JPH09199738A - Solar cell - Google Patents

Solar cell

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JPH09199738A
JPH09199738A JP8007253A JP725396A JPH09199738A JP H09199738 A JPH09199738 A JP H09199738A JP 8007253 A JP8007253 A JP 8007253A JP 725396 A JP725396 A JP 725396A JP H09199738 A JPH09199738 A JP H09199738A
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JP
Japan
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semiconductor
solar cell
layer
work function
insulator
Prior art date
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Pending
Application number
JP8007253A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hiroyuki Otsuka
寛之 大塚
Shinichi Muramatsu
信一 村松
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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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
    • Y02E10/544Solar cells from Group III-V materials

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce a surface re-combination rate of a semiconductor/insulating film interface and to improve conversion efficiency by providing a semiconductor having a work function different from that of a semiconductor layer having a wider forbidden band width than that of an insulating member or that of a semiconductor serving as a solar cell. SOLUTION: A solar cell consists of a semiconductor A (solar battery) 1, an insulating member (or a semiconductor C having a wider forbidden band width than that of the semiconductor A) 2 and a semiconductor B3. It is important to provide the semiconductor B3 having a higher work function than that of the semiconductor A1. It is of course possible to reduce surface re-combination even if the solar cell consists entirely or partly of the semiconductor A (solar battery) 1 and the semiconductor B3 without the insulating member 2 or the semiconductor C. Moreover, by providing the semiconductor B3 having a lower work function than that of the semiconductor A1 serving as a solar cell, the electron density in the vicinity of the surface can be increased.

Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、表面再結合の低減
を行った太陽電池に関するものである。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a solar cell having reduced surface recombination.

【0002】[0002]

【従来の技術】太陽電池における、変換効率およびフィ
ルファクタ、開放電圧、短絡電流などの特性の向上に
は、表面再結合の低減が重要であることはいうまでもな
い。これまで表面再結合を低減するために、半導体の表
面を高品質な酸化膜で覆うことが行われてきた。この場
合には、表面再結合を低減するということは、すなわち
半導体/酸化膜界面の界面準位密度を低減することにあ
る。今日、熱酸化膜によるパッシベーションによって界
面準位密度が単位eV、単位平方cmあたり10乗台以下
が実現されているが、変換効率向上のためには、まだま
だ表面再結合速度を低減する必要がある。しかし高品質
な熱酸化膜によって一層界面準位密度を低減するには、
よりクリーンな雰囲気を必要とし、これを実現するには
莫大な設備投資が必要である。このような界面準位密度
を低減する方法に対して半導体表面近傍のバンドを曲
げ、電子・正孔濃度に差を作ることによって表面再結合
を低減する方法が考えられる。つぎに代表的な3つの方
法を紹介する。
2. Description of the Related Art Needless to say, reduction of surface recombination is important for improving conversion efficiency and characteristics such as fill factor, open circuit voltage and short circuit current in solar cells. Heretofore, in order to reduce surface recombination, the surface of the semiconductor has been covered with a high quality oxide film. In this case, reducing the surface recombination means reducing the interface state density of the semiconductor / oxide film interface. Today, the interface state density of unit eV and unit power of less than 10 per square cm has been realized by passivation using a thermal oxide film, but it is still necessary to reduce the surface recombination rate in order to improve the conversion efficiency. . However, in order to further reduce the interface state density with a high quality thermal oxide film,
A cleaner atmosphere is required and enormous capital investment is required to achieve this. In contrast to such a method of reducing the interface state density, a method of bending the band near the semiconductor surface and making a difference in electron / hole concentration can reduce the surface recombination. Next, we introduce three typical methods.

【0003】1つには、酸化膜に接するベース層近傍に
フローティング反転層(ベース層の導電型と異なる導電
型の層で、フローティングとはこの層が直接端子に接続
していないことを示す)を形成する方法がある。この代
表的な太陽電池は、例えば、1994 アイ・イー・イ
ー・イー・ファースト・ワールド・コンファレンス・オ
ン・フォトボルタイック・エナジー・コンバージョン会
議録(1994 IEEE First World Conference
on Photovoltaic Energy Conversion Conference
Record)第2巻、1278〜1282ページに記載さ
れている。
One is a floating inversion layer near the base layer which is in contact with the oxide film (a layer having a conductivity type different from that of the base layer, and floating means that this layer is not directly connected to the terminal). There is a method of forming. This typical solar cell is, for example, the 1994 IEEE First World Conference on Photovoltaic Energy Conversion Proceedings (1994 IEEE First World Conference).
on Photovoltaic Energy Conversion Conference
Record) Volume 2, pp. 1278-1282.

【0004】2つ目は、酸化膜を介してゲート電極を配
する方法が挙げられる。理論的にはこのようなMOS構
造に外部から電圧を印加すれば自由に蓄積層または反転
層を形成でき、表面再結合を低減することが可能であ
る。この代表的な太陽電池は、例えば、ソーラーエナジ
ーマテリアルズ・アンド・ソーラーセルズ(Solar En
ergy Materials and Solar Cells)第2巻、127
8〜1282ページに記載されている。
The second method is to arrange a gate electrode via an oxide film. Theoretically, if an external voltage is applied to such a MOS structure, an accumulation layer or an inversion layer can be formed freely, and surface recombination can be reduced. This typical solar cell is, for example, Solar Energy Materials and Solar Cells (Solar En
ergy Materials and Solar Cells) Volume 2, 127
It is described on pages 8 to 1282.

【0005】3つ目としては、酸化膜中に固定電荷を導
入するか、あるいは酸化膜を介して固定電荷層を配置す
る方法がある。
The third method is to introduce fixed charges into the oxide film or to dispose the fixed charge layer through the oxide film.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】上記フローティング反
転層を用いた従来技術では、裏面のSi/SiO2界面の
表面再結合が低減する一方で、フローティング層内のラ
イフタイムが低下し、太陽電池全体の再結合が増加す
る。このため太陽電池の変換効率は向上せず逆に低下す
るという欠点がある。また、上記MOS構造を用いた従
来技術では、ゲート電極に電圧を印加するために、わざ
わざ別の電源を必要とするという欠点がある。また、ピ
ンホールなどの原因により外部から電圧を印加するゲー
ト電極とベース基板とが短絡し、太陽電池の特性を向上
させるどころか発電しないといった問題点もある。固定
電荷を酸化膜に導入する方式は、固定電荷が安定でない
ことと固定電荷密度を太陽電池表面のバンド端を曲げる
ほど高くできないという欠点を有する。結局、上記3種
類の半導体表面近傍におけるバンドベンディングによる
表面再結合抑制方法によっては、高効率太陽電池が達成
されていない。依然として界面準位密度を低減する方
法、すなわち太陽電池の作製時になるべく異物の混入を
避ける方法が用いられており、そのための設備投資が莫
大になっている。
In the prior art using the floating inversion layer described above, surface recombination at the Si / SiO 2 interface on the back surface is reduced, while the lifetime in the floating layer is reduced and the entire solar cell is reduced. Recombination increases. Therefore, there is a drawback that the conversion efficiency of the solar cell is not improved but is decreased. In addition, the conventional technique using the MOS structure has a drawback that a separate power supply is purposely required to apply a voltage to the gate electrode. There is also a problem that the gate electrode to which a voltage is applied from the outside is short-circuited with the base substrate due to a cause such as a pinhole, and not only the characteristics of the solar cell are improved but also no power is generated. The method of introducing fixed charges into the oxide film has the drawbacks that the fixed charges are not stable and that the fixed charge density cannot be made high enough to bend the band edge of the solar cell surface. After all, high-efficiency solar cells have not been achieved by the surface recombination suppressing methods by band bending in the vicinity of the above-mentioned three types of semiconductor surfaces. Still, a method of reducing the interface state density, that is, a method of avoiding contamination of foreign substances as much as possible at the time of manufacturing a solar cell is used, and the capital investment for that is enormous.

【0007】上記のような問題点に対して、本発明では
如何にバルクの再結合を低減させないまま半導体/絶縁
膜界面の表面再結合割合を低減し、変換効率を向上させ
るかを課題とする。また、本発明では他に電源を必要と
せず、プロセス的にも容易であり、かつ安定に表面再結
合を低減できる、太陽電池の実現を課題とする。
In order to solve the above problems, the present invention has an object to improve the conversion efficiency by reducing the surface recombination ratio at the semiconductor / insulating film interface without reducing the bulk recombination. . Another object of the present invention is to realize a solar cell that does not require any other power source, is easy to process, and can stably reduce surface recombination.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】上記課題は、半導体表面
の少なくとも一部が、絶縁体あるいは太陽電池を構成す
る半導体よりも大きな禁制帯幅を有する半導体に被覆さ
れている太陽電池において、上記絶縁体あるいは太陽電
池を構成する半導体よりも大きな禁制帯幅を有する半導
体上の一部または全部に半導体層を設け、上記半導体層
の仕事関数が、絶縁体あるいは太陽電池を構成する半導
体よりも大きな禁制帯幅を有する半導体を介して内側に
接する半導体の仕事関数と、異なった値を有することに
より解決される。
The above-mentioned object is to provide a solar cell in which at least a part of the semiconductor surface is covered with an insulator or a semiconductor having a forbidden band width larger than that of a semiconductor constituting the solar cell. A semiconductor layer having a larger forbidden band width than that of a semiconductor forming a body or a solar cell, a semiconductor layer is provided on a part or the whole of the semiconductor, and the work function of the semiconductor layer is larger than that of a semiconductor forming an insulator or a solar cell. It is solved by having a work function of a semiconductor in contact with the inside of a semiconductor having a band width and a different value.

【0009】また、上記大きな禁制帯幅の半導体上の一
部または全部に設けた半導体層の仕事関数が、絶縁体あ
るいは太陽電池を構成する半導体よりも大きな禁制帯幅
を有する半導体を介して内接する半導体の仕事関数に比
べ低い値を有することにより解決され、あるいは上記大
きな禁制帯幅を有する半導体を介して内側に接する半導
体の仕事関数と、異なる仕事関数を有する半導体層を受
光面に配置することにより解決される。
In addition, the work function of the semiconductor layer provided on a part or the whole of the semiconductor with the large forbidden band width is larger than that of the semiconductor that constitutes the insulator or the solar cell through the semiconductor having the forbidden band width. It is solved by having a value lower than the work function of the semiconductor in contact, or a semiconductor layer having a work function different from the work function of the semiconductor in contact through the semiconductor having the large forbidden band is arranged on the light-receiving surface. Will be solved.

【0010】さらに上記課題は、上記大きな禁制帯幅を
有する半導体上の一部または全部に設けた半導体層が、
コンタクトおよび電極配線部と電気的に分離されている
ことにより解決され、あるいは、上記半導体の一部また
は全部に設けた半導体層の不純物濃度を絶縁体を介して
内側に接する半導体の不純物濃度の10倍以上にするこ
とにより解決される。
Further, the above problem is that the semiconductor layer provided on a part or all of the semiconductor having the large forbidden band width is
The problem is solved by being electrically separated from the contact and the electrode wiring portion, or the impurity concentration of the semiconductor layer provided in a part or all of the semiconductor is set to 10% of the impurity concentration of the semiconductor in contact with the inside through the insulator. It is solved by doubling.

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】太陽電池における上記課題を解決
するために、本発明による太陽電池の一部表面近傍の構
成を、図1に示すように半導体A(太陽電池)1と絶縁
体(あるいは半導体Aよりも大きな禁制帯幅をもつ半導
体C)2および半導体B3という構成にする。ここで、
上記半導体A1の仕事関数と異なる仕事関数をもつ半導
体B3を配することが重要である。もちろん、完全に絶
縁体2または半導体Cを介さず、一部あるいは全面を半
導体A(太陽電池)1と半導体B3という構成にして
も、表面再結合を低減させることが可能である。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION In order to solve the above-mentioned problems in a solar cell, the structure of a part of the surface of the solar cell according to the present invention is shown in FIG. 1 with a semiconductor A (solar cell) 1 and an insulator (or A semiconductor C) 2 and a semiconductor B3 having a forbidden band width larger than that of the semiconductor A are used. here,
It is important to dispose the semiconductor B3 having a work function different from that of the semiconductor A1. Of course, the surface recombination can be reduced even if the semiconductor A (solar cell) 1 and the semiconductor B3 are partially or entirely formed without completely interposing the insulator 2 or the semiconductor C.

【0012】上記のような構成とした場合に、表面再結
合(半導体A1と絶縁体または半導体C3との界面にお
ける再結合)が低減する原理は、ショックレー・リード
・ホール(SRH)再結合理論を用いて簡単に説明する
ことができる。まず図2に示すように、仕事関数6(常
温では化学ポテンシャルとほぼ同義)が異なる2種の半
導体層を近づけていった場合は、化学ポテンシャルを同
レベルにするように電子、正孔が移動する。具体的に真
空準位8を基準に化学ポテンシャルが大きな半導体側の
表面には電子が集まり(正孔は減る)、化学ポテンシャ
ルが小さな半導体側の表面には正孔が集まる(電子は減
る)。この結果、半導体表面には電気的二重層ができポ
テンシャル障壁14が形成される。この現象は通常の化
学平衡とは異なり、半導体同士がコンタクトしなくても
生じる。このような電子、正孔の移動によって半導体端
面の電子濃度、正孔濃度が変化する。半導体の端面で電
子濃度と正孔濃度とが等しくなった場合に再結合できる
ペア数が最も多くなると考えられるが、実際には電子と
正孔の捕獲断面積の差からP型シリコン/酸化膜界面で
は、電子濃度に対して正孔濃度が2〜3桁多い場合に再
結合数は最大になる。逆に界面捕獲密度が多くても、電
子濃度に対する正孔濃度の比が、これからかけ離れるほ
ど再結合割合は減少する。
The principle of reducing surface recombination (recombination at the interface between the semiconductor A1 and the insulator or the semiconductor C3) in the case of the above structure is the Shockley-Lead-Hole (SRH) recombination theory. Can be simply explained. First, as shown in FIG. 2, when two types of semiconductor layers having different work functions 6 (which have almost the same meaning as chemical potential at room temperature) are brought close to each other, electrons and holes move so that the chemical potentials become the same level. To do. Specifically, electrons gather on the surface of the semiconductor side having a large chemical potential (holes decrease) based on the vacuum level 8 (holes decrease), and holes gather on the surface of the semiconductor side having a small chemical potential (electrons decrease). As a result, an electric double layer is formed on the semiconductor surface, and the potential barrier 14 is formed. Unlike normal chemical equilibrium, this phenomenon occurs even if semiconductors do not contact each other. Due to such movement of electrons and holes, the electron concentration and hole concentration on the semiconductor end face change. It is considered that the maximum number of pairs that can be recombined when the electron concentration and the hole concentration are equal at the end face of the semiconductor is actually the P-type silicon / oxide film because of the difference in the electron and hole trapping cross sections. At the interface, the recombination number is maximum when the hole concentration is 2-3 orders of magnitude higher than the electron concentration. On the contrary, even if the interface trap density is high, the recombination rate decreases as the ratio of the hole concentration to the electron concentration becomes far from this.

【0013】上記の原理からいけば、太陽電池を構成し
ている半導体に対して仕事関数が異なる金属を配置して
もよいことになる。しかし、金属に比べ半導体の方が種
類に対する仕事関数差が大きい上に、不純物をドーピン
グすることにより任意に仕事関数を変えることが可能で
ある。また、一般に金属は可視光に対して反射率が大き
く、かつ吸収係数も高いため、受光面に配置することは
よほど薄くしない限り不可能である。半導体であれば、
そのバンドギャップエネルギーが可視光のもつフォトン
エネルギーより高い材料を選択することによって、受光
面に配置することも可能である。
From the above principle, it is possible to dispose a metal having a different work function with respect to the semiconductor forming the solar cell. However, the semiconductor has a larger work function difference with respect to the type than a metal, and the work function can be arbitrarily changed by doping impurities. Further, in general, metal has a high reflectance with respect to visible light and a high absorption coefficient, so that it is impossible to dispose it on the light receiving surface unless it is made very thin. If it ’s a semiconductor,
It is also possible to arrange it on the light receiving surface by selecting a material whose band gap energy is higher than the photon energy of visible light.

【0014】さらに、本発明では上記課題を解決するた
めに、単に太陽電池の周りに絶縁膜を介して、太陽電池
を構成する半導体とは異なる仕事関数をもつ半導体を配
置するだけでなく、つぎのような手段を講じる。すなわ
ち、上記太陽電池を構成する半導体Aに対して仕事関
数が小さな半導体Bを配置する、上記半導体Bと太陽
電池の電極および配線を電気的に分離する、上記半導
体Bを太陽電池の受光面側に配置する、上記半導体B
の不純物濃度を、太陽電池を構成する半導体Aの不純物
濃度に対して10倍以上にする。
Further, in the present invention, in order to solve the above-mentioned problems, not only a semiconductor having a work function different from that of a semiconductor constituting the solar cell is arranged around the solar cell through an insulating film, but Take measures such as. That is, a semiconductor B having a small work function is arranged with respect to the semiconductor A constituting the solar cell, the electrodes and wirings of the semiconductor B and the solar cell are electrically separated, and the semiconductor B is disposed on the light receiving surface side of the solar cell The semiconductor B to be placed in
The impurity concentration of is set to 10 times or more the impurity concentration of the semiconductor A constituting the solar cell.

【0015】太陽電池を構成する半導体に対して、絶縁
体あるいは禁制帯幅が広い半導体層を介して小さな仕事
関数をもつ半導体を配置するのは、表面近傍の電子濃度
を高めるためである。特にシリコン太陽電池では酸化膜
との界面の電子の捕獲断面積が正孔の捕獲断面積に比べ
て2〜3桁高いため、正孔濃度が電子濃度より2〜3桁
高い場合に表面再結合が最大になる。仕事関数差を利用
し、表面再結合が最大となる条件に当てはまらないよう
にするには、大きな仕事関数をもつ半導体を配置して界
面付近の正孔濃度を高めるより、小さな仕事関数をもつ
半導体を配置して界面付近の電子濃度を高める方が容易
である。
The semiconductor having a small work function is arranged with respect to the semiconductor constituting the solar cell via an insulator or a semiconductor layer having a wide band gap in order to increase the electron concentration near the surface. Particularly in a silicon solar cell, the electron capture cross-section at the interface with the oxide film is higher than the hole capture cross-section by 2 to 3 orders of magnitude, so surface recombination occurs when the hole concentration is 2 to 3 orders of magnitude higher than the electron concentration. Is the maximum. To use the work function difference and prevent the conditions that maximize surface recombination from being met, place a semiconductor with a large work function to increase the hole concentration near the interface, and a semiconductor with a small work function. It is easier to arrange the to increase the electron concentration near the interface.

【0016】2番目の点については、つぎのような状況
が起こりうる。絶縁体あるいは禁制帯幅の広い半導体層
Cを介して配置する半導体Bが、電極や配線と電気的に
接続している場合は、この半導体層Bの電位は当然電極
と等しくなる。図3に示すように、半導体A1と半導体
B3の仕事関数差を利用して反転層を形成しても、太陽
電池に太陽光を照射すると、動作電圧16が半導体Bに
かかってしまい、半導体Bのフェルミレベルを変化させ
ることになる。この変化は太陽電池の反転層をなくす方
向であるため表面再結合を増やしてしまう可能性があ
る。絶縁体あるいは半導体層Cを介して配置する半導体
Bを電極や配線と電気的に分離するのは、動作電圧時に
曲げていたバンドをそのままの状態にしておくのが目的
である。
Regarding the second point, the following situation can occur. When the semiconductor B arranged via the insulator or the semiconductor layer C having a wide band gap is electrically connected to the electrode or the wiring, the potential of the semiconductor layer B is naturally equal to that of the electrode. As shown in FIG. 3, even if the inversion layer is formed by using the work function difference between the semiconductor A1 and the semiconductor B3, when the solar cell is irradiated with sunlight, the operating voltage 16 is applied to the semiconductor B and the semiconductor B Will change the Fermi level of. Since this change tends to eliminate the inversion layer of the solar cell, it may increase surface recombination. The purpose of electrically separating the semiconductor B arranged via the insulator or the semiconductor layer C from the electrodes and wirings is to leave the band bent at the operating voltage as it is.

【0017】3番目に記した、受光面側に太陽電池を構
成する半導体と仕事関数が異なる半導体を配置するの
は、表面再結合を低減するだけでなく、表面層の不純物
濃度を薄くし、かつ反射防止膜として利用するためであ
る。通常の両面コンタクト型太陽電池では受光面はベー
スと反対の導電型をもつ高濃度層で覆われている。太陽
電池の高効率化のためには、この層の表面再結合、SR
H再結合を低減するだけでなく、高濃度に由来するオー
ジェ再結合の低減も必要である。しかし、この層の不純
物濃度を下げると電気抵抗が高くなる結果、フィルファ
クターが低くなり、高い変換効率が得られない。これに
対し低濃度化させた拡散層に同導電型の半導体を絶縁体
上に配置することにより、上記問題点をクリアでき、従
来より高い開放電圧、高いフィルファクター、高い変換
効率が得られる。また、太陽電池を構成する半導体の屈
折率より低い屈折率をもつ半導体を選択し、膜厚を最適
化することにより表面反射率を低減できる。
The third arrangement of the semiconductor having a work function different from that of the semiconductor constituting the solar cell on the light receiving surface side not only reduces the surface recombination but also reduces the impurity concentration of the surface layer, In addition, it is for use as an antireflection film. In a normal double-sided contact solar cell, the light-receiving surface is covered with a high-concentration layer having a conductivity type opposite to that of the base. In order to improve the efficiency of solar cells, surface recombination of this layer, SR
Not only is H recombination reduced, but it is also necessary to reduce Auger recombination from high concentrations. However, if the impurity concentration in this layer is lowered, the electric resistance becomes high, and as a result, the fill factor becomes low and high conversion efficiency cannot be obtained. On the other hand, by arranging a semiconductor of the same conductivity type on the insulator in the lightly diffused diffusion layer, the above problems can be solved and a higher open circuit voltage, higher fill factor and higher conversion efficiency than before can be obtained. Further, the surface reflectance can be reduced by selecting a semiconductor having a refractive index lower than that of the semiconductor forming the solar cell and optimizing the film thickness.

【0018】4番目に記した、太陽電池を構成する半導
体の不純物濃度の10倍以上の濃度の半導体を配置する
のは、図4に示すように太陽電池を構成している半導体
1側のポテンシャル障壁を高くするためである。仮に同
程度の誘電率をもつ半導体同士の場合は、片方の半導体
3の不純物濃度を、もう一方の半導体1の不純物濃度の
10倍にすると、高濃度の半導体の絶縁膜近傍における
ポテンシャル障壁の高さは、低濃度のものに比べると1
0分の1以下になる。ここで、太陽電池を構成する半導
体の不純物濃度が低い方が空間電荷領域を大きくできる
ことはいうまでもない。また、半導体と絶縁膜間の界面
準位密度が高い場合には、フェルミレベルのピンニング
が起きる。不純物濃度を高めることにより、この影響を
小さくすることが可能である。
The fourth semiconductor described above is arranged with a semiconductor concentration of 10 times or more the impurity concentration of the semiconductor constituting the solar cell, as shown in FIG. 4, the potential on the side of the semiconductor 1 constituting the solar cell. This is to raise the barrier. In the case of semiconductors having similar dielectric constants, if the impurity concentration of one semiconductor 3 is set to 10 times the impurity concentration of the other semiconductor 1, the potential barrier in the vicinity of the insulating film of the high-concentration semiconductor is increased. It is 1 when compared to the low concentration
It will be less than 1/0. Here, it goes without saying that the space charge region can be increased when the impurity concentration of the semiconductor forming the solar cell is lower. When the interface state density between the semiconductor and the insulating film is high, Fermi level pinning occurs. This effect can be reduced by increasing the impurity concentration.

【0019】[0019]

【実施例】つぎに本発明の実施例を図面とともに示す。
図5は本発明による太陽電池の第1実施例を示す図、図
6は上記実施例の作製工程を示す図、図7は上記実施例
における2層膜と配線電極との分離を示す図、図8は本
発明の第2実施例を示す図、図9は上記実施例の他の応
用を示す図、図10は本発明の第3実施例を示す図であ
る。
Embodiments of the present invention will now be described with reference to the drawings.
FIG. 5 is a diagram showing a first embodiment of a solar cell according to the present invention, FIG. 6 is a diagram showing a manufacturing process of the above embodiment, FIG. 7 is a diagram showing separation of a two-layer film and a wiring electrode in the above embodiment, 8 is a diagram showing a second embodiment of the present invention, FIG. 9 is a diagram showing another application of the above-described embodiment, and FIG. 10 is a diagram showing a third embodiment of the present invention.

【0020】第1実施例 本発明による太陽電池の第1実施例を図5に示すが、そ
の作製工程を示す図6において、図6(a)に示すよう
に、P型結晶シリコン基板22上の光入射側表面に、光
閉じ込め用の凹凸構造18を異方性エッチングにより形
成した。つぎに拡散マスク用の熱酸化膜27を0.2μ
mの厚さに形成し、周知の光食刻法により高濃度りん拡
散部分の穴28をあけた。POCl3を熱拡散することに
より接合深さ0.5μmのN型高濃度拡散層20を形成
した。つぎに図6(b)に示すように、熱酸化膜27の
光入射側表面を除去し、受光面全面に接合深さ0.2μ
mのN型低濃度拡散層21をPOCl3の熱拡散により形
成した。その後、拡散マスク用の熱酸化膜27を0.2
μm形成した。つぎに図6(c)に示すように、周知の
光食刻法により裏面のボロン拡散部分29に穴あけを行
った。P型拡散層23はBBr3を熱拡散することにより
形成した。この時の接合深さは0.4μmとした。つぎ
に熱酸化膜27を除去し、図6(d)に示すようにパッ
シベーション酸化膜24を熱酸化により10nm厚さに
形成した。この後、ZnSe膜25をMBE法により固体
ZnおよびSeを原料(ビーム圧はそれぞれ1.2×(1
/107)Torr、1.8×(1/107)Torr)とし、
成長温度250℃で膜厚2.0μm堆積した。このとき
上記層の不純物濃度が1.0×1018/cm3となるよう
に窒素ガスドーピングを行った(N2ビーム圧:1.2×
(1/107)Torr)。電子顕微鏡によりこの膜は多結
晶であることが観察された。シリコンのバンドギャップ
エネルギーが約1.1eVであるのに対し、このP型Zn
Se膜のバンドギャップエネルギーは約2.8eVである
ため、この層で吸収できる光は、シリコン層でほぼすべ
て吸収されてこの層には到達しない。そのため、若干裏
面の反射率が低下するけれども、この層によって光電変
換ロスはほとんど生じない。この後、光食刻法により裏
面のコンタクトの穴あけ30を行い、図6(e)に示す
ように裏面全面にAl26を蒸着した。受光面について
も光食刻法によりコンタクトをあけ、Ti/Ag17を蒸
着し、リフトオフにより電極部以外に蒸着した金属を除
いた。
First Embodiment A first embodiment of the solar cell according to the present invention is shown in FIG. 5, and in FIG. 6 showing the manufacturing process thereof, as shown in FIG. 6 (a), on a P-type crystalline silicon substrate 22. The concavo-convex structure 18 for confining light was formed by anisotropic etching on the light incident side surface of the. Next, the thermal oxide film 27 for the diffusion mask is set to 0.2 μm.
The hole 28 of the high-concentration phosphorus diffusion portion was formed by a known photo-etching method. The N-type high-concentration diffusion layer 20 having a junction depth of 0.5 μm was formed by thermally diffusing POCl 3 . Next, as shown in FIG. 6 (b), the light incident side surface of the thermal oxide film 27 is removed, and the junction depth is 0.2 μm over the entire light receiving surface.
The n-type low concentration diffusion layer 21 of m was formed by thermal diffusion of POCl 3 . After that, the thermal oxide film 27 for the diffusion mask is set to 0.2.
μm was formed. Next, as shown in FIG. 6C, a hole is formed in the boron diffusion portion 29 on the back surface by a known photo-etching method. The P-type diffusion layer 23 was formed by thermally diffusing BBr 3 . The junction depth at this time was 0.4 μm. Next, the thermal oxide film 27 was removed, and as shown in FIG. 6D, a passivation oxide film 24 was formed by thermal oxidation to a thickness of 10 nm. After that, the ZnSe film 25 is made of solid Zn and Se as raw materials (beam pressure is 1.2 × (1
/ 10 7 ) Torr, 1.8 × (1/10 7 ) Torr),
A film thickness of 2.0 μm was deposited at a growth temperature of 250 ° C. At this time, nitrogen gas doping was performed so that the impurity concentration of the above layer was 1.0 × 10 18 / cm 3 (N 2 beam pressure: 1.2 ×
(1/10 7 ) Torr). It was observed by electron microscopy that the film was polycrystalline. While the band gap energy of silicon is about 1.1 eV, this P-type Zn
Since the band gap energy of the Se film is about 2.8 eV, almost all the light that can be absorbed by this layer is absorbed by the silicon layer and does not reach this layer. Therefore, although the reflectance on the back surface is slightly reduced, this layer causes almost no photoelectric conversion loss. After that, a contact hole 30 is formed on the back surface by a photo-etching method, and Al 26 is deposited on the entire back surface as shown in FIG. 6 (e). Also on the light-receiving surface, a contact was opened by a photo-etching method, Ti / Ag17 was vapor-deposited, and the metal vapor-deposited except the electrode portion was removed by lift-off.

【0021】上記実施例が完成したのち、電気特性をソ
ーラーシミュレータ(AM1.5、100mW/cm2
の下で測定したところ、変換効率23.2%、フィルフ
ァクタ0.825、開放電圧0.693V、短絡電流密度
40.6mA/cm2という結果を得た。この変換効率は
ZnSe膜を装着していない通常の太陽電池に比べ0.9
%高い。
After the above example was completed, the electrical characteristics were measured by a solar simulator (AM1.5, 100 mW / cm 2 ).
When measured under the following conditions, the conversion efficiency was 23.2%, the fill factor was 0.825, the open circuit voltage was 0.693 V, and the short circuit current density was 40.6 mA / cm 2 . This conversion efficiency is 0.9 compared with ordinary solar cells without ZnSe film.
%high.

【0022】本発明において基板として用いたP型シリ
コンの仕事関数が約4.9eVであるのに対し、P型にド
ープしたZnSe膜の仕事関数は約6.2eVである。この
仕事関数差によりシリコン/酸化膜界面近傍のP型半導
体層(太陽電池ベース層)のバンドは伝導帯側に曲げら
れ、表面電子濃度は極端に減少したと考えられる。これ
により、上記のように裏面側の再結合が低減し、太陽電
池特性が向上した。実際に、電極をつけていない状態で
光導電度減衰法によりライフタイムを測定し、表面再結
合速度を見積った結果、ZnSe膜を装着しなかった場合
に、表面再結合速度が約600cm/sであったのに対
し、ZnSe膜を装着した場合は約50cm/sであっ
た。
The work function of the P-type silicon used as the substrate in the present invention is about 4.9 eV, whereas the work function of the P-type doped ZnSe film is about 6.2 eV. It is considered that due to this work function difference, the band of the P-type semiconductor layer (solar cell base layer) near the silicon / oxide film interface was bent to the conduction band side, and the surface electron concentration was extremely reduced. As a result, the recombination on the back surface side was reduced as described above, and the solar cell characteristics were improved. Actually, the lifetime was measured by the photoconductivity decay method without electrodes and the surface recombination rate was estimated. As a result, when the ZnSe film was not attached, the surface recombination rate was about 600 cm / s. On the other hand, it was about 50 cm / s when the ZnSe film was attached.

【0023】また、図6(d)にパッシベーション酸化
膜24を100nm厚さ形成する工程を経たのち、ZnS
e膜の代わりに真性のAlAs膜をMBE法により基板温
度580℃で膜厚2.0μm堆積したのち、続けてAl
0.7Ga0.3As膜25をキャップ層として1.0μm堆積
した。上記のようにAlAs膜とAl0.7Ga0.3Asのバン
ドギャップエネルギーは、それぞれ約2.15eVと約
1.95eVであるため、この層によっても光電変換ロス
はほとんど生じない。この後、上記と同じ工程を経て電
極を装着し本発明を完成させた。
After passing through the step of forming the passivation oxide film 24 to a thickness of 100 nm in FIG.
Instead of the e film, an intrinsic AlAs film is deposited by MBE method at a substrate temperature of 580 ° C. to a film thickness of 2.0 μm, and then the Al film is continued.
A 0.7 Ga 0.3 As film 25 was deposited as a cap layer to a thickness of 1.0 μm. Band gap energy of the AlAs layer and Al 0.7 Ga 0.3 As as described above, since each is about 2.15eV to about 1.95 eV, photoelectric conversion loss hardly occurs even by this layer. After that, electrodes were attached through the same steps as above to complete the present invention.

【0024】この電気特性をソーラーシミュレータ(A
M1.5、100mW/cm2)の下で測定したところ、
変換効率23.2%、フィルファクタ0.820、開放電
圧0.689V、短絡電流密度41.0mA/cm2という
結果を得た。
This electrical characteristic is measured by the solar simulator (A
When measured under M1.5, 100 mW / cm 2 ),
The results obtained were a conversion efficiency of 23.2%, a fill factor of 0.820, an open circuit voltage of 0.689 V, and a short circuit current density of 41.0 mA / cm 2 .

【0025】本発明において、真性のAlAs膜の仕事関
数は約3.6eVであり、シリコンとの仕事関数差により
酸化膜近傍のベース層のバンドが価電子帯側に曲がった
と考えられる。これにより表面正孔濃度が減少し裏面側
の再結合が低減した。これについても電極を装着しない
状態で、光導電度減衰法によりライフタイムを測定し表
面再結合速度を見積った結果、AlAs/Al0.7Ga0.3
sの2層膜を装着しなかった場合は、表面再結合速度が
約600cm/sであったのに対し、AlAs/Al0.7Ga
0.3Asの2層膜を装着した場合は約10cm/sであっ
た。
In the present invention, the work function of the intrinsic AlAs film is about 3.6 eV, and it is considered that the band of the base layer near the oxide film is bent toward the valence band due to the work function difference with silicon. As a result, the surface hole concentration was reduced and the recombination on the back surface side was reduced. Also for this, with the electrode not attached, the lifetime was measured by the photoconductivity decay method and the surface recombination rate was estimated. As a result, AlAs / Al 0.7 Ga 0.3 A
The surface recombination rate was about 600 cm / s when the two-layered membrane of s was not attached, whereas AlAs / Al 0.7 Ga
It was about 10 cm / s when a 0.3 As two-layer film was attached.

【0026】また、図7に示すように、光食刻法により
りん酸および硫酸系のエッチング液を用い、上記実施例
のAlAs/Al0.7Ga0.3As2層膜25と配線電極26
を分離した。このとき分離されたAlAs/Al0.7Ga0.3
As2層膜25上の金属膜31は、裏面反射率を低減さ
せないために取り除かない。この電気特性をソーラーシ
ミュレータ(AM1.5、100mW/cm2)の下で測
定したところ、変換効率23.8%、フィルファクタ0.
821、開放電圧0.707V、短絡電流密度41.0m
A/cm2という結果を得た。従来に比して特に開放電圧
と変換効率に改善がみられたのは、本構成をとることに
より、動作電圧時や開放端条件時に価電子帯側に曲げら
れていたバンドが、フラットに戻らなくなったためと考
えられる。
Further, as shown in FIG. 7, the AlAs / Al 0.7 Ga 0.3 As two-layer film 25 and the wiring electrode 26 of the above-mentioned embodiment are used by using a phosphoric acid and sulfuric acid type etching solution by the photo-etching method.
Separated. AlAs / Al 0.7 Ga 0.3 separated at this time
The metal film 31 on the As2 layer film 25 is not removed because the back surface reflectance is not reduced. When this electrical property was measured under a solar simulator (AM1.5, 100 mW / cm 2 ), conversion efficiency was 23.8% and fill factor was 0.1.
821, open circuit voltage 0.707V, short circuit current density 41.0m
The result was A / cm 2 . The improvement in open-circuit voltage and conversion efficiency was especially seen compared to the conventional one.By adopting this configuration, the band bent to the valence band side at the operating voltage and the open-end condition returned to the flat state. Probably because it is gone.

【0027】上記結果はシリコン/酸化膜の界面準位密
度が1.0×1010/cm2eVで得られたものだが、界面
準位密度が1桁多くなった場合でも同様な方式を採用す
ることにより、ほぼ同じ特性の太陽電池を得ることがで
きた。
The above results are obtained at the interface state density of silicon / oxide film of 1.0 × 10 10 / cm 2 eV, but the same method is adopted even when the interface state density is increased by one digit. By doing so, a solar cell having almost the same characteristics could be obtained.

【0028】第2実施例 本発明の第2実施例を示す図8は、つぎのようにして作
成した。第1実施例と同様のプロセスを用いて、P型結
晶シリコン基板22にN型拡散21を行った。このとき
のフィンガー部直下以外のN層の表面不純物濃度を1.
0×1018/cm3、拡散深さを0.6μmとした。その
後第1実施例同様にP型拡散23を行い、熱酸化法によ
りパッシベーション酸化膜24を20nm形成した。さ
らに、表面および裏面の両側電極17および26を形成
したのち、図8に示すように受光面にMBE法を用い基
板温度220℃でN型ZnS多結晶膜32を210nm堆
積した。このときドーパントとしてCl(ZnCl粉体)
を用い、この層の不純物濃度が1.0×1018/cm3
なるようにドーピングを行った。ZnS膜はバンドギャ
ップエネルギーが約3.8eVであるため、約330nm
以下の波長の光しか吸収できない。330nm以下の波
長の太陽光の強度はほぼ0に等しいので、この層によっ
て光電変換ロスはほとんど生じない。
Second Embodiment FIG. 8 showing a second embodiment of the present invention was prepared as follows. The N-type diffusion 21 was performed on the P-type crystalline silicon substrate 22 by using the same process as in the first embodiment. At this time, the surface impurity concentration of the N layer other than directly under the finger portion is 1.
The diffusion depth was 0 × 10 18 / cm 3 and the diffusion depth was 0.6 μm. After that, P-type diffusion 23 was performed as in the first embodiment, and a passivation oxide film 24 of 20 nm was formed by a thermal oxidation method. Further, after forming both side electrodes 17 and 26 on the front surface and the back surface, as shown in FIG. 8, 210 nm of N-type ZnS polycrystalline film 32 was deposited on the light receiving surface by MBE method at a substrate temperature of 220 ° C. At this time, Cl (ZnCl powder) is used as a dopant.
Was used to dope so that the impurity concentration of this layer would be 1.0 × 10 18 / cm 3 . Since the band gap energy of the ZnS film is about 3.8 eV, it is about 330 nm.
It can only absorb light of the following wavelengths. Since the intensity of sunlight with a wavelength of 330 nm or less is almost equal to 0, this layer causes almost no photoelectric conversion loss.

【0029】本実施例の完成後、電気特性をソーラーシ
ミュレータ(AM1.5、100mW/cm2)の下で測
定したところ、変換効率22.9%、フィルファクタ0.
825、開放電圧0.689V、短絡電流密度40.3m
A/cm2という結果を得た。この変換効率はN型ZnS
膜を装着していない通常の太陽電池に比べ0.6%高
い。
After the completion of this example, the electrical characteristics were measured under a solar simulator (AM 1.5, 100 mW / cm 2 ) and the conversion efficiency was 22.9% and the fill factor was 0.9.
825, open circuit voltage 0.689V, short circuit current density 40.3m
The result was A / cm 2 . This conversion efficiency is N type ZnS
It is 0.6% higher than a normal solar cell without a membrane.

【0030】本実施例ではN層シリコンの仕事関数が約
4.2eVであるのに対し、N型にドープしたZnS膜の
仕事関数は約4.0eVである。この仕事関数差によりシ
リコン/酸化膜界面近傍のN型半導体層(太陽電池ベー
ス層)のバンドはさらに価電子帯側に曲げられ、表面電
子濃度は増加し表面正孔濃度は減少したと考えられる。
これにより、N層の不純物濃度を高めなくても電気抵抗
を下げることが可能になり、またN層の不純物濃度を下
げたことにより、表面再結合に加えてN層内のSRH再
結合およびオージェ再結合が低減し、太陽電池の特性が
向上した。また、受光面に配置したZnS膜は屈折率が
約2.4なので、基板のシリコンに対し反射防止膜とし
て役立っている。従来、シリコン酸化膜をパッシベーシ
ョン膜として用いると同時に反射防止膜として用いてお
り、その最適膜厚は約110nmであった。ZnS膜を受
光面に配置することによりシリコン酸化膜を薄くするこ
とが可能になり、酸化工程において酸化時間、酸化温度
を減らすことが可能になった。これにより界面準位密度
も低減でき、バルクのライフタイムの低下も一層防ぐこ
とが可能になった。
In this embodiment, the work function of the N layer silicon is about 4.2 eV, whereas the work function of the N-type doped ZnS film is about 4.0 eV. It is considered that this work function difference causes the band of the N-type semiconductor layer (solar cell base layer) near the silicon / oxide film interface to be further bent to the valence band side, increasing the surface electron concentration and decreasing the surface hole concentration. .
This makes it possible to reduce the electric resistance without increasing the impurity concentration of the N layer, and by lowering the impurity concentration of the N layer, in addition to surface recombination, SRH recombination in the N layer and Auger Recombination is reduced and the characteristics of the solar cell are improved. Further, since the ZnS film arranged on the light receiving surface has a refractive index of about 2.4, it serves as an antireflection film for silicon of the substrate. Conventionally, a silicon oxide film is used as a passivation film and at the same time as an antireflection film, and the optimum film thickness is about 110 nm. By disposing the ZnS film on the light receiving surface, the silicon oxide film can be thinned, and the oxidation time and the oxidation temperature can be reduced in the oxidation process. As a result, the interface state density can also be reduced, and the reduction in bulk lifetime can be further prevented.

【0031】同様の構造をGaAs太陽電池に対して応用
したのが図9に示す実施例である。この場合、シリコン
酸化膜に対応するのが真性のAlAs層37であり、Zn
S膜に対応するのがP型GaN層36である。GaN層も
バンドギャップエネルギーが約3.5eVであるため、約
360nm以下の波長の光しか吸収できない。したがっ
て上記理由同様、この層による光電変換ロスはほとんど
生じない。
The same structure is applied to a GaAs solar cell in the embodiment shown in FIG. In this case, the intrinsic AlAs layer 37 corresponds to the silicon oxide film, and Zn
The P-type GaN layer 36 corresponds to the S film. Since the GaN layer also has a bandgap energy of about 3.5 eV, it can absorb only light having a wavelength of about 360 nm or less. Therefore, similar to the above reason, photoelectric conversion loss due to this layer hardly occurs.

【0032】本実施例の作製方法は、まずN型GaAs基
板41を用意し、硫酸系エッチング溶液によるエッチン
グののち10分間流水洗浄する。つぎにMBE装置に搬
入し、周知の工程を用いて厚さ0.5μmのN型GaAs
バッファ層40、厚さ3.0μmで不純物濃度2.0×1
17/cm3N型GaAs層39、厚さ0.5μmで不純物
濃度5.0×1018/cm3P型GaAs層38、真性AlG
aAs(Al:Ga=0.7:0.3)層37を10nmと順
に堆積する。このときの成長温度は580℃である。こ
こで一旦装置から取り出し、電極形成用メタルマスクを
装着後、再び高濃度P型GaAs層35を堆積し、つぎに
表面電極33、裏面電極42を蒸着し、電極部を完成さ
せる。続いてガスソースMBE法により基板温度500
℃で受光面側にP型GaN層36を厚さ0.5μm堆積
し、その後反射防止膜34を蒸着して本実施例の太陽電
池が得られる。上記GaN層を堆積する工程では、窒素
の原料としてはNH3ガスを用いP型ドーパントとして
Mgを用いた。
In the manufacturing method of this embodiment, first, an N-type GaAs substrate 41 is prepared, etching is performed with a sulfuric acid-based etching solution, and then rinsed with running water for 10 minutes. Then, it is loaded into the MBE device and, using a well-known process, a 0.5 μm thick N-type GaAs is formed.
The buffer layer 40 has a thickness of 3.0 μm and an impurity concentration of 2.0 × 1.
0 17 / cm 3 N-type GaAs layer 39, 0.5 μm thick with an impurity concentration of 5.0 × 10 18 / cm 3 P-type GaAs layer 38, intrinsic AlG
An aAs (Al: Ga = 0.7: 0.3) layer 37 is deposited in order of 10 nm. The growth temperature at this time is 580 ° C. Here, the device is once taken out of the apparatus, and after mounting the metal mask for electrode formation, the high-concentration P-type GaAs layer 35 is deposited again, and then the front surface electrode 33 and the back surface electrode 42 are vapor-deposited to complete the electrode portion. Then, the substrate temperature is set to 500 by the gas source MBE method.
A P-type GaN layer 36 having a thickness of 0.5 μm is deposited on the light-receiving surface side at 0 ° C., and then an antireflection film 34 is vapor-deposited to obtain the solar cell of this embodiment. In the step of depositing the GaN layer, NH 3 gas was used as the nitrogen source and Mg was used as the P-type dopant.

【0033】上記構造を採用したことにより、P型Ga
As層と窓層であるP型AlGaAs(Al:Ga=0.7:
0.3)層との界面準位密度を真性のAlGaAs((A
l:Ga=0.7:0.3)層を挿入することで低減でき
た。また、さらにその外側に高ドープしたP型GaN層
を配置した結果、仕事関数差(P型GaAs層38の仕事
関数が約5.4eVであるのに対し、P型にドープしたG
aN膜の仕事関数は約6.2eV)によりGaAs層端のバ
ンドを伝導帯側に曲げることができ、表面再結合を低減
できた。
By adopting the above structure, P-type Ga
P-type AlGaAs (Al: Ga = 0.7:
The interface state density with the 0.3) layer is changed to the intrinsic AlGaAs ((A
l: Ga = 0.7: 0.3). Further, as a result of disposing a highly-doped P-type GaN layer on the outer side thereof, a work function difference (the work function of the P-type GaAs layer 38 is about 5.4 eV, whereas the P-type GaN layer is
The work function of the aN film was about 6.2 eV), so that the band at the edge of the GaAs layer could be bent to the conduction band side, and surface recombination could be reduced.

【0034】本実施例の完成後、電気特性をソーラーシ
ミュレータ(AM1.5、100mW/cm2)の下で測
定したところ、変換効率23.8%、フィルファクタ0.
84、開放電圧1.02V、短絡電流密度27.8mA/
cm2という結果を得た。この変換効率はMBE法によっ
て作製したGaAs太陽電池に比べ平均して1.2%高
い。
After completion of this example, the electrical characteristics were measured under a solar simulator (AM 1.5, 100 mW / cm 2 ), conversion efficiency was 23.8%, fill factor was 0.9.
84, open circuit voltage 1.02V, short circuit current density 27.8mA /
The result was cm 2 . This conversion efficiency is 1.2% higher on average than that of GaAs solar cells produced by the MBE method.

【0035】第3実施例 本発明の第3実施例としての太陽電池を図10に示す。
本実施例は、つぎのようにして作製する。まず、P型結
晶シリコン基板22をふつ硝酸エッチング液で基板厚さ
100μmまで薄くし、つづいて上記基板22上の光入
射側表面に光閉じ込め用の凹凸構造18を異方性エッチ
ングにより形成した。つぎに、拡散マスク用の熱酸化膜
を0.2μm厚さに形成し、周知の光食刻法により高濃
度りん拡散部分に穴あけを行い、続いて拡散ソースPO
Cl3を用いて接合深さが0.6μm、表面不純物濃度が
1.0×1020/cm3となるように、熱拡散によりN型
の高濃度拡散層23を形成した。再度、拡散マスク用の
熱酸化膜を0.2μm形成し、周知の光食刻法により裏
面のボロン拡散部分に穴あけを行い、BBr3を用い熱拡
散によりP型の拡散層20を形成した。この時の接合深
さは0.4μm、表面不純物濃度5.0×1019/cm3
ある。つぎに、パッシベーション酸化膜19,24を熱
酸化により10nm厚さに形成した。その後、光食刻法
により裏面のコンタクトの穴あけを行い、裏面全面にA
lを蒸着し、光食刻法によりエミッタ(n+)電極44と
コレクタ(p+)電極45を分離した。さらに、原料に
金属ガリウム、トリメチルアルミニウム、NH3ガスを
原料として、ガスソースMBE法により基板温度600
℃でAlGaN(Al:Ga=0.4:0.6)膜43を膜厚
2.0μm堆積した。AlGaNは選択性が悪いためSiO
2上にも成長する。このときドーパントとしてSi(ジシ
ラン)を用い、この層の不純物濃度が1.0×1018/c
3となるようにドーピングを行った。電子顕微鏡によ
りこの膜を観察したところ多結晶であることが観察され
た。AlGaN(Al:Ga=0.4:0.6)膜もバンドギ
ャップエネルギーが約4.0eVであるため、この層によ
る光電変換ロスはほとんどない。
Third Embodiment A solar cell as a third embodiment of the present invention is shown in FIG.
This example is manufactured as follows. First, the P-type crystalline silicon substrate 22 was thinned with a nitric acid etching solution to a substrate thickness of 100 μm, and then a concavo-convex structure 18 for light confinement was formed on the surface of the substrate 22 on the light incident side by anisotropic etching. Next, a thermal oxide film for a diffusion mask is formed to a thickness of 0.2 μm, and a well-known photo-etching method is used to form a hole in the high-concentration phosphorus diffusion portion.
An N-type high-concentration diffusion layer 23 was formed by thermal diffusion using Cl 3 so as to have a junction depth of 0.6 μm and a surface impurity concentration of 1.0 × 10 20 / cm 3 . Again, a thermal oxide film for a diffusion mask was formed to 0.2 μm, a boron diffusion portion on the back surface was perforated by a well-known photo-etching method, and a P-type diffusion layer 20 was formed by thermal diffusion using BBr 3 . The junction depth at this time is 0.4 μm, and the surface impurity concentration is 5.0 × 10 19 / cm 3 . Next, the passivation oxide films 19 and 24 were formed to a thickness of 10 nm by thermal oxidation. After that, a contact hole is formed on the back surface by photo-etching, and
Then, the emitter (n +) electrode 44 and the collector (p +) electrode 45 were separated by photo-etching. Furthermore, using metal gallium, trimethylaluminum, and NH 3 gas as raw materials, a substrate temperature of 600 is obtained by a gas source MBE method.
An AlGaN (Al: Ga = 0.4: 0.6) film 43 having a film thickness of 2.0 μm was deposited at a temperature of ° C. AlGaN has poor selectivity, so SiO
Also grows on 2 . At this time, Si (disilane) was used as a dopant, and the impurity concentration of this layer was 1.0 × 10 18 / c.
Doping was performed so as to obtain m 3 . When the film was observed with an electron microscope, it was found to be polycrystalline. Since the AlGaN (Al: Ga = 0.4: 0.6) film also has a bandgap energy of about 4.0 eV, there is almost no photoelectric conversion loss due to this layer.

【0036】上記実施例の完成後、電気特性をソーラー
シミュレータ(AM1.5、100mW/cm2)の下で
測定したところ、変換効率23.5%、フィルファクタ
0.80、開放電圧0.710V、短絡電流密度41.5
mA/cm2という結果を得た。この変換効率はAlGaN
(Al:Ga=0.4:0.6)膜を装着していない通常の
太陽電池に比べ1.2%高い。
After completion of the above example, the electrical characteristics were measured under a solar simulator (AM 1.5, 100 mW / cm 2 ), conversion efficiency 23.5%, fill factor 0.80, open voltage 0.710 V. , Short circuit current density 41.5
The result was mA / cm 2 . This conversion efficiency is AlGaN
(Al: Ga = 0.4: 0.6) 1.2% higher than that of a normal solar cell without a film.

【0037】本実施例において、基板として用いたP型
シリコンの仕事関数は約5.0eVである。これに対しN
型にドープした多結晶AlGaN(Al:Ga=0.4:0.
6)膜の仕事関数は約4.0eVである。この仕事関数差
によりシリコン/酸化膜界面近傍には反転層が生じ、表
面正孔濃度が極端に減少したと考えられる。これによ
り、上記記載のように受光面の表面再結合が低減し、太
陽電池の特性が向上した。実際に電極がない状態で光導
電度減衰法によりライフタイムを測定し、表面再結合速
度を見積もった結果、AlGaN(Al:Ga=0.4:0.
6)膜を装着しなかった場合は表面再結合速度が約60
0cm/sであったのに対し、AlGaN(Al:Ga=0.
4:0.6)膜を装着した場合には約10cm/sであっ
た。
In this embodiment, the work function of the P-type silicon used as the substrate is about 5.0 eV. On the other hand, N
Mold-doped polycrystalline AlGaN (Al: Ga = 0.4: 0.
6) The work function of the film is about 4.0 eV. It is considered that this work function difference causes an inversion layer in the vicinity of the silicon / oxide film interface, and the surface hole concentration is extremely reduced. As a result, the surface recombination of the light receiving surface was reduced as described above, and the characteristics of the solar cell were improved. The lifetime was measured by the photoconductivity decay method without electrodes and the surface recombination rate was estimated. As a result, AlGaN (Al: Ga = 0.4: 0.
6) The surface recombination rate is about 60 when the membrane is not attached.
While it was 0 cm / s, AlGaN (Al: Ga = 0.
It was about 10 cm / s when the membrane was installed.

【0038】さらに、上記実施例の不純物濃度が1.0
×1018/cm3であるAlGaN(Al:Ga=0.4:0.
6)膜に代えて、不純物濃度が5.0×1019/cm3
あるAlGaN(Al:Ga=0.4:0.6)膜を堆積し直
した。本実施例の電気特性をソーラーシミュレータ(A
M1.5、100mW/cm2)の下で測定したところ、
変換効率23.6%、フィルファクタ0.798、開放電
圧0.712V、短絡電流密度41.6mA/cm2という
結果を得た。これはAlGaN(Al:Ga=0.4:0.
6)膜の不純物濃度を高めたことにより、太陽電池を構
成しているシリコンの障壁を高めることができ、かつフ
ェルミレベルのピンニングの影響も低減できたことによ
る。
Further, the impurity concentration of the above embodiment is 1.0.
× 10 18 / cm 3 AlGaN (Al: Ga = 0.4: 0.
6) Instead of the film, an AlGaN (Al: Ga = 0.4: 0.6) film having an impurity concentration of 5.0 × 10 19 / cm 3 was redeposited. The electrical characteristics of this embodiment are shown in the solar simulator (A
When measured under M1.5, 100 mW / cm 2 ),
The results obtained were a conversion efficiency of 23.6%, a fill factor of 0.798, an open circuit voltage of 0.712 V, and a short circuit current density of 41.6 mA / cm 2 . This is AlGaN (Al: Ga = 0.4: 0.
6) By increasing the impurity concentration of the film, it is possible to increase the barrier of silicon constituting the solar cell and reduce the influence of Fermi level pinning.

【0039】なお、実施例としては結晶シリコンあるい
は結晶GaAs太陽電池について説明を行ってきたが、本
発明は、IV族あるいはIII‐V族、II‐VI族系化合物
の多結晶、アモルファス太陽電池にも適用可能であるこ
とはいうまでもない。
Although crystalline silicon or crystalline GaAs solar cells have been described as examples, the present invention is applicable to polycrystalline or amorphous solar cells of group IV, III-V or II-VI group compounds. Needless to say, is also applicable.

【0040】[0040]

【発明の効果】上記のように本発明による太陽電池は、
半導体表面の少なくとも一部が、絶縁体あるいは太陽電
池を構成する半導体よりも大きな禁制帯幅を有する半導
体に被覆されている太陽電池において、上記絶縁体ある
いは太陽電池を構成する半導体よりも大きな禁制帯幅を
有する半導体上の一部または全部に半導体層を設け、上
記半導体層の仕事関数が、絶縁体あるいは太陽電池を構
成する半導体よりも大きな禁制帯幅を有する半導体を介
して内側に接する半導体の仕事関数と、異なった値を有
することにより、バルクのライフタイムを悪化させるこ
となく、表面再結合を低減することができる。また、上
記方法は他に電源を必要としない。その結果、高品質な
酸化膜によるパッシベーションをしなくても経時変化
(劣化)がなく、かつ従来に比し変換効率、フィルファ
クタ、開放電圧、短絡電流などが向上した高性能な太陽
電池を得ることが可能になる。さらに、これらの効果に
より、従来予想していた太陽電池の製造設備に対する投
資を、低く押えることが可能になる。
As described above, the solar cell according to the present invention is
A solar cell in which at least a part of the semiconductor surface is covered with a semiconductor having a forbidden band width larger than that of an insulator or a semiconductor constituting the solar cell, and a forbidden band larger than that of the semiconductor constituting the insulator or the solar cell. A semiconductor layer is provided on a part or the whole of a semiconductor having a width, and the work function of the semiconductor layer is in contact with the inside through a semiconductor having a forbidden band width larger than that of a semiconductor forming an insulator or a solar cell. By having a work function and a different value, surface recombination can be reduced without deteriorating the bulk lifetime. Also, the above method requires no additional power supply. As a result, it is possible to obtain a high-performance solar cell that does not change over time (deteriorate) without passivation with a high-quality oxide film and has improved conversion efficiency, fill factor, open-circuit voltage, short-circuit current, etc. It will be possible. Further, these effects make it possible to keep the investment for the solar cell manufacturing equipment, which has been conventionally expected, low.

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

【図1】本発明による太陽電池の基本構成を示す図であ
る。
FIG. 1 is a diagram showing a basic configuration of a solar cell according to the present invention.

【図2】本発明の原理を示すバンドダイヤグラムであ
る。
FIG. 2 is a band diagram showing the principle of the present invention.

【図3】本発明の原理を示すバンドダイヤグラムであ
る。
FIG. 3 is a band diagram showing the principle of the present invention.

【図4】本発明の原理を示すバンドダイヤグラムであ
る。
FIG. 4 is a band diagram showing the principle of the present invention.

【図5】本発明による太陽電池の第1実施例を示す図で
ある。
FIG. 5 is a diagram showing a first embodiment of a solar cell according to the present invention.

【図6】上記実施例の作製工程を(a)〜(e)にそれ
ぞれ示す図である。
6 (a) to 6 (e) are views showing the manufacturing process of the above-described embodiment.

【図7】上記実施例における2層膜と配線電極との分離
を示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing separation of a two-layer film and a wiring electrode in the above example.

【図8】本発明の第2実施例を示す図である。FIG. 8 is a diagram showing a second embodiment of the present invention.

【図9】上記実施例における他の応用例を示す図であ
る。
FIG. 9 is a diagram showing another application example of the above embodiment.

【図10】本発明の第3実施例を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing a third embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…半導体A(太陽電池を構成) 2…半導体B(半導体Aと仕事関数が異なる) 3…絶縁体または半導体C(禁制帯幅が半導体Aより大
きい) 4…表面電極 6…仕事関数 17…Ti/Ag表面電極 26…Al裏面電極 30…コンタクト用穴 33…Au/Zn表面電極 42…Au/Ge‐Au裏面電極 44…コレクタ裏面電極 45…エミッタ裏面電極
1 ... Semiconductor A (constituting solar cell) 2 ... Semiconductor B (work function is different from semiconductor A) 3 ... Insulator or semiconductor C (forbidden band width is larger than semiconductor A) 4 ... Surface electrode 6 ... Work function 17 ... Ti / Ag front surface electrode 26 ... Al back surface electrode 30 ... contact hole 33 ... Au / Zn front surface electrode 42 ... Au / Ge-Au back surface electrode 44 ... collector back surface electrode 45 ... emitter back surface electrode

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】半導体表面の少なくとも一部が、絶縁体あ
るいは太陽電池を構成する半導体よりも大きな禁制帯幅
を有する半導体に被覆されている太陽電池において、上
記絶縁体あるいは太陽電池を構成する半導体よりも大き
な禁制帯幅を有する半導体上の一部または全部に半導体
層を設け、上記半導体層の仕事関数が、絶縁体あるいは
太陽電池を構成する半導体よりも大きな禁制帯幅を有す
る半導体を介して内側に接する半導体の仕事関数と、異
なった値を有することを特徴とする太陽電池。
1. A solar cell in which at least a part of the semiconductor surface is covered with a semiconductor having a larger band gap than an insulator or a semiconductor constituting the solar cell, and the semiconductor constituting the insulator or the solar cell. A semiconductor layer is provided on part or all of a semiconductor having a larger forbidden band width, and the work function of the semiconductor layer is an insulator or through a semiconductor having a larger forbidden band width than a semiconductor included in a solar cell. A solar cell having a work function of a semiconductor in contact with the inside and a different value.
【請求項2】請求項1記載の太陽電池において、絶縁体
あるいは太陽電池を構成する半導体よりも大きな禁制帯
幅を有する半導体上に設けた上記半導体の仕事関数が、
絶縁体あるいは太陽電池を構成する半導体よりも大きな
禁制帯幅を有する半導体を介して内側に接する半導体の
仕事関数に比べ、低い値を有することを特徴とする太陽
電池。
2. The solar cell according to claim 1, wherein a work function of the semiconductor provided on a semiconductor having a forbidden band width larger than that of an insulator or a semiconductor constituting the solar cell,
A solar cell having a lower value than the work function of a semiconductor in contact with the inside of an insulator or a semiconductor having a forbidden band width larger than that of a semiconductor constituting the solar cell.
【請求項3】請求項1記載の太陽電池において、絶縁体
あるいは太陽電池を構成する半導体よりも大きな禁制帯
幅を有する半導体を介して内側に接する半導体の仕事関
数と、異なった仕事関数を有する半導体層を受光面側に
配置したことを特徴とする太陽電池。
3. The solar cell according to claim 1, which has a work function different from the work function of the semiconductor in contact with the inside through the insulator or the semiconductor having a forbidden band width larger than that of the semiconductor constituting the solar cell. A solar cell in which a semiconductor layer is arranged on the light-receiving surface side.
【請求項4】請求項1記載の太陽電池において、絶縁体
あるいは太陽電池を構成する半導体よりも大きな禁制帯
幅を有する半導体上の一部または全部に設けた上記半導
体層が、コンタクトおよび電極配線部と電気的に分離さ
れ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 semiconductor layer provided on a part or the whole of a semiconductor having a forbidden band width larger than that of an insulator or a semiconductor constituting the solar cell is contact and electrode wiring. A solar cell characterized by being electrically separated from the section.
【請求項5】請求項1記載の太陽電池において、絶縁体
あるいは太陽電池を構成する半導体よりも大きな禁制帯
幅を有する半導体上の一部または全部に設けた上記半導
体層の不純物濃度を、上記絶縁体を介して内側に接する
半導体の不純物濃度の10倍以上にしたことを特徴とす
る太陽電池。
5. The solar cell according to claim 1, wherein the impurity concentration of the semiconductor layer provided on a part or all of a semiconductor having a forbidden band width larger than that of an insulator or a semiconductor constituting the solar cell is set to the above-mentioned. A solar cell, wherein the impurity concentration of a semiconductor in contact with the inside through an insulator is 10 times or more.
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