JP2005101427A - 光起電力素子およびその製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】 入射光を最大限に活用できかつホールを効率良く収集できる光起電力素子およびその製造方法を提供する。
【解決手段】 ｎ型単結晶シリコン基板１の主面上に反射防止膜３が形成されている。ｎ型単結晶シリコン基板１の裏面には、ｉ型非晶質シリコン膜３が形成されており、ｉ型非晶質シリコン膜３上に正極１００および負極２００が形成されている。正極１００は、ｉ型非晶質シリコン膜３上に順に形成されたｐ型非晶質シリコン膜５、裏面電極７および集電極９を含む。負極２００は、ｉ型非晶質シリコン膜３上に順に形成されたｎ型非晶質シリコン膜４、裏面電極６および集電極８を含む。裏面電極７はｐ型非晶質シリコン膜５の全面に形成されている。
【選択図】 図２

Description

本発明は、半導体接合を用いた光起電力素子およびその製造方法に関する。
近年、ｎ型単結晶シリコン基板とｐ型非晶質シリコン膜との接合を有する光起電力素子が開発されている。このような光起電力素子において、光電変換効率を向上させるためには、高い短絡電流Ｉｓｃおよび開放電圧Ｖｏｃを維持しつつ曲線因子Ｆ．Ｆ．を向上させる必要がある。
しかしながら、ｎ型単結晶シリコン基板とｐ型非晶質シリコン膜との接合部においては、界面準位が多数存在するため、キャリアの再結合が発生し、開放電圧Ｖｏｃが低下する。
そこで、ｎ型単結晶シリコン基板とｐ型非晶質シリコン膜との接合部におけるキャリア再結合を抑制するために、ｎ型単結晶シリコン基板とｐ型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（ｉ型非晶質シリコン膜）が挿入されたＨＩＴ（真性薄膜を有するヘテロ接合：Heterojunction with Intrinsic Thin-Layer）構造を有する光起電力素子が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
この光起電力素子は、ｎ型単結晶シリコン基板の主面側から受光し、ｎ型単結晶シリコン基板内で発電する。このときに発生する電力は、主面側および裏面側に設けられた電極により外部に取り出すことができる。
特開平１１−２２４９５４号公報
しかしながら、上記光起電力素子では、主面側の電極およびｐ型非晶質シリコン膜による光吸収により、ｎ型単結晶シリコン基板に入射するフォトン数が減少し、発電効率を制限することになる。
また、上記光起電力素子では、実質的に真性な非晶質シリコン膜およびｐ型非晶質シリコン膜のシート抵抗が大きいため、ｎ型単結晶シリコン基板内のホールを効率良く収集できない。
本発明の目的は、入射光を最大限に活用できかつキャリアを効率良く収集できる光起電力素子およびその製造方法を提供することである。
本明細書中における結晶系半導体には単結晶半導体および多結晶半導体が含まれるものとし、非晶質系半導体には非晶質半導体および微結晶半導体が含まれるものとする。
また、真性の非晶質系半導体膜とは、不純物が意図的にドープされていない非晶質系半導体膜であり、半導体原料に本来的に含まれる不純物または製造過程において自然に混入する不純物を含む非晶質系半導体膜も含む。
本発明に係る光起電力素子は、一導電型を示す不純物を含み、一面および他面を有する結晶系半導体を備え、結晶系半導体の一面の第１の領域に、真性の第１の非晶質系半導体膜と、一導電型を示す不純物を含む第２の非晶質系半導体膜と、第１の電極とを順に備え、結晶系半導体の一面の第２の領域に、真性の第３の非晶質系半導体膜と、一導電型と異なる他導電型を示す不純物を含む第４の非晶質系半導体膜と、第２の電極とを順に備え、第２の電極は、第４の非晶質系半導体膜上の全面を覆うように形成されるものである。
本発明に係る光起電力素子においては、結晶系半導体が他面側から受光すると正孔および電子が発生し、発生した正孔は第１の非晶質系半導体膜、第２の非晶質系半導体膜および第１の電極を経由する経路と第３の非晶質系半導体膜、第４の非晶質系半導体膜および第２の電極を経由する経路とのいずれか一方の経路を通って外部へ取り出され、発生した電子は正孔とは逆の経路を通って外部へ取り出される。
この場合、第１の電極および第２の電極が結晶系半導体の一面側に設けられているので、結晶系半導体の他面側においては入射光が劣化しない。それにより、結晶系半導体の他面から受光することにより、入射光を最大限に活用することができる。
また、他導電型を示す不純物を含む第４の非晶質系半導体膜上の全面が第２の電極で覆われているため、光入射により発生した正孔または電子のうちの少数キャリアが第２の電極から効率良く収集される。特に、他導電型がｐ型であれば拡散長の短い正孔が効率良く収集される。それにより、発電効率がより向上される。
第１の電極の幅は、第１の非晶質系半導体膜の幅よりも小さくされていてもよい。この場合、第１の電極と第２の電極と間の短絡を防止することができる。
第２の電極は、第４の非晶質系半導体膜上の全面および第１の非晶質系半導体膜の一部を覆うように形成されてもよい。この場合、第２の電極が第４の非晶質系半導体膜上の全面および端面を覆う。それにより、光入射により発生した正孔または電子が第２の電極により効率良く外部へ取り出されるとともに、第４の非晶質系半導体膜の端面における正孔および電子の再結合が防止される。
第１の非晶質系半導体膜と第３の非晶質系半導体膜とは連続する共通の非晶質系半導体膜であってもよい。この場合、結晶系半導体の一面が真性の非晶質半導体膜で覆われる。それにより、結晶系半導体内で発生したキャリアの再結合が防止される。
一導電型はｎ型であり、他導電型はｐ型であり、第２の領域は、第１の領域よりも大きくてもよい。この場合、光入射により発生した正孔が第２の電極に到達しやすくなる。それにより、拡散長の短い正孔が第２の電極から効率良く収集される。その結果、発電効率が向上する。
他面の実質的に全面が光入射面であってもよい。この場合、他面の全面から十分に光が入射するため、入射光を最大限に活用することができる。
結晶系半導体の第２の領域と第３の非晶質系半導体膜との界面近傍に他導電型の不純物がドープされてもよい。この場合、結晶系半導体の第２の領域と第３の非晶質系半導体膜との界面近傍に他導電型の不純物が存在することにより、結晶系半導体からキャリアが効率良く収集されるため。それにより、発電効率が向上する。
本発明に係る光起電力素子においては、結晶系半導体の他面側において入射光が劣化しないため、結晶系半導体の他面から受光することにより、入射光を最大限に活用することができる。
また、第４の非晶質系半導体膜上の全面が第２の電極で覆われているため、光入射により発生した正孔または電子のうちの少数キャリアが効率良く収集される。特に、他導電型がｐ型であれば拡散長の短い正孔が効率良く収集される。それにより、発電効率がより向上される。
（第１の実施の形態）
以下、本発明の一実施の形態について説明する。
図１（ａ）は本実施の形態に係る光起電力素子５００の裏面を示す平面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）の一部拡大図である。
図１（ａ）に示すように、光起電力素子５００は、長方形状を有する。例えば、短辺の長さが５ｃｍであり、長辺の長さが１０ｃｍである。光起電力素子５００の裏面は、くし形の正極１００およびくし形の負極２００から構成される。正極１００および負極２００は、光起電力素子５００の短辺方向に延び、交互に並んでいる。また、光起電力素子５００の裏面の両長辺に沿ってそれぞれ電極３００，４００が設けられている。
図１（ｂ）に示すように、正極１００および負極２００には集電極１１，１０がそれぞれ設けられている。集電極１０は電極３００に接続されており、集電極１１は電極４００に接続されている。
図２は、光起電力素子５００の製造方法を説明する工程断面図である。
まず、ｎ型単結晶シリコン基板１をＮａＯＨ（水酸化ナトリウム）、ＫＯＨ（水酸化カリウム）等のアルカリ水溶液に浸漬し、異方性エッチング法によりｎ型単結晶シリコン基板１の表面に微細ピラミッド状の凹凸を形成する。その後、ｎ型単結晶シリコン基板１の表面の金属および有機不純物を洗浄により除去する。
次に、真空チャンバ内にＳｉＨ4 （シラン）ガスおよびＮＨ3 （アンモニア）ガスを導入して、図２（ａ）に示すように、ｎ型単結晶シリコン基板１上の主面にプラズマＣＶＤ（化学蒸着）法によりパッシベーション膜２を形成する。パッシベーション膜２は、ｎ型単結晶シリコン基板１の界面特性を改善する。
図２において、ｎ型単結晶シリコン基板１の下側の面を主面とし、上側の面を裏面とする。ｎ型単結晶シリコン基板１の主面側が光入射面となる。
パッシベーション膜２は、その膜厚を調整することにより、入射光の反射防止膜としても機能する。また、パッシベーション膜２上にさらに反射防止膜を形成してもよい。反射防止膜としては、非晶質ＳｉＯX 、非晶質ＳｉＮX 等を用いることができる。
パッシベーション膜２としては、ｉ型非晶質シリコン膜、ＳｉＯ2 （酸化シリコン）膜等を用いてもよい。ＳｉＯ2 膜は、酸素雰囲気中においてｎ型単結晶シリコン基板１を加熱して形成することができる。あるいは、酸素プラズマにさらすことにより形成することができ、ＣＶＤ法を用いても形成することができる。
熱酸化によりＳｉＯ2 膜を形成する場合には、ｎ型単結晶シリコン基板１の全面にＳｉＯ2 膜が形成される。この場合には、ｎ型単結晶シリコン基板１の裏面に対してウェットエッチング処理を施す。それにより、パッシベーション膜２を形成する際にｎ型単結晶シリコン基板１の裏面に形成された膜を除去することができる。
次に、真空チャンバ内にＳｉＨ4 ガスおよびＨ2 （水素）ガスを導入して、プラズマＣＶＤ法によりｎ型単結晶シリコン基板１の裏面の全面にｉ型非晶質シリコン膜３を形成する。
次いで、ｉ型非晶質シリコン膜３の所定領域にメタルマスクを被せる。続いて、真空チャンバ内にＳｉＨ4 ガス、Ｈ2 ガスおよびＰＨ3 （ホスフィン）ガスを導入して、図２（ｂ）に示すように、ｉ型非晶質シリコン膜３上の一部のメタルマスクを除く部分にプラズマＣＶＤ法によりｎ型非晶質シリコン膜４を形成する。
次に、ｎ型非晶質シリコン膜４を覆うようにメタルマスクを被せる。続いて、真空チャンバ内にＳｉＨ4 ガス、Ｈ2 ガスおよびＢ2 Ｈ6 （ジボラン）ガスを導入して、図２（ｃ）に示すように、ｉ型非晶質シリコン膜３上のメタルマスクを除く部分にプラズマＣＶＤ法によりｐ型非晶質シリコン膜５を形成する。
この場合、ｎ型単結晶シリコン基板１とｐ型非晶質シリコン膜５との間におけるキャリアの走行距離を短くすることにより発電効率が高まることから、ｐ型非晶質シリコン膜５の幅はｎ型非晶質シリコン膜４の幅よりも広い方が好ましい。また、ｎ型非晶質シリコン膜４の幅の２分の１がホールの拡散長よりも小さいことが好ましい。また、ｐ型非晶質シリコン膜５の幅は、隣り合うｐ型非晶質シリコン膜５のピッチの半分よりも大きいことがより好ましい。
ｎ型非晶質シリコン膜４の幅は、例えば１ｍｍ程度であり、ｐ型非晶質シリコン膜５の幅は、例えば２ｍｍ以上３ｍｍ未満である。また、隣り合うｎ型非晶質シリコン膜４のピッチは、例えば４ｍｍ程度である。
次いで、図２（ｄ）に示すように、スパッタリング法により、ｐ型非晶質シリコン膜５上の全面に裏面電極７を形成する。また、スパッタリング法により、ｎ型非晶質シリコン膜４上に裏面電極６を形成する。この場合、正極１００と負極２００との間の短絡を防止するため、ｎ型非晶質シリコン膜４の幅よりも裏面電極６の幅を小さくすることが好ましい。
裏面電極６，７を形成する方法としては高周波放電プラズマ、イオンビーム等を用いたスパッタリング法を用いてもよいし、レーザーアブレーション法を用いてもよい。
裏面電極６，７は、ｎ型非晶質シリコン膜４およびｐ型非晶質シリコン膜５に対してオーミック接触となりかつ導電率および反射率が高い材料からなる透明電極である。裏面電極６，７としては、例えばＩＴＯ（酸化インジウム錫）、ＳｎＯ2 （酸化錫）、ＺｎＯ（酸化亜鉛）、Ｉｎ2 Ｏ2 （酸化インジウム）、ＴｉＯ2（酸化チタン）等の金属酸化物を用いることができる。また、上記金属酸化物にドーパントを含有させて導電率を高めたものを用いてもよいし、Ａｇ（銀）、Ｃｕ（銅）、Ｗ（タングステン）、Ｍｏ（モリブデン）、Ｍｇ（マグネシウム）等の金属薄膜を用いてもよい。
次に、図２（ｅ）に示すように、スクリーン印刷法または蒸着法により、裏面電極６，７上にそれぞれ集電極８，９を形成する。集電極８，９はＡｇ（銀）、Ａｌ（アルミニウム）、Ｗ（タングステン）、Ｍｏ（モリブデン）、Ｍｇ（マグネシウム）等の金属薄膜からなる。図２（ｅ）の光起電力素子５００では、ｎ型単結晶シリコン基板１が主たる発電層となる。
本実施の形態の光起電力素子５００においては、入射光の有効利用を妨げる光入射面の導電型シリコン膜、透明電極および集電極が不要になる。それにより、製造工程が短縮化され、コストが低減されるとともに、入射光を最大限に活用できることから出力電圧および曲線因子を最大化できる。
さらに、本実施の形態の光起電力素子５００においては、ｐ型非晶質シリコン膜５上の全面に裏面電極７が形成されていることから、ｐ型非晶質シリコン膜５から少数キャリアの収集を効率良く行うことができる。それにより、光起電力素子５００の発電効率が向上する。
本実施の形態の反射防止膜２にはＳｉＮ膜を用いているが、ＳｉＯ2 膜またはｉ型非晶質シリコン膜を用いてもよい。反射防止膜２としてｉ型非晶質シリコン膜を用いる場合には、ｉ型非晶質シリコン膜上にさらにＳｉＮ膜またはＳｉＯ2 膜を形成することが好ましい。
本実施の形態の光起電力素子５００の正極１００は、ｐｎ接合特性を改善するためにｎ型単結晶シリコン基板１とｐ型非晶質シリコン膜５との間にｉ型非晶質シリコン膜３を設けたＨＩＴ構造を有し、負極２００は、キャリア再結合を防止するためにｎ型単結晶シリコン基板１の裏面の一部の領域にｉ型非晶質シリコン膜３およびｎ型非晶質シリコン膜４を設けたＢＳＦ（Back Surface Field）構造を有する。
また、本実施の形態のｎ型非晶質シリコン膜４には不純物としてＰ（リン）をドープしたが、それに限られない。例えば、不純物としてＡｓ（ヒ素）等のＶ族元素を不純物としてドープしてもよい。ｐ型非晶質シリコン膜５には不純物としてＢ（ボロン）をドープしたが、それに限られない。例えば、Ａｌ（アルミニウム）、Ｇａ（ガリウム）等のIII 族元素を不純物としてドープしてもよい。また、ｎ型単結晶シリコン基板１の代わりにｎ型多結晶シリコン基板を用いてもよい。さらに、ｉ型非晶質シリコン膜３、ｎ型非晶質シリコン４およびｐ型非晶質シリコン膜５は微結晶シリコンを含んでもよい。その場合、ｉ型非晶質シリコン膜３、ｎ型非晶質シリコン４およびｐ型非晶質シリコン膜５の活性化率が向上し、膜厚を小さくすることができる。
また、本実施の形態のｎ型単結晶シリコン基板１、ｉ型非晶質シリコン膜３、ｎ型非晶質シリコン膜４およびｐ型非晶質シリコン膜５の代わりに、例えば、ＳｉＣ（炭化シリコン）、ＳｉＧｅ（シリコンゲルマニウム）、Ｇｅ（ゲルマニウム）等のような他のIV族元素を用いてもよい。
また、本実施の形態の光起電力素子５００においては、ｎ型単結晶シリコン基板１を用いているがそれに限られない。例えば、ｐ型単結晶シリコン基板の主面に窒化シリコン膜を形成し、裏面は本実施の形態に係る光起電力素子５００と同様の正極１００および負極２００を設けてもよい。
なお、ｐ型単結晶シリコン基板を用いた場合には、負極２００側においてｎ型非晶質シリコン膜上の全面に裏面電極を形成するとよい。
さらに、本発明は、図２に示す光起電力素子５００の構造に限定されず、他の種々の構造を有する光起電力素子に適用することができる。例えば、ｎ型単結晶シリコン基板１の裏面のｎ型非晶質シリコン膜４を設けなくてもよい。
（第２の実施の形態）
以下、本発明の第２の実施の形態に係る光起電力素子５００ａについて説明する。
図３は、光起電力素子５００ａの製造方法を説明する工程断面図である。
まず、図２（ａ）で説明した方法により、ｎ型単結晶シリコン基板１の主面にパッシベーション膜２を形成する。
次に、ｎ型単結晶シリコン基板１の裏面の一部にメタルマスクを被せ、十分に密着させる。続いて、真空チャンバ内にＳｉＨ4 ガスおよびＨ2 （水素）ガスを導入して、図３（ｂ）に示すように、ｎ型単結晶シリコン基板１の裏面においてメタルマスクを除く領域にプラズマＣＶＤ法によりｉ型非晶質シリコン膜３ａを形成する。
次いで、真空チャンバ内にＳｉＨ4 ガス、Ｈ2 ガスおよびＰＨ3 （ホスフィン）ガスを導入して、図３（ｃ）に示すように、ｉ型非晶質シリコン膜３ａ上にプラズマＣＶＤ法によりｎ型非晶質シリコン膜４を形成する。
次に、ｉ型非晶質シリコン膜３ａおよびｎ型非晶質シリコン膜４を覆うようにメタルマスクを被せ、十分に密着させる。続いて、真空チャンバ内にＳｉＨ4 ガスおよびＨ2 （水素）ガスを導入して、ｎ型単結晶シリコン基板１上のメタルマスクを除く部分にプラズマＣＶＤ法によりｉ型非晶質シリコン膜３ｂを形成する。続いて、真空チャンバ内にＳｉＨ4 ガス、Ｈ2 ガスおよびＢ2 Ｈ6 ガスを導入して、ｉ型非晶質シリコン膜３ｂ上にプラズマＣＶＤ法によりｐ型非晶質シリコン膜５を形成する。
この場合、ｎ型単結晶シリコン基板１とｐ型非晶質シリコン膜５との間におけるキャリアの走行距離を短くすることにより発電効率が高まることから、ｐ型非晶質シリコン膜５の幅はｎ型非晶質シリコン膜４の幅よりも広い方が好ましい。
ｎ型非晶質シリコン膜４の幅は、例えば１ｍｍ程度であり、ｐ型非晶質シリコン膜５の幅は、例えば２ｍｍ以上３ｍｍ未満である。また、隣り合うｎ型非晶質シリコン膜４同士のピッチは、例えば４ｍｍ程度である。
次いで、図３（ｅ）に示すように、スパッタリング法により、ｐ型非晶質シリコン膜５上の全面に裏面電極７を形成する。また、スパッタリング法により、ｎ型非晶質シリコン膜４上に裏面電極６を形成する。この場合、正極１００と負極２００との間の短絡を防止するため、ｎ型非晶質シリコン膜４の幅よりも裏面電極６の幅を小さくすることが好ましい。裏面電極６の幅は、例えば、０．７ｍｍ程度である。
また、ｐ型非晶質シリコン膜５の露出を完全に防止するため、裏面電極７は、ｉ型非晶質シリコン膜３ａの端部まで形成されてもよい。この場合、裏面電極７とｉ型非晶質シリコン膜３ａとの接触はオーミック接触にならないため、正極１００と負極２００とが短絡することはない。
次に、図３（ｆ）に示すように、スクリーン印刷法により、裏面電極６，７上にそれぞれ集電極８，９を形成する。
本実施の形態に係る光起電力素子５００ａにおいては、ｉ型非晶質シリコン膜３ａ，３ｂを別々に形成するため、それぞれの膜厚を別々に調整することができる。それにより、光起電力素子５００ａの出力特性を最適化することができる。
この場合、ｉ型非晶質シリコン膜３ａ，３ｂは受光面とは反対側に形成されるため、光吸収損失を考慮に入れずに膜厚の最適化ができる。また、ｎ型単結晶シリコン基板１の裏面に到達する光の波長に対してｉ型非晶質シリコン膜３ａ，３ｂの感度は小さいため、ｉ型非晶質シリコン膜３ａ，３ｂの膜厚を変化させても光劣化は生じにくい。
（第３の実施の形態）
以下、本発明の第３の実施の形態に係る光起電力素子５００ｂについて説明する。
図４は、光起電力素子５００ｂの正極１００付近の模式的断面図である。
図４の光起電力素子５００ｂが図２の光起電力素子５００ａと異なる点は、ｎ型単結晶シリコン基板１とｉ型非晶質シリコン膜３ｂとの界面に高濃度Ｂ（ボロン）を含有するＢドープ層３ｃが形成されている点である。
ｉ型非晶質シリコン膜３ｂを形成する前に、真空チャンバ内にＨ2 ガスおよびＢ2 Ｈ6 ガスを導入してプラズマＣＶＤ法によりＢドープ層３ｃを形成する。
この場合、ｉ型非晶質シリコン膜３ｂとｎ型単結晶シリコン基板１との間の界面に高濃度Ｂが存在することにより、ｎ型単結晶シリコン基板１からホールが効率良く収集されるため、光起電力素子５００ａの発電効率が向上する。
（実施例１）
以下の実施例１では、上記実施の形態の方法で図３の構造を有する光起電力素子を作製し、出力特性を測定した。
ｎ型単結晶シリコン基板１としては、大きさは５ｃｍ×１０ｃｍであり、膜厚は２００μｍであり、抵抗率は１Ω・ｃｍであり、結晶方位は（１００）のものを用いた。その他の作製条件は、表１に示す。
Figure 2005101427
表１に示すように、ｐ型非晶質シリコン膜５を形成する際にはＨ2 ガス希釈したＢ2 Ｈ6 ガスを用い、Ｈ2 に対するＢ2 Ｈ6 の濃度を１％にした。また、ｎ型非晶質シリコン膜４を形成する際にはＨ2 ガス希釈したＰＨ3 ガスを用い、Ｈ2 に対するＰＨ3 の濃度を１％にした。
ｉ型非晶質シリコン膜３ａは、幅が２ｍｍであり、膜厚が１０ｎｍである。ｎ型非晶質シリコン膜４は、幅が１ｍｍであり、膜厚が２０ｎｍである。ｉ型非晶質シリコン膜３ｂは、幅が２ｍｍであり、膜厚が７ｎｍである。ｐ型非晶質シリコン膜５は、幅が２ｍｍであり、膜厚が５ｎｍである。隣り合うｎ型非晶質シリコン膜４のピッチは、４ｍｍである。裏面電極６は、幅が０．７ｍｍであり、膜厚が１００ｎｍである。裏面電極７は、幅が２ｍｍであり、膜厚が１００ｎｍである。
また、実施例１では、Ａｇ微粒子粉末をエポキシ樹脂に練り込んだ導電性ペーストをスクリーン印刷し、２００℃で１時間熱硬化して裏面電極６，７を形成した。それにより、裏面電極６，７の導電性が向上する。
（実施例２）
実施例２では、実施例１と同じ方法により図３の構造を有する光起電力素子を作製した。実施例２の光起電力素子が実施例１の光起電力素子と異なる点は、裏面電極７の幅が２．２ｍｍである点である。
（比較例１〜３）
比較例１〜３では、実施例１と同じ方法により図３の構造を有する光起電力素子を作製した。比較例１の光起電力素子が実施例１の光起電力素子と異なる点は、裏面電極７の幅が１．４ｍｍである点である。比較例２の光起電力素子が実施例１の光起電力素子と異なる点は、裏面電極７の幅が１．６ｍｍである点である。比較例１の光起電力素子が実施例３の光起電力素子と異なる点は、裏面電極７の幅が１．８ｍｍである点である。
（評価１）
実施例１，２および比較例１〜３の光起電力素子の出力特性を測定した。図５に実施例１，２および比較例１〜３の光起電力素子の出力特性の測定結果を示す。
図５において、Ｗｐｅは図３の裏面電極７の幅を示し、Ｗｐは図３のｐ型非晶質シリコン膜５の幅を示す。図５の縦軸は実施例１，２および比較例１〜３の光起電力素子の短絡電流の値を示し、横軸はＷｐｅ／Ｗｐの値を示す。
図５に示すように、Ｗｐｅ／Ｗｐの値が大きくなるにつれて短絡電流も大きくなっている。また、Ｗｐｅ／Ｗｐの値が１を超えると、短絡電流はほぼ一定となった。
以上のことから、裏面電極７の幅はｐ型非晶質シリコン膜５の幅と同じかそれ以上が好ましいことがわかる。
（実施例３）
以下の実施例３では、上記実施の形態の方法で図４の構造を有する光起電力素子を作製し、出力特性を測定した。
Ｂドープ層３ｃを形成する際の作製条件を表２に示す。Ｂドープ層３ｃを形成する際には、Ｈ2 ガス希釈したＢ2 Ｈ6 ガスを用い、Ｈ2 に対するＢ2 Ｈ6 の濃度を１％にした。その他の作製条件は実施例１と同じである。
Figure 2005101427
（比較例４）
図６は、比較例４の光起電力素子の構造を示す模式的断面図である。
図６に示すように、ｎ型単結晶シリコン基板１０１の主面（表側の面）上にｉ型非晶質シリコン膜１０３ｂ（ノンドープ非晶質シリコン膜）およびｐ型非晶質シリコン膜１０５が順に形成されている。ｐ型非晶質シリコン膜１０５上にＩＴＯからなる表面電極１０７が形成され、表面電極１０７上にＡｇからなるくし形の集電極１０９が形成されている。
ｎ型単結晶シリコン基板１０１の裏面には、ｉ型非晶質シリコン膜１０３ａおよびｎ型非晶質シリコン膜１０４が順に形成されている。ｎ型非晶質シリコン膜１０４上にＩＴＯからなる裏面電極１０６が形成され、裏面電極１０６上にＡｇからなるくし形の集電極１８が形成されている。比較例４の光起電力素子では、ｎ型単結晶シリコン基板１０１が主たる発電層となる。
比較例４では、図６の構造を有する光起電力素子を作製し、出力特性を測定した。比較例４の光起電力素子の作製条件は実施例１と同じである。
（評価２）
実施例１，３および比較例４の光起電力素子の出力特性を測定した。表３に実施例１，３および比較例４の光起電力素子の出力特性の測定結果を示す。
Figure 2005101427
表３に示すように、比較例の光起電力素子に対して、実施例１，３の光起電力素子の短絡電流Ｉｓｃ、曲線因子Ｆ．Ｆ．、開放電圧Ｖｏｃおよび最大出力Ｐｍａｘのいずれも高い値となった。特に、実施例３の光起電力素子の短絡電流Ｉｓｃ、曲線因子Ｆ．Ｆ．、開放電圧Ｖｏｃおよび最大出力Ｐｍａｘは高い値となった。
以上のことから、実施例１の光起電力素子は比較例４の光起電力素子に比較して出力特性が改善され、Ｂドープ層３ｃを設けた実施例３の光起電力素子はさらに出力特性が改善されることがわかった。
以上のように、本発明に係る光起電力素子においては、入射光を最大限に活用できかつキャリアを効率良く収集できる。したがって、本発明に係る光起電力素子は、半導体接合を用いた光起電力素子としての用途に適している。
（ａ）は本実施の形態に係る光起電力素子の裏面を示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）の一部拡大図である。 光起電力素子の製造方法を説明する工程断面図である。 光起電力素子の製造方法を説明する工程断面図である。 第３の実施の形態に係る光起電力素子の一部拡大断面図である。 実施例１，２および比較例１〜３の光起電力素子の出力特性の測定結果を示す図である。 比較例４の光起電力素子の構造を示す模式的断面図である。
符号の説明
１ ｎ型単結晶シリコン基板
２ パッシベーション膜
３，３ａ，３ｂ ｉ型非晶質シリコン膜
３ｃ Ｂドープ層
４ ｎ型非晶質シリコン膜
５ ｐ型非晶質シリコン膜
６，７ 裏面電極
８，９ 集電極
１００ 正極
２００ 負極
３００，４００ 電極
５００ 光起電力素子

Claims (7)

  1. 一導電型を示す不純物を含み、一面および他面を有する結晶系半導体を備え、
    前記結晶系半導体の前記一面の第１の領域に、真性の第１の非晶質系半導体膜と、一導電型を示す不純物を含む第２の非晶質系半導体膜と、第１の電極とを順に備え、
    前記結晶系半導体の前記一面の第２の領域に、真性の第３の非晶質系半導体膜と、前記一導電型と異なる他導電型を示す不純物を含む第４の非晶質系半導体膜と、第２の電極とを順に備え、
    前記第２の電極は、前記第４の非晶質系半導体膜上の全面を覆うように形成されたことを特徴とする光起電力素子。
  2. 前記第１の電極の幅は、前記第１の非晶質系半導体膜の幅よりも小さくされていることを特徴とする請求項１記載の光起電力素子。
  3. 前記第２の電極は、前記第４の非晶質系半導体膜上の全面および前記第１の非晶質系半導体膜の一部を覆うように形成されたことを特徴とする請求項１または２記載の光起電力素子。
  4. 前記第１の非晶質系半導体膜と前記第３の非晶質系半導体膜とは連続する共通の非晶質系半導体膜であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の光起電力素子。
  5. 前記一導電型はｎ型であり、
    前記他導電型はｐ型であり、
    前記第２の領域は、前記第１の領域よりも大きいことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の光起電力素子。
  6. 前記他面の実質的に全面が光入射面であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の光起電力素子。
  7. 前記結晶系半導体の前記第２の領域と前記第３の非晶質系半導体膜との界面近傍に前記他導電型の不純物がドープされたことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の光起電力素子。
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