JP2019062027A - 細長いシリコン太陽電池セルとその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】変換効率が向上した細長いシリコン結晶系太陽電池セルを提供する。【解決手段】細長い太陽電池セルであって、（１）前記セルは、一方の表面から順に、第１の電極層１０、ホール選択コンタクト層２０、ｐ型シリコン層３０、ｎ型シリコン層４０、エレクトロン選択コンタクト層５０及び第２の電極層６０を備え、（２）前記ホール選択コンタクト層は仕事関数が５ｅＶ以上の材料からなり、前記エレクトロン選択コンタクト層は仕事関数が４ｅＶ以下の材料からなる、ことを特徴とする細長い太陽電池セル。【選択図】図１

Description

本発明は、細長いシリコン太陽電池セルとその製造方法に関する。

シリコン結晶系太陽電池セルは、ｐ型シリコン層にｎ型、又は、ｎ型シリコン層にｐ型となる元素を片面表面近傍にドープすることでｐｎ接合を形成している。ドープ方法はさまざまであるが、一般的にｐ型シリコン層にｎ型を形成する場合、及び、ｎ型シリコン層にｐ型を形成する場合には、熱処理やイオン注入によりそれぞれリン、ホウ素等の拡散を行うことが一般的である。

シリコン結晶系太陽電池セルは、太陽電池の中では比較的変換効率が高く、コストも比較的低いので発電量当たりのコストパフォーマンスに優れているが、更に発電量当たりのコスト低減を達成する方法の一つとして、細長いセルとすることが提案されている。

例えば、特許文献１のようにシリコンウェハを複数のストリップに分割して細長いセルを形成することによりウェハの表面積を増大する方法や、特許文献２のようにシリコンウェハを細長く複数に分割してその断面を光照射面として分割した、ウェハ同士を電気的に接合したモジュールが開発されている。

特表２００４−５２６２９８号公報 特表２００８−５０９５６４号公報

特許文献１及び特許文献２で形成される細長い太陽電池セルは、セルを作製する方法として一般的なシリコン結晶系太陽電池のセル構造及びプロセスが使われている。

具体的には、図２に示すようにシリコンと金属電極の良好なオーミック性のコンタクトを得るために、シリコンｎ層側の表層にはリン等のＶ価元素が高濃度でドーパンドされた層（ｎ＋層）を、例えばＰＯＣｌ_３のようなＰ源を含む拡散剤を塗布し、熱処理することで固相拡散により形成している。また、一方でシリコンｐ層側表層にはボロン等のＩＩＩ価の元素が高濃度でドーパントされた層（ｐ＋層）を、例えばＢＢｒのようなＢ源を含む拡散剤を塗布し、熱処理による固相拡散により形成している。

しかしながら、かかる構成では細長い太陽電池の形状にすると電極間の距離が一般的な太陽電池セル形状より長くなり、ドーパント濃度の影響をより強く受けて再結合が起こり易くなり、結果として変換効率が低くなるという課題がある。

したがって、本発明は、従来技術の問題を改善し、変換効率が向上した細長いシリコン結晶系太陽電池セル及びその製造方法を提供することを目的とする。

本発明者らは上記目的を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、特定の材料を用いた特定の層構成を備えた太陽電池セルによれば上記目的を達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明は、下記の細長い太陽電池セル及びその製造方法に関する。
１．細長い太陽電池セルであって、
（１）前記セルは、一方の表面から順に、第１の電極層、ホール選択コンタクト層、ｐ型シリコン層、ｎ型シリコン層、エレクトロン選択コンタクト層及び第２の電極層を備え、
（２）前記ホール選択コンタクト層は仕事関数が５ｅＶ以上の材料からなり、前記エレクトロン選択コンタクト層は仕事関数が４ｅＶ以下の材料からなる、
ことを特徴とする細長い太陽電池セル。
２．前記ホール選択コンタクト層を形成する前記材料は、ＭｏＯ_２、ＭｏＯ_３、ＶＯ、Ｖ_２Ｏ_５、ＷＯ_２、ＷＯ_３、Ｗ_２Ｏ_３、ＭｇＯ、Ｌｉ_２Ｏ、ＬｉＯ及びＰＥＤＯＴ：ＰＳＳからなる群から選択される一種以上である、上記項１に記載の細長い太陽電池セル。
３．前記エレクトロン選択コンタクト層を形成する前記材料は、ＬｉＦ、ＬｉＦ_２、ＫＦ、ＫＦ_２、ＣｓＦ、Ｃａ、ＴｉＯ_２からなる群から選択される一種以上である、上記項１又は２に記載の細長い太陽電池セル。
４．前記第１の電極層の厚さが１００ｎｍ以上１ｍｍ以下、前記ホール選択コンタクト層の厚さが１ｎｍ以上１００ｎｍ以下、前記ｐ型シリコン層の厚さが２０μｍ以上２０００μｍ以下、前記ｎ型シリコン層の厚さが２０μｍ以上２０００μｍ以下、前記エレクトロン選択コンタクト層の厚さが１ｎｍ以上１００ｎｍ以下、前記第２の電極層の厚さが１００ｎｍ以上１ｍｍ以下である、上記項１〜３のいずれかに記載の細長い太陽電池セル。
５．細長い太陽電池セルの製造方法であって、
（１）ｐ型シリコン層の裏面とｎ型シリコン層の裏面とを表面活性化接合法により接合する工程と、
（２）前記ｐ型シリコン層の表面に仕事関数が５ｅＶ以上の材料を積層することによりホール選択コンタクト層を形成する工程と、
（３）前記ｎ型シリコン層の表面に仕事関数が４ｅＶ以下の材料を積層することによりエレクトロン選択コンタクト層を形成する工程と、
（４）前記ホール選択コンタクト層の表面に第１の電極層を形成する工程と、
（５）前記エレクトロン選択コンタクト層の表面に第２の電極層を形成する工程と、
を備えることを特徴とする、細長い太陽電池セルの製造方法。

本発明の太陽電池セルは、
（１）一方の表面から順に、第１の電極層、ホール選択コンタクト層、ｐ型シリコン層、ｎ型シリコン層、エレクトロン選択コンタクト層及び第２の電極層を備え、
（２）前記ホール選択コンタクト層は仕事関数が５ｅＶ以上の材料からなり、前記エレクトロン選択コンタクト層は仕事関数が４ｅＶ以下の材料からなる、
ことにより、細長いセルであっても従来品よりも変換効率が向上している。

本発明の細長いセルの一態様を示す模式図である。 従来品の細長いセルの一態様を示す模式図である。 本発明の細長いセルの他の一態様を示す模式図である。 本発明の細長いセルの他の一態様を示す模式図である。 本発明の細長いセルの製造方法の一態様を示すフロー図である。

以下、本発明の細長い太陽電池セルとその製造方法を図面を参照しながら説明する。

細長い太陽電池セル
図１に例示する様に、本発明の細長い太陽電池セル１は細長いセルである。図１においてＡは長手方向、Ｂは幅方向及びＣは厚さ方向を示す。そして、幅方向の一方の端部表面から他方の端部表面に向かって順に、第１の電極層１０、ホール選択コンタクト層２０、ｐ型シリコン層３０、ｎ型シリコン層４０、エレクトロン選択コンタクト層５０及び第２の電極層６０を備える。なお、ホール選択コンタクト層２０は仕事関数が５ｅＶ以上の材料から構成され、エレクトロン選択コンタクト層５０は仕事関数が４ｅＶ以下の材料から構成される。

ここで、細長い太陽電池セルとは、長手方向（縦）が幅（横）よりも実質的に大きい長尺扁平状の太陽電池セルをいい、特に平行六面体（特に直方体）であることが好ましい。

細長い太陽電池セルの大きさは限定されないが、例えば１つのセルに注目した場合に、長手方向が１０ｍｍ以上１６０ｍｍ以下（好ましくは１０ｍｍ以上１００ｍｍ以下）、幅方向が０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下（好ましくは０．８ｍｍ以上４ｍｍ以下）、厚さが１５μｍ以上４００μｍ以下（好ましくは１００μｍ以上３００μｍｍ以下）が好ましい。

（電極層１０，６０）
電極層は、細長い太陽電池セルの一方の面であって、ホール選択コンタクト層２０の表面に積層される第１の電極層１０と、細長い太陽電池セルのもう一方の面であって、エレクトロン選択コンタクト層５０の表面に積層される第２の電極層６０とを含む。

第１の電極層は細長い太陽電池セルの陽極となり、第２の電極は細長い太陽電池セルの陰極となる。第１の電極層と第２の電極層とは、同じ材料で構成されていても異なる材料で構成されていてもよい。例えば、Ａｌ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｓｎ及びＳｉからなる群から選択される一種以上を用いることができる。好適にはいずれの電極層もＡｌ及び／又はＣｕであると導電性が高く且つ安価であり好ましい。

また、いずれの電極層も細長い太陽電池セルの一方の面の表面全体に積層されていても一部に積層されていてもよい。好ましくは、太陽電池セルの一方及び他方の面の表面全体に電極層が形成されていると、ホール選択コンタクト層及びエレクトロン選択コンタクト層と各電極層の接する面積が増えて電荷移動のロスが低減されるため好ましい。

電極層は導電性が高い方がよく、その厚みは限定されないが、例えば１００ｎｍ以上の厚みであると十分な導電性が確保されるため好ましい。また、１ｍｍ以下の厚みであると電極層形成の生産性が良好であるとともに、受光面における光吸収電極部（光吸収せず、発電効率に寄与しない部分）の割合が低減するため好ましい。

（ホール選択コンタクト層２０）
ホール選択コンタクト層２０は、第１の電極層１０と、ｐ型シリコン層３０との間に介される層である。第１の電極層１０と、ｐ型シリコン層３０との間にホール選択コンタクト層２０が備えられていることによって、ｐ型シリコン層３０からキャリアの正孔（ホール）を選択的に取り出すことが可能となる。

ホール選択コンタクト層は仕事関数が５ｅＶ以上の材料からなる。ここで仕事関数とは、固体内の電子を固体外に取り出すために必要な最小限のエネルギーの大きさのことである。具体的には、当該固体のバンド図により示されるフェルミレベルから真空準位までの高さにより表される。すなわち、ホール選択コンタクト層を形成する材料は、フェルミレベルから真空準位までの差が５ｅＶ以上の層である。

こうしたホール選択コンタクト層を構成する材料としては、仕事関数が５ｅＶ以上となる材料であればよいが、例えば、ＭｏＯ_２、ＭｏＯ_３、ＶＯ、Ｖ_２Ｏ_５、ＷＯ_２、ＷＯ_３、Ｗ_２Ｏ_３、ＭｇＯ、Ｌｉ_２Ｏ、ＬｉＯ及びＰＥＤＯＴ：ＰＳＳからなる群から選択される一種以上を用いることができる。この中でも、均一な薄膜の形成が比較的容易である観点からはＭｏＯ_３、Ｖ_２Ｏ_５及びＰＥＤＯＴ：ＰＳＳの少なくとも一種が好ましい。

ホール選択コンタクト層は、仕事関数が５ｅＶ以上の材料からなる限りその厚さは特に限定されないが、好適には１ｎｍ以上１００ｎｍ以下である。かかる範囲内であるとホール選択コンタクト層としての機能を発揮し易く、また厚膜化によるクラックの発生を抑制できるため好ましい。

また、ホール選択コンタクト層は、第１の電極層と、ｐ型シリコン層との間の全面に形成してもよく、一部に形成してもよい。例えば、所定の形状に形成された第１の電極層と略同一の形状にホール選択コンタクト層が形成されてｐ型シリコン層の一部が露出するように構成されていてもよい。好適には、第１の電極層とｐ型シリコン層との間の全面にホール選択コンタクト層が形成されていれば、ホール選択コンタクト層とｐ型シリコン層の接する面積が増えて電荷移動のロスが低減されるため好ましい。

また、細長いシリコン太陽電池セルのｐ型シリコン層の表面にホール選択コンタクト層を設けることにより、変換効率を低下させる原因となるドーピング濃度の高いｐ型シリコンを使わずとも、ドーピング濃度の低いｐ型シリコン層を使用することで第１の電極層とのオーミック性のコンタクトをとることができるという効果もある。

（ｐ型シリコン層３０）
ｐ型シリコン層３０は限定的ではなく、例えば、シリコンにボロン等のＩＩＩ価の原子がドープされた層である。シリコンへのＩＩＩ価の原子のドープ濃度は６×１０^１４ｃｍ^−３〜２×１０^１９ｃｍ^−３の範囲であると好ましく、ＩＩＩ価の原子のドープ濃度が２×１０^１９ｃｍ^−３よりも高いとドーパントが再結合中心となり再結合が起こりやすくなるため変換効率が低下するおそれがある。

ｐ型シリコン層の厚みは特に限定されないが、２０μｍ以上２０００μｍ以下が好ましい。ｎ型シリコンとの接合を強固にするために、ｐ型シリコン層の少なくとも片面は鏡面加工により平滑化されていることが望ましい。

（ｎ型シリコン層４０）
ｎ型シリコン層４０は限定的ではなく、例えば、シリコンにリン等のＶ価の原子がドープされた層である。シリコンへのＶ価の原子のドープ濃度は６×１０^１４ｃｍ^−３〜２×１０^１９ｃｍ^−３の範囲であると好ましく、Ｖ価の原子のドープ濃度が２×１０^１９ｃｍ^−３よりも高いとドーパントが再結合中心となり再結合が起こりやすくなるため変換効率が低下するおそれがある。

ｎ型シリコン層の厚みは特に限定されないが、２０μｍ以上２０００μｍ以下が好ましい。ｎ型シリコン層は、前述のｐ型シリコン層との接合を強固にするために、少なくともｐ型シリコン層と接する側の面が鏡面加工により平滑化されていることが望ましい。

（エレクトロン選択コンタクト層５０）
エレクトロン選択コンタクト層５０は、ｎ型シリコン層４０と第２の電極層６０との間に介される層である。ｎ型シリコン層４０と第２の電極層６０との間にエレクトロン選択コンタクト層５０が備えられていることによって、ｎ型シリコン層４０からキャリアの電子（エレクトロン）を選択的に取り出すことが可能となる。

エレクトロン選択コンタクト層は仕事関数が４ｅＶ以下の材料からなる。すなわち、エレクトロン選択コンタクト層を形成する材料は、フェルミレベルから真空準位までの差が４ｅＶ以下の層である。

こうしたエレクトロン選択コンタクト層を構成する材料としては、仕事関数が４ｅＶ以下となる材料であればよいが、例えば、ＬｉＦ、ＬｉＦ_２、ＫＦ、ＫＦ_２、ＣｓＦ、Ｃａ及びＴｉＯ_２からなる群から選択される一種以上を用いることができる。この中でも、均一な薄膜の形成が比較的容易である観点からはＣａ及びＴｉＯ_２の少なくとも一種が好ましい。

エレクトロン選択コンタクト層は、仕事関数が４ｅＶ以下の材料からなる限りその厚さは特に限定されないが、好適には１ｎｍ以上１００ｎｍ以下である。かかる範囲内であるとエレクトロン選択コンタクト層としての機能を発揮し易く、また厚膜化によるクラックの発生を抑制できるため好ましい。

また、エレクトロン選択コンタクト層は、ｎ型シリコン層と、第２の電極層との間の全面に形成してもよく、一部に形成してもよい。例えば、所定の形状に形成された第２の電極層と略同一の形状にエレクトロン選択コンタクト層が形成されてｎ型シリコン層の一部が露出するように構成されていてもよい。好適には、ｎ型シリコン層と第２の電極層との間の全面にエレクトロン選択コンタクト層が形成されていれば、エレクトロン選択コンタクト層とｎ型シリコン層の接する面積が増えて電荷移動のロスが低減されるため好ましい。

また、細長いシリコン太陽電池セルのｎ型シリコン層の表面にエレクトロン選択コンタクト層を設けることにより、変換効率を低下させる原因となるドーピング濃度の高いｎ型シリコンを使わずとも、ドーピング濃度の低いｎ型シリコン層を使用することで第２の電極層とのオーミック性のコンタクトをとることができるという効果もある。

（トンネリング層８２，８４）
さらに、ホール選択コンタクト層２０とｐ型シリコン層３０の界面、更にはエレクトロン選択コンタクト層５０とｎ型シリコン層４０の界面の少なくともいずれかにパッシベーション機能を有する層として、トンネリング可能なａ−Ｓｉ：Ｈ（アルモファスシリコン）、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２を用いてトンネリング層を形成してもよい）。

その一例を図３に示す。図３では、ホール選択コンタクト層２０とｐ型シリコン層３０の界面にトンネリング層８２、エレクトロン選択コンタクト層５０とｎ型シリコン層４０の界面にトンネリング層８４を備えている。細長いシリコン太陽電池セルに上記トンネリング層を備えることで、界面で起こる表面再結合を抑制することができるため、より高い変換効率が得られ易くなる。なお、膜の厚みが大きくなるとホールやエレクトロンがトンネリングできなくなるので各トンネリング層の厚みは５ｎｍ以下が好ましい。

（反射防止膜９２，９４）
細長い太陽電池セルは、その表面において反射防止を目的としてＡｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２、ＳｉＮｘ等からなる反射防止膜を単層又は複数層形成してもよい。

例えば、図４に示すように、細長い太陽電池セル１の両側の表面（最大の面積の面）において、各層（１０、２０、３０、４０、５０及び６０）を被覆するように反射防止膜９２，９４が備えられていることが好ましい。

なお、図４では上述のトンネリング層は備えられていないが、細長い太陽電池セルに、トンネリング層と反射防止膜の両方が備えられているとより好ましい。

上記の構成により、変換効率の高い細長いセルが得ることができる。

次いで、本発明の細長い太陽電池セルの製造方法を詳述する。

細長い太陽電池セルの製造方法
本発明の細長い太陽電池セルの製造方法としては限定的ではないが、
（１）ｐ型シリコン層の裏面とｎ型シリコン層の裏面とを表面活性化接合法により接合する工程と、
（２）前記ｐ型シリコン層の表面に仕事関数が５ｅＶ以上の材料を積層することによりホール選択コンタクト層を形成する工程と、
（３）前記ｎ型シリコン層の表面に仕事関数が４ｅＶ以下の材料を積層することによりエレクトロン選択コンタクト層を形成する工程と、
（４）前記ホール選択コンタクト層の表面に第１の電極層を形成する工程と、
（５）前記エレクトロン選択コンタクト層の表面に第２の電極層を形成する工程と、
を備えることを特徴とする製造方法が挙げられる。

上記の各工程の順序は特に限定されないが、例えば、図５に示すように、
（ａ）ｐ型シリコン層３０の裏面とｎ型シリコン層４０の裏面とを表面活性化接合法により接合する工程（図５ａ）と、
（ｂ）ｐ型シリコン層３０の表面に仕事関数が５ｅＶ以上の材料を積層してホール選択コンタクト層２０を形成する工程（図５ｂ）と、
（ｃ）ホール選択コンタクト層２０の表面に第１の電極層１０を形成する工程（図５ｃ）と、
（ｄ）ｎ型シリコン層４０の表面に仕事関数が４ｅＶ以下の材料を積層してエレクトロン選択コンタクト層５０を形成する工程（図５ｄ）と、
（ｅ）エレクトロン選択コンタクト層５０の表面に第２の電極層６０を形成する工程（図５ｅ）とを順に行うことが挙げられる。

上記方法により、従来よりも変換効率が向上した細長い太陽電池セルが得られる。

以下、それぞれの工程について詳述する。
（ｐ型シリコン層裏面とｎ型シリコン層裏面とを表面活性化接合法により接合する工程）
ｐ型シリコン層の裏面とｎ型シリコン層の裏面の接合は、表面活性化接合装置を用いて実施される。表面活性化接合は任意の条件を使用できる。ｐ型及びｎ型シリコン層を表面活性化接合の装置内に設置し、真空雰囲気内でＡｒ等のプラズマを照射して表面活性化させた後、ｐ型及びｎ型シリコン層の表面活性面を合わせて加圧することにより、ｐ型シリコン層とｎ型シリコン層とが接合したｐｎ接合の構造が得られる。

表面活性化接合法とは、ｐ型シリコン層とｎ型シリコン層の少なくともいずれか一方の裏面（接合面）の表面を表面活性化処理し、ｐ型シリコン層の接合面とｎ型シリコン層の接合面とを接触させることにより接合させる接合方法である。ｐ型シリコン層とｎ型シリコン層との接合面の接合性をより一層向上させることができる点で、ｐ型シリコン層とｎ型シリコン層のの接合面の両方の表面に表面活性化処理を施すことが好ましい。

表面化活性化処理は、ｐ型シリコン層及び／又はｎ型シリコン層の接合面の表面にスパッタエッチング等のドライエッチングを施して、接合面の酸化被膜を含む表面を除去する処理である。ここで、スパッタエッチングとしては、接合面の表面に不活性化ガスの中性原子ビーム、プラズマ等を照射するエッチングが挙げられ、中でも、接合面の表面や表面活性化処理を行う設備に削りカスが付着し難い点で、中性原子ビームを照射するスパッタエッチングが好ましい。すなわち、上記工程は、ｐ型シリコン層及び／又はｎ型シリコン層の接合面に中性原子ビームを照射する照射工程を含むことが好ましい。

上記不活性ガスとしては、アルゴン、ネオン、キセノン及びクリプトンが挙げられ、この中でもアルゴンを用いることが好ましい。上記不活性ガスは、単独又は２種以上を混合して用いることができる。

不活性ガスの中性原子ビーム等の照射時間は、６０〜６００秒が好ましい。照射時間を上記範囲とすることにより、ｐ型シリコン層とｎ型シリコン層の接合面の表面粗さＲａの過剰な増加を抑制することができ、ｐ型シリコン層とｎ型シリコン層との接合性をより一層向上させることができる。

表面活性化処理でのスパッタエッチングの加速電圧は１〜２ｋＶが好ましい。加速電圧を上記範囲とすることにより、ｐ型シリコン層及びｎ型シリコン層を損傷させずに、これらの表面を活性化することができる。

表面活性化接合法で接合する際の温度は２５℃以上２５０℃以下である。温度が２５℃未満であると、ｐ型シリコン層とｎ型シリコン層との接合性が低下する。また、温度が２５０℃を超えると、その接合強度は変わらないため、生産性が低くなり、歩留まりが低下してしまう。上記温度は、１８０℃以上２２０℃以下が好ましい。

なお、表面活性化接合法で接合する際の温度とは、ｐ型シリコン層とｎ型シリコン層の温度をいう。ｐ型シリコン層とｎ型シリコン層の温度を２５℃以上２５０℃以下の範囲とする方法としては、表面活性化処理において、ｐ型シリコン層とｎ型シリコン層を、加熱機能を備える平板に設置して加熱する方法が挙げられる。

（ホール選択コンタクト層を形成する工程）
ｐ型シリコン層の表面に仕事関数が５ｅＶ以上の材料により構成されるホール選択コンタクト層を形成する方法は特に限定されない。例えば、ＭｏＯ_２、ＭｏＯ_３、ＶＯ、Ｖ_２Ｏ_５、ＷＯ_２、ＷＯ_３、Ｗ_２Ｏ_３、ＭｇＯ、Ｌｉ_２Ｏ、ＬｉＯ及びＰＥＤＯＴ：ＰＳＳからなる群から選択される一種又は二種以上の材料を用いて、ｐ型シリコン層表面にスクリーン印刷等による塗布、スピンコート、ＣＶＤ、ＰＶＤ、ＡＬＤ、スパッタ、蒸着等により積層することにより形成することができる。

ｐ型シリコン層表面へホール選択コンタクト層を積層した後に、さらに成膜後熱処理を加えてもよい。スクリーン印刷やスピンコートにより塗付した場合には塗膜にバインダー等が含まれる場合があるが、かかる製膜後熱処理によりバインダー等は除去することができるためホール選択コンタクト層は実質的に仕事関数が５ｅＶ以上の材料のみから形成することができる。

最終的に形成されるホール選択コンタクト層は１ｎｍ以上１００ｎｍ以下の範囲で形成されることが好ましい。ホール選択コンタクト層が１００ｎｍ以上の厚みであると、ホール選択コンタクト層の形成に相当な時間を要する他に、ホール選択コンタクト層にクラックが生じやすくなりホール選択コンタクト層としてのキャリアの正孔を取り出す性能が落ちる可能性がある。かかるホール選択コンタクト層は１層であってもよいが、複数層から形成されてもよい。

（エレクトロン選択コンタクト層を形成する工程）
ｎ型シリコン層の表面に仕事関数が４ｅＶ以下の材料により構成されるエレクトロン選択コンタクト層を形成する方法は特に限定されない。例えば、ＬｉＦｘ、ＫＦｘ、ＣｓＦｘ、Ｃａ及びＴｉＯ_２からなる群から選択される一種以上の材料を用いて、ｎ型シリコン層表面にスクリーン印刷等による塗布、スピンコート、ＣＶＤ、ＰＶＤ、ＡＬＤ、スパッタ、蒸着等により積層することができる。

ｎ型シリコン層表面へエレクトロン選択コンタクト層を積層した後に、さらに成膜後熱処理を加えてもよい。スクリーン印刷やスピンコートにより塗付した場合には塗膜にバインダー等が含まれる場合があるが、かかる製膜後熱処理によりバインダー等は除去することができるためエレクトロン選択コンタクト層は実質的に仕事関数が４ｅＶ以下の材料のみから形成することができる。

最終的に形成されるエレクトロン選択コンタクト層は１ｎｍ以上１００ｎｍ以下の範囲で形成されることが好ましい。ｎ型シリコン層表面に形成するエレクトロン選択コンタクト層が１００ｎｍ以上の厚みであると、エレクトロン選択コンタクト層の形成に相当な時間を要する他に、エレクトロン選択コンタクト層にクラックが生じやすくなり電子を取り出す性能が落ちる可能性がある。このエレクトロン選択コンタクト層は１層であってもよいが、複数層から形成されてもよい。

（電極層を形成する工程）
ホール選択コンタクト層とエレクトロン選択コンタクト層のそれぞれの表面に、電極層を形成する工程である。

ホール選択コンタクト層の表面に第１の電極層、エレクトロン選択コンタクト層の表面に第２の電極層を形成する方法として特に限定されず、一般的な導電性材料の塗工もしくは被覆処理することで形成することができる。

具体的にはＡｌ、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｓｎ等の単体金属やこれらの合金（ＩＴＯ）等から形成されることが好ましい。また電極層の形成方法は特に限定されず、スクリーン印刷等による塗布、ＣＶＤ、ＰＶＤ、ＡＬＤ、スパッタ、蒸着、表面活性化接合、めっき等を使用しても良い。厚みは特に限定されない。なお、第１の電極層、第２の電極層は、それぞれ任意のタイミングでホール選択コンタクト層、エレクトロン選択コンタクト層の表面に形成することができる。

（切断する工程（任意工程））
上述の工程において、用いたｐ型シリコン層やｎ型シリコン層が細長い形状ではない場合には、図５（ｆ）に示される様に、細長い形状となるように、得られた太陽電池セルを切断する工程をさらに備えていてもよい。この場合、一方の表面から順に、第１の電極層、ホール選択コンタクト層、ｐ型シリコン層、ｎ型シリコン層、エレクトロン選択コンタクト層及び第２の電極層の全てを備える様に切断する必要がある。

太陽電池セルを切断する工程によって、得られる太陽電池が細長い形状となればよく、例えば、その形状としては長手方向が１０ｍｍ以上１６０ｍｍ以下、幅方向が０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下、厚さが１５μｍ以上４００μｍ以下の範囲である事が好ましい。この厚さ方向に第１の電極層、ホール選択コンタクト層、ｐ型シリコン層、ｎ型シリコン層、エレクトロン選択コンタクト層、第２の電極層の全てが積層された状態となる様に切断すればよい。

太陽電池セルを切断する方法としては特に限定されないが、例えば、レーザーやダイシング等の任意の切断方法を用いることができる。

以上の方法により、本発明の細長い太陽電池セルを製造することができる。

以下に実施例及び比較例を示して本発明を具体的に説明する。但し、本発明は実施例に限定されない。

実施例１
ボロンのドーパント濃度５×１０^１６ｃｍ^−３、縦２０ｍｍ、横２０ｍｍ、厚み１０００μｍのｐ型シリコン基板とリンのドーパント濃度８×１０^１６ｃｍ^−３、縦２０ｍｍ、横２０ｍｍ、厚み１００μｍのｎ型シリコン層を準備した。

ｐ、ｎそれぞれのシリコン基板は片面が鏡面加工されているものを使用し、鏡面加工面が接合面となるように表面活性化接合装置内に設置した。

表面活性化接合装置内、真空下でＡｒプラズマ照射により鏡面加工面を活性化し、続けて両者を重ね合わせて加圧することでｐｎ接合シリコン基板を得た。

次にｐｎ接合シリコン基板のｐ型シリコン層側に真空蒸着装置を使用し、厚み１５ｎｍのＭｏＯ_３膜（仕事関数６．６ｅＶのホール選択コンタクト層）を形成し、続いてＭｏＯ_３膜の上に厚み１５０ｎｍのアルミニウム層（第１の電極層）を蒸着した。

次にｐｎ接合シリコン基板のｎ型シリコン層側に真空蒸着装置を使用し、厚み２０ｎｍのＣａ膜（仕事関数２．９ｅＶのエレクトロン選択コンタクト層）を形成し、続いてＣａ膜上に厚み１５０ｎｍのアルミニウム層（第２の電極層）を蒸着した。

これにより、順にアルミニウム層（第１の電極層）、ＭｏＯ_２膜（ホール選択コンタクト層）、ｐ型シリコン層、ｎ型シリコン層、Ｃａ膜（エレクトロン選択コンタクト層）、アルミニウム層（第２の電極層）が積層されたセルを得た。

得られたセルをレーザーカットで２００μｍ幅にカットした。得られた細長いセル（長手方向２０ｍｍ、幅方向１．１ｍｍ、厚み２００μｍ）の電気特性をソーラーシミュレータ（分光計器社製CEP-2000LSK）で測定した結果、変換効率は１８．３２％であった。

実施例２
ボロンのドーパント濃度８×１０^１６ｃｍ^−３、縦２０ｍｍ、横２０ｍｍ、厚み１００μｍのｐ型シリコン層とリンのドーパント濃度５×１０^１６ｃｍ^−３、縦２０ｍｍ、横２０ｍｍ、厚み１０００μｍのｎ型シリコン層とを準備した。

ｐ、ｎそれぞれのシリコン基板は片面が鏡面加工されているものを使用し、鏡面加工面が接合面となるように表面活性化接合装置内に設置した。

表面活性化接合装置内、真空下でＡｒプラズマ照射により鏡面加工面を活性化し、続けて両者を重ね合わせ加圧することでｐｎ接合シリコン基板を得た。

次にｐｎ接合シリコン基板のｐ型シリコン層側に真空蒸着装置を使用し、厚み１５ｎｍのＶ_２Ｏ_５膜（仕事関数５．１ｅＶのホール選択コンタクト層）を形成し、続いてＶ_２Ｏ_５膜の上に厚み１５０ｎｍのアルミニウム層（第１の電極層）を蒸着した。

次にｐｎ接合シリコン基板のｎ型シリコン層側に真空蒸着装置を使用し、厚み２０ｎｍのＣａ膜（仕事関数２．９ｅＶのエレクトロン選択コンタクト層）を形成し、続いてＣａ膜上に厚み１５０ｎｍのアルミニウム層（第２の電極層）を蒸着した。

これにより、順にアルミニウム層（第１の電極層）、Ｖ_２Ｏ_５膜（ホール選択コンタクト層）、ｐ型シリコン層、ｎ型シリコン層、Ｃａ膜（エレクトロン選択コンタクト層）、アルミニウム層（第２の電極層）が積層されたセルを得た。

セルの切断および電気特性の測定は実施例１と同様で行った。得られた細長いセル（長手方向２０ｍｍ、幅方向１．１ｍｍ、厚み２００μｍ）の電気特性を測定した結果、変換効率は１８．９３％であった。

比較例１
ボロンのドーパント濃度５×１０^１７ｃｍ^−３、縦２０ｍｍ、横２０ｍｍ、厚み１０００μｍのｐ型シリコン層を準備した。次に、イオン注入法により基板の片側の面にリンを５×１０^１９ｃｍ^−３、厚み２μｍとなるように拡散させｎ＋層を形成した。

次にｎ層を形成した面とは反対側の面にボロンを５×１０^１９ｃｍ^−３、厚み２μｍとなるようにイオン注入法によりｐ＋層を形成した。

電極層１及び電極層２の形成、セルの切断及び電気特性の測定は実施例１と同様で行った。得られた細長いセル（長手方向２０ｍｍ、幅方向１ｍｍ、厚み２００μｍ）の電気特性を測定した結果、変換効率は１７．５５％であった。

比較例２
ボロンのドーパント濃度５×１０^１６ｃｍ^−３、縦２０ｍｍ、横２０ｍｍ、厚み１０００μｍのｐ型シリコン層とリンのドーパント濃度８×１０^１６ｃｍ^−３、縦２０ｍｍ、横２０ｍｍ、厚み１００μｍのｎ型シリコン層を準備した。

ｐ、ｎそれぞれのシリコン基板は片面が鏡面加工されているものを使用し、鏡面加工面が接合面となるように表面活性化接合装置内に設置した。

表面活性化接合装置内、真空下でＡｒプラズマ照射により鏡面加工面を活性化し、続けて両者を重ね合わせ加圧することでｐｎ接合シリコン基板を得た。

次にｐｎ接合シリコン基板のｐ型シリコン層側に真空蒸着装置を使用し、厚み１５ｎｍのＣａ膜（仕事関数２．９ｅＶ）を形成し、続いてＣａ膜の上に厚み１５０ｎｍのアルミニウム層（第１の電極層）を蒸着した。

次にｐｎ接合シリコン基板のｎ型シリコン層側に真空蒸着装置を使用し、厚み２０ｎｍのＣａ膜（仕事関数２．９ｅＶ）を形成し、続いてＣａ膜上に厚み１５０ｎｍのアルミニウム層（第２の電極層）を蒸着した。

これにより、順にアルミニウム層（第１の電極層）、Ｃａ膜、ｐ型シリコン層、ｎ型シリコン層、Ｃａ膜、アルミニウム層（第２の電極層）が積層されたセルを得た。

セルの切断及び電気特性の測定は実施例１と同様で行った。得られた細長いセル（長手方向２０ｍｍ、幅方向１．１ｍｍ、厚み２００μｍ）の電気特性を測定した結果、変換効率は０．２５％であった。

比較例３
ボロンのドーパント濃度５×１０^１６ｃｍ^−３、縦２０ｍｍ、横２０ｍｍ、厚み１０００μｍのｐ型シリコン層とリンのドーパント濃度８×１０^１６ｃｍ^−３、縦２０ｍｍ、横２０ｍｍ、厚み１００μｍのｎ型シリコン層を準備した。

ｐ、ｎそれぞれのシリコン基板は片面が鏡面加工されているものを使用し、鏡面加工面が接合面となるように表面活性化接合装置内に設置した。

表面活性化接合装置内、真空下でＡｒプラズマ照射により鏡面加工面を活性化し、続けて両者を重ね合わせ加圧することでｐｎ接合シリコン基板を得た。

次にｐｎ接合シリコン基板のｐ型シリコン層側に真空蒸着装置を使用し、厚み１５ｎｍのＶ_２Ｏ_５膜（仕事関数５．１ｅＶ）を形成し、続いてＶ_２Ｏ_５膜の上に厚み１５０ｎｍのアルミニウム層（第１の電極層）を蒸着した。

次にｐｎ接合シリコン基板のｎ型シリコン層側に真空蒸着装置を使用し、厚み２０ｎｍのＶ_２Ｏ_５膜（仕事関数５．１ｅＶ）を形成し、続いてＶ_２Ｏ_５膜上に厚み１５０ｎｍのアルミニウム層（第２の電極層）を蒸着した。

これにより、順にアルミニウム層（第１の電極層）、Ｖ_２Ｏ_５膜、ｐ型シリコン層、ｎ型シリコン層、Ｖ_２Ｏ_５膜、アルミニウム層（第２の電極層）が積層されたセルを得た。

セルの切断及び電気特性の測定は実施例１と同様で行った。得られた細長いセル（長手方向２０ｍｍ、幅方向１．１ｍｍ、厚み２００μｍ）の電気特性を測定した結果、変換効率は０．１３％であった。

以上の実施例及び比較例の結果から明らかな通り、一方の表面から順に、第１の電極層、ホール選択コンタクト層、ｐ型シリコン層、ｎ型シリコン層、エレクトロン選択コンタクト層及び第２の電極層を備え、ホール選択コンタクト層は仕事関数が５ｅＶ以上の材料からなり、エレクトロン選択コンタクト層は仕事関数が４ｅＶ以下の材料からなる細長い太陽電池セルを用いることにより、高い変換効率を得ることができる。

１０：第１の電極層
２０：ホール選択コンタクト層
３０：ｐ型シリコン層
４０：ｎ型シリコン層
５０：エレクトロン選択コントクト層
６０：第２の電極層
７２：ｐ＋層
７４：ｎ＋層
８２、８４：トンネリング層
９２、９４：反射防止層

Claims (5)

1. 細長い太陽電池セルであって、
   （１）前記セルは、一方の表面から順に、第１の電極層、ホール選択コンタクト層、ｐ型シリコン層、ｎ型シリコン層、エレクトロン選択コンタクト層及び第２の電極層を備え、
   （２）前記ホール選択コンタクト層は仕事関数が５ｅＶ以上の材料からなり、前記エレクトロン選択コンタクト層は仕事関数が４ｅＶ以下の材料からなる、
   ことを特徴とする細長い太陽電池セル。
2. 前記ホール選択コンタクト層を形成する前記材料は、ＭｏＯ_２、ＭｏＯ_３、ＶＯ、Ｖ_２Ｏ_５、ＷＯ_２、ＷＯ_３、Ｗ_２Ｏ_３、ＭｇＯ、Ｌｉ_２Ｏ、ＬｉＯ及びＰＥＤＯＴ：ＰＳＳからなる群から選択される一種以上である、請求項１に記載の細長い太陽電池セル。
3. 前記エレクトロン選択コンタクト層を形成する前記材料は、ＬｉＦ、ＬｉＦ_２、ＫＦ、ＫＦ_２、ＣｓＦ、Ｃａ、ＴｉＯ_２からなる群から選択される一種以上である、請求項１又は２に記載の細長い太陽電池セル。
4. 前記第１の電極層の厚さが１００ｎｍ以上１ｍｍ以下、前記ホール選択コンタクト層の厚さが１ｎｍ以上１００ｎｍ以下、前記ｐ型シリコン層の厚さが２０μｍ以上２０００μｍ以下、前記ｎ型シリコン層の厚さが２０μｍ以上２０００μｍ以下、前記エレクトロン選択コンタクト層の厚さが１ｎｍ以上１００ｎｍ以下、前記第２の電極層の厚さが１００ｎｍ以上１ｍｍ以下である、請求項１〜３のいずれかに記載の細長い太陽電池セル。
5. 細長い太陽電池セルの製造方法であって、
   （１）ｐ型シリコン層の裏面とｎ型シリコン層の裏面とを表面活性化接合法により接合する工程と、
   （２）前記ｐ型シリコン層の表面に仕事関数が５ｅＶ以上の材料を積層することによりホール選択コンタクト層を形成する工程と、
   （３）前記ｎ型シリコン層の表面に仕事関数が４ｅＶ以下の材料を積層することによりエレクトロン選択コンタクト層を形成する工程と、
   （４）前記ホール選択コンタクト層の表面に第１の電極層を形成する工程と、
   （５）前記エレクトロン選択コンタクト層の表面に第２の電極層を形成する工程と、
   を備えることを特徴とする、細長い太陽電池セルの製造方法。