太陽電池、太陽電池モジュール及び太陽電池の製造方法
【課題】半導体基板に形成された貫通孔の内壁面におけるパッシベーション効果を向上した太陽電池、太陽電池モジュール及び太陽電池の製造方法を提供することを目的とする。
【解決手段】
ｉ型非晶質シリコン層１４とｐ型非晶質シリコン層１５とは、ｎ型単結晶シリコン基板１１が有する貫通孔内に入り込み、ｉ型非晶質シリコン層１２とｎ型非晶質シリコン層１３とは、ｎ型単結晶シリコン基板１１が有する貫通孔内に入り込む。貫通孔の内壁面は、ｉ型非晶質シリコン層１４とｉ型非晶質シリコン層１２とによって覆われている。
【解決手段】
ｉ型非晶質シリコン層１４とｐ型非晶質シリコン層１５とは、ｎ型単結晶シリコン基板１１が有する貫通孔内に入り込み、ｉ型非晶質シリコン層１２とｎ型非晶質シリコン層１３とは、ｎ型単結晶シリコン基板１１が有する貫通孔内に入り込む。貫通孔の内壁面は、ｉ型非晶質シリコン層１４とｉ型非晶質シリコン層１２とによって覆われている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体基板に貫通孔が形成された太陽電池、太陽電池モジュール及び太陽電池の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
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することができるため、新しいエネルギー源として期待されている。
【０００３】
一般的に、太陽電池１枚当りの出力は数Ｗ程度である。従って、家屋やビル等の電源として太陽電池を用いる場合には、複数の太陽電池を接続することにより出力を高めた太陽電池モジュールが用いられる。配列方向に従って配列された太陽電池どうしは、配線材によって互いに電気的に接続される。
【０００４】
近年、太陽電池どうしの接続を容易にするために、ｐ側電極及びｎ側電極の両方を太陽電池の裏面側に設ける手法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。このような太陽電池は、半導体基板の主面に垂直な方向に延びる貫通孔を有する。太陽電池の受光面側の電極で収集された光生成キャリアは、貫通孔に設けられた導電体により太陽電池の裏面側に導かれる。
【特許文献１】特開昭６４−８２５７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
また、通常の結晶系太陽電池に比べ高い光電変換効率を有する太陽電池として、ＨＩＴ（Heterojunction with Intrinsic Thin layer）構造の太陽電池が知られている。ＨＩＴ太陽電池は、ｎ型の結晶系シリコン基板の受光面上にｐ型の非晶質シリコン層を有するとともに、裏面上にｎ型の非晶質シリコン層を有する。ｎ型の結晶系シリコン基板とｐ型の非晶質シリコン層とによって構成されるｐｎ接合領域、及びｎ型の結晶系シリコン基板とｎ型の非晶質シリコン層とによって構成されるＢＳＦ接合領域には、実質的に真性のｉ型の非晶質シリコン層が介挿される。これにより、それぞれの接合界面における特性を向上させることができるため、高い光電変換効率が得られる。
【０００６】
このようなＨＩＴ太陽電池の構造を、上述の特許文献１に記載された太陽電池の構造に適用する場合、以下のような問題があった。
【０００７】
特許文献１に記載の太陽電池では、貫通孔の内壁面における光生成キャリアの再結合を抑制すること、及び貫通孔内に設けられた導電体と裏面側の電極とを絶縁することを目的として、ＳｉＮ膜を貫通孔内に形成する。このようなＳｉＮ膜は、熱ＣＶＤ法による４００℃程度の高温処理を通して形成されることにより、パッシベーション効果を発揮する。
【０００８】
一方、ＨＩＴ太陽電池では、半導体基板の熱ダメージを抑制するために、製造工程の全てを２００℃程度以下で行うことが実現されている。しかしながら、２００℃程度で形成されるＳｉＮ膜は、絶縁特性は発揮するものの、良好なパッシベーション効果は発揮しない。その結果、貫通孔の内壁面における光生成キャリアの再結合を充分に抑制することができず、ＨＩＴ太陽電池の光電変換効率が低下するという問題があった。
【０００９】
そこで、本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、半導体基板に形成された貫通孔の内壁面におけるパッシベーション効果を向上した太陽電池、太陽電池モジュール及び太陽電池の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述した目的を達成するために、本発明の一の特徴は、太陽電池に係り、受光面と、受光面の反対に設けられた裏面と、受光面から裏面まで貫通する貫通孔とを有する半導体基板と、受光面上に形成された第１受光面側非晶質半導体層と、第１受光面側非晶質半導体層上に形成された第２受光面側非晶質半導体層と、裏面上に形成された第１裏面側非晶質半導体層と、第１裏面側非晶質半導体層上に形成された第２裏面側非晶質半導体層と、貫通孔内に設けられ、絶縁層によって第１裏面側非晶質半導体層及び第２裏面側非晶質半導体層と絶縁された導電体とを備え、第１受光面側非晶質半導体層と第１裏面側非晶質半導体層とは、ｉ型の導電型を有しており、第１受光面側非晶質半導体層と第２受光面側非晶質半導体層とは、貫通孔内に入り込み、第１裏面側非晶質半導体層と第２裏面側非晶質半導体層とは、貫通孔内に入り込んでおり、貫通孔の内壁面は、第１受光面側非晶質半導体層と第１裏面側非晶質半導体層とによって覆われていることが好ましい。
【００１１】
本発明の一の特徴において、第２裏面側非晶質半導体層は、半導体基板と同じ導電型を有しており、第１裏面側非晶質半導体層によって覆われる貫通孔の内壁面の面積は、第１受光面側非晶質半導体層によって覆われる貫通孔の内壁面の面積よりも大きいことが好ましい。
【００１２】
本発明の一の特徴において、第２裏面側非晶質半導体層上に形成された裏面側透明導電膜を備え、裏面側透明導電膜は、第２裏面側非晶質半導体層と絶縁層との間に入り込んでいることが好ましい。
【００１３】
本発明の一の特徴は、太陽電池モジュールに係り、配列方向に沿って配列された複数の太陽電池と、複数の太陽電池を互いに電気的に接続する配線材とを備える太陽電池モジュールであって、複数の太陽電池に含まれる一の太陽電池は、受光面と、受光面の反対に設けられた裏面と、受光面から裏面まで貫通する貫通孔とを有する半導体基板と、受光面上に形成された第１受光面側非晶質半導体層と、第１受光面側非晶質半導体層上に形成された第２受光面側非晶質半導体層と、裏面上に形成された第１裏面側非晶質半導体層と、第１裏面側非晶質半導体層上に形成された第２裏面側非晶質半導体層と、貫通孔内に設けられた導電体とを有し、第１受光面側非晶質半導体層と第１裏面側非晶質半導体層とは、ｉ型の導電型を有しており、第１受光面側非晶質半導体層と第２受光面側非晶質半導体層とは、貫通孔内に入り込み、第１裏面側非晶質半導体層と第２裏面側非晶質半導体層とは、貫通孔内に入り込み、導電体は、第１裏面側非晶質半導体層及び第２裏面側非晶質半導体層と絶縁層によって絶縁されており、配線材は、裏面上において、導電体に電気的に接続されていることを要旨とする。
【００１４】
本発明の一の特徴は、太陽電池モジュールの製造方法に係り、受光面と、前記受光面の反対に設けられた裏面とを有する半導体基板に、受光面から裏面まで貫通する貫通孔を形成する工程Ａと、裏面上に第１裏面側非晶質半導体層と第２裏面側非晶質半導体層とを順に形成する工程Ｂと、受光面上に第１受光面側非晶質半導体層と第２受光面側非晶質半導体層とを順に形成する工程Ｃと、貫通孔内に導電体を設ける工程Ｄとを備え、第１受光面側非晶質半導体層と第１裏面側非晶質半導体層とは、ｉ型の導電型を有しており、工程Ｃにおいて、導電体と、第１裏面側非晶質半導体層及び第２裏面側非晶質半導体層とを絶縁層によって絶縁させることを要旨とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、半導体基板に形成された貫通孔の内壁面におけるパッシベーション効果を向上させた太陽電池、太陽電池モジュール及び太陽電池の製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
次に、図面を用いて、本発明の実施形態を説明する。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。但し、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。したがって、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。また、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。
【００１７】
（太陽電池モジュールの概略構成）
本発明の実施形態に係る太陽電池モジュール１００の概略構成について、図１を参照しながら説明する。図１は、本実施形態に係る太陽電池モジュール１００の構成を示す側面図である。図１に示すように、本実施形態に係る太陽電池モジュール１００は、複数の太陽電池１と、受光面側保護材２と、裏面側保護材３と、封止材４と、配線材５とを備える。太陽電池モジュール１００は、受光面側保護材２と裏面側保護材３との間に、複数の太陽電池１を封止材４によって封止する。
【００１８】
複数の太陽電池１は、配列方向に沿って配列される。複数の太陽電池１は、配線材５によって互いに接続される。太陽電池１は、太陽光が入射する受光面（図面中の上）と、受光面の反対側に設けられた裏面（図面中の下）とを有する。受光面と裏面とは、太陽電池１の主面である。太陽電池１の構成については後述する。
【００１９】
配線材５は、一の太陽電池１の裏面上にのみ配設される。従って、太陽電池モジュール１００は、いわゆるバックコンタクト型の太陽電池モジュールである。これにより、一の太陽電池１と他の太陽電池１とは、電気的に接続される。配線材５としては、薄板状、線状或いは縒り線状に成形された銅等の導電材を用いることができる。なお、配線材５の表面に軟導電体（共晶半田など）がメッキされていてもよい。
【００２０】
受光面側保護材２は、封止材４の受光面側に配置され、太陽電池モジュール１００の表面を保護する。受光面側保護材２としては、透光性及び遮水性を有するガラス、透光性プラスチック等を用いることができる。
【００２１】
裏面側保護材３は、封止材４の裏面側に配置され、太陽電池モジュール１００の背面を保護する。裏面側保護材３としては、ＰＥＴ（Polyethylene Terephthalate）等の樹脂フィルム、Ａｌ箔を樹脂フィルムでサンドイッチした構造を有する積層フィルム等を用いることができる。
【００２２】
封止材４は、受光面側保護材２と裏面側保護材３との間において、複数の太陽電池１を封止する。封止材４としては、ＥＶＡ、ＥＥＡ、ＰＶＢ、シリコン、ウレタン、アクリル、エポキシ等の透光性を有する樹脂を用いることができる。
【００２３】
なお、以上のような構成を有する太陽電池モジュール１００の外周には、Ａｌフレーム（不図示）を取り付けることができる。
【００２４】
（太陽電池の構成）
次に、太陽電池１の構成について、図２及び図３を参照しながら説明する。図２は、太陽電池１を受光面側から見た平面図である。図３は、太陽電池１を裏面から見た平面図である。
【００２５】
太陽電池１は、図２に示すように、光電変換部１０と、受光面側集電電極２４と、導電体２０とを備える。
【００２６】
光電変換部１０は、光が入射する受光面と、受光面の反対側に設けられた裏面とを有する。光電変換部１０は、受光面に光が入射することにより光生成キャリアを生成する。光生成キャリアとは、太陽光が光電変換部１０に吸収されることにより生成される正孔と電子をいう。
【００２７】
本実施形態に係る光電変換部１０は、単結晶シリコン基板と非晶質シリコン層との間に実質的に真性な非晶質シリコン層を挟み込んだ構造、いわゆるＨＩＴ構造を有する。光電変換部１０の詳細な構成については後述する。
【００２８】
受光面側集電電極２４は、光電変換部１０によって生成された光生成キャリアを収集する電極である。受光面側集電電極２４は、図２に示すように、光電変換部１０の受光面上の略全域に渡って複数本形成される。受光面側集電電極２４は、例えば、熱硬化型の導電性ペーストを用いて印刷法等により形成することができる。なお、受光面側集電電極２４の本数及び形状は、光電変換部１０の大きさなどを考慮して設定される。
【００２９】
導電体２０は、光電変換部１０の受光面上において、受光面側集電電極２４と電気的に接続される。受光面側集電電極２４によって光電変換部１０から収集された光生成キャリアは、導電体２０によって収集される。導電体２０は、光電変換部１０が有する半導体基板の受光面から裏面まで貫通する貫通孔内（図２において不図示、図４参照）に設けられる。従って、導電体２０によって収集された光生成キャリアは、光電変換部１０の裏面側に運ばれる。なお、本実施形態では、配列方向に沿って点在する導電体２０の列を並べて設けているが、導電体２０の数は、導電体２０に接続される受光面側集電電極２４の本数や、使用する導電性材料の比抵抗などを考慮して設定される。導電体２０は、受光面側集電電極２４と同様の導電性材料により形成される。
【００３０】
太陽電池１は、図３に示すように、受光面側バスバー電極２５及び裏面側集電電極３０を備える。
【００３１】
受光面側バスバー電極２５は、光電変換部１０の裏面上において、導電体２０から光生成キャリアを収集する電極である。受光面側バスバー電極２５は、図３に示すように、配列方向に沿ってライン状に形成される。受光面側バスバー電極２５は、受光面側集電電極２４と同様の材料を用いて形成することができる。
【００３２】
受光面側バスバー電極２５上には、図３に示すように、配列方向に沿って配線材５が配設される。配線材５の一端は、隣接する他の太陽電池１の裏面側集電電極３０と電気的に接続される。これにより、太陽電池１どうしは電気的に直列に接続される。
【００３３】
裏面側集電電極３０は、受光面側バスバー電極２５が収集する光生成キャリアとは異なる極性の光生成キャリアを、光電変換部１０から収集する。裏面側集電電極３０は、光電変換部１０の裏面のうち受光面側バスバー電極２５が形成される領域以外の領域に形成される。ただし、本発明は、光電変換部１０の裏面上に形成される集電電極の形状等を限定するものではない。
【００３４】
ここで、導電体２０及び受光面側バスバー電極２５と、裏面側集電電極３０とは、互いに異なる極性の光生成キャリアを光電変換部１０から収集する。従って、裏面側集電電極３０と、導電体２０及び受光面側バスバー電極２５とは、互いに電気的に絶縁されている。
【００３５】
（光電変換部の構成）
次に、太陽電池１の光電変換部１０の詳細な構成について図４を参照しながら説明する。図４は、図２のＡ−Ａ切断面における拡大断面図である。
【００３６】
光電変換部１０は、ｎ型単結晶シリコン基板１１、ｉ型非晶質シリコン層１２、ｎ型非晶質シリコン層１３、ｉ型非晶質シリコン層１４、ｐ型非晶質シリコン層１５、裏面側透明導電膜１６、絶縁層１７及び受光面側透明導電膜１８を備える。
【００３７】
ｎ型単結晶シリコン基板１１は、受光面と、受光面の反対に設けられた裏面と、受光面から裏面まで貫通する貫通孔とを有する。図４に示すように、貫通孔内には、導電体２０が設けられる。また、ｎ型単結晶シリコン基板１１の受光面及び裏面には、微細テクスチャが形成される。
【００３８】
ｉ型非晶質シリコン層１２は、ｎ型単結晶シリコン基板１１の裏面上に形成される。ｉ型非晶質シリコン層１２は、極めて薄い厚みを有し、実質的に真性である。
【００３９】
ｎ型非晶質半導体層１３は、ＣＶＤ法によりｉ型非晶質シリコン層１２の裏面上に形成される。ｉ型非晶質シリコン層１２とｎ型非晶質半導体層１３とにより、いわゆるＢＳＦ構造が形成される。
【００４０】
ｉ型非晶質シリコン層１４は、ｎ型単結晶シリコン基板１１の受光面上に形成される。ｉ型非晶質シリコン層１４は、極めて薄い厚みを有し、実質的に真性である。貫通孔の内壁面は、ｉ型非晶質シリコン層１２とｉ型非晶質シリコン層１４とによって覆われる。
【００４１】
ｐ型非晶質シリコン層１５は、ＣＶＤ法によりｉ型非晶質シリコン層１４の受光面上に形成される。ｐ型非晶質シリコン層１５とｎ型単結晶シリコン基板１１とによって半導体ｐｎ接合が形成される。
【００４２】
裏面側透明導電膜１６は、ｎ型非晶質半導体層１３の裏面上にスパッタ法或いは蒸着法等のＰＶＤ法により形成される。裏面側透明導電膜１６としては、導電性を有するＩｎ，Ｚｎ，Ｓｎ，Ｔｉ，Ｗ等の酸化物を用いることができる。
【００４３】
ここで、本実施形態において、裏面側透明導電膜１６は、ｎ型単結晶シリコン基板１１の裏面のうち貫通孔の周囲以外の領域に形成される。
【００４４】
絶縁層１７は、ｎ型単結晶シリコン基板１１が有する貫通孔内に設けられた導電体及び後述する受光面側透明導電膜１８を、シリコン基板１１、ｉ型非晶質シリコン層１２、ｎ型非晶質半導体層１３及び裏面側透明導電膜１６から絶縁する。従って、図４に示すように、絶縁層１７の一部は、裏面側透明導電膜１６の裏面上に形成される。
【００４５】
受光面側透明導電膜１８は、ｐ型非晶質シリコン層１５の受光面上にスパッタ法或いは蒸着法等のＰＶＤ法により形成される。受光面側透明導電膜１８は、裏面側透明導電膜１６と同一材料であってもよい。
【００４６】
ここで、本実施形態において、ｉ型非晶質シリコン層１２とｎ型非晶質半導体層１３とは、貫通孔内に入り込んでいる。即ち、ｉ型非晶質シリコン層１２とｎ型非晶質半導体層１３とは、ｎ型単結晶シリコン基板１１の裏面上から貫通孔の内壁面上に跨って形成される。同様に、ｉ型非晶質シリコン層１４とｐ型非晶質シリコン層１５とは、貫通孔内に入り込んでいる。即ち、ｉ型非晶質シリコン層１４とｐ型非晶質シリコン層１５とは、ｎ型単結晶シリコン基板１１の受光面上から貫通孔の内壁面上に跨って形成される。
【００４７】
また、ｉ型非晶質シリコン層１２とｎ型非晶質半導体層１３とは、貫通孔内において、貫通孔の内壁面（ｎ型単結晶シリコン基板１１）とｉ型非晶質シリコン層１４との間に形成される。また、ｉ型非晶質シリコン層１２とｎ型非晶質半導体層１３とは、貫通孔の内壁面のうち受光面側まで形成される。従って、図４に示すように、ｉ型非晶質シリコン層１２によって覆われる貫通孔の内壁面の面積は、ｉ型非晶質シリコン層１４によって覆われる貫通孔の内壁面の面積よりも大きい。
【００４８】
（太陽電池の製造方法）
本実施形態に係る太陽電池１の製造方法について図４を参照しながら説明する。
【００４９】
（１）貫通孔の形成
ｎ型単結晶シリコンのインゴットからｎ型単結晶シリコン薄板を切り出す。ｎ型単結晶シリコン薄板の受光面と裏面とを貫通する貫通孔を形成することによりｎ型単結晶シリコン基板１１を作製する。
【００５０】
貫通孔の形成には、フッ硝酸、アルカリ溶液を用いたウェットエッチング法、Ｃｌ２，ＣＦ４，ＢＣｌ３等のガスを用いたドライエッチング法、レーザアブレーション加工、或いはドリルやサンドブラスト等を用いた機械的加工を適用することができる。
【００５１】
レーザアブレーション加工は、シリコン基板上へのレジストパターン形成が不要であるため、好適に用いることができる。レーザアブレーション加工には、例えば、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ等のレーザを用いることができる。
【００５２】
（２）洗浄処理・テクスチャ処理
次に、基板表面の不要な金属、有機物を取り除くために、ｎ型単結晶シリコン基板１１の受光面、裏面及び貫通孔の内壁面を酸又はアルカリ溶液で洗浄する。続いて、アルカリ水溶液により異方性エッチング加工することにより、ｎ型単結晶シリコン基板１１の表面を微細テクスチャ処理する。
【００５３】
（３）ｐ層及びｎ層の形成
ｎ型単結晶シリコン基板１１の裏面上に、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法を用いることにより、ｉ型非晶質シリコン層１２とｎ型非晶質半導体層１３とを順に形成する。この場合、本実施形態では、貫通孔にマスクをしないため、ｉ型非晶質シリコン層１２とｎ型非晶質半導体層１３とは、貫通孔内に入り込む。
【００５４】
続いて、ｎ型単結晶シリコン基板１１の受光面上に、ＣＶＤ法を用いることにより、ｉ型非晶質シリコン層１４とｐ型非晶質シリコン層１５とを順に形成する。この場合、本実施形態では、貫通孔にマスクをしないため、ｉ型非晶質シリコン層１４とｐ型非晶質シリコン層１５とは、貫通孔内に入り込む。
【００５５】
（４）透明導電膜の形成
透明導電膜の製膜方法としては、一般的に、蒸着法、スパッタ法、イオンプレーティング法等のＰＶＤ（Physical Vapor Deposition）が用いられる。
【００５６】
まず、貫通孔の裏面側開口部にマスクを施し、ｎ型非晶質半導体層１３の裏面側のうち貫通孔を除いた領域に裏面側透明導電膜１６を形成する。
【００５７】
次に、貫通孔の裏面側開口部の周囲にマスクを施し、ＣＶＤ法により、貫通孔内に絶縁層１７を形成する。絶縁層１７としては、ＳｉＯ、ＳｉＮなどを使用することができる。従って、裏面側透明導電膜１６は、貫通孔周辺において、絶縁層１７とｎ型非晶質半導体層１３とに挟まれる。
【００５８】
次に、受光面側透明導電膜１８をｐ型非晶質シリコン層１５の受光面上に形成する。絶縁層１７が貫通孔内に形成されているため、貫通孔にマスクをすることなく受光面側透明導電膜１８を形成すればよい。
【００５９】
（５）導電体の形成
受光面側透明導電膜１８上に受光面側集電電極２４をスクリーン印刷等により形成する。裏面側透明導電膜１６上にスクリーン印刷等により裏面側集電電極３０を形成する。貫通孔内に導電体２０を充填する。受光面側集電電極２４、裏面側集電電極３０及び導電体２０は、例えば、熱硬化型の導電性ペーストを用いて形成することができる。
【００６０】
受光面側集電電極２４を形成する工程又は裏面側集電電極３０を形成する工程の一方と導電体２０を形成する工程とは、同時に行なうことができる。なお、導電体２０を形成する工程後に、受光面側集電電極２４及び裏面側集電電極３０を形成する、或いはこの逆というように複数の段階に分けてもよい。
【００６１】
絶縁層１７上に、受光面側バスバー電極２５を形成する。また、裏面側透明導電膜１６の裏面上に裏面側集電電極３０を形成する。裏面側集電電極３０は、スクリーン印刷法を用いて形成することができるが、これに限らず、蒸着法やスパッタ法を用いてもよい。
【００６２】
（作用・効果）
本実施形態に係る太陽電池１では、ｉ型非晶質シリコン層１４とｐ型非晶質シリコン層１５とは、ｎ型単結晶シリコン基板１１が有する貫通孔内に入り込み、ｉ型非晶質シリコン層１２とｎ型非晶質シリコン層１３とは、ｎ型単結晶シリコン基板１１が有する貫通孔内に入り込む。貫通孔の内壁面は、ｉ型非晶質シリコン層１４とｉ型非晶質シリコン層１２とによって覆われている。
【００６３】
このように、本実施形態に係る太陽電池１では、貫通孔の内壁面は、ｉ型非晶質半導体層によって覆われる。ここで、ｉ型非晶質半導体層は、層中に水素を含有しているため、単結晶半導体基板に対する高いパッシベート性能を有する。従って、ｉ型非晶質半導体層は、絶縁層としての機能とパッシベーション層としての機能とを併せ持つ。その結果、貫通孔の内壁面における光生成キャリアの再結合が抑制されるため、太陽電池１の変換効率を向上させることができる。
【００６４】
また、本実施形態に係る太陽電池１はＨＩＴ構造を有するため、ｎ型単結晶シリコン基板１１に予め貫通孔を空けておくことにより、貫通孔の内壁面にｉ型非晶質シリコン層を簡便に形成することができる。
【００６５】
また、裏面側に形成されたｎ型非晶質シリコン層１３は、ｎ型半導体基板１１と同じ導電型を有する。裏面側に形成されたｉ型非晶質シリコン層１２によって覆われる貫通孔の内壁面の面積は、受光面側に形成されたｉ型非晶質シリコン層１４によって覆われる貫通孔の内壁面の面積よりも大きい。従って、より良好なＢＳＦ効果を発揮することができる。これにより、太陽電池１の変換効率はさらに向上する。
【００６６】
また、裏面側透明導電膜１６を絶縁層１７より先に形成するため、裏面側透明導電膜１６は絶縁層１７の下に形成される。そのため、裏面側透明導電膜１６を、ｎ型単結晶シリコン基板１１の裏面側略全面に形成することができる。これにより、光電変換部１０からの集電効率は向上する。
【００６７】
（その他の実施形態）
本発明は、上述した本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であり、この開示の一部をなす論述及び図面は、本発明を限定するものではない。
【００６８】
例えば、上述した実施形態では、ｎ型単結晶シリコン基板の受光面にｐ型非晶質シリコン層を備え、基板の裏面にｎ型非晶質シリコン層を備えた太陽電池について説明したが、これに限らず、ｐ型単結晶シリコン基板の受光面にｎ型非晶質シリコン層を備え、基板の裏面にｐ型非晶質シリコン層を備えた太陽電池であってもよい。
【実施例】
【００６９】
以下、本発明に係る太陽電池について、実施例を挙げて具体的に説明するが、本発明は、下記の実施例に示したものに限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲において、適宜変更して実施することができるものである。
【００７０】
（実施例）
ｎ型単結晶シリコン基板に波長５３２ｎｍのＬＤ励起ロッド型Ｎｄ：ＹＡＧレーザを用いて複数の貫通孔を形成した。
【００７１】
次にｎ型単結晶シリコン基板１１の裏面上に、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法においてマスクを用いずに、ｉ型非晶質シリコン層とｎ型非晶質半導体層とＩＴＯ膜とを順に形成した。この際、貫通孔の内壁面におけるドーパント（Ｐ）の濃度は、１．０×１０１８ｃｍ−３であった。
【００７２】
続いて、ｎ型単結晶シリコン基板の受光面に、ＣＶＤ法においてマスクを用いずに、ｉ型非晶質シリコン層とｐ型非晶質シリコン層とＩＴＯ膜とを順に形成した。貫通孔の内壁面におけるドーパント（Ｂ）の濃度は、１．０×１０１８ｃｍ−３であった。
【００７３】
このようにして実施例に係るＨＩＴ構造の太陽電池を作製した。
【００７４】
（比較例）
貫通孔を形成せずに、上記実施例と同様にしてＨＩＴ構造の太陽電池を作製した。その後、ＹＡＧレーザを用いて貫通孔を形成した。
【００７５】
続いて、各非晶質シリコン層に悪影響を及ぼさない２００℃以下の温度において、ＳｉＮ膜を貫通孔の内壁面に形成した。
【００７６】
（セル特性の比較）
【表１】
【００７７】
同表に示す通り、実施例に係る太陽電池の変換効率は、比較例よりも高い値であった。
【００７８】
このような結果になったのは、実施例に係る太陽電池では、貫通孔の内壁面上にｉ型非晶質半導体層を形成することにより良好なパッシベーション効果が得られたためである。
【００７９】
一方、比較例では、ＳｉＮ膜を２００℃以下で形成したため、良好なパッシベーション効果が得られなかったためである。
【００８０】
以上の結果から、貫通孔の内壁面をｉ型非晶質半導体層で覆うことにより、太陽電池の変換効率が向上することが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】本発明の実施形態に係る太陽電池モジュール１００の側断面図である。
【図２】本発明の実施形態に係る太陽電池１を受光面側から見た平面図である。
【図３】本発明の実施形態に係る太陽電池１を裏面側から見た平面図である。
【図４】図２のＡ−Ａ切断面における拡大断面図である。
【符号の説明】
【００８２】
１…太陽電池
２…受光面側保護材
３…裏面側保護材
４…封止材
５…配線材
１０…光電変換部
１１…ｎ型単結晶シリコン基板
１２…ｉ型非晶質シリコン層
１３…ｎ型非晶質シリコン層
１４…ｉ型非晶質シリコン層
１５…ｐ型非晶質シリコン層
１６…裏面側透明導電膜
１７…絶縁層
１８…受光面側透明導電膜
２０…導電体
２４…受光面側集電電極
２５…受光面側バスバー電極
３０…裏面側集電電極
１００…太陽電池モジュール
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体基板に貫通孔が形成された太陽電池、太陽電池モジュール及び太陽電池の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
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することができるため、新しいエネルギー源として期待されている。
【０００３】
一般的に、太陽電池１枚当りの出力は数Ｗ程度である。従って、家屋やビル等の電源として太陽電池を用いる場合には、複数の太陽電池を接続することにより出力を高めた太陽電池モジュールが用いられる。配列方向に従って配列された太陽電池どうしは、配線材によって互いに電気的に接続される。
【０００４】
近年、太陽電池どうしの接続を容易にするために、ｐ側電極及びｎ側電極の両方を太陽電池の裏面側に設ける手法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。このような太陽電池は、半導体基板の主面に垂直な方向に延びる貫通孔を有する。太陽電池の受光面側の電極で収集された光生成キャリアは、貫通孔に設けられた導電体により太陽電池の裏面側に導かれる。
【特許文献１】特開昭６４−８２５７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
また、通常の結晶系太陽電池に比べ高い光電変換効率を有する太陽電池として、ＨＩＴ（Heterojunction with Intrinsic Thin layer）構造の太陽電池が知られている。ＨＩＴ太陽電池は、ｎ型の結晶系シリコン基板の受光面上にｐ型の非晶質シリコン層を有するとともに、裏面上にｎ型の非晶質シリコン層を有する。ｎ型の結晶系シリコン基板とｐ型の非晶質シリコン層とによって構成されるｐｎ接合領域、及びｎ型の結晶系シリコン基板とｎ型の非晶質シリコン層とによって構成されるＢＳＦ接合領域には、実質的に真性のｉ型の非晶質シリコン層が介挿される。これにより、それぞれの接合界面における特性を向上させることができるため、高い光電変換効率が得られる。
【０００６】
このようなＨＩＴ太陽電池の構造を、上述の特許文献１に記載された太陽電池の構造に適用する場合、以下のような問題があった。
【０００７】
特許文献１に記載の太陽電池では、貫通孔の内壁面における光生成キャリアの再結合を抑制すること、及び貫通孔内に設けられた導電体と裏面側の電極とを絶縁することを目的として、ＳｉＮ膜を貫通孔内に形成する。このようなＳｉＮ膜は、熱ＣＶＤ法による４００℃程度の高温処理を通して形成されることにより、パッシベーション効果を発揮する。
【０００８】
一方、ＨＩＴ太陽電池では、半導体基板の熱ダメージを抑制するために、製造工程の全てを２００℃程度以下で行うことが実現されている。しかしながら、２００℃程度で形成されるＳｉＮ膜は、絶縁特性は発揮するものの、良好なパッシベーション効果は発揮しない。その結果、貫通孔の内壁面における光生成キャリアの再結合を充分に抑制することができず、ＨＩＴ太陽電池の光電変換効率が低下するという問題があった。
【０００９】
そこで、本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、半導体基板に形成された貫通孔の内壁面におけるパッシベーション効果を向上した太陽電池、太陽電池モジュール及び太陽電池の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述した目的を達成するために、本発明の一の特徴は、太陽電池に係り、受光面と、受光面の反対に設けられた裏面と、受光面から裏面まで貫通する貫通孔とを有する半導体基板と、受光面上に形成された第１受光面側非晶質半導体層と、第１受光面側非晶質半導体層上に形成された第２受光面側非晶質半導体層と、裏面上に形成された第１裏面側非晶質半導体層と、第１裏面側非晶質半導体層上に形成された第２裏面側非晶質半導体層と、貫通孔内に設けられ、絶縁層によって第１裏面側非晶質半導体層及び第２裏面側非晶質半導体層と絶縁された導電体とを備え、第１受光面側非晶質半導体層と第１裏面側非晶質半導体層とは、ｉ型の導電型を有しており、第１受光面側非晶質半導体層と第２受光面側非晶質半導体層とは、貫通孔内に入り込み、第１裏面側非晶質半導体層と第２裏面側非晶質半導体層とは、貫通孔内に入り込んでおり、貫通孔の内壁面は、第１受光面側非晶質半導体層と第１裏面側非晶質半導体層とによって覆われていることが好ましい。
【００１１】
本発明の一の特徴において、第２裏面側非晶質半導体層は、半導体基板と同じ導電型を有しており、第１裏面側非晶質半導体層によって覆われる貫通孔の内壁面の面積は、第１受光面側非晶質半導体層によって覆われる貫通孔の内壁面の面積よりも大きいことが好ましい。
【００１２】
本発明の一の特徴において、第２裏面側非晶質半導体層上に形成された裏面側透明導電膜を備え、裏面側透明導電膜は、第２裏面側非晶質半導体層と絶縁層との間に入り込んでいることが好ましい。
【００１３】
本発明の一の特徴は、太陽電池モジュールに係り、配列方向に沿って配列された複数の太陽電池と、複数の太陽電池を互いに電気的に接続する配線材とを備える太陽電池モジュールであって、複数の太陽電池に含まれる一の太陽電池は、受光面と、受光面の反対に設けられた裏面と、受光面から裏面まで貫通する貫通孔とを有する半導体基板と、受光面上に形成された第１受光面側非晶質半導体層と、第１受光面側非晶質半導体層上に形成された第２受光面側非晶質半導体層と、裏面上に形成された第１裏面側非晶質半導体層と、第１裏面側非晶質半導体層上に形成された第２裏面側非晶質半導体層と、貫通孔内に設けられた導電体とを有し、第１受光面側非晶質半導体層と第１裏面側非晶質半導体層とは、ｉ型の導電型を有しており、第１受光面側非晶質半導体層と第２受光面側非晶質半導体層とは、貫通孔内に入り込み、第１裏面側非晶質半導体層と第２裏面側非晶質半導体層とは、貫通孔内に入り込み、導電体は、第１裏面側非晶質半導体層及び第２裏面側非晶質半導体層と絶縁層によって絶縁されており、配線材は、裏面上において、導電体に電気的に接続されていることを要旨とする。
【００１４】
本発明の一の特徴は、太陽電池モジュールの製造方法に係り、受光面と、前記受光面の反対に設けられた裏面とを有する半導体基板に、受光面から裏面まで貫通する貫通孔を形成する工程Ａと、裏面上に第１裏面側非晶質半導体層と第２裏面側非晶質半導体層とを順に形成する工程Ｂと、受光面上に第１受光面側非晶質半導体層と第２受光面側非晶質半導体層とを順に形成する工程Ｃと、貫通孔内に導電体を設ける工程Ｄとを備え、第１受光面側非晶質半導体層と第１裏面側非晶質半導体層とは、ｉ型の導電型を有しており、工程Ｃにおいて、導電体と、第１裏面側非晶質半導体層及び第２裏面側非晶質半導体層とを絶縁層によって絶縁させることを要旨とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、半導体基板に形成された貫通孔の内壁面におけるパッシベーション効果を向上させた太陽電池、太陽電池モジュール及び太陽電池の製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
次に、図面を用いて、本発明の実施形態を説明する。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。但し、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。したがって、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。また、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。
【００１７】
（太陽電池モジュールの概略構成）
本発明の実施形態に係る太陽電池モジュール１００の概略構成について、図１を参照しながら説明する。図１は、本実施形態に係る太陽電池モジュール１００の構成を示す側面図である。図１に示すように、本実施形態に係る太陽電池モジュール１００は、複数の太陽電池１と、受光面側保護材２と、裏面側保護材３と、封止材４と、配線材５とを備える。太陽電池モジュール１００は、受光面側保護材２と裏面側保護材３との間に、複数の太陽電池１を封止材４によって封止する。
【００１８】
複数の太陽電池１は、配列方向に沿って配列される。複数の太陽電池１は、配線材５によって互いに接続される。太陽電池１は、太陽光が入射する受光面（図面中の上）と、受光面の反対側に設けられた裏面（図面中の下）とを有する。受光面と裏面とは、太陽電池１の主面である。太陽電池１の構成については後述する。
【００１９】
配線材５は、一の太陽電池１の裏面上にのみ配設される。従って、太陽電池モジュール１００は、いわゆるバックコンタクト型の太陽電池モジュールである。これにより、一の太陽電池１と他の太陽電池１とは、電気的に接続される。配線材５としては、薄板状、線状或いは縒り線状に成形された銅等の導電材を用いることができる。なお、配線材５の表面に軟導電体（共晶半田など）がメッキされていてもよい。
【００２０】
受光面側保護材２は、封止材４の受光面側に配置され、太陽電池モジュール１００の表面を保護する。受光面側保護材２としては、透光性及び遮水性を有するガラス、透光性プラスチック等を用いることができる。
【００２１】
裏面側保護材３は、封止材４の裏面側に配置され、太陽電池モジュール１００の背面を保護する。裏面側保護材３としては、ＰＥＴ（Polyethylene Terephthalate）等の樹脂フィルム、Ａｌ箔を樹脂フィルムでサンドイッチした構造を有する積層フィルム等を用いることができる。
【００２２】
封止材４は、受光面側保護材２と裏面側保護材３との間において、複数の太陽電池１を封止する。封止材４としては、ＥＶＡ、ＥＥＡ、ＰＶＢ、シリコン、ウレタン、アクリル、エポキシ等の透光性を有する樹脂を用いることができる。
【００２３】
なお、以上のような構成を有する太陽電池モジュール１００の外周には、Ａｌフレーム（不図示）を取り付けることができる。
【００２４】
（太陽電池の構成）
次に、太陽電池１の構成について、図２及び図３を参照しながら説明する。図２は、太陽電池１を受光面側から見た平面図である。図３は、太陽電池１を裏面から見た平面図である。
【００２５】
太陽電池１は、図２に示すように、光電変換部１０と、受光面側集電電極２４と、導電体２０とを備える。
【００２６】
光電変換部１０は、光が入射する受光面と、受光面の反対側に設けられた裏面とを有する。光電変換部１０は、受光面に光が入射することにより光生成キャリアを生成する。光生成キャリアとは、太陽光が光電変換部１０に吸収されることにより生成される正孔と電子をいう。
【００２７】
本実施形態に係る光電変換部１０は、単結晶シリコン基板と非晶質シリコン層との間に実質的に真性な非晶質シリコン層を挟み込んだ構造、いわゆるＨＩＴ構造を有する。光電変換部１０の詳細な構成については後述する。
【００２８】
受光面側集電電極２４は、光電変換部１０によって生成された光生成キャリアを収集する電極である。受光面側集電電極２４は、図２に示すように、光電変換部１０の受光面上の略全域に渡って複数本形成される。受光面側集電電極２４は、例えば、熱硬化型の導電性ペーストを用いて印刷法等により形成することができる。なお、受光面側集電電極２４の本数及び形状は、光電変換部１０の大きさなどを考慮して設定される。
【００２９】
導電体２０は、光電変換部１０の受光面上において、受光面側集電電極２４と電気的に接続される。受光面側集電電極２４によって光電変換部１０から収集された光生成キャリアは、導電体２０によって収集される。導電体２０は、光電変換部１０が有する半導体基板の受光面から裏面まで貫通する貫通孔内（図２において不図示、図４参照）に設けられる。従って、導電体２０によって収集された光生成キャリアは、光電変換部１０の裏面側に運ばれる。なお、本実施形態では、配列方向に沿って点在する導電体２０の列を並べて設けているが、導電体２０の数は、導電体２０に接続される受光面側集電電極２４の本数や、使用する導電性材料の比抵抗などを考慮して設定される。導電体２０は、受光面側集電電極２４と同様の導電性材料により形成される。
【００３０】
太陽電池１は、図３に示すように、受光面側バスバー電極２５及び裏面側集電電極３０を備える。
【００３１】
受光面側バスバー電極２５は、光電変換部１０の裏面上において、導電体２０から光生成キャリアを収集する電極である。受光面側バスバー電極２５は、図３に示すように、配列方向に沿ってライン状に形成される。受光面側バスバー電極２５は、受光面側集電電極２４と同様の材料を用いて形成することができる。
【００３２】
受光面側バスバー電極２５上には、図３に示すように、配列方向に沿って配線材５が配設される。配線材５の一端は、隣接する他の太陽電池１の裏面側集電電極３０と電気的に接続される。これにより、太陽電池１どうしは電気的に直列に接続される。
【００３３】
裏面側集電電極３０は、受光面側バスバー電極２５が収集する光生成キャリアとは異なる極性の光生成キャリアを、光電変換部１０から収集する。裏面側集電電極３０は、光電変換部１０の裏面のうち受光面側バスバー電極２５が形成される領域以外の領域に形成される。ただし、本発明は、光電変換部１０の裏面上に形成される集電電極の形状等を限定するものではない。
【００３４】
ここで、導電体２０及び受光面側バスバー電極２５と、裏面側集電電極３０とは、互いに異なる極性の光生成キャリアを光電変換部１０から収集する。従って、裏面側集電電極３０と、導電体２０及び受光面側バスバー電極２５とは、互いに電気的に絶縁されている。
【００３５】
（光電変換部の構成）
次に、太陽電池１の光電変換部１０の詳細な構成について図４を参照しながら説明する。図４は、図２のＡ−Ａ切断面における拡大断面図である。
【００３６】
光電変換部１０は、ｎ型単結晶シリコン基板１１、ｉ型非晶質シリコン層１２、ｎ型非晶質シリコン層１３、ｉ型非晶質シリコン層１４、ｐ型非晶質シリコン層１５、裏面側透明導電膜１６、絶縁層１７及び受光面側透明導電膜１８を備える。
【００３７】
ｎ型単結晶シリコン基板１１は、受光面と、受光面の反対に設けられた裏面と、受光面から裏面まで貫通する貫通孔とを有する。図４に示すように、貫通孔内には、導電体２０が設けられる。また、ｎ型単結晶シリコン基板１１の受光面及び裏面には、微細テクスチャが形成される。
【００３８】
ｉ型非晶質シリコン層１２は、ｎ型単結晶シリコン基板１１の裏面上に形成される。ｉ型非晶質シリコン層１２は、極めて薄い厚みを有し、実質的に真性である。
【００３９】
ｎ型非晶質半導体層１３は、ＣＶＤ法によりｉ型非晶質シリコン層１２の裏面上に形成される。ｉ型非晶質シリコン層１２とｎ型非晶質半導体層１３とにより、いわゆるＢＳＦ構造が形成される。
【００４０】
ｉ型非晶質シリコン層１４は、ｎ型単結晶シリコン基板１１の受光面上に形成される。ｉ型非晶質シリコン層１４は、極めて薄い厚みを有し、実質的に真性である。貫通孔の内壁面は、ｉ型非晶質シリコン層１２とｉ型非晶質シリコン層１４とによって覆われる。
【００４１】
ｐ型非晶質シリコン層１５は、ＣＶＤ法によりｉ型非晶質シリコン層１４の受光面上に形成される。ｐ型非晶質シリコン層１５とｎ型単結晶シリコン基板１１とによって半導体ｐｎ接合が形成される。
【００４２】
裏面側透明導電膜１６は、ｎ型非晶質半導体層１３の裏面上にスパッタ法或いは蒸着法等のＰＶＤ法により形成される。裏面側透明導電膜１６としては、導電性を有するＩｎ，Ｚｎ，Ｓｎ，Ｔｉ，Ｗ等の酸化物を用いることができる。
【００４３】
ここで、本実施形態において、裏面側透明導電膜１６は、ｎ型単結晶シリコン基板１１の裏面のうち貫通孔の周囲以外の領域に形成される。
【００４４】
絶縁層１７は、ｎ型単結晶シリコン基板１１が有する貫通孔内に設けられた導電体及び後述する受光面側透明導電膜１８を、シリコン基板１１、ｉ型非晶質シリコン層１２、ｎ型非晶質半導体層１３及び裏面側透明導電膜１６から絶縁する。従って、図４に示すように、絶縁層１７の一部は、裏面側透明導電膜１６の裏面上に形成される。
【００４５】
受光面側透明導電膜１８は、ｐ型非晶質シリコン層１５の受光面上にスパッタ法或いは蒸着法等のＰＶＤ法により形成される。受光面側透明導電膜１８は、裏面側透明導電膜１６と同一材料であってもよい。
【００４６】
ここで、本実施形態において、ｉ型非晶質シリコン層１２とｎ型非晶質半導体層１３とは、貫通孔内に入り込んでいる。即ち、ｉ型非晶質シリコン層１２とｎ型非晶質半導体層１３とは、ｎ型単結晶シリコン基板１１の裏面上から貫通孔の内壁面上に跨って形成される。同様に、ｉ型非晶質シリコン層１４とｐ型非晶質シリコン層１５とは、貫通孔内に入り込んでいる。即ち、ｉ型非晶質シリコン層１４とｐ型非晶質シリコン層１５とは、ｎ型単結晶シリコン基板１１の受光面上から貫通孔の内壁面上に跨って形成される。
【００４７】
また、ｉ型非晶質シリコン層１２とｎ型非晶質半導体層１３とは、貫通孔内において、貫通孔の内壁面（ｎ型単結晶シリコン基板１１）とｉ型非晶質シリコン層１４との間に形成される。また、ｉ型非晶質シリコン層１２とｎ型非晶質半導体層１３とは、貫通孔の内壁面のうち受光面側まで形成される。従って、図４に示すように、ｉ型非晶質シリコン層１２によって覆われる貫通孔の内壁面の面積は、ｉ型非晶質シリコン層１４によって覆われる貫通孔の内壁面の面積よりも大きい。
【００４８】
（太陽電池の製造方法）
本実施形態に係る太陽電池１の製造方法について図４を参照しながら説明する。
【００４９】
（１）貫通孔の形成
ｎ型単結晶シリコンのインゴットからｎ型単結晶シリコン薄板を切り出す。ｎ型単結晶シリコン薄板の受光面と裏面とを貫通する貫通孔を形成することによりｎ型単結晶シリコン基板１１を作製する。
【００５０】
貫通孔の形成には、フッ硝酸、アルカリ溶液を用いたウェットエッチング法、Ｃｌ２，ＣＦ４，ＢＣｌ３等のガスを用いたドライエッチング法、レーザアブレーション加工、或いはドリルやサンドブラスト等を用いた機械的加工を適用することができる。
【００５１】
レーザアブレーション加工は、シリコン基板上へのレジストパターン形成が不要であるため、好適に用いることができる。レーザアブレーション加工には、例えば、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ等のレーザを用いることができる。
【００５２】
（２）洗浄処理・テクスチャ処理
次に、基板表面の不要な金属、有機物を取り除くために、ｎ型単結晶シリコン基板１１の受光面、裏面及び貫通孔の内壁面を酸又はアルカリ溶液で洗浄する。続いて、アルカリ水溶液により異方性エッチング加工することにより、ｎ型単結晶シリコン基板１１の表面を微細テクスチャ処理する。
【００５３】
（３）ｐ層及びｎ層の形成
ｎ型単結晶シリコン基板１１の裏面上に、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法を用いることにより、ｉ型非晶質シリコン層１２とｎ型非晶質半導体層１３とを順に形成する。この場合、本実施形態では、貫通孔にマスクをしないため、ｉ型非晶質シリコン層１２とｎ型非晶質半導体層１３とは、貫通孔内に入り込む。
【００５４】
続いて、ｎ型単結晶シリコン基板１１の受光面上に、ＣＶＤ法を用いることにより、ｉ型非晶質シリコン層１４とｐ型非晶質シリコン層１５とを順に形成する。この場合、本実施形態では、貫通孔にマスクをしないため、ｉ型非晶質シリコン層１４とｐ型非晶質シリコン層１５とは、貫通孔内に入り込む。
【００５５】
（４）透明導電膜の形成
透明導電膜の製膜方法としては、一般的に、蒸着法、スパッタ法、イオンプレーティング法等のＰＶＤ（Physical Vapor Deposition）が用いられる。
【００５６】
まず、貫通孔の裏面側開口部にマスクを施し、ｎ型非晶質半導体層１３の裏面側のうち貫通孔を除いた領域に裏面側透明導電膜１６を形成する。
【００５７】
次に、貫通孔の裏面側開口部の周囲にマスクを施し、ＣＶＤ法により、貫通孔内に絶縁層１７を形成する。絶縁層１７としては、ＳｉＯ、ＳｉＮなどを使用することができる。従って、裏面側透明導電膜１６は、貫通孔周辺において、絶縁層１７とｎ型非晶質半導体層１３とに挟まれる。
【００５８】
次に、受光面側透明導電膜１８をｐ型非晶質シリコン層１５の受光面上に形成する。絶縁層１７が貫通孔内に形成されているため、貫通孔にマスクをすることなく受光面側透明導電膜１８を形成すればよい。
【００５９】
（５）導電体の形成
受光面側透明導電膜１８上に受光面側集電電極２４をスクリーン印刷等により形成する。裏面側透明導電膜１６上にスクリーン印刷等により裏面側集電電極３０を形成する。貫通孔内に導電体２０を充填する。受光面側集電電極２４、裏面側集電電極３０及び導電体２０は、例えば、熱硬化型の導電性ペーストを用いて形成することができる。
【００６０】
受光面側集電電極２４を形成する工程又は裏面側集電電極３０を形成する工程の一方と導電体２０を形成する工程とは、同時に行なうことができる。なお、導電体２０を形成する工程後に、受光面側集電電極２４及び裏面側集電電極３０を形成する、或いはこの逆というように複数の段階に分けてもよい。
【００６１】
絶縁層１７上に、受光面側バスバー電極２５を形成する。また、裏面側透明導電膜１６の裏面上に裏面側集電電極３０を形成する。裏面側集電電極３０は、スクリーン印刷法を用いて形成することができるが、これに限らず、蒸着法やスパッタ法を用いてもよい。
【００６２】
（作用・効果）
本実施形態に係る太陽電池１では、ｉ型非晶質シリコン層１４とｐ型非晶質シリコン層１５とは、ｎ型単結晶シリコン基板１１が有する貫通孔内に入り込み、ｉ型非晶質シリコン層１２とｎ型非晶質シリコン層１３とは、ｎ型単結晶シリコン基板１１が有する貫通孔内に入り込む。貫通孔の内壁面は、ｉ型非晶質シリコン層１４とｉ型非晶質シリコン層１２とによって覆われている。
【００６３】
このように、本実施形態に係る太陽電池１では、貫通孔の内壁面は、ｉ型非晶質半導体層によって覆われる。ここで、ｉ型非晶質半導体層は、層中に水素を含有しているため、単結晶半導体基板に対する高いパッシベート性能を有する。従って、ｉ型非晶質半導体層は、絶縁層としての機能とパッシベーション層としての機能とを併せ持つ。その結果、貫通孔の内壁面における光生成キャリアの再結合が抑制されるため、太陽電池１の変換効率を向上させることができる。
【００６４】
また、本実施形態に係る太陽電池１はＨＩＴ構造を有するため、ｎ型単結晶シリコン基板１１に予め貫通孔を空けておくことにより、貫通孔の内壁面にｉ型非晶質シリコン層を簡便に形成することができる。
【００６５】
また、裏面側に形成されたｎ型非晶質シリコン層１３は、ｎ型半導体基板１１と同じ導電型を有する。裏面側に形成されたｉ型非晶質シリコン層１２によって覆われる貫通孔の内壁面の面積は、受光面側に形成されたｉ型非晶質シリコン層１４によって覆われる貫通孔の内壁面の面積よりも大きい。従って、より良好なＢＳＦ効果を発揮することができる。これにより、太陽電池１の変換効率はさらに向上する。
【００６６】
また、裏面側透明導電膜１６を絶縁層１７より先に形成するため、裏面側透明導電膜１６は絶縁層１７の下に形成される。そのため、裏面側透明導電膜１６を、ｎ型単結晶シリコン基板１１の裏面側略全面に形成することができる。これにより、光電変換部１０からの集電効率は向上する。
【００６７】
（その他の実施形態）
本発明は、上述した本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であり、この開示の一部をなす論述及び図面は、本発明を限定するものではない。
【００６８】
例えば、上述した実施形態では、ｎ型単結晶シリコン基板の受光面にｐ型非晶質シリコン層を備え、基板の裏面にｎ型非晶質シリコン層を備えた太陽電池について説明したが、これに限らず、ｐ型単結晶シリコン基板の受光面にｎ型非晶質シリコン層を備え、基板の裏面にｐ型非晶質シリコン層を備えた太陽電池であってもよい。
【実施例】
【００６９】
以下、本発明に係る太陽電池について、実施例を挙げて具体的に説明するが、本発明は、下記の実施例に示したものに限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲において、適宜変更して実施することができるものである。
【００７０】
（実施例）
ｎ型単結晶シリコン基板に波長５３２ｎｍのＬＤ励起ロッド型Ｎｄ：ＹＡＧレーザを用いて複数の貫通孔を形成した。
【００７１】
次にｎ型単結晶シリコン基板１１の裏面上に、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法においてマスクを用いずに、ｉ型非晶質シリコン層とｎ型非晶質半導体層とＩＴＯ膜とを順に形成した。この際、貫通孔の内壁面におけるドーパント（Ｐ）の濃度は、１．０×１０１８ｃｍ−３であった。
【００７２】
続いて、ｎ型単結晶シリコン基板の受光面に、ＣＶＤ法においてマスクを用いずに、ｉ型非晶質シリコン層とｐ型非晶質シリコン層とＩＴＯ膜とを順に形成した。貫通孔の内壁面におけるドーパント（Ｂ）の濃度は、１．０×１０１８ｃｍ−３であった。
【００７３】
このようにして実施例に係るＨＩＴ構造の太陽電池を作製した。
【００７４】
（比較例）
貫通孔を形成せずに、上記実施例と同様にしてＨＩＴ構造の太陽電池を作製した。その後、ＹＡＧレーザを用いて貫通孔を形成した。
【００７５】
続いて、各非晶質シリコン層に悪影響を及ぼさない２００℃以下の温度において、ＳｉＮ膜を貫通孔の内壁面に形成した。
【００７６】
（セル特性の比較）
【表１】
【００７７】
同表に示す通り、実施例に係る太陽電池の変換効率は、比較例よりも高い値であった。
【００７８】
このような結果になったのは、実施例に係る太陽電池では、貫通孔の内壁面上にｉ型非晶質半導体層を形成することにより良好なパッシベーション効果が得られたためである。
【００７９】
一方、比較例では、ＳｉＮ膜を２００℃以下で形成したため、良好なパッシベーション効果が得られなかったためである。
【００８０】
以上の結果から、貫通孔の内壁面をｉ型非晶質半導体層で覆うことにより、太陽電池の変換効率が向上することが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】本発明の実施形態に係る太陽電池モジュール１００の側断面図である。
【図２】本発明の実施形態に係る太陽電池１を受光面側から見た平面図である。
【図３】本発明の実施形態に係る太陽電池１を裏面側から見た平面図である。
【図４】図２のＡ−Ａ切断面における拡大断面図である。
【符号の説明】
【００８２】
１…太陽電池
２…受光面側保護材
３…裏面側保護材
４…封止材
５…配線材
１０…光電変換部
１１…ｎ型単結晶シリコン基板
１２…ｉ型非晶質シリコン層
１３…ｎ型非晶質シリコン層
１４…ｉ型非晶質シリコン層
１５…ｐ型非晶質シリコン層
１６…裏面側透明導電膜
１７…絶縁層
１８…受光面側透明導電膜
２０…導電体
２４…受光面側集電電極
２５…受光面側バスバー電極
３０…裏面側集電電極
１００…太陽電池モジュール
【特許請求の範囲】
【請求項１】
受光面と、前記受光面の反対に設けられた裏面と、前記受光面から前記裏面まで貫通する貫通孔とを有する半導体基板と、
前記受光面上に形成された第１受光面側非晶質半導体層と、
前記第１受光面側非晶質半導体層上に形成された第２受光面側非晶質半導体層と、
前記裏面上に形成された第１裏面側非晶質半導体層と、
前記第１裏面側非晶質半導体層上に形成された第２裏面側非晶質半導体層と、
前記貫通孔内に設けられ、絶縁層によって前記第１裏面側非晶質半導体層及び前記第２裏面側非晶質半導体層と絶縁された導電体と
を備え、
前記第１受光面側非晶質半導体層と前記第１裏面側非晶質半導体層とは、ｉ型の導電型を有しており、
前記第１受光面側非晶質半導体層と前記第２受光面側非晶質半導体層とは、前記貫通孔内に入り込み、
前記第１裏面側非晶質半導体層と前記第２裏面側非晶質半導体層とは、前記貫通孔内に入り込んでおり、
前記貫通孔の内壁面は、前記第１受光面側非晶質半導体層と前記第１裏面側非晶質半導体層とによって覆われている
ことを特徴とする太陽電池。
【請求項２】
前記第２裏面側非晶質半導体層は、前記半導体基板と同じ導電型を有しており、
前記第１裏面側非晶質半導体層によって覆われる前記貫通孔の内壁面の面積は、前記第１受光面側非晶質半導体層によって覆われる前記貫通孔の内壁面の面積よりも大きい
ことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池。
【請求項３】
前記第２裏面側非晶質半導体層上に形成された裏面側透明導電膜を備え、
前記裏面側透明導電膜は、前記第２裏面側非晶質半導体層と前記絶縁層との間に入り込んでいる
ことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池。
【請求項４】
配列方向に沿って配列された複数の太陽電池と、前記複数の太陽電池を互いに電気的に接続する配線材とを備える太陽電池モジュールであって、
前記複数の太陽電池に含まれる一の太陽電池は、
受光面と、前記受光面の反対に設けられた裏面と、前記受光面から前記裏面まで貫通する貫通孔とを有する半導体基板と、
前記受光面上に形成された第１受光面側非晶質半導体層と、
前記第１受光面側非晶質半導体層上に形成された第２受光面側非晶質半導体層と、
前記裏面上に形成された第１裏面側非晶質半導体層と、
前記第１裏面側非晶質半導体層上に形成された第２裏面側非晶質半導体層と、
前記貫通孔内に設けられた導電体と
を有し、
前記第１受光面側非晶質半導体層と前記第１裏面側非晶質半導体層とは、ｉ型の導電型を有しており、
前記第１受光面側非晶質半導体層と前記第２受光面側非晶質半導体層とは、前記貫通孔内に入り込み、
前記第１裏面側非晶質半導体層と前記第２裏面側非晶質半導体層とは、前記貫通孔内に入り込み、
前記導電体は、前記第１裏面側非晶質半導体層及び前記第２裏面側非晶質半導体層と絶縁層によって絶縁されており、
前記配線材は、前記裏面上において、前記導電体に電気的に接続されている
ことを特徴とする太陽電池モジュール。
【請求項５】
受光面と、前記受光面の反対に設けられた裏面とを有する半導体基板に、前記受光面から前記裏面まで貫通する貫通孔を形成する工程Ａと、
前記裏面上に第１裏面側非晶質半導体層と第２裏面側非晶質半導体層とを順に形成する工程Ｂと、
前記受光面上に第１受光面側非晶質半導体層と第２受光面側非晶質半導体層とを順に形成する工程Ｃと、
前記貫通孔内に導電体を設ける工程Ｄと
を備え、
前記第１受光面側非晶質半導体層と前記第１裏面側非晶質半導体層とは、ｉ型の導電型を有しており、
前記工程Ｃにおいて、
前記導電体と、前記第１裏面側非晶質半導体層及び前記第２裏面側非晶質半導体層とを絶縁層によって絶縁させる
ことを特徴とする太陽電池の製造方法。
【請求項１】
受光面と、前記受光面の反対に設けられた裏面と、前記受光面から前記裏面まで貫通する貫通孔とを有する半導体基板と、
前記受光面上に形成された第１受光面側非晶質半導体層と、
前記第１受光面側非晶質半導体層上に形成された第２受光面側非晶質半導体層と、
前記裏面上に形成された第１裏面側非晶質半導体層と、
前記第１裏面側非晶質半導体層上に形成された第２裏面側非晶質半導体層と、
前記貫通孔内に設けられ、絶縁層によって前記第１裏面側非晶質半導体層及び前記第２裏面側非晶質半導体層と絶縁された導電体と
を備え、
前記第１受光面側非晶質半導体層と前記第１裏面側非晶質半導体層とは、ｉ型の導電型を有しており、
前記第１受光面側非晶質半導体層と前記第２受光面側非晶質半導体層とは、前記貫通孔内に入り込み、
前記第１裏面側非晶質半導体層と前記第２裏面側非晶質半導体層とは、前記貫通孔内に入り込んでおり、
前記貫通孔の内壁面は、前記第１受光面側非晶質半導体層と前記第１裏面側非晶質半導体層とによって覆われている
ことを特徴とする太陽電池。
【請求項２】
前記第２裏面側非晶質半導体層は、前記半導体基板と同じ導電型を有しており、
前記第１裏面側非晶質半導体層によって覆われる前記貫通孔の内壁面の面積は、前記第１受光面側非晶質半導体層によって覆われる前記貫通孔の内壁面の面積よりも大きい
ことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池。
【請求項３】
前記第２裏面側非晶質半導体層上に形成された裏面側透明導電膜を備え、
前記裏面側透明導電膜は、前記第２裏面側非晶質半導体層と前記絶縁層との間に入り込んでいる
ことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池。
【請求項４】
配列方向に沿って配列された複数の太陽電池と、前記複数の太陽電池を互いに電気的に接続する配線材とを備える太陽電池モジュールであって、
前記複数の太陽電池に含まれる一の太陽電池は、
受光面と、前記受光面の反対に設けられた裏面と、前記受光面から前記裏面まで貫通する貫通孔とを有する半導体基板と、
前記受光面上に形成された第１受光面側非晶質半導体層と、
前記第１受光面側非晶質半導体層上に形成された第２受光面側非晶質半導体層と、
前記裏面上に形成された第１裏面側非晶質半導体層と、
前記第１裏面側非晶質半導体層上に形成された第２裏面側非晶質半導体層と、
前記貫通孔内に設けられた導電体と
を有し、
前記第１受光面側非晶質半導体層と前記第１裏面側非晶質半導体層とは、ｉ型の導電型を有しており、
前記第１受光面側非晶質半導体層と前記第２受光面側非晶質半導体層とは、前記貫通孔内に入り込み、
前記第１裏面側非晶質半導体層と前記第２裏面側非晶質半導体層とは、前記貫通孔内に入り込み、
前記導電体は、前記第１裏面側非晶質半導体層及び前記第２裏面側非晶質半導体層と絶縁層によって絶縁されており、
前記配線材は、前記裏面上において、前記導電体に電気的に接続されている
ことを特徴とする太陽電池モジュール。
【請求項５】
受光面と、前記受光面の反対に設けられた裏面とを有する半導体基板に、前記受光面から前記裏面まで貫通する貫通孔を形成する工程Ａと、
前記裏面上に第１裏面側非晶質半導体層と第２裏面側非晶質半導体層とを順に形成する工程Ｂと、
前記受光面上に第１受光面側非晶質半導体層と第２受光面側非晶質半導体層とを順に形成する工程Ｃと、
前記貫通孔内に導電体を設ける工程Ｄと
を備え、
前記第１受光面側非晶質半導体層と前記第１裏面側非晶質半導体層とは、ｉ型の導電型を有しており、
前記工程Ｃにおいて、
前記導電体と、前記第１裏面側非晶質半導体層及び前記第２裏面側非晶質半導体層とを絶縁層によって絶縁させる
ことを特徴とする太陽電池の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００９−８８２０３（Ｐ２００９−８８２０３Ａ）
【公開日】平成２１年４月２３日（２００９．４．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２５５４２０（Ｐ２００７−２５５４２０）
【出願日】平成１９年９月２８日（２００７．９．２８）
【出願人】（０００００１８８９）三洋電機株式会社 (18,308)
【復代理人】
【識別番号】１００１１７０６４
【弁理士】
【氏名又は名称】伊藤 市太郎
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年４月２３日（２００９．４．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年９月２８日（２００７．９．２８）
【出願人】（０００００１８８９）三洋電機株式会社 (18,308)
【復代理人】
【識別番号】１００１１７０６４
【弁理士】
【氏名又は名称】伊藤 市太郎
【Ｆターム（参考）】
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