JPWO2012132766A1 - 光電変換装置及び光電変換装置の製造方法 - Google Patents

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Abstract

本発明は、基板（１０）と、基板の裏面の少なくとも一部の領域上に形成されたｉ型非晶質層（１６ｉ、１８ｉ）と、基板（１０）の受光面の少なくとも一部の領域上に形成されたｉ型非晶質層（１２ｉ）と、を備え、裏面には電極（２４ｎ、２４ｐ）が設けられ、受光面には電極が設けられていない光電変換装置（１００）において、裏面側ｉ型非晶質層の単位面積当たりの電気抵抗は、受光面側ｉ型非晶質層の単位面積当たりの電気抵抗より小さいことを特徴とする。

Description

本発明は、裏面接合型の光電変換装置及び光電変換装置の製造方法に関する。
太陽光発電システム等の発電効率を高めるために様々なタイプの光電変換装置が考え出されている。特許文献１には、半導体基板の受光面の反対側（裏面側）にｐ型半導体領域及びｎ型半導体領域が形成された裏面接合型の光電変換装置が提案されている。
裏面接合型の光電変換装置は、受光面側には電極を設けず、裏面側のみに電極が設けられるので、有効受光面積を増加させることができ、発電効率を高めることができる。また、光電変換セル間の接続を裏面側のみで行えるので、幅広の配線材を用いることができる。したがって、配線部分における電圧降下や電力損失を抑制することができる。
特開２００９−２００２６７号公報
ところで、裏面接合型の光電変換装置では、半導体基板内で光電変換によって生じたキャリアを裏面に設けられた電極で効率的に収集する必要がある。
また、光電変換装置では、受光面近傍の半導体領域での光吸収が多く、受光面近傍の領域が主要なキャリア発生部となるため、そのキャリア発生部でのキャリアの再結合を抑制することが光電変換効率を高めるために必要である。
本発明は、光電変換装置であって、半導体材料からなる基板と、前記基板の第１表面の少なくとも一部の領域上に形成された第１パッシベーション層と、前記基板の前記第１表面と反対の第２表面の少なくとも一部の領域上に形成された第２パッシベーション層と、を備え、前記第１表面側には電極が設けられ、前記第２表面側には電極が設けられておらず、前記第１パッシベーション層の単位面積当たりの電気抵抗は、前記第２パッシベーション層の単位面積当たりの電気抵抗より小さい。
本発明は、光電変換装置の製造方法であって、半導体材料からなる基板の第１表面の少なくとも一部の領域上に第１パッシベーション層を形成する第１の工程と、前記第１の工程後、前記半導体基板の前記第１表面と反対の第２表面の少なくとも一部の領域上に第２パッシベーション層を形成する第２の工程と、前記第２の工程後、前記第２表面側のみに電極を形成する第３の工程と、を備える。
本発明は、基板内で光電変換によって生じたキャリアを裏面に設けられた電極で効率的に収集することができる光電変換装置を提供することができる。
また、本発明は、受光面近傍でのキャリアの再結合を抑制することを可能とし、改善された光電変換率を有する光電変換装置の製造方法を提供する。
本発明に係る実施の形態における光電変換装置の裏面側平面図である。 本発明に係る実施の形態における光電変換装置の断面図である。 第１の実施の形態における光電変換装置の製造工程を示す断面図である。 第１の実施の形態における光電変換装置の製造工程を示す断面図である。 第１の実施の形態における光電変換装置の製造工程を示す断面図である。 第１の実施の形態における光電変換装置の製造工程を示す断面図である。 第１の実施の形態における光電変換装置の製造工程を示す断面図である。 第１の実施の形態におけるプラズマ化学気相成長法を説明する模式図である。 第１の実施の形態における光電変換装置の製造工程を示す断面図である。
＜第１の実施の形態＞
本発明の実施の形態における光電変換装置１００は、図１の裏面側平面図及び図２の断面図に示すように、半導体材料からなる基板１０、ｉ型非晶質層１２ｉ、ｎ型非晶質層１２ｎ、透明保護層１４、ｉ型非晶質層１６ｉ、ｎ型非晶質層１６ｎ、ｉ型非晶質層１８ｉ、ｐ型非晶質層１８ｐ、絶縁層２０、電極層２２及び電極部２４（２４ｎ，２４ｐ），２６（２６ｎ，２６ｐ）を含んで構成される。
なお、図２は、図１のＸ方向に沿った断面の一部を示したものである。また、図１では、電極部２４（２４ｎ，２４ｐ），２６（２６ｎ，２６ｐ）の領域を明確に示すために、それぞれ異なる角度のハッチングを施している。
また、本実施の形態における各図は模式的に記載したものであり、実際の寸法、寸法の比率等は現実のものと異なる。また、各図相互間の寸法の比率等が異なる場合もある。また、以下の説明では、光電変換装置１００の光が入射される側を受光面と示し、受光面と反対側を裏面と示す。
以下、図３〜図７を参照しつつ、光電変換装置１００の製造工程と共に光電変換装置１００の構造についても説明する。
ステップＳ１０では、半導体材料からなる基板１０の表面及び裏面の洗浄を行う。基板１０は、ｎ型又はｐ型の導電型の結晶性半導体からなるウエハ状の基板とすることができる。基板１０は、例えば、単結晶シリコン、多結晶シリコン、砒化ガリウム（ＧａＡｓ）、インジウム燐（ＩｎＰ）等の半導体材料を適用することができる。基板１０は、入射された光を吸収することで、光電変換効果により電子及び正孔のキャリア対を発生させる。基板１０は、受光面１０ａと裏面１０ｂとを備える。以下の説明では、基板１０としてｎ型の単結晶シリコンからなるウエハ状の基板を用いた例を説明する。
基板１０の洗浄は、ＲＣＡ洗浄等の洗浄方法を用いて行うことができる。また、基板１０の受光面１０ａにテクスチャ構造を形成することも好適である。この場合、（１００）面を有する単結晶シリコンからなる基板１０の受光面１０ａをＫＯＨ水溶液やＮａＯＨ水溶液で異方性エッチングすることによって、ピラミッド状の（１１１）面を有するテクスチャ構造を形成することができる。また、多結晶シリコンや単結晶シリコンからなる基板１０の受光面１０ａを酸性溶液によるエッチングやドライエッチングを用いて等方性エッチングすることによって、凹凸を有するテクスチャ構造を形成することができる。また、基板１０の裏面１０ｂは平坦面とすることが好ましく、少なくとも受光面１０ａよりも平坦にすることが好適である。
ステップＳ１２では、基板１０の裏面１０ｂ上にｉ型非晶質層１６ｉ及びｎ型非晶質層１６ｎを形成する。なお、ｉ型非晶質層１６ｉは、基板１０の裏面１０ｂの少なくとも一部を覆うパッシベーション層の一部を構成する。
ｉ型非晶質層１６ｉは、真性な非晶質半導体からなる層である。具体的には、ｉ型非晶質層１６ｉは、水素を含有するアモルファスシリコンから形成される。ｉ型非晶質層１６ｉは、ｎ型非晶質層１２ｎ，１６ｎ及びｐ型非晶質層１８ｐよりも膜中のドーパント濃度が低くなるように形成される。例えば、ｉ型非晶質層１６ｉは、ｎ型又はｐ型のドーパントの濃度が５×１０18／ｃｍ3以下となるように形成することが好適である。
ｉ型非晶質層１６ｉの膜厚は、光の吸収をできるだけ抑えられるように薄くし、一方で基板１０の裏面１０ｂが十分にパッシベーションされる程度に厚くすることが好適である。例えば、０．５ｎｍ以上２５ｎｍ以下とすることが好適である。
ｎ型非晶質層１６ｎは、ｎ型の導電型のドーパントを含む非晶質半導体からなる層である。具体的には、ｎ型非晶質層１６ｎは、水素を含有するアモルファスシリコンから形成される。ｎ型非晶質層１６ｎは、ｉ型非晶質層１６ｉよりも膜中のドーパント濃度が高くされる。例えば、ｎ型非晶質層１６ｎは、ｎ型のドーパントの濃度を１×１０21／ｃｍ3以上とすることが好適である。ｎ型非晶質層１６ｎの膜厚は、光の吸収をできるだけ抑えられるように薄くし、一方で光電変換装置１００の開放電圧が十分に高くなるような程度に厚くすることが好適である。例えば、２ｎｍ以上５０ｎｍ以下とすることが好適である。
ｉ型非晶質層１６ｉ及びｎ型非晶質層１６ｎは、プラズマ化学気相成長法（ＰＥＣＶＤ）等のＣＶＤ法によって形成することができる。
具体的には、図８に示すように、ｉ型非晶質層１６ｉは、シラン（ＳｉＨ4）等のケイ素含有ガスを含み、ｐ型及びｎ型のドーピングガスを含まない、ノンドープの原料ガスを、平行平板電極の一方の電極に高周波電力を印加してプラズマ化して、加熱された基板１０の製膜面に供給することによって形成することができる。基板１０は、基板ホルダ３０に固定され、接地電極３２に設置される。接地電極３２は、高周波電極３４と対向するように配置される。高周波電極３４には高周波電源３６が接続され、接地電極３２は接地される。このような状態において、シラン（ＳｉＨ4）等のケイ素含有ガスを含む原料ガスを供給しつつ、高周波電極３４へ高周波電源３６から高周波電力を供給することによって原料ガスのプラズマ３８が生成される。このプラズマ３８から基板１０の表面に原料が供給されてシリコン薄膜が形成される。
ｎ型非晶質層１６ｎは、シラン（ＳｉＨ4）等のケイ素含有ガスを含む原料ガスにフォスフィン（ＰＨ3）等のｎ型のドーピングガスを添加し、平行平板電極等の電極に高周波電力を印加してプラズマ化して、加熱された基板１０の製膜面に供給することによって形成することができる。このとき、ケイ素含有ガスを水素（Ｈ2）によって希釈した原料ガスを用いることで、その希釈率に応じて形成されるｉ型非晶質層１６ｉやｎ型非晶質層１６ｎの膜質を変化させることができる。
なお、本実施の形態において非晶質層は、微結晶半導体を含む。微結晶半導体は、非晶質半導体中に結晶粒が析出している膜である。結晶粒の平均粒径は、これに限定されるものではないが、１ｎｍ以上８０ｎｍ以下程度であると推定されている。
ステップＳ１４では、基板１０の受光面１０ａ上にｉ型非晶質層１２ｉ及びｎ型非晶質層１２ｎを形成する。ｉ型非晶質層１２ｉは、基板１０の受光面１０ａの少なくとも一部を覆うパッシベーション層を構成する。ｉ型非晶質半導体層１２ｉは少なくとも基板１０の発電領域を覆う。
ｉ型非晶質層１２ｉは、真性な非晶質半導体からなる層である。具体的には、ｉ型非晶質層１２ｉは、水素を含有するアモルファスシリコンから形成される。ｉ型非晶質層１２ｉは、ｎ型非晶質層１２ｎ，１６ｎ及びｐ型非晶質層１８ｐよりも膜中のドーパント濃度が低くなるように形成される。例えば、ｉ型非晶質層１２ｉは、ｎ型又はｐ型のドーパントの濃度が５×１０18／ｃｍ3以下となるように形成することが好適である。
ｉ型非晶質層１２ｉは、光の吸収をできるだけ抑えられるように薄くし、一方で基板１０の受光面１０ａが十分にパッシベーションされる程度に厚くすることが好適である。例えば、１ｎｍ以上５０ｎｍ以下とすることが好適である。
ｎ型非晶質層１２ｎは、ｎ型の導電型のドーパントを含む非晶質半導体からなる層である。具体的には、ｎ型非晶質層１２ｎは、水素を含有するアモルファスシリコンから形成される。ｎ型非晶質層１２ｎは、ｉ型非晶質層１２ｉよりも膜中のドーパント濃度が高くされる。例えば、ｎ型非晶質層１２ｎは、ｎ型のドーパントの濃度を１×１０21／ｃｍ3以上とすることが好適である。ｎ型非晶質層１２ｎの膜厚は、光の吸収をできるだけ抑えられるように薄くし、一方で光電変換装置１００の受光面付近で発生した少数キャリアを電極層２２の方向に押し戻せる程度に厚くすることが好適である。例えば、２ｎｍ以上５０ｎｍ以下とすることが好適である。
ｉ型非晶質層１２ｉ及びｎ型非晶質層１２ｎは、プラズマ化学気相成長法（ＰＥＣＶＤ）等のＣＶＤ法によって形成することができる。具体的には、ｉ型非晶質層１６ｉ及びｎ型非晶質層１６ｎと同様に、ｉ型非晶質層１２ｉは、シラン（ＳｉＨ4）等のケイ素含有ガスを含むノンドープの原料ガスを、平行平板電極等の電極に高周波電力を印加してプラズマ化して、加熱された基板１０の製膜面に供給することによって形成することができる。ｎ型非晶質層１２ｎは、シラン（ＳｉＨ4）等のケイ素含有ガスを含む原料ガスにフォスフィン（ＰＨ3）等のｎ型のドーピングガスを添加し、平行平板電極等の電極に高周波電力を印加してプラズマ化して、加熱された基板１０の製膜面に供給することによって形成することができる。このとき、ケイ素含有ガスを水素（Ｈ2）によって希釈した原料ガスを用いることで、その希釈率に応じて形成されるｉ型非晶質層１２ｉやｎ型非晶質層１２ｎの膜質を変化させることができる。
ステップＳ１６では、ｎ型非晶質層１２ｎ上に透明保護層１４が形成される。透明保護層１４は、反射防止膜としての機能と光電変換装置１００の受光面の保護膜としての機能を有する。透明保護層１４は、導電性であってもよいし、絶縁性であってもよい。透明保護層１４は、例えば、酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素等の透明絶縁材料や酸化錫、酸化インジウム等の透明導電材料とすることができる。透明保護層１４の膜厚は、その材料の屈折率等に応じて、付与しようとする反射防止特性となるように適宜設定することが好適である。透明保護層１４の厚みは、例えば、８０ｎｍ以上１μｍ以下とすることが好適である。
透明保護層１４は、適用する原料を含むターゲットを用いたスパッタリング法等のＰＶＤ法や適用する原料の元素を含むガスを用いた化学気相成長法（ＣＶＤ）等の方法を用いて形成することができる。
なお、透明保護層１４は、以下の工程においてエッチングされない材料及び組成とすることが好適である。もし、以下の工程においてエッチングされた場合には、ｎ型非晶質層１２ｎ上に透明保護層１４を再度形成してもよい。
ステップＳ１８では、ｎ型非晶質層１６ｎ上に絶縁層２０が形成される。絶縁層２０は、ｉ型非晶質層１６ｉ及びｎ型非晶質層１６ｎとｉ型非晶質層１８ｉ及びｐ型非晶質層１８ｐとの間の電気的な絶縁を維持するために設けられる。絶縁層２０は、透明であってもよいし、非透明であってもよい。絶縁層２０は、例えば、酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素等の絶縁材料とすることができる。絶縁層２０は、特に窒化ケイ素より構成されていることが好適である。また、絶縁層２０は、水素を含んでいることが好適である。絶縁層２０の膜厚は、例えば、８０ｎｍ以上１μｍ以下とすることが好適である。
絶縁層２０は、適用する原料を含むターゲットを用いたスパッタリング法等のＰＶＤ法や適用する原料の元素を含むガスを用いた化学気相成長法（ＣＶＤ）等の方法を用いて形成することができる。
ステップＳ２０では、絶縁層２０がエッチングされる。具体的には、絶縁層２０のうち、ｉ型非晶質層１８ｉ及びｐ型非晶質層１８ｐが形成される領域上の部分を除去するようにエッチングを行う。例えば、スクリーン印刷法やインクジェット法等の方法により絶縁層２０を残す領域上にレジストＲ１を塗布し、絶縁層２０を除去する領域が露出するようにし、レジストＲ１が塗布されていない領域の絶縁層２０をエッチングする。エッチングは、例えばエッチング液を用いたウェットエッチングにより行うことができる。絶縁層２０が酸化ケイ素、窒化ケイ素又は酸窒化ケイ素からなる場合には、エッチング液として例えばフッ化水素酸水溶液（ＨＦ水溶液）を用いることができる。その後、レジストＲ１を除去する。
ステップＳ２２では、ｉ型非晶質層１６ｉ及びｎ型非晶質層１６ｎがエッチングされる。具体的には、ｉ型非晶質層１６ｉ及びｎ型非晶質層１６ｎのうち、ｉ型非晶質層１８ｉ及びｐ型非晶質層１８ｐが形成される領域上の部分を除去するようにエッチングを行う。
絶縁層２０をマスクとして、絶縁層２０から露出しているｉ型非晶質層１６ｉ及びｎ型非晶質層１６ｎをエッチングする。エッチングは、例えばエッチング液を用いたウェットエッチングにより行うことができる。エッチング液は、例えば、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）を含む水溶液を用いることができる。これにより、基板１０の裏面１０ｂのうち、絶縁層２０で覆われていない領域を露出させる。
ステップＳ２４では、基板１０の裏面１０ｂ側にｉ型非晶質層１８ｉ及びｐ型非晶質層１８ｐが形成される。ｉ型非晶質層１８ｉは、基板１０の裏面１０ｂの少なくとも一部を覆うパッシベーション層の少なくとも一部を構成する。
ｉ型非晶質層１８ｉは、真性な非晶質半導体からなる層である。具体的には、ｉ型非晶質層１８ｉは、水素を含有するアモルファスシリコンから形成される。ｉ型非晶質層１８ｉは、ｎ型非晶質層１２ｎ，１６ｎ及びｐ型非晶質層１８ｐよりも膜中のドーパント濃度が低くなるように形成される。例えば、ｉ型非晶質層１８ｉは、ｎ型又はｐ型のドーパントの濃度が５×１０18／ｃｍ3以下となるように形成することが好適である。
ｉ型非晶質層１８ｉの膜厚は、光の吸収をできるだけ抑えられるように薄くし、一方で基板１０の裏面１０ｂが十分にパッシベーションされる程度に厚くすることが好適である。例えば、０．５ｎｍ以上２５ｎｍ以下とすることが好適である。
ここで、ｉ型非晶質層１６ｉ及びｉ型非晶質層１８ｉの膜厚の少なくとも一方は、ｉ型非晶質層１２ｉの膜厚よりも薄くすることが好適である。ｉ型非晶質層１２ｉ、ｉ型非晶質層１６ｉ及びｉ型非晶質層１８ｉの膜厚は、例えば、製膜時における製膜時間、製膜時の基板温度、原料ガス中のケイ素含有ガスの濃度や水素希釈率、プラズマへ供給する高周波電力等の原料ガス分解用に供給するエネルギーを調整することによって変化させることができる。一般的には、他の条件が同じであれば、製膜時における製膜時間を長くする、原料ガス中のケイ素含有ガスの濃度を高くする、原料ガス中の水素希釈率を低くする及び原料ガス分解用に供給するエネルギーを高くするのいずれかによって、ｉ型非晶質層１２ｉ、ｉ型非晶質層１６ｉ及びｉ型非晶質層１８ｉの膜厚は厚くなる傾向を示す。
ｉ型非晶質層１２ｉ、ｉ型非晶質層１６ｉ及びｉ型非晶質層１８ｉの膜厚は、透過型電子顕微鏡観察（ＴＥＭ）および二次イオン質量分析（ＳＩＭＳ）の測定結果をもとに求めることができる。膜厚に分布がある場合には、平均膜厚で比較すればよい。
また、ｉ型非晶質層１６ｉ及びｉ型非晶質層１８ｉの膜中の水素含有率の少なくとも一方は、ｉ型非晶質層１２ｉの水素含有率よりも低くすることが好適である。ｉ型非晶質層１２ｉ、ｉ型非晶質層１６ｉ及びｉ型非晶質層１８ｉの水素含有率は、例えば、原料ガス中のケイ素含有ガスの濃度や水素希釈率、製膜時における基板温度、プラズマへ供給する高周波電力等の原料ガス分解用に供給するエネルギーを調整することによって変化させることができる。一般的には、他の条件が同じであれば、製膜時の基板温度を高くする、原料ガス中のケイ素含有ガスの濃度を高くする、原料ガス中の水素希釈率を低くする及びの原料ガス分解用に供給するエネルギーを高くするのいずれかによって、ｉ型非晶質層１２ｉ、ｉ型非晶質層１６ｉ及びｉ型非晶質層１８ｉの水素含有率は低くなる傾向を示す。
ｉ型非晶質層１２ｉ、ｉ型非晶質層１６ｉ及びｉ型非晶質層１８ｉの水素含有率は、弾性反跳粒子検出法（ＥＲＤＡ）を用いて測定することができる。膜中での水素含有量の分布がある場合には、空間的な平均値で比較すればよい。
ｐ型非晶質層１８ｐは、ｐ型の導電型のドーパントを含む非晶質半導体からなる層である。具体的には、ｐ型非晶質層１８ｐは、水素を含有するアモルファスシリコンから形成される。ｐ型非晶質層１８ｐは、ｉ型非晶質層１８ｉよりも膜中のドーパント濃度が高くされる。例えば、ｐ型非晶質層１８ｐは、ｐ型のドーパントの濃度を１×１０21／ｃｍ3以上とすることが好適である。ｐ型非晶質層１８ｐの膜厚は、光の吸収をできるだけ抑えられるように薄くし、一方で光電変換装置１００の開放電圧が十分に高くなるような程度に厚くすることが好適である。例えば、２ｎｍ以上５０ｎｍ以下とすることが好適である。
ｉ型非晶質層１８ｉ及びｐ型非晶質層１８ｐは、プラズマ化学気相成長法（ＰＥＣＶＤ）等のＣＶＤ法によって形成することができる。具体的には、ｉ型非晶質層１８ｉは、シラン（ＳｉＨ4）等のケイ素含有ガスを含み、ｐ型及びｎ型のドーピングガスを含まないノンドープの原料ガスを、平行平板電極等の電極に高周波電力を印加してプラズマ化して、加熱された基板１０の製膜面に供給することによって形成することができる。ｐ型非晶質層１８ｐは、シラン（ＳｉＨ4）等のケイ素含有ガスを含む原料ガスにジボラン（Ｂ2Ｈ6）等のｐ型のドーピングガスを添加し、平行平板電極等の電極に高周波電力を印加してプラズマ化して、加熱された基板１０の製膜面に供給することによって形成することができる。このとき、ケイ素含有ガスを水素（Ｈ2）によって希釈した原料ガスを用いることで、その希釈率に応じて形成されるｉ型非晶質層１８ｉやｐ型非晶質層１８ｐの膜質を変化させることができる。
ステップＳ２６では、絶縁層２０上を覆うｉ型非晶質層１８ｉ及びｐ型非晶質層１８ｐの一部を除去する。
具体的には、スクリーン印刷法やインクジェット法によりｉ型非晶質層１８ｉ及びｐ型非晶質層１８ｐを残す領域上にレジストＲ２を塗布し、ｉ型非晶質層１８ｉ及びｐ型非晶質層１８ｐを除去する領域が露出するようにし、レジストＲ２をマスクとしてｉ型非晶質層１８ｉ及びｐ型非晶質層１８ｐをエッチングする。エッチングは、例えばエッチング液を用いたウェットエッチングにより行うことができる。エッチング液には、アルカリ性のエッチング液を用いることができる。例えば、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）を含む水溶液を用いることができる。その後、レジストＲ２を除去する。
また、ペースト状のエッチングペーストや粘度が調整されたエッチングインクをｉ型非晶質層１８ｉ及びｐ型非晶質層１８ｐを除去する領域上に塗布して、ｉ型非晶質層１８ｉ及びｐ型非晶質層１８ｐをエッチングしてもよい。エッチングペーストやエッチングインクは、スクリーン印刷法やインクジェット法で所定のパターンに塗布することができる。
ステップＳ２８では、絶縁層２０がエッチングされる。具体的には、ステップＳ２６において一部が除去されたｉ型非晶質層１８ｉ及びｐ型非晶質層１８ｐをマスクとして、エッチング剤を用いて絶縁層２０の露出部をエッチングより除去する。ここでは、絶縁層２０に対するエッチング速度がｐ型非晶質層１８ｐに対するエッチング速度よりも大きなエッチング剤を使用する。例えば、エッチング剤には、フッ化水素酸水溶液（ＨＦ）等を用いることができる。これにより、ｉ型非晶質層１８ｉ及びｐ型非晶質層１８ｐから露出している絶縁層２０のみが選択的にエッチングされ、その領域においてｎ型非晶質層１６ｎが露出される。
ステップＳ３０では、ｎ型非晶質層１６ｎ及びｐ型非晶質層１８ｐ上に電極層２２が形成される。電極層２２は、電極部２４を形成するためのシード層となる。電極層２２は、透明導電層２２ａと、金属を含む導電層２２ｂと、の積層構造とすることが好適である。透明導電層２２ａは、酸化インジウムや酸化錫、酸化チタンあるいは酸化亜鉛等の透光性導電酸化物から形成することができる。導電層２２ｂは、銅（Ｃｕ）等の金属や合金とすることができる。透明導電層２２ａ及び導電層２２ｂは、プラズマ化学気相成長法（ＰＥＣＶＤ）のＣＶＤ法やスパッタリング法或いは蒸着法等のＰＶＤ法等の薄膜形成方法により形成することができる。
ステップＳ３２では、電極層２２を分断する。電極層２２が形成された領域のうち、絶縁層２０上に形成された領域の一部を除去して、ｎ型非晶質層１６ｎに電気的に接続された電極層２２とｐ型非晶質層１８ｐに電気的に接続された電極層２２とに分断する。電極層２２の分断は、レジストＲ３を用いたパターニング技術により行うことができる。パターニングには、塩化第二鉄（Ｆｅ2Ｏ3）と塩酸（ＨＣｌ）を用いたエッチングを適用することができる。電極層２２の分断後、レジストＲ３は除去する。
ステップＳ３４では、電極層２２が残された領域上に電極部２４が形成される。電極部２４は、電解めっき法により金属層を形成することにより形成することができる。電極部２４は、例えば、銅（Ｃｕ）からなる電極部２４ａと、錫（Ｓｎ）からなる電極部２４ｂとを順次積層することにより形成することができる。電極部２４は、これに限定されるものでなく、金、銀等の他の金属、他の導電性材料、又はそれらの組み合わせとしてもよい。電極層２２に電位を印加しつつ電解メッキ法で適用することにより、電極層２２が残された領域上のみに選択的に電極部２４が形成される。
なお、ステップＳ３２における分断処理によって、図１に示すように、ｎ型非晶質層に電気的に接続された電極部２４ｎとｐ型非晶質層に電気的に接続された電極部２４ｐが形成される。これら電極部２４ｎ及び電極部２４ｐは、フィンガー電極部となる。光電変換装置１００は、フィンガー電極となる電極部２４ｎ及び電極部２４ｐがｙ方向に延び、互いに櫛状に組み合わされるように構成される。また、複数の電極部２４ｎを接続する電極部２６ｎ、複数の電極部２４ｐを接続する電極部２６ｐを設ける。これら電極部２６ｎ及び２６ｐはバスバー電極部となる。
以上のように、本実施の形態における光電変換装置１００を形成することができる。ここで、本実施の形態では、光電変換装置１００を形成する際に、受光面のｉ型非晶質層１２ｉよりも裏面のｉ型非晶質層１６ｉを先に形成する。図６に示すように、プラズマ化学気相成長法等の方法では、製膜時に製膜面とは反対の面が基板ホルダ３０等に接触し、不純物等が付着したり、製膜時の加熱により酸化膜が形成されたりして汚染されるおそれがある。本実施の形態では、ｉ型非晶質層１２ｉよりもｉ型非晶質層１６ｉを先に形成することによって、ｉ型非晶質層１６ｉ及び後に形成されるｉ型非晶質層１８ｉと基板１０との界面がｉ型非晶質層１２ｉの製膜時に汚染されることを防ぎ、半導体基板１０とｉ型非晶質層１６ｉ及びｉ型非晶質層１８ｉとの接触抵抗を低減することができる。
また、ｉ型非晶質層１６ｉ及びｉ型非晶質層１８ｉの膜厚をｉ型非晶質層１２ｉよりも薄くすることによって、ｉ型非晶質層１６ｉ及びｉ型非晶質層１８ｉの単位面積当たりの電気抵抗をｉ型非晶質層１２ｉより小さくすることができる。これにより、ｉ型非晶質層１６ｉ及びｉ型非晶質層１８ｉの膜厚方向の抵抗を低減することができる。
また、水素含有率を下げることにより抵抗率が下がる傾向を示すことから、ｉ型非晶質層１６ｉ及びｉ型非晶質層１８ｉの膜中の水素含有率をｉ型非晶質層１２ｉよりも低くすることによって、ｉ型非晶質層１６ｉ及びｉ型非晶質層１８ｉの単位面積当たりの電気抵抗をｉ型非晶質層１２ｉより小さくすることができる。これにより、ｉ型非晶質層１６ｉ及びｉ型非晶質層１８ｉの膜厚方向の抵抗を低減することができる。
裏面接合型の光電変換装置では、裏面側のｉ型非晶質層１６ｉ及びｉ型非晶質層１８ｉがキャリアの経路となり、ｉ型非晶質層１２ｉはキャリアの経路にはならないので、ｉ型非晶質層１６ｉ及びｉ型非晶質層１８ｉの膜厚方向の抵抗を小さくすることでキャリアの収集効率を高めることができる。
一方、ｉ型非晶質層１２ｉの特性を従来から変更する必要はなく、受光面側での光吸収等に変わりはない。したがって、光電変換装置の発電効率を高めることができる。
＜第２の実施の形態＞
第１の実施の形態では、ｉ型非晶質層１６ｉ及びｎ型非晶質層１６ｎをｉ型非晶質層１２ｉ及びｎ型非晶質層１２ｎより前に形成したが、逆の順に形成してもよい。すなわち、図９に示すように、ステップＳ１２においてｉ型非晶質層１２ｉ及びｎ型非晶質層１２ｎを形成し、ステップＳ１４においてｉ型非晶質層１６ｉ及びｎ型非晶質層１６ｎを形成するものとしてもよい。なお、特に説明のない構成及び製造方法については第１の実施の形態と同様である。
このとき、ｉ型非晶質層１２ｉは、光の吸収をできるだけ抑えられるように薄くし、一方で基板１０の受光面１０ａが十分にパッシベーションされる程度に厚くすることが好適である。例えば、０．５ｎｍ以上２５ｎｍ以下とすることが好適である。
また、ｎ型非晶質層１２ｎの膜厚は、光の吸収をできるだけ抑えられるように薄くし、一方で光電変換装置１００の受光面付近で発生した少数キャリアを電極層２２の方向に押し戻せる程度に厚くすることが好適である。例えば、１ｎｍ以上５０ｎｍ以下とすることが好適である。
また、ｉ型非晶質層１６ｉの膜厚は、光の吸収をできるだけ抑えられるように薄くし、一方で基板１０の裏面１０ｂが十分にパッシベーションされる程度に厚くすることが好適である。例えば、１ｎｍ以上５０ｎｍ以下とすることが好適である。
また、ｎ型非晶質層１６ｎの膜厚は、光の吸収をできるだけ抑えられるように薄くし、一方で光電変換装置１００の開放電圧が十分に高くなるような程度に厚くすることが好適である。例えば、１ｎｍ以上５０ｎｍ以下とすることが好適である。
また、ｉ型非晶質層１８ｉの膜厚は、光の吸収をできるだけ抑えられるように薄くし、一方で基板１０の裏面１０ｂが十分にパッシベーションされる程度に厚くすることが好適である。例えば、１ｎｍ以上５０ｎｍ以下とすることが好適である。
また、ｐ型非晶質層１８ｐの膜厚は、光の吸収をできるだけ抑えられるように薄くし、一方で光電変換装置１００の開放電圧が十分に高くなるような程度に厚くすることが好適である。例えば、１ｎｍ以上５０ｎｍ以下とすることが好適である。
ここで、ｉ型非晶質層１２ｉの膜厚は、ｉ型非晶質層１６ｉ及びｉ型非晶質層１８ｉの膜厚よりも薄くすることが好適である。
また、ｉ型非晶質層１２ｉの水素含有率は、ｉ型非晶質層１６ｉ及びｉ型非晶質層１８ｉの膜中の水素含有率よりも高くすることが好適である。
以上のように、本実施の形態における光電変換装置１００を形成することができる。ここで、本実施の形態では、光電変換装置１００を形成する際に、裏面のｉ型非晶質層１６ｉよりも受光面のｉ型非晶質層１２ｉを先に形成する。プラズマ化学気相成長法等のＣＶＤ法では、製膜時に製膜面とは反対の面が基板ホルダ３０等に接触し、不純物等が付着したり、製膜時の加熱により酸化膜が形成されたりして汚染されるおそれがある。本実施の形態では、ｉ型非晶質層１６ｉよりもｉ型非晶質層１２ｉを先に形成することによって、ｉ型非晶質層１６ｉ及びｉ型非晶質層１８ｉの製膜時にｉ型非晶質層１２ｉと基板１０との界面が汚染されることを防ぐことができる。基板１０とｉ型非晶質層１２ｉとの界面近傍は光の吸収量が最も多く、このためキャリアの発生量が最も多い領域であり、基板１０とｉ型非晶質層１２ｉとの界面での汚染が低減できることにより、キャリアの再結合を抑制し、光電変換効率を高めることができる。
また、ｉ型非晶質層１２ｉの膜厚をｉ型非晶質層１６ｉ及びｉ型非晶質層１８ｉよりも薄くすることによって、ｉ型非晶質層１２ｉにおける光の吸収量をｉ型非晶質層１６ｉ及びｉ型非晶質層１８ｉより小さくすることができる。これにより、受光面１０ａから基板１０内へ届く光量がより大きくなり、光電変換効率を高めることができる。
また、水素含有率を高めることにより光の吸収率が下がる傾向を示すことから、ｉ型非晶質層１２ｉの膜中の水素含有率をｉ型非晶質層１６ｉ及びｉ型非晶質層１８ｉよりも高くすることによって、ｉ型非晶質層１２ｉにおける光の吸収量をｉ型非晶質層１６ｉ及びｉ型非晶質層１８ｉより小さくすることができる。これにより、受光面１０ａから基板１０内へ届く光量がより大きくなり、光電変換効率を高めることができる。
なお、上記説明において、基板１０、ｎ型非晶質層１２ｎ、ｎ型非晶質層１６ｎ、ｐ型非晶質層１８ｐのドーパントの極性を適宜入れ替えてもよい。
また、上記説明において、基板１０の受光面１０ａ上に形成するｉ型非晶質層１２ｉは、受光面１０ａの全面上に形成することが好ましいが、受光面１０ａの周縁部の一部を除いて形成してもよい。
１０ 基板、１０ａ 受光面、１０ｂ 裏面、１２ｉ ｉ型非晶質層、１２ｎ ｎ型非晶質層、１４ 透明保護層、１６ｉ ｉ型非晶質層、１６ｎ ｎ型非晶質層、１８ｉ ｉ型非晶質層、１８ｐ ｐ型非晶質層、２０ 絶縁層、２２ 電極層、２２ａ 透明導電膜、２２ｂ 導電層、２４ 電極部、２４ａ 電極部、２４ｂ 電極部、２４ｎ フィンガー電極部、２４ｐ フィンガー電極部、２６ｎ バスバー電極部、２６ｐ バスバー電極部、３０ 基板ホルダ、３２ 高周波電極、３４ 接地電極、３６ 高周波電源、３８ プラズマ、１００ 光電変換装置。

Claims (11)

  1. 光電変換装置であって、
    半導体材料からなる基板と、
    前記基板の第１表面の少なくとも一部の領域上に形成された第１パッシベーション層と、
    前記基板の前記第１表面と反対の第２表面の少なくとも一部の領域上に形成された第２パッシベーション層と、
    を備え、前記第１表面側には電極が設けられ、前記第２表面側には電極が設けられておらず、
    前記第１パッシベーション層の単位面積当たりの電気抵抗は、前記第２パッシベーション層の単位面積当たりの電気抵抗より小さい。
  2. 請求項１に記載の光電変換装置であって、
    前記第１パッシベーション層の膜厚は、前記第２パッシベーション層の膜厚より薄い。
  3. 請求項１に記載の光電変換装置であって、
    前記第１パッシベーション層の水素含有率は、前記第２パッシベーション層の水素含有率より低い。
  4. 請求項１に記載の光電変換装置であって、
    前記第１パッシベーション層及び前記第２パッシベーション層は、アモルファスシリコン層である。
  5. 請求項１に記載の光電変換装置であって、
    前記第１パッシベーション層の一部の領域上に形成された第１の導電型のアモルファスシリコン層と、
    前記第１パッシベーション層の前記一部の領域外の少なくとも一部の領域に形成された前記第１の導電型と逆導電型のアモルファスシリコン層と、
    を備える。
  6. 光電変換装置の製造方法であって、
    半導体材料からなる基板の第１表面の少なくとも一部の領域上に第１パッシベーション層を形成する第１の工程と、
    前記第１の工程後、前記半導体基板の前記第１表面と反対の第２表面の少なくとも一部の領域上に第２パッシベーション層を形成する第２の工程と、
    前記第２の工程後、前記第２表面側のみに電極を形成する第３の工程と、
    を備える。
  7. 請求項６に記載の光電変換装置の製造方法であって、
    前記第１パッシベーション層の光の吸収量は、前記第２パッシベーション層の光の吸収量より小さく形成する。
  8. 請求項６に記載の光電変換装置の製造方法であって、
    前記第１パッシベーション層の膜厚は、前記第２パッシベーション層の膜厚より薄くなるように形成する。
  9. 請求項６に記載の光電変換装置の製造方法であって、
    前記第１パッシベーション層の水素含有率は、前記第２パッシベーション層の水素含有率より高くなるように形成する。
  10. 請求項６に記載の光電変換装置の製造方法であって、
    前記第１パッシベーション層及び前記第２パッシベーション層は、アモルファスシリコン層である。
  11. 請求項６に記載の光電変換装置の製造方法であって、
    前記第２パッシベーション層の一部の領域上に第１の導電型のアモルファスシリコン層を形成する工程と、
    前記第２パッシベーション層の前記一部の領域外の少なくとも一部の領域上に前記第１の導電型と逆導電型のアモルファスシリコン層を形成する工程と、
    を備える。
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