JP7109539B2 - 太陽電池素子 - Google Patents
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Description
本開示は、太陽電池素子に関する。
結晶シリコンなどを用いた半導体基板を有する太陽電池素子が知られている。この太陽電池素子については、省資源化、小型化および軽量化などを指向して、半導体基板の薄型化が図られている。
ところが、半導体基板の薄型化に伴って、半導体基板に照射される光のうち、半導体基板で吸収されずに半導体基板を透過する光の割合が増加して、光の利用効率が低下するおそれがある。
このような問題に対して、例えば、白色塗膜を半導体基板の裏面側に設けることで、半導体基板を透過した光を白色塗膜で半導体基板へ向けて反射させる太陽電池素子が提案されている（例えば、特開２０１０－１５３７４０号公報の記載を参照）。
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、パッシベーション膜と、保護層と、電極と、を備える。前記半導体基板は、光電変換を行う。前記パッシベーション膜は、前記半導体基板の上に位置している。前記保護層は、前記パッシベーション膜の上に位置している。前記電極は、前記保護層の上に位置している第１部分と、前記保護層および前記パッシベーション膜を連続して貫通している貫通孔内に位置しており且つ前記半導体基板に接している状態にある第２部分と、を有する。前記保護層は、母材部と該母材部内に位置している複数の粒状体とを含む。前記母材部は、非空隙部と複数の空隙部とを含む。前記保護層は、該保護層の厚さ方向において、前記半導体基板側の第１面と、前記第１部分側の第２面と、を有する。前記複数の空隙部のそれぞれは、前記保護層のうちの前記厚さ方向における前記第１面と前記第２面との間の一部の領域に位置している。前記複数の粒状体の屈折率は、前記母材部の屈折率とは異なる。
太陽電池素子の一態様は、半導体基板と、保護層と、電極と、を備える。前記半導体基板は、光電変換を行う。前記保護層は、前記半導体基板の上に位置している。前記電極は、前記保護層の上に位置している第１部分と、前記半導体基板に電気的に接続している状態にある第２部分と、を有する。前記保護層は、母材部と該母材部内に位置している複数の粒状体とを含む。前記母材部は、非空隙部と複数の空隙部とを含む。前記保護層は、該保護層の厚さ方向において、前記半導体基板側の第１面と、前記第１部分側の第２面と、を有する。前記複数の空隙部のそれぞれは、前記保護層のうちの前記厚さ方向における前記第１面と前記第２面との間の一部の領域に位置している。前記複数の粒状体の屈折率は、前記母材部の屈折率とは異なる。前記複数の粒状体は、表面の一部に金属反射膜が位置している粒状体を含む。
太陽電池素子の一態様は、半導体基板と、保護層と、電極と、を備える。前記半導体基板は、光電変換を行う。前記保護層は、前記半導体基板の上に位置している。前記電極は、前記保護層の上に位置している第１部分と、前記半導体基板に電気的に接続している状態にある第２部分と、を有する。前記保護層は、母材部と該母材部内に位置している複数の粒状体とを含む。前記母材部は、非空隙部と複数の空隙部とを含む。前記保護層は、該保護層の厚さ方向において、前記半導体基板側の第１面と、前記第１部分側の第２面と、を有する。前記複数の空隙部のそれぞれは、前記保護層のうちの前記厚さ方向における前記第１面と前記第２面との間の一部の領域に位置している。前記複数の粒状体の屈折率は、前記母材部の屈折率とは異なる。前記複数の粒状体は、表面の一部に金属反射膜が位置している粒状体を含む。
結晶シリコンなどを用いた半導体基板を有する太陽電池素子については、例えば、半導体基板の薄型化が図られている。
ただし、半導体基板の薄型化に伴って、半導体基板に照射された光のうち、半導体基板に吸収されずに半導体基板を透過する光の割合が多くなり得る。例えば、結晶シリコンの半導体基板では、赤外線の波長域の光が透過しやすい。このため、太陽光のうちの赤外線などの一部の波長域の光が、半導体基板における光電変換に利用されにくく、太陽電池素子の光電変換効率が向上しにくい。太陽光では、例えば、４００ナノメートル（ｎｍ）から７００ｎｍ程度の可視光線ならびに７００ｎｍから１２００ｎｍ程度の波長域の赤外線のエネルギー強度が高い。
また、例えば、半導体基板を透過した光が裏面側の電極に吸収されれば、太陽電池素子の温度が上昇し、太陽電池素子の光電変換効率が低下するおそれもある。
このため、例えば、太陽電池素子の受光面側から入射して半導体基板を透過した光を、太陽電池素子の裏面側で反射させて太陽電池素子に再度入射させることで、半導体基板における光の利用効率を向上させることが考えられる。具体的には、例えば、半導体基板と裏面電極との間に、硫化バリウム、酸化マグネシウムおよび酸化チタンなどの高い光の反射率を有する白色成分を含有する白色塗膜を配置することが考えられる。このような白色塗膜は、例えば、白色成分の微粒子とバインダと溶剤とを含む白色塗膜が塗布されることで形成される。
しかしながら、上記の白色塗膜においては白色成分の微粒子間に隙間が存在する。このため、水分および酸などが白色塗膜を透過し得る。これにより、例えば、半導体基板が変質して、太陽電池素子の光電変換効率が低下するおそれがある。
また、例えば、金属粉末とガラスフリットと有機ビヒクルとを含む金属ペーストを白色塗膜上に塗布して裏面電極を形成する場合には、金属ペーストが、微粒子間の隙間を介して白色塗膜に染み込み、半導体基板と白色塗膜との間に金属粉末が介在し得る。ここで、例えば、金属粉末として光を吸収しやすいアルミニウムの粉末などが採用されていれば、白色塗膜による光の反射が生じにくくなるおそれがある。その結果、例えば、太陽電池素子の光電変換効率が低下するおそれがある。
また、例えば、半導体基板の裏面上にパッシベーション膜が位置しているＰＥＲＣ（Passivated Emitter and Rear Cell）型の太陽電池素子を想定すれば、金属ペーストの塗布および焼成で裏面電極を形成する際に、金属ペーストのガラス成分などが白色塗膜を透過し得る。ここでは、例えば、意図しないパッシベーション膜の焼成貫通が生じて、パッシベーション膜の機能が低下するおそれがある。その結果、例えば、太陽電池素子の光電変換効率が低下するおそれがある。
そこで、本発明者らは、太陽電池素子の光電変換効率を向上させる技術を創出した。
これについて、以下、第１実施形態から第６実施形態のそれぞれについて図面を参照しつつ説明する。図面で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（ａ）から図１１には、それぞれ右手系のＸＹＺ座標系が付されている。このＸＹＺ座標系では、太陽電池素子１の第１前面１ｆｓの一対の辺に沿った方向が＋Ｘ方向とされ、第１前面１ｆｓの他の一対の辺に沿った方向が＋Ｙ方向とされ、＋Ｘ方向と＋Ｙ方向との両方に直交する第１前面１ｆｓの法線方向が＋Ｚ方向とされている。
＜１．第１実施形態＞
＜１－１．太陽電池素子＞
第１実施形態に係る太陽電池素子１について、図１（ａ）から図３を参照しつつ説明する。
＜１－１．太陽電池素子＞
第１実施形態に係る太陽電池素子１について、図１（ａ）から図３を参照しつつ説明する。
太陽電池素子１は、例えば、光エネルギーを電気エネルギーに変換することができる。図１（ａ）および図１（ｂ）で示されるように、太陽電池素子１は、主に光が入射する受光面（第１前面ともいう）１ｆｓと、この第１前面１ｆｓの逆側に位置する面（第１裏面ともいう）１ｂｓと、を有する。第１実施形態では、第１前面１ｆｓが、＋Ｚ方向を向いており、第１裏面１ｂｓが、－Ｚ方向を向いている状態にある。＋Ｚ方向は、例えば、南中している太陽に向けた方向に設定される。図１（ａ）および図１（ｂ）の例では、第１前面１ｆｓおよび第１裏面１ｂｓが、それぞれ長方形状の形状を有する。
第１実施形態では、図１（ａ）から図２で示されるように、太陽電池素子１は、半導体基板２と、反射防止膜３と、パッシベーション膜４と、保護層５と、前面電極６と、裏面電極７と、を有する。太陽電池素子１では、例えば、第１前面１ｆｓ側の一部に前面電極６が位置し、第１裏面１ｂｓ側の略全面に裏面電極７が位置している。このため、第１実施形態に係る太陽電池素子１は、第１前面１ｆｓに入射する光を発電に利用するタイプの素子である。
＜１－１－１．半導体基板＞
図２で示されるように、半導体基板２は、第２前面２ｆｓと、第２裏面２ｂｓと、外周面２ｓｓと、を有する。第２前面２ｆｓは、第１前面１ｆｓ側に位置している。第２裏面２ｂｓは、第２前面２ｆｓとは逆側に位置している。外周面２ｓｓは、第２前面２ｆｓと第２裏面２ｂｓとを接続している状態で位置している。図２の例では、半導体基板２において、第２前面２ｆｓが＋Ｚ方向に向いている状態で位置し、第２裏面２ｂｓが－Ｚ方向に向いている状態で位置している。
図２で示されるように、半導体基板２は、第２前面２ｆｓと、第２裏面２ｂｓと、外周面２ｓｓと、を有する。第２前面２ｆｓは、第１前面１ｆｓ側に位置している。第２裏面２ｂｓは、第２前面２ｆｓとは逆側に位置している。外周面２ｓｓは、第２前面２ｆｓと第２裏面２ｂｓとを接続している状態で位置している。図２の例では、半導体基板２において、第２前面２ｆｓが＋Ｚ方向に向いている状態で位置し、第２裏面２ｂｓが－Ｚ方向に向いている状態で位置している。
半導体基板２は、例えば、光の照射に応じて光電変換を行うことができる。半導体基板２は、例えば、第１導電型を有する領域（第１半導体領域ともいう）２１と、第１導電型とは逆の第２導電型を有する領域（第２半導体領域ともいう）２２と、を有する。第１半導体領域２１は、例えば、半導体基板２の第２裏面２ｂｓ側に位置している。第２半導体領域２２は、例えば、半導体基板２の第２前面２ｆｓ側の表層部に位置している。ここで、例えば、第１導電型がｐ型であれば、第２導電型がｎ型である。また、例えば、第１導電型がｎ型であれば、第２導電型がｐ型である。ここでは、半導体基板２は、第１半導体領域２１と第２半導体領域２２との界面に位置しているｐｎ接合部を有する。
第１実施形態では、半導体基板２は、シリコン基板である。シリコン基板としては、例えば、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、２５０マイクロメートル（μｍ）以下または１５０μｍ以下の厚さを有する。また、シリコン基板は、例えば、平面視して矩形状または正方形状の外形を有する。このような形状を有する半導体基板２が採用されれば、複数の太陽電池素子１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１同士の間の隙間が小さくなり得る。ここでは、例えば、第１導電型がｐ型であり且つ第２導電型がｎ型である場合には、多結晶また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またはガリウムなどの不純物を含有させることで、ｐ型のシリコン基板が製作され得る。この場合には、ｐ型のシリコン基板の第２前面２ｆｓ側の表層部にｎ型の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半導体領域２２が生成され得る。ここでは、ｐ型の第１半導体領域２１とｎ型の第２半導体領域２２とがこの記載順に積層された半導体基板２が形成され得る。
ここで、半導体基板２の第２前面２ｆｓは、例えば、照射された光の反射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。
また、例えば、半導体基板２のうちの第２裏面２ｂｓ側の表層部には、第１半導体領域２１と同様な第１導電型を有する第３半導体領域２３が存在していてもよい。ここで、例えば、第３半導体領域２３におけるドーパントの濃度が、第１半導体領域２１におけるドーパントの濃度よりも高ければ、第３半導体領域２３は、半導体基板２の第２裏面２ｂｓ側において内部電界を形成するＢＳＦ（Back Surface Field）層としての役割を果たす。これにより、半導体基板２の第２裏面２ｂｓの近傍では、半導体基板２において光の照射に応じた光電変換で生じ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１の光電変換効率が低下しにくい。第３半導体領域２３は、例えば、半導体基板２のうちの第２裏面２ｂｓ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生成され得る。
＜１－１－２．反射防止膜＞
反射防止膜３は、例えば、半導体基板２の第２前面２ｆｓ側に位置している。図１（ａ）および図２の例では、反射防止膜３は、第２前面２ｆｓ上に位置している。この反射防止膜３は、例えば、太陽電池素子１の第１前面１ｆｓに照射される光の反射率を低減することができる。反射防止膜３の材料としては、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。反射防止膜３の屈折率および厚さは、例えば、太陽光のうち、半導体基板２に吸収されて発電に寄与し得る波長域の光に対して、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る。ここで、例えば、反射防止膜３の屈折率が、１．８から２．５程度とされ、反射防止膜３の厚さが、２０ｎｍから１２０ｎｍ程度とされる。反射防止膜３は、例えば、プラズマＣＶＤ（Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition：ＰＥＣＶＤ）法またはスパッタリング法を用いて形成され得る。
反射防止膜３は、例えば、半導体基板２の第２前面２ｆｓ側に位置している。図１（ａ）および図２の例では、反射防止膜３は、第２前面２ｆｓ上に位置している。この反射防止膜３は、例えば、太陽電池素子１の第１前面１ｆｓに照射される光の反射率を低減することができる。反射防止膜３の材料としては、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。反射防止膜３の屈折率および厚さは、例えば、太陽光のうち、半導体基板２に吸収されて発電に寄与し得る波長域の光に対して、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る。ここで、例えば、反射防止膜３の屈折率が、１．８から２．５程度とされ、反射防止膜３の厚さが、２０ｎｍから１２０ｎｍ程度とされる。反射防止膜３は、例えば、プラズマＣＶＤ（Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition：ＰＥＣＶＤ）法またはスパッタリング法を用いて形成され得る。
＜１－１－３．パッシベーション膜＞
パッシベーション膜４は、半導体基板２の少なくとも第２裏面２ｂｓの上に位置している。第１実施形態では、パッシベーション膜４は、半導体基板２の第２裏面２ｂｓに接している。パッシベーション膜４は、例えば、半導体基板２において光の照射に応じた光電変換で生じる少数キャリアの再結合を低減することができる。パッシベーション膜４の材料としては、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種類以上の材料が採用される。パッシベーション膜４は、例えば、１種類の材料の１層の膜であってもよいし、異なる材料の２層以上の膜が積層された状態のものであってもよい。具体的には、パッシベーション膜４として、例えば、酸化アルミニウムの１層の膜が採用されてもよいし、酸化シリコンの膜と酸化アルミニウムの膜とがこの記載順に積層された状態の膜が採用されてもよい。パッシベーション膜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、パッシベーション膜４は、例えば、半導体基板２の第２裏面２ｂｓにおけるダングリングボンドの終端化および電界効果などによって、少数キャリアの再結合を低減することができる。例えば、パッシベーション膜４の材料として酸化アルミニウムが採用される場合には、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２の第２裏面２ｂｓ側の領域で生じる少数キャリア（この場合は電子）が、ｐ型の第１半導体領域２１とパッシベーション膜４との界面（第２裏面２ｂｓ）から遠ざけられる。これにより、半導体基板２のうちの第２裏面２ｂｓ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１の光電変換効率が向上し得る。パッシベーション膜４の厚さは、例えば、１０ｎｍから６０ｎｍ程度とされる。パッシベーション膜４は、例えば、半導体基板２の第２前面２ｆｓ上に位置していてもよいし、半導体基板２の外周面２ｓｓ上に位置していてもよい。
パッシベーション膜４は、半導体基板２の少なくとも第２裏面２ｂｓの上に位置している。第１実施形態では、パッシベーション膜４は、半導体基板２の第２裏面２ｂｓに接している。パッシベーション膜４は、例えば、半導体基板２において光の照射に応じた光電変換で生じる少数キャリアの再結合を低減することができる。パッシベーション膜４の材料としては、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種類以上の材料が採用される。パッシベーション膜４は、例えば、１種類の材料の１層の膜であってもよいし、異なる材料の２層以上の膜が積層された状態のものであってもよい。具体的には、パッシベーション膜４として、例えば、酸化アルミニウムの１層の膜が採用されてもよいし、酸化シリコンの膜と酸化アルミニウムの膜とがこの記載順に積層された状態の膜が採用されてもよい。パッシベーション膜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、パッシベーション膜４は、例えば、半導体基板２の第２裏面２ｂｓにおけるダングリングボンドの終端化および電界効果などによって、少数キャリアの再結合を低減することができる。例えば、パッシベーション膜４の材料として酸化アルミニウムが採用される場合には、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２の第２裏面２ｂｓ側の領域で生じる少数キャリア（この場合は電子）が、ｐ型の第１半導体領域２１とパッシベーション膜４との界面（第２裏面２ｂｓ）から遠ざけられる。これにより、半導体基板２のうちの第２裏面２ｂｓ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１の光電変換効率が向上し得る。パッシベーション膜４の厚さは、例えば、１０ｎｍから６０ｎｍ程度とされる。パッシベーション膜４は、例えば、半導体基板２の第２前面２ｆｓ上に位置していてもよいし、半導体基板２の外周面２ｓｓ上に位置していてもよい。
＜１－１－４．保護層＞
保護層５は、例えば、半導体基板２の第２裏面２ｂｓ側に位置している。換言すれば、保護層５は、例えば、半導体基板２の上に位置している。第１実施形態では、保護層５は、例えば、半導体基板２の第２裏面２ｂｓ上に位置しているパッシベーション膜４上に位置している。別の観点から言えば、半導体基板２と保護層５との間にパッシベーション膜４が位置している。そして、保護層５は、パッシベーション膜４上においてこのパッシベーション膜４を覆っている状態にある。これにより、保護層５は、例えば、パッシベーション膜４を保護することができる。換言すれば、太陽電池素子１を製造する際および太陽電池素子１を使用する際の双方において、保護層５の存在によって太陽電池素子１の外部からパッシベーション膜４まで水分などが到達しにくい。このため、パッシベーション膜４が劣化しにくい。さらに、保護層５は、例えば、半導体基板２の外周面２ｓｓ上にも形成されてもよい。この場合には、保護層５は、例えば、半導体基板２の外周面２ｓｓ上において、直接、反射防止膜３上に、またはパッシベーション膜４上に、形成され得る。そして、例えば、保護層５の存在により、太陽電池素子１でリーク電流が生じにくい。
保護層５は、例えば、半導体基板２の第２裏面２ｂｓ側に位置している。換言すれば、保護層５は、例えば、半導体基板２の上に位置している。第１実施形態では、保護層５は、例えば、半導体基板２の第２裏面２ｂｓ上に位置しているパッシベーション膜４上に位置している。別の観点から言えば、半導体基板２と保護層５との間にパッシベーション膜４が位置している。そして、保護層５は、パッシベーション膜４上においてこのパッシベーション膜４を覆っている状態にある。これにより、保護層５は、例えば、パッシベーション膜４を保護することができる。換言すれば、太陽電池素子１を製造する際および太陽電池素子１を使用する際の双方において、保護層５の存在によって太陽電池素子１の外部からパッシベーション膜４まで水分などが到達しにくい。このため、パッシベーション膜４が劣化しにくい。さらに、保護層５は、例えば、半導体基板２の外周面２ｓｓ上にも形成されてもよい。この場合には、保護層５は、例えば、半導体基板２の外周面２ｓｓ上において、直接、反射防止膜３上に、またはパッシベーション膜４上に、形成され得る。そして、例えば、保護層５の存在により、太陽電池素子１でリーク電流が生じにくい。
保護層５の材料には、例えば、酸化シリコンなどが適用される。保護層５は、例えば、パッシベーション膜４上において、所望のパターンを有する。保護層５は、厚さ方向（ここでは＋Ｚ方向）にこの保護層５を貫通するように位置している複数の孔部５ｈを有する。この複数の孔部５ｈは、例えば、保護層５およびパッシベーション膜４を連続して貫通している状態の複数の孔部（貫通孔ともいう）４５ｈのうち、保護層５を貫通している状態にある部分である。各孔部５ｈおよび各貫通孔４５ｈは、それぞれ第２裏面２ｂｓに沿った周囲が閉じられた貫通孔であってもよいし、第２裏面２ｂｓ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。例えば、図１（ｂ）で示されるように、保護層５を平面透視して、保護層５が複数の貫通孔４５ｈに対応する複数の孔部５ｈを有する場合が想定される。ここで、保護層５を平面透視して、各孔部５ｈの形状は、ドット状、帯状および線状の何れであってもよい。孔部５ｈの直径または幅は、例えば、１０μｍから５００μｍ程度とされる。孔部５ｈのピッチは、例えば、０．３ミリメートル（ｍｍ）から３ｍｍ程度とされる。孔部５ｈのピッチは、例えば、保護層５を平面透視した際の互い隣り合う孔部５ｈの中心同士の距離とされる。図１（ｂ）の例では、６４個の孔部５ｈが存在している。各孔部５ｈの大きさ、形状、数の組合せは、適宜調整され得る。このため、孔部５ｈの数は、例えば、１つ以上であればよい。
保護層５は、例えば、半導体基板２の第２裏面２ｂｓ上に形成されたパッシベーション膜４上に、絶縁性ペーストがスプレー法、コーター法または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、乾燥されることで形成される。
ところで、例えば、保護層５の上に後述する第２集電電極７ｂを形成する際には、第１金属ペーストが保護層５上に所望の形状を有するように塗布されて焼成される。第１金属ペーストは、例えば、アルミニウムを主成分とする金属粉末とガラス成分と有機ビヒクルとを含有している導電性ペースト（Ａｌペースト）である。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）が最も大きい成分のことを意味する。ここでは、保護層５の孔部５ｈにおいてパッシベーション膜４上に直接塗布された第１金属ペーストは、パッシベーション膜４の焼成貫通を生じ、半導体基板２の第２裏面２ｂｓに第２集電電極７ｂが直接接続される。これにより、パッシベーション膜４および保護層５は、パッシベーション膜４および保護層５を連続して貫通している状態でそれぞれ位置している複数の貫通孔４５ｈを有する状態となる。また、このとき、例えば、複数の貫通孔４５ｈ内に位置している第１金属ペーストに含有されているアルミニウムが半導体基板２の第２裏面２ｂｓの表層部に拡散することで、第３半導体領域２３が形成される。また、例えば、保護層５の厚さが、パッシベーション膜４の厚さよりも十分大きければ、パッシベーション膜４のうちの保護層５で覆われている部分では、保護層５の存在によって、第１金属ペーストはパッシベーション膜４の焼成貫通を生じにくい。これにより、例えば、パッシベーション膜４の機能が低下しにくい。その結果、例えば、太陽電池素子１の光電変換効率が向上し得る。また、例えば、太陽電池素子１において、半導体基板２の第２裏面２ｂｓ上に、保護層５のパターンに対応する所望のパターンでパッシベーション膜４を残存させることができる。
保護層５の厚さは、例えば、０．５μｍから１０μｍ程度とされる。これにより、例えば、保護層５による半導体基板２およびパッシベーション膜４を保護する性能が確保され得る。また、例えば、保護層５が、厚くなりすぎて割れを生じる不具合も生じにくく、保護層５による半導体基板２およびパッシベーション膜４を保護する性能が低下しにくい。保護層５の厚さは、例えば、保護層５を形成するための絶縁性ペーストの組成、半導体基板２の第２裏面２ｂｓの形状および後述する第２集電電極７ｂの形成時の焼成条件などに応じて適宜設定されてもよい。
＜１－１－５．前面電極＞
図１（ａ）および図２で示されるように、前面電極６は、例えば、半導体基板２の第２前面２ｆｓ側に位置している。第１実施形態では、前面電極６は、半導体基板２の第２前面２ｆｓ上に位置している。前面電極６は、例えば、第１出力取出電極６ａと、第１集電電極６ｂと、を有する。
図１（ａ）および図２で示されるように、前面電極６は、例えば、半導体基板２の第２前面２ｆｓ側に位置している。第１実施形態では、前面電極６は、半導体基板２の第２前面２ｆｓ上に位置している。前面電極６は、例えば、第１出力取出電極６ａと、第１集電電極６ｂと、を有する。
第１出力取出電極６ａは、例えば、半導体基板２で光の照射に応じた光電変換によって得られたキャリアを太陽電池素子１の外部に取り出すことができる。図１（ａ）および図２の例では、半導体基板２の第２前面２ｆｓ側に、３本の第１出力取出電極６ａが存在している。各第１出力取出電極６ａは、第２前面２ｆｓに沿った長手方向を有する。この長手方向は＋Ｙ方向である。第１出力取出電極６ａ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。第１出力取出電極６ａの少なくとも一部は、第１集電電極６ｂと交差して電気的に接続されている状態にある。
第１集電電極６ｂは、例えば、半導体基板２で光の照射に応じた光電変換によって得られたキャリアを集めることができる。図１（ａ）および図２の例では、半導体基板２の第２前面２ｆｓ側に、複数本の第１集電電極６ｂが存在している。各第１集電電極６ｂは、第２前面２ｆｓに沿った長手方向を有する。この長手方向は＋Ｘ方向である。換言すれば、複数本の第１集電電極６ｂは、いわゆるフィンガー状の形態を有する。各第１集電電極６ｂは、例えば、２０μｍから２００μｍ程度の幅を有する線状の電極である。ここでは、各第１集電電極６ｂの幅は、第１出力取出電極６ａの幅よりも小さい。複数本の第１集電電極６ｂは、例えば、互いに１ｍｍから３ｍｍ程度の間隔を空けて並んでいる状態で位置している。前面電極６の厚さは、例えば、１０μｍから４０μｍ程度とされる。
上記構成を有する前面電極６は、例えば、第２金属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、この第２金属ペーストを焼成することで形成され得る。第２金属ペーストは、例えば、銀を主成分とする金属粒子、有機ビヒクルおよびガラスフリットを含有する導電性ペースト（銀ペーストともいう）である。ここでは、例えば、反射防止膜３上に第２金属ペーストが所望の形状で塗布される。そして、この第２金属ペーストが焼成される際に、この第２金属ペーストが、反射防止膜３の焼成貫通を生じる。これにより、半導体基板２の第２前面２ｆｓに接続している状態にある前面電極６が形成され得る。
ここでは、前面電極６は、例えば、第１集電電極６ｂと同様の形状の補助電極６ｃを有していてもよい。この補助電極６ｃは、例えば、半導体基板２の＋Ｘ方向の端部および－Ｘ方向の端部のそれぞれに沿って位置していることで、第１集電電極６ｂ同士を電気的に接続し得る。
＜１－１－６．裏面電極＞
図１（ｂ）および図２で示されるように、裏面電極７は、例えば、半導体基板２の第２裏面２ｂｓの側に位置している。図１（ｂ）および図２の例では、保護層５が、パッシベーション膜４と裏面電極７との間に位置している。裏面電極７は、例えば、第２出力取出電極７ａと、第２集電電極７ｂと、を有する。
図１（ｂ）および図２で示されるように、裏面電極７は、例えば、半導体基板２の第２裏面２ｂｓの側に位置している。図１（ｂ）および図２の例では、保護層５が、パッシベーション膜４と裏面電極７との間に位置している。裏面電極７は、例えば、第２出力取出電極７ａと、第２集電電極７ｂと、を有する。
第２出力取出電極７ａは、例えば、半導体基板２で光の照射に応じた光電変換によって得られたキャリアを太陽電池素子１の外部に取り出すことができる。図１（ｂ）および図２の例では、半導体基板２の第２裏面２ｂｓ側の保護層５上に、３つの第２出力取出電極７ａが存在している。各第２出力取出電極７ａは、第２裏面２ｂｓに沿った長手方向を有する。この長手方向は＋Ｙ方向である。そして、各第２出力取出電極７ａは、長手方向としての＋Ｙ方向に沿って並んだ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）で構成されている。ここでは、Ｎ個は４個である。換言すれば、半導体基板２の第２裏面２ｂｓ側には、それぞれ第２出力取出電極７ａの長手方向（ここでは＋Ｙ方向）に沿って並んでいる３列の島状電極部が存在している。そして、第２出力取出電極７ａは、長手方向に垂直な幅方向を有する。この幅方向は＋Ｘ方向である。第２出力取出電極７ａの厚さは、例えば、１０μｍから４０μｍ程度とされる。第２出力取出電極７ａの幅は、例えば、１．３ｍｍから７ｍｍ程度とされる。第２出力取出電極７ａの少なくとも一部は、第２集電電極７ｂと接触して電気的に接続されている状態にある。第２出力取出電極７ａは、例えば、第３金属ペーストをスクリーン印刷などで所望の形状に塗布した後に、この第３金属ペーストを焼成することで形成され得る。ここでは、例えば、保護層５上に第３金属ペーストが所望の形状で塗布される。第３金属ペーストは、例えば、銀を主成分とする金属粒子、有機ビヒクルおよびガラスフリットを含有する導電性ペースト（銀ペーストともいう）である。
第２集電電極７ｂは、例えば、半導体基板２で光の照射に応じた光電変換で得られたキャリアを集めることができる。図１（ｂ）および図２の例では、第１裏面１ｂｓを平面視した場合に、第１裏面１ｂｓの略全面にわたって、第２集電電極７ｂが存在している。第２集電電極７ｂは、例えば、第１部分７ｂ１と、第２部分７ｂ２と、を有する。第１部分７ｂ１は、保護層５の上に位置している部分である。第２部分７ｂ２は、半導体基板２に電気的に接続している状態にある部分である。第２部分７ｂ２は、保護層５およびパッシベーション膜４を連続して貫通している状態の複数の貫通孔４５ｈ内のそれぞれにおいて半導体基板２に電気的に接続している状態で位置している。第１部分７ｂ１の厚さは、例えば、１０μｍから４０μｍ程度とされる。第１部分７ｂ１と、第２部分７ｂ２と、は電気的に接続している状態にある。
上記構成を有する第２集電電極７ｂは、例えば、上述した第１金属ペーストをスクリーン印刷などで所望の形状に塗布した後に、この第１金属ペーストを焼成することで形成され得る。ここでは、例えば、保護層５上および保護層５の複数の孔部５ｈ内に第１金属ペーストが塗布される。そして、この第１金属ペーストが焼成される際に、保護層５の複数の孔部５ｈ内の第１金属ペーストがパッシベーション膜４の焼成貫通を生じる。これにより、複数の貫通孔４５ｈ内に位置している状態にある第２部分７ｂ２が形成され得る。このとき、例えば、第１金属ペースト中のアルミニウムが半導体基板２の第２裏面２ｂｓの表層部に拡散し、ＢＳＦ層としての第３半導体領域２３が形成され得る。一方、保護層５上に位置している第１金属ペーストは、保護層５の存在により、パッシベーション膜４の焼成貫通を生じず、保護層５上に第１部分７ｂ１が形成され得る。その結果、裏面電極７が形成され得る。
＜１－１－７．太陽電池素子同士の接続＞
例えば、複数の太陽電池素子１を並べて太陽電池モジュールが製造される際には、図１（ａ）および図１（ｂ）で示されるように、１つの太陽電池素子１の第１出力取出電極６ａと、この１つの太陽電池素子１の隣の１つの太陽電池素子１の第２出力取出電極７ａとが、配線材Ｗ１で電気的に接続される。図１（ａ）および図１（ｂ）の例では、各太陽電池素子１に取り付けられる配線材Ｗ１の外縁が仮想的に二点鎖線で描かれている。配線材Ｗ１には、例えば、線状または帯状の導電性を有する金属が適用される。具体的には、例えば、０．１ｍｍから０．２ｍｍ程度の厚さと１ｍｍから２ｍｍ程度の幅とを有する銅箔の全面に半田が被覆されたものが配線材Ｗ１に適用される。配線材Ｗ１は、例えば、半田付けで第１出力取出電極６ａおよび第２出力取出電極７ａに電気的に接続される。
例えば、複数の太陽電池素子１を並べて太陽電池モジュールが製造される際には、図１（ａ）および図１（ｂ）で示されるように、１つの太陽電池素子１の第１出力取出電極６ａと、この１つの太陽電池素子１の隣の１つの太陽電池素子１の第２出力取出電極７ａとが、配線材Ｗ１で電気的に接続される。図１（ａ）および図１（ｂ）の例では、各太陽電池素子１に取り付けられる配線材Ｗ１の外縁が仮想的に二点鎖線で描かれている。配線材Ｗ１には、例えば、線状または帯状の導電性を有する金属が適用される。具体的には、例えば、０．１ｍｍから０．２ｍｍ程度の厚さと１ｍｍから２ｍｍ程度の幅とを有する銅箔の全面に半田が被覆されたものが配線材Ｗ１に適用される。配線材Ｗ１は、例えば、半田付けで第１出力取出電極６ａおよび第２出力取出電極７ａに電気的に接続される。
＜１－２．保護層の構造および性質＞
図３で示されるように、保護層５は、母材の部分（母材部ともいう）５ａと、この母材部５ａ内に位置している複数の粒状体５ｂと、を含む。第１実施形態では、例えば、母材部５ａ内に複数の粒状体５ｂが適度に分散している状態で位置している。
図３で示されるように、保護層５は、母材の部分（母材部ともいう）５ａと、この母材部５ａ内に位置している複数の粒状体５ｂと、を含む。第１実施形態では、例えば、母材部５ａ内に複数の粒状体５ｂが適度に分散している状態で位置している。
母材部５ａは、空隙ではない部分（非空隙部ともいう）５ａ１と、非空隙部５ａ１の内部に存在している複数の空隙の部分（空隙部ともいう）５ａ２と、を含む。第１実施形態では、例えば、非空隙部５ａ１の内部および表面に複数の空隙部５ａ２が適度に分散している状態で位置している。空隙部５ａ２は、例えば、粒状体５ｂに接するように位置していてもよいし、粒状体５ｂの周囲に位置していてもよいし、粒状体５ｂとは離れている状態で位置していてもよい。また、第１実施形態では、例えば、空隙部５ａ２は、保護層５と隣接している状態にある層としてのパッシベーション膜４および第２集電電極７ｂの第１部分７ｂ１のうちの少なくとも一方の層に接していてもよい。この場合も、保護層５は、例えば、それぞれ保護層５と隣接している状態にある層としてのパッシベーション膜４と第１部分７ｂ１との間の領域全体に位置している状態にある。
ここで、例えば、保護層５が、この保護層５の厚さ方向（ここでは＋Ｚ方向）において、半導体基板２側の面（第１面ともいう）Ｓｆ１と、第２集電電極７ｂの第１部分７ｂ１側の面（第２面ともいう）Ｓｆ２と、を有するものとする。この場合、例えば、複数の空隙部５ａ２のそれぞれは、保護層５のうちの厚さ方向における第１面Ｓｆ１と第２面Ｓｆ２との間の一部の領域に位置している。別の観点から言えば、例えば、各空隙部５ａ２が保護層５の厚さ方向に保護層５を貫通するようには存在していない。換言すれば、各空隙部５ａ２の径は、例えば、保護層５の厚さよりも小さい。ここでは、例えば、複数の粒状体５ｂの間に母材部５ａが充填されるように位置している。これにより、例えば、保護層５よりも半導体基板２側に位置している部分が、保護層５によって十分に保護され得る。例えば、このような保護層５の存在により、太陽電池素子１の外部からパッシベーション膜４および半導体基板２まで水分などが到達しにくい。その結果、例えば、太陽電池素子１の光電変換効率が向上し得る。
非空隙部５ａ１の材料には、例えば、酸化シリコンが適用される。具体的には、非空隙部５ａ１の材料には、例えば、シロキサン樹脂などが適用される。シロキサン樹脂は、Ｓｉ－Ｏ－Ｓｉ結合（シロキサン結合ともいう）を有するシロキサン化合物である。ここでは、例えば、パッシベーション膜４上に、スプレー法、コーター法または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絶縁性ペーストを塗布した上で乾燥させることで、保護層５を容易に形成することができる。
ここで、絶縁性ペーストには、例えば、非空隙部５ａ１の原料となるシロキサン樹脂と、有機溶剤と、多数の粒子と、を含む絶縁性ペーストが適用される。ここで、シロキサン樹脂には、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、分子量が１万５千以下の低分子量の樹脂が適用される。有機溶剤には、例えば、シロキサン樹脂および多数の粒子を分散させる溶剤が適用される。このような有機溶剤としては、例えば、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、メチルセロソルブ、エチルセロソルブ、エチルアルコール、２－（４－メチルシクロヘキサ－３－エニル）プロパン－２－オールおよび２－プロパノールのうちの１種類または複数種類の有機溶剤が採用される。多数の粒子は、例えば、少なくとも複数の粒状体５ｂを含む。この多数の粒子は、例えば、酸化シリコン、酸化アルミニウムまたは酸化チタンなど無機材料のフィラーを、絶縁性ペーストの粘度を調整するためのフィラー（粘度調整用フィラーともいう）として含んでいてもよい。この多数の粒子の平均粒子径は、例えば、１μｍ以下とされる。ここでいう平均粒子径は、一次粒子の平均粒子径でもよいし、一次粒子が凝集した二次粒子の平均粒子径でもよい。ここで、例えば、絶縁性ペーストの粘度が適切に調整されることで、複数の孔部５ｈを有する所望のパターンで絶縁性ペーストがパッシベーション膜４上に塗布され得る。また、ここで、例えば、多数の粒子は、複数の粒状体５ｂと、粘度調整用フィラーと、を別々に含んでいてもよいし、複数の粒状体５ｂが粘度調整用フィラーとしての機能を有していてもよい。例えば、複数の粒状体５ｂが粘度調整用フィラーとしての機能を有していれば、多数の粒子は、複数の粒状体５ｂ以外に粘度調整用フィラーとしての無機材料のフィラーを有していなくてもよい。ここで、多数の粒子の形状は、例えば、粒子状、楕円状、直円柱状、針状、層形状、扁平状、中空構造状および繊維状の何れであってもよい。
空隙部５ａ２は、例えば、空気などの気体が位置している部分である。例えば、保護層５を形成するための絶縁性ペースト内の多数の粒子が有機材料の粒状体を含んでいれば、この有機材料の粒状体が熱分解によって消滅することで、有機材料の粒状体が消滅した領域の痕跡として空隙部５ａ２が形成され得る。ここで、有機材料の粒状体の熱分解は、例えば、絶縁性ペーストの乾燥時に生じる。ここでは、例えば、有機材料の粒状体の製造が可能である粒子径の下限値が１０ｎｍであれば、空隙部５ａ２の径の下限値は、１０ｎｍであればよい。また、例えば、空隙部５ａ２の径は、保護層５の厚さよりも小さいため、空隙部５ａ２の径の上限値は、保護層５の厚さ未満であればよい。ここで、例えば、空隙部５ａ２の径が保護層５の厚さの半分以下であれば、保護層５を形成するための絶縁性ペーストの塗布および乾燥を施す際に保護層５に割れが生じにくく、保護層５による半導体基板２およびパッシベーション膜４を保護する性能が低下しにくい。このため、例えば、保護層５の厚さの上限が１０μｍであれば、空隙部５ａ２の径は、１０ｎｍから５μｍ程度とされ得る。ここで、例えば、有機材料の粒状体が、粘度調整用フィラーの機能を有していてもよい。
ところで、例えば、材料使用量の低減に伴う半導体基板２の薄型化によって、図４で示されるように、第１前面１ｆｓに照射される光Ｌｔ１は、第１前面１ｆｓから第１裏面１ｂｓに向けた半導体基板２の厚さ方向にこの半導体基板２を透過する光Ｌｔ２を生じ得る。例えば、半導体基板２がシリコン基板であれば、シリコンの光吸収係数に応じて、太陽光の特定の波長域の光としての赤外線が半導体基板２を透過しやすい。そして、仮に、太陽電池素子１の第１裏面１ｂｓ側の広い範囲に主成分としてアルミニウムを含有する第２集電電極７ｂが位置している場合を想定すれば、第２集電電極７ｂは、半導体基板２側からの赤外線の約半分を吸収して発熱し得る。また、仮に、第２集電電極７ｂが、半導体基板２側からの赤外線の残りの半分を半導体基板２に向けて単に反射したとしても、薄型化が図られた半導体基板２では赤外線が十分には吸収されずに透過することが考えられる。このため、例えば、半導体基板２を透過する赤外線のうち、半導体基板２に吸収させて光電変換に利用させる赤外線の割合を高めることが出来れば、太陽電池素子１の光電変換効率が向上し得る。
ここで、例えば、複数の粒状体５ｂの屈折率が、母材部５ａの屈折率と異なっていれば、複数の粒状体５ｂの存在によって、半導体基板２を透過した赤外線が、保護層５において散乱および反射され得る。赤外線の散乱は、例えば、ミー散乱を含み得る。これにより、例えば、半導体基板２を透過した赤外線が、この半導体基板２に対して種々の角度で再入射し得る。このとき、例えば、半導体基板２に再入射した赤外線が進む方向において、半導体基板２が存在している距離が、半導体基板２の厚さよりも長くなり得る。その結果、例えば、半導体基板２を透過した赤外線が、半導体基板２に吸収されやすくなる。また、例えば、半導体基板２を透過した赤外線が、裏面電極７まで到達しにくく、裏面電極７の発熱が生じにくい。これにより、例えば、太陽電池素子１の過熱による出力特性の低下が生じにくい。したがって、例えば、太陽電池素子１の光電変換効率が向上し得る。
ここで、例えば、母材部５ａの屈折率は、複数の空隙部５ａ２の存在によって、非空隙部５ａ１の屈折率とは異なる。例えば、非空隙部５ａ１の材料が酸化シリコンである場合には、非空隙部５ａ１の屈折率は１．４５から１．５であり、空隙部５ａ２の屈折率は１である。この場合には、例えば、空隙部５ａ２の径よりも大きな波長域の光については、母材部５ａの屈折率は、酸化シリコンの屈折率（１．４５から１．５）に非空隙部５ａ１の体積率を乗じた値と、空気の屈折率（１）に複数の空隙部５ａ２の体積率を乗じた値と、の和となる。このため、母材部５ａの屈折率は、酸化シリコンの屈折率（１．４５から１．５）よりも小さい。また、例えば、空隙部５ａ２の径よりも小さな波長域の光については、非空隙部５ａ１の屈折率は、酸化シリコンの屈折率（１．４５から１．５）となり、空隙部５ａ２の屈折率は、空気の屈折率（１）となる。この場合でも、母材部５ａの非空隙部５ａ１と空隙部５ａ２の双方を含む領域については、屈折率は、酸化シリコンの屈折率（１．４５から１．５）よりも小さい。母材部５ａの屈折率は、例えば、分光エリプソメーターなどで測定され得る。
ここで、例えば、複数の粒状体５ｂの材料には、母材部５ａとは異なる屈折率を有する材料が適用される。具体的には、複数の粒状体５ｂの材料として、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ２）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化チタン（ＴｉＯ２）、酸化第二鉄（Ｆｅ２Ｏ３）、酸化銅（Ｃｕ２Ｏ）、酸化ニオブ（Ｎｂ２Ｏ５）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）、酸化ハフニウム（ＨｆＯ２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、硫化亜鉛（ＺｎＳ）、炭化シリコン（ＳｉＣ）および窒化シリコン（ＳｉＮ）のうちの１種類以上の材料が採用される。ここで、例えば、ＳｉＯ２の屈折率は１．４５から１．５程度である。Ａｌ２Ｏ３の屈折率は１．７６から１．７７程度である。ＴｉＯ２の屈折率は２．５２から２．７１程度である。Ｆｅ２Ｏ３の屈折率は３．０程度である。Ｃｕ２Ｏの屈折率は２．７１程度である。Ｎｂ２Ｏ５の屈折率は２．３３程度である。ＺｒＯ２の屈折率は２．１３程度である。ＨｆＯ２の屈折率は１．９５程度である。ＺｎＯの屈折率は１．９から２．０程度である。ＺｎＳの屈折率は、２．４程度である。ＳｉＣの屈折率は、２．６５程度である。ＳｉＮの屈折率は、２．０程度である。複数の粒状体５ｂは、例えば、１種類の材料の粒状体を含んでいてもよいし、相互に材料が異なる２種類以上の粒状体を含んでいてもよい。
また、ここで、例えば、保護層５が、複数の空隙部５ａ２のうちの一部の空隙部５ａ２が保護層５の最も半導体基板２側に位置している領域を有していれば、半導体基板２を透過した光が、屈折率の急激な低下によって、この領域に入射しにくく、反射されやすい。第１実施形態では、例えば、複数の空隙部５ａ２のうちの一部の空隙部５ａ２が、保護層５の半導体基板２側に位置している層であるパッシベーション膜４に接するように位置していてもよい。このような構成は、例えば、半導体基板２の第２裏面２ｂｓ上に形成されたパッシベーション膜４上に、有機バインダなどの低温で揮発するものを所望のポイントに塗布した後に、保護層５を形成するための絶縁性ペーストを塗布し、この絶縁性ペーストを乾燥させる処理によって形成され得る。このとき、例えば、有機バインダが揮発した痕跡が、パッシベーション膜４に接するように位置している空隙部５ａ２となり得る。ここで、例えば、絶縁性ペーストの乾燥時に揮発する有機バインダなどの代わりに、絶縁性ペーストの乾燥時に熱分解する有機材料の粒状体を所望のポイントに配置してもよい。また、ここで、例えば、レーザー光の照射などによる乾燥後の絶縁性ペーストの局所的な加熱によって、乾燥後の絶縁性ペーストの特定の領域におけるシロキサン樹脂の縮合重合をさらに進行させる処理が採用されてもよい。このとき、例えば、シロキサン樹脂の局所的な縮合重合の進行によって、保護層５が局所的に厚さ方向に縮むことで、パッシベーション膜４に接するように位置している空隙部５ａ２が形成され得る。このように、例えば、保護層５の半導体基板２側の層であるパッシベーション膜４に接するように一部の空隙部５ａ２が位置していれば、パッシベーション膜４と空隙部５ａ２との界面において、屈折率の落差によって、半導体基板２を透過した光が反射されやすい。これにより、例えば、半導体基板２を透過した光が、半導体基板２に吸収されやすくなる。また、例えば、半導体基板２を透過した光が、裏面電極７まで到達しにくく、裏面電極７の発熱が生じにくい。その結果、例えば、太陽電池素子１の過熱による出力特性の低下が生じにくい。したがって、例えば、太陽電池素子１の光電変換効率が向上し得る。
また、保護層５では、例えば、母材部５ａの非空隙部５ａ１と複数の粒状体５ｂとの間において、材料の相違によって熱膨張係数が相互に異なる場合が考えられる。ここで、例えば、ＳｉＯ２の熱膨張率は、約０．５１×１０－６Ｋ－１から０．５８×１０－６Ｋ－１である。Ａｌ２Ｏ３の熱膨張率が約５．５×１０－６から８．０×１０－６Ｋ－１である。ＴｉＯ２の熱膨張率が約７．８×１０－６Ｋ－１から１０．１×１０－６Ｋ－１である。ＺｒＯ２の熱膨張率が約７．９×１０－６Ｋ－１から１１．０×１０－６Ｋ－１である。ＨｆＯ２の熱膨張率が約３．８×１０－６Ｋ－１から６．５×１０－６Ｋ－１である。ＺｎＯの膨張率が約３．２×１０－６Ｋ－１から３．９×１０－６Ｋ－１である。ＺｎＳの膨張率が約６．１×１０－６Ｋ－１から７．７×１０－６Ｋ－１である。ＳｉＣの膨張率が約２．８×１０－６Ｋ－１から４．４×１０－６Ｋ－１である。ＳｉＮの膨張率が約２．４×１０－６Ｋ－１から３．７×１０－６Ｋ－１である。このため、例えば、前面電極６および裏面電極７の形成時における金属ペーストの焼成時などにおいて、非空隙部５ａ１と複数の粒状体５ｂとの界面に、熱膨張の差に応じた応力が生じ得る。この応力は、保護層５では、例えば、母材部５ａが含む複数の空隙部５ａ２によって緩和され得る。これにより、例えば、複数の粒状体５ｂを存在させても保護層５に割れが生じにくい。この場合には、例えば、保護層５による半導体基板２およびパッシベーション膜４を保護する性能が低下しにくい。その結果、例えば、太陽電池素子１の光電変換効率が向上し得る。
また、ここでは、例えば、複数の粒状体５ｂの間に母材部５ａが充填されるように位置していれば、保護層５上に第１金属ペーストおよび第３金属ペーストを塗布して裏面電極７を形成する際に、保護層５に金属ペーストが染み込みにくい。これにより、例えば、半導体基板２を透過した光の保護層５内への入射が遮られにくく、半導体基板２を透過した光が保護層５で散乱および反射されやすくなる。その結果、例えば、半導体基板２を透過した光が、半導体基板２に吸収されやすくなる。
さらに、例えば、半導体基板２と保護層５と裏面電極７との間でも、材料の相違によって熱膨張係数が相互に異なる場合が考えられる。例えば、半導体基板２に適用される材料としてのシリコンの熱膨張率は、約３．９×１０－６Ｋ－１である。第２出力取出電極７ａに適用される材料としての銀の熱膨張率は、約１８．９×１０－６Ｋ－１から１９．０×１０－６Ｋ－１である。第２集電電極７ｂに適用される材料としてのアルミニウムの熱膨張率は、２３×１０－６Ｋ－１から２３．５×１０－６Ｋ－１である。この場合には、例えば、前面電極６および裏面電極７の形成時における金属ペーストの焼成時などにおいて、半導体基板２と保護層５と裏面電極７との間に、熱膨張の差に応じた応力が生じ得る。この応力も、保護層５では、例えば、母材部５ａが含む複数の空隙部５ａ２によって緩和され得る。これにより、例えば、複数の粒状体５ｂを存在させても保護層５に割れが生じにくい。この場合には、例えば、保護層５による半導体基板２およびパッシベーション膜４を保護する性能が低下しにくい。その結果、例えば、太陽電池素子１の光電変換効率が向上し得る。
また、上述したように、例えば、半導体基板２がシリコン基板であれば、シリコンの光吸収係数に応じて、太陽光の特定の波長域の光としての赤外線が半導体基板２を透過しやすい。このため、例えば、保護層５が、可視光線の波長域の光よりも赤外線の波長域の光をより多く散乱および反射させる性質を有していれば、半導体基板２が透過しやすい赤外線が、半導体基板２に吸収されやすい。その結果、例えば、太陽電池素子１の光電変換効率が向上し得る。
保護層５が含む複数の粒状体５ｂの粒子径の分布は、例えば、太陽電池素子１から複数の粒状体５ｂを抽出することで測定され得る。例えば、保護層５の材料が酸化シリコンであれば、塩酸などを用いて前面電極６および裏面電極７を溶かした後に、フッ酸などを用いて保護層５などを溶かすことで、太陽電池素子１から複数の粒状体５ｂを抽出することができる。また、粒状体５ｂの粒子径は、例えば、イオンミリングなどによって保護層５の断面を露出させて、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）または３次元Ｘ線顕微鏡などを用いて、測定してもよい。ここでは、例えば、粒状体５ｂの粒子径が、３０ｎｍから３μｍ程度であれば、複数の粒状体５ｂを含む保護層４は、可視光線の波長域の光よりも赤外線の波長域の光をより多く散乱および反射させることができる。この場合には、例えば、半導体基板２を透過した赤外線が、複数の粒状体５ｂを含む保護層４によって、散乱および反射を生じやすい。
ここで、例えば、保護層５の厚さが大きくなる程、複数の粒状体５ｂの総数が増加し得る。これにより、例えば、半導体基板２を透過した赤外線が、保護層５において散乱および反射しやすくなる。その結果、例えば、半導体基板２を透過した赤外線が、半導体基板２に吸収されやすく、裏面電極７まで到達しにくくなる。
ここで、例えば、粒状体５ｂの粒子径が保護層５の厚さの半分以下であれば、保護層５を形成するための絶縁性ペーストの塗布および乾燥を施す際に保護層５に割れが生じにくい。その結果、例えば、保護層５による半導体基板２およびパッシベーション膜４を保護する性能が低下しにくい。また、例えば、保護層５を平面透視した場合に粒状体５ｂが存在している領域が増加し得る。これにより、保護層５において、半導体基板２を透過した赤外線が散乱および反射しやすくなる。その結果、例えば、太陽電池素子１の光電変換効率が向上し得る。
また、保護層５では、例えば、母材部５ａの体積を１００とした場合に、複数の粒状体５ｂの体積の総和を、３から９０程度としてもよいし、５から８５程度としてもよい。ここで、保護層５における複数の粒状体５ｂの体積率は、例えば、保護層５の複数箇所の切断面をＳＥＭなどで観察することで得られる、母材部５ａの平面積と、複数の粒状体５ｂの平面積の総和と、の比から算出され得る。また、保護層５における複数の粒状体５ｂの体積率は、例えば、保護層５の体積から複数の粒状体５ｂの体積を減じることで母材部５ａの体積を算出し、この母材部５ａの体積と、複数の粒状体５ｂの体積と、の比から算出され得る。保護層５の体積は、例えば、触針またはエリプソメーターなどで測定した保護層５の厚さと、塩酸などを用いたエッチングで太陽電池素子１の裏面電極７を除去した後に撮像および画像処理などで測定される保護層５の平面積と、の積を計算することで得られる。複数の粒状体５ｂの体積は、例えば、塩酸などを用いたエッチングで太陽電池素子１の裏面電極７を除去した後にフッ酸などを用いて保護層５を除去することで抽出した複数の粒状体５ｂについて、粒子径の分布を測定することで算出され得る。
例えば、母材部５ａの非空隙部５ａ１の材料を酸化シリコンとし、複数の粒状体５ｂの材料を酸化チタンとすれば、母材部５ａの体積を１００として、複数の粒状体５ｂとしての酸化チタンの粒状体の体積を５から２５程度とすることができる。この場合には、母材部５ａの体積を１００として、体積が５０から６０程度である、１０ｎｍ程度の粒子径を有するＳｉＯ２の微粒子を、保護層５内にさらに存在させてもよい。
また、ここで、例えば、保護層５における母材部５ａの体積を１００とした場合に、複数の空隙部５ａ２の体積の総和は、５から４０とされる。ここで、母材部５ａにおける複数の空隙部５ａ２の体積率は、例えば、保護層５の複数箇所の切断面をＳＥＭなどで観察することで得られる、母材部５ａの平面積と、複数の空隙部５ａ２の平面積と、の比から算出され得る。
＜１－３．絶縁性ペーストの作製方法＞
保護層５の形成に用いる絶縁性ペーストは、例えば、シロキサン樹脂の前駆体と、水と、触媒と、有機溶剤と、多数の粒子と、を混合することで作製され得る。
保護層５の形成に用いる絶縁性ペーストは、例えば、シロキサン樹脂の前駆体と、水と、触媒と、有機溶剤と、多数の粒子と、を混合することで作製され得る。
具体的には、まず、シロキサン樹脂の前駆体と、水と、触媒と、有機溶剤と、多数のフィラーと、を混合することで、混合溶液を作製する。
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、０，１、２、および３のうちの何れか１つの整数である。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化水素基を示す。
ここで、シラン化合物は、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）を含む。具体的には、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、ジメチルジメトキシシラン、トリエトキシメチルシラン、ジエトキシジメチルシラン、トリメトキシプロピルシラン、トリエトキシプロピルシラン、ヘキシルトリメトキシシラン、トリエトキシヘキシルシラン、トリエトキシオクチルシランおよびデシルトリメトキシシランなどが挙げられる。
また、シラン化合物は、例えば、Ｒ１およびＲ２としてフェニル基およびアルキル基の双方を有するシラン化合物を含む。このようなシラン化合物としては、例えば、トリメトキシフェニルシラン、ジメトキシジフェニルシラン、メトキシトリフェニルシラン、トリエトキシフェニルシラン、ジエトキシジフェニルシラン、エトキシトリフェニルシラン、トリイソプロポキシフェニルシラン、ジイソプロポキシジフェニルシランおよびイソプロポキシトリフェニルシランなどが挙げられる。
これらのシラン化合物のうち、例えば、２つ以上のＯＲ結合を含む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５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５のバリア性が向上し得る。また、例えば、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には、例えば、ポリシラザンが適用される。有機シラザン化合物には、例えば、ヘキサメチルジシラザン、テトラメチルシクロジシラザンまたはテトラフェニルシクロジシラザンなどが適用される。
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れば、Ｓｉ－ＯＨ結合とＨＯ－ＣＨ３（メタノール）とを生じる。
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。有機溶剤には、例えば、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、メチルセロソルブ、エチルセロソルブ、エチルアルコール、２－（４－メチルシクロヘキサ－３－エニル）プロパン－２－オールまたは２－プロパノールなどが適用される。ここでは、これらの有機溶剤のうちの１種類の有機溶剤および２種類以上の有機溶剤を混合した有機溶剤の何れが用いられてもよい。
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が含むＳｉ－ＯＲ結合（例えば、Ｒはアルキル基）に加水分解および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触媒によって調整され得る。触媒には、例えば、塩酸、硝酸、硫酸、ホウ酸、燐酸、フッ化水素酸および酢酸などのうちの１種以上の無機酸または１種以上の有機酸が適用される。また、触媒には、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、水酸化カルシウムおよびピリジンなどのうちの１種以上の無機塩基または１種以上の有機塩基が適用されてもよい。さらに、触媒は、例えば、無機酸と有機酸とが組み合わされたものでもよく、無機塩基と有機塩基とが組み合わされたものでもよい。
フィラーは、混合溶液の粘度を調整するためのものである。フィラーには、例えば、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材料のフィラーが適用される。
ここ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７質量％から６０質量％となり、水の濃度が５質量％から４０質量％（１０質量％から２０質量％でもよい）となり、触媒の濃度が１ｐｐｍから１０００ｐｐｍとなり、有機溶剤の濃度が５質量％から５０質量％となり、多数の無機材料のフィラーの濃度が３質量％から３０質量％となるように調整される。このような混合比率であれば、例えば、シロキサン樹脂の前駆体の加水分解および縮合重合によって生じるシロキサン樹脂を、絶縁性ペースト中に適切な濃度で含有させることができる。また、例えば、絶縁性ペーストにおいてゲル化による過度な粘度の増大が生じにくい。
このようにして材料が混合される際には、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。
次に、混合溶液を攪拌する。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。例えば、ミックスローターで攪拌を行なう場合には、ミックスローターの回転ローラーの回転数が４００ｒｐｍから６００ｒｐｍ程度とされ、攪拌時間が３０分間から９０分間程度とされる攪拌条件が採用される。このような攪拌条件が採用されると、シロキサン樹脂の前駆体、水、触媒、有機溶剤および多数の無機材料のフィラーを均一に混合することができる。また、混合溶液を攪拌する際には、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。これにより、例えば、攪拌時間の短縮による生産性の向上が図られ得るとともに、混合溶液の粘度が安定しやすくなる。
次に、混合溶液から副生成物と有機溶剤と水と触媒とを揮発させる。副生成物は、例えば、シロキサン樹脂の前駆体と水との反応で発生したアルコールなどの有機成分を含む。ここでは、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（５０℃から９０℃程度でもよい）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を施す。処理温度が上記温度範囲内であれば副生成物が除去され得る。また、上記温度範囲内では、副生成物である有機成分が揮発しやすいため、処理時間の短縮による生産性の向上が図られ得る。ここで、例えば、減圧下であれば、副生成物である有機成分が揮発しやすい。その結果、処理時間の短縮による生産性の向上が図られ得る。また、例えば、ここで、混合溶液が攪拌された際に加水分解せずに残存したシロキサン樹脂の前駆体をさらに加水分解させてもよい。
次に、副生成物と有機溶剤と水と触媒とが揮発された混合溶液に、多数の粒状体を添加する。この多数の粒状体は、例えば、上述した複数の粒状体５ｂとなる多数の無機材料の粒状体と、上述した複数の空隙部５ａ２を形成するための多数の有機材料の粒状体と、を含む。ここで、有機材料の粒状体としては、例えば、保護層５を形成する際に絶縁性ペーストを乾燥させる温度以下において、熱分解を生じる材料を主成分として含むものが採用される。有機材料の粒状体が熱分解を生じる温度は、例えば、３５０℃以下とされる。このような有機材料としては、アクリル系の材料などが挙げられる。有機材料の粒状体の平均粒子径は、例えば、１μｍ程度以下とされる。ここで、例えば、多数の無機材料の粒状体は、作製後の絶縁性ペーストに１．５体積％から８０体積％程度含まれるように混合溶液に添加される。多数の無機材料の粒状体は、例えば、作製後の絶縁性ペーストに２．５体積％から７５体積％程度含まれるように混合溶液に添加されてもよい。また、例えば、多数の有機材料の粒状体は、作製後の絶縁性ペーストに２．５体積％から３０体積％程度含まれるように混合溶液に添加される。
次に、多数の粒状体が添加された混合溶液を攪拌する。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。これにより、絶縁性ペーストが作製され得る。この絶縁性ペーストでは、多数の無機材料のフィラーと、多数の無機材料の粒状体と、多数の有機材料の粒状体と、が多数の粒子を構成し得る。ところで、例えば、混合溶液に無機材料のフィラーを含ませることなく、多数の無機材料の粒状体および多数の有機材料の粒状体によって、絶縁性ペーストの粘度を調整してもよい。
＜１－４．太陽電池素子の製造方法＞
太陽電池素子１の製造方法の一例について、図５（ａ）から図５（ｄ）を参照しつつ説明する。
太陽電池素子１の製造方法の一例について、図５（ａ）から図５（ｄ）を参照しつつ説明する。
まず、半導体基板２を準備する。半導体基板２は、例えば、図５（ａ）で示されるように、第２前面２ｆｓおよびこの第２前面２ｆｓとは逆方向を向いた第２裏面２ｂｓを有する。
半導体基板２は、例えば、既存のチョクラルスキー（ＣＺ）法または鋳造法などを用いて形成され得る。ここでは、鋳造法で作製された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２を作製する。ここで、例えば、半導体基板２の表面に対して、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、フッ酸またはフッ硝酸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２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。このとき、例えば、半導体基板２の第２前面２ｆｓに上述したテクスチャの一部が形成され得る。ここで、例えば、半導体基板２の第２前面２ｆｓにテクスチャを形成する。テクスチャは、例えば、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湿式エッチング、あるいは反応性イオンエッチング（Reactive Ion Etching：ＲＩＥ）法などを使用した乾式エッチングで形成され得る。
次に、図５（ｂ）で示されるように、テクスチャを有する半導体基板２の第２前面２ｆｓ側の表層部に、ｎ型の半導体領域である第２半導体領域２２を形成する。第２半導体領域２２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２の第２前面２ｆｓ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半導体領域２２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、オキシ塩化リン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２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２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２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２にリンが拡散して、半導体基板２の第２前面２ｆｓ側の表層部に第２半導体領域２２が形成される。ここで、第２半導体領域２２を形成する際に、第２裏面２ｂｓ側にも第２半導体領域が形成されていれば、第２裏面２ｂｓ側に形成された第２半導体領域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２の第２裏面２ｂｓ側の部分を浸すことで、第２裏面２ｂｓ側に形成された第２半導体領域を除去することができる。これにより、半導体基板２の第２裏面２ｂｓ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半導体領域２２を形成する際に半導体基板２の第２前面２ｆｓ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２前面２ｆｓ側に燐ガラスを残存させた状態で、第２裏面２ｂｓ側に形成された第２半導体領域をエッチングで除去すれば、第２前面２ｆｓ側の第２半導体領域２２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２の外周面２ｓｓに形成された第２半導体領域も併せて除去してもよい。また、ここで、例えば、半導体基板２の第２裏面２ｂｓ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半導体領域２２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裏面２ｂｓ側に第２半導体領域は形成されないため、第２裏面２ｂｓ側の第２半導体領域を除去する工程が不要となる。
以上の処理によって、第２前面２ｆｓ側にｎ型の半導体層である第２半導体領域２２が位置し、第２前面２ｆｓにテクスチャを有する、第１半導体領域２１を含む半導体基板２が準備され得る。
次に、パッシベーション膜４および反射防止膜３を形成する。第１実施形態では、半導体基板２の少なくとも第２裏面２ｂｓ上にパッシベーション膜４が形成され、半導体基板２の少なくとも第２前面２ｆｓ上に反射防止膜３が形成される。反射防止膜３は、例えば、半導体基板２の第２前面２ｆｓ上に形成されたパッシベーション膜４上に形成されてもよい。ここでは、例えば、図５（ｃ）で示されるように、半導体基板２の第２裏面２ｂｓ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膜４を形成する。また、半導体基板２の第２前面２ｆｓ上に反射防止膜３を形成する。反射防止膜３は、例えば、窒化シリコン膜などで構成される。
パッシベーション膜４は、例えば、ＰＥＣＶＤ法またはＡＬＤ法などで形成され得る。ＡＬＤ法によれば、例えば、半導体基板２の外周面２ｓｓを含む全周囲にパッシベーション膜４が形成され得る。ＡＬＤ法によるパッシベーション膜４の形成工程では、まず、成膜装置のチャンバー内に、第２半導体領域２２までが形成された半導体基板２を載置する。そして、半導体基板２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、工程Ｂ、工程Ｃおよび工程Ｄをこの記載の順に行う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を形成することができる。
［工程Ａ］トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）などのアルミニウム原料を、アルゴン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２上に供給する。これにより、半導体基板２の全周囲にアルミニウム原料が吸着される。ＴＭＡの供給時間は、例えば、１５ミリ秒間から３０００ミリ秒間程度とされる。ここで、工程Ａの開始時には、半導体基板２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２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２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］窒素ガスで成膜装置のチャンバー内を浄化することで、チャンバー内のアルミニウム原料を除去する。さらに、半導体基板２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を除去する。窒素ガスによるチャンバー内の浄化時間は、例えば、１秒間から数十秒間程度とされる。
［工程Ｃ］水またはオゾンガスなどの酸化剤を、成膜装置のチャンバー内に供給することで、ＴＭＡが有するアルキル基を除去してＯＨ基で置換する。これにより、半導体基板２の上に酸化アルミニウムの原子層が形成される。チャンバー内への酸化剤の供給時間は、例えば、７５０ミリ秒間から１１００ミリ秒間程度とされる。また、例えば、チャンバー内に酸化剤ととともに水素を供給すれば、酸化アルミニウムにより多くの水素原子が含有されやすくなる。
［工程Ｄ］窒素ガスで成膜装置のチャンバー内を浄化することで、チャンバー内の酸化剤を除去する。このとき、例えば、半導体基板２上において原子層レベルの酸化アルミニウムが形成される際に反応に寄与しなかった酸化剤などを除去する。ここで、窒素ガスによるチャンバー内の浄化時間は、例えば、１秒間以上から数十秒間程度とされる。
反射防止膜３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２を反射防止膜３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２上に堆積させる。これにより、半導体基板２上に反射防止膜３が形成される。このとき、成膜温度を、３５０℃から６５０℃程度とし、半導体基板２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、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応じて適宜決定される。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。ここでは、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１５の範囲とされる。
次に、保護層５を形成する。第１実施形態では、少なくとも半導体基板２の第２裏面２ｂｓ側において、パッシベーション膜４上の略全面に絶縁性ペーストを塗布してこの絶縁性ペーストを乾燥させた後に、乾燥後の絶縁性ペーストにレーザー光を照射して複数の孔部５ｈを形成することで保護層５を形成する。ここでは、上述した絶縁性ペーストが用いられることで、非空隙部５ａ１および複数の空隙部５ａ２を含む母材部５ａと、複数の粒状体５ｂと、を有する保護層５が形成され得る。このような保護層５は、例えば、次のような処理で形成され得る。
ここでは、まず、パッシベーション膜４上に、絶縁性ペーストを塗布する。このとき、例えば、スプレー法、コーター法またはスクリーン印刷法などを用いてパッシベーション膜４上の略全面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２００℃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させる。このとき、例えば、絶縁性ペーストに含有されている有機材料の粒状体が熱分解することで、空隙部５ａ２が形成される。その後、乾燥後の絶縁性ペーストの所望の位置にレーザー光を照射することで、複数の孔部５ｈを形成する。このとき、例えば、パッシベーション膜４および保護層５を連続して貫通している状態でそれぞれ位置している複数の貫通孔４５ｈが形成される。これにより、例えば、図５（ｃ）で示されるように、パッシベーション膜４上の少なくとも一部に、孔部５ｈを有する保護層５が形成される。
ここでは、例えば、少なくとも半導体基板２の第２裏面２ｂｓ側において、パッシベーション膜４上に複数の孔部５ｈを含むパターンを有するように絶縁性ペーストを塗布してこの絶縁性ペーストを乾燥させることで保護層５を形成してもよい。
次に、前面電極６および裏面電極７を形成する。
前面電極６を、例えば、上述した第２金属ペースト（銀ペースト）を用いて作製する。まず、例えば、図５（ｄ）で示されるように、第２金属ペーストＰａ２を、半導体基板２の第２前面２ｆｓ側に塗布する。第１実施形態では、第２前面２ｆｓ上のパッシベーション膜４上に形成された反射防止膜３上に、第２金属ペーストＰａ２を塗布する。第２金属ペーストＰａ２の塗布は、例えば、スクリーン印刷などで実現される。そして、第２金属ペーストＰａ２の塗布後、所定の温度で第２金属ペーストＰａ２中の溶剤を蒸散させることで第２金属ペーストＰａ２を乾燥させてもよい。スクリーン印刷によって第２金属ペーストＰａ２を塗布するのであれば、例えば、前面電極６における第１出力取出電極６ａ、第１集電電極６ｂおよび補助電極６ｃ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℃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、第２金属ペーストＰａ２を焼成することで、図１（ａ）および図２で示されたような前面電極６を形成することができる。
裏面電極７の第２出力取出電極７ａを、例えば、上述した第３金属ペースト（銀ペースト）を用いて作製する。まず、例えば、図５（ｄ）で示されるように、第３金属ペーストＰａ３を、半導体基板２の第２裏面２ｂｓ側に塗布する。第１実施形態では、第２裏面２ｂｓ側に形成された保護層５上に、第３金属ペーストＰａ３を塗布する。第３金属ペーストＰａ３の塗布は、例えば、スクリーン印刷などで実現される。そして、第３金属ペーストＰａ３の塗布後、所定の温度で第３金属ペーストＰａ３中の溶剤を蒸散させることで第３金属ペーストＰａ３を乾燥さてもよい。その後、例えば、焼成炉内で最高温度が６００℃から８５０℃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、第３金属ペーストＰａ３を焼成することで、半導体基板２の第２裏面２ｂｓ側に、図１（ｂ）および図２で示されたような第２出力取出電極７ａを形成する。
裏面電極７の第２集電電極７ｂを、例えば、上述した第１金属ペースト（アルミニウムペースト）を用いて作製する。まず、例えば、図５（ｄ）で示されるように、第１金属ペーストＰａ１を、半導体基板２の第２裏面２ｂｓ側に塗布する。このとき、予め塗布された第３金属ペーストの一部と接触するように、第１金属ペーストＰａ１を塗布する。第１実施形態では、第２裏面２ｂｓ側に形成された保護層５上および複数の貫通孔４５ｈ内に、第１金属ペーストＰａ１を塗布する。ここで、例えば、パッシベーション膜４および保護層５を連続して貫通している状態でそれぞれ位置している複数の貫通孔４５ｈを事前に形成することなく保護層５に複数の孔部５ｈを形成していれば、保護層５上および各孔部５ｈ内に、第１金属ペーストＰａ１を塗布する。このとき、第２出力取出電極７ａが形成される部位の一部を除いて、半導体基板２の第２裏面２ｂｓ側のほぼ全面に第１金属ペーストＰａ１を塗布してもよい。第１金属ペーストＰａ１の塗布は、例えば、スクリーン印刷などで実現される。そして、第１金属ペーストＰａ１の塗布後、所定の温度で第１金属ペーストＰａ１中の溶剤を蒸散させることで第１金属ペーストＰａ１を乾燥さてもよい。その後、例えば、焼成炉内で最高温度が６００℃から８５０℃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、第１金属ペーストＰａ１を焼成することで、第１部分７ｂ１と第２部分７ｂ２とを有する第２集電電極７ｂを半導体基板２の第２裏面２ｂｓ側に形成する。ここでは、例えば、事前に形成した複数の貫通孔４５ｈ内に第１金属ペーストＰａ１を塗布していれば、複数の貫通孔４５ｈ内に塗布された第１金属ペーストＰａ１が単純に焼成されて、半導体基板２の第２裏面２ｂｓと接続するように第２部分７ｂ２が形成される。また、ここで、例えば、事前に複数の貫通孔４５ｈを形成することなく保護層５に複数の孔部５ｈを形成していれば、各孔部５ｈ内において、第１金属ペーストＰａ１は、焼成される際にパッシベーション膜４の焼成貫通を生じて、第１半導体領域２１と電気的に接続する。これにより、保護層５とパッシベーション膜４とを連続して貫通するように位置している貫通孔４５ｈ内に第２集電電極７ｂの第２部分７ｂ２が形成される。このとき、第２部分７ｂ２の形成に伴い、第３半導体領域２３も形成される。また、ここでは、例えば、保護層５上にある第１金属ペーストＰａ１は、保護層５でブロックされる。このため、保護層５上に第２集電電極７ｂの第１部分７ｂ１が形成される。このようにして、裏面電極７が形成されることで、図１（ａ）から図２で示されたような太陽電池素子１が形成され得る。
ここでは、例えば、第２集電電極７ｂを形成した後に第２出力取出電極７ａを形成してもよい。第２出力取出電極７ａは、例えば、半導体基板２と直接接触していても、第２出力取出電極７ａと半導体基板２との間にパッシベーション膜４が存在するなどして、半導体基板２と直接接触していなくてもよい。また、前面電極６および裏面電極７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１の生産性が向上し得る。また、この場合、半導体基板２に施される熱履歴が低減されるため、太陽電池素子１の出力特性が向上し得る。
＜１－５．具体例＞
＜１－５－１．絶縁性ペースト＞
次に説明するように、実施例Ａ１から実施例Ａ１８、実施例Ｂ１から実施例Ｂ９、実施例Ｃ１から実施例Ｃ２７および実施例Ｄ１から実施例Ｄ１８の絶縁性ペースト、ならびに参考例Ｒ０および参考例Ｒ１から参考例Ｒ９の絶縁性ペーストを、それぞれ製造した。
＜１－５－１．絶縁性ペースト＞
次に説明するように、実施例Ａ１から実施例Ａ１８、実施例Ｂ１から実施例Ｂ９、実施例Ｃ１から実施例Ｃ２７および実施例Ｄ１から実施例Ｄ１８の絶縁性ペースト、ならびに参考例Ｒ０および参考例Ｒ１から参考例Ｒ９の絶縁性ペーストを、それぞれ製造した。
まず、シロキサン樹脂の前駆体としてのメチルトリメトキシシランと、水と、有機溶剤としてのジエチレングリコールモノブチルエーテルと、触媒としての塩酸と、酸化シリコンの多数のフィラーと、を混合して、混合溶液を作製した。このとき、５０質量％のメチルトリメトキシシランと、２０質量％の水と、１５質量％のジエチレングリコールモノブチルエーテルと、５０ｐｐｍの塩酸と、１５質量％の酸化シリコンの多数のフィラーと、を混合した。
次に、自転・公転ミキサーを用いて回転数が８５０ｒｐｍであり、攪拌時間が８分間である条件で、混合溶液を攪拌した。
次に、乾燥炉を用いて、処理温度が８５℃であり、処理時間が１８０分間である条件で、混合溶液が含んでいた、メチルトリメトキシシランの加水分解で生成された副生成物であるメチルアルコールと、有機溶剤と、水と、触媒と、を揮発させた。ここまでの工程で作製された、シロキサン樹脂と、ジエチレングリコールモノブチルエーテルと、多数のフィラーと、を含む、混合溶液を“参考例Ｒ０の絶縁性ペースト”とした。
また、次に、参考例Ｒ０の絶縁性ペーストに対応する混合溶液に、複数の粒状体を添加した後に、自転・公転ミキサーを用いて回転数が８５０ｒｐｍであり、攪拌時間が８分間である条件で、混合溶液を攪拌した。これにより、以下のように、実施例Ａ１から実施例Ａ１８、実施例Ｂ１から実施例Ｂ９、実施例Ｃ１から実施例Ｃ２７および実施例Ｄ１から実施例Ｄ１８の絶縁性ペーストならびに参考例Ｒ１から参考例Ｒ９の絶縁性ペーストが、それぞれ作製された。
＜＜参考例Ｒ１からＲ９に係る絶縁性ペースト＞＞
ここでは、参考例Ｒ１から参考例Ｒ９に係る混合溶液のそれぞれに、ＳｉＯ２の粒状体を添加した。具体的には、参考例Ｒ１から参考例Ｒ３に係る混合溶液のそれぞれに、約１μｍの平均粒子径を有するＳｉＯ２の粒状体を添加した。参考例Ｒ４から参考例Ｒ６に係る混合溶液のそれぞれに、約２．５μｍの平均粒子径を有するＳｉＯ２の粒状体を添加した。参考例Ｒ７から参考例Ｒ９に係る混合溶液のそれぞれに、約３μｍの平均粒子径を有するＳｉＯ２の粒状体を添加した。ここで、約２．５体積％のＳｉＯ２の粒状体を有する混合溶液を、参考例Ｒ１、参考例Ｒ４および参考例Ｒ７に係る絶縁性ペーストとした。約７．５体積％のＳｉＯ２の粒状体を有する混合溶液を、参考例Ｒ２、参考例Ｒ５および参考例Ｒ８に係る絶縁性ペーストとした。約１２．５体積％のＳｉＯ２の粒状体を有する混合溶液を、参考例Ｒ３、参考例Ｒ６および参考例Ｒ９に係る絶縁性ペーストとした。
ここでは、参考例Ｒ１から参考例Ｒ９に係る混合溶液のそれぞれに、ＳｉＯ２の粒状体を添加した。具体的には、参考例Ｒ１から参考例Ｒ３に係る混合溶液のそれぞれに、約１μｍの平均粒子径を有するＳｉＯ２の粒状体を添加した。参考例Ｒ４から参考例Ｒ６に係る混合溶液のそれぞれに、約２．５μｍの平均粒子径を有するＳｉＯ２の粒状体を添加した。参考例Ｒ７から参考例Ｒ９に係る混合溶液のそれぞれに、約３μｍの平均粒子径を有するＳｉＯ２の粒状体を添加した。ここで、約２．５体積％のＳｉＯ２の粒状体を有する混合溶液を、参考例Ｒ１、参考例Ｒ４および参考例Ｒ７に係る絶縁性ペーストとした。約７．５体積％のＳｉＯ２の粒状体を有する混合溶液を、参考例Ｒ２、参考例Ｒ５および参考例Ｒ８に係る絶縁性ペーストとした。約１２．５体積％のＳｉＯ２の粒状体を有する混合溶液を、参考例Ｒ３、参考例Ｒ６および参考例Ｒ９に係る絶縁性ペーストとした。
＜＜実施例Ａ１からＡ１８に係る絶縁性ペースト＞＞
ここでは、実施例Ａ１から実施例Ａ１８に係る混合溶液のそれぞれに、ＴｉＯ２の粒状体とアクリル樹脂の粒状体とを添加した。具体的には、実施例Ａ１から実施例Ａ３に係る混合溶液のそれぞれに、約３０ｎｍの平均粒子径を有するＴｉＯ２の粒状体と約１００ｎｍの平均粒子径を有するアクリル樹脂の粒状体とを添加した。実施例Ａ４から実施例Ａ６に係る混合溶液のそれぞれに、約２００ｎｍの平均粒子径を有するＴｉＯ２の粒状体と約１００ｎｍの平均粒子径を有するアクリル樹脂の粒状体とを添加した。実施例Ａ７から実施例Ａ９に係る混合溶液のそれぞれに、約５００ｎｍの平均粒子径を有するＴｉＯ２の粒状体と約１００ｎｍの平均粒子径を有するアクリル樹脂の粒状体とを添加した。実施例Ａ１０から実施例Ａ１２に係る混合溶液のそれぞれに、約１μｍの平均粒子径を有するＴｉＯ２の粒状体と約１００ｎｍの平均粒子径を有するアクリル樹脂の粒状体とを添加した。実施例Ａ１３から実施例Ａ１５に係る混合溶液のそれぞれに、約２μｍの平均粒子径を有するＴｉＯ２の粒状体と約１００ｎｍの平均粒子径を有するアクリル樹脂の粒状体とを添加した。実施例Ａ１６から実施例Ａ１８に係る混合溶液のそれぞれに、約３μｍの平均粒子径を有するＴｉＯ２の粒状体と約１００ｎｍの平均粒子径を有するアクリル樹脂の粒状体とを添加した。ここで、約２．５体積％のＴｉＯ２の粒状体と約７．５体積％のアクリル樹脂の粒状体とを有する混合溶液を、実施例Ａ１、実施例Ａ４、実施例Ａ７、実施例Ａ１０、実施例Ａ１３および実施例Ａ１６に係る絶縁性ペーストとした。約７．５体積％のＴｉＯ２の粒状体と約７．５体積％のアクリル樹脂の粒状体とを有する混合溶液を、実施例Ａ２、実施例Ａ５、実施例Ａ８、実施例Ａ１１、実施例Ａ１４および実施例Ａ１７に係る絶縁性ペーストとした。約１２．５体積％のＴｉＯ２の粒状体と約７．５体積％のアクリル樹脂の粒状体とを有する混合溶液を、実施例Ａ３、実施例Ａ６、実施例Ａ９、実施例Ａ１２、実施例Ａ１５および実施例Ａ１８に係る絶縁性ペーストとした。
ここでは、実施例Ａ１から実施例Ａ１８に係る混合溶液のそれぞれに、ＴｉＯ２の粒状体とアクリル樹脂の粒状体とを添加した。具体的には、実施例Ａ１から実施例Ａ３に係る混合溶液のそれぞれに、約３０ｎｍの平均粒子径を有するＴｉＯ２の粒状体と約１００ｎｍの平均粒子径を有するアクリル樹脂の粒状体とを添加した。実施例Ａ４から実施例Ａ６に係る混合溶液のそれぞれに、約２００ｎｍの平均粒子径を有するＴｉＯ２の粒状体と約１００ｎｍの平均粒子径を有するアクリル樹脂の粒状体とを添加した。実施例Ａ７から実施例Ａ９に係る混合溶液のそれぞれに、約５００ｎｍの平均粒子径を有するＴｉＯ２の粒状体と約１００ｎｍの平均粒子径を有するアクリル樹脂の粒状体とを添加した。実施例Ａ１０から実施例Ａ１２に係る混合溶液のそれぞれに、約１μｍの平均粒子径を有するＴｉＯ２の粒状体と約１００ｎｍの平均粒子径を有するアクリル樹脂の粒状体とを添加した。実施例Ａ１３から実施例Ａ１５に係る混合溶液のそれぞれに、約２μｍの平均粒子径を有するＴｉＯ２の粒状体と約１００ｎｍの平均粒子径を有するアクリル樹脂の粒状体とを添加した。実施例Ａ１６から実施例Ａ１８に係る混合溶液のそれぞれに、約３μｍの平均粒子径を有するＴｉＯ２の粒状体と約１００ｎｍの平均粒子径を有するアクリル樹脂の粒状体とを添加した。ここで、約２．５体積％のＴｉＯ２の粒状体と約７．５体積％のアクリル樹脂の粒状体とを有する混合溶液を、実施例Ａ１、実施例Ａ４、実施例Ａ７、実施例Ａ１０、実施例Ａ１３および実施例Ａ１６に係る絶縁性ペーストとした。約７．５体積％のＴｉＯ２の粒状体と約７．５体積％のアクリル樹脂の粒状体とを有する混合溶液を、実施例Ａ２、実施例Ａ５、実施例Ａ８、実施例Ａ１１、実施例Ａ１４および実施例Ａ１７に係る絶縁性ペーストとした。約１２．５体積％のＴｉＯ２の粒状体と約７．５体積％のアクリル樹脂の粒状体とを有する混合溶液を、実施例Ａ３、実施例Ａ６、実施例Ａ９、実施例Ａ１２、実施例Ａ１５および実施例Ａ１８に係る絶縁性ペーストとした。
＜＜実施例Ｂ１からＢ９に係る絶縁性ペースト＞＞
ここでは、実施例Ｂ１から実施例Ｂ９に係る混合溶液のそれぞれに、ＳｉＯ２の粒状体とアクリル樹脂の粒状体とを添加した。具体的には、実施例Ｂ１から実施例Ｂ３に係る混合溶液のそれぞれに、約１μｍの平均粒子径を有するＳｉＯ２の粒状体と約１００ｎｍの平均粒子径を有するアクリル樹脂の粒状体とを添加した。実施例Ｂ４から実施例Ｂ６に係る混合溶液のそれぞれに、約２．５μｍの平均粒子径を有するＳｉＯ２の粒状体と約１００ｎｍの平均粒子径を有するアクリル樹脂の粒状体とを添加した。実施例Ｂ７から実施例Ｂ９に係る混合溶液のそれぞれに、約３μｍの平均粒子径を有するＳｉＯ２の粒状体と約１００ｎｍの平均粒子径を有するアクリル樹脂の粒状体とを添加した。ここで、約２．５体積％のＳｉＯ２の粒状体と約７．５体積％のアクリル樹脂の粒状体とを有する混合溶液を、実施例Ｂ１、実施例Ｂ４および実施例Ｂ７に係る絶縁性ペーストとした。約７．５体積％のＳｉＯ２の粒状体と約７．５体積％のアクリル樹脂の粒状体とを有する混合溶液を、実施例Ｂ２、実施例Ｂ５および実施例Ｂ８に係る絶縁性ペーストとした。約１２．５体積％のＳｉＯ２の粒状体と約７．５体積％のアクリル樹脂の粒状体とを有する混合溶液を、実施例Ｂ３、実施例Ｂ６および実施例Ｂ９に係る絶縁性ペーストとした。
ここでは、実施例Ｂ１から実施例Ｂ９に係る混合溶液のそれぞれに、ＳｉＯ２の粒状体とアクリル樹脂の粒状体とを添加した。具体的には、実施例Ｂ１から実施例Ｂ３に係る混合溶液のそれぞれに、約１μｍの平均粒子径を有するＳｉＯ２の粒状体と約１００ｎｍの平均粒子径を有するアクリル樹脂の粒状体とを添加した。実施例Ｂ４から実施例Ｂ６に係る混合溶液のそれぞれに、約２．５μｍの平均粒子径を有するＳｉＯ２の粒状体と約１００ｎｍの平均粒子径を有するアクリル樹脂の粒状体とを添加した。実施例Ｂ７から実施例Ｂ９に係る混合溶液のそれぞれに、約３μｍの平均粒子径を有するＳｉＯ２の粒状体と約１００ｎｍの平均粒子径を有するアクリル樹脂の粒状体とを添加した。ここで、約２．５体積％のＳｉＯ２の粒状体と約７．５体積％のアクリル樹脂の粒状体とを有する混合溶液を、実施例Ｂ１、実施例Ｂ４および実施例Ｂ７に係る絶縁性ペーストとした。約７．５体積％のＳｉＯ２の粒状体と約７．５体積％のアクリル樹脂の粒状体とを有する混合溶液を、実施例Ｂ２、実施例Ｂ５および実施例Ｂ８に係る絶縁性ペーストとした。約１２．５体積％のＳｉＯ２の粒状体と約７．５体積％のアクリル樹脂の粒状体とを有する混合溶液を、実施例Ｂ３、実施例Ｂ６および実施例Ｂ９に係る絶縁性ペーストとした。
＜＜実施例Ｃ１からＣ２７に係る絶縁性ペースト＞＞
ここでは、実施例Ｃ１から実施例Ｃ２７に係る混合溶液のそれぞれに、ＴｉＯ２の粒状体、ＳｉＯ２の粒状体およびアクリル樹脂の粒状体を添加した。具体的には、実施例Ｃ１から実施例Ｃ９に係る混合溶液のそれぞれに、約０．５μｍの平均粒子径を有するＴｉＯ２の粒状体、約１０ｎｍの平均粒子径を有するＳｉＯ２の粒状体および約１００ｎｍの平均粒子径を有するアクリル樹脂の粒状体を添加した。実施例Ｃ１０から実施例Ｃ１８に係る混合溶液のそれぞれに、約１μｍの平均粒子径を有するＴｉＯ２の粒状体、約１０ｎｍの平均粒子径を有するＳｉＯ２の粒状体および約１００ｎｍの平均粒子径を有するアクリル樹脂の粒状体を添加した。実施例Ｃ１９から実施例Ｃ２７に係る混合溶液のそれぞれに、約２μｍの平均粒子径を有するＴｉＯ２の粒状体、約１０ｎｍの平均粒子径を有するＳｉＯ２の粒状体および約１００ｎｍの平均粒子径を有するアクリル樹脂の粒状体を添加した。ここで、約２．５体積％のＴｉＯ２の粒状体と約２５体積％のＳｉＯ２の粒状体と約７．５体積％のアクリル樹脂の粒状体とを有する混合溶液を、実施例Ｃ１、実施例Ｃ１０および実施例Ｃ１９に係る絶縁性ペーストとした。約７．５体積％のＴｉＯ２の粒状体と約２５体積％のＳｉＯ２の粒状体と約７．５体積％のアクリル樹脂の粒状体とを有する混合溶液を、実施例Ｃ２、実施例Ｃ１１および実施例Ｃ２０に係る絶縁性ペーストとした。約１２．５体積％のＴｉＯ２の粒状体と約２５体積％のＳｉＯ２の粒状体と約７．５体積％のアクリル樹脂の粒状体とを有する混合溶液を、実施例Ｃ３、実施例Ｃ１２および実施例Ｃ２１に係る絶縁性ペーストとした。約２．５体積％のＴｉＯ２の粒状体と約２７．５体積％のＳｉＯ２の粒状体と約７．５体積％のアクリル樹脂の粒状体とを有する混合溶液を、実施例Ｃ４、実施例Ｃ１３および実施例Ｃ２２に係る絶縁性ペーストとした。約７．５体積％のＴｉＯ２の粒状体と約２７．５体積％のＳｉＯ２の粒状体と約７．５体積％のアクリル樹脂の粒状体とを有する混合溶液を、実施例Ｃ５、実施例Ｃ１４および実施例Ｃ２３に係る絶縁性ペーストとした。約１２．５体積％のＴｉＯ２の粒状体と約２７．５体積％のＳｉＯ２の粒状体と約７．５体積％のアクリル樹脂の粒状体とを有する混合溶液を、実施例Ｃ６、実施例Ｃ１５および実施例Ｃ２４に係る絶縁性ペーストとした。約２．５体積％のＴｉＯ２の粒状体と約３０体積％のＳｉＯ２の粒状体と約７．５体積％のアクリル樹脂の粒状体とを有する混合溶液を、実施例Ｃ７、実施例Ｃ１６および実施例Ｃ２５に係る絶縁性ペーストとした。約７．５体積％のＴｉＯ２の粒状体と約３０体積％のＳｉＯ２の粒状体と約７．５体積％のアクリル樹脂の粒状体とを有する混合溶液を、実施例Ｃ８、実施例Ｃ１７および実施例Ｃ２６に係る絶縁性ペーストとした。約１２．５体積％のＴｉＯ２の粒状体と約３０体積％のＳｉＯ２の粒状体と約７．５体積％のアクリル樹脂の粒状体とを有する混合溶液を、実施例Ｃ９、実施例Ｃ１８および実施例Ｃ２７に係る絶縁性ペーストとした。
ここでは、実施例Ｃ１から実施例Ｃ２７に係る混合溶液のそれぞれに、ＴｉＯ２の粒状体、ＳｉＯ２の粒状体およびアクリル樹脂の粒状体を添加した。具体的には、実施例Ｃ１から実施例Ｃ９に係る混合溶液のそれぞれに、約０．５μｍの平均粒子径を有するＴｉＯ２の粒状体、約１０ｎｍの平均粒子径を有するＳｉＯ２の粒状体および約１００ｎｍの平均粒子径を有するアクリル樹脂の粒状体を添加した。実施例Ｃ１０から実施例Ｃ１８に係る混合溶液のそれぞれに、約１μｍの平均粒子径を有するＴｉＯ２の粒状体、約１０ｎｍの平均粒子径を有するＳｉＯ２の粒状体および約１００ｎｍの平均粒子径を有するアクリル樹脂の粒状体を添加した。実施例Ｃ１９から実施例Ｃ２７に係る混合溶液のそれぞれに、約２μｍの平均粒子径を有するＴｉＯ２の粒状体、約１０ｎｍの平均粒子径を有するＳｉＯ２の粒状体および約１００ｎｍの平均粒子径を有するアクリル樹脂の粒状体を添加した。ここで、約２．５体積％のＴｉＯ２の粒状体と約２５体積％のＳｉＯ２の粒状体と約７．５体積％のアクリル樹脂の粒状体とを有する混合溶液を、実施例Ｃ１、実施例Ｃ１０および実施例Ｃ１９に係る絶縁性ペーストとした。約７．５体積％のＴｉＯ２の粒状体と約２５体積％のＳｉＯ２の粒状体と約７．５体積％のアクリル樹脂の粒状体とを有する混合溶液を、実施例Ｃ２、実施例Ｃ１１および実施例Ｃ２０に係る絶縁性ペーストとした。約１２．５体積％のＴｉＯ２の粒状体と約２５体積％のＳｉＯ２の粒状体と約７．５体積％のアクリル樹脂の粒状体とを有する混合溶液を、実施例Ｃ３、実施例Ｃ１２および実施例Ｃ２１に係る絶縁性ペーストとした。約２．５体積％のＴｉＯ２の粒状体と約２７．５体積％のＳｉＯ２の粒状体と約７．５体積％のアクリル樹脂の粒状体とを有する混合溶液を、実施例Ｃ４、実施例Ｃ１３および実施例Ｃ２２に係る絶縁性ペーストとした。約７．５体積％のＴｉＯ２の粒状体と約２７．５体積％のＳｉＯ２の粒状体と約７．５体積％のアクリル樹脂の粒状体とを有する混合溶液を、実施例Ｃ５、実施例Ｃ１４および実施例Ｃ２３に係る絶縁性ペーストとした。約１２．５体積％のＴｉＯ２の粒状体と約２７．５体積％のＳｉＯ２の粒状体と約７．５体積％のアクリル樹脂の粒状体とを有する混合溶液を、実施例Ｃ６、実施例Ｃ１５および実施例Ｃ２４に係る絶縁性ペーストとした。約２．５体積％のＴｉＯ２の粒状体と約３０体積％のＳｉＯ２の粒状体と約７．５体積％のアクリル樹脂の粒状体とを有する混合溶液を、実施例Ｃ７、実施例Ｃ１６および実施例Ｃ２５に係る絶縁性ペーストとした。約７．５体積％のＴｉＯ２の粒状体と約３０体積％のＳｉＯ２の粒状体と約７．５体積％のアクリル樹脂の粒状体とを有する混合溶液を、実施例Ｃ８、実施例Ｃ１７および実施例Ｃ２６に係る絶縁性ペーストとした。約１２．５体積％のＴｉＯ２の粒状体と約３０体積％のＳｉＯ２の粒状体と約７．５体積％のアクリル樹脂の粒状体とを有する混合溶液を、実施例Ｃ９、実施例Ｃ１８および実施例Ｃ２７に係る絶縁性ペーストとした。
＜＜実施例Ｄ１からＤ１８に係る絶縁性ペースト＞＞
ここでは、上記実施例Ａｍに係る絶縁性ペーストの一部を、実施例Ｄｍに係る絶縁性ペーストとした（ただし、ｍは１から１８の整数）。
ここでは、上記実施例Ａｍに係る絶縁性ペーストの一部を、実施例Ｄｍに係る絶縁性ペーストとした（ただし、ｍは１から１８の整数）。
＜１－５－２．太陽電池素子＞
次に説明するように、上記実施例Ａ１から実施例Ａ１８、実施例Ｂ１から実施例Ｂ９、実施例Ｃ１から実施例Ｃ２７および実施例Ｄ１から実施例Ｄ１８の絶縁性ペーストをそれぞれ用いて、実施例Ａ１から実施例Ａ１８、実施例Ｂ１から実施例Ｂ９、実施例Ｃ１から実施例Ｃ２７および実施例Ｄ１から実施例Ｄ１８の太陽電池素子１を作製した。また、参考例Ｒ０および参考例Ｒ１から参考例Ｒ９の絶縁性ペーストをそれぞれ用いて、参考例Ｒ０および参考例Ｒ１から参考例Ｒ９の太陽電池素子を作製した。
次に説明するように、上記実施例Ａ１から実施例Ａ１８、実施例Ｂ１から実施例Ｂ９、実施例Ｃ１から実施例Ｃ２７および実施例Ｄ１から実施例Ｄ１８の絶縁性ペーストをそれぞれ用いて、実施例Ａ１から実施例Ａ１８、実施例Ｂ１から実施例Ｂ９、実施例Ｃ１から実施例Ｃ２７および実施例Ｄ１から実施例Ｄ１８の太陽電池素子１を作製した。また、参考例Ｒ０および参考例Ｒ１から参考例Ｒ９の絶縁性ペーストをそれぞれ用いて、参考例Ｒ０および参考例Ｒ１から参考例Ｒ９の太陽電池素子を作製した。
まず、鋳造法で作製したｐ型の多結晶シリコンのインゴットを、２００μｍ程度の厚さにスライスすることで、平面視して一辺が約１５６ｍｍである正方形状の半導体基板２を作製した。ここでは、半導体基板２は、ｐ型のシリコン基板であった。
次に、半導体基板２の表面に対して、水酸化ナトリウム水溶液でごく微量のエッチングを施すことで半導体基板２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した。その後、半導体基板２を洗浄した。
次に、半導体基板２の第２前面２ｆｓ側にＲＩＥ法を用いてテクスチャを形成した。
次に、半導体基板２に、オキシ塩化リンを拡散源とした気相熱拡散法で、リンを拡散させた。これにより、シート抵抗が９０Ω／□程度であるｎ型の第２半導体領域２２を形成した。その後、半導体基板２の外周面２ｓｓ側および第２裏面２ｂｓ側に形成された第２半導体領域をフッ硝酸溶液で除去し、半導体基板２の第２前面２ｆｓ上に残留した燐ガラスをフッ酸溶液で除去した。
次に、ＡＬＤ法を用いて半導体基板２の第２裏面２ｂｓを含む全面の上にパッシベーション膜４として酸化アルミニウム層を形成した。このとき、成膜装置のチャンバー内に載置された半導体基板２の表面温度を２００℃程度に維持し、アルミニウム原料としてＴＭＡを使用するとともに酸化剤としてオゾンガスを使用することで、約３０ｎｍの厚さの酸化アルミニウム層を形成した。
次に、半導体基板２の第２前面２ｆｓ側に形成されたパッシベーション膜４の上に、ＰＥＣＶＤ法を用いて窒化シリコン膜を含む反射防止膜３を形成した。
次に、半導体基板２の第２裏面２ｂｓ上に形成されたパッシベーション膜４上に、スクリーン印刷法で、実施例Ａ１から実施例Ａ１８、実施例Ｂ１から実施例Ｂ９および実施例Ｃ１から実施例Ｃ２７、参考例Ｒ０および参考例Ｒ１から参考例Ｒ９のそれぞれに係る絶縁性ペーストを複数の孔部５ｈを有するパターンで塗布した。そして、塗布後の絶縁性ペーストを、乾燥炉内の温度が３００℃であり、乾燥時間が１０分間である条件で乾燥させた。これにより、膜厚が約１０μｍである、実施例Ａ１から実施例Ａ１８、実施例Ｂ１から実施例Ｂ９および実施例Ｃ１から実施例Ｃ２７のそれぞれに係る保護層５をそれぞれ形成し、参考例Ｒ０および参考例Ｒ１から参考例Ｒ９に係る保護層をそれぞれ形成した。
次に、半導体基板２の第２前面２ｆｓ側に、第２金属ペースト（銀ペースト）を前面電極６のパターンとなるように塗布し、半導体基板２の第２裏面２ｂｓ側には第３金属ペースト（銀ペースト）を第２出力取出電極７ａのパターンとなるように塗布した。また、半導体基板２の第２裏面２ｂｓ側の第２出力取出電極７ａのパターンを除くほぼ全面に、第１金属ペースト（Ａｌペースト）を第２集電電極７ｂのパターンとなるように塗布した。そして、これらの金属ペーストを、最高温度が７５０℃となるように焼成することで、第３半導体領域２３、前面電極６および裏面電極７を形成した。これにより、実施例Ａ１から実施例Ａ１８、実施例Ｂ１から実施例Ｂ９および実施例Ｃ１から実施例Ｃ２７の太陽電池素子１と、参考例Ｒ０および参考例Ｒ１から参考例Ｒ９の太陽電池素子と、を作製した。
また、上記の太陽電池素子１とは別に、実施例Ｄ１から実施例Ｄ１８に係る絶縁性ペーストを用いて、１層の保護層５の代わりに第２保護層と保護層５とを積層させることで、実施例Ｄ１から実施例Ｄ１８の太陽電池素子１を作製した。ここでは、上述したように第２裏面２ｂｓ上に形成されたパッシベーション膜４上に、ＰＥＣＶＤ法を用いて約２００ｎｍの厚さを有する第２保護層としての窒化シリコン膜を形成した。次に、この第２保護層の上に、スクリーン印刷法で、実施例Ｄ１から実施例Ｄ１８に係る絶縁性ペーストのそれぞれを塗布した。そして、塗布後の絶縁性ペーストを、乾燥炉内の温度が３００℃であり、乾燥時間が１０分間である条件で乾燥させた。これにより、膜厚が約９．８μｍである、実施例Ｄ１から実施例Ｄ１８に係る保護層５を形成した。その後、レーザー光を照射することで、保護層５および第２保護層を貫通している複数の孔部５ｈを形成した。このとき、保護層５、第２保護層およびパッシベーション膜４を連続して貫通している複数の貫通孔４５ｈが形成された。
＜１－５－３．保護層における粒状体＞
上記のようにして作製された、実施例Ａ１から実施例Ａ１８、実施例Ｂ１から実施例Ｂ９、実施例Ｃ１から実施例Ｃ２７および実施例Ｄ１から実施例Ｄ１８の太陽電池素子１のそれぞれにおける保護層５の切断面をＳＥＭで観察した。このとき、実施例Ａ１から実施例Ａ１８および実施例Ｄ１から実施例Ｄ１８の各保護層５に、酸化シリコンの非空隙部５ａ１および複数の空隙部５ａ２を有する母材部５ａと、複数のＴｉＯ２の粒状体と、が存在していることが確認された。実施例Ｂ１から実施例Ｂ９の各保護層５には、酸化シリコンの非空隙部５ａ１および複数の空隙部５ａ２を有する母材部５ａと、複数のＳｉＯ２の粒状体と、が存在していることが確認された。実施例Ｃ１から実施例Ｃ２７の各保護層５には、酸化シリコンの非空隙部５ａ１および複数の空隙部５ａ２を有する母材部５ａと、複数のＴｉＯ２の粒状体と、複数のＳｉＯ２の微細な粒状体と、が存在していることが確認された。
上記のようにして作製された、実施例Ａ１から実施例Ａ１８、実施例Ｂ１から実施例Ｂ９、実施例Ｃ１から実施例Ｃ２７および実施例Ｄ１から実施例Ｄ１８の太陽電池素子１のそれぞれにおける保護層５の切断面をＳＥＭで観察した。このとき、実施例Ａ１から実施例Ａ１８および実施例Ｄ１から実施例Ｄ１８の各保護層５に、酸化シリコンの非空隙部５ａ１および複数の空隙部５ａ２を有する母材部５ａと、複数のＴｉＯ２の粒状体と、が存在していることが確認された。実施例Ｂ１から実施例Ｂ９の各保護層５には、酸化シリコンの非空隙部５ａ１および複数の空隙部５ａ２を有する母材部５ａと、複数のＳｉＯ２の粒状体と、が存在していることが確認された。実施例Ｃ１から実施例Ｃ２７の各保護層５には、酸化シリコンの非空隙部５ａ１および複数の空隙部５ａ２を有する母材部５ａと、複数のＴｉＯ２の粒状体と、複数のＳｉＯ２の微細な粒状体と、が存在していることが確認された。
また、上記のようにして作製された、参考例Ｒ０および参考例Ｒ１から参考例Ｒ９の太陽電池素子における保護層の切断面をＳＥＭで観察した。このとき、参考例Ｒ０に係る保護層には、空隙部５ａ２も粒状体５ｂも存在していないことが確認された。参考例Ｒ１から参考例Ｒ９に係る保護層には、空隙部５ａ２が存在しておらず、複数のＳｉＯ２の粒状体が存在していることが確認された。
さらに、実施例Ａ１から実施例Ａ１８、実施例Ｂ１から実施例Ｂ９、実施例Ｃ１から実施例Ｃ２７および実施例Ｄ１から実施例Ｄ１８の各太陽電池素子１を対象として、保護層５における複数の粒状体５ｂの体積率と、母材部５ａにおける複数の空隙部５ａ２の体積率と、を測定した。ここで、保護層５における複数の粒状体５ｂの体積率は、保護層５の５箇所の切断面をＳＥＭで観察することで得られた、母材部５ａの平面積と、複数の粒状体５ｂの平面積の総和と、の比を用いた算出によって得た。また、母材部５ａにおける複数の空隙部５ａ２の体積率は、保護層５の５箇所の切断面をＳＥＭで観察することで得られた、母材部５ａの平面積と、複数の空隙部５ａ２の平面積の総和と、の比を用いた算出によって得た。
ここでは、表１で示されるように、実施例Ａ１、実施例Ａ４、実施例Ａ７、実施例Ａ１０、実施例Ａ１３および実施例Ａ１６に係る各保護層５では、複数の粒状体５ｂとしての複数のＴｉＯ２の粒状体の体積率は、約５体積％であった。実施例Ａ２、実施例Ａ５、実施例Ａ８、実施例Ａ１１、実施例Ａ１４および実施例Ａ１７に係る各保護層５では、複数の粒状体５ｂとしての複数のＴｉＯ２の粒状体の体積率は、約１５体積％であった。実施例Ａ３、実施例Ａ６、実施例Ａ９、実施例Ａ１２、実施例Ａ１５および実施例Ａ１８に係る各保護層５では、複数の粒状体５ｂとしての複数のＴｉＯ２の粒状体の体積率は、約２５体積％であった。
表２で示されるように、実施例Ｂ１、実施例Ｂ４および実施例Ｂ７に係る各保護層５では、複数の粒状体５ｂとしての複数のＳｉＯ２の粒状体の体積率は、約５体積％であった。実施例Ｂ２、実施例Ｂ５および実施例Ｂ８に係る各保護層５では、複数の粒状体５ｂとしての複数のＳｉＯ２の粒状体の体積率は、約１５体積％であった。実施例Ｂ３、実施例Ｂ６および実施例Ｂ９に係る各保護層５では、複数の粒状体５ｂとしての複数のＳｉＯ２の粒状体の体積率は、約２５体積％であった。
表３で示されるように、実施例Ｃ１、実施例Ｃ１０および実施例Ｃ１９に係る各保護層５では、複数のＴｉＯ２の粒状体の体積率は、約５体積％であり、複数のＳｉＯ２の微粒子の体積率は、約５０体積％であった。実施例Ｃ２、実施例Ｃ１１および実施例Ｃ２０に係る各保護層５では、複数のＴｉＯ２の粒状体の体積率は、約１５体積％であり、複数のＳｉＯ２の微粒子の体積率は、約５０体積％であった。実施例Ｃ３、実施例Ｃ１２および実施例Ｃ２１に係る各保護層５では、複数のＴｉＯ２の粒状体の体積率は、約２５体積％であり、複数のＳｉＯ２の微粒子の体積率は、約５０体積％であった。実施例Ｃ４、実施例Ｃ１３および実施例Ｃ２２に係る各保護層５では、複数のＴｉＯ２の粒状体の体積率は、約５体積％であり、複数のＳｉＯ２の微粒子の体積率は、約５５体積％であった。実施例Ｃ５、実施例Ｃ１４および実施例Ｃ２３に係る各保護層５では、複数のＴｉＯ２の粒状体の体積率は、約１５体積％であり、複数のＳｉＯ２の微粒子の体積率は、約５５体積％であった。実施例Ｃ６、実施例Ｃ１５および実施例Ｃ２４に係る各保護層５では、複数のＴｉＯ２の粒状体の体積率は、約２５体積％であり、複数のＳｉＯ２の微粒子の体積率は、約５５体積％であった。実施例Ｃ７、実施例Ｃ１６および実施例Ｃ２５に係る各保護層５では、複数のＴｉＯ２の粒状体の体積率は、約５体積％であり、複数のＳｉＯ２の微粒子の体積率は、約６０体積％であった。実施例Ｃ８、実施例Ｃ１７および実施例Ｃ２６に係る各保護層５では、複数のＴｉＯ２の粒状体の体積率は、約１５体積％であり、複数のＳｉＯ２の微粒子の体積率は、約６０体積％であった。実施例Ｃ９、実施例Ｃ１８および実施例Ｃ２７に係る各保護層５では、複数のＴｉＯ２の粒状体の体積率は、約２５体積％であり、複数のＳｉＯ２の微粒子の体積率は、約６０体積％であった。
表４で示されるように、実施例Ｄ１、実施例Ｄ４、実施例Ｄ７、実施例Ｄ１０、実施例Ｄ１３および実施例Ｄ１６に係る各保護層５では、複数の粒状体５ｂとしての複数のＴｉＯ２の粒状体の体積率は、約５体積％であった。実施例Ｄ２、実施例Ｄ５、実施例Ｄ８、実施例Ｄ１１、実施例Ｄ１４および実施例Ｄ１７に係る各保護層５では、複数の粒状体５ｂとしての複数のＴｉＯ２の粒状体の体積率は、約１５体積％であった。実施例Ｄ３、実施例Ｄ６、実施例Ｄ９、実施例Ｄ１２、実施例Ｄ１５および実施例Ｄ１８に係る各保護層５では、複数の粒状体５ｂとしての複数のＴｉＯ２の粒状体の体積率は、約２５体積％であった。
また、実施例Ａ１から実施例Ａ１８、実施例Ｂ１から実施例Ｂ９、実施例Ｃ１から実施例Ｃ２７および実施例Ｄ１から実施例Ｄ１８に係る各保護層５について、母材部５ａにおける複数の空隙部５ａ２の体積率は、約１５体積％であった。
参考例Ｒ０および参考例Ｒ１から参考例Ｒ９に係る各太陽電池素子についても、保護層における複数の粒状体の体積率と、母材部における複数の空隙部の体積率と、を測定した。この測定方法としては、上記の実施例Ａ１から実施例Ａ１８などに係る各太陽電池素子１と同様な測定方法を用いた。
表５で示されるように、参考例Ｒ０に係る保護層では、複数の粒状体の体積率も、母材部における複数の空隙部の体積率も、０（ゼロ）体積％であった。また、参考例Ｒ１、参考例Ｒ４および参考例Ｒ７に係る各保護層では、複数の粒状体としてのＳｉＯ２の粒状体の体積率は、約５体積％であった。参考例Ｒ２、参考例Ｒ５および参考例Ｒ８に係る各保護層では、複数の粒状体としての複数のＳｉＯ２の粒状体の体積率は、約１５体積％であった。参考例Ｒ３、参考例Ｒ６および参考例Ｒ９に係る各保護層では、複数の粒状体としての複数のＳｉＯ２の粒状体の体積率は、約２５体積％であった。
参考例Ｒ１から参考例Ｒ９の各太陽電池素子における保護層では、母材部における複数の空隙部の体積率は０（ゼロ）体積％であった。
＜１－５－４．出力特性の測定結果＞
ここで、上記のようにして作製された、実施例Ａ１から実施例Ａ１８、実施例Ｂ１から実施例Ｂ９、実施例Ｃ１から実施例Ｃ２７および実施例Ｄ１から実施例Ｄ１８の各太陽電池素子１、ならびに参考例Ｒ０および参考例Ｒ１から参考例Ｒ９の各太陽電池素子、を対象として、最大出力（Ｐｍ）を測定した。ここでは、Ｐｍを、日本工業規格（ＪＩＳ）Ｃ８９１３に準拠した条件で測定した。具体的には、定常光ソーラシミュレーターを用いて、受光面に対する光の照射強度が１００ｍＷ／ｃｍ２であり且つＡＭ（エアマス）が１．５である条件下で測定した。以下では、測定で得られた各Ｐｍは、保護層に粒状体も空隙部も存在していなかった参考例Ｒ０の太陽電池素子におけるＰｍを基準値である１．００として正規化した値で示す。
ここで、上記のようにして作製された、実施例Ａ１から実施例Ａ１８、実施例Ｂ１から実施例Ｂ９、実施例Ｃ１から実施例Ｃ２７および実施例Ｄ１から実施例Ｄ１８の各太陽電池素子１、ならびに参考例Ｒ０および参考例Ｒ１から参考例Ｒ９の各太陽電池素子、を対象として、最大出力（Ｐｍ）を測定した。ここでは、Ｐｍを、日本工業規格（ＪＩＳ）Ｃ８９１３に準拠した条件で測定した。具体的には、定常光ソーラシミュレーターを用いて、受光面に対する光の照射強度が１００ｍＷ／ｃｍ２であり且つＡＭ（エアマス）が１．５である条件下で測定した。以下では、測定で得られた各Ｐｍは、保護層に粒状体も空隙部も存在していなかった参考例Ｒ０の太陽電池素子におけるＰｍを基準値である１．００として正規化した値で示す。
表５で示されるように、参考例Ｒ１から参考例Ｒ９の各太陽電池素子におけるＰｍは、参考例Ｒ０の太陽電池素子におけるＰｍと略同一である１．００であった。上述したように、参考例Ｒ１から参考例Ｒ９の各太陽電池素子では、保護層において母材部も複数の粒状体も同じ酸化シリコンで構成されており、空隙部も存在していなかった。このため、参考例Ｒ１から参考例Ｒ９の各太陽電池素子では、母材部と複数の粒状体との間で屈折率にほとんど差がなく、半導体基板２を透過した赤外線が保護層で散乱および反射を生じにくく、太陽電池素子の変換効率が上昇しなかったものと推定された。
表２で示されるように、実施例Ｂ１から実施例Ｂ９の各太陽電池素子におけるＰｍは、参考例Ｒ０の太陽電池素子におけるＰｍよりも高い、１．０１であった。上述したように、実施例Ｂ１から実施例Ｂ９の各太陽電池素子では、保護層５において母材部５ａの非空隙部５ａ１と複数の粒状体５ｂとが同じ酸化シリコンで構成されていたものの、母材部５ａに複数の空隙部５ａ２が存在していた。このため、母材部５ａの屈折率が、複数の空隙部５ａ２の存在によって複数の粒状体５ｂの屈折率よりも低くなることで、半導体基板２を透過した赤外線が保護層５で散乱および反射を生じやすく、太陽電池素子１の変換効率が上昇したものと推定された。
表１で示されるように、実施例Ａ１から実施例Ａ１８の各太陽電池素子におけるＰｍは、参考例Ｒ０の太陽電池素子におけるＰｍよりも高い、１．０１から１．０２であった。上述したように、実施例Ａ１から実施例Ａ１８の各太陽電池素子では、保護層５において、母材部５ａの非空隙部５ａ１が酸化シリコンで構成され、複数の粒状体５ｂがＴｉＯ２で構成されていた。このため、非空隙部５ａ１の酸化シリコンの屈折率（１．４５から１．５）と、複数の粒状体５ｂのＴｉＯ２の屈折率（２．５２から２．７１）と、が明らかに異なる状態であった。これにより、半導体基板２を透過した赤外線が保護層５で散乱および反射を生じやすく、太陽電池素子１の変換効率が上昇したものと推定された。
表３で示されるように、実施例Ｃ１から実施例Ｃ２７の各太陽電池素子におけるＰｍも、実施例Ａ１から実施例Ａ１８の各太陽電池素子と同様に、参考例Ｒ０の太陽電池素子におけるＰｍよりも高い、１．０１から１．０２であった。上述したように、実施例Ｃ１から実施例Ｃ１８の各太陽電池素子では、保護層５において、母材部５ａの非空隙部５ａ１が酸化シリコンで構成され、複数の粒状体５ｂの少なくとも一部がＴｉＯ２で構成されていた。このため、非空隙部５ａ１の酸化シリコンの屈折率（１．４５から１．５）と、複数の粒状体５ｂのＴｉＯ２の屈折率（２．５２から２．７１）と、が明らかに異なる状態であった。これにより、半導体基板２を透過した赤外線が保護層５で散乱および反射を生じやすく、太陽電池素子１の変換効率が上昇したものと推定された。
表４で示されるように、実施例Ｄ１から実施例Ｄ１８の各太陽電池素子におけるＰｍも、実施例Ａ１から実施例Ａ１８の各太陽電池素子と同様に、参考例Ｒ０の太陽電池素子におけるＰｍよりも高い、１．０１から１．０２であった。上述したように、実施例Ｄ１から実施例Ｄ１８の各太陽電池素子でも、保護層５において、母材部５ａの非空隙部５ａ１が酸化シリコンで構成され、複数の粒状体５ｂがＴｉＯ２で構成されていた。このため、非空隙部５ａ１の酸化シリコンの屈折率（１．４５から１．５）と、複数の粒状体５ｂのＴｉＯ２の屈折率（２．５２から２．７１）と、が明らかに異なる状態であった。これにより、半導体基板２を透過した赤外線が保護層５で散乱および反射を生じやすく、太陽電池素子１の変換効率が上昇したものと推定された。また、ここでは、実施例Ａ１から実施例Ａ１８の各太陽電池素子と比較して、パッシベーション膜４と保護層５との間に第２保護層が存在していても、Ｐｍが低下しないことが確認された。
＜１－６．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１では、例えば、保護層５が、非空隙部５ａ１とこの非空隙部５ａ１の内部に存在している複数の空隙部５ａ２とを含む母材部５ａと、この母材部５ａ内に位置している複数の粒状体５ｂと、を含む。ここで、例えば、複数の粒状体５ｂの屈折率が、母材部５ａの屈折率とは異なっていることで、半導体基板２を透過した赤外線が、保護層５において複数の粒状体５ｂの存在によって散乱および反射され得る。これにより、例えば、半導体基板２を透過した赤外線が、この半導体基板２に対して種々の角度で再入射し得る。その結果、例えば、半導体基板２を一旦透過した赤外線が、半導体基板２に吸収されやすくなる。また、例えば、半導体基板２を透過した赤外線が、裏面電極７まで到達しにくく、裏面電極７の発熱が生じにくい。これにより、例えば、太陽電池素子１の過熱による出力特性の低下が生じにくい。したがって、例えば、太陽電池素子１の光電変換効率が向上し得る。
第１実施形態に係る太陽電池素子１では、例えば、保護層５が、非空隙部５ａ１とこの非空隙部５ａ１の内部に存在している複数の空隙部５ａ２とを含む母材部５ａと、この母材部５ａ内に位置している複数の粒状体５ｂと、を含む。ここで、例えば、複数の粒状体５ｂの屈折率が、母材部５ａの屈折率とは異なっていることで、半導体基板２を透過した赤外線が、保護層５において複数の粒状体５ｂの存在によって散乱および反射され得る。これにより、例えば、半導体基板２を透過した赤外線が、この半導体基板２に対して種々の角度で再入射し得る。その結果、例えば、半導体基板２を一旦透過した赤外線が、半導体基板２に吸収されやすくなる。また、例えば、半導体基板２を透過した赤外線が、裏面電極７まで到達しにくく、裏面電極７の発熱が生じにくい。これにより、例えば、太陽電池素子１の過熱による出力特性の低下が生じにくい。したがって、例えば、太陽電池素子１の光電変換効率が向上し得る。
また、ここで、例えば、各空隙部５ａ２は、保護層５のうちの厚さ方向における半導体基板２側の第１面Ｓｆ１と第１部分７ｂ１側の第２面Ｓｆ２との間の一部の領域に位置しているため、複数の粒状体５ｂの間に母材部５ａが充填されるように位置している。これにより、例えば、保護層５よりも半導体基板２側に位置している部分が、保護層５によって十分に保護され得る。また、例えば、複数の粒状体５ｂの間に母材部５ａが充填されるように位置していれば、保護層５上に金属ペーストを塗布して裏面電極７を形成する際に、保護層５に金属ペーストが染み込みにくい。これにより、例えば、半導体基板２を透過した光の保護層５内への入射が遮られにくく、半導体基板２を透過した光が保護層５内で散乱および反射しやすい。その結果、例えば、半導体基板２を透過した光が、半導体基板２に吸収されやすい。
また、例えば、前面電極６および裏面電極７を形成する際の金属ペーストの焼成時に、非空隙部５ａ１と複数の粒状体５ｂとの界面および半導体基板２と保護層５と裏面電極７との間に熱膨張の差に応じた応力が生じても、この応力は、複数の空隙部５ａ２によって緩和され得る。これにより、例えば、複数の粒状体５ｂを存在させても保護層５に割れが生じにくい。この場合には、例えば、母材部５ａと複数の粒状体５ｂとを含む保護層５によって半導体基板２を保護する性能が向上し得る。その結果、例えば、太陽電池素子１の光電変換効率が向上し得る。
＜２．他の実施形態＞
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および改良などが可能である。
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および改良などが可能である。
＜２－１．第２実施形態＞
上記第１実施形態では、半導体基板２の第２裏面２ｂｓ側において、第２集電電極７ｂの代わりに、例えば、図６で示されるように、第２出力取出電極７ａに交差するように接続している状態の複数本の第２集電電極７ｂが存在していてもよい。この場合には、各第２集電電極７ｂは、第２裏面２ｂｓに沿った長手方向を有する。図６の例では、この長手方向は＋Ｘ方向である。換言すれば、複数本の第２集電電極７ｂが、上述した複数の第１集電電極６ｂと同様に、いわゆるフィンガー状の形態を有していてもよい。各第２集電電極７ｂは、例えば、第２出力取出電極７ａの幅よりも小さい、５０μｍから２００μｍ程度の幅を有する線状の電極である。複数本の第２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んでいる状態で位置している。このような構成を有する第２実施形態に係る太陽電池素子１では、第１裏面１ｂｓに照射される光も半導体基板２に入射され得る。換言すれば、第２実施形態に係る太陽電池素子１は、第１前面１ｆｓおよび第１裏面１ｂｓの双方に入射する光を発電に利用するタイプの素子である。このため、太陽電池素子１の光電変換効率が向上し得る。
上記第１実施形態では、半導体基板２の第２裏面２ｂｓ側において、第２集電電極７ｂの代わりに、例えば、図６で示されるように、第２出力取出電極７ａに交差するように接続している状態の複数本の第２集電電極７ｂが存在していてもよい。この場合には、各第２集電電極７ｂは、第２裏面２ｂｓに沿った長手方向を有する。図６の例では、この長手方向は＋Ｘ方向である。換言すれば、複数本の第２集電電極７ｂが、上述した複数の第１集電電極６ｂと同様に、いわゆるフィンガー状の形態を有していてもよい。各第２集電電極７ｂは、例えば、第２出力取出電極７ａの幅よりも小さい、５０μｍから２００μｍ程度の幅を有する線状の電極である。複数本の第２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んでいる状態で位置している。このような構成を有する第２実施形態に係る太陽電池素子１では、第１裏面１ｂｓに照射される光も半導体基板２に入射され得る。換言すれば、第２実施形態に係る太陽電池素子１は、第１前面１ｆｓおよび第１裏面１ｂｓの双方に入射する光を発電に利用するタイプの素子である。このため、太陽電池素子１の光電変換効率が向上し得る。
＜２－２．第３実施形態＞
上記各実施形態において、例えば、図７で示されるように、複数の粒状体５ｂが、第１材料を含有する第１粒状体５ｂ１と、第１材料とは異なる第２材料を含有する第２粒状体５ｂ２と、を含んでいてもよい。ここでは、例えば、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２、Ｆｅ２Ｏ３、Ｃｕ２Ｏ、Ｎｂ２Ｏ５、ＺｒＯ２、ＨｆＯ２、ＺｎＯ、ＺｎＳ、ＳｉＣおよびＳｉＮのうちの相互に異なる材料が、第１粒状体５ｂ１の材料および第２粒状体５ｂ２の材料として採用され得る。
上記各実施形態において、例えば、図７で示されるように、複数の粒状体５ｂが、第１材料を含有する第１粒状体５ｂ１と、第１材料とは異なる第２材料を含有する第２粒状体５ｂ２と、を含んでいてもよい。ここでは、例えば、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２、Ｆｅ２Ｏ３、Ｃｕ２Ｏ、Ｎｂ２Ｏ５、ＺｒＯ２、ＨｆＯ２、ＺｎＯ、ＺｎＳ、ＳｉＣおよびＳｉＮのうちの相互に異なる材料が、第１粒状体５ｂ１の材料および第２粒状体５ｂ２の材料として採用され得る。
ところで、例えば、絶縁性ペースト中における複数の粒状体５ｂは、材料に応じて凝集しやすい水素イオン指数（ｐＨ）が異なる。このため、例えば、複数の粒状体５ｂが、相互に凝集しやすいｐＨが異なる材料の複数の第１粒状体５ｂ１と複数の第２粒状体５ｂ２とを含んでいれば、絶縁性ペーストにおいて複数の粒状体５ｂが凝集しにくい。これにより、例えば、保護層５において、複数の粒状体５ｂが凝集せずに適度に分散している状態となり得る。その結果、例えば、半導体基板２を透過した光が、保護層５において散乱および反射されやすくなり、半導体基板２を透過した光が半導体基板２に吸収されやすくなる。また、例えば、金属ペーストの塗布および焼成によって前面電極６および裏面電極７を形成する際に、母材部５ａと複数の粒状体５ｂとの間における熱膨張の差に起因して生じる応力が大きくなりにくい。これにより、例えば、保護層５に複数の粒状体５ｂを存在させても保護層５に割れが生じにくく、保護層５による半導体基板２およびパッシベーション膜４を保護する性能が向上し得る。また、例えば、第１粒状体５ｂ１の第１材料の屈折率と第２粒状体５ｂ２の第２材料の屈折率とが異なっていれば、同じ材料の粒状体５ｂが接している部分とは異なり、第１粒状体５ｂ１と第２粒状体５ｂ２とが接している部分でも、屈折率の差に起因して赤外線の散乱および反射が生じ得る。したがって、例えば、太陽電池素子１の光電変換効率が向上し得る。
＜２－３．第４実施形態＞
上記各実施形態において、例えば、図８で示されるように、保護層５は、この保護層５の厚さ方向において、中央部５ｃｔから半導体基板２側に位置している第１領域５１と、中央部５ｃｔから第１部分７ｂ１側に位置している第２領域５２と、を有していてもよい。そして、例えば、第１領域５１における複数の粒状体５ｂの存在密度が、第２領域５２における複数の粒状体５ｂの存在密度よりも大きくてもよい。このような構成を有する保護層５は、例えば、パッシベーション膜４上に、第１領域５１を形成するための絶縁性ペースト（第１絶縁性ペーストともいう）と、第２領域５２を形成するための絶縁性ペースト（第２絶縁性ペーストともいう）と、をこの記載の順に塗布することで、形成され得る。ここでは、例えば、第１絶縁性ペーストが、第２絶縁性ペーストよりも高い密度で複数の粒状体５ｂを有していればよい。上記構成が採用されれば、例えば、半導体基板２を透過した光が、保護層５のうちの半導体基板２に近い第１領域５１で散乱および反射され得る。これにより、例えば、半導体基板２を透過した光が、保護層５を通過する距離が短くなり、保護層５で吸収されにくくなる。その結果、例えば、太陽電池素子１の光電変換効率が向上し得る。
上記各実施形態において、例えば、図８で示されるように、保護層５は、この保護層５の厚さ方向において、中央部５ｃｔから半導体基板２側に位置している第１領域５１と、中央部５ｃｔから第１部分７ｂ１側に位置している第２領域５２と、を有していてもよい。そして、例えば、第１領域５１における複数の粒状体５ｂの存在密度が、第２領域５２における複数の粒状体５ｂの存在密度よりも大きくてもよい。このような構成を有する保護層５は、例えば、パッシベーション膜４上に、第１領域５１を形成するための絶縁性ペースト（第１絶縁性ペーストともいう）と、第２領域５２を形成するための絶縁性ペースト（第２絶縁性ペーストともいう）と、をこの記載の順に塗布することで、形成され得る。ここでは、例えば、第１絶縁性ペーストが、第２絶縁性ペーストよりも高い密度で複数の粒状体５ｂを有していればよい。上記構成が採用されれば、例えば、半導体基板２を透過した光が、保護層５のうちの半導体基板２に近い第１領域５１で散乱および反射され得る。これにより、例えば、半導体基板２を透過した光が、保護層５を通過する距離が短くなり、保護層５で吸収されにくくなる。その結果、例えば、太陽電池素子１の光電変換効率が向上し得る。
また、例えば、第２領域５２は、複数の粒状体５ｂを含んでいてもよいし、含んでいなくてもよい。例えば、第２領域５２が複数の粒状体５ｂを含む場合には、第２領域５２が非空隙部５ａ１を含んでいれば、保護層５に割れが生じにくい。
＜２－４．第５実施形態＞
上記第１実施形態から上記第３実施形態において、例えば、図９および図１０で示されるように、保護層５は、この保護層５の厚さ方向において、順に位置している、第１領域５１と、第２領域５２と、を有していてもよい。第２領域５２は、例えば、半導体基板２と第１領域５１との間に位置しているとともに、少なくとも非空隙部５ａ１を含む。第１領域５１は、例えば、母材部５ａと複数の粒状体５ｂとを含む。また、第１領域５１および第２領域５２は、例えば、母材部５ａの材料が同じであるものであってもよいし、母材部５ａの材料が相互に異なる第１保護層および第２保護層であってもよい。このような構成を有する保護層５は、例えば、パッシベーション膜４上に第２絶縁性ペーストを塗布して乾燥させることで第２領域５２を形成し、第２領域５２上に第１絶縁性ペーストを塗布して乾燥させることで第１領域５１を形成することで、実現され得る。
上記第１実施形態から上記第３実施形態において、例えば、図９および図１０で示されるように、保護層５は、この保護層５の厚さ方向において、順に位置している、第１領域５１と、第２領域５２と、を有していてもよい。第２領域５２は、例えば、半導体基板２と第１領域５１との間に位置しているとともに、少なくとも非空隙部５ａ１を含む。第１領域５１は、例えば、母材部５ａと複数の粒状体５ｂとを含む。また、第１領域５１および第２領域５２は、例えば、母材部５ａの材料が同じであるものであってもよいし、母材部５ａの材料が相互に異なる第１保護層および第２保護層であってもよい。このような構成を有する保護層５は、例えば、パッシベーション膜４上に第２絶縁性ペーストを塗布して乾燥させることで第２領域５２を形成し、第２領域５２上に第１絶縁性ペーストを塗布して乾燥させることで第１領域５１を形成することで、実現され得る。
ここで、例えば、図９で示されるように、第２領域５２が複数の粒状体５ｂを含んでいなければ、第２領域５２が緻密な層となり得る。これにより、例えば、第２領域５２によって半導体基板２およびパッシベーション膜４を保護する機能が向上し得る。この場合には、例えば、第２領域５２に空隙部５ａ２が存在していなければ、第２領域５２がさらに緻密な層となり得る。また、例えば、第２領域５２を形成するために第２絶縁性ペーストを塗布する際に、粒状体５ｂによるパッシベーション膜４の損傷が生じにくい。
また、ここで、例えば、図１０で示されるように、第２領域５２が、複数の粒状体５ｂを含んでおり、第２領域５２における複数の粒状体５ｂの存在密度が、第１領域５１における複数の粒状体５ｂの存在密度よりも小さくてもよい。この場合には、例えば、第１領域５１と第２領域５２との間で、母材部５ａと複数の粒状体５ｂとの間における屈折率の差を異ならせることができる。これにより、例えば、半導体基板２を透過した光が、保護層５において散乱および反射しやすくなる。また、この場合には，例えば、第１領域５１よりも第２領域５２を緻密な層とすることができる。例えば、第１領域５１と比較して、第２領域５２における複数の粒状体５ｂの存在密度および複数の空隙部５ａ２の存在密度を低減することで、第１領域５１よりも第２領域５２を緻密な層とすることができる。また、この場合には、例えば、第２領域５２を形成するために第２絶縁性ペーストを塗布する際に、粒状体５ｂによってパッシベーション膜４が損傷されにくい。
＜２－５．第６実施形態＞
上記各実施形態において、例えば、図１１で示されるように、複数の粒状体５ｂには、表面の一部に金属の反射膜（金属反射膜ともいう）５ｃが位置している粒状体が含まれていてもよい。ここでは、例えば、絶縁性ペーストの製造時において、混合溶液への複数の粒状体の添加前に、スパッタリングなどで粒状体の表面上にアルミニウムなどの金属の薄膜を形成することで、金属反射膜５ｃが表面の一部に位置している粒状体５ｂが形成され得る。
上記各実施形態において、例えば、図１１で示されるように、複数の粒状体５ｂには、表面の一部に金属の反射膜（金属反射膜ともいう）５ｃが位置している粒状体が含まれていてもよい。ここでは、例えば、絶縁性ペーストの製造時において、混合溶液への複数の粒状体の添加前に、スパッタリングなどで粒状体の表面上にアルミニウムなどの金属の薄膜を形成することで、金属反射膜５ｃが表面の一部に位置している粒状体５ｂが形成され得る。
ところで、例えば、保護層５において粒状体５ｂの存在によって光を散乱させるとき、半導体基板２に向けた光と、裏面電極７に向けて粒状体５ｂを透過するように進む光と、を生じる。このとき、例えば、粒状体５ｂの表面に金属反射膜５ｃが存在していれば、裏面電極７に向けて粒状体５ｂを透過するように進む光が金属反射膜５ｃによって反射され得る。これにより、例えば、半導体基板２を透過した光のうち、保護層５によって半導体基板２に向けて散乱および反射される光の割合が高くなり得る。その結果、例えば、太陽電池素子１の光電変換効率が向上し得る。
＜３．その他＞
上記第１実施形態から上記第６実施形態のそれぞれにおいて、例えば、各粒状体５ｂが、母材部５ａの非空隙部５ａ１と同じ材料で構成された本体部と、この本体部の表面を被覆している、非空隙部５ａ１と異なる材料で構成された被覆部と、を有していてもよい。ここで、例えば、非空隙部５ａ１の材料が酸化シリコンである場合に、各粒状体５ｂが、ＳｉＯ２で構成された本体部と、この本体部の表面を被覆するように位置している、ＴｉＯ２で構成された被覆部と、有する構成が考えられる。この場合には、各粒状体５ｂは、例えば、絶縁性ペーストを製造する際に、予めＳｉＯ２の粒の表面に、スパッタリングなどを用いてＴｉＯ２の膜を成膜することで準備することができる。また、例えば、絶縁性ペーストに、平均粒子径が約１μｍのＳｉＯ２の粒状体と、平均粒子径が約１０ｎｍから５０ｎｍのＴｉＯ２の多数の微粒子と、を含有させておいてもよい。
上記第１実施形態から上記第６実施形態のそれぞれにおいて、例えば、各粒状体５ｂが、母材部５ａの非空隙部５ａ１と同じ材料で構成された本体部と、この本体部の表面を被覆している、非空隙部５ａ１と異なる材料で構成された被覆部と、を有していてもよい。ここで、例えば、非空隙部５ａ１の材料が酸化シリコンである場合に、各粒状体５ｂが、ＳｉＯ２で構成された本体部と、この本体部の表面を被覆するように位置している、ＴｉＯ２で構成された被覆部と、有する構成が考えられる。この場合には、各粒状体５ｂは、例えば、絶縁性ペーストを製造する際に、予めＳｉＯ２の粒の表面に、スパッタリングなどを用いてＴｉＯ２の膜を成膜することで準備することができる。また、例えば、絶縁性ペーストに、平均粒子径が約１μｍのＳｉＯ２の粒状体と、平均粒子径が約１０ｎｍから５０ｎｍのＴｉＯ２の多数の微粒子と、を含有させておいてもよい。
上記第１実施形態から上記第６実施形態のそれぞれにおいて、半導体基板２は、単結晶または多結晶のシリコンではなく、例えば、非晶質のシリコンを用いたシリコン基板であってもよい。
上記第１実施形態から上記第６実施形態のそれぞれにおいて、半導体基板２は、例えば、シリコン基板ではなく、銅とインジウムとガリウムとセレンの４種類の元素、またはカドニウムとテルルの２種類の元素などを用いた化合物半導体を有する基板であってもよい。この場合には、例えば、半導体基板２の材料に応じて、半導体基板２を透過しやすい光の波長域が異なる。このため、例えば、複数の粒状体５ｂの粒子径は、半導体基板２を透過しやすい光の波長域に対して、光の散乱が生じやすくなるように設定されればよい。
上記第１実施形態から上記第６実施形態のそれぞれにおいて、複数の粒状体５ｂの素材として、例えば、ＴｉＯ２よりも柔らかいＺｒＯ２を用いれば、絶縁性ペーストの塗布によってパッシベーション膜４に損傷が生じにくい。
上記第１実施形態から上記第６実施形態のそれぞれにおいて、例えば、複数の粒状体５ｂの材料の屈折率が、母材部５ａの非空隙部５ａ１の材料の屈折率よりも低くてもよい。換言すれば、母材部５ａの非空隙部５ａ１の材料と複数の粒状体５ｂの材料との間で、屈折率が異なっていればよい。
上記第１実施形態から上記第６実施形態のそれぞれにおいて、母材部５ａの非空隙部５ａ１の材料は、例えば、酸化シリコンではなく、酸化アルミニウムまたは酸化チタンなどのその他の材料であってもよい。母材部５ａの非空隙部５ａ１の材料には、例えば、１種以上の材料が適用されてもよい。
上記第１実施形態から上記第６実施形態のそれぞれにおいて、絶縁性ペーストが含む有機材料の粒状体が、例えば、保護層５を形成するために絶縁性ペーストを乾燥させる温度では熱分解せずに、前面電極６および裏面電極７を形成するために金属ペーストを焼成する温度で熱分解してもよい。このような構成は、例えば、絶縁性ペーストが含む有機材料の粒状体を構成している材料と、保護層５を形成するために塗布後の絶縁性ペーストを乾燥させる温度と、を適宜調整することで、実現され得る。このような構成が採用されれば、例えば、裏面電極７を形成するために金属ペーストを焼成する際に、保護層５がより緻密なものとなり、第１金属ペーストによってパッシベーション膜４が焼成貫通されにくい。
上記第１実施形態から上記第６実施形態のそれぞれにおいて、太陽電池素子１は、ＰＥＲＣ型の太陽電池素子ではなく、例えば、ＩＢＣ（Interdigitated Back Contact）、ＭＷＴ(Metal Wrap Through)およびＥＷＴ(Emitter Wrap Through)などの構造を有するバックコンタクトタイプの太陽電池素子であってもよい。この場合には、太陽電池素子１では、例えば、パッシベーション膜４は存在していなくてもよく、半導体基板２の第２裏面２ｂｓ上に少なくとも保護層５および裏面側の電極が存在していればよい。ここでは、例えば、パッシベーション膜４が存在していない場合には、空隙部５ａ２は、保護層５と隣接している状態にある層としての半導体基板２および第２集電電極７ｂの第１部分７ｂ１のうちの少なくとも一方の層に接していてもよい。この場合も、保護層５は、例えば、それぞれ保護層５と隣接している状態にある層としての半導体基板２と第１部分７ｂ１との間の領域全体に位置している状態にある。
上記第１実施形態から上記第６実施形態のそれぞれにおいて、例えば、第２出力取出電極７ａが、保護層５上に位置せずに、半導体基板２上に位置していてもよい。この場合には、例えば、太陽電池素子１を製造する際に、第２出力取出電極７ａが形成される部分に、保護層５の厚さ方向に貫通している孔部が存在するように、保護層５を形成する構成が考えられる。ここでは、例えば、半導体基板２の第２裏面２ｂｓ側において、複数の粒状体５ｂの存在に応じた光の散乱の有無によって、保護層５が存在している部分と、保護層５が存在していない部分と、を区別することが可能となり得る。これにより、例えば、撮像および画像処理などを用いて、半導体基板２の第２裏面２ｂｓ側において、保護層５が存在していない領域に合わせて、第２出力取出電極７ａを精度よく形成することができる。このようにして製造される太陽電池素子１では、例えば、第２出力取出電極７ａが半導体基板２に直接接続している状態にあるため、第２出力取出電極７ａの剥離が生じにくい。
上記第１実施形態から上記第６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ることが可能であることは、言うまでもない。
１ 太陽電池素子
２ 半導体基板
３ 反射防止膜
４ パッシベーション膜
５ 保護層
５１ 第１領域
５２ 第２領域
５ａ 母材部
５ａ１ 非空隙部
５ａ２ 空隙部
５ｂ 粒状体
５ｂ１ 第１粒状体
５ｂ２ 第２粒状体
５ｃ 金属反射膜
５ｃｔ 中央部
５ｈ 孔部
６ 前面電極
６ａ 第１出力取出電極
６ｂ 第１集電電極
６ｃ 補助電極
７ 裏面電極
７ａ 第２出力取出電極
７ｂ 第２集電電極
７ｂ１ 第１部分
７ｂ２ 第２部分
４５ｈ 貫通孔
Ｓｆ１ 第１面
Ｓｆ２ 第２面
２ 半導体基板
３ 反射防止膜
４ パッシベーション膜
５ 保護層
５１ 第１領域
５２ 第２領域
５ａ 母材部
５ａ１ 非空隙部
５ａ２ 空隙部
５ｂ 粒状体
５ｂ１ 第１粒状体
５ｂ２ 第２粒状体
５ｃ 金属反射膜
５ｃｔ 中央部
５ｈ 孔部
６ 前面電極
６ａ 第１出力取出電極
６ｂ 第１集電電極
６ｃ 補助電極
７ 裏面電極
７ａ 第２出力取出電極
７ｂ 第２集電電極
７ｂ１ 第１部分
７ｂ２ 第２部分
４５ｈ 貫通孔
Ｓｆ１ 第１面
Ｓｆ２ 第２面
Claims (9)
- 光電変換を行う半導体基板と、
該半導体基板の上に位置しているパッシベーション膜と、
該パッシベーション膜の上に位置している保護層と、
該保護層の上に位置している第１部分、ならびに前記保護層および前記パッシベーション膜を連続して貫通している貫通孔内に位置しており且つ前記半導体基板に接している状態にある第２部分、を有する電極と、を備え、
前記保護層は、母材部と該母材部内に位置している複数の粒状体とを含み、
前記母材部は、非空隙部と複数の空隙部とを含み、
前記保護層は、該保護層の厚さ方向において、前記半導体基板側の第１面と、前記第１部分側の第２面と、を有し、
前記複数の空隙部のそれぞれは、前記保護層のうちの前記厚さ方向における前記第１面と前記第２面との間の一部の領域に位置しており、
前記複数の粒状体の屈折率は、前記母材部の屈折率とは異なる、太陽電池素子。 - 光電変換を行う半導体基板と、
該半導体基板の上に位置している保護層と、
該保護層の上に位置している第１部分および前記半導体基板に電気的に接続している状態にある第２部分を有する電極と、を備え、
前記保護層は、母材部と該母材部内に位置している複数の粒状体とを含み、
前記母材部は、非空隙部と複数の空隙部とを含み、
前記保護層は、該保護層の厚さ方向において、前記半導体基板側の第１面と、前記第１部分側の第２面と、を有し、
前記複数の空隙部のそれぞれは、前記保護層のうちの前記厚さ方向における前記第１面と前記第２面との間の一部の領域に位置しており、
前記複数の粒状体の屈折率は、前記母材部の屈折率とは異なり、
前記複数の粒状体は、表面の一部に金属反射膜が位置している粒状体を含む、太陽電池素子。 - 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、
前記半導体基板は、シリコン基板を含み、
前記保護層は、可視光線の波長域の光よりも赤外線の波長域の光をより多く散乱および反射させる性質を有する、太陽電池素子。 - 請求項２に記載の太陽電池素子であって、
前記半導体基板と前記保護層との間に位置しているパッシベーション膜、をさらに備えている、太陽電池素子。 - 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、
前記複数の粒状体は、第１材料を含有する第１粒状体と、前記第１材料とは屈折率が異なる第２材料を含有する第２粒状体と、を含む、太陽電池素子。 - 請求項１から請求項３および請求項５の何れか１つの請求項に記載の太陽電池素子であって、
前記保護層は、該保護層の厚さ方向における中央部から前記半導体基板側に位置している第１領域と、前記厚さ方向における前記中央部から前記第１部分側に位置している第２領域と、を有しており、
前記第１領域における前記複数の粒状体の存在密度は、前記第２領域における前記複数の粒状体の存在密度よりも大きい、太陽電池素子。 - 請求項１から請求項３および請求項５の何れか１つの請求項に記載の太陽電池素子であって、
前記保護層は、該保護層の厚さ方向において順に位置している、第１領域と、第２領域と、を有し、
前記第２領域は、前記半導体基板と前記第１領域との間に位置しているとともに、少なくとも前記非空隙部を含んでおり、
前記第１領域は、前記母材部と前記複数の粒状体とを含む、太陽電池素子。 - 請求項７に記載の太陽電池素子であって、
前記第２領域における前記複数の粒状体の存在密度は、前記第１領域における前記複数の粒状体の存在密度よりも小さい、太陽電池素子。 - 請求項１から請求項３および請求項５から請求項８の何れか１つの請求項に記載の太陽電池素子であって、
前記非空隙部の材料は、酸化シリコンを含む、太陽電池素子。
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