JP7483245B2 - 太陽電池およびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、太陽電池およびその製造方法に関し、例えば、半導体基板の受光面とは反対の裏面側に電極を設けた裏面電極型の太陽電池およびその製造方法に関する。

再生可能なエネルギーは、エネルギー資源が枯渇することなく使用できるとともに、発電時に地球温暖化の原因となる二酸化炭素を排出しないことから、石油、石炭、天然ガスなどの化石燃料に替わるクリーンなエネルギーとして注目されている。

再生可能なエネルギーの１つに太陽光がある。太陽電池を使用して太陽光を直接的に電力に変換する発電方式は、太陽光発電と呼ばれている。太陽電池とは、光エネルギーを吸収して電気エネルギーに変化する光電変換素子である。

太陽電池には、有機太陽電池や多接合太陽電池など様々な種類があるが、結晶シリコン太陽電池が最も普及している。結晶シリコン太陽電池の最大の課題は、高効率化と低コスト化である。結晶シリコン太陽電池の高効率化に向け、ＰＥＲＣ型セル（Passivated Emitter and Rear Cell)、両面受光型セルなど各種セルの研究、開発、量産が進められているが、電極を半導体基板の裏面にだけ形成することにより半導体基板の表面側の受光面積を大きくした裏面電極型セルが最も高い変換効率を示している。

例えば、非特許文献１には、裏面電極型セルを使用した裏面電極型太陽電池に関する技術が記載されている。

International Technology Roadmap for Photovoltaic (ITRPV), Eighth Edition, September 2017.

本発明者は、ｐ型半導体基板を用いて裏面電極型太陽電池を製造することを検討している。ｐ型半導体基板を用いて裏面電極型太陽電池を製造する場合も、太陽電池の特性をできるだけ向上させることが望まれる。

その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。

一実施の形態によれば、太陽電池は、第１主面および前記第１主面とは反対側の第２主面を有するｐ型の半導体基板と、前記半導体基板内において前記第２主面側に形成されたｎ型の第１半導体領域と、前記半導体基板内において前記第２主面側に形成され、かつ、前記半導体基板よりもｐ型不純物濃度が高いｐ型の第２半導体領域と、を有している。太陽電池は、更に、前記第２主面上に形成され、かつ、ｐ型の前記半導体基板と接する負電荷層と、前記第１半導体領域と接続する第１電極と、前記第２半導体領域と接続する第２電極と、を有している。前記第２電極は前記負電荷層を貫通し、前記負電荷層は、負の固定電荷を含む絶縁体からなる。

一実施の形態によれば、太陽電池の製造方法は、（ａ）第１主面および前記第１主面とは反対側の第２主面を有するｐ型の半導体基板を用意する工程、（ｂ）前記半導体基板内において、前記第２主面側にｎ型の第１半導体領域を形成する工程、（ｃ）前記第２主面上に、ｐ型の前記半導体基板と接する負電荷層を形成する工程、を有する。太陽電池の製造方法は、更に、（ｄ）前記第２主面上に、前記第１半導体領域および前記負電荷層を覆うように、第１絶縁膜を形成する工程、（ｅ）前記第１絶縁膜を貫通して前記第１半導体領域と接続する第１電極と、前記第１絶縁膜および前記負電荷層を貫通して前記半導体基板と接続する第２電極と、を形成する工程、を有する。前記負電荷層は、負の固定電荷を含む絶縁体からなる。前記第２電極は、アルミニウムを主成分として含む。前記（ｅ）工程は、熱処理工程を含む。前記熱処理工程で、前記第２電極から前記半導体基板にアルミニウムが拡散することにより、前記半導体基板内において前記第２電極に隣接する位置に、前記半導体基板よりもｐ型不純物濃度が高いｐ型の第２半導体領域が形成される。

一実施の形態によれば、太陽電池の特性を向上させることができる。

一実施の形態の太陽電池の要部断面図である。 一実施の形態の太陽電池の要部平面図である。 一実施の形態の太陽電池の要部平面図である。 一実施の形態の太陽電池の変形例の要部平面図である。 一実施の形態の太陽電池の他の変形例の要部平面図である。 一実施の形態の太陽電池の製造工程を示す断面図である。 図６に続く太陽電池の製造工程を示す断面図である。 図７に続く太陽電池の製造工程を示す断面図である。 図８に続く太陽電池の製造工程を示す断面図である。 図９に続く太陽電池の製造工程を示す断面図である。 図１０に続く太陽電池の製造工程を示す断面図である。 図１１に続く太陽電池の製造工程を示す断面図である。 図１２に続く太陽電池の製造工程を示す断面図である。 図１３に続く太陽電池の製造工程を示す断面図である。 第１検討例の太陽電池の要部断面図である。 第２検討例の太陽電池の要部断面図である。 太陽電池の特性を示す表である。 他の実施の形態の太陽電池の製造工程を示す断面図である。 図１８に続く太陽電池の製造工程を示す断面図である。 他の実施の形態の太陽電池の製造工程を示す断面図である。 図２０に続く太陽電池の製造工程を示す断面図である。 図２１に続く太陽電池の製造工程を示す断面図である。 図２２に続く太陽電池の製造工程を示す断面図である。 図２３に続く太陽電池の製造工程を示す断面図である。 図２４に続く太陽電池の製造工程を示す断面図である。

以下、実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。また、以下の実施の形態では、特に必要なとき以外は同一または同様な部分の説明を原則として繰り返さない。

（実施の形態１）
＜太陽電池の構造について＞
本発明の一実施の形態の太陽電池を図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施の形態である太陽電池１の要部断面図であり、図２および図３は、太陽電池１の要部平面図である。図２および図３のＡ－Ａ線の位置での断面図が、図１にほぼ対応している。図２には、半導体基板２の表面２ａ側からｎ型半導体領域３、ｐ型半導体領域４および負電荷層５を見た場合の平面図が示されている。また、図３には、図２においてｐ型半導体領域４を透視し、かつ、電極７，８の形成位置を追加した平面図が示されている。なお、電極８は負電荷層５を貫通しているが、電極７はｎ型半導体領域３を貫通していないため、図３では、電極７の位置は点線で示されている。

本実施の形態の太陽電池１は、裏面電極型太陽電池（裏面電極型結晶シリコン太陽電池）である。

図１～図３に示されるように、本実施の形態の太陽電池１は、ｐ型不純物が導入されたｐ型の半導体基板２を有している。半導体基板２は、好ましくは、結晶シリコンからなるシリコン基板である。半導体基板２は、受光面である表面（主面）２ａと、表面２ａとは反対側の裏面（主面）２ｂとを有している。表面２ａおよび裏面２ｂは、半導体基板２の主面である。太陽光は、半導体基板２の表面２ａ側から半導体基板２に入射される。

半導体基板２の表面２ａ側の構造は、種々変更可能である。例えば、図１の場合は、半導体基板２の表面２ａはほぼ平坦な面として描かれているが、他の形態として、テクスチャ構造と呼ばれる凹凸構造を半導体基板２の表面２ａに設けることもできる。また、半導体基板２の表面２ａ側に、ｐ型不純物が半導体基板２よりも高濃度に導入されたｐ型高濃度半導体領域（図示せず）を設けることもできる。また、半導体基板２の表面２ａ上に、反射防止用の絶縁膜（図示せず）などを設けることもできる。

また、本実施の形態では、半導体基板２の裏面２ｂは、ほぼ平坦な面であるが、他の形態として、テクスチャ構造と呼ばれる凹凸構造を半導体基板２の裏面２ｂに設けることもできる。

図１～図３に示されるように、半導体基板２内において、半導体基板２の裏面２ｂ側には、ｎ型不純物が導入されたｎ型半導体領域（エミッタ領域）３と、ｐ型不純物が高濃度に導入されたｐ型半導体領域４とが、形成されている。ｎ型半導体領域３とｐ型半導体領域４は、半導体基板２内において、互いに離間して形成されている。半導体基板２の裏面２ｂ上には、負電荷層５と、絶縁膜６と、電極（エミッタ用電極）７と、電極（ＢＳＦ用電極）８とが、形成されている。平面視において、電極７はｎ型半導体領域３と重なっており、電極８はｐ型半導体領域４と重なっている。電極７は、ｎ型半導体領域３と接続し、電極８は、負電荷層５を貫通してｐ型半導体領域４と接続している。これら構成要素について、以下に具体的に説明する。

ｐ型半導体領域４は、電極８と隣接するように、半導体基板２内に形成されている。電極８（ＢＳＦ用電極）は、絶縁膜６および負電荷層５を貫通しており、ｐ型半導体領域４（ＢＳＦ領域）と接して電気的に接続されている。ｐ型半導体領域４と電極８とは、半導体基板２の厚さ方向において互いに隣り合っており、半導体基板２の表面２ａに近い側を上方としたときに、電極８の上方にｐ型半導体領域４が存在している。平面視において、ｐ型半導体領域４は電極８と重なっている。ｐ型半導体領域４と半導体基板２とは、いずれもｐ型の導電型を示すが、ｐ型半導体領域４の不純物濃度（ｐ型不純物濃度）は、半導体基板２の不純物濃度（ｐ型不純物濃度）よりも高い。このため、ｐ型半導体領域４は、半導体基板２よりもｐ型不純物濃度が高いｐ型高濃度半導体領域である。ｐ型半導体領域４は、電極８の接続抵抗を低減する機能と、ＢＳＦ（Back Surface Field）領域としての機能とを有している。

ｎ型半導体領域３は、半導体基板２の裏面２ｂに接するように、従って、半導体基板２の裏面２ｂで露出されるように、半導体基板２内に形成されている。裏面２ｂ以外では、ｎ型半導体領域３は、ｐ型の基板領域で囲まれており、ｎ型半導体領域３とｐ型の基板領域との間で、ＰＮ接合が形成されている。なお、ｐ型の基板領域とは、ｐ型を維持している部分の半導体基板２に対応している。

ｎ型半導体領域３は、エミッタ領域として機能する。電極（エミッタ用電極）７は、ｎ型半導体領域３（エミッタ領域）と接触しており、ｎ型半導体領域３と電気的に接続されている。

半導体基板２の裏面２ｂの一部上には、半導体基板２と接するように、負電荷層５が配置されている。負電荷層５は、内部に負の固定電荷（ここでは電子）を含む絶縁層からなる。すなわち、負電荷層５自体は、絶縁体材料からなるが、絶縁体材料からなる負電荷層５の内部には、負の固定電荷が蓄えられている（保持されている）。

具体的には、負電荷層５は、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、マグネシウム（Ｍｇ）、ハフニウム（Ｈｆ）、ジルコニウム（Ｚｒ）およびスカンジウム（Ｓｃ）からなる群から選択された少なくとも一種と、酸素（Ｏ）とを主成分とする絶縁層からなる。このため、負電荷層５は、金属酸化物からなり、その金属酸化物を構成する金属元素は、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、マグネシウム（Ｍｇ）、ハフニウム（Ｈｆ）、ジルコニウム（Ｚｒ）およびスカンジウム（Ｓｃ）からなる群から選択された少なくとも一種からなる。負電荷層５は、シリコン（Ｓｉ）や水素（Ｈ）などを更に含有する場合もあり得る。負電荷層５がシリコン（Ｓｉ）も含む場合は、負電荷層５は、金属シリケートからなり、その金属シリケートを構成する金属元素は、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、マグネシウム（Ｍｇ）、ハフニウム（Ｈｆ）、ジルコニウム（Ｚｒ）およびスカンジウム（Ｓｃ）からなる群から選択された少なくとも一種からなる。

負電荷層５は、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法またはＡＬＤ（Atomic layer Deposition）法などの成膜法を用いて形成することができる。負電荷層５を構成する絶縁体材料として上述した材料を選択するとともに、成膜時に、形成される膜中に負の固定電荷（ここでは電子）が蓄えられるように、負電荷層５の成膜工程を行うことで、負の固定電荷を含む絶縁層からなる負電荷層５を形成することができる。

負電荷層５の厚さは、例えば２～２０ｎｍ程度とすることができる。負電荷層５の電荷密度（実効固定電荷密度）は、例えば１．０×１０^１１～１．０×１０^１４／ｃｍ^２程度とすることができる。なお、ここで示した電荷密度は、実効固定電荷を電荷素量で割った値で示してある。

平面視において、ｎ型半導体領域３は、半導体基板２の裏面２ｂ全体に形成されているのではなく、半導体基板２の裏面２ｂ内に部分的に形成されている。半導体基板２の裏面２ｂは、ｎ型半導体領域３となっている部分以外は、ｐ型の基板領域により構成されている。負電荷層５は、半導体基板２の裏面２ｂ上に形成されているが、半導体基板２の裏面２ｂのうち、ｐ型となっている部分（ｐ型基板領域）上に形成されている。ｎ型半導体領域３の下面上には、負電荷層５は形成されておらず、ｎ型半導体領域３の下面は、負電荷層５と接していない。負電荷層５は、ｐ型の基板領域と接している。なお、ｎ型半導体領域３の下面とは、半導体基板２の裏面２ｂの一部を構成する面である。

図１～図３の場合は、負電荷層５は、平面視において、ｎ型半導体領域３と隣り合うように形成されている。他の形態として、負電荷層５は、平面視において、ｎ型半導体領域３と離間するように形成することもでき、その場合は、平面視において負電荷層５とｎ型半導体領域３との間に所定の間隔が空いた状態になる。

また、半導体基板２内には、ｎ型半導体領域３は複数形成されており、それら複数のｎ型半導体領域３は、平面視において、互いに離間している。平面視において、隣り合うｎ型半導体領域３の間に、負電荷層５およびｐ型半導体領域４が配置されている。このため、平面視において、負電荷層５およびｐ型半導体領域４の組と、ｎ型半導体領域３とが、交互に並んだ状態となっている。

半導体基板２の裏面２ｂのほぼ全体上に、負電荷層５を覆うように、絶縁膜６が形成されている。電極７は、絶縁膜６を貫通してｎ型半導体領域３に到達しており、ｎ型半導体領域３と接して電気的に接続されている。また、電極８は、絶縁膜６および負電荷層５を貫通してｐ型半導体領域４に到達しており、ｐ型半導体領域４と接して電気的に接続されている。電極７は、エミッタ領域であるｎ型半導体領域３と接続されているため、エミッタ用電極として機能することができる。また、電極８は、ＢＳＦ領域であるｐ型半導体領域４と接続されているため、ＢＳＦ用電極として機能することができる。本実施の形態の太陽電池１においては、半導体基板２の裏面２ｂ側にエミッタ用電極（電極７）およびＢＳＦ用電極（電極８）が形成されており、半導体基板２の受光面である表面２ａ側には、電極（太陽光により生成された電荷を取り出すための電極）は、形成されていない。このため、本実施の形態の太陽電池１は、裏面電極型の太陽電池であり、電極に邪魔されることなく受光面積を大きくすることができるため、光電変換効率を向上させることができる。

図４は、本実施の形態の太陽電池１の変形例を示す要部平面図であり、図５は、本実施の形態の太陽電池１の他の変形例を示す要部平面図であり、上記図２に対応している。図２～図５に示されるＸ方向およびＹ方向は、互いに直交する方向である。図２～図５のいずれの場合も、単位セルＣＬの構造がＸ方向に複数繰り返されており、太陽電池１を構成する半導体基板２の一部が図示されている。

図２の場合は、ｎ型半導体領域３、ｐ型半導体領域４および負電荷層５は、それぞれＹ方向が長辺方向となる略長方形状の平面形状を有している。ｎ型半導体領域３は、Ｘ方向に互いに離間して複数配置されており、平面視においてＸ方向に隣り合うｎ型半導体領域３の間に、負電荷層５およびｐ型半導体領域４が配置されている。すなわち、Ｘ方向に隣り合うｎ型半導体領域３の間に負電荷層５が配置され、その負電荷層５を電極８が貫通し、負電荷層５を貫通した電極８と平面視で重なるようにｐ型半導体領域４が配置されている。また、Ｘ方向に離間して隣り合うｎ型半導体領域３同士が、Ｙ方向の両端部において連結されている場合もあり得るが、その場合は、負電荷層５およびｐ型半導体領域４は、平面視において周囲をｎ型半導体領域３で囲まれた状態になる。

図２に示されるｎ型半導体領域３のＸ方向の幅Ｗ１は、例えば３０～２５００μｍ程度とすることができる。図２に示されるｐ型半導体領域４のＸ方向の幅Ｗ２は、例えば１０～１５０μｍ程度とすることができる。図２に示される負電荷層５のＸ方向の幅Ｗ３は、例えば１０～５００μｍ程度とすることができる。Ｗ１とＷ３の比率（Ｗ１：Ｗ３）は、例えば１：１～９：１程度とすることができる。

図２の場合は、Ｘ方向に隣り合うｎ型半導体領域３の間に、Ｙ方向に延在するライン状のｐ型半導体領域４が配置されている。それに対して、図４の場合は、Ｘ方向に隣り合うｎ型半導体領域３の間において、Ｙ方向に互いに離間する複数のｐ型半導体領域４が配置されている点が、図２の場合と相違している。図４の場合、各ｐ型半導体領域４の平面形状は、略長方形状であり、各ｐ型半導体領域４は、負電荷層５を貫通した電極８と平面視で重なるように配置されている。

図５の場合は、Ｘ方向に隣り合うｎ型半導体領域３の間において、Ｙ方向に互いに離間する複数のｐ型半導体領域４が配置されている点が、図２の場合と相違している。図５の場合、各ｐ型半導体領域４の平面形状は、略円形状（ドット状）であり、各ｐ型半導体領域４は、負電荷層５を貫通した電極８と平面視で重なるように配置されている。

各ｐ型半導体領域４の平面形状は、種々変更可能である。例えば、負電荷層５を貫通する電極８の平面形状に応じて、ｐ型半導体領域４の平面形状を設定することができる。

＜太陽電池の動作について＞
本実施の形態の太陽電池１の動作について、図１を参照しながら説明する。

まず、図１において、太陽電池１の受光面である半導体基板２の表面２ａに、上方から可視光や赤外光を含む太陽光が照射されると、太陽電池１を構成する半導体基板２の内部に太陽光が入射する。半導体基板２内に入射した太陽光は、半導体基板２内のｎ型半導体領域３やｐ型半導体領域４にも入射する。このとき、太陽光のうち、シリコンのバンドギャップよりも大きなエネルギーを有する光は吸収される。具体的には、価電子帯に存在する電子が、太陽光から供給される光エネルギーを受け取って、伝導帯に励起される。これにより、伝導帯に電子が蓄積されるとともに、価電子帯に正孔（ホール）が生成される。このようにして、太陽電池１に太陽光が入射されることにより、太陽光に含まれるシリコンのバンドギャップよりも大きな光エネルギーを有する光が吸収されて伝導帯に電子が励起されるとともに、価電子帯に正孔が生成される。そして、ＰＮ接合部の一方を構成するｎ型半導体領域３に電子が蓄積され、ＰＮ接合部の他方を構成する半導体基板２のｐ型基板領域およびｐ型半導体領域４に正孔が蓄積する。その結果、電極７と電極８との間に起電力が生じる。そして、例えば、太陽電池１の外部において電極７と電極８との間に負荷を接続すると、電極７から負荷を通って電極８に電子が流れる。言い換えれば、電極８から負荷を通って電極７に電流が流れる。

このようにして、太陽電池１を動作させることにより、負荷を駆動することができる。

ところで、上述のように、半導体基板２の表面２ａ側から半導体基板２内に太陽光が入射すると、半導体基板２において太陽光の光エネルギーが吸収されて、価電子帯に存在する電子が伝導帯に励起される結果、半導体基板２の内部に電子・正孔対が形成される。このとき発生した少数キャリアである電子が正孔と再結合して消滅すると、太陽電池の光電変換効率が低下する。

ここで、負電荷層５は、内部に負の固定電荷（ここでは電子）を含んでいる。このため、負電荷層５の内部に負の固定電荷が多数存在することから、負電荷層５内の負の固定電荷と半導体基板２内の電子との電気的な斥力によって、半導体基板２内の電子は、負電荷層５から遠ざけられる。これにより、電子と正孔との再結合が抑制される。従って、負電荷層５は、半導体基板２内の電子を負電荷層５から遠ざけて電子と正孔との再結合を抑制する機能を有している。負電荷層５を設けたことにより、電子と正孔との再結合が抑制されることで、太陽電池の光電変換効率を向上させることができる。

また、ｐ型半導体領域４は、アクセプタ（ここではアルミニウム）を含んでおり、そのアクセプタは、マイナス（負）に帯電している。このため、ｐ型半導体領域４内には、マイナス（負）に帯電したアクセプタ（ここではアルミニウム）が多数存在することから、ｐ型半導体領域４内では少数キャリア（ここでは電子）に対するエネルギー帯ポテンシャルが高くなる。その結果、ｐ型半導体領域４は、半導体基板２内の電子をｐ型半導体領域４付近から遠ざけて、電子と正孔との再結合を抑制する機能を有している。ｐ型半導体領域４を設けたことにより、電子と正孔との再結合が抑制されることで、太陽電池の光電変換効率を向上させることができる。

従って、負電荷層５とｐ型半導体領域４の両者が、電子を遠ざけて電子と正孔との再結合を抑制する機能を有することになる。また、ｐ型半導体領域４は、電極８のコンタクト抵抗を低減する機能も有している。

＜太陽電池の製造方法＞
本実施の形態の太陽電池１の製造方法の一例について、図６～図１４を参照して説明する。図６～図１４は、本実施の形態の太陽電池１の製造工程を示す断面図であり、上記図１に対応する断面が示されている。

まず、図６に示されるように、表面２ａおよび裏面２ｂを有する半導体基板を用意する。半導体基板２は、ｐ型不純物（例えばボロン（Ｂ））が導入されたｐ型の結晶シリコンからなる。

次に、図７に示されるように、半導体基板２の裏面２ｂ側にｎ型半導体領域３ａを形成する。例えばイオン注入法を用いて半導体基板２にｎ型不純物を導入（ドープ）することにより、ｎ型半導体領域３ａを形成することができるが、それ以外の手法（例えば熱拡散法など）を用いてｎ型半導体領域３ａを形成することも可能である。ｎ型半導体領域３ａは、半導体基板２の裏面２ｂから所定の深さにわたって形成される。ｎ型半導体領域３ａを形成するために半導体基板２に導入されるｎ型不純物は、例えばリン（Ｐ）である。ｎ型半導体領域３ａは、半導体基板２の裏面２ｂから内部に向けてリン（Ｐ）濃度が徐々に低下する濃度勾配を有しており、半導体基板２の裏面２ｂ近傍に、ｎ型不純物が高濃度に導入されたｎ型高濃度半導体領域として、ｎ型半導体領域３ａが形成される。この段階では、半導体基板２の裏面２ｂ全体に、所定の厚さを有するｎ型半導体領域３ａが形成されている。

次に、図８に示されるように、ｎ型半導体領域３ａを部分的に除去する。すなわち、ｎ型半導体領域３として残す部分以外のｎ型半導体領域３ａを除去する。残存するｎ型半導体領域３ａにより、エミッタ領域としてのｎ型半導体領域３が形成される。ｎ型半導体領域３ａを残してｎ型半導体領域３とした領域では、半導体基板２の裏面２ｂはｎ型半導体領域３により形成され、ｎ型半導体領域３ａを除去した領域では、半導体基板２の裏面２ｂはｐ型の基板領域により形成される。ｎ型半導体領域３ａを部分的に除去する手法は、例えばエッチング法を用いることができるが、それ以外の手法（例えばレーザ加工など）を用いることも可能である。

また、本実施の形態では、半導体基板２の裏面２ｂ全体にｎ型半導体領域３ａを形成した後に、ｎ型半導体領域３ａを部分的に除去することにより、半導体基板２の裏面２ｂ側にｎ型半導体領域３を形成している。他の形態として、半導体基板２の裏面２ｂ全面にｎ型半導体領域３ａを形成することは行わずに、半導体基板２の裏面２ｂに部分的にｎ型半導体領域３を形成することもでき、その場合は、ｎ型半導体領域３は、例えばマスクを用いたイオン注入法などを用いて形成することができる。

次に、負電荷層５を形成する。負電荷層５は、例えば次のようにして形成することができる。

すなわち、まず、図９に示されるように、半導体基板２の裏面２ｂ全面上に、絶縁膜５ａを形成する。絶縁膜５ａは、ＣＶＤ法またはＡＬＤ法などを用いて形成することができるが、絶縁膜５ａの成膜時に、形成される絶縁膜５ａ中に負の固定電荷（ここでは電子）が蓄えられるように、絶縁膜５ａの成膜工程を行う。これにより、内部に負の固定電荷を含む絶縁膜５ａが形成される。

絶縁膜５ａは、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、マグネシウム（Ｍｇ）、ハフニウム（Ｈｆ）、ジルコニウム（Ｚｒ）およびスカンジウム（Ｓｃ）からなる群から選択された少なくとも一種と、酸素（Ｏ）とを主成分とする絶縁膜からなる。このため、絶縁膜５ａは、金属酸化物からなり、その金属酸化物を構成する金属元素は、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、マグネシウム（Ｍｇ）、ハフニウム（Ｈｆ）、ジルコニウム（Ｚｒ）およびスカンジウム（Ｓｃ）からなる群から選択された少なくとも一種からなる。絶縁膜５ａは、シリコン（Ｓｉ）や水素（Ｈ）などを更に含有する場合もあり得る。絶縁膜５ａがシリコン（Ｓｉ）も含む場合は、絶縁膜５ａは、金属シリケートからなり、その金属シリケートを構成する金属元素は、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、マグネシウム（Ｍｇ）、ハフニウム（Ｈｆ）、ジルコニウム（Ｚｒ）およびスカンジウム（Ｓｃ）からなる群から選択された少なくとも一種からなる。

それから、図１０に示されるように、絶縁膜５ａを部分的に除去する。すなわち、負電荷層５として残す部分以外の絶縁膜５ａを除去する。残存する絶縁膜５ａにより、負電荷層５が形成される。ｎ型半導体領域３上の絶縁膜５ａは除去される。負電荷層５は、半導体基板２の裏面２ｂ上に位置し、半導体基板２の裏面２ｂに接している。図１０の場合は、図８の工程でｎ型半導体領域３ａが除去された領域に、負電荷層５が配置されている。絶縁膜５ａを部分的に除去する手法は、例えばエッチング法を用いることができるが、それ以外の手法（例えばレーザ加工など）を用いることも可能である。

次に、図１１に示されるように、半導体基板２の裏面２ｂ全面上に、ｎ型半導体領域３および負電荷層５を覆うように、絶縁膜６を形成する。

絶縁膜６は、絶縁膜５ａとは異なる絶縁材料からなることが好ましい。すなわち、絶縁膜６は、上述したような絶縁膜５ａに適した材料は使用しないことが好ましい。具体的には、絶縁膜６は、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、マグネシウム（Ｍｇ）、ハフニウム（Ｈｆ）、ジルコニウム（Ｚｒ）およびスカンジウム（Ｓｃ）からなる群から選択された金属元素は、主成分として含有していないことが好ましく、別の見方をすると、絶縁膜６は、金属酸化物膜ではないことが好ましい。これは、絶縁膜５ａは、負の固定電荷を含む絶縁膜であるが、絶縁膜６は、負の固定電荷をできるだけ含んでいない方が好ましいからである。これにより、製造された太陽電池において、絶縁膜６がｎ型半導体領域３に悪影響を及ぼすのを、抑制または防止することができる。絶縁膜６としては、例えば窒化シリコン膜または酸化シリコン膜などを好適に用いることができる。絶縁膜６は、例えばＣＶＤ法などを用いて形成することができる。

次に、図１２に示されるように、絶縁膜６および負電荷層５を貫通する開口部１１を形成する。開口部１１は、例えばエッチング法を用いて形成することができる。開口部１１の底部では、半導体基板２の裏面２ｂが露出される。なお、開口部１１の底部で露出されるのは、ｎ型半導体領域３ではなく、ｐ型の基板領域(ｐ型の半導体基板２)である。

次に、図１３に示されるように、電極７用の電極材料からなる電極材料部７ａと、電極８用の電極材料からなる電極材料部８ａとを、形成する。電極材料部７ａと電極材料部８ａとは、互いに異なる材料からなる。電極材料部７ａおよび電極材料部８ａは、それぞれ印刷法を用いて形成することができる。電極材料部７ａは、絶縁膜６上に形成されており、半導体基板２とは接していない。但し、電極材料部７ａは、平面視においてｎ型半導体領域３と重なる位置に形成されている。一方、電極材料部８ａは、開口部１１内を埋めるように形成され、従って、平面視において開口部１１と重なるように形成される。このため、電極材料部８ａは、開口部１１から露出する半導体基板２の裏面２ｂ（ｐ型基板領域）と接している。

次に、熱処理を行うことにより、電極材料部７ａおよび電極材料部８ａの焼結を行う。熱処理は、例えば焼成炉を用いて行うことができる。電極材料部７ａが熱処理によって焼結することにより、電極７が形成され、電極材料部８ａが熱処理によって焼結することにより、電極８が形成される。

電極材料部８ａは、主成分（主導体成分）としてアルミニウム（Ａｌ）を含有している。言い換えると、電極材料部８ａは、半導体基板２中に拡散したときにｐ型不純物として機能するような金属、すなわちアルミニウム（Ａｌ）を、主成分としている。このため、電極材料部８ａの焼結により形成される電極８は、アルミニウム（Ａｌ）を主成分とするアルミニウム（Ａｌ）電極である。熱処理により、電極材料部８ａを構成する電極材料は、半導体基板２との間で合金層（Ａｌ－Ｓｉ合金層）を形成することができる。このため、電極８と半導体基板２との界面には、Ａｌ－Ｓｉ合金層が存在し得る。また、電極材料部８ａを焼結するための熱処理の際に、電極材料部８ａを構成する電極材料中のアルミニウム（Ａｌ）が半導体基板２中に拡散することにより、ｐ型不純物として機能し得るアルミニウム（Ａｌ）が導入されたｐ型半導体領域４が形成される。従って、電極７，８およびｐ型半導体領域４を、共通の熱処理により形成することができる。ｐ型半導体領域４は、ｐ型不純物として機能し得るアルミニウム（Ａｌ）が導入（ドープ）された分、ｐ型半導体領域４の周囲のｐ型の基板領域（ｐ型の半導体基板２）よりも、ｐ型不純物濃度が高くなる。ｐ型半導体領域４は、半導体基板２において、電極８と隣接する位置に形成されるが、ｐ型半導体領域４と電極８との間に、上述したＡｌ－Ｓｉ合金層が介在していてもよい。電極８は、ｐ型半導体領域４と電気的に接続される。

また、電極材料部７ａは、主成分（主導体成分）としてアルミニウム（Ａｌ）以外の金属を含有しており、ここでは、銀（Ａｇ）を主成分として含有している。言い換えると、電極材料部７ａは、半導体基板２中に拡散したときにｐ型不純物としては機能しないような金属を、主成分としている。このため、電極材料部７ａの焼結により形成される電極７は、アルミニウム（Ａｌ）以外の金属を主成分とする電極であり、ここでは銀（Ａｇ）を主成分とする銀（Ａｇ）電極である。熱処理においては、電極材料部７ａを構成する電極材料は、絶縁膜６を突き抜けてｎ型半導体領域３に到達し、ｎ型半導体領域３との間で焼結反応を生じる。このため、電極７は、絶縁膜６を貫通した状態になり、ｎ型半導体領域３と接してｎ型半導体領域３と電気的に接続される。電極材料部７ａの主成分（主導体成分）は、アルミニウム（Ａｌ）ではないため、電極材料部７ａを焼結するための熱処理の際に、ｎ型半導体領域３にｐ型不純物として機能し得るアルミニウム（Ａｌ）が拡散されてしまうのを防止できる。このため、ｎ型半導体領域３の最適な不純物濃度を維持することができる。

他の形態として、電極材料部７ａが、主成分（主導体成分）としてアルミニウム（Ａｌ）を含有する場合もあり得る。その場合は、電極８だけでなく、電極７もアルミニウム電極となる。但し、その場合は、電極材料部７ａを焼結するための熱処理の際に、ｎ型半導体領域３にｐ型不純物として機能し得るアルミニウム（Ａｌ）が拡散されてしまうのを防止するような工夫を施す必要がある。

一方、本実施の形態では、電極材料部７ａ（電極７）の主成分（主導体成分）がアルミニウム（Ａｌ）以外の金属であるため、特段の工夫を施さずとも、電極材料部７ａを焼結するための熱処理の際に、ｎ型半導体領域３にｐ型不純物として機能し得るアルミニウム（Ａｌ）が拡散されてしまうのを防止することができる。このため、太陽電池１の製造工程を行いやすくなる。

このようにして、本実施の形態の太陽電池１を製造することができる。

＜検討の経緯＞
一般に、太陽電池はｐ型半導体基板を用いて製造することが多いため、太陽電池の製造設備としては、p型半導体基板を前提とした製造設備が普及している。

ところで、近年、電極を半導体基板の裏面にだけ形成した裏面電極型太陽電池は、電極に邪魔されることなく受光面積を大きくすることができるため、光電変換効率を向上させることができることから、開発が進められている。

しかしながら、裏面電極型太陽電池は、ｎ型半導体基板を用いることを前提として、開発が進められている。ｎ型半導体基板を用いた裏面電極型太陽電池においては、ｎ型半導体基板の裏面側に、ｐ型エミッタ領域とｎ型ＢＳＦ領域とを配置した構造が採用されている。しかしながら、ｎ型半導体基板を用いて裏面電極型太陽電池を製造する場合、ｐ型半導体基板を前提とした従来の製造設備は使用しにくい。かといって、新たにｎ型半導体基板を前提とした製造設備を導入することは、太陽電池の製造コストを増大させるため、得策ではない。

そこで、本発明者は、ｐ型半導体基板を用いて裏面電極型太陽電池を製造することを検討している。ｐ型半導体基板を用いて裏面電極型太陽電池を製造できれば、従来使用されてきた、ｐ型半導体基板を前提とした製造設備を流用できるため、設備投資を抑制でき、太陽電池の製造コストを抑制することができる。

ｐ型半導体基板を用いて裏面電極型太陽電池を製造する場合も、太陽電池の特性をできるだけ向上させることが望まれる。

＜検討例について＞
図１５は、本発明者が検討した第１検討例の太陽電池１０１の要部断面図であり、上記図１に対応する断面が示されている。

図１５に示されるように、第１検討例の太陽電池１０１は、ｎ型不純物が導入されたｎ型の半導体基板１０２を有しており、半導体基板１０２は、結晶シリコンからなるシリコン基板である。半導体基板１０２は、受光面である表面１０２ａと、表面１０２ａとは反対側の裏面１０２ｂとを有している。

図１５に示されるように、ｎ型の半導体基板１０２内において、裏面１０２ｂ側には、ｐ型不純物が導入されたｐ型エミッタ領域（ｐ型半導体領域）１０３と、ｎ型不純物が半導体基板１０２よりも高濃度に導入されたｎ型ＢＳＦ領域（ｎ型半導体領域）１０４とが、形成されている。半導体基板１０２の裏面１０２ｂ上には、絶縁膜１０６と、エミッタ用電極１０７と、ＢＳＦ用電極１０８とが、形成されている。エミッタ用電極１０７は、絶縁膜１０６を貫通してｐ型エミッタ領域１０３と接続され、また、ＢＳＦ用電極１０８は、絶縁膜１０６を貫通してｎ型ＢＳＦ領域１０４と接続されている。

図１５に示される第１検討例の太陽電池１０１においては、半導体基板１０２の表面１０２ａから半導体基板１０２の内部に太陽光が入射すると、太陽光に含まれるシリコンのバンドギャップよりも大きな光エネルギーを有する光が吸収されて伝導帯に電子が励起されるとともに、価電子帯に正孔が生成される。そして、ＰＮ接合部の一方を構成するｐ型エミッタ領域１０３に正孔が蓄積され、ＰＮ接合部の他方を構成する半導体基板１０２のｎ型基板領域およびｎ型ＢＳＦ領域１０４に電子が蓄積する。その結果、エミッタ用電極１０７とＢＳＦ用電極１０８との間に起電力が生じる。そして、太陽電池１０１の外部においてエミッタ用電極１０７とＢＳＦ用電極１０８との間に負荷を接続することにより、エミッタ用電極１０７から負荷を通ってＢＳＦ用電極１０８に電流を流すことができる。ｎ型ＢＳＦ領域１０４は、少数キャリアである正孔を遠ざけて正孔と電子の再結合を抑制する機能も有している。

図１６は、本発明者が検討した第２検討例の太陽電池２０１の要部断面図であり、上記図１や図１５に対応する断面が示されている。

図１６に示される第２検討例の太陽電池２０１は、上記図１５に示される第１検討例の太陽電池１０１において、ｎ型とｐ型とを入れ替えたものに対応している。図１５の第１検討例の太陽電池１０１は、ｎ型の半導体基板１０２を用いて製造しているが、図１６の第１検討例の太陽電池１０１の構造をベースにしてｎ型の半導体基板１０２の代わりにｐ型の半導体基板を適用しようとすると、図１６の第２検討例の太陽電池２０１の構造が想定される。

図１６に示されるように、第２検討例の太陽電池２０１は、ｐ型不純物が導入されたｐ型の半導体基板２０２を有しており、半導体基板２０２は、結晶シリコンからなるシリコン基板である。半導体基板２０２は、受光面である表面２０２ａと、表面２０２ａとは反対側の裏面２０２ｂとを有している。

図１６に示されるように、ｐ型の半導体基板２０２内において、裏面２０２ｂ側には、ｎ型不純物が導入されたｎ型エミッタ領域（ｎ型半導体領域）２０３と、ｐ型不純物が半導体基板２０２よりも高濃度に導入されたｐ型ＢＳＦ領域（ｐ型半導体領域）２０４とが、形成されている。半導体基板２０２の裏面２０２ｂ上には、絶縁膜２０６と、エミッタ用電極２０７と、ＢＳＦ用電極２０８とが、形成されている。エミッタ用電極２０７は、絶縁膜２０６を貫通してｎ型エミッタ領域２０３と接続され、また、ＢＳＦ用電極２０８は、絶縁膜２０６を貫通してｐ型ＢＳＦ領域２０４と接続されている。

図１６に示される第２検討例の太陽電池２０１においては、半導体基板２０２の表面２０２ａから半導体基板２０２の内部に太陽光が入射すると、太陽光に含まれるシリコンのバンドギャップよりも大きな光エネルギーを有する光が吸収されて伝導帯に電子が励起されるとともに、価電子帯に正孔が生成される。そして、ＰＮ接合部の一方を構成するｎ型エミッタ領域２０３に電子が蓄積され、ＰＮ接合部の他方を構成する半導体基板２０２のｐ型基板領域およびｐ型ＢＳＦ領域２０４に正孔が蓄積する。その結果、エミッタ用電極２０７とＢＳＦ用電極２０８との間に起電力が生じる。そして、太陽電池２０１の外部においてエミッタ用電極２０７とＢＳＦ用電極２０８との間に負荷を接続することにより、ＢＳＦ用電極２０８から負荷を通ってエミッタ用電極２０７に電流を流すことができる。ｐ型ＢＳＦ領域２０４は、少数キャリアである電子を遠ざけて電子と正孔の再結合を抑制する機能も有している。

＜主要な特徴と効果について＞
本実施の形態の太陽電池１においては、ｐ型の半導体基板２を用いるとともに、半導体基板２の裏面２ｂ側に、ｎ型エミッタ領域であるｎ型半導体領域３と、ｐ型ＢＳＦ領域であるｐ型半導体領域４とを設け、かつ、半導体基板２の裏面２ｂ上に負電荷層５を設けている。電極８は負電荷層５を貫通してｐ型半導体領域４と接続している。負電荷層５は、負の固定電荷を含む絶縁体からなる。

半導体基板２の表面２ａから半導体基板２の内部に太陽光が入射すると、太陽光に含まれるシリコンのバンドギャップよりも大きな光エネルギーを有する光が吸収されて伝導帯に電子が励起されるとともに、価電子帯に正孔が生成される。本実施の形態では、ｐ型の半導体基板２を用いているため、少数キャリアは電子である。半導体基板２に入射した太陽光により発生した少数キャリアである電子が正孔と再結合して消滅すると、太陽電池の光電変換効率が低下してしまう。このため、電子が正孔と再結合するのを抑制または防止することが望ましい。

本実施の形態では、ｐ型の半導体基板２内にｐ型ＢＳＦ領域としてｐ型半導体領域４を設けるとともに、ｐ型の半導体基板２の裏面２ｂ上に負電荷層５を設け、電極８が負電荷層５を貫通してｐ型半導体領域４に接続するようにしている。

負電荷層５は、内部に負の固定電荷（ここでは電子）を含んでいるため、半導体基板２内の電子を負電荷層５から遠ざけて電子と正孔との再結合を抑制する機能を有している。また、ｐ型半導体領域４は、半導体基板２内の電子をｐ型半導体領域４から遠ざけて、電子と正孔との再結合を抑制する機能を有している。すなわち、負電荷層５とｐ型半導体領域４の両者が、電子を遠ざけて電子と正孔との再結合を抑制する機能を有している。本実施の形態では、負電荷層５とｐ型半導体領域４とを設けたことにより、電子と正孔との再結合が抑制されることで、太陽電池の光電変換効率を向上させることができる。

第２検討例の太陽電池２０１の場合は、ｐ型の半導体基板２０２の裏面２０２ｂ側にｐ型ＢＳＦ領域２０４は形成されているが、本実施の形態の負電荷層５に相当するものは、形成されていない。少数キャリアである電子が正孔と再結合するのを抑制する機能は、第２検討例の場合は、ｐ型ＢＳＦ領域２０４が担い、本実施の形態の場合は、負電荷層５とｐ型半導体領域４の両方が担っている。このため、上記第２検討例よりも、本実施の形態の方が、少数キャリアである電子が正孔と再結合するのを抑制しやすいため、太陽電池の光電変換効率をより向上させることができる。従って、太陽電池の特性を向上させることができる。

また、本実施の形態では、少数キャリアである電子が正孔と再結合するのを抑制する機能は、負電荷層５とｐ型半導体領域４の両方に担わせているが、これは、次のような利点も有する。

すなわち、第２検討例の場合は、少数キャリアである電子が正孔と再結合するのを抑制する機能は、ｐ型ＢＳＦ領域２０４が担っているが、ｐ型ＢＳＦ領域２０４は、ＢＳＦ用電極２０８のコンタクト抵抗を低減させる機能も担っている。しかしながら、ＢＳＦ用電極２０８のコンタクト抵抗を低減させるためには、ｐ型ＢＳＦ領域２０４のｐ型不純物濃度をできるだけ高くすることが望ましいが、ｐ型ＢＳＦ領域２０４のｐ型不純物濃度を高くし過ぎてしまうと、ｐ型ＢＳＦ領域２０４による電子と正孔の再結合を抑制する機能が低下する虞がある。つまり、ｐ型ＢＳＦ領域２０４のｐ型不純物濃度については、ＢＳＦ用電極２０８のコンタクト抵抗を低減させるのに最適な濃度と、電子と正孔の再結合を抑制するのに最適な濃度とが、相違しているのである。このため、第２検討例の場合は、ＢＳＦ用電極２０８のコンタクト抵抗の低減と、電子と正孔の再結合の抑制とを、両立させにくい。

本実施の形態においては、ｐ型半導体領域４は、電子と正孔の再結合を抑制する機能だけでなく、ＢＳＦ用電極である電極８のコンタクト抵抗を低減させる機能も担っている。電極８のコンタクト抵抗を低減させるためには、ｐ型半導体領域４のｐ型不純物濃度をできるだけ高くすることが望ましいが、ｐ型半導体領域４のｐ型不純物濃度を高くし過ぎてしまうと、ｐ型半導体領域４による電子と正孔の再結合を抑制する作用が低下する虞がある。このため、ｐ型半導体領域４ｐ型不純物濃度については、電極８のコンタクト抵抗を低減させるのに最適な濃度と、電子と正孔の再結合を抑制するのに最適な濃度とが、相違している。

しかしながら、本実施の形態では、負電荷層５とｐ型半導体領域４の両方が、電子と正孔の再結合を抑制する機能を有している。このため、ｐ型半導体領域４のｐ型不純物濃度を、電極８のコンタクト抵抗を低減するのに適した濃度に設定し、それによって、ｐ型半導体領域４による電子と正孔の再結合を抑制する作用がある程度低下したとしても、負電荷層５による電子と正孔の再結合を抑制する機能を得られるため、負電荷層５とｐ型半導体領域４の両者により、電子と正孔の再結合を抑制する作用を十分に確保することができる。このため、本実施の形態では、負電荷層５とｐ型半導体領域４の両方が、電子と正孔の再結合を抑制する機能を有していることにより、電極８のコンタクト抵抗の低減と、電子と正孔の再結合の抑制とを、両立させることができる。従って、太陽電池の特性を向上させることができ、太陽電池の総合的な性能を向上させることができる。

また、電極８はｐ型の半導体基板２に電気的に接続させる必要があるが、負電荷層５は、絶縁体からなるため、電極８とｐ型の半導体基板２との電気的な接続を、負電荷層５が邪魔しないようにする必要がある。本実施の形態では、電極８が負電荷層５を貫通するようにしたことで、負電荷層５が邪魔にならずに、電極８とｐ型半導体領域４とを接続することができる。

また、電極８が負電荷層５を貫通する場合は、電極８と半導体基板２との接続部と平面視において重なる位置には、負電荷層５が存在しなくなるが、その代わりに、ｐ型半導体領域４が、電極８と半導体基板２との接続部と平面視で重なる位置に存在する。好ましくは、ｐ型半導体領域４は、電極８と半導体基板２との接続部を平面視において内包している。このため、平面視において、負電荷層５を配置できない領域（すなわち電極８と重なる領域）には、ｐ型半導体領域４を配置することができ、負電荷層５とｐ型半導体領域４との両方が、電子と正孔の再結合を抑制する機能を有するため、電子と正孔の再結合を抑制する作用を効率的に得ることができる。

また、本実施の形態の他の特徴として、ｐ型半導体領域４は、電極材料部８ａからのアルミニウム（Ａｌ）の拡散により、形成することができる。これにより、以下のような利点を得ることができる。

すなわち、ｐ型半導体領域４は、電子を遠ざけて電子と正孔の再結合を抑制する機能を有しているが、ｐ型半導体領域４の平面寸法（平面積）は、ある程度小さいことが望ましい。なぜなら、ｐ型半導体領域４が電子と正孔の再結合を抑制する機能を有しているとは言っても、ｐ型半導体領域４自体には、アクセプタである導電型不純物が多数含まれており、このアクセプタが再結合中心として機能してしまうことが懸念されるからである。つまり、再結合中心を低減する観点からは、ｐ型半導体領域４の平面寸法（平面積）は、ある程度小さいことが望ましい。

それに対して、本実施の形態では、ｐ型半導体領域４は、電極材料部８ａからアルミニウム（Ａｌ）が拡散することにより、形成されている。このため、ｐ型半導体領域４の平面寸法（平面積）は、電極８と半導体基板２との接続（接触）面積と、概ね同程度か、それよりも若干大きい程度とすることができる。このため、ｐ型半導体領域４の平面寸法（平面積）を抑制してある程度小さくすることができるため、ｐ型半導体領域４による電子と正孔の再結合を抑制する作用を、的確に得ることができる。

一方、ｐ型半導体領域４とは異なり、負電荷層５は、再結合中心として機能し得る導電型不純物が多数含まれているわけではない。このため、ｐ型半導体領域４の平面寸法（平面積）を小さくする必要はなく、負電荷層５による電子と正孔の再結合を抑制する作用を大きくするには、負電荷層５の平面寸法（平面積）が大きい方が、有利である。本実施の形態では、電極８が負電荷層５を貫通しているが、平面視において電極８と半導体基板２との接続部の周囲に負電荷層５を配置することができるため、負電荷層５の平面寸法（平面積）を大きくすることが可能であり、負電荷層５の平面寸法（平面積）をｐ型半導体領域４の平面寸法（平面積）よりも大きくすることもできる。このため、ｐ型半導体領域４による電子と正孔の再結合を抑制する作用と、負電荷層５による電子と正孔の再結合を抑制する作用とを、的確に得ることができる。

また、電極８は負電荷層５を貫通しているため、平面視において電極８の周囲に負電荷層５が存在する。また、平面視において、電極８と重なる位置にはｐ型半導体領域４が存在する。このため、ｐ型半導体領域４の平面寸法が小さい場合（電極８と半導体基板２との接続面積と同程度かそれよりも若干大きい場合）でも、平面視においてｐ型半導体領域４の周囲に負電荷層５が存在することになる。このため、ｐ型半導体領域４と負電荷層５とにより、電子と正孔の再結合を抑制する作用を効率的に得ることができる。

また、本実施の形態では、ｐ型半導体領域４は、電極材料部８ａから半導体基板２にアルミニウム（Ａｌ）が拡散することにより形成されているため、電極８と平面視で重なる位置に、ｐ型半導体領域４を自己整合的に形成することができる。このため、電極８を高不純物濃度のｐ型半導体領域４と確実に接続し、ｐ型半導体領域４を介して電極８をｐ型基板領域と電気的に接続することができる。ｐ型半導体領域４の平面寸法（平面積）が小さい場合には、もしも電極８とｐ型半導体領域４との位置がずれてしまうと、電極８とｐ型半導体領域４との接続の信頼性が低下する懸念があるが、本実施の形態では、電極８と平面視で重なる位置にｐ型半導体領域４を自己整合的に形成することができるため、ｐ型半導体領域４の平面寸法（平面積）が小さくとも、電極８とｐ型半導体領域４との位置はずれずにすむ。このため、本実施の形態では、電極８とｐ型半導体領域４とを確実に接続できるとともに、ｐ型半導体領域４の平面寸法（平面積）を抑制することができる。言い換えると、本実施の形態では、電極８とｐ型半導体領域４とを確実に接続することと、ｐ型半導体領域４の平面寸法（平面積）を抑制することとを、両立することができる。これにより、電極８のコンタクト抵抗を的確に低減でき、かつ、ｐ型半導体領域４による電子と正孔の再結合を抑制する作用を的確に得ることができる。

図１７は、太陽電池の特性を調べた結果を示す表である。図１７の表には、本実施の形態（図１の構造）および第２検討例（図１６の構造）のそれぞれにおいて、最大再結合速度（Smax）と、潜在的開放電圧（Implied-Voc）とを調べた結果が示されている。最大再結合速度（Smax）が小さいほど、太陽電池の特性は良好となり、また、潜在的開放電圧（Implied-Voc）が大きいほど、太陽電池の特性は良好となる。

図１７の表からもわかるように、図１６（第２検討例）の構造を適用した場合は、最大再結合速度（Smax）が１９５０ｃｍ／ｓ程度と比較的大きく、かつ、潜在的開放電圧（Implied-Voc）が５７６ｍＶ程度と比較的小さい。一方、図１（本実施の形態）の構造を適用した場合は、最大再結合速度（Smax）は５７ｃｍ／ｓ程度と比較的小さく、かつ、潜在的開放電圧（Implied-Voc）は６６４ｍＶ程度と比較的大きい。これは、図１６（第２検討例）の構造を適用した場合よりも、図１（本実施の形態）の構造を適用した場合の方が、電子と正孔の再結合を抑制する作用が大きかったためと考えられる。本実施の形態の場合は、少数キャリアである電子が正孔と再結合するのを抑制しやすいため、太陽電池の特性を向上させることができる。

（実施の形態２）
本実施の形態２では、上記実施の形態１の太陽電池の製造方法の変形例について、図１８および図１９を参照して説明する。図１８および図１９は、本実施の形態２の太陽電池の製造工程を示す断面図であり、上記図１に対応する断面が示されている。

上記図１１の構造を得るまでは、本実施の形態２の製造工程も、上記実施の形態１の製造工程と同様であるので、ここでの繰り返しの説明は省略する。

上記実施の形態１と同様にして上記図１１の構造を得た後、本実施の形態２では、上記図１２の工程（すなわち絶縁膜６および負電荷層５に開口部１１を形成する工程）は行わずに、図１８に示されるように、絶縁膜６上に電極材料部７ａと電極材料部８ａを形成する。電極材料部７ａおよび電極材料部８ａの各材料と形成法については、上記実施の形態１で説明したのと同様である。

また、上記実施の形態１の場合は、開口部１１を形成した後で電極材料部７ａおよび電極材料部８ａを形成しているため、開口部１１内は電極材料部８ａで埋められており、電極材料部８ａは開口部１１から露出する半導体基板２の裏面２ｂと接していた。一方、本実施の形態２では、開口部１１を形成せずに電極材料部７ａおよび電極材料部８ａを形成しているため、電極材料部７ａおよび電極材料部８ａは絶縁膜６上に存在し、半導体基板２とは接していない。なお、電極材料部７ａは、平面視においてｎ型半導体領域３と重なる位置に形成され、従って、平面視においてｎ型半導体領域３に内包されるように形成されている。また、電極材料部８ａは、平面視において負電荷層５と重なる位置に形成され、従って、平面視において負電荷層５に内包されるように形成されている。

次に、熱処理を行うことにより、電極材料部７ａおよび電極材料部８ａの焼結を行う。電極材料部７ａが熱処理によって焼結することにより、図１９に示されるように電極７が形成され、電極材料部８ａが熱処理によって焼結することにより、図１９に示されるように電極８が形成される。

上記実施の形態１と同様に、本実施の形態２でも、熱処理においては、電極材料部７ａを構成する電極材料は、絶縁膜６を突き抜けてｎ型半導体領域３に到達し、ｎ型半導体領域３との間で焼結反応を生じる。このため、上記実施の形態１と同様に、本実施の形態２でも、電極７は、絶縁膜６を貫通した状態になり、ｎ型半導体領域３と接してｎ型半導体領域３と電気的に接続される。

また、本実施の形態２では、電極材料部８ａを形成する前に開口部１１は形成していなかったが、熱処理において、電極材料部８ａを構成する電極材料は、絶縁膜６および負電荷層５を突き抜けて半導体基板２に到達し、半導体基板２との間で焼結反応を生じる。このため、電極８は、絶縁膜６および負電荷層５を貫通した状態になり、半導体基板２と接して半導体基板２と電気的に接続される。また、電極材料部８ａを焼結するための熱処理の際には、電極材料部８ａを構成する電極材料が絶縁膜６および負電荷層５を貫通して半導体基板２に到達すると、電極材料部８ａを構成する電極材料中のアルミニウム（Ａｌ）が半導体基板２中に拡散することにより、ｐ型不純物として機能し得るアルミニウム（Ａｌ）が導入されたｐ型半導体領域４が形成される。従って、電極７，８およびｐ型半導体領域４を、共通の熱処理により形成することができる。ｐ型半導体領域４は、半導体基板２において、電極８と隣接する位置に形成されるが、ｐ型半導体領域４と電極８との間に、上記実施の形態１でも説明したＡｌ－Ｓｉ合金層が介在していてもよい。電極８は、ｐ型半導体領域４と電気的に接続される。

このようにして、太陽電池１を製造することができる。本実施の形態２で製造された太陽電池の構造については、上記実施の形態１の太陽電池１と基本的には同じであるので、ここでは繰り返しの説明は省略する。

本実施の形態２の場合は、上記図１２の工程（すなわち絶縁膜６および負電荷層５に開口部１１を形成する工程）が不要となるため、製造工程数を削減でき、太陽電池の製造コストを低減できる。

一方、上記実施の形態１の場合は、開口部１１を形成してから電極材料部７ａを形成するため、電極材料部８ａを焼結するための熱処理の際に、電極材料部８ａを構成する電極材料中のアルミニウム（Ａｌ）が半導体基板２中に拡散しやすくなるため、ｐ型半導体領域４をより容易かつ的確に形成することができるようになる。また、電極材料部７ａ，８ａを焼結するための熱処理工程の制御が容易になる。

（実施の形態３）
本実施の形態３では、上記実施の形態１の太陽電池の製造方法の更なる変形例について、図２０～図２５を参照して説明する。図２０～図２５は、本実施の形態３の太陽電池の製造工程を示す断面図であり、上記図１に対応する断面が示されている。

上記図７の構造を得るまでは、本実施の形態３の製造工程も、上記実施の形態１の製造工程と同様であるので、ここでの繰り返しの説明は省略する。上記実施の形態１と同様にして上記図７の構造を得た後、本実施の形態３では、図２０に示されるように、半導体基板２の裏面２ｂ上に、すなわちｎ型半導体領域３ａ上に、絶縁膜２１を形成する。絶縁膜２１は、例えば酸化シリコン膜または窒化シリコン膜などからなり、ＣＶＤ法などを用いて形成することができる。ｎ型半導体領域３ａは、絶縁膜２１で覆われた状態になる。

絶縁膜２１と絶縁膜５ａとは、互いに異なる絶縁材料からなる。絶縁膜２１は、上記実施の形態１で説明したような絶縁膜５ａに適した材料は使用しない。具体的には、絶縁膜２１は、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、マグネシウム（Ｍｇ）、ハフニウム（Ｈｆ）、ジルコニウム（Ｚｒ）およびスカンジウム（Ｓｃ）からなる群から選択された金属元素は、主成分として含有していないことが好ましく、別の見方をすると、絶縁膜２１は、金属酸化物膜ではないことが好ましい。これは、絶縁膜５ａは、負の固定電荷を含む絶縁膜であるが、絶縁膜２１は、負の固定電荷をできるだけ含んでいないことが好ましいからである。これにより、製造された太陽電池において、絶縁膜２１がｎ型半導体領域３に悪影響を及ぼすのを、抑制または防止することができる。

次に、図２１に示されるように、ｎ型半導体領域３ａと絶縁膜２１との積層構造をパターニングする。すなわち、ｎ型半導体領域３として残す部分以外のｎ型半導体領域３ａとその上の絶縁膜２１とを除去する。この工程は、例えばエッチング法を用いることができるが、それ以外の手法（例えばレーザ加工など）を用いることも可能である。

残存するｎ型半導体領域３ａにより、エミッタ領域としてのｎ型半導体領域３が形成され、ｎ型半導体領域３上には、ｎ型半導体領域３と同じ平面形状の絶縁膜２１が残存する。ｎ型半導体領域３ａを除去した領域では、絶縁膜２１も除去されている。この段階の構造（図２１の構造）は、ｎ型半導体領域３がｎ型半導体領域３と同じ平面形状の絶縁膜２１で覆われている点が、上記図８の構造と相違している。

次に、図２２に示されるように、半導体基板２の裏面２ｂ上に、絶縁膜２１を覆うように、絶縁膜５ａを形成する。上記実施の形態１と同様に、絶縁膜５ａは、内部に負の固定電荷（ここでは電子）を含む絶縁膜である。絶縁膜５ａの材料や成膜法については、本実施の形態３も、上記実施の形態１と同様であるので、ここでは繰り返しの説明は省略する。

ｎ型半導体領域３と絶縁膜５ａとの間には、絶縁膜２１が介在している。このため、ｎ型半導体領域３の下面は、絶縁膜２１で覆われているため、絶縁膜５ａとは接していない。絶縁膜５ａのうち、ｐ型基板領域上に位置する部分が、負電荷層５となる。すなわち、絶縁膜５ａのうち、ｐ型基板領域上に位置する部分は、負電荷層５として機能し、半導体基板２内において電子を遠ざけて電子と正孔の再結合を抑制する機能を有している。

絶縁膜５ａのうち、絶縁膜２１上に位置する部分は、絶縁膜２１によってｎ型半導体領域３から離間されているため、半導体基板２内において電子を遠ざける機能はほとんど有していない。このため、絶縁膜５ａのうち、絶縁膜２１上に位置する部分（図２２では連結部５ｂとして示されている）は、電子と正孔の再結合を抑制する機能は有しておらず、負電荷層としては機能しない。言い換えると、絶縁膜５ａのうち、絶縁膜２１上に位置する部分（連結部５ｂ）は、絶縁膜２１によって半導体基板２から離間しているため、半導体基板２内のキャリアに影響を与える負電荷層としては機能しない。

なお、本実施の形態３においては、絶縁膜５ａはパターニングしておらず、絶縁膜２１上にも絶縁膜５ａが残存しているが、他の形態として、絶縁膜５ａのうち、絶縁膜２１上に位置する部分を除去してもよい。しかしながら、絶縁膜２１上の絶縁膜５ａは、絶縁膜２１によって半導体基板２から離間されているため、ｎ型半導体領域３に悪影響を与える可能性は小さい。このため、本実施の形態のように、絶縁膜２１上に絶縁膜５ａを残存させたままでもよく、絶縁膜２１上に絶縁膜５ａを残存させる場合は、絶縁膜５ａのパターニング工程が不要となる利点がある。一方、絶縁膜５ａのうち、絶縁膜２１上に位置する部分を除去した場合には、絶縁膜２１上の絶縁膜５ａがｎ型半導体領域３に悪影響を与えるリスクを排除することができる。

次に、図２３に示されるように、半導体基板２の裏面２ｂ全面上に、すなわち絶縁膜５ａ上に、絶縁膜６を形成する。

次に、図２４に示されるように、絶縁膜６上に電極材料部７ａおよび電極材料部８ａを形成する。電極材料部７ａおよび電極材料部８ａの各材料と形成法については、上記実施の形態１で説明したのと同様である。

次に、熱処理を行うことにより、電極材料部７ａおよび電極材料部８ａの焼結を行う。電極材料部７ａが熱処理によって焼結することにより、電極７が形成され、電極材料部８ａが熱処理によって焼結することにより、電極８が形成される。

上記実施の形態１，２と同様に、本実施の形態３でも、熱処理において、電極材料部７ａを構成する電極材料は、絶縁膜６を突き抜けてｎ型半導体領域３に到達し、ｎ型半導体領域３との間で焼結反応を生じる。このため、上記実施の形態１と同様に、本実施の形態２でも、電極７は、絶縁膜６を貫通した状態になり、ｎ型半導体領域３と接してｎ型半導体領域３と電気的に接続される。

また、上記実施の形態２と同様に、本実施の形態３でも、熱処理において、電極材料部８ａを構成する電極材料は、絶縁膜６および負電荷層５（絶縁膜５ａ）を突き抜けて半導体基板２に到達し、半導体基板２との間で焼結反応を生じる。このため、電極８は、絶縁膜６および負電荷層５（絶縁膜５ａ）を貫通した状態になり、半導体基板２と接して半導体基板２と電気的に接続される。また、電極材料部８ａを焼結するための熱処理の際には、電極材料部８ａを構成する電極材料が絶縁膜６および負電荷層５を貫通して半導体基板２に到達すると、電極材料部８ａを構成する電極材料中のアルミニウム（Ａｌ）が半導体基板２中に拡散することにより、ｐ型半導体領域４が形成される。

本実施の形態３では、上記実施の形態１で説明したような開口部１１を形成せずに電極材料部８ａを形成している。

他の形態として、絶縁膜６および絶縁膜５ａ（負電荷層５）を貫通する開口部（上記開口部１１に相当するもの）を形成した後で、電極材料部７ａおよび電極材料部８ａを形成することもできる。この場合、絶縁膜６および絶縁膜５ａ（負電荷層５）を貫通する開口部内は電極材料部８ａで埋められ、電極材料部８ａはその開口部から露出する半導体基板２の裏面２ｂ（ｐ型基板領域）と接する。その後、熱処理を行うと、電極材料部８ａを構成する電極材料は、半導体基板２との間で焼結反応を生じ、また、電極材料部８ａを構成する電極材料中のアルミニウム（Ａｌ）が半導体基板２中に拡散することにより、ｐ型半導体領域４が形成される。ｐ型半導体領域４は、半導体基板２において、電極８と隣接する位置に形成されるが、ｐ型半導体領域４と電極８との間に、上記実施の形態１でも説明したＡｌ－Ｓｉ合金層が介在していてもよい。電極８は、ｐ型半導体領域４と電気的に接続される。

従って、電極７，８およびｐ型半導体領域４を、共通の熱処理により形成することができる。

このようにして、本実施の形態３の太陽電池１ａを製造することができる。本実施の形態３で製造された太陽電池１ａの構造が、上記実施の形態１で説明した太陽電池１の構造と相違する点を主として以下に説明する。

負電荷層５が負の固定電荷を含む絶縁体からなる点、負電荷層５が半導体基板２の裏面上に形成され、かつ、ｐ型基板領域（ｐ型の半導体基板２）と接している点、および、電極８が負電荷層５を貫通してｐ型半導体領域４接続する点などは、上記実施の形態１と本実施の形態３とで、共通である。

上記実施の形態１と本実施の形態３とで相違しているのは、以下の点である。

すなわち、上記実施の形態１においては、絶縁膜５ａをパターニングすることにより、互いに分離した負電荷層５を形成している。このため、上記実施の形態１では、負電荷層５同士は互いにつながっておらず、個々の負電荷層５は、それぞれ独立した絶縁膜部により形成されている。

一方、本実施の形態３では、絶縁膜５ａはパターニングしておらず、共通の絶縁膜５ａが、複数の負電荷層５を構成している。このため、本実施の形態３では、複数の負電荷層５は、互いに分離されておらず、一体的につながっている。つまり、本実施の形態３では、絶縁膜５ａは、負電荷層５となっている部分と、負電荷層５同士をつなぐ部分（連結部５ｂ）とを有しており、それらは一体的に形成されている。なお、図２２～図２５では、負電荷層５同士をつなぐ部分を、符号５ｂを付して連結部５ｂとして示してある。そして、負電荷層５同士をつなぐ連結部５ｂとｎ型半導体領域３との間には、絶縁膜２１が介在している。このため、ｎ型半導体領域３は、連結部５ｂと接しないで済む。負電荷層５は、ｐ型基板領域（ｐ型の半導体基板２）と接しているため、絶縁膜２１は、負電荷層５とｐ型基板領域（ｐ型の半導体基板２）との間には介在していない。言い換えると、絶縁膜５ａのうち、負電荷層５となっているのは、ｐ型基板領域（ｐ型の半導体基板２）に接している部分であり、絶縁膜５ａのうち、絶縁膜２１上に位置する部分は、負電荷層５ではなく連結部５ｂである。それ以外については、本実施の形態３の太陽電池１ａの構造は、上記実施の形態１で説明した太陽電池１の構造とほぼ同様であるので、ここではその繰り返しの説明は省略する。

本実施の形態３の太陽電池１ａの場合も、負電荷層５とｐ型半導体領域４の両者が、電子を遠ざけて電子と正孔との再結合を抑制する機能を有しているため、太陽電池の光電変換効率を向上させることができる。

また、本実施の形態３の場合は、絶縁膜５ａをパターニングする工程が不要となるため、太陽電池の製造工程数を抑制でき、太陽電池の製造コストを抑制することができる。

また、本実施の形態３では、絶縁膜５ａのうち、負電荷層５となっている部分は、ｐ型基板領域（ｐ型の半導体基板２）と接しており、少数キャリアである電子を遠ざけて電子と正孔との再結合を抑制する機能を有している。一方、絶縁膜５ａのうち、平面視においてｎ型半導体領域３と重なる部分（連結部５ｂに対応）は、絶縁膜２１上に位置している。ｎ型半導体領域３と絶縁膜５ａ（連結部５ｂ）との間に絶縁膜２１が介在することで、絶縁膜５ａ（連結部５ｂ）がｎ型半導体領域３に悪影響を及ぼすのを、抑制または防止することができる。

以上、本発明者によってなされた発明をその実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。

１，１ａ 太陽電池
２ 半導体基板
２ａ 表面
２ｂ 裏面
３ ｎ型半導体領域
４ ｐ型半導体領域
５ 負電荷層
５ａ 絶縁膜
６ 絶縁膜
７，８ 電極
７ａ，８ａ 電極材料部
１１ 開口部
２１ 絶縁膜
１０１ 太陽電池
１０２ 半導体基板
１０２ａ 表面
１０２ｂ 裏面
１０３ ｐ型エミッタ領域
１０４ ｎ型ＢＳＦ領域
１０６ 絶縁膜
１０７ エミッタ用電極
１０８ ＢＳＦ用電極
２０１ 太陽電池
２０２ 半導体基板
２０２ａ 表面
２０２ｂ 裏面
２０３ ｎ型エミッタ領域
２０４ ｐ型ＢＳＦ領域
２０６ 絶縁膜
２０７ エミッタ用電極
２０８ ＢＳＦ用電極

Claims (13)

1. 第１主面および前記第１主面とは反対側の第２主面を有するｐ型の半導体基板と、
   前記半導体基板内において前記第２主面側に形成されたｎ型の第１半導体領域と、
   前記半導体基板内において前記第２主面側に形成され、かつ、前記半導体基板よりもｐ型不純物濃度が高い、ｐ型の第２半導体領域と、
   前記第２主面上に形成され、かつ、ｐ型の前記半導体基板と接する負電荷層と、
   前記第１半導体領域と接続する第１電極と、
   前記第２半導体領域と接続する第２電極と、
   を有し、
   前記第２電極は、前記負電荷層を貫通し、
   前記負電荷層は、負の固定電荷を含む絶縁体からなり、
   平面視において、前記負電荷層は、前記第１半導体領域と重なっておらず、前記第１半導体領域と隣り合うように形成されている、太陽電池。
2. 請求項１記載の太陽電池において、
   前記半導体基板の前記第２主面は、窪み部を有し、
   前記負電荷層は、前記窪み部内に形成されている、太陽電池。
3. 請求項１または２記載の太陽電池において、
   前記負電荷層は、アルミニウム、チタン、タンタル、マグネシウム、ハフニウム、ジルコニウムおよびスカンジウムからなる群から選択された少なくとも一種と、酸素とを主成分とする絶縁体からなる、太陽電池。
4. 請求項１～３のいずれか１項に記載の太陽電池において、
   前記半導体基板の前記第１主面側には、電極が形成されていない、太陽電池。
5. 請求項１～４のいずれか１項に記載の太陽電池において、
   前記半導体基板の前記第１主面は、受光面である、太陽電池。
6. 請求項１～５のいずれか１項に記載の太陽電池において、
   平面視において、前記第２半導体領域は前記第２電極と重なっている、太陽電池。
7. 請求項１～６のいずれか１項に記載の太陽電池において、
   前記第２半導体領域は、ｐ型不純物としてアルミニウムを含み、
   前記第２電極は、主成分としてアルミニウムを含む、太陽電池。
8. 請求項７記載の太陽電池において、
   前記第１電極は、アルミニウム以外の金属を主成分として含む、太陽電池。
9. 請求項１～８のいずれか１項に記載の太陽電池において、
   前記第２主面上に前記第１半導体領域および前記負電荷層を覆うように形成された第１絶縁膜を更に有し、
   前記第１電極は、前記第１絶縁膜を貫通し、
   前記第２電極は、前記第１絶縁膜および前記負電荷層を貫通している、太陽電池。
10. 請求項９記載の太陽電池において、
    前記第１絶縁膜は、酸化シリコン膜または窒化シリコン膜からなる、太陽電池。
11. （ａ）第１主面および前記第１主面とは反対側の第２主面を有するｐ型の半導体基板を用意する工程、
    （ｂ）前記半導体基板内において、前記第２主面側にｎ型の第１半導体領域を形成する工程、
    （ｃ）前記（ｂ）工程の後、前記第２主面側において、前記第１半導体領域を部分的に除去する工程、
    （ｄ）前記（ｃ）工程の後、前記第２主面上に、ｐ型の前記半導体基板と接する負電荷層を形成する工程、
    （ｅ）前記第２主面上に、前記第１半導体領域および前記負電荷層を覆うように、第１絶縁膜を形成する工程、
    （ｆ）前記第１絶縁膜を貫通して前記第１半導体領域と接続する第１電極と、前記第１絶縁膜および前記負電荷層を貫通して前記半導体基板と接続する第２電極と、を形成する工程、
    を有し、
    前記（ｄ）工程において、前記（ｃ）工程で前記第１半導体領域が除去された領域に前記負電荷層が形成され、かつ、平面視において前記負電荷層は前記第１半導体領域と重ならずに前記第１半導体領域と隣り合うように形成され、
    前記負電荷層は、負の固定電荷を含む絶縁体からなり、
    前記第２電極は、アルミニウムを主成分として含み、
    前記（ｅ）工程は、熱処理工程を含み、
    前記熱処理工程で、前記第２電極から前記半導体基板にアルミニウムが拡散することにより、前記半導体基板内に前記半導体基板よりもｐ型不純物濃度が高いｐ型の第２半導体領域が形成される、太陽電池の製造方法。
12. 請求項１１記載の太陽電池の製造方法において、
    前記熱処理工程は、前記第１電極用の電極材料と前記第２電極用の電極材料とをそれぞれ焼結させるために行われる、太陽電池の製造方法。
13. 請求項１１または１２記載の太陽電池の製造方法において、
    前記第１電極は、アルミニウム以外の金属を主成分として含む、太陽電池の製造方法。

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