JPWO2010104098A1 - 太陽電池の製造方法及び太陽電池 - Google Patents

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Abstract

太陽電池１００の製造方法は、レジスト膜５０を除去するとともに、ｎ型非晶質半導体層１２ｎの一部を除去する工程を備える。

Description

本発明は、裏面接合型の太陽電池の製造方法及び太陽電池に関する。
太陽電池は、クリーンで無尽蔵に供給される太陽光を直接電気に変換できるため、新しいエネルギー源として期待されている。
従来、ｎ型半導体基板の裏面上に複数のｐ側電極と複数のｎ側電極とを備える、いわゆる裏面接合型の太陽電池が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
具体的には、特許文献１に記載の太陽電池は、ｎ型半導体基板の裏面を覆うｉ型半導体層と、ｉ型半導体層上で所定の方向に沿って形成された複数のｐ型半導体層と、ｉ型半導体層及び複数のｐ型半導体層を覆うｎ型半導体層とを備える。各ｐ側電極は、ｎ型半導体層を介して、各ｐ型半導体層上に形成される。各ｎ側電極は、２つのｐ側電極間に形成される。
このような構成によれば、ｎ型半導体層を形成する工程において、ｐ型半導体層をマスクで覆う必要がないため、太陽電池の製造工程の簡略化を図ることができる。
特開２００５−１０１１５１号公報（[００３９]段落、図２）
しかしながら、特許文献１に記載の構成では、ｎ側電極とｐ側電極とは、互いにｎ型半導体層上に形成されている。そのため、ｎ側電極とｐ側電極との間でリークが生じ易く、太陽電池特性が低下するという問題があった。
本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、太陽電池特性の向上を可能とする裏面接合型の太陽電池の製造方法及び太陽電池を提供することを目的とする。
本発明の特徴に係る太陽電池の製造方法は、半導体基板の一主面の第１領域上において、第１導電型を有する第１半導体層を形成する工程Ａと、前記一主面の前記第２領域上から前記第１半導体層上に跨って、第２導電型を有する第２半導体層を形成する工程Ｂと、前記第２半導体層上に電極層を形成する工程Ｃと、前記電極層のうち前記第１領域及び前記第２領域に対応する領域上に保護膜を施す工程Ｄと、前記電極層のうち前記保護膜から露出する部分を除去する工程Ｅと、前記保護膜を除去する工程Ｆとを備え、前記工程Ｆにおいて、前記第２半導体層のうち前記マスクから露出する部分の少なくとも一部を前記保護膜とともに除去する要旨とする。
本発明の特徴に係る太陽電池の製造方法によれば、第２半導体層の厚みを、電極層の間において小さくすることができる。そのため、第２半導体層をマスクなどによってパターニングすることなく、電極層の間におけるリークを抑制することができる。その結果、太陽電池特性を向上させることができる。
本発明の特徴に係る太陽電池は、半導体基板と、半導体基板の一主面上における第１領域上に形成され、第１導電型を有する第１半導体層と、半導体基板の一主面上における第２領域上に形成され、第２導電型を有する第２半導体層と、第１領域上において、第１半導体層上に形成された第１電極と、第２領域上において、第２半導体層上に形成された第２電極とを備え、第２半導体層は、第２領域上から第１半導体層上に跨って形成されており、第２半導体層は、第１電極及び第２電極から露出する部分に、第２半導体層のうち第１電極及び第２電極に被覆される部分よりも厚みの小さい部分を有することを要旨とする。
本発明の特徴に係る太陽電池において、第２半導体層の導電型はｎ型であってもよい。
本発明の特徴に係る太陽電池において、半導体基板は、結晶シリコン基板であってもよい。
本発明の特徴に係る太陽電池において、半導体基板は、ｐ型の導電型を有してもよい。
本発明の特徴に係る太陽電池において、第１半導体層及び第２半導体層は、非晶質半導体からなってもよい。
本発明によれば、太陽電池特性の向上を可能とする裏面接合型の太陽電池の製造方法及び太陽電池を提供することができる。
図１は、本発明の第１実施形態に係る太陽電池１００の裏面側の平面図である。 図２は、図１のＡ−Ａ線における拡大断面図である。 図３は、本発明の第１実施形態に係る太陽電池１０の製造方法を説明するための図である。 図４は、本発明の第１実施形態に係る太陽電池１０の製造方法を説明するための図である。 図５は、本発明の第１実施形態に係る太陽電池１０の製造方法を説明するための図である。 図６は、本発明の第１実施形態に係る太陽電池１０の製造方法を説明するための図である。 図７は、本発明の第１実施形態に係る太陽電池１０の製造方法を説明するための図である。 図８は、本発明の第２実施形態に係る太陽電池１００の裏面側の平面図である。 図９は、図８のＢ−Ｂ線における拡大断面図である。 図１０は、本発明の実施形態に係る太陽電池１００の構成を示す断面図である。
次に、図面を用いて、本発明の実施形態について説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には、同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、各寸法の比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。従って、具体的な寸法等は以下の説明を参酌して判断すべきものである。又、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
［第１実施形態］
（太陽電池の構成）
本発明の第１実施形態に係る太陽電池の構成について、図１及び図２を参照しながら説明する。図１は、第１実施形態に係る太陽電池１００の裏面側の平面図である。図２は、図１のＡ−Ａ線における拡大断面図である。
図１及び図２に示すように、太陽電池１００は、ｎ型結晶シリコン基板１０ｎ、ｉ型非晶質半導体層１１ｉ、ｐ型非晶質半導体層１１ｐ、ｉ型非晶質半導体層１２ｉ、ｎ型非晶質半導体層１２ｎ、ｐ側電極２０ｐ及びｎ側電極２０ｎを備える。
ｎ型結晶シリコン基板１０ｎは、薄板状の単結晶シリコン或いは多結晶シリコンからなる。ｎ型結晶シリコン基板１０ｎは、太陽光を受ける受光面と、受光面の反対側に設けられた裏面とを有する。ｎ型結晶シリコン基板１０ｎは、受光面における受光によってキャリア（電子及び正孔）を生成する。なお、図示しないが、ｎ型結晶シリコン基板１０ｎの受光面には光の入射を遮る構造体（例えば、金属電極など）は形成されておらず、受光面全面での受光が可能であることに留意すべきである。
ｉ型非晶質半導体層１１ｉは、ｎ型結晶シリコン基板１０ｎの裏面上において、第１方向に沿って形成される。ｉ型非晶質半導体層１１ｉは、不純物を積極的に導入することなく形成されている。ｉ型非晶質半導体層１１ｉの厚みは、実質的に発電に寄与しない程度、例えば数Å〜２５０Å程度である。
ｐ型非晶質半導体層１１ｐは、ｉ型非晶質半導体層１１ｉ上において、第１方向に沿って形成される。ｐ型非晶質半導体層１１ｐは、後述するように、パターニングされることによって複数本形成されている。ｐ型非晶質半導体層１１ｐは、ｐ型の導電型を有する。ｐ型非晶質半導体層１１ｐの厚みは、例えば１０ｎｍ程度である。
なお、ｎ型結晶シリコン基板１０ｎ上にｉ型非晶質半導体層１１ｉとｐ型非晶質半導体層１１ｐとが順次形成された構造（いわゆる、「ＨＩＴ」（登録商標、三洋電機株式会社）構造）によれば、ｐｎ接合特性を向上することができる。
ｉ型非晶質半導体層１２ｉは、ｎ型結晶シリコン基板１０ｎの裏面上からｐ型非晶質半導体層１１ｐ上に跨って形成される。第１実施形態では、ｉ型非晶質半導体層１２ｉは、ｎ型結晶シリコン基板１０ｎの裏面全面を覆うように形成される。ｉ型非晶質半導体層１２ｉは、不純物を積極的に導入することなく形成されている。ｉ型非晶質半導体層１２ｉの厚みは、例えば数Å〜２５０Å程度である。
ｎ型非晶質半導体層１２ｎは、ｉ型非晶質半導体層１２ｉ上に形成される。第１実施形態では、ｎ型非晶質半導体層１２ｎは、ｉ型非晶質半導体層１２ｉを覆うように形成される。すなわち、ｎ型非晶質半導体層１２ｎは、パターニングされた複数本のｐ型非晶質半導体層１１ｐ上に跨るように形成される。ｎ型非晶質半導体層１２ｎは、ｐ型非晶質半導体層１１ｐと異なるｎ型の導電型を有する。
なお、ｎ型結晶シリコン基板１０ｎ上にｎ型非晶質半導体層１２ｎが形成された構造（いわゆる、「ＢＳＦ構造」）によれば、ｎ型結晶シリコン基板１０ｎの裏面と非晶質半導体層との界面における少数キャリアの再結合を抑制することができる。
また、ｎ型結晶シリコン基板１０ｎの裏面とｎ型非晶質半導体層１２ｎとの間に薄いｉ型非晶質半導体層１２ｉを介挿した構造によれば、ｎ型結晶シリコン基板１０ｎの裏面とｎ型非晶質半導体層１２ｎとの間の特性を向上させることができる。
また、ｉ型非晶質半導体層１１ｉ、ｉ型非晶質半導体層１２ｉ、ｐ型非晶質半導体層１１ｐ及びｎ型非晶質半導体層１２ｎそれぞれは、シリコンを含む非晶質半導体によって構成することができる。このような非晶質半導体としては、非晶質シリコン、非晶質シリコンカーバイド、或いは非晶質シリコンゲルマニウムなどが挙げられるが、これに限らず他の非晶質半導体を用いてもよい。また、ｉ型非晶質半導体層１１ｉ、ｉ型非晶質半導体層１２ｉ、ｐ型非晶質半導体層１１ｐ及びｎ型非晶質半導体層１２ｎそれぞれは、１種の非晶質半導体によって構成されていてもよいし、また、２種以上の非晶質半導体が組み合わされていてもよい。
ｐ側電極２０ｐは、キャリアを収集する収集電極である。ｐ側電極２０ｐは、Ａｇ、Ａｌ、或いは導電性ペーストなどの金属層によって構成される。ｐ側電極２０ｐは、ｉ型非晶質半導体層１２ｉ及びｎ型非晶質半導体層１２ｎを介して、ｐ型非晶質半導体層１１ｐ上に形成される。従って、ｐ側電極２０ｐは、第１方向に沿ってライン状に形成される。なお、図示しないが、ｐ側電極２０ｐとｎ型非晶質半導体層１２ｎとの間には、例えば、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）、酸化錫、酸化亜鉛などによって構成される透明電極層が介挿されていてもよい。
ｎ側電極２０ｎは、キャリアを収集する収集電極である。ｎ側電極２０ｎは、Ａｇ、Ａｌ、或いは導電性ペーストなどの金属層によって構成される。ｎ側電極２０ｎは、ｉ型非晶質半導体層１２ｉ及びｎ型非晶質半導体層１２ｎを介して、ｎ型結晶シリコン基板１０ｎの裏面上に形成される。従って、ｎ側電極２０ｎは、一のｐ側電極２０ｐと他のｐ側電極２０ｐとの間において、第１方向に沿ってライン状に形成される。なお、図示しないが、ｎ側電極２０ｎとｎ型非晶質半導体層１２ｎとの間には、上述の透明電極層が介挿されていてもよい。
ここで、本実施形態では、図２に示すように、ｎ型非晶質半導体層１２ｎのうちｐ側電極２０ｐ及びｎ側電極２０ｎから露出する部分の厚みαは、ｎ型非晶質半導体層１２ｎのうちｐ側電極２０ｐ又はｎ側電極２０ｎによって被覆される部分の厚みβよりも小さい。すなわち、ｎ型非晶質半導体層１２ｎは、ｐ側電極２０ｐとｎ側電極２０ｎとの間において、薄く形成されている。なお、本実施形態では、厚みαは数ｎｍ程度であり、厚みβは１０ｎｍ程度であるが、これに限られるものではない。
（太陽電池の製造方法）
次に、太陽電池１００の製造方法について、図３乃至図７を参照しながら説明する。なお、各図（ａ）は、ｎ型結晶シリコン基板１０ｎを裏面側から見た平面図であり、各図（ｂ）は、各図（ａ）の断面図である。
まず、図３に示すように、ＣＶＤ法を用いて、ｎ型結晶シリコン基板１０ｎの裏面全面に、ｉ型非晶質半導体層１１ｉ及びｐ型非晶質半導体層１１ｐを順次形成する。
次に、図４に示すように、ｐ型非晶質半導体層１１ｐ上に、所定のパターンでレジスト膜３０を塗布する。所定のパターンは、ｐ側電極２０ｐが形成される領域に対応して設定される。続いて、ウェットエッチング処理を施すことによって、ｉ型非晶質半導体層１１ｉ及びｐ型非晶質半導体層１１ｐのうちレジスト膜３０から露出する領域Ｒ１を除去する。これによって、ｉ型非晶質半導体層１１ｉ及びｐ型非晶質半導体層１１ｐがパターニングされ、ｎ型結晶シリコン基板１０ｎの略半分が露出する。
次に、レジスト膜３０を除去した後、ウェットエッチング処理及び水素プラズマ処理を施すことによって、ｎ型結晶シリコン基板１０ｎの露出する領域をクリーニングする。
次に、図５に示すように、ＣＶＤ法を用いて、ｎ型結晶シリコン基板１０ｎの裏面上からｐ型非晶質半導体層１１ｐ上に跨って、ｉ型非晶質半導体層１２ｉ及びｎ型非晶質半導体層１２ｎを順次形成する。
次に、ＣＶＤ法、スパッタ法、蒸着法、メッキ法或いは印刷法などを用いて、ｎ型非晶質半導体層１２ｎ上に電極層４０を形成する。続いて、電極層４０上にフォトレジスト膜（保護膜）を塗布するとともに、所定のパターンで露光してフォトレジスト膜をパターニングする。これによって、図6に示すように、電極層４０上のうちｐ型非晶質半導体層１１ｐが形成される領域上とそれ以外の領域上とに、パターニングされたレジスト膜５０（保護膜）が施される。
次に、図７に示すように、例えば、水酸化ナトリウム溶液などによって、電極層４０のうちレジスト膜５０から露出する部分を除去する。これによって、ｐ側電極２０ｐ及びｎ側電極２０ｎが形成されるとともに、ｎ型非晶質半導体層１２ｎの一部が露出される。
次に、ウェットエッチング処理を施すことによって、レジスト膜５０を除去するとともに、ｎ型非晶質半導体層１２ｎの一部を除去する。これによって、ｎ型非晶質半導体層１２ｎのうちレジスト膜５０から露出する部分の厚みが小さくなる。
（作用及び効果）
第１実施形態に係る太陽電池１００の製造方法は、レジスト膜５０を除去するとともに、ｎ型非晶質半導体層１２ｎの一部を除去する工程を備える。
従って、ｎ型非晶質半導体層１２ｎのうちｐ側電極２０ｐ及びｎ側電極２０ｎから露出する部分の厚みαは、ｎ型非晶質半導体層１２ｎのうちｐ側電極２０ｐ又はｎ側電極２０ｎによって被覆される部分の厚みβよりも小さく形成される。すなわち、ｎ型非晶質半導体１２ｎは、ｐ側電極２０ｐ及びｎ側電極２０ｎから露出する部分に、ｎ型非晶質半導体１２ｎのうちｐ側電極２０ｐ及びｎ側電極２０ｎによって被覆される部分の厚みβよりも小さな厚みαを有する部分を備える。これによって、ｐ側電極２０ｐとｎ側電極２０ｎとの間において、ｎ型非晶質半導体層１２ｎの抵抗を大きくすることができる。そのため、ｎ型非晶質半導体層１２ｎをマスクなどによってパターニングすることなく、ｐ側電極２０ｐとｎ側電極２０ｎとの間におけるリークを抑制することができる。その結果、太陽電池１００の特性を向上させることができる。
［第２実施形態］
以下において、第２実施形態に係る太陽電池１００について、図面を参照しながら説明する。以下においては、第１実施形態との相違点について主に説明する。
本発明の第２実施形態に係る太陽電池の構成について、図面を参照しながら説明する。図８は、太陽電池１００を裏面側から見た平面図である。図９は、図８のＢ−Ｂ線における拡大断面図である。
図８及び図９に示すように、ｐ側電極２０ｐとｎ側電極２０ｎとの間において、ｉ型非晶質半導体層１２ｉ及びｎ型非晶質半導体層１２ｎが除去されている。ｐ側電極２０ｐとｎ側電極２０ｎとの間には、ｎ型結晶シリコン基板１０ｎの裏面が露出する。
具体的には、上述のレジスト膜５０を除去する際に、非晶質半導体層のエッチングレートの高いエッチング液を用いる。これによって、レジスト膜５０の除去を行うとともに、ｎ型非晶質半導体層１２ｎだけでなくｉ型非晶質半導体層１２ｉをも除去することができる。
（作用及び効果）
第２実施形態に係る太陽電池１００の製造方法は、レジスト膜５０を除去するとともに、ｉ型非晶質半導体層１２ｉ及びｎ型非晶質半導体層１２ｎを除去する工程を備える。
従って、ｉ型非晶質半導体層１２ｉ及びｎ型非晶質半導体層１２ｎをマスクなどによってパターニングすることなく、ｐ側電極２０ｐとｎ側電極２０ｎとの間におけるリークを抑制することができる。その結果、太陽電池１００の特性をより向上させることができる。
（その他の実施形態）
本発明は上記の実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
例えば、上記実施形態では、太陽電池１００の基板として、ｎ型結晶シリコン基板１０ｎを用いることとしたが、これに限られるものではない。例えば、太陽電池１００の基板は、ｐ型の導電型を有していてもよい。また、太陽電池１００の基板は、多結晶Ｓｉ、微結晶Ｓｉなどの結晶系半導体材料や、ＧａＡｓ、ＩｎＰなどの化合物半導体材料を含む一般的な半導体材料によって構成されていてもよい。
また、上記実施形態では特に触れていないが、ｐ型基板を用いる場合には、ｐ型非晶質半導体層１１ｐとｎ型非晶質半導体層１２ｎとが上記実施形態とは逆に形成される。すなわち、ｐ型非晶質半導体層１１ｐがパターニングされた複数のｎ型非晶質半導体層１２ｎ上に跨るように形成される。この場合、一般的に、ｐ型非晶質半導体は、ｎ型非晶質半導体よりも電気抵抗が大きくなりやすいので、ｐ側電極２０ｐとｎ側電極２０ｎとの間でリークが発生することをより抑制することができる。
また、上記第１実施形態では、パターニングされた複数のｐ型非晶質半導体層１１ｐ上に跨るようにｎ型非晶質半導体層１２ｎを形成することとしたが、非晶質半導体層の導電型は逆であっても良い。具体的には、図１０に示すように、ｎ型結晶シリコン基板１０ｎの裏面上において、パターニングされた複数のｎ型非晶質半導体層１２ｎ上に跨るようにｐ型非晶質半導体層１１ｐが形成されていてもよい。この場合、一般的に、ｐ型アモルファスシリコンは、ｎ型アモルファスシリコンよりも電気抵抗が大きくなりやすいので、ｐ側電極２０ｐとｎ側電極２０ｎとの間でリークが発生することをより抑制することができる。
また、上記実施形態では、ｉ型非晶質半導体層１１ｉとｉ型非晶質半導体層１２ｉとは、不純物を積極的に導入することなく形成されることとしたが、微量のドーパントを含んでいてもよい。
また、上記実施形態では特に触れていないが、ｎ型結晶シリコン基板１０ｎの裏面上には、ｉ型非晶質半導体層１３ｉが形成されていなくてもよい。この場合、ｎ型結晶シリコン基板１０ｎの裏面側における抵抗をさらに低減することができる。
また、上記第２実施形態では、ｉ型非晶質半導体層１２ｉをｎ型非晶質半導体層１２ｎとともに除去することとしたが、ｉ型非晶質半導体層１２ｉの少なくとも一部は基板上に残されていてもよい。ｎ型非晶質半導体層１２ｎを除去するのみであっても、リーク抑制効果を向上させることができる。
なお、日本国特許出願第２００９−５７１７３号（２００９年３月１０日出願）の全内容が、参照により、本願明細書に組み込まれている。
以上のように、本発明に係る太陽電池の製造方法及び太陽電池は、太陽電池特性の向上を可能とする裏面接合型の太陽電池の製造方法及び太陽電池を提供することができるため、太陽電池の製造分野において有用である。
１０…太陽電池
１０ｎ…ｎ型結晶シリコン基板
１１ｉ…ｉ型非晶質半導体層
１１ｐ…ｐ型非晶質半導体層
１２ｉ…ｉ型非晶質半導体層
１２ｎ…ｎ型非晶質半導体層
２０ｎ…ｎ側電極
２０ｐ…ｐ側電極
３０，５０…レジスト膜
４０…電極層
１００…太陽電池

Claims (6)

  1. 半導体基板の一主面の第１領域上において、第１導電型を有する第１半導体層を形成する工程Ａと、
    前記一主面の前記第２領域上から前記第１半導体層上に跨って、第２導電型を有する第２半導体層を形成する工程Ｂと、
    前記第２半導体層上に電極層を形成する工程Ｃと、
    前記電極層のうち前記第１領域及び前記第２領域に対応する領域上に保護膜を施す工程Ｄと、
    前記電極層のうち前記保護膜から露出する部分を除去する工程Ｅと、
    前記保護膜を除去する工程Ｆとを備え、
    前記工程Ｆにおいて、
    前記第２半導体層のうち前記マスクから露出する部分の少なくとも一部を前記保護膜とともに除去することを特徴とする太陽電池の製造方法。
  2. 半導体基板と、
    前記半導体基板の一主面上における第１領域上に形成され、第１導電型を有する第１半導体層と、
    前記半導体基板の前記一主面上における第２領域上に形成され、第２導電型を有する第２半導体層と、
    前記第１領域上において、前記第１半導体層上に形成された第１電極と、
    前記第２領域上において、前記第２半導体層上に形成された第２電極とを備え、
    前記第２半導体層は、前記第２領域上から前記第１半導体層上に跨って形成されており、
    前記第２半導体層は、前記第１電極及び前記第２電極から露出する部分に、前記第２半導体層のうち前記第１電極及び前記第２電極に被覆される部分よりも厚みの小さい部分を有することを特徴とする太陽電池。
  3. 前記第２半導体層の導電型はｐ型であることを特徴とする請求項２に記載の太陽電池。
  4. 前記半導体基板は、結晶シリコン基板であることを特徴とする請求項２又は３に記載の太陽電池。
  5. 前記半導体基板は、ｎ型の導電型を有することを特徴とする請求項２又は３に記載の太陽電池。
  6. 前記第１半導体層及び前記第２半導体層は、非晶質半導体からなることを特徴とする請求項４に記載の太陽電池。
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