JPWO2017168977A1 - 太陽電池 - Google Patents

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Abstract

太陽電池７０が、ウェーハ１０と、ウェーハ１０の第１主面側に設けられたｎ型積層体１２と、ウェーハの第１主面側にｎ型積層体１２にＸ方向に隣り合うように設けられて、Ｙ方向に延在するｐ型積層体１３とを備えるようにする。ウェーハ１０が、ｎ型にドーピングされた低ドープ領域１０ｃと、低ドープ領域１０ｃよりも高いｎ型のドーパント濃度を有し、低ドープ領域１０ｃとｐ型積層体１３との間に設けられた複数の第１主面側高ドープ領域１０ｄとを有するようにする。複数の第１主面側高ドープ領域１０ｄを、Ｙ方向に互いに間隔をおいた状態で離散的に設ける。

Description

本開示は、太陽電池に関する。
太陽電池としては、特許文献１に記載された裏面接合型の太陽電池がある。この太陽電池では、ｎ型半導体層およびｐ型半導体層の双方が、光が入射する受光面に対向する裏面に設けられる。この太陽電池は、受光面側の電極をなくすことができるため、受光面が広くなって発電特性が優れる。
国際公開第２０１２／０９０６４３号
太陽電池に影がかかると、大きな逆バイアス電圧が太陽電池に発生する。その逆バイアス電圧は太陽電池の発熱を引き起こし太陽電池が劣化する。それゆえ、そのような逆バイアス電圧の抑制が所望される。しかし、逆バイアス電圧を抑制できても、発電特性が大きく低下すると実用に適さない。
本開示の目的は、影がかかった場合に生じる逆バイアス電圧を抑制でき、発電特性も低下しにくい太陽電池を提供することにある。
本開示の一態様である太陽電池は、第１導電型シリコンウェーハと、第１導電型シリコンウェーハの第１主面側に設けられて、第１方向に延在する第１導電型非晶質シリコン層と、第１導電型シリコンウェーハの第１主面側に第１導電型非晶質シリコン層に第２方向に隣り合うように設けられて、第１方向に延在する第２導電型非晶質シリコン層と、を備え、第１導電型シリコンウェーハは、第１導電型にドーピングされた低ドープ領域と、低ドープ領域よりも高い第１導電型のドーパント濃度を有し、第１方向に互いに間隔をおいた状態で低ドープ領域と第２導電型非晶質シリコン層との間に設けられる複数の第１主面側高ドープ領域とを有する。
本開示の一態様である太陽電池によれば、影がかかった場合に生じる逆バイアス電圧を抑制でき、発電特性も低下しにくい。
実施の形態に係る太陽電池を示す平面図である。 実施の形態に係る太陽電池の構造を示す断面図であり、図１のＡ−Ａ線断面である。 太陽電池の製造工程を説明するための断面図である。 太陽電池の製造工程を説明するための断面図である。 太陽電池の製造工程を説明するための平面図である。 太陽電池の製造工程を説明するための断面図である。 太陽電池の製造工程を説明するための断面図である。 太陽電池の製造工程を説明するための断面図である。 太陽電池の製造工程を説明するための断面図である。 太陽電池の製造工程を説明するための断面図である。 太陽電池の製造工程を説明するための断面図である。 太陽電池の製造工程を説明するための断面図である。 太陽電池の製造工程を説明するための断面図である。 太陽電池の製造工程を説明するための断面図である。 太陽電池の製造工程を説明するための断面図である。 太陽電池の製造工程を説明するための断面図である。 太陽電池の製造工程を説明するための断面図である。 太陽電池の製造工程を説明するための断面図である。 太陽電池の製造工程を説明するための断面図である。 太陽電池の製造工程を説明するための断面図である。 太陽電池の製造工程を説明するための断面図である。
以下に、本発明に係る実施の形態について添付図面を参照しながら詳細に説明する。以下において複数の実施形態や変形例などが含まれる場合、それらの特徴部分を適宜に組み合わせて新たな実施形態を構築することは当初から想定されている。
なお、以下の実施の形態において、受光面７０ｂ（図２参照）とは、太陽電池７０において主に光（太陽光）が入射される主面を意味し、具体的には、太陽電池７０に入射される光の大部分が入射される面を意味する。一方、裏面７０ａ（図１、図２参照）は、受光面７０ｂに対向する他方の主面を意味する。
また、以下において、第１方向としてのＹ方向は、フィンガー電極１４ｂ,１５ｂ（図１参照）の延在方向に一致し、第２方向としてのＸ方向は、バスバー電極１４ａ,１５ａ（図１参照）の延在方向に一致する。また、Ｚ方向は、ウェーハ１０の厚さ方向（高さ方向）に一致する。
図１は、実施の形態に係る太陽電池７０を示す平面図であり、太陽電池７０の裏面７０ａの構造を示す。太陽電池７０は、裏面７０ａに設けられるｎ側電極１４と、ｐ側電極１５を備える。ｎ側電極１４は、Ｘ方向に延びるバスバー電極１４ａと、Ｙ方向に延びる複数のフィンガー電極１４ｂを含む櫛歯状に形成される。同様に、ｐ側電極１５は、Ｘ方向に延びるバスバー電極１５ａと、Ｙ方向に延びる複数のフィンガー電極１５ｂを含む櫛歯状に形成される。ｎ側電極１４およびｐ側電極１５は、それぞれの櫛歯が噛み合って互いに間挿し合うように形成される。なお、ｎ側電極１４およびｐ側電極１５のそれぞれは、複数のフィンガーのみにより構成され、バスバーを有さないバスバーレス型の電極であってもよい。この場合、第２方向は、第１方向に一致するフィンガー電極の延在方向およびウェーハの厚さ方向の両方に直交する方向として定義できる。
図２は、実施の形態に係る太陽電池７０の構造を示す断面図であり、図１のＡ−Ａ線断面を示す。太陽電池７０は、第１導電型シリコンウェーハとしてのｎ型単結晶シリコンウェーハ１０（以下、単にウェーハという）と、第１導電型非晶質シリコン層としてのｎ型積層体１２と、第２導電型非晶質シリコン層としてのｐ型積層体１３と、第１絶縁層１６と、ｉ型層１７ｉと、ｎ型層１７ｎと、第２絶縁層１８と、電極層１９とを備える。電極層１９は、ｎ側電極１４およびｐ側電極１５を構成する。なお、本実施形態では、第１導電型がｎ型であり、第２導電型がｐ型である場合について説明するが、実施例や変形例において、導電型を反転させて、第１導電型をｐ型とすると共に、第２導電型をｎ型としてもよい。
ウェーハ１０は、裏面７０ａ側の表面である第１主面１０ａ（図における上側）と、受光面７０ｂ側の表面である第２主面１０ｂ（図における下側）とを有する。ウェーハ１０は、第２主面１０ｂに入射する光を吸収し、キャリアとして電子および正孔を生成する。ウェーハ１０は、全体として板状であって、その本体部分として、第１導電型としてのｎ型のドーパントがドーピングされたｎ方の低ドープ領域１０ｃを有する。低ドープ領域１０ｃの第１主面側には、低ドープ領域１０ｃよりも高い第１導電型としてのｎ型のドーパント濃度を有する複数の第１主面側高ドープ領域１０ｄが離散的に設けられる。この実施例では、低ドープ領域１０ｃのドーパント濃度は、１×１０15／ｃｍ3〜１×１０17／ｃｍ3であり、第１主面側高ドープ領域１０ｄのドーパント濃度は、低ドープ領域１０ｃのドーパント濃度よりも高く、かつ、１×１０18／ｃｍ3〜１×１０20／ｃｍ3である。なお、第１主面側高ドープ領域１０ｄのドーパント濃度や、低ドープ領域１０ｃのドーパント濃度は、それらの値に限らず、第１主面側高ドープ領域１０ｄのドーパント濃度が、低ドープ領域１０ｃのドーパント濃度よりも高ければよい。
図２を参照して、ｎ型積層体１２は、Ｙ方向に延在している。また、複数の第１主面側高ドープ領域１０ｄは、図１に点線の円で示すように、Ｙ方向に互いに間隔をおいて離散的に配置される。また、図２に示すように、Ｘ方向とＺ方向とを含む断面において、第１主面側高ドープ領域１０ｄは、ｐ型積層体１３がウェーハ１０に接触する接触領域にＺ方向に重なる領域に設けられ、かつ、第２主面１０ｂ側に凸でＸ方向の中央部において厚さが最も大きくなる形状を有する。すなわち、第１主面側高ドープ領域１０ｄは、第１主面１０ａから内方に膨らむ領域である。なお、後述するように、第１主面側ドープ領域１０ｄは、Ｚ方向（上方）から見て紡錘形の領域に対し、不純物をドーピングして形成するものであり、Ｚ方向の紡錘形領域の中心側が、厚みが大きい領域になっている。また、Ｙ方向に隣り合う第１主面側高ドープ領域１０ｄのＹ方向間隔は、１００μｍ〜９００μｍになっている。なお、第１主面側高ドープ領域１０ｄの形状は、上記形状に限らず、例えば、断面矩形の形状等であってもよい。また、Ｙ方向に隣り合う第１主面側高ドープ領域１０ｄのＹ方向間隔は、１００μｍよりも小さくてもよく、９００μｍよりも大きくてもよい。
ウェーハ１０の第１主面１０ａの上には、Ｙ方向に延在するｎ型積層体１２とｐ型積層体１３とが隣り合って形成される。ｎ型積層体１２およびｐ型積層体１３はそれぞれ、ｎ側電極１４およびｐ側電極１５に対応するように櫛歯状に形成され、互いに間挿し合うように形成される。すなわち、ｎ型積層体１２は、図１における下側に基部を有し、基部から上方に延び、ｐ型積層体１３は、上側に基部を有し、基部から下方に向けて延びる。このため、ｎ型積層体１２が設けられる第１領域Ｗ１と、ｐ型積層体１３が設けられる第２領域Ｗ２は、第１主面１０ａ上において、Ｘ方向に交互に配列される。ｎ型積層体１２と、ｐ型積層体１３とは、Ｘ方向に接触した状態で隣り合うように設けられる。本実施の形態では、ｎ型積層体１２およびｐ型積層体１３によって、第１主面１０ａの全体が実質的に被覆される。
ｎ型積層体１２は、第１主面１０ａの上に形成される第１のｉ型層１２ｉと、第１のｉ型層１２ｉの上に形成される第１導電型層１２ｎにより構成される。なお、ｎ型積層体１２は、２つの層で構成される必要はなく、如何なる数の層で構成されてもよい。また、ｎ型積層体１２は、ｎ型の性質を有していればよく、ｉ型層を含まなくてもよい。第１のｉ型層１２ｉは、実質的に真性な非晶質半導体（以下、真性な半導体を「ｉ型層」ともいう）で構成される。なお、本実施の形態において、「非晶質半導体」には、微結晶半導体を含むものとする。微結晶半導体とは、非晶質半導体中に半導体結晶が析出している半導体をいう。
第１のｉ型層１２ｉは、水素（Ｈ）を含むｉ型の非晶質シリコンで構成され、例えば、数ｎｍ〜２５ｎｍ程度の厚さを有する。第１のｉ型層１２ｉの形成方法は、特に限定されないが、例えば、プラズマＣＶＤ法等の化学気相成長（ＣＶＤ）法により形成することができる。なお、第１のｉ型層１２ｉは、非晶質シリコンに限られず、ウェーハ１０の表面のパッシベーション機能を有する膜であればよい。例えば、第１のｉ型層１２ｉは、ｉ型の非晶質シリコンの他に、酸化シリコンを用いることができる。
第１導電型層１２ｎは、ウェーハ１０と同じ導電型であるｎ型のドーパントが添加された非晶質半導体で構成される。本実施の形態における第１導電型層１２ｎは、水素を含むｎ型非晶質シリコンで構成される。第１導電型層１２ｎは、例えば、２ｎｍ〜５０ｎｍ程度の厚さを有する。
ｎ型積層体１２の上には、第１絶縁層１６が形成される。第１絶縁層１６は、第１領域Ｗ１のうちＸ方向の中央部に相当する第３領域Ｗ３には設けられず、第３領域Ｗ３を残した両端に相当する第４領域Ｗ４に設けられる。第１絶縁層１６が形成される第４領域Ｗ４の幅は、例えば、第１領域Ｗ１の幅の約１／３程度である。また、第１絶縁層１６が設けられない第３領域Ｗ３は、例えば、第１領域Ｗ１の幅の約１／３程度である。
第１絶縁層１６は、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ2）、窒化シリコン（ＳｉＮ）、酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ）などにより形成される。第１絶縁層１６は、窒化シリコンにより形成されることが望ましく、水素を含んでいることが好ましい。
ｐ型積層体１３は、第１主面１０ａのうちｎ型積層体１２が設けられない第２領域Ｗ２と、第１絶縁層１６が設けられる第４領域Ｗ４の端部の上に形成される。このため、第１絶縁層１６の下側にはｎ型積層体１２が位置して、絶縁層１６の上側にはｐ型積層体１３が位置することになり、Ｘ方向におけるｐ型積層体１３の端部は、ｎ型積層体１２の端部とＺ方向に重なって設けられる。
ｐ型積層体１３は、第１主面１０ａの上に形成される第２のｉ型層１３ｉと、第２のｉ型層１３ｉの上に形成される第２導電型層１３ｐにより構成される。このことから、太陽電池７０は、裏面７０ａ側に第１導電型層１２ｎおよび第２導電型層１３ｐが設けられる裏面接合型の光起電力素子となる。なお、ｐ型積層体１３は、２つの層で構成される必要はなく、如何なる数の層で構成されてもよい。また、ｐ型積層体１３は、ｐ型の性質を有していればよく、ｉ型層が含まれなくてもよい。第２のｉ型層１３ｉは、水素を含むｉ型の非晶質シリコンで構成され、例えば、数ｎｍ〜２５ｎｍ程度の厚さを有する。なお、第２のｉ型層１３ｉは、非晶質シリコンに限られず、ウェーハ１０の表面のパッシベーション機能を有する膜であればよい。例えば、第１のｉ型層１２ｉは、ｉ型の非晶質シリコンの他に、酸化シリコンを用いることができる。
第２導電型層１３ｐは、ウェーハ１０とは異なる導電型であるｐ型のドーパントが添加された非晶質半導体で構成される。本実施の形態における第２導電型層１３ｐは、水素を含むｐ型の非晶質シリコンで構成される。第２導電型層１３ｐは、例えば、２ｎｍ〜５０ｎｍ程度の厚さを有する。
第１導電型層１２ｎの上には、電子を収集するｎ側電極１４が形成される。第２導電型層１３ｐの上には、正孔を収集するｐ側電極１５が形成される。ｎ側電極１４とｐ側電極１５の間には両者が対向する部分全部に渡って溝２９が形成され、両電極は電気的に絶縁される。本実施の形態において、ｎ側電極１４およびｐ側電極１５は、第１導電層１９ａから第４導電層１９ｄの４層の導電層の積層体により構成される。
第１導電層１９ａは、例えば、酸化錫（ＳｎＯ2）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）等の透明導電性酸化物（ＴＣＯ）により形成される。本実施の形態における第１導電層１９ａは、インジウム錫酸化物により形成され、例えば、５０ｎｍ〜１００ｎｍ程度の厚さを有する。
第２導電層１９ｂから第４導電層１９ｄは、銅（Ｃｕ）、錫（Ｓｎ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）などの金属を含む導電性の材料である。本実施の形態では、第２導電層１９ｂおよび第３導電層１９ｃは、銅により形成され、第４導電層１９ｄは、錫により形成される。第２導電層１９ｂは、５０ｎｍ〜１０００ｎｍ程度の厚さを有する。また、第３導電層１９ｃは、１０μｍ〜２０μｍ程度の厚さを有し、第４導電層１９ｄは、１μｍ〜５μｍ程度の厚さを有する。
第１導電層１９ａから第４導電層１９ｄの形成方法は特に限定されず、例えば、スパッタリング法や化学気相成長法（ＣＶＤ）などの薄膜形成方法や、めっき法などにより形成することができる。本実施の形態において、第１導電層１９ａおよび第２導電層１９ｂは、薄膜形成法により形成され、第３導電層１９ｃおよび第４導電層１９ｄは、めっき法により形成される。なお、導電層は、４層で設けられる必要ななく、１以上の如何なる数の層で構成されてもよい。また、導電層の材質も上記記載したものに限らない。
ウェーハ１０の第２主面１０ｂの上には、ｉ型層１７ｉが設けられる。ｉ型層１７ｉは、水素を含むｉ型の非晶質シリコンにより形成され、例えば、数ｎｍ〜２５ｎｍ程度の厚さを有する。なお、ｉ型層１７ｉは、非晶質シリコンに限られず、ウェーハ１０の表面のパッシベーション機能を有する膜であればよい。例えば、ｉ型層１７ｉは、ｉ型の非晶質シリコンの他に、酸化シリコンを用いることができる。
ｉ型層１７ｉの上には、ｎ型層１７ｎが設けられる。ｎ型層１７ｎは、ウェーハ１０と同じ導電型であるｎ型のドーパントが添加された非晶質半導体で構成される。本実施の形態におけるｎ型層１７ｎは、水素を含むｎ型非晶質シリコンで構成され、例えば、２ｎｍ〜５０ｎｍ程度の厚さを有する。なお、ｎ型層１７ｎは必ずしも設ける必要はなく、ｉ型層１７ｉの上に後述する第２絶縁層１８を直接設ける構成としてもよい。
ｎ型層１７ｎの上には、反射防止膜および保護膜としての機能を有する第２絶縁層１８が設けられる。第２絶縁層１８は、例えば、酸化シリコン、窒化シリコン、酸窒化シリコンなどにより形成される。第２絶縁層１８の厚さは、反射防止膜としての反射防止特性などに応じて適宜設定され、例えば、８０ｎｍ〜１０００ｎｍ程度とされる。
つづいて、図３〜図２２を参照しながら、本実施の形態の太陽電池７０の製造方法について説明する。
先ず、図３に示すように、ウェーハ１０の第１主面１０ａの上に、ｉ型非晶質半導体層２１、ｎ型非晶質半導体層２２、絶縁層２３を形成する。また、ウェーハ１０の第２主面１０ｂの上に、ｉ型層１７ｉ、ｎ型層１７ｎ、第２絶縁層１８を形成する。ｉ型非晶質半導体層２１、ｎ型非晶質半導体層２２、絶縁層２３、ｉ型層１７ｉ、ｎ型層１７ｎ、第２絶縁層１８のそれぞれの形成方法は、特に限定されないが、例えば、プラズマＣＶＤ法等の化学気相成長（ＣＶＤ）法や、スパッタリング法により形成することができる。
ウェーハ１０の第１主面１０ａおよび第２主面１０ｂの上に各層を形成する順序は適宜設定することができる。本実施の形態では、第１主面１０ａの上にｉ型非晶質半導体層２１、ｎ型非晶質半導体層２２、絶縁層２３を形成する各工程において、第２主面１０ｂの上にｉ型層１７ｉとなるｉ型非晶質半導体層、ｎ型層１７ｎとなるｎ型非晶質半導体層、第２絶縁層１８となる絶縁層を形成する。
次に、図４に示すように、絶縁層２３の上に第１のマスク層３１を形成する。第１のマスク層３１は、ｉ型非晶質半導体層２１、ｎ型非晶質半導体層２２および絶縁層２３をパターニングするためのマスクとなる層である。第１のマスク層３１は、太陽電池７０の半導体層や絶縁層に用いられる材料で構成され、絶縁層２３よりも耐アルカリ性の低い材料で構成される。絶縁層２３は、例えば、非晶質シリコン、シリコン含有率の高い窒化シリコン、酸素を含むシリコン、炭素（Ｃ）を含むシリコン等のシリコンを含む材料で構成される。第１のマスク層３１は、非晶質シリコンを用いることが望ましく、本実施の形態における第１のマスク層３１は、ｉ型の非晶質シリコン層で構成される。第１のマスク層３１は、次の図５で説明するレーザ照射工程で除去しやすいように薄く形成され、例えば、２ｎｍ〜５０ｎｍ程度の厚さを有する。
図５は、レーザ照射が行われている最中の第１のマスク層３１を、第１のマスク層３１の上方から見た平面図である。レーザは、図５の紙面の上方から第１のマスク層３１に照射され、この照射によって第１のマスク層３１の一部が除去される。レーザは、ｐ型積層体１３が設けられる第２領域Ｗ２（図２参照）に対応する領域に照射される。
レーザは、Ｚ方向から見たときＹ方向に隣り合う照射位置におけるレーザの照射範囲５４が一部重なるように照射され、先のレーザ照射による第１のマスク層３１の除去により絶縁層２３が露出した範囲に、後から出射されたレーザの中心５２が位置しないように照射される。つまり、レーザの照射により第１のマスク層３１が除去される照射範囲５４の半径Ｄ１よりも隣接するレーザ照射の間隔Ｄ２が大きくなるように、レーザが照射される。加えて、複数のレーザの出射によって生成されたレーザの照射範囲５４における複数の重なり領域Ｄｋが、Ｙ方向に互いに間隔をおいて配置されるようにする。適切なレーザを適切なレーザ強度で照射することによって、レーザの照射の重なり領域Ｄｋにおいては、第１のマスク層３１の除去に加えて、絶縁層２３、ｎ型非晶質半導体層２２およびｉ型非晶質半導体層２１も除去し、ウェーハ１０がＺ方向に露出するようにする。
レーザは、レーザ照射部への熱影響を少なくするため、パルス幅がナノ秒（ｎｓ）またはピコ秒（ｐｓ）程度の短パルスレーザであることが望ましい。このようなレーザとして、ＹＡＧレーザや、エキシマレーザなどを用いればよい。本実施の形態では、レーザ光源としてＮｄ：ＹＡＧレーザ（波長１０６４ｎｍ）の第３高調波（波長３５５ｎｍ）を使用し、１パルスあたり約０．１〜０．５Ｊ／ｃｍ2の強度でレーザを照射する。なお、レーザによる除去を短時間で行えるよう、繰り返し周波数の高いレーザ光源を用いることが望ましい。
次に、図６〜図９を用いて、レーザ照射により各層２１〜２３,３１が除去される過程について説明する。図６〜図９は、レーザ照射前からレーザ照射工程が終了するまでの製造途中の太陽電池７０の状態を時系列的に示す図５のＢ-Ｂ線断面図に対応する断面図である。
先ず、図６に示すように、１ショット目のレーザ５０を第１のマスク層３１に照射することによって、１ショット目のレーザ５０が照射された領域の第１のマスク層３１を除去し、絶縁層２３を露出させる。次に、図７に示すように、絶縁層露出部分２３ａの一部２３ｂにＺ方向に重なるように２ショット目のレーザ５０を第１のマスク層３１に照射する。２ショット目のレーザ５０は、１ショット目のレーザ５０に対してＹ方向に照射位置をずらした状態で照射される。図８に示すように、絶縁層露出部分２３ａの一部２３ｂにＺ方向に重なる領域は、２ショット目のレーザ５０の照射によって、絶縁層２３、ｎ型非晶質半導体層２２およびｉ型非晶質半導体層２１が除去される。
すなわち、レーザ５０を２度照射された２つの円が重なる紡錘形領域について、ウェーハ１０の第１主面１０ａが露出される。そして、ｎ型非晶質半導体層２２のｎ型不純物がウェーハ１０の主表面１０ａにドーピングされることで、第１主面側高ドープ領域１０ｄが形成される。すなわち、ウェーハ１０の第１主面側領域にｎ型非晶質半導体層２２中のｎ型ドーパント（例えば、リン、砒素、アンチモン）が拡散する。その結果、図８に示すように、ウェーハ１０の第１主面１０ａ側に第１主面側高ドープ領域１０ｄが形成される。他方、２ショット目のレーザ５０の照射において、レーザ５０が初めて照射された領域では、第１のマスク層３１の部分は除去され、絶縁層２３が露出する。
続いて、図８に示すように、２ショット目のレーザ５０の照射によって露出した絶縁層２３の絶縁層露出部分２３ａの一部２３ｂにＺ方向に重なるように３ショット目のレーザ５０を第１のマスク層３１に照射する。３ショット目のレーザ５０は、２ショット目のレーザ５０に対してＹ方向に照射位置をずらした状態で照射される。２ショット目のレーザ５０の照射によって露出した絶縁層露出部分２３ａの一部にＺ方向に重なる領域は、３ショット目のレーザ５０の照射によって、絶縁層２３、ｎ型非晶質半導体層２２およびｉ型非晶質半導体層２１が除去される。３ショット目のレーザ５０の照射による層２１〜２３の除去の際に、当該一部２３ｂにＺ方向に重なるウェーハ１０の第１主面側領域にｎ型非晶質半導体層２２中のｎ型ドーパントが拡散する。その結果、ウェーハ１０の第１主面側に新たな第１主面側高ドープ領域１０ｄが形成される。他方、３ショット目のレーザ５０の照射において、レーザ５０が初めて照射された領域では、第１のマスク層３１の部分は、除去されて絶縁層２３が露出する。
以後、この過程が、レーザ照射工程が終了するまで繰り返される、そして、図９に示すように、Ｙ方向に間隔をおいて配置される複数の第１主面側高ドープ領域１０ｄが、ウェーハ１０の第１主面１０ａ側に形成される。
図１０は、図５のＣ-Ｃ線断面図であり、Ｙ方向に隣り合うレーザの照射領域の重なり領域Ｄｋを通過する断面図である。また、図１１は、図５のＥ-Ｅ線断面図であり、Ｙ方向に隣り合うレーザの照射領域において重ならない領域（以下、照射領域が重ならない領域という）を通過する断面図である。また、図１２は、第１のマスク層３１が存在しない領域において絶縁層２３が除去された状態を示す図１１に対応する断面図である。
図１０に示すように、Ｘ方向を含む断面においては、ｐ型積層体１３がウェーハ１０に接触する第２領域Ｗ２にＺ方向に重なる領域に第１主面側高ドープ領域１０ｄが形成される。他方、図１１に示すように、照射領域が重ならない領域では、Ｘ方向に間隔をおいて第１のマスク層３１が除去された複数の領域が設けられ、絶縁層２３が第１開口部４１を介して離散的に露出する。
次に、図１２に示すように、レーザの照射領域が重ならない領域において、レーザ照射によりパターニングした第１のマスク層３１を用いて、第１開口部４１に露出する絶縁層２３をエッチングする。絶縁層２３のエッチングは、絶縁層２３が酸化シリコン、窒化シリコンまたは酸窒化シリコンからなる場合は、例えば、フッ酸水溶液等の酸性のエッチング剤を用いて行うことができる。化学エッチングに用いるエッチング剤は、液体であってもよいし気体であってもよい。第２領域Ｗ２に位置する絶縁層２３のエッチングにより、ｎ型非晶質半導体層２２が露出する第２開口部４２が形成される。
次に、パターニングした絶縁層２３をマスクとして用いて、ｉ型非晶質半導体層２１とｎ型非晶質半導体層２２をエッチングする。すなわち、レーザの照射領域が重ならない領域においては、図１３、すなわち図１２に対応する断面図に示すように、ｉ型非晶質半導体層２１およびｎ型非晶質半導体層２２を、アルカリ性のエッチング剤を用いてエッチングする。第２領域Ｗ２に位置するｉ型非晶質半導体層２１およびｎ型非晶質半導体層２２を除去することにより、ウェーハ１０の第１主面１０ａが露出する第３開口部４３が形成される。また、第１領域Ｗ１に残るｉ型非晶質半導体層２１およびｎ型非晶質半導体層２２により、ｎ型積層体１２が形成される。絶縁層２３の上の第１のマスク層３１は、ｉ型非晶質半導体層２１およびｎ型非晶質半導体層２２のエッチング工程において一緒に除去される。エッチング工程後に形成される第２開口部４２および第３開口部４３は、ウェーハ１０の第１主面１０ａを底面とする一体的な溝を構成する。
加えて、このエッチングにより、図１４、すなわち図１０に対応する断面図に示すように、照射領域が重なる領域においても、絶縁層２３の上の第１のマスク層３１が除去される。また、一連のエッチングによって、図１５、すなわち図９に対応する断面図に示すように、この時点で、隣り合う第１主面側高ドープ領域１０ｄのＹ方向間にある層２１〜２３が除去される。
次に、図１６、すなわち、図１４に対応する断面図に示すように、照射領域が重なる領域において、第１主面１０ａおよび絶縁層２３の上を覆うようにｉ型非晶質半導体層２４が形成され、ｉ型非晶質半導体層２４の上にｐ型非晶質半導体層２５が形成される。図１７、すなわち図１５に対応する断面図に示すように、Ｙ方向とＺ方向とを含む断面では、この時点でＹ方向に延在するｉ型非晶質半導体層２４およびｐ型非晶質半導体層２５が、第１主面側高ドープ領域１０ｄを被覆するように設けられる。
なお、図１６以下では、図１４に対応する照射領域が重なる領域の断面図のみを示し、図１３に対応する照射領域が重ならない領域の断面図の図示は省略する。図１３に対応する照射領域が重ならない領域の断面図は、照射領域が重なる領域との比較において第１主面側高ドープ領域１０ｄが存在しない点のみが異なる。
ｉ型非晶質半導体層２４、ｐ型非晶質半導体層２５の形成方法は特に限定されないが、例えば、ＣＶＤ法などの薄膜形成法により形成することができる。なお、ｉ型非晶質半導体層２４およびｐ型非晶質半導体層２５は、絶縁層２３のさらなるパターニングのための第２のマスク層３２として機能する。
次に、図１８に示すように、第１領域Ｗ１の絶縁層２３の上に位置する第２のマスク層３２の一部にレーザ５０を照射する。レーザ５０が照射される第３領域Ｗ３には、絶縁層２３が露出する第４開口部４４が形成される。レーザ照射によって第２のマスク層３２の第３領域Ｗ３以外の部分が残って、ｉ型非晶質半導体層２４が第２のｉ型層１３ｉとなり、ｐ型非晶質半導体層２５が第２導電型層１３ｐとなる。つまり、第２のマスク層３２からｐ型積層体１３が形成される。
次に、図１９に示すように、パターニングした第２のマスク層３２を用いて、第４開口部４４に露出する絶縁層２３のエッチングを行う。絶縁層２３は、上述の図１２に示す工程と同様に、フッ酸水溶液等の酸性のエッチング剤を用いて行うことができる。これにより、絶縁層２３に第５開口部４５を形成して第１導電型層１２ｎを露出させ、絶縁層２３から第１絶縁層１６を形成する。絶縁層２３が除去された部分は第３領域Ｗ３となり、第１絶縁層１６が残る部分は第４領域Ｗ４となる。エッチング工程後に形成される第４開口部４４および第５開口部４５は、第１導電型層１２ｎの表面を底面とする一体的な溝を構成する。
次に、図２０に示すように、第１導電型層１２ｎおよび第２導電型層１３ｐの上に、導電層２６、２７を形成する。導電層２６は、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）などの透明電極層であり、導電層２７は、銅（Ｃｕ）などの金属や合金により構成される金属電極層である。導電層２６、２７は、プラズマＣＶＤ法等のＣＶＤ法や、スパッタリング法等の薄膜形成法により形成される。
次に、図２１に示すように、導電層２６、２７のうち、第１絶縁層１６の上に位置している部分を分断して溝を形成する。これにより、導電層２６、２７から第１導電層１９ａおよび第２導電層１９ｂが形成され、ｎ型電極とｐ側電極とが分離される。導電層２６、２７の分断は、例えば、ウェットエッチングやレーザ照射により行うことができる。
最後に、第１導電層１９ａおよび第２導電層１９ｂの上に、例えば銅（Ｃｕ）を含む第３導電層１９ｃと、例えば錫（Ｓｎ）を含む第４導電層１９ｄをめっき法により形成する。以上の製造工程により、図２に示す太陽電池７０ができあがる。
上記実施形態によれば、ｎ型のウェーハ１０が、ｎ型にドーピングされた低ドープ領域１０ｃと、ｐ型積層体１３との間に第１主面側高ドープ領域１０ｄが設けられている。第１主面側高ドープ領域１０ｄは、低ドープ領域１０ｃよりも高いｎ型のドーパント濃度を有して、低ドープ領域１０ｃとｐ型積層体１３との間に設けられている。したがって、第１主面側高ドープ領域１０ｄが存在する領域において、ｐｎ接合の境界付近に生成される空乏層の幅を狭くでき、電子が空乏層を通過し易くなって逆バイアス電圧を低減できる。よって、太陽電池７０に影がかかった際の発熱を低減できて、太陽電池７０の劣化を抑制できる。
また、第１主面側高ドープ領域１０ｄは、ｐ型積層体１３に沿うようにＹ方向に連続的に延在するのではなくて、複数の第１主面側高ドープ領域１０ｄが、Ｙ方向に間隔をおいて離散的に設けられる。したがって、光のエネルギーによってｐｎ接合の境界付近で生じた電子と正孔が消滅し易くなる領域が離散的な箇所に限られ、発電特性が大きく低下することもない。
その結果、影がかかった場合に生じる逆バイアス電圧を抑制でき、発電特性も低下しにくい太陽電池７０を実現できる。
特に、本実施の形態では、図５に示すように、レーザ照射の移動量を調整することで、２度照射の領域を作り、この２度照射の領域について高濃度の不純物ドーピングを行い第１主表面側高ドープ領域１０ｄを形成する。そこで、第１主面側高ドープ領域１０ｄを、レーザを用いて簡易に製造できる。したがって、製造工数を低減でき、製造コストを低減できる。
尚、本発明は、上記実施形態およびその変形例に限定されるものではなく、本願の特許請求の範囲に記載された事項およびその均等な範囲において種々の改良や変更が可能である。
例えば、上記実施形態では、第１主面側高ドープ領域１０ｄをレーザ照射によって形成する方法について説明した。しかし、第１主面側高ドープ領域１０ｄは、例えば、リン、砒素、アンチモン、ボロン、ガリウムなどのドーパント原子をイオン注入法でウェーハに注入した後、アニール処理を行って形成されてもよく、又は高温炉を用いた不純物拡散法等で形成されてもよい。第１主面側高ドープ領域１０ｄは、レーザ照射を用いる方法以外の如何なる方法で形成されてもよい。すなわち、第１主面側高ドープ領域１０ｄを形成するには、第１主面側高ドープ領域１０ｄに不純物をドーピングすればよいので、各種の手法が採用できる。レーザで第１主面１０ａを露出させた後、不純物をドーピングしてもよいし、他の手段で第１主面１０ａの所望部分を露出させた後、不純物をドーピングしてもよい。又は、第１主面１０ａを露出させなくても所定のエネルギーを有するイオンを第１主面側高ドープ領域１０ｄに打ち込むことによって、第１主面側高ドープ領域１０ｄに不純物をドーピングしてもよい。
また、図１に示すように、複数の第１主面側高ドープ領域１０ｄが、Ｙ方向に等間隔で配置される場合について説明したが、複数の第１主面側高ドープ領域が、Ｙ方向に等間隔でない間隔で配置されてもよい。この変形例は、例えば、レーザの強度を、ショット毎に変動させることにより、レーザの重なり領域Ｄｋでも、ドーパント原子をウェーハに拡散させない場合をもうけることによって簡単に実現できる。
また、図２に示すように、第１主面側高ドープ領域１０ｄが、ｐ型積層体１３がウェーハ１０に接触する第２領域Ｗ２の全域に設けられず第２領域Ｗ２の中央部のみに設けられる場合について説明した。しかし、第１主面側高ドープ領域１０ｄを、ｐ型積層体１３がウェーハ１０に接触する第２領域Ｗ２の全域に設けて、第１主面側高ドープ領域１０ｄのＸ方向の長さを、ｐ型積層体１３においてウェーハ１０に接触している接触領域のＸ方向の長さと略一致させてもよい。
レーザの照射範囲５４における重なり領域Ｄｋ（図５参照）は、第２領域Ｗ２（図２参照）に対応する領域に設けられる。したがって、この変形例は、上述の方法でレーザの種類および強度を適切に選択することによって実現できる。この変形例によれば、第１主面側高ドープ領域１０ｄのＸ方向長さが大きくなるので、逆バイアス電圧の低減効果を大きくできる。
１０ ウェーハ、１２ ｎ型積層体、１３ ｐ型積層体、１０ｃ 低ドープ領域、１０ｄ 第１主面側高ドープ領域、７０ 太陽電池。

Claims (5)

  1. 第１導電型シリコンウェーハと、
    前記第１導電型シリコンウェーハの第１主面側に設けられて、第１方向に延在する第１導電型非晶質シリコン層と、
    前記第１導電型シリコンウェーハの前記第１主面側に前記第１導電型非晶質シリコン層に第２方向に隣り合うように設けられて、前記第１方向に延在する第２導電型非晶質シリコン層と、を備え、
    前記第１導電型シリコンウェーハは、
    第１導電型にドーピングされた低ドープ領域と、
    前記低ドープ領域よりも高い前記第１導電型のドーパント濃度を有し、前記第１方向に互いに間隔をおいた状態で前記低ドープ領域と前記第２導電型非晶質シリコン層との間に設けられる複数の第１主面側高ドープ領域とを有する、太陽電池。
  2. 請求項１に記載の太陽電池において、
    前記第２方向と、前記第１導電型シリコンウェーハの厚さ方向とを含む断面において、前記第１主面側高ドープ領域は、前記第２導電型非晶質シリコン層が前記第１導電型シリコンウェーハに接する領域に前記厚さ方向に重なる領域に設けられ、かつ、第２主面側に凸で前記第２方向の中央部において厚さが最も大きくなる形状を有する、太陽電池。
  3. 請求項１または２に記載の太陽電池において、
    前記第２導電型非晶質シリコン層において前記第１導電型シリコンウェーハに接している領域の前記第２方向の長さは、前記第１主面側高ドープ領域の前記第２方向の長さと略一致する、太陽電池。
  4. 請求項１乃至３のいずれか１つに記載の太陽電池において、
    前記第１方向に隣り合う前記第１主面側高ドープ領域の間隔は、１００μｍ〜９００μｍである、太陽電池。
  5. 請求項１乃至４のいずれか１つに記載の太陽電池において、
    前記低ドープ領域のドーパント濃度は、１×１０15／ｃｍ3〜１×１０17／ｃｍ3であり、前記第１主面側高ドープ領域のドーパント濃度は、１×１０18／ｃｍ3〜１×１０20／ｃｍ3である、太陽電池。
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