薄膜光電轉換元件及薄膜光電轉換元件的制造方法

專利名稱：薄膜光電轉換元件及薄膜光電轉換元件的制造方法
技術領域：
本發明涉及薄膜型的薄膜光電轉換元件及薄膜光電轉換元件的制造方法，更詳細而言涉及在元件的表面產生光載流子的薄膜光電轉換元件及薄膜光電轉換元件的制造方法。
背景技術：
在太陽能電池的用途中作為光電轉換元件，試圖進行薄型化而縮減成為發電部的硅的使用量，但將從結晶塊(ingot)切斷的硅晶圓(wafer)的厚度做成150 μ m左右為極限；另外，若使厚度變薄則不能充分吸收光，所以光電轉換效率降低，因此形成防反射膜等， 所以元件整體的薄型化存在極限。因此，用CVD法等制膜非晶硅(以下記為“a-Si”)、微結晶硅的薄膜，提供厚度為一般的硅太陽能電池的左右的薄膜硅太陽能電池。圖8是使用a-Si膜的pin構造的薄膜太陽能電池100(專利文獻1)的截面圖，在玻璃襯底101上形成薄膜太陽能電池100。如該圖所示，薄膜太陽能電池100在銀的下部電極102與氧化銦錫(ITO)的透明上部電極103之間，層疊有形成pin構造的a-Si膜的η層104、半結晶化a_Si膜的i層 105、a-Si膜的ρ層106。在這里，各層的厚度如下下部電極102為IOOnm左右、上部電極 103為70nm左右、η層104為50nm左右、i層105為2 μ m左右、ρ層106為20nm左右。i層105具有接受通過上方的透明上部電極103的光而利用光電效應生成載流子的發電功能，η層104和ρ層106具有向層105施加內部電場而分離i層105的載流子的功能。因此，從薄膜太陽能電池100的上方照射光時，接受光而在i層105分離的載流子向作為層疊方向的η層104或ρ層106移動，如果將下部電極102與上部電極103間短路， 則由于載流子的移動，光感應電流在層疊方向的下部電極102與上部電極103間流動。專利文獻1 日本特開2000-349321號公報

發明內容
然而，即使是通過制膜硅薄膜而薄型化的上述薄膜太陽能電池100，也由于光載流子在作為光的入射方向的Pin構造的各層疊方向流動而發電，所以即使使用吸收系數高的 a-Si，將其厚度做成1 μ m左右也為極限，而且為了取出在層疊方向流動的光感應電流，需要夾著Pin構造進一步配置上部電極103和下部電極102，薄型化存在極限。另外，為了使入射光到達具有發電功能的i層105，需要用ITO等透明導電材料形成覆蓋其上方整個面的上部電極103，另外，因為薄膜保持原樣不能夠充分吸收入射光，所以采用了使用表面紋理等控制光學特性、提高入射光的利用效率的構造。而且，a-Si的禁帶寬度大，雖響應700nm以下的比較短的波長的光，但不能夠利用紅外光等長波長的光，因此采用添加微結晶硅層的縱列(tandem)構造，或者如專利文獻1 所述采用使i層105的非晶及微結晶的結晶比率在層疊方向變化的構造，從而使其對于寬頻帶的光進行響應，因此需要復雜的工藝。本發明是考慮到這樣的現有的問題點而做出的，其目的在于，提供能薄型化至數 IOnm以下的厚度的薄膜光電轉換元件及薄膜光電轉換元件的制造方法。另外，其目的在于，提供能在同一表面配置引出光感應電流的一對電極、進一步薄型化的薄膜光電轉換元件及薄膜光電轉換元件的制造方法。另外，其目的在于，提供能使硅層的厚度為20nm以下、縮減硅材料的使用量、降低成本的薄膜光電轉換元件及薄膜光電轉換元件的制造方法。另外，其目的在于，提供不需要復雜而精密的半導體工藝控制、用退火處理的單純的工序、響應從可見區域到紅外區域的寬頻帶的光的薄膜光電轉換元件及薄膜光電轉換元件的制造方法。為了達到上述目的，權利要求1所述的發明的特征在于，對層疊有由第1金屬構成的第1金屬薄膜層以及與第1金屬薄膜層上的一部分重疊且由第2金屬構成的第2金屬薄膜層的硅襯底進行退火處理，且具備金屬硅化物層，在硅襯底的表面擴散第1金屬和硅而形成；導電薄膜層，在硅襯底的表面的第2金屬薄膜層的層疊部位形成；以及硅擴散部，在所述金屬硅化物層與所述導電薄膜層之間的硅襯底的表面附近擴散硅的納米粒子而形成， 向在與硅襯底的層疊方向形成有肖特基界面的金屬硅化物層或導電薄膜層照射光，在硅襯底的表面的金屬硅化物層與導電薄膜層間產生光感應電流。通過退火處理，在導電薄膜層中第1金屬、第2金屬和硅的納米粒子相互擴散，在金屬硅化物層中第1金屬和硅的納米粒子相互擴散，在最大20nm以下的深度，各元素的活化能量較高，產生狀態圖從大塊性質離開的現象。沿著硅襯底的表面，在硅擴散部與金屬硅化物層間以及硅擴散部與導電薄膜層間分別形成肖特基界面。在導電薄膜層的形成部位，由于第2金屬薄膜層與第1金屬薄膜層層疊，比形成有金屬硅化物的第1金屬薄膜層的厚度厚，所以是金屬相對過剩的區域，促進電阻(ohmic)化，勢壘的阻塞(pinning)減弱，能認為硅擴散部與導電薄膜層間的勢壘的高度低。其結果是，利用硅擴散部與金屬硅化物層間的肖特基勢壘，沿著硅襯底的表面形成以從金屬硅化物層到導電薄膜層的方向作為正向的二極管。向在與硅襯底的層疊方向形成有肖特基界面的導電薄膜層照射光時，在導電薄膜層感應大量光載流子，通過用沿著硅襯底的表面的上述二極管的正偏置特性而沿著硅襯底的表面移動，從而光感應電流沿著表面流動。同樣，向在與硅襯底的層疊方向形成有肖特基界面的金屬硅化物層照射光時，在金屬硅化物層感應大量光載流子，通過用沿著硅襯底的表面的上述二極管的正偏置特性而沿著硅襯底的表面移動，從而光感應電流沿著表面流動。由于在硅襯底的表面形成的金屬硅化物層和導電薄膜層具有導電性，所以能抑制在表面感應的光載流子的傳導損耗。在硅的納米粒子共存的金屬硅化物層和導電薄膜層中，硅粒子為納米尺寸，所以波數選擇規則為與大塊不同的直接遷移，從Si價電子帶產生相當于可見域的能隙的帶間激勵。其結果是，在該導電薄膜層中，主要對于長波長的紅外區域的光，利用層疊方向的肖特基勢壘產生光載流子；并且主要對于短波長的可見光的光，產生硅納米粒子的激勵引起的光載流子，將兩者相加，能獲得響應靈敏度高、從可見光到紅外光的寬頻帶響應特性。
另外，權利要求2所述的發明的特征在于，導電薄膜層的厚度不到lOOnm，金屬硅化物層的厚度比導電薄膜層更薄。能夠大幅度縮減成為導電薄膜層和金屬硅化物層的材料的第1金屬和第2金屬的使用量，分別用在硅襯底上蒸鍍后進行退火處理的簡單的工序在硅襯底上形成。另外，權利要求3所述的發明的特征在于，第1金屬是Co、Fe、W、Ni、Al、Ti的任一個，第2金屬是Au。Co、Fe、W、Ni、Al、Ti的熔點高，高溫中的機械性質優異，適于金屬硅化物的材料。 另外，Au在其周圍幫助第1金屬和硅的納米粒子的擴散，容易形成金屬硅化物與導電薄膜層之間的硅擴散部。另外，權利要求4所述的發明的特征在于，具備第1工序，在硅襯底上成膜由第1 金屬構成的第1金屬薄膜層；第2工序，在第1金屬薄膜層上的一部分成膜由第2金屬構成的第2金屬薄膜層；第3工序，對在硅襯底上層疊的第1金屬薄膜層和第2金屬薄膜層進行退火處理，在襯底上形成擴散第1金屬和硅的金屬硅化物層、第2金屬薄膜層的層疊部位的導電薄膜層、以及在所述金屬硅化物層與所述導電薄膜層之間在硅襯底的表面附近擴散硅的納米粒子的硅擴散部，向與硅襯底的層疊方向形成有肖特基界面的金屬硅化物層或導電薄膜層照射光，在硅襯底的表面的金屬硅化物層與導電薄膜層間產生光感應電流。通過退火處理，在導電薄膜層中第1金屬、第2金屬和硅的納米粒子相互擴散，在金屬硅化物層中第1金屬和硅的納米粒子相互擴散，在最大20nm以下的深度，各元素的活化能量高，產生狀態圖從大塊性質離開的現象。沿著硅襯底的表面，在硅擴散部與金屬硅化物層間以及硅擴散部與導電薄膜層間分別形成肖特基界面。在導電薄膜層的形成部位，由于第2金屬薄膜層與第1金屬薄膜層層疊，厚度比形成有金屬硅化物的第1金屬薄膜層厚，所以是金屬相對過剩的區域，促進電阻化，勢壘的阻塞減弱，能認為硅擴散部與導電薄膜層間的勢壘的高度低。其結果是，利用硅擴散部與金屬硅化物層間的肖特基勢壘，沿著硅襯底的表面形成以從金屬硅化物層到導電薄膜層的方向作為正向的二極管。向在與硅襯底的層疊方向形成有肖特基界面的導電薄膜層照射光時，在導電薄膜層感應大量光載流子，通過用沿著硅襯底的表面的上述二極管的正偏置特性而沿著硅襯底的表面移動，從而光感應電流沿著表面流動。同樣，向在與硅襯底的層疊方向形成有肖特基界面的金屬硅化物層照射光時，在金屬硅化物層感應大量光載流子，通過用沿著硅襯底的表面的上述二極管的正偏置特性而沿著硅襯底的表面移動，從而光感應電流沿著表面流動。由于在硅襯底的表面形成的金屬硅化物層和導電薄膜層具有導電性，所以能抑制在表面感應的光載流子的傳導損耗。在硅的納米粒子共存的金屬硅化物層和導電薄膜層中，硅粒子成為納米尺寸，所以波數選擇規則成為與大塊不同的直接遷移，從Si價電子帶產生相當于可見域的能隙的帶間激勵。其結果是，在該導電薄膜層中，主要對于長波長的紅外區域的光，利用層疊方向的肖特基勢壘產生光載流子；并且主要對于短波長的可見光的光，產生硅納米粒子的激勵引起的光載流子，將兩者相加，能獲得響應靈敏度高、從可見光到紅外光的寬頻帶響應特性。
另外，權利要求5所述的發明的特征在于，導電薄膜層的厚度不到lOOnm，金屬硅化物層的厚度比導電薄膜層更薄。能夠大幅度縮減成為導電薄膜層和金屬硅化物層的材料的第1金屬和第2金屬的使用量，分別用在硅襯底上蒸鍍后進行退火處理的簡單的工序在硅襯底上形成。另外，權利要求6所述的發明的特征在于，第1金屬是Co、Fe、W、Ni、Al、Ti的任一個，第2金屬是Au。Co、Fe、W、Ni、Al、Ti的熔點高，高溫中的機械性質優異，適于金屬硅化物的材料。 另外，Au在其周圍幫助第1金屬和硅的納米粒子的擴散，容易形成金屬硅化物與導電薄膜層之間的硅擴散部。依據權利要求1和權利要求4所述的發明，不是對透過硅襯底內的光進行光電轉換，而是在襯底的表層進行光電轉換，所以光損失小，能用高的靈敏度獲得光感應電流。另外，光載流子沿著襯底的表面移動，所以產生移動速度約107cm/s的化合物半導體水平的高速光感應載流子。因此，在作為光檢測傳感器使用的情況下，能夠實現超高速圖像傳感器、對于GHz THz帶的光調制波進行回應的光電轉換元件。由于是薄膜型，所以也能夠作為可陣列化的表面檢測型CCD傳感器使用。另外，能夠不依賴于與硅的肖特基勢壘的高度、對于從可見區域到紅外區域的寬的波長頻帶的光進行響應而產生光感應電流。因此，在作為光檢測傳感器使用的情況下，能夠以優異的靈敏度特性檢測寬頻帶的光。另外，在作為太陽能電池使用的情況下，能夠將寬度較寬的頻帶的太陽光進行光電轉換而利用于電力，特別是在陰天時，對于使用p-n結的 Si類光電轉換元件的太陽能電池，能夠將大致2倍的太陽能利用于電力。而且，通過對日落后在大氣中散射的紅外光進行光電轉換，能夠期待晝夜發電；由于在熱轉換前對散射的紅外光進行光電轉換，所以也能夠期待其作為應對地球暖化的方案。另外，與通過制膜pn結的光電轉換元件、硅薄膜而薄型化的薄膜光電轉換元件相比，能夠飛躍性地進行薄型化，能夠僅使用極少量的第1金屬、第2金屬、硅等稀有元素而進行制造。另外，由于能夠將光感應電流、光感應電壓從與硅襯底的同一表面側的金屬硅化物層和導電薄膜層連接的一對電極取出，所以一對引出電極不在層疊方向分開配置，能夠使薄膜光電轉換元件進一步薄型化。而且，依據權利要求4所述的發明，能夠用僅對在表面層疊第1金屬薄膜層、進一步在其一部分層疊第2金屬薄膜層的硅襯底進行退火處理的單純的制造工藝而進行制造， 該工藝能夠利用形成金屬硅化物層的Si基底的工藝。依據權利要求2和權利要求5所述的發明，由于在硅襯底的表層的厚度不到IOOnm 的導電薄膜層和更薄的金屬硅化物層產生光感應電流，所以能薄膜化，在太陽能電池的用途中，能夠粘貼在樓房、汽車窗戶、便攜電話機等攜帶設備的殼體等，對于安裝場所沒有限制。依據權利要求3和權利要求6所述的發明，由于第1金屬和作為貴金屬的第2金屬都僅為了形成金屬硅化物層和導電薄膜層而使用，所以能夠用極少量的稀有元素進行制造。第1金屬的熔點高、高溫中的機械性質優異，適于金屬硅化物的材料。特別是第1金屬為Co的情況下，金屬硅化物是利用于硅器件的電極基底的CoSix，能夠利用現存的工藝。


圖1是本發明的一種實施方式的薄膜光電轉換元件1的縱截面圖。圖2是薄膜光電轉換元件1的等效電路圖。圖3是示出薄膜光電轉換元件1的制造工藝的工序圖。圖4是示出在薄膜光電轉換元件1的電極4、5間施加的偏置電壓V和在電極4、5 間流動的電流Ib、Ibl、Ib2的關系的I-V線圖。圖5是將向金屬硅化物層3照射光時在電極4、5間流動的光感應電流I1以及向導電薄膜層9照射光時在電極4、5間流動的光感應電流I2用與偏置電壓的關系示出的I-V 線圖。圖6是示出向金屬硅化物層3照射光而感應的光載流子的移動的能量圖。圖7是示出向導電薄膜層9照射光而感應的光載流子的移動的能量圖。圖8是現有的薄膜太陽能電池100的截面圖。
具體實施例方式下面，使用圖1 圖7說明本發明的一種實施方式的薄膜光電轉換元件1及其制造方法。如圖1所示，本實施方式的薄膜光電轉換元件1具備作為半導體襯底的由η型Si 構成的n-Si襯底2，作為在n-Si襯底2的表面上自組裝的金屬硅化物層的CoSix層3，與 CoSix層3的一部分電阻性連接的陽極電極4，在n-Si襯底2的表面上形成的導電薄膜層 9，與導電薄膜層9的一部分電阻性連接的陰極電極5，在CoSix層3與導電薄膜層9之間硅的納米粒子擴散到表面的硅擴散部6 ；在這里，作為在太陽能電池的用途中使用的元件，能粘貼在窗玻璃的玻璃板10。這樣，在n-Si襯底2的同一表面側形成向外部引出光感應電流的一對陽極電極4和陰極電極5。該構成的薄膜光電轉換元件1，如圖3的示出制造工藝的工序圖所示，在幾乎為正方形的由η型Si構成的n-Si襯底2上利用濺射成膜厚度Snm的Co薄膜7 ( 4 )，進行5分鐘有機清洗后(口)，進行掩模印刷在正方形的Co薄膜7上的一部分區域濺射形成厚度約 IOnm的Au薄膜8以便形成導電薄膜層9 ( 〃)。然后，用3分鐘的升溫時間升溫到400 SOO0C，優選升溫到600°C，在600°C的溫度進行3分鐘退火處理(二)，分別將陽極電極4和陰極電極5與在n-Si襯底2上形成的CoSix層3和導電薄膜層9電阻性連接(* )，從而制造薄膜光電轉換元件1。經過該工藝制造的薄膜光電轉換元件1，通過上述退火處理，層疊的Si、Co及Au相互擴散，在僅成膜有Co薄膜7的區域中，在Si襯底2的表面上形成自組裝的CoSix層3，并且在C0薄膜7上進一步形成有Au薄膜8的區域，形成Co、Au和Si的納米粒子擴散的Co、 Au豐富的導電薄膜層9。通過退火處理，在形成有CoSix層3和導電薄膜層9的區域，在其與層疊方向的 n-Si襯底2之間形成肖特基界面。在形成有導電薄膜層9的區域，在CoSix與Si間或Au 與Si間的任一個形成肖特基界面。另外，在通過退火處理擴散進一步推進的區域，形成與n-Si襯底2電阻性連接的區域。因此，如圖2所示，在形成有肖特基界面的區域，形成分別以從CoSix層3及導電薄膜層9到層疊方向的n-Si襯底2的方向作為正向的二極管D2、 D3，并且在電阻性連接的區域，與二極管D2、D3并列地形成電阻R2、R3連接的等效電路。通過退火處理，在導電薄膜層9中Co、Au和Si的納米粒子相互擴散，在CoSix層 3中Co、Si的納米粒子相互擴散，在最大20nm以下的深度，各元素的活化能量高，產生狀態圖從大塊性質離開的現象。在Si納米粒子共存的CoSix層3和導電薄膜層9中，Si粒子為納米尺寸，所以波數選擇規則成為與大塊不同的直接遷移，從Si價電子帶產生相當于可見域的能隙的帶間激勵。其結果是，在該CoSix層3及導電薄膜層9中，對于長波長的紅外區域的光，利用層疊方向的肖特基勢壘產生光載流子；并且對于短波長的可見光的光也產生硅納米粒子的激勵引起的光載流子，通過響應兩者，能夠獲得響應靈敏度高、從可見光到紅外光的寬頻帶響應特性。并且，通過退火處理，在Au薄膜8的周圍，受Au的幫助n_Si襯底2的Si納米粒子容易擴散到表面附近，在CoSix層3與導電薄膜層9之間，大量硅納米粒子和CoSiX、Au、 Co 一起擴散的硅擴散部6，在這里在從Au薄膜8的周圍最大Imm以內的寬度形成。理論上說，在沿著n-Si襯底2的表面的水平方向，在由半導體構成的硅擴散部6與導電薄膜層9 間以及硅擴散部6與CoSix層3間也形成肖特基界面，但是由于在退火處理前與僅由Co薄膜7構成的CoSix層3側相比，Au薄膜8與Co薄膜7層疊的導電薄膜層9側的金屬為相對過剩的區域，所以能認為促進電阻化，勢壘的阻塞減弱，能認為硅擴散部6與導電薄膜層 9間的勢壘的高度較低。其結果是，利用硅擴散部6與CoSix層3間的肖特基勢壘，形成以從水平方向的CoSix層3到導電薄膜層9的方向作為正向的二極管Dl。因此，進行退火處理的薄膜光電轉換元件1成為用圖2所示的等效電路圖示出的電路構成。然而這些等效電路在20nm內的厚度的薄膜的CoSix層3、硅擴散部6、導電薄膜層9和n-Si襯底2的極淺的表層形成。此外，電阻Rl是在陽極電極4與陰極電極5之間的CoSix層3的電阻。為了確認從如上所述地構成的薄膜光電轉換元件1的表面側(圖1中的上方)照射光、在接受光的同一表面側形成的陽極電極4與陰極電極5間產生光感應電流I1U2的情況，進行了以下測定使陽極電極4和陰極電極5的偏置電壓Vb變化，并且向CoSix層3和導電薄膜層9照射波長632nm、輸出1. 68mV、照射面積0. 4/mm2的激勵用激光，與不照射激勵用激光的情況下在陽極電極4與陰極電極5間流動的電流Ib進行比較。圖4是示出在各測定條件下在陽極電極4與陰極電極5間產生的電流Ib、Ibl、Ib2 與偏置電壓Vb的關系的I-V線圖；圖中用虛線表示的Ib是不照射激勵用激光的情況下在陽極電極4與陰極電極5間流動的電流值，Ibl是向CoSix層3照射激勵用激光而產生的電流值，Ib2是向導電薄膜層9照射激勵用激光而產生的電流值。由在負的偏置電壓幾乎為O、隨著正的偏置電壓的上升而上升的該圖所示的電流 Ib的波形，確認以從CoSix層3到導電薄膜層9的方向作為正向的二極管D1，從I-V線圖估計的其肖特基勢壘的高度，推定為0. 56eV 0. 58eV。圖5是從圖4所示的測定結果中除去由偏置電壓引起的在陽極電極4與陰極電極 5之間流動的電流Ib，而僅將利用激勵用激光產生的光感應電流Ip I2用與偏置電壓Vb的關系表示的I-V線圖。S卩，圖中I1是用Ibl-Ib算出的電流值，I2是用Ib2-Ib算出的電流值，圖中的數值(單位mA)是在施加用其左側的縱軸表示的偏置電壓Vb時的電流值。如圖5所示，向CoSix層3照射激勵用激光而產生的光感應電流I1,在施加正的偏置電壓Vb期間電流值幾乎為0，施加負的偏置電壓Vb時，從陰極電極5到陽極電極4的方向流動-0. 98mA左右的電流。如圖6所示，在施加正的偏置電壓Vb的狀態下，從CoSix層3的下層的n_Si襯底 2接受光而感應的光載流子(光感應電子)向陰極電極5方向的移動被其間的肖特基勢壘阻止，向+側電位的陽極電極4的方向引導，經由電阻R2與其下方的n-Si襯底2的空穴復合。因此，不表示為在陽極電極4與陰極電極5間流動的電流Ip另一方面，在施加負的偏置電壓Vb的狀態下，雖然向二極管Dl施加反偏置，但是從n-Si襯底2向CoSix層3感應的光載流子(光感應電子)向+側電位的陰極電極5的方向引導，以旁路或隧道效應通過二極管D1，在導電薄膜層9流到陰極電極5，經由陽極電極4和電阻R2與其下方的n-Si襯底2的空穴復合。因此，沿著薄膜光電轉換元件1的表面流動負的光感應電流I。另外，如圖5所示，向導電薄膜層9照射激勵用激光而產生的光感應電流I2，施加正的偏置電壓Vb時，從陽極電極4到陰極電極5的正方向流動0. 35mA左右的電流，在施加負的偏置電壓Vb期間，電流值幾乎不流動。如圖7所示，在施加正的偏置電壓Vb的狀態下，從導電薄膜層9的下層的n-Si襯底2接受光而感應的光載流子(光感應電子)，從n-Si襯底2向CoSix層3感應的光載流子(光感應電子)，向+側電位的陽極電極4的方向引導，由于向二極管Dl施加正偏置，所以通過二極管D1，在導電性的CoSix層3流到陽極電極4，經由陰極電極5和電阻R3，與其下方的n-Si襯底2的空穴復合。因此，沿著薄膜光電轉換元件1的表面流動正的光感應電流12。另一方面，在施加負的偏置電壓Vb的狀態下，從n-Si襯底2向導電薄膜層9感應的光載流子(光感應電子)，向陰極電極5的方向的移動被施加反偏置的二極管Dl的勢壘阻止，并且向著+側電位的陰極電極5的方向引導，經由電阻R3與其下方的n-Si襯底2的空穴復合。因此，不表示為在陽極電極4與陰極電極5之間流動的電流12。上述光感應電流I” 12，主要在n-Si襯底2上的20nm以下的厚度的表面導電層流動，另外，由于利用用多數載流子進行動作的肖特基，所以具有相當于載流子高速移動、 載流子在面內方向移動的HEMT(High Electron Mobility ^Transistor 高電子遷移率晶體管)的高速響應性，能用于GHz THz帶的光傳感器。另外，在本實施方式的薄膜光電轉換元件1中，已驗證了響應從可見區域到紅外區域的波長(0.4 2μπι)的光的情況，在作為太陽能電池的用途使用的情況下，能夠從可見光直到紅外光進行光電轉換，提高轉換效率，且能夠用極薄膜做成可撓性的薄膜光電轉換元件1，所以粘貼在樓房的墻面或便攜設備的外殼表面也能發電，其安裝空間不受限制。而且，本實施方式那樣僅在n-Si襯底2上形成CoSix層3、硅擴散部6、導電薄膜層9，所以能夠利用簡單的Si基底的工藝制造太陽能電池及圖像傳感器等用途的光電轉換元件。另外，在形成CoSix層3的n-Si襯底2上成膜的Co薄膜7，也可以是狗、W、Ni、 Al、Ti等的薄膜金屬層；硅襯底2也可以是p-Si襯底。產業上的可利用性本發明適于太陽能電池或高速光傳感器所使用的薄膜光電轉換元件。
附圖標記說明1薄膜光電轉換元件；2n_Si襯底(硅襯底)；3CoSix層(金屬硅化物層)；4陽極電極；5陰極電極；6硅擴散部；7Co薄膜(第1金屬薄膜層)；SAu薄膜(第2金屬薄膜層)； 9導電薄膜層。
權利要求
1.一種薄膜光電轉換元件，其特征在于，對層疊有由第1金屬構成的第1金屬薄膜層以及與第1金屬薄膜層上的一部分重疊且由第2金屬構成的第2金屬薄膜層的硅襯底進行退火處理，所述薄膜光電轉換元件具備金屬硅化物層，在硅襯底的表面擴散第1金屬和硅而形成； 導電薄膜層，在硅襯底的表面的第2金屬薄膜層的層疊部位形成；以及硅擴散部，在所述金屬硅化物層與所述導電薄膜層之間的硅襯底的表面附近擴散硅的納米粒子而形成，向在與硅襯底的層疊方向形成有肖特基界面的金屬硅化物層或導電薄膜層照射光，在硅襯底的表面的金屬硅化物層與導電薄膜層間產生光感應電流。
2.一種薄膜光電轉換元件，其特征在于，導電薄膜層的厚度不到lOOnm，金屬硅化物層的厚度比導電薄膜層更薄。
3.如權利要求1或2所述的薄膜光電轉換元件，其特征在于，第1金屬是Co、Fe、W、Ni、 Al、Ti的任一個，第2金屬是Au。
4.一種薄膜光電轉換元件的制造方法，其特征在于，具備第1工序，在硅襯底上成膜由第1金屬構成的第1金屬薄膜層；第2工序，在第1金屬薄膜層上的一部分成膜由第2金屬構成的第2金屬薄膜層；以及第3工序，對在硅襯底上層疊的第1金屬薄膜層和第2金屬薄膜層進行退火處理，在襯底上形成擴散第1金屬和硅的金屬硅化物層、第2金屬薄膜層的層疊部位的導電薄膜層、以及在所述金屬硅化物層與所述導電薄膜層之間在硅襯底的表面附近擴散硅的納米粒子的硅擴散部，向在與硅襯底的層疊方向形成有肖特基界面的金屬硅化物層或導電薄膜層照射光，在硅襯底的表面的金屬硅化物層與導電薄膜層間產生光感應電流。
5.如權利要求4所述的薄膜光電轉換元件的制造方法，其特征在于，導電薄膜層的厚度不到lOOnm，金屬硅化物層的厚度比導電薄膜層更薄。
6.如權利要求4或5所述的薄膜光電轉換元件的制造方法，其特征在于，第1金屬是 Co、Fe、W、Ni、Al、Ti 的任一個，第 2 金屬是 Au。
全文摘要
提供能薄型化至數10nm以下的厚度的薄膜光電轉換元件及薄膜光電轉換元件的制造方法。具備在硅襯底的表面擴散第1金屬和硅而形成的金屬硅化物層、在硅襯底的表面的第2金屬薄膜層的層疊部位形成的導電薄膜層、以及在所述金屬硅化物層與所述導電薄膜層之間的硅襯底的表面附近擴散硅的納米粒子而形成的硅擴散部，向在與硅襯底的層疊方向形成有肖特基界面的金屬硅化物層或導電薄膜層照射光，在硅襯底的表面的金屬硅化物層與導電薄膜層間產生光感應電流。
文檔編號H01L31/04GK102598290SQ20098016095
公開日2012年7月18日 申請日期2009年9月14日 優先權日2009年8月11日
發明者J·布里塞諾 申請人:日商盧光股份有限公司