JP2014132604A

JP2014132604A - 光電変換素子および光電変換素子の製造方法

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Publication number: JP2014132604A
Application number: JP2013000093A
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Inventors: Hitoshi Sannomiya; 仁三宮
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Priority date: 2013-01-04
Filing date: 2013-01-04
Publication date: 2014-07-17
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Also published as: JP6013198B2

Abstract

【課題】複雑な構造を有するヘテロ接合型バックコンタクトセルを簡易な製造工程で製造することが可能な光電変換素子および光電変換素子の製造方法を提供する。
【解決手段】半導体基板１の一方の表面の一部の領域上に順次積層されたｉ型非晶質膜４とｐ型非晶質膜５と第１の透明導電膜６とｎ型非晶質膜８と第２の透明導電膜９と第１の電極１２と、半導体基板１の表面の他の一部の領域上に順次積層されたｎ型非晶質膜８と第２の透明導電膜９と第２の電極１３とを備えた光電変換素子とその光電変換素子の製造方法である。
【選択図】図１

Description

本発明は、光電変換素子および光電変換素子の製造方法に関する。

太陽光エネルギを電気エネルギに直接変換する太陽電池は、近年、特に、地球環境問題の観点から、次世代のエネルギ源としての期待が急激に高まっている。太陽電池には、化合物半導体または有機材料を用いたものなど様々な種類のものがあるが、現在、主流となっているのは、シリコン結晶を用いたものである。

現在、最も多く製造および販売されている太陽電池は、太陽光が入射する側の面である受光面と、受光面の反対側である裏面とにそれぞれ電極が形成された構造のものである。

しかしながら、受光面に電極を形成した場合には、電極における太陽光の反射および吸収があることから、電極の面積分だけ入射する太陽光の量が減少するため、裏面のみに電極が形成された太陽電池セル（バックコンタクトセル）の開発が進められている。

なかでも、ヘテロ接合型バックコンタクトセルが、２０％を超える変換効率を有する高効率の太陽電池セルとして、様々な研究機関から報告されている。しかしながら、ヘテロ接合型バックコンタクトセルの構造は複雑であり、その製造工程も複雑であることから、製造工程の簡易化が要望されている。

たとえば特許文献１には、ヘテロ接合型バックコンタクトセルの製造工程を簡易化した発明が開示されている。

以下、図１３〜図２１の模式的断面図を参照して、従来の特許文献１に開示されているヘテロ接合型バックコンタクトセルの製造方法について説明する。

まず、図１３に示すように、ｐ型結晶シリコンからなる半導体基板１０１を準備する。次に、図１４に示すように、半導体基板１０１の裏面上に、ｉ型の水素化アモルファスシリコン膜からなるｉ型シリコン薄膜層１０２、ならびにｎ型の水素化アモルファスシリコン膜からなる逆導電型層１０３をこの順に形成する。

次に、図１５に示すように、逆導電型層１０３の裏面上に、ＩＴＯ等からなる酸化物透明導電材料層１０４、極薄のＡｇを主成分とする反射層１０５、およびＡｌを主成分とする導電層１０６をこの順に形成する。

次に、図１６に示すように、導電層１０６の裏面の一部にＹＡＧレーザ光の基本波（波長１．０６μｍ）を照射することによって、導電層１０６の一部を加熱溶融させ、Ａｌを主成分とするヘテロ接合貫通コンタクト部１０８を形成する。ここで、ヘテロ接合貫通コンタクト部１０８は、半導体基板１０１と導電層１０６とを電気的に接続する層であり、ヘテロ接合貫通コンタクト部１０８が接する半導体基板１０１の裏面の領域にはＡｌが拡散してｐ+領域１０７となる。

次に、図１７に示すように、酸化物透明導電材料層１０４、反射層１０５および導電層１０６の積層体からなる裏面電極の一部をその厚さ方向に除去することによって、当該裏面電極を複数に分離する開口部である電極分離部１０９を形成する。

次に、図１８に示すように、半導体基板１の受光面のテクスチャエッチングを行なうことによって、半導体基板１の受光面にテクスチャ構造１１０を形成する。

次に、図１９に示すように、導電層１０６の裏面の一部のみを露出させ、かつ電極分離部１０９を埋めるように絶縁層１１１を形成する。

次に、図２０に示すように、ヘテロ接合貫通コンタクト部１０８と接続されている導電層１０６の裏面に接するように正極取出電極１１２を形成するとともに、ヘテロ接合貫通コンタクト部１０８と接続されていない導電層１０６の裏面に接するように負極取出電極１１３を形成する。

その後、図２１に示すように、半導体基板１０１の受光面のテクスチャ構造１１０上に、表面パッシベーション層１１４および反射防止層１１５をこの順に形成して、特許文献１に記載のヘテロ接合型バックコンタクトセルが完成する。

特開２００９−１５２２２２号公報

上記の特許文献１に開示されたヘテロ接合型バックコンタクトセルの製造方法においては、ＹＡＧレーザ光の基本波を照射することによってヘテロ接合貫通コンタクト部１０８を形成している。

しかしながら、特許文献１に開示された方法は、少なくとも以下の（i）および（ii）の２つの課題が存在していた。

（i）ＹＡＧレーザ光の基本波が照射されることによって形成されたヘテロ接合貫通コンタクト部１０８は半導体基板１０１のｐ+領域１０７と直接接触することになるため、パッシベーション効果が発現しない。

（ii）ヘテロ接合型バックコンタクトセルにおいては、半導体基板１０１としてｐ型結晶シリコンを用いた場合よりもｎ型結晶シリコンを用いた場合の方が変換効率が高くなるが、Ａｌの拡散によってｎ型結晶シリコンからなる半導体基板１０１にｐ+領域１０７を形成するのは適していない。

いずれにしても、特許文献１に開示された方法は、ヘテロ接合型バックコンタクトセルを製造しにくいプロセスとなっていた。

上記の事情に鑑みて、本発明の目的は、複雑な構造を有するヘテロ接合型バックコンタクトセルを簡易な製造工程で製造することが可能な光電変換素子および光電変換素子の製造方法を提供することにある。

本発明は、第１導電型の半導体基板と、半導体基板の一方の表面の一部の領域上に、順次積層された、ｉ型非晶質膜と、ｐ型非晶質膜と、第１の透明導電膜と、ｎ型非晶質膜と、第２の透明導電膜と、第１の電極と、半導体基板の表面の他の一部の領域上に、順次積層された、ｎ型非晶質膜と、第２の透明導電膜と、第２の電極と、を備えた、光電変換素子である。このような構成とすることにより、複雑な構造を有するヘテロ接合型バックコンタクトセルを簡易な製造工程で製造することが可能となる。

また、本発明は、第１導電型の半導体基板の一方の表面の全面上に、ｉ型非晶質膜とｐ型非晶質膜と第１の透明導電膜とをこの順序で積層することによって、半導体基板の表面上に第１の積層体を形成する工程と、第１のレーザ光の照射により、第１の積層体の一部を除去することによって、半導体基板の表面の一部を露出させる工程と、半導体基板の露出した表面と第１の積層体とを覆うように、ｎ型非晶質膜と第２の透明導電膜とをこの順序で積層することによって、半導体基板の露出した表面上に第２の積層体を形成する工程と、第２のレーザ光の照射により、第１の積層体と第２の積層体とを分離する工程と、第１の積層体上に第１の電極を形成する工程と、第２の積層体上に第２の電極を形成する工程と、を含み、第１のレーザ光および第２のレーザ光は、それぞれ、ＹＡＧレーザ光の第２高調波およびＹＡＧレーザ光の第３高調波の少なくとも一方であり、第１のレーザ光の照射時間および第２のレーザ光の照射時間は、それぞれ、１ナノ秒以下である、光電変換素子の製造方法である。このような構成とすることにより、第１のレーザ光および第２のレーザ光の照射によって半導体基板に与えられるダメージを低減することができるとともに、複雑な構造を有するヘテロ接合型バックコンタクトセルを簡易な製造工程で製造することが可能となる。

本発明によれば、複雑な構造を有するヘテロ接合型バックコンタクトセルを簡易な製造工程で製造することが可能な光電変換素子および光電変換素子の製造方法を提供することができる。

実施の形態のヘテロ接合型バックコンタクトセルの模式的な断面図である。実施の形態のヘテロ接合型バックコンタクトセルの製造方法の一例の製造工程の一部について図解する模式的な断面図である。実施の形態のヘテロ接合型バックコンタクトセルの製造方法の一例の製造工程の一部について図解する模式的な断面図である。実施の形態のヘテロ接合型バックコンタクトセルの製造方法の一例の製造工程の一部について図解する模式的な断面図である。実施の形態のヘテロ接合型バックコンタクトセルの製造方法の一例の製造工程の一部について図解する模式的な断面図である。実施の形態のヘテロ接合型バックコンタクトセルの製造方法の一例の製造工程の一部について図解する模式的な断面図である。結晶シリコン（ｃ−Ｓｉ）、水素化アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ：Ｈ）および水素化微結晶シリコン（μｃ−Ｓｉ：Ｈ）に対して照射される光のエネルギ（ｅＶ）と吸収係数（ｃｍ^-1）との関係を示す図である。実施の形態のヘテロ接合型バックコンタクトセルの製造方法の一例の製造工程の一部について図解する模式的な断面図である。実施の形態のヘテロ接合型バックコンタクトセルの製造方法の一例の製造工程の一部について図解する模式的な断面図である。実施の形態のヘテロ接合型バックコンタクトセルの製造方法の一例の製造工程の一部について図解する模式的な断面図である。実施の形態のヘテロ接合型バックコンタクトセルの製造方法の一例の製造工程の一部について図解する模式的な断面図である。実施の形態のヘテロ接合型バックコンタクトセルから電力を取り出すための配線シートの一例の模式的な平面図である。従来の特許文献１に開示されたヘテロ接合型バックコンタクトセルの製造方法の製造工程の一部を図解する模式的な断面図である。従来の特許文献１に開示されたヘテロ接合型バックコンタクトセルの製造方法の製造工程の一部を図解する模式的な断面図である。従来の特許文献１に開示されたヘテロ接合型バックコンタクトセルの製造方法の製造工程の一部を図解する模式的な断面図である。従来の特許文献１に開示されたヘテロ接合型バックコンタクトセルの製造方法の製造工程の一部を図解する模式的な断面図である。従来の特許文献１に開示されたヘテロ接合型バックコンタクトセルの製造方法の製造工程の一部を図解する模式的な断面図である。従来の特許文献１に開示されたヘテロ接合型バックコンタクトセルの製造方法の製造工程の一部を図解する模式的な断面図である。従来の特許文献１に開示されたヘテロ接合型バックコンタクトセルの製造方法の製造工程の一部を図解する模式的な断面図である。従来の特許文献１に開示されたヘテロ接合型バックコンタクトセルの製造方法の製造工程の一部を図解する模式的な断面図である。従来の特許文献１に開示されたヘテロ接合型バックコンタクトセルの製造方法の製造工程の一部を図解する模式的な断面図である。

以下、本発明の実施の形態について説明する。なお、本発明の図面において、同一の参照符号は、同一部分または相当部分を表わすものとする。

図１に、本発明の光電変換素子の一例である実施の形態のヘテロ接合型バックコンタクトセルの模式的な断面図を示す。図１に示すように、実施の形態のヘテロ接合型バックコンタクトセルは、ｎ型単結晶シリコンからなる半導体基板１を有しており、半導体基板１の一方の表面である受光面上には、パッシベーション膜２と、反射防止膜３とが、半導体基板１側から順次積層されている。

半導体基板１の受光面とは反対側の表面である裏面の一部の領域上には、ｉ型のアモルファスシリコンからなるｉ型非晶質膜４と、ｐ型のアモルファスシリコンからなるｐ型非晶質膜５と、第１の透明導電膜６と、ｎ型のアモルファスシリコンからなるｎ型非晶質膜８と、第２の透明導電膜９と、第１の電極１２とが順次積層されている。

半導体基板１の裏面の他の一部の領域上には、ｎ型非晶質膜８と、第２の透明導電膜９と、第２の電極１３とが順次積層されている。

なお、半導体基板１の裏面上にｉ型非晶質膜４とｐ型非晶質膜５と第１の透明導電膜６とが半導体基板１側から順次積層されてなる第１の積層体１０の端面と、第１の電極１２の反対側の端面との間の水平距離Ｗ１は、たとえば１０００μｍ程度とすることができる。

また、第１の積層体１０の端面と、それに隣り合う第１の積層体１０の端面との間の水平距離Ｗ２は、たとえば１５００μｍ程度とすることができる。なお、隣り合う第１の積層体１０の間の半導体基板１の裏面上にはｎ型非晶質膜８と第２の透明導電膜９とが半導体基板１側から順次積層されてなる第２の積層体２０が形成されている。

また、第１の電極１２の端面と、それに隣り合う第２の電極１３の端面との間の水平距離Ｗ３およびＷ４は、それぞれ、たとえば２００μｍ程度とすることができる。

これにより、第２の電極１３の幅は、Ｗ２−（Ｗ１＋Ｗ３＋Ｗ４）の式から、たとえば２００μｍ程度とすることができる。

以下、図２〜図１１の模式的断面図を参照して、実施の形態のヘテロ接合型バックコンタクトセルの製造方法の一例について説明する。まず、図２に示すように、半導体基板１の受光面の全面に、パッシベーション膜２を積層する。

パッシベーション膜２としては、たとえば、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜または水素化アモルファスシリコン膜などを用いることができる。パッシベーション膜２の厚さは特に限定されないが、たとえば５ｎｍ以上１０ｎｍ以下とすることができる。

パッシベーション膜２の積層方法も特に限定されず、たとえばプラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法などを用いることができる。

次に、図３に示すように、パッシベーション膜２の全面に、反射防止膜３を積層する。
反射防止膜３としては、たとえば、窒化シリコン膜または透明導電酸化膜などの屈折率が２．０程度の膜を用いることができる。反射防止膜３の厚さは特に限定されないが、たとえば１００ｎｍ程度とすることができる。

反射防止膜３の積層方法も特に限定されず、たとえばプラズマＣＶＤ法またはスパッタリング法などを用いることができる。

次に、図４に示すように、半導体基板１の裏面の全面に、ｉ型のアモルファスシリコンからなるｉ型非晶質膜４およびｐ型のアモルファスシリコンからなるｐ型非晶質膜５を、この順序で、たとえばプラズマＣＶＤ法により積層する。

半導体基板１としてはｎ型単結晶シリコンが変換効率を向上させる点からは好ましいが、たとえば従来から公知のｐ型半導体基板などを用いてもよい。また、半導体基板１としては、たとえば予め半導体基板１の受光面にテクスチャ構造（図示せず）が形成された半導体基板などを用いることが好ましい。

半導体基板１の厚さは、特に限定されないが、たとえば１００μｍ以上３００μｍ以下とすることができ、好ましくは１００μｍ以上２００μｍ以下とすることができる。また、半導体基板１の比抵抗も、特に限定されないが、たとえば０．１Ω・ｃｍ以上１Ω・ｃｍ以下とすることができる。

ｉ型非晶質膜４の厚さは、特に限定されないが、たとえば３ｎｍ程度とすることができる。

ｐ型非晶質膜５の厚さは、特に限定されないが、たとえば７ｎｍ程度とすることができる。

ｐ型非晶質膜５に含まれるｐ型不純物としては、たとえばボロンを用いることができ、ｐ型非晶質膜５のｐ型不純物濃度は、たとえば５×１０¹⁹個／ｃｍ³程度とすることができる。

なお、本明細書において「ｉ型」とは、ｎ型またはｐ型の不純物を意図的にドーピングしていないことを意味しており、たとえば光電変換素子の作製後にｎ型またはｐ型の不純物が不可避的に拡散することなどによってわずかにｎ型またはｐ型の導電型を示すこともあり得る。

また、本明細書において「アモルファスシリコン」には、水素化アモルファスシリコンなどのシリコン原子の未結合手（ダングリングボンド）が水素で終端されたものも含まれる。

次に、図５に示すように、ｐ型非晶質膜５の裏面の全面に、第１の透明導電膜６を積層する。これにより、半導体基板１の裏面上に、ｉ型非晶質膜４と、ｐ型非晶質膜５と、第１の透明導電膜６とが半導体基板１側からこの順序で積層されてなる第１の積層体１０が形成される。

第１の透明導電膜６としては、導電性を有する透明材料を特に限定なく用いることができるが、なかでも酸化亜鉛を含む透明導電膜を用いることが好ましい。第１の透明導電膜６に酸化亜鉛を含む透明導電膜を用いた場合には、コスト的に有利となる傾向にある。

第１の透明導電膜６の積層方法は特に限定されないが、たとえばスパッタリング法により積層することができる。また、第１の透明導電膜６の厚さも特に限定されないが、たとえば６０ｎｍ以下とすることができる。

次に、図６に示すように、第１の積層体１０の裏面の一部に第１のレーザ光７を照射することによって、第１の積層体１０の一部を除去して、半導体基板１の裏面の一部を露出させる。

第１のレーザ光７としては、半導体基板１と比べて、ｉ型非晶質膜４およびｐ型非晶質膜５の方が大きな吸収係数を有するエネルギに対応する波長を有する光を用いることが好ましく、なかでも、ＹＡＧレーザ光の第２高調波（波長５３２ｎｍ）、ＹＡＧレーザ光の第３高調波（波長３５５ｎｍ）およびＹＡＧレーザ光の第４高調波（波長２６６ｎｍ）からなる群から選択された少なくとも１つを用いることがより好ましく、熱ダメージを少なくする観点からは、ＹＡＧレーザ光の第２高調波またはＹＡＧレーザ光の第３高調波を用いることが特に好ましい。

たとえば、ｉ型非晶質膜４およびｐ型非晶質膜５が水素化アモルファスシリコンからなり、半導体基板１が結晶シリコンからなる場合には、図７に示すように、ＹＡＧレーザ光の第２高調波に対する水素化アモルファスシリコンの吸収係数は、結晶シリコンの吸収係数と比べて１０倍以上となる。そのため、この場合には、ＹＡＧレーザ光の第２高調波の照射部分のｉ型非晶質膜４およびｐ型非晶質膜５のみを選択的に蒸散させて、当該照射部分のｐ型非晶質膜５上の第１の透明導電膜６とともに除去することができるため、半導体基板１の裏面の一部をより効率的に露出させることができる。

なお、図７は、結晶シリコン（ｃ−Ｓｉ）、水素化アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ：Ｈ）および水素化微結晶シリコン（μｃ−Ｓｉ：Ｈ）に対して照射される光のエネルギ（ｅＶ）と吸収係数（ｃｍ^-1）との関係を示している。

また、第１のレーザ光７の照射時間は、１ナノ秒以下であることが好ましい。第１のレーザ光７の照射時間が１ナノ秒以下である場合には、下地となる半導体基板１へのダメージを少なくすることができる傾向にある。

また、図６に示す第１のレーザ光７の照射による第１の積層体１０の除去幅Ｗ５は、たとえば５００μｍ程度とすることができる。

次に、図８に示すように、半導体基板１の露出した裏面と第１の積層体１０とを覆うように、ｎ型非晶質膜８をたとえばプラズマＣＶＤ法により積層する。ｎ型非晶質膜８は、第１の透明導電膜６の表面上に積層されていることから、第１の透明導電膜６とｎ型非晶質膜８との接合は、オーミック接合となる。

ｎ型非晶質膜８としてはｎ型のアモルファスシリコンからなる膜に限定されず、たとえば従来から公知のｎ型のアモルファス半導体膜などを用いてもよい。ｎ型非晶質膜８の厚さは、特に限定されないが、たとえば３０ｎｍ程度とすることができる。

ｎ型非晶質膜８に含まれるｎ型不純物としては、たとえばリンを用いることができ、ｎ型非晶質膜８のｎ型不純物濃度は、たとえば５×１０¹⁹個／ｃｍ³程度とすることができる。

また、ｎ型非晶質膜８の成膜前に、ｎ型不純物濃度がたとえば１×１０¹⁵個／ｃｍ³〜１×１０¹⁸個／ｃｍ³程度のｎ型半導体層を形成することが好ましい。この場合には、実施の形態のヘテロ接合型バックコンタクトセルの開放電圧が向上する傾向にある。

次に、図９に示すように、半導体基板１の露出した裏面と第１の積層体１０とを覆うｎ型非晶質膜８の裏面の全面に第２の透明導電膜９を積層する。これにより、半導体基板１の裏面上に、ｎ型非晶質膜８と第２の透明導電膜９とが半導体基板１側からこの順序で積層されてなる第２の積層体２０が形成される。

第２の透明導電膜９としては、導電性を有する透明材料を特に限定なく用いることができるが、なかでもＩＴＯ（Indium Tin Oxide）を含む透明導電膜を用いることが好ましい。第２の透明導電膜９にＩＴＯを含む透明導電膜を用いた場合には、ｎ型非晶質膜８との密着性が向上する傾向にある。

第２の透明導電膜９の積層方法は特に限定されないが、たとえばスパッタリング法により積層することができる。また、第２の透明導電膜９の厚さも特に限定されないが、たとえば６０ｎｍ以下とすることができる。

次に、図１０に示すように、第２の積層体２０の裏面の一部に第２のレーザ光１１を照射することによって、第２の積層体２０の一部を除去して、半導体基板１の裏面の一部を露出させる。これにより、第１の積層体１０と第２の積層体２０とが電気的に分離される。

なお、この工程によって、第１の積層体１０上にもｎ型非晶質膜８と第２の透明導電膜９との積層体が残ることになるが、本明細書においては、半導体基板１の裏面上に積層されたｎ型非晶質膜８と第２の透明導電膜９との積層体のみを第２の積層体２０というものとする。

第２のレーザ光１１としては、半導体基板１と比べて、ｎ型非晶質膜８の方が大きな吸収係数を有するエネルギに対応する波長を有する光を用いることが好ましく、なかでもＹＡＧレーザ光の第２高調波（波長５３２ｎｍ）およびＹＡＧレーザ光の第３高調波（波長３５５ｎｍ）の少なくとも一方であることがより好ましく、ＹＡＧレーザ光の第２高調波であることが特に好ましい。

たとえば、ｎ型非晶質膜８が水素化アモルファスシリコンからなり、半導体基板１が結晶シリコンからなる場合には、図７に示すように、ＹＡＧレーザ光の第２高調波に対する水素化アモルファスシリコンの吸収係数は、結晶シリコンの吸収係数と比べて１０倍以上となる。そのため、この場合には、ＹＡＧレーザ光の第２高調波の照射部分のｎ型非晶質膜８のみを選択的に蒸散させて、当該照射部分のｎ型非晶質膜８上の第２の透明導電膜９とともに除去することができるため、半導体基板１の裏面の一部をより効率的に露出させることができる。

また、第２のレーザ光１１の照射時間は、１ナノ秒以下であることが好ましい。第２のレーザ光１１の照射時間が１ナノ秒以下である場合には、下地となる半導体基板１へのダメージを少なくすることができる傾向にある。

次に、図１１に示すように、第１の積層体１０上の第２の透明導電膜９の裏面上に第１の銀ペースト１２ａを塗布するとともに、第２の積層体２０の第２の透明導電膜９の裏面上に第２の銀ペースト１３ａを塗布する。

ここで、第１の銀ペースト１２ａおよび第２の銀ペースト１３ａとしては、それぞれ、焼成温度が２００℃以下の銀ペーストを用いることが好ましい。この場合には、アモルファスシリコンの結合水素状態に与える影響が少なくなる傾向にある。

また、第１の銀ペースト１２ａおよび第２の銀ペースト１３ａは、平均粒径が１０００ｎｍ未満の銀粒子を含むことが好ましい。この場合には、第２の透明導電膜９に対する第１の電極１２および第２の電極１３のコンタクト抵抗を低くすることができる傾向にある。

また、第１の銀ペースト１２ａおよび第２の銀ペースト１３ａとしては、それぞれ、１μΩ・ｃｍ以下の比抵抗を有する銀ペーストを用いることが好ましい。この場合には、第２の透明導電膜９に対する第１の電極１２および第２の電極１３のコンタクト抵抗を低くすることができる傾向にある。

次に、第１の銀ペースト１２ａおよび第２の銀ペースト１３ａを焼成することによって、図１に示すように、第１の積層体１０上に焼成銀電極である第１の電極１２を形成するとともに、第２の積層体２０上に焼成銀電極である第２の電極１３を形成する。

第１の電極１２および第２の電極１３の形状は、特に限定されないが、それぞれたとえば櫛形状に形成され、互いの櫛歯が１本ずつ交互に配列されるように形成されることができる。

また、第１の電極１２および第２の電極１３を形成する前（第１の銀ペースト１２ａおよび第２の銀ペースト１３ａを塗布する前）に、第２の透明導電膜９の裏面上に銀薄膜を形成しておくことが好ましい。この場合には、第２の透明導電膜９に対する第１の電極１２および第２の電極１３のコンタクト抵抗がより低くなる傾向にある。なお、第２のレーザ光１１の照射により銀薄膜を加工する場合には、第２のレーザ光１１としては、ＹＡＧレーザ光の第３高調波または第４高調波を用いることが好ましく、ＹＡＧレーザ光の第４高調波を用いることがより好ましい。

ここで、銀薄膜の厚さは、たとえば１００ｎｍ以上５００ｎｍ以下とすることができる。また、銀薄膜は、たとえば、スパッタリング法によって、２００ｎｍ程度の厚さに形成することができる。

以上により、図１に示す構造を有する実施の形態のヘテロ接合型バックコンタクトセルが完成する。

図１２に、実施の形態のヘテロ接合型バックコンタクトセルから電力を取り出すための配線シートの一例の模式的な平面図を示す。図１２に示すように、配線シート３０は、絶縁性基材３１の表面上に、実施の形態のヘテロ接合型バックコンタクトセルの裏面の第１の電極１２および第２の電極１３からそれぞれ電力を取り出すためのｐ配線３２およびｎ配線３３が千鳥格子状に配置されている構成とすることができる。

すなわち、第１の電極１２の櫛歯の長手方向が、互いに間隔を空けて配置されているｐ配線３２の長手方向に沿うようにして、第１の電極１２をｐ配線３２上に設置して電気的に接続する。また、第２の電極１３の櫛歯の長手方向が、互いに間隔を空けて配置されているｎ配線３３の長手方向に沿うようにして、第２の電極１３をｎ配線３３上に設置して電気的に接続する。これにより、図１に示す実施の形態のヘテロ接合型バックコンタクトセルと、図１２に示す配線シート３０とを接続することができる。

また、実施の形態のヘテロ接合型バックコンタクトセルが接続された配線シート３０のｐ配線３２と、実施の形態のヘテロ接合型バックコンタクトセルが接続された他の配線シート３０のｎ配線３３とを順次電気的に接続していくことによって、配線シート３０により実施の形態のヘテロ接合型バックコンタクトセルのモジュール化が可能となる。

なお、絶縁性基材３１としては、絶縁性材料であれば特に限定されず、たとえばポリエステルフィルムなどの絶縁性フィルムを用いることができる。また、ｐ配線３２およびｎ配線３３としては、導電性材料であれば特に限定されず、たとえば銅配線などを用いることができる。

実施の形態のヘテロ接合型バックコンタクトセルの製造方法によれば、従来の特許文献１に開示された方法のように、ヘテロ接合貫通コンタクト部の形成といった形成困難な工程を経ることなく、より簡易な工程で、複雑な構造を有するヘテロ接合型バックコンタクトセルを製造することができる。

また、実施の形態のヘテロ接合型バックコンタクトセルの製造方法によれば、フォトレジストの塗布ならびにフォトリソグラフィー技術およびエッチング技術によるフォトレジストのパターンニングの工程を行なう必要がないため、この観点からも、より簡易な製造工程で、複雑な構造を有するヘテロ接合型バックコンタクトセルを製造することができる。

また、本発明の光電変換素子において、第１の透明導電膜は、酸化亜鉛を含むことが好ましい。このような構成とすることにより、コスト的に有利となる傾向にある。

また、本発明の光電変換素子において、第２の透明導電膜は、ＩＴＯを含むことが好ましい。このような構成とすることにより、第２の透明導電膜の密着性が向上する傾向にある。

さらに、本発明は、第１導電型の半導体基板の一方の表面の全面上に、ｉ型非晶質膜とｐ型非晶質膜と第１の透明導電膜とをこの順序で積層することによって、半導体基板の表面上に第１の積層体を形成する工程と、第１のレーザ光の照射により、第１の積層体の一部を除去することによって、半導体基板の表面の一部を露出させる工程と、半導体基板の露出した表面と第１の積層体とを覆うように、ｎ型非晶質膜と第２の透明導電膜とをこの順序で積層することによって、半導体基板の露出した表面上に第２の積層体を形成する工程と、第２のレーザ光の照射により、第１の積層体と第２の積層体とを分離する工程と、第１の積層体上に第１の電極を形成する工程と、第２の積層体上に第２の電極を形成する工程と、を含み、第１のレーザ光および第２のレーザ光は、それぞれ、ＹＡＧレーザ光の第２高調波およびＹＡＧレーザ光の第３高調波の少なくとも一方であり、第１のレーザ光の照射時間および第２のレーザ光の照射時間は、それぞれ、１ナノ秒以下である、光電変換素子の製造方法である。このような構成とすることにより、第１のレーザ光および第２のレーザ光の照射によって半導体基板に与えられるダメージを低減することができるとともに、複雑な構造を有するヘテロ接合型バックコンタクトセルを簡易な製造工程で製造することが可能となる。

また、本発明の光電変換素子の製造方法において、第１の電極を形成する工程は、第１の積層体上に第１の銀ペーストを塗布する工程と、第１の銀ペーストを焼成する工程とを含み、第２の電極を形成する工程は、第２の積層体上に第２の銀ペーストを塗布する工程と、第２の銀ペーストを焼成する工程とを含み、第１の銀ペーストの焼成温度および第２の銀ペーストの焼成温度は、それぞれ、２００℃以下であって、第１の銀ペーストの比抵抗および第２の銀ペーストの比抵抗は、それぞれ、１μΩ・ｃｍ以下であり、第１の銀ペーストおよび第２の銀ペーストは、それぞれ、平均粒径が１０００ｎｍ未満の銀粒子を含み、第１の電極を形成する工程および第２の電極を形成する工程の前に、第２の透明導電膜上に銀薄膜を形成する工程をさらに含むことが好ましい。このような構成とすることにより、アモルファスシリコンの結合水素状態に与える影響を少なくすることができるとともに、第２の透明導電膜に対する第１の電極および第２の電極のコンタクト抵抗を低くすることができる。

以上の理由により、実施の形態によれば、複雑な構造を有するヘテロ接合型バックコンタクトセルを簡易な製造工程で製造することができる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明は、光電変換素子および光電変換素子の製造方法に利用することができ、特に、複雑な構造を有するヘテロ接合型バックコンタクトセルおよびヘテロ接合型バックコンタクトセルの製造方法に利用することができる。

１半導体基板、２パッシベーション膜、３反射防止膜、４ｉ型非晶質膜、５ｐ型非晶質膜、６第１の透明導電膜、７第１のレーザ光、８ｎ型非晶質膜、９第２の透明導電膜、１０第１の積層体、１１第２のレーザ光、１２第１の電極、１２ａ銀ペースト、１３第２の電極、１３ａ銀ペースト、２０第２の積層体、３０配線シート、３１絶縁性基材、３２ｐ配線、３３ｎ配線、１０１半導体基板、１０２ｉ型シリコン薄膜層、１０３逆導電型層、１０４酸化物透明導電材料層、１０５反射層、１０６導電層、１０７ｐ+領域、１０８ヘテロ接合貫通コンタクト部、１０９電極分離部、１１０テクスチャ構造、１１１絶縁層、１１２正極取出電極、１１３負極取出電極、１１４表面パッシベーション層、１１５反射防止層。

Claims

第１導電型の半導体基板と、
前記半導体基板の一方の表面の一部の領域上に、順次積層された、ｉ型非晶質膜と、ｐ型非晶質膜と、第１の透明導電膜と、ｎ型非晶質膜と、第２の透明導電膜と、第１の電極と、
前記半導体基板の前記表面の他の一部の領域上に、順次積層された、ｎ型非晶質膜と、第２の透明導電膜と、第２の電極と、を備えた、光電変換素子。
前記第１の透明導電膜は、酸化亜鉛を含む、請求項１に記載の光電変換素子。
前記第２の透明導電膜は、ＩＴＯを含む、請求項１または２に記載の光電変換素子。
第１導電型の半導体基板の一方の表面の全面上に、ｉ型非晶質膜とｐ型非晶質膜と第１の透明導電膜とをこの順序で積層することによって、前記半導体基板の前記表面上に第１の積層体を形成する工程と、
第１のレーザ光の照射により、前記第１の積層体の一部を除去することによって、前記半導体基板の前記表面の一部を露出させる工程と、
前記半導体基板の露出した前記表面と前記第１の積層体とを覆うように、ｎ型非晶質膜と第２の透明導電膜とをこの順序で積層することによって、前記半導体基板の露出した前記表面上に第２の積層体を形成する工程と、
第２のレーザ光の照射により、前記第１の積層体と前記第２の積層体とを分離する工程と、
前記第１の積層体上に第１の電極を形成する工程と、
前記第２の積層体上に第２の電極を形成する工程と、を含み、
前記第１のレーザ光および前記第２のレーザ光は、それぞれ、ＹＡＧレーザ光の第２高調波およびＹＡＧレーザ光の第３高調波の少なくとも一方であり、
前記第１のレーザ光の照射時間および前記第２のレーザ光の照射時間は、それぞれ、１ナノ秒以下である、光電変換素子の製造方法。
前記第１の電極を形成する工程は、前記第１の積層体上に第１の銀ペーストを塗布する工程と、前記第１の銀ペーストを焼成する工程とを含み、
前記第２の電極を形成する工程は、前記第２の積層体上に第２の銀ペーストを塗布する工程と、前記第２の銀ペーストを焼成する工程とを含み、
前記第１の銀ペーストの焼成温度および前記第２の銀ペーストの焼成温度は、それぞれ、２００℃以下であって、
前記第１の銀ペーストの比抵抗および前記第２の銀ペーストの比抵抗は、それぞれ、１μΩ・ｃｍ以下であり、
前記第１の銀ペーストおよび前記第２の銀ペーストは、それぞれ、平均粒径が１０００ｎｍ未満の銀粒子を含み、
前記第１の電極を形成する工程および前記第２の電極を形成する工程の前に、前記第２の透明導電膜上に銀薄膜を形成する工程をさらに含む、請求項４に記載の光電変換素子の製造方法。