專利名稱：光電轉換裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及光電轉換裝置。
背景技術：
近年來，作為全球變暖對策，發電時不排出二氧化碳的光電轉換裝置備受矚目。作為上述光電轉換裝置的代表例子，已知使用單晶硅、多晶硅等結晶硅襯底的太陽能電池。在使用結晶娃襯底的太陽能電池中，廣泛使用具有所謂同質結(homo junction)的結構，其中在結晶娃襯底的一個面一側通過雜質的擴散來形成其導電型與該結晶娃襯底的導電型相反的層。另外，也已知如下結構，其中通過在結晶硅襯底的一個面成膜光學帶隙及導電型與該結晶娃襯底不同的非晶娃，來形成異質結(hetero junction)(參照專利文獻1、2)。[專利文獻I]日本特開平4-130671號公報[專利文獻2]日本特開平10-135497號公報。
發明內容
在上述具有異質結的太陽能電池中，形成有在一導電型的結晶硅襯底和具有與該結晶硅襯底相反的導電型的非晶半導體層之間插入有i型非晶半導體層的P-n結。上述p-n結區中的i型非晶半導體層的插入發揮在終結結晶硅襯底的表面缺陷并且形成陡峭的結的效果，并有助于減少異質界面中的載流子復合。另一方面，上述i型非晶半導體層因為是非晶所以尤其是也存在著導電率小的情況，這成為電阻損失的主要原因。因此，本發明的一個方式的目的之一是提供一種電阻損失少且轉換效率高的光電
轉換裝置。本說明書所公開的本發明的一個方式是一種光電轉換裝置，其特征在于，在一對電極之間，在具有一導電型的結晶娃襯底的一個面形成具有與該結晶娃襯底相反的導電型的第一娃半導體層，在該結晶娃襯底的另一個面形成具有與該結晶娃襯底相同的導電型的第二硅半導體層，第一硅半導體層及第二硅半導體層在厚度方向上載流子濃度不同。本說明書所公開的本發明的一個方式是一種光電轉換裝置，其特征在于，包括具有一導電型的結晶娃襯底；透光導電膜；第一電極；第二電極；設置在結晶娃襯底與透光導電膜之間的具有與結晶硅襯底相反的導電型的單層或疊層結構的第一硅半導體層；以及設置在結晶硅襯底與第二電極之間的具有與結晶硅襯底相同的導電型的單層或疊層結構的第二硅半導體層，第一硅半導體層中的結晶硅襯底一側附近的載流子濃度低于透光導電膜一側附近的載流子濃度，并且第二硅半導體層中的結晶硅襯底一側附近的載流子濃度低于第二電極一側附近的載流子濃度。另外，附注本說明書等中的“第一”、“第二”等序數詞是為了避免構成要素的混同而附加的，并不限定順序或數量。
優選的是,上述結晶娃襯底的導電型為n型,第一娃半導體層的導電型為P型，第二硅半導體層的導電型為n型。另外，也可以在上述第二硅半導體層與第二電極之間形成透光導電膜。本說明書所公開的本發明的另一個方式是一種光電轉換裝置，其特征在于，包括具有一導電型的結晶硅襯底；在結晶硅襯底的一個面形成的由具有與結晶硅襯底相反的導電型的第一娃半導體層及第二娃半導體層構成的疊層；在第二娃半導體層上形成的透光導電膜；在透光導電膜上形成的第一電極；在結晶硅襯底的另一個面形成的由具有與結晶硅襯底相同的導電型的第三硅半導體層及第四硅半導體層構成的疊層；以及在第四硅半導體層上形成的第二電極，第一硅半導體層的載流子濃度低于第二硅半導體層的載流子濃度，并且第三硅半導體層的載流子濃度低于第四硅半導體層的載流子濃度。優選的是,上述結晶娃襯底的導電型為n型,第一娃半導體層及第二娃半導體層的導電型為P型，第三硅半導體層及第四硅半導體層的導電型為n型。另外，也可以在上述第四硅半導體層與第二電極之間形成透光導電膜。另外，優選的是，上述第一硅半導體層的暗電導率為lXK^S/cm以上且IX lCT5S/cm以下，第三娃半導體層的暗電導率為IX lCT9S/cm以上且IX lCT4S/cm以下。另外，本說明書所公開的本發明的另一個方式是一種光電轉換裝置，其特征在于，包括具有一導電型的結晶娃襯底；在結晶娃襯底的一個面形成的具有與結晶娃襯底相反的導電型的第一娃半導體層；在第一娃半導體層上形成的透光導電膜；在透光導電膜上形成的第一電極；在結晶硅襯底的另一個面形成的具有與結晶硅襯底相同的導電型的第二硅半導體層；以及在第二娃半導體層上形成的第二電極，第一娃半導體層中的賦予導電型的雜質元素的濃度分布是在結晶硅襯底一側附近相對低且在透光導電膜一側附近相對高的，并且第二硅半導體層中的賦予`導電型的雜質元素的濃度分布是在結晶硅襯底一側附近相對低且在第二電極一側附近相對高。優選的是，上述結晶硅襯底的導電型為n型，第一硅半導體層的導電型為p型，第二硅半導體層的導電型為n型。 另外，也可以在上述第二硅半導體層與第二電極之間形成透光導電膜。通過使用本發明的一個方式，能夠提供一種能減少電阻損失且轉換效率高的光電轉換裝置。
圖1是說明本發明的一個方式的光電轉換裝置的截面圖。圖2A和圖2B是說明本發明的一個方式的光電轉換裝置的截面圖。圖3A至圖3C是說明本發明的一個方式的光電轉換裝置的制作方法的工序截面圖。圖4A至圖4C是說明本發明的一個方式的光電轉換裝置的制作方法的工序截面圖。圖5是說明本發明的一個方式的光電轉換裝置的截面圖。圖6A和圖6B是說明本發明的一個方式的光電轉換裝置的截面圖。圖7A至圖7C是說明硅半導體層的雜質濃度分布(profile)的圖。
圖8A至圖8C是說明硅半導體層的雜質濃度分布的圖。圖9是說明壽命測定用樣品的圖。圖10是說明具有i型或P型鈍化層的樣品的暗電導率與壽命的關系的圖。圖11是說明具有i型或n型鈍化層的樣品的暗電導率與壽命的關系的圖。
具體實施例方式下面，使用附圖對本發明的實施方式進行詳細說明。但是，本發明不局限于以下說明，所屬技術領域的普通技術人員可以容易地理解其方式和詳細內容能變換為各種形式。此外，本發明不應解釋為限定在以下所示的實施方式所記載的內容。另外，在用于說明實施方式的所有附圖中，有時對相同的部分或具有相同功能的部分附加相同的附圖標記，并省略其重復說明。(實施方式I)
在本實施方式中，對本發明的一個方式中的光電轉換裝置及其制作方法進行說明。圖1是本發明的一個方式中的光電轉換裝置的截面 圖。該光電轉換裝置的結構包括表面進行了凹凸加工的結晶娃襯底100 ;在該結晶娃襯底的一個面上形成的第一娃半導體層110、第二娃半導體層120、透光導電膜150及第一電極170 ;以及在該結晶娃襯底的另一個面上形成的第三硅半導體層130、第四硅半導體層140及第二電極190。另外，第一電極170為柵網電極(grid electrode),并且第一電極170 —側是受光面。在圖1的構造中，從受光面入射的光由于表面的凹凸而傾斜地前進到結晶硅襯底100內，所以能夠隨著光路長度的增大而增大光激發載流子。另外,也能夠引起背面反射光在表面全反射的所謂陷光效應(light trapping effect)。另外，也可以是如圖2A例示那樣只對表面和背面中的任一個面實施凹凸加工的結構。因為通過進行凹凸加工結晶硅襯底的表面積增大，所以能獲得上述光學效應，另一方面會使表面缺陷的絕對量增大。因此，實施者考慮光學效應與表面缺陷量的平衡并以能獲得更好的電特性的方式決定結構即可。另外，也可以是如圖2B所示那樣的結構，即第二電極190也作為柵網電極，在第四娃半導體層140與第二電極190之間形成透光導電膜180,將雙面作為受光面的結構。對于結晶硅襯底100，能夠使用具有一導電型的單晶硅襯底或多晶硅襯底。在本實施方式中，對于結晶硅襯底100，能使用具有n型導電型的單晶硅襯底。在上述構造中，對于在結晶硅襯底100的一個面上形成的第一硅半導體層110及第二硅半導體層120，能夠使用p型硅半導體層。對于該p型硅半導體層，例如能夠使用添加硼、鋁或鎵等賦予P型導電型的雜質及氫的硅半導體層。另外，對于第一硅半導體層110，能夠使用載流子濃度低于第二硅半導體層120的硅半導體層。為了使這樣的結構清楚起見，在本說明書中，將第一硅半導體層110等載流子濃度相對低的P型半導體層的導電型稱為P—型，而相對于此，將第二硅半導體層120等載流子濃度相對高的P型半導體層的導電型稱為P+型。此外，為了調整半導體層的載流子濃度，當利用等離子體CVD法等成膜時改變摻雜氣體的流量比即可。通過相對于原料氣體(例如，甲硅烷)提高摻雜氣體(例如，乙硼烷、磷化氫等)，能夠提高載流子濃度。或者，通過改變成膜壓力、溫度、電力密度等，也能夠改變形成的半導體層中的雜質的活化率來調整載流子濃度。另外，對于本發明的一個方式中的？_型硅半導體層，優選使用因雜質導致的局部能級少的非晶硅半導體層。該非晶硅半導體層的導電率在暗狀態下為lXlO^S/cm以上且I X l(T5S/cm以下，優選為I X l(T9S/cm以上且I X l(T6S/cm以下，更優選為I X l(T9S/cm以上且 I X 10 7S/cm 以下。另外，具有上述導電率(暗導電率)的非晶硅半導體層是通過有意地添加賦予P型導電型的雜質而控制為P_型的非晶硅半導體層。另外，本發明的一個方式中的P+型硅半導體層的導電率在暗狀態下優選大于I X 10 5S/cm。在使用p-n結的光電轉換裝置中，提高p-n結內的電場且提高擴散電位是提高電特性的一種手段。一般而言，通過使用載流子濃度高的P+型半導體或n+型半導體形成結能夠提高擴散電位，但是，P+型半導體及n+型半導體包含較多的賦予導電型的雜質，該雜質會增加局部能級。此外，因該局部能級促進界面能級的生成，所以在結部附近會誘發載流子復合。因此，只提高結層的載流子濃度，不能實現光電轉換裝置的電特性的提高。另一方面，在本發明的一個方式的光電轉換裝置中，在結晶硅襯底100的一個面上，結構為層疊因雜質導致的局部能級少的P_型硅半導體層和提高擴散電位的P+型硅半導體層。該P_型硅半導體層是包含氫的缺陷少的半導體層，能夠將其用作終結結晶硅襯底表面的缺陷的鈍化層。通過形成這樣的平緩的結(n-p_-p+)的構造，能夠提高擴散電位并且盡量抑制因界面能級的影響導致的載流子復合。因此，尤其能夠提高開路電壓及曲線因子。另外,對于在結 晶娃襯底100的另一個面上形成的第三娃半導體層130及第四娃半導體層140，能夠使用n型硅半導體層。對于該n型硅半導體層，例如能夠使用添加磷、砷或銻等賦予n型導電型的雜質及氫的硅半導體層。另外，對于第三硅半導體層130，能夠使用載流子濃度低于第四硅半導體層140的硅半導體層。為了使這樣的結構清楚起見，在本說明書中，將第三硅半導體層130等載流子濃度相對低的n型半導體層的導電型稱為n_型，而相對于此，將第四硅半導體層140等載流子濃度相對高的n型半導體層的導電型稱為n+型。另外，對于本發明的一個方式中的n_型硅半導體層，優選使用因雜質導致的局部能級少的非晶硅半導體層。該非晶硅半導體層是包含氫的缺陷少的半導體層，能夠將其用作終結結晶硅襯底100的表面缺陷的鈍化層。該非晶硅半導體層的導電率在暗狀態下為I X l(T9S/cm以上且I X l(T4S/cm以下，優選為I X l(T8S/cm以上且I X l(T5S/cm以下，更優選為 I X l(T8S/cm 以上且 I X l(T6S/cm 以下。另外，具有上述導電率(暗導電率)的非晶硅半導體層是通過有意地添加賦予n型導電型的雜質而控制為n_型的非晶硅半導體層。另外，本發明的一個方式中的n+型硅半導體層的導電率在暗狀態下優選大于I X 10 4S/cm。此外，在作為n+型硅半導體層的第四硅半導體層140與結晶硅襯底100之間，隔著第三娃半導體層130形成n-n+結。換言之,第四娃半導體層140用作BSF (Back SurfaceField :背面電場)層。因由該結形成的電場，少數載流子被反彈到p-n結一側，因此能夠防止在第二電極190附近的載流子復合。
雖然在現有的異質結型太陽能電池中，高電阻的i型非晶硅半導體層用于與本實施方式中的第一硅半導體層110及第三硅半導體層130相當的區域，但是通過使用本發明的一個方式，能夠降低結部的勢壘。因此，能夠形成電阻損失少的光電轉換裝置。另外，明顯的是，在本發明的一個方式中的光電轉換裝置中，即使第一硅半導體層110和第三硅半導體層130中的任一個為i型，與現有的異質結型太陽能電池相比，也能夠減少電阻損失。此外，在本實施方式中，i型半導體層是沒有有意地添加賦予P型或n型的雜質的高電阻半導體層，或者是通過有意地添加賦予P型或n型的雜質來調整導電型的高電阻半導體層，是指具有小于上述P_型硅半導體層及n_型硅半導體層的值的導電率(暗導電率)的實質上i型的半導體層。對于透光導電膜150、180，例如能夠使用氧化銦錫、含硅的氧化銦錫、含鋅的氧化銦、氧化鋅、含鎵的氧化鋅、含鋁的氧化鋅、氧化錫、含氟的氧化錫、含銻的氧化錫或石墨烯等。另外，透光導電膜不限于單層，也可以為不同膜的疊層。另外，對于第一電極170及第二電極190，能夠使用銀、鋁、銅等低電阻金屬且能夠通過濺射法、真空蒸鍍法等來形成。或者，也可以通過絲網印刷法使用銀膏、銅膏等的導電樹脂形成。接著，使用圖3及圖4說明圖1所示的光電轉換裝置的制作方法。對于本發明的一個方式中的結晶硅襯底100，能夠使用具有n型導電型的單晶硅襯底、多晶硅襯底。對這些結晶硅襯底的制造方法沒有特別的限制。在本實施方式中，對于結晶娃襯底100使用在表面具有通過MCZ (Magnetic Czochralsk1:磁場直拉)法制造的
(100)面的單晶硅襯底。接著，對結晶硅襯底100的表面和背面進行凹凸加工(參照圖3A)。另外，這里以上述那樣使用在表面具有(100)面的單晶硅襯底的情況為例，對凹凸加工的方法的一個例子進行說明。當作為結晶硅襯底100使用多晶硅襯底時，使用干法蝕刻等進行凹凸加工即可。當初始的單晶硅襯底為僅經過切割加工的襯底時，通過濕法蝕刻工序從單晶硅襯底的表面去除殘留的10至20 i! m的損傷層。對于蝕刻液，能夠使用較高濃度的堿溶液，例如，10至50%的氫氧化鈉水溶液或相同濃度的氫氧化鉀水溶液。或者,還可以使用混合氫氟酸與硝酸的混合酸或對它們混合了醋酸的混合酸。接著，通過酸清洗去除附著于去除了損傷層后的單晶硅襯底表面的雜質。作為酸，例如能夠使用0. 5%氫氟酸與1%過氧化氫水的混合液(FPM)等。或者也可以進行RCA清洗等。另外，也可以省略該酸清洗工序。在利用結晶硅的堿溶液的蝕刻中，利用相對于面方位的蝕刻速率的不同來形成凹凸。對于蝕刻液，能夠使用較低濃度的堿溶液，例如I至5%的氫氧化鈉水溶液或相同濃度的氫氧化鉀水溶液，優選添加百分之幾的異丙醇。將蝕刻液的溫度設為70至90°C，將單晶硅襯底浸潰于蝕刻液中30至60分鐘。通過該處理，能夠在單晶硅襯底表面形成由細微的大致為四角錐形的多個凸部及由相鄰的凸部間構成的凹部構成的凹凸。接著，由于在上述用于形成凹凸的蝕刻工序中在硅的表層形成有不均勻的氧化層，所以去除氧化層。另外，由于該氧化層中容易殘留有堿溶液的成分，所以去除殘留的堿溶液成分也是目的之一。當堿金屬 例如Na離子、K離子侵入到硅中時壽命變差，所以光電轉換裝置的電特性會明顯下降。另外，可以使用I至5%的稀氫氟酸去除該氧化層。
接著，優選使用混合了氫氟酸和硝酸的混合酸或對它們混合了醋酸的混合酸對單晶硅襯底的表面進行蝕刻，去除金屬成分等雜質。通過混合醋酸，能得到維持硝酸的氧化力且使蝕刻工序穩定的效果以及調節蝕刻速率的效果。例如，能夠將各酸的體積比設為氫氟酸(約50%):硝酸(60%以上):醋酸(90%以上)=1 :(1. 5至3) :(2至4)。另外，在本說明書中，將氫氟酸、硝酸及醋酸的混合酸液稱為氫氟硝醋酸(HF-nitric-acetic acid)。另外，在使用該氫氟硝醋酸的蝕刻工序中，使凸部的頂點的截面中的角度向變大的方向變化，所以能夠減小表面積，降低表面缺陷的絕對量。另外，當進行使用該氫氟硝醋酸的蝕刻時，能夠省略上述使用稀氫氟酸的去除氧化層的工序。根據上述工序，能夠在作為結晶硅襯底100的單晶硅襯底的表面形成凹凸。另外，為了如圖2A所示那樣只對結晶硅襯底100的單個面進行凹凸加工，可以在進行上述凹凸加工工序之前將耐堿性及耐酸性強的樹脂膜等設置在結晶硅襯底100的一個面，在進行上述凹凸加工工序后去除該樹脂膜。接著，在經過水洗等適當的清洗后，利用等離子體CVD法在結晶硅襯底100的與受光面相反一側的表面上形成第三娃半導體層130。第三娃半導體層130的厚度優選為3nm以上且50nm以下。在本實施方式中，第三娃半導體層130為n_型的非晶娃,厚度為5nm。作為第三硅半導體層130的成膜條件，例如可以為如下條件將甲硅烷氫基磷化氫(0. 5%)以1:(0. 3以上且低于I)的流量比引入反應室，將反應室內的壓力設為IOOPa以上且200Pa以下，將電極間隔設為IOmm以上且40mm以下，將以陰極的面積為基準的電力密度設為8mW/cm2以上且120mW/cm2以下，并將襯底溫度設為150°C以上且300°C以下。接著，在第三硅半導體層130上形成第四硅半導體層140 (參照圖3B)。優選將第四硅半導體層140的厚度設為3nm以上且50nm以下。在本實施方式中，第四硅半導體層140為n+型非晶硅，膜厚為10nm。關于第四硅半導體層140的成膜條件，例如可以為如下條件將甲硅烷氫基磷化氫(0. 5%)以1:(1至15)的流量比引入反應室，將反應室內的壓力設為IOOPa以上且200Pa以下，將電極間隔設為IOmm以 上且40mm以下，將以陰極的面積為基準的電力密度設為8mW/cm2以上且120mW/cm2以下，并將襯底溫度設為150°C以上且300°C以下。接著，使用等離子體CVD法在結晶硅襯底100的成為受光面一側的表面上形成第一娃半導體層110。優選將第一娃半導體層110的厚度設為3nm以上且50nm以下,在本實施方式中，第一娃半導體層110為p_型非晶娃，膜厚為5nm。作為第一硅半導體層Il0的成膜條件，例如可以為如下條件將甲硅烷氫基乙硼烷(0. 1%)以1:(0.01以上且低于I)的流量比引入反應室，將反應室內的壓力設為IOOPa以上且200Pa以下，將電極間隔設為IOmm以上且40mm以下，將以陰極的面積為基準的電力密度設為8mW/cm2以上且120mW/cm2以下，并將襯底溫度設為150°C以上且300°C以下。接著，在第一硅半導體層110上形成第二硅半導體層120 (參照圖3C)。優選將第二硅半導體層120的厚度設為3nm以上且50nm以下。在本實施方式中，第二硅半導體層120為P+型非晶硅，膜厚為10nm。關于第二硅半導體層120的成膜條件，例如可以為如下條件將甲硅烷氫基乙硼烷(0. 1%)以1: (I至20)的流量比引入反應室，將反應室內的壓力設為IOOPa以上且200Pa以下，將電極間隔設為8mm以上且40mm以下，將以陰極的面積為基準的電力密度設為SmW/cm2以上且50mW/cm2以下，并將襯底溫度設為150°C以上且300°C以下。另外，雖然在本實施方式中對于第一娃半導體層110、第二娃半導體層120、第三硅半導體層130及第四硅半導體層140的成膜所使用的電源，使用頻率為13. 56MHz的RF電源，但是也可以使用27. 12MHz,60MHz或IOOMHz的RF電源。此外，除了通過連續放電以外，還可以通過脈沖放電進行成膜。通過進行脈沖放電，能夠提高膜質量并減少氣相中產生的微粒。
此外，設置在結晶硅襯底100的表面和背面的膜的形成順序不限于上述方法，只要能形成圖3C所示的構造即可。例如，也可以形成第三硅半導體層130，接著形成第一硅半導體層110。接著，在第二硅半導體層120上形成透光導電膜150 (參照圖4A)。該透光導電膜能夠使用例如濺射法等成膜上述材料而形成。優選將膜厚設為IOnm以上且IOOOnm以下。接著，在第四硅半導體層140上形成第二電極190 (參照圖4B)。對于第二電極190，能夠使用銀、鋁、銅等低電阻金屬且能夠通過濺射法、真空蒸鍍法等來形成。或者，也可以使用絲網印刷法用銀膏、銅膏等的導電樹脂來形成。接著，在第二硅半導體層120上形成第一電極170 (參照圖4C)。第一電極170為柵網電極，優選使用包含銀膏、銅膏、鎳膏、鑰膏等導電體的樹脂且通過絲網印刷法形成。另夕卜，第一電極170也可以為層疊銀膏和銅膏等不同材料的疊層。另外，為了形成圖2B的結構的光電轉換裝置，在圖4A的結構中，在第四硅半導體層140上形成透光導電膜180，在透光導電膜150、180上形成與圖4C所示的第一電極170相同的形狀的電極即可。通過上述步驟，能夠制作作為本發明的一個方式的電阻損失少的光電轉換裝置。本實施方式能夠與其他實施方式自由組合。(實施方式2)
在本實施方式中，對與實施方式I所示的光電轉換裝置不同的結構的光電轉換裝置進行說明。另外，在本實施方式中，對于與實施方式I共同的方面，省略其詳細說明。圖5是本發明的一個方式中的光電轉換裝置的截面圖。該光電轉換裝置的結構包括表面進行了凹凸加工的結晶娃襯底200 ;在該結晶娃襯底的一個面上形成的第一娃半導體層210、透光導電膜250及第一電極270 ;以及在該結晶硅襯底的另一個面上形成的第二娃半導體層220及第二電極290。另外,第一電極270為柵網電極,并且第一電極270 —側為受光面。另外，也可以是如圖6A所例示那樣只對表面和背面中的任一個面實施凹凸加工的結構。因為通過凹凸加工結晶硅襯底的表面積增大，所以能獲得所謂陷光效應，另一方面表面缺陷的絕對量會增大。因此，實施者考慮光學效應與表面缺陷量的平衡以能夠獲得更好的電特性的方式決定構造即可。另外，也可以為如圖6B所示那樣的構造，即第二電極290也為柵網電極，在第二硅半導體層220與第二電極290之間形成透光導電膜280，將雙面作為受光面的構造。關于本實施方式中的光電轉換裝置，在結晶硅襯底200的兩個面形成的半導體層都是單層，在這一方面與層疊有兩層半導體層的實施方式I所示的光電轉換裝置不同，其他為同樣的結構。
在本實施方式中，對于在結晶娃襯底200的一個面上形成的第一娃半導體層210,能夠使用P型硅半導體層。對第一硅半導體層210，例如能夠使用添加硼、鋁或鎵等賦予p型導電型的雜質及氫的硅半導體層。在此，雖然能說第一硅半導體層210作為整體是p型半導體層，但是為該雜質的濃度分布在厚度方向上不同的結構，具有透光導電膜250 —側的雜質濃度高且結晶硅襯底200 —側的雜質濃度低的濃度分布。另外，也能夠換言之，關于第一硅半導體層210，透光導電膜250 —側的載流子濃度高且結晶硅襯底200 —側的載流子濃度低。例如，可以具有如圖7A、圖7B和圖7C所示那樣的雜質的濃度分布。圖7A是從透光導電膜250 —側(以下，稱為上側)到結晶硅襯底200 —側(以下，稱為下側)呈線性變化的濃度分布。另外，圖7B是從上側到下側緩慢地變化的濃度分布。此外，圖7C是如下濃度分布，即在上側及下側具有雜質濃度固定的區域，并在其間具有雜質濃度變化的區域。另外，圖7A、圖7B和圖7C所示的雜質的濃度分布是一個例子，不限于此。此外，圖7A、圖7B和圖7C是示出相對濃度分布的圖，而不是示出絕對濃度分布的圖。另外，也可以是組合圖7A、圖7B和圖7C中的任一個的濃度分布。此外，如果是上側的雜質濃度高且下側的雜質濃度低的濃度分布，也可以具有極大值。這樣，如果使用具有上側的雜質濃度高且下側的雜質濃度低的濃度分布的半導體層，則能夠將實施方式I所示的兩層半導體層(第一硅半導體層110及第二硅半導體層120)置換為一層半導體層。就是說，能夠將上側的雜質濃度高的區域用作實施方式I所示的P+型半導體層，將下側的雜質濃度低的區域用作實施方式I所示的P—型半導體層。就是說，本實施方式中的光電轉換裝置的第一硅半導體層210，通過因雜質導致的局部能級少的P_型半導體區域與結晶硅襯底200相接，起到降低該結晶硅襯底表面的缺陷的作用，P+型半導體區域起到提高擴散電位的作用。另外，對于在結晶硅襯底200的另一個面上形成的第二硅半導體層220，能夠使用n型硅半導體層。對第二硅半導體層220例如能夠使用添加磷、砷或銻等賦予n型導電型的雜質及氫的娃半導體層。在此，雖然能說第二硅半導體層220作為整體是n型半導體層，但是為該雜質的濃度分布在厚度方向上不同的結構，具有第二電極290 —側的雜質濃度高且結晶硅襯底200一側的雜質濃度低的濃度分布。另外，也能夠換言之，關于第二硅半導體層220，第二電極290 一側的載流子濃度高且結晶硅襯底200 —側的載流子濃度低。例如，可以具有如圖8A、圖8B和圖8C所示那樣的雜質的濃度分布。圖8A是從第二電極290 —側(以下，稱為上側)到結晶硅襯底200 —側(以下，稱為下側)呈線性變化的濃度分布。另外，圖8B是從上側到下側緩慢地變化的濃度分布。此外，圖SC是如下濃度分布，即在上側及下側具有雜質濃度固定的區域，并在其間具有雜質濃度變化的區域。另外，圖8A、圖8B和圖8C所示的雜質的濃度分布是一個例子，不限于此。此外，圖8A、圖8B和圖8C是示出相對濃度分布的圖，而不是示出絕對濃度分布的圖。另外，也可以是組合圖8A、圖8B和圖8C中的任一個的濃度分布。此外，如果是上側的雜質濃度高且下側的雜質濃度低的濃度分布，也可以具有極大值。這樣，如果使用具有上側的雜質濃度高且下側的雜質濃度低的濃度分布的半導體層，則能夠將實施方式I所示的兩層半導體層(第三硅半導體層130及第四硅半導體層140)置換為一層半導體層。就是說，能夠將上側的雜質濃度高的區域用作實施方式I所示的n+型半導體層，將下側的雜質濃度低的區域用作實施方式I所示的n_型半導體層。就是說，本實施方式中的光電轉換裝置的第二硅半導體層220，通過因雜質導致的局部能級少的n_型半導體區域與結晶硅襯底200相接，起到降低該結晶硅襯底表面的缺陷的作用，n+型半導體區域用作BSF層。因此，能夠說本實施方式中的光電轉換裝置是與實施方式I所示的具有平緩的結的光電轉換裝置實際上相同的結構。 除了第一硅半導體層210及第二硅半導體層220之外，還能夠通過參照實施方式I所示的光電轉換裝置的制作方法來制作本實施方式中的光電轉換裝置。第一硅半導體層210能夠通過使用等離子體CVD法形成，優選使膜厚為3nm以上且50nm以下。在本實施方式中，第一娃半導體層210為p型的非晶娃,膜厚為10nm。關于第一硅半導體層210的成膜條件，例如可以為如下條件以甲硅烷氫基磷化氫(0. 5%)為1:0. 3至1:15的方式隨時間經過而改變流量比，并且引入到反應室，將反應室內的壓力設為IOOPa以上且200Pa以下，將電極間隔設為8mm以上且40mm以下，將以陰極的面積為基準的電力密度設為8mW/cm2以上且50mW/cm2以下，并將襯底溫度設為150°C以上且300°C以下。第二硅半導體層220能夠使用等離子體CVD法形成，優選使膜厚為3nm以上且50nm以下。在本實施方式中，第二娃半導體層220為n型非晶娃,膜厚為5nm。關于第二硅半導體層220的成膜條件，例如可以為如下條件以甲硅烷氫基乙硼烷(0. 1%)為1:0. 01至1:20的方式隨時間經過而改變流量比并且引入到反應室，將反應室內的壓力設為IOOPa以上且200Pa以下，將電極間隔設為IOmm以上且40mm以下，將以陰極的面積為基準的電力密度設為8mW/cm2以上且120mW/cm2以下，并將襯底溫度設為150°C以上且300°C以下。通過這樣形成第一硅半導體層210及第二硅半導體層220，能夠制作作為本發明的一個方式的電阻損失少的光電轉換裝置。本實施方式能夠與其他實施方式自由組合。
實施例在本實施例中，對用于驗證p型、n型的各種硅半導體層的鈍化效果的壽命的比較評價的結果進行說明。圖9是用于測定壽命的樣品的截面圖。對襯底300，使用通過FZ法形成的n型單晶硅襯底(直徑￠2英寸，板厚300 iim，電阻率1000 Q ^cm以上)。另外，第一鈍化層310為i型、P型、n型中的任一個的硅半導體層，膜厚為5nm。此外，作為第二鈍化層320，使用i型硅半導體層，膜厚為15nm。另外，為了獲得不同的導電率，制作多個樣品。上述p型各種硅半導體層利用與實施方式I的制作方法同樣的方法，以原料氣體中的硼原子與硅原子的比率(B/Si)為0至0. 003的方式改變甲硅烷和乙硼烷的流量比來成膜。另外，n型各種硅半導體層利用與實施方式I的制作方法同樣的方法，以原料氣體中的磷原子與硅原子的比率(P/Si)為0至0. 07的方式改變甲硅烷和磷化氫的流量比來成膜。另外，對于壽命的測定，使用瑟米萊伯(Semilab)公司制造的壽命測定器(WT-2000)，通過微波反射光電導衰減法(u -P⑶法)進行測量。此外，通過襯底300面內的2mm間距繪圖(mapping)(總共564點測定)來進行測定，結果使用其平均值。圖10是示出作為第一鈍化層310使用i型或p型硅半導體層的樣品的暗電導率與壽命之間的關系的圖表。可知P型樣品的壽命比i型樣品的壽命聞且暗電導率較低的P型樣品的壽命高。換言之，能說:與i型硅半導體層相比，P—型硅半導體層更適合于作為結晶硅襯底表面的鈍化層，其暗電導率的范圍為I X K^S/cm以上且lX10_5S/cm以下，優選為I X l(T9S/cm以上且I X l(T6S/cm以下，更優選為I X l(T9S/cm以上且I X l(T7S/cm以下。另外，圖11是示出作為第一鈍化層310使用i型或n型硅半導體層的樣品的暗電導率與壽命的關系的圖表。可知暗電導率較聞的n型樣品的壽命比i型樣品的壽命聞。換言之，能說:與i型硅半導體層相比，n_型硅半導體層更適合于作為結晶硅襯底表面的鈍化層，其暗電導率的范圍為I X 10-1QS/cm以上且I X l(T5S/cm以下，優選為I X l(T9S/cm以上且I X lCT6S/cm以下，更優選為I X lCT9S/cm以上且I X lCT7S/cm以下。根據以上結果，可知與具有i型導電型的硅半導體層相比，具有p_型或n_型導電型的娃半導體層更適合于作為結晶娃襯底表面的鈍化層。本實施例能夠與其他實施方式自由組合。附圖標記說明 100結晶硅襯底 110第一硅半導體層 120第二硅半導體層 130第三硅半導體層 140第四硅半導體層 150透光導電膜 170第一電極
180透光導電膜 190第二電極 200結晶硅襯底 210第一硅半導體層 220第二硅半導體層 250透光導電膜 270第一電極 280透光導電膜 290第二電極 300襯底 310第一鈍化層 320第二鈍化層。
權利要求
1.一種光電轉換裝置，包括第一電極；第二電極；所述第一電極與所述第二電極之間的具有一導電型的結晶娃襯底；所述結晶娃襯底與所述第一電極之間的具有單層結構或疊層結構的第一娃半導體層，所述第一硅半導體層具有與所述結晶硅襯底的導電型相反的導電型；所述第一硅半導體層與所述第一電極之間的透光導電膜；以及所述結晶硅襯底與所述第二電極之間的具有單層結構或疊層結構的第二硅半導體層，所述第二硅半導體層具有與所述結晶硅襯底相同的導電型，其中，所述第一硅半導體層的載流子濃度在所述第一硅半導體層的第一部分比在所述第一硅半導體層的第二部分高，其中，所述第一硅半導體層的所述第一部分在所述透光導電膜與所述第一硅半導體層之間的界面附近，其中，所述第一硅半導體層的所述第二部分在所述結晶硅襯底與所述第一硅半導體層之間的界面附近，其中，所述第二硅半導體層的載流子濃度在所述第二硅半導體層的第一部分比在所述第二硅半導體層的第二部分高，其中，所述第二硅半導體層的所述第一部分在所述第二電極與所述第二硅半導體層之間的界面附近，以及其中，所述第二硅半導體層的所述第二部分在所述結晶硅襯底與所述第二硅半導體層之間的界面附近。
2.根據權利要求1所述的光電轉換裝置，其中所述結晶硅襯底具有η型導電型，所述第一硅半導體層具有P型導電型，并且所述第二硅半導體層具有η型導電型。
3.根據權利要求1所述的光電轉換裝置，還包括所述第二硅半導體層與所述第二電極之間的透光導電膜。
4.根據權利要求1所述的光電轉換裝置，其中所述結晶硅襯底是單晶硅襯底。
5.一種光電轉換裝置，包括第一電極；第二電極；所述第一電極與所述第二電極之間的具有一導電型的結晶娃襯底；所述結晶硅襯底與所述第一電極之間的具有與所述結晶硅襯底的導電型相反的導電型的第一娃半導體層；所述第一娃半導體層與所述第一電極之間的具有與所述結晶娃襯底的導電型相反的導電型的第二硅半導體層；所述第二硅半導體層與所述第一電極之間的透光導電膜；所述結晶硅襯底與所述第二電極之間的具有與所述結晶硅襯底相同的導電型的第三硅半導體層；以及所述第三硅半導體層與所述第二電極之間的具有與所述結晶硅襯底相同的導電型的第四硅半導體層，其中，所述第一硅半導體層具有比所述第二硅半導體層低的載流子濃度，以及其中，所述第三硅半導體層具有比所述第四硅半導體層低的載流子濃度。
6.根據權利要求5所述的光電轉換裝置，其中所述結晶硅襯底具有η型導電型，所述第一硅半導體層和所述第二硅半導體層具有P型導電型，并且所述第三硅半導體層和所述第四硅半導體層具有η型導電型。
7.根據權利要求5所述的光電轉換裝置，還包括所述第四硅半導體層與所述第二電極之間的透光導電膜。
8.根據權利要求5所述的光電轉換裝置，其中所述第一硅半導體層的暗電導率為I X 10 10S/cm 以上且 I X 10 5S/cm 以下。
9.根據權利要求5所述的光電轉換裝置，其中所述第三硅半導體層的暗電導率為I X l(T9S/cm 以上且 I X l(T4S/cm 以下。
10.根據權利要求5所述的光電轉換裝置，其中所述結晶硅襯底是單晶硅襯底。
11.一種光電轉換裝置，包括第一電極；第二電極；所述第一電極與所述第二電極之間的具有一導電型的結晶娃襯底；所述結晶硅襯底與所述第一電極之間的具有與所述結晶硅襯底的導電型相反的導電型的第一娃半導體層；所述第一硅半導體層與所述第一電極之間的透光導電膜；以及所述結晶硅襯底與所述第二電極之間的具有與所述結晶硅襯底相同的導電型的第二娃半導體層，其中，所述第一硅半導體層中的賦予導電型的雜質元素的濃度從所述第一硅半導體層的第二部分到所述第一硅半導體層的第一部分在膜厚方向上單調增加，其中，所述第一硅半導體層的所述第一部分比所述第一硅半導體層的所述第二部分更接近于所述透光導電膜，其中，所述第二硅半導體層中的賦予導電型的雜質元素的濃度從所述第二硅半導體層的第二部分到所述第二硅半導體層的第一部分在膜厚方向上單調增加，以及其中，所述第二硅半導體層的所述第一部分比所述第二硅半導體層的所述第二部分更接近于所述第二電極。
12.根據權利要求11所述的光電轉換裝置，其中所述第一硅半導體層的所述第一部分在所述透光導電膜與所述第一硅半導體層之間的界面附近，以及其中所述第一硅半導體層的所述第二部分在所述結晶硅襯底與所述第一硅半導體層之間的界面附近。
13.根據權利要求11所述的光電轉換裝置，其中所述第二硅半導體層的所述第一部分在所述第二電極與所述第二硅半導體層之間的界面附近，以及其中所述第二硅半導體層的所述第二部分在所述結晶硅襯底與所述第二硅半導體層之間的界面附近。
14.根據權利要求12所述的光電轉換裝置，其中所述第二硅半導體層的所述第一部分在所述第二電極與所述第二硅半導體層之間的界面附近，以及其中所述第二硅半導體層的所述第二部分在所述結晶硅襯底與所述第二硅半導體層之間的界面附近。
15.根據權利要求11所述的光電轉換裝置，其中所述結晶硅襯底具有η型導電型，所述第一硅半導體層具有P型導電型，并且所述第二硅半導體層具有η型導電型。
16.根據權利要求11所述的光電轉換裝置，還包括所述第二硅半導體層與所述第二電極之間的透光導電膜。
17.根據權利要求11所述的光電轉換裝置，其中所述結晶硅襯底是單晶硅襯底。
全文摘要
本發明提供一種電阻損失少且轉換效率高的光電轉換裝置。光電轉換裝置包括在一對電極之間，在具有一導電型的結晶硅襯底的一個面形成具有與該結晶硅襯底相反的導電型的第一硅半導體層，在該結晶硅襯底的另一個面形成具有與該結晶硅襯底相同的導電型的第二硅半導體層，第一硅半導體層及第二硅半導體層在厚度方向上為載流子濃度不同的結構。
文檔編號H01L31/105GK103035773SQ20121036739
公開日2013年4月10日 申請日期2012年9月28日 優先權日2011年9月30日
發明者沼澤陽一郎, 前田泰, 樋浦吉和, 山崎舜平 申請人:株式會社半導體能源研究所