JP2001044461A - 光起電力素子及びその製造方法 - Google Patents
光起電力素子及びその製造方法Info
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Abstract
無効部を低減する。 【構成】 結晶系半導体基板1の両面に、互いに逆導電
型を有する非晶質又は微結晶からなる半導体層3、5を
設けてなる光起電力素子であって、表面側の前記半導体
層5は、前記基板1の略全面に形成され、裏面側の前記
半導体層3は、前記基板1より小面積であることを特徴
とする。
Description
その製造方法に関する。
が、特開平9−129904号に開示されている。結晶
系半導体基板の各面上の略全面に、非晶質からなる真性
半導体層及び導電型半導体層の積層体を備えた光起電力
素子においては、一方の面に形成される非晶質の半導体
層が、半導体基板の側面又は他面に不所望に回り込むこ
とにより特性が低下するのを防止するために、上記特許
公報の図8に示されるように、両面において半導体基板
より小面積に非晶質半導体層を形成していた。
構造においては、上記のように回り込みによる特性低下
は低減できるものの、半導体基板の外周部が無効部とな
るため、この分、特性が低くかった。
ために成されたものであり、回り込みによる特性低下を
低減すると共に、無効部を低減する光起電力素子及びそ
の製造方法を提供することを目的とする。
結晶系半導体基板の裏面側に、前記基板より小面積であ
る非晶質又は微結晶からなる真性半導体層及び一導電型
半導体層の積層体を形成する工程と、前記半導体基板の
表面側の略全面に、非晶質又は微結晶からなる真性半導
体層及び前記一導電型と逆導電型の半導体層の積層体を
形成する工程とを備えることを特徴とする。
体基板の各面上の略全面に、非晶質又は微結晶からなる
真性半導体層及び導電型半導体層の積層体を備え、各面
に形成された前記導電型半導体層が、互いに逆導電型で
ある光起電力素子の製造方法であって、両面の前記真性
半導体層を、前記導電型半導体層の形成に先立って形成
することを特徴とする。
いて、詳細に説明する。まず、図1(a)に示す工程に
おいて、100mm角の正方形で、厚さ約100〜50
0μmのn型の単結晶シリコン(抵抗率=約0.5〜4Ω
cm)からなる結晶系半導体基板1の裏面上に、プラズ
マCVD法を用いて非晶質シリコンの真性半導体層2
(約50〜200Å)、及びn型非晶質シリコンの導電
型半導体層3(約100〜500Å)を順次形成する。
ここで、真性半導体層2及び導電型半導体層3は、金属
マスクを用いて、半導体基板1より小面積に形成され
る。また、真性半導体層2、導電型半導体層3には、非
晶質シリコンを用いているが、微結晶シリコンを用いて
も良い。
半導体基板1の表面上の略全面に、プラズマCVD法を
用いて非晶質シリコンの真性半導体層4(約50〜20
0Å)、及びp型非晶質シリコンの導電型半導体層5
(約50〜150Å)を順次形成する。また、真性半導
体層4、導電型半導体層5には、非晶質シリコンを用い
ているが、微結晶シリコンを用いても良い。
体基板1の裏面側より、真性半導体層2及び導電型半導
体層3を形成しているが、仮に、半導体基板1の表面側
から最初に、真性半導体層及びp型導電型半導体層を形
成するなら、良好な特性を得ることができない。特性が
良くない理由としては、光起電力素子の裏面側において
は内部電界が弱いので、裏面側に後から半導体層を形成
すると、前工程で表面側に半導体層を形成するに伴い基
板1裏面界面に傷、汚れ等ができ、電子がトラップさ
れ、再結合して発電に寄与せず出力特性が低下するもの
と考えられる。よって、本実施例の製造工程のように、
基板1の裏面側から最初に、真性半導体層及びn型導電
型半導体層を形成する場合には、基板1裏面界面の傷、
汚れ等が少なく、特性が良好である。
型半導体層3、5上に、各々、これらと略同面積のIT
Oからなる透明導電膜6、7を形成し、これらの上に、
銀ペースト等からなる集電極8,9を形成する。以上の
工程にて、本実施例の光起電力素子が完成する。なお、
本実施例では、裏面側においても透明導電膜6を採用し
ているので、裏面側に光が入射しても発電される。
に、比較例の光起電力素子を作成した。その構造を、図
2に示す。図においては、本実施例と同一の構造につい
ては、同一の符号を付し、説明を省略する。上記実施例
との違いは、半導体基板1の裏面上の略全面に、プラズ
マCVD法を用いて非晶質シリコンの真性半導体層12
(約100Å)、及びn型非晶質シリコンの導電型半導
体層13(約200Å)を順次形成した点である。
板1の略全面に非晶質半導体層を形成するとき、基板1
の側面又は他面にも、非晶質半導体層が形成されること
になり、。基板1の端部(側面側)の拡大断面図である
図2(b)に示されるように、非晶質半導体層が形成さ
れることになる。特に、本実施例及び比較例の製造工程
においては、基板1の裏面側から最初に、真性半導体層
及びn型導電型半導体層が形成されるので、基板1の側
面、特に、表面の端部において、外側から見て、非晶質
シリコンのpin層が形成されることになる。光起電力
素子としての発電は、通常は、主に、非晶質シリコンp
i/n型結晶系半導体基板の接合で発生し、表面側、裏
面側より出力を取り出すことができる。しかしながら、
比較例においては、基板1の側面、表面の端部に通常で
ない非晶質層のpin層が形成される。これにより、発
生した電子・正孔がこの部分で消滅し、発電に寄与せ
ず、出力特性が低下すると考えられる。
て、裏面側の真性半導体層2及びn型導電型半導体層3
の面積を変更したときの、出力特性(Pmax)変化を
示すグラフである。グラフの横軸は、半導体基板1の端
部からの距離を示し、この距離は、基板1の端部より全
周でこの距離だけ小面積に、半導体層を形成したことを
意味している(図1(b)に示す距離Xである)。ま
た、縦軸は、図2の比較例の出力特性を1としたときの
相対値である。各距離Xにおいて、10個の光起電力素
子の平均出力特性(Pmax)が、プロットされてい
る。なお、特性測定をした光起電力素子においては、基
板1が100mm角、厚さ約250μmのn型の単結晶
シリコン基板1(抵抗率=約1Ωcm、100面の表面
テクスチャー形状)、真性半導体層2が約100Å、導
電型半導体層3が200Å、真性半導体層4が約100
Å、導電型半導体層5が約100Åである。
からの距離が1.4〜3.2mm以内であれば、比較例
と同等以上の出力特性が得ることができる。真性半導体
層2及びn型導電型半導体層3が小面積であるので、基
板1の側面、表面側の端部にこれら層が付着することな
いので特性が低下することがないと共に、小面積にもか
かわらず、距離X(約1.4〜3.2mm)であれば、
発電された電子或は正孔が消滅することなくある程度発
電に寄与でき、総合的には、図3に示すように、比較例
と同等以上出力が得ることができると考えられる。ま
た、単結晶シリコン基板1の抵抗率の値は、約0.5〜
4Ωcmの範囲であれば、図3と同様の結果となる。
て説明する。まず、厚さ約500μmのn型の単結晶シ
リコンからなる結晶系半導体基板21の裏面上の略全面
に、プラズマCVD法を用いて非晶質シリコンの真性半
導体層22(約100Å)を形成する。
全面に、非晶質シリコンの真性半導体層23(約100
Å)、及びp型非晶質シリコンの導電型半導体層24
(約100Å)を順次形成する。
基板21の裏面上の略全面に、n型非晶質シリコンの導
電型半導体層25(約200Å)を形成する。
質半導体層を形成するとき、基板21の側面又は他面に
も、非晶質半導体層が形成されることになるが、本実施
例においては、図4に示すように、基板21の側面、特
に、表面の端部において、外側から見て、非晶質シリコ
ンのnp層が形成される。このnp層では、光起電力素
子として発電することがないので、本実施例の出力特性
に影響を及ぼすことは少ないと考えられる。
が、基板より小面積であるので、基板の側面又は表面側
の端部に、裏面側の半導体層が形成されることなく、出
力特性の低下が少ない。加えて、表面側の半導体は略全
面に形成されているので、無効部が少なく、特性が良好
である。
体層を、導電型半導体層の形成に先立って形成すること
により、基板の側面又は表面側の端部において、特性を
低下させる半導体層が形成されず、半導体層は基板の略
全面に形成されるので無効部が少なく、特性が良好であ
る。
は第1工程図、(b)は第2工程図、(c)は第3工程図
である。
(b)は端部の拡大断面図である。
ある。
Claims (5)
- 【請求項1】 結晶系半導体基板の両面に、互いに逆導
電型を有する非晶質又は微結晶からなる半導体層を設け
てなる光起電力素子であって、 表面側の前記半導体層は、前記基板の略全面に形成さ
れ、 裏面側の前記半導体層は、前記基板より小面積であるこ
とを特徴とする光起電力素子。 - 【請求項2】 前記半導体基板と、前記半導体層の間
に、非晶質又は微結晶からなる真性半導体層を介在した
ことを特徴とする請求項1の光起電力素子。 - 【請求項3】 結晶系半導体基板の裏面側に、前記基板
より小面積である非晶質又は微結晶からなる真性半導体
層及び一導電型半導体層の積層体を形成する工程と、前
記半導体基板の表面側の略全面に、非晶質又は微結晶か
らなる真性半導体層及び前記一導電型と逆導電型の半導
体層の積層体を形成する工程とを備えることを特徴とす
る光起電力素子の製造方法。 - 【請求項4】 結晶系半導体基板の各面上の略全面に、
非晶質又は微結晶からなる真性半導体層及び導電型半導
体層の積層体を備え、各面に形成された前記導電型半導
体層が、互いに逆導電型である光起電力素子の製造方法
であって、 両面の前記真性半導体層を、前記導電型半導体層の形成
に先立って形成することを特徴とする光起電力素子の製
造方法。 - 【請求項5】 表面側の前記半導体層は、p型であり、
裏面側の前記半導体層は、n型であることを特徴とする
請求項3又は4の光起電力素子の製造方法。
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