JP2004274006A - Photovoltaic device and its manufacturing method - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To improve output characteristics by reducing crystal defects in the vicinity of the surface of a crystal system semiconductor. <P>SOLUTION: This photovoltaic device comprises an n-type single crystal silicon substrate 1 and an amorphous silicon film 2 (substantially intrinsic undoped amorphous silicon film 2a and p-type amorphous silicon film 2b) that is formed on the top of the n-type single crystal silicon substrate 1. The concentration of the hydrogen atom (about 6×10<SP>21</SP>cm<SP>-3</SP>) of an interface between the n-type single crystal silicon substrate 1 and the undoped amorphous silicon film 2a is higher than the concentration of hydrogen atom in the undoped amorphous silicon film 2a. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

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、第2導電型の非晶質シリコン膜を形成することによりpn接合が形成される光起電力装置において、第1導電型の結晶系シリコン基板と第2導電型の非晶質シリコン膜との間に、実質的に真性な非晶質シリコン膜を挿入することにより接合特性を改善する技術が知られている(たとえば、特許文献1参照)。上記特許文献1には、n型の単結晶シリコン基板上に、実質的に真性な非晶質シリコン膜およびp型の非晶質シリコン膜が順次形成されるとともに、n型の単結晶シリコン基板と実質的に真性な非晶質シリコン膜との間にボロンが導入された光起電力装置が開示されている。この特許文献1では、プラズマCVD法を用いて約200℃以下の低温で、n型の単結晶シリコン基板上に、実質的に真性なノンドープの非晶質シリコン膜が形成されるので、約800℃以上の高温による熱拡散法を用いてn型の単結晶シリコン基板の表面からp型の不純物を拡散させることによりpn接合を形成する場合と異なり、熱ダメージを抑制することができるとともに、p型の不純物とn型の不純物との相互拡散を抑制することができる。その結果、良好な接合特性が得られる。
【0003】
【特許文献1】
特開2001−345463号公報
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特許文献1に開示された光起電力装置では、単結晶シリコン基板の表面近傍の結晶欠陥であるダングリングボンドを低減する(不活性化する)ための対策が充分にはなされていない。このため、単結晶シリコン基板の表面近傍の結晶欠陥であるダングリングボンドにキャリアが捕獲されるという不都合がある。この場合、単結晶シリコン基板の表面近傍でキャリアが再結合することにより消失するので、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。このため、光起電力装置の出力特性を向上させるのは困難であった。
【0004】
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、結晶系半導体の表面近傍の結晶欠陥を低減することによって、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。
【0005】
この発明のもう1つの目的は、結晶系半導体中および非晶質半導体膜中の欠陥を低減することによって、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。
【0006】
この発明のさらにもう1つの目的は、結晶系半導体の表面近傍の結晶欠陥を低減することによって、出力特性を向上させることが可能な光起電力装置の製造方法を提供することである。
【0007】
【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、結晶系半導体と、結晶系半導体の表面上に形成された非晶質半導体膜とを備え、結晶系半導体と非晶質半導体膜との界面の水素原子濃度が、非晶質半導体膜中の水素原子濃度よりも高い。なお、本発明における結晶系半導体は、結晶系半導体基板や基板上に形成した薄膜多結晶半導体などを含む広い概念である。また、本発明における非晶質半導体は、微結晶半導体も含む広い概念である。
【0008】
この第1の局面による光起電力装置では、上記のように、結晶系半導体と非晶質半導体膜との界面の水素原子濃度を、非晶質半導体膜中の水素原子濃度よりも高くすることによって、結晶系半導体と非晶質半導体膜との界面の水素原子の量が増加するので、その増加した水素原子により結晶系半導体の表面近傍の結晶欠陥であるシリコン原子のダングリングボンドを終端して不活性化することができる。これにより、結晶系半導体の表面近傍の結晶欠陥を低減することができるので、結晶欠陥にキャリアが捕獲されるのを抑制することができる。その結果、結晶系半導体の表面近傍でキャリアが再結合するのを抑制することができるので、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、水素原子によりシリコン原子のダングリングボンドが終端されるので、シリコン原子の配位数が低減される。これにより、シリコン原子の柔軟性が増大するので、結晶欠陥であるシリコン原子のダングリングボンドが新たに発生するのを抑制することができる。
【0009】
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、結晶系半導体と非晶質半導体膜との界面には、結晶系半導体の表面近傍の結晶欠陥を不活性化することが可能な量の水素原子が導入されている。このように構成すれば、容易に、結晶系半導体の表面近傍の結晶欠陥であるダングリングボンドを不活性化することができるので、結晶系半導体の表面近傍の結晶欠陥であるダングリングボンドを容易に低減することができる。
【0010】
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、結晶系半導体と非晶質半導体膜との界面の水素原子面密度は、1.2×1014cm−2以上2.1×1016cm−2以下である。このように構成すれば、容易に、結晶系半導体と非晶質半導体膜との界面の水素原子の量を、結晶系半導体の表面近傍の結晶欠陥であるダングリングボンドを不活性化することが可能な量にすることができる。
【0011】
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、結晶系半導体と非晶質半導体膜との界面の水素原子濃度は、結晶系半導体中の水素原子濃度よりも高く、かつ、結晶系半導体中の水素原子濃度は、非晶質半導体膜中の水素原子濃度よりも低い。このように構成すれば、結晶系半導体と非晶質半導体膜との界面の水素原子の量が増加するので、その増加した水素原子により、水素濃度の低い結晶系半導体の表面近傍の結晶欠陥を不活性化することができる。
【0012】
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、非晶質半導体膜は、結晶系半導体の表面上に形成された実質的に真性な第1非晶質半導体膜と、第1非晶質半導体膜の表面上に形成された第1導電型の第2非晶質半導体膜とを含む。このように構成すれば、実質的に真性な第1非晶質半導体膜によって、結晶系半導体と第2非晶質半導体膜との格子不整合を緩和することができるので、接合特性を向上させることができる。
【0013】
この発明の第2の局面による光起電力装置は、結晶系半導体と、結晶系半導体の表面上に形成された非晶質半導体膜とを備え、結晶系半導体および非晶質半導体膜には、欠陥を不活性化することが可能な不純物が導入されているとともに、不純物の濃度のピークは結晶系半導体と非晶質半導体膜との界面近傍に位置する。
【0014】
この第2の局面による光起電力装置では、上記のように、結晶系半導体および非晶質半導体膜に、欠陥を不活性化することが可能な不純物を導入することによって、導入された不純物が結晶系半導体中および非晶質半導体膜中の欠陥であるシリコン原子のダングリングボンドと結合することにより、ダングリングボンドを不活性化することができる。これにより、結晶系半導体中および非晶質半導体膜中の欠陥を低減することができるので、欠陥にキャリアが捕獲されるのを抑制することができる。このため、結晶系半導体中および非晶質半導体膜中でキャリアが再結合するのを抑制することができる。また、導入された不純物の濃度のピークが結晶系半導体と非晶質半導体膜との界面近傍に位置することによって、結晶系半導体と非晶質半導体膜との界面の不純物の量が増加するので、その増加した不純物により結晶系半導体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ことができる。これにより、結晶系半導体の表面近傍において、結晶欠陥を低減することができるので、結晶欠陥にキャリアが捕獲されるのを抑制することができる。このため、結晶系半導体の表面近傍でキャリアが再結合するのを抑制することができる。このように、結晶系半導体中、非晶質半導体膜中および結晶系半導体の表面近傍でキャリアが再結合するのを抑制することができるので、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、結晶系半導体と非晶質半導体膜との界面近傍に不純物の濃度のピークが位置することによって、結晶系半導体と非晶質半導体膜との界面近傍の不純物の量よりも、非晶質半導体膜中の不純物の量が増加するのを抑制することができる。これにより、非晶質半導体膜中に多くの不純物が導入されることに起因して非晶質半導体膜の緻密さなどの膜特性が低下するのを抑制することができる。このため、非晶質半導体膜の膜特性の低下に起因して光起電力装置の出力特性が低下するのを抑制することができる。また、導入された不純物がシリコン原子のダングリングボンドと結合するので、シリコン原子の配位数が低減される。これにより、シリコン原子の柔軟性が増大するので、結晶欠陥であるシリコン原子のダングリングボンドが新たに発生するのを抑制することができる。
【0015】
上記第2の局面による光起電力装置において、好ましくは、不純物は、水素原子およびフッ素原子のいずれか一方である。このような原子を用いれば、容易に、結晶系半導体中、非晶質半導体膜中および結晶系半導体の表面近傍の欠陥であるシリコン原子のダングリングボンドを不活性化することができる。これにより、容易に、光起電力装置の出力特性を向上することができる。なお、この点は、本願発明者の実験により確認済みである。
【0016】
この場合、好ましくは、結晶系半導体と非晶質半導体膜との界面には、結晶系半導体の表面近傍の結晶欠陥を不活性化することが可能な量のフッ素原子が導入されている。このように構成すれば、容易に、結晶系半導体の表面近傍の結晶欠陥であるダングリングボンドを不活性化することができるので、結晶系半導体の表面近傍の結晶欠陥であるダングリングボンドを容易に低減することができる。
【0017】
また、この場合、好ましくは、結晶系半導体と非晶質半導体膜との界面のフッ素原子面密度は、1×1010cm−2以上1×1014cm−2以下である。このように構成すれば、容易に、結晶系半導体と非晶質半導体膜との界面のフッ素原子の量を、結晶系半導体の表面近傍の結晶欠陥であるダングリングボンドを不活性化することが可能な量にすることができる。
【0018】
また、この場合、好ましくは、結晶系半導体と非晶質半導体膜との界面のフッ素原子面密度は、5×1010cm−2以上2×1013cm−2以下である。このように構成すれば、結晶系半導体の表面近傍の結晶欠陥であるダングリングボンドをより不活性化することができる。
【0019】
この発明の第3の局面による光起電力装置の製造方法は、結晶系半導体の表面を所定の流量の水素ガスで水素処理する工程と、この後、高真空排気によるガスの置換を行わずに、結晶系半導体の表面上に非晶質半導体膜を形成する工程とを備えている。ここで、高真空排気によるガスの置換とは、たとえば、1Pa程度以下の真空度でガスの置換を行うことを意味する。
【0020】
この第3の局面による光起電力装置の製造方法では、上記のように、結晶系半導体の表面を所定の流量の水素ガスで水素処理した後、高真空排気によるガスの置換を行わずに、結晶系半導体の表面上に非晶質半導体膜を形成することによって、結晶系半導体の表面近傍に不安定な状態で吸着している水素原子が高真空排気により除去されるのを防止することができる。この場合、結晶系半導体と非晶質半導体膜との界面の水素原子の量が増加した状態が保持されるので、その増加した水素原子により結晶系半導体の表面近傍の結晶欠陥であるシリコン原子のダングリングボンドを終端して不活性化することができる。これにより、結晶系半導体の表面近傍の結晶欠陥を低減することができるので、結晶欠陥にキャリアが捕獲されるのを抑制することができる。その結果、結晶系半導体の表面近傍でキャリアが再結合するのを抑制することができるので、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、水素原子によりシリコン原子のダングリングボンドが終端されるので、シリコン原子の配位数が低減される。これにより、シリコン原子の柔軟性が増大するので、結晶欠陥であるシリコン原子のダングリングボンドが新たに発生するのを抑制することができる。
【0021】
【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。
【0022】
(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。
【0023】
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、水素処理されたn型単結晶シリコン基板1の上面上に、非晶質シリコン膜2、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3、および、数十μmの厚みを有する銀からなる集電極4が順次形成されている。非晶質シリコン膜2は、n型単結晶シリコン基板1の上面上に形成された約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2aと、ノンドープ非晶質シリコン膜2a上に形成された約3nm〜約10nmの厚みを有するボロン(B)がドープされたp型非晶質シリコン膜2bとによって構成されている。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」の一例である。また、ノンドープ非晶質シリコン膜2aは、本発明の「非晶質半導体膜」および「第1非晶質半導体膜」の一例であり、p型非晶質シリコン膜2bは、本発明の「非晶質半導体膜」および「第2非晶質半導体膜」の一例である。
【0024】
また、水素処理されたn型単結晶シリコン基板1の裏面上には、n型単結晶シリコン基板1の裏面に近い方から順に、非晶質シリコン膜12、約70nm〜約100nmの厚みを有するITOからなる裏面電極13、および、数十μmの厚みを有する銀からなる集電極14が形成されている。非晶質シリコン膜12は、n型単結晶シリコン基板1の裏面上に形成された約5nm〜約40nm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12aと、ノンドープ非晶質シリコン膜12aの裏面上に形成された約5nm〜約40nmの厚みを有するリン(P)がドープされたn型非晶質シリコン膜12bとによって構成されている。そして、ノンドープ非晶質シリコン膜12a、n型非晶質シリコン膜12bおよび裏面電極13によって、いわゆるBSF(Back Surface Field)構造が構成される。なお、ノンドープ非晶質シリコン膜12aは、本発明の「非晶質半導体膜」および「第1非晶質半導体膜」の一例であり、n型非晶質シリコン膜12bは、本発明の「非晶質半導体膜」および「第2非晶質半導体膜」の一例である。
【0025】
ここで、第1実施形態では、n型単結晶シリコン基板1とノンドープ非晶質シリコン膜2aとの界面に、n型単結晶シリコン基板1の上面近傍の結晶欠陥を不活性化することが可能な量の水素原子が導入されている。以下、この点を詳細に説明する。
【0026】
図2は、図1に示した第1実施形態による光起電力装置のn型単結晶シリコン基板1の上面近傍の水素原子の濃度プロファイル図である。なお、図2中の実線は、SIMS(Secondary Ion Mass Spectrometer)で測定した水素原子の濃度プロファイルである。また、図2中の破線は、n型単結晶シリコン基板1とノンドープ非晶質シリコン膜2aとの界面の水素原子濃度を正規関数(ガウシアン関数)でフィッティングした曲線である。この水素原子(H)の濃度プロファイルの測定には、Physical electronic Incorporation製のSIMS(ADEPT 1010)を用いた。このときの測定条件は、照射イオン種:Csイオン、イオン照射エネルギー:1keV、照射角度:60°、検出二次イオン種:Hイオン、リファレンス二次イオン種:Siイオンであった。なお、SIMSによる測定では、光起電力装置にCsイオンを照射して、たたき出された二次イオン(HイオンおよびSiイオン)の数を測定するとともに、Siイオンの数[Si]に対するHイオンの数[H]の比([H]/[Si]、ただし、[Si]=5.0×1022/cm)を計算することにより、水素原子の濃度が求められる。
【0027】
図2中の実線(SIMS測定データ)を参照して、第1実施形態では、n型単結晶シリコン基板1とノンドープ非晶質シリコン膜2aとの界面の水素原子濃度は、n型単結晶シリコン基板1中の水素原子濃度およびノンドープ非晶質シリコン膜2a中の水素原子濃度よりも高いことがわかる。すなわち、水素原子のピーク濃度がn型単結晶シリコン基板1とノンドープ非晶質シリコン膜2aとの界面に位置しており、そのピーク濃度は、約6.0×1021cm−3である。
【0028】
ここで、n型単結晶シリコン基板1とノンドープ非晶質シリコン膜2aとの界面のような極めて薄い領域の不純物濃度をSIMSで測定する場合は、測定値が測定条件および測定装置に依存することが知られている。たとえば、深さ方向の分解能が低い測定条件では、ピーク濃度の値が低くなるとともに、半値幅が広くなる。その一方、深さ方向の分解能が高い測定条件では、ピーク濃度の値が高くなるとともに、半値幅が狭くなる。また、測定装置の分解能が低い場合には、ピーク濃度の値が低くなるとともに、半値幅が広くなる。その一方、測定装置の分解能が高い場合には、ピーク濃度の値が高くなるとともに、半値幅が狭くなる。このため、第1実施形態では、SIMS測定データの測定条件依存性を排除するために、n型単結晶シリコン基板1とノンドープ非晶質シリコン膜2aとの界面の水素原子のピーク濃度を、深さ方向に積分した面密度で規定する。すなわち、n型単結晶シリコン基板1とノンドープ非晶質シリコン膜2aとの界面の水素原子面密度は、図2中の破線で示した曲線の積分値(図2中の斜線部の面積)であり、約1.9×1015cm−2となる。
【0029】
図3〜図5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断面図である。次に、図1および図3〜図5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。
【0030】
まず、図3に示すように、洗浄したn型単結晶シリコン基板1を真空チャンバ(図示せず)内に設置した後、約200℃以下の温度条件下で、n型単結晶シリコン基板1を加熱することによって、n型単結晶シリコン基板1の表面に付着した水分を極力除去する。これにより、n型単結晶シリコン基板1の表面に付着した水分中の酸素がシリコンと結合して結晶欠陥になるのが抑制される。
【0031】
次に、基板温度を約170℃に保持した状態で、水素(H)ガスを導入するとともに、約3mW/cm〜約30mW/cm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の上面を水素処理する。この際、第1実施形態では、水素ガスを約500sccm〜約2000sccmの流量で、かつ、約50Pa〜約200Paの圧力で導入することによって、n型単結晶シリコン基板1の上面がクリーニングされるとともに、n型単結晶シリコン基板1の上面近傍に、n型単結晶シリコン基板1の上面の結晶欠陥を不活性化することが可能な量の水素原子が吸着される。
【0032】
この後、第1実施形態では、高真空排気(約1Pa以下の真空度での排気)によるガスの置換を行わずに、図4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の上面上に、ノンドープ非晶質シリコン膜2aを形成する。具体的には、基板温度を約170℃に保持した状態で、シラン(SiH)ガスを約40sccmの流量で、かつ、約40Paの圧力で導入するとともに、約8.33mW/cmの電力を供給することにより、n型単結晶シリコン基板1の上面上に、約5nm〜約20nmの厚みを有するノンドープ非晶質シリコン膜2aを形成する。この場合、n型単結晶シリコン基板1とノンドープ非晶質シリコン膜2aとの界面には、n型単結晶シリコン基板1の上面近傍の結晶欠陥を不活性化することが可能な量の水素原子(水素原子面密度:約1.9×1015cm−2)が導入される。
【0033】
このノンドープ非晶質シリコン膜2aの形成プロセスにおいて、水素処理の後に高真空排気によるガスの置換を行えば、水素原子面密度は低くなる。特に、約1分間以上の高真空排気を行えば、水素原子面密度は、水素処理を行わない場合とほぼ同等の水素原子面密度となる。このことは、水素処理によってn型単結晶シリコン基板1の上面に供給された水素原子が、必ずしもn型単結晶シリコン基板1中に打ち込まれて安定な共有結合をしているわけではなく、n型単結晶シリコン基板1の上面およびその近傍に吸着した不安定な状態にあることを示唆している。したがって、n型単結晶シリコン基板1とノンドープ非晶質シリコン膜2aとの界面の水素原子面密度の制御においては、n型単結晶シリコン基板1の上面に水素処理を施した後に、高真空排気によるガスの置換を行わずに、連続的にノンドープ非晶質シリコン膜2aを形成することが重要である。
【0034】
続いて、基板温度を約170℃に保持した状態で、SiHガス流量:約40sccm、水素ガス流量:0〜約100sccm、ジボラン(B)/H(Hに対するB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8.33mW/cmの条件下で、ノンドープ非晶質シリコン膜2a上に、約3nm〜約10nmの厚みを有するボロン(B)がドープされたp型非晶質シリコン膜2bを形成する。
【0035】
次に、図5に示すように、スパッタリング法を用いて、p型非晶質シリコン膜2bの上面上に、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3を形成する。この後、スクリーン印刷法を用いて、表面電極3上の所定領域に、数十μmの厚みを有する銀からなる集電極4を形成する。
【0036】
次に、上記したn型単結晶シリコン基板1の上面の水素処理と同様の水素処理を、n型単結晶シリコン基板1の裏面についても行う。ただし、この場合の水素ガスは、約100sccmの流量で、かつ、約50Paの圧力で導入する。
【0037】
この後、図1に示したように、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、ノンドープ非晶質シリコン膜12aを形成する。具体的には、基板温度を約170℃に保持した状態で、SiHガスを約40sccmの流量で、かつ、約40Paの圧力で導入するとともに、約8.33mW/cmの電力を供給することにより、n型単結晶シリコン基板1の裏面上に、約5nm〜約40nmの厚みを有するノンドープ非晶質シリコン膜12aを形成する。続いて、基板温度を約170℃に保持した状態で、SiHガス流量:約40sccm、水素ガス流量:0〜約100sccm、ホスフィン(PH)/H(Hに対するPHの濃度:約1%)ガス流量:約40sccm、圧力:約40Pa、および、電力密度:8.33mW/cmの条件下で、ノンドープ非晶質シリコン膜12aの裏面上に、約5nm〜約40nmの厚みを有するリン(P)がドープされたn型非晶質シリコン膜12bを形成する。
【0038】
最後に、スパッタリング法を用いて、n型非晶質シリコン膜12bの裏面上に、約70nm〜約100nmの厚みを有するITOからなる裏面電極13を形成した後、裏面電極13上の所定領域に、数十μmの厚みを有する銀からなる集電極14を形成する。このようにして、図1に示した第1実施形態による光起電力装置が形成される。
【0039】
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とノンドープ非晶質シリコン膜2aとの界面の水素原子濃度(約6×1021cm−3)を、ノンドープ非晶質シリコン膜2a中の水素原子濃度よりも高くするとともに、n型単結晶シリコン基板1とノンドープ非晶質シリコン膜2aとの界面の水素原子面密度を、約1.9×1015cm−2にすることによって、n型単結晶シリコン基板1とノンドープ非晶質シリコン膜2aとの界面の水素原子の量が、ノンドープ非晶質シリコン膜2a中の水素原子の量よりも増加するので、その増加した水素原子によりn型単結晶シリコン基板1の上面近傍の結晶欠陥であるシリコン原子のダングリングボンドを終端して不活性化することができる。これにより、n型単結晶シリコン基板1の上面近傍の結晶欠陥を低減することができるので、結晶欠陥にキャリアが捕獲されるのを抑制することができる。その結果、n型単結晶シリコン基板1の上面近傍でキャリアが再結合するのを抑制することができるので、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、水素原子によりシリコン原子のダングリングボンドが終端されるので、シリコン原子の配位数が低減される。これにより、シリコン原子の柔軟性が増大するので、結晶欠陥であるシリコン原子のダングリングボンドが新たに発生するのを抑制することができる。
【0040】
次に、上記したn型単結晶シリコン基板1とノンドープ非晶質シリコン膜2aとの界面への水素原子の導入による効果を確認するために行った実験について説明する。具体的には、n型単結晶シリコン基板とノンドープ非晶質シリコン膜との界面の水素原子面密度の違いによる光起電力装置の特性を調べるために、水素原子面密度がそれぞれ異なる6つの光起電力装置の開放電圧VOC、短絡電流ISC、曲線因子F.Fおよびセル出力Pmaxを測定した。結果を以下の表1に示すとともに、表1中の水素原子面密度とセル出力Pmaxとの関係を図6に示す。なお、表1中の開放電圧VOC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ISC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Pmax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および電流Iの積である。また、曲線因子F.Fは、セル出力Pmaxを開放電圧VOCと短絡電流ISC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。
【0041】
【表1】

Figure 2004274006
上記表1を参照して、6つの光起電力装置のn型単結晶シリコン基板とノンドープ非晶質シリコン膜との界面の水素原子面密度を、それぞれ、約5.3×1013cm−2、約1.2×1014cm−2、約2.5×1014cm−2、約1.9×1015cm−2(上記第1実施形態に対応するもの)、約2.1×1016cm−2および約1.3×1017cm−2とした。n型単結晶シリコン基板とノンドープ非晶質シリコン膜との界面の水素原子面密度は、上記した製造プロセスにおいて、n型単結晶シリコン基板の上面を水素処理する際の水素ガスの流量を制御することにより制御される。なお、水素原子面密度が約5.3×1013cm−2の場合の光起電力装置では、水素処理は行われていない。この水素原子面密度が約5.3×1013cm−2の場合の水素原子は、ノンドープ非晶質シリコン膜の形成時に、原料ガスであるシラン(SiH)中に含まれていた水素がn型単結晶シリコン基板とノンドープ非晶質シリコン膜との界面に導入されたものであると考えられる。
【0042】
上記表1および図6を参照して、水素原子面密度が約1.2×1014cm−2〜約2.1×1016cm−2の場合の開放電圧VOCは、約0.671V〜約0.708Vとなり、水素処理を行わなかった水素原子面密度が約5.3×1013cm−2の場合の開放電圧VOC(約0.665V)よりも向上することが判明した。また、水素原子面密度が約1.2×1014cm−2〜約2.1×1016cm−2の場合の曲線因子F.Fは、約0.757〜約0.765となり、水素処理を行わなかった水素原子面密度が約5.3×1013cm−2の場合の曲線因子F.F(約0.731)よりもより1に近づくことが判明した。また、水素原子面密度が約1.2×1014cm−2〜約2.1×1016cm−2の場合のセル出力Pmaxは、約1.875W〜約2.016Wとなり、水素処理を行わなかった水素原子面密度が約5.3×1013cm−2の場合のセル出力Pmax(約1.81W)よりも向上することが判明した。これにより、水素処理を行った場合で、かつ、水素原子面密度が約1.2×1014cm−2〜約2.1×1016cm−2の範囲では、水素原子により結晶欠陥が不活性化されると考えられる。
【0043】
その一方、水素処理を行った場合でも、水素原子面密度が約1.3×1017cm−2と高すぎる場合には、開放電圧VOCが約0.648V、および、セル出力Pmaxが約1.777Wとなり、水素処理を行わなかった水素原子面密度が約5.3×1013cm−2の場合よりも、開放電圧VOCおよびセル出力Pmaxが低下することが判明した。これは、水素処理時に、水素原子の量が多くなることに起因して水素のイオンエネルギが増加し、その結果、水素イオンがn型単結晶シリコン基板の表面に照射されて欠陥が発生したためであると考えられる。
【0044】
上記表1および図6の結果より、n型単結晶シリコン基板とノンドープ非晶質シリコン膜との界面の水素原子面密度が約1.2×1014cm−2以上約2.1×1016cm−2以下の場合に、開放電圧VOC、曲線因子F.Fおよびセル出力Pmaxを向上させることができる。したがって、上記した第1実施形態では、n型単結晶シリコン基板1とノンドープ非晶質シリコン膜2aとの界面の水素原子面密度を約1.9×1015cm−2に設定しているので、開放電圧VOC、曲線因子F.Fおよびセル出力Pmaxを向上させることができる。
【0045】
(第2実施形態)
この第2実施形態では、上記第1実施形態と異なり、欠陥を不活性化するために、フッ素原子をn型単結晶シリコン基板中、ノンドープ非晶質シリコン膜中、および、n型単結晶シリコン基板とノンドープ非晶質シリコン膜との界面近傍に導入した場合の例について説明する。すなわち、この第2実施形態による光起電力装置では、製造プロセスの最初にn型単結晶シリコン基板を洗浄する工程中に、n型単結晶シリコン基板をフッ酸で処理することによってフッ素原子を導入する。
【0046】
具体的には、この第2実施形態では、n型単結晶シリコン基板を洗浄する工程において、n型単結晶シリコン基板の表面に対して、フッ酸(HF/HO)(約3mol/l〜約10mol/lのHF含有量、室温)による処理を行った後、HOリンス(室温、約10秒〜約10分)を行う。これにより、n型単結晶シリコン基板の表面に、HOリンスによって除去されなかったフッ酸の残留分が残る。なお、上記したフッ酸(HF/HO)の濃度およびHOリンスのリンス時間を変化させることにより、導入されるフッ素原子の量を制御することができる。たとえば、フッ酸の濃度を大きくすれば、導入されるフッ素原子の量は多くなる。また、HOリンスのリンス時間を短くすれば、フッ酸の残留分が多くなるので、導入されるフッ素原子の量は多くなる。
【0047】
また、この第2実施形態では、上記第1実施形態のようなn型単結晶シリコン基板の表面の水素処理を行わない。なお、第2実施形態のこれら以外の部分の構造および製造プロセスは、上記第1実施形態と同様である。
【0048】
第2実施形態では、上記のようなフッ酸処理およびHOリンスによって、n型単結晶シリコン基板とノンドープ非晶質シリコン膜との界面に、n型単結晶シリコン基板の上面近傍の結晶欠陥を不活性化することが可能な量のフッ素原子(フッ素原子面密度:約1.5×1012cm−2)が導入される。また、n型単結晶シリコン基板とノンドープ非晶質シリコン膜との界面に導入されたフッ素原子が、n型単結晶シリコン基板中およびノンドープ非晶質シリコン膜中に拡散することにより、n型単結晶シリコン基板中およびノンドープ非晶質シリコン膜中にフッ素原子が導入される。
【0049】
図7には、第2実施形態による光起電力装置および比較例による光起電力装置のSIMSにより測定したn型単結晶シリコン基板の上面近傍のフッ素原子の濃度プロファイル図が示されている。このフッ素原子(F)の濃度プロファイルの測定には、Physical electronic Incorporation製のSIMS(ADEPT 1010)を用いた。このときの測定条件は、照射イオン種:Csイオン、イオン照射エネルギー:1keV、照射角度:60°、検出二次イオン種:Fイオン、リファレンス二次イオン種:Siイオンであった。なお、SIMSによる測定では、光起電力装置にCsイオンを照射して、たたき出された二次イオン(FイオンおよびSiイオン)の数を測定するとともに、Siイオンの数[Si]に対するFイオンの数[F]の比([F]/[Si]、ただし、[Si]=5.0×1022/cm)を計算することにより、フッ素原子の濃度が求められる。
【0050】
ここで、第2実施形態による光起電力装置では、上記した約3mol/l〜約10mol/lのHF含有量で室温でのフッ酸処理および約10秒〜約10分間の室温でのHOリンスを行った後、基板温度を約170℃に保持した状態で、シラン(SiH)ガスを約40sccmの流量で、かつ、約40Paの圧力で導入するとともに、約8.33mW/cmの電力を供給することにより、n型単結晶シリコン基板の上面上に、約5nm〜約20nmの厚みを有するノンドープ非晶質シリコン膜を形成した。つまり、この第2実施形態では、ノンドープ非晶質シリコン膜の形成前にフッ素の導入を行うとともに、ノンドープ非晶質シリコン膜の形成中はフッ素の導入を行っていない。その一方、比較例による光起電力装置では、上記した約3mol/l〜約10mol/lのHF含有量で室温でのフッ酸処理および約10秒〜約10分間の室温でのHOリンスを行った後、基板温度を約170℃に保持した状態で、フッ素(F)/シラン(SiH)(SiHガスに対するFの濃度:約0.2%で一定に保持)ガスを約40sccmの流量で、かつ、約40Paの圧力で導入するとともに、約8.33mW/cmの電力を供給することにより、n型単結晶シリコン基板の上面上に、約5nm〜約20nmの厚みを有するノンドープ非晶質シリコン膜を形成した。すなわち、比較例では、ノンドープ非晶質シリコン膜の形成前のみならず、ノンドープ非晶質シリコン膜の形成中もフッ素を導入している。これ以外は、上記第2実施形態と同様にして比較例による光起電力装置を作製した。
【0051】
図7を参照して、第2実施形態では、フッ素原子濃度のピークがn型単結晶シリコン基板とノンドープ非晶質シリコン膜との界面近傍に位置しており、そのピーク濃度は、約1.0×1019cm−3であることがわかる。また、この第2実施形態では、上記第1実施形態と同様に、SIMS測定データの測定条件依存性を排除するために、n型単結晶シリコン基板とノンドープ非晶質シリコン膜との界面のフッ素原子の量を、フッ素原子のピーク濃度を深さ方向に積分した面密度で規定する。すなわち、n型単結晶シリコン基板とノンドープ非晶質シリコン膜との界面のフッ素原子面密度は、図7中の破線で示した曲線の積分値(図7中の斜線部の面積)であり、約1.5×1012cm−2である。
【0052】
また、比較例では、n型単結晶シリコン基板中からn型単結晶シリコン基板とノンドープ非晶質シリコン膜との界面近傍にかけての領域では、第2実施形態と同様のフッ素原子の濃度プロファイルを示すことがわかる。その一方、比較例では、第2実施形態と異なり、n型単結晶シリコン基板とノンドープ非晶質シリコン膜との界面近傍に、フッ素原子の濃度ピークを有していない。具体的には、比較例による光起電力装置は、n型単結晶シリコン基板とノンドープ非晶質シリコン膜との界面からノンドープ非晶質シリコン膜中にかけての領域では、ほぼ一定で、かつ、第2実施形態よりも大きなフッ素原子濃度(約1.0×1019cm−3)を有する。
【0053】
第2実施形態において、図7に示すような濃度プロファイルが得られたのは、n型単結晶シリコン基板表面のフッ酸処理によってn型単結晶シリコン基板とノンドープ非晶質シリコン膜との界面近傍にフッ素原子の局所的に多い領域が形成されたためであると考えられる。これに対して、比較例において、図7に示すような濃度プロファイルが得られたのは、フッ酸処理に加えて、所定の割合でフッ素が混合されたフッ素/シランガスを用いてノンドープ非晶質シリコン膜を形成したことにより、ノンドープ非晶質シリコン膜の厚み方向に渡って、ほぼ均一な量で、かつ、第2実施形態よりも多くのフッ素原子が導入されたことによると考えられる。
【0054】
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およびノンドープ非晶質シリコン膜に、欠陥を不活性化することが可能なフッ素原子を導入することによって、導入されたフッ素原子がn型単結晶シリコン基板中およびノンドープ非晶質シリコン膜中の欠陥であるシリコン原子のダングリングボンドと結合することにより、ダングリングボンドを不活性化することができる。これにより、n型単結晶シリコン基板中およびノンドープ非晶質シリコン膜中の欠陥を低減することができるので、欠陥にキャリアが捕獲されるのを抑制することができる。このため、n型単結晶シリコン基板中およびノンドープ非晶質シリコン膜中でキャリアが再結合するのを抑制することができる。また、導入されたフッ素原子の濃度のピーク(ピーク濃度:約1.0×1019cm−3)がn型単結晶シリコン基板とノンドープ非晶質シリコン膜との界面近傍に位置するとともに、n型単結晶シリコン基板とノンドープ非晶質シリコン膜との界面のフッ素原子面密度を約1.5×1012cm−2にすることによって、n型単結晶シリコン基板とノンドープ非晶質シリコン膜との界面のフッ素原子の量が増加するので、その増加したフッ素原子によりn型単結晶シリコン基板の上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ことができる。これにより、n型単結晶シリコン基板の上面近傍において、結晶欠陥を低減することができるので、結晶欠陥にキャリアが捕獲されるのを抑制することができる。このため、n型単結晶シリコン基板の上面近傍でキャリアが再結合するのを抑制することができる。このように、n型単結晶シリコン基板中、ノンドープ非晶質シリコン膜中およびn型単結晶シリコン基板の上面近傍でキャリアが再結合するのを抑制することができるので、光起電力装置の出力特性を向上させることができる。
【0055】
また、第2実施形態では、比較例と異なり、n型単結晶シリコン基板とノンドープ非晶質シリコン膜との界面近傍にフッ素原子の濃度のピークが位置するように構成することによって、n型単結晶シリコン基板とノンドープ非晶質シリコン膜との界面近傍のフッ素原子の量よりも、ノンドープ非晶質シリコン膜中のフッ素原子の量が多くなるのを抑制することができる。これにより、ノンドープ非晶質シリコン膜中に多くのフッ素原子が導入されることに起因してノンドープ非晶質シリコン膜の緻密さなどの膜特性が低下するのを抑制することができる。このため、ノンドープ非晶質シリコン膜の膜特性の低下に起因して光起電力装置の出力特性が低下するのを抑制することができる。
【0056】
また、第2実施形態では、導入されたフッ素原子がシリコン原子のダングリングボンドと結合するので、シリコン原子の配位数が低減される。これにより、シリコン原子の柔軟性が増大するので、結晶欠陥であるシリコン原子のダングリングボンドが新たに発生するのを抑制することができる。
【0057】
次に、上記した第2実施形態による効果を確認するために光起電力装置の出力特性を実際に測定した実験について説明する。具体的には、図7の第2実施形態のようなフッ素原子の濃度プロファイルを有する光起電力装置(実施例1)、および、図7の比較例のようなフッ素原子の濃度プロファイルを有する光起電力装置(比較例1)の出力特性(開放電圧Voc、短絡電流Isc、曲線因子F.Fおよびセル出力Pmax)を測定した。そして、実施例1に対する比較例1の開放電圧Voc、短絡電流Isc、曲線因子F.Fおよびセル出力Pmaxのそれぞれの比を計算した。その結果を以下の表2に示す。
【0058】
【表2】
Figure 2004274006
上記表2を参照して、実施例1に対する比較例1の出力特性の比(開放電圧Voc:0.995、短絡電流Isc:1.001、曲線因子F.F:0.993およびセル出力Pmax:0.989)は、短絡電流Iscを除いて、1より小さいことがわかる。これにより、実施例1では、比較例1と比べて、短絡電流Isc以外の出力特性(開放電圧Voc、曲線因子F.Fおよびセル出力Pmax)が向上することがわかる。これは、比較例1では、実施例1と比べて、ノンドープ非晶質シリコン膜中により多くのフッ素原子が導入されているため、ノンドープ非晶質シリコン膜の緻密さなどの膜特性が低下したことにより出力特性が低下したことによると考えられる。
【0059】
次に、n型単結晶シリコン基板とノンドープ非晶質シリコン膜との界面のフッ素原子面密度の違いによる光起電力装置のセル出力Pmaxを調べるために、フッ素原子面密度がそれぞれ異なる光起電力装置のセル出力Pmaxを測定した。その測定結果について、図8を参照して説明する。なお、図8では、各光起電力装置のセル出力Pmaxをフッ素原子面密度が1.0×1012cm−2のときのセル出力Pmaxで規格化した値をセル出力の規格値として示している。
【0060】
図8を参照して、n型単結晶シリコン基板とノンドープ非晶質シリコン膜との界面でのフッ素原子面密度が1.0×10cm−2から大きくなるのに従って、セル出力が大きくなるとともに、フッ素原子面密度が1.0×1012cm−2付近でセル出力が最大となることがわかる。また、フッ素原子面密度が1.0×1012cm−2を超えると、セル出力が小さくなっていくことがわかる。フッ素原子面密度が1.0×1012cm−2付近までの範囲でセル出力が大きくなったのは、n型単結晶シリコン基板とノンドープ非晶質シリコン膜との界面のフッ素原子の増加に伴ってn型単結晶シリコン基板の上面近傍の結晶欠陥であるシリコン原子のダングリングボンドがより不活性化されることに起因すると考えられる。また、フッ素原子面密度が1.0×1012cm−2付近を超えるとセル出力が小さくなっていくのは、n型単結晶シリコン基板とノンドープ非晶質シリコン膜との界面に導入されたフッ素原子の量が過剰となることに起因すると考えられる。具体的には、フッ素原子(F)の量が過剰になると結合エネルギー(結合力)の小さいF−F結合が発生するため、そのF−F結合が切れることに起因してn型単結晶シリコン基板の上面近傍の結晶欠陥であるダングリングボンドが増加するためであると考えられる。
【0061】
また、図8を参照して、フッ素原子面密度が1.0×1010cm−2以上1.0×1014cm−2以下の範囲では、セル出力の規格値が0.8以上になることがわかる。フッ素原子面密度がこの範囲の光起電力装置では、良好な出力特性が得られることが本願発明者により確認されている。また、フッ素原子面密度が5.0×1010cm−2以上2.0×1013cm−2以下の範囲では、セル出力の規格値が0.9以上になることがわかる。フッ素原子面密度がこの範囲の光起電力装置では、より良好な出力特性が得られることが本願発明者により確認されている。
【0062】
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。
【0063】
たとえば、上記実施形態では、n型単結晶シリコン基板1の上面上に、実質的に真性なノンドープ非晶質シリコン膜2aを介してp型非晶質シリコン膜2bを形成するようにしたが、本発明はこれに限らず、p型単結晶シリコン基板の上面上に、実質的に真性なノンドープ非晶質シリコン膜を介してn型非晶質シリコン膜を形成するようにしてもよい。
【0064】
また、上記実施形態では、n型単結晶シリコン基板1の裏面上に、非晶質シリコン膜12(ノンドープ非晶質シリコン膜12aおよびn型非晶質シリコン膜12b)が形成されたBSF構造を有するようにしたが、本発明はこれに限らず、n型単結晶シリコン基板の裏面上に、n側の非晶質シリコン膜を形成せずに、裏面電極を形成するようにしてもよい。
【0065】
また、上記実施形態では、p側の膜形成を先に行うようにしたが、本発明はこれに限らず、n側の膜形成を先に行うようにしてもよい。
【0066】
また、上記実施形態では、n型単結晶シリコン基板1とp型非晶質シリコン膜2b(n型非晶質シリコン膜12b)との間に、実質的に真性なノンドープ非晶質シリコン膜2a(ノンドープ非晶質シリコン膜12a)を形成するようにしたが、本発明はこれに限らず、第1導電型の結晶系半導体と第2導電型の非晶質半導体膜との間に、実質的に真性なノンドープ非晶質シリコン膜を形成しなくてもよい。
【0067】
また、上記実施形態では、n型単結晶シリコン基板の上面近傍、n型単結晶シリコン基板中およびノンドープ非晶質シリコン膜中の欠陥を不活性化するための不純物として、水素原子およびフッ素原子を導入した例について説明したが、本発明はこれに限らず、他の原子を導入してもよい。たとえば、塩素原子などを導入しても同様の効果を得ることができる。
【0068】
また、上記実施形態では、本発明を光起電力装置のp側(表側)に適用した例について説明したが、本発明はこれに限らず、n側(裏側)に適用した場合にも同様の効果を得ることができる。
【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n型単結晶シリコン基板1の上面近傍の水素原子の濃度プロファイル図である。
【図3】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4】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】水素原子面密度とセル出力Pmaxとの関係を示したグラフである。
【図7】本発明の第2実施形態による光起電力装置および比較例による光起電力装置のSIMSにより測定したn型単結晶シリコン基板の上面近傍のフッ素原子の濃度プロファイル図である。
【図8】n型単結晶シリコン基板とノンドープ非晶質シリコン膜との界面のフッ素原子面密度とセル出力との関係を示した図である。
【符号の説明】
1 n型単結晶シリコン基板(結晶系半導体)
2、12 非晶質シリコン膜
2a、12a ノンドープ非晶質シリコン膜(非晶質半導体膜、第1非晶質半導体膜)
2b p型非晶質シリコン膜(非晶質半導体膜、第2非晶質半導体膜)
12b n型非晶質シリコン膜(非晶質半導体膜、第2非晶質半導体膜)[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a photovoltaic device and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a photovoltaic device in which an amorphous semiconductor film is formed on a crystalline semiconductor and a method of manufacturing the same.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, in a photovoltaic device in which a pn junction is formed by forming a second conductivity type amorphous silicon film on a surface of a first conductivity type crystal silicon substrate, a first conductivity type crystal silicon substrate is used. There is known a technique for improving junction characteristics by inserting a substantially intrinsic amorphous silicon film between a silicon substrate and a second conductivity type amorphous silicon film (for example, Patent Document 1). reference). Patent Document 1 discloses that a substantially intrinsic amorphous silicon film and a p-type amorphous silicon film are sequentially formed on an n-type single crystal silicon substrate, and the n-type single crystal silicon substrate is formed. There is disclosed a photovoltaic device in which boron is introduced between an amorphous silicon film and a substantially intrinsic amorphous silicon film. In Patent Document 1, a substantially intrinsic non-doped amorphous silicon film is formed on an n-type single crystal silicon substrate at a low temperature of about 200 ° C. or less using a plasma CVD method. Unlike the case where a pn junction is formed by diffusing p-type impurities from the surface of an n-type single crystal silicon substrate by using a thermal diffusion method at a high temperature of not less than ℃, thermal damage can be suppressed, and Mutual diffusion between the n-type impurity and the n-type impurity can be suppressed. As a result, good bonding characteristics can be obtained.
[0003]
[Patent Document 1]
JP 2001-345463 A
[Problems to be solved by the invention]
However, in the photovoltaic device disclosed in Patent Literature 1, sufficient measures have not been taken to reduce (inactivate) dangling bonds, which are crystal defects near the surface of the single crystal silicon substrate. . For this reason, there is an inconvenience that carriers are captured by dangling bonds which are crystal defects near the surface of the single crystal silicon substrate. In this case, there is a problem that the output characteristics of the photovoltaic device deteriorate because carriers recombine near the surface of the single-crystal silicon substrate and disappear. For this reason, it has been difficult to improve the output characteristics of the photovoltaic device.
[0004]
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-described problems, and one object of the present invention is to improve output characteristics by reducing crystal defects near the surface of a crystalline semiconductor. To provide a possible photovoltaic device.
[0005]
Another object of the present invention is to provide a photovoltaic device capable of improving output characteristics by reducing defects in a crystalline semiconductor and an amorphous semiconductor film.
[0006]
Still another object of the present invention is to provide a method of manufacturing a photovoltaic device capable of improving output characteristics by reducing crystal defects near the surface of a crystalline semiconductor.
[0007]
Means for Solving the Problems and Effects of the Invention
To achieve the above object, a photovoltaic device according to a first aspect of the present invention includes a crystalline semiconductor, and an amorphous semiconductor film formed on a surface of the crystalline semiconductor. The hydrogen atom concentration at the interface with the amorphous semiconductor film is higher than the hydrogen atom concentration in the amorphous semiconductor film. Note that the crystalline semiconductor in the present invention is a broad concept including a crystalline semiconductor substrate and a thin-film polycrystalline semiconductor formed on the substrate. Further, the amorphous semiconductor in the present invention is a broad concept including a microcrystalline semiconductor.
[0008]
In the photovoltaic device according to the first aspect, as described above, the hydrogen atom concentration at the interface between the crystalline semiconductor and the amorphous semiconductor film is set higher than the hydrogen atom concentration in the amorphous semiconductor film. As a result, the amount of hydrogen atoms at the interface between the crystalline semiconductor and the amorphous semiconductor film increases, and the increased hydrogen atoms terminate dangling bonds of silicon atoms, which are crystal defects near the surface of the crystalline semiconductor. Can be inactivated. Thus, crystal defects in the vicinity of the surface of the crystalline semiconductor can be reduced, so that capture of carriers by the crystal defects can be suppressed. As a result, recombination of carriers near the surface of the crystalline semiconductor can be suppressed, so that the output characteristics of the photovoltaic device can be improved. Further, dangling bonds of silicon atoms are terminated by hydrogen atoms, so that the coordination number of silicon atoms is reduced. As a result, the flexibility of silicon atoms is increased, so that the generation of new dangling bonds of silicon atoms, which are crystal defects, can be suppressed.
[0009]
In the photovoltaic device according to the first aspect, preferably, the interface between the crystalline semiconductor and the amorphous semiconductor film has an amount capable of inactivating crystal defects near the surface of the crystalline semiconductor. A hydrogen atom has been introduced. According to this structure, the dangling bond which is a crystal defect near the surface of the crystalline semiconductor can be easily inactivated, so that the dangling bond which is a crystal defect near the surface of the crystalline semiconductor can be easily formed. Can be reduced.
[0010]
In the photovoltaic device according to the first aspect, preferably, the hydrogen atom surface density at the interface between the crystalline semiconductor and the amorphous semiconductor film is 1.2 × 10 14 cm -2 2.1 × 10 16 cm -2 It is as follows. With such a structure, the amount of hydrogen atoms at the interface between the crystalline semiconductor and the amorphous semiconductor film can be easily changed to inactivate dangling bonds, which are crystal defects near the surface of the crystalline semiconductor. Can be as much as possible.
[0011]
In the photovoltaic device according to the first aspect, preferably, the concentration of hydrogen atoms at the interface between the crystalline semiconductor and the amorphous semiconductor film is higher than the concentration of hydrogen atoms in the crystalline semiconductor, and The hydrogen atom concentration in the inside is lower than the hydrogen atom concentration in the amorphous semiconductor film. With such a structure, the amount of hydrogen atoms at the interface between the crystalline semiconductor and the amorphous semiconductor film increases, so that the increased hydrogen atoms reduce crystal defects near the surface of the crystalline semiconductor having a low hydrogen concentration. Can be inactivated.
[0012]
In the photovoltaic device according to the first aspect, preferably, the amorphous semiconductor film includes a substantially intrinsic first amorphous semiconductor film formed on the surface of the crystalline semiconductor and a first amorphous semiconductor film. And a second amorphous semiconductor film of the first conductivity type formed on the surface of the amorphous semiconductor film. According to this structure, the lattice mismatch between the crystalline semiconductor and the second amorphous semiconductor film can be reduced by the substantially intrinsic first amorphous semiconductor film, so that the junction characteristics are improved. be able to.
[0013]
A photovoltaic device according to a second aspect of the present invention includes a crystalline semiconductor and an amorphous semiconductor film formed on a surface of the crystalline semiconductor, wherein the crystalline semiconductor and the amorphous semiconductor film include: An impurity capable of inactivating a defect is introduced, and a peak of the impurity concentration is located near an interface between the crystalline semiconductor and the amorphous semiconductor film.
[0014]
In the photovoltaic device according to the second aspect, as described above, by introducing an impurity capable of inactivating a defect into the crystalline semiconductor and the amorphous semiconductor film, the introduced impurity is reduced. The dangling bond can be inactivated by bonding with a dangling bond of a silicon atom which is a defect in the crystalline semiconductor and the amorphous semiconductor film. Thus, defects in the crystalline semiconductor and the amorphous semiconductor film can be reduced, so that carriers can be suppressed from being captured by the defects. Therefore, recombination of carriers in the crystalline semiconductor and the amorphous semiconductor film can be suppressed. In addition, since the peak of the concentration of the introduced impurity is located near the interface between the crystalline semiconductor and the amorphous semiconductor film, the amount of impurities at the interface between the crystalline semiconductor and the amorphous semiconductor film increases. The dangling bond, which is a crystal defect near the surface of the crystalline semiconductor, can be terminated and inactivated by the increased impurities. Accordingly, crystal defects can be reduced in the vicinity of the surface of the crystalline semiconductor, so that capture of carriers by the crystal defects can be suppressed. Therefore, recombination of carriers near the surface of the crystalline semiconductor can be suppressed. As described above, recombination of carriers in the crystalline semiconductor, the amorphous semiconductor film, and the vicinity of the surface of the crystalline semiconductor can be suppressed, so that the output characteristics of the photovoltaic device can be improved. . In addition, since the impurity concentration peak is located near the interface between the crystalline semiconductor and the amorphous semiconductor film, the impurity concentration is higher than the amount of impurities near the interface between the crystalline semiconductor and the amorphous semiconductor film. An increase in the amount of impurities in the semiconductor film can be suppressed. Thus, it is possible to suppress a decrease in film characteristics such as the denseness of the amorphous semiconductor film due to the introduction of many impurities into the amorphous semiconductor film. Therefore, it is possible to suppress a decrease in output characteristics of the photovoltaic device due to a decrease in film characteristics of the amorphous semiconductor film. Further, since the introduced impurities bond with dangling bonds of silicon atoms, the coordination number of silicon atoms is reduced. As a result, the flexibility of silicon atoms is increased, so that the generation of new dangling bonds of silicon atoms, which are crystal defects, can be suppressed.
[0015]
In the photovoltaic device according to the second aspect, preferably, the impurity is one of a hydrogen atom and a fluorine atom. When such an atom is used, a dangling bond of a silicon atom which is a defect in a crystalline semiconductor, an amorphous semiconductor film, and a vicinity of a surface of the crystalline semiconductor can be easily inactivated. Thereby, the output characteristics of the photovoltaic device can be easily improved. This point has been confirmed by experiments performed by the present inventor.
[0016]
In this case, preferably, an amount of fluorine atoms capable of inactivating crystal defects near the surface of the crystalline semiconductor is introduced into the interface between the crystalline semiconductor and the amorphous semiconductor film. According to this structure, the dangling bond which is a crystal defect near the surface of the crystalline semiconductor can be easily inactivated, so that the dangling bond which is a crystal defect near the surface of the crystalline semiconductor can be easily formed. Can be reduced.
[0017]
In this case, preferably, the fluorine atom surface density at the interface between the crystalline semiconductor and the amorphous semiconductor film is 1 × 10 10 cm -2 More than 1 × 10 14 cm -2 It is as follows. According to this structure, the amount of fluorine atoms at the interface between the crystalline semiconductor and the amorphous semiconductor film can be easily changed to inactivate dangling bonds that are crystal defects near the surface of the crystalline semiconductor. Can be as much as possible.
[0018]
In this case, preferably, the fluorine atom surface density at the interface between the crystalline semiconductor and the amorphous semiconductor film is 5 × 10 10 cm -2 More than 2 × 10 Thirteen cm -2 It is as follows. According to this structure, dangling bonds, which are crystal defects near the surface of the crystalline semiconductor, can be more inactivated.
[0019]
A method of manufacturing a photovoltaic device according to a third aspect of the present invention includes a step of subjecting a surface of a crystalline semiconductor to hydrogen treatment with a predetermined flow rate of hydrogen gas, and thereafter, without performing gas replacement by high vacuum exhaustion. Forming an amorphous semiconductor film on the surface of the crystalline semiconductor. Here, the replacement of gas by high-vacuum exhaust means that gas replacement is performed at a degree of vacuum of about 1 Pa or less, for example.
[0020]
In the method for manufacturing a photovoltaic device according to the third aspect, as described above, after the surface of the crystalline semiconductor is hydrogen-treated with a predetermined flow rate of hydrogen gas, the gas is not replaced by high vacuum evacuation, By forming an amorphous semiconductor film on the surface of the crystalline semiconductor, it is possible to prevent hydrogen atoms adsorbed in an unstable state near the surface of the crystalline semiconductor from being removed by high vacuum evacuation. it can. In this case, the state in which the amount of hydrogen atoms at the interface between the crystalline semiconductor and the amorphous semiconductor film is increased is maintained, and the increased hydrogen atoms cause the removal of silicon atoms which are crystal defects near the surface of the crystalline semiconductor. The dangling bond can be terminated and inactivated. Thus, crystal defects in the vicinity of the surface of the crystalline semiconductor can be reduced, so that capture of carriers by the crystal defects can be suppressed. As a result, recombination of carriers near the surface of the crystalline semiconductor can be suppressed, so that the output characteristics of the photovoltaic device can be improved. Further, dangling bonds of silicon atoms are terminated by hydrogen atoms, so that the coordination number of silicon atoms is reduced. As a result, the flexibility of silicon atoms is increased, so that the generation of new dangling bonds of silicon atoms, which are crystal defects, can be suppressed.
[0021]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0022]
(1st Embodiment)
FIG. 1 is a sectional view showing the structure of the photovoltaic device according to the first embodiment of the present invention. First, the structure of the photovoltaic device according to the first embodiment will be described with reference to FIG.
[0023]
In the photovoltaic device according to the first embodiment, as shown in FIG. 1, an amorphous silicon film 2 having a thickness of about 70 nm to about 100 nm is formed on an upper surface of a hydrogen-treated n-type single crystal silicon substrate 1. A surface electrode 3 made of ITO (indium tin oxide) and a collector electrode 4 made of silver having a thickness of several tens of μm are sequentially formed. The amorphous silicon film 2 includes a substantially intrinsic non-doped amorphous silicon film 2 a having a thickness of about 5 nm to about 20 nm formed on the upper surface of the n-type single crystal silicon substrate 1, and a non-doped amorphous silicon film. And a p-type amorphous silicon film 2b doped with boron (B) and having a thickness of about 3 nm to about 10 nm formed on the film 2a. The n-type single-crystal silicon substrate 1 is an example of the “crystalline semiconductor” of the present invention. The non-doped amorphous silicon film 2a is an example of the “amorphous semiconductor film” and “first amorphous semiconductor film” of the present invention, and the p-type amorphous silicon film 2b is It is an example of an “amorphous semiconductor film” and a “second amorphous semiconductor film”.
[0024]
On the back surface of the hydrogen-treated n-type single-crystal silicon substrate 1, the amorphous silicon film 12 has a thickness of about 70 nm to about 100 nm in order from the side closer to the back surface of the n-type single-crystal silicon substrate 1. A back electrode 13 made of ITO and a collector electrode 14 made of silver having a thickness of several tens of μm are formed. The amorphous silicon film 12 includes a substantially intrinsic non-doped amorphous silicon film 12a having a thickness of about 5 nm to about 40 nm formed on the back surface of the n-type single crystal silicon substrate 1, and a non-doped amorphous silicon film. And a phosphorus (P) -doped n-type amorphous silicon film 12b having a thickness of about 5 nm to about 40 nm formed on the back surface of the film 12a. The non-doped amorphous silicon film 12a, the n-type amorphous silicon film 12b, and the back electrode 13 form a so-called BSF (Back Surface Field) structure. The non-doped amorphous silicon film 12a is an example of the “amorphous semiconductor film” and “first amorphous semiconductor film” of the present invention, and the n-type amorphous silicon film 12b is It is an example of an “amorphous semiconductor film” and a “second amorphous semiconductor film”.
[0025]
Here, in the first embodiment, it is possible to inactivate crystal defects near the upper surface of the n-type single-crystal silicon substrate 1 at the interface between the n-type single-crystal silicon substrate 1 and the non-doped amorphous silicon film 2a. An appropriate amount of hydrogen atoms has been introduced. Hereinafter, this point will be described in detail.
[0026]
FIG. 2 is a concentration profile diagram of hydrogen atoms near the upper surface of the n-type single crystal silicon substrate 1 of the photovoltaic device according to the first embodiment shown in FIG. Note that the solid line in FIG. 2 is a hydrogen atom concentration profile measured by SIMS (Secondary Ion Mass Spectrometer). The dashed line in FIG. 2 is a curve obtained by fitting the hydrogen atom concentration at the interface between the n-type single crystal silicon substrate 1 and the non-doped amorphous silicon film 2a with a normal function (Gaussian function). For the measurement of the concentration profile of the hydrogen atoms (H), SIMS (ADEPT 1010) manufactured by Physical electronic Incorporation was used. The measurement conditions at this time are irradiation ion species: Cs + Ion, ion irradiation energy: 1 keV, irradiation angle: 60 °, secondary ion species detected: H Ion, reference secondary ion species: Si It was an ion. In the measurement by SIMS, the photovoltaic device has Cs + The secondary ions (H Ions and Si Ion) and the number of Si Number of ions [Si H to Number of ions [H ] ([H ] / [Si ] Except that [Si ] = 5.0 × 10 22 / Cm 3 ), The concentration of hydrogen atoms is determined.
[0027]
With reference to the solid line (SIMS measurement data) in FIG. 2, in the first embodiment, the hydrogen atom concentration at the interface between the n-type single-crystal silicon substrate 1 and the non-doped amorphous silicon film 2a is n-type single-crystal silicon. It can be seen that the concentration of hydrogen atoms in the substrate 1 and the concentration of hydrogen atoms in the non-doped amorphous silicon film 2a are higher. That is, the peak concentration of hydrogen atoms is located at the interface between the n-type single crystal silicon substrate 1 and the non-doped amorphous silicon film 2a, and the peak concentration is about 6.0 × 10 21 cm -3 It is.
[0028]
Here, when the impurity concentration in an extremely thin region such as the interface between the n-type single crystal silicon substrate 1 and the non-doped amorphous silicon film 2a is measured by SIMS, the measured value depends on the measurement conditions and the measurement device. It has been known. For example, under a measurement condition in which the resolution in the depth direction is low, the value of the peak concentration is low and the half width is wide. On the other hand, under a measurement condition with a high resolution in the depth direction, the value of the peak concentration increases and the half width decreases. Further, when the resolution of the measuring device is low, the value of the peak concentration is low and the half width is wide. On the other hand, when the resolution of the measuring device is high, the value of the peak concentration increases and the half width decreases. For this reason, in the first embodiment, the peak concentration of hydrogen atoms at the interface between the n-type single crystal silicon substrate 1 and the non-doped amorphous silicon film 2a is set to It is defined by the surface density integrated in the vertical direction. That is, the hydrogen atom surface density at the interface between the n-type single crystal silicon substrate 1 and the non-doped amorphous silicon film 2a is represented by the integral value of the curve shown by the broken line in FIG. 2 (the area of the hatched portion in FIG. 2). Yes, about 1.9 × 10 Fifteen cm -2 It becomes.
[0029]
3 to 5 are cross-sectional views for explaining the manufacturing process of the photovoltaic device according to the first embodiment shown in FIG. Next, the manufacturing process of the photovoltaic device according to the first embodiment will be described with reference to FIG. 1 and FIGS.
[0030]
First, as shown in FIG. 3, after cleaning the n-type single-crystal silicon substrate 1 in a vacuum chamber (not shown), the n-type single-crystal silicon substrate 1 is removed under a temperature condition of about 200 ° C. or less. By heating, moisture adhering to the surface of the n-type single crystal silicon substrate 1 is removed as much as possible. Thereby, it is suppressed that oxygen in moisture adhering to the surface of the n-type single crystal silicon substrate 1 is combined with silicon to become a crystal defect.
[0031]
Next, with the substrate temperature kept at about 170 ° C., hydrogen (H 2 ) While introducing gas, about 3 mW / cm 2 ~ 30mW / cm 2 Is supplied, the upper surface of the n-type single crystal silicon substrate 1 is subjected to hydrogen treatment. At this time, in the first embodiment, the upper surface of the n-type single crystal silicon substrate 1 is cleaned by introducing hydrogen gas at a flow rate of about 500 sccm to about 2000 sccm and at a pressure of about 50 Pa to about 200 Pa. In the vicinity of the upper surface of n-type single-crystal silicon substrate 1, an amount of hydrogen atoms capable of inactivating crystal defects on the upper surface of n-type single-crystal silicon substrate 1 is adsorbed.
[0032]
Thereafter, in the first embodiment, the gas is not replaced by high vacuum evacuation (evacuation at a degree of vacuum of about 1 Pa or less), and an n-type single crystal is formed by using a plasma CVD method as shown in FIG. On the upper surface of the silicon substrate 1, a non-doped amorphous silicon film 2a is formed. Specifically, with the substrate temperature kept at about 170 ° C., silane (SiH 4 ) Gas is introduced at a flow rate of about 40 sccm and a pressure of about 40 Pa, and at about 8.33 mW / cm 2 To form a non-doped amorphous silicon film 2a having a thickness of about 5 nm to about 20 nm on the upper surface of the n-type single crystal silicon substrate 1. In this case, the interface between the n-type single-crystal silicon substrate 1 and the non-doped amorphous silicon film 2a has an amount of hydrogen atoms capable of inactivating crystal defects near the upper surface of the n-type single-crystal silicon substrate 1. (Hydrogen atom surface density: about 1.9 × 10 Fifteen cm -2 ) Is introduced.
[0033]
In the process of forming the non-doped amorphous silicon film 2a, if the gas is replaced by high vacuum evacuation after the hydrogen treatment, the hydrogen atom surface density is reduced. In particular, when high vacuum evacuation is performed for about 1 minute or more, the hydrogen atom surface density becomes almost the same as that without hydrogen treatment. This means that the hydrogen atoms supplied to the upper surface of the n-type single-crystal silicon substrate 1 by the hydrogen treatment are not necessarily driven into the n-type single-crystal silicon substrate 1 to form a stable covalent bond. This suggests that the substrate is in an unstable state adsorbed on the upper surface of the single-crystal silicon substrate 1 and its vicinity. Therefore, in controlling the hydrogen atom surface density at the interface between the n-type single-crystal silicon substrate 1 and the non-doped amorphous silicon film 2a, the upper surface of the n-type single-crystal silicon substrate 1 is subjected to hydrogen treatment, It is important to form the non-doped amorphous silicon film 2a continuously without replacing the gas by the gas.
[0034]
Subsequently, while maintaining the substrate temperature at about 170 ° C., the SiH 4 Gas flow rate: about 40 sccm, hydrogen gas flow rate: 0 to about 100 sccm, diborane (B 2 H 6 ) / H 2 (H 2 B for 2 H 6 Gas concentration: about 2%) Gas flow rate: about 40 sccm, pressure: about 40 Pa, and power density: about 8.33 mW / cm 2 Under the above conditions, a p-type amorphous silicon film 2b doped with boron (B) having a thickness of about 3 nm to about 10 nm is formed on the non-doped amorphous silicon film 2a.
[0035]
Next, as shown in FIG. 5, a surface electrode 3 made of ITO (indium tin oxide) having a thickness of about 70 nm to about 100 nm is formed on the upper surface of the p-type amorphous silicon film 2b by a sputtering method. Form. Thereafter, a collector electrode 4 made of silver having a thickness of several tens of μm is formed in a predetermined region on the front surface electrode 3 by using a screen printing method.
[0036]
Next, the same hydrogen treatment as the above-described hydrogen treatment on the upper surface of the n-type single-crystal silicon substrate 1 is performed on the back surface of the n-type single-crystal silicon substrate 1. However, the hydrogen gas in this case is introduced at a flow rate of about 100 sccm and a pressure of about 50 Pa.
[0037]
Thereafter, as shown in FIG. 1, a non-doped amorphous silicon film 12a is formed on the back surface of the n-type single crystal silicon substrate 1 by using a plasma CVD method. Specifically, while maintaining the substrate temperature at about 170 ° C., the SiH 4 A gas is introduced at a flow rate of about 40 sccm and a pressure of about 40 Pa, and at a rate of about 8.33 mW / cm 2 To form a non-doped amorphous silicon film 12a having a thickness of about 5 nm to about 40 nm on the back surface of the n-type single crystal silicon substrate 1. Subsequently, while maintaining the substrate temperature at about 170 ° C., the SiH 4 Gas flow rate: about 40 sccm, hydrogen gas flow rate: 0 to about 100 sccm, phosphine (PH 3 ) / H 2 (H 2 PH against 3 Gas concentration: about 40 sccm, pressure: about 40 Pa, and power density: 8.33 mW / cm. 2 Under the conditions described above, an n-type amorphous silicon film 12b doped with phosphorus (P) having a thickness of about 5 nm to about 40 nm is formed on the back surface of the non-doped amorphous silicon film 12a.
[0038]
Finally, a back electrode 13 made of ITO having a thickness of about 70 nm to about 100 nm is formed on the back surface of the n-type amorphous silicon film 12b by using a sputtering method. A collector electrode 14 made of silver having a thickness of several tens of μm is formed. Thus, the photovoltaic device according to the first embodiment shown in FIG. 1 is formed.
[0039]
In the first embodiment, as described above, the hydrogen atom concentration at the interface between the n-type single crystal silicon substrate 1 and the non-doped amorphous silicon film 2a (about 6 × 10 21 cm -3 ) Is made higher than the hydrogen atom concentration in the non-doped amorphous silicon film 2a, and the hydrogen atom surface density at the interface between the n-type single crystal silicon substrate 1 and the non-doped amorphous silicon film 2a is set to about 1.9. × 10 Fifteen cm -2 By doing so, the amount of hydrogen atoms at the interface between the n-type single-crystal silicon substrate 1 and the non-doped amorphous silicon film 2a is larger than the amount of hydrogen atoms in the non-doped amorphous silicon film 2a. The increased hydrogen atoms can terminate and inactivate dangling bonds of silicon atoms, which are crystal defects near the upper surface of the n-type single crystal silicon substrate 1. Thereby, crystal defects near the upper surface of n-type single crystal silicon substrate 1 can be reduced, so that capture of carriers by the crystal defects can be suppressed. As a result, recombination of carriers near the upper surface of the n-type single crystal silicon substrate 1 can be suppressed, so that the output characteristics of the photovoltaic device can be improved. Further, dangling bonds of silicon atoms are terminated by hydrogen atoms, so that the coordination number of silicon atoms is reduced. As a result, the flexibility of silicon atoms is increased, so that the generation of new dangling bonds of silicon atoms, which are crystal defects, can be suppressed.
[0040]
Next, an experiment performed to confirm the effect of introducing hydrogen atoms to the interface between the n-type single-crystal silicon substrate 1 and the non-doped amorphous silicon film 2a will be described. Specifically, in order to investigate the characteristics of the photovoltaic device due to the difference in the hydrogen atom surface density at the interface between the n-type single crystal silicon substrate and the non-doped amorphous silicon film, six light sources having different hydrogen atom surface densities were used. Open voltage V of electromotive force device OC , Short-circuit current I SC , Fill factor F. F and cell output P max Was measured. The results are shown in Table 1 below, and the hydrogen atom surface density and cell output P in Table 1 are shown. max Is shown in FIG. The open-circuit voltage V in Table 1 OC Is the voltage measured when light is applied to the photovoltaic device, which is measured by connecting a voltmeter between the front and back electrodes, and is the output voltage value when no current is flowing. is there. In addition, the short-circuit current I SC Is the current measured by connecting an ammeter between the front and rear electrodes of the photovoltaic device when the light is applied to the photovoltaic device. Value. Also, cell output P max Is the voltage V when the maximum resistance is obtained by changing the load resistance when the load resistance is connected to the photovoltaic device. m And the current I m Is the product of The fill factor F. F is the cell output P max Is the open circuit voltage V OC And short-circuit current I SC And the product of the fill factor F. As the value of F approaches 1, the current-voltage characteristics of the photovoltaic device are more excellent.
[0041]
[Table 1]
Figure 2004274006
Referring to Table 1 above, the hydrogen atom areal densities at the interface between the n-type single crystal silicon substrate and the non-doped amorphous silicon film of each of the six photovoltaic devices were about 5.3 × 10 Thirteen cm -2 , About 1.2 × 10 14 cm -2 , About 2.5 × 10 14 cm -2 , About 1.9 × 10 Fifteen cm -2 (Corresponding to the first embodiment), about 2.1 × 10 16 cm -2 And about 1.3 × 10 17 cm -2 And The hydrogen atom surface density at the interface between the n-type single-crystal silicon substrate and the non-doped amorphous silicon film controls the flow rate of hydrogen gas when the upper surface of the n-type single-crystal silicon substrate is subjected to hydrogen treatment in the above-described manufacturing process. Is controlled by Incidentally, the hydrogen atom surface density is about 5.3 × 10 Thirteen cm -2 In the photovoltaic device in the case of (1), no hydrogen treatment is performed. This hydrogen atom surface density is about 5.3 × 10 Thirteen cm -2 In the case of (1), the silane (SiH 4 It is considered that the hydrogen contained in ()) was introduced at the interface between the n-type single crystal silicon substrate and the non-doped amorphous silicon film.
[0042]
Referring to Table 1 and FIG. 6, the hydrogen atom area density is about 1.2 × 10 14 cm -2 ~ About 2.1 × 10 16 cm -2 Open voltage V in case of OC Is about 0.671 V to about 0.708 V, and the hydrogen atom surface density without hydrogen treatment is about 5.3 × 10 Thirteen cm -2 Open voltage V in case of OC (About 0.665 V). Further, the hydrogen atom surface density is about 1.2 × 10 14 cm -2 ~ About 2.1 × 10 16 cm -2 The fill factor F. F is about 0.757 to about 0.765, and the hydrogen atom surface density without hydrogen treatment is about 5.3 × 10 Thirteen cm -2 The fill factor F. It turned out to be closer to 1 than F (about 0.731). Further, the hydrogen atom surface density is about 1.2 × 10 14 cm -2 ~ About 2.1 × 10 16 cm -2 Cell output P in case max Is about 1.875 W to about 2.016 W, and the hydrogen atom areal density of about 5.3 × 10 Thirteen cm -2 Cell output P in case max (About 1.81 W). Thereby, when the hydrogen treatment is performed, and the hydrogen atom surface density is about 1.2 × 10 14 cm -2 ~ About 2.1 × 10 16 cm -2 In the range, it is considered that a crystal defect is inactivated by a hydrogen atom.
[0043]
On the other hand, even when the hydrogen treatment is performed, the hydrogen atom surface density is about 1.3 × 10 17 cm -2 Is too high, the open circuit voltage V OC Is about 0.648V and the cell output P max Is about 1.777 W, and the hydrogen atom areal density of about 5.3 × 10 Thirteen cm -2 Open-circuit voltage V OC And cell output P max Was found to decrease. This is because during the hydrogen treatment, the ion energy of hydrogen increases due to an increase in the amount of hydrogen atoms, and as a result, defects are generated by irradiating the surface of the n-type single crystal silicon substrate with hydrogen ions. It is believed that there is.
[0044]
According to the results shown in Table 1 and FIG. 6, the hydrogen atom surface density at the interface between the n-type single crystal silicon substrate and the non-doped amorphous silicon film is about 1.2 × 10 14 cm -2 About 2.1 × 10 16 cm -2 In the following cases, the open-circuit voltage V OC , Fill factor F. F and cell output P max Can be improved. Therefore, in the above-described first embodiment, the hydrogen atom surface density at the interface between the n-type single crystal silicon substrate 1 and the non-doped amorphous silicon film 2a is set to about 1.9 × 10 Fifteen cm -2 , The open-circuit voltage V OC , Fill factor F. F and cell output P max Can be improved.
[0045]
(2nd Embodiment)
In the second embodiment, unlike the first embodiment, in order to inactivate defects, fluorine atoms are added to the n-type single-crystal silicon substrate, the non-doped amorphous silicon film, and the n-type single-crystal silicon. An example in the case where the light is introduced near the interface between the substrate and the non-doped amorphous silicon film will be described. That is, in the photovoltaic device according to the second embodiment, fluorine atoms are introduced by treating the n-type single-crystal silicon substrate with hydrofluoric acid during the step of cleaning the n-type single-crystal silicon substrate at the beginning of the manufacturing process. I do.
[0046]
Specifically, in the second embodiment, in the step of cleaning the n-type single-crystal silicon substrate, hydrofluoric acid (HF / H 2 O) (about 3 mol / l to about 10 mol / l HF content, room temperature) 2 Perform an O rinse (room temperature, about 10 seconds to about 10 minutes). As a result, the surface of the n-type single crystal silicon substrate 2 A residue of hydrofluoric acid not removed by O-rinsing remains. The above-mentioned hydrofluoric acid (HF / H 2 O) concentration and H 2 By changing the rinsing time of the O-rinse, the amount of the introduced fluorine atoms can be controlled. For example, when the concentration of hydrofluoric acid is increased, the amount of introduced fluorine atoms increases. Also, H 2 If the rinsing time of the O-rinse is shortened, the residual amount of hydrofluoric acid increases, so that the amount of the introduced fluorine atoms increases.
[0047]
In the second embodiment, the hydrogen treatment on the surface of the n-type single-crystal silicon substrate as in the first embodiment is not performed. The structure and manufacturing process of the other parts of the second embodiment are the same as those of the first embodiment.
[0048]
In the second embodiment, the hydrofluoric acid treatment and H 2 An amount of fluorine atoms (fluorine atoms) capable of inactivating crystal defects near the upper surface of the n-type single-crystal silicon substrate is provided at the interface between the n-type single-crystal silicon substrate and the non-doped amorphous silicon film by O-rinsing. Area density: about 1.5 × 10 12 cm -2 ) Is introduced. Further, fluorine atoms introduced at the interface between the n-type single-crystal silicon substrate and the non-doped amorphous silicon film diffuse into the n-type single-crystal silicon substrate and the non-doped amorphous silicon film, so that Fluorine atoms are introduced into the crystalline silicon substrate and into the non-doped amorphous silicon film.
[0049]
FIG. 7 shows a concentration profile diagram of fluorine atoms near the upper surface of the n-type single crystal silicon substrate measured by SIMS of the photovoltaic device according to the second embodiment and the photovoltaic device according to the comparative example. For the measurement of the concentration profile of the fluorine atom (F), SIMS (ADEPT 1010) manufactured by Physical electronic Incorporation was used. The measurement conditions at this time are irradiation ion species: Cs + Ion, ion irradiation energy: 1 keV, irradiation angle: 60 °, secondary ion species detected: F Ion, reference secondary ion species: Si It was an ion. In the measurement by SIMS, the photovoltaic device has Cs + The secondary ions (F Ions and Si Ion) and the number of Si Number of ions [Si F for Number of ions [F ] ([F ] / [Si ] Except that [Si ] = 5.0 × 10 22 / Cm 3 ), The concentration of fluorine atoms is determined.
[0050]
Here, in the photovoltaic device according to the second embodiment, the above-mentioned HF content of about 3 mol / l to about 10 mol / l is treated with hydrofluoric acid at room temperature, and is treated at room temperature for about 10 seconds to about 10 minutes. 2 After O-rinsing, the silane (SiH 4 ) Gas is introduced at a flow rate of about 40 sccm and a pressure of about 40 Pa, and at about 8.33 mW / cm 2 By applying the above power, a non-doped amorphous silicon film having a thickness of about 5 nm to about 20 nm was formed on the upper surface of the n-type single crystal silicon substrate. That is, in the second embodiment, fluorine is introduced before the formation of the non-doped amorphous silicon film, and fluorine is not introduced during the formation of the non-doped amorphous silicon film. On the other hand, in the photovoltaic device according to the comparative example, the above-mentioned HF content of about 3 mol / l to about 10 mol / l is treated with hydrofluoric acid at room temperature and H for 10 seconds to about 10 minutes at room temperature. 2 After performing the O-rinsing, the fluorine (F) / silane (SiH 4 ) (SiH 4 Concentration of F with respect to the gas: kept constant at about 0.2%) The gas is introduced at a flow rate of about 40 sccm and at a pressure of about 40 Pa, and at about 8.33 mW / cm 2 By applying the above power, a non-doped amorphous silicon film having a thickness of about 5 nm to about 20 nm was formed on the upper surface of the n-type single crystal silicon substrate. That is, in the comparative example, fluorine is introduced not only before the formation of the non-doped amorphous silicon film but also during the formation of the non-doped amorphous silicon film. Except for this, the photovoltaic device according to the comparative example was manufactured in the same manner as in the second embodiment.
[0051]
Referring to FIG. 7, in the second embodiment, the peak of the fluorine atom concentration is located near the interface between the n-type single-crystal silicon substrate and the non-doped amorphous silicon film. 0x10 19 cm -3 It can be seen that it is. In the second embodiment, as in the first embodiment, the fluorine at the interface between the n-type single crystal silicon substrate and the non-doped amorphous silicon film is removed in order to eliminate the dependence of the SIMS measurement data on the measurement conditions. The amount of atoms is defined by the areal density obtained by integrating the peak concentration of fluorine atoms in the depth direction. That is, the fluorine atom surface density at the interface between the n-type single crystal silicon substrate and the non-doped amorphous silicon film is the integral value of the curve shown by the broken line in FIG. 7 (the area of the hatched portion in FIG. 7), About 1.5 × 10 12 cm -2 It is.
[0052]
In the comparative example, the region from the n-type single-crystal silicon substrate to the vicinity of the interface between the n-type single-crystal silicon substrate and the non-doped amorphous silicon film shows the same fluorine atom concentration profile as in the second embodiment. You can see that. On the other hand, unlike the second embodiment, the comparative example does not have a fluorine atom concentration peak near the interface between the n-type single crystal silicon substrate and the non-doped amorphous silicon film. Specifically, the photovoltaic device according to the comparative example is substantially constant in the region from the interface between the n-type single-crystal silicon substrate and the non-doped amorphous silicon film to the non-doped amorphous silicon film, and A fluorine atom concentration larger than that of the second embodiment (about 1.0 × 10 19 cm -3 ).
[0053]
In the second embodiment, the concentration profile as shown in FIG. 7 was obtained in the vicinity of the interface between the n-type single-crystal silicon substrate and the non-doped amorphous silicon film by hydrofluoric acid treatment of the surface of the n-type single-crystal silicon substrate. This is considered to be because a region having a large amount of fluorine atoms was formed in the region. On the other hand, in the comparative example, the concentration profile as shown in FIG. 7 was obtained because, in addition to the hydrofluoric acid treatment, a non-doped amorphous It is considered that the formation of the silicon film introduced a substantially uniform amount of fluorine atoms over the thickness direction of the non-doped amorphous silicon film and more fluorine atoms than in the second embodiment.
[0054]
In the second embodiment, as described above, the introduced fluorine atoms are introduced into the n-type single crystal silicon substrate and the non-doped amorphous silicon film by introducing the fluorine atoms capable of inactivating defects. The dangling bonds can be inactivated by bonding with the dangling bonds of silicon atoms which are defects in the n-type single crystal silicon substrate and the non-doped amorphous silicon film. Accordingly, defects in the n-type single crystal silicon substrate and the non-doped amorphous silicon film can be reduced, so that carriers can be suppressed from being captured by the defects. Therefore, recombination of carriers in the n-type single crystal silicon substrate and the non-doped amorphous silicon film can be suppressed. Also, the peak of the concentration of the introduced fluorine atoms (peak concentration: about 1.0 × 10 19 cm -3 ) Is located near the interface between the n-type single crystal silicon substrate and the non-doped amorphous silicon film, and has a fluorine atom surface density of about 1.5 at the interface between the n-type single crystal silicon substrate and the non-doped amorphous silicon film. × 10 12 cm -2 By doing so, the amount of fluorine atoms at the interface between the n-type single-crystal silicon substrate and the non-doped amorphous silicon film increases, and the increased fluorine atoms cause crystal defects near the upper surface of the n-type single-crystal silicon substrate. Certain dangling bonds can be terminated and deactivated. Thus, crystal defects can be reduced in the vicinity of the upper surface of the n-type single crystal silicon substrate, so that capture of carriers by the crystal defects can be suppressed. Therefore, recombination of carriers near the upper surface of the n-type single crystal silicon substrate can be suppressed. In this manner, recombination of carriers in the n-type single-crystal silicon substrate, in the non-doped amorphous silicon film, and near the upper surface of the n-type single-crystal silicon substrate can be suppressed. Characteristics can be improved.
[0055]
Further, unlike the comparative example, the second embodiment is configured such that the peak of the concentration of fluorine atoms is located near the interface between the n-type single-crystal silicon substrate and the non-doped amorphous silicon film, so that the n-type It is possible to suppress the amount of fluorine atoms in the non-doped amorphous silicon film from becoming larger than the amount of fluorine atoms near the interface between the crystalline silicon substrate and the non-doped amorphous silicon film. Accordingly, it is possible to suppress a decrease in film characteristics such as the denseness of the non-doped amorphous silicon film due to the introduction of many fluorine atoms into the non-doped amorphous silicon film. For this reason, it is possible to suppress a decrease in the output characteristics of the photovoltaic device due to a decrease in the film characteristics of the non-doped amorphous silicon film.
[0056]
In the second embodiment, the introduced fluorine atoms bond with the dangling bonds of the silicon atoms, so that the coordination number of the silicon atoms is reduced. As a result, the flexibility of silicon atoms is increased, so that the generation of new dangling bonds of silicon atoms, which are crystal defects, can be suppressed.
[0057]
Next, an experiment in which the output characteristics of the photovoltaic device are actually measured in order to confirm the effects of the above-described second embodiment will be described. Specifically, a photovoltaic device having a fluorine atom concentration profile as in the second embodiment of FIG. 7 (Example 1), and a light having a fluorine atom concentration profile as in the comparative example of FIG. Output characteristics (open-circuit voltage V) of electromotive force device (Comparative Example 1) oc , Short-circuit current I sc , Fill factor F. F and cell output P max ) Was measured. Then, the open-circuit voltage V of Comparative Example 1 with respect to Example 1 oc , Short-circuit current I sc , Fill factor F. F and cell output P max Were calculated. The results are shown in Table 2 below.
[0058]
[Table 2]
Figure 2004274006
Referring to Table 2 above, the ratio of the output characteristics of Comparative Example 1 to Example 1 (open circuit voltage V oc : 0.995, short-circuit current I sc : 1.001, fill factor F. F: 0.993 and cell output P max : 0.989) is the short-circuit current I sc It can be seen that except for, it is smaller than 1. Thus, in the first embodiment, the short-circuit current I sc Output characteristics (open circuit voltage V oc , Fill factor F. F and cell output P max ) Is improved. This is because, in Comparative Example 1, since more fluorine atoms were introduced into the non-doped amorphous silicon film than in Example 1, the film properties such as the denseness of the non-doped amorphous silicon film deteriorated. It is considered that the output characteristics were degraded.
[0059]
Next, the cell output P of the photovoltaic device due to the difference in the fluorine atom surface density at the interface between the n-type single-crystal silicon substrate and the non-doped amorphous silicon film. max To determine the cell output P of the photovoltaic devices with different fluorine atom areal densities max Was measured. The measurement result will be described with reference to FIG. In FIG. 8, the cell output P of each photovoltaic device is shown. max Has a fluorine atom area density of 1.0 × 10 12 cm -2 Cell output P when max Are standardized as cell output standard values.
[0060]
Referring to FIG. 8, the fluorine atom surface density at the interface between the n-type single crystal silicon substrate and the non-doped amorphous silicon film is 1.0 × 10 9 cm -2 As the cell output increases, the cell output increases, and the fluorine atom area density becomes 1.0 × 10 12 cm -2 It can be seen that the cell output becomes maximum in the vicinity. Further, the fluorine atom area density is 1.0 × 10 12 cm -2 It is understood that the cell output becomes smaller when the value exceeds. Fluorine atom area density 1.0 × 10 12 cm -2 The cell output increased in the range up to the vicinity because the crystal defects near the upper surface of the n-type single-crystal silicon substrate increased with the increase of fluorine atoms at the interface between the n-type single-crystal silicon substrate and the non-doped amorphous silicon film. It is considered that the dangling bond of the silicon atom is more inactivated. Further, the fluorine atom area density is 1.0 × 10 12 cm -2 It is considered that the reason why the cell output decreases when the value exceeds the vicinity is that the amount of fluorine atoms introduced into the interface between the n-type single crystal silicon substrate and the non-doped amorphous silicon film becomes excessive. More specifically, if the amount of fluorine atoms (F) is excessive, an FF bond having a small binding energy (bonding force) is generated. This is probably because dangling bonds, which are crystal defects near the upper surface of the substrate, increase.
[0061]
Referring to FIG. 8, the fluorine atom area density is 1.0 × 10 10 cm -2 1.0 × 10 or more 14 cm -2 It can be seen that in the following range, the standard value of the cell output is 0.8 or more. It has been confirmed by the present inventor that a photovoltaic device having a fluorine atom surface density in this range can obtain good output characteristics. Further, the fluorine atom area density is 5.0 × 10 10 cm -2 2.0 × 10 or more Thirteen cm -2 It can be seen that in the following range, the standard value of the cell output is 0.9 or more. It has been confirmed by the present inventor that a photovoltaic device having a fluorine atom surface density in this range can obtain better output characteristics.
[0062]
It should be noted that the embodiments disclosed this time are illustrative in all aspects and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description of the embodiments, and includes all modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
[0063]
For example, in the above embodiment, the p-type amorphous silicon film 2b is formed on the upper surface of the n-type single crystal silicon substrate 1 via the substantially intrinsic non-doped amorphous silicon film 2a. The present invention is not limited to this, and an n-type amorphous silicon film may be formed on the upper surface of a p-type single crystal silicon substrate via a substantially intrinsic non-doped amorphous silicon film.
[0064]
In the above embodiment, the BSF structure in which the amorphous silicon film 12 (the non-doped amorphous silicon film 12a and the n-type amorphous silicon film 12b) is formed on the back surface of the n-type single crystal silicon substrate 1 is used. However, the present invention is not limited to this, and a back surface electrode may be formed on the back surface of the n-type single crystal silicon substrate without forming the n-side amorphous silicon film.
[0065]
In the above embodiment, the p-side film is formed first, but the present invention is not limited to this, and the n-side film may be formed first.
[0066]
In the above embodiment, the substantially intrinsic non-doped amorphous silicon film 2a is provided between the n-type single crystal silicon substrate 1 and the p-type amorphous silicon film 2b (n-type amorphous silicon film 12b). (Non-doped amorphous silicon film 12a) is formed, but the present invention is not limited to this, and a substantially non-doped amorphous silicon film is formed between the first conductive type crystalline semiconductor and the second conductive type amorphous semiconductor film. It is not necessary to form an intrinsic non-doped amorphous silicon film.
[0067]
In the above embodiment, hydrogen atoms and fluorine atoms are used as impurities for inactivating defects near the upper surface of the n-type single-crystal silicon substrate, in the n-type single-crystal silicon substrate, and in the non-doped amorphous silicon film. Although the introduction example has been described, the present invention is not limited to this, and other atoms may be introduced. For example, the same effect can be obtained by introducing a chlorine atom or the like.
[0068]
Further, in the above-described embodiment, an example in which the present invention is applied to the p-side (front side) of the photovoltaic device has been described. The effect can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a structure of a photovoltaic device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a concentration profile diagram of hydrogen atoms near the upper surface of an n-type single crystal silicon substrate 1 of the photovoltaic device according to the first embodiment shown in FIG.
FIG. 3 is a cross-sectional view for explaining a manufacturing process of the photovoltaic device according to the first embodiment shown in FIG.
FIG. 4 is a cross-sectional view for explaining a manufacturing process of the photovoltaic device according to the first embodiment shown in FIG.
FIG. 5 is a cross-sectional view for explaining a manufacturing process of the photovoltaic device according to the first embodiment shown in FIG.
FIG. 6: Hydrogen atomic surface density and cell output P max 6 is a graph showing a relationship with the graph.
FIG. 7 is a concentration profile diagram of fluorine atoms near the upper surface of an n-type single crystal silicon substrate measured by SIMS of a photovoltaic device according to a second embodiment of the present invention and a photovoltaic device according to a comparative example.
FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the fluorine atom surface density at the interface between an n-type single crystal silicon substrate and a non-doped amorphous silicon film and the cell output.
[Explanation of symbols]
1 n-type single crystal silicon substrate (crystalline semiconductor)
2,12 amorphous silicon film
2a, 12a Non-doped amorphous silicon film (amorphous semiconductor film, first amorphous semiconductor film)
2bp p-type amorphous silicon film (amorphous semiconductor film, second amorphous semiconductor film)
12b n-type amorphous silicon film (amorphous semiconductor film, second amorphous semiconductor film)

Claims (11)

結晶系半導体と、
前記結晶系半導体の表面上に形成された非晶質半導体膜とを備え、
前記結晶系半導体と前記非晶質半導体膜との界面の水素原子濃度が、前記非晶質半導体膜中の水素原子濃度よりも高い、光起電力装置。
A crystalline semiconductor;
An amorphous semiconductor film formed on the surface of the crystalline semiconductor,
A photovoltaic device, wherein a hydrogen atom concentration at an interface between the crystalline semiconductor and the amorphous semiconductor film is higher than a hydrogen atom concentration in the amorphous semiconductor film.
前記結晶系半導体と前記非晶質半導体膜との界面には、前記結晶系半導体の表面近傍の結晶欠陥を不活性化することが可能な量の水素原子が導入されている、請求項1に記載の光起電力装置。2. The method according to claim 1, wherein an amount of hydrogen atoms capable of inactivating a crystal defect near a surface of the crystalline semiconductor is introduced into an interface between the crystalline semiconductor and the amorphous semiconductor film. 3. The photovoltaic device according to any of the preceding claims. 前記結晶系半導体と前記非晶質半導体膜との界面の水素原子面密度は、1.2×1014cm−2以上2.1×1016cm−2以下である、請求項1または2に記載の光起電力装置。The hydrogen atom surface density at an interface between the crystalline semiconductor and the amorphous semiconductor film is 1.2 × 10 14 cm −2 or more and 2.1 × 10 16 cm −2 or less. The photovoltaic device according to any of the preceding claims. 前記結晶系半導体と前記非晶質半導体膜との界面の水素原子濃度は、前記結晶系半導体中の水素原子濃度よりも高く、かつ、前記結晶系半導体中の水素原子濃度は、前記非晶質半導体膜中の水素原子濃度よりも低い、請求項1〜3のいずれか1項に記載の光起電力装置。The hydrogen atom concentration at the interface between the crystalline semiconductor and the amorphous semiconductor film is higher than the hydrogen atom concentration in the crystalline semiconductor, and the hydrogen atom concentration in the crystalline semiconductor is The photovoltaic device according to any one of claims 1 to 3, wherein the photovoltaic device is lower than a hydrogen atom concentration in the semiconductor film. 前記非晶質半導体膜は、
前記結晶系半導体の表面上に形成された実質的に真性な第1非晶質半導体膜と、
前記第1非晶質半導体膜の表面上に形成された第1導電型の第2非晶質半導体膜とを含む、請求項1〜4のいずれか1項に記載の光起電力装置。
The amorphous semiconductor film,
A substantially intrinsic first amorphous semiconductor film formed on the surface of the crystalline semiconductor;
5. The photovoltaic device according to claim 1, further comprising: a first conductive type second amorphous semiconductor film formed on a surface of the first amorphous semiconductor film. 6.
結晶系半導体と、
前記結晶系半導体の表面上に形成された非晶質半導体膜とを備え、
前記結晶系半導体および前記非晶質半導体膜には、欠陥を不活性化することが可能な不純物が導入されているとともに、前記不純物の濃度のピークは前記結晶系半導体と前記非晶質半導体膜との界面近傍に位置する、光起電力装置。
A crystalline semiconductor;
An amorphous semiconductor film formed on the surface of the crystalline semiconductor,
An impurity capable of inactivating a defect is introduced into the crystalline semiconductor and the amorphous semiconductor film, and a peak of the impurity concentration is reduced between the crystalline semiconductor and the amorphous semiconductor film. A photovoltaic device located near the interface with.
前記不純物は、水素原子およびフッ素原子のいずれか一方である、請求項6に記載の光起電力装置。The photovoltaic device according to claim 6, wherein the impurity is one of a hydrogen atom and a fluorine atom. 前記結晶系半導体と前記非晶質半導体膜との界面には、前記結晶系半導体の表面近傍の結晶欠陥を不活性化することが可能な量のフッ素原子が導入されている、請求項7に記載の光起電力装置。8. The method according to claim 7, wherein an amount of fluorine atoms capable of inactivating a crystal defect near a surface of the crystalline semiconductor is introduced into an interface between the crystalline semiconductor and the amorphous semiconductor film. The photovoltaic device according to any of the preceding claims. 前記結晶系半導体と前記非晶質半導体膜との界面のフッ素原子面密度は、1×1010cm−2以上1×1014cm−2以下である、請求項7または8に記載の光起電力装置。The photovoltaic device according to claim 7, wherein a fluorine atom surface density at an interface between the crystalline semiconductor and the amorphous semiconductor film is from 1 × 10 10 cm −2 to 1 × 10 14 cm −2. Power equipment. 前記結晶系半導体と前記非晶質半導体膜との界面のフッ素原子面密度は、5×1010cm−2以上2×1013cm−2以下である、請求項9に記載の光起電力装置。The photovoltaic device according to claim 9, wherein a fluorine atom surface density at an interface between the crystalline semiconductor and the amorphous semiconductor film is 5 × 10 10 cm −2 or more and 2 × 10 13 cm −2 or less. . 結晶系半導体の表面を所定の流量の水素ガスで水素処理する工程と、
この後、高真空排気によるガスの置換を行わずに、前記結晶系半導体の表面上に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。
Hydrotreating the surface of the crystalline semiconductor with a predetermined flow rate of hydrogen gas,
Forming a non-crystalline semiconductor film on the surface of the crystalline semiconductor without replacing the gas by high vacuum evacuation.
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