WO2018061769A1 - 太陽電池セルおよび太陽電池セルの製造方法 - Google Patents

太陽電池セルおよび太陽電池セルの製造方法 Download PDF

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crystalline silicon
wafer
silicon wafer
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藤田　和範
慶一郎 益子
歩 矢野
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パナソニックＩｐマネジメント株式会社
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Definitions

  • the present disclosure relates to a solar battery cell and a method for manufacturing the solar battery cell.
  • Patent Document 1 discloses a solar battery cell in which an n-type amorphous silicon layer is formed on the light-receiving surface of a crystalline silicon wafer and a p-type amorphous silicon layer is formed on the back surface of the wafer.
  • the solar battery cell disclosed in Patent Document 1 includes a transparent conductive layer and a collector electrode formed on each amorphous silicon layer.
  • a solar battery cell includes an n-type crystalline silicon wafer having an n + layer having a higher n-type dopant concentration than other regions on each main surface of the wafer and in the vicinity thereof, and the n-type crystalline silicon wafer
  • a light-receiving surface-side passivation layer that is formed on one light-receiving surface that is a main surface and is composed mainly of silicon oxide, silicon carbide, or silicon nitride, and an n-type crystal formed on the light-receiving-surface-side passivation layer
  • a p-type amorphous silicon layer formed on the back side which is the other main surface of the n-type crystalline silicon wafer, and the light-receiving surface side passivation layer includes the n-type dopant.
  • the concentration of the n-type dopant in the light-receiving surface-side passivation layer and the n-type crystalline silicon layer is determined by the light reception of the n-type crystalline silicon wafer. It is greater than or equal to the concentration of the n-type dopant in the n + layer formed on the side.
  • a method of manufacturing a solar cell according to the present disclosure includes a step of forming a passivation layer mainly composed of silicon oxide, silicon carbide, or silicon nitride on one main surface of a crystalline silicon wafer, and the passivation Forming a substantially authentic i-type silicon layer on the layer, and thermally diffusing an n-type dopant in the passivation layer, the i-type silicon layer, and the crystalline silicon wafer, And an n + layer having a higher concentration of the n-type dopant than other regions in the vicinity thereof, the i-type silicon layer as an n-type crystalline silicon layer, and the n + layer formed Forming a p-type amorphous silicon layer on the other main surface side of the crystalline silicon wafer.
  • a solar battery cell having excellent output characteristics and a low breakdown voltage in the reverse direction can be provided.
  • the solar battery cell according to the present disclosure includes the n-type crystalline silicon layer formed on the light-receiving surface side of the crystalline silicon wafer
  • the solar cell according to the present disclosure has a wafer compared to a conventional cell including an amorphous silicon layer on the light-receiving surface side.
  • Increasing the amount of incident light provides high output characteristics.
  • a p-type amorphous silicon layer formed by a low temperature process is formed on the back side of the crystalline silicon wafer, the output characteristics can be improved while suppressing the manufacturing cost.
  • the solar battery cell of the present disclosure has an n + layer on each main surface of the n-type crystalline silicon wafer and in the vicinity thereof, and no silicon oxide layer is formed on the back surface of the wafer. A silicon layer is formed.
  • n-type dopant means an impurity that functions as a donor
  • p-type dopant means an impurity that functions as an acceptor
  • an n-type crystalline silicon wafer doped in n-type is exemplified as the crystalline silicon wafer.
  • a p-type doped p-type crystalline silicon wafer can also be used as the crystalline silicon wafer.
  • a passivation layer, an n-type crystalline silicon layer, a p-type amorphous silicon layer, etc. The same configuration as that in the case of using an n-type crystalline silicon wafer can be applied.
  • Drawing 1 is a sectional view showing photovoltaic cell 10 which is an example of an embodiment.
  • a solar battery cell 10 includes an n-type crystalline silicon wafer 11 having an n + layer 20 having a higher n-type dopant concentration than other regions of the wafer at and near each main surface of the wafer.
  • the n-type crystalline silicon wafer 11 has an n + layer 20 that is a highly doped region where the concentration of the n-type dopant is high, and the region away from the vicinity of each main surface of the wafer is more than the n + layer 20.
  • the solar battery cell 10 includes a light-receiving surface side passivation layer 12 (hereinafter referred to as “passivation layer 12”), an n-type crystalline silicon layer 13, and a p-type amorphous silicon layer 17.
  • the passivation layer 12 is formed on the light receiving surface, which is one main surface of the n-type crystalline silicon wafer 11, and is composed mainly of silicon oxide, silicon carbide, or silicon nitride.
  • the n-type crystalline silicon layer 13 is formed on the passivation layer 12.
  • the p-type amorphous silicon layer 17 is formed on the back side that is the other main surface of the n-type crystalline silicon wafer 11.
  • the passivation layer 12 includes an n-type dopant, and the concentration of the n-type dopant in the passivation layer 12 and the n-type crystalline silicon layer 13 is n in the n + layer 20 formed on the light-receiving surface side of the n-type crystalline silicon wafer 11. More than the concentration of the type dopant.
  • the “light-receiving surface” of the n-type crystalline silicon wafer 11 means the main surface on which light is mainly incident (exceeding 50% to 100%), and the “back surface” is the main surface opposite to the light-receiving surface. Means a face. A surface perpendicular to each main surface and along the thickness direction of the n-type crystalline silicon wafer 11 is referred to as an end surface.
  • the photovoltaic cell 10 further includes a back surface side passivation layer 16 (hereinafter referred to as “passivation layer 16”) formed between the n-type crystalline silicon wafer 11 and the p-type amorphous silicon layer 17.
  • the passivation layer 16 is, for example, substantially intrinsic amorphous silicon (hereinafter sometimes referred to as “i-type amorphous silicon”) or a p-type dopant concentration higher than that of the p-type amorphous silicon layer 17. It is composed mainly of low amorphous silicon.
  • the crystallization rate of the p-type amorphous silicon layer 17 is lower than the crystallization rate of the n-type crystalline silicon layer 13, and the crystallization rate of the n-type crystalline silicon layer 13 is the crystal of the n-type crystalline silicon wafer 11. Lower than conversion rate.
  • the crystallization ratio of the wafer and each layer is measured by the area ratio of the region where the Si crystal lattice occupies the observation region using a transmission electron microscope (TEM) in the cross section of the wafer and each layer shown in FIG. That is, the larger the length in the longitudinal direction of the Si crystal lattice region, the higher the crystallization rate of the wafer and each layer.
  • TEM transmission electron microscope
  • the n-type crystalline silicon wafer 11 is made of single crystal silicon
  • the n-type crystalline silicon layer 13 is made of polycrystalline silicon.
  • the region of the Si crystal lattice formed in the p-type amorphous silicon layer 17 preferably has a length in the longitudinal direction of less than 2 nm.
  • the solar battery cell 10 includes a transparent conductive layer 14 formed on the n-type crystalline silicon layer 13 and a collector electrode 15 formed on the transparent conductive layer 14.
  • the solar battery cell 10 includes a transparent conductive layer 18 formed on the p-type amorphous silicon layer 17 and a collector electrode 19 formed on the transparent conductive layer 18.
  • the transparent conductive layer 14 and the collector electrode 15 constitute a light receiving surface electrode for collecting electrons generated in the n-type crystalline silicon wafer 11, and the transparent conductive layer 18 and the collector electrode 19 are positive electrodes generated in the n-type crystalline silicon wafer 11.
  • a back electrode for collecting holes is constructed.
  • Solar cell 10 includes a pair of electrodes formed on the light-receiving surface side and the back surface side of n-type crystalline silicon wafer 11.
  • the n-type crystalline silicon wafer 11 may be an n-type polycrystalline silicon wafer, but is preferably an n-type single crystal silicon wafer.
  • the concentration of the n-type dopant in the region other than the n + layer 20 of the n-type crystalline silicon wafer 11, that is, the region other than the main surface of the wafer and the vicinity thereof is, for example, 1 ⁇ 10 14 to 1 ⁇ 10 17 atoms / cm 3 .
  • the n-type dopant is not particularly limited, but generally phosphorus (P) is used.
  • the concentration of P, O, etc. contained in the n-type crystalline silicon wafer 11 or the like is measured by SIMS or TEM-energy dispersive X-ray spectroscopy (TEM-EDX).
  • the n-type crystalline silicon wafer 11 has a substantially square surface shape with one side of 120 to 160 mm, and the thickness of the n-type crystalline silicon wafer 11 is, for example, 50 to 300 ⁇ m.
  • the substantially square includes, for example, an octagon in which short sides and long sides are alternately continuous and have two sets of long sides parallel to each other.
  • a wafer manufactured by the Czochralski method (Cz method) is generally used, but a wafer manufactured by the epitaxial growth method can also be used.
  • the n-type crystalline silicon wafer 11 does not substantially contain a p-type dopant. However, the end face of the n-type crystalline silicon wafer 11 and its vicinity may contain a p-type dopant.
  • the concentration of the p-type dopant in the n-type crystalline silicon wafer 11 is 1 ⁇ 10 14 atoms / cm 3 or less, and the detection limit by secondary ion mass spectrometry (SIMS) is 1 ⁇ 10 15 atoms / cm 3 or less. Since the p-type amorphous silicon layer 17 is formed by a low temperature process, the diffusion of boron from the p-type amorphous silicon layer 17 to the n-type crystalline silicon wafer 11 does not substantially occur. For this reason, in the photovoltaic cell 10, the composite defect by the spreading
  • a texture structure (not shown) is formed on the surface of the n-type crystalline silicon wafer 11.
  • the texture structure is a surface uneven structure for increasing the light absorption amount of the n-type crystalline silicon wafer 11 by suppressing the surface reflection, and is provided on one of the light receiving surface and the back surface or on the light receiving surface and the back surface. Formed on both.
  • the height of the unevenness of the texture structure is, for example, 1 to 15 ⁇ m.
  • the n + layer 20 is formed on the light receiving surface of the n-type crystalline silicon wafer 11 and its vicinity, and on the back surface of the n-type crystalline silicon wafer 11 and its vicinity, respectively.
  • the n + layer 20 formed on the light receiving surface side of the n-type crystalline silicon wafer 11 is referred to as “n + layer 20a”
  • the n + layer 20 formed on the back surface side of the n-type crystalline silicon wafer 11 is referred to as “ n + layer 20b ".
  • the concentration of the n-type dopant in the n + layer 20 is preferably 1 ⁇ 10 18 to 1 ⁇ 10 20 atoms / cm 3 , and more preferably 1 ⁇ 10 18 to 6 ⁇ 10 18 atoms / cm 3 .
  • the concentration of the n-type dopant in the n + layer 20a formed on the light receiving surface side of the n-type crystalline silicon wafer 11 is, for example, less than the concentration of the n-type dopant in the n + layer 20b formed on the back surface side of the wafer. .
  • the concentration of n-type dopant in the n + layer 20a is less than the concentration of n-type dopant in the n + substantially the same as the concentration of the n-type dopant in the layer 20b or n + layer 20b,.
  • a suitable example of the concentration of the n-type dopant in the n + layer 20a is 3 ⁇ 10 17 to 6 ⁇ 10 18 atoms / cm 3 .
  • a suitable example of the concentration of the n-type dopant in the n + layer 20b is 1 ⁇ 10 18 to 1 ⁇ 10 20 atoms / cm 3 .
  • the n + layer 20 is formed with a thickness of 1 ⁇ m or less from the light receiving surface and the back surface of the n-type crystalline silicon wafer 11, for example.
  • the n + layer 20 generally has a concentration gradient in which the concentration of the n-type dopant decreases as the depth increases, that is, the distance from the light receiving surface and the back surface of the n-type crystalline silicon wafer 11 increases.
  • the n + layer 20 may be formed on the entire surface of the n-type crystalline silicon wafer 11 and its vicinity, including the end face of the n-type crystalline silicon wafer 11 and its vicinity.
  • the passivation layer 12 is interposed between the light receiving surface of the n-type crystalline silicon wafer 11 and the n-type crystalline silicon layer 13, and suppresses carrier recombination on the light receiving surface side of the cell.
  • a passivation layer 12 is formed over substantially the entire area.
  • the passivation layer 12 formed over substantially the entire area may cover the entire surface of the approximately square or 2 mm from the end of the approximately square. The entire surface excluding the following outer peripheral region may be covered.
  • the passivation layer 12 is preferably a layer having excellent thermal stability that does not impair the passivation properties even when exposed to high temperatures.
  • the passivation layer 12 is composed mainly of silicon oxide (SiO 2x (x ⁇ 2)), silicon carbide (SiC), or silicon nitride (SiN).
  • the passivation layer 12 may be composed of silicon oxide, silicon carbide or silicon nitride as a main component and a mixture of amorphous silicon.
  • the passivation layer 12 includes an n-type dopant, and the concentration of the n-type dopant in the passivation layer 12 is equal to or higher than the concentration of the n-type dopant in the n + layer 20 a of the n-type crystalline silicon wafer 11.
  • the thickness of the passivation layer 12 is, for example, 0.1 to 5.0 nm. The thickness of the passivation layer 12 is measured by observing the cross section of the cell using TEM (the same applies to the other layers).
  • the oxygen concentration in the layer is preferably 1.0 ⁇ 10 21 atoms / cm 3 or more.
  • the oxygen concentration in the passivation layer 12 is higher than the oxygen concentration in the passivation layer 16.
  • the concentration of n-type dopant such as phosphorus in the passivation layer 12 is higher than the concentration of p-type dopant such as boron in the passivation layer 16.
  • the concentration of the n-type dopant in the passivation layer 12 is preferably 1 ⁇ 10 19 to 1 ⁇ 10 21 atoms / cm 3 , and more preferably 3 ⁇ 10 19 to 5 ⁇ 10 20 atoms / cm 3 .
  • the passivation layer 12 for example, there is an n-type dopant concentration gradient that decreases in concentration as it approaches the n-type crystalline silicon wafer 11.
  • the n-type crystalline silicon layer 13 is formed on the light receiving surface of the n-type crystalline silicon wafer 11 via the passivation layer 12. On the light-receiving surface of the n-type crystalline silicon wafer 11, an n-type crystalline silicon layer 13 is formed over substantially the entire light-receiving surface via the passivation layer 12.
  • the concentration of the n-type dopant in the n-type crystalline silicon layer 13 is equal to or higher than the concentration of the n-type dopant in the n + layer 20 a of the n-type crystalline silicon wafer 11.
  • the thickness of the n-type crystalline silicon layer 13 is, for example, 5 to 20 nm, preferably 8 to 15 nm.
  • the n-type crystalline silicon layer 13 is made of polycrystalline silicon or microcrystalline silicon doped n-type.
  • the region of the Si crystal lattice formed in the n-type crystalline silicon layer 13 has a length in the longitudinal direction of 2 nm or more. If the region where the Si crystal lattice is observed is within this range, high sunlight transmittance can be obtained.
  • the absorption coefficient in the wavelength range of 400 to 600 nm of the n-type crystalline silicon layer 13 is lower than the absorption coefficient of the p-type amorphous silicon layer 17, for example, 5 ⁇ 10 4 to 4 ⁇ 10 5 cm ⁇ at a wavelength of 420 nm. 1 .
  • the absorption coefficient of each layer is determined by ellipsometry.
  • the concentration of the n-type dopant in the n-type crystalline silicon layer 13 is preferably 1 ⁇ 10 19 to 1 ⁇ 10 22 atoms / cm 3 , more preferably 3 ⁇ 10 19 to 5 ⁇ 10 21 atoms / cm 3. .
  • the n-type crystalline silicon layer 13 for example, there is an n-type dopant concentration gradient that decreases in concentration as it approaches the passivation layer 12.
  • the resistivity of the n-type crystalline silicon layer 13 is higher than that of the transparent conductive layer 14 and is, for example, 0.1 to 150 m ⁇ ⁇ cm.
  • the n-type crystalline silicon layer 13 has a lower hydrogen concentration than the p-type amorphous silicon layer 17. Further, the n-type crystalline silicon layer 13 has a lower hydrogen concentration than the passivation layer 16.
  • the hydrogen concentration in the n-type crystalline silicon layer 13 is, for example, 1 ⁇ 10 18 to 1 ⁇ 10 21 atoms / cm 3 , and preferably 7 ⁇ 10 18 to 5 ⁇ 10 20 atoms / cm 3 .
  • the refractive index of the n-type crystalline silicon layer 13 is preferably 2.5 times or more that of the transparent conductive layer 14, for example, 2.5 to 3.2. Is double.
  • the refractive index of each layer is determined by a spectroscopic ellipsometer. If the refractive index of the n-type crystalline silicon layer 13 is within the above range, the color unevenness of the cell is reduced and a good appearance is obtained.
  • the passivation layer 16 is interposed between the back surface of the n-type crystalline silicon wafer 11 and the p-type amorphous silicon layer 17 and suppresses carrier recombination on the back surface side of the cell.
  • a passivation layer 16 is formed over substantially the entire area.
  • the passivation layer 16 formed over substantially the entire region may cover the entire surface of the approximately square or 2 mm from the end of the approximately square. The entire surface excluding the following outer peripheral region may be covered.
  • the passivation layer 16 is preferably a layer that can be formed at a temperature of about 200 ° C., and has lower thermal stability than the passivation layer 12.
  • a suitable passivation layer 16 is a layer containing i-type amorphous silicon or amorphous silicon having a dopant concentration lower than that of the p-type amorphous silicon layer 17.
  • the thickness of the passivation layer 16 is thicker than that of the passivation layer 12, and is, for example, 5 to 10 nm.
  • the passivation layer 16 is preferably composed mainly of i-type amorphous silicon, and may be an i-type amorphous silicon layer composed substantially only of i-type amorphous silicon. As described above, the passivation layer 16 has a lower oxygen concentration than the passivation layer 12, and the concentration of p-type dopants such as boron in the passivation layer 16 is lower than the concentration of n-type dopants such as phosphorus in the passivation layer 12.
  • the p-type amorphous silicon layer 17 is formed on the back surface of the n-type crystalline silicon wafer 11 via the passivation layer 16.
  • a p-type amorphous silicon layer 17 is formed over substantially the entire region via a passivation layer 16. Similar to the passivation layer 16, the p-type amorphous silicon layer 17 formed over substantially the entire region may cover the entire surface of a substantially square, or the entire surface excluding the outer peripheral region of 2 mm or less from the end of the approximately square. It may be covered.
  • the thickness of the p-type amorphous silicon layer 17 is, for example, 1 to 25 nm, preferably 1 to 10 nm.
  • the concentration of the p-type dopant in the p-type amorphous silicon layer 17 is, for example, 1 ⁇ 10 20 atoms / cm 3 or more.
  • the p-type dopant is not particularly limited, but boron (B) is generally used.
  • the p-type amorphous silicon layer 17 contains, for example, boron substantially uniformly.
  • the p-type amorphous silicon layer 17 has a higher hydrogen concentration than the n-type crystalline silicon layer 13.
  • the transparent conductive layer 14 is formed over substantially the entire surface of the n-type crystalline silicon layer 13 on the light receiving surface side.
  • the transparent conductive layer 18 is formed over substantially the entire area of the back surface of the p-type amorphous silicon layer 17.
  • the transparent conductive layers 14 and 18 formed over substantially the entire area may cover the entire surface of the approximately square or the end of the approximately square. You may cover the whole surface except the outer peripheral area
  • the transparent conductive layers 14 and 18 may be formed so as to cover them.
  • the transparent conductive layers 14 and 18 are transparent in which a metal oxide such as indium oxide (In 2 O 3 ) or zinc oxide (ZnO) is doped with tungsten (W), tin (Sn), antimony (Sb), or the like. It is composed of a conductive oxide (IWO, ITO, etc.).
  • the thickness of the transparent conductive layers 14 and 18 is preferably 30 to 500 nm, particularly preferably 50 to 200 nm.
  • the collector electrodes 15 and 19 preferably each include a plurality of finger portions and a plurality of bus bar portions.
  • the finger portion is a thin wire electrode formed over a wide area of the transparent conductive layers 14 and 18.
  • the bus bar portion is a thin wire electrode that collects carriers from the finger portion, and is formed substantially orthogonal to each finger portion.
  • the collector electrodes 15 and 19 are formed, for example, by applying a conductive paste on the transparent conductive layers 14 and 18 in a pattern including a large number of finger portions and two or three bus bar portions.
  • the conductive paste for forming the collector electrodes 15 and 19 was formed by dispersing conductive particles having a diameter of 1 to 50 ⁇ m made of silver, copper, nickel or the like in a binder resin such as acrylic resin, epoxy resin, or phenol novolac. It may be a conductive paste.
  • the collector electrode 19 is preferably formed in a larger area than the collector electrode 15, and the finger portions of the collector electrode 19 are formed more than the finger portions of the collector electrode 15. Therefore, the area of the transparent conductive layer 18 covered by the collector electrode 19 is larger than the area of the transparent conductive layer 14 covered by the collector electrode 15. Further, the collector electrode 15 is formed thicker than the collector electrode 19.
  • the structure of the electrode is not particularly limited, and a metal layer may be formed over substantially the entire area of the transparent conductive layer 18 as a collecting electrode for the back electrode.
  • FIG. 2 is a diagram for explaining an example of a method for manufacturing the solar battery cell 10.
  • the crystalline silicon wafer 11z is a silicon wafer that does not have the n + layer 20 being manufactured.
  • the passivation layer 12z and the i-type silicon layer 13z are layers that become the passivation layer 12 and the n-type crystalline silicon layer 13 in a later process, respectively.
  • the manufacturing process of the solar battery cell 10 includes the following processes. (1) A step of forming a passivation layer 12z composed mainly of silicon oxide, silicon carbide, or silicon nitride on one main surface S1 of the crystalline silicon wafer 11z. (2) A step of forming a substantially genuine i-type silicon layer 13z on the passivation layer 12z. (3) The n-type dopant is thermally diffused in the passivation layer 12z, the i-type silicon layer 13z, and the crystalline silicon wafer 11z, and the concentration of the n-type dopant is higher than that of other regions on each main surface of the wafer and in the vicinity thereof.
  • n + layer 20 and turning the i-type silicon layer 13z into the n-type crystalline silicon layer 13; (4) A step of forming the p-type amorphous silicon layer 17 on the other main surface S2 side of the crystalline silicon wafer 11z (n-type crystalline silicon wafer 11) on which the n + layer 20 is formed.
  • a passivation layer 16 (second passivation layer) is provided between the n-type crystalline silicon wafer 11, which is the crystalline silicon wafer 11 z on which the n + layer 20 is formed, and the p-type amorphous silicon layer 17.
  • the method further includes the step of forming. This step is performed between the above steps (3) and (4).
  • the passivation layer 16 is composed mainly of substantially intrinsic amorphous silicon or amorphous silicon having a p-type dopant concentration lower than that of the p-type amorphous silicon layer 17.
  • a crystalline silicon wafer 11z on which a texture structure is formed is prepared. It is preferable to use an n-type single crystal silicon wafer as the crystalline silicon wafer 11z.
  • the texture structure can be formed by anisotropically etching the (100) plane of a single crystal silicon wafer using an alkaline solution. In this case, a pyramidal concavo-convex structure with the (111) plane as an inclined surface is formed on the surface of the single crystal silicon wafer.
  • the texture structure is preferably formed on each main surface S1, S2 of the crystalline silicon wafer 11z.
  • FIG. 2 shows from the formation of the passivation layer 12z to the formation of the p-type amorphous silicon layer 17.
  • a passivation layer 12z is formed on one main surface S1 of the crystalline silicon wafer 11z.
  • the passivation layer 12z is formed, for example, over substantially the entire main surface S1.
  • the main surface S1 on which the passivation layer 12z is formed becomes the light receiving surface of the solar battery cell 10, and the main surface S2 becomes the back surface of the solar battery cell 10.
  • the passivation layer 12z is composed mainly of silicon oxide, silicon carbide, or silicon nitride, and does not contain an n-type dopant.
  • the passivation layer 12z is preferably a silicon oxide film mainly composed of silicon oxide.
  • Examples of the method for forming the silicon oxide film include CVD and sputtering. When CVD is used, a silicon oxide film can be selectively formed on the main surface S1 of the crystalline silicon wafer 11z. The oxygen concentration of the silicon oxide film can be adjusted by changing the film formation conditions.
  • the surface of the crystalline silicon wafer 11z may be thermally oxidized in a high temperature steam atmosphere of about 500 ° C. (steam oxidation method), and the crystalline silicon wafer 11z is immersed in heated nitric acid to wet the wafer surface. It may be oxidized (nitric acid oxidation method).
  • steam oxidation method steam oxidation method
  • the silicon oxide film is formed on the main surface S2 of the crystalline silicon wafer 11z, it is necessary to remove the silicon oxide film from the main surface S2 before forming the passivation layer 16.
  • the silicon oxide film formed on the main surface S2 can also be used as a diffusion adjustment film 21 or a part of the diffusion adjustment film 21 described later.
  • an i-type silicon layer 13z is formed on the passivation layer 12z.
  • the i-type silicon layer 13z is formed, for example, in substantially the entire region on the passivation layer 12z.
  • the i-type silicon layer 13z may be an amorphous silicon film, a microcrystalline film, or a polycrystalline silicon film.
  • CVD or sputtering can be exemplified.
  • a diffusion adjustment film 21 for suppressing the diffusion of the n-type dopant on the other main surface S2 of the crystalline silicon wafer 11z An n-type dopant is thermally diffused.
  • the diffusion adjustment film 21 is formed, for example, over substantially the entire main surface S2 of the crystalline silicon wafer 11z.
  • the diffusion adjustment film 21 is removed. In the present embodiment, it is necessary to remove the diffusion adjustment film 21 before forming the passivation layer 16.
  • the diffusion adjusting film 21 serves to adjust the concentration of the n-type dopant in the n + layer 20b formed on the main surface S2 side of the crystalline silicon wafer 11z.
  • the diffusion adjustment film 21 is formed, the n-type dopant is diffused into the crystalline silicon wafer 11z through the diffusion adjustment film 21, so that the n-type dopant in the n + layer 20b is compared with the case where the diffusion adjustment film 21 is not formed.
  • the n-type dopant diffuses into the crystalline silicon wafer 11z through the passivation layer 12z and the i-type silicon layer 13z. For this reason, when adjusting the density
  • membrane 21 it is preferable to form the diffusion adjustment film
  • the diffusion adjustment film 21 is composed mainly of silicon oxide.
  • the composition of the diffusion adjusting film 21 is not particularly limited as long as it can be removed in a subsequent process, and for example, it may be composed mainly of silicon nitride.
  • Examples of the method for forming the diffusion adjusting film 21 include CVD or sputtering.
  • the thickness of the diffusion adjusting film 21 is, for example, 1 to 20 nm, and the concentration of the n-type dopant in the n + layer 20b can be easily adjusted by changing the thickness.
  • the thickness of the diffusion adjusting film 21 may be made substantially the same as the total thickness of the passivation layer 12z and the i-type silicon layer 13z.
  • the diffusion control film 21 may be subjected to diffusion of n-type dopant while exposing the main surface side S2 of the crystalline silicon wafer 11z, n + layers than this by the n + layer 20a
  • the concentration of the 20b n-type dopant can be set high.
  • the n-type dopant is added so that the concentration of the n-type dopant in the n + layer 20 is 1 ⁇ 10 18 to 1 ⁇ 10 20 atoms / cm 3. Heat diffusion is preferred.
  • the n-type dopant is diffused by, for example, a thermal diffusion method using vapor of phosphoryl chloride (POCl 3 ). The thermal diffusion of phosphorus using phosphoryl chloride is performed at a temperature of 800 to 900 ° C., for example.
  • n is applied to the crystalline silicon wafer 11z or the like via the passivation layer 12z and the i-type silicon layer 13z on the main surface S1 side of the crystalline silicon wafer 11z and the diffusion adjustment film 21 on the main surface S2 side.
  • Type dopant diffuses.
  • n + layers 20a and 20b are formed on the crystalline silicon wafer 11z, and the passivation layer 12z and the i-type silicon layer 13z are doped n-type. Thereby, the n-type crystalline silicon wafer 11, the passivation layer 12, and the n-type crystalline silicon layer 13 are formed.
  • the n-type crystalline silicon layer 13 is heated without supplying an n-type dopant to crystallize the silicon layer. It is formed by heating while supplying an n-type dopant.
  • the method of forming the n-type crystalline silicon layer 13 is not limited to this, and heating is performed while supplying an n-type dopant, so that the crystallization and impurity diffusion of the i-type silicon layer 13z are performed in common. You may carry out in a process.
  • the diffusion adjusting film 21 is removed after the thermal diffusion step of the n-type dopant.
  • the diffusion adjusting film 21 is a silicon oxide film, it can be removed by immersing the n-type crystalline silicon wafer 11 in hydrofluoric acid. Since n-type crystalline silicon layer 13 is not affected by hydrofluoric acid, even if n-type crystalline silicon wafer 11 is immersed in hydrofluoric acid, passivation layer 12 covered with n-type crystalline silicon layer 13 is not removed. .
  • hydrogen (H 2 ) sintering may be performed on the n-type crystalline silicon wafer 11.
  • the hydrogen sintering is performed, for example, by heat-treating the n-type crystalline silicon wafer 11 at a temperature of about 350 to 450 ° C. in a forming gas obtained by diluting hydrogen gas with an inert gas such as nitrogen gas.
  • a passivation layer 16 and a p-type amorphous silicon layer 17 are formed in this order on the main surface S2 of the n-type crystalline silicon wafer 11.
  • the passivation layer 16 is preferably an i-type amorphous silicon film.
  • an i-type amorphous silicon film is formed on substantially the entire area of the main surface S2, and a p-type amorphous silicon layer 17 is formed on the substantially entire area of the i-type amorphous silicon film.
  • the passivation layer 16 and the p-type amorphous silicon layer 17 are formed by CVD or sputtering with a clean n-type crystalline silicon wafer 11 placed in a vacuum chamber.
  • CVD passivation layer 16 is an i-type amorphous silicon film
  • a source gas obtained by diluting a silane gas with hydrogen (H 2 ) is used for film formation using CVD.
  • p-type amorphous silicon layer 17 is formed by CVD, for example, a source gas diluted with hydrogen by adding diborane (B 2 H 6 ) to a silane gas is used.
  • the dopant concentration of the p-type amorphous silicon layer 17 can be adjusted by changing the mixed concentration of diborane.
  • transparent conductive layers 14 and 18 are formed on the n-type crystalline silicon layer 13 and the p-type amorphous silicon layer 17, respectively, and collector electrodes 15 and 19 are formed on the transparent conductive layers 14 and 18, respectively.
  • the transparent conductive layers 14 and 18 are formed by sputtering, for example.
  • the collector electrodes 15 and 19 are formed, for example, by applying a conductive paste containing silver (Ag) particles on each transparent conductive layer by screen printing or the like. In this way, the solar battery cell 10 illustrated in FIG. 1 is obtained.
  • the solar battery cell 10 obtained by the above-described manufacturing method has excellent characteristics that it can be manufactured at a low cost, has a high open-circuit voltage and good output characteristics, and further has a low reverse breakdown voltage.
  • the hue is highly uniform, has a good appearance, and is excellent in durability.
  • the passivation layer 12 and the n-type crystalline silicon layer 13 are separately formed, but the method for manufacturing a solar cell according to the present disclosure is not limited to the formation method.
  • an i-type amorphous silicon film containing oxygen is formed as an original thin film that becomes the passivation layer 12 and the n-type crystalline silicon layer 13.
  • heat treatment is performed at a temperature of about 950 ° C. while supplying an n-type dopant.
  • the i-type amorphous silicon film containing oxygen present in the vicinity of the crystalline silicon wafer 11z interface is turned into a silicon oxide layer, and the i-type amorphous silicon film containing oxygen away from the crystalline silicon wafer 11z interface is formed. May be an n-type crystalline silicon layer.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing a solar battery cell 30 which is another example of the embodiment.
  • the solar battery cell 30 includes electrodes on the light receiving surface side and the back surface side of the n-type crystalline silicon wafer, respectively, in that the electrode is provided only on the back surface side of the n-type crystalline silicon wafer 31.
  • the n-type crystalline silicon wafer 31 has an n + layer 40 having a higher n-type dopant concentration than other regions of the wafer at and near each main surface of the wafer.
  • the concentration of the n-type dopant in the n + layer 40 is preferably 1 ⁇ 10 18 to 1 ⁇ 10 20 atoms / cm 3 .
  • the concentration of the n-type dopant in the n + layer 40a is equal to or lower than the concentration of the n-type dopant in the n + layer 40b.
  • the photovoltaic cell 30 includes a light-receiving surface side passivation layer 32 (hereinafter referred to as “passivation layer 32”) formed on the light-receiving surface of an n-type crystalline silicon wafer 31, and an n-type crystal formed on the passivation layer 32. And a functional silicon layer 33.
  • passivation layer 32 a light-receiving surface side passivation layer 32
  • n-type crystalline silicon wafer 31 formed on the light-receiving surface of an n-type crystalline silicon wafer 31
  • a functional silicon layer 33 formed on the light-receiving surface of an n-type crystalline silicon wafer 31
  • a functional silicon layer 33 formed on the light-receiving surface of an n-type crystalline silicon wafer 31
  • n-type crystal formed on the passivation layer 32.
  • functional silicon layer 33 a functional silicon layer 33.
  • the passivation layer 32 includes an n-type dopant, and the concentration of the n-type dopant in the passivation layer 32 and the n-type crystalline silicon layer 33 is equal to or higher than the concentration of the n-type dopant in the n + layer 40 a of the n-type crystalline silicon wafer 31. .
  • the solar battery cell 30 has a protective layer 34 on the n-type crystalline silicon layer 33.
  • the protective layer 34 protects the n-type crystalline silicon layer 33 and suppresses reflection of sunlight on the cell surface.
  • the protective layer 34 is preferably made of a material having high light transmittance, and is made of, for example, an insulator such as silicon oxide, silicon nitride, or silicon oxynitride as a main component.
  • the solar battery cell 30 includes back-side passivation layers 35 and 37 (hereinafter referred to as “passivation layers 35 and 37”), a p-type amorphous silicon layer 36, and an n-type amorphous silicon layer 38.
  • the passivation layer 35 is formed on the back surface of the n-type crystalline silicon wafer 31 and is interposed between the n-type crystalline silicon wafer 31 and the p-type amorphous silicon layer 36.
  • the passivation layer 37 is formed on the back surface of the n-type crystalline silicon wafer 31 and is interposed between the n-type crystalline silicon wafer 31 and the n-type amorphous silicon layer 38.
  • the p-type amorphous silicon layer 36 and the n-type amorphous silicon layer 38 form a p-type region and an n-type region on the back side of the n-type crystalline silicon wafer 31, respectively.
  • the area of the p-type region formed on the back surface of the n-type crystalline silicon wafer 31 is preferably larger than the area of the n-type region.
  • the p-type region and the n-type region are alternately arranged in one direction and are formed in a comb-like pattern in plan view that meshes with each other.
  • a part of the p-type region overlaps a part of the n-type region, and the p-type region and the n-type region are formed on the back surface of the n-type crystalline silicon wafer 31 without a gap.
  • An insulating layer 39 is provided between the regions where the p-type region and the n-type region overlap.
  • the insulating layer 39 is composed mainly of, for example, silicon oxide, silicon nitride, or silicon oxynitride.
  • the insulating layer 39 may be made of the same material as the protective layer 34.
  • the passivation layer 35 is mainly composed of i-type amorphous silicon or amorphous silicon having a p-type dopant concentration lower than that of the p-type amorphous silicon layer 36.
  • the passivation layer 37 is mainly composed of i-type amorphous silicon or amorphous silicon having a lower n-type dopant concentration than the n-type amorphous silicon layer 38.
  • the p-type amorphous silicon layer 36 can have the same configuration as that of the p-type amorphous silicon layer 17 of the solar battery cell 10.
  • the n-type amorphous silicon layer 38 is an n-type doped amorphous silicon layer.
  • the n-type dopant concentration in the n-type amorphous silicon layer 38 is, for example, 1 ⁇ 10 20 atoms / cm 3 or more.
  • the n-type amorphous silicon layer 38 generally contains an n-type dopant substantially uniformly. Each amorphous silicon layer has a higher hydrogen concentration and a lower density than the n-type crystalline silicon layer 33.
  • the solar battery cell 30 includes a transparent conductive layer 42 and a collector electrode 41 formed on the p-type amorphous silicon layer 36, and a transparent conductive layer 44 and a collector electrode 43 formed on the n-type amorphous silicon layer 38.
  • the transparent conductive layer 42 and the collector electrode 41 are p-side electrodes formed on the p-type region, and the transparent conductive layer 44 and the collector electrode 43 are n-side electrodes formed on the n-type region.
  • the transparent conductive layers 42 and 44 are separated from each other at a position corresponding to the insulating layer 39.
  • the collector electrodes 41 and 43 are formed on the transparent conductive layers 42 and 44, respectively.
  • the collector electrodes 41 and 43 may be formed using a conductive paste, but are preferably formed by electrolytic plating.
  • the collector electrodes 41 and 43 are made of, for example, a metal such as nickel (Ni), copper (Cu), silver (Ag), etc., and may have a stacked structure of a Ni layer and a Cu layer. You may have a tin (Sn) layer in the outermost surface.
  • the solar battery cell 30 can be manufactured by the same method as the solar battery cell 10. Specifically, the same steps as in the case of the solar battery cell 10 can be applied to the steps until the n-type crystalline silicon wafer 31, the passivation layer 32, and the n-type crystalline silicon layer 33 are formed (FIG. 2 ( a) to (e)).
  • the protective layer 34, the p-type region, the n-type region, the insulating layer 39, the transparent conductive layers 42 and 44, and the collector electrodes 41 and 43 are formed by a method similar to that of a conventionally known solar battery cell having electrodes only on the back surface side. it can. Similar to the solar battery cell 10, the solar battery cell 30 has an excellent feature that it can be manufactured at low cost, has a high open-circuit voltage and good output characteristics, and has a low breakdown voltage in the reverse direction.

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Abstract

実施形態の一例である太陽電池セル（１０）の製造方法は、結晶性シリコンウェーハ（１１ｚ）の一方の主面上にパッシベーション層（１２ｚ）を形成する工程と、パッシベーション層（１２ｚ）上に実質的に真正なｉ型シリコン層（１３ｚ）を形成する工程と、パッシベーション層（１２ｚ）、ｉ型シリコン層（１３ｚ）、および結晶性シリコンウェーハ（１１ｚ）にｎ型ドーパントを熱拡散させて、当該ウェーハの各主面およびその近傍にｎ+層（２０）を形成すると共に、ｉ型シリコン層（１３ｚ）をｎ型結晶性シリコン層（１３）とする工程と、ｎ+層（２０）が形成された結晶性シリコンウェーハ（１１ｚ）（ｎ型結晶性シリコンウェーハ（１１））の他方の主面側にｐ型非晶質シリコン層（１７）を形成する工程とを備える。

Description

太陽電池セルおよび太陽電池セルの製造方法
　本開示は、太陽電池セルおよび太陽電池セルの製造方法に関する。
　従来、結晶性シリコンウェーハの両面に非晶質シリコン層を形成した太陽電池セルが知られている。例えば、特許文献１には、結晶性シリコンウェーハの受光面上にｎ型非晶質シリコン層が形成され、当該ウェーハの裏面上にｐ型非晶質シリコン層が形成された太陽電池セルが開示されている。特許文献１に開示された太陽電池セルは、各非晶質シリコン層上に形成された透明導電層と集電極を備える。
特開２００６－２３７４５２号公報
　太陽電池セルにおいて、特に受光面側からシリコンウェーハに入射する光量を増やしてセルの出力特性を向上させることは重要な課題である。特許文献１を含む従来の技術では、集電極の形状などを工夫して受光面側からの入射光量を増やしているが、さらなる改善が求められている。さらに、太陽電池セルでは、逆方向の降伏電圧を低下させることが求められている。
　本開示に係る太陽電池セルは、ウェーハの各主面およびその近傍に他の領域よりｎ型ドーパントの濃度が高いｎ+層を有するｎ型結晶性シリコンウェーハと、前記ｎ型結晶性シリコンウェーハの一方の主面である受光面上に形成され、酸化シリコン、炭化シリコン、または窒化シリコンを主成分として構成される受光面側パッシベーション層と、前記受光面側パッシベーション層上に形成されたｎ型結晶性シリコン層と、前記ｎ型結晶性シリコンウェーハの他方の主面である裏面側に形成されたｐ型非晶質シリコン層とを備え、前記受光面側パッシベーション層は、前記ｎ型ドーパントを含み、前記受光面側パッシベーション層および前記ｎ型結晶性シリコン層における前記ｎ型ドーパントの濃度は、前記ｎ型結晶性シリコンウェーハの受光面側に形成された前記ｎ+層における前記ｎ型ドーパントの濃度以上である。
　本開示に係る太陽電池セルの製造方法は、結晶性シリコンウェーハの一方の主面上に、酸化シリコン、炭化シリコン、または窒化シリコンを主成分として構成されるパッシベーション層を形成する工程と、前記パッシベーション層上に実質的に真正なｉ型シリコン層を形成する工程と、前記パッシベーション層、前記ｉ型シリコン層、および前記結晶性シリコンウェーハにｎ型ドーパントを熱拡散させて、当該ウェーハの各主面およびその近傍に他の領域より前記ｎ型ドーパントの濃度が高いｎ+層を形成すると共に、前記ｉ型シリコン層をｎ型結晶性シリコン層とする工程と、前記ｎ+層が形成された前記結晶性シリコンウェーハの他方の主面側にｐ型非晶質シリコン層を形成する工程とを備える。
　本開示の一態様によれば、優れた出力特性を有し、逆方向の降伏電圧が低い太陽電池セルを提供することができる。
実施形態の一例である太陽電池セルの断面図である。 実施形態の一例である太陽電池セルの製造方法を説明するための図である。 実施形態の他の一例である太陽電池セルの断面図である。
　本開示に係る太陽電池セルは、結晶性シリコンウェーハの受光面側に形成されたｎ型結晶性シリコン層を備えるため、受光面側に非晶質シリコン層を備える従来のセルと比べてウェーハに入射する光量が多く、高い出力特性が得られる。そして、結晶性シリコンウェーハの裏面側には、低温プロセスで成膜されるｐ型非晶質シリコン層が形成されているため、製造コストを抑えながら出力特性の向上を図ることができる。
　さらに、本開示の太陽電池セルは、ｎ型結晶性シリコンウェーハの各主面およびその近傍にｎ+層を有し、ウェーハの裏面上には酸化シリコン層が形成されず、ｐ型非晶質シリコン層が形成されている。かかる構造を採用することにより、従来の太陽電池セルと比べて、開放電圧（Ｖｏｃ）が高く、逆方向の降伏電圧が低い太陽電池セルが得られる。
　以下、図面を参照しながら、実施形態の一例について詳細に説明する。なお、本開示に係る太陽電池セルおよびその製造方法は以下で説明する実施形態に限定されない。実施形態の説明で参照する図面は模式的に記載されたものであり、図面に描画された各構成要素の寸法などは以下の説明を参酌して判断されるべきである。
　本明細書において「略～」との記載は、略全域を例に説明すると、全域はもとより実質的に全域と認められる場合を含む意図である。また、ｎ型ドーパントとはドナーとして機能する不純物を意味し、ｐ型ドーパントとはアクセプターとして機能する不純物を意味する。
　以下で説明する実施形態では、結晶性シリコンウェーハとして、ｎ型にドーピングされたｎ型結晶性シリコンウェーハを例示する。但し、結晶性シリコンウェーハには、ｐ型にドーピングされたｐ型結晶性シリコンウェーハを用いることも可能であり、この場合もパッシベーション層、ｎ型結晶性シリコン層、ｐ型非晶質シリコン層等には、ｎ型結晶性シリコンウェーハを用いる場合と同様の構成を適用できる。
　図１は、実施形態の一例である太陽電池セル１０を示す断面図である。図１に例示するように、太陽電池セル１０は、ウェーハの各主面およびその近傍にウェーハの他の領域よりｎ型ドーパントの濃度が高いｎ+層２０を有するｎ型結晶性シリコンウェーハ１１を備える。つまり、ｎ型結晶性シリコンウェーハ１１には、ｎ型ドーパントの濃度が高い高ドープ領域であるｎ+層２０が存在し、ウェーハの各主面の近傍から離れた領域にはｎ+層２０よりもｎ型ドーパントの濃度が低い低ドープ領域が存在する。また、太陽電池セル１０は、受光面側パッシベーション層１２（以下、「パッシベーション層１２」という）と、ｎ型結晶性シリコン層１３と、ｐ型非晶質シリコン層１７とを備える。
　詳しくは後述するが、パッシベーション層１２は、ｎ型結晶性シリコンウェーハ１１の一方の主面である受光面上に形成され、酸化シリコン、炭化シリコン、または窒化シリコンを主成分として構成される。ｎ型結晶性シリコン層１３は、パッシベーション層１２上に形成される。ｐ型非晶質シリコン層１７は、ｎ型結晶性シリコンウェーハ１１の他方の主面である裏面側に形成される。パッシベーション層１２はｎ型ドーパントを含み、パッシベーション層１２およびｎ型結晶性シリコン層１３におけるｎ型ドーパントの濃度は、ｎ型結晶性シリコンウェーハ１１の受光面側に形成されたｎ+層２０におけるｎ型ドーパントの濃度以上である。
　ここで、ｎ型結晶性シリコンウェーハ１１の「受光面」とは、光が主に入射（５０％超過～１００％）する主面を意味し、「裏面」とは受光面と反対側の主面を意味する。また、各主面に垂直でｎ型結晶性シリコンウェーハ１１の厚み方向に沿った面を端面という。
　太陽電池セル１０は、さらに、ｎ型結晶性シリコンウェーハ１１とｐ型非晶質シリコン層１７との間に形成された裏面側パッシベーション層１６（以下、「パッシベーション層１６」という）を備えることが好ましい。パッシベーション層１６は、例えば、実質的に真性な非晶質シリコン（以下、「ｉ型非晶質シリコン」という場合がある）か、またはｐ型非晶質シリコン層１７よりｐ型ドーパントの濃度が低い非晶質シリコンを主成分として構成される。
　ｐ型非晶質シリコン層１７の結晶化率は、ｎ型結晶性シリコン層１３の結晶化率より低く、ｎ型結晶性シリコン層１３の結晶化率は、ｎ型結晶性シリコンウェーハ１１の結晶化率より低い。ウェーハおよび各層の結晶化率は、図１に示すウェーハおよび各層の断面において、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）を用いた観察領域に占めるＳｉ結晶格子が観察される領域の面積比で測定される。つまり、Ｓｉ結晶格子の領域の長手方向の長さが大きいほど、ウェーハおよび各層の結晶化率は高くなる。詳しくは後述するが、ｎ型結晶性シリコンウェーハ１１は単結晶シリコンから構成され、ｎ型結晶性シリコン層１３は多結晶シリコンから構成される。ｐ型非晶質シリコン層１７に形成されるＳｉ結晶格子の領域は、長手方向の長さが２ｎｍ未満であることが好ましい。
　太陽電池セル１０は、ｎ型結晶性シリコン層１３上に形成された透明導電層１４と、透明導電層１４上に形成された集電極１５とを備える。また、太陽電池セル１０は、ｐ型非晶質シリコン層１７上に形成された透明導電層１８と、透明導電層１８上に形成された集電極１９とを備える。透明導電層１４および集電極１５はｎ型結晶性シリコンウェーハ１１で発生した電子を収集する受光面電極を構成し、透明導電層１８および集電極１９はｎ型結晶性シリコンウェーハ１１で発生した正孔を収集する裏面電極を構成する。太陽電池セル１０は、ｎ型結晶性シリコンウェーハ１１の受光面側および裏面側に形成された一対の電極を備える。
　ｎ型結晶性シリコンウェーハ１１は、ｎ型多結晶シリコンウェーハであってもよいが、好ましくはｎ型単結晶シリコンウェーハである。ｎ型結晶性シリコンウェーハ１１のｎ+層２０以外の領域、即ちウェーハの各主面およびその近傍以外の他の領域におけるｎ型ドーパントの濃度は、例えば１×１０14～１×１０17ａｔｏｍｓ／ｃｍ3である。ｎ型ドーパントは、特に限定されないが、一般的にはリン（Ｐ）が用いられる。ｎ型結晶性シリコンウェーハ１１等に含有されるＰ，Ｏ等の濃度は、ＳＩＭＳ、またはＴＥＭ-エネルギー分散Ｘ線分光分析（ＴＥＭ-ＥＤＸ）により測定される。
　ｎ型結晶性シリコンウェーハ１１は、１辺が１２０～１６０ｍｍの略正方形の表面形状を有し、ｎ型結晶性シリコンウェーハ１１の厚みは、例えば、５０～３００μｍである。略正方形は、例えば、短辺と長辺とが交互に連続し、互いに平行な２組の長辺を備えた八角形を含む。ｎ型結晶性シリコンウェーハ１１には、一般的にチョクラルスキー法（Ｃｚ法）により製造されるウェーハが用いられるが、エピタキシャル成長法により製造されるウェーハを用いることも可能である。
　ｎ型結晶性シリコンウェーハ１１は、ｐ型ドーパントを実質的に含有しない。ただし、ｎ型結晶性シリコンウェーハ１１の端面およびその近傍には、ｐ型ドーパントが含有される場合がある。ｎ型結晶性シリコンウェーハ１１におけるｐ型ドーパントの濃度は、１×１０14ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以下であり、二次イオン質量分析（ＳＩＭＳ）による検出限界１×１０15ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以下である。ｐ型非晶質シリコン層１７は低温プロセスで成膜されるため、ｐ型非晶質シリコン層１７からｎ型結晶性シリコンウェーハ１１へのボロンの拡散は実質的に起こらない。このため、太陽電池セル１０では、ボロンの拡散による複合欠陥が形成されず、これに起因したキャリアのライフタイム低下が発生しない。
　ｎ型結晶性シリコンウェーハ１１の表面には、テクスチャ構造（図示せず）が形成されていることが好ましい。テクスチャ構造とは、表面反射を抑制してｎ型結晶性シリコンウェーハ１１の光吸収量を増大させるための表面凹凸構造であって、受光面および裏面のうちの一方に、または、受光面および裏面の両方に形成される。テクスチャ構造の凹凸の高さは、例えば、１～１５μｍである。
　ｎ+層２０は、ｎ型結晶性シリコンウェーハ１１の受光面およびその近傍と、ｎ型結晶性シリコンウェーハ１１の裏面およびその近傍とに、それぞれ形成される。以下では、ｎ型結晶性シリコンウェーハ１１の受光面側に形成されたｎ+層２０を「ｎ+層２０ａ」、ｎ型結晶性シリコンウェーハ１１の裏面側に形成されたｎ+層２０を「ｎ+層２０ｂ」とする。ｎ+層２０を設けることにより、太陽電池セル１０の出力特性が向上し、逆方向の降伏電圧が低下する。
　ｎ+層２０におけるｎ型ドーパントの濃度は、１×１０18～１×１０20ａｔｏｍｓ／ｃｍ3であることが好ましく、１×１０18～６×１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3がさらに好ましい。ｎ型結晶性シリコンウェーハ１１の受光面側に形成されたｎ+層２０ａにおけるｎ型ドーパントの濃度は、例えば当該ウェーハの裏面側に形成されたｎ+層２０ｂにおけるｎ型ドーパントの濃度以下である。すなわち、ｎ+層２０ａにおけるｎ型ドーパントの濃度は、ｎ+層２０ｂにおけるｎ型ドーパントの濃度と略同一、またはｎ+層２０ｂにおけるｎ型ドーパントの濃度未満である。ｎ+層２０ａにおけるｎ型ドーパントの濃度の好適な一例は、３×１０17～６×１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3である。ｎ+層２０ｂにおけるｎ型ドーパントの濃度の好適な一例は、１×１０18～１×１０20ａｔｏｍｓ／ｃｍ3である。
　ｎ+層２０は、例えばｎ型結晶性シリコンウェーハ１１の受光面および裏面から１μｍ以下の厚みで形成される。ｎ+層２０は、一般的に深さが深くなるほど、すなわちｎ型結晶性シリコンウェーハ１１の受光面および裏面から離れるほどｎ型ドーパントの濃度が低下する濃度勾配を有する。なお、ｎ+層２０は、ｎ型結晶性シリコンウェーハ１１の端面およびその近傍を含む、ｎ型結晶性シリコンウェーハ１１の表面全体およびその近傍に形成されていてもよい。
　パッシベーション層１２は、ｎ型結晶性シリコンウェーハ１１の受光面とｎ型結晶性シリコン層１３との間に介在し、セルの受光面側におけるキャリアの再結合を抑制する。ｎ型結晶性シリコンウェーハ１１の受光面上には、略全域にパッシベーション層１２が形成される。１辺が１２０～１６０ｍｍの略正方形のｎ型結晶性シリコンウェーハ１１を用いる場合、略全域に形成されたパッシベーション層１２は、略正方形の全面を覆ってもよいし、略正方形の端部から２ｍｍ以下の外周領域を除いた全面を覆ってもよい。パッシベーション層１２は、高温に曝された場合でもパッシベーション性が損なわれない熱安定性に優れた層であることが好ましい。
　パッシベーション層１２は、上述の通り、酸化シリコン（ＳｉＯ2x（ｘ≦２））、炭化シリコン（ＳｉＣ）、または窒化シリコン（ＳｉＮ）を主成分として構成される。パッシベーション層１２は、酸化シリコン、炭化シリコンまたは窒化シリコンを主成分とし、アモルファスシリコンが混合したものであってもよい。上述のように、パッシベーション層１２はｎ型ドーパントを含み、パッシベーション層１２におけるｎ型ドーパントの濃度は、ｎ型結晶性シリコンウェーハ１１のｎ+層２０ａにおけるｎ型ドーパントの濃度以上である。パッシベーション層１２の厚みは、例えば、０．１～５．０ｎｍである。パッシベーション層１２の厚みは、ＴＥＭを用いたセルの断面観察により測定される（他の層についても同様）。
　パッシベーション層１２が酸化シリコンを主成分として構成される場合、層中における酸素濃度は、１．０×１０21ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以上が好ましい。例えば、パッシベーション層１２における酸素濃度は、パッシベーション層１６における酸素濃度より高い。また、パッシベーション層１２におけるリン等のｎ型ドーパントの濃度は、パッシベーション層１６におけるボロン等のｐ型ドーパントの濃度より高い。
　パッシベーション層１２におけるｎ型ドーパントの濃度は、１×１０19～１×１０21ａｔｏｍｓ／ｃｍ3であることが好ましく、３×１０19～５×１０20ａｔｏｍｓ／ｃｍ3がさらに好ましい。パッシベーション層１２には、例えば、ｎ型結晶性シリコンウェーハ１１に近づくほど濃度が低下するｎ型ドーパントの濃度勾配が存在する。
　ｎ型結晶性シリコン層１３は、パッシベーション層１２を介してｎ型結晶性シリコンウェーハ１１の受光面上に形成される。ｎ型結晶性シリコンウェーハ１１の受光面上には、パッシベーション層１２を介して受光面の略全域にｎ型結晶性シリコン層１３が形成される。上述のように、ｎ型結晶性シリコン層１３におけるｎ型ドーパントの濃度は、ｎ型結晶性シリコンウェーハ１１のｎ+層２０ａにおけるｎ型ドーパントの濃度以上である。ｎ型結晶性シリコン層１３の厚みは、例えば、５～２０ｎｍであり、好ましくは８～１５ｎｍである。
　ｎ型結晶性シリコン層１３は、ｎ型にドーピングされた多結晶シリコンまたは微結晶シリコンから構成される。ｎ型結晶性シリコン層１３に形成されるＳｉ結晶格子の領域は、長手方向の長さが２ｎｍ以上である。Ｓｉ結晶格子が観察される領域がこの範囲内であれば、太陽光の高い透過率が得られる。ｎ型結晶性シリコン層１３の４００～６００ｎｍの波長範囲の吸収係数は、ｐ型非晶質シリコン層１７の当該吸収係数より低く、例えば、波長４２０ｎｍで５×１０4～４×１０5ｃｍ-1である。各層の吸収係数は、エリプソメトリーにより求められる。
　ｎ型結晶性シリコン層１３におけるｎ型ドーパントの濃度は、１×１０19～１×１０22ａｔｏｍｓ／ｃｍ3であることが好ましく、３×１０19～５×１０21ａｔｏｍｓ／ｃｍ3がさらに好ましい。ｎ型結晶性シリコン層１３には、例えば、パッシベーション層１２に近づくほど濃度が低下するｎ型ドーパントの濃度勾配が存在する。ｎ型結晶性シリコン層１３の抵抗率は、透明導電層１４より高く、例えば０．１～１５０ｍΩ・ｃｍである。
　ｎ型結晶性シリコン層１３は、ｐ型非晶質シリコン層１７より水素濃度が低い。また、ｎ型結晶性シリコン層１３は、パッシベーション層１６より水素濃度が低い。ｎ型結晶性シリコン層１３における水素濃度は、例えば、１×１０18～１×１０21ａｔｏｍｓ／ｃｍ3であり、好ましくは７×１０18～５×１０20ａｔｏｍｓ／ｃｍ3である。
　波長３５５～４０５ｎｍの範囲において、ｎ型結晶性シリコン層１３の屈折率は、透明導電層１４の屈折率に対して２．５倍以上であることが好ましく、例えば、２．５～３．２倍である。各層の屈折率は、分光エリプソメトリー装置などにより求められる。ｎ型結晶性シリコン層１３の屈折率が上記範囲内であれば、セルの色むらが低減され、良好な外観が得られる。
　パッシベーション層１６は、ｎ型結晶性シリコンウェーハ１１の裏面とｐ型非晶質シリコン層１７との間に介在し、セルの裏面側におけるキャリアの再結合を抑制する。ｎ型結晶性シリコンウェーハ１１の裏面上には、略全域にパッシベーション層１６が形成される。１辺が１２０～１６０ｍｍの略正方形のｎ型結晶性シリコンウェーハ１１を用いる場合、略全域に形成されたパッシベーション層１６は、略正方形の全面を覆ってもよいし、略正方形の端部から２ｍｍ以下の外周領域を除いた全面を覆ってもよい。
　パッシベーション層１６は、２００℃程度の温度で成膜可能な層であることが好ましく、パッシベーション層１２に比べて熱安定性が低い。好適なパッシベーション層１６は、ｉ型非晶質シリコンか、またはｐ型非晶質シリコン層１７よりドーパント濃度が低い非晶質シリコンを含む層である。パッシベーション層１６の厚みは、パッシベーション層１２より厚く、例えば、５～１０ｎｍである。
　パッシベーション層１６は、ｉ型非晶質シリコンを主成分として構成されることが好ましく、実質的にｉ型非晶質シリコンのみから構成されるｉ型非晶質シリコン層であってもよい。パッシベーション層１６は、上述のように、パッシベーション層１２より酸素濃度が低く、パッシベーション層１６におけるボロン等のｐ型ドーパントの濃度は、パッシベーション層１２におけるリン等のｎ型ドーパントの濃度より低い。
　ｐ型非晶質シリコン層１７は、パッシベーション層１６を介してｎ型結晶性シリコンウェーハ１１の裏面上に形成される。ｎ型結晶性シリコンウェーハ１１の裏面上には、パッシベーション層１６を介して略全域にｐ型非晶質シリコン層１７が形成される。パッシベーション層１６と同様に、略全域に形成されたｐ型非晶質シリコン層１７は、略正方形の全面を覆ってもよいし、略正方形の端部から２ｍｍ以下の外周領域を除いた全面を覆ってもよい。ｐ型非晶質シリコン層１７の厚みは、例えば、１～２５ｎｍであり、好ましくは１～１０ｎｍである。
　ｐ型非晶質シリコン層１７におけるｐ型ドーパントの濃度は、例えば、１×１０20ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以上である。ｐ型ドーパントは、特に限定されないが、一般的にはボロン（Ｂ）が用いられる。ｐ型非晶質シリコン層１７には、例えば、ボロンが略均一に含有されている。なお、ｐ型非晶質シリコン層１７は、ｎ型結晶性シリコン層１３より水素濃度が高い。
　透明導電層１４は、ｎ型結晶性シリコン層１３の受光面側表面の略全域に形成される。また、透明導電層１８は、ｐ型非晶質シリコン層１７の裏面側表面の略全域に形成される。１辺が１２０～１６０ｍｍの略正方形のｎ型結晶性シリコンウェーハ１１を用いる場合、略全域に形成された透明導電層１４，１８は、略正方形の全面を覆ってもよいし、略正方形の端部から２ｍｍ以下の外周領域を除いた全面を覆ってもよい。また、略正方形の全面を覆って形成されたｎ型結晶性シリコン層１３、ｐ型非晶質シリコン層１７の上に、それぞれ、略正方形の端部から２ｍｍ以下の外周領域を除いた全面を覆って透明導電層１４，１８を形成してもよい。透明導電層１４，１８は、例えば酸化インジウム（Ｉｎ2Ｏ3）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）等の金属酸化物に、タングステン（Ｗ）、錫（Ｓｎ）、アンチモン（Ｓｂ）等がドーピングされた透明導電性酸化物（ＩＷＯ、ＩＴＯ等）から構成される。透明導電層１４，１８の厚みは、３０～５００ｎｍが好ましく、５０～２００ｎｍが特に好ましい。
　集電極１５，１９は、複数のフィンガー部と、複数のバスバー部とをそれぞれ含むことが好適である。フィンガー部は、透明導電層１４，１８の広範囲に形成される細線状の電極である。バスバー部は、フィンガー部からキャリアを収集する細線状の電極であって、各フィンガー部に略直交して形成される。集電極１５，１９は、例えば多数のフィンガー部と、２本または３本のバスバー部とを含むパターンで透明導電層１４，１８上に導電性ペーストをそれぞれ塗工して形成される。集電極１５，１９を形成する導電性ペーストは、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、フェノールノボラック等のバインダー樹脂中に、銀、銅、ニッケル等からなる直径１～５０μｍの導電性粒子を分散させて形成した、導電性ペーストであってよい。
　集電極１９は、集電極１５より大面積に形成されることが好ましく、集電極１９のフィンガー部は集電極１５のフィンガー部より多く形成される。したがって、集電極１９によって覆われる透明導電層１８の面積は、集電極１５によって覆われる透明導電層１４の面積より大きくなる。また、集電極１５は集電極１９より厚く形成される。ただし、電極の構造は特に限定されず、裏面電極の集電極として透明導電層１８上の略全域に金属層を形成してもよい。
　図２は、太陽電池セル１０の製造方法の一例を説明するための図である。ここで、結晶性シリコンウェーハ１１ｚとは、製造途中のｎ+層２０を有さないシリコンウェーハである。また、パッシベーション層１２ｚ、ｉ型シリコン層１３ｚは、それぞれ後工程でパッシベーション層１２、ｎ型結晶性シリコン層１３となる層である。
　図２に例示するように、太陽電池セル１０の製造工程は、下記の工程を備える。
（１）結晶性シリコンウェーハ１１ｚの一方の主面Ｓ１上に、酸化シリコン、炭化シリコン、または窒化シリコンを主成分として構成されるパッシベーション層１２ｚを形成する工程。
（２）パッシベーション層１２ｚ上に実質的に真正なｉ型シリコン層１３ｚを形成する工程。
（３）パッシベーション層１２ｚ、ｉ型シリコン層１３ｚ、および結晶性シリコンウェーハ１１ｚにｎ型ドーパントを熱拡散させて、当該ウェーハの各主面およびその近傍に他の領域よりｎ型ドーパントの濃度が高いｎ+層２０を形成すると共に、ｉ型シリコン層１３ｚをｎ型結晶性シリコン層１３とする工程。
（４）ｎ+層２０が形成された結晶性シリコンウェーハ１１ｚ（ｎ型結晶性シリコンウェーハ１１）の他方の主面Ｓ２側にｐ型非晶質シリコン層１７を形成する工程。
　本実施形態では、ｎ+層２０が形成された結晶性シリコンウェーハ１１ｚであるｎ型結晶性シリコンウェーハ１１とｐ型非晶質シリコン層１７との間にパッシベーション層１６（第２のパッシベーション層）を形成する工程をさらに備える。この工程は、上記工程（３）と（４）の間で行われる。パッシベーション層１６は、上述の通り、実質的に真性な非晶質シリコンか、またはｐ型非晶質シリコン層１７よりｐ型ドーパント濃度が低い非晶質シリコンを主成分として構成される。
　太陽電池セル１０の製造工程では、まず初めに、テクスチャ構造が形成された結晶性シリコンウェーハ１１ｚを準備する。結晶性シリコンウェーハ１１ｚには、ｎ型単結晶シリコンウェーハを用いることが好ましい。テクスチャ構造は、アルカリ性溶液を用いて単結晶シリコンウェーハの（１００）面を異方性エッチングすることで形成できる。この場合、単結晶シリコンウェーハの表面に（１１１）面を斜面としたピラミッド形状の凹凸構造が形成される。テクスチャ構造は、結晶性シリコンウェーハ１１ｚの各主面Ｓ１，Ｓ２に形成されることが好ましい。
　図２は、パッシベーション層１２ｚの成膜からｐ型非晶質シリコン層１７の成膜までを示している。図２（ａ）に示すように、まず、結晶性シリコンウェーハ１１ｚの一方の主面Ｓ１にパッシベーション層１２ｚを形成する。パッシベーション層１２ｚは、例えば主面Ｓ１の略全域に形成される。パッシベーション層１２ｚが形成された主面Ｓ１は、太陽電池セル１０の受光面となり、主面Ｓ２が太陽電池セル１０の裏面となる。パッシベーション層１２ｚは、酸化シリコン、炭化シリコン、または窒化シリコンを主成分として構成され、ｎ型ドーパントは含有していない。
　パッシベーション層１２ｚは、酸化シリコンを主成分とするシリコン酸化膜であることが好ましい。シリコン酸化膜の成膜方法としては、ＣＶＤまたはスパッタリングが例示できる。ＣＶＤを用いる場合、結晶性シリコンウェーハ１１ｚの主面Ｓ１に対して選択的にシリコン酸化膜を形成できる。シリコン酸化膜の酸素濃度は、成膜条件を変更することで調整することが可能である。
　この工程では、結晶性シリコンウェーハ１１ｚの表面を５００℃程度の高温水蒸気雰囲気で熱酸化してもよく（スチーム酸化法）、結晶性シリコンウェーハ１１ｚを加熱した硝酸に浸漬してウェーハ表面をウェットケミカル酸化してもよい（硝酸酸化法）。ただし、結晶性シリコンウェーハ１１ｚの主面Ｓ２にシリコン酸化膜が形成された場合は、パッシベーション層１６を成膜する前に、主面Ｓ２からシリコン酸化膜を除去する必要がある。主面Ｓ２に形成されたシリコン酸化膜は、後述する拡散調整膜２１または拡散調整膜２１の一部として使用することもできる。
　続いて、図２（ｂ）に示すように、パッシベーション層１２ｚ上にｉ型シリコン層１３ｚを成膜する。ｉ型シリコン層１３ｚは、例えばパッシベーション層１２ｚ上の略全域に形成される。ｉ型シリコン層１３ｚは、非晶質シリコン膜、微結晶または多結晶シリコン膜のいずれであってもよい。ｉ型シリコン層１３ｚの成膜方法としては、ＣＶＤまたはスパッタリングが例示できる。
　続いて、図２（ｃ）～（ｅ）に示すように、ｎ型ドーパントの拡散を抑制する拡散調整膜２１を結晶性シリコンウェーハ１１ｚの他方の主面Ｓ２上に形成した後、当該ウェーハにｎ型ドーパントを熱拡散させる。拡散調整膜２１は、例えば、結晶性シリコンウェーハ１１ｚの主面Ｓ２の略全域に形成される。そして、ｐ型非晶質シリコン層１７を形成する前に拡散調整膜２１を除去する。本実施形態では、パッシベーション層１６を形成する前に拡散調整膜２１を除去する必要がある。
　拡散調整膜２１は、結晶性シリコンウェーハ１１ｚの主面Ｓ２側に形成されるｎ+層２０ｂのｎ型ドーパントの濃度を調整する役割を果たす。拡散調整膜２１を形成した場合、拡散調整膜２１を介して結晶性シリコンウェーハ１１ｚにｎ型ドーパントが拡散するため、拡散調整膜２１を形成しない場合と比べて、ｎ+層２０ｂにおけるｎ型ドーパントの濃度は低くなる。なお、結晶性シリコンウェーハ１１ｚの主面Ｓ１側では、パッシベーション層１２ｚおよびｉ型シリコン層１３ｚを介して結晶性シリコンウェーハ１１ｚにｎ型ドーパントが拡散する。このため、ｎ+層２０ａ，２０ｂにおけるｎ型ドーパントの濃度を同程度に調整する場合は、拡散調整膜２１を形成することが好ましい。
　拡散調整膜２１は、酸化シリコンを主成分として構成される。ただし、後工程で除去できるものであれば、拡散調整膜２１の組成は特に限定されず、例えば、窒化シリコンを主成分とするものであってもよい。拡散調整膜２１の成膜方法としては、ＣＶＤまたはスパッタリングが例示できる。拡散調整膜２１の厚みは、例えば１～２０ｎｍであり、厚みを変えることでｎ+層２０ｂにおけるｎ型ドーパントの濃度を容易に調整できる。ｎ+層２０ａ，２０ｂにおけるｎ型ドーパントの濃度を同程度に調整する場合は、拡散調整膜２１の厚みをパッシベーション層１２ｚおよびｉ型シリコン層１３ｚの合計の厚みと略同一にしてもよい。なお、拡散調整膜２１を形成せずに、結晶性シリコンウェーハ１１ｚの主面Ｓ２側を露出させた状態でｎ型ドーパントの拡散を行っても良く、これによってｎ+層２０ａよりもｎ+層２０ｂのｎ型ドーパントの濃度を高濃度に設定することができる。
　結晶性シリコンウェーハ１１ｚに対してｎ型ドーパントを拡散させる工程では、ｎ+層２０のｎ型ドーパントの濃度が１×１０18～１×１０20ａｔｏｍｓ／ｃｍ3となるように、ｎ型ドーパントを熱拡散させることが好ましい。ｎ型ドーパントの拡散は、例えば、塩化ホスホリル（ＰＯＣｌ3）の蒸気を用いた熱拡散法によって行われる。塩化ホスホリルを用いたリンの熱拡散は、例えば、８００～９００℃の温度で行われる。
　本実施形態では、結晶性シリコンウェーハ１１ｚの主面Ｓ１側ではパッシベーション層１２ｚおよびｉ型シリコン層１３ｚを介して、主面Ｓ２側では拡散調整膜２１を介して、結晶性シリコンウェーハ１１ｚ等にｎ型ドーパントが拡散する。そして、結晶性シリコンウェーハ１１ｚにｎ+層２０ａ，２０ｂが形成されると共に、パッシベーション層１２ｚおよびｉ型シリコン層１３ｚがｎ型にドーピングされる。これにより、ｎ型結晶性シリコンウェーハ１１、パッシベーション層１２、およびｎ型結晶性シリコン層１３が形成される。ｎ型結晶性シリコン層１３は、例えば、パッシベーション層１２ｚ上に非晶質のｉ型シリコン層１３ｚを形成した後、ｎ型ドーパントを供給せずに加熱して当該シリコン層を結晶化し、その後にｎ型ドーパントを供給しながら加熱して形成される。ただし、ｎ型結晶性シリコン層１３の形成の方法はこれに限られたものではなく、ｎ型ドーパントを供給しながら加熱して、ｉ型シリコン層１３ｚの結晶化と不純物拡散とを共通の加熱工程で行ってもよい。
　拡散調整膜２１は、上述のように、ｎ型ドーパントの熱拡散工程後に除去される。拡散調整膜２１がシリコン酸化膜である場合、ｎ型結晶性シリコンウェーハ１１をフッ酸に浸漬することで除去できる。なお、ｎ型結晶性シリコン層１３はフッ酸に侵されないため、ｎ型結晶性シリコンウェーハ１１をフッ酸に浸漬しても、ｎ型結晶性シリコン層１３に覆われたパッシベーション層１２は除去されない。
　ｎ型ドーパントの熱拡散工程後に、ｎ型結晶性シリコンウェーハ１１に対して水素（Ｈ2）シンタリングを行ってもよい。水素シンタリングは、例えば、水素ガスを窒素ガス等の不活性ガスで希釈したフォーミングガス中で、ｎ型結晶性シリコンウェーハ１１を３５０～４５０℃程度の温度で熱処理することにより行われる。この工程を設けることで、ｎ型ドーパントの熱拡散時にｎ型結晶性シリコンウェーハ１１から抜けた水素を補充することができる。
　続いて、図２（ｆ）に示すように、ｎ型結晶性シリコンウェーハ１１の主面Ｓ２上にパッシベーション層１６およびｐ型非晶質シリコン層１７をこの順に成膜する。パッシベーション層１６は、ｉ型非晶質シリコン膜であることが好ましい。例えば、主面Ｓ２の略全域にｉ型非晶質シリコン膜が形成され、ｉ型非晶質シリコン膜上の略全域にｐ型非晶質シリコン層１７が形成される。
　パッシベーション層１６およびｐ型非晶質シリコン層１７は、清浄なｎ型結晶性シリコンウェーハ１１を真空チャンバ内に設置して、ＣＶＤまたはスパッタリングにより形成される。ＣＶＤによるパッシベーション層１６がｉ型非晶質シリコン膜である場合、例えば、ＣＶＤを用いた成膜にはシランガスを水素（Ｈ2）で希釈した原料ガスが使用される。また、ｐ型非晶質シリコン層１７をＣＶＤで成膜する場合は、例えば、シランガスにジボラン（Ｂ2Ｈ6）を添加し、水素で希釈した原料ガスが使用される。ジボランの混合濃度を変化させることによって、ｐ型非晶質シリコン層１７のドーパント濃度を調整することができる。
　次に、ｎ型結晶性シリコン層１３上およびｐ型非晶質シリコン層１７上に透明導電層１４，１８をそれぞれ形成し、透明導電層１４，１８上に集電極１５，１９をそれぞれ形成する（図示せず）。透明導電層１４，１８は、例えば、スパッタリングにより形成される。集電極１５，１９は、例えば、各透明導電層上に銀（Ａｇ）粒子を含有する導電性ペーストをスクリーン印刷等により塗工して形成される。こうして、図１に例示する太陽電池セル１０が得られる。
　上述の製造方法により得られる太陽電池セル１０は、低コストで製造でき、かつ開放電圧が高く出力特性が良好で、さらに逆方向の降伏電圧が低いという優れた特徴を有する。また、色合いの均一性が高く良好な外観を有し、耐久性にも優れる。
　なお、本実施形態では、パッシベーション層１２とｎ型結晶性シリコン層１３とを別々に成膜し形成したが、本開示に係る太陽電池セルの製造方法はその形成の方法に限定されない。例えば、パッシベーション層１２とｎ型結晶性シリコン層１３となる元の薄膜として、酸素を含有したｉ型非晶質シリコン膜を形成する。その後、ｎ型ドーパントを供給しながら９５０℃程度の温度で熱処理する。これにより、結晶性シリコンウェーハ１１ｚ界面近傍に存在する酸素を含有したｉ型非晶質シリコン膜を酸化シリコン層にし、結晶性シリコンウェーハ１１ｚ界面から離れた酸素を含有したｉ型非晶質シリコン膜をｎ型結晶性シリコン層にしてもよい。
　図３は、実施形態の他の一例である太陽電池セル３０を示す断面図である。図３に例示するように、太陽電池セル３０は、ｎ型結晶性シリコンウェーハ３１の裏面側のみに電極を備える点で、ｎ型結晶性シリコンウェーハの受光面側および裏面側に電極をそれぞれ備える太陽電池セル１０と異なる。ｎ型結晶性シリコンウェーハ３１は、ｎ型結晶性シリコンウェーハ１１と同様に、ウェーハの各主面およびその近傍にウェーハの他の領域よりｎ型ドーパントの濃度が高いｎ+層４０を有する。ｎ+層４０におけるｎ型ドーパントの濃度は、１×１０18～１×１０20ａｔｏｍｓ／ｃｍ3であることが好ましい。ｎ+層４０ａにおけるｎ型ドーパントの濃度は、例えば、ｎ+層４０ｂにおけるｎ型ドーパントの濃度以下である。
　太陽電池セル３０は、ｎ型結晶性シリコンウェーハ３１の受光面上に形成された受光面側パッシベーション層３２（以下、「パッシベーション層３２」という）と、パッシベーション層３２上に形成されたｎ型結晶性シリコン層３３とを備える。パッシベーション層３２およびｎ型結晶性シリコン層３３には、太陽電池セル１０のパッシベーション層１２およびｎ型結晶性シリコン層１３とそれぞれ同様の構成を適用できる。パッシベーション層３２はｎ型ドーパントを含み、パッシベーション層３２およびｎ型結晶性シリコン層３３におけるｎ型ドーパントの濃度は、ｎ型結晶性シリコンウェーハ３１のｎ+層４０ａにおけるｎ型ドーパントの濃度以上である。
　太陽電池セル３０は、ｎ型結晶性シリコン層３３上に保護層３４を有する。保護層３４は、例えば、ｎ型結晶性シリコン層３３を保護し、またセル表面における太陽光の反射を抑制する。保護層３４は、光透過性が高い材料から構成されることが好ましく、例えば、酸化シリコン、窒化シリコン、または酸窒化シリコン等の絶縁物を主成分として構成される。
　太陽電池セル３０は、裏面側パッシベーション層３５，３７（以下、「パッシベーション層３５，３７」という）と、ｐ型非晶質シリコン層３６と、ｎ型非晶質シリコン層３８とを備える。パッシベーション層３５は、ｎ型結晶性シリコンウェーハ３１の裏面上に形成され、ｎ型結晶性シリコンウェーハ３１とｐ型非晶質シリコン層３６との間に介在する。パッシベーション層３７は、ｎ型結晶性シリコンウェーハ３１の裏面上に形成され、ｎ型結晶性シリコンウェーハ３１とｎ型非晶質シリコン層３８との間に介在する。ｐ型非晶質シリコン層３６とｎ型非晶質シリコン層３８は、ｎ型結晶性シリコンウェーハ３１の裏面側にｐ型領域とｎ型領域をそれぞれ形成する。
　ｎ型結晶性シリコンウェーハ３１の裏面上に形成されるｐ型領域の面積は、ｎ型領域の面積より大きいことが好ましい。ｐ型領域とｎ型領域は、例えば一の方向に交互に配置され、互いに噛み合う平面視櫛歯状パターンで形成される。太陽電池セル３０では、ｐ型領域の一部がｎ型領域の一部に重なり、ｎ型結晶性シリコンウェーハ３１の裏面上にｐ型領域およびｎ型領域が隙間なく形成されている。ｐ型領域とｎ型領域が重なる部分には、各領域の間に絶縁層３９が設けられている。絶縁層３９は、例えば、酸化シリコン、窒化シリコン、または酸窒化シリコン等を主成分として構成される。絶縁層３９は、保護層３４と同じ材料から構成されてもよい。
　パッシベーション層３５は、ｉ型非晶質シリコンか、またはｐ型非晶質シリコン層３６よりｐ型ドーパントの濃度が低い非晶質シリコンを主成分として構成される。パッシベーション層３７は、ｉ型非晶質シリコンか、またはｎ型非晶質シリコン層３８よりｎ型ドーパントの濃度が低い非晶質シリコンを主成分として構成される。また、ｐ型非晶質シリコン層３６には、太陽電池セル１０のｐ型非晶質シリコン層１７と同様の構成を適用できる。ｎ型非晶質シリコン層３８は、ｎ型にドーピングされた非晶質シリコン層である。ｎ型非晶質シリコン層３８におけるｎ型ドーパントの濃度は、例えば、１×１０20ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以上である。ｎ型非晶質シリコン層３８には、一般的にｎ型ドーパントが略均一に含有されている。各非晶質シリコン層は、ｎ型結晶性シリコン層３３より水素濃度が高く、低密度である。
　太陽電池セル３０は、ｐ型非晶質シリコン層３６上に形成された透明導電層４２および集電極４１と、ｎ型非晶質シリコン層３８上に形成された透明導電層４４および集電極４３とを備える。透明導電層４２および集電極４１はｐ型領域上に形成されるｐ側電極であり、透明導電層４４および集電極４３はｎ型領域上に形成されるｎ側電極である。透明導電層４２，４４は、絶縁層３９に対応する位置で互いに分離されている。集電極４１，４３は、透明導電層４２，４４上にそれぞれ形成される。集電極４１，４３は、導電性ペーストを用いて形成されてもよいが、好ましくは電解めっきにより形成される。集電極４１，４３は、例えばニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）等の金属から構成され、Ｎｉ層とＣｕ層との積層構造であってもよく、耐食性を向上させるために最表面に錫（Ｓｎ）層を有していてもよい。
　太陽電池セル３０は、太陽電池セル１０と同様の方法で製造できる。具体的には、ｎ型結晶性シリコンウェーハ３１、パッシベーション層３２、およびｎ型結晶性シリコン層３３が形成されるまでの工程は、太陽電池セル１０の場合と同じ工程を適用できる（図２（ａ）～（ｅ）参照）。保護層３４、ｐ型領域、ｎ型領域、絶縁層３９、透明導電層４２，４４、および集電極４１，４３は、裏面側のみに電極を備える従来公知の太陽電池セルと同様の方法で形成できる。太陽電池セル３０は、太陽電池セル１０と同様に、低コストで製造でき、かつ開放電圧が高く出力特性が良好で、さらに逆方向の降伏電圧が低いという優れた特徴を有する。
　１０，３０　太陽電池セル、１１，３１　ｎ型結晶性シリコンウェーハ、１１ｚ　結晶性シリコンウェーハ、１２，３２　受光面側パッシベーション層、１２ｚ　パッシベーション層、１３，３３　ｎ型結晶性シリコン層、１３ｚ　ｉ型シリコン層、１４，１８，４２，４４　透明導電層、１５，１９，４１，４３　集電極、１６，３５，３７　裏面側パッシベーション層、１７，３６　ｐ型非晶質シリコン層、２０，２０ａ，２０ｂ，４０，４０ａ，４０ｂ　ｎ+層、２１　拡散調整膜、３４　保護層、３８　ｎ型非晶質シリコン層、３９　絶縁層

Claims (11)

  1. 　結晶性シリコンウェーハの一方の主面上に、酸化シリコン、炭化シリコン、または窒化シリコンを主成分として構成されるパッシベーション層を形成する工程と、
    　前記パッシベーション層上に実質的に真正なｉ型シリコン層を形成する工程と、
    　前記パッシベーション層、前記ｉ型シリコン層、および前記結晶性シリコンウェーハにｎ型ドーパントを熱拡散させて、当該ウェーハの各主面およびその近傍に他の領域より前記ｎ型ドーパントの濃度が高いｎ+層を形成すると共に、前記ｉ型シリコン層をｎ型結晶性シリコン層とする工程と、
    　前記ｎ+層が形成された前記結晶性シリコンウェーハの他方の主面側にｐ型非晶質シリコン層を形成する工程と、
    　を備える、太陽電池セルの製造方法。
  2. 　前記ｎ型ドーパントの拡散を抑制する拡散調整膜を前記結晶性シリコンウェーハの他方の主面上に形成した後、当該ウェーハに前記ｎ型ドーパントを熱拡散させ、前記ｐ型非晶質シリコン層を形成する前に前記拡散調整膜を除去する、請求項１に記載の太陽電池セルの製造方法。
  3. 　前記拡散調整膜は、酸化シリコンを主成分として構成される、請求項２に記載の太陽電池セルの製造方法。
  4. 　前記ｎ+層の前記ｎ型ドーパントの濃度が１×１０18～１×１０20ａｔｏｍｓ／ｃｍ3となるように、前記ｎ型ドーパントを熱拡散させる、請求項１～３のいずれか１項に記載の太陽電池セルの製造方法。
  5. 　前記ｎ+層が形成された前記結晶性シリコンウェーハと前記ｐ型非晶質シリコン層との間に第２のパッシベーション層を形成する工程をさらに備え、
    　前記第２のパッシベーション層は、実質的に真性な非晶質シリコンか、または前記ｐ型非晶質シリコン層よりｐ型ドーパント濃度が低い非晶質シリコンを主成分として構成される、請求項１～４のいずれか１項に記載の太陽電池セルの製造方法。
  6. 　前記ｎ型結晶性シリコン層は、前記第１パッシベーション層上に非晶質の前記ｉ型シリコン層を形成した後、当該シリコン層を結晶化して形成される、請求項１～５のいずれか１項に記載の太陽電池セルの製造方法。
  7. 　前記ｎ+層を形成すると共に、前記ｉ型シリコン層をｎ型結晶性シリコン層とする工程は、結晶性シリコンウェーハの他方の主面を露出させた状態で前記ｎ型ドーパントを熱拡散させる、請求項１に記載の太陽電池セルの製造方法。
  8. 　ウェーハの各主面およびその近傍に他の領域よりｎ型ドーパントの濃度が高いｎ+層を有するｎ型結晶性シリコンウェーハと、
    　前記ｎ型結晶性シリコンウェーハの一方の主面である受光面上に形成され、酸化シリコン、炭化シリコン、または窒化シリコンを主成分として構成される受光面側パッシベーション層と、
    　前記受光面側パッシベーション層上に形成されたｎ型結晶性シリコン層と、
    　前記ｎ型結晶性シリコンウェーハの他方の主面である裏面側に形成されたｐ型非晶質シリコン層と、
    　を備え、
    　前記受光面側パッシベーション層は、前記ｎ型ドーパントを含み、
    　前記受光面側パッシベーション層および前記ｎ型結晶性シリコン層における前記ｎ型ドーパントの濃度は、前記ｎ型結晶性シリコンウェーハの受光面側に形成された前記ｎ+層における前記ｎ型ドーパントの濃度以上である、太陽電池セル。
  9. 　前記ｎ+層における前記ｎ型ドーパントの濃度は、１×１０18～１×１０20ａｔｏｍｓ／ｃｍ3である、請求項８に記載の太陽電池セル。
  10. 　前記ｎ型結晶性シリコンウェーハの受光面側に形成された前記ｎ+層における前記ｎ型ドーパントの濃度は、当該ウェーハの裏面側に形成された前記ｎ+層における前記ｎ型ドーパントの濃度以下である、請求項８または９に記載の太陽電池セル。
  11. 　前記ｎ型結晶性シリコンウェーハと前記ｐ型非晶質シリコン層との間に形成された裏面側パッシベーション層をさらに備え、
    　前記裏面側パッシベーション層は、実質的に真性な非晶質シリコンか、または前記ｐ型非晶質シリコン層よりｐ型ドーパントの濃度が低い非晶質シリコンを主成分として構成される、請求項８～１０のいずれか１項に記載の太陽電池セル。
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