JP2003031831A - 光起電力素子及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電気抵抗が少ない集電極を用いて電気的出力
特性を向上することができ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。 【解決手段】 ｎ・ｃ−Ｓｉ層７の一面の一部に、逆導
電型の不純物をドーピングして不純物領域８を形成し、
高温焼成型の金属ペーストを用いて第１集電極５（第２
集電極６）を前記不純物領域８上（他面の一部）に形成
し、次いで、前記一面にｉ・ａ−Ｓｉ層１１及びｐ・ａ
−Ｓｉ層１２を積層し、前記他面にｉ・ａ−Ｓｉ層２１
及びｎ・ａ−Ｓｉ層２２を積層し、ｎ・ａ−Ｓｉ層２
２、及びｐ・ａ−Ｓｉ層１２に、第２透明導電膜４、及
び第１透明導電膜３を積層する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は結晶系半導体層と非
結晶系半導体層とを備える光起電力素子及び該光起電力
素子の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】一導電型結晶系半導体層及び逆導電型非
結晶系半導体層を積層してなる光起電力素子は、一導電
型結晶系半導体層及び逆導電型結晶系半導体層を７００
〜９００℃で積層してなる光起電力素子よりも低温（２
００℃程度以下）で形成することができる。一導電型結
晶系半導体層及び逆導電型非結晶系半導体層を備える両
面発電型の光起電力素子は、一導電型結晶系半導体層の
一面側に逆導電型非結晶系半導体層を積層し、該逆導電
型非結晶系半導体層に透光性の第１電極層を積層し、該
第１電極層に第１集電極を積層し、他面側に透光性の第
２電極層を積層し、該第２電極層に第２集電極を形成し
てなる。

【０００３】また、前記光起電力素子は、一導電型結晶
系半導体層の他面に一導電型非結晶系半導体層を積層
し、該一導電型非結晶系半導体層に第２電極層を積層
し、該第２電極層に第２集電極を形成してなる場合もあ
る。一導電型結晶系半導体層と第２電極層との間に一導
電型非結晶系半導体層を介在する場合は、積層方向のキ
ャリア濃度を変化させて、光起電力素子の出力特性を向
上することができる。更に、真性非結晶系半導体層（ｉ
・ａ−Ｓｉ層）を一導電型結晶系半導体層の両面に積層
し、次いで、逆導電型非結晶系半導体層及び一導電型非
結晶系半導体層を前記一面及び前記他面に積層してなる
場合もある。ｉ・ａ−Ｓｉ層を介在して一導電型結晶系
半導体層に逆導電型非結晶系半導体層及び一導電型非結
晶系半導体層を積層した場合は、界面特性を向上して、
光起電力素子の出力特性を向上することができる。

【０００４】図８は、一導電型結晶系半導体層としてｎ
型単結晶半導体層（ｎ・ｃ−Ｓｉ層）を用いた場合の従
来の両面発電型の光起電力素子の模式的縦断面図であ
る。このとき、逆導電型非結晶系半導体層としてｐ型非
晶質半導体層（ｐ・ａ−Ｓｉ層）を用い、一導電型非結
晶系半導体層としてｎ型非晶質半導体層（ｎ・ａ−Ｓｉ
層）を用いる。図中７はｎ・ｃ−Ｓｉ層であり、該ｎ・
ｃ−Ｓｉ層７の一面に、ｉ・ａ−Ｓｉ層１１、ｐ・ａ−
Ｓｉ層１２、及び電極層としての第１透明導電膜３を積
層してあり、他面に、ｉ・ａ−Ｓｉ層２１、ｎ・ａ−Ｓ
ｉ層２２、及び電極層としての第２透明導電膜４を積層
してある。ｉ・ａ−Ｓｉ層１１，２１、ｐ・ａ−Ｓｉ層
１２、及びｎ・ａ−Ｓｉ層２２は、夫々プラズマＣＶＤ
法により２００℃程度以下の温度で積層してなる。第１
透明導電膜３に形成された第１集電極５、及び第２透明
導電膜４に形成された第２集電極６には、金属製の図示
しないタブが半田付けされており、該タブを介して隣り
合う光起電力素子に接続し、発電した電力を取り出す。

【０００５】非結晶系の半導体層（ｐ・ａ−Ｓｉ層１
２、ｎ・ａ−Ｓｉ層２２、及びｉ・ａ−Ｓｉ層１１，２
１）は、２００℃を超える高温で加熱された場合、又
は、２００℃以下であっても、前記半導体層を形成した
ときの温度を超える温度で加熱された場合に、結晶化又
は亀裂等を生じることによって、また、該亀裂から各集
電極又はタブを構成している金属が前記半導体層に侵入
することによって、該半導体層の特性が変化して、光起
電力素子の出力特性が劣化することがある。このため、
第１集電極５（第２集電極６）は、バインダとして合成
樹脂を用いて２００℃以下の低温で焼成することが可能
な低温焼成型金属ペーストとなした銀を、第１透明導電
膜３（第２透明導電膜４）に所要のパターンで塗布し
て、２００℃程度以下の温度で焼成して硬化させること
によって形成してある。低温焼成型金属ペーストは、金
属としてＡｇ粒を用い、バインダとして例えばエポキシ
樹脂を用いており、焼成温度は１６０℃〜２００℃であ
る。

【０００６】以上のような光起電力素子は、２００℃を
超える高温で焼成する必要がある高温焼成型金属ペース
ト（例えば、金属としてＡｇ粒を用い、バインダとして
ガラスフリットを用いた焼成温度３５０℃〜６００℃の
金属ペースト）を用いて各集電極を形成した光起電力素
子と比べて、高い出力特性を得ることができる。

【０００７】表１は、低温焼成型金属ペーストを用いて
製造した従来の光起電力素子及び高温焼成型金属ペース
トを用いて製造した光起電力素子の出力特性を夫々示し
ている。測定条件は、ＡＭ１．５、１００ｍＷ／cm² 光
下、及び温度２５℃である。

【０００８】

【表１】

【０００９】高温焼成型金属ペーストを用いて製造した
光起電力素子の出力特性は、開放電圧Ｖoc（Ｖ）、短絡
電流Ｉsc（Ａ）、曲線因子ＦＦ、及び出力Ｐ（Ｗ）が、
低温焼成型金属ペーストを用いて製造した従来の光起電
力素子に比べて、夫々低い数値を示している。即ち、高
温焼成型金属ペーストを用いて製造した光起電力素子
は、各集電極を形成する際に高温で焼成したために出力
特性が低下していることがわかる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、バイン
ダとして合成樹脂を用いた低温焼成型金属ペーストを焼
成してなる第１集電極５（第２集電極６）は、バインダ
としてガラスフリットを用いた高温焼成型の金属ペース
トを焼成してなる集電極よりも電気抵抗が高く、そのた
め、光起電力素子の出力特性を向上することができない
という問題があった。また、第１集電極５（第２集電極
６）の電気抵抗が高いため、第１集電極５（第２集電極
６）の細線化又は薄膜化を行なうことができず、第１集
電極５（第２集電極６）に遮光される光量の低減、又は
第１集電極５（第２集電極６）の材料使用量の低減を行
なうことができないという問題もあった。

【００１１】本発明は斯かる問題を解決するためになさ
れたものであり、一導電型結晶系半導体層に逆導電型の
不純物部が積層してあり、該不純物部に第１集電極が積
層してあることにより、第１集電極を高温焼成型の金属
ペーストを用いて形成でき、出力特性を向上することが
できる光起電力素子を提供することを目的とする。本発
明の他の目的は、第２集電極を、一導電型結晶系半導体
層の他面に積層してあることにより、第２集電極が高温
焼成型の金属ペーストを焼成してなる場合に出力特性を
向上することができる光起電力素子を提供することにあ
る。

【００１２】本発明の他の目的は、逆導電型非結晶系半
導体層を積層する前に、基板に逆導電型の不純物部を形
成し、該不純物部上に第１集電極を形成することによ
り、第１集電極を基板に直接接触させないよう形成し
て、短絡を防止することができ、また、第１集電極を形
成する際に高温で加熱した場合であっても、逆導電型非
結晶系半導体層の特性変化を防止して、出力特性の劣化
を防止することができる光起電力素子の製造方法を提供
することにある。

【００１３】本発明の他の目的は、基板に逆導電型の不
純物を堆積することにより、その表面上に層状の不純物
部を備える基板を形成することができる光起電力素子の
製造方法を提供することにある。本発明の他の目的は、
基板に逆導電型の不純物を塗布し、加熱して不純物部を
形成することにより、その表面及び該表面近傍の内部に
不純物が拡散している不純物部を備える基板を形成する
ことができる光起電力素子の製造方法を提供することに
ある。

【００１４】本発明の他の目的は、第１集電極上に逆導
電型非結晶系半導体層が積層しないようにすることによ
り、第１集電極と第１電極層とを直接接触させて電気抵
抗の増大を防止して、出力特性の劣化を防止できる光起
電力素子の製造方法を提供することにある。本発明の他
の目的は、第１集電極上に積層しないようにして、基板
に真性非結晶系半導体層及び逆導電型非結晶系半導体層
を積層することにより、第１集電極と第１電極層とを直
接接触させて電気抵抗の増大を防止して、出力特性の劣
化を防止でき、真性非結晶系半導体層の介在によって出
力特性を向上することができる光起電力素子の製造方法
を提供することにある。

【００１５】本発明の他の目的は、基板に第２集電極を
形成することにより、第２集電極を形成する際に高温で
加熱した場合であっても、出力特性の劣化を防止するこ
とができる光起電力素子の製造方法を提供することにあ
る。本発明の他の目的は、第２集電極上に積層しないよ
うにして基板に一導電型非結晶系半導体層、又は、真性
非結晶系半導体層と一導電型非結晶系半導体層とを積層
し、次いで第２電極層を積層することにより、第２集電
極と第２電極層とを直接接触させて電気抵抗の増大を防
止して、出力特性の劣化を防止でき、一導電型非結晶系
半導体層、又は一導電型非結晶系半導体層と真性非結晶
系半導体層によって出力特性を向上することができる光
起電力素子の製造方法を提供することにある。

【００１６】本発明の更に他の目的は、バインダとして
ガラスフリットを用いて金属ペーストとなした銀を第１
集電極及び／又は第２集電極の形成に用いることによ
り、第１集電極及び／又は第２集電極の電気抵抗を低減
して、出力特性を向上できる光起電力素子の製造方法を
提供することにある。

【００１７】

【課題を解決するための手段】第１発明に係る光起電力
素子は、一導電型結晶系半導体層と、該一導電型結晶系
半導体層の一面側に積層された逆導電型非結晶系半導体
層と、該逆導電型非結晶系半導体層に積層された第１電
極層と、該第１電極層に接触している第１集電極と、前
記一導電型結晶系半導体層の他面側に積層された第２電
極層とを備える光起電力素子において、前記一導電型結
晶系半導体層に逆導電型の不純物部が形成してあり、該
不純物部に前記第１集電極が積層してあることを特徴と
する。

【００１８】第１発明にあっては、第１集電極が逆導電
型非結晶系半導体層に接続され、第２電極層が一導電型
結晶系半導体層に接続されるため、第１集電極と第２電
極層とを介して発電した電力を外部へ取り出す場合、第
１集電極が一導電型結晶系半導体層に積層されて該一導
電型結晶系半導体層に直接接触するとき、又は、導電体
若しくは一導電型の不純物部等を介して一導電型結晶系
半導体層に接続されるときは、第１集電極と第２電極層
とが短絡するが、一導電型結晶系半導体層と第１集電極
との間に不純物部が介在しており第１集電極が直接一導
電型結晶系半導体層に接触せず、また、前記不純物部は
逆導電型であるため第１集電極は一導電型結晶系半導体
層に接続されない。このため、第１集電極が一導電型結
晶系半導体層に短絡することを防止できる。

【００１９】また、第１集電極が高温焼成型の金属ペー
ストを焼成してなる場合、該第１集電極を形成した後で
非結晶系の半導体層を形成することができるため、該半
導体層の特性が高温で加熱されることによって劣化する
ことがなく、また、前記第１集電極は、低温焼成型の金
属ペーストを焼成してなる集電極よりも電気抵抗が低い
ため、出力特性を向上することができる。更に、第２電
極層が非透光性である場合は片面発電型となり、第２電
極層が透光性である場合は両面発電型となる。また、第
２電極層に第２集電極を接触させて、該第２集電極を用
いて、発電した電力を外部へ取り出しても良い。

【００２０】第２発明に係る光起電力素子は、前記第２
電極層と前記一導電型結晶系半導体層との間に挟まれて
該一導電型結晶系半導体層の他面に積層してある第２集
電極を備えることを特徴とする。第２発明にあっては、
第２集電極が高温焼成型の金属ペーストを焼成してなる
場合、該第２集電極を形成した後で非結晶系の半導体層
を形成することができるため、該半導体層の特性が高温
で加熱されることによって劣化することがなく、また、
前記第２集電極は、低温焼成型の金属ペーストを焼成し
てなる集電極よりも電気抵抗が低いため、出力特性を向
上することができる。

【００２１】第３発明に係る光起電力素子の製造方法
は、一導電型結晶系半導体を用いてなる基板の一面側
に、逆導電型非結晶系半導体層を積層する光起電力素子
の製造方法において、前記逆導電型非結晶系半導体層の
積層に先立ち、前記基板の一面に逆導電型の不純物部を
形成し、該不純物部上に金属ペーストを塗布し、焼成し
て第１集電極を形成することを特徴とする。第３発明に
あっては、逆導電型非結晶系半導体層を積層する前に、
高温で加熱した場合であっても特性が変化しない基板に
第１集電極を形成するため、第１集電極を形成する際に
高温で加熱した場合であっても、逆導電型非結晶系半導
体層の高温で加熱することによる特性変化を防止して、
出力特性の劣化を防止することができる。

【００２２】また、基板に逆導電型の不純物部を形成
し、該不純物部上に第１集電極を形成することによって
第１集電極を基板、即ち一導電型結晶系半導体層に直接
接触及び接続させないため、短絡を防止することができ
る。更に、製造した光起電力素子を用いたときに入光量
が少ない第１集電極の下に不純物部を形成するため、一
導電型結晶系半導体層へ入射する不純物部が光を遮光す
る場合であっても、出力特性を大きく劣化させることは
ない。

【００２３】第４発明に係る光起電力素子の製造方法
は、前記一面の一部に、逆導電型の不純物を堆積するこ
とによって層状の不純物部を形成することを特徴とす
る。第４発明にあっては、基板に、例えばＣＶＤ法を用
いて、逆導電型の半導体層を積層し、該半導体層を、そ
の上に第１集電極を形成すべき不純物部となすため、そ
の表面上に層状の不純物部を備える基板を形成すること
ができる。また、前記半導体層の厚みは、第１集電極を
形成する際、金属ペーストが加熱されて該金属ペースト
内の金属が基板に拡散することを防止するため、前記金
属が前記半導体層内に拡散して、基板には拡散しない厚
みを予め求めておき、該厚みを有する半導体層を形成す
る。

【００２４】第５発明に係る光起電力素子の製造方法
は、前記一面の一部に、逆導電型の不純物を含む不純物
材を塗布し、加熱することによって不純物部を形成する
ことを特徴とする。第５発明にあっては、基板に、逆導
電型の不純物をドーピングし、その上に第１集電極を形
成すべき不純物部となすため、その表面及び該表面近傍
の内部に不純物が拡散している不純物部を備える基板を
形成することができる。また、不純物が基板内に拡散す
る深さは、第１集電極を形成する際、金属ペーストが加
熱されて該金属ペースト内の金属が基板に拡散すること
を防止するため、前記金属が不純物部内にのみ拡散し、
基板には拡散しない深さを予め求めておき、該深さを有
する不純物部を形成できるように金属ペーストの量又は
加熱条件を決定する。また、不純物部の幅を第１集電極
の幅より大きくする場合は、第１集電極の短絡をより確
実に防止することができる。更に、逆導電型の不純物材
（例えばペースト剤）を所要の位置に塗布し、加熱する
ことによって不純物部を形成するため、所要の位置に層
状の不純物部を形成するより容易に不純物部を形成する
ことができ、作業性を向上することができる。

【００２５】第６発明に係る光起電力素子の製造方法
は、前記第１集電極を形成し、次いで、前記一面の他部
に、前記逆導電型非結晶系半導体層を積層し、前記逆導
電型非結晶系半導体層及び前記第１集電極に、第１電極
層を積層することを特徴とする。第６発明にあっては、
基板に、第１集電極上を除いて選択的に逆導電型非結晶
系半導体層を積層することによって、又は、第１集電極
及び基板に逆導電型非結晶系半導体層を積層し、次い
で、第１集電極に積層している逆導電型非結晶系半導体
層をレーザパターニング又は研磨等で除去することによ
って、第１集電極上に逆導電型非結晶系半導体層が積層
しないようにして基板にのみ逆導電型非結晶系半導体層
を積層する。次に、逆導電型非結晶系半導体層及び前記
第１集電極に第１電極層を積層する。このとき該第１電
極層と第１集電極とが直接接触するため、第１集電極と
第１電極層とをオーム性接触させることができ、電気抵
抗の増大を防止して、出力特性の劣化を防止できる。

【００２６】第７発明に係る光起電力素子の製造方法
は、前記第１集電極を形成し、次いで、前記一面の他部
に、真性非結晶系半導体層及び逆導電型非結晶系半導体
層を積層し、該逆導電型非結晶系半導体層及び前記第１
集電極に、第１電極層を積層することを特徴とする。第
７発明にあっては、基板に、第１集電極上を除いて選択
的に非結晶系半導体層及び逆導電型非結晶系半導体層を
積層することによって、又は、第１集電極及び基板に非
結晶系半導体層及び逆導電型非結晶系半導体層を積層
し、次いで、第１集電極に積層している非結晶系半導体
層及び逆導電型非結晶系半導体層をレーザパターニング
又は研磨等で除去することによって、第１集電極上に非
結晶系半導体層及び逆導電型非結晶系半導体層が積層し
ないようにして基板にのみ非結晶系半導体層及び逆導電
型非結晶系半導体層を積層する。次に、逆導電型非結晶
系半導体層及び前記第１集電極に第１電極層を積層す
る。このとき該第１電極層と第１集電極とが直接接触す
るため、第１集電極と第１電極層とをオーム性接触させ
ることができ、電気抵抗の増大を防止して、出力特性の
劣化を防止できる。

【００２７】また、基板と逆導電型非結晶系半導体層と
の間に介在する真性非結晶系半導体層は、基板、即ち一
導電型結晶系半導体層と逆導電型非結晶系半導体層との
界面特性を向上するため、出力特性を向上することがで
きる。更に、第１集電極を形成した後に真性非結晶系半
導体層及び逆導電型非結晶系半導体層を積層するため、
第１集電極を形成する際に高温で加熱した場合であって
も、真性非結晶系半導体層及び逆導電型非結晶系半導体
層の高温で加熱することによる特性変化を防止して、出
力特性の劣化を防止することができる。

【００２８】第８発明に係る光起電力素子の製造方法
は、前記基板の他面の一部に金属ペーストを塗布し、焼
成して第２集電極を形成し、次いで前記他面側に第２電
極層を積層することを特徴とする。第８発明にあって
は、高温で加熱した場合であっても特性が変化しない基
板に第２集電極を形成するため、逆導電型非結晶系半導
体層又は真性非結晶系半導体層等を積層する前に第２集
電極を形成することができ、該第２集電極を形成する際
に高温で加熱した場合であっても、逆導電型非結晶系半
導体層又は真性非結晶系半導体層等の高温で加熱するこ
とによる特性変化を防止して、出力特性の劣化を防止す
ることができる。また、基板の他面側及び前記第２集電
極に第２電極層を積層し、このとき該第２電極層と第２
集電極とが直接接触するため、第２集電極と第２電極層
とをオーム性接触させることができ、電気抵抗の増大を
防止して、出力特性の劣化を防止できる。

【００２９】第９発明に係る光起電力素子の製造方法
は、前記第２電極層の積層に先立って、前記他面の他部
に、一導電型非結晶系半導体層、又は、真性非結晶系半
導体層及び一導電型非結晶系半導体層を積層し、該一導
電型非結晶系半導体層及び前記第２集電極に、第２電極
層を積層することを特徴とする。第９発明にあっては、
基板に、第２集電極上を除いて選択的に一導電型非結晶
系半導体層を積層する場合、又は、第２集電極及び基板
に一導電型非結晶系半導体層を積層し、次いで、第２集
電極に積層している一導電型非結晶系半導体層をレーザ
パターニング又は研磨等で除去する場合は、第２集電極
上に一導電型非結晶系半導体層が積層しないようにして
基板にのみ一導電型非結晶系半導体層を積層する。次
に、一導電型非結晶系半導体層及び前記第２集電極に第
２電極層を積層する。このとき該第２電極層と第２集電
極とが直接接触するため、第２集電極と第２電極層とを
オーム性接触させることができ、電気抵抗の増大を防止
して、出力特性の劣化を防止できる。

【００３０】また、基板に、第２集電極上を除いて選択
的に真性非結晶系半導体層と一導電型非結晶系半導体層
とを積層する場合、又は、第２集電極及び基板に真性非
結晶系半導体層と一導電型非結晶系半導体層とを積層
し、次いで、第２集電極に積層している真性非結晶系半
導体層と一導電型非結晶系半導体層とをレーザパターニ
ング又は研磨等で除去する場合は、第２集電極上に真性
非結晶系半導体層と一導電型非結晶系半導体層とが積層
しないようにして基板にのみ真性非結晶系半導体層と一
導電型非結晶系半導体層とを積層する。次に、一導電型
非結晶系半導体層及び前記第２集電極に第２電極層を積
層する。このとき該第２電極層と第２集電極とが直接接
触するため、第２集電極と第２電極層とをオーム性接触
させることができ、電気抵抗の増大を防止して、出力特
性の劣化を防止できる。

【００３１】また、基板、即ち一導電型結晶系半導体層
と、一導電型非結晶系半導体層とを積層することによっ
て、積層方向のキャリア濃度を変化させることができる
ため、出力特性を向上することができる。また、一導電
型結晶系半導体層と一導電型非結晶系半導体層との間に
真性非結晶系半導体層を介在させる場合は、一導電型結
晶系半導体層と一導電型非結晶系半導体層との界面特性
を向上するため、出力特性を向上することができる。更
に、第２集電極を形成した後に一導電型非結晶系半導体
層、又は、真性非結晶系半導体層と一導電型非結晶系半
導体層とを積層するため、第２集電極を形成する際に高
温で加熱した場合であっても、一導電型非結晶系半導体
層、又は、真性非結晶系半導体層と一導電型非結晶系半
導体層との高温で加熱することによる特性変化を防止し
て、出力特性の劣化を防止することができる。

【００３２】第１０発明に係る光起電力素子の製造方法
は、前記金属ペーストは、銀を用いてなり、バインダと
してガラスフリットを用いていることを特徴とする。第
１０発明にあっては、バインダとしてガラスフリットを
用いた高温焼成型の金属ペーストを焼成してなる集電極
は、バインダとして合成樹脂を用いた低温焼成型金属ペ
ーストを焼成してなる従来の集電極よりも電気抵抗が低
いため、第１集電極及び／又は第２集電極の電気抵抗を
低減して、出力特性を向上できる。更に、電気抵抗が低
い集電極は、該集電極を形成するとき細線化又は薄膜化
することができるため、第１集電極（第２集電極）に遮
光される光量を低減することができ、また、第１集電極
（第２集電極）の材料使用量を低減することができる。

【００３３】

【発明の実施の形態】以下、本発明をその実施の形態を
示す図面に基づいて詳述する。 実施の形態 １．図１〜図３は、本発明の実施の形態１
に係る光起電力素子の製造方法の説明図である。図中７
は、ｎ型の単結晶半導体を用いてなる基板としてのｎ・
ｃ−Ｓｉ層であり、厚さは２００μｍである。ｎ・ｃ−
Ｓｉ層７の一面の、集電極を形成すべき所定の位置にｐ
型の不純物であるＡｌを用いてなるＡｌペースト８０を
塗布する（図１（ａ））。

【００３４】Ａｌペースト８０を塗布したｎ・ｃ−Ｓｉ
層７を５００〜８００℃で熱アニール処理し、Ａｌペー
スト８０に含まれるＡｌをｎ・ｃ−Ｓｉ層７内部に拡散
させ、深さ５０００〜１００００Åの不純物部である不
純物領域８を形成する。該不純物領域８の幅は、形成す
べき集電極の幅よりも大きくなるよう形成する。次い
で、ｎ・ｃ−Ｓｉ層７内部に拡散せずｎ・ｃ−Ｓｉ層７
表面に残留しているＡｌペースト８０を、エッチング除
去する（図１（ｂ））。ｎ・ｃ−Ｓｉ層７の他面の、集
電極を形成すべき所定の位置、及び、不純物領域８上
に、Ａｇを用いてなり、バインダとしてガラスフリット
を用いた高温焼成型の金属ペーストを夫々塗布し、３８
０℃で３０分間焼成して、前記他面の第２集電極６、及
び、不純物領域８上の第１集電極５を形成する。該第１
集電極５及び第２集電極６の厚さは２０〜５０μｍであ
る（図１（ｃ））。

【００３５】第１集電極５上及び第２集電極６上を含む
ｎ・ｃ−Ｓｉ層７の一面及び他面に、プラズマＣＶＤ法
により、夫々厚さ１０ｎｍのｉ・ａ−Ｓｉ層１１，２１
を形成する。形成条件は、ＳｉＨ₄ ２０〜１００ｓｃｃ
ｍ、圧力１０〜５０Ｐａ、温度１５０〜２００℃、及び
ＲＦパワー１０〜２０ｍＷ／cm² である（図２
（ａ））。ｉ・ａ−Ｓｉ層１１上に、プラズマＣＶＤ法
により、厚さ１０ｎｍのｐ・ａ−Ｓｉ層１２を形成す
る。形成条件は、ＳｉＨ₄ ４０〜１００ｓｃｃｍ、１％
Ｂ₂Ｈ₆ ／ＳｉＨ₄ ０．１〜３０ｓｃｃｍ、圧力１０〜
５０Ｐａ、温度１５０〜２００℃、及びＲＦパワー１０
〜２０ｍＷ／cm² である（図２（ｂ））。ｉ・ａ−Ｓｉ
層２１上に、プラズマＣＶＤ法により、厚さ１０ｎｍの
ｎ・ａ−Ｓｉ層２２を形成する。形成条件は、ＳｉＨ₄
１０〜５０ｓｃｃｍ、１０％ＰＨ ₃ ／ＳｉＨ₄ ０．１〜
１０ｓｃｃｍ、圧力１０〜５０Ｐａ、温度１５０〜２０
０℃、及びＲＦパワー１０〜２０ｍＷ／cm² である（図
２（ｃ））。

【００３６】第１集電極５上のｉ・ａ−Ｓｉ層１１及び
ｐ・ａ−Ｓｉ層１２、並びに第２集電極６上のｉ・ａ−
Ｓｉ層２１及びｎ・ａ−Ｓｉ層２２を研磨して除去する
（図３（ａ））。第１集電極５上を含むｐ・ａ−Ｓｉ層
１２、及び、第２集電極６上を含むｎ・ａ−Ｓｉ層２２
に、スパッタ法により、ＩＴＯを用いてなる夫々厚さ１
００ｎｍの第１透明導電膜３及び第２透明導電膜４を形
成する（図３（ｂ））。

【００３７】表２は、低温焼成型金属ペーストを用いて
製造した従来の光起電力素子及び本実施の形態の光起電
力素子の出力特性を夫々示している。測定条件は、ＡＭ
１．５、１００ｍＷ／cm² 光下、及び温度２５℃であ
る。

【００３８】

【表２】

【００３９】前記光起電力素子の出力特性は、開放電圧
Ｖoc（Ｖ）、短絡電流Ｉsc（Ａ）、曲線因子ＦＦ、及び
出力Ｐ（Ｗ）が、従来の光起電力素子に比べて、夫々高
い数値を示している。即ち、本実施の形態の光起電力素
子は、各集電極を形成する際に電気的抵抗が低い高温焼
成型の金属ペーストを用いたために出力特性が向上して
いることがわかる。

【００４０】以上のような光起電力素子は、第２電極層
である透明導電膜４が透光性であるため、両面発電型の
光起電力素子である。また、第１集電極５を、ｐ型の不
純物領域８を介在してｎ・ｃ−Ｓｉ層７の一面に積層し
てあることにより、第１集電極５がｎ・ｃ−Ｓｉ層７に
接続されて短絡することを防止でき、また、第１集電極
５及び第２集電極６の電気的抵抗が低いため、出力特性
を向上することができる。

【００４１】前記光起電力素子の製造方法は、ｐ・ａ−
Ｓｉ層１２、ｎ・ａ−Ｓｉ層２２、及びｉ・ａ−Ｓｉ層
１１，２１を積層する前に、ｎ・ｃ−Ｓｉ層７の一面に
ｐ型の不純物領域８を形成し、該不純物領域８上に高温
焼成型の金属ペーストを用いてなる第１集電極５を形成
し、ｎ・ｃ−Ｓｉ層７の他面に高温焼成型の金属ペース
トを用いてなる第２集電極６を形成することにより、ま
た、第１集電極５及び第２集電極６を形成する際に高温
で加熱されることによるｐ・ａ−Ｓｉ層１２、ｎ・ａ−
Ｓｉ層２２、及びｉ・ａ−Ｓｉ層１１，２１の特性変化
を防止して、出力特性の劣化を防止することができる。
また、第１集電極５上にｐ・ａ−Ｓｉ層１２及びｉ・ａ
−Ｓｉ層１１が積層しないようにし、第２集電極６上に
ｎ・ａ−Ｓｉ層２２及びｉ・ａ−Ｓｉ層２１が積層しな
いようにすることにより、第１集電極５と第１透明導電
膜３とを直接接触させ、第２集電極６と第２透明導電膜
４とを直接接触させて電気抵抗の増大を防止して、出力
特性の劣化を防止できる。

【００４２】また、第１集電極５及び第２集電極６の夫
々の厚さが、ｎ・ｃ−Ｓｉ層７に積層されているｐ・ａ
−Ｓｉ層１２及びｎ・ａ−Ｓｉ層２２の凹凸より充分に
大きいため、ｎ・ｃ−Ｓｉ層７に積層されているｉ・ａ
−Ｓｉ層１１及びｐ・ａ−Ｓｉ層１２、並びにｉ・ａ−
Ｓｉ層２１及びｎ・ａ−Ｓｉ層２２を除去することな
く、第１集電極５上のｉ・ａ−Ｓｉ層１１及びｐ・ａ−
Ｓｉ層１２、並びに第２集電極６上のｉ・ａ−Ｓｉ層２
１及びｎ・ａ−Ｓｉ層２２のみを容易に除去することが
できる。また、前記光起電力素子をモジュール化するた
めのタブは、従来通り各集電極上に半田付けすることに
よって、半田付け時に各集電極上の透明導電膜の一部を
貫通して、各集電極とタブとを接続することができる。

【００４３】なお、第１集電極５上のｉ・ａ−Ｓｉ層１
１及びｐ・ａ−Ｓｉ層１２、並びに第２集電極６上のｉ
・ａ−Ｓｉ層２１及びｎ・ａ−Ｓｉ層２２を除去する場
合、レーザパターニング、又はマスク後のドライエッチ
ングを行なうこと等によって除去しても良い。また、金
属ペーストは、スクリーン印刷により形成しても良い。

【００４４】本実施の形態では、ｎ型単結晶半導体層を
用いたが、ｎ型多結晶半導体層を用いても良い。また、
一導電型結晶系半導体層としてｐ型単結晶半導体層を用
いても良い。この場合、逆導電型非結晶系半導体層とし
てｎ型非晶質半導体層を用い、一導電型非結晶系半導体
層としてｐ型非晶質半導体層を用い、逆導電型の不純物
部はｎ型の不純物であるＰ（リン）を用いて、マスク処
理を施した上で熱拡散を行って形成する。また、不純物
部は、Ｐガラスを主成分とする溶液を所定の位置に塗布
し、熱アニール処理して形成しても良い。また、非結晶
系半導体層として、非晶質半導体層のみならず、微結晶
半導体層を用いても良く、非晶質半導体と微結晶半導体
との積層体を用いても良い。

【００４５】実施の形態 ２．図４〜図７は、本発明の
実施の形態２に係る光起電力素子の製造方法の説明図で
ある。図中７はｎ・ｃ−Ｓｉ層であり、該ｎ・ｃ−Ｓｉ
層７の一面に酸化膜９１を形成し、該酸化膜９１にフォ
トレジスト９２を塗布する（図４（ａ））。フォトレジ
スト９２を塗布したｎ・ｃ−Ｓｉ層７の一面側を、集電
極パターンに露光し、現像により、露光した部分の酸化
膜９１及びフォトレジスト９２を除去して、溝部９０を
形成する（図４（ｂ））。溝部９０を形成したｎ・ｃ−
Ｓｉ層７の一面側に、プラズマＣＶＤ法により、ＳｉＨ
₄ とＢ₂ Ｈ₆ ガスを用いて、厚さ５０００〜１００００
Åのｐ型非晶質半導体層８１を溝部９０及びフォトレジ
スト９２に形成する（図４（ｃ））。

【００４６】ｐ型非晶質半導体層８０を積層したｎ・ｃ
−Ｓｉ層７を、酸を用いてウェットエッチングし、酸化
膜９１、フォトレジスト９２、及び該フォトレジスト９
２に積層されたｐ型非晶質半導体層８１を除去する。こ
のとき、第１集電極を形成すべき所定の位置に、不純物
部であるｐ型非晶質半導体層８１が残留する（図５
（ａ））。ｐ型非晶質半導体層８１上に、Ａｇを用いて
なり、バインダとしてガラスフリットを用いた高温焼成
型の金属ペーストを塗布し、焼成して第１集電極５を形
成する（図５（ｂ））。第１集電極５上を含むｎ・ｃ−
Ｓｉ層７の一面に、プラズマＣＶＤ法により、ｉ・ａ−
Ｓｉ層１１及びｐ・ａ−Ｓｉ層１２を形成する（図６
（ａ））。第１集電極５上のｉ・ａ−Ｓｉ層１１及びｐ
・ａ−Ｓｉ層１２を研磨して除去する（図６（ｂ））。

【００４７】第１集電極５上を含むｐ・ａ−Ｓｉ層１２
に、スパッタ法により、第１透明導電膜３を形成する
（図７（ａ））。ｎ・ｃ−Ｓｉ層７の他面に、スパッタ
法により、Ａｇを用いてなる電極層４１を形成する（図
７（ｂ））。その他、実施の形態１に対応する部分には
同一符号を付してそれらの説明を省略する。

【００４８】以上のような光起電力素子は、第２電極層
である電極層４１が非透光性であるため、片面発電型の
光起電力素子である。また、第１集電極５を、ｐ型非晶
質半導体層８１を介在してｎ・ｃ−Ｓｉ層７の一面に積
層してあることにより、第１集電極５がｎ・ｃ−Ｓｉ層
７に接続されて短絡することを防止でき、また、第１集
電極５の電気的抵抗が低いため、出力特性を向上するこ
とができる。

【００４９】前記光起電力素子の製造方法は、ｐ・ａ−
Ｓｉ層１２及びｉ・ａ−Ｓｉ層１１を積層する前に、ｎ
・ｃ−Ｓｉ層７の一面にｐ型非晶質半導体層８１を形成
し、該ｐ型非晶質半導体層８１上に高温焼成型の金属ペ
ーストを用いてなる第１集電極５を形成することによ
り、第１集電極５を形成する際に高温で加熱されること
によるｐ・ａ−Ｓｉ層１２及びｉ・ａ−Ｓｉ層１１の特
性変化を防止して、出力特性の劣化を防止することがで
きる。また、第１集電極５上にｐ・ａ−Ｓｉ層１２及び
ｉ・ａ−Ｓｉ層１１が積層しないようにすることによ
り、第１集電極５と第１透明導電膜３とを直接接触させ
て、出力特性の劣化を防止できる。

【００５０】

【発明の効果】本発明の光起電力素子によれば、一導電
型結晶系半導体層に逆導電型の不純物部が積層してあ
り、該不純物部に第１集電極が積層してあることによ
り、第１集電極が逆導電型非結晶系半導体層に接続さ
れ、第２電極層が一導電型結晶系半導体層に接続され、
第１集電極と第２電極層とを介して発電した電力を外部
へ取り出す場合、第１集電極が一導電型結晶系半導体層
に積層されて該一導電型結晶系半導体層に直接接触する
とき、又は、導電体若しくは一導電型の不純物部等を介
して一導電型結晶系半導体層に接続されるときは、第１
集電極と第２電極層とが短絡するが、一導電型結晶系半
導体層と第１集電極との間に不純物部が介在しており第
１集電極が直接一導電型結晶系半導体層に接触せず、ま
た、前記不純物部は逆導電型であるため第１集電極は一
導電型結晶系半導体層に接続されない。このため、第１
集電極が一導電型結晶系半導体層に短絡することを防止
できる。

【００５１】また、第１集電極が高温焼成型の金属ペー
ストを焼成してなる場合、該第１集電極を形成した後で
非結晶系の半導体層を形成することができるため、該半
導体層の特性が高温で加熱されることによって劣化する
ことがなく、また、前記第１集電極は、低温焼成型の金
属ペーストを焼成してなる集電極よりも電気抵抗が低い
ため、出力特性を向上することができる。

【００５２】また、第２集電極を、一導電型結晶系半導
体層の他面に積層してあることにより、第２集電極が高
温焼成型の金属ペーストを焼成してなる場合、該第２集
電極を形成した後で非結晶系の半導体層を形成すること
ができるため、該半導体層の特性が高温で加熱されるこ
とによって劣化することがなく、また、前記第２集電極
は、低温焼成型の金属ペーストを焼成してなる集電極よ
りも電気抵抗が低いため、出力特性を向上することがで
きる。

【００５３】本発明の光起電力素子の製造方法によれ
ば、逆導電型非結晶系半導体層を積層する前に、基板に
逆導電型の不純物部を形成し、該不純物部上に第１集電
極を形成することにより、高温で加熱した場合であって
も特性が変化しない基板に第１集電極を形成するため、
第１集電極を形成する際に高温で加熱した場合であって
も、逆導電型非結晶系半導体層の特性変化を防止して、
出力特性の劣化を防止することができる。また、基板に
逆導電型の不純物部を形成し、該不純物部上に第１集電
極を形成することによって第１集電極を基板に直接接触
及び接続させないため、短絡を防止することができる。

【００５４】また、基板に、例えばＣＶＤ法を用いて、
逆導電型の半導体層を積層することにより、該半導体層
を、その上に第１集電極を形成すべき不純物部となすた
め、その表面上に層状の不純物部を備える基板を形成す
ることができる。また、基板に逆導電型の不純物を塗布
し、加熱して不純物部を形成することにより、基板に、
逆導電型の不純物をドーピングし、その上に第１集電極
を形成すべき不純物部となすため、その表面及び該表面
近傍の内部に不純物が拡散している不純物部を備える基
板を形成することができる。

【００５５】また、第１集電極上に逆導電型非結晶系半
導体層が積層しないようにすることにより、基板に、第
１集電極上を除いて選択的に逆導電型非結晶系半導体層
を積層することによって、又は、第１集電極及び基板に
逆導電型非結晶系半導体層を積層し、次いで、第１集電
極に積層している逆導電型非結晶系半導体層をレーザパ
ターニング又は研磨等で除去することによって、第１集
電極上に逆導電型非結晶系半導体層が積層しないように
して基板にのみ逆導電型非結晶系半導体層を積層する。
次に、逆導電型非結晶系半導体層及び前記第１集電極に
第１電極層を積層する。このとき該第１電極層と第１集
電極とが直接接触するため、第１集電極と第１電極層と
をオーム性接触させることができ、電気抵抗の増大を防
止して、出力特性の劣化を防止できる。

【００５６】また、第１集電極上に積層しないようにし
て、基板に真性非結晶系半導体層及び逆導電型非結晶系
半導体層を積層することにより、基板に、第１集電極上
を除いて選択的に非結晶系半導体層及び逆導電型非結晶
系半導体層を積層することによって、又は、第１集電極
及び基板に非結晶系半導体層及び逆導電型非結晶系半導
体層を積層し、次いで、第１集電極に積層している非結
晶系半導体層及び逆導電型非結晶系半導体層をレーザパ
ターニング又は研磨等で除去することによって、第１集
電極上に非結晶系半導体層及び逆導電型非結晶系半導体
層が積層しないようにして基板にのみ非結晶系半導体層
及び逆導電型非結晶系半導体層を積層する。次に、逆導
電型非結晶系半導体層及び前記第１集電極に第１電極層
を積層する。このとき該第１電極層と第１集電極とが直
接接触するため、第１集電極と第１電極層とをオーム性
接触させることができ、電気抵抗の増大を防止して、出
力特性の劣化を防止できる。

【００５７】また、基板と逆導電型非結晶系半導体層と
の間に介在する真性非結晶系半導体層は、基板、即ち一
導電型結晶系半導体層と逆導電型非結晶系半導体層との
界面特性を向上するため、出力特性を向上することがで
きる。

【００５８】また、基板に第２集電極を形成することに
より、基板は高温で加熱した場合であっても特性が変化
しないため、逆導電型非結晶系半導体層、一導電型非結
晶系半導体層、又は真性非結晶系半導体層を積層する前
に第２集電極を形成することができ、該第２集電極を形
成する際に高温で加熱した場合であっても、逆導電型非
結晶系半導体層、一導電型非結晶系半導体層、又は真性
非結晶系半導体層の特性変化を防止して、出力特性の劣
化を防止することができる。

【００５９】また、第２集電極上に積層しないようにし
て基板に一導電型非結晶系半導体層、又は、真性非結晶
系半導体層と一導電型非結晶系半導体層とを積層し、次
いで第２電極層を積層することにより、基板に、第２集
電極上を除いて選択的に一導電型非結晶系半導体層、若
しくは、真性非結晶系半導体層と一導電型非結晶系半導
体層とを積層することによって、又は、第２集電極及び
基板に一導電型非結晶系半導体層、若しくは、真性非結
晶系半導体層と一導電型非結晶系半導体層とを積層し、
次いで、第２集電極に積層している一導電型非結晶系半
導体層、若しくは、真性非結晶系半導体層と一導電型非
結晶系半導体層とをレーザパターニング又は研磨等で除
去することによって、第２集電極上に一導電型非結晶系
半導体層、若しくは、真性非結晶系半導体層と一導電型
非結晶系半導体層とが積層しないようにして基板にのみ
一導電型非結晶系半導体層、若しくは、真性非結晶系半
導体層と一導電型非結晶系半導体層とを積層する。次
に、一導電型非結晶系半導体層及び前記第２集電極、若
しくは、一導電型非結晶系半導体層及び前記第２集電極
に第２電極層を積層し、このとき該第２電極層と第２集
電極とが直接接触するため、第２集電極と第２電極層と
をオーム性接触させることができ、電気抵抗の増大を防
止して、出力特性の劣化を防止できる。

【００６０】また、基板、即ち一導電型結晶系半導体層
と、一導電型非結晶系半導体層とを積層することによっ
て、積層方向のキャリア濃度を変化させることができる
ため、出力特性を向上することができる。また、基板と
一導電型非結晶系半導体層との間に真性非結晶系半導体
層を介在させる場合は、基板と一導電型非結晶系半導体
層との界面特性を向上するため、出力特性を向上するこ
とができる。

【００６１】また、バインダとしてガラスフリットを用
いて金属ペーストとなした銀を第１集電極及び／又は第
２集電極の形成に用いることにより、バインダとしてガ
ラスフリットを用いた高温焼成型の金属ペーストを焼成
してなる集電極は、バインダとして合成樹脂を用いた低
温焼成型金属ペーストを焼成してなる従来の集電極より
も電気抵抗が低いため、第１集電極及び／又は第２集電
極の電気抵抗を低減して、出力特性を向上できる。更
に、電気抵抗が低い集電極は、該集電極を形成するとき
細線化又は薄膜化することができるため、第１集電極
（第２集電極）に遮光される光量を低減することがで
き、また、第１集電極（第２集電極）の材料使用量を低
減することができる等、本発明は優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１に係る光起電力素子の製
造方法の説明図である。

【図２】本発明の実施の形態１に係る光起電力素子の製
造方法の説明図である。

【図３】本発明の実施の形態１に係る光起電力素子の製
造方法の説明図である。

【図４】本発明の実施の形態２に係る光起電力素子の製
造方法の説明図である。

【図５】本発明の実施の形態２に係る光起電力素子の製
造方法の説明図である。

【図６】本発明の実施の形態２に係る光起電力素子の製
造方法の説明図である。

【図７】本発明の実施の形態２に係る光起電力素子の製
造方法の説明図である。

【図８】従来の光起電力素子の模式的縦断面図である。

【符号の説明】

１１ ｉ・ａ−Ｓｉ層 １２ ｐ・ａ−Ｓｉ層 ２１ ｉ・ａ−Ｓｉ層 ２２ ｎ・ａ−Ｓｉ層 ３ 第１透明導電膜 ４ 第２透明導電膜 ５ 第１集電極 ６ 第２集電極 ７ ｎ・ｃ−Ｓｉ層 ８ 不純物領域

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一導電型結晶系半導体層と、該一導電型
   結晶系半導体層の一面側に積層された逆導電型非結晶系
   半導体層と、該逆導電型非結晶系半導体層に積層された
   第１電極層と、該第１電極層に接触している第１集電極
   と、前記一導電型結晶系半導体層の他面側に積層された
   第２電極層とを備える光起電力素子において、 前記一導電型結晶系半導体層に逆導電型の不純物部が形
   成してあり、該不純物部に前記第１集電極が積層してあ
   ることを特徴とする光起電力素子。
2. 【請求項２】 前記第２電極層と前記一導電型結晶系半
   導体層との間に挟まれて該一導電型結晶系半導体層の他
   面に積層してある第２集電極を備えることを特徴とする
   請求項１に記載の光起電力素子。
3. 【請求項３】 一導電型結晶系半導体を用いてなる基板
   の一面側に、逆導電型非結晶系半導体層を積層する光起
   電力素子の製造方法において、 前記逆導電型非結晶系半導体層の積層に先立ち、前記基
   板の一面に逆導電型の不純物部を形成し、該不純物部上
   に金属ペーストを塗布し、焼成して第１集電極を形成す
   ることを特徴とする光起電力素子の製造方法。
4. 【請求項４】 前記一面の一部に、逆導電型の不純物を
   堆積することによって層状の不純物部を形成することを
   特徴とする請求項３に記載の光起電力素子の製造方法。
5. 【請求項５】 前記一面の一部に、逆導電型の不純物を
   含む不純物材を塗布し、加熱することによって不純物部
   を形成することを特徴とする請求項３に記載の光起電力
   素子の製造方法。
6. 【請求項６】 前記第１集電極を形成し、次いで、前記
   一面の他部に、前記逆導電型非結晶系半導体層を積層
   し、前記逆導電型非結晶系半導体層及び前記第１集電極
   に、第１電極層を積層することを特徴とする請求項３乃
   至５の何れかに記載の光起電力素子の製造方法。
7. 【請求項７】 前記第１集電極を形成し、次いで、前記
   一面の他部に、真性非結晶系半導体層及び逆導電型非結
   晶系半導体層を積層し、該逆導電型非結晶系半導体層及
   び前記第１集電極に、第１電極層を積層することを特徴
   とする請求項３乃至５の何れかに記載の光起電力素子の
   製造方法。
8. 【請求項８】 前記基板の他面の一部に金属ペーストを
   塗布し、焼成して第２集電極を形成し、次いで前記他面
   側に第２電極層を積層することを特徴とする請求項３乃
   至７の何れかに記載の光起電力素子の製造方法。
9. 【請求項９】 前記第２電極層の積層に先立って、前記
   他面の他部に、一導電型非結晶系半導体層、又は、真性
   非結晶系半導体層及び一導電型非結晶系半導体層を積層
   し、該一導電型非結晶系半導体層及び前記第２集電極
   に、第２電極層を積層することを特徴とする請求項８に
   記載の光起電力素子の製造方法。
10. 【請求項１０】 前記金属ペーストは、銀を用いてな
    り、バインダとしてガラスフリットを用いていることを
    特徴とする請求項３乃至９の何れかに記載の光起電力素
    子の製造方法。