JP7073341B2 - 光起電装置及び光起電装置の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、光起電装置及び光起電装置の製造方法に関する。
下記特許文献１には、半導体基板の裏面側に、第１導電型半導体膜と、この第１導電型半導体膜に重複するように積層された第２導電型半導体膜とを有する太陽電池が開示されている。第１導電型半導体膜と第２導電型半導体膜の裏面には、共通の透明電極膜が形成される。その後、第１導電型半導体膜と第２導電型半導体膜とがショートするのを防ぐため、第１導電型半導体膜と第２導電型半導体膜との重複領域における透明電極膜が、ウェットエッチングにより分離された太陽電池が開示されている。
しかし、上記の従来の太陽電池においては、長期信頼性が高くなく改善の余地があった。即ち、上記従来の構成においては、第１導電型半導体膜と第２導電型半導体膜との重複領域においては、第１導電型半導体膜と第２導電型半導体膜の表面を保護する機能を有する透明電極膜がエッチングにより除去され、第１導電型半導体膜、及び第２導電型半導体膜の少なくとも一部が露出されてしまい、その結果として、太陽電池の長期信頼性が低くなってしまっていた。
本開示は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、光起電装置の長期信頼性を向上させることにある。
（１）本開示に係る光起電装置は、半導体基板の裏面側に配置された第１導電型半導体膜と、前記半導体基板の裏面側に、少なくとも一部が前記第１導電型半導体膜と平面視で異なる位置に配置された第２導電型半導体膜と、前記第１導電型半導体膜及び前記第２導電型半導体膜の裏面側に設けられ、導電性部と、非導電性の変質部と、を有する保護膜と、前記導電性部の裏面側に設けられた電極膜と、を含み、前記保護膜の変質部は、前記第１導電型半導体膜の裏面と前記第２導電型半導体膜の裏面との導電経路に配置された構成をしている。
（２）上記（１）における光起電装置において、前記変質部は、クラックを有する構成としてもよい。
（３）上記（１）～（２）における光起電装置において、前記保護膜は、その構成材料として、酸化インジウム、酸化亜鉛、酸化錫、酸化チタンの内の少なくとも一つを含む構成としてもよい。
（４）上記（１）における光起電装置において、前記保護膜は酸化インジウムを含み、前記変質部は、他の領域に比べてインジウムが還元されている構成としてもよい。
（５）上記（１）～（４）における光起電装置において、前記電極膜は、その構成材料として、銅、銀の内の少なくとも一つを含む構成としてもよい。
（６）本開示に係る光起電装置の製造方法は、半導体基板の裏面側に、第１導電型半導体膜を形成する第１導電型半導体膜形成ステップと、前記半導体基板の裏面側に、少なくとも一部が前記第１導電型半導体膜と平面視で異なる位置に配置される第２導電型半導体膜を形成する第２導電型半導体膜形成ステップと、前記第１導電型半導体膜及び前記第２導電型半導体膜の裏面側に導電性部を有する保護膜を形成する保護膜形成ステップと、前記導電性部の裏面側に電極膜を形成する電極膜形成ステップと、前記第１導電型半導体膜の裏面と前記第２導電型半導体膜の裏面との導電経路において、前記保護膜に非導電性の変質部を形成する変質部形成ステップと、を含む。
（７）上記（６）における光起電装置の製造方法は、前記変質部形成ステップにおいて、前記変質部は、レーザー照射により形成される方法としてもよい。
（８）上記（６）～（７）における光起電装置の製造方法は、前記変質部形成ステップにおいて、前記電極膜をマスクとして用い、前記保護膜における前記電極膜との接続部においては変質部を形成させない方法としてもよい。
（９）上記（７）における光起電装置の製造方法は、前記変質部形成ステップにおいて、前記レーザー照射は、前記第１導電型半導体膜の裏面と前記第２導電型半導体膜の裏面との導電経路における前記保護膜に対して行う方法としてもよい。
（１０）上記（６）における光起電装置の製造方法は、前記変質部形成ステップにおいて、前記変質部は、プラズマ処理により形成される方法としてもよい。
（１１）上記（１０）における光起電装置の製造方法は、前記変質部形成ステップにおいて、前記プラズマ処理は、水素雰囲気中、又はメタン雰囲気中において行われる方法としてもよい。
（１２）上記（６）～（１１）における光起電装置の製造方法は、前記保護膜形成ステップにおいて、前記保護膜は、酸化インジウム、酸化亜鉛、酸化錫、酸化チタンの内の少なくとも一つを用いて形成される方法としてもよい。
（１３）上記（６）～（１２）における光起電装置の製造方法は、前記電極膜形成ステップにおいて、前記電極膜は、銅又は銀を用いて形成される方法としてもよい。
（１４）上記（１３）における光起電装置の製造方法は、前記電極膜形成ステップにおいて、前記電極膜は、電解めっき法により銅を材料として形成される、方法としてもよい。
本開示の実施形態について、図面を用いて以下に説明する。
［光起電装置１００の構成］
図１は、本実施形態に係る光起電装置１００の裏面側を示す平面図である。
図１は、本実施形態に係る光起電装置１００の裏面側を示す平面図である。
本実施形態における光起電装置１００は半導体基板を有し、その裏面において、図１に示すように、第１導電型用電極膜５０Ａ、第２導電型用電極膜５０Ｂが形成されている。即ち、本実施形態に係る光起電装置１００は、裏面接合型太陽電池であり、受光面とは反対側の裏面側において、生成したキャリアを回収する。
本実施形態においては、第１導電型用電極膜５０Ａ、第２導電型用電極膜５０Ｂはそれぞれ櫛状をしており、第１導電型用電極膜５０Ａの櫛歯の間に、第２導電型用電極膜５０Ｂの櫛歯が入り込んだ構造をしている。
光起電装置１００の裏面において、第１導電型用電極膜５０Ａ、第２導電型用電極膜５０Ｂを形成していない領域においては、絶縁処理を施された保護膜４０の変質部４０Ａが半導体基板の裏面を覆っている。
図２は、図１のII‐II線における断面を示す断面図である。図２においては光起電装置１００における受光面側が下方に表示されており、裏面側が上方に表示されている。
図２に示すように、本実施形態に係る光起電装置１００は、半導体基板１０の裏面側において、第１導電型半導体膜２０、第２導電型半導体膜３０を有する構成をしている。
本実施形態においては、半導体基板１０の裏面側において、第１導電型半導体膜２０と第２導電型半導体膜３０とは、平面視で互いに異なる領域に配置されている。なお、図９に示すように平面視において、第１導電型半導体膜２０の一部と第２導電型半導体膜３０の一部とが、重なるように配置されていても構わない。
そして、第１導電型半導体膜２０、第２導電型半導体膜３０の裏面側には、保護膜４０を設けている。保護膜４０は第１導電型半導体膜２０及び第２導電型半導体膜３０の裏面を保護する機能を有する。
第１導電型半導体膜２０及び第２導電型半導体膜３０の裏面は、保護膜４０を介して電極膜５０に電気的に接続されている。このように保護膜４０は導電性を有する材料からなり、第１導電型半導体膜２０及び第２導電型半導体膜３０と、電極膜５０との電気的接続を可能とする。また、保護膜４０の存在により、電極膜５０から第１導電型半導体膜２０、第２導電型半導体膜３０への金属原子の拡散を抑制することができる。
上述した通り、保護膜４０は導電性を有する材料から構成されるが、第１導電型半導体膜２０の裏面と第２導電型半導体膜３０の裏面との導通を阻害する非導電性の変質部４０Ａを有する構成としている。即ち、保護膜４０は、電極膜５０と電気的に接続される導電性部４０Ｂと、非導電性の変質部４０Ａとを有する。本実施形態においては、少なくとも第１導電型半導体膜２０の裏面と第２導電型半導体膜３０の裏面との導電経路においては、非導電性の変質部４０Ａを有する構成としている。
なお、図９に示した、平面視において、第１導電型半導体膜２０の一部と第２導電型半導体膜３０の一部とが重なる構成においても、第１導電型半導体膜２０の裏面と第２導電型半導体膜３０の裏面との導通を阻害する非導電性の変質部４０Ａを有する構成としている。具体的には、少なくとも第１導電型半導体膜２０の裏面側に積層された第２導電型半導体膜３０の側面から、第１導電型半導体膜２０の裏面までに、非導電性の変質部４０Ａを有する構成としている。即ち、変質部４０Ａが、第１導電型半導体膜２０の裏面と第２導電型半導体膜３０の裏面との導電経路に配置された構成としている。
このような構成により、保護膜４０が、第１導電型半導体膜２０、第２導電型半導体膜３０の表面を保護しつつ、保護膜４０の変質部４０Ａが、第１導電型半導体膜２０と第２導電型半導体膜３０とのショートを防ぐ構成を実現することができるため、光起電装置１００の長期信頼性を向上させる構成を実現させることができるのである。
以下、本実施形態の光起電装置について、より具体的な構成について説明する。
図２に示すように、本実施形態に係る光起電装置１００は、半導体基板１０を備えている。半導体基板１０としては例えば結晶シリコンからなる基板を用意する。本実施形態では、半導体基板１０がｎ型半導体基板である例について説明する。
半導体基板１０の裏面には、第１の真性半導体膜６０が部分的に配置されている。第１の真性半導体膜６０の裏面には第１導電型半導体膜２０が配置されている。第１の真性半導体膜６０と第１導電型半導体膜２０とは、平面視においてその略全体が重なるように配置されている。ここで、第１導電型半導体膜２０は、ｐ型半導体膜でもよくｎ型半導体膜でもよいが、本実施形態においては、第１導電型半導体膜２０が、ｐ型半導体膜である例について説明する。ｐ型半導体膜である第１導電型半導体膜２０は、半導体基板１０で生成された正孔を取り出す。
半導体基板１０の裏面における、第１の真性半導体膜６０を形成していない領域において、第２の真性半導体膜７０が配置されている。第２の真性半導体膜７０の裏面には第２導電型半導体膜３０が配置されている。第２の真性半導体膜７０と第２導電型半導体膜３０とは、平面視においてその略全体が重なるように配置されている。第２導電型半導体膜３０の少なくとも一部は、平面視で第１導電型半導体膜２０と異なる位置に配置される。ここで、第２導電型半導体膜３０は、ｐ型半導体膜でもよくｎ型半導体膜でもよいが、第１導電型半導体膜２０とは逆の導電型を有しており、本実施形態においては、第２導電型半導体膜３０が、ｎ型半導体膜である例について説明する。
図９に示した構成においては、第２の真性半導体膜７０は、第１導電型半導体膜２０の裏面の一部に重なるように配置され、平面視において第２の真性半導体膜７０に重なるように配置された第２導電型半導体膜３０と、第１導電型半導体膜２０とは、平面視において少なくとも一部が重なるように配置される。なお、この構成においても、第２導電型半導体膜３０の少なくとも一部は、平面視で第１導電型半導体膜２０と異なる位置に配置される。
図２に示すように、第１導電型半導体膜２０、第２導電型半導体膜３０の露出する表面には保護膜４０が設けられている。保護膜４０は、その構成材料として、酸化インジウム、酸化亜鉛、酸化錫、酸化チタンの内の少なくとも一つを含む透明導電膜である。
保護膜４０の導電性部４０Ｂの裏面側には電極膜５０が設けられている。第１導電型半導体膜２０の裏面の内の少なくとも一部は、保護膜４０の導電性部４０Ｂを介して電極膜５０に電気的に接続されている。この第１導電型半導体膜２０に電気的に接続される電極膜５０を第１導電型用電極膜５０Ａとする。
また、第２導電型半導体膜３０の裏面の内の少なくとも一部は、保護膜４０の導電性部４０Ｂを介して電極膜５０に電気的に接続されている。この第２導電型半導体膜３０に電気的に接続される電極膜５０を第２導電型用電極膜５０Ｂとする。
これら第１導電型用電極膜５０Ａ、及び第２導電型用電極膜５０Ｂは、その構成材料として、例えば銅、銀の内の少なくとも一つを含む。
上述した通り、保護膜４０は導電性を有する材料からなり、第１導電型半導体膜２０と第１導電型用電極膜５０Ａとの電気的接続、及び第２導電型半導体膜３０と第２導電型用電極膜５０Ｂとの電気的接続を可能とするが、第１導電型半導体膜２０の裏面と第２導電型半導体膜３０の裏面との導通を阻害する非導電性の変質部４０Ａを有している。
本実施形態においては、変質部４０Ａは、結晶内に発生した物理的な境界や、ポテンシャルバリアの増大、極度のキャリア密度の低下により、全体としては非導電性となる。物理的な境界とは、例えば結晶内にクラックのような物理的境界が発生することによって発現する。ポテンシャルバリアの増大や極度のキャリア密度低下は、例えば保護膜４０が酸化インジウムを含む場合、酸化インジウムを還元することで発現する。酸化インジウムが還元されることにより生成する化合物は、結晶構造・組成ともに大幅に秩序が乱れた状態となるため、導電性を発現することができない。インジウムの還元は、例えばプラズマ処理によって実施可能である。
非導電性の変質部４０Ａは、第１導電型半導体膜２０の裏面と第２導電型半導体膜３０の裏面との導電経路に配置され、少なくとも第１導電型半導体膜２０と第２導電型半導体膜３０との境界領域に設けることにより、第１導電型半導体膜２０と第２導電型半導体膜３０とのショートを防ぐ構成を実現することができる。なお、本実施形態においては、第１導電型用電極膜５０Ａと第１導電型半導体膜２０との間、及び第２導電型用電極膜５０Ｂと第２導電型半導体膜３０との間を除く全ての領域において、保護膜４０が変質部４０Ａを有する構成としている。
このような構成により、保護膜４０が、第１導電型半導体膜２０、第２導電型半導体膜３０の表面を保護しつつ、保護膜４０の変質部４０Ａが、第１導電型半導体膜２０と第２導電型半導体膜３０とのショートを防ぐ構成を実現することができるため、光起電装置１００の長期信頼性を向上させる構成を実現させることができるのである。
［光起電装置１００の製造方法］
以下、本実施形態に係る光起電装置１００の製造方法について、図２から図８を用いて説明する。図２から図８は、図１のII‐II線における断面を示す断面図である。図２から図８においては光起電装置１００における受光面側が下方に表示されており、裏面側が上方に表示されている。
以下、本実施形態に係る光起電装置１００の製造方法について、図２から図８を用いて説明する。図２から図８は、図１のII‐II線における断面を示す断面図である。図２から図８においては光起電装置１００における受光面側が下方に表示されており、裏面側が上方に表示されている。
［半導体基板準備ステップ］
まず図３に示すように、半導体基板１０を準備する。半導体基板１０としては、例えば、単結晶シリコン基板を用いることができる。単結晶シリコン基板としては、ｎ型単結晶シリコン基板とｐ型単結晶シリコン基板を用いることができるが、結晶基板内のキャリア寿命の長さから、ｎ型単結晶シリコン基板を用いることが好ましい。即ち、ｐ型単結晶シリコンにおいては、光照射によってｐ型ドーパントであるＢ（ホウ素）が影響して再結合中心となるＬＩＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｉｎｄｕｃｅｄ Ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ）が起こる場合があるが、半導体基板１０としてｎ型単結晶シリコン基板を用いることにより、ＬＩＤの発生を抑制することができる。
まず図３に示すように、半導体基板１０を準備する。半導体基板１０としては、例えば、単結晶シリコン基板を用いることができる。単結晶シリコン基板としては、ｎ型単結晶シリコン基板とｐ型単結晶シリコン基板を用いることができるが、結晶基板内のキャリア寿命の長さから、ｎ型単結晶シリコン基板を用いることが好ましい。即ち、ｐ型単結晶シリコンにおいては、光照射によってｐ型ドーパントであるＢ（ホウ素）が影響して再結合中心となるＬＩＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｉｎｄｕｃｅｄ Ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ）が起こる場合があるが、半導体基板１０としてｎ型単結晶シリコン基板を用いることにより、ＬＩＤの発生を抑制することができる。
半導体基板１０に用いる単結晶シリコン基板としては、膜厚が５０～２００μｍが好ましく、６０～１８０μｍがより好ましく、７０～１８０μｍが更に好ましい。この範囲の膜厚の基板を用いることにより、より材料コストを低減することができる。
半導体基板１０は、光閉じ込めの観点から、入射面側にテクスチャ構造と呼ばれる凹凸構造を有することが好ましい。
また、半導体基板１０の入射面側、即ち、図３に示す下方側は、パッシベーション膜と反射防止膜とをこの順に有するものが好ましい。パッシベーション膜としては、キャリア再結合を抑制することができ、表面欠陥を終端することができれば種類を問わないが、真性シリコン膜が好ましく用いられる。反射防止膜としては、屈折率１．５～２．３程度の透光性膜が好ましく用いられ、特に好ましくはＳｉＯ、ＳｉＮ、ＳｉＯＮが用いられる。反射防止膜の形成方法は特に問わないが、精密な膜厚制御が可能なＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法による製膜が好ましい。ＣＶＤ法による製膜であれば、材料ガスや製膜条件をコントロールすることで、膜質を制御することが可能である。
［第１の真性半導体膜形成ステップ］
次に、図３に示すように、半導体基板１０の裏面に、例えばプラズマＣＶＤ法により第１の真性半導体膜６０を形成する。第１の真性半導体膜６０は、後述する第１導電型半導体膜形成ステップにおいて形成する第１導電型半導体膜２０を形成する領域と同じ領域に形成する。
次に、図３に示すように、半導体基板１０の裏面に、例えばプラズマＣＶＤ法により第１の真性半導体膜６０を形成する。第１の真性半導体膜６０は、後述する第１導電型半導体膜形成ステップにおいて形成する第１導電型半導体膜２０を形成する領域と同じ領域に形成する。
第１の真性半導体膜６０を、第１導電型半導体膜２０と半導体基板１０との間に形成しておくことで、半導体基板１０の表面欠陥が終端され、ライフタイムを向上させることができ、光起電装置１００としての出力を向上させることができる。
［第１導電型半導体膜形成ステップ］
次に、図４に示すように、第１の真性半導体膜６０の裏面に、例えばプラズマＣＶＤ法により第１導電型半導体膜２０を形成する。第１導電型半導体膜２０は、第１の真性半導体膜６０と平面視においてその略全体が重なるように形成する。第２導電型半導体膜３０は、ｐ型半導体膜でもよくｎ型半導体膜でもよいが、本実施形態においては、第１導電型半導体膜２０を、ｐ型半導体膜によって構成する例を説明する。
次に、図４に示すように、第１の真性半導体膜６０の裏面に、例えばプラズマＣＶＤ法により第１導電型半導体膜２０を形成する。第１導電型半導体膜２０は、第１の真性半導体膜６０と平面視においてその略全体が重なるように形成する。第２導電型半導体膜３０は、ｐ型半導体膜でもよくｎ型半導体膜でもよいが、本実施形態においては、第１導電型半導体膜２０を、ｐ型半導体膜によって構成する例を説明する。
第１導電型半導体膜２０を形成する上で用いる材料としては、非晶質シリコン薄膜、微結晶シリコン（非晶質シリコンと結晶質シリコンとを含む薄膜）等、非晶質成分を含む非晶質シリコン膜を含むことが望ましい。また、ドーパント不純物としては、Ｂ（ホウ素）などを用いることができる。
第１導電型半導体膜２０の製膜方法は特に限定されないが、例えばＣＶＤ法を使用することができる。ＣＶＤ法を用いることにより、第１導電型半導体膜２０と第２導電型半導体膜３０とを同一面内に形成することができる。ＣＶＤ法を用いる場合、ＳｉＨ４ガスを用い、ドーパント添加ガスとしては、水素希釈されたＢ２Ｈ６が好ましく用いられる。なお、ドーパント不純物の添加量は微量でよいため、予めＳｉＨ４やＨ２で希釈された混合ガスを用いることが好ましい。第１導電型半導体膜２０の製膜時に、ＣＨ４、ＣＯ２、ＮＨ３、ＧｅＨ４等の異種元素を含むガスを添加して、シリコン系薄膜を合金化することにより、シリコン系薄膜のエネルギーギャップを変更することもできる。また、光の透過性を向上させるために酸素や炭素といった不純物を微量添加しても良い。その場合、ＣＯ２やＣＨ４といったガスをＣＶＤ製膜の際に導入することにより形成することができる。
［第２の真性半導体膜形成ステップ］
次に、図５に示すように、半導体基板１０の裏面における、第１の真性半導体膜６０を形成していない領域に、例えばプラズマＣＶＤ法を用いて、第２の真性半導体膜７０を形成する。即ち、第２の真性半導体膜７０は、平面視において少なくともその一部が、第１導電型半導体膜２０と異なる位置に形成する。
次に、図５に示すように、半導体基板１０の裏面における、第１の真性半導体膜６０を形成していない領域に、例えばプラズマＣＶＤ法を用いて、第２の真性半導体膜７０を形成する。即ち、第２の真性半導体膜７０は、平面視において少なくともその一部が、第１導電型半導体膜２０と異なる位置に形成する。
なお、図９に示した構成を製造する場合は、第２の真性半導体膜７０を、第１の真性半導体膜６０を形成していない領域から第１導電型半導体膜２０の裏面の一部に重なるように形成する。
［第２導電型半導体膜形成ステップ］
次に、図６に示すように、第２の真性半導体膜７０の裏面に、例えばプラズマＣＶＤ法により第２導電型半導体膜３０を形成する。第２導電型半導体膜３０は、第２の真性半導体膜７０と平面視においてその略全体が重なるように形成する。第２導電型半導体膜３０は、平面視において少なくともその一部が、第１導電型半導体膜２０と異なる位置に配置される。
次に、図６に示すように、第２の真性半導体膜７０の裏面に、例えばプラズマＣＶＤ法により第２導電型半導体膜３０を形成する。第２導電型半導体膜３０は、第２の真性半導体膜７０と平面視においてその略全体が重なるように形成する。第２導電型半導体膜３０は、平面視において少なくともその一部が、第１導電型半導体膜２０と異なる位置に配置される。
なお、図９に示した構成を製造する場合は、第２の真性半導体膜形成ステップにおいて、第２の真性半導体膜７０は、第１導電型半導体膜２０の裏面の一部に重なるように形成しているため、この第２の真性半導体膜７０と平面視において重なるように形成する第２導電型半導体膜３０は、第１導電型半導体膜２０と平面視において少なくとも一部が重なるように形成されることとなる。なお、図９に示した構成を製造する場合においても、第２導電型半導体膜３０は、平面視において少なくともその一部が、第１導電型半導体膜２０と異なる位置に配置されるよう形成する。
ここで、第２導電型半導体膜３０は、ｐ型半導体膜でもよくｎ型半導体膜でもよいが、第１導電型半導体膜２０と逆の導電型を有し、本実施形態においては、第２導電型半導体膜３０を、ｎ型半導体膜によって構成する例について説明する。
第２導電型半導体膜３０を形成する上で用いる材料としては、非晶質シリコン薄膜、微結晶シリコン等、非晶質成分を含む非晶質シリコン膜を含むことが望ましい。また、ドーパント不純物としては、Ｐ（リン）などを用いることができる。
第２導電型半導体膜３０の製膜方法は特に限定されないが、例えばＣＶＤ法を使用することができる。ＣＶＤ法を用いることにより、第１導電型半導体膜２０と第２導電型半導体膜３０とを同一面内に形成することができる。ＣＶＤ法を用いる場合、ＳｉＨ４ガスを用い、ドーパント添加ガスとしては、水素希釈されたＰＨ３が好ましく用いられる。なお、ドーパント不純物の添加量は微量でよいため、予めＳｉＨ４やＨ２で希釈された混合ガスを用いることが好ましい。第１導電型半導体膜２０の製膜時に、ＣＨ４、ＣＯ２、ＮＨ３、ＧｅＨ４等の異種元素を含むガスを添加して、シリコン系薄膜を合金化することにより、シリコン系薄膜のエネルギーギャップを変更することもできる。また、光の透過性を向上させるために酸素や炭素といった不純物を微量添加しても良い。その場合、ＣＯ２やＣＨ４といったガスをＣＶＤ製膜の際に導入することにより形成することができる。
［保護膜形成ステップ］
次に、図７に示すように、第１導電型半導体膜２０及び第２導電型半導体膜３０の裏面にスパッタ法や、ＭＯＣＶＤ法等によって保護膜４０を形成する。保護膜４０の構成材料としては、酸化インジウム、酸化亜鉛、酸化錫、酸化チタン、及びそれらの複合酸化物等の透明導電性金属酸化物を用いる。上述した構成材料の中でも、高い導電率と透明性の観点からは、酸化インジウムを主成分とするインジウム系複合酸化物を保護膜４０として用いることが好ましい。また、信頼性やより高い導電率を確保する為に、酸化インジウムにドーパントを添加して用いることが更に好ましい。ドーパントとして用いる不純物としては、Ｓｎ、Ｗ、Ｃｅ、Ｚｎ、Ａｓ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｓ、Ｔｉ等が挙げられる。
次に、図７に示すように、第１導電型半導体膜２０及び第２導電型半導体膜３０の裏面にスパッタ法や、ＭＯＣＶＤ法等によって保護膜４０を形成する。保護膜４０の構成材料としては、酸化インジウム、酸化亜鉛、酸化錫、酸化チタン、及びそれらの複合酸化物等の透明導電性金属酸化物を用いる。上述した構成材料の中でも、高い導電率と透明性の観点からは、酸化インジウムを主成分とするインジウム系複合酸化物を保護膜４０として用いることが好ましい。また、信頼性やより高い導電率を確保する為に、酸化インジウムにドーパントを添加して用いることが更に好ましい。ドーパントとして用いる不純物としては、Ｓｎ、Ｗ、Ｃｅ、Ｚｎ、Ａｓ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｓ、Ｔｉ等が挙げられる。
保護膜４０は、スパッタ法や、ＭＯＣＶＤ法等によって形成するため、第１導電型半導体膜２０、第２導電型半導体膜３０の露出する裏面に均一に製膜される。保護膜４０は、第１導電型半導体膜２０の裏面から第２導電型半導体膜３０の裏面にまで、連続的に形成されており、この時点では第１導電型半導体膜２０の裏面と、第２導電型半導体膜３０の裏面とは、この保護膜４０によって、電気的に接続されていることになる。
なお、図９に示した構成を製造する場合においては、保護膜４０は、第１導電型半導体膜２０の裏面から第２導電型半導体膜３０の裏面にまで、連続的に形成されており、この時点では第１導電型半導体膜２０の裏面と、第２導電型半導体膜３０の裏面とは、この保護膜４０によって、電気的に接続されていることになる。
［電極膜形成ステップ］
次に図８に示すように、導電性を有する保護膜４０の裏面側に、第１導電型用電極膜５０Ａを形成する。第１導電型用電極膜５０Ａは、透明導電膜からなる保護膜４０を介して第１導電型半導体膜２０と電気的に接続される。
次に図８に示すように、導電性を有する保護膜４０の裏面側に、第１導電型用電極膜５０Ａを形成する。第１導電型用電極膜５０Ａは、透明導電膜からなる保護膜４０を介して第１導電型半導体膜２０と電気的に接続される。
また、導電性を有する保護膜４０の裏面側に、第２導電型用電極膜５０Ｂを形成する。第２導電型用電極膜５０Ｂは、透明導電膜からなる保護膜４０を介して第２導電型半導体膜３０に電気的に接続される。
これら第１導電型用電極膜５０Ａ、第２導電型用電極膜５０Ｂは、その構成材料として例えば銅、又は銀などを用いて形成される。銅を構成材料として用いる場合、予め、電極膜５０を形成しない領域にレジストを形成し、保護膜４０からの電気的接続を生かして、電界めっき法により電極膜５０を形成し、その後にレジストを除去する。銀を構成材料として用いる場合には、銀ペーストによるスクリーン印刷法を用いて電極膜５０を形成する。
なお、第１導電型用電極膜５０Ａ、第２導電型用電極膜５０Ｂの材料は、少なくとも金属電極膜を有していれば、特に限定されず、形成方法も特に問わない。金属電極膜としては、一般に、インクジェット法、スクリーン印刷法、導線接着法、スプレー法、真空蒸着法、スパッタ法等の公知技術によって形成することが可能である。銀ペーストを用いた印刷法による銀電極や、電界めっき法による銅めっき電極が好ましく用いられる。
［変質部形成ステップ］
次に、図２に示すように、保護膜４０の一部に、第１導電型半導体膜２０の裏面と第２導電型半導体膜３０の裏面との導通を阻害する非導電性の変質部４０Ａを形成する。本実施形態においては、変質部４０Ａの形成領域としては、少なくとも第１導電型半導体膜２０の裏面と第２導電型半導体膜３０の裏面との導電経路において形成する。
次に、図２に示すように、保護膜４０の一部に、第１導電型半導体膜２０の裏面と第２導電型半導体膜３０の裏面との導通を阻害する非導電性の変質部４０Ａを形成する。本実施形態においては、変質部４０Ａの形成領域としては、少なくとも第１導電型半導体膜２０の裏面と第２導電型半導体膜３０の裏面との導電経路において形成する。
図９に示す構成においても、第１導電型半導体膜２０の裏面と第２導電型半導体膜３０の裏面との導通を阻害する非導電性の変質部４０Ａを形成する。図９に示す構成においては、第１導電型半導体膜２０の裏面側に積層された第２導電型半導体膜３０の側面から、第１導電型半導体膜２０の裏面までに、非導電性の変質部４０Ａを形成する。即ち、変質部４０Ａを、第１導電型半導体膜２０の裏面と第２導電型半導体膜３０の裏面との導電経路において形成する。
この変質部４０Ａは、例えば保護膜４０にレーザーを照射することにより形成することができる。レーザーを保護膜４０に照射することにより、物理的境界が発生し、非導電性が発現する。
保護膜４０にレーザーを照射する条件の一例としては、波長３０８ｎｍのパルスレーザーを、パルス幅１５０ｎｓにて、膜厚１００ｎｍの保護膜４０における変質部４０Ａの形成領域に照射する。
なお、変質部形成ステップにおいて、レーザー照射は、第１導電型半導体膜２０の裏面と第２導電型半導体膜３０の裏面とのショートを防ぐ目的からすれば、第１導電型半導体膜２０の裏面と第２導電型半導体膜３０の裏面との導電経路に対して行えば足りるが、本実施形態においては、保護膜４０の裏面、及び電極膜５０の裏面全体に対してレーザー照射を行う。
裏面全体にレーザー照射を行う製造方法とすることにより、電極膜５０と保護膜４０との位置合わせなどを行うことなくレーザー照射を行うことができ、製造効率を向上させることができる。
また、レーザーが電極膜５０に照射されたとしても、この電極膜５０がマスクとして機能し、第１導電型用電極膜５０Ａと第１導電型半導体膜２０との間に介在する保護膜４０、及び第２導電型用電極膜５０Ｂと第２導電型半導体膜３０との間に介在する保護膜４０は、変質されずに本来の導電性を保つことができる。そのため、第１導電型半導体膜２０と第１導電型用電極膜５０Ａとの電気的接続、及び第２導電型半導体膜３０と第２導電型用電極膜５０Ｂとの電気的接続を保ったまま、第１導電型半導体膜２０の裏面と第２導電型半導体膜３０の側面とのショートを防ぐ構成を、このレーザー照射ステップによる一つの工程で実現することができる。
更に、エッチングにより透明導電膜を分離することがないため、分離するためのマージンを設けておく必要がなく、光起電装置１００の設計自由度を向上させることができる。
なお、本実施形態においては、保護膜４０にレーザーを照射することにより変質部４０Ａを形成する方法を説明したが、その他、水素雰囲気中やメタン雰囲気中において、プラズマ処理を行うことにより、変質部４０Ａにおいて、インジウムが還元された状態とすることにより、変質部４０Ａを高抵抗化する方法をとってもよい。プラズマ処理は、例えば水素プラズマによって実施でき、処理時にメタン、ジボラン、シラン、ホスフィン等の化合物系のガスを０．０１％～３％程度微量添加することで、電極のエッチングを抑制することが可能である。
この水素雰囲気中やメタン雰囲気中におけるプラズマ処理を用いる方法においても、上述したレーザー照射による製造方法と同等のメリットを得ることができる。即ち、電極膜５０と保護膜４０との位置合わせなどを行う必要がなく、製造効率を向上させることができる。また、電極膜５０がマスクとして機能し、第１導電型用電極膜５０Ａと第１導電型半導体膜２０との間に介在する保護膜４０、及び第２導電型用電極膜５０Ｂと第２導電型半導体膜３０との間に介在する保護膜４０は、変質されずに本来の導電性を保つことができる。そのため、第１導電型半導体膜２０と第１導電型用電極膜５０Ａとの電気的接続、及び第２導電型半導体膜３０と第２導電型用電極膜５０Ｂとの電気的接続を保ったまま、第１導電型半導体膜２０の裏面と第２導電型半導体膜３０の側面とのショートを防ぐ構成を、プラズマ処理による一つの工程で実現することができる。更に、エッチングにより透明導電膜を分離することがないため、分離するためのマージンを設けておく必要がなく、光起電装置の設計自由度を向上させることができる。
ただし、変質部４０Ａ形成方法としてレーザー照射を採用することにより、真空プロセスを必要とせず、また、第１導電型用電極膜５０Ａ、第２導電型用電極膜５０Ｂをガスにさらして変質させてしまうことがないため望ましい。また、保護膜４０に局所的に変質部４０Ａを生成する場合においては、照射部分の広がりが少ない点でレーザー照射を用いることが望ましい。
Claims (5)
- 半導体基板の裏面側に、第１導電型半導体膜を形成する第１導電型半導体膜形成ステップと、
前記半導体基板の裏面側に、少なくとも一部が前記第１導電型半導体膜と平面視で異なる位置に配置される第２導電型半導体膜を形成する第２導電型半導体膜形成ステップと、
前記第１導電型半導体膜及び前記第２導電型半導体膜の裏面側に導電性を有する保護膜を形成する保護膜形成ステップと、
前記保護膜の裏面側に電極膜を形成する電極膜形成ステップと、
メタン、ジボラン、シラン又はホスフィンを０．０１％～３％添加した水素雰囲気中においてプラズマ処理を行うことにより、前記第１導電型半導体膜の裏面と前記第２導電型半導体膜の裏面との導電経路において、前記保護膜に非導電性の変質部を形成する変質部形成ステップと、
を含む、光起電装置の製造方法。 - 前記変質部形成ステップにおいて、前記電極膜をマスクとして用い、前記保護膜における前記電極膜との接続部においては変質部を形成させない、
請求項１に記載の光起電装置の製造方法。 - 前記保護膜形成ステップにおいて、前記保護膜は、酸化インジウム、酸化亜鉛、酸化錫、酸化チタンの内の少なくとも一つを用いて形成される、
請求項１又は２に記載の光起電装置の製造方法。 - 前記電極膜形成ステップにおいて、前記電極膜は、銅又は銀を用いて形成される、
請求項１乃至３のいずれか一つに記載の光起電装置の製造方法。 - 前記電極膜形成ステップにおいて、前記電極膜は、電解めっき法により銅を材料として形成される、
請求項４に記載の光起電装置の製造方法。
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