JP2008205398A - 光電変換素子およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】光電変換素子は、主表面を有する半導体基板1と、上記主表面1aに配置された電極層4と、主表面1aの一部に設けられた多孔質層10とを備え、半導体基板1のうち主表面1aの近傍には不純物が拡散された拡散層3が形成されている。電極層4と多孔質層10とは接している。主表面1aを基準に見たときの多孔質層10の上面の平均高さによって規定される多孔質層基準面10bは、主表面1aの平均高さによって規定される主表面基準面1bと同じ高さであるかまたはより高い位置にある。
【選択図】図2
Description
第3の方法は、特開2004−247595号公報(特許文献2)に記載された方法である。受光面に微細な凹凸を設けておき、受光面電極層4下部においては微細な凹凸のアスペクト比を高くする、すなわち、頂点を高く、頂点間の距離を短くしておく。このような状態にしておくことで、拡散時に電極下部にのみ高濃度拡散層が形成される。
本発明に係る光電変換素子は、第一の導電型の半導体基板と、この半導体基板の一方の面(「主表面」ともいう。)に形成された多孔質層と、高濃度拡散層と、拡散層と、受光面電極と、半導体基板の他方の面(「裏面」ともいう。)に形成された裏面電極とを備える。
(構成)
図1、図2を参照して、本発明に基づく実施の形態1における光電変換素子について説明する。本実施の形態における光電変換素子100の断面図を図1に示す。光電変換素子100は、主表面1aを有する半導体基板1と、主表面1aに配置された電極層としての受光面電極層4と、主表面1aの一部に設けられた多孔質層10とを備える。半導体基板1のうち主表面1aの近傍には不純物が拡散された拡散層3が形成されている。受光面電極層4と多孔質層10とは接している。図1におけるZ1部を拡大したところを図2に示す。主表面1aを基準に見たときの多孔質層10の上面の平均高さによって規定される多孔質層基準面10bが、主表面1aの平均高さによって規定される主表面基準面1bと同じ高さであるかまたはより高い位置にある。
本実施の形態における光電変換素子100は、後述するような製造方法で得ることができるので、拡散のための熱処理工程を2回行なわずに1回で済ませることができる。したがって、半導体基板が熱衝撃応力で割れてしまう度合いを低減することができる。また、半導体基板の表面凹凸のアスペクト比を高くするわけでもないので、基板強度を低下させることもなく、リーク電流増大も抑えることができる。
(製造方法)
図3〜図13を参照して、本発明に基づく実施の形態2における光電変換素子の製造方法について説明する。この光電変換素子の製造方法は、図3に示すように、主表面を有する半導体基板に対して、前記主表面に多孔質層を形成する工程S1と、前記多孔質層のうち、電極を形成すべき領域である第1の領域に前記多孔質層を残し、前記第1の領域以外の領域である第2の領域からは前記多孔質層を除去する工程S2と、一括して行なわれる不純物拡散によって、前記第1の領域に高濃度拡散層を形成すると同時に前記第2の領域に前記高濃度拡散層よりも不純物濃度が低い低濃度拡散層を形成する拡散層形成工程S3とを含む。
以下に、本実施の形態における光電変換素子の製造方法についてより具体的に説明する。
本実施の形態における光電変換素子の製造方法によれば、得られる光電変換素子においては、基板の一方の主面側に高濃度拡散層8とより低濃度の拡散層3との2種類が存在するが、これらの2種類の拡散層の形成を一度の熱拡散工程で済ませている。そのため、半導体基板1を高温にさらす回数を1回に抑えることができ、基板強度の低下を回避することができる。さらに受光面電極層の下部に微細な凹凸を設けるわけでもないので、そのような微細な凹凸に起因する破損によるリーク電流増大も抑えることができる。
本実施の形態における光電変換素子の製造方法の変形例として、多孔質層基準面10bが主表面基準面1bと同じ高さにある構造を得るための方法を説明する。
(シート抵抗の測定)
本発明による接触抵抗低減の効果を確認するために、発明者らは、まず、多孔質層を設けることがシート抵抗の低減をもたらすか否かを確認する実験を行なった。すなわち、発明者らは、図22に示す構造の試料を作製してシート抵抗を測定する実験を行なった。以下に詳しく説明する。
その後、図22に示した試料の主表面側の拡散層3の上に、窒化シリコンの反射防止膜5をCVD法により形成した。主表面以外の側面や裏面の余分な拡散層3を化学エッチングを用いて除去した。この拡散層除去の工程は接合を分離するために行なうものである。
ここで、試料1〜5との比較に用いる比較試料1について説明する。比較試料1を製造するために、半導体基板1を洗浄後、表面が鏡面状となるように化学エッチングを用いて加工し、その後拡散層3を形成した。拡散ソースとしては試料1〜5に対して用いたのと同一のものを用い、拡散時間も試料1〜5を同一として熱拡散を施した。その結果、形成された拡散層のシート抵抗は50Ω/sqとなった。さらに試料1〜5と同様に、反射防止膜5をCVD法により形成し、主表面以外の側面や裏面の余分な拡散層3を化学エッチングを用いて除去した。最後に半導体基板1の主表面側の拡散層3と直接接するように、スクリーン印刷によって銀ペーストを塗布し、第一の電極101および第二の電極102を形成した。すなわち、比較試料1は、多孔質層を全く形成していないという点で試料1〜5とは大きく異なる。
実施の形態1で示した図1の構造の光電変換素子を実際に作製する様子を「実施例1」として、より具体的に示す。図22〜図25を参照した上記実験によって、多孔質層に不純物拡散を行なうことによって接触抵抗が低減できることが分かったので、これから示す実施例1では、一部に本発明の構造を有する光電変換素子すなわち太陽電池素子の製造方法を説明する。説明に当たって、実施の形態2で参照した図4〜図10を再び参照する。
以下「実施例2」として、実施の形態2において変形例として説明した製造方法により光電変換素子を作製する様子を説明する。説明に当たって、実施の形態2の変形例で参照した図14〜図21を再び参照する。
Claims (6)
- 主表面を有する半導体基板と、
前記主表面に配置された電極層と、
前記主表面の一部に設けられた多孔質層とを備え、
前記半導体基板のうち前記主表面の近傍には不純物が拡散された拡散層が形成されており、
前記電極層と前記多孔質層とが接しており、
前記主表面を基準に見たときの前記多孔質層の上面の平均高さによって規定される多孔質層基準面が、前記主表面の平均高さによって規定される主表面基準面と同じ高さであるかまたはより高い位置にある、光電変換素子。 - 前記主表面に前記拡散層よりも高い濃度で不純物が拡散された高濃度拡散層を有し、前記電極層と前記高濃度拡散層とは接しており、前記高濃度拡散層のうち前記電極層と接している部分は前記多孔質層を含んでいる、請求項1に記載の光電変換素子。
- 主表面を有する半導体基板に対して、前記主表面に多孔質層を形成する工程と、
前記多孔質層のうち、電極を形成すべき領域である第1の領域に前記多孔質層を残し、前記第1の領域以外の領域である第2の領域からは前記多孔質層を除去する工程と、
一括して行なわれる不純物拡散によって、前記第1の領域に高濃度拡散層を形成すると同時に前記第2の領域に前記高濃度拡散層よりも不純物濃度が低い低濃度拡散層を形成する拡散層形成工程とを含む、光電変換素子の製造方法。 - 主表面を有する半導体基板に対して、前記主表面のうちに電極を形成すべき領域である第1の領域に多孔質層を形成する工程と、
一括して行なわれる不純物拡散によって、前記第1の領域に高濃度拡散層を形成すると同時に前記第1の領域以外の領域である前記第2の領域に前記高濃度拡散層よりも不純物濃度が低い低濃度拡散層を形成する拡散層形成工程とを含む、光電変換素子の製造方法。 - 前記多孔質層を形成する工程は、前記主表面に対して陽極化成法を行なうものである、請求項3または4に記載の光電変換素子の製造方法。
- 前記拡散層形成工程の後に、前記第1の領域に、金属を含むペーストを塗布することによって電極層を形成する工程を含む、請求項3から5のいずれかに記載の光電変換素子の製造方法。
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