CN111029434A - 太阳能单电池 - Google Patents

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Abstract

能够提高发电效率并抑制半导体衬底与本征半导体层剥离。太阳能单电池(10)包括：具有第1主面和第2主面的n型硅衬底(20)；设置于第1主面的n型第1半导体层(22n)；设置于第1主面与第1半导体层(22n)之间的第1本征半导体层(22i)；设置于第2主面的p型第2半导体层(21p)；和设置于第2主面与第2半导体层(21p)之间的第2本征半导体层(21i)。硅衬底(20)与第2本征半导体层(21i)的界面氧浓度比硅衬底(20)与第1本征半导体层(22i)的界面氧浓度低，第2本征半导体层(22i)与第2半导体层(21p)的界面氧浓度比第1本征半导体层(22i)与第1半导体层(22n)的界面氧浓度高。

Description

太阳能单电池
技术领域
本发明涉及太阳能单电池。
背景技术
现有技术中，作为将光能转换为电能的光电转换装置，太阳能单电池的开发不断进步。太阳能单电池能够将取之不尽的太阳光直接转换为电，此外，与采用化石燃料发电相比对环境的负担小而清洁，所以作为新型能源而备受关注。
专利文献1中公开了在半导体衬底的受光面形成第一本征非晶半导体层后，在半导体衬底的非受光面形成第二本征非晶半导体层的光电转换元件(太阳能单电池)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2008-192764号公报
发明内容
发明要解决的课题
然而，在太阳能单电池中，期望能在提高发电效率的同时，抑制半导体衬底与非晶半导体层剥离。
于是，本发明的目的在于提供能够在提高发电效率的同时，抑制半导体衬底与非晶半导体层剥离的太阳能单电池。
用于解决课题的方法
为了达成上述目的，本发明的一方式的太阳能单电池包括：半导体衬底，其具有第1主面和背对所述第1主面的第2主面，且由第1导电型的晶体硅形成；第1半导体层，其设置于所述第1主面上，且由第1导电型的非晶硅类薄膜形成；第1本征半导体层，其设置于所述第1主面与所述第1半导体层之间，且由本征的非晶硅类薄膜形成；第2半导体层，其设置于所述第2主面上，且由第2导电型的非晶硅类薄膜形成；和第2本征半导体层，其设置于所述第2主面与所述第2半导体层之间，且由本征的非晶硅类薄膜形成，所述半导体衬底与所述第2本征半导体层的界面处的第1氧浓度比所述半导体衬底与所述第1本征半导体层的界面处的第2氧浓度低，所述第2本征半导体层与所述第2半导体层的界面处的第3氧浓度比所述第1本征半导体层与所述第1半导体层的界面处的第4氧浓度高。
发明的效果
根据本发明，能够提供能够在提高发电效率的同时，抑制半导体衬底与非晶半导体层剥离的太阳能单电池。
附图说明
图1A是实施方式的太阳能单电池的受光面侧的俯视图。
图1B是实施方式的太阳能单电池的背面侧的俯视图。
图2是图1A的II-II线的实施方式的太阳能单电池的截面图。
图3是图1A的II-II线的实施方式的半导体衬底的截面图。
图4是表示图1A的II-II线的实施方式的半导体衬底的其他例的截面图。
图5是表示实施方式的太阳能单电池的制造方法的第一例的流程图。
图6是表示实施方式的太阳能单电池的制造方法的第二例的流程图。
图7是表示实施方式的太阳能单电池的制造方法的第三例的流程图。
图8是表示实施方式的太阳能单电池的制造方法的第四例的流程图。
图9是与图1A的II-II线对应的、实施方式的变形例的太阳能单电池的截面图的一例。
图10是与图1A的II-II线对应的、实施方式的变形例的太阳能单电池的截面图的另一例。
附图标记说明
10 太阳能单电池
20 硅衬底(半导体衬底)
21i p侧本征半导体层(第2本征半导体层)
21p p型半导体层
22i n侧本征半导体层(第1本征半导体层)
22n n型半导体层
23 第1界面
24 第2界面
25 第3界面
26 第4界面
27 扩散抑制层
具体实施方式
在下文中，使用附图对本发明的实施方式进行详细的说明。以下说明的实施方式均表示本发明的一个具体例。因此，以下的实施方式中示出的数值、形状、材料、构成要素、构成要素的配置、连接方式、工序(步骤)、和工序(步骤)的顺序等为一例，并非旨在限定本发明。因此，以下的实施方式中的构成要素中，将表示本发明的最上位概念的独立权利要求中未记载的构成要素作为任意的构成要素进行说明。
另外，各图是示意图，不一定是严密的图示。此外，在各图中，有对实质上相同的结构标注相同的符号，并省略或简化重复的说明的情况。
此外，在本说明书中，平行等表示要素间的关系的用语、和矩形等表示要素的形状的用语、以及数值和数值范围并非是仅表示严格含义的措辞，而是包括实质上相同的范围，例如数％左右的差异的意思的措辞。
此外，在各图中，Z轴方向是例如与太阳能单电池的受光面垂直的方向。X轴方向及Y轴方向是相互正交且均与Z轴方向正交的方向。例如，在以下的实施方式中，“俯视”是指从Z轴方向观察的情况。
(实施方式)
以下，参照图1A～图8对本实施方式的太阳能单电池进行说明。
[1.太阳能单电池的结构]
首先，参照图1A～图4对本实施方式的太阳能单电池的结构进行说明。
图1A是本实施方式的太阳能单电池10的受光面11侧的俯视图。图1B是本实施方式的太阳能单电池10的背面12侧的俯视图。图2是图1A的II-II线的、本实施方式的太阳能单电池10的截面图。另外，在图2中，省略了形成在硅衬底20上的半导体层的图示。
如图1A和图1B所示，太阳能单电池10的俯视时的形状为矩形状。例如，太阳能单电池10呈边长为125mm的正方形的缺角的形状。另外，太阳能单电池10的形状不限于矩形状。
如图2所示，太阳能单电池10以半导体pn接合为基本结构，作为一例，包括：硅衬底20；依次形成于该硅衬底20的一个主面侧(Z轴正方向侧)的n侧电极30n和n侧集电电极40n；和依次形成于该硅衬底20的另一个主面侧(Z轴负方向侧)的p侧电极30p和p侧集电电极50p。另外，在本实施方式中，硅衬底20的一个主面是太阳能单电池10的主受光面侧的面，后文中也记载为受光面11。主受光面是在使用太阳能单电池10构建太阳能电池模块时，入射到该太阳能单电池10的光中的多于50％的光入射的面。此外，在本实施方式中，硅衬底20的另一个主面是背对硅衬底20的一个主面的面，在后文中也记载作背面12。背面12是受光面11的相反侧的面。此外，硅衬底20的受光面11侧的面是第1主面的一例，硅衬底20的背面12侧的面是第2主面的一例。
硅衬底20是晶体硅衬底，作为一例为n型的单晶硅衬底。另外，硅衬底20不限于是单晶硅衬底(n型单晶硅衬底、或p型单晶硅衬底)，也可以是多晶硅衬底等晶体硅衬底。在下文的说明中，对硅衬底20为n型单晶硅衬底的例子进行说明。硅衬底20为半导体衬底的一例。另外，在本说明书中，也将p型记载作第1导电型，将n型记载作第2导电型。例如，硅衬底20为具有第2导电型的硅衬底。此外，例如硅衬底20的平面形状为矩形状，厚度为50μm～300μm，优选为150μm以下。
可以在硅衬底20的受光面11侧和背面12侧的面的至少一者形成多个角锥配置为2维状的被称作纹理结构的凹凸形状(未图示)。由此，太阳能单电池10中，能够在硅衬底20内有效地增长光的光路长度，所以能够不增厚硅衬底20的厚度地增加有助于发电的光的吸收。太阳能单电池10例如能够使在硅衬底20中吸收系数较小的波长的光有效地助于发电。
此处，参照图3和图4对形成在硅衬底20上的半导体层的结构进行说明。图3是图1A的II-II线的本实施方式的硅衬底20的截面图。
如图3所示，在硅衬底20形成有p侧本征半导体层21i、p型半导体层21p、n侧本征半导体层22i、以及n型半导体层22n。硅衬底20在另一个主面形成有p侧本征半导体层21i和p型半导体层21p，在一个主面形成有n侧本征半导体层22i和n型半导体层22n。例如，n侧本征半导体层22i和n型半导体层22n配置于硅衬底20的受光面11侧的面上，p侧本征半导体层21i和p型半导体层21p配置于硅衬底20的背面12侧的面上，但不限于此。
p侧本征半导体层21i和n侧本征半导体层22i是例如由本征的非晶硅类薄膜形成的非晶半导体层。p侧本征半导体层21i是第2本征半导体层的一例，n侧本征半导体层22i是第1本征半导体层的一例。此外，p型半导体层21p是例如由p型的非晶硅类薄膜形成的非晶半导体层，是第2半导体层的一例。此外，n型半导体层22n是例如由n型的非晶硅类薄膜形成的非晶半导体层，是第1半导体层的一例。另外，非晶硅类也可以不仅含有非晶体，还含有微晶体、氧、或碳的杂质。
p侧本征半导体层21i和p型半导体层21p依次层叠于硅衬底20的背面12侧的面上。另外，此处的层叠是指在Z轴负方向上层叠。p侧本征半导体层21i是配置在硅衬底20的背面12侧的面与p型半导体层21p之间的钝化层。p侧本征半导体层21i能够由掺杂剂的含有率低于1×1019cm-3的非晶硅构成。p型半导体层21p设置于硅衬底20的背面12侧的面上，是具有与硅衬底20不同的导电型的半导体层。p型半导体层21p能够例如由硼(B)等p型掺杂剂的含有率为5×1019cm-3以上的非晶硅等构成。
n侧本征半导体层22i和n型半导体层22n依次层叠于硅衬底20的受光面11侧的面上。另外，此处的层叠是指在Z轴正方向上层叠。n侧本征半导体层22i是配置在硅衬底20的受光面11侧的面与n型半导体层22n之间的钝化层。n侧本征半导体层22i能够由掺杂剂的含有率低于1×1019cm-3的非晶硅构成。n型半导体层22n设置于硅衬底20的受光面11侧的面上，是具有与硅衬底20相同的导电型的半导体层。n型半导体层22n能够由例如磷(P)、砷(As)等n型掺杂剂的含有率为5×1019cm-3以上的非晶硅等构成。
p侧本征半导体层21i和n侧本征半导体层22i的厚度只要是实质上无助于发电的程度的厚度则没有特别限定。p侧本征半导体层21i和n侧本征半导体层22i的厚度为例如数
Figure BDA0002195450410000061
左右。此外，p型半导体层21p的厚度为例如2nm～50nm，n型半导体层22n的厚度为例如1nm～50nm左右。
本申请的太阳能单电池10的特征在于上述各半导体层的界面处的氧浓度的关系。具体而言，硅衬底20与p侧本征半导体层21i的第1界面23处的第1氧浓度比硅衬底20与n侧本征半导体层22i的第2界面24处的第2氧浓度低。此外，p侧本征半导体层21i与p型半导体层21p的第3界面25处的第3氧浓度比n侧本征半导体层22i与n型半导体层22n的第4界面26处的第4氧浓度高。
如上所述，太阳能单电池10的第1界面23处的氧浓度低，且在硅衬底20的两面分别具有氧浓度高的界面(例如，第2界面24和第3界面25)和氧浓度低的界面(第1界面23和第4界面26)。换言之，太阳能单电池10的第1界面23处的氧浓度低，且硅衬底20的两面的氧浓度具有表背对称结构。由此，与在硅衬底20的一个主面仅存在氧浓度高的界面，在另一个主面仅存在氧浓度低的界面的情况相比，能够抑制因应力集中在硅衬底20的一个面而p侧本征半导体层21i和n侧本征半导体层22i的至少一者从硅衬底20剥离。太阳能单电池10能够例如降低在硅衬底20发生翘曲的可能性。此外，太阳能单电池10还具有防止因第3界面25的氧浓度高而掺杂剂从p型半导体层21p向p侧本征半导体层21i扩散的效果。
第1氧浓度为例如1×1020cm-3以上且低于1×1021cm-3，第2氧浓度为1×1021cm-3以上且低于1×1022cm-3。此外，第3氧浓度为1×1021cm-3以上且低于1×1022cm-3，第4氧浓度为1×1020cm-3以上且低于1×1021cm-3。另外，也可以规定第1氧浓度～第4氧浓度作为氧原子的面密度(也记载为界面氧原子密度)。也可以是第1氧浓度(第1界面23处的氧原子的面密度)为5×1013cm-2以上且低于6×1014cm-2，第2氧浓度(第2界面24处的氧原子的面密度)为6×1014cm-2以上且低于2×1015cm-2。此外，也可以是第3氧浓度(第3界面25处的氧原子的面密度)为6×1014cm-2以上且低于2×1015cm-2，第4氧浓度(第4界面26处的氧原子的面密度)为5×1013cm-2以上且低于6×1014cm-2。
由此，能够使硅衬底20的受光面11和背面12侧的面处的氧浓度低于10。换言之，能够实现氧浓度具有表背对称结构的太阳能单电池10。另外，氧浓度的比最好接近1。氧浓度的比例如最好为5以下。氧浓度的比是在第1氧浓度和第3氧浓度中较高的一个(在本实施方式中相当于第3氧浓度)、和第2氧浓度和第4氧浓度中较高的一个(在本实施方式中相当于第2氧浓度)中，氧浓度高的一个除以低的一个而得到的值(在本实施方式中相当于第3氧浓度÷第2氧浓度、或第2氧浓度÷第3氧浓度)。
此处，对氧浓度的测定方法进行说明。首先，以第1界面23为例对做为氧浓度的一例的体积浓度的测定方法进行说明。体积浓度采用二次离子质谱法(SIMS：SecondaryIonmass Spectrometry)进行测定。SIMS是将通过加速而聚集得很细的一次离子束(例如铯：Cs+等)在真空中照射到试料上，在因溅射而从试料表面飞出的粒子中，使用电场将二次离子引出而进行质量分析的方法。例如，能够通过采用SIMS从p侧本征半导体层21i侧在深度方向(Z轴方向)上进行测定，从而求出氧(O)的体积浓度。
接下来，以第1界面23为例对作为氧浓度的一例的界面氧原子面密度的测定方法进行说明。首先，采用SIMS从p侧本征半导体层21i侧在深度方向上进行测定，求出氧得体积浓度。然后，从第1界面23前后的硅衬底20和p侧本征半导体层21i的氧浓度到达背景水平的部位求出深度方向(例如，
Figure BDA0002195450410000071
)的体积浓度，计算出第1界面23的氧原子的面密度，而作为第1界面23处的界面氧原子面密度。在其他界面也以同样的方式计算出界面氧原子密度。
第1界面23处的氧浓度能够通过SIMS在形成有纹理结构的硅衬底20的表面进行测定，但通过如下的方法能够更容易地进行测定。具体而言，在没有形成纹理结构的单晶硅衬底的平坦的表面形成p侧本征半导体层、p型半导体层、n侧本征半导体层、以及n型半导体层，通过SIMS测定单晶硅衬底与p侧本征半导体层的界面处的氧浓度。在以相同的条件在形成有纹理结构的硅衬底20进行p侧本征半导体层21i、p型半导体层21p、n侧本征半导体层22i、以及n型半导体层22n的形成和在单晶硅衬底的平坦的表面进行p侧本征半导体层、p型半导体层、n侧本征半导体层、以及n型半导体层的形成的情况下，能够推定第1界面23处的氧浓度与在平坦的表面上形成的p侧本征半导体层与单晶硅衬底的界面处的氧浓度相等。
此外，参照图4对形成在硅衬底20上的半导体层的结构的其他例进行说明。图4是表示图1A的II-II线处的本实施方式的硅衬底20的其他例的截面图。
如图4所示，在p侧本征半导体层21i与p型半导体层21p的界面形成有扩散抑制层27这一点与图3示出的太阳能单电池10不同。扩散抑制层27具有抑制p型半导体层21p的掺杂剂向p侧本征半导体层21i侧扩散的功能。扩散抑制层27含有氧、碳和氮而构成。扩散抑制层27是例如由SiOxCyNz构成的层。氧浓度为1×1021cm-3以上且低于l×1022cm-3。碳浓度为1×1019cm-3以上且低于l×1020cm-3。氮浓度为1×1018cm-3以上且低于l×1019cm-3。在满足上述浓度的条件下，决定x、y、z的值。
该情况下，第3氧浓度指扩散抑制层27的氧浓度。扩散抑制层27的氧浓度比第4氧浓度高。此外，扩散抑制层27的厚度为例如数
Figure BDA0002195450410000081
Figure BDA0002195450410000082
程度，作为具体例为
Figure BDA0002195450410000083
扩散抑制层27的厚度通过使用了透射型电子显微镜(TEM)的单元进行截面观察来测定。另外，对于其他层而言也同样。
再次参照图2，n侧电极30n和p侧电极30p是例如由透明的导电性材料构成的透明导电膜(TCO膜)。透明导电膜优选例如含有由具有多晶结构的氧化铟(In2O3)、氧化锌(ZnO)、氧化锡(SnO2)、和氧化钛(TiO2)等金属氧化物中的至少1种而构成。这些金属氧化物也可以掺杂锡(Sn)、锌(Zn)、钨(W)、锑(Sb)、钛(Ti)、铝(Al)、铈(Ce)、镓(Ga)等掺杂剂，特别优选例如在In2O3中掺杂了Sn的ITO。掺杂剂的浓度能够设为0～20质量％。
n侧电极30n和p侧电极30p通过采用蒸镀法和溅射法等成膜而形成。n侧电极30n设置于n型半导体层22n上，p侧电极30p设置于p型半导体层21p上。
n侧集电电极40n设置于n侧电极30n上，是对在硅衬底20上的受光区域产生的受光电荷(电子)进行集电的电极。n侧集电电极40n例如具有：多根副栅线电极41，其在与配线部件(未图示)的延伸方向正交的方向上形成为直线状；和多根主栅线电极42，其与这些副栅线电极41连接且沿与副栅线电极41正交的方向形成为直线状。多根副栅线电极41例如设置为相互平行。此外，多根主栅线电极42例如分别与配线部件一一对应地连接。
p侧集电电极50p设置于p侧电极30p上，是对在硅衬底20上的受光区域产生的受光电荷(空穴)进行集电的电极。p侧集电电极50p例如具有：多根副栅线电极51，其在与配线部件(未图示)的延伸方向正交的方向上形成为直线状；和多根主栅线电极52，其与这些副栅线电极51连接且沿与副栅线电极51正交的方向形成为直线状。多根主栅线电极52例如分别与配线部件一一对应地连接。
副栅线电极41和副栅线电极51在俯视时平行。此外，主栅线电极42和主栅线电极52在俯视时平行。
另外，副栅线电极41和51、以及主栅线电极42和52的根数没有特别限定。副栅线电极41和51以及主栅线电极42和52分别设置1根以上即可。例如，主栅线电极42和52的根数可以分别与配线部件数量相同，也可以数量不同。换言之，主栅线电极42和52既可以与配线部件一一对应地设置，也可以不一一对应地设置。主栅线电极42和52的根数数量最好相同。在本实施方式中，主栅线电极42和52的根数分别为3根。
由此，太阳能单电池10能够进一步抑制由于主栅线电极42和52产生的应力不同，而造成p侧本征半导体层21i和n侧本征半导体层22i的至少一者从硅衬底20剥落。太阳能单电池10例如能够进一步降低在硅衬底20发生翘曲的可能性。
另外，配线部件是在形成太阳能电池模块时，将相邻的2个太阳能单电池10彼此电连接的引片配线。此外，图中示出了n侧集电电极40n和p侧集电电极50p的形状彼此相同的情况，但不限于此。
n侧集电电极40n和p侧集电电极50p由银(Ag)等低电阻导电材料构成。例如，n侧集电电极40n和p侧集电电极50p能够通过将在粘合树脂中分散有银颗粒等导电性填料的树脂型导电性糊(银糊等)以规定图案进行丝网印刷而形成。
另外，在上文中，以太阳能单电池10具有副栅线电极41和51以及主栅线电极42和52为例进行了说明，但不限于此。太阳能单电池10例如也可以不具有主栅线电极42和52。该情况下，可以代替主栅线电极42和52而形成未图示的第1导线配线(导线电极)。第1导线配线经由导电性粘接剂等与形成于太阳能单电池10的副栅线电极(例如，副栅线电极41)连接，并且沿与副栅线电极交叉的方向设置为直线状。第1导线配线例如沿与副栅线电极正交的方向设置。第1导线配线对由副栅线电极集电的载流子进行集电。
进一步，相邻的太阳能单电池10所具有的第1导线配线例如也可以经由与第1导线配线不同的第2导线配线(未图示)而电连接。例如，第2导线配线将配置在相邻的2个太阳能单电池10中的一者的太阳能单电池10的受光面11侧的第1导线配线的端部、与配置在相邻的2个太阳能单电池10中的另一个太阳能单电池10的背面12侧的第1导线配线的端部电连接。第2导线配线是配线部件的一例。另外，第1导线配线和第2导线配线可以一体形成。
如上所述，本实施方式的太阳能单电池10是例如异质结型的太阳能单电池。由此，能够降低硅衬底20和n型半导体层22n的界面、以及硅衬底20和p型半导体层21p的界面(异质结界面)处的缺陷。因此，能够提高太阳能单电池10的光电转换效率。
另外，钝化层不限于是本征的非晶硅层，也可以是氧化硅层、氮化硅层、或氧氮化硅层等。可以将p侧本征半导体层21i和n侧本征半导体层22i这两者置换为氧化硅层、氮化硅层、或氧氮化硅层，也可以将某一个置换为氧化硅层、氮化硅层、或氧氮化硅层。
[2.太阳能单电池的制造方法]
接下来，参照图5～图8对本实施方式的太阳能单电池10的制造方法进行说明。图5是表示本实施方式的太阳能单电池的制造方法的第一例的流程图。
如图5所示，首先，准备半导体衬底(S10)。即准备硅衬底20。硅衬底20例如在成膜用托盘中配置有多个。然后，在硅衬底20形成p侧本征半导体层21i(S20)。在步骤S20中，在硅衬底20的另一个主面上形成p侧本征半导体层21i。p侧本征半导体层21i通过等离子体化学气相沉积法(PE-CVD：Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)或触媒化学气相沉积法(CAT-CVD：Catalytic Chemical Vapor Deposition)形成。
PE-CVD是使材料气体流入搭载有等离子体源的制膜室(真空容器)，从电源向等离子体源供给电力，由此，使制膜室内产生放电等离子体，使用等离子体使材料气体发生分解反应，并使产生的反应种堆积在对象物(例如，硅衬底20)上的方法。此外，CAT-CVD是使材料气体流入在内部配置有由钨等构成的导线(催化剂)的制膜室中，使材料气体在由电源通电加热的导线发生接触分解反应，并使生成的反应种(分解种)堆积在对象物上的方法。
从降低第1界面23处的第1氧浓度的观点出发，p侧本征半导体层21i最好通过PE-CVD形成。从抑制界面缺陷形成和控制界面氧浓度的观点出发，p侧本征半导体层21i优选在界面结构的控制性方面优异的PE-CVD。由此，能够通过降低对太阳能单电池10的输出影响较大的第1氧浓度而抑制第1界面23处的电阻增加，所以能够提高太阳能单电池10的FF(Fill Factor：填充因数)。在下文中，对通过PE-CVD形成p侧本征半导体层21i的例子进行说明。
另外，PE-CVD使用RF等离子体CVD法、频率较高的VHF等离子体CVD法、和微波等离子体CVD法等任意的手法均可。在本实施方式中，例如使用RF等离子体CVD法形成p侧本征半导体层21i。
步骤S20中使用的成膜装置和成膜用托盘最好使用与在步骤S30之后使用的成膜装置和成膜用托盘不同的装置和托盘。换言之，最好仅p侧本征半导体层21i采用独立的成膜装置和成膜用托盘成膜。由此，能够抑制在形成p侧本征半导体层21i的过程中，从成膜用托盘轰击出硼，该硼堆积在硅衬底20上。换言之，因为能够抑制硼向第1界面23的自动掺杂，所以能够提高太阳能单电池10的Voc(Open-Circuit Voltage：开路电压)。
在步骤S20中，将用氢稀释硅烷(SiH4)等含硅气体而得到的气体作为材料气体向制膜室供给，对配置于该制膜室的平行平板电极施加RF频率电力而将该气体等离子体化。通过将该等离子体化了的气体向加热至150℃以上250℃以下的硅衬底20的第2主面供给，而形成p侧本征半导体层21i。
然后，在硅衬底20的一个主面上形成n侧本征半导体层22i(S30)。换言之，在硅衬底20上形成p侧本征半导体层21i后，形成n侧本征半导体层22i。在本实施方式中，从生产性的观点出发，通过CAT-CVD形成n侧本征半导体层22i。
硅衬底20例如在通过PE-CVD形成p侧本征半导体层21i后，被从PE-CVD用的成膜装置取出，并以硅衬底20的一个主面露出的方式表背反转地配置在成膜用托盘上。此时，硅衬底20的一个主面在高温状态下被暴露在大气(空气)中，由此，在该一个主面上形成氧化层。通过在该状态下形成n侧本征半导体层22i，能够形成具有氧浓度比第1界面23高的第2界面24的太阳能单电池10。此外，通过采用CAT-CVD形成n侧本征半导体层22i，能够进一步提高第2界面24的氧浓度。
在步骤S30中，将用氢稀释硅烷(SiH4)等含硅气体而得到的气体作为材料气体向制膜室供给，在配置于该制膜室的通电加热了的导线表面分解该气体。通过将该分解了的气体向加热了的硅衬底20的第1主面上供给，而形成n侧本征半导体层22i。此外，在步骤S30中，硅衬底20最好转移到CAT-CVD成膜专用的托盘或n型半导体层22n的形成专用的托盘中。
然后，在n侧本征半导体层22i上形成n型半导体层22n(S40)。n型半导体层22n从生产性的观点出发，最好通过CAT-CVD形成。硅衬底20例如在通过CAT-CVD形成n侧本征半导体层22i后，继续形成n型半导体层22n。换言之，n侧本征半导体层22i和n型半导体层22n由同一装置连续地形成。例如，步骤S30和S40能够在同一装置中，不将成膜用托盘向装置外部取出地连续地进行。由此，第4界面26的氧浓度低于第2界面24的氧浓度。
在步骤S40中，将用氢稀释硅烷(SiH4)等含硅气体和磷化氢(PH3)等含n型掺杂剂气体而得到的混合气体作为材料气体向制膜室供给，在配置于该制膜室的通电加热了的导线表面分解该气体。通过将该分解了的气体向加热了的硅衬底20的n侧本征半导体层22i上供给，从而形成n型半导体层22n。
然后，形成p型半导体层21p(S50)。换言之，在p侧本征半导体层21i、p型半导体层21p、n侧本征半导体层22i、和n型半导体层22n中，p型半导体层21p最后成膜。通过使p型半导体层21p最后成膜，能够抑制硼向第1界面23、第2界面24、和第4界面26的自动掺杂。换言之，能够抑制太阳能单电池10的Voc的下降。
p型半导体层21p从生产性的观点出发，最好通过CAT-CVD形成。硅衬底20例如在通过CAT-CVD形成n型半导体层22n后，被从CAT-CVD用的成膜装置取出，并以硅衬底20的另一个主面(形成有p侧本征半导体层21i的面)露出的方式表背反转地被配置在成膜用托盘中。此时，通过硅衬底20的另一个主面在高温状态下被暴露在大气中，在该另一个主面上形成氧化层。具体而言，氧堆积在p侧本征半导体层21i上。通过在该状态下形成p型半导体层21p，能够形成具有氧浓度比第4界面26高的第3界面25的太阳能单电池10。此外，通过采用CAT-CVD形成p型半导体层21p，能够进一步提高第3界面25的氧浓度。
在步骤S50中，将用氢稀释硅烷(SiH4)等含硅气体和乙硼烷(B2H6)等含p型掺杂剂气体而得到的混合气体作为材料气体向制膜室供给，在配置于该制膜室的通电加热了的导线表面分解该气体。通过将该分解了的气体向加热了的硅衬底20的p侧本征半导体层21i上供给，从而形成p型半导体层21p。此外，在步骤S50中，硅衬底20最好被转移至p型半导体层21p的形成专用的托盘中，但也可以原样使用步骤S30和S40中所使用的成膜用托盘。
通过像上文那样独立地形成p侧本征半导体层21i，能够抑制硼的自动掺杂，且能够通过降低第1界面23处的第1氧浓度而抑制硅衬底20与p侧本征半导体层21i的接触电阻的增加。换言之，根据上述方法，能够在抑制生产性的下降的同时，制成兼顾Voc的提高和FF的提高的太阳能单电池10。另外，独立地形成p侧本征半导体层21i包括仅p侧本征半导体层21i通过PE-CVD成膜的情况，以及仅p侧本征半导体层21i使用专用的成膜装置和成膜用托盘而成膜的情况的至少一个。
另外，在步骤S50中硅衬底20表背反转地配置在成膜用托盘中时，有时在暴露在大气中的p侧本征半导体层21i上，除了形成氧化层之外，还堆积有碳和氮。在该状态下形成p型半导体层21p时，在p侧本征半导体层21i与p型半导体层21p之间形成有含氧、碳和氮的扩散抑制层27。换言之，形成图4所示的太阳能单电池10。此外，在除去堆积在p侧本征半导体层21i上的碳和氮后形成p型半导体层21p时，形成图3所示的太阳能单电池10。
另外，太阳能单电池10的制造方法不限于上述方法。具体而言，各半导体层的成膜顺序(S20～S50)不限于上述顺序。参照图6～图8对太阳能单电池10的制造方法的另一例进行说明。图6是表示本实施方式的太阳能单电池10的制造方法的第二例的流程图。
如图6所示，可以在步骤S30和S40中在步骤S10中准备的硅衬底20上形成n侧本征半导体层22i和n型半导体层22n，然后，在步骤S20中形成p侧本征半导体层21i。该情况下，在通过CAT-CVD形成n侧本征半导体层22i和n型半导体层22n后，通过PE-CVD形成p侧本征半导体层21i(S20)。由此，能够使硅衬底20与p侧本征半导体层21i的第1界面23的氧浓度低于硅衬底20与n侧本征半导体层22i的第2界面24的氧浓度。然后，在p侧本征半导体层21i上形成p型半导体层21p(S50)。
如上所述，也可以通过在硅衬底20的一个主面上依次层叠n侧本征半导体层22i和n型半导体层22n后，在硅衬底20的另一个主面上依次层叠p侧本征半导体层21i和p型半导体层21p，而形成太阳能单电池10。并且，在p侧本征半导体层21i、p型半导体层21p、n侧本征半导体层22i、和n型半导体层22n中，p侧本征半导体层21i独立地形成。另外，独立地形成p侧本征半导体层21i包括仅p侧本征半导体层21i通过PE-CVD形成的情况、以及仅p侧本征半导体层21i使用专用的成膜装置和成膜用托盘形成的情况的至少一者。
另外，在图6中，在通过CAT-CVD形成p侧本征半导体层21i的情况下，最好使用专用的成膜装置和成膜用托盘形成。该情况下，也可以在步骤S40与步骤S20之间包括除去硅衬底20的背面12侧的面上的氧化层的工序。
图7是表示本实施方式的太阳能单电池10的制造方法的第三例的流程图。
如图7所示，可以在步骤S30和S20中，在步骤S10中准备的硅衬底20上形成n侧本征半导体层22i和p侧本征半导体层21i，然后，在步骤S50和S40中形成p型半导体层21p和n型半导体层22n。该情况下，在步骤S20中形成了p侧本征半导体层21i后，在步骤S50中形成p型半导体层21p，但也可以在形成p型半导体层21p的CAT-CVD用的成膜装置内，将用氢稀释了氧、二氧化碳、或水等含氧气体和硅烷(SiH4)等含硅气体和乙硼烷(B2H6)等含p型掺杂剂气体而得到的混合气体作为材料气体向制膜室供给。由此，能够更容易使p侧本征半导体层21i与p型半导体层21p之间的第3界面25的氧浓度高于在p型半导体层21p之后形成的n型半导体层22n与n侧本征半导体层22i之间的第4界面26的氧浓度。
图8是表示本实施方式的太阳能单电池10的制造方法的第四例的流程图。另外，在图8所示的流程图中，至步骤S20为止的处理与图7所示的处理相同，因此省略说明。
如图8所示，可以在硅衬底20上形成了n侧本征半导体层22i和p侧本征半导体层21i后，在步骤S40和S50中形成n型半导体层22n和p型半导体层21p。由此，能够在形成n型半导体层22n的CAT-CVD用的成膜装置内，不将氧、二氧化碳或水等含氧气体作为材料气体向制膜室供给，而使第3界面25的氧浓度高于第4界面26的氧浓度。
如图7和图8所示，形成于硅衬底20的各半导体层也可以不使用同一装置连续地形成。换言之，形成在硅衬底20上的各半导体层可以在形成1个半导体层后，解除成膜装置的真空，将硅衬底20从装置取出而形成。
[3.效果等]
如上所述，本实施方式的太阳能单电池10包括：硅衬底20，其具有受光面11侧的面(第1主面的一例)和背对受光面11侧的面的背面12侧的面(第2主面的一例)，且由n型(第1导电型的一例)的晶体硅形成；n型半导体层22n(第1半导体层的一例)，其设置于受光面11侧的面上，且由n型的非晶硅类薄膜形成；n侧本征半导体层22i(第1本征半导体层的一例)，其设置于受光面11侧的面与n型半导体层22n之间，且由本征的非晶硅类薄膜形成；p型半导体层21p(第2半导体层的一例)，其设置于背面12侧的面上，且由p型(第2导电型的一例)的非晶硅类薄膜形成；和p侧本征半导体层21i(第2本征半导体层的一例)，其设置于背面12侧的面与p型半导体层21p之间，且由本征的非晶硅类薄膜形成。并且，硅衬底20与p侧本征半导体层21i的界面处的第1氧浓度比硅衬底20与n侧本征半导体层22i的界面处的第2氧浓度低。p侧本征半导体层21i与p型半导体层21p的界面处的第3氧浓度比n侧本征半导体层22i与n型半导体层22n的界面处的第4氧浓度高。
由此，能够抑制对太阳能单电池10的输出影响较大的第1界面23处的电阻增加，所以能够提高太阳能单电池10的FF。此外，通过硅衬底20的两面的氧浓度具有表背对称结构，能够抑制应力集中在硅衬底20的一面而导致p侧本征半导体层21i和n侧本征半导体层22i的至少一者从硅衬底20剥落。因此，本实施方式的太阳能单电池10能够在提高发电效率的同时，抑制硅衬底20与本征半导体层(例如，p侧本征半导体层21i和n侧本征半导体层22i)剥离。
此外，第1氧浓度为1×1020cm-3以上且低于1×1021cm-3，第2氧浓度为1×1021cm-3以上且低于1×1022cm-3，第3氧浓度为1×1021cm-3以上且低于1×1022cm-3，第4氧浓度为1×1020cm-3以上且低于1×1021cm-3。
由此，能够进一步使硅衬底20的两面的氧浓度表背对称。此外，通过第1氧浓度为1×1020cm-3以上且低于1×1021cm-3，与第1氧浓度为1×1021cm-3以上的情况相比，能够提高发电效率。因此，能够实现能够进一步提高发电效率，且能够进一步抑制硅衬底20与本征半导体层的剥离的太阳能单电池10。
此外，在p侧本征半导体层21i与p型半导体层21p的界面，还包括抑制p型半导体层21p的掺杂剂扩散的扩散抑制层27。并且，扩散抑制层27含有氧、碳和氮。
由此，与在p侧本征半导体层21i与p型半导体层21p的第3界面25实质上不含有碳和氮的情况下相比，能够抑制p型半导体层21p的掺杂剂的扩散。换言之，能够抑制由于p型半导体层21p的掺杂剂向p侧本征半导体层21i和第1界面23扩散而Voc下降。
此外，第1导电型为n型，第2导电型为p型。
由此，在包括由n型的晶体硅形成的硅衬底20的太阳能单电池10中，能够实现发电效率的提高，以及硅衬底20与本征半导体的剥离的抑制。
(实施方式的变形例)
以下，参照附图对本变形例的太阳能单电池进行说明。在本变形例中，太阳能单电池的p侧本征半导体层通过PE-CVD形成。在下文中，参照图9和图10对p侧本征半导体层通过PE-CVD形成的情况的太阳能单电池的结构进行说明。另外，在图9和图10中，为方便起见，省略了第1界面～第4界面而进行图示。
图9是与图1A的II-II线对应的本变形例的太阳能单电池10的截面图的一例。
如图9所示，在通过PE-CVD形成p侧本征半导体层21i的情况下，能够不使用用于固定硅衬底20的掩模而成膜，所以在形成于硅衬底20的各半导体层中，能够仅将p侧本征半导体层21i至硅衬底20的端部为止形成。另外，虽未图示，但p侧本征半导体层21i也可以至硅衬底20的端部以及硅衬底20的侧面为止形成。通过p侧本征半导体层21i形成于硅衬底20的侧面，能够进一步抑制p侧本征半导体层21i和硅衬底20的剥落。具体而言，能够进一步抑制p侧本征半导体层21i从硅衬底20的周边部剥落。
另一方面，在通过CAT-CVD形成n侧本征半导体层22i等的情况下，为了将硅衬底20固定于成膜用托盘而使用了掩模。硅衬底20对成膜用托盘的固定通过例如使用掩模分别从硅衬底20的两面按压硅衬底20的各周缘部而进行。因此，在通过CAT-CVD形成p型半导体层21p的情况下，使用用于固定硅衬底20的掩模而成膜，所以在硅衬底20的各外周部没有形成半导体层。换言之，p侧本征半导体层21i的面积在俯视硅衬底20时比n侧本征半导体层22i的面积大。另外，在成膜用托盘上固定有多个硅衬底20。
在太阳能单电池10的制造中，期望获得高生产性。CAT-CVD因为材料气体的分解效率高且掺杂效率高，所以比PE-CVD的生产性高。因此，就提高生产性的观点而言，在PE-CVD和CAT-CVD中，最好使用CAT-CVD。在本变形例中，p型半导体层21p、n侧本征半导体层22i、和n型半导体层22n通过CAT-CVD形成。此外，就降低界面处的氧浓度的观点而言，在PE-CVD和CAT-CVD中，最好使用PE-CVD。在本变形例中，p侧本征半导体层21i通过PE-CVD形成。由此，能够在维持太阳能单电池10的生产性的同时，降低对太阳能单电池10的输出最具影响的硅衬底20与p侧本征半导体层21i之间的第1界面23的氧浓度。
图10是与图1A的II-II线对应的、本变形例的太阳能单电池10的截面图的另一例。此外，PE-CVD能够形成比CAT-CVD膜厚均匀的层。
如图10所示，在通过PE-CVD形成p侧本征半导体层21i，通过CAT-CVD形成p型半导体层21p的情况下，p侧本征半导体层21i成为比p型半导体层21p厚度均匀的层。换言之，p侧本征半导体层21i比p型半导体层21p的膜厚的偏差小。在图10的例子中，示出了p侧本征半导体层21i为均匀的厚度，p型半导体层21p的Y轴正方向侧的端部的厚度比其他部分(例如，Y轴负方向侧的端部)的厚度厚的例子。另外，p型半导体层21p的厚度变厚的位置不限于Y轴正方向侧的端部。此外，不限于厚度变厚，例如也可以Y轴正方向侧的端部的厚度比其他部分的厚度变薄。
此外，虽图10中未进行图示，但p侧本征半导体层21i比n侧本征半导体层22i和n型半导体层22n的膜厚的偏差小。另外，膜厚的偏差小例如既可以是膜厚的最大值与最小值的差量小，也可以是膜厚的标准偏差小。
如上所述，本变形例的太阳能单电池10的p侧本征半导体层21i的面积在俯视硅衬底20时比n侧本征半导体层22i的面积大。
由此，与通过CAT-CVD形成p侧本征半导体层21i的情况相比，能够抑制产生的载流子(例如，空穴)的复合。因此，能够进一步提高太阳能单电池10的发电效率。
此外，p侧本征半导体层21i比p型半导体层21p的膜厚的偏差小。
由此，能够抑制因p侧本征半导体层21i的膜厚的偏差而产生的太阳能单电池10的输出的下降。
(其他实施方式)
以上，基于实施方式和变形例(在下文中也记载为实施方式等)对本发明的太阳能单电池进行了说明，但本发明不限于上述实施方式等。
例如，在上述实施方式等中，对在太阳能单电池的受光面侧的面上形成n型半导体层的例子进行了说明，但不限于此。也可以在太阳能单电池的受光面侧的面上形成p型半导体层。
此外，在上述实施方式等中，示出了集电电极包括副栅线电极和主栅线电极两者的例子，但不限于此。集电电极至少包括主栅线电极即可。
此外，本发明也可以作为包括多个太阳能单电池和将相邻的太阳能单电池电连接的配线部件的太阳能电池模块来实现。该情况下，太阳能电池模块具备的多个太阳能单电池中的至少一个是上述实施方式等中记载的太阳能单电池。
此外，在上述实施方式等中说明的太阳能单电池的制造方法的各工序的顺序为一例，不限于此。既可以改换各工序的顺序，也可以不进行各工序的一部分。
此外，在上述实施方式等中说明的太阳能单电池的制造方法的各工序既可以通过1个工序实施，也可以通过分别的工序实施。另外，通过1个工序实施是指包括使用1个装置实施各工序、连续地实施各工序、或各工序在同一场所实施。此外，分别的工序是指包括使用分别的装置实施各工序、各工序在不同的时间(例如，不同日)实施、或各工序在不同的场所实施。
此外，实施本领域技术人员对各实施方式可以想到的各种变形而得到的方式、在不脱离本发明的宗旨的范围内将各实施方式等的构成要素和功能任意地组合而实现的方式也包含在本发明中。

Claims (6)

1.一种太阳能单电池，其特征在于，包括：
半导体衬底，其具有第1主面和背对所述第1主面的第2主面，由第1导电型的晶体硅形成；
第1半导体层，其设置在所述第1主面上，由第1导电型的非晶硅类薄膜形成；
第1本征半导体层，其设置在所述第1主面与所述第1半导体层之间，由本征的非晶硅类薄膜形成；
第2半导体层，其设置在所述第2主面上，由第2导电型的非晶硅类薄膜形成；和
第2本征半导体层，其设置在所述第2主面与所述第2半导体层之间，由本征的非晶硅类薄膜形成，
所述半导体衬底与所述第2本征半导体层的界面处的第1氧浓度，比所述半导体衬底与所述第1本征半导体层的界面处的第2氧浓度低，
所述第2本征半导体层与所述第2半导体层的界面处的第3氧浓度，比所述第1本征半导体层与所述第1半导体层的界面处的第4氧浓度高。
2.如权利要求1所述的太阳能单电池，其特征在于：
所述第1氧浓度为1×1020cm-3以上且低于1×1021cm-3，
所述第2氧浓度为1×1021cm-3以上且低于1×1022cm-3，
所述第3氧浓度为1×1021cm-3以上且低于1×1022cm-3，
所述第4氧浓度为1×1020cm-3以上且低于1×1021cm-3。
3.如权利要求1或2所述的太阳能单电池，其特征在于：
在俯视所述半导体衬底时，所述第2本征半导体层的面积比所述第1本征半导体层的面积大。
4.如权利要求1或2所述的太阳能单电池，其特征在于：
在所述第2本征半导体层与所述第2半导体层的界面，还具有抑制所述第2半导体层的掺杂剂扩散的扩散抑制层，
所述扩散抑制层含有氧、碳和氮。
5.如权利要求1或2所述的太阳能单电池，其特征在于：
所述第2本征半导体层比所述第2半导体层的膜厚的偏差小。
6.如权利要求1或2所述的太阳能单电池，其特征在于：
所述第1导电型为n型，
所述第2导电型为p型。
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