JP2003324209A - 光起電力装置及びその製造方法 - Google Patents
光起電力装置及びその製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 この発明は、結晶系半導体と非晶質系半導体
薄膜との界面特性を向上させ、接合特性を改善させるこ
とを目的とするものである。 【解決手段】 ｎ型単結晶シリコン基板１１とｐ型非晶
質シリコン薄膜１３をｉ型非晶質シリコン薄膜１２を介
在させて積層するとともに、単結晶シリコン基板１１の
裏面側にｉ型非晶質シリコン層１４介在させてｎ型非晶
質シリコン層１５を設ける光起電力装置の製造方法にお
いて、単結晶シリコン基板１１の表面に水素ガスとボロ
ンを含むガスとの混合ガスを用いてプラズマ放電させて
単結晶シリコン基板１１の表面にプラズマ処理を施した
後、ｉ型非晶質シリコン層１２を形成し、単結晶シリコ
ン基板１１とｉ型非晶質シリコン層１２との界面にボロ
ン原子を介在させる。
薄膜との界面特性を向上させ、接合特性を改善させるこ
とを目的とするものである。 【解決手段】 ｎ型単結晶シリコン基板１１とｐ型非晶
質シリコン薄膜１３をｉ型非晶質シリコン薄膜１２を介
在させて積層するとともに、単結晶シリコン基板１１の
裏面側にｉ型非晶質シリコン層１４介在させてｎ型非晶
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ンを含むガスとの混合ガスを用いてプラズマ放電させて
単結晶シリコン基板１１の表面にプラズマ処理を施した
後、ｉ型非晶質シリコン層１２を形成し、単結晶シリコ
ン基板１１とｉ型非晶質シリコン層１２との界面にボロ
ン原子を介在させる。
Description
【０００１】
【発明が属する技術分野】この発明は、ヘテロ半導体接
合を用いた光起電力装置及びその製造方法に関する。
合を用いた光起電力装置及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】光起電力装置は、光を吸収し電流に主に
変換する部分の半導体の種類により、単結晶系、多結晶
系、非晶質系に分類される。ところで、非晶質系半導体
薄膜と結晶系半導体の特長を生かし、両者を積層構造と
したハイブリッド型光起電力装置が研究されている（例
えば、特許文献１参照）。この光起電力装置は、互いに
逆の導電型を有する結晶系シリコン半導体と非晶質シリ
コン系半導体とを組み合わせて半導体接合を形成する際
に、接合界面に荷電子制御しないか或いはボロン等の周
期表第３Ｂ属の元素を微量にドーピングして実質的に真
性な非晶質シリコン系薄膜を介在させることにより、こ
れらの界面特性を向上させ、光電変換特性の向上を図る
ものである。
変換する部分の半導体の種類により、単結晶系、多結晶
系、非晶質系に分類される。ところで、非晶質系半導体
薄膜と結晶系半導体の特長を生かし、両者を積層構造と
したハイブリッド型光起電力装置が研究されている（例
えば、特許文献１参照）。この光起電力装置は、互いに
逆の導電型を有する結晶系シリコン半導体と非晶質シリ
コン系半導体とを組み合わせて半導体接合を形成する際
に、接合界面に荷電子制御しないか或いはボロン等の周
期表第３Ｂ属の元素を微量にドーピングして実質的に真
性な非晶質シリコン系薄膜を介在させることにより、こ
れらの界面特性を向上させ、光電変換特性の向上を図る
ものである。
【０００３】この構造のｐｎ接合は、２００℃以下の低
温で形成できるので、基板の純度が低く高温プロセスで
は不純物や酸素誘起欠陥の影響が懸念されるような場合
においても良好な接合特性が得られる。
温で形成できるので、基板の純度が低く高温プロセスで
は不純物や酸素誘起欠陥の影響が懸念されるような場合
においても良好な接合特性が得られる。
【０００４】また、上記光起電力装置の裏面側には、荷
電子制御しないか或いは実質的に真性な非晶質シリコン
系薄膜と、一導電型に荷電子制御された非晶質シリコン
系薄膜を形成し、いわゆるＢＳＦ（Ｂａｃｋ Ｓｕｒｆ
ａｃｅ Ｆｉｅｌｄ）効果により太陽電池特性を高める
構造が形成される。
電子制御しないか或いは実質的に真性な非晶質シリコン
系薄膜と、一導電型に荷電子制御された非晶質シリコン
系薄膜を形成し、いわゆるＢＳＦ（Ｂａｃｋ Ｓｕｒｆ
ａｃｅ Ｆｉｅｌｄ）効果により太陽電池特性を高める
構造が形成される。
【０００５】図８は、単結晶シリコン基板の表面を凹凸
化し、その結晶系半導体と非晶質半導体との接合界面に
荷電子制御を行わない実質的に真性（ｉ型）の非晶質半
導体層を介在させた構造の光起電力装置を示す斜視図で
ある。図に示すように、ｎ型の単結晶シリコン（Ｓｉ）
基板１０１の表面はアルカリエッチング等の方法により
表面が凹凸化されている。凹凸化された単結晶シリコン
基板１０１の受光面側には、ｉ型の非晶質シリコン（ａ
−Ｓｉ）層１０２、ｐ型の非晶質シリコン（ａ−Ｓｉ）
層１０３、例えば、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏ
ｘｉｄｅ）などの透光性導電膜からなる透明電極１０４
がその順で積層形成されている。更に、透明電極１０４
上には、例えば、銀（Ａｇ）からなる櫛形状の集電極１
０５が形成されている。
化し、その結晶系半導体と非晶質半導体との接合界面に
荷電子制御を行わない実質的に真性（ｉ型）の非晶質半
導体層を介在させた構造の光起電力装置を示す斜視図で
ある。図に示すように、ｎ型の単結晶シリコン（Ｓｉ）
基板１０１の表面はアルカリエッチング等の方法により
表面が凹凸化されている。凹凸化された単結晶シリコン
基板１０１の受光面側には、ｉ型の非晶質シリコン（ａ
−Ｓｉ）層１０２、ｐ型の非晶質シリコン（ａ−Ｓｉ）
層１０３、例えば、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏ
ｘｉｄｅ）などの透光性導電膜からなる透明電極１０４
がその順で積層形成されている。更に、透明電極１０４
上には、例えば、銀（Ａｇ）からなる櫛形状の集電極１
０５が形成されている。
【０００６】また、単結晶シリコン基板１０１の裏面側
には、ｉ型の非晶質シリコン（ａ−Ｓｉ）層１０６、ｎ
型の非晶質シリコン（ａ−Ｓｉ）層１０７、例えば、Ｉ
ＴＯなどの透光性導電膜からなる透明電極１０８がその
順で積層形成し、ＢＳＦ効果を得る構造が形成される。
更に、透明電極１０８上には、例えば、Ａｇからなる櫛
形状の集電極１０９が形成されている。
には、ｉ型の非晶質シリコン（ａ−Ｓｉ）層１０６、ｎ
型の非晶質シリコン（ａ−Ｓｉ）層１０７、例えば、Ｉ
ＴＯなどの透光性導電膜からなる透明電極１０８がその
順で積層形成し、ＢＳＦ効果を得る構造が形成される。
更に、透明電極１０８上には、例えば、Ａｇからなる櫛
形状の集電極１０９が形成されている。
【０００７】上記の構造により、凹凸化された表面で光
反射を抑制し、効率良く光を装置内に取り込んでいる。
反射を抑制し、効率良く光を装置内に取り込んでいる。
【０００８】ところで、上記した光起電力装置は、低温
プロセスで形成できる。この低温プロセスであるが為
に、基板表面に付着した水分や有機物の完全な除去は困
難であり、基板表面には、酸素、窒素、炭素といった不
純物が存在していた。このうち、最も含有量の多い酸素
は、１×１０20ｃｍ-3の濃度であり、この不純物による
界面特性の低下が原因でｐｎ接合特性やＢＳＦ効果の悪
影響が懸念されている。
プロセスで形成できる。この低温プロセスであるが為
に、基板表面に付着した水分や有機物の完全な除去は困
難であり、基板表面には、酸素、窒素、炭素といった不
純物が存在していた。このうち、最も含有量の多い酸素
は、１×１０20ｃｍ-3の濃度であり、この不純物による
界面特性の低下が原因でｐｎ接合特性やＢＳＦ効果の悪
影響が懸念されている。
【０００９】一方、ボロンを微量にドーピングして実質
的に真性な非晶質シリコン膜を得る方法が報告されてい
る（例えば、非特許文献１）。この報告によれば、ある
濃度の酸素を含む非晶質シリコン膜に対して１／１００
０程度の濃度（〜１０17ｃｍ -3）のボロンを導入するこ
とで補償できることが述べられている。
的に真性な非晶質シリコン膜を得る方法が報告されてい
る（例えば、非特許文献１）。この報告によれば、ある
濃度の酸素を含む非晶質シリコン膜に対して１／１００
０程度の濃度（〜１０17ｃｍ -3）のボロンを導入するこ
とで補償できることが述べられている。
【００１０】しかしながら、前記した量のボロンを導入
して酸素による影響を補償せんとしても、太陽電池特性
には殆ど影響がなかった。また、界面特性の向上には主
に太陽電池特性の開放電圧に影響を与えるが、開放電圧
は補償の有り無しに関わらず変化しなかった。
して酸素による影響を補償せんとしても、太陽電池特性
には殆ど影響がなかった。また、界面特性の向上には主
に太陽電池特性の開放電圧に影響を与えるが、開放電圧
は補償の有り無しに関わらず変化しなかった。
【００１１】
【特許文献１】特開平４−１３０６７１号公報
【非特許文献１】Applied Physics Letters vol.68,199
6 p1201〜p1203
6 p1201〜p1203
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】この発明は、上記した
従来の問題点に鑑みなされたものにして、結晶系半導体
と非晶質系半導体薄膜との界面特性を向上させ、接合特
性を改善させることを目的とするものである。この発明
を用いた半導体装置、特に太陽電池装置においては開放
電圧を高めようとするものである。
従来の問題点に鑑みなされたものにして、結晶系半導体
と非晶質系半導体薄膜との界面特性を向上させ、接合特
性を改善させることを目的とするものである。この発明
を用いた半導体装置、特に太陽電池装置においては開放
電圧を高めようとするものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】この発明の光起電力装置
は、一導電型の結晶系半導体上に、荷電子制御しないか
又は実質的に真性な非晶質系半導体薄膜を介在させて一
導電型又は他導電型の非晶質系半導体薄膜を設けた光起
電力装置において、前記結晶系半導体と荷電子制御しな
いか又は実質的に真性な非晶質系半導体薄膜とが形成す
る界面に一導電型又は他導電型の不純物を存在させたこ
とを特徴とする。
は、一導電型の結晶系半導体上に、荷電子制御しないか
又は実質的に真性な非晶質系半導体薄膜を介在させて一
導電型又は他導電型の非晶質系半導体薄膜を設けた光起
電力装置において、前記結晶系半導体と荷電子制御しな
いか又は実質的に真性な非晶質系半導体薄膜とが形成す
る界面に一導電型又は他導電型の不純物を存在させたこ
とを特徴とする。
【００１４】ここで、非晶質系半導体薄膜とは、非晶質
半導体のみならず、微結晶半導体も含む。
半導体のみならず、微結晶半導体も含む。
【００１５】前記結晶系半導体が結晶系シリコン、非晶
質系半導体薄膜が非晶質系シリコン薄膜であり、前記一
導電型の不純物が周期表第５Ｂ属の原子であり、その界
面不純物原子面密度が、１×１０11ｃｍ-2以上５×１０
14ｃｍ-2以下にするとよく、また、前記他導電型の不純
物が周期表第３Ｂ属の原子であり、その界面不純物原子
面密度が、１×１０11ｃｍ-2以上５×１０13ｃｍ-2以下
にするとよい。
質系半導体薄膜が非晶質系シリコン薄膜であり、前記一
導電型の不純物が周期表第５Ｂ属の原子であり、その界
面不純物原子面密度が、１×１０11ｃｍ-2以上５×１０
14ｃｍ-2以下にするとよく、また、前記他導電型の不純
物が周期表第３Ｂ属の原子であり、その界面不純物原子
面密度が、１×１０11ｃｍ-2以上５×１０13ｃｍ-2以下
にするとよい。
【００１６】また、前記結晶系半導体が結晶系シリコ
ン、非晶質系半導体薄膜が非晶質系シリコン薄膜であ
り、前記一導電型の不純物が周期表第３Ｂ属の原子であ
り、その界面不純物原子面密度が、１×１０11ｃｍ-2以
上５×１０13ｃｍ-2以下にするとよく、また、前記他導
電型の不純物が周期表第５Ｂ属の原子であり、その界面
不純物原子面密度が、１×１０11ｃｍ-2以上５×１０14
ｃｍ-2以下にするとよい。
ン、非晶質系半導体薄膜が非晶質系シリコン薄膜であ
り、前記一導電型の不純物が周期表第３Ｂ属の原子であ
り、その界面不純物原子面密度が、１×１０11ｃｍ-2以
上５×１０13ｃｍ-2以下にするとよく、また、前記他導
電型の不純物が周期表第５Ｂ属の原子であり、その界面
不純物原子面密度が、１×１０11ｃｍ-2以上５×１０14
ｃｍ-2以下にするとよい。
【００１７】上記したように、結晶系半導体と非晶質系
半導体薄膜とからなるｐｎ接合においては、基板である
結晶系半導体と非晶質系半導体薄膜との界面付近に一導
電型又は他導電型の不純物を適量介在させることによ
り、界面でのキャリアの再結合を抑制でき、接合特性を
改善させることができる。この接合を用いた太陽電池に
おいては、開放電圧を向上させることができる。
半導体薄膜とからなるｐｎ接合においては、基板である
結晶系半導体と非晶質系半導体薄膜との界面付近に一導
電型又は他導電型の不純物を適量介在させることによ
り、界面でのキャリアの再結合を抑制でき、接合特性を
改善させることができる。この接合を用いた太陽電池に
おいては、開放電圧を向上させることができる。
【００１８】また、前記結晶系半導体と実質的に真性な
非晶質系半導体薄膜とからなるＢＳＦ構造においては、
基板である結晶系半導体と非晶質系半導体薄膜との界面
付近に一導電型又は他導電型の不純物を適量介在させる
ことにより、バンドオフセットの影響が緩和され、電子
の流れが改善され、太陽電池特性を向上させることがで
きる。
非晶質系半導体薄膜とからなるＢＳＦ構造においては、
基板である結晶系半導体と非晶質系半導体薄膜との界面
付近に一導電型又は他導電型の不純物を適量介在させる
ことにより、バンドオフセットの影響が緩和され、電子
の流れが改善され、太陽電池特性を向上させることがで
きる。
【００１９】この発明の製造方法は、水素ガスと低濃度
の一導電型又は他導電型の不純物を含むガスを導入して
プラズマ放電により一導電型又は他導電型の結晶系半導
体基板表面のクリーニングを行う工程と、結晶系半導体
基板表面に荷電子制御しないか或いは実質的に真性な非
晶質系半導体薄膜を形成する工程と、この上に一導電型
又は他導電型に荷電子制御された非晶質系半導体薄膜を
形成する工程と、を含むことを特徴とする。
の一導電型又は他導電型の不純物を含むガスを導入して
プラズマ放電により一導電型又は他導電型の結晶系半導
体基板表面のクリーニングを行う工程と、結晶系半導体
基板表面に荷電子制御しないか或いは実質的に真性な非
晶質系半導体薄膜を形成する工程と、この上に一導電型
又は他導電型に荷電子制御された非晶質系半導体薄膜を
形成する工程と、を含むことを特徴とする。
【００２０】また、この発明の他の製造方法は、結晶系
半導体基板表面に非晶質系半導体薄膜を構成する材料を
含むガスと一導電型又は他導電型の不純物を含むガスを
導入し、気相反応により第１の非晶質系半導体薄膜を形
成する工程と、この第１の非晶質系半導体薄膜上に気相
反応により実質的に真性な第２の非晶質系半導体薄膜を
形成する工程と、この第２の非晶質系半導体薄膜上に一
導電型又は他導電型に荷電子制御された非晶質系半導体
薄膜を形成する工程と、を含むことを特徴とする光起電
力装置の製造方法。
半導体基板表面に非晶質系半導体薄膜を構成する材料を
含むガスと一導電型又は他導電型の不純物を含むガスを
導入し、気相反応により第１の非晶質系半導体薄膜を形
成する工程と、この第１の非晶質系半導体薄膜上に気相
反応により実質的に真性な第２の非晶質系半導体薄膜を
形成する工程と、この第２の非晶質系半導体薄膜上に一
導電型又は他導電型に荷電子制御された非晶質系半導体
薄膜を形成する工程と、を含むことを特徴とする光起電
力装置の製造方法。
【００２１】更に、この発明の異なる製造方法は、一導
電型又は他導電型の結晶系半導体基板を加熱した状態で
水素ガスとともに低濃度の一導電型又は他導電型の不純
物を含むガスに暴露する工程と、結晶系半導体基板表面
に荷電子制御しないか或いは実質的に真性な非晶質系半
導体薄膜を形成する工程と、この上に一導電型又は他導
電型に荷電子制御された非晶質系半導体薄膜を形成する
工程と、を含むことを特徴とする。
電型又は他導電型の結晶系半導体基板を加熱した状態で
水素ガスとともに低濃度の一導電型又は他導電型の不純
物を含むガスに暴露する工程と、結晶系半導体基板表面
に荷電子制御しないか或いは実質的に真性な非晶質系半
導体薄膜を形成する工程と、この上に一導電型又は他導
電型に荷電子制御された非晶質系半導体薄膜を形成する
工程と、を含むことを特徴とする。
【００２２】上記した製造方法によれば、記結晶系半導
体と実質的に真性な非晶質系半導体薄膜とが積層形成す
る界面に一導電型又は他導電型の不純物原子を存在させ
ることができる。
体と実質的に真性な非晶質系半導体薄膜とが積層形成す
る界面に一導電型又は他導電型の不純物原子を存在させ
ることができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施形態につき
図面を参照して説明する。図１は、この発明の第１の実
施形態にかかる光起電力装置を製造工程別に示した断面
図である。
図面を参照して説明する。図１は、この発明の第１の実
施形態にかかる光起電力装置を製造工程別に示した断面
図である。
【００２４】結晶系半導体基板としては、単結晶シリコ
ン基板、多結晶シリコン基板などがあるが、この実施形
態としては、厚さ３００μｍ、抵抗率５Ωｃｍ以下の単
結晶シリコン基板１１を用いた。この単結晶シリコン基
板１１の表裏面は、水酸化ナトリウム溶液、水酸化カリ
ウム溶液などのアルカリ溶液を用いて異方性エッチング
が施され、凹凸化されている。
ン基板、多結晶シリコン基板などがあるが、この実施形
態としては、厚さ３００μｍ、抵抗率５Ωｃｍ以下の単
結晶シリコン基板１１を用いた。この単結晶シリコン基
板１１の表裏面は、水酸化ナトリウム溶液、水酸化カリ
ウム溶液などのアルカリ溶液を用いて異方性エッチング
が施され、凹凸化されている。
【００２５】この単結晶シリコン基板１１を洗浄し、真
空チャンバ内に入れ、２００℃以下に加熱し、基板表面
に付着する水分を極力除去する。この実施形態では、基
板温度１７０℃に加熱する。
空チャンバ内に入れ、２００℃以下に加熱し、基板表面
に付着する水分を極力除去する。この実施形態では、基
板温度１７０℃に加熱する。
【００２６】次に、水素ガス（Ｈ2）を導入し、プラズ
マ放電を行い基板表面のクリーニングを行う。このプロ
セスは基板表面の炭素量を低減させるのに効果があるこ
とが分かっている。
マ放電を行い基板表面のクリーニングを行う。このプロ
セスは基板表面の炭素量を低減させるのに効果があるこ
とが分かっている。
【００２７】この実施形態においては、この水素プラズ
マ処理時に、水素ガス（Ｈ2）とともに、ジボランガス
（Ｂ2Ｈ6）を導入し、ボロン（Ｂ）を分解するととも
に、ボロンを表面に吸着させ、単結晶シリコン基板の界
面にボロンの導入を行った（図１（ａ）参照）。このと
きの条件を表１に示す。
マ処理時に、水素ガス（Ｈ2）とともに、ジボランガス
（Ｂ2Ｈ6）を導入し、ボロン（Ｂ）を分解するととも
に、ボロンを表面に吸着させ、単結晶シリコン基板の界
面にボロンの導入を行った（図１（ａ）参照）。このと
きの条件を表１に示す。
【００２８】その後、シランガス（ＳｉＨ4）及び希釈
ガスとして水素ガス（Ｈ2）を導入し、基板温度１７０
℃に保ち、プラズマＣＶＤ法により、ノンドープのｉ型
の非晶質シリコン層１２を形成する。続いて、シランガ
ス（ＳｉＨ4）、希釈ガスとして水素ガス（Ｈ2）及びド
ーパントガスとしてジボランガス（Ｂ2Ｈ6）を導入し、
プラズマＣＶＤ法によりｐ型非晶質シリコン層１３を順
次形成し、ｐｎ接合を形成する（図１（ｂ）参照）。こ
のときの形成条件を表１に示す。
ガスとして水素ガス（Ｈ2）を導入し、基板温度１７０
℃に保ち、プラズマＣＶＤ法により、ノンドープのｉ型
の非晶質シリコン層１２を形成する。続いて、シランガ
ス（ＳｉＨ4）、希釈ガスとして水素ガス（Ｈ2）及びド
ーパントガスとしてジボランガス（Ｂ2Ｈ6）を導入し、
プラズマＣＶＤ法によりｐ型非晶質シリコン層１３を順
次形成し、ｐｎ接合を形成する（図１（ｂ）参照）。こ
のときの形成条件を表１に示す。
【００２９】次に、上記ｎ型単結晶シリコン基板１１の
裏面側に同様にして、水素化非晶質シリコン薄膜を形成
する。まず、ｎ型単結晶シリコン基板１１を真空チャン
バ内に入れ、２００℃以下に加熱する。この実施形態で
は、基板温度１７０℃に加熱する。次に、水素ガス（Ｈ
2）でプラズマ放電を行う。その後、シランガス（Ｓｉ
Ｈ4）及び希釈ガスとして水素ガス（Ｈ2）を導入し、基
板温度１７０℃に保ち、プラズマＣＶＤ法により、ノン
ドープのｉ型の非晶質シリコン層１４を形成する。、続
いて、シランガス（ＳｉＨ4）、希釈ガスとして水素ガ
ス（Ｈ2）及びドーパントガスとしてフォスフィンガス
（ＰＨ3）を導入し、プラズマＣＶＤ法によりｎ型非晶
質シリコン層１５を順次形成し、ｎ型単結晶シリコン基
板１１の裏面側にＢＳＦ構造を形成する（図１（ｃ）参
照）。このときの形成条件を表１に示す。
裏面側に同様にして、水素化非晶質シリコン薄膜を形成
する。まず、ｎ型単結晶シリコン基板１１を真空チャン
バ内に入れ、２００℃以下に加熱する。この実施形態で
は、基板温度１７０℃に加熱する。次に、水素ガス（Ｈ
2）でプラズマ放電を行う。その後、シランガス（Ｓｉ
Ｈ4）及び希釈ガスとして水素ガス（Ｈ2）を導入し、基
板温度１７０℃に保ち、プラズマＣＶＤ法により、ノン
ドープのｉ型の非晶質シリコン層１４を形成する。、続
いて、シランガス（ＳｉＨ4）、希釈ガスとして水素ガ
ス（Ｈ2）及びドーパントガスとしてフォスフィンガス
（ＰＨ3）を導入し、プラズマＣＶＤ法によりｎ型非晶
質シリコン層１５を順次形成し、ｎ型単結晶シリコン基
板１１の裏面側にＢＳＦ構造を形成する（図１（ｃ）参
照）。このときの形成条件を表１に示す。
【００３０】更に、表面側電極として酸化インジウム錫
（ＩＴＯ）膜１６をスパッタ法により形成し、集電極と
して銀電極１８をスクリーン印刷法により形成する。ま
た、裏面側電極としてＩＴＯ膜１７をスパッタ法により
形成し、集電極として銀電極１９をスクリーン印刷法に
より形成して光起電力装置が完成する（図１（ｄ）参
照）。
（ＩＴＯ）膜１６をスパッタ法により形成し、集電極と
して銀電極１８をスクリーン印刷法により形成する。ま
た、裏面側電極としてＩＴＯ膜１７をスパッタ法により
形成し、集電極として銀電極１９をスクリーン印刷法に
より形成して光起電力装置が完成する（図１（ｄ）参
照）。
【００３１】なお、上記した実施形態では、裏面側にい
わゆるＢＳＦ構造を形成したが、ＢＳＦ構造を形成しな
いものでも良い。ＢＳＦ構造を形成するとき、非晶質シ
リコン層を作成する順序については、上記したように、
表面側（ｐ型側）から形成しても良いし、裏面側（ｎ型
側）から作成しても良い。
わゆるＢＳＦ構造を形成したが、ＢＳＦ構造を形成しな
いものでも良い。ＢＳＦ構造を形成するとき、非晶質シ
リコン層を作成する順序については、上記したように、
表面側（ｐ型側）から形成しても良いし、裏面側（ｎ型
側）から作成しても良い。
【００３２】上記した光起電力装置の具体的な形成条件
を表１に示す。
を表１に示す。
【００３３】
【表１】
【００３４】図２にこの発明の半導体接合のバンド構造
を示す。図２において、実線がこの発明によるバンド構
造、破線が水素プラズマ処理においてジボランガスを導
入しない従来のバンド構造を示している。
を示す。図２において、実線がこの発明によるバンド構
造、破線が水素プラズマ処理においてジボランガスを導
入しない従来のバンド構造を示している。
【００３５】上記した方法により形成された光起電力装
置は、ｎ型単結晶シリコン基板１１上に実質的にｉ型の
非晶質シリコン層１２とその上にｎ型非晶質シリコン層
１３が形成され、さらにその上にＩＴＯ膜１６が形成さ
れる。そして、基板１１とｉ型非晶質シリコン層１２と
の界面には、ｉ型の非晶質シリコン層を補償するに必要
以上のボロンが導入されることになる。
置は、ｎ型単結晶シリコン基板１１上に実質的にｉ型の
非晶質シリコン層１２とその上にｎ型非晶質シリコン層
１３が形成され、さらにその上にＩＴＯ膜１６が形成さ
れる。そして、基板１１とｉ型非晶質シリコン層１２と
の界面には、ｉ型の非晶質シリコン層を補償するに必要
以上のボロンが導入されることになる。
【００３６】図２に示すように、単結晶シリコン基板１
１とｉ型非晶質シリコン層１２との界面に非晶質層を補
償するの必要な量以上のボロンが導入されることで、界
面付近の非晶質シリコン層１２は極弱いｐ型となり、そ
れと共に界面付近の単結晶シリコン基板１１内にできる
局在した電界が強くなる。そのため、界面付近に存在す
る電子と正孔の分離がより効果的になされ、界面で再結
合する確率が低減される。また、価電子帯における界面
でのバンドの不連続部分の障壁が相対的に小さくなり、
キャリアの移動が容易になる。その結果、太陽電池特性
における開放電圧の向上が成される。
１とｉ型非晶質シリコン層１２との界面に非晶質層を補
償するの必要な量以上のボロンが導入されることで、界
面付近の非晶質シリコン層１２は極弱いｐ型となり、そ
れと共に界面付近の単結晶シリコン基板１１内にできる
局在した電界が強くなる。そのため、界面付近に存在す
る電子と正孔の分離がより効果的になされ、界面で再結
合する確率が低減される。また、価電子帯における界面
でのバンドの不連続部分の障壁が相対的に小さくなり、
キャリアの移動が容易になる。その結果、太陽電池特性
における開放電圧の向上が成される。
【００３７】このとき、ｉ型の非晶質シリコン層に存在
する電界強度は弱くなるが、それでもなお非晶質層内の
キャリアの移動を十分に容易にするだけの電界がかかっ
ている。
する電界強度は弱くなるが、それでもなお非晶質層内の
キャリアの移動を十分に容易にするだけの電界がかかっ
ている。
【００３８】なお、ボロンを過剰に供給すると、ｉ型の
非晶質シリコン層１２の電界強度が小さくなり、この部
分でのキャリアの再結合が増え、またさらに増やすとｐ
型の非晶質シリコン層を直接ｎ型の単結晶シリコン基板
に堆積したのとほぼ等価となり、過剰に存在するボロン
を介した再結合が行われ、太陽電池特性は低下する。
非晶質シリコン層１２の電界強度が小さくなり、この部
分でのキャリアの再結合が増え、またさらに増やすとｐ
型の非晶質シリコン層を直接ｎ型の単結晶シリコン基板
に堆積したのとほぼ等価となり、過剰に存在するボロン
を介した再結合が行われ、太陽電池特性は低下する。
【００３９】この発明にかかる光起電力装置として上記
した表１に示す形成条件で光起電力装置を作成した。こ
のようにして作成した光起電力装置の出力特性を表２に
示す。ここで、比較例として、前述の水素プラズマ処理
においてジボランガスを導入しない場合のものを用い
た。これらのサンプルは、裏面側のＢＳＦ層は同時に形
成したものを用いている。
した表１に示す形成条件で光起電力装置を作成した。こ
のようにして作成した光起電力装置の出力特性を表２に
示す。ここで、比較例として、前述の水素プラズマ処理
においてジボランガスを導入しない場合のものを用い
た。これらのサンプルは、裏面側のＢＳＦ層は同時に形
成したものを用いている。
【００４０】
【表２】
【００４１】この表２から明らかなように、水素プラズ
マ処理において、ジボランガスを導入したものは、開放
電圧の向上が見られ、この発明の有効性が確認された。
マ処理において、ジボランガスを導入したものは、開放
電圧の向上が見られ、この発明の有効性が確認された。
【００４２】表１に示した実施形態における非晶質層の
膜厚はｉ型の非晶質シリコン層が約７ｎｍ、ｐ型層が約
５ｎｍであり、現有の２次イオン質量分析計の深さ方向
への分解能（１０ｎｍから２０ｎｍ）では見ることはで
きないので、ｉ型の非晶質シリコン層の厚さを１６０ｎ
ｍ、ｐ型層が約８ｎｍとして深さ方向への不純物プロフ
ァイルを観察した結果を図３に示す。
膜厚はｉ型の非晶質シリコン層が約７ｎｍ、ｐ型層が約
５ｎｍであり、現有の２次イオン質量分析計の深さ方向
への分解能（１０ｎｍから２０ｎｍ）では見ることはで
きないので、ｉ型の非晶質シリコン層の厚さを１６０ｎ
ｍ、ｐ型層が約８ｎｍとして深さ方向への不純物プロフ
ァイルを観察した結果を図３に示す。
【００４３】ここで、界面のボロン原子密度は、ＳＩＭ
Ｓ（ｓｅｃｏｎｄａｒｙ ｉｏｎｍａｓｓ ｓｐｅｃｔ
ｒｏｓｃｏｐｙ）分析により、非晶質シリコン層側から
深さ方向に測定し、深さ方向に積分してボロン（Ｂ）の
体積濃度を求める。そして、深さ方向の界面の前後（２
ｎｍ〜３ｎｍ）の体積密度から界面の面密度を算出し
て、界面ボロン原子密度としている。
Ｓ（ｓｅｃｏｎｄａｒｙ ｉｏｎｍａｓｓ ｓｐｅｃｔ
ｒｏｓｃｏｐｙ）分析により、非晶質シリコン層側から
深さ方向に測定し、深さ方向に積分してボロン（Ｂ）の
体積濃度を求める。そして、深さ方向の界面の前後（２
ｎｍ〜３ｎｍ）の体積密度から界面の面密度を算出し
て、界面ボロン原子密度としている。
【００４４】図中、破線はプロファイルから予想される
各層を形成する界面位置である。基板界面には約６×１
０11ｃｍ-2の界面ボロン原子密度の量のボロン（Ｂ）が
存在している。ｐ型の非晶質シリコン表面から真性（ｉ
型）の非晶質シリコン層内へのボロン量の単調減少、基
板界面から基板内へのボロン量の単調減少はいずれもガ
ウシアン分布よりも緩やかな傾向にあり、経験的にＳＩ
ＭＳ分析中のスパッタ時における打ち込み効果によるも
のであることが分かる。
各層を形成する界面位置である。基板界面には約６×１
０11ｃｍ-2の界面ボロン原子密度の量のボロン（Ｂ）が
存在している。ｐ型の非晶質シリコン表面から真性（ｉ
型）の非晶質シリコン層内へのボロン量の単調減少、基
板界面から基板内へのボロン量の単調減少はいずれもガ
ウシアン分布よりも緩やかな傾向にあり、経験的にＳＩ
ＭＳ分析中のスパッタ時における打ち込み効果によるも
のであることが分かる。
【００４５】従って、実際にはボロン濃度は各界面で急
激に減少し、ｉ型の非晶質シリコン層や基板界面から基
板内には殆ど拡散していないと考えられる。実際の太陽
電池を観察した場合にも深さ方向の分解度の高い（１ｎ
ｍ〜２ｎｍ）低加速ＳＩＭＳ等の測定方法を用いること
で、図３のボロン（Ｂ）のプロファイルに類似のプロフ
ァイルを持った測定結果になると考えられる。
激に減少し、ｉ型の非晶質シリコン層や基板界面から基
板内には殆ど拡散していないと考えられる。実際の太陽
電池を観察した場合にも深さ方向の分解度の高い（１ｎ
ｍ〜２ｎｍ）低加速ＳＩＭＳ等の測定方法を用いること
で、図３のボロン（Ｂ）のプロファイルに類似のプロフ
ァイルを持った測定結果になると考えられる。
【００４６】次に、この発明の第２の実施形態につき説
明する。洗浄したｎ型単結晶シリコン基板を洗浄し、真
空チャンバ内に入れ、２００℃以下に加熱し、基板表面
に付着する水分を極力除去する。この実施形態では、基
板温度１７０℃に加熱する。
明する。洗浄したｎ型単結晶シリコン基板を洗浄し、真
空チャンバ内に入れ、２００℃以下に加熱し、基板表面
に付着する水分を極力除去する。この実施形態では、基
板温度１７０℃に加熱する。
【００４７】次に、水素ガス（Ｈ2）を導入し、プラズ
マ放電を行い基板表面のクリーニングを行う。続いて、
水素ガス（Ｈ2）、ジボランガス（Ｂ2Ｈ6）、シランガ
ス（ＳｉＨ4）を導入し、プラズマ放電させ、基板表面
に極薄く且つ低濃度のｐ型の不純物が導入された第１の
非晶質シリコン層を約１ｎｍ堆積させ，界面付近への
ボロンの導入を行った。その後、第１の実施形態と同様
にして、ｉ型の非晶質シリコン層、ｐ型の非晶質シリ
コン層を順次形成してｐｎ接合を完成する。更に、表面
側電極として酸化インジウム錫（ＩＴＯ）膜をスパッタ
法により形成し、集電極として銀電極をスクリーン印刷
法により形成する。
マ放電を行い基板表面のクリーニングを行う。続いて、
水素ガス（Ｈ2）、ジボランガス（Ｂ2Ｈ6）、シランガ
ス（ＳｉＨ4）を導入し、プラズマ放電させ、基板表面
に極薄く且つ低濃度のｐ型の不純物が導入された第１の
非晶質シリコン層を約１ｎｍ堆積させ，界面付近への
ボロンの導入を行った。その後、第１の実施形態と同様
にして、ｉ型の非晶質シリコン層、ｐ型の非晶質シリ
コン層を順次形成してｐｎ接合を完成する。更に、表面
側電極として酸化インジウム錫（ＩＴＯ）膜をスパッタ
法により形成し、集電極として銀電極をスクリーン印刷
法により形成する。
【００４８】表３に示す形成条件で、この発明の第２の
実施形態にかかる光起電力装置を形成した。
実施形態にかかる光起電力装置を形成した。
【００４９】
【表３】
【００５０】上記した表３に示す条件により形成した基
板と非晶質シリコン層との界面付近に作成したジボラン
ガス（Ｂ2Ｈ6）を微量導入した極薄いｐ型非晶質シリコ
ン層のボロン導入量の変化に対する開放電圧特性の変化
を図４に示す。
板と非晶質シリコン層との界面付近に作成したジボラン
ガス（Ｂ2Ｈ6）を微量導入した極薄いｐ型非晶質シリコ
ン層のボロン導入量の変化に対する開放電圧特性の変化
を図４に示す。
【００５１】図４より、ジボランガス（Ｂ2Ｈ6）を導入
しない場合に比して、開放電圧が段階的に上昇し、さら
にドープ量を多くして行くと、開放電圧は減少傾向に転
じる。導入しない場合に比較して、ボロンの導入量が界
面のボロン原子面密度として、１×１０11ｃｍ-2以上５
×１０13ｃｍ-2以下の範囲で開放電圧を改善できた。こ
の図４から基板と非晶質シリコン層との界面に導入され
る界面のボロン原子面密度が、１×１０11ｃｍ-2以上５
×１０13ｃｍ-2以下の範囲になるように、ジボランガス
（Ｂ2Ｈ6）の量を制御するとよい。
しない場合に比して、開放電圧が段階的に上昇し、さら
にドープ量を多くして行くと、開放電圧は減少傾向に転
じる。導入しない場合に比較して、ボロンの導入量が界
面のボロン原子面密度として、１×１０11ｃｍ-2以上５
×１０13ｃｍ-2以下の範囲で開放電圧を改善できた。こ
の図４から基板と非晶質シリコン層との界面に導入され
る界面のボロン原子面密度が、１×１０11ｃｍ-2以上５
×１０13ｃｍ-2以下の範囲になるように、ジボランガス
（Ｂ2Ｈ6）の量を制御するとよい。
【００５２】次に、この発明の第３の実施形態につき説
明する。洗浄したｎ型単結晶シリコン基板を洗浄し、真
空チャンバ内に入れ、２００℃以下に加熱し、基板表面
に付着する水分を極力除去する。この実施形態では、基
板温度１７０℃に加熱する。
明する。洗浄したｎ型単結晶シリコン基板を洗浄し、真
空チャンバ内に入れ、２００℃以下に加熱し、基板表面
に付着する水分を極力除去する。この実施形態では、基
板温度１７０℃に加熱する。
【００５３】次に、水素ガス（Ｈ2）を導入し、プラズ
マ放電を行い基板表面のクリーニングを行う。続いて、
水素ガス（Ｈ2）、ジボランガス（Ｂ2Ｈ6）を導入して
基板を前記ガスに暴露する。ジボランガス（Ｂ2Ｈ6）
は、加熱された基板表面で分解され、基板表面に吸着し
て界面へのボロンの導入が可能となる。暴露条件として
は、基板温度１７０℃で、２％のジボランガス（Ｂ
2Ｈ6）で１００ｓｃｃｍ、圧力４０Ｐａで１〜６００秒
とした。
マ放電を行い基板表面のクリーニングを行う。続いて、
水素ガス（Ｈ2）、ジボランガス（Ｂ2Ｈ6）を導入して
基板を前記ガスに暴露する。ジボランガス（Ｂ2Ｈ6）
は、加熱された基板表面で分解され、基板表面に吸着し
て界面へのボロンの導入が可能となる。暴露条件として
は、基板温度１７０℃で、２％のジボランガス（Ｂ
2Ｈ6）で１００ｓｃｃｍ、圧力４０Ｐａで１〜６００秒
とした。
【００５４】その後、第１の実施形態と同様にして、ｉ
型の非晶質シリコン層、ｐ型の非晶質シリコン層を順次
形成してｐｎ接合を完成する。更に、表面側電極として
酸化インジウム錫（ＩＴＯ）膜をスパッタ法により形成
し、集電極として銀電極をスクリーン印刷法により形成
する。
型の非晶質シリコン層、ｐ型の非晶質シリコン層を順次
形成してｐｎ接合を完成する。更に、表面側電極として
酸化インジウム錫（ＩＴＯ）膜をスパッタ法により形成
し、集電極として銀電極をスクリーン印刷法により形成
する。
【００５５】この場合においても、第１の実施形態と同
様、開放電圧の向上が確認された。また暴露条件の変化
での特性の差はあまり無く、暴露の有無による変化が大
きかった。
様、開放電圧の向上が確認された。また暴露条件の変化
での特性の差はあまり無く、暴露の有無による変化が大
きかった。
【００５６】上記したように、結晶系シリコンと非晶質
系シリコン半導体とからなるｐｎ接合において、基板で
ある結晶系シリコンと非晶質シリコン系半導体薄膜との
界面付近にボロンを適量介在させることにより、界面で
のキャリアの再結合を抑制でき、接合特性を改善させる
ことができる。この接合を用いた太陽電池においては、
開放電圧を向上させることができる。
系シリコン半導体とからなるｐｎ接合において、基板で
ある結晶系シリコンと非晶質シリコン系半導体薄膜との
界面付近にボロンを適量介在させることにより、界面で
のキャリアの再結合を抑制でき、接合特性を改善させる
ことができる。この接合を用いた太陽電池においては、
開放電圧を向上させることができる。
【００５７】上記した第１乃至第３の実施形態はｐｎ接
合特性の改善について説明したが、第４の実施形態はＢ
ＳＦ効果を良好にするものである。以下、第４の実施形
態につき説明する。
合特性の改善について説明したが、第４の実施形態はＢ
ＳＦ効果を良好にするものである。以下、第４の実施形
態につき説明する。
【００５８】以下、この発明の実施形態につき図面を参
照して説明する。図５は、この発明の第４の実施形態に
かかる光起電力装置を製造工程別に示した断面図であ
る。
照して説明する。図５は、この発明の第４の実施形態に
かかる光起電力装置を製造工程別に示した断面図であ
る。
【００５９】結晶系半導体基板としては、単結晶シリコ
ン基板、多結晶シリコン基板などがあるが、この第４の
実施形態は、第１の実施形態と同様に、厚さ３００μ
ｍ、抵抗率５Ωｃｍ以下の単結晶シリコン基板１１を用
いた。この単結晶シリコン基板１１の表裏面は、水酸化
ナトリウム溶液、水酸化カリウム溶液などのアルカリ溶
液を用いて異方性エッチングが施され、凹凸化されてい
る。
ン基板、多結晶シリコン基板などがあるが、この第４の
実施形態は、第１の実施形態と同様に、厚さ３００μ
ｍ、抵抗率５Ωｃｍ以下の単結晶シリコン基板１１を用
いた。この単結晶シリコン基板１１の表裏面は、水酸化
ナトリウム溶液、水酸化カリウム溶液などのアルカリ溶
液を用いて異方性エッチングが施され、凹凸化されてい
る。
【００６０】次に、水素ガス（Ｈ2）を導入し、プラズ
マ放電を行い基板表面のクリーニングを行う。
マ放電を行い基板表面のクリーニングを行う。
【００６１】この第４の実施形態においては、この水素
プラズマ処理時に、水素ガス（Ｈ2）とともに、フォス
フィンガス（ＰＨ3）を導入し、リン（Ｐ）を分解する
とともに、リンを表面に吸着させ、単結晶シリコン基板
１１の裏側の界面にリンの導入を行った（図５（ａ）参
照）。このときの条件を表４に示す。
プラズマ処理時に、水素ガス（Ｈ2）とともに、フォス
フィンガス（ＰＨ3）を導入し、リン（Ｐ）を分解する
とともに、リンを表面に吸着させ、単結晶シリコン基板
１１の裏側の界面にリンの導入を行った（図５（ａ）参
照）。このときの条件を表４に示す。
【００６２】その後、シランガス（ＳｉＨ4）及び希釈
ガスとして水素ガス（Ｈ2）を導入し、基板温度１７０
℃に保ち、プラズマＣＶＤ法により、ノンドープのｉ型
の非晶質シリコン層１４を形成する。続いて、シランガ
ス（ＳｉＨ4）、希釈ガスとして水素ガス（Ｈ2）及びド
ーパントガスとしてフォスフィンガス（ＰＨ3）を導入
し、プラズマＣＶＤ法によりｎ型非晶質シリコン層１５
を順次形成し、ｎ型単結晶シリコン基板１１の裏面側に
ＢＳＦ構造を形成する（図５（ｂ）参照）。このときの
形成条件を表４に示す。
ガスとして水素ガス（Ｈ2）を導入し、基板温度１７０
℃に保ち、プラズマＣＶＤ法により、ノンドープのｉ型
の非晶質シリコン層１４を形成する。続いて、シランガ
ス（ＳｉＨ4）、希釈ガスとして水素ガス（Ｈ2）及びド
ーパントガスとしてフォスフィンガス（ＰＨ3）を導入
し、プラズマＣＶＤ法によりｎ型非晶質シリコン層１５
を順次形成し、ｎ型単結晶シリコン基板１１の裏面側に
ＢＳＦ構造を形成する（図５（ｂ）参照）。このときの
形成条件を表４に示す。
【００６３】次に、上記ｎ型単結晶シリコン基板１１の
表面側に同様にして、水素化非晶質シリコン薄膜を形成
する。まず、ｎ型単結晶シリコン基板１１を真空チャン
バ内に入れ、２００℃以下に加熱する。この第４の実施
形態では、基板温度１７０℃に加熱する。次に、水素ガ
ス（Ｈ2）でプラズマ放電を行う。その後、シランガス
（ＳｉＨ4）及び希釈ガスとして水素ガス（Ｈ2）を導入
し、基板温度を１７０℃に保ち、プラズマＣＶＤ法によ
り、実質的にｉ型の非晶質シリコン層１２を形成する。
続いて、シランガス（ＳｉＨ4）、希釈ガスとして水素
ガス（Ｈ2）及びドーパントガスとしてジボランガス
（Ｂ2Ｈ6）を導入し、プラズマＣＶＤ法によりｐ型非晶
質シリコン層１３を順次形成し、ｐｎ接合を形成する
（図５（ｃ）参照）。このときの形成条件を表４に示
す。
表面側に同様にして、水素化非晶質シリコン薄膜を形成
する。まず、ｎ型単結晶シリコン基板１１を真空チャン
バ内に入れ、２００℃以下に加熱する。この第４の実施
形態では、基板温度１７０℃に加熱する。次に、水素ガ
ス（Ｈ2）でプラズマ放電を行う。その後、シランガス
（ＳｉＨ4）及び希釈ガスとして水素ガス（Ｈ2）を導入
し、基板温度を１７０℃に保ち、プラズマＣＶＤ法によ
り、実質的にｉ型の非晶質シリコン層１２を形成する。
続いて、シランガス（ＳｉＨ4）、希釈ガスとして水素
ガス（Ｈ2）及びドーパントガスとしてジボランガス
（Ｂ2Ｈ6）を導入し、プラズマＣＶＤ法によりｐ型非晶
質シリコン層１３を順次形成し、ｐｎ接合を形成する
（図５（ｃ）参照）。このときの形成条件を表４に示
す。
【００６４】更に、表面側電極としてＩＴＯ膜１６をス
パッタ法により形成し、集電極として銀電極１８をスク
リーン印刷法により形成する。また、裏面側電極として
ＩＴＯ膜１７をスパッタ法により形成し、集電極として
銀電極１９をスクリーン印刷法により形成して光起電力
装置が完成する（図５（ｄ）参照）。
パッタ法により形成し、集電極として銀電極１８をスク
リーン印刷法により形成する。また、裏面側電極として
ＩＴＯ膜１７をスパッタ法により形成し、集電極として
銀電極１９をスクリーン印刷法により形成して光起電力
装置が完成する（図５（ｄ）参照）。
【００６５】上記した光起電力装置の具体的な形成条件
を表４に示す。
を表４に示す。
【００６６】
【表４】
【００６７】次に、単結晶シリコン基板１１の裏面側の
水素ガスとフォスフィン（ＰＨ3）との混合ガスによる
プラズマ処理において、ＰＨ3ガスの流量濃度を変化さ
せて、界面リン原子密度を変えた時の出力特性を測定し
た結果を表５に示す。界面リン原子濃度は、図６に示す
ように、ＳＩＭＳ分析により、非晶質シリコン層１６側
から深さ方向に測定し、深さ方向に積分してリン（Ｐ）
の体積濃度を求める。そして、図６中ハッチングを施し
た領域、すなわち、深さ方向の界面の前後（２ｎｍ〜３
ｎｍ）の体積密度から界面の面密度を算出して、界面リ
ン原子濃度としている。
水素ガスとフォスフィン（ＰＨ3）との混合ガスによる
プラズマ処理において、ＰＨ3ガスの流量濃度を変化さ
せて、界面リン原子密度を変えた時の出力特性を測定し
た結果を表５に示す。界面リン原子濃度は、図６に示す
ように、ＳＩＭＳ分析により、非晶質シリコン層１６側
から深さ方向に測定し、深さ方向に積分してリン（Ｐ）
の体積濃度を求める。そして、図６中ハッチングを施し
た領域、すなわち、深さ方向の界面の前後（２ｎｍ〜３
ｎｍ）の体積密度から界面の面密度を算出して、界面リ
ン原子濃度としている。
【００６８】
【表５】
【００６９】表５から明らかなように、単結晶シリコン
基板１１の裏面側のプラズマ処理において、フォスフィ
ンガス（ＰＨ3）を導入しない比較例に比して、フォス
フィンガス（ＰＨ3）を導入したこの発明の第４の実施
形態によれば、開放電圧とフィルファクタ（Ｆ．Ｆ．）
が向上することが分かる。これは界面にリンを導入する
ことにより、バンドオフセットの影響が緩和され、電子
の流れが改善されたことによると考えられる。
基板１１の裏面側のプラズマ処理において、フォスフィ
ンガス（ＰＨ3）を導入しない比較例に比して、フォス
フィンガス（ＰＨ3）を導入したこの発明の第４の実施
形態によれば、開放電圧とフィルファクタ（Ｆ．Ｆ．）
が向上することが分かる。これは界面にリンを導入する
ことにより、バンドオフセットの影響が緩和され、電子
の流れが改善されたことによると考えられる。
【００７０】フォスフィンガス（ＰＨ3）を導入してプ
ラズマ処理を行った場合の光起電力装置の出力（セル出
力）（Ｐｍａｘ）と、裏面側の界面リン原子密度との関
係を測定した結果を図６に示す。
ラズマ処理を行った場合の光起電力装置の出力（セル出
力）（Ｐｍａｘ）と、裏面側の界面リン原子密度との関
係を測定した結果を図６に示す。
【００７１】図６から界面リン原子密度が１×１０11ｃ
ｍ-2以上５×１０14ｃｍ-2以下であれば、セル出力が
１．９００Ｗを越えて良好な結果が得られていることが
分かる。よって、界面リン密度が１×１０11ｃｍ-2以上
５×１０14ｃｍ-2以下になるように、単結晶シリコン基
板１１の裏面側のプラズマ処理において、フォスフィン
ガス（ＰＨ3）を導入する流量を制御するとよい。
ｍ-2以上５×１０14ｃｍ-2以下であれば、セル出力が
１．９００Ｗを越えて良好な結果が得られていることが
分かる。よって、界面リン密度が１×１０11ｃｍ-2以上
５×１０14ｃｍ-2以下になるように、単結晶シリコン基
板１１の裏面側のプラズマ処理において、フォスフィン
ガス（ＰＨ3）を導入する流量を制御するとよい。
【００７２】次に、この発明の第５の実施形態につき説
明する。洗浄したｎ型単結晶シリコン基板を洗浄し、真
空チャンバ内に入れ、２００℃以下に加熱し、基板表面
に付着する水分を極力除去する。この実施形態では、基
板温度１７０℃に加熱する。
明する。洗浄したｎ型単結晶シリコン基板を洗浄し、真
空チャンバ内に入れ、２００℃以下に加熱し、基板表面
に付着する水分を極力除去する。この実施形態では、基
板温度１７０℃に加熱する。
【００７３】次に、水素ガス（Ｈ2）を導入し、プラズ
マ放電を行い基板表面のクリーニングを行う。続いて、
水素ガス（Ｈ2）、フォスフィンガス（ＰＨ3）、シラン
ガス（ＳｉＨ4）を導入し、プラズマ放電させ、基板表
面に極薄く且つ低濃度のｎ型の不純物が導入された第４
の非晶質シリコン層を約１ｎｍ堆積させ，界面付近へ
のリンの導入を行った。その後、第４の実施形態と同様
にして、ｉ型の非晶質シリコン層、ｎ型の非晶質シリ
コン層を順次形成してＢＳＦ構造を完成する。そして、
ｎ型単結晶シリコン基板の表面側にも第４の実施形態と
同様にして、ｉ型の非晶質シリコン層、ｐ型非晶質シリ
コン層を順次形成し、ｐｎ接合を形成する。表面側並び
に裏面側電極として酸化インジウム錫（ＩＴＯ）膜をス
パッタ法により形成し、集電極として銀電極をスクリー
ン印刷法により形成する。
マ放電を行い基板表面のクリーニングを行う。続いて、
水素ガス（Ｈ2）、フォスフィンガス（ＰＨ3）、シラン
ガス（ＳｉＨ4）を導入し、プラズマ放電させ、基板表
面に極薄く且つ低濃度のｎ型の不純物が導入された第４
の非晶質シリコン層を約１ｎｍ堆積させ，界面付近へ
のリンの導入を行った。その後、第４の実施形態と同様
にして、ｉ型の非晶質シリコン層、ｎ型の非晶質シリ
コン層を順次形成してＢＳＦ構造を完成する。そして、
ｎ型単結晶シリコン基板の表面側にも第４の実施形態と
同様にして、ｉ型の非晶質シリコン層、ｐ型非晶質シリ
コン層を順次形成し、ｐｎ接合を形成する。表面側並び
に裏面側電極として酸化インジウム錫（ＩＴＯ）膜をス
パッタ法により形成し、集電極として銀電極をスクリー
ン印刷法により形成する。
【００７４】表６に示す形成条件で、この発明の第５の
実施形態にかかる光起電力装置を形成した。
実施形態にかかる光起電力装置を形成した。
【００７５】
【表６】
【００７６】この場合においても、第４の実施形態と同
様、開放電圧の向上が確認された。
様、開放電圧の向上が確認された。
【００７７】次に、この発明の第６の実施形態につき説
明する。洗浄したｎ型単結晶シリコン基板を洗浄し、真
空チャンバ内に入れ、２００℃以下に加熱し、基板表面
に付着する水分を極力除去する。この実施形態では、基
板温度１７０℃に加熱する。
明する。洗浄したｎ型単結晶シリコン基板を洗浄し、真
空チャンバ内に入れ、２００℃以下に加熱し、基板表面
に付着する水分を極力除去する。この実施形態では、基
板温度１７０℃に加熱する。
【００７８】次に、水素ガス（Ｈ2）を導入し、プラズ
マ放電を行い基板表面のクリーニングを行う。続いて、
水素ガス（Ｈ2）、フォスフィンガス（ＰＨ3）を導入し
て基板を前記ガスに暴露する。フォスフィンガス（ＰＨ
3）は、加熱された基板表面で分解され、基板表面に吸
着して界面へのリンの導入が可能となる。暴露条件とし
ては、基板温度１７０℃で、１％のフォスフィンガス
（ＰＨ3）で１００ｓｃｃｍ、圧力４０Ｐａで１〜６０
０秒とした。
マ放電を行い基板表面のクリーニングを行う。続いて、
水素ガス（Ｈ2）、フォスフィンガス（ＰＨ3）を導入し
て基板を前記ガスに暴露する。フォスフィンガス（ＰＨ
3）は、加熱された基板表面で分解され、基板表面に吸
着して界面へのリンの導入が可能となる。暴露条件とし
ては、基板温度１７０℃で、１％のフォスフィンガス
（ＰＨ3）で１００ｓｃｃｍ、圧力４０Ｐａで１〜６０
０秒とした。
【００７９】その後、第４の実施形態と同様にして、ｉ
型の非晶質シリコン層、ｎ型の非晶質シリコン層を順次
形成してＢＳＦ構造を完成する。そして、ｎ型単結晶シ
リコン基板の表面側にも第４の実施形態と同様にして、
実質的にｉ型の非晶質シリコン層、ｐ型非晶質シリコン
層を順次形成し、ｐｎ接合を形成する。表面側並びに裏
面側電極として酸化インジウム錫（ＩＴＯ）膜をスパッ
タ法により形成し、集電極として銀電極をスクリーン印
刷法により形成する。
型の非晶質シリコン層、ｎ型の非晶質シリコン層を順次
形成してＢＳＦ構造を完成する。そして、ｎ型単結晶シ
リコン基板の表面側にも第４の実施形態と同様にして、
実質的にｉ型の非晶質シリコン層、ｐ型非晶質シリコン
層を順次形成し、ｐｎ接合を形成する。表面側並びに裏
面側電極として酸化インジウム錫（ＩＴＯ）膜をスパッ
タ法により形成し、集電極として銀電極をスクリーン印
刷法により形成する。
【００８０】この場合においても、第４の実施形態と同
様、開放電圧の向上が確認された。また暴露条件の変化
での特性の差はあまり無く、暴露の有無による変化が大
きかった。
様、開放電圧の向上が確認された。また暴露条件の変化
での特性の差はあまり無く、暴露の有無による変化が大
きかった。
【００８１】尚、上記した各実施形態はｎ型基板を用い
たが、基板をｐ型とし、表側にｉ型の非晶質シリコン
層、ｎ型の非晶質シリコン層及びＩＴＯ膜、銀電極、裏
側にｉ型の非晶質シリコン層、ｐ型の非晶質シリコン層
及びＩＴＯ膜、銀電極を作成する場合にも全く同様に取
り扱えることは言うまでもない。又、結晶系基板として
ｎ型、ｐ型の多結晶シリコン基板を用いて作成した場合
においても同様の効果が得られる。
たが、基板をｐ型とし、表側にｉ型の非晶質シリコン
層、ｎ型の非晶質シリコン層及びＩＴＯ膜、銀電極、裏
側にｉ型の非晶質シリコン層、ｐ型の非晶質シリコン層
及びＩＴＯ膜、銀電極を作成する場合にも全く同様に取
り扱えることは言うまでもない。又、結晶系基板として
ｎ型、ｐ型の多結晶シリコン基板を用いて作成した場合
においても同様の効果が得られる。
【００８２】又、上記した各実施形態においては、基板
の表面側の界面または裏面側の界面のどちらか一方に一
導電型又は他導電型の不純物を存在させているが、表裏
面の両界面に不純物を導入させても良い。例えば、第１
の実施形態と第４の実施形態を組み合わせて基板の表裏
面の界面にそれぞれの対応する不純物を導入させること
で、双方の効果が組み合わさり、さらなる太陽電池特性
の向上が期待できる。
の表面側の界面または裏面側の界面のどちらか一方に一
導電型又は他導電型の不純物を存在させているが、表裏
面の両界面に不純物を導入させても良い。例えば、第１
の実施形態と第４の実施形態を組み合わせて基板の表裏
面の界面にそれぞれの対応する不純物を導入させること
で、双方の効果が組み合わさり、さらなる太陽電池特性
の向上が期待できる。
【００８３】尚、上記した実施形態においては、非晶質
系半導体薄膜として、非晶質シリコン薄膜を用いたが、
微結晶シリコン薄膜も同様に用いることができる。ま
た、上記した実施形態ににおいては、半導体としてシリ
コンを用いた場合について説明したが、ゲルマニウムを
用いた場合も同様の効果が期待できる。
系半導体薄膜として、非晶質シリコン薄膜を用いたが、
微結晶シリコン薄膜も同様に用いることができる。ま
た、上記した実施形態ににおいては、半導体としてシリ
コンを用いた場合について説明したが、ゲルマニウムを
用いた場合も同様の効果が期待できる。
【００８４】更に、上記した実施形態においては、周期
表第５Ｂ属の原子として、リンを用いた場合につき説明
したが、他の周期表第５Ｂ属の原子、例えば、ヒ素（Ａ
ｓ）、アンチモン（Ｓｂ）などを用いても同様の効果が
期待できる。また、周期表第３Ｂ属の原子として、ボロ
ン用いた場合につき説明したが、他の周期表第３Ｂ属の
原子、例えば、アルミニウム（Ａｌ）などを用いても同
様の効果が期待できる。
表第５Ｂ属の原子として、リンを用いた場合につき説明
したが、他の周期表第５Ｂ属の原子、例えば、ヒ素（Ａ
ｓ）、アンチモン（Ｓｂ）などを用いても同様の効果が
期待できる。また、周期表第３Ｂ属の原子として、ボロ
ン用いた場合につき説明したが、他の周期表第３Ｂ属の
原子、例えば、アルミニウム（Ａｌ）などを用いても同
様の効果が期待できる。
【００８５】
【発明の効果】以上説明したように、結晶系半導体と非
晶質系半導体薄膜とからなるｐｎ接合において、基板で
ある結晶系半導体と非晶質系半導体薄膜との界面付近に
一導電型又は他導電型の不純物を適量介在させることに
より、界面でのキャリアの再結合を抑制でき、接合特性
を改善させることができる。この接合を用いた太陽電池
においては、開放電圧を向上させることができる。ま
た、前記結晶系半導体と実質的に真性な非晶質系半導体
薄膜とからなるＢＳＦ構造において、基板である結晶系
半導体と非晶質系半導体薄膜との界面付近に一導電型又
は他導電型の不純物を適量介在させることにより、バン
ドオフセットの影響が緩和され、電子の流れが改善さ
れ、太陽電池特性を向上させることができる。
晶質系半導体薄膜とからなるｐｎ接合において、基板で
ある結晶系半導体と非晶質系半導体薄膜との界面付近に
一導電型又は他導電型の不純物を適量介在させることに
より、界面でのキャリアの再結合を抑制でき、接合特性
を改善させることができる。この接合を用いた太陽電池
においては、開放電圧を向上させることができる。ま
た、前記結晶系半導体と実質的に真性な非晶質系半導体
薄膜とからなるＢＳＦ構造において、基板である結晶系
半導体と非晶質系半導体薄膜との界面付近に一導電型又
は他導電型の不純物を適量介在させることにより、バン
ドオフセットの影響が緩和され、電子の流れが改善さ
れ、太陽電池特性を向上させることができる。
【図１】この発明の第１の実施形態にかかる光起電力装
置を製造工程別に示した断面図である。
置を製造工程別に示した断面図である。
【図２】この発明の第１の実施形態にかかる光起電力装
置における半導体接合のバンド構造図である。
置における半導体接合のバンド構造図である。
【図３】ノンドープ層の厚さを１６０ｎｍ、ｐ型層が約
８ｎｍとして深さ方向への不純物プロファイルを観察し
た結果を示す模式図である。
８ｎｍとして深さ方向への不純物プロファイルを観察し
た結果を示す模式図である。
【図４】基板と非晶質層での界面付近に作成したジボラ
ンを微量導入した極薄いｐ型の非晶質シリコン層のジボ
ラン導入量の変化に対する開放電圧特性図である。
ンを微量導入した極薄いｐ型の非晶質シリコン層のジボ
ラン導入量の変化に対する開放電圧特性図である。
【図５】この発明の第４の実施形態にかかる光起電力装
置を製造工程別に示した断面図である。
置を製造工程別に示した断面図である。
【図６】この発明の第４の実施形態の光起電力装置をＳ
ＩＭＳ分析により測定したＰ濃度を示す特性図である。
ＩＭＳ分析により測定したＰ濃度を示す特性図である。
【図７】この発明の第４の実施形態の光起電力装置の出
力（Ｐｍａｘ）と、裏面側の界面リン原子密度との関係
を示す特性図である。
力（Ｐｍａｘ）と、裏面側の界面リン原子密度との関係
を示す特性図である。
【図８】単結晶シリコン基板の表面を凹凸化し、その結
晶系半導体と非晶質半導体との接合界面にｉ型の非晶質
半導体層を介在させた構造の光起電力装置を示す斜視図
である。
晶系半導体と非晶質半導体との接合界面にｉ型の非晶質
半導体層を介在させた構造の光起電力装置を示す斜視図
である。
１１ 単結晶シリコン基板
１２ ｉ型非晶質シリコン層
１３ ｐ型非晶質シリコン層
１４ ｉ型非晶質シリコン層
１５ ｎ型非晶質シリコン層
１６、１７ ＩＴＯ膜
１８、１９ 集電極
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成１４年１１月２５日（２００２．１１．
２５）
２５）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７０
【補正方法】変更
【補正内容】
【００７０】フォスフィンガス（ＰＨ3）を導入してプ
ラズマ処理を行った場合の光起電力装置の出力（セル出
力）（Ｐｍａｘ）と、裏面側の界面リン原子密度との関
係を測定した結果を図７に示す。
ラズマ処理を行った場合の光起電力装置の出力（セル出
力）（Ｐｍａｘ）と、裏面側の界面リン原子密度との関
係を測定した結果を図７に示す。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７１
【補正方法】変更
【補正内容】
【００７１】図７から界面リン原子密度が１×１０11ｃ
ｍ-2以上５×１０14ｃｍ-2以下であれば、セル出力が
１．９００Ｗを越えて良好な結果が得られていることが
分かる。よって、界面リン密度が１×１０11ｃｍ-2以上
５×１０14ｃｍ-2以下になるように、単結晶シリコン基
板１１の裏面側のプラズマ処理において、フォスフィン
ガス（ＰＨ3）を導入する流量を制御するとよい。
ｍ-2以上５×１０14ｃｍ-2以下であれば、セル出力が
１．９００Ｗを越えて良好な結果が得られていることが
分かる。よって、界面リン密度が１×１０11ｃｍ-2以上
５×１０14ｃｍ-2以下になるように、単結晶シリコン基
板１１の裏面側のプラズマ処理において、フォスフィン
ガス（ＰＨ3）を導入する流量を制御するとよい。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 寺川 朗
大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三
洋電機株式会社内
Ｆターム(参考） 4K030 AA20 BA24 BA30 CA04 CA12
DA03 LA16
5F051 AA02 AA05 BA11 CA02 CA03
CA04 CA05 CA07 CA08 CA15
CA32 CA35 CA36 CA37 CA40
DA04 FA04 FA14 FA15 GA04
GA15
Claims (8)
- 【請求項１】 一導電型の結晶系半導体上に、荷電子制
御しないか又は実質的に真性な非晶質系半導体薄膜を介
在させて一導電型又は他導電型の非晶質系半導体薄膜を
設けた光起電力装置において、前記結晶系半導体と荷電
子制御しないか又は実質的に真性な非晶質系半導体薄膜
とが形成する界面に一導電型又は他導電型の不純物を存
在させたことを特徴とする光起電力装置。 - 【請求項２】 前記結晶系半導体が結晶系シリコン、非
晶質系半導体薄膜が非晶質系シリコン薄膜であり、前記
一導電型の不純物が周期表第５Ｂ属の原子であり、その
界面不純物原子面密度が、１×１０11ｃｍ-2以上５×１
０14ｃｍ-2以下であることを特徴とする請求項１に記載
の光起電力装置。 - 【請求項３】 前記結晶系半導体が結晶系シリコン、非
晶質系半導体薄膜が非晶質系シリコン薄膜であり、前記
他導電型の不純物が周期表第３Ｂ属の原子であり、その
界面不純物原子面密度が、１×１０11ｃｍ-2以上５×１
０13ｃｍ-2以下であることを特徴とする請求項１または
２に記載の光起電力装置。 - 【請求項４】 前記結晶系半導体が結晶系シリコン、非
晶質系半導体薄膜が非晶質系シリコン薄膜であり、前記
一導電型の不純物が周期表第３Ｂ属の原子であり、その
界面不純物原子面密度が、１×１０11ｃｍ-2以上５×１
０13ｃｍ-2以下であることを特徴とする請求項１または
２に記載の光起電力装置。 - 【請求項５】 前記結晶系半導体が結晶系シリコン、非
晶質系半導体薄膜が非晶質系シリコン薄膜であり、前記
他導電型の不純物が周期表第５Ｂ属の原子であり、その
界面不純物原子面密度が、１×１０11ｃｍ-2以上５×１
０14ｃｍ-2以下であることを特徴とする請求項１又は４
に記載の光起電力装置。 - 【請求項６】 水素ガスと低濃度の一導電型又は他導電
型の不純物を含むガスを導入してプラズマ放電により一
導電型又は他導電型の結晶系半導体基板表面のクリーニ
ングを行う工程と、結晶系半導体基板表面に荷電子制御
しないか或いは実質的に真性な非晶質系半導体薄膜を形
成する工程と、この上に一導電型又は他導電型に荷電子
制御された非晶質系半導体薄膜を形成する工程と、を含
むことを特徴とする光起電力装置の製造方法。 - 【請求項７】 結晶系半導体基板表面に非晶質系半導体
薄膜を構成する材料を含むガスと一導電型又は他導電型
の不純物を含むガスを導入し、気相反応により第１の非
晶質系半導体薄膜を形成する工程と、この第１の非晶質
系半導体薄膜上に気相反応により実質的に真性な第２の
非晶質系半導体薄膜を形成する工程と、この第２の非晶
質系半導体薄膜上に一導電型又は他導電型に荷電子制御
された非晶質系半導体薄膜を形成する工程と、を含むこ
とを特徴とする光起電力装置の製造方法。 - 【請求項８】 一導電型又は他導電型の結晶系半導体基
板を加熱した状態で水素ガスとともに低濃度の一導電型
又は他導電型の不純物を含むガスに暴露する工程と、結
晶系半導体基板表面に荷電子制御しないか或いは実質的
に真性な非晶質系半導体薄膜を形成する工程と、この上
に一導電型又は他導電型に荷電子制御された非晶質系半
導体薄膜を形成する工程と、を含むことを特徴とする光
起電力装置の製造方法。
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| JP2001-365265 | 2001-11-29 | ||
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| JP2002054767 | 2002-02-28 | ||
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