CN104685639A - 光电转换元件 - Google Patents

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Abstract

提供一种光电转换元件，包括第一导电型的半导体基板、设置在该半导体基板的一个表面上的第一导电型的第一半导体膜、在该表面上从该第一半导体膜独立地设置的第二导电型的第二半导体膜、以及设置在该半导体基板和该第一半导体膜之间和/或该半导体基板和该第二半导体膜之间的介质膜，在该第一半导体膜上以及该第二半导体膜上形成有金属间化合物层。

Description

光电转换元件
技术领域
本发明涉及光电转换元件以及光电转换元件的制造方法。
背景技术
近年，尤其从地球环境问题的观点出发，将太阳光能直接转换为电能的太阳电池作为下一代能源的期待急剧提高。在太阳电池中，有使用了化合物半导体或者有机材料的太阳电池等各种种类的太阳电池，但当前成为主流的是使用了硅晶的太阳电池。
现在，制造以及销售最多的太阳电池是在太阳光入射的侧的面即受光面和受光面的相反侧即背面分别形成了电极的结构的太阳电池。
但是，在受光面形成了电极的情况下，由于因电极中的太阳光的反射以及吸收，所以入射的太阳光的量减少相应于电极的面积的量。因此，正在推进例如在特开2010-80887号公报(专利文献1)中所示的只在背面形成了电极的太阳电池的开发。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：特开2010-80887号公报
发明内容
发明要解决的课题
以下，参照图28～图44的示意性剖视图，说明只在背面形成了电极的太阳电池的制造方法的一例。首先，如图28所示，在由在受光面形成了纹理结构(未图示)的n型的单晶硅构成的c-Si(n)基板901的背面上，形成i型的非晶硅膜和p型的非晶硅膜按照这个顺序层叠的a-Si(i/p)层902。
接着，如图29所示，在c-Si(n)基板901的受光面上，形成i型的非晶硅膜和n型的非晶硅膜按照这个顺序层叠的a-Si(i/n)层903。
接着，如图30所示，在a-Si(i/p)层902的一部分的背面上形成光刻胶膜904。这里，通过在a-Si(i/p)层902的背面的整个面涂布了光刻胶之后，通过光蚀刻微影(Photolithography)技术以及蚀刻技术而对光刻胶进行图案形成，从而形成光刻胶膜904。
接着，如图31所示，以光刻胶膜904作为掩模，对a-Si(i/p)层902的一部分进行蚀刻，从而使c-Si(n)基板901的背面曝光。
接着，如图32所示，在去除了光刻胶膜904之后，如图33所示，以覆盖去除光刻胶膜904而曝光的a-Si(i/p)层902的背面以及通过蚀刻而曝光的c-Si(n)基板901的背面的方式，形成i型的非晶硅膜和n型的非晶硅膜按照这个顺序层叠的a-Si(i/n)层905。
接着，如图34所示，在a-Si(i/n)层905的一部分的背面上形成光刻胶膜906。这里，通过在a-Si(i/n)层905的背面的整个面涂布了光刻胶之后，通过光蚀刻微影技术以及蚀刻技术而对光刻胶进行图案形成，从而形成光刻胶膜906。
接着，如图35所示，以光刻胶膜906作为掩模，对a-Si(i/n)层905的一部分进行蚀刻，从而使a-Si(i/p)层902的背面曝光。
接着，如图36所示，在去除了光刻胶膜906之后，如图37所示，以覆盖去除光刻胶膜906而曝光的a-Si(i/n)层905的背面以及通过蚀刻而曝光的a-Si(i/p)层902的背面的方式，形成透明导电氧化膜907。
接着，如图38所示，在透明导电氧化膜907的一部分的背面上形成光刻胶膜908。这里，通过在透明导电氧化膜907的背面的整个面涂布了光刻胶之后，通过光蚀刻微影技术以及蚀刻技术而对光刻胶进行图案形成，从而形成光刻胶膜908。
接着，如图39所示，以光刻胶膜908作为掩模，对透明导电氧化膜907的一部分进行蚀刻，从而使a-Si(i/p)层902以及a-Si(i/n)层905的背面曝光。
接着，如图40所示，在去除了光刻胶膜908之后，如图41所示，以覆盖a-Si(i/p)层902以及a-Si(i/n)层905的曝光的背面以及透明导电氧化膜907的一部分的背面的方式，形成光刻胶膜909。这里，通过在a-Si(i/p)层902以及a-Si(i/n)层905的曝光的背面以及透明导电氧化膜907的背面的整个面涂布了光刻胶之后，通过光蚀刻微影技术以及蚀刻技术而对光刻胶进行图案形成，从而形成光刻胶膜909。
接着，如图42所示，在透明导电氧化膜907以及光刻胶膜909的背面的整个面形成背面电极层910。
接着，如图43所示，通过剥离(lift-off)而去除光刻胶膜909以及背面电极层910，使得只在透明导电氧化膜907的表面的一部分残留背面电极层910。
接着，如图44所示，在a-Si(i/n)层903的表面上形成反射防止膜911。
但是，在上述的太阳电池的制造方法中，需要进行光刻胶的涂布以及基于光蚀刻微影技术及蚀刻技术的光刻胶的复杂的图案形成工序，存在只在背面形成了电极的太阳电池的制造工序非常麻烦的问题。此外，还要求提高只在背面形成了电极的太阳电池的转换效率。
本发明是鉴于如上述的现状而完成的，其目的在于，提供一种能够提高发电效率且能够通过简单的制造工序来制造的光电转换元件。
用于解决课题的手段
本发明的光电转换元件在半导体基板的背面具备p型以及n型的双方的半导体膜，在该半导体膜的上方形成有金属间化合物层。并且，在p型半导体膜的上方形成的金属间化合物层和在n型半导体膜的上方形成的金属间化合物层通过空间而被隔离。
即，本发明的光电转换元件的特征在于，包括：第一导电型的半导体基板；第一导电型的第一半导体膜，设置在该半导体基板的一个表面上；第二导电型的第二半导体膜，与该第一半导体膜独立地设置在该表面上；以及介质膜，设置在该半导体基板和该第一半导体膜之间和/或该半导体基板和该第二半导体膜之间，在该第一半导体膜上以及该第二半导体膜上形成有金属间化合物层。
这里，优选在上述半导体基板的上述表面设置有槽，在该槽的底面设置有上述第二半导体膜。
进一步，适合上述槽的侧壁的至少一部分通过绝缘膜而被覆盖。
此外，也可以在上述半导体基板的一个表面上，上述第一半导体膜和上述第二半导体膜隔离而设置，在该第一半导体膜和该第二半导体膜之间设置有绝缘膜。
此外，优选上述金属间化合物层是金属硅化物层和/或金属锗化物层。这里，优选该金属硅化物层是由至少一种金属和硅构成的化合物层，该至少一种金属从由镍、钴以及钛构成的群中选择，该金属锗化物层适合是由至少一种金属和锗构成的化合物层，该至少一种金属从由镍、钴以及钛构成的群中选择。
此外，优选上述绝缘膜是热氧化硅膜和/或氮化硅膜，在该绝缘膜为氮化硅膜的情况下，该氮化硅膜适合通过等离子CVD法而形成。
此外，本发明还涉及上述的光电转换元件的制造方法，该制造方法的特征在于，包括如下工序：在包括在第一导电型的半导体基板的一个表面上曝光的第一导电型的第一半导体膜和第二导电型的第二半导体膜的该表面侧的整个面，形成金属层的工序；以及通过热处理而使该第一半导体膜以及该第二半导体膜与该金属层进行反应而形成金属间化合物层的工序。
这里，优选形成上述金属间化合物层的工序是形成金属硅化物层的工序，并且进一步包括去除在形成该金属硅化物层的工序之后未反应的金属层的工序。
此外，形成上述金属间化合物层的工序也可以是形成金属锗化物层的工序，并且进一步包括去除在形成该金属锗化物层的工序之后未反应的金属层的工序。
进一步，上述金属层优选是由从镍、钴以及钛构成的群中选择的至少一种金属构成的层。
另外，在本说明书中，第一导电型表示n型或者p型，第二导电型表示不同于第一导电型的p型或者n型。
发明效果
根据本发明，能够提供能够提高发电效率且能够通过简单的制造工序来制造的光电转换元件。
附图说明
图1是第一实施方式的光电转换元件的示意性的剖视图。
图2是第二实施方式的光电转换元件的示意性的剖视图。
图3是对第一实施方式的光电转换元件的制造方法的一例的制造工序的一部分进行图解的示意性的剖视图。
图4是对第一实施方式的光电转换元件的制造方法的一例的制造工序的一部分进行图解的示意性的剖视图。
图5是对第一实施方式的光电转换元件的制造方法的一例的制造工序的一部分进行图解的示意性的剖视图。
图6是对第一实施方式的光电转换元件的制造方法的一例的制造工序的一部分进行图解的示意性的剖视图。
图7是对第一实施方式的光电转换元件的制造方法的一例的制造工序的一部分进行图解的示意性的剖视图。
图8是对第一实施方式的光电转换元件的制造方法的一例的制造工序的一部分进行图解的示意性的剖视图。
图9是对第一实施方式的光电转换元件的制造方法的一例的制造工序的一部分进行图解的示意性的剖视图。
图10是对第一实施方式的光电转换元件的制造方法的一例的制造工序的一部分进行图解的示意性的剖视图。
图11是对第一实施方式的光电转换元件的制造方法的一例的制造工序的一部分进行图解的示意性的剖视图。
图12是对第一实施方式的光电转换元件的制造方法的一例的制造工序的一部分进行图解的示意性的剖视图。
图13是对第一实施方式的光电转换元件的制造方法的一例的制造工序的一部分进行图解的示意性的剖视图。
图14是对第一实施方式的光电转换元件的制造方法的一例的制造工序的一部分进行图解的示意性的剖视图。
图15是对第一实施方式的光电转换元件的制造方法的一例的制造工序的一部分进行图解的示意性的剖视图。
图16是对第一实施方式的光电转换元件的制造方法的一例的制造工序的一部分进行图解的示意性的剖视图。
图17是对第一实施方式的光电转换元件的制造方法的一例的制造工序的一部分进行图解的示意性的剖视图。
图18是对第二实施方式的光电转换元件的制造方法的一例的制造工序的一部分进行图解的示意性的剖视图。
图19是对第二实施方式的光电转换元件的制造方法的一例的制造工序的一部分进行图解的示意性的剖视图。
图20是对第二实施方式的光电转换元件的制造方法的一例的制造工序的一部分进行图解的示意性的剖视图。
图21是对第二实施方式的光电转换元件的制造方法的一例的制造工序的一部分进行图解的示意性的剖视图。
图22是对第二实施方式的光电转换元件的制造方法的一例的制造工序的一部分进行图解的示意性的剖视图。
图23是对第二实施方式的光电转换元件的制造方法的一例的制造工序的一部分进行图解的示意性的剖视图。
图24是对第二实施方式的光电转换元件的制造方法的一例的制造工序的一部分进行图解的示意性的剖视图。
图25是对第二实施方式的光电转换元件的制造方法的一例的制造工序的一部分进行图解的示意性的剖视图。
图26是对第二实施方式的光电转换元件的制造方法的一例的制造工序的一部分进行图解的示意性的剖视图。
图27是对第二实施方式的光电转换元件的制造方法的一例的制造工序的一部分进行图解的示意性的剖视图。
图28是对只在背面形成了电极的太阳电池的制造方法的一例的制造工序的一部分进行图解的示意性的剖视图。
图29是对只在背面形成了电极的太阳电池的制造方法的一例的制造工序的一部分进行图解的示意性的剖视图。
图30是对只在背面形成了电极的太阳电池的制造方法的一例的制造工序的一部分进行图解的示意性的剖视图。
图31是对只在背面形成了电极的太阳电池的制造方法的一例的制造工序的一部分进行图解的示意性的剖视图。
图32是对只在背面形成了电极的太阳电池的制造方法的一例的制造工序的一部分进行图解的示意性的剖视图。
图33是对只在背面形成了电极的太阳电池的制造方法的一例的制造工序的一部分进行图解的示意性的剖视图。
图34是对只在背面形成了电极的太阳电池的制造方法的一例的制造工序的一部分进行图解的示意性的剖视图。
图35是对只在背面形成了电极的太阳电池的制造方法的一例的制造工序的一部分进行图解的示意性的剖视图。
图36是对只在背面形成了电极的太阳电池的制造方法的一例的制造工序的一部分进行图解的示意性的剖视图。
图37是对只在背面形成了电极的太阳电池的制造方法的一例的制造工序的一部分进行图解的示意性的剖视图。
图38是对只在背面形成了电极的太阳电池的制造方法的一例的制造工序的一部分进行图解的示意性的剖视图。
图39是对只在背面形成了电极的太阳电池的制造方法的一例的制造工序的一部分进行图解的示意性的剖视图。
图40是对只在背面形成了电极的太阳电池的制造方法的一例的制造工序的一部分进行图解的示意性的剖视图。
图41是对只在背面形成了电极的太阳电池的制造方法的一例的制造工序的一部分进行图解的示意性的剖视图。
图42是对只在背面形成了电极的太阳电池的制造方法的一例的制造工序的一部分进行图解的示意性的剖视图。
图43是对只在背面形成了电极的太阳电池的制造方法的一例的制造工序的一部分进行图解的示意性的剖视图。
图44是对只在背面形成了电极的太阳电池的制造方法的一例的制造工序的一部分进行图解的示意性的剖视图。
具体实施方式
以下，说明本发明的实施方式。另外，在本发明的附图中，设为相同的参照标号表示相同部分或者相等部分。
＜实施方式1＞
[光电转换元件]
《整体结构》
图1表示作为本发明的第一实施方式的光电转换元件1的示意性的剖视图。作为第一实施方式的光电转换元件1具有由n型单晶硅构成的半导体基板3，在半导体基板3的一个面即背面的一部分，设置有具备底面11a和其两侧的侧壁11b的槽11。这里，槽11沿着图1的纸面的法线方向延伸。
在半导体基板3的背面的槽以外的区域上，设置有由i型的非晶硅构成的第一介质膜7，在第一介质膜7上，设置有由n型的非晶硅构成的第一半导体膜8。并且，在第一半导体膜8的整个背面上，形成有金属间化合物层15。
这里，在本说明书中，“半导体膜”表示由能够通过掺杂杂质而赋予导电性的材料构成的膜。作为这样的半导体膜，例如能够举出硅膜、锗膜、砷化镓膜等。
此外，“i型”意味着没有刻意掺杂n型或者p型的杂质，例如也有时在制作光电转换元件后通过n型或者p型的杂质不可避免地扩散等而表示n型或者p型的导电型。
此外，“非晶硅”中还包括氢化非晶硅等的硅原子的游离键(悬空键(dangling bond))通过氢而被终止的硅。同样地，“非晶锗”中包括氢化非晶锗等。
在半导体基板3的背面的槽11的底面11a上，设置有由i型的非晶硅构成的第二介质膜12，在第二介质膜12上，设置有由p型的非晶硅构成的第二半导体膜13。并且，在第二半导体膜13的整个背面上，形成有金属间化合物层15。
也可以在槽11的侧壁11b的至少一部分设置有绝缘膜16。在这个情况下，由于在第二介质膜12以及第二半导体膜13与槽11的侧壁11b之间设置有绝缘膜16，所以第二介质膜12以及第二半导体膜13不与侧壁11b接触。
此外，在半导体基板3的另一个面即受光面(背面的相反侧的面)的整个面上，设置有由i型的非晶硅构成的第三介质膜4，在第三介质膜4的整个面上，设置有由n型的非晶硅构成的第三半导体膜5。进一步，在第三半导体膜5的整个面上，设置有反射防止膜6。
在具有以上的结构的光电转换元件1中，在半导体基板3的背面和第一半导体膜8的背面之间设置有第一介质膜7，在槽11的底面11a和第二半导体膜13的背面之间设置有第二介质膜12。
因此，在光电转换元件1中，在半导体基板3的背面和第一半导体膜8的背面之间、以及槽11的底面11a和第二半导体膜13的背面之间的全部区域设置有介质膜。
此外，在光电转换元件1中，由于在第一半导体膜8的整个背面上以及第二半导体膜13的整个背面上设置有金属间化合物层15，所以第一半导体膜8以及第二半导体膜13的全部通过金属间化合物层15而被覆盖。
另外，在光电转换元件1中，例示第一半导体膜8为n型且第二半导体膜13为p型的结构，但即使第一半导体膜为p型且第二半导体膜为n型，也显示出本发明的效果。
此外，在光电转换元件1中，例示在受光面设置有第三半导体膜5的结构，但第三半导体膜5并不是必须的要素，即使是不具有第三半导体膜5的结构，也显示出本发明的效果。
以下，说明构成本实施方式的光电转换元件的各要素。
《半导体基板》
作为半导体基板3，典型地，能够使用由n型单晶硅构成的基板，但材质并不限定于此，能够广泛地使用从以往公知的材质。例如，也可以使用由锗或砷化镓化合物构成的基板，此外，除了单晶基板之外，还可以使用多晶基板或非晶基板。此外，例如，也可以是预先在半导体基板3的受光面和/或背面形成了纹理结构(未图示)的半导体基板等。
优选半导体基板3的厚度为50μm以上且300μm以下。通过半导体基板3的厚度处于该范围内，能够防止在半导体基板3内生成的电子和空穴对的复合，能够降低功率损耗。这里，作为半导体基板3的厚度，进一步优选的范围为100μm以上且200μm以下。
此外，半导体基板3的杂质浓度也没有特别限定，例如，能够设为5×1014个/cm3以上且2×1016个/cm3以下。作为在半导体基板3中包含的杂质，例如，能够使用磷、硼等。
《槽》
此外，槽11的深度D并没有特别限定，例如，能够设为10μm以下，优选能够设为5μm以下。
《绝缘膜》
作为绝缘膜16，只要是电阻率具有1×104Ω·cm以上的绝缘性的膜，则并不特别限定，能够使用以往公知的绝缘膜。例如，能够举出氧化硅膜、氮化硅膜、氮化铝膜、氧化铝膜、氧化钛膜或者这些的并用等。
其中，尤其适合通过热氧化而形成的氧化硅膜(在本说明书中，也记载为热氧化硅膜)。由于热氧化硅膜在1000℃左右的高温形成，所以在太阳电池的制造工序中的250℃左右的高温过程中也不会改变其性质而表示良好的钝化(Passivation)效果。并且，进一步优选地，除了对热氧化硅膜进行热氧化处理之外，还适合进行氢退火处理。通过氢退火处理，能够使半导体基板3和热氧化硅膜界面的悬空键通过氢而终止。
此外，绝缘膜16为通过等离子CVD(化学气相淀积(ChemicalVapor Deposition))法而形成的氮化硅膜也是优选的方式之一。在通过等离子CVD法而形成氮化硅膜的情况下，在原料气体中使用由硅烷气体(SiH4)以及氨气体(NH3)等构成的混合气体，来自该原料气体的氢残留在形成后的绝缘膜中。
如上述的残留在绝缘膜中的氢的存在，从杂质的观点看一般不好。但是，本发明人新发现了如下情况：在具备本发明的结构的光电转换元件中，因光恶化等而非晶硅中的氢脱离的情况下，残留在绝缘膜中的氢具有补偿该氢缺陷的功能。因此，通过使得在绝缘膜中含有氢，能够实现光电转换元件的长寿化。
这里，绝缘膜中的氢含有量优选为0.005at％以上且0.03at％以下。若超过0.03at％，则在绝缘膜形成后的太阳电池制造过程中，氢容易脱离，在绝缘膜中容易产生翘曲或剥离，不好。此外，若小于0.005at％，则存在不能充分获得如上述的效果的情况，不好。
另外，氢含有量例如能够通过FT-IR法，对来自于N-H或Si-H的信号进行积分，从而进行估计。此外，“at％”表示“原子百分比(atomicpercentage)”，即表示原子个数浓度。
此外，绝缘膜16可以是单层膜，也可以是层叠膜。即，本发明的绝缘膜优选为热氧化硅膜和/或氮化硅膜。
进一步，优选绝缘膜16覆盖槽11的侧壁11b的至少一部分，进一步优选为绝缘膜16和槽11的侧壁11b接触的长度比第二介质膜12以及第二半导体膜13的厚度的总和还长，最优选适合绝缘膜16覆盖槽11的侧壁11b的整个面。此外，优选绝缘膜16在相对于半导体基板3的表面的任意的垂直剖面中，与槽11的底面11a接触的部分的长度为1nm以上且500nm以下。若上述长度小于1nm，则存在不能充分获得将p型电极和n型电极电分离的效果的情况，若超过500nm，则存在在蚀刻时产生剥离等的不适的情况，不好。
《半导体膜》
在本发明中，优选第一半导体膜、第二半导体膜以及第三半导体膜为非晶膜，典型为由表示p型或者n型的导电性的非晶硅和/或非晶锗构成的膜。以下，说明各半导体膜。
(第一半导体膜)
作为第一半导体膜8，并不限定于由n型的非晶硅构成的膜，例如也可以使用从以往公知的n型的非晶半导体膜等。此外，例如，也可以包括由n型的非晶锗构成的膜。第一半导体膜8的厚度并不特别限定，例如能够设为1nm以上且20nm以下。这里，作为在第一半导体膜8中包含的n型杂质，例如能够使用磷，第一半导体膜8的n型杂质浓度例如能够设为5×1019个/cm3左右。
(第二半导体膜)
作为第二半导体膜13，并不限定于由p型的非晶硅构成的膜，例如也可以使用从以往公知的p型的非晶半导体膜等。此外，例如，也可以包括由p型的非晶锗构成的膜。第二半导体膜13的厚度并不特别限定，例如能够设为1nm以上且20nm以下。这里，作为在第二半导体膜13中包含的p型杂质，例如能够使用硼，第二半导体膜13的p型杂质浓度例如能够设为5×1019个/cm3左右。
(第三半导体膜)
第三半导体膜5只要是表示透光性的膜，则并不特别限定，例如也可以使用从以往公知的n型的非晶半导体膜等。第三半导体膜5的厚度并不特别限定，例如能够设为1nm以上且20nm以下。作为在第三半导体膜5中包含的n型杂质，例如能够使用磷，第三半导体膜5的n型杂质浓度例如能够设为5×1019个/cm3左右。
《介质膜》
在本发明中，介质膜是如下膜：形成在半导体基板和各半导体膜之间，不妨碍半导体基板和各半导体膜之间的电传导，将半导体基板和各半导体膜的界面钝化。作为这样的介质膜，优选为i型的非掺杂膜，例如，能够适当使用由i型的非晶硅等构成的膜。以下，说明各介质膜。
(第一介质膜)
第一介质膜7形成在半导体基板3和第一半导体膜8之间。作为第一介质膜7，并不限定于由i型的非晶硅构成的膜，例如也可以使用从以往公知的i型的非晶半导体膜等。第一介质膜7的厚度并不特别限定，例如能够设为1nm以上且20nm以下。
(第二介质膜)
第二介质膜12形成在半导体基板3和第二半导体膜13之间。作为第二介质膜12，并不限定于由i型的非晶硅构成的膜，例如也可以使用从以往公知的i型的非晶半导体膜等。第二介质膜12的厚度并不特别限定，例如能够设为1nm以上且20nm以下。
(第三介质膜)
第三介质膜4形成在半导体基板3和第三半导体膜5之间。作为第三介质膜4，并不限定于由i型的非晶硅构成的膜，例如也可以使用从以往公知的i型的非晶半导体膜等。第三介质膜4的厚度并不特别限定，例如能够设为1nm以上且20nm以下。
《金属间化合物层》
本发明的金属间化合物层15具有作为p型电极或者n型电极的功能。作为金属间化合物层15，优选为表示金属的电传导性的金属间化合物层，进一步优选适合为金属硅化物层和/或金属锗化物层。
这里，作为金属硅化物，例如，能够举出镍硅化物(NiSi)、钴硅化物(CoSi2)、钛硅化物(TiSi2)、钼硅化物(MoSi2)、钯硅化物(PdSi)、铂硅化物(PtSi)、锰硅化物(MnSi1.7)、钨硅化物(WSi2)等。并且，其中，能够适当地使用镍硅化物、钴硅化物、钛硅化物以及这些的并用。即，本发明的金属硅化物层优选为由至少一种金属和硅构成的化合物层，该至少一种金属从由镍(Ni)、钴(Co)以及钛(Ti)构成的群中选择。
此外，作为金属锗化物，例如，能够举出镍锗化物(NiGe、NiGe2)、钴锗化物(CoGe2)、钛锗化物(TiGe2)、钼锗化物(MoGe2)、钯锗化物、铂锗化物(PtGe)、锰锗化物(Mn5Ge3)、钨锗化物(WGe2)等。并且，其中，能够适当地使用镍锗化物、钴锗化物、钛锗化物以及这些的并用。即，本发明的金属锗化物层优选为由至少一种金属和锗构成的化合物层，该至少一种金属从由镍(Ni)、钴(Co)以及钛(Ti)构成的群中选择。
另外，本发明的金属间化合物也可以是对上述的化合物微量掺杂了其他的元素的化合物。此外，在这些组成中，设为各原子比遵照上述一般式。另外，在本发明中，如上述那样，在将化合物由化学式表示的情况下，在不特别限定原子比的情况下，设为包括以往公知的所有原子比，并不仅仅限定于化学计量学的范围。例如，在简单记载为“NiSi”的情况下，“Ni”和“Si”的原子比并不仅限定于50：50的情况，设为包括以往公知的所有原子比。
进一步，金属间化合物层15也可以是单层，也可以被层叠。此外，也可以包括硅锗化物层。
此外，金属间化合物层15的厚度能够设为0.1μm以上且1.0μm以下，进一步优选适合为0.5μm以上且0.8μm以下。
《反射防止膜》
作为反射防止膜6，例如能够使用氧化硅膜、氮化硅膜等，反射防止膜6的厚度例如能够设为10nm以上且200nm以下。若反射防止膜6的厚度小于10nm，则存在不能充分获得作为反射防止膜的效果的情况，若超过200nm，则太阳光难以透过，所以不好。
这样的本实施方式的光电转换元件通过如以下的制造方法而制造。换言之，通过如以下的制造方法而制造的光电转换元件表示如上述的特性。因此，本实施方式的光电转换元件是能够提高发电效率且能够通过简单的制造工序来制造的光电转换元件。
[光电转换元件的制造方法]
以下，参照图3～图17的示意性剖视图，说明作为第一实施方式的光电转换元件1的制造方法的一例。另外，以下所示的例到低是一例，各操作的顺序并不限定于以下的例，能够适当变更。
首先，如图3所示，在由n型单晶硅构成的半导体基板3的受光面的相反侧(即，背面)，形成具有开口部10的抗碱性的抗蚀剂膜9。
这里，抗蚀剂膜9并不特别限定，例如，能够使用将抗碱性的抗蚀剂墨通过喷墨法而在开口部10的形成部位以外的部位印刷，并使其干燥而形成的抗蚀剂膜等。
接着，如图4所示，通过去除从抗蚀剂膜9的开口部10曝光的半导体基板3的背面的一部分，形成由底面11a和从底面11a的两侧沿着半导体基板3的厚度方向延伸的侧壁11b构成的槽11。这里，优选首先通过干蚀刻而进行了具有各向异性的蚀刻之后，通过湿蚀刻，去除通过干蚀刻而生成的损伤层(damage layer)。
接着，去除抗蚀剂膜9，清洗之后，如图5所示，在包括槽11的底面11a以及侧壁11b的、半导体基板3的背面整体，形成绝缘膜16。绝缘膜16的形成方法并不特别限定，还能够采用以往公知的任意方法。
在绝缘膜16为氧化硅膜的情况下，通过蒸汽氧化、常压CVD法等也能够形成，但优选通过热氧化法而形成。这里，优选热氧化法的处理温度为800℃～1100℃。热氧化法的膜形成是简单的方法，与其他的制法相比，所形成的氧化硅膜的性质好、细致且钝化效果高，适合。这里，所形成的绝缘膜16的厚度能够通过处理时间而调制，例如能够设为1nm以上且500nm以下。此外，也可以在热氧化处理后进行氢退火处理。这里，氢退火处理的处理温度例如能够设为300℃～500℃。
此外，在绝缘膜16为氮化硅膜的情况下，通过蒸镀法等也能够形成，但优选通过等离子CVD法而形成。在通过等离子CVD法而形成氮化硅膜的情况下，能够使用由硅烷(SiH4)气体和氨(NH3)气体构成的混合气体等，作为原料气体。这里，所形成的绝缘膜16的厚度能够通过制膜时间或制膜压力等而调制，例如能够设为1nm以上且500nm以下。
接着，如图6所示，去除在半导体基板3的背面的平面部形成的绝缘膜16。这样，能够获得在槽11的侧壁11b形成了绝缘膜16的半导体基板3。这里，作为去除绝缘膜16的方法，并不特别限定，也可以使用干蚀刻、湿蚀刻中的其中一个。
接着，如图7所示，在由n型单晶硅构成的半导体基板3的受光面的整个面，将由i型的非晶硅构成的第三介质膜4以及由n型的非晶硅构成的第三半导体膜5按照这个顺序例如通过等离子CVD法而层叠。
接着，如图8所示，在第三半导体膜5的整个面，将反射防止膜6例如通过溅射法、CVD法、蒸镀法等而层叠。
接着，如图9所示，在槽11的侧壁11b具有绝缘膜16的半导体基板3的背面的整个面，将由i型的非晶硅构成的第二介质膜12以及由p型的非晶硅构成的第二半导体膜13按照这个顺序例如通过等离子CVD法而层叠。这里，第二半导体膜13也可以是由p型的非晶硅构成的膜和由p型的非晶锗构成的膜进行层叠，此时，在由p型的非晶硅构成的膜的上方，将由p型的非晶锗构成的膜例如通过等离子CVD法而层叠。
接着，如图10所示，在槽11的至少一部分埋入掩模材料14。这里，掩模材料14向槽11的埋入例如能够通过加热掩模材料14而设为熔融状态，将其通过喷墨法而以埋入槽11的方式选择性地涂布，并冷却而设为固化状态之后使其干燥来进行。
这里，作为掩模材料14，只要作为第二介质膜12以及第二半导体膜13的蚀刻掩模发挥作用的材料，则并不特别限定，其中，优选使用热熔粘结剂。另外，热熔粘结剂具有如下特性：在常温下为固体状态，但通过加热而成为熔融状态，具有涂布后的渗透少。
接着，如图11所示，去除没有通过掩模材料14而被覆盖的第二介质膜12以及第二半导体膜13。这里，去除第二介质膜12以及第二半导体膜13的方法并不特别限定，但适合使用干蚀刻。
接着，如图12所示，去除掩模材料14，之后，清洗。这里，去除掩模材料14的方法并不特别限定，例如在掩模材料14由热熔粘结剂构成的情况下，举出将掩模材料14浸渍在温水中剥离的方法等。
接着，如图13所示，在去除了掩模材料14之后的半导体基板3的背面的整个面上，将由i型的非晶硅构成的第一介质膜7以及由n型的非晶硅构成的第一半导体膜8按照这个顺序例如通过等离子CVD法而层叠。这里，第一半导体膜8也可以是由n型的非晶硅构成的膜和由n型的非晶锗构成的膜进行层叠，此时，在由n型的非晶硅构成的膜的上方，将由n型的非晶锗构成的膜例如通过等离子CVD法而层叠。
接着，如图14所示，在半导体基板3的背面的开口部10以外的部分，形成抗蚀剂膜17。这里，抗蚀剂膜17并不特别限定，例如能够使用在上述例示的抗蚀剂膜。
接着，如图15所示，去除从抗蚀剂膜17的开口部10曝光的第一介质膜7以及第一半导体膜8，使在槽11中形成的第二半导体膜13曝光。这里，作为去除第一介质膜7以及第一半导体膜8的方法，优选采用使用了碱溶液的湿蚀刻。即，由于p型的第二半导体膜13难以通过使用了碱溶液的湿蚀刻而去除，所以第二半导体膜13作为蚀刻停止层而发挥作用，能够可靠地去除第一介质膜7以及第一半导体膜8。这里，作为碱溶液，并不特别限定，例如能够使用在上述例示的碱溶液。
接着，去除抗蚀剂膜17，之后，清洗。接着，如图16所示，在半导体基板3的背面侧的整个面，形成金属层20。这里，金属层20能够通过以往公知的方法而形成，例如能够适合使用CVD法、溅射法、蒸镀法等。此外，金属层20优选由从镍(Ni)、钴(Co)、钛(Ti)构成的群中选择的至少一种金属构成，金属层20的厚度例如能够设为0.1μm以上且1.0μm以下。
接着，如图17所示，通过在形成了金属层20之后，进行热处理，能够使金属层20和第一半导体膜8以及第二半导体膜13进行反应，形成金属间化合物层15。这里，在金属间化合物层15由金属硅化物层构成的情况下，热处理温度进一步优选为200℃以上且600℃以下。
如上所述，当第一半导体膜8以及第二半导体膜13是在由非晶硅构成的膜的上方层叠了由非晶锗构成的膜的情况下，能够将金属间化合物层15设为金属锗化物层。在金属间化合物层15由金属锗化物层构成的情况下，热处理温度优选为100℃以上且500℃以下。这样，金属锗化物层能够比金属硅化物层以低温形成，适合。
其理由在于，如本实施方式所示，在半导体基板中形成有槽的情况下，若以超过600℃的高温进行热处理，则由该槽(即，半导体基板的厚度不同的部位)所引起，存在会在半导体基板产生翘曲等的不适的可能性。因此，为了抑制这样的不适的产生，使金属层和半导体膜进行反应的温度需要为600℃以下。金属锗化物层能够在500℃以下形成，不会产生半导体基板的翘曲等的不适，尤其适合。
另外，如图17所示，由于绝缘膜16和金属层20不会通过热处理而反应，所以绝缘膜16上的金属层20未反应而原样残留。
接着，如图1所示，去除未反应的金属层20。这里，作为去除未反应的金属层20的方法，优选采用使用了酸性溶液的湿蚀刻。由于在第一半导体膜8以及第二半导体膜13上形成的金属间化合物层15具有抗腐蚀性，所以通过使用酸性溶液，能够选择性地去除在绝缘膜16上残留的未反应的金属层20。通过去除未反应的金属层20，第一半导体膜8上的金属间化合物层15和第二半导体膜13上的金属间化合物层15根据成为衬底的第一半导体膜8以及第二半导体膜13的形状而被分离(即，自对准地被分离)。由此，金属间化合物层15分离为p型电极和n型电极。
根据本实施方式，如具有图44所示的结构的太阳电池所示，由于不需要通过透明导电氧化膜而连接半导体膜和电极层，所以接触电阻减少，能够提高光电转换元件的转换效率。
此外，根据本实施方式，如图28～图44中示出的方法所示，由于不需要进行光刻胶的涂布以及基于光蚀刻微影技术以及蚀刻技术的光刻胶的复杂的图案形成工序，所以能够通过更简单的制造工序来制造光电转换元件。
尤其，如图37～44中示出的方法所示，在电极形成中不需要复杂的图案形成工序，如上所述那样，形成由金属间化合物层构成的低电阻电极，且能够简单且可靠地分离p型电极(第二半导体膜13的上方的电极)和n型电极(第一半导体膜8的上方的电极)。
此外，在本实施方式中，由于将p型电极以及n型电极形成在半导体基板的厚度方向的不同的位置，所以能够减小半导体基板的背面中的p型电极和n型电极之间的缝隙，且不需要进行用于形成这样的缝隙小的p型电极和n型电极的精密的图案形成。这里，由于在非晶膜(第一半导体膜8以及第二半导体膜13)中电流难以在水平方向(膜的面方向)上流过，所以从获得具有高的转换效率的光电转换元件的观点出发，半导体基板的背面的p型电极和n型电极之间的缝隙尽可能小更好。并且，在本实施方式中，如上所述，由于通过在背面形成的槽以及在槽侧壁形成的绝缘膜，将p型电极和n型电极电性分离，所以防止在电性分离不充分的情况下产生的转换效率的降低。
进一步，在本实施方式中，由于能够将半导体基板的背面的整个平面由p型电极和n型电极来覆盖，所以能够通过p型电极以及n型电极来反射从半导体基板的受光面侧入射的光中、未被吸收而向半导体基板的背面侧透过的光。此外，通过在槽侧壁形成的绝缘膜，还能够反射向槽侧壁透过的光。
此外，进一步，在本实施方式中，包括半导体基板的槽的底面的、半导体基板的背面的整个平面通过i型的介质膜、n型的半导体膜以及p型的半导体膜而被钝化，除此之外，槽的底面的一部分以及侧壁也通过绝缘膜而被钝化。因此，在半导体基板的背面整体中能够获得良好的钝化特性，能够抑制半导体基板的表面中的载流子复合。
通过以上的理由，在本实施方式中，能够获得具有比具有如图44所示的结构的太阳电池更高的转换效率的光电转换元件。此外，在本实施方式中，能够通过简单的制造工序来制造具有高的转换效率的光电转换元件。
＜实施方式2＞
[光电转换元件]
《整体结构》
图2表示作为本发明的第二实施方式的光电转换元件2的示意性的剖视图。光电转换元件2在半导体基板103的背面不具有槽，在半导体基板103的背面的表面上，由i型的非晶硅构成的第一介质膜107和第二介质膜112隔离而设置。此外，在第一介质膜107上，设置有由n型的非晶硅构成的第一半导体膜108。此外，在第二介质膜112上，设置有由p型的非晶硅构成的第二半导体膜113。并且，在第一半导体膜108以及第二半导体膜113的背面的整个面上，设置有金属间化合物层115。
此外，在第一介质膜107和第二介质膜112之间，设置有绝缘膜116。这里，绝缘膜116与第一介质膜107的侧面部和/或第二介质膜112的侧面部接触而形成。此外，绝缘膜116也可以与第一半导体膜108的侧面部和/或第二半导体膜113的侧面部接触。
在光电转换元件2的受光面(背面的相反侧的面)，与光电转换元件1相同地，设置有第三介质膜104、第三半导体膜105以及反射防止膜106。这里，构成光电转换元件2的半导体基板、各膜、各层的材质以及厚度例如能够使用在光电转换元件1的说明中例示的材质以及厚度。
另外，在光电转换元件2中，例示第一半导体膜108为n型且第二半导体膜113为p型的结构，但即使第一半导体膜为p型且第二半导体膜为n型，也显示出本发明的效果。
此外，在光电转换元件1中，例示在受光面设置有第三半导体膜105的结构，但第三半导体膜105并不是必须的要素，即使是不具有第三半导体膜105的结构，也显示出本发明的效果。
这样的本实施方式的光电转换元件通过如以下的制造方法而制造。换言之，通过如以下的制造方法而制造的光电转换元件表示如上述的特性。因此，本实施方式的光电转换元件是能够提高发电效率且能够通过简单的制造工序来制造的光电转换元件。
[光电转换元件的制造方法]
以下，参照图18～图27的示意性剖视图，说明作为第二实施方式的光电转换元件2的制造方法的一例。另外，以下所示的例到低是一例，各操作的顺序并不限定于以下的例，能够适当变更。
首先，如图18所示，在由n型单晶硅构成的半导体基板103的受光面的整个面，将由i型的非晶硅构成的第三介质膜104以及由n型的非晶硅构成的第三半导体膜105以及反射防止膜106按照这个顺序例如通过等离子CVD法而层叠。
接着，如图19所示，在半导体基板103的背面的整个面上，将由i型的非晶硅构成的第一介质膜107以及由n型的非晶硅构成的第一半导体膜108按照这个顺序例如通过等离子CVD法而层叠。这里，第一半导体膜108也可以是由n型的非晶硅构成的膜和由n型的非晶锗构成的膜进行层叠，此时，在由n型的非晶硅构成的膜的上方，将由n型的非晶锗构成的膜例如通过等离子CVD法而层叠。
接着，如图20所示，形成具有开口部110的抗蚀剂膜109。这里，抗蚀剂膜109并不特别限定，例如能够使用在上述作为抗碱性的抗蚀剂膜而例示的抗蚀剂膜。
接着，如图21所示，去除没有通过抗蚀剂膜109而被覆盖的第一介质膜107以及第一介质膜108的一部分，使半导体基板103曝光。这里，去除第一介质膜107以及第一半导体膜108的方法并不特别限定，优选采用使用了碱溶液的湿蚀刻。
接着，去除抗蚀剂膜109，清洗之后，如图22所示，在第一半导体膜108的背面的整个面上以及半导体基板103的背面的整个面上，形成绝缘膜116。这里，形成绝缘膜116的方法例如能够使用在上述例示的方法。此外，作为绝缘膜116，优选为热氧化硅膜、氮化硅膜。
接着，如图23所示，通过去除在平面上形成的绝缘膜116，在第一介质膜107以及第一半导体膜108的侧面部残留绝缘膜116。去除绝缘膜116的方法并不特别限定，也可以使用干蚀刻、湿蚀刻中的其中一个。
接着，如图24所示，在第一半导体膜108的背面的整个面上，在半导体基板103的背面的整个面上以及绝缘膜116的剩余部分上，将由i型的非晶硅构成的第二介质膜112以及将由p型的非晶硅构成的第二半导体膜113按照这个顺序例如通过等离子CVD法而层叠。这里，第二半导体膜113也可以是由p型的非晶硅构成的膜和由p型的非晶锗构成的膜进行层叠，此时，在由p型的非晶硅构成的膜的上方，将由p型的非晶锗构成的膜例如通过等离子CVD法而层叠。
接着，如图25所示，去除在第一半导体膜108上以及绝缘膜116的剩余部分上形成的第二介质膜112以及第二半导体膜113。这里，作为去除第二介质膜112以及第二半导体膜113的方法，例如在上述例示那样能够使用干蚀刻等。
接着，如图26所示，在第一半导体膜108上、第二半导体膜113上以及绝缘膜116的剩余部分上，形成金属层120。这里，作为形成金属层120的方法，例如在上述例示那样能够使用溅射法等，金属层120优选由从镍(Ni)、钴(Co)、钛(Ti)构成的群中选择的至少一种金属构成。
接着，如图27所示，通过进行热处理，使金属层120和第一半导体膜108以及第二半导体膜113进行反应，形成金属间化合物层115。这里，由于绝缘膜116和金属层120不会通过热处理而反应，所以绝缘膜116上的金属层120未反应而原样残留。
接着，如图2所示，通过去除绝缘膜116上的未反应的金属层120，金属间化合物层115自对准地分离为p型电极和n型电极。
根据本实施方式，如具有图44所示的结构的太阳电池所示，由于不需要通过透明导电氧化膜而连接半导体膜和电极层，所以接触电阻减少，能够提高光电转换元件的转换效率。
此外，根据本实施方式，如图37～44中示出的方法所示，在电极形成中不需要进行复杂的图案形成工序，如上所述那样，形成由金属间化合物层构成的低电阻电极，且能够简单且可靠地分离p型电极(第二半导体膜113的上方的电极)和n型电极(第一半导体膜107的上方的电极)。
此外，进一步，在本实施方式中，半导体基板的背面的整个平面通过i型的介质膜、n型的半导体膜、p型的半导体膜以及绝缘膜而被钝化，在半导体基板的背面整体中能够获得良好的钝化特性，能够抑制半导体基板的表面中的载流子复合。
通过以上的理由，在本实施方式中，能够获得具有比具有如图44所示的结构的太阳电池更高的转换效率的光电转换元件。此外，在本实施方式中，能够通过简单的制造工序来制造具有高的转换效率的光电转换元件。
如以上所述，对本发明的实施方式进行了说明，但也从当初预定将上述的各实施方式的结构适当进行组合。
应认为本次公开的实施方式在所有点上都是例示，并不是限制性的。本发明的范围是由权利要求书的范围所表示而不是上述的说明，意图包含与权利要求书的范围等同的含义以及范围内的全部变更。
产业上的可利用性
本发明能够利用于光电转换元件以及光电转换元件的制造方法。
附图标记说明
1、2光电转换元件，3、103半导体基板，4、104第三介质膜，5、105第三半导体膜，6、106反射防止膜，7、107第一介质膜，8、108第一半导体膜，9、17、109抗蚀剂膜，10、110开口部，11槽，11a底面，11b侧壁，12、112第二介质膜，13、113第二半导体膜，14掩模材料，15、115金属间化合物层，16、116绝缘膜，20、120金属层，901c-Si(n)基板，902a-Si(i/p)层，903a-Si(i/n)层，904光刻胶膜，905a-Si(i/n)层，906光刻胶膜，907透明导电氧化膜，908、909光刻胶膜，910背面电极层，911反射防止膜。

Claims (5)

1.一种光电转换元件，包括：
第一导电型的半导体基板；
第一导电型的第一半导体膜，设置在所述半导体基板的一个表面上；
第二导电型的第二半导体膜，与所述第一半导体膜独立地设置在所述表面上；以及
介质膜，设置在所述半导体基板和所述第一半导体膜之间以及所述半导体基板和所述第二半导体膜之间的至少任一方，
在所述第一半导体膜上以及所述第二半导体膜上形成有金属间化合物层。
2.如权利要求1所述的光电转换元件，
在所述半导体基板的所述表面设置有槽，
在所述槽的底面设置有所述第二半导体膜。
3.如权利要求1所述的光电转换元件，
在所述半导体基板的一个表面上，所述第一半导体膜和所述第二半导体膜隔离而设置，
在所述第一半导体膜和所述第二半导体膜之间设置有绝缘膜。
4.如权利要求1至3的任一项所述的光电转换元件，
所述金属间化合物层是金属硅化物层以及金属锗化物层的至少任一个。
5.如权利要求4所述的光电转换元件，
所述金属锗化物层是由至少一种金属和锗构成的化合物层，该至少一种金属从由镍、钴以及钛构成的群中选择。
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