JP6339754B1 - 太陽電池素子 - Google Patents

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Abstract

太陽電池素子は、半導体基板とパッシベーション層と保護層と裏面バスバー電極と裏面集電電極とを備えている。半導体基板は、第１表面と第２表面とを有している。パッシベーション層は、第２表面に接している。保護層は、パッシベーション層上に位置している。裏面バスバー電極は、パッシベーション層と保護層とを貫通している第１間隙部において、第２表面に接しているとともに、第２表面に沿った第１方向において、パッシベーション層および保護層と、間隙領域を挟んでいる状態で位置している。裏面集電電極は、保護層上に位置している電極層部と、間隙領域に位置し、電極層部と第２表面とを接続している第１接続部と、パッシベーション層と保護層とを貫通しており且つ第２間隙部に位置し、電極層部と第２表面とを接続している第２接続部と、を有しており且つ裏面バスバー電極と電気的に接続している。

Description

本開示は、太陽電池素子に関する。
太陽電池素子には、ＰＥＲＣ（Passivated Emitter and Rear Cell）型の太陽電池素子がある（例えば、国際公開第２０１６／０４７５６４号の記載を参照）。ＰＥＲＣ型の太陽電池素子は、半導体基板の裏面上に、パッシベーション層と保護層と裏面集電電極とがこの記載の順に積層された構造を有する。ここで、裏面集電電極は、パッシベーション層と保護層とを貫通する孔部（コンタクトホールともいう）において半導体基板の裏面と接続している。また、裏面集電電極は、半導体基板上に位置している裏面バスバー電極に接続している。これにより、半導体基板における光電変換で生じる光電流は、裏面集電電極および裏面バスバー電極を介して、この裏面バスバー電極に接続されている配線材によって出力され得る。
太陽電池素子が開示される。
太陽電池素子の一態様は、半導体基板と、パッシベーション層と、保護層と、裏面バスバー電極と、裏面集電電極と、を備えている。前記半導体基板は、第１表面および該第１表面とは逆の方向を向いた第２表面を有している。前記パッシベーション層は、前記第２表面に接している。前記保護層は、前記パッシベーション層上に位置している。前記裏面バスバー電極は、前記パッシベーション層と前記保護層とを貫通している第１間隙部において、前記第２表面に接している。前記裏面バスバー電極は、前記第１間隙部において、前記第２表面に沿った第１方向において前記パッシベーション層および前記保護層と間隙領域を挟んでいる状態で位置している。前記裏面集電電極は、電極層部と、第１接続部と、第２接続部と、を有している。前記電極層部は、前記保護層上に位置している。前記第１接続部は、前記間隙領域に位置し、前記電極層部と前記第２表面とを接続している。前記第２接続部は、前記パッシベーション層と前記保護層とを貫通しており且つ前記第１間隙部とは異なる第２間隙部に位置し、前記電極層部と前記第２表面とを接続している。前記裏面集電電極は、前記裏面バスバー電極と電気的に接続している。
図１は、第１実施形態に係る太陽電池素子の一例の第１表面側の外観を示す平面図である。 図２は、第１実施形態に係る太陽電池素子の一例の第２表面側の外観を示す平面図である。 図３は、図１および図２のIII−III線に沿った太陽電池素子の切断面の一例を示す端面図である。 図４は、図２の領域IVの一例の外観を示す拡大平面図である。 図５は、図４のＶ-Ｖ線に沿った太陽電池素子の切断面の一例を示す端面図である。 図６は、図４のVI-VI線に沿った太陽電池素子の切断面の一例を示す端面図である。 図７は、図４のVII-VII線に沿った太陽電池素子の切断面を示す端面図である。 図８は、図４のVIII-VIII線に沿った太陽電池素子の切断面を示す端面図である。 図９は、太陽電池素子の製造方法のフローの一例を示す流れ図である。 図１０は、絶縁性ペーストの生成方法のフローの一例を示す流れ図である。 図１１（ａ）から図１１（ｅ）は、それぞれ太陽電池素子を製造する途中の状態における図３の切断面に対応する切断面を例示する端面図である。図１１（ｆ）は、太陽電池素子が製造された状態の切断面を例示する端面図である。 図１２は、一参考例に係る太陽電池素子の切断面の一例を示す端面図である。
図１２で示されるように、ＰＥＲＣ型の太陽電池素子１１０は、半導体基板１０１の裏面１０１ｂ上に、パッシベーション層１０４と保護層１０６と裏面集電電極１０８ｂとが、この記載の順に積層された構造を有する。ここで、裏面集電電極１０８ｂは、パッシベーション層１０４と保護層１０６とを貫通する間隙（コンタクトホールともいう）Ｇ１０２内の導電部において半導体基板１０１の裏面１０１ｂと電気的に接続している。また、裏面集電電極１０８ｂは、半導体基板１０１上に位置している裏面バスバー電極１０８ａに接続されている。
ＰＥＲＣ型の太陽電池素子１１０が製作される際には、例えば、半導体基板１０１の裏面１０１ｂ上に、パッシベーション層１０４と保護層１０６とが、この記載の順に形成される。さらに、例えば、半導体基板１０１の裏面１０１ｂの側に、裏面バスバー電極１０８ａと裏面集電電極１０８ｂとを含む裏面電極１０８が形成される。保護層１０６は、裏面集電電極１０８ｂが形成される際に、パッシベーション層１０４のうちの一部を覆うことで、このパッシベーション層１０４の一部を保護する。保護層１０６としては、例えば、酸化珪素などで構成される酸化膜、窒化珪素などで構成される窒化膜、または酸化膜と窒化膜とが積層された膜が採用され得る。半導体基板１０１上には、一方向に沿って連続的あるいは断続的に裏面バスバー電極１０８ａが設けられる。
ここで、通常は、パッシベーション層１０４および保護層１０６が裏面バスバー電極１０８ａと接する部分まで形成される。このため、半導体基板１０１の裏面１０１ｂにおいてパッシベーション層１０４の面積が大きくなる。これにより、太陽電池素子１１０における光電変換効率が向上する。
ところで、例えば、太陽電池素子１１０が使用される際には、加熱および冷却によって、太陽電池素子１１０を構成する各層の膨張および収縮が生じ得る。このとき、例えば、保護層１０６と裏面集電電極１０８ｂとでは、熱膨張率が顕著に相違する場合がある。この場合、加熱に応じた熱膨張および冷却に応じた熱収縮によって、保護層１０６から裏面集電電極１０８ｂが剥離するおそれがある。
そこで、本願発明者らは、ＰＥＲＣ型の太陽電池素子について、半導体基板に対する裏面集電電極の密着性を向上させることができる技術を創出した。
これについて、以下、各種実施形態を図面に基づいて説明する。図面においては同様な構成および機能を有する部分に同じ符号が付されており、下記説明では重複説明が省略される。図面は模式的に示されたものである。図１から図８および図１２には、右手系のＸＹＺ座標系が付されている。このＸＹＺ座標系では、裏面バスバー電極８ａの幅方向が＋Ｘ方向とされ、裏面バスバー電極８ａの長手方向が＋Ｙ方向とされている。換言すれば、裏面バスバー電極８ａを平面視した場合に、＋Ｘ方向に沿った第１方向が、裏面バスバー電極８ａの幅方向とされ、＋Ｙ方向に沿った第２方向が、裏面バスバー電極８ａの長手方向とされている。また、このＸＹＺ座標系では、＋Ｘ方向と＋Ｙ方向との両方に直交する方向が＋Ｚ方向とされている。
＜１．第１実施形態＞
＜１−１．太陽電池素子の概略的な構成＞
第１実施形態に係る太陽電池素子１０の概略的な構成を、図１から図３に基づいて説明する。第１実施形態に係る太陽電池素子１０は、ＰＥＲＣ型の太陽電池素子である。
図１から図３で示されるように、太陽電池素子１０は、主として光を受ける表（おもて）面側に位置している第１表面（第１素子表面ともいう）１０ａと、この第１素子表面１０ａの反対側に位置している第２表面（第２素子表面ともいう）１０ｂと、を有している。第１実施形態では、第１素子表面１０ａが、＋Ｚ方向を向いており、第２素子表面１０ｂが、−Ｚ方向を向いている。
太陽電池素子１０は、例えば、半導体基板１と、パッシベーション層４と、反射防止層５と、保護層６と、表面電極７と、裏面電極８と、を有している。
半導体基板１は、第１表面１ａおよびこの第１表面１ａとは逆の方向を向いた第２表面１ｂを有している。第１表面１ａは、太陽電池素子１０の第１素子表面１０ａ側に位置している。第１実施形態では、第１表面１ａは、＋Ｚ方向を向いている。第２表面１ｂは、太陽電池素子１０の第２素子表面１０ｂ側に位置している。第１実施形態では、第２表面１ｂは、−Ｚ方向を向いている。第１表面１ａおよび第２表面１ｂは、それぞれＸＹ平面に沿った半導体基板１の盤面を構成している。半導体基板１は、＋Ｚ方向に沿った厚さを有している。
また、半導体基板１は、第１半導体層２と第２半導体層３とを有している。第１半導体層２は、第１導電型を有する半導体によって構成されている。第２半導体層３は、第１導電型とは逆の第２導電型を有する半導体によって構成されている。第１半導体層２は、半導体基板１のうちの第２表面１ｂ側の部分に位置している。第２半導体層３は、半導体基板１のうちの第１表面１ａ側の表層部に位置している。図３の例では、第１半導体層２上に第２半導体層３が位置している。
ここで、例えば、半導体基板１がシリコン基板である場合を想定する。この場合、シリコン基板として、多結晶または単結晶のシリコン基板が採用される。シリコン基板は、例えば、２５０μｍ以下あるいは１５０μｍ以下の厚さを有する薄い基板である。また、シリコン基板は、例えば、平面視して略矩形状の盤面を有している。このような形状を有する半導体基板１が採用されれば、複数の太陽電池素子１０を並べて太陽電池モジュールが製造される際に、太陽電池素子１０同士の間の隙間が小さくなり得る。
また、例えば、第１導電型がｐ型であり且つ第２導電型がｎ型である場合、ｐ型のシリコン基板は、例えば、多結晶あるいは単結晶のシリコンの結晶に、ドーパント元素として、ボロンあるいはガリウムなどの不純物を含有させることで製作され得る。この場合、ｐ型のシリコン基板の第１表面１ａ側の表層部にドーパントとしてのリンなどの不純物を拡散させることで、ｎ型の第２半導体層３が生成され得る。このとき、ｐ型の第１半導体層２とｎ型の第２半導体層３とが積層された半導体基板１が形成され得る。これにより、半導体基板１は、第１半導体層２と第２半導体層３との界面に位置しているｐｎ接合部を有している。
図３で示されるように、半導体基板１の第１表面１ａは、例えば、照射された光の反射率を低減するための微細な凹凸構造（テクスチャ）を有していてもよい。このとき、テクスチャの凸部の高さは、例えば、０．１μｍから１０μｍ程度とされる。隣り合う凸部の頂点の間の距離は、例えば、０．１μｍから２０μｍ程度とされる。テクスチャでは、例えば、凹部が略球面状であってもよいし、凸部がピラミッド形状であってもよい。上述した「凸部の高さ」とは、例えば、図３において、凹部の底面を通る直線を基準線とし、この基準線に対して垂直な方向（ここでは＋Ｚ方向）において、この基準線から凸部の頂点までの距離のことである。
さらに、半導体基板１は、第３半導体層２ｂｓを有している。第３半導体層２ｂｓは、半導体基板１のうちの第２表面１ｂ側の表層部に位置している。第３半導体層２ｂｓの導電型は、第１半導体層２の導電型（本実施形態ではｐ型）と同一であればよい。そして、第３半導体層２ｂｓが含有するドーパントの濃度は、第１半導体層２が含有するドーパントの濃度よりも高い。第３半導体層２ｂｓは、半導体基板１の第２表面１ｂ側において内部電界を形成する。これにより、半導体基板１の第２表面１ｂの近傍では、半導体基板１において光の照射に応じた光電変換によって生じる少数キャリアの再結合が低減され得る。その結果、光電変換効率が低下しにくくなる。第３半導体層２ｂｓは、例えば、半導体基板１のうちの第２表面１ｂ側の表層部に、アルミニウムなどのドーパント元素が拡散されることで形成され得る。このとき、第１半導体層２におけるドーパント元素の濃度を、５×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３から１×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３程度とし、第３半導体層２ｂｓにおけるドーパント元素の濃度を、１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３から５×１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３程度とすることができる。第３半導体層２ｂｓは、後述する裏面集電電極８ｂと半導体基板１との接触部分に存在すればよい。
パッシベーション層４は、半導体基板１の少なくとも第２表面１ｂ上に位置している。第１実施形態では、パッシベーション層４は、半導体基板１の第２表面１ｂに接している。パッシベーション層４は、半導体基板１において、光の照射に応じた光電変換によって生成される少数キャリアの再結合を低減することができる。パッシベーション層４の素材としては、例えば、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化ハフニウム、酸化シリコン、窒化シリコンおよび酸窒化シリコンなどから選択される１種類以上の素材が採用されればよい。この場合、パッシベーション層４は、例えば、原子層堆積（Atomic Layer Deposition：ＡＬＤ）法で形成され得る。ここで、酸化アルミニウムは負の固定電荷を有する。このため、電界効果によって、半導体基板１の第２表面１ｂ側で生じる少数キャリア（この場合は電子）が、ｐ型の第１半導体層２とパッシベーション層４との界面（第２表面１ｂ）から遠ざけられる。これにより、半導体基板１のうちの第２表面１ｂの近傍における少数キャリアの再結合が低減され得る。その結果、太陽電池素子１０の光電変換効率が向上され得る。パッシベーション層４の厚さは、例えば、１０ｎｍから２００ｎｍ程度とされる。パッシベーション層４は、例えば、半導体基板１の第１表面１ａ上にも位置していてもよい。また、パッシベーション層４は、例えば、半導体基板１の第１表面１ａと第２表面１ｂとを接続する端面１ｃ上に位置していてもよい。
さらに、例えば、パッシベーション層４に用いられる酸化アルミニウムは、その化学式をＡｌ２ＯＸで表したときに、Ｘは、３以上に限定されない。Ｘは、３未満でもよく、例えば２．６から２．９程度でもよい。この場合には、パッシベーション層４を構成する酸化アルミニウムの膜の分子構造においてアルミニウムが欠損しにくくなる。これにより、酸化アルミニウムの膜がより緻密なものとなる。その結果、太陽電池素子１０では、パッシベーション層４の存在によって、電気的なリークが生じにくくなるとともに、耐湿性が向上し得る。したがって、太陽電池素子１０の長期的信頼性がより向上し得る。
反射防止層５は、太陽電池素子１０の第１素子表面１０ａに照射される光の反射率を低減することができる。反射防止層５の素材としては、例えば、酸化シリコン、酸化アルミニウムまたは窒化シリコンなどが採用され得る。反射防止層５の屈折率および厚さは、太陽光のうち、半導体基板１に吸収されて発電に寄与し得る波長範囲の光に対して、反射率が低い条件（低反射条件ともいう）を実現することが可能な値に適宜設定され得る。反射防止層５の屈折率は、例えば、１．８から２．５程度とされる。反射防止層５の厚さは、例えば、２０ｎｍから１２０ｎｍ程度とされる。
保護層６は、半導体基板１の第２表面１ｂ上に位置しているパッシベーション層４上に位置している。第１実施形態では、保護層６は、パッシベーション層４上において、このパッシベーション層４を覆っている。これにより、パッシベーション層４を保護することができる。保護層６の素材としては、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などから選択される１種以上が採用される。保護層６は、パッシベーション層４上において、所望のパターンを有している状態で位置している。保護層６は、厚さ方向（ここでは＋Ｚ方向）にこの保護層６を貫通する間隙部を有している。この間隙部は、例えば、第２表面１ｂに沿った周囲が閉じられた貫通孔を形成している孔部であってもよいし、第２表面１ｂに沿った周囲の少なくとも一部が開口しているスリット状の孔部であってもよい。ここでは、保護層６を平面視して、保護層６が複数の間隙部を有している場合が想定される。複数の間隙部には、例えば、第１間隙部Ｇ１と、この第１間隙部Ｇ１とは異なる第２間隙部Ｇ２と、が含まれている。
第１間隙部Ｇ１には、後述する裏面バスバー電極８ａおよび裏面集電電極８ｂの双方が位置している。各第１間隙部Ｇ１は、例えば、保護層６を平面視した場合、裏面バスバー電極８ａの位置からこの裏面バスバー電極８ａの幅方向に拡がっているような形状を有している。
第２間隙部Ｇ２には、裏面バスバー電極８ａが位置していることなく裏面集電電極８ｂが位置している。各第２間隙部Ｇ２の形状は、ドット（点）状であってもよいし、帯（線）状であってもよい。第２間隙部Ｇ２の直径または幅は、例えば、１０μｍから５００μｍ程度とされる。第２間隙部Ｇ２のピッチは、例えば、０．３ｍｍから３ｍｍ程度とされる。第２間隙部Ｇ２のピッチは、例えば、保護層６を平面視した際の互い隣り合う第２間隙部Ｇ２の中心同士の距離であればよい。
ところで、保護層６の上に後述する裏面集電電極８ｂを形成する際には、例えば、主成分としてアルミニウムを含む金属粉末、有機ビヒクルおよびガラスフリットを含有する金属ペースト（Ａｌペーストともいう）が所望の形状を有するように塗布されて焼成される。ここで、本明細書において、主成分とは、含有成分のうち含有される比率（含有率ともいう）が最も大きい（高い）成分のことを意味する。このとき、保護層６の第１間隙部Ｇ１および第２間隙部Ｇ２においてパッシベーション層４上に直接塗布されたＡｌペーストは、パッシベーション層４のファイヤースルー（焼成貫通ともいう）を生じる。これにより、半導体基板１の第２表面１ｂに裏面集電電極８ｂが直接接続される。その結果、第１間隙部Ｇ１および第２間隙部Ｇ２のそれぞれが、保護層６だけでなく、パッシベーション層４も貫通している状態となる。また、このとき、例えば、Ａｌペースト内のアルミニウムが半導体基板１の第２表面１ｂの表層部内に拡散することで、第３半導体層２ｂｓが形成される。
また、例えば、保護層６の厚さは、パッシベーション層４の厚さよりも十分大きい。このため、パッシベーション層４のうちの保護層６で覆われている部分では、Ａｌペーストはパッシベーション層４の焼成貫通を生じない。これにより、太陽電池素子１０において、半導体基板１の第２表面１ｂ上に、保護層６の所望のパターンに対応するパターンでパッシベーション層４を存在させることが可能となる。保護層の６の厚さは、例えば、０．５μｍから１０μｍ程度とされる。保護層６の厚さは、例えば、保護層６を形成するための絶縁性ペーストの組成、半導体基板１の第２表面１ｂの形状、および裏面集電電極８ｂの形成時の焼成条件などによって、適宜変更される。
保護層６は、例えば、半導体基板１の第２表面１ｂ上に形成されたパッシベーション層４上に、湿式のプロセスあるいは乾式のプロセスによって形成される。湿式のプロセスとしては、例えば、絶縁性ペーストの塗布などを用いたプロセスが適用される。この場合、例えば、パッシベーション層４上に絶縁性ペーストがスクリーン印刷法などの塗布法によって所望のパターンを有するように塗布された上で、乾燥されることで、保護層６が形成される。絶縁性ペーストは、例えば、保護層６の原料となるシロキサン樹脂と、有機溶剤と、複数のフィラーと、を含む絶縁性のペーストである。シロキサン樹脂は、シロキサン結合（Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合）を有するシロキサン化合物である。具体的には、シロキサン樹脂は、例えば、アルコキシシランまたはシラザンなどを加水分解させて縮合重合させることで生成された、分子量１万以下の低分子量の樹脂であればよい。また、乾式のプロセスとしては、例えば、プラズマ化学気相成長（plasma-enhanced chemical vapor deposition：ＰＥＣＶＤ）またはスパッタリングなどを用いたプロセスが適用される。
保護層６は、例えば、半導体基板１の端面１ｃ上において、直接あるいはパッシベーション層４上に形成された反射防止層５上にも形成されてもよい。このとき、保護層６の存在によって、太陽電池素子１０におけるリーク電流の低減が図られ得る。
表面電極７は、半導体基板１の第１表面１ａ側に位置している。表面電極７は、図１および図３で示されるように、表面バスバー電極７ａと複数の線状の表面集電電極７ｂとを有している。
表面バスバー電極７ａは、半導体基板１における光の照射に応じた光電変換によって得られた電気を太陽電池素子１０の外部に取り出すためのバスバー電極である。表面バスバー電極７ａは、平面視して、例えば、細長い長方形状の形状を有するバスバー電極であればよい。表面バスバー電極７ａの短手方向の長さ（幅ともいう）は、例えば１．３ｍｍから２．５ｍｍ程度とされる。表面バスバー電極７ａの少なくとも一部は、表面集電電極７ｂと交差して電気的に接続されている状態にある。
表面集電電極７ｂは、半導体基板１において光の照射に応じた光電変換によって得られた電気を集めることができる。各表面集電電極７ｂは、例えば、５０μｍから２００μｍ程度の幅を有する線状の電極である。換言すれば、各表面集電電極７ｂの幅は、表面バスバー電極７ａの幅よりも小さい。複数の表面集電電極７ｂは、例えば、互いに１ｍｍから３ｍｍ程度の間隔を空けて並ぶように位置している。
表面電極７の厚さは、例えば、１０μｍから４０μｍ程度である。表面電極７は、例えば、主成分として銀を含む金属粉末、有機ビヒクルおよびガラスフリットを含有する金属ペースト（銀ペーストともいう）をスクリーン印刷などによって所望の形状に塗布した後に、この銀ペーストを焼成することで、形成され得る。また、例えば、表面集電電極７ｂと同様の形状の補助電極７ｃが、半導体基板１の周縁部に沿って位置することで、表面集電電極７ｂ同士を電気的に接続してもよい。
裏面電極８は、半導体基板１の第２表面１ｂ側に位置している。裏面電極８は、図２および図３で示されるように、裏面バスバー電極８ａと裏面集電電極８ｂとを有している。
裏面バスバー電極８ａは、半導体基板１の第２表面１ｂ側に位置している。裏面バスバー電極８ａは、太陽電池素子１０において光電変換によって得られた電気を太陽電池素子１０の外部に取り出すためのバスバー電極である。例えば、複数の太陽電池素子１０を電気的に直列に接続することで太陽電池モジュールを製作する場合には、隣り合う太陽電池素子１０の間で、裏面バスバー電極８ａと表面バスバー電極７ａとが配線材によって接続される。ここでは、配線材は、例えば、裏面バスバー電極８ａおよび表面バスバー電極７ａに対してはんだ付けなどによって接合される。
図２の例では、半導体基板１の第２表面１ｂ側に、３本の裏面バスバー電極８ａが存在している。各裏面バスバー電極８ａは、第２表面１ｂに沿ったこの裏面バスバー電極８ａの長手方向としての＋Ｙ方向に沿って並んでいるＮ個（Ｎは２以上の整数）の島状の電極部（島状電極部ともいう）８ａｉを有している。ここで、Ｎ個の島状電極部８ａｉが並んでいる第２方向が、裏面バスバー電極８ａの長手方向とされている。ここでは、Ｎ個は６個である。換言すれば、半導体基板１の第２表面１ｂ側には、それぞれ裏面バスバー電極８ａの長手方向（ここでは＋Ｙ方向）に沿って並んでいる３列の島状電極部８ａｉが存在している。そして、裏面バスバー電極８ａは、長手方向に交差している幅方向を有している。ここでは、幅方向は、＋Ｘ方向である。裏面バスバー電極８ａの厚さは、例えば１０μｍから３０μｍ程度とされる。裏面バスバー電極８ａの幅は、例えば、１．３ｍｍから７ｍｍ程度とされる。裏面バスバー電極８ａが、主成分として銀を含む場合、裏面バスバー電極８ａは、例えば、銀ペーストをスクリーン印刷などによって所望の形状に塗布した後に、この銀ペーストを焼成することで、形成され得る。銀ペーストは、主成分として銀を含む金属粉末、有機ビヒクルおよびガラスフリットを含有する。このとき、例えば、保護層６の第１間隙部Ｇ１においてパッシベーション層４上に直接塗布された銀ペーストは、パッシベーション層４の焼成貫通を生じる。これにより、半導体基板１の第２表面１ｂに裏面バスバー電極８ａが直接接続される。
裏面集電電極８ｂは、半導体基板１の第２表面１ｂ側において、保護層６上に位置している。また、裏面集電電極８ｂは、保護層６およびパッシベーション層４を貫通する第１間隙部Ｇ１および第２間隙部Ｇ２に位置しており、半導体基板１に電気的に接続されている状態にある。図２の例では、１８個の第１間隙部Ｇ１と、６４個の第２間隙部Ｇ２と、が存在している。但し、各第１間隙部Ｇ１および各第２間隙部Ｇ２については、大きさ、形状および数の組合せが、適宜調整され得る。このため、第１間隙部Ｇ１および第２間隙部Ｇ２のそれぞれの数は、例えば、１つ以上であればよい。
裏面集電電極８ｂは、半導体基板１の第２表面１ｂ側において、半導体基板１で光の照射に応じた光電変換によって得られた電気を集めることができる。裏面集電電極８ｂは、裏面バスバー電極８ａの少なくとも一部に対して電気的に接続している状態で位置している。裏面集電電極８ｂの厚さは、例えば、１５μｍから５０μｍ程度とされる。裏面集電電極８ｂが、主成分としてアルミニウムを含む場合、裏面集電電極８ｂは、例えば、Ａｌペーストが所望の形状に塗布された後に、焼成されることで形成され得る。
さらに、裏面集電電極８ｂは、例えば、太陽電池素子１０の第２表面１ｂ上において表面集電電極７ｂのような形状を有しており且つ裏面バスバー電極８ａと接続されている状態とされてもよい。このような構造が採用されれば、太陽電池素子１０の第２素子表面１０ｂに入射される光も太陽電池素子１０における光電変換に利用され得る。これにより、例えば、太陽電池素子１０における出力が向上し得る。第２素子表面１０ｂに入射される光は、例えば、太陽光の地面などからの反射によって生じ得る。
＜１−２．太陽電池素子の第１間隙部および第２間隙部の近傍における構成＞
第１実施形態に係る太陽電池素子１０の第１間隙部Ｇ１および第２間隙部Ｇ２の近傍における構成を、図４から図８に基づいて説明する。ここで、保護層６を貫通する第１間隙部Ｇ１および第２間隙部Ｇ２の平面形状は、例えば、太陽電池素子１０の裏面電極８が塩酸などを用いたエッチングで除去された後に、光学顕微鏡または走査型電子顕微鏡（Scanning Electron Microscope：ＳＥＭ）によって観察され得る。太陽電池素子１０の断面は、例えば、太陽電池素子１０の切断後に、切断による歪みおよび傷を有する部分が塩酸などを用いたエッチングで除去された後に、ＳＥＭなどによって観察され得る。
図４、図５および図６で示されるように、裏面バスバー電極８ａは、パッシベーション層４と保護層６とを貫通している第１間隙部Ｇ１において、半導体基板１の第２表面１ｂに接している。そして、図４および図５で示されるように、裏面バスバー電極８ａは、幅方向（ここでは、＋Ｘ方向）において、パッシベーション層４および保護層６と、間隙領域Ｇ１ａを挟んでいる状態で位置している。換言すれば、間隙領域Ｇ１ａは、裏面バスバー電極８ａとパッシベーション層４および保護層６との間の領域である。
図４および図５の例では、裏面バスバー電極８ａの幅方向の両側に間隙領域Ｇ１ａが存在している。具体的には、例えば、裏面バスバー電極８ａの＋Ｘ方向の側に間隙領域Ｇ１ａが存在しているとともに、裏面バスバー電極８ａの−Ｘ方向の側に間隙領域Ｇ１ａが存在している。より具体的には、例えば、図５で示されるように、＋Ｘ方向に沿った幅Ｗ１を有する第１間隙部Ｇ１において、＋Ｘ方向における中央部分に幅Ｗ１ｏを有する裏面バスバー電極８ａが存在している。そして、第１間隙部Ｇ１において、裏面バスバー電極８ａの＋Ｘ方向の側に幅Ｗ１ａを有する間隙領域Ｇ１ａが存在しているとともに、裏面バスバー電極８ａの−Ｘ方向の側に幅Ｗ１ａを有する間隙領域Ｇ１ａが存在している。裏面バスバー電極８ａの幅方向の両側に存在している間隙領域Ｇ１ａの幅Ｗ１ａは、互いに同一であってもよいし、互いに異なっていてもよい。
図４から図８で示されるように、裏面集電電極８ｂは、電極層部８ｂｅと、第１接続部８ｂｃ１と、第２接続部８ｂｃ２と、を有している。電極層部８ｂｅは、保護層６上に位置している。
第１接続部８ｂｃ１は、間隙領域Ｇ１ａに位置しており、電極層部８ｂｅと第２表面１ｂとを接続している部分を有している。このように、例えば、第１間隙Ｇ１において、裏面集電電極８ｂが半導体基板１と接続していれば、裏面集電電極８ｂのうちの裏面バスバー電極８ａ側の縁部の近傍において、裏面集電電極８ｂが第２表面１ｂと接続し得る。この場合、例えば、Ａｌペーストの焼成によって裏面集電電極８ｂの第１接続部８ｂｃ１が形成される際に、第１接続部８ｂｃ１と第２表面１ｂとの界面に第３半導体層２ｂｓが形成される。具体的には、この界面の部分では半導体基板１の成分（例えばシリコン）と裏面集電電極８ｂの成分（例えばアルミニウム）との合金が形成される。これにより、保護層６上に位置している電極層部８ｂｅに比べて、半導体基板１に対する裏面集電電極８ｂの密着性が向上し得る。その結果、例えば、光電変換によって発生した光電流の電流密度が大きくなる、裏面バスバー電極８ａと裏面集電電極８ｂとの接続部の近傍部分（ここでは第１間隙Ｇ１）において裏面集電電極８ｂの剥離が生じにくくなる。したがって、ＰＥＲＣ型の太陽電池素子１０の信頼性が向上し得る。
また、第１接続部８ｂｃ１は、間隙領域Ｇ１ａにおいて、電極層部８ｂｅから第２表面１ｂにかけて＋Ｚ方向に延びている状態で存在している。このとき、例えば、第１接続部８ｂｃ１の厚さは、電極層部８ｂｅの厚さに、間隙領域Ｇ１ａ内の部分の厚さを加算したものとなる。換言すれば、第１接続部８ｂｃ１の厚さは、電極層部８ｂｅの厚さよりも大きい。ここで、例えば、複数の太陽電池素子１０を電気的に直列に接続することで太陽電池モジュールを製作する場合を想定する。この場合、隣り合う太陽電池素子１０の間で、裏面バスバー電極８ａと表面バスバー電極７ａとが配線材によって電気的に直列に接続される。このとき、例えば、半導体基板１において光の照射に応じて光電変換によって生じる光電流が、裏面集電電極８ｂによって裏面バスバー電極８ａに向けて流れる際に、光電流が流れる方向に沿って裏面集電電極８ｂの厚さが大きくなり得る。これにより、各太陽電池素子１０における直列接続に係る電気抵抗の成分が低減され得る。
また、例えば、保護層６が絶縁性ペーストの塗布によって形成されれば、保護層６の第１間隙部Ｇ１に接する端部近傍の厚さが、この保護層６の端縁部に向けて徐々に小さくなる場合が想定される。この場合には、例えば、半導体基板１において光の照射に応じて光電変換によって生じる光電流が、裏面集電電極８ｂによって裏面バスバー電極８ａに向けて流れる際に、光電流が流れる方向に沿って裏面集電電極８ｂの厚さが徐々に大きくなる。このとき、例えば、各太陽電池素子１０における直列接続に係る電気抵抗の成分が低減され得る。
第２接続部８ｂｃ２は、第２間隙部Ｇ２に位置しており、電極層部８ｂｅと第２表面１ｂとを接続している。ここでは、第２接続部８ｂｃ２は、第２間隙部Ｇ２において、電極層部８ｂｅから第２表面１ｂにかけて＋Ｚ方向に延びている状態で存在している部分である。
図５の例では、＋Ｘ方向に沿った幅Ｗ１ａを有する間隙領域Ｇ１ａ内に、＋Ｘ方向に沿った幅Ｗ１ａを有する第１接続部８ｂｃ１が存在している。裏面集電電極８ｂは、例えば、＋Ｘ方向に沿った幅Ｗ１ｂを有する部分において、裏面バスバー電極８ａ上に重畳している。換言すれば、裏面バスバー電極８ａの一部の上に裏面集電電極８ｂの一部が位置している。また、＋Ｘ方向において幅Ｗ２を有する第２間隙部Ｇ２内に、＋Ｘ方向において幅Ｗ２を有する第２接続部８ｂｃ２が存在している。ここで、例えば、間隙領域Ｇ１ａの幅Ｗ１ａが、第２間隙部Ｇ２の幅Ｗ２よりも大きければ、裏面集電電極８ｂの間隙領域Ｇ１ａを介した半導体基板１に対する接続によって、半導体基板１に対する裏面集電電極８ｂの密着性が向上し得る。
図４、図６および図７で示されるように、保護層６は、裏面バスバー電極８ａの長手方向（ここでは、＋Ｙ方向）において、島状電極部８ａｉとの間に第３間隙部Ｇ３を挟んで位置している。この第３間隙部Ｇ３は、保護層６が存在しているレイヤーにおける空間上の領域としての間隙部分である。第１実施形態では、例えば、裏面バスバー電極８ａの長手方向（＋Ｙ方向）の両側に第３間隙部Ｇ３が存在している。具体的には、例えば、裏面バスバー電極８ａの＋Ｙ方向の側に第３間隙部Ｇ３が存在しているとともに、裏面バスバー電極８ａの−Ｙ方向の側に第３間隙部Ｇ３が存在している。図６で示されるように、各第３間隙部Ｇ３は、＋Ｙ方向に沿った長さＬ３を有している。裏面バスバー電極８ａの長手方向の両側に存在している第３間隙部Ｇ３の長さＬ３は、互いに同一であってもよいし、互いに異なっていてもよい。
図４、図６および図８で示されるように、裏面集電電極８ｂは、裏面バスバー電極８ａの長手方向において、島状電極部８ａｉとの間に第４間隙部Ｇ４を挟んで位置している。この第４間隙部Ｇ４は、裏面集電電極８ｂが存在しているレイヤーにおける空間上の領域としての間隙部分である。第１実施形態では、例えば、裏面バスバー電極８ａの長手方向（＋Ｙ方向）の両側に第４間隙部Ｇ４が存在している。具体的には、例えば、裏面バスバー電極８ａの＋Ｙ方向の側に第４間隙部Ｇ４が存在しているとともに、裏面バスバー電極８ａの−Ｙ方向の側に第４間隙部Ｇ４が存在している。図６で示されるように、各第４間隙部Ｇ４は、＋Ｙ方向に沿った長さＬ４を有している。裏面バスバー電極８ａの長手方向の両側に存在している第４間隙部Ｇ４の長さＬ４は、互いに同一であってもよいし、互いに異なっていてもよい。
ここで、図４および図６で示されるように、裏面集電電極８ｂおよび保護層６を平面透視した場合に、第３間隙部Ｇ３と第４間隙部Ｇ４とが重畳している。図４および図６の例では、裏面集電電極８ｂおよび保護層６を平面透視した場合に、第３間隙部Ｇ３の全域を包含するように、第４間隙部Ｇ４が第３間隙部Ｇ３に重畳している。これにより、第３間隙部Ｇ３と第４間隙部Ｇ４とが１つの段部を有する間隙部（段部間隙部ともいう）Ｇ３４を構成している。第１実施形態では、例えば、裏面バスバー電極８ａの長手方向（＋Ｙ方向）の両側に段状間隙部Ｇ３４が存在している。具体的には、例えば、裏面バスバー電極８ａの＋Ｙ方向の側に段状間隙部Ｇ３４が存在しているとともに、裏面バスバー電極８ａの−Ｙ方向の側に段状間隙部Ｇ３４が存在している。
そして、パッシベーション層４を平面透視した場合に、このパッシベーション層４は、第３間隙部Ｇ３と第４間隙部Ｇ４とが重畳する位置まで延びている状態で存在している。換言すれば、図６の例では、第３間隙部Ｇ３に対してパッシベーション層４が露出している。このような構成が採用されれば、例えば、裏面バスバー電極８ａの長手方向（＋Ｙ方向）において、例えば、保護層６と裏面バスバー電極８ａとが接触している部分が減る。
ここで、例えば、複数の太陽電池素子１０を電気的に直列に接続することで太陽電池モジュールを製作する場合を想定する。この場合、隣り合う太陽電池素子１０の間で、裏面バスバー電極８ａと表面バスバー電極７ａとが配線材によって電気的に直列に接続される。このとき、仮に裏面バスバー電極８ａと保護層６とが接触していれば、例えば、裏面バスバー電極８ａに配線材を接合する際に、この配線材に付与する熱に応じて、保護層６が変質しやすい。また、例えば、裏面バスバー電極８ａと保護層６との熱膨張率の差異に応じて保護層６が裏面バスバー電極８ａの表面から剥離および剥落しやすい。
これに対して、第１実施形態では、例えば、裏面バスバー電極８ａの長手方向（＋Ｙ方向）において、保護層６と裏面バスバー電極８ａとが接触している部分が低減されている。これにより、例えば、裏面バスバー電極８ａに配線材を接合する際に、この配線材に付与する熱に応じた保護層６の変質が生じにくくなる。また、例えば、裏面バスバー電極８ａと保護層６との熱膨張係数の差異に応じた裏面バスバー電極８ａからの保護層６の剥離および剥落が生じにくくなる。また、例えば、裏面バスバー電極８ａと保護層６との化学反応が生じにくくなるので、裏面バスバー電極８ａの出力の特性および信頼性などが低下しにくくなる。
また、パッシベーション層４は、第３間隙部Ｇ３と第４間隙部Ｇ４とが重畳する位置まで延びている状態で存在していることで、例えば、第３間隙部Ｇ３に対する半導体基板１の第２表面１ｂの露出が低減され得る。これにより、例えば、裏面バスバー電極８ａに配線材を接合する際に、配線材に熱が付与されても、半導体基板１の第２表面１ｂにおいて酸化膜が成長しにくくなる。このため、パッシベーション層４が剥離しにくくなり得る。その結果、太陽電池素子１０の信頼性が向上し得る。ここでは、例えば、さらに、パッシベーション層４が裏面バスバー電極８ａに接する位置まで延びている状態で存在していれば、第３間隙部Ｇ３に対する半導体基板１の第２表面１ｂの露出が低減され得る。
また、ここでは、裏面バスバー電極８ａの長手方向（＋Ｙ方向）において、裏面バスバー電極８ａと裏面集電電極８ｂとが離れている長さＬ４が、長さＬ３よりも大きい。これにより、例えば、裏面バスバー電極８ａに配線材を接合する際に、裏面集電電極８ｂの存在による配線材の持ち上がりが低減され得る。ここで、配線材の持ち上がりは、例えば、裏面バスバー電極８ａの長手方向（＋Ｙ方向）において島状電極部８ａｉの両側に位置している電極層部８ｂｅと、配線材との接触によって、配線材に島状電極部８ａｉから離れる方向（ここでは−Ｚ方向）に力が生じることで発生し得る。この力は、例えば、電極層部８ｂｅよりも島状電極部８ａｉが窪んでいる場合に、島状電極部８ａｉに接合させるために配線材を弾性変形させることで配線材の弾性力などによって生じ得る。ここでは、例えば、このような配線材の持ち上がりが低減されれば、配線材を裏面バスバー電極８ａに接合させにくい不具合が発生しにくくなる。
また、図６で示されるように、裏面バスバー電極８ａが、第２表面１ｂとは逆側の面（被接合面ともいう）８ａｒにおいて凹凸構造を有していれば、凹部におけるハンダなどの接合剤の厚みを部分的に厚くすることが可能となる。これにより、裏面バスバー電極８ａの被接合面８ａｒに配線材を強固に接合することができる。このような凹凸構造は、例えば、銀ペーストをスクリーン印刷などによって所望の形状に塗布する際に、メッシュおよびマスクなどの形状が調整されることで形成され得る。この裏面バスバー電極８ａの被接合面８ａｒにおける凹部の深さは、例えば、裏面バスバー電極８ａの最も厚い部分の膜厚の１／４から１／２程度でもよく、さらに部分的には裏面バスバー電極８ａを貫通して第２表面１ｂに達するものでもよい。
＜１−３．太陽電池素子の製造＞
太陽電池素子１０の製造方法の一例について、図９、図１０および図１１（ａ）から図１１（ｆ）に基づいて説明する。ここでは、図９で示されるステップＳＴ１からステップＳＴ４の工程をこの記載の順に実施することで、太陽電池素子１０を製造することができる。
＜１−３−１．半導体基板の準備＞
ステップＳＴ１では、半導体基板１を準備する工程（第１工程ともいう）を実施する。半導体基板１は、第１表面１ａおよびこの第１表面１ａとは逆の方向を向いた第２表面１ｂを有している。
ここでは、まず、図１１（ａ）で示されるように半導体基板１を準備する。半導体基板１は、例えば、既存のＣＺ法または鋳造法などを用いて形成され得る。ここでは、鋳造法によって作製されたｐ型の多結晶シリコンのインゴットを用いた例について説明する。このインゴットを、例えば２５０μｍ以下の厚さにスライスして半導体基板１を作製する。ここで、例えば、半導体基板１の表面に対して、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、または、フッ酸と硝酸との混合溶液などの水溶液でごく微量のエッチングを施すと、半導体基板１の切断面の機械的なダメージを受けた層および汚染された層を除去することができる。
次に、図１１（ｂ）で示されるように、半導体基板１の第１表面１ａにテクスチャを形成する。テクスチャは、水酸化ナトリウムなどのアルカリ性の水溶液またはフッ硝酸などの酸性の水溶液を用いたウエットエッチング、あるいは反応性イオンエッチング（Reactive Ion Etching：ＲＩＥ）法などを使用したドライエッチングによって形成され得る。
次に、図１１（ｃ）で示されるように、テクスチャを有する半導体基板１の第１表面１ａに、ｎ型の半導体領域である第２半導体層３を形成する。具体的には、テクスチャを有する半導体基板１における第１表面１ａ側の表層部にｎ型の第２半導体層３を形成する。第２半導体層３は、例えば、ペースト状にした五酸化二リン（Ｐ２Ｏ５）を半導体基板１の表面に塗布してリンを熱拡散させる塗布熱拡散法、ガス状にしたオキシ塩化リン（ＰＯＣｌ３）を拡散源とした気相熱拡散法などを用いて形成され得る。第２半導体層３は、例えば、０．１μｍから２μｍ程度の深さと４０Ω／□から２００Ω／□程度のシート抵抗値とを有するように形成される。
例えば、気相熱拡散法では、まず、ＰＯＣｌ３などを主として含有する拡散ガスを有する雰囲気中において６００℃から８００℃程度の温度において半導体基板１に５分間から３０分間程度の熱処理を施して、燐ガラスを半導体基板１の表面に形成する。その後、アルゴンまたは窒素などの不活性ガスの雰囲気中において８００℃から９００℃程度の比較的高温において、半導体基板１に１０分間から４０分間程度の熱処理を施す。これにより、燐ガラスから半導体基板１にリンが拡散して、半導体基板１の第１表面１ａ側の表層部に第２半導体層３が形成される。
ここで、第２半導体層３を形成する際に、第２表面１ｂ側にも第２半導体層が形成される場合がある。この場合には、第２表面１ｂ側に形成された第２半導体層をエッチングで除去する。例えば、フッ硝酸の水溶液に半導体基板１の第２表面１ｂ側の部分を浸すことで、第２表面１ｂ側に形成された第２半導体層を除去することができる。これにより、半導体基板１の第２表面１ｂにｐ型の導電型を有する領域を露出させることができる。その後、第２半導体層３を形成する際に半導体基板１の第１表面１ａ側に付着した燐ガラスをエッチングで除去する。このように、第１表面１ａ側に燐ガラスを残存させた状態で、第２表面１ｂ側に形成された第２半導体層をエッチングで除去すれば、第１表面１ａ側の第２半導体層３の除去およびダメージが低減され得る。このとき、半導体基板１の端面１ｃに形成された第２半導体層も併せて除去してもよい。
また、例えば、半導体基板１の第２表面１ｂ側に予め拡散マスクを形成しておき、気相熱拡散法などによって第２半導体層３を形成し、続いて拡散マスクを除去してもよい。この場合には、第２表面１ｂ側に第２半導体層は形成されないため、第２表面１ｂ側の第２半導体層を除去する工程が不要となる。
以上の処理によって、第１表面１ａ側にｎ型の半導体層である第２半導体層３が位置し、且つ第１表面１ａにテクスチャが存在している、第１半導体層２を含む半導体基板１が準備され得る。
＜１−３−２．パッシベーション層などの形成＞
ステップＳＴ２では、パッシベーション層４などを形成する工程（第２工程ともいう）を実施する。第１実施形態では、少なくとも、半導体基板１の第２表面１ｂ上にパッシベーション層４が形成される。
ここでは、例えば、図１１（ｄ）で示されるように、第１半導体層２の第２表面１ｂの上と、第２半導体層３の第１表面１ａの上に、酸化アルミニウムを主として含有するパッシベーション層４を形成する。また、パッシベーション層４の上に反射防止層５を形成する。反射防止層５は、例えば、窒化シリコン膜などによって構成される。
パッシベーション層４は、例えば、ＡＬＤ法などによって形成され得る。ＡＬＤ法によれば、例えば、半導体基板１の端面１ｃを含む全周囲にパッシベーション層４が形成され得る。ＡＬＤ法によるパッシベーション層４の形成工程では、まず、成膜装置のチャンバー内に、第２半導体層３までが形成された半導体基板１を載置する。そして、半導体基板１を１００℃から２５０℃程度の温度域まで加熱した状態で、次の工程Ａから工程Ｄを複数回繰り返し行い、酸化アルミニウムを主に含有するパッシベーション層４を形成する。これにより、所望の厚さを有するパッシベーション層４が形成される。
［工程Ａ］酸化アルミニウムを形成するためのトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）などのアルミニウム原料が、Ａｒガスまたは窒素ガスなどのキャリアガスとともに、半導体基板１上に供給される。これにより、半導体基板１の全周囲にアルミニウム原料が吸着される。ＴＭＡが供給される時間は、例えば、１５ミリ秒間から３０００ミリ秒間程度であればよい。ここで、工程Ａの開始時には、半導体基板１の表面はＯＨ基で終端されていてもよい。換言すれば、半導体基板１の表面がＳｉ−Ｏ−Ｈの構造であってもよい。この構造は、例えば、半導体基板１を希フッ酸で処理した後に純水で洗浄することで形成され得る。
［工程Ｂ］窒素ガスによって成膜装置のチャンバー内の浄化が行なわれることで、チャンバー内のアルミニウム原料が除去される。さらに、半導体基板１に物理吸着および化学吸着したアルミニウム原料の内、原子層レベルで化学吸着した成分以外のアルミニウム原料が除去される。窒素ガスによってチャンバー内が浄化される時間は、例えば、１秒間から数十秒間程度であればよい。
［工程Ｃ］水またはオゾンガスなどの酸化剤が、成膜装置のチャンバー内に供給されることで、ＴＭＡに含まれるアルキル基が除去されてＯＨ基で置換される。これにより、半導体基板１の上に酸化アルミニウムの原子層が形成される。酸化剤がチャンバー内に供給される時間は、例えば、７５０ミリ秒間から１１００ミリ秒間程度であればよい。また、例えば、チャンバー内に酸化剤ととともに水素が供給されれば、酸化アルミニウムに水素原子がより含有されやすくなる。
［工程Ｄ］窒素ガスによって成膜装置のチャンバー内の浄化が行なわれることで、チャンバー内の酸化剤が除去される。このとき、例えば、半導体基板１上における原子層レベルの酸化アルミニウムの形成時において反応に寄与しなかった酸化剤などが除去される。ここで、窒素ガスによってチャンバー内が浄化される時間は、例えば、１秒間から数十秒間程度であればよい。
以後、工程Ａから工程Ｄがこの記載の順に行われる一連の工程を複数回繰り返すことで、所望の膜厚の酸化アルミニウムの層が形成される。
反射防止層５は、例えば、ＰＥＣＶＤ法またはスパッタリング法を用いて形成される。ＰＥＣＶＤ法を用いる場合は、事前に半導体基板１を反射防止層５の成膜中の温度よりも高い温度まで加熱しておく。その後、シラン（ＳｉＨ４）とアンモニア（ＮＨ３）との混合ガスを、窒素（Ｎ２）ガスで希釈し、反応圧力を５０Ｐａから２００Ｐａ程度にして、グロー放電分解でプラズマ化させたものを、加熱された半導体基板１上に堆積させる。これにより、半導体基板１上に反射防止層５が形成される。このとき、例えば、成膜温度を、３５０℃から６５０℃程度とし、半導体基板１の事前の加熱温度を成膜温度よりも５０℃程度高くする。また、例えば、グロー放電に必要な高周波電源の周波数として、１０ｋＨｚから５００ｋＨｚ程度の周波数が採用される。また、ガスの流量は、反応室の大きさなどによって適宜決定される。例えば、ガスの流量は、１５０ミリリットル／分（ｓｃｃｍ）から６０００ミリリットル／分（ｓｃｃｍ）程度の範囲とされる。このとき、アンモニアガスの流量Ｂをシランガスの流量Ａで除した値（Ｂ／Ａ）は、０．５から１．５の範囲とされる。
＜１−３−３．保護層の形成＞
ステップＳＴ３では、保護層６を形成する工程（第３工程ともいう）を実施する。例えば、少なくとも半導体基板１の第２表面１ｂ側において、パッシベーション層４上に、第１間隙部Ｇ１、第２間隙部Ｇ２および第３間隙部Ｇ３を含むパターンを有する保護層６が形成される。保護層６は、例えば、半導体基板１の第２表面１ｂ上に形成されたパッシベーション層４上に、溶液の塗布などを用いた湿式のプロセス、あるいはＰＥＣＶＤまたはスパッタリングなどを用いた乾式のプロセスによって形成される。
ここで、例えば、フォトリソグラフィ法などを用いた乾式のプロセスが採用される場合を想定する。この場合には、まず、半導体基板１の第２表面１ｂ側において、パッシベーション層４上のうちの少なくとも保護層６を形成しない部分に、予めフォトレジストをマスクとして配置する。ここで、保護層６を形成しない部分は、第１間隙部Ｇ１、第２間隙部Ｇ２および第３間隙部Ｇ３に対応する部分である。次に、ＰＥＣＶＤまたはスパッタリングなどの手法で、保護層６を成膜する。その後、フォトレジストを除去することで、第１間隙部Ｇ１、第２間隙部Ｇ２および第３間隙部Ｇ３を含むパターンを有する保護層６が形成される。
ここで、例えば、溶液の塗布などを用いた湿式のプロセスが採用される場合を想定する。この場合、少なくとも半導体基板１の第２表面１ｂ側において、パッシベーション層４上に、第１間隙部Ｇ１、第２間隙部Ｇ２および第３間隙部Ｇ３を含むパターンを形成するように溶液を塗布し、この溶液を乾燥することで保護層６が形成される。このとき、溶液として、例えば、絶縁性ペーストが用いられる。
ここでは、例えば、図１１（ｅ）で示されるように、パッシベーション層４上の少なくとも一部に保護層６を形成する。例えば、まず、スクリーン印刷法などを用いてパッシベーション層４上の少なくとも一部に上述した絶縁性ペーストを所望のパターンで塗布する。次に、塗布後の絶縁性ペーストを、ホットプレートまたは乾燥炉などを用いて、最高温度が１５０℃から３５０℃程度とされ、加熱時間が１分間から１０分間程度とされる条件で乾燥する。これにより、パッシベーション層４上に所望のパターンを有する保護層６が形成される。
ここで、絶縁性ペーストは、例えば、図１０で示されるステップＳＰ１からステップＳＰ６の工程をこの記載の順に実施することで、製作することができる。
ステップＳＰ１では、シロキサン樹脂の前駆体と、水と、有機溶剤と、触媒と、を容器内において混合して混合溶液を作製する工程（混合工程ともいう）が実施される。シロキサン樹脂の前駆体としては、例えば、Ｓｉ−Ｏ結合を有するシラン化合物またはＳｉ−Ｎ結合を有するシラザン化合物などが採用され得る。これらの化合物は、加水分解を生じる性質（加水分解性ともいう）を有する。また、シロキサン樹脂の前駆体は、加水分解して縮合重合を生じることでシロキサン樹脂となる。
シラン化合物は、次の一般式１で表される。
（Ｒ１）ｎＳｉ（ＯＲ２）（４−ｎ） ・・・ （一般式１）。
一般式１のｎは、例えば、１から４のいずれかの整数である。また、一般式１のＲ１およびＲ２は、メチル基およびエチル基などのアルキル基あるいはフェニル基などといった炭素水素基を示す。
ここで、シラン化合物には、例えば、少なくともＲ１がアルキル基を含むシラン化合物（アルキル基系のシラン化合物ともいう）が含まれる。アルキル基系のシラン化合物としては、例えば、メチルトリメトキシシラン（ＣＨ３−Ｓｉ−（ＯＣＨ３）３）などが挙げられる。ここで、例えば、アルキル基が、メチル基、エチル基またはプロピル基であれば、シロキサン樹脂の前駆体が加水分解する際に炭素数が少なく揮発しやすい副生成物としてのアルコールが生成され得る。これにより、後述する副生成物除去工程で副生成物が除去されやすくなる。その結果、例えば、保護層６を形成する際に、副生成物の蒸発による空孔の発生が低減されることで、保護層６が緻密となり、保護層６のバリア性が向上し得る。
また、シラン化合物には、例えば、Ｒ１およびＲ２が、フェニル基とアルキル基の双方を含むシラン化合物が含まれる。このようなシラン化合物としては、例えば、フェニルトリメトキシシラン（Ｃ６Ｈ５−Ｓｉ−（ＯＣＨ３）３）などが挙げられる。このようなシラン化合物のうち、例えば、２つ以上のＯＲ結合が含まれるシラン化合物が採用されれば、シラン化合物が加水分解した後に縮合重合を生じることで生成されるシロキサン結合（Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合）の数が増加し得る。これにより、保護層６を形成する酸化シリコンにおけるシロキサン結合のネットワークが多くなり得る。その結果、保護層６のバリア性が向上し得る。
また、シラザン化合物は、無機シラザン化合物および有機シラザン化合物の何れであってもよい。ここで、無機シラザン化合物としては、例えば、ポリシラザン（−（Ｈ２ＳｉＮＨ）−）が挙げられる。有機シラザン化合物としては、例えば、ヘキサメチルジシラザン（（ＣＨ３）３−Ｓｉ−ＮＨ−Ｓｉ−（ＣＨ３）３）などが挙げられる。
水は、シロキサン樹脂の前駆体を加水分解させるための液体である。例えば、水として、純水を用いる。例えば、シラン化合物のＳｉ−ＯＣＨ３の結合に対して水が反応することで、Ｓｉ−ＯＨ結合とＨＯ−ＣＨ３（メタノール）を生じさせる。
有機溶剤は、シロキサン樹脂の前駆体からシロキサン樹脂を含むペーストを生成するための溶剤である。また、有機溶剤は、シロキサン樹脂の前駆体と水とを混合させることができる。有機溶剤としては、例えば、ジエチレングリコールモノブチルエーテルなどが用いられる。
触媒は、シロキサン樹脂の前駆体が加水分解および縮合重合を生じる際に、反応の速度を制御することができる。例えば、シロキサン樹脂の前駆体に含まれるＳｉ−ＯＲ結合（例えば、Ｒはアルキル基）に縮合重合を生じさせて、２つ以上のＳｉ−ＯＨからＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合とＨ２Ｏ（水）とを生じさせる反応の速度が調整され得る。触媒としては、例えば、塩酸、硝酸、硫酸、ホウ酸、燐酸およびフッ化水素酸などのうちの１種以上の無機酸または酢酸などの１種以上の有機酸が用いられ得る。また、触媒として、例えば、アンモニア、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化バリウムおよび水酸化カルシウムなどのうちの１種以上の無機塩基またはピリジンなどの１種以上の有機塩基が用いられてもよい。
混合工程で混合される各材料の混合比率については、例えば、全ての材料を混合した後の混合溶液において、シロキサン樹脂の前駆体の濃度が１０質量％から９０質量％程度とされる。また、この混合溶液では、例えば、水の濃度が５質量％から４０質量％程度とされ、触媒の濃度が１ｐｐｍから１０００ｐｐｍ程度とされ、有機溶剤の濃度が５質量％から５０質量％程度とされる。この混合溶液では、水の濃度が、１０質量％から２０質量％程度とされてもよい。
このような混合工程では、シロキサン樹脂の前駆体と水とが反応して、シロキサン樹脂の前駆体の加水分解が始まる。また、加水分解したシロキサン樹脂の前駆体が縮合重合を生じて、シロキサン樹脂が生成され始める。
ステップＳＰ２では、ステップＳＰ１で作製された混合溶液を攪拌する工程（第１の攪拌工程ともいう）を実施する。ここでは、混合溶液を、例えば、ミックスローターまたはスターラーなどを用いて攪拌する。混合溶液を攪拌すると、さらに、シロキサン樹脂の前駆体の加水分解が進行する。また、加水分解したシロキサン樹脂の前駆体が縮合重合を生じ、シロキサン樹脂が生成され続ける。第１の攪拌工程では、例えば、混合溶液が加熱されれば、シロキサン樹脂の前駆体の加水分解および縮合重合が進行しやすい。
ステップＳＰ３では、ステップＳＰ２で攪拌された混合溶液から副生成物を除去する工程（副生成物除去工程ともいう）を実施する。この工程では、例えば、シロキサン樹脂の前駆体と水との反応によって発生したアルコールなどを含む有機成分の副生成物、水および触媒を揮発させる。この副生成物の除去により、絶縁性ペーストを保管する際、または絶縁性ペーストを連続して塗布する際に、副生成物としての有機成分の揮発に起因した絶縁性ペーストの粘度の変動が低減され得る。また、スクリーン印刷法を用いて絶縁性ペーストを塗布する際には、スクリーン製版の乳剤が副生成物としての有機成分によって溶解されにくくなる。これにより、スクリーン製版のパターンの寸法の変動が低減され得る。また、副生成物除去工程では、水および触媒を揮発させるため、シロキサン樹脂の前駆体の縮合重合が低減され得る。これにより、混合溶液の粘度の変動が低減され得る。副生成物除去工程では、例えば、ホットプレートまたは乾燥炉などを用いて、処理温度が室温から９０℃程度であり且つ処理時間が１０分間から６００分間程度である条件で、攪拌後の混合溶液に処理が施される。このとき、処理温度が、５０℃から９０℃程度とされてもよい。
ステップＳＰ４では、ステップＳＰ３で副生成物が除去された混合溶液にフィラーを添加する工程（フィラー添加工程ともいう）を実施する。ここでは、例えば、フィラーとして、酸化シリコン、酸化アルミニウムまたは酸化チタンなどを含む無機フィラーが採用され得る。例えば、フィラーが添加された後の混合溶液中におけるフィラーの濃度が３質量％から３０質量％程度となるように、混合溶液にフィラーが添加されればよい。このとき、フィラーが添加された後の混合溶液中におけるフィラーの濃度が、例えば、５質量％から２５質量％程度とされてもよい。ここでは、第１の攪拌工程の後にフィラー添加工程を実施することで、混合溶液の粘度を容易に調整することができる。
ステップＳＰ５では、ステップＳＰ４でフィラーが添加された混合溶液を攪拌する工程（第２の攪拌工程ともいう）を実施する。ここでは、混合溶液に対して、例えば、自転・公転ミキサーなどを用いて攪拌を実施する。これにより、混合溶液中においてフィラーが均一に分散し得る。
ステップＳＰ６では、ステップＳＰ５で攪拌された混合溶液の粘度を安定化させる工程（粘度安定化工程ともいう）を実施する。ここでは、例えば、混合溶液を室温において２時間から２４時間程度保管すると、混合溶液の粘度が安定する。これにより、絶縁性ペーストが作製される。ここで、絶縁性ペーストの粘度が、例えば、せん断速度が１／秒であるときに５Ｐａ・秒から４００Ｐａ・秒程度に調整されれば、スクリーン印刷法によって絶縁性ペーストを塗布する際の滲みが低減され得る。絶縁性ペーストの粘度は、例えば、粘度・粘弾性測定装置（viscosity-viscoelasticity measuring instrument）などを用いて測定され得る。
上記ステップＳＰ１からステップＳＰ６の一連の工程では、例えば、第２の攪拌工程において混合溶液の粘度が安定する場合は、粘度安定化工程を省略してもよい。また、例えば、混合工程においてフィラーの添加を行ってもよい。この場合には、フィラー添加工程および第２の攪拌工程が不要となる。また、例えば、保護層６を形成する際に、マスクを用いたスプレー法などで絶縁性ペーストを塗布する場合には、副生成物除去工程を実施しなくてもよい。また、例えば、混合工程で、アルキル基を有するシロキサン樹脂の前駆体を含む混合溶液を生成し、その後、フィラー添加工程で、フェニル基を有するシロキサン樹脂を混合溶液に添加してもよい。
＜１−３−４．電極の形成＞
図９のステップＳＴ４では、表面電極７および裏面電極８を含む電極を形成する工程（第４工程ともいう）を実施する。ここでは、例えば、保護層６上、第１間隙部Ｇ１内および第２間隙部Ｇ２内に電極形成用の材料を配し、この電極形成用の材料を加熱することで、裏面電極８を形成する。このとき、例えば、第３間隙部Ｇ３内には電極形成用の材料が配されず、第４間隙部Ｇ４が形成されるように電極形成用の材料が配される。第１実施形態では、電極形成用の材料として、銀ペーストおよびＡｌペーストが採用される。このとき形成される裏面電極８には、裏面バスバー電極８ａと裏面集電電極８ｂとが含まれる。そして、裏面集電電極８ｂは、保護層６上に位置している電極層部８ｂｅと、第１間隙部Ｇ１に位置し、半導体基板１に電気的に接続される第１接続部８ｂｃ１と、第２間隙部Ｇ２に位置し、半導体基板１に電気的に接続される第２接続部８ｂｃ２と、を有している。
ここでは、例えば、図１１（ｆ）で示されるように、表面電極７および裏面電極８が形成される。
表面電極７は、例えば、銀ペーストを用いて作製する。まず、銀ペーストを、半導体基板１の第１表面１ａ側に塗布する。第１実施形態では、第１表面１ａ上のパッシベーション層４上に形成された反射防止層５上に、銀ペーストを塗布する。ここでは、銀ペーストの塗布は、例えば、スクリーン印刷などによって実現され得る。そして、銀ペーストの塗布後、所定の温度で銀ペースト中の溶剤を蒸散させて乾燥してもよい。スクリーン印刷によって銀ペーストを塗布するのであれば、例えば、表面電極７に含まれる表面バスバー電極７ａ、表面集電電極７ｂおよび補助電極７ｃを１つの工程で形成することができる。その後、例えば、焼成炉内で最高温度が６００℃から８５０℃程度とされ、加熱時間が数十秒間から数十分間程度とされる条件で、銀ペーストを焼成することで表面電極７を形成する。
裏面電極８に含まれる裏面バスバー電極８ａは、例えば、銀ペーストを用いて作製する。半導体基板１に銀ペーストを塗布する方法としては、例えば、スクリーン印刷法などを用いることができる。このとき、例えば、第１間隙部Ｇ１内において、間隙領域Ｇ１ａを挟んで保護層６から離れている位置に銀ペーストを塗布する。銀ペーストの塗布後、所定の温度で銀ペースト中の溶剤を蒸散させて乾燥してもよい。その後、焼成炉内で最高温度が６００℃から８５０℃程度であり、加熱時間が数十秒間から数十分間程度である条件で、銀ペーストを焼成することで、裏面バスバー電極８ａが半導体基板１の第２表面１ｂ側に形成される。
裏面電極８に含まれる裏面集電電極８ｂは、例えば、Ａｌペーストを用いて作製する。まず、Ａｌペーストを、予め塗布された銀ペーストの一部と接触するように、半導体基板１の第２表面１ｂ側に塗布する。第１実施形態では、第２表面１ｂ上のパッシベーション層４上に形成された保護層６上、第１間隙部Ｇ１内および第２間隙部Ｇ２内に、Ａｌペーストを塗布する。このとき、例えば、第３間隙部Ｇ３内にはＡｌペーストが塗布されず、第４間隙部Ｇ４が形成されるようにＡｌペーストが塗布される。ここでは、Ａｌペーストの塗布は、例えば、スクリーン印刷などによって実現され得る。ここで、Ａｌペーストの塗布後、所定の温度でＡｌペースト内の溶剤を蒸散させて乾燥させてもよい。その後、例えば、焼成炉内において最高温度が６００℃から８５０℃程度とされ、加熱時間が数十秒間から数十分間程度とされる条件でＡｌペーストを焼成することで、裏面集電電極８ｂが半導体基板１の第２表面１ｂ側に形成される。このとき、Ａｌペーストが、パッシベーション層４の焼成貫通を生じて、第１半導体層２と電気的に接続することで、裏面集電電極８ｂが形成される。また、このとき、裏面集電電極８ｂの形成に伴い、第３半導体層２ｂｓも形成される。ただし、このとき、保護層６上にあるＡｌペーストは、保護層６でブロックされる。このため、Ａｌペーストが焼成される際には、保護層６でブロックされたパッシベーション層４へは焼成による悪影響がほとんど及ばない。
上記第１実施形態において、例えば、裏面集電電極８ｂを形成した後に裏面バスバー電極８ａを形成してもよい。また、表面電極７および裏面電極８は、各々の金属ペーストを塗布した後に、同時に焼成を施すことで形成してもよい。これにより、太陽電池素子１０の生産性が向上し得る。また、この場合には、半導体基板１に施される熱履歴が低減されるため、太陽電池素子１０の出力特性が向上し得る。
＜１−４．第１実施形態のまとめ＞
第１実施形態に係る太陽電池素子１０では、例えば、裏面バスバー電極８ａと保護層６およびパッシベーション層４との間の第１間隙Ｇ１において裏面集電電極８ｂが半導体基板１と直接接続している。換言すれば、裏面バスバー電極８ａの直下には、パッシベーション層４および保護層６が位置していないので、裏面バスバー電極８ａの直ぐ横の部位において、裏面集電電極８ｂが半導体基板１と直接接続している。このとき、裏面集電電極８ｂのうちの裏面バスバー電極８ａ側の内縁部の近傍において、裏面集電電極８ｂが第２表面１ｂと接続し得る。これにより、例えば、ＰＥＲＣ型の太陽電池素子１０において、半導体基板１に対する裏面集電電極８ｂの密着性が向上し得る。その結果、例えば、ＰＥＲＣ型の太陽電池素子１０の信頼性が向上し得る。
＜２．その他＞
本開示は上述の第１実施形態に限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良などが可能である。
上記第１実施形態において、例えば、裏面バスバー電極８ａの幅方向の少なくとも一方に間隙領域Ｇ１ａが存在していてもよい。例えば、裏面バスバー電極８ａの＋Ｘ方向の側における間隙領域Ｇ１ａおよび裏面バスバー電極８ａの−Ｘ方向の側における間隙領域Ｇ１ａのうちの少なくとも一方が存在していてもよい。
上記第１実施形態において、例えば、裏面バスバー電極８ａの長手方向の少なくとも一方に第３間隙部Ｇ３が存在していてもよい。例えば、裏面バスバー電極８ａの＋Ｙ方向の側における第３間隙部Ｇ３および裏面バスバー電極８ａの−Ｙ方向の側における第３間隙部Ｇ３のうちの少なくとも一方が存在してもよい。このとき、例えば、裏面バスバー電極８ａの長手方向の少なくとも一方に第４間隙部Ｇ４が存在していてもよい。例えば、裏面バスバー電極８ａの＋Ｙ方向の側における第３間隙部Ｇ３が存在している場合には、平面透視して、この第３間隙部Ｇ３に重畳する第４間隙部Ｇ４が存在している態様が考えられる。また、例えば、裏面バスバー電極８ａの−Ｙ方向の側における第３間隙部Ｇ３が存在している場合には、平面透視して、この第３間隙部Ｇ３に重畳する第４間隙部Ｇ４が存在している態様が考えられる。
上記第１実施形態において、例えば、裏面バスバー電極８ａが、この裏面バスバー電極８ａの長手方向に沿って延びている状態で位置している１本の部分で構成されていてもよい。すなわち、例えば、裏面バスバー電極８ａは、長手方向に沿って、１つ以上の電極部を含む構成を有していてもよい。このとき、例えば、保護層６は、裏面バスバー電極８ａの長手方向において、少なくとも１つの電極部との間に第３間隙部Ｇ３を挟んで位置していてもよい。また、このとき、例えば、裏面集電電極８ｂは、裏面バスバー電極８ａの長手方向において、少なくとも１つの電極部との間に第４間隙部Ｇ４を挟んで位置していてもよい。
上記第１実施形態および各種変形例をそれぞれ構成する全部または一部を、適宜、矛盾しない範囲で組み合わせ可能であることは、言うまでもない。
１，１０１ 半導体基板
１ａ 第１表面
１ｂ 第２表面
２ 第１半導体層
２ｂｓ 第３半導体層
３ 第２半導体層
４，１０４ パッシベーション層
５ 反射防止層
６，１０６ 保護層
７ 表面電極
８，１０８ 裏面電極
８ａ，１０８ａ 裏面バスバー電極
８ａｉ 島状電極部
８ａｒ 被接合面
８ｂ，１０８ｂ 裏面集電電極
８ｂｃ１ 第１接続部
８ｂｃ２ 第２接続部
８ｂｅ 電極層部
１０，１１０ 太陽電池素子
Ｇ１ 第１間隙部
Ｇ１ａ 間隙領域
Ｇ２ 第２間隙部
Ｇ３ 第３間隙部
Ｇ４ 第４間隙部
Ｇ３４ 段状間隙部

Claims (7)

  1. 第１表面および該第１表面とは逆の方向を向いた第２表面を有している半導体基板と、
    前記第２表面に接しているパッシベーション層と、
    該パッシベーション層上に位置している保護層と、
    前記パッシベーション層と前記保護層とを貫通している第１間隙部において、前記第２表面に接しているとともに、前記第２表面に沿った第１方向において、前記パッシベーション層および前記保護層と、間隙領域を挟んでいる状態で位置している裏面バスバー電極と、
    前記保護層上に位置している電極層部と、前記間隙領域に位置し、前記電極層部と前記第２表面とを接続している第１接続部と、前記パッシベーション層と前記保護層とを貫通しており且つ前記第１間隙部とは異なる第２間隙部に位置し、前記電極層部と前記第２表面とを接続している第２接続部と、を有しており且つ前記裏面バスバー電極と電気的に接続している裏面集電電極と、を備える、太陽電池素子。
  2. 請求項１に記載の太陽電池素子であって、
    前記裏面バスバー電極は、前記第１方向に交差している前記第２表面に沿った第２方向に沿って、１つ以上の電極部を含んでおり、
    前記保護層は、前記第２方向において、前記１つ以上の電極部のうちの少なくとも１つの電極部との間に第３間隙部を挟んで位置し、
    前記裏面集電電極は、前記第２方向において、前記少なくとも１つの電極部との間に第４間隙部を挟んで位置し、
    前記裏面集電電極および前記保護層を平面透視した場合に、前記第３間隙部と前記第４間隙部とが重畳しており、
    前記パッシベーション層を平面透視した場合に、前記パッシベーション層は、前記第３間隙部と前記第４間隙部とが重畳する位置まで延びている状態で存在している、太陽電池素子。
  3. 請求項１または請求項２に記載の太陽電池素子であって、
    前記第１接続部が前記電極層部よりも厚い、太陽電池素子。
  4. 請求項１から請求項３の何れか１つの請求項に記載の太陽電池素子であって、
    前記裏面バスバー電極は、前記第２表面とは逆側の面において凹凸構造を有している、太陽電池素子。
  5. 請求項１から請求項４の何れか１つの請求項に記載の太陽電池素子であって、
    前記裏面バスバー電極の一部の上に前記裏面集電電極の一部が位置している、太陽電池素子。
  6. 請求項２に記載の太陽電池素子であって、
    前記裏面バスバー電極の前記第２方向において、前記第４間隙部の長さＬ４が、第３間隙部の長さＬ３よりも大きい、太陽電池素子。
  7. 請求項１から請求項６の何れか１つの請求項に記載の太陽電池素子であって、
    前記裏面バスバー電極の直下には、前記パッシベーション層および前記保護層が位置していない、太陽電池素子。
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