JPH0823109A - Solar battery - Google Patents

Solar battery

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Publication number
JPH0823109A
JPH0823109A JP6153330A JP15333094A JPH0823109A JP H0823109 A JPH0823109 A JP H0823109A JP 6153330 A JP6153330 A JP 6153330A JP 15333094 A JP15333094 A JP 15333094A JP H0823109 A JPH0823109 A JP H0823109A
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JP
Japan
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thin film
diamond thin
semiconductor layer
crystalline silicon
silicon semiconductor
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Pending
Application number
JP6153330A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Makoto Nishida
誠 西田
Minoru Kaneiwa
実 兼岩
Satoshi Okamoto
諭 岡本
Ichiro Yamazaki
一郎 山嵜
Hitoshi Sannomiya
仁 三宮
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.)
Sharp Corp
Original Assignee
Sharp Corp
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Filing date
Publication date
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Publication of JPH0823109A publication Critical patent/JPH0823109A/en
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    • 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

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  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

PURPOSE:To provide a solar battery with less re-coupling of carries and high photoelectric conversion efficiency. CONSTITUTION:An n-type layer is formed on a p-type crystal silicon substrate 5. A p-type diamond thin film 6 is provided on a side opposite to the junction. The diamond thin film 6 has an energy forbidden band width greater than that of the p-type crystal silicon substrate 5. In addition, the diamond thin film 6 has an impurity density higher than that of the p-type crystal silicon substrate 5. Therefore, on the interface between the diamond thin film 6 and the p-type silicon substrate 5, a high potential barrier can be produced. The diamond thin film 6 deteriorate little in film quality even with high density of impurity contained therein. Therefore, the diamond thin film 6 can extract majority of carriers from the p-type silicon substrate 5 with higher efficiency.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は太陽電池に関し、光電交
換効率が改善された太陽電池に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a solar cell, and more particularly to a solar cell having improved photoelectric exchange efficiency.

【0002】[0002]

【従来の技術】シリコン半導体太陽電池は、pn接合を利
用したエネルギー変換器である。
2. Description of the Related Art A silicon semiconductor solar cell is an energy converter utilizing a pn junction.

【0003】従来、エネルギー変換効率を高めるため
に、次ぎのに示す構造にして、基板表面での少数キ
ャリアの再結合を減らすようにしたものがある。
In order to improve the energy conversion efficiency, there is a conventional structure in which the recombination of minority carriers on the substrate surface is reduced by the following structure.

【0004】 基板表面に、酸化膜や窒化膜等のいわ
ゆるパッシベーション膜を形成し、基板表面を安定化さ
せることによって、再結合中心を減らすようにしたも
の。
A so-called passivation film such as an oxide film or a nitride film is formed on the surface of the substrate to stabilize the surface of the substrate to reduce recombination centers.

【0005】 半導体基板の表面に、基板本体と同一
導電型である高い不純物濃度の層を形成することによっ
て、基板との間に電界をつくり、この電界によって少数
キャリアを基板表面から遠ざけるようにしたもの。
By forming a high impurity concentration layer having the same conductivity type as the substrate body on the surface of the semiconductor substrate, an electric field is created between the semiconductor substrate and the substrate, and the electric field keeps the minority carriers away from the substrate surface. thing.

【0006】上記の構造において、上記電界が、光入
射側に形成された場合には、フロント・サーフィス・フ
ィールドつまりFSF(Front Surface Field)と呼ば
れ、上記電界が、光入射側の反対側に形成された場合に
は、バック・サーフィス・フィールドつまりBSF(Ba
ck Surface Field)と呼ばれている。
In the above structure, when the electric field is formed on the light incident side, it is called a front surface field or FSF (Front Surface Field), and the electric field is formed on the opposite side to the light incident side. If formed, the back surface field or BSF (Ba
ck Surface Field).

【0007】上記電界は、シリコン基板中へ不純物イオ
ンを打ち込むことや、シリコン基板中に不純物をガス拡
散することや、シリコン基板中に不純物を印刷焼成する
ことや、シリコン基板中に不純物を蒸着アロイすること
によって、作り出すことができる。
The above-mentioned electric field implants impurity ions into the silicon substrate, gas diffuses the impurities into the silicon substrate, prints and fires the impurities into the silicon substrate, and vapor-deposits the impurities into the silicon substrate. It can be created by doing.

【0008】また、上記電界は、シリコン基板上に、結
晶シリコンよりエネルギー禁制帯幅が広い同一導電型の
不純物を高濃度に添加したシリコン微結晶薄膜あるいは
炭化シリコン微結晶薄膜や非晶質薄膜を堆積することに
よっても作製できる(特公平5−63103あるいは特
公平5−75189)。
Further, the electric field causes a silicon microcrystalline thin film, a silicon carbide microcrystalline thin film, or an amorphous thin film in which an impurity of the same conductivity type having a wider energy forbidden band width than crystalline silicon is added at a high concentration on the silicon substrate. It can also be produced by depositing (Japanese Patent Publication No. 5-63103 or Japanese Patent Publication No. 5-75189).

【0009】上記単結晶シリコン基板上に、上記単結晶
シリコン基板よりもエネルギー禁制帯幅が広い薄膜を形
成して上記単結晶シリコン基板表面での少数キャリアを
電界によって基板表面から遠ざけるためには、エネルギ
ー禁制帯幅が約1.1eVである単結晶シリコン基板の
上に、エネルギー禁制帯幅が約1.9〜2.0eVであ
るシリコン微結晶薄膜もしくはエネルギー禁制帯幅が約
1.8〜2.3eVである炭化シリコン微結晶薄膜ある
いは非晶質薄膜を形成する必要がある。
In order to form a thin film having an energy forbidden band width wider than that of the single crystal silicon substrate on the single crystal silicon substrate to move minority carriers on the surface of the single crystal silicon substrate away from the substrate surface by an electric field, On a single crystal silicon substrate having an energy band gap of about 1.1 eV, a silicon microcrystalline thin film having an energy band gap of about 1.9 to 2.0 eV or an energy band gap of about 1.8 to 2 is formed. It is necessary to form a silicon carbide microcrystalline thin film or an amorphous thin film of 0.3 eV.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記微結晶
薄膜および非晶質薄膜に不純物を高濃度に添加した膜で
は、膜質が悪く膜中でのキャリアの再結合が多くなる。
そのため、高濃度に不純物を添加した上記微結晶薄膜お
よび非晶質薄膜をシリコン基板に堆積しても高い電界効
果を得ることができないという問題がある。
However, in a film obtained by adding a high concentration of impurities to the above-mentioned microcrystalline thin film and amorphous thin film, the film quality is poor and the recombination of carriers in the film increases.
Therefore, there is a problem that a high electric field effect cannot be obtained even if the above-mentioned microcrystalline thin film and amorphous thin film doped with impurities at a high concentration are deposited on a silicon substrate.

【0011】そこで、本発明の目的は、キャリアの再結
合が少なく光電変換効率の高い太陽電池を提供すること
にある。
[0011] Therefore, an object of the present invention is to provide a solar cell with a small recombination of carriers and a high photoelectric conversion efficiency.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項1の発明は、第1導電型の結晶シリコン半導
体層と第2導電型の結晶シリコン半導体層とが接合され
ている結晶シリコン太陽電池において、上記第1導電型
の結晶シリコン半導体層の接合面の反対側にある上記第
1導電型の結晶シリコン半導体層の反対面に形成された
第1導電型のダイヤモンド薄膜を有し、上記ダイヤモン
ド薄膜は、上記第1導電型の結晶シリコン半導体層が有
しているエネルギー禁制帯幅よりも広いエネルギー禁制
帯幅を有していることを特徴としている。
In order to achieve the above object, the invention of claim 1 is a crystalline silicon in which a first conductivity type crystalline silicon semiconductor layer and a second conductivity type crystalline silicon semiconductor layer are joined. In the solar cell, having a diamond film of the first conductivity type formed on the opposite surface of the crystalline silicon semiconductor layer of the first conductivity type on the opposite side of the bonding surface of the crystalline silicon semiconductor layer of the first conductivity type, The diamond thin film is characterized by having an energy bandgap wider than the energy bandgap of the first-conductivity-type crystalline silicon semiconductor layer.

【0013】また、請求項2の発明は、第1導電型の結
晶シリコン半導体層と第2導電型の結晶シリコン半導体
層とが接合されている結晶シリコン太陽電池において、
上記第1導電型の結晶シリコン半導体層の接合面の反対
側にある上記第1導電型の結晶シリコン半導体層の反対
面に形成された第1導電型のダイヤモンド薄膜を有し、
上記ダイヤモンド薄膜は、上記第1導電型の結晶シリコ
ン半導体層が含んでいる不純物の濃度よりも高濃度の不
純物を含んでいることを特徴としている。
Further, the invention of claim 2 is a crystalline silicon solar cell in which a crystalline silicon semiconductor layer of the first conductivity type and a crystalline silicon semiconductor layer of the second conductivity type are joined together,
A first conductivity type diamond thin film formed on the opposite surface of the first conductivity type crystalline silicon semiconductor layer on the opposite side of the bonding surface of the first conductivity type crystalline silicon semiconductor layer;
The diamond thin film is characterized by containing impurities at a concentration higher than that of the first conductivity type crystalline silicon semiconductor layer.

【0014】また、請求項3の発明は、第1導電型の結
晶シリコン半導体層と第2導電型の結晶シリコン半導体
層とが接合されている結晶シリコン太陽電池において、
上記第1導電型の結晶シリコン半導体層の接合面の反対
側にある上記第1導電型の結晶シリコン半導体層の反対
面に形成された第1導電型のダイヤモンド薄膜を有し、
上記ダイヤモンド薄膜は、上記第1導電型の結晶シリコ
ン半導体層が有しているエネルギー禁制帯幅よりも広い
エネルギー禁制帯幅を有し、かつ、上記第1導電型の結
晶シリコン半導体層が含んでいる不純物の濃度よりも高
濃度の不純物を含んでいることを特徴としている。
Further, the invention of claim 3 is a crystalline silicon solar cell in which a crystalline silicon semiconductor layer of the first conductivity type and a crystalline silicon semiconductor layer of the second conductivity type are joined together,
A first conductivity type diamond thin film formed on the opposite surface of the first conductivity type crystalline silicon semiconductor layer on the opposite side of the bonding surface of the first conductivity type crystalline silicon semiconductor layer;
The diamond thin film has an energy forbidden band width wider than that of the first conductivity type crystalline silicon semiconductor layer, and the first conductivity type crystalline silicon semiconductor layer includes the energy forbidden band width. It is characterized in that it contains a higher concentration of impurities than the concentration of impurities.

【0015】また、請求項4の発明は、請求項1乃至3
のいずれか1つに記載の太陽電池において、上記ダイヤ
モンド薄膜は、20nm以上の膜厚を有していることを特
徴としている。
The invention of claim 4 relates to claims 1 to 3.
In the solar cell described in any one of the above 1, the diamond thin film has a film thickness of 20 nm or more.

【0016】また、請求項5の発明は、請求項1乃至4
のいずれか1つに記載の太陽電池において、上記ダイヤ
モンド薄膜は、水素を含んでいることを特徴としてい
る。
The invention of claim 5 relates to claims 1 to 4.
In the solar cell according to any one of items 1 to 3, the diamond thin film contains hydrogen.

【0017】[0017]

【作用】請求項1の発明の太陽電池は、上記第1導電型
の結晶シリコン半導体層の反対面に、第1導電型のダイ
ヤモンド薄膜が形成されている。そして、上記ダイヤモ
ンド薄膜は、結晶シリコン半導体層に比べて十分に大き
なエネルギー禁制帯幅を有している。そして、上記ダイ
ヤモンド薄膜は、エネルギー禁制帯幅が約5.5eVであ
るから、従来の微結晶薄膜や非晶質薄膜に比べても、大
きなエネルギー禁制帯幅を持っている。したがって、上
記ダイヤモンド薄膜と上記第1導電型シリコン半導体層
との界面に、従来よりも高い電位障壁が生じる。したが
って、従来よりも多くの少数キャリアが上記界面近傍か
ら上記第1導電型シリコン半導体層の内部のより奥深く
まで押し戻される。したがって、上記界面での少数キャ
リアの再結合がより大幅に抑制され、従来に比べて、キ
ャリアを効率的に収集することができる。また、上記第
1導電型のダイヤモンド薄膜は、結晶シリコン半導体層
はもちろん従来の微結晶薄膜や非品質薄膜よりも大きな
エネルギー禁則帯幅(約5.5eV,光のエネルギーでは
波長約0.23μmに相当する)を有しているから、この
ダイヤモンド薄膜では5.5eV以下,波長約0.23μ
m以上の光は吸収されにくい(禁制帯内準位に関与する
吸収がある)。結晶シリコン太陽電池の場合は、光電変
換に利用できる光の波長は約0.3〜1.2μmである。
従って、この発明によれば、光の吸収量を小さくでき、
光電変換効率が向上する。例えば、このダイヤモンド薄
膜を裏面側に用いた場合は、シリコン基板と通過した光
(実際には波長約1.0μm以上)は裏面金属電極で反射
され、再びシリコン半導体層に戻され光電変換に利用さ
れる。また、受光面側に用いても、ダイヤモンド薄膜で
波長約0.3〜1.2μmの光が吸収されてしまうことな
くシリコン半導体層に到達し光電変換が行われる。
In the solar cell of the first aspect of the present invention, the first conductivity type diamond thin film is formed on the surface opposite to the first conductivity type crystalline silicon semiconductor layer. The diamond thin film has a sufficiently large energy band gap as compared with the crystalline silicon semiconductor layer. Since the diamond thin film has an energy band gap of about 5.5 eV, it has a larger energy band gap than conventional microcrystalline thin films and amorphous thin films. Therefore, at the interface between the diamond thin film and the first-conductivity-type silicon semiconductor layer, a potential barrier higher than the conventional one is generated. Therefore, more minority carriers than in the past are pushed back from the vicinity of the interface to a deeper inside of the first conductivity type silicon semiconductor layer. Therefore, the recombination of the minority carriers at the interface is further suppressed, and the carriers can be collected more efficiently than in the conventional case. In addition, the first conductivity type diamond thin film has a larger energy band gap (about 5.5 eV, a wavelength of about 0.23 μm for light energy) than that of a conventional crystalline silicon semiconductor layer or a conventional microcrystalline thin film or a non-quality thin film. (Equivalent), the diamond thin film has a wavelength of 5.5 eV or less and a wavelength of about 0.23μ.
Light above m is difficult to be absorbed (there is absorption related to the level in the forbidden band). In the case of a crystalline silicon solar cell, the wavelength of light available for photoelectric conversion is about 0.3 to 1.2 μm.
Therefore, according to the present invention, the amount of light absorption can be reduced,
The photoelectric conversion efficiency is improved. For example, when this diamond thin film is used on the back side, the light passing through the silicon substrate and
(Actually, the wavelength is about 1.0 μm or more) is reflected by the back surface metal electrode, returned to the silicon semiconductor layer and used for photoelectric conversion. Even when used on the light-receiving surface side, light having a wavelength of about 0.3 to 1.2 μm is not absorbed by the diamond thin film and reaches the silicon semiconductor layer for photoelectric conversion.

【0018】また、請求項2の発明の太陽電池は、上記
第1導電型の結晶シリコン半導体層の反対面に、第1導
電型のダイヤモンド薄膜が形成されている。そして、上
記ダイヤモンド薄膜は、上記第1導電型シリコン半導体
層よりも高濃度の不純物を含んでおり、しかも、ダイヤ
モンド薄膜は、従来の微結晶薄膜や非晶質薄膜と異な
り、高濃度の不純物を含んでいても膜質が悪くならな
い。したがって、請求項2の発明によれば、従来に比べ
て、上記第1導電型シリコン半導体層から多数キャリア
を効率良く取り出すことができ、光電変換効率を向上で
きる。
In the solar cell according to the second aspect of the present invention, the first conductivity type diamond thin film is formed on the surface opposite to the first conductivity type crystalline silicon semiconductor layer. The diamond thin film contains a higher concentration of impurities than the first conductivity type silicon semiconductor layer. Moreover, unlike the conventional microcrystalline thin film or amorphous thin film, the diamond thin film contains a high concentration of impurities. Even if it contains it, the film quality does not deteriorate. Therefore, according to the second aspect of the invention, the majority carriers can be efficiently extracted from the first conductivity type silicon semiconductor layer, and the photoelectric conversion efficiency can be improved, as compared with the conventional case.

【0019】また、請求項3の発明の太陽電池は、上記
第1導電型の結晶シリコン半導体層の反対面に、第1導
電型のダイヤモンド薄膜が形成されている。そして、上
記ダイヤモンド薄膜は、上記結晶シリコン半導体層に比
べて十分に大きなエネルギー禁制帯幅を有している。か
つ、上記ダイヤモンド薄膜は、上記第1導電型シリコン
半導体層よりも高濃度の不純物を含んでいる。
In the solar cell according to the third aspect of the present invention, the first conductivity type diamond thin film is formed on the surface opposite to the first conductivity type crystalline silicon semiconductor layer. The diamond thin film has an energy band gap that is sufficiently larger than that of the crystalline silicon semiconductor layer. Moreover, the diamond thin film contains impurities at a higher concentration than the first conductivity type silicon semiconductor layer.

【0020】したがって、請求項3の発明によれば、従
来の微結晶薄膜や非晶質薄膜に比べても、大きなエネル
ギー禁制帯幅を持っているダイヤモンド薄膜によって、
上記ダイヤモンド薄膜と上記第1導電型シリコン半導体
層との界面に、従来よりも高い電位障壁が生じ、上記界
面での少数キャリアの再結合がより大幅に抑制される。
また、上記第1導電型のダイヤモンド薄膜は、結晶シリ
コン半導体層はもちろん従来の微結晶薄膜や非品質薄膜
よりも大きなエネルギー禁制帯幅を有しているから、従
来に比べて、光の吸収量を小さくできる。
Therefore, according to the invention of claim 3, the diamond thin film having a large energy band gap compared to the conventional microcrystalline thin film or amorphous thin film,
At the interface between the diamond thin film and the first-conductivity-type silicon semiconductor layer, a potential barrier higher than that in the conventional case is generated, and recombination of minority carriers at the interface is more significantly suppressed.
In addition, the first conductivity type diamond thin film has a larger energy band gap than the conventional microcrystalline thin film and the non-quality thin film as well as the crystalline silicon semiconductor layer. Can be made smaller.

【0021】しかも、ダイヤモンド薄膜は、従来の微結
晶薄膜や非晶質薄膜と異なり、高濃度の不純物を含んで
いても膜質が悪くならないから、上記高濃度の不純物を
含んでいるダイヤモンド薄膜の存在によって、従来に比
べて、上記第1導電型シリコン半導体層から多数キャリ
アを効率良く取り出すことができる。
Moreover, unlike a conventional microcrystalline thin film or an amorphous thin film, the diamond thin film does not deteriorate in quality even if it contains a high concentration of impurities. Therefore, the diamond thin film containing the above high concentration of impurities exists. As a result, the majority carriers can be efficiently extracted from the first conductivity type silicon semiconductor layer as compared with the conventional case.

【0022】このように、請求項3の発明によれば、少
数キャリアの再結合を抑制できる上に、多数キャリアを
効率よく取り出すことができるので、従来に比べて、光
電変換効率を大幅に向上させることができる。
As described above, according to the third aspect of the invention, the recombination of the minority carriers can be suppressed and the majority carriers can be efficiently extracted, so that the photoelectric conversion efficiency is significantly improved as compared with the conventional case. Can be made.

【0023】また、請求項4の発明の太陽電池は、上記
ダイヤモンド薄膜が、20nm以上の膜厚を有しているの
で、図3に示すように、光電変換効率が最高レベルにな
る。また、請求項5の発明は、上記ダイヤモンド薄膜が
水素を含んでいるので、上記ダイヤモンド薄膜が水素を
含んでいない場合に比べて、上記第1導電型の結晶シリ
コン半導体層と第1導電型のダイヤモンド薄膜との界面
のパッシベーション効果が高い。したがって、請求項5
の発明によれば、上記界面におけるキャリアの再結合を
特に抑制することができる。
Further, in the solar cell according to the invention of claim 4, since the diamond thin film has a film thickness of 20 nm or more, the photoelectric conversion efficiency becomes the highest level as shown in FIG. Further, in the invention of claim 5, since the diamond thin film contains hydrogen, compared to the case where the diamond thin film does not contain hydrogen, the crystalline silicon semiconductor layer of the first conductivity type and the first conductivity type are The passivation effect at the interface with the diamond thin film is high. Therefore, claim 5
According to the invention of 1, the recombination of carriers at the interface can be particularly suppressed.

【0024】[0024]

【実施例】以下に、本発明の実施例を説明する。EXAMPLES Examples of the present invention will be described below.

【0025】図1(A)に、この発明の太陽電池の第1実
施例の概略的な断面を示す。この実施例は、P型単結晶
シリコン基板5を有しており、図1(C)に示した工程で
作製されている。すなわち、上記シリコン基板5は、洗
浄の後、光の入射側の表面5aがテクスチャエッチング
と呼ばれるアルカリエッチングによって凹凸形状になさ
れており、この表面5aでの光の反射を低減するように
なっている。
FIG. 1A shows a schematic cross section of a first embodiment of the solar cell of the present invention. This embodiment has a P-type single crystal silicon substrate 5 and is manufactured by the process shown in FIG. That is, in the silicon substrate 5, after cleaning, the surface 5a on the light incident side is made uneven by alkali etching called texture etching, and light reflection on the surface 5a is reduced. .

【0026】また、上記第1実施例は、上記光の入射側
の表面5aに、オキシ塩化リン(POCl3)からのリン
(P)を熱拡散することによってn型層4が形成されてい
る。つまり、基板5は、p型層5bとn型層4を含み、
p型層5bとn型層4との界面がpn接合面Z1であ
る。そして、このn型層4は、ドライ熱酸化により形成
されたシリコン酸化膜3によって覆われている。さら
に、上記シリコン酸化膜3の表面には、RF(ラジオ波)
放電プラズマCVD法により形成された反射防止膜とし
ての窒化シリコン膜2が形成されている。
Further, the first embodiment, the surface 5a of the incident side of the light, phosphorus from phosphorus oxychloride (POCl 3)
The n-type layer 4 is formed by thermally diffusing (P). That is, the substrate 5 includes the p-type layer 5b and the n-type layer 4,
The interface between the p-type layer 5b and the n-type layer 4 is the pn junction surface Z1. The n-type layer 4 is covered with the silicon oxide film 3 formed by dry thermal oxidation. Further, RF (radio wave) is formed on the surface of the silicon oxide film 3.
A silicon nitride film 2 as an antireflection film formed by the discharge plasma CVD method is formed.

【0027】そして、上記シリコン酸化膜3と窒化シリ
コン膜2の一部を除去して形成した溝に、n型層4に接
する受光面側の電極としての多層電極1が形成されてい
る。この多層電極1は、Ti(チタン)とPd(鉛)とAg
(銀)とが構成する多層電極であり、電子ビーム真空蒸着
法とリフトオフ法により形成されている。
Then, in the groove formed by removing a part of the silicon oxide film 3 and the silicon nitride film 2, a multi-layer electrode 1 as an electrode on the light receiving surface side in contact with the n-type layer 4 is formed. This multi-layer electrode 1 consists of Ti (titanium), Pd (lead) and Ag.
(Silver) is a multilayer electrode and is formed by the electron beam vacuum deposition method and the lift-off method.

【0028】また、p型基板5の光入射側と反対側の裏
面5c上には、p型基板5が含んでいる不純物と同じp
型不純物がp型基板5よりも高濃度に添加されたダイヤ
モンド薄膜6が形成されている。そして、このダイヤモ
ンド薄膜6の表面6aには、Alを蒸着することによっ
て裏面金属電極7が形成されている。
On the back surface 5c of the p-type substrate 5 opposite to the light-incident side, the same p-type impurity as the p-type substrate 5 contains.
A diamond thin film 6 is formed in which the type impurities are added at a higher concentration than the p-type substrate 5. The rear surface metal electrode 7 is formed on the surface 6a of the diamond thin film 6 by vapor deposition of Al.

【0029】上記ダイヤモンド薄膜6は気相成長法によ
りp型基板5の裏面5cに形成されている。ここでは、
上記気相成長法としてマイクロ波プラズマCVD法を用
いた。そして、反応条件としては、濃度1vol%(ボリ
ュームパーセント)のCH4/H2ガスを流量250sccm
で流し、かつ水素により1%に希釈されたジボランガス
を3sccmの流量で流して、ガス圧力20Torr、基板温
度500℃、マイクロ波電力300Wとし、反応時間を
20分(min)として、膜厚200nmのダイヤモンド薄膜
をp型基板5の裏面5cに堆積させた。
The diamond thin film 6 is formed on the back surface 5c of the p-type substrate 5 by the vapor phase growth method. here,
A microwave plasma CVD method was used as the vapor phase growth method. Then, as the reaction conditions, CH 4 / H 2 gas having a concentration of 1 vol% (volume percent) is used at a flow rate of 250 sccm.
And diborane gas diluted to 1% with hydrogen at a flow rate of 3 sccm, a gas pressure of 20 Torr, a substrate temperature of 500 ° C., a microwave power of 300 W, a reaction time of 20 minutes (min), and a film thickness of 200 nm. A diamond thin film was deposited on the back surface 5c of the p-type substrate 5.

【0030】この実施例では、ダイヤモンド薄膜6を形
成する気相成長法としてマイクロ波プラズマCVD法を
用いたが、熱フィラメントCVD法や、直流(DC)放電
プラズマCVD法や、ラジオ波(RF)放電プラズマCV
D法や、電子サイクロトロン共鳴(ECR)プラズマCV
D法などを用いてもよい。これらいずれの方法を用いて
ダイヤモンド薄膜を堆積しても、この実施例と同様の電
界効果を得ることができる。
In this embodiment, the microwave plasma CVD method is used as the vapor phase growth method for forming the diamond thin film 6, but the hot filament CVD method, the direct current (DC) discharge plasma CVD method, and the radio frequency (RF) method are used. Discharge plasma CV
D method and electron cyclotron resonance (ECR) plasma CV
Method D or the like may be used. Even if a diamond thin film is deposited by any of these methods, the same electric field effect as in this embodiment can be obtained.

【0031】図1(B)に、この実施例の太陽電池のn型
層4とp型層5bおよびダイヤモンド薄膜6におけるエ
ネルギーバンド構造を拡大して示す。図1(B)におい
て、水平の一点鎖線Fは、フェルミレベルを表してい
る。そして、フェルミレベルFよりも上側の曲線Cは伝
導帯の下限のエネルギーレベルを表し、下側の曲線Vは
価電子帯の上限のエネルギーレベルを表している。
FIG. 1B shows an enlarged energy band structure in the n-type layer 4, the p-type layer 5b and the diamond thin film 6 of the solar cell of this example. In FIG. 1B, the horizontal dashed line F represents the Fermi level. The curve C above the Fermi level F represents the lower limit energy level of the conduction band, and the lower curve V represents the upper limit energy level of the valence band.

【0032】図1(B)に示すように、ダイヤモンド薄膜
6はp型層5bよりもエネルギー禁制帯幅が大きいこと
はもちろん、従来の微結晶薄膜や非晶質薄膜に比べても
大きなエネルギー禁制帯幅を有している。したがって、
ダイヤモンド薄膜6は、従来に比べて、基板5とダイヤ
モンド薄膜6の界面近傍の導電帯Cに強電界で高い電位
障壁CBを形成できる。
As shown in FIG. 1B, the diamond thin film 6 has a larger energy forbidden band than the p-type layer 5b, and also has a larger energy forbidden band than the conventional microcrystalline thin film or amorphous thin film. It has a band width. Therefore,
The diamond thin film 6 can form a higher potential barrier C B in the conductive band C near the interface between the substrate 5 and the diamond thin film 6 with a strong electric field than in the conventional case.

【0033】したがって、この実施例によれば、上記従
来よりも強電界で高い電位障壁CBによって、少数キャ
リアである電子を基板5の内部に押し戻す効果が従来よ
りも大きくなる。したがって、少数キャリアである電子
の再結合を、従来に比べて大幅に抑制することができ
る。
Therefore, according to this embodiment, the effect of pushing back the electrons, which are minority carriers, into the inside of the substrate 5 becomes greater than the conventional one by the potential barrier C B which is higher than the conventional one in the electric field and higher. Therefore, recombination of electrons, which are minority carriers, can be significantly suppressed as compared with the conventional case.

【0034】また、ダイヤモンド薄膜6は、基板5より
もp型の不純物が高濃度に添加されており、かつ、不純
物が高濃度に添加されていることにる膜質の劣化が従来
の微結晶薄膜や非晶質薄膜に比べて少ない。したがっ
て、この実施例によれば、多数キャリアである正孔を効
率的に電極7に引き抜くことができる。したがって、こ
の実施例によれば、従来に比べて、光電変換効率を向上
できる。
Further, the diamond thin film 6 contains a p-type impurity at a higher concentration than the substrate 5, and the film quality is deteriorated due to the impurity being added at a high concentration. And less than amorphous thin films. Therefore, according to this embodiment, the holes, which are the majority carriers, can be efficiently extracted to the electrode 7. Therefore, according to this embodiment, the photoelectric conversion efficiency can be improved as compared with the conventional case.

【0035】さらに、ダイヤモンド薄膜6は、単結晶シ
リコン基板5はもちろん従来の微結晶薄膜や非晶質薄膜
よりも大きなエネルギー禁制帯幅を有しているから、基
板5を透過してきた光はダイヤモンド薄膜6内ではほと
んど吸収されず、裏面金属電極7で反射され、再び基板
5内へ戻される。
Further, since the diamond thin film 6 has a larger energy band gap than the conventional microcrystalline thin film or amorphous thin film as well as the single crystal silicon substrate 5, the light transmitted through the substrate 5 is diamond. It is hardly absorbed in the thin film 6, is reflected by the back surface metal electrode 7, and is returned to the inside of the substrate 5.

【0036】ダイヤモンド薄膜6は光吸収損失が少な
く、しかも高濃度不純物添加に伴う膜質の低下が少ない
ので、ダイヤモンド薄膜6を裏面電界を形成するための
膜として用いると、膜内でのキャリアの再結合が小さ
く、かつ従来よりも強力な内部電界を形成することがで
き、太陽電池の光交換効率を高めることができるのであ
る。
Since the diamond thin film 6 has little light absorption loss and less deterioration in film quality due to addition of high-concentration impurities, when the diamond thin film 6 is used as a film for forming a back surface electric field, carrier recovery in the film is reduced. It is possible to form a stronger internal electric field with a smaller bond and to enhance the light exchange efficiency of the solar cell.

【0037】図2に、上記実施例の太陽電池のダイヤモ
ンド薄膜6が含むp型の不純物であるボロンの濃度と、
太陽電池特性を示す光電交換効率の関係を示す。上記シ
リコン基板5のp型層5bは、ボロンを5×1016個/
cm3含んでいる。図2を参照すれば、ダイヤモンド薄膜
6中のボロン濃度がシリコン基板5のp型層5b中のボ
ロン濃度以上であれば、太陽電池の光電変換特性が大き
く向上することがわかる。
FIG. 2 shows the concentration of boron which is a p-type impurity contained in the diamond thin film 6 of the solar cell of the above embodiment,
The relationship of the photoelectric exchange efficiency which shows the solar cell characteristic is shown. The p-type layer 5b of the silicon substrate 5 contains 5 × 10 16 boron /
Contains cm 3 . Referring to FIG. 2, it can be seen that if the boron concentration in the diamond thin film 6 is equal to or higher than the boron concentration in the p-type layer 5b of the silicon substrate 5, the photoelectric conversion characteristics of the solar cell are significantly improved.

【0038】また、図3に、上記実施例の太陽電池のダ
イヤモンド薄膜6の膜厚と光電交換効率の関係を示す。
図3を参照すればわかるように、ダイヤモンド薄膜6の
膜厚を厚くするに従って太陽電池の光電変換効率が向上
し、上記膜厚が20nm以上になると効率が安定する。
FIG. 3 shows the relationship between the film thickness of the diamond thin film 6 of the solar cell of the above embodiment and the photoelectric exchange efficiency.
As can be seen from FIG. 3, the photoelectric conversion efficiency of the solar cell is improved as the film thickness of the diamond thin film 6 is increased, and the efficiency is stabilized when the film thickness is 20 nm or more.

【0039】次に、図4に、本発明の太陽電池の第2実
施例の概略断面を示す。この第2実施例のpn接合面Z
2と受光面との間の構造は、上記第1実施例と同一であ
る。したがって、この第2実施例は、受光面の反対側の
面とpn接合面Z2との間の構造について、重点的に説
明する。
Next, FIG. 4 shows a schematic cross section of a second embodiment of the solar cell of the present invention. The pn junction surface Z of the second embodiment
The structure between 2 and the light receiving surface is the same as that of the first embodiment. Therefore, in the second embodiment, the structure between the surface opposite to the light receiving surface and the pn junction surface Z2 will be mainly described.

【0040】上記第2実施例は、シリコン基板25の裏
面25cにシリコン酸化膜28が形成されており、この
シリコン酸化膜28には所定の間隔を開けて複数の開孔
部K,K…が設けられている。そして、上記開孔部K,K
…およびシリコン酸化膜28の表面28aにダイヤモン
ド薄膜26が堆積されている。そして、上記ダイヤモン
ド薄膜26は、シリコン酸化膜28の開孔部Kを貫通し
てシリコン基板25に接している。
In the second embodiment described above, the silicon oxide film 28 is formed on the back surface 25c of the silicon substrate 25, and the silicon oxide film 28 has a plurality of openings K, K ... It is provided. Then, the above-mentioned openings K, K
, And the diamond thin film 26 is deposited on the surface 28a of the silicon oxide film 28. The diamond thin film 26 penetrates the opening K of the silicon oxide film 28 and is in contact with the silicon substrate 25.

【0041】上記構成の太陽電池は、ダイヤモンド薄膜
26は、シリコン基板25の裏面25cのうち、シリコ
ン酸化膜28の開孔部Kに面しており、電極27と接続
することが必要な部分だけにダイヤモンド薄膜26が接
触するようになっている。
In the solar cell having the above structure, the diamond thin film 26 faces the opening K of the silicon oxide film 28 on the back surface 25c of the silicon substrate 25, and only the portion which needs to be connected to the electrode 27 is formed. The diamond thin film 26 is brought into contact with.

【0042】したがって、このダイヤモンド薄膜26
は、上記第1実施例のダイヤモンド薄膜6と同様に、
従来よりも強電界で高い電位障壁CBによって、少数キ
ャリアである電子の再結合を従来に比べて大幅に抑制す
ることができ、かつ、 多数キャリアである正孔を効
率的に電極27に引き抜くことができ、さらに、 従
来よりも大きなエネルギー禁制帯幅を有するから、光を
ほとんど吸収することがない。
Therefore, this diamond thin film 26
Is the same as the diamond thin film 6 of the first embodiment,
The recombination of electrons, which are minority carriers, can be significantly suppressed as compared with the conventional one, and the holes, which are the majority carriers, can be efficiently extracted to the electrode 27 by the potential barrier C B that is higher than the conventional one and has a higher potential barrier. In addition, since it has a larger energy band gap than conventional ones, it hardly absorbs light.

【0043】その上、この第2実施例は、シリコン基板
25の裏面25cのうち大部分をシリコン酸化膜28で
パッシベートさせているから、基板25の裏面25cが
安定化されて、再結合中心が減少させられる。したがっ
て、基板25の裏面25cでの少数キャリアの再結合が
減少させられた分だけ、エネルギー変換効率が向上す
る。
Moreover, in the second embodiment, most of the back surface 25c of the silicon substrate 25 is passivated by the silicon oxide film 28, so that the back surface 25c of the substrate 25 is stabilized and the recombination center is formed. Be reduced. Therefore, the energy conversion efficiency is improved by the amount that the recombination of minority carriers on the back surface 25c of the substrate 25 is reduced.

【0044】つまり、この第2実施例は、ダイヤモンド
薄膜26による再結合抑制効果と多数キャリア取り出し
効果と光吸収抑制効果に加えて、シリコン酸化膜28に
よる再結合中心減少効果を有する。したがって、この第
2実施例によれば、上記第1実施例に比べて一層エネル
ギー変換効率を向上できる。
That is, the second embodiment has the recombination center reducing effect by the silicon oxide film 28 in addition to the recombination suppressing effect by the diamond thin film 26, the majority carrier extraction effect and the light absorption suppressing effect. Therefore, according to the second embodiment, the energy conversion efficiency can be further improved as compared with the first embodiment.

【0045】次に、図5に本発明の太陽電池の第3実施
例の概略断面を示す。この第3実施例は、p型シリコン
基板35内においてp型のダイヤモンド薄膜36と接す
る部分に高濃度のp型層39が形成されている点のみが
上記第1実施例と異なる。
Next, FIG. 5 shows a schematic cross section of a third embodiment of the solar cell of the present invention. The third embodiment differs from the first embodiment only in that a high-concentration p-type layer 39 is formed in a portion of the p-type silicon substrate 35 which is in contact with the p-type diamond thin film 36.

【0046】上記高濃度のp型層39の不純物濃度は、
ダイヤモンド薄膜36に含まれる不純物濃度よりも低濃
度であるが、シリコン基板35のp型層35bに含まれ
る不純物濃度よりも高濃度の不純物を含んでいる。
The impurity concentration of the high-concentration p-type layer 39 is
The impurity concentration is lower than the impurity concentration contained in the diamond thin film 36, but higher than the impurity concentration contained in the p-type layer 35b of the silicon substrate 35.

【0047】この第3実施例は、上記高濃度のp型層3
9は上記ダイヤモンド薄膜36によって覆われているか
ら、上記高濃度のp型層39の存在と上記ダイヤモンド
薄膜36の存在により2段階の裏面電界層が形成され
る。従って、従来例に比べて、電子の再結合を大幅に抑
制することができる。したがって、第3実施例によれ
ば、従来例に比べて、光電変換効率を大幅に向上するこ
とができる。
In the third embodiment, the high-concentration p-type layer 3 is used.
Since 9 is covered with the diamond thin film 36, a two-step back surface electric field layer is formed by the presence of the high-concentration p-type layer 39 and the diamond thin film 36. Therefore, recombination of electrons can be significantly suppressed as compared with the conventional example. Therefore, according to the third embodiment, the photoelectric conversion efficiency can be significantly improved as compared with the conventional example.

【0048】つぎに、図6に本発明の太陽電池の第4実
施例の概略断面を示す。この第4実施例は、上記第2実
施例の特徴と第3実施例の特徴の両方を兼ね備えたもの
である。つまり、この第4実施例は、p型シリコン基板
45内においてp型のダイヤモンド薄膜46と接する部
分に高濃度のp型層49が形成されている点のみが図4
に示した第2実施例と異なる。
Next, FIG. 6 shows a schematic cross section of a fourth embodiment of the solar cell of the present invention. The fourth embodiment has both the features of the second embodiment and the features of the third embodiment. That is, the fourth embodiment is different from FIG. 4 only in that the high-concentration p-type layer 49 is formed in the portion in contact with the p-type diamond thin film 46 in the p-type silicon substrate 45.
Different from the second embodiment shown in FIG.

【0049】この第4実施例のダイヤモンド薄膜46
は、シリコン酸化膜48に形成された複数の開孔部K,
K…を介して高濃度のp型層49に接している。
The diamond thin film 46 of the fourth embodiment.
Is a plurality of openings K formed in the silicon oxide film 48,
It is in contact with the high-concentration p-type layer 49 via K ...

【0050】この第4実施例は、ダイヤモンド薄膜46
による再結合抑制効果と多数キャリア取り出し効果に加
えて、シリコン酸化膜48による再結合中心減少効果を
有し、さらには、上記高濃度のp型層49の存在とダイ
ヤモンド薄膜46の存在との相乗効果によって電子の再
結合を大きく抑制することができる。したがって、この
第4実施例によれば、従来例に比べて、光電変換効率を
特に大幅に向上することができる。
In the fourth embodiment, the diamond thin film 46 is used.
In addition to the effect of suppressing recombination and the effect of extracting majority carriers by the silicon oxide film 48, the effect of reducing the recombination center is obtained by the silicon oxide film 48. Furthermore, the existence of the high-concentration p-type layer 49 and the existence of the diamond thin film 46 are synergistic. Due to the effect, recombination of electrons can be greatly suppressed. Therefore, according to the fourth embodiment, the photoelectric conversion efficiency can be greatly improved as compared with the conventional example.

【0051】次に、図7に本発明の太陽電池の第5実施
例の概略断面を示す。この第5実施例は、高濃度のp型
層59がシリコン酸化膜58の複数の開孔部K,K…付
近のみに限定して形成されており、開口部Kに非対向の
領域には形成されていない点のみが第4実施例と異な
る。すなわち、この第5実施例は、p型シリコン基板5
5内においてp型のダイヤモンド薄膜56と接する部分
のみに高濃度のp型層59,59,59…が形成されてい
る点だけが上記第4実施例と異なる。
Next, FIG. 7 shows a schematic cross section of a fifth embodiment of the solar cell of the present invention. In the fifth embodiment, the high-concentration p-type layer 59 is formed only in the vicinity of the plurality of openings K, K ... Of the silicon oxide film 58, and in a region not facing the opening K. It is different from the fourth embodiment only in that it is not formed. That is, this fifth embodiment is similar to the p-type silicon substrate 5
5 is different from the fourth embodiment only in that the high-concentration p-type layers 59, 59, 59, ... Are formed only in the portion in 5 which is in contact with the p-type diamond thin film 56.

【0052】したがって、この第5実施例は、全ての上
記高濃度のp型層59,59,59…が、ダイヤモンド薄
膜56に接しており、かつ、覆われている。したがっ
て、この第5実施例によれば、第4実施例に比べて高濃
度のp型層の形成領域が小さくても、第4実施例と同等
の電子の再結合抑制効果を実現できる。
Therefore, in the fifth embodiment, all of the high-concentration p-type layers 59, 59, 59, ... Are in contact with and covered with the diamond thin film 56. Therefore, according to the fifth embodiment, the effect of suppressing recombination of electrons equivalent to that in the fourth embodiment can be realized even if the formation region of the high-concentration p-type layer is smaller than that in the fourth embodiment.

【0053】次に、図8(A)に、本発明の太陽電池の第
6実施例の概略断面を示す。この第6実施例が図1に示
した第1実施例と異なる点は、次の3つの点だけであ
る。
Next, FIG. 8A shows a schematic cross section of a sixth embodiment of the solar cell of the present invention. The sixth embodiment differs from the first embodiment shown in FIG. 1 only in the following three points.

【0054】すなわち、この第6実施例は、図1に示し
たシリコン酸化膜3およびこのシリコン酸化膜3に形成
された開口部に存在する多層電極1に替えて、n型層6
4よりもn型不純物が高濃度に添加されたダイヤモンド
薄膜60が形成されている点と、図1に示したp型単結
晶シリコン基板5と裏面金属電極7との間にダイヤモン
ド薄膜6が設けられていない点と、p型シリコン基板6
5内において裏面金属電極67と接する部分に高濃度の
p型層69が形成されている点のみが上記第1実施例と
異なる。
That is, in the sixth embodiment, the n-type layer 6 is replaced with the silicon oxide film 3 shown in FIG. 1 and the multilayer electrode 1 existing in the opening formed in the silicon oxide film 3.
4, a diamond thin film 60 having an n-type impurity added at a higher concentration than that of 4, and the diamond thin film 6 is provided between the p-type single crystal silicon substrate 5 and the back surface metal electrode 7 shown in FIG. Points not included and p-type silicon substrate 6
5 has a high concentration in a portion in contact with the back surface metal electrode 67.
It differs from the first embodiment only in that a p-type layer 69 is formed.

【0055】図8(B)に、この第6実施例のダイヤモン
ド薄膜60と、n型層64および、p型基板65におけ
るエネルギーバンド構造を拡大して示す。図8(B)に
おいて、Fはフェルミレベルを示し、フェルミレベルF
よりも上側の曲線Cは伝導帯の下限のエネルギーレベル
を示し、下側の曲線Vは価電子帯の上限のエネルギーレ
ベルを示している。
FIG. 8B shows an enlarged energy band structure in the diamond thin film 60, the n-type layer 64 and the p-type substrate 65 of the sixth embodiment. In FIG. 8B, F indicates the Fermi level, and the Fermi level F
The upper curve C shows the lower energy level of the conduction band, and the lower curve V shows the upper energy level of the valence band.

【0056】ダイヤモンド薄膜60は、n型層64より
も大きなエネルギー禁制帯幅を有している。したがっ
て、ダイヤモンド薄膜60は、n型層64とダイヤモン
ド薄膜60の界面近傍の価電子帯Vに、強電界で高い電
位障壁VBを形成する。
The diamond thin film 60 has an energy band gap larger than that of the n-type layer 64. Therefore, the diamond thin film 60 forms a high potential barrier V B in the valence band V near the interface between the n-type layer 64 and the diamond thin film 60 under a strong electric field.

【0057】この強電界で高い電位障壁VBによって、
少数キャリアである正孔をn型層64の内部に押し戻す
力が大きくなる。したがって、少数キャリアである正孔
の再結合を大幅に抑制することができる。
Due to the high potential barrier V B at this strong electric field,
The force that pushes the holes, which are minority carriers, back into the n-type layer 64 is increased. Therefore, recombination of holes, which are minority carriers, can be significantly suppressed.

【0058】また、この第6実施例のダイヤモンド薄膜
60は、n型層64よりもn型の不純物が高濃度に添加さ
れているので、多数キャリアである電子を効率的に電極
61に引き抜くことができる。さらに、ダイヤモンド薄
膜60は、n型層64よりも大きなエネルギー禁制帯幅
を有しているので、ダイヤモンド薄膜60に入射してき
た光は、ダイヤモンド薄膜60内でほとんど吸収される
ことなく、n型層64へ入射することができる。
Since the diamond thin film 60 of the sixth embodiment is doped with n-type impurities in a higher concentration than the n-type layer 64, electrons which are majority carriers can be efficiently extracted to the electrode 61. You can Furthermore, since the diamond thin film 60 has an energy band gap larger than that of the n-type layer 64, the light incident on the diamond thin film 60 is hardly absorbed in the diamond thin film 60 and the n-type layer 64 is not absorbed. Can be incident on 64.

【0059】つぎに、図9に、本発明の太陽電池の第7
実施例の概略断面を示す。この第7実施例は、次の点だ
けが図1に示した第1実施例と異なる。つまり、この第
7実施例は、図1に示したシリコン酸化膜3およびこの
シリコン酸化膜3に形成された開口部に存在する多層電
極1に替えて、n型層74よりもn型不純物が高濃度に
添加されたダイヤモンド薄膜70が形成されている点の
みが第1実施例と異なる。
Next, FIG. 9 shows a seventh embodiment of the solar cell of the present invention.
The schematic cross section of an Example is shown. The seventh embodiment differs from the first embodiment shown in FIG. 1 only in the following points. That is, in the seventh embodiment, in place of the silicon oxide film 3 and the multilayer electrode 1 existing in the opening formed in the silicon oxide film 3 shown in FIG. It differs from the first embodiment only in that a diamond thin film 70 added in a high concentration is formed.

【0060】即ち、この第7実施例は、シリコン基板7
5の受光面側にダイヤモンド薄膜70が設けられてお
り、かつ、シリコン基板75の裏面側にダイヤモンド薄
膜76が設けられている。したがって、この第7実施例
によれば、受光面側に設けたダイヤモンド薄膜70によ
って、入射した光はロスすることなくシリコン基板75
中に到達することができる。さらに、裏面側に設けたダ
イヤモンド薄膜76によって、シリコン基板75を透過
した光は、ロスすることなく上記裏面を透過し、裏面側
の金属電極77で反射されて、再び上記シリコン基板7
5中に戻る。すなわち、この第7実施例によれば、上記
2つのダイヤモンド薄膜70および76によって、光の
損失を最小限に抑えることができ、光電変換効率の大幅
な向上を図ることができる。
That is, this seventh embodiment is based on the silicon substrate 7
5, a diamond thin film 70 is provided on the light receiving surface side, and a diamond thin film 76 is provided on the back surface side of the silicon substrate 75. Therefore, according to the seventh embodiment, the diamond thin film 70 provided on the light-receiving surface side allows the incident light to be incident on the silicon substrate 75 without loss.
Can be reached inside. Further, due to the diamond thin film 76 provided on the back surface side, the light transmitted through the silicon substrate 75 passes through the back surface without loss, is reflected by the metal electrode 77 on the back surface side, and again the silicon substrate 7
Go back to 5. That is, according to the seventh embodiment, the two diamond thin films 70 and 76 can minimize the loss of light and greatly improve the photoelectric conversion efficiency.

【0061】尚、上記第1〜第7実施例では、p型の単
結晶シリコン基板を備える太陽電池について説明した
が、本発明はn型の単結晶シリコン基板を備える太陽電
池にも適用することができる。その場合、上記n型の単
結晶シリコン基板の光入射側の不純物層はp型のものが
用いられ、裏面電界を形成するためのダイヤモンド薄膜
はn型の不純物を高濃度に添加したものが用いられ、受
光面電界を形成するためのダイヤモンド薄膜は、p型の
不純物を高濃度に添加したものが用いられる。
In the first to seventh embodiments described above, the solar cell provided with the p-type single crystal silicon substrate has been described, but the present invention is also applicable to the solar cell provided with the n-type single crystal silicon substrate. You can In that case, a p-type impurity layer on the light incident side of the n-type single crystal silicon substrate is used, and a diamond thin film for forming a back surface electric field is formed by adding a high concentration of n-type impurities. As the diamond thin film for forming the light-receiving surface electric field, a p-type impurity added at a high concentration is used.

【0062】また、上記実施例では、ダイヤモンド薄膜
をダイヤモンドで作製したが、これをダイヤモンドライ
クカーボンで置き換えても良い。
Although the diamond thin film is made of diamond in the above embodiment, it may be replaced with diamond-like carbon.

【0063】[0063]

【発明の効果】以上より明らかなように、請求項1の発
明の太陽電池は、第1導電型の結晶シリコン半導体層の
接合面の反対面に、第1導電型のダイヤモンド薄膜が形
成されている。そして、上記ダイヤモンド薄膜は、結晶
シリコン半導体層に比べて十分に大きなエネルギー禁制
帯幅を有している。そして、上記ダイヤモンド薄膜は、
エネルギー禁制帯幅が約5.5eVであるから、従来の
微結晶薄膜や非晶質薄膜に比べても、大きなエネルギー
禁制帯幅を持っている。
As is apparent from the above, the solar cell of the first aspect of the present invention has the first conductivity type diamond thin film formed on the surface opposite to the bonding surface of the first conductivity type crystalline silicon semiconductor layer. There is. The diamond thin film has a sufficiently large energy band gap as compared with the crystalline silicon semiconductor layer. And the diamond thin film,
Since the energy band gap is about 5.5 eV, it has a larger energy band gap than the conventional microcrystalline thin film or amorphous thin film.

【0064】したがって、上記ダイヤモンド薄膜と上記
第1導電型シリコン半導体層との界面に、従来よりも高
い電位障壁が生じる。したがって、従来よりも多くの少
数キャリアが上記界面近傍から上記第1導電型シリコン
半導体層の内部のより奥深くまで押し戻される。したが
って、上記界面での少数キャリアの再結合がより大幅に
抑制され、従来に比べて、キャリアを効率的に収集する
ことができる。また、上記第1導電型のダイヤモンド薄
膜は、結晶シリコン半導体層はもちろん従来の微結晶薄
膜や非品質薄膜よりも大きなエネルギー禁則帯幅を有し
ているから、光の吸収量を小さくでき、光電変換効率を
向上できる。
Therefore, at the interface between the diamond thin film and the first-conductivity-type silicon semiconductor layer, a potential barrier higher than before is generated. Therefore, more minority carriers than in the past are pushed back from the vicinity of the interface to a deeper inside of the first conductivity type silicon semiconductor layer. Therefore, the recombination of the minority carriers at the interface is further suppressed, and the carriers can be collected more efficiently than in the conventional case. Further, the first conductivity type diamond thin film has a larger energy bandgap than that of the conventional crystalline silicon semiconductor layer or the conventional microcrystalline thin film or non-quality thin film, so that the amount of light absorption can be reduced and The conversion efficiency can be improved.

【0065】また、請求項2の発明の太陽電池は、第1
導電型の結晶シリコン半導体層の接合面の反対面に、第
1導電型のダイヤモンド薄膜が形成されている。そし
て、上記ダイヤモンド薄膜は、上記第1導電型シリコン
半導体層よりも高濃度の不純物を含んでおり、しかも、
ダイヤモンド薄膜は、従来の微結晶薄膜や非晶質薄膜と
異なり、高濃度の不純物を含んでいても膜質が悪くなら
ない。したがって、請求項2の発明によれば、従来に比
べて、上記第1導電型シリコン半導体層から多数キャリ
アを効率良く取り出すことができ、光電変換効率を向上
できる。
The solar cell of the invention of claim 2 is the first
A first conductivity type diamond thin film is formed on the surface of the conductivity type crystalline silicon semiconductor layer opposite to the bonding surface. The diamond thin film contains impurities at a concentration higher than that of the first conductivity type silicon semiconductor layer, and
Unlike conventional microcrystalline thin films and amorphous thin films, the diamond thin film does not deteriorate in film quality even if it contains a high concentration of impurities. Therefore, according to the second aspect of the invention, the majority carriers can be efficiently extracted from the first conductivity type silicon semiconductor layer, and the photoelectric conversion efficiency can be improved, as compared with the conventional case.

【0066】また、請求項3の発明の太陽電池は、第1
導電型の結晶シリコン半導体層の接合面の反対面に、第
1導電型のダイヤモンド薄膜が形成されている。そし
て、上記ダイヤモンド薄膜は、上記結晶シリコン半導体
層に比べて十分に大きなエネルギー禁制帯幅を有してい
る。かつ、上記ダイヤモンド薄膜は、上記第1導電型シ
リコン半導体層よりも高濃度の不純物を含んでいる。
The solar cell of the invention of claim 3 is the first
A first conductivity type diamond thin film is formed on the surface of the conductivity type crystalline silicon semiconductor layer opposite to the bonding surface. The diamond thin film has an energy band gap that is sufficiently larger than that of the crystalline silicon semiconductor layer. Moreover, the diamond thin film contains impurities at a higher concentration than the first conductivity type silicon semiconductor layer.

【0067】したがって、請求項3の発明によれば、エ
ネルギー禁制帯幅が約5.5eVである上記ダイヤモン
ド薄膜が、従来の微結晶薄膜や非晶質薄膜に比べても、
大きなエネルギー禁制帯幅を持っている。したがって、
上記ダイヤモンド薄膜と上記第1導電型シリコン半導体
層との界面に、従来よりも高い電位障壁が生じ、上記界
面での少数キャリアの再結合がより大幅に抑制される。
また、上記第1導電型のダイヤモンド薄膜は、結晶シリ
コン半導体層はもちろん従来の微結晶薄膜や非品質薄膜
よりも大きなエネルギー禁則帯幅を有しているから、従
来に比べて、光の吸収量を小さくできる。
Therefore, according to the invention of claim 3, the diamond thin film having an energy band gap of about 5.5 eV is superior to conventional microcrystalline thin films and amorphous thin films.
Has a large energy band gap. Therefore,
At the interface between the diamond thin film and the first-conductivity-type silicon semiconductor layer, a potential barrier higher than that in the conventional case is generated, and recombination of minority carriers at the interface is more significantly suppressed.
In addition, the first conductivity type diamond thin film has a larger energy bandgap than that of the conventional microcrystalline thin film or the non-quality thin film as well as the crystalline silicon semiconductor layer. Can be made smaller.

【0068】しかも、ダイヤモンド薄膜は、従来の微結
晶薄膜や非晶質薄膜と異なり、高濃度の不純物を含んで
いても膜質が悪くならないから、上記高濃度の不純物を
含んでいるダイヤモンド薄膜の存在によって、従来に比
べて、上記第1導電型シリコン半導体層から多数キャリ
アを効率良く取り出すことができる。
Moreover, unlike a conventional microcrystalline thin film or an amorphous thin film, the diamond thin film does not deteriorate in quality even if it contains a high concentration of impurities. Therefore, the diamond thin film containing the above high concentration of impurities exists. As a result, the majority carriers can be efficiently extracted from the first conductivity type silicon semiconductor layer as compared with the conventional case.

【0069】このように、請求項3の発明によれば、少
数キャリアの再結合を抑制できる上に、多数キャリアを
効率よく取り出すことができるので、従来に比べて、光
電変換効率を大幅に向上させることができる。
As described above, according to the third aspect of the present invention, the recombination of the minority carriers can be suppressed and the majority carriers can be efficiently taken out, so that the photoelectric conversion efficiency is significantly improved as compared with the conventional case. Can be made.

【0070】また、請求項4の発明の太陽電池は、上記
ダイヤモンド薄膜が、20nm以上の膜厚を有しているの
で、図3に示すように、光電変換効率が最高レベルにな
る。また、請求項5の発明は、上記ダイヤモンド薄膜が
水素を含んでいるので、上記ダイヤモンド薄膜が水素を
含んでいない場合に比べて、上記第1導電型の結晶シリ
コン半導体層と第1導電型のダイヤモンド薄膜との界面
のパッシベーション効果が高い。したがって、請求項5
の発明によれば、上記界面におけるキャリアの再結合を
特に抑制することができる。
Further, in the solar cell according to the invention of claim 4, since the diamond thin film has a film thickness of 20 nm or more, the photoelectric conversion efficiency becomes the highest level as shown in FIG. Further, in the invention of claim 5, since the diamond thin film contains hydrogen, compared with the case where the diamond thin film does not contain hydrogen, the crystalline silicon semiconductor layer of the first conductivity type and the first conductivity type crystalline silicon semiconductor layer The passivation effect at the interface with the diamond thin film is high. Therefore, claim 5
According to the invention of 1, the recombination of carriers at the interface can be particularly suppressed.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 図1(A)はこの発明の太陽電池の第1実施
例の概略断面図であり、図1(B)は第1実施例のエネル
ギーバンド構造図であり、図1(C)は第1実施例の製造
工程の説明図である。
1 (A) is a schematic sectional view of a first embodiment of a solar cell of the present invention, FIG. 1 (B) is an energy band structure diagram of the first embodiment, and FIG. [FIG. 3] is an explanatory diagram of a manufacturing process of the first embodiment.

【図2】 第1実施例の太陽電池のダイヤモンド薄膜が
含む不純物の濃度と太陽電池の光電変換効率の関係を示
す特性図である。
FIG. 2 is a characteristic diagram showing the relationship between the concentration of impurities contained in the diamond thin film of the solar cell of the first example and the photoelectric conversion efficiency of the solar cell.

【図3】 第1実施例の太陽電池のダイヤモンド薄膜の
膜厚と太陽電池の光電変換効率の関係を示す特性図であ
る。
FIG. 3 is a characteristic diagram showing the relationship between the film thickness of the diamond thin film of the solar cell of the first example and the photoelectric conversion efficiency of the solar cell.

【図4】 この発明の太陽電池の第2実施例の概略断面
図である。
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of a second embodiment of the solar cell of the present invention.

【図5】 この発明の太陽電池の第3実施例の概略断面
図である。
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of a third embodiment of the solar cell of the present invention.

【図6】 この発明の太陽電池の第4実施例の概略断面
図である。
FIG. 6 is a schematic sectional view of a fourth embodiment of the solar cell of the present invention.

【図7】 この発明の太陽電池の第5実施例の概略断面
図である。
FIG. 7 is a schematic sectional view of a fifth embodiment of the solar cell of the present invention.

【図8】 図8(A)はこの発明の太陽電池の第6実施例
の概略断面図であり、図8(B)は第6実施例のエネルギ
ーバンド構造の拡大図である。
FIG. 8 (A) is a schematic sectional view of a sixth embodiment of the solar cell of the present invention, and FIG. 8 (B) is an enlarged view of the energy band structure of the sixth embodiment.

【図9】 この発明の太陽電池の第7実施例の概略的な
断面図である。
FIG. 9 is a schematic sectional view of a seventh embodiment of the solar cell of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,21,31,41,51,61,71…グリッド電極、
2,22,32,42,52,62,72…反射防止膜、3,
23,33,43,53…シリコン酸化膜、4,24,34,
44,54,64,74…n型シリコン層、5,25,35,
45,55,65,75…p型シリコン基板、5b,25b,
35b,45b,55b…p型層、6,26,36,46,5
6,76…p型のダイヤモンド薄膜、7,27,37,47,
57,67,77…裏面金属電極、8,28,48,58…
シリコン酸化膜、39,49,59,69…高濃度のp型シ
リコン層、70…n型のダイヤモンド薄膜、Z1〜Z7
…pn接合面、K…開孔部。
1, 21, 31, 41, 51, 61, 71 ... Grid electrodes,
2, 22, 32, 42, 52, 62, 72 ... Antireflection film, 3,
23, 33, 43, 53 ... Silicon oxide film, 4, 24, 34,
44, 54, 64, 74 ... n-type silicon layer, 5, 25, 35,
45, 55, 65, 75 ... p-type silicon substrate, 5b, 25b,
35b, 45b, 55b ... p-type layer, 6, 26, 36, 46, 5
6,76 ... p-type diamond thin film, 7,27,37,47,
57, 67, 77 ... Back side metal electrode, 8, 28, 48, 58 ...
Silicon oxide film, 39, 49, 59, 69 ... High-concentration p-type silicon layer, 70 ... N-type diamond thin film, Z1 to Z7
... pn junction surface, K ... open hole.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山嵜 一郎 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 (72)発明者 三宮 仁 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Ichiro Yamazaki 22-22 Nagaike-cho, Abeno-ku, Osaka-shi, Osaka Within SHARP Co., Ltd. Within the corporation

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 第1導電型の結晶シリコン半導体層と第
2導電型の結晶シリコン半導体層とが接合されている結
晶シリコン太陽電池において、 上記第1導電型の結晶シリコン半導体層の接合面の反対
側にある上記第1導電型の結晶シリコン半導体層の反対
面に形成された第1導電型のダイヤモンド薄膜を有し、 上記ダイヤモンド薄膜は、 上記第1導電型の結晶シリコン半導体層が有しているエ
ネルギー禁制帯幅よりも広いエネルギー禁制帯幅を有し
ていることを特徴とする太陽電池。
1. A crystalline silicon solar cell in which a first-conductivity-type crystalline silicon semiconductor layer and a second-conductivity-type crystalline silicon semiconductor layer are bonded together, wherein a bonding surface of the first-conductivity-type crystalline silicon semiconductor layer is A first conductivity type diamond thin film formed on an opposite surface of the first conductivity type crystalline silicon semiconductor layer on the opposite side, wherein the diamond thin film is included in the first conductivity type crystalline silicon semiconductor layer; A solar cell having an energy forbidden band wider than the existing energy forbidden band.
【請求項2】 第1導電型の結晶シリコン半導体層と第
2導電型の結晶シリコン半導体層とが接合されている結
晶シリコン太陽電池において、 上記第1導電型の結晶シリコン半導体層の接合面の反対
側にある上記第1導電型の結晶シリコン半導体層の反対
面に形成された第1導電型のダイヤモンド薄膜を有し、 上記ダイヤモンド薄膜は、 上記第1導電型の結晶シリコン半導体層が含んでいる不
純物の濃度よりも高濃度の不純物を含んでいることを特
徴とする太陽電池。
2. A crystalline silicon solar cell in which a first-conductivity-type crystalline silicon semiconductor layer and a second-conductivity-type crystalline silicon semiconductor layer are bonded together, wherein the bonding surface of the first-conductivity-type crystalline silicon semiconductor layer is A first conductivity type diamond thin film formed on the opposite surface of the first conductivity type crystalline silicon semiconductor layer on the opposite side, wherein the diamond thin film includes the first conductivity type crystalline silicon semiconductor layer; A solar cell characterized by containing a higher concentration of impurities than the concentration of existing impurities.
【請求項3】 第1導電型の結晶シリコン半導体層と第
2導電型の結晶シリコン半導体層とが接合されている結
晶シリコン太陽電池において、 上記第1導電型の結晶シリコン半導体層の接合面の反対
側にある上記第1導電型の結晶シリコン半導体層の反対
面に形成された第1導電型のダイヤモンド薄膜を有し、 上記ダイヤモンド薄膜は、 上記第1導電型の結晶シリコン半導体層が有しているエ
ネルギー禁制帯幅よりも広いエネルギー禁制帯幅を有
し、かつ、上記第1導電型の結晶シリコン半導体層が含
んでいる不純物の濃度よりも高濃度の不純物を含んでい
ることを特徴とする太陽電池。
3. A crystalline silicon solar cell in which a first-conductivity-type crystalline silicon semiconductor layer and a second-conductivity-type crystalline silicon semiconductor layer are bonded together, wherein the bonding surface of the first-conductivity-type crystalline silicon semiconductor layer is A first conductivity type diamond thin film formed on an opposite surface of the first conductivity type crystalline silicon semiconductor layer on the opposite side, wherein the diamond thin film is included in the first conductivity type crystalline silicon semiconductor layer; The energy forbidden band width is wider than the present energy forbidden band width, and contains a higher concentration of impurities than the concentration of impurities contained in the first conductivity type crystalline silicon semiconductor layer. Solar cells to do.
【請求項4】 請求項1乃至3のいずれか1つに記載の
太陽電池において、 上記ダイヤモンド薄膜は、20nm以上の膜厚を有してい
ることを特徴とする太陽電池。
4. The solar cell according to claim 1, wherein the diamond thin film has a film thickness of 20 nm or more.
【請求項5】 請求項1乃至4のいずれか1つに記載の
太陽電池において、 上記ダイヤモンド薄膜は、水素を含んでいることを特徴
とする太陽電池。
5. The solar cell according to any one of claims 1 to 4, wherein the diamond thin film contains hydrogen.
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