JP2017017219A - 太陽電池 - Google Patents

Abstract

【課題】光入射面の反対側に位置する裏面に、パターニング（フォトリソ）が不要であり、かつ、凹凸プロファイルが発生しない電極を備えてなるＢＣ型太陽電池を提供する。
【解決手段】本発明は、バックコンタクト型の太陽電池であって、光電変換機能を発現する第一導電型の結晶系シリコンからなる基板と、前記基板に対して光が入射する一面とは反対側に位置する他面に配され、前記第一導電型と同じ導電型の部位Ａおよび前記第一導電型と異なる導電型の部位Ｂと、前記部位Ａおよび前記部位Ｂを含む前記基板の他面全域を覆う第一透明導電膜と、を少なくとも備え、前記第一透明導電膜は、前記部位Ａおよび前記部位Ｂに対して個別に電気的に接続される低抵抗部、および、前記低抵抗部どうしの間をなす高抵抗部、から構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、バックコンタクト型の太陽電池に係る。より詳細には、光入射面の反対側に位置する裏面において、容易に、かつ、安定して基板内へ光を戻すことが可能な構成を備えた太陽電池に関する。

図１１に示すような結晶系シリコンを基板とする従来の太陽電池（結晶太陽電池）においては、基板７０１のうち、光入射面（図１１においては上面）側にｎ型半導体７０３が、光入射面の反対側に位置する裏面（図１１においては下面）側にｐ型半導体７０２が配されている。光入射面に太陽光（矢印にて表示）が入射することにより、光電変換機能を発現する基板７０１から電流を太陽電池の外部へ導出するために、ｎ型半導体７０３の外面側には電極（受光面電極）７０５が、ｐ型半導体７０２の外面側には電極（裏面電極）７０６がそれぞれ配置されている（たとえば、特許文献１）。

ゆえに、上記の電極構造を有する従来の太陽電池では、光入射面側に配置された電極７０５が、ｎ型半導体７０３へ入射する光を遮る部位となり、その電極７０５の下方にあるｎ型半導体７０３に光が届かず、発電効率の低下をもたらすという課題を内在していた。

これを解決するために、バックコンタクト型太陽電池（以下、ＢＣ型太陽電池とも呼ぶ、図１２）が開発された（たとえば、特許文献２）。ＢＣ型太陽電池においては、基板８０１としてｎ型半導体を用い、光入射面の反対側に位置する裏面（図１２においては下面）側に、ｎ^＋ 部位８０２とｐ^＋ 部位８０３が面内に混在して配され、各部位の外面側には正極、負極として機能する電極８０６ｎ、８０６ｐ（８０６）が互いに離間して配置されている。

このような電極８０６は、まず裏面の全域にわたって電極８０６用の導電膜を形成した後、パターニング（フォトリソ）を行うことにより、各部位８０２、８０３の外面側にあって各部位と重なる位置に導電膜が残存し、その他の部分を除去することにより形成される。なお、ｎ^＋ 部位とｐ^＋ 部位は通常、基板内部の裏面近傍に拡散法により形成する手法（図１２：ｎ^＋ 部位は８０２、ｐ^＋ 部位は８０３）、あるいは、基板の裏面上に成膜法により形成する手法（図１３：ｎ^＋ 部位は９０２、ｐ^＋ 部位は９０３）、により作製される。ゆえに、後者の場合（図１３）は、ｎ^＋ 部位は９０２とｐ^＋ 部位は９０３を形成するステップ、及び、電極に相当する部位９０６を形成するステップにおいて、都合２回のパターニング（フォトリソ）が必要となる。

特許文献２では、電極に相当する部位９０６をめっき法を使用して形成している。手順としては、シード層を作製した後、めっきにより電極に相当する部位９０６を堆積させてリフトオフを行っている。その後、エッチングによりシード層を除去する必要がある。すなわち、特許文献２の製法によれば、高価なフォトリソ工程やエッチング工程が必要であり、複雑な工程を構築し、これらの工程を常時安定に管理することが避けられない。

ＢＣ型太陽電池は、上記の電極構造、すなわち、裏面に電極を集約して配置する構造を採用したことにより、光入射面側の電極を無くすことができる。ゆえに、従来の太陽電池に比べて、電極が不要となった分だけ光入射面の面積が広がり、より多くの光を取り込むことができるので、発電効率の向上が図れるという利点をＢＣ型太陽電池は備えている。

しかしながら、ＢＣ型太陽電池において、ｎ^＋ 部位とｐ^＋ 部位の外面側に各々配される電極は、局所的に設ける必要がある。このため、光入射面の反対側に位置する裏面において、電極が存在する領域が凸部となるのに対して、電極が存在しない領域が凹部（図１２：凹部内には絶縁体８０７が、図１３：凹部内には絶縁体９０７、９０８が配置）をなすプロファイルをもつことになる。これにより、基板を透過して裏面に至った光は、反射条件（凹凸プロファイル、材質）の異なる裏面により反射して基板内へ戻ることになる。すなわち、電極が存在する領域に比べて電極が存在しない領域では透過成分が増え、反射量が減損するため、基板を透過した光の有効利用が難しいという課題があった。

これを解決する手法としては、電極を反射膜で覆うことにより、基板内へ光を戻す構成が公知である（たとえば、特許文献３）。しかしながら、この構成における反射膜は、上記電極の有無により生まれる凹凸プロファイルを覆うように積層される。それゆえ、反射膜自体にも凹凸プロファイルが反映されることになり、反射膜はその反射能力を十分に発揮できないという課題があった。

また、ＢＣ型太陽電池は、上記の電極構造を採用したことにより、光入射面と裏面の構造の対称性を失ってしまった。光入射面と裏面の構造が対称性を備えていれば、基板を薄型化した場合でも、太陽電池の反り発生量を抑制でき、かつ、太陽電池の重量を削減できるメリットを享受できる。しかしながら、ＢＣ型太陽電池は、裏面に電極を集約して配置する構造を採用したため、基板の薄型化を図ることが困難であった。ゆえに、たとえば太陽電池の薄型化、ひいては軽量化が求められている、家屋上への設置用途においては改善策の開発が期待されていた。

特開２０１３−１６５５２号公報 米国特許第７３３９１１０号明細書 特開２０１２−６００８０号公報

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、ＢＣ型太陽電池において、光入射面の反対側に位置する裏面に、パターニング（フォトリソ）が不要であり、かつ、凹凸プロファイルが発生しない電極を備えてなる太陽電池（およびその製造方法）を提供することを目的とする。

本発明の請求項１に記載の太陽電池は、バックコンタクト型（ＢＣ型）の太陽電池であって、光電変換機能を発現する第一導電型の結晶系シリコンからなる基板と、前記基板に対して光が入射する一面とは反対側に位置する他面に配され、前記第一導電型と同じ導電型の部位Ａおよび前記第一導電型と異なる導電型の部位Ｂと、前記部位Ａおよび前記部位Ｂを含む前記基板の他面全域を覆う第一透明導電膜と、を少なくとも備え、前記第一透明導電膜は、前記部位Ａおよび前記部位Ｂに対して個別に電気的に接続される低抵抗部、および、前記低抵抗部どうしの間をなす高抵抗部、から構成されていることを特徴とする。
本発明の請求項２に記載の太陽電池は、請求項１において、前記第一透明導電膜を覆うように反射膜を備えていることを特徴とする。
本発明の請求項３に記載の太陽電池は、請求項１又は２において、前記基板の一面を覆うように第二透明導電膜を備えていることを特徴とする。
本発明の請求項４に記載の太陽電池は、請求項１乃至３のいずれか一項において、前記基板の一面に直接、または、前記第二透明導電膜を介して、反射防止層を備えていることを特徴とする。
本発明の請求項５に記載の太陽電池は、請求項３又は４において、前記基板の一面と前記第二透明導電膜との間、または、前記基板の一面と前記反射防止層との間、にパッシベーション膜をさらに備えていることを特徴とする。
本発明の請求項６に記載の太陽電池は、請求項３乃至５のいずれか一項において、前記第二透明導電膜が、前記第一透明導電膜と同じ厚さを有することを特徴とする。
本発明の請求項７に記載の太陽電池は、請求項１乃至６のいずれか一項において、前記部位Ａおよび前記部位Ｂが各々、前記基板の表層部に所望の元素をドーピングして形成された局在領域であることを特徴とする。
本発明の請求項８に記載の太陽電池は、請求項１乃至６のいずれか一項において、前記部位Ａおよび前記部位Ｂが各々、前記基板の表面上に所望の元素からなる被膜を堆積して形成された局在領域であることを特徴とする。

本発明の太陽電池は、基板に対して光が入射する一面とは反対側に位置する他面（バックコンタクト側である裏面）に、前記基板と同じ第一導電型の部位Ａおよび前記第一導電型と異なる導電型の部位Ｂを備えている。また、前記部位Ａおよび前記部位Ｂを含む前記基板の他面全域を覆うように第一透明導電膜が配されている。そして、前記第一透明導電膜が、電極として機能する低抵抗部と、前記低抵抗部どうしの間をなす高抵抗部、から構成されている。これにより、本発明の太陽電池は、バックコンタクト側に配された前記部位Ａおよび前記部位Ｂのレイアウトに合せて、前記第一透明導電膜の内部に、電極として機能する前記低抵抗部を適切、かつ、柔軟に配置することが可能となる。

つまり、本発明の太陽電池を構成する前記第一透明導電膜には、前記低抵抗部からなる領域と前記高抵抗部からなる領域が混在して配置されるにも関わらず、前記第一透明導電膜の表面は全域にわたって平坦性が保たれる。ゆえに、前記第一透明導電膜の表面プロファイルに起因した、局所的な反射率や透過率のバラツキが発生しにくい。

前記低抵抗部は、第一透明導電膜に対して「プラズマ処理」を施すだけで形成される。ゆえに、本発明によれば、従来は必要であった「パターニング（フォトリソ）」が不要であり、かつ、従来の課題であった「凹凸プロファイルの発生」も回避できる太陽電池が得られる。ここで、「プラズマ処理」とは、反応性イオンエッチング、イオン注入を意味する。また、本発明の前記低抵抗部は、「プラズマ処理」に代えて「レーザーアニール処理」を採用しても形成可能である。

よって、本発明は、光入射面の反対側に位置する裏面において、容易に、かつ、安定して基板内へ光を戻すことが可能な電極構造を備えた、バックコンタクト型の太陽電池をもたらす。従って、本発明は、大面積にわたって均一な発電効率を実現できる太陽電池の提供に貢献する。

本発明に係る太陽電池の一実施形態を示す模式断面図。 本発明に係る太陽電池の他の一実施形態を示す模式断面図。 本発明に係る太陽電池の他の一実施形態を示す模式断面図。 本発明に係る太陽電池の他の一実施形態を示す模式断面図。 本発明に係る太陽電池の他の一実施形態を示す模式断面図。 太陽電池の製造工程を示すフロー図であり、（ａ）は従来例、（ｂ）は本発明。 イオン注入装置の模式断面図。 アニール処理装置の模式断面図。 透明導電膜の形成に用いる成膜装置の模式断面図。 透明導電膜の低抵抗部を高抵抗部へ置換させる方法を示す模式断面図。 従来の太陽電池の一例を示す模式断面図。 従来の太陽電池の他の一例を示す模式断面図。 従来の太陽電池の他の一例を示す模式断面図。

以下、本発明に係る太陽電池の一実施形態を、図面に基づいて説明する。
＜第一実施形態＞
図１は、本発明の第一実施形態に係る、ＢＣ型太陽電池１００の構成について説明する図である。第一実施形態の太陽電池１００は、後述する「ｎ^＋ 部位とｐ^＋ 部位」が、基板内部の裏面近傍に拡散法により形成する場合であり、本発明の第一基本構成である。太陽電池１００は、図１２に示した従来の構成例を改良したものに相当する。

第一実施形態に係る太陽電池１００は、光電変換機能を発現する第一導電型（たとえばｎ型半導体）の結晶系シリコンからなる基板１０１と、前記基板１０１に対して光（矢印にて表示）が入射する一面１０１ａとは反対側に位置する他面１０１ｂに配され、前記第一導電型と同じ導電型（たとえばｎ^＋ 型）の部位（Ａ）１０２および前記第一導電型と異なる導電型（たとえばｐ^＋ 型）の部位（Ｂ）１０３が、基板１０１内部に形成されている。

また、部位（Ａ）１０２および部位（Ｂ）１０３を含む基板１０１の他面１０１ｂ全域を覆う第一透明導電膜（ＴＣＯ１）１０６を備えている。その際、部位（Ａ）１０２と部位（Ｂ）１０３との間には、基板１０１の他面１０１ｂからなる部位（Ｃ）が存在するように構成されている。図１において、点線にて囲まれた部分が、第一透明導電膜（ＴＣＯ１）１０６を示す。
すなわち、第一実施形態に係る太陽電池１００は、部位（Ａ）１０２および部位（Ｂ）１０３が各々、基板１０１の表層部に所望の元素をドーピングして形成された局在領域である場合である。

前記第一透明導電膜（ＴＣＯ１）１０６は、前記部位（Ａ）１０２および前記部位（Ｂ）１０３に対して個別に接する低抵抗部Ｌと、前記低抵抗部Ｌどうしの間、すなわち前記部位（Ｃ）と接する高抵抗部Ｈ、から構成されている
基板１０１の一面１０１ａ側には、必要に応じて反射防止層（Anti Reflection Layer：ＡＲ層）１０４が配される構成としてもよい。反射防止層１０４としては、たとえば絶縁性の窒化膜、窒化ケイ素膜、酸化チタン膜、酸化アルミニウム膜などが好適に用いられる。

なお、上述の反射防止層１０４に加えて、基板１０１の一面１０１ａと反射防止層１０４との間に、不図示のパッシベーション膜をさらに備えていてもよい。パッシベーション膜を備えることで、さらに太陽電池の発電効率の向上を望むことができる。パッシベーション膜としては、特許文献３に挙げられるような、酸化ケイ素膜、炭化ケイ素膜などが好適に用いられる。

上述した低抵抗部Ｌと高抵抗部Ｈからなる構成の第一透明導電膜（ＴＣＯ１）１０６は、後述するプラズマ処理を施すことによって、成膜時に低抵抗部Ｌであった第一透明導電膜（ＴＣＯ１）１０６のうち、特定の部位（Ｃ）と接する低抵抗部Ｌのみ高抵抗部Ｈへ置換することにより形成される。特定の部位（Ｃ）を除いた部位（Ａ）と部位（Ｂ）は、プラズマ処理の影響を受けず、低抵抗部Ｌとして維持される。ゆえに、第一実施形態に係る太陽電池１００を製造する場合、従来の製法が必須としたパターニング（フォトリソ）が不要となる。

＜第二実施形態＞
図２は、本発明の第二実施形態に係る、ＢＣ型太陽電池２００の構成について説明する図である。第二実施形態の太陽電池２００は、上述した第一基本構成の応用例である。
第二実施形態に係る太陽電池２００は、図２に示すように、プラズマ処理により低抵抗部Ｌと高抵抗部Ｈからなる構成の第一透明導電膜（ＴＣＯ１）２０６は、プラズマ処理の前後において、その表面の平坦性が保持される。これにより、第一透明導電膜（ＴＣＯ１）２０６を覆うように反射膜Ｒを備えた構成の太陽電池２００（図２）が安定して形成される。これにより、太陽電池２００において、反射膜Ｒの表面（図２では下面）や、反射膜Ｒと第一透明導電膜（ＴＣＯ１）２０６との界面は、平坦なプロファイルを有するものとなる。

それゆえ、反射膜Ｒは、材料や膜厚に影響されることなく、その反射能力を十分に発揮することが可能となる。具体的には、反射膜Ｒが極薄の膜厚とされる場合、反射膜Ｒが積層構造とされる場合、など多様な形態とされても、反射膜Ｒの反射能力が確実に維持された太陽電池２００が、安定して得られる。

上記の反射膜Ｒとしては、金属膜で反射させるタイプ１、および、低屈折率膜で反射させるタイプ２、が好適に用いられる。タイプ１としては、たとえば、アルミニウム、銀、モリブデンなどが挙げられる。タイプ２としては、たとえば、酸化ケイ素、フッ化マグネシウムなどが挙げられる。

ただし、金属膜で反射させるタイプ１とする場合には、前記第一導電型と同じ導電型（たとえばｎ^＋ 型）の部位（Ａ）１０２と、前記第一導電型と異なる導電型（たとえばｐ^＋ 型）の部位（Ｂ）１０３とが導通すると電池として機能しなくなるため、その中間に絶縁層を設ける必要がある。このような絶縁層としては、たとえば、酸化ケイ素や酸化アルミニウム、酸化チタンなどが用いられる。

つまり、第二実施形態の太陽電池２００によれば、前述した従来の課題、すなわち、反射膜が上記電極の有無により生まれる凹凸プロファイルを覆うように積層されるので、反射膜自体にも凹凸プロファイルを反映されることになり、反射膜はその反射能力を十分に発揮できないという課題、が解消される。

＜第三実施形態＞
図３は、本発明の第三実施形態に係る、ＢＣ型太陽電池３００の構成について説明する図である。第三実施形態の太陽電池３００は、上述した第一基本構成の応用例である。
第三実施形態に係る太陽電池３００は、図３に示すように、基板３０１に光（矢印にて表示）が入射する一面３０１ａを覆うように第二透明導電膜（ＴＣＯ２）３０９を備えた点のみ、図１の太陽電池１００と構成が異なっている。すなわち、基板３０１において一面３０１ａとは反対側に位置する他面３０１ｂの構成は、図１の太陽電池１００と同様の構成を備えている。

換言すると、太陽電池３００は、基板３０１の下面（他面３０１ｂ）に第一透明導電膜（ＴＣＯ１）３０６が、基板３０１の上面（一面３０１ａ）に第二透明導電膜（ＴＣＯ２）３０９が、それぞれ配された構成とされている。たとえば、基板３０１の下面（裏面）に設けた第一透明導電膜（ＴＣＯ１）３０６と同様の膜厚を有する第二透明導電膜（ＴＣＯ２）３０９が、基板３０１の上面（光入射面）を被覆するように配置することにより、光入射面と裏面の構造が対称性を備えることが可能となる。

これにより、図３の太陽電池３００は、基板を薄型化した場合でも、太陽電池の反り発生量を抑制でき、かつ、太陽電池の重量を削減できるメリットを享受できる。それゆえ、図３の太陽電池３００は、たとえば太陽電池の薄型化、ひいては軽量化が求められている、家屋上への設置用途において好適である。

つまり、第三実施形態の太陽電池３００によれば、前述した従来の課題、すなわち、ＢＣ型太陽電池は、裏面に電極を集約して配置する構造を採用したため、基板の薄型化を図ることが困難であるという課題、が解消される。

なお、上述の第二透明導電膜（ＴＣＯ２）３０９に加えて、基板３０１の一面３０１ａと第二透明導電膜（ＴＣＯ２）３０９との間に、不図示のパッシベーション膜をさらに備えていてもよい。パッシベーション膜の追加により、第一実施形態において基板１０１の一面１０１ａと反射防止層１０４との間にパッシベーション膜を備えた場合と同様の効果を望むことができる。

＜第四実施形態＞
図４は、本発明の第四実施形態に係る、ＢＣ型太陽電池４００の構成について説明する図である。第四実施形態の太陽電池４００は、後述する「ｎ^＋ 部位とｐ^＋ 部位」が、基板の裏面上に成膜法により形成する手法により形成する場合であり、本発明の第二基本構成である。太陽電池４００は、図１３に示した従来の構成例を改良したものに相当する。

第四実施形態に係る太陽電池４００は、光電変換機能を発現する第一導電型（たとえばｎ型半導体）の結晶系シリコンからなる基板４０１と、前記基板４０１に対して光（矢印にて表示）が入射する一面４０１ａとは反対側に位置する他面４０１ｂに配され、前記第一導電型と同じ導電型（たとえばｎ^＋ 型）の部位（Ａ）４０２および前記第一導電型と異なる導電型（たとえばｐ^＋ 型）の部位（Ｂ）４０３が、基板４０１外部に突出するように形成されている。その際、部位（Ａ）４０２と部位（Ｂ）４０３との間には、基板４０１の他面４０１ｂからなる部位（Ｃ）が露出するように構成されている。
すなわち、第四実施形態に係る太陽電池４００は、部位（Ａ）４０２および部位（Ｂ）４０３が各々、基板４０１の裏面上に成膜法により形成された局在領域である場合である。

太陽電池４００においては、部位（Ａ）４０２および部位（Ｂ）４０３とを含む基板４０１の他面４０１ｂ全域を覆うように、すなわち部位（Ａ）４０２と部位（Ｂ）４０３の間に露出する部位（Ｃ）も一緒に被覆するように、第一透明導電膜（ＴＣＯ１）４０６が形成されている。

以下では、部位（Ｃ）を覆う領域に相当する第一透明導電膜（ＴＣＯ１）４０６のことを、部位（Ｄ）と呼称する。太陽電池４００では、部位（Ｄ）が存在することより、第一透明導電膜（ＴＣＯ１）４０６の表面（図４において下面）は、平坦なプロファイルを備えている。図４において、点線にて囲まれた部分が、第一透明導電膜（ＴＣＯ１）４０６を示す。

第一透明導電膜（ＴＣＯ１）４０６は、部位（Ａ）４０２および部位（Ｂ）４０３に対して個別に接する低抵抗部Ｌと、前記低抵抗部Ｌどうしの間、すなわち前記部位（Ｃ）と接する高抵抗部Ｈ（部位（Ｄ））、から構成されている。
基板４０１の一面４０１ａ側には、必要に応じて反射防止層４０４が配される構成としてもよい。反射防止層４０４としては、たとえば絶縁性の窒化膜、窒化ケイ素膜、酸化チタン膜、酸化アルミニウム膜などが好適に用いられる。

なお、第一実施形態と同様、上述の反射防止層４０４に加えて、基板４０１の一面４０１ａと反射防止層４０４との間に、不図示のパッシベーション膜をさらに備えることで、第一実施形態において基板１０１の一面１０１ａと反射防止層１０４との間にパッシベーション膜を備えた場合と同様の効果を望むことができる。

上述した低抵抗部Ｌと高抵抗部Ｈからなる構成の第一透明導電膜（ＴＣＯ１）４０６は、後述するプラズマ処理を施すことによって、成膜時に低抵抗部Ｌであった第一透明導電膜（ＴＣＯ１）４０６のうち、特定の部位（Ｃ）と接する低抵抗部Ｌ（部位（Ｄ））のみ高抵抗部Ｈへ置換することにより形成される。特定の部位（Ｃ）を除いた部位（Ａ）と部位（Ｂ）は、プラズマ処理の影響を受けず、低抵抗部Ｌとして維持される。ゆえに、第四実施形態に係る太陽電池４００を製造する場合、従来の製法が必須とした２回のパターニング（フォトリソ）が一切不要となる。

＜第五実施形態＞
図５は、本発明の第五実施形態に係る、ＢＣ型太陽電池５００の構成について説明する図である。第五実施形態の太陽電池５００は、上述した第二基本構成の応用例である。
第五実施形態に係る太陽電池５００は、図５に示すように、基板５０１の両面（一面５０１ａ、他面側５０１ｂ）に、ｉ型のアモルファス層ＡＩを備えた点のみ、図４の太陽電池４００と構成が異なっている。すなわち、基板５０１において一面５０１ａとは反対側に位置する他面５０１ｂの構成は、ｉ型のアモルファス層ＡＩを挟んで第一透明導電膜（ＴＣＯ１）５０６が配置されている。

基板５０１の両面（一面５０１ａ、他面側５０１ｂ）に、ｉ型のアモルファス層ＡＩを設ける構成は、ＨＩＴ型の太陽電池として公知である。本発明の特徴部である第一透明導電膜（ＴＣＯ１）５０６は、図５に示すように、ＨＩＴ型の太陽電池に対しても適用すること可能である。すなわち、ＨＩＴ型の太陽電池５００においても、プラズマ処理により低抵抗部Ｌと高抵抗部Ｈからなる構成の第一透明導電膜（ＴＣＯ１）５０６は、プラズマ処理の前後において、その表面の平坦性が保持される。

また、図示はしないが、第一透明導電膜（ＴＣＯ１）５０６を覆うように反射膜Ｒを備えた構成としてもよい。これにより、太陽電池５００において、反射膜Ｒの表面（図５では下面）や、反射膜Ｒと第一透明導電膜（ＴＣＯ１）５０６との界面は、平坦なプロファイルとすることができる。

それゆえ、第五実施形態に係るＨＩＴ型の太陽電池５００においても、反射膜Ｒを採用することができ、かつ、その材料や膜厚に影響されることなく、反射能力を十分に発揮することが可能となる。具体的には、反射膜Ｒが極薄の膜厚とされる場合、反射膜Ｒが積層構造とされる場合、など多様な形態とされても、反射膜Ｒの反射能力が確実に維持された太陽電池５００が、安定して得られる。

つまり、第五実施形態によれば、前述した従来の課題、すなわち、反射膜が上記電極の有無により生まれる凹凸プロファイルを覆うように積層されるので、反射膜自体にも凹凸プロファイルを反映されることになり、反射膜はその反射能力を十分に発揮できないという課題、が解消されたＨＩＴ型の太陽電池の提供が可能となる。

＜製造方法＞
図１に示した、第一実施形態に係るＢＣ型太陽電池１００の製造方法について、説明する。図６は、太陽電池の製造工程を示すフロー図であり、（ａ）は従来例（図１２の構成）、（ｂ）は本発明（図１の構成）である。

図６（ａ）に示す従来の工程フローによれば、太陽電池８００は、テクスチャー形成、ｐ型イオン注入、ｎ型イオン注入、アニール処理、電極膜形成、電極膜のパターニング（フォトリソ）、絶縁膜形成の７つの工程処理を順に行うことにより製造される。
これに対し、図６（ｂ）に示す第一実施形態に係る工程フローによれば、太陽電池１００は、従来の工程から「高価なフォトリソ工程やエッチング工程」が不要となる。ゆえに、図６（ｂ）に示す本発明によれば、従来必要とした複雑な工程を削減できるので、より安定した工程管理において製造が可能となる。すなわち、第一実施形態によれば、高価な製造装置が不要となることから、安価なＢＣ型太陽電池の提供に本発明は寄与する。

第一実施形態に係る、結晶太陽電池１００を製造するための各工程について、詳しく説明する。まず、テクスチャー形成工程において、基板１０１に対して、例えば水酸化カリウム（ＫＯＨ）や水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）をエッチャントとして用いたウェットエッチング処理を行う。そして、処理後の基板１０１に残存する有機物および金属汚染物を、フッ硝酸を用いて除去する。これにより、テクスチャーを有する形状に主面１０１ａを加工する（第一工程）。

上記のテクスチャーを有する形状に加工された、基板１０１内部の裏面１０１ｂ近傍に、ボロン（Ｂ）イオン等のｐ型イオンを局所的に注入することにより、ｐ^＋ 部位（Ｂ）１０３を形成する（第二工程）。
次いで、基板１０１内部の裏面１０１ｂ近傍にあって、ｐ^＋ 部位（Ｂ）１０３どうしの間で、かつ、ｐ^＋ 部位（Ｂ）１０３と重ならない位置に、リン（Ｐ）イオン等のｎ型イオンを局所的に注入することにより、ｎ^＋ 部位（Ａ）１０２を形成する（第三工程）。
上記の第一工程や第二工程におけるイオンの注入は、たとえば、図７に示すイオン注入装置１２００を用いて行う。

図７は、本発明において、ｐ型イオン注入工程（第二工程）およびｎ型イオン注入工程（第三工程）に用いる、イオン注入装置１２００の断面図である。イオン注入装置１２００は真空槽１２０１と、永久磁石１２０５、ＲＦ導入コイル１２０６、ＲＦ導入窓（石英）１２１２を用いたＩＣＰ放電によるプラズマ発生手段と、真空排気手段（不図示）とを備えている。真空槽１２０１の内部は、メッシュ電極１２０８、１２０９により、プラズマ発生室とプラズマ処理室とに分離されている。プラズマ処理室に被処理体である基板（テクスチャー形成工程後の基板１０１に相当）１２０３を支持する基板支持台１２０４が配されている。なお、メッシュ電極１２０８は、浮遊電位とされており、プラズマ１２０７の電位を安定させる機能を有する。また、メッシュ電極１２０９は、負電位を印加され、プラズマ１２０７から正イオンを引き出す機能を有する。

真空層１２０１内を減圧し、プラズマ発生室に、基板１２０３に注入する不純物原子を含んだガスを導入する。そして、プラズマ発生手段を用いてプラズマ１２０７を励起させることにより、不純物原子をイオン化させ、メッシュ電極１２０８、１２０９を経由して引き出されたｐ型あるいはｎ型のイオンを、基板１２０３に注入させることができる。

ここで、ｐ型イオンの注入量やｎ型イオンの注入量は、後述するアニール処理後のｎ^＋ 部位（Ａ）１０２のシート抵抗、及び、ｐ^＋ 部位（Ｂ）１０３のシート抵抗と、ＢＣ型太陽電池の光電変換効率との関係から、太陽電池１００を製造する上での最適値として決定される。ただし、ｎ^＋ 部位（Ａ）１０２におけるｎ型イオンの濃度は、少なくとも基板１０１におけるｎ型イオンの濃度より高く設定されているものとする。ｎ型イオンの濃度の高いｎ^＋ 部位（Ａ）１０２を、裏面電極として機能する第一透明導電膜（ＴＣＯ１）１０６と、基板１０１との間に設けることにより、第一透明導電膜（ＴＣＯ１）１０６と基板１０１との間において、電場が弱まり、電気抵抗が低減される。

次に、第三工程を経て行われるアニール処理は、たとえば、図８に示すアニール処理装置１３００を用いて行う。図８に示すアニール装置１３００は、第一バッファ室１３０２、第一加熱室１３０３、第二加熱室１３０４、第三加熱室１３０５、及び、第二バッファ室１３０６から構成される。

アニール装置１３００によるアニール処理は、以下の第一〜第五ステップを経て行われる。すなわち、第一ステップとして、第一加熱室１３０３が所望の昇温状態となるまで、被処理体である基板（ｐ型およびｎ型イオン注入工程後の基板１０１に相当）１３０１を、窒素（Ｎ_２ ）ガスが供給された第一バッファ室１３０２に待機させる。次に、第二ステップとして、酸素ガス（Ｏ_２ ）が供給された第一加熱室１３０３において、ランプを用いて、６００℃で基板１３０１を加熱する。次に、第三ステップとして、酸素ガス（Ｏ_２ ）が供給された第二加熱室１３０４において、ランプを用いて、所望のアニール温度で基板１３０１を加熱する。次に、第四ステップとして、第三加熱室１３０５において、室温になるように、基板１３０１を冷却する。そして、第五ステップとして、アニール装置１３００からの搬出準備ができるまで、基板１３０１を、窒素（Ｎ_２ ）ガスが供給された第二バッファ室１３０６に待機させる。

アニール処理の条件は、基板内部における、ｎ型イオン及びｐ型イオンの拡散係数に応じた最適な条件として決定される。たとえば、アニール処理の温度は、９００℃以上であることが望ましい。また、アニール処理にかける時間は、３０分〜６０分程度であることが望ましい。

次に、電極形成工程として透明導電膜（ＩＴＯ膜）を、部位（Ａ）１０２および部位（Ｂ）１０３とを含む基板１０１の他面１０１ｂ全域を覆うように形成する。
上記透明導電膜の形成には、たとえば、図９に示すインターバック式のスパッタリング装置１４００を用いて行う。

図９の製造装置１４００においては、基板１４５８（部位（Ａ）１０２および部位（Ｂ）１０３が形成された基板１０１に相当）は、不図示の搬送手段により、仕込取出室（Ｌ／ＵＬ）１４５１、加熱室（Ｈ）１４５２、第一成膜室（Ｓ１）１４５３、第二成膜室（Ｓ２）１４５４の内部を移動可能とされている。
上記の各室１４５１，１４５２、１４５３、１４５４には個別に、その内部空間を減圧可能とするための排気手段１４５１Ｐ、１４５２Ｐ、１４５３Ｐ、１４５４Ｐが配されている。

まず、基板１４５８は製造装置から外部（大気雰囲気）から大気圧とされた仕込取出室１４５１へ導入される。その後、仕込取出室１４５１は排気手段１４５１Ｐを用いて減圧雰囲気とされる。次いで、基板１４５８は減圧雰囲気とされた仕込取出室１４５１から加熱室１４５２へ搬送され、加熱手段１４５９により所望の熱処理が施される。

次に、熱処理後の基板１４５８は、加熱室１４５２から第二成膜室１４５４へ搬送され、ＩＴＯからなるターゲット１４７２の前を通過させることにより、基板１４５８上に透明導電膜（ＩＴＯ）を形成する。その際、温度調整手段１４７１により、基板１４５８は所望の温度とされる。ターゲット１４７２はバッキングプレート１４７３に載置されており、スパッタ時にはガス供給源１４７５から所望のプロセスガスが導入されるとともに、バッキングプレート１４７３には電源１４７４から所望の電力が供給される。

そして、透明導電膜が形成された基板１４５８は、第二成膜室１４５４から仕込取出室１４５１へ搬送され、製造装置から外部（大気雰囲気）へ取り出される。
次いで、透明導電膜が形成された基板１４５８に対して、後処理（大気雰囲気、１３５℃、６０ｍｉｎのアニール処理）を行う。このような後処理を施すことにより、比抵抗が約１５０Ω／□の透明導電膜が得られる。上述した透明導電膜の代表的な作製条件を、表１に示す。

なお、図５の構成（第五実施形態の太陽電池５００）とする場合には、加熱室１４５２において熱処理された基板１４５８は、第一成膜室１４５３において、ｉ型のアモルファス層ＡＩを形成した後、第二成膜室１４５４へ搬送されてｉ型のアモルファス層ＡＩ上に透明導電膜（ＩＴＯ）が形成される。

＜プラズマ処理＞
上記工程により得られた基板１４５８の透明導電膜（ＩＴＯ膜：ＴＣＯ１）に対して、反応性イオンエッチング装置を用い、酸素プラズマ処理を行う。
図１０は、透明導電膜に対してプラズマ処理を行っている状態を示すイメージ図である。
図１０に示すように、開口部を有するマスクを挟んで、透明導電膜に対して酸素プラズマ（「小円の中にＯ」と表示）を照射することにより、透明導電膜の中に低抵抗部と高抵抗部とを作り分ける。

すなわち、透明導電膜のうち、マスクが存在するためにプラズマから遮蔽された領域は、膜中に含まれるキャリア量に変動がなく、比抵抗の低い（約１５０Ω／□）状態が維持され、低抵抗部Ｌとなる。
これに対して、透明導電膜のうち、マスクの開口部を通してプラズマが照射された領域は、膜中に含まれるキャリア量が減少することにより、比抵抗の高い（約７４０Ω／□）状態に変化し、高抵抗部Ｈとなる。

ゆえに、低抵抗部から高抵抗部へ変化させたい領域に合せた、開口部を有するマスクを介して、透明導電膜の表面に対してプラズマ処理を行うだけで、透明導電膜の中に低抵抗部と高抵抗部とが所望のパターンで局在した状態を形成できることが分かった。
上述したプラズマ処理により低抵抗部から高抵抗部を形成する作製条件を、表２に示す。

酸素プラズマ処理により、マスクの開口を通してプラズマが照射された領域は、酸素プラズマによるエッチングが発生するため、未処理部分に対して、膜厚の減少が僅かながら発生する。しかし、電極膜自体が欠損するような構成に比べ、低抵抗部と高抵抗部とが所望のパターンで局在した透明導電膜の表面は平坦であるということができ、上層に形成する反射膜Ｒの平坦性を確保することが可能となる。

透明導電膜のうち、低抵抗部から高抵抗部へ変化させる方法としては、上述したプラズマ処理に限定されるものではなく、たとえば、イオンドープ法を用いても同様の作用・効果を得ることができる。
また、透明導電膜の中に低抵抗部と高抵抗部とを作り分ける作製方法は、上記の手法に限定されるものではない。すなわち、最初に高抵抗部の透明導電膜をスパッタ法により形成した後、たとえば、レーザー照射やランプ加熱などのアニール処理により、高抵抗部のうち特定の領域を酸化還元作用によって低抵抗部に変化させる方法を採用してもよい。

本発明は、バックコンタクト型太陽電池（ＢＣ型太陽電池）に広く適用可能である。このようなＢＣ型太陽電池は、たとえば、単位面積当たりの高い発電効率に加えて、稼働状況における軽量化も求められるタイプの太陽電池として好適に用いられる。

１００ ＢＣ型太陽電池、１０１ 基板、１０１ａ 一面、１０１ｂ 他面、１０２ 基板と同じ導電型の部位（Ａ）、１０３ 基板と異なる導電型の部位（Ｂ）、１０４ 反射防止層、１０６ 第一透明導電膜（ＴＣＯ１）。

Claims (8)

1. バックコンタクト型の太陽電池であって、
   光電変換機能を発現する第一導電型の結晶系シリコンからなる基板と、
   前記基板に対して光が入射する一面とは反対側に位置する他面に配され、前記第一導電型と同じ導電型の部位Ａおよび前記第一導電型と異なる導電型の部位Ｂと、
   前記部位Ａおよび前記部位Ｂを含む前記基板の他面全域を覆う第一透明導電膜と、
   を少なくとも備え、
   前記第一透明導電膜は、前記部位Ａおよび前記部位Ｂに対して個別に電気的に接続される低抵抗部、および、前記低抵抗部どうしの間をなす高抵抗部、から構成されていることを特徴とする太陽電池。
2. 前記第一透明導電膜を覆うように反射膜を備えていることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池。
3. 前記基板の一面を覆うように第二透明導電膜を備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載の太陽電池。
4. 前記基板の一面に直接、または、前記第二透明導電膜を介して、反射防止層を備えていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の太陽電池。
5. 前記基板の一面と前記第二透明導電膜との間、または、前記基板の一面と前記反射防止層との間、にパッシベーション膜をさらに備えていることを特徴とする請求項３又は４に記載の太陽電池。
6. 前記第二透明導電膜が、前記第一透明導電膜と同じ厚さを有することを特徴とする請求項３乃至５のいずれか一項に記載の太陽電池。
7. 前記部位Ａおよび前記部位Ｂが各々、前記基板の表層部に所望の元素をドーピングして形成された局在領域であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の太陽電池。
8. 前記部位Ａおよび前記部位Ｂが各々、前記基板の表面上に所望の元素からなる被膜を堆積して形成された局在領域であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の太陽電池。

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