JP2012212769A - 太陽電池素子 - Google Patents

Abstract

【課題】 従来構造の太陽電池素子では、Ｖｏｃ（開放電圧）およびＦＦ（フィルファクター）が低下することがあり、変換効率の向上は望めない。
【解決手段】 半導体基板１の受光面側９ａに線状の第１電極５ｂが設けられて、半導体基板１の裏面側９ｂに線状の第２電極６ｂが設けられている太陽電池素子Ｓであって、半導体基板１の裏面側９ｂには、平面透視して第１電極５ｂと重なる部位に第１電極５ｂに沿って、表層がパッシベーション層８である凹部１０が設けられており、第２電極６ｂが、凹部１０を避けた部位に凹部１０に沿って設けられていることを特徴とする。
【選択図】 図３

Description

本発明は太陽電池素子に関する。特に、入射した光エネルギーを電気エネルギーに変換する際の変換効率の向上に好適な構造を備えた太陽電池素子に関する。

近年、太陽光発電への関心が高まってきており、年々太陽電池素子の生産量が増加している。太陽電池素子の構成素材としては様々なものが提案されているが、現在主流となっているのは結晶シリコン系である。

一般に、結晶シリコン系の半導体基板を用いた太陽電池素子は、半導体基板における受光面（表面）とその反対側に位置する非受光面（裏面）のそれぞれに電極が形成されている。受光面の電極は多数のフィンガー電極と、これらに直交する数本のバスバー電極からなるが、これらの受光面の電極下は遮光される。このため、太陽電池素子の特性が低下することがあった。

そこで、太陽電池素子の特性向上を目的として様々な研究開発が行われてきたが、その一つとして、半導体基板の裏面領域に溝加工を施して、得られた溝に埋め込み電極を設けた太陽電池素子が提案されている（例えば、下記の特許文献１、２を参照）。

特開平１−１２５９８８号公報 特開２０１０−２５１３４３号公報

しかしながら、埋め込み電極を設けた太陽電池素子では、Ｊｓｃ（短絡電流密度）は改善するものの、Ｖｏｃ（開放電圧）およびＦＦ（フィルファクター）が低下して、結局、変換効率の向上は望めない場合がある。

そこで、本発明は、従来の太陽電池素子と比べて変換効率等の太陽電池素子の電気特性の向上が期待できる太陽電池素子を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の一形態に係る太陽電池素子は、半導体基板の受光面側に線状の第１電極が設けられて、前記半導体基板の裏面側に線状の第２電極が設けられている太陽電池素子であって、前記半導体基板の前記裏面側には、平面透視して前記第１電極と重なる部位に該第１電極に沿って、表層がパッシベーション層である凹部が設けられており、前記第２電極が、前記凹部を避けた部位に該凹部に沿って設けられていることを特徴とする。

上記の太陽電池素子によれば、第１電極下の遮光領域においてキャリアの再結合を好適に低減することができる。

これにより、特にＪｓｃを向上させることができて、暗電流およびリーク電流の低減によるＶｏｃとＦＦの改善をも期待することができる。そして、変換効率の向上した電気特
性の優れた太陽電池素子を提供できる。

本発明の一形態に係る太陽電池素子の一例を模式的に示す図であり、太陽電池素子の受光面（表面）側からみた平面図である。 本発明の一形態に係る太陽電池素子の一例を模式的に示す図であり、太陽電池素子の非受光面（裏面）側からみた平面図である。 図１におけるＡ−Ａ線断面図である。 従来の太陽電池素子の一例を模式的に示す断面図である。 従来の太陽電池素子の一例を模式的に示す断面図である。 バイアス光の有無による外部量子効率（ＥＱＥ）の波長依存性を示すグラフである。

以下に、本発明に係る太陽電池素子の実施形態例について図面を参照しながら詳細に説明する。

＜太陽電池素子の基本構成＞
太陽電池素子の基本構成について図１〜３を参照しながら説明する。太陽電池素子Ｓは、半導体基板１の受光面（表面）側９ａに線状の第１電極５が設けられており、半導体基板１の非受光面（裏面）側９ｂに線状の第２電極６が設けられている。また、半導体基板１の裏面側９ｂには、平面透視して第１電極５（本実施形態例では特に後記するフィンガー電極５ｂ）と重なる部位に、第１電極５（５ｂ）に沿って設けられており、平面透視して第１電極５（５ｂ）と重なる部位に第１電極５（５ｂ）に沿って、表層がパッシベーション層８である凹部１０が設けられており、第２電極６（本実施形態例では特に後記する裏面集電電極６ｂ）が、凹部１０を避けた部位に凹部１０に沿って設けられている。

ここで、半導体基板１は例えば厚い第１半導体層２および薄い第２半導体層３とからなる。また、半導体基板１は一導電型半導体層である第２半導体層３およびその逆導電型半導体層である第２半導体層２を有していて、第１電極５は第２半導体層３に、第２電極６は第１半導体層２にそれぞれ接している。

また、第１電極５（５ｂ）が接している第２半導体層３の部位は、この第２半導体層３において一導電型を呈する不純物の濃度が他の領域よりも高い領域１２（図３において一点鎖線で囲まれた領域：選択エミッタ領域）としてもよい。

また、第１半導体層２において、平面透視して第１電極５（５ｂ）と重なる部位に凹部１０に沿って逆導電型を呈する不純物の濃度が他の領域よりも高い領域１１（図３においては破線で囲まれた領域：ＢＳＦ（Back-Surface-Field）領域）が設けられているようにしてもよい。

また、第２電極６（６ｂ）が接している第１半導体層２の部位は、この第１半導体層２において逆導電型を呈する不純物の濃度が他の領域よりも高い領域であるとしてもよい。

なお、凹部１０は溝状でもよいが、図２に示すように、第１電極５に沿って設けられた多数の孔からなるようにすると好適である。

以上の構成により、太陽電池素子Ｓは、第１電極５（５ｂ）下の遮光領域を狭くする（できるだけなくす）ことにより、この遮光領域においてキャリアの再結合を好適に低減することができる。これにより、Ｊｓｃを改善することができて、暗電流およびリーク電流
の低減によるＶｏｃとＦＦとの改善をも期待できる。そして、変換効率の向上した優れた太陽電池素子を提供できる。

＜本実施形態の特有な構造＞
次に、本実施形態の太陽電池素子Ｓにおいて、上記凹部１０を設ける理由について説明する。一般的な太陽電池素子Ｊ１の断面図を図４に示す。また、半導体基板１の裏面側に溝加工をして、そこに埋め込んだ第２電極６を設けた太陽電池素子Ｊ２を図５に示す。なお、図１〜３と同一部材については同一符号を付して説明を省略する。

図４に示す太陽電池素子Ｊ１において、受光面側の第１電極５を構成するフィンガー電極５ｂによる遮光の影響について着目した。そして、半導体基板１として多結晶シリコンを用いた太陽電池素子Ｊ１において、フィンガー電極５ｂの直下におけるダーク状態にある領域（ダークエリア）よりも、バイアス光が照射されたフォト状態にある領域（フォトエリア）の方が、少数キャリアのライフタイムおよび拡散長が大きいことを測定により確認した。ここで、バイアス光は、擬似太陽光による光照射を意味する。

図６にバイアス光の有無による太陽電池素子の外部量子効率（ＥＱＥ（External Quantum Efficiency））の測定波長依存性を示す。図６に示すように、測定波長域の略全域でバイアス光無の方が、バイアス光有の場合よりもＥＱＥが小さいことが分かる。これは、フォト状態とダーク状態とでは、再結合中心となる欠陥準位の電子占有率が異なるためである。すなわち、例えばｐ型半導体においては、フォト状態での電子の疑フェルミレベルEfeが、熱平衡状態（ダーク状態）でのフェルミレベルEfよりも高電子エネルギー側に位置するようになり、疑フェルミレベルEfeよりも低電子側に位置する再結合中心の電子占有率が高くなる。つまり、電子がトラップされる欠陥準位の空席割合が減ることになり、これによりp型半導体中の少数キャリアである電子の再結合確率が低くなる。なお、再結合確率の低さは、長いライフタイム、長い拡散長に対応する。

表１に図６の解析結果を示す。表１から明らかなように、ダーク領域の方が少数キャリアのライフタイムおよび拡散長が短くなっており、フォト領域と比べ、結晶品質（再結合中心となる結晶欠陥が光照射により不活性になって品質が向上すること）が低いことが分かる。なお、表１において、裏面有効結合速度はＢＳＦ領域７の影響を含めている。また
、Ｊｓｃはフィンガー電極５ｂの遮光の影響を除いた真性のＪｓｃを意味しており、フィンガー電極５ｂによる遮光面積をセルの受光面全体の約７％として算出した値である。

したがって、例えば図５に示す太陽電池素子Ｊ２のように、半導体基板１のフィンガー電極５ｂ位置と対向する裏面領域に溝加工をして、埋め込み電極である第２電極６の埋め込み部を形成することにより、フィンガー電極５ｂによる遮光のために形成されたダーク領域が減少してキャリアの再結合が低減してＪｓｃが改善し、太陽電池素子の特性が向上すると考えられる。

しかしながら、半導体基板１のフィンガー電極５ｂ位置と対向する裏面領域に溝加工をして、第２電極６の埋め込み部を形成すると、フィンガー電極５ｂと第２電極６の距離が小さくなる（結晶品質の劣る遮光領域が短くなる）ことから、暗電流やリーク電流が増加し、ＶｏｃとＦＦが低下する。

そこで、例えば図１〜３に示すように、半導体基板１の第１電極を構成するフィンガー電極５ｂに対向する裏面領域において、ドット状あるいは溝状の開口部である凹部１０を設けて、さらに、この凹部１０の表層にパッシベーション層８を設けて、場合によってはＢＳＦ領域１１を設けるようにした。そして、第２電極６を構成する裏面集電電極６ｂを凹部材１０以外の位置に、選択的に半導体基板１と電気的コンタクトをとるようにすることにより、フィンガー電極５ｂ下での遮光領域を流れる暗電流とリーク電流を減少させることができて、従来構造の太陽電池素子Ｊ１，Ｊ２と比べて、ＶｏｃおよびＦＦが改善でき、変換効率を向上させることを見出した。

＜太陽電池素子の具体例＞
次に、太陽電池素子の形態のより具体的な例について図１〜３を参照しながら説明する。例えば、ｐ型の第１半導体層２を有する半導体基板１としては、単結晶シリコン基板または多結晶シリコン基板等の結晶シリコン基板が好適に用いられる。このような半導体基板１の比抵抗は０．２〜２．０Ω・ｃｍ程度である。また、半導体基板１の厚みは１５０〜２５０μ程度である。また、半導体基板１の形状は、特に限定されるものではないが、四角形状であれば製法上および多数の太陽電池素子を配列して太陽電池モジュールを構成する際等の観点から好適である。

半導体基板１として、ｐ型の導電型を呈する結晶シリコン基板を用いた場合、ドーパント元素としては、例えば、ボロンあるいはガリウムを添加するのが好適である。

第２半導体層３は、第１半導体層２と逆の導電型を呈する層であり、第１半導体層２における受光面側９ａに設けられている。第１半導体層２としてｐ型の導電型を呈する場合であれば、第２半導体層３はｎ型の導電型を呈するように形成され、例えばリン等のドーパント元素を拡散させることによって形成できる。

また、第１電極５の形成位置において、第２半導体層３と同じ導電型であり、第２半導体層３より厚みが厚く、かつドーパント濃度が大きい第３半導体層を形成することが好ましい。第３半導体層の厚みを厚く、ドーパント濃度を大きく形成することにより、電極とのコンタクト抵抗、および、ｐｎ接合部の再結合電流（リーク電流）を低減することができる。第３半導体層の厚みを厚く、ドーパント濃度を大きくする方法の一例としては、塗布熱拡散法または気相熱拡散法により第２半導体層３を形成した後、燐ガラスが残存する状態で第１電極５の電極形状に合わせて半導体基板１にレーザーを照射することによって、燐ガラスから第２半導体層３へリンが再拡散し第３半導体層が形成される。

反射防止膜からなる反射防止層４は、太陽電池素子の受光面側９ａにおいて、所望の波
長領域の光の反射率を低減させて、光生成キャリア量を増大させる役割を果たす。反射防止層４は、例えば、窒化シリコン膜、酸化チタン膜または酸化シリコン膜などが用いられる。反射防止層４の屈折率と厚みは、構成する材料によって適宜選択されて、適当な入射光に対して無反射条件を実現できるように設定される。結晶シリコンからなる半導体基板１においては、その屈折率は１．８〜２．３程度、厚みは５００〜１２００Å程度が好ましい。また、反射防止層４が例えばプラズマＣＶＤ法によって成膜された窒化シリコン膜からなる場合、パッシベーション効果も有することができるので好適である。

半導体基板１の裏面側９ｂに設けられるＢＳＦ領域７は、裏面側９ｂの近傍でキャリアの再結合による効率の低下を低減させる役割を有しており、裏面側９ｂに内部電界を形成するものである。ＢＳＦ領域７は第１半導体層２と同一の導電型を呈しているが、第１半導体層２が含有する多数キャリアの濃度よりも高い多数キャリア濃度を有している。これは、半導体基板１において一導電型を呈するために添加されるドーパント元素の濃度よりも高い濃度でドーパント元素が存在することを意味する。ＢＳＦ領域７は、半導体基板１がｐ型を呈するのであれば、例えば、裏面側９ｂにボロンまたはアルミニウムなどのドーパント元素を高濃度ドープし、元素の濃度が１×１０^１８〜５×１０^２１atoms／ｃｍ^３程度となるように形成されるのが好適である。

図１に示すように、表面電極である第１電極５は、バスバー電極５ａと、複数の線状のフィンガー電極５ｂとを有する。バスバー電極５ａの少なくとも一部は、フィンガー電極５ｂと交差している。このバスバー電極５ａは、例えば、１．３〜２．５ｍｍ程度の幅を有している。一方、フィンガー電極５ｂは線状であり、その線幅が５０〜２００μｍ程度であり、バスバー電極５ａよりも細い。また、フィンガー電極５ｂは、互いに１．５〜３ｍｍ程度の間隔を空けて複数設けられている。

このような第１電極５の厚みは、１０〜４０μｍ程度である。第１電極５は、例えば銀粉末、ガラスフリットおよび有機ビヒクル等からなる電極形成用ペーストをスクリーン印刷等により所望の形状に塗布した後、焼成することによって形成することができる。

なお、第１電極５は、フィンガー電極５ｂの長手方向に対して交差する両端部にフィンガー電極５ｂと交差する線状の補助電極５ｃをさらに設けてもよい。これにより、めっき法において供給された電流を第１電極５に均一に流すことができ、均一な厚みのめっき電極層を形成することができるため、フィンガー電極５ｂの一部で線切れが生じても、抵抗の上昇を低減し、他のフィンガー電極５ｂを通してバスバー電極５ａに電流を流すことができるので好適である。

図２に示すように、裏面電極である第２電極６は、裏面出力取出電極６ａと裏面集電電極６ｂとを有する。裏面出力取出電極６ａの厚みは１０〜３０μｍ程度、幅は１．３〜７ｍｍ程度である。裏面出力取出電極６ａは、例えば銀ペーストを所望の形状に塗布した後、焼成することによって形成される。また、裏面集電電極６ｂは、厚みが１５〜５０μｍ程度であり、本実施形態においては、裏面出力取出電極６ａと凹部１０を除いた略全面に、フィンガー状あるいは、半導体基板１とのコンタクト部のみをドット状かつフィンガー状に形成される。この裏面集電電極６ｂは、例えばアルミニウムペーストを所望の形状に塗布した後、焼成することによって形成することができる。なお、第２電極６は蒸着もしくはスパッタ等の薄膜形成、またはめっき法を用いて形成することも可能である。

また、半導体基板１の裏面側９ｂには裏面パッシベーション膜として機能するパッシベーション層８が設けられている。このパッシベーション層８は、酸化アルミニウム膜、酸化シリコン膜または窒化シリコン膜などからなる絶縁層を形成し、このパッシベーション層８のほぼ全面を覆い、選択的にＢＳＦ領域７と電気的コンタクトをとるように第２電極
６を形成することが好ましい。ここで、ＢＳＦ領域７は裏面側９ｂに内部電界を形成するものであり、裏面側９ｂの近傍でキャリアの再結合による効率の低下を低減させる役割を有している。

なお、半導体基板１としては、例えば、ｐ型を呈する単結晶シリコン基板または多結晶シリコン基板等の結晶シリコン系の基板が好適に用いられる。

＜太陽電池素子の製造方法＞
次に、太陽電池素子Ｓの具体的な製造方法について説明する。まず、第１半導体層２を構成する半導体基板１を準備する。半導体基板１が単結晶シリコン基板の場合は、例えばチョクラルスキー（ＣＺ）法などによって形成され、半導体基板１が多結晶シリコン基板の場合は、例えば鋳造法などによって形成される。なお、以下では、ｐ型の多結晶シリコンを用いた例によって説明する。

最初に、例えば鋳造法により多結晶シリコンのインゴットを作製する。次いで、そのインゴットを例えば、２５０μｍ以下の厚みにスライスする。その後、半導体基板１の切断面の機械的ダメージ層および汚染層を、ＮａＯＨ、ＫＯＨまたはフッ硝酸などの溶液でエッチングする。なお、このエッチング工程後に、ウエットエッチング法またはドライエッチング法を用いて、半導体基板１の表面に微小な凹凸構造（テクスチャ）を形成するのがさらに望ましい。また、テクスチャ形成の条件により、前述のダメージ層除去工程を省略することも可能である。

次に、半導体基板１における受光面側９ａの表層内にｎ型の第２半導体層３を形成する。このような第２半導体層３は、ペースト状態にしたＰ_２Ｏ_５を半導体基板１の表面に塗布して熱拡散させる塗布熱拡散法、ガス状態にしたオキシ塩化リン（ＰＯＣｌ_３）を拡散源とした気相熱拡散法、および、リンイオンを直接拡散させるイオン打ち込み法などによって形成される。この第２半導体層３は０．２〜２μｍ程度の厚み、４０〜１５０Ω／□程度のシート抵抗に形成される。なお、第２半導体層３の形成方法は上記方法に限定されるものではなく、例えば薄膜技術を用いて、水素化アモルファスシリコン膜または微結晶シリコン膜を含む結晶質シリコン膜などを形成してもよい。さらに、半導体基板１と第２半導体層３との間にｉ型シリコン領域を形成してもよい。

また、第１電極５の形成位置において、第２半導体層と同じ導電型であり、第２半導体層３よりドーピング濃度が大きく、厚みが厚い第３半導体層を形成する方が好ましい。この第３半導体層は０．２〜２．５μｍ程度の厚み、２０〜６０Ω／□程度のシート抵抗に形成される。第３半導体層は、第２半導体層３を形成した後、燐ガラスが残存する状態で第１電極５の電極形状に合わせて半導体基板１にレーザーを照射することによって、燐ガラスから第２半導体層３へリンが再拡散することで形成される。

裏面側９ｂにも第２半導体層３を形成された場合には、裏面側９ｂのみをエッチングして除去し、ｐ型の導電型領域を露出させる。例えば、フッ硝酸溶液に半導体基板１における裏面側９ｂのみを浸して第２半導体層３を除去する。その後、第２半導体層３を形成する際に、半導体基板１の表面に付着した燐ガラスをエッチングして除去する。また、予め裏面側９ｂに拡散マスクを形成しておき、気相熱拡散法等により第２半導体層３を形成する。その後、続いて拡散マスクを除去するプロセスによっても、同様の構造を形成することが可能である。

以上により、ｐ型第１半導体層２とｎ型第２半導体層３（および第３半導体層）を備えた半導体基板１を準備することができる。

次に、反射防止層４を形成する。反射防止層４は、例えば、プラズマＣＶＤ（plasma enhanced chemical vapor deposition）法、蒸着法またはスパッタ法などを用いて形成される。例えば、窒化シリコン膜からなる反射防止層４をプラズマＣＶＤ法で形成する場合であれば、反応室内を５００℃程度としてシラン（ＳｉＨ_４）とアンモニア（ＮＨ_３）との混合ガスを窒素（Ｎ_２）で希釈し、グロー放電分解でプラズマ化させて堆積させることで反射防止層４が形成される。

次に、半導体基板１の裏面側９ｂにレーザーをドット状または溝状に照射し、凹部１０を形成する。凹部１０の形状は、径（幅）は例えば５０〜５００μｍ、深さは１０〜１５０μｍのドット状（溝状）とすることができ、第１電極５と対向する位置に設けられている。ドット状に形成する場合の間隔は５０μｍ〜２ｍｍ程度である。なお、この加工処理は、例えば、反射防止層４の形成前や、第２半導体層３の形成前に行うことも可能である。

凹部１０の形成後、半導体基板１の裏面側９ｂに、例えば酸化アルミニウム膜からなる裏面パッシベーション膜８をＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）法、蒸着法またはスパッタ法等を用いて形成する。凹部１０は口径が小さく深い形状であるため、シリコン面に均一な厚さで膜を形成できるＡＬＤ法が本実施形態では好適である。

次に、第１電極５（バスバー電極５ａ、フィンガー電極５ｂ）と第２電極６（裏面出力取出電極６ａ、裏面集電電極６ｂ）とを以下のようにして形成する。

第１電極５は、銀粉末と、有機ビヒクルと、ガラスフリットを含有する導電性ペーストとを用いて作製される。この導電性ペーストを、半導体基板１の表面側９ａに塗布する。その後、最高温度６００〜８５０℃で焼成することにより、ファイヤースルーが起こり、反射防止層４を突き破ることによって、半導体基板１と第１電極５が電気的コンタクトを得る。導電性ペーストの塗布方法としては、スクリーン印刷法などを用いることができ、好ましくは塗布後、所定の温度で溶剤を蒸散させて乾燥させる。

次に、第２電極６を形成する。第２電極６を構成する裏面集電電極６ｂは、例えばアルミニウム粉末と、有機ビヒクルとを含有するアルミニウムペーストを用いて作製される。このペーストを、凹部１０を除いた裏面側９ｂのほぼ全面にドット状、あるいは細線状に塗布する。塗布法としては、スクリーン印刷法などを用いることができる。

ペーストを塗布した後、所定の温度で溶剤を蒸散させて乾燥させるほうが作業時にペーストがその他の部分に付着しにくいという観点から好ましい。そして、半導体基板１を焼成炉内にて最高温度６００〜８５０℃で焼成することによってファイヤースルーが起こり、裏面集電電極６ｂが形成されるとともにＢＳＦ領域７が形成される。

なお、ＢＳＦ領域７は裏面集電電極６ｂの直下だけでなく、凹部１０にもフローティング層として形成してもよい。

裏面出力取出電極６ａは、例えば銀粉末などからなる金属粉末と、有機ビヒクルとガラスフリットを含有する銀ペーストを用いて作製される。この銀ペーストを予め決められた形状に塗布する。なお、銀ペーストは、アルミニウムペーストの一部と接する位置に塗布されることで、裏面出力取出電極６ａと裏面集電電極６ｂとの一部が重なる。

このペーストの塗布法としては、スクリーン印刷法などを用いることができる。この塗布後、好ましくは所定の温度で溶剤を蒸散させて乾燥させる。そして、半導体基板１を焼成炉内にて最高温度が６００〜８５０℃で焼成することにより、第２電極６が半導体基板
１の裏面側９ｂに形成される。

なお、第１電極５と第２電極６の焼成は同時に行ってもよいし、裏面出力取出電極６ａとして導電性樹脂ペーストを用いてもよい。

以上のようにして、変換効率の改善した太陽電池素子を作製することができる。

＜その他の実施形態＞
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、以下のように、本発明の範囲内で多くの修正および変更を加えることができる。

上述した実施形態では、第１電極５を構成するフィンガー５ｂの直下のみに凹部１０を設けた例について説明したが、半導体基板１の受光面側に設けた第１電極５の遮光領域となる部分をできるだけなくす、つまり第１電極５の遮光領域となる部分の半導体基板１の厚みを薄くすればよいので、例えば、第１電極５側を凹状にしてもよく、また、バスバー電極５ａの直下にも凹部を設けてもよい。

また、第１電極５は上述した下地電極層と、その上にめっき法により形成した導電層であるめっき電極層から構成されていてもよい。めっき電極材料としては銅、銀および錫等が好適に用いられる。この場合、下地電極層とめっき電極層の厚みはそれぞれ、１〜１０μｍ、５〜３０μｍとすることが好適である。下地電極層は電極形成用ペーストを塗布・焼成することで形成されるため、空孔率が５％より大きくなる。めっき電極層は空孔率が５％以下となるように形成されている。下地電極層の厚みを１０μｍ以下、好ましくは８μｍ以下と薄くすることにより、第１電極５の総厚を維持したまま線抵抗を低減することができる。

以下に、本実施形態の太陽電池素子のより具体的な実施例について説明する。なお、参照図面は図１〜５である。

まず、表２に示す実施例１〜３（図１〜３に示す構造）の太陽電池素子を作製するために、厚さ２２０μｍ、外形１５６ｍｍ×１５６ｍｍ、比抵抗１．５Ω・ｃｍの多結晶シリコン基板（半導体基板１）を用意して、シリコン基板の表面のダメージ層をＮａＯＨでエッチングして洗浄した。

次に、ドライエッチング法で表面９ａにテクスチャを形成した。そして、ＰＯＣｌ_３を拡散源とした気相熱拡散法で第２半導体層３を形成した。この時、第２半導体層３のシート抵抗は７０Ω／□であった。フッ硝酸溶液による裏面９ｂ側の第２半導体層３の除去と、フッ酸溶液による燐ガラスのエッチング除去を行なった後、表面９ａにプラズマＣＶＤ法により反射防止層４となる窒化シリコン膜を形成した。反射防止層４の厚みは８０ｎｍ、屈折率は２．０であった。

次に半導体基板１の裏面９ｂ側のフィンガー電極５ｂの形成位置に対向する位置にレーザーをドット状に照射し、凹部１０を形成した。凹部１０を構成する１つの孔は直径１００μｍ、深さ５０μｍ（実施例１）、１００μｍ（実施例２）、１５０μｍ（実施例３）とした。

次に、裏面側９ｂに、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）とオゾン（Ｏ_３）を原材料とし、ＡＬＤ法を用いて、酸化アルミニウム膜からなる裏面パッシベーション膜８を形成した。裏面パッシベーション膜８の厚みは３０ｎｍ、屈折率は１．６であった。
さらに半導体基板１の表面９ａに銀ペーストを、裏面９ｂの開口部以外の位置にアルミニウムペーストを塗布・焼成して、第１電極５とＢＳＦ領域７と裏面集電電極６ｂを形成した。さらに裏面９ｂに銀ペーストを塗布・焼成して裏面出力取出電極６ａを形成した。裏面集電電極６ｂは幅１５０μｍのフィンガー状であり、そのピッチは１ｍｍとした。

次に、表２の比較例１は図４に示す構造を有する太陽電池素子であり、半導体基板１の裏面において、図３に示す凹部１０を形成せずに、ＢＳＦ領域７および第２電極６を半導体基板１の裏面側９ｂの略全面に形成した以外については実施例１〜３と同様にして作製した。

また、表２の比較例２〜５は図５に示す構造を有する太陽電池素子であり、図３に示す凹部を有するＢＳＦ領域７および第２電極６を半導体基板１の裏面側９ｂの略全面に形成した以外については実施例１〜３と同様にして作製した。

ここで、比較例１〜５および実施例１〜３のフィンガー電極５ｂによる遮光面積は、いずれも受光面全体に対して約７％であった。

以上にようにして作製した実施例１〜３および比較例１〜５について、Ｊｓｃ、Ｖｏｃ、ＦＦおよび変換効率を測定した結果を表２に示す。なお、表２のＪｓｃは表１のＪｓｃとは異なり、フィンガー電極５ｂの遮光の影響を含めた実効のＪｓｃである。

表２から明らかなように、実施例１〜３は比較例２〜４に対しては、Ｊｓｃ、Ｖｏｃ、ＦＦおよび変換効率の全てに対して向上したことを確認した。また、実施例１〜３は全ての比較例１〜５に対してＪｓｃおよび変換効率において高い結果となり、本実施形態の効果を確認することができた。

１ ：半導体基板
２ ：第１半導体層（逆導電型半導体層）
３ ：第２半導体層（一導電型半導体層）
４ ：反射防止層
５ ：第１電極（表面電極）
５ａ ：バスバー電極
５ｂ ：フィンガー電極
５ｃ ：補助電極
６ ：第２電極（裏面電極）
６ａ ：裏面出力取出電極
６ｂ ：裏面集電電極
７ ：ＢＳＦ領域
８ ：裏面パッシベーション層
９ａ ：受光面（表面）側
９ｂ ：非受光面（裏面）側
１０ ：凹部

Claims (6)

1. 半導体基板の受光面側に線状の第１電極が設けられて、前記半導体基板の裏面側に線状の第２電極が設けられている太陽電池素子であって、
   前記半導体基板の前記裏面側には、
   平面透視して前記第１電極と重なる部位に該第１電極に沿って、表層がパッシベーション層である凹部が設けられており、
   前記第２電極が、前記凹部を避けた部位に該凹部に沿って設けられていることを特徴とする太陽電池素子。
2. 前記半導体基板は一導電型半導体層および逆導電型半導体層を有していて、前記第１電極は前記一導電型半導体層に、前記第２電極は前記逆導電型半導体層にそれぞれ接していることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池素子。
3. 前記第１電極が接している前記一導電型半導体層の部位は、該一導電型半導体層において一導電型を呈する不純物の濃度が他の領域よりも高い領域であることを特徴とする請求項２に記載の太陽電池素子。
4. 前記逆導電型半導体層において、前記凹部に沿って、逆導電型を呈する不純物の濃度が他の領域よりも高い領域が設けられていることを特徴とする請求項２または３に記載の太陽電池素子。
5. 前記第２電極が接している前記逆導電型半導体層の部位は、該逆導電型半導体層における、逆導電型を呈する不純物の濃度が他の領域よりも高い領域であることを特徴とする請求項２乃至４のいずれかに記載の太陽電池素子。
6. 前記凹部は、前記第１電極に沿って設けられた多数の孔からなることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の太陽電池素子。