JP2014154656A - 結晶シリコン型太陽電池、およびその製造方法 - Google Patents

結晶シリコン型太陽電池、およびその製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】キャリアの再結合速度を十分に低下させるとともに安価に製造可能な結晶シリコン型太陽電池、およびその製造方法を提供する。
【解決手段】裏面電極層３１と第１半導体層１３との間に５〜３０ｎｍの膜厚を有する第２パッシベーション膜２１が成膜される。そして、焼成によって裏面電極層３１の電極材料が第２パッシベーション膜２１を通じて第１半導体層１３まで拡散することによって、第１半導体層と裏面電極層３１とが導通されるとともに、第２パッシベーション膜２１と第１半導体層１３との間に第１半導体層１３よりも高い第１導電型不純物濃度を有する第１導電型の高濃度半導体層１２が形成される。このため、フォトリソグラフィーに代表される電極のパターニングを必要とせず（製造コストを増大させず）、キャリアの再結合速度を十分に低下させることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体層と裏面電極層との間にパッシベーション膜を有する結晶シリコン型太陽電池およびその製造方法に関するものである。
太陽電池の分野における主要な技術的テーマのひとつに、効率（光電変換効率）の改善がある。太陽電池の効率を向上させるためには、光によって生成したキャリア（正孔および電子）のうちの多くをそれぞれに対応する電極に導くことが有効である。これは正孔と電子との再結合速度を低下させることに対応しているが、そのための技術として、裏面障壁（ＢＳＦ：Back Surface Field）を形成するという方法が、以前より知られている。
このような裏面障壁の形成は、ｐ型シリコン基板の裏面側にｐ型不純物を高濃度にドーピングしたｐ＋型半導体層を形成することによって行われる。そして、ｐ型半導体層（ｐ型シリコン基板）と上記ｐ＋型半導体層との間で生じる電界により、ｐ型半導体層で発生したキャリアのうち電子が裏面電極に到達してしまうことを防止し、それによって正孔と電子との再結合速度を低下させる。しかしながら、かかる構成ではｐ型シリコン基板の裏面側に再結合中心が残存するため、再結合速度を十分に低下させることは困難である。
特開２０１２−３３７５７号公報 特開平９−４５９４５号公報
再結合速度をさらに低下させるための技術として、特許文献１および特許文献２では、ｐ型シリコン基板と裏面電極との間に裏面パッシベーション膜（例えば、窒化シリコンを主要素とする膜）を形成し、この裏面パッシベーション膜によって、再結合中心となるシリコン原子のダングリングボンドを終端する技術を採用している。
しかしながら、当該技術では、上記裏面パッシベーション膜が絶縁膜であることから、ｐ型シリコン基板と裏面電極とを導通させるために、フォトリソグラフィーに代表される手法での裏面電極のパターニングを必要とし、太陽電池の製造コストが増大する。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、再結合速度を十分に低下させるとともに安価に製造可能な結晶シリコン型太陽電池、およびその製造方法を提供することを目的とする。
上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、裏面電極層と、第１導電型の第１半導体層と、第２導電型の第２半導体層と、第１パッシベーション膜と、表面電極と、を受光側の第１主面とは反対側の第２主面側から順に積層してなるセル構造を備えた結晶シリコン型太陽電池であって、前記裏面電極層と前記第１半導体層との間に５〜３０ｎｍの膜厚を有する第２パッシベーション膜が成膜され、前記裏面電極層の電極材料が前記第２パッシベーション膜を通じて前記第１半導体層まで拡散していることによって、前記第１半導体層と前記裏面電極層とが導通されるとともに、前記第２パッシベーション膜と前記第１半導体層との間に前記第１半導体層よりも高い第１導電型不純物濃度を有する第１導電型の高濃度半導体層が形成されることを特徴とする。
請求項２に記載の発明は、前記第１パッシベーション膜は光反射防止性を有することを特徴とする、請求項１に記載の結晶シリコン型太陽電池である。
請求項３に記載の発明は、前記第２パッシベーション膜は窒化シリコンを主要素とすることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の結晶シリコン型太陽電池である。
請求項４に記載の発明は、前記第２パッシベーション膜の屈折率が２．４以上であることを特徴とする、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の結晶シリコン型太陽電池である。
請求項５に記載の発明は、（ａ）第１導電型の半導体シリコン基板の両主面のうち受光面側の第１主面側から第２導電型の不純物を導入することにより、前記基板内に、第１導電型の第１半導体層と、当該第１半導体層上に存在する第２導電型の第２半導体層とのｐｎ結合を形成するｐｎ接合形成工程と、（ｂ）前記第１主面上に第１パッシベーション膜を形成し、前記基板の第２主面上に第２パッシベーション膜を形成するパッシベーション膜形成工程と、（ｃ）前記第１パッシベーション膜上に表面電極層を形成し、前記第２パッシベーション膜上に裏面電極層を形成する電極形成工程と、（ｄ）前記表面電極層と前記裏面電極層とを焼成する焼成工程と、を備えた結晶シリコン型太陽電池の製造方法であって、前記（ｂ）工程において成膜される前記第２パッシベーション膜の膜厚が５〜３０ｎｍの範囲内であり、前記（ｄ）工程は、ｄ−１）前記表面電極層を加熱して当該表面電極層の電極材料を前記第１パッシベーション膜の一部を貫通させて前記第２半導体層に到達させ、当該到達によって形成される表面電極と前記第２半導体層とを導通させる導通工程と、ｄ−２）前記裏面電極層を加熱して当該裏面電極層の電極材料を前記第２パッシベーション膜を通じて前記第１半導体層まで拡散させることによって、前記第１半導体層と前記裏面電極層とを導通させるとともに、前記第２パッシベーション膜と前記第１半導体層との間に、前記第１半導体層よりも高い第１導電型不純物濃度を有する第１導電型の高濃度半導体層を形成させる拡散工程と、を備えることを特徴とする結晶シリコン型太陽電池の製造方法である。
請求項６に記載の発明は、前記第１パッシベーション膜は光反射防止性を有することを特徴とする、請求項５に記載の結晶シリコン型太陽電池の製造方法である。
請求項７に記載の発明は、前記第２パッシベーション膜は窒化シリコンを主要素とすることを特徴とする、請求項５または請求項６に記載の結晶シリコン型太陽電池の製造方法である。
請求項８に記載の発明は、前記第２パッシベーション膜の屈折率が２．４以上であることを特徴とする、請求項５ないし請求項７のいずれかに記載の結晶シリコン型太陽電池の製造方法である。
請求項１から請求項８の発明によれば、裏面電極層と第１半導体層との間に５〜３０ｎｍの膜厚を有する第２パッシベーション膜が成膜される。そして、裏面電極層を形成するための電極材料が第２パッシベーション膜を通じて第１半導体層まで拡散していることによって、第１半導体層と裏面電極層とが導通されるとともに、第２パッシベーション膜と第１半導体層との間に第１半導体層よりも高い第１導電型不純物濃度を有する第１導電型の高濃度半導体層が形成される。
このように、裏面電極層を形成するための電極材料の拡散によって第１半導体層と裏面電極層とが導通されるので、フォトリソグラフィーに代表される手法での裏面電極のパターニングを必要とせず、製造コストを低減させることができる。
また、第１半導体層の裏面側に第２パッシベーション膜が形成されるので、キャリアの再結合速度を十分に低下させ光電変換効率を向上させることができる（パッシベーション効果）。さらに、第２パッシベーション膜と第１半導体層との間に第１導電型の高濃度半導体層が形成されるので、第１半導体層と第１導電型の高濃度半導体層との間で生じる電界によりキャリアの再結合速度を低下させ、光電変換効率を向上させることができる。
特に、請求項２または請求項６の発明によれば、第１パッシベーション膜が光反射防止性を有する。このため、太陽電池外部から第１パッシベーション膜に照射される光を太陽電池の内部に効率よく取り込むことができる。
特に、請求項４または請求項８の発明によれば、第２パッシベーション膜は窒化シリコンを主要素とし、かつその屈折率を２．４以上とすることによって、第２パッシベーション膜とシリコン基板との界面での欠陥密度が低下し、内部抵抗が低下するため、光電変換効率を向上させることができる。
実施形態にかかる太陽電池１を示す断面図である。 実施形態にかかる太陽電池１の製造工程を示すフロー図である。 実施形態にかかる太陽電池１の製造過程物を示す断面図である。 実施形態にかかる太陽電池１の製造過程物を示す断面図である。 実施形態にかかる太陽電池１の製造過程物を示す断面図である。 実施形態にかかる太陽電池１の製造過程物を示す断面図である。 実施形態にかかる太陽電池１の製造過程物を示す断面図である。
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について詳細に説明する。
＜１ 実施形態＞
＜１．１ 太陽電池１の構成＞
図１は、本発明の実施形態である太陽電池の構成例を概略的に示す断面図である。また、図１および以降の各図においては、理解を容易にする目的で、必要に応じて各部の寸法や数を誇張または簡略化して描いている。
図１に示すように、本実施形態の太陽電池１は、裏面電極層３１と、第２パッシベーション膜２１と、シリコン基板１０と、第１パッシベーション膜２２と、第１パッシベーション膜２２上に形成される表面電極３２ａと、を受光側（図１の上側）とは反対側（図１の下側）から順に積層してなるセル構造を備えた結晶シリコン型太陽電池である。図１には、太陽電池１の左右方向の広がりのうち一部のエリアだけが示されているが、太陽電池１の他のエリアも同様の断面構造を有する。
シリコン基板１０は、受光側の主面である第１主面Ｓ１と、第１主面Ｓ１とは反対側の主面である第２主面Ｓ２とを有するｐ型のシリコン基板（例えば、ボロン等のｐ型不純物を含むシリコン基板）であり、その両主面Ｓ１，Ｓ２には、テクスチャーＴＸ１，ＴＸ２として高さが数μｍ程度の周期的２次元的な繰返し凹凸パターン（例えば、微小ピラミッド形状の繰返しパターン）が形成されている。なお、シリコン基板１０には、単結晶シリコン基板または多結晶シリコン基板を用いることができるが、以下、単結晶シリコン基板を用いた場合について説明する。
シリコン基板１０のうちテクスチャーＴＸ１が形成された第１主面Ｓ１には、ｎ型不純物（例えば、オキシ塩化リン）の熱拡散により、ｎ型半導体層１４が形成されている。
他方、シリコン基板１０のうちテクスチャーＴＸ２が形成された第２主面Ｓ２には、後述する裏面電極層３１（本実施形態では、アルミニウムを主成分とする）の熱拡散により、シリコン成分とアルミニウム成分との合金層１１、およびシリコン基板１０よりもｐ型不純物濃度の高いｐ＋型半導体層１２が形成されている。
また、以下の説明では、シリコン基板１０のうち、合金層１１、ｐ＋型半導体層１２、ｎ型半導体層１４のいずれにも属さない層（シリコン基板１０自体の特性からなる層）を、ｐ型半導体層１３と呼ぶ。
このように、本実施形態の太陽電池１はｐ型半導体層１３とｐ＋型半導体層１２とを有するので、これらの層の境界には裏面障壁（ＢＳＦ）による電界が生じ裏面電極層３１付近でのキャリアの再結合速度を低下させることができる。
シリコン基板１０の第１主面Ｓ１側には、第１パッシベーション膜２２として、光反射防止性を有する保護膜（本実施形態では、窒化シリコンを主要素とする膜）が形成されている。このため、第１パッシベーション膜２２の主面のうちシリコン基板１０とは反対側の主面（以下、「受光面Ｓ３」と呼ぶ）に太陽電池１の外部から照射される光を、太陽電池１の内部に効率よく取り込むことができる。
シリコン基板１０の第２主面Ｓ２側には、第２パッシベーション膜２１として、屈折率２．４以上の保護膜（本実施形態では、窒化シリコンを主要素とする膜）が５〜３０ｎｍの膜厚Ｄで形成されている。
表面電極３２ａは、金属（本実施形態では銀粉末）と低融点のガラスフリットとを有機バインダーに混練することにより得られるペースト状の第１の電極材料からなる電極である。第１の電極材料が第１パッシベーション膜２２のシリコン基板１０と反対側の面の一部に表面電極層３２のパターンとして塗布された後（図７）、得られた構造を焼成することによって当該第１の電極材料の一部が第１パッシベーション膜２２の一部を貫通してｎ型半導体層１４に到達する（図１）。この結果、表面電極３２ａとｎ型半導体層１４とが導通される。
裏面電極層３１は、金属（本実施形態ではアルミニウムの粉末）と低融点のガラスフリットとを有機バインダーに混練することにより得られるペースト状の第２の電極材料からなる電極である。第２の電極材料が第２パッシベーション膜２１のシリコン基板１０と反対側に塗布された後（図７）、得られた構造を焼成することによって、当該第２の電極材料の一部が第２パッシベーション膜２１側を通じてシリコン基板１０に拡散している。この結果、ｐ型半導体層１３と裏面電極層３１とが導通されるとともに、第２パッシベーション膜２１とｐ型半導体層１３との間に合金層１１とｐ＋型半導体層１２とが形成される。
なお、この実施形態では第１の電極材料と第２の電極材料とは異なる金属を含んで構成されるが、同種の金属を第１と第２の電極材料に使用することを禁ずるものではない。
以上説明したように、本実施形態の太陽電池１は、ｐ型およびｎ型が本発明における「第１導電型」および「第２導電型」と対応していることによって、ｐ型半導体層１３およびｎ型半導体層１４が「第１半導体層」および「第２半導体層」として機能し、ｐ＋型半導体層１２が「高濃度半導体層」として機能するｎｐｐ＋型の太陽電池である。
そして、本実施形態の太陽電池１は、受光面Ｓ３側の第１パッシベーション膜２２だけでなく、特定範囲の厚さと屈折率とを有する第２パッシベーション膜２１を成膜されており、この第２パッシベーション膜２１が果たす技術的役割が特に大きいが、その理由については、太陽電池１の製造方法について説明した後に詳述する。
＜１．２ 太陽電池１の製造方法＞
本実施形態に係る太陽電池１の製造方法について、図２に示す製造フロー、図３〜図７に示す製造過程における太陽電池１の断面図、および図１に示す製造後の太陽電池１の断面図を参照しながら説明する。
まず、ｐ型のシリコン基板１０を準備し（図３）、この第１主面Ｓ１および第２主面Ｓ２に反射防止構造の凹凸構造であるテクスチャーを形成する（ステップＳＴ１：テクスチャー形成工程）。
太陽電池の場合、インゴットからスライスしたままの基板をシリコン基板１０として用いることが多い。この場合、スライスに用いたワイヤーソー等の傷による基板表面のダメージおよびウエハスライス工程による基板表面の汚染を取り除くために、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム水溶液等のアルカリ水溶液あるいは弗酸と硝酸の混合液などを用いて、およそ１０〜２０μｍ程度、基板表面をエッチングする。さらに、基板表面に付着した鉄など重金属類の除去のために、塩酸と過酸化水素の混合液で洗浄する工程を付加してもよい。その後、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム水溶液等のアルカリ水溶液等を用いて反射防止構造であるテクスチャーＴＸ１，ＴＸ２を形成する。図４は、このテクスチャー形成工程後のシリコン基板１０の断面図である。
次に、図５に示すように、ｐ型のシリコン基板１０の表面にｎ型不純物（例えば、オキシ塩化リン）を熱拡散させ、導電型を反転させたｎ型半導体層１４を形成する。この結果、シリコン基板１０内にｐ型半導体層１３とｐ型半導体層１３上に形成されるｎ型半導体層１４とのｐｎ接合が形成される（ステップＳＴ２：ｐｎ接合形成工程）。
本実施形態のｐｎ接合形成工程（ステップＳＴ２）では、公知の種々のｐｎ接合方法を採用することができるが、その典型例について説明する。
まず、ｎ型半導体層１４がシリコン基板１０の全面に形成される。ｎ型半導体層１４の深さは、拡散温度や拡散時間を処理条件として制御することができる。続いて、シリコン基板１０の第１主面Ｓ１側に形成されたｎ型半導体層１４をレジストにより保護した後、第１主面Ｓ１上のみにｎ型拡散層を残すようにエッチング処理する。処理後の残存レジストは、有機溶剤等を用いて除去される。
なお、上記方法とは別に、リンが含まれる液体塗布材料、例えばＰＳＧ（Phospho−Silicate−Glass）などをシリコン基板１０の第１主面Ｓ１のみにスピンコート等を用いて塗布して、適当な条件でアニールする拡散方法を用いることもできる。
次に、図６に示すように、シリコン基板１０の第１主面Ｓ１側に第１パッシベーション膜２２を、第２主面Ｓ２側に第２パッシベーション膜２１を成膜する（ステップＳＴ３：パッシベーション膜形成工程）。
ステップＳＴ３では、まず、ｎ型半導体層１４上に反射防止性を有する保護膜としてシリコン基板１０の第１主面Ｓ１に第１パッシベーション膜２２（例えば、窒化シリコンを主要素とする膜）を形成する。この第１パッシベーション膜２２により、太陽電池１の入射光に対する表面反射率が低減するため大幅に発生電流を増加させることが可能となる。
第１パッシベーション膜２２は、減圧熱ＣＶＤ法やプラズマＣＶＤ法に代表される真空蒸着法を用いて形成される。以下、第１パッシベーション膜２２の成膜方法の典型例として、減圧熱ＣＶＤ法で成膜する場合とプラズマＣＶＤ法で成膜する場合とについて説明する。
減圧熱ＣＶＤ法の場合、例えば、ジクロルシランガスとアンモニアガスとを原料として７００℃以上の温度で加熱を行えばよい。また、プラズマＣＶＤ法で成膜する場合、例えば、原料ガスとしてはモノシランとアンモニアとの混合ガスを用い、プラズマにより原料ガスを分解し、３００〜５５０℃の温度で成膜を行なえばよい。
そして、これらの成膜方法では、原料ガスの供給比、原料ガスの供給量、加熱温度、加熱時間、成膜時の圧力などの処理条件を制御することによって、第１パッシベーション膜２２の膜質（膜厚、屈折率など）を調整することができる。なお、プラズマＣＶＤ法は、熱ＣＶＤに比べて低温成膜であり、原料ガスに含まれていた水素が成膜される保護膜に含まれやすいという特徴を有する。
そして、シリコン基板１０の第１主面Ｓ１側に第１パッシベーション膜２２が形成されると、次に、第２主面Ｓ２側に第２パッシベーション膜２１が形成される（図６参照）。この結果、第２パッシベーション膜２１のシリコン原子や水素原子によりシリコン基板１０の第２主面Ｓ２側のダングリングボンドなどの再結合中心が終端されるので、再結合速度を十分に低下させることができ光電変換効率が上昇する（パッシベーション効果）。
第２パッシベーション膜２１の成膜方法は、第１パッシベーション膜２２の成膜方法と同様、減圧熱ＣＶＤ法やプラズマＣＶＤ法などに代表される真空蒸着法を用いることができる。また、低インダクタンス内部アンテナ（ＬＩＡ：Low Inductance Antenna）タイプのプラズマ成膜装置も、第２パッシベーション膜２１の形成に利用できる。
そして、上述した処理条件の制御を行なうことによって、シリコン基板１０の第２主面Ｓ２側に屈折率２．４以上の第２パッシベーション膜２１を５〜３０ｎｍの膜厚Ｄで形成する。成膜処理条件の制御の一例として、原料ガス内でのシリコン系ガスの含有率を高めることで成膜される保護膜の屈折率を高めることができ、成膜時間を長くすることで成膜される保護膜を厚くすることができる。
また、後工程であるの焼成工程（ステップＳＴ５）で熱処理が加えられた場合、水素が脱離するなどの現象により、第１パッシベーション膜２２および第２パッシベーション膜２１の屈折率が成膜直後と比較して変化する場合がある。この場合には、あらかじめ焼成工程での熱処理による膜質変化を考慮して、ステップＳＴ３での成膜の処理条件を決定するように対応することにより、所望の膜質（膜厚、屈折率など）を得ることができる。
上記例では、第１パッシベーション膜２２の成膜後に第２パッシベーション膜２１を成膜する場合について説明したが、この成膜の順序は逆であってもよいし、同時であってもよい。
次に、図７に示すように、第１パッシベーション膜２２上に表面電極層３２を、第２パッシベーション膜２１上に裏面電極層３１を形成する（ステップＳＴ４：電極形成工程）。
具体的には、第１パッシベーション膜２２のシリコン基板１０とは反対側の主面に上記第１の電極材料（表面電極層３２の電極材料）を、第２パッシベーション膜２１のシリコン基板１０とは反対側の主面に上記第２の電極材料（裏面電極層３１の電極材料）を、スクリーン印刷法を用いて層状に塗布して乾燥させる。この結果、表面電極層３２および裏面電極層３１が形成される。
そして、表面電極層３２および裏面電極層３１が形成されると、次に焼成が行なわれる（ステップＳＴ５：焼成工程）。焼成工程では、ステップＳＴ１〜ステップＳＴ４で形成された太陽電池１の製造過程物を、６５０℃以上で数秒から数分間焼成する。
第１の電極材料は、焼成によって溶融し、第１パッシベーション膜２２の一部を貫通してｎ型半導体層１４まで到達する。これによって表面電極３２ａが形成され、表面電極３２ａとｎ型半導体層１４とが導通される（ステップＳＴ５Ａ：導通工程）。
上述したように、第１の電極材料には低融点のガラスフリットが含まれており、当該ガラスフリットが溶融することで、導通工程において第１パッシベーション膜２２を溶融・貫通することができる。
また、導通工程における第１の電極材料の貫通深さは、図１に示すように、ｎ型半導体層１４まで到達するもののｐ型半導体層１３までは到達しない貫通深さとなるよう制御される。この貫通深さは、焼成の温度や焼成時間などの処理条件を制御することによって調整される。
一方、第２の電極材料は、焼成によって溶融し、第２パッシベーション膜２１を通じてｐ型半導体層１３まで拡散する。これは、本実施形態の第２パッシベーション膜２１の膜厚Ｄが５〜３０ｎｍと非常に薄いことに起因している。
この結果、上記焼成工程によって、裏面電極層３１とｐ型半導体層１３とが導通されるとともに、第２パッシベーション膜２１とｐ型半導体層１３との間に、シリコン成分とアルミニウム成分との合金層１１、およびｐ型半導体層１３よりも高いｐ型不純物濃度を有するｐ＋型半導体層１２が形成される（ステップＳＴ５Ｂ：拡散工程）。
このように、本実施形態にかかる太陽電池１の製造では、フォトリソグラフィーに代表される電極のパターニングを必要とせずに裏面電極層３１とｐ型半導体層１３とを導通させるため、製造コストを低下させることができる。
また、シリコン基板１０の第２主面Ｓ２側に第２パッシベーション膜が形成されるので、キャリアの再結合速度を十分に低下させ光電変換効率を向上させることができる（パッシベーション効果）。このパッシベーション効果を有効に奏するために、少なくとも５ｎｍ以上の膜厚Ｄで第２パッシベーション膜２１を成膜する。
また、第２パッシベーション膜とｐ型半導体層１３との間には、アルミニウムを主成分とする裏面電極層３１が拡散することによってｐ＋型半導体層１２が形成されるので、ｐ型半導体層１３とｐ＋型半導体層１２との間で生じる電界によりキャリアの再結合速度が低下し、光電変換効率をさらに向上させることができる（ＢＳＦ効果）。
なお、拡散工程における第２の電極材料の拡散深さは、図１に示すように、ｐ型半導体層１３には到達するもののｎ型半導体層１４までは到達しない拡散深さとなるよう制御される。この拡散深さは、上記貫通深さと同様、焼成の温度や焼成時間などの処理条件を制御することによって調整される。すなわち、焼成工程の処理条件は、上記導通工程における処理条件と上記拡散工程における処理条件とに基づいて設定される。
以上、説明したステップＳＴ１〜ステップＳＴ５の製造工程によって、本実施形態の太陽電池１を製造することができる。
＜１．３ 実施形態の太陽電池１の利点＞
（１）以上説明したように、本実施形態の太陽電池１では、裏面電極層３１とｐ型半導体層１３との間に５〜３０ｎｍの膜厚Ｄを有する第２パッシベーション膜２１が成膜される。このように、第２パッシベーション膜２１が５〜３０ｎｍと非常に薄いので、第２の電極材料（裏面電極層３１を形成するための電極材料）が第２パッシベーション膜２１を通じてｐ型半導体層１３まで拡散し、ｐ型半導体層１３と裏面電極層３１とが電気的に導通される。このため、フォトリソグラフィーに代表される裏面電極のパターニングを必要とせず、製造コストを低下させることができる。
（２）また、ｐ型半導体層１３の第２主面Ｓ２側に第２パッシベーション膜２１が形成されるので、キャリアの再結合速度を十分に低下させ光電変換効率を向上させることができる（パッシベーション効果）。特に、本実施形態の第２パッシベーション膜２１は、シリコン成分を化学量論値（Ｓi：Ｎ＝３：４、化学式Ｓi3Ｎ4、屈折率は２．０５）より多く含む屈折率が２．４以上の窒化シリコンであるため、第２パッシベーション膜２１とシリコン基板１０との界面での欠陥密度が低下し、内部抵抗が低下するため、光電変換効率を向上させることができる。また、本実施形態の第２パッシベーション膜２１の膜厚Ｄは５ｎｍ以上であり、パッシベーション効果を奏するのに最低限の膜厚は確保されている。
（３）また、第２パッシベーション膜２１とｐ型半導体層１３との間にｐ＋型半導体層１２が形成されるので、ｐ型半導体層１３と第１導電型のｐ＋型半導体層１２との間で生じる電界によりキャリアの再結合速度を低下させ、光電変換効率を向上させることができる（ＢＳＦ効果）。
（４）また、第１パッシベーション膜２２が光反射防止性を有する。このため、太陽電池１の外部から受光面Ｓ３に照射される光を太陽電池１の内部に効率よく取り込むことができる。
（５）また、本実施形態の太陽電池１では、裏面電極層３１とシリコン基板１０との間に、５〜３０ｎｍの膜厚Ｄで屈折率２．４以上の第２パッシベーション膜２１（薄い誘電体）が形成される。このため、受光面Ｓ３より太陽電池１内に取り込まれた光が、第２パッシベーション膜２１とシリコン基板１０（合金層１１）との界面でプラズモンによりミー散乱することが期待される。この散乱効果は第２パッシベーション膜２１の屈折率が高い方が顕著であるため、本実施形態のように高屈折率（屈折率２．４以上）の第２パッシベーション膜２１を用いることで、太陽電池１内での光の閉じ込め効果が高まり光電変換効率を向上させることができる。
＜２ 変形例＞
以上、本発明の実施の形態について説明したが、この発明はその趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。
上記実施形態においては、単結晶シリコン型の太陽電池１について説明したが、多結晶シリコン型の太陽電池であっても本発明を適用することができる。
また、上記実施形態においては、ｐ型を本発明における第１導電型、ｎ型を本発明における第２導電型とした太陽電池１について説明したが、これらの導電型を反転させた太陽電池であっても本発明を適用することができる。
また、上記実施形態では、シリコン基板１０の両主面Ｓ１，Ｓ２にテクスチャーＴＸ１，ＴＸ２を形成した太陽電池１について説明したが、テクスチャーの形成はシリコン基板１０の片側の主面のみであってもよいし、形成しなくてもよい。
また、上記実施形態では、第１パッシベーション膜２２および第２パッシベーション膜２１として窒化シリコンを採用していたが、これに限られるものではない。窒化シリコン膜３０の替わりに、例えば、酸化アルミニウム膜（アルミナ）を採用してもよい。
また、上記実施形態では、その製造工程により合金層１１が形成されるが、これは本発明に必須の構成ではない。
１ 太陽電池
１０ シリコン基板
１１ 合金層
１２ ｐ＋型半導体層
１３ ｐ型半導体層
１４ ｎ型半導体層
２１ 第２パッシベーション膜
２２ 第１パッシベーション膜
３１ 裏面電極層
３２ 表面電極層
３２ａ 表面電極
Ｄ 膜厚
Ｓ１ 第１主面
Ｓ２ 第２主面
Ｓ３ 受光面
ＴＸ１，ＴＸ２ テクスチャー

Claims (8)

  1. 裏面電極層と、第１導電型の第１半導体層と、第２導電型の第２半導体層と、第１パッシベーション膜と、表面電極と、を受光側の第１主面とは反対側の第２主面側から順に積層してなるセル構造を備えた結晶シリコン型太陽電池であって、
    前記裏面電極層と前記第１半導体層との間に５〜３０ｎｍの膜厚を有する第２パッシベーション膜が成膜され、
    前記裏面電極層の電極材料が前記第２パッシベーション膜を通じて前記第１半導体層まで拡散していることによって、前記第１半導体層と前記裏面電極層とが導通されるとともに、前記第２パッシベーション膜と前記第１半導体層との間に前記第１半導体層よりも高い第１導電型不純物濃度を有する第１導電型の高濃度半導体層が形成されることを特徴とする結晶シリコン型太陽電池。
  2. 前記第１パッシベーション膜は光反射防止性を有することを特徴とする、請求項１に記載の結晶シリコン型太陽電池。
  3. 前記第２パッシベーション膜は窒化シリコンを主要素とすることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の結晶シリコン型太陽電池。
  4. 前記第２パッシベーション膜の屈折率が２．４以上であることを特徴とする、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の結晶シリコン型太陽電池。
  5. （ａ）第１導電型の半導体シリコン基板の両主面のうち受光面側の第１主面側から第２導電型の不純物を導入することにより、前記基板内に、第１導電型の第１半導体層と、当該第１半導体層上に存在する第２導電型の第２半導体層とのｐｎ結合を形成するｐｎ接合形成工程と、
    （ｂ）前記第１主面上に第１パッシベーション膜を形成し、前記基板の第２主面上に第２パッシベーション膜を形成するパッシベーション膜形成工程と、
    （ｃ）前記第１パッシベーション膜上に表面電極層を形成し、前記第２パッシベーション膜上に裏面電極層を形成する電極形成工程と、
    （ｄ）前記表面電極層と前記裏面電極層とを焼成する焼成工程と、
    を備えた結晶シリコン型太陽電池の製造方法であって、
    前記（ｂ）工程において成膜される前記第２パッシベーション膜の膜厚が５〜３０ｎｍの範囲内であり、
    前記（ｄ）工程は、
    ｄ−１）前記表面電極層を加熱して当該表面電極層の電極材料を前記第１パッシベーション膜の一部を貫通させて前記第２半導体層に到達させ、当該到達によって形成される表面電極と前記第２半導体層とを導通させる導通工程と、
    ｄ−２）前記裏面電極層を加熱して当該裏面電極層の電極材料を前記第２パッシベーション膜を通じて前記第１半導体層まで拡散させることによって、前記第１半導体層と前記裏面電極層とを導通させるとともに、前記第２パッシベーション膜と前記第１半導体層との間に、前記第１半導体層よりも高い第１導電型不純物濃度を有する第１導電型の高濃度半導体層を形成させる拡散工程と、
    を備えることを特徴とする結晶シリコン型太陽電池の製造方法。
  6. 前記第１パッシベーション膜は光反射防止性を有することを特徴とする、請求項５に記載の結晶シリコン型太陽電池の製造方法。
  7. 前記第２パッシベーション膜は窒化シリコンを主要素とすることを特徴とする、請求項５または請求項６に記載の結晶シリコン型太陽電池の製造方法。
  8. 前記第２パッシベーション膜の屈折率が２．４以上であることを特徴とする、請求項５ないし請求項７のいずれかに記載の結晶シリコン型太陽電池の製造方法。
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