JPWO2016114371A1 - Photoelectric conversion element, solar cell module and solar power generation system including the same - Google Patents

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Abstract

半導体基板(1)の少なくとも一方の面にテクスチャが形成されている。半導体基板(1)のテクスチャが形成されている面に、n型非晶質半導体層(4)と、p型非晶質半導体層(5)が形成されている。p型非晶質半導体層(5)は、半導体基板(1)の面内方向において、n型非晶質半導体層(4)に隣接して形成されている。半導体基板(1)に形成されたテクスチャを平面視した場合に、テクスチャの凸部の外接円の直径の平均値は、30μm未満である。A texture is formed on at least one surface of the semiconductor substrate (1). An n-type amorphous semiconductor layer (4) and a p-type amorphous semiconductor layer (5) are formed on the textured surface of the semiconductor substrate (1). The p-type amorphous semiconductor layer (5) is formed adjacent to the n-type amorphous semiconductor layer (4) in the in-plane direction of the semiconductor substrate (1). When the texture formed on the semiconductor substrate (1) is viewed in plan, the average value of the diameters of the circumscribed circles of the convex portions of the texture is less than 30 μm.

Description

本発明は、光電変換素子、それを備えた太陽電池モジュールおよび太陽光発電システムに関する。   The present invention relates to a photoelectric conversion element, a solar cell module including the photoelectric conversion element, and a photovoltaic power generation system.

従来、n型の結晶シリコン基板とp型の非晶質シリコン層との間に真性(i型)の非晶質シリコンを介在させて、界面での欠陥を低減し、ヘテロ接合界面での特性を改善させた光電変換装置が知られている。この光電変換装置は、ヘテロ接合型太陽電池と呼ばれている。   Conventionally, intrinsic (i-type) amorphous silicon is interposed between an n-type crystalline silicon substrate and a p-type amorphous silicon layer to reduce defects at the interface, and characteristics at the heterojunction interface. There is known a photoelectric conversion device with improved characteristics. This photoelectric conversion device is called a heterojunction solar cell.

国際公開第2013/133005号パンフレットに記載されているヘテロ接合型太陽電池を図29に示す。n電極1506、p電極1507は、それぞれ、n型非晶質半導体層1503およびp型非晶質半導体層1505上に形成されている。ヘテロ接合型太陽電池においては、シリコン基板中で発生した多数キャリアである電子は、n型非晶質半導体層1503へ拡散し、n電極1506で収集される。また、少数キャリアである正孔は、p型非晶質半導体層1505へ拡散し、p電極1507で収集される。   A heterojunction solar cell described in International Publication No. 2013/133005 is shown in FIG. An n-electrode 1506 and a p-electrode 1507 are formed on the n-type amorphous semiconductor layer 1503 and the p-type amorphous semiconductor layer 1505, respectively. In the heterojunction solar cell, electrons which are majority carriers generated in the silicon substrate are diffused into the n-type amorphous semiconductor layer 1503 and collected by the n-electrode 1506. Further, holes that are minority carriers diffuse into the p-type amorphous semiconductor layer 1505 and are collected by the p-electrode 1507.

図29に示す太陽電池では、受光面とは反対側の裏面にn型非晶質半導体層1503およびp型非晶質半導体層1505が形成されている。このように、裏面にn型半導体層およびp型半導体層が形成されたヘテロ接合型太陽電池を、裏面ヘテロ接合型太陽電池と呼ぶ。   In the solar cell shown in FIG. 29, an n-type amorphous semiconductor layer 1503 and a p-type amorphous semiconductor layer 1505 are formed on the back surface opposite to the light receiving surface. A heterojunction solar cell in which an n-type semiconductor layer and a p-type semiconductor layer are thus formed on the back surface is referred to as a back surface heterojunction solar cell.

国際公開第2013/133005号パンフレットに記載の裏面ヘテロ接合型太陽電池では、平坦な面にn型非晶質半導体層およびp型非晶質半導体層を形成している。従って、基板にテクスチャを形成し、テクスチャが形成された面上にn型半導体層およびp型半導体層を形成する場合には、どのように形成すれば良質な太陽電池が得られるか知られていない。   In the backside heterojunction solar cell described in International Publication No. 2013/133005, an n-type amorphous semiconductor layer and a p-type amorphous semiconductor layer are formed on a flat surface. Therefore, when a texture is formed on a substrate and an n-type semiconductor layer and a p-type semiconductor layer are formed on the textured surface, it is known how to form a high-quality solar cell. Absent.

本発明の実施の形態では、テクスチャが形成された半導体基板の面上にn型非晶質半導体層およびp型非晶質半導体層を形成した光電変換素子であって、品質を向上可能な光電変換素子を提供する。   In an embodiment of the present invention, a photoelectric conversion element in which an n-type amorphous semiconductor layer and a p-type amorphous semiconductor layer are formed on the surface of a semiconductor substrate on which a texture is formed, the photoelectric conversion device capable of improving quality. A conversion element is provided.

また、本発明の実施の形態では、品質を向上可能な光電変換素子を備えた太陽電池モジュールを提供する。   Moreover, in embodiment of this invention, the solar cell module provided with the photoelectric conversion element which can improve quality is provided.

さらに、本発明の実施の形態では、品質を向上可能な光電変換素子を備えた太陽光発電システムを提供する。   Furthermore, in embodiment of this invention, the solar power generation system provided with the photoelectric conversion element which can improve quality is provided.

本発明の一実施形態における光電変換素子は、少なくとも一方の面にテクスチャが形成された半導体基板と、前記半導体基板の前記テクスチャが形成されている面に形成され、第1の導電型を有する第1の非晶質半導体層と、前記半導体基板の前記テクスチャが形成されている面に形成されるとともに前記半導体基板の面内方向において前記第1の非晶質半導体層に隣接して形成され、前記第1の導電型と反対の第2の導電型を有する第2の非晶質半導体層と、を備え、前記テクスチャを平面視した場合に、前記テクスチャの凸部の外接円の直径の平均値は、30μm未満である。   The photoelectric conversion element in one embodiment of the present invention is formed on a semiconductor substrate having a texture formed on at least one surface thereof, and on a surface of the semiconductor substrate on which the texture is formed, and has a first conductivity type. Formed on the surface of the semiconductor substrate on which the texture is formed and formed adjacent to the first amorphous semiconductor layer in the in-plane direction of the semiconductor substrate; A second amorphous semiconductor layer having a second conductivity type opposite to the first conductivity type, and an average diameter of circumscribed circles of the convex portions of the texture when the texture is viewed in plan The value is less than 30 μm.

本発明の実施の形態によれば、半導体基板に形成されているテクスチャを平面視した場合に、テクスチャの凸部の外接円の直径の平均値を30μm未満としたので、逆方向飽和電流密度が飽和するのを抑制して、光電変換素子の品質を向上させることができる。   According to the embodiment of the present invention, when the texture formed on the semiconductor substrate is viewed in plan, the average value of the diameter of the circumscribed circle of the convex portion of the texture is less than 30 μm. Saturation can be suppressed and the quality of the photoelectric conversion element can be improved.

図1は、この発明の実施の形態1による光電変換素子の構成を示す断面図である。1 is a cross-sectional view showing a configuration of a photoelectric conversion element according to Embodiment 1 of the present invention. 図2は、大きさや形状がさまざまなピラミッド状の凹凸が複数形成されたテクスチャ構造を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a texture structure in which a plurality of pyramidal irregularities having various sizes and shapes are formed. 図3は、半導体基板の裏面のテクスチャサイズと逆方向飽和電流密度との関係を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating the relationship between the texture size of the back surface of the semiconductor substrate and the reverse saturation current density. 図4は、図1に示す電極および保護膜の拡大図である。FIG. 4 is an enlarged view of the electrode and the protective film shown in FIG. 図5は、図1に示すn型非晶質半導体層の詳細な構造を示す断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view showing a detailed structure of the n-type amorphous semiconductor layer shown in FIG. 図6は、図1に示すn型非晶質半導体層の他の詳細な構造を示す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view showing another detailed structure of the n-type amorphous semiconductor layer shown in FIG. 図7は、図1に示す光電変換素子の製造方法を示す第1の工程図である。FIG. 7 is a first process diagram showing a method for manufacturing the photoelectric conversion element shown in FIG. 1. 図8は、図1に示す光電変換素子の製造方法を示す第2の工程図である。FIG. 8 is a second process diagram illustrating a method for manufacturing the photoelectric conversion element illustrated in FIG. 1. 図9は、図1に示す光電変換素子の製造方法を示す第3の工程図である。FIG. 9 is a third process diagram illustrating a method for manufacturing the photoelectric conversion element illustrated in FIG. 1. 図10は、図1に示す光電変換素子の製造方法を示す第4の工程図である。FIG. 10 is a fourth process diagram illustrating the method of manufacturing the photoelectric conversion element shown in FIG. 図11は、図1に示す光電変換素子の製造方法を示す第5の工程図である。FIG. 11 is a fifth process diagram illustrating the method for manufacturing the photoelectric conversion element illustrated in FIG. 1. 図12は、サイズが異なるテクスチャ構造が形成された半導体基板のSEM写真を示す図である。FIG. 12 is a view showing an SEM photograph of a semiconductor substrate on which texture structures having different sizes are formed. 図13は、図1に示す光電変換素子の裏面側から見た平面図である。FIG. 13 is a plan view seen from the back side of the photoelectric conversion element shown in FIG. 図14は、配線シートの平面図である。FIG. 14 is a plan view of the wiring sheet. 図15は、防湿耐性試験の結果を示す図である。FIG. 15 is a diagram showing the results of a moisture-proof resistance test. 図16は、テクスチャの傾斜角を説明するための図である。FIG. 16 is a diagram for explaining the inclination angle of the texture. 図17は、n型非晶質半導体層およびp型非晶質半導体層をパターニングした場合に、シャドーマスクの下に半導体層やドーパントが回り込むことを説明するための図である。FIG. 17 is a diagram for explaining that a semiconductor layer and a dopant wrap around under a shadow mask when an n-type amorphous semiconductor layer and a p-type amorphous semiconductor layer are patterned. 図18は、テクスチャが形成された半導体基板とシャドーマスクとの間の空隙領域を説明するための図である。FIG. 18 is a diagram for explaining a void region between a semiconductor substrate on which a texture is formed and a shadow mask. 図19は、シャドーマスクの端から面内方向内側に、p型ドーパントであるボロンの回り込みが生じることを説明するための図である。FIG. 19 is a diagram for explaining that boron, which is a p-type dopant, wraps around inward from the edge of the shadow mask. 図20は、テクスチャサイズによって、ボロンの回り込み幅が異なることを説明するための図である。FIG. 20 is a diagram for explaining that the wraparound width of boron varies depending on the texture size. 図21は、本発明の実施の形態2による光電変換素子の構成を示す断面図である。FIG. 21 is a cross-sectional view showing the configuration of the photoelectric conversion element according to Embodiment 2 of the present invention. 図22は、クラスター型のCVD装置の構成を示す模式図である。FIG. 22 is a schematic diagram showing a configuration of a cluster type CVD apparatus. 図23は、実施の形態3による光電変換素子を備える光電変換モジュールの構成を示す概略図である。FIG. 23 is a schematic diagram illustrating a configuration of a photoelectric conversion module including the photoelectric conversion element according to the third embodiment. 図24は、実施の形態4による光電変換素子を備える太陽光発電システムの構成を示す概略図である。FIG. 24 is a schematic diagram illustrating a configuration of a photovoltaic power generation system including the photoelectric conversion element according to the fourth embodiment. 図25は、図24に示す光電変換モジュールアレイの構成を示す概略図である。FIG. 25 is a schematic diagram showing the configuration of the photoelectric conversion module array shown in FIG. 図26は、実施の形態4による光電変換素子を備える別の太陽光発電システムの構成を示す概略図である。FIG. 26 is a schematic diagram illustrating a configuration of another photovoltaic power generation system including the photoelectric conversion element according to the fourth embodiment. 図27は、実施の形態5による光電変換素子を備える太陽光発電システムの構成を示す概略図である。FIG. 27 is a schematic diagram illustrating a configuration of a photovoltaic power generation system including the photoelectric conversion element according to the fifth embodiment. 図28は、実施の形態5による光電変換素子を備える別の太陽光発電システムの構成を示す概略図である。FIG. 28 is a schematic diagram illustrating a configuration of another photovoltaic power generation system including the photoelectric conversion element according to the fifth embodiment. 図29は、国際公開第2013/133005号パンフレットに記載されているヘテロ接合型太陽電池を示す断面図である。FIG. 29 is a cross-sectional view showing a heterojunction solar cell described in International Publication No. 2013/133005. 図30は、実施の形態6における光電変換素子の構成を示す断面図である。FIG. 30 is a cross-sectional view illustrating a configuration of the photoelectric conversion element in Embodiment 6. 図31は、実施の形態6における光電変換素子の製造方法のうちの一部の工程を示す図であって、p型非晶質半導体層が形成された後に、n型非晶質半導体層を形成する際の製造方法を説明するための図である。FIG. 31 is a diagram illustrating a part of the process for manufacturing the photoelectric conversion element in Embodiment 6, and after the p-type amorphous semiconductor layer is formed, the n-type amorphous semiconductor layer is formed. It is a figure for demonstrating the manufacturing method at the time of forming. 図32は、実施の形態6による光電変換素子の構成であって、半導体基板の裏面にテクスチャが形成されていない場合の構成を示す断面図である。FIG. 32 is a cross-sectional view showing the configuration of the photoelectric conversion element according to the sixth embodiment when no texture is formed on the back surface of the semiconductor substrate.

本発明の一実施形態における光電変換素子は、少なくとも一方の面にテクスチャが形成された半導体基板と、前記半導体基板の前記テクスチャが形成されている面に形成され、第1の導電型を有する第1の非晶質半導体層と、前記半導体基板の前記テクスチャが形成されている面に形成されるとともに前記半導体基板の面内方向において前記第1の非晶質半導体層に隣接して形成され、前記第1の導電型と反対の第2の導電型を有する第2の非晶質半導体層と、を備え、前記テクスチャを平面視した場合に、前記テクスチャの凸部の外接円の直径の平均値は、30μm未満である(第1の構成)。   The photoelectric conversion element in one embodiment of the present invention is formed on a semiconductor substrate having a texture formed on at least one surface thereof, and on a surface of the semiconductor substrate on which the texture is formed, and has a first conductivity type. Formed on the surface of the semiconductor substrate on which the texture is formed and formed adjacent to the first amorphous semiconductor layer in the in-plane direction of the semiconductor substrate; A second amorphous semiconductor layer having a second conductivity type opposite to the first conductivity type, and an average diameter of circumscribed circles of the convex portions of the texture when the texture is viewed in plan The value is less than 30 μm (first configuration).

第1の構成によれば、逆方向飽和電流密度が飽和するのを抑制することができるので、光電変換素子の質を向上させることができる。また、第1の非晶質半導体層や第2の非晶質半導体層を成膜する際に使う原料ガスやドーパントガスの回り込みを抑制して、光電変換素子の特性や信頼性を向上させることができる。   According to the first configuration, the saturation of the reverse saturation current density can be suppressed, so that the quality of the photoelectric conversion element can be improved. In addition, it is possible to improve the characteristics and reliability of the photoelectric conversion element by suppressing the wraparound of the source gas and the dopant gas used when forming the first amorphous semiconductor layer and the second amorphous semiconductor layer. Can do.

第1の構成において、前記半導体基板の前記テクスチャが形成されている面と、前記第1の非晶質半導体層および前記第2の非晶質半導体層との間に形成された真性の非晶質半導体層をさらに備える構成とすることもできる(第2の構成)。第2の構成によれば、半導体基板と第1の非晶質半導体層との界面、および半導体基板と第2の非晶質半導体層との界面における欠陥を低減することができる。   In the first configuration, an intrinsic amorphous material formed between the surface of the semiconductor substrate on which the texture is formed and the first amorphous semiconductor layer and the second amorphous semiconductor layer. It can also be set as the structure further provided with a quality semiconductor layer (2nd structure). According to the second configuration, defects at the interface between the semiconductor substrate and the first amorphous semiconductor layer and at the interface between the semiconductor substrate and the second amorphous semiconductor layer can be reduced.

第1または第2の構成において、光電変換素子は、前記第1の非晶質半導体層上に形成された第1の電極と、前記第2の非晶質半導体層上に形成された第2の電極と、前記第1の電極および前記第2の電極の少なくとも一部を覆うように形成された保護膜と、をさらに備えるようにしてもよい(第3の構成)。第3の構成によれば、保護膜の下側の電極の表面は、保護膜によって保護されており、表面の酸化および変色等を合わせて防止できるので、電極の長期信頼性を確保できる。   In the first or second configuration, the photoelectric conversion element includes a first electrode formed on the first amorphous semiconductor layer and a second electrode formed on the second amorphous semiconductor layer. And a protective film formed so as to cover at least part of the first electrode and the second electrode (third configuration). According to the third configuration, the surface of the lower electrode of the protective film is protected by the protective film, and oxidation and discoloration of the surface can be prevented together, so that long-term reliability of the electrode can be ensured.

第1〜第3のいずれかの構成において、前記半導体基板上に成膜された一の薄膜において、膜厚が最大である点を第1の点とし、当該一の薄膜の面内方向において当該薄膜の膜厚の減少率が第1の減少率から前記第1の減少率よりも大きい第2の減少率に変化する点、または当該一の薄膜の面内方向において当該一の薄膜の膜厚の変化率の符号が負から正に変化する点を第2の点とし、当該一の薄膜の面内方向において前記第1の点から前記第2の点までの領域を膜厚減少領域と定義したとき、前記第1の非晶質半導体層および前記第2の非晶質半導体層の少なくとも一方の半導体層は、前記膜厚減少領域を有する構成としてもよい(第4の構成)。第4の構成によれば、第1の非晶質半導体層および第2の非晶質半導体層が膜厚減少領域を有していない構成と比べて、キャリアが非晶質半導体層を介して電極へ到達するときの抵抗が小さくなる。これにより、光電変換素子の変換効率を向上できる。   In any one of the first to third configurations, in the one thin film formed on the semiconductor substrate, a point having the maximum film thickness is defined as a first point, and the in-plane direction of the one thin film The thin film thickness decreasing rate changes from the first decreasing rate to a second decreasing rate larger than the first decreasing rate, or in the in-plane direction of the one thin film. The point at which the sign of the rate of change of the change from negative to positive is defined as the second point, and the region from the first point to the second point in the in-plane direction of the one thin film is defined as the film thickness reduction region. In this case, at least one of the first amorphous semiconductor layer and the second amorphous semiconductor layer may have the thickness reduction region (fourth configuration). According to the fourth configuration, carriers are interposed via the amorphous semiconductor layer as compared with the configuration in which the first amorphous semiconductor layer and the second amorphous semiconductor layer do not have the film thickness reduction region. The resistance when reaching the electrode is reduced. Thereby, the conversion efficiency of a photoelectric conversion element can be improved.

本発明の一実施形態における光電変換素子は、半導体基板と、前記半導体基板上に形成され、リンをドーパントとして含むn型非晶質半導体層と、前記半導体基板上で前記半導体基板の面内方向において前記n型非晶質半導体層に隣接して形成され、ボロンをドーパントとして含むp型非晶質半導体層と、を備え、前記n型非晶質半導体層と前記半導体基板との間には、前記p型非晶質半導体層が形成されている領域におけるボロン濃度よりもボロン濃度が高いボロンの高濃度領域は含まれない(第5の構成)。第5の構成によれば、ボロンの高濃度領域の上にn型非晶質半導体層が形成された場合の電気的特性の低下を抑制することができるので、光電変換素子の品質を向上させることができる。   A photoelectric conversion element according to an embodiment of the present invention includes a semiconductor substrate, an n-type amorphous semiconductor layer formed on the semiconductor substrate and containing phosphorus as a dopant, and an in-plane direction of the semiconductor substrate on the semiconductor substrate. And a p-type amorphous semiconductor layer containing boron as a dopant, and formed between the n-type amorphous semiconductor layer and the semiconductor substrate. The high concentration region of boron whose boron concentration is higher than the boron concentration in the region where the p-type amorphous semiconductor layer is formed is not included (fifth configuration). According to the fifth configuration, since it is possible to suppress a decrease in electrical characteristics when the n-type amorphous semiconductor layer is formed on the boron high-concentration region, the quality of the photoelectric conversion element is improved. be able to.

第5の構成において、前記半導体基板の前記n型非晶質半導体層及び前記p型非晶質半導体層が形成されている面にはテクスチャが形成されていてもよい(第6の構成)。半導体基板にテクスチャが形成されている構造では、テクスチャが形成されていない構造と比べて、ボロンの高濃度領域におけるボロン濃度が大きくなり、また、ボロンの拡散領域の幅が広くなる。しかしながら、第6の構成によれば、半導体基板のn型非晶質半導体層及びp型非晶質半導体層が形成されている面にテクスチャが形成されている場合でも、n型非晶質半導体層は、ボロンの高濃度領域に重ならないように形成されるので、少数キャリアのライフタイムが低下するのを抑制することができるので、光電変換素子の質を向上させることができる。   In the fifth configuration, a texture may be formed on a surface of the semiconductor substrate on which the n-type amorphous semiconductor layer and the p-type amorphous semiconductor layer are formed (sixth configuration). In the structure in which the texture is formed on the semiconductor substrate, the boron concentration in the high-concentration region of boron is larger and the width of the boron diffusion region is wider than in the structure in which the texture is not formed. However, according to the sixth configuration, even when the texture is formed on the surface on which the n-type amorphous semiconductor layer and the p-type amorphous semiconductor layer of the semiconductor substrate are formed, the n-type amorphous semiconductor Since the layer is formed so as not to overlap the high-concentration region of boron, the lifetime of minority carriers can be prevented from being lowered, so that the quality of the photoelectric conversion element can be improved.

第6の構成において、前記テクスチャを平面視した場合に、前記テクスチャの凸部の外接円の直径の平均値は、30μm未満とすることができる。第6の構成によれば、逆方向飽和電流密度が飽和するのを抑制することができるので、光電変換素子の質を向上させることができる。また、n型非晶質半導体層やp型非晶質半導体層を成膜する際に使う原料ガスやドーパントガスの回り込みを抑制して、光電変換素子の特性や信頼性を向上させることができる。   In the sixth configuration, when the texture is viewed in plan, the average value of the diameters of circumscribed circles of the convex portions of the texture can be less than 30 μm. According to the sixth configuration, the saturation of the reverse saturation current density can be suppressed, so that the quality of the photoelectric conversion element can be improved. In addition, it is possible to improve the characteristics and reliability of the photoelectric conversion element by suppressing the wraparound of the source gas and the dopant gas used when forming the n-type amorphous semiconductor layer and the p-type amorphous semiconductor layer. .

[実施の形態]
以下、図面を参照し、本発明の実施の形態を詳しく説明する。図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。なお、説明を分かりやすくするために、以下で参照する図面においては、構成が簡略化または模式化して示されたり、一部の構成部材が省略されたりしている。また、各図に示された構成部材間の寸法比は、必ずしも実際の寸法比を示すものではない。
[Embodiment]
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals and description thereof will not be repeated. In addition, in order to make the explanation easy to understand, in the drawings referred to below, the configuration is shown in a simplified or schematic manner, or some components are omitted. Further, the dimensional ratio between the constituent members shown in each drawing does not necessarily indicate an actual dimensional ratio.

この明細書においては、非晶質半導体層は、微結晶相を含んで良いものとする。微結晶相は、平均粒子径が1〜50nmである結晶を含む。   In this specification, the amorphous semiconductor layer may include a microcrystalline phase. The microcrystalline phase includes crystals having an average particle diameter of 1 to 50 nm.

[実施の形態1]
図1は、この発明の実施の形態1による光電変換素子の構成を示す断面図である。図1を参照して、この発明の実施の形態1による光電変換素子10は、半導体基板1と、反射防止膜2と、パッシベーション膜3と、n型非晶質半導体層4と、p型非晶質半導体層5と、電極6,7と、保護膜8とを備える。
[Embodiment 1]
1 is a cross-sectional view showing a configuration of a photoelectric conversion element according to Embodiment 1 of the present invention. Referring to FIG. 1, a photoelectric conversion element 10 according to Embodiment 1 of the present invention includes a semiconductor substrate 1, an antireflection film 2, a passivation film 3, an n-type amorphous semiconductor layer 4, and a p-type non-layer. A crystalline semiconductor layer 5, electrodes 6 and 7, and a protective film 8 are provided.

半導体基板1は、例えば、n型単結晶シリコン基板からなる。半導体基板1は、例えば、100〜150μmの厚さを有する。そして、半導体基板1は、両面にテクスチャ構造が形成されている。   The semiconductor substrate 1 is made of, for example, an n-type single crystal silicon substrate. The semiconductor substrate 1 has a thickness of 100 to 150 μm, for example. The semiconductor substrate 1 has a texture structure formed on both sides.

反射防止膜2は、半導体基板1の一方の表面(受光面)に接して配置される。半導体基板1の両面のうち、反射防止膜2が配置されている側の面から太陽光を入射させるため、反射防止膜2が配置されている側の面を受光面と呼ぶ。また、半導体基板1の両面のうち、受光面と反対側の面を裏面と呼ぶ。   The antireflection film 2 is disposed in contact with one surface (light receiving surface) of the semiconductor substrate 1. Of the both surfaces of the semiconductor substrate 1, in order to allow sunlight to enter from the surface on which the antireflection film 2 is disposed, the surface on which the antireflection film 2 is disposed is referred to as a light receiving surface. Of the two surfaces of the semiconductor substrate 1, the surface opposite to the light receiving surface is referred to as the back surface.

本実施の形態における光電変換素子10では、半導体基板1の裏面に形成するテクスチャのサイズを30μm未満とした。テクスチャサイズの定義、及び半導体基板1の裏面に形成するテクスチャのサイズを30μm未満とした理由については後述する。   In the photoelectric conversion element 10 in the present embodiment, the size of the texture formed on the back surface of the semiconductor substrate 1 is less than 30 μm. The definition of the texture size and the reason why the size of the texture formed on the back surface of the semiconductor substrate 1 is less than 30 μm will be described later.

なお、反射防止膜2と、半導体基板1の受光面との間に、真性非晶質半導体層や、n型、p型の導電型の非晶質半導体層を設けても良い。この構成によれば、受光面のパッシベーション性を向上することができるので好ましい。   Note that an intrinsic amorphous semiconductor layer or an n-type or p-type conductive amorphous semiconductor layer may be provided between the antireflection film 2 and the light receiving surface of the semiconductor substrate 1. This configuration is preferable because the passivation property of the light receiving surface can be improved.

パッシベーション膜3は、半導体基板1の裏面に接して配置される。   The passivation film 3 is disposed in contact with the back surface of the semiconductor substrate 1.

n型非晶質半導体層4は、パッシベーション膜3に接して配置される。   The n-type amorphous semiconductor layer 4 is disposed in contact with the passivation film 3.

p型非晶質半導体層5は、半導体基板1の面内方向においてn型非晶質半導体層4に隣接して配置される。より詳しくは、p型非晶質半導体層5は、半導体基板1の面内方向においてn型非晶質半導体層4との間で所望の間隔を隔てて配置される。   The p-type amorphous semiconductor layer 5 is disposed adjacent to the n-type amorphous semiconductor layer 4 in the in-plane direction of the semiconductor substrate 1. More specifically, the p-type amorphous semiconductor layer 5 is arranged at a desired distance from the n-type amorphous semiconductor layer 4 in the in-plane direction of the semiconductor substrate 1.

そして、n型非晶質半導体層4およびp型非晶質半導体層5は、半導体基板1の面内方向において交互に配置される。   The n-type amorphous semiconductor layers 4 and the p-type amorphous semiconductor layers 5 are alternately arranged in the in-plane direction of the semiconductor substrate 1.

電極6は、n型非晶質半導体層4上に、n型非晶質半導体層4に接して配置される。   The electrode 6 is disposed on the n-type amorphous semiconductor layer 4 in contact with the n-type amorphous semiconductor layer 4.

電極7は、p型非晶質半導体層5上に、p型非晶質半導体層5に接して配置される。   The electrode 7 is disposed on the p-type amorphous semiconductor layer 5 in contact with the p-type amorphous semiconductor layer 5.

保護膜8は、パッシベーション膜3、n型非晶質半導体層4、p型非晶質半導体層5および電極6,7に接して配置される。より詳しくは、保護膜8は、隣接するn型非晶質半導体層4およびp型非晶質半導体層5間において、n型非晶質半導体層4、p型非晶質半導体層5および電極6,7の一部に接して配置されるとともに、n型非晶質半導体層4とp型非晶質半導体層5との間に配置されたパッシベーション膜3の一部に接して配置される。そして、保護膜8は、電極6,7上に開口部8Aを有し、電極6,7の端から電極6,7の内側へ向かって5μm以上の領域に形成される。   The protective film 8 is disposed in contact with the passivation film 3, the n-type amorphous semiconductor layer 4, the p-type amorphous semiconductor layer 5, and the electrodes 6 and 7. More specifically, the protective film 8 includes the n-type amorphous semiconductor layer 4, the p-type amorphous semiconductor layer 5, and the electrode between the adjacent n-type amorphous semiconductor layer 4 and p-type amorphous semiconductor layer 5. 6 and 7 and a portion of the passivation film 3 disposed between the n-type amorphous semiconductor layer 4 and the p-type amorphous semiconductor layer 5. . The protective film 8 has an opening 8A on the electrodes 6 and 7, and is formed in a region of 5 μm or more from the ends of the electrodes 6 and 7 toward the inside of the electrodes 6 and 7.

反射防止膜2は、例えば、窒化シリコン膜からなり、例えば、60nmの膜厚を有する。   The antireflection film 2 is made of, for example, a silicon nitride film and has a film thickness of, for example, 60 nm.

パッシベーション膜3は、例えば、非晶質シリコン、非晶質シリコンの酸化物、非晶質シリコンの窒化物、非晶質シリコンの酸窒化物、および多結晶シリコンのいずれかからなる。   The passivation film 3 is made of, for example, any of amorphous silicon, amorphous silicon oxide, amorphous silicon nitride, amorphous silicon oxynitride, and polycrystalline silicon.

パッシベーション膜3が非晶質シリコンの酸化物からなる場合、パッシベーション膜3は、シリコンの熱酸化膜からなっていてもよいし、プラズマCVD(Chemical Vapour Deposition)法等の気相成膜法によって形成されたシリコンの酸化物からなっていてもよい。   In the case where the passivation film 3 is made of an oxide of amorphous silicon, the passivation film 3 may be made of a thermal oxide film of silicon or formed by a vapor phase film forming method such as a plasma CVD (Chemical Vapor Deposition) method. It may be made of a silicon oxide.

パッシベーション膜3は、例えば、1〜20nmの膜厚を有し、好ましくは、1〜3nmの膜厚を有する。そして、パッシベーション膜3がシリコンの絶縁膜からなる場合、パッシベーション膜3は、キャリア(電子および正孔)がトンネル可能な膜厚を有する。実施の形態1においては、パッシベーション膜3は、シリコンの熱酸化膜からなり、パッシベーション膜3の膜厚は、2nmに設定された。   The passivation film 3 has a film thickness of 1 to 20 nm, for example, and preferably has a film thickness of 1 to 3 nm. When the passivation film 3 is made of a silicon insulating film, the passivation film 3 has a film thickness that allows carriers (electrons and holes) to tunnel. In the first embodiment, the passivation film 3 is made of a thermal oxide film of silicon, and the thickness of the passivation film 3 is set to 2 nm.

n型非晶質半導体層4は、n型の導電型を有し、水素を含有する非晶質半導体層である。n型非晶質半導体層4は、例えば、n型非晶質シリコン、n型非晶質シリコンゲルマニウム、n型非晶質ゲルマニウム、n型非晶質シリコンカーバイド、n型非晶質シリコンナイトライド、n型非晶質シリコンオキサイド、n型非晶質シリコンオキシナイトライド、およびn型非晶質シリコンカーボンオキサイド等からなる。   The n-type amorphous semiconductor layer 4 is an amorphous semiconductor layer having n-type conductivity and containing hydrogen. The n-type amorphous semiconductor layer 4 includes, for example, n-type amorphous silicon, n-type amorphous silicon germanium, n-type amorphous germanium, n-type amorphous silicon carbide, and n-type amorphous silicon nitride. N-type amorphous silicon oxide, n-type amorphous silicon oxynitride, n-type amorphous silicon carbon oxide, and the like.

n型非晶質半導体層4は、例えば、n型ドーパントとしてリン(P)を含む。そして、n型非晶質半導体層4は、例えば、3〜50nmの膜厚を有する。   The n-type amorphous semiconductor layer 4 includes, for example, phosphorus (P) as an n-type dopant. The n-type amorphous semiconductor layer 4 has a thickness of 3 to 50 nm, for example.

p型非晶質半導体層5は、p型の導電型を有し、水素を含有する非晶質半導体層である。p型非晶質半導体層5は、例えば、p型非晶質シリコン、p型非晶質シリコンゲルマニウム、p型非晶質ゲルマニウム、p型非晶質シリコンカーバイド、p型非晶質シリコンナイトライド、p型非晶質シリコンオキサイド、p型非晶質シリコンオキシナイトライド、およびp型非晶質シリコンカーボンオキサイド等からなる。   The p-type amorphous semiconductor layer 5 is an amorphous semiconductor layer having p-type conductivity and containing hydrogen. The p-type amorphous semiconductor layer 5 includes, for example, p-type amorphous silicon, p-type amorphous silicon germanium, p-type amorphous germanium, p-type amorphous silicon carbide, and p-type amorphous silicon nitride. , P-type amorphous silicon oxide, p-type amorphous silicon oxynitride, p-type amorphous silicon carbon oxide, and the like.

p型非晶質半導体層5は、例えば、p型ドーパントとしてボロン(B)を含む。そして、p型非晶質半導体層5は、例えば、5〜50nmの膜厚を有する。   The p-type amorphous semiconductor layer 5 includes, for example, boron (B) as a p-type dopant. The p-type amorphous semiconductor layer 5 has a thickness of 5 to 50 nm, for example.

[テクスチャサイズの定義]
本明細書において、テクスチャのサイズとは、半導体基板の主面を平面視した状態、すなわち主面に対して垂直上方から見た状態におけるサイズを意味する。テクスチャの具体例としては、主面が(100)面であるn型単結晶シリコン基板に、異方性エッチングを施すことによって得られるピラミッド状(四角錐状や四角錐台状)の凹凸構造がある。実際のテクスチャは、図2に示すように、大きさや形状がさまざまなピラミッド状の凹凸が複数形成されている。この凹凸には、重なり合っているものや、変形したものも含まれている。
[Definition of texture size]
In this specification, the size of the texture means a size in a state in which the main surface of the semiconductor substrate is viewed in plan, that is, in a state viewed from vertically above the main surface. As a specific example of the texture, there is a pyramidal (quadrangular pyramid or quadrangular frustum-shaped) uneven structure obtained by performing anisotropic etching on an n-type single crystal silicon substrate having a (100) principal surface. is there. As shown in FIG. 2, the actual texture has a plurality of pyramidal irregularities of various sizes and shapes. This unevenness includes overlapping and deformed ones.

従って、本実施の形態では、テクスチャを平面視した場合に、テクスチャの凸部の外接円の直径の平均値をテクスチャのサイズと定義する。ここでは、下記の方法により、テクスチャのサイズを求めた。   Therefore, in the present embodiment, when the texture is viewed in plan, the average value of the diameters of the circumscribed circles of the convex portions of the texture is defined as the texture size. Here, the size of the texture was obtained by the following method.

半導体基板1から100μm×100μmの大きさの領域を抽出し、抽出した領域から、ピラミッド状の凹凸の側面の斜線長(平面視における斜線長)rのうち、長いものから順に20個(r1、r2、…、r20)を検出する。そして、検出した20個の斜線長r(r1、r2、…、r20)の平均長の2倍をテクスチャ構造のサイズとする。これは、半導体基板1の100μm×100μmの大きさの領域内で、テクスチャを平面視した場合に、ピラミッド状の凸部の外接円の直径Rのうち、長いものから順に20個(R1、R2、…、R20)を検出し、検出した20個の外接円の直径Rの平均長と等しい。   An area having a size of 100 μm × 100 μm is extracted from the semiconductor substrate 1, and 20 pieces (r 1, r 1, r 1) from the extracted area in order from the longest one of the oblique line lengths (the oblique line lengths in plan view) r r2,..., r20) are detected. Then, twice the average length of the detected 20 diagonal lengths r (r1, r2,..., R20) is set as the size of the texture structure. This is because, in a 100 μm × 100 μm region of the semiconductor substrate 1, when the texture is viewed in plan, the diameters R of the circumscribed circles of the pyramid-shaped convex portions are 20 in order from the longest one (R 1, R 2 ,..., R20) is detected, and is equal to the average length of the diameters R of the 20 circumscribed circles detected.

なお、ピラミッド状の凹凸の底面の一辺の長さに基づいて、テクスチャ構造のサイズを定義してもいいし、ピラミッド状の凹凸の高さに基づいて、テクスチャ構造のサイズを定義してもよい。例えば、ピラミッド状の凹凸の形状が底面が正方形の四角錐であるとした場合、底面の一辺の長さaは、平面視した側面の斜線長rとa=2×r/√2の関係がある。また、底面と、側面の斜辺との成す角をθとした場合、高さbは、b=r×tanθの関係がある。   Note that the size of the texture structure may be defined based on the length of one side of the bottom surface of the pyramidal unevenness, or the size of the texture structure may be defined based on the height of the pyramidal unevenness. . For example, when the shape of the pyramid-shaped unevenness is a quadrangular pyramid whose bottom surface is a square, the length a of one side of the bottom surface has a relationship of a diagonal line length r of the side surface in a plan view and a = 2 × r / √2. is there. When the angle formed between the bottom surface and the oblique side of the side surface is θ, the height b has a relationship of b = r × tan θ.

後述するように、テクスチャのサイズは30μm未満とする。また、テクスチャのサイズは、25μm以下とすることが好ましい。なお、テクスチャのサイズは、SEMなどによる観察で容易に測定することができる。   As will be described later, the size of the texture is less than 30 μm. The texture size is preferably 25 μm or less. The texture size can be easily measured by observation with an SEM or the like.

[半導体基板1の裏面に形成するテクスチャのサイズを30μm未満とした理由]
本実施形態における裏面ヘテロ接合型太陽電池では、半導体基板1の裏面にn型非晶質半導体層4とp型非晶質半導体層5が隣り合って存在する。後述するように、シャドーマスクを用いてn型非晶質半導体層4およびp型非晶質半導体層5を形成する際に、シャドーマスク下部の面内方向内側に、原料ガスやドーパントガスの回り込みが発生する。この回り込みが大きくなると、作製した太陽電池セルのI−V特性の逆方向飽和電流密度が増大することが分かった。また、原料ガス、ドーパントガスの回り込みが大きくなると、n型非晶質半導体層4およびp型非晶質半導体層5の間の絶縁性が損なわれ、電流リークが発生することも分かった。
[Reason why the size of the texture formed on the back surface of the semiconductor substrate 1 is less than 30 μm]
In the backside heterojunction solar cell in this embodiment, the n-type amorphous semiconductor layer 4 and the p-type amorphous semiconductor layer 5 are adjacent to each other on the backside of the semiconductor substrate 1. As will be described later, when the n-type amorphous semiconductor layer 4 and the p-type amorphous semiconductor layer 5 are formed using the shadow mask, the source gas or the dopant gas wraps around the inner side in the in-plane direction below the shadow mask. Will occur. It has been found that the reverse saturation current density of the IV characteristic of the manufactured solar cell increases when this wraparound increases. It was also found that when the wraparound of the source gas and the dopant gas is increased, the insulation between the n-type amorphous semiconductor layer 4 and the p-type amorphous semiconductor layer 5 is impaired and current leakage occurs.

図3は、半導体基板1の裏面のテクスチャサイズと逆方向飽和電流密度との関係を示す図である。テクスチャサイズが30μm以上では、逆方向飽和電流密度が5×10-3mA/cm2以上となり、逆方向飽和電流密度はテクスチャサイズに関係なく飽和傾向を示す。このことより、電流リークが大きいと考えられる。FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the texture size of the back surface of the semiconductor substrate 1 and the reverse saturation current density. When the texture size is 30 μm or more, the reverse saturation current density is 5 × 10 −3 mA / cm 2 or more, and the reverse saturation current density shows a saturation tendency regardless of the texture size. From this, it is considered that current leakage is large.

一方、テクスチャサイズが30μm未満では、逆方向飽和電流密度は約6×10-4mA/cm2以下となり、1桁程度逆方向飽和電流密度を低減することができる。逆方向飽和電流密度は、光電変換素子のpn接合の質を決めるものであり、値が小さい方が開放電圧等の太陽電池の静特性を向上させることができる。On the other hand, when the texture size is less than 30 μm, the reverse saturation current density is about 6 × 10 −4 mA / cm 2 or less, and the reverse saturation current density can be reduced by about one digit. The reverse saturation current density determines the quality of the pn junction of the photoelectric conversion element. A smaller value can improve the static characteristics of the solar cell such as an open circuit voltage.

図3に示すように、テクスチャサイズが30μm以上の場合には、逆方向飽和電流密度がほぼ一定の特性(k2)となるが、テクスチャサイズが30μm未満の場合には、テクスチャサイズが小さくなるほど、逆方向飽和電流密度が小さくなる特性(k1)となる。すなわち、テクスチャサイズが30μm以上の場合と、30μm未満の場合とで、特性が大きく異なることが分かった。上述したように、逆方向飽和電流密度は小さい方が太陽電池の静特性を向上させることができる。   As shown in FIG. 3, when the texture size is 30 μm or more, the reverse saturation current density has a substantially constant characteristic (k2), but when the texture size is less than 30 μm, the smaller the texture size, The reverse saturation current density is reduced (k1). That is, it was found that the characteristics differ greatly between the case where the texture size is 30 μm or more and the case where it is less than 30 μm. As described above, the smaller the reverse saturation current density can improve the static characteristics of the solar cell.

すなわち、テクスチャサイズを30μm未満とすることに臨界的意義があるため、本実施の形態における光電変換素子では、半導体基板1の裏面に形成するテクスチャのサイズを30μm未満とする。   That is, since it is critical to make the texture size less than 30 μm, in the photoelectric conversion element in the present embodiment, the size of the texture formed on the back surface of the semiconductor substrate 1 is made less than 30 μm.

図3に示すように、テクスチャサイズが25μm以下の場合には、テクスチャサイズが30μm以上の場合と比べて、特性に大きな段差があり、逆方向飽和電流密度が1桁程度小さくなる。従って、テクスチャサイズを25μm以下とすることにも臨界的意義があるため、テクスチャサイズは25μm以下とすることがより好ましい。   As shown in FIG. 3, when the texture size is 25 μm or less, there is a large step in the characteristics and the reverse saturation current density is reduced by about one digit compared to the case where the texture size is 30 μm or more. Therefore, since it is also critical to make the texture size 25 μm or less, the texture size is more preferably 25 μm or less.

また、テクスチャサイズが10μm以下になると、逆方向飽和電流密度は3×10-5mA/cm2以下となるので、より好ましい。Further, when the texture size is 10 μm or less, the reverse saturation current density is 3 × 10 −5 mA / cm 2 or less, which is more preferable.

図4は、図1に示す電極6,7および保護膜8の拡大図である。図4の(a)は、電極6が形成されている部分の拡大図であり、図4の(b)は、電極7が形成されている部分の拡大図である。ただし、図4では、構造を分かりやすくするために、半導体基板1の裏面が平坦であり、平らなパッシベーション膜3の上に、n型非晶質半導体層4およびp型非晶質半導体層5が形成されている構造を示している。しかし、実際には、図1に示すように、基板1の裏面にはテクスチャ構造が形成されており、テクスチャ構造が形成されている面にパッシベーション膜3が形成され、凹凸形状を有するパッシベーション膜3の上に、n型非晶質半導体層4およびp型非晶質半導体層5が形成されている。   FIG. 4 is an enlarged view of the electrodes 6 and 7 and the protective film 8 shown in FIG. 4A is an enlarged view of a portion where the electrode 6 is formed, and FIG. 4B is an enlarged view of a portion where the electrode 7 is formed. However, in FIG. 4, for easy understanding of the structure, the back surface of the semiconductor substrate 1 is flat, and the n-type amorphous semiconductor layer 4 and the p-type amorphous semiconductor layer 5 are formed on the flat passivation film 3. The structure in which is formed is shown. However, in actuality, as shown in FIG. 1, a texture structure is formed on the back surface of the substrate 1, a passivation film 3 is formed on the surface on which the texture structure is formed, and the passivation film 3 having an uneven shape. An n-type amorphous semiconductor layer 4 and a p-type amorphous semiconductor layer 5 are formed thereon.

図4を参照して、電極6は、導電層6a、6bからなる。   Referring to FIG. 4, electrode 6 includes conductive layers 6a and 6b.

導電層6aは、n型非晶質半導体層4に接して配置される。導電層6bは、導電層6aに接して配置される。保護膜8の開口部8Aの幅をLとし、電極6、7の端から開口部8Aまでの距離をHとした場合、導電層6a、6bは、n型非晶質半導体層4の面内方向において、n型非晶質半導体層4の中心から両側にH+L/2の範囲に形成される。幅Lは、例えば、20μm以上であり、好ましくは、100μm以上である。幅Lがこのような値に設定されることによって、外部配線と電極6、7との密着性を確保できるとともに、コンタクト抵抗を低下できる。また、距離Hは、電極6、7と保護膜8との密着性を考慮すると、例えば、5μm以上である。   Conductive layer 6 a is disposed in contact with n-type amorphous semiconductor layer 4. The conductive layer 6b is disposed in contact with the conductive layer 6a. When the width of the opening 8A of the protective film 8 is L and the distance from the ends of the electrodes 6 and 7 to the opening 8A is H, the conductive layers 6a and 6b are in-plane with the n-type amorphous semiconductor layer 4. In the direction, the n-type amorphous semiconductor layer 4 is formed in a range of H + L / 2 on both sides from the center. The width L is, for example, 20 μm or more, and preferably 100 μm or more. By setting the width L to such a value, the adhesion between the external wiring and the electrodes 6 and 7 can be secured, and the contact resistance can be lowered. The distance H is, for example, 5 μm or more in consideration of the adhesion between the electrodes 6 and 7 and the protective film 8.

電極7は、導電層7a,7bからなる。導電層7aは、p型非晶質半導体層5に接して配置される。導電層7bは、導電層7aに接して配置される。導電層7a、7bは、p型非晶質半導体層5の面内方向において、p型非晶質半導体層5の中心から両側にH+L/2の範囲に形成される。   The electrode 7 includes conductive layers 7a and 7b. Conductive layer 7 a is disposed in contact with p-type amorphous semiconductor layer 5. The conductive layer 7b is disposed in contact with the conductive layer 7a. The conductive layers 7 a and 7 b are formed in a range of H + L / 2 on both sides from the center of the p-type amorphous semiconductor layer 5 in the in-plane direction of the p-type amorphous semiconductor layer 5.

その結果、電極6、7の各々は、n型非晶質半導体層4およびp型非晶質半導体層5の面内方向において、2H+Lの長さを有する。   As a result, each of the electrodes 6 and 7 has a length of 2H + L in the in-plane direction of the n-type amorphous semiconductor layer 4 and the p-type amorphous semiconductor layer 5.

保護膜8は、例えば、保護層8a、8bの2層構造からなる。保護膜8がn型非晶質半導体層4上に形成される場合、保護層8aは、パッシベーション膜3、n型非晶質半導体層4および電極6に接して配置される。保護層8bは、保護層8aに接して配置される。保護膜8がp型非晶質半導体層5上に形成される場合、保護層8aは、パッシベーション膜3、p型非晶質半導体層5および電極7に接して配置される。保護層8bは、保護層8aに接して配置される。   The protective film 8 has a two-layer structure of protective layers 8a and 8b, for example. When the protective film 8 is formed on the n-type amorphous semiconductor layer 4, the protective layer 8 a is disposed in contact with the passivation film 3, the n-type amorphous semiconductor layer 4 and the electrode 6. The protective layer 8b is disposed in contact with the protective layer 8a. When the protective film 8 is formed on the p-type amorphous semiconductor layer 5, the protective layer 8 a is disposed in contact with the passivation film 3, the p-type amorphous semiconductor layer 5 and the electrode 7. The protective layer 8b is disposed in contact with the protective layer 8a.

そして、n型非晶質半導体層4の面内方向において、電極6の端よりもn型非晶質半導体層4の外側の領域をギャップ領域G1と言い、p型非晶質半導体層5の面内方向において、電極7の端よりもp型非晶質半導体層5の外側の領域をギャップ領域G2と言う。その結果、n型非晶質半導体層4の面内方向において、n型非晶質半導体層4の両側にギャップ領域G1が存在する。また、p型非晶質半導体層5の面内方向において、p型非晶質半導体層5の両側にギャップ領域G2が存在する。   In the in-plane direction of the n-type amorphous semiconductor layer 4, a region outside the n-type amorphous semiconductor layer 4 from the end of the electrode 6 is referred to as a gap region G 1, and the p-type amorphous semiconductor layer 5 A region outside the end of the electrode 7 in the in-plane direction of the p-type amorphous semiconductor layer 5 is referred to as a gap region G2. As a result, the gap region G1 exists on both sides of the n-type amorphous semiconductor layer 4 in the in-plane direction of the n-type amorphous semiconductor layer 4. In addition, a gap region G <b> 2 exists on both sides of the p-type amorphous semiconductor layer 5 in the in-plane direction of the p-type amorphous semiconductor layer 5.

保護膜8がパッシベーション膜3、n型非晶質半導体層4および電極6に接して配置されるとともにパッシベーション膜3、p型非晶質半導体層5および電極7に接して配置される結果、半導体基板1の面内方向において隣接するn型非晶質半導体層4およびp型非晶質半導体層5の領域では、ギャップ領域G(=G1+G2)が存在する。保護膜8は、図1に示すように、電極6、7の一部およびギャップ領域G上に形成される。   As a result of the protective film 8 being disposed in contact with the passivation film 3, the n-type amorphous semiconductor layer 4 and the electrode 6, and being disposed in contact with the passivation film 3, the p-type amorphous semiconductor layer 5 and the electrode 7, the semiconductor In the regions of the n-type amorphous semiconductor layer 4 and the p-type amorphous semiconductor layer 5 that are adjacent in the in-plane direction of the substrate 1, there is a gap region G (= G1 + G2). As shown in FIG. 1, the protective film 8 is formed on a part of the electrodes 6 and 7 and the gap region G.

このギャップ領域Gは、パッシベーション膜3、n型非晶質半導体層4およびp型非晶質半導体層5がむき出しになった領域であり、例えば、20μm〜500μmの幅を有する。   The gap region G is a region where the passivation film 3, the n-type amorphous semiconductor layer 4 and the p-type amorphous semiconductor layer 5 are exposed, and has a width of 20 μm to 500 μm, for example.

電極6、7が例えば銀(Ag)やアルミニウム(Al)で構成されている場合、電極6、7の反射率は90%以上となる。半導体基板1の裏面に到達することができる光は、800−1200nm程度の長波長領域の光である。半導体基板1の受光面から入射してきた光は、電極6、7が設けられている領域に入射すれば、電極6、7によって反射して半導体基板1内に戻るので、半導体基板1で有効に吸収される確率が高くなる。しかし、電極6、7が設けられていないギャップ領域Gに光が入射した場合、電極6、7による反射が無いため、そのまま裏面に抜けて、入射光を有効に利用できない場合がある。ギャップ領域Gの幅が広くなると、電極6、7で反射しない光が増えるため、好ましくない。このため、ギャップ領域Gの幅は500μm以下が好ましく、300μm以下であることがより好ましい。   When the electrodes 6 and 7 are made of, for example, silver (Ag) or aluminum (Al), the reflectance of the electrodes 6 and 7 is 90% or more. The light that can reach the back surface of the semiconductor substrate 1 is light in a long wavelength region of about 800 to 1200 nm. The light incident from the light receiving surface of the semiconductor substrate 1 is reflected by the electrodes 6 and 7 and returns into the semiconductor substrate 1 when entering the region where the electrodes 6 and 7 are provided. The probability of being absorbed increases. However, when light is incident on the gap region G where the electrodes 6 and 7 are not provided, there is no reflection by the electrodes 6 and 7, so there is a case where the incident light cannot be effectively used because it passes through the back surface as it is. If the width of the gap region G is increased, light that is not reflected by the electrodes 6 and 7 increases, which is not preferable. For this reason, the width of the gap region G is preferably 500 μm or less, and more preferably 300 μm or less.

導電層6a、7aの各々は、透明導電膜からなる。透明導電膜は、例えば、ITO(Indium Tin Oxide)、ZnOおよびIWO(Indium Tungsten Oxide)からなる。   Each of the conductive layers 6a and 7a is made of a transparent conductive film. The transparent conductive film is made of, for example, ITO (Indium Tin Oxide), ZnO, and IWO (Indium Tungsten Oxide).

導電層6b、7bの各々は、金属からなる。金属は、例えば、Ag、Al、ニッケル(Ni)、銅(Cu)、錫(Sn)、白金(Pt)、金(Au)、クロム(Cr)、タングステン(W)、コバルト(Co)およびチタン(Ti)のいずれか、またはこれらの合金、またはこれら金属の2層以上の積層膜からなる。   Each of the conductive layers 6b and 7b is made of metal. Examples of metals include Ag, Al, nickel (Ni), copper (Cu), tin (Sn), platinum (Pt), gold (Au), chromium (Cr), tungsten (W), cobalt (Co), and titanium. It is made of any one of (Ti), an alloy thereof, or a laminated film of two or more layers of these metals.

導電層6a、7aとしては、それぞれ、n型非晶質半導体層4およびp型非晶質半導体層5と密着性が良い透明導電膜を用いることが好ましく、導電層6b、7bとしては、導電率が高い金属を用いることが好ましい。   As the conductive layers 6a and 7a, it is preferable to use transparent conductive films having good adhesion to the n-type amorphous semiconductor layer 4 and the p-type amorphous semiconductor layer 5, respectively. As the conductive layers 6b and 7b, conductive films It is preferable to use a metal having a high rate.

導電層6a、7aの各々の膜厚は、例えば、3〜100nmである。導電層6b、7bの各々の膜厚は、50nm以上であることが好ましく、実施の形態1においては、例えば、0.8μmである。   The film thickness of each of the conductive layers 6a and 7a is, for example, 3 to 100 nm. The film thickness of each of the conductive layers 6b and 7b is preferably 50 nm or more. In Embodiment 1, for example, the film thickness is 0.8 μm.

なお、実施の形態1においては、電極6は、導電層6bのみからなっており、電極7は、導電層7bのみからなっていてもよい。この場合、導電層6a、7aが無く、導電層6b、7bがそれぞれn型非晶質半導体層4およびp型非晶質半導体層5に接する。   In the first embodiment, the electrode 6 may be composed only of the conductive layer 6b, and the electrode 7 may be composed only of the conductive layer 7b. In this case, there are no conductive layers 6a and 7a, and the conductive layers 6b and 7b are in contact with the n-type amorphous semiconductor layer 4 and the p-type amorphous semiconductor layer 5, respectively.

導電層6a、7aが無い場合、導電層6b、7bは、金属膜で構成されており、それぞれ、下地であるn型非晶質半導体層4およびp型非晶質半導体層5と密着性が高い金属であることが好ましい。例えば、導電層6b、7bは、Ti、Ni、Al、Cr等からなり、かつ、1〜10nm程度の膜厚を有する密着層と、Al、Ag等を主成分とする光反射金属との積層構造からなる。   When the conductive layers 6a and 7a are not provided, the conductive layers 6b and 7b are composed of metal films, and have adhesiveness with the n-type amorphous semiconductor layer 4 and the p-type amorphous semiconductor layer 5 that are the base layers, respectively. A high metal is preferred. For example, the conductive layers 6b and 7b are a laminate of an adhesion layer made of Ti, Ni, Al, Cr or the like and having a film thickness of about 1 to 10 nm, and a light reflecting metal mainly composed of Al, Ag, or the like. Consists of structure.

また、導電層6b、7bは、保護膜8と接するため、保護膜8との密着性を考慮する必要がある。保護膜8として、シリコン、アルミニウム、チタンおよびジルコニア等の酸化物、シリコンおよびアルミニウムの窒化膜、シリコンおよびアルミニウムの酸窒化膜等を用いた場合、導電層6b、7bの保護膜8側の表面は、Al、インジウム(In)、Ti、Ni、Cu、Cr、W、Co、パラジウム(Pd)およびSn等の金属からなることが好ましい。   Further, since the conductive layers 6 b and 7 b are in contact with the protective film 8, it is necessary to consider the adhesion with the protective film 8. When an oxide such as silicon, aluminum, titanium and zirconia, a silicon and aluminum nitride film, a silicon and aluminum oxynitride film, or the like is used as the protective film 8, the surface of the conductive layers 6b and 7b on the protective film 8 side is , Al, indium (In), Ti, Ni, Cu, Cr, W, Co, palladium (Pd), and Sn are preferable.

更に、電極6、7の各々は、透明導電膜の単膜からなっていてもよい。この場合、透明導電膜は、上述したITO等からなる。   Furthermore, each of the electrodes 6 and 7 may consist of a single film of a transparent conductive film. In this case, the transparent conductive film is made of the above-described ITO or the like.

保護層8a、8bの各々は、無機絶縁膜からなる。無機絶縁膜は、酸化膜、窒化膜および酸窒化膜等からなる。   Each of the protective layers 8a and 8b is made of an inorganic insulating film. The inorganic insulating film is made of an oxide film, a nitride film, an oxynitride film, or the like.

酸化膜は、シリコン、アルミニウム、チタン、ジルコニア、ハフニウム、亜鉛、タンタルおよびイットリウム等の酸化膜からなる。   The oxide film is made of an oxide film such as silicon, aluminum, titanium, zirconia, hafnium, zinc, tantalum, and yttrium.

窒化膜は、シリコンおよびアルミニウム等の窒化膜からなる。   The nitride film is made of a nitride film such as silicon and aluminum.

酸窒化膜は、シリコンおよびアルミニウム等の酸窒化膜からなる。   The oxynitride film is made of an oxynitride film such as silicon and aluminum.

保護層8bは、保護層8aと異なる無機絶縁膜からなる。即ち、上述した無機絶縁膜の中から2種類の膜を選択して保護層8a、8bを形成する。   The protective layer 8b is made of an inorganic insulating film different from the protective layer 8a. That is, two types of films are selected from the inorganic insulating films described above to form the protective layers 8a and 8b.

また、保護層8aが半導体層からなり、保護層8bが上述した無機絶縁膜からなっていてもよい。   Moreover, the protective layer 8a may consist of a semiconductor layer, and the protective layer 8b may consist of the inorganic insulating film mentioned above.

この場合、半導体層は、非晶質半導体層からなる。そして、非晶質半導体層は、非晶質シリコン、非晶質シリコンゲルマニウム、非晶質ゲルマニウム、非晶質シリコンカーバイド、非晶質シリコンナイトライド、非晶質シリコンオキサイド、非晶質シリコンオキシナイトライドおよび非晶質シリコンカーボンオキサイド等からなる。絶縁性が高い方が電極6,7間のリークを抑制できるため、保護層8aは、真性の非晶質半導体層からなることが好ましい。例えば、保護層8aは、真性の非晶質シリコンからなり、保護層8bは、シリコンの窒化膜からなる。   In this case, the semiconductor layer is an amorphous semiconductor layer. The amorphous semiconductor layer is made of amorphous silicon, amorphous silicon germanium, amorphous germanium, amorphous silicon carbide, amorphous silicon nitride, amorphous silicon oxide, amorphous silicon oxynite. It consists of a ride and amorphous silicon carbon oxide. Since the higher insulation can suppress the leakage between the electrodes 6 and 7, the protective layer 8a is preferably made of an intrinsic amorphous semiconductor layer. For example, the protective layer 8a is made of intrinsic amorphous silicon, and the protective layer 8b is made of a silicon nitride film.

但し、保護層8bが絶縁膜からなる場合、保護層8aは、n型非晶質半導体層またはp型非晶質半導体層からなっていてもよい。   However, when the protective layer 8b is made of an insulating film, the protective layer 8a may be made of an n-type amorphous semiconductor layer or a p-type amorphous semiconductor layer.

保護層8bは、正の固定電荷を持つ誘電体膜からなることが好ましい。正の固定電荷を持つ誘電体膜は、例えば、シリコンの窒化膜およびシリコンの酸窒化膜である。   The protective layer 8b is preferably made of a dielectric film having a positive fixed charge. The dielectric film having a positive fixed charge is, for example, a silicon nitride film and a silicon oxynitride film.

半導体基板1は、n型単結晶シリコンからなるので、保護層8bが正の固定電荷を持つ誘電体膜からなる場合、保護層8bは、少数キャリアである正孔に対して電界を及ぼし、ギャップ領域Gにおける少数キャリア(正孔)のライフタイムを長く維持することができる。   Since the semiconductor substrate 1 is made of n-type single crystal silicon, when the protective layer 8b is made of a dielectric film having a positive fixed charge, the protective layer 8b applies an electric field to holes that are minority carriers, and the gap The lifetime of minority carriers (holes) in the region G can be maintained long.

保護膜8は、2層構造に限らず、単層、または2層構造以上の多層構造からなっていてもよい。   The protective film 8 is not limited to a two-layer structure, and may be a single layer or a multilayer structure of two or more layers.

保護膜8が単層からなる場合、保護膜8は、上述した無機絶縁膜の中から選択された1種類の膜からなる。   When the protective film 8 is composed of a single layer, the protective film 8 is composed of one kind of film selected from the inorganic insulating films described above.

保護膜8が多層構造からなる場合、保護膜8は、上述した保護層8a、8bを多層構造の中に含む。   When the protective film 8 has a multilayer structure, the protective film 8 includes the protective layers 8a and 8b described above in the multilayer structure.

上述したように、保護膜8が2層構造からなる場合、保護層8aを非晶質半導体層で形成し、保護層8bを絶縁膜で形成することによって、n型非晶質半導体層4およびp型非晶質半導体層5に対するパッシベーション性と、電極6,7間の絶縁性とを両立できるので、好ましい。   As described above, when the protective film 8 has a two-layer structure, the protective layer 8a is formed of an amorphous semiconductor layer, and the protective layer 8b is formed of an insulating film, whereby the n-type amorphous semiconductor layer 4 and This is preferable because the passivation property for the p-type amorphous semiconductor layer 5 and the insulation between the electrodes 6 and 7 can be compatible.

また、半導体基板1がn型シリコン基板からなる場合、正の固定電荷を持つ誘電体膜によって保護層8bを形成することにより、電界をギャップ領域に及ぼし、ギャップ領域における少数キャリア(正孔)のライフタイムを長くできるので、更に、好ましい。   When the semiconductor substrate 1 is made of an n-type silicon substrate, the protective layer 8b is formed of a dielectric film having a positive fixed charge, so that an electric field is applied to the gap region, and minority carriers (holes) in the gap region are formed. Since lifetime can be lengthened, it is further preferable.

更に、上述した無機絶縁膜が保護膜8の多層構造の中に含まれる場合、非晶質半導体層(n型非晶質半導体層4およびp型非晶質半導体層5)に拡散してくる水分等を防ぐ防湿効果を得ることができるので、好ましい。上述した無機絶縁膜の中でも、シリコンの窒化膜、シリコンの酸窒化膜は、他の無機絶縁膜に比べて防湿性が特に高いため、特に好ましい。そして、n型シリコン基板を用いた場合には、防湿性と正の固定電荷による電界効果とを合わせて得ることができるので、光電変換素子10の長期的な信頼性と高効率化とを両立することができる。   Further, when the above-described inorganic insulating film is included in the multilayer structure of the protective film 8, it diffuses into the amorphous semiconductor layers (n-type amorphous semiconductor layer 4 and p-type amorphous semiconductor layer 5). Since the moisture-proof effect which prevents a moisture etc. can be acquired, it is preferable. Among the inorganic insulating films described above, a silicon nitride film and a silicon oxynitride film are particularly preferable because they have a particularly high moisture resistance as compared with other inorganic insulating films. When an n-type silicon substrate is used, moisture resistance and the electric field effect due to positive fixed charges can be obtained together, so that both long-term reliability and high efficiency of the photoelectric conversion element 10 are achieved. can do.

例えば、保護膜8が2層構造以上の多層膜、例えば、3層構造からなる場合、1つの保護層(n型非晶質半導体層4またはp型非晶質半導体層5に接する保護層)が非晶質半導体層からなり、残りの2つの保護層が無機絶縁膜の中から選択された2種類の膜からなる。   For example, when the protective film 8 is a multilayer film having a two-layer structure or more, for example, a three-layer structure, one protective layer (a protective layer in contact with the n-type amorphous semiconductor layer 4 or the p-type amorphous semiconductor layer 5). Is made of an amorphous semiconductor layer, and the remaining two protective layers are made of two types of films selected from inorganic insulating films.

更に、保護膜8が単層または多層からなる場合、保護膜8は、上述した無機絶縁膜上に有機物の絶縁膜等が形成された構造からなっていてもよい。   Further, when the protective film 8 is composed of a single layer or multiple layers, the protective film 8 may have a structure in which an organic insulating film or the like is formed on the above-described inorganic insulating film.

有機物は、例えば、イミド系樹脂、エポキシ樹脂、フッ素樹脂、ポリカーボネート、および液晶ポリマー等からなる。   The organic substance includes, for example, an imide resin, an epoxy resin, a fluororesin, a polycarbonate, a liquid crystal polymer, and the like.

イミド系樹脂は、例えば、ポリイミドである。フッ素樹脂は、例えば、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)である。また、有機物は、スクリーン印刷で形成されたレジストであってもよい。   The imide resin is, for example, polyimide. The fluororesin is, for example, polytetrafluoroethylene (PTFE). The organic substance may be a resist formed by screen printing.

図5は、図1に示すn型非晶質半導体層4の詳細な構造を示す断面図である。ただし、図5でも図4と同様に、半導体基板1の裏面が平坦であり、平らなパッシベーション膜3の上に、n型非晶質半導体層4が形成されている構造を示しているが、実際には、半導体基板1の裏面にはテクスチャ構造が形成されている。   FIG. 5 is a cross-sectional view showing the detailed structure of the n-type amorphous semiconductor layer 4 shown in FIG. However, FIG. 5 shows a structure in which the back surface of the semiconductor substrate 1 is flat and the n-type amorphous semiconductor layer 4 is formed on the flat passivation film 3 as in FIG. Actually, a texture structure is formed on the back surface of the semiconductor substrate 1.

図5を参照して、n型非晶質半導体層4は、n型非晶質半導体層4の面内方向において、フラット領域FTと、膜厚減少領域TDとを有する。フラット領域FTは、n型非晶質半導体層4のうち、最も厚い膜厚を有し、かつ、膜厚がほぼ一定である部分からなる。   Referring to FIG. 5, n-type amorphous semiconductor layer 4 has a flat region FT and a film thickness reduction region TD in the in-plane direction of n-type amorphous semiconductor layer 4. The flat region FT is a portion of the n-type amorphous semiconductor layer 4 that has the thickest film thickness and is substantially constant.

フラット領域FTの両端の点をA点とし、膜厚の減少率が第1の減少率から第1の減少率よりも大きい第2の減少率に変化する点をB点としたとき、膜厚減少領域TDは、n型非晶質半導体層4の面内方向においてA点からB点までの領域である。   When the point at both ends of the flat region FT is A, and the point at which the film thickness decrease rate changes from the first decrease rate to the second decrease rate larger than the first decrease rate is B point, the film thickness The decrease region TD is a region from point A to point B in the in-plane direction of the n-type amorphous semiconductor layer 4.

そして、膜厚減少領域TDは、n型非晶質半導体層4の面内方向においてフラット領域FTの両側に配置される。   The film thickness reduction region TD is disposed on both sides of the flat region FT in the in-plane direction of the n-type amorphous semiconductor layer 4.

n型非晶質半導体層4が膜厚減少領域TDを有するのは、後述するように、シャドーマスクを用いてプラズマCVD法によってn型非晶質半導体層4を形成するからである。膜厚減少領域TDは、フラット領域FTよりも薄い膜厚を有するので、膜厚減少領域TDのドーパント濃度は、フラット領域FTのドーパント濃度よりも高い。   The n-type amorphous semiconductor layer 4 has the reduced thickness region TD because the n-type amorphous semiconductor layer 4 is formed by plasma CVD using a shadow mask, as will be described later. Since the film thickness reduction region TD has a thinner film thickness than the flat region FT, the dopant concentration of the film thickness reduction region TD is higher than the dopant concentration of the flat region FT.

電極6は、n型非晶質半導体層4のフラット領域FTの全体と膜厚減少領域TDの一部とに接して配置される。   The electrode 6 is disposed in contact with the entire flat region FT of the n-type amorphous semiconductor layer 4 and a part of the film thickness reduction region TD.

p型非晶質半導体層5も、図5に示すn型非晶質半導体層4と同じ構造からなる。そして、電極7は、p型非晶質半導体層5のフラット領域FTの全体と膜厚減少領域TDの一部とに接して配置される。   The p-type amorphous semiconductor layer 5 also has the same structure as the n-type amorphous semiconductor layer 4 shown in FIG. The electrode 7 is disposed in contact with the entire flat region FT of the p-type amorphous semiconductor layer 5 and a part of the film thickness reduction region TD.

その結果、キャリア(電子)がn型非晶質半導体層4を介して電極6へ到達するときの抵抗は、パッシベーション膜3の面内方向において一定の膜厚を有するn型非晶質半導体層が形成される場合に比べ低抵抗になる。また、キャリア(正孔)がp型非晶質半導体層5を介して電極7へ到達するときの抵抗は、パッシベーション膜3の面内方向において一定の膜厚を有するp型非晶質半導体層が形成される場合に比べ低抵抗になる。従って、光電変換素子10の変換効率を向上できる。   As a result, the resistance when carriers (electrons) reach the electrode 6 through the n-type amorphous semiconductor layer 4 is n-type amorphous semiconductor layer having a constant film thickness in the in-plane direction of the passivation film 3. As compared with the case where is formed, the resistance becomes low. The resistance when carriers (holes) reach the electrode 7 through the p-type amorphous semiconductor layer 5 is a p-type amorphous semiconductor layer having a constant film thickness in the in-plane direction of the passivation film 3. As compared with the case where is formed, the resistance becomes low. Therefore, the conversion efficiency of the photoelectric conversion element 10 can be improved.

なお、電極6は、n型非晶質半導体層4の膜厚減少領域TDの全体に接していてもよく、電極7は、p型非晶質半導体層5の膜厚減少領域TDの全体に接していてもよい。   The electrode 6 may be in contact with the entire thickness reducing region TD of the n-type amorphous semiconductor layer 4, and the electrode 7 may be in contact with the entire thickness reducing region TD of the p-type amorphous semiconductor layer 5. You may touch.

図6は、図1に示すn型非晶質半導体層4の他の詳細な構造を示す断面図である。図6の(a)を参照して、光電変換素子10は、n型非晶質半導体層4に代えてn型非晶質半導体層41を備え、電極6に代えて電極61を備えていてもよい。   FIG. 6 is a cross-sectional view showing another detailed structure of the n-type amorphous semiconductor layer 4 shown in FIG. Referring to FIG. 6A, the photoelectric conversion element 10 includes an n-type amorphous semiconductor layer 41 instead of the n-type amorphous semiconductor layer 4, and includes an electrode 61 instead of the electrode 6. Also good.

n型非晶質半導体層41において、膜厚が最大である点をC点とし、膜厚の減少率が第1の減少率から第1の減少率よりも大きい第2の減少率に変化する点をD点とする。その結果、膜厚減少領域TDは、n型非晶質半導体層41の面内方向においてC点からD点までの領域である。   In the n-type amorphous semiconductor layer 41, the point at which the film thickness is maximum is C point, and the film thickness decrease rate changes from the first decrease rate to the second decrease rate larger than the first decrease rate. Let the point be point D. As a result, the film thickness reduction region TD is a region from the point C to the point D in the in-plane direction of the n-type amorphous semiconductor layer 41.

そして、n型非晶質半導体層41は、n型非晶質半導体層41の面内方向において2つの膜厚減少領域TDを有する。2つの膜厚減少領域TDは、n型非晶質半導体層41の面内方向において相互に接して配置される。   The n-type amorphous semiconductor layer 41 has two thickness reduction regions TD in the in-plane direction of the n-type amorphous semiconductor layer 41. The two film thickness reduction regions TD are arranged in contact with each other in the in-plane direction of the n-type amorphous semiconductor layer 41.

電極61は、2つの膜厚減少領域TDのうち、一方の膜厚減少領域TDの一部と他方の膜厚減少領域TDの一部とに接して配置される。   The electrode 61 is disposed in contact with a part of one film thickness reduction region TD and a part of the other film thickness reduction region TD among the two film thickness reduction regions TD.

光電変換素子10は、p型非晶質半導体層5に代えて、図6の(a)に示すn型非晶質半導体層41と同じ構造からなるp型非晶質半導体層を備えていてもよい。   The photoelectric conversion element 10 includes a p-type amorphous semiconductor layer having the same structure as the n-type amorphous semiconductor layer 41 shown in FIG. 6A instead of the p-type amorphous semiconductor layer 5. Also good.

その結果、キャリア(電子)がn型非晶質半導体層41を介して電極61へ到達するときの抵抗は、パッシベーション膜3の面内方向において一定の膜厚を有するn型非晶質半導体層が形成される場合に比べ低抵抗になる。また、キャリア(正孔)がn型非晶質半導体層41と同じ構造を有するp型非晶質半導体層を介して電極へ到達するときの抵抗は、パッシベーション膜3の面内方向において一定の膜厚を有するp型非晶質半導体層が形成される場合に比べ低抵抗になる。従って、光電変換素子10の変換効率を向上できる。   As a result, the resistance when carriers (electrons) reach the electrode 61 via the n-type amorphous semiconductor layer 41 is an n-type amorphous semiconductor layer having a constant film thickness in the in-plane direction of the passivation film 3. As compared with the case where is formed, the resistance becomes low. The resistance when carriers (holes) reach the electrode through the p-type amorphous semiconductor layer having the same structure as that of the n-type amorphous semiconductor layer 41 is constant in the in-plane direction of the passivation film 3. The resistance is lower than when a p-type amorphous semiconductor layer having a film thickness is formed. Therefore, the conversion efficiency of the photoelectric conversion element 10 can be improved.

なお、電極は、n型非晶質半導体層41と、n型非晶質半導体層41と同じ構造を有するp型非晶質半導体層とにおいて、2つの膜厚減少領域TDの全体に接して配置されていてもよい。   The electrode is in contact with the whole of the two thickness reduction regions TD in the n-type amorphous semiconductor layer 41 and the p-type amorphous semiconductor layer having the same structure as the n-type amorphous semiconductor layer 41. It may be arranged.

図6の(b)を参照して、光電変換素子10は、n型非晶質半導体層4に代えてn型非晶質半導体層42を備え、電極6に代えて電極62を備えていてもよい。   With reference to FIG. 6B, the photoelectric conversion element 10 includes an n-type amorphous semiconductor layer 42 instead of the n-type amorphous semiconductor layer 4, and includes an electrode 62 instead of the electrode 6. Also good.

n型非晶質半導体層42において、膜厚が最大である点をE点とし、膜厚の減少率が第1の減少率から第1の減少率よりも大きい第2の減少率に変化する点をF点とし、膜厚の変化率の符号が負から正に変化する点をG点とする。   In the n-type amorphous semiconductor layer 42, the point at which the film thickness is maximum is taken as point E, and the film thickness decrease rate changes from the first rate of decrease to a second rate of decrease that is greater than the first rate of decrease. Let the point be the F point, and let the point where the sign of the rate of change of the film thickness changes from negative to positive.

その結果、膜厚減少領域TD1は、n型非晶質半導体層42の面内方向においてE点からF点までの領域であり、膜厚減少領域TD2は、n型非晶質半導体層42の面内方向においてE点からG点までの領域である。   As a result, the film thickness reduction region TD1 is a region from the point E to the point F in the in-plane direction of the n-type amorphous semiconductor layer 42, and the film thickness reduction region TD2 is the region of the n-type amorphous semiconductor layer 42. This is the region from point E to point G in the in-plane direction.

そして、n型非晶質半導体層42は、n型非晶質半導体層42の面内方向において2つの膜厚減少領域TD1と2つの膜厚減少領域TD2とを有する。   The n-type amorphous semiconductor layer 42 has two film thickness reduction regions TD1 and two film thickness reduction regions TD2 in the in-plane direction of the n-type amorphous semiconductor layer 42.

2つの膜厚減少領域TD2は、n型非晶質半導体層42の面内方向における膜厚分布がG点を通る線に対して対称になるように配置される。2つの膜厚減少領域TD1は、n型非晶質半導体層42の面内方向において2つの膜厚減少領域TD2の両側に配置される。   The two film thickness reduction regions TD2 are arranged so that the film thickness distribution in the in-plane direction of the n-type amorphous semiconductor layer 42 is symmetric with respect to a line passing through the G point. The two film thickness reduction regions TD1 are arranged on both sides of the two film thickness reduction regions TD2 in the in-plane direction of the n-type amorphous semiconductor layer 42.

電極62は、2つの膜厚減少領域TD2の全体と、一方の膜厚減少領域TD1の一部と、他方の膜厚減少領域TD1の一部とに接して配置される。   The electrode 62 is disposed in contact with the entire two film thickness reduction regions TD2, a part of one film thickness reduction region TD1, and a part of the other film thickness reduction region TD1.

光電変換素子10は、p型非晶質半導体層5に代えて、図6の(b)に示すn型非晶質半導体層42と同じ構造からなるp型非晶質半導体層を備えていてもよい。   The photoelectric conversion element 10 includes a p-type amorphous semiconductor layer having the same structure as the n-type amorphous semiconductor layer 42 shown in FIG. 6B instead of the p-type amorphous semiconductor layer 5. Also good.

その結果、キャリア(電子)がn型非晶質半導体層42を介して電極62へ到達するときの抵抗は、パッシベーション膜3の面内方向において一定の膜厚を有するn型非晶質半導体層が形成される場合に比べ低抵抗になる。また、キャリア(正孔)がn型非晶質半導体層42と同じ構造を有するp型非晶質半導体層を介して電極へ到達するときの抵抗は、パッシベーション膜3の面内方向において一定の膜厚を有するp型非晶質半導体層が形成される場合に比べ低抵抗になる。従って、光電変換素子10の変換効率を向上できる。   As a result, the resistance when carriers (electrons) reach the electrode 62 via the n-type amorphous semiconductor layer 42 is an n-type amorphous semiconductor layer having a constant thickness in the in-plane direction of the passivation film 3. As compared with the case where is formed, the resistance becomes low. The resistance when carriers (holes) reach the electrode through the p-type amorphous semiconductor layer having the same structure as that of the n-type amorphous semiconductor layer 42 is constant in the in-plane direction of the passivation film 3. The resistance is lower than when a p-type amorphous semiconductor layer having a film thickness is formed. Therefore, the conversion efficiency of the photoelectric conversion element 10 can be improved.

なお、電極は、n型非晶質半導体層42と、n型非晶質半導体層42と同じ構造を有するp型非晶質半導体層とにおいて、2つの膜厚減少領域TD1の全体と、2つの膜厚減少領域TD2の全体とに接して配置されていてもよい。   In addition, the electrode is composed of an n-type amorphous semiconductor layer 42 and a p-type amorphous semiconductor layer having the same structure as the n-type amorphous semiconductor layer 42, the entire two thickness reduction regions TD 1, 2 Two film thickness reduction regions TD2 may be disposed in contact with the entirety.

このように、光電変換素子10は、膜厚減少領域TD(TD1,TD2)を有するn型非晶質半導体層およびp型非晶質半導体層を備える。そして、この発明の実施の形態においては、膜厚減少領域は、膜厚減少領域TD,TD1,TD2のいずれかからなる。   As described above, the photoelectric conversion element 10 includes the n-type amorphous semiconductor layer and the p-type amorphous semiconductor layer having the film thickness reduction region TD (TD1, TD2). In the embodiment of the present invention, the film thickness reduction region is one of the film thickness reduction regions TD, TD1, and TD2.

従って、n型非晶質半導体層またはp型非晶質半導体層の膜厚が最大である点を第1の点とし、n型非晶質半導体層またはp型非晶質半導体層の面内方向において、膜厚の減少率が第1の減少率から第1の減少率よりも大きい第2の減少率に変化する点、または膜厚の変化率の符号が負から正に変化する点を第2の点としたとき、膜厚減少領域は、n型非晶質半導体層またはp型非晶質半導体層の面内方向において、第1の点から第2の点までの領域である。   Accordingly, the first point is the point where the film thickness of the n-type amorphous semiconductor layer or the p-type amorphous semiconductor layer is the maximum, and the in-plane of the n-type amorphous semiconductor layer or the p-type amorphous semiconductor layer In the direction, a point at which the film thickness decrease rate changes from the first decrease rate to a second decrease rate larger than the first decrease rate, or a point at which the sign of the film thickness change rate changes from negative to positive. When the second point is taken, the film thickness reduction region is a region from the first point to the second point in the in-plane direction of the n-type amorphous semiconductor layer or the p-type amorphous semiconductor layer.

なお、この発明の実施の形態においては、n型非晶質半導体層4およびp型非晶質半導体層5の少なくとも一方が膜厚減少領域を有していればよい。   In the embodiment of the present invention, it is sufficient that at least one of n-type amorphous semiconductor layer 4 and p-type amorphous semiconductor layer 5 has a film thickness reduction region.

図7から図11は、それぞれ、図1に示す光電変換素子10の製造方法を示す第1から第5の工程図である。   7 to 11 are first to fifth process diagrams showing a method for manufacturing the photoelectric conversion element 10 shown in FIG. 1, respectively.

図7を参照して、光電変換素子10の製造が開始されると、バルクのシリコンからワイヤーソーによって100〜300μmの厚さを有するウェハーを切り出す。そして、ウェハーの表面のダメージ層を除去するためのエッチングと、厚さを調整するためのエッチングとを行い、半導体基板1’を準備する(図7の工程(a)参照)。   Referring to FIG. 7, when manufacturing of photoelectric conversion element 10 is started, a wafer having a thickness of 100 to 300 μm is cut out from bulk silicon by a wire saw. Then, etching for removing the damaged layer on the surface of the wafer and etching for adjusting the thickness are performed to prepare a semiconductor substrate 1 '(see step (a) in FIG. 7).

一般的に、テクスチャ構造を有する半導体基板は、シリコンインゴットをワイヤーソー等によりスライスして得られる半導体基板をエッチングすることにより製造される。テクスチャ構造を形成する半導体基板は、遊離砥粒方式によるスライス基板が主流であるが、コスト削減やスライス技術の向上もあり、固定砥粒方式によるスライス基板においても同様のテクスチャ構造が形成可能である。   Generally, a semiconductor substrate having a textured structure is manufactured by etching a semiconductor substrate obtained by slicing a silicon ingot with a wire saw or the like. The semiconductor substrate that forms the texture structure is mainly the sliced substrate by the free abrasive grain method, but there is also a cost reduction and the improvement of the slicing technique, and the same texture structure can be formed also by the sliced substrate by the fixed abrasive grain method. .

半導体基板1’のエッチングは、アルカリ性のエッチング液を用いた湿式エッチングにより行うことができる。このエッチングは、水酸化ナトリウム溶液中の場合、以下の反応式(1)、(2)、(3)等の反応によって進行する。
Si+2NaOH+H2O → Na2SiO3+2H2 …(1)
2Si+2NaOH+3H2O → Na2Si25+4H2 …(2)
3Si+4NaOH+4H2O → Na4Si38+6H2 …(3)
半導体基板1’の表面にテクスチャ構造を形成するために、例えばエッチング速度を制御したエッチング液を使用することにより異方性エッチングを行う。半導体基板1’の表面へのテクスチャ構造の形成は以下のメカニズムに基づく。半導体基板1’のアルカリ水溶液によるエッチング速度は、シリコンの(100)面が最も早く、(111)面が最も遅い。そのため、アルカリ水溶液にエッチング速度を低下させることができる特定の添加剤(以下、「エッチング抑制剤」とも言う。)を添加することによってエッチングの速度を抑制すると、シリコンの(100)面等のエッチングされやすい結晶面が優先的にエッチングされ、エッチング速度の遅い(111)面が表面に残存する。この(111)面は、(100)面に対して約54度の傾斜を持つために、プロセスの最終段階では、(111)面とその等価な面で構成されるピラミッド状の凹凸構造が形成される。
Etching of the semiconductor substrate 1 ′ can be performed by wet etching using an alkaline etchant. This etching proceeds by a reaction such as the following reaction formulas (1), (2), and (3) in a sodium hydroxide solution.
Si + 2NaOH + H 2 O → Na 2 SiO 3 + 2H 2 (1)
2Si + 2NaOH + 3H 2 O → Na 2 Si 2 O 5 + 4H 2 (2)
3Si + 4NaOH + 4H 2 O → Na 4 Si 3 O 8 + 6H 2 (3)
In order to form a texture structure on the surface of the semiconductor substrate 1 ′, anisotropic etching is performed by using, for example, an etching solution with a controlled etching rate. Formation of the texture structure on the surface of the semiconductor substrate 1 ′ is based on the following mechanism. The etching rate of the semiconductor substrate 1 ′ with the alkaline aqueous solution is the fastest on the (100) plane of silicon and the slowest on the (111) plane. Therefore, if the etching rate is suppressed by adding a specific additive (hereinafter also referred to as “etching inhibitor”) that can reduce the etching rate to the alkaline aqueous solution, etching of the (100) surface of silicon and the like A crystal plane that is easily etched is preferentially etched, and a (111) plane having a slow etching rate remains on the surface. Since the (111) plane has an inclination of about 54 degrees with respect to the (100) plane, a pyramidal uneven structure composed of the (111) plane and its equivalent plane is formed at the final stage of the process. Is done.

しかし、エッチング条件によっては、約40−54度程度の傾斜を持ったテクスチャが形成されることもあり、必ずしもテクスチャの傾斜面が(111)面で形成される訳ではない。すなわち、テクスチャの傾斜面が(111)面である必要はなく、例えばテクスチャの傾斜が緩やかな構成であってもよい。   However, depending on the etching conditions, a texture having an inclination of about 40-54 degrees may be formed, and the inclined surface of the texture is not necessarily formed by the (111) plane. That is, the texture inclined surface does not have to be the (111) surface, and for example, the texture may have a gentle structure.

テクスチャ形成用エッチング液としては、水酸化ナトリウム(NaOH)水溶液に、エッチング抑制剤としてイソプロピルアルコールを添加したエッチング液を使用することができる。このエッチング液を60〜80℃程度に加温し、(100)面の半導体基板を10〜30分間浸漬させることによって、エッチングを行う。   As the texture forming etching solution, an etching solution obtained by adding isopropyl alcohol as an etching inhibitor to an aqueous solution of sodium hydroxide (NaOH) can be used. Etching is performed by heating the etching solution to about 60 to 80 ° C. and immersing the (100) plane semiconductor substrate for 10 to 30 minutes.

また、水酸化ナトリウム又は水酸化カリウムと、リグニン等の特定の添加剤と、炭酸水素ナトリウム又は炭酸水素カリウムを含むエッチング液を使用することにより、微小なピラミッド構造のテクスチャ構造(凹凸の凹部の底から凸部の頂点までの高さが1μm以下)を形成することができる。このように、エッチング液の温度、処理時間、エッチング抑制剤の種類、エッチング速度、基板の種類など種々の条件を変えることで、テクスチャのサイズを制御することができる。   In addition, by using an etching solution containing sodium hydroxide or potassium hydroxide, a specific additive such as lignin, and sodium hydrogen carbonate or potassium hydrogen carbonate, the texture structure of the micro pyramid structure (the bottom of the uneven recess) To 1 μm or less). Thus, the texture size can be controlled by changing various conditions such as the temperature of the etching solution, the processing time, the type of etching inhibitor, the etching rate, and the type of substrate.

上記のように、エッチング条件を変えて、テクスチャサイズが異なる凹凸を半導体基板の表面に形成した。   As described above, the etching conditions were changed to form irregularities with different texture sizes on the surface of the semiconductor substrate.

図12は、サイズが異なるテクスチャ構造が形成された半導体基板のSEM(Scanning Electron Microscopy)写真を示す図である。図12の(a)は、テクスチャ構造を構成するピラミッドの底辺の長さが2μm以下である場合のSEM写真を示し、図12の(b)は、ピラミッドの底辺の長さが10μm以下である場合のSEM写真を示し、図12の(c)は、ピラミッドの底辺の長さが15μm程度である場合のSEM写真を示す。   FIG. 12 is a view showing an SEM (Scanning Electron Microscopy) photograph of a semiconductor substrate on which texture structures having different sizes are formed. FIG. 12A shows an SEM photograph in the case where the length of the bottom side of the pyramid constituting the texture structure is 2 μm or less, and FIG. 12B shows the length of the bottom side of the pyramid is 10 μm or less. FIG. 12 (c) shows an SEM photograph in the case where the bottom side length of the pyramid is about 15 μm.

図7の工程(a)の後、半導体基板1’をNaOHおよびKOH等のアルカリ溶液(例えば、KOH:1〜5wt%、イソプロピルアルコール:1〜10wt%の水溶液)を用いてエッチングする。これによって、半導体基板1’の両面が異方性エッチングされ、ピラミッド形状のテクスチャ構造が両面に形成された半導体基板1が得られる(図7の工程(b)参照)。   After the step (a) of FIG. 7, the semiconductor substrate 1 'is etched using an alkaline solution such as NaOH and KOH (for example, an aqueous solution of KOH: 1 to 5 wt%, isopropyl alcohol: 1 to 10 wt%). As a result, both sides of the semiconductor substrate 1 ′ are anisotropically etched, and the semiconductor substrate 1 in which the pyramid-shaped texture structure is formed on both sides is obtained (see step (b) in FIG. 7).

引き続いて、半導体基板1の表面を熱酸化して酸化膜11を半導体基板1の受光面に形成するとともに、パッシベーション膜3を半導体基板1の裏面に形成する(図7の工程(c)参照)。   Subsequently, the surface of the semiconductor substrate 1 is thermally oxidized to form an oxide film 11 on the light receiving surface of the semiconductor substrate 1, and a passivation film 3 is formed on the back surface of the semiconductor substrate 1 (see step (c) in FIG. 7). .

半導体基板1の酸化は、ウェット処理および熱酸化のいずれでもよい。ウェット酸化の場合は、例えば、半導体基板1を過酸化水素、硝酸およびオゾン水等に浸漬し、その後、ドライ雰囲気中で800〜1000℃で半導体基板1を加熱する。また、熱酸化の場合、例えば、酸素または水蒸気の雰囲気中で半導体基板1を900〜1000℃に加熱する。   The oxidation of the semiconductor substrate 1 may be either wet processing or thermal oxidation. In the case of wet oxidation, for example, the semiconductor substrate 1 is immersed in hydrogen peroxide, nitric acid, ozone water or the like, and then the semiconductor substrate 1 is heated at 800 to 1000 ° C. in a dry atmosphere. In the case of thermal oxidation, for example, the semiconductor substrate 1 is heated to 900 to 1000 ° C. in an atmosphere of oxygen or water vapor.

図7の工程(c)の後、スパッタリング法、EB(Electron Beam)蒸着およびCVD法等を用いて酸化膜11に接して窒化シリコン膜12を形成する。これによって、反射防止膜2が半導体基板1の受光面に形成される(図8の工程(d)参照)。   After the step (c) of FIG. 7, a silicon nitride film 12 is formed in contact with the oxide film 11 using a sputtering method, EB (Electron Beam) vapor deposition, a CVD method, or the like. Thereby, the antireflection film 2 is formed on the light receiving surface of the semiconductor substrate 1 (see step (d) in FIG. 8).

図8の工程(d)の後、半導体基板1をプラズマ装置の反応室に入れ、シャドーマスク30を半導体基板1のパッシベーション膜3上に配置する(図8の工程(e)参照)。   After the step (d) of FIG. 8, the semiconductor substrate 1 is put into the reaction chamber of the plasma apparatus, and the shadow mask 30 is disposed on the passivation film 3 of the semiconductor substrate 1 (see step (e) of FIG. 8).

シャドーマスク30は、例えばメタルマスクからなる。メタルマスクは、例えば、ステンレス鋼からなり、厚さが200μmであり、開口幅が850μmであり、マスクされている幅が1050μmで、周期は1900μmとなる。   The shadow mask 30 is made of, for example, a metal mask. The metal mask is made of, for example, stainless steel, has a thickness of 200 μm, an opening width of 850 μm, a masked width of 1050 μm, and a period of 1900 μm.

そして、半導体基板1の温度を130〜180℃に設定し、0〜100sccmの水素(H2)ガス、40sccmのSiH4ガス、および40sccmのホスフィン(PH3)ガスを反応室に流し、反応室の圧力を40〜120Paに設定する。その後、RFパワー密度が5〜15mW/cm2である高周波電力(13.56MHz)を平行平板電極に印加する。なお、PH3ガスは、水素によって希釈されており、PH3ガスの濃度は、例えば、1%である。Then, the temperature of the semiconductor substrate 1 is set to 130 to 180 ° C., and 0 to 100 sccm of hydrogen (H 2 ) gas, 40 sccm of SiH 4 gas, and 40 sccm of phosphine (PH 3 ) gas are allowed to flow into the reaction chamber. Is set to 40 to 120 Pa. Thereafter, high frequency power (13.56 MHz) having an RF power density of 5 to 15 mW / cm 2 is applied to the parallel plate electrodes. Note that the PH 3 gas is diluted with hydrogen, and the concentration of the PH 3 gas is, for example, 1%.

これによって、シャドーマスク30によって覆われていないパッシベーション膜3の領域にn型非晶質シリコンが堆積され、n型非晶質半導体層4がパッシベーション膜3上に形成される(図8の工程(f)参照)。   As a result, n-type amorphous silicon is deposited in the region of the passivation film 3 that is not covered by the shadow mask 30, and the n-type amorphous semiconductor layer 4 is formed on the passivation film 3 (step of FIG. f)).

シャドーマスク30がパッシベーション膜3上に配置された場合、シャドーマスク30とパッシベーション膜3との間には、隙間が存在する。その結果、プラズマによって分解されたSiHおよびSiH2等の活性種がシャドーマスク30とパッシベーション膜3との間の隙間に回り込み、シャドーマスク30によって覆われた一部の領域にもn型非晶質半導体層4が形成される。テクスチャ構造が形成されていない半導体基板に成膜する場合と比べると、テクスチャ構造が形成されている半導体基板1に成膜する場合には、シャドーマスク30とパッシベーション膜3との間の隙間への回り込みが多くなる。これにより、膜厚減少領域TDを有するn型非晶質半導体層4がパッシベーション膜3上に形成される。また、シャドーマスク30上にも、n型非晶質シリコン31が堆積する。When the shadow mask 30 is disposed on the passivation film 3, there is a gap between the shadow mask 30 and the passivation film 3. As a result, active species such as SiH and SiH 2 decomposed by the plasma enter the gap between the shadow mask 30 and the passivation film 3, and an n-type amorphous material is also formed in a part of the region covered by the shadow mask 30. A semiconductor layer 4 is formed. Compared to the case where the film is formed on the semiconductor substrate on which the texture structure is not formed, when the film is formed on the semiconductor substrate 1 on which the texture structure is formed, the gap between the shadow mask 30 and the passivation film 3 is reduced. More wraparound. As a result, the n-type amorphous semiconductor layer 4 having the thickness reduction region TD is formed on the passivation film 3. An n-type amorphous silicon 31 is also deposited on the shadow mask 30.

なお、n型非晶質半導体層4における膜厚減少領域TDの幅および膜厚減少率は、n型非晶質半導体層4を成膜するときの成膜圧力、シャドーマスク30の厚さおよびシャドーマスク30の開口幅を変えることによって制御される。例えば、シャドーマスク30の厚さを厚くすると、膜厚減少領域TDの幅が広くなる。   The width of the film thickness reduction region TD and the film thickness reduction rate in the n-type amorphous semiconductor layer 4 are the film formation pressure when the n-type amorphous semiconductor layer 4 is formed, the thickness of the shadow mask 30 and It is controlled by changing the opening width of the shadow mask 30. For example, when the thickness of the shadow mask 30 is increased, the width of the film thickness reduction region TD is increased.

図8の工程(f)の後、シャドーマスク30に代えてシャドーマスク40をパッシベーション膜3およびn型非晶質半導体層4上に配置する(図9の工程(g)参照)。シャドーマスク40は、材質、厚さおよび開口幅がシャドーマスク30と同じである。   After the step (f) in FIG. 8, a shadow mask 40 is disposed on the passivation film 3 and the n-type amorphous semiconductor layer 4 instead of the shadow mask 30 (see step (g) in FIG. 9). The shadow mask 40 has the same material, thickness, and opening width as the shadow mask 30.

なお、図9の工程(g)においては、シャドーマスク40は、パッシベーション膜3から離れているように図示されているが、n型非晶質半導体層4の膜厚は、上述したように3〜50nmと非常に薄いので、実際には、シャドーマスク40は、パッシベーション膜3に近接して配置されている。   In the step (g) of FIG. 9, the shadow mask 40 is illustrated as being separated from the passivation film 3, but the thickness of the n-type amorphous semiconductor layer 4 is 3 as described above. Since it is very thin as ˜50 nm, the shadow mask 40 is actually arranged close to the passivation film 3.

そして、半導体基板1の温度を130〜180℃に設定し、0〜100sccmのH2ガス、40sccmのSiH4ガス、および40sccmのジボラン(B26)ガスを反応室に流し、反応室の圧力を40〜200Paに設定する。その後、RFパワー密度が5〜15mW/cm2である高周波電力(13.56MHz)を平行平板電極に印加する。なお、B26ガスは、水素によって希釈されており、B26ガスの濃度は、例えば、2%である。Then, the temperature of the semiconductor substrate 1 is set to 130 to 180 ° C., and 0 to 100 sccm of H 2 gas, 40 sccm of SiH 4 gas, and 40 sccm of diborane (B 2 H 6 ) gas are flowed into the reaction chamber. The pressure is set to 40 to 200 Pa. Thereafter, high frequency power (13.56 MHz) having an RF power density of 5 to 15 mW / cm 2 is applied to the parallel plate electrodes. Note that B 2 H 6 gas is diluted with hydrogen, and the concentration of B 2 H 6 gas is, for example, 2%.

これによって、シャドーマスク40によって覆われていないパッシベーション膜3の領域にp型非晶質シリコンが堆積され、p型非晶質半導体層5がパッシベーション膜3上に形成される(図9の工程(h)参照)。   As a result, p-type amorphous silicon is deposited in the region of the passivation film 3 not covered by the shadow mask 40, and the p-type amorphous semiconductor layer 5 is formed on the passivation film 3 (step of FIG. 9). h)).

シャドーマスク40がパッシベーション膜3およびn型非晶質半導体層4上に配置された場合、シャドーマスク40とパッシベーション膜3との間には、隙間が存在する。その結果、プラズマによって分解されたSiHおよびSiH2等の活性種がシャドーマスク40とパッシベーション膜3との間の隙間に回り込み、シャドーマスク40によって覆われた一部の領域にもp型非晶質半導体層5が形成される。テクスチャ構造が形成されていない半導体基板に成膜する場合と比べると、テクスチャ構造が形成されている半導体基板1に成膜する場合には、シャドーマスク40とパッシベーション膜3との間の隙間への回り込みが多くなる。これにより、膜厚減少領域TDを有するp型非晶質半導体層5がパッシベーション膜3上に形成される。また、シャドーマスク40上にも、p型非晶質シリコン32が堆積する。When the shadow mask 40 is disposed on the passivation film 3 and the n-type amorphous semiconductor layer 4, there is a gap between the shadow mask 40 and the passivation film 3. As a result, active species such as SiH and SiH 2 decomposed by the plasma wrap around the gap between the shadow mask 40 and the passivation film 3, and p-type amorphous is also formed in a part of the region covered by the shadow mask 40. A semiconductor layer 5 is formed. Compared to the case where the film is formed on the semiconductor substrate on which the texture structure is not formed, when the film is formed on the semiconductor substrate 1 on which the texture structure is formed, the gap between the shadow mask 40 and the passivation film 3 is reduced. More wraparound. Thereby, the p-type amorphous semiconductor layer 5 having the film thickness reduction region TD is formed on the passivation film 3. Also, the p-type amorphous silicon 32 is deposited on the shadow mask 40.

なお、p型非晶質半導体層5における膜厚減少領域TDの幅および膜厚減少率は、p型非晶質半導体層5を成膜するときの成膜圧力、シャドーマスク40の厚さおよびシャドーマスク40の開口幅を変えることによって制御される。例えば、シャドーマスク40の厚さを厚くすると、膜厚減少領域TDの幅が広くなる。   The width of the film thickness reduction region TD and the film thickness reduction rate in the p-type amorphous semiconductor layer 5 are the film formation pressure when the p-type amorphous semiconductor layer 5 is formed, the thickness of the shadow mask 40, and It is controlled by changing the opening width of the shadow mask 40. For example, when the thickness of the shadow mask 40 is increased, the width of the film thickness reduction region TD is increased.

なお、n型非晶質半導体層4に膜厚減少領域TDを設けない構成とする場合には、例えば、シャドーマスク30を配置することなく、パッシベーション膜3の上面の全面にn型非晶質半導体層4を形成し、エッチングによって所定の領域にn型非晶質半導体層4を形成する。p型非晶質半導体層5に膜厚減少領域TDを設けない構成とする場合にも、同様の方法により形成することができる。   When the n-type amorphous semiconductor layer 4 is not provided with the film thickness reduction region TD, for example, the n-type amorphous semiconductor layer 4 is not formed on the entire upper surface of the passivation film 3 without the shadow mask 30 being disposed. The semiconductor layer 4 is formed, and the n-type amorphous semiconductor layer 4 is formed in a predetermined region by etching. Even when the p-type amorphous semiconductor layer 5 is not provided with the film thickness reduction region TD, it can be formed by the same method.

p型非晶質半導体層5を堆積した後、シャドーマスク40を除去すると、半導体基板1の面内方向に交互に配置されたn型非晶質半導体層4およびp型非晶質半導体層5がパッシベーション膜3上に形成された状態になる(図9の工程(i)参照)。   When the shadow mask 40 is removed after the p-type amorphous semiconductor layer 5 is deposited, the n-type amorphous semiconductor layers 4 and the p-type amorphous semiconductor layers 5 arranged alternately in the in-plane direction of the semiconductor substrate 1. Is formed on the passivation film 3 (see step (i) in FIG. 9).

図9の工程(i)の後、開口部がn型非晶質半導体層4およびp型非晶質半導体層5上に位置するようにシャドーマスク50を配置する(図10の工程(j)参照)。シャドーマスク50は、材質および厚さがシャドーマスク30と同じである。また、開口幅は、n型非晶質半導体層4およびp型非晶質半導体層5のフラット領域FTの幅と2つの膜厚減少領域TDの幅との和に設定される。開口幅は、前記の幅に対して多少前後しても構わない。   After the step (i) in FIG. 9, the shadow mask 50 is arranged so that the opening is located on the n-type amorphous semiconductor layer 4 and the p-type amorphous semiconductor layer 5 (step (j) in FIG. 10). reference). The shadow mask 50 has the same material and thickness as the shadow mask 30. The opening width is set to the sum of the width of the flat region FT of the n-type amorphous semiconductor layer 4 and the p-type amorphous semiconductor layer 5 and the width of the two film thickness reduction regions TD. The opening width may be slightly different from the above width.

図10の工程(j)の後、シャドーマスク50を介して導電層6a、7aおよび導電層6b、7bを順次堆積する。これによって、電極6、7がそれぞれn型非晶質半導体層4およびp型非晶質半導体層5上に堆積される(図10の工程(k)参照)。   After step (j) in FIG. 10, conductive layers 6 a and 7 a and conductive layers 6 b and 7 b are sequentially deposited through a shadow mask 50. As a result, the electrodes 6 and 7 are deposited on the n-type amorphous semiconductor layer 4 and the p-type amorphous semiconductor layer 5, respectively (see step (k) in FIG. 10).

導電層6a,7aおよび導電層6b,7bは、スパッタリング法、蒸着法、イオンプレーティング法、熱CVD法、MOCVD(Metal Organic Chemical Vapour Deposition)法、ゾルゲル法、液状にした原料を噴霧加熱する方法、およびインクジェット法等を用いて形成される。   The conductive layers 6a and 7a and the conductive layers 6b and 7b are formed by a sputtering method, a vapor deposition method, an ion plating method, a thermal CVD method, a MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition) method, a sol-gel method, or a method of spraying and heating a liquefied raw material. , And an inkjet method or the like.

導電層6a,7aは、例えば、ITO,IWO,ZnOのいずれかであり、導電層6b,7bは、Ti(3nm)/Al(500nm)の2層構造からなる。   The conductive layers 6a and 7a are, for example, any one of ITO, IWO, and ZnO, and the conductive layers 6b and 7b have a two-layer structure of Ti (3 nm) / Al (500 nm).

ITOは、例えば、SnO2を0.5〜4wt%ドープしたITOターゲットを、アルゴンガスまたはアルゴンガスと酸素ガスとの混合ガスを流し、25〜250℃の基板温度、0.1〜1.5Paの圧力、0.01〜2kWの電力でスパッタ処理を行うことによって形成される。ITO, for example, an ITO target doped with SnO 2 in an amount of 0.5 to 4 wt% is supplied with an argon gas or a mixed gas of an argon gas and an oxygen gas, and a substrate temperature of 25 to 250 ° C., 0.1 to 1.5 Pa. It is formed by performing the sputtering process at a pressure of 0.01 to 2 kW.

ZnOは、ITOターゲットに代えて、Alを0.5〜4wt%ドープしたZnOターゲットを用いて同様の条件でスパッタ処理を行うことにより形成される。   ZnO is formed by performing sputtering treatment under the same conditions using a ZnO target doped with 0.5 to 4 wt% of Al instead of the ITO target.

Ti/Alの2層構造は、EB蒸着によって形成される。   A two-layer structure of Ti / Al is formed by EB vapor deposition.

また、電極6,7は、それぞれ、導電層6a,7aをシード電極としてメッキ成膜法によって導電層6b,7bを形成することによって形成されてもよい。この場合、導電層6b,7bは、例えば、Ni,W,Co,Ti,Cr、これらの合金、およびこれらの合金とP,Bとの合金のいずれかからなる。また、導電層6b,7b上にメッキ法でCu,Al,Sn等を形成することもできる。   In addition, the electrodes 6 and 7 may be formed by forming the conductive layers 6b and 7b by plating film formation using the conductive layers 6a and 7a as seed electrodes, respectively. In this case, the conductive layers 6b and 7b are made of, for example, any one of Ni, W, Co, Ti, Cr, alloys thereof, and alloys of these alloys with P and B. Also, Cu, Al, Sn, etc. can be formed on the conductive layers 6b, 7b by plating.

図10の工程(k)の後、シャドーマスク60を電極6,7上に配置する(図10の工程(l)参照)。シャドーマスク60は、材質および厚さがシャドーマスク30と同じである。   After step (k) in FIG. 10, a shadow mask 60 is placed on the electrodes 6 and 7 (see step (l) in FIG. 10). The shadow mask 60 has the same material and thickness as the shadow mask 30.

そして、保護膜8をパッシベーション膜3、n型非晶質半導体層4、p型非晶質半導体層5および電極6,7上に形成する。   Then, the protective film 8 is formed on the passivation film 3, the n-type amorphous semiconductor layer 4, the p-type amorphous semiconductor layer 5, and the electrodes 6 and 7.

より具体的には、プラズマCVD法を用いて真性非晶質半導体膜およびシリコンの窒化膜をパッシベーション膜3、n型非晶質半導体層4、p型非晶質半導体層5および電極6,7上に順次堆積する。この場合、例えば、SiH4ガスを材料ガスとして真性非晶質半導体膜を形成し、真性非晶質半導体膜の膜厚は、例えば、10nmである。また、例えば、SiH4ガスおよびNH3ガスを材料ガスとしてシリコンの窒化膜を形成し、シリコンの窒化膜の膜厚は、例えば、120nmである。これによって、光電変換素子10が完成する(図11の工程(m)参照)。More specifically, an intrinsic amorphous semiconductor film and a silicon nitride film are formed from the passivation film 3, the n-type amorphous semiconductor layer 4, the p-type amorphous semiconductor layer 5, and the electrodes 6 and 7 using plasma CVD. Deposit sequentially on top. In this case, for example, an intrinsic amorphous semiconductor film is formed using SiH 4 gas as a material gas, and the thickness of the intrinsic amorphous semiconductor film is, for example, 10 nm. Further, for example, a silicon nitride film is formed using SiH 4 gas and NH 3 gas as material gases, and the thickness of the silicon nitride film is, for example, 120 nm. Thus, the photoelectric conversion element 10 is completed (see step (m) in FIG. 11).

上述した説明において、シャドーマスク30、40、50、60の材料の一例としてステンレス鋼を挙げたが、ステンレス鋼に限定されることはなく、例えば、銅、ニッケル、ニッケル合金(42アロイ、インバー材等)またはモリブデン等であってもよい。   In the above description, stainless steel is given as an example of the material of the shadow masks 30, 40, 50, 60. However, the material is not limited to stainless steel. For example, copper, nickel, nickel alloy (42 alloy, Invar material) Etc.) or molybdenum.

また、シャドーマスク30、40、50、60は、メタルマスクである必要はなく、ガラスマスク、セラミックマスクまたは有機フィルムマスク等であってもよい。   Further, the shadow masks 30, 40, 50, 60 need not be metal masks, and may be glass masks, ceramic masks, organic film masks, or the like.

また、半導体基板1と同じ材質の半導体基板をエッチングにより加工して、シャドーマスクとしてもよい。この場合、半導体基板1とシャドーマスクは共に同じ材質で構成されているため、熱膨張係数は同一であり、熱膨張係数の相違による位置ずれは生じない。   Alternatively, a semiconductor substrate made of the same material as the semiconductor substrate 1 may be processed by etching to form a shadow mask. In this case, since both the semiconductor substrate 1 and the shadow mask are made of the same material, the thermal expansion coefficients are the same, and no misalignment occurs due to the difference in thermal expansion coefficients.

半導体基板1の熱膨張係数との関係および原料コストを考慮すると、シャドーマスク30、40、50、60の材料は、42アロイが好ましい。半導体基板1の熱膨張係数との関係に着目すると、シャドーマスク30、40、50、60の材料として、ニッケルの組成が36%程度、鉄の組成が64%程度の場合に、半導体基板1の熱膨張係数に最も近くなり、熱膨張係数差によるアライメント誤差を最も小さくできる。   Considering the relationship with the thermal expansion coefficient of the semiconductor substrate 1 and the raw material cost, the material of the shadow masks 30, 40, 50, 60 is preferably 42 alloy. Focusing on the relationship with the thermal expansion coefficient of the semiconductor substrate 1, when the composition of nickel is about 36% and the composition of iron is about 64% as the material of the shadow masks 30, 40, 50, 60, It is closest to the thermal expansion coefficient, and the alignment error due to the difference in thermal expansion coefficient can be minimized.

また、シャドーマスク30,40,50,60の厚さに関しては、生産のランニングコストを抑制する観点から、再生して多数回使用できることが好ましい。この場合、シャドーマスク30,40,50,60に付着した成膜物は、フッ酸またはNaOHを用いて除去することができる。これらの再生回数を考慮すると、シャドーマスク30,40,50,60の厚さは、30μm〜300μmが好ましい。   Moreover, regarding the thickness of the shadow mask 30, 40, 50, 60, it is preferable that it can be regenerated and used many times from the viewpoint of suppressing the running cost of production. In this case, the film deposited on the shadow mask 30, 40, 50, 60 can be removed using hydrofluoric acid or NaOH. Considering the number of times of reproduction, the thickness of the shadow masks 30, 40, 50, 60 is preferably 30 μm to 300 μm.

また、上述した製造方法においては、保護膜8を構成する真性非晶質半導体膜/シリコンの窒化膜を1つの反応室で連続して形成すると説明したが、この発明の実施の形態においては、これに限らず、真性非晶質半導体層を形成した後、シリコンの窒化膜をスパッタリング装置、または別のCVD装置で形成するように、1回、試料を大気に暴露してもよい。   Further, in the manufacturing method described above, it has been described that the intrinsic amorphous semiconductor film / silicon nitride film constituting the protective film 8 is continuously formed in one reaction chamber, but in the embodiment of the present invention, However, the present invention is not limited thereto, and after the intrinsic amorphous semiconductor layer is formed, the sample may be exposed to the atmosphere once so that a silicon nitride film is formed by a sputtering apparatus or another CVD apparatus.

保護膜8を構成する真性非晶質半導体膜/シリコンの窒化膜を、大気暴露せずに形成した場合、大気中における有機物または水分のコンタミネーションを抑制することができるため、好ましい。   When the intrinsic amorphous semiconductor film / silicon nitride film constituting the protective film 8 is formed without being exposed to the atmosphere, it is preferable because contamination of organic substances or moisture in the atmosphere can be suppressed.

更に、保護膜8は、EB蒸着、スパッタリング法、レーザアブレーション法、CVD法およびイオンプレーティング法を用いて形成されてもよい。   Furthermore, the protective film 8 may be formed using EB vapor deposition, sputtering, laser ablation, CVD, and ion plating.

更に、この発明の実施の形態においては、パッシベーション膜3を形成した後、窒素(N2)ガスを用いたプラズマCVD法によりパッシベーション膜3を窒化し、SiONからなるパッシベーション膜を形成してもよい。その結果、パッシベーション膜3上に形成したp型非晶質半導体層5中のドーパント(B)が半導体基板1へ拡散するのを抑制できる。そして、トンネル電流を流すことができる膜厚を有するパッシベーション膜3を形成した場合であっても、有効にボロン(B)の拡散を抑制できるため、好ましい。Furthermore, in the embodiment of the present invention, after the passivation film 3 is formed, the passivation film 3 may be nitrided by a plasma CVD method using nitrogen (N 2 ) gas to form a passivation film made of SiON. . As a result, it is possible to suppress the diffusion of the dopant (B) in the p-type amorphous semiconductor layer 5 formed on the passivation film 3 into the semiconductor substrate 1. And even if it is a case where the passivation film 3 which has the film thickness which can flow a tunnel current is formed, since the spreading | diffusion of boron (B) can be suppressed effectively, it is preferable.

上述したように、n型非晶質半導体層4およびp型非晶質半導体層5は、シャドーマスク30,40を用いて半導体基板1上に堆積されるため、隣接するn型非晶質半導体層4およびp型非晶質半導体層5間には、ギャップ領域Gが形成される。そして、隣接する電極6,7間において、保護膜8が電極6,7およびギャップ領域G(パッシベーション膜3、n型非晶質半導体層4およびp型非晶質半導体層5)上に形成される。   As described above, since the n-type amorphous semiconductor layer 4 and the p-type amorphous semiconductor layer 5 are deposited on the semiconductor substrate 1 using the shadow masks 30 and 40, adjacent n-type amorphous semiconductors are deposited. A gap region G is formed between the layer 4 and the p-type amorphous semiconductor layer 5. A protective film 8 is formed between the adjacent electrodes 6 and 7 on the electrodes 6 and 7 and the gap region G (passivation film 3, n-type amorphous semiconductor layer 4 and p-type amorphous semiconductor layer 5). The

その結果、隣接する電極6,7間に、導電性の塵が付着した場合でも、短絡が防止される。   As a result, even when conductive dust adheres between the adjacent electrodes 6 and 7, a short circuit is prevented.

従って、光電変換素子10の信頼性を向上できる。   Therefore, the reliability of the photoelectric conversion element 10 can be improved.

また、電極6,7は、端から内側に向かって5μm以上の領域が保護膜8によって覆われている。その結果、保護膜8の開口端から水分が浸入するのを効果的に抑制することができるとともに、保護膜8のはがれを抑制でき、生産時のアライメントずれによる歩留まりの低下を防止できる。   Further, the electrodes 6 and 7 are covered with a protective film 8 in a region of 5 μm or more from the end toward the inside. As a result, it is possible to effectively prevent moisture from entering from the opening end of the protective film 8, and to prevent the protective film 8 from peeling off, thereby preventing a decrease in yield due to misalignment during production.

また、電極6,7として、電極6,7が接している非晶質半導体層4,5との間の密着性が乏しい電気材料を用いた場合でも、保護膜8を形成することで、密着性が向上する。このため、電極金属選択の範囲が広がり、特性向上が容易になり好ましい。   In addition, even when an electric material having poor adhesion between the electrodes 6 and 7 and the amorphous semiconductor layers 4 and 5 in contact with the electrodes 6 and 7 is used, by forming the protective film 8, Improves. For this reason, the range of electrode metal selection is widened, and it becomes easy to improve the characteristics.

基板表面の一面にn型非晶質半導体層またはp型非晶質半導体層とTCO(透明導電膜)をほぼ全面に形成する従来のヘテロ接合型太陽電池では、非晶質半導体層とTCOとの間に切れ目はない。しかし、本実施形態における裏面ヘテロ接合型太陽電池のように、n型非晶質半導体層またはp型非晶質半導体層や、TCO、電極等の層を交互に複数形成する場合、図13に示すように、各層の端部が多数発生することになる。このような構成でピールテスト等を行うと、端部から剥がれる可能性がある。しかし、半導体基板1の表面にテクスチャ構造を形成することによりアンカー効果が生じ、剥がれ等を抑制しやすくなるので好ましい。また、最も剥がれやすい電極端部を保護膜によって覆うことで、剥がれをより効果的に抑制することができ、より好ましい。   In a conventional heterojunction solar cell in which an n-type amorphous semiconductor layer or a p-type amorphous semiconductor layer and a TCO (transparent conductive film) are formed on almost the entire surface of a substrate surface, the amorphous semiconductor layer, the TCO, There is no break between. However, when a plurality of layers such as an n-type amorphous semiconductor layer or a p-type amorphous semiconductor layer, a TCO, and an electrode are alternately formed as in the backside heterojunction solar cell in this embodiment, FIG. As shown, a large number of end portions of each layer are generated. When a peel test or the like is performed with such a configuration, there is a possibility of peeling from the end. However, it is preferable to form a texture structure on the surface of the semiconductor substrate 1 because an anchor effect is generated and peeling and the like are easily suppressed. Further, it is more preferable that the electrode end portion that is most easily peeled off is covered with a protective film, whereby peeling can be more effectively suppressed.

更に、ギャップ領域Gにおいては、パッシベーション膜3、n型非晶質半導体層4およびp型非晶質半導体層5は、保護膜8によって覆われる。その結果、光電変換素子10の長期安定性の効果を得ることができる。   Furthermore, in the gap region G, the passivation film 3, the n-type amorphous semiconductor layer 4 and the p-type amorphous semiconductor layer 5 are covered with a protective film 8. As a result, an effect of long-term stability of the photoelectric conversion element 10 can be obtained.

図13は、図1に示す光電変換素子10の裏面側から見た平面図である。図13の(a)を参照して、n型非晶質半導体層4およびp型非晶質半導体層5は、半導体基板1の面内方向に交互に所望の間隔で配置される。そして、電極6,7は、それぞれ、n型非晶質半導体層4およびp型非晶質半導体層5上に配置される。その結果、隣接する電極6,7間には、ギャップ領域Gが形成される。   FIG. 13 is a plan view seen from the back side of the photoelectric conversion element 10 shown in FIG. Referring to (a) of FIG. 13, n-type amorphous semiconductor layer 4 and p-type amorphous semiconductor layer 5 are alternately arranged at desired intervals in the in-plane direction of semiconductor substrate 1. Electrodes 6 and 7 are disposed on n-type amorphous semiconductor layer 4 and p-type amorphous semiconductor layer 5, respectively. As a result, a gap region G is formed between the adjacent electrodes 6 and 7.

図13の(b)を参照して、保護膜8は、ギャップ領域Gおよび半導体基板1の周辺領域上に配置される。そして、電極6,7上には、幅Lを有する開口部8Aが形成される。電極6,7は、開口部8Aを介して配線シートに接続される。   Referring to FIG. 13B, the protective film 8 is disposed on the gap region G and the peripheral region of the semiconductor substrate 1. On the electrodes 6 and 7, an opening 8A having a width L is formed. The electrodes 6 and 7 are connected to the wiring sheet through the opening 8A.

なお、図13の(b)においては、半導体基板1の周辺部には、保護膜8で覆われていない領域が存在するが、光電変換素子10においては、半導体基板1の裏面の全面を保護膜で覆い、電極6,7の一部が露出している状態が最も好ましい。   In FIG. 13B, a region that is not covered with the protective film 8 exists in the peripheral portion of the semiconductor substrate 1, but in the photoelectric conversion element 10, the entire back surface of the semiconductor substrate 1 is protected. Most preferably, the film is covered with a film and a part of the electrodes 6 and 7 is exposed.

図14は、配線シートの平面図である。図14を参照して、配線シート70は、絶縁基材710と、配線材71〜87とを含む。   FIG. 14 is a plan view of the wiring sheet. Referring to FIG. 14, the wiring sheet 70 includes an insulating base 710 and wiring members 71 to 87.

絶縁基材710は、電気絶縁性の材質であればよく、特に限定なく用いることができる。絶縁基材710は、例えば、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリフェニレンサルファイド(PPS)、ポリビニルフルオライド(PVF)およびポリイミド等からなる。   The insulating base material 710 may be an electrically insulating material and can be used without any particular limitation. The insulating base 710 is made of, for example, polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN), polyphenylene sulfide (PPS), polyvinyl fluoride (PVF), polyimide, and the like.

また、絶縁基材710の膜厚は、特に限定されないが、好ましくは、25μm以上150μm以下である。そして、絶縁基材710は、1層構造であってもよく、2層以上の多層構造であってもよい。   The thickness of the insulating base 710 is not particularly limited, but is preferably 25 μm or more and 150 μm or less. The insulating base 710 may have a single layer structure or a multilayer structure of two or more layers.

配線材71は、バスバー部711と、フィンガー部712とを有する。フィンガー部712は、その一方端がバスバー部711に接続される。   The wiring member 71 includes a bus bar portion 711 and finger portions 712. One end of the finger portion 712 is connected to the bus bar portion 711.

配線材72は、バスバー部721と、フィンガー部722,723とを有する。フィンガー部722は、その一方端がバスバー部721に接続される。フィンガー部723は、バスバー部721に対してバスバー部721とフィンガー部722との接続部の反対側において、その一方端がバスバー部721に接続される。   The wiring member 72 includes a bus bar portion 721 and finger portions 722 and 723. One end of the finger portion 722 is connected to the bus bar portion 721. One end of the finger portion 723 is connected to the bus bar portion 721 on the opposite side of the connection portion between the bus bar portion 721 and the finger portion 722 with respect to the bus bar portion 721.

配線材73は、バスバー部731と、フィンガー部732,733とを有する。フィンガー部732は、その一方端がバスバー部731に接続される。フィンガー部733は、バスバー部731に対してバスバー部731とフィンガー部732との接続部の反対側において、その一方端がバスバー部731に接続される。   The wiring member 73 includes a bus bar portion 731 and finger portions 732 and 733. One end of the finger portion 732 is connected to the bus bar portion 731. One end of the finger portion 733 is connected to the bus bar portion 731 on the opposite side of the connection portion between the bus bar portion 731 and the finger portion 732 with respect to the bus bar portion 731.

配線材74は、バスバー部741と、フィンガー部742,743とを有する。フィンガー部742は、その一方端がバスバー部741に接続される。フィンガー部743は、バスバー部741に対してバスバー部741とフィンガー部742との接続部の反対側において、その一方端がバスバー部741に接続される。   The wiring member 74 includes a bus bar portion 741 and finger portions 742 and 743. One end of the finger portion 742 is connected to the bus bar portion 741. One end of the finger portion 743 is connected to the bus bar portion 741 on the opposite side of the connection portion between the bus bar portion 741 and the finger portion 742 with respect to the bus bar portion 741.

配線材75は、バスバー部751と、フィンガー部752,753とを有する。フィンガー部752,753は、バスバー部751の長さ方向において隣接して配置され、その一方端がバスバー部751の同じ側においてバスバー部751に接続される。   The wiring member 75 includes a bus bar portion 751 and finger portions 752 and 753. The finger portions 752 and 753 are arranged adjacent to each other in the length direction of the bus bar portion 751, and one end thereof is connected to the bus bar portion 751 on the same side of the bus bar portion 751.

配線材76は、バスバー部761と、フィンガー部762,763とを有する。フィンガー部762は、その一方端がバスバー部761に接続される。フィンガー部763は、バスバー部761に対してバスバー部761とフィンガー部762との接続部の反対側において、その一方端がバスバー部761に接続される。   The wiring member 76 includes a bus bar portion 761 and finger portions 762 and 763. One end of the finger portion 762 is connected to the bus bar portion 761. One end of the finger part 763 is connected to the bus bar part 761 on the opposite side of the connection part between the bus bar part 761 and the finger part 762 with respect to the bus bar part 761.

配線材77は、バスバー部771と、フィンガー部772,773とを有する。フィンガー部772は、その一方端がバスバー部771に接続される。フィンガー部773は、バスバー部771に対してバスバー部771とフィンガー部772との接続部の反対側において、その一方端がバスバー部771に接続される。   The wiring member 77 has a bus bar portion 771 and finger portions 772 and 773. One end of finger portion 772 is connected to bus bar portion 771. One end of the finger portion 773 is connected to the bus bar portion 771 on the opposite side of the connection portion between the bus bar portion 771 and the finger portion 772 with respect to the bus bar portion 771.

配線材78は、バスバー部781と、フィンガー部782,783とを有する。フィンガー部782は、その一方端がバスバー部781に接続される。フィンガー部783は、バスバー部781に対してバスバー部781とフィンガー部782との接続部の反対側において、その一方端がバスバー部781に接続される。   The wiring member 78 includes a bus bar portion 781 and finger portions 782 and 783. One end of the finger portion 782 is connected to the bus bar portion 781. One end of the finger portion 783 is connected to the bus bar portion 781 on the opposite side of the connection portion between the bus bar portion 781 and the finger portion 782 with respect to the bus bar portion 781.

配線材79は、バスバー部791と、フィンガー部792,793とを有する。フィンガー部792,793は、バスバー部791の長さ方向において隣接して配置され、その一方端がバスバー部791の同じ側においてバスバー部791に接続される。   The wiring member 79 includes a bus bar portion 791 and finger portions 792 and 793. Finger portions 792 and 793 are arranged adjacent to each other in the length direction of bus bar portion 791, and one end thereof is connected to bus bar portion 791 on the same side of bus bar portion 791.

配線材80は、バスバー部801と、フィンガー部802,803とを有する。フィンガー部802は、その一方端がバスバー部801に接続される。フィンガー部803は、バスバー部801に対してバスバー部801とフィンガー部802との接続部の反対側において、その一方端がバスバー部801に接続される。   The wiring member 80 includes a bus bar portion 801 and finger portions 802 and 803. One end of the finger portion 802 is connected to the bus bar portion 801. One end of the finger part 803 is connected to the bus bar part 801 on the opposite side of the connection part between the bus bar part 801 and the finger part 802 with respect to the bus bar part 801.

配線材81は、バスバー部811と、フィンガー部812,813とを有する。フィンガー部812は、その一方端がバスバー部811に接続される。フィンガー部813は、バスバー部811に対してバスバー部811とフィンガー部812との接続部の反対側において、その一方端がバスバー部811に接続される。   The wiring member 81 has a bus bar portion 811 and finger portions 812 and 813. One end of the finger portion 812 is connected to the bus bar portion 811. One end of the finger portion 813 is connected to the bus bar portion 811 on the opposite side of the connection portion between the bus bar portion 811 and the finger portion 812 with respect to the bus bar portion 811.

配線材82は、バスバー部821と、フィンガー部822,823とを有する。フィンガー部822は、その一方端がバスバー部821に接続される。フィンガー部823は、バスバー部821に対してバスバー部821とフィンガー部822との接続部の反対側において、その一方端がバスバー部821に接続される。   The wiring member 82 includes a bus bar portion 821 and finger portions 822 and 823. One end of the finger portion 822 is connected to the bus bar portion 821. One end of the finger part 823 is connected to the bus bar part 821 on the opposite side of the connection part between the bus bar part 821 and the finger part 822 with respect to the bus bar part 821.

配線材83は、バスバー部831と、フィンガー部832,833とを有する。フィンガー部832,833は、バスバー部831の長さ方向において隣接して配置され、その一方端がバスバー部831の同じ側においてバスバー部831に接続される。   The wiring member 83 includes a bus bar portion 831 and finger portions 832 and 833. Finger portions 832 and 833 are arranged adjacent to each other in the length direction of bus bar portion 831, and one end thereof is connected to bus bar portion 831 on the same side of bus bar portion 831.

配線材84は、バスバー部841と、フィンガー部842,843とを有する。フィンガー部842は、その一方端がバスバー部841に接続される。フィンガー部843は、バスバー部841に対してバスバー部841とフィンガー部842との接続部の反対側において、その一方端がバスバー部841に接続される。   The wiring member 84 includes a bus bar portion 841 and finger portions 842 and 843. One end of the finger portion 842 is connected to the bus bar portion 841. One end of the finger portion 843 is connected to the bus bar portion 841 on the opposite side of the connection portion between the bus bar portion 841 and the finger portion 842 with respect to the bus bar portion 841.

配線材85は、バスバー部851と、フィンガー部852,853とを有する。フィンガー部852は、その一方端がバスバー部851に接続される。フィンガー部853は、バスバー部851に対してバスバー部851とフィンガー部852との接続部の反対側において、その一方端がバスバー部851に接続される。   The wiring member 85 has a bus bar portion 851 and finger portions 852 and 853. One end of the finger portion 852 is connected to the bus bar portion 851. One end of the finger portion 853 is connected to the bus bar portion 851 on the opposite side of the connection portion between the bus bar portion 851 and the finger portion 852 with respect to the bus bar portion 851.

配線材86は、バスバー部861と、フィンガー部862,863とを有する。フィンガー部862は、その一方端がバスバー部861に接続される。フィンガー部863は、バスバー部861に対してバスバー部861とフィンガー部862との接続部の反対側において、その一方端がバスバー部861に接続される。   The wiring member 86 has a bus bar portion 861 and finger portions 862 and 863. One end of the finger portion 862 is connected to the bus bar portion 861. One end of the finger portion 863 is connected to the bus bar portion 861 on the opposite side of the connection portion between the bus bar portion 861 and the finger portion 862 with respect to the bus bar portion 861.

配線材87は、バスバー部871と、フィンガー部872とを有する。フィンガー部872は、その一方端がバスバー部871に接続される。   The wiring member 87 has a bus bar portion 871 and finger portions 872. One end of the finger portion 872 is connected to the bus bar portion 871.

配線材71は、フィンガー部712が配線材72のフィンガー部722と噛み合うように絶縁基材710上に配置される。   The wiring member 71 is disposed on the insulating base 710 so that the finger portion 712 meshes with the finger portion 722 of the wiring member 72.

配線材72は、フィンガー部722が配線材71のフィンガー部712と噛み合い、フィンガー部723が配線材73のフィンガー部732と噛み合うように絶縁基材710上に配置される。   The wiring member 72 is disposed on the insulating base 710 such that the finger portion 722 is engaged with the finger portion 712 of the wiring member 71 and the finger portion 723 is engaged with the finger portion 732 of the wiring member 73.

配線材73は、フィンガー部732が配線材72のフィンガー部723と噛み合い、フィンガー部733が配線材74のフィンガー部742と噛み合うように絶縁基材710上に配置される。   The wiring member 73 is disposed on the insulating base 710 so that the finger portion 732 engages with the finger portion 723 of the wiring member 72 and the finger portion 733 engages with the finger portion 742 of the wiring member 74.

配線材74は、フィンガー部742が配線材73のフィンガー部733と噛み合い、フィンガー部743が配線材75のフィンガー部752と噛み合うように絶縁基材710上に配置される。   The wiring member 74 is disposed on the insulating base 710 so that the finger portion 742 engages with the finger portion 733 of the wiring member 73 and the finger portion 743 engages with the finger portion 752 of the wiring member 75.

配線材75は、フィンガー部752が配線材74のフィンガー部743と噛み合い、フィンガー部753が配線材76のフィンガー部762と噛み合うように絶縁基材710上に配置される。   The wiring member 75 is disposed on the insulating base 710 so that the finger portions 752 are engaged with the finger portions 743 of the wiring member 74 and the finger portions 753 are engaged with the finger portions 762 of the wiring member 76.

配線材76は、フィンガー部762が配線材75のフィンガー部753と噛み合い、フィンガー部763が配線材77のフィンガー部772と噛み合うように絶縁基材710上に配置される。   The wiring member 76 is disposed on the insulating base 710 so that the finger portion 762 engages with the finger portion 753 of the wiring member 75 and the finger portion 763 engages with the finger portion 772 of the wiring member 77.

配線材77は、フィンガー部772が配線材76のフィンガー部763と噛み合い、フィンガー部773が配線材78のフィンガー部782と噛み合うように絶縁基材710上に配置される。   The wiring member 77 is disposed on the insulating substrate 710 so that the finger portions 772 mesh with the finger portions 763 of the wiring material 76 and the finger portions 773 mesh with the finger portions 782 of the wiring material 78.

配線材78は、フィンガー部782が配線材77のフィンガー部773と噛み合い、フィンガー部783が配線材79のフィンガー部792と噛み合うように絶縁基材710上に配置される。   The wiring member 78 is disposed on the insulating base 710 such that the finger portions 782 mesh with the finger portions 773 of the wiring material 77 and the finger portions 783 mesh with the finger portions 792 of the wiring material 79.

配線材79は、フィンガー部792が配線材78のフィンガー部783と噛み合い、フィンガー部793が配線材80のフィンガー部802と噛み合うように絶縁基材710上に配置される。   The wiring member 79 is disposed on the insulating base 710 so that the finger portions 792 mesh with the finger portions 783 of the wiring material 78 and the finger portions 793 mesh with the finger portions 802 of the wiring material 80.

配線材80は、フィンガー部802が配線材79のフィンガー部793と噛み合い、フィンガー部803が配線材81のフィンガー部812と噛み合うように絶縁基材710上に配置される。   The wiring member 80 is disposed on the insulating base 710 so that the finger portion 802 is engaged with the finger portion 793 of the wiring member 79 and the finger portion 803 is engaged with the finger portion 812 of the wiring member 81.

配線材81は、フィンガー部812が配線材80のフィンガー部803と噛み合い、フィンガー部813が配線材82のフィンガー部822と噛み合うように絶縁基材710上に配置される。   The wiring member 81 is disposed on the insulating base 710 so that the finger portion 812 is engaged with the finger portion 803 of the wiring member 80 and the finger portion 813 is engaged with the finger portion 822 of the wiring member 82.

配線材82は、フィンガー部822が配線材81のフィンガー部813と噛み合い、フィンガー部823が配線材83のフィンガー部832と噛み合うように絶縁基材710上に配置される。   The wiring member 82 is disposed on the insulating base 710 so that the finger portion 822 is engaged with the finger portion 813 of the wiring member 81 and the finger portion 823 is engaged with the finger portion 832 of the wiring member 83.

配線材83は、フィンガー部832が配線材82のフィンガー部823と噛み合い、フィンガー部833が配線材84のフィンガー部842と噛み合うように絶縁基材710上に配置される。   The wiring member 83 is disposed on the insulating base 710 so that the finger portion 832 is engaged with the finger portion 823 of the wiring member 82 and the finger portion 833 is engaged with the finger portion 842 of the wiring member 84.

配線材84は、フィンガー部842が配線材83のフィンガー部833と噛み合い、フィンガー部843が配線材85のフィンガー部852と噛み合うように絶縁基材710上に配置される。   The wiring member 84 is disposed on the insulating base 710 so that the finger portion 842 is engaged with the finger portion 833 of the wiring member 83 and the finger portion 843 is engaged with the finger portion 852 of the wiring member 85.

配線材85は、フィンガー部852が配線材84のフィンガー部843と噛み合い、フィンガー部853が配線材86のフィンガー部862と噛み合うように絶縁基材710上に配置される。   The wiring member 85 is disposed on the insulating base 710 such that the finger portion 852 is engaged with the finger portion 843 of the wiring member 84 and the finger portion 853 is engaged with the finger portion 862 of the wiring member 86.

配線材86は、フィンガー部862が配線材85のフィンガー部853と噛み合い、フィンガー部863が配線材87のフィンガー部872と噛み合うように絶縁基材710上に配置される。   The wiring member 86 is disposed on the insulating substrate 710 so that the finger portion 862 is engaged with the finger portion 853 of the wiring member 85 and the finger portion 863 is engaged with the finger portion 872 of the wiring member 87.

配線材87は、フィンガー部872が配線材86のフィンガー部863と噛み合うように絶縁基材710上に配置される。   The wiring member 87 is disposed on the insulating base 710 so that the finger portion 872 meshes with the finger portion 863 of the wiring member 86.

配線材71〜87の各々は、電気導電性のものであればよく、特に限定されない。配線材71〜87の各々は、例えば、Cu,Al,Agおよびこれらを主成分とする合金からなる。   Each of the wiring members 71 to 87 is not particularly limited as long as it is electrically conductive. Each of the wiring members 71 to 87 is made of, for example, Cu, Al, Ag, and an alloy containing these as main components.

また、配線材71〜87の厚さは、特に限定されないが、例えば、10μm以上80μm以下が好適である。10μm未満では、配線抵抗が高くなり、80μmを超えると、光電変換素子10と貼り合わせるときに印加される熱によって配線材とシリコン基板との熱膨張係数の違いに起因してシリコン基板に反りが発生する。   In addition, the thickness of the wiring members 71 to 87 is not particularly limited, but is preferably 10 μm or more and 80 μm or less, for example. If it is less than 10 μm, the wiring resistance becomes high, and if it exceeds 80 μm, the silicon substrate is warped due to the difference in thermal expansion coefficient between the wiring material and the silicon substrate due to the heat applied when the photoelectric conversion element 10 is bonded. Occur.

絶縁基材710の形状は、図14に示す形状に限定されず、適宜、変更可能である。また、配線材71〜87の表面の一部に、Ni,Au,Pt,Pd,Sn,InおよびITO等の導電性材料を形成してもよい。このように、配線材71〜87の表面の一部に、Ni等の導電性材料を形成するのは、配線材71〜87と光電変換素子10の電極6,7との電気的接続を良好なものとし、配線材71〜87の耐候性を向上させるためである。更に、配線材71〜87は、単層構造であってもよく、多層構造であってもよい。   The shape of the insulating substrate 710 is not limited to the shape shown in FIG. 14 and can be changed as appropriate. Moreover, you may form electroconductive materials, such as Ni, Au, Pt, Pd, Sn, In, and ITO, in a part of surface of the wiring materials 71-87. As described above, the conductive material such as Ni is formed on a part of the surface of the wiring members 71 to 87 because the electrical connection between the wiring members 71 to 87 and the electrodes 6 and 7 of the photoelectric conversion element 10 is good. This is to improve the weather resistance of the wiring members 71 to 87. Furthermore, the wiring members 71 to 87 may have a single layer structure or a multilayer structure.

電極6が配線材71のフィンガー部712に接続され、電極7が配線材72のフィンガー部722に接続されるように光電変換素子10を領域REG1上に配置し、電極6が配線材72のフィンガー部723に接続され、電極7が配線材73のフィンガー部732に接続されるように光電変換素子10を領域REG2上に配置される。以下、同様にして光電変換素子10を配線材73〜87上に配置する。これによって、16個の光電変換素子10が直列に接続される。   The photoelectric conversion element 10 is arranged on the region REG1 so that the electrode 6 is connected to the finger part 712 of the wiring member 71 and the electrode 7 is connected to the finger part 722 of the wiring member 72, and the electrode 6 is a finger of the wiring member 72. The photoelectric conversion element 10 is disposed on the region REG <b> 2 so that the electrode 7 is connected to the finger portion 732 of the wiring member 73. Hereinafter, the photoelectric conversion element 10 is similarly arranged on the wiring members 73 to 87. Thereby, the 16 photoelectric conversion elements 10 are connected in series.

光電変換素子10の電極6,7は、接着剤によって配線材71〜87に接続される。接着剤は、例えば、半田樹脂、半田、導電性接着剤、熱硬化型Agペースト、低温硬化型銅ペースト、異方性導電フィルム(ACF:Anisotropic Conductive Film)、異方性導電ペースト(ACP:Anisotropic Conductive Paste)および絶縁性接着剤(NCP:Non Conductive Paste)からなる群から選択された1種類以上の接着材からなる。   The electrodes 6 and 7 of the photoelectric conversion element 10 are connected to the wiring members 71 to 87 by an adhesive. Examples of the adhesive include solder resin, solder, conductive adhesive, thermosetting Ag paste, low temperature curing copper paste, anisotropic conductive film (ACF), anisotropic conductive paste (ACP). It consists of 1 or more types of adhesives selected from the group which consists of Conductive Paste) and an insulating adhesive agent (NCP: Non Conductive Paste).

例えば、半田樹脂としては、タムラ科研(株)製のTCAP−5401−27等を用いることができる。   For example, TCAP-5401-27 manufactured by Tamura Kaken Co., Ltd. can be used as the solder resin.

絶縁性接着剤としては、エポキシ樹脂、アクリル樹脂およびウレタン樹脂等を用いることができ、熱硬化型および光硬化型の樹脂を用いることができる。   As the insulating adhesive, an epoxy resin, an acrylic resin, a urethane resin, or the like can be used, and a thermosetting resin or a photocurable resin can be used.

導電性接着剤としては、錫およびビスマスの少なくとも一方を含む半田粒子等を用いることができる。より好ましくは、導電性接着剤は、錫と、ビスマス、インジウムおよび銀等との合金である。これにより、半田融点を抑えることができ、低温による接着プロセスが可能になる。   As the conductive adhesive, solder particles containing at least one of tin and bismuth can be used. More preferably, the conductive adhesive is an alloy of tin and bismuth, indium, silver or the like. As a result, the melting point of the solder can be suppressed, and an adhesion process at a low temperature becomes possible.

n型非晶質半導体層4、p型非晶質半導体層5および電極6,7上に保護膜8を形成した光電変換素子10を用いる場合には、電極6,7上の無機絶縁膜と、n型非晶質半導体層4およびp型非晶質半導体層5上の無機絶縁膜とが存在し、これら2つの無機絶縁膜は、下地が異なる。そして、光電変換素子10においては、下地が異なる無機絶縁膜が連続して形成されている。このような状況では、熱履歴が、下地が異なる無機絶縁膜に印加されると、下地の熱膨張係数の違いから無機絶縁膜の剥がれ等が発生する場合がある。   When using the photoelectric conversion element 10 in which the protective film 8 is formed on the n-type amorphous semiconductor layer 4, the p-type amorphous semiconductor layer 5, and the electrodes 6, 7, the inorganic insulating film on the electrodes 6, 7 , There are inorganic insulating films on the n-type amorphous semiconductor layer 4 and the p-type amorphous semiconductor layer 5, and these two inorganic insulating films have different bases. And in the photoelectric conversion element 10, the inorganic insulating film from which a foundation | substrate differs is formed continuously. In such a situation, when a thermal history is applied to an inorganic insulating film having a different base, peeling of the inorganic insulating film may occur due to a difference in thermal expansion coefficient of the base.

従って、低温、特に、200℃以下の熱プロセスが好ましく、その結果、低温で硬化し、電気的に接合できる熱硬化型Agペースト、低温硬化型銅ペースト、異方性導電フィルムおよび異方性導電ペーストが特に好ましい。   Therefore, a low temperature, particularly a heat process of 200 ° C. or lower is preferable, and as a result, a thermosetting Ag paste, a low temperature curable copper paste, an anisotropic conductive film and an anisotropic conductive film that can be cured and electrically bonded at a low temperature. A paste is particularly preferred.

上述したように、配線シート70上に配置した光電変換素子10を、ガラス基板上に配置されたエチレンビニルアセテート樹脂(EVA樹脂)と、PETフィルム上に配置されたEVA樹脂との間に配置する。そして、ラミネータ装置を用いて真空圧着によりガラス基板側のEVA樹脂を光電変換素子10に圧着させるとともに、PETフィルム側のEVA樹脂を光電変換素子10に圧着させた状態で125℃に加熱し、硬化させた。これにより、ガラス基板とPETフィルムとの間で硬化したEVA樹脂中に、配線シート70が付いた光電変換素子10が封止されることによって太陽電池モジュールを作製することができる。   As described above, the photoelectric conversion element 10 disposed on the wiring sheet 70 is disposed between the ethylene vinyl acetate resin (EVA resin) disposed on the glass substrate and the EVA resin disposed on the PET film. . Then, the EVA resin on the glass substrate side is pressure-bonded to the photoelectric conversion element 10 by vacuum pressure bonding using a laminator device, and the EVA resin on the PET film side is pressure-bonded to the photoelectric conversion element 10 and heated to 125 ° C. to be cured. I let you. Thereby, a solar cell module can be produced by sealing the photoelectric conversion element 10 with the wiring sheet 70 in the EVA resin cured between the glass substrate and the PET film.

[絶縁性]
光電変換素子10において、ギャップ領域Gの幅、隣接する開口部8A間のピッチXおよび開口部8Aの開口幅Lを変えたときの光電変換素子10を備える太陽電池モジュールを作成した。保護膜8が無い場合には、配線シートと光電変換素子とを接合する際に、ギャップ領域Gにゴミ等の微小な導電体が付着し、n型非晶質半導体層4に接続された電極6と、p型非晶質半導体層5に接続された電極7とが短絡する問題が発生し、歩留まりが70%台と低くなることが分かった。
[Insulation]
In the photoelectric conversion element 10, the solar cell module provided with the photoelectric conversion element 10 when changing the width | variety of the gap area | region G, the pitch X between the adjacent opening parts 8A, and the opening width L of the opening part 8A was created. When the protective film 8 is not provided, a fine conductor such as dust adheres to the gap region G when the wiring sheet and the photoelectric conversion element are bonded, and the electrode connected to the n-type amorphous semiconductor layer 4 6 and the electrode 7 connected to the p-type amorphous semiconductor layer 5 were short-circuited, and the yield was found to be as low as 70%.

このように、電極6と電極7との間のギャップ領域Gの幅が狭くなると、短絡が原因となる歩留まりの低下が起こる。光電変換素子をモジュール化した後の歩留まりの低下は、プロセス工程の最終段階であるため、金額的な損失が大きくなり、問題である。   Thus, when the width of the gap region G between the electrode 6 and the electrode 7 is narrowed, the yield is reduced due to a short circuit. The decrease in the yield after modularizing the photoelectric conversion element is a final step in the process process, so that the loss in money increases, which is a problem.

一方、保護膜8が形成された光電変換素子10を用いた場合には、太陽電池モジュールの歩留まりは、90%を超えており、上記で問題となった電極間の短絡による歩留まりの低下は、見られなかった。そして、保護膜8があることにより、電極間の短絡を抑制できることがわかった。   On the other hand, when the photoelectric conversion element 10 in which the protective film 8 is formed is used, the yield of the solar cell module exceeds 90%, and the decrease in the yield due to the short circuit between the electrodes, which is the problem described above, I couldn't see it. And it turned out that the short circuit between electrodes can be suppressed by having the protective film 8. FIG.

絶縁性の確保を考えると、無機絶縁膜の厚さは、20nm以上が好ましく、40nm以上がより好ましい。1μm以上の厚膜になると、電極上の無機絶縁膜の内部応力により、無機絶縁膜の剥がれが生じることもあるため、好ましくない。   In view of ensuring insulation, the thickness of the inorganic insulating film is preferably 20 nm or more, and more preferably 40 nm or more. A thick film of 1 μm or more is not preferable because the inorganic insulating film may be peeled off due to the internal stress of the inorganic insulating film on the electrode.

保護膜8の開口部8Aにおいては、下地の電極6,7が露出しており、電極6,7は、上述した接着剤によって配線材に接続されている。このため、開口部8Aが狭いと、コンタクト抵抗が上昇するため、開口部8Aの幅Lは、20μm以上が必要であり、より好ましくは、100μm以上である。通常、図1に示す電極6,7の幅は、200μm以上であるため。開口部8Aの幅Lは、電極6,7の幅よりも小さくなる。そして、電極6,7と配線材との接続を考慮すると、開口部8Aは、電極6,7上にあることが好ましい。即ち、開口部8Aの幅Lは、20μm以上であり、電極6,7の幅よりも狭く、開口部8Aが電極6,7上にあることが好ましい。   In the opening 8A of the protective film 8, the underlying electrodes 6 and 7 are exposed, and the electrodes 6 and 7 are connected to the wiring material by the adhesive described above. For this reason, when the opening 8A is narrow, the contact resistance increases, so the width L of the opening 8A needs to be 20 μm or more, and more preferably 100 μm or more. Usually, the electrodes 6 and 7 shown in FIG. 1 have a width of 200 μm or more. The width L of the opening 8A is smaller than the width of the electrodes 6 and 7. In consideration of the connection between the electrodes 6 and 7 and the wiring material, the opening 8A is preferably on the electrodes 6 and 7. That is, the width L of the opening 8A is 20 μm or more, preferably narrower than the width of the electrodes 6 and 7, and the opening 8A is preferably on the electrodes 6 and 7.

更に、電極6の幅と電極7の幅とを比較した場合、幅が狭い電極(電極6,7のいずれか)上の開口部8Aの幅が広いことが好ましい。このように設定することにより、コンタクト抵抗の増大を抑制できる。   Furthermore, when the width of the electrode 6 is compared with the width of the electrode 7, it is preferable that the width of the opening 8A on the narrow electrode (any one of the electrodes 6 and 7) is wide. By setting in this way, an increase in contact resistance can be suppressed.

[防湿性]
図15は、防湿耐性試験の結果を示す図である。図15を参照して、iは、真性非晶質シリコンを表し、i/nは、真性非晶質シリコンおよびn型非晶質シリコンの積層膜を表し、i/SiNは、真性非晶質シリコンおよびシリコンナイトライドの積層膜を表す。
[Moisture resistance]
FIG. 15 is a diagram showing the results of a moisture-proof resistance test. Referring to FIG. 15, i represents intrinsic amorphous silicon, i / n represents a laminated film of intrinsic amorphous silicon and n-type amorphous silicon, and i / SiN represents intrinsic amorphous silicon. It represents a laminated film of silicon and silicon nitride.

また、i/n/SiNは、真性非晶質シリコン、n型非晶質シリコンおよびシリコンナイトライドの積層膜を表し、i/SiONは、真性非晶質シリコンおよびシリコンオキシナイトライドの積層膜を表し、i/SiO2は、真性非晶質シリコンおよび二酸化シリコンの積層膜を表し、i/TiO2は、真性非晶質シリコンおよび二酸化チタンの積層膜を表す。I / n / SiN represents a laminated film of intrinsic amorphous silicon, n-type amorphous silicon and silicon nitride, and i / SiON represents a laminated film of intrinsic amorphous silicon and silicon oxynitride. I / SiO 2 represents a laminated film of intrinsic amorphous silicon and silicon dioxide, and i / TiO 2 represents a laminated film of intrinsic amorphous silicon and titanium dioxide.

また、n/SiNやn/SiON、n/SiO2、n/TiO2のようなi層をn層に置き換えた場合でもよい。In addition, an i layer such as n / SiN, n / SiON, n / SiO 2 , or n / TiO 2 may be replaced with an n layer.

なお、n型非晶質シリコン中におけるPの濃度は、1×1020cm-3である。Note that the concentration of P in the n-type amorphous silicon is 1 × 10 20 cm −3 .

図15に示す非晶質半導体膜をシリコン基板上に成膜し、成膜直後に、試料の少数キャリアのライフタイムをμPCD(microwave Photo Conductivity Decay)法を用いて測定した。μPCD法では、半導体層の表面にレーザ光を照射することによって半導体層にキャリアを誘起する状態と、レーザ光の照射を停止することによって、誘起したキャリアが消失する状態とを作り出してキャリアのライフタイムを測定する。キャリア量を測定するために半導体層の表面にマイクロ波を照射してマイクロ波の反射率を測定する。   An amorphous semiconductor film shown in FIG. 15 was formed on a silicon substrate, and immediately after the film formation, the minority carrier lifetime of the sample was measured using a μPCD (microwave Photo Conductivity Decay) method. In the μPCD method, a state in which carriers are induced in the semiconductor layer by irradiating the surface of the semiconductor layer with laser light and a state in which the induced carriers disappear by irradiating the laser light are created. Measure time. In order to measure the amount of carriers, the surface of the semiconductor layer is irradiated with microwaves, and the reflectance of the microwaves is measured.

その後、3日後および8日後に上記と同じ条件で少数キャリアのライフタイムを測定した。   Thereafter, after 3 days and 8 days, the lifetime of minority carriers was measured under the same conditions as described above.

なお、図15においては、成膜直後のライフタイムで規格化したライフタイムを示す。   In FIG. 15, the lifetime normalized by the lifetime immediately after film formation is shown.

図15に示すように、アモルファスシリコン等の非晶質半導体膜では、大気雰囲気中からの水分(H2O,OH基等)が拡散することで、3日後および8日後のライフタイムは、成膜直後に比べて30〜50%程度大きく低下する(サンプル1〜サンプル4参照)。As shown in FIG. 15, in an amorphous semiconductor film such as amorphous silicon, moisture (H 2 O, OH group, etc.) from the atmosphere is diffused, so that the lifetime after 3 days and after 8 days is as follows. Compared to immediately after the film, it is greatly reduced by about 30 to 50% (see Sample 1 to Sample 4).

これは、次の理由による。非晶質膜は、同じ組成の単結晶膜に比べて膜密度が低く、膜中に多くのボイドを含む。非晶質膜の屈折率が結晶よりも低いのは、このボイドが多いことが原因であり、ボイドの存在が防湿性に関して、膜厚が薄い場合は、効果が得られにくいことが原因であると考えられる。数nmから30nm程度の膜厚では、外部からの水分を、非晶質半導体層が吸湿し、結晶シリコン界面のパッシベーション性を低下させるものと考えられる。   This is due to the following reason. An amorphous film has a lower film density than a single crystal film having the same composition, and includes many voids in the film. The reason why the refractive index of the amorphous film is lower than that of the crystal is that there are many voids, and the existence of voids is related to moisture resistance, and it is difficult to obtain an effect when the film thickness is thin. it is conceivable that. When the film thickness is about several nanometers to 30 nm, it is considered that moisture from the outside is absorbed by the amorphous semiconductor layer and the passivation property of the crystalline silicon interface is lowered.

一方、非晶質半導体層上にSiN,SiON,SiO2のいずれかを形成した場合、3日後および8日後のライフタイムは、成膜直後のライフタイムを維持しており、非晶質半導体層上にTiO2を形成した場合、3日後および8日後のライフタイムは、成膜直後のライフタイムから約1割程度低下するに留まっている(サンプル5〜サンプル9参照)。On the other hand, when any one of SiN, SiON, and SiO 2 is formed on the amorphous semiconductor layer, the lifetime after 3 days and after 8 days is maintained as the lifetime immediately after the film formation. When TiO 2 is formed thereon, the lifetime after 3 days and after 8 days is only about 10% lower than the lifetime immediately after film formation (see Sample 5 to Sample 9).

このように、非晶質半導体層上に無機絶縁膜(SiN等)を形成することで、上記の吸湿を抑制し、ライフタイムの低下を抑制できることが分かった。   Thus, it was found that by forming an inorganic insulating film (SiN or the like) on the amorphous semiconductor layer, the above moisture absorption can be suppressed and the lifetime can be prevented from decreasing.

なお、シリコン基板上に熱酸化膜(2nm)を形成した場合、ライフタイムは、8日後では、成膜直後のライフタイムに比べ約4割低下している。従って、シリコン基板の表面を真性非晶質シリコンで覆うことがライフタイムの低下を抑制する上で重要であることが分かった(サンプル5〜サンプル10参照)。   When a thermal oxide film (2 nm) is formed on the silicon substrate, the lifetime is about 40% lower than that immediately after the film formation after 8 days. Therefore, it was found that covering the surface of the silicon substrate with intrinsic amorphous silicon is important for suppressing the decrease in lifetime (see Sample 5 to Sample 10).

上記のように、非晶質半導体層上に無機絶縁膜を形成することにより、防湿性を確保し、パッシベーション性の経時変化を抑制できることが分かった。   As described above, it has been found that by forming an inorganic insulating film on the amorphous semiconductor layer, moisture resistance can be ensured and a change in the passivation property with time can be suppressed.

このような知見から、非晶質半導体層上に無機絶縁膜を形成する構造を採用することによって、電気的な絶縁性と、防湿性とを実現できる。   From such knowledge, electrical insulation and moisture resistance can be realized by adopting a structure in which an inorganic insulating film is formed on an amorphous semiconductor layer.

従って、保護膜8として無機絶縁膜を採用することにより、パッシベーション膜3、n型非晶質半導体層4およびp型非晶質半導体層5との組み合わせにおいて、保護膜8の形成が、電極6,7間の短絡防止、ギャップ領域Gにおける防湿性向上、およびパッシベーション性の向上を同時に実現できる。   Therefore, by adopting an inorganic insulating film as the protective film 8, the formation of the protective film 8 in the combination with the passivation film 3, the n-type amorphous semiconductor layer 4 and the p-type amorphous semiconductor layer 5 is performed on the electrode 6. , 7 can be prevented, the moisture resistance in the gap region G can be improved, and the passivation can be improved at the same time.

また、非晶質半導体層上に無機絶縁膜を形成する2層構造によって保護膜8を構成することにより、電気的な絶縁性と、防湿性とを実現できるため、好ましい。   In addition, it is preferable to form the protective film 8 with a two-layer structure in which an inorganic insulating film is formed on an amorphous semiconductor layer, since electrical insulation and moisture resistance can be realized.

無機絶縁膜の膜厚に関しては、防湿性を考慮すると、20nm以上であることが好ましく、防湿性の高いシリコン窒化膜またはシリコン酸窒化膜であれば、10nm以上であることが好ましい。   The thickness of the inorganic insulating film is preferably 20 nm or more in consideration of moisture resistance, and is preferably 10 nm or more for a silicon nitride film or silicon oxynitride film having high moisture resistance.

電極6,7が形成されている領域に関しては、金属電極または/およびTCO電極が形成されているため、これらが防湿性を確保するので、金属電極上またはTCO電極上の保護膜8の開口部8Aに関して防湿性を確保できる。   Since the metal electrodes and / or the TCO electrodes are formed in the regions where the electrodes 6 and 7 are formed, these ensure moisture resistance, so that the openings of the protective film 8 on the metal electrodes or the TCO electrodes Moisture resistance can be secured for 8A.

また、電極6,7上の一部を覆うように、ギャップ領域Gと同様に保護膜8が形成されているため、保護膜8の下側の電極6,7の表面は、保護膜8によって保護されており、表面の酸化および変色等を合わせて防止できる。その結果、電極6,7の長期信頼性を確保できるため、好ましい。   Since the protective film 8 is formed so as to cover a part of the electrodes 6 and 7 similarly to the gap region G, the surface of the electrodes 6 and 7 below the protective film 8 is covered by the protective film 8. It is protected and can prevent oxidation and discoloration of the surface. As a result, the long-term reliability of the electrodes 6 and 7 can be secured, which is preferable.

このように、電極6,7上およびギャップ領域G上に保護膜8が形成されていることが絶縁性と防湿性とを改善するために好ましい。電極6,7上の保護膜と、ギャップ領域G上の保護膜とは、必ずしても連続膜である必要はないが、連続膜として形成することでプロセスの工数を削減でき、膜質も一定で均一になるため、より好ましい。   Thus, it is preferable that the protective film 8 is formed on the electrodes 6 and 7 and the gap region G in order to improve insulation and moisture resistance. The protective film on the electrodes 6 and 7 and the protective film on the gap region G do not necessarily have to be continuous films, but forming them as continuous films can reduce the number of process steps and the film quality is also constant. And more uniform.

上述した防湿性の効果は、テクスチャが形成された半導体基板1の表面においても得られることが分かった。   It has been found that the moisture-proof effect described above can also be obtained on the surface of the semiconductor substrate 1 on which the texture is formed.

[耐熱性]
上述したように、光電変換素子10をモジュール化する際に、導電性接着剤または絶縁性接着剤を用いて光電変換素子10と配線シート70とを接合する工程があり、180℃、20分程度の加熱プロセスが存在する。
[Heat-resistant]
As described above, when the photoelectric conversion element 10 is modularized, there is a step of bonding the photoelectric conversion element 10 and the wiring sheet 70 using a conductive adhesive or an insulating adhesive, which is about 180 ° C. for about 20 minutes. There is a heating process.

この180℃、20分の熱履歴が入る場合、ギャップ領域G、およびウェハー周辺部の非晶質半導体層上に保護膜8が存在する場合と保護膜8が存在しない場合とについて、ギャップ領域G、およびウェハー周辺部における少数キャリアのライフタイムを調べた。   When the thermal history at 180 ° C. for 20 minutes is entered, the gap region G and the gap region G when the protective film 8 is present on the amorphous semiconductor layer around the wafer and when the protective film 8 is not present. , And the lifetime of minority carriers in the periphery of the wafer.

非晶質半導体層上に保護膜8が存在しない場合、通常、2400μs程度である少数キャリアのライフタイムが700μsまで低下した。   When the protective film 8 does not exist on the amorphous semiconductor layer, the lifetime of minority carriers, which is usually about 2400 μs, decreased to 700 μs.

一方、非晶質半導体層上に保護膜8が存在する場合、少数キャリアのライフタイムは、2000μsの低下に留まった。   On the other hand, when the protective film 8 is present on the amorphous semiconductor layer, the lifetime of minority carriers has been reduced to 2000 μs.

このように、ギャップ領域Gおよびウェハー周辺部においても、保護膜8が存在することによって、ウェハー全体の少数キャリアのライフタイムが低下するのを抑制できることが分かった。   Thus, it has been found that the presence of the protective film 8 also in the gap region G and the wafer peripheral portion can suppress a decrease in the minority carrier lifetime of the entire wafer.

また、無機絶縁膜(保護膜8)が電極6,7上にも存在し、電極6,7が無機絶縁膜の放熱を助けているため、耐熱性に関しては、より好ましい効果が得られている。   In addition, since an inorganic insulating film (protective film 8) is also present on the electrodes 6 and 7, and the electrodes 6 and 7 help to dissipate heat from the inorganic insulating film, a more favorable effect is obtained with respect to heat resistance. .

上述した耐熱性の効果は、テクスチャが形成された半導体基板1の表面においても得られることが分かった。   It has been found that the heat resistance effect described above can be obtained even on the surface of the semiconductor substrate 1 on which the texture is formed.

[保護膜の密着性]
テクスチャが形成された半導体基板1の表面上に保護膜8を形成した場合、保護膜8の密着性が向上する効果が確認された。保護膜8は、電極6,7上に形成されている部分と、ギャップ領域Gに形成されている部分があり、下地の材料の選択と組み合わせによっては、剥がれが生じる可能性がある。しかし、テクスチャが形成されている面に保護膜8を形成すると、剥がれるような下地との組み合わせであっても密着性が大幅に改善する効果がみられた。簡単なピールテストにおいて、テクスチャが形成されていない平坦面では剥がれる場合でも、テクスチャが形成されている面に保護膜8を形成した場合には剥がれにくくなる効果がある。これらは、光電変換素子10の長期信頼性に貢献するものである。
[Adhesion of protective film]
When the protective film 8 was formed on the surface of the semiconductor substrate 1 on which the texture was formed, the effect of improving the adhesion of the protective film 8 was confirmed. The protective film 8 includes a portion formed on the electrodes 6 and 7 and a portion formed in the gap region G, and peeling may occur depending on the selection and combination of the underlying material. However, when the protective film 8 is formed on the surface on which the texture is formed, the effect of significantly improving the adhesion is seen even with a combination with a base that peels off. In a simple peel test, even if the surface is peeled off on a flat surface on which no texture is formed, the protective film 8 is formed on the surface on which the texture is formed. These contribute to the long-term reliability of the photoelectric conversion element 10.

[電極浮き]
テクスチャが形成された面にn型非晶質半導体層4およびp型非晶質半導体層5をパターニングした本実施形態の光電変換素子10と比べるため、テクスチャが形成されていない半導体基板にn型非晶質半導体層およびp型非晶質半導体層をパターニングした比較例の光電変換素子を作製した。この2つの光電変換素子について、150℃、170℃、190℃、210℃と温度を上げて、各々の温度で10分間ずつ大気中で加熱し、電極の浮き上がりを観察した。
[Electrode floating]
Compared to the photoelectric conversion element 10 of the present embodiment in which the n-type amorphous semiconductor layer 4 and the p-type amorphous semiconductor layer 5 are patterned on the textured surface, the n-type amorphous semiconductor layer 4 and the p-type amorphous semiconductor layer 5 are formed on the semiconductor substrate on which no texture is formed. A comparative photoelectric conversion element in which the amorphous semiconductor layer and the p-type amorphous semiconductor layer were patterned was produced. About these two photoelectric conversion elements, the temperature was raised to 150 ° C., 170 ° C., 190 ° C., and 210 ° C. and heated at the respective temperatures for 10 minutes in each atmosphere, and the lifting of the electrodes was observed.

この電極浮き上がりの観察では、電極6,7として銀電極を非晶質半導体層上に直接形成した光電変換素子を用いた。テクスチャが形成されていない平坦面にパターニングした比較例の光電変換素子では、190℃で加熱した際に、電極7に浮き上がりが生じたが、テクスチャが形成されている半導体基板1を備えた本実施形態の光電変換素子10では、電極の浮き上がりは観測されなかった。いずれの光電変換素子でも非晶質半導体層の成膜条件は同じであるが、半導体基板1のテクスチャ表面では、(111)面や、それに近い面方位の表面が形成されて非晶質半導体層の膜質が変化しているために、結果が異なると考えられる。   In the observation of the electrode lifting, a photoelectric conversion element in which a silver electrode was directly formed on the amorphous semiconductor layer was used as the electrodes 6 and 7. In the photoelectric conversion element of the comparative example patterned on the flat surface where the texture was not formed, the electrode 7 was lifted when heated at 190 ° C., but this embodiment provided with the semiconductor substrate 1 on which the texture was formed In the photoelectric conversion element 10 of the form, no lifting of the electrode was observed. The film formation conditions of the amorphous semiconductor layer are the same in any of the photoelectric conversion elements, but the (111) plane or a surface with a plane orientation close thereto is formed on the textured surface of the semiconductor substrate 1. It is thought that the results are different due to the change in the film quality.

半導体基板が(100)面では、最表面にシリコンのダングリングボンドが2本出ているのに対し、テクスチャが形成された(111)面では、ダングリングボンドが1本になる。このダングリングボンドの数の違いなどにより、半導体基板表面のパッシベーション性や、成膜された非晶質半導体層の膜質、例えば膜中の水素量、酸素量、窒素量なども変わるため、電極浮きの状態が変化するものと考えられる。   On the (100) plane of the semiconductor substrate, two dangling bonds of silicon appear on the outermost surface, whereas on the (111) plane where the texture is formed, there is one dangling bond. Due to the difference in the number of dangling bonds, the passivation property of the semiconductor substrate surface and the film quality of the formed amorphous semiconductor layer, such as the amount of hydrogen, oxygen and nitrogen in the film, also change. It is thought that the state of changes.

比較例の光電変換素子の構成でも電極浮きはそれほど問題はないと考えられる。しかし、本実施形態における光電変換素子10の構成によれば、高い温度で加熱した場合でも電極浮きを抑えられるため、歩留まり等を考慮すると、半導体基板にテクスチャを形成する構成の方がより好ましい。   Even in the configuration of the photoelectric conversion element of the comparative example, it is considered that there is no problem with electrode floating. However, according to the configuration of the photoelectric conversion element 10 in the present embodiment, the electrode floating can be suppressed even when heated at a high temperature. Therefore, in consideration of the yield and the like, the configuration in which the texture is formed on the semiconductor substrate is more preferable.

この電極浮きは、上記理由により、テクスチャの傾斜角とも相関関係があることが分かった。テクスチャの傾斜角とは、図16に示すように、例えば(100)面の半導体基板である場合に、(100)面の表面と、テクスチャの傾斜面(111)面との間でなす角度θとなる。   This electrode floating was found to correlate with the texture inclination angle for the above reason. As shown in FIG. 16, the texture inclination angle is, for example, an angle θ formed between the (100) plane surface and the texture inclination plane (111) plane in the case of a (100) plane semiconductor substrate. It becomes.

角度θは、エッチング条件等により、理論値の54.7度から小さい方の角度にずれることがある。角度θが30度以上である場合に、電極浮きの歩留まりが向上することが分かった。角度θは好ましくは40度以上である。電極浮きが生じると、コンタクト抵抗の上昇を引き起こし、電極剥がれにつながって信頼性を低下させてしまう。本実施形態の光電変換素子10のように、半導体基板にテクスチャを形成した構成によれば、高い温度で加熱した場合でも電極浮きを抑えられるため、モジュール化工程におけるプロセスの自由度が増すため、より好ましい。   The angle θ may deviate from a theoretical value of 54.7 degrees to a smaller angle depending on etching conditions and the like. It has been found that the yield of electrode floating is improved when the angle θ is 30 degrees or more. The angle θ is preferably 40 degrees or more. When the electrode floats, the contact resistance increases, leading to peeling of the electrode and lowering the reliability. According to the configuration in which the texture is formed on the semiconductor substrate like the photoelectric conversion element 10 of the present embodiment, since the electrode floating can be suppressed even when heated at a high temperature, the degree of freedom of the process in the modularization process is increased. More preferred.

[回り込みの影響]
図17は、n型非晶質半導体層4およびp型非晶質半導体層5をパターニングした場合に、シャドーマスクの下に半導体層やドーパントが回り込むことを説明するための図である。図17の(a)は、テクスチャが形成された半導体基板1に非晶質半導体層161をパターニングした場合の図であり、図17の(b)は、テクスチャが形成されていない平坦な半導体基板に非晶質半導体層161aをパターニングした場合の図である。
[Influence of wraparound]
FIG. 17 is a diagram for explaining that when the n-type amorphous semiconductor layer 4 and the p-type amorphous semiconductor layer 5 are patterned, the semiconductor layer and the dopant wrap around under the shadow mask. FIG. 17A is a view when the amorphous semiconductor layer 161 is patterned on the semiconductor substrate 1 on which the texture is formed, and FIG. 17B is a flat semiconductor substrate on which the texture is not formed. It is a figure at the time of patterning the amorphous semiconductor layer 161a.

半導体基板にテクスチャが形成されている場合およびテクスチャが形成されていない場合のいずれの場合でも、シャドーマスク160の下に、シャドーマスク160の端Zから面内方向内側にΔdだけ、非晶質半導体層161やドーパントが回り込むことが分かった。   In both cases where the texture is formed on the semiconductor substrate and when the texture is not formed, the amorphous semiconductor is formed by Δd inward in the in-plane direction from the end Z of the shadow mask 160 below the shadow mask 160. It was found that the layer 161 and the dopant wrap around.

図17の(b)に示す半導体基板1aが平坦面の場合、表面の平坦性が高く1nmの凹凸しかないため、シャドーマスク160aと半導体基板1aとの隙間を非常に狭くすることができる。このため、シャドーマスク160aと半導体基板1aとの間に原料ガスやドーパンドガスが流入しにくくなるため、回り込み幅Δdが大幅に抑制される。   When the semiconductor substrate 1a shown in FIG. 17B is a flat surface, the flatness of the surface is high and there are only 1 nm irregularities, so that the gap between the shadow mask 160a and the semiconductor substrate 1a can be very narrow. This makes it difficult for the source gas and the dopant gas to flow between the shadow mask 160a and the semiconductor substrate 1a, so that the wraparound width Δd is greatly suppressed.

一方、図17の(a)に示すテクスチャが形成された半導体基板1では、表面に凹凸が形成されているため、シャドーマスク160と半導体基板1の表面との隙間が平坦面に比べて大きくなる。特に、上述したように、半導体基板でアルカリ溶液を使用して異方性エッチングによりピラミッド状のテクスチャを形成した場合、ピラミッドの頂点付近は空隙部分が多く、原料ガスやドーパンドガスの回り込みを抑制しにくい形状になっている。この大きくなった隙間に、原料ガスやドーパントガスが流入するため、回り込み幅Δdが大きくなる。   On the other hand, in the semiconductor substrate 1 on which the texture shown in FIG. 17A is formed, since the surface is uneven, the gap between the shadow mask 160 and the surface of the semiconductor substrate 1 is larger than the flat surface. . In particular, as described above, when a pyramid-like texture is formed by anisotropic etching using an alkali solution on a semiconductor substrate, there are many voids near the top of the pyramid, and it is difficult to suppress the wraparound of the source gas and the dopant gas. It has a shape. Since the source gas and the dopant gas flow into the increased gap, the wraparound width Δd increases.

図18の(a)は、半導体基板1に形成されたテクスチャを示す図であり、図18の(b)は、テクスチャが形成された半導体基板1とシャドーマスク170との間の空隙領域を説明するための図である。図18の(a)に示すように、テクスチャサイズが大きくなると、1つのピラミッドの大きさの差が拡大する。例えば、領域Bでは、テクスチャサイズが40μm程度の大きなピラミッドが存在するのに対して、領域Aでは、テクスチャサイズが15μm程度の小さなピラミッドが複数存在する。従って、領域Aと領域Bのピラミッドのテクスチャサイズの差は、25μmと大きい。   FIG. 18A is a diagram showing a texture formed on the semiconductor substrate 1, and FIG. 18B is a diagram illustrating a void area between the semiconductor substrate 1 on which the texture is formed and the shadow mask 170. FIG. It is a figure for doing. As shown in FIG. 18A, when the texture size increases, the difference in size of one pyramid increases. For example, in the region B, a large pyramid having a texture size of about 40 μm exists, whereas in the region A, a plurality of small pyramids having a texture size of about 15 μm exist. Therefore, the difference in texture size between the pyramids in the region A and the region B is as large as 25 μm.

大きなテクスチャサイズの凹凸を形成すると、上記のように、テクスチャサイズの大きい差と、小さいテクスチャが複数個集まった領域の存在により、図18の(b)に模式的に示すように、シャドーマスク170と半導体基板の表面との間に大きい空隙領域171が生じる。この空隙領域171に原料ガスやドーパントガスが回り込むため、回り込み幅Δdが大きくなる。   When irregularities having a large texture size are formed, as described above, due to the large difference in texture size and the presence of a region where a plurality of small textures are gathered, as shown schematically in FIG. And a large void region 171 is formed between the surface of the semiconductor substrate. Since the source gas and the dopant gas wrap around the void region 171, the wraparound width Δd increases.

図19は、シャドーマスク160の端から面内方向内側に、p型ドーパントであるボロンの回り込みが生じることを説明するための図である。図19の(a)は、TOF−SIMS(飛行時間型二次イオン質量分析法)により測定した表面のボロン濃度特性を示す。図19の(b)は、n型非晶質半導体層4およびp型非晶質半導体層5の配置関係を示す。半導体基板1上に真性(i型)の非晶質半導体層を全面に形成し、その後、n型非晶質半導体層4をシャドーマスクにより形成し、次にp型非晶質半導体層5を形成して、ボロン濃度特性を測定した。図19の(b)の矢印で示すように、p型非晶質半導体層5から、i型非晶質半導体層に向かってX軸方向のボロン濃度特性を測定した。図19の(c)は、図19の(b)に示すY軸方向におけるボロンの回り込み幅の大小を示す。   FIG. 19 is a diagram for explaining that boron, which is a p-type dopant, wraps around the edge of shadow mask 160 in the in-plane direction. (A) of FIG. 19 shows the boron concentration characteristic of the surface measured by TOF-SIMS (time-of-flight secondary ion mass spectrometry). FIG. 19B shows the positional relationship between the n-type amorphous semiconductor layer 4 and the p-type amorphous semiconductor layer 5. An intrinsic (i-type) amorphous semiconductor layer is formed on the entire surface of the semiconductor substrate 1, and then an n-type amorphous semiconductor layer 4 is formed using a shadow mask, and then a p-type amorphous semiconductor layer 5 is formed. Once formed, the boron concentration characteristics were measured. As shown by the arrow in FIG. 19B, the boron concentration characteristic in the X-axis direction was measured from the p-type amorphous semiconductor layer 5 toward the i-type amorphous semiconductor layer. FIG. 19C shows the magnitude of the wraparound width of boron in the Y-axis direction shown in FIG.

図19の(a)では、半導体基板1にテクスチャを形成した本実施形態の光電変換素子10と、半導体基板にテクスチャを形成していない比較例の光電変換素子の2つについて、シャドーマスク150の面内方向内側への距離と、ボロンの濃度との関係を示している。ただし、0〜180μmまでの間は、p型非晶質半導体層5が形成されている領域である。半導体基板に形成するテクスチャのサイズは、1.5μmとした。   In FIG. 19A, the shadow mask 150 of the photoelectric conversion element 10 of the present embodiment in which the texture is formed on the semiconductor substrate 1 and the photoelectric conversion element of the comparative example in which the texture is not formed on the semiconductor substrate are shown. The relationship between the inward in-plane distance and the boron concentration is shown. However, the region from 0 to 180 μm is a region where the p-type amorphous semiconductor layer 5 is formed. The size of the texture formed on the semiconductor substrate was 1.5 μm.

テクスチャサイズが大きくなると、空隙が大きい領域と、空隙が小さい領域とが面内に形成されるため、シャドーマスクを配置したときに、図19の(c)に示すように、シャドーマスクと平行なY軸方向において、ボロンの回り込み幅が場所によって異なることが分かった。このボロンの回り込み幅のばらつきは、光電変換素子の特性の安定性や歩留まりを考慮すると小さい方が好ましい。空隙の大きい場所では、図19の(c)のΔd1やΔd3のように回り込み幅は大きくなり、テクスチャサイズが比較的同じ領域では、Δd2のように回り込み幅は小さくなる。従って、できるだけΔd1やΔd3のようにボロンの回り込み幅が大きくなる領域を抑制する必要がある。   When the texture size is increased, a region having a large gap and a region having a small gap are formed in the plane. Therefore, when the shadow mask is arranged, as shown in FIG. In the Y-axis direction, it was found that the wraparound width of boron differs depending on the location. The variation in the wraparound width of boron is preferably smaller in consideration of the stability of the characteristics of the photoelectric conversion element and the yield. In a place where the gap is large, the wraparound width increases as Δd1 and Δd3 in FIG. 19C, and in a region where the texture size is relatively the same, the wraparound width decreases as Δd2. Therefore, it is necessary to suppress the region where the wraparound width of boron is as large as possible, such as Δd1 and Δd3.

テクスチャサイズを小さくすると、図18の(b)に示すような大きい空隙領域の発生を抑制することができる。これにより、ボロンの回り込み幅ΔdをY軸方向に比較的均一で、小さくすることができる。   When the texture size is reduced, the generation of a large void area as shown in FIG. 18B can be suppressed. Thereby, the wraparound width Δd of boron is relatively uniform in the Y-axis direction and can be reduced.

図20は、テクスチャサイズによって、ボロンの回り込み幅が異なることを説明するための図である。図20の(a)は、ボロンの濃度を分析した領域を示す。ただし、図20の(a)の上図は上面図であり、下図は側面図である。また、図20の(b)は、テクスチャサイズを35μmとした場合のボロンの濃度特性を示し、図20の(c)は、テクスチャサイズを3μmとした場合のボロンの濃度特性を示す。   FIG. 20 is a diagram for explaining that the wraparound width of boron varies depending on the texture size. (A) of FIG. 20 shows the area | region which analyzed the density | concentration of boron. However, the upper view of FIG. 20A is a top view, and the lower view is a side view. 20B shows the boron density characteristics when the texture size is 35 μm, and FIG. 20C shows the boron density characteristics when the texture size is 3 μm.

ここでは、半導体基板の表面に、まずi型の真性非晶質半導体層を8nm成膜し、その上にシャドーマスクを用いて、p型非晶質半導体層5を形成した。そして、TOF−SIMSを用いて、最表面のボロン濃度の面内分布を測定した。テクスチャサイズが35μmの場合は、i層領域に約300μmの領域において、非常に高い濃度でボロンが回り込んでいる。これに対し、テクスチャサイズが3μmの場合は、約300μmの領域におけるボロン濃度がテクスチャサイズ35μmの場合のボロン濃度と比べて低くなっている。   Here, an i-type intrinsic amorphous semiconductor layer was first formed to 8 nm on the surface of the semiconductor substrate, and a p-type amorphous semiconductor layer 5 was formed thereon using a shadow mask. Then, the in-plane distribution of the boron concentration on the outermost surface was measured using TOF-SIMS. When the texture size is 35 μm, boron wraps around at a very high concentration in the region of about 300 μm in the i-layer region. On the other hand, when the texture size is 3 μm, the boron concentration in the region of about 300 μm is lower than the boron concentration when the texture size is 35 μm.

[ドーパント種による回り込みの違い]
ドーパントガスの回り込みは、ドーパントガス種によって特性が異なることが分かった。p型非晶質半導体層5のドーパントガスとして、ボロンを含むドーパントガスを用いた場合、非常に特殊な回り込みが起こることが分かった。ここでは、ジボラン(B26)を用いた場合の結果について説明するが、ボロンを含む他のドーパントガスを用いてもよい。
[Difference in wraparound by dopant type]
It has been found that the wraparound of the dopant gas has different characteristics depending on the dopant gas type. It has been found that when a dopant gas containing boron is used as the dopant gas of the p-type amorphous semiconductor layer 5, a very special wraparound occurs. Here, although the result when diborane (B 2 H 6 ) is used will be described, other dopant gas containing boron may be used.

図19の(a)において、0〜180μmまでの間は、p型非晶質半導体層5が形成されている領域である。半導体基板1にテクスチャが形成されている場合、図19の(a)に示すように、p型非晶質半導体層5が形成されている領域と形成されていない領域の境界付近(約180μmの領域)において、ボロン濃度がピークとなり、p型非晶質半導体層5が形成されている領域の約4倍程度となっている。この境界付近から、p型非晶質半導体層5が形成されていない領域に向かって、180μm〜300μm程度までボロンの拡散領域が見られる。このボロンの拡散領域の幅が回り込み幅Δd(Δd=300μm−180μm=120μm)となる。ここでは、p型非晶質半導体層5が形成されている領域におけるボロン濃度よりもボロン濃度が高い領域を「ボロンの高濃度領域」と呼ぶ。   In FIG. 19A, the region from 0 to 180 μm is a region where the p-type amorphous semiconductor layer 5 is formed. When the texture is formed on the semiconductor substrate 1, as shown in FIG. 19A, the vicinity of the boundary between the region where the p-type amorphous semiconductor layer 5 is formed and the region where the p-type amorphous semiconductor layer 5 is not formed (about 180 μm). In the region), the boron concentration has a peak, which is about four times the region where the p-type amorphous semiconductor layer 5 is formed. A boron diffusion region is seen from about 180 μm to 300 μm from the vicinity of this boundary toward the region where the p-type amorphous semiconductor layer 5 is not formed. The width of the boron diffusion region is a wraparound width Δd (Δd = 300 μm−180 μm = 120 μm). Here, a region having a higher boron concentration than the boron concentration in the region where the p-type amorphous semiconductor layer 5 is formed is referred to as a “high boron concentration region”.

半導体基板にテクスチャが形成されていない平坦面においても、ボロンの濃度がピークとなる領域が存在するが、この領域のボロン濃度は、p型非晶質半導体層5が形成されている領域のボロン濃度の2倍以下程度となっている。このため、半導体基板1の凹凸面とボロンの高濃度領域におけるボロン濃度は相関関係があり、半導体基板1に形成されているテクスチャの凹凸が大きくなると、ボロン濃度が増大することが分かる。   Even on a flat surface where no texture is formed on the semiconductor substrate, there is a region where the boron concentration is at a peak. The boron concentration in this region is boron in the region where the p-type amorphous semiconductor layer 5 is formed. The density is about twice or less. For this reason, there is a correlation between the uneven surface of the semiconductor substrate 1 and the boron concentration in the high-concentration region of boron. It can be seen that the boron concentration increases as the unevenness of the texture formed on the semiconductor substrate 1 increases.

このため、ボロンをドーパントとして用いたp型非晶質半導体層5を形成する場合、n型非晶質半導体層4は、ボロンの高濃度領域に重ならないように形成することが好ましい。これは、p型非晶質半導体層5の成膜に対して、n型非晶質半導体層4を後に形成した場合には、i型非晶質半導体層とn型非晶質半導体層4の界面にボロンの高濃度領域が形成され、この領域では、少数キャリアのライフタイムが低下する現象が観測されたため、好ましくない。例えば、図4の(a)に示すn型非晶質半導体層4の形成領域のうち、(L+2H)の幅の領域がボロンの高濃度領域から外れて形成されていればよい。また、図5では、2つのB点で挟まれた領域がボロンの高濃度領域から外れて形成されていればよく、図6の(a)では、2つのD点で挟まれた領域、図6の(b)では、2つのF点で挟まれた領域がボロンの高濃度領域から外れて形成されていればよい。   For this reason, when forming the p-type amorphous semiconductor layer 5 using boron as a dopant, it is preferable to form the n-type amorphous semiconductor layer 4 so as not to overlap the high concentration region of boron. This is because when the n-type amorphous semiconductor layer 4 is formed later, the i-type amorphous semiconductor layer 4 and the n-type amorphous semiconductor layer 4 are formed. A high-concentration region of boron is formed at the interface, and a phenomenon in which the lifetime of minority carriers decreases is observed in this region, which is not preferable. For example, in the region where the n-type amorphous semiconductor layer 4 shown in FIG. 4A is formed, a region having a width of (L + 2H) may be formed out of the high concentration region of boron. Further, in FIG. 5, it is sufficient that the region sandwiched between the two B points is formed away from the high-concentration region of boron. In FIG. In (b) of 6, it is only necessary that the region sandwiched between the two F points is formed away from the high concentration region of boron.

また、同様の理由により、n型電極6もボロンの高濃度領域から外れて形成されていればよい。図4の(a)の(L+2H)の幅の領域をボロンの高濃度領域から外れて形成することが好ましい。   For the same reason, the n-type electrode 6 may be formed out of the high concentration region of boron. It is preferable that the region of (L + 2H) width in FIG. 4A is formed away from the high concentration region of boron.

n型非晶質半導体層4のドーパントとしては、リンを含むドーパントガスを用いて成膜を行った。本実施形態では、リンを含むドーパントガスとして、ホスフィン(PH3)を用いた。リンを含むドーパントガスを用いた場合、ボロンのような特殊な回り込みを引き起こすことはなかった。ボロンでは、回り込み幅Δdは120μm程度となったが、リンの回り込み幅は、同条件のテクスチャサイズ、シャドーマスクを用いても、20〜30μm程度であった。このように、ドーパント種による回り込み量は異なることが分かった。As a dopant of the n-type amorphous semiconductor layer 4, film formation was performed using a dopant gas containing phosphorus. In the present embodiment, phosphine (PH 3 ) is used as a dopant gas containing phosphorus. When a dopant gas containing phosphorus was used, no special wraparound such as boron was caused. In boron, the wraparound width Δd was about 120 μm, but the wraparound width of phosphorus was about 20-30 μm even when using the texture size and shadow mask under the same conditions. Thus, it turned out that the amount of wraparound by a dopant seed | species differs.

シャドーマスクを用いてp型非晶質半導体層5またはn型非晶質半導体層4をパターニングする場合、回り込み幅の小さいドーパントを含む非晶質半導体層を先に形成する方が好ましい。パッシベーション膜3とp型非晶質半導体層5またはn型非晶質半導体層4との界面は特に重要であり、ここに、異なる導電層のドーパントが入ることは好ましくない。パッシベーション膜3を形成した後に、回り込み幅の大きいドーパントを含む非晶質半導体層を先に形成すると、後から形成する回り込み幅の小さい非晶質半導体層のパッシベーション膜上の領域に回り込み幅の大きいドーパントが拡散し、特性が低下する可能性が高い。   When p-type amorphous semiconductor layer 5 or n-type amorphous semiconductor layer 4 is patterned using a shadow mask, it is preferable to first form an amorphous semiconductor layer containing a dopant having a small wraparound width. The interface between the passivation film 3 and the p-type amorphous semiconductor layer 5 or the n-type amorphous semiconductor layer 4 is particularly important, and it is not preferable that a dopant of a different conductive layer enters here. When an amorphous semiconductor layer containing a dopant having a large wraparound width is formed first after the passivation film 3 is formed, the wraparound width is large in a region on the passivation film of the amorphous semiconductor layer having a small wraparound width to be formed later. It is highly possible that the dopant diffuses and the characteristics are deteriorated.

すなわち、上記のボロンとリンの場合であれば、先に回り込み幅の小さいリンを含むn型非晶質半導体層4を形成し、その後、回り込み幅の大きいボロンを含むp型非晶質半導体層5を形成することが好ましい。   That is, in the case of the above boron and phosphorus, the n-type amorphous semiconductor layer 4 containing phosphorus with a small wraparound width is formed first, and then the p-type amorphous semiconductor layer containing boron with a large wraparound width. 5 is preferably formed.

[実施の形態2]
図21は、本発明の実施の形態2による光電変換素子の構成を示す断面図である。図21を参照して、実施の形態2による光電変換素子200は、図1に示す光電変換素子10の反射防止膜2を反射防止膜201に代え、パッシベーション膜3をパッシベーション膜202に代えたものであり、その他の構成は、光電変換素子10と同じである。
[Embodiment 2]
FIG. 21 is a cross-sectional view showing the configuration of the photoelectric conversion element according to Embodiment 2 of the present invention. Referring to FIG. 21, the photoelectric conversion element 200 according to the second embodiment is obtained by replacing the antireflection film 2 of the photoelectric conversion element 10 shown in FIG. 1 with the antireflection film 201 and replacing the passivation film 3 with the passivation film 202. Other configurations are the same as those of the photoelectric conversion element 10.

反射防止膜201は、半導体基板1の受光面に接して配置される。   The antireflection film 201 is disposed in contact with the light receiving surface of the semiconductor substrate 1.

反射防止膜201は、i型非晶質シリコン/n型非晶質シリコン/シリコン窒化膜の3層構造からなる。この場合、i型非晶質シリコンの膜厚は、例えば5nmであり、n型非晶質シリコンの膜厚は、例えば8nmであり、シリコン窒化膜の膜厚は、例えば60nmである。   The antireflection film 201 has a three-layer structure of i-type amorphous silicon / n-type amorphous silicon / silicon nitride film. In this case, the film thickness of i-type amorphous silicon is, for example, 5 nm, the film thickness of n-type amorphous silicon is, for example, 8 nm, and the film thickness of the silicon nitride film is, for example, 60 nm.

パッシベーション膜202は、半導体基板1と、n型非晶質半導体層4およびp型非晶質半導体層5との間に、半導体基板1、n型非晶質半導体層4、p型非晶質半導体層5、および保護膜8に接して配置される。   The passivation film 202 is formed between the semiconductor substrate 1, the n-type amorphous semiconductor layer 4, and the p-type amorphous semiconductor layer 5, the semiconductor substrate 1, the n-type amorphous semiconductor layer 4, and the p-type amorphous semiconductor. The semiconductor layer 5 and the protective film 8 are disposed in contact with each other.

パッシベーション膜202は、i型非晶質半導体層からなる。i型非晶質半導体層は、実質的に真性で水素を含有する非晶質半導体層である。i型非晶質半導体層は、例えばi型非晶質シリコン、i型非晶質シリコンゲルマニウム、i型非晶質ゲルマニウム、i型非晶質シリコンカーバイド、i型非晶質シリコンカーバイド、i型非晶質シリコンナイトライド、i型非晶質シリコンオキシナイトライド、i型非晶質シリコンオキサイド、i型非晶質シリコンカーボンオキサイド等からなる。   The passivation film 202 is made of an i-type amorphous semiconductor layer. The i-type amorphous semiconductor layer is an amorphous semiconductor layer that is substantially intrinsic and contains hydrogen. The i-type amorphous semiconductor layer includes, for example, i-type amorphous silicon, i-type amorphous silicon germanium, i-type amorphous germanium, i-type amorphous silicon carbide, i-type amorphous silicon carbide, i-type It consists of amorphous silicon nitride, i-type amorphous silicon oxynitride, i-type amorphous silicon oxide, i-type amorphous silicon carbon oxide, and the like.

パッシベーション膜202の膜厚は、例えば1nm〜15nmであり、好ましくは3nm〜12nmである。   The thickness of the passivation film 202 is, for example, 1 nm to 15 nm, preferably 3 nm to 12 nm.

このように、パッシベーション膜202をi型非晶質シリコンオキシナイトライドやi型非晶質シリコンナイトライドで形成することにより、パッシベーション膜202上に形成されるp型非晶質半導体層5に含まれるボロン等のドーパントが半導体基板1に拡散するのを抑制することができる。   As described above, the passivation film 202 is formed of i-type amorphous silicon oxynitride or i-type amorphous silicon nitride, so that it is included in the p-type amorphous semiconductor layer 5 formed on the passivation film 202. It is possible to suppress diffusion of a dopant such as boron into the semiconductor substrate 1.

パッシベーション膜202を構成するi型非晶質半導体層は、半導体基板1とn型非晶質半導体層4との界面、および半導体基板1とp型非晶質半導体層5との界面における欠陥を低減する。   The i-type amorphous semiconductor layer constituting the passivation film 202 has defects at the interface between the semiconductor substrate 1 and the n-type amorphous semiconductor layer 4 and at the interface between the semiconductor substrate 1 and the p-type amorphous semiconductor layer 5. To reduce.

光電変換素子200は、図7〜図11に示す製造工程のうち、反射防止膜2を形成する工程(図8の(d))を反射防止膜201を形成する工程に代え、パッシベーション膜3を形成する工程(図7の(c))を、パッシベーション膜202を形成する工程に代えた製造工程に従って製造される。   In the photoelectric conversion element 200, in the manufacturing steps shown in FIGS. 7 to 11, the step of forming the antireflection film 2 (FIG. 8D) is replaced with the step of forming the antireflection film 201. The manufacturing process is performed according to a manufacturing process in which the forming process (FIG. 7C) is replaced with the process of forming the passivation film 202.

反射防止膜201は、i型非晶質シリコン、n型非晶質シリコン、およびシリコン窒化膜をプラズマCVD法によって半導体基板1の受光面上に順次堆積することによって形成する。より具体的には、基板温度:130〜180℃、水素ガス流量:0〜100sccm、シランガス流量:40sccm、圧力:40〜120Pa、RFパワー密度:5〜15mW/cm2の条件下でプラズマCVD法によってi型非晶質シリコンを堆積する。The antireflection film 201 is formed by sequentially depositing i-type amorphous silicon, n-type amorphous silicon, and a silicon nitride film on the light receiving surface of the semiconductor substrate 1 by plasma CVD. More specifically, a plasma CVD method under conditions of a substrate temperature: 130 to 180 ° C., a hydrogen gas flow rate: 0 to 100 sccm, a silane gas flow rate: 40 sccm, a pressure: 40 to 120 Pa, and an RF power density: 5 to 15 mW / cm 2. To deposit i-type amorphous silicon.

また、n型非晶質シリコンは、上記条件において、PH3ガスをさらに流してプラズマCVD法によって形成され、シリコン窒化膜は、上記条件において、NH3ガスをさらに流してプラズマCVD法によって形成される。Further, the n-type amorphous silicon is formed by plasma CVD with further flowing PH 3 gas under the above conditions, and the silicon nitride film is formed by plasma CVD with further flowing NH 3 gas under the above conditions. The

反射防止膜201を形成した後に、パッシベーション膜202を半導体基板1の裏面に形成する。より具体的には、反射防止膜201のi型非晶質シリコンと同じ条件を用いて、プラズマCVD法によってi型非晶質シリコンを半導体基板1の裏面に堆積することによって、パッシベーション膜202を形成する。   After forming the antireflection film 201, a passivation film 202 is formed on the back surface of the semiconductor substrate 1. More specifically, the passivation film 202 is formed by depositing i-type amorphous silicon on the back surface of the semiconductor substrate 1 by plasma CVD using the same conditions as the i-type amorphous silicon of the antireflection film 201. Form.

そして、パッシベーション膜202を形成した後、図8の工程(e)〜図11の工程(m)を順次実行することによって、光電変換素子200が完成する。   And after forming the passivation film 202, the photoelectric conversion element 200 is completed by performing the process (e) of FIG. 8-the process (m) of FIG. 11 one by one.

この場合、図10の工程(l)では、Ag/Ni=100nm/350nmを電極6、7として形成した。   In this case, Ag / Ni = 100 nm / 350 nm was formed as electrodes 6 and 7 in step (l) of FIG.

また、図11の工程(m)では、4nmのi型非晶質シリコン、8nmのn型非晶質シリコン、60nmのシリコン窒化膜(SiN)からなる3層構造の保護膜8を形成した。   In the step (m) of FIG. 11, a protective film 8 having a three-layer structure made of 4 nm i-type amorphous silicon, 8 nm n-type amorphous silicon, and 60 nm silicon nitride film (SiN) was formed.

上述したように、実施の形態2では、パッシベーション膜202であるi型非晶質シリコンを半導体基板1の全面に1回の成膜で形成している。このため、ほぼ均一な膜厚で半導体基板1の表面を覆って半導体基板1をパッシベーションすることができる。本実施形態では、膜厚を9nmとした。   As described above, in the second embodiment, the i-type amorphous silicon that is the passivation film 202 is formed on the entire surface of the semiconductor substrate 1 by a single film formation. For this reason, the semiconductor substrate 1 can be passivated by covering the surface of the semiconductor substrate 1 with a substantially uniform film thickness. In this embodiment, the film thickness is 9 nm.

そして、均一なパッシベーション膜202の上に、膜厚減少領域を有するn型非晶質半導体層4およびp型非晶質半導体層5をシャドーマスクを用いて、100μm離間して形成した。従って、パッシベーション性および低抵抗化を両立することができる。   Then, on the uniform passivation film 202, the n-type amorphous semiconductor layer 4 and the p-type amorphous semiconductor layer 5 having a film thickness reduction region were formed 100 μm apart using a shadow mask. Therefore, both passivation properties and low resistance can be achieved.

また、上述したように、回り込み幅の小さいリンを含むn型非晶質半導体層4を先に形成し、その後、回り込み幅の大きいボロンを含むp型非晶質半導体層5を形成した。   In addition, as described above, the n-type amorphous semiconductor layer 4 containing phosphorus with a small wraparound width was formed first, and then the p-type amorphous semiconductor layer 5 containing boron with a large wraparound width was formed.

シリコン窒化膜は、i型非晶質シリコンを形成したプラズマ装置と同じプラズマ装置において、NH3ガスを追加で流すことにより、プラズマCVD法によって形成される。また、n型非晶質シリコンは、i型非晶質シリコンを形成したプラズマ装置と同じプラズマ装置において、PH3ガスを追加で流すことにより、プラズマCVD法によって形成される。従って、反射防止膜201を構成するi型非晶質シリコン/n型非晶質シリコン/シリコン窒化膜の3層構造を真空雰囲気中で連続して成膜することができる。The silicon nitride film is formed by a plasma CVD method by additionally flowing NH 3 gas in the same plasma apparatus as the plasma apparatus in which i-type amorphous silicon is formed. Further, the n-type amorphous silicon is formed by plasma CVD by additionally flowing PH 3 gas in the same plasma apparatus as the plasma apparatus in which i-type amorphous silicon is formed. Therefore, a three-layer structure of i-type amorphous silicon / n-type amorphous silicon / silicon nitride film constituting the antireflection film 201 can be continuously formed in a vacuum atmosphere.

また、反射防止膜201を形成した後、プラズマ装置内のマニピュレータで半導体基板1を反転し、半導体基板1の裏面にi型非晶質シリコンをプラズマCVD法によって堆積し、パッシベーション膜202を形成する。   In addition, after the antireflection film 201 is formed, the semiconductor substrate 1 is inverted by a manipulator in the plasma apparatus, and i-type amorphous silicon is deposited on the back surface of the semiconductor substrate 1 by a plasma CVD method to form a passivation film 202. .

さらに、シャドーマスクを適切な位置にアライメントし、その後、n型非晶質半導体層4、p型非晶質半導体層5および電極6,7の導電層を実施の形態1において説明した条件で成膜することにより、大気に暴露することなく真空雰囲気中で光電変換素子200の受光面および裏面の構造を作製することができ、光電変換素子200を製造できる。   Further, the shadow mask is aligned at an appropriate position, and then the n-type amorphous semiconductor layer 4, the p-type amorphous semiconductor layer 5, and the conductive layers of the electrodes 6 and 7 are formed under the conditions described in the first embodiment. By forming the film, the structures of the light receiving surface and the back surface of the photoelectric conversion element 200 can be manufactured in a vacuum atmosphere without being exposed to the air, and the photoelectric conversion element 200 can be manufactured.

実施の形態2においては、上述したように、i型非晶質シリコン/n型非晶質シリコン/シリコン窒化膜の3層構造を連続して成膜して反射防止膜201を形成し、その後、半導体基板1を反転して裏面のパッシベーション膜202を形成し、シャドーマスク(本実施の形態ではメタルマスク)を用いてn型非晶質半導体層4およびp型非晶質半導体層5を成膜することが好ましい。特に、裏面のi型非晶質シリコン(パッシベーション膜202)を成膜する前に、受光面において、非晶質シリコン層上にシリコン窒化膜を形成しておくと、裏面にi型非晶質シリコン(パッシベーション膜202)を成膜する際の熱履歴により、受光面のパッシベーション性が低下することがあるが、シリコン窒化膜がこのパッシベーション性の低下を抑制するため、好ましい。   In the second embodiment, as described above, the antireflection film 201 is formed by continuously forming a three-layer structure of i-type amorphous silicon / n-type amorphous silicon / silicon nitride film, and then Then, the semiconductor substrate 1 is inverted to form a passivation film 202 on the back surface, and the n-type amorphous semiconductor layer 4 and the p-type amorphous semiconductor layer 5 are formed using a shadow mask (in this embodiment, a metal mask). It is preferable to form a film. In particular, before forming the i-type amorphous silicon (passivation film 202) on the back surface, if a silicon nitride film is formed on the amorphous silicon layer on the light receiving surface, the i-type amorphous material is formed on the back surface. The thermal history when silicon (passivation film 202) is formed may cause the light-receiving surface to have a lower passivation property. However, a silicon nitride film is preferable because it suppresses the deterioration of the passivation property.

また、上述したように、保護膜8は、3層構造からなるが、3層構造からなる保護膜8を形成する場合にも、電極6,7上およびギャップ領域G上に保護膜8が形成されることが絶縁性および防湿性を改善するため、好ましい。電極6,7上の保護膜と、ギャップ領域G上の保護膜とは、必ずしも連続していなくてもよいが、連続して形成することにより、プロセス工数を削減でき、膜質も均一になるため、より好ましい。   Further, as described above, the protective film 8 has a three-layer structure, but the protective film 8 is formed on the electrodes 6 and 7 and the gap region G even when the protective film 8 having a three-layer structure is formed. It is preferable to improve the insulation and moisture resistance. The protective film on the electrodes 6 and 7 and the protective film on the gap region G do not necessarily have to be continuous, but forming them continuously can reduce the number of process steps and make the film quality uniform. More preferable.

更に、光電変換素子200においては、耐熱性および電極浮き抑制効果に関して、実施の形態1における効果と同様の効果が得られることが分かった。   Furthermore, in the photoelectric conversion element 200, it turned out that the effect similar to the effect in Embodiment 1 is acquired regarding heat resistance and an electrode floating suppression effect.

また、光電変換素子200では、テクスチャサイズを30μm未満にすることによる回り込み幅の抑制、それに伴う逆方向飽和電流の抑制も同様の効果が得られることが分かった。また、本実施の形態では、パッシベーション膜が異なるだけなので、実施の形態1に記載する導電層や、絶縁膜に関する効果として、同様の効果が得られる。   Moreover, in the photoelectric conversion element 200, it turned out that the same effect is acquired also by suppression of the wraparound width by making a texture size less than 30 micrometers, and suppression of the reverse direction saturation current accompanying it. Further, in this embodiment, since the passivation film is different, the same effect can be obtained as the effect relating to the conductive layer and the insulating film described in Embodiment 1.

光電変換素子10のパッシベーション膜3は、熱酸化膜からなるので、実施の形態1においては、受光面および裏面の非晶質シリコンを全て真空雰囲気中で成膜することは困難である。   Since the passivation film 3 of the photoelectric conversion element 10 is made of a thermal oxide film, it is difficult to form all of the amorphous silicon on the light receiving surface and the back surface in a vacuum atmosphere in the first embodiment.

しかし、本実施の形態では、図22に示すようなクラスター型のCVD装置で光電変換素子200の作製を行った。図22に示す全てのチャンバー222〜227および搬送室220は真空であり、作製する光電変換素子は、大気暴露されることなく、搬送室220のアーム220aを用いて各チャンバー間を移動可能である。以下で、光電変換素子200の作製手順について説明する。   However, in this embodiment mode, the photoelectric conversion element 200 is manufactured using a cluster-type CVD apparatus as illustrated in FIG. All the chambers 222 to 227 and the transfer chamber 220 illustrated in FIG. 22 are in a vacuum, and the photoelectric conversion element to be manufactured can move between the chambers using the arm 220a of the transfer chamber 220 without being exposed to the atmosphere. . Hereinafter, a manufacturing procedure of the photoelectric conversion element 200 will be described.

RCA洗浄が終わった両面にテクスチャが形成された半導体基板1をロードロック部211にセットし、チャンバー内を真空とした。   The semiconductor substrate 1 having the texture formed on both sides after the RCA cleaning was set in the load lock unit 211, and the inside of the chamber was evacuated.

その後、半導体基板1を搬送室220経由でi層形成チャンバー225に送り、半導体基板1の受光面側にi型非晶質半導体層を形成する。その後、半導体基板1をn層形成チャンバー222に送り、i型非晶質半導体層に接してn型非晶質半導体層を形成する。その後、半導体基板1をSiN形成チャンバー226に送り、n型非晶質半導体層に接してシリコン窒化膜を成膜する。これにより、大気暴露なく、半導体基板1の受光面に反射防止膜201が形成される。   Thereafter, the semiconductor substrate 1 is sent to the i layer forming chamber 225 via the transfer chamber 220, and an i-type amorphous semiconductor layer is formed on the light receiving surface side of the semiconductor substrate 1. Thereafter, the semiconductor substrate 1 is sent to the n-layer formation chamber 222, and an n-type amorphous semiconductor layer is formed in contact with the i-type amorphous semiconductor layer. Thereafter, the semiconductor substrate 1 is sent to the SiN formation chamber 226, and a silicon nitride film is formed in contact with the n-type amorphous semiconductor layer. Thereby, the antireflection film 201 is formed on the light receiving surface of the semiconductor substrate 1 without being exposed to the atmosphere.

次に、半導体基板1を真空アライメント&ウェハー反転チャンバー224に送り、半導体基板1を反転する。そして、半導体基板1をi層形成チャンバー225に送り、半導体基板1の裏面のテクスチャ表面の全面にi型非晶質半導体層を形成する。   Next, the semiconductor substrate 1 is sent to the vacuum alignment & wafer inversion chamber 224 to invert the semiconductor substrate 1. Then, the semiconductor substrate 1 is sent to the i layer forming chamber 225, and an i-type amorphous semiconductor layer is formed on the entire textured surface on the back surface of the semiconductor substrate 1.

次に、半導体基板1を真空アライメント&ウェハー反転チャンバー224に送り、n型非晶質半導体層成膜用のシャドーマスク(メタルマスク)を半導体基板1の所定の位置にアライメントし、その後、n層形成チャンバー222に移送し、n型非晶質半導体層4をi層非晶質半導体層上に成膜する。   Next, the semiconductor substrate 1 is sent to the vacuum alignment & wafer inversion chamber 224, and a shadow mask (metal mask) for forming an n-type amorphous semiconductor layer is aligned with a predetermined position of the semiconductor substrate 1, and then the n layer Then, the n-type amorphous semiconductor layer 4 is deposited on the i-layer amorphous semiconductor layer.

続いて、真空アライメント&ウェハー反転チャンバー224において、p型非晶質半導体層成膜用のシャドーマスク(メタルマスク)を所定の位置(p型非晶質半導体層を形成するための位置)に設置し直し、p層形成チャンバー223にて、p型非晶質半導体層5を成膜する。   Subsequently, in the vacuum alignment & wafer inversion chamber 224, a shadow mask (metal mask) for forming the p-type amorphous semiconductor layer is placed at a predetermined position (position for forming the p-type amorphous semiconductor layer). The p-type amorphous semiconductor layer 5 is formed in the p-layer formation chamber 223 again.

次に、真空アライメント&ウェハー反転チャンバー224において、p型非晶質半導体層成膜用のシャドーマスク(メタルマスク)を電極形成用のシャドーマスク(メタルマスク)に置き換え、半導体基板1上の所定の位置にアライメントする。その後、電極形成チャンバー227にて、n型非晶質半導体層4、およびp型非晶質半導体層5の上に、1回の成膜で電極6,7を形成する。   Next, in the vacuum alignment & wafer inversion chamber 224, the shadow mask (metal mask) for forming the p-type amorphous semiconductor layer is replaced with a shadow mask (metal mask) for electrode formation, and a predetermined mask on the semiconductor substrate 1 is formed. Align to position. Thereafter, in the electrode formation chamber 227, the electrodes 6 and 7 are formed on the n-type amorphous semiconductor layer 4 and the p-type amorphous semiconductor layer 5 by a single film formation.

その後、真空アライメント&ウェハー反転チャンバー224において、電極形成用のシャドーマスクを取り除いて電極保護膜SiN用シャドーマスクに置き換え、所定の位置にアライメントする。最後に、SiN形成チャンバー226において、保護膜8を形成することで、大気暴露することなく、裏面接合型の太陽電池を作製することができる。このようなプロセスを行うことにより、非常に短いプロセス時間で裏面接合型の太陽電池を作製することができる。   Thereafter, in the vacuum alignment & wafer inversion chamber 224, the shadow mask for electrode formation is removed and replaced with a shadow mask for the electrode protective film SiN, and alignment is performed at a predetermined position. Finally, by forming the protective film 8 in the SiN formation chamber 226, a back junction solar cell can be manufactured without exposure to the atmosphere. By performing such a process, a back junction solar cell can be manufactured in a very short process time.

また、i型(真性)、p型、n型非晶質半導体層は、大気暴露すると酸化されやすく、酸化すると、直列抵抗成分が増大することがある。しかしながら、上記のプロセスを経て作製することにより、界面等の酸化を抑制することができ、低抵抗の太陽電池を作製することができるので好ましい。   In addition, i-type (intrinsic), p-type, and n-type amorphous semiconductor layers are easily oxidized when exposed to the atmosphere, and when oxidized, the series resistance component may increase. However, it is preferable to fabricate through the above process because oxidation at the interface and the like can be suppressed and a low-resistance solar cell can be fabricated.

上述したプロセスでは、受光面の非晶質半導体層の成膜、裏面の非晶質半導体層の成膜、裏面の電極の成膜、裏面の保護膜の成膜の全てを大気暴露無しで行ったが、受光面側の成膜を行った後、もしくは裏面の電極の形成前や、裏面の保護膜の形成前に、別の装置でプロセスを行うために大気暴露を行ってもよい。好ましくは、裏面の非晶質半導体層の成膜(真性非晶質半導体層の成膜、n型非晶質半導体層の成膜、p型非晶質半導体層の成膜)は、大気暴露無しで、真空中でシャドーマスクのアライメントを行うことで、界面の酸化を抑制でき、低抵抗な太陽電池を作製することができるため好ましい。   In the process described above, the amorphous semiconductor layer on the light receiving surface, the amorphous semiconductor layer on the back surface, the electrode on the back surface, and the protective film on the back surface are all formed without exposure to the atmosphere. However, after film formation on the light-receiving surface side, or before the formation of the back surface electrode or before the formation of the back surface protective film, exposure to the atmosphere may be performed to perform the process in another apparatus. Preferably, the film formation of the amorphous semiconductor layer on the back surface (film formation of the intrinsic amorphous semiconductor layer, film formation of the n-type amorphous semiconductor layer, film formation of the p-type amorphous semiconductor layer) is exposed to the atmosphere. Without performing alignment of the shadow mask in a vacuum, it is preferable because the interface oxidation can be suppressed and a low-resistance solar cell can be manufactured.

上述した観点からすれば、実施の形態2は、実施の形態1よりも好ましい。受光面および裏面の非晶質シリコンの全てを真空雰囲気中で成膜することにより、生産上のばらつきを抑制し、歩留まりを向上できるため、好ましい。   From the viewpoint described above, the second embodiment is more preferable than the first embodiment. It is preferable to deposit all the amorphous silicon on the light-receiving surface and the back surface in a vacuum atmosphere, because production variations can be suppressed and the yield can be improved.

上記では、クラスター型のPECVD装置での作製プロセスを説明したが、ライン状に一列に連なった形のインライン型でプロセス装置が並ぶような配置でも問題はない。   In the above description, the manufacturing process in the cluster type PECVD apparatus has been described. However, there is no problem even if the process apparatus is arranged in an inline type in a line in a line.

更に、大気暴露することなく、電極6,7および保護膜8を形成することは、より好ましく、電極表面の酸化防止、および保護膜8との密着性向上等の効果を得ることができる。   Furthermore, it is more preferable to form the electrodes 6 and 7 and the protective film 8 without exposing to the atmosphere, and effects such as prevention of oxidation of the electrode surface and improvement in adhesion to the protective film 8 can be obtained.

実施の形態2におけるその他の説明は、実施の形態1における説明と同じである。   Other explanations in the second embodiment are the same as those in the first embodiment.

さらに、上記においては、非晶質半導体層は、プラズマCVD法によって形成されると説明したが、プラズマCVD法に限定されることはなく、CatCVD(触媒CVD)法等の他の方法で形成してもよい。CatCVD法を用いる場合、成膜条件は、例えば、基板温度:100〜300℃、圧力:10〜500Pa、触媒媒体の温度(熱触媒体としてタングステンを用いた場合):1500〜2000℃、RFパワー密度:0.01〜1W/cm2である。これにより、品質が高い非晶質半導体層を比較的低温、かつ短時間で形成することができる。Further, in the above description, the amorphous semiconductor layer has been described as being formed by the plasma CVD method. However, the amorphous semiconductor layer is not limited to the plasma CVD method, and is formed by another method such as a CatCVD (catalytic CVD) method. May be. When the CatCVD method is used, film formation conditions are, for example, substrate temperature: 100 to 300 ° C., pressure: 10 to 500 Pa, catalyst medium temperature (when tungsten is used as the thermal catalyst): 1500 to 2000 ° C., RF power density: a 0.01 to 1 / cm 2. Thereby, an amorphous semiconductor layer with high quality can be formed at a relatively low temperature and in a short time.

[実施の形態3]
図23は、実施の形態3による光電変換素子を備える光電変換モジュールの構成を示す概略図である。図23を参照して、光電変換モジュール1000は、複数の光電変換素子1001と、カバー1002と、出力端子1003,1004とを備える。
[Embodiment 3]
FIG. 23 is a schematic diagram illustrating a configuration of a photoelectric conversion module including the photoelectric conversion element according to the third embodiment. Referring to FIG. 23, photoelectric conversion module 1000 includes a plurality of photoelectric conversion elements 1001, a cover 1002, and output terminals 1003 and 1004.

複数の光電変換素子1001は、アレイ状に配置され、直列に接続される。なお、複数の光電変換素子1001は、直列に接続される代わりに、並列接続されてもよく、直列と並列を組み合わせて接続されてもよい。   The plurality of photoelectric conversion elements 1001 are arranged in an array and are connected in series. Note that the plurality of photoelectric conversion elements 1001 may be connected in parallel instead of being connected in series, or may be connected in combination of series and parallel.

そして、複数の光電変換素子1001の各々は、光電変換素子10,200のいずれかからなる。   Each of the plurality of photoelectric conversion elements 1001 includes one of the photoelectric conversion elements 10 and 200.

カバー1002は、耐候性のカバーからなり、複数の光電変換素子1001を覆う。カバー1002は、例えば、光電変換素子1001の受光面側に設けられた透明基材(例えば、ガラス等)と、光電変換素子1001の受光面側と反対の裏面側に設けられた裏面基材(たとえば、ガラス、樹脂シート等)と、透明基材と裏面基材との間の隙間を埋める封止材(例えば、EVA等)とを含む。   The cover 1002 is formed of a weather resistant cover and covers the plurality of photoelectric conversion elements 1001. The cover 1002 includes, for example, a transparent base material (for example, glass) provided on the light receiving surface side of the photoelectric conversion element 1001 and a back surface base material (on the reverse side opposite to the light receiving surface side of the photoelectric conversion element 1001). For example, glass, a resin sheet etc.) and the sealing material (for example, EVA etc.) which fills the clearance gap between a transparent base material and a back surface base material are included.

出力端子1003は、直列に接続された複数の光電変換素子1001の一方端に配置される光電変換素子1001に接続される。   The output terminal 1003 is connected to the photoelectric conversion element 1001 arranged at one end of the plurality of photoelectric conversion elements 1001 connected in series.

出力端子1004は、直列に接続された複数の光電変換素子1001の他方端に配置される光電変換素子1001に接続される。   The output terminal 1004 is connected to the photoelectric conversion element 1001 arranged at the other end of the plurality of photoelectric conversion elements 1001 connected in series.

上述したように、光電変換素子10,200は、絶縁性、防湿性および耐熱性に優れる。   As described above, the photoelectric conversion elements 10 and 200 are excellent in insulation, moisture resistance, and heat resistance.

従って、光電変換モジュール1000の絶縁性、防湿性および耐熱性を向上できる。   Therefore, the insulation property, moisture resistance, and heat resistance of the photoelectric conversion module 1000 can be improved.

なお、光電変換モジュール1000に含まれる光電変換素子1001の数は、2以上の任意の整数である。   Note that the number of photoelectric conversion elements 1001 included in the photoelectric conversion module 1000 is an arbitrary integer of 2 or more.

また、実施の形態3による光電変換モジュールは、図23に示す構成に限らず、光電変換素子10,200のいずれかを用いる限り、どのような構成であってもよい。   Further, the photoelectric conversion module according to Embodiment 3 is not limited to the configuration illustrated in FIG. 23, and may have any configuration as long as any one of the photoelectric conversion elements 10 and 200 is used.

[実施の形態4]
図24は、この実施の形態による光電変換素子を備える太陽光発電システムの構成を示す概略図である。
[Embodiment 4]
FIG. 24 is a schematic diagram showing a configuration of a photovoltaic power generation system including a photoelectric conversion element according to this embodiment.

図24を参照して、太陽光発電システム1100は、光電変換モジュールアレイ1101と、接続箱1102と、パワーコンディショナー1103と、分電盤1104と、電力メーター1105とを備える。   Referring to FIG. 24, the photovoltaic power generation system 1100 includes a photoelectric conversion module array 1101, a connection box 1102, a power conditioner 1103, a distribution board 1104, and a power meter 1105.

接続箱1102は、光電変換モジュールアレイ1101に接続される。パワーコンディショナー1103は、接続箱1102に接続される。分電盤1104は、パワーコンディショナー1103および電気機器1110に接続される。電力メーター1105は、分電盤1104および系統連系に接続される。   The connection box 1102 is connected to the photoelectric conversion module array 1101. The power conditioner 1103 is connected to the connection box 1102. Distribution board 1104 is connected to power conditioner 1103 and electrical equipment 1110. The power meter 1105 is connected to the distribution board 1104 and the grid connection.

光電変換モジュールアレイ1101は、太陽光を電気に変換して直流電力を発電し、その発電した直流電力を接続箱1102に供給する。   The photoelectric conversion module array 1101 generates sunlight by converting sunlight into electricity, and supplies the generated DC power to the connection box 1102.

接続箱1102は、光電変換モジュールアレイ1101が発電した直流電力を受け、その受けた直流電力をパワーコンディショナー1103へ供給する。   The connection box 1102 receives DC power generated by the photoelectric conversion module array 1101 and supplies the received DC power to the power conditioner 1103.

パワーコンディショナー1103は、接続箱1102から受けた直流電力を交流電力に変換し、その変換した交流電力を分電盤1104に供給する。   The power conditioner 1103 converts the DC power received from the connection box 1102 into AC power, and supplies the converted AC power to the distribution board 1104.

分電盤1104は、パワーコンディショナー1103から受けた交流電力および/または電力メーター1105を介して受けた商用電力を電気機器1110へ供給する。また、分電盤1104は、パワーコンディショナー1103から受けた交流電力が電気機器1110の消費電力よりも多いとき、余った交流電力を電力メーター1105を介して系統連系へ供給する。   Distribution board 1104 supplies AC power received from power conditioner 1103 and / or commercial power received via power meter 1105 to electrical equipment 1110. Further, when the AC power received from the power conditioner 1103 is larger than the power consumption of the electric equipment 1110, the distribution board 1104 supplies the surplus AC power to the grid interconnection via the power meter 1105.

電力メーター1105は、系統連系から分電盤1104へ向かう方向の電力を計測するとともに、分電盤1104から系統連系へ向かう方向の電力を計測する。   The power meter 1105 measures the power in the direction from the grid connection to the distribution board 1104 and measures the power in the direction from the distribution board 1104 to the grid connection.

図25は、図24に示す光電変換モジュールアレイ1101の構成を示す概略図である。   FIG. 25 is a schematic diagram showing the configuration of the photoelectric conversion module array 1101 shown in FIG.

図25を参照して、光電変換モジュールアレイ1101は、複数の光電変換モジュール1120と、出力端子1121,1122とを含む。   Referring to FIG. 25, photoelectric conversion module array 1101 includes a plurality of photoelectric conversion modules 1120 and output terminals 1121 and 1122.

複数の光電変換モジュール1120は、アレイ状に配列され、直列に接続される。なお、複数の光電変換モジュール1120は、直列に接続される代わりに、並列接続されてもよく、直列と並列を組み合わせて接続されてもよい。そして、複数の光電変換モジュール1120の各々は、図23に示す光電変換モジュール1000からなる。   The plurality of photoelectric conversion modules 1120 are arranged in an array and are connected in series. Note that the plurality of photoelectric conversion modules 1120 may be connected in parallel instead of being connected in series, or may be connected in combination of series and parallel. Each of the plurality of photoelectric conversion modules 1120 includes a photoelectric conversion module 1000 shown in FIG.

出力端子1121は、直列に接続された複数の光電変換モジュール1120の一方端に位置する光電変換モジュール1120に接続される。   The output terminal 1121 is connected to the photoelectric conversion module 1120 located at one end of the plurality of photoelectric conversion modules 1120 connected in series.

出力端子1122は、直列に接続された複数の光電変換モジュール1120の他方端に位置する光電変換モジュール1120に接続される。   The output terminal 1122 is connected to the photoelectric conversion module 1120 located at the other end of the plurality of photoelectric conversion modules 1120 connected in series.

なお、光電変換モジュールアレイ1101に含まれる光電変換モジュール1120数は、2以上の任意の整数である。   Note that the number of photoelectric conversion modules 1120 included in the photoelectric conversion module array 1101 is an arbitrary integer of 2 or more.

太陽光発電システム1100における動作を説明する。光電変換モジュールアレイ1101は、太陽光を電気に変換して直流電力を発電し、その発電した直流電力を接続箱1102を介してパワーコンディショナー1103へ供給する。   The operation in the solar power generation system 1100 will be described. The photoelectric conversion module array 1101 generates sunlight by converting sunlight into electricity, and supplies the generated DC power to the power conditioner 1103 via the connection box 1102.

パワーコンディショナー1103は、光電変換モジュールアレイ1101から受けた直流電力を交流電力に変換し、その変換した交流電力を分電盤1104へ供給する。   The power conditioner 1103 converts the DC power received from the photoelectric conversion module array 1101 into AC power, and supplies the converted AC power to the distribution board 1104.

分電盤1104は、パワーコンディショナー1103から受けた交流電力が電気機器1110の消費電力以上であるとき、パワーコンディショナー1103から受けた交流電力を電気機器1110に供給する。そして、分電盤1104は、余った交流電力を電力メーター1105を介して系統連系へ供給する。   The distribution board 1104 supplies the AC power received from the power conditioner 1103 to the electrical device 1110 when the AC power received from the power conditioner 1103 is greater than or equal to the power consumption of the electrical device 1110. Then, the distribution board 1104 supplies surplus AC power to the grid connection via the power meter 1105.

また、分電盤1104は、パワーコンディショナー1103から受けた交流電力が電気機器1110の消費電力よりも少ないとき、系統連系から受けた交流電力およびパワーコンディショナー1103から受けた交流電力を電気機器1110へ供給する。   Further, when the AC power received from the power conditioner 1103 is less than the power consumption of the electric device 1110, the distribution board 1104 receives the AC power received from the grid connection and the AC power received from the power conditioner 1103 to the electric device 1110. Supply.

太陽光発電システム1100は、上述したように、絶縁性、防湿性および耐熱性に優れた光電変換素子10,200のいずれかを備えている。   As described above, the solar power generation system 1100 includes any one of the photoelectric conversion elements 10 and 200 that are excellent in insulation, moisture resistance, and heat resistance.

従って、太陽光発電システム1100の絶縁性、防湿性および耐熱性を改善できる。   Therefore, the insulation, moisture proof, and heat resistance of the photovoltaic power generation system 1100 can be improved.

図26は、この実施の形態による光電変換素子を備える別の太陽光発電システムの構成を示す概略図である。   FIG. 26 is a schematic diagram showing a configuration of another photovoltaic power generation system including the photoelectric conversion element according to this embodiment.

この実施の形態による光電変換素子を備える太陽光発電システムは、図26に示す太陽光発電システム1100Aであってもよい。   The photovoltaic power generation system including the photoelectric conversion element according to this embodiment may be a photovoltaic power generation system 1100A shown in FIG.

図26を参照して、太陽光発電システム1100Aは、図24に示す太陽光発電システム1100に蓄電池1106を追加したものである、その他は、太陽光発電システム1100と同じである。   Referring to FIG. 26, solar power generation system 1100A is the same as solar power generation system 1100 except that storage battery 1106 is added to solar power generation system 1100 shown in FIG.

蓄電池1106は、パワーコンディショナー1103に接続される。   The storage battery 1106 is connected to the power conditioner 1103.

太陽光発電システム1100Aにおいては、パワーコンディショナー1103は、接続箱1102から受けた直流電力の一部または全部を適切に変換して蓄電池1106に蓄電する。   In solar power generation system 1100A, power conditioner 1103 appropriately converts part or all of the DC power received from connection box 1102 and stores it in storage battery 1106.

パワーコンディショナー1103は、その他、太陽光発電システム1100における動作と同じ動作を行う。   In addition, the power conditioner 1103 performs the same operation as that of the photovoltaic power generation system 1100.

蓄電池1106は、パワーコンディショナー1103から受けた直流電力を蓄電する。また、蓄電池1106は、光電変換モジュールアレイ1101の発電量および/または電気機器1110の電力消費量の状況に応じて、蓄電した電力を、適宜、パワーコンディショナー1103へ供給する。   Storage battery 1106 stores the DC power received from power conditioner 1103. The storage battery 1106 supplies the stored power to the power conditioner 1103 as appropriate according to the amount of power generated by the photoelectric conversion module array 1101 and / or the power consumption of the electric device 1110.

このように、太陽光発電システム1100Aは、蓄電池1106を備えているので、日照量の変動による出力変動を抑制できるとともに、日照のない時間帯であっても、蓄電池1106に蓄電された電力を電気機器1110に供給することができる。   Thus, since the solar power generation system 1100A includes the storage battery 1106, it can suppress output fluctuations due to fluctuations in the amount of sunshine, and can use the electric power stored in the storage battery 1106 even in a time zone without sunlight. The device 1110 can be supplied.

なお、蓄電池1106は、パワーコンディショナー1103に内蔵されていてもよい。   Note that the storage battery 1106 may be built in the power conditioner 1103.

また、実施の形態4による太陽光発電システムは、図24,25に示す構成または図25,26に示す構成に限らず、光電変換素子10,200いずれかを用いる限り、どのような構成であってもよい。   Further, the photovoltaic power generation system according to Embodiment 4 is not limited to the configuration shown in FIGS. 24 and 25 or the configuration shown in FIGS. 25 and 26, and may have any configuration as long as one of photoelectric conversion elements 10 and 200 is used. May be.

[実施の形態5]
図27は、この実施の形態による光電変換素子を備える太陽光発電システムの構成を示す概略図である。
[Embodiment 5]
FIG. 27 is a schematic diagram illustrating a configuration of a photovoltaic power generation system including the photoelectric conversion element according to this embodiment.

図27を参照して、太陽光発電システム1200は、サブシステム1201〜120n(nは2以上の整数)と、パワーコンディショナー1211〜121nと、変圧器1221とを備える。太陽光発電システム1200は、図24,26に示す太陽光発電システム1100,1100Aよりも規模が大きい太陽光発電システムである。   Referring to FIG. 27, solar power generation system 1200 includes subsystems 1201 to 120n (n is an integer of 2 or more), power conditioners 1211 to 121n, and a transformer 1221. The photovoltaic power generation system 1200 is a photovoltaic power generation system having a larger scale than the photovoltaic power generation systems 1100 and 1100A shown in FIGS.

パワーコンディショナー1211〜121nは、それぞれ、サブシステム1201〜120nに接続される。   The power conditioners 1211 to 121n are connected to the subsystems 1201 to 120n, respectively.

変圧器1221は、パワーコンディショナー1211〜121nおよび系統連系に接続される。   The transformer 1221 is connected to the power conditioners 1211 to 121n and the grid connection.

サブシステム1201〜120nの各々は、モジュールシステム1231〜123j(jは2以上の整数)からなる。   Each of the subsystems 1201 to 120n includes module systems 1231 to 123j (j is an integer of 2 or more).

モジュールシステム1231〜123jの各々は、光電変換モジュールアレイ1301〜130i(iは2以上の整数)と、接続箱1311〜131iと、集電箱1321とを含む。   Each of the module systems 1231 to 123j includes photoelectric conversion module arrays 1301 to 130i (i is an integer of 2 or more), connection boxes 1311 to 131i, and a current collection box 1321.

光電変換モジュールアレイ1301〜130iの各々は、図25に示す光電変換モジュールアレイ1101と同じ構成からなる。   Each of the photoelectric conversion module arrays 1301 to 130i has the same configuration as the photoelectric conversion module array 1101 shown in FIG.

接続箱1311〜131iは、それぞれ、光電変換モジュールアレイ1301〜130iに接続される。   The connection boxes 1311 to 131i are connected to the photoelectric conversion module arrays 1301 to 130i, respectively.

集電箱1321は、接続箱1311〜131iに接続される。また、サブシステム1201のj個の集電箱1321は、パワーコンディショナー1211に接続される。サブシステム1202のj個の集電箱1321は、パワーコンディショナー1212に接続される。以下、同様にして、サブシステム120nのj個の集電箱1321は、パワーコンディショナー121nに接続される。   The current collection box 1321 is connected to the connection boxes 1311 to 131i. Also, j current collection boxes 1321 of the subsystem 1201 are connected to the power conditioner 1211. The j current collection boxes 1321 of the subsystem 1202 are connected to the power conditioner 1212. Hereinafter, similarly, j current collection boxes 1321 of the subsystem 120n are connected to the power conditioner 121n.

モジュールシステム1231のi個の光電変換モジュールアレイ1301〜130iは、太陽光を電気に変換して直流電力を発電し、その発電した直流電力をそれぞれ接続箱1311〜131iを介して集電箱1321へ供給する。モジュールシステム1232のi個の光電変換モジュールアレイ1301〜130iは、太陽光を電気に変換して直流電力を発電し、その発電した直流電力をそれぞれ接続箱1311〜131iを介して集電箱1321へ供給する。以下、同様にして、モジュールシステム123jのi個の光電変換モジュールアレイ1301〜130iは、太陽光を電気に変換して直流電力を発電し、その発電した直流電力をそれぞれ接続箱1311〜131iを介して集電箱1321へ供給する。   The i photoelectric conversion module arrays 1301 to 130i of the module system 1231 convert sunlight into electricity to generate DC power, and the generated DC power is supplied to the current collecting box 1321 through the connection boxes 1311 to 131i, respectively. Supply. The i photoelectric conversion module arrays 1301 to 130i of the module system 1232 convert sunlight into electricity to generate DC power, and the generated DC power is supplied to the current collecting box 1321 through the connection boxes 1311 to 131i, respectively. Supply. Hereinafter, similarly, the i photoelectric conversion module arrays 1301 to 130i of the module system 123j convert sunlight into electricity to generate DC power, and the generated DC power is connected to the connection boxes 1311 to 131i, respectively. To supply box 1321.

そして、サブシステム1201のj個の集電箱1321は、直流電力をパワーコンディショナー1211へ供給する。   Then, the j current collection boxes 1321 of the subsystem 1201 supply DC power to the power conditioner 1211.

サブシステム1202のj個の集電箱1321は、同様にして直流電力をパワーコンディショナー1212へ供給する。   The j current collection boxes 1321 of the subsystem 1202 supply DC power to the power conditioner 1212 in the same manner.

以下、同様にして、サブシステム120nのj個の集電箱1321は、直流電力をパワーコンディショナー121nへ供給する。   In the same manner, the j current collection boxes 1321 of the subsystem 120n supply DC power to the power conditioner 121n.

パワーコンディショナー1211〜121nは、それぞれ、サブシステム1201〜120nから受けた直流電力を交流電力に変換し、その変換した交流電力を変圧器1221へ供給する。   Each of the power conditioners 1211 to 121n converts the DC power received from the subsystems 1201 to 120n into AC power, and supplies the converted AC power to the transformer 1221.

変圧器1221は、パワーコンディショナー1211〜121nから交流電力を受け、その受けた交流電力の電圧レベルを変換して系統連系へ供給する。   The transformer 1221 receives AC power from the power conditioners 1211 to 121n, converts the voltage level of the received AC power, and supplies it to the grid interconnection.

太陽光発電システム1200は、上述したように、絶縁性、防湿性および耐熱性に優れた光電変換素子10,200のいずれかを備えている。   As described above, the photovoltaic power generation system 1200 includes any one of the photoelectric conversion elements 10 and 200 that are excellent in insulation, moisture resistance, and heat resistance.

従って、太陽光発電システム1200の絶縁性、防湿性および耐熱性を改善できる。   Therefore, the insulation, moisture resistance, and heat resistance of the photovoltaic power generation system 1200 can be improved.

図28は、この実施の形態による光電変換素子を備える別の太陽光発電システムの構成を示す概略図である。   FIG. 28 is a schematic diagram showing the configuration of another photovoltaic power generation system including the photoelectric conversion element according to this embodiment.

この実施の形態による光電変換素子を備える太陽光発電システムは、図28に示す太陽光発電システム1200Aであってもよい。   The photovoltaic power generation system including the photoelectric conversion element according to this embodiment may be a photovoltaic power generation system 1200A illustrated in FIG.

図28を参照して、太陽光発電システム1200Aは、図27に示す太陽光発電システム1200に蓄電池1241〜124nを追加したものであり、その他は、太陽光発電システム1200と同じである。   Referring to FIG. 28, a photovoltaic power generation system 1200 </ b> A is obtained by adding storage batteries 1241 to 124 n to the photovoltaic power generation system 1200 shown in FIG. 27, and is otherwise the same as the photovoltaic power generation system 1200.

蓄電池1241〜124nは、それぞれ、パワーコンディショナー1211〜121nに接続される。   The storage batteries 1241 to 124n are connected to the power conditioners 1211 to 121n, respectively.

太陽光発電システム1200Aにおいては、パワーコンディショナー1211〜121nは、それぞれ、サブシステム1201〜120nから受けた直流電力を交流電力に変換し、その変換した交流電力を変圧器1221へ供給する。また、パワーコンディショナー1211〜121nは、それぞれ、サブシステム1201〜120nから受けた直流電力を適切に変換し、その変換した直流電力をそれぞれ蓄電池1241〜124nへ蓄電する。   In photovoltaic power generation system 1200A, power conditioners 1211 to 121n convert the DC power received from subsystems 1201 to 120n into AC power, and supply the converted AC power to transformer 1221. In addition, power conditioners 1211 to 121n appropriately convert DC power received from subsystems 1201 to 120n, respectively, and store the converted DC power in storage batteries 1241 to 124n, respectively.

蓄電池1241〜124nは、サブシステム1201〜120nからの直流電力量に応じて、蓄電した電力をそれぞれパワーコンディショナー1211〜121nへ供給する。   The storage batteries 1241 to 124n supply the stored power to the power conditioners 1211 to 121n, respectively, according to the amount of DC power from the subsystems 1201 to 120n.

このように、太陽光発電システム1200Aは、蓄電池1241〜124nを備えているので、日照量の変動による出力変動を抑制できるとともに、日照のない時間帯であっても、蓄電池1241〜124nに蓄電された電力を変圧器1221に供給することができる。   Thus, since the photovoltaic power generation system 1200A includes the storage batteries 1241 to 124n, it is possible to suppress output fluctuations due to fluctuations in the amount of sunlight, and power is stored in the storage batteries 1241 to 124n even in a time zone without sunlight. Power can be supplied to the transformer 1221.

なお、蓄電池1241〜124nは、それぞれ、パワーコンディショナー1211〜121nに内蔵されていてもよい。   The storage batteries 1241 to 124n may be incorporated in the power conditioners 1211 to 121n, respectively.

また、実施の形態5による太陽光発電システムは、図27,28に示す構成に限らず、光電変換素子10,200のいずれかを用いる限り、どのような構成であってもよい。   Moreover, the solar power generation system according to Embodiment 5 is not limited to the configuration shown in FIGS.

更に、実施の形態5においては、太陽光発電システム1200,1200Aに含まれる全ての光電変換素子が実施の形態1〜実施の形態2による光電変換素子10,200である必要はない。   Furthermore, in Embodiment 5, it is not necessary that all the photoelectric conversion elements included in the photovoltaic power generation systems 1200 and 1200A are the photoelectric conversion elements 10 and 200 according to Embodiments 1 and 2.

例えば、あるサブシステム(サブシステム1201〜120nのいずれか)に含まれる光電変換素子の全てが実施の形態1〜実施の形態2による光電変換素子10,200のいずれかであり、別のサブシステム(サブシステム1201〜120nのいずれか)に含まれる光電変換素子の一部または全部が光電変換素子10,200以外の光電変換素子である場合も有り得るものとする。   For example, all of the photoelectric conversion elements included in a certain subsystem (any one of the subsystems 1201 to 120n) are any one of the photoelectric conversion elements 10 and 200 according to the first to second embodiments, and another subsystem. It is possible that some or all of the photoelectric conversion elements included in any one of the subsystems 1201 to 120n are photoelectric conversion elements other than the photoelectric conversion elements 10 and 200.

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。   The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is shown not by the above description of the embodiments but by the scope of claims for patent, and is intended to include meanings equivalent to the scope of claims for patent and all modifications within the scope.

上述した各実施の形態では、半導体基板1の両面にテクスチャ構造が形成された構成について説明したが、受光面にはテクスチャ構造を設けない構成とすることもできる。   In each of the above-described embodiments, the configuration in which the texture structure is formed on both surfaces of the semiconductor substrate 1 has been described. However, a configuration in which the texture structure is not provided on the light receiving surface may be employed.

また、半導体基板1の裏面に接してパッシベーション膜3(またはパッシベーション膜202)を配置した構成として説明したが、パッシベーション膜3(またはパッシベーション膜202)を配置しない構成とすることもできる。   In addition, the configuration in which the passivation film 3 (or the passivation film 202) is disposed in contact with the back surface of the semiconductor substrate 1 has been described, but a configuration in which the passivation film 3 (or the passivation film 202) is not disposed may be employed.

また、上述した各実施の形態では、保護膜8を設けた構成について説明したが、保護膜8を設けない構成とすることもできる。   In each of the above-described embodiments, the configuration in which the protective film 8 is provided has been described.

従って、この発明の実施の形態による光電変換素子は、少なくとも一方の面にテクスチャが形成された半導体基板と、半導体基板のテクスチャが形成されている面に形成され、第1の導電型を有する第1の非晶質半導体層と、半導体基板のテクスチャが形成されている面に形成されるとともに半導体基板の面内方向において第1の非晶質半導体層に隣接して形成され、第1の導電型と反対の第2の導電型を有する第2の非晶質半導体層とを備え、テクスチャを平面視した場合に、テクスチャの凸部の外接円の直径の平均値が30μm未満とすれば、品質を向上させることができる。   Therefore, the photoelectric conversion element according to the embodiment of the present invention is formed on a semiconductor substrate having a texture formed on at least one surface and a surface on which the texture of the semiconductor substrate is formed, and has a first conductivity type. Formed on the surface of the semiconductor substrate on which the texture of the semiconductor substrate is formed and formed adjacent to the first amorphous semiconductor layer in the in-plane direction of the semiconductor substrate. A second amorphous semiconductor layer having a second conductivity type opposite to the mold, and when the texture is viewed in plan, if the average value of the diameter of the circumscribed circle of the convex portion of the texture is less than 30 μm, Quality can be improved.

[実施の形態6 ]
実施の形態1で説明したように、ボロンをドーパントとして含むp型非晶質半導体層5を先に形成して、リンをドーパントとして含むn型非晶質半導体層4を後に形成した場合、ボロンの高濃度領域の上に重なってn型非晶質半導体層4が形成される可能性がある。この場合、ボロンの高濃度領域の上に重なってn型非晶質半導体層4が形成された領域では、電気的特性が低下する現象が観測されるため、好ましくない。
[Embodiment 6]
As described in the first embodiment, when the p-type amorphous semiconductor layer 5 containing boron as a dopant is formed first and the n-type amorphous semiconductor layer 4 containing phosphorus as a dopant is formed later, boron is used. There is a possibility that the n-type amorphous semiconductor layer 4 is formed on the high concentration region. In this case, in the region where the n-type amorphous semiconductor layer 4 is formed overlying the high-concentration region of boron, a phenomenon in which electrical characteristics deteriorate is observed, which is not preferable.

従って、実施の形態6における光電変換素子600では、ボロンをドーパントとして含むp型非晶質半導体層5を先に形成し、リンをドーパントとして含むn型非晶質半導体層4を後に形成する構成において、n型非晶質半導体層4がボロンの高濃度領域の上に重ならないように形成されている。すなわち、n型非晶質半導体層4と半導体基板1との間には、ボロンの高濃度領域は含まれない
図30は、実施の形態6における光電変換素子600の構成を示す断面図である。図30では、n型非晶質半導体層4とp型非晶質半導体層5との境界付近の拡大図も示している。拡大図では、その領域におけるボロン濃度を一点鎖線で重畳表示している。図30に示すように、n型非晶質半導体層4は、p型非晶質半導体層5が形成されている領域におけるボロン濃度よりもボロン濃度が高いボロンの高濃度領域の上には形成されていない。
Therefore, in the photoelectric conversion element 600 according to Embodiment 6, the p-type amorphous semiconductor layer 5 containing boron as a dopant is formed first, and the n-type amorphous semiconductor layer 4 containing phosphorus as a dopant is formed later. The n-type amorphous semiconductor layer 4 is formed so as not to overlap the high concentration region of boron. That is, a high-concentration region of boron is not included between n-type amorphous semiconductor layer 4 and semiconductor substrate 1. FIG. 30 is a cross-sectional view showing a configuration of photoelectric conversion element 600 in the sixth embodiment. . FIG. 30 also shows an enlarged view near the boundary between the n-type amorphous semiconductor layer 4 and the p-type amorphous semiconductor layer 5. In the enlarged view, the boron concentration in the region is superimposed and displayed with a one-dot chain line. As shown in FIG. 30, the n-type amorphous semiconductor layer 4 is formed on a boron high-concentration region whose boron concentration is higher than the boron concentration in the region where the p-type amorphous semiconductor layer 5 is formed. It has not been.

例えば、図4の(a)を参照して、n型非晶質半導体層4のうち、(L+2H)の幅の領域がボロンの高濃度領域から外れて形成されていればよい。また、図5に示す構成では、2つのB点で挟まれた領域がボロンの高濃度領域から外れて形成されていればよく、図6の(a)に示す構成では、2つのD点で挟まれた領域、図6の(b)に示す構成では、2つのF点で挟まれた領域がボロンの高濃度領域から外れて形成されていればよい。   For example, referring to FIG. 4A, the n-type amorphous semiconductor layer 4 may be formed so that the region of (L + 2H) width is out of the high-concentration region of boron. Further, in the configuration shown in FIG. 5, it is sufficient that the region sandwiched between the two B points is formed away from the high concentration region of boron. In the configuration shown in FIG. In the configuration shown in FIG. 6B, the sandwiched region may be formed so that the region sandwiched between the two F points deviates from the boron high concentration region.

また、同様の理由により、n型電極6もボロンの高濃度領域から外れて形成されていればよい。図4の(a)の(L+2H)の幅の領域がボロンの高濃度領域から外れて形成されていればよい。   For the same reason, the n-type electrode 6 may be formed out of the high concentration region of boron. The region having a width of (L + 2H) in FIG. 4A only needs to be formed out of the high concentration region of boron.

本実施の形態における光電変換素子600の製造方法が実施の形態1における光電変換素子10の製造方法と異なるのは、n型非晶質半導体層4及びp型非晶質半導体層5の形成順序と、n型非晶質半導体層4がボロンの高濃度領域の上に重ならないように形成することである。   The manufacturing method of the photoelectric conversion element 600 in the present embodiment is different from the manufacturing method of the photoelectric conversion element 10 in the first embodiment in the order of forming the n-type amorphous semiconductor layer 4 and the p-type amorphous semiconductor layer 5. In other words, the n-type amorphous semiconductor layer 4 is formed so as not to overlap the high concentration region of boron.

図7から図11に示す光電変換素子10の製造方法では、n型非晶質半導体層4を先に形成し(図8の(e)、(f))、p型非晶質半導体層5を後に形成した(図9の(g)、(h))。本実施の形態における光電変換素子600では、p型非晶質半導体層5を先に形成し、n型非晶質半導体層4を後に形成する。p型非晶質半導体層5及びn型非晶質半導体層4の形成方法は、実施の形態1と同じである。ただし、n型非晶質半導体層4の形成時には、n型非晶質半導体層4がボロンの高濃度領域の上に重ならないような幅を有するマスクを用いる。   In the method of manufacturing the photoelectric conversion element 10 shown in FIGS. 7 to 11, the n-type amorphous semiconductor layer 4 is formed first (FIGS. 8E and 8F), and the p-type amorphous semiconductor layer 5 is formed. Was formed later ((g) and (h) of FIG. 9). In the photoelectric conversion element 600 in the present embodiment, the p-type amorphous semiconductor layer 5 is formed first, and the n-type amorphous semiconductor layer 4 is formed later. The method for forming the p-type amorphous semiconductor layer 5 and the n-type amorphous semiconductor layer 4 is the same as that in the first embodiment. However, when the n-type amorphous semiconductor layer 4 is formed, a mask having a width that does not overlap the high concentration region of boron is used.

図31の(a)〜(c)は、p型非晶質半導体層5が形成された後に、n型非晶質半導体層4を形成する際の製造方法を説明するための図である。p型非晶質半導体層5が形成された後、シャドーマスク50をパッシベーション膜3およびp型非晶質半導体層5上に配置する(図31の工程(a)参照)。   FIGS. 31A to 31C are views for explaining a manufacturing method when the n-type amorphous semiconductor layer 4 is formed after the p-type amorphous semiconductor layer 5 is formed. After the p-type amorphous semiconductor layer 5 is formed, a shadow mask 50 is disposed on the passivation film 3 and the p-type amorphous semiconductor layer 5 (see step (a) in FIG. 31).

図19等を用いて説明したように、p型非晶質半導体層5が形成されている領域と形成されていない領域の境界付近においてボロン濃度がピークとなり、ボロン濃度がピークとなる位置を含むボロンの高濃度領域が形成されることが分かっている。従って、n型非晶質半導体層4の形成時には、n型非晶質半導体層4がボロンの高濃度領域の上に重ならないような幅を有するマスク50を用いる。   As described with reference to FIG. 19 and the like, the boron concentration has a peak near the boundary between the region where the p-type amorphous semiconductor layer 5 is formed and the region where the p-type amorphous semiconductor layer 5 is not formed, and includes a position where the boron concentration peaks. It has been found that a high concentration region of boron is formed. Therefore, when the n-type amorphous semiconductor layer 4 is formed, a mask 50 having such a width that the n-type amorphous semiconductor layer 4 does not overlap with the boron high-concentration region is used.

マスク50の配置後、実施の形態1で説明した方法により、n型非晶質半導体層4を形成する(図31の工程(b)参照)。   After disposing the mask 50, the n-type amorphous semiconductor layer 4 is formed by the method described in Embodiment 1 (see step (b) in FIG. 31).

n型非晶質半導体層4を形成した後、シャドーマスク50を除去すると、半導体基板1の面内方向に交互に配置されたn型非晶質半導体層4およびp型非晶質半導体層5がパッシベーション膜3上に形成された状態になる(図31の工程(c)参照)。   When the shadow mask 50 is removed after the n-type amorphous semiconductor layer 4 is formed, the n-type amorphous semiconductor layers 4 and the p-type amorphous semiconductor layers 5 that are alternately arranged in the in-plane direction of the semiconductor substrate 1. Is formed on the passivation film 3 (see step (c) in FIG. 31).

実施の形態6における光電変換素子600では、図1に示す光電変換素子10と同様に、半導体基板1の裏面にテクスチャ構造が形成されていてもよいが、テクスチャのサイズは30μm未満でなくてもよい。ただし、テクスチャのサイズを30μm未満とすれば、実施の形態1で説明したように、逆方向飽和電流密度を低減することができるので、光電変換素子600の品質を向上させることができる。   In the photoelectric conversion element 600 according to Embodiment 6, a texture structure may be formed on the back surface of the semiconductor substrate 1 as in the photoelectric conversion element 10 shown in FIG. 1, but the texture size may not be less than 30 μm. Good. However, if the texture size is less than 30 μm, the reverse saturation current density can be reduced as described in Embodiment 1, so that the quality of the photoelectric conversion element 600 can be improved.

実施の形態6における光電変換素子600では、図1に示す構造とは違って、半導体基板1の裏面にテクスチャ構造が形成されていなくてもよい。   In the photoelectric conversion element 600 according to the sixth embodiment, unlike the structure illustrated in FIG. 1, the texture structure may not be formed on the back surface of the semiconductor substrate 1.

図32は、実施の形態6による光電変換素子600Aの構成であって、半導体基板1の裏面にテクスチャが形成されていない場合の構成を示す断面図である。ただし、半導体基板1の裏面だけでなく、受光面にもテクスチャ構造を設けない構成とすることもできる。   FIG. 32 is a cross-sectional view showing the configuration of the photoelectric conversion element 600A according to the sixth embodiment when no texture is formed on the back surface of the semiconductor substrate 1. However, not only the back surface of the semiconductor substrate 1 but also the light receiving surface may be provided with no texture structure.

なお、リンをドーパントとして含むn型非晶質半導体層4を先に形成し、ボロンをドーパントとして含むp型非晶質半導体層5を後に形成した場合には、半導体基板1とn型非晶質半導体層4との間にボロンの高濃度領域は形成されない。従って、実施の形態6における光電変換素子600には、リンをドーパントとして含むn型非晶質半導体層4を先に形成し、ボロンをドーパントとして含むp型非晶質半導体層5を後に形成した構成のものも含まれる。   When the n-type amorphous semiconductor layer 4 containing phosphorus as a dopant is formed first and the p-type amorphous semiconductor layer 5 containing boron as a dopant is formed later, the semiconductor substrate 1 and the n-type amorphous semiconductor layer 5 are formed. A high-concentration region of boron is not formed between the high-quality semiconductor layer 4. Therefore, in photoelectric conversion element 600 in Embodiment 6, n-type amorphous semiconductor layer 4 containing phosphorus as a dopant is formed first, and p-type amorphous semiconductor layer 5 containing boron as a dopant is formed later. A configuration is also included.

上述した実施の形態2における光電変換素子200は、実施の形態1における光電変換素子10の反射防止膜2を反射防止膜201に代え、パッシベーション膜3をパッシベーション膜202に代えた構成であるが(図21参照)、実施の形態6における光電変換素子600においても、同様の変形構成とすることができる。   The photoelectric conversion element 200 according to the second embodiment described above has a configuration in which the antireflection film 2 of the photoelectric conversion element 10 according to the first embodiment is replaced with the antireflection film 201 and the passivation film 3 is replaced with the passivation film 202 ( 21), the photoelectric conversion element 600 in Embodiment 6 can be similarly modified.

実施の形態3による光電変換モジュールは、実施の形態6で説明した光電変換素子600を用いて構成してもよい。   The photoelectric conversion module according to Embodiment 3 may be configured using the photoelectric conversion element 600 described in Embodiment 6.

実施の形態4による太陽光発電システムは、実施の形態6で説明した光電変換素子600を用いて構成してもよい。   The photovoltaic power generation system according to Embodiment 4 may be configured using the photoelectric conversion element 600 described in Embodiment 6.

実施の形態5による太陽光発電システムは、実施の形態6で説明した光電変換素子600を用いて構成してもよい。   The photovoltaic power generation system according to Embodiment 5 may be configured using the photoelectric conversion element 600 described in Embodiment 6.

この発明は、光電変換素子、それを備えた太陽電池モジュールおよび太陽光発電システムに適用される。   The present invention is applied to a photoelectric conversion element, a solar cell module including the photoelectric conversion element, and a solar power generation system.

Claims (7)

少なくとも一方の面にテクスチャが形成された半導体基板と、
前記半導体基板の前記テクスチャが形成されている面に形成され、第1の導電型を有する第1の非晶質半導体層と、
前記半導体基板の前記テクスチャが形成されている面に形成されるとともに前記半導体基板の面内方向において前記第1の非晶質半導体層に隣接して形成され、前記第1の導電型と反対の第2の導電型を有する第2の非晶質半導体層と、
を備え、
前記テクスチャを平面視した場合に、前記テクスチャの凸部の外接円の直径の平均値は、30μm未満である、光電変換素子。
A semiconductor substrate having a texture formed on at least one surface;
A first amorphous semiconductor layer having a first conductivity type formed on a surface of the semiconductor substrate on which the texture is formed;
Formed on a surface of the semiconductor substrate on which the texture is formed and formed adjacent to the first amorphous semiconductor layer in an in-plane direction of the semiconductor substrate, opposite to the first conductivity type A second amorphous semiconductor layer having a second conductivity type;
With
When the texture is viewed in plan, the average value of the diameters of the circumscribed circles of the convex portions of the texture is less than 30 μm.
前記半導体基板の前記テクスチャが形成されている面と、前記第1の非晶質半導体層および前記第2の非晶質半導体層との間に形成された真性の非晶質半導体層をさらに備える、請求項1に記載の光電変換素子。   An intrinsic amorphous semiconductor layer formed between the textured surface of the semiconductor substrate and the first amorphous semiconductor layer and the second amorphous semiconductor layer; The photoelectric conversion element according to claim 1. 前記第1の非晶質半導体層上に形成された第1の電極と、
前記第2の非晶質半導体層上に形成された第2の電極と、
前記第1の電極および前記第2の電極の少なくとも一部を覆うように形成された保護膜と、をさらに備える、請求項1または請求項2に記載の光電変換素子。
A first electrode formed on the first amorphous semiconductor layer;
A second electrode formed on the second amorphous semiconductor layer;
The photoelectric conversion element according to claim 1, further comprising: a protective film formed so as to cover at least a part of the first electrode and the second electrode.
前記半導体基板上に成膜された一の薄膜において、膜厚が最大である点を第1の点とし、当該一の薄膜の面内方向において当該薄膜の膜厚の減少率が第1の減少率から前記第1の減少率よりも大きい第2の減少率に変化する点、または当該一の薄膜の面内方向において当該一の薄膜の膜厚の変化率の符号が負から正に変化する点を第2の点とし、当該一の薄膜の面内方向において前記第1の点から前記第2の点までの領域を膜厚減少領域と定義したとき、
前記第1の非晶質半導体層および前記第2の非晶質半導体層の少なくとも一方の半導体層は、前記膜厚減少領域を有する、請求項1から3のいずれか一項に記載の光電変換素子。
In the one thin film formed on the semiconductor substrate, the point where the film thickness is the maximum is the first point, and the reduction rate of the film thickness in the in-plane direction of the one thin film is the first decrease. The sign of the change rate of the thickness of the one thin film changes from negative to positive in the in-plane direction of the one thin film at a point where the rate changes to a second reduction rate larger than the first reduction rate. When the point is the second point and the region from the first point to the second point in the in-plane direction of the one thin film is defined as a film thickness reduction region,
4. The photoelectric conversion according to claim 1, wherein at least one of the first amorphous semiconductor layer and the second amorphous semiconductor layer has the film thickness reduction region. 5. element.
半導体基板と、
前記半導体基板上に形成され、リンをドーパントとして含むn型非晶質半導体層と、
前記半導体基板上で前記半導体基板の面内方向において前記n型非晶質半導体層に隣接して形成され、ボロンをドーパントとして含むp型非晶質半導体層と、
を備え、
前記n型非晶質半導体層と前記半導体基板との間には、前記p型非晶質半導体層が形成されている領域におけるボロン濃度よりもボロン濃度が高いボロンの高濃度領域は含まれない、光電変換素子。
A semiconductor substrate;
An n-type amorphous semiconductor layer formed on the semiconductor substrate and containing phosphorus as a dopant;
A p-type amorphous semiconductor layer formed on the semiconductor substrate adjacent to the n-type amorphous semiconductor layer in an in-plane direction of the semiconductor substrate and containing boron as a dopant;
With
Between the n-type amorphous semiconductor layer and the semiconductor substrate, a high concentration region of boron having a boron concentration higher than the boron concentration in the region where the p-type amorphous semiconductor layer is formed is not included. , Photoelectric conversion element.
前記半導体基板の前記n型非晶質半導体層及び前記p型非晶質半導体層が形成されている面にはテクスチャが形成されている、請求項5に記載の光電変換素子。   The photoelectric conversion element according to claim 5, wherein a texture is formed on a surface of the semiconductor substrate on which the n-type amorphous semiconductor layer and the p-type amorphous semiconductor layer are formed. 前記テクスチャを平面視した場合に、前記テクスチャの凸部の外接円の直径の平均値は、30μm未満である、請求項6に記載の光電変換素子。   The photoelectric conversion element according to claim 6, wherein an average value of diameters of circumscribed circles of the convex portions of the texture is less than 30 μm when the texture is viewed in plan.
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