WO2017061467A1 - Ｈｂｃ型結晶系太陽電池及びその製造方法 - Google Patents

Ｈｂｃ型結晶系太陽電池及びその製造方法 Download PDF

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WO2017061467A1
WO2017061467A1 PCT/JP2016/079617 JP2016079617W WO2017061467A1 WO 2017061467 A1 WO2017061467 A1 WO 2017061467A1 JP 2016079617 W JP2016079617 W JP 2016079617W WO 2017061467 A1 WO2017061467 A1 WO 2017061467A1
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layer
amorphous
solar cell
hbc
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田中　美和
現示 酒田
真 三浦
嘉文 山崎
秀和 横尾
勉 西橋
山口　昇
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株式会社アルバック
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    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
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    • H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/06—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers
    • H01L31/072—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers the potential barriers being only of the PN heterojunction type
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    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • the present invention relates to an HBC crystal solar cell and a method for manufacturing an HBC crystal solar cell, which can simplify the manufacturing process.
  • This application claims priority based on Japanese Patent Application No. 2015-198027 for which it applied to Japan on October 5, 2015, and uses the content here.
  • HBC type crystalline solar cell a solar cell using crystalline silicon as a substrate
  • high power generation efficiency can be obtained in a back contact type solar cell.
  • HBC type hetero-type back contact type
  • a portion composed of an n-type amorphous Si layer and a p-type are disposed on the back surface of the silicon substrate (a surface located on the opposite side of the light incident surface) via an i-type amorphous Si layer.
  • the portions made of the amorphous Si layer are arranged in a localized manner and separated from each other.
  • the HBC type crystalline solar cell is manufactured through the processes shown in FIGS. 9A to 9J (for example, the conventional technique of Patent Document 1).
  • FIG. 9A to 9J are schematic cross-sectional views showing an example of a manufacturing method according to a conventional HBC type crystalline solar cell.
  • an i-type amorphous Si layer 1002 and an n-type amorphous Si layer 1003 are formed on one surface of silicon 1001.
  • a resist 1004 having a desired pattern is formed on the n-type amorphous Si layer 1003.
  • the resist 1004 is used to etch the i-type amorphous Si layer 1002 and the n-type amorphous Si layer 1003.
  • FIG. 9D after the etching, the resist 1004 is peeled off.
  • an etch stopper layer 1005 is formed.
  • the etch stopper layer 1005 is masked, and the etch stopper layer 1005 in the separated portion where the n-type amorphous Si layer is not formed is etched. Further, an i-type amorphous Si layer 1006 and a p-type amorphous Si layer 1007 are formed over the entire area of the silicon 1001 on the etch stopper layer 1005.
  • a resist 1008 is formed in the separated portion.
  • the i-type amorphous Si layer 1006 and the p-type amorphous Si layer 1007 are etched using a resist 1008.
  • the resist 1008 is removed after the etching.
  • the etch stopper layer 1005 is peeled off.
  • an i-type amorphous Si layer 1009 is formed in a separation portion between i-type amorphous Si layers 1002 and a separation portion between n-type amorphous Si layer 1003 and p-type amorphous Si layer 1007.
  • the n-type amorphous Si layer 1003 and the p-type amorphous Si layer 1007 are formed for the first time through the above-described many steps (FIGS. 9A to 9J).
  • a specific pattern region can be produced.
  • a technique such as photolithography or etching must be performed many times.
  • FIGS. 9A to 9J the number of processes increases as shown in FIGS. 9A to 9J, leading to an increase in the cost of the production line, and it is difficult to reduce the production cost of the solar cell. It was.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and provides an HBC crystal solar cell and a method for manufacturing an HBC crystal solar cell, which can greatly reduce the number of manufacturing steps. With the goal.
  • the HBC type crystalline solar cell according to the first aspect of the present invention has a first surface on which light is incident and a second surface located on the opposite side of the first surface, and exhibits a photoelectric conversion function.
  • a substrate made of crystalline silicon of the first conductivity type; and an i-type amorphous Si layer disposed so as to cover the second surface of the substrate.
  • Second parts (parts B) having different conductivity types are arranged apart from each other.
  • the method for manufacturing an HBC type crystalline solar cell according to the second aspect of the present invention has a first surface on which light is incident and a second surface located on the opposite side of the first surface, and the first conductive An i-type amorphous Si layer is formed so as to cover the second surface of the substrate, and is embedded in the amorphous Si layer, and on the outer surface side of the amorphous Si layer.
  • Parts B are formed at positions separated from each other, and after the impurities are introduced into the amorphous Si layer by the impurity introduction method, the amorphous Si layer is annealed.
  • hydrogen may be introduced into the amorphous Si layer when the impurity is introduced into the amorphous Si layer by the impurity introduction method. .
  • the HBC type crystalline solar cell according to the first aspect of the present invention includes a substrate made of crystalline silicon of the first conductivity type, and a back surface (a surface opposite to the light incident surface (first surface)) of the substrate. At least an i-type amorphous Si layer provided on a certain other surface (second surface).
  • Second parts (parts B) having different conductivity types are arranged apart from each other.
  • the part A and the part B can be formed only by performing an impurity introduction process for producing the part A and the part B on the amorphous Si layer. Therefore, according to this structure, even after site
  • the method for manufacturing an HBC type crystalline solar cell according to the second aspect of the present invention uses a substrate made of crystalline silicon of the first conductivity type, and the back surface of the substrate (on the opposite side of the light incident surface (first surface)).
  • an annealing process for the step uses a substrate made of crystalline silicon of the first conductivity type, and the back surface of the substrate (on the opposite side of the light incident surface (first surface)).
  • the manufacturing method according to the second aspect of the present invention can produce an HBC type crystalline solar cell having the above-described configuration only by performing such steps. Further, when introducing impurities into the amorphous Si layer by the impurity introduction method, hydrogen is also introduced into the amorphous Si layer so that the structural defects of the amorphous Si layer are repaired and reach part A or part B. Since the total amount of electrons and holes increases, it is possible to improve power generation efficiency. Therefore, the manufacturing method according to the second aspect of the present invention can produce an HBC type crystalline solar cell with an extremely small number of steps as compared with the conventional manufacturing method, thus contributing to the construction of a low-cost manufacturing line. To do.
  • FIG. 1 is a diagram for explaining the configuration of an HBC crystal solar cell 100D (100) according to an embodiment of the present invention.
  • HBC type crystalline solar cell 100D (100) according to the embodiment of the present invention “n + site and p + site” described later are the back surface of the substrate (opposite side of the light incident surface: the bottom surface in FIG. 1). Is formed near the back surface (region close to the back surface) inside the i-type amorphous Si layer by an ion implantation method.
  • a non-mass separation type ion implantation method (plasma doping method) is used to form the n + site and the p + site, but the present invention is not limited to this method.
  • the impurity introduction method is not limited to the non-mass separation type ion implantation method. It is possible to introduce to.
  • a non-mass separation type ion implantation method will be described in detail. However, for the sake of simplicity, the non-mass separation type ion implantation is expressed as “ion implantation”.
  • the HBC type crystalline solar cell 100D includes a first surface 101a on which light (an arrow shown in FIG. 1) is incident and a second surface located on the opposite side of the first surface 101a. And a substrate 101 made of crystalline silicon of a first conductivity type (for example, an n-type semiconductor) that exhibits a photoelectric conversion function. Further, the HBC type crystalline solar cell 100D includes an i-type amorphous Si layer 102 disposed so as to cover the second surface 101b of the substrate 101.
  • the same conductivity type as the first conductivity type (in the amorphous Si layer 102 and partly exposed on the outer surface side of the amorphous Si layer 102)
  • an n + -type portion (A) 103 and a portion (B) 104 having a conductivity type different from that of the first conductivity type are arranged apart from each other.
  • a part (C) represents a separation part between the part (A) 103 and the part (B) 104.
  • the part (A) 103 corresponds to the first part (part A) of the present invention.
  • Part (B) 104 corresponds to the second part (part B) of the present invention.
  • the site (A) 103 and the site (B) 104 are each formed by injecting a desired element into the surface layer portion of the substrate 101.
  • the case where it is a present area is shown.
  • the symbol d ⁇ b> 1 represents the thickness of the amorphous Si layer 102
  • the symbol d ⁇ b> 2 represents the depth of the part (A) 103 and the part (B) 104.
  • An example of the thickness d1 of the amorphous Si layer 102 is about 20 nm.
  • Part (A) 103 and part (B) 104 are formed by an ion implantation method to be described later.
  • the part (A) 103 and the part (B) 104 are simply applied to the amorphous Si layer 102 by performing an ion implantation process for producing the part (A) 103 and the part (B) 104, respectively. And can be formed. Therefore, in this configuration, even after the portion (A) 103 and the portion (B) 104 are formed, a flat profile is maintained on the outer surface of the amorphous Si layer. Is preserved. Therefore, it is possible to stabilize the patterning (photolithography) process performed to leave the electrode film so as to overlap each of the part A and the part B.
  • the first surface 101a of the substrate 101 may employ a configuration in which an anti-reflection layer (Anti Reflection Layer: AR layer) (not shown) is disposed as necessary.
  • an anti-reflection layer for example, an insulating nitride film, silicon nitride film, titanium oxide film, aluminum oxide film, or the like is preferably used.
  • FIG. 1 A method of manufacturing the HBC crystal solar cell 100D (100) according to the embodiment of the present invention shown in FIG. 1 will be described.
  • 2A to 2D are schematic cross-sectional views showing a procedure for manufacturing the HBC type crystalline solar cell shown in FIG.
  • a-Si amorphous Si
  • a wet etching process using, for example, potassium hydroxide (KOH) or sodium hydroxide (NaOH) as an etchant is performed on the substrate 101.
  • organic substances and metal contaminants remaining on the processed substrate 101 are removed using hydrofluoric acid.
  • the first surface 101a main surface
  • is processed so as to have a textured shape first step: FIG. 2A).
  • An i-type a-Si layer 102 is formed on the second surface 101b of the substrate 101 having the first surface 101a processed into a shape having the above texture, under a predetermined condition, for example, by a CVD method (second Process: FIG. 2B).
  • n-type ions such as phosphorus (P) ions are locally implanted through a mask M into a region near the outer surface 102b of the i-type a-Si layer 102 (portion close to the outer surface 102b).
  • An n + site (A) 103 is formed (third step: FIG. 2C).
  • a region near the outer surface 102b of the i-type a-Si layer 102, between and if n + region (A) 103, and a position which does not overlap with the n + region (A) 103, boron (B) P-type ions such as ions are locally implanted.
  • the p + region (B) 104 is formed (fourth step: performed by changing the position of the mask M in FIG. 2C).
  • the same conductivity type as the first conductivity type of the substrate 101 (for example, n-type) is present in the i-type a-Si layer 102 and partially exposed to the outer surface side of the a-Si layer 102.
  • the + BC type part (A) 103 and the part (B) 104 having a conductivity type different from the first conductivity type are arranged to be separated from each other, thereby forming an HBC type crystalline solar cell 100D (FIG. 2D). .
  • the i-type a-Si layer 102 is originally formed as a single film in the thickness direction and the in-plane direction. Therefore, the n + site (A) 103 and the p + site (B) 104 are formed in the vicinity of the outer surface 102b of the i-type a-Si layer 102 by the third process and the fourth process performed after the second process. Even in this case, the portion (C) that is the separation portion, that is, the region where ions are not implanted exists as a single film in the i-type a-Si layer 102 along the thickness direction.
  • the n + site (A) 103 and the p + site (B) 104 are formed so as not to reach the second surface 101b of the substrate 101 with respect to the i-type a-Si layer 102 which is a single film.
  • the i-type a-Si layer 102 that is in contact with the second surface 101 b of the substrate 101 exists as a single film that is continuous over the in-plane direction of the substrate 101.
  • 2D exists as a “single film” in a region other than the n + site (A) 103 and the p + site (B) 104 (where, The “single film” means that there is no interface inside the i-type a-Si layer 102), thereby maintaining the function of the i-type a-Si layer 102 as a passivation film.
  • the n-type a-Si layer 1003 and the p-type a-Si layer 1007 are formed between these layers 1003 and 1007 and the substrate 1001.
  • a spacing portion is once formed in the surface direction of the substrate by etching (state shown in FIGS. 9C and 9G).
  • an i-type a-Si layer 1009 is formed in the separated portion, and a structure in which the separated portion is embedded is obtained. For this reason, in the i-type a-Si layer shown in FIG.
  • an interface exists in the in-plane direction of the substrate (a dotted line between reference numerals 1002 and 1009 shown in FIG. 9J corresponds to the interface). Due to the presence of such an interface, the film becomes discontinuous in the in-plane direction of the substrate, and the i-type a-Si layer may not function effectively as a passivation film.
  • FIG. 4 is a graph showing the relationship between the ion energy (Ion Energy) of boron (B) and the stopping range.
  • the stopping range is an index representing how far the implanted ions can enter the film in the depth direction of the film. From this graph, it was found that the ion energy and the stopping range have a proportional relationship that the ion implantation depth increases as the ion energy increases. Therefore, by selecting a predetermined ion energy, when boron (B) is ion-implanted into the i-type a-Si layer 102, it is possible to change the position where the ion is retained at a specific depth. By utilizing this relationship, the p + site (B) 104 shown in FIG. 1 can be formed with good reproducibility.
  • the p + site (B) 104 having a depth of about 15 nm can be obtained.
  • the thickness d1 of the i-type a-Si layer 102 shown in FIG. 1 is 20 nm
  • the thickness of the ion non-implanted portion that is not implanted with boron (B) ions is (d1 ⁇ It becomes a value shown by d2).
  • the portion having the thickness of d 1 -d 2 exists in the i-type a-Si layer 102 as a single film over the in-plane direction of the substrate 101.
  • the thickness d1 of the i-type a-Si layer 102 forming the n + site (A) 103 and the p + site (B) 104, and the passivation film Depending on the thickness (d1 ⁇ d2) of the portion of the i-type a-Si layer 102 required as the n + portion (A) 103 and the thickness d2 required as the p + portion (B) 104, an appropriate value is obtained. Selected.
  • the ion energy increases, there is a problem that the surface of the i-type a-Si layer 102 to be processed becomes rough and the flatness cannot be maintained.
  • the ion energy (keV) is preferably 20 or less, and the thickness of the i-type a-Si layer 102 (ie, i In view of the relationship between the thickness of the mold a-Si layer and the thickness desired to remain as a passivation film, it can be said that 5 or less is preferable. If the ion energy (keV) is 5 or less, the process is performed with a lower energy, so that the flatness of the surface of the i-type a-Si layer 102 can be maintained.
  • FIG. 5 is a graph showing a profile of phosphorus (P) concentration observed in the depth direction of the substrate while changing the ion energy of phosphorus (P). From this graph, when the ion energy (keV) at the time of ion implantation is changed to 3, 6 and 15, the position (nm) in the depth direction of the substrate where the phosphorus concentration (atoma / cm 3 ) is 10 +18 is , Approximately 30 (nm), 43 (nm), and 78 (nm). As a result, the n + site (A) 103 can be formed in the substrate in the depth direction so that a predetermined phosphorus concentration is obtained at each position of the depth.
  • keV ion energy
  • the p + site (B) 104 shown in FIG. 1 can be formed in the depth direction in the substrate so as to have a predetermined boron concentration.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view of an ion implantation apparatus 1200 used in the n-type ion implantation step (third step) and the p-type ion implantation step (fourth step) in the embodiment of the present invention.
  • the ion implantation apparatus 1200 includes a vacuum chamber 1201, a permanent magnet 1205, an RF introduction coil 1206, a plasma generation unit using ICP discharge using an RF introduction window (quartz) 1212, and a vacuum exhaust unit (not shown). .
  • the inside of the vacuum chamber 1201 is separated into a plasma generation chamber and a plasma processing chamber by electrodes 1208 and 1209 having a plurality of openings.
  • a substrate support 1204 that supports a substrate 1203 (corresponding to the substrate 101 after the texture forming step) as an object to be processed is disposed in the plasma processing chamber.
  • the potential of the electrode 1208 is a floating potential
  • the electrode 1208 has a function of stabilizing the potential of the plasma 1207.
  • the electrode 1209 has a function of extracting a positive ion from the plasma 1207 when a negative potential is applied thereto.
  • the inside of the vacuum chamber 1201 is decompressed, and a gas containing impurity atoms injected into the substrate 1203 is introduced into the plasma generation chamber. Then, by exciting the plasma 1207 using the plasma generating portion, impurity atoms are ionized, and p-type or n-type ions extracted via the electrodes 1208 and 1209 can be implanted into the substrate 1203. .
  • the implantation amount of the p-type ions and the implantation amount of the n-type ions are the sheet resistance of the p + portion (B) 104 and the sheet resistance of the n + portion (A) 103 after annealing, which will be described later, and the HBC. From the relationship with the photoelectric conversion efficiency of the type crystal solar cell, it is determined as the optimum value for manufacturing the HBC type crystal solar cell 100. However, the concentration of n-type ions in the n + region (A) 103 is set to be higher than at least the concentration of n-type ions in the substrate 101.
  • a process gas in which hydrogen is added to a gas containing impurity atoms for example, BF 3 or the like
  • Conditions may be set so that hydrogen is ion-implanted into the amorphous Si layer.
  • non-mass-separated ion implantation can be employed. Unlike mass-separated ion implantation, which separates and implants only n-type ions and p-type ions (for example, P ions and B ions), non-mass-separated ion implantation uses PH 3 as a gas containing impurity atoms. A gas containing hydrogen such as BH 2 is used. As a result, in non-mass-separated ion implantation, hydrogen can be implanted into the substrate simultaneously with n-type ions and p-type ions without using a process gas to which hydrogen is added as described above. It becomes.
  • non-mass-separated ion implantation does not require a mechanism for separating ions, and thus has an advantage that the footprint is reduced in the device structure.
  • the hydrogen implanted into the amorphous Si layer simultaneously with the n-type ions and p-type ions is converted into the amorphous Si layer. Concentration distribution in the depth direction.
  • an annealing apparatus 1300 shown in FIG. 7 employs a vertical heating furnace, is a batch type, and has one substrate per cassette (the substrate after the n-type and p-type ion implantation steps by the third step and the fourth step). ) Is set, and a plurality of cassettes can be heat-treated at the same time.
  • An annealing apparatus 1300 in FIG. 7 includes a heating chamber 1310 and a front chamber 1320, and the internal space 1312 of the heating chamber 1310 and the internal space 1322 of the front chamber 1320 can be blocked by a gate valve 1317. .
  • a cassette rack 1303 in which a plurality of cassettes 1301 holding the outer peripheral portion of the substrate are stacked so that the front and back surfaces of the substrate are exposed is stacked on the cassette base 1302.
  • the gate valve 1317 is opened, and the cassette base 1302 in which the cassette rack 1303 is disposed is moved from the interior space 1322 of the front chamber 1320 to the interior of the heating chamber 1310.
  • the space 1312 is raised by a moving device (not shown) (upward arrow).
  • the gate valve 1317 is closed, and the internal space 1312 of the heating chamber 1310 is set to a reduced pressure atmosphere using the exhaust device (P) 1314.
  • the atmospheric pressure annealing may be performed in an atmospheric pressure atmosphere without reducing the pressure in the internal space 1312 of the heating chamber 1310.
  • an annealing gas is introduced into the internal space 1312 of the heating chamber 1310, and annealing is performed with a predetermined temperature profile in a controlled atmosphere.
  • the gas introduced into the internal space 1312 of the heating chamber 1310 is oxygen gas, nitrogen gas, or a gas containing both oxygen gas and nitrogen gas.
  • nitrogen gas is used as the annealing gas
  • hydrogen gas may be added to the nitrogen gas. In this manner, by adding hydrogen to the annealing gas, it is possible to compensate for the hydrogen injected into the i-type a-Si layer in the third and fourth steps being detached from the substrate by heating.
  • an annealing gas in which 3% or less of hydrogen is added to the nitrogen gas is used.
  • the introduction of the gas is stopped and the gate valve 1317 is opened with the internal space 1312 of the heating chamber 1310 opened to the atmosphere.
  • the cassette base 1302 is lowered from the internal space 1312 of the heating chamber 1310 to the internal space 1322 of the front chamber 1320 by a moving device (not shown) (downward arrow).
  • the annealing process in the embodiment of the present invention is performed by the above procedure.
  • the conditions for the annealing treatment are determined as optimum conditions corresponding to the diffusion coefficients of n-type ions and p-type ions inside the substrate.
  • the annealing temperature is desirably 600 ° C. or lower. This prevents the i-type a-Si layer 102 including the n + site (A) 103 and the p + site (B) 104 from being crystallized to deteriorate the function of the i-type a-Si layer as a passivation film. Because.
  • the annealing temperature is more preferably 400 ° C. or lower.
  • the time required for the annealing treatment is about 30 to 60 minutes.
  • a metal film for example, a Cu film
  • the metal film is used as an electrode by performing a desired patterning process.
  • an Ag film or the like is preferably used in addition to the Cu film.
  • the electrode is not limited to the metal film, and a transparent conductive film may be used instead of the metal film.
  • an inter-back sputtering apparatus 1400 shown in FIG. 8 is used.
  • the substrate 1458 (corresponding to the substrate 101 on which the part (A) 103 and the part (B) 104 are formed) is loaded into a loading / unloading chamber (L / UL) by a transfer device (not shown).
  • 1451, the heating chamber (H) 1452, and the film formation chamber (S1) 1453 can be moved.
  • exhaust devices 1451P, 1452P, and 1453P for individually depressurizing the internal space are arranged.
  • the substrate 1458 is introduced from the outside (atmosphere) of the manufacturing apparatus into the charging / unloading chamber 1451 at atmospheric pressure. Thereafter, the preparation / extraction chamber 1451 is depressurized (depressurized atmosphere) using the exhaust device 1451P. Next, the substrate 1458 is transferred from the pressure-removed preparation / extraction chamber 1451 to the heating chamber 1452 and subjected to a desired heat treatment by the heating device 1459.
  • the substrate 1458 after the heat treatment is transferred from the heating chamber 1452 to the film formation chamber 1453 and is passed in front of a target 1462 made of Cu, whereby a Cu film is formed on the substrate 1458.
  • the temperature of the substrate 1458 becomes a desired temperature by the temperature adjustment device 1461.
  • the target 1462 is placed on the backing plate 1463.
  • a desired process gas is introduced from the gas supply source 1465 into the film formation chamber 1453, and desired power is supplied to the backing plate 1463 from the power source 1464.
  • the substrate 1458 on which the Cu film is formed is transferred from the film formation chamber 1453 to the preparation / extraction chamber 1451 and taken out from the manufacturing apparatus to the outside (atmosphere).
  • an electrode localized so as to individually cover the n + site (A) 103 and the p + site (B) 104 is obtained.
  • the formation of the metal film using the sputtering apparatus has been described as the electrode forming step.
  • the electrode may be formed while patterning the electrode by a printing method.
  • FIG. 3A is a flowchart showing a manufacturing process (FIGS. 16A to 16J) of a solar cell in a conventional example.
  • FIG. 3B is a flowchart showing manufacturing steps (FIGS. 2A to 2G) of the solar cell according to the embodiment of the present invention.
  • the conventional example and the embodiment of the present invention differ in “ ⁇ (a)” and “ ⁇ (b)” described in detail below.
  • the portion (A) and the portion (B) in the conventional HBC type crystalline solar cell are formed only after the process flow of FIG. 9A to FIG. 9J ( ⁇ (a) shown in FIG. 3A).
  • i-type a-Si film formation, n-type a-Si film formation, resist coating / patterning, etching, resist peeling, etch stopper film formation / patterning, i-type a-Si film formation, p-type a-Si film formation The film is manufactured by sequentially performing 13 processing steps having a film, resist coating / patterning, etching, resist stripping, etch stopper stripping, and i-type a-Si film formation only on a separated portion.
  • FIG. 3B the part (A) and the part (B) in the HBC type crystalline solar cell according to the embodiment of the present invention are shown in the process flow of FIG. 2B to FIG. 2C ( ⁇ ( The number of processing steps formed by b)) is only four.
  • the manufacturing method according to the embodiment of the present invention it is possible to manufacture an HBC type crystalline solar cell with an extremely small number of steps as compared with the conventional manufacturing method.
  • ⁇ (a) in the manufacturing method shown in FIG. 3A and ⁇ (b) in the manufacturing method shown in FIG. 3B in the HBC type crystalline solar cell according to the embodiment of the present invention, The “expensive photolithography process and etching process” are not required from the conventional process. Therefore, according to the embodiment of the present invention shown in FIG. 3B, complicated processes that have been conventionally required can be reduced, so that manufacturing can be performed with more stable process management. That is, according to the embodiment of the present invention, since an expensive manufacturing apparatus is not required, the present invention contributes to the provision of an inexpensive HBC type crystalline solar cell.
  • each subsequent process step is performed in the conventional process ( ⁇ (a)) and the process of the embodiment of the present invention ( There is no significant difference in ⁇ (b)).
  • ⁇ (a) the conventional process
  • ⁇ (b) the process of the embodiment of the present invention
  • n + site (A) 103” and p + site (B) 104” affected by annealing are present in “i-type a-Si layer 102” in the embodiment of the present invention. For this reason, it is necessary to consider annealing conditions.
  • the temperature during the annealing treatment is preferably 600 ° C.
  • the temperature is preferably 400 ° C. or lower.
  • the present invention is widely applicable to HBC type crystalline solar cells.
  • Such an HBC type crystalline solar cell is suitably used as a solar cell that can increase the power generation efficiency per unit area and is required to be light in operation.
  • 100 (100D) HBC type crystalline solar cell 101 substrate (substrate made of first conductivity type crystalline silicon), 101a first surface, 101b second surface, 102 amorphous Si layer, 102b outer surface (outer surface of amorphous Si layer) ), 103 part (A) (first part, part of the same conductivity type as the first conductivity type), 104 part (B) (second part, part of a conductivity type different from the first conductivity type), d1 amorphous Si layer

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Abstract

本発明のＨＢＣ型結晶系太陽電池は、光が入射する第１面と、前記第１面とは反対側に位置する第２面とを有し、光電変換機能を発現する第一導電型の結晶系シリコンからなる基板と、前記基板の前記第２面を覆うように配されるｉ型のアモルファスＳｉ層とを備える。前記アモルファスＳｉ層に内在され、かつ、前記アモルファスＳｉ層の外面側に一部が露呈されるように、前記第一導電型と同じ導電型の第１部位および前記第一導電型と異なる導電型の第２部位が、互いに離間して配置されている。

Description

ＨＢＣ型結晶系太陽電池及びその製造方法
　本発明は、製造工程の簡素化が図れる、ＨＢＣ型結晶系太陽電池、及びＨＢＣ型結晶系太陽電池の製造方法に関する。
　本願は、２０１５年１０月５日に日本に出願された特願２０１５－１９８０２７号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
　従来、結晶系シリコンを基板として用いる太陽電池（ＨＢＣ型結晶系太陽電池）に関し、バックコンタクト型の太陽電池においては、高い発電効率が得られることが公知である。その中でも、ヘテロタイプのバックコンタクト型（ＨＢＣ型）ＨＢＣ型結晶系太陽電池においては、世界最高の発電効率が確認され、多方面から注目されている。
　このようなＨＢＣ型結晶系太陽電池においては、シリコン基板の裏面（光入射面の反対側に位置する面）に、ｉ型アモルファスＳｉ層を介して、ｎ型アモルファスＳｉ層からなる部位とｐ型アモルファスＳｉ層からなる部位とが、各々局在して配され、かつ、互い離間して構成されている。このような構成を得るため、ＨＢＣ型結晶系太陽電池は、図９Ａ～図９Ｊに示すような工程を経て製造されること知られている（例えば、特許文献１の従来技術等）。
　図９Ａ～図９Ｊは、従来のＨＢＣ型結晶系太陽電池に係る製造方法の一例を示す模式的な断面図である。具体的に、図９Ａにおいて、シリコン１００１の片面に対して、ｉ型アモルファスＳｉ層１００２とｎ型アモルファスＳｉ層１００３とを成膜する。図９Ｂにおいて、ｎ型アモルファスＳｉ層１００３上に、所望のパターンを有するレジスト１００４を形成する。図９Ｃにおいて、レジスト１００４を用い、ｉ型アモルファスＳｉ層１００２とｎ型アモルファスＳｉ層１００３とをエッチングする。図９Ｄにおいて、エッチング後に、レジスト１００４を剥離する。図９Ｅにおいて、エッチストッパー層１００５を形成する。エッチストッパー層１００５をマスクして、ｎ型アモルファスＳｉ層が形成されていない離間部のエッチストッパー層１００５をエッチングする。さらに、エッチストッパー層１００５の上に、シリコン１００１の全域に、ｉ型アモルファスＳｉ層１００６とｐ型アモルファスＳｉ層１００７とを成膜する。
　図９Ｆにおいて、離間部にレジスト１００８を形成する。図９Ｇにおいて、レジスト１００８を用いて、ｉ型アモルファスＳｉ層１００６とｐ型アモルファスＳｉ層１００７をエッチングする。図９Ｈにおいて、エッチング後に、レジスト１００８を剥離する。図９Ｉにおいて、エッチストッパー層１００５を剥離する。図９Ｊにおいて、ｉ型アモルファスＳｉ層１００２どうしの離間部およびｎ型アモルファスＳｉ層１００３とｐ型アモルファスＳｉ層１００７の離間部に、ｉ型アモルファスＳｉ層１００９を成膜する。
　つまり、従来のＨＢＣ型結晶系太陽電池の製造方法においては、上述した多数の工程（図９Ａ～図９Ｊ）を経ることによって、初めて、ｎ型アモルファスＳｉ層１００３とｐ型アモルファスＳｉ層１００７からなる特定のパターン領域を作製することができる。上記特定のパターン領域を形成するには、フォトリソグラフィやエッチング等の手法を何度も行わざるを得なかった。しかしながら、このような手法でパターニングを行うと、図９Ａ～図９Ｊに示すように工程の数が増え、製造ラインのコストアップに繋がり、ひいては、太陽電池の製造コストを削減することは困難であった。
日本国特開２０１２－２４３７９７号公報
　本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、製造工程の数を大幅に削減することが可能な、ＨＢＣ型結晶系太陽電池、及びＨＢＣ型結晶系太陽電池の製造方法を提供することを目的とする。
　本発明の第１態様に係るＨＢＣ型結晶系太陽電池は、光が入射する第１面と、前記第１面とは反対側に位置する第２面とを有し、光電変換機能を発現する第一導電型の結晶系シリコンからなる基板と、前記基板の前記第２面を覆うように配されるｉ型のアモルファスＳｉ層とを備える。前記アモルファスＳｉ層に内在され、かつ、前記アモルファスＳｉ層の外面側に一部が露呈されるように、前記第一導電型と同じ導電型の第１部位（部位Ａ）および前記第一導電型と異なる導電型の第２部位（部位Ｂ）が、互いに離間して配置されている。
　本発明の第２態様に係るＨＢＣ型結晶系太陽電池の製造方法は、光が入射する第１面と、前記第１面とは反対側に位置する第２面とを有し、第一導電型の結晶系シリコンからなる基板を用い、前記基板の前記第２面を覆うように、ｉ型のアモルファスＳｉ層を形成し、前記アモルファスＳｉ層に内在され、かつ、前記アモルファスＳｉ層の外面側に一部が露呈されるように、マスクを利用した不純物導入法により、前記第一導電型と同じ導電型の第１部位（部位Ａ）および前記第一導電型と異なる導電型の第２部位（部位Ｂ）を、互いに離間した位置に形成し、前記不純物導入法により不純物が前記アモルファスＳｉ層に導入された後、前記アモルファスＳｉ層に対して、アニール処理をする。
　本発明の第２態様に係るＨＢＣ型結晶系太陽電池の製造方法においては、前記不純物導入法により不純物を前記アモルファスＳｉ層に導入する時に、前記アモルファスＳｉ層に対して水素も導入してもよい。
　本発明の第１態様に係るＨＢＣ型結晶系太陽電池は、第一導電型の結晶系シリコンからなる基板と、前記基板の裏面（光入射面（第１面）の反対側に位置する面である他面（第２面））に設けられたｉ型のアモルファスＳｉ層を少なくとも備える。前記アモルファスＳｉ層に内在され、かつ、前記アモルファスＳｉ層の外面側に一部が露呈されるように、前記第一導電型と同じ導電型の第１部位（部位Ａ）および前記第一導電型と異なる導電型の第２部位（部位Ｂ）が、互いに離間して配置されている。この構成によれば、アモルファスＳｉ層に対して、部位Ａと部位Ｂを各々作製するための不純物導入処理を施すだけで、部位Ａ及び部位Ｂを形成することができる。ゆえに、この構成によれば、部位Ａ及び部位Ｂが形成された後であっても、アモルファスＳｉ層の外面は平坦なプロファイルが維持される。このため、後工程において形成される電極膜の平坦性が保たれる。よって、部位Ａ及び部位Ｂの各々に重なるように電極膜を残すために行われるパターニング（フォトリソグラフィ）処理の安定化も図れる。
　したがって、本発明の第１態様は、製造ラインの工程の数を大幅に削減することが可能な、ＨＢＣ型結晶系太陽電池を提供に貢献する。
　本発明の第２態様に係るＨＢＣ型結晶系太陽電池の製造方法は、第一導電型の結晶系シリコンからなる基板を用い、前記基板の裏面（光入射面（第１面）の反対側に位置する面である他面（第２面））を覆うようにｉ型のアモルファスＳｉ層を形成する工程と、不純物導入法により前記第一導電型と同じ導電型の第１部位（部位Ａ）および前記第一導電型と異なる導電型の第２部位（部位Ｂ）を互いに離間した位置に形成する工程と、前記不純物導入法により不純物が前記アモルファスＳｉ層に導入された後に前記アモルファスＳｉ層に対してアニール処理をする工程と、を順に備える。本発明の第２態様に係る製造方法は、このような工程を行うだけで、上述した構成のＨＢＣ型結晶系太陽電池を作製することができる。また、前記不純物導入法により不純物を前記アモルファスＳｉ層に導入する時に、前記アモルファスＳｉ層に水素も一緒に導入することにより、アモルファスＳｉ層の構造欠陥が修復され、部位Ａや部位Ｂに到達する電子やホールの総量が増加するため、発電効率の向上も図ることが可能となる。
　したがって、本発明の第２態様に係る製造方法は、従来の製造方法に比べて極めて少ない工程数によって、ＨＢＣ型結晶系太陽電池を作製することができるので、低コストの製造ラインの構築に寄与する。
本発明の実施形態に係るＨＢＣ型結晶系太陽電池の一実施形態を示す模式断面図である。 図１に示すＨＢＣ型結晶系太陽電池を製造する手順を示す模式断面図である。 図１に示すＨＢＣ型結晶系太陽電池を製造する手順を示す模式断面図である。 図１に示すＨＢＣ型結晶系太陽電池を製造する手順を示す模式断面図である。 図１に示すＨＢＣ型結晶系太陽電池を製造する手順を示す模式断面図である。 従来例におけるＨＢＣ型結晶系太陽電池を製造する工程を示すフロー図である。 本発明の実施形態に係るＨＢＣ型結晶系太陽電池を製造する工程を示すフロー図である。 ボロン（Ｂ）のイオンエネルギーとストッピングレンジとの関係を示すグラフである。 リン（Ｐ）のイオンエネルギーを変えて、基板の深さ方向に観測したリン（Ｐ）濃度のプロファイルを示すグラフである。 イオン注入装置の模式断面図である。 アニール処理装置の模式断面図である。 電極膜の形成に用いる成膜装置の模式断面図である。 従来のＨＢＣ型結晶系太陽電池を製造する手順を示す模式断面図である。 従来のＨＢＣ型結晶系太陽電池を製造する手順を示す模式断面図である。 従来のＨＢＣ型結晶系太陽電池を製造する手順を示す模式断面図である。 従来のＨＢＣ型結晶系太陽電池を製造する手順を示す模式断面図である。 従来のＨＢＣ型結晶系太陽電池を製造する手順を示す模式断面図である。 従来のＨＢＣ型結晶系太陽電池を製造する手順を示す模式断面図である。 従来のＨＢＣ型結晶系太陽電池を製造する手順を示す模式断面図である。 従来のＨＢＣ型結晶系太陽電池を製造する手順を示す模式断面図である。 従来のＨＢＣ型結晶系太陽電池を製造する手順を示す模式断面図である。 従来のＨＢＣ型結晶系太陽電池を製造する手順を示す模式断面図である。
　以下、本発明の実施形態に係るヘテロタイプのバックコンタクト型（ＨＢＣ型）ＨＢＣ型結晶系太陽電池の一実施形態を、図面に基づいて説明する。
　図１は、本発明の実施形態に係る、ＨＢＣ型結晶系太陽電池１００Ｄ（１００）の構成について説明する図である。
　本発明の実施形態に係るＨＢＣ型結晶系太陽電池１００Ｄ（１００）においては、後述する「ｎ＋部位とｐ＋部位」が、基板の裏面（光入射面の反対側：図１においては下面）を覆うように形成されており、ｉ型のアモルファスＳｉ層内部の裏面近傍（裏面に近い領域）に、イオン注入法により形成されている。
　なお、本実施形態では、ｎ＋部位とｐ＋部位を形成するために非質量分離型のイオン注入法（プラズマドーピング法）を用いるが、本発明は、この方法を限定していない。アモルファスＳｉ層に不純物原子をイオンの状態で導入する方法であれば、不純物導入法は、非質量分離型のイオン注入法に限定されず、質量分離型のイオン注入法等でも不純物をアモルファスＳｉ層に導入することが可能である。以下の説明では、不純物導入法の代表例として、非質量分離型のイオン注入法を用いて詳述するが、簡便のため、非質量分離型のイオン注入を「イオン注入」と表現する。
　本発明の実施形態に係るＨＢＣ型結晶系太陽電池１００Ｄは、光（図１に示されている矢印）が入射する第１面１０１ａと、第１面１０１ａとは反対側に位置する第２面１０１ｂとを有し、かつ、光電変換機能を発現する第一導電型（例えば、ｎ型半導体）の結晶系シリコンからなる基板１０１を備える。更に、ＨＢＣ型結晶系太陽電池１００Ｄは、基板１０１の第２面１０１ｂを覆うように配されるｉ型のアモルファスＳｉ層１０２を備えている。
　また、ＨＢＣ型結晶系太陽電池１００Ｄにおいては、アモルファスＳｉ層１０２に内在され、かつ、前記アモルファスＳｉ層１０２の外面側に一部が露呈されるように、前記第一導電型と同じ導電型（例えば、ｎ＋型）の部位（Ａ）１０３および前記第一導電型と異なる導電型の部位（Ｂ）１０４が、互いに離間して配置されている。図１において、部位（Ｃ）が、部位（Ａ）１０３と部位（Ｂ）１０４の離間部を表している。部位（Ａ）１０３は、本発明の第１部位（部位Ａ）に相当する。部位（Ｂ）１０４は、本発明の第２部位（部位Ｂ）に相当する。
　すなわち、本発明の実施形態に係るＨＢＣ型結晶系太陽電池１００Ｄは、部位（Ａ）１０３および部位（Ｂ）１０４が、各々、基板１０１の表層部に所望の元素を注入して形成された局在領域である場合を示している。
　図１において、符号ｄ１がアモルファスＳｉ層１０２の厚さを表しており、符号ｄ２が部位（Ａ）１０３および部位（Ｂ）１０４の深さを表している。前記アモルファスＳｉ層１０２の厚さｄ１の一例としては、約２０ｎｍが挙げられる。部位（Ａ）１０３および部位（Ｂ）１０４は、後述するイオン注入法により形成される。
　この手法によれば、アモルファスＳｉ層１０２に対して、部位（Ａ）１０３と部位（Ｂ）１０４を各々作製するためのイオン注入処理を施すだけで、部位（Ａ）１０３と部位（Ｂ）１０４とを形成することができる。ゆえに、この構成は、部位（Ａ）１０３と部位（Ｂ）１０４が形成された後でも、アモルファスＳｉ層の外面は平坦なプロファイルが維持されるので、後工程において形成される電極膜の平坦性が保たれる。よって、部位Ａ及び部位Ｂの各々に重なるように電極膜を残すために行われるパターニング（フォトリソグラフィ）処理の安定化も図れる。
　なお、基板１０１の第１面１０１ａには、必要に応じて不図示の反射防止層（Ａｎｔｉ　Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ　Ｌａｙｅｒ：ＡＲ層）が配される構成が採用されてもよい。反射防止層（不図示）としては、例えば、絶縁性の窒化膜、窒化ケイ素膜、酸化チタン膜、酸化アルミニウム膜等が好適に用いられる。
（製造方法）
　図１に示した、本発明の実施形態に係るＨＢＣ型結晶系太陽電池１００Ｄ（１００）の製造方法について、説明する。図２Ａ～図２Ｄは、図１に示すＨＢＣ型結晶系太陽電池を製造する手順を示す模式断面図である。以下では、「アモルファスＳｉ」を「ａ－Ｓｉ」と略記する。
　本発明の実施形態に係る、ＨＢＣ型結晶系太陽電池１００を製造するための各工程について、詳しく説明する。まず、テクスチャー形成工程において、基板１０１に対して、例えば、水酸化カリウム（ＫＯＨ）や水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）をエッチャントとして用いたウェットエッチング処理を行う。そして、処理後の基板１０１に残存する有機物および金属汚染物を、フッ硝酸を用いて除去する。これにより、テクスチャーを有する形状となるように第１面１０１ａ（主面）を加工する（第一工程：図２Ａ）。
　上記のテクスチャーを有する形状に加工された第１面１０１ａを有する基板１０１の第２面１０１ｂに、ｉ型ａ－Ｓｉ層１０２を、所定の条件で、例えば、ＣＶＤ法により成膜する（第二工程：図２Ｂ）。
　次に、ｉ型ａ－Ｓｉ層１０２の外面１０２ｂの近傍領域（外面１０２ｂに近い部分）に、リン（Ｐ）イオン等のｎ型イオンを、マスクＭを介して局所的に注入することにより、ｎ＋部位（Ａ）１０３を形成する（第三工程：図２Ｃ）。
　次いで、ｉ型ａ－Ｓｉ層１０２の外面１０２ｂの近傍領域であって、ｎ＋部位（Ａ）１０３どうしの間で、かつ、ｎ＋部位（Ａ）１０３と重ならない位置に、ボロン（Ｂ）イオン等のｐ型イオンを局所的に注入する。これにより、ｐ＋部位（Ｂ）１０４を形成する（第四工程：図２ＣにてマスクＭの位置を変更することで行われる）。
　これにより、ｉ型ａ－Ｓｉ層１０２に内在され、かつ、前記ａ－Ｓｉ層１０２の外面側に一部が露呈されるように、基板１０１の第一導電型と同じ導電型（例えば、ｎ＋型）の部位（Ａ）１０３および前記第一導電型と異なる導電型の部位（Ｂ）１０４が、互いに離間して配置されてなるＨＢＣ型結晶系太陽電池１００Ｄが形成される（図２Ｄ）。
　ここで、図２Ｂに示されるように、ｉ型ａ－Ｓｉ層１０２は、もともと、厚さ方向および面内方向において単一の膜として形成されている。このため、第二工程の後に行われる第三工程および第四工程によりｉ型ａ－Ｓｉ層１０２の外面１０２ｂの近傍領域にｎ＋部位（Ａ）１０３およびｐ＋部位（Ｂ）１０４を形成した場合でも、離間部である部位（Ｃ）、すなわち、イオン注入されていない領域は、厚さ方向に沿ってｉ型ａ－Ｓｉ層１０２内に単一の膜として存在している。
　さらに、単一の膜であるｉ型ａ－Ｓｉ層１０２に対して、基板１０１の第２面１０１ｂに達しないようにｎ＋部位（Ａ）１０３およびｐ＋部位（Ｂ）１０４を形成することで、基板１０１の第２面１０１ｂ上に接して存在するｉ型ａ－Ｓｉ層１０２は、基板１０１の面内方向にわたって連続した単一の膜として存在している。
　このように、図２Ｄに示されるｉ型ａ－Ｓｉ層１０２は、ｎ＋部位（Ａ）１０３およびｐ＋部位（Ｂ）１０４以外の領域において「単一の膜」として存在する（ここで、「単一の膜」とは、ｉ型ａ－Ｓｉ層１０２の内部に界面が存在しないことを意味する）ことにより、ｉ型ａ－Ｓｉ層１０２のパッシベーション膜としての機能が維持される。
　これに対し、図９Ｊに示される従来の構成においては、ｎ型ａ－Ｓｉ層１００３およびｐ型ａ－Ｓｉ層１００７を形成するために、これらの層１００３、１００７と基板１００１との間に形成されるｉ型ａ－Ｓｉ層１００２は、エッチングにより基板の面方向にわたって一旦離間部が形成される（図９Ｃ及び図９Ｇに示す状態）。最終的には、図９Ｊに示されるように、この離間部にｉ型ａ－Ｓｉ層１００９が成膜され、離間部を埋め込む構造が得られている。このため、図９Ｊに示すｉ型ａ－Ｓｉ層では、基板の面内方向に界面が存在する（図９Ｊ示す符号１００２と符号１００９との間の点線が界面に相当する）。このような界面の存在により基板の面内方向で膜が不連続となり、ｉ型ａ－Ｓｉ層がパッシベーション膜として有効に機能しない虞がある。
　図４は、ボロン（Ｂ）のイオンエネルギー（Ｉｏｎ　Ｅｎｅｒｇｙ）とストッピングレンジ（Ｓｔｏｐｐｉｎｇ　Ｒａｎｇｅ）との関係を示すグラフである。
　ストッピングレンジは、注入したイオンが、膜の深さ方向において、どこまで膜に進入できるかを表わす指標である。
　このグラフより、イオンエネルギーとストッピングレンジとは、イオンエネルギーが増加すればイオンが注入される深さが大きくなるという比例の関係にあることが分かった。
　ゆえに、所定のイオンエネルギーを選択することにより、ｉ型ａ－Ｓｉ層１０２に対して、ボロン（Ｂ）をイオン注入した際に、特定の深さで留める位置を変えることが可能である。この関係を利用することにより、図１に示すｐ＋部位（Ｂ）１０４を再現性よく形成できる。
　一例を示すと、イオンエネルギーとして３ｋｅＶを選択することで、１５ｎｍ程度の深さを有するｐ＋部位（Ｂ）１０４を得ることができる。この場合、図１に示されるｉ型ａ－Ｓｉ層１０２の厚さｄ１を２０ｎｍとすると、ボロン（Ｂ）イオンが注入されずに残るイオン非注入部の厚さは、図１における（ｄ１－ｄ２）で示される値となる。このｄ１－ｄ２の厚さを有する部分は、基板１０１の面内方向にわたって単一の膜として、ｉ型ａ－Ｓｉ層１０２内に存在する。
　イオン注入の際のイオンエネルギーとしては、上記の例のように、ｎ＋部位（Ａ）１０３およびｐ＋部位（Ｂ）１０４を形成するｉ型ａ－Ｓｉ層１０２の厚さｄ１と、パッシベーション膜として必要になるｉ型ａ－Ｓｉ層１０２の部分の厚さ（ｄ１－ｄ２）、さらにｎ＋部位（Ａ）１０３およびｐ＋部位（Ｂ）１０４として必要な厚さｄ２によって、適切な値が選択される。しかしながら、イオンエネルギーが大きくなると、処理の対象であるｉ型ａ－Ｓｉ層１０２の表面が粗くなり、平坦性が保てなくなるという問題がある。
　このため、ｉ型ａ－Ｓｉ層１０２に対して処理を行う場合は、イオンエネルギー（ｋｅＶ）としては２０以下であることが好ましく、さらに、ｉ型ａ－Ｓｉ層１０２の膜厚（すなわち、ｉ型ａ－Ｓｉ層の厚さとパッシベーション膜として残したい厚さとの関係）を考慮すると、５以下が好適であると言える。イオンエネルギー（ｋｅＶ）が５以下であれば、さらに低エネルギーによる処理となるため、ｉ型ａ－Ｓｉ層１０２の表面の平坦性を保つことが可能となる。
　なお、リン（Ｐ）についても、上述したボロン（Ｂ）における、イオンエネルギーとストッピングレンジとの関係が成立していることが確認された。ゆえに、この関係を利用することにより、図１に示すｎ＋部位（Ａ）１０３を再現性よく形成できる。さらに、リン（Ｐ）についても、ｎ＋部位（Ａ）１０３を形成する対象であるｉ型ａ－Ｓｉ層１０２の膜厚等の条件、およびｉ型ａ－Ｓｉ層１０２の表面の平坦性の確保という意味から、ボロン（Ｂ）の場合と同様に、イオンエネルギー（ｋｅＶ）としては、２０以下、さらに５以下を選択することで、ボロン（Ｂ）の場合と同様の効果を得ることが可能である。
　図５は、リン（Ｐ）のイオンエネルギーを変えて、基板の深さ方向に観測したリン（Ｐ）濃度のプロファイルを示すグラフである。
　このグラフより、イオン注入する際のイオンエネルギー（ｋｅＶ）を、３、６、１５と変えた場合、リン濃度（ａｔｏｍａ／ｃｍ３）が１０＋１８となる基板の深さ方向の位置（ｎｍ）は、およそ、３０（ｎｍ）、４３（ｎｍ）、７８（ｎｍ）となることが確認される。これにより、上記深さの各々の位置において、所定のリン濃度となるように、ｎ＋部位（Ａ）１０３を基板内に深さ方向に形成することができる。
　ボロン（Ｂ）についても、上述したリン（Ｐ）における、基板の深さ方向に観測したリン（Ｐ）濃度のプロファイルと同様の関係が成立していることが確認された。ゆえに、この関係を利用することにより、所定のボロン濃度となるように、図１に示すｐ＋部位（Ｂ）１０４を基板内に深さ方向に形成することができる。
　上記の第三工程や第四工程におけるイオンの注入は、例えば、図６に示すイオン注入装置１２００を用いて行う。
　図６は、本発明の実施形態において、ｎ型イオン注入工程（第三工程）およびｐ型イオン注入工程（第四工程）に用いる、イオン注入装置１２００の断面図である。イオン注入装置１２００は、真空槽１２０１と、永久磁石１２０５、ＲＦ導入コイル１２０６、ＲＦ導入窓（石英）１２１２を用いたＩＣＰ放電によるプラズマ発生部と、真空排気部（不図示）とを備えている。真空槽１２０１の内部は、複数の開口を有する電極１２０８、１２０９により、プラズマ発生室とプラズマ処理室とに分離されている。プラズマ処理室に被処理体である基板１２０３（テクスチャー形成工程後の基板１０１に相当）を支持する基板支持台１２０４が配されている。なお、電極１２０８の電位は、浮遊電位とされており、電極１２０８は、プラズマ１２０７の電位を安定させる機能を有する。また、電極１２０９は、負電位を印加され、プラズマ１２０７から正イオンを引き出す機能を有する。
　真空槽１２０１内を減圧し、プラズマ発生室に、基板１２０３に注入される不純物原子を含んだガスを導入する。そして、プラズマ発生部を用いてプラズマ１２０７を励起させることにより、不純物原子をイオン化させ、電極１２０８、１２０９を経由して引き出されたｐ型あるいはｎ型のイオンを、基板１２０３に注入させることができる。
　ここで、ｐ型イオンの注入量やｎ型イオンの注入量は、後述するアニール処理後のｐ＋部位（Ｂ）１０４のシート抵抗、及び、ｎ＋部位（Ａ）１０３のシート抵抗と、ＨＢＣ型結晶系太陽電池の光電変換効率との関係から、ＨＢＣ型結晶系太陽電池１００を製造する上での最適値として決定される。ただし、ｎ＋部位（Ａ）１０３におけるｎ型イオンの濃度は、少なくとも基板１０１におけるｎ型イオンの濃度より高く設定されている。
　なお、基板１２０３に対して上述したｐ型イオンの注入やｎ型イオンの注入を行う際に、不純物原子を含んだガス（例えば、ＢＦ３等）に水素が添加されたプロセスガスを用い、前記アモルファスＳｉ層に対して水素がイオン注入されるように条件を設定してもよい。イオン注入時に水素も一緒にアモルファスＳｉ層にイオン注入することにより、アモルファスＳｉ層の構造欠陥が修復され、キャリアの再結合の抑制効果が向上し、部位（Ａ）や部位（Ｂ）に到達する電子やホールの総量が増加するため、発電効率の向上を図ることができる。
　アモルファスＳｉ層に対して効果的に水素を注入する手法として、非質量分離型イオン注入の採用が挙げられる。ｎ型イオン、ｐ型イオン（例えば、Ｐイオン、Ｂイオン）のみを分離して注入する質量分離型イオン注入とは異なり、非質量分離型イオン注入では、不純物原子を含んだガスとしてＰＨ３、ＢＨ２等の水素を含むガスを用いる。これにより、非質量分離型イオン注入においては、前述のように水素が添加されたプロセスガスを用いなくとも、基板に対して、ｎ型イオン、ｐ型イオンと同時に、水素も注入することが可能となる。さらに、非質量分離型イオン注入では、イオンを分離する機構が不要であるため、装置構造においてフットプリントが小さくなるというメリットもある。
　このように、プロセスガスに水素を添加したり、非質量分離型イオン注入を選択したりすることによって、ｎ型イオン、ｐ型イオンと同時にアモルファスＳｉ層に注入された水素は、アモルファスＳｉ層の深さ方向において濃度分布を持つ。
　次に、第四工程を経て行われるアニール処理は、例えば、図７に示すアニール処理装置１３００を用いて行う。図７に示すアニール処理装置１３００は、縦型加熱炉を採用し、バッチ式で、１カセットに１枚の基板（第三工程および第四工程により、ｎ型およびｐ型イオン注入工程後の基板）がセットされ、このカセットを複数枚、同時に熱処理することが可能とされている。
　図７のアニール処理装置１３００は、加熱室１３１０と前室１３２０から構成されており、加熱室１３１０の内部空間１３１２と前室１３２０の内部空間１３２２とは、仕切弁１３１７によって遮断可能とされている。
　前室１３２０の内部空間１３２２において、基板の表面及び裏面が露呈した状態となるように基板の外周部を保持したカセット１３０１が複数枚、多段に重ねられているカセットラック１３０３を、カセットベース１３０２上に配置する。
　加熱室１３１０の内部空間１３１２を大気圧雰囲気に開放された状態で仕切弁１３１７を開けて、カセットラック１３０３が配置されているカセットベース１３０２を、前室１３２０の内部空間１３２２から加熱室１３１０の内部空間１３１２へ、不図示の移動装置により上昇させる（上向き矢印）。その後、仕切弁１３１７を閉じ、排気装置（Ｐ）１３１４を用いて、加熱室１３１０の内部空間１３１２を減圧雰囲気とする。なお、加熱室１３１０の内部空間１３１２を減圧せず、大気圧雰囲気において、大気圧アニールを行ってもよい。
　加熱室１３１０の内部空間１３１２を減圧した後、加熱室１３１０の内部空間１３１２に、アニールガスを導入し、管理された雰囲気下で、所定の温度プロファイルにより、アニール処理を行う。ここで、加熱室１３１０の内部空間１３１２に導入するガスは、酸素ガス、窒素ガス、または、酸素ガスおよび窒素ガスの両方を含むガスである。窒素ガスをアニールガスとして使用する場合は、窒素ガスに水素ガスを添加して用いてもよい。このように、アニールガスに水素を添加することで、第三、第四工程においてｉ型ａ－Ｓｉ層に注入された水素が、加熱により基板から離脱することを補うことが可能となる。一例としては、窒素ガスに対し３％以下の水素を添加したアニールガスを利用する。
　基板温度を所定の温度以下とした後、上記ガスの導入を停止し、加熱室１３１０の内部空間１３１２を大気開口した状態として仕切弁１３１７を開ける。その後、カセットベース１３０２を、加熱室１３１０の内部空間１３１２から前室１３２０の内部空間１３２２へ、不図示の移動装置により下降させる（下向き矢印）。
　以上の手順により、本発明の実施形態におけるアニール処理は行われる。その際、アニール処理の条件は、基板内部における、ｎ型イオン及びｐ型イオンの拡散係数に応じた最適な条件として決定される。例えば、アニール処理の温度は、６００℃以下であることが望ましい。これは、ｎ＋部位（Ａ）１０３およびｐ＋部位（Ｂ）１０４を含むｉ型ａ－Ｓｉ層１０２が結晶化してｉ型ａ－Ｓｉ層のパッシベーション膜としての機能が低下することを防止するためである。さらに、アニール処理の温度は、４００℃以下であることがより望ましい。これは、イオン注入の際に、ｎ型イオン、ｐ型イオンと同時に注入された水素が、ｉ型ａ－Ｓｉ層から離脱するのを抑制するためである。また、アニール処理にかける時間は、３０分～６０分程度であることが望ましい。
　次に、電極形成工程として、ｎ＋部位（Ａ）１０３およびｐ＋部位（Ｂ）１０４を含むｉ型ａ－Ｓｉ層の外面１０２ｂの全域を覆うように、金属膜（例えば、Ｃｕ膜）を形成する。金属膜は、所望のパターニング処理を施すことで、電極として利用される。金属膜としては、Ｃｕ膜の他に、Ａｇ膜等が好適に用いられる。ただし、電極は金属膜に限定されず、金属膜に代えて透明導電膜を用いてもよい。
　上記金属膜の形成には、例えば、図８に示すインターバック式のスパッタリング装置１４００が用いられる。
　図８に示すスパッタリング装置１４００においては、基板１４５８（部位（Ａ）１０３および部位（Ｂ）１０４が形成された基板１０１に相当）は、不図示の搬送装置により、仕込取出室（Ｌ／ＵＬ）１４５１の内部、加熱室（Ｈ）１４５２の内部、及び成膜室（Ｓ１）１４５３の内部に移動可能である。
　上記の各室１４５１，１４５２、１４５３には、個別に、その内部空間を減圧可能とするための排気装置１４５１Ｐ、１４５２Ｐ、１４５３Ｐが配されている。
　まず、基板１４５８は、製造装置の外部（大気雰囲気）から、大気圧とされた仕込取出室１４５１へ導入される。その後、仕込取出室１４５１は、排気装置１４５１Ｐを用いて減圧される（減圧雰囲気）。次いで、基板１４５８は、減圧された仕込取出室１４５１から加熱室１４５２へ搬送され、加熱装置１４５９により所望の熱処理が施される。
　次に、熱処理後の基板１４５８は、加熱室１４５２から成膜室１４５３へ搬送され、Ｃｕからなるターゲット１４６２の前を通過させることにより、基板１４５８上にＣｕ膜が形成される。その際、温度調整装置１４６１により、基板１４５８の温度は、所望の温度となる。
　成膜室１４５３において、ターゲット１４６２は、バッキングプレート１４６３に載置されている。スパッタリングを行う際にはガス供給源１４６５から所望のプロセスガスが成膜室１４５３の内部に導入されるとともに、バッキングプレート１４６３には電源１４６４から所望の電力が供給される。
　そして、Ｃｕ膜が形成された基板１４５８は、成膜室１４５３から仕込取出室１４５１へ搬送され、製造装置から外部（大気雰囲気）へ取り出される。
　次いで、所望のパターニング処理を施すことにより、ｎ＋部位（Ａ）１０３およびｐ＋部位（Ｂ）１０４を個々に覆うように局在する電極が得られる。
　以上では、電極形成工程として、スパッタリング装置を用いた金属膜の成膜を説明したが、印刷法で電極をパターニングしつつ形成してもよい。
　図３Ａは、従来例における太陽電池の製造工程（図１６Ａ～図１６Ｊ）を示すフロー図である。図３Ｂは、本発明の実施形態に係る太陽電池の製造工程（図２Ａ～図２Ｇ）を示すフロー図である。従来例と本発明の実施形態とは、以下に詳述する「α（ａ）」と「α（ｂ）」において相違する。
　図３Ａに示すとおり、従来のＨＢＣ型結晶系太陽電池における部位（Ａ）と部位（Ｂ）は、図９Ａ～図９Ｊの工程フロー（図３Ａに示すα（ａ））を経て初めて形成される。すなわち、「ｉ型ａ－Ｓｉ成膜、ｎ型ａ－Ｓｉ成膜、レジスト塗布・パターニング、エッチング、レジスト剥離、エッチストッパー成膜・パターニング、ｉ型ａ－Ｓｉ成膜、ｐ型ａ－Ｓｉ成膜、レジスト塗布・パターニング、エッチング、レジスト剥離、エッチストッパー剥離、離間部にのみｉ型ａ－Ｓｉ成膜」を有する１３処理工程を順に行うことにより製造される。
　これに対し、図３Ｂに示すとおり、本発明の実施形態に係るＨＢＣ型結晶系太陽電池における部位（Ａ）と部位（Ｂ）は、図２Ｂ～図２Ｃの工程フロー（図３Ｂに示すα（ｂ））により形成され、必要な処理工程の数は４つだけである。
　一方、本発明の実施形態に係る製造方法によれば、従来の製造方法に比べて極めて少ない工程数によって、ＨＢＣ型結晶系太陽電池を作製することができる。特に、図３Ａに示す製造方法におけるα（ａ）と図３Ｂに示す製造方法におけるα（ｂ）との比較から明らかなように、本発明の実施形態に係るＨＢＣ型結晶系太陽電池においては、従来の工程から「高価なフォトリソグラフィ工程やエッチング工程」が不要となる。ゆえに、図３Ｂに示す本発明の実施形態によれば、従来必要とした複雑な工程を削減できるので、より安定した工程管理において製造が可能となる。すなわち、本発明の実施形態によれば、高価な製造装置が不要となることから、安価なＨＢＣ型結晶系太陽電池の提供に本発明は寄与する。
　図３Ａ及び図３Ｂに示すように、後段の各処理工程（電極膜形成、パターニング（フォトリソグラフィ）、絶縁膜形成）は、従来の工程（β（ａ））と本発明の実施形態の工程（β（ｂ））で大きな違いはない。しかしながら、アニールの影響を受ける「ｎ＋部位（Ａ）１０３」および「ｐ＋部位（Ｂ）１０４」が、本発明の実施形態では「ｉ型ａ－Ｓｉ層１０２」の内部に存在する。このため、アニール条件を考慮する必要がある。
　具体的には、アニール処理時の温度は、先に述べたように、ｉ型ａ－Ｓｉ層のパッシベーション膜としての機能が低下を防止するために、６００℃以下であることが好ましく、さらには、ｉ型ａ－Ｓｉ層からの水素の離脱を抑制するために、４００℃以下であることが好ましい。
　本発明の好ましい実施形態を説明し、上記で説明してきたが、これらは本発明の例示的なものであり、限定するものとして考慮されるべきではないことを理解すべきである。追加、省略、置換、およびその他の変更は、本発明の範囲から逸脱することなく行うことができる。従って、本発明は、前述の説明によって限定されていると見なされるべきではなく、請求の範囲によって制限されている。
　本発明は、ＨＢＣ型結晶系太陽電池に広く適用可能である。このようなＨＢＣ型結晶系太陽電池は、例えば、単位面積当たりの発電効率を高くすることができるとともに稼働状況において軽量化が求められる太陽電池として好適に用いられる。
　１００（１００Ｄ）　ＨＢＣ型結晶系太陽電池、１０１　基板（第一導電型の結晶系シリコンからなる基板）、１０１ａ　第１面、１０１ｂ　第２面、１０２　アモルファスＳｉ層、１０２ｂ　外面（アモルファスＳｉ層の外面）、１０３　部位（Ａ）（第１部位、第一導電型と同じ導電型の部位）、１０４　部位（Ｂ）（第２部位、第一導電型と異なる導電型の部位）、ｄ１　アモルファスＳｉ層１０２の厚さ、ｄ２　部位（Ａ）１０３および部位（Ｂ）１０４の深さ。

Claims (3)

  1. 　ＨＢＣ型結晶系太陽電池であって、
    　光が入射する第１面と、前記第１面とは反対側に位置する第２面とを有し、光電変換機能を発現する第一導電型の結晶系シリコンからなる基板と、
    　前記基板の前記第２面を覆うように配されるｉ型のアモルファスＳｉ層と、
    　を備え、
    　前記アモルファスＳｉ層に内在され、かつ、前記アモルファスＳｉ層の外面側に一部が露呈されるように、前記第一導電型と同じ導電型の第１部位および前記第一導電型と異なる導電型の第２部位が、互いに離間して配置されているＨＢＣ型結晶系太陽電池。
  2. 　ＨＢＣ型結晶系太陽電池の製造方法であって、
    　光が入射する第１面と、前記第１面とは反対側に位置する第２面とを有し、第一導電型の結晶系シリコンからなる基板を用い、
    　前記基板の前記第２面を覆うように、ｉ型のアモルファスＳｉ層を形成し、
    　前記アモルファスＳｉ層に内在され、かつ、前記アモルファスＳｉ層の外面側に一部が露呈されるように、マスクを利用した不純物導入法により、前記第一導電型と同じ導電型の第１部位および前記第一導電型と異なる導電型の第２部位を、互いに離間した位置に形成し、
    　前記不純物導入法により不純物が前記アモルファスＳｉ層に導入された後、前記アモルファスＳｉ層に対して、アニール処理をするＨＢＣ型結晶系太陽電池の製造方法。
  3. 　前記不純物導入法により不純物を前記アモルファスＳｉ層に導入する時に、前記アモルファスＳｉ層に対して水素も導入する請求項２に記載のＨＢＣ型結晶系太陽電池の製造方法。
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