半導体基板１の第１の面１ａ上に誘電体膜７を形成した後に、半導体基板１の第２の面１ｂ上に第１の積層体５１および第２の積層体５２を形成する場合について説明したが、半導体基板１の第２の面１ｂ上に第１の積層体５１および第２の積層体５２を形成した後に、半導体基板１の第１の面１ａ上に誘電体膜７を形成してもよい。

＜作用効果＞
上述した光電変換素子１０においては、第１導電型非晶質半導体膜３と第２導電型非晶質半導体膜５とが互いに間隔を隔てるように形成されているので、第１導電型非晶質半導体膜３と第２導電型非晶質半導体膜５との間でリーク電流が発生することを抑制できる。このため、当該リーク電流に起因する光電変換素子１０の特性劣化を抑制できる。

さらに、図１に示すように第２電極１１の幅と第２導電型非晶質半導体膜５の幅とが同じになる構成は、上述したように第２電極１１をマスクとして用いて第２導電型非晶質半導体膜５となるべき半導体膜をエッチングすることにより容易に形成できる。この場合、第２導電型非晶質半導体膜５をエッチングするために第２電極１１とは別のマスクを形成する場合より、マスクの形成工程数を少なくできるので、光電変換素子１０の製造工程を簡略化できる。また、このように第２電極１１をマスクとして利用すれば、第２電極１１と第２導電型非晶質半導体膜５に対する相対位置を位置決めする工程を特に実施する必要が無いため、この点からも光電変換素子１０の製造工程を簡略化できる。

また、第１電極１２と第２電極１１とで、それぞれが接続される膜（第１導電型非晶質半導体膜３および第２導電型非晶質半導体膜５）との間のコンタクト抵抗などの特性を考慮し、第１電極１２と第２電極１１とのそれぞれを構成する材料を独立して選択することができる。このため、光電変換素子１０の性能を高めることができる。

（実施形態２）
＜ヘテロ接合型バックコンタクトセルの構造＞
図７に、実施形態２のヘテロ接合型バックコンタクトセルの模式的な断面図を示す。図７に示すヘテロ接合型バックコンタクトセル（光電変換素子１０）は、基本的には、図１に示す光電変換素子１０と同様の構成を備え、同様の効果を得ることができるが、以下の点で異なる。

図７に示す光電変換素子１０では、第１導電型非晶質半導体膜３と第２導電型非晶質半導体膜５との間の間隙において半導体基板１の第２の面１ｂを覆うように保護膜２０が形成されている。保護膜２０としては、たとえば誘電体膜を用いることができる。また、保護膜の材料としては、たとえば酸化珪素、窒化珪素などを用いることができる。

保護膜２０において第２の面１ｂと接触する面と反対側に位置する表面（表出面）は、第２の面１ｂから見て第１導電型非晶質半導体膜３の表面より第２の面１ｂから離れた位置に配置されていてもよい。また、保護膜２０の上記表出面は、第２の面１ｂから見て第２導電型非晶質半導体膜５の表面より第２の面１ｂから離れた位置に配置されていてもよい。

このようにすれば、保護膜２０によって第１導電型非晶質半導体膜３と第２導電型非晶質半導体膜５との間の間隙において露出する半導体基板１の第２の面１ｂを覆うことができるので、当該第２の面１ｂが露出することに起因する問題の発生を抑制できる。

＜ヘテロ接合型バックコンタクトセルの製造方法＞
図７に示したヘテロ接合型バックコンタクトセルの製造方法は、基本的に実施形態１のヘテロ接合型バックコンタクトセルの製造方法と同様であり、図２〜図６に示したプロセスを実施する。その後、第１導電型非晶質半導体膜３と第２導電型非晶質半導体膜５との間の間隙において半導体基板１の第２の面１ｂを覆うように保護膜２０を形成する。保護膜２０の形成方法としては、従来周知の任意の方法を用いることができる。たとえば、保護膜２０となるべき膜（たとえば誘電体膜）を、第１電極１２、第２電極１１、第１導電型非晶質半導体膜３、第１導電型非晶質半導体膜３と第２導電型非晶質半導体膜５との間の間隙において露出している半導体基板１の第２の面１ｂの部分を覆うように形成する。そして、当該膜上にレジストマスクを形成する。当該レジストマスクは、図７に示す保護膜２０が形成されるべき領域上に位置する部分を残し、他の部分が開口部となるよう形成される。そして、当該レジストマスクをマスクとして用いて保護膜２０となるべき膜をエッチングにより部分的に除去する。その後、レジストマスクを除去する。このようにして、図７に示すヘテロ接合型バックコンタンクトセルが完成する。

（実施形態３）
＜ヘテロ接合型バックコンタクトセルの構造＞
図８に、実施形態３のヘテロ接合型バックコンタクトセルの模式的な断面図を示す。図８に示すヘテロ接合型バックコンタクトセル（光電変換素子１０）は、基本的には、図１に示す光電変換素子１０と同様の構成を備え、同様の効果を得ることができるが、以下の点で異なる。

図８に示す光電変換素子１０では、第１導電型非晶質半導体膜３と第２導電型非晶質半導体膜５との間の間隙において半導体基板１の第２の面１ｂを覆うように第２のｉ型非晶質半導体膜４の端部４ａが形成されている。異なる観点から言えば、第２のｉ型非晶質半導体膜４は、第２導電型非晶質半導体膜５と半導体基板１の第２の面１ｂとの間に位置する中央部分と、当該中央部分から外側に延び、第１導電型非晶質半導体膜３と第２導電型非晶質半導体膜５との間の間隙において第２の面１ｂを覆う端部４ａとを含む。

端部４ａは、上記中央部分と同じ厚みであって当該中央部分の表面（第２導電型非晶質半導体膜５と接触する表面）と同じ平面を構成する第１部分と、第１の積層体５１の端面に沿って、第２の面１ｂに対して交差する方向に延びる第２部分とを含む。第２部分において第２の面１ｂから最も離れた面の位置は、たとえば第１導電型非晶質半導体膜３の表面（第１電極１２と接触する面）の位置と同じであってもよい。また、第２部分において第２の面１ｂから最も離れた面の位置は、たとえば第１導電型非晶質半導体膜３の表面より第２の面１ｂから離れた位置であってもよい。あるいは、第２部分において第２の面１ｂから最も離れた面の位置は、たとえば第１導電型非晶質半導体膜３の表面より第２の面１ｂに近い位置であってもよい。

このようにすれば、実施形態２における光電変換素子１０と同様の効果を得ることができる。また、第２のｉ型非晶質半導体膜４の端部４ａによって、第１導電型非晶質半導体膜３と第２導電型非晶質半導体膜５との間の間隙における半導体基板１の第２の面１ｂを覆うことができるので、当該第２の面１ｂを覆うために第２のｉ型非晶質半導体膜４と異なる膜を形成する場合より光電変換素子１０の製造プロセスを簡略化できる。

＜ヘテロ接合型バックコンタクトセルの製造方法＞
図９を参照しながら、図８に示したヘテロ接合型バックコンタクトセルの製造方法の一例について説明する。

図８に示したヘテロ接合型バックコンタクトセルの製造方法は、基本的に実施形態１のヘテロ接合型バックコンタクトセルの製造方法と同様であり、図２〜図５に示したプロセスを実施する。その後、第２電極１１をマスクとして用いて、第２の積層体５２（第２のｉ型非晶質半導体膜４と第２導電型非晶質半導体膜５との積層体）の一部および半導体膜６を厚さ方向にエッチングする。このとき、図９に示すように隣接する第１の積層体５１の間において半導体基板１の第２の面１ｂを覆うように第２のｉ型非晶質半導体膜４の一部を残存させる。このエッチングとしては、ドライエッチングやウエットエッチングなど、任意のエッチング方法を用いることができる。このようにして、図９に示した構造を得る。

その後、図８に示すように、第１導電型非晶質半導体膜３に接するように第１電極１２を形成することにより、図８に示すヘテロ接合型バックコンタンクトセルが完成する。

（実施形態４）
＜ヘテロ接合型バックコンタクトセルの製造方法＞
図１０〜図１２を参照しながら、実施形態４のヘテロ接合型バックコンタクトセルの製造方法の一例について説明する。なお、実施形態４のヘテロ接合型バックコンタクトセル（光電変換素子１０）は、図１に示した光電変換素子１０と同様の構成を備え、同様の効果を得ることができる。

実施形態４のヘテロ接合型バックコンタクトセルの製造方法は、基本的に実施形態１のヘテロ接合型バックコンタクトセルの製造方法と同様であり、まず図２に示したプロセスを実施する。

次に、半導体基板１の第２の面１ｂの全面に第１のｉ型非晶質半導体膜２を形成する。第１のｉ型非晶質半導体膜の形成方法は特に限定されないが、たとえばプラズマＣＶＤ法を用いることができる。次に、第１のｉ型非晶質半導体膜上に第１導電型非晶質半導体膜３を形成する。第１導電型非晶質半導体膜３の形成方法は特に限定されないが、たとえばプラズマＣＶＤ法を用いることができる。

次に、第１導電型非晶質半導体膜３上にフォトレジストマスク（図示せず）を形成する。当該フォトレジストマスクには、第１のｉ型非晶質半導体膜２および第１導電型非晶質半導体膜３を厚さ方向にエッチングする箇所に開口部が形成されている。フォトレジストマスクは、第１導電型非晶質半導体膜３の全面にフォトレジストを塗布した後に、現像液として水酸化カリウム水溶液を用いたパターニングにより形成される。

次に、フォトレジストマスクをマスクとして、第１のｉ型非晶質半導体膜２および第１導電型非晶質半導体膜３からなる積層構造を厚さ方向にエッチングすることによって、半導体基板１の第２の面１ｂの一部を露出させる。露出した第２の面１ｂの一部に隣接するように、第１のｉ型非晶質半導体膜２と第１導電型非晶質半導体膜３とからなる第１の積層体５１が配置される。上記積層構造のエッチング方法としては、任意のエッチング方法を用いることができる。たとえば、フッ酸水溶液と硝酸水溶液との混酸であるフッ硝酸水溶液、または水酸化カリウム水溶液若しくは水酸化ナトリウム水溶液等のアルカリ水溶液をエッチング液として用いたウエットエッチングを用いてもよい。その後、フォトレジストマスクを除去する。このようにして、図１０に示す構造を得る。

次に、図１１に示すように、半導体基板１の第２の面１ｂの露出面および第１の積層体５１を覆うようにして第２のｉ型非晶質半導体膜４を形成する。第２のｉ型非晶質半導体膜４の形成方法は特に限定されないが、たとえばプラズマＣＶＤ法を用いることができる。

次に、第２のｉ型非晶質半導体膜４上に第２導電型非晶質半導体膜５を形成する。第２導電型非晶質半導体膜５の形成方法は特に限定されないが、たとえばプラズマＣＶＤ法を用いることができる。このようにして、図１１に示す構造を得る。

次に、図１２に示すように、第２導電型非晶質半導体膜５上において、第２の積層体５２（図１参照）を残す部分上にのみ第２電極１１を形成する。具体的には、第２の面１ｂに沿った方向において、第２電極１１の端面が第１の積層体５１の端部の位置から離れた位置に配置されるように、第２電極１１は形成される。第２電極１１の形成方法は、基本的に実施形態１における第２電極１１の形成方法と同様である。

この後、図６を参照しながら説明した工程を実施することにより、本実施形態のヘテロ接合型バックコンタクトセルを得ることができる。

［付記］
（１） ここで開示された実施形態は、第１の面を有する、第１導電型または第２導電型の半導体基板と、半導体基板の、第１の面と反対側の第２の面側に設けられた、第１導電型非晶質半導体膜および第２導電型非晶質半導体膜と、第１導電型非晶質半導体膜上に設けられた第１電極と、第２導電型非晶質半導体膜上に設けられた第２電極と、を備え、第２の面に対して垂直な方向から見て、第１導電型非晶質半導体膜と第２導電型非晶質半導体膜とは間隔を隔てて配置されている光電変換素子である。

このようにすれば、第１導電型非晶質半導体膜と第２導電型非晶質半導体膜とは間隔を隔てて配置されているので、第１導電型非晶質半導体膜と第２導電型非晶質半導体膜との間でのリーク電流の発生を抑制できる。

（２） ここで開示された実施形態の光電変換素子は、第１導電型非晶質半導体膜と第２導電型非晶質半導体膜との間において半導体基板の第２の面上を覆うように配置された保護膜をさらに備えていてもよい。

この場合、第１導電型非晶質半導体膜と第２導電型非晶質半導体膜との間において露出している半導体基板の第２の面を保護膜で保護することができる。なお、保護膜としてはたとえば誘電体膜を用いることができる。保護膜を構成する材料としては、たとえば酸化珪素、窒化珪素、あるいはその他の絶縁体を用いることができる。

（３） ここで開示された実施形態の光電変換素子において、保護膜は、ｉ型非晶質半導体膜であってもよい。

この場合、保護膜として光電変換素子を構成する膜の１つであるｉ型非晶質半導体膜を利用することで、光電変換素子の製造プロセスが複雑化することを避けることができ、結果的に光電変換素子の製造コストの増大を抑制できる。

（４） ここで開示された実施形態の光電変換素子において、ｉ型非晶質半導体膜は、半導体基板と第２導電型非晶質半導体膜との間に位置する部分を含んでいてもよい。

この場合、保護膜として半導体基板と第２導電型非晶質半導体膜との間に配置されるｉ型非晶質半導体膜の一部を流用することができる。

（５） ここで開示された実施形態の光電変換素子では、第２電極において第２の面に沿った方向における端面の位置が、第２導電型非晶質半導体膜において第２の面に沿った方向における端面の位置と一致していてもよい。

この場合、第２電極の幅と第２導電型非晶質半導体膜の幅とが同じになるので、第２導電型非晶質半導体膜の上部表面（第２電極と接触している側の表面）の全面から第２電極へ電流収集を行うことができる。

（６） ここで開示された実施形態の光電変換素子において、第１電極を構成する材料は、第２電極を構成する材料と異なっていてもよい。

この場合、第１電極と第２電極とで、それぞれが接続される膜（第１導電型非晶質半導体膜および第２導電型非晶質半導体膜）との間のコンタクト抵抗などの特性を考慮し、第１電極と第２電極とのそれぞれを構成する材料を独立して選択することができる。このため、光電変換素子の性能を高めることができる。

また、ここで開示された実施形態の光電変換素子において、第１導電型非晶質半導体膜はｐ型非晶質シリコン膜であってもよく、第２導電型非晶質半導体膜はｎ型非晶質シリコン膜であってもよい。第２電極を構成する材料はアルミニウムよりイオン化傾向の低い材料であってもよい。

この場合、第２導電型非晶質半導体膜としてのｎ型非晶質シリコン膜をアルカリ性のエッチング液によりエッチングするときに、当該エッチング液に対する第２電極の反応性を低くできるので、当該第２電極をｎ型非晶質シリコン膜に対するエッチングにおけるマスクとして利用することができる。

（７） ここで開示された実施形態は、第１の面および第１の面と反対側の第２の面を有する半導体基板を準備する工程と、半導体基板の第２の面側に、第１導電型非晶質半導体膜および第２導電型非晶質半導体膜を形成する工程と、第１導電型非晶質半導体膜上に第１電極を形成する工程と、第２導電型非晶質半導体膜上に第２電極を形成する工程とを備え、第１導電型非晶質半導体膜および第２導電型非晶質半導体膜を形成する工程では、第２の面に対して垂直な方向から見て、第１導電型非晶質半導体膜と第２導電型非晶質半導体膜とが間隔を隔てるように形成される、光電変換素子の製造方法である。

このようにすれば、第１導電型非晶質半導体膜と第２導電型非晶質半導体膜とは間隔を隔てて形成されているので、第１導電型非晶質半導体膜と第２導電型非晶質半導体膜との間でのリーク電流の発生を抑制可能な光電変換素子を得ることができる。

（８） ここで開示された実施形態の光電変換素子の製造方法において、第１導電型非晶質半導体膜および第２導電型非晶質半導体膜を形成する工程は、第１導電型非晶質半導体膜を形成する工程と、第２導電型非晶質半導体膜となるべき半導体膜を形成する工程とを含んでいてもよい。第２電極を形成する工程は、第１導電型非晶質半導体膜を形成する工程および半導体膜を形成する工程より後に実施されてもよい。第２電極を形成する工程は、半導体膜上に第２電極を形成する工程を含んでいてもよい。第２電極を形成する工程では、第２の面に対して垂直な方向から見て、第１導電型非晶質半導体膜と間隔を隔てて前記第２電極が形成されてもよい。第１導電型非晶質半導体膜および第２導電型非晶質半導体膜を形成する工程は、第２電極をマスクとして用いて、エッチングにより半導体膜を部分的に除去することにより、第２導電型非晶質半導体膜を形成する工程をさらに含んでいてもよい。

この場合、第２導電型非晶質半導体膜に対する第２電極の位置合わせを特別に行う必要が無いので、光電変換素子の製造プロセスを簡略化できる。

また、第２電極を第２導電型非晶質半導体膜の形成時に用いるエッチングマスクとして利用するので、第１電極を形成する工程において、エッチングマスクを用いない形成方法（たとえば、マスクス蒸着法など）を用いることで、第２導電型非晶質半導体膜を形成する時と第１電極および第２電極を形成する時とでそれぞれ異なるエッチングマスクを形成する場合にくらべてエッチングマスクの形成回数を少なくすることができる。このため、製造プロセスでの工程数を削減することにより光電変換素子の製造コストを低減することが可能になる。

（９） ここで開示された実施形態の光電変換素子の製造方法は、第１導電型非晶質半導体膜と第２導電型非晶質半導体膜との間において半導体基板の第２の面上を覆うように保護膜を形成する工程を備えていてもよい。

この場合、第１導電型非晶質半導体膜と第２導電型非晶質半導体膜との間において露出する半導体基板の第２の面を保護膜によって保護することにより、信頼性の高い光電変換素子を得ることができる。

（１０） ここで開示された実施形態の光電変換素子の製造方法において、保護膜を形成する工程は、半導体基板と第２導電型非晶質半導体膜となるべき半導体膜との間に位置するとともに、第１導電型非晶質半導体膜の端面にまで延びる部分を含むｉ型非晶質半導体膜を形成する工程を含んでいてもよい。

この場合、半導体基板と第２導電型非晶質半導体膜との間に配置されるｉ型非晶質半導体膜の一部を利用して、第１導電型非晶質半導体膜と第２導電型非晶質半導体膜との間において露出する半導体基板の第２の面を保護する光電変換素子を得ることができる。

また、ここで開示された実施形態の光電変換素子の製造方法において、第２導電型非晶質半導体膜を形成する工程では、ドライエッチングにより半導体膜を部分的に除去してもよい。

この場合、第２の面に沿った方向において、第２電極の端面の位置と第２導電型非晶質半導体膜の端面の位置とをほぼ同じにすることができるので、第２電極の幅と第２導電型非晶質半導体膜の幅とを実質的に同じにすることができる。

今回開示された実施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。

ここで開示された実施形態は、ヘテロ接合型バックコンタクトセルおよびその製造方法に好適に利用することができる。

１ 半導体基板、１ａ 第１の面、１ｂ 第２の面、２ 第１のｉ型非晶質半導体膜、３ 第１導電型非晶質半導体膜、４ 第２のｉ型非晶質半導体膜、４ａ 端部、５ 第２導電型非晶質半導体膜、６ 半導体膜、７ 誘電体膜、１０ 光電変換素子、１１ 第２電極、１１ａ，１５ 端面、１２ 第１電極、２０ 保護膜、５１ 第１の積層体、５２ 第２の積層体。

Claims (10)

1. 第１の面を有する、第１導電型または第２導電型の半導体基板と、
   前記半導体基板の、前記第１の面と反対側の第２の面側に設けられた、第１導電型非晶質半導体膜および第２導電型非晶質半導体膜と、
   前記第１導電型非晶質半導体膜上に設けられた第１電極と、
   前記第２導電型非晶質半導体膜上に設けられた第２電極と、を備え、
   前記第２の面に対して垂直な方向から見て、前記第１導電型非晶質半導体膜と前記第２導電型非晶質半導体膜とは間隔を隔てて配置されている、光電変換素子。
2. 前記第１導電型非晶質半導体膜と前記第２導電型非晶質半導体膜との間において前記半導体基板の前記第２の面上を覆うように配置された保護膜をさらに備える、請求項１に記載の光電変換素子。
3. 前記保護膜は、ｉ型非晶質半導体膜である、請求項２に記載の光電変換素子。
4. 前記ｉ型非晶質半導体膜は、前記半導体基板と前記第２導電型非晶質半導体膜との間に位置する部分を含む、請求項３に記載の光電変換素子。
5. 前記第２電極において前記第２の面に沿った方向における端面の位置は、前記第２導電型非晶質半導体膜において前記第２の面に沿った方向における端面の位置と一致している、請求項１〜４のいずれか１項に記載の光電変換素子。
6. 前記第１電極を構成する材料は、前記第２電極を構成する材料と異なっている、請求項１〜５のいずれか１項に記載の光電変換素子。
7. 第１の面および前記第１の面と反対側の第２の面を有する半導体基板を準備する工程と、
   前記半導体基板の前記第２の面側に、第１導電型非晶質半導体膜および第２導電型非晶質半導体膜を形成する工程と、
   前記第１導電型非晶質半導体膜上に第１電極を形成する工程と、
   前記第２導電型非晶質半導体膜上に第２電極を形成する工程とを備え、
   前記第１導電型非晶質半導体膜および第２導電型非晶質半導体膜を形成する工程では、前記第２の面に対して垂直な方向から見て、前記第１導電型非晶質半導体膜と前記第２導電型非晶質半導体膜とが間隔を隔てるように形成される、光電変換素子の製造方法。
8. 前記第１導電型非晶質半導体膜および第２導電型非晶質半導体膜を形成する工程は、前記第１導電型非晶質半導体膜を形成する工程と、前記第２導電型非晶質半導体膜となるべき半導体膜を形成する工程とを含み、
   前記第２電極を形成する工程は、前記第１導電型非晶質半導体膜を形成する工程および前記半導体膜を形成する工程より後に実施され、
   前記第２電極を形成する工程は、前記半導体膜上に前記第２電極を形成する工程を含み、
   前記第２電極を形成する工程では、前記第２の面に対して垂直な方向から見て、前記第１導電型非晶質半導体膜と間隔を隔てて前記第２電極が形成され、
   前記第１導電型非晶質半導体膜および第２導電型非晶質半導体膜を形成する工程は、前記第２電極をマスクとして用いて、エッチングにより前記半導体膜を部分的に除去することにより、前記第２導電型非晶質半導体膜を形成する工程をさらに含む、請求項７に記載の光電変換素子の製造方法。
9. 前記第１導電型非晶質半導体膜と前記第２導電型非晶質半導体膜との間において前記半導体基板の前記第２の面上を覆うように保護膜を形成する工程を備える、請求項７または８に記載の光電変換素子の製造方法。
10. 前記保護膜を形成する工程は、前記半導体基板と前記第２導電型非晶質半導体膜となるべき前記半導体膜との間に位置するとともに、前記第１導電型非晶質半導体膜の端面にまで延びる部分を含むｉ型非晶質半導体膜を形成する工程を含む、請求項９に記載の光電変換素子の製造方法。
    
    

Images