TWI706574B - 太陽電池 - Google Patents
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Abstract
本發明之課題之一，在於提供不受到UV光的照射履歷的影響或者是實質上不容易受到影響的，沒有使用壽命劣化或是實質上不會劣化的太陽電池。
解決手段係於特定條件下把某一UV劣化防止層作為層構成要素來設置之太陽電池。UV劣化防止層，係對於半導體極性有所貢獻的半導體不純物在其層厚方向上有濃度分布且以其內部具有濃度分布的極大值(CDMax)的方式含有，其層厚(d1+d2)在2~60nm之範圍；極大值(CDMax)在以下的範圍內，1×1019個/cm3≦極大值(CDMax)≦4×1020個/cm3‧‧‧式(1)極大值(CDMax)的半減值(b1)位置在由UV劣化防止層之光入射側的表面起算之深度位置(A1)，該深度位置(A1)之範圍滿足極大值(CDMax)之深度位置(A0)<(「深度位置(A1)」)≦20nm‧‧‧式(3)。
Description
本發明係關於太陽電池。
藉著接受自然光或人工光而產生光起電力對外部供給電力的所謂的太陽電池，是利用光起電力效果(光伏效應，Photovoltaic effect)把光能變換為電力的電力機器，作為對於減輕環境負荷相當優異的再生能源電力機器之期待程度越來越為增加。
現在一般的太陽電池，有著具有接合P型與N型半導體的構造(PN接合型太陽電池)的矽系、化合物系的太陽電池(專利文獻1、2)。
在本案中，以下使用到「太陽電池(Solar battery)」一詞，在沒有特別聲明的情況下，除了單一電池胞(單一太陽電池胞，solar cell)以外，也包括複數電池胞，任一或者是複數之把電池胞串聯並聯連接複數個以得到必要的電壓與電流的方式製作之面板狀的製品單體(太陽能面板或太陽能模組、太陽能陣列等)。
另一方面，作為在太陽電池內部使入射光能效率佳地 被吸收的嘗試，例如被提出機械加工法或反應性離子蝕刻法、不依存於結晶面方位的結構(texture，微小的凹凸)構造形成法、電化學反應法或化學蝕刻法等形成的多孔質矽構造作為結構構造來利用的方法(專利文獻1~9)。
前述提案之任一種，都是藉由微小的凹凸構造使照射光被多重反射，在太陽電池內部效率佳地吸收照射光的嘗試。
〔專利文獻1〕日本特開平08-204220號公報
〔專利文獻2〕日本特開平10-078194號公報
〔專利文獻3〕日本特開2002-299661號公報
〔專利文獻4〕日本特開2008-05327號公報
〔專利文獻5〕日本特開2012-104733號公報
〔專利文獻6〕日本特開2014-033046號公報
〔專利文獻7〕日本特開2014-229576號公報
〔專利文獻8〕日本特開平05-2218469號公報
〔專利文獻9〕WO2013/186945號公報
然而，如前所述在構造上無論下多少功夫提高照射光的利用效率來提高發電效率(以下，亦有稱為光 起電力產生效率的場合。或是，稍微廣義下亦有稱為光電變換效率的場合)，就以下幾點也殘存著待解決的課題。
亦即，於太陽光，除了可見光以外也含有紫外光(UV光)，但是此UV光，特別是350nm程度以下的光波長的UV光，能量很高(超過約3.5eV)，所以UV光照射在太陽電池時，被形成於太陽電池內部的矽層表面的氧化膜(自然氧化膜)之中，或者在氧化膜/矽層界面，會產生固定電荷或界面能態。此固定電荷或界面能態，會殘存(蓄積)於前述氧化膜中或前述界面，所以伴隨著UV光的照射履歷這些殘存量會增加。
如此般固定電荷或界面能態繼續增加的話，在矽層的表面下附近會產生使光照射而生電子或者正電孔(矽層為P型的場合為電子，N型的場合為正孔)移動往矽層表面之內部電場，如此一來，藉由光照射而產生的電子或正電孔，藉由被形成的內部電場而移動至矽層表面，與蓄積於矽層表面的電子或正電孔再結合(光致生電子與蓄積正電孔，光致生正電孔與蓄積電子)而消滅、結束，所以藉由光照射而產生的電子或正電孔變成對於發電電流沒有貢獻。
因此，變成隨著UV光的照射履歷而太陽電池的發電效率降低成為不堪實際應用的太陽電池。這使太陽電池的使用壽命變得短命。諷刺的是此UV光的照射所導致的太陽電池的劣化，在赤道等照射光量越多的設置場就越為顯著，使用壽命變短命而投資效率變差。
為了抑制這樣的UV光導致的劣化之目的，有人提出以含有紫外線吸收劑等耐天候劑或者光安定劑等之密封材來包覆太陽電池胞而密封的技術。
但是，此技術從有效利用UV光提高發電效率的觀點來看是被排除的技術，而且會成為使太陽電池胞的製造工程數以及成本都增加的重要原因。
作為本案所對付的UV光，如以下所示。
紫外光(UV光)隨著分類方法的不同波長區域多少有些差異，但在被分類的各波長區域的紫外線分別被命名為以下的名稱。
‧近紫外線(波長380~200nm)
‧UV-A(波長380~315nm)
‧UV-B(波長315~280nm)
‧UV-C(波長280~200nm)
‧遠紫外線(far UV：FUV)，或者是真空紫外線(vacuum UV：VUV)(以下統一稱為遠紫外線)(波長200~10nm)
‧極紫外線或者極端紫外線(extreme UV,EUV或者XUV)(波長10~1nm)，其中於光蝕刻或雷射技術，遠紫外線(深紫外線，deep UV：DUV)與前述FUV不同，係指波長300nm以下的紫外線。
本發明係有鑑於前述問題點而被銳意研究者，其目的之一，在於提供不受到UV光的照射履歷的影響或者是實質上不容易受到影響的，沒有使用壽命劣化或 是實質上不會劣化的太陽電池。
本發明之其他目的，在於提供不會引起使用劣化而可以維持所期待的發電效率的太陽電池。
本發明之另一目的，在於提供UV光耐受性優異同時可以有效利用UV光可以期待提高發電效率的太陽電池。
本發明之一側面，係一種太陽電池，其特徵為具備：n型或P型之矽(Si)半導體基體、具有與該半導體基體的極性(I)相反的極性(II)而與前述半導體基體形成半導體接合的半導體層、直接設於該半導體層上而具有與前述極性(II)相反的極性(III)，含有於該層內的該極性(III)的半導體不純物之中，對於極性(III)有所貢獻的半導體不純物在其層厚方向上有濃度分布且以其內部具有濃度分布的極大值(CDMax)的方式含有，其層厚(d1+d2)在2~60nm之範圍的UV劣化防止層；前述極大值(CDMax)在以下的範圍內1×1019個/cm3≦極大值(CDMax)≦4×1020個/cm3‧‧‧式(1)；前述極大值(CDMax)的半減值(b1)位置在由前述UV劣化防止層之光入射側的表面起算之深度位置 (A1)，該深度位置(A1)的範圍滿足前述極大值(CDMax)之深度位置(A0)<(「深度位置(A1)」)≦20nm‧‧‧式(3)。
本發明之另一側面，係一種太陽電池，其特徵為具備：具備半導體接合的光起電力產生層、以及直接設於該光起電力產生層上的UV劣化防止層；前述UV劣化防止層，於其層內含有半導體不純物，該半導體不純物之中，對於該UV劣化防止層有所貢獻的半導體不純物在其層厚方向上有濃度分布且以其內部具有濃度分布的極大值(CDMax)的方式含有，其層厚(d1+d2)在2~60nm之範圍；前述極大值(CDMax)在以下的範圍內1×1019個/cm3≦極大值(CDMax)≦4×1020個/cm3‧‧‧式(1)；前述極大值(CDMax)的半減值(b1)位置在由前述UV劣化防止層之光入射側的表面起算之深度位置(A1)，該深度位置(A1)的範圍滿足前述極大值(CDMax)之深度位置(A0)<(「深度位置(A1)」)≦20nm‧‧‧式(3)。
根據本發明，可以提供不受到UV光的照射履歷的影響或者是實質上不容易受到影響的，沒有使用壽命劣化或是實質上不會劣化的太陽電池。進而，也可以提供不會引起使用劣化而可以維持所期待的發電效率的太陽電池。
此外，也可以提供UV光耐受性優異同時可以有效利用UV光可以期待提高發電效率的太陽電池。
本發明之其他特徵及優點，藉由參照附圖說明如下。又，於附圖，對於相同或同樣的構成，賦予相同的參照符號。
100、200、200B‧‧‧太陽電池
100a‧‧‧光起電力產生部
102、202、202B‧‧‧光起電力產生層
103、203、203B‧‧‧層區域(1)
104、204、204B‧‧‧層區域(2)
105(1)、105(2)‧‧‧半導體接合
106(1)、106(2)‧‧‧濃度分布曲線的峰位置
107‧‧‧表面
108‧‧‧極大值位置
109、205、205B‧‧‧UV劣化防止層
110‧‧‧層區域(3)
111‧‧‧層區域(4)
112‧‧‧中間層
113‧‧‧表面層
201、201B‧‧‧結晶性半導體部
206、206B‧‧‧防反射膜
207、207B‧‧‧背面高濃度層
208、208B‧‧‧受光面電極
209、209B‧‧‧背面電極
210、210B‧‧‧上面高濃度層
211、211B‧‧‧入射面
212、212B‧‧‧電極的表面
附圖包含於說明書，構成其一部分，顯示本發明的實施型態，與其記載一起用於說明本發明之原理。
圖1A係供說明本發明的太陽電池之適切的實施態樣例之一例的構成之模式構成說明圖。
圖1B係含有於圖1A所示的太陽電池的光起電力產生部中的實效半導體不純物分布濃度(CD)之適切例之一之圖。
圖1C係含有於圖1A所示的太陽電池的光起電力產生部中的實效半導體不純物分布濃度(CD)之適切例之一之圖。
圖1D係含有於圖1A所示的太陽電池的光起電力產生部中的實效半導體不純物分布濃度(CD)之適切例之一 之圖。
圖1E係含有於圖1A所示的太陽電池的光起電力產生部中的實效半導體不純物分布濃度(CD)之適切例之一之圖。
圖1F係含有於圖1A所示的太陽電池的光起電力產生部中的實效半導體不純物分布濃度(CD)之適切例之一之圖。
圖1G係含有於圖1A所示的太陽電池的光起電力產生部中的實效半導體不純物分布濃度(CD)之適切例之一之圖。
圖1H係含有於圖1A所示的太陽電池的光起電力產生部中的實效半導體不純物分布濃度(CD)之適切例之一之圖。
圖1I係含有於圖1A所示的太陽電池的光起電力產生部中的實效半導體不純物分布濃度(CD)之適切例之一之圖。
圖2係供說明本發明的太陽電池之適切的實施態樣例之另一例的構成之模式構成說明圖。
圖2A係圖2所示的太陽電池之模式俯視圖。
圖2B係供說明本發明的太陽電池之適切的實施態樣例之又一例的構成之模式構成說明圖。
圖3係顯示本發明的實施例的分光感度特性之一例之圖。
圖4係顯示比較例的分光感度特性之一例之圖。
圖1A所示的太陽電池100，具備基體101、光起電力產生部100a、中間層113、鈍化層114。
光起電力產生部110a，具備光起電力產生層102、UV(紫外線)劣化防止層109。
光起電力產生層102，係以半導體構成的層區域(1)103、層區域(2)104構成的。
於層區域(1)103、層區域(2)104，含有半導體不純物被賦予特定的半導體極性。
例如，層區域(1)103為n型極性的場合，層區域(2)104為p型極性是適切的典型例之一例。
於本案，層區域為n型極性或p型極性之技術上的意義，是指含有對層區域的半導體極性有影響的量(實效半導體不純物含量)之n型或p型半導體不純物而層區域被賦予n型或p型之半導體極性。
UV劣化防止層109，以層區域(3)110及層區域(4)111構成，而且，含有半導體不純物而被賦予特定的半導體極性。UV劣化防止層109中含有的半導體不純物，係於UV劣化防止層109的層厚方向(UV劣化防止層109的上部表面107起之層深方向)具有濃度分布地含有。這場合之濃度分布，意味著對UV劣化防止層109的半導體極性有影響的半導體不純物的濃度(以後亦稱為「實效半導體不純物濃度」)之分布(亦稱為「實效半導 體不純物濃度分布」)。接著，以後也把從表面107起之深度(D)之實效半導體不純物濃度稱為實效半導體不純物分布濃度(CD)。
於本發明，使此實效半導體不純物濃度分布如此後所說明地設置，可以有效果地防止或者實質上防止由於太陽電池100暴露於紫外線導致光起電力產生力之劣化。
於本發明，層區域(4)111，在層的深度方向上具備高濃度的實效半導體不純物濃度(CD)之區域，而且設有實效半導體不純物分布濃度(CD)之極大值(CDMax)。亦即，如圖1B所示，於層區域(4)111內的極大值位置108，設有實效半導體不純物分布濃度(CD)之極大值(CDMax)。
極大值(CDMax)及極大值(CDMax)所位處之深度(Dmax)(=「位置A0之深度」)的數值範圍，對於最大限度防止太陽電池100因紫外線暴露履歷而導致的光起電力產生力的劣化而言是重要的技術因子。
於本發明，較佳的極大值(CDMax)及深度(Dmax)，以在以下的數值範圍內為較佳。
1×1019個/cm3≦極大值(CDMax)≦4×1020個/cm3‧‧‧式(1)
藉著使極大值(CDMax)在式(1)的範圍，即使太陽電池內部的矽層表面所形成的氧化膜(自然氧化膜)之中，或者氧化膜/矽層界面藉由UV光的照射而產生 固定電荷或界面能態，也會藉由層區域(4)111中的載體乃至於不純物離子而可以與固定電荷的電力線結合而實質上不使內部電場產生變化，或者以界面能態不成為再結合中心的方式使其成為惰性。極大值(CDMax)在式(1)的範圍外的話，難以有效果地得到前述效果所以不佳。
0<深度(Dmax)≦4nm‧‧‧‧式(2)
藉著使極大值(CDMax)的位置A0(=「深度(Dmax)」)的範圍在式(2)的範圍內，可以提高對UV光之發電效率。
極大值(CDMax)的位置A0(=「深度(Dmax)」)，超過4nm的話，在比極大值的位置更靠近矽表面之側被光電變換的光電荷變得難以到達光起電力產生層102。亦即，矽層之侵入長度很短的紫外(UV)光的照射所產生的光電荷因再結合而消滅的機率變高所以光電變換的光電荷對光起電力的產生變得不容易有貢獻，從而見到發電效率降低的傾向。
層區域(4)111的層厚(d1)(nm)，滿足 (「位置(A0)的深度D(A0)」108或者「深度(Dmax)」) <d1=(「位置(A1)的深度D(A1)」)≦20nm‧‧‧‧式(3)
『其中，「位置(A1)的深度D(A1)」定義為實效不純物分布濃度(CD)成為極大值(CDMax)的1/2的位置的深度。』 為較佳。
藉著使層厚(d1)在前述範圍，可以使包含於層區域(4)111的實效不純物的總數比藉由UV光照射產生的固定電荷數及界面能態數更大。
層厚(d1)超過20nm的話，藉由UV光照射產生的固定電荷及界面能態使得內部電場改變，發電效率降低所以不佳。
UV劣化防止層109的層厚(d1+d2)，以在以下範圍為佳。
2nm≦(d1+d2)≦60nm‧‧‧‧式(4)
層厚(d1+d2)未滿2nm的話，包含於層區域(4)的實效不純物的總數會比藉由UV光照射產生的固定電荷數及界面能態數更少使得發電效率降低，此外超過60nm的話會因為PN接合形成的空乏層導致內部電場不容易被形成於矽表面附近，使得不容易把光電荷往光起電力產生層輸送，因而不佳。
又，在圖1A所示的太陽電池100，省卻供把電力取出至外部之用的電極(例如受光面電極、背面電極)。
於UV劣化防止層109上進而設置其他層的場合，把該其他層直接設於UV劣化防止層109上的話，隨著場合不同，可能會在UV劣化防止層109與該其他層之界面或 者是該界面之UV劣化防止層109側附近形成表面能態或者區域能態，而成為使發電效率降低的原因。為了避免這一點，使用適切的材料以適切的製法與條件形成中間層112。
此外，中間層112，除了因前述目的而設置以外，也可以使具有防反射機能做成防反射膜。
被稱為覆蓋層或密封層的表面層113，例如以使太陽電池100具有耐水性、耐降雨性、耐污染性等不使發電能力降低的方式以防止耐用年數減低的目的而設置。
圖1B係顯示光起電力產生部100a中所含有的半導體不純物的實效分布濃度(「實效半導體不純物分布濃度(CD)」)之適切例之一。於圖1B，橫軸為表面107起算的深度，縱軸為實效半導體不純物分布濃度(CD)之對數表示。
以後之圖1C~圖1I之橫軸、縱軸也相同。
圖1B所示的半導體不純物之實效分布濃度的曲線有3個峰(「Pmax(1)、Pmax(2)、Pmax(3)」)，每個峰可以分為3個區域。
圖1B所明示的太陽電池100，具備層區域(1)103、層區域(2)104、UV劣化防止層109之3個區域，於各區域，設有實效半導體不純物分布濃度(CD)之極大值(峰)。亦即，成為具備於層區域(1)103在深度D1的位置，於層區域(2)104在深度D2的位置，於UV劣化防止層109在深度108的位置分別設有極大值(峰)之 實效半導體不純物分布濃度(CD)之太陽電池100。
圖1B所示的實效半導體不純物分布濃度(CD)之曲線，於位置(點)B1(「以座標表示為(B1,0)」)、C1(「以座標表示為(C1,0)」)具有變曲點。
層區域(1)103與層區域(2)104、層區域(2)104與UV劣化防止層109之接觸面，分別被形成半導體接合105(1)、105(2)。
於本發明，在技術上特別重要的是UV劣化防止層109之半導體不純物的實效分布濃度之曲線的形狀與橫軸/縱軸之值。
為了有效果地達成本發明的目的，根據本案發明人等由裝置的製作與裝置特性的測定/驗證/模擬等一連串的大量實驗的結果經由歸納法的推導結果，得知UV劣化防止層109中的峰Pmax(3)(極大點)，以表面107為基準，在UV劣化防止層109之層內4nm為止的層厚內，且其值(也稱為「峰值」或「極大值」)至少為1×1019個/cm3為較佳。上限以4×1020個/cm3為佳。而且，由峰Pmax(3)起左側(「層區域(2)104」側)之半導體不純物的實效分布濃度的曲線以急遽減少為佳。
由本案發明人等地大量實驗結果可知，使由表面107起之峰值位置為A0(108)的話，更佳者為由表面107起深度位置A1處，至少減少至極大值(CDMax)的減半值(個/cm3)為較佳。亦即，以圖1B之例來說明的話，在深度位置A1, b1=極大值(CDMax)之減半值(個/cm3)‧‧‧式(5)為較佳。
由實驗結果可知，作為深度位置A1，以把峰Pmax(3)儘量設於表面107附近在技術上是重要的。
因此，於本發明較佳係以滿足式(3)的方式設計為佳。
深度位置A1，成為深度位置(A0)108以下(「峰Pmax(3)」不存在於「層區域(4)111」內)的話，包含於層區域(4)111的實效不純物的總數會比藉由UV光照射產生的固定電荷數及界面能態數變得更少而使發電效率降低。超過20nm的話，藉由實效半導體不純物分布濃度(CD)的深度方向的變化所產生的內部電場變小，所以難以使侵入長度短的UV光所產生的光電荷往光起電力產生層輸送。無論如何，深度位置(A1)不在式(3)的範圍對本發明而言均屬不佳。
於圖1B之例，例如，層區域103為n型的話，層區域104為p型，層區域109為n型。本發明的場合，即使替換各層區域之此n型、p型之極性也可以，屬於容易想到，亦在本發明的範疇內。
於圖1B之例，層區域103、104的場合也在表面107起之深度位置(D1)106(1)、深度位置(D2)106(2)，分別於濃度分布曲線設有峰Pmax(1)、Pmax(2)。
圖1C之例的場合，層區域103之半導體不純 物的實效濃度分布，除了變得約略平坦以外，與圖1B之場合實質上相同。
圖1D之例的場合，層區域(4)111之半導體不純物的實效濃度分布除了如圖所示有所不同以外，與圖1C之場合實質上相同。
圖1B、圖1C的場合，峰Pmax(3)之在圖中的左側的半導體不純物的實效分布濃度曲線維持減少傾向直到縱軸，但是圖1D的場合，一度減少到達極小點Pmin(3)之後再度增加到達縱軸上的點a1。點a1的分布濃度值，係與峰Pmax(3)之分布濃度值相同或者較大之值。
於圖1E顯示適切之另一例。
圖1E除了UV劣化防止層109之分布濃度曲線不同以外，與圖1D的場合實質相同。
圖1E的場合，一度減少到達極小點Pmin(3)之後再度增加到達縱軸上的點a1。點a1的分布濃度值，係與峰Pmax(3)之分布濃度值相同或者較大之值。
圖1F顯示另一適切之例。
圖1F所示之太陽電池100F的實效半導體不純物分布濃度(CD)之曲線，與圖1C的場合之實效半導體不純物分布濃度(CD)之曲線，有著以下的不同。
亦即，圖1F所示之太陽電池的實效半導體不純物分布濃度(CD)之曲線，與圖1C的場合同樣具有3個變曲點，但位置B1的變曲點，不在橫軸上而是設於座標點(B1,y1)。層區域(1)103、層區域(2)104、UV劣化 防止層109之半導體極性，如圖所示，為n/p/p或者為p/n/n。
圖1G顯示又另一適切之例。
圖1G所示之太陽電池100G的實效半導體不純物分布濃度(CD)之曲線，與圖1F的場合之實效半導體不純物分布濃度(CD)之曲線，有著以下的不同。
亦即，圖1G所示的太陽電池的實效半導體不純物分布濃度(CD)之曲線，與圖1F的場合不同，變曲點只有一個或者是實質上只有1個。
在層區域(2)104與UV劣化防止層109之邊界，實效半導體不純物分布濃度(CD)之曲線是連續變化的。而層區域(2)104與UV劣化防止層109之半導體極性是相同極性。亦即，圖1G所示的太陽電池，由太陽光入射側的相反側起具有n/p/p或p/n/n之半導體極性之層構造。
圖1H顯示又另一適切之例。
圖1H所示的太陽電池100H之實效半導體不純物分布濃度(CD)之曲線之UV劣化防止層109的部分，除了如圖1E的場合那樣，具有極大峰Pmax(3)與極小峰Pmin(3)以外，與圖1G的場合實質相同。
圖1I顯示又另一適切之例。
圖1I所示的太陽電池100I之實效半導體不純物分布濃度(CD)之曲線之UV劣化防止層109的部分，除了如圖1D的場合那樣，具有極大峰Pmax(3)與極小峰Pmin(3)以外，與圖1G的場合實質相同。
圖2顯示本發明之另一個適切的實施態樣例。
於圖2模式顯示太陽電池200的構造。
圖2所示的太陽電池100，光照射側的層構造具有鋸狀、金字塔狀、或者波浪狀之凹凸構造。藉著設這樣的凹凸構造，可以藉由多重反射效果而使照射光有效率地取入太陽電池200內。
太陽電池200具備結晶性半導體部201。結晶性半導體部201，以單晶、多晶、微米/奈米結晶之任一種之矽(Si)半導體材料等之半導體材料來構成，較佳者係以單晶矽(Si)半導體材料來構成。
結晶性半導體部201，於內部具有光起電力產生層202與UV劣化防止層205、背面高濃度層207。
光起電力產生層202，具有層區域(1)203與層區域(2)204。層區域(1)203與層區域(2)204之接觸面，被形成半導體接合。此半導體接合，例如使層區域(1)203與層區域(2)204之任一方被形成為某個半導體極性，使另一方為與該極性不同的半導體極性。具體而言，層區域(1)203與層區域(2)204之任一方為P型，另一方為N型。
結晶性半導體部201，於光照射側(圖之上側)具備防反射層206與受光面電極208，與光照射側相反之側(圖之下側)具有背面電極209。
背面高濃度層207，是為了使層區域(1)203與背面 電極209之間的電阻盡可能縮小或者是實質無電阻，盡可能效率佳地進行光起電力的取出之目的而設置的。為了該目的，於背面高濃度層207，高濃度地含有所要的半導體極性的半導體不純物。具體而言，例如結晶性半導體部201以Si半導體材料構成的場合，以P+型或者N+型之Si半導體材料構成。
依同樣目的而設的還有設於受光面電極208的下部的上面高濃度層210。
背面電極209，例如以鋁(Al)等構成。
在太陽電池200，UV劣化防止層205，在被遮光的受光面電極208的下部沒有設置，但以製造的效率的觀點，設在被遮光的受光面電極208的下部也沒有關係。
UV劣化防止層205中的半導體不純物的濃度分布，採用圖1B至圖1I所示的濃度分布曲線之任一模式。
圖2A係模式顯示太陽電池200的上面(由圖2的上方側所見之面)。
受光面電極208，在太陽電池200的周圍與入射面211的周圍如圖所示那樣以受光面電極208的表面212成為光照射側的方式配置。受光面電極208，例如以銀(Ag)等構成。
於圖2B，作為圖2所示的太陽電池200的變形例，顯示本發明之另一個適切的實施態樣例。
圖2B所示的太陽電池200B，其層構造與時效半導體不純物分布濃度(CD)的曲線，與圖1G至圖1I所示的太 陽電池的場合類似。
接著具體記載相關於本發明的太陽電池之典型的製造例之一。
以下，係具有圖1F所示的實效濃度分布的p+pn型元件構造之本發明的太陽電池之主要部份之適切的製造例。
即使元件構造之極性為逆極性也隸屬於本發明的範疇，這對於此技術領域係理所當然。
本發明之太陽電池，能夠以通常的半導體製造技術來形成。亦即，在以下之步驟說明，對於該領域之技術者而言屬於自明的內容予以省略而僅簡略記載要點。
‧步驟(1)：準備Si晶圓(半導體基體)。在此，準備n型的不純物濃度為1×1014cm-3之n型矽晶圓。
矽晶圓的不純物濃度越是低濃度，長光波長帶域的感度就越高所以為適切，但是也不否定使用1×1014cm-3以外的不純物濃度亦可。此外，使用p型的矽晶圓亦可。
‧步驟(2)：於半導體基體(n型矽晶圓)表面形成7nm之SiO2膜。在此進行750℃之水分氧化，但使用化學氣相沈積法亦可。
此外，在此步驟之前，為了抑制入射光的反射而使用濕式蝕刻步驟等形成表面紋理構造亦可。
‧步驟(3)：進行供形成埋入p型的半導體區域之離子注入。
離子注入條件，係離子種B+，注入能量20keV，劑量 為4×1012cm-2。
‧步驟(4)：為了活化在步驟(3)注入的不純物原子，進行熱處理。
在此，於氮氣氛圍進行5秒鐘1000℃之熱處理。
‧步驟(5)：進行供形成UV劣化阻止層之離子注入。
離子注入條件，係離子種BF2 +，注入能量8keV，劑量為8.0×1013cm-2。
‧步驟(6)：形成配線層間絕緣膜，在此，使用化學氣相沈積法，形成300nm之SiO2膜。
‧步驟(7)：開口供與埋入p型之半導體區域連接配線之接觸孔。
在此藉由濕式蝕刻來蝕刻配線層間絕緣膜。
‧步驟(8)：進行供在接觸孔開口區域形成p+半導體層之離子注入。
在此，離子種為BF2 +，注入能量35keV，劑量為3.0×1015cm-2。
‧步驟(9)：為了活化在步驟(5)及步驟(8)注入的不純物原子，進行熱處理。在此，於氮氣氛圍進行1秒鐘950℃之熱處理。
‧步驟(10)：為了形成Al配線，使用濺鍍法形成500nm厚之Al膜。
‧步驟(11)：為了形成Al配線，藉由乾蝕刻來蝕刻Al之一部分區域進行圖案化。
‧步驟(12)：在矽晶圓背面形成供與基體連接之用的Al電極。
如前所述進行而製作之本發明的太陽電池，對於200~1100nm之光波長帶域具有很高的感度，特別是對於200~900nm的光波長帶域具有理想的量子效率，進而，查明了即使照射使用了超高壓水銀燈為光源的強烈紫外光，也不會引起感度的劣化。
圖3係顯示相關於本發明的太陽電池的受光感度之一典型例之圖。
以下，顯示本發明之實施例與比較例。
以下記載的實施例係關於本發明之典型例，但本發明並不限於典型例，該例僅係呈現本發明之較佳的實施型態。
僅改變前述步驟(5)之劑量條件製作了試樣(1)~(4)。在試樣(1)(本例1)，劑量為2.0×1013cm-2，在試樣(2)(本例2)，劑量為8.0×1014cm-2，在試樣(3)(比較例1)，劑量為1.0×1013cm-2，在試樣(4)(比較例2)，劑量為1.6×1015cm-2。
其他的步驟條件與前述相同。作成的試樣之CDMax，在試樣(1)為1×1019cm-3，在試樣(2)為4×1020cm-3，在試樣(3)為5×1018cm-3，在試樣(4)為8×1020cm-3。
此外，試樣(1)~(4)，都是A0為2nm，A1為 8nm，試樣(1)~(4)之任一都滿足式(3)之條件。試樣(1)滿足式(1)之下限，試樣(2)滿足式(2)之上限，試樣(3)未滿足式(1)之下限，試樣(4)未滿足式(1)的上限。
進而為了比較，製作了試樣(5)(比較例3)。在試樣(5)，於前述步驟(5)，離子種為BF2 +，注入能量25keV，劑量為3.0×1013cm-2。
於製作之試樣(5)，CDMax為1×1019cm-3，A1為25nm，滿足式(1)之條件但是未滿足式(3)之條件。
試樣(1)及(2)得到與圖3同等的特性。另一方面，於試樣(3)，初期特性得到與圖3同等的特性，但照射紫外光後之紫外光帶域的感度劣化很大，無法得到適切的特性。此外，於試樣(4)，導入固溶度以上之不純物的結果，暗電流很高，無法得到適切的特性。此外，於試樣(5)，初期特性得到與圖3同等的特性，但照射紫外光後之紫外光帶域的感度劣化很大，無法得到適切的特性。
其次，作為另一比較，敘述不具有相關於本發明之UV劣化層的太陽電池之製造例及受光感度的特性。
‧步驟(1A)：準備Si晶圓(半導體基體)。在此，準備p型的不純物濃度為1×1014cm-3之p型矽晶圓。
‧步驟(2A)：藉著把半導體基體(p型矽晶圓)表面暴露於大氣中形成1nm程度之自然氧化膜。此外，在 此步驟之前，為了抑制入射光的反射而使用濕式蝕刻步驟形成表面紋理構造。
‧步驟(3A)：為了光起電力產生層之形成，供與p型半導體基體形成pn接合之用而進行供形成n型半導體區域之離子注入。
離子注入條件，係離子種As+，注入能量35keV，劑量為3×1015cm-2。
‧步驟(4A)：為了活化在步驟(3A)注入的不純物原子，進行熱處理。
在此，於氮氣氛圍進行5秒鐘1000℃之熱處理。
‧步驟(5A)：為了形成Al配線，使用濺鍍法形成500nm厚之Al。
‧步驟(6A)：為了形成Al配線，藉由乾蝕刻來蝕刻Al之一部分區域進行圖案化。
‧步驟(7A)：在矽晶圓背面形成供與基體連接之用的Al電極。
圖4係顯示以前述步驟製作的太陽電池(比較試樣4)之受光感度之一例之圖。由作成初期起在光波長450nm以下的波長帶域就低於理想的感度特性。這是因為沒有使侵入長度特別短的光波長所產生的光電荷得以效率佳地輸送於光起電力產生層之內部電場的緣故。此外，照射超高壓水銀燈之後，380nm以下的光波長帶域之感度大幅劣化，此外，於600nm以下的波長帶域，感度也比初期特性更為劣化。結果，太陽光的發電效率比初期 值還要劣化8%程度。
以上，使用圖1A至圖3說明的本發明的實施態樣之數個適切例以及其變形例，都顯示其係優異的太陽電池，但是根據到此為止之記載已明白表示本發明並不限於這些實施例。
本發明並不以前述實施型態為限，在不脫離本發明的精神及範圍的前提下，可以進行種種變更與變形。亦即，為了公示本發明的範圍，添附以下之申請專利範圍。
100‧‧‧太陽電池
100a‧‧‧光起電力產生部
101‧‧‧基體
102‧‧‧光起電力產生層
103‧‧‧層區域(1)
104‧‧‧層區域(2)
105(1)、105(2)‧‧‧半導體接合
106(1)、106(2)‧‧‧濃度分布曲線的峰位置
107‧‧‧表面
108‧‧‧極大值位置
109‧‧‧UV劣化防止層
110‧‧‧層區域(3)
111‧‧‧層區域(4)
112‧‧‧中間層
113‧‧‧表面層
Claims (4)
- 一種太陽電池，其特徵為具備：n型或p型之矽(Si)半導體基體、具有與該半導體基體的極性(I)相反的極性(II)且與前述半導體基體形成半導體接合的半導體層、直接設於該半導體層上且具有與前述極性(II)相反的極性(III)，並且含有於該層內的該極性(III)的半導體不純物之中，對於極性(III)有所貢獻的半導體不純物以在其層厚方向上作濃度分布且在其內部具有濃度分布的極大值(CDMax)的方式含有，其層厚(d1+d2)在2~60nm之範圍的UV劣化防止層；前述極大值(CDMax)在以下的範圍內1×1019個/cm3≦極大值(CDMax)≦4×1020個/cm3‧‧‧式(1)；前述極大值(CDMax)的位置(A0)(=「深度(Dmax)」)在以下的範圍內0<深度(Dmax)≦4nm‧‧‧式(2)；前述極大值(CDMax)的半減值(b1)位置在由前述UV劣化防止層之光入射側的表面起算之深度位置(A1)，該深度位置(A1)的範圍滿足前述極大值(CDMax)之深度位置(A0)<(「深度位置(A1)」)≦20nm‧‧‧式(3)。
- 一種太陽電池，其特徵為 具備：具備半導體接合的光起電力產生層、以及直接設於該光起電力產生層上的UV劣化防止層，前述UV劣化防止層，於其層內含有半導體不純物，該半導體不純物之中，對於該UV劣化防止層之半導體極性有所貢獻的半導體不純物以在其層厚方向上作濃度分布且在其內部具有濃度分布的極大值(CDMax)的方式含有，其層厚(d1+d2)在2~60nm之範圍；前述極大值(CDMax)在以下的範圍內1×1019個/cm3≦極大值(CDMax)≦4×1020個/cm3‧‧‧式(1)；前述極大值(CDMax)的位置(A0)(=「深度(Dmax)」)在以下的範圍內0<深度(Dmax)≦4nm‧‧‧式(2)；前述極大值(CDMax)的半減值(b1)位置在由前述UV劣化防止層之光入射側的表面起算之深度位置(A1)，該深度位置(A1)的範圍滿足前述極大值(CDMax)之深度位置(A0)<(「深度位置(A1)」)≦20nm‧‧‧式(3)。
- 一種光電變換裝置，其特徵為具備：n型或p型之矽(Si)半導體基體、具有與該半導體基體的極性(I)相反的極性(II)且與前述半導體基體形成半導體接合的半導體層、直接設於該半導體層上且具有與前述極性(II)相反的極性(III)， 並且含有於該層內的該極性(III)的半導體不純物之中，對於極性(III)有所貢獻的半導體不純物以在其層厚方向上作濃度分布且在其內部具有濃度分布的極大值(CDMax)的方式含有，其層厚(d1+d2)在2~60nm之範圍的UV劣化防止層；前述極大值(CDMax)在以下的範圍內1×1019個/cm3≦極大值(CDMax)≦4×1020個/cm3‧‧‧式(1)；前述極大值(CDMax)的位置(A0)(=「深度(Dmax)」)在以下的範圍內0<深度(Dmax)≦4nm‧‧‧式(2)；前述極大值(CDMax)的半減值(b1)位置在由前述UV劣化防止層之光入射側的表面起算之深度位置(A1)，該深度位置(A1)的範圍滿足前述極大值(CDMax)之深度位置(A0)<(「深度位置(A1)」)≦20nm‧‧‧式(3)。
- 一種光電變換裝置，其特徵為具備：具備半導體接合的光電荷產生層、以及直接設於該光電荷產生層上的UV劣化防止層，前述UV劣化防止層，於其層內含有半導體不純物，該半導體不純物之中，對於該UV劣化防止層之半導體極性有所貢獻的半導體不純物以在其層厚方向上作濃度分布且在其內部具有濃度分布的極大值(CDMax)的方式含有，其層厚(d1+d2)在2~60nm之範圍； 前述極大值(CDMax)在以下的範圍內1×1019個/cm3≦極大值(CDMax)≦4×1020個/cm3‧‧‧式(1)；前述極大值(CDMax)的位置(A0)(=「深度(Dmax)」)在以下的範圍內0<深度(Dmax)≦4nm‧‧‧式(2)；前述極大值(CDMax)的半減值(b1)位置在由前述UV劣化防止層之光入射側的表面起算之深度位置(A1)，該深度位置(A1)的範圍滿足前述極大值(CDMax)之深度位置(A0)<(「深度位置(A1)」)≦20nm‧‧‧式(3)。
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