JP2014067888A - 光電変換素子および光電変換素子の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】高い変換効率を有し、薄化が可能であるとともに、かつ安価に製造できる光電変換素子を提供する。
【解決手段】第１導電型の半導体基板１と、半導体基板１の一方の表面の全面に設けられた第１導電型の第１の非晶質膜３と、第１の非晶質膜３上に設けられた第１の導電性酸化物層４と、半導体基板１の他方の表面の一部に設けられた第１導電型の第２の非晶質膜６と、第２の非晶質膜６上に設けられた第２の導電性酸化物層７と、半導体基板１の他方の表面の他の一部に設けられた第２導電型の第３の非晶質膜９と、第３の非晶質膜９上に設けられた第３の導電性酸化物層１０と、を備え、第１の導電性酸化物層４の導電率は、第２の導電性酸化物層７および第３の導電性酸化物層１０の導電率よりも低く、第１の導電性酸化物層４の透過率は、第２の導電性酸化物層７および第３の導電性酸化物層１０の透過率よりも高い。
【選択図】図１
【解決手段】第１導電型の半導体基板１と、半導体基板１の一方の表面の全面に設けられた第１導電型の第１の非晶質膜３と、第１の非晶質膜３上に設けられた第１の導電性酸化物層４と、半導体基板１の他方の表面の一部に設けられた第１導電型の第２の非晶質膜６と、第２の非晶質膜６上に設けられた第２の導電性酸化物層７と、半導体基板１の他方の表面の他の一部に設けられた第２導電型の第３の非晶質膜９と、第３の非晶質膜９上に設けられた第３の導電性酸化物層１０と、を備え、第１の導電性酸化物層４の導電率は、第２の導電性酸化物層７および第３の導電性酸化物層１０の導電率よりも低く、第１の導電性酸化物層４の透過率は、第２の導電性酸化物層７および第３の導電性酸化物層１０の透過率よりも高い。
【選択図】図１
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。
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。
ところで、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。しかし、このように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してしまう。
そこで、たとえば、特開２００５−１０１１５１号公報（特許文献１）に示されるように、ｎ型の単結晶シリコン基板の裏面上に、ｉ型の非晶質シリコン膜を形成し、その上に、ｎ型の非晶質シリコン膜とｐ型の非晶質シリコン膜とを形成し、その上に電極を形成させた太陽電池セル（ヘテロ接合バックコンタクトセル）の開発が進められている。
特許文献１に開示される太陽電池セルは、半導体基板の受光面にｉ型の非晶質膜と反射防止膜とからなる積層構造が形成され、受光面の反対側の表面（以下、裏面とも記す）には、ｉ型の非晶質膜とｐ型の非晶質膜とｎ型の非晶質膜と電極層とからなる積層構造およびｉ型の非晶質膜とｎ型の非晶質膜と電極層とからなる積層構造が形成されている。すなわち、受光面と裏面とで、積層構造の構成が大幅に異なることから、半導体基板の受光面側と裏面側とで表面応力が異なり、製造プロセスにおいて半導体基板の反りなどに起因する悪影響が懸念され、太陽電池セルの薄化が困難であった。
他方、太陽電池セルの普及にともなって、その製造コストの重要性は益々高まっており、より安価に製造できる太陽電池の開発が待ち望まれている。また、同時に変換効率のさらなる向上も求められている。
本発明は、上記のような現状に鑑みなされたものであって、その目的とするところは、高い変換効率を有し、薄化が可能であるとともに、かつ安価に製造できる光電変換素子を提供することにある。
本発明者は、上記課題を解決するために鋭意検討を重ねたところ、半導体基板の受光面と裏面で積層構造を近似させるとともに、反射防止膜および電極層の導電率と透過率とを特定の関係とすることで、半導体基板の反りなどを防止するだけでなく、光電変換素子の変換効率の向上をもなし得ることを知見し、その知見に基づきさらに検討を重ねることにより本発明を完成させたものである。
すなわち、本発明の光電変換素子は、第１導電型の半導体基板と、該半導体基板の一方の表面の全面に設けられた第１導電型の第１の非晶質膜と、該第１の非晶質膜上に設けられた第１の導電性酸化物層と、該半導体基板の他方の表面の一部に設けられた第１導電型の第２の非晶質膜と、該第２の非晶質膜上に設けられた第２の導電性酸化物層と、該半導体基板の他方の表面の他の一部に設けられた第２導電型の第３の非晶質膜と、該第３の非晶質膜上に設けられた第３の導電性酸化物層と、を備える光電変換素子であって、該第１の導電性酸化物層の導電率は、該第２の導電性酸化物層および該第３の導電性酸化物層の導電率よりも低く、該第１の導電性酸化物層の透過率は、該第２の導電性酸化物層および該第３の導電性酸化物層の透過率よりも高いことを特徴とする。
ここで、上記第１の導電性酸化物層、上記第２の導電性酸化物層および上記第３の導電性酸化物層は、共通の元素から構成された酸化物であり、該第２の導電性酸化物層および該第３の導電性酸化物層の酸素含有量は、該第１の導電性酸化物層の酸素含有量より低いことが好ましい。
なお、ここで、第１導電型とはｐ型またはｎ型であることを示し、第２導電型とは第１導電型とは異なるｎ型またはｐ型であることを示す。
また、上記共通の元素は、インジウム、スズ、ガリウム、亜鉛およびアルミニウムからなる群より選ばれた少なくとも１種の元素であることが好ましく、さらに具体的には上記酸化物は、インジウムスズ酸化物、インジウム亜鉛酸化物、インジウムガリウム亜鉛酸化物およびアルミニウム亜鉛酸化物からなる群より選ばれた少なくとも１種の化合物であることが好ましい。
また、上記第１の導電性酸化物層の酸素含有量は、３３ａｔ％以上５０ａｔ％以下であり、上記第２の導電性酸化物層および上記第３の導電性酸化物層の酸素含有量は、３３ａｔ％未満であることが好ましい。なお、ａｔ％とは、ａｔｏｍｉｃ ｐｅｒｃｅｎｔａｇｅ、すなわち、原子数濃度を示す。
また、本発明は、上記の光電変換素子の製造方法にも係わり、該製造方法は、第１導電型の半導体基板の一方の表面の全面に第１導電型の第１の非晶質膜を形成する工程と、該第１の非晶質膜上にスパッタリング法により第１の導電性酸化物層を形成する工程と、該半導体基板の他方の表面に第１導電型の第２の非晶質膜を形成する工程と、該他方の表面に第２導電型の第３の非晶質膜を、該第２の非晶質膜と離間して形成する工程と、該第２の非晶質膜と該第３の非晶質膜との間にマスク材を形成する工程と、該第２の非晶質膜上、該第３の非晶質膜上および該マスク材上に、スパッタリング法により第２の導電性酸化物層および第３の導電性酸化物層を作製するための導電性酸化物層を形成する工程と、該マスク材を除去することにより、該第２の導電性酸化物層および第３の導電性酸化物層を作製するための導電性酸化物層を第２の導電性酸化物層と第３の導電性酸化物層とに分離する工程と、を含み、該スパッタリング法により第１の導電性酸化物層を形成する工程における導入酸素流量比が、該スパッタリング法により第２の導電性酸化物層および第３の導電性酸化物層を作製するための導電性酸化物層を形成する工程における導入酸素流量比よりも高いことを特徴とする。
なお、ここで、導入酸素流量比とは、アルゴンガスなどの不活性ガスを含めたトータルの導入ガス流量に対する導入酸素流量の比率を示す。
また、上記スパッタリング法により第１の導電性酸化物層を形成する工程における導入酸素流量比は５％以上５０％以下であり、上記スパッタリング法により第２の導電性酸化物層および第３の導電性酸化物層を作製するための導電性酸化物層を形成する工程における導入酸素流量比は５％未満であることが好ましい。
本発明の光電変換素子は、高い変換効率を有し、薄化が可能であるとともに、かつ安価に製造できるという優れた効果を有する。
以下、本発明の実施の形態についてさらに詳細に説明する。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。
＜光電変換素子＞
（全体構成）
図１は、実施の形態の光電変換素子の模式的な断面図である。本発明の実施の形態である光電変換素子は、半導体基板１の受光面に、ｉ型のアモルファスシリコンからなる第１のノンドープ膜２と、ｎ型のアモルファスシリコンからなる第１の非晶質膜３と、第１の導電性酸化物層４と、が積層されており、半導体基板１の裏面には、ｉ型のアモルファスシリコンからなる第２のノンドープ膜５と、ｎ型のアモルファスシリコンからなる第２の非晶質膜６と、第２の導電性酸化物層７と、が積層されており、さらに、半導体基板１の他の裏面には、ｉ型のアモルファスシリコンからなる第３のノンドープ膜８と、ｐ型のアモルファスシリコンからなる第３の非晶質膜９と、第３の導電性酸化物層１０と、が積層されている。ここで、第２の導電性酸化物層７および第３の導電性酸化物層１０の裏面には、さらにアルミニウムや銀などからなる金属電極層が形成されていても良い。
（全体構成）
図１は、実施の形態の光電変換素子の模式的な断面図である。本発明の実施の形態である光電変換素子は、半導体基板１の受光面に、ｉ型のアモルファスシリコンからなる第１のノンドープ膜２と、ｎ型のアモルファスシリコンからなる第１の非晶質膜３と、第１の導電性酸化物層４と、が積層されており、半導体基板１の裏面には、ｉ型のアモルファスシリコンからなる第２のノンドープ膜５と、ｎ型のアモルファスシリコンからなる第２の非晶質膜６と、第２の導電性酸化物層７と、が積層されており、さらに、半導体基板１の他の裏面には、ｉ型のアモルファスシリコンからなる第３のノンドープ膜８と、ｐ型のアモルファスシリコンからなる第３の非晶質膜９と、第３の導電性酸化物層１０と、が積層されている。ここで、第２の導電性酸化物層７および第３の導電性酸化物層１０の裏面には、さらにアルミニウムや銀などからなる金属電極層が形成されていても良い。
そして、第１の導電性酸化物層４の導電率は、第２の導電性酸化物層７および第３の導電性酸化物層１０の導電率よりも低く、かつ第１の導電性酸化物層４の透過率は、第２の導電性酸化物層７および第３の導電性酸化物層１０の透過率よりも高いことを特徴とする。
以上の構成を有する本発明の光電変換素子は、受光面に形成された第１の導電性酸化物層４の透過率が高いことにより短絡電流が増加するとともに、第２の導電性酸化物層７および第３の導電性酸化物層１０の導電率が高いことより短絡電流がさらに増加する。その結果、光電変換時の電流電圧特性における曲線因子（ＦＦ：フィルファクタ）が向上する。したがって、高い変換効率を有する光電変換素子を提供することができる。
以下、実施の形態の光電変換素子を構成する各部について説明する。
（導電性酸化物層）
本発明の光電変換素子は、上記のように、第１の導電性酸化物層４、第２の導電性酸化物層７および第３の導電性酸化物層１０を備える。本発明の光電変換素子において、第１の導電性酸化物層４は、反射防止膜としての機能を有し、第２の導電性酸化物層７および第３の導電性酸化物層１０は電極層としての機能を有する。すなわち、各層を構成する導電性酸化物は、光を透過し、反射を防止するとともに、電気伝導性を兼備する酸化物である。このような酸化物としては、典型的には、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ：インジウムスズ酸化物）などの透明導電膜として利用し得る酸化物を挙げることができる。
（導電性酸化物層）
本発明の光電変換素子は、上記のように、第１の導電性酸化物層４、第２の導電性酸化物層７および第３の導電性酸化物層１０を備える。本発明の光電変換素子において、第１の導電性酸化物層４は、反射防止膜としての機能を有し、第２の導電性酸化物層７および第３の導電性酸化物層１０は電極層としての機能を有する。すなわち、各層を構成する導電性酸化物は、光を透過し、反射を防止するとともに、電気伝導性を兼備する酸化物である。このような酸化物としては、典型的には、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ：インジウムスズ酸化物）などの透明導電膜として利用し得る酸化物を挙げることができる。
第１の導電性酸化物層４の導電率は、第２の導電性酸化物層７および第３の導電性酸化物層１０の導電率よりも低いことを要する。ここで、本明細書において、各導電性酸化物層の導電率はＪＩＳ Ｋ ７１９４に準じた方法により測定された値を採用する。たとえば、テスタやデジタルマルチメータなどを用いて測定することができる。
ここで、第２の導電性酸化物層７および第３の導電性酸化物層１０の導電率は、１０００Ｓ／ｃｍ以上であることが好ましい。さらに、第２の導電性酸化物層７の導電率と第３の導電性酸化物層１０の導電率は実質的に同一であることが好適である。
また、第１の導電性酸化物層４の透過率は、第２の導電性酸化物層７および第３の導電性酸化物層１０の透過率よりも高いことを要する。ここで、各導電性酸化物層の透過率は、たとえば、分光透過率測定器などを用いて測定することができる。
ここで、第１の導電性酸化物層４の透過率は、９０％以上であることが好ましい。さらに、第２の導電性酸化物層７の透過率と第３の導電性酸化物層１０の透過率は、実質的に同一であることが好適である。
本発明の光電変換素子において、第１の導電性酸化物層４、第２の導電性酸化物層７および第３の導電性酸化物層１０は、いずれも共通の元素から構成された酸化物であることが好ましい。ここで、共通の元素から構成された酸化物であるとは、構成元素種が共通していることを示し、各導電性酸化物層において、化合物中の各元素の組成比は異なっていても良い。このように、各導電性酸化物層を、共通の元素から構成された酸化物とすることで、原料の共通化が可能であり、安価に製造できる光電変換素子を実現可能である。
上記共通の元素は、インジウム（Ｉｎ）、スズ（Ｓｎ）、ガリウム（Ｇａ）、亜鉛（Ｚｎ）およびアルミニウム（Ａｌ）からなる群より選ばれた少なくとも１種の元素であることが好ましく、これらの元素を共通して含む導電性酸化物としては、好ましくは、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）、インジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ）、インジウムガリウム亜鉛酸化物（ＩＧＺＯ）、アルミニウム亜鉛酸化物（ＡＺＯ）およびこれらの併用などを挙げることができる。また、上記の化合物に対し、他の元素が微量にドープされたものであっても良い。さらに、各導電性酸化物層は、単一の組成からなる単層の化合物層であっても良く、複数の組成の化合物層が積層されていても良い。すなわち、本発明の導電性酸化物層は、インジウムスズ酸化物、インジウム亜鉛酸化物、インジウムガリウム亜鉛酸化物およびアルミニウム亜鉛酸化物からなる群より選ばれた少なくとも１種の化合物であることが好ましい。
本発明の光電変換素子において、各導電性酸化物層は、上記のように共通の元素から構成された酸化物であるため、各導電性酸化物層の導電率および透過率は、導電性酸化物層の酸素含有量により調整することができる。すなわち、第２の導電性酸化物層７および第３の導電性酸化物層１０の酸素含有量を、第１の導電性酸化物層４の酸素含有量よりも低く調整することにより、第１の導電性酸化物層４の導電率が、第２の導電性酸化物層７および第３の導電性酸化物層１０の導電率よりも低く、かつ第１の導電性酸化物層４の透過率が、第２の導電性酸化物層７および第３の導電性酸化物層１０の透過率よりも高い関係とすることができる。
具体的態様としては、たとえば、第１の導電性酸化物層４、第２の導電性酸化物層７および第３の導電性酸化物層１０は、いずれもＩＴＯにより構成されており、第２の導電性酸化物層７および第３の導電性酸化物層１０を構成するＩＴＯの酸素含有量が、第１の導電性酸化物層４を構成するＩＴＯの酸素含有量よりも低い態様などを挙げることができる。
ここで、第１の導電性酸化物層４の酸素含有量は、３３ａｔ％以上５０ａｔ％以下であり、かつ第２の導電性酸化物層７および第３の導電性酸化物層１０の酸素含有量は、３３ａｔ％未満であることが好ましい。また、第２の導電性酸化物層７の酸素含有量と第３の導電性酸化物層１０の酸素含有量とは、実質的に同一であることが好ましい。各層の酸素含有量は、たとえばＳＩＭＳ（Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ Ｉｏｎ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ：２次イオン質量分析法）によって測定することができる。
各導電性酸化物層の厚さは、たとえば１００ｎｍ程度とすることができ、第２の導電性酸化物層７の厚さと第３の導電性酸化物層１０の厚さとは、実質的に同一であることが好適である。
第１の導電性酸化物層４は、上記のように反射防止膜としての機能を有する。したがって、第１の導電性酸化物層４の厚さは、１００ｎｍ程度であることが好ましく、屈折率は１．５以上３．５以下であることが好ましい。
（半導体基板）
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、従来公知の半導体基板を用いることができる。また、半導体基板１としては、たとえば予め半導体基板１の受光面にテクスチャ構造（図示せず）が形成された半導体基板などを用いても良い半導体基板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。
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、従来公知の半導体基板を用いることができる。また、半導体基板１としては、たとえば予め半導体基板１の受光面にテクスチャ構造（図示せず）が形成された半導体基板などを用いても良い半導体基板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。
（ノンドープ膜）
第１のノンドープ膜２、第２のノンドープ膜５および第３のノンドープ膜８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。各ノンドープ膜の厚さは、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。
第１のノンドープ膜２、第２のノンドープ膜５および第３のノンドープ膜８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。各ノンドープ膜の厚さは、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。
ここで、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。
また、「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。
（非晶質膜）
第１の非晶質膜３および第２の非晶質膜６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の非晶質膜３および第２の非晶質膜６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。ここで、第１の非晶質膜３および第２の非晶質膜６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の非晶質膜３および第２の非晶質膜６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。
第１の非晶質膜３および第２の非晶質膜６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の非晶質膜３および第２の非晶質膜６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。ここで、第１の非晶質膜３および第２の非晶質膜６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の非晶質膜３および第２の非晶質膜６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。
第３の非晶質膜９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良い。第３の非晶質膜９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。ここで、第３の非晶質膜９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３の非晶質膜９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。
ここで、光電変換素子の反りを抑制する観点から、半導体基板１の受光面側に積層された第１のノンドープ膜２、第１の非晶質膜３および第１の導電性酸化物層４の合計厚さと、半導体基板１の裏面側に積層された第２のノンドープ膜５、第２の非晶質膜６および第２の導電性酸化物層７の合計厚さと、第３のノンドープ膜８、第３の非晶質膜９および第３の導電性酸化物層１０の合計厚さとは、それぞれ実質的に等しい厚さであることが好ましい。該構成より、光電変換素子の製造過程において、半導体基板１の反りが抑制されるため、従来よりも薄い光電変換素子を実現することができる。
このような本発明の光電変換素子は、以下のような製造方法によって製造される。換言すれば、以下のような製造方法によって製造される光電変換素子は、上記のような特性を示す。したがって、本発明の光電変換素子は、高い変換効率を有し、薄化が可能であるとともに、かつ安価に製造できるという優れた効果を有する。
＜光電変換素子の製造方法＞
以下、図２〜図１３の模式的断面図を参照して、実施の形態の光電変換素子の製造方法の一例について詳細に説明する。
以下、図２〜図１３の模式的断面図を参照して、実施の形態の光電変換素子の製造方法の一例について詳細に説明する。
まず、図２に示すように、ｎ型の半導体基板１の受光面の全面上に、ｉ型のアモルファスシリコンからなる第１のノンドープ膜２とｎ型のアモルファスシリコンからなる第１の非晶質膜３とを、この順序で、たとえばプラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により積層する。
次に、図３に示すように、第１の非晶質膜３の全面上に、インジウム（Ｉｎ）、スズ（Ｓｎ）、ガリウム（Ｇａ）、亜鉛（Ｚｎ）およびアルミニウム（Ａｌ）からなる群より選ばれた少なくとも１種の元素と酸素とからなる第１の導電性酸化物層４をスパッタリング法により形成する。
ここで、スパッタリング法としては、従来公知の方法を採用することができ、たとえば、直流グロー放電スパッタリング法、高周波スパッタリング法、マグネトロンスパッタリング法、バランストマグネトロンスパッタリング法、アンバランストマグネトロンスパッタリング法、デュアルマグネトロンスパッタリング法、イオンビーム式スパッタリング法、アーク式イオンプレーティング法、等を挙げることができる。
また、スパッタリング法により、第１の導電性酸化物層を形成する際の導入酸素流量比は、５％以上であることが好ましい。
次に、図４に示すように、半導体基板１の裏面の全面上に、ｉ型のアモルファスシリコンからなる第２のノンドープ膜５とｎ型のアモルファスシリコンからなる第２の非晶質膜６を、この順序で、たとえばプラズマＣＶＤ法により積層する。
次に、図５に示すように、第２の非晶質膜６上の一部に、レジスト膜１１を形成する。ここで、レジスト膜１１は、特に限定されないが、たとえば、レジストインクをインクジェット法により印刷し、それを乾燥させることにより形成したものなどを用いることができる。
次に、図６に示すように、レジスト膜１１によって被覆されていない第２のノンドープ膜５および第２の非晶質膜６の一部を除去し、半導体基板１を露出させる。ここで、第２のノンドープ膜５および第２の非晶質膜６を除去する方法は特に限定されないが、ドライエッチングを用いることが好ましい。
次に、レジスト膜１１を除去して洗浄した後、図７に示すように、半導体基板１の露出面上および第２の非晶質膜６上に、金属膜１２をたとえばスパッタリング法により形成する。ここで、金属膜１２は特に限定されず、たとえばアルミニウムなどを用いることができる。
次に、図８に示すように、金属膜１２上の一部に、耐酸性のレジスト膜１３を形成する。ここで、耐酸性のレジスト膜１３は特に限定されず、従来公知のものを用いることができる。
次に、図９に示すように、レジスト膜１３から露出した金属膜１２の一部を除去することにより、半導体基板１を露出させる。ここで、金属膜１２を除去する方法は、酸性溶液を用いたウエットエッチングを用いることが好ましい。ここで、酸性溶液としては、たとえば、塩酸、硝酸、フッ酸またはこれらの併用などを用いることができる。
次に、レジスト膜１３を除去して洗浄した後、図１０に示すように、半導体基板１の露出面上および第２の非晶質膜６上に、ｉ型のアモルファスシリコンからなる第３のノンドープ膜８およびｐ型のアモルファスシリコンからなる第３の非晶質膜９を、この順序で、たとえばプラズマＣＶＤ法により積層する。
次に、図１１に示すように、金属膜１２の残部を、酸性溶液を用いたウエットエッチングにより除去し、リフトオフ法により、金属膜１２の残部上に形成されていた、第３のノンドープ膜８と第３の非晶質膜９を除去する。
次に、図１２に示すように、第２の非晶質膜６と第３の非晶質膜９との間に生じた開口部１４付近に、マスク材１５となるレジスト膜を形成する。
ここで、マスク材１５は、特に限定されないが、フォトレジストを用いることが好ましい。
次に、図１３に示すように、第２の非晶質膜６上と、第３の非晶質膜９上とマスク材１５上に、第１の導電性酸化物層４と共通の元素と酸素とからなる導電性酸化物層１６をスパッタリング法により形成する。
ここで、スパッタリング法により導電性酸化物層１６を形成する際の導入酸素流量比（アルゴンガスなどの不活性ガスを含めたトータルの導入ガス流量に対する導入酸素流量の比率）は、第１の導電性酸化物層を形成した際の導入酸素流量比よりも低いことが好ましく、より好ましくは５％未満である。導入酸素流量比が５％以上であると、チャンバー内の酸素ラジカルによって、マスク材１５がダメージを受けやすくなり、マスク材１５の形状が変化する不都合が生じる。マスク材１５の形状が変化した場合、後述するリフトオフ法によりマスク材１５および導電性酸化物層１６の一部を除去する際に、第２の導電性酸化物層７と第３の導電性酸化物層１０の分離が不十分となり、短絡する可能性がある。導入酸素流量比が、５％未満であれば、実質的に無視することができる程度にプラズマダメージを抑制することができ、短絡を防止することができる。
次に、図１に示すように、マスク材１５およびマスク材１５上に形成された導電性酸化物層１６をリフトオフ法によって除去することにより、導電性酸化物層１６を第２の導電性酸化物層７と第３の導電性酸化物層１０とに分離する。これにより、ｎ型電極（第２の導電性酸化物層７）とｐ型電極（第３の導電性酸化物層１０）とを、簡便に、かつ確実に分離することができる。
以上の工程を含む、本発明の光電変換素子の製造方法は、第１の導電性酸化物層４、第２の導電性酸化物層７および第３の導電性酸化物層１０をスパッタリング法により形成する各工程において、ターゲット材を共通化することができるため、本発明の光電変換素子を安価に製造することができる。また、第２の導電性酸化物層７および第３の導電性酸化物層１０をスパッタリング法により形成する工程において、導入酸素流量比を低く制限したことにより、マスク材１５へのプラズマダメージが軽減される。これにより、マスク材１５のリフトオフする際に、電極同士が短絡する不都合がない。
また、同時に、第２の導電性酸化物層７および第３の導電性酸化物層１０を形成する際の導入酸素流量比を、第１の導電性酸化物層４を形成する際の導入酸素流量比よりも低く制限したことにより、第１の導電性酸化物層４の導電率を、第２の導電性酸化物層７および第３の導電性酸化物層１０の導電率よりも低く、かつ第１の導電性酸化物層４の透過率は、第２の導電性酸化物層７および第３の導電性酸化物層１０の透過率よりも高い、構成を得ることができる。上述のとおり、本発明の光電変換素子は、該構成により、短絡電流を増加させ、高い変換効率を示す。
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。
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る。
１ 半導体基板、２ 第１のノンドープ膜、３ 第１の非晶質膜、４ 第１の導電性酸化物層、５ 第２のノンドープ膜、６ 第２の非晶質膜、７ 第２の導電性酸化物層、８ 第３のノンドープ膜、９ 第３の非晶質膜、１０ 第３の導電性酸化物層、１１ レジスト膜、１２ 金属膜、１３ 耐酸性レジスト膜、１４ 開口部、１５ マスク材、１６ 導電性酸化物層。
Claims (5)
- 第１導電型の半導体基板と、
前記半導体基板の一方の表面の全面に設けられた第１導電型の第１の非晶質膜と、
前記第１の非晶質膜上に設けられた第１の導電性酸化物層と、
前記半導体基板の他方の表面の一部に設けられた第１導電型の第２の非晶質膜と、
前記第２の非晶質膜上に設けられた第２の導電性酸化物層と、
前記半導体基板の他方の表面の他の一部に設けられた第２導電型の第３の非晶質膜と、
前記第３の非晶質膜上に設けられた第３の導電性酸化物層と、を備える光電変換素子であって、
前記第１の導電性酸化物層の導電率は、前記第２の導電性酸化物層および前記第３の導電性酸化物層の導電率よりも低く、
前記第１の導電性酸化物層の透過率は、前記第２の導電性酸化物層および前記第３の導電性酸化物層の透過率よりも高い、光電変換素子。 - 前記第１の導電性酸化物層、前記第２の導電性酸化物層および前記第３の導電性酸化物層は、共通の元素から構成された酸化物であり、
前記第２の導電性酸化物層および前記第３の導電性酸化物層の酸素含有量は、前記第１の導電性酸化物層の酸素含有量より低い、請求項１に記載の光電変換素子。 - 前記共通の元素は、インジウム、スズ、ガリウム、亜鉛およびアルミニウムからなる群より選ばれた少なくとも１種の元素である、請求項２に記載の光電変換素子。
- 前記第１の導電性酸化物層の酸素含有量は、３３ａｔ％以上５０ａｔ％以下であり、
前記第２の導電性酸化物層および前記第３の導電性酸化物層の酸素含有量は、３３ａｔ％未満である、請求項１〜３のいずれかに記載の光電変換素子。 - 第１導電型の半導体基板の一方の表面の全面に第１導電型の第１の非晶質膜を形成する工程と、
前記第１の非晶質膜上にスパッタリング法により第１の導電性酸化物層を形成する工程と、
前記半導体基板の他方の表面に第１導電型の第２の非晶質膜を形成する工程と、
前記他方の表面に第２導電型の第３の非晶質膜を、前記第２の非晶質膜と離間して形成する工程と、
前記第２の非晶質膜と前記第３の非晶質膜との間にマスク材を形成する工程と、
前記第２の非晶質膜上、前記第３の非晶質膜上および前記マスク材上に、スパッタリング法により第２の導電性酸化物層および第３の導電性酸化物層を作製するための導電性酸化物層を形成する工程と、
前記マスク材を除去することにより、前記第２の導電性酸化物層および第３の導電性酸化物層を作製するための導電性酸化物層を第２の導電性酸化物層と第３の導電性酸化物層とに分離する工程と、を含み、
前記スパッタリング法により第１の導電性酸化物層を形成する工程における導入酸素流量比が、前記スパッタリング法により第２の導電性酸化物層および第３の導電性酸化物層を作製するための導電性酸化物層を形成する工程における導入酸素流量比よりも高い、光電変換素子の製造方法。
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