JP6564767B2 - 光電変換装置 - Google Patents

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本発明は、光を電気に変換する光電変換装置に関するものである。なお、本明細書における光電変換装置は、光電変換素子、光電変換素子を用いた光電変換モジュール、光電変換モジュールを備えた太陽光発電システム、を含む広い概念での装置である。
従来、ｐｎ接合部に真性非晶質層を配置した光電変換素子の構成が知られている。
特開２００２−７６４０９号公報には、互いに逆導電型の関係を有する結晶系半導体基板と非晶質半導体膜の接合部に、薄膜の真性非晶質半導体膜が挿入された光起電力装置が開示されている。この光起電力装置は、真性非晶質半導体膜の光学的バンドギャップが非晶質半導体膜と接する側において広くなっている。
ｐｎ接合部に配置された真性非晶質層は、ｐｎ接合中に再結合準位が生成するのを抑制する。しかしながら、製造工程における熱プロセス等によって、ｐ層またはｎ層のドーパントが、隣接する真性非晶質層や電極に拡散する場合がある。真性非晶質層や電極にドーパントが拡散すると、再結合準位が増加し、変換効率が低下する。一方、ドーパントの拡散を抑制するために、これらの層の間に窒化膜や酸化膜を配置すると、短絡電流が低下して、かえって変換効率が低下する。
本発明の目的は、ｐ層またはｎ層のドーパントが隣接する層に拡散するのを抑制することができる光電変換装置を提供することである。
ここに開示する光電変換装置は、シリコン基板と、シリコン基板の一方の面に形成され、実質的に真性な真性非晶質層と、真性非晶質層上に形成される第１導電型非晶質層とを備える。第１導電型非晶質層は、第１濃度層と、第１濃度層に積層される第２濃度層とを含む。第２濃度層のドーパント濃度は、８×１０１７ｃｍ−３以上であって、第１濃度層のドーパント濃度よりも低い。
上記の構成によれば、光電変換装置は、シリコン基板と第１導電型非晶質層とを備える。シリコン基板と第１導電型非晶質層との間には、真性非晶質層が形成される。真性非晶質層は、シリコン基板と第１導電型非晶質層との接合部に再結合準位が生成するのを抑制する。第１導電型非晶質層は、第１濃度層に積層される第２濃度層とを含む。第２濃度層のドーパント濃度は、第１濃度層のドーパント濃度よりも低い。第２濃度層によって、第１濃度層から他の層へドーパントが拡散するのを抑制することができる。また、第２濃度層のドーパント濃度を８×１０１７ｃｍ−３以上にすることによって、形状因子が低下するのを抑制することができる。これによって、光電変換装置の変換効率を向上させることができる。
ここに開示する他の光電変換装置は、シリコン基板と、シリコン基板の一方の面に形成され、実質的に真性な真性非晶質層と、真性非晶質層上に形成される第１導電型非晶質層とを備える。第１導電型非晶質層は、第１濃度層と、第１濃度層に積層される第２濃度層とを含む。第１導電型非晶質層の導電型はｐ型であり、第２濃度層は、ｐ型ドーパントおよびｎ型ドーパントを含有する。
上記の構成によれば、光電変換装置は、シリコン基板と第１導電型非晶質層とを備える。シリコン基板と第１導電型非晶質層との間には、真性非晶質層が形成される。真性非晶質層は、シリコン基板と第１導電型非晶質層との接合部に再結合準位が生成するのを抑制する。第１導電型非晶質層は、第１濃度層に積層される第２濃度層とを含む。第２濃度層は、ｐ型ドーパントとｎ型ドーパントとを含有する。第２濃度層によって、第１濃度層から他の層へドーパントが拡散するのを抑制することができる。これによって、光電変換装置の変換効率を向上させることができる。
図１は、本発明の第１の実施形態にかかる光電変換素子の構成を模式的に示す断面図である。 図２Ａは、光電変換素子の製造方法の一例を説明するための図である。 図２Ｂは、光電変換素子の製造方法の一例を説明するための図である。 図２Ｃは、光電変換素子の製造方法の一例を説明するための図である。 図２Ｄは、光電変換素子の製造方法の一例を説明するための図である。 図２Ｅは、光電変換素子の製造方法の一例を説明するための図である。 図３は、比較例にかかる光電変換素子の構成を模式的に示す断面図である。 図４は、比較例にかかる光電変換素子のＶｏｃと、本実施形態にかかる光電変換素子のＶｏｃとを比較した図である。 図５は、比較例にかかる光電変換素子のＦＦと、本実施形態にかかる光電変換素子のＦＦとを比較した図である。 図６は、ｐ−層のドーパント（ボロン）濃度を変えたときの、光電変換素子のＶｏｃ、ＦＦ、およびＶｏｃ×ＦＦの変化を示すグラフである。 図７は、第１の実施形態の変形例にかかる光電変換素子の構成を模式的に示す断面図である。 図８は、第１の実施形態の他の変形例にかかる光電変換素子の構成を模式的に示す断面図である。 図９は、本発明の第２の実施形態にかかる光電変換素子の構成を模式的に示す断面図である。 図１０は、本発明の第３の実施形態にかかる光電変換素子の構成を模式的に示す断面図である。 図１１は、本発明の第３の実施形態の変形例にかかる光電変換素子の構成を模式的に示す断面図である。 図１２は、本発明の第４の実施形態にかかる光電変換素子の構成を模式的に示す断面図である。 図１３Ａは、光電変換素子の製造方法の一例を説明するための図である。 図１３Ｂは、光電変換素子の製造方法の一例を説明するための図である。 図１３Ｃは、光電変換素子の製造方法の一例を説明するための図である。 図１３Ｄは、光電変換素子の製造方法の一例を説明するための図である。 図１３Ｅは、光電変換素子の製造方法の一例を説明するための図である。 図１３Ｆは、光電変換素子の製造方法の一例を説明するための図である。 図１３Ｇは、光電変換素子の製造方法の一例を説明するための図である。 図１４は、本発明の第４の実施形態の変形例にかかる光電変換素子の構成を模式的に示す断面図である。 図１５Ａは、光電変換素子の製造方法の一例を説明するための図である。 図１５Ｂは、光電変換素子の製造方法の一例を説明するための図である。 図１５Ｃは、光電変換素子の製造方法の一例を説明するための図である。 図１５Ｄは、光電変換素子の製造方法の一例を説明するための図である。 図１５Ｅは、光電変換素子の製造方法の一例を説明するための図である。 図１５Ｆは、光電変換素子の製造方法の一例を説明するための図である。 図１６は、比較例にかかる光電変換素子の構成を模式的に示す断面図である。 図１７は、光電変換素子を受光面と反対側の面から見た平面図である。 図１８は、図１７のＡ−Ａ線に沿って測定した、ボロン濃度のプロファイルである。 図１９は、本発明の第５の実施形態にかかる光電変換素子の構成を模式的に示す断面図である。 図２０は、本実施形態にかかる光電変換素子のｐｎ接合部の不純物プロファイルである。 図２１は、比較例にかかる光電変換素子のｐｎ接合部の不純物プロファイルである。 図２２は、太陽光を照射しないときの本実施形態にかかる光電変換素子および比較例にかかる光電変換素子のＩＶ曲線である。 図２３は、比較例にかかる光電変換素子のＦＦと、本実施形態にかかる光電変換素子のＦＦとを比較した図である。 図２４は、比較例にかかる光電変換素子のＶｏｃと、本実施形態にかかる光電変換素子のＶｏｃとを比較した図である。 図２５は、比較例にかかる光電変換素子および本実施形態にかかる光電変換素子のアニール後のＶｏｃを比較した図である。 図２６は、比較例にかかる光電変換素子および本実施形態にかかる光電変換素子のアニール後のＦＦを比較した図である。 図２７は、Ｐ含有ｐ層のリン濃度を変えたときの、光電変換素子のＦＦの変化を示すグラフである。 図２８は、Ｐ含有ｐ層のリン濃度を変えたときの、光電変換素子のＶｏｃの変化を示すグラフである。 図２９は、本発明の第６の実施形態にかかる光電変換素子の構成を模式的に示す断面図である。 図３０は、本発明の第７の実施形態にかかる光電変換素子の構成を模式的に示す断面図である。 図３１は、本発明の第８の実施形態にかかる光電変換素子の構成を模式的に示す断面図である。 図３２は、本発明の第９の実施形態にかかる光電変換素子の構成を模式的に示す断面図である。 図３３は、本発明の第９の実施形態の変形例にかかる光電変換素子の構成を模式的に示す断面図である。 図３４は、本実施形態にかかる光電変換モジュールの構成の一例を示す概略図である。 図３５は、本実施形態にかかる太陽光発電システムの構成の一例を示す概略図である。 図３６は、図３５に示す光電変換モジュールアレイの構成の一例を示す概略図である。 図３７は、本実施形態にかかる太陽光発電システムの構成の他の一例を示す概略図である。 図３８は、本実施形態にかかる太陽光発電システムの構成の他の一例を示す概略図である。 図３９は、本実施形態にかかる太陽光発電システムの構成の他の一例を示す概略図である。
［実施の形態］
以下、図面を参照し、本発明の実施の形態を詳しく説明する。図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。なお、説明を分かりやすくするために、以下で参照する図面においては、構成が簡略化または模式化して示されたり、一部の構成部材が省略されたりしている。また、各図に示された構成部材間の寸法比は、必ずしも実際の寸法比を示すものではない。
［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態にかかる光電変換素子１の構成を模式的に示す断面図である。光電変換素子１は、基板１０（シリコン基板）、真性非晶質層１１および１３、ｐ型非晶質層１２（第１導電型非晶質層）、ｎ型非晶質層１４（第２導電型非晶質層）、透明導電膜１５（導電膜）および１６、ならびに電極１７および１８を備えている。
なお、この明細書において、非晶質層には、微結晶層が含まれても良いものとする。微結晶層とは、非晶質層中に析出している結晶の平均粒子径が１〜５０ｎｍの層である。
基板１０は、導電型がｎ型の単結晶シリコン基板である。基板１０の厚さは、例えば８０〜２００μｍである。基板１０の比抵抗は、例えば１〜４Ωｃｍである。基板１０の一方の面１０ａには、テクスチャが形成されている。テクスチャは、基板１０の表面反射率を低減する。
基板１０の面１０ａには、真性非晶質層１３、ｎ型非晶質層１４、透明導電膜１６、および電極１８が、基板１０側からこの順番で形成されている。面１０ａと反対側の面には、真性非晶質層１１、ｐ型非晶質層１２、透明導電膜１５、および電極１７が、基板１０側からこの順番で形成されている。
真性非晶質層１１および１３は、実質的に真性で、水素を含有する非晶質半導体の膜である。真性非晶質層１１および１３は例えば、ｉ型非晶質シリコン、ｉ型非晶質シリコンゲルマニウム、ｉ型非晶質ゲルマニウム、ｉ型非晶質シリコンカーバイド、ｉ型非晶質シリコンナイトライド、ｉ型非晶質シリコンオキサイド、ｉ型非晶質シリコンカーボンオキサイド等からなる。真性非晶質層１１および１３の厚さは例えば、数Å〜２５ｎｍである。
ｎ型非晶質層１４は、導電型がｎ型で、水素を含有する非晶質半導体の膜である。ｎ型非晶質層１４は例えば、ドーパントとしてリン（Ｐ）を含有する。ｎ型非晶質層１４のドーパント濃度は、例えば１×１０１８〜１×１０２０ｃｍ−３である。ｎ型非晶質層１４は例えば、ｎ型非晶質シリコン、ｎ型非晶質シリコンゲルマニウム、ｎ型非晶質ゲルマニウム、ｎ型非晶質シリコンカーバイド、ｎ型非晶質シリコンナイトライド、ｎ型非晶質シリコンオキサイド、ｎ型非晶質シリコンカーボンオキサイド等からなる。ｎ型非晶質層１４の厚さは例えば、２〜５０ｎｍである。
ｐ型非晶質層１２は、導電型がｐ型で、水素を含有する非晶質半導体の膜である。ｐ型非晶質層１２は、積層されたｐ層１２１（第１濃度層）およびｐ−層１２２（第２濃度層）を含んでいる。本実施形態では、ｐ層１２１およびｐ−層１２２は、基板１０側から、ｐ−層１２２、ｐ層１２１の順番で形成されている。すなわち、ｐ−層１２２は真性非晶質層１１の上に形成され、ｐ層１２１はｐ−層１２２の上に形成されている。
ｐ層１２１およびｐ−層１２２は例えば、ドーパントとしてボロン（Ｂ）を含有する。ｐ層１２１とｐ−層１２２とは、互いにドーパント濃度が異なっている。より具体的には、ｐ−層１２２のドーパント濃度は、８×１０１７ｃｍ−３以上であって、ｐ層１２１のドーパント濃度よりも低い。ｐ層１２１のドーパント濃度は、例えば１×１０２０〜１×１０２１ｃｍ−３である。
ｐ層１２１およびｐ−層１２２は例えば、ｐ型非晶質シリコン、ｐ型非晶質シリコンゲルマニウム、ｐ型非晶質ゲルマニウム、ｐ型非晶質シリコンカーバイド、ｐ型非晶質シリコンナイトライド、ｐ型非晶質シリコンオキサイド、ｐ型非晶質シリコンカーボンオキサイド等からなる。ｐ層１２１およびｐ−層１２２の厚さは例えばそれぞれ、２〜５０ｎｍである。
透明導電膜１５および１６は、例えば透明導電性酸化物（ＴＣＯ：Ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ Ｏｘｉｄｅ）であり、より具体的には、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ：Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）、ＳｎＯ２、またはＺｎＯ等の膜である。透明導電膜１５および１６の厚さは例えば、７０〜１００ｎｍである。
電極１７および１８は例えば、銀粉末等の導電性フィラーを練り込んだ樹脂組成物である。
［光電変換素子１の製造方法］
図２Ａ〜図２Ｅを参照して、光電変換素子１の製造方法の一例を説明する。
基板１０の面１０ａにテクスチャを形成する（図２Ａ）。テクスチャは例えば、アルカリ溶液を用いた異方性エッチングによって形成することができる。
基板１０の面１０ａに、真性非晶質層１３およびｎ型非晶質層１４を形成する（図２Ｂ）。真性非晶質層１３およびｎ型非晶質層１４は例えば、プラズマＣＶＤ（Ｐｌａｓｍａ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）によって形成することができる。
真性非晶質層１３としては例えば、基板温度：１３０〜２１０℃、Ｈ２ガス流量：０〜１００ｓｃｃｍ、ＳｉＨ４ガス流量：４０ｓｃｃｍ、圧力：４０〜１２０Ｐａ、１３．５６ＭＨｚの高周波電力密度５〜１５ｍＷ／ｃｍ２の条件でプラズマＣＶＤを実施することによって、ｉ型非晶質シリコンの膜を形成することができる。
ｎ型非晶質層１４としては例えば、基板温度：１７０℃、Ｈ２ガス流量：０〜１００ｓｃｃｍ、ＳｉＨ４ガス流量：４０ｓｃｃｍ、ＰＨ３／Ｈ２ガス流量：４０ｓｃｃｍ、圧力：４０Ｐａ、高周波電力密度：８．３３ｍＷ／ｃｍ２の条件でプラズマＣＶＤを実施することによって、リン（Ｐ）がドープされたｎ型非晶質シリコンの膜を形成することができる。なお、ＰＨ３／Ｈ２ガスはＰＨ３ガスをＨ２ガスで希釈したガスを表わし、Ｈ２に対するＰＨ３の濃度は例えば１％とすることができる。ＰＨ３／Ｈ２ガスに代えて、ＰＨ３ガスをＳｉＨ４ガスで希釈したＰＨ３／ＳｉＨ４ガスを用いても良い。
面１０ａと反対側の面に、真性非晶質層１１およびｐ型非晶質層１２を順次形成する（図２Ｃ）。真性非晶質層１１およびｐ型非晶質層１２は例えば、プラズマＣＶＤによって形成することができる。
真性非晶質層１１の形成条件は、真性非晶質層１３と同様である。真性非晶質層１１は、真性非晶質層１３と同じ条件で成膜しても良いし、異なる条件で成膜しても良い。
ｐ型非晶質層１２としては例えば、基板温度：１５０〜２１０℃、Ｈ２ガス流量：０〜１００ｓｃｃｍ、ＳｉＨ４ガス流量：４０〜５００ｓｃｃｍ、Ｂ２Ｈ６／Ｈ２ガス流量：４０〜２５０ｓｃｃｍ、圧力：４０〜１２０Ｐａ、高周波電力密度：５〜１５ｍＷ／ｃｍ２の条件でプラズマＣＶＤを実施することによって、ボロン（Ｂ）がドープされたｐ型非晶質シリコンの膜を形成することができる。なお、Ｂ２Ｈ６／Ｈ２ガスはＢ２Ｈ６ガスをＨ２ガスで希釈したガスを表わす。
ｐ層１２１とｐ−層１２２とは例えば、Ｂ２Ｈ６／Ｈ２ガスの流量を変えることによって形成することができる。例えば、ｐ層１２１ではＢ２Ｈ６／Ｈ２ガスの流量を４０〜２５０ｓｃｃｍとし、ｐ−層１２２ではＢ２Ｈ６／Ｈ２ガスの流量を１０〜１００ｓｃｃｍとする。
ｐ型非晶質層１２の上に透明導電膜１５を、ｎ型非晶質層１４の上に透明導電膜１６を、それぞれ形成する（図２Ｄ）。透明導電膜１５および１６としては例えば、次のようなスパッタによって、ＩＴＯの膜を形成することができる。まず、ＳｎＯ２粉末が５重量％混入したＩｎ２Ｏ３粉末の焼結体をターゲットとしてカソードに設置する。基板１０を、カソードに対して平行になるように配置し、チャンバー内を真空排気する。基板１０の温度が１８０℃になるように加熱し、Ａｒガス（流量：２００〜８００ｓｃｃｍ）とＯ２ガス（流量：０〜３０ｓｃｃｍ）の混合ガスを流してチャンバー内の圧力を０．４〜１．３Ｐａに保ちながら、カソードに直流電力を０．２〜２ｋＷ投入して放電させる。
透明導電膜１５の上に電極１７を、透明導電膜１６の上に電極１８を、それぞれ形成する（図２Ｅ）。電極１７および１８は例えば、エポキシ樹脂に銀（Ａｇ）の微粉末を練り込んだＡｇペーストをスクリーン印刷法によって塗布した後、２００℃で８０分間焼成して形成することができる。これによって、光電変換素子１が完成する。
［光電変換素子１の効果］
本実施形態の効果を説明するため、比較例にかかる光電変換素子９９について説明する。図３は、光電変換素子９９の構成を模式的に示す断面図である。光電変換素子９９は、光電変換素子１の構成から、ｐ−層１２２を削除した構成である。
光電変換素子９９は、光電変換素子１と同様に、基板１０とｐ層１２１との間に形成され、実質的に真性な真性非晶質層１１を備えている。真性非晶質層１１は、基板１０とｐ層１２１との接合によって生じる界面準位を減らし、光生成キャリアの再結合を低減する。
しかしながら、光電変換素子９９では、ｐ層１２１を形成した後の製造工程における熱プロセス等によって、ｐ層１２１のドーパントが隣接する真性非晶質層１１に拡散する場合がある。真性非晶質層１１にドーパントが拡散すると、ｐｎ接合中の再結合準位が増加し、開放電圧Ｖｏｃおよび形状因子ＦＦが低下する。一方、ドーパントの拡散を抑制するために真性非晶質層１１とｐ層１２１との間に窒化膜または酸化膜を配置すると、短絡電流Ｊｓｃの低下によってＦＦが低下する。その結果、かえって変換効率が低下する。
本実施形態によれば、光電変換素子１は、真性非晶質層１１とｐ層１２１との間に配置され、ｐ層１２１よりもドーパント濃度が低いｐ−層１２２を備えている。ｐ−層１２２は、ｐ層１２１から真性非晶質層１１へのドーパントの拡散を抑制する。ｐ−層１２２は、ｐ型非晶質層１２の直列抵抗をあまり増加させない。そのため、本実施形態によれば、ＦＦを維持しつつ、Ｖｏｃを向上させることができる。その結果、変換効率を向上させることができる。
また、比較例にかかる光電変換素子９９は、製品として使用されている間も、熱を受けるとｐ層１２１のドーパントが拡散して性能が劣化する。一方、光電変換素子１の場合、上述のようにｐ−層１２２によって、ｐ層１２１から真性非晶質層１１へのドーパントの拡散が抑制される。そのため、光電変換素子１は、耐熱性にも優れている。
図４は、比較例にかかる光電変換素子９９のＶｏｃと、本実施形態にかかる光電変換素子１のＶｏｃとを比較した図である。図５は、光電変換素子９９のＦＦと、光電変換素子１のＦＦとを比較した図である。図４および図５に示すように、本実施形態によれば、ＦＦを維持しつつＶｏｃを向上させることができる。なお、光電変換素子９と光電変換素子１との間で、Ｊｓｃはほぼ一定である。
図６は、ｐ−層１２２のドーパント（ボロン）濃度を変えたときの、光電変換素子１のＶｏｃ、ＦＦ、およびＶｏｃ×ＦＦの変化を示すグラフである。なお、ｐ層１２１のドーパント濃度は５×１０２０ｃｍ−３とした。なお、図６の縦軸の値は、ｐ−層１２２のドーパント濃度をｐ層１２１のドーパント濃度と同じにしたときの値で規格化した相対値である。
図６に示すように、ｐ−層１２２のドーパント濃度が８×１０１７ｃｍ−３以上でｐ層１２１のドーパント濃度よりも低ければ、Ｖｏｃ×ＦＦを増加させることができる。なお、ｐ−層１２２のドーパント濃度を変えてもＪｓｃはほぼ一定であるため、Ｖｏｃ×ＦＦが増加すれば変換η＝Ｊｓｃ×Ｖｏｃ×ＦＦも増加する。すなわち、ｐ−層１２２のドーパント濃度が８×１０１７ｃｍ−３以上でｐ層１２１のドーパント濃度より低ければ、変換効率を増加させることができる。
ｐ−層１２２のドーパント濃度は、好ましくは１×１０２０ｃｍ−３以下である。ｐ−層１２２のドーパント濃度が１×１０２０ｃｍ−３以下であれば、変換効率を顕著に増加させることができる。ｐ−層１２２のドーパント濃度は、より好ましくは２×１０１９ｃｍ−３以下である。
一方、ｐ−層１２２のドーパント濃度が８×１０１７ｃｍ−３未満になると、ＦＦが低下し、変換効率が低下する。したがって、ｐ−層１２２のドーパント濃度は、８×１０１７ｃｍ−３以上である。
以上、本発明の第１の実施形態について説明した。上記の実施形態では、基板１０の面１０ａに、真性非晶質層１３とｎ型非晶質層１４とが形成されている場合を説明した。しかし、真性非晶質層１３はなくても良い。また、ｎ型非晶質層１４に代えて、基板１０に高濃度のｎ型キャリアが拡散されたｎ＋層が形成されていても良い。
上記の実施形態ではｎ型非晶質層１４が形成された側の面が受光面である場合を説明したが、ｐ型非晶質層１２が形成された側の面を受光面としても良い。また、上記の実施形態では、基板１０が単結晶シリコン基板である場合を説明したが、基板１０は多結晶シリコン基板であっても良い。
上記の実施形態では、基板１０の導電型がｎ型の場合を説明したが、基板１０の導電型はｐ型であっても良い。ドーパント濃度の異なる非晶質層（第１濃度層および第２濃度層）は、ｐ型非晶質層１２およびｎ型非晶質層１４の少なくとも一方に形成されていれば良い。
［第１の実施形態の変形例１］
図７は、第１の実施形態の変形例にかかる光電変換素子１Ａの構成を模式的に示す断面図である。光電変換素子１Ａは、光電変換素子１のｐ型非晶質層１２に代えて、ｐ型非晶質層１２Ａを備えている。
ｐ型非晶質層１２Ａは、ｐ層１２１およびｐ−層１２２に加えて、ｐ−層１２３（第３濃度層）をさらに含んでいる。ｐ層１２１、ｐ−層１２２、およびｐ−層１２３は、基板１０側から、ｐ−層１２３、ｐ−層１２２、ｐ層１２１の順番で形成されている。
ｐ層１２１、ｐ−層１２２、およびｐ−層１２３は、互いにドーパント濃度が異なっている。すなわち、ｐ型非晶質層１２Ａは、ドーパント濃度が異なる３つのｐ型非晶質層からなる。ｐ−層１２３のドーパント濃度は、ｐ−層１２２のドーパント濃度と同様に、８×１０１７ｃｍ−３以上であって、ｐ層１２１のドーパント濃度よりも低い。ｐ−層１２２のドーパントとｐ−層１２３のドーパント濃度の高低関係は任意である。
光電変換素子１Ａは、光電変換素子１と同様にして製造することができる。なお、ｐ−層１２３は、ｐ−層１２２と同様の方法で形成することができる。
この変形例によっても、ｐ−層１２２およびｐ−層１２３によって、ｐ層１２１から真性非晶質層１１へのドーパントの拡散が抑制される。そのため、光電変換素子１Ａは、変換効率および耐熱性に優れている。なお、この変形例では、ｐ型非晶質層１２Ａがドーパント濃度の異なる３つのｐ型非晶質層から構成されている場合を説明したが、ｐ型非晶質層１２Ａは、さらに多くの層から構成されていても良い。
［第１の実施形態の変形例２］
図８は、第１の実施形態の他の変形例にかかる光電変換素子１Ｂの構成を模式的に示す断面図である。光電変換素子１Ｂは、光電変換素子１のｐ型非晶質層１２に代えて、ｐ型非晶質層１２Ｂを備えている。
ｐ型非晶質層１２Ｂは、ｐ型非晶質層１２と同様に、導電型がｐ型で、水素を含有する非晶質半導体の膜である。ｐ型非晶質層１２Ｂは、透明導電膜１５側から真性非晶質層１１側に向かって、ドーパント濃度が連続的に変化している。ｐ型非晶質層１２Ｂは、透明導電膜１５に隣接する部分１２Ｂａのドーパント濃度が最も高く、真性非晶質層１１に隣接する部分１２Ｂｂのドーパント濃度が最も低い。真性非晶質層１１に隣接する部分１２Ｂｂのドーパント濃度は、８×１０１７ｃｍ−３以上であって、透明導電膜１５に隣接する部分１２Ｂａのドーパント濃度よりも低い。
光電変換素子１Ｂは、光電変換素子１と同様にして製造することができる。なお、ｐ型非晶質層１２Ｂは例えば、Ｂ２Ｈ６／Ｈ２ガスの流量を連続的に変化させながらプラズマＣＶＤによる成膜を行うことで形成することができる。
この変形例によっても、真性非晶質層１１に隣接する部分１２Ｂｂによって、透明導電膜１５に隣接する部分１２Ｂａから真性非晶質層１１へのドーパントの拡散が抑制される。そのため、光電変換素子１Ｂは、変換効率および耐熱性に優れている。
［第２の実施形態］
図９は、本発明の第２の実施形態にかかる光電変換素子２の構成を模式的に示す断面図である。光電変換素子２は、光電変換素子１のｐ型非晶質層１２に代えて、ｐ型非晶質層２２を備えている。
ｐ型非晶質層２２は、ｐ型非晶質層１２と比較して、ｐ層１２１とｐ−層１２２の積層の順番が異なっている。本実施形態では、ｐ層１２１およびｐ−層１２２は、基板１０側から、ｐ層１２１、ｐ−層１２２の順番で形成されている。すなわち、ｐ層１２１は真性非晶質層１１の上に形成され、ｐ−層１２２はｐ層１２１の上に形成されている。
光電変換素子２は、光電変換素子１と同様にして製造することができる。
本実施形態によれば、ｐ−層１２２によって、ｐ層１２１から透明導電膜１５へのドーパントの拡散が抑制される。これによって、透明導電膜１５における再結合準位の増加が抑制される。そのため、光電変換素子２は、変換効率および耐熱性に優れている。
［第３の実施形態］
図１０は、本発明の第３の実施形態にかかる光電変換素子３の構成を模式的に示す断面図である。光電変換素子３は、光電変換素子１のｐ型非晶質層１２に代えて、ｐ型非晶質層３２を備えている。
ｐ型非晶質層３２は、光電変換素子１Ａ（図７）のｐ型非晶質層１２Ａと同様に、ｐ層１２１、ｐ−層１２２、およびｐ−層１２３を含んでいる。ｐ型非晶質層３２は、ｐ型非晶質層１２Ａと比較して、ｐ層１２１、ｐ−層１２２、およびｐ−層１２３の積層の順番が異なっている。本実施形態では、ｐ層１２１、ｐ−層１２２、およびｐ−層１２３は、基板１０側から、ｐ−層１２２、ｐ層１２１、ｐ−層１２３の順番で形成されている。すなわち、ｐ−層１２２は真性非晶質層１１の上に形成され、ｐ層１２１はｐ−層１２２の上に形成され、ｐ−層１２３はｐ層１２１の上に形成されている。
光電変換素子３は、光電変換素子１と同様にして製造することができる。
本実施形態によれば、ｐ−層１２２によってｐ層１２１から真性非晶質層１１へのドーパントの拡散が抑制さるとともに、ｐ−層１２３によってｐ層１２１から透明導電膜１５へのドーパントの拡散が抑制される。そのため、光電変換素子３は、変換効率および耐熱性に優れている。
［第３の実施形態の変形例］
図１１は、第３の実施形態の変形例にかかる光電変換素子３Ａの構成を模式的に示す断面図である。光電変換素子３Ａは、光電変換素子３のｐ型非晶質層３２に代えて、ｐ型非晶質層３２Ａを備えている。
ｐ型非晶質層３２Ａは、ｐ型非晶質層３２のｐ−層１２３に代えて、ｐ−層１２３Ａを備えている。ｐ−層１２３Ａは、微結晶層である。ｐ−層１２３Ａが微結晶層であることによって、ｐ型非晶質層３２Ａと透明導電膜１５とのコンタクト抵抗を低減することができる。これによって、変換をさらに向上させることができる。
なお、ｐ−層１２３Ａに加えて、ｐ−層１２２も微結晶層であっても良い。また、ｐ−層１２２は、真性非晶質層１１からｐ層１２１に向かって、非晶質状態から徐々に微結晶化していく構成としても良い。
光電変換素子３Ａは、光電変換素子１と同様にして製造することができる。なお、微結晶層は例えば、プラズマＣＶＤにおいて、Ｈ２ガスによるＳｉＨ４ガスの希釈率を高くすることによって形成することができる。
［第４の実施形態］
図１２は、本発明の第４の実施形態にかかる光電変換素子４の構成を模式的に示す断面図である。光電変換素子４は、基板１０、真性非晶質層４１、４３、および４６、ｐ型非晶質層４２（第１導電型非晶質層）、ｎ型非晶質層４４（第２導電型非晶質層）、受光面ｎ型非晶質層４７、ならびに電極４８（導電膜）および４９を備えている。
本実施形態では、基板１０の一方の面に、ｐ型非晶質層４２とｎ型非晶質層４４とが形成されている。ｐ型非晶質層４２およびｎ型非晶質層４４は、基板１０の面内方向において、互いに隣接して配置されている。ｐ型非晶質層４２およびｎ型非晶質層４４は、テクスチャ１０ａが形成された面１０ａと反対側の面に形成されている。すなわち、光電変換素子４は、いわゆる裏面接合型の光電変換素子である。
本実施形態においても、基板１０とｐ型非晶質層４２との間、および基板１０とｎ型非晶質層４４との間に、真性非晶質層が配置されている。より具体的には、基板１０とｐ型非晶質層４２との間に真性非晶質層４１が配置され、基板１０とｎ型非晶質層４４との間に真性非晶質層４３が配置されている。
基板１０の面１０ａには、真性非晶質層４６および受光面ｎ型非晶質層４７が形成されている。受光面ｎ型非晶質層４７は、いわゆる表面電界（ＦＳＦ：Ｆｒｏｎｔ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｆｉｅｌｄ）層である。
真性非晶質層４１、４３、および４６は、真性非晶質層１１および１３と同様に、実質的に真性で、水素を含有する非晶質半導体の膜である。
ｎ型非晶質層４４および受光面ｎ型非晶質層４７は、ｎ型非晶質層１４と同様に、導電型がｎ型で、水素を含有する非晶質半導体の膜である。
ｐ型非晶質層４２は、ｐ型非晶質層１２と同様に、導電型がｐ型で、水素を含有する非晶質半導体の膜である。ｐ型非晶質層４２は、積層されたｐ層４２１（第１濃度層）およびｐ−層４２２（第２濃度層）を含んでいる。本実施形態では、ｐ層４２１およびｐ−層４２２は、基板１０側から、ｐ−層４２２、ｐ層４２１の順番で形成されている。すなわち、ｐ−層４２２は真性非晶質層４１の上に形成され、ｐ層４２１はｐ−層４２２の上に形成されている。
電極４８は、ｐ型非晶質層４２の上に形成されている。電極４９は、ｎ型非晶質層４４の上に形成されている。電極４８および４９は例えば、銀粉末等の導電性フィラーを練り込んだ樹脂組成物である。電極４８および４９は、透光性導電膜であっても良く、例えば、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）、ＺｎＯ、ＩＷＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔａｎｇｓｔｅｎ Ｏｘｉｄｅ）等であっても良い。電極４８および４９は、金属膜であっても良く、例えば、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、錫（Ｓｎ）、白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）、クロム（Ｃｒ）、タングステン（Ｗ）、コバルト（Ｃｏ）、チタン（Ｔｉ）、これらの合金、またはこれら金属の２種以上の積層膜であっても良い。電極４８および４９は、透光性導電膜と金属膜との積層膜であっても良い。
［光電変換素子４の製造方法］
図１３Ａ〜図１３Ｇを参照して、光電変換素子４の製造方法の一例を説明する。
基板１０の面１０ａにテクスチャを形成する（図１３Ａ）。テクスチャは例えば、アルカリ溶液を用いた異方性エッチングによって形成することができる。
基板１０の面１０ａに、真性非晶質層４６および受光面ｎ型非晶質層４７を形成する（図１３Ｂ）。真性非晶質層４６および受光面ｎ型非晶質層４７は例えば、プラズマＣＶＤによって形成することができる。
面１０ａと反対側の面に、真性非晶質層４１およびｐ型非晶質層４２を形成する（図１３Ｃ）。真性非晶質層４１およびｐ型非晶質層４２は例えば、プラズマＣＶＤによって形成することができる。
真性非晶質層４１およびｐ型非晶質層４２をパターニングする（図１３Ｄ）。パターニングは例えば、フォトリソグラフィによってマスクを形成し、マスクされた部分以外の部分をエッチングによって除去することで行うことができる。
基板１０の一部、真性非晶質層４１、およびｐ型非晶質層４２を覆って、真性非晶質層４３およびｎ型非晶質層４４を形成する（図１３Ｅ）。真性非晶質層４３およびｎ型非晶質層４４は例えば、プラズマＣＶＤによって形成することができる。
真性非晶質層４３およびｎ型非晶質層４４をパターニングする（図１３Ｆ）。パターニングは例えば、フォトリソグラフィによってマスクを形成し、マスクされた部分以外の部分をエッチングによって除去することで行うことができる。
ｐ型非晶質層４２の上に電極４８を、ｎ型非晶質層４４の上に電極４９を、それぞれ形成する（図１３Ｇ）。電極４８および４９は例えば、エポキシ樹脂に銀（Ａｇ）の微粉末を練り込んだＡｇペーストをスクリーン印刷法によって塗布した後、２００℃で８０分間焼成して形成することができる。これによって、光電変換素子４が完成する。
［光電変換素子４の効果］
本実施形態によっても、ｐ−層４２２によって、ｐ層４２１から真性非晶質層４１へのドーパントの拡散が抑制される。そのため、光電変換素子４は、変換効率および耐熱性に優れている。
本実施形態によれば、ｐ−層４２２を用いることでＶｏｃとＦＦとを向上させることができ、その結果、太陽電池の性能を向上させることが可能となる。
なお、本実施形態においても、真性非晶質層４３および４６はなくても良い。また、受光面ｎ型非晶質層４７に代えて、基板１０に高濃度のｎ型キャリアが拡散されたｎ＋層が形成されていても良い。また、基板１０は多結晶シリコン基板であっても良く、導電型がｐ型であっても良い。
上記の実施形態においては、基板１０の一方の面にテクスチャ１０ａが形成されている場合を説明したが、基板１０の両面にテクスチャが形成されていても良い。
第４の実施形態で例示したような裏面接合型の光電変換素子においても、第１〜第３の実施形態およびその変形例において例示した各種のｐ型非晶質層の構成を適用することができる。
［第４の実施形態の変形例］
図１４は、第４の実施形態の変形例にかかる光電変換素子４Ａの構成を模式的に示す断面図である。光電変換素子４Ａは、光電変換素子４の真性非晶質層４１、４３に代えて、基板１０の一方の面の概略全面に形成された真性非晶質層４１Ａを備えている。光電変換素子４Ａはさらに、ｐ型非晶質層４２に代えてｐ型非晶質層４２Ａを、ｎ型非晶質層４４に代えてｎ型非晶質層４４Ａを、それぞれ備えている。
ｐ型非晶質層４２Ａは、ｐ型非晶質層４２と同様に、積層されたｐ層４２１Ａおよびｐ−層４２２Ａを含んでいる。
光電変換素子４Ａにおいても、基板１０の両面にテクスチャが形成されていても良い。
［光電変換素子４Ａの製造方法］
図１５Ａ〜図１５Ｆを参照して、光電変換素子４Ａの製造方法の一例を説明する。
基板１０の面１０ａにテクスチャを形成する（図１５Ａ）。テクスチャは例えば、アルカリ溶液を用いた異方性エッチングによって形成することができる。
基板１０の面１０ａに、真性非晶質層４６および受光面ｎ型非晶質層４７を形成する（図１５Ｂ）。真性非晶質層４６および受光面ｎ型非晶質層４７は例えば、プラズマＣＶＤによって形成することができる。
面１０ａと反対側の面に、真性非晶質層４１Ａを形成する（図１５Ｃ）。真性非晶質層４１は例えば、プラズマＣＶＤによって形成することができる。
次に、マスクＭ１を用いたシャドーマスクプロセスによって、ｐ型非晶質層４２Ａをパターニングして形成する（図１５Ｄ）。ｐ型非晶質層４２Ａは例えば、プラズマＣＶＤによって形成することができる。
マスクＭ１の材質は特に限定されず、例えばステンレス鋼、銅、ニッケル、ニッケル合金（４２アロイ、インバー材）、モリブデン等である。マスクＭ１は、金属でなくても良く、ガラス、セラミック、有機フィルム等であっても良い。また、基板１０と同じ材質の基板をエッチングによって加工して、マスクＭ１としても良い。この場合、基板１０とマスクＭ１とは同じ材質で構成されているため、熱膨張係数が同一であり、熱膨張係数の相違による位置ずれが生じない。
基板１０がシリコン基板である場合、熱膨張係数および原料コストを考慮すると、マスクＭ１の材質は、４２アロイが好ましい。熱膨張係数に着目すると、マスクＭ１の材質は、ニッケルの組成が３６％程度、鉄の組成が６４％程度の場合に、基板１０との熱膨張係数の差を最も小さくでき、熱膨張係数差による位置ずれを最も小さくできる。
マスクＭ１は、生産のランニングコストを抑制する観点から、再生して複数回使用できることが好ましい。この場合、マスクＭ１に付着した成膜物は、フッ酸またはＮａＯＨを用いて除去することができる。再生回数を考慮すると、マスクＭ１の厚さは、３０〜３００μｍが好ましい。
次に、マスクＭ２を用いたシャドーマスクプロセスによって、ｎ型非晶質層４４Ａをパターニングして形成する（図１５Ｅ）。ｎ型非晶質層４４Ａは例えば、プラズマＣＶＤによって形成することができる。
ｐ型非晶質層４２の上に電極４８を、ｎ型非晶質層４４の上に電極４９を、それぞれ形成する。電極４８および４９は例えば、エポキシ樹脂に銀（Ａｇ）の微粉末を練り込んだＡｇペーストをスクリーン印刷法によって塗布した後、２００℃で８０分間焼成して形成することができる。電極４８および４９が透光性導電膜または金属膜の場合には、スパッタや、ＥＢ蒸着法を用いて形成することができる。この場合、図１５Ｆに示すように、マスクＭ３を用いたシャドーマスクプロセスによって、電極４８および４９をパターニングして形成することができる。
［光電変換素子４Ａの効果］
本変形例によっても、ｐ−層４２２Ａによって、ｐ層４２１Ａから真性非晶質層４１へのドーパントの拡散が抑制される。そのため、光電変換素子４Ａは、変換効率および耐熱性に優れている。
本変形例のように、マスクを用いてパターニングすることで、エッチング工程を省略することができる。そのため、光電変換素子４Ａは、光電変換素子４と比較して、低コストで製造することができる。
本変形例の効果を説明するため、比較例にかかる光電変換素子９９Ａについて説明する。図１６は、光電変換素子９９Ａの構成を模式的に示す断面図である。光電変換素子９９Ａは、光電変換素子４Ａの構成から、ｐ−層４２２Ａを削除した構成である。
光電変換素子９９Ａも、光電変換素子４Ａと同様に、マスクを用いたシャドーマスクプロセスによって製造される。シャドーマスクプロセスによってｐ層４２１Ａを形成すると、原料ガスがマスクの裏側に回り込む。これによって、ｐ層４２１Ａとｎ型非晶質層４４Ａとの間の領域（以下、ギャップ領域と呼ぶ）に、ボロンの高濃度領域４２１Ａａが形成される場合がある。
図１７は、光電変換素子９９Ａを受光面と反対側の面（以下、基板１０の裏面と呼ぶ）から見た平面図である。図１８は、図１７のＡ−Ａ線に沿って測定した、ボロン濃度のプロファイルである。図１７は、ＴＯＦ−ＳＩＭＳ（飛行時間型２次イオン質量分析法）によって測定して得られた。曲線Ｃ１は、基板１０の裏面がミラー面の場合のプロファイルであり、曲線Ｃ２は、基板１０の裏面に高さ１．５μｍのテクスチャが形成されている場合のプロファイルである。
図１８に示すように、シャドーマスクプロセスによってｐ層４２１Ａをパターニングすると、ボロンの高濃度領域がギャップ領域付近に形成される。このようなボロンの高濃度領域がギャップ領域中に形成されると、ギャップ領域中でボロンの拡散が起こり、太陽電池の特性であるＦＦを低下させる。
光電変換素子４Ａの構成によれば、真性非晶質層４１Ａとｐ層４２１Ａとの間にｐ−層を形成する。これによって、ギャップ領域中でのボロンの拡散を抑制することができる。
また、図１８に示すように、基板１０の裏面がミラー面の場合よりもテクスチャが形成されている場合の方が、高濃度領域中のボロン濃度が高くなる。そのため、本変形例は、基板１０の両面にテクスチャが形成されている場合に、特に拡散防止効果が大きく好適である。
［第５の実施形態］
図１９は、本発明の第５の実施形態にかかる光電変換素子５の構成を模式的に示す断面図である。光電変換素子５は、光電変換素子１のｐ型非晶質層１２に代えて、ｐ型非晶質層５２を備えている。
ｐ型非晶質層５２は、導電型がｐ型で、水素を含有する非晶質半導体の膜である。ｐ型非晶質層５２は、積層されたｐ層５２１（第１濃度層）およびＰ含有ｐ層５２２（第２濃度層）を含んでいる。本実施形態では、ｐ層５２１およびＰ含有ｐ層５２２は、基板１０側から、Ｐ含有ｐ層５２２、ｐ層５２１の順番で形成されている。すなわち、Ｐ含有ｐ層５２２が真性非晶質層１１に接するように形成されている。
ｐ層５２１は、ドーパントとしてボロン（Ｂ）を含有する。ｐ層５２１のドーパント濃度は、例えば１×１０１９〜１×１０２１ｃｍ−３である。
Ｐ含有ｐ層５２２は、ドーパントとしてボロンとリンとの両方を含有する。Ｐ含有ｐ層５２２のボロンの濃度は、例えば１×１０１９〜１×１０２１ｃｍ−３である。Ｐ含有ｐ層５２２のリンの濃度は、２×１０１６〜１×１０２０ｃｍ−３である。なお、Ｐ含有ｐ層５２２はリンを含有するが、導電型はｐ型である。すなわち、Ｐ含有ｐ層５２２は、ボロン濃度がリン濃度よりも高い。
ｐ層５２１およびＰ含有ｐ層５２２は例えば、ｐ型非晶質シリコン、ｐ型非晶質シリコンゲルマニウム、ｐ型非晶質ゲルマニウム、ｐ型非晶質シリコンカーバイド、ｐ型非晶質シリコンナイトライド、ｐ型非晶質シリコンオキサイド、ｐ型非晶質シリコンカーボンオキサイド等からなる。ｐ層１２１およびＰ含有ｐ層１２２の厚さは、例えば、それぞれ、２〜５０ｎｍである。
光電変換素子５は、光電変換素子１と同様にして製造することができる。
ｐ層５２１は例えば、基板温度：１５０〜２１０℃、Ｈ２ガス流量：０〜１００ｓｃｃｍ、ＳｉＨ４ガス流量：４０〜５００ｓｃｃｍ、Ｂ２Ｈ６／Ｈ２ガス流量：４０〜２５０ｓｃｃｍ、圧力：４０〜１２０Ｐａ、高周波電力密度：５〜１５ｍＷ／ｃｍ２の条件でプラズマＣＶＤを実施することによって、ボロン（Ｂ）がドープされたｐ型非晶質シリコンの膜を形成することができる。なお、Ｂ２Ｈ６／Ｈ２ガスはＢ２Ｈ６ガスをＨ２ガスで希釈したガスを表わす。
Ｐ含有ｐ層５２２としては例えば、基板温度：１５０〜２１０℃、Ｈ２ガス流量：０〜１００ｓｃｃｍ、ＳｉＨ４ガス流量：４０〜５００ｓｃｃｍ、Ｂ２Ｈ６／Ｈ２ガス流量：４０〜２５０ｓｃｃｍ、ＰＨ３／Ｈ２ガス流量：１００〜５００ｓｃｃｍ、圧力：４０〜１２０Ｐａ、高周波電力密度：５〜１５ｍＷ／ｃｍ２の条件でプラズマＣＶＤを実施することによって、ボロンおよびリンの両方がドープされた非晶質シリコンの膜を形成することができる。すなわち、Ｂ２Ｈ６／Ｈ２ガスおよびＰＨ３／Ｈ２ガスの両方を導入してプラズマＣＶＤを実施することで、Ｐ含有ｐ層５２２を形成することができる。
［光電変換素子５の効果］
本実施形態の効果を、図３に示した光電変換素子９９と比較して説明する。
光電変換素子９９は、光電変換素子５と同様に、基板１０とｐ層１２１との間に形成され、実質的に真性な真性非晶質層１１を備えている。真性非晶質層１１は、基板１０とｐ層１２１との接合によって生じる界面準位を減らし、光生成キャリアの再結合を低減する。
しかしながら、光電変換素子９９では、ｐ層１２１を形成した後の製造工程における熱プロセス等によって、ｐ層１２１のドーパントが隣接する真性非晶質層１１に拡散する場合がある。真性非晶質層１１にドーパントが拡散すると、ｐｎ接合中の再結合準位が増加し、開放電圧Ｖｏｃおよび曲線因子ＦＦが低下する。一方、ドーパントの拡散を抑制するために真性非晶質層１１とｐ層１２１との間に窒化膜または酸化膜を配置すると、短絡電流Ｊｓｃの低下によってＦＦが低下する。その結果、かえって変換効率が低下する。
本実施形態によれば、光電変換素子５は、真性非晶質層１１とｐ層５２１との間に配置され、リンを含有するＰ含有ｐ層５２２を備えている。Ｐ含有ｐ層５２２は、ｐ層５２１から真性非晶質層１１へのドーパントの拡散を抑制する。Ｐ含有ｐ層５２２は、ｐ型非晶質層５２の直列抵抗を増加させない。本実施形態によれば、Ｖｏｃを維持しつつ、ＦＦを向上させることができる。その結果、変換効率を向上させることができる。
また、比較例にかかる光電変換素子９９は、製品として使用されている間も、熱を受けるとｐ層１２１のドーパントが拡散して性能が劣化する。一方、光電変換素子５の場合、上述のようにＰ含有ｐ層５２２によって、ｐ層５２１から真性非晶質層１１へのドーパントの拡散が抑制される。そのため、光電変換素子５は、耐熱性にも優れている。
図２０は、光電変換素子５のｐｎ接合部の不純物プロファイルである。図２１は、光電変換素子９９のｐｎ接合部の不純物プロファイルである。図２０および図２１から、光電変換素子５では、光電変換素子９９と比較して、真性非晶質層１１へのボロンの拡散が抑制できていることが分かる。
図２２は、太陽光を照射しないときの光電変換素子５および光電変換素子９９のＩＶ曲線である。図２２において、実線は光電変換素子５のＩＶ曲線であり、破線は光電変換素子９９のＩＶ曲線である。図２２に示すように、光電変換素子５では、光電変換素子９９と比較して、逆飽和電流を低減することができる。これは、光電変換素子９９ではｐ層１２１から真性非晶質層１１へボロンが拡散して再結合準位が増加するのに対し、光電変換素子５では、Ｐ含有ｐ層５２２によってボロンの拡散が抑制されたためと考えられる。
図２３は、光電変換素子９９のＦＦと、光電変換素子５のＦＦとを比較した図である。図２４は、光電変換素子９９のＶｏｃと、光電変換素子５のＶｏｃとを比較した図である。図２３および図２４に示すように、本実施形態によれば、Ｖｏｃを維持しつつＦＦを向上させることができる。
図２５は、光電変換素子９９および光電変換素子５のアニール後のＶｏｃを比較した図である。図２６は、光電変換素子９９および光電変換素子５のアニール後のＦＦを比較した図である。図２５および図２６において、白抜きの丸（○）は光電変換素子９９のデータを示し、中実の三角形（▲）は光電変換素子５のデータを示す。図２５および図２６の縦軸は、１５０℃でアニールした後の各光電変換素子のＶｏｃおよびＦＦの値で規格化した相対値である。
図２５に示すように、光電変換素子５では、光電変換素子９９と比較して、アニール温度の上昇に伴うＶｏｃの低下量が低減されている。光電変換素子５では特に、アニール温度を２００℃以上にしたときのＶｏｃの低下量が少ない。なお、図２６に示すように、アニール温度の上昇に伴うＦＦの低下量については、光電変換素子５と光電変換素子９９とで同程度である。したがって、光電変換素子５は、光電変換素子９９と比較して、アニール温度の上昇に伴う性能の劣化が小さい。すなわち、光電変換素子５は、光電変換素子９９と比較して、耐熱性に優れている。
図２７は、Ｐ含有ｐ層５２２のリン濃度を変えたときの、光電変換素子５のＦＦの変化を示すグラフである。図２８は、Ｐ含有ｐ層５２２のリン濃度を変えたときの、光電変換素子５のＶｏｃの変化を示すグラフである。なお、ｐ層５２１およびＰ含有ｐ層５２２のボロン濃度は５×１０２０ｃｍ−３とした。なお、図２７および図２８の縦軸の値は、Ｐ含有ｐ層５２２のリン濃度を０にしたときの値で規格化した相対値である。
図２７に示すように、Ｐ含有ｐ層５２２のリン濃度が２×１０１６〜１×１０２０ｃｍ−３であれば、リン濃度が０の場合、すなわちＰ含有ｐ層５２２がない場合と比較して、ＦＦを向上させることができる。また、図２８に示すように、Ｐ含有ｐ層５２２のリン濃度が２×１０１６〜１×１０２０ｃｍ−３の範囲では、Ｖｏｃはリン濃度が０の場合と比較して殆ど変化していないか、若干向上している。したがって、Ｐ含有ｐ層５２２のリン濃度が２×１０１６〜１×１０２０ｃｍ−３であれば、η＝Ｊｓｃ×Ｖｏｃ×ＦＦで定まる変換効率を向上させることができる。一方、Ｐ含有ｐ層５２２のリン濃度が１×１０２０ｃｍ−３よりも大きくなると、Ｐ含有ｐ層５２２がｎ導電化するため、抵抗値が大きくなったり、Ｖｏｃが低下したりする。
Ｐ含有ｐ層５２２のリン濃度は、好ましくは２×１０１８〜２×１０１９ｃｍ−３である。図２７に示すように、Ｐ含有ｐ層５２２のリン濃度が２×１０１８〜２×１０１９ｃｍ−３であれば、Ｖｏｃを維持または向上させてＦＦを顕著に向上させることができる。その結果、変換効率を顕著に向上させることができる。
以上、本発明の第５の実施形態について説明した。上記の実施形態では、基板１０の面１０ａに、真性非晶質層１３とｎ型非晶質層１４とが形成されている場合を説明した。しかし、真性非晶質層１３はなくても良い。また、ｎ型非晶質層１４に代えて、基板１０に高濃度のｎ型キャリアが拡散されたｎ＋層が形成されていても良い。
上記の実施形態ではｎ型非晶質層１４が形成された側の面が受光面である場合を説明したが、ｐ型非晶質層１２が形成された側の面を受光面としても良い。この場合、電極１７を細線形状にすれば良い。また、上記の実施形態では、基板１０が単結晶シリコン基板である場合を説明したが、基板１０は多結晶シリコン基板であっても良い。
上記の実施形態では、基板１０の導電型がｎ型の場合を説明したが、基板１０の導電型はｐ型であっても良い。
上記の実施形態では、ｐ型ドーパントがボロンで、ｎ型ドーパントがリンの場合を説明したが、ドーパントの種類はこれに限定されない。例えば、ｐ型ドーパントがアルミニウムであっても良いし、ｎ型ドーパントがヒ素であっても良い。
［第６の実施形態］
図２９は、本発明の第６の実施形態にかかる光電変換素子６の構成を模式的に示す断面図である。光電変換素子６は、光電変換素子５のｐ型非晶質層５２に代えて、ｐ型非晶質層６２を備えている。
ｐ型非晶質層６２は、ｐ型非晶質層５２と比較して、ｐ層５２１とＰ含有ｐ層５２２の積層の順番が異なっている。本実施形態では、ｐ層５２１およびＰ含有ｐ層５２２は、基板１０側から、ｐ層５２１、Ｐ含有ｐ層５２２の順番で形成されている。すなわち、Ｐ含有ｐ層５２２が透明導電膜１５に接するように形成されている。
光電変換素子６は、光電変換素子５と同様にして製造することができる。
本実施形態によれば、Ｐ含有ｐ層５２２によって、ｐ層５２１から透明導電膜１５へのドーパントの拡散が抑制される。これによって、透明導電膜１５における再結合準位の増加が抑制される。そのため、光電変換素子６は、変換効率および耐熱性に優れている。
［第７の実施形態］
図３０は、本発明の第７の実施形態にかかる光電変換素子７の構成を模式的に示す断面図である。光電変換素子７は、光電変換素子５のｐ型非晶質層５２に代えて、ｐ型非晶質層７２を備えている。
ｐ型非晶質層７２は、ｐ層５２１およびＰ含有ｐ層５２２に加えて、Ｐ含有ｐ層５２３（第３濃度層）をさらに含んでいる。Ｐ含有ｐ層５２３は、Ｐ含有ｐ層５２２と同様に、ドーパントとしてボロンとリンとの両方を含有する。Ｐ含有ｐ層５２３のボロンの濃度は、Ｐ含有ｐ層５２２のボロン濃度と同様に、例えば１×１０２０〜１×１０２１ｃｍ−３である。Ｐ含有ｐ層５２３のリン濃度は、Ｐ含有ｐ層５２２のリン濃度と同様に、２×１０１６〜１×１０２０ｃｍ−３である。
ｐ層５２１、Ｐ含有ｐ層５２２、およびＰ含有ｐ層５２３は、基板１０側から、Ｐ含有ｐ層５２２、ｐ層５２１、Ｐ含有ｐ層５２３の順番で形成されている。すなわち、Ｐ含有ｐ層層５２２は真性非晶質層１１に接するように形成され、Ｐ含有ｐ層５２３は導電膜１５に接するように形成されている。
光電変換素子７は、光電変換素子５と同様にして製造することができる。
本実施形態によれば、Ｐ含有ｐ層５２２によってｐ層５２１から真性非晶質層１１へのドーパントの拡散が抑制さるとともに、Ｐ含有ｐ層５２３によってｐ層５２１から透明導電膜１５へのドーパントの拡散が抑制される。そのため、光電変換素子７は、変換効率および耐熱性に優れている。
［第８の実施形態］
図３１は、本発明の第８の実施形態にかかる光電変換素子８の構成を模式的に示す断面図である。光電変換素子８は、光電変換素子５のｐ型非晶質層５２に代えて、ｐ型非晶質層８２を備えている。
ｐ型非晶質層８２は、ｐ層５２１およびＰ含有ｐ層５２２に加えて、ｐ層５２４をさらに含んでいる。ｐ層５２４は、ｐ層５２１と同様に、ドーパントとして１×１０１９〜１×１０２１ｃｍ−３のボロンを含有する。
ｐ層５２１、Ｐ含有ｐ層５２２、およびｐ層５２４は、基板１０側から、ｐ層５２４、Ｐ含有ｐ層５２２、ｐ層５２１の順番で形成されている。すなわち、ｐ層５２４が真性非晶質層１１に接するように形成され、ｐ層５２１が透明導電膜１５に接するように形成される。ｐ層５２４のボロン濃度は基板１０とｐ層５２４との間のビルトインポテンシャルを増大させ、かつ、真性非晶質層１１とのコンタクト抵抗を低減するための最適な濃度に設定されており、ｐ層５２１のボロン濃度は透明導電膜１５とのコンタクト抵抗を低減するために最適な濃度に設定されている。
光電変換素子８は、光電変換素子１と同様にして製造することができる。
本実施形態によれば、Ｐ含有ｐ層５２２によって、ｐ層５２１とｐ層５２４との間でボロンが相互拡散することを抑制することができる。また、ｐ層５２１およびｐ層５２４のボロンがＰ含有ｐ層５２２に拡散することによって、ボロンが真性非晶質膜１１および透明導電膜１５に拡散するのを低減することができる。そのため、光電変換素子８は、変換効率および耐熱性に優れている。
［第９の実施形態］
図３２は、本発明の第９の実施形態にかかる光電変換素子９の構成を模式的に示す断面図である。光電変換素子９は、光電変換素子４のｐ型非晶質層４２に代えて、ｐ型非晶質層９２を備えている。
ｐ型非晶質層９２は、ｐ型非晶質層５２と同様に、導電型がｐ型で、水素を含有する非晶質半導体の膜である。ｐ型非晶質層９２は、積層されたｐ層９２１およびＰ含有ｐ層９２２（第２濃度層）を含んでいる。本実施形態では、ｐ層９２１およびＰ含有ｐ層９２２は、基板１０側から、Ｐ含有ｐ層９２２、ｐ層９２１の順番で形成されている。すなわち、Ｐ含有ｐ層９２２が真性非晶質層４１に接するように形成されている。
上記の実施形態においては、基板１０の一方の面にテクスチャ１０ａが形成されている場合を説明したが、基板１０の両面にテクスチャが形成されていても良い。
光電変換素子９は、光電変換素子４と同様にして製造することができる。
［光電変換素子９の効果］
本実施形態によっても、Ｐ含有ｐ層９２２によって、ｐ層９２１から真性非晶質層４１へのドーパントの拡散が抑制される。そのため、光電変換素子９は、変換効率および耐熱性に優れている。
本実施形態によれば、Ｐ含有ｐ層９２２を用いることでＶｏｃを維持しつつＦＦを向上させることができる。また、アニール温度の上昇に伴う性能の劣化が小さいため、耐熱性に優れている。
なお、本実施形態においても、真性非晶質層４３および４６はなくても良い。また、受光面ｎ型非晶質層４７に代えて、基板１０に高濃度のｎ型キャリアが拡散されたｎ＋層が形成されていても良い。また、基板１０は多結晶シリコン基板であっても良く、導電型がｐ型であっても良い。
第９の実施形態で例示したような裏面接合型の光電変換素子においても、第５〜第８の実施形態おいて例示した各種のｐ型非晶質層の構成を適用することができる。
［第９の実施形態の変形例］
図３３は、第９の実施形態の変形例にかかる光電変換素子９Ａの構成を模式的に示す断面図である。光電変換素子９Ａは、光電変換素子９の真性非晶質層４１、４３に変えて、基板１０の一方の面の概略全面に形成された真性非晶質層４１Ａを備えている。光電変換素子９Ａはさらに、ｐ型非晶質層９２に代えてｐ型非晶質層９２Ａを、ｎ型非晶質層４４に代えてｎ型非晶質層４４Ａを備えている。
ｐ型非晶質層９２Ａは、ｐ型非晶質層９２と同様に、積層されたｐ層９２１ＡおよびＰ含有ｐ層９２２Ａを含んでいる。
光電変換素子９Ａは、光電変換素子４Ａと同様にして製造することができる。
［光電変換素子９の効果］
本変形例によっても、Ｐ含有ｐ層９２２Ａによって、ｐ層９２１Ａから真性非晶質層４１Ａへのドーパントの拡散が抑制される。そのため、光電変換素子９Ａは、変換効率および耐熱性に優れている。
本変形例のように、マスクを用いてパターニングすることで、エッチング工程を省略することができる。そのため、光電変換素子９Ａは、光電変換素子９と比較して、低コストで製造することができる。
光電変換素子４Ａの場合と同様に、本変形例によれば、ギャップ領域にボロンの高濃度領域が形成されるのを抑制することができる。また、本変形例は、基板１０の両面にテクスチャが形成されている場合に、特に拡散防止効果が大きく好適である。
以下、本発明の別の局面として第１〜第９実施形態およびその変形例の光電変換素子のうち少なくとも１つを備える光電変換モジュール（第１０実施形態）および太陽光発電システム（第１１実施形態、第１２実施形態）について説明する。
第１〜第９実施形態およびその変形例の光電変換素子は高い変換効率を有するため、これを備える光電変換モジュールおよび太陽光発電システムも高い変換効率を有することができる。
［第１０実施形態］
第１０実施形態は、第１〜第９実施形態およびその変形例の光電変換素子のうち少なくとも１つを備える光電変換モジュールである。
＜光電変換モジュール＞
図３４は、本実施形態にかかる光電変換モジュールの構成の一例を示す概略図である。図３４を参照して光電変換モジュール１０００は、複数の光電変換素子１００１と、カバー１００２と、出力端子１０１３，１０１４とを備える。
複数の光電変換素子１００１はアレイ状に配列され直列に接続されている。図３４には光電変換素子１００１を直列に接続する配列を図示しているが、配列および接続方式はこれに限定されず、並列に接続して配列しても良いし、直列と並列とを組み合わせた配列としても良い。複数の光電変換素子１００１の各々には、第１〜第９実施形態およびその変形例の光電変換素子のいずれか１つが用いられる。なお、光電変換モジュール１０００は、複数の光電変換素子１００１のうち少なくとも１つが第１〜第９実施形態およびその変形例の光電変換素子のいずれかからなる限り、上記の説明に限定されず如何なる構成もとり得るものとする。また、光電変換モジュール１０００に含まれる光電変換素子１００１の数は２以上の任意の整数とすることができる。
カバー１００２は耐候性のカバーから構成されており、複数の光電変換素子１００１を覆う。カバー１００２は、例えば、光電変換素子１００１の受光面側に設けられた透明基材（例えばガラス等）と、前記光電変換素子１００１の受光面側とは反対の裏面側に設けられた裏面基材（例えば、ガラス、樹脂シート等）と、前記透明基材と前記樹脂基材との間の隙間を埋める封止材（例えばＥＶＡ等）とを含む。
出力端子１０１３は、直列に接続された複数の光電変換素子１００１の一方端に配置される光電変換素子１００１に接続される。
出力端子１０１４は、直列に接続された複数の光電変換素子１００１の他方端に配置される光電変換素子１００１に接続される。
［第１１実施形態］
第１１実施形態は、第１〜第９実施形態およびその変形例の光電変換素子のうち少なくとも１つを備える太陽光発電システムである。本発明の光電変換素子は高い変換効率を有するため、これを備える本発明の太陽光発電システムも高い変換効率を有することができる。なお、太陽光発電システムとは、光電変換モジュールが出力する電力を適宜変換して、商用電力系統または電気機器等に供給する装置である。
＜太陽光発電システム＞
図３５は、本実施形態にかかる太陽光発電システムの構成の一例を示す概略図である。図３５を参照して、太陽光発電システム２０００は、光電変換モジュールアレイ２００１と、接続箱２００２と、パワーコンディショナ２００３と、分電盤２００４と、電力メータ２００５とを備える。後述するように光電変換モジュールアレイ２００１は複数の光電変換モジュール１０００（第１０実施形態）から構成される。本発明の光電変換素子は高い変換効率を有するため、これを備える本発明の太陽光発電システムも高い変換効率を有することができる。
太陽光発電システム２０００には、一般に「ホーム・エネルギー・マネジメント・システム（ＨＥＭＳ：Ｈｏｍｅ Ｅｎｅｒｇｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）」、「ビルディング・エネルギー・マネジメント・システム（ＢＥＭＳ：Ｂｕｉｌｄｉｎｇ Ｅｎｅｒｇｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）」等と呼ばれる機能を付加することができる。これにより太陽光発電システム２０００の発電量の監視、太陽光発電システム２０００に接続される各電気機器類の消費電力量の監視・制御等を行うことで、エネルギー消費量を削減することができる。
接続箱２００２は光電変換モジュールアレイ２００１に接続される。パワーコンディショナ２００３は接続箱２００２に接続される。分電盤２００４はパワーコンディショナ２００３および電気機器類２０１１に接続される。電力メータ２００５は分電盤２００４および商用電力系統に接続される。
なお、図３８に示すようにパワーコンディショナ２００３には蓄電池２１００が接続されていても良い。この場合、日照量の変動による出力変動を抑制することができるとともに、日照のない時間帯であっても蓄電池２１００に蓄電された電力を供給することができる。前記蓄電池２１００はパワーコンディショナ２００３に内蔵されていてもよい。
（動作）
太陽光発電システム２０００の動作を説明する。
光電変換モジュールアレイ２００１は太陽光を電気に変換して直流電力を発電し、直流電力を接続箱２００２へ供給する。
パワーコンディショナ２００３は接続箱２００２から受けた直流電力を交流電力に変換して分電盤２００４へ供給する。なお、接続箱２００２から受けた直流電力の一部または全部を交流電力に変換せず、直流電力のままで分電盤２００４へ供給してもよい。
なお、図３８に示すようにパワーコンディショナ２００３に蓄電池２１００が接続されている場合（または、蓄電池２１００がパワーコンディショナ２００３に内蔵される場合）、パワーコンディショナ２００３は接続箱２００２から受けた直流電力の一部または全部を適切に電力変換して、蓄電池２１００に蓄電することができる。蓄電池２１００に蓄電された電力は、光電変換モジュールの発電量や電気機器類２０１１の電力消費量の状況に応じて適宜パワーコンディショナ２００３側に供給され、適切に電力変換されて分電盤２００４へ供給される。
分電盤２００４はパワーコンディショナ２００３から受けた電力および電力メータ２００５を介して受けた商用電力の少なくともいずれかを電気機器類２０１１へ供給する。また分電盤２００４はパワーコンディショナ２００３から受けた交流電力が電気機器類２０１１の消費電力よりも多いとき、パワーコンディショナ２００３から受けた交流電力を電気機器類２０１１へ供給する。そして余った交流電力を電力メータ２００５を介して商用電力系統へ供給する。
また分電盤２００４はパワーコンディショナ２００３から受けた交流電力が電気機器類２０１１の消費電力よりも少ないとき、商用電力系統から受けた交流電力およびパワーコンディショナ２００３から受けた交流電力を電気機器類２０１１へ供給する。
電力メータ２００５は、商用電力系統から分電盤２００４へ向かう方向の電力を計測するとともに、分電盤２００４から商用電力系統へ向かう方向の電力を計測する。
（光電変換モジュールアレイ）
光電変換モジュールアレイ２００１について説明する。
図３６は、図３５に示す光電変換モジュールアレイ２００１の構成の一例を示す概略図である。図３６を参照して、光電変換モジュールアレイ２００１は、複数の光電変換モジュール１０００と出力端子２０１３，２０１４とを含む。
複数の光電変換モジュール１０００はアレイ状に配列され直列に接続されている。図３６には光電変換モジュール１０００を直列に接続する配列を図示しているが、配列および接続方式はこれに限定されず、並列に接続して配列してもよいし、直列と並列とを組み合わせた配列としてもよい。なお光電変換モジュールアレイ２００１に含まれる光電変換モジュール１０００の数は２以上の任意の整数とすることができる。
出力端子２０１３は、直列に接続された複数の光電変換モジュール１０００の一方端に位置する光電変換モジュール１０００に接続される。
出力端子２０１４は、直列に接続された複数の光電変換モジュール１０００の他方端に位置する光電変換モジュール１０００に接続される。
なお以上の説明はあくまでも一例であり、本実施形態の太陽光発電システムは、複数の光電変換素子１００１のうち、少なくとも１つが第１〜第９実施形態およびその変形例の光電変換素子のいずれかからなる限り、上記の説明に限定されず如何なる構成もとり得るものとする。
［第１２実施形態］
第１２実施形態は、第１１実施形態として説明した太陽光発電システムよりも大規模な太陽光発電システムである。第１２実施形態にかかる太陽光発電システムも、第１〜第９実施形態およびその変形例の光電変換素子のうち少なくとも１つを備えるものである。本発明の光電変換素子は高い変換効率を有するため、これを備える本発明の太陽光発電システムも高い変換効率を有することができる。
＜大規模太陽光発電システム＞
図３７は、本実施形態にかかる太陽光発電システムの構成の他の一例を示す概略図である。図３７を参照して、太陽光発電システム４０００は、複数のサブシステム４００１と、複数のパワーコンディショナ４００３と、変圧器４００４とを備える。太陽光発電システム４０００は、図３５に示す太陽光発電システム２０００よりも大規模な太陽光発電システムである。本発明の光電変換素子は高い変換効率を有するため、これを備える本発明の太陽光発電システムも高い変換効率を有することができる。
複数のパワーコンディショナ４００３は、それぞれサブシステム４００１に接続される。太陽光発電システム４０００において、パワーコンディショナ４００３およびそれに接続されるサブシステム４００１の数は２以上の任意の整数とすることができる。
なお、図３９に示すようにパワーコンディショナ４００３には蓄電池４１００が接続されていても良い。この場合、日照量の変動による出力変動を抑制することができるとともに、日照のない時間帯であっても蓄電池４１００に蓄積された電力を供給することができる。また、前記蓄電池４１００はパワーコンディショナ４００３に内蔵されていても良い。
変圧器４００４は、複数のパワーコンディショナ４００３および商用電力系統に接続される。
複数のサブシステム４００１の各々は、複数のモジュールシステム３０００から構成される。サブシステム４００１内のモジュールシステム３０００の数は２以上の任意の整数とすることができる。
複数のモジュールシステム３０００の各々は、複数の光電変換モジュールアレイ２００１と、複数の接続箱３００２と、集電箱３００４とを含む。モジュールシステム３０００内の接続箱３００２およびそれに接続される光電変換モジュールアレイ２００１の数は２以上の任意の整数とすることができる。
集電箱３００４は複数の接続箱３００２に接続される。またパワーコンディショナ４００３はサブシステム４００１内の複数の集電箱３００４に接続される。
（動作）
太陽光発電システム４０００の動作を説明する。
モジュールシステム３０００の複数の光電変換モジュールアレイ２００１は、太陽光を電気に変換して直流電力を発電し、直流電力を接続箱３００２を介して集電箱３００４へ供給する。サブシステム４００１内の複数の集電箱３００４は、直流電力をパワーコンディショナ４００３へ供給する。さらに複数のパワーコンディショナ４００３は、直流電力を交流電力に変換して、交流電力を変圧器４００４へ供給する。
なお、図３９に示すようにパワーコンディショナ４００３に蓄電池４１００が接続されている場合（または、蓄電池４１００がパワーコンディショナ４００３に内蔵される場合）、パワーコンディショナ４００３は集電箱３００４から受けた直流電力の一部または全部を適切に電力変換して、蓄電池４１００に蓄電することができる。蓄電池４１００に蓄電された電力は、サブシステム４００１の発電量に応じて適宜パワーコンディショナ４００３側に供給され、適切に電力変換されて変圧器４００４へ供給される。
変圧器４００４は複数のパワーコンディショナ４００３から受けた交流電力の電圧レベルを変換して商用電力系統へ供給する。
なお太陽光発電システム４０００は第１〜第９実施形態およびその変形例の光電変換素子のうち少なくとも１つを備えるものであればよく、太陽光発電システム４０００に含まれるすべての光電変換素子が第１〜第９実施形態およびその変形例の光電変換素子である必要はない。例えば、あるサブシステム４００１に含まれる光電変換素子のすべてが第１〜第９実施形態およびその変形例の光電変換素子のいずれかであり、別のサブシステム４００１に含まれる光電変換素子の一部または全部が、第１〜第９実施形態およびその変形例の光電変換素子でない場合等もあり得るものとする。
以上のように本発明の実施形態について説明したが、上述した各実施形態の構成を適宜組み合わせることも当初から予定している。
本発明の一実施形態にかかる光電変換装置は、シリコン基板と、シリコン基板の一方の面に形成され、実質的に真性な真性非晶質層と、真性非晶質層上に形成される第１導電型非晶質層とを備え、第１導電型非晶質層は、第１濃度層と、第１濃度層に積層される第２濃度層とを含む。第２濃度層のドーパント濃度は、８×１０１７ｃｍ−３以上であって、第１濃度層のドーパント濃度よりも低い（第１の構成）。
上記の構成によれば、光電変換装置は、シリコン基板と第１導電型非晶質層とを備える。シリコン基板と第１導電型非晶質層との間には、真性非晶質層が形成される。真性非晶質層は、シリコン基板と第１導電型非晶質層との接合部に再結合準位が生成するのを抑制する。第１導電型非晶質層は、第１濃度層に積層される第２濃度層とを含む。第２濃度層のドーパント濃度は、第１濃度層のドーパント濃度よりも低い。第２濃度層によって、第１濃度層から他の層へドーパントが拡散するのを抑制することができる。また、第２濃度層のドーパント濃度を８×１０１７ｃｍ−３以上にすることによって、形状因子が低下するのを抑制することができる。これによって、光電変換装置の変換効率を向上させることができる。
上記第１の構成において、第２濃度層のドーパントはボロンである構成としても良い（第２の構成）。
本発明の他の実施形態にかかる光電変換装置は、シリコン基板と、シリコン基板の一方の面に形成され、実質的に真性な真性非晶質層と、真性非晶質層上に形成される第１導電型非晶質層とを備える。第１導電型非晶質層は、第１濃度層と、第１濃度層に積層される第２濃度層とを含む。第１導電型非晶質層の導電型はｐ型であり、第２濃度層は、ｐ型ドーパントおよびｎ型ドーパントを含有する（第３の構成）。
上記の構成によれば、光電変換装置は、シリコン基板と第１導電型非晶質層とを備える。シリコン基板と第１導電型非晶質層との間には、真性非晶質層が形成される。真性非晶質層は、シリコン基板と第１導電型非晶質層との接合部に再結合準位が生成するのを抑制する。第１導電型非晶質層は、第１濃度層に積層される第２濃度層とを含む。第２濃度層は、ｐ型ドーパントとｎ型ドーパントとを含有する。第２濃度層によって、第１濃度層から他の層へドーパントが拡散するのを抑制することができる。これによって、光電変換装置の変換効率を向上させることができる。
上記第３の構成において、好ましくは、第２濃度層のｎ型ドーパントの濃度は、２×１０１６〜１×１０２０ｃｍ−３である（第４の構成）。
上記第１〜４のいずれかの構成において、第２濃度層は、真性非晶質層上に形成され、第１濃度層は、第２濃度層に形成される構成としても良い（第５の構成）。この構成によれば、第１濃度層のドーパントが、真性非晶質層に拡散するのを抑制することができる。
上記第１〜４のいずれかの構成において、光電変換装置は、第１導電型非晶質層上に形成された導電膜をさらに備え、第１濃度層は、真性非晶質層上に形成され、第２濃度層は、第１濃度層上に形成される構成としても良い（第６の構成）。この構成によれば、第１濃度層のドーパントが、導電膜に拡散するのを抑制することができる。
上記第１〜６のいずれかの構成において、第１導電型非晶質層は、第１濃度層および第２濃度層に積層され、第１濃度層のドーパントの拡散を抑制する第３濃度層をさらに含む構成としても良い（第７の構成）。
上記第７の構成において、光電変換装置は、第１導電型非晶質層上に形成された導電膜をさらに備え、第２濃度層は、真性非晶質層上に形成され、第１濃度層は、第２濃度層上に形成され、第３濃度層は、第１濃度層上に形成される構成としても良い（第８の構成）。この構成によれば、第１濃度層のドーパントが、真性非晶質層、および導電層に拡散するのを抑制することができる。
光電変換装置は、シリコン基板の他方の面に形成され、第１導電型非晶質層と反対の導電型を有する第２導電型非晶質層をさらに備える構成としても良い（第９の構成）。
光電変換装置は、シリコン基板の前記一方の面であって、シリコン基板の面内方向において第１導電型非晶質層に隣接して形成され、第１導電型非晶質層と反対の導電型を有する第２導電型非晶質層をさらに備える構成としても良い（第１０の構成）。
本発明の一実施形態にかかる光電変換モジュールは、上記のいずれかの構成の光電変換装置を用いた光電変換モジュールである（第１１の構成）。
本発明の一実施形態にかかる太陽光発電システムは、上記の光電変換モジュールを含む太陽光発電システムである（第１２の構成）。

Claims (5)

  1. シリコン基板と、
    前記シリコン基板の一方の面に形成され、実質的に真性な真性非晶質層と、
    前記真性非晶質層上に形成される第１導電型非晶質層とを備え、
    前記第１導電型非晶質層は、第１濃度層と、前記第１濃度層に積層される第２濃度層とを含み、
    前記第１導電型非晶質層の導電型はｐ型であり、
    前記第２濃度層は、ｐ型ドーパントおよびｎ型ドーパントを含有する、光電変換装置。
  2. 前記第２濃度層のｎ型ドーパントの濃度は、２×１０１６〜１×１０２０ｃｍ−３である、請求項１に記載の光電変換装置。
  3. 前記第２濃度層は、前記真性非晶質層上に形成され、
    前記第１濃度層は、前記第２濃度層上に形成される、請求項１〜２のいずれか一項に記載の光電変換装置。
  4. 前記第１導電型非晶質層上に形成された導電膜をさらに備え、
    前記第１濃度層は、前記真性非晶質層上に形成され、
    前記第２濃度層は、前記第１濃度層上に形成される、請求項１または請求項２に記載の光電変換装置。
  5. 前記第１導電型非晶質層は、前記第１濃度層および前記第２濃度層に積層され、前記第１濃度層のドーパントの拡散を抑制する第３濃度層をさらに含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載の光電変換装置。
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