JP6422426B2 - 太陽電池 - Google Patents

Description

本発明は、集電抵抗の面内分布を調整した太陽電池、太陽電池モジュールおよび太陽電池の製造方法に関する。

太陽電池は、環境負荷あるいは運転コストが小さいことから、次世代の発電方法として注目されている。太陽電池の一例として、多結晶もしくは単結晶のｐ型シリコン基板の受光面全体にｎ型の不純物拡散層が形成されて、ｐｎ接合を形成しており、受光面側の表面にテクスチャーと呼ばれる微小凹凸が設けられたものがある。微小凹凸上には反射防止膜が形成され、その上に櫛形状に集電電極が設けられている。また、ｐ型シリコン基板の裏面側には、裏面全体に集電電極が設けられている。

ところで、太陽電池の光−電子変換効率を向上するための構造として、一例を特許文献１に示すような、セレクティブエミッタ構造が提案されている。セレクティブエミッタ構造は、受光面に形成される不純物拡散層において、集電電極と接続する領域に選択的に周囲よりも高い表面不純物濃度を持つエミッタ領域を形成した構造である。

換言すると、セレクティブエミッタ構造は、受光面、あるいは裏面の電極下の領域と、電極下以外の領域とに形成する不純物拡散層の不純物濃度を変え、それぞれの領域に適した拡散層を形成する技術である。セレクティブエミッタ構造とすることで、接合部分の不純物濃度を適切な濃度に保持した状態で、電極と接触するエミッタ領域の表面不純物濃度を高くすることができ、半導体基板と電極とのオーミック接触抵抗が低減し、曲線因子が向上する。さらに、エミッタ領域では、高濃度に不純物が拡散していることで電極と接続する領域での電界効果が高まり、受光部での光生成キャリアの再結合が抑制されるため高い開放電圧Ｖocを得ることができる。

特開２００４−２７３８２９号公報

しかしながら、上記従来の技術によれば、曲線因子の向上をはかることはできるが、限界があった。そこで種々の実験の結果、本発明者らは、タブ線とよばれる電流取出しリードに接続される集電部までの距離に起因する電圧降下の問題が大きく影響している点に着目した。太陽電池の受光面側の電極は、太陽電池のセル全体に分布するグリッド電極と、グリッド電極に接続されるバス電極などの集電部で構成される。着目したのは、太陽電池の受光面内においてバス電極から離れた部分ほど、グリッド電極を通る距離が長くなるため電気的抵抗による電圧降下が大きくなる点である。このため、バス電極から離れた部分における電流−電圧曲線とバス電極に近い部分における電流−電圧曲線の差分が大きくなり、結果として太陽電池のセル全体における電流−電圧曲線の曲線因子が低下するという問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、エネルギー変換効率を向上し、曲線因子の高い太陽電池を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、受光面としての第１主面および前記第１主面の反対側の面である第２主面を有する第１導電型の半導体基板と、前記半導体基板の前記第１主面に形成された第２導電型の不純物領域と、前記第２導電型の不純物領域上に第１方向に沿って延びるように間隔を置いて形成された複数のグリッド電極と、前記複数のグリッド電極と直交する第２方向に延び、タブ線が接着される集電部とを含む第１の集電電極と、前記半導体基板の前記第２主面側に形成された第２の集電電極とを備える。前記第２導電型の不純物領域は、前記第１方向に延びる線が交差する前記半導体基板のひとつの周縁部である第１周縁部と、前記第１周縁部と前記集電部との間の線であって前記集電部に平行な線である第１線と、前記第１周縁部に交差する前記半導体基板の一方の周縁部である第２周縁部と、前記第１周縁部に交差する前記半導体基板の他方の周縁部である第３周縁部とによって囲まれた第１エリアと、前記集電部と前記第１線と前記第２周縁部と前記第３周縁部とによって囲まれた第２エリアとを有し、前記第１エリアは、前記第２エリアより不純物濃度が高いことを特徴とする。

本発明によれば、エネルギー変換効率を向上することができ、曲線因子の高い太陽電池を得ることができるという効果を奏する。

本発明の実施の形態１にかかる太陽電池を模式的に示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図 本発明の実施の形態１を説明するための比較例の太陽電池内の第１および第２領域の電流−電圧曲線を示す図 本発明の実施の形態１にかかる太陽電池内の第１および第２領域の電流−電圧曲線を示す図 （ａ）から（ｅ）は、本発明の実施の形態１にかかる太陽電池の製造工程図 本発明の実施の形態１にかかる太陽電池の変形例の第２領域２Ｄの不純物濃度分布を示す図 本発明の実施の形態２にかかる太陽電池を模式的に示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図、（ｃ）は（ａ）のＣ−Ｃ断面図 本発明の実施の形態３にかかる太陽電池を模式的に示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図 本発明の実施の形態４にかかる太陽電池を模式的に示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図 （ａ）は、実施の形態５の太陽電池モジュールの構造を示す上面図、（ｂ）は、実施の形態５の太陽電池モジュールの構造を示す断面図 実施の形態５の太陽電池モジュールのストリングの一部を示す斜視図 実施の形態５の変形例の太陽電池モジュールのストリングの一部を模式的に示す図 本発明の実施の形態６にかかる太陽電池を模式的に示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図、（ｃ）は半導体基板の比抵抗の分布を示す図 本発明の実施の形態７にかかる太陽電池を模式的に示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図、（ｃ）は半導体基板の比抵抗の分布を示す図

以下に、本発明の実施の形態にかかる太陽電池を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。また、以下に示す図面においては、理解の容易のため各層あるいは各部材の縮尺が現実と異なる場合があり、各図面間においても同様である。また、平面図であっても、図面を見易くするためにハッチングを付す場合がある。

実施の形態１．
本実施の形態１は、結晶系太陽電池の一例である、拡散型の太陽電池である。図１は、実施の形態１にかかる太陽電池を模式的に示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。本実施の形態１にかかる太陽電池１０は、受光面１Ａとなる第１主面と裏面１Ｂとなる第２主面をもつ第１導電型の半導体基板としてのｐ型単結晶シリコン基板１のバス電極７Ｂを囲む領域に、第２導電型の拡散領域として低濃度のｎ型拡散層からなる第１領域２Ｔと高濃度のｎ型拡散層からなる第２領域２Ｄとを形成したものである。そして裏面１Ｂ側には必要に応じてｐ型拡散層が形成されている。さらに受光面１Ａには、バス電極７Ｂとグリッド電極７Ｇとを含む第１の集電電極７としての受光面電極が形成されている。一方裏面１Ｂ側には、第２の集電電極としての裏面電極が形成されている。そしてさらに受光面１Ａには、パッシベーション膜としての酸化シリコン（ＳｉＯ₂）膜５、反射防止膜としての窒化シリコン（ＳｉＮ）膜６が積層されて形成されている。

本実施の形態の太陽電池１０は、バス電極７Ｂとバス電極７Ｂに電気的に接続している櫛状のグリッド電極７Ｇとを受光面１Ａに有する。両側がバス電極７Ｂに接続しているグリッド電極７Ｇの長さは、片側のみバス電極７Ｂに接続しているグリッド電極７Ｇの長さをＷとすると、その２倍の２Ｗである。不純物濃度の低い第１領域２Ｔと不純物濃度の高い第２領域２Ｄの境界はバス電極７Ｂからの距離がＷ／２の位置とした。

バス電極７Ｂおよびグリッド電極７Ｇは、導電性粒子である銀粒子を含む導電性ペーストを用いたスクリーン印刷により、形成される。

ｐ型単結晶シリコン基板１の受光面１Ａ側には、基板内に光を閉じ込めるためのテクスチャー構造を構成する微小凹凸１Ｔが５μｍ程度の深さで形成されている。ｐ型単結晶シリコン基板１の受光面１Ａの表層部、すなわち微小凹凸１Ｔの表層部には、ｎ型拡散層２が形成されてｐｎ接合部を形成している。すなわち、微小凹凸１Ｔの表層部には、ｎ型の不純物の拡散によりシート抵抗が９０Ω／□となる低濃度のｎ型拡散層が形成され、第１領域２Ｔを構成している。また、ｐ型単結晶シリコン基板１の受光面１Ａ側においてはグリッド電極７Ｇの直下はグリッド電極７Ｇの電気的な接触抵抗を下げるために低抵抗のｎ型拡散層が形成され、第２領域２Ｄを構成していてもよい。高抵抗のｎ型拡散層である第１領域２Ｔ上をはじめグリッド電極７Ｇおよびバス電極７Ｂ上を除く太陽電池１０の受光面１Ａ表面には、パッシベーション膜としての酸化シリコン膜５と、入射する光の反射を低減して光利用率を向上するための反射防止膜としての窒化シリコン膜６とが形成されている。

ｐ型単結晶シリコン基板１の裏面１Ｂには、裏面側の第２の集電電極としてアルミニウムを含むアルミニウム電極８ａと、銀を含む外部取出し電極である裏面銀電極８ｂとが形成されている。ｐ型単結晶シリコン基板１の裏面において、アルミニウム電極８ａの下部領域にはアルミニウムとシリコンとの合金層が形成され、その下部にはアルミニウムの拡散により設けられたｐ⁺層であるＢＳＦ（Ｂａｃｋ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｆｉｅｌｄ）層９が形成されている。

本実施の形態の太陽電池に用いたｐ型単結晶シリコン基板１の基板サイズは縦１５６ｍｍ、横１５６ｍｍ、厚さ１８０μｍであり、バス電極７Ｂは平行に２本設け、その間隔は７７ｍｍである。

グリッド電極７Ｇはバス電極７Ｂと直交するように２ｍｍ間隔で設け、グリッド電極７Ｇの端とｐ型単結晶シリコン基板１の端部１Ｅとの距離は２ｍｍとした。

低濃度および高濃度のｎ型拡散層２である第１領域２Ｔおよび第２領域２Ｄは、それぞれＰＨ₃分子の打ち込みによるイオンインプランテーション法によって形成する。この場合、高抵抗領域のドーズ量は低抵抗領域のドーズ量に比べて低い値とする。低濃度のｎ型拡散層は高抵抗領域となり、高濃度のｎ型拡散層は低抵抗領域となる。ここで、第１領域２Ｔの表面不純物濃度は、１×１０²⁰ｃｍ^-3、第２領域２Ｄの表面不純物濃度は、２×１０²⁰ｃｍ^-3とする。

本実施の形態に係る太陽電池１０では、バス電極７Ｂから離れた側の領域を不純物濃度の高い第２領域２Ｄとし、バス電極７Ｂに近い側の第１領域２Ｔを不純物濃度の低い領域とすることにより、出力特性を向上させることができる。

この理由は次の通りであると考えられる。第１領域２Ｔと第２領域２Ｄの不純物濃度が同じであった場合の、それぞれの領域における電流−電圧特性を測定した結果を図２に曲線ａ１およびａ２で示す。第１領域２Ｔは、光によって生成されたキャリアがグリッド電極７Ｇを通る距離が短く、グリッド電極７Ｇによる電圧降下が小さいため曲線ａ１に示すように曲線因子の高い電流−電圧特性となる。この場合を例１とする。これに対して第２領域２Ｄの電流−電圧曲線ａ２は、グリッド電極７Ｇに集められたキャリアがグリッド電極７Ｇを通る距離が長く、グリッド電極７Ｇによる電圧降下が大きいため電流−電圧曲線における最大出力は低くなる。全体の出力特性はこの２つの電流電圧特性の重ね合わせになるため、全体での最大出力動作電圧はそれぞれの領域での最大出力動作電圧とは異なることになり太陽電池のセル全体での最大出力は各々の領域の最大出力値の和よりも低下する。このため、理想的にはセル上のすべての点において寄生抵抗成分による電圧降下が等しいことが好ましく、このためにはグリッド電極７Ｇを通る距離が長い場所ほど不純物濃度が高く、シート抵抗が低くなるように形成された、多段階の不純物領域であることが好ましい。さらに理想的には、グリッド電極７Ｇを通る距離が長い場所ほど連続的に不純物濃度が高く、シート抵抗が低くなるように形成されているようにするのが好ましい。

これに対し第１領域２Ｔを低濃度の不純物拡散領域とし、第２領域２Ｄを高濃度の不純物拡散領域とした場合の電流-電圧特性を測定した結果を図３に曲線ａ１およびａ２で示す。この場合においては図３に示すように、第１領域２Ｔと第２領域２Ｄの電圧降下の差が小さくなるため、図２に示したグラフの場合と比較して２つの領域の電流―電圧曲線ａ１，ａ２は近い形状をしており、この２つの領域の最大出力動作電圧も図２に示したグラフの場合と比較して近い電圧値となる。このため全体の最大出力は、第１領域２Ｔと第２領域２Ｄの最大出力の和に近い値となるため太陽電池のセル全体における最大出力の増加につながる。

後述する、実施例の実験結果から、第１領域２Ｔと第２領域２Ｄのシート抵抗の差をグリッド間隔（単位ｍｍ）で割った値は、２０Ω／□×ｍｍ以上であることが好ましい。これにより、電圧降下の面内分布を小さくすることができ、曲線因子および最大出力が向上する。また、第１領域２Ｔと第２領域２Ｄのシート抵抗の差は４０Ω／□以上であることが好ましい。これにより、電圧降下の面内分布を小さくする効果が大きくなり、曲線因子および最大出力の向上幅が大きくなる。

次に図４（ａ）から（ｅ）は、本実施の形態の太陽電池の製造工程図である。本実施の形態では、第１導電型のシリコン基板であるｐ型単結晶シリコン基板１に第２導電型の拡散領域であるｎ型拡散層２を形成し、ｐｎ接合を形成したシリコン基板上に酸化シリコン膜５と窒化シリコン膜６との積層膜からなるパッシベーション膜を形成する。そして受光面１Ａ側のパッシベーション膜である酸化シリコン膜５、窒化シリコン膜６に、開口領域Ｏを形成し、開口領域Ｏに対してパッシベーション膜をマスクとして、ｎ型不純物を拡散させ、高濃度拡散層である第２領域２Ｄを形成する。高濃度拡散層である第２領域２Ｄ以外のｎ型拡散層は低濃度の第１領域２Ｔである。そして、パッシベーション膜の開口領域Ｏにアライメントを合わせて第１の集電電極７を形成するとともに裏面１Ｂ側に第２の集電電極を形成する。

まず、図４（ａ）に示すように、ｐ型単結晶シリコン基板１は、例えば、シリコンインゴットをスライスすることにより生じたスライスダメージを除去したものを用いるのが好ましい。ここで、スライスダメージの除去では、例えば、フッ化水素水溶液（ＨＦ）と硝酸（ＨＮＯ₃）との混酸またはＮａＯＨなどのアルカリ水溶液でエッチングすることにより行うことができる。

次に、図４（ｂ）に示すように、ｐ型単結晶シリコン基板１の受光面１Ａに微小凹凸１Ｔからなるテクスチャー構造を形成する。ｐ型単結晶シリコン基板１をエッチング槽の中に浸漬させることでウエットエッチング処理を行う。ウエットエッチング処理後に、ｐ型単結晶シリコン基板１の表面上に高さが８μｍから２１μｍで、底辺長１から３０μｍサイズのマイクロピラミッドで形成される微小凹凸１Ｔがランダムに形成される。マイクロピラミッドは、シリコンの（１１１）面を主として形成される三角ピラミッドである。

上記ウエットエッチング処理で用いるエッチング液は、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化テトラメチルアンモニウムなどの強アルカリ試薬を溶解したものにイソプロピルアルコールなどのアルコール系添加剤、界面活性剤もしくはオルソケイ酸ナトリウムなどのケイ酸塩化合物を添加している。エッチング温度は４０℃から１００℃が好ましく、エッチング時間は、１０ｍｉｎから６０ｍｉｎが好ましい。

次に、ｐ型単結晶シリコン基板１の表面を洗浄するために、以下の第１工程と第２工程を行う。第１工程では、濃硫酸と過酸化水素水を含む洗浄液に浸漬させてｐ型単結晶シリコン基板１表面上の有機物を除去し、次にそのとき形成される、ｐ型単結晶シリコン基板１上の酸化膜をフッ酸溶液中で除去する。第２工程では、塩酸と過酸化水素水を含む洗浄液に浸漬して金属不純物を除去し、そのときｐ型単結晶シリコン基板１表面上に形成される酸化膜を、フッ酸溶液中で除去する。第１工程と第２工程は、ｐ型単結晶シリコン基板１表面上の有機汚染、金属汚染、パーティクルによる汚染が十分に低減されるまで繰り返し行う。また、オゾン水による洗浄、炭酸水による洗浄などの機能水による洗浄でも良い。

次に、図４（ｃ）に示すように、ｐ型単結晶シリコン基板１の受光面１Ａ側にイオンインプランテーション法によりリンイオンを注入し、第１領域２Ｔとなるｎ型拡散層を形成する。ここで、ｎ型拡散層の表面不純物濃度は、２×１０²⁰ｃｍ^-3とする。

次に、図４（ｄ）に示すように、ｐ型単結晶シリコン基板１の受光面１Ａ側に酸化シリコン膜５、窒化シリコン膜６を成膜し、開口領域Ｏを形成する。これら酸化シリコン膜５、窒化シリコン膜６はともに積層膜からなるパッシベーション膜の役割を担う。

上記工程は次のようにして実施される。まず、ｐ型単結晶シリコン基板１の表面にパッシベーション膜として、酸化シリコン膜５を成膜する。成膜に際してはまず、ｐ型単結晶シリコン基板１の表面に対して、成膜前の洗浄を行う。成膜前の洗浄として、ウエットエッチング後と同様に、以下の第１工程と第２工程を行う。第１工程では、濃硫酸と過酸化水素水を含む洗浄液でｐ型単結晶シリコン基板１表面の有機物を除去し、次にそのとき形成される酸化膜をＨＦで除去する。第２工程では、塩酸と過酸化水素水を含む洗浄液で金属不純物を除去し、そのとき形成されるｐ型単結晶シリコン基板１表面上の酸化膜をフッ酸溶液で除去する。第１工程と第２工程は、ｐ型単結晶シリコン基板１表面上の有機汚染、金属汚染、パーティクルによる汚染が十分に低減されるまで繰り返し行う。また、オゾン水による洗浄、炭酸水による洗浄など、機能水による洗浄でも良い。そして、ドライ酸化により酸化シリコン膜５をｐ型単結晶シリコン基板１の受光面１Ａに成膜する。高温電気炉を利用してドライ酸化を行う。高純度の酸素をｐ型単結晶シリコン基板１上に送って酸化シリコン膜５を成膜する。成膜温度は９００℃から１２００℃が好ましい。成膜時間は１５ｍｉｎから６０ｍｉｎが好ましい。膜厚１０ｎｍから４０ｎｍの範囲で成膜される。酸化シリコン膜５は、ｐ型単結晶シリコン基板１表面のパッシベーション膜として機能する。なお、ｐ型単結晶シリコン基板１における成膜では、パッシベーション膜として酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）、微結晶シリコン薄膜、アモルファスシリコン薄膜などを用いてもよい。もしくは、上記パッシベーション膜とした各薄膜と酸化シリコン膜との積層膜としてもよい。

次に、ｐ型単結晶シリコン基板１の受光面１Ａ側に窒化シリコン膜６を成膜する。窒化シリコン膜６の成膜には、常圧化学気相成長（ＡＰＣＶＤ：Ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法を用いる。成膜で用いられるガスは、ＳｉＨ₄、Ｎ₃、ＮＨ₃、Ｏ₂である。成膜温度は３００℃以上である。窒化シリコン膜６の膜厚は１０ｎｍから２００ｎｍ程度である。窒化シリコン膜６は、受光面１Ａにおいては、高いパッシベーション効果に加えて、反射防止膜として利用できる。

次に、ｐ型単結晶シリコン基板１にパッシベーション膜として成膜されている酸化シリコン膜５および窒化シリコン膜６の積層膜を任意のパターンにエッチングする。エッチングする方法としては、まずは、任意のパターンでエッチングペーストをスクリーン印刷する。このときエッチングペーストのスクリーン印刷に使用されるマスクは、櫛形形状である。

エッチングペーストは、上記の積層膜をエッチングすることが可能なエッチング成分と、エッチング成分以外の成分として水、有機溶媒および増粘剤などを含むものを用いることができる。エッチング成分としては、リン酸、フッ化水素、フッ化アンモニウムおよびフッ化水素アンモニウムから選択された少なくとも１種を利用している。

エッチングペーストを印刷した後、１００℃以上の温度で１ｍｉｎ以上焼成して、酸化シリコン膜５、窒化シリコン膜６の積層膜をエッチングする。なお、エッチングするための焼成温度もしくは焼成時間は、エッチングペーストのエッチング成分の組成、酸化シリコン膜５および窒化シリコン膜６の積層膜の膜組成によって変化する。エッチングペーストで酸化シリコン膜５および窒化シリコン膜６の積層膜をエッチングすると図４（ｄ）に示すように開口領域Ｏが形成される。

なお、酸化シリコン膜５および窒化シリコン膜６の積層膜をエッチングする方法としては、上述したエッチングペーストを用いる方法の他、フォトリソグラフィ、もしくは、レーザーを利用してもよい。

エッチングペーストの印刷後は、超音波洗浄機による超音波洗浄を純水もしくは濃度１．０％以下の低濃度の水酸化ナトリウム溶液で行い、エッチングペーストの残渣を除去する。なお、濃硫酸と過酸化水素水を含む洗浄液、フッ化水素酸、オゾン水などの機能水を用いてもよい。

次に、図４（ｅ）に示すように、イオンインプランテーション法により開口領域Ｏに高濃度のリンイオン注入を行い、リンを拡散させて、高濃度拡散領域として高濃度のｎ型拡散層を形成し、低抵抗の第２領域２Ｄを形成する。ここで、第２領域２Ｄの表面不純物濃度は、２×１０²⁰ｃｍ^-3とする。

次に、ｐ型単結晶シリコン基板１の両面に第１の集電電極７および第２の集電電極を形成する。まずは、第２主面である裏面１Ｂ側に第２の集電電極を形成する。銀およびアルミニウムで構成される導電ペーストをスクリーン印刷して塗布する。その後、ｐ型単結晶シリコン基板１を６００℃以上の高温で焼成し、第２の集電電極を得る。このとき、ｐ型単結晶シリコン基板１の裏面１Ｂには、第２の集電電極である、アルミニウムを含むアルミニウム電極８ａと、銀を含む外部取出し電極である裏面銀電極８ｂとが形成される。そして、アルミニウム電極８ａの下部領域には、アルミニウムとシリコンとの合金層が形成され、その下部にはアルミニウムの拡散によりｐ⁺層からなるＢＳＦ層９が形成される。

このとき、高温で焼成することで、表面に酸化膜が形成されていてもファイアスルーにより、酸化膜を突き破って良好な接合が形成される。また、裏面にもパッシベーション膜あるいは反射防止膜を形成している場合には、裏面に形成された酸化シリコン膜および窒化シリコン膜の積層膜内をファイアスルーして接合させても良い。

次に、ｐ型単結晶シリコン基板１の受光面１Ａ側に金属電極を形成してｎ型拡散層２に接合させる。Ａｇを含む導電ペーストをスクリーン印刷して塗布し、グリッド電極７Ｇとバス電極７Ｂとを形成する。あらかじめ、第１および第２領域２Ｔ，２Ｄに濃度分割された領域に対応して電極のパターン配置がなされるように位置合わせをして形成される。

ｎ型拡散層２とグリッド電極７Ｇとバス電極７Ｂとの接触抵抗を下げるために、焼成を行う。導電ペーストの性質にもよるが、ここでは、焼成炉にて約２００℃で焼成する。

以上のようにして、図１（ａ）および（ｂ）に示した拡散型太陽電池が作製される。

なお、グリッド電極７Ｇ直下は、特に高濃度のｎ型拡散層からなる第２領域２Ｄとしておらず、第１領域２Ｔに属する領域では低濃度となっている。つまり、グリッド電極７Ｇのまわりで、第１領域となっている部分のグリッド電極７Ｇ直下は低濃度の第１領域２Ｔとし、領域分割のパターンに合わせて境界が形成されている。この場合、バス電極７Ｂとの交差領域に近いグリッド電極７Ｇのまわりでは、ｎ型拡散層だけでなく、低抵抗である電極層を移動するキャリアも多く、電流-電圧特性は良好に維持される。

なお、高抵抗領域および低抵抗領域である第１領域２Ｔおよび第２領域２Ｄはリン原子などのドーパント原子を含むドーパントペーストを用いた固相拡散により形成しても良い。その際は、グリッド電極７Ｇ直下のセレクティブ領域および第２領域２Ｄと第１領域２Ｔとで、濃度の異なるドーパントペーストを用いて、同時に印刷することにより工程数の増加を抑えるとともに、さらなる変換効率の向上をはかることができる。さらに、同時印刷を用いることで、基板端に近づくにつれて高濃度となる、複数段の濃度分布をもつ第２領域２Ｄを形成することも容易となる。

また、高濃度不純物領域である第２領域２Ｄは、上記のように段階的ではなく、図５にバス電極７Ｂ下の点から基板の端部１Ｅまでの不純物濃度分布を示すように、バス電極７Ｂから遠ざかるに従い不純物濃度が次第に高くなる傾斜濃度分布を有していても良い。傾斜濃度分布を用いて電流-電圧特性の最適化をはかることにより、太陽電池のセル面内における電圧降下の分布はより小さくなり太陽電池の曲線因子と最大出力とをさらに増大することができる。

グリッド電極７Ｇの端部と太陽電池の基板端部の距離が離れている場合、例えばその距離が隣り合うグリッド電極７Ｇの間隔よりも長い場合、端部１Ｅからグリッド電極７Ｇの端部までの間は低抵抗とするのが望ましい。つまり第２領域２Ｄの低抵抗領域と第１領域２Ｔの高抵抗領域の境界は端部１Ｅからグリッド電極７Ｇ端部までの領域よりも内側とすることで、出力特性向上の効果を得ることができる。これはｐ型単結晶シリコン基板１の端部１Ｅからグリッド電極７Ｇ端部までの領域で発生したキャリアは横方向移動の抵抗の影響を受けやすいため、セル端からグリッド電極７Ｇ端部までの領域を低抵抗とすることでキャリアの移動度が高められるためである。また、グリッド電極７Ｇの端部と太陽電池の基板端部の距離が離れている場合、例えばその距離が隣り合うグリッド電極７Ｇの間隔よりも長い場合、図１（ａ）におけるバス電極７Ｂ間領域は除いて端部からグリッド電極７Ｇの端部までの間のみ、高濃度の第２領域２Ｄを形成してもよい。

本実施の形態の太陽電池によれば、受光面は２種類の異なる不純物濃度の拡散層からなる不純物領域によって構成されており、バス電極に近い領域は低濃度の不純物領域で形成され、バス電極から遠い領域は高濃度の不純物領域で形成されている。光電変換層において発生した光電流はグリッド電極により収集される。この場合、受光面は上記２種類の異なる濃度の不純物領域によって構成されており、バス電極に近い部分は低濃度の不純物領域であり、単位長さあたりの電圧降下が大きく、バス電極に遠い部分は高濃度の不純物濃度とすることにより電圧降下を少なくすることで、面内での電圧降下がほぼ一定となるようにし、出力特性を向上させることができる。

以上説明したように、本実施の形態の太陽電池によれば、太陽電池セルにおける電圧降下の面内分布を小さくし、セル全体での曲線因子が向上し、出力特性が向上する。

さらに、グリッド電極をスクリーン印刷法により形成する際に、印刷パターンと半導体基板の位置がずれることにより生じる太陽電池の出力ばらつきも、バス電極から遠いグリッド電極のまわりでは、横方向の導電性が低いため、低抵抗で集電することが可能であり、集電抵抗を小さく抑えることができる。

なお、本実施の形態の太陽電池では、特にグリッド電極７Ｇ直下の領域のｎ型拡散層２の不純物濃度を高くしていないが、グリッド電極７Ｇ直下の領域のｎ型拡散層２の不純物濃度を選択的に高くしても良い。例えば、グリッド電極７Ｇ直下は、高濃度のｎ型拡散層からなる第２領域２Ｄとすることで、グリッド電極７Ｇによる集電性が向上し、さらなる曲線因子の向上をはかることができる。

また後述する実施の形態２のように、高い不純物濃度の拡散層領域と、低い不純物濃度の拡散層領域の境界は、バス電極から離れるに従いグリッド電極からの距離が長くなってもよい。それにより、曲線因子の増加分をより大きくすることができる。

なお実施の形態１にかかる太陽電池は、半導体基板としてｐ型単結晶シリコン基板１を用いている。なお、半導体基板はこれに限定されるものではなく、ｎ型のシリコン基板を用いてもよいし、多結晶のシリコン基板を用いてもよい。

また、例えば、不純物濃度の異なる第２導電型半導体層を、ヘテロ接合型の太陽電池で形成することも可能であり、第２領域を構成する部分に追加拡散を行うことによって高濃度化する方法によっても実現可能である。また、マスクを介して高濃度不純物領域を選択的に形成することも可能である。

実施の形態２．
図６（ａ）から（ｃ）は、実施の形態２にかかる太陽電池を模式的に示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図、（ｃ）は（ａ）のＣ−Ｃ断面図である。本実施の形態に係る太陽電池では実施の形態１の太陽電池と同様、ｐ型単結晶シリコン基板１上に異なる２つの不純物濃度のｎ型拡散層が低濃度の第１領域２Ｔ、高濃度の第２領域２Ｄとして配置されている。この太陽電池１０Ｐのセル構成は、ｎ型拡散層である第１および第２領域２Ｔ，２Ｄの平面配置以外の部分は実施の形態１と同様である。本実施の形態に係る太陽電池では、異なる２つの不純物濃度のｎ型拡散層である第１および第２領域２Ｔ，２Ｄの境界が、バス電極７Ｂから遠ざかる位置であるほど、グリッド電極７Ｇからの距離が長くなるように分布させたことを特徴とする。かかる面内分布で不純物濃度の異なるｎ型拡散層からなる第１領域２Ｔ、第２領域２Ｄを設けることにより、出力特性をさらに向上させることができる。

この場合、高濃度の不純物領域はグリッド電極７Ｇに近い側の領域に形成されている。これはグリッド電極７Ｇに近い部分であればあるほど、グリッド電極７Ｇに集電される光生成によるキャリアが増えることから、抵抗値Ｒを小さくすることで、抵抗損失Ｗ _Ｌoss＝ＲＩ^２を小さくすることができるためである。式中、Ｒは抵抗値、Ｉは電流値である。

異なる２つの不純物濃度のｎ型拡散層である第１および第２領域２Ｔ，２Ｄの境界線は直線状であってもよいし、二次曲線あるいは指数曲線など任意の曲線であってもよい。境界線の形状は２つの異なる不純物領域のシート抵抗値とグリッド電極７Ｇの線抵抗値によってそれぞれ出力特性に対して有効となる形状をとることができる。

平行して隣り合うグリッド電極７Ｇにおいて、それぞれ不純物領域の境界がある場合、それらの境界点はバス電極７Ｂから遠ざかる途中の点で交わってもよい。

なお本実施の形態においても高濃度不純物領域はバス電極７Ｂから離れるに従い、不純物濃度が高くなる濃度分布を持っていてもよい。また高濃度不純物領域はイオンインプランテーション法により形成されても良いし、濃度の異なるドーパントペーストからの不純物拡散による固相拡散法により形成されてもよい。

実施の形態３．
図７（ａ）および（ｂ）は、実施の形態３にかかる太陽電池を模式的に示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。本実施の形態に係る太陽電池１０Ｑでは、バス電極７Ｂおよびグリッド電極７Ｇ直下を高濃度である第２領域２Ｄと同一濃度のｎ型拡散層で構成した点のみが実施の形態１の太陽電池と異なる点である。他の部分については実施の形態１の太陽電池と同様であり、ｐ型単結晶シリコン基板１上に異なる２つの不純物濃度のｎ型拡散層が低濃度の第１領域２Ｔ、高濃度の第２領域２Ｄとして配置されている。

本実施の形態では、バス電極７Ｂおよびグリッド電極７Ｇにおけるｎ型拡散層２とのコンタクト抵抗が低減され、実施の形態１の太陽電池に比べてより電流−電圧特性の向上を図ることができる。かかる面内分布で不純物濃度の異なるｎ型拡散層２からなる第１領域２Ｔ、第２領域２Ｄを設けることにより、出力特性をさらに向上させることができる。ただし、バス電極７Ｂ直下およびグリッド電極７Ｇ直下が高濃度の第２領域２Ｄとなるようにするため、バス電極７Ｂおよびグリッド電極７Ｇの形成時の位置合わせを高精度にする必要がある。

なお、本実施の形態では、グリッド電極７Ｇ直下は別途高濃度領域とすることなくバス電極７Ｂ直下のみを高濃度領域とするようにしても良い。なおグリッド電極７Ｇ直下あるいはバス電極７Ｂ直下のｎ型拡散層２は、第２領域と同一の不純物濃度とするのが製造上容易であるが、より低抵抗化を図るという観点では、第２領域２Ｄと同一の不純物濃度である必要はなく、第１領域２Ｔの不純物濃度よりも高濃度のｎ型拡散層であればよい。

さらにまた、本実施の形態では、別途バス電極を設けることなく、太陽電池を構成するセルに直接タブ線が接続される構成も可能である。特に本実施の形態では、タブ線下となる領域は高濃度領域とすることで、タブ線とのコンタクト抵抗を低減することができ、光電変換効率の高い太陽電池を得ることが可能となる。

前記実施の形態１から３では、第２導電型の不純物領域が、集電部であるバス電極７Ｂを囲む第１領域２Ｔで、集電部であるバス電極７Ｂから離間した、第２領域２Ｄよりも不純物濃度が低くなるようにし、第１の集電電極形成面のシート抵抗が高くなるようにすることで、セル上のすべての点において寄生抵抗成分による電圧降下が等しくなるようにしている。このほか、第２導電型の不純物領域のシート抵抗に分布をもたせるだけでなく、半導体基板そのものの不純物濃度に分布をもたせ、シート抵抗が分布をもつようにしてもよい。あるいは透光性導電膜のシート抵抗に分布をもたせるようにしてもよい。半導体基板そのものの不純物濃度に分布をもたせ、第１の集電電極形成面のシート抵抗が分布をもつようにした場合においても、半導体基板の第１領域は、光によって生成されたキャリアがグリッド電極７Ｇを通る距離が短く、グリッド電極７Ｇによる電圧降下が小さいため、シート抵抗が高くても良い。これに対して半導体基板の第２領域では、グリッド電極７Ｇに集められたキャリアがグリッド電極７Ｇを通る距離が長く、グリッド電極７Ｇによる電圧降下が大きいため、シート抵抗が小さくなるようにし、電圧降下を抑制する。全体の出力特性はこの２つの領域における電流電圧特性の重ね合わせになるため、理想的にはセル上のすべての点において寄生抵抗成分による電圧降下が等しくなるように調整するのが好ましい。このためには当該場所において生成された電荷がグリッド電極７Ｇを通る距離が長い場所ほど当該場所における半導体基板のシート抵抗が低くなるように形成された、多段階の不純物領域であることが好ましい。透光性導電膜のシート抵抗に分布をもたせる場合については実施の形態４において、半導体基板に濃度分布をもたせる場合については実施の形態６および７において、後述する。

実施の形態４．
図８（ａ）および（ｂ）は、実施の形態４にかかる太陽電池を模式的に示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。実施の形態１から３で説明した太陽電池は拡散型太陽電池であるが、本実施の形態に係る太陽電池は、ヘテロ接合型の太陽電池である。本実施の形態では、ｐｎ接合を構成する導電型層の不純物濃度を変えるのではなく、導電型層上に形成される透光性導電膜のシート抵抗に面内分布を持たせたことを特徴とする。本実施の形態では、第１導電型の半導体基板であるｎ型単結晶シリコン基板１ｎとｐｎ接合を形成する第２導電型の不純物領域であるｐ型非晶質シリコン層２ｐ上に形成される透光性導電膜１４のシート抵抗に分布を持たせたことを特徴とする。また、ｎ型単結晶シリコン基板１ｎとｐ型非晶質シリコン層２ｐとの間には、非晶質シリコンｉ層２ｉが形成される。透光性導電膜１４のうち、バス電極７Ｂ下を含む第１の透光性導電領域を構成する第１の透光性導電膜１４Ｔが、バス電極７Ｂから離間した、ｎ型単結晶シリコン基板１ｎの周縁部を含む第２の透光性導電領域を構成する第２の透光性導電膜１４Ｄよりもシート抵抗が高くなっている。層構成については後述するが、透光性導電膜１４のシート抵抗に分布を持たせた点以外は通例のヘテロ接合型太陽電池である。

第１および第２の透光性導電膜１４Ｔ，１４Ｄは、錫濃度が異なる酸化錫であり、錫濃度の異なるターゲットを用いて、順次スパッタリング法で形成される。

本実施の形態では、第１導電型半導体基板として、ｎ型単結晶シリコン基板１ｎを用いる。ｎ型単結晶シリコン基板１ｎは（１００）面を表面とするものである。なお本実施の形態の太陽電池１０Ｒは、受光面１Ａを構成する第１主面および裏面１Ｂを構成する第２主面で（１１１）面からなるピラミッド構造の微小凹凸１Ｔを形成している。

本実施の形態の太陽電池１０Ｒでは、ｎ型単結晶シリコン基板１ｎの受光面１Ａ側、裏面１Ｂ側、それぞれに、透光性導電膜１４，１５を備える。

裏面１Ｂ側には、薄膜層である非晶質シリコンｉ層３ｉの上に、ＢＳＦ効果によりキャリアを収集する効果のある、ｎ型シリコン層３ｎを備える。

そしてさらに受光面１Ａ側および裏面１Ｂ側の透光性導電膜１４，１５と電気的に接続するためそれぞれ第１および第２の集電電極７，８を備える。受光面１Ａに配される第１の集電電極７は、一定の間隔で互いに平行に配列されたグリッド電極７Ｇと、グリッド電極７Ｇと直交する２本のバス電極７Ｂとで構成される。第２の集電電極８は受光面１Ａのバス電極７Ｂと平行に２本のパターンで形成されている。

シート抵抗の低い第２の透光性導電膜１４Ｄは一般的にキャリア密度が高くフリーキャリア吸収によって赤外光の吸収が増加するため、シート抵抗の低い第２の透光性導電膜１４Ｄの面内配置は効果的な位置にできるだけ小さくし、配するようにする必要がある。

このため、本実施の形態においてはシート抵抗の低い第２の透光性導電領域の第２の透光性導電膜１４Ｄはグリッド電極７Ｇに近い部分のみであり、その幅は平行するグリッド電極７Ｇの間隔の１／４が好ましい。かかる構成により、光電流の電流値Ｉの低下を抑えながら曲線因子が向上することができ、出力特性が向上される。

この構成により、太陽電池における電圧降下の面内分布をさらに小さくし、全体で曲線因子が向上し、出力特性が向上する。

シート抵抗の低い第２の透光性導電領域の第２の透光性導電膜１４Ｄをグリッド電極７Ｇに近い領域に配するのは、実施の形態２で述べた理由と同様、セルの端部からグリッド電極７Ｇの端部までの領域で発生したキャリアは横方向移動の抵抗の影響を受けやすいため、基板の端部１Ｅからグリッド電極７Ｇ端部までの領域を低抵抗とすることでキャリアの移動度が高められるためである。

つまり、シート抵抗を低下させると、透過率が低下することがあるため、シート抵抗と透過率の最適値を求めつつ、面内配置の調整を行う必要がある。以上のようにして、受光光量の増大を図るとともに、コンタクト抵抗の低減をはかることで、光電変換効率の増大を図ることができる。

本実施の形態の場合の透光性導電膜はスパッタリング法に限定されることなく、イオンプレーティング法、その他の蒸着法によって形成されても良い。

その際、異なるパターンあるいは反転パターンのマスクによって２つの異なる種類の透光性導電膜からなる第１の透光性導電領域の第１の透光性導電膜１４Ｔと第２の透光性導電領域の第２の透光性導電膜１４Ｄを形成してもよい。

透光性導電膜１４，１５は、材料として、酸化錫ＳｎＯ₂の他、Ｉｎ₂Ｏ₃、ＺｎＯ、ＣｄＯ、ＣｄＩｎ₂Ｏ₄、ＣｄＳｎＯ₃、ＭｇＩｎ₂Ｏ₄、ＣｄＧａ₂Ｏ₄、ＧａＩｎＯ₃、ＩｎＧａＺｎＯ₄、Ｃｄ₂Ｓｂ₂Ｏ₇、Ｃｄ₂ＧｅＯ₄、ＣｕＡｌＯ₂、ＣｕＧａＯ₂、ＳｒＣｕ₂Ｏ₂、ＴｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃などの無機膜を使用することができ、またこれらを積層して形成した透光性導電膜を使用することもできる。また、ドーパントとしては、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｂ、Ｙ、Ｓｉ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｆ、Ｃｅから選択した１種類以上の元素を用いてもよい。組成比を変化させたり、ドーパントの量を調整したりすることで、透光性導電膜のシート抵抗を調整することができる。

なお、低抵抗である第２の透光性導電領域の第２の透光性導電膜１４Ｄはグリッド電極７Ｇに近い部分のみでもよい。その場合、その幅は平行するグリッド電極７Ｇの間隔の１／４が好ましい。それにより、光電流の電流値Ｉの減少を抑えて曲線因子を向上することができ、最大出力が向上される。

なお、前記実施の形態１から３についても、図８（ａ）に平面図を示したようなパターン配置をとるようにし、高い不純物濃度の拡散層部分である第２領域２Ｄはグリッド電極７Ｇに近い部分のみでもよい。その場合、その幅は平行するグリッド電極の間隔の１／４が好ましい。それにより、光電流の電流値の減少を抑えて曲線因子を向上することができ、最大出力が向上される。

本実施の形態の太陽電池においては、基板の受光面は種類の異なるシート抵抗を持つ透光性導電膜からなる第１および第２の透光性導電領域によって構成している。そして透光性導電膜上に銀ペーストを用いて印刷法により櫛形状にパターン化したグリッド電極と、複数のグリッド電極を電気的に接続したバス電極を有している。

また、本実施の形態に係る太陽電池において、受光面の拡散層部分として２種類の異なる濃度の不純物拡散層が面内に分かれて構成され、かつバス電極に近い部分はシート抵抗の高い透光性導電膜であり、バス電極に遠い部分はシート抵抗の低い透光性導電膜とすることも可能である。かかる構成により、さらなる高効率化をはかることができる。

実施の形態５．
前記実施の形態１から４では、受光面１Ａに配される第１の集電電極７として、バス電極７Ｂとグリッド電極７Ｇとを形成した太陽電池について説明したが、別途バス電極を設けることなく、太陽電池１０を構成するセルに直接タブ線２０が接続される構成にも適用可能である。図９（ａ）は、本実施の形態５の太陽電池モジュール１００の構造の例を模式的に示す上面図であり、太陽光の受光面１Ａから見た図である。図９（ｂ）は、本実施の形態５の太陽電池モジュール１００の構造を示す断面図であり、図９（ａ）の点線Ａ−Ｂ間の断面である。図１０に斜視図を示すように実施の形態５では太陽電池１０のバス電極７Ｂを形成することなくバス電極７Ｂに代えて集電部７Ｃ上にインターコネクタを構成するタブ線２０の一端をはんだ接合する。そして、隣接する太陽電池のセル裏面の不図示の第２の集電電極に、タブ線２０の他端をはんだ接合して、直列接続することでストリングＳを構成し、これを封止樹脂３１で樹脂封止することで太陽電池モジュール１００を構成する。図示しないが、実施の形態１で説明した太陽電池と同様、受光面１Ａ側のグリッド電極７Ｇに直交する集電部７Ｃから離れた側の領域を不純物濃度の高い第２領域２Ｄとし、バス電極７Ｂに近い側の第１領域２Ｔを不純物濃度の低い領域としている。

本実施の形態においても実施の形態１と同様、集電部７Ｃから離れた領域で、不純物濃度を大きくし、基板表面でのキャリアの移動度を高めることにより、電圧降下の面内分布を小さくすることができ、曲線因子および最大出力が向上する。

この太陽電池モジュール１００は、複数の太陽電池１０が、タブ線２０によって相互接続され、受光面側保護部材としてのガラス板３２と裏面側保護部材としてのバックフィルム３３との間に、封止樹脂３１により封止されている。太陽電池１０は受光面１Ａ側の表面と裏面１Ｂ側の表面とに第１および第２の集電電極を備えるがここでは図示を省略している。そして、配列されて隣り合う太陽電池１０の電極間はタブ線２０で直列接続され、図１０に斜視図、図９（ａ）に上面図を示すように、ストリングＳを構成した状態で封止されている。ここでは紙面の関係上、図１０ではセル３つ分のみ示している。受光面１Ａ側の第１の集電電極７は、グリッド電極７Ｇのみであり、バス電極は形成されることなく、太陽電池表面の集電部７Ｃがタブ線２０に直接接続される。太陽電池１０の裏面１Ｂにも図示しないが第２の集電電極が形成されている。そして、タブ線２０は受光面１Ａの集電部７Ｃおよび隣接セルの裏面側の第２の集電電極と電気的に接続している。また、符号３０は外部取出し用のリードである。

ガラス板３２としては例えば、ソーダ石灰ガラスなどの材料を用いることができる。バックフィルムには水分の侵入などにより太陽電池１０が劣化しないように透湿性の低いフィルム、又は表側と同様のガラス板を用いる。封止樹脂３１としては透光性のＥＶＡ、又はシリコーン樹脂などを用いることができる。インターコネクタを構成するタブ線２０には、たとえば、はんだで被覆した銅線などを用いることができる。

なお、インターコネクタを構成するタブ線２０に接続された太陽電池において高濃度の不純物領域はタブ線から遠い部分に配されていてもよい。それにより、太陽電池内での電流取出し長による電圧降下の分布を緩和し太陽電池面内のバス電極から遠い領域に高濃度の不純物領域を配する場合と同様の効果を得ることができる。

図１１は、実施の形態５の太陽電池モジュールの変形例に用いられるバス電極を持たない太陽電池のストリングを模式的に示す図である。この例では第１〜第３の太陽電池セル１０ａ〜１０ｃは図１１に示すように、タブ線２０によって、シャドウロスを生じる遮光領域が少なく、かつセル間領域も小さく、高密度に接続されたストリングＳを構成する。タブ線２０は太陽電池セルの裏面から伸びて、第１の太陽電池セル１０ａと第２の太陽電池セル１０ｂのコーナー部分をとおり、タブ線２０とタブ線コンタクト用電極１７とがはんだにより接着される。この太陽電池モジュールは、太陽電池セルのコーナー部分の２箇所にタブ線コンタクト用電極１７を設け、そこから放射状にグリッド電極７Ｇを形成したことを特徴とするものである。グリッド電極７Ｇは長くなるため、抵抗率の低い銅めっきなどによって形成されることが望ましい。

この例では、高濃度の不純物領域はタブ線コンタクト用電極１７から遠い領域に形成されている。これはタブ線コンタクト用電極１７から遠い部分では抵抗損失が大きくなるため、高濃度領域とし、グリッド電極７Ｇに集電される光生成によるキャリア濃度を高くし、抵抗値Ｒを小さくすることで、抵抗損失Ｗ _Ｌoss＝ＲＩ^２を小さくすることができるためである。式中、Ｒは抵抗値、Ｉは電流値である。

ここでも異なる２つの不純物濃度のｎ型拡散層である第１および第２領域２Ｔ，２Ｄの境界線は直線状であってもよいし、二次曲線あるいは指数曲線など任意の曲線であってもよい。境界線の形状は２つの異なる不純物領域のシート抵抗値とグリッド電極７Ｇの線抵抗値によってそれぞれ出力特性に対して有効となる形状をとることができる。

実施の形態６．
図１２は、実施の形態６にかかる太陽電池を模式的に示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図、（ｃ）は、第１導電型の半導体基板としてのｐ型単結晶シリコン基板１Ｓの比抵抗を示す図である。本実施の形態に係る太陽電池では実施の形態１の太陽電池と異なり、ｐ型単結晶シリコン基板１Ｓ上に設けたｎ型拡散層の不純物濃度は均一としている。この太陽電池のセル構成は、ｎ型拡散層である第１および第２領域２Ｔ，２Ｄの平面配置および受光面側の電極配置以外の部分は実施の形態１と同様である。本実施の形態に係る太陽電池では、バス電極７Ｂをｐ型単結晶シリコン基板１Ｓの１辺に沿って配し、バス電極７Ｂからグリッド電極７Ｇが他辺に向かって伸びるようにしている。そしてバス電極７Ｂから遠ざかる位置であるほど、ｐ型単結晶シリコン基板１Ｓの不純物濃度が高くなるように不純物濃度を分布させていることを特徴とする。ｐ型単結晶シリコン基板１Ｓのかかる不純物面内分布上にバス電極７Ｂを選択的に配置することにより、出力特性をさらに向上させることができる。

他は実施の形態１の太陽電池と同様である。本実施の形態６にかかる太陽電池１０Ｓは、受光面１Ａとなる第１主面と裏面１Ｂとなる第２主面をもち、不純物濃度に分布をもつ第１導電型の半導体基板としてのｐ型単結晶シリコン基板１Ｓの受光面１Ａ側に、第２導電型の拡散領域として一定の不純物濃度のｎ型拡散層２を形成したものである。そして裏面１Ｂ側には必要に応じてｐ型拡散層が形成されている。さらに受光面１Ａには、バス電極７Ｂとグリッド電極７Ｇとを含む第１の集電電極７としての受光面電極が形成されている。一方裏面１Ｂ側には、第２の集電電極８としての裏面電極が形成されている。さらに受光面１Ａには、パッシベーション膜としての酸化シリコン（ＳｉＯ₂）膜５、反射防止膜としての窒化シリコン（ＳｉＮ）膜６が積層されて形成されている。

単結晶シリコン基板など、チョクラルスキー法によって製造された半導体基板では、基板の中央部と周縁部で不純物濃度に分布が発生することがある。このため、基板面内でシート抵抗が異なることにより、作成した太陽電池セルが結果的に最適な抵抗設計にならないことがある。そこで、本実施の形態では特に１枚のシリコン基板を、中心を含む切断線に沿って四角形状に複数枚にカットし、カットした基板のある辺とその対辺でシート抵抗に分布を有する基板を用いる。

本実施の形態で用いる半導体基板としては、インゴットの引き上げ工程で、温度あるいは引上げ速度あるいは融液の対流状態などの条件を調整し、不純物濃度に分布をもたせた半導体基板を用いることで、容易に形成可能である。また、不純物濃度に分布をもたせるために、基板表面に不純物拡散を行うようにしてもよい。この場合は、段階的に不純物濃度を変化させるようにしてもよい。また、不純物濃度の異なる領域間すなわち第１領域２Ｔと第２領域２Ｄの境界線についても、バス電極７Ｂから遠ざかるにしたがって徐々に変化するような構成、例えば図６（ａ）に境界線を示すような分布を用いてもよい。あるいは、図７（ａ）のように、バス電極７Ｂから一定の距離にある部分で第１領域２Ｔと第２領域２Ｄとの境界線が形成されるように半導体基板の不純物濃度を２段階で分布させてもよく、適宜調整可能である。

また、本実施の形態において使用する基板は単結晶シリコンのみならず砒化ガリウム基板などの化合物半導体基板を用いてもよい。

実施の形態７．
図１３は、実施の形態７にかかる太陽電池を模式的に示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図、（ｃ）は、第１導電型の半導体基板としてのｎ型単結晶シリコン基板１Ｎの比抵抗を示す図である。

実施の形態７の太陽電池１０Ｎは、実施の形態６の太陽電池変形例であり、図１３（ａ）から（ｃ）に示すように、受光面１Ａ側に不純物濃度に分布をもつｎ型単結晶シリコン基板１Ｎを配し、裏面側にｐ型拡散層２Ｐが配される構成を持つ太陽電池１０Ｎとしている。上面図および半導体基板の不純物濃度分布については図１２（ａ）および図１２（ｃ）と同様であるためここでは説明を省略する。

この構成によれば、ｎ型単結晶シリコン基板１Ｎの濃度分布による、取出抵抗の分布をより効率よく反映する電極構成となっているため、より効率よい電流−電圧特性を得ることができる。なお本実施の形態の太陽電池は、ｐ型単結晶シリコン基板を用い、ｎ型拡散層を形成して構成しても良いことはいうまでもない。

＜実施例１＞
表１は実施の形態１にもとづいて作製された太陽電池の太陽電池特性の測定結果を実施例１として示す表である。実施例１では実施の形態１にもとづいて図１（ａ）および（ｂ）に示した太陽電池１０を作製した。

表１においては、実施例１の太陽電池における、開放電圧、曲線因子、短絡電流値および変換効率の測定結果を示している。

ｎ型拡散層の受光面シート抵抗が均一である場合は、シート抵抗が低くなるほどキャリアの横方向の抵抗成分が小さくなるため、曲線因子は増加するが、不純物濃度が高濃度であることによる電子-正孔が再結合する際に、電子がたたき出される、オージェ再結合が増加するため短絡電流値は減少する。

第１領域２Ｔのシート抵抗を５０Ω／□とし、第２領域２Ｄのシート抵抗を９０Ω／□とした場合においては、グリッド電極７Ｇによる電圧降下の大きい領域のシート抵抗値は高いため、面内での電圧降下の分布が、面内でシート抵抗値が均一である場合よりもさらに増幅され、面内でシート抵抗値が９０Ω／□で一様である場合と比較して曲線因子の増加は小さく、短絡電流値が低下するため、面内でシート抵抗値が９０Ω／□で一様である場合と比較した際に変換効率は低下する。

これに対して第１領域２Ｔのシート抵抗を９０Ω／□とし、第２領域２Ｄのシート抵抗を５０Ω／□とした場合においては、第２領域２Ｄにおけるグリッド電極７Ｇによる電圧降下をシート抵抗の低抵抗化により補っていることになる。このため、面内でシート抵抗が５０Ω／□で一様である場合と比較して曲線因子の差は１／１０００と低い値であり、短絡電流値は５０Ω／□で一様である場合と比較して０．２ｍＡ／ｃｍ^２高いため変換効率は２０．１８％となり受光面シート抵抗が一様であるどの場合よりも高い値となった。

また第１領域２Ｔのシート抵抗が９０Ω／□で第２領域２Ｄのシート抵抗が７０Ω／□の場合の変換効率は２０．１５％であって、このことから第１領域２Ｔと第２領域２Ｄのシート抵抗値の差分はある程度大きい場合において効果的な出力特性が得られることがわかった。

上記構成により、第２領域と第１領域とのシート抵抗値の差が２０Ω／□以上とすることより、太陽電池のセルにおける電圧降下の面内分布を小さくする効果が大きくなり、セル全体での曲線因子が向上し、出力特性が向上する。

さらに高効率化をはかるためには、不純物拡散層の濃度分布はバス電極７Ｂに近い第１領域２Ｔにおいて低く、バス電極７Ｂに遠い第２領域２Ｄにおいて高く、第１領域２Ｔと第２領域２Ｄのシート抵抗の差は４０Ω／□程度はあることが好ましい。

＜実施例２＞
表２は、実施の形態２にもとづいて作製された太陽電池の太陽電池特性の測定結果を実施例２として示す表である。実施例２では実施の形態２にもとづいて太陽電池１０Ｐを作製した。

２つの異なる不純物濃度を持つ第１領域２Ｔおよび第２領域２Ｄの領境界線は、図６（ａ）に示すように直線状をしてバス電極７Ｂからの距離が大きくなるにしたがってグリッド電極７Ｇからの距離が大きくなっている。そしてグリッド電極７Ｇを囲む第２領域２Ｄの第１領域２Ｔとの境界線は、バス電極７Ｂから最も遠ざかる点において、隣のグリッド電極７Ｇを囲む第２領域２Ｄとの境界線と交わる。

表２においては、実施例２の太陽電池における、開放電圧、曲線因子、短絡電流値および変換効率の測定結果を示している。

表２に示すように、変換効率は実施例１の最も変換効率が高い場合よりも向上している。これは実施例１の場合よりも電圧降下の面内分布を小さくする不純物拡散層の面内配置がなされているためである。太陽電池のセル面内でのシート抵抗が一様である場合には、バス電極７Ｂから離れた領域であるほどグリッド電極７Ｇによる電圧降下が大きくなるが、本実施例においてはバス電極７Ｂから遠ざかるほど、光生成されたキャリアが高濃度の不純物領域を通る距離が長くなるため、キャリアがグリッド電極７Ｇに集電されるまでの電圧降下が小さくなり、太陽電池のセル面内における電圧降下の分布が小さくなり、出力特性が向上する。

＜実施例３＞
表３は実施の形態３にもとづいて作製された太陽電池の太陽電池特性の測定結果を実施例３として示す表である。実施例３では実施の形態３にもとづいて、図７（ａ）および（ｂ）に示したように、バス電極７Ｂおよびグリッド電極７Ｇ直下を高濃度領域である第２領域２Ｄとしたものである。他の部分については実施の形態１と同様に形成した。

表３においては、実施例３の太陽電池における、開放電圧、曲線因子、短絡電流値および変換効率の測定結果を示している。

また第１領域２Ｔのシート抵抗を９０Ω／□で第２領域２Ｄのシート抵抗を７０Ω／□とした。この場合の変換効率は２０．３７％であった。表１との比較によっても、実施例３の場合短絡電流値は若干小さくなっているが曲線因子が向上し、実施例１に比べて変換効率が向上している。

以上のように、バス電極７Ｂおよびグリッド電極７Ｇ直下の領域を高濃度の第２領域とすることで、セル全体での曲線因子が向上し、出力特性が向上する。

＜実施例４＞
表４は実施の形態４にもとづいて作製された太陽電池の太陽電池特性の測定結果を実施例４として示す表である。実施例４では実施の形態４にもとづいて透光性導電膜のシート抵抗に分布を持たせた太陽電池を作製した。

図８（ａ）および（ｂ）に示すように、低いシート抵抗値の透光性導電膜で構成された第２の透光性導電領域の第２の透光性導電膜１４Ｄは、隣り合うグリッド電極７Ｇの間隔をＷとした時にグリッド電極７Ｇから１／４Ｗの距離までの領域で、かつバス電極７Ｂの間隔をＷ、バス電極７Ｂから太陽電池の端部１Ｅまでの距離をＷ／２とした時に、バス電極７ＢからＷ／４よりも遠い領域に形成した。

表４においては、実施例４の太陽電池における、開放電圧、曲線因子、短絡電流値および変換効率の測定結果を示している。

表４に示すように、透光性導電膜を均一に形成した場合よりも変換効率は向上した。これは実施例１と比較すると、電圧降下の大きい領域に高濃度の拡散層からなる第２領域を配しつつ、短絡電流値が、低濃度の拡散層よりも低い値である高濃度の拡散層からなる第２領域の面積を実施例１、２の場合と比較して少ない面積で配している。このため、短絡電流値の低下を抑えつつ曲線因子と変換効率を向上することができる。

上記実施例１から４については、基本構造は同一とし、通例のサイズで構成し、測定した。なお、もちいた太陽電池のセル単結晶シリコンウェハを基板として作製し１０ｃｍ×１０ｃｍの正方形サイズにカットした。ウェハの厚みは１８０μｍとした。

＜実施例５＞
表５に実施の形態５にもとづいて作製された太陽電池モジュールの太陽電池１セルあたりの特性の測定結果を示している。実施例５では実施の形態５の図１１に示した変形例にもとづいて太陽電池モジュールを作製した。用いた太陽電池セルは１５６ｍｍ×１５６ｍｍサイズの太陽電池に一般的に用いられる単結晶シリコン基板を用いた。ウェハの厚みは１８０μｍとした。

図１１に実施例５で用いた太陽電池モジュールのストリングの図を示す。タブ線とセルの接続部分は太陽電池セルのコーナー部分のみで限定的になっており、タブ線２０が太陽電池セル１０ａから１０ｃの受光面積を減らすことによる遮光損失は低減される。しかしながらこの場合はグリッド電極の長さが図１に示すような電極構造と比較して長くなってしまうため、タブ線コンタクト用電極１７から離れた部分における面内の電圧降下が大きくなる。このため図１１で示すようにタブ線コンタクト用電極１７に近い部分を第１領域２Ｔとし、シート抵抗を９０Ω／□、コンタクト用電極部から遠い部分を第２領域２Ｄとし、シート抵抗を５０Ω／□とした。比較例として第１領域と第２領域が共に９０Ω／□の太陽電池モジュールも作製した。

表５に示すように、拡散層のシート抵抗を均一に形成した場合よりも太陽電池１セルあたりの出力は向上した。これは図１１の電極構造では面内の電圧降下分布が大きくなるものの、電圧降下の大きい領域にシート抵抗の低い領域を配することで電圧降下の分布を低減しているためである。

＜実施例６＞
表６に実施の形態６にもとづいて作製された太陽電池の特性の測定結果を示している。実施例６では実施の形態６の図１２（ａ）から（ｃ）に示した例にもとづいて太陽電池セルを作製した。作製した太陽電池セルは、一般的に用いられる１５６ｍｍ×１５６ｍｍのｐ型単結晶シリコン基板を縦と横に４等分にカットして３９ｍｍ×３９ｍｍのサイズのシリコン基板に太陽電池セルを形成した。カットしたウェハの厚みは１８０μｍとした。太陽電池セル受光面側の不純物拡散層であるｎ型拡散層２のシート抵抗値は７０Ω／□とした。電極はシート抵抗の高い辺側にバス電極７Ｂを設け、バス電極７Ｂに接続するグリッド電極７Ｇを２ｍｍ間隔で設けた。比較例として、シート抵抗の低い辺側にバス電極７Ｂを設けた、実施例６と逆の関係で基板シート抵抗分布とバス電極７Ｂを形成した比較例の太陽電池セルも同時に作製した。

表６に示すように、拡散層のシート抵抗を均一に形成した場合よりも太陽電池１セルあたりの変換効率は向上した。これは図１２（ａ）および（ｂ）に示した電極構造において、電圧降下の大きい領域に図１２（ｃ）に示したように基板比抵抗の低い領域を配することで電圧降下の面内分布を低減しているためである。

なお、本発明は、前記実施の形態で示した太陽電池の構造に限定されず、他の種々の構造を有する太陽電池に適用することができる。前記実施の形態では第１導電型のシリコン基板としてｐ型単結晶シリコン基板１またはｎ型単結晶シリコン基板１ｎを用いた場合を説明したが、単結晶シリコン基板のかわりに多結晶シリコン基板などの結晶系シリコン基板であればよく、またゲルマニウム基板あるいはＧａＡｓ基板、炭化シリコン基板等の他の種類の半導体基板を用いて形成される太陽電池であってもよい。結晶系シリコン基板に関しては、単結晶シリコン基板ならびに多結晶シリコン基板を含むが、特に（１００）面を表面とする単結晶シリコン基板が好ましい。

以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

１ ｐ型単結晶シリコン基板、１ｎ ｎ型単結晶シリコン基板、１Ｔ 微小凹凸、１Ｅ端部、２ ｎ型拡散層、２Ｔ 第１領域、２Ｄ 第２領域、７ 第１の集電電極、７Ｂ バス電極、７Ｇ グリッド電極、８ 第２の集電電極、９ ＢＳＦ層、１０，１０Ｐ，１０Ｓ，１０Ｒ，１０Ｎ 太陽電池、１４，１５ 透光性導電膜、１４Ｔ 第１の透光性導電膜、１４Ｄ 第２の透光性導電膜、１７ タブ線コンタクト用電極、２０ タブ線、３０ 外部取出しリード、３１ 封止樹脂、３２ ガラス板、３３ バックフィルム、１００ 太陽電池モジュール。

Claims (11)

1. 受光面としての第１主面および前記第１主面の反対側の面である第２主面を有する第１導電型の半導体基板と、
   前記半導体基板の前記第１主面に形成された第２導電型の不純物領域と、
   前記第２導電型の不純物領域上に第１方向に沿って延びるように間隔を置いて形成された複数のグリッド電極と、前記複数のグリッド電極と直交する第２方向に延び、タブ線が接着される集電部とを含む第１の集電電極と、
   前記半導体基板の前記第２主面側に形成された第２の集電電極とを備え、
   前記第２導電型の不純物領域は、前記第１方向に延びる線が交差する前記半導体基板のひとつの周縁部である第１周縁部と、前記第１周縁部と前記集電部との間の線であって前記集電部に平行な線である第１線と、前記第１周縁部に交差する前記半導体基板の一方の周縁部である第２周縁部と、前記第１周縁部に交差する前記半導体基板の他方の周縁部である第３周縁部とによって囲まれた第１エリアと、前記集電部と前記第１線と前記第２周縁部と前記第３周縁部とによって囲まれた第２エリアとを有し、
   前記第１エリアは、前記第２エリアより不純物濃度が高いことを特徴とする太陽電池。
2. 前記集電部は、間隔をおいた第１集電部および第２集電部を有し、
   前記第２導電型の不純物領域は、前記第１集電部と前記第２集電部との間に、第３エリア、第４エリアおよび第５エリアを有し、
   前記第３エリアは、前記第１集電部と、前記第１集電部と前記第２集電部との間の線であって前記第１集電部および前記第２集電部に平行な線である第２線と、前記第２周縁部と、前記第３周縁部とによって囲まれ、
   前記第４エリアは、前記第２線と、前記第２線と前記第２集電部との間の線であって前記第１集電部および前記第２集電部に平行な線である第３線と、前記第２周縁部と、前記第３周縁部とによって囲まれて、前記第３エリアと前記第５エリアの間に形成され、
   前記第５エリアは、前記第３線と、前記第２集電部と、前記第２周縁部と、前記第３周縁部とによって囲まれ、
   前記第４エリアは、前記第３エリアおよび前記第５エリアより不純物濃度が高いことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池。
3. 前記集電部は、前記複数のグリッド電極が接続されるバス電極であることを特徴とする請求項１または２に記載の太陽電池。
4. 受光面としての第１主面および前記第１主面の反対側の面である第２主面を有する第１導電型の半導体基板と、
   前記半導体基板の前記第１主面に形成された第２導電型の不純物領域と、
   前記第２導電型の不純物領域上に第１方向に沿って延びるように間隔を置いて形成された複数のグリッド電極と、前記複数のグリッド電極と直交する第２方向に延び、タブ線が接着される集電部とを含む第１の集電電極と、
   前記半導体基板の前記第２主面側に形成された第２の集電電極とを備え、
   前記第２導電型の不純物領域は、前記集電部と前記第１方向に延びる線が交差する前記半導体基板のひとつの周縁部である第１周縁部との間において、第１エリアおよび不純物濃度が前記第１エリアより高い第２エリアを有し、
   前記第２エリアは、前記第１周縁部を含み、かつ前記第１エリアより前記集電部から離間しており、
   前記第１エリアと前記第２エリアとの境界は、前記集電部から遠ざかるに従って前記グリッド電極からの距離が増大することを特徴とする太陽電池。
5. 前記集電部は、前記複数のグリッド電極が接続されるバス電極であることを特徴とする請求項４に記載の太陽電池。
6. 受光面としての第１主面および前記第１主面の反対側の面である第２主面を有する第１導電型の半導体基板と、
   前記半導体基板の前記第１主面に形成された第２導電型の不純物領域と、
   前記第２導電型の不純物領域上に第１方向に沿って延びるように間隔を置いて形成された複数のグリッド電極と、前記複数のグリッド電極と直交する第２方向に延び、タブ線が接着される集電部とを含む第１の集電電極と、
   前記半導体基板の前記第２主面側に形成された第２の集電電極とを備え、
   前記第２導電型の不純物領域は、前記集電部と前記第１方向に延びる線が交差する前記半導体基板のひとつの周縁部である第１周縁部との間において、前記集電部から前記第１周縁部に近づくに従って不純物濃度が高くなるように不純物濃度が連続的に変化していることを特徴とする太陽電池。
7. 前記不純物濃度は、前記集電部から遠ざかるにつれて段階的に高くなっていることを特徴とする請求項６に記載の太陽電池。
8. 前記不純物濃度は、前記集電部から遠ざかるにつれてなだらかに高くなっていることを特徴とする請求項６に記載の太陽電池。
9. 受光面としての第１主面および前記第１主面の反対側の面である第２主面を有する第１導電型の半導体基板と、
   前記半導体基板の前記第１主面に形成された第２導電型の不純物領域と、
   前記第２導電型の不純物領域上に第１方向に沿って延びるように間隔を置いて形成された複数のグリッド電極と、前記複数のグリッド電極と直交する第２方向に延び、タブ線が接着される集電部とを含む第１の集電電極と、
   前記半導体基板の前記第２主面側に形成された第２の集電電極とを備え、
   前記第１導電型の半導体基板は、前記集電部と前記第１方向に延びる線が交差する前記半導体基板のひとつの周縁部である第１周縁部との間において、前記集電部から前記第１周縁部に近づくに従って不純物濃度が高くなるように不純物濃度が連続的に変化していることを特徴とする太陽電池。
10. 前記第２導電型の不純物領域は、不純物濃度が均一であることを特徴とする請求項９に記載の太陽電池。
11. 前記集電部は、前記複数のグリッド電極が接続されるバス電極であり、前記集電部は、前記第１周縁部に対向する前記半導体基板の周縁部に配置されることを特徴とする請求項９または１０に記載の太陽電池。

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