JP2020161643A - 太陽電池セルおよび太陽電池モジュール - Google Patents

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Abstract

【課題】向上された発電特性を有する太陽電池セルおよび太陽電池モジュールを提供する。【解決手段】太陽電池セル１０は、第１主面２１および第２主面２２を有する第１導電型の半導体基板２０と、第１主面２１上に配置される第１導電型の第１半導体層３０と、第２主面２２上に配置され第２導電型の第２半導体層４０とを備え、半導体基板２０は、第１導電型の第１不純物領域２３と、第１不純物領域２３と第１半導体層３０との間に配置される第１導電型の第２不純物領域２４と、第１不純物領域２３と第２半導体層４０との間に配置される第１導電型の第３不純物領域２５とを含み、第２不純物領域２４の第１導電型の不純物濃度は第３不純物領域２５の第１導電型の不純物濃度より高く、第３不純物領域２５の１導電型の不純物濃度は第１不純物領域２３の第１導電型の不純物濃度より高い。【選択図】図３

Description

本発明は、太陽電池セルおよび太陽電池モジュールに関する。
太陽電池は、クリーンで無尽蔵に供給される太陽光を直接電気に変換するため、新しい
エネルギー源として期待されている。
国際公開第２０１６/１９４３０１号
太陽電池の発電特性をさらに向上したいという要望がある。本発明の目的は、向上された発電特性を有する太陽電池セルおよび太陽電池モジュールを提供することである。
上記目的を達成するために、本発明に係る太陽電池セルの一態様は、第１主面および前記第１主面に背向する第２主面を有する第１導電型の半導体基板と、前記第１主面上に配置された前記第１導電型の第１半導体層と、前記第２主面上に配置された前記第１導電型とは異なる第２導電型の第２半導体層と、を備え、前記半導体基板は、前記第１導電型の第１不純物領域と、前記第１不純物領域と前記第１半導体層との間に配置された前記第１導電型の第２不純物領域と、前記第１不純物領域と前記第２半導体層との間に配置された前記第１導電型の第３不純物領域と、を含み、前記第２不純物領域の前記第１導電型の不純物濃度は、前記第３不純物領域の前記第１導電型の不純物濃度より高く、前記第３不純物領域の前記第１導電型の不純物濃度は、前記第１不純物領域の前記第１導電型の不純物濃度より高い。
また、本発明に係る太陽電池セルの一態様は、受光面および裏面を有する第１導電型の半導体基板と、前記裏面の第１領域上に配置された前記第１導電型の第１半導体層と、前記裏面の前記第１領域とは異なる第２領域上に配置された、前記第１導電型とは異なる第２導電型の第２半導体層と、を備え、前記半導体基板は、第１導電型の第１不純物領域と、前記第１不純物領域および前記第１半導体層の間に配置される前記第１導電型の第２不純物領域と、前記第１不純物領域および前記第２半導体層の間に配置される前記第１導電型の第３不純物領域と、を含み、前記第２不純物領域の前記第１導電型の不純物濃度は、前記第３不純物領域の前記第１導電型の不純物濃度より高く、前記第３不純物領域の前記第１導電型の不純物濃度は、前記第１不純物領域の前記第１導電型の不純物濃度より高い。
本発明によれば、向上された発電特性を有する太陽電池セルおよび太陽電池モジュールを提供することができる。
実施の形態１に係る太陽電池セルの構造を示す断面図である。 実施の形態１に係る太陽電池セルの構造を示す受光面側の平面図である。 実施の形態１に係る半導体基板の不純物濃度プロファイルを示す図である。 実施の形態２に係る太陽電池セルの構造を示す断面図である。 変形例１に係る半導体基板の不純物濃度プロファイルを示す図である。 変形例２に係る半導体基板の不純物濃度プロファイルを示す図である。 変形例３に係る半導体基板の不純物濃度プロファイルを示す図である。 実施の形態３に係る太陽電池モジュールの構造を示す断面図である。 実施の形態３に係る太陽電池モジュールを受光面から見た平面図である。 実施の形態に係る太陽電池セルの製造方法を示す図である。
以下では、本発明の実施の形態に係る太陽電池セルおよび太陽電池モジュールについて、図面を用いて詳細に説明する。以下に説明する実施の形態は、いずれも本発明の好ましい一具体例を示すものである。したがって、以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置、接続形態および工程などは、一例であり、本発明を限定する趣旨ではない。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。
各図は模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。また、各図において、同じ構成部材については同じ符号を付している。
本明細書において、太陽電池セルの「表面」とは、その反対側の面である「裏面」に比べ、光が多く内部へ入射可能な面を意味（５０％超過〜１００％の光が表面から内部に入射する）し、「裏面」側から光が内部に全く入らない場合も含む。また太陽電池モジュールの「表面」とは、太陽電池セルの「表面」側の光が入射可能な面を意味し、太陽電池モジュールの「裏面」とは、その反対側の面を意味する。また、「第１の部材上に第２の部材を設ける」などの記載は、特に限定を付さない限り、第１および第２の部材が直接接触して設けられる場合のみを意図しない。即ち、この記載は、第１および第２の部材の間に他の部材が存在する場合を含む。また、「略＊＊」との記載は、「略同一」を例に挙げて説明すると、全く同一はもとより、実質的に同一と認められるものを含む意図である。
（実施の形態１）
［１．１ 実施の形態１に係る太陽電池セルの構成］
実施の形態１に係る太陽電池セル１０の概略構成について、図１〜図３を参照しながら説明する。図１は、実施の形態１に係る太陽電池セル１０の構造を示す断面図である。図２は、実施の形態１に係る太陽電池セル１０の構造を示す受光面側の平面図である。図３は、実施の形態１に係る半導体基板２０の不純物濃度プロファイルを示す図である。図１は、図２のＡ−Ａ´線に沿う断面図である。
太陽電池セル１０は、互いに背向する受光面および裏面を有する。太陽電池セル１０の受光面は太陽光が主に入射する面を意味し、裏面は受光面と背向する面を意味する。
太陽電池セル１０は、半導体基板２０を備える。半導体基板２０は、互いに背向する第１主面２１および第２主面２２を有する。本実施の形態では、第１主面２１は受光面側の面であり、第２主面２２は裏面側の面である場合の例について説明する。半導体基板２０は、光を受けることによってキャリアを生成する。ここで、キャリアとは、半導体基板２０に光が吸収されることによって生成される電子および正孔のことである。半導体基板２０は、ｎ型またはｐ型の第１導電型を有する。入射光の利用効率を高めるため、半導体基板２０の第１主面２１は、複数の凹凸を有するテクスチャ構造を有することが好ましい。一方、半導体基板２０の第２主面２２は、複数の凹凸を有するテクスチャ構造を有してもよく、テクスチャ構造を有さず平坦面であってもよい。テクスチャ構造の高さは、例えば、１〜２０μｍであり、２〜８μｍが好ましい。
半導体基板２０として、例えば、単結晶シリコン基板または多結晶シリコン基板などの結晶性シリコン基板を使用できる。また、半導体基板２０として、結晶性シリコン基板以外を使用することもできる。例えば、ゲルマニウム（Ｇｅ）半導体基板、シリコンカーバイト（ＳｉＣ）およびシリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）に代表される４族−４族化合物半導体基板、または、砒化ガリウム（ＧａＡｓ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）およびリン化インジウム（ＩｎＰ）に代表される３族−５族化合物半導体基板などの、一般的な半導体基板を使用できる。
本実施の形態では、半導体基板２０として単結晶シリコン基板を使用し、第１導電型がｎ型であり、第１導電型とは異なる第２導電型がｐ型である場合の例について説明する。半導体基板２０の厚みは、例えば、３０μｍ〜３００μｍであり、５０μｍ〜１５０μｍが好ましい。また、半導体基板２０には、第１導電型の不純物として、例えば、リン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）またはアンチモン（Ｓｂ）などのドーパントが添加される。
半導体基板２０のテクスチャ構造は、例えば、半導体基板２０の特定の面方位に相当する面を斜面とした四角錐を二次元に配列した凹凸構造である。半導体基板２０の第１主面２１と第２主面２２にテクスチャ構造を設けることによって、太陽電池セル１０に入射する光を複雑に反射・回折させ、入射する光の利用効率を高めることができる。
太陽電池セル１０は、半導体基板２０の第１主面２１上に、半導体基板２０と同じ導電型である第１導電型の第１半導体層３０を有する。また、太陽電池セル１０は、半導体基板２０の第２主面２２上に、半導体基板２０と異なる導電型である第２導電型の第２半導体層４０を有する。第１半導体層３０は、表面電界効果により、半導体基板２０の第１主面２１およびその近傍におけるキャリア再結合を抑制することができる。第２半導体層４０は、半導体基板２０とｐｎ接合を形成し、キャリア分離により起電力を生じさせることができる。
半導体基板２０は、第１導電型の第１不純物領域２３を有する。第１不純物領域２３の第１導電型の不純物濃度は、例えば、５×１０１３ｃｍ−３〜１×１０１７ｃｍ−３であり、５×１０１４ｃｍ−３〜２×１０１６ｃｍ−３程度が好ましい。
また、半導体基板２０は、第１不純物領域２３と第１半導体層３０との間に、第１導電型の第２不純物領域２４を有する。第２不純物領域２４の厚みは、例えば、１ｎｍ〜１μｍであり、１０ｎｍ〜１００ｎｍが好ましく、２０ｎｍ〜８０ｎｍがさらに好ましい。第２不純物領域２４の第１導電型の不純物濃度は、例えば、１×１０１７ｃｍ−３〜１×１０２０ｃｍ−３であり、５×１０１７ｃｍ−３〜１×１０１９ｃｍ−３が好ましい。
また、半導体基板２０は、第１不純物領域２３と第２半導体層４０との間に、第１導電型の第３不純物領域２５を有する。第３不純物領域２５の厚みは、例えば、１ｎｍ〜１μｍであり、１０ｎｍ〜１００ｎｍが好ましく、２０ｎｍ〜８０ｎｍがさらに好ましい。第３不純物領域２５の第１導電型の不純物濃度は、例えば、１×１０１７ｃｍ−３〜１×１０２０ｃｍ−３であり、５×１０１７ｃｍ−３〜１×１０１９ｃｍ−３が好ましい。
ここで、第２不純物領域２４および第３不純物領域２５の第１導電型の不純物濃度は、第１不純物領域２３の第１導電型の不純物濃度よりも高い。第２不純物領域２４の第１導電型の不純物濃度は、第３不純物領域２５の第１導電型の不純物濃度よりも高い。
第１導電型の半導体基板２０の第１主面２１上に第１導電型の第１半導体層３０を設けると、表面電界効果によって、半導体基板２０と第１半導体層３０との間の接合界面およびその近傍におけるキャリア再結合を抑制できることが知られている。しかしながら、この手法によっても、キャリア再結合を完全に抑制できるわけではなく、更なるキャリア再結合の抑制が求められている。本発明は、半導体基板２０の第１主面２１側に、第２不純物領域２４を設けることにより表面電界効果を増大させ、半導体基板２０と第１半導体層３０との接合界面およびその近傍におけるキャリア再結合をさらに抑制し、発電特性を向上させることができる。
一方、半導体基板２０の第２主面２２側には、製造過程等で混入する第２導電型の不純物であるボロン（Ｂ）などによって、半導体基板２０の第２主面２２近傍の導電性が低下するという課題がある。即ち、半導体基板２０に元々添加されている第１導電型の不純物であるリン（Ｐ）などに対して、第２導電型の不純物であるボロン（Ｂ）などが混入し、半導体基板２０の第２主面２２近傍の抵抗性を著しく増大させ、発電特性を低下させることがある。なお、このように発電特性を低下させる原因となる製造過程で混入される不純物として、第２導電型の不純物だけでなく、水素、酸素、窒素やフッ素なども存在する。本発明は、半導体基板２０の第２主面２２側に第３不純物領域２５を設けることによって、このような半導体基板２０の第２主面近傍で生じる導電性の低下を抑制し、発電特性を向上させることができる。
第１導電型の半導体基板２０の第１主面２１上に第１導電型の第１半導体層３０を設けることによるキャリア再結合の抑制効果と、第２主面２２側に第３不純物領域２５を設けることによる第２主面近傍で生じる導電性の低下抑制効果とは、独立して得られる効果もある。ただし、第１主面２１側および第２主面２２側ともにそれぞれ好適条件の不純物領域を設けることで、第１主面２１側の表面再結合抑制効果を律速することなく第２主面２２側の導電性を改善するという相乗効果が得られ、それぞれ単独で得られる効果の和以上の発電特性の向上が可能となる。
本発明は、第１導電型の半導体基板２０の第１主面２１側の第２不純物領域２４および第２主面２２側の第３不純物領域２５の第１導電型の不純物濃度プロファイルについて、同じ不純物濃度プロファイルではなく、特徴的に異なる不純物濃度プロファイルを用いることで、好適な発電特性の向上を成すものである。
本実施の形態では、半導体基板２０が、図３に示す第１導電型の不純物濃度プロファイルを有する場合の例について説明する。半導体基板２０の第１導電型の不純物濃度プロファイルは、半導体基板２０の厚み方向（第１主面２１および第２主面２２に垂直な方向）に沿って、半導体基板２０の第１主面２１側から第２主面２２側に向けて、第２不純物領域２４、第１不純物領域２３および第３不純物領域２５をこの順番に有する。
第１不純物領域２３の第１導電型の不純物濃度は、例えば、５×１０１３ｃｍ−３〜１×１０１７ｃｍ−３であり、５×１０１４ｃｍ−３〜２×１０１６ｃｍ−３が好ましい。
第２不純物領域２４の拡散幅λ２は、例えば、１０ｎｍ〜１００ｎｍであり、２０ｎｍ〜８０ｎｍが好ましい。第２不純物領域２４のピーク濃度Ｐ２は、例えば、２×１０１８ｃｍ−３〜４×１０１９ｃｍ−３であり、３×１０１８ｃｍ−３〜３×１０１９ｃｍ−３が好ましい。第２不純物領域のドーズ量Ｄ２は、例えば、１×１０１３ｃｍ−２〜２×１０１４ｃｍ−２であり、３×１０１３ｃｍ−２〜１×１０１４ｃｍ−２が好ましい。
第３不純物領域２５の拡散幅λ３は、例えば、１０〜１００ｎｍであり、２０ｎｍ〜８０ｎｍが好ましい。第３不純物領域２５のピーク濃度Ｐ３は、例えば、１×１０１８〜２×１０１９ｃｍ−３であり、２×１０１８ｃｍ−３〜１．５×１０１９ｃｍ−３が好ましい。第３不純物領域２５のドーズ量Ｄ３は、例えば、５×１０１２ｃｍ−２〜１×１０１４ｃｍ−２であり、１×１０１３ｃｍ−２〜５×１０１３ｃｍ−２が好ましい。
本実施の形態では、第２不純物領域２４のピーク濃度Ｐ２は第３不純物領域２５のピーク濃度Ｐ３より高い。第２不純物領域２４のドーズ量Ｄ２は第３不純物領域２５のドーズ量Ｄ３より高い。また、第２不純物領域２４のピーク濃度Ｐ２は、第３不純物領域２５のピーク濃度Ｐ３より、例えば、２倍以上であるこが好ましい。第２不純物領域２４のドーズ量Ｄ２は、第３不純物領域２５のドーズ量Ｄ３より、例えば、一桁以上大きいことが好ましい。また、第２不純物領域２４の拡散幅λ２と第３不純物領域２５の拡散幅λ３とは略同じであってもよい。
ここで、第２不純物領域２４の拡散幅λ２とは、半導体基板２０の厚み方向に沿って、半導体基板２０の第１主面２１から、第２不純物領域２４の第１導電型の不純物濃度が第２不純物領域２４のピーク濃度Ｐ２から１／２だけ下がるまでの距離である。また、ピーク濃度Ｐ２が第１主面２１よりも半導体基板２０内に存在する場合、第２不純物領域２４の拡散幅λ２は、半導体基板２０の厚み方向に沿って、半導体基板２０の第１主面２１から、第２不純物領域２４の第１導電型のピーク濃度Ｐ２の位置を通り、第２不純物領域２４の第１導電型の不純物濃度が第２不純物領域２４のピーク濃度Ｐ２の１／２に下がるまでの距離である。
また、第３不純物領域２５の拡散幅λ３とは、半導体基板２０の厚み方向に沿って、半導体基板２０の第２主面２２から、第３不純物領域２５の第１導電型の不純物濃度が第３不純物領域２５のピーク濃度Ｐ３から１／２だけ下がるまでの距離である。また、ピーク濃度Ｐ３が第２主面２２よりも半導体基板２０内に存在する場合、第３不純物領域２５の拡散幅λ３は、半導体基板２０の厚み方向に沿って、半導体基板２０の第２主面２２から、第３不純物領域２５の第１導電型のピーク濃度Ｐ３の位置を通り、第３不純物領域２５の第１導電型の不純物濃度が第３不純物領域２５のピーク濃度Ｐ３の１／２に下がるまでの距離である。
また、第２不純物領域２４のドーズ量Ｄ２とは、半導体基板２０の厚み方向に沿って、第１主面２１から第２不純物領域２４の拡散幅λ２までの距離における、第１主面２１を平面視した場合における単位面積あたりの第１導電型の不純物の総量である。第３不純物領域２５のドーズ量Ｄ３とは、半導体基板２０の厚み方向に沿って、第２主面２２から第３不純物領域２５の拡散幅λ３までの距離における、第２主面２２を平面視した場合における単位面積あたりの第１導電型の不純物の総量である。
本実施の形態では、図１に示すとおり、半導体基板２０の第１主面２１の全域または略全域上には、半導体基板２０と同じ第１導電型である第１半導体層３０が設けられる。第１半導体層３０は、半導体基板２０との接合界面またはその付近におけるキャリアの再結合を抑制する機能を有する。本実施の形態では、第１半導体層３０として、非晶質シリコン層３０ａを使用する。また、非晶質シリコン層３０ａは、真性非晶質シリコン層３０ｉと、第１導電型の第１導電型非晶質シリコン層３０ｎとを、半導体基板２０の第１主面２１からこの順番に積層した積層構造を有する。真性非晶質シリコン層３０ｉは、半導体基板２０の第１主面２１上に設けられる。第１導電型非晶質シリコン層３０ｎは、真性非晶質シリコン層３０ｉ上に設けられる。本実施の形態では、半導体基板２０と第１半導体層３０との接合は、ヘテロ接合を構成する。
なお、本明細書における「略」とは、数値で表せる場合は、比較対象に対して±１０％の差異の範囲内であること意味する。
また、本明細書における「真性」とは、導電型不純物を含まない完全に真性である半導体に限られず、意図的に導電型不純物を混入させない半導体、または、製造過程等で混入する導電型不純物が存在する半導体を含む意味である。さらに、微量の導電型不純物が意図的または意図せずに添加される場合、その濃度が、例えば、５×１０１８ｃｍ−３以下となるように形成される半導体をも含むものである。また、本明細書における「非晶質」とは、非晶質部分と結晶質部分との双方を含むように構成されてもよい。
第１導電型非晶質シリコン層３０ｎは、半導体基板２０と同じ第１導電型の不純物を含有する。第１導電型非晶質シリコン層３０ｎには、第１導電型の不純物として、例えば、リン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）またはアンチモン（Ｓｂ）等のドーパントが添加される。第１導電型非晶質シリコン層３０ｎの第１導電型の不純物濃度は、例えば、５×１０１９ｃｍ−３以上であり、５×１０２０ｃｍ−３以上かつ５×１０２１ｃｍ−３以下であることが好ましい。
第１半導体層３０の厚みは、半導体基板２０の第１主面２１におけるキャリアの再結合を十分に抑制できる程度に厚くし、一方、第１半導体層３０による入射光の吸収をできるだけ低く抑えられる程度に薄くすることが好ましい。第１半導体層３０の厚みは、例えば、２ｎｍ〜７５ｎｍである。さらに具体的には、真性非晶質シリコン層３０ｉの厚みは、例えば、１ｎｍ〜２５ｎｍであり、２ｎｍ〜５ｎｍであることが好ましい。また、第１導電型非晶質シリコン層３０ｎの厚みは、例えば、１ｎｍ〜５０ｎｍであり、２ｎｍ〜１０ｎｍであることが好ましい。
本実施の形態では、図１に示すとおり、半導体基板２０の第２主面２２の全域または略全域上には、半導体基板２０と異なる第２導電型である第２半導体層４０が設けられる。第２半導体層４０は、半導体基板２０との接合界面におけるキャリアの再結合を抑制する機能と、半導体基板とｐｎ接合を形成してキャリアを分離する機能を有する。本実施の形態では、第２半導体層４０として、非晶質シリコン層４０ａを使用する。また、非晶質シリコン層４０ａは、真性非晶質シリコン層４０ｉと、第２導電型の第２導電型非晶質シリコン層４０ｐとを、半導体基板２０の第２主面２２からこの順番に積層した積層構造を有する。真性非晶質シリコン層４０ｉは、半導体基板２０の第２主面２２上に設けられる。第２導電型非晶質シリコン層４０ｐは、真性非晶質シリコン層４０ｉ上に設けられる。本実施の形態では、半導体基板２０と第２半導体層４０との接合は、ヘテロ接合を構成する。
第２導電型非晶質シリコン層４０ｐは、半導体基板２０と異なる第２導電型の不純物を含有する。第２導電型非晶質シリコン層４０ｐには、第２導電型の不純物として、例えば、ボロン（Ｂ）等のドーパントが添加される。第２導電型非晶質シリコン層４０ｐの第２導電型の不純物濃度は、例えば、１×１０１９ｃｍ−３以上であり、５×１０２０ｃｍ−３以上かつ５×１０２１ｃｍ−３以下であることが好ましい。
第２半導体層４０の厚みは、半導体基板２０の第２主面２２における光キャリアの再結合を十分に抑制できる程度に厚くすることが好ましい。第２半導体層４０の厚みは、例えば、２ｎｍ〜７５ｎｍである。さらに具体的には、真性非晶質シリコン層４０ｉの厚みは、例えば、１ｎｍ〜２５ｎｍであり、２ｎｍ〜５ｎｍであることが好ましい。また、第２導電型非晶質シリコン層４０ｐの厚みは、例えば、１ｎｍ〜５０ｎｍであり、２ｎｍ〜１０ｎｍであることが好ましい。
なお、光キャリアの再結合を抑制する効果を高めるために、真性非晶質シリコン層（３０ｉ、４０ｉ）、第１導電型非晶質シリコン層３０ｎおよび第２導電型非晶質シリコン層４０ｐのそれぞれは、水素（Ｈ）を含有させることが好ましい。また、真性非晶質シリコン層（３０ｉ、４０ｉ）、第１導電型非晶質シリコン層３０ｎおよび第２導電型非晶質シリコン層４０ｐのそれぞれは、水素（Ｈ）に加えて、酸素（Ｏ）、炭素（Ｃ）またはゲルマニウム（Ｇｅ）を含有させてもよい。また、半導体基板２０と非晶質シリコン層（３０ａ、４０ａ）との間に、酸化物シリコン層を有してもよい。
なお、第１半導体層３０および第２半導体層４０は、上述の構成のみに限定されるものではない。第１半導体層３０および第２半導体層４０のそれぞれは、単結晶シリコン、多結晶シリコンおよび微結晶シリコンの少なくとも一つを含む、導電型を有する半導体層であってもよい。また、この半導体層と、酸素（Ｏ）および窒素（Ｎ）の少なくとも一方を含有するシリコン化合物、または、酸素（Ｏ）および窒素（Ｎ）の少なくとも一方を含有するアルミニウム化合物等の絶縁層とを、半導体基板２０の第１主面２１または第２主面２２からこの順番に積層した構造であってもよい。この積層構造を採用する場合、絶縁層の膜厚は、トンネル電流が流れる程度であることが好ましく、例えば、０．５ｎｍ〜１０ｎｍである。
図１に示すとおり、太陽電池セル１０は、第１電極５０および第２電極６０を有する。第１電極５０と第２電極６０とは互いに離間し、電気的に分離される。第１電極５０は、第１半導体層３０上に設けられ、第１半導体層３０と電気的に接続される。一方、第２電極６０は、第２半導体層４０上に設けられ、第２半導体層４０と電気的に接続される。本実施の形態では、第１電極５０がｎ側電極であり、第２電極６０がｐ側電極である場合の例について説明する。ｎ側電極は半導体基板２０で生成される電子を収集し、ｐ側電極は半導体基板２０で生成される正孔を収集する。
本実施の形態では、第１電極５０は、第１透明導電膜５０ｔと、透明でない第１金属電極５０ｍとを、第１半導体層３０上からこの順番に積層した構造を有する。第１透明導電膜５０ｔは、第１半導体層３０上に設けられる。第１透明導電膜５０ｔ上に設けられる。第１金属電極５０ｍは、図２に示すように、第１バスバー電極５１ｍと複数の第１フィンガー電極５２ｍから構成される。一方、第２電極６０は、第２透明導電膜６０ｔと、透明でない第２金属電極６０ｍとを、第２半導体層４０上からこの順番に積層した構造を有する。第２透明導電膜６０ｔは、第２半導体層４０上に設けられる。第２金属電極６０ｍは、第２透明導電膜６０ｔ上に設けられる。第２金属電極６０ｍは、第２バスバー電極６１ｍ（図示せず）と複数の第２フィンガー電極６２ｍ（図示せず）から構成される。
図１に示すとおり、第１透明導電膜５０ｔは、第１半導体層３０の全域または略全域上に設けられる。また、第２透明導電膜６０ｔは、第２半導体層４０の全域または略全域上に設けられる。なお、第１電極５０および第２電極６０は、それぞれ第１透明導電膜５０ｔおよび第２透明導電膜６０ｔを有さず、第１金属電極５０ｍおよび第２金属電極６０ｍが、それぞれ第１半導体層３０および第２半導体層４０と直接的に接続されてもよい。
第１透明導電膜５０ｔおよび第２透明導電膜６０ｔは、例えば、酸化インジウム（Ｉｎ２Ｏ３）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化錫（ＳｎＯ２）または酸化チタン（ＴｉＯ２）等の金属酸化物を少なくとも一つ含んでいる。また、これらの金属酸化物に錫（Ｓｎ）、亜鉛（Ｚｎ）、タングステン（Ｗ）、アンチモン（Ｓｂ）、チタン（Ｔｉ）、セリウム（Ｃｅ）またはガリウム（Ｇａ）等の元素が添加されてもよい。透明電極膜（５０ｔ、６０ｔ）の厚みは、例えば、３０〜２００μｍであり、４０〜９０μｍが好ましい。
図２に示すとおり、第１バスバー電極５１ｍは、複数の第１フィンガー電極５２ｍと電気的に接続され、複数の第１フィンガー電極５２ｍに交差して配置される。一方、第２バスバー電極６１ｍは、複数の第２フィンガー電極６２ｍと電気的に接続され、複数の第２フィンガー電極６２ｍに交差して配置される。第１バスバー電極５１ｍおよび第２バスバー電極６１ｍは、例えば、複数本の線状電極である。複数の第１フィンガー電極５２ｍおよび複数の第２フィンガー電極６２ｍは、例えば、互いに並んで平行に配置される複数本の細線状電極である。なお、第１金属電極５０ｍおよび第２金属電極６０ｍは、それぞれ第１バスバー電極５１ｍおよび第２バスバー電極６１ｍを有さなくともよい。第１バスバー電極５１ｍ、第２バスバー電極６１ｍ、第１フィンガー電極５２ｍおよび第２フィンガー電極６２ｍの厚みは、例えば、１０μｍ〜５０μｍである。第１バスバー電極５１ｍおよび第２バスバー電極６１ｍの幅は、例えば、１００μｍ〜２ｍであり、第１フィンガー電極５２ｍおよび第２フィンガー電極６２ｍの幅は、例えば、２０μｍ〜３００μｍである。
第１金属電極５０ｍと第２金属電極６０ｍのそれぞれは、例えば、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、金（Ａｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、錫（Ｓｎ）またはクロム（Ｃｒ）等の金属、または、これらの金属の少なくとも１つを含む合金により構成される。第１金属電極５０ｍおよび第２金属電極６０ｍのそれぞれは、単層で構成されてもよく、複数層で構成されてもよい。
太陽電池セル１０を平面視した場合、第１金属電極５０ｍの面積は第２金属電極６０ｍの面積よりも小さいことが好ましい。また、第１フィンガー電極５２ｍの本数は第２フィンガー電極６２ｍの本数よりも少ないことが好ましい。また、第２金属電極６０ｍは、第２フィンガー電極６２ｍに替えて、第２半導体層４０または第２透明導電膜６０ｔの全域または略全域を覆う金属膜を有してもよい。
以上のように、本発明の一様態に係る太陽電池セル１０は、第１主面２１および第２主面２２を有する第１導電型を有する半導体基板２０と、第１主面２１上に配置された第１導電型の第１半導体層３０と、第２主面２２上に配置された第２導電型の第２半導体層４０と、を備え、半導体基板２０は、第１導電型の第１不純物領域２３と、第１不純物領域２３と第１半導体層３０との間に配置される第１導電型の第２不純物領域２４と、第１不純物領域２３と第２半導体層４０との間に配置される第１導電型の第３不純物領域２５と、を含み、第２不純物領域２４の第１導電型の不純物濃度は、第３不純物領域２５の第１導電型の不純物濃度より高く、第３不純物領域２５の１導電型の不純物濃度は、第１不純物領域２３の第１導電型の不純物濃度より高い。
［１．２ 太陽電池セルの製造方法］
実施の形態１に係る太陽電池セル１０の製造方法について説明する。
本実施の形態では、まず半導体基板２０として、第１導電型の結晶性シリコン基板を準備する。半導体基板２０の第１導電型の不純物濃度は、例えば、５×１０１３ｃｍ−３〜１×１０１７ｃｍ−３であり、５×１０１４ｃｍ−３〜２×１０１６ｃｍ−３が好ましい。また、結晶性シリコン基板の第１主面および第２主面は、（１００）面である。
次に、半導体基板２０を異方性エッチングする。これにより、（１１１）面を斜面とした四角錐が二次元状に配列された凹凸構造を、半導体基板２０の第１主面２１および第２主面２２に形成する。
具体的には、まず、半導体基板２０を異方性エッチング液に浸漬する。異方性エッチング液は、例えば、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）、水酸化カリウム（ＫＯＨ）、および水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）の少なくとも１つを含むアルカリ水溶液である。次に、半導体基板２０を、等方性エッチング液に浸漬する。これにより、テクスチャ構造の頂点および谷部がアール形状に加工される。等方性エッチング液は、例えば、フッ酸（ＨＦ）と硝酸（ＨＮＯ３）との混合溶液、または、フッ酸（ＨＦ）と硝酸（ＨＮＯ３）と酢酸（ＣＨ３ＣＯＯＨ）との混合溶液である。テクスチャ構造の頂点および谷部をアール形状に加工することによって、太陽電池セル１０の接触割れを抑制することができる。
次に、半導体基板２０の第１主面２１側に第２不純物領域２４を形成し、第２主面２２側に第３不純物領域２５を形成する。第２不純物領域２４および第３不純物領域２５の第１導電型の不純物として、リン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）またはＳｂ（アンチモン）等を使用できる。第２不純物領域２４および第３不純物領域２５は、例えば、熱拡散法、プラズマドープ法、エピタキシャル成長法またはイオン注入法等により形成できる。
第２不純物領域２４および第３不純物領域２５の形成法として、熱拡散法を用いる場合、特にＰＯＣｌ３ガスを使用すると、半導体基板２０の第１主面２１側および第２主面２２側に欠陥の発生を抑制した状態で、第１導電型の不純物であるリン（Ｐ）を好適に添加できる。また、ＰＯＣｌ３ガスに替えて、ウェットプロセスで半導体基板２０の第１主面２１および第２主面２２上に形成した第１導電型の不純物であるリン（Ｐ）を含有する酸化膜を、第１導電型の不純物であるリン（Ｐ）ドーパントの拡散源として利用することもできる。
また、第２不純物領域２４および第３不純物領域２５の形成法として、プラズマドープ法を用いる場合、ホスフィン（ＰＨ３）を水素（Ｈ２）で希釈した原料ガスを使用でき、第１半導体層３０および第２半導体層４０をプラズマＣＶＤ法等の化学気相成長法で形成する製造方法において、製造コストの低減を図ることができる。
また、第２不純物領域２４および第３不純物領域２５の形成法として、エピタキシャル成長法を用いる場合、例えば熱拡散法を用いた場合と比べて、第２不純物領域２４および第３不純物領域２５の第１導電型の不純物濃度を、半導体基板２０と第１半導体層３０および第２半導体層４０との界面において、急峻に上昇させて、第２不純物領域２４全体および第３不純物領域２５全体で第１導電型の不純物濃度を容易に均一化できる。
また、第２不純物領域２４および第３不純物領域２５の形成法として、イオン注入法を用いる場合、イオン注入で生じた欠陥を低減するとともに注入したイオンを電気的に活性化するため、高温アニール等を用いる。
また、第２不純物領域２４および第３不純物領域２５の形成法として、熱拡散法、プラズマドープ法を用いた場合、半導体基板２０の第１主面２１および第２主面２２で第１導電型の不純物濃度が最も高くなり、第１主面および第２主面から離れるほど、第１導電型の不純物濃度が次第に低くなる濃度勾配が形成される。
また、第２不純物領域２４および第３不純物領域２５の形成法として、イオン注入法を用いた場合には、熱拡散法、プラズマドープ法と同様な濃度プロファイルを形成することも可能であるが、注入エネルギーおよび高温アニール条件の設定によっては、最表面の不純物濃度を下げることも可能で、高濃度不純物による表面再結合速度の低下を抑制することができる。
本実施の形態では、半導体基板２０の第２主面２２にのみバリア膜を形成した後、ＰＯＣｌ３ガスを使用した熱拡散法により半導体基板の第１主面２１側および第２主面２２側にリン（Ｐ）拡散を行う。第２主面２２に設けられたバリア膜によって、半導体基板２０の第１主面２１側に比べて第２主面２２側へのリン（Ｐ）拡散を抑制することができる。その結果、図３に示す不純物濃度プロファイルを有する半導体基板２０を得ることができる。なお、熱拡散の後、バリア膜の除去および半導体基板２０の表面清浄化のため、酸系洗浄液に浸漬することが好ましい。
バリア膜として、例えば、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、炭化シリコン膜、または、非晶質シリコン膜を使用できる。また、バリア膜の上に第１導電型の不純物を有する不純物膜を形成した後、不純物膜の有する第１導電型の不純物を、不純物膜からバリア膜を通して半導体基板２０に熱拡散させてもよい。
次に、半導体基板２０の第１主面２１および第２主面２２上に、非晶質シリコン層（３０、４０）を形成する。非晶質シリコン層（３０、４０）は、例えば、プラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法等のＣＶＤ法等により形成できる。真性非晶質シリコン層３０ｉは、シラン（ＳｉＨ４）を水素（Ｈ２）で希釈した原料ガスを用いて形成できる。第１導電型非晶質シリコン層３０ｎは、シラン（ＳｉＨ４）にホスフィン（ＰＨ３）を加え、水素（Ｈ２）で希釈した原料ガスを用いて形成できる。第２導電型非晶質シリコン層４０ｐは、シラン（ＳｉＨ４）にジボラン（Ｂ２Ｈ６）を加え、水素（Ｈ２）で希釈した原料ガスを用いて形成できる。
次に、第１半導体層３０および第２半導体層４０上に、透明導電膜（５０ｔ、６０ｔ）を形成する。透明導電膜（５０ｔ、６０ｔ）は、例えば、スパッタリング法、真空蒸着法またはＣＶＤ法等により形成できる。
次に、透明導電膜（５０ｔ、６０ｔ）上に、第１金属電極５０ｍおよび第２金属電極６０ｍを形成する。第１金属電極５０ｍおよび第２金属電極６０ｍは、例えば、Ａｇペースト等の導電性ペーストを用いてスクリーン印刷法により形成できる。スクリーン印刷法によって導電性ペーストを配置した後、乾燥又は焼結によって硬化させて形成できる。また、電解メッキ法または真空蒸着法等により形成することもできる。
本発明の一様態に係る太陽電池セルの製造方法は、半導体基板２０を準備する工程と、半導体基板２０の一主面上にバリア膜を形成する工程と、バリア膜の上に第１導電型の不純物を有する不純物膜を形成する工程と、第１導電型の不純物を不純物膜からバリア膜を通して半導体基板２０に熱拡散する工程と、を含む。
なお、本発明に係る太陽電池セルの製造方法は、実施の形態１に係る太陽電池セル１０の製造だけでなく、半導体基板の一主面側に第１導電型の不純物領域を備える太陽電池セルの製造一般に利用できる。
また、本発明に係る太陽電池セルの製造方法は、半導体基板の一主面側に第１導電型の不純物領域を形成する際、不純物領域の第１導電型の不純物濃度を低濃度に抑えたい場合に効果的である。例えば、半導体基板として単結晶シリコン基板を使用した場合、１×１０１８ｃｍ−３以下の不純物濃度を有する第１導電型の不純物領域を形成したい場合に効果的である。
（実施の形態２）
［２．１ 実施の形態２に係る太陽電池セルの構成］
図４は、実施の形態２に係る太陽電池セル１０Ａを示す断面図である。以下では、実施の形態１と同様の構成要素には同じ符号を用いて重複する説明を省略する。図４に示すとおり、本実施の形態に係る太陽電池セル１０Ａは、半導体基板２０の第２主面２２側のみに第１電極５０および第２電極６０を備える点で、半導体基板２０の第１主面２１および第２主面２２のそれぞれに第１電極５０および第２電極６０を備える実施の形態１に係る太陽電池セル１０と異なる。
太陽電池セル１０Ａは、第１導電型の半導体基板２０を有する。太陽電池セル１０Ａは、半導体基板２０の第１主面２１上に保護膜７０を備える。保護膜７０は、例えば、酸化シリコン、窒化シリコンおよび酸窒化シリコン等の絶縁物を主成分として構成される。
太陽電池セル１０Ａは、半導体基板２０の第２主面２２上の第１領域７１に第１導電型の第１半導体層３０を備える。また、太陽電池セル１０Ａは、半導体基板２０の第２主面２２上の第１領域７１とは異なる第２領域７２に第２導電型の第２半導体層４０を備える。
半導体基板２０は、第１導電型の第１不純物領域２３を有する。また、半導体基板２０は、第１不純物領域２３と第１半導体層３０との間に第１導電型の第２不純物領域２４を有する。さらに、半導体基板２０は、第１不純物領域２３と第２半導体層４０との間に第１導電型の第３不純物領域２５を有する。第２不純物領域２４および第３不純物領域２５の第１導電型の不純物濃度は、第１不純物領域２３の第１導電型の不純物濃度よりも高い。第２不純物領域２４の第１導電型の不純物濃度は、第３不純物領域２５の第１導電型の不純物濃度よりも高い。
太陽電池セル１０Ａは、第１半導体層３０の上に形成される第１電極５０と、第２半導体層４０の上に形成される第２電極６０とを備える。
以上のように、本発明の一様態に係る太陽電池セル１０Ａは、受光面および裏面を有する第１導電型の半導体基板２０と、裏面の第１領域７１上に配置される第１導電型の第１半導体層３０と、裏面の第２領域７２上に配置される第２導電型の第２半導体層４０と、を備え、半導体基板２０は、第１導電型の第１不純物領域２３と、第１不純物領域２３および第１半導体層３０の間に配置される第１導電型の第２不純物領域２４と、第１不純物領域２３および第２半導体層４０の間に配置される第１導電型の第３不純物領域２５と、を含み、第２不純物領域２４の第１導電型の不純物濃度は、第３不純物領域２５の第１導電型の不純物濃度より高く、第３不純物領域２５の第１導電型の不純物濃度は、第１不純物領域２３の第１導電型の不純物濃度より高い。
（変形例１）
［３．１ 変形例１に係る太陽電池セルの構成］
本変形例では、実施の形態１に係る太陽電池セル１０と同様の積層構造を有する太陽電池セルにおいて、半導体基板２０が図５に示す第１導電型の不純物濃度プロファイルを有する場合の例について説明する。つまり、半導体基板２０の第１導電型の不純物濃度プロファイルは、半導体基板２０の厚み方向に沿って、半導体基板２０の第１主面２１側から第２主面２２側に向けて、第２不純物領域２４、第１不純物領域２３および第３不純物領域２５をこの順番に有する。 第１不純物領域２３の第１導電型の不純物濃度は、例えば、５×１０１３ｃｍ−３〜１×１０１７ｃｍ−３であり、５×１０１４ｃｍ−３〜２×１０１６ｃｍ−３が好ましい。
第２不純物領域２４の拡散幅λ２は、例えば、３０ｎｍ〜１１０ｎｍであり、４０ｎｍ〜９０ｎｍが好ましい。第２不純物領域２４のピーク濃度Ｐ２は、例えば、２×１０１８ｃｍ−３〜４×１０１９ｃｍ−３であり、３×１０１８ｃｍ−３〜３×１０１９ｃｍ−３が好ましい。第２不純物領域のドーズ量Ｄ２は、例えば、１×１０１３ｃｍ−２〜２×１０１４ｃｍ−２であり、３×１０１３ｃｍ−２〜１×１０１４ｃｍ−２が好ましい。
第３不純物領域２５の拡散幅λ３は、例えば、２０ｎｍ〜１００ｎｍであり、２０ｎｍ〜８０ｎｍが好ましい。第３不純物領域２５のピーク濃度Ｐ３は、例えば、１×１０１８ｃｍ−３〜２×１０１９ｃｍ−３であり、２×１０１８ｃｍ−３〜１．５×１０１９ｃｍ−３が好ましい。第３不純物領域２５のドーズ量Ｄ３は、例えば、５×１０１２ｃｍ−２〜１×１０１４ｃｍ−２であり、１×１０１３〜５×１０１３ｃｍ−２が好ましい。
ここで、第２不純物領域２４の拡散幅λ２は第３不純物領域２５の拡散幅λ３より大きい。第２不純物領域２４のドーズ量Ｄ２は第３不純物領域２５のドーズ量Ｄ３より高い。また、第２不純物領域２４のピーク濃度Ｐ２と第３不純物領域２５のピーク濃度Ｐ３は略同じであってもよい。
［３．２ 変形例１に係る太陽電池セルの製造方法］
本変形例では、熱拡散法において半導体基板２０の第１主面２１と第２主面２２にかかる熱量を変化させて、拡散幅の異なる不純物領域を形成することができる。
（変形例２）
［４．１ 変形例２に係る太陽電池セルの構成］
本変形例では、実施の形態１に係る太陽電池セル１０と同様の積層構造を有する太陽電池セルにおいて、半導体基板２０が図６に示す第１導電型の不純物濃度プロファイルを有する場合の例について説明する。つまり、半導体基板２０の第１導電型の不純物濃度プロファイルは、半導体基板２０の厚み方向に沿って、半導体基板２０の第１主面２１側から第２主面２２側に向けて、第２不純物領域２４、第１不純物領域２３および第３不純物領域２５をこの順番に有する。
第１不純物領域２３の第１導電型の不純物濃度は、例えば、５×１０１３ｃｍ−３〜１×１０１７ｃｍ−３であり、５×１０１４ｃｍ−３〜５×１０１５ｃｍ−３が好ましい。
第２不純物領域２４の拡散幅λ２は、例えば、１ｎｍ〜５０ｎｍであり、１ｎｍ〜１０ｎｍが好ましい。第２不純物領域２４のピーク濃度Ｐ２は、例えば、４×１０１８ｃｍ−３〜８×１０１９ｃｍ−３であり、５×１０１８ｃｍ−３〜６×１０１９ｃｍ−３が好ましい。第２不純物領域のドーズ量Ｄ２は、例えば、２×１０１３ｃｍ−２〜４×１０１４ｃｍ−２であり、６×１０１３ｃｍ−２〜２×１０１４ｃｍ−２が好ましい。
第３不純物領域２５の拡散幅λ３は、例えば、２０ｎｍ〜１００ｎｍであり、２０ｎｍ〜８０ｎｍが好ましい。第３不純物領域２５のピーク濃度Ｐ３は、例えば、１×１０１８ｃｍ−３〜２×１０１９ｃｍ−３であり、２×１０１８ｃｍ−３〜１．５×１０１９ｃｍ−３が好ましい。第３不純物領域２５のドーズ量Ｄ３は、例えば、５×１０１２ｃｍ−２〜１×１０１４ｃｍ−２であり、１×１０１３ｃｍ−２〜５×１０１３ｃｍ−２が好ましい。
ここで、第２不純物領域２４の拡散幅λ２は第３不純物領域２５の拡散幅λ３より小さく、第２不純物領域２４のピーク濃度Ｐ２は第３不純物領域２５のピーク濃度Ｐ３より高い。第２不純物領域２４のドーズ量Ｄ２は第３不純物領域２５のドーズ量Ｄ３より高い。また、第２不純物領域２４のピーク濃度Ｐ２は、第３不純物領域２５のピーク濃度Ｐ３より、例えば、１桁以上大きいことが好ましい。第２不純物領域２４の拡散幅λ２は、第３不純物領域２５の拡散幅λ３に対して、例えば、半分以下であることが好ましい。
［４．２ 変形例２に係る太陽電池セルの製造方法］
本変形例では、半導体基板２０の第２主面２２側にのみ、熱拡散法により第３不純物領域を形成した後、半導体基板２０の第１主面２１側に、プラズマドープ法により第２不純物領域を形成できる。
（変形例３）
［５．１ 変形例３に係る太陽電池セルの構成］
本変形例では、実施の形態１に係る太陽電池セル１０と同様の積層構造を有する太陽電池セルにおいて、半導体基板２０が図７に示す第１導電型の不純物濃度プロファイルを有する場合の例について説明する。つまり、半導体基板２０の第１導電型の不純物濃度プロファイルは、半導体基板２０の厚み方向に沿って、半導体基板２０の第１主面２１側から第２主面２２側に向けて、第２不純物領域２４、第１不純物領域２３および第３不純物領域２５をこの順番に有する。
第１不純物領域２３の第１導電型の不純物濃度は、例えば、５×１０１３〜１×１０１７ｃｍ−３であり、５×１０１４〜２×１０１６ｃｍ−３程度が好ましい。第２不純物領域２４は、第２高不純物濃度プロファイル２４ｈと第２低不純物濃度プロファイル２４ｌとを組み合わせた不純物濃度プロファイルを有する。
第２高不純物濃度プロファイル２４ｈの拡散幅λ２ｈは、例えば、１ｎｍ〜５０ｎｍであり、１ｎｍ〜１０ｎｍ程度が好ましい。第２高不純物濃度プロファイル２４ｈのピーク濃度Ｐ２ｈは、例えば、４×１０１８ｃｍ−３〜８×１０１９ｃｍ−３であり、５×１０１８ｃｍ−３〜６×１０１９ｃｍ−３が好ましい。第２高不純物領域２４ｈのドーズ量Ｄ２ｈは、例えば、２×１０１３ｃｍ−２〜４×１０１４ｃｍ−２であり、６×１０１３ｃｍ−２〜２×１０１４ｃｍ−２が好ましい。第２低不純物濃度プロファイル２４ｌの拡散幅λ２ｌは、例えば、１０ｎｍ〜１００ｎｍであり、２０ｎｍ〜８０ｎｍが好ましい。第２低不純物濃度プロファイル２４ｌのピーク濃度Ｐ２ｌは、例えば、２×１０１８ｃｍ−３〜４×１０１９ｃｍ−３であり、３×１０１８ｃｍ−３〜３×１０１９ｃｍ−３が好ましい。第２低不純物濃度プロファイル２４ｌのドーズ量Ｄ２ｌは、例えば、１×１０１３ｃｍ−２〜２×１０１４ｃｍ−２であり、３×１０１３ｃｍ−２〜１×１０１４ｃｍ−２が好ましい。
第３不純物領域２５の拡散幅λ３は、例えば、１０ｎｍ〜６０ｎｍであり、２０〜５０ｎｍが好ましい。第３不純物領域２５のピーク濃度Ｐ３は、例えば、１×１０１８ｃｍ−３〜２×１０１９ｃｍ−３であり、２×１０１８ｃｍ−３〜１．５×１０１９ｃｍ−３が好ましい。第３不純物領域２５のドーズ量Ｄ３は、例えば、５×１０１２ｃｍ−２〜１×１０１４ｃｍ−２であり、１×１０１３ｃｍ−２〜５×１０１３ｃｍ−２が好ましい。
ここで、第２不純物領域２４の第２高不純物濃度プロファイル２４ｈの拡散幅λ２ｈは第３不純物領域２５の拡散幅λ３より小さく、第２高不純物濃度プロファイル２４ｈのピーク値Ｐ２ｈは第３不純物領域２５のピーク値Ｐ３より大きい。第２不純物領域２４のドーズ量Ｄ２＝Ｄ２ｈ＋Ｄ２ｌは第３不純物領域２５のドーズ量Ｄ３より高い。
［５．２ 変形例３に係る太陽電池セルの製造方法］
本変形例に係る太陽電池セルは、半導体基板２０の第１主面および第２主面２２側の両方に、熱拡散法により第１導電型の不純物であるリン（Ｐ）などを拡散した後、半導体基板２０の第１主面２１側に、プラズマドープ法により第１導電型の不純物であるリン（Ｐ）などを更に拡散することで形成できる。
（実施の形態３）
［６．１ 実施の形態３に係る太陽電池モジュールの構成］
実施の形態３に係る太陽電池モジュール１１の概略構成について、図８および図９を参照しながら説明する。図８は、実施の形態３に係る太陽電池モジュール１１の構造を示す断面図である。図９は、実施の形態３に係る太陽電池モジュール１１を受光面から見た平面図である。
図８および図９に示すとおり、太陽電池モジュール１１は、受光面保護材８０と、受光面封止材８１と、太陽電池ストリング８２と、裏面封止材８３と、裏面保護材８４とを、この順番に積層した積層構造を有する。太陽電池ストリング８２は、複数の太陽電池セル１０を複数の配線材８５で電気的に直列に接続して形成される。太陽電池モジュール１１は、その周囲にフレーム８６を備える。
受光面保護材８０は、例えば、ガラスである。裏面保護材８４は、例えば、アルミニウムシートやガラスである。受光面封止材８１および裏面封止材８３は、例えば、ＥＶＡである。配線材８５は、例えば、銅製である。フレーム８６は、例えば、アルミニウム製である。
（変形例４）
［７．１ 太陽電池セルの他の製造方法］
実施の形態１に係る太陽電池セル１０の他の製造方法について図１０を参照しながら説明する。
まず、半導体基板２０を準備する。本実施の形態では、図１０の（ａ）に示すように、半導体基板２０として、第１主面２１および第２主面２２にテクスチャ構造（図示せず）を有する第１導電型の結晶性シリコン基板を準備する。
次に、半導体基板２０の第１主面２１または第２主面２２の少なくともいずれか一方に蓄積膜２６を形成する。蓄積膜２６として、例えば、酸化シリコン膜、炭化シリコン膜、非晶質シリコン膜、または、窒化シリコン膜などを使用できる。
本実施の形態では、蓄積膜２６として、酸化シリコン膜を使用する例を説明する。蓄積膜２６は、半導体基板２０に対して、温風乾燥またはオゾンガスなどによるドライ酸化処理、もしくは、塩酸と過酸化水素水の混合液、フッ酸と過酸化水素水の混合液または硫酸と過酸化水素水の混合液を使用したウェット酸化処理などで形成できる。蓄積膜２６の厚みは、例えば、５ｎｍ〜５００ｎｍであり、１０ｎｍ〜２００ｎｍが好ましく、２０ｎｍ〜１００ｎｍがさらに好ましい。また、蓄積層２６の第１導電型の不純物濃度は、例えば、５×１０１８ｃｍ−３以下である。
本実施の形態では、図１０の（ｂ）に示すとおり、半導体基板２０に対して、塩酸と過酸化水素水の混合液を使用したウェット酸化処理を行い、半導体基板２０の第１主面２１および第２主面２２に酸化シリコン膜を形成する。
次に、蓄積膜２６に第１導電型の不純物を浸み込ませて、第１導電型の不純物を有する蓄積膜２７を形成する。第１導電型の不純物を有する蓄積膜２７は、ウェット処理、熱拡散法、プラズマドープ法、または、イオン注入法などで形成できる。
本実施の形態では、図１０の（ｃ）に示すように、蓄積膜２６を形成した半導体基板２０に対して、リン酸、または、リン酸と硝酸の混合液を使用してウェット処理を行い、蓄積膜２６に第１導電型の不純物を浸み込ませて、第１導電型の不純物を有する蓄積膜２７を形成する。蓄積膜２７の第１導電型の不純物濃度は、例えば、５×１０１８ｃｍ−３以上であり、５×１０１９ｃｍ−３以上が好ましい。
次に、半導体基板２０に熱処理を行う。熱処理は、熱処理炉を使用して、例えば、７００℃以上かつ１１００℃以下の温度で、１０〜６０分間行う。その結果、第１導電型の不純物を有する蓄積膜２７から半導体基板２０の第１主面２１および第２主面２２に第１導電型の不純物が熱拡散して、図１０の（ｄ）に示すとおり、半導体基板２０に第１導電型の第２不純物領域２４および第３不純物領域２５を形成できる。
次に、図１０の（ｅ）に示すとおり、第１導電型の不純物を有する蓄積膜２７を除去する。第１導電型の不純物を有する蓄積膜２７は、例えば、フッ酸を使用したウェット処理により除去できる。これにより、半導体基板２０の第１主面２１側および第２主面２２側に第１導電型の不純物領域を形成できる。
本発明に係る太陽電池セルの製造方法の一様態は、半導体基板２０を準備する工程と、半導体基板２０の一主面上に蓄積膜２６を形成する工程と、蓄積膜２６に第１導電型の不純物を蓄積する工程と、第１導電型の不純物を蓄積膜２７から半導体基板２０に熱拡散する工程と、を含む。
本発明に係るは太陽電池セルの製造方法は、実施の形態１に係る太陽電池セル１０の製造だけでなく、半導体基板の一主面側に第１導電型の不純物領域を備える太陽電池セルの製造一般に利用できる。
本発明に係る太陽電池セルの製造方法は、半導体基板の一主面側に第１導電型の不純物領域を形成する際、不純物領域の第１導電型の不純物濃度を低濃度に抑えたい場合に効果的である。例えば、半導体基板として単結晶シリコン基板を使用した場合、１×１０１８ｃｍ−３以下の不純物濃度を有する第１導電型の不純物領域を形成したい場合に効果的である。
（その他の変形例等）
以上、本発明に係る太陽電池セルおよび太陽電池モジュールについて、実施の形態および変形例に基づいて説明したが、本発明は、上記実施の形態および変形例に限定されるものではない。各実施の形態及び変形例に対して当業者が思いつく各種変形を施して得られる形態や、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で各実施の形態および変形例における構成要素および機能を任意に組み合わせることで実現される形態も本発明に含まれる。
なお、実施の形態１〜３および変形例１〜３において、半導体基板２０の第１主面２１が裏面であり、第２主面２２が受光面であってもよい。また、第１導電型がｐ型であり、第２導電型がｎ型であってもよい。さらに、実施の形態２に係る太陽電池セル１０Ａにおいて、変形例１〜３に係る第２不純物領域２４および第３不純物領域２５の不純物濃度プロファイルを採用してもよい。
１０、１０Ａ 太陽電池セル
１１ 太陽電池モジュール
２０ 半導体基板
２１ 第１主面
２２ 第２主面
２３ 第１不純物領域
２４ 第２不純物領域
２５ 第３不純物領域
２６、２７ 蓄積膜
３０ 第１半導体層
３０ａ、４０ａ 非晶質シリコン層
３０ｉ、４０ｉ 真性非晶質シリコン層
３０ｎ 第１導電型非晶質シリコン層
４０ 第２半導体層
４０ｐ 第２導電型非晶質シリコン層
５０ 第１電極
５０ｍ 第１金属電極
５０ｔ 第１透明導電膜
５１ｍ 第１バスバー電極
５２ｍ 第１フィンガー電極
６０ 第２電極
６０ｍ 第２金属電極
６０ｔ 第２透明導電膜
６１ｍ 第２バスバー電極
６２ｍ 第２フィンガー電極
７０ 保護膜
７１ 第１領域
７２ 第２領域
８０ 受光面保護材
８１ 受光面封止材
８２ 太陽電池ストリング
８３ 裏面封止材
８４ 裏面保護材
８５ 配線材
８６ フレーム

Claims (5)

  1. 第１主面および前記第１主面に背向する第２主面を有する第１導電型の半導体基板と、
    前記第１主面上に配置された前記第１導電型の第１半導体層と、
    前記第２主面上に配置された前記第１導電型とは異なる第２導電型の第２半導体層と、を備え、
    前記半導体基板は、
    前記第１導電型の第１不純物領域と、
    前記第１不純物領域と前記第１半導体層との間に配置された前記第１導電型の第２不純物領域と、
    前記第１不純物領域と前記第２半導体層との間に配置された前記第１導電型の第３不純物領域と、を含み、
    前記第２不純物領域の前記第１導電型の不純物濃度は、前記第３不純物領域の前記第１導電型の不純物濃度より高く、
    前記第３不純物領域の前記第１導電型の不純物濃度は、前記第１不純物領域の前記第１導電型の不純物濃度より高い、太陽電池セル。
  2. 受光面および裏面を有する第１導電型の半導体基板と、
    前記裏面の第１領域上に配置された前記第１導電型の第１半導体層と、
    前記裏面の前記第１領域とは異なる第２領域上に配置された、前記第１導電型とは異なる第２導電型の第２半導体層と、を備え、
    前記半導体基板は、
    第１導電型の第１不純物領域と、
    前記第１不純物領域および前記第１半導体層の間に配置される前記第１導電型の第２不純物領域と、
    前記第１不純物領域および前記第２半導体層の間に配置される前記第１導電型の第３不純物領域と、を含み、
    前記第２不純物領域の前記第１導電型の不純物濃度は、前記第３不純物領域の前記第１導電型の不純物濃度より高く、
    前記第３不純物領域の前記第１導電型の不純物濃度は、前記第１不純物領域の前記第１導電型の不純物濃度より高い、太陽電池セル。
  3. 前記半導体基板は、単結晶シリコン基板であり、
    前記第１半導体層および前記第２半導体層は、非晶質シリコン層である、請求項１または２に記載の太陽電池セル。
  4. 前記第１導電型は、ｎ型であり、
    前記第２導電型は、ｐ型である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の太陽電池セル。
  5. 複数の太陽電池セルを複数の配線材によって電気的に直列に接続した太陽電池ストリングを備える太陽電池モジュールであって、
    前記複数の太陽電池セルのそれぞれは、請求項１〜４のいずれか一項に記載の太陽電池セルである、太陽電池モジュール。
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