JP2004221437A

JP2004221437A - 光起電力装置およびその製造方法

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Publication number: JP2004221437A
Application number: JP2003008946A
Authority: JP
Inventors: Akira Terakawa; 朗寺川
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2003-01-17
Filing date: 2003-01-17
Publication date: 2004-08-05
Anticipated expiration: 2023-01-17
Also published as: JP4107971B2

Abstract

【課題】出力特性を向上させることが可能な光起電力装置を提供する。
【解決手段】この光起電力装置は、表面、側面および裏面を有し、表面側から光が入射されるｎ型単結晶シリコン基板１と、ｎ型単結晶シリコン基板１の表面、側面および裏面の実質的に全面を覆うように形成され、実質的に真性なノンドープ非晶質シリコン膜２と、ｎ型単結晶シリコン膜１の表面上に位置するノンドープ非晶質シリコン膜２上に形成されたｐ型非晶質シリコン膜３と、ｐ型非晶質シリコン膜３上に形成された表面電極４と、ｎ型単結晶シリコン基板１の裏面上に位置するノンドープ非晶質シリコン膜２上に、ｐ型非晶質シリコン膜３と接触しないように形成されたｎ型非晶質シリコン膜１３とを備えている。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、光起電力装置およびその製造方法に関し、特に、結晶系半導体基板上に、非晶質半導体膜が形成された光起電力装置およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、第１導電型の結晶系シリコン基板の表面上に、実質的に真性な非晶質シリコン膜、第２導電型の非晶質シリコン膜および表面電極が順次形成された光起電力装置が知られている（たとえば、特許文献１参照）。また、上記した光起電力装置の構造において、第１導電型の結晶系シリコン基板の裏面上に、結晶系シリコン基板に近い方から順に、実質的に真性な非晶質半導体膜、第１導電型の非晶質シリコン膜および裏面電極がさらに形成されたＢＳＦ（ＢａｃｋＳｕｒｆａｃｅＦｉｅｌｄ）構造を有する光起電力装置も知られている。
【０００３】
図１３は、従来のＢＳＦ構造を有する光起電力装置の一例を示した断面図である。まず、図１３を参照して、従来の一例によるＢＳＦ構造を有する光起電力装置の構造について説明する。
【０００４】
従来の一例によるＢＳＦ構造を有する光起電力装置では、図１３に示すように、ｎ型単結晶シリコン基板１０１の表面上に、実質的に真性なノンドープ非晶質シリコン膜１０２、ｐ型非晶質シリコン膜１０３、ＩＴＯ（酸化インジウム錫）からなる表面電極１０４、および、銀からなる集電極１０５が順次形成されている。ノンドープ非晶質シリコン膜１０２は、ｎ型単結晶シリコン基板１０１の表面近傍の結晶欠陥であるダングリングボンドを終端して不活性化する機能を有する。また、ノンドープ非晶質シリコン膜１０２およびｐ型非晶質シリコン膜１０３の形成領域は、ｎ型単結晶シリコン基板１０１の表面（上面）よりも小さいとともに、表面電極１０４の形成領域は、ノンドープ非晶質シリコン膜１０２およびｐ型非晶質シリコン膜１０３の形成領域よりも小さい。
【０００５】
また、ｎ型単結晶シリコン基板１０１の裏面上には、ｎ型単結晶シリコン基板１０１に近い方から順に、実質的に真性なノンドープ非晶質シリコン膜１１２、ｎ型非晶質シリコン膜１１３、ＩＴＯからなる裏面電極１１４、および、銀からなる集電極１１５が形成されている。ノンドープ非晶質シリコン膜１１２は、ｎ型単結晶シリコン基板１０１の裏面近傍の結晶欠陥であるダングリングボンドを終端して不活性化する機能を有する。また、ノンドープ非晶質シリコン膜１１２およびｎ型非晶質シリコン膜１１３の形成領域は、ｎ型単結晶シリコン基板１０１の裏面よりも小さいとともに、裏面電極１１４の形成領域は、ノンドープ非晶質シリコン膜１１２およびｎ型非晶質シリコン膜１１３の形成領域よりも小さい。そして、ノンドープ非晶質シリコン膜１１２、ｎ型非晶質シリコン膜１１３および裏面電極１１４によって、ＢＳＦ構造が構成される。
【０００６】
図１３に示した従来の一例によるＢＳＦ構造を有する光起電力装置の製造プロセスとしては、まず、ｎ型単結晶シリコン基板１０１の表面上に、非晶質シリコン膜用のメタルマスク（図示せず）を設置する。この後、プラズマＣＶＤ法を用いて、ｎ型単結晶シリコン基板１０１の表面上に、実質的に真性なノンドープ非晶質シリコン膜１０２およびｐ型非晶質シリコン膜１０３を順次形成する。次に、ｐ型非晶質シリコン膜１０３上に、電極膜用のメタルマスク（図示せず）を設置する。この後、スパッタリング法を用いて、ｐ型非晶質シリコン膜１０３上に、ＩＴＯ（酸化インジウム錫）からなる表面電極１０４を形成する。
【０００７】
次に、ｎ型単結晶シリコン基板１０１の裏面上に、非晶質シリコン膜用のメタルマスク（図示せず）を設置する。この後、プラズマＣＶＤ法を用いて、ｎ型単結晶シリコン基板１０１の裏面上に、ｎ型単結晶シリコン基板１０１に近い方から順に、実質的に真性なノンドープ非晶質シリコン膜１１２およびｎ型非晶質シリコン膜１１３を形成する。次に、ｎ型非晶質シリコン膜１１３上に、電極膜用のメタルマスク（図示せず）を設置する。この後、スパッタリング法を用いて、ｎ型非晶質シリコン膜１１３上に、ＩＴＯからなる裏面電極１１４を形成する。この後、スクリーン印刷法を用いて、表面電極１０４および裏面電極１１４上の所定領域に、それぞれ、銀からなる集電極１０５および１１５を形成する。
【０００８】
ここで、従来の光起電力装置では、表面側に形成されるｐ型非晶質シリコン膜１０３および表面電極１０４と、裏面側に形成されるｎ型非晶質シリコン膜１１３および裏面電極１１４とが、ｎ型単結晶シリコン基板１０１の側面に付着することにより、ｐ型非晶質シリコン膜１０３とｎ型非晶質シリコン膜１１３とが重なる部分で本来意図しない接合が形成されたり、表面電極１０４と裏面電極１１４とが短絡する場合がある。このため、図１３に示した従来の光起電力装置の製造プロセスでは、上記したように、ｐ型非晶質シリコン膜１０３、表面電極１０４、ｎ型非晶質シリコン膜１１３および裏面電極１１４の形成時にメタルマスクを用いることによって、ｐ型非晶質シリコン膜１０３、表面電極１０４、ｎ型非晶質シリコン膜１１３および裏面電極１１４がｎ型単結晶シリコン基板１０１の側面に付着するのを防止していた。
【０００９】
【特許文献１】
特許第２７４０２８４号公報
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図１３に示した従来の光起電力装置の製造プロセスにおいて、ｎ型単結晶シリコン基板１０１の側面にｐ型非晶質シリコン膜１０３およびｎ型非晶質シリコン膜１１３が付着しないようにするためには、ｎ型単結晶シリコン基板１０１の加工精度やマスク合わせの精度に起因する誤差を考慮して、ｎ型単結晶シリコン基板１０１の表面および裏面よりも小さい開口部を有する非晶質シリコン膜用のメタルマスクを用いる必要があった。さらに、表面電極１０４を形成する際にも、ｎ型単結晶シリコン基板１０１の側面に表面電極１０４が付着しないようにするためには、マスク合わせの精度に起因する誤差を考慮する必要があるので、ノンドープ非晶質シリコン膜１０２およびｐ型非晶質シリコン膜１０３の形成領域よりも小さい開口部を有する電極膜用のメタルマスクを用いる必要があった。これにより、表面電極１０４の形成領域が、ｎ型単結晶シリコン基板１０１の表面領域、および、ノンドープ非晶質シリコン膜１０２およびｐ型非晶質シリコン膜１０３の形成領域よりも小さくなるので、約３％〜約４％の発電に寄与しない無効領域が生じるという不都合があった。その結果、発電に寄与する有効領域を大きくするのが困難となるので、光起電力装置の出力特性を向上させるのが困難であるという問題点があった。
【００１０】
また、図１３に示した従来の光起電力装置では、ノンドープ非晶質シリコン膜１０２およびｐ型非晶質シリコン膜１０３と、ノンドープ非晶質シリコン膜１１２およびｎ型非晶質シリコン膜１１３とを、それぞれ、同じメタルマスクを用いて形成しているため、ノンドープ非晶質シリコン膜１０２の形成領域とｐ型非晶質シリコン膜１０３の形成領域とが同じになるとともに、ノンドープ非晶質シリコン膜１１２の形成領域とｎ型非晶質シリコン膜１１３の形成領域とが同じになる。このため、ノンドープ非晶質シリコン膜１０２および１１２は、ｎ型単結晶シリコン基板１０１の側面には形成されないので、ｎ型単結晶シリコン基板１０１の側面近傍の結晶欠陥に起因するキャリアの再結合によって、光起電力装置の出力特性が低下するという問題点があった。
【００１１】
また、図１３に示した従来の光起電力装置では、ノンドープ非晶質シリコン膜１０２およびｐ型非晶質シリコン膜１０３と、表面電極１０４と、ノンドープ非晶質シリコン膜１１２およびｎ型非晶質シリコン膜１１３と、裏面電極１１４とを形成する際に、それぞれ、マスク合わせを行う必要があるので、マスク合わせの回数が多く（合計４回）なるという不都合があった。このため、製造プロセスが複雑化するという問題点もあった。
【００１２】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、出力特性を向上させることが可能な光起電力装置を提供することである。
【００１３】
この発明のもう１つの目的は、出力特性を向上させることが可能な光起電力装置を容易に形成し得る光起電力装置の製造方法を提供することである。
【００１４】
この発明のさらにもう１つの目的は、上記の光起電力装置または光起電力装置の製造方法において、製造プロセスを簡略化することである。
【００１５】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
上記目的を達成するために、この発明の第１の局面による光起電力装置は、表面、側面および裏面を有し、表面側から光が入射される結晶系半導体基板と、結晶系半導体基板の表面、側面および裏面の実質的に全面を覆うように形成され、実質的に真性な第１非晶質半導体膜と、結晶系半導体基板の表面上に位置する第１非晶質半導体膜上に形成された第１導電型の第２非晶質半導体膜と、第２非晶質半導体膜上に形成された第１電極膜と、結晶系半導体基板の裏面上に位置する第１非晶質半導体膜上に、第２非晶質半導体膜と接触しないように形成された第２導電型の第３非晶質半導体膜とを備えている。なお、本発明における非晶質半導体膜は、微結晶半導体膜も含む広い概念である。
【００１６】
この第１の局面による光起電力装置では、上記のように、結晶系半導体基板の表面、側面および裏面の実質的に全面を覆うように、実質的に真性な第１非晶質半導体膜を形成することによって、結晶系半導体基板の表面、側面および裏面の実質的に全面において、結晶系半導体基板の表面近傍における結晶欠陥に起因するキャリアの再結合を抑制することができる。その結果、光起電力装置の出力特性を向上させることができる。また、結晶系半導体基板の表面上に位置する第１非晶質半導体膜上に第２非晶質半導体膜を形成するとともに、結晶系半導体基板の裏面上に位置する第１非晶質半導体膜上に、第２非晶質半導体膜と接触しないように、第３非晶質半導体膜を形成することによって、第２非晶質半導体膜と第３非晶質半導体膜とが重なるのを防止することができるので、第２非晶質半導体膜と第３非晶質半導体膜とによる意図しない接合が形成されるのを防止することができる。
【００１７】
上記第１の局面による光起電力装置において、好ましくは、第２非晶質半導体膜の形成領域は、結晶系半導体基板の表面上に位置する第１非晶質半導体膜の形成領域よりも小さい。このように構成すれば、容易に、第２非晶質半導体膜が結晶系半導体基板の側面側に形成されるのを防止することができるので、第２非晶質半導体膜が第３非晶質半導体膜と重なるのを防止することができる。
【００１８】
上記第１の局面による光起電力装置において、好ましくは、第１電極膜の形成領域は、第２非晶質半導体膜の形成領域と実質的に同じである。このように構成すれば、第１電極膜の形成領域が第２非晶質半導体膜の形成領域よりも小さい場合に比べて、発電に寄与する有効領域を大きくすることができるので、光起電力装置の出力特性をより向上させることができる。また、第２非晶質シリコン膜と第１電極膜とを同一のマスクを用いて形成することができるので、第２非晶質シリコン膜および第１電極膜を形成する際のマスク合わせ工程が１回でよい。その結果、製造プロセスを簡略化することができる。
【００１９】
この発明の第２の局面による光起電力装置の製造方法は、結晶系半導体基板の表面、側面および裏面の実質的に全面を覆うように、実質的に真性な第１非晶質半導体膜を形成する工程と、第１マスクを用いて、結晶系半導体基板の表面上に位置する第１非晶質半導体膜上に、第１導電型の第２非晶質半導体膜を形成する工程と、第２非晶質半導体膜上に、第１電極膜を形成する工程と、第２マスクを用いて、結晶系半導体基板の裏面上に位置する第１非晶質半導体膜上に、第２非晶質半導体膜と接触しないように、第２導電型の第３非晶質半導体膜を形成する工程とを備えている。
【００２０】
この第２の局面による光起電力装置では、上記のように、結晶系半導体基板の表面、側面および裏面の実質的に全面を覆うように、実質的に真性な第１非晶質半導体膜を形成することによって、結晶系半導体基板の表面、側面および裏面の実質的に全面において、結晶系半導体基板の表面近傍における結晶欠陥に起因するキャリアの再結合を抑制することができる。その結果、光起電力装置の出力特性を向上することができる。また、第１マスクを用いて、結晶系半導体基板の表面上に位置する第１非晶質半導体膜上に、第２非晶質半導体膜を形成するとともに、第２マスクを用いて、結晶系半導体基板の裏面上に位置する第１非晶質半導体膜上に、第２非晶質半導体膜と接触しないように、第３非晶質半導体膜を形成することによって、第２非晶質半導体膜と第３非晶質半導体膜とが重なるのを防止することができるので、第２非晶質半導体膜と第３非晶質半導体膜とによる意図しない接合が形成されるのを防止することができる。
【００２１】
また、結晶系半導体基板の表面、側面および裏面の実質的に全面を覆うように、第１非晶質半導体膜を形成することによって、たとえば、第２非晶質半導体膜と、酸化物系透明導電膜からなる第１電極膜とを同じ第１マスクで形成する場合に、第１電極膜の形成時に第１マスクに付着した酸素が次の第２非晶質シリコン膜の形成時に結晶系半導体基板の表面に導入されるのを防止することができる。このため、非晶質半導体膜よりも酸素の活性化率が高い結晶系半導体基板で酸素が活性化するのを防止することができるので、酸素が活性化することにより発生するキャリアの再結合中心が増加するのを防止することができる。その結果、第２非晶質半導体膜と、酸化物系透明導電膜からなる第１電極膜とを同じ第１マスクで形成する場合にも、酸素の活性化によるキャリアの再結合中心の増加に起因して光起電力装置の出力特性が劣化するのを防止することができる。
【００２２】
上記第２の局面による光起電力装置の製造方法において、好ましくは、第１電極膜を形成する工程は、第２非晶質半導体膜の形成時に用いた第１マスクを用いて、第２非晶質半導体膜上に、第１電極膜を形成する工程を含む。このように構成すれば、第２非晶質半導体膜および第１電極膜を形成する際のマスク合わせの回数を１回にすることができるので、製造プロセスを簡略化することができる。また、第２非晶質シリコン膜の形成時および第１電極膜の形成時に同一の第１マスクを用いることによって、容易に、第１電極膜の形成領域を、第２非晶質半導体膜の形成領域と実質的に同じにすることができる。この場合、第１電極膜の形成領域が第２非晶質半導体膜の形成領域よりも小さい場合に比べて、発電に寄与する有効領域が大きくなるので、光起電力装置の出力特性をより向上させることができる。
【００２３】
上記第２の局面による光起電力装置の製造方法において、好ましくは、第３非晶質半導体膜の形成時に用いた第２マスクを用いて、第３非晶質半導体膜上に、第２電極膜を形成する工程をさらに備える。このように構成すれば、第３非晶質半導体膜および第２電極膜を形成する際のマスク合わせの回数を１回にすることができるので、製造プロセスをより簡略化することができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２５】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態による光起電力装置の構造を示した断面図である。まず、図１を参照して、第１実施形態による光起電力装置の構造について説明する。
【００２６】
この第１実施形態による光起電力装置では、図１に示すように、ｎ型単結晶シリコン基板１の表面、側面および裏面の実質的に全面を覆うように、約５ｎｍ〜約２０ｎｍの厚みを有する実質的に真性なノンドープ非晶質シリコン膜２が形成されている。このノンドープ非晶質シリコン膜２は、ｎ型単結晶シリコン基板１の表面、側面および裏面の近傍に位置する結晶欠陥であるダングリングボンドを終端して不活性化する機能を有する。なお、ｎ型単結晶シリコン基板１は、本発明の「結晶系半導体基板」の一例であり、ノンドープ非晶質シリコン膜２は、本発明の「第１非晶質半導体膜」の一例である。
【００２７】
ｎ型単結晶シリコン基板１の表面上に位置するノンドープ非晶質シリコン膜２上には、約３ｎｍ〜約１０ｎｍの厚みを有するＢ（ボロン）がドープされたｐ型非晶質シリコン膜３、約７０ｎｍ〜約１００ｎｍの厚みを有するＩＴＯ（酸化インジウム錫）からなる表面電極４、および、数十μｍの厚みを有する銀からなる集電極５が順次形成されている。なお、ｐ型非晶質シリコン膜３は、本発明の「第２非晶質半導体膜」の一例であり、表面電極４は、本発明の「第１電極膜」の一例である。
【００２８】
また、ｎ型単結晶シリコン基板１の裏面上に位置するノンドープ非晶質シリコン膜２上には、ノンドープ非晶質シリコン膜２に近い方から順に、約５ｎｍ〜約４０ｎｍの厚みを有するＰ（リン）がドープされたｎ型非晶質シリコン膜１３、約７０ｎｍ〜約１００ｎｍの厚みを有するＩＴＯからなる裏面電極１４、および、数十μｍの厚みを有する銀からなる集電極１５が形成されている。なお、ｎ型非晶質シリコン膜１３は、本発明の「第３非晶質半導体膜」の一例であり、裏面電極１４は、本発明の「第２電極膜」の一例である。
【００２９】
ここで、第１実施形態では、ｎ型単結晶シリコン基板１の全面を覆うように形成されたノンドープ非晶質シリコン膜２の表面上および裏面上にそれぞれ形成されたｐ型非晶質シリコン膜３およびｎ型非晶質シリコン膜１３は、互いに接触しないように形成されている。すなわち、ｐ型非晶質シリコン膜３の形成領域は、ｎ型単結晶シリコン基板１の表面上に位置するノンドープ非晶質シリコン膜２の形成領域よりも小さく、かつ、ｎ型非晶質シリコン膜１３の形成領域は、ｎ型単結晶シリコン基板１の裏面上に位置するノンドープ非晶質シリコン膜２の形成領域よりも小さい。
【００３０】
また、第１実施形態では、発電に寄与する有効領域を大きくするために、表面電極４の形成領域は、ｐ型非晶質シリコン膜３の形成領域と実質的に同じになるように形成されている。
【００３１】
第１実施形態では、上記のように、ｎ型単結晶シリコン基板１の表面、側面および裏面の実質的に全面を覆うように、実質的に真性なノンドープ非晶質シリコン膜２を形成することによって、ｎ型単結晶シリコン基板１の表面、側面および裏面の実質的に全面において、ｎ型単結晶シリコン基板１の表面近傍における結晶欠陥に起因するキャリアの再結合を抑制することができる。その結果、光起電力装置の出力特性を向上させることができる。また、ｐ型非晶質シリコン膜３の形成領域を、ｎ型単結晶シリコン基板１の表面上に位置するノンドープ非晶質シリコン膜２の形成領域よりも小さくするとともに、ｎ型非晶質シリコン膜１３の形成領域を、ｎ型単結晶シリコン基板１の裏面上に位置するノンドープ非晶質シリコン膜２の形成領域よりも小さくすることによって、ｐ型非晶質シリコン膜３とｎ型非晶質シリコン膜１３とが重なるのを防止することができるので、ｐ型非晶質シリコン膜３とｎ型非晶質シリコン膜１３とによる意図しない接合が形成されるのを防止することができる。
【００３２】
また、表面電極４の形成領域を、ｐ型非晶質シリコン膜３の形成領域と実質的に同じにすることによって、表面電極の形成領域がｐ型非晶質シリコン膜の形成領域よりも小さい従来の構造（図１３参照）に比べて、発電に寄与する有効領域を大きくすることができるので、光起電力装置の出力特性をより向上させることができる。
【００３３】
次に、上記した第１実施形態による効果を確認するために、図１に示した第１実施形態による光起電力装置と図１３に示した従来（比較例）の光起電力装置との出力特性（開放電圧Ｖ_ＯＣ、短絡電流Ｉ_ＳＣ、曲線因子Ｆ．Ｆおよびセル出力Ｐ_ｍａｘ）を測定した結果について説明する。なお、開放電圧Ｖ_ＯＣは、光起電力装置に光を当てた際に発生する電圧を、表面電極と裏面電極との間に電圧計を接続して測定した電圧であり、電流を流さない状態での出力電圧値である。また、短絡電流Ｉ_ＳＣは、光起電力装置に光を当てた際に流れる電流を、光起電力装置の表面電極と裏面電極との間に電流計を接続して測定した電流であり、負荷がない場合の出力電流値である。また、セル出力Ｐ_ｍａｘは、光起電力装置に負荷抵抗を接続したときに、負荷抵抗を変化させて最大の電力が得られる場合の電圧Ｖ_ｍおよび電流Ｉ_ｍの積である。また、曲線因子Ｆ．Ｆは、セル出力Ｐ_ｍａｘを開放電圧Ｖ_ＯＣと短絡電流Ｉ_ＳＣとの積で除した値であり、この曲線因子Ｆ．Ｆの値が１に近づくほど、光起電力装置の電流電圧特性が優れている。これらの出力特性の測定結果を以下の表１に示す。
【００３４】
【表１】

上記表１を参照して、図１に示した第１実施形態による光起電力装置の開放電圧Ｖ_ＯＣおよび短絡電流Ｉ_ＳＣは、それぞれ、約０．７０７Ｖおよび約３．８４Ａであり、図１３に示した従来（比較例）の光起電力装置の開放電圧Ｖ_ＯＣ（約０．６９５Ｖ）および短絡電流Ｉ_ＳＣ（約３．８０Ａ）よりも向上することが判明した。また、図１に示した第１実施形態による光起電力装置の曲線因子Ｆ．Ｆは、約０．７６１となり、図１３に示した従来（比較例）の光起電力装置の曲線因子Ｆ．Ｆ（約０．７４４）よりもより１に近づくことが判明した。また、図１に示した第１実施形態による光起電力装置のセル出力Ｐ_ｍａｘは、約２．０７Ｗとなり、図１３に示した従来（比較例）の光起電力装置のセル出力Ｐ_ｍａｘ（１．９７Ｗ）よりも約５％向上することが判明した。これは、図１に示した第１実施形態による光起電力装置の方が、図１３に示した従来（比較例）の光起電力装置よりも、発電に寄与する有効領域がより大きく、かつ、より多くの結晶欠陥が不活性化されたためであると考えられる。
【００３５】
上記表１の結果より、ｎ型単結晶シリコン基板１の表面、側面および裏面のほぼ全面において結晶欠陥を不活性化するとともに、発電に寄与する有効領域をより大きくすることにより、光起電力装置の出力特性を向上させることができることが確認された。
【００３６】
図２〜図１１は、図１に示した第１実施形態による光起電力装置の製造プロセスを説明するための平面図および断面図である。次に、図１〜図１１を参照して、第１実施形態による光起電力装置の製造プロセスについて説明する。
【００３７】
まず、図２〜図４に示すように、ｎ型単結晶シリコン基板１の表面（上面）が上になるように、ｎ型単結晶シリコン基板１をトレイ３１の基板受け部３１ａに設置する。この後、メタルマスク３２の位置決め穴３２ａとトレイ３１の位置決めピン３１ｂとが嵌合するように、かつ、メタルマスク３２の固定用マグネット３２ｂがトレイ３１に接触するように、メタルマスク３２をｎ型単結晶シリコン基板１の表面上に設置する。この際、図２に示すように、ｎ型単結晶シリコン基板１の側面がマスクされないように、ｎ型単結晶シリコン基板１の４つの隅部１ａのみをマスクする。
【００３８】
この後、基板温度を約１７０℃に保持した状態で、Ｈ_２（水素）ガスを約１００ｓｃｃｍの流量で、かつ、約７０Ｐａの圧力で導入するとともに、約８．３３ｍＷ／ｃｍ^２の電力を供給することによって、ｎ型単結晶シリコン基板１の表面を水素処理する。
【００３９】
そして、プラズマＣＶＤ法を用いて、ｎ型単結晶シリコン基板１の表面および側面上に、実質的に真性なノンドープ非晶質シリコン膜２ａ（図５参照）を形成する。このノンドープ非晶質シリコン膜２ａの形成条件は、基板温度：約１７０℃、ＳｉＨ_４（シラン）ガス流量：約４０ｓｃｃｍ、圧力：約４０Ｐａ、および、電力密度：約８．３３ｍＷ／ｃｍ^２である。この場合、ｎ型単結晶シリコン基板１の側面上に位置するノンドープ非晶質シリコン膜２ａは、ｎ型単結晶シリコン基板１の表面上に位置するノンドープ非晶質シリコン膜２ａの厚みよりも小さい厚みで形成される。
【００４０】
次に、表面にノンドープ非晶質シリコン膜２ａが形成されたｎ型単結晶シリコン基板１の裏面が上になるように、ｎ型単結晶シリコン基板１をトレイ３１の基板受け部３１ａに設置するとともに、メタルマスク３２をｎ型単結晶シリコン基板１の裏面上に設置した後、上記したノンドープ非晶質シリコン膜２ａの形成プロセスと同様のプロセスを用いて、ｎ型単結晶シリコン基板１の裏面の水素処理を行うとともに、ｎ型単結晶シリコン基板１の裏面および側面上に、実質的に真性なノンドープ非晶質シリコン膜を形成する。これにより、図６に示すように、ｎ型単結晶シリコン基板１の表面、側面および裏面の実質的に全面を覆うように、約５ｎｍ〜約２０ｎｍの厚みを有する実質的に真性なノンドープ非晶質シリコン膜２が形成される。
【００４１】
次に、図７〜図９に示すように、ｎ型単結晶シリコン基板１の表面上に位置するノンドープ非晶質シリコン膜２が上になるように、ｎ型単結晶シリコン基板１をトレイ４１の基板受け部４１ａに設置する。この後、メタルマスク４２の位置決め穴４２ａとトレイ４１の位置決めピン４１ｂとが嵌合するように、かつ、メタルマスク４２の固定用マグネット４２ｂがトレイ４１に接触するように、メタルマスク４２をｎ型単結晶シリコン基板１の表面上に位置するノンドープ非晶質シリコン膜２上に設置する。このメタルマスク４２は、後述するｐ型非晶質シリコン膜３（図１０参照）が、ｎ型単結晶シリコン基板１の側面上に位置するノンドープ非晶質シリコン膜２上に回り込むのを防止するために、ｎ型単結晶シリコン基板１の表面上に位置するノンドープ非晶質シリコン膜２の形成領域よりも小さい開口部４２ｃを有する。なお、メタルマスク４２は、本発明の「第１マスク」の一例である。
【００４２】
この後、図１０に示すように、プラズマＣＶＤ法を用いて、ｎ型単結晶シリコン基板１の表面上に位置するノンドープ非晶質シリコン膜２上に、約３ｎｍ〜約１０ｎｍの厚みを有するＢ（ボロン）がドープされたｐ型非晶質シリコン膜３を形成する。このｐ型非晶質シリコン膜３の形成条件は、基板温度：約１７０℃、Ｈ_２ガス流量：０〜約１００ｓｃｃｍ、ＳｉＨ_４ガス流量：約４０ｓｃｃｍ、Ｂ_２Ｈ_６（ジボラン）／Ｈ_２（Ｈ_２に対するＢ_２Ｈ_６ガスの濃度：約２％）ガス流量：約４０ｓｃｃｍ、圧力：約４０Ｐａ、および、電力密度：約８．３ｍＷ／ｃｍ^２である。
【００４３】
次に、第１実施形態では、メタルマスク４２（図９参照）を交換せずにそのまま用いて、スパッタリング法を用いて、ｐ型非晶質シリコン膜３上に、約７０ｎｍ〜約１００ｎｍの厚みを有するＩＴＯ（酸化インジウム錫）からなる表面電極４を形成する。これにより、表面電極４の形成領域は、ｐ型非晶質シリコン膜３の形成領域と実質的に同じになるので、容易に、発電に寄与する有効領域を大きくすることができる。
【００４４】
次に、表面にｐ型非晶質シリコン膜３および表面電極４が形成されたｎ型単結晶シリコン基板１の裏面が上になるように、ｎ型単結晶シリコン基板１をトレイ４１の基板受け部４１ａ（図９参照）に設置するとともに、メタルマスク４２とは異なるメタルマスク（図示せず）をｎ型単結晶シリコン基板１の裏面上に位置するノンドープ非晶質シリコン膜２上に設置した後、図１１に示すように、プラズマＣＶＤ法を用いて、ｎ型単結晶シリコン基板１の裏面上に位置するノンドープ非晶質シリコン膜２上に、約５ｎｍ〜約４０ｎｍの厚みを有するＰ（リン）がドープされたｎ型非晶質シリコン膜１３を形成する。なお、このｎ型非晶質シリコン膜１３を形成する際に用いるメタルマスクは、本発明の「第２マスク」の一例である。このｎ型非晶質シリコン膜１３の形成条件は、基板温度：約１７０℃、Ｈ_２ガス流量：０〜約１００ｓｃｃｍ、ＳｉＨ_４ガス流量：約４０ｓｃｃｍ、ＰＨ_３（ホスフィン）／Ｈ_２（Ｈ_２に対するＰＨ_３ガスの濃度：約１％）ガス流量：約４０ｓｃｃｍ、圧力：約４０Ｐａ、および、電力密度：約８．３ｍＷ／ｃｍ^２である。
【００４５】
次に、第１実施形態では、ｎ型非晶質シリコン膜１３の形成に用いたメタルマスクを交換せずにそのまま用いて、スパッタリング法を用いて、ｎ型非晶質シリコン膜１３上に、約７０ｎｍ〜約１００ｎｍの厚みを有するＩＴＯからなる裏面電極１４を形成する。これにより、裏面電極１４の形成領域は、ｎ型非晶質シリコン膜１３の形成領域と実質的に同じになる。
【００４６】
最後に、図１に示したように、スクリーン印刷法を用いて、表面電極４および裏面電極１４上の所定領域に、それぞれ、数十μｍの厚みを有する銀からなる集電極５および１５を形成する。これにより、第１実施形態による光起電力装置が形成される。
【００４７】
第１実施形態による光起電力装置の製造プロセスでは、上記のように、ｎ型単結晶シリコン基板１の表面、側面および裏面の実質的に全面を覆うように、実質的に真性なノンドープ非晶質シリコン膜２を形成することによって、ｐ型非晶質シリコン膜３と表面電極４とを同じメタルマスク４２で形成する場合に、メタルマスク４２に付着した酸素が次のｐ型非晶質シリコン膜３の形成時にｎ型単結晶シリコン基板１の表面に導入されるのを防止することができる。このため、ノンドープ非晶質シリコン膜２やｐ型非晶質シリコン膜３よりも酸素の活性化率が高いｎ型単結晶シリコン基板１で酸素が活性化するのを防止することができるので、酸素が活性化することにより発生するキャリアの再結合中心が増加するのを防止することができる。その結果、ｐ型非晶質シリコン膜３と表面電極４とを同じメタルマスク４２で形成する場合にも、酸素の活性化によるキャリアの再結合中心の増加に起因して光起電力装置の出力特性が劣化するのを防止することができる。
【００４８】
また、第１実施形態の製造プロセスでは、ｐ型非晶質シリコン膜３および表面電極４を同じメタルマスク４２を用いて形成することによって、ｐ型非晶質シリコン膜３および表面電極４を形成する際のマスク合わせの回数を１回に低減することができる。その結果、製造プロセスを簡略化することができる。また、ｎ型非晶質シリコン膜１３の形成に用いたメタルマスクを交換せずにそのまま用いて、裏面電極１４を形成することによって、ｎ型非晶質シリコン膜１３および裏面電極１４を形成する際のマスク合わせの回数を１回に低減することができるので、製造プロセスをより簡略化することができる。
【００４９】
（第２実施形態）
図１２は、本発明の第２実施形態による光起電力装置の構造を示した断面図である。図１２を参照して、この第２実施形態では、上記第１実施形態と異なり、ｎ型単結晶シリコン基板１の全面を覆うように形成されたノンドープ非晶質シリコン膜２２の表面および裏面上に、それぞれ、ノンドープ非晶質シリコン膜２２ａおよび２２ｂがさらに形成されている。なお、ノンドープ非晶質シリコン膜２２、２２ａおよび２２ｂは、本発明の「第１非晶質半導体膜」の一例である。
【００５０】
具体的には、ｎ型単結晶シリコン基板１の表面、側面および裏面の実質的に全面を覆うように、約４ｎｍの厚みを有する実質的に真性なノンドープ非晶質シリコン膜２２が形成されている。このノンドープ非晶質シリコン膜２２は、ｎ型単結晶シリコン基板１の表面、側面および裏面の近傍に位置する結晶欠陥であるダングリングボンドを終端して不活性化する機能を有する。ｎ型単結晶シリコン基板１の表面上に位置するノンドープ非晶質シリコン膜２２上には、約１ｎｍ〜約１６ｎｍの厚みを有する実質的に真性なノンドープ非晶質シリコン膜２２ａが形成されている。ノンドープ非晶質シリコン膜２２ａ上には、ｐ型非晶質シリコン膜３、表面電極４、および、集電極５が順次形成されている。
【００５１】
また、ｎ型単結晶シリコン基板１の裏面上に位置するノンドープ非晶質シリコン膜２２上には、約１ｎｍ〜約３６ｎｍの厚みを有する実質的に真性なノンドープ非晶質シリコン膜２２ｂが形成されている。ノンドープ非晶質シリコン膜２２ｂ上には、ノンドープ非晶質シリコン膜２２ｂに近い方から順に、ｎ型非晶質シリコン膜１３、裏面電極１４、および、集電極１５が形成されている。
【００５２】
第２実施形態では、上記のように、ｎ型単結晶シリコン基板１の全面を覆うように形成されたノンドープ非晶質シリコン膜２２の表面および裏面上に、それぞれ、ノンドープ非晶質シリコン膜２２ａおよび２２ｂをさらに形成することによって、光起電力装置を構成する各膜の形成時間のばらつきを低減するために、ノンドープ非晶質シリコン膜２２の形成時間を短縮してノンドープ非晶質シリコン膜２２の厚みを小さくしたとしても、ノンドープ非晶質シリコン膜２２ａおよび２２ｂの厚みを調節することにより、ノンドープ非晶質シリコン膜の見かけ上の厚みを所定の厚みに保持することができる。
【００５３】
なお、第２実施形態のその他の効果は、上記第１実施形態と同様である。
【００５４】
次に、第２実施形態による光起電力装置の製造プロセスとしては、図２〜図５に示した第１実施形態と同様の製造プロセスを用いて、ｎ型単結晶シリコン基板１の全面上にノンドープ非晶質シリコン膜２２を形成した後、ノンドープ非晶質シリコン膜２２上にメタルマスク（図示せず）を設置する。そして、同一のメタルマスクを用いて、ｎ型単結晶シリコン基板１の表面上に位置するノンドープ非晶質シリコン膜２２上に、実質的に真性なノンドープ非晶質シリコン膜２２ａ、ｐ型非晶質シリコン膜３、および、表面電極４を順次形成する。この後、ｎ型単結晶シリコン基板１の裏面上に位置するノンドープ非晶質シリコン膜２２上に、表面側の各膜の形成に用いたメタルマスクとは異なるメタルマスク（図示せず）を設置した後、同一のメタルマスクを用いて、ｎ型単結晶シリコン基板１の裏面上に位置するノンドープ非晶質シリコン膜２２上に、ノンドープ非晶質シリコン膜２２に近い方から順に、実質的に真性なノンドープ非晶質シリコン膜２２ｂ、ｎ型非晶質シリコン膜１３、および、裏面電極１４を形成する。最後に、表面電極４および裏面電極１４上の所定領域に、それぞれ、集電極５および１５を形成する。このようにして、図１２に示した第２実施形態による光起電力装置が形成される。
【００５５】
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
【００５６】
たとえば、上記第１および第２実施形態では、ｐ型非晶質シリコン膜３の形成領域を、ｎ型単結晶シリコン基板１の表面上に位置するノンドープ非晶質シリコン膜２および２２の形成領域よりも小さくするようにしたが、本発明はこれに限らず、ｐ型非晶質シリコン膜の形成領域を、ｎ型単結晶シリコン基板の表面上に位置するノンドープ非晶質シリコン膜の形成領域と実質的に同じにしてもよい。この場合、ｐ型非晶質シリコン膜上に、ｐ型非晶質シリコン膜と実質的に同じ形成領域を有する表面電極を形成すれば、発電に寄与する有効領域をより大きくすることができる。
【００５７】
また、上記第１および第２実施形態では、ｐ側およびｎ側の各膜を形成する際に、ｐ側とｎ側とで異なるメタルマスクを用いるようにしたが、本発明はこれに限らず、ｐ側およびｎ側の非晶質シリコン膜および電極膜の形成領域が同じ場合には、ｐ側とｎ側とで同じメタルマスクを用いるようにしてもよい。
【００５８】
また、上記第１および第２実施形態では、ｎ型単結晶シリコン基板１を用いるようにしたが、本発明はこれに限らず、ｐ型単結晶シリコン基板を用いるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態による光起電力装置の構造を示した断面図である。
【図２】図１に示した第１実施形態による光起電力装置のノンドープ非晶質シリコン膜を形成する際の状態を示した拡大平面図である。
【図３】図２中の６０−６０線に沿った断面図（メタルマスクを取り付ける際の状態）である。
【図４】図２中の６０−６０線に沿った断面図（メタルマスクを取り付けた後の状態）である。
【図５】図１に示した第１実施形態による光起電力装置の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図６】図１に示した第１実施形態による光起電力装置の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図７】図１に示した第１実施形態による光起電力装置のｐ型非晶質シリコン膜を形成する際の状態を示した平面図である。
【図８】図７中の７０−７０線に沿った断面図（メタルマスクを取り付ける際の状態）である。
【図９】図７中の７０−７０線に沿った断面図（メタルマスクを取り付けた後の状態）である。
【図１０】図１に示した第１実施形態による光起電力装置の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図１１】図１に示した第１実施形態による光起電力装置の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図１２】本発明の第２実施形態による光起電力装置の構造を示した断面図である。
【図１３】従来のＢＳＦ構造を有する光起電力装置の一例を示した断面図である。
【符号の説明】
１ｎ型単結晶シリコン基板（結晶系半導体基板）
２、２２、２２ａ、２２ｂノンドープ非晶質シリコン膜（第１非晶質半導体膜）
３ｐ型非晶質シリコン膜（第２非晶質半導体膜）
４表面電極（第１電極膜）
１３ｎ型非晶質シリコン膜（第３非晶質半導体膜）
１４裏面電極（第２電極膜）
４２メタルマスク（第１マスク）

Claims

表面、側面および裏面を有し、前記表面側から光が入射される結晶系半導体基板と、
前記結晶系半導体基板の表面、側面および裏面の実質的に全面を覆うように形成され、実質的に真性な第１非晶質半導体膜と、
前記結晶系半導体基板の表面上に位置する前記第１非晶質半導体膜上に形成された第１導電型の第２非晶質半導体膜と、
前記第２非晶質半導体膜上に形成された第１電極膜と、
前記結晶系半導体基板の裏面上に位置する前記第１非晶質半導体膜上に、前記第２非晶質半導体膜と接触しないように形成された第２導電型の第３非晶質半導体膜とを備えた、光起電力装置。
前記第２非晶質半導体膜の形成領域は、前記結晶系半導体基板の表面上に位置する前記第１非晶質半導体膜の形成領域よりも小さい、請求項１に記載の光起電力装置。
前記第１電極膜の形成領域は、前記第２非晶質半導体膜の形成領域と実質的に同じである、請求項１または２に記載の光起電力装置。
結晶系半導体基板の表面、側面および裏面の実質的に全面を覆うように、実質的に真性な第１非晶質半導体膜を形成する工程と、
第１マスクを用いて、前記結晶系半導体基板の表面上に位置する前記第１非晶質半導体膜上に、第１導電型の第２非晶質半導体膜を形成する工程と、
前記第２非晶質半導体膜上に、第１電極膜を形成する工程と、
第２マスクを用いて、前記結晶系半導体基板の裏面上に位置する前記第１非晶質半導体膜上に、前記第２非晶質半導体膜と接触しないように、第２導電型の第３非晶質半導体膜を形成する工程とを備えた、光起電力装置の製造方法。
前記第１電極膜を形成する工程は、
前記第２非晶質半導体膜の形成時に用いた前記第１マスクを用いて、前記第２非晶質半導体膜上に、前記第１電極膜を形成する工程を含む、請求項４に記載の光起電力装置の製造方法。
前記第３非晶質半導体膜の形成時に用いた前記第２マスクを用いて、前記第３非晶質半導体膜上に、第２電極膜を形成する工程をさらに備える、請求項４または５に記載の光起電力装置の製造方法。