CN103035773B - 光电转换装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种电阻损失少且转换效率高的光电转换装置。光电转换装置包括：在一对电极之间，在具有一导电型的结晶硅衬底的一个面形成具有与该结晶硅衬底相反的导电型的第一硅半导体层，在该结晶硅衬底的另一个面形成具有与该结晶硅衬底相同的导电型的第二硅半导体层，第一硅半导体层及第二硅半导体层在厚度方向上为载流子浓度不同的结构。

Description

光电转换装置
技术领域
本发明涉及光电转换装置。
背景技术
近年来，作为全球变暖对策，发电时不排出二氧化碳的光电转换装置备受瞩目。作为上述光电转换装置的代表例子，已知使用单晶硅、多晶硅等结晶硅衬底的太阳能电池。
在使用结晶硅衬底的太阳能电池中，广泛使用具有所谓同质结（homo junction）的结构，其中在结晶硅衬底的一个面一侧通过杂质的扩散来形成其导电型与该结晶硅衬底的导电型相反的层。
另外，也已知如下结构，其中通过在结晶硅衬底的一个面成膜光学带隙及导电型与该结晶硅衬底不同的非晶硅，来形成异质结（hetero junction）（参照专利文献1、2）。
[专利文献1]日本特开平4-130671号公报
[专利文献2]日本特开平10-135497号公报。
发明内容
在上述具有异质结的太阳能电池中，形成有在一导电型的结晶硅衬底和具有与该结晶硅衬底相反的导电型的非晶半导体层之间插入有i型非晶半导体层的p-n结。
上述p-n结区中的i型非晶半导体层的插入发挥在终结结晶硅衬底的表面缺陷并且形成陡峭的结的效果，并有助于减少异质界面中的载流子复合。
另一方面，上述i型非晶半导体层因为是非晶所以尤其是也存在着导电率小的情况，这成为电阻损失的主要原因。
因此，本发明的一个方式的目的之一是提供一种电阻损失少且转换效率高的光电转换装置。
本说明书所公开的本发明的一个方式是一种光电转换装置，其特征在于，在一对电极之间，在具有一导电型的结晶硅衬底的一个面形成具有与该结晶硅衬底相反的导电型的第一硅半导体层，在该结晶硅衬底的另一个面形成具有与该结晶硅衬底相同的导电型的第二硅半导体层，第一硅半导体层及第二硅半导体层在厚度方向上载流子浓度不同。
本说明书所公开的本发明的一个方式是一种光电转换装置，其特征在于，包括：具有一导电型的结晶硅衬底；透光导电膜；第一电极；第二电极；设置在结晶硅衬底与透光导电膜之间的具有与结晶硅衬底相反的导电型的单层或叠层结构的第一硅半导体层；以及设置在结晶硅衬底与第二电极之间的具有与结晶硅衬底相同的导电型的单层或叠层结构的第二硅半导体层，第一硅半导体层中的结晶硅衬底一侧附近的载流子浓度低于透光导电膜一侧附近的载流子浓度，并且第二硅半导体层中的结晶硅衬底一侧附近的载流子浓度低于第二电极一侧附近的载流子浓度。
另外，附注本说明书等中的“第一”、“第二”等序数词是为了避免构成要素的混同而附加的，并不限定顺序或数量。
优选的是，上述结晶硅衬底的导电型为n型，第一硅半导体层的导电型为p型，第二硅半导体层的导电型为n型。
另外，也可以在上述第二硅半导体层与第二电极之间形成透光导电膜。
本说明书所公开的本发明的另一个方式是一种光电转换装置，其特征在于，包括：具有一导电型的结晶硅衬底；在结晶硅衬底的一个面形成的由具有与结晶硅衬底相反的导电型的第一硅半导体层及第二硅半导体层构成的叠层；在第二硅半导体层上形成的透光导电膜；在透光导电膜上形成的第一电极；在结晶硅衬底的另一个面形成的由具有与结晶硅衬底相同的导电型的第三硅半导体层及第四硅半导体层构成的叠层；以及在第四硅半导体层上形成的第二电极，第一硅半导体层的载流子浓度低于第二硅半导体层的载流子浓度，并且第三硅半导体层的载流子浓度低于第四硅半导体层的载流子浓度。
优选的是，上述结晶硅衬底的导电型为n型，第一硅半导体层及第二硅半导体层的导电型为p型，第三硅半导体层及第四硅半导体层的导电型为n型。
另外，也可以在上述第四硅半导体层与第二电极之间形成透光导电膜。
另外，优选的是，上述第一硅半导体层的暗电导率为1×10-10S/cm以上且1×10-5S/cm以下，第三硅半导体层的暗电导率为1×10-9S/cm以上且1×10-4S/cm以下。
另外，本说明书所公开的本发明的另一个方式是一种光电转换装置，其特征在于，包括：具有一导电型的结晶硅衬底；在结晶硅衬底的一个面形成的具有与结晶硅衬底相反的导电型的第一硅半导体层；在第一硅半导体层上形成的透光导电膜；在透光导电膜上形成的第一电极；在结晶硅衬底的另一个面形成的具有与结晶硅衬底相同的导电型的第二硅半导体层；以及在第二硅半导体层上形成的第二电极，第一硅半导体层中的赋予导电型的杂质元素的浓度分布是在结晶硅衬底一侧附近相对低且在透光导电膜一侧附近相对高的，并且第二硅半导体层中的赋予导电型的杂质元素的浓度分布是在结晶硅衬底一侧附近相对低且在第二电极一侧附近相对高。
优选的是，上述结晶硅衬底的导电型为n型，第一硅半导体层的导电型为p型，第二硅半导体层的导电型为n型。
另外，也可以在上述第二硅半导体层与第二电极之间形成透光导电膜。
通过使用本发明的一个方式，能够提供一种能减少电阻损失且转换效率高的光电转换装置。
附图说明
图1是说明本发明的一个方式的光电转换装置的截面图。
图2A和图2B是说明本发明的一个方式的光电转换装置的截面图。
图3A至图3C是说明本发明的一个方式的光电转换装置的制作方法的工序截面图。
图4A至图4C是说明本发明的一个方式的光电转换装置的制作方法的工序截面图。
图5是说明本发明的一个方式的光电转换装置的截面图。
图6A和图6B是说明本发明的一个方式的光电转换装置的截面图。
图7A至图7C是说明硅半导体层的杂质浓度分布（profile）的图。
图8A至图8C是说明硅半导体层的杂质浓度分布的图。
图9是说明寿命测定用样品的图。
图10是说明具有i型或p型钝化层的样品的暗电导率与寿命的关系的图。
图11是说明具有i型或n型钝化层的样品的暗电导率与寿命的关系的图。
具体实施方式
下面，使用附图对本发明的实施方式进行详细说明。但是，本发明不局限于以下说明，所属技术领域的普通技术人员可以容易地理解其方式和详细内容能变换为各种形式。此外，本发明不应解释为限定在以下所示的实施方式所记载的内容。另外，在用于说明实施方式的所有附图中，有时对相同的部分或具有相同功能的部分附加相同的附图标记，并省略其重复说明。
（实施方式1）
在本实施方式中，对本发明的一个方式中的光电转换装置及其制作方法进行说明。
图1是本发明的一个方式中的光电转换装置的截面图。该光电转换装置的结构包括：表面进行了凹凸加工的结晶硅衬底100；在该结晶硅衬底的一个面上形成的第一硅半导体层110、第二硅半导体层120、透光导电膜150及第一电极170；以及在该结晶硅衬底的另一个面上形成的第三硅半导体层130、第四硅半导体层140及第二电极190。另外，第一电极170为栅网电极（grid electrode），并且第一电极170一侧是受光面。
在图1的构造中，从受光面入射的光由于表面的凹凸而倾斜地前进到结晶硅衬底100内，所以能够随着光路长度的增大而增大光激发载流子。另外，也能够引起背面反射光在表面全反射的所谓陷光效应（light trapping effect）。
另外，也可以是如图2A例示那样只对表面和背面中的任一个面实施凹凸加工的结构。因为通过进行凹凸加工结晶硅衬底的表面积增大，所以能获得上述光学效应，另一方面会使表面缺陷的绝对量增大。因此，实施者考虑光学效应与表面缺陷量的平衡并以能获得更好的电特性的方式决定结构即可。
另外，也可以是如图2B所示那样的结构，即第二电极190也作为栅网电极，在第四硅半导体层140与第二电极190之间形成透光导电膜180，将双面作为受光面的结构。
对于结晶硅衬底100，能够使用具有一导电型的单晶硅衬底或多晶硅衬底。在本实施方式中，对于结晶硅衬底100，能使用具有n型导电型的单晶硅衬底。
在上述构造中，对于在结晶硅衬底100的一个面上形成的第一硅半导体层110及第二硅半导体层120，能够使用p型硅半导体层。对于该p型硅半导体层，例如能够使用添加硼、铝或镓等赋予p型导电型的杂质及氢的硅半导体层。
另外，对于第一硅半导体层110，能够使用载流子浓度低于第二硅半导体层120的硅半导体层。为了使这样的结构清楚起见，在本说明书中，将第一硅半导体层110等载流子浓度相对低的p型半导体层的导电型称为p-型，而相对于此，将第二硅半导体层120等载流子浓度相对高的p型半导体层的导电型称为p+型。
此外，为了调整半导体层的载流子浓度，当利用等离子体CVD法等成膜时改变掺杂气体的流量比即可。通过相对于原料气体（例如，甲硅烷）提高掺杂气体（例如，乙硼烷、磷化氢等），能够提高载流子浓度。或者，通过改变成膜压力、温度、电力密度等，也能够改变形成的半导体层中的杂质的活化率来调整载流子浓度。
另外，对于本发明的一个方式中的p-型硅半导体层，优选使用因杂质导致的局部能级少的非晶硅半导体层。该非晶硅半导体层的导电率在暗状态下为1×10-10S/cm以上且1×10-5S/cm以下，优选为1×10-9S/cm以上且1×10-6S/cm以下，更优选为1×10-9S/cm以上且1×10-7S/cm以下。
另外，具有上述导电率（暗导电率）的非晶硅半导体层是通过有意地添加赋予p型导电型的杂质而控制为p-型的非晶硅半导体层。
另外，本发明的一个方式中的p+型硅半导体层的导电率在暗状态下优选大于1×10-5S/cm。
在使用p-n结的光电转换装置中，提高p-n结内的电场且提高扩散电位是提高电特性的一种手段。一般而言，通过使用载流子浓度高的p+型半导体或n+型半导体形成结能够提高扩散电位，但是，p+型半导体及n+型半导体包含较多的赋予导电型的杂质，该杂质会增加局部能级。此外，因该局部能级促进界面能级的生成，所以在结部附近会诱发载流子复合。因此，只提高结层的载流子浓度，不能实现光电转换装置的电特性的提高。
另一方面，在本发明的一个方式的光电转换装置中，在结晶硅衬底100的一个面上，结构为层叠因杂质导致的局部能级少的p-型硅半导体层和提高扩散电位的p+型硅半导体层。该p-型硅半导体层是包含氢的缺陷少的半导体层，能够将其用作终结结晶硅衬底表面的缺陷的钝化层。通过形成这样的平缓的结（n-p--p+）的构造，能够提高扩散电位并且尽量抑制因界面能级的影响导致的载流子复合。因此，尤其能够提高开路电压及曲线因子。
另外，对于在结晶硅衬底100的另一个面上形成的第三硅半导体层130及第四硅半导体层140，能够使用n型硅半导体层。对于该n型硅半导体层，例如能够使用添加磷、砷或锑等赋予n型导电型的杂质及氢的硅半导体层。
另外，对于第三硅半导体层130，能够使用载流子浓度低于第四硅半导体层140的硅半导体层。为了使这样的结构清楚起见，在本说明书中，将第三硅半导体层130等载流子浓度相对低的n型半导体层的导电型称为n-型，而相对于此，将第四硅半导体层140等载流子浓度相对高的n型半导体层的导电型称为n+型。
另外，对于本发明的一个方式中的n-型硅半导体层，优选使用因杂质导致的局部能级少的非晶硅半导体层。该非晶硅半导体层是包含氢的缺陷少的半导体层，能够将其用作终结结晶硅衬底100的表面缺陷的钝化层。该非晶硅半导体层的导电率在暗状态下为1×10-9S/cm以上且1×10-4S/cm以下，优选为1×10-8S/cm以上且1×10-5S/cm以下，更优选为1×10-8S/cm以上且1×10-6S/cm以下。
另外，具有上述导电率（暗导电率）的非晶硅半导体层是通过有意地添加赋予n型导电型的杂质而控制为n-型的非晶硅半导体层。
另外，本发明的一个方式中的n+型硅半导体层的导电率在暗状态下优选大于1×10-4S/cm。
此外，在作为n+型硅半导体层的第四硅半导体层140与结晶硅衬底100之间，隔着第三硅半导体层130形成n-n+结。换言之，第四硅半导体层140用作BSF（Back SurfaceField：背面电场）层。因由该结形成的电场，少数载流子被反弹到p-n结一侧，因此能够防止在第二电极190附近的载流子复合。
虽然在现有的异质结型太阳能电池中，高电阻的i型非晶硅半导体层用于与本实施方式中的第一硅半导体层110及第三硅半导体层130相当的区域，但是通过使用本发明的一个方式，能够降低结部的势垒。因此，能够形成电阻损失少的光电转换装置。
另外，明显的是，在本发明的一个方式中的光电转换装置中，即使第一硅半导体层110和第三硅半导体层130中的任一个为i型，与现有的异质结型太阳能电池相比，也能够减少电阻损失。此外，在本实施方式中，i型半导体层是没有有意地添加赋予p型或n型的杂质的高电阻半导体层，或者是通过有意地添加赋予p型或n型的杂质来调整导电型的高电阻半导体层，是指具有小于上述p-型硅半导体层及n-型硅半导体层的值的导电率（暗导电率）的实质上i型的半导体层。
对于透光导电膜150、180，例如能够使用氧化铟锡、含硅的氧化铟锡、含锌的氧化铟、氧化锌、含镓的氧化锌、含铝的氧化锌、氧化锡、含氟的氧化锡、含锑的氧化锡或石墨烯等。另外，透光导电膜不限于单层，也可以为不同膜的叠层。
另外，对于第一电极170及第二电极190，能够使用银、铝、铜等低电阻金属且能够通过溅射法、真空蒸镀法等来形成。或者，也可以通过丝网印刷法使用银膏、铜膏等的导电树脂形成。
接着，使用图3及图4说明图1所示的光电转换装置的制作方法。
对于本发明的一个方式中的结晶硅衬底100，能够使用具有n型导电型的单晶硅衬底、多晶硅衬底。对这些结晶硅衬底的制造方法没有特别的限制。在本实施方式中，对于结晶硅衬底100使用在表面具有通过MCZ（Magnetic Czochralski：磁场直拉）法制造的（100）面的单晶硅衬底。
接着，对结晶硅衬底100的表面和背面进行凹凸加工（参照图3A）。另外，这里以上述那样使用在表面具有（100）面的单晶硅衬底的情况为例，对凹凸加工的方法的一个例子进行说明。当作为结晶硅衬底100使用多晶硅衬底时，使用干法蚀刻等进行凹凸加工即可。
当初始的单晶硅衬底为仅经过切割加工的衬底时，通过湿法蚀刻工序从单晶硅衬底的表面去除残留的10至20μm的损伤层。对于蚀刻液，能够使用较高浓度的碱溶液，例如，10至50%的氢氧化钠水溶液或相同浓度的氢氧化钾水溶液。或者，还可以使用混合氢氟酸与硝酸的混合酸或对它们混合了醋酸的混合酸。
接着，通过酸清洗去除附着于去除了损伤层后的单晶硅衬底表面的杂质。作为酸，例如能够使用0.5%氢氟酸与1%过氧化氢水的混合液（FPM）等。或者也可以进行RCA清洗等。另外，也可以省略该酸清洗工序。
在利用结晶硅的碱溶液的蚀刻中，利用相对于面方位的蚀刻速率的不同来形成凹凸。对于蚀刻液，能够使用较低浓度的碱溶液，例如1至5%的氢氧化钠水溶液或相同浓度的氢氧化钾水溶液，优选添加百分之几的异丙醇。将蚀刻液的温度设为70至90℃，将单晶硅衬底浸渍于蚀刻液中30至60分钟。通过该处理，能够在单晶硅衬底表面形成由细微的大致为四角锥形的多个凸部及由相邻的凸部间构成的凹部构成的凹凸。
接着，由于在上述用于形成凹凸的蚀刻工序中在硅的表层形成有不均匀的氧化层，所以去除氧化层。另外，由于该氧化层中容易残留有碱溶液的成分，所以去除残留的碱溶液成分也是目的之一。当碱金属例如Na离子、K离子侵入到硅中时寿命变差，所以光电转换装置的电特性会明显下降。另外，可以使用1至5%的稀氢氟酸去除该氧化层。
接着，优选使用混合了氢氟酸和硝酸的混合酸或对它们混合了醋酸的混合酸对单晶硅衬底的表面进行蚀刻，去除金属成分等杂质。通过混合醋酸，能得到维持硝酸的氧化力且使蚀刻工序稳定的效果以及调节蚀刻速率的效果。例如，能够将各酸的体积比设为氢氟酸（约50%）：硝酸（60%以上）：醋酸（90%以上）=1：（1.5至3）：（2至4）。另外，在本说明书中，将氢氟酸、硝酸及醋酸的混合酸液称为氢氟硝醋酸（HF-nitric-acetic acid）。另外，在使用该氢氟硝醋酸的蚀刻工序中，使凸部的顶点的截面中的角度向变大的方向变化，所以能够减小表面积，降低表面缺陷的绝对量。另外，当进行使用该氢氟硝醋酸的蚀刻时，能够省略上述使用稀氢氟酸的去除氧化层的工序。根据上述工序，能够在作为结晶硅衬底100的单晶硅衬底的表面形成凹凸。
另外，为了如图2A所示那样只对结晶硅衬底100的单个面进行凹凸加工，可以在进行上述凹凸加工工序之前将耐碱性及耐酸性强的树脂膜等设置在结晶硅衬底100的一个面，在进行上述凹凸加工工序后去除该树脂膜。
接着，在经过水洗等适当的清洗后，利用等离子体CVD法在结晶硅衬底100的与受光面相反一侧的表面上形成第三硅半导体层130。第三硅半导体层130的厚度优选为3nm以上且50nm以下。在本实施方式中，第三硅半导体层130为n-型的非晶硅，厚度为5nm。
作为第三硅半导体层130的成膜条件，例如可以为如下条件：将甲硅烷：氢基磷化氢（0.5%）以1：（0.3以上且低于1）的流量比引入反应室，将反应室内的压力设为100Pa以上且200Pa以下，将电极间隔设为10mm以上且40mm以下，将以阴极的面积为基准的电力密度设为8mW/cm2以上且120mW/cm2以下，并将衬底温度设为150℃以上且300℃以下。
接着，在第三硅半导体层130上形成第四硅半导体层140（参照图3B）。优选将第四硅半导体层140的厚度设为3nm以上且50nm以下。在本实施方式中，第四硅半导体层140为n+型非晶硅，膜厚为10nm。
关于第四硅半导体层140的成膜条件，例如可以为如下条件：将甲硅烷：氢基磷化氢（0.5%）以1：（1至15）的流量比引入反应室，将反应室内的压力设为100Pa以上且200Pa以下，将电极间隔设为10mm以上且40mm以下，将以阴极的面积为基准的电力密度设为8mW/cm2以上且120mW/cm2以下，并将衬底温度设为150℃以上且300℃以下。
接着，使用等离子体CVD法在结晶硅衬底100的成为受光面一侧的表面上形成第一硅半导体层110。优选将第一硅半导体层110的厚度设为3nm以上且50nm以下，在本实施方式中，第一硅半导体层110为p-型非晶硅，膜厚为5nm。
作为第一硅半导体层110的成膜条件，例如可以为如下条件：将甲硅烷：氢基乙硼烷（0.1%）以1：（0.01以上且低于1）的流量比引入反应室，将反应室内的压力设为100Pa以上且200Pa以下，将电极间隔设为10mm以上且40mm以下，将以阴极的面积为基准的电力密度设为8mW/cm2以上且120mW/cm2以下，并将衬底温度设为150℃以上且300℃以下。
接着，在第一硅半导体层110上形成第二硅半导体层120（参照图3C）。优选将第二硅半导体层120的厚度设为3nm以上且50nm以下。在本实施方式中，第二硅半导体层120为p+型非晶硅，膜厚为10nm。
关于第二硅半导体层120的成膜条件，例如可以为如下条件：将甲硅烷：氢基乙硼烷（0.1%）以1：（1至20）的流量比引入反应室，将反应室内的压力设为100Pa以上且200Pa以下，将电极间隔设为8mm以上且40mm以下，将以阴极的面积为基准的电力密度设为8mW/cm2以上且50mW/cm2以下，并将衬底温度设为150℃以上且300℃以下。
另外，虽然在本实施方式中对于第一硅半导体层110、第二硅半导体层120、第三硅半导体层130及第四硅半导体层140的成膜所使用的电源，使用频率为13.56MHz的RF电源，但是也可以使用27.12MHz、60MHz或100MHz的RF电源。此外，除了通过连续放电以外，还可以通过脉冲放电进行成膜。通过进行脉冲放电，能够提高膜质量并减少气相中产生的微粒。
此外，设置在结晶硅衬底100的表面和背面的膜的形成顺序不限于上述方法，只要能形成图3C所示的构造即可。例如，也可以形成第三硅半导体层130，接着形成第一硅半导体层110。
接着，在第二硅半导体层120上形成透光导电膜150（参照图4A）。该透光导电膜能够使用例如溅射法等成膜上述材料而形成。优选将膜厚设为10nm以上且1000nm以下。
接着，在第四硅半导体层140上形成第二电极190（参照图4B）。对于第二电极190，能够使用银、铝、铜等低电阻金属且能够通过溅射法、真空蒸镀法等来形成。或者，也可以使用丝网印刷法用银膏、铜膏等的导电树脂来形成。
接着，在第二硅半导体层120上形成第一电极170（参照图4C）。第一电极170为栅网电极，优选使用包含银膏、铜膏、镍膏、钼膏等导电体的树脂且通过丝网印刷法形成。另外，第一电极170也可以为层叠银膏和铜膏等不同材料的叠层。
另外，为了形成图2B的结构的光电转换装置，在图4A的结构中，在第四硅半导体层140上形成透光导电膜180，在透光导电膜150、180上形成与图4C所示的第一电极170相同的形状的电极即可。
通过上述步骤，能够制作作为本发明的一个方式的电阻损失少的光电转换装置。
本实施方式能够与其他实施方式自由组合。
（实施方式2）
在本实施方式中，对与实施方式1所示的光电转换装置不同的结构的光电转换装置进行说明。另外，在本实施方式中，对于与实施方式1共同的方面，省略其详细说明。
图5是本发明的一个方式中的光电转换装置的截面图。该光电转换装置的结构包括：表面进行了凹凸加工的结晶硅衬底200；在该结晶硅衬底的一个面上形成的第一硅半导体层210、透光导电膜250及第一电极270；以及在该结晶硅衬底的另一个面上形成的第二硅半导体层220及第二电极290。另外，第一电极270为栅网电极，并且第一电极270一侧为受光面。
另外，也可以是如图6A所例示那样只对表面和背面中的任一个面实施凹凸加工的结构。因为通过凹凸加工结晶硅衬底的表面积增大，所以能获得所谓陷光效应，另一方面表面缺陷的绝对量会增大。因此，实施者考虑光学效应与表面缺陷量的平衡以能够获得更好的电特性的方式决定构造即可。
另外，也可以为如图6B所示那样的构造，即第二电极290也为栅网电极，在第二硅半导体层220与第二电极290之间形成透光导电膜280，将双面作为受光面的构造。
关于本实施方式中的光电转换装置，在结晶硅衬底200的两个面形成的半导体层都是单层，在这一方面与层叠有两层半导体层的实施方式1所示的光电转换装置不同，其他为同样的结构。
在本实施方式中，对于在结晶硅衬底200的一个面上形成的第一硅半导体层210，能够使用p型硅半导体层。对第一硅半导体层210，例如能够使用添加硼、铝或镓等赋予p型导电型的杂质及氢的硅半导体层。
在此，虽然能说第一硅半导体层210作为整体是p型半导体层，但是为该杂质的浓度分布在厚度方向上不同的结构，具有透光导电膜250一侧的杂质浓度高且结晶硅衬底200一侧的杂质浓度低的浓度分布。另外，也能够换言之，关于第一硅半导体层210，透光导电膜250一侧的载流子浓度高且结晶硅衬底200一侧的载流子浓度低。
例如，可以具有如图7A、图7B和图7C所示那样的杂质的浓度分布。图7A是从透光导电膜250一侧（以下，称为上侧）到结晶硅衬底200一侧（以下，称为下侧）呈线性变化的浓度分布。另外，图7B是从上侧到下侧缓慢地变化的浓度分布。此外，图7C是如下浓度分布，即在上侧及下侧具有杂质浓度固定的区域，并在其间具有杂质浓度变化的区域。
另外，图7A、图7B和图7C所示的杂质的浓度分布是一个例子，不限于此。此外，图7A、图7B和图7C是示出相对浓度分布的图，而不是示出绝对浓度分布的图。另外，也可以是组合图7A、图7B和图7C中的任一个的浓度分布。此外，如果是上侧的杂质浓度高且下侧的杂质浓度低的浓度分布，也可以具有极大值。
这样，如果使用具有上侧的杂质浓度高且下侧的杂质浓度低的浓度分布的半导体层，则能够将实施方式1所示的两层半导体层（第一硅半导体层110及第二硅半导体层120）置换为一层半导体层。就是说，能够将上侧的杂质浓度高的区域用作实施方式1所示的p+型半导体层，将下侧的杂质浓度低的区域用作实施方式1所示的p-型半导体层。
就是说，本实施方式中的光电转换装置的第一硅半导体层210，通过因杂质导致的局部能级少的p-型半导体区域与结晶硅衬底200相接，起到降低该结晶硅衬底表面的缺陷的作用，p+型半导体区域起到提高扩散电位的作用。
另外，对于在结晶硅衬底200的另一个面上形成的第二硅半导体层220，能够使用n型硅半导体层。对第二硅半导体层220例如能够使用添加磷、砷或锑等赋予n型导电型的杂质及氢的硅半导体层。
在此，虽然能说第二硅半导体层220作为整体是n型半导体层，但是为该杂质的浓度分布在厚度方向上不同的结构，具有第二电极290一侧的杂质浓度高且结晶硅衬底200一侧的杂质浓度低的浓度分布。另外，也能够换言之，关于第二硅半导体层220，第二电极290一侧的载流子浓度高且结晶硅衬底200一侧的载流子浓度低。
例如，可以具有如图8A、图8B和图8C所示那样的杂质的浓度分布。图8A是从第二电极290一侧（以下，称为上侧）到结晶硅衬底200一侧（以下，称为下侧）呈线性变化的浓度分布。另外，图8B是从上侧到下侧缓慢地变化的浓度分布。此外，图8C是如下浓度分布，即在上侧及下侧具有杂质浓度固定的区域，并在其间具有杂质浓度变化的区域。
另外，图8A、图8B和图8C所示的杂质的浓度分布是一个例子，不限于此。此外，图8A、图8B和图8C是示出相对浓度分布的图，而不是示出绝对浓度分布的图。另外，也可以是组合图8A、图8B和图8C中的任一个的浓度分布。此外，如果是上侧的杂质浓度高且下侧的杂质浓度低的浓度分布，也可以具有极大值。
这样，如果使用具有上侧的杂质浓度高且下侧的杂质浓度低的浓度分布的半导体层，则能够将实施方式1所示的两层半导体层（第三硅半导体层130及第四硅半导体层140）置换为一层半导体层。就是说，能够将上侧的杂质浓度高的区域用作实施方式1所示的n+型半导体层，将下侧的杂质浓度低的区域用作实施方式1所示的n-型半导体层。
就是说，本实施方式中的光电转换装置的第二硅半导体层220，通过因杂质导致的局部能级少的n-型半导体区域与结晶硅衬底200相接，起到降低该结晶硅衬底表面的缺陷的作用，n+型半导体区域用作BSF层。
因此，能够说本实施方式中的光电转换装置是与实施方式1所示的具有平缓的结的光电转换装置实际上相同的结构。
除了第一硅半导体层210及第二硅半导体层220之外，还能够通过参照实施方式1所示的光电转换装置的制作方法来制作本实施方式中的光电转换装置。
第一硅半导体层210能够通过使用等离子体CVD法形成，优选使膜厚为3nm以上且50nm以下。在本实施方式中，第一硅半导体层210为p型的非晶硅，膜厚为10nm。
关于第一硅半导体层210的成膜条件，例如可以为如下条件：以甲硅烷：氢基磷化氢（0.5%）为1：0.3至1：15的方式随时间经过而改变流量比，并且引入到反应室，将反应室内的压力设为100Pa以上且200Pa以下，将电极间隔设为8mm以上且40mm以下，将以阴极的面积为基准的电力密度设为8mW/cm2以上且50mW/cm2以下，并将衬底温度设为150℃以上且300℃以下。
第二硅半导体层220能够使用等离子体CVD法形成，优选使膜厚为3nm以上且50nm以下。在本实施方式中，第二硅半导体层220为n型非晶硅，膜厚为5nm。
关于第二硅半导体层220的成膜条件，例如可以为如下条件：以甲硅烷：氢基乙硼烷（0.1%）为1：0.01至1：20的方式随时间经过而改变流量比并且引入到反应室，将反应室内的压力设为100Pa以上且200Pa以下，将电极间隔设为10mm以上且40mm以下，将以阴极的面积为基准的电力密度设为8mW/cm2以上且120mW/cm2以下，并将衬底温度设为150℃以上且300℃以下。
通过这样形成第一硅半导体层210及第二硅半导体层220，能够制作作为本发明的一个方式的电阻损失少的光电转换装置。
本实施方式能够与其他实施方式自由组合。
实施例
在本实施例中，对用于验证p型、n型的各种硅半导体层的钝化效果的寿命的比较评价的结果进行说明。
图9是用于测定寿命的样品的截面图。对衬底300，使用通过FZ法形成的n型单晶硅衬底（直径：φ2英寸，板厚：300μm，电阻率：1000Ω·cm以上）。另外，第一钝化层310为i型、p型、n型中的任一个的硅半导体层，膜厚为5nm。此外，作为第二钝化层320，使用i型硅半导体层，膜厚为15nm。另外，为了获得不同的导电率，制作多个样品。
上述p型各种硅半导体层利用与实施方式1的制作方法同样的方法，以原料气体中的硼原子与硅原子的比率（B/Si）为0至0.003的方式改变甲硅烷和乙硼烷的流量比来成膜。
另外，n型各种硅半导体层利用与实施方式1的制作方法同样的方法，以原料气体中的磷原子与硅原子的比率（P/Si）为0至0.07的方式改变甲硅烷和磷化氢的流量比来成膜。
另外，对于寿命的测定，使用瑟米莱伯（Semilab）公司制造的寿命测定器（WT-2000），通过微波反射光电导衰减法（μ-PCD法）进行测量。此外，通过衬底300面内的2mm间距绘图（mapping）（总共564点测定）来进行测定，结果使用其平均值。
图10是示出作为第一钝化层310使用i型或p型硅半导体层的样品的暗电导率与寿命之间的关系的图表。可知：p型样品的寿命比i型样品的寿命高且暗电导率较低的p型样品的寿命高。换言之，能说：与i型硅半导体层相比，p-型硅半导体层更适合于作为结晶硅衬底表面的钝化层，其暗电导率的范围为1×10-10S/cm以上且1×10-5S/cm以下，优选为1×10- 9S/cm以上且1×10-6S/cm以下，更优选为1×10-9S/cm以上且1×10-7S/cm以下。
另外，图11是示出作为第一钝化层310使用i型或n型硅半导体层的样品的暗电导率与寿命的关系的图表。可知：暗电导率较高的n型样品的寿命比i型样品的寿命高。换言之，能说：与i型硅半导体层相比，n-型硅半导体层更适合于作为结晶硅衬底表面的钝化层，其暗电导率的范围为1×10-10S/cm以上且1×10-5S/cm以下，优选为1×10-9S/cm以上且1×10-6S/cm以下，更优选为1×10-9S/cm以上且1×10-7S/cm以下。
根据以上结果，可知：与具有i型导电型的硅半导体层相比，具有p-型或n-型导电型的硅半导体层更适合于作为结晶硅衬底表面的钝化层。
本实施例能够与其他实施方式自由组合。
附图标记说明
100 结晶硅衬底
110 第一硅半导体层
120 第二硅半导体层
130 第三硅半导体层
140 第四硅半导体层
150 透光导电膜
170 第一电极
180 透光导电膜
190 第二电极
200 结晶硅衬底
210 第一硅半导体层
220 第二硅半导体层
250 透光导电膜
270 第一电极
280 透光导电膜
290 第二电极
300 衬底
310 第一钝化层
320 第二钝化层。

Claims (14)

1.一种光电转换装置，包括：
第一电极；
第二电极；
所述第一电极与所述第二电极之间的具有一导电型的结晶硅衬底；
所述结晶硅衬底与所述第一电极之间的具有单层结构的第一硅半导体层，所述第一硅半导体层具有与所述结晶硅衬底的导电型相反的导电型；
所述第一硅半导体层与所述第一电极之间的透光导电膜；以及
所述结晶硅衬底与所述第二电极之间的具有单层结构的第二硅半导体层，所述第二硅半导体层具有与所述结晶硅衬底相同的导电型，
其中，所述第一硅半导体层包括第一区域、所述第一区域下方的第二区域以及所述第二区域下方的第三区域，
其中，所述第一硅半导体层包括赋予导电型的第一杂质元素，
其中，所述第一杂质元素的浓度在所述第三区域是固定的，
其中，所述第一杂质元素的浓度在所述第二区域从所述第三区域一侧到所述第一区域一侧在膜厚方向上单调增加，
其中，所述第一杂质元素的浓度在所述第一区域是固定的，
其中，所述第二硅半导体层包括第四区域、所述第四区域上方的第五区域以及所述第五区域上方的第六区域，
其中，所述第二硅半导体层包括赋予导电型的第二杂质元素，
其中，所述第二杂质元素的浓度在所述第六区域是固定的，
其中，所述第二杂质元素的浓度在所述第五区域从所述第六区域一侧到所述第四区域一侧在膜厚方向上单调增加，以及
其中，所述第二杂质元素的浓度在所述第四区域是固定的。
2.根据权利要求1所述的光电转换装置，其中所述结晶硅衬底具有n型导电型，所述第一硅半导体层具有p型导电型，并且所述第二硅半导体层具有n型导电型。
3.根据权利要求1所述的光电转换装置，还包括所述第二硅半导体层与所述第二电极之间的透光导电膜。
4.根据权利要求1所述的光电转换装置，其中所述结晶硅衬底是单晶硅衬底。
5.一种光电转换装置，包括：
第一电极；
第二电极；
所述第一电极与所述第二电极之间的具有一导电型的结晶硅衬底；
所述结晶硅衬底与所述第一电极之间的具有与所述结晶硅衬底的导电型相反的导电型的第一硅半导体层；
所述第一硅半导体层与所述第一电极之间的具有与所述结晶硅衬底的导电型相反的导电型的第二硅半导体层；
所述第二硅半导体层与所述第一电极之间的透光导电膜；
所述结晶硅衬底与所述第二电极之间的具有与所述结晶硅衬底相同的导电型的第三硅半导体层；以及
所述第三硅半导体层与所述第二电极之间的具有与所述结晶硅衬底相同的导电型的第四硅半导体层，
其中，所述第一硅半导体层具有比所述第二硅半导体层低的载流子浓度，以及
其中，所述第三硅半导体层具有比所述第四硅半导体层低的载流子浓度。
6.根据权利要求5所述的光电转换装置，其中所述结晶硅衬底具有n型导电型，所述第一硅半导体层和所述第二硅半导体层具有p型导电型，并且所述第三硅半导体层和所述第四硅半导体层具有n型导电型。
7.根据权利要求5所述的光电转换装置，还包括所述第四硅半导体层与所述第二电极之间的透光导电膜。
8.根据权利要求5所述的光电转换装置，其中所述第一硅半导体层的暗电导率为1×10-10S/cm以上且1×10-5S/cm以下。
9.根据权利要求5所述的光电转换装置，其中所述第三硅半导体层的暗电导率为1×10-9S/cm以上且1×10-4S/cm以下。
10.根据权利要求5所述的光电转换装置，其中所述结晶硅衬底是单晶硅衬底。
11.一种光电转换装置，包括：
第一电极；
第二电极；
所述第一电极与所述第二电极之间的具有一导电型的结晶硅衬底；
所述结晶硅衬底与所述第一电极之间的具有与所述结晶硅衬底的导电型相反的导电型的第一硅半导体层；
所述第一硅半导体层与所述第一电极之间的具有与所述结晶硅衬底的导电型相反的导电型的第二硅半导体层；
所述第二硅半导体层与所述第一电极之间的透光导电膜；
所述结晶硅衬底与所述第二电极之间的具有与所述结晶硅衬底相同的导电型的第三硅半导体层，以及
所述第三硅半导体层与所述第二电极之间的具有与所述结晶硅衬底相同的导电型的第四硅半导体层，
其中，所述第一硅半导体层包括赋予第一导电型的第一杂质元素，
其中，所述第二硅半导体层包括赋予所述第一导电型的所述第一杂质元素，
其中，所述第三硅半导体层包括赋予第二导电型的第二杂质元素，
其中，所述第四硅半导体层包括赋予所述第二导电型的所述第二杂质元素，
其中，所述第一硅半导体层具有比所述第二硅半导体层低的所述第一杂质元素的浓度，以及
其中，所述第三硅半导体层具有比所述第四硅半导体层低的所述第二杂质元素的浓度。
12.根据权利要求11所述的光电转换装置，其中所述结晶硅衬底具有n型导电型，所述第一硅半导体层及所述第二硅半导体层具有p型导电型，并且所述第三硅半导体层及所述第四硅半导体层具有n型导电型。
13.根据权利要求11所述的光电转换装置，还包括所述第四硅半导体层与所述第二电极之间的透光导电膜。
14.根据权利要求11所述的光电转换装置，其中所述结晶硅衬底是单晶硅衬底。
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