JP2013187287A - Photoelectric conversion element - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光電変換素子に関し、特に裏面接合型の太陽電池に関する。 The present invention relates to a photoelectric conversion element, and more particularly to a back junction solar cell.
近年、光電変換素子としての太陽電池が注目されている。太陽電池には、裏面接合型の太陽電池がある。 In recent years, solar cells as photoelectric conversion elements have attracted attention. Solar cells include back junction solar cells.
裏面接合型の太陽電池は、例えば、特開2006−332273号公報に開示されている。裏面接合型の太陽電池は、シリコン基板と、第1ドーピング領域(第1半導体層)と、第2ドーピング領域(第2半導体層)と、第1電極と、第2電極とを備える。シリコン基板は、第1導電型を有する。第1ドーピング領域は、第1導電型のドーパントを含み、シリコン基板の裏面側に形成される。第2ドーピング領域は、第1導電型と反対の第2導電型のドーパントを含み、シリコン基板の裏面側に形成される。第1電極は、第1ドーピング領域上に形成される。第2電極は、第2ドーピング領域上に形成される。 A back junction solar cell is disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-332273. The back junction solar cell includes a silicon substrate, a first doping region (first semiconductor layer), a second doping region (second semiconductor layer), a first electrode, and a second electrode. The silicon substrate has a first conductivity type. The first doping region includes a first conductivity type dopant and is formed on the back side of the silicon substrate. The second doping region includes a dopant of a second conductivity type opposite to the first conductivity type, and is formed on the back surface side of the silicon substrate. The first electrode is formed on the first doping region. The second electrode is formed on the second doping region.
裏面接合型の太陽電池では、変換効率を向上させるために、シリコン基板の面内方向において、第1ドーピング領域の幅寸法を第2拡散領域の幅寸法よりも小さくする必要がある。そのため、多数キャリアを取り出す第1電極と第1ドーピング領域との接触面積が小さくなる。その結果、第1電極と第1ドーピング領域との接触抵抗が大きくなる。 In the back junction solar cell, in order to improve the conversion efficiency, it is necessary to make the width of the first doping region smaller than the width of the second diffusion region in the in-plane direction of the silicon substrate. Therefore, the contact area between the first electrode for extracting majority carriers and the first doping region is reduced. As a result, the contact resistance between the first electrode and the first doping region is increased.
本発明の目的は、シリコン基板の面内方向で第1半導体層の幅寸法が第2半導体層の幅寸法よりも小さくても、第1電極と第1半導体層との接触抵抗が大きくなるのを抑えることができる、光電変換素子を提供することにある。 The object of the present invention is to increase the contact resistance between the first electrode and the first semiconductor layer even if the width dimension of the first semiconductor layer is smaller than the width dimension of the second semiconductor layer in the in-plane direction of the silicon substrate. It is providing the photoelectric conversion element which can suppress this.
本発明の光電変換素子は、シリコン基板と、第1半導体層と、第2半導体層と、第1電極と、第2電極とを備える。シリコン基板は、第1導電型を有する。第1半導体層は、第1導電型を有し、シリコン基板の裏面側に形成される。第2半導体層は、第1導電型と反対の第2導電型を有し、シリコン基板の面内方向において前記第1半導体層に隣接して形成されるとともに、第1半導体層よりもシリコン基板の面内方向の幅寸法が大きい。第1電極は、第1半導体層上に形成される。第2電極は、第2半導体層上に形成される。第1電極と第1半導体層との接触界面に凹凸が形成されている。 The photoelectric conversion element of the present invention includes a silicon substrate, a first semiconductor layer, a second semiconductor layer, a first electrode, and a second electrode. The silicon substrate has a first conductivity type. The first semiconductor layer has a first conductivity type and is formed on the back side of the silicon substrate. The second semiconductor layer has a second conductivity type opposite to the first conductivity type, and is formed adjacent to the first semiconductor layer in the in-plane direction of the silicon substrate, and more than the first semiconductor layer. The width dimension in the in-plane direction is large. The first electrode is formed on the first semiconductor layer. The second electrode is formed on the second semiconductor layer. Irregularities are formed at the contact interface between the first electrode and the first semiconductor layer.
本発明の光電変換素子は、シリコン基板の面内方向で第1半導体層の幅寸法が第2半導体層の幅寸法よりも小さくても、第1電極と第1半導体層との接触抵抗が大きくなるのを抑えることができる。 The photoelectric conversion element of the present invention has a large contact resistance between the first electrode and the first semiconductor layer even when the width dimension of the first semiconductor layer is smaller than the width dimension of the second semiconductor layer in the in-plane direction of the silicon substrate. Can be suppressed.
本発明の一実施形態に係る光電変換素子は、シリコン基板と、第1半導体層と、第2半導体層と、第1電極と、第2電極とを備える。シリコン基板は、第1導電型を有する。第1半導体層は、第1導電型を有し、シリコン基板の裏面側に形成される。第2半導体層は、第1導電型と反対の第2導電型を有し、シリコン基板の面内方向において前記第1半導体層に隣接して形成されるとともに、第1半導体層よりもシリコン基板の面内方向の幅寸法が大きい。第1電極は、第1半導体層上に形成される。第2電極は、第2半導体層上に形成される。第1電極と第1半導体層との接触界面に凹凸が形成されている。 A photoelectric conversion element according to an embodiment of the present invention includes a silicon substrate, a first semiconductor layer, a second semiconductor layer, a first electrode, and a second electrode. The silicon substrate has a first conductivity type. The first semiconductor layer has a first conductivity type and is formed on the back side of the silicon substrate. The second semiconductor layer has a second conductivity type opposite to the first conductivity type, and is formed adjacent to the first semiconductor layer in the in-plane direction of the silicon substrate, and more than the first semiconductor layer. The width dimension in the in-plane direction is large. The first electrode is formed on the first semiconductor layer. The second electrode is formed on the second semiconductor layer. Irregularities are formed at the contact interface between the first electrode and the first semiconductor layer.
この場合、第1半導体層は、シリコン基板と同じ導電型を有する。一方、第2半導体層は、シリコン基板と反対の導電型を有する。つまり、第1半導体層上に形成される第1電極は多数キャリアを収集し、第2半導体層上に形成される第2電極は少数キャリアを収集する。 In this case, the first semiconductor layer has the same conductivity type as the silicon substrate. On the other hand, the second semiconductor layer has a conductivity type opposite to that of the silicon substrate. That is, the first electrode formed on the first semiconductor layer collects majority carriers, and the second electrode formed on the second semiconductor layer collects minority carriers.
シリコン基板の面内方向で、第1半導体層の幅寸法は、第2半導体層の幅寸法よりも小さい。そのため、第1電極と第1半導体層との接触面積は、第2電極と第2半導体層との接触面積よりも小さくなる。つまり、多数キャリアを収集する第1電極と第1半導体層との接触抵抗は、少数キャリアを収集する第2電極と第2半導体層との接触抵抗よりも大きくなってしまう。 In the in-plane direction of the silicon substrate, the width dimension of the first semiconductor layer is smaller than the width dimension of the second semiconductor layer. Therefore, the contact area between the first electrode and the first semiconductor layer is smaller than the contact area between the second electrode and the second semiconductor layer. That is, the contact resistance between the first electrode that collects majority carriers and the first semiconductor layer is larger than the contact resistance between the second electrode that collects minority carriers and the second semiconductor layer.
ここで、第1電極と第1半導体層との接触界面には、凹凸が形成されている。そのため、第1電極と第1半導体層との接触面積が増える。その結果、シリコン基板の面内方向で第1半導体層の幅寸法が第2半導体層の幅寸法よりも小さくても、第1電極と第1半導体層との接触抵抗が増大するのを抑えることができる。 Here, unevenness is formed at the contact interface between the first electrode and the first semiconductor layer. Therefore, the contact area between the first electrode and the first semiconductor layer increases. As a result, even if the width dimension of the first semiconductor layer is smaller than the width dimension of the second semiconductor layer in the in-plane direction of the silicon substrate, it is possible to suppress an increase in contact resistance between the first electrode and the first semiconductor layer. Can do.
以下、本発明のより具体的な実施形態について、図面を参照しながら説明する。図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。なお、以下で参照する図面においては、説明を分かりやすくするために、構成が簡略化または模式化して示されたり、一部の構成部材が省略されたりしている。また、各図に示された構成部材間の寸法比は、必ずしも実際の寸法比を示すものではない。 Hereinafter, more specific embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals and description thereof will not be repeated. Note that, in the drawings referred to below, the configuration is shown in a simplified or schematic manner, or some components are omitted for easy understanding of the description. Further, the dimensional ratio between the constituent members shown in each drawing does not necessarily indicate an actual dimensional ratio.
[第1の実施形態]
図1には、本発明の第1の実施形態に係る光電変換素子10が示されている。光電変換素子10は、裏面接合型の太陽電池である。
[First Embodiment]
FIG. 1 shows a
[光電変換素子の全体構成]
光電変換素子10は、シリコン基板12と、パッシベーション膜16と、電極(第1電極)24nと、電極(第2電極)24pとを備える。シリコン基板12は、n型の単結晶シリコン基板からなり、n型拡散領域(第1半導体層)18と、p型拡散領域(第2半導体層)20とを含む。シリコン基板12の厚さは、例えば、100〜300μmである。シリコン基板12の比抵抗は、例えば、1.0〜10.0Ω・cmである。
[Overall configuration of photoelectric conversion element]
The
シリコン基板12の受光面には、テクスチャ構造14が形成されている。これにより、シリコン基板12に入射した光を閉じ込めて、光の利用効率を高めることができる。
A
シリコン基板12の面方位は(100)が望ましい。これにより、テクスチャ構造14の形成が容易になる。
The plane orientation of the
シリコン基板12の受光面は、パッシベーション膜16で覆われている。パッシベーション膜16は、例えば、シリコン窒化膜である。パッシベーション膜16の膜厚は、例えば、50〜100nmである。
The light receiving surface of the
シリコン基板12の裏面側(図1の下面側)には、n型拡散領域18と、p型拡散領域20とが、シリコン基板12の面内方向に交互に形成されている。図1に示す例では、n型拡散領域18とp型拡散領域20の何れもが、図1の紙面に垂直な方向に延びている。
On the back surface side of the silicon substrate 12 (the lower surface side in FIG. 1), n-
n型拡散領域18の不純物濃度は、例えば、1×1019cm−3〜1×1020cm−3である。n型拡散領域18の深さ寸法(図1の上下方向の寸法)は、例えば、0.3〜1.0μmである。
The impurity concentration of the n-
p型拡散領域20の不純物濃度は、例えば、1×1019cm−3〜1×1020cm−3である。p型拡散領域20の深さ寸法(図1の上下方向の寸法)は、例えば、0.3〜1.0μmである。
The impurity concentration of the p-
シリコン基板12の面内方向において、n型拡散領域18の幅寸法は、p型拡散領域20の幅寸法よりも小さい。n型拡散領域18の面積とp型拡散領域20の面積の和に対するp型拡散領域20の面積の割合(p型拡散領域20の面積率)が高いほど、光生成された少数キャリア(正孔)が、p型拡散領域20に到達するまでに移動しなくてはならない距離が減少する。そのため、p型拡散領域20に到達するまでに再結合する正孔の数が減少し、短絡光電流が増加する。したがって、光電変換素子10の変換効率が向上する。好ましいp型拡散領域20の面積率は、63〜90%である。
In the in-plane direction of the
n型拡散領域18の表面には、凹凸22が形成されている。図1に示す例では、凹凸22は、テクスチャ構造である。凹凸22は、規則性を有していてもよいし、ランダムであってもよい。凹凸22の高低差は、例えば、1〜20μmである。凹凸22の高低差は、テクスチャ構造14の高低差と同じであってもよいし、異なっていてもよい。図1に示す例では、凹凸22は、n型拡散領域18の表面全体に形成されている。図1に示す例では、n型拡散領域18の深さ寸法は、n型拡散領域18の全体で略一定である。
Concavities and
n型拡散領域18上には、電極24nが形成されている。これにより、電極24nがn型拡散領域18に対して電気的に接続されている。電極24nは、例えば、銀である。電極24nのn型拡散領域18に接触する面は、凹凸22に対応した形状を有している。
An
p型拡散領域20上には、電極24pが形成されている。これにより、電極24pがp型拡散領域20に対して電気的に接続されている。電極24pは、例えば、銀である。
An
[光電変換素子の製造方法]
続いて、図2A〜図2Dを参照しながら、光電変換素子10の製造方法について説明する。
[Production Method of Photoelectric Conversion Element]
Then, the manufacturing method of the
先ず、図2Aに示すように、受光面の全体にテクスチャ構造14を有するとともに、裏面の一部に凹凸22を有するシリコン基板12を準備する。
First, as shown in FIG. 2A, a
テクスチャ構造14及び凹凸22を形成する方法は、例えば、以下のとおりである。
A method for forming the
先ず、シリコン基板12の裏面に、マスクとしてのシリコン酸化膜を形成する。シリコン酸化膜は、例えば、熱CVD等で形成される。
First, a silicon oxide film as a mask is formed on the back surface of the
続いて、シリコン基板12に形成されたシリコン酸化膜をパターニングする。これにより、シリコン酸化膜に開口が形成される。パターニングは、例えば、フォトリソグラフィ及びエッチングによって実施される。開口は、後にn型拡散領域18が形成される位置に形成される。
Subsequently, the silicon oxide film formed on the
続いて、シリコン基板12の受光面の全体及び裏面の一部にウェットエッチングを実施する。これにより、シリコン基板12の受光面の全体にテクスチャ構造14が形成されるとともに、シリコン基板12の裏面の一部に凹凸22が形成される。ウェットエッチングは、例えば、アルカリ溶液等を用いて実施される。ウェットエッチングの時間は、例えば、10〜60分である。ウェットエッチングに用いられるアルカリ溶液は、例えば、NaOHやKOHであり、その濃度は、例えば、5%である。
Subsequently, wet etching is performed on the entire light receiving surface and part of the back surface of the
続いて、シリコン基板12の裏面に形成されたシリコン酸化膜を除去する。これにより、受光面の全体にテクスチャ構造14を有するとともに、裏面の一部に凹凸22を有するシリコン基板12が得られる。
Subsequently, the silicon oxide film formed on the back surface of the
続いて、図2Bに示すように、シリコン基板12の裏面側にn型拡散領域18とp型拡散領域20とを形成する。
Subsequently, as shown in FIG. 2B, an n-
n型拡散領域18は、例えば、シリコン基板12の裏面からn型不純物(例えば、リン)を熱拡散させることによって形成される。n型不純物の拡散源は、例えば、PSG(Phosphorus Silicate Glass)である。
For example, the n-
p型拡散領域20は、例えば、シリコン基板12の裏面からp型不純物(例えば、ホウ素)を熱拡散させることによって形成される。p型不純物の拡散源は、例えば、BSG(Boron Silicate Glass)である。
The p-
続いて、図2Cに示すように、シリコン基板12の受光面にパッシベーション膜16を形成する。パッシベーション膜16は、例えば、プラズマCVDによって形成される。
Subsequently, as shown in FIG. 2C, a
続いて、図2Dに示すように、電極24n、24pを形成する。これにより、目的とする光電変換素子10が得られる。
Subsequently, as shown in FIG. 2D,
電極24n、24pの形成方法は、例えば、以下のとおりである。先ず、電極ペーストをn型拡散領域18上及びp型拡散領域20上に印刷する。電極ペーストの印刷は、例えば、スクリーン印刷法によって実施される。電極ペーストは、例えば、銀ペーストである。続いて、シリコン基板12を加熱炉等で熱処理する。これにより、電極ペーストが焼成される。その結果、電極24n、24pが形成される。
The formation method of the
このような光電変換素子10においては、多数キャリアを収集する電極24nとn型拡散領域18との接触界面に凹凸22が形成されている。そのため、電極24nとn型拡散領域18との接触面積が増える。その結果、シリコン基板12の面内方向でn型拡散領域18の幅寸法がp型拡散領域20の幅寸法より小さくても、電極24nとn型拡散領域18との接触抵抗が増加するのを抑えられる。
In such a
[第1の実施形態の応用例1]
図1に示す例では、n型拡散領域18の深さ寸法は、n型拡散領域18の全体で略同じであったが、例えば、図3に示すように、n型拡散領域181内で異なっていてもよい。図3に示すシリコン基板121では、n型拡散領域181の深さ寸法は、凸部の先端で最大となり、凹部の底で最小となる。この場合、n型拡散領域181を形成した後、n型拡散領域181の表面に凹凸22を形成する必要がある。凹凸22は、例えば、反応性イオンエッチング等のドライエッチングで形成することができる。反応性イオンエッチングで凹凸22を形成する場合、反応ガスは、例えば、CF4やSF6等である。チャンバ内の圧力は、例えば、1Paである。プラズマを発生させるためのパワーは、例えば、100W〜1kWである。ドライエッチングの他に凹凸22を形成する方法としては、例えば、レーザ照射がある。レーザ照射で凹凸22を形成する場合、レーザは、例えば、YAGレーザ等である。YAGレーザの場合、エネルギー密度は例えば100〜600mJ/cm2であり、パルス発振周波数は例えば30〜200kHzである。凹凸22を形成する前において、n型拡散領域181の深さ寸法は、例えば、0.1〜3μmあればよい。
[Application 1 of the first embodiment]
In the example shown in FIG. 1, the depth dimension of the n-
[第1の実施形態の応用例2]
凹凸は、n型拡散領域18の全体に形成されている必要はない。例えば、図4に示すシリコン基板122のように、n型拡散領域182に1つの凹部26を形成するだけでもよい。この場合、凹部26が形成された位置に、電極24nを形成する。これにより、電極24nとn型拡散領域182との接触面積が大きくなる。その結果、シリコン基板122の面内方向でn型拡散領域182の幅寸法がp型拡散領域20の幅寸法より小さくても、電極24nとn型拡散領域182との接触抵抗が大きくなるのを抑えることができる。凹部26は、例えば、反応性イオンエッチング等のドライエッチングで形成することができる。図4に示す例では、凹部26の底面は平坦であるが、凹部26の底面に凹凸を設けることも、勿論可能である。
[Application 2 of the first embodiment]
The unevenness need not be formed in the entire n-
[第1の実施形態の応用例3]
例えば、p型拡散領域20の表面に凹凸が形成されていてもよい。つまり、p型拡散領域20と電極24pとの接触界面に凹凸が形成されていてもよい。この場合、p型拡散領域20と電極24pとの接触抵抗を下げることができる。
[Application 3 of the first embodiment]
For example, irregularities may be formed on the surface of the p-
[第2の実施形態]
図5を参照しながら、本発明の第2の実施形態に係る光電変換素子30について説明する。本実施形態の光電変換素子30は、シリコン基板12の代わりに、シリコン基板13を備える。シリコン基板13は、n型拡散領域18及びp型拡散領域20を備えていない点を除いて、シリコン基板12と同じである。シリコン基板13の裏面上には、真性非晶質シリコン層(真性非晶質半導体層)32,33が形成されている。真性非晶質シリコン層32上には、n型非晶質シリコン層(第1非晶質半導体層)34が形成されている。真性非晶質シリコン層33上には、p型非晶質シリコン層(第2非晶質半導体層)36が形成されている。
[Second Embodiment]
A
真性非晶質シリコン層32,33は、例えば、i型アモルファスシリコン(a‐Si)からなる。真性非晶質シリコン層32はシリコン基板13の裏面の一部に形成されており、真性非晶質シリコン層33はシリコン基板13の裏面において真性非晶質シリコン層32の形成領域に隣接して形成されている。つまり、真性非晶質シリコン層32,33は、シリコン基板12の裏面の全体に形成されている。真性非晶質シリコン層32,33の厚さは、例えば、10nmである。
The intrinsic amorphous silicon layers 32 and 33 are made of, for example, i-type amorphous silicon (a-Si). The intrinsic
n型非晶質シリコン層34は、n型不純物(例えば、リン)を含む非晶質シリコンからなり、例えば、n型a‐Siからなる。n型非晶質シリコン層34の厚さは、例えば、10nmである。
The n-type
ここで、シリコン基板12において、n型非晶質シリコン層34が形成された位置には、凹凸22が形成されている。そのため、真性非晶質シリコン層32の表面には、シリコン基板13の裏面に形成された凹凸22に対応する凹凸38が形成されている。また、n型非晶質シリコン層34の表面には、シリコン基板12の裏面に形成された凹凸22に対応する凹凸40が形成されている。電極24nのn型非晶質シリコン層34に接触する面は、凹凸40に対応した形状を有している。
Here, in the
p型非晶質シリコン層36は、p型不純物(例えば、ボロン)を含む非晶質シリコンからなり、例えば、p型a‐Siからなる。p型非晶質シリコン層36の厚さは、例えば、10nmである。
The p-type
[光電変換素子の製造方法]
図6A〜図6Fを参照しながら、光電変換素子30の製造方法について説明する。
[Production Method of Photoelectric Conversion Element]
A method for manufacturing the
先ず、図6Aに示すように、受光面の全体にテクスチャ構造14を有するとともに、裏面の一部に凹凸22を有するシリコン基板13を準備する。テクスチャ構造14及び凹凸22を形成する方法は、例えば、第1の実施形態で説明した方法等である。
First, as shown in FIG. 6A, a
続いて、図6Bに示すように、シリコン基板13の裏面に真性非晶質シリコン層32,33を形成する。その結果、真性非晶質シリコン層32には、シリコン基板13の裏面に形成された凹凸22と対応する凹凸38が形成される。
Subsequently, as shown in FIG. 6B, intrinsic amorphous silicon layers 32 and 33 are formed on the back surface of the
真性非晶質シリコン層32,33は、例えば、プラズマCVDで形成することができる。プラズマCVDで形成する場合、プラズマCVD装置が備える反応室に導入される反応ガスは、シランガス及び水素ガスである。シランガスの流量は、例えば、10sccmである。水素ガスの流量は、例えば、100sccmである。シリコン基板12の温度は、例えば、200℃である。反応室内の圧力は、例えば、13.5〜665Paである。プラズマCVD装置が備えるRF電源の出力は、例えば、16〜80mW/cm2である。
The intrinsic amorphous silicon layers 32 and 33 can be formed by plasma CVD, for example. When forming by plasma CVD, the reaction gas introduced into the reaction chamber with which a plasma CVD apparatus is provided is silane gas and hydrogen gas. The flow rate of silane gas is, for example, 10 sccm. The flow rate of hydrogen gas is, for example, 100 sccm. The temperature of the
続いて、図6Cに示すように、p型非晶質シリコン層36を真性非晶質シリコン層33上に形成する。具体的には、先ず、真性非晶質シリコン層32上に、マスクとしてのレジストパターンを形成する。このレジストパターンは、例えば、真性非晶質シリコン層32,33上に形成されたレジストをパターニングすることで得られる。パターニングは、例えば、フォトリソグラフィ及びエッチングによって実施される。
Subsequently, as shown in FIG. 6C, a p-type
続いて、p型非晶質シリコン層を真性非晶質シリコン層33上及び真性非晶質シリコン層32上に形成されたレジストパターン上に形成する。p型非晶質シリコン層は、例えば、プラズマCVDで形成することができる。プラズマCVDで形成する場合、プラズマCVD装置が備える反応室に導入される反応ガスは、シランガス、水素ガス及び水素希釈されたジボランガスである。シランガスの流量は、例えば、2sccmである。水素ガスの流量は、例えば、42sccmである。水素希釈されたジボランガスの流量は、例えば、12sccmである。水素希釈されたジボランガスの濃度は、例えば、0.1%である。シリコン基板13の温度は、例えば、200℃である。反応室内の圧力は、例えば、13.5〜665Paである。プラズマCVD装置が備えるRF電源の出力は、例えば、16〜80mW/cm2である。
Subsequently, a p-type amorphous silicon layer is formed on the resist pattern formed on the intrinsic
続いて、真性非晶質シリコン層32上に形成されたレジストパターンを除去する。これにより、p型非晶質シリコン層36が真性非晶質シリコン層33上に形成される。真性非晶質シリコン層32上に形成されたレジストパターンを除去する方法は、例えば、ウェットエッチングである。
Subsequently, the resist pattern formed on the intrinsic
続いて、図6Dに示すように、n型非晶質シリコン層34を真性非晶質シリコン層32上に形成する。具体的には、先ず、p型非晶質シリコン層36上に、マスクとしてのレジストパターンを形成する。このレジストパターンは、例えば、真性非晶質シリコン層32上及びp型非晶質シリコン層36上に形成されたレジストパターンをパターニングすることで得られる。パターニングは、例えば、フォトリソグラフィ及びエッチングによって実施される。
Subsequently, as shown in FIG. 6D, an n-type
続いて、n型非晶質シリコン層を真性非晶質シリコン層32上及びp型非晶質シリコン層36上に形成されたレジストパターン上に形成する。n型非晶質シリコン層のうち、凹凸38上の領域には、凹凸38に対応する凹凸40が形成される。n型非晶質シリコン層は、例えば、プラズマCVDで形成することができる。プラズマCVDで形成する場合、プラズマCVD装置が備える反応室に導入される反応ガスは、シランガス、水素ガス及び水素希釈されたフォスフィンガスである。シランガスの流量は、例えば、20sccmである。水素ガスの流量は、例えば、150sccmである。水素希釈されたフォスフィンガスの流量は、例えば、50sccmである。水素希釈されたフォスフィンガスの濃度は、例えば、0.2%である。シリコン基板13の温度は、例えば、200℃である。反応室内の圧力は、例えば、13.5〜665Paである。プラズマCVD装置が備えるRF電源の出力は、例えば、16〜80mW/cm2である。
Subsequently, an n-type amorphous silicon layer is formed on the resist pattern formed on the intrinsic
続いて、p型非晶質シリコン層36上に形成されたレジストパターンを除去する。これにより、p型非晶質シリコン層36が真性非晶質シリコン層33上に形成され、且つ、n型非晶質シリコン層34が真性非晶質シリコン層32上に形成される。p型非晶質シリコン層36上に形成されたレジストパターンを除去する方法は、例えば、ウェットエッチングである。
Subsequently, the resist pattern formed on the p-type
続いて、図6Eに示すように、シリコン基板12の受光面にパッシベーション膜16を形成する。パッシベーション膜16は、例えば、プラズマCVDによって形成される。
Subsequently, as shown in FIG. 6E, a
続いて、図6Fに示すように、電極24n、24pを形成する。これにより、目的とする光電変換素子30が得られる。電極24n、24pの形成方法は、例えば、第1の実施形態で説明した方法等である。
Subsequently, as shown in FIG. 6F,
このような光電変換素子30においては、多数キャリアを収集する電極24nとn型非晶質シリコン層34との接触界面に凹凸40が形成されている。そのため、電極24nとn型非晶質シリコン層34との接触面積が増える。その結果、シリコン基板13の面内方向でn型非晶質シリコン層34の幅寸法がp型非晶質シリコン層36の幅寸法より小さくても、電極24nとn型非晶質シリコン層34との接触抵抗が増加するのを抑えられる。
In such a
n型非晶質シリコン層34の電極24n側の表面がシリコン基板13に形成された凹凸22に対応した形状を有する。そのため、n型非晶質シリコン層34を形成するときに、凹凸40を形成することができる。
The surface of the n-type
[第2の実施形態の応用例1]
図5に示す例では、n型非晶質シリコン層34の膜厚は、n型非晶質シリコン層34の全体で略同じであったが、例えば、図7に示すように、n型非晶質シリコン層341内で異なっていてもよい。図7に示すシリコン基板131では、凹凸22が形成されていない。その代わりに、n型非晶質シリコン層341に凹凸401が形成されている。凹凸401が形成された領域において、n型非晶質シリコン層341の膜厚は、凸部の先端で最大となり、凹部の底で最小となる。この場合、n型非晶質シリコン層341を形成した後、n型非晶質シリコン層341の表面に凹凸401を形成する必要がある。凹凸401は、例えば、反応性イオンエッチング等のドライエッチングで形成することができる。反応性イオンエッチングで凹凸401を形成する場合、反応ガスは、例えば、CF4やSF6等である。チャンバ内の圧力は、例えば、1Paである。プラズマを発生させるためのパワーは、例えば、100W〜1kWである。凹凸401を形成する前において、n型非晶質シリコン層341の深さ寸法は、例えば、5〜10nmあればよい。
[Application 1 of the second embodiment]
In the example shown in FIG. 5, the thickness of the n-type
[第2の実施形態の応用例2]
凹凸は、n型非晶質シリコン層34の全体に形成されている必要はない。例えば、図8に示すシリコン基板132のように、n型非晶質シリコン層342に1つの凹部42を形成するだけでもよい。この場合、凹部42が形成された位置に、電極24nを形成する。これにより、電極24nとn型非晶質シリコン層342との接触面積が大きくなる。その結果、シリコン基板13の面内方向でn型非晶質シリコン層342の幅寸法がp型非晶質シリコン層36の幅寸法より小さくても、電極24nとn型非晶質シリコン層342との接触抵抗が大きくなるのを抑えることができる。凹部42は、例えば、反応性イオンエッチング等のドライエッチングで形成することができる。なお、図8に示す例では、凹部42の底面は平坦であるが、凹部42の底面に凹凸を設けることも、勿論可能である。
[Application Example 2 of Second Embodiment]
The unevenness does not need to be formed on the entire n-type
[第2の実施形態の応用例3]
例えば、p型非晶質シリコン層36の表面に凹凸が形成されていてもよい。つまり、p型非晶質シリコン層36と電極24pとの接触界面に凹凸が形成されていてもよい。この場合、p型非晶質シリコン層36と電極24pとの接触抵抗を下げることができる。
[Application 3 of the second embodiment]
For example, irregularities may be formed on the surface of the p-type
以上、本発明の実施形態について、詳述してきたが、これらはあくまでも例示であって、本発明は、上述の実施形態によって、何等、限定されない。 As mentioned above, although embodiment of this invention has been explained in full detail, these are illustrations to the last and this invention is not limited at all by the above-mentioned embodiment.
例えば、第1の実施形態において、シリコン基板12はp型の単結晶シリコン基板であってもよい。この場合、シリコン基板12の面内方向でp型拡散領域20の幅寸法がn型拡散領域18の幅寸法よりも小さくなり、且つ、電極24pとp型拡散領域20との接触界面に凹凸が形成される。第1の実施形態の応用例1,2についても、同様である。
For example, in the first embodiment, the
第2の実施形態において、シリコン基板13はp型の単結晶シリコン基板であってもよい。この場合、シリコン基板13の面内方向でp型非晶質シリコン層36の幅寸法がn型非晶質シリコン層34の幅寸法よりも小さくなり、且つ、電極24pとp型非晶質シリコン層36との接触界面に凹凸が形成される。第2の実施形態の応用例1,2についても、同様である。
In the second embodiment, the
第2の実施形態において、真性非晶質シリコン層32,33は必須の構成要素ではない。つまり、シリコン基板13の裏面上にn型非晶質シリコン層34とp型非晶質シリコン層36とが直接形成されていてもよい。第2の実施形態の応用例1,2についても、同様である。
In the second embodiment, the intrinsic amorphous silicon layers 32 and 33 are not essential components. That is, the n-type
第1及び第2の実施形態において、テクスチャ構造14及びパッシベーション16は必須の構成要素ではない。これらの実施形態の応用例についても、同様である。
In the first and second embodiments, the
第1及び第2の実施形態において、シリコン基板12,13の受光面側に高濃度領域が形成されていてもよい。高濃度領域は、シリコン基板12,13と同じ導電型を有する不純物がシリコン基板12,13よりも高濃度にドーピングされた領域である。高濃度領域は、FSF(Front Surface Field)として機能する。第1及び第2の実施形態の応用例についても、同様である。
In the first and second embodiments, a high concentration region may be formed on the light receiving surface side of the
第1及び第2の実施形態において、シリコン基板12,13の受光面側のテクスチャ構造14と、シリコン基板12,13の裏面側の凹凸22とは、同時に形成する必要はない。これらの実施形態の応用例についても、同様である。
In the first and second embodiments, the
第1の実施形態では、シリコン基板12の裏面側であって、且つ、シリコン基板12内にn型拡散領域18とp型拡散領域20とが形成されているとともに、n型拡散領域18と電極24nとの接触界面に凹凸22が形成されている。第2の実施形態では、シリコン基板13の裏面上にn型非晶質シリコン層34とp型非晶質シリコン層36とが形成されているとともに、n型非晶質シリコン層34と電極24nとの間に凹凸40が形成されている。つまり、本発明では、シリコン基板と同じ導電型を有する第1半導体層と、シリコン基板と反対の導電型を有する第2半導体層とがシリコン基板の裏面側に形成されているとともに、第1半導体層と当該第1半導体層上に形成された第1電極との間に凹凸が形成されていればよい。
In the first embodiment, the n-
10:光電変換素子、12:シリコン基板、18:n型拡散領域、20:p型拡散領域、22:凹凸、24n:電極、24p:電極、30:光電変換素子、32:真性非晶質シリコン層、33:真性非晶質シリコン層、34:p型非晶質シリコン層、36:n型非晶質シリコン層、40:凹凸 10: photoelectric conversion element, 12: silicon substrate, 18: n-type diffusion region, 20: p-type diffusion region, 22: unevenness, 24n: electrode, 24p: electrode, 30: photoelectric conversion device, 32: intrinsic amorphous silicon Layer 33: intrinsic amorphous silicon layer 34: p-type amorphous silicon layer 36: n-type amorphous silicon layer 40: irregularities
Claims (4)
前記第1導電型を有し、前記シリコン基板の裏面側に形成された第1半導体層と、
前記第1導電型と反対の第2導電型を有し、前記シリコン基板の面内方向において前記第1半導体層に隣接して形成されるとともに、前記第1半導体層よりも前記シリコン基板の面内方向の幅寸法が大きい第2半導体層と、
前記第1半導体層上に形成された第1電極と、
前記第2半導体層上に形成された第2電極とを備え、
前記第1電極と前記第1半導体層との接触界面に凹凸が形成されている、光電変換素子。 A silicon substrate having a first conductivity type;
A first semiconductor layer having the first conductivity type and formed on the back side of the silicon substrate;
The second conductivity type opposite to the first conductivity type is formed adjacent to the first semiconductor layer in the in-plane direction of the silicon substrate, and the surface of the silicon substrate is more than the first semiconductor layer. A second semiconductor layer having a large width dimension in the inward direction;
A first electrode formed on the first semiconductor layer;
A second electrode formed on the second semiconductor layer,
A photoelectric conversion element, wherein irregularities are formed at a contact interface between the first electrode and the first semiconductor layer.
前記第1半導体層が、前記シリコン基板の裏面側に形成され、前記第1導電型の不純物が拡散された第1拡散領域であり、
前記第2半導体層が、前記シリコン基板の裏面側に形成され、前記第2導電型の不純物が拡散された第2拡散領域である、光電変換素子。 The photoelectric conversion device according to claim 1,
The first semiconductor layer is a first diffusion region formed on the back side of the silicon substrate and in which the impurity of the first conductivity type is diffused;
The photoelectric conversion element, wherein the second semiconductor layer is a second diffusion region formed on a back surface side of the silicon substrate and in which the second conductivity type impurity is diffused.
前記シリコン基板の裏面上に形成され、真性の非晶質半導体からなる真性非晶質半導体層をさらに備え、
前記第1半導体層が、前記真性非晶質半導体層上に形成され、前記第1導電型の不純物を含む非晶質半導体からなる第1非晶質半導体層であり、
前記第2半導体層が、前記真性非晶質半導体層上に形成され、前記第2導電型の不純物を含む非晶質半導体からなる第2非晶質半導体層である、光電変換素子。 The photoelectric conversion device according to claim 1,
An intrinsic amorphous semiconductor layer formed on the back surface of the silicon substrate and made of an intrinsic amorphous semiconductor;
The first semiconductor layer is a first amorphous semiconductor layer formed on the intrinsic amorphous semiconductor layer and made of an amorphous semiconductor containing an impurity of the first conductivity type;
The photoelectric conversion element, wherein the second semiconductor layer is a second amorphous semiconductor layer formed on the intrinsic amorphous semiconductor layer and made of an amorphous semiconductor containing the second conductivity type impurity.
前記第1半導体層の前記第1電極側の表面が前記基板の凹凸に対応した形状を有する、光電変換素子。 It is a photoelectric conversion element given in any 1 paragraph of Claims 1-3,
The photoelectric conversion element in which the surface of the first electrode side of the first semiconductor layer has a shape corresponding to the unevenness of the substrate.
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