JP6639169B2 - 光電変換素子及びその製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、光電変換素子及びその製造方法に関する。
太陽光などの光エネルギーを電気エネルギーに変換する光電変換素子が知られている(たとえば特許文献1参照)。特許文献1には、基板上に形成されたp型非晶質半導体層とn型非晶質半導体層とをエッチングによりパターニングする工程を備える光電変換素子の製造方法が記載されている。
特開2012−28718号公報
しかし、基板上に形成されたn型非晶質半導体層をエッチングすることにより、基板の表面の一部が露出する。露出した基板の表面に汚染物質が付着することがある。また、このn型非晶質半導体層のエッチングにより基板の表面が荒れることがある。そのため、光電変換素子の特性及び信頼性が低下するという問題があった。
本発明は、上記の課題を鑑みてなされたものであり、その目的は、向上した特性及び信頼性を有する光電変換素子及びその製造方法を提供することである。
本発明の光電変換素子は、第1の表面と第1の表面と反対側の第2の表面とを有する半導体基板と、第2の表面上に設けられるとともに、第1の導電型を有する第1の非晶質半導体層と、第2の表面上に設けられるとともに、第1の導電型と異なる第2の導電型を有する第1の非晶質半導体領域とを備える。第1の非晶質半導体層は第1の導電型を有する第1の不純物を含む。第1の非晶質半導体領域は第1の不純物と第2の導電型を有する第2の不純物とを含む。第1の非晶質半導体層及び第1の非晶質半導体領域は、連続して延在する1つの層を構成する。
本発明の光電変換素子の製造方法は、第1の表面と第1の表面と反対側の第2の表面とを有する半導体基板の第2の表面上に、第1の導電型を有する第1の非晶質半導体層を形成することを備える。第1の非晶質半導体層は第1の導電型を有する第1の不純物を含む。本発明の光電変換素子の製造方法は、第1の非晶質半導体層内に第2の導電型を有する第1の非晶質半導体領域を形成することをさらに備える。第1の非晶質半導体層内に第1の非晶質半導体領域を形成することは、第1の非晶質半導体層の一部に、第1の導電型と異なる第2の導電型を有する第2の不純物をドーピングすることを含む。
本発明の光電変換素子によれば、向上した特性及び信頼性を有する光電変換素子を提供することができる。
本発明の光電変換素子の製造方法によれば、向上した特性及び信頼性を有する光電変換素子の製造方法を提供することができる。
実施の形態1から実施の形態7に係る光電変換素子の概略平面図である。 実施の形態1から実施の形態3に係る光電変換素子の、図1に示す断面線II−IIにおける概略断面図である。 実施の形態1から実施の形態6に係る光電変換素子の製造方法における一工程を示す概略断面図である。 実施の形態1から実施の形態6に係る光電変換素子の製造方法における、図3に示す工程の次工程を示す概略断面図である。 実施の形態1から実施の形態6に係る光電変換素子の製造方法における、図4に示す工程の次工程を示す概略断面図である。 実施の形態1から実施の形態6に係る光電変換素子の製造方法における、図5に示す工程の次工程を示す概略断面図である。 実施の形態1から実施の形態6に係る光電変換素子の製造方法における、図6に示す工程の次工程を示す概略断面図である。 実施の形態1から実施の形態6に係る光電変換素子の製造方法における、図7に示す工程の次工程を示す概略断面図である。 実施の形態1に係る光電変換素子の製造方法における、図8に示す工程の次工程を示す概略断面図である。 実施の形態2及び実施の形態5に係る光電変換素子の製造方法における、図8に示す工程の次工程を示す概略断面図である。 実施の形態2に係る光電変換素子の製造方法における、図10に示す工程の次工程を示す概略断面図である。 実施の形態3及び実施の形態6に係る光電変換素子の製造方法における、図8に示す工程の次工程を示す概略断面図である。 実施の形態3に係る光電変換素子の製造方法における、図12に示す工程の次工程を示す概略断面図である。 実施の形態4から実施の形態6に係る光電変換素子の、図1に示す断面線XIV−XIVにおける概略断面図である。 実施の形態4に係る光電変換素子の製造方法における、図8に示す工程の次の工程を示す概略断面図である。 実施の形態5に係る光電変換素子の製造方法における、図10に示す工程の次工程を示す概略断面図である。 実施の形態6に係る光電変換素子の製造方法における、図12に示す工程の次工程を示す概略断面図である。 実施の形態7に係る光電変換素子の、図1に示す断面線XVIII−XVIIIにおける概略断面図である。
以下、本発明の実施の形態について説明する。なお、同一の構成には同一の参照番号を付し、その説明は繰り返さない。
(実施の形態1)
図1及び図2を参照して、実施の形態1に係る光電変換素子1を説明する。
本実施の形態の光電変換素子1は、半導体基板11と、第1の非晶質半導体層17と、第1の非晶質半導体領域16と、第1の電極19と、第2の電極18とを主に備える。
半導体基板11は、n型またはp型の半導体基板であってもよい。本実施の形態では、半導体基板11として、n型単結晶シリコン基板が用いられている。半導体基板11は、第1の表面11aと、第1の表面11aと反対側の第2の表面11bとを有している。半導体基板11の第1の表面11aは、光の入射面であってもよい。半導体基板11の第1の表面11a及び第2の表面11bは、第1の方向(例えば、x方向)と、第1の方向(例えば、x方向)と交差する第2の方向(例えば、y方向)とに延在する。半導体基板11の厚さ方向は、第1の方向(例えば、x方向)及び第2の方向(例えば、y方向)と交差する第3の方向(例えば、z方向)である。
本実施の形態の光電変換素子1は、半導体基板11の第2の表面11b上に、i型を有する第2の非晶質半導体層15を備えてもよい。第1の非晶質半導体層17と半導体基板11の第2の表面11bとの間及び第1の非晶質半導体領域16と半導体基板11の第2の表面11bとの間に、i型を有する第2の非晶質半導体層15が設けられてもよい。特定的には、第2の非晶質半導体層15は、半導体基板11の第2の表面11bと接してもよい。本実施の形態では、第2の非晶質半導体層15として、i型の非晶質シリコン膜が用いられている。i型を有する第2の非晶質半導体層15は、半導体基板11の第1の表面11a側から入射する光によって半導体基板11内に生成されたキャリアが半導体基板11の第2の表面11bにおいて再結合することを抑制することができる。i型を有する第2の非晶質半導体層15は、光電変換素子1のパッシベーション特性を向上させることができる。本明細書において、「非晶質半導体」は、半導体を構成する原子の未結合手(ダングリングボンド)が水素で終端されていない非晶質半導体だけでなく、水素化非晶質シリコンなどの半導体を構成する原子の未結合手が水素で終端された非晶質半導体も含む。本明細書において、「i型半導体」は、完全な真性の半導体だけでなく、十分に低濃度(n型不純物濃度が1×1015個/cm3未満、かつp型不純物濃度が1×1015個/cm3未満)のn型またはp型の不純物が混入された半導体も含む。
本実施の形態の光電変換素子1は、半導体基板11の第2の表面11b上に、第1の導電型を有する第1の非晶質半導体層17を備える。特定的には、半導体基板11と反対側の第2の非晶質半導体層15の表面上に、第1の導電型を有する第1の非晶質半導体層17が設けられてもよい。第1の非晶質半導体層17は、第1の導電型を有する第1の不純物を含む。第1の非晶質半導体層17は、p型またはn型の非晶質半導体層であり得る。第1の不純物は、ボロンのようなp型の不純物であってもよいし、燐のようなn型の不純物であってもよい。本実施の形態では、第1の不純物はボロンのようなp型の不純物であり、第1の非晶質半導体層17はp型の非晶質シリコン膜である。
本実施の形態の光電変換素子1は、第1の非晶質半導体層17内に設けられるとともに、第1の導電型と異なる第2の導電型を有する第1の非晶質半導体領域16を備える。本実施の形態の光電変換素子1は、半導体基板11の第2の表面11b上に設けられるとともに、第1の導電型と異なる第2の導電型を有する第1の非晶質半導体領域16を備える。第1の非晶質半導体層17及び第1の非晶質半導体領域16は、連続して延在する1つの層を構成する。半導体基板11とは反対側の、第1の非晶質半導体層17及び第1の非晶質半導体領域16の表面は、連続して延在する1つの表面を構成してもよい。
第1の非晶質半導体領域16は、第1の導電型を有する第1の不純物と、第1の導電型と異なる第2の導電型を有する第2の不純物とを含む。第1の非晶質半導体領域16は、第1の導電型を有する第1の不純物よりも第2の導電型を有する第2の不純物を多く含む等の理由により、第1の非晶質半導体領域16は全体として第2の導電型を有する。第1の非晶質半導体領域16は、n型またはp型の非晶質半導体領域であり得る。第2の不純物は、燐のようなn型の不純物であってもよいし、ボロンのようなp型の不純物であってもよい。本実施の形態では、第2の不純物は燐のようなn型の不純物であり、第1の非晶質半導体領域16はn型の非晶質シリコン領域である。第1の非晶質半導体領域16は、第2の方向(例えば、y方向)に延在するストライプ状に設けられてもよい。
第1の非晶質半導体領域16における第1の不純物の濃度は、第1の非晶質半導体領域16と第1の非晶質半導体層17とが交互に配列される方向、すなわち、第1の方向(例えば、x方向)において一定であってもよい。本明細書において、第1の非晶質半導体領域16における第1の不純物の濃度が、第1の非晶質半導体領域16と第1の非晶質半導体層17とが交互に配列される方向において一定であるとは、第1の非晶質半導体領域16と第1の非晶質半導体層17とが交互に配列される方向における、第1の非晶質半導体領域16内の第1の不純物の濃度のばらつきが、この方向における第1の非晶質半導体領域16内の第1の不純物の平均濃度の30%以内であることをいう。第1の非晶質半導体領域16における第1の不純物の濃度は、第1の非晶質半導体層17における第1の不純物の濃度と実質的に同じであってもよい。本明細書において、第1の非晶質半導体領域16における第1の不純物の濃度が、第1の非晶質半導体層17における第1の不純物の濃度と実質的に同じであることは、第1の非晶質半導体領域16における第1の不純物の平均濃度と第1の非晶質半導体層17における第1の不純物の平均濃度との差が、第1の非晶質半導体層17における第1の不純物の平均濃度の20%以内であるこという。
第1の非晶質半導体領域16における第2の不純物の濃度は、第1の非晶質半導体領域16と第1の非晶質半導体層17とが交互に配列される方向、すなわち、第1の方向(例えば、x方向)において一定であってもよい。本明細書において、第1の非晶質半導体領域16における第2の不純物の濃度が、第1の非晶質半導体領域16と第1の非晶質半導体層17とが交互に配列される方向において一定であるとは、第1の非晶質半導体領域16と第1の非晶質半導体層17とが交互に配列される方向における、第1の非晶質半導体領域16内の第2の不純物の濃度のばらつきが、この方向における第1の非晶質半導体領域16内の第2の不純物の平均濃度の30%以内であることをいう。
本実施の形態の光電変換素子1は、第1の非晶質半導体層17と電気的に接続される第1の電極19を備える。第1の電極19は、半導体基板11の第2の表面11b上に設けられてもよい。より特定的には、第1の電極19は、第1の非晶質半導体層17上に設けられてもよい。第1の電極19は、第2の方向(例えば、y方向)に延在するストライプ状に設けられてもよい。第1の電極19として、金属電極を例示することができる。本実施の形態では、第1の電極19として、銀(Ag)が用いられている。本実施の形態では、第1の電極19は、p型電極であってもよい。
本実施の形態の光電変換素子1は、第1の非晶質半導体領域16と電気的に接続される第2の電極18を備える。第2の電極18は、半導体基板11の第2の表面11b上に設けられてもよい。より特定的には、第2の電極18は、第1の非晶質半導体領域16上に設けられてもよい。第2の電極18は、第2の方向(例えば、y方向)に延在するストライプ状に設けられてもよい。第2の電極18として、金属電極を例示することができる。本実施の形態では、第2の電極18として、銀(Ag)が用いられている。本実施の形態では、第2の電極18は、n型電極であってもよい。
本実施の形態の光電変換素子1では、半導体基板11と第1の非晶質半導体層17及び第1の非晶質半導体領域16とが、第2の非晶質半導体層15を介してヘテロ接合する。そのため、向上したパッシベーション特性と高い開放電圧VOCとを有する光電変換素子1が得られる。本実施の形態の光電変換素子1によれば、光エネルギーを電気エネルギーに変換する効率を向上させることができる。
本実施の形態の光電変換素子1では、半導体基板11の第1の表面11aは、凹凸構造を含んでもよい。第1の表面11a側から光電変換素子1に光は入射する。光の入射面である半導体基板11の第1の表面11a上に凹凸構造を設けることによって、半導体基板11の第1の表面11aにおいて入射光が反射されることを抑制することができ、より多くの光が光電変換素子1内に入射され得る。そのため、光電変換素子1において光エネルギーを電気エネルギーに変換する効率を向上させることができる。
本実施の形態の光電変換素子1は、半導体基板11の第1の表面11a上に、i型を有する第3の非晶質半導体層12を備えてもよい。半導体基板11の第1の表面11a上にi型を有する第3の非晶質半導体層12を設けることにより、半導体基板11の第1の表面11aにおけるパッシベーション特性を向上させることができる。
本実施の形態の光電変換素子1は、半導体基板11の第1の表面11a上に、半導体基板11と同じ導電型を有する第4の非晶質半導体層13を備えてもよい。特定的には、i型を有する第3の非晶質半導体層12上に、半導体基板11と同じ導電型を有する第4の非晶質半導体層13が設けられてもよい。第4の非晶質半導体層13は、n型またはp型の非晶質半導体層であり得る。本実施の形態では、第4の非晶質半導体層13として、n型の非晶質シリコン膜が用いられている。半導体基板11と同じ導電型を有する第4の非晶質半導体層13は、表面電界層として機能してもよい。光電変換素子1に光が入射することによって、半導体基板11内にキャリアが発生する。半導体基板11と同じ導電型を有する第4の非晶質半導体層13は半導体基板11の第1の表面11a近傍に電界を生じさせて、半導体基板11の第1の表面11a近傍においてエネルギーバンドを湾曲させる。この電界とエネルギーバンドの湾曲とによって、半導体基板11の第1の表面11aに近づくキャリアは半導体基板11の内部に押し戻される。そのため、半導体基板11の第1の表面11aにおいて、キャリアが再結合することを抑制することができる。
半導体基板11の第1の表面11aの上に、誘電体層14が設けられてもよい。誘電体層14は、単層で構成されてもよいし、複数層で構成されてもよい。誘電体層14の材料として、窒化シリコン(SiNx)、酸化シリコン(SiOx)を例示することができる。誘電体層14は、反射防止膜として機能してもよい。誘電体層14は、パッシベーション膜として機能してもよい。
図3から図9を参照して、本実施の形態の光電変換素子1の製造方法の一例について以下説明する。
図3を参照して、第1の表面11aと第1の表面11aと反対側の第2の表面11bとを有する半導体基板11を用意する。図4を参照して、半導体基板11の第1の表面11aに凹凸構造を形成してもよい。例えば、n型単結晶シリコン基板である半導体基板11の第1の表面11aを水酸化カリウム(KOH)を用いて異方性的にエッチングすることによって、半導体基板11の第1の表面11aに凹凸構造を形成してもよい。
図5を参照して、半導体基板11の第1の表面11a上に、i型を有する第3の非晶質半導体層12を形成してもよい。半導体基板11の第1の表面11a上に、半導体基板11と同じ導電型を有する第4の非晶質半導体層13を形成してもよい。特定的には、i型を有する第3の非晶質半導体層12上に、半導体基板11と同じ導電型を有する第4の非晶質半導体層13を形成してもよい。第3の非晶質半導体層12及び第4の非晶質半導体層13の形成方法は特に限定されないが、たとえばプラズマ化学的気相堆積(CVD)法を用いることができる。
図6を参照して、半導体基板11の第1の表面11a上に誘電体層14を形成してもよい。特定的には、半導体基板11と同じ導電型を有する第4の非晶質半導体層13上に誘電体層14を形成してもよい。誘電体層14の形成方法は特に限定されないが、たとえばプラズマ化学的気相堆積(CVD)法を用いることができる。
図7を参照して、半導体基板11の第2の表面11b上に、i型を有する第2の非晶質半導体層15を形成してもよい。図8を参照して、半導体基板11の第2の表面11b上に、第1の導電型を有する第1の非晶質半導体層17を形成する。特定的には、i型を有する第2の非晶質半導体層15上に、第1の導電型を有する第1の非晶質半導体層17を形成する。第1の非晶質半導体層17は、第1の導電型を有する第1の不純物を含む。第2の非晶質半導体層15及び第1の非晶質半導体層17の形成方法は特に限定されないが、たとえばプラズマ化学的気相堆積(CVD)法を用いることができる。
図9を参照して、第1の非晶質半導体層17内に第2の導電型を有する第1の非晶質半導体領域16を形成する。第1の非晶質半導体層17内に第1の非晶質半導体領域16を形成することは、第1の非晶質半導体層17の一部に、第1の導電型と異なる第2の導電型を有する第2の不純物をドーピングすることを含む。第1の非晶質半導体領域16は、第1の導電型を有する第1の不純物と、第1の導電型と異なる第2の導電型を有する第2の不純物とを含む。第1の非晶質半導体領域16は、第1の導電型を有する第1の不純物よりも第2の導電型を有する第2の不純物を多く含む等の理由により、第1の非晶質半導体領域16は全体として第2の導電型を有する。第1の非晶質半導体領域16における第1の不純物の濃度は、第1の非晶質半導体領域16と第1の非晶質半導体層17とが交互に配列される方向において一定であってもよい。第1の非晶質半導体領域16における第1の不純物の濃度は、第1の非晶質半導体層17における第1の不純物の濃度と実質的に同じであってもよい。第1の非晶質半導体領域16は、第1の非晶質半導体層17の全厚さにわたって存在してもよい。
第1の非晶質半導体層17の一部に第2の不純物をドーピングすることは、第1の非晶質半導体層17の一部に第2の不純物をイオン注入することを含んでもよい。すなわち、イオン注入法によって、第1の非晶質半導体層17の一部に第2の不純物がドーピングされてもよい。具体的には、第2の不純物のイオンビーム21を第1の非晶質半導体層17の一部に照射することによって、第1の非晶質半導体層17の一部に第2の不純物をドーピングしてもよい。こうして第1の非晶質半導体層17内に第2の導電型を有する第1の非晶質半導体領域16を形成してもよい。第1の非晶質半導体層17の一部に第2の不純物をドーピングする際、第1の非晶質半導体層17の他の部分に第2の不純物がドープされること防ぐために、第1の非晶質半導体層17の一部に対応する開口部を有するとともに第1の非晶質半導体層17の他の部分を覆うマスク22を用いてもよい。
第1の非晶質半導体層17の一部に第2の不純物をドーピングした後に、第1の非晶質半導体層17に含まれる第1の不純物及び第1の非晶質半導体領域16に含まれる第2の不純物を活性化するために、第1の非晶質半導体層17及び第1の非晶質半導体領域16をアニールしてもよい。それから、半導体基板11の第2の表面11b上に、第1の非晶質半導体層17と電気的に接続される第1の電極19を形成する。より特定的には、第1の非晶質半導体層17上に第1の電極19を形成する。半導体基板11の第2の表面11b上に、第1の非晶質半導体領域16と電気的に接続される第2の電極18を形成する。より特定的には、第1の非晶質半導体領域16上に第2の電極18を形成する。こうして、図1及び図2に示される本実施の形態の光電変換素子1を製造することができる。
本実施の形態の光電変換素子1及びその製造方法の効果を説明する。
本実施の形態の光電変換素子1は、第1の表面11aと第1の表面11aと反対側の第2の表面11bとを有する半導体基板11と、第2の表面11b上に設けられるとともに、第1の導電型を有する第1の非晶質半導体層17と、第2の表面11b上に設けられるとともに、第1の導電型と異なる第2の導電型を有する第1の非晶質半導体領域16とを備える。第1の非晶質半導体層17は第1の導電型を有する第1の不純物を含む。第1の非晶質半導体領域16は第1の不純物と第2の導電型を有する第2の不純物とを含む。第1の非晶質半導体層17及び第1の非晶質半導体領域16は、連続して延在する1つの層を構成する。そのため、半導体基板11の第2の表面11b上に第1の非晶質半導体層17を形成した後、半導体基板11の第2の表面11bを露出させることなく製造し得る構造を、本実施の形態の光電変換素子1は備えている。半導体基板11の第2の表面11bに汚染物質が付着したり、非晶質半導体層のエッチングにより半導体基板11の第2の表面11bが荒れたりすることなく製造し得る構造を、本実施の形態の光電変換素子1は備えている。本実施の形態の光電変換素子1によれば、向上した特性及び信頼性を有する光電変換素子を提供することができる。
本実施の形態の光電変換素子1では、第1の非晶質半導体領域16は、第1の非晶質半導体層17の全厚さにわたって存在してもよい。第1の非晶質半導体領域16と半導体基板11との距離を小さくすることができる。そのため、半導体基板11の第1の表面11a側から入射する光によって半導体基板11内に生成されたキャリアのうち、第1の非晶質半導体領域16が有する第2の導電型に対応するキャリアを、第1の非晶質半導体領域16によってより高い効率で収集することができる。その結果、本実施の形態の光電変換素子1によれば、光エネルギーを電気エネルギーに変換する効率を向上させることができる。
本実施の形態の光電変換素子1では、第1の非晶質半導体領域16における第1の不純物の濃度は、第1の非晶質半導体領域16と第1の非晶質半導体層17とが交互に配列される方向において一定であってもよい。そのため、半導体基板11の第2の表面11b上に第1の非晶質半導体層17を形成した後、半導体基板11の第2の表面11bを露出させることなく製造し得る構造を、光電変換素子1は備えている。本実施の形態の光電変換素子1によれば、向上した特性及び信頼性を有する光電変換素子を提供することができる。
本実施の形態の光電変換素子1は、第1の非晶質半導体層17と半導体基板11の第2の表面11bとの間及び第1の非晶質半導体領域16と半導体基板11の第2の表面11bとの間に、i型を有する第2の非晶質半導体層15をさらに備えてもよい。i型を有する第2の非晶質半導体層15は、半導体基板11の第1の表面11a側から入射する光によって半導体基板11内に生成されたキャリアが半導体基板11の第2の表面11bにおいて再結合することを抑制することができる。そのため、本実施の形態の光電変換素子1によれば、パッシベーション特性と光エネルギーを電気エネルギーに変換する効率とを向上させることができる。
本実施の形態の光電変換素子1は、半導体基板11の第2の表面11b上に設けられるとともに、第1の非晶質半導体層17と電気的に接続される第1の電極19と、半導体基板11の第2の表面11b上に設けられるとともに、第1の非晶質半導体領域16と電気的に接続される第2の電極18とをさらに備えてもよい。本実施の形態の光電変換素子1では、第1の電極19及び第2の電極18は、光の入射面である半導体基板11の第1の表面11a側に設けられていないので、光電変換素子1に入射する光が第1の電極19及び第2の電極18によって遮られない。そのため、本実施の形態の光電変換素子1によれば、高い短絡電流JSCが得られ、光エネルギーを電気エネルギーに変換する効率を向上させることができる。
本実施の形態の光電変換素子1は、半導体基板11の第1の表面11a上に誘電体層14をさらに備えてもよい。誘電体層14が反射防止膜として機能するとき、誘電体層14は、より多くの光を光電変換素子1内に入射させることができる。そのため、本実施の形態の光電変換素子1によれば、光エネルギーを電気エネルギーに変換する効率を向上させることができる。誘電体層14がパッシベーション膜として機能するとき、誘電体層14は、半導体基板11の第1の表面11a側から入射する光によって半導体基板11内に生成されたキャリアが半導体基板11の第1の表面11aにおいて再結合することを抑制することができる。そのため、本実施の形態の光電変換素子1によれば、光エネルギーを電気エネルギーに変換する効率を向上させることができる。
本実施の形態の光電変換素子1は、半導体基板11の第1の表面11a上に、i型を有する第3の非晶質半導体層12をさらに備えてもよい。i型を有する第3の非晶質半導体層12は、半導体基板11の第1の表面11a側から入射する光によって半導体基板11内に生成されたキャリアが半導体基板11の第1の表面11aにおいて再結合することを抑制することができる。そのため、本実施の形態の光電変換素子1によれば、パッシベーション特性と光エネルギーを電気エネルギーに変換する効率とを向上させることができる。
本実施の形態の光電変換素子1は、半導体基板11の第1の表面11a上に、半導体基板11と同じ導電型を有する第4の非晶質半導体層13をさらに備えてもよい。半導体基板11と同じ導電型を有する第4の非晶質半導体層13は、光電変換素子1に光が入射することによって半導体基板11内に発生したキャリアのうち半導体基板11の第1の表面11aに近づくキャリアを、半導体基板11の内部に押し戻すことができる。そのため、第4の非晶質半導体層13は、このキャリアが半導体基板11の第1の表面11aにおいて再結合することを抑制することができる。その結果、本実施の形態の光電変換素子1によれば、パッシベーション特性と光エネルギーを電気エネルギーに変換する効率とを向上させることができる。
本実施の形態の光電変換素子1では、半導体基板11の第1の表面11aは、凹凸構造を含んでもよい。光の入射面である半導体基板11の第1の表面11a上に凹凸構造を設けることによって、より多くの光が光電変換素子1内に入射され得る。そのため、本実施の形態の光電変換素子1によれば、光エネルギーを電気エネルギーに変換する効率を向上させることができる。
本実施の形態の光電変換素子1の製造方法は、第1の表面11aと第1の表面11aと反対側の第2の表面11bとを有する半導体基板11の第2の表面11b上に、第1の導電型を有する第1の非晶質半導体層17を形成することを備える。第1の非晶質半導体層17は第1の導電型を有する第1の不純物を含む。本実施の形態の光電変換素子1の製造方法は、第1の非晶質半導体層17内に第2の導電型を有する第1の非晶質半導体領域16を形成することをさらに備える。第1の非晶質半導体層17内に第1の非晶質半導体領域16を形成することは、第1の非晶質半導体層17の一部に、第1の導電型と異なる第2の導電型を有する第2の不純物をドーピングすることを含む。そのため、半導体基板11の第2の表面11b上に第1の非晶質半導体層17を形成した後、半導体基板11の第2の表面11bを露出させることなく、光電変換素子1を製造することができる。半導体基板11の第2の表面11bに汚染物質が付着したり、非晶質半導体層のエッチングにより半導体基板11の第2の表面11bが荒れたりすることなく、光電変換素子1を製造することができる。本実施の形態の光電変換素子1の製造方法によれば、向上した特性及び信頼性を有する光電変換素子を製造することができる。
本実施の形態の光電変換素子1の製造方法では、第1の非晶質半導体領域16は、第1の非晶質半導体層17の全厚さにわたって存在してもよい。第1の非晶質半導体領域16と半導体基板11との距離を小さくすることができる。そのため、半導体基板11の第1の表面11a側から入射する光によって半導体基板11内に生成されたキャリアのうち、第1の非晶質半導体領域16が有する第2の導電型に対応するキャリアを、第1の非晶質半導体領域16によってより高い効率で収集することができる。その結果、本実施の形態の光電変換素子1の製造方法によれば、光エネルギーを電気エネルギーに変換する効率が向上された光電変換素子を製造することができる。
本実施の形態の光電変換素子1の製造方法では、第1の非晶質半導体領域16における第1の不純物の濃度は、第1の非晶質半導体領域16と第1の非晶質半導体層17とが交互に配列される方向において一定であってもよい。そのため、半導体基板11の第2の表面11b上に第1の非晶質半導体層17を形成した後、半導体基板11の第2の表面11bを露出させることなく、光電変換素子1を製造することができる。本実施の形態の光電変換素子1の製造方法によれば、向上した特性及び信頼性を有する光電変換素子を製造することができる。
本実施の形態の光電変換素子1の製造方法は、半導体基板11の第2の表面11b上に第1の非晶質半導体層17を形成する前に、半導体基板11の第2の表面11b上に、i型を有する第2の非晶質半導体層15を形成することをさらに備えてもよい。i型を有する第2の非晶質半導体層15は、半導体基板11の第1の表面11a側から入射する光によって半導体基板11内に生成されたキャリアが半導体基板11の第2の表面11bにおいて再結合することを抑制することができる。そのため、本実施の形態の光電変換素子1の製造方法によれば、パッシベーション特性と光エネルギーを電気エネルギーに変換する効率とが向上された光電変換素子を製造することができる。
本実施の形態の光電変換素子1の製造方法では、第1の非晶質半導体層17の一部に第2の不純物をドーピングすることは、第1の非晶質半導体層17の一部に第2の不純物をイオン注入することを含んでもよい。本実施の形態の光電変換素子1の製造方法によれば、向上した特性及び信頼性を有する光電変換素子を簡単な工程で製造することができる。
本実施の形態の光電変換素子1の製造方法は、半導体基板11の第2の表面11b上に、第1の非晶質半導体層17と電気的に接続される第1の電極19を形成することと、半導体基板11の第2の表面11b上に、第1の非晶質半導体領域16と電気的に接続される第2の電極18を形成することとをさらに備えてもよい。本実施の形態の光電変換素子1の製造方法によれば、第1の電極19及び第2の電極18が光の入射面である半導体基板11の第1の表面11a側に設けられていない光電変換素子1を製造することができる。そのため、光電変換素子1に入射する光が第1の電極19及び第2の電極18によって遮られない。本実施の形態の光電変換素子1の製造方法によれば、高い短絡電流JSCを有するとともに、光エネルギーを電気エネルギーに変換する効率が向上された光電変換素子を製造することができる。
本実施の形態の光電変換素子1の製造方法は、半導体基板11の第1の表面11a上に誘電体層14を形成することをさらに備えてもよい。誘電体層14が反射防止膜として機能するとき、誘電体層14は、より多くの光を光電変換素子1内に入射させることができる。そのため、本実施の形態の光電変換素子1の製造方法によれば、光エネルギーを電気エネルギーに変換する効率が向上された光電変換素子を製造することができる。誘電体層14がパッシベーション膜として機能するとき、誘電体層14は、半導体基板11の第1の表面11a側から入射する光によって半導体基板11内に生成されたキャリアが半導体基板11の第1の表面11aにおいて再結合することを抑制することができる。そのため、本実施の形態の光電変換素子1の製造方法によれば、光エネルギーを電気エネルギーに変換する効率が向上された光電変換素子を製造することができる。
本実施の形態の光電変換素子1の製造方法は、半導体基板11の第1の表面11a上に、i型を有する第3の非晶質半導体層12を形成することをさらに備えてもよい。i型を有する第3の非晶質半導体層12は、半導体基板11の第1の表面11a側から入射する光によって半導体基板11内に生成されたキャリアが半導体基板11の第1の表面11aにおいて再結合することを抑制することができる。そのため、本実施の形態の光電変換素子1の製造方法によれば、パッシベーション特性と光エネルギーを電気エネルギーに変換する効率とが向上された光電変換素子を製造することができる。
本実施の形態の光電変換素子1の製造方法は、半導体基板11の第1の表面11a上に、半導体基板11と同じ導電型を有する第4の非晶質半導体層13を形成することをさらに備えてもよい。半導体基板11と同じ導電型を有する第4の非晶質半導体層13は、光電変換素子1に光が入射することによって半導体基板11内に発生したキャリアのうち半導体基板11の第1の表面11aに近づくキャリアを、半導体基板11の内部に押し戻すことができる。そのため、第4の非晶質半導体層13は、このキャリアが半導体基板11の第1の表面11aにおいて再結合することを抑制することができる。その結果、本実施の形態の光電変換素子1の製造方法によれば、パッシベーション特性と光エネルギーを電気エネルギーに変換する効率とが向上された光電変換素子を製造することができる。
本実施の形態の光電変換素子1の製造方法は、半導体基板11の第1の表面11aに、凹凸構造を形成することをさらに備えてもよい。光の入射面である半導体基板11の第1の表面11aに凹凸構造を形成することによって、より多くの光が光電変換素子1内に入射され得る。そのため、本実施の形態の光電変換素子1の製造方法によれば、光エネルギーを電気エネルギーに変換する効率が向上された光電変換素子を製造することができる。
(実施の形態2)
図1から図8、図10及び図11を参照して、実施の形態2の光電変換素子1及びその製造方法について説明する。本実施の形態の光電変換素子1は、実施の形態1の光電変換素子1と同様の構成を備える。本実施の形態の光電変換素子1の製造方法は、基本的には、実施の形態1の光電変換素子1の製造方法と同様の工程を備えるが、以下の点で異なる。
実施の形態1の光電変換素子1の製造方法では、イオン注入法によって、第1の非晶質半導体層17の一部に第2の不純物がドーピングされていた。これに対し、本実施の形態の光電変換素子1の製造方法では、第1の非晶質半導体層17の一部に第2の不純物をドーピングすることは、第1の非晶質半導体層17上に第2の不純物を含むドーパント含有膜26を形成することと、ドーパント含有膜26に含まれる第2の不純物を第1の非晶質半導体層17の一部に移行させることとを含んでもよい。より特定的には、第1の非晶質半導体層17上に第2の不純物を含むドーパント含有膜26を形成することは、第1の非晶質半導体層17の一部上に第2の不純物を含むドーピングペーストを施すことであってもよい。ドーパント含有膜26に含まれる第2の不純物を第1の非晶質半導体層17の一部に移行させることは、ドーピングペーストを熱処理することを含んでもよい。
図3から図8、図10及び図11を参照して、本実施の形態の光電変換素子1の製造方法の一例について以下説明する。
図3から図8に示す工程によって、半導体基板11の第1の表面11a上に、第3の非晶質半導体層12と、第4の非晶質半導体層13と、誘電体層14とを形成し、半導体基板11の第2の表面11b上に、第2の非晶質半導体層15と、第1の導電型を有する第1の非晶質半導体層17とを形成する。
図10を参照して、第1の非晶質半導体層17の一部上に、第2の導電型を有する第2の不純物を含むドーパント含有膜26を形成する。ドーパント含有膜26として、燐などのn型を有する第2の不純物を含むドーピングペーストと、ボロンなどのp型を有する第2の不純物を含むドーピングペーストとを例示することができる。n型を有する第2の不純物を含むドーピングペーストは、燐化合物と、酸化シリコン前駆体と、溶材と、増粘剤とを含んでもよい。p型を有する第2の不純物を含むドーピングペーストは、ボロン化合物と、酸化シリコン前駆体と、溶材と、増粘剤とを含んでもよい。本実施の形態では、ドーパント含有膜26として、燐などのn型を有する第2の不純物を含むドーピングペーストが用いられてもよい。ドーピングペーストは、インクジェット、スクリーン印刷などによって、第1の非晶質半導体層17の一部上に施されてもよい。
図11を参照して、ドーパント含有膜26を熱処理して、ドーパント含有膜26に含まれる第2の不純物を第1の非晶質半導体層17の一部に移行させる。本実施の形態では、例えば100℃以上250℃以下の温度で、ドーピングペーストであるドーパント含有膜26を熱処理して、ドーピングペーストであるドーパント含有膜26に含まれる第2の不純物が第1の非晶質半導体層17の一部にドープされる。こうして、第1の導電型を有する第1の非晶質半導体層17内に第2の導電型を有する第1の非晶質半導体領域16を形成することができる。加熱炉を用いてドーパント含有膜26を熱処理してもよいし、ドーパント含有膜26にレーザ光を照射してドーパント含有膜26を熱処理してもよい。ドーパント含有膜26を熱処理する際、第1の非晶質半導体層17内の第1不純物と第1の非晶質半導体領域16内の第2の不純物とを活性化することができる。第1の非晶質半導体層17内の第1不純物と第1の非晶質半導体領域16内の第2の不純物とをさらに活性化するために、第1の非晶質半導体層17と第1の非晶質半導体領域16とをさらにアニールしてもよい。それから、残ったドーパント含有膜26は、硫酸と過酸化水素水の混合液、塩酸と過酸化水素水の混合液、または、フッ化水素酸などを用いて除去される。続いて、半導体基板11の第2の表面11b上に、第1の電極19及び第2の電極18を形成する。こうして、図1及び図2に示される本実施の形態の光電変換素子1を製造することができる。
本実施の形態の光電変換素子1の製造方法は、実施の形態1の光電変換素子1の製造方法と同様の効果を有するが、以下の点で異なる。
本実施の形態の光電変換素子1の製造方法では、第1の非晶質半導体層17の一部に第2の不純物をドーピングすることは、第1の非晶質半導体層17の一部上に第2の不純物を含むドーパント含有膜26を形成することと、ドーパント含有膜26に含まれる第2の不純物を第1の非晶質半導体層17の一部に移行させることとを含んでもよい。本実施の形態の光電変換素子1の製造方法によれば、向上した特性及び信頼性を有する光電変換素子を簡単な工程で製造することができる。
本実施の形態の光電変換素子1の製造方法では、第1の非晶質半導体層17上に第2の不純物を含むドーパント含有膜26を形成することは、第1の非晶質半導体層17の一部上に第2の不純物を含むドーピングペーストを施すことであってもよい。ドーパント含有膜26に含まれる第2の不純物を第1の非晶質半導体層17の一部に移行させることは、ドーピングペーストを熱処理することを含んでもよい。すなわち、本実施の形態の光電変換素子1の製造方法では、第1の非晶質半導体層17の一部に第2の不純物をドーピングすることは、第1の非晶質半導体層17の一部上に第2の不純物を含むドーピングペーストを施すことと、ドーピングペーストを熱処理することとを含んでもよい。ドーパント含有膜26としてドーピングペーストを用いることによって、高いパターン精度で、第1の非晶質半導体層17内に第1の非晶質半導体領域16を形成することができる。ドーパント含有膜26としてドーピングペーストを用いることによって、インクジェット、スクリーン印刷などによって第1の非晶質半導体層17上にドーパント含有膜26が形成され得る。そのため、本実施の形態の光電変換素子1の製造方法によれば、向上した特性及び信頼性を有する光電変換素子を安価かつ簡単な工程で製造することができる。
(実施の形態3)
図1から図8、図12及び図13を参照して、実施の形態3の光電変換素子1及びその製造方法について説明する。本実施の形態の光電変換素子1は、実施の形態1の光電変換素子1と同様の構成を備える。本実施の形態の光電変換素子1の製造方法は、基本的には、実施の形態1の光電変換素子1の製造方法と同様の工程を備えるが、以下の点で異なる。
実施の形態1の光電変換素子1の製造方法では、イオン注入法によって、第1の非晶質半導体層17の一部に第2の不純物がドーピングされていた。これに対し、本実施の形態の光電変換素子1の製造方法では、第1の非晶質半導体層17の一部に第2の不純物をドーピングすることは、第1の非晶質半導体層17上に第2の不純物を含むドーパント含有膜26を形成することと、ドーパント含有膜26に含まれる第2の不純物を第1の非晶質半導体層17の一部に移行させることとを含んでもよい。より特定的には、ドーパント含有膜26に含まれる第2の不純物を第1の非晶質半導体層17の一部に移行させることは、ドーパント含有膜26の一部にレーザ光27を照射することを含んでもよい。すなわち、レーザドーピング法によって、第1の非晶質半導体層17の一部に第2の不純物がドーピングされてもよい。
図3から図8、図12及び図13を参照して、本実施の形態の光電変換素子1の製造方法の一例について以下説明する。
図3から図8に示す工程によって、半導体基板11の第1の表面11a上に、第3の非晶質半導体層12と、第4の非晶質半導体層13と、誘電体層14とを形成し、半導体基板11の第2の表面11b上に、第2の非晶質半導体層15と、第1の非晶質半導体層17とを形成する。
図12を参照して、第1の非晶質半導体層17上に、第2の導電型を有する第2の不純物を含むドーパント含有膜26を形成する。ドーパント含有膜26として、リンシリケートガラス(PSG)、ボロンシリケートガラス(BSG)、ポリボロンフィルム(PBF)などを例示することができる。本実施の形態では、ドーパント含有膜26として、リンシリケートガラス(PSG)が用いられている。
図13を参照して、ドーパント含有膜26の一部にレーザ光27を照射して、ドーパント含有膜26に含まれる第2の不純物を第1の非晶質半導体層17の一部に移行させる。本実施の形態では、ドーパント含有膜26の一部にレーザ光27を照射することにより、ドーパント含有膜26の一部が局所的に加熱される。そのため、第1の非晶質半導体層17のうち、レーザ光27が照射された部分に対応する領域のみに、ドーパント含有膜26に含まれる第2の不純物がドープされる。こうして、第1の導電型を有する第1の非晶質半導体層17内に第2の導電型を有する第1の非晶質半導体領域16を形成することができる。ドーパント含有膜26の一部にレーザ光27を照射することにより、ドーパント含有膜26の一部と第1の非晶質半導体層17の一部とが局所的に加熱される。そのため、ドーパント含有膜26の一部にレーザ光27を照射する際、第1の非晶質半導体領域16内の第2の不純物を活性化することができる。それから、残ったドーパント含有膜26は、硫酸と過酸化水素水の混合液、塩酸と過酸化水素水の混合液、または、フッ化水素酸などを用いて除去される。第1の非晶質半導体層17内の第1の不純物と第1の非晶質半導体領域16内の第2の不純物とをさらに活性化するために、第1の非晶質半導体層17と第1の非晶質半導体領域16とをさらにアニールしてもよい。続いて、半導体基板11の第2の表面11b上に、第1の電極19及び第2の電極18を形成する。こうして、図1及び図2に示される本実施の形態の光電変換素子1を製造することができる。
本実施の形態の光電変換素子1の製造方法は、実施の形態1の光電変換素子1の製造方法と同様の効果を有するが、以下の点で異なる。
本実施の形態の光電変換素子1の製造方法では、ドーパント含有膜26に含まれる第2の不純物を第1の非晶質半導体層17の一部に移行させることは、ドーパント含有膜26の一部にレーザ光27を照射することを含んでもよい。すなわち、レーザドーピング法によって、第1の非晶質半導体層17の一部に第2の不純物がドーピングされてもよい。レーザドーピング方法は、加熱炉を使用してドーパントを拡散する方法よりも、短時間でドーパントを拡散させることができる。そのため、本実施の形態の光電変換素子1の製造方法によれば、向上した特性及び信頼性を有する光電変換素子を安価かつ簡単な工程で製造することができる。
(実施の形態4)
図1及び図14を参照して、実施の形態4の光電変換素子4について説明する。本実施の形態の光電変換素子4は、基本的には、実施の形態1の光電変換素子1と同様であるが、以下の点で異なる。
本実施の形態の光電変換素子4は、第2の非晶質半導体層15内に設けられるとともに、第2の導電型を有する第2の非晶質半導体領域46をさらに備える。第2の非晶質半導体層15及び第2の非晶質半導体領域46は、半導体基板11の第2の表面11b上に設けられる。第2の非晶質半導体層15及び第2の非晶質半導体領域46は、連続して延在する1つの層を構成する。第2の非晶質半導体領域46は、第2の導電型を有する第2の不純物を含む。第2の非晶質半導体領域46は、第1の非晶質半導体領域16に接する。第2の非晶質半導体領域46は、第2の非晶質半導体層15の全厚さにわたって存在してもよい。第2の非晶質半導体領域46は、半導体基板11の第2の表面11bと接してもよいし、接しなくてもよい。
第1の非晶質半導体領域16と第1の非晶質半導体層17とが交互に配列される方向、すなわち、第1の方向(例えば、x方向)において、第2の非晶質半導体領域46は、第1の非晶質半導体領域16と実質的に同じ幅を有してもよい。本明細書において、第2の非晶質半導体領域46が第1の非晶質半導体領域16と実質的に同じ幅を有することは、第1の非晶質半導体領域16と第1の非晶質半導体層17とが交互に配列される方向における第2の非晶質半導体領域46の幅と第1の非晶質半導体領域16の幅との差が、この方向における第1の非晶質半導体領域16の幅の20%以内であることを意味する。第1の非晶質半導体領域16の幅は、第1の非晶質半導体領域16内の第2の不純物の平均濃度の80%以上の第2の不純物の濃度を有する領域の第1の方向(例えば、x方向)における長さで定義される。第2の非晶質半導体領域46の幅は、第2の非晶質半導体領域46内の第2の不純物の平均濃度の80%以上の第2の不純物の濃度を有する領域の第1の方向(例えば、x方向)における長さで定義される。
第2の非晶質半導体領域46における第2の不純物の濃度は、第1の非晶質半導体領域16と第1の非晶質半導体層17とが交互に配列される方向、すなわち、第1の方向(例えば、x方向)において一定であってもよい。本明細書において、第2の非晶質半導体領域46における第2の不純物の濃度が、第1の非晶質半導体領域16と第1の非晶質半導体層17とが交互に配列される方向において一定であるとは、第1の非晶質半導体領域16と第1の非晶質半導体層17とが交互に配列される方向における、第2の非晶質半導体領域46内の第2の不純物の濃度のばらつきが、この方向における第2の非晶質半導体領域46内の第2の不純物の平均濃度の30%以内であることをいう。
第2の非晶質半導体領域46は、第1の非晶質半導体領域16と実質的に同じ第2の不純物の濃度を有してもよい。本明細書において、第2の非晶質半導体領域46が第1の非晶質半導体領域16と実質的に同じ第2の不純物の濃度を有することは、第2の非晶質半導体領域46内の第2の不純物の平均濃度と第1の非晶質半導体領域16内の第2の不純物の平均濃度との差が、第1の非晶質半導体領域16における第2の不純物の平均濃度の30%以内であることを意味する。
図3から図8及び図15を参照して、実施の形態4の光電変換素子4の製造方法について説明する。本実施の形態の光電変換素子4の製造方法は、基本的には、実施の形態1の光電変換素子1の製造方法と同様であるが、以下の点で異なる。
本実施の形態の光電変換素子4の製造方法は、第2の非晶質半導体層15の一部に第2の不純物をドーピングして、第2の非晶質半導体層15内に第2の非晶質半導体領域46を形成することをさらに備えてもよい。第2の非晶質半導体領域46は、第2の導電型を有する第2の不純物を含む。第2の非晶質半導体領域46は、第1の非晶質半導体領域16に接する。特定的には、第1の非晶質半導体層17の一部及び第2の非晶質半導体層15の一部に第2の不純物をドーピングすることは、第1の非晶質半導体層17の一部及び第2の非晶質半導体層15の一部に第2の不純物をイオン注入することを含んでもよい。
図3から図8に示す工程によって、半導体基板11の第1の表面11a上に、第3の非晶質半導体層12と、第4の非晶質半導体層13と、誘電体層14とを形成し、半導体基板11の第2の表面11b上に、第2の非晶質半導体層15と、第1の非晶質半導体層17とを形成する。
図15を参照して、第1の非晶質半導体層17内に第1の非晶質半導体領域16を形成すること及び第2の非晶質半導体層15内に第2の導電型を有する第2の非晶質半導体領域46を形成することは、第1の非晶質半導体層17の一部及び第2の非晶質半導体層15の一部に、第2の導電型を有する第2の不純物をドーピングすることを含む。言い換えると、第1の非晶質半導体層17の一部及び第2の非晶質半導体層15の一部に、第2の導電型を有する第2の不純物をドーピングすることにより、第1の非晶質半導体層17内に第1の非晶質半導体領域16を形成するとともに、第2の非晶質半導体層15内に第2の導電型を有する第2の非晶質半導体領域46を形成する。
特定的には、第1の非晶質半導体層17の一部及び第2の非晶質半導体層15の一部に第2の不純物をドーピングすることは、第1の非晶質半導体層17の一部及び及び第2の非晶質半導体層15の一部に第2の不純物をイオン注入することを含んでもよい。すなわち、イオン注入法によって、第1の非晶質半導体層17の一部及び及び第2の非晶質半導体層15の一部に第2の不純物がドーピングされてもよい。具体的には、第1の非晶質半導体層17の一部及び及び第2の非晶質半導体層15の一部に第2の不純物のイオンビーム21を照射することによって、第1の非晶質半導体層17の一部及び及び第2の非晶質半導体層15の一部に第2の不純物をドーピングしてもよい。こうして、第2の不純物のイオンビーム21を照射するという一つの工程で、第1の非晶質半導体層17の一部及び第2の非晶質半導体層15の一部に第2の不純物をドーピングすることができる。第1の非晶質半導体層17の一部及び及び第2の非晶質半導体層15の一部に第2の不純物をドーピングする際、第1の非晶質半導体層17の他の部分及び及び第2の非晶質半導体層15の他の部分に第2の不純物がドープされること防ぐために、第1の非晶質半導体層17の一部に対応する開口部を有するとともに第1の非晶質半導体層17の他の部分を覆うマスク22を用いてもよい。
第1の非晶質半導体層17の一部及び第2の非晶質半導体層15の一部に第2の不純物をドーピングした後に、第1の非晶質半導体層17に含まれる第1の不純物と、第1の非晶質半導体領域16及び第2の非晶質半導体領域46に含まれる第2の不純物とを活性化するために、第1の非晶質半導体層17と第1の非晶質半導体領域16と第2の非晶質半導体領域46とをアニールしてもよい。それから、半導体基板11の第2の表面11b上に、第1の非晶質半導体層17と電気的に接続される第1の電極19を形成する。より特定的には、第1の非晶質半導体層17上に第1の電極19を形成する。半導体基板11の第2の表面11b上に、第1の非晶質半導体領域16と電気的に接続される第2の電極18を形成する。より特定的には、第1の非晶質半導体領域16上に第2の電極18を形成する。こうして、図1及び図14に示される本実施の形態の光電変換素子4を製造することができる。
本実施の形態の光電変換素子4及びその製造方法は、実施の形態1の光電変換素子1及びその製造方法と同様の効果を有するが、以下の点で異なる。
本実施の形態の光電変換素子4は、第2の非晶質半導体層15内に設けられるとともに、第2の導電型を有する第2の非晶質半導体領域46をさらに備えてもよい。第2の非晶質半導体領域46は、第2の導電型を有する第2の不純物を含んでもよい。第2の非晶質半導体領域46は、第1の非晶質半導体領域16に接してもよい。本実施の形態の光電変換素子4では、第1の非晶質半導体領域16及び第2の非晶質半導体領域46からなる第2の導電型を有する非晶質半導体領域と半導体基板11との距離を小さくすることができる。そのため、半導体基板11の第1の表面11a側から入射する光によって半導体基板11内に生成されたキャリアのうち、第1の非晶質半導体領域16及び第2の非晶質半導体領域46が有する第2の導電型に対応するキャリアを、第1の非晶質半導体領域16及び第2の非晶質半導体領域46によってより高い効率で収集することができる。その結果、本実施の形態の光電変換素子4によれば、光エネルギーを電気エネルギーに変換する効率を向上させることができる。
本実施の形態の光電変換素子4の製造方法は、第2の非晶質半導体層15の一部に第2の不純物をドーピングして、第2の非晶質半導体層15内に第2の非晶質半導体領域46を形成することをさらに備えてもよい。第2の非晶質半導体領域46は、第2の導電型を有する第2の不純物を含んでもよい。第2の非晶質半導体領域46は、第1の非晶質半導体領域16に接してもよい。本実施の形態の光電変換素子4の製造方法によれば、第1の非晶質半導体領域16及び第2の非晶質半導体領域46からなる第2の導電型を有する非晶質半導体領域と半導体基板11との距離を小さくすることができる。そのため、半導体基板11の第1の表面11a側から入射する光によって半導体基板11内に生成されたキャリアのうち、第1の非晶質半導体領域16及び第2の非晶質半導体領域46が有する第2の導電型に対応するキャリアを、第1の非晶質半導体領域16及び第2の非晶質半導体領域46によってより高い効率で収集することができる。その結果、本実施の形態の光電変換素子4の製造方法によれば、光エネルギーを電気エネルギーに変換する効率が向上された光電変換素子を製造することができる。
本実施の形態の光電変換素子4の製造方法では、第1の非晶質半導体層17の一部及び第2の非晶質半導体層15の一部に第2の不純物をドーピングすることは、第1の非晶質半導体層17の一部及び第2の非晶質半導体層15の一部に第2の不純物をイオン注入することを含んでもよい。第2の不純物のイオンビーム21を照射するという一つの工程で、第1の非晶質半導体層17の一部及び第2の非晶質半導体層15の一部に第2の不純物をドーピングすることができる。本実施の形態の光電変換素子4の製造方法によれば、向上した特性及び信頼性を有する光電変換素子を簡単な工程で製造することができる。
(実施の形態5)
図3から図8、図10、図14及び図16を参照して、実施の形態5の光電変換素子4及びその製造方法について説明する。本実施の形態の光電変換素子4は、実施の形態4の光電変換素子4と同様の構成を備える。本実施の形態の光電変換素子4の製造方法は、基本的には、実施の形態4の光電変換素子4の製造方法と同様の工程を備えるが、以下の点で異なる。
実施の形態4の光電変換素子4の製造方法では、イオン注入法によって、第1の非晶質半導体層17の一部及び第2の非晶質半導体層15の一部に第2の不純物がドーピングされていた。これに対し、本実施の形態の光電変換素子4の製造方法では、実施の形態2の光電変換素子1の製造方法と同様の方法により、第1の非晶質半導体層17の一部及び第2の非晶質半導体層15の一部に第2の不純物をドーピングする。具体的には、第1の非晶質半導体層17上に第2の不純物を含むドーパント含有膜26を形成する。それから、ドーパント含有膜26に含まれる第2の不純物を第1の非晶質半導体層17の一部及び第2の非晶質半導体層15の一部に移行させる。より特定的には、第1の非晶質半導体層17上に第2の不純物を含むドーパント含有膜26を形成することは、第1の非晶質半導体層17の一部上に第2の不純物を含むドーピングペーストを施すことであってもよい。ドーパント含有膜26に含まれる第2の不純物を第1の非晶質半導体層17の一部及び第2の非晶質半導体層15の一部に移行させることは、ドーピングペーストを熱処理することを含んでもよい。
図3から図8、図10及び図16を参照して、本実施の形態の光電変換素子4の製造方法の一例について以下説明する。
図3から図8に示す工程によって、半導体基板11の第1の表面11a上に、第3の非晶質半導体層12と、第4の非晶質半導体層13と、誘電体層14とを形成し、半導体基板11の第2の表面11b上に、第2の非晶質半導体層15と、第1の非晶質半導体層17とを形成する。図10を参照して、第1の非晶質半導体層17の一部上に、第2の導電型を有する第2の不純物を含むドーパント含有膜26を形成する。ドーパント含有膜26は、第2の導電型を有する第2の不純物を含むドーピングペーストであってもよい。
図16を参照して、ドーパント含有膜26を熱処理して、ドーパント含有膜26に含まれる第2の不純物を第1の非晶質半導体層17の一部及び第2の非晶質半導体層15の一部に移行させる。ドーパント含有膜26を熱処理するという一つの工程で、第1の非晶質半導体層17の一部及び第2の非晶質半導体層15の一部に第2の不純物をドーピングすることができる。第2の不純物を、第1の非晶質半導体層17の一部に加えて第2の非晶質半導体層15の一部にも移行させる点を除いては、本実施の形態の光電変換素子4の製造方法は、実施の形態2の光電変換素子1の製造方法と同様である。
本実施の形態の光電変換素子4の製造方法は、実施の形態4の光電変換素子4の製造方法の効果と、実施の形態2の光電変換素子1の製造方法の効果とを有する。本実施の形態の光電変換素子4の製造方法において、第1の非晶質半導体層17の一部及び第2の非晶質半導体層15の一部に第2の不純物をドーピングすることは、第1の非晶質半導体層17上に第2の不純物を含むドーパント含有膜26を形成することと、ドーパント含有膜26に含まれる第2の不純物を第1の非晶質半導体層17の一部及び第2の非晶質半導体層15の一部に移行させることとを含んでもよい。ドーパント含有膜26に含まれる第2の不純物を第1の非晶質半導体層17の一部及び第2の非晶質半導体層15の一部に移行させるという一つの工程で、第1の非晶質半導体層17の一部及び第2の非晶質半導体層15の一部に第2の不純物をドーピングすることができる。本実施の形態の光電変換素子4の製造方法において、第1の非晶質半導体層17上に第2の不純物を含むドーパント含有膜26を形成することは、第1の非晶質半導体層17の一部上に第2の不純物を含むドーピングペーストを施すことであってもよい。ドーパント含有膜26に含まれる第2の不純物を第1の非晶質半導体層17の一部及び第2の非晶質半導体層15の一部に移行させることは、ドーピングペーストを熱処理することを含んでもよい。ドーパント含有膜26(ドーピングペースト)を熱処理するという一つの工程で、第1の非晶質半導体層17の一部及び第2の非晶質半導体層15の一部に第2の不純物をドーピングすることができる。本実施の形態の光電変換素子4の製造方法によれば、向上した特性及び信頼性を有する光電変換素子を簡単な工程で製造することができる。
(実施の形態6)
図3から図8、図12、図14及び図17を参照して、実施の形態6の光電変換素子4及びその製造方法について説明する。本実施の形態の光電変換素子4は、実施の形態4の光電変換素子4と同様の構成を備える。本実施の形態の光電変換素子4の製造方法は、基本的には、実施の形態4の光電変換素子4の製造方法と同様の工程を備えるが、以下の点で異なる。
実施の形態4の光電変換素子4の製造方法では、イオン注入法によって、第1の非晶質半導体層17の一部及び第2の非晶質半導体層15の一部に第2の不純物がドーピングされていた。これに対し、本実施の形態の光電変換素子4の製造方法では、実施の形態3の光電変換素子1の製造方法と同様に、レーザドーピング法により、第1の非晶質半導体層17の一部及び第2の非晶質半導体層15の一部に第2の不純物をドーピングする。具体的には、第1の非晶質半導体層17上に第2の不純物を含むドーパント含有膜26を形成する。それから、ドーパント含有膜26の一部にレーザ光27を照射することによって、第1の非晶質半導体層17の一部及び第2の非晶質半導体層15の一部に第2の不純物がドーピングされてもよい。
図3から図8、図12及び図17を参照して、本実施の形態の光電変換素子4の製造方法の一例について以下説明する。
図3から図8に示す工程によって、半導体基板11の第1の表面11a上に、第3の非晶質半導体層12と、第4の非晶質半導体層13と、誘電体層14とを形成し、半導体基板11の第2の表面11b上に、第2の非晶質半導体層15と、第1の非晶質半導体層17とを形成する。
図12を参照して、第1の非晶質半導体層17上に、第2の導電型を有する第2の不純物を含むドーパント含有膜26を形成する。ドーパント含有膜26は、第2の導電型を有する第2の不純物を含むドーピングペーストであってもよい。図17を参照して、ドーパント含有膜26の一部にレーザ光27を照射して、ドーパント含有膜26に含まれる第2の不純物を第1の非晶質半導体層17の一部及び第2の非晶質半導体層15の一部に移行させる。ドーパント含有膜26の一部にレーザ光27を照射するという一つの工程で、第1の非晶質半導体層17の一部及び第2の非晶質半導体層15の一部に第2の不純物をドーピングすることができる。第2の不純物を、第1の非晶質半導体層17の一部に加えて第2の非晶質半導体層15の一部にも移行させる点を除いては、本実施の形態の光電変換素子4の製造方法は、実施の形態3の光電変換素子1の製造方法と同様である。
本実施の形態の光電変換素子4の製造方法は、実施の形態4の光電変換素子4の製造方法の効果と、実施の形態3の光電変換素子1の製造方法の効果とを有する。本実施の形態の光電変換素子4の製造方法において、ドーパント含有膜26に含まれる第2の不純物を第1の非晶質半導体層17の一部及び第2の非晶質半導体層15の一部に移行させることは、ドーパント含有膜26の一部にレーザ光27を照射することを含んでもよい。ドーパント含有膜26の一部にレーザ光27を照射するという一つの工程で、第1の非晶質半導体層17の一部及び第2の非晶質半導体層15の一部に第2の不純物をドーピングすることができる。本実施の形態の光電変換素子4の製造方法によれば、向上した特性及び信頼性を有する光電変換素子を簡単な工程で製造することができる。
(実施の形態7)
図18を参照して、実施の形態7の光電変換素子7について説明する。本実施の形態の光電変換素子7は、実施の形態1の光電変換素子1と同様の構成を備えるが、以下の点で異なる。
本実施の形態の光電変換素子7は、第2の非晶質半導体層15を備えていない。第1の非晶質半導体層17は、半導体基板11の第2の表面11b上に設けられ、半導体基板11の第2の表面11bに直接接している。第1の非晶質半導体領域16は半導体基板11の第2の表面11bに直接接してもよい。第1の非晶質半導体領域16は、第1の非晶質半導体層17の全厚さにわたって存在してもよい。第1の非晶質半導体領域16は、半導体基板11の第2の表面11bに接してもよいし、接しなくてもよい。
本実施の形態の光電変換素子7の製造方法は、第2の非晶質半導体層15を形成することを除き、実施の形態1から実施の形態3の光電変換素子1の製造方法と同様である。具体的には、本実施の形態の光電変換素子7の製造方法では、半導体基板11の第2の表面11b上に第1の非晶質半導体層17を形成することは、半導体基板11の第2の表面11bに直接接する第1の非晶質半導体層17を形成することを含んでもよい。
本実施の形態の光電変換素子7及びその製造方法は、実施の形態1から実施の形態3の光電変換素子1及びその製造方法と同様の効果を有するが、以下の点で異なる。
本実施の形態の光電変換素子7では、第1の非晶質半導体層17は、半導体基板11の第2の表面11bに直接接してもよい。第1の非晶質半導体層17は半導体基板11の第2の表面11bに直接接しているので、第1の非晶質半導体層17と半導体基板11との距離及び第1の非晶質半導体層17内に設けられる第1の非晶質半導体領域16と半導体基板11との距離を小さくすることができる。そのため、半導体基板11の第1の表面11a側から入射する光によって半導体基板11内に生成されたキャリアのうち、第1の非晶質半導体層17が有する第1の導電型に対応するキャリアを、第1の非晶質半導体層17によってより高い効率で収集することができる。半導体基板11の第1の表面11a側から入射する光によって半導体基板11内に生成されたキャリアのうち、第1の非晶質半導体領域16が有する第2の導電型に対応するキャリアを、第1の非晶質半導体領域16によってより高い効率で収集することができる。その結果、本実施の形態の光電変換素子7によれば、光エネルギーを電気エネルギーに変換する効率を向上させることができる。
本実施の形態の光電変換素子7の製造方法では、半導体基板11の第2の表面11b上に第1の非晶質半導体層17を形成することは、半導体基板11の第2の表面11bに直接接する第1の非晶質半導体層17を形成することを含んでもよい。第1の非晶質半導体層17は半導体基板11の第2の表面11bに直接接しているので、第1の非晶質半導体層17と半導体基板11との距離及び第1の非晶質半導体層17内に設けられる第1の非晶質半導体領域16と半導体基板11との距離を小さくすることができる。そのため、半導体基板11の第1の表面11a側から入射する光によって半導体基板11内に生成されたキャリアのうち、第1の非晶質半導体層17が有する第1の導電型に対応するキャリアを、第1の非晶質半導体層17によってより高い効率で収集することができる。半導体基板11の第1の表面11a側から入射する光によって半導体基板11内に生成されたキャリアのうち、第1の非晶質半導体領域16が有する第2の導電型に対応するキャリアを、第1の非晶質半導体領域16によってより高い効率で収集することができる。その結果、本実施の形態の光電変換素子7の製造方法によれば、光エネルギーを電気エネルギーに変換する効率が向上された光電変換素子を製造することができる。
[付記]
(1)ここで開示された実施の形態の光電変換素子は、第1の表面と第1の表面と反対側の第2の表面とを有する半導体基板と、第2の表面上に設けられるとともに、第1の導電型を有する第1の非晶質半導体層と、第2の表面上に設けられるとともに、第1の導電型と異なる第2の導電型を有する第1の非晶質半導体領域とを備える。第1の非晶質半導体層は第1の導電型を有する第1の不純物を含む。第1の非晶質半導体領域は第1の不純物と第2の導電型を有する第2の不純物とを含む。第1の非晶質半導体層及び第1の非晶質半導体領域は、連続して延在する1つの層を構成する。そのため、半導体基板の第2の表面上に第1の非晶質半導体層を形成した後、半導体基板の第2の表面を露出させることなく製造し得る構造を、ここで開示された実施の形態の光電変換素子は備えている。半導体基板の第2の表面に汚染物質が付着したり、非晶質半導体層のエッチングにより半導体基板の第2の表面が荒れたりすることなく製造し得る構造を、ここで開示された実施の形態の光電変換素子は備えている。ここで開示された実施の形態の光電変換素子によれば、向上した特性及び信頼性を有する光電変換素子を提供することができる。
(2)ここで開示された実施の形態の光電変換素子において、第1の非晶質半導体領域は、第1の非晶質半導体層の全厚さにわたって存在してもよい。第1の非晶質半導体領域と半導体基板との距離を小さくすることができる。そのため、半導体基板の第1の表面側から入射する光によって半導体基板内に生成されたキャリアのうち、第1の非晶質半導体領域が有する第2の導電型に対応するキャリアを、第1の非晶質半導体領域によってより高い効率で収集することができる。その結果、ここで開示された実施の形態の光電変換素子によれば、光エネルギーを電気エネルギーに変換する効率を向上させることができる。
(3)ここで開示された実施の形態の光電変換素子において、第1の非晶質半導体領域における第1の不純物の濃度は、第1の非晶質半導体領域と第1の非晶質半導体層とが交互に配列される方向において一定であってもよい。そのため、半導体基板の第2の表面上に第1の非晶質半導体層を形成した後、半導体基板の第2の表面を露出させることなく製造し得る構造を、ここで開示された実施の形態の光電変換素子は備えている。ここで開示された実施の形態の光電変換素子によれば、向上した特性及び信頼性を有する光電変換素子を提供することができる。
(4)ここで開示された実施の形態の光電変換素子において、第1の非晶質半導体層は、半導体基板の第2の表面に直接接してもよい。第1の非晶質半導体層は半導体基板の第2の表面に直接接しているので、第1の非晶質半導体層と半導体基板との距離及び第1の非晶質半導体層内に設けられる第1の非晶質半導体領域と半導体基板との距離を小さくすることができる。そのため、半導体基板の第1の表面側から入射する光によって半導体基板内に生成されたキャリアのうち、第1の非晶質半導体層が有する第1の導電型に対応するキャリアを、第1の非晶質半導体層によってより高い効率で収集することができる。半導体基板の第1の表面側から入射する光によって半導体基板内に生成されたキャリアのうち、第1の非晶質半導体領域が有する第2の導電型に対応するキャリアを、第1の非晶質半導体領域によってより高い効率で収集することができる。その結果、ここで開示された実施の形態の光電変換素子によれば、光エネルギーを電気エネルギーに変換する効率を向上させることができる。
(5)ここで開示された実施の形態の光電変換素子は、第1の非晶質半導体層と半導体基板の第2の表面との間及び第1の非晶質半導体領域と半導体基板の第2の表面との間に、i型を有する第2の非晶質半導体層をさらに備えてもよい。i型を有する第2の非晶質半導体層は、半導体基板の第1の表面側から入射する光によって半導体基板内に生成されたキャリアが半導体基板の第2の表面において再結合することを抑制することができる。そのため、ここで開示された実施の形態の光電変換素子によれば、パッシベーション特性と光エネルギーを電気エネルギーに変換する効率とを向上させることができる。
(6)ここで開示された実施の形態の光電変換素子は、第2の非晶質半導体層内に設けられるとともに、第2の導電型を有する第2の非晶質半導体領域をさらに備えてもよい。第2の非晶質半導体領域は第2の不純物を含んでもよい。第2の非晶質半導体領域は第1の非晶質半導体領域に接してもよい。ここで開示された実施の形態の光電変換素子では、第1の非晶質半導体領域及び第2の非晶質半導体領域からなる第2の導電型を有する非晶質半導体領域と半導体基板との距離を小さくすることができる。そのため、半導体基板の第1の表面側から入射する光によって半導体基板内に生成されたキャリアのうち、第1の非晶質半導体領域及び第2の非晶質半導体領域が有する第2の導電型に対応するキャリアを、第1の非晶質半導体領域及び第2の非晶質半導体領域によってより高い効率で収集することができる。その結果、ここで開示された実施の形態の光電変換素子によれば、光エネルギーを電気エネルギーに変換する効率を向上させることができる。
(7)ここで開示された実施の形態の光電変換素子は、半導体基板の第2の表面上に設けられるとともに、第1の非晶質半導体層と電気的に接続される第1の電極と、半導体基板の第2の表面上に設けられるとともに、第1の非晶質半導体領域と電気的に接続される第2の電極とをさらに備えてもよい。第1の電極及び第2の電極は、光の入射面である半導体基板の第1の表面側に設けられていないので、光電変換素子に入射する光が第1の電極及び第2の電極によって遮られない。そのため、ここで開示された実施の形態の光電変換素子によれば、高い短絡電流JSCが得られ、光エネルギーを電気エネルギーに変換する効率を向上させることができる。
(8)ここで開示された実施の形態の光電変換素子は、半導体基板の第1の表面上に誘電体層をさらに備えてもよい。誘電体層が反射防止膜として機能するとき、誘電体層は、より多くの光を光電変換素子内に入射させることができる。そのため、ここで開示された実施の形態の光電変換素子によれば、光エネルギーを電気エネルギーに変換する効率を向上させることができる。誘電体層がパッシベーション膜として機能するとき、誘電体層は、半導体基板の第1の表面側から入射する光によって半導体基板内に生成されたキャリアが半導体基板の第1の表面において再結合することを抑制することができる。そのため、ここで開示された実施の形態の光電変換素子によれば、光エネルギーを電気エネルギーに変換する効率を向上させることができる。
(9)ここで開示された実施の形態の光電変換素子は、半導体基板の第1の表面上に、i型を有する第3の非晶質半導体層をさらに備えてもよい。i型を有する第3の非晶質半導体層は、半導体基板の第1の表面側から入射する光によって半導体基板内に生成されたキャリアが半導体基板の第1の表面において再結合することを抑制することができる。そのため、ここで開示された実施の形態の光電変換素子によれば、パッシベーション特性と光エネルギーを電気エネルギーに変換する効率とを向上させることができる。
(10)ここで開示された実施の形態の光電変換素子は、半導体基板の第1の表面上に、半導体基板と同じ導電型を有する第4の非晶質半導体層をさらに備えてもよい。半導体基板と同じ導電型を有する第4の非晶質半導体層は、光電変換素子に光が入射することによって半導体基板内に発生したキャリアのうち半導体基板の第1の表面に近づくキャリアを、半導体基板の内部に押し戻すことができる。そのため、第4の非晶質半導体層は、このキャリアが半導体基板の第1の表面において再結合することを抑制することができる。その結果、ここで開示された実施の形態の光電変換素子によれば、パッシベーション特性と光エネルギーを電気エネルギーに変換する効率とを向上させることができる。
(11)ここで開示された実施の形態の光電変換素子において、半導体基板の第1の表面は、凹凸構造を含んでもよい。光の入射面である半導体基板の第1の表面上に凹凸構造を設けることによって、より多くの光が光電変換素子内に入射され得る。そのため、ここで開示された実施の形態の光電変換素子によれば、光エネルギーを電気エネルギーに変換する効率を向上させることができる。
(12)ここで開示された実施の形態の光電変換素子の製造方法は、第1の表面と第1の表面と反対側の第2の表面とを有する半導体基板の第2の表面上に、第1の導電型を有する第1の非晶質半導体層を形成することを備える。第1の非晶質半導体層は第1の導電型を有する第1の不純物を含む。ここで開示された実施の形態の光電変換素子の製造方法は、第1の非晶質半導体層内に第2の導電型を有する第1の非晶質半導体領域を形成することをさらに備える。第1の非晶質半導体層内に第1の非晶質半導体領域を形成することは、第1の非晶質半導体層の一部に、第1の導電型と異なる第2の導電型を有する第2の不純物をドーピングすることを含む。そのため、半導体基板の第2の表面上に第1の非晶質半導体層を形成した後、半導体基板の第2の表面を露出させることなく、光電変換素子を製造することができる。半導体基板の第2の表面に汚染物質が付着したり、非晶質半導体層のエッチングにより半導体基板の第2の表面が荒れたりすることなく、光電変換素子を製造することができる。ここで開示された実施の形態の光電変換素子の製造方法によれば、向上した特性及び信頼性を有する光電変換素子を製造することができる。
(13)ここで開示された実施の形態の光電変換素子の製造方法において、第1の非晶質半導体領域は、第1の非晶質半導体層の全厚さにわたって存在してもよい。第1の非晶質半導体領域と半導体基板との距離を小さくすることができる。そのため、半導体基板の第1の表面側から入射する光によって半導体基板内に生成されたキャリアのうち、第1の非晶質半導体領域が有する第2の導電型に対応するキャリアを、第1の非晶質半導体領域によってより高い効率で収集することができる。その結果、ここで開示された実施の形態の光電変換素子の製造方法によれば、光エネルギーを電気エネルギーに変換する効率が向上された光電変換素子を製造することができる。
(14)ここで開示された実施の形態の光電変換素子の製造方法において、第1の非晶質半導体領域における第1の不純物の濃度は、第1の非晶質半導体領域と第1の非晶質半導体層とが交互に配列される方向において一定であってもよい。そのため、半導体基板の第2の表面上に第1の非晶質半導体層を形成した後、半導体基板の第2の表面を露出させることなく、光電変換素子を製造することができる。ここで開示された実施の形態の光電変換素子の製造方法によれば、向上した特性及び信頼性を有する光電変換素子を製造することができる。
(15)ここで開示された実施の形態の光電変換素子の製造方法において、半導体基板の第2の表面上に第1の非晶質半導体層を形成することは、半導体基板の第2の表面に直接接する第1の非晶質半導体層を形成することを含んでもよい。第1の非晶質半導体層は半導体基板の第2の表面に直接接しているので、第1の非晶質半導体層と半導体基板との距離及び第1の非晶質半導体層内に設けられる第1の非晶質半導体領域と半導体基板との距離を小さくすることができる。そのため、半導体基板の第1の表面側から入射する光によって半導体基板内に生成されたキャリアのうち、第1の非晶質半導体層が有する第1の導電型に対応するキャリアを、第1の非晶質半導体層によってより高い効率で収集することができる。半導体基板の第1の表面側から入射する光によって半導体基板内に生成されたキャリアのうち、第1の非晶質半導体領域が有する第2の導電型に対応するキャリアを、第1の非晶質半導体領域によってより高い効率で収集することができる。その結果、ここで開示された実施の形態の光電変換素子の製造方法によれば、光エネルギーを電気エネルギーに変換する効率が向上された光電変換素子を製造することができる。
(16)ここで開示された実施の形態の光電変換素子の製造方法は、半導体基板の第2の表面上に第1の非晶質半導体層を形成する前に、半導体基板の第2の表面上に、i型を有する第2の非晶質半導体層を形成することをさらに備えてもよい。i型を有する第2の非晶質半導体層は、半導体基板の第1の表面側から入射する光によって半導体基板内に生成されたキャリアが半導体基板の第2の表面において再結合することを抑制することができる。そのため、ここで開示された実施の形態の光電変換素子の製造方法によれば、パッシベーション特性と光エネルギーを電気エネルギーに変換する効率とが向上された光電変換素子を製造することができる。
(17)ここで開示された実施の形態の光電変換素子の製造方法において、第1の非晶質半導体層の一部に第2の不純物をドーピングすることは、第1の非晶質半導体層の一部に第2の不純物をイオン注入することを含んでもよい。ここで開示された実施の形態の光電変換素子の製造方法によれば、向上した特性及び信頼性を有する光電変換素子を簡単な工程で製造することができる。
(18)ここで開示された実施の形態の光電変換素子の製造方法において、第1の非晶質半導体層の一部に第2の不純物をドーピングすることは、第1の非晶質半導体層上に第2の不純物を含むドーパント含有膜を形成することと、ドーパント含有膜に含まれる第2の不純物を第1の非晶質半導体層の一部に移行させることとを含んでもよい。ここで開示された実施の形態の光電変換素子の製造方法によれば、向上した特性及び信頼性を有する光電変換素子を簡単な工程で製造することができる。
(19)ここで開示された実施の形態の光電変換素子の製造方法において、第1の非晶質半導体層上に第2の不純物を含むドーパント含有膜を形成することは、第1の非晶質半導体層の一部上に第2の不純物を含むドーピングペーストを施すことであってもよい。ドーパント含有膜に含まれる第2の不純物を第1の非晶質半導体層の一部に移行させることは、ドーピングペーストを熱処理することを含んでもよい。すなわち、ここで開示された実施の形態の光電変換素子の製造方法では、第1の非晶質半導体層の一部に第2の不純物をドーピングすることは、第1の非晶質半導体層の一部上に第2の不純物を含むドーピングペーストを施すことと、ドーピングペーストを熱処理することとを含んでもよい。ドーパント含有膜としてドーピングペーストを用いることによって、高いパターン精度で、第1の非晶質半導体層内に第1の非晶質半導体領域を形成することができる。ドーパント含有膜としてドーピングペーストを用いることによって、インクジェット、スクリーン印刷などによって第1の非晶質半導体層上にドーパント含有膜が形成され得る。そのため、ここで開示された実施の形態の光電変換素子の製造方法によれば、向上した特性及び信頼性を有する光電変換素子を安価かつ簡単な工程で製造することができる。
(20)ここで開示された実施の形態の光電変換素子の製造方法において、ドーパント含有膜に含まれる第2の不純物を第1の非晶質半導体層の一部に移行させることは、ドーパント含有膜の一部にレーザ光を照射することを含んでもよい。すなわち、レーザドーピング法によって、第1の非晶質半導体層の一部に第2の不純物がドーピングされてもよい。レーザドーピング方法は、加熱炉を使用してドーパントを拡散する方法よりも、短時間でドーパントを拡散させることができる。そのため、ここで開示された実施の形態の光電変換素子の製造方法によれば、向上した特性及び信頼性を有する光電変換素子を安価かつ簡単な工程で製造することができる。
(21)ここで開示された実施の形態の光電変換素子の製造方法は、第2の非晶質半導体層の一部に第2の不純物をドーピングして、第2の非晶質半導体層内に第2の非晶質半導体領域を形成することをさらに備えてもよい。第2の非晶質半導体領域は第2の不純物を含んでもよい。第2の非晶質半導体領域は第1の非晶質半導体領域に接してもよい。ここで開示された実施の形態の光電変換素子の製造方法によれば、第1の非晶質半導体領域及び第2の非晶質半導体領域からなる第2の導電型を有する非晶質半導体領域と半導体基板との距離を小さくすることができる。そのため、半導体基板の第1の表面側から入射する光によって半導体基板内に生成されたキャリアのうち、第1の非晶質半導体領域及び第2の非晶質半導体領域が有する第2の導電型に対応するキャリアを、第1の非晶質半導体領域及び第2の非晶質半導体領域によってより高い効率で収集することができる。その結果、ここで開示された実施の形態の光電変換素子の製造方法によれば、光エネルギーを電気エネルギーに変換する効率が向上された光電変換素子を製造することができる。
(22)ここで開示された実施の形態の光電変換素子の製造方法において、第1の非晶質半導体層の一部及び第2の非晶質半導体層の一部に第2の不純物をドーピングすることは、第1の非晶質半導体層の一部及び第2の非晶質半導体層の一部に第2の不純物をイオン注入することを含んでもよい。第2の不純物のイオンビームを照射するという一つの工程で、第1の非晶質半導体層の一部及び第2の非晶質半導体層の一部に第2の不純物をドーピングすることができる。ここで開示された実施の形態の光電変換素子の製造方法によれば、向上した特性及び信頼性を有する光電変換素子を簡単な工程で製造することができる。
(23)ここで開示された実施の形態の光電変換素子の製造方法において、第1の非晶質半導体層の一部及び第2の非晶質半導体層の一部に第2の不純物をドーピングすることは、第1の非晶質半導体層上に第2の不純物を含むドーパント含有膜を形成することと、ドーパント含有膜に含まれる第2の不純物を第1の非晶質半導体層の一部及び第2の非晶質半導体層の一部に移行させることとを含んでもよい。そのため、ドーパント含有膜に含まれる第2の不純物を第1の非晶質半導体層の一部及び第2の非晶質半導体層の一部に移行させるという一つの工程で、第1の非晶質半導体層の一部及び第2の非晶質半導体層の一部に第2の不純物をドーピングすることができる。ここで開示された実施の形態の光電変換素子の製造方法によれば、向上した特性及び信頼性を有する光電変換素子を簡単な工程で製造することができる。
(24)ここで開示された実施の形態の光電変換素子の製造方法において、第1の非晶質半導体層上に第2の不純物を含むドーパント含有膜を形成することは、第1の非晶質半導体層の一部上に第2の不純物を含むドーピングペーストを施すことであってもよい。ドーパント含有膜に含まれる第2の不純物を第1の非晶質半導体層の一部及び第2の非晶質半導体層の一部に移行させることは、ドーピングペーストを熱処理することを含んでもよい。そのため、ドーパント含有膜(ドーピングペースト)を熱処理するという一つの工程で、第1の非晶質半導体層の一部及び第2の非晶質半導体層の一部に第2の不純物をドーピングすることができる。ここで開示された実施の形態の光電変換素子の製造方法によれば、向上した特性及び信頼性を有する光電変換素子を簡単な工程で製造することができる。
(25)ここで開示された実施の形態の光電変換素子の製造方法において、ドーパント含有膜に含まれる第2の不純物を第1の非晶質半導体層の一部及び第2の非晶質半導体層の一部に移行させることは、ドーパント含有膜の一部にレーザ光を照射することを含んでもよい。そのため、ドーパント含有膜の一部にレーザ光を照射するという一つの工程で、第1の非晶質半導体層の一部及び第2の非晶質半導体層の一部に第2の不純物をドーピングすることができる。ここで開示された実施の形態の光電変換素子の製造方法によれば、向上した特性及び信頼性を有する光電変換素子を簡単な工程で製造することができる。
(26)ここで開示された実施の形態の光電変換素子の製造方法は、半導体基板の第2の表面上に、第1の非晶質半導体層と電気的に接続される第1の電極を形成することと、半導体基板の第2の表面上に、第1の非晶質半導体領域と電気的に接続される第2の電極を形成することとをさらに備えてもよい。ここで開示された実施の形態の光電変換素子の製造方法によれば、第1の電極及び第2の電極が光の入射面である半導体基板の第1の表面側に設けられていない光電変換素子を製造することができる。そのため、光電変換素子に入射する光が第1の電極及び第2の電極によって遮られない。ここで開示された実施の形態の光電変換素子の製造方法によれば、高い短絡電流JSCを有するとともに、光エネルギーを電気エネルギーに変換する効率が向上された光電変換素子を製造することができる。
(27)ここで開示された実施の形態の光電変換素子の製造方法は、半導体基板の第1の表面上に誘電体層を形成することをさらに備えてもよい。誘電体層が反射防止膜として機能するとき、誘電体層は、より多くの光を光電変換素子内に入射させることができる。そのため、ここで開示された実施の形態の光電変換素子の製造方法によれば、光エネルギーを電気エネルギーに変換する効率が向上された光電変換素子を製造することができる。誘電体層がパッシベーション膜として機能するとき、誘電体層は、半導体基板の第1の表面側から入射する光によって半導体基板内に生成されたキャリアが半導体基板の第1の表面において再結合することを抑制することができる。そのため、ここで開示された実施の形態の光電変換素子の製造方法によれば、光エネルギーを電気エネルギーに変換する効率が向上された光電変換素子を製造することができる。
(28)ここで開示された実施の形態の光電変換素子の製造方法は、半導体基板の第1の表面上に、i型を有する第3の非晶質半導体層を形成することをさらに備えてもよい。i型を有する第3の非晶質半導体層は、半導体基板の第1の表面側から入射する光によって半導体基板内に生成されたキャリアが半導体基板の第1の表面において再結合することを抑制することができる。そのため、ここで開示された実施の形態の光電変換素子の製造方法によれば、パッシベーション特性と光エネルギーを電気エネルギーに変換する効率とが向上された光電変換素子を製造することができる。
(29)ここで開示された実施の形態の光電変換素子の製造方法は、半導体基板の第1の表面上に、半導体基板と同じ導電型を有する第4の非晶質半導体層を形成することをさらに備えてもよい。半導体基板と同じ導電型を有する第4の非晶質半導体層は、光電変換素子に光が入射することによって半導体基板内に発生したキャリアのうち半導体基板の第1の表面に近づくキャリアを、半導体基板の内部に押し戻すことができる。そのため、第4の非晶質半導体層は、このキャリアが半導体基板の第1の表面において再結合することを抑制することができる。その結果、ここで開示された実施の形態の光電変換素子の製造方法によれば、パッシベーション特性と光エネルギーを電気エネルギーに変換する効率とが向上された光電変換素子を製造することができる。
(30)ここで開示された実施の形態の光電変換素子の製造方法は、半導体基板の第1の表面に、凹凸構造を形成することをさらに備えてもよい。光の入射面である半導体基板の第1の表面に凹凸構造を形成することによって、より多くの光が光電変換素子内に入射され得る。そのため、ここで開示された実施の形態の光電変換素子の光電変換素子の製造方法によれば、光エネルギーを電気エネルギーに変換する効率が向上された光電変換素子を製造することができる。
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。
1,4,7 光電変換素子、11 半導体基板、11a 第1の表面、11b 第2の表面、12 第3の非晶質半導体層、13 第4の非晶質半導体層、14 誘電体層、15 第2の非晶質半導体層、16 第1の非晶質半導体領域、17 第1の非晶質半導体層、18 第2の電極、19 第1の電極、21 イオンビーム、22 マスク、26 ドーパント含有膜、27 レーザ光、46 第2の非晶質半導体領域。

Claims (5)

  1. 第1の表面と前記第1の表面と反対側の第2の表面とを有する半導体基板と、
    前記第2の表面上に設けられるとともに、第1の導電型を有する第1の非晶質半導体層と、
    前記第2の表面上に設けられるとともに、前記第1の導電型と異なる第2の導電型を有する第1の非晶質半導体領域とを備え、
    前記第1の非晶質半導体層は前記第1の導電型を有する第1の不純物を含み、
    前記第1の非晶質半導体領域は前記第1の不純物と前記第2の導電型を有する第2の不純物とを含み、
    前記第1の非晶質半導体層及び前記第1の非晶質半導体領域は、連続して延在する1つの層を構成し、
    前記第1の非晶質半導体層と前記半導体基板の前記第2の表面との間及び前記第1の非晶質半導体領域と前記半導体基板の前記第2の表面との間に、第2の非晶質半導体層をさらに備え、
    前記第2の非晶質半導体層内に設けられるとともに、前記第2の導電型を有する第2の非晶質半導体領域をさらに備え、
    前記第2の非晶質半導体領域は前記第2の不純物を含み、
    前記第2の非晶質半導体領域は前記第1の非晶質半導体領域と前記第2の表面とに接し、前記第2の非晶質半導体領域を除く前記第2の非晶質半導体層はi型を有し、前記第1の非晶質半導体層と前記第2の表面とに接し、
    前記半導体基板は前記第2の導電型を有する、光電変換素子。
  2. 前記第1の非晶質半導体領域は、前記第1の非晶質半導体層の全厚さにわたって存在する、請求項1に記載の光電変換素子。
  3. 前記半導体基板の前記第2の表面上に設けられるとともに、前記第1の非晶質半導体層と電気的に接続される第1の電極と、
    前記半導体基板の前記第2の表面上に設けられるとともに、前記第1の非晶質半導体領域と電気的に接続される第2の電極とをさらに備える、請求項1または請求項2に記載の光電変換素子。
  4. 前記半導体基板の前記第1の表面上に誘電体層をさらに備える、請求項1から請求項のいずれか1項に記載の光電変換素子。
  5. 第1の表面と前記第1の表面と反対側の第2の表面とを有する半導体基板と、
    前記第2の表面上に設けられるとともに、第1の導電型を有する第1の非晶質半導体層と、
    前記第2の表面上に設けられるとともに、前記第1の導電型と異なる第2の導電型を有する第1の非晶質半導体領域とを備え、
    前記第1の非晶質半導体層は前記第1の導電型を有する第1の不純物を含み、
    前記第1の非晶質半導体領域は前記第1の不純物と前記第2の導電型を有する第2の不純物とを含み、
    前記第1の非晶質半導体層及び前記第1の非晶質半導体領域は、連続して延在する1つの層を構成し、
    前記第1の非晶質半導体層と前記半導体基板の前記第2の表面との間及び前記第1の非晶質半導体領域と前記半導体基板の前記第2の表面との間に、第2の非晶質半導体層をさらに備え、
    前記第2の非晶質半導体層内に設けられるとともに、前記第2の導電型を有する第2の非晶質半導体領域をさらに備え、
    前記第2の非晶質半導体領域は前記第2の不純物を含み、
    前記第2の非晶質半導体領域は前記第1の非晶質半導体領域と前記第2の表面とに接し、前記第2の非晶質半導体領域を除く前記第2の非晶質半導体層はi型を有し、前記第1の非晶質半導体層と前記第2の表面とに接し、
    前記半導体基板は前記第2の導電型を有する、光電変換素子において、
    前記第2の表面上に、前記第2の非晶質半導体層を形成することを備え、
    その後、前記第2の非晶質半導体層上に前記第1の不純物を含む前記第1の非晶質半導体層を形成することを備え、
    その後、前記第1の非晶質半導体層の一部に、前記第2の不純物をドーピングすることで前記第1の非晶質半導体領域を形成することを含む、光電変換素子の製造方法。
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