JP2021057436A - 太陽電池セル - Google Patents

Abstract

【課題】微結晶シリコン層を備えた太陽電池セルにおいて、微結晶シリコン層の酸化を抑制して出力特性を向上させる。【解決手段】実施形態の一例である太陽電池セルは、結晶性シリコンウェーハと、結晶性シリコンウェーハの一方の面に形成されたパッシベーション層と、パッシベーション層上に形成された微結晶シリコン層と、微結晶シリコン層上に形成された非晶質シリコン層と、非晶質シリコン層上に形成された透明導電層と、透明導電層上に形成された集電極とを備える。非晶質シリコン層は、パッシベーション層および微結晶シリコン層よりも高濃度のドーパントを含有し、非晶質シリコン層の厚みは微結晶シリコン層の厚みよりも薄い。【選択図】図１

Description

本開示は、太陽電池セルに関する。

従来、単結晶シリコンウェーハの両面に非晶質シリコン層を形成した太陽電池セルが知られている。例えば、特許文献１には、単結晶シリコンウェーハの一方の面にｎ型非晶質シリコン層が形成され、当該ウェーハの他方の面にｐ型非晶質シリコン層が形成された太陽電池セルが開示されている。特許文献１に開示された太陽電池セルは、各非晶質シリコン層上に形成された透明導電層と集電極を備える。

また、シリコンウェーハに入射する光量を増やして出力特性を向上させるべく、ｎ型非晶質シリコン層に代えて、より光透過性が高く光を吸収し難いｎ型微結晶シリコン層を設けた太陽電池セルも提案されている（例えば、特許文献２，３参照）。

特開２００６−２３７４５２号公報 国際公開第２０１７／１４５６３３号 特開２０１５−１８５５９３号公報

上記のように、シリコンウェーハの表面に形成される非晶質シリコン層を微結晶シリコン層にすることでウェーハに入射する光量を増やしてセルの出力特性を改善できるが、微結晶シリコン層は表面および粒界が酸化し易いという課題がある。微結晶シリコン層が酸化すると、抵抗が上昇して出力特性の向上を図ることが困難になる。

本開示の目的は、微結晶シリコン層を備えた太陽電池セルにおいて、微結晶シリコン層の酸化を抑制して出力特性を向上させることである。

本開示の一態様である太陽電池セルは、結晶性シリコンウェーハと、前記結晶性シリコンウェーハの一方の面に形成されたパッシベーション層と、前記パッシベーション層上に形成された、前記結晶性シリコンウェーハと同じ導電型の微結晶シリコン層と、前記微結晶シリコン層上に形成された、前記結晶性シリコンウェーハと同じ導電型の非晶質シリコン層と、前記非晶質シリコン層上に形成された透明導電層とを備える。前記非晶質シリコン層は、前記パッシベーション層および前記微結晶シリコン層よりも高濃度のドーパントを含有し、前記非晶質シリコン層の厚みは、前記微結晶シリコン層の厚みよりも薄い。

本開示の一態様によれば、微結晶シリコン層の適用によりシリコンウェーハに入射する光量を増やしつつ、微結晶シリコン層の酸化を抑制して酸化に起因する抵抗損失の上昇を防止できる。本開示の一態様である太陽電池セルは、出力特性に優れる。

実施形態の一例である太陽電池セルの断面図である。 実施形態の一例である太陽電池セルの製造方法を説明するための図である。 実施形態の他の一例である太陽電池セルの断面図である。

以下、図面を参照しながら、本開示に係る太陽電池セルの実施形態の一例について詳細に説明する。なお、本開示に係る太陽電池セルは以下で説明する実施形態に限定されない。実施形態の説明で参照する図面は模式的に記載されたものであり、図面に描画された構成要素の寸法比率などは以下の説明を参酌して判断されるべきである。

本明細書において「略〜」との記載は、略全域を例に挙げて説明すると、全域および実質的に全域と認められる状態を含む意図である。また、ｎ型ドーパントとはドナーとして機能するリン（Ｐ）等の不純物を意味し、ｐ型ドーパントとはアクセプターとして機能するボロン（Ｂ）等の不純物を意味する。

以下では、結晶性シリコンウェーハがｎ型単結晶シリコンウェーハ、微結晶シリコン層がｎ型微結晶シリコン層、微結晶シリコン層上に形成される非晶質シリコン層がｎ型非晶質シリコン層である場合を例に挙げて説明する。但し、本開示に係る太陽電池セルの構成はこれに限定されず、例えば、結晶性シリコンウェーハは多結晶シリコンウェーハであってもよく、ｐ型結晶性シリコンウェーハであってもよい。結晶性シリコンウェーハがｐ型単結晶シリコンウェーハである場合、微結晶シリコン層にｐ型微結晶シリコン層が、微結晶シリコン層上の非晶質シリコン層にｐ型非晶質シリコン層がそれぞれ適用される。

図１は、実施形態の一例である太陽電池セル１０の断面図である。図１に例示するように、太陽電池セル１０は、ｎ型単結晶シリコンウェーハ１１と、ｎ型単結晶シリコンウェーハ１１の一方の面に形成された第１パッシベーション層１２と、第１パッシベーション層１２上に形成されたｎ型微結晶シリコン層１３とを備える。太陽電池セル１０は、さらに、ｎ型微結晶シリコン層１３上に形成されたｎ型非晶質シリコン層１４を備える。ｎ型微結晶シリコン層１３上にｎ型非晶質シリコン層１４を成膜することで、ｎ型微結晶シリコン層１３の表面および粒界における酸化を抑制でき、太陽電池セル１０の出力特性が向上する。

また、太陽電池セル１０は、ｎ型非晶質シリコン層１４上に形成された透明導電層１５と、透明導電層１５上に形成された集電極１６とを備える。本実施形態では、第１パッシベーション層１２を介してｎ型微結晶シリコン層１３が形成されるｎ型単結晶シリコンウェーハ１１の一方の面を受光面、ｎ型単結晶シリコンウェーハ１１の他方の面を裏面とする。微結晶層は非晶質層と比べて光透過性が高いので、ｎ型微結晶シリコン層１３をｎ型単結晶シリコンウェーハ１１の受光面側に設けることにより、ウェーハに入射する光量を増やすことができ、出力特性が向上する。

ここで、ｎ型単結晶シリコンウェーハ１１の「受光面」とは光が主に入射する面を意味し、ｎ型単結晶シリコンウェーハ１１に入射する光のうち、５０％を超える光、例えば８０％以上または９０％以上の光が受光面側から入射する。ｎ型単結晶シリコンウェーハ１１は、例えば、４つの角が斜めにカットされた平面視略正方形状を有する。

太陽電池セル１０は、ｎ型単結晶シリコンウェーハ１１の裏面に形成された第２パッシベーション層１７と、第２パッシベーション層１７上に形成されたｐ型非晶質シリコン層１８とを備える。また、太陽電池セル１０は、ｐ型非晶質シリコン層１８上に形成された透明導電層１９と、透明導電層１９上に形成された集電極２０とを備える。なお、太陽電池セル１０は、本開示の目的を損なわない範囲で、上記各層以外の他の層をさらに有していてもよい。

透明導電層１５，１９は、各非晶質シリコン層上の略全域に形成されることが好ましい。例えば、１辺が１２０〜１６０ｍｍの略正方形のｎ型単結晶シリコンウェーハ１１を用いた場合、透明導電層１５，１９は各非晶質シリコン層上からはみ出さない範囲で、当該ウェーハの端縁から２ｍｍ以下の外周領域を除く範囲に形成される。

透明導電層１５，１９は、例えば酸化インジウム（Ｉｎ_２Ｏ_３）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）等の金属酸化物に、タングステン（Ｗ）、錫（Ｓｎ）、アンチモン（Ｓｂ）等がドーピングされた透明導電性酸化物（ＩＷＯ、ＩＴＯ等）で構成される。透明導電層１５，１９の厚みは、例えば３０〜５００ｎｍであるのが好ましく、５０〜２００ｎｍであるのがより好ましい。

集電極１６，２０は、複数のフィンガー電極を含む。複数のフィンガー電極は、互いに略平行に形成された細線状の電極であって、ｎ型単結晶シリコンウェーハ１１の広範囲に形成されて生成したキャリアを収集する。集電極１６，２０は、フィンガー電極よりも幅が太く、各フィンガー電極と略直交するバスバー電極を含んでいてもよい。裏面側電極である集電極２０は、受光面側電極である集電極１６よりも大面積に形成されることが好ましく、透明導電層１９上の略全域に形成される金属層であってもよい。

以下、ｎ型単結晶シリコンウェーハ１１、各パッシベーション層、ｎ型微結晶シリコン層１３、および各非晶質シリコン層について、特にｎ型微結晶シリコン層１３およびｎ型非晶質シリコン層１４について詳説する。

ｎ型単結晶シリコンウェーハ１１は、原子配列が規則的に揃ったシリコンウェーハである。ｎ型単結晶シリコンウェーハ１１のラマンスペクトルには、波数５２０ｃｍ^-1にピークが検出される。ｎ型単結晶シリコンウェーハ１１等に含有されるｎ型ドーパントは特に限定されないが、一般的にはリン（Ｐ）が用いられる。ｎ型ドーパントは、ｎ型単結晶シリコンウェーハ１１の全体に略均一に分布している。ｎ型単結晶シリコンウェーハ１１におけるｎ型ドーパントの濃度は、例えば、１×１０^１４〜１×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３である。

ｎ型単結晶シリコンウェーハ１１の表面およびその近傍には、ウェーハの他の領域よりもｎ型ドーパントの濃度が高くなったｎ^＋領域が形成されていてもよい。ｎ型単結晶シリコンウェーハ１１の表面に形成されるｎ^＋領域は、セルの出力向上に寄与する。ｎ^＋領域は、例えば、ｎ型単結晶シリコンウェーハ１１の受光面、裏面、および厚み方向に沿った側面を含むウェーハの表面全体に形成される。

ｎ型単結晶シリコンウェーハ１１、各パッシベーション層、ｎ型微結晶シリコン層１３、および各非晶質シリコン層におけるドーパント濃度は、２次イオン質量分析（ＳＩＭＳ）により測定される。本明細書では特に断らない限り、ウェーハおよび各層におけるドーパント濃度はＳＩＭＳにより測定されるものとする。また、ドーパント濃度は特に断らない限り、ウェーハまたは各層の全体における平均濃度を意味するものとする。

ｎ型単結晶シリコンウェーハ１１の厚みは、例えば５０〜３００μｍである。ｎ型単結晶シリコンウェーハ１１には、一般的にチョクラルスキー法（Ｃｚ法）により製造されるウェーハが用いられるが、エピタキシャル成長法により製造されるウェーハを用いることも可能である。

ｎ型単結晶シリコンウェーハ１１の表面には、表面反射を抑制して光の吸収量を増大させるテクスチャ構造（図示せず）が形成されている。テクスチャ構造は、例えば、受光面および裏面のうちの一方に、または受光面および裏面の両方に形成される。テクスチャ構造は、アルカリ性溶液を用いて単結晶シリコンウェーハの（１００）面を異方性エッチングすることで形成できる。この場合、単結晶シリコンウェーハの表面には、（１１１）面を斜面としたピラミッド形状の表面凹凸構造が形成される。

第１パッシベーション層１２は、ｎ型単結晶シリコンウェーハ１１の受光面とｎ型微結晶シリコン層１３との間に介在し、太陽電池セル１０の受光面側におけるキャリアの再結合を抑制する。ｎ型単結晶シリコンウェーハ１１には、受光面の略全域に第１パッシベーション層１２が形成されることが好ましい。なお、第１パッシベーション層１２は、受光面の端縁から２ｍｍ以下の範囲（外周領域）を避けて設けられていてもよい。

第１パッシベーション層１２は、ｎ型非晶質シリコン層１４よりも低濃度のｎ型ドーパントを含有する非晶質シリコン層で構成される。第１パッシベーション層１２は、ドーパントを実質的に含有しない真性な非晶質シリコン層であってもよいが、例えばｎ型微結晶シリコン層１３の成膜時における拡散等により、低濃度のｎ型ドーパントを含む。第１パッシベーション層１２におけるｎ型ドーパントの濃度は、例えば１×１０^１7〜１×１０^１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３であり、ＳＩＭＳによる検出限界以下（一般的には、１×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下）であってもよい。

第１パッシベーション層１２の厚みは、光の透過性、パッシベーション性、および抵抗低減等の観点から、１〜２５ｎｍが好ましく、５〜１０ｎｍがより好ましい。第１パッシベーション層１２の厚みは、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）を用いたセルの断面観察により測定される（他の層についても同様）。第１パッシベーション層１２は、さらに水素、酸素、および炭素を含有していてもよい。

ｎ型微結晶シリコン層１３は、第１パッシベーション層１２を介してｎ型単結晶シリコンウェーハ１１の受光面側に形成される。ｎ型微結晶シリコン層１３は、第１パッシベーション層１２上の略全域に形成されることが好ましい。ｎ型微結晶シリコン層１３は、非晶質シリコン層と比べて光透過率が高く光を吸収し難いため、ｎ型単結晶シリコンウェーハ１１の受光面側にｎ型微結晶シリコン層１３を設けることで、ｎ型単結晶シリコンウェーハ１１に入射する光量を増やすことができる。

ｎ型微結晶シリコン層１３は、ｎ型ドーパントを含有する微結晶シリコンで構成される。ｎ型微結晶シリコン層１３のラマンスペクトルには、波数５２０ｃｍ^-1付近を中心としたピークが検出される。他方、ｎ型非晶質シリコン層１４のラマンスペクトルには、波数４８０ｃｍ^-1付近にピークが検出されるが、結晶シリコンに起因する波数５２０ｃｍ^-1のピークは検出されない。ｎ型微結晶シリコン層１３は、例えば、非晶質シリコン層のマトリックス中に単結晶シリコンが分散した構造を有する。

ｎ型微結晶シリコン層１３におけるｎ型ドーパントの濃度は、例えば１×１０^２０〜１×１０^２２ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３であり、好ましくは３×１０^２０〜５×１０^２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３である。ｎ型単結晶シリコンウェーハ１１の受光面側に形成される各層のｎ型ドーパント濃度は、第１パッシベーション層１２＜ｎ型微結晶シリコン層１３＜ｎ型非晶質シリコン層１４の順で多くなる。ｎ型微結晶シリコン層１３には、ｎ型ドーパントが略均一に含有されていてもよく、ｎ型ドーパントの濃度勾配が存在していてもよい。

ｎ型微結晶シリコン層１３の厚みは、例えば５〜２０ｎｍであり、好ましくは８〜１５ｎｍである。ｎ型微結晶シリコン層１３は、第１パッシベーション層１２およびｎ型非晶質シリコン層１４よりも厚く形成されることが好ましい。ｎ型微結晶シリコン層１３は、さらに水素、酸素、および炭素を含有していてもよい。ｎ型微結晶シリコン層１３は、第１パッシベーション層１２およびｎ型非晶質シリコン層１４よりも水素濃度が高くてもよい。ｎ型微結晶シリコン層１３の水素濃度は、例えば１×１０^１８〜１×１０^２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３であり、好ましくは７×１０^１８〜５×１０^２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３である。

ｎ型微結晶シリコン層１３の屈折率は、３５５〜４０５ｎｍの波長範囲において透明導電層１５の屈折率の２．５倍以上であることが好ましく、一例としては２．５〜３．２倍である。この場合、太陽電池セル１０の色むらが低減され、良好な外観が得られる。また、ｎ型微結晶シリコン層１３の吸収係数は、４００〜６００ｎｍの波長範囲においてｎ型非晶質シリコン層１４の吸収係数より低く、例えば波長４２０ｎｍで５×１０^４〜４×１０^５ｃｍ^−１である。各層の屈折率および吸収係数は、分光エリプソメトリーメータを用いて測定される。

太陽電池セル１０は、ｎ型微結晶シリコン層１３上の略全域を覆って形成されたｎ型非晶質シリコン層１４を備える。すなわち、太陽電池セル１０は、ｎ型単結晶シリコンウェーハ１１の受光面側に、ｎ型微結晶シリコン層１３が２つの非晶質シリコンの薄膜層で挟まれた層構造を有する。ｎ型微結晶シリコン層１３の表面および粒界は酸化し易いが、ｎ型非晶質シリコン層１４でｎ型微結晶シリコン層１３の表面を覆うことにより、ｎ型微結晶シリコン層１３の酸化が抑制され、酸化に起因する抵抗損失の上昇を防止できる。

ｎ型非晶質シリコン層１４は、第１パッシベーション層１２およびｎ型微結晶シリコン層１３よりも高濃度のｎ型ドーパントを含有する。また、ｎ型非晶質シリコン層１４の厚みは、ｎ型微結晶シリコン層１３の厚みよりも薄い。この場合、ｎ型微結晶シリコン層１３を設けたことによる低吸収化等の機能を確保しつつ、透明導電層１５とのコンタクト抵抗を低減して太陽電池セル１０の出力を向上させることができる。

ｎ型非晶質シリコン層１４の厚みは、ｎ型微結晶シリコン層１３の酸化抑制、光の透過性等の観点から、５ｎｍ以下が好ましく、３ｎｍ以下がより好ましく、１ｎｍ以下であってもよい。ｎ型非晶質シリコン層１４は、ｎ型微結晶シリコン層１３の厚みの１／２以下の厚み、例えば１％〜５０％の厚みで形成される。ｎ型非晶質シリコン層１４の厚みは、第１パッシベーション層１２の厚みより薄くてもよい。ｎ型単結晶シリコンウェーハ１１の受光面側に形成される各層の厚みは、例えば、ｎ型非晶質シリコン層１４＜第１パッシベーション層１２＜ｎ型微結晶シリコン層１３である。

ｎ型非晶質シリコン層１４におけるｎ型ドーパントの濃度は、例えば１×１０^１９〜１×１０^２３ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３であり、好ましくは１×１０^２０〜１×１０^２２ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３である。ｎ型非晶質シリコン層１４は、さらに水素、酸素、および炭素を含有していてもよい。ｎ型非晶質シリコン層１４は、ｎ型微結晶シリコン層１３よりも水素濃度が低くてもよい。

ｎ型単結晶シリコンウェーハ１１の裏面には、上記の通り、第２パッシベーション層１７およびｐ型非晶質シリコン層１８が形成される。

第２パッシベーション層１７は、ｎ型単結晶シリコンウェーハ１１の裏面とｐ型非晶質シリコン層１８との間に介在し、太陽電池セル１０の裏面側におけるキャリアの再結合を抑制する。第２パッシベーション層１７は、ｎ型単結晶シリコンウェーハ１１の裏面の略全域に形成されることが好ましい。なお、第１パッシベーション層１２と同様に、第２パッシベーション層１７は、裏面の端縁から２ｍｍ以下の範囲（外周領域）を避けて設けられていてもよい。

第２パッシベーション層１７は、ｐ型非晶質シリコン層１８よりも低濃度のｐ型ドーパントを含有する非晶質シリコンで構成される。第２パッシベーション層１７は、ドーパントを実質的に含有しない真性な非晶質シリコン層であってもよいが、例えばｐ型非晶質シリコン層１８の成膜時における拡散等により、低濃度のｐ型ドーパントを含む。第２パッシベーション層１７におけるｐ型ドーパントの濃度は、例えば１×１０^１４〜１×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３であり、ＳＩＭＳによる検出限界以下であってもよい。ｐ型ドーパントは特に限定されないが、一般的にはボロン（Ｂ）が用いられる。

第２パッシベーション層１７の厚みは、パッシベーション性、抵抗低減等の観点から、１〜２５ｎｍが好ましく、５〜１０ｎｍがより好ましい。各パッシベーション層の厚みは、互いに略同一であってもよい。第２パッシベーション層１７は、さらに水素、酸素、および炭素を含有していてもよい。

ｐ型非晶質シリコン層１８は、第２パッシベーション層１７を介してｎ型単結晶シリコンウェーハ１１の裏面側に形成される。ｐ型非晶質シリコン層１８は、第２パッシベーション層１７上の略全域に形成されることが好ましい。ｐ型非晶質シリコン層１８の厚みは、キャリアの分離性、抵抗低減等の観点から、１〜２５ｎｍが好ましく、５〜１０ｎｍがより好ましい。ｐ型非晶質シリコン層１８は、第２パッシベーション層１７よりも厚く形成されることが好適であり、例えば、第２パッシベーション層１７の厚みの１．５〜５倍の厚みを有する。

ｐ型非晶質シリコン層１８は、第２パッシベーション層１７よりも高濃度のｐ型ドーパントを含有する。ｐ型非晶質シリコン層１８におけるｐ型ドーパントの濃度は、例えば１×１０^１９〜１×１０^２３ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３であり、好ましくは１×１０^２０〜１×１０^２２ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３である。ｐ型非晶質シリコン層１８は、さらに水素、酸素、および炭素を含有していてもよい。

以下、図２を参照しながら、上記構成を備えた太陽電池セル１０の製造方法の一例について詳説する。

図２に例示するように、太陽電池セル１０の製造工程では、テクスチャ構造が形成されたｎ型単結晶シリコンウェーハ１１を準備し、当該ウェーハの一方の面に第１パッシベーション層１２、ｎ型微結晶シリコン層１３、およびｎ型非晶質シリコン層１４を順に形成し、他方の面に第２パッシベーション層１７、およびｐ型非晶質シリコン層１８を順に形成する。なお、ｎ型単結晶シリコンウェーハ１１の両面にパッシベーション層を形成した後、ｎ型微結晶シリコン層１３、ｎ型非晶質シリコン層１４、およびｐ型非晶質シリコン層１８を形成してもよい。

ｎ型単結晶シリコンウェーハ１１には、両面または片面にテクスチャ構造が形成されたシリコンウェーハが用いられる。なお、テクスチャ構造を有さないウェーハを用いてもよい。ｎ型単結晶シリコンウェーハ１１に水素ラジカル処理を行いウェーハ表面のクリーニングを行ってもよい。

ｎ型単結晶シリコンウェーハ１１の一方の面には、第１パッシベーション層１２として実質的にドーパントを含有しない真性な非晶質シリコン層（ｉ型非晶質シリコン層）が形成される。なお、第１パッシベーション層１２には、例えば、ｎ型微結晶シリコン層１３の成膜時にｎ型ドーパントが拡散する。シリコン層は、プラズマ化学気相成長法（ＰＥ−ＣＶＤ：Ｐｌａｓｍａ Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、または触媒化学気相成長法（Ｃａｔ−ＣＶＤ：Ｃａｔａｌｙｔｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）により形成されることが好ましい。

ＰＥ−ＣＶＤは、プラズマ源を搭載した真空チャンバに原料ガスを流入させ、電源からプラズマ源に電力供給することで、真空チャンバ内に放電プラズマを発生させ、プラズマで原料ガスを分解反応させ、生成された反応種を対象物上に堆積させる方法である。Ｃａｔ−ＣＶＤは、タングステン等により構成されるワイヤ（触媒体）を内部に配した真空チャンバに原料ガスを流入させ、電源により通電加熱されたワイヤで原料ガスを接触分解反応させ、生成された反応種（分解種）を対象物に堆積させる方法である。以下では、各シリコン層の成膜方法として、ＰＥ−ＣＶＤを例に挙げて説明する。

第１パッシベーション層１２は、真空チャンバ１で成膜される。具体的には、ｎ型単結晶シリコンウェーハ１１が導入された真空チャンバ１に、原料ガスとしてシラン（ＳｉＨ_４）等のケイ素含有ガスを水素で希釈したガスを供給し、電源からプラズマ源に電力供給することで、真空チャンバ内に放電プラズマを発生させ、プラズマで原料ガスを分解反応させる。この分解されたガスを、加熱されたｎ型単結晶シリコンウェーハ１１の一方の面に供給することにより、第１パッシベーション層１２が形成される。このとき、例えばＣＯ_２プラズマ処理を行い、第１パッシベーション層１２の表面に、第１パッシベーション層１２よりも酸素濃度が高い酸素高濃度層を形成してもよい。

次に、第１パッシベーション層１２上に、ｎ型微結晶シリコン層１３を形成し、続けてｎ型微結晶シリコン層１３上にｎ型非晶質シリコン層１４を形成する。本実施形態では、第１パッシベーション層１２、ｎ型微結晶シリコン層１３、およびｎ型非晶質シリコン層１４が、同じ真空チャンバ１において連続的に成膜される。ｎ型微結晶シリコン層１３とｎ型非晶質シリコン層１４を真空チャンバ１で連続して成膜することにより、ｎ型微結晶シリコン層１３が酸素に曝されることが防止され、ｎ型微結晶シリコン層１３の酸化が抑制される。

ＰＥ−ＣＶＤによるｎ型微結晶シリコン層１３およびｎ型非晶質シリコン層１４の成膜には、例えば、シランにホスフィン（ＰＨ_３）を添加し、水素で希釈した原料ガスを使用する。ホスフィンの混合濃度を変化させることによって、各層に含有されるｎ型ドーパント濃度を調整できる。成膜時の温度を２００〜２５０℃として、ｎ型微結晶シリコン層１３を形成する。また、水素希釈濃度、ドーパント濃度等を制御することで、ｎ型微結晶シリコン層１３の結晶性を制御できる。

ＰＥ−ＣＶＤによる第１パッシベーション層１２（ｉ−ａシリコン層）、ｎ型微結晶シリコン層１３（ｎ−ｃシリコン層）、およびｎ型非晶質シリコン層１４（ｎ−ａシリコン層）の成膜条件の一例を表１に示す。

次に、ｎ型単結晶シリコンウェーハ１１の他方の面に、第２パッシベーション層１７として実質的にドーパントを含有しない真性な非晶質シリコン層を形成する。なお、第２パッシベーション層１７には、例えば、ｐ型非晶質シリコン層１８の成膜時にｐ型ドーパントが拡散する。図２で示す例では、真空チャンバ２で第２パッシベーション層１７が成膜される。第２パッシベーション層１７は、第１パッシベーション層１２と同様に、シランを水素で希釈した原料ガスを用いたＰＥ−ＣＶＤにより形成される。

続いて、第２パッシベーション層１７上に、ｐ型ドーパントを含有するｐ型非晶質シリコン層１８を形成する。本実施形態では、第２パッシベーション層１７、およびｐ型非晶質シリコン層１８が、同じ真空チャンバ２において連続的に成膜される。ＰＥ−ＣＶＤによるｐ型非晶質シリコン層１８の成膜には、例えば、シランにジボラン（Ｂ_２Ｈ_６）を添加し、水素で希釈した原料ガスを使用する。ジボランの混合濃度を変化させることによって、ｐ型非晶質シリコン層１８に含有されるｐ型ドーパント濃度を調整できる。

次に、ｎ型非晶質シリコン層１４上に透明導電層１５を、ｐ型非晶質シリコン層１８上に透明導電層１９をそれぞれ形成する。透明導電層１５，１９は、例えば、真空チャンバ３においてスパッタリングにより形成される。最後に、透明導電層１５上に集電極１６を、透明導電層１９上に集電極２０をそれぞれ形成することにより、上記構成を備えた太陽電池セル１０が製造される。集電極１６，２０は、例えば、透明導電層１５，１９上に銀（Ａｇ）粒子を含有する導電性ペーストをスクリーン印刷等により塗工して形成される。

以上のように、上記構成を備えた太陽電池セル１０によれば、ｎ型微結晶シリコン層１３の適用によりｎ型単結晶シリコンウェーハ１１に入射する光量を増やしつつ、薄いｎ型非晶質シリコン層１４を設けることでｎ型微結晶シリコン層１３の酸化を抑制して抵抗損失の上昇を防止できる。太陽電池セル１０は、シリコンウェーハの受光面側に、パッシベーション層／微結晶シリコン層／透明導電層の積層構造を有するセル、或いはパッシベーション層／非晶質シリコン層／透明導電層の積層構造を有するセルと比べて出力特性に優れる。

図３は、実施形態の他の一例である太陽電池セル３０の断面図である。図３に例示するように、太陽電池セル３０は、ｎ型単結晶シリコンウェーハ１１の裏面側のみに集電極３１，３２を備える点で、集電極１６，２０が受光面および裏面にそれぞれ形成された太陽電池セル１０と異なる。集電極３１，３２は、それぞれ後述のｎ側領域およびｐ側領域からキャリアを収集する電極であって、櫛歯状に形成される。

太陽電池セル３０は、ｎ型単結晶シリコンウェーハ１１の受光面に形成された絶縁層３３を備える。なお、ｎ型単結晶シリコンウェーハ１１と絶縁層３３の間に、パッシベーション層として、例えば、実質的に真性な非晶質シリコン層が形成されてもよい。絶縁層３３の好適な一例は、窒化シリコン（ＳｉＮ）層である。

太陽電池３０は、太陽電池セル１０と同様に、ｎ型単結晶シリコンウェーハ１１側から、第１パッシベーション層１２、ｎ型微結晶シリコン層１３、およびｎ型非晶質シリコン層１４が順に形成された積層構造と、第２パッシベーション層１７、およびｐ型非晶質シリコン層１８が順に形成された積層構造を有する。太陽電池セル３０は、当該積層構造がｎ型単結晶シリコンウェーハ１１の同じ面（裏面）に形成されている点で、太陽電池セル１０と異なる。

ｎ型単結晶シリコンウェーハ１１の裏面には、第１パッシベーション層１２と第２パッシベーション層１７がそれぞれ直接形成されている。太陽電池セル３０では、第１パッシベーション層１２、ｎ型微結晶シリコン層１３、およびｎ型非晶質シリコン層１４がｎ側領域を、第２パッシベーション層１７、およびｐ型非晶質シリコン層１８がｐ側領域をそれぞれ構成するものとする。ｎ側領域（ｎ型非晶質シリコン層１４）上には透明導電層１５を介して集電極３１が、ｐ側領域（ｐ型非晶質シリコン層１８）上には透明導電層１９を介して集電極３２がそれぞれ形成される。

ｎ側領域とｐ側領域は、例えば、ｎ型単結晶シリコンウェーハ１１の端縁と略平行にストライプ状に配置され、互いに噛み合う櫛歯状パターンで形成される。ｐ側領域の一部がｎ側領域の一部に重なり、ｎ側領域およびｐ側領域がｎ型単結晶シリコンウェーハ１１の裏面に隙間なく形成される。ｎ側領域とｐ側領域が重なる部分には、各領域の間に絶縁層３４が設けられている。絶縁層３４には、絶縁層３３と同様に、ＳｉＮを適用できる。

太陽電池セル３０には、太陽電池セル１０の場合と同様に、ｎ型微結晶シリコン層１３を覆うｎ型非晶質シリコン層１４が形成されている。ｎ型微結晶シリコン層１３は第１パッシベーション層１２およびｎ型非晶質シリコン層１４に挟まれており、また当該３つの層は同じ真空チャンバで連続的に成膜されるため、ｎ型微結晶シリコン層１３の酸化が抑制され抵抗損失の上昇を防止できる。

なお、ｎ型微結晶シリコン層１３とｎ型非晶質シリコン層１４を含むｎ側領域の構成に加えて、ｐ側領域にｐ型微結晶シリコン層を設け、当該微結晶層を覆うｐ型非晶質シリコン層を形成してもよい。

１，２，３ 真空チャンバ、１０ 太陽電池セル、１１ ｎ型単結晶シリコンウェーハ、１２ 第１パッシベーション層、１３ ｎ型微結晶シリコン層、１４ ｎ型非晶質シリコン層、１５，１９ 透明導電層、１６，２０，３１，３２ 集電極、１７ 第２パッシベーション層、１８ ｐ型非晶質シリコン層、３３，３４ 絶縁層

Claims (6)

1. 結晶性シリコンウェーハと、
   前記結晶性シリコンウェーハの一方の面に形成されたパッシベーション層と、
   前記パッシベーション層上に形成された、前記結晶性シリコンウェーハと同じ導電型の微結晶シリコン層と、
   前記微結晶シリコン層上に形成された、前記結晶性シリコンウェーハと同じ導電型の非晶質シリコン層と、
   前記非晶質シリコン層上に形成された透明導電層と、
   を備え、
   前記非晶質シリコン層は、前記パッシベーション層および前記微結晶シリコン層よりも高濃度のドーパントを含有し、
   前記非晶質シリコン層の厚みは、前記微結晶シリコン層の厚みよりも薄い、太陽電池セル。
2. 前記結晶性シリコンウェーハは、ｎ型単結晶シリコンウェーハであり、
   前記微結晶シリコン層は、ｎ型微結晶シリコン層であり、
   前記非晶質シリコン層は、ｎ型非晶質シリコン層であり、
   前記パッシベーション層は、前記ｎ型非晶質シリコン層よりも低濃度のｎ型ドーパントを含有する非晶質シリコンで構成されている、請求項１に記載の太陽電池セル。
3. 前記パッシベーション層と前記微結晶シリコン層との間に、前記パッシベーション層と前記ｎ型微結晶シリコン層の少なくとも一方よりも酸素濃度が高い酸素高濃度層を更に備える、請求項１に記載の太陽電池セル。
4. 前記ｎ型単結晶シリコンウェーハの他方の面に形成された第２パッシベーション層と、
   前記第２パッシベーション層上に形成されたｐ型非晶質シリコン層と、
   前記ｐ型非晶質シリコン層上に形成された第２透明導電層と、
   前記第２透明導電層上に形成された第２集電極と、
   をさらに備え、
   前記第２パッシベーション層は、前記ｐ型非晶質シリコン層よりも低濃度のｐ型ドーパントを含有する非晶質シリコンで構成されている、請求項２に記載の太陽電池セル。
5. 前記ｎ型単結晶シリコンウェーハの一方の面に形成された第２パッシベーション層と、
   前記第２パッシベーション層上に形成されたｐ型非晶質シリコン層と、
   前記ｐ型非晶質シリコン層上に形成された第２透明導電層と、
   前記第２透明導電層上に形成された第２集電極と、
   前記ｎ型単結晶シリコンウェーハの他方の面に形成された絶縁層と、
   をさらに備え、
   前記第２パッシベーション層は、前記ｐ型非晶質シリコン層よりも低濃度のｐ型ドーパントを含有する非晶質シリコンで構成されている、請求項２に記載の太陽電池セル。
6. 前記透明導電層上に集電極を更に備える、請求項１に記載の太陽電池セル。

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