JP2014072474A - 光電変換素子の製造方法及び光電変換素子 - Google Patents
光電変換素子の製造方法及び光電変換素子 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2014072474A JP2014072474A JP2012219071A JP2012219071A JP2014072474A JP 2014072474 A JP2014072474 A JP 2014072474A JP 2012219071 A JP2012219071 A JP 2012219071A JP 2012219071 A JP2012219071 A JP 2012219071A JP 2014072474 A JP2014072474 A JP 2014072474A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- diffusion region
- photoelectric conversion
- conversion element
- silicon substrate
- electrode
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/547—Monocrystalline silicon PV cells
Landscapes
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
【課題】シリコン基板に形成された拡散領域において、電極に接続される領域の表面不純物濃度がその周囲よりも高い構造を簡単に形成することができる光電変換素子の製造方法を提供する。また、変換効率を向上させることができる光電変換素子を提供する。
【解決手段】シリコン基板12の厚さ方向一方の面側に不純物が拡散された拡散領域14を形成する工程と、拡散領域14に対して部分的にレーザを照射することにより、第1拡散領域14aと、第1拡散領域14aよりも表面不純物濃度が低い第2拡散領域14bとを形成する工程と、拡散領域14において第1拡散領域14aとなる領域上に電極16aを形成する工程とを備える。
【選択図】図1
【解決手段】シリコン基板12の厚さ方向一方の面側に不純物が拡散された拡散領域14を形成する工程と、拡散領域14に対して部分的にレーザを照射することにより、第1拡散領域14aと、第1拡散領域14aよりも表面不純物濃度が低い第2拡散領域14bとを形成する工程と、拡散領域14において第1拡散領域14aとなる領域上に電極16aを形成する工程とを備える。
【選択図】図1
Description
本発明は、光電変換素子の製造方法及び光電変換素子に関する。
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、例えば、結晶シリコン太陽電池等がある。
結晶シリコン太陽電池においては、光電変換効率を高めるために、例えば、シリコン基板に形成された拡散領域において、電極に接続される領域の表面不純物濃度がその周囲よりも高い構造が採用される。このような構造には、例えば、選択エミッタがある。
選択エミッタを形成する方法は、例えば、特開2008−186927号公報(特許文献1)、特開2009−238824号公報(特許文献2)及び特開2010−232530号公報(特許文献3)に開示されている。
特許文献1には、ドーピングペーストを用いる方法が開示されている。特許文献1においては、先ず、第1不純物拡散領域を形成する。その後、第1不純物拡散領域を含む領域に第1不純物拡散領域よりも不純物濃度が低い第2不純物拡散領域を形成する。何れの不純物拡散領域を形成する場合にも、先ずは、シリコン基板上にドーピングペーストを任意のパターンにスクリーン印刷する。その後、所定時間加熱することにより、不純物をシリコン基板内に拡散させる。
特許文献1においては、選択エミッタを形成するために、ドーピングペーストの印刷、熱処理、ドーピングペーストの除去という一連の処理工程を2回繰り返す必要がある。そのため、工程数が多くなってしまう。
特許文献2には、レーザドーピング法が開示されている。特許文献2においては、先ず、半導体基板上に不純物拡散剤層を形成する。レーザを用いて、不純物拡散剤層を選択的に加熱する。加熱した部分の不純物を半導体基板内に拡散させる。その後、不純物拡散剤層を除去する。
特許文献2においては、不純物拡散剤層がある状態で、レーザにより選択的に加熱する必要がある。そのため、レーザ照射工程の順番が限定され、太陽電池の製造工程における自由度が低下する。
特許文献3には、酸化制御マスクを用いる方法が開示されている。特許文献3においては、先ず、n型シリコン基板の裏面に形成されたp型不純物拡散層上に酸化制御マスクを形成する。n型シリコン基板を熱酸化し、酸化制御マスクの形成位置を除いて、シリコン酸化膜を形成する。シリコン酸化膜の形成時には、シリコン酸化膜と接するp型不純物拡散層からp型不純物(ボロン)がシリコン酸化膜に取り込まれる。シリコン酸化膜と比べて、酸化制御マスクにはボロンが取り込まれ難い。そのため、不純物拡散層において、酸化制御マスクと接する領域では、シリコン酸化膜と接する領域よりも、不純物濃度が高くなる。
特許文献3においては、酸化制御マスクをパターニングする必要がある。また、酸化制御マスクを除去する必要がある。そのため、工程数が多くなってしまう。
本発明の目的は、シリコン基板に形成された拡散領域において、電極に接続される領域の表面不純物濃度がその周囲よりも高い構造を簡単に形成することができる、光電変換素子の製造方法を提供することにある。
また、本発明は、変換効率を向上させることができる光電変換素子を提供することも、目的とする。
本発明の光電変換素子の製造方法は、拡散領域を形成する工程と、レーザを照射する工程と、電極を形成する工程とを備える。拡散領域を形成する工程では、シリコン基板の厚さ方向一方の面側に不純物が拡散された拡散領域を形成する。レーザを照射する工程では、拡散領域に対して部分的にレーザを照射することにより、第1拡散領域と、第1拡散領域よりも表面不純物濃度が低い第2拡散領域とを形成する。電極を形成する工程では、拡散領域において第1拡散領域となる領域上に電極を形成する。
本発明の光電変換素子は、シリコン基板と、電極とを備える。シリコン基板は、一方の面側に形成された第1拡散領域と第2拡散領域とを有する。電極は、第1拡散領域上に形成される。第1拡散領域の表面不純物濃度が、第2拡散領域の表面不純物濃度よりも高い。第1拡散領域に拡散された不純物の導電型と、第2拡散領域に拡散された不純物の導電型とが、同じである。第2拡散領域は、第1拡散領域よりも深く形成されている。
本発明の光電変換素子の製造方法においては、シリコン基板に形成された拡散領域において、電極に接続される領域の表面不純物濃度がその周囲よりも高い構造を簡単に形成することができる。
本発明の光電変換素子においては、変換効率を向上させることができる。
本発明の一実施形態に係る光電変換素子の製造方法は、拡散領域を形成する工程と、レーザを照射する工程と、電極を形成する工程とを備える。拡散領域を形成する工程では、シリコン基板の厚さ方向一方の面側に不純物が拡散された拡散領域を形成する。レーザを照射する工程では、拡散領域に対して部分的にレーザを照射することにより、第1拡散領域と、第1拡散領域よりも表面不純物濃度が低い第2拡散領域とを形成する。電極を形成する工程では、拡散領域において第1拡散領域となる領域上に電極を形成する。
例えば、従来のように、ドーピングペーストを用いる場合には、ドーピングペーストをシリコン基板上に印刷する工程と、ドーピングペーストが印刷されたシリコン基板を熱処理する工程と、ドーピングペーストを除去する工程とを、2回繰り返す必要があった。一方、上記製造方法では、表面不純物濃度が異なる第1拡散領域と第2拡散領域とを形成するために、ドーピングペーストを用いる必要がない。そのため、ドーピングペーストの印刷と、シリコン基板の熱処理と、ドーピングペーストの除去という一連の処理工程を繰り返す必要がなくなる。その結果、シリコン基板に形成された拡散領域において、電極に接続される領域の表面不純物濃度がその周囲よりも高い構造を簡単に形成することができる。
第1拡散領域と第2拡散領域とが拡散領域に形成された構造は、選択エミッタの他に、例えば、BSF(Back Surface Field)において電極と接する領域が他の領域よりも表面不純物濃度が高い構造にも採用できる。
ここで、レーザを照射する工程は、電極を形成する工程の前に実施してもよいし、電極を形成する工程の後に実施してもよい。
電極を形成する工程の前にレーザを照射する工程を実施する場合、電極にレーザが照射されるのを回避できる。そのため、電極の品質低下を抑制できる。
また、従来のように、半導体基板上に不純物拡散剤層を形成し、レーザを用いて、不純物拡散剤層を選択的に加熱する場合に比して、レーザを照射するタイミングが限定され難くなる。
電極を形成する工程の後にレーザを照射する工程を実施する場合、電極と第1拡散領域とを位置合わせする必要がなくなる。つまり、電極が形成された領域以外の領域に、第2拡散領域を形成できる。
好ましくは、拡散領域を形成する工程の後に、拡散領域上にシリコン酸化膜を形成する工程をさらに備える。拡散領域を形成する工程では、不純物としてのボロンが拡散される。シリコン酸化膜を形成する工程の後に、レーザを照射する工程を実施する。
この場合、拡散領域に含まれるボロンがシリコン酸化膜へ移動する。換言すれば、シリコン酸化膜がボロンを取り込む。そのため、第2拡散領域の表面不純物濃度をさらに低下させることができる。
本発明の一実施形態に係る光電変換素子は、上述の製造方法によって製造される。
このような光電変換素子においては、電極と接触する第1拡散領域よりも表面不純物濃度が低い第2拡散領域が拡散領域に形成されている。そのため、電極と第1拡散領域との接触抵抗を低くしつつ、第2拡散領域においてキャリアが再結合する割合を小さくできる。その結果、変換効率を向上させることができる。
第1拡散領域が電極と同じ幅で形成されている場合、拡散領域においてキャリアが再結合する割合が大きい第1拡散領域の面積を小さくできる。その結果、変換効率をさらに向上させることができる。
第1拡散領域と第2拡散領域は、シリコン基板の受光面側に形成されていてもよいし、シリコン基板の裏面側に形成されていてもよい。第1拡散領域と第2拡散領域がシリコン基板の受光面側に形成されている場合、短波長光に対する内部量子効率が良くなる。第1拡散領域と第2拡散領域がシリコン基板の裏面側に形成されている場合、長波長光に対する内部量子効率が良くなる。
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。
[第1の実施形態]
図1には、本発明の第1の実施形態としての光電変換素子10が示されている。光電変換素子10は、結晶シリコン太陽電池である。
図1には、本発明の第1の実施形態としての光電変換素子10が示されている。光電変換素子10は、結晶シリコン太陽電池である。
[光電変換素子]
光電変換素子10は、シリコン基板12と、電極16aと、パッシベーション膜18aと、パッシベーション膜18bと、電極16bとを備える。
光電変換素子10は、シリコン基板12と、電極16aと、パッシベーション膜18aと、パッシベーション膜18bと、電極16bとを備える。
シリコン基板12は、単結晶シリコン基板であってもよいし、多結晶シリコン基板であってもよい。シリコン基板12が単結晶シリコン基板である場合には、変換効率を向上させやすい。シリコン基板12が多結晶シリコン基板である場合には、製造コストを抑えることができる。シリコン基板12の導電型は、n型であってもよいし、p型であってもよい。本実施形態では、n型の単結晶シリコン基板が採用されている。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。
シリコン基板12の受光面(図1の上面)側には、不純物が拡散された拡散領域(第1拡散領域14aと第2拡散領域14b)が形成されている。これらの拡散領域14a,14bは、何れも、シリコン基板12とは反対の導電型を有する。本実施形態では、これらの拡散領域14a,14bの導電型はp型である。p型不純物は、例えば、ボロンである。
第1拡散領域14aの表面不純物濃度は、第2拡散領域14bの表面不純物濃度よりも高い。第1拡散領域14aの表面不純物濃度は、例えば、1×1019cm−3以上である。第2拡散領域14bの不純物濃度は、例えば、1×1017〜1×1019cm−3である。
第1拡散領域14aのシート抵抗は、例えば、20〜50Ω/□である。第2拡散領域14bのシート抵抗は、例えば、50〜150Ω/□である。第2拡散領域14bのシート抵抗は、第1拡散領域14aのシート抵抗よりも大きければよい。
第1拡散領域14aと第2拡散領域14bとは、シリコン基板12の受光面の面内方向に交互に並んでいる。第1拡散領域14aの幅寸法(図1の左右方向の寸法)は、例えば、50〜300μmである。第2拡散領域14bの幅寸法(図1の左右方向の寸法)は、例えば、1000〜2500μmである。第1拡散領域14aの幅寸法は、例えば、電極16aの幅、電極16aを形成するときの位置合わせの精度に応じて、適宜、設定される。因みに、本実施形態では、第1拡散領域14aの幅寸法は、後述する電極16aの幅寸法と同じである。なお、第1拡散領域14aの幅と電極16aの幅は厳密に同じである必要はなく、実質的に同じであればよい。
第2拡散領域14bは、第1拡散領域14aよりもシリコン基板12の厚さ方向寸法が大きい。換言すれば、第2拡散領域14bは、第1拡散領域14aよりも深く形成されている。さらに別の言い方をすれば、第2拡散領域14bにおいては、第1拡散領域14aよりも不純物が深く拡散している。第1拡散領域14aの深さ寸法(図1の上下方向の寸法)は、例えば、0.3〜0.7μmである。第2拡散領域14bの深さ寸法(図1の上下方向の寸法)は、例えば、0.4〜1.0μmである。
シリコン基板12の裏面(図1の下面)側には、シリコン基板12と同じ導電型を有する不純物が高濃度にドーピングされた高濃度領域24が形成されている。高濃度領域24は、BSF(Back Surface Field)として機能する。高濃度領域24の深さ寸法は、例えば、0.3〜5.0μmである。高濃度領域24の不純物濃度は、例えば、1×1019cm−3である。
電極16aは、第1拡散領域14a上に設けられている。電極16aは、例えば、銀である。電極16aは、後述するパッシベーション膜18aに形成されたコンタクトホール22aを通じて、第1拡散領域14aに接続されている。
パッシベーション膜18aは、シリコン基板12の受光面を覆う。パッシベーション膜18aは、例えば、熱酸化膜である。パッシベーション膜18aの膜厚は、例えば、50〜100nmである。パッシベーション膜18aは、反射防止膜としても機能する。
パッシベーション膜18bは、シリコン基板12の裏面を覆う。パッシベーション膜18bは、例えば、熱酸化膜である。パッシベーション膜18bの膜厚は、例えば、50〜100nmである。
電極16bは、パッシベーション膜18bを覆う。電極16bは、例えば、銀である。電極16bは、パッシベーション膜18bに形成されたコンタクトホール22bを通じて、シリコン基板12に接続されている。このことから明らかなように、本実施形態では、BSR(Back Surface Reflector)構造が採用されている。
光電変換素子10においては、電極16aと接触する第1拡散領域14aよりも表面不純物濃度が低い第2拡散領域14bが、拡散領域14に形成されている。そのため、電極16aと第1拡散領域14aとの接触抵抗を低くしつつ、第2拡散領域14bとパッシベーション膜18aとの界面においてキャリアが再結合する割合を小さくできる。その結果、変換効率を向上させることができる。
光電変換素子10においては、第1拡散領域14aが電極16aと同じ幅で形成されている。そのため、拡散領域14においてキャリアが再結合する割合が大きい第1拡散領域14aの面積を小さくできる。その結果、変換効率を向上させることができる。
光電変換素子10においては、シリコン基板12の受光面側に第1拡散領域14aと第2拡散領域14bとが形成された構造が採用されている。そのため、短波長光に対する内部量子効率が良くなる。
[光電変換素子の製造方法]
続いて、図2A〜図2H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。
続いて、図2A〜図2H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。
先ず、図2Aに示すように、受光面側に拡散領域14が形成され、且つ、裏面側に高濃度領域24が形成されたシリコン基板12を準備する。拡散領域14は、例えば、シリコン基板12の表面からp型不純物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。高濃度領域24は、例えば、シリコン基板12の裏面からn型不純物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。
続いて、図2Bに示すように、シリコン基板12の受光面と裏面とにそれぞれパッシベーション膜18a,18bを形成する。パッシベーション膜18a,18bは、熱酸化によって形成される。熱酸化は、酸素雰囲気中で酸化を行うドライ酸化であってもよいし、水蒸気雰囲気中で酸化を行うウェット酸化であってもよい。
続いて、図2Cに示すように、シリコン基板12の受光面に形成されたパッシベーション膜18aにコンタクトホール22aを形成する。コンタクトホール22aは、例えば、フォトリソグラフィ及びエッチングによって形成される。
続いて、図2Dに示すように、電極16aを形成する。電極16aは、例えば、スクリーン印刷法により、銀ペーストをコンタクトホール22aの形成位置に印刷してから、焼成することで形成される。
続いて、図2Eに示すように、レーザをシリコン基板12の受光面側から照射する。レーザが照射されるのは、後に第2拡散領域14bとなる領域である。換言すれば、後に第1拡散領域14aとなる領域を除いた領域に、レーザが照射される。レーザが照射された領域中の不純物の一部は、シリコン基板12中のより深い領域にまで拡散する。その結果、図2Fに示すように、第1拡散領域14aと第2拡散領域14bとがシリコン基板12の受光面側に形成される。
ここで、パッシベーション膜18aは、熱酸化膜である。そのため、拡散領域14のうちレーザが照射された領域中の不純物の一部は、パッシベーション膜18aに吸収される。その結果、第2拡散領域14bの不純物濃度がさらに低下する。
パッシベーション膜18aを利用して、拡散領域14に含まれるボロンを吸収するので、拡散領域14に含まれるボロンを吸収するためだけのシリコン酸化膜を別途形成する必要がなくなる。また、従来のように、拡散領域14を酸化制御マスクとシリコン酸化膜とで覆う必要がなくなる。その結果、製造工程の簡略化を図ることができる。
また、電極16aの形成領域を含んでレーザが照射されるので、電極16aに接する領域以外の領域にレーザを精度よく照射できる。
レーザは、例えば、Nd:YAG、Yb:YAG、Nd:YVO4等の固体レーザやファイバーレーザである。レーザの波長は、例えば、300〜1100nmであるが、非線形光学結晶による波長変換により、短い波長域とすることが好ましい。レーザは、例えば、パルスレーザである。パルス幅は、例えば、10〜300nsである。レーザの繰り返し周波数は、例えば、10〜100kHzである。レーザのエネルギー密度は、例えば、0.5〜5.0J/cm2である。レーザのスポット形は、例えば、円形、楕円形、正方形等でもよいが、精度良く効率的にレーザ照射することを考慮すると、矩形であることが好ましい。
続いて、図2Gに示すように、シリコン基板12の裏面に形成されたパッシベーション膜18bにコンタクトホール22bを形成する。コンタクトホール22bは、例えば、フォトリソグラフィ及びエッチングによって形成される。
続いて、図2Hに示すように、電極16bを形成する。電極16bは、例えば、スクリーン印刷法により、銀ペーストをパッシベーション膜18上に印刷してから、焼成することで形成される。これにより、光電変換素子10が得られる。
このような製造方法によれば、選択エミッタを簡単に実現できる。例えば、従来のように、ドーピングペーストを用いて、表面不純物濃度が異なる第1拡散領域と第2拡散領域とを形成する場合には、ドーピングペーストをシリコン基板上に印刷する工程と、ドーピングペーストが印刷されたシリコン基板を熱処理する工程と、ドーピングペーストを除去する工程とを、2回繰り返す必要があった。一方、上記製造方法では、表面不純物濃度が異なる第1拡散領域14aと第2拡散領域14bとを形成するために、ドーピングペーストを用いる必要がない。そのため、ドーピングペーストの印刷と、シリコン基板の熱処理と、ドーピングペーストの除去という一連の処理工程を繰り返す必要がなくなる。その結果、選択エミッタを簡単に実現できる。
[製造方法の応用例]
レーザは、パッシベーション膜18aを形成する前に照射してもよい。この場合、パッシベーション18aを構成する元素が第2拡散領域14bに入るのを防ぐことができる。
レーザは、パッシベーション膜18aを形成する前に照射してもよい。この場合、パッシベーション18aを構成する元素が第2拡散領域14bに入るのを防ぐことができる。
レーザは、パッシベーション膜18aを生成した後であって、且つ、電極16aを形成する前であってもよい。この場合、拡散領域14のうちレーザが照射された領域中の不純物の一部が、パッシベーション膜18aに吸収される。その結果、第2拡散領域14bの不純物濃度がさらに低下する。
電極16aを形成する際の熱処理と、電極16bを形成する際の熱処理とは、同時に実施してもよい。例えば、電極16aを形成するための銀ペーストを印刷した後に、焼成をすることなく、レーザを照射して、第1拡散領域14aと第2拡散領域14bを形成し、その後、電極16bを形成するための銀ペーストを印刷した後で、電極16aを形成するための銀ペーストと、電極16bを形成するための銀ペーストとを同時に焼成してもよい。
[第2の実施形態]
続いて、図3を参照しながら、本発明の第2の実施形態としての光電変換素子30について説明する。本実施形態の光電変換素子30は、裏面接合型の太陽電池である。
続いて、図3を参照しながら、本発明の第2の実施形態としての光電変換素子30について説明する。本実施形態の光電変換素子30は、裏面接合型の太陽電池である。
[光電変換素子]
光電変換素子30は、シリコン基板32と、パッシベーション膜38a、38bと、電極42a、42bとを備える。
光電変換素子30は、シリコン基板32と、パッシベーション膜38a、38bと、電極42a、42bとを備える。
シリコン基板32は、例えば、n型単結晶シリコン基板である。シリコン基板32の厚さは、例えば、100〜300μmである。シリコン基板32の比抵抗は、例えば、1.0〜10.0Ω・cmである。
シリコン基板32の裏面(図3の下面)には、n型拡散領域34と、p型拡散領域36とが形成されている。
シリコン基板32の面内方向において、n型拡散領域34の幅寸法は、p型拡散領域36の幅寸法よりも小さい。n型拡散領域34の面積とp型拡散領域36の面積の和に対するp型拡散領域36の面積の割合(p型拡散領域36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36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36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30の変換効率が向上する。好ましいp型拡散領域36の面積率は、63〜90%である。
n型拡散領域34は、第1拡散領域34aと、第2拡散領域34bとを有する。第1拡散領域34aの幅方向両側(図3の左右方向両側)に第2拡散領域34bが形成されている。
第1拡散領域34aは、第2拡散領域34bよりも、表面不純物濃度が高い。第1拡散領域34aの不純物濃度は、例えば、1×1020cm−3である。第2拡散領域34bの不純物濃度は、例えば、1×1017〜1×1019cm−3である。
第1拡散領域34aの幅寸法は、例えば、30〜150μmである。第2拡散領域34bの幅寸法は、例えば、100〜1000μmである。第1拡散領域34aの幅寸法は、後述する電極42aの幅に応じて、適宜、設定される。
因みに、本実施形態では、第1拡散領域34aの幅寸法は、後述する電極42aのうちパッシベーション38b上に形成された部分の幅寸法と同じである。なお、第1拡散領域34aの幅と電極42aの幅は厳密に同じである必要はなく、実質的に同じであればよい。
第2拡散領域34bは、第1拡散領域34aよりもシリコン基板32の厚さ方向寸法が大きい。換言すれば、第2拡散領域34bは、第1拡散領域34aよりも深く形成されている。さらに別の言い方をすれば、第2拡散領域34bにおいては、第1拡散領域34aよりも不純物が深く拡散している。第1拡散領域34aの深さ寸法(図3の上下方向の寸法)は、例えば、0.3〜0.7μmである。第2拡散領域34bの深さ寸法(図3の上下方向の寸法)は、例えば、0.4〜1.0μmである。
p型拡散領域36は、第1拡散領域36aと、第2拡散領域36bとを有する。第1拡散領域36aの幅方向両側(図3の左右方向両側)に第2拡散領域36bが形成されている。
第1拡散領域36aは、第2拡散領域36bよりも、不純物濃度が高い。第1拡散領域36aの不純物濃度は、例えば、1×1019cm−3以上である。第2拡散領域36bの不純物濃度は、例えば、1×1017〜1×1019cm−3である。
第1拡散領域36aの幅寸法は、例えば、30〜150μmである。第2拡散領域36bの幅寸法は、例えば、100〜1000μmである。第1拡散領域36aの幅寸法は、後述する電極42bの大きさに応じて、適宜、設定される。
因みに、本実施形態では、第1拡散領域36aの幅寸法は、後述する電極42bのうちパッシベーション38b上に形成された部分の幅寸法と同じである。なお、第1拡散領域36aの幅と電極42bの幅は厳密に同じである必要はなく、実質的に同じであればよい。
第2拡散領域36bは、第1拡散領域36aよりもシリコン基板32の厚さ方向寸法が大きい。換言すれば、第2拡散領域36bは、第1拡散領域36aよりも深く形成されている。さらに別の言い方をすれば、第2拡散領域36bにおいては、第1拡散領域36aよりも不純物が深く拡散している。第1拡散領域36aの深さ寸法(図3の上下方向の寸法)は、例えば、0.3〜0.7μmである。第2拡散領域36bの深さ寸法(図3の上下方向の寸法)は、例えば、0.4〜1.0μmである。
パッシベーション膜38aは、シリコン基板32の受光面(図3の上面)を覆う。パッシベーション膜38aは、例えば、熱酸化膜である。パッシベーション膜38aの膜厚は、例えば、50〜100nmである。
なお、図3では、図示していないが、シリコン基板32の受光面(シリコン基板32とパッシベーション膜38aとの界面)において、シリコン基板32と同じ導電型を有する不純物が高濃度にドーピングされた高濃度領域を形成してもよい。この場合、当該高濃度領域は、FSF(Front Surface Field)として機能する。
パッシベーション膜38bは、シリコン基板32の裏面(図3の下面)を覆う。パッシベーション膜38bは、例えば、熱酸化膜である。パッシベーション膜38bの膜厚は、例えば、50〜100nmである。
電極42a,42bは、パッシベーション膜38b上に形成されている。電極42a,42bは、例えば、銀である。電極42aは、パッシベーション膜38bに形成されたコンタクトホール44aを通じて、n型拡散領域34の第1拡散領域34aに接続されている。電極42bは、パッシベーション膜38bに形成されたコンタクトホール44bを通じて、p型拡散領域36の第1拡散領域36aに接続されている。
光電変換素子30においては、電極42aと接触する第1拡散領域34aよりも表面不純物濃度が低い第2拡散領域34bがn型拡散領域34に形成されている。そのため、電極42aと第1拡散領域34aとの接触抵抗を低くしつつ、第2拡散領域34bとパッシベーション膜38bとの界面においてキャリアが再結合する割合を小さくできる。その結果、変換効率を向上させることができる。
光電変換素子30においては、電極42bと接触する第1拡散領域36aよりも表面不純物濃度が低い第2拡散領域36bがp型拡散領域36に形成されている。そのため、電極42bと第1拡散領域36aとの接触抵抗を低くしつつ、第2拡散領域36bとパッシベーション膜38bとの界面においてキャリアが再結合する割合を小さくできる。その結果、変換効率を向上させることができる。
光電変換素子30においては、シリコン基板32の裏面側に第1拡散領域34a,36aと第2拡散領域34b,36bとが形成された構造が採用されている。そのため、長波長光に対する内部量子効率が良くなる。
[光電変換素子の製造方法]
続いて、図4A〜図4F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。
続いて、図4A〜図4F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。
先ず、図4Aに示すように、n型拡散領域34とp型拡散領域36とが裏面側に形成されたシリコン基板32を準備する。
n型拡散領域34は、例えば、シリコン基板32の裏面からn型不純物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である。
p型拡散領域36は、例えば、シリコン基板32の裏面からp型不純物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である。
続いて、図4Bに示すように、シリコン基板32の受光面と裏面とにそれぞれパッシベーション膜38a,38bを形成する。パッシベーション膜38a,38bは、熱酸化によって形成される。熱酸化は、酸素雰囲気中で酸化を行うドライ酸化であってもよいし、水蒸気雰囲気中で酸化を行うウェット酸化であってもよい。
続いて、図4Cに示すように、パッシベーション膜38bにコンタクトホール44a,44bを形成する。コンタクトホール44a,44bは、例えば、フォトリソグラフィ及びエッチングによって形成される。
その後、図4Dに示すように、電極42a,42bを形成する。電極42a,42bは、例えば、スクリーン印刷法により、銀ペーストをパッシベーション膜38b上に印刷した後、焼成することで形成される。
続いて、図4Eに示すように、レーザをシリコン基板32の裏面側から照射する。レーザが照射されるのは、後に第2拡散領域34b,36bとなる領域である。換言すれば、後に第1拡散領域34a,36aとなる領域を除いた領域に、レーザが照射される。レーザが照射された領域中の不純物の一部は、シリコン基板32中のより深い領域にまで拡散する。その結果、図4Fに示すように、第1拡散領域34a,36aと第2拡散領域34b,36bとがシリコン基板32の裏面側に形成され、目的とする光電変換素子30が得られる。
ここで、パッシベーション膜38bは、熱酸化膜である。そのため、p型拡散領域36のうちレーザが照射された領域中の不純物の一部は、パッシベーション膜38bに吸収される。その結果、第2拡散領域36bの不純物濃度がさらに低下する。
パッシベーション膜38bを利用して、p型拡散領域36に含まれるボロンを吸収するので、p型拡散領域36に含まれるボロンを吸収するためだけのシリコン酸化膜を別途形成する必要がなくなる。また、従来のように、p型拡散領域36を酸化制御マスクとシリコン酸化膜とで覆う必要がなくなる。その結果、製造工程の簡略化を図ることができる。
また、電極42a,42bの形成領域を含んでレーザが照射されるので、電極42a,42bに接する領域以外の領域にレーザを精度よく照射できる。
レーザは、例えば、第1の実施形態で使用したレーザと同じものを使用できる。
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。
例えば、第1及び第2の実施形態では、シリコン基板12の受光面にテクスチャ構造が形成されていないが、シリコン基板12の受光面にテクスチャ構造を形成してもよい。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。単結晶シリコン基板を採用する場合には、その面方位は(100)が望ましい。これにより、テクスチャ構造の形成が容易になる。多結晶シリコン基板を採用する場合には、エッチングによってテクスチャ構造が形成される。
第1及び第2の実施形態では、拡散領域が熱拡散法によって形成されていたが、例えば、拡散領域はイオン注入法によって形成してもよい。
第1及び第2の実施形態では、シリコン基板の導電型がn型であったが、シリコン基板の導電型はp型であってもよい。第1の実施形態において、シリコン基板12の導電型がp型の場合、拡散領域14の導電型はn型になる。高濃度領域24の導電型はp型になる。
第1の実施形態において、高濃度領域24は電極16bと接する領域だけに形成されていてもよい。
第1の実施形態において、シリコン基板12と同じ導電型を有する拡散領域をシリコン基板12の裏面側に形成し、この拡散領域において電極16bと接する領域の表面不純物濃度を他の領域より高くしてもよい。このような構造は、後に電極16bと接する領域以外の領域にレーザを照射することで実現できる。
10:光電変換素子,12:シリコン基板,14:拡散領域,14a:第1拡散領域,14b:第2拡散領域,16a:電極,18a:パッシベーション膜(シリコン酸化膜),30:光電変換素子,32:シリコン基板,36a:第1拡散領域,36b:第2拡散領域,38b:パッシベーション膜(シリコン酸化膜),42b:電極
Claims (6)
- シリコン基板の厚さ方向一方の面側に不純物が拡散された拡散領域を形成する工程と、
前記拡散領域に対して部分的にレーザを照射することにより、第1拡散領域と、前記第1拡散領域よりも表面不純物濃度が低い第2拡散領域とを形成する工程と、
前記拡散領域において前記第1拡散領域となる領域上に電極を形成する工程とを備える、光電変換素子の製造方法。 - 請求項1に記載の光電変換素子の製造方法であって、
前記電極を形成する工程の後に、前記レーザを照射する工程を実施する、光電変換素子の製造方法。 - 請求項1に記載の光電変換素子の製造方法であって、
前記電極を形成する工程の前に、前記レーザを照射する工程を実施する、光電変換素子の製造方法。 - 請求項1〜3の何れか1項に記載の光電変換素子の製造方法であって、
前記拡散領域を形成する工程の後に、前記拡散領域上にシリコン酸化膜を形成する工程をさらに備え、
前記拡散領域を形成する工程では、前記不純物としてのボロンが拡散され、
前記シリコン酸化膜を形成する工程の後に、前記レーザを照射する工程を実施する、光電変換素子の製造方法。 - 一方の面側に形成された第1拡散領域と第2拡散領域とを有するシリコン基板と、
前記第1拡散領域上に形成される電極とを備え、
前記第1拡散領域の表面不純物濃度が前記第2拡散領域の表面不純物濃度よりも高く、
前記第1拡散領域に拡散された不純物の導電型と、前記第2拡散領域に拡散された不純物の導電型とが、同じであり、
前記第2拡散領域は、前記第1拡散領域よりも深く形成されている、光電変換素子。 - 請求項5に記載の光電変換素子であって、
前記第1拡散領域と前記電極とが同じ幅で形成されている、光電変換素子。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012219071A JP2014072474A (ja) | 2012-10-01 | 2012-10-01 | 光電変換素子の製造方法及び光電変換素子 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012219071A JP2014072474A (ja) | 2012-10-01 | 2012-10-01 | 光電変換素子の製造方法及び光電変換素子 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2014072474A true JP2014072474A (ja) | 2014-04-21 |
Family
ID=50747384
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2012219071A Pending JP2014072474A (ja) | 2012-10-01 | 2012-10-01 | 光電変換素子の製造方法及び光電変換素子 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2014072474A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP6076545B2 (ja) * | 2014-08-29 | 2017-02-08 | 帝人株式会社 | 半導体デバイスの製造方法 |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5615035A (en) * | 1979-07-17 | 1981-02-13 | Agency Of Ind Science & Technol | Manufacture of semiconductor device |
JP2005038907A (ja) * | 2003-07-15 | 2005-02-10 | Kyocera Corp | 集積型光電変換装置 |
JP2012015461A (ja) * | 2010-07-05 | 2012-01-19 | Sharp Corp | レーザドーピング方法 |
JP2012517099A (ja) * | 2009-03-11 | 2012-07-26 | エルジー エレクトロニクス インコーポレイティド | 太陽電池、その製造方法及び太陽電池の不純物部形成方法 |
-
2012
- 2012-10-01 JP JP2012219071A patent/JP2014072474A/ja active Pending
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5615035A (en) * | 1979-07-17 | 1981-02-13 | Agency Of Ind Science & Technol | Manufacture of semiconductor device |
JP2005038907A (ja) * | 2003-07-15 | 2005-02-10 | Kyocera Corp | 集積型光電変換装置 |
JP2012517099A (ja) * | 2009-03-11 | 2012-07-26 | エルジー エレクトロニクス インコーポレイティド | 太陽電池、その製造方法及び太陽電池の不純物部形成方法 |
JP2012015461A (ja) * | 2010-07-05 | 2012-01-19 | Sharp Corp | レーザドーピング方法 |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP6076545B2 (ja) * | 2014-08-29 | 2017-02-08 | 帝人株式会社 | 半導体デバイスの製造方法 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US9178086B2 (en) | Method for fabricating back-contact type solar cell | |
JP4818544B2 (ja) | 太陽電池及びその製造方法 | |
US9054237B2 (en) | Interdigitated back contact silicon solar cells fabrication using diffusion barriers | |
JP2015130527A (ja) | 太陽電池及びその製造方法 | |
KR101745683B1 (ko) | 태양 전지 및 그 제조 방법 | |
JP4610630B2 (ja) | 太陽電池用拡散層の製造方法および太陽電池セルの製造方法 | |
KR101651302B1 (ko) | 양면수광형 태양전지 및 그 제조방법 | |
KR101888547B1 (ko) | 태양 전지 및 이의 제조 방법 | |
JP5756352B2 (ja) | 裏面電極型太陽電池の製造方法 | |
JP4937233B2 (ja) | 太陽電池用基板の粗面化方法および太陽電池セルの製造方法 | |
JP2013187287A (ja) | 光電変換素子 | |
JP2013143459A (ja) | 薄形シリコン太陽電池セル | |
JP5344872B2 (ja) | 光起電力装置 | |
JP4325912B2 (ja) | 太陽電池素子及びその製造方法 | |
JP5538103B2 (ja) | 太陽電池セルの製造方法 | |
JP4712073B2 (ja) | 太陽電池用拡散層の製造方法および太陽電池セルの製造方法 | |
JP2014072474A (ja) | 光電変換素子の製造方法及び光電変換素子 | |
KR101383426B1 (ko) | 양면수광형 태양전지의 제조방법 | |
JP2013219080A (ja) | 光電変換素子の製造方法及び光電変換素子 | |
JP2013197538A (ja) | 光電変換素子の製造方法 | |
JP2013171943A (ja) | 太陽電池セルの製造方法及び太陽電池セル | |
KR101680384B1 (ko) | 태양 전지의 제조 방법 | |
KR20120129292A (ko) | 태양 전지의 제조 방법 | |
JP7418869B2 (ja) | 半導体装置の製造方法 | |
JP2015167260A (ja) | 裏面電極型太陽電池及びその製造方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20150916 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20160413 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20160517 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20161206 |