CN105122467A - 光伏元件及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种具有足够的填充因数且能控制制造成本的光伏元件及其制造方法。所述光伏元件(10)包括：n型结晶半导体基板(11)、在n型结晶半导体基板(11)的一侧层叠的p型非晶质系硅薄膜(13)、以及在n型结晶半导体基板(11)的另一侧层叠的n型非晶质系硅薄膜(15)，所述光伏元件(10)具有存在于n型结晶半导体基板(11)和p型非晶质系硅薄膜(13)之间的本征非晶质系硅薄膜(12)，n型结晶半导体基板(11)和n型非晶质系硅薄膜(15)直接接合，n型非晶质系硅薄膜(15)侧被用作光入射面。

Description

光伏元件及其制造方法

技术领域

本发明涉及具有异质结的光伏元件(太阳能电池)及其制造方法。

背景技术

作为不产生CO₂等温室效应气体的清洁的发电手段，此外，作为代替原子能发电的高作业安全性的发电手段，光伏元件(太阳能电池)受到瞩目。作为光伏元件的一种，有发电效率高的具备异质结的光伏元件。

如图2所示，具有异质结的该光伏元件20，在n型结晶半导体基板21的一侧依次层叠有第一本征非晶质系硅薄膜22、p型非晶质系硅薄膜23和第一透明导电膜24，在n型结晶半导体基板21的另一侧依次层叠有第二本征非晶质系硅薄膜25、n型非晶质系硅薄膜26和第二透明导电膜27。此外，第一透明导电膜24和第二透明导电膜27的表面分别设置有集电极28、29。需要说明的是，图2中的箭头表示光的入射方向，另一侧成为光入射面。作为BSF结构，具有使n型结晶半导体基板21和n型非晶质系硅薄膜26直接接合的结构的情况下，由于结晶构造的不匹配、掺杂而使界面能级增加，光生载流子的复合增加，但是通过像光伏元件20这样使第二本征非晶质系硅薄膜25介于其间，可以抑制所述光生载流子的复合，提高发电效率(参照专利文献1)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第2614561号公报

非专利文献

非专利文献1：W.E.SpearandP.G.LeComber：SolidStateCommun.17(1975)1193

构成由上述构造形成的光伏元件的各硅薄膜，通常通过等离子CVD法进行成膜。在这里，当n型结晶半导体基板和n型非晶质系硅薄膜之间存在本征非晶质系硅薄膜时，为防止导电性决定杂质混入本征非晶质系硅薄膜，需要(1)将n型非晶质系硅薄膜和本征非晶质系硅薄膜在单独的成膜室成膜，或(2)在覆盖成膜室的壁面的状态下进行成膜等。可是，在(1)的情况下由于需要多个成膜室，所以导入制造装置时的初期成本增加，在(2)的情况下，成为制造时的运行成本增加的主因。

发明内容

本发明正是鉴于上述问题而完成的发明，其目的在于，提供一种具有足够的开路电压和填充因数(曲线因子)且能控制制造成本的光伏元件及其制造方法。

实现上述目的的第一方式涉及的光伏元件，包括：n型结晶半导体基板、在该n型结晶半导体基板的一侧层叠的p型非晶质系硅薄膜、以及在所述n型结晶半导体基板的另一侧层叠的n型非晶质系硅薄膜，在所述光伏元件中，具有存在于所述n型结晶半导体基板和所述p型非晶质系硅薄膜之间的本征非晶质系硅薄膜，所述n型结晶半导体基板和所述n型非晶质系硅薄膜直接接合，所述n型非晶质系硅薄膜侧被用作光入射面。

第一方式涉及的光伏元件，由于在n型结晶半导体基板和n型非晶质系硅薄膜之间不存在本征非晶质系硅薄膜，所以能够控制制造成本。此外，第一方式涉及的光伏元件，尽管如此在n型结晶半导体基板和n型非晶质系硅薄膜之间不存在本征非晶质系硅薄膜，通过将n型非晶质系硅薄膜侧(另一侧)作为光入射面，也具有足够的开路电压和填充因数。

在第一方式涉及的光伏元件中，优选所述n型非晶质系硅薄膜通过原料气体中掺杂剂气体所占的含量依次变高的至少两阶段的化学气相沉积法进行层叠。通过这种结构，利用n型结晶半导体基板和n型非晶质系硅薄膜的接合界面的钝化性能提高等，能够进一步提高开路电压和填充因数。需要说明的是，“原料气体中掺杂剂气体所占的含量依次变高的至少两阶段”，也包含所述含量连续变高的情况。

在第一方式涉及的光伏元件中，优选所述n型非晶质系硅薄膜具有：与所述n型结晶半导体基板直接接合的第一层、以及层叠在该第一层的与所述n型结晶半导体基板相反的一侧且电阻比所述第一层低的第二层。此时也和上述同样，利用n型结晶半导体基板和n型非晶质系硅薄膜的接合界面的钝化性能提高等，能够进一步提高开路电压和填充因数。

在第一方式涉及的光伏元件中，优选所述n型非晶质系硅薄膜通过化学气相沉积法进行层叠，该基于化学气相沉积法的层叠在所述n型结晶半导体基板的温度超过180℃且为220℃以下的状态下进行。通过在n型结晶半导体基板温度比较高的上述温度范围进行如此基于化学气相沉积法的n型非晶质系硅薄膜的层叠，可以在抑制结晶化的同时，得到缺陷发生降低的n型非晶质系硅薄膜。

在第一方式涉及的光伏元件中，优选所述n型结晶半导体基板通过外延生长法来制作。通过使用由外延生长法制作的n型结晶半导体基板，可以提高光伏元件的最大输出等输出特性及其均匀性。

在第一方式涉及的光伏元件中，优选所述n型结晶半导体基板的电阻率在0.5Ωcm以上5Ωcm以下。通过使用电阻率在所述范围的n型结晶半导体基板，可以提高最大输出等。

在第一方式涉及的光伏元件中，优选所述n型结晶半导体基板的厚度在50μm以上200μm以下，更优选80μm以上150μm以下。这样，通过成为比较薄型的基板，可以在发挥足够的输出特性的同时，实现元件自身的紧凑化、低成本化。

实现上述目的的第二方式涉及的光伏元件的制造方法，具有在n型结晶半导体基板的表面通过化学气相沉积法层叠n型非晶质系硅薄膜的工序，所述光伏元件的制造方法的特征在于，在所述n型结晶半导体基板的温度超过180℃且为220℃以下的状态下进行所述基于化学气相沉积法的层叠。

按照第二方式涉及的光伏元件的制造方法，由于不隔着本征非晶质系硅薄膜，而是利用化学气相沉积法在n型结晶半导体基板的表面直接层叠n型非晶质系硅薄膜，所以能够控制制造成本。此外，通过在n型结晶半导体基板温度比较高的上述温度范围进行n型非晶质系硅薄膜的层叠，可以在抑制结晶化的同时，得到缺陷发生降低的n型非晶质系硅薄膜，从而可以得到具有足够的开路电压和填充因数的光伏元件。

在这里，本征非晶质系硅薄膜中的“本征”是指未故意掺杂杂质，包括有原料中原本含有的杂质、在制造过程中非有意混入的杂质存在的情况。此外，“非晶质系”不仅是非晶质体，也包含微晶体。“光入射面”是指使用时配置在和太阳光等光源相对的一侧(一般是外侧)、实质上使光入射的一侧的面，此时，也可以构成为光还从和所述光入射面相反的面入射。

另一方面，本发明中的“n型”非晶质硅薄膜是指作为薄膜中所含的元素的数密度比，相对硅于含有10^－5左右以上。例如，按照非专利文献1，稍稍有未故意掺杂的非晶质硅的为n型。专利文献1所述“本征”非晶质硅是指与这种未故意掺杂无关，逻辑上推测还包含也显示作为n型的特性的材料。对此，本发明如上所述定义掺杂剂数密度比，因此，仅指故意掺杂的材料。需要说明的是，例如非专利文献1中PH₃/SIH₄＞10^－5的情况示出得到了和未故意掺杂的非晶质硅不同的特性。

本发明涉及的光伏元件具有足够的填充因数且可以控制制造成本。此外，按照本发明涉及的光伏元件的制造方法，能够在控制制造成本的情况下得到具有足够的开路电压和填充因数的光伏元件。

附图说明

图1是表示本发明的第一实施方式涉及的光伏元件的截面图。

图2是表示以往例涉及的光伏元件的截面图。

图3是表示实施例中的非晶质系硅薄膜的膜厚测定方法的示意图。

图4(a)是表示实施例3的各光伏元件的FF(曲线因子)的测定结果的图表，(b)是表示实施例3的各光伏元件的Pmax(最大输出)的测定结果的图表。

具体实施方式

接着，参照附图说明将本发明具体化的实施方式。

(光伏元件)

如图1所示，本发明的第一实施方式涉及的光伏元件10，是板状的多层构造体。光伏元件10包括：n型结晶半导体基板11；在n型结晶半导体基板11的一侧(图1中的上侧)依次层叠的本征非晶质系硅薄膜12、p型非晶质系硅薄膜13和第一透明导电膜14；在n型结晶半导体基板11的另一侧(图1中的下侧)依次层叠的n型非晶质系硅薄膜15和第二透明导电膜16。进而，光伏元件10具有在第一透明导电膜14的表面(一侧)设置的集电极17、以及在第二透明导电膜16的表面(另一侧)设置的集电极18。

作为n型结晶半导体基板11，只要是具有n型的半导体特性的结晶体，就没有特别限定，可以采用公知的材料。作为构成n型结晶半导体基板11的n型的结晶半导体，除了硅(Si)以外，还可以举出SiC、SiGe、SiN等，但考虑生产性等时优选硅。n型结晶半导体基板11可以是单晶体，也可以是多晶体。为使光的漫反射导致的光封闭更有效，优选对n型结晶半导体基板11的上下(一侧和另一侧)表面进行凹凸加工(未图示)。需要说明的是，通过将基板材料浸渍在例如包含约1～5质量％的氢氧化钠或氢氧化钾的蚀刻液中，可以形成多个棱锥体状的凹凸部。

n型结晶半导体基板11优选通过外延生长法来制作。外延生长法是指例如利用向结晶基板上供给原料气体而在其上形成外延层的方法。将所述形成的外延层从结晶基板分离，可以适当用作n型结晶半导体基板11。与利用通常的Cz法等制作的基板相比，通过外延生长法制作的n型结晶半导体基板11存在由氧诱发的缺陷少、杂质少、可以再现性良好地含有掺杂剂等优点。因此，通过采用由外延生长法制作的n型结晶半导体基板11，在光伏元件10的最大输出等提高的同时其均匀性提高。即，由于基板间的电阻率的差小，因此容易大量生产具备所期望的输出特性的光伏元件10。上述效果特别是在将集电极18一侧作为光入射面(后发射器型)时更为显著。此外，在利用Cz法制作时，是将硅结晶切成所期望的厚度而得到基板，因此在该切制时硅产生损耗。基板的厚度越薄则该硅损耗越显著。可是，在外延生长法的情况下，能够直接制作成所期望的厚度，没有必要进行切制，所以硅不发生损耗，实现了低成本化。

n型结晶半导体基板11的电阻率优选在0.5Ωcm以上5Ωcm以下，更优选1Ωcm以上3Ωcm以下。通过使用电阻率在所述范围的n型结晶半导体基板11，可以提高最大输出等。电阻率过小时，因本体寿命(bulklifetime)的减小而使最大输出降低。电阻率过大时，n型非晶质系硅薄膜15形成侧的横向电阻增大，曲线因子降低。需要说明的是，通过使用由外延生长法制作的n型结晶半导体基板11，所述电阻率的控制变得容易。

作为n型结晶半导体基板11的厚度(平均厚度)，优选在50μm以上200μm以下，更优选80μm以上150μm以下。这样，通过成为比较薄型的基板，可以在发挥足够的输出特性的同时，实现输出特性的提高并且实现低成本化。

本征非晶质系硅薄膜12层叠在n型结晶半导体基板11的一侧。换句话说，本征非晶质系硅薄膜12存在于n型结晶半导体基板11和p型非晶质系硅薄膜13之间。作为本征非晶质系硅薄膜12的膜厚，没有特别限定，但例如可以是1nm以上10nm以下。在所述膜厚不足1nm时，因变得容易产生缺陷等，变得容易发生载流子的复合。此外，在所述膜厚超过10nm时，变得容易发生短路电流的降低。

p型非晶质系硅薄膜13层叠在本征非晶质系硅薄膜12的一侧。作为p型非晶质系硅薄膜13的膜厚，没有特别限定，但例如优选1nm以上20nm以下，更优选3nm以上10nm以下。

第一透明导电膜14层叠在p型非晶质系硅薄膜13的一侧。作为构成第一透明导电膜14的透明电极材料，例如可以举出铟锡氧化物(IndiumTinOxide：ITO)、掺钨的铟氧化物(IndiumTungstenOxide：IWO)、掺铈的铟氧化物(IndiumCeriumOxide：ICO)、IZO(IndiumZincOxide)、AZO(掺铝ZnO)、GZO(掺镓ZnO)等公知的材料。

n型非晶质系硅薄膜15直接层叠在n型结晶半导体基板11的另一侧。作为n型非晶质系硅薄膜15的膜厚，没有特别限定，但例如优选1nm以上20nm以下，更优选4nm以上10nm以下。通过设定为这种范围的膜厚，可以平衡良好地减轻短路电流的降低和载流子的复合的产生。

第二透明导电膜16层叠在n型非晶质系硅薄膜15的另一侧。形成第二透明导电膜16的材料与第一透明导电膜14相同。

集电极17、18具有彼此平行且等间隔形成的多个母线电极、以及和这些母线电极正交且彼此平行且等间隔形成的多个指状电极。

母线电极和指状电极分别呈线状或带状，由导电性材料形成。作为所述导电性材料，可以采用银膏等导电性粘接剂、铜线等金属导线。作为各母线电极的宽度，例如为0.5mm以上2mm以下左右，作为各指状电极的宽度，例如为10μm以上300μm以下左右。此外，作为各指状电极间的间隔，例如为0.5mm以上4mm以下左右。

具有这种结构的光伏元件10，通常将多个串联连接而使用。通过把多个光伏元件10串联连接使用，可以提高发电电压。

在光伏元件10中，n型非晶质系硅薄膜15一侧(层叠有n型非晶质系硅薄膜15的透明导电膜16一侧)被作为光入射面使用(图1中的箭头表示光的入射方向)。通过相对于pn结部分使光从不存在本征非晶质系硅薄膜的层的一侧入射，可以提高发电效率。此外，在光伏元件10中，由于n型结晶半导体基板11和n型非晶质系硅薄膜15之间不存在本征非晶质系硅薄膜，所以能控制制造成本。

(光伏元件的制造方法)

接着，说明本发明的第二实施方式涉及的光伏元件10的制造方法。

光伏元件10的制造方法，具有利用化学气相沉积法在n型结晶半导体基板11的表面(下表面)层叠n型非晶质系硅薄膜15的工序(A)，此外还包括：在n型结晶半导体基板11的上表面层叠本征非晶质系硅薄膜12的工序(B)，在本征非晶质系硅薄膜12的上表面层叠p型非晶质系硅薄膜13的工序(C)，在p型非晶质系硅薄膜13的上表面和n型非晶质系硅薄膜15的下表面层叠透明导电膜14、16的工序(D)，以及在透明导电膜14的上表面和透明导电膜16的下表面设置集电极17、18的工序(E)。另外，只要可以得到光伏元件10的层结构，各工序的顺序没有特别限定。以下，具体说明各工序。

工序(A)

在将n型非晶质系硅薄膜15直接层叠到n型结晶半导体基板11上的工序(A)中，在n型结晶半导体基板11的温度例如超过180℃且为220℃以下、更优选190℃以上210℃以下的状态下，进行例如基于化学气相沉积法(例如等离子CVD法、催化剂CVD法(别名热丝CVD法)等)的层叠。通过在n型结晶半导体基板11的温度比较高的上述温度范围内实施化学气相沉积法，可以在抑制结晶化的同时，得到缺陷发生降低的n型非晶质系硅薄膜15，可以得到具有足够的开路电压和填充因数的光伏元件10。上述温度在180℃以下时变得容易产生缺陷，成为开路电压和填充因数降低的主因。相反，上述温度超过220℃时，形成的薄膜变得容易发生结晶化，成为开路电压和填充因数降低的主因。作为形成n型非晶质系硅薄膜15时的原料气体，可以使用例如SiH₄与作为掺杂剂气体的一种的PH₃的混合气体。

也可以将所述PH₃(掺杂剂气体)的导入量(流量)分为两阶段以上。即，可以通过所用的原料气体中掺杂剂气体所占的含量依次增高的至少两阶段的化学气相沉积法层叠n型非晶质系硅薄膜15。具体而言，例如可以通过阶段性增加PH₃的导入量(流量)，或利用质量流量控制器的梯度设定连续增加PH₃的导入量等来进行。如此能够提高n型结晶半导体基板11和n型非晶质系硅薄膜15的接合界面的钝化性能，可以得到具有足够的开路电压和填充因数的光伏元件。

例如，相对于在n型结晶半导体基板11上直接层叠的、第一阶段中的原料气体中掺杂剂气体所占的含量A，最终阶段(例如分两阶段进行时是第二阶段)中的含量B可以设为2倍以上50倍以下，优选5倍以上20倍以下。此外，第一阶段中的原料气体中掺杂剂气体所占的含量A为100ppm以上2000ppm以下左右。最终阶段(例如分两阶段进行时是第二阶段)中的含量B为4000ppm以上20000ppm以下左右。

如此，通过利用原料气体中掺杂剂气体所占的含量依次变高的多阶段(例如两阶段)的化学气相沉积法形成n型非晶质系硅薄膜15，n型非晶质系硅薄膜15成为电阻不同的层结构。具体而言，n型非晶质系硅薄膜15至少包括：与n型结晶半导体基板11直接接合的第一层、以及层叠在所述第一层的另一侧且电阻比所述第一层低的第二层。

工序(B)

本征非晶质系硅薄膜12的层叠，例如可以通过化学气相沉积法(例如等离子CVD法、催化剂CVD法(别名热丝CVD法)等)等公知的方法进行。采用等离子CVD法时，作为原料气体，例如可以采用SiH₄和H₂的混合气体。

工序(C)

p型非晶质系硅薄膜13的层叠也可以通过化学气相沉积法(例如等离子CVD法、催化剂CVD法(别名热丝CVD法)等)等公知的方法进行成膜。采用等离子CVD法时，作为原料气体，例如可以采用SiH₄和H₂及B₂H₆的混合气体。

工序(D)

透明导电膜14、16的层叠，可以采用例如溅射法、真空蒸镀法、离子镀法(反应性等离子蒸镀法)等公知的方法。需要说明的是，通过利用例如不产生高能粒子的离子镀法形成，可以抑制p型非晶质系硅薄膜13或n型非晶质系硅薄膜15表面的劣化，并能提高膜间的密接性。

工序(E)

集电极17、18的设置可以用公知的方法进行。在采用导电性粘接剂作为集电极17、18的材料的情况下，可以利用丝网印刷、凹版胶印等印刷法形成。此外，在集电极17、18采用金属导线时，可以用导电性粘接剂、低熔点金属(焊锡等)固定在透明导电膜14、16上。

本发明不限于上述的实施方式，也可以在不违背本发明的发明思想的范围内改变其构成。例如，一侧(与光入射面相反的一侧)的集电极，不是由母线电极和指状电极组成的结构，也可以是整面上层叠导电性材料的结构。这种结构的集电极可以利用镀敷、金属箔的层叠等形成。进而，代替一侧的第一透明导电膜和集电极，也可以使用由镀敷、金属箔形成的不透明的导电膜。通过将一侧形成为这种结构，可以提高一侧的集电效率。此外，来自另一侧的入射光中透过pn结部分的入射光，被整面层叠的集电极或不透明的导电膜反射，所以可以提高发电效率。

实施例

以下，通过实施例和比较例进一步具体说明本发明的内容。另外，本发明不限于以下的实施例。

(实施例1)

在用Cz法制作的n型单晶硅基板(n型结晶半导体基板)的一面侧，依次层叠有本征非晶质系硅薄膜、p型非晶质系硅薄膜和第一透明导电膜。而后，在n型单晶硅基板的另一侧依次层叠有n型非晶质系硅薄膜和第二透明导电膜。各透明导电膜通过离子镀法进行层叠。形成所述n型非晶质系硅薄膜时，首先将PH₃的导入量(相对于原料气体整体的PH₃的含量)设为800ppm，形成3nm的轻掺杂n型非晶质系硅薄膜(第一层)，再在所述轻掺杂n型非晶质系硅薄膜上将PH₃的导入量设为8000ppm并在同一成膜室内依次层叠高掺杂n型非晶质系硅薄膜(第二层)。

·一侧的本征非晶质系硅薄膜：基板温度200℃、膜厚4nm

原料气体SiH₄

·高掺杂p型非晶质系硅薄膜：基板温度200℃、膜厚6nm

原料气体SiH₄和B₂H₆

B₂H₆的导入量8000ppm

·轻掺杂n型非晶质系硅薄膜：基板温度200℃、膜厚3nm

原料气体SiH₄和PH₃

PH₃的导入量800ppm

·高掺杂n型非晶质系硅薄膜：基板温度200℃、膜厚3nm

原料气体SiH₄和PH₃

PH₃的导入量8000ppm

接着，在第一和第二透明导电膜的表面(外面)，分别作为集电极形成平行的多个母线电极、以及与所述母线电极分别正交的多个指状电极。所述集电极用银膏通过丝网印刷形成。如此得到实施例1的光伏元件。

(比较例1～9)

在n型单晶硅基板的一面侧，依次层叠有本征非晶质系硅薄膜、p型非晶质系硅薄膜和第一透明导电膜。而后，在n型单晶硅基板的另一侧依次层叠有本征非晶质系硅薄膜、n型非晶质系硅薄膜和第二透明导电膜。各透明导电膜通过离子镀法进行层叠。形成所述n型非晶质系硅薄膜时，不层叠实施例1的轻掺杂n型非晶质系硅薄膜，将PH₃的导入量设为8000ppm，在本征非晶质系硅薄膜上层叠了高掺杂n型非晶质系硅薄膜。

·一侧的本征非晶质系硅薄膜：基板温度200℃、膜厚6nm

原料气体SiH₄

·高掺杂p型非晶质系硅薄膜：基板温度200℃、膜厚4nm

原料气体SiH₄和B₂H₆

B₂H₆的导入量8000ppm

·另一侧的本征非晶质系硅薄膜：基板温度200℃、膜厚Xnm

原料气体SiH₄

·高掺杂n型非晶质系硅薄膜：基板温度200℃、膜厚Ynm

原料气体SiH₄和PH₃

PH₃导入量8000ppm

另一侧的本征非晶质系硅薄膜的膜厚(Xnm)和高掺杂n型非晶质系硅薄膜的膜厚(Ynm)如下所述。

比较例1：X＝2nm，Y＝2nm

比较例2：X＝2nm，Y＝4nm

比较例3：X＝2nm，Y＝6nm

比较例4：X＝4nm，Y＝2nm

比较例5：X＝4nm，Y＝4nm

比较例6：X＝4nm，Y＝6nm

比较例7：X＝6nm，Y＝2nm

比较例8：X＝6nm，Y＝4nm

比较例9：X＝6nm，Y＝6nm

对得到的各光伏元件的短路电流Isc、开路电压Voc、曲线因子(填充因数：FF)和最大输出Pmax进行了测定。需要说明的是，将n型非晶质系硅薄膜侧作为主要的光入射面。测定结果如表1所示。

表1

如表1所示，与n型单晶硅基板和n型非晶质系硅薄膜之间有本征非晶质系硅薄膜存在的比较例1～9的光伏元件相比，实施例1的光伏元件的填充因数得到提高。此外，短路电流和开路电压也得到提高。

以下具体说明本实施例的作用效果。透明导电膜可以视为简并半导体。即因为载流子(传导带上存在的自由电子或者价电子带上存在的自由空穴)高浓度存在、费米能级存在于传导带或者价电子带而表现出近似金属的物性，透明导电膜和n型非晶质系硅薄膜之间的接合可以视为金属－半导体接合。透明导电膜和n型非晶质系硅薄膜之间的金属－半导体接合，引起n型非晶质系硅薄膜中的频带偏移。因此，随着本征非晶质系硅薄膜和n型非晶质系硅薄膜合计的膜的厚度(X+Y)变薄，n型单晶硅基板及n型非晶质系硅薄膜之间的异质结部、与透明导电膜及n型非晶质系硅薄膜之间的金属－半导体接合部的空间电荷层开始重叠，引起少数载流子寿命的降低。所述少数载流子寿命的降低，引起开路电压Voc的降低。此外，在光从另一侧入射的情况下，在形成有n型非晶质系硅薄膜的FrontSurfaceField侧少数载流子的复合增大时，妨碍了载流子有效的分离回收，短路电流Isc也降低。进而，表1的结果示出与加厚作为无掺杂层的本征非晶质系硅薄膜相比，加厚作为掺杂层的n型非晶质系硅薄膜更能抑制开路电压Voc的降低。另一方面，将形成有n型非晶质系硅薄膜的一侧作为光入射侧时，一定程度上减薄n型非晶质系硅薄膜层的膜厚度，会使短路电流得到提高。

实施例1中代替本征非晶质系硅薄膜而层叠了轻掺杂n型非晶质系硅薄膜，能够将FrontSurfaceField侧的非晶质系硅薄膜层的总厚度在不受空间电荷层的重叠影响的范围内设为最小限度，使高短路电流和高开路电压都可以兼顾。进而，替代高电阻的本征非晶质系硅薄膜而层叠低电阻的轻掺杂n型非晶质系硅薄膜，填充因数得到提高。

(实施例2)

使用通过外延生长法制作的n型单晶硅基板(厚度150μm)，省略热供体拦击退火(サーマルドナーキラーアニーリング)工序，除此以外，和实施例1同样制作得到实施例2的光伏元件。热供体拦击退火工序是除去n型单晶硅基板中的热供体的手法，在低温工艺的异质结元件中尤其重要。在采用由Cz法制作的n型单晶硅基板的其他实施例和比较例中，进行了所述热供体拦击退火工序。通过省略该工序进一步实现了制造成本的降低。得到的实施例2的光伏元件的短路电流(Isc)为9.050A，开路电压(Voc)为0.735V，最大输出(Pmax)为5.45W，曲线因子(FF)为0.820。

(实施例3)

使用具有0.3～6Ωcm的电阻率的n型单晶硅(Cz法)，以和实施例1同样的方法得到了光伏元件。得到的各光伏元件的FF(曲线因子)和Pmax(最大输出)的测定结果示于图4(a)、(b)中。如图4(a)所示，在电阻率增大的同时n层非晶质系硅薄膜形成面侧的实效性的横向电阻增大，FF(曲线因子)减小。如图4(b)所示，由于伴随电阻率减小的、FF提高的优点和本体寿命(bulklifetime)减少的缺点成为竞争关系，所以Pmax(最大输出)优选在0.5～5Ωcm的范围，特别优选1～3Ωcm的范围。由于外延基板的氧缺陷极少，可以仅用掺杂级来控制电阻率，所以能高精度保证上述优选的范围。

在这里，说明本实施例中的各非晶质系硅薄膜的膜厚。图3示出了具有平滑部51和凹凸部52双方的假想性基板50。例如通过采用透过型电子显微镜(TEM)，可以分别测定与基板50垂直的厚度t、与平面垂直的厚度t’以及凹凸部52的角度α。在本说明书中，t代表在平滑部51上层叠的非晶质系硅薄膜53的膜厚，t’代表在凹凸部52上层叠的非晶质系硅薄膜53的膜厚。实际作业中优选采用能缩短测定时间且使用了简便的触针台阶测试计等的膜厚评价方法。例如，通过用将KOH或NaOH加热到40～50℃的液体对非晶质系硅薄膜53进行湿蚀刻而形成台阶54，并通过利用了触针台阶测试计的膜厚评价方法对t进行测定。由于从三角函数出发t’＝t×cosα成立，所以根据测定的t来计算t’。由于确认了用TEM测定得到的t’和通过采用触针台阶测试计的膜厚评价方法计算的t’是一致的，所以本实施例采用了使用触针台阶测试计的膜厚评价方法。需要说明的是，触针台阶测试计是在预先形成台阶的样本上，通过用针接触样本并水平描绘其表面，由此使针对应样本的台阶上下移动进行测定的装置。

附图标记说明

10：光伏元件，11：n型结晶半导体基板，12：本征非晶质系硅薄膜，13：p型非晶质系硅薄膜，14：第一透明导电膜，15：n型非晶质系硅薄膜，16：第二透明导电膜，17、18：集电极，50：基板，51：平滑部，52：凹凸部，53：非晶质系硅薄膜，54：台阶。

Claims (9)

1.一种光伏元件，包括：n型结晶半导体基板、在该n型结晶半导体基板的一侧层叠的p型非晶质系硅薄膜、以及在所述n型结晶半导体基板的另一侧层叠的n型非晶质系硅薄膜，所述光伏元件的特征在于，

具有存在于所述n型结晶半导体基板和所述p型非晶质系硅薄膜之间的本征非晶质系硅薄膜，

所述n型结晶半导体基板和所述n型非晶质系硅薄膜直接接合，

所述n型非晶质系硅薄膜侧被用作光入射面。

2.根据权利要求1所述的光伏元件，其特征在于，所述n型非晶质系硅薄膜通过原料气体中掺杂剂气体所占的含量依次变高的至少两阶段的化学气相沉积法来层叠。

3.根据权利要求1或2所述的光伏元件，其特征在于，所述n型非晶质系硅薄膜具有：与所述n型结晶半导体基板直接接合的第一层、以及层叠在该第一层的与所述n型结晶半导体基板相反的一侧且电阻比所述第一层低的第二层。

4.根据权利要求1～3中任意一项所述的光伏元件，其特征在于，所述n型非晶质系硅薄膜通过化学气相沉积法来层叠，基于该化学气相沉积法的层叠在所述n型结晶半导体基板的温度超过180℃且为220℃以下的状态下进行。

5.根据权利要求1～4中任意一项所述的光伏元件，其特征在于，所述n型结晶半导体基板通过外延生长法制作。

6.根据权利要求1～5中任意一项所述的光伏元件，其特征在于，所述n型结晶半导体基板的电阻率在0.5Ωcm以上5Ωcm以下。

7.根据权利要求1～6中任意一项所述的光伏元件，其特征在于，所述n型结晶半导体基板的厚度在50μm以上200μm以下。

8.根据权利要求7所述的光伏元件，其特征在于，所述n型结晶半导体基板的厚度在80μm以上150μm以下。

9.一种光伏元件的制造方法，具有在n型结晶半导体基板的表面通过化学气相沉积法层叠n型非晶质系硅薄膜的工序，所述光伏元件的制造方法的特征在于，在所述n型结晶半导体基板的温度超过180℃且为220℃以下的状态下进行所述基于化学气相沉积法的层叠。