JP3016950B2 - 光起電力装置の製造方法 - Google Patents
光起電力装置の製造方法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、光起電力装置の製造
方法に関する。
方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の代表的な光起電力装置として、受
光面側の透明電極と裏面電極との間にｐ−ｉ−ｎ接合型
の非晶質半導体層を備えるものがある。
光面側の透明電極と裏面電極との間にｐ−ｉ−ｎ接合型
の非晶質半導体層を備えるものがある。
【０００３】ｐ−ｉ−ｎ接合型の非晶質半導体層として
は、透明電極側から順にｐ型非晶質半導体層（以下、ｐ
層と略記する。）と、ｉ型非晶質半導体層（以下、ｉ層
と略記する。）と、ｎ型非晶質半導体層（以下、ｎ層と
略記する。）とを積層したものと、逆に透明電極側から
ｎ層、ｉ層、ｐ層の順に積層したものとがある。
は、透明電極側から順にｐ型非晶質半導体層（以下、ｐ
層と略記する。）と、ｉ型非晶質半導体層（以下、ｉ層
と略記する。）と、ｎ型非晶質半導体層（以下、ｎ層と
略記する。）とを積層したものと、逆に透明電極側から
ｎ層、ｉ層、ｐ層の順に積層したものとがある。
【０００４】また、非晶質半導体としては、アモルファ
スシリコン、アモルファスシリコンカーバイド、アモル
ファスシリコンゲルマニウム等が用いられる。
スシリコン、アモルファスシリコンカーバイド、アモル
ファスシリコンゲルマニウム等が用いられる。
【０００５】更に、上記非晶質半導体層は、光電変換効
率を高めるため、表面と裏面との一方または双方が凹凸
面に形成された、いわゆるテクスチャ構造を有するもの
がある。すなわち、テクスチャ構造を有する非晶質半導
体層を備える光起電力素子では、従来のフラットな表面
や裏面では吸収しきれなかった光を、凹凸のある表面あ
るいは裏面で乱反射することにより非晶質半導体層で吸
収できるようになる、いわゆる光閉じ込めと呼ばれる効
果が得られ、この光閉じ込めによって光電交換効率が高
められる。
率を高めるため、表面と裏面との一方または双方が凹凸
面に形成された、いわゆるテクスチャ構造を有するもの
がある。すなわち、テクスチャ構造を有する非晶質半導
体層を備える光起電力素子では、従来のフラットな表面
や裏面では吸収しきれなかった光を、凹凸のある表面あ
るいは裏面で乱反射することにより非晶質半導体層で吸
収できるようになる、いわゆる光閉じ込めと呼ばれる効
果が得られ、この光閉じ込めによって光電交換効率が高
められる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、例え
ば、非晶質半導体層を積層した光起電力装置において、
テクスチャ基板の光散乱率を大きくするには、透明導電
膜の膜厚を厚くすることが必要と成り、このため透明導
電膜での光吸収損が増え、変換効率の向上には必ずしも
結び付かないという問題があった。
ば、非晶質半導体層を積層した光起電力装置において、
テクスチャ基板の光散乱率を大きくするには、透明導電
膜の膜厚を厚くすることが必要と成り、このため透明導
電膜での光吸収損が増え、変換効率の向上には必ずしも
結び付かないという問題があった。
【０００７】これに対し、非晶質半導体層そのものをテ
クスチャ構造化するという方法が考えられている。しか
し、非晶質半導体層は結晶方位が規則的でないため、単
に半導体層をエッチング処理するだけでは形状と大きさ
が揃った凹凸を作ることが困難である。そこで、酸化シ
リコンの薄膜や粒部を半導体層上に形成し、エッチング
する際のマスクとして用いれば良いが、設計通りの凹凸
を得るための酸化シリコンの形成が難しく、スループッ
トの点で改善すべき点が多い。
クスチャ構造化するという方法が考えられている。しか
し、非晶質半導体層は結晶方位が規則的でないため、単
に半導体層をエッチング処理するだけでは形状と大きさ
が揃った凹凸を作ることが困難である。そこで、酸化シ
リコンの薄膜や粒部を半導体層上に形成し、エッチング
する際のマスクとして用いれば良いが、設計通りの凹凸
を得るための酸化シリコンの形成が難しく、スループッ
トの点で改善すべき点が多い。
【０００８】この発明の目的は、テクスチャ構造を有す
る光起電力装置の電気的特性及び光電変換効率を高める
とともに製造の容易な方法を提供することにある。
る光起電力装置の電気的特性及び光電変換効率を高める
とともに製造の容易な方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】この発明の光起電力装置
の製造方法は、表面に凹凸面を有し且つその表面に酸化
シリコン膜を形成した単結晶シリコン基板を、透光基板
上に形成された光活性層を含む半導体層上に接触させた
後、熱処理を施すことにより、前記酸化シリコン膜を部
分的に半導体層表面に転写し、この転写された酸化シリ
コン膜をマスクとして、半導体層にエッチング処理を施
し、この表面に凹凸面を形成することを特徴とする。
の製造方法は、表面に凹凸面を有し且つその表面に酸化
シリコン膜を形成した単結晶シリコン基板を、透光基板
上に形成された光活性層を含む半導体層上に接触させた
後、熱処理を施すことにより、前記酸化シリコン膜を部
分的に半導体層表面に転写し、この転写された酸化シリ
コン膜をマスクとして、半導体層にエッチング処理を施
し、この表面に凹凸面を形成することを特徴とする。
【００１０】
【作用】この発明においては、単結晶シリコン基板に形
成された酸化シリコン膜を非晶質半導体層上に接触させ
た後、熱処理を施すことにより、非晶質半導体膜表面に
均一で任意の膜厚が形成できる。これをマスクとしてエ
ッチングを行うことにより、５００Å〜３００μｍと充
分なサイズで半導体層上に均一に配置された凹凸の形成
が容易に行える。
成された酸化シリコン膜を非晶質半導体層上に接触させ
た後、熱処理を施すことにより、非晶質半導体膜表面に
均一で任意の膜厚が形成できる。これをマスクとしてエ
ッチングを行うことにより、５００Å〜３００μｍと充
分なサイズで半導体層上に均一に配置された凹凸の形成
が容易に行える。
【００１１】
【実施例】この発明の一実施例を図面に従い説明する。
【００１２】図１はこの発明により製造された光起電力
装置を示す断面図である。この光起電力素子はガラス基
板１と、これの一面に順に積層された例えば酸化錫（Ｓ
ｎＯ2 ）、酸化インジウム（Ｉｎ2 Ｏ3 ）、酸化インジ
ウム錫（ＩＴＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）等からなる透明
電極膜２、非晶質半導体層３及び裏面電極５とを備え
る。
装置を示す断面図である。この光起電力素子はガラス基
板１と、これの一面に順に積層された例えば酸化錫（Ｓ
ｎＯ2 ）、酸化インジウム（Ｉｎ2 Ｏ3 ）、酸化インジ
ウム錫（ＩＴＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）等からなる透明
電極膜２、非晶質半導体層３及び裏面電極５とを備え
る。
【００１３】非晶質半導体層３は、アモルファスシリコ
ン（ａ−Ｓｉ）、アモルファスシリコンカーバイド（ａ
−ＳｉＣ）、アモルファスシリコンゲルマニウム等のア
モルファスシリコン系の半導体で形成される。
ン（ａ−Ｓｉ）、アモルファスシリコンカーバイド（ａ
−ＳｉＣ）、アモルファスシリコンゲルマニウム等のア
モルファスシリコン系の半導体で形成される。
【００１４】非晶質半導体層３は、それぞれプラズマＣ
ＶＤ法によって形成されたｐ型アモルファスシリコンカ
ーバイドからなるｐ層３ｐ、ｉ型アモルファスシリコン
カーバイドからなるｉ層３ｉ、ｎ型アモルファスシリコ
ンカーバイドからなるｎ層３ｎとからなる。この実施例
では、ｐ層３ｐとｉ層３ｉとの界面特性を向上するため
に、それらの間にアモルファスシリコンカーバイドから
なるバッファ層３ｂを介在させている。
ＶＤ法によって形成されたｐ型アモルファスシリコンカ
ーバイドからなるｐ層３ｐ、ｉ型アモルファスシリコン
カーバイドからなるｉ層３ｉ、ｎ型アモルファスシリコ
ンカーバイドからなるｎ層３ｎとからなる。この実施例
では、ｐ層３ｐとｉ層３ｉとの界面特性を向上するため
に、それらの間にアモルファスシリコンカーバイドから
なるバッファ層３ｂを介在させている。
【００１５】さて、この実施例においては、ｉ層３ｉ表
面に後述する方法で転写された酸化シリコン膜４が所定
間隔で配置され、この酸化シリコン膜４をマスクとして
ｉ層３ｉ表面がＫＯＨを用いたウエットエッチングによ
り、５００Å〜３００μｍと充分なサイズで均一に配置
された凹凸が形成されている。
面に後述する方法で転写された酸化シリコン膜４が所定
間隔で配置され、この酸化シリコン膜４をマスクとして
ｉ層３ｉ表面がＫＯＨを用いたウエットエッチングによ
り、５００Å〜３００μｍと充分なサイズで均一に配置
された凹凸が形成されている。
【００１６】この凹凸面を有するｉ層３ｉ上にｎ層３ｎ
及び裏面電極５を形成することで、裏面電極５の表面が
凹凸形状を呈する。
及び裏面電極５を形成することで、裏面電極５の表面が
凹凸形状を呈する。
【００１７】この実施例によれば、透光性基板１より入
射した光は、透明電極２を介して半導体層３内に到達し
た後、まず一部が吸収される。次に、半導体層３を通過
した光は、凹凸形状を有する裏面電極５の表面で反射さ
れた後、再び半導体層３に進行し吸収される。
射した光は、透明電極２を介して半導体層３内に到達し
た後、まず一部が吸収される。次に、半導体層３を通過
した光は、凹凸形状を有する裏面電極５の表面で反射さ
れた後、再び半導体層３に進行し吸収される。
【００１８】次にこの発明の製造方法につき図２を参照
して説明する。予め単結晶シリコン基板１０を用意し、
この単結晶基板上に所定の凹凸を形成しておく。この凹
凸はＮａＯＨをＨ2Ｏ中で適当な濃度で混ぜ、その溶液
にてウエットエッチングを行うことにより形成する。こ
のエッチングで単結晶シリコン基板１０は等方性エッチ
ングされ、四角錐状の凹所が均一に形成される。この四
角錐状の凹所の各１辺のサイズは表１に示す用にＮａＯ
Ｈ濃度で制御できる。
して説明する。予め単結晶シリコン基板１０を用意し、
この単結晶基板上に所定の凹凸を形成しておく。この凹
凸はＮａＯＨをＨ2Ｏ中で適当な濃度で混ぜ、その溶液
にてウエットエッチングを行うことにより形成する。こ
のエッチングで単結晶シリコン基板１０は等方性エッチ
ングされ、四角錐状の凹所が均一に形成される。この四
角錐状の凹所の各１辺のサイズは表１に示す用にＮａＯ
Ｈ濃度で制御できる。
【００１９】
【表１】
【００２０】溶液温度は７０〜９５℃で、３０〜４０分
エッチング処理をすることにより、夫々上述の構造のエ
ッチングが行われた。尚、溶液温度が７０℃以下ではテ
クスチャ化せず、また９５℃以上では再現性が良くなか
った。
エッチング処理をすることにより、夫々上述の構造のエ
ッチングが行われた。尚、溶液温度が７０℃以下ではテ
クスチャ化せず、また９５℃以上では再現性が良くなか
った。
【００２１】次に、この単結晶シリコン基板１０のテク
スチャ面に酸化シリコン膜１１を形成する（図２（ａ）
参照）。この実施例では酸化シリコン膜１１は約５００
Åとし、この酸化膜は後の工程で半導体層に容易に転写
できるように次の表２に示すような形成条件でスパッタ
リングにより形成する。
スチャ面に酸化シリコン膜１１を形成する（図２（ａ）
参照）。この実施例では酸化シリコン膜１１は約５００
Åとし、この酸化膜は後の工程で半導体層に容易に転写
できるように次の表２に示すような形成条件でスパッタ
リングにより形成する。
【００２２】
【表２】
【００２３】次に、図２（ｂ）に示すように、ガラス基
板１上の一面に順に透明電極膜２、ｐ層３ｐ、バッファ
層３ｂ、ｉ層３ｉを形成し、このｉ層３ｉ表面に単結晶
シリコン基板１０の酸化シリコン膜１１を接触させる。
板１上の一面に順に透明電極膜２、ｐ層３ｐ、バッファ
層３ｂ、ｉ層３ｉを形成し、このｉ層３ｉ表面に単結晶
シリコン基板１０の酸化シリコン膜１１を接触させる。
【００２４】この状態で１００〜４５０℃の温度で熱ア
ニールを行う。ｉ層３ｉ表面に転写形成される酸化シリ
コン膜４の膜厚は温度と時間により制御が可能であり、
この実施例では、温度３８０℃で３０分の熱アニールを
施すことにより、約３００Åの酸化シリコン膜４が形成
される（図２（ｃ）参照）。
ニールを行う。ｉ層３ｉ表面に転写形成される酸化シリ
コン膜４の膜厚は温度と時間により制御が可能であり、
この実施例では、温度３８０℃で３０分の熱アニールを
施すことにより、約３００Åの酸化シリコン膜４が形成
される（図２（ｃ）参照）。
【００２５】続いて、図２（ｄ）に示すように、この酸
化シリコン膜４をマスクとしてエッチングを行うことに
より、ｉ層３ｉ表面に凹凸面を形成する。このエッチン
グ処理としては、水素やヘリウム、アルゴン等の不活性
ガスまたはＣＨ4等の反応ガスをプラズマ分解して化学
的或いは物理的に行う方法や、ＫＯＨ溶液等を用いたウ
エットエッチングが利用できる。この実施例では、水素
プラズマを用いてエッチング処理を行った。このエッチ
ング条件を表３に示す。
化シリコン膜４をマスクとしてエッチングを行うことに
より、ｉ層３ｉ表面に凹凸面を形成する。このエッチン
グ処理としては、水素やヘリウム、アルゴン等の不活性
ガスまたはＣＨ4等の反応ガスをプラズマ分解して化学
的或いは物理的に行う方法や、ＫＯＨ溶液等を用いたウ
エットエッチングが利用できる。この実施例では、水素
プラズマを用いてエッチング処理を行った。このエッチ
ング条件を表３に示す。
【００２６】
【表３】
【００２７】続いて、図２（ｅ）に示すように、この凹
凸面が形成されたｉ層３ｉ表面にｎ層３ｎ、裏面電極５
を順次形成してこの発明による光起電力装置が得られ
る。
凸面が形成されたｉ層３ｉ表面にｎ層３ｎ、裏面電極５
を順次形成してこの発明による光起電力装置が得られ
る。
【００２８】この様に、半導体層をテクスチャ構造とす
ることにより、特に長波長光の光路長を長くし、光吸収
量が増加される。また、半導体層のテクスチャ形状で光
を曲げることから、入射側のテクスチャ基板はテクスチ
ャ度を小さくまたはフラットな透明電極にしても良いた
め、結果的に透明電極を薄くすることが可能と成り、透
明電極での光吸収損を低減させることが出来る。
ることにより、特に長波長光の光路長を長くし、光吸収
量が増加される。また、半導体層のテクスチャ形状で光
を曲げることから、入射側のテクスチャ基板はテクスチ
ャ度を小さくまたはフラットな透明電極にしても良いた
め、結果的に透明電極を薄くすることが可能と成り、透
明電極での光吸収損を低減させることが出来る。
【００２９】図３にこの発明により製造した光起電力装
置の光感度スペクトルを示す。また比較例として、透明
電極をテクスチャ構造にした従来の光起電力装置の光感
度スペクトルも同時に示す。この図３から明らかなよう
に、この発明によれば、６００ｎｍ以上の長波長光の光
感度が上昇している。これはこの発明によるテクスチャ
構造により、長波長光の光活性層での吸収量が増加した
ためである。
置の光感度スペクトルを示す。また比較例として、透明
電極をテクスチャ構造にした従来の光起電力装置の光感
度スペクトルも同時に示す。この図３から明らかなよう
に、この発明によれば、６００ｎｍ以上の長波長光の光
感度が上昇している。これはこの発明によるテクスチャ
構造により、長波長光の光活性層での吸収量が増加した
ためである。
【００３０】この発明は、単結晶、多結晶シリコンに不
純物拡散により接合を形成して成る光起電力装置につい
てもこの発明は適用可能であり、単結晶、多結晶シリコ
ン上にこの発明法により、酸化シリコン膜を形成し、マ
スクとして、エッチングすることにより、５００Å〜３
００μｍの凹凸形成が可能である。特に、多結晶シリコ
ンにおいて、結晶方位、サイズの不均一により込んであ
った均一で大きな凹凸を形成することが出来る。
純物拡散により接合を形成して成る光起電力装置につい
てもこの発明は適用可能であり、単結晶、多結晶シリコ
ン上にこの発明法により、酸化シリコン膜を形成し、マ
スクとして、エッチングすることにより、５００Å〜３
００μｍの凹凸形成が可能である。特に、多結晶シリコ
ンにおいて、結晶方位、サイズの不均一により込んであ
った均一で大きな凹凸を形成することが出来る。
【００３１】尚、マスクとして用いた酸化シリコン膜は
エッチングプロセス終了後取り除いても良いが、そのま
ま放置しても問題はない。光吸収により生成されたキャ
リアが半導体界面再結合することによる損失を低減させ
るためには接合面積を小さくさせることが有効であり、
この発明の酸化シリコン膜は半導体層界面にあって、接
合面積を小さくすることにより、キャリアの再結合損の
低減にも有効である。
エッチングプロセス終了後取り除いても良いが、そのま
ま放置しても問題はない。光吸収により生成されたキャ
リアが半導体界面再結合することによる損失を低減させ
るためには接合面積を小さくさせることが有効であり、
この発明の酸化シリコン膜は半導体層界面にあって、接
合面積を小さくすることにより、キャリアの再結合損の
低減にも有効である。
【００３２】また、上述した実施例では、ｉ層３ｉ表面
に凹凸面を形成しているが、ｉ層３ｉ表面にｎ層３ｎを
設けた後、このｎ層３ｎ表面に凹凸面を形成しても良
い。
に凹凸面を形成しているが、ｉ層３ｉ表面にｎ層３ｎを
設けた後、このｎ層３ｎ表面に凹凸面を形成しても良
い。
【００３３】
【発明の効果】以上説明したように、この発明は、単結
晶シリコン基板に形成された酸化シリコン膜を非晶質半
導体層上に接触させた後、熱処理を施すことにより、非
晶質半導体膜表面に均一で任意の膜厚が形成できる。こ
れをマスクとしてエッチングを行うことにより、５００
Å〜３００μｍと充分なサイズで半導体層上に均一に配
置された凹凸の形成が容易に行え、出力電流が大きく、
変換効率を向上させた光起電力装置を提供することが出
来る。
晶シリコン基板に形成された酸化シリコン膜を非晶質半
導体層上に接触させた後、熱処理を施すことにより、非
晶質半導体膜表面に均一で任意の膜厚が形成できる。こ
れをマスクとしてエッチングを行うことにより、５００
Å〜３００μｍと充分なサイズで半導体層上に均一に配
置された凹凸の形成が容易に行え、出力電流が大きく、
変換効率を向上させた光起電力装置を提供することが出
来る。
【図１】この発明により製造した光起電力装置の構造を
示す模式図である。
示す模式図である。
【図２】この発明の製造方法を示す工程別断面図であ
る。
る。
【図３】この発明により製造した光起電力装置及び従来
の光起電力装置の光感度スペクトルを示す特性図であ
る。
の光起電力装置の光感度スペクトルを示す特性図であ
る。
１ ガラス基板 ２ 透明電極 ３ 非晶質半導体層 ３ｐ ｐ層 ３ｉ ｉ層 ３ｎ ｎ層 ４ 酸化シリコン膜 １０ 単結晶シリコン １１ 酸化シリコン膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−228679（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−237768（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−105424（ＪＰ，Ａ) 特開 昭53−147469（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 31/04 H01L 21/302,21/306
Claims (1)
- 【請求項１】 表面に凹凸面を有し且つその表面に酸化
シリコン膜を形成した単結晶シリコン基板を、透光基板
上に形成された光活性層を含む半導体層上に接触させた
後、熱処理を施すことにより、前記酸化シリコン膜を部
分的に半導体層表面に転写し、この転写された酸化シリ
コン膜をマスクとして、半導体層にエッチング処理を施
し、この表面に凹凸面を形成することを特徴とする光起
電力装置の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4093446A JP3016950B2 (ja) | 1992-03-19 | 1992-03-19 | 光起電力装置の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4093446A JP3016950B2 (ja) | 1992-03-19 | 1992-03-19 | 光起電力装置の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05267699A JPH05267699A (ja) | 1993-10-15 |
| JP3016950B2 true JP3016950B2 (ja) | 2000-03-06 |
Family
ID=14082558
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4093446A Expired - Fee Related JP3016950B2 (ja) | 1992-03-19 | 1992-03-19 | 光起電力装置の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3016950B2 (ja) |
-
1992
- 1992-03-19 JP JP4093446A patent/JP3016950B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05267699A (ja) | 1993-10-15 |
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