WO2015146333A1 - 光電変換素子 - Google Patents

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WO2015146333A1
WO2015146333A1 PCT/JP2015/053803 JP2015053803W WO2015146333A1 WO 2015146333 A1 WO2015146333 A1 WO 2015146333A1 JP 2015053803 W JP2015053803 W JP 2015053803W WO 2015146333 A1 WO2015146333 A1 WO 2015146333A1
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semiconductor film
type semiconductor
electrode layer
substrate
photoelectric conversion
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PCT/JP2015/053803
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直城 浅野
健 稗田
親扶 岡本
雄太 松本
東　賢一
博昭 重田
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シャープ株式会社
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    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/52—PV systems with concentrators

Definitions

  • the present invention relates to a photoelectric conversion element.
  • Solar cells have a structure in which electrodes are formed on a light-receiving surface on which sunlight is incident and a back surface on the opposite side of the light-receiving surface (double-sided electrode structure), and electrodes on only the back surface. Some have a formed structure (back electrode structure).
  • the solar cell having the back electrode structure is advantageous in that the amount of incident sunlight can be increased by the absence of an electrode on the light receiving surface.
  • Patent Document 1 describes a solar cell having a back electrode structure. According to the solar cell described in Patent Document 1, an in-junction and an ip-junction are formed on the back surface of the semiconductor substrate, an n-side electrode is formed on the in-junction, and a p-side electrode is formed on the ip junction. In this solar cell, when sunlight is incident from the light receiving surface side of the semiconductor substrate, carriers are generated inside the semiconductor substrate, and the carriers are taken out from the p-side electrode and the n-side electrode.
  • an object of the present invention is to provide a photoelectric conversion element and a method for manufacturing the photoelectric conversion element that can improve characteristics and reliability.
  • a semiconductor substrate a first i-type semiconductor film provided on a part of one surface of the semiconductor substrate, and a first i-type semiconductor film provided on the first i-type semiconductor film
  • a substrate having a first conductivity type semiconductor film, a second i type semiconductor film provided on another part of the surface, and a second conductivity type semiconductor film provided on the second i type semiconductor film;
  • An electrode portion having a first electrode layer provided on the first conductivity type semiconductor film and a second electrode layer provided on the second conductivity type semiconductor film, and a first electrode layer and a second electrode layer And a reflective portion provided in a gap region sandwiched between the two.
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of the heterojunction back contact cell according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view illustrating an example of the method for manufacturing the heterojunction back contact cell of the first embodiment.
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view illustrating an example of the method for manufacturing the heterojunction back contact cell of the first embodiment.
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view illustrating an example of the method for manufacturing the heterojunction back contact cell of the first embodiment.
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view illustrating an example of the method for manufacturing the heterojunction back contact cell of the first embodiment.
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view illustrating an example of the method for manufacturing the heterojunction back contact cell of the first embodiment.
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view illustrating an example of the method for manufacturing the heterojunction back contact cell of the first embodiment.
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view illustrating an example of the method for manufacturing the heterojunction back contact cell of the first embodiment.
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view illustrating an example of the method for manufacturing the heterojunction back contact cell of the first embodiment.
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view illustrating an example of the method for manufacturing the heterojunction back contact cell of the first embodiment.
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view illustrating an example of the method for manufacturing the heterojunction back contact cell of the first embodiment.
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view illustrating an example of the method for manufacturing the heterojunction back contact cell of the first embodiment.
  • FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of a heterojunction back contact cell according to a second embodiment. 6 is a schematic cross-sectional view of a heterojunction back contact cell according to Embodiment 3.
  • FIG. 10 is a schematic cross-sectional view illustrating an example of a method for manufacturing a heterojunction back contact cell of Embodiment 3.
  • FIG. FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of a heterojunction back contact cell according to a fourth embodiment.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a heterojunction back contact cell according to Embodiment 1, which is an example of the photoelectric conversion element of the present invention.
  • the heterojunction back contact cell according to the first embodiment includes a base 10, an electrode part 20, and a reflection part 30 made of an insulating layer.
  • the base 10 includes a semiconductor substrate 1 made of an n-type single crystal silicon substrate, a first i-type semiconductor film 2 provided on a part of one surface (back surface) of the semiconductor substrate 1, and a first i-type semiconductor. And a first conductivity type semiconductor film 3 made of a p-type amorphous silicon film provided on the film 2.
  • the base 10 includes a second i-type semiconductor film 4 provided on another part of the back surface of the semiconductor substrate 1 and an n-type amorphous silicon film provided on the second i-type semiconductor film 4. And a first second-conductivity-type semiconductor film 5.
  • the base 10 further includes a third i-type semiconductor film 6 provided on the other surface (light-receiving surface) of the semiconductor substrate 1 and a second second conductivity provided on the third i-type semiconductor film 6.
  • Type semiconductor film 7 and antireflection film 8 provided on second second conductive type semiconductor film 7.
  • the first conductive semiconductor film 3 and the first second conductive semiconductor film 5 are located on one surface (back surface) of the base 10, and the other of the base 10 is
  • the antireflection film 8 is located on the surface (light receiving surface).
  • the electrode unit 20 includes a first electrode layer 21 provided on the first conductive semiconductor film 3 of the base 10 and a second electrode layer 22 provided on the first second conductive semiconductor film 5. .
  • the reflection portion 30 is made of an insulating layer provided in the gap region A sandwiched between the first electrode layer 21 and the second electrode layer 22. More specifically, in the first embodiment, the reflection unit 30 is the gap region A, and the surfaces of the first electrode layer 21 and the second electrode layer 22 facing each other, and the first electrode layer 21 and the second electrode. It is provided in a region surrounded by the back surface of the substrate 10 located between the layers 22.
  • an n-type single crystal silicon substrate can be preferably used, but is not limited to an n-type single crystal silicon substrate, and for example, a conventionally known semiconductor substrate can also be used.
  • the thickness of the semiconductor substrate 1 is not particularly limited, and can be, for example, 50 ⁇ m or more and 300 ⁇ m or less, and preferably 100 ⁇ m or more and 200 ⁇ m or less.
  • the specific resistance of the semiconductor substrate 1 is not particularly limited, and can be, for example, 0.1 ⁇ ⁇ cm or more and 10 ⁇ ⁇ cm or less.
  • the impurity concentration of the n-type impurity can be set to 1 ⁇ 10 15 pieces / cm 3 or more and 1 ⁇ 10 16 pieces / cm 3 , for example.
  • an i-type amorphous silicon film can be suitably used, but is not limited to an i-type amorphous silicon film, and for example, a conventionally known i-type semiconductor film is used. You can also.
  • the thickness of the first i-type semiconductor film 2 is not particularly limited, and can be, for example, 5 nm or more and 50 nm or less.
  • i-type means not only a completely intrinsic state but also a sufficiently low concentration (the n-type impurity concentration is less than 1 ⁇ 10 15 / cm 3 and the p-type impurity concentration is 1 ⁇ (Less than 10 15 / cm 3 ) means to include those in which n-type or p-type impurities are mixed.
  • the n-type impurity concentration and the p-type impurity concentration can be measured by secondary ion mass spectrometry (SIMS).
  • amorphous silicon includes not only amorphous silicon in which dangling bonds of silicon atoms are not terminated with hydrogen, but also silicon such as hydrogenated amorphous silicon. Also included are those in which dangling bonds of atoms are terminated with hydrogen.
  • a p-type amorphous silicon film can be preferably used as the first conductive semiconductor film 3, but is not limited to a p-type amorphous silicon film.
  • a conventionally known p-type semiconductor film may be used. it can.
  • the p-type impurity contained in the first conductive type semiconductor film 3 for example, boron can be used, and the concentration of the p-type impurity can be set to, for example, about 5 ⁇ 10 19 atoms / cm 3 .
  • the thickness of the 1st conductivity type semiconductor film 3 is not specifically limited, For example, they are 5 nm or more and 50 nm or less.
  • an i-type amorphous silicon film can be preferably used, but is not limited to an i-type amorphous silicon film, and for example, a conventionally known i-type semiconductor film is used. You can also.
  • the thickness of the second i-type semiconductor film 4 is not particularly limited and can be, for example, 5 nm or more and 50 nm or less.
  • an n-type amorphous silicon film can be preferably used, but is not limited to an n-type amorphous silicon film.
  • a conventionally known n-type semiconductor film is used. It can also be used.
  • phosphorus can be used as the n-type impurity contained in the first second conductivity type semiconductor film 5.
  • the thickness of the first second conductivity type semiconductor film 5 is not particularly limited, and can be, for example, not less than 5 nm and not more than 50 nm.
  • an i-type amorphous silicon film can be preferably used, but is not limited to an i-type amorphous silicon film, and for example, a conventionally known i-type semiconductor film is used. You can also.
  • the thickness of the third i-type semiconductor film 6 is not particularly limited, and can be, for example, 5 nm or more and 50 nm or less.
  • an n-type amorphous silicon film can be suitably used, but is not limited to an n-type amorphous silicon film, and for example, a conventionally known n-type semiconductor film Can also be used.
  • phosphorus can be used as the n-type impurity contained in the second second-conductivity-type semiconductor film 7, and the concentration of the n-type impurity is, for example, about 5 ⁇ 10 19 atoms / cm 3. it can.
  • the thickness of the second second conductivity type semiconductor film 7 is not particularly limited, and can be, for example, not less than 5 nm and not more than 50 nm.
  • the antireflection film 8 for example, at least one of an oxide layer and a nitride layer can be used.
  • the oxide layer for example, a silicon oxide layer or the like can be used.
  • the nitride layer for example, a silicon nitride layer can be used. Therefore, as the antireflection film 8, for example, a single layer of a silicon oxide layer, a single layer of a silicon nitride layer, or a stacked body of a silicon oxide layer and a silicon nitride layer can be used.
  • the thickness of the antireflection film 8 can be, for example, not less than 100 nm and not more than 800 nm.
  • a conductive material can be used without any particular limitation, and it is preferable to use at least one of aluminum and silver.
  • the thickness of the 1st electrode layer 21 and the 2nd electrode layer 22 is not specifically limited, For example, it can be 0.5 micrometer or less.
  • the reflecting portion 30, which is an insulating layer, causes the light reaching between the first electrode layer 21 and the second electrode layer 22 out of the light traveling from the light receiving surface side to the back surface side of the substrate 10 to enter the substrate 10 again. It is a reflective material.
  • the term “insulating layer” as used herein means that even if a part of the insulating layer is in contact with the first electrode layer 21 and the other part of the insulating layer is in contact with the second electrode layer 22, they are not short-circuited. Means a layer having an insulating property of Generally, when the sheet resistance value is 1000 ⁇ / ⁇ or more, the above short circuit is suppressed.
  • the reflection unit 30 is further reflective.
  • the reflectivity of the reflecting portion 30 means that the presence of the reflecting portion 30 increases the reflectance of light that reaches between the first electrode layer 21 and the second electrode layer 22 as compared with the case where the reflecting portion 30 does not exist. Means a characteristic that can be. Therefore, for example, the reflection unit 30 may have a refractive index different from that of the first conductive semiconductor film 3 and the first second conductive semiconductor film 5, and the first conductive semiconductor film 3 and the first conductive semiconductor film 3 The refractive index is preferably lower than the refractive index of the first second conductive semiconductor film 5. In this case, the reflectance of the light can be effectively increased.
  • Examples of the material of the reflecting portion 30 that satisfies such insulation and reflectivity include resins, nitrides, and oxides.
  • the resin is preferably ethylene vinyl acetate
  • the nitride is preferably silicon nitride
  • the oxide is preferably silicon oxide.
  • the thickness of the reflecting portion 30 is not particularly limited, and may be a thickness that can reflect light, in other words, a thickness that does not cause light leakage due to the quantum effect.
  • the thickness of the reflecting portion 30 may be different, but the thinnest position (for example, the first conductive in FIG.
  • the thickness in the region where the type semiconductor film 3 and the first second conductivity type semiconductor film 5 overlap) is preferably 5 nm or more, more preferably 20 nm or more, and further preferably 50 nm or more. preferable. When this thickness is less than 5 nm, the reflection effect of the reflecting portion 30 tends to be low. Moreover, it is preferable that the thickness of the reflection part 30 is 0.5 micrometer or less from the ease of modularization.
  • the third i-type semiconductor film 6 is formed on the entire light receiving surface of the semiconductor substrate 1, and the second second conductivity is formed on the entire light receiving surface of the third i-type semiconductor film 6.
  • a type semiconductor film 7 is formed.
  • the method for forming the third i-type semiconductor film 6 and the method for forming the second second-conductivity-type semiconductor film 7 are not particularly limited.
  • a plasma CVD (Chemical Vapor Deposition) method can be used.
  • irregularities may be formed on the light receiving surface of the semiconductor substrate 1.
  • Such irregularities can be formed, for example, by texture-etching the light-receiving surface of the semiconductor substrate 1 after forming a texture mask on the entire back surface of the semiconductor substrate 1.
  • silicon nitride or silicon oxide can be used as the texture mask.
  • an etchant used for texture etching for example, an alkaline solution capable of dissolving silicon can be used.
  • the first i-type semiconductor film 2 is formed on the entire back surface of the semiconductor substrate 1, and the first conductive semiconductor film 3 is formed on the first i-type semiconductor film 2.
  • the method for forming the first i-type semiconductor film 2 and the first conductive semiconductor film 3 is not particularly limited, and for example, a plasma CVD method can be used.
  • an etching mask 12 such as a photoresist is formed only in a portion where the stacked body 51 of the first i-type semiconductor film 2 and the first conductive semiconductor film 3 is left. Form.
  • a part of the stacked body 51 of the first i-type semiconductor film 2 and the first conductive semiconductor film 3 is wet-etched in the thickness direction. Thereby, the surface of the semiconductor substrate 1 is exposed.
  • a part of the stacked body 51 may be removed by, for example, laser light irradiation.
  • the etching mask 12 is completely removed from the first conductive type semiconductor film 3.
  • the second i-type semiconductor film 4 is formed so as to cover the exposed part on the back surface side of the semiconductor substrate 1, and the first first type semiconductor film 4 is formed on the second i-type semiconductor film 4.
  • a two-conductivity type semiconductor film 5 is formed.
  • the method for forming the second i-type semiconductor film 4 and the first second-conductivity-type semiconductor film 5 is not particularly limited, and for example, a plasma CVD method can be used.
  • a photoresist or the like is used only in a portion where the stacked body 52 of the second i-type semiconductor film 4 and the first second conductive semiconductor film 5 on the back surface side of the semiconductor substrate 1 is left.
  • An etching mask 13 is formed.
  • a part of the stacked body 52 composed of the second i-type semiconductor film 4 and the first second-conductivity-type semiconductor film 5 is formed in the thickness direction. Etching is performed, and then the etching mask 13 is completely removed to expose a part of the first conductivity type semiconductor film 3.
  • a metal layer 14 is formed so as to cover the entire back surfaces of the first conductive semiconductor film 3 and the first second conductive semiconductor film 5.
  • the formation method of the metal layer 14 is not specifically limited, For example, sputtering method or a vapor deposition method etc. can be used.
  • the method for removing the metal layer 14 is not particularly limited.
  • an etching mask is disposed on the first electrode layer 21 and the second electrode layer 22, and dry etching is performed in the thickness direction of the metal layer 14.
  • the metal layer 14 other than the layer 21 and the second electrode layer 22 can be removed.
  • the first electrode layer 21 and the second electrode layer 22 may be formed by, for example, laser light irradiation.
  • the substrate located between the surfaces of the first electrode layer 21 and the second electrode layer 22 facing each other and the first electrode layer 21 and the second electrode layer 22.
  • the reflecting portion 30 made of an insulating layer is formed.
  • the formation method of the reflection part 30 is not specifically limited, It can select suitably with the material which comprises the reflection part 30.
  • the resin may be applied to the gap region A using a blade or the like.
  • the reflecting portion 30 when the reflecting portion 30 is made of a nitride such as silicon nitride, the reflecting portion 30 can be easily formed using, for example, a plasma CVD method, an atmospheric pressure CVD method, or the like.
  • the reflection part 30 consists of oxides, such as a silicon oxide, a plasma CVD method, an atmospheric pressure CVD method, etc. can be used, for example.
  • an antireflection film 8 is formed on the second second conductivity type semiconductor film 7. *
  • the formation method of the antireflection film 8 is not particularly limited, and for example, a steam oxidation method, an atmospheric pressure CVD method, SOG coating / firing, a plasma CVD method or an atmospheric pressure CVD method can be used.
  • a silicon oxide layer can be easily formed by steam oxidation method, atmospheric pressure CVD method, SOG coating and baking, and silicon nitride layer can be easily formed by plasma CVD method or atmospheric pressure CVD method. can do.
  • the reflective portion 30 made of an insulating layer is provided in the gap region A sandwiched between the first electrode layer 21 and the second electrode layer 22. This improves the characteristics and reliability of the heterojunction back contact cell of the first embodiment. This will be described in comparison with a conventional configuration.
  • an in-junction or an ip-junction is exposed to the outside between an n-side electrode and a p-side electrode arranged on the back surface of the semiconductor substrate. It was. That is, in the photoelectric conversion element, a silicon semiconductor such as a semiconductor substrate, an in-junction, and a pn-junction is located in a gap region sandwiched between the n-side electrode and the p-side electrode.
  • the gap region where the electrode is not disposed is the light that has passed through the photoelectric conversion element from the light receiving surface side. It did not have a function of reflecting. For this reason, when the light incident on the photoelectric conversion element from the light receiving surface side reaches the back surface of the photoelectric conversion element, if the position is in the gap region, most of the light escapes from the photoelectric conversion element. It was the current situation.
  • the reflection part 30 is provided in the gap region A, it is located in the gap region A of the substrate 10 from the light receiving surface side of the substrate 10. Light that reaches the back side can be reflected. That is, the light that is about to escape from the gap region A can be reflected into the base 10 by the reflecting portion 30. Therefore, since the heterojunction back contact cell of Embodiment 1 can use light more efficiently than the conventional one, it can have high photoelectric conversion efficiency as a result. The characteristics and reliability of the type back contact cell are improved.
  • the reflection part 30 is provided on the entire surface of the gap region A. That is, it is preferable that the reflecting portion 30 is provided on the entire back surface of the base body 10 located between the first electrode layer 21 and the second electrode layer 22. Thereby, the photoelectric conversion efficiency can be further improved.
  • the reflecting portion 30 is in contact with the base body 10 located in the gap region A. That is, it is preferable that the reflecting portion 30 is in direct contact with the back surface of the base body 10 located in the gap region A without interposing a space such as an air layer. Thereby, the light reflection effect can be enhanced. This is because when there is a space containing a gas such as an air layer between two substances, light tends to attenuate in the space.
  • FIG. 13 is a schematic cross-sectional view of the heterojunction back contact cell according to the second embodiment which is an example of the photoelectric conversion element of the present invention.
  • the heterojunction back contact cell according to the second embodiment is characterized by having a reflecting portion 31 having a step on the surface exposed to the back surface side of the photoelectric conversion element, instead of the reflecting portion 30 according to the first embodiment.
  • the reflection part 31 since it is the same as that of Embodiment 1 about the characteristics other than the shape, the description is not repeated.
  • the heterojunction back contact cell according to the second embodiment can be manufactured by controlling the thickness of the reflective portion 31 in the step of providing the reflective portion 30 using the manufacturing method described in the first embodiment. For example, as shown in FIG. 12, when the back surface of the substrate 10 has a stepped shape, the shape of the back surface of the substrate 10 is reflected by forming a film with a certain thickness using a plasma CVD method or the like. In addition, the reflective portion 31 having a step can be formed.
  • the reflective portion 31 made of an insulating layer is provided in the gap region A sandwiched between the first electrode layer 21 and the second electrode layer 22, and in particular, the back surface side of the photoelectric conversion element in the reflective portion 31. Has a step on the surface exposed to the surface. This improves the characteristics and reliability of the heterojunction back contact cell of the second embodiment.
  • the reflective region 31 is provided in the gap region A as in the first embodiment. It is possible to reflect the light that has reached the back side located in the gap region A. Furthermore, since the surface exposed to the back surface side of the photoelectric conversion element in the reflecting portion 31 has a step, the irregular reflection of light by this step structure is possible. Therefore, since the reflection effect of the reflecting portion 31 is further improved, the characteristics and reliability of the heterojunction back contact cell are further improved.
  • the second embodiment is the same as the first embodiment except that the reflecting unit 31 is provided instead of the reflecting unit 30, and therefore the same description will not be repeated.
  • FIG. 14 is a schematic cross-sectional view of a heterojunction back contact cell according to Embodiment 3, which is an example of the photoelectric conversion element of the present invention.
  • the heterojunction back contact cell according to the third embodiment is characterized in that, instead of the reflector 30, the heterojunction back contact cell has a reflector 32 made of unevenness provided on the back surface of the base body 10 a located in the gap region A.
  • the unevenness is a member located on the back side of the base body 10 a located in the gap region A, that is, the back side of the semiconductor substrate 41, the first i-type semiconductor film 2, and the first conductivity type semiconductor film 3. Any unevenness provided on any of the second i-type semiconductor film 4 and the second conductive semiconductor film 5 may be used. However, in view of ease of manufacture, a texture structure provided on the back surface of the semiconductor substrate 41 is preferable as shown in FIG.
  • each film located on the texture structure provided on the semiconductor substrate 41 also has a similar texture structure, but this is because each film is formed by a general film forming method. This is because the shape of each film reflects the shape of the back surface of the semiconductor substrate 41 located immediately below the film.
  • the structure of the unevenness is not particularly limited, and for example, it can be a shape in which triangular unevenness as shown in FIG. 14 is continuous. In FIG. 14, only the cross-sectional shape is shown, but in a three-dimensional manner, for example, a shape in which a plurality of triangular pyramids are gathered can be used.
  • the depth of the unevenness constituting the reflecting portion 32 is not particularly limited, and at least in an electron microscope observation such as SEM observation, a portion of the base body 10a located in the gap region A has a rougher surface shape than other portions. If you do.
  • the depth of the unevenness means that, among the unevenness, the inner front end portion that protrudes most toward the inner side of the base body 10a (the center side in the thickness direction of the base body 10a) and the outer front end portion that protrudes most in the direction opposite to the inner front end portion. (The distance in the thickness direction of the substrate 10a). When the semiconductor substrate 41 has irregularities, the distance is between the inner tip portion that protrudes most inside the semiconductor substrate 41 and the outer tip portion that protrudes most in the direction opposite to the inner tip portion. Distance.
  • the heterojunction back contact cell of the third embodiment is manufactured by using the manufacturing method described in the first embodiment using the semiconductor substrate 41 shown in FIG. 15 (except for the step of providing the reflecting portion 30). can do.
  • the semiconductor substrate 41 shown in FIG. 15 is in a gap region A sandwiched between the position where the first electrode layer 21 is disposed and the position where the second electrode layer 22 is disposed on the back surface of the semiconductor substrate 1 of the first embodiment. It can be prepared by forming the texture structure 53.
  • the texture structure 53 is formed on the entire light-receiving surface of the semiconductor substrate 1 of the first embodiment, and the texture mask is formed on a region of the back surface of the semiconductor substrate 1 where the texture structure 53 is not formed. Thereafter, the back surface of the semiconductor substrate 1 can be formed by texture etching.
  • texture etching silicon nitride or silicon oxide can be used as the texture mask.
  • an etchant used for texture etching for example, an alkaline solution capable of dissolving silicon can be used. It can also be formed by partially irradiating the gap region A with laser light.
  • the semiconductor substrate 41 Using the semiconductor substrate 41, the first i-type semiconductor film 2, the first conductive semiconductor film 3, the second i-type semiconductor film 4, and the first second conductive semiconductor film 5 were formed on the back surface thereof.
  • the shape of each film formed on the region where the texture structure 53 is formed reflects the shape of the texture structure 53. Therefore, finally, the heterojunction back contact cell of the third embodiment having the configuration shown in FIG. 14 is completed.
  • the reflection part 32 made of unevenness is provided in the gap region A sandwiched between the first electrode layer 21 and the second electrode layer 22. This improves the characteristics and reliability of the heterojunction back contact cell of the third embodiment.
  • the heterojunction back contact cell of the third embodiment since the reflection part 32 is provided in the gap region A, the back surface side located in the gap region A of the substrate 10a from the light receiving surface side of the substrate 10a. The light that reaches can be reflected. More specifically, since light that has entered the substrate 10a from the light receiving surface side of the photoelectric conversion element and reached the unevenness can be irregularly reflected, it is possible to prevent light from escaping from the gap region A. . Therefore, since the heterojunction back contact cell of Embodiment 3 can use light more efficiently than the conventional one, as a result, it can have high photoelectric conversion efficiency, and thus the heterojunction. The characteristics and reliability of the type back contact cell are improved.
  • the reflecting portion 32 is provided on the entire surface of the gap region A. That is, it is preferably provided on the entire back surface of the base body 10 a located between the first electrode layer 21 and the second electrode layer 22. Thereby, the photoelectric conversion efficiency can be further improved.
  • the manufacturing cost is reduced. Can be reduced.
  • the third embodiment is the same as the first embodiment except that the reflecting unit 32 is provided instead of the reflecting unit 30, and therefore the same description will not be repeated.
  • FIG. 16 is a schematic cross-sectional view of a heterojunction back contact cell according to Embodiment 4 which is an example of the photoelectric conversion element of the present invention.
  • the heterojunction back contact cell of Embodiment 4 is characterized by having a reflective portion 30 made of an insulating layer and a reflective portion 32 made of unevenness. That is, the heterojunction back contact cell according to the fourth embodiment includes the reflective portion 30 according to the first embodiment and the reflective portion 32 according to the third embodiment.
  • the heterojunction back contact cell of the fourth embodiment can be manufactured by using the manufacturing method described in the first embodiment using the semiconductor substrate 41 shown in FIG.
  • a reflective portion 30 made of an insulating layer and a reflective portion 32 made of unevenness are provided in a gap region A sandwiched between the first electrode layer 21 and the second electrode layer 22. More specifically, in the fourth embodiment, the gap region A, between the surfaces of the first electrode layer 21 and the second electrode layer 22 facing each other and the first electrode layer 21 and the second electrode layer 22.
  • the reflection part 30 is provided in the area
  • the back contact cell since the light that has reached the back surface side located in the gap region A of the base body 10a from the light receiving surface side of the base body 10a can be reflected by the reflecting section 32 and the reflecting section 30, the heterojunction of the fourth embodiment The characteristics and reliability of the back contact cell are further improved.
  • the first conductivity type is the p-type and the second conductivity type is the n-type has been described. However, the first conductivity type and the second conductivity type are opposite in conductivity. If the first conductivity type is n-type, the first conductivity type is p-type.
  • the semiconductor substrate, the first i-type semiconductor film provided on a part of one surface of the semiconductor substrate, and the first i-type semiconductor film are provided.
  • interposed into 2 electrode layers can be provided.
  • the reflecting portion is provided in the gap region, it is possible to reflect the light that has reached the back surface side located in the gap region of the substrate from the light receiving surface side of the substrate. Therefore, the characteristics and reliability of the heterojunction back contact cell are improved.
  • the reflecting portion is preferably an insulating layer provided in the gap region. Thereby, the light reflection effect in the gap region can be enhanced.
  • the reflecting portion is an unevenness provided on one surface of the substrate located in the gap region, whereby the light in the gap region can be irregularly reflected.
  • the unevenness is preferably a textured structure provided on the semiconductor substrate.
  • corrugation of a desired shape can be formed easily.
  • the present invention can be used for a photoelectric conversion element and a method for manufacturing the photoelectric conversion element, and can be particularly preferably used for a solar battery such as a heterojunction back contact cell and a method for manufacturing the solar battery.

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Abstract

従来よりも特性および信頼性を向上させることが可能な光電変換素子および光電変換素子の製造方法を提供する。光電変換素子は、半導体基板１と、半導体基板１の一方の表面の一部に設けられた第１のｉ型半導体膜２と、第１のｉ型半導体膜２上に設けられた第１導電型半導体膜３と、表面の他の一部に設けられた第２のｉ型半導体膜４と、第２のｉ型半導体膜４上に設けられた第２導電型半導体膜５と、を有する基体１０と、第１導電型半導体膜３上に設けられた第１電極層２１と、第１の第２導電型半導体膜５上に設けられた第２電極層２２と、を有する電極部２０と、第１電極層２１および第２電極層２２に挟まれたギャップ領域Ａに設けられた反射部３０とを備える。

Description

光電変換素子
　本発明は、光電変換素子に関する。
　太陽光エネルギを電気エネルギに直接変換する太陽電池は、近年、特に、地球環境問題の観点から、次世代のエネルギ源としての期待が急激に高まっている。太陽電池には、化合物半導体または有機材料を用いたものなど様々な種類のものがあるが、現在、主流となっているのは、シリコン結晶を用いたものである。
　太陽電池には、太陽光が入射する側の面である受光面と、受光面の反対側である裏面とにそれぞれ電極が形成された構造（両面電極構造）のものと、裏面のみに電極が形成された構造（裏面電極構造）のものとがある。裏面電極構造の太陽電池は、受光面に電極がない分、入射される太陽光の量を増加できる点で有利である。
　たとえば、特許文献１には、裏面電極構造の太陽電池が記載されている。特許文献１に記載の太陽電池によれば、半導体基板の裏面に、ｉｎ接合およびｉｐ接合がそれぞれ形成され、ｉｎ接合上にｎ側電極が、ｉｐ接合上にｐ側電極が形成されている。この太陽電池では、半導体基板の受光面側から太陽光が入射されることにより、半導体基板の内部でキャリアが生成され、このキャリアがｐ側電極とｎ側電極とから外部に取り出される。
特開２０１０－８０８８７号公報
　しかしながら、近年、太陽電池等の光電変換素子の技術分野においては、特性および信頼性を向上させることが強く要望されており、その検討が進められている。
　上記の事情に鑑みて、本発明の目的は、特性および信頼性を向上させることが可能な光電変換素子および光電変換素子の製造方法を提供することにある。
　本発明の第１の態様によれば、半導体基板と、半導体基板の一方の表面の一部に設けられた第１のｉ型半導体膜と、第１のｉ型半導体膜上に設けられた第１導電型半導体膜と、表面の他の一部に設けられた第２のｉ型半導体膜と、第２のｉ型半導体膜上に設けられた第２導電型半導体膜と、を有する基体と、第１導電型半導体膜上に設けられた第１電極層と、第２導電型半導体膜上に設けられた第２電極層と、を有する電極部と、第１電極層および第２電極層に挟まれたギャップ領域に設けられた反射部と、を備える光電変換素子を提供することができる。
　本発明によれば、従来よりも特性および信頼性を向上させることが可能な光電変換素子を提供することができる。
実施の形態１のヘテロ接合型バックコンタクトセルの模式的な断面図である。 実施の形態１のヘテロ接合型バックコンタクトセルの製造方法の一例について図解する模式的な断面図である。 実施の形態１のヘテロ接合型バックコンタクトセルの製造方法の一例について図解する模式的な断面図である。 実施の形態１のヘテロ接合型バックコンタクトセルの製造方法の一例について図解する模式的な断面図である。 実施の形態１のヘテロ接合型バックコンタクトセルの製造方法の一例について図解する模式的な断面図である。 実施の形態１のヘテロ接合型バックコンタクトセルの製造方法の一例について図解する模式的な断面図である。 実施の形態１のヘテロ接合型バックコンタクトセルの製造方法の一例について図解する模式的な断面図である。 実施の形態１のヘテロ接合型バックコンタクトセルの製造方法の一例について図解する模式的な断面図である。 実施の形態１のヘテロ接合型バックコンタクトセルの製造方法の一例について図解する模式的な断面図である。 実施の形態１のヘテロ接合型バックコンタクトセルの製造方法の一例について図解する模式的な断面図である。 実施の形態１のヘテロ接合型バックコンタクトセルの製造方法の一例について図解する模式的な断面図である。 実施の形態１のヘテロ接合型バックコンタクトセルの製造方法の一例について図解する模式的な断面図である。 実施の形態２のヘテロ接合型バックコンタクトセルの模式的な断面図である。 実施の形態３のヘテロ接合型バックコンタクトセルの模式的な断面図である。 実施の形態３のヘテロ接合型バックコンタクトセルの製造方法の一例について図解する模式的な断面図である。 実施の形態４のヘテロ接合型バックコンタクトセルの模式的な断面図である。
　以下、本発明の一例である実施の形態について説明する。なお、実施の形態の説明に用いられる図面において、同一の参照符号は、同一部分または相当部分を表わすものとする。
　［実施の形態１］
　＜光電変換素子の構成＞
　図１に、本発明の光電変換素子の一例である実施の形態１のヘテロ接合型バックコンタクトセルの模式的な断面図を示す。
　実施の形態１のヘテロ接合型バックコンタクトセルは、基体１０と、電極部２０と、絶縁層からなる反射部３０とを備える。
　基体１０は、ｎ型単結晶シリコン基板からなる半導体基板１と、半導体基板１の一方の表面（裏面）の一部に設けられた第１のｉ型半導体膜２と、第１のｉ型半導体膜２上に設けられたｐ型非晶質シリコン膜からなる第１導電型半導体膜３とを備える。また、基体１０は、半導体基板１の裏面の他の一部に設けられた第２のｉ型半導体膜４と、第２のｉ型半導体膜４上に設けられたｎ型非晶質シリコン膜からなる第１の第２導電型半導体膜５とを備える。
　基体１０は、さらに、半導体基板１の他方の表面（受光面）に設けられた第３のｉ型半導体膜６と、第３のｉ型半導体膜６上に設けられた第２の第２導電型半導体膜７と、第２の第２導電型半導体膜７上に設けられた反射防止膜８とを備える。
　すなわち、図１に示すように、基体１０の一方の表面（裏面）には、第１導電型半導体膜３および第１の第２導電型半導体膜５が位置しており、基体１０の他方の表面（受光面）には、反射防止膜８が位置している。
　電極部２０は、基体１０の第１導電型半導体膜３上に設けられた第１電極層２１と、第１の第２導電型半導体膜５上に設けられた第２電極層２２とを備える。
　反射部３０は、第１電極層２１および第２電極層２２に挟まれたギャップ領域Ａに設けられた絶縁層からなる。より具体的には、実施の形態１において、反射部３０は、ギャップ領域Ａであって、第１電極層２１および第２電極層２２の互いに向かい合う面と、第１電極層２１および第２電極層２２の間に位置する基体１０の裏面によって囲まれる領域に設けられる。
　半導体基板１としては、ｎ型単結晶シリコン基板を好適に用いることができるが、ｎ型単結晶シリコン基板に限定されず、たとえば従来から公知の半導体基板を用いることもできる。半導体基板１の厚さは、特に限定されず、たとえば５０μｍ以上３００μｍ以下とすることができ、好ましくは１００μｍ以上２００μｍ以下とすることができる。また、半導体基板１の比抵抗も、特に限定されず、たとえば０．１Ω・ｃｍ以上１０Ω・ｃｍ以下とすることができる。また、ｎ型不純物の不純物濃度は、たとえば、１×１０１５個／ｃｍ３以上１×１０１６個／ｃｍ３とすることができる。
　第１のｉ型半導体膜２としては、ｉ型非晶質シリコン膜を好適に用いることができるがｉ型非晶質シリコン膜に限定されず、たとえば従来から公知のｉ型半導体膜を用いることもできる。第１のｉ型半導体膜２の厚さは特に限定されず、たとえば５ｎｍ以上５０ｎｍ以下とすることができる。
　なお、本明細書において「ｉ型」とは、完全な真性の状態だけでなく、十分に低濃度（ｎ型不純物濃度が１×１０１５個／ｃｍ３未満、かつｐ型不純物濃度が１×１０１５個／ｃｍ３未満）であればｎ型またはｐ型の不純物が混入された状態のものも含む意味である。ｎ型不純物濃度およびｐ型不純物濃度は、二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ；Secondary Ion Mass Spectrometry）によって測定することができる。
　また、本明細書において「非晶質シリコン」には、シリコン原子の未結合手（ダングリングボンド）が水素で終端されていない非晶質シリコンだけでなく、水素化非晶質シリコンなどのシリコン原子の未結合手が水素で終端されたものも含まれるものとする。
　第１導電型半導体膜３としては、ｐ型非晶質シリコン膜を好適に用いることができるがｐ型非晶質シリコン膜に限定されず、たとえば従来から公知のｐ型半導体膜を用いることもできる。なお、第１導電型半導体膜３に含まれるｐ型不純物としては、たとえばボロンを用いることができ、ｐ型不純物の濃度は、たとえば５×１０１９個／ｃｍ３程度とすることができる。第１導電型半導体膜３の厚さは特に限定されず、たとえば５ｎｍ以上５０ｎｍ以下とすることができる。
　第２のｉ型半導体膜４としては、ｉ型非晶質シリコン膜を好適に用いることができるがｉ型非晶質シリコン膜に限定されず、たとえば従来から公知のｉ型半導体膜を用いることもできる。第２のｉ型半導体膜４の厚さは特に限定されず、たとえば５ｎｍ以上５０ｎｍ以下とすることができる。
　第１の第２導電型半導体膜５としては、ｎ型非晶質シリコン膜を好適に用いることができるがｎ型非晶質シリコン膜に限定されず、たとえば従来から公知のｎ型半導体膜を用いることもできる。なお、第１の第２導電型半導体膜５に含まれるｎ型不純物としては、たとえばリンを用いることができる。第１の第２導電型半導体膜５の厚さは特に限定されず、たとえば５ｎｍ以上５０ｎｍ以下とすることができる。
　第３のｉ型半導体膜６としては、ｉ型非晶質シリコン膜を好適に用いることができるがｉ型非晶質シリコン膜に限定されず、たとえば従来から公知のｉ型半導体膜を用いることもできる。第３のｉ型半導体膜６の厚さは特に限定されず、たとえば５ｎｍ以上５０ｎｍ以下とすることができる。
　第２の第２導電型半導体膜７としては、ｎ型非晶質シリコン膜を好適に用いることができるが、ｎ型非晶質シリコン膜に限定されず、たとえば従来から公知のｎ型半導体膜を用いることもできる。なお、第２の第２導電型半導体膜７に含まれるｎ型不純物としては、たとえばリンを用いることができ、ｎ型不純物の濃度は、たとえば５×１０１９個／ｃｍ３程度とすることができる。また、第２の第２導電型半導体膜７の厚さは特に限定されず、たとえば５ｎｍ以上５０ｎｍ以下とすることができる。
　反射防止膜８としては、たとえば、酸化物層および窒化物層の少なくとも一方を用いることができる。酸化物層としては、たとえば酸化シリコン層などを用いることができる。また、窒化物層としては、たとえば窒化シリコン層などを用いることができる。したがって、反射防止膜８としては、たとえば、酸化シリコン層の単層、窒化シリコン層の単層、または酸化シリコン層と窒化シリコン層との積層体などを用いることができる。反射防止膜８の厚さは、たとえば１００ｎｍ以上８００ｎｍ以下とすることができる。
　第１電極層２１および第２電極層２２としては、導電性を有する材料を特に限定なく用いることができ、なかでも、アルミニウムおよび銀の少なくとも一方を用いることが好ましい。また、第１電極層２１および第２電極層２２の厚さは特に限定されず、たとえば０．５μｍ以下とすることができる。
　絶縁層である反射部３０は、基体１０の受光面側から裏面側に向かう光のうち、第１電極層２１および第２電極層２２の間に到達した光を再び基体１０内に入射させるための反射材である。ここでの絶縁層とは、絶縁層の一部が第１電極層２１と接触し、絶縁層の他の一部が第２電極層２２と接触した場合であっても、これらを短絡させない程度の絶縁性を有する層を意味する。一般的に、シート抵抗値が１０００Ω／□以上であれば、上記のような短絡は抑制される。
　反射部３０は、さらに反射性を有する。反射部３０の反射性とは、反射部３０が存在することにより、反射部３０が存在しない場合よりも、第１電極層２１および第２電極層２２の間に到達した光の反射率を上げることができる特性を意味する。したがって、たとえば、反射部３０は、第１導電型半導体膜３および第１の第２導電型半導体膜５と異なる屈折率を有していればよく、また、第１導電型半導体膜３および第１の第２導電型半導体膜５の屈折率よりも低い屈折率を有していることが好ましい。この場合、効果的に上記光の反射率を上げることができる。
　このような絶縁性および反射性を満たす反射部３０の材料としては、樹脂、窒化物、酸化物などを挙げることができる。樹脂としては、エチレンビニルアセテートなどが好ましく、窒化物としては窒化シリコンなどが好ましく、酸化物としては酸化シリコンなどが好ましい。
　反射部３０の厚さは特に限定されず、光の反射が可能な厚さ、換言すれば量子効果による光の抜けが起こらない程度の厚さ以上であればよい。基体１０の裏面の面内方向（図１中左右方向および紙面の表裏に貫く方向）において、反射部３０の厚さは異なってもよいが、最も薄い位置（たとえば、図１においては第１導電型半導体膜３と第１の第２導電型半導体膜５とが重なる領域上）での厚さが５ｎｍ以上であることが好ましく、２０ｎｍ以上であることがより好ましく、５０ｎｍ以上であることがさらに好ましい。この厚さが５ｎｍ未満の場合、反射部３０の反射効果が低くなる傾向にある。また、モジュール化の容易性から、反射部３０の厚さは０．５μｍ以下であることが好ましい。
　＜光電変換素子の製造方法＞
　以下、図２～図１１の模式的断面図を参照して、実施の形態１のヘテロ接合型バックコンタクトセルの製造方法の一例について説明する。
　まず、図２に示すように、半導体基板１の受光面の全面に第３のｉ型半導体膜６を形成し、第３のｉ型半導体膜６の受光面の全面に第２の第２導電型半導体膜７を形成する。
　第３のｉ型半導体膜６の形成方法および第２の第２導電型半導体膜７の形成方法は特に限定されず、たとえばプラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法を用いることができる。
　なお、半導体基板１の受光面に第３のｉ型半導体膜６を形成する前に、半導体基板１の受光面に凹凸を形成してもよい。このような凹凸は、たとえば、半導体基板１の裏面の全面にテクスチャマスクを形成した後に、半導体基板１の受光面をテクスチャエッチングすることにより形成することができる。テクスチャマスクとしては、たとえば、窒化シリコンまたは酸化シリコンを用いることができる。また、テクスチャエッチングに用いられるエッチャントとしては、たとえば、シリコンを溶解可能なアルカリ溶液を用いることができる。
　次に、図３に示すように、半導体基板１の裏面の全面に第１のｉ型半導体膜２を形成し、第１のｉ型半導体膜２上に第１導電型半導体膜３を形成する。第１のｉ型半導体膜２のおよび第１導電型半導体膜３の形成方法は特に限定されず、たとえばプラズマＣＶＤ法を用いることができる。
　次に、図４に示すように、半導体基板１の裏面において、第１のｉ型半導体膜２と第１導電型半導体膜３との積層体５１を残す部分にのみフォトレジスト等のエッチングマスク１２を形成する。
　次に、図５に示すように、エッチングマスク１２をマスクとして、第１のｉ型半導体膜２と第１導電型半導体膜３との積層体５１の一部を厚さ方向にウエットエッチングする。これにより、半導体基板１の表面を露出させる。なお、エッチングマスク１２をマスクとして用いたエッチングに代えて、たとえばレーザ光の照射によって積層体５１の一部を除去してもよい。
　次に、図６に示すように、第１導電型半導体膜３からエッチングマスク１２を完全に除去する。
　次に、図７に示すように、半導体基板１の裏面側の露出部分を覆うように、第２のｉ型半導体膜４を形成し、第２のｉ型半導体膜４上に第１の第２導電型半導体膜５を形成する。第２のｉ型半導体膜４および第１の第２導電型半導体膜５の形成方法は特に限定されず、たとえばプラズマＣＶＤ法を用いることができる。
　次に、図８に示すように、半導体基板１の裏面側の第２のｉ型半導体膜４と第１の第２導電型半導体膜５との積層体５２を残す部分にのみフォトレジスト等のエッチングマスク１３を形成する。
　次に、図９に示すように、エッチングマスク１３をマスクとして、第２のｉ型半導体膜４と第１の第２導電型半導体膜５とからなる積層体５２の一部を厚さ方向にエッチングし、その後エッチングマスク１３を完全に除去することによって、第１導電型半導体膜３の一部を露出させる。
　次に、図１０に示すように、第１導電型半導体膜３および第１の第２導電型半導体膜５のそれぞれの裏面の全面を覆うように金属層１４を形成する。金属層１４の形成方法は特に限定されず、たとえばスパッタリング法または蒸着法などを用いることができる。
　次に、図１１に示すように、金属層１４の一部を除去して、第１電極層２１および第２電極層２２を形成する。
　金属層１４の除去方法は特に限定されず、たとえば、第１電極層２１および第２電極層２２上にエッチングマスクを配置し、金属層１４の厚み方向にドライエッチングを行うことにより、第１電極層２１および第２電極層２２以外の金属層１４を除去することができる。また、たとえばレーザ光の照射によって、第１電極層２１および第２電極層２２を形成してもよい。
　次に、図１２に示すように、ギャップ領域Ａのうち、第１電極層２１および第２電極層２２の互いに向かい合う面と、第１電極層２１および第２電極層２２の間に位置する基体１０の裏面によって囲まれる領域に、絶縁層からなる反射部３０を形成する。
　反射部３０の形成方法は特に限定されず、反射部３０を構成する材料によって適宜選択することができる。たとえば、反射部３０が樹脂からなる場合、ブレード等を用いてギャップ領域Ａに樹脂を塗布してもよい。また、たとえば、反射部３０が窒化シリコンなどの窒化物からなる場合、たとえば、プラズマＣＶＤ法、常圧ＣＶＤ法などを用いて、反射部３０を容易に形成することができる。また、たとえば、反射部３０が酸化シリコンなどの酸化物からなる場合、たとえば、プラズマＣＶＤ法、常圧ＣＶＤ法などを用いることができる。
　次に、図１に示すように、第２の第２導電型半導体膜７上に反射防止膜８を形成する。　　　
　反射防止膜８の形成方法は特に限定されず、たとえばスチーム酸化法、常圧ＣＶＤ法、ＳＯＧの塗布・焼成、プラズマＣＶＤ法または常圧ＣＶＤ法を用いることができる。具体的には、たとえば、スチーム酸化法、常圧ＣＶＤ法、ＳＯＧの塗布・焼成により酸化シリコン層を容易に形成することができ、プラズマＣＶＤ法または常圧ＣＶＤ法により窒化シリコン層を容易に形成することができる。
　以上により、図１に示す構成である実施の形態１のヘテロ接合型バックコンタクトセルが完成する。
　＜作用効果＞
　実施の形態１においては、第１電極層２１および第２電極層２２に挟まれるギャップ領域Ａに絶縁層からなる反射部３０が設けられる。これにより、実施の形態１のヘテロ接合型バックコンタクトセルの特性および信頼性が向上する。これについて、従来の構成と比較しながら説明する。
　ヘテロ接合型バックコンタクトセルに関し、特許文献１に開示されるように、半導体基板の裏面に配置されるｎ側電極とｐ側電極との間にはｉｎ接合やｉｐ接合が外部に向けて露出していた。すなわち、光電変換素子において、ｎ側電極およびｐ側電極に挟まれるギャップ領域に位置するのは、半導体基板、ｉｎ接合およびｐｎ接合といったシリコン半導体であった。
　シリコン半導体の光の透過率は、電極を構成する金属の光の透過率と比して極めて高いため、電極が配置されていないギャップ領域は、受光面側から光電変換素子内を通過してきた光を反射する機能を有していなかった。このため、受光面側から光電変換素子内に入射した光が、光電変換素子の裏面に到達した際に、その位置がギャップ領域である場合には、その光のほとんどが光電変換素子から抜けてしまうのが現状であった。
　これに対し、実施の形態１のヘテロ接合型バックコンタクトセルによれば、ギャップ領域Ａには反射部３０が設けられているため、基体１０の受光面側から基体１０のギャップ領域Ａに位置する裏面側に到達した光を反射することができる。すなわち、ギャップ領域Ａから抜けようとする光を反射部３０によって基体１０内に反射させることができる。したがって、実施の形態１のヘテロ接合型バックコンタクトセルは、従来と比して、より効率的に光を利用することできるため、結果的に高い光電変換効率を有することができ、もって、ヘテロ接合型バックコンタクトセルの特性および信頼性が向上する。
　実施の形態１において、反射部３０は、ギャップ領域Ａの全面に設けられていることが好ましい。すなわち、反射部３０は、第１電極層２１および第２電極層２２の間に位置する基体１０の裏面の全面に設けられることが好ましい。これにより、光電変換効率をさらに向上させることができる。
　実施の形態１において、反射部３０はギャップ領域Ａに位置する基体１０と接することが好ましい。すなわち、反射部３０はギャップ領域Ａに位置する基体１０の裏面と、空気層などの空間を介在することなく直接接触することが好ましい。これにより、光の反射効果を高めることができる。これは、２つの物質間に空気層などの気体を含む空間が介在する場合には、空間内で光が減衰する傾向にあるためである。
　[実施の形態２]
　＜光電変換素子の構成＞
　図１３に、本発明の光電変換素子の一例である実施の形態２のヘテロ接合型バックコンタクトセルの模式的な断面図を示す。
　実施の形態２のヘテロ接合型バックコンタクトセルは、実施の形態１の反射部３０の代わりに、光電変換素子の裏面側に露出する面において段差を有する反射部３１を有することを特徴とする。なお、反射部３１に関し、その形状以外の特徴については、実施の形態１と同様であるため、その説明は繰り返さない。
　＜光電変換素子の製造方法＞
　実施の形態２のヘテロ接合型バックコンタクトセルは、実施の形態１で説明した製造方法を用い、反射部３０を設ける工程において、反射部３１の厚みを制御することにより製造することができる。たとえば、図１２に示すように、基体１０の裏面が段差を有する形状の場合には、プラズマＣＶＤ法等を用いて一定の厚みの膜を形成することにより、基体１０の裏面の形状を反映させた、段差を有する反射部３１を形成することができる。
　＜作用効果＞
　実施の形態２においては、第１電極層２１および第２電極層２２に挟まれるギャップ領域Ａに絶縁層からなる反射部３１が設けられ、特に、反射部３１のうちの光電変換素子の裏面側に露出する面において段差を有する。これにより、実施の形態２のヘテロ接合型バックコンタクトセルの特性および信頼性が向上する。
　すなわち、実施の形態２のヘテロ接合型バックコンタクトセルによれば、実施の形態１と同様に、ギャップ領域Ａには反射部３１が設けられているため、基体１０の受光面側から基体１０のギャップ領域Ａに位置する裏面側に到達した光を反射することができる。さらに、反射部３１のうちの光電変換素子の裏面側に露出する面は段差を有するため、この段差構造による光の乱反射が可能となる。したがって、反射部３１の反射効果がさらに向上するために、もって、ヘテロ接合型バックコンタクトセルの特性および信頼性がさらに向上する。
　なお、実施の形態２は、反射部３０の代わりに反射部３１を有すること以外は実施の形態１と同様であるため、同様の説明については繰り返さない。
　[実施の形態３]
　＜光電変換素子の構成＞
　図１４に、本発明の光電変換素子の一例である実施の形態３のヘテロ接合型バックコンタクトセルの模式的な断面図を示す。
　実施の形態３のヘテロ接合型バックコンタクトセルは、反射部３０の代わりに、ギャップ領域Ａに位置する基体１０ａの裏面に設けられた凹凸からなる反射部３２を有することを特徴とする。
　実施の形態３において、上記凹凸は、ギャップ領域Ａに位置する基体１０ａの裏面側に位置する部材、すなわち、半導体基板４１の裏面、第１のｉ型半導体膜２、第１導電型半導体膜３、第２のｉ型半導体膜４、および第２導電型半導体膜５のいずれかに設けられた凹凸であればよい。ただし、製造の容易性から、図１４に示すように、半導体基板４１の裏面に設けられたテクスチャ構造であることが好ましい。
　なお、図１４においては、半導体基板４１に設けられたテクスチャ構造上に位置する各膜も、同様のテクスチャ構造を有しているが、これは、一般的な製膜方法によって各膜を形成した場合、各膜の形状はその直下に位置する半導体基板４１の裏面の形状が反映されるためである。
　凹凸の構造は特に限定されず、たとえば、図１４に示すような三角形状の凹凸が連続する形状とすることができる。なお、図１４においては断面形状しか示されていないが、３次元的には、たとえば三角錐が複数集合している形状とすることができる。
　また、反射部３２を構成する凹凸の深さも特に限定されず、少なくともＳＥＭ観察などの電子顕微鏡観察において、基体１０ａのうち、ギャップ領域Ａに位置する部分が他の部分よりも粗い表面形状を有していればよい。ここで、凹凸の深さとは、凹凸のうち、基体１０ａの内部側（基体１０ａの厚み方向の中心側）に最も突出する内側先端部と、内側先端部と反対方向に最も突出する外側先端部との距離（基体１０ａの厚み方向における距離）を意味する。上記距離は、半導体基板４１に凹凸が形成されている場合には、半導体基板４１のうち、内部側に最も突出する内側先端部と、内側先端部と反対方向に最も突出する外側先端部との距離である。
　半導体基板４１に関し、その形状以外の特徴については、実施の形態１と同様であるため、その説明は繰り返さない。
　＜光電変換素子の製造方法＞
　実施の形態３のヘテロ接合型バックコンタクトセルは、図１５に示す半導体基板４１を用いて実施の形態１で説明した製造方法（ただし、反射部３０を設ける工程は除く）を用いることにより、製造することができる。
　図１５に示す半導体基板４１は、実施の形態１の半導体基板１の裏面のうち、第１電極層２１が配置される位置および第２電極層２２が配置される位置に挟まれるギャップ領域Ａに、テクスチャ構造５３を形成することにより準備することができる。
　テクスチャ構造５３は、たとえば、実施の形態１の半導体基板１の受光面の全面にテクスチャマスクを形成し、さらに、半導体基板１の裏面のうち、テクスチャ構造５３を形成しない領域にテクスチャマスクを形成した後、半導体基板１の裏面をテクスチャエッチングすることにより形成することができる。テクスチャマスクとしては、たとえば、窒化シリコンまたは酸化シリコンを用いることができる。また、テクスチャエッチングに用いられるエッチャントとしては、たとえば、シリコンを溶解可能なアルカリ溶液を用いることができる。また、ギャップ領域Ａに対しレーザ光を部分的に照射することによっても形成することができる。
　半導体基板４１を用いて、その裏面に第１のｉ型半導体膜２、第１導電型半導体膜３、第２のｉ型半導体膜４、および第１の第２導電型半導体膜５を形成した場合、テクスチャ構造５３が形成されている領域上に形成される各膜の形状は、テクスチャ構造５３の形状を反映する。したがって、最終的に、図１４に示す構成である実施の形態３のヘテロ接合型バックコンタクトセルが完成する。
　＜作用効果＞
　実施の形態３においては、第１電極層２１および第２電極層２２に挟まれるギャップ領域Ａに凹凸からなる反射部３２が設けられる。これにより、実施の形態３のヘテロ接合型バックコンタクトセルの特性および信頼性が向上する。
　すなわち、実施の形態３のヘテロ接合型バックコンタクトセルによれば、ギャップ領域Ａには反射部３２が設けられているため、基体１０ａの受光面側から基体１０ａのギャップ領域Ａに位置する裏面側に到達した光を反射することができる。より具体的には、光電変換素子の受光面側から基体１０ａ内に入射してこの凹凸に到達した光を乱反射させることができるため、ギャップ領域Ａから光が抜けでるのを抑制することができる。したがって、実施の形態３のヘテロ接合型バックコンタクトセルは、従来と比して、より効率的に光を利用することできるため、結果的に高い光電変換効率を有することができ、もって、ヘテロ接合型バックコンタクトセルの特性および信頼性が向上する。
　実施の形態３において、反射部３２はギャップ領域Ａの全面に設けられていることが好ましい。すなわち、第１電極層２１および第２電極層２２の間に位置する基体１０ａの裏面の全面に設けられることが好ましい。これにより、光電変換効率をさらに向上させることができる。
　また、実施の形態３によれば、実施の形態１および実施の形態２と比して、構成部材が少ないため（従来の構成の光電変換素子から部品を増やす必要がないため）、製造コストを低減させることができる。
　なお、実施の形態３は、反射部３０の代わりに反射部３２を有すること以外は実施の形態１と同様であるため、同様の説明については繰り返さない。
　[実施の形態４]
　＜光電変換素子の構成＞
　図１６に、本発明の光電変換素子の一例である実施の形態４のヘテロ接合型バックコンタクトセルの模式的な断面図を示す。
　実施の形態４のヘテロ接合型バックコンタクトセルは、絶縁層からなる反射部３０と、凹凸からなる反射部３２とを有することを特徴とする。すなわち、実施の形態４のヘテロ接合型バックコンタクトセルは、実施の形態１の反射部３０と、実施の形態３の反射部３２とを有する。
　＜光電変換素子の製造方法＞
　実施の形態４のヘテロ接合型バックコンタクトセルは、図１５に示す半導体基板４１を用いて実施の形態１で説明した製造方法を用いることにより、製造することができる。
　＜作用および効果＞
　実施の形態４においては、第１電極層２１および第２電極層２２に挟まれるギャップ領域Ａに、絶縁層からなる反射部３０と、凹凸からなる反射部３２が設けられる。より具体的には、実施の形態４においては、ギャップ領域Ａであって、第１電極層２１および第２電極層２２の互いに向かい合う面と、第１電極層２１および第２電極層２２の間に位置する基体１０ａの裏面によって囲まれる領域に反射部３０が設けられる。さらに、ギャップ領域Ａに位置する半導体基板４１の裏面側に設けられた凹凸からなる反射部３２が設けられる。これにより、基体１０ａの受光面側から基体１０ａのギャップ領域Ａに位置する裏面側に到達した光を反射部３２および反射部３０によって反射することができるため、もって、実施の形態４のヘテロ接合型バックコンタクトセルの特性および信頼性がさらに向上する。
　以上、実施の形態１～実施の形態４において、第１導電型をｐ型、第２導電型をｎ型とした場合について説明したが、第１導電型と第２導電型とは逆の導電型であればよく、第１導電型がｎ型となる場合には、第１導電型はｐ型となる。
　［付記］
　（１）本発明の第１の態様によれば、半導体基板と、半導体基板の一方の表面の一部に設けられた第１のｉ型半導体膜と、第１のｉ型半導体膜上に設けられた第１導電型半導体膜と、表面の他の一部に設けられた第２のｉ型半導体膜と、第２のｉ型半導体膜上に設けられた第２導電型半導体膜と、を有する基体と、第１導電型半導体膜上に設けられた第１電極層と、第２導電型半導体膜上に設けられた第２電極層と、を有する電極部と、第１電極層および第２電極層に挟まれたギャップ領域に設けられた反射部とを備える光電変換素子を提供することができる。本発明の第１の態様においては、ギャップ領域には反射部が設けられているため、基体の受光面側から基体のギャップ領域に位置する裏面側に到達した光を反射することができる。したがって、ヘテロ接合型バックコンタクトセルの特性および信頼性が向上する。
　（２）本発明の第１の態様においては、反射部は、ギャップ領域に設けられた絶縁層であることが好ましい。これにより、ギャップ領域における光の反射効果を高めることができる。
　（３）本発明の第１の態様においては、反射部は、ギャップ領域に位置する基体の一方の表面に設けられた凹凸であることが好ましいこれによりギャップ領域における光を乱反射させることができる。
　（４）本発明の第１の態様においては、凹凸は、半導体基板に設けられたテクスチャ構造であることが好ましい。これにより、所望の形状の凹凸を容易に形成することができる。
　以上のように本発明の実施の形態について説明を行なったが、上述の各実施の形態の構成を適宜組み合わせることも当初から予定している。
　今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
　本発明は、光電変換素子および光電変換素子の製造方法に利用することができ、特に、ヘテロ接合型バックコンタクトセル等の太陽電池およびその製造方法に好適に利用することができる。
　１，４１　半導体基板、２　第１のｉ型半導体膜、３　第１導電型半導体膜、４　第２のｉ型半導体膜、５　第１の第２導電型半導体膜、６　第３のｉ型半導体膜、７　第２の第２導電型半導体膜、８　反射防止膜、１０，１０ａ　基体、１２，１３　エッチングマスク、１４　金属層、２０　電極部、２１　第１電極層、２２　第２電極層、３０，３１，３２　反射部、５１，５２　積層体、５３　テクスチャ構造。
 

Claims (5)

  1. 　半導体基板と、
    　前記半導体基板の一方の表面の一部に設けられた第１のｉ型半導体膜と、
    　前記第１のｉ型半導体膜上に設けられた第１導電型半導体膜と、
    　前記表面の他の一部に設けられた第２のｉ型半導体膜と、
    　前記第２のｉ型半導体膜上に設けられた第２導電型半導体膜と、を有する基体と、
    　前記第１導電型半導体膜上に設けられた第１電極層と、
    　前記第２導電型半導体膜上に設けられた第２電極層と、を有する電極部と、
    　前記第１電極層および前記第２電極層に挟まれたギャップ領域に設けられた反射部と、を備える、光電変換素子。
  2. 　前記反射部は、前記ギャップ領域に設けられた絶縁層である、請求項１に記載の光電変換素子。
  3. 　前記絶縁層は、前記ギャップ領域に位置する前記基体の一方の表面と接する、請求項２に記載の光電変換素子。
  4. 　前記反射部は、前記ギャップ領域に位置する前記基体の一方の表面に設けられた凹凸である、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の光電変換素子。
  5. 　前記凹凸は、前記半導体基板に設けられたテクスチャ構造である、請求項４に記載の光電変換素子。
     
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