JP2014056875A - Photoelectric conversion element and photoelectric conversion element manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光電変換素子および光電変換素子の製造方法に関する。 The present invention relates to a photoelectric conversion element and a method for manufacturing the photoelectric conversion element.
太陽光エネルギを電気エネルギに直接変換する太陽電池は、近年、特に、地球環境問題の観点から、次世代のエネルギ源としての期待が急激に高まっている。太陽電池には、化合物半導体または有機材料を用いたものなど様々な種類のものがあるが、現在、主流となっているのは、シリコン結晶を用いたものである。 In recent years, a solar cell that directly converts solar energy into electric energy has been rapidly expected as a next-generation energy source particularly from the viewpoint of global environmental problems. There are various types of solar cells, such as those using compound semiconductors or organic materials, but the mainstream is currently using silicon crystals.
現在、最も多く製造および販売されている太陽電池は、太陽光が入射する側の面である受光面と、受光面の反対側である裏面とにそれぞれ電極が形成された構造のものである。 Currently, the most manufactured and sold solar cells have a structure in which electrodes are respectively formed on a light receiving surface that is a surface on which sunlight is incident and a back surface that is opposite to the light receiving surface.
しかしながら、受光面に電極を形成した場合には、電極における太陽光の反射および吸収があることから、電極の面積分だけ入射する太陽光の量が減少する。そのため、たとえば特許文献1には、n型単結晶シリコン基板の裏面側にn電極であるエミッタコンタクトと、p電極であるベースコンタクトの双方が形成されたヘテロ接合型バックコンタクトセルが開示されている。
However, when an electrode is formed on the light receiving surface, sunlight is reflected and absorbed by the electrode, so that the amount of incident sunlight is reduced by the area of the electrode. Therefore, for example,
図19に、従来の特許文献1に開示されたヘテロ接合型バックコンタクトセルの模式的な断面図を示す。図19に示されるヘテロ接合型バックコンタクトセルは、n型シリコン基板101の裏面の一部の領域にp+領域106が形成され、n型シリコン基板101の裏面のp+領域106以外の領域上にi型のアモルファスシリコン膜110およびn型のアモルファスシリコン膜111がこの順に積層されており、p+領域106上およびn型のアモルファスシリコン膜111上に、それぞれ、ベースコンタクト112およびエミッタコンタクト113が形成された構造を有している。
FIG. 19 is a schematic cross-sectional view of a heterojunction back contact cell disclosed in
n型シリコン基板101の裏面上におけるi型のアモルファスシリコン膜110およびベースコンタクト112以外の領域にはSiNx膜103が堆積されている。n型シリコン基板101の受光面には微小な凹凸加工が行なわれて、ピラミッド型のエッチング構造104が形成されている。さらに、n型シリコン基板101のエッチング構造104にはリンの拡散が行なわれることによって表面注入層102が形成されており、表面注入層102上には反射防止膜として用いられるSiNx膜108が堆積されている。
In a region other than the i-type
このような構造を有するヘテロ接合型バックコンタクトセルは、単結晶シリコン基板の裏面にp+領域およびn+領域がそれぞれ形成された従来のバックコンタクトセルに比べて単結晶シリコン基板の裏面でのキャリアの再結合を防止でき、開放電圧が高くなるため、特性が向上するとされている。 The heterojunction back contact cell having such a structure has a carrier on the back surface of the single crystal silicon substrate as compared with the conventional back contact cell in which the p + region and the n + region are respectively formed on the back surface of the single crystal silicon substrate. The recombination can be prevented, and the open circuit voltage becomes high, so that the characteristics are improved.
しかしながら、図19に示す従来の特許文献1に開示されたヘテロ接合型バックコンタクトセルにおいては、n型シリコン基板101の受光面から入射してきた光が、n型シリコン基板101の内部で吸収されなかった場合には、ベースコンタクト112とエミッタコンタクト113との間から外部に透過してしまい、短絡電流密度が低くなって、特性が低くなることがあった。そのため、ヘテロ接合型バックコンタクトセルの特性のさらなる改善が要望されている。
However, in the heterojunction back contact cell disclosed in
上記の事情に鑑みて、本発明の目的は、ヘテロ接合型バックコンタクトセルの特性のさらなる改善を達成することが可能な光電変換素子および光電変換素子の製造方法を提供することにある。 In view of the above circumstances, an object of the present invention is to provide a photoelectric conversion element and a method for manufacturing the photoelectric conversion element that can achieve further improvement in characteristics of the heterojunction back contact cell.
本発明は、第1導電型の半導体基板を備え、半導体基板の表面の一部には、第1の溝と第2の溝と、第1の溝と第2の溝との間の凸部とが設けられており、第1の溝上、第2の溝上および凸部上には第1導電型非晶質膜が設けられており、半導体基板の表面の第1の溝、第2の溝および凸部以外の領域には第2導電型非晶質膜が設けられており、第1導電型非晶質膜の全面を覆う第1導電型用電極層と、第2導電型非晶質膜の全面を覆う第2導電型用電極層とを有し、第1導電型用電極層と第2導電型用電極層とが電気的に絶縁されている光電変換素子である。 The present invention includes a first conductivity type semiconductor substrate, and a part of the surface of the semiconductor substrate includes a first groove and a second groove, and a convex portion between the first groove and the second groove. The first conductivity type amorphous film is provided on the first groove, the second groove, and the convex portion, and the first groove and the second groove on the surface of the semiconductor substrate are provided. A second conductive type amorphous film is provided in a region other than the convex portion, and a first conductive type electrode layer covering the entire surface of the first conductive type amorphous film, and a second conductive type amorphous film The photoelectric conversion element has a second conductivity type electrode layer covering the entire surface of the film, and the first conductivity type electrode layer and the second conductivity type electrode layer are electrically insulated.
ここで、本発明の光電変換素子において、半導体基板の表面全体に凸部よりも小さい第2の凸部がさらに設けられていることが好ましい。 Here, in the photoelectric conversion element of the present invention, it is preferable that a second convex portion smaller than the convex portion is further provided on the entire surface of the semiconductor substrate.
また、本発明の光電変換素子において、半導体基板の表面と第1導電型非晶質膜との間および半導体基板の表面と第2導電型非晶質膜との間にi型の非晶質膜が設けられていることが好ましい。 In the photoelectric conversion element of the present invention, an i-type amorphous material is formed between the surface of the semiconductor substrate and the first conductive type amorphous film and between the surface of the semiconductor substrate and the second conductive type amorphous film. A film is preferably provided.
さらに、本発明は、第1導電型の半導体基板の一方の表面の一部上に第1のマスク材を設置する工程と、第1のマスク材をマスクとして半導体基板の一部を除去することによって半導体基板の表面に、第1の溝と、第2の溝と、第1の溝と第2の溝との間の凸部とを形成する工程と、第1の溝と第2の溝との間から凸部が露出するように第2のマスク材を設置する工程と、第2のマスク材をマスクとして凸部の表面の一部を除去する工程と、半導体基板の表面の第1の溝、第2の溝および凸部以外の領域に第2導電型非晶質膜を形成する工程と、第1の溝と第2の溝と凸部とを覆うように第3のマスク材を設置する工程と、半導体基板の表面の第1の溝、第2の溝および凸部以外の領域および第3のマスク材を覆うように第2導電型非晶質膜を形成する工程と、第3のマスク材と第3のマスク材上の第2導電型非晶質膜を除去する工程と、第2導電型非晶質膜の残部上に第4のマスク材を設置する工程と、第4のマスク材、第1の溝、第2の溝および凸部を覆うように第1導電型非晶質膜を形成する工程と、第4のマスク材と第4のマスク材上の第1導電型非晶質膜を除去する工程と、第4のマスク材を除去した後に、第1導電型非晶質膜の全面を覆う第1導電型用電極層と、第2導電型非晶質膜の全面を覆う第2導電型用電極層とを、第1導電型用電極層と第2導電型用電極層とが電気的に絶縁されるように形成する工程と、を含む、光電変換素子の製造方法である。 Furthermore, the present invention provides a step of installing a first mask material on a portion of one surface of a first conductivity type semiconductor substrate, and removing a portion of the semiconductor substrate using the first mask material as a mask. Forming a first groove, a second groove, and a convex portion between the first groove and the second groove on the surface of the semiconductor substrate, and the first groove and the second groove. A step of installing the second mask material so that the convex portion is exposed from between the step, a step of removing a part of the surface of the convex portion using the second mask material as a mask, and a first surface of the semiconductor substrate Forming a second conductive amorphous film in a region other than the first groove, the second groove, and the convex portion, and a third mask material so as to cover the first groove, the second groove, and the convex portion And a second conductive type amorphous film so as to cover the region other than the first groove, the second groove and the convex portion on the surface of the semiconductor substrate and the third mask material A step of forming, a step of removing the third mask material and the second conductive type amorphous film on the third mask material, and a fourth mask material on the remaining portion of the second conductive type amorphous film. A step of installing, a step of forming a first conductive amorphous film so as to cover the fourth mask material, the first groove, the second groove, and the convex portion, and the fourth mask material and the fourth mask A step of removing the first conductive type amorphous film on the mask material; a first conductive type electrode layer covering the entire surface of the first conductive type amorphous film after removing the fourth mask material; Forming a second conductivity type electrode layer covering the entire surface of the two conductivity type amorphous film so that the first conductivity type electrode layer and the second conductivity type electrode layer are electrically insulated; The manufacturing method of the photoelectric conversion element containing these.
ここで、本発明の光電変換素子の製造方法は、第3のマスク材を設置する工程の前に、半導体基板の表面全体に、凸部よりも小さい第2の凸部を形成する工程をさらに含むことが好ましい。 Here, the method for manufacturing a photoelectric conversion element of the present invention further includes a step of forming a second convex portion smaller than the convex portion on the entire surface of the semiconductor substrate before the step of installing the third mask material. It is preferable to include.
本発明によれば、ヘテロ接合型バックコンタクトセルの特性のさらなる改善を達成することが可能な光電変換素子および光電変換素子の製造方法を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the manufacturing method of the photoelectric conversion element which can achieve the further improvement of the characteristic of a heterojunction type back contact cell, and a photoelectric conversion element can be provided.
以下、本発明の実施の形態について説明する。なお、本発明の図面において、同一の参照符号は、同一部分または相当部分を表わすものとする。 Embodiments of the present invention will be described below. In the drawings of the present invention, the same reference numerals represent the same or corresponding parts.
<実施の形態1>
図1に、本発明の光電変換素子の一例である実施の形態1のヘテロ接合型バックコンタクトセルの模式的な断面図を示す。実施の形態1のヘテロ接合型バックコンタクトセルはn型単結晶シリコンからなる半導体基板1を有しており、半導体基板1の一方の表面である裏面の一部には、第1の溝4と、第2の溝5と、第1の溝4と第2の溝5との間の凸部6と、が設けられている。ここで、第1の溝4および第2の溝5は、図1の紙面の法線方向に伸長している。また、凸部6は、半導体基板1の裏面方向に突出しながら、第1の溝4および第2の溝5の伸長方向に沿って伸長している。
<
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a heterojunction back contact cell according to
半導体基板1の裏面において、第1の溝4、凸部6および第2の溝5が形成されている領域(以下、「溝形成領域」という。)1b上には、i型のアモルファスシリコンからなる第1のi型非晶質膜14、n型のアモルファスシリコンからなる第1導電型非晶質膜15、第1の電極層16および第2の電極層17がこの順序で積層されている。
On the back surface of the
また、第1導電型非晶質膜15の裏面上に積層された第1の電極層16と第2の電極層17との積層体から第1導電型用電極層20bが構成されており、第1導電型非晶質膜15の裏面の全面が第1導電型用電極層20bで覆われている。
The first conductivity
半導体基板1の裏面における溝形成領域1b以外の領域(以下、「溝非形成領域」という。)1a上には、i型のアモルファスシリコンからなる第2のi型非晶質膜11、p型のアモルファスシリコンからなる第2導電型非晶質膜12、第1の電極層16および第2の電極層17がこの順序で積層されている。
A second i-type
また、第2導電型非晶質膜12の裏面上に積層された第1の電極層16と第2の電極層17との積層体から第2導電型用電極層20aが構成されており、第2導電型非晶質膜12の裏面の全面が第2導電型用電極層20aで覆われている。第1導電型用電極層20bと第2導電型用電極層20aとは、第1の溝4および第2の溝5によって、高さ方向に差異が設けられているため、電気的に絶縁されている。
In addition, the second conductive
なお、本明細書において「i型」とは、n型またはp型の不純物を意図的にドーピングしていないことを意味しており、たとえば光電変換素子の作製後にn型またはp型の不純物が不可避的に拡散することなどによってn型またはp型の導電型を示すこともあり得る。 Note that “i-type” in this specification means that n-type or p-type impurities are not intentionally doped. For example, after manufacturing a photoelectric conversion element, n-type or p-type impurities are not present. Inevitable diffusion may cause n-type or p-type conductivity.
また、本明細書において「アモルファスシリコン」には、水素化アモルファスシリコンなどのシリコン原子の未結合手(ダングリングボンド)が水素で終端されたものも含まれる。 In the present specification, “amorphous silicon” includes hydrogen atoms terminated with dangling bonds of silicon atoms such as amorphous silicon hydride.
半導体基板1の受光面には微細なピラミッド状の凹凸からなるテクスチャ構造2が形成されており、半導体基板1の受光面のテクスチャ構造2上には、パッシベーション膜9と反射防止膜10とがこの順序で形成されている。
A
以下、図2〜図16の模式的断面図を参照して、実施の形態1のヘテロ接合型バックコンタクトセルの製造方法の一例について説明する。まず、図2に示すように、n型単結晶シリコンからなる半導体基板1の受光面の全面にテクスチャ構造2を形成する。
Hereinafter, an example of a method for manufacturing the heterojunction back contact cell of the first embodiment will be described with reference to schematic cross-sectional views of FIGS. First, as shown in FIG. 2, a
半導体基板1としてはn型単結晶シリコンからなる基板に限定されず、たとえば従来から公知の半導体基板などを用いてもよい。
The
半導体基板1の厚さは、特に限定されないが、たとえば100μm以上300μm以下とすることができ、好ましくは100μm以上200μm以下とすることができる。また、半導体基板1の比抵抗も、特に限定されないが、たとえば0.1Ω・cm以上1Ω・cm以下とすることができる。
Although the thickness of the
テクスチャ構造2の形成方法は特に限定されないが、たとえば従来から公知のテクスチャエッチングなどを好適に用いることができる。
Although the formation method of the
次に、図3に示すように、半導体基板1の裏面の一部上に第1のマスク材3を設置する。
Next, as shown in FIG. 3, the
第1のマスク材3の材質および設置方法は、特に限定されないが、たとえば、第1のマスク材3がフォトレジストからなる場合には、半導体基板1の裏面の全面に第1のマスク材3を塗布した後に、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術による第1のマスク材3のパターンニングを行なうことによって、半導体基板1の裏面の一部上に第1のマスク材3を設置することができる。
The material and installation method of the
次に、図4に示すように、第1のマスク材3をマスクとして半導体基板1の裏面の一部を除去することによって、半導体基板1の裏面の一部に、第1の溝4と、第2の溝5と、第1の溝4と第2の溝5との間の凸部6とを形成する。
Next, as shown in FIG. 4, by removing a part of the back surface of the
ここで、第1のマスク材3をマスクとして用いて半導体基板1の裏面の一部を除去する方法としては、たとえばドライエッチングなどを用いることができる。ドライエッチングとしては、たとえば、エッチングガスとしてCF4ガスを用いたICP(Ion Coupling Plasma)ドライエッチング装置による反応性イオンエッチングの方式などを採用することができる。
Here, as a method of removing a part of the back surface of the
第1の溝4の深さd、第2の溝5の深さdおよび凸部6の高さdは、0.3μm以上5μm以下であることが好ましい。第1の溝4の深さd、第2の溝5の深さdおよび凸部6の高さdが、0.3μm以上である場合には、隣り合う電極間のリークならびに第1のi型非晶質膜14および第1導電型非晶質膜15の劣化による変換効率などの特性の低下を抑止することができる。第1の溝4の深さd、第2の溝5の深さdおよび凸部6の高さdが、5μm以下である場合には、半導体基板1が薄くなりすぎないため、変換効率などの特性の低下を効果的に抑止することができる。
It is preferable that the depth d of the
第1の溝4の幅W1は、500μm以上であることが好ましい。第1の溝4の幅W1が500μm以上である場合には、複数のヘテロ接合型バックコンタクトセルを電気的に接続するための配線シートの配線に第1導電型用電極層20bを接続する際に、位置ズレが生じにくくなり、電気的なリークを起こしにくくなる。また、第1の溝4の幅W1は、10000μm以下であることが好ましい。
The width W1 of the
第2の溝5の幅W2は、500μm以上であることが好ましい。第2の溝5の幅W2が500μm以上には、複数のヘテロ接合型バックコンタクトセルを電気的に接続して電流を集めるための配線シートの配線に第1導電型用電極層20bを接続する際に、位置ズレが生じにくくなるため、電気的なリークを起こしにくくなる。また、第2の溝5の幅W2は、10000μm以下であることが好ましい。
The width W2 of the
凸部6の幅W3は、250μm以上であることが好ましい。凸部6の幅W3が250μm以上である場合には、複数のヘテロ接合型バックコンタクトセルを電気的に接続して電流を集めるための配線シートの配線に第1導電型用電極層20bを接続する際の接続不良の発生を抑えて、電流の取り出し効率の悪化を抑止することができる。また、凸部6の幅W3は、50000μm以下であることが好ましい。
The width W3 of the
次に、図5に示すように、半導体基板1の裏面から第1のマスク材3を除去する。第1のマスク材3を除去する方法は、特に限定されず、従来から公知の方法を用いることができる。
Next, as shown in FIG. 5, the
次に、図6に示すように、第1の溝4と第2の溝5との間から凸部6が露出するように第2のマスク材7を設置する。
Next, as shown in FIG. 6, the
第2のマスク材7の材質および設置方法は、特に限定されないが、たとえば、第2のマスク材7がフォトレジストからなる場合には、半導体基板1の裏面の全面に第2のマスク材7を塗布した後に、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術による第2のマスク材7のパターンニングを行なうことによって、第1の溝4と第2の溝5との間から凸部6が露出するように第2のマスク材7を設置することにより行なうことができる。
The material and installation method of the
次に、図7に示すように、第2のマスク材7をマスクとして凸部6の表面の一部を除去する。これにより、凸部6の表面は、凸部6の表面の一部の除去前よりも、なだらかな斜面を有することになる。このように、凸部6の表面が、凸部6の表面の一部の除去前よりもなだらかな斜面を有するように凸部6を形成した場合には、後述する工程で、半導体基板1の裏面の溝形成領域1b上に、第1のi型非晶質膜14および第1導電型非晶質膜15を途切れることなく連続的に形成することができる傾向にある。
Next, as shown in FIG. 7, a part of the surface of the
なお、本工程においては、凸部6の表面の一部が除去されるが、凸部6の表面がなだらかな斜面を有するようにするためのものであるため、当該除去後の凸部6の幅および高さは、当該除去前の幅W3および高さdとほぼ変わらない。
In this step, a part of the surface of the
ここで、第2のマスク材7をマスクとして用いて凸部6の表面の一部を除去する方法としては、たとえば従来から公知のドライエッチングおよび/またはウエットエッチングなどを用いることができる。
Here, as a method of removing a part of the surface of the
次に、図8に示すように、半導体基板1の裏面から第2のマスク材7を除去する。第2のマスク材7を除去する方法は、特に限定されず、従来から公知の方法を用いることができる。
Next, as shown in FIG. 8, the
次に、図9に示すように、半導体基板1の受光面のテクスチャ構造2上に、パッシベーション膜9と、反射防止膜10とをこの順序で積層する。
Next, as shown in FIG. 9, a
パッシベーション膜9および反射防止膜10としては、それぞれ、たとえば、透明導電酸化物膜、窒化シリコン膜、酸化シリコン膜またはi型のアモルファスシリコン膜などを積層することができる。パッシベーション膜9と反射防止膜10との積層体の厚さは、たとえば100nm程度とすることができる。パッシベーション膜9と反射防止膜10の積層方法は特に限定されず、たとえば従来から公知のプラズマCVD(Chemical Vapor Deposition)法またはスパッタリング法などを用いることができる。
As the
次に、図10に示すように、半導体基板1の裏面の溝形成領域1b上に、第3のマスク材8を設置する。
Next, as shown in FIG. 10, a
第3のマスク材8の材質および設置方法は、特に限定されないが、たとえば、第3のマスク材8がフォトレジストからなる場合には、半導体基板1の裏面の全面に第3のマスク材8を塗布した後に、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術による第3のマスク材8のパターンニングを行なうことによって、半導体基板1の裏面の溝形成領域1bのみを覆うように第3のマスク材8を設置することにより行なうことができる。
The material and installation method of the
次に、図11に示すように、半導体基板1の裏面の溝非形成領域1a上および第3のマスク材8の裏面上に、i型のアモルファスシリコンからなる第2のi型非晶質膜11およびp型のアモルファスシリコンからなる第2導電型非晶質膜12を、この順序で、たとえばプラズマCVD法により積層する。
Next, as shown in FIG. 11, the second i-type amorphous film made of i-type amorphous silicon is formed on the
第2のi型非晶質膜11としてはi型のアモルファスシリコンからなる膜に限定されず、たとえば従来から公知のi型のアモルファス半導体膜などを用いてもよい。第2のi型非晶質膜11の厚さは、特に限定されないが、たとえば5nm以上10nm以下とすることができる。
The second i-type
第2導電型非晶質膜12としてはp型のアモルファスシリコンからなる膜に限定されず、たとえば従来から公知のp型のアモルファス半導体膜などを用いてもよい。第2導電型非晶質膜12の厚さは、特に限定されないが、たとえば5nm以上10nm以下とすることができる。
The second conductive type
また、第2導電型非晶質膜12に含まれるp型不純物としては、たとえばボロンを用いることができ、第2導電型非晶質膜12のp型不純物濃度は、たとえば5×1019個/cm3程度とすることができる。
As the p-type impurity contained in the second conductive type
次に、図12に示すように、半導体基板1の裏面から第3のマスク材8を除去する。これにより、第3のマスク材8とともに、第3のマスク材8上の第2のi型非晶質膜11および第2導電型非晶質膜12も除去され、半導体基板1の裏面の溝形成領域1bが露出する。
Next, as shown in FIG. 12, the
第3のマスク材8を除去する方法は、特に限定されず、従来から公知の方法を用いることができる。
The method for removing the
次に、図13に示すように、上記の第3のマスク材8の除去の残部となる第2導電型非晶質膜12の裏面上に第4のマスク材13を設置する。
Next, as shown in FIG. 13, a
第4のマスク材13の材質および設置方法は、特に限定されないが、たとえば、第4のマスク材13がフォトレジストからなる場合には、第2導電型非晶質膜12の裏面および半導体基板1の裏面の溝形成領域1bの全面に第4のマスク材13を塗布した後に、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術による第4のマスク材13のパターンニングを行なうことによって、第2導電型非晶質膜12の裏面上のみに第4のマスク材13を設置することにより行なうことができる。
The material and installation method of the
次に、図14に示すように、第4のマスク材13の裏面上および半導体基板1の裏面の溝形成領域1b上に、i型のアモルファスシリコンからなる第1のi型非晶質膜14およびn型のアモルファスシリコンからなる第1導電型非晶質膜15を、この順序で、たとえばプラズマCVD法により積層する。
Next, as shown in FIG. 14, the first i-type
第1のi型非晶質膜14としてはi型のアモルファスシリコンからなる膜に限定されず、たとえば従来から公知のi型のアモルファス半導体膜などを用いてもよい。第1のi型非晶質膜14の厚さは、特に限定されないが、たとえば5nm以上10nm以下とすることができる。
The first i-type
第1導電型非晶質膜15としてはn型のアモルファスシリコンからなる膜に限定されず、たとえば従来から公知のn型のアモルファス半導体膜などを用いてもよい。第1導電型非晶質膜15の厚さは、特に限定されないが、たとえば5nm以上10nm以下とすることができる。
The first conductive
また、第1導電型非晶質膜15に含まれるn型不純物としては、たとえばリンを用いることができ、第1導電型非晶質膜15のn型不純物濃度は、たとえば5×1019個/cm3程度とすることができる。
As the n-type impurity contained in the first conductivity type
次に、図15に示すように、第2導電型非晶質膜12の裏面から第4のマスク材13を除去する。これにより、第4のマスク材13とともに、第4のマスク材13上の第1のi型非晶質膜14および第1導電型非晶質膜15も除去され、第2導電型非晶質膜12の裏面が露出する。
Next, as shown in FIG. 15, the
第4のマスク材13を除去する方法は、特に限定されず、従来から公知の方法を用いることができる。
The method for removing the
次に、図16に示すように、第4のマスク材13を除去した後の半導体基板1の裏面側の全面に第1の電極層16を形成する工程を行なう。これにより、第1の電極層16は、第2導電型非晶質膜12の裏面の全面上および第1のi型非晶質膜14の全面上に形成される。
Next, as shown in FIG. 16, a step of forming the
第1の電極層16としては、導電性を有する材料を用いることができ、たとえばITO(Indium Tin Oxide)などを用いることができる。
As the
第1の電極層16は、たとえばスパッタリング法により形成することができ、第1の電極層16の厚さは、たとえば80nm以下とすることができる。
The
次に、図1に示すように、第1の電極層16の裏面の全面上に、第2の電極層17を形成する工程を行なう。これにより、第2導電型非晶質膜12の裏面の全面上には、第1の電極層16と第2の電極層17との積層体からなる第2導電型用電極層20aが形成されるとともに、第1導電型非晶質膜15の裏面の全面上には、第1の電極層16と第2の電極層17との積層体からなる第1導電型用電極層20bが形成される。図1に示すように、第1導電型用電極層20bと第2導電型用電極層20aとは、第1の溝4および第2の溝5によって、高さ方向に差異が設けられているため、電気的に絶縁されることになる。
Next, as shown in FIG. 1, a step of forming a
第2の電極層17としては、導電性を有し、かつ太陽光を反射することが可能な材料を用いることができ、たとえばアルミニウムなどを用いることができる。
As the
第2の電極層17は、たとえばスパッタリング法により形成することができ、第2の電極層17の厚さは、たとえば0.5μm以下とすることができる。
The
その後、半導体基板1の端面に付着した第2導電型用電極層20aおよび第1導電型用電極層20bの剥離のために、薄い塩酸などによる洗浄を行なうことが好ましい。
Thereafter, it is preferable to perform cleaning with thin hydrochloric acid or the like for peeling off the second conductivity
以上により、第1導電型非晶質膜15の裏面の全面が第1導電型用電極層20bにより覆われるとともに、第2導電型非晶質膜12の裏面の全面が第2導電型用電極層20aにより覆われており、第1導電型用電極層20bと第2導電型用電極層20aとが電気的に絶縁された構成を有する実施の形態1のヘテロ接合型バックコンタクトセルが完成する。
As described above, the entire back surface of the first conductivity type
実施の形態1のヘテロ接合型バックコンタクトセルにおいては、半導体基板1の裏面の全面に電極層(第1導電型用電極層20bおよび第2導電型用電極層20a)が形成されていることから、半導体基板1の受光面から入射してきた光が、仮に半導体基板1の内部で吸収されなかった場合であっても、特許文献1の場合と比べて、半導体基板1の裏面の電極層で半導体基板1の内部側に反射することができるため、短絡電流密度を高くすることができる。
In the heterojunction back contact cell of the first embodiment, the electrode layers (the first conductivity
また、実施の形態1のヘテロ接合型バックコンタクトセルにおいては、半導体基板1の裏面の全面がi型非晶質膜(第1のi型非晶質膜14および第2のi型非晶質膜11)に接触していることから、n型シリコン基板101の裏面のp+領域106以外の領域のみにi型のアモルファスシリコン膜110が設けられた特許文献1の場合と比べて、半導体基板1の裏面でのキャリアの再結合を防止でき、開放電圧を高くすることができる。
Further, in the heterojunction back contact cell of the first embodiment, the entire back surface of the
以上の理由により、実施の形態1のヘテロ接合型バックコンタクトセルにおいては、特許文献1の場合と比べて、短絡電流密度および開放電圧などの特性の改善を達成することができる。
For the reasons described above, in the heterojunction back contact cell of the first embodiment, characteristics such as short-circuit current density and open-circuit voltage can be improved as compared with the case of
また、実施の形態1のヘテロ接合型バックコンタクトセルにおいては、凸部6の表面がなだらかな斜面を有するように凸部6が形成されていることにより、半導体基板1の裏面の溝形成領域1b上の第1のi型非晶質膜14および第1導電型非晶質膜15を途切れることなく連続的に形成することができるため、p電極20aの裏面と、凸部6を覆うn電極20bの頂点との高さを同一にすることも可能となる。したがって、この場合には、実施の形態1のヘテロ接合型バックコンタクトセル同士を、絶縁性基材上に配線パターンを設けた配線シートによって電気的に接続する場合に、p電極20aに接続される配線の高さと、n電極20bに接続される配線の高さとを変える必要がないことから、電極と配線との電気的な接続の安定性が向上するとともに、配線シート自体の生産性も向上させることができる。
Further, in the heterojunction back contact cell of the first embodiment, the
さらに、実施の形態1のヘテロ接合型バックコンタクトセルにおいては、特にマスクを用いることなく、第1の電極層16および第2の電極層17を順次積層して、互いに電気的に分離した第1導電型用電極層20bおよび第2導電型用電極層20aを形成することができるため、ヘテロ接合型バックコンタクトセルの生産性が向上する。
Further, in the heterojunction back contact cell of the first embodiment, the
<実施の形態2>
図17に、本発明の光電変換素子の他の一例である実施の形態2のヘテロ接合型バックコンタクトセルの模式的な断面図を示す。実施の形態2のヘテロ接合型バックコンタクトセルは、半導体基板1の裏面全体に、凸部6よりも小さい第2の凸部18がさらに設けられていることを特徴としている。なお、第2の凸部18の幅および高さは、それぞれ、凸部6の幅および高さよりも小さければ特に限定されないが、たとえば100nm以上10μm以下とすることができる。また、第2の凸部18の形状は、たとえば、個々の第2の凸部18が三角形の面を有する四面体とすることができる。
<
FIG. 17 is a schematic cross-sectional view of a heterojunction back contact cell according to
実施の形態2のヘテロ接合型バックコンタクトセルのように、半導体基板1の裏面全体に凸部6よりも小さい第2の凸部18を設けることによって、半導体基板1の内部における光路長を増大させることができるため、半導体基板1の裏面から受光面側への光の反射量を低減することができ、光の反射損失を低減することができる。これにより、実施の形態2のヘテロ接合型バックコンタクトセルにおいては、半導体基板1の内部における光の吸収量を増大させることができることから、実施の形態1よりも高い変換効率を達成することが可能となる。
As in the heterojunction back contact cell of the second embodiment, the
以下、実施の形態2のヘテロ接合型バックコンタクトセルの製造方法の一例について説明する。まず、図2〜図8に示す工程を経ることにより、半導体基板1の裏面に、第1の溝4、第2の溝5および凸部6を形成する。ここまでは、実施の形態1と同様である。
Hereinafter, an example of a method for manufacturing the heterojunction back contact cell of the second embodiment will be described. First, through the steps shown in FIGS. 2 to 8, the
次に、図18の模式的断面図に示すように、半導体基板1の受光面のテクスチャ構造21上に保護膜21を形成した後に、半導体基板1の裏面のエッチングを行なう。これにより、半導体基板1の裏面全体に、凸部6よりも小さい第2の凸部18を形成することができる。
Next, as shown in the schematic cross-sectional view of FIG. 18, after the
ここで、保護膜21としては、半導体基板1の裏面のエッチング時に受光面を保護できるものであれば特に限定されないが、たとえば酸化シリコン膜または窒化シリコン膜などを用いることができる。
Here, the
また、半導体基板1の裏面のエッチング方法も特に限定されないが、アルカリ溶液を用いたテクスチャエッチングを用いることが好ましい。この場合には、半導体基板1の裏面全体に第2の凸部18をより容易に形成することができる。
Moreover, although the etching method of the back surface of the
その後は、実施の形態1と同様にして、実施の形態2のヘテロ接合型バックコンタクトセルを製造することができる。 Thereafter, in the same manner as in the first embodiment, the heterojunction back contact cell of the second embodiment can be manufactured.
実施の形態2における上記以外の説明は、実施の形態1と同様であるため、ここではその説明については省略する。 Since the description other than the above in the second embodiment is the same as that in the first embodiment, the description thereof is omitted here.
今回開示された実施の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説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、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ことが意図される。 The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
本発明は、光電変換素子および光電変換素子の製造方法に利用することができ、特にヘテロ接合型バックコンタクトセルおよびヘテロ接合型バックコンタクトセルの製造方法に好適に利用することができる。 INDUSTRIAL APPLICATION This invention can be utilized for the manufacturing method of a photoelectric conversion element and a photoelectric conversion element, and can be suitably used especially for the manufacturing method of a heterojunction type back contact cell and a heterojunction type back contact cell.
1 半導体基板、1a 溝非形成領域、1b 溝形成領域、2 テクスチャ構造、3 第1のマスク材、4 第1の溝、5 第2の溝、6 凸部、7 第2のマスク材、8 第3のマスク材、9 パッシベーション膜、10 反射防止膜、11 第2のi型非晶質膜、12 第2導電型非晶質膜、13 第4のマスク材、14 第1のi型非晶質膜、15 第1導電型非晶質膜、16 第1の電極層、17 第2の電極層、18 第2の凸部、20a 第2導電型用電極層、20b 第1導電型用電極層、21 保護膜、101 n型シリコン基板、102 表面注入層、103,108 SiNx膜、104 エッチング構造、106 p+領域、110 i型のアモルファスシリコン膜、111 n型のアモルファスシリコン膜、112 ベースコンタクト、113 エミッタコンタクト。
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記半導体基板の表面の一部には、第1の溝と、第2の溝と、前記第1の溝と前記第2の溝との間の凸部と、が設けられており、
前記第1の溝上、前記第2の溝上および前記凸部上には第1導電型非晶質膜が設けられており、
前記半導体基板の前記表面の前記第1の溝、前記第2の溝および前記凸部以外の領域には第2導電型非晶質膜が設けられており
前記第1導電型非晶質膜の全面を覆う第1導電型用電極層と、前記第2導電型非晶質膜の全面を覆う第2導電型用電極層とを有し、
前記第1導電型用電極層と前記第2導電型用電極層とが電気的に絶縁されている、光電変換素子。 A first conductivity type semiconductor substrate;
A part of the surface of the semiconductor substrate is provided with a first groove, a second groove, and a convex portion between the first groove and the second groove,
A first conductive type amorphous film is provided on the first groove, the second groove, and the convex portion,
A second conductive type amorphous film is provided in a region other than the first groove, the second groove, and the convex portion on the surface of the semiconductor substrate, and the first conductive type amorphous film A first conductivity type electrode layer covering the entire surface; and a second conductivity type electrode layer covering the entire surface of the second conductivity type amorphous film;
A photoelectric conversion element, wherein the first conductivity type electrode layer and the second conductivity type electrode layer are electrically insulated.
前記第1のマスク材をマスクとして前記半導体基板の一部を除去することによって前記半導体基板の前記表面に、第1の溝と、第2の溝と、前記第1の溝と前記第2の溝との間の凸部とを形成する工程と、
前記第1の溝と前記第2の溝との間から前記凸部が露出するように第2のマスク材を設置する工程と、
前記第2のマスク材をマスクとして前記凸部の表面の一部を除去する工程と、
前記半導体基板の前記表面の前記第1の溝、前記第2の溝および前記凸部以外の領域に第2導電型非晶質膜を形成する工程と、
前記第1の溝と前記第2の溝と前記凸部とを覆うように第3のマスク材を設置する工程と、
前記半導体基板の前記表面の前記第1の溝、前記第2の溝および前記凸部以外の領域および前記第3のマスク材を覆うように第2導電型非晶質膜を形成する工程と、
前記第3のマスク材と前記第3のマスク材上の第2導電型非晶質膜を除去する工程と、
前記第2導電型非晶質膜の残部上に第4のマスク材を設置する工程と、
前記第4のマスク材、前記第1の溝、前記第2の溝および前記凸部を覆うように第1導電型非晶質膜を形成する工程と、
前記第4のマスク材と前記第4のマスク材上の第1導電型非晶質膜を除去する工程と、
前記第4のマスク材を除去した後に、前記第1導電型非晶質膜の全面を覆う第1導電型用電極層と、前記第2導電型非晶質膜の全面を覆う第2導電型用電極層とを、前記第1導電型用電極層と前記第2導電型用電極層とが電気的に絶縁されるように形成する工程と、を含む、光電変換素子の製造方法。 Installing a first mask material on a portion of one surface of a first conductivity type semiconductor substrate;
By removing a part of the semiconductor substrate using the first mask material as a mask, a first groove, a second groove, the first groove, and the second groove are formed on the surface of the semiconductor substrate. Forming a convex portion between the grooves;
Installing a second mask material so that the projection is exposed from between the first groove and the second groove;
Removing a part of the surface of the convex portion using the second mask material as a mask;
Forming a second conductivity type amorphous film in a region other than the first groove, the second groove and the convex portion on the surface of the semiconductor substrate;
Installing a third mask material so as to cover the first groove, the second groove, and the protrusion;
Forming a second conductivity type amorphous film so as to cover the first groove, the second groove and the region other than the convex portion on the surface of the semiconductor substrate and the third mask material;
Removing the third mask material and the second conductive amorphous film on the third mask material;
Installing a fourth mask material on the remaining portion of the second conductive type amorphous film;
Forming a first conductive type amorphous film so as to cover the fourth mask material, the first groove, the second groove, and the convex part;
Removing the fourth mask material and the first conductive type amorphous film on the fourth mask material;
After removing the fourth mask material, a first conductivity type electrode layer covering the entire surface of the first conductivity type amorphous film and a second conductivity type covering the entire surface of the second conductivity type amorphous film. Forming a first electrode layer so that the first conductivity type electrode layer and the second conductivity type electrode layer are electrically insulated from each other.
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