JP6021084B2 - Photovoltaic device and manufacturing method thereof - Google Patents

Photovoltaic device and manufacturing method thereof Download PDF

Info

Publication number
JP6021084B2
JP6021084B2 JP2015098695A JP2015098695A JP6021084B2 JP 6021084 B2 JP6021084 B2 JP 6021084B2 JP 2015098695 A JP2015098695 A JP 2015098695A JP 2015098695 A JP2015098695 A JP 2015098695A JP 6021084 B2 JP6021084 B2 JP 6021084B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
semiconductor substrate
type amorphous
type
semiconductor layer
oxygen
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.)
Active
Application number
JP2015098695A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2015164221A (en
Inventor
章義 大鐘
章義 大鐘
泰史 角村
泰史 角村
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Original Assignee
Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd filed Critical Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority to JP2015098695A priority Critical patent/JP6021084B2/en
Publication of JP2015164221A publication Critical patent/JP2015164221A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6021084B2 publication Critical patent/JP6021084B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy

Description

本発明は、光起電力装置及びその製造方法に関する。   The present invention relates to a photovoltaic device and a manufacturing method thereof.

結晶系シリコン基板及びドープされた非晶質シリコン層との間に実質的に真性である非晶質シリコン層を形成した光起電力装置が知られている。   A photovoltaic device is known in which a substantially intrinsic amorphous silicon layer is formed between a crystalline silicon substrate and a doped amorphous silicon layer.

このような構造を有する光起電力装置の出力特性を向上させる手段として、シリコン基板と真性非晶質シリコン層との界面部分の酸素濃度を高くした構造が開示されている(特許文献1参照)。また、真性非晶質シリコン層中において酸素濃度に勾配を設け、ドープされた非晶質シリコン層側の酸素濃度を高くした構造が開示されている(特許文献2参照)。   As a means for improving the output characteristics of a photovoltaic device having such a structure, a structure in which the oxygen concentration at the interface between the silicon substrate and the intrinsic amorphous silicon layer is increased is disclosed (see Patent Document 1). . In addition, a structure is disclosed in which a gradient is provided in the oxygen concentration in the intrinsic amorphous silicon layer to increase the oxygen concentration on the doped amorphous silicon layer side (see Patent Document 2).

一方、真性非晶質シリコン層によるシリコン基板の表面の不活性化技術において、真性非晶質シリコン層全体に適切な量の酸素を含有させ、層内に微小な非晶質酸化シリコン領域を形成することにより、不活性化が促進されると報告されている(非特許文献1参照)。さらに、真性非晶質シリコン層全体に適切な量の酸素を含有させると、光起電力装置の出力特性が向上すると報告されている(非特許文献2参照)。   On the other hand, in the technology for deactivating the surface of a silicon substrate with an intrinsic amorphous silicon layer, an appropriate amount of oxygen is contained in the entire intrinsic amorphous silicon layer to form a minute amorphous silicon oxide region in the layer. By doing so, it is reported that inactivation is promoted (refer nonpatent literature 1). Furthermore, it has been reported that when an appropriate amount of oxygen is contained in the entire intrinsic amorphous silicon layer, the output characteristics of the photovoltaic device are improved (see Non-Patent Document 2).

特許第4070483号公報Japanese Patent No. 4070483 特開2008−235400号公報JP 2008-235400 A

J.Appl.Phys. 107,014504(2010)J.Appl.Phys. 107,014504 (2010) Appl.Phys.Lett. 91,133508(2007)Appl.Phys.Lett. 91,133508 (2007)

ところで、非晶質シリコン層に過度な酸素が取り込まれると不純物として作用して欠陥を形成したり、高抵抗領域を形成したりするおそれがあり、含有される酸素濃度を最適化することが望まれる。しかしながら、真性非晶質シリコン層内における最適な酸素濃度プロファイル、特にシリコン基板と真性非晶質シリコン層との界面側における酸素濃度については十分に検討されていない。   By the way, if excessive oxygen is taken into the amorphous silicon layer, it may act as an impurity to form defects or form a high resistance region, and it is desirable to optimize the oxygen concentration contained. It is. However, the optimum oxygen concentration profile in the intrinsic amorphous silicon layer, particularly the oxygen concentration on the interface side between the silicon substrate and the intrinsic amorphous silicon layer has not been sufficiently studied.

本発明の1つの態様は、第一表面及び第二表面を備えた結晶系半導体基板と、前記結晶系半導体基板の第一表面上に形成された第1の非晶質半導体層と、を備える光電変換装置であって、前記結晶系半導体基板と前記第1の非晶質半導体層との界面は、1×1021/cm以上の酸素を含む酸化界面であって、前記第1の非晶質半導体層において、前記酸化界面から5nm以下の範囲に、酸素濃度が1×1020/cm以上1×1021/cm以下である高濃度酸素領域を備える光電変換装置である。 One aspect of the present invention includes a crystalline semiconductor substrate having a first surface and a second surface, and a first amorphous semiconductor layer formed on the first surface of the crystalline semiconductor substrate. In the photoelectric conversion device, an interface between the crystalline semiconductor substrate and the first amorphous semiconductor layer is an oxidation interface containing oxygen of 1 × 10 21 / cm 3 or more, and In the crystalline semiconductor layer, the photoelectric conversion device includes a high concentration oxygen region having an oxygen concentration of 1 × 10 20 / cm 3 or more and 1 × 10 21 / cm 3 or less in a range of 5 nm or less from the oxidation interface.

ここで、前記高濃度酸素領域は、前記酸化界面から1nm以下の領域にあることが好適である。   Here, it is preferable that the high-concentration oxygen region is in a region of 1 nm or less from the oxidation interface.

また、前記半導体基板の導電型がn型であり、前記第1の非晶質半導体層がn型の非晶質半導体層であって、前記n型の非晶質半導体層が光入射面側に位置することが好適である。   The conductivity type of the semiconductor substrate is n-type, the first amorphous semiconductor layer is an n-type amorphous semiconductor layer, and the n-type amorphous semiconductor layer is on the light incident surface side. It is preferable to be located in

また、前記半導体基板の導電型がn型であり、前記第1の非晶質半導体層がp型の非晶質半導体層であって、前記p型の非晶質半導体層が光入射面側に位置することが好適である。   The conductivity type of the semiconductor substrate is n-type, the first amorphous semiconductor layer is a p-type amorphous semiconductor layer, and the p-type amorphous semiconductor layer is on the light incident surface side. It is preferable to be located in

また、前記第1の非晶質半導体層上に集電極が形成されていることが好適である。   In addition, it is preferable that a collecting electrode is formed on the first amorphous semiconductor layer.

また、前記第1の非晶質半導体層において、前記酸化界面の近傍付近から膜厚方向に沿って階段状に濃度が減少する酸素濃度プロファイルを有することが好適である。   Further, it is preferable that the first amorphous semiconductor layer has an oxygen concentration profile in which the concentration decreases stepwise along the film thickness direction from the vicinity of the oxidation interface.

本発明の別の態様は、結晶系シリコンからなる半導体基板の表面に凹凸構造を形成する第1の工程と、前記半導体基板の表面を酸化処理して酸化界面を形成する第2の工程と、前記酸化界面上に非晶質半導体層を形成する第3の工程と、を含む光電変換装置の製造方法であって、前記酸化処理は、大気雰囲気中に所定時間放置する方法、オゾン水処理、過酸化水素水処理、オゾナイザー処理等から選択されるいずれかの方法を用いて実施される、光電変換装置の製造方法である。   Another aspect of the present invention includes a first step of forming a concavo-convex structure on the surface of a semiconductor substrate made of crystalline silicon, a second step of oxidizing the surface of the semiconductor substrate to form an oxidized interface, And a third step of forming an amorphous semiconductor layer on the oxidation interface, wherein the oxidation treatment includes a method of leaving the substrate in an air atmosphere for a predetermined time, an ozone water treatment, This is a method for manufacturing a photoelectric conversion device, which is carried out using any method selected from hydrogen peroxide treatment, ozonizer treatment, and the like.

ここで、前記非晶質半導体層は、ケイ素含有ガスと、炭酸ガス又は酸素ガスとを導入して形成されることが好適である。   Here, the amorphous semiconductor layer is preferably formed by introducing a silicon-containing gas and carbon dioxide gas or oxygen gas.

また、前記第3の工程の後に、ケイ素含有ガスにn型又はp型のドーパントを導入してn型又はp型の非晶質半導体層を形成する第4の工程を更に含むことが好適である。   Preferably, the method further includes a fourth step of forming an n-type or p-type amorphous semiconductor layer by introducing an n-type or p-type dopant into the silicon-containing gas after the third step. is there.

本発明によれば、光起電力装置における光電変換効率を高めることができる。   According to the present invention, the photoelectric conversion efficiency in the photovoltaic device can be increased.

本発明に係る実施の形態における光起電力装置の断面図である。It is sectional drawing of the photovoltaic apparatus in embodiment which concerns on this invention. 本発明に係る実施の形態における光起電力装置の酸素濃度プロファイルを示す図である。It is a figure which shows the oxygen concentration profile of the photovoltaic apparatus in embodiment which concerns on this invention. 本発明に係る実施の形態における光起電力装置の酸素濃度の対数表示の勾配プロファイルを示す図である。It is a figure which shows the gradient profile of the logarithm display of the oxygen concentration of the photovoltaic apparatus in embodiment which concerns on this invention.

本発明の実施の形態における光起電力装置100は、図1の断面図に示すように、半導体基板10、i型非晶質層12i、p型非晶質層12p、透明導電層14、i型非晶質層16i、n型非晶質層16n、透明導電層18及び集電極20,22を含んで構成される。   As shown in the sectional view of FIG. 1, the photovoltaic device 100 according to the embodiment of the present invention includes a semiconductor substrate 10, an i-type amorphous layer 12i, a p-type amorphous layer 12p, a transparent conductive layer 14, i. A type amorphous layer 16i, an n type amorphous layer 16n, a transparent conductive layer 18, and collector electrodes 20 and 22 are included.

以下、光起電力装置100の製造方法を示しつつ、光起電力装置100の構造を説明する。表1に光起電力装置100における、各非晶質層の形成条件の例を示す。なお、本実施形態に用いた各種成膜条件は一例であり、使用する装置によって適宜変更し、最適化を行うべきものである。

Figure 0006021084
Hereinafter, the structure of the photovoltaic device 100 will be described while showing a method for manufacturing the photovoltaic device 100. Table 1 shows examples of conditions for forming each amorphous layer in the photovoltaic device 100. Note that the various film forming conditions used in the present embodiment are examples, and should be appropriately changed and optimized depending on the apparatus to be used.
Figure 0006021084

半導体基板10は、結晶系の半導体材料から構成される。半導体基板10は、n型又はp型の導電型の結晶性半導体基板とすることができる。半導体基板10は、例えば、単結晶シリコン基板、多結晶シリコン基板、砒化ガリウム基板(GaAs)、インジウム燐基板(InP)等を適用することができる。半導体基板10は、入射された光を吸収することで、光電変換により電子及び正孔のキャリア対を発生させる。以下では、半導体基板10としてn型のシリコン単結晶基板を用いた例を説明する。   The semiconductor substrate 10 is made of a crystalline semiconductor material. The semiconductor substrate 10 can be an n-type or p-type conductive crystalline semiconductor substrate. As the semiconductor substrate 10, for example, a single crystal silicon substrate, a polycrystalline silicon substrate, a gallium arsenide substrate (GaAs), an indium phosphide substrate (InP), or the like can be applied. The semiconductor substrate 10 absorbs incident light to generate electron and hole carrier pairs by photoelectric conversion. Hereinafter, an example in which an n-type silicon single crystal substrate is used as the semiconductor substrate 10 will be described.

半導体基板10は、洗浄後に成膜槽内に設置される。半導体基板10の洗浄は、フッ化水素酸水溶液(HF水溶液)やRCA洗浄液を用いて行うことができる。また、水酸化カリウム水溶液(KOH水溶液)等のアルカリ性エッチング液を用いて、半導体基板10の表面や裏面にテクスチャ構造を形成することも好適である。この場合、(100)面を有する半導体基板10をKOH水溶液で異方性エッチングすることによって、ピラミッド型の(111)面を有するテクスチャ構造を形成することができる。   The semiconductor substrate 10 is placed in a film formation tank after cleaning. The semiconductor substrate 10 can be cleaned using a hydrofluoric acid aqueous solution (HF aqueous solution) or an RCA cleaning solution. It is also preferable to form a texture structure on the front surface or the back surface of the semiconductor substrate 10 using an alkaline etching solution such as a potassium hydroxide aqueous solution (KOH aqueous solution). In this case, a texture structure having a pyramidal (111) plane can be formed by anisotropically etching the semiconductor substrate 10 having a (100) plane with a KOH aqueous solution.

また、i型非晶質層12iの成膜前に所定の酸化処理をして、酸化界面を形成してもよい。所定の酸化処理としては、大気や湿度制御された雰囲気中に所定時間放置するか、オゾン水処理、過酸化水素水処理、オゾナイザー処理などを適宜使用することが出来る。   Further, a predetermined oxidation treatment may be performed before forming the i-type amorphous layer 12i to form an oxidation interface. As the predetermined oxidation treatment, it can be left for a predetermined time in an atmosphere controlled in the air or humidity, or an ozone water treatment, a hydrogen peroxide treatment, an ozonizer treatment, or the like can be used as appropriate.

半導体基板10の表面上に非晶質の半導体層であるi型非晶質層12iが形成される。例えば、i型非晶質層12iは、水素を含むアモルファスの真性シリコン半導体層である。ここで、真性の半導体層とは、含有されるp型又はn型のドーパントの濃度が5×1018/cm以下である、または、p型及びn型のドーパントが同時に含まれる場合にはp型又はn型のドーパント濃度の差が5×1018/cm以下である半導体層をいう。i型非晶質層12iは、光の吸収をできるだけ抑えられるように薄くし、一方で半導体基板10の表面が十分にパッシベーションされる程度に厚くすることが好適である。i型非晶質層12iの膜厚は、1nm以上25nm以下であり、好ましくは5nm以上10nm以下である。 An i-type amorphous layer 12 i that is an amorphous semiconductor layer is formed on the surface of the semiconductor substrate 10. For example, the i-type amorphous layer 12i is an amorphous intrinsic silicon semiconductor layer containing hydrogen. Here, the intrinsic semiconductor layer is a case where the concentration of the p-type or n-type dopant contained is 5 × 10 18 / cm 3 or less, or when the p-type and n-type dopants are included at the same time. It refers to a semiconductor layer having a p-type or n-type dopant concentration difference of 5 × 10 18 / cm 3 or less. It is preferable that the i-type amorphous layer 12i be thin enough to suppress light absorption as much as possible, and thick enough to sufficiently passivate the surface of the semiconductor substrate 10. The film thickness of the i-type amorphous layer 12i is 1 nm to 25 nm, preferably 5 nm to 10 nm.

i型非晶質層12iは、プラズマ化学気相成長法(PECVD)、Cat−CVD(Catalytic Chemical Vapor Deposition)、スパッタリング法等により形成することができる。PECVDは、RFプラズマCVD法、周波数の高いVHFプラズマCVD法、さらにはマイクロ波プラズマCVD法などいずれの手法を用いても良い。本実施例では、RFプラズマCVD法を用いる場合について説明する。例えば、表1に示すように、シラン(SiH)等のケイ素含有ガスを水素で希釈して供給し、平行平板電極等にRF高周波電力を印加してプラズマ化して、加熱された半導体基板10の成膜面に供給することによって形成することができる。このとき、本実施の形態では、i型非晶質層12iの成膜初期において酸素(O)を含有するガスを同時に導入して、半導体基板10とi型非結晶層12iとの界面付近に酸素を導入する。酸素(O)を含有するガスは、例えば、炭酸(CO)ガスや酸素(O)が挙げられる。成膜時の基板温度は150℃以上250℃以下、RF電力密度は1mW/cm以上10mW/cm以下である。 The i-type amorphous layer 12i can be formed by plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD), Cat-CVD (Catalytic Chemical Vapor Deposition), sputtering, or the like. For PECVD, any method such as RF plasma CVD, high frequency VHF plasma CVD, or microwave plasma CVD may be used. In this embodiment, a case where an RF plasma CVD method is used will be described. For example, as shown in Table 1, a silicon-containing gas such as silane (SiH 4 ) is supplied by diluting with hydrogen, RF high-frequency power is applied to parallel plate electrodes and the like to form plasma, and the heated semiconductor substrate 10 It can form by supplying to the film-forming surface. At this time, in the present embodiment, a gas containing oxygen (O 2 ) is simultaneously introduced at the initial stage of the formation of the i-type amorphous layer 12i, so that the vicinity of the interface between the semiconductor substrate 10 and the i-type amorphous layer 12i. Introduce oxygen. Examples of the gas containing oxygen (O 2 ) include carbon dioxide (CO 2 ) gas and oxygen (O 2 ). The substrate temperature during film formation is 150 ° C. or more and 250 ° C. or less, and the RF power density is 1 mW / cm 2 or more and 10 mW / cm 2 or less.

ここで、図2に示すように、i型非晶質層12iの膜厚方向へ向けて半導体基板10とi型非晶質層12iとの界面近傍から階段状に濃度が減少する酸素濃度プロファイルとする。例えば、i型非晶質層12iの成膜時において、酸素含有ガスの流量を段階的に変化させることにより、半導体基板10との界面側にのみ酸素を多く含有させた高濃度酸素領域を形成する。高濃度酸素領域における酸素濃度は約1×1020/cm以上1×1021/cm以下とし、i型非晶質層12iの高濃度酸素領域以外の領域における酸素濃度は約1×1020/cm未満とすることが好適である。また、高濃度酸素領域において、膜厚方向に沿って酸素濃度が少なくとも1段階以上の階段状のプロファイルを有することが好適である。半導体基板10からこの酸素濃度プロファイルと光起電力装置の特性については後述する。 Here, as shown in FIG. 2, an oxygen concentration profile in which the concentration decreases stepwise from the vicinity of the interface between the semiconductor substrate 10 and the i-type amorphous layer 12i in the film thickness direction of the i-type amorphous layer 12i. And For example, when the i-type amorphous layer 12i is formed, a high-concentration oxygen region containing a large amount of oxygen is formed only on the interface side with the semiconductor substrate 10 by changing the flow rate of the oxygen-containing gas stepwise. To do. The oxygen concentration in the high concentration oxygen region is about 1 × 10 20 / cm 3 to 1 × 10 21 / cm 3 and the oxygen concentration in the region other than the high concentration oxygen region of the i-type amorphous layer 12 i is about 1 × 10 10. It is preferable to be less than 20 / cm 3 . In addition, in the high concentration oxygen region, it is preferable that the oxygen concentration has a step-like profile having at least one step along the film thickness direction. The oxygen concentration profile from the semiconductor substrate 10 and the characteristics of the photovoltaic device will be described later.

なお、半導体膜中の各元素の濃度は、二次イオン質量分析法(SIMS)等で測定することができる。半導体基板10にテクスチャ構造を設けた場合、テクスチャによる膜厚方向への分解能が低下しない方法で膜中の各元素の濃度を測定すればよい。   Note that the concentration of each element in the semiconductor film can be measured by secondary ion mass spectrometry (SIMS) or the like. When the semiconductor substrate 10 is provided with a texture structure, the concentration of each element in the film may be measured by a method that does not reduce the resolution in the film thickness direction due to the texture.

p型非晶質層12pは、p型の導電型のドーパントを含む非晶質半導体膜からなる層である。例えば、p型非晶質層12pは、水素を含有するアモルファスシリコンから形成される。p型非晶質層12pは、i型非晶質層12iよりも膜中のp型のドーパントの濃度が高くされる。例えば、p型非晶質層12pは、p型のドーパントの濃度を1×1020/cm以上とすることが好適である。p型非晶質層12pの膜厚は、光の吸収をできるだけ抑えられるように薄くすることが好適である一方で、半導体基板10内で発生したキャリアがpn接合部で効果的に分離され、かつ、発生したキャリアが透明導電層14で効率よく収集される程度に厚くすることが好適である。例えば、1nm以上10nm以下とすることが好適である。 The p-type amorphous layer 12p is a layer made of an amorphous semiconductor film containing a p-type conductive dopant. For example, the p-type amorphous layer 12p is formed from amorphous silicon containing hydrogen. The p-type amorphous layer 12p has a higher p-type dopant concentration in the film than the i-type amorphous layer 12i. For example, the p-type amorphous layer 12p preferably has a p-type dopant concentration of 1 × 10 20 / cm 3 or more. The thickness of the p-type amorphous layer 12p is preferably thin so as to suppress light absorption as much as possible, while carriers generated in the semiconductor substrate 10 are effectively separated at the pn junction, In addition, it is preferable to increase the thickness so that the generated carriers are efficiently collected by the transparent conductive layer 14. For example, the thickness is preferably 1 nm or more and 10 nm or less.

p型非晶質層12pも、PECVD、Cat−CVD、スパッタリング法等により形成することができる。PECVDは、RFプラズマCVD法を適用することができる。例えば、表1に示すように、シラン(SiH)等のケイ素含有ガス及びジボラン(B)等のp型ドーパント含有ガスを水素で希釈して供給し、平行平板電極等にRF高周波電力を印加してプラズマ化して、加熱された半導体基板10のi型非晶質層12i上に供給することによって形成することができる。なお、表1では、ジボラン(B)は1%の水素希釈とした。成膜時の基板温度は150℃以上250℃以下、RF電力密度は1mW/cm以上10mW/cm以下とすることが好適である。 The p-type amorphous layer 12p can also be formed by PECVD, Cat-CVD, sputtering, or the like. For PECVD, an RF plasma CVD method can be applied. For example, as shown in Table 1, a silicon-containing gas such as silane (SiH 4 ) and a p-type dopant-containing gas such as diborane (B 2 H 6 ) are diluted with hydrogen and supplied to an RF radio frequency to parallel plate electrodes or the like. It can be formed by applying power to plasma and supplying it to the heated i-type amorphous layer 12 i of the semiconductor substrate 10. In Table 1, diborane (B 2 H 6 ) was diluted with 1% hydrogen. The substrate temperature during film formation is preferably 150 ° C. or more and 250 ° C. or less, and the RF power density is preferably 1 mW / cm 2 or more and 10 mW / cm 2 or less.

i型非晶質層16iは、半導体基板10の裏面上に形成される。すなわち、i型非晶質層12i及びp型非晶質層12pを形成後、半導体基板10の表裏を反転させ、半導体基板10の裏面上に形成される。例えば、i型非晶質層16iは、水素を含むアモルファスの真性シリコン半導体層とされる。i型非晶質層16iの膜厚は、i型非晶質層12iと同様に、1nm以上25nm以下であり、好ましくは5nm以上10nm以下である。   The i-type amorphous layer 16 i is formed on the back surface of the semiconductor substrate 10. That is, after the i-type amorphous layer 12 i and the p-type amorphous layer 12 p are formed, the front and back of the semiconductor substrate 10 are reversed and formed on the back surface of the semiconductor substrate 10. For example, the i-type amorphous layer 16i is an amorphous intrinsic silicon semiconductor layer containing hydrogen. The film thickness of the i-type amorphous layer 16i is 1 nm or more and 25 nm or less, preferably 5 nm or more and 10 nm or less, similarly to the i-type amorphous layer 12i.

i型非晶質層16iは、PECVD、Cat−CVD、スパッタリング法等により形成することができる。PECVDは、RFプラズマCVD法を適用することができる。例えば、表1に示すように、シラン(SiH)等のケイ素含有ガスを水素で希釈して供給し、平行平板電極等にRF高周波電力を印加してプラズマ化して、加熱された半導体基板10の成膜面に供給することによって形成することができる。成膜時の基板温度は、i型非晶質層12iと同様に、150℃以上250℃以下、RF電力密度は1mW/cm以上10mW/cm以下である。 The i-type amorphous layer 16i can be formed by PECVD, Cat-CVD, sputtering, or the like. For PECVD, an RF plasma CVD method can be applied. For example, as shown in Table 1, a silicon-containing gas such as silane (SiH 4 ) is supplied by diluting with hydrogen, RF high-frequency power is applied to parallel plate electrodes and the like to form plasma, and the heated semiconductor substrate 10 It can form by supplying to the film-forming surface. Substrate temperature during film formation, as well as the i-type amorphous layer 12i, 0.99 ° C. or higher 250 ° C. or less, RF power density is 1 mW / cm 2 or more 10 mW / cm 2 or less.

i型非晶質層16iにおいても、i型非晶質層12iと同様に、成膜初期において酸素(O)を含有するガスを同時に導入して、半導体基板10とi型非結晶層16iとの界面付近に酸素を導入することが好適である。 Also in the i-type amorphous layer 16i, similarly to the i-type amorphous layer 12i, a gas containing oxygen (O 2 ) is simultaneously introduced at the initial stage of film formation, so that the semiconductor substrate 10 and the i-type amorphous layer 16i. It is preferable to introduce oxygen in the vicinity of the interface.

n型非晶質層16nは、n型の導電型のドーパントを含む非晶質半導体膜からなる層である。例えば、n型非晶質層16nは、水素を含有するアモルファスシリコンから形成される。n型非晶質層16nは、i型非晶質層16iよりも膜中のn型のドーパントの濃度が高くされる。例えば、n型非晶質層16nは、n型のドーパントの濃度を1×1020/cm以上とすることが好適である。n型非晶質層16nの膜厚は、光の吸収をできるだけ抑えられるように薄くすることが好適である一方で、半導体基板10内で発生したキャリアをBSF(Back Surface Field)構造により効果的に分離しつつ、発生したキャリアを透明導電層18で効率よく収集される程度に厚くすることが好適である。例えば、1nm以上10nm以下とすることが好適である。 The n-type amorphous layer 16n is a layer made of an amorphous semiconductor film containing an n-type conductive dopant. For example, the n-type amorphous layer 16n is formed from amorphous silicon containing hydrogen. The n-type amorphous layer 16n has a higher n-type dopant concentration in the film than the i-type amorphous layer 16i. For example, the n-type amorphous layer 16n preferably has an n-type dopant concentration of 1 × 10 20 / cm 3 or more. The thickness of the n-type amorphous layer 16n is preferably thin so that light absorption can be suppressed as much as possible, while carriers generated in the semiconductor substrate 10 are more effective due to the BSF (Back Surface Field) structure. It is preferable that the generated carriers be thick enough to be efficiently collected by the transparent conductive layer 18 while being separated. For example, the thickness is preferably 1 nm or more and 10 nm or less.

n型非晶質層16nも、PECVD、Cat−CVD、スパッタリング法等により形成することができる。PECVDは、RFプラズマCVD法を適用することができる。例えば、表1に示すように、シラン(SiH)等のケイ素含有ガス及びホスフィン(PH)等のn型ドーパント含有ガスを水素で希釈して供給し、平行平板電極等にRF高周波電力を印加してプラズマ化して、加熱された半導体基板10のi型非晶質層16i上に供給することによって形成することができる。なお、表1では、ホスフィン(PH)は2%の水素希釈とした。成膜時の基板温度は150℃以上250℃以下、RF電力密度は1mW/cm以上10mW/cm以下とすることが好適である。 The n-type amorphous layer 16n can also be formed by PECVD, Cat-CVD, sputtering, or the like. For PECVD, an RF plasma CVD method can be applied. For example, as shown in Table 1, a silicon-containing gas such as silane (SiH 4 ) and an n-type dopant-containing gas such as phosphine (PH 3 ) are diluted with hydrogen and supplied, and RF high frequency power is supplied to parallel plate electrodes and the like. It can be formed by applying it into plasma and supplying it to the heated i-type amorphous layer 16 i of the semiconductor substrate 10. In Table 1, phosphine (PH 3 ) was diluted with 2% hydrogen. The substrate temperature during film formation is preferably 150 ° C. or more and 250 ° C. or less, and the RF power density is preferably 1 mW / cm 2 or more and 10 mW / cm 2 or less.

なお、半導体基板10の表面側を受光面(主として外部から光を導入する面)とするか、裏面側を受光面とするかは任意である。また、前述の実施形態では表面側のi型非晶質層12iおよびp型非晶質層12pを形成した後、半導体基板10を反転させ、裏面側のi型非晶質層16iおよびn型非晶質層16nを形成するとしたが、これらの形成順序も任意である。   Note that it is arbitrary whether the front surface side of the semiconductor substrate 10 is a light receiving surface (a surface on which light is mainly introduced from the outside) or the back surface side is a light receiving surface. In the above-described embodiment, after forming the front-side i-type amorphous layer 12i and the p-type amorphous layer 12p, the semiconductor substrate 10 is inverted, and the back-side i-type amorphous layer 16i and the n-type Although the amorphous layer 16n is formed, the formation order thereof is also arbitrary.

透明導電層14,18は、それぞれp型非晶質層12p及びn型非晶質層16n上に形成される。透明導電層14、18は、例えば、多結晶構造を有する酸化インジウム(In2O3)、酸化亜鉛(ZnO)、酸化錫(SnO2)、または酸化チタン(TiO2)などの金属酸化物を少なくとも一つを含んで構成され、これらの金属酸化物に、錫(Sn)、亜鉛(Zn)、タングステン(W)、アンチモン(Sb)、チタン(Ti)、セリウム(Ce)、ガリウム(Ga)などのドーパントがドープされていても良い。透明導電層14、18は、蒸着法、プラズマ化学気相成長法(PECVD)、スパッタリング法等の薄膜形成方法により形成することができる。透明導電層14,18の膜厚は、透明導電層14,18の屈折率により適宜調整され得るが、本実施形態では70nm以上100nm以下とした。 The transparent conductive layers 14 and 18 are formed on the p-type amorphous layer 12p and the n-type amorphous layer 16n, respectively. The transparent conductive layers 14 and 18 are made of, for example, a metal oxide such as indium oxide (In 2 O 3 ), zinc oxide (ZnO), tin oxide (SnO 2 ), or titanium oxide (TiO 2 ) having a polycrystalline structure. Consists of at least one of these metal oxides, tin (Sn), zinc (Zn), tungsten (W), antimony (Sb), titanium (Ti), cerium (Ce), gallium (Ga) Or the like. The transparent conductive layers 14 and 18 can be formed by a thin film forming method such as vapor deposition, plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD), or sputtering. Although the film thickness of the transparent conductive layers 14 and 18 can be suitably adjusted with the refractive index of the transparent conductive layers 14 and 18, in this embodiment, they were 70 nm or more and 100 nm or less.

集電極20,22は、それぞれ透明導電層14,18上に形成される。集電極20,22は、櫛状のフィンガー電極構造とすることが好適である。集電極20,22は、スクリーン印刷法やメッキ法等により形成することができる。集電極20,22は、例えば、銀ペースト等を数10μm程度の厚みに塗布することにより形成される。   Collector electrodes 20 and 22 are formed on transparent conductive layers 14 and 18, respectively. The collector electrodes 20 and 22 preferably have a comb-like finger electrode structure. The collector electrodes 20 and 22 can be formed by a screen printing method, a plating method, or the like. The collector electrodes 20 and 22 are formed, for example, by applying a silver paste or the like to a thickness of about several tens of μm.

<実施例及び比較例1〜3>
上記形成方法に沿って、表1に示した条件において、膜厚方向へ向けて半導体基板10とi型非晶質層12iとの界面近傍から階段状に濃度が減少する酸素濃度プロファイルを有するi型非晶質層12iと、膜厚方向へ向けて半導体基板10とi型非晶質層16iとの界面近傍から階段状に濃度が減少する酸素濃度プロファイルを有するi型非晶質層16iと、を有する光起電力装置を実施例とした。
<Examples and Comparative Examples 1 to 3>
In accordance with the above formation method, i having an oxygen concentration profile in which the concentration decreases stepwise from the vicinity of the interface between the semiconductor substrate 10 and the i-type amorphous layer 12i in the film thickness direction under the conditions shown in Table 1. And an i-type amorphous layer 16i having an oxygen concentration profile in which the concentration decreases stepwise from the vicinity of the interface between the semiconductor substrate 10 and the i-type amorphous layer 16i in the film thickness direction. A photovoltaic device having the above was taken as an example.

また、炭酸ガス等の酸素含有ガスを導入しなかったこと以外は、実施例と同様に形成した光起電力装置を比較例1とした。また、i型非晶質層12i及びi型非晶質層16iの形成時の全時間において炭酸ガスを導入し、i型非晶質層12i及びi型非晶質層16iの全域に酸素を含有させた光起電力装置を比較例2とした。また、i型非晶質層12i及びp型非晶質層12p並びにi型非晶質層16i及びn型非晶質層16nの形成時の全時間において炭酸ガスを導入し、i型非晶質層12i及びp型非晶質層12p並びにi型非晶質層16i及びn型非晶質層16nの全域に酸素を含有させた光起電力装置を比較例3とした。   A photovoltaic device formed in the same manner as in the example except that no oxygen-containing gas such as carbon dioxide was introduced was used as Comparative Example 1. Further, carbon dioxide gas is introduced for the entire time when the i-type amorphous layer 12i and the i-type amorphous layer 16i are formed, and oxygen is introduced throughout the i-type amorphous layer 12i and the i-type amorphous layer 16i. The contained photovoltaic device was referred to as Comparative Example 2. Further, carbon dioxide gas is introduced for the entire time when the i-type amorphous layer 12i and the p-type amorphous layer 12p, and the i-type amorphous layer 16i and the n-type amorphous layer 16n are formed, so that the i-type amorphous layer is formed. A photovoltaic device in which oxygen was contained in the entire region of the porous layer 12i and the p-type amorphous layer 12p, and the i-type amorphous layer 16i and the n-type amorphous layer 16n was referred to as Comparative Example 3.

図2は、実施例及び比較例1,2,3における半導体基板10、i型非晶質層12i及びp型非晶質層12pの膜中の酸素原子の濃度プロファイルを示す。半導体基板10、i型非晶質層16i及びn型非晶質層16nの膜中の酸素原子の濃度プロファイルも同等であった。図2中において、実施例に対する測定結果を実線で示し、比較例1,2,3に対する測定結果をそれぞれ一点鎖線、破線及び点線で示す。   FIG. 2 shows the concentration profiles of oxygen atoms in the semiconductor substrate 10, i-type amorphous layer 12i, and p-type amorphous layer 12p in the examples and comparative examples 1, 2, and 3. The concentration profiles of oxygen atoms in the semiconductor substrate 10, the i-type amorphous layer 16i, and the n-type amorphous layer 16n were also the same. In FIG. 2, the measurement results for the examples are indicated by solid lines, and the measurement results for Comparative Examples 1, 2, and 3 are indicated by alternate long and short dash lines, broken lines, and dotted lines.

比較例1の光起電力装置のようにi型非晶質層12i及びp型非晶質層12pにおいて炭酸ガス等の酸素含有ガスを導入しない場合でも、半導体基板10とi型非晶質層12iとの界面領域に1021/cmオーダーの酸素原子が存在した。これは、洗浄からi型非晶質層12iの形成工程までの輸送期間や成膜装置内において半導体基板10の表面が自然酸化されるからである。また、前述の成膜前に所定の酸化処理を施した場合は、この処理にも起因する。このため、i型非晶質層12i及びp型非晶質層12pの酸素濃度は、半導体基板10との界面においてピークを示し、i型非晶質層12iにおいてバックグラウンドレベルまで一度減少し、p型非晶質層12p及び表面に向けて再度上昇するというプロファイルを示した。p型非晶質層12pにおいて酸素濃度が上昇するのは、ドーピングガスを導入することの影響及び測定における表面の影響であると考えられる。 Even when no oxygen-containing gas such as carbon dioxide gas is introduced into the i-type amorphous layer 12i and the p-type amorphous layer 12p as in the photovoltaic device of Comparative Example 1, the semiconductor substrate 10 and the i-type amorphous layer Oxygen atoms of the order of 10 21 / cm 3 were present in the interface region with 12i. This is because the surface of the semiconductor substrate 10 is naturally oxidized in the transport period from the cleaning to the formation process of the i-type amorphous layer 12i and in the film forming apparatus. In addition, when a predetermined oxidation process is performed before the above-described film formation, this process is also caused. Therefore, the oxygen concentration of the i-type amorphous layer 12i and the p-type amorphous layer 12p shows a peak at the interface with the semiconductor substrate 10, and once decreases to the background level in the i-type amorphous layer 12i. A profile of rising again toward the p-type amorphous layer 12p and the surface was shown. The increase in the oxygen concentration in the p-type amorphous layer 12p is considered to be due to the influence of introducing a doping gas and the influence of the surface in the measurement.

また、比較例2の光起電力装置のようにi型非晶質層12iの全域に酸素含有ガスを導入した場合、i型非晶質層12iにおいて約1×1020/cm以上の酸素が存在した。同様に、比較例3の光起電力装置においても、i型非晶質層12iにおいて約1×1020/cm以上の酸素が存在した。酸素濃度は、比較例3において比較例2よりも僅かに多い傾向を示した。 Further, when an oxygen-containing gas is introduced throughout the i-type amorphous layer 12i as in the photovoltaic device of Comparative Example 2, oxygen of about 1 × 10 20 / cm 3 or more is added to the i-type amorphous layer 12i. Existed. Similarly, in the photovoltaic device of Comparative Example 3, oxygen of about 1 × 10 20 / cm 3 or more was present in the i-type amorphous layer 12i. The oxygen concentration tended to be slightly higher in Comparative Example 3 than in Comparative Example 2.

一方、実施例の光起電力装置では、比較例1と同様の理由により半導体基板10との界面領域に酸素濃度のピークが存在した。しかしながら、段階的に酸素含有ガスの導入を制御しつつi型非晶質層12iを形成したことで、半導体基板10との界面付近に酸素を多く含有させた領域(高濃度酸素領域)が半導体基板10との界面から5nm以内の範囲に観測された。高濃度酸素領域における酸素濃度は約1×1020/cm以上1×1021/cm以下であった。また、i型非晶質層12iの高濃度酸素領域以外の領域における酸素濃度は約1×1020/cm未満であった。 On the other hand, in the photovoltaic device of the example, the peak of the oxygen concentration was present in the interface region with the semiconductor substrate 10 for the same reason as in Comparative Example 1. However, by forming the i-type amorphous layer 12i while controlling the introduction of the oxygen-containing gas step by step, a region containing a large amount of oxygen (high concentration oxygen region) near the interface with the semiconductor substrate 10 is a semiconductor. It was observed within a range of 5 nm from the interface with the substrate 10. The oxygen concentration in the high concentration oxygen region was about 1 × 10 20 / cm 3 or more and 1 × 10 21 / cm 3 or less. Further, the oxygen concentration in the region other than the high concentration oxygen region of the i-type amorphous layer 12i was less than about 1 × 10 20 / cm 3 .

さらに、高濃度酸素領域において、膜厚方向に沿って酸素濃度が1段階以上の階段状のプロファイルを有していた。換言すると、i型非晶質層12i中の半導体基板10の界面付近における酸素濃度プロファイルが1つ以上の変曲点をもち、傾き(スロープ)が異なる領域を有していた。より具体的には、半導体基板10とi型非晶質層12iとの界面であり1021/cmのオーダーの酸素濃度を有するA点、i型非晶質層12i内であって半導体基板10とi型非晶質層12iとの界面から1nm程度までの約1×1020/cm以上1×1021/cm以下の酸素濃度を有するB点、i型非晶質層12i内であって半導体基板10とi型非晶質層12iとの界面から1nm以上5nm以下程度までの約1×1020/cm以上1×1021/cm以下の酸素濃度を有するC点、及びi型非晶質層12i内であって半導体基板10とi型非晶質層12iとの界面から5nm程度離れた約1×1020/cm以下の酸素濃度を有するD点が変曲点として確認された。なお、このような酸素濃度プロファイルは、濃度軸を対数表示した場合により顕著に確認された。 Furthermore, in the high concentration oxygen region, the oxygen concentration has a stepped profile with one or more steps along the film thickness direction. In other words, the oxygen concentration profile in the vicinity of the interface of the semiconductor substrate 10 in the i-type amorphous layer 12i has one or more inflection points, and has regions with different slopes. More specifically, the semiconductor substrate 10 is located at the interface A between the semiconductor substrate 10 and the i-type amorphous layer 12i and has an oxygen concentration on the order of 10 21 / cm 3 , within the i-type amorphous layer 12i. 10 and the point B having an oxygen concentration of about 1 × 10 20 / cm 3 or more and 1 × 10 21 / cm 3 or less from the interface between the i-type amorphous layer 12 i and about 1 nm in the i-type amorphous layer 12 i A point C having an oxygen concentration of about 1 × 10 20 / cm 3 to 1 × 10 21 / cm 3 from the interface between the semiconductor substrate 10 and the i-type amorphous layer 12 i to about 1 nm to 5 nm, And a point D having an oxygen concentration of about 1 × 10 20 / cm 3 or less within the i-type amorphous layer 12 i and about 5 nm away from the interface between the semiconductor substrate 10 and the i-type amorphous layer 12 i is an inflection. Confirmed as a point. Note that such an oxygen concentration profile was remarkably confirmed when the concentration axis was logarithmically displayed.

なお、約1×1020/cmの酸素濃度は、以下のように技術的な臨界的意義を有する。すなわち、i型非晶質層12iにおけるシリコン原子の密度は約5×1022/cm程度であるので、酸素濃度が約1×1020/cmである場合にはシリコン原子に対する酸素原子の濃度比が0.002になる。この値近傍を境として、0.002よりも酸素濃度が低い場合には酸素原子はシリコン中で不純物として振る舞い、0.002よりも高い場合には酸素とシリコンが合金化して酸素とシリコンとの化合物としての性質を有するようになると考えられる。したがって、酸素濃度が約1×1020/cmを境として、i型非晶質層12iの性質が変化するものと考えられる。なお、酸素原子は本実施形態の半導体層中において非常にキャリア活性率が低いため、本実施形態の濃度の酸素を含む非晶質層12iは、実質的に真性である。 An oxygen concentration of about 1 × 10 20 / cm 3 has technical critical significance as follows. That is, since the density of silicon atoms in the i-type amorphous layer 12i is about 5 × 10 22 / cm 3 , when the oxygen concentration is about 1 × 10 20 / cm 3 , The concentration ratio becomes 0.002. In the vicinity of this value, when the oxygen concentration is lower than 0.002, oxygen atoms behave as impurities in silicon, and when higher than 0.002, oxygen and silicon are alloyed to form oxygen and silicon. It is considered that it has properties as a compound. Therefore, it is considered that the properties of the i-type amorphous layer 12i change at an oxygen concentration of about 1 × 10 20 / cm 3 as a boundary. Since oxygen atoms have a very low carrier activity in the semiconductor layer of this embodiment, the amorphous layer 12i containing oxygen at the concentration of this embodiment is substantially intrinsic.

図3は、図2に示す酸素濃度プロファイルを膜厚方向について微分して得られた酸素濃度の対数表示の勾配プロファイルを示したものである。図3中において、実施例を実線で示し、比較例1,2,3をそれぞれ一点鎖線、破線及び点線で示す。   FIG. 3 shows a logarithmic gradient profile of the oxygen concentration obtained by differentiating the oxygen concentration profile shown in FIG. 2 with respect to the film thickness direction. In FIG. 3, an Example is shown with a continuous line and Comparative Examples 1, 2, and 3 are shown with a dashed-dotted line, a broken line, and a dotted line, respectively.

比較例1〜3では、酸素濃度プロファイルがi型非晶質層12i中の大部分においてなだらかに変化し、半導体基板10とi型非晶質層12iとの界面において急峻なピークを有する。したがって、酸素濃度勾配は、半導体基板10とi型非晶質層12iとの界面近傍を除いて、i型非晶質層12i及びp型非晶質層12p内では0付近の値となった。また、表面側から半導体基板10へ近づくにつれて、半導体基板10とi型非晶質層12iとの界面から数nm離れた点から急激に勾配が増し、界面近傍では勾配は0となり、半導体基板10内では負の値となった。   In Comparative Examples 1 to 3, the oxygen concentration profile changes gently in most of the i-type amorphous layer 12i, and has a sharp peak at the interface between the semiconductor substrate 10 and the i-type amorphous layer 12i. Therefore, the oxygen concentration gradient has a value near 0 in the i-type amorphous layer 12i and the p-type amorphous layer 12p except for the vicinity of the interface between the semiconductor substrate 10 and the i-type amorphous layer 12i. . Further, as it approaches the semiconductor substrate 10 from the surface side, the gradient suddenly increases from a point several nm away from the interface between the semiconductor substrate 10 and the i-type amorphous layer 12i, and the gradient becomes 0 near the interface. It became a negative value.

一方、実施例の光起電力装置では、表面側から半導体基板10へ近づくにつれて、i型非晶質層12i内の浅い位置から勾配が増加してピークを示し、再び勾配がなだからになって0に近づいた後、半導体基板10とi型非晶質層12iとの界面から数nm離れた点から勾配が増した。このように、酸素濃度の勾配プロファイルにおいて、i型非晶質層12i内にて少なくとも2つのピークを有するものとなった。   On the other hand, in the photovoltaic device of the example, as it approaches the semiconductor substrate 10 from the surface side, the gradient increases from a shallow position in the i-type amorphous layer 12i to show a peak, and the gradient is not again. After approaching 0, the gradient increased from a point several nm away from the interface between the semiconductor substrate 10 and the i-type amorphous layer 12i. Thus, the oxygen concentration gradient profile has at least two peaks in the i-type amorphous layer 12i.

なお、上記の内容は、半導体基板10、i型非晶質層16i及びn型非晶質層16nの膜中の酸素原子の濃度プロファイルにおいても同様に成り立つ。   Note that the above description holds true for the oxygen atom concentration profiles in the semiconductor substrate 10, the i-type amorphous layer 16i, and the n-type amorphous layer 16n.

表2に、実施例及び比較例1〜3の光起電力装置の出力特性を示す。測定データは、開放電圧(Voc)、短絡電流(Isc)、曲線因子(FF)及び出力電圧(Pmax)であり、表2では比較例1の各値を1として規格化した値を示す。

Figure 0006021084
Table 2 shows the output characteristics of the photovoltaic devices of Examples and Comparative Examples 1 to 3. The measurement data are the open circuit voltage (Voc), the short circuit current (Isc), the fill factor (FF), and the output voltage (Pmax). Table 2 shows values normalized by setting each value of Comparative Example 1 to 1.
Figure 0006021084

i型非晶質層12i,16iに意図的な酸素原子の導入を行っていない比較例1に対して、実施例、比較例2及び3では開放電圧の改善が確認できる。具体的には、開放電圧が1%程度の向上がなされた。これは、比較例1に対して実施例、比較例2及び3ではi型非晶質層12i,16iにおける半導体基板10との界面近傍における酸素濃度が高いため、半導体基板10とi型非晶質層12i,16iとの界面における欠陥が効果的に不活性化(終端)され、欠陥を再結合中心とするキャリアの再結合が抑制されるためと考えられる。   Compared to Comparative Example 1 in which intentional oxygen atoms are not intentionally introduced into the i-type amorphous layers 12i and 16i, improvement in open circuit voltage can be confirmed in Examples and Comparative Examples 2 and 3. Specifically, the open circuit voltage was improved by about 1%. This is because the oxygen concentration in the vicinity of the interface with the semiconductor substrate 10 in the i-type amorphous layers 12i and 16i is higher in the example than in the comparative example 1 and in the comparative examples 2 and 3, and thus the semiconductor substrate 10 and the i-type amorphous material. This is presumably because defects at the interface with the material layers 12i and 16i are effectively inactivated (terminated), and recombination of carriers having the defect as a recombination center is suppressed.

また、短絡電流Iscは、実施例、比較例2及び3で比較例1よりも大きくなった。具体的には、0.5%〜1%の向上がみられた。これは、比較例1に対して実施例、比較例2及び3ではi型非晶質層12i,16iにおける半導体基板10との界面近傍における酸素濃度が高いため、この領域におけるi型非晶質層12i,16iの光学バンドギャップが広がり、光透過性が増したためと考えられる。これにより、キャリア発生層である半導体基板10への光の透過量が増加し、短絡電流Iscが増加したものと考えられる。   Moreover, the short circuit current Isc was larger than that of Comparative Example 1 in Examples and Comparative Examples 2 and 3. Specifically, an improvement of 0.5% to 1% was observed. This is because the oxygen concentration in the vicinity of the interface with the semiconductor substrate 10 in the i-type amorphous layers 12i and 16i is higher in the example than in the comparative example 1 and in the comparative examples 2 and 3, and thus the i-type amorphous layer in this region. This is probably because the optical band gaps of the layers 12i and 16i are widened and the light transmittance is increased. Thereby, it is considered that the amount of light transmitted to the semiconductor substrate 10 as the carrier generation layer is increased, and the short circuit current Isc is increased.

曲線因子FFは、比較例1と実施例とにおいて顕著な差はみられなかった。しかしながら、i型非晶質層12i,16iの全域に意図的な酸素の導入を行った比較例2、さらにp型非晶質層12p及びn型非晶質層16nの全域に意図的な酸素の導入を行った比較例3では、比較例1及び実施例に対して曲線因子FFの低下がみられた。これは、i型非晶質層12i,16i、p型非晶質層12p、n型非晶質層16nに過度な酸素原子が含有されると、不純物として欠陥を形成したり、電気的な抵抗層として作用したりすると考えられる。これに対して、実施例のように、半導体基板10とi型非晶質層12i,16iとの界面から5nmまでの範囲に酸素を含有させたとしても抵抗の増加は大きくなく、曲線因子FFを悪化させることはないといえる。また、曲線因子FFは、開放電圧Vocとの相関関係があり、高抵抗層の増大に比べて、開放電圧Vocの向上による影響が大きいものと考えられる。   As for the fill factor FF, no significant difference was observed between Comparative Example 1 and the Examples. However, Comparative Example 2 in which oxygen is intentionally introduced over the entire area of the i-type amorphous layers 12i and 16i, and further oxygen is intentionally applied to the entire areas of the p-type amorphous layer 12p and the n-type amorphous layer 16n. In Comparative Example 3 in which the introduction of was carried out, a decrease in the fill factor FF was observed with respect to Comparative Example 1 and Examples. If excessive oxygen atoms are contained in the i-type amorphous layers 12i and 16i, the p-type amorphous layer 12p, and the n-type amorphous layer 16n, defects may be formed as impurities or electrical It is thought that it acts as a resistance layer. On the other hand, even if oxygen is included in the range from the interface between the semiconductor substrate 10 and the i-type amorphous layers 12i and 16i to 5 nm as in the embodiment, the increase in resistance is not large, and the fill factor FF It can be said that it does not worsen. Further, the fill factor FF has a correlation with the open circuit voltage Voc, and it is considered that the effect of the open circuit voltage Voc is larger than the increase in the high resistance layer.

これらの結果として、出力電力Pmaxは実施例において最大を示した。すなわち、半導体基板10との界面付近の欠陥低減、半導体基板10への効果的な光の取り込みによって開放電圧Vocと短絡電流Iscを向上させ、一方で曲線因子FFの低下を抑制することによって発電効率が向上したものと考えられる。   As a result of these, the output power Pmax showed the maximum in the example. That is, the power generation efficiency is improved by reducing the defect near the interface with the semiconductor substrate 10 and improving the open-circuit voltage Voc and the short-circuit current Isc by effectively taking light into the semiconductor substrate 10 while suppressing the decrease in the fill factor FF. Is considered to have improved.

<実施例及び比較例4及び5>
実施例では、図2におけるB点及びC点の酸素濃度を1×1020/cm以上1×1021/cm以下とした。これに対して、図2におけるB点及びC点の酸素濃度を1×1021/cmより大きくした光起電力装置を比較例4とし、B点及びC点の酸素濃度を1×1020/cmより小さくした光起電力装置を比較例5とした。
<Examples and Comparative Examples 4 and 5>
In the example, the oxygen concentration at the points B and C in FIG. 2 was set to 1 × 10 20 / cm 3 or more and 1 × 10 21 / cm 3 or less. In contrast, a photovoltaic device in which the oxygen concentrations at points B and C in FIG. 2 are greater than 1 × 10 21 / cm 3 is referred to as Comparative Example 4, and the oxygen concentrations at points B and C are 1 × 10 20. A photovoltaic device having a size smaller than / cm 3 was defined as Comparative Example 5.

表3に、実施例及び比較例4,5の光起電力装置の出力特性を示す。表2と同様に、測定データは、開放電圧(Voc)、短絡電流(Isc)、曲線因子(FF)及び出力電圧(Pmax)であり、実施例の各値を1として規格化した値を示す。

Figure 0006021084
Table 3 shows the output characteristics of the photovoltaic devices of Examples and Comparative Examples 4 and 5. Similar to Table 2, the measured data are the open circuit voltage (Voc), the short circuit current (Isc), the fill factor (FF), and the output voltage (Pmax). .
Figure 0006021084

実施例に対して、比較例4では開放電圧Vocの顕著な改善はみられず、比較例5では開放電圧Vocの低下がみられた。これは、実施例では最適な酸素濃度プロファイルとなっているが、最適量よりも多い酸素原子を含有させても開放電圧Vocの向上の効果は高まらないためといえる。また、酸素含有ガスに含まれる酸素以外の元素(例えば、炭酸ガスを用いた場合には炭素)が同時にi型非晶質層12i,16iに取り込まれ、それが欠陥形成を招き、開放電圧Vocの低下を引き起こすことも考えられる。   In contrast to the example, in Comparative Example 4, no significant improvement in the open circuit voltage Voc was observed, and in Comparative Example 5, a decrease in the open circuit voltage Voc was observed. This is because the oxygen concentration profile is optimal in the embodiment, but it can be said that the effect of improving the open-circuit voltage Voc does not increase even if more oxygen atoms are contained than the optimal amount. In addition, an element other than oxygen (for example, carbon when carbon dioxide is used) contained in the oxygen-containing gas is simultaneously taken into the i-type amorphous layers 12i and 16i, which causes defect formation, and the open circuit voltage Voc. It may also cause a decrease in

一方、曲線因子FFは、比較例4において実施例よりも顕著な低下がみられた。これは、半導体基板10とi型非晶質層12i,16iとの界面から5nmまでの範囲であっても過度に酸素を含有させた場合には高抵抗領域として作用し、曲線因子FFが低下したものと考えられる。   On the other hand, the curve factor FF was significantly lower in Comparative Example 4 than in the Examples. This acts as a high resistance region when oxygen is excessively contained even in the range from the interface between the semiconductor substrate 10 and the i-type amorphous layers 12i and 16i to 5 nm, and the fill factor FF is lowered. It is thought that.

なお、本実施の形態では、i型非晶質層12i及びi型非晶質層16iの両方に酸素を導入する態様を説明したが、i型非晶質層12i及びi型非晶質層16iの少なくとも一方に酸素を導入すれば相当の効果が得られる。   Note that in this embodiment mode, oxygen is introduced into both the i-type amorphous layer 12i and the i-type amorphous layer 16i. However, the i-type amorphous layer 12i and the i-type amorphous layer are described. If oxygen is introduced into at least one of 16i, a considerable effect can be obtained.

10 半導体基板、12i i型非晶質層、12p p型非晶質層、14 透明導電層、16i i型非晶質層、16n n型非晶質層、18 透明導電層、20,22 集電極、100 光起電力装置。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Semiconductor substrate, 12i i-type amorphous layer, 12pp p-type amorphous layer, 14 Transparent conductive layer, 16i i-type amorphous layer, 16nn n-type amorphous layer, 18 Transparent conductive layer Electrode, 100 photovoltaic device.

Claims (10)

第一表面及び第二表面を備えた結晶系半導体基板と、
前記結晶系半導体基板の第一表面上に形成された第1の非晶質半導体層と、
を備える光電変換装置であって、
前記結晶系半導体基板と前記第1の非晶質半導体層との界面は、1×1021/cm以上の酸素を含む酸化界面であって、
前記第1の非晶質半導体層において、前記酸化界面から膜厚方向に5nm以下の範囲に、酸素濃度が1×1020/cm以上1×1021/cm以下である高濃度酸素領域を備える光電変換装置。
A crystalline semiconductor substrate having a first surface and a second surface;
A first amorphous semiconductor layer formed on the first surface of the crystalline semiconductor substrate;
A photoelectric conversion device comprising:
The interface between the crystalline semiconductor substrate and the first amorphous semiconductor layer is an oxide interface containing oxygen of 1 × 10 21 / cm 3 or more,
In the first amorphous semiconductor layer, a high-concentration oxygen region having an oxygen concentration of 1 × 10 20 / cm 3 or more and 1 × 10 21 / cm 3 or less in a range of 5 nm or less in the film thickness direction from the oxidation interface A photoelectric conversion device comprising:
前記高濃度酸素領域は、前記酸化界面から膜厚方向に1nm以下の領域にある、請求項1に記載の光電変換装置。 The photoelectric conversion device according to claim 1, wherein the high-concentration oxygen region is in a region of 1 nm or less in the film thickness direction from the oxidation interface. 前記第1の非晶質半導体層のうち、前記高濃度酸素領域と比べて前記結晶系半導体基板から遠い側に、酸素濃度が1×10  Of the first amorphous semiconductor layer, the oxygen concentration is 1 × 10 6 on the side farther from the crystalline semiconductor substrate than the high-concentration oxygen region. 1919 /cm/ Cm 3 以上1×101 × 10 or more 2020 /cm/ Cm 3 以下の領域を更に備える、請求項1又は2に記載の光電変換装置。The photoelectric conversion device according to claim 1, further comprising the following region. 前記半導体基板の導電型がn型であり、
前記第1の非晶質半導体層がn型の非晶質半導体層であって、
前記n型の非晶質半導体層が光入射面側に位置する、請求項1〜3のいずれか一項に記載の光電変換装置。
The conductivity type of the semiconductor substrate is n-type,
The first amorphous semiconductor layer is an n-type amorphous semiconductor layer;
The photoelectric conversion device according to claim 1 , wherein the n-type amorphous semiconductor layer is located on a light incident surface side.
前記半導体基板の導電型がn型であり、
前記第1の非晶質半導体層がp型の非晶質半導体層であって、
前記p型の非晶質半導体層が光入射面側に位置する、請求項1〜3のいずれか一項に記載の光電変換装置。
The conductivity type of the semiconductor substrate is n-type,
The first amorphous semiconductor layer is a p-type amorphous semiconductor layer;
The photoelectric conversion device according to claim 1 , wherein the p-type amorphous semiconductor layer is located on a light incident surface side.
前記第1の非晶質半導体層上に集電極が形成されている、請求項1〜のいずれか一項に記載の光電変換装置。 Wherein the first amorphous semiconductor layer on the collector electrode is formed, the photoelectric conversion device according to any one of claims 1-5. 前記第1の非晶質半導体層において、前記酸化界面の近傍付近から膜厚方向に沿って階段状に濃度が減少する酸素濃度プロファイルを有する、請求項1〜のいずれか一項に記載の光電変装置。 In the first amorphous semiconductor layer, having the oxygen concentration profile in which the concentration in a stepwise manner along the thickness direction from the vicinity of the vicinity of the oxide interface is reduced, according to any one of claims 1 to 6 Photoelectric transformation device. 請求項1〜7のいずれか一項に記載の光電変換装置の製造方法であって、
前記結晶系半導体基板の表面に凹凸構造を形成する第1の工程と、
前記結晶系半導体基板の表面を酸化処理して酸化界面を形成する第2の工程と、
前記酸化界面上に前記第1の非晶質半導体層を形成する第3の工程と、
を含み、
前記酸化処理は、前記結晶系半導体基板を大気雰囲気中に所定時間放置する処理、オゾン水処理、過酸化水素水処理、オゾナイザー処理等から選択されるいずれかの方法を用いて実施される、光電変換装置の製造方法。
It is a manufacturing method of the photoelectric conversion device according to any one of claims 1 to 7 ,
A first step of forming a concavo-convex structure on the surface of the crystalline semiconductor substrate ;
A second step of oxidizing the surface of the crystalline semiconductor substrate to form an oxidized interface;
A third step of forming the first amorphous semiconductor layer on the oxide surface,
Including
The oxidation treatment is performed using any method selected from a treatment in which the crystalline semiconductor substrate is left in an air atmosphere for a predetermined time, an ozone water treatment, a hydrogen peroxide treatment, an ozonizer treatment, and the like. A method for manufacturing a conversion device.
前記第1の非晶質半導体層は、ケイ素含有ガスと、炭酸ガス又は酸素ガスと、を導入して形成される、請求項8に記載の光電変換装置の製造方法。 The method for manufacturing a photoelectric conversion device according to claim 8, wherein the first amorphous semiconductor layer is formed by introducing a silicon-containing gas and carbon dioxide gas or oxygen gas. 前記第3の工程の後に、ケイ素含有ガスにn型又はp型のドーパントを導入してn型又はp型の非晶質半導体層を形成する第4の工程を更に含む、請求項9に記載の光電変換装置の製造方法。   The method according to claim 9, further comprising a fourth step of forming an n-type or p-type amorphous semiconductor layer by introducing an n-type or p-type dopant into the silicon-containing gas after the third step. Method for manufacturing a photoelectric conversion device.
JP2015098695A 2015-05-14 2015-05-14 Photovoltaic device and manufacturing method thereof Active JP6021084B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015098695A JP6021084B2 (en) 2015-05-14 2015-05-14 Photovoltaic device and manufacturing method thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015098695A JP6021084B2 (en) 2015-05-14 2015-05-14 Photovoltaic device and manufacturing method thereof

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2011145142A Division JP5824681B2 (en) 2011-06-30 2011-06-30 Photovoltaic device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2015164221A JP2015164221A (en) 2015-09-10
JP6021084B2 true JP6021084B2 (en) 2016-11-02

Family

ID=54187012

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2015098695A Active JP6021084B2 (en) 2015-05-14 2015-05-14 Photovoltaic device and manufacturing method thereof

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6021084B2 (en)

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4070483B2 (en) * 2002-03-05 2008-04-02 三洋電機株式会社 Photovoltaic device and manufacturing method thereof
WO2009094578A2 (en) * 2008-01-24 2009-07-30 Applied Materials, Inc. Improved hit solar cell structure

Also Published As

Publication number Publication date
JP2015164221A (en) 2015-09-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5824681B2 (en) Photovoltaic device
JP5919559B2 (en) Photovoltaic device
JP5456168B2 (en) Method for manufacturing photoelectric conversion device
JP6191926B2 (en) Solar cell
JP6350979B2 (en) Solar cell
JP6025106B2 (en) Photovoltaic device
US9761749B2 (en) Photoelectric conversion device
JPWO2015064354A1 (en) Solar cell
JP2015060847A (en) Solar battery
JP6206687B2 (en) Photovoltaic device and manufacturing method thereof
JP6021084B2 (en) Photovoltaic device and manufacturing method thereof
JP6990764B2 (en) Solar cells and their manufacturing methods
JP2016219854A (en) Photovoltaic device and method for manufacturing photoelectric conversion device
JP2014007198A (en) Crystal silicon-based photoelectric conversion device and manufacturing method of the same

Legal Events

Date Code Title Description
A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20160224

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20160301

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20160428

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20160913

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20160926

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 6021084

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151