ES2625473T3 - Método para fabricar un dispositivo de conversión fotoeléctrica - Google Patents

Método para fabricar un dispositivo de conversión fotoeléctrica Download PDF

Info

Publication number
ES2625473T3
ES2625473T3 ES11828685.5T ES11828685T ES2625473T3 ES 2625473 T3 ES2625473 T3 ES 2625473T3 ES 11828685 T ES11828685 T ES 11828685T ES 2625473 T3 ES2625473 T3 ES 2625473T3
Authority
ES
Spain
Prior art keywords
layer
silicon
conductivity
type
intrinsic
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
ES11828685.5T
Other languages
English (en)
Inventor
Masashi Yoshimi
Mitsuru Ichikawa
Toshihiko Uto
Kenji Yamamoto
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kaneka Corp
Original Assignee
Kaneka Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kaneka Corp filed Critical Kaneka Corp
Application granted granted Critical
Publication of ES2625473T3 publication Critical patent/ES2625473T3/es
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
    • H01L31/1804—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof comprising only elements of Group IV of the Periodic Table
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/06—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers
    • H01L31/068—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers the potential barriers being only of the PN homojunction type, e.g. bulk silicon PN homojunction solar cells or thin film polycrystalline silicon PN homojunction solar cells
    • H01L31/0684—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers the potential barriers being only of the PN homojunction type, e.g. bulk silicon PN homojunction solar cells or thin film polycrystalline silicon PN homojunction solar cells double emitter cells, e.g. bifacial solar cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/06—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers
    • H01L31/072—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers the potential barriers being only of the PN heterojunction type
    • H01L31/0745—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers the potential barriers being only of the PN heterojunction type comprising a AIVBIV heterojunction, e.g. Si/Ge, SiGe/Si or Si/SiC solar cells
    • H01L31/0747—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers the potential barriers being only of the PN heterojunction type comprising a AIVBIV heterojunction, e.g. Si/Ge, SiGe/Si or Si/SiC solar cells comprising a heterojunction of crystalline and amorphous materials, e.g. heterojunction with intrinsic thin layer
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
    • H01L31/186—Particular post-treatment for the devices, e.g. annealing, impurity gettering, short-circuit elimination, recrystallisation
    • H01L31/1868—Passivation
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/547—Monocrystalline silicon PV cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

Método para fabricar un dispositivo de conversión fotoeléctrica a base de silicio cristalino, en el que el dispositivo de conversión fotoeléctrica a base de silicio cristalino comprende: (2) una capa a base de silicio intrínseco de un lado de la capa del primer tipo de conductividad y (3) una capa a base de silicio de un primer tipo de conductividad, en este orden sobre una superficie de un sustrato de silicio monocristalino (1) del primer tipo de conductividad; y (4) una capa a base de silicio intrínseco de un lado de la capa del tipo opuesto de conductividad y (5) una capa a base de silicio de un tipo opuesto de conductividad, en este orden sobre otra superficie del sustrato de silicio monocristalino del primer tipo de conductividad, comprendiendo el método: al menos una de una etapa de formación de la capa a base de silicio intrínseco del lado de la capa del primer tipo de conductividad (2) y una etapa de formación de la capa a base de silicio intrínseco del lado de la capa del tipo opuesto de conductividad (4), la al menos una etapa incluyendo las subetapas en el siguiente orden: una etapa de formación de una primera capa (21) de película delgada a base de silicio intrínseco que tiene un grosor de 1 nm a 10 nm sobre el sustrato de silicio monocristalino del primer tipo de conductividad; una etapa de tratamiento con plasma del sustrato de silicio monocristalino del primer tipo de conductividad, en la que se forma la primera capa de película delgada a base de silicio intrínseco sobre el mismo, en una atmósfera de un gas que contiene hidrógeno como componente principal; y una etapa de formación de una segunda capa (22) de película delgada a base de silicio intrínseco sobre la primera capa de película delgada a base de silicio intrínseco, en el que el contenido de un gas de materia prima en la etapa de tratamiento con plasma del sustrato de silicio monocristalino es de 1/100 o menos del contenido de hidrógeno sobre la base del volumen, siendo el gas de materia prima gas usado para formar la primera capa de película delgada a base de silicio intrínseco, en el que la suma de grosores de la primera capa de película delgada a base de silicio intrínseco y la segunda capa de película delgada a base de silicio intrínseco es de 16 nm o menos, y en el que las capas a base de silicio intrínseco de los lados de las capas del primer tipo y del tipo opuesto de conductividad son capas a base de silicio no dopado.

Description

5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
DESCRIPCION
Metodo para fabricar un dispositivo de conversion fotoelectrica Campo tecnico
La invencion se refiere a un metodo para fabricar un dispositivo de conversion fotoelectrica a base de silicio cristalino que tiene una heterounion sobre una superficie de sustrato de silicio monocristalino.
Antecedentes de la tecnica
Las celulas solares a base de silicio cristalino que usan sustratos de silicio cristalino tienen una alta eficacia de conversion fotoelectrica, y por tanto se han usado ampliamente y de manera general en los sistemas de generacion de energfa solar. Entre ellas, una celula solar a base de silicio cristalino en la que se forma una pelmula delgada a base de silicio amorfo conductora que tiene una banda prohibida diferente de la de un silicio monocristalino sobre una superficie del sustrato de silicio cristalino, se denomina celula solar de heterounion.
Entre las celulas solares de heterounion, una celula solar que tiene una pelmula delgada de silicio amorfo intrmseco entre una pelmula delgada a base de silicio amorfo conductora y un sustrato de silicio cristalino es un modo de realizacion de una celula solar a base de silicio cristalino con una alta eficacia de conversion. Mediante la formacion de una pelmula delgada de silicio amorfo intrmseco entre un sustrato de silicio monocristalino y una pelmula delgada a base de silicio amorfo conductora, puede reducirse la generacion de niveles de defectos por la formacion de la capa a base de silicio amorfo de tipo de conductividad y pueden terminarse (pasivarse) los defectos presentes sobre la superficie del silicio monocristalino (principalmente enlaces libres de silicio) con hidrogeno. Ademas, debido a la presencia de una pelmula delgada de silicio amorfo intrmseco, puede evitarse la difusion de las impurezas por introduccion de portadores a la superficie del silicio monocristalino al tiempo que se forma una pelmula delgada a base de silicio amorfo conductora.
Como intento de mejorar la eficacia de conversion de la celula solar de heterounion mencionada anteriormente, el documento de patente 1 propone que antes de formarse una capa a base de silicio amorfo intrmseco sobre un sustrato de silicio cristalino, la superficie del sustrato de silicio cristalino se somete a un tratamiento con plasma de hidrogeno para limpiar la superficie del sustrato.
El documento de patente 2 propone que se controle el perfil de concentracion de hidrogeno en la capa a base de silicio amorfo cambiando la proporcion de dilucion de hidrogeno en multiples fases durante la formacion de la capa a base de silicio amorfo. El documento de patente 2 describe que controlando el perfil de concentracion de hidrogeno, se pasiva el enlace libre de silicio en la pelmula, de modo que se suprime la recombinacion del portador, lo que conduce a la potenciacion de las caractensticas de conversion. Como tecnica relacionada con el dispositivo de conversion fotoelectrica a base de silicio de pelmula delgada, el documento de patente 3 propone que se lleve a cabo repetidamente la formacion de una pelmula delgada a base de silicio amorfo que tiene un grosor de menos de 1 nm y un tratamiento con plasma de hidrogeno. El metodo de repeticion de la deposicion y el tratamiento con plasma de hidrogeno de esta manera tambien se denomina “recocido qmmico”. Mediante el recocido qmmico, se reducen los defectos de la capa a base de silicio amorfo.
El documento EP 1 187 223 A2 da a conocer un dispositivo fotovoltaico que comprende un sustrato de semiconductor cristalino que tiene un tipo conductor; una pelmula de semiconductor amorfo que tiene un tipo conductor inverso al de dicho sustrato semiconductor cristalino; y una pelmula de semiconductor amorfo intrmseco delgada insertada en una parte de la union de dicho sustrato de semiconductor cristalino y dicha pelmula de semiconductor amorfo, en el que una banda prohibida optica de la pelmula de semiconductor amorfo intrmseco se expande en un lado en contacto con la pelmula de semiconductor amorfo.
J. Mitchell trata tecnicas de deposicion qmmica de vapor potenciada con plasma multicapas que implica la deposicion de las subcapas a-Si:H individuales (THE COMPILED STaTe-OF-THE-ArT OF PV SOLAR TECHNOLOGY AND DEPLOYMENT: 24TH EUROPEAN PHOTOVOLTAIC SOLAR ENERGY CONFERENCE AND EXHIBITION; CONFERENCIA 21 - 25 DE SEPTIEMBRE DE 2009, EXPOSICION 21 - 24 DE SEPTIEMBRE DE 2009, HAMBURGO; PROCEDIMIENTOS; EU PVSEC, WIP-RENE; 21 DE SEPTIEMBRE DE 2009 ())
Y el documento JP 9 082996 A intenta mejorar la tension de bornes abiertos y un factor de curvatura y por tanto mejorar la eficacia de conversion de una celula solar fijando la cantidad de suministro de hidrogeno atomico a una primera pelmula delgada de silicio amorfo sustancialmente intrmseco gruesa en un valor de intervalo espedfico.
Documentos de la tecnica anterior
Documentos de patente
Documento de patente 1: JP-2841335
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
Documento de patente 2: JP-4171428 Documento de patente 3: JP-B-6-105691 Resumen de la invencion Problemas a resolver por la invencion
Los inventores hicieron un intento de mejorar las caractensticas de conversion fotoelectrica mediante un metodo de tratamiento con plasma de una superficie del sustrato de silicio tal como se describe en el documento de patente 1, pero no pudo conseguirse una mejora suficiente de las caractensticas. Esto es porque aunque se consigue un efecto de limpieza de una superficie del sustrato de silicio cristalino mediante el tratamiento con plasma de hidrogeno, la superficie del sustrato sufre dano por plasma, y como resultado no se reducen los defectos en la superficie de contacto entre el sustrato de silicio cristalino y una capa a base de silicio amorfo intrmseco.
En el metodo descrito en el documento de patente 2, se mejora la calidad de la pelmula de la propia pelmula delgada a base de silicio, pero es difmil que se reduzcan los defectos en la superficie de contacto entre un sustrato de silicio cristalino y una capa a base de silicio amorfo intrmseco. Ademas, el perfil de concentracion de hidrogeno en la pelmula esta fuertemente afectado por otras condiciones de la etapa tales como el historial de temperatura ademas de la proporcion de dilucion de hidrogeno durante la deposicion. Por tanto, existe el problema de que es diffcil controlar de manera estable el perfil de concentracion de hidrogeno para potenciar las caractensticas de conversion.
Mediante recocido qmmico tal como se describe en el documento de patente 3, puede mejorarse la calidad de la pelmula de una pelmula delgada a base de silicio. Sin embargo, la calidad de la pelmula se mejora mediante recocido qmmico solo a lo largo de un intervalo de menos de 1 nm de la superficie tratada. Por otro lado, en una celula solar de heterounion, se requiere que el grosor de una capa a base de silicio amorfo intrmseco sea de al menos aproximadamente 3 nm para impedir la difusion de una impureza de tipo de conductividad a una superficie del sustrato de silicio y mostrar efectos de pasivacion sobre los defectos. Por tanto, existe el problema de que para mejorar la calidad de la pelmula de la capa a base de silicio amorfo intrmseco mediante recocido qmmico, es necesario que se repita la deposicion y el tratamiento con plasma de hidrogeno muchas veces, lo que conduce a una escasa productividad.
En vista de lo anterior, un objeto de la presente invencion es mejorar las caractensticas de conversion fotoelectrica reduciendo los defectos en la superficie de contacto entre un sustrato de silicio monocristalino y una capa de pelmula delgada a base de silicio en un dispositivo de conversion fotoelectrica a base de silicio cristalino.
Medios para resolver los problemas
Como resultado de realizar los estudios en vista de los problemas mencionados anteriormente, se ha encontrado que las caractensticas de conversion fotoelectrica pueden potenciarse mejorando un metodo para formar una capa a base de silicio amorfo intrmseco en un metodo para fabricar un dispositivo de conversion fotoelectrica a base de silicio cristalino.
La presente invencion se refiere a un metodo para fabricar un dispositivo de conversion fotoelectrica a base de silicio cristalino que incluye una capa a base de silicio intrmseco de un lado de la capa de un primer tipo de conductividad y una capa a base de silicio de un primer tipo de conductividad formadas en este orden sobre una superficie de un sustrato de silicio monocristalino del primer tipo de conductividad; y una capa a base de silicio intrmseco de un lado de la capa de un tipo opuesto de conductividad y una capa a base de silicio de un tipo opuesto de conductividad en este orden sobre la otra superficie del sustrato de silicio monocristalino del primer tipo de conductividad. Al menos una de una etapa de formacion de la capa a base de silicio intrmseco del lado de la capa de primer tipo de conductividad y una etapa de formacion de la capa a base de silicio intrmseco del lado de la capa de tipo opuesto de conductividad preferiblemente incluye la siguiente etapa de formacion de la primera capa de pelmula delgada a base de silicio intrmseco, etapa de tratamiento con plasma y etapa de formacion de la segunda capa de pelmula delgada a base de silicio intrmseco en este orden.
La etapa de formacion de la primera capa de pelmula delgada a base de silicio intrmseco comprende una etapa de formacion de una primera capa de pelmula delgada a base de silicio intrmseco que tiene un grosor de 1 nm a 10 nm sobre el sustrato de silicio monocristalino del primer tipo de conductividad.
La etapa de tratamiento con plasma comprende una etapa de tratamiento con plasma del sustrato de silicio monocristalino del primer tipo de conductividad, sobre el que se forma la primera capa de pelmula delgada a base de silicio intrmseco, en una atmosfera de un gas que contiene hidrogeno como componente principal.
La etapa de formacion de la segunda capa de pelmula delgada a base de silicio intrmseco comprende una etapa de formacion de una segunda capa de pelmula delgada a base de silicio intrmseco sobre la primera capa de pelmula
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
delgada a base de silicio intrmseco.
En la presente invencion, la suma del grosor de la primera capa de pelmula delgada a base de silicio intrmseco y el grosor de la segunda capa de pelmula delgada a base de silicio intrmseco es de 16 nm o menos.
Y el contenido de un gas de materia prima en la etapa de tratamiento con plasma del sustrato de silicio monocristalino es de 1/100 o menos del contenido de hidrogeno sobre la base del volumen, siendo el gas de materia prima el gas usado para formar la primera capa de pelmula delgada a base de silicio intrmseco.
En un modo de realizacion de la presente invencion, tras la etapa de formacion de la primera capa de pelmula delgada a base de silicio intrmseco, se detiene temporalmente la descarga de plasma, y despues de eso la descarga de plasma se reanuda para llevar a cabo la etapa de tratamiento con plasma.
Efectos de la invencion
Segun el metodo de fabricacion de la presente invencion, se potencia el efecto de pasivacion sobre un sustrato de silicio monocristalino de un dispositivo de conversion fotoelectrica a base de silicio cristalino, de modo que pueden reducirse los defectos en la superficie de contacto entre el sustrato de silicio monocristalino y una capa de pelmula delgada a base de silicio. Por tanto, puede proporcionarse un dispositivo de conversion fotoelectrica a base de silicio cristalino con una excelente eficacia de conversion fotoelectrica.
Breve descripcion de los dibujos
La figura 1 es una vista en seccion esquematica de un dispositivo de conversion fotoelectrica a base de silicio cristalino segun un modo de realizacion de la presente invencion.
Descripcion de los modos de realizacion
A continuacion se describira un modo de realizacion de la presente invencion con referencia a la vista en seccion esquematica de un dispositivo de conversion fotoelectrica a base de silicio cristalino mostrado en la figura 1. En el dispositivo de conversion fotoelectrica a base de silicio cristalino en la figura 1, se forma una capa 2 a base de silicio intrmseco sobre una superficie de un sustrato de silicio monocristalino 1 de un primer tipo de conductividad, y se forma una capa 4 a base de silicio intrmseco sobre la otra superficie del mismo. Se forman una capa 3 a base de silicio del primer tipo de conductividad y una capa 5 a base de silicio de un tipo opuesto de conductividad sobre las superficies de la capa 2 a base de silicio intrmseco y la capa 4 a base de silicio intrmseco, respectivamente. A continuacion en el presente documento, la capa 2 a base de silicio intrmseco entre el sustrato de silicio monocristalino 1 del primer tipo de conductividad y la capa 3 a base de silicio del primer tipo de conductividad pueden denominarse “capa a base de silicio intrmseco del lado de la capa del primer tipo de conductividad”, y la capa 4 a base de silicio intrmseco entre el sustrato de silicio monocristalino 1 del primer tipo de conductividad y la capa 5 a base de silicio del tipo opuesto de conductividad pueden denominarse “capa a base de silicio intrmseco del lado de la capa del tipo opuesto de conductividad”. Generalmente, se forman capas de electrodo transparente 6 y 8 sobre las superficies de la capa 3 a base de silicio del primer tipo de conductividad y la capa 5 a base de silicio del tipo opuesto de conductividad, y se forman electrodos colectores 7 y 9 sobre las mismas, respectivamente.
En primer lugar, se describira el sustrato de silicio monocristalino 1 conductor. Generalmente, un sustrato de silicio monocristalino contiene una impureza que suministra cargas al silicio, y es conductor. Los sustratos de silicio monocristalino conductores que contienen una impureza incluyen un sustrato de silicio monocristalino de tipo n que contiene una impureza que introduce electrones a atomos de Si (por ejemplo atomos de fosforo), y un sustrato de silicio monocristalino de tipo p que contiene una impureza que introduce huecos a atomos de Si (por ejemplo atomos de boro). En esta memoria descriptiva, “primer tipo de conductividad” se refiere o bien a uno de tipo n o bien a uno de tipo p.
Cuando se usa el sustrato de silicio monocristalino del primer tipo de conductividad como material para una celula solar, la heterounion sobre el lado incidente de la luz donde se absorbe mayoritariamente la luz incidente en el sustrato de silicio monocristalino es preferiblemente una union inversa. Cuando la heterounion sobre el lado incidente de la luz es una union inversa, se proporciona un fuerte campo electrico, de modo que los pares electron/hueco se separan y se recogen de manera eficaz. Si se comparan el hueco y el electron, el electron, que tiene una masa eficaz y un area de seccion transversal de dispersion mas reducidos, generalmente tiene una alta movilidad. Por consiguiente, el sustrato de silicio monocristalino 1 del primer tipo de conductividad usado en la presente invencion es preferiblemente un sustrato de silicio monocristalino de tipo n.
Un ejemplo de la estructura del dispositivo de conversion fotoelectrica a base de silicio cristalino, cuando se usa un sustrato de silicio monocristalino de tipo n tal como se ha descrito anteriormente, es una estructura que incluye un electrodo colector 9 / una capa de electrodo transparente 8 / una capa 5 a base de silicio amorfo de tipo p / una capa 4 a base de silicio amorfo no dopado / un sustrato de silicio monocristalino 1 de tipo n / una capa 2 a base de silicio amorfo no dopado / una capa 3 a base de silicio amorfo de tipo n / una capa de electrodo transparente 6 / un
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
electrodo colector 7, en este orden. En esta configuracion, el lado de la capa a base de silicio amorfo de tipo n (denominada tambien capa n) es preferiblemente el lado posterior.
Por otro lado, un ejemplo de la estructura del dispositivo de conversion fotoelectrica a base de silicio cristalino, cuando se usa un sustrato de silicio monocristalino de tipo p como sustrato de silicio monocristalino conductor, es una estructura que incluye un electrodo colector 9 / una capa de electrodo transparente 8 / una capa 5 a base de silicio amorfo de tipo n / una capa 4 a base de silicio amorfo no dopado / un sustrato de silicio monocristalino 1 de tipo p / una capa 2 a base de silicio amorfo no dopado / una capa 3 a base de silicio amorfo de tipo p / una capa de electrodo transparente 6 / un electrodo colector7, en este orden. En este caso, el lado de la capa n es preferiblemente el lado de la superficie incidente, siendo la parte de union inversa el lado incidente de luz, desde el punto de vista de aumentar la eficacia colectora del portador.
Desde el punto de vista del confinamiento de luz, se forma preferiblemente una textura (estructura irregular) sobre una superficie del sustrato de silicio monocristalino. Se recorta preferiblemente el sustrato de silicio monocristalino de modo que el plano de incidencia de luz es identico al plano (100) con el fin de formar una textura sobre su superficie. Esto es debido a que cuando se graba el sustrato de silicio monocristalino, se forma facilmente una estructura de superficie texturizada mediante grabado anisotropico que aprovecha la diferencia en la tasa de grabado entre el plano (100) y el plano (111).
La capa 2 a base de silicio intrmseco del lado de la capa del primer tipo de conductividad y la capa 3 a base de silicio del primer tipo de conductividad se forman sobre una superficie del sustrato de silicio monocristalino 1, y la capa 4 a base de silicio intrmseco del lado de la capa del tipo opuesto de conductividad y la capa 5 a base de silicio del tipo opuesto de conductividad se forman sobre la otra superficie del mismo. El metodo para formar estas capas a base de silicio no esta particularmente limitado, sin embargo se usa preferiblemente un metodo CVD potenciada con plasma. Cuando se forma la capa a base de silicio mediante el metodo CVD potenciada con plasma, la formacion de la capa a base de silicio y el tratamiento con plasma de hidrogeno descrito a continuacion pueden realizarse en la misma camara, y por tanto puede simplificarse el procedimiento de produccion. Las condiciones usadas para formar las pelfculas delgadas a base de silicio son preferiblemente, por ejemplo, como sigue: una temperatura del sustrato de 100 a 300°C; una presion de 20 a 2600 Pa; y una densidad de potencia de alta frecuencia de 0,003 a 0,5 W/cm2 Un gas fuente usado para formar las pelfculas delgadas a base de silicio puede ser un gas que contiene silicio tal como SiH4 o Si2H6. Puede introducirse a la camara un gas fuente diluido con, por ejemplo, H2. Un gas dopante para formar la capa a base de silicio conductora (tipo p o tipo n) es preferiblemente, por ejemplo, B2H6 o PH3. En este caso, la cantidad de impureza tal como P o B anadido, es suficiente para ser una cantidad traza; por tanto, puede usarse un gas mixto en el que B2H6 o PH3 se diluye de antemano con el gas fuente, H2 o similares. Puede anadirse un gas que contenga un elemento diferente, tal como CH4, CO2, NH3 o GeH4, al gas mencionado anteriormente para formar una capa de aleacion de silicio, tal como carburo de silicio, nitruro de silicio y germanio de silicio, como capa a base de silicio.
Las pelfculas delgadas 2 y 4 a base de silicio intrmseco son pelfculas delgadas a base de silicio no dopado de silicio sustancialmente intrmseco. Las capas 2 y 4 a base de silicio intrmseco son preferiblemente silicio amorfo hidrogenado no dopado que consiste esencialmente en silicio e hidrogeno. Cuando se forman las capas 2 y 4 a base de silicio intrmseco sobre cada superficie del sustrato de silicio monocristalino, puede realizarse de manera eficaz la pasivacion de la superficie al tiempo que se suprime la difusion de las impurezas al sustrato de silicio monocristalino.
En el metodo de fabricacion de la presente invencion, es preferible que la formacion de la capa a base de silicio intrmseco se detenga temporalmente a mitad del proceso, y se lleve a cabo un tratamiento con plasma en una atmosfera de un gas que contiene hidrogeno como componente principal, seguido por la reanudacion de la deposicion. A continuacion se describira un metodo para formar una capa a base de silicio intrmseco en la presente invencion con la capa 2 a base de silicio intrmseco del lado de la capa del primer tipo de conductividad como ejemplo.
En primer lugar, se coloca el sustrato de silicio monocristalino 1 del primer tipo de conductividad en una camara a vacro de un dispositivo CVD potenciada con plasma, y despues de eso se calienta el sustrato durante un cierto periodo segun se necesite. Despues de eso, se forma una primera capa 21 de pelfcula delgada a base de silicio intrmseco. La primera capa de pelfcula delgada a base de silicio intrmseco desempena el papel de capa protectora para reducir el dano por plasma a la superficie de silicio monocristalino en el momento del tratamiento con plasma de hidrogeno.
La primera capa 21 de pelfcula delgada a base de silicio intrmseco se forma preferiblemente con un grosor de 1 nm a 10 nm. El grosor de la primera capa de pelfcula delgada a base de silicio intrmseco es mas preferiblemente 2 nm o mas. Si el grosor de la primera capa de pelroula delgada a base de silicio intrmseco es demasiado pequeno, la cobertura de superficie del sustrato de silicio monocristalino puede ser insuficiente, de modo que la superficie de silicio monocristalino tiende a sufrir dano por plasma facilmente durante el tratamiento con plasma de hidrogeno. En particular, cuando se forma una textura sobre la superficie del sustrato de silicio monocristalino, la cobertura de las partes inferior y superior de la textura tiende a ser insuficiente si el grosor de la primera capa de pelroula delgada a base de silicio intrmseco es pequeno. Por tanto, cuando se forma una textura sobre la superficie del sustrato de
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
silicio monocristalino 1, se forma preferiblemente la primera capa 21 de pelmula delgada a base de silicio intrmseco con un grosor de 1,5 nm o mas, preferiblemente con un grosor de 2 nm o mas. El grosor de la primera capa de pelmula delgada a base de silicio intrmseco es mas preferiblemente de 8 nm o menos, aun mas preferiblemente de 6 nm o menos, preferiblemente de manera particular de 5 nm o menos, lo mas preferiblemente de 4 nm o menos. Si el grosor de la primera capa de pelmula delgada a base de silicio intrmseco es demasiado grande, no pueden obtenerse suficientemente el efecto de pasivacion sobre el sustrato de silicio monocristalino mediante un tratamiento con plasma de hidrogeno y el efecto de reduccion de defectos en la superficie de contacto entre el sustrato de silicio monocristalino y la primera capa de pelmula delgada a base de silicio intrmseco.
Tras la formacion de la primera capa 21 de pelmula delgada a base de silicio intrmseco, se lleva a cabo un tratamiento con plasma en una atmosfera de un gas que contiene hidrogeno como componente principal. Tras la formacion de la primera capa de pelmula delgada a base de silicio intrmseco, la superficie de la misma se somete a un tratamiento con plasma de hidrogeno de esta manera, de modo que pueden mejorarse las caractensticas de conversion, particularmente la tension en circuito abierto (Voc), del dispositivo de conversion fotoelectrica a base de silicio cristalino. Esto se considera que es debido a que se mejora el efecto de pasivacion con hidrogeno sobre el sustrato de silicio monocristalino, que es insuficiente solo formando una capa de pelmula delgada a base de silicio sobre el mismo. Como resultado de los estudios realizados por los inventores, se ha encontrado que las caractensticas de conversion del dispositivo de conversion fotoelectrica a base de silicio cristalino pueden mejorarse cuando se lleva a cabo un tratamiento con plasma de hidrogeno tras la formacion de la primera capa de pelmula delgada a base de silicio intrmseco en comparacion con cuando se somete la superficie del sustrato de silicio monocristalino a un tratamiento con plasma de hidrogeno directamente. Esto se considera que es debido a que la primera capa de pelmula delgada a base de silicio intrmseco actua como una capa protectora para reducir el dano por plasma a la superficie de silicio monocristalino durante el tratamiento con plasma de hidrogeno.
Como condiciones para el tratamiento con plasma, es preferible que, por ejemplo, la temperatura del sustrato sea de 100°C a 300°C, y la presion sea de 20 Pa a 2600 Pa. La densidad de potencia de alta frecuencia y el periodo de tratamiento con plasma en la etapa de tratamiento con plasma pueden fijarse apropiadamente dentro del intervalo de obtencion del efecto de la invencion. Sin embargo, incluso cuando se proporciona la primera capa de pelmula delgada a base de silicio intrmseco sobre el sustrato de silicio monocristalino, pueden aumentar los impactos del dano por plasma sobre la superficie del sustrato de silicio monocristalino, lo que conduce a una degradacion de la caractenstica de conversion fotoelectrica, si la densidad de potencia de alta frecuencia durante el tratamiento con plasma es excesivamente alta, o el periodo de tratamiento con plasma es excesivamente largo. Por tanto, la densidad de potencia de alta frecuencia durante el tratamiento con plasma es preferiblemente de 0,052 W/cm2 o menos, mas preferiblemente de 0,039 W/cm2 o menos. El periodo de tratamiento con plasma es preferiblemente de 140 segundos o menos, mas preferiblemente de 120 segundos o menos.
El lfmite inferior de la densidad de potencia de alta frecuencia durante el tratamiento con plasma no esta particularmente limitado siempre que pueda generarse plasma de hidrogeno. La densidad de potencia de alta frecuencia en la etapa de tratamiento con plasma es preferiblemente de 0,01 W/cm2 o mas, mas preferiblemente de 0,016 W/cm2 o mas desde el punto de vista de potenciar la pasivacion con hidrogeno y reducir los defectos del tratamiento con plasma de hidrogeno.
El lfmite inferior del periodo de tratamiento con plasma no esta particularmente limitado, y se fija de manera apropiada considerando el grosor de la primera capa de pelmula delgada a base de silicio intrmseco y la densidad de potencia de alta frecuencia en la etapa de tratamiento con plasma. El periodo de tratamiento con plasma es preferiblemente 3 segundos o mas, mas preferiblemente 10 segundos o mas desde el punto de vista de mejorar el efecto de pasivacion con hidrogeno sobre el sustrato de silicio cristalino.
La “atmosfera de un gas que contiene hidrogeno como componente principal” en la etapa de tratamiento con plasma puede contener un gas inerte tal como nitrogeno, helio o argon, y puede contener una cantidad muy pequena de un gas dopante tal como B2H6 o PH3, siempre que la concentracion de hidrogeno en la atmosfera sea del 70% en volumen o mas. Por otro lado, en la etapa de tratamiento con plasma, preferiblemente no se introduce un gas de materia prima tal como SiH4 en la camara y un gas de materia prima usado para formar la primera capa de pelmula delgada a base de silicio intrmseco no permanece en la camara. Incluso si el gas de materia prima esta contenido en la atmosfera de gas en la etapa de tratamiento con plasma, preferiblemente la capa a base de silicio no se forma sustancialmente durante la descarga de plasma. El lfmite aceptable del contenido del gas de materia prima en la etapa de tratamiento con plasma depende de otros parametros de deposicion, sin embargo es preferiblemente de 1/100 o menos, mas preferiblemente de 1/500 o menos, aun mas preferiblemente de 1/2000 o menos del contenido de hidrogeno sobre la base del volumen.
La capa 2 a base de silicio intrmseco es preferiblemente silicio amorfo hidrogenado no dopado tal como se describio anteriormente, sin embargo segun el metodo de fabricacion de la presente invencion, puede cristalizarse una parte de la primera capa de pelmula delgada a base de silicio intrmseco mediante el tratamiento con plasma de hidrogeno incluso cuando se deposita silicio amorfo como primera capa 21 de pelmula delgada a base de silicio intrmseco. La presencia de un componente cristalizado puede confirmarse mediante, por ejemplo, observacion de seccion transversal de una muestra con un microscopio electronico de transmision de alta resolucion (TEM), difractometna
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
de rayos X, espectroscopfa de dispersion Raman o similares.
Tras la etapa de tratamiento con plasma, se forma una segunda capa 22 de pelmula delgada a base de silicio intrmseco sobre la primera capa 21 de pelmula delgada a base de silicio intrmseco. En la presente invencion, la segunda capa 22 de pelmula delgada a base de silicio intrmseco se forma tras el tratamiento con plasma de hidrogeno, de modo que aumenta el grosor total de la capa 2 a base de silicio intrmseco. Por consiguiente, se inhibe la difusion de las impurezas atomicas al sustrato de silicio monocristalino 1 durante la formacion de la capa 3 a base de silicio conductora.
La segunda capa 22 de pelroula delgada a base de silicio intrmseco se forma preferiblemente con un grosor de 1 nm a 15 nm. El grosor de la segunda capa de pelroula delgada a base de silicio intrmseco es preferiblemente de 2 nm a 14 nm, mas preferiblemente de 2,5 nm a 12 nm, aun mas preferiblemente de 3 nm a 10 nm. La suma del grosor de la primera capa 21 de pelroula delgada a base de silicio intrmseco y el grosor de la segunda capa 22 de pelroula delgada a base de silicio intrmseco, es decir el grosor de la capa 2 a base de silicio intrmseco, es preferiblemente de 6 nm o mas. Si el grosor de la capa 2 a base de silicio intrmseco es excesivamente pequeno, los defectos de la superficie de contacto tienden a aumentar debido a la difusion de impurezas atomicas en la capa 3 a base de silicio conductora a la superficie del sustrato de silicio monocristalino o al deterioro de la cobertura de la superficie del sustrato de silicio monocristalino. Por otro lado, si el grosor de la capa 2 a base de silicio intrmseco es excesivamente grande, la caractenstica de conversion puede degradarse debido a un aumento en la resistencia o un aumento en la perdida de luz por absorcion. Por tanto, el grosor de la capa 2 a base de silicio intrmseco es de 16 nm o menos. El grosor de la capa a base de silicio intrmseco es mas preferiblemente de 3 nm a 14 nm, aun mas preferiblemente de 5 nm a 12 nm.
La etapa de formacion de la primera capa de pelroula delgada a base de silicio intrmseco, la etapa de tratamiento con plasma y la etapa de formacion de la segunda capa de pelroula delgada a base de silicio intrmseco mencionadas anteriormente se llevan a cabo preferiblemente de manera sucesiva en la misma camara de deposicion. La descarga de plasma se detiene preferiblemente de manera temporal tras la etapa de formacion de la primera capa de pelroula delgada a base de silicio intrmseco y antes del comienzo de la etapa de tratamiento con plasma. Es decir, es preferible que tras detenerse el suministro de un gas de materia prima, se detenga la descarga de plasma, de modo que el interior de la camara este bajo una atmosfera de un gas que contiene hidrogeno como componente principal, y puede reanudarse la descarga para iniciar la etapa de tratamiento con plasma. Si la etapa de tratamiento con plasma se realiza de manera sucesiva, tras la formacion de la primera capa de pelroula delgada a base de silicio intrmseco sin detener la descarga de plasma, puede formarse una capa de superficie de contacto que tiene una concentracion de hidrogeno relativamente alta entre la primera capa de pelroula delgada a base de silicio intrmseco y la segunda capa de pelroula delgada a base de silicio intrmseco debido al gas de materia prima que permanece en la camara. La capa de superficie de contacto puede producir que se degraden las caractensticas de conversion. Por tanto, es preferible que el gas de materia prima se descargue fuera de la camara en poco tiempo con el fin de reemplazar el gas atmosferico mediante un metodo de aumentar la velocidad de flujo de gas de hidrogeno de manera temporal tras la formacion de la primera capa de pelroula delgada a base de silicio intrmseco, o similares, si la descarga de plasma no se detiene antes de que se inicie la etapa de tratamiento con plasma.
La etapa de formacion de la capa a base de silicio intrmseco se ha descrito anteriormente con la capa 2 a base de silicio intrmseco del lado de la capa del primer tipo de conductividad como ejemplo, sin embargo en el metodo de fabricacion de la presente invencion, basta con que uno cualquiera de formacion de la capa 2 a base de silicio intrmseco del lado de la capa del primer tipo de conductividad y formacion de la capa 4 a base de silicio intrmseco del lado de la capa del tipo opuesto de conductividad incluya tres etapas, es decir la etapa de formacion de la primera capa de pelroula delgada a base de silicio intrmseco, la etapa de tratamiento con plasma y la etapa de formacion de la segunda capa de pelroula delgada a base de silicio intrmseco. Cuando tanto la etapa de formacion de la capa 2 a base de silicio intrmseco del lado de la capa del primer tipo de conductividad como la etapa de formacion de la capa 4 a base de silicio intrmseco del lado de la capa del tipo opuesto de conductividad incluyen las tres etapas mencionadas anteriormente, puede obtenerse un efecto de mejorar adicionalmente las caractensticas de conversion.
El metodo para formar las capas 3 y 5 a base de silicio conductoras sobre las capas 2 y 4 a base de silicio intrmseco no esta particularmente limitado. Como capa a base de silicio conductora, se forma una capa de silicio amorfo hidrogenado, una capa de silicio amorfo oxidado, una capa de carburo de silicio amorfo o similares. Ademas de una capa amorfa, puede formarse una capa microcristalina que contiene parcialmente un componente cristalino.
Las capas de electrodo transparente 6 y 8 se forman sobre las capas 3 y 5 a base de silicio conductoras. La capa de electrodo transparente contiene un oxido conductor. Como oxido conductor, por ejemplo, puede usarse solo o en combinacion oxido de zinc, oxido de indio y oxido de estano. Ademas, puede anadirse un dopante electroconductor a estos oxidos conductores. Los ejemplos del dopante anadido al oxido de zinc incluyen aluminio, galio, boro, silicio y carbono. Los ejemplos del dopante anadido al oxido de indio incluyen zinc, estano, titanio, tungsteno, molibdeno y silicio. Los ejemplos del dopante anadido al oxido de estano incluyen fluor. Estos oxidos conductores pueden depositarse como pelroula individual o depositarse como una pila de pelroulas.
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
El grosor de la capa de electrodo transparente es preferiblemente de 10 nm o mas y de 140 nm o menos desde el punto de vista de la transparencia y la electroconductividad. Basta con que la capa de electrodo transparente tenga la electroconductividad requerida para el transporte de un portador al electrodo colector. Si el grosor de la capa de electrodo transparente es demasiado grande, puede reducirse la transmitancia debido a las perdidas de absorcion de la propia capa de electrodo transparente, produciendo por tanto la degradacion de la eficacia de conversion fotoelectrica.
Como metodo para formar la capa de electrodo transparente, es preferible un metodo de deposicion ffsica de vapor tal como metodo de bombeo catodico, deposicion qmmica de vapor (MOCVD) usando una reaccion de un compuesto de metal organico con oxfgeno o agua, o similares. En cualquier metodo de deposicion, puede usarse energfa a partir de calor, descarga de plasma o similares para la deposicion.
Los electrodos colectores 7 y 9 se forman sobre las capas de electrodo transparente 6 y 8. El electrodo colector puede prepararse mediante una tecnica conocida tal como impresion con chorro de tinta, serigraffa, conexion por hilo soldado o pulverizacion. La serigraffa es preferible desde el punto de vista de la productividad. En el metodo de serigraffa, se usa adecuadamente una etapa de impresion de una pasta electroconductora formada por partmulas metalicas y un aglutinante de resina mediante serigraffa.
El dispositivo de conversion fotoelectrica obtenido mediante el metodo de fabricacion de la presente invencion puede encontrarse que tiene varias diferencias en cuanto a las propiedades en comparacion con un dispositivo de conversion fotoelectrica fabricado mediante un metodo convencional. Por ejemplo, el dispositivo de conversion fotoelectrica obtenido mediante el metodo de fabricacion de la presente invencion tiende a tener un tiempo de vida del portador largo. Esto es porque se potencia el efecto de pasivacion con hidrogeno sobre la superficie del sustrato de silicio monocristalino, de modo que se reducen los defectos en la superficie de contacto entre el sustrato de silicio monocristalino y la capa a base de silicio intrmseco, lo que conduce a una disminucion en la tasa de recombinacion del portador en la superficie de contacto. El tiempo de vida del portador puede medirse mediante un metodo |i-PCD, un metodo QSSPC (fotoconductividad en estado cuasi-estacionario), o similares.
Ejemplos
Los ejemplos de la presente invencion se describiran espedficamente a continuacion, sin embargo la presente invencion no se limita a los ejemplos siguientes.
[Metodo de medicion]
El grosor se determino mediante la observacion de la seccion transversal con microscopio electronico de transmision (TEM). Es diffcil identificar la superficie de contacto entre una primera capa de pelmula delgada a base de silicio intrmseco y una segunda capa de pelmula delgada a base de silicio intrmseco, y la superficie de contacto entre la segunda capa de pelmula delgada a base de silicio intrmseco y una capa de silicio conductora mediante la observacion con TEM. Por tanto, se calculo el grosor de cada una de estas capas a partir de una proporcion del grosor total de las capas determinada a partir de la observacion con TEM y el periodo de deposicion. Para una capa formada sobre una superficie del sustrato de silicio texturizada, se determino que una direccion perpendicular a la inclinacion de la textura era una direccion de grosor.
Las caractensticas de salida de un dispositivo de conversion fotoelectrica se midieron a una temperatura de muestra de 25°C bajo irradiacion de luz de AM 1,5 en una cantidad de 100 mW/cm2.
La medicion del tiempo de vida del portador se realizo mediante un metodo |i-PCD (WT-2000, fabricado por Semilab Japan K.K.) usando una muestra con capas 2 y 4 de silicio amorfo no dopado y tambien capas 3 y 5 de silicio amorfo conductoras formadas sobre un sustrato de silicio monocristalino 1.
[Ejemplo 1]
En el ejemplo 1, se preparo una celula solar a base de silicio cristalino mostrada de manera esquematica en la figura 1.
Se lavo en acetona un sustrato de silicio monocristalino de tipo n que tiene una direccion de superficie incidente de luz identica a (100) y que tiene un grosor de 200 |im. Despues de eso, se sumergio el sustrato en una disolucion acuosa de HF con una concentracion del 2% en peso durante 3 minutos para retirar un recubrimiento de oxido de silicio en la superficie, y se enjuago dos veces con agua ultrapura. Se sumergio el sustrato de silicio en disolucion acuosa de KOH/alcohol isopropflico al 5/15% en peso mantenida a 70°C durante 15 minutos, y se grabo la superficie del sustrato para formar una textura sobre la misma. Despues de eso, se enjuago el sustrato dos veces con agua ultrapura. Se observo la superficie del sustrato de monocristalino 1 usando un microscopio de fuerza atomica (AFM, fabricado por Pacific Nanotechnology, Inc.) para confirmar que la superficie del sustrato estaba grabada en su mayor parte, y se formo una superficie texturizada piramidal expuesta al plano (111).
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
Se introdujo el sustrato de silicio monocristalino 1 tras ser grabado en un dispositivo CVD, y sobre una superficie del sustrato (lado de superficie incidente), se formo una capa de pelmula delgada de silicio amorfo no dopado con un grosor de 4 nm como primera capa 41 de pelmula delgada a base de silicio intrmseco. Las condiciones de deposicion incluyeron una temperatura del sustrato de 150°C, una presion de 120 Pa, una velocidad de flujo de SiH4 / H2 de 3 / 10 y una densidad de potencia de alta frecuencia de 0,011 W/cm2
Tras formarse la capa de pelmula delgada de silicio amorfo no dopado con un grosor de 4 nm, se detuvo la descarga de plasma de manera temporal, y se detuvo el suministro de SiH4. Se introdujo gas de hidrogeno solo en el interior del dispositivo CVD durante aproximadamente 30 segundos para reemplazar el gas en el dispositivo. Despues de eso, se reanudo la descarga de plasma para llevar a cabo un tratamiento con plasma de hidrogeno. Las condiciones para el tratamiento con plasma de hidrogeno incluyeron una temperatura del sustrato de 150°C, una presion de 120 Pa, una densidad de potencia de alta frecuencia de 0,026 W/cm2 y un periodo de tratamiento de 60 segundos.
Despues de eso, se reanudo el suministro de SiH4, y se formo una capa de pelfcula delgada de silicio amorfo no dopado con un grosor de 6 nm como segunda capa 42 de pelfcula delgada a base de silicio intrmseco. Las condiciones de deposicion para formar la pelfcula delgada 42 de silicio amorfo no dopado eran las mismas que las de formacion de la capa 41 de pelroula delgada de silicio amorfo no dopado.
Sobre la segunda capa 42 de pelroula delgada a base de silicio amorfo intrmseco no dopado se formo una capa 5 de silicio amorfo de tipo p con un grosor de 4 nm. Las condiciones de deposicion de la capa de silicio amorfo de tipo p incluyeron una temperatura del sustrato de 150°C, una presion de 60 Pa, una velocidad de flujo de gas de SiH4 / B2H6 diluido de 1 / 3 y una densidad de potencia de alta frecuencia de 0,011 W/cm2. Se uso como gas B2H6 diluido, un gas diluido en el que la concentracion de B2H6 se diluyo hasta 5000 ppm con H2.
Sobre la otra superficie (lado posterior) del sustrato de silicio monocristalino 1, se formo una primera capa 21 de pelroula delgada de silicio amorfo no dopado con un grosor de 4 nm, y se llevo a cabo un tratamiento con plasma de hidrogeno, seguido por la formacion de una segunda capa 22 de pelroula delgada de silicio amorfo no dopado que tiene un grosor de 6 nm.
Sobre la segunda capa 22 de pelroula delgada a base de silicio amorfo intrmseco no dopado, se formo una capa 3 de silicio amorfo de tipo n con un grosor de 4 nm. Las condiciones de deposicion de la capa de silicio amorfo de tipo n incluyeron una temperatura del sustrato de 150°C, una presion de 60 Pa, una velocidad de flujo de gas de SiH4 / PH3 diluido de 1 / 3 y una densidad de potencia de alta frecuencia de 0,011 W/cm2. Se uso como gas PH3 diluido, un gas diluido en el que la concentracion de PH3 se diluyo hasta 5000 ppm con H2.
Se deposito oxido de complejo de indio-estano (ITO) con un grosor de 80 nm como capas de electrodo transparente 6 y 8 sobre las superficies de la capa 3 de silicio amorfo de tipo n y la capa 5 de silicio amorfo de tipo p, respectivamente. Para la deposicion de ITO, se uso diana de ITO (que contema el 5% en peso de oxido de estano). Se introdujo argon / oxfgeno a 50 / 1 sccm como gas portador, y se llevo a cabo la deposicion en condiciones que inclman una temperatura del sustrato de 150°C, una presion de 0,2 Pa y una densidad de potencia de alta frecuencia de 0,5 W/cm2.
Sobre las superficies de las capas de electrodo transparente 6 y 8, se serigrafio una pasta de plata para formar electrodos con patrones de tipo peine como electrodos colectores 7 y 9, respectivamente. Finalmente, se llevo a cabo un tratamiento de recocido a 150°C durante una hora para obtener un dispositivo de conversion fotoelectrica.
[Ejemplo comparativo 1]
En el ejemplo comparativo 1, se fabrico un dispositivo de conversion fotoelectrica a base de silicio cristalino de la misma manera que en el ejemplo 1, pero cada una de las capas 2 y 4 de silicio amorfo no dopado se formo con un grosor de 10 nm en deposicion de una vez. Es decir, el ejemplo comparativo 1 era diferente del ejemplo 1 para la etapa descrita a continuacion.
Sobre el lado posterior del sustrato de silicio monocristalino 1, se formo la capa 2 de silicio amorfo no dopado con un grosor de 10 nm. Despues de eso, la capa 3 de silicio amorfo de tipo n se formo sin llevar a cabo el tratamiento con plasma de hidrogeno y la formacion de la segunda capa de pelroula delgada de silicio amorfo no dopado. Sobre el lado delantero del sustrato de silicio monocristalino 1, se formo de manera similar la capa 4 de silicio amorfo no dopado con un grosor de 10 nm, y se formo la capa 5 de silicio amorfo de tipo p sobre la misma.
[Ejemplo comparativo 2]
En el ejemplo comparativo 2, se fabrico un dispositivo de conversion fotoelectrica a base de silicio cristalino de la misma manera que en el ejemplo 1, pero cada una de las capas 2 y 4 de silicio amorfo no dopado se formo con un grosor de 10 nm en deposicion de una vez tras aplicarse directamente el tratamiento con plasma de hidrogeno sobre el sustrato de silicio monocristalino 1. Es decir, el ejemplo comparativo 2 era diferente del ejemplo 1 para la etapa descrita a continuacion.
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
El tratamiento con plasma de hidrogeno se aplico directamente en el lado posterior del sustrato de silicio monocristalino 1 antes de formarse la capa 2 de silicio amorfo no dopado. Las condiciones para el tratamiento con plasma de hidrogeno eran las mismas que las del tratamiento con plasma de hidrogeno en el ejemplo 1. Despues de eso, se formo la capa 2 de silicio amorfo no dopado con un grosor de 10 nm. Despues de eso, se formo la capa 3 de silicio amorfo de tipo n sobre la capa 2 de silicio amorfo no dopado sin llevar a cabo el tratamiento con plasma de hidrogeno y la formacion de la pelroula delgada a base de silicio amorfo no dopado. Sobre el lado delantero, en el mismo procedimiento, se sometio el sustrato de silicio monocristalino 1 al tratamiento con plasma de hidrogeno, la capa 4 de silicio amorfo no dopado se formo despues de eso con un grosor de 10 nm, y se formo la capa 5 de silicio amorfo de tipo p sobre la misma.
[Ejemplo comparativo 3]
En el ejemplo comparativo 3, se fabrico un dispositivo de conversion fotoelectrica a base de silicio cristalino de la misma manera que en el ejemplo 1, pero una pelroula delgada de silicio amorfo no dopado se formo en condiciones de concentracion alta de hidrogeno en lugar de llevar a cabo el tratamiento con plasma de hidrogeno entre la formacion de las primeras capas 21 y 41 de pelroula delgada a base de silicio intrmseco y la formacion de las segundas capas 22 y 42 de pelroula delgada a base de silicio intrmseco. Es decir, el ejemplo comparativo 3 era diferente del ejemplo 1 en el que las capas 2 y 4 a base de silicio intrmseco se formaban en la etapa descrita a continuacion.
De la misma manera que en el ejemplo 1, se formo una capa de pelroula delgada de silicio amorfo no dopado sobre una superficie del sustrato de silicio monocristalino 1 con un grosor de 4 nm como primera capa 41 de pelroula delgada a base de silicio intrmseco. Despues de eso, se cambio la velocidad de flujo de SiH4/ H2 a 3 / 75, y se cambio la densidad de potencia de alta frecuencia a 0,026 W/cm2 mientras se llevaba a cabo la descarga de plasma, de modo que se formo una capa de pelroula delgada de silicio amorfo no dopado (capa de superficie de contacto) con un grosor de 2 nm. Despues de eso, se cambiaron la velocidad de flujo de SH4/ H2 y la densidad de potencia de alta frecuencia, y se formo una capa de pelroula delgada de silicio amorfo no dopado con un grosor de 4 nm como segunda capa 42 de pelroula delgada a base de silicio intrmseco. Las condiciones para formar la capa 42 de pelroula delgada de silicio amorfo no dopado eran las mismas que las de la formacion de la capa 41 de pelroula delgada de silicio amorfo no dopado. Sobre la otra superficie del sustrato de silicio monocristalino 1, de manera similar, se formaron de manera secuencial la primera capa 21 de pelroula delgada de silicio amorfo no dopado con un grosor de 4 nm, la capa de superficie de contacto con un grosor de 2 nm y la capa 22 de pelroula delgada de silicio amorfo no dopado con un grosor de 4 nm.
[Ejemplo comparativo 4]
En el ejemplo comparativo 4, se fabrico un dispositivo de conversion fotoelectrica a base de silicio cristalino que terna una primera capa de pelroula delgada de silicio amorfo no dopado, una capa de superficie de contacto y una segunda capa de pelroula delgada de silicio amorfo no dopado como capas 2 y 4 a base de silicio intrmseco de la misma manera que en el ejemplo comparativo 3. Sin embargo, el ejemplo comparativo 4 era diferente del ejemplo comparativo 3 porque se cambiaron las condiciones para formar estas capas tal como se describe en (a) a (d) a continuacion:
(a) no se introdujo gas de H2, sino que solo se introdujo gas de SiH4 cuando se formaron la primera capa de pelroula delgada de silicio amorfo no dopado y la segunda capa de pelroula delgada de silicio amorfo no dopado;
(b) la velocidad de flujo de SiH4 / H2 durante la formacion de la capa de superficie de contacto se cambio a 3 / 30;
(c) la densidad de potencia de alta frecuencia durante la formacion de la capa de superficie de contacto se cambio a 0,011 W/cm2; y
(d) el grosor de la capa de superficie de contacto se cambio a 3 nm, y el grosor de la segunda capa de pelroula delgada de silicio amorfo no dopado se cambio a 3 nm.
Se evaluaron usando un simulador solar las caractensticas de conversion fotoelectrica (tension en circuito abierto (Voc), densidad de corriente de cortocircuito (Jsc), factor de llenado (FF) y eficacia de conversion (Eff)) de los dispositivos de conversion fotoelectrica obtenidos en el ejemplo 1 y los ejemplos comparativos 1 a 4 descritos anteriormente. Los resultados de evaluacion se muestran en la tabla 1. Cada caractenstica de conversion fotoelectrica en la tabla 1 se muestra como un valor relativo con respecto al ejemplo comparativo 1.
[Tabla 1]
Caractensticas de conversion
Voc (valor
| Jsc (valor | FF (valor | Eff (valor
Tiempo de vida del portador (|is)
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
relativo) relativo) relativo) relativo)
Ejemplo 1
1,063 1,006 1,019 1,089 1280
Ejemplo comparativo 1
1 1 1 1 810
Ejemplo comparativo 2
0,965 0,994 1,011 0,97 520
Ejemplo comparativo 3
0,975 1,008 1,011 0,994 N/A
Ejemplo comparativo 4
0,996 0,989 1,004 0,989 N/A
El ejemplo 1 y los ejemplos comparativos 1 y 2 descritos anteriormente todos tienen el mismo grosor total de las capas 2 y 4 de silicio amorfo no dopado. El dispositivo de conversion fotoelectrica del ejemplo 1, en el que se llevo a cabo un tratamiento con plasma de hidrogeno tras la formacion de la primera capa de pelroula delgada de silicio amorfo no dopado tuvo una eficacia de conversion mejorada en comparacion con el dispositivo de conversion fotoelectrica del ejemplo comparativo 1 en el que no se llevo a cabo un tratamiento con plasma de hidrogeno, y se formo la capa 2 de silicio amorfo no dopado en deposicion de una vez. El dispositivo de conversion fotoelectrica del ejemplo comparativo 2 en el que se aplico un tratamiento con plasma de hidrogeno directamente sobre el sustrato de silicio monocristalino antes de la formacion de la capa de silicio amorfo no dopado tuvo una eficacia de conversion mas baja que la del dispositivo de conversion fotoelectrica del ejemplo comparativo 1.
La tabla 1 tambien muestra los resultados de la medicion del tiempo de vida del portador para los dispositivos de conversion fotoelectrica del ejemplo 1 y los ejemplos comparativos 1 y 2. El tiempo de vida tiene una alta correlacion con la tension en circuito abierto (Voc). Estas diferencias son atribuibles al efecto de pasivacion sobre el sustrato de silicio monocristalino, es decir una diferencia en la densidad de defectos en la superficie de contacto entre el sustrato de silicio monocristalino y la capa de silicio amorfo no dopado. Por otro lado, las densidades de corriente de cortocircuito del ejemplo 1 y los ejemplos comparativos 1 y 2 estaban dentro del 61%, y no habfa una diferencia significativa. Se considera por tanto que no existe diferencia significativa en las propias propiedades de pelroula, tales como caractensticas opticas, de la capa de silicio amorfo no dopado entre el ejemplo 1 y los ejemplos comparativos 1 y 2. A partir de estos resultados, se considera que en el metodo de fabricacion de la presente invencion, una reduccion de la densidad de defectos en la superficie de contacto entre el sustrato de silicio monocristalino y la capa a base de silicio intrrnseco del tratamiento con plasma de hidrogeno contribuye a mejorar la eficacia de conversion.
Por otro lado, en el ejemplo comparativo 2, en el que se aplica un tratamiento con plasma de hidrogeno directamente sobre el sustrato de silicio monocristalino, la tension en circuito abierto disminuye en comparacion con el ejemplo comparativo 1, incluso aunque se lleve a cabo el tratamiento con plasma de hidrogeno. Esto es atribuible al hecho de que un estado favorable de la superficie de contacto no se obtiene debido a los impactos del dano por plasma sobre la superficie del sustrato de silicio monocristalino. Por otro lado, se considera que cuando el tratamiento con plasma de hidrogeno se lleva a cabo tras la formacion de la primera capa de pelroula delgada de silicio amorfo no dopado como en el ejemplo 1, la primera capa de pelroula delgada de silicio amorfo no dopado actua como una capa protectora, de modo que se suprimen los impactos del dano por plasma. Por tanto, se considera que segun el metodo de fabricacion de la presente invencion, se suprimen los impactos del dano por plasma sobre el sustrato de silicio monocristalino, y se potencia el efecto de pasivacion con hidrogeno, de modo que se reducen los defectos en la superficie de contacto.
Se midio un perfil de concentracion de atomos de hidrogeno en la direccion del grosor de la capa de silicio amorfo no dopado mediante espectrometna de masas de iones secundarios (SIMS). No se observo perfil caractenstico en ninguna de las muestras del ejemplo 1 y los ejemplos comparativos 1 y 2. Por tanto es evidente que en el dispositivo de conversion fotoelectrica del ejemplo 1, no se forma una capa de superficie de contacto que tiene un grosor significativo entre la primera capa de pelroula delgada de silicio amorfo no dopado y la segunda capa de pelroula delgada de silicio amorfo no dopado. Por consiguiente, puede decirse que la deposicion se detiene sustancialmente en la etapa de tratamiento con plasma de hidrogeno del ejemplo 1.
Por otro lado, en el ejemplo comparativo 3, en el que se forma una capa de superficie de contacto entre la primera capa de pelroula delgada de silicio amorfo no dopado y la segunda capa de pelroula delgada de silicio amorfo no dopado en condiciones de concentracion alta de hidrogeno, no se observo potenciacion de la eficacia de conversion como en el ejemplo 1, y en su lugar se degrado la eficacia de conversion en comparacion con el ejemplo comparativo 1. El ejemplo comparativo 4 mostro la misma tendencia que en el ejemplo comparativo 3. Puesto que la densidad de potencia de alta frecuencia durante la formacion de la capa de superficie de contacto en el ejemplo comparativo 3 es identica a la de la etapa de tratamiento con plasma de hidrogeno en el ejemplo 1, se considera que en el ejemplo 1, la etapa de tratamiento con plasma que se lleva a cabo bajo una atmosfera de gas de hidrogeno, que sustancialmente no contiene ningun gas de materia prima, contribuye a mejorar la eficacia de conversion
[Ejemplos 2 a 6 y ejemplos comparativos 5 y 6]
5
10
15
20
25
30
35
40
45
Se preparo un dispositivo de conversion fotoelectrica de la misma manera que en el ejemplo 1 excepto que se cambiaron los grosores de cada una de las primeras capas 21 y 41 de pelmula delgada de silicio amorfo no dopado tal como se muestra en la tabla 2. Las caractensticas de conversion fotoelectrica de los dispositivos de conversion fotoelectrica de estos ejemplos y ejemplos comparativos se muestran en la tabla 2, junto con las caractensticas de conversion fotoelectrica del dispositivo de conversion fotoelectrica del ejemplo 1. Cada caractenstica de conversion fotoelectrica en la tabla 2 se muestra como valor relativo con respecto al ejemplo comparativo 1 descrito anteriormente.
[Tabla 2]
Grosor Caractensticas de conversion
Primera capa (nm) Segunda capa (nm) Total (mm) Voc (valor relativo) Jsc (valor relativo) FF (valor relativo) Eff (valor relativo)
Ejemplo 2
2 6 8 1,035 1,009 1,039 1,085
Ejemplo 3
3 6 9 1,053 1,013 1,028 1,096
Ejemplo 1
4 6 10 1,063 1,006 1,019 1,089
Ejemplo 4
6 6 12 1,058 0,990 0,983 1,030
Ejemplo 5
8 6 14 1,055 0,998 0,979 1,031
Ejemplo 6
10 6 16 1,039 0,992 0,976 1,006
Ejemplo comparativo 5
12 6 18 1,038 0,986 0,972 0,995
Ejemplo comparativo 6
14 6 20 1,023 0,984 0,963 0,970
Segun la tabla 2, existe la tendencia de que la tension en circuito abierto se aumenta de manera temporal a medida que el grosor aumenta en una region donde el grosor de la primera capa de pelmula delgada de silicio amorfo no dopado es 4 nm o menos, y la tension en circuito abierto se reduce cuando el grosor es de 6 nm o mas. El aumento de la tension en circuito abierto con un aumento del grosor de la primera capa de pelmula delgada de silicio amorfo no dopado (primera capa de pelmula delgada a base de silicio intrmseco) es atribuible al papel de la primera capa de pelmula delgada a base de silicio intrmseco como capa protectora que reduce los impactos del dano por plasma sobre la superficie del sustrato de silicio monocristalino. Por otro lado, se considera que el efecto de pasivacion y el defecto de la superficie de contacto que reduce el efecto del tratamiento con plasma de hidrogeno se bloquea a medida que el grosor de la primera capa de pelmula delgada a base de silicio intrmseco aumenta, y la tension en circuito abierto por tanto se reduce, tal como se demuestra en la tabla 2, cuando el grosor de la primera capa de pelmula delgada a base de silicio intrmseco es de 6 nm o mas. A partir de los resultados descritos anteriormente, puede decirse que particularmente el grosor de la primera capa de pelmula delgada de silicio amorfo no dopado esta preferiblemente en un intervalo de 2 nm a 5 nm, lo mas preferiblemente en un intervalo de 2 a 4 nm.
[Ejemplos 7 a 11]
Se preparo un dispositivo de conversion fotoelectrica de la misma manera que en el ejemplo 1 excepto que se cambiaron los grosores de cada una de las segundas capas 22 y 42 de pelmula delgada de silicio amorfo no dopado tal como se muestra en la tabla 3.
[Ejemplo comparativo 7]
Como en el ejemplo 1, se formaron cada una de las primeras capas 21 y 41 de pelmula delgada de silicio amorfo no dopado con un grosor de 4 nm, seguido por la realizacion de un tratamiento con plasma de hidrogeno. Despues de eso, se formaron la capa 3 de silicio amorfo de tipo n y la capa 5 de silicio amorfo de tipo p sin formar las segundas capas 22 y 42 de pelmula delgada de silicio amorfo no dopado. Por lo demas se preparo el dispositivo de conversion fotoelectrica de la misma manera que en el ejemplo 1.
Las caractensticas de conversion fotoelectrica de los dispositivos de conversion fotoelectrica de los ejemplos 7 a 11 y el ejemplo comparativo 7 se muestran en la tabla 3 junto con las caractensticas de conversion fotoelectrica del dispositivo de conversion fotoelectrica del ejemplo 1. Cada caractenstica de conversion fotoelectrica en la tabla 3 se muestra como valor relativo con respecto al ejemplo comparativo 1 descrito anteriormente.
[Tabla 3]
Grosor
Caractensticas de conversion
Primera | Segunda | Total (nm)
Voc (valor | Jsc (valor | FF (valor | Eff
5
10
15
20
25
30
35
40
capa (nm) capa (nm) relativo) relativo) relativo) (valor relativo)
Ejemplo comparativo 7
4 0 4 0,978 1,014 1,008 1,000
Ejemplo 7
4 2 6 1,022 1,013 1,015 1,050
Ejemplo 8
4 4 8 1,032 1,013 1,023 1,069
Ejemplo 1
4 6 10 1,063 1,006 1,019 1,089
Ejemplo 9
4 8 12 1,051 0,998 1,014 1,063
Ejemplo 10
4 10 14 1,050 0,995 1,000 1,045
Ejemplo 11
4 12 16 1,048 0,986 0,979 1,011
En el ejemplo comparativo 7, en el que no se formo la segunda capa de pelmula delgada de silicio amorfo no dopado (segunda capa de pelmula delgada a base de silicio intrmseco), la caractenstica de conversion fotoelectrica, particularmente la tension en circuito abierto, se redujo en comparacion con los ejemplos. Esto se considera que es debido a que el grosor de la capa a base de silicio intrmseco es pequeno, y por tanto produce difusion de atomos de impurezas dopantes o similares durante la formacion de una capa a base de silicio conductora sobre la misma.
Segun la tabla 3, por otro lado, existe la tendencia de que cuando el grosor total de la primera capa de pelmula delgada a base de silicio intrmseco y la segunda capa de pelmula delgada a base de silicio intrmseco (es decir, el grosor de capa a base de silicio intrmseco) aumenta a medida que el grosor de esta ultima capa aumenta, la corriente de cortocircuito y el factor de llenado se reducen. Existe la misma tendencia en la comparacion de los ejemplos y los ejemplos comparativos de la tabla 2. La reduccion de la corriente de cortocircuito es atribuible a la absorcion de luz que aumenta debido a un aumento del grosor de la capa a base de silicio intrmseco. La reduccion del factor de llenado es atribuible a un aumento de la resistencia de la capa a base de silicio intrmseco en la direccion del grosor. A partir de estos resultados, puede decirse que el grosor de la segunda capa de pelmula delgada a base de silicio intrmseco se fija preferiblemente considerando el grosor total de la primera capa de pelmula delgada a base de silicio intrmseco y la segunda capa de pelmula delgada a base de silicio intrmseco de modo que la corriente de cortocircuito y el factor de llenado no se reducen excesivamente.
[Ejemplos 12 a 19]
Se preparo un dispositivo de conversion fotoelectrica de la misma manera que en el ejemplo 1 excepto que se cambiaron la densidad de potencia de alta frecuencia y el periodo de tratamiento de la etapa de tratamiento con plasma de hidrogeno tal como se muestra en la tabla 4. Las caractensticas de conversion fotoelectrica de los dispositivos de conversion fotoelectrica de estos ejemplos se muestran en la tabla 4 junto con las caractensticas de conversion fotoelectrica del dispositivo de conversion fotoelectrica del ejemplo 1. Cada caractenstica de conversion fotoelectrica en la tabla 4 se muestra como valor relativo con respecto al ejemplo comparativo 1 descrito anteriormente.
[Tabla 4]
Tratamiento con plasma de hidrogeno Caractensticas de conversion
Densidad de potencia (m W/cm2)
Periodo (segundo) Voc (valor relativo) Jsc (valor relativo) FF (valor relativo) Eff (valor relativo)
Ejemplo 12
0,026 10 1,031 1,006 1,004 1,041
Ejemplo 13
0,026 30 1,064 1,003 1,011 1,079
Ejemplo 1
0,026 60 1,063 1,006 1,019 1,089
Ejemplo 14
0,026 90 1,039 1,008 1,001 1,049
Ejemplo 15
0,026 120 1,033 1,002 0,995 1,03
Ejemplo 16
0,026 140 1,018 0,996 0,998 1,002
Ejemplo 17
0,016 60 1,022 1,008 1,007 1,037
Ejemplo 18
0,039 60 1,029 1,006 1,009 1,041
Ejemplo 19
0,052 60 1,016 1,003 0,988 1,007
Segun la tabla 4, principalmente se cambia la tension en circuito abierto como resultado del cambio de la densidad de potencia de alta frecuencia y el periodo de tratamiento con plasma en la etapa de tratamiento con plasma de hidrogeno. Esto se considera que es debido a que si la densidad de potencia de alta frecuencia es baja o el periodo de tratamiento con plasma es corto, los efectos de pasivacion con hidrogeno y de reduccion de defectos del tratamiento con plasma de hidrogeno son bajos, lo que conduce a una potenciacion menor de la tension en circuito abierto. Se considera que si a la inversa la densidad de potencia de alta frecuencia es excesivamente alta o el periodo de tratamiento con plasma es excesivamente largo, los impactos del dano por plasma sobre la superficie de silicio monocristalino llegan a ser tan significativos que se anula el efecto de potenciacion de tension en circuito abierto debido a la pasivacion y la reduccion de los defectos de la superficie de contacto.
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
[Ejemplo 20]
En el ejemplo 20, se fabrico un dispositivo de conversion fotoelectrica a base de silicio cristalino de la misma manera que en el ejemplo 1, pero este ejemplo era diferente del ejemplo 1 porque se formaron las primeras capas 21 y 41 de pelfcula delgada de silicio amorfo no dopado teniendo cada una un grosor de 2 nm, y se llevo a cabo el tratamiento con plasma de hidrogeno, seguido por la formacion de las segundas capas 22 y 42 de pelfcula delgada de silicio amorfo no dopado teniendo cada una un grosor de 8 nm.
[Ejemplo de referencia 1]
En el ejemplo de referencia 1, se fabrico un dispositivo de conversion fotoelectrica a base de silicio cristalino de la misma manera que en el ejemplo 20, pero este ejemplo de referencia era diferente del ejemplo 20 porque la deposicion de una capa de pelfcula delgada de silicio amorfo no dopado y el tratamiento con plasma de hidrogeno se llevaron a cabo repetidamente en la formacion de las capas 2 y 4 de silicio amorfo no dopado. En concreto, en el ejemplo de referencia 1, se formo la capa de pelfcula delgada de silicio amorfo no dopado con un grosor de 2 nm, y despues de eso se llevo a cabo el tratamiento con plasma de hidrogeno, seguido por formacion adicional de una capa de pelfcula delgada de silicio amorfo no dopado que tiene un grosor de 2 nm y un tratamiento con plasma de hidrogeno. Se formo adicionalmente una capa de silicio amorfo que tema un grosor de 4 nm sobre la misma. Sobre las capas 2 y 4 de silicio amorfo no dopado, se formaron la capa 3 de silicio amorfo de tipo n y la capa 5 de silicio amorfo de tipo p, respectivamente.
[Ejemplo de referencia 2]
En el ejemplo de referencia 2, la formacion de una capa de pelfcula delgada de silicio amorfo no dopado y el tratamiento con plasma de hidrogeno se llevaron a cabo repetidamente de la misma manera que en el ejemplo de referencia 1. El ejemplo de referencia 2 era diferente del ejemplo de referencia 1 porque la deposicion de una capa de pelfcula delgada de silicio amorfo no dopado que tema un grosor de 2 nm y el tratamiento con plasma de hidrogeno se llevaron a cabo repetidamente tres veces, seguido por la formacion sobre la misma de una capa de silicio amorfo que tema un grosor de 2 nm.
La caractenstica de conversion fotoelectrica y el tiempo total requerido para formar las capas 2 y 4 de silicio amorfo no dopado (incluyendo el periodo de tratamiento con plasma) para los dispositivos de conversion fotoelectrica del ejemplo 20 y los ejemplos de referencia 1 y 2 se muestran en la tabla 5. Cada una de las caractensticas de conversion fotoelectrica y tiempo de la tabla 5 se muestra como un valor relativo con respecto al ejemplo 20.
[Tabla 5]
Caractensticas de conversion Periodo de deposicion (valor relativo)
Voc (valor relativo)
Jsc (valor relativo) FF (valor relativo) Eff (valor relativo)
Ejemplo 20
1 1 1 1 1
Ejemplo de referencia 1
1,008 0,996 0,999 1,003 1,5
Ejemplo de referencia 2
0,998 1,000 1,000 0,998 2
No existe diferencia distintiva en la caractenstica fotoelectrica entre el ejemplo 16 y los ejemplos de referencia 1 y 2, y no se observo un efecto de mejora por realizar repetidamente la formacion de la capa de pelfcula fina de silicio amorfo no dopado y el tratamiento con plasma de hidrogeno. Se considera por tanto que la mejora en las caractensticas de conversion fotoelectrica segun el metodo de fabricacion de la presente invencion no resulta de la mejora de la calidad de la pelfcula mediante recocido qmmico, sino que resulta del efecto de pasivacion sobre la superficie del sustrato de silicio monocristalino del tratamiento con plasma de hidrogeno y el efecto de reduccion de defectos en la superficie de contacto entre el sustrato de silicio monocristalino y la capa a base de silicio intnnseco.
Por otro lado, en los ejemplos de referencia 1 y 2 en los que la deposicion de la capa de pelfcula delgada a base de silicio intnnseco y el tratamiento con plasma de hidrogeno se llevan a cabo repetidamente, el tiempo de deposicion aumenta. A partir de los resultados descritos anteriormente, puede decirse que en la presente invencion, la formacion de la capa de pelfcula delgada a base de silicio intnnseco y el tratamiento con plasma de hidrogeno pueden llevarse a cabo repetidamente, sin embargo es preferible, desde el punto de vista de la productividad, llevar a cabo la formacion de la primera capa de pelfcula delgada a base de silicio intnnseco y el tratamiento con plasma de hidrogeno solo una vez, seguido por la formacion de la segunda capa de pelfcula delgada a base de silicio intnnseco.
Descripcion de los caracteres de referencia
1
sustrato de silicio monocristalino del primer tipo de conductividad (tipo n)
2 5
capa a base de silicio intrmseco del lado de la capa del primer tipo de conductividad (tipo n)
4
capa a base de silicio intrmseco del lado de la capa del tipo opuesto de conductividad (tipo p)
21, 41
primera capa de pelmula delgada a base de silicio intrmseco
10 22, 42
segunda capa de pelmula delgada a base de silicio intrmseco
3
capa de pelmula delgada a base de silicio del primer tipo de conductividad (tipo n)
5 15
capa de pelmula delgada a base de silicio del tipo opuesto de conductividad (tipo p)
6, 8
capa de electrodo transparente
7, 9
electrodo colector

Claims (1)

  1. 5
    10
    15
    20
    25
    30
    35
    40
    45
    50
    55
    REIVINDICACIONES
    Metodo para fabricar un dispositivo de conversion fotoelectrica a base de silicio cristalino, en el que el dispositivo de conversion fotoelectrica a base de silicio cristalino comprende: (2) una capa a base de silicio intrmseco de un lado de la capa del primer tipo de conductividad y (3) una capa a base de silicio de un primer tipo de conductividad, en este orden sobre una superficie de un sustrato de silicio monocristalino (1) del primer tipo de conductividad; y (4) una capa a base de silicio intrmseco de un lado de la capa del tipo opuesto de conductividad y (5) una capa a base de silicio de un tipo opuesto de conductividad, en este orden sobre otra superficie del sustrato de silicio monocristalino del primer tipo de conductividad, comprendiendo el metodo:
    al menos una de una etapa de formacion de la capa a base de silicio intrmseco del lado de la capa del primer tipo de conductividad (2) y una etapa de formacion de la capa a base de silicio intrmseco del lado de la capa del tipo opuesto de conductividad (4), la al menos una etapa incluyendo las subetapas en el siguiente orden:
    una etapa de formacion de una primera capa (21) de pelmula delgada a base de silicio intrmseco que tiene un grosor de 1 nm a 10 nm sobre el sustrato de silicio monocristalino del primer tipo de conductividad;
    una etapa de tratamiento con plasma del sustrato de silicio monocristalino del primer tipo de conductividad, en la que se forma la primera capa de pelmula delgada a base de silicio intrmseco sobre el mismo, en una atmosfera de un gas que contiene hidrogeno como componente principal; y
    una etapa de formacion de una segunda capa (22) de pelfcula delgada a base de silicio intrmseco sobre la primera capa de pelfcula delgada a base de silicio intrmseco,
    en el que el contenido de un gas de materia prima en la etapa de tratamiento con plasma del sustrato de silicio monocristalino es de 1/100 o menos del contenido de hidrogeno sobre la base del volumen, siendo el gas de materia prima gas usado para formar la primera capa de pelroula delgada a base de silicio intrmseco,
    en el que la suma de grosores de la primera capa de pelroula delgada a base de silicio intrmseco y la segunda capa de pelroula delgada a base de silicio intrmseco es de 16 nm o menos,
    y en el que las capas a base de silicio intrmseco de los lados de las capas del primer tipo y del tipo opuesto de conductividad son capas a base de silicio no dopado.
    Metodo para fabricar un dispositivo de conversion fotoelectrica a base de silicio cristalino segun la reivindicacion 1, en el que la descarga de plasma se detiene temporalmente tras la etapa de formacion de la primera capa de pelroula delgada a base de silicio intrmseco, y la descarga de plasma se reanuda despues de eso para llevar a cabo la etapa de tratamiento con plasma.
    Metodo para fabricar un dispositivo de conversion fotoelectrica a base de silicio cristalino segun la reivindicacion 2,
    en el que
    la etapa de formacion de la primera capa de pelroula delgada a base de silicio intrmseco, la etapa de tratamiento con plasma del sustrato de silicio monocristalino y la etapa de formacion de la segunda capa de pelroula delgada a base de silicio intrmseco se llevan a cabo de manera sucesiva en la misma camara de deposicion,
    la descarga de plasma se detiene temporalmente tras la etapa de formacion de la primera capa de pelroula delgada a base de silicio intrmseco,
    se detiene el suministro del gas de materia prima a la vez que se detiene la descarga de plasma, de modo que el interior de la camara esta bajo una atmosfera de un gas que contiene hidrogeno como componente principal, y
    la descarga de plasma se reanuda despues de eso para llevar a cabo la etapa de tratamiento con plasma.
ES11828685.5T 2010-10-01 2011-08-31 Método para fabricar un dispositivo de conversión fotoeléctrica Active ES2625473T3 (es)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010224118 2010-10-01
JP2010224118 2010-10-01
PCT/JP2011/069811 WO2012043124A1 (ja) 2010-10-01 2011-08-31 光電変換装置の製造方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
ES2625473T3 true ES2625473T3 (es) 2017-07-19

Family

ID=45892598

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
ES11828685.5T Active ES2625473T3 (es) 2010-10-01 2011-08-31 Método para fabricar un dispositivo de conversión fotoeléctrica

Country Status (6)

Country Link
US (1) US8691613B2 (es)
EP (1) EP2624307B1 (es)
JP (1) JP5456168B2 (es)
CN (1) CN103119727B (es)
ES (1) ES2625473T3 (es)
WO (1) WO2012043124A1 (es)

Families Citing this family (35)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2656401B1 (en) * 2010-12-22 2015-04-15 Imec Method for heterojunction interface passivation
JP5927027B2 (ja) * 2011-10-05 2016-05-25 株式会社半導体エネルギー研究所 光電変換装置
US9112086B2 (en) * 2011-11-10 2015-08-18 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Photoelectric conversion device
JP5950136B2 (ja) * 2012-06-29 2016-07-13 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 太陽電池
CN103227246A (zh) * 2013-04-11 2013-07-31 浙江正泰太阳能科技有限公司 一种异质结电池的制备方法
CN103311801A (zh) * 2013-06-27 2013-09-18 长春理工大学 一种基于ZnO薄膜钝化半导体激光器腔面的方法
JP2015046424A (ja) * 2013-08-27 2015-03-12 大阪瓦斯株式会社 有機層含有全固体型太陽電池及びその製造方法
FR3015149A1 (fr) * 2013-12-18 2015-06-19 Commissariat Energie Atomique Structure photovoltaique
WO2016052635A1 (ja) * 2014-09-30 2016-04-07 株式会社カネカ 結晶シリコン系太陽電池の製造方法、及び太陽電池モジュールの製造方法
TWI496300B (zh) * 2014-12-31 2015-08-11 Neo Solar Power Corp 異質接面太陽能電池及其製造方法
CN104600157A (zh) * 2015-01-13 2015-05-06 福建铂阳精工设备有限公司 一种异质结太阳能电池的制造方法及异质结太阳能电池
TWI511316B (zh) * 2015-02-13 2015-12-01 Neo Solar Power Corp 異質接面太陽能電池及其製造方法
CN105990470B (zh) * 2015-03-06 2017-06-16 新日光能源科技股份有限公司 异质结太阳能电池及其制造方法
CN107425087B (zh) * 2015-11-26 2019-09-03 新奥光伏能源有限公司 一种太阳能电池及其氢化非晶硅i膜层表面处理方法
CN105489669B (zh) * 2015-11-26 2018-10-26 新奥光伏能源有限公司 一种硅异质结太阳能电池及其界面处理方法
JP6609324B2 (ja) * 2015-12-24 2019-11-20 株式会社カネカ 光電変換装置の製造方法
WO2017110457A1 (ja) * 2015-12-24 2017-06-29 株式会社カネカ 光電変換装置の製造方法
CN105895715A (zh) * 2016-04-29 2016-08-24 苏州协鑫集成科技工业应用研究院有限公司 异质结太阳能电池及其制备方法
CN109196678B (zh) * 2016-05-09 2022-07-15 株式会社钟化 层叠型光电转换装置和其制造方法
KR101879363B1 (ko) * 2017-01-17 2018-08-16 엘지전자 주식회사 태양 전지 제조 방법
JP6842541B2 (ja) * 2017-06-28 2021-03-17 株式会社カネカ 光電変換装置の製造方法
JP2020532097A (ja) 2017-08-17 2020-11-05 カリフォルニア インスティチュート オブ テクノロジー 実効的に透明な接点の製造プロセス
US11227964B2 (en) 2017-08-25 2022-01-18 California Institute Of Technology Luminescent solar concentrators and related methods of manufacturing
CN107819052A (zh) * 2017-12-11 2018-03-20 晋能光伏技术有限责任公司 一种高效晶硅非晶硅异质结电池结构及其制备方法
US20200028005A1 (en) * 2018-01-09 2020-01-23 California Institute Of Technology Bifacial Solar Modules Incorporating Effectively Transparent Contacts
US11362229B2 (en) 2018-04-04 2022-06-14 California Institute Of Technology Epitaxy-free nanowire cell process for the manufacture of photovoltaics
CN108538960A (zh) * 2018-04-08 2018-09-14 晋能光伏技术有限责任公司 一种hjt电池钝化工艺
CN108767056B (zh) * 2018-05-02 2020-05-15 江西展宇新能源股份有限公司 一种增强太阳能电池氢钝化能力的富氢pecvd工艺方法
US11041338B2 (en) 2018-08-21 2021-06-22 California Institute Of Technology Windows implementing effectively transparent conductors and related methods of manufacturing
CN109638094A (zh) * 2018-12-04 2019-04-16 江苏爱康能源研究院有限公司 高效异质结电池本征非晶硅钝化层结构及其制备方法
CN109411551B (zh) * 2018-12-13 2023-12-15 江苏爱康能源研究院有限公司 多步沉积的高效晶硅异质结太阳能电池电极结构及其制备方法
WO2020205800A1 (en) 2019-03-29 2020-10-08 California Institute Of Technology Apparatus and systems for incorporating effective transparent catalyst for photoelectrochemical application
EP4023431A4 (en) * 2019-08-30 2022-10-19 Keihin Ramtech Co., Ltd. MULTI-LAYER STRUCTURE AND METHOD OF MAKING A MULTI-LAYER STRUCTURE
CN114361281A (zh) * 2020-09-29 2022-04-15 嘉兴阿特斯技术研究院有限公司 双面异质结太阳能电池及光伏组件
CN112397614A (zh) * 2020-11-17 2021-02-23 东方日升（常州）新能源有限公司 一种hit电池的硅片表面处理方法及hit电池制备方法和hit电池

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06105691B2 (ja) 1988-09-29 1994-12-21 株式会社富士電機総合研究所 炭素添加非晶質シリコン薄膜の製造方法
JP2841335B2 (ja) 1991-11-13 1998-12-24 三洋電機株式会社 光起電力装置の製造方法
JP2891600B2 (ja) 1992-12-25 1999-05-17 三洋電機株式会社 ヘテロ接合デバイスの製造方法
JPH0982996A (ja) 1995-09-08 1997-03-28 Mitsui Toatsu Chem Inc 非晶質薄膜太陽電池
JP3469729B2 (ja) 1996-10-31 2003-11-25 三洋電機株式会社 太陽電池素子
JP3490964B2 (ja) * 2000-09-05 2004-01-26 三洋電機株式会社 光起電力装置
JP2003303984A (ja) 2002-04-12 2003-10-24 Sharp Corp 太陽電池の製造方法およびその方法により製造する太陽電池
JP4171428B2 (ja) 2003-03-20 2008-10-22 三洋電機株式会社 光起電力装置

Also Published As

Publication number Publication date
US20130210185A1 (en) 2013-08-15
EP2624307A1 (en) 2013-08-07
CN103119727A (zh) 2013-05-22
JP5456168B2 (ja) 2014-03-26
JPWO2012043124A1 (ja) 2014-02-06
EP2624307A4 (en) 2014-08-13
US8691613B2 (en) 2014-04-08
WO2012043124A1 (ja) 2012-04-05
CN103119727B (zh) 2016-09-28
EP2624307B1 (en) 2017-03-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
ES2625473T3 (es) Método para fabricar un dispositivo de conversión fotoeléctrica
ES2976484T3 (es) Procedimiento para producir una célula solar fotovoltaica con al menos una heterounión
EP2765615B1 (en) Solar cell, solar cell manufacturing method, and solar cell module
US9276163B2 (en) Method for manufacturing silicon-based solar cell
JP5421701B2 (ja) 結晶シリコン太陽電池及びその製造方法
US20140014175A1 (en) Solar cell element and solar cell module
US20120052622A1 (en) Method of manufacturing solar cell
US20180301581A1 (en) Method for manufacturing photoelectric conversion device
US9859454B2 (en) Photoelectric conversion device and fabrication method thereof
JP7228561B2 (ja) 太陽電池の製造方法
AU2019283886A1 (en) Passivation of light-receiving surfaces of solar cells
US10026853B2 (en) Solar cell
KR20130035876A (ko) 광전 변환 장치
JPWO2019163648A1 (ja) 太陽電池の製造方法
TWI790245B (zh) 光電轉換裝置之製造方法
JP2011077454A (ja) 結晶シリコン系太陽電池とその製造方法
JP4443274B2 (ja) 光電変換装置
WO2012169277A1 (ja) テクスチャ構造の形成方法および太陽電池の製造方法
JP7237920B2 (ja) 太陽電池の製造方法
KR101738785B1 (ko) 실리콘 태양전지, 및 그 제조 방법
JP2013008750A (ja) 薄膜シリコン系太陽電池