WO2003075363A1 - Photoelectric converting device and its production method - Google Patents

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WO2003075363A1
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Ichiro Yamasaki
Toru Nunoi
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Sharp Kabushiki Kaisha
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Definitions

  • the present invention relates to a photoelectric conversion element and a manufacturing method thereof, and more specifically, in a silicon solar cell or the like, a photoelectric conversion element that improves the photoelectric conversion efficiency by changing the thickness of a diffusion layer on a light receiving surface, and the manufacture thereof Regarding the method.
  • the conventional photoelectric conversion element includes, for example, an N-type semiconductor layer 4 3 formed on one surface of a P-type semiconductor substrate 4 2 as a substrate, and a collector electrode 4 4 formed thereon. And a back electrode 45 formed on the back surface of the P-type semiconductor substrate 42.
  • the thinner the N-type semiconductor layer 43 the better the short wavelength sensitivity of light and the larger the generated current, but on the other hand, the sheet resistance increases. For this reason, as the N-type semiconductor layer 43 becomes thinner, the power that can be extracted from the collector electrode 44 decreases.
  • the thickness of the N-type semiconductor layer and the arrangement of the collector electrode are optimized.
  • the N-type semiconductor layer is made as thin as possible and the interval between the collector electrodes is set appropriately. The idea to narrow it down is made.
  • the N-type semiconductor layer is made too thin, the sheet resistance will increase, and if the distance between the collector electrodes is reduced, the effective light receiving area of the N-type semiconductor layer will decrease, and the photogenerated current will decrease. There is a problem that it will decrease.
  • a photoelectric conversion element in which the N-type semiconductor layer 51 is thinned at the central portion between the collector electrodes 52 and gradually thickened toward the collector electrode 52 has been proposed (for example, Patent Document 2).
  • Patent Document 2 the short wavelength sensitivity can be improved in the portion where the N-type semiconductor layer 51 is thin, and the carrier generated therein gradually increases in thickness through the N-type semiconductor layer 51 and the collector electrode 5 2. Therefore, the series resistance loss can be reduced.
  • a mask pattern is formed and the N-type semiconductor layer is formed by performing impurity diffusion twice. Need to form.
  • each photoelectric conversion element has a problem that the manufacturing process is complicated and the cost is increased.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Application Laid-Open No. 6 2-1 2 3 7 7 8
  • Patent Document 2 Japanese Patent Laid-Open No. 4-3 5 6 9 7 2
  • This invention is made
  • a photoelectric conversion element using a first conductivity type semiconductor substrate having a concavo-convex surface at least a second conductivity type semiconductor layer formed on the surface of the first conductivity type semiconductor substrate, A front electrode connected to the second conductivity type semiconductor layer; and a rear electrode formed on the rear surface of the first conductivity type semiconductor substrate, the second conductivity type semiconductor layer being separated from a contact region with the front electrode. Therefore, a photoelectric conversion element having a structure that becomes thinner is provided.
  • FIG. 1 is a schematic perspective view of the photoelectric conversion element of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the photoelectric conversion element of FIG.
  • FIG. 3 is a process flow diagram showing manufacturing steps of the photoelectric conversion element of FIG.
  • FIG. 4 is a schematic perspective view of another photoelectric conversion element of the present invention.
  • FIG. 5 is a schematic perspective view of still another photoelectric conversion element of the present invention.
  • FIG. 7 is a process flow diagram showing manufacturing steps of the photoelectric conversion element of FIG.
  • FIG. 8 is a schematic cross-sectional view of a conventional photoelectric conversion element.
  • the photoelectric conversion element of the present invention mainly uses a first conductive semiconductor substrate having an uneven surface, a second conductive semiconductor layer formed on the surface of the first conductive semiconductor substrate, and a second conductive semiconductor. And a back electrode formed on the back surface of the first conductivity type semiconductor substrate.
  • the semiconductor substrate is not particularly limited as long as it is usually used for a photoelectric conversion element.
  • a group IV element semiconductor substrate such as silicon or germanium, G a As, In G Examples thereof include compound semiconductor substrates such as a As. Of these, silicon is preferred.
  • the semiconductor substrate may be amorphous, single crystal, polycrystalline, so-called microcrystal, or a mixture of these.
  • the semiconductor substrate is doped with an impurity of the first conductivity type (for example, N-type or P-type) to have a conductivity type.
  • an impurity of the first conductivity type for example, N-type or P-type
  • the type of impurity can be appropriately selected depending on the semiconductor material to be used.
  • examples of N-type impurities include phosphorus, arsenic, and antimony.
  • examples of P-type impurities include boron, aluminum, germanium, Examples include indium and titanium.
  • the impurity concentration is not particularly limited, but for example, it is appropriate to adjust so as to have a resistivity of about 0.1 to 10 ⁇ ⁇ cm.
  • the thickness of the semiconductor substrate is not particularly limited, but is preferably set so as to ensure an appropriate strength and obtain high photoelectric conversion efficiency.
  • the thickness of the semiconductor substrate is not particularly limited, but is preferably set so as to ensure an appropriate strength and obtain high photoelectric conversion efficiency.
  • an average thickness for example, as an average thickness,
  • the semiconductor substrate has irregularities on the surface.
  • the uneven pattern is not particularly limited.
  • the same or different sized convex portions are arranged at equal intervals or randomly, or the concave portion is a groove. In which is formed.
  • the convex portions are arranged at equal intervals, and the grooves are continuously formed at a predetermined pitch.
  • the uneven pitch is not particularly limited, but is, for example, about 13 mm in consideration of the width of the surface electrode described later.
  • the height difference of the unevenness is not particularly limited, but for example, about 0.05 to 0.1 mm can be mentioned.
  • a semiconductor substrate having an uneven surface can be formed by, for example, photolithography and etching. Further, as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-339900, it can be formed by growing a semiconductor substrate on a substrate on which irregularities are formed. By changing the uneven pattern of the substrate, the uneven pattern of the semiconductor substrate can be formed in a desired shape.
  • the second conductivity type semiconductor layer is formed on one surface of the semiconductor substrate, that is, on the surface of the first conductivity type semiconductor substrate, and is doped with a second conductivity type (P-type or N-type) impurity.
  • the impurity concentration is not particularly limited.
  • the surface concentration is about 1 X 10 19 to 1 X 10 21 cm— 3
  • the average sheet resistance is about 40 to 1550 ⁇ / mouth. It is appropriate to adjust to.
  • the second conductive type semiconductor layer is suitably about 0.3 to 0.6 ⁇ at the thickest and about 0.1 to 0.2 ⁇ at the thinnest.
  • the material constituting the surface electrode is not particularly limited, and examples thereof include aluminum, silver, copper, aluminum / lithium alloy, magnesium'silver alloy, and indium.
  • the back electrode is formed on the back surface of the semiconductor substrate. For example, it is preferably formed over the entire back surface!
  • the film thickness and material of the back electrode can be appropriately adjusted and selected in the same manner as the front electrode.
  • the second conductive type semiconductor layer has a contact area with the surface electrode described later. It has a structure that becomes thinner as it gets away from. In other words, it is preferable that the semiconductor substrate has a thickness that decreases from the convex portion toward the concave portion.
  • the film thickness of the second conductivity type semiconductor layer is the thickest at the apex of the striped convex portion located between the grooves.
  • the film thickness of the second conductivity type semiconductor layer is thickest only at the apex of the convex part. It is preferable that the thickness decreases from the apex substantially radially toward the recess.
  • the uneven pitch is not particularly limited, but is, for example, about 1 to 3 nmi in consideration of the width of the surface electrode described later.
  • the level difference of the unevenness is not particularly limited, and examples thereof include about 0.05 to 0.1 imn.
  • the contact region between the surface electrode and the second conductivity type semiconductor layer may be any shape, but considering the contact resistance, surface recombination, etc., the entire surface area is 0.1. It is preferable to have a contact area of about% to about 3%.
  • a film serving as an impurity diffusion barrier is formed on the first conductive semiconductor substrate having an uneven surface from the protrusion. It forms so that it may become thick toward a recessed part.
  • the second conductive type semiconductor layer is formed by doping a second conductive type impurity on the surface of the semiconductor substrate by vapor phase diffusion, solid phase diffusion, ion implantation, or the like. Any method such as a method of growing while doping with two conductivity type impurities may be used.
  • the coating solution examples include a TG solution that can form titanium glass, an SG solution that can form silicon glass, and the like.
  • the film thickness of the coating film can be appropriately adjusted according to the material of the coating film itself, the diffusion method of the second conductivity type impurity described later, the kind of the impurity, and the like. About 0 to 300 nm, and about 0 to 50 nm are appropriate for the thinnest part.
  • a second conductivity type semiconductor layer is formed on the surface of the semiconductor substrate by introducing a second conductivity type impurity into the obtained semiconductor substrate through the previously formed film.
  • an antireflection film such as silicon nitride or titanium oxide is formed on the surface of the second conductive type semiconductor layer on the light-receiving surface side using plasma C VD method, atmospheric pressure C VD method, spin coating method, etc. May be formed.
  • the second conductivity type semiconductor layer formed on the back surface of the semiconductor substrate is removed by etching. Furthermore, it is preferable to form a back surface electric field layer and a back surface electrode by printing and baking an aluminum paste on the back surface.
  • a surface electrode to be removed from the second conductive type semiconductor layer is formed on the convex portion of the surface of the obtained semiconductor substrate.
  • the method for forming the surface electrode is not particularly limited, and examples thereof include various methods such as vapor deposition, CVD method, EB method, and printing and firing method.
  • the surface electrode is printed and baked using conductive paste so that it passes through the top of the convex portion of the semiconductor substrate, thereby making it easy and reliable to apply an anti-reflection film near the top of the thin convex portion of the coating film. Since the second conductive type semiconductor layer and the surface electrode can be brought into contact with each other through the printing baking method, the printing and baking method is preferable. This condition of ⁇ can be appropriately set by combining known materials and conditions in the field.
  • the antireflection film is formed before the surface electrode is formed. It is desirable to form a coating film that continuously thickens from the heel to the recess by applying, drying, and baking SG liquid etc. on the surface of the surface using a rotary coating method (Fig. 2). In this case, in the firing of the surface electrode, the second conductive type semiconductor layer and the surface electrode come into contact with each other through the coating film and the antireflection film at the thin convex portion of the coating film. The surface electrode cannot penetrate through the thick recess.
  • the surface electrode is convex! Near the point, it contacts the second conductivity type semiconductor layer in a spot shape.
  • the recombination rate of the minority carrier can be suppressed to be small, and the characteristics of the photoelectric conversion element can be improved.
  • the surface electrode is solder coated to complete the photoelectric conversion element.
  • the formation of a back surface electric field layer, the formation of a back surface electrode, the formation of an antireflection film, the formation of a protective film, and the like are performed by methods known in the art.
  • the photoelectric conversion element can be completed.
  • the back surface electric field layer prevents minority carriers that have reached the back surface from recombining at the back surface electrode, resulting in higher efficiency. As long as it contributes and realizes this, it can be formed by materials and methods usually used in the field.
  • the semiconductor substrate has irregularities on the surface.
  • the second conductive type semiconductor layer other than the vicinity of the bottom of the concave portion that is a contact region with the surface electrode can be made thinner, and the second conductive type semiconductor layer is equivalently more thickened. It is more preferable that the film can be thinned, and that the convex portions are arranged in stripes at equal intervals.
  • the pitch of the recesses is not particularly limited, but is, for example, about 1 to 3 mm in consideration of the width of the surface electrode described later.
  • the height difference of the unevenness is not particularly limited, and examples thereof include about 0.05 to 0.1 mm.
  • the second conductivity type semiconductor layer has a structure that becomes thinner as the distance from the contact region with the surface electrode described later increases.
  • the film thickness of the second conductivity type semiconductor layer is the thinnest at the apex of the striped convex portion located between the grooves.
  • the film thickness of the second conductivity type semiconductor layer is the thinnest at the convex portions, and the convex portions It is preferable that it becomes thicker toward the recess.
  • a film containing the second conductivity type impurity is formed on the first conductivity type semiconductor substrate having an uneven surface. It is formed so that its thickness increases from the force toward the recess.
  • Examples of the method for forming the film include a method in which an appropriate coating solution for film formation is applied on a semiconductor substrate by spin coating, dipping, spraying, or the like and dried.
  • an appropriate coating solution for film formation is applied on a semiconductor substrate by spin coating, dipping, spraying, or the like and dried.
  • the coating liquid when the coating liquid is applied to the substrate surface having irregularities by a method such as spin coating, the liquid tends to accumulate in the concave portions, so that the coating film can be easily moved from the convex portions of the semiconductor substrate to the concave portions. It can be formed to be thick continuously or stepwise.
  • the coating solution examples include a PSG solution (a solution obtained by mixing a SG solution with a material that serves as a phosphorus source, such as nitric acid pentalin).
  • the film thickness of the coating film can be adjusted as appropriate depending on the material of the coating film itself, the type of impurities, etc. For example, it is about 50 to 30 nm at the thickest part and 0 at the thinnest part. About 50 nm is suitable.
  • a second conductive type semiconductor layer is formed on the surface of the semiconductor substrate by introducing a second conductive type impurity into the surface of the semiconductor substrate from the previously formed film by applying heat.
  • the second conductivity type semiconductor layer is formed thin. That is, the second conductivity type semiconductor layer is formed with a film thickness gradient that becomes thinner from the concave portion to the convex portion on the surface of the semiconductor substrate.
  • an antireflection film is formed on the surface of the second conductivity type semiconductor layer on the light-receiving surface side using a plasma CVD method or the like. Further, an aluminum paste is printed on the back surface and baked to form a back surface electric field layer and a back electrode.
  • the step (C ′) it is further preferable in the step (C ′) to form a surface electrode in linear contact with the second conductivity type semiconductor layer in the concave portion of the surface of the obtained semiconductor substrate.
  • the method for forming the surface electrode is not particularly limited, and examples thereof include various methods such as vapor deposition, CVD method, EB method, and printing and firing method.
  • the surface electrode is printed and baked using conductive paste so that it passes through the bottom of the recess of the semiconductor substrate, so that the thickness of the second conductivity type semiconductor layer is reflected on the bottom of the recess.
  • the printing and baking method is preferred because the surface electrode and the second conductive semiconductor layer can be brought into contact with each other through the protective film. These conditions can be appropriately set by combining materials and conditions known in the field.
  • the surface electrode is solder coated to complete the photoelectric conversion element.
  • the surface of the P-type semiconductor substrate has grid-like irregularities, and the thickness of the N-type semiconductor layer is the thickest at the top of the convex portion, and continuously thins from the top of the convex portion to the concave portion in an approximately 3 ⁇ 4 ⁇ shape Is formed.
  • the coating film 7 is thick at the concave portion on the surface of the P-type semiconductor substrate and thin at the convex portion.
  • the surface electrode 8 is in partial contact with the N-type semiconductor layer 5 in the rear portion 9 on the upper portion of the P-type semiconductor substrate.
  • This photoelectric conversion element 1 can be formed according to the process flow of FIG. First, a P-type semiconductor substrate with convex parts of uniform size arranged at regular intervals (pitch: 2 mm) in a grid pattern (thickness of the thickest part is about 300 m, thickness of the thinnest part is 200 ⁇ m) On top of this, SG solution is applied by spin coating to form a coating film that serves as a barrier against impurity diffusion. As a result, the coating film is formed to be thinnest at the top of the convex portion and continuously thick toward the concave portion in a substantially radial manner from the top of the ridge. The thickness of the coating film is about 250 nm at the thickest part and about 20 nm at the thinnest part.
  • an N-type semiconductor layer is formed by thermally diffusing N-type impurities into the P-type semiconductor substrate.
  • the N-type semiconductor layer is formed to be thickest at the apex of the ridge, and continuously thin from the apex of the projection toward the recess.
  • phosphorus was diffused at 850 ° C.
  • the diffusion coefficients of phosphorus in silicon and coating film are about 5 X 10—15 cm 2 Z seconds and about 3 X 10—15 cm 2 Z seconds, respectively.
  • the thin part is about 0.1 in, and the thickest part is about 0.4 tm.
  • an anti-reflection film is formed by depositing a substantially uniform silicon nitride film having a thickness of about 700 nm on the surface of the N-type semiconductor layer by plasma CVD.
  • an aluminum paste is printed and baked on the back side, and a back surface electric field layer having a thickness of about 5 m and a thickness of about ⁇ ⁇ ⁇ The back electrode is formed.
  • the film thickness of the coating film is the thinnest at the apex of the convex portion, and becomes thicker continuously from the convex portion toward the concave portion.
  • the film thickness is about 100 nm at the thickest part and about 5 nm at the thinnest part.
  • the surface electrode is solder coated to complete the photoelectric conversion element.
  • the characteristics of the photoelectric conversion element were evaluated. The results are shown in Table 1. As a comparison with the photoelectric conversion element of the present invention, the thickness of the semiconductor substrate is uniform as shown in FIG.
  • the photoelectric conversion element of Example 1 has a higher short-circuit current and a higher photoelectric conversion efficiency than the comparative example.
  • the N-type semiconductor layer of the comparative example is formed thick immediately under the entire region where the linear surface electrode is formed, whereas the N-type semiconductor layer of Example 1 is a convex vertex. A thick film is formed in the vicinity (contact portion between the surface electrode and the second conductivity type semiconductor layer). Accordingly, the photoelectric conversion element of Example 1 is equivalently thinner than the comparative example (when the thickness of the entire surface of the photoelectric conversion element is averaged), the second conductivity type semiconductor layer is made thinner.
  • the short wavelength sensitivity can be further improved, and the resistance loss of the photogenerated carrier can be reduced.
  • the contact portions are dot-like, the contact area between the surface electrode and the second conductivity type semiconductor layer is small, and recombination of carriers due to contact can be reduced.
  • the average sheet resistance of the N-type semiconductor layer was 120 ⁇ well in the example, and 90 ⁇ well in the comparative example.
  • the obtained N-type semiconductor layer 65 which is the second conductivity type of the photoelectric conversion element 61, is the thickest at the top of the convex portion of the substrate, and continuously decreases from the top of the convex portion toward the bottom of the groove.
  • the thickness was 0.1 m at the thinnest point and 0.4 mm at the thickest point.
  • the surface electrode 68 is linearly formed along the apex of the convex portion, and is in linear contact with the N-type semiconductor layer 65 at the top of the convex portion. This is the same as the conventional example.
  • photoelectric conversion has the N-type semiconductor layer that is the thinnest between the surface electrodes and the thickest directly under the surface electrodes. An element was fabricated.
  • the photoelectric conversion element 8 1 uses a P-type semiconductor substrate. As shown in FIG. 6, the photoelectric conversion element 8 1 is formed on the surface of the first conductivity type P-type semiconductor substrate 84 and the P-type semiconductor substrate 84. A second conductivity type N-type semiconductor layer 85, an antireflection film 86 formed thereon, and a back surface electric field layer 83 formed on the back surface of the P-type semiconductor substrate 84, Furthermore, a plurality of linear surface electrodes 8 8 extending in one direction on the surface of the P-type semiconductor substrate 84, which is the light receiving surface, and a back electrode 8 formed on the back surface of the P-type semiconductor substrate 8 4 2 and configured.
  • the surface of the P-type semiconductor substrate has irregularities with continuous grooves, and the thickness of the N-type semiconductor layer is the thinnest at the top of the convex part and continuously thick from the convex part to the concave part. Yes.
  • the surface electrode 88 is in contact with the N-type semiconductor layer 5 at the contact portion 89 at the bottom of the groove of the P-type semiconductor substrate.
  • a coating solution containing N-type impurities such as PSG solution is applied by a spin coating method to form a coating film that becomes an impurity source.
  • the coating film is formed thinnest at the apex of the convex portion, and is formed thick continuously from the apex of the convex portion toward the concave portion in a substantially radial manner.
  • the thickness of the coating film is about 100 nm at the thickest part and about 5 nm at the thinnest part.
  • the coating film is dried and heated to thermally diffuse the n-type impurities from the coating film on the P-type semiconductor substrate, thereby forming a n-type semiconductor layer.
  • the thickness of the vertical semiconductor layer is the thinnest at the apex of the convex portion, and is continuously increased from the apex of the convex portion toward the concave portion.
  • the thinnest part is 0.1 ⁇ and the thickest part is 0.4 jum.
  • a nitrogen nitride silicon film having a substantially uniform thickness of about 70 nm is deposited on the surface of the N-type semiconductor layer by plasma C VD method to form an antireflection film.
  • an aluminum paste is printed and baked on the back side, and a back surface electric field layer with a film thickness of about 5 ⁇ and Hff of about 50 zm The back electrode is formed.
  • a silver paste is printed on the antireflection film and baked to form a plurality of linear surface electrodes along the groove bottom.
  • the width of the surface electrodes is 100 m, and the pitch between the surface electrodes is 2 mm.
  • the surface electrode fires through the antireflection film, that is, a phenomenon that penetrates the antireflection film occurs in the printing and baking process of the electrode, and comes into contact with the N-type semiconductor layer.
  • the surface electrode is solder coated to complete the photoelectric conversion element.
  • a desired film thickness can be obtained by a simple method such as formation of a coating film and introduction of impurities without using expensive and complicated laser photolithography and multiple diffusion steps. Since the second conductive semiconductor layer having a gradient can be reliably manufactured, the manufacturing cost can be reduced and the yield can be improved.

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Description

光電変換素子及ぴその製造方法
技術分野
本発明は、 光電変換素子及ぴその製造方法に関し、 より詳細には、 シリコン太陽電池 等において、 受光面の拡散層の厚さを変化させることにより光電変換効率を向上させる 光電変換素子及びその製造方法に関する。
"rf景技術
従来の光電変換素子は、 図 8に示すように、 例えば、 基板としての P型半導体基板 4 2の一表面に形成された N型半導体層 4 3と、 その上に形成された集電極 4 4と、 P型 半導体基板 4 2の裏面に形成された裏面電極 4 5とから構成されている。
太陽光が N型半導体層 4 3の表面に照射されることにより発生した電流は、 N型半導 体釋 4 3内を流れ、 集電極 4 4から取り出される。
一般に、 N型半導体層 4 3は、 厚みが薄いほど光の短波長感度が良好となって発生電 流が大きくなるが、 その反面、 シート抵抗が増加する。 そのため、 N型半導体層 4 3が 薄くなると集電極 4 4から取り出せる電力は低下する。
このことから、 光電変換効率を高めるために、 N型半導体層の厚みと集電極の配置の 最適化が行われ、 例えば、 N型半導体層をできるだけ薄くするとともに、 集電極の相互 の間隔を適当に狭める工夫がなされている。
しカゝし、 N型半導体層を薄くし過ぎるとシート抵抗が増カ卩してしまうし、 集電極の相 互の間隔を狭めると N型半導体層の有効受光面積が減少し、 光発生電流が低下すると ヽ う問題がある。
そこで、 N型半導体層のうち集電極形成部分を厚くし、 他の部分を薄くした光電変換 素子が提案されている （例えば、 特許文献 1 ) 。
また、 別の例として、 図 9に示すように、 N型半導体層 5 1を、 集電極 5 2の相互間 の中央部分において薄くし、 集電極 5 2に向かって徐々に厚くした光電変換素子が提案 されている （例えば、 特許文献 2 ) 。 この光電変換素子によれば、 N型半導体層 5 1が 薄い部分において短波長感度を向上できるとともに、 そこで生成されたキヤリァは、 徐々に厚くなる N型半導体層 5 1を通って集電極 5 2に向かうため、 直列抵抗損失を小 さくすることができる。 しカゝし、 N型半導体層のうち集電極形成部分を厚くし、 他の部分を薄くした光電変換 素子では、 マスクパターンを形成し、 2回の不純物拡散を行うことにより N型半導体層 を形成する必要がある。
また、 図 9の光電変換素子では、 複数のマスクパターンを形成し、 熱拡散を用いて多 重拡散又はイオンインプランテーションを行うか、 レーザーを用いて多重拡散を行う等 により N型半導体層を形成する必要がある。
従って、 いずれの光電変換素子も製造工程が複雑となり、 コスト高となるという問題 がある。
特許文献 1 ：特開昭 6 2 - 1 2 3 7 7 8号公報
特許文献 2 ：特開平 4一 3 5 6 9 7 2号公報
本発明は、 上記課題に鑑みなされたものであり、 簡便な製造工程により、 光電変換素 子及ぴその製造方法を提供することを目的とする。
発明の開示
本発明によれば、 表面に凹凸を有する第 1導電型半導体基板を用いた光電変換素子に おいて、 少なくとも該第 1導電型半導体基板表面に形成された第 2導電型半導体層と、 該第 2導電型半導体層と接続された表面電極と、 前記第 1導電型半導体基板裏面に形成 された裏面電極とを有し、 前記第 2導電型半導体層が、 表面電極との接触領域から離れ るにしたがつて薄くなる構造を有してなる光電変換素子が提供される。
また、 本発明によれば、 （a ) 表面に凹凸を有する半導体基板上に、 不純物拡散の障 壁となる膜を、 凸部頂点から凹部に向かって厚くなるように形成する工程と、
( b ) 前記膜を通して第 2導電型不純物を導入して前記半導体基板表面に第 2導電型 半導体層を形成する工程とを含む光電変換素子の製造方法が提供される。
さらに、 本発明によれば、 ' ) 表面に凹 ώを有する半導体基板上に、 第 2導電型 不純物を含んだ膜を、 凸部頂点から凹部に向かって厚くなるように形成する工程と、 ( b ' ) 前記膜から第 2導電型不純物を導入して前記半導体基板表面に第 2導電型半 導体層を形成する工程とを含む光電変換素子の製造方法が提供される。
図面の簡単な説明
図 1は、 本発明の光電変換素子の概略斜視図で る。
図 2は、 図 1の光電変換素子の概略断面図である。 図 3は、 図 1の光電変換素子の製造工程を示すプロセスフロー図である。
図 4は、 本発明の別の光電変換素子の概略斜視図である。
図 5は、 本発明のさらに別の光電変換素子の概略斜視図である。
図 6は、 本発明のさらに別の光電変換素子の概略斜視図である。
図 7は、 図 6の光電変換素子の製造工程を示すプロセスフロー図である。
図 8は、 従来の光電変換素子の概略断面図である。
図 9は、 従来の別の光電変換素子の概略斜視図である。
発明を実施するための最良の形態
本発明の光電変換素子は、主として、 表面に凹凸を有する第 1導電型半導体基板を用 いており、 第 1導電型半導体基板表面に形成された第 2導電型半導体層と、 第 2導電型 半導体層と接続された表面電極と、 第 1導電型半導体基板裏面に形成された裏面電極と から構成される。
半導体基板としては、 通常、 光電変換素子に使用されるものであれば特に限定される ものではなく、 例えば、 シリコン、 ゲルマ二ゥム等の IV族元素半導体基板、 G a A s、 I n G a A s等の化合物半導体基板等が挙げられる。 なかでも、 シリコンが好ましい。 なお、 半導体基板は、 アモルファス、 単結晶、 多結晶、 いわゆるマイクロクリスタル又 はこれらが混在するもののいずれであってもよい。
半導体基板は、 導電型をもたせるために第 1導電型 （例えば、 N型又は P型） の不純 物がドーピングされている。
不純物の種類は、 用いる半導体材料によって適宜選択することができ、 例えば、 N型の 不純物としては、 例えばリン、 砒素、 アンチモン等が挙げられ、 P型の不純物としては、 例えばボロン、 アルミニウム、 ゲルマニウム、 インジウム、 チタン等が挙げられる。 不 純物濃度は特に限定されないが、 例えば、 0 . 1〜 1 0 Ω · c m程度の抵抗率を有する ように調整することが適当である。
また、 半導体基板の厚みは、 特に限定されないが、 適当な強度を確保し、 高い光電変 換効率を得ることができるように設定することが好ましく、 例えば、 平均の厚みとして、
0 . 2〜0 . 4 mm程度が挙げられる。
半導体基板は、 表面に凹凸を有している。 凹凸のパターンは特に限定されず、 例えば、 同一又は異なる大きさの凸部が等間隔又はランダムに配置されたものや、 凹部として溝 が形成されたもの等が挙げられる。 なかでも、 後述する第 2導電型半導体層において発 生するキヤリァを表面電極から効率よく取り出すために、 凸部が等間隔に配置されたも のや、 溝が所定のピッチで連続して形成されたものが好ましい。 凹凸のピッチは、 特に 限定されるものではないが、 後述の表面電極の幅等を考慮して、 例えば、 1 3 mm程 度である。 凹凸の高低差は、 特に限定されるものではないが、 例えば、 0 . 0 5 0 . l mm程度が挙げられる。
表面に凹凸を有する半導体基板は、 例えば、 フォトリソグラフィ及びエッチングによ り形成することができる。 また、 特開平 1 1— 3 3 9 0 1 6号公報に記載されているよ うに、 凹凸を形成した基体上に半導体基板を成長させることにより形成することができ る。 なお、 基体の凹凸のパターンを変えることにより、 半導体基板の凹凸パターンを所 望の形状に形成することができる。
第 2導電型半導体層は、 半導体基板の一表面、 つまり、 第 1導電型半導体基板の表面 に形成されており、 第 2導電型 （P型又は N型） の不純物がドーピングされている。 不 純物濃度は特に限定されないが、 例えば、 表面濃度が 1 X 1 019〜1 X 1 021 c m— 3程度 であり、 4 0〜 1 5 0 Ω /口程度の平均シート抵抗を有するように調整することが適当 である。 第 2導電型半導体層の は、 例えば、 最も厚いところで 0 . 3〜0 . 6 μ πι 程度、 最も薄いところで 0 . 1〜0 . 2 μ πι程度であることが適当である。
なお、 第 2導電型半導体層上には窒ィ匕シリコン膜等の反射防止膜や、 例えばチタンガ ラスを形成することのできる T G液 （テトラ一 i一プロポキシチタンとアルコール等と を混合した液） や、 シリコンガラスを形成することのできる S G液 （珪酸ェチルとアル コール等とを混合した液） 等を塗布した塗布膜または保護膜等が形成されていてもよい。 反射防止膜の膜厚は、 例えば、 6 0〜： L 1 O n m程度、 塗布膜等の膜厚は、 例えば、 2 0 0 n m〜l μ πι程度が挙げられる。
表面電極を構成する材料としては、 特に限定されるものではなく、 例えばアルミニゥ ム、 銀、 銅、 アルミニウム · リチウム合金、 マグネシウム '銀合金、 インジウム等が挙 げられる。
裏面電極は、 半導体基板裏面に形成されており、 例えば、 裏面全面にわたって形成さ れていることが好まし!/ヽ。 裏面電極の膜厚及び材料は、 表面電極と同様に適宜調整及び 選釈することができる。 本発明の光電変換素子において、 特に、 凸部で厚く凹部で薄い第 2導電型半導体層を 有する光電変換素子の場合には、 第 2導電型半導体層は、 後述する表面電極との接触領 域から離れるにしたがって薄くなる構造を有している。 言い換えると、 半導体基板の凸 部から凹部に向かつて薄くなる を有することが好ましい。 さらに好ましい形態とし て、 溝が連続して形成される半導体基板では、 第 2導電型半導体層の膜厚は、 溝と溝と の間に位置する縞状の凸部頂点において最も厚くなり、 その頂点から溝底部にかけて一 様に薄くなるカ あるいは、 等間隔又は格子状の凸部を有する半導体基板では、 第 2導 電型半導体層の膜厚は、 凸部頂点においてのみ最も厚くなり、 凸部頂点から略放射状に 凹部に向かって薄くなることが好ましい。 凹凸のピッチは、 特に限定されるものではな いが、 後述の表面電極の幅等を考慮して、 例えば、 l〜3 nmi程度である。 凹凸の高低 差は、 特に限定されるものではないが、 例えば、 0 . 0 5〜0 . l imn程度が挙げられ る。
この場合、 表面電極は、 第 2導電型半導体層と一部の領域において接続されている。 表面電極と第 2導電型半導体層とが接触する領域は、 特に限定されるものではなレヽが、 例えば、 第 2導電型半導体層の最も厚い領域において接触していることが適当である。 例えば、 半導体基板に溝が連続して形成されている場合には、 溝と溝との間に位置する 縞状の凸部頂点における線状の領域で接触していてもよいし、 凸部頂点に等間隔で配置 される接触領域において接触していてもよい。 あるいは等間隔又は格子状の凸部を有す る半導体基板の場合には、 凸部頂点においてのみ点状に接触していてもよい。 表面電極 と第 2導電型半導体層との接触領域の形状はどのようなものであってもよいが、 コンタ クト抵抗、 表面再結合等を考慮して、 全体で基板表面に対して 0 . 1 %程度以上、 3 % 程度以下の接触面積を有することが好ましい。
表面電極の形状は、 特に限定されないが、 等間隔又は格子状の凸部を有する半導体基 板を用いる には、 1つの表面電極力 S複数の凸部頂点を通るように、 複数本形成され るのが好ましい。 表面電極の膜厚は、 例えば、 5〜2 Ο /ί ΠΙ程度が挙げられ、 幅は、 例 えば 5 0 ~ 1 5 0 m程度が適当であり、 表面電極間のピッチは均一であることが好ま しい。 このピッチは、 半導体基板の凸部の配置によって適宜調整され、 例えば：!〜 3 m m程度が適当である。 本発明の第 1の光電変換素子の製造方法においては、 まず、 工程 （a ) において、 表 面に凹凸を有する第 1導電型半導体基板上に、 不純物拡散の障壁となる膜を、 凸部から 凹部に向かって厚くなるように形成する。
また、 第 2導電型半導体層を形成する方法は、 半導体基板表面に第 2導電型の不純物 を気相拡散、 固相拡散、 イオン注入等によってドーピングする方法、 第 2導電型半導体 層を、 第 2導電型不純物をドーピングしながら成長させる方法等のいずれの方法であつ てもよい。
半導体基板上に不純物拡散の障壁となる膜を形成する方法は、 適当な膜形成用の塗布 液を、 回転塗布、 ディップ法、 スプレー法等により半導体基板上に塗布し、 乾燥する方 法が挙げられる。 なかでも、 凹凸を有する基板表面に対し、 塗布液を回転塗布等の方法 で塗布する場合には、 凹部に液が溜まり易いため、 容易に、 塗布膜を、 半導体基板の凸 部から凹部に向かって連続的又は段階的に厚くなるように形成することができる。
塗布液としては、 例えば、 チタンガラスを形成することのできる T G液や、 シリコン ガラスを形成することのできる S G液等が挙げられる。 塗布膜の膜厚は、 塗布膜自体の 材料、 後述する第 2導電型の不純物の拡散方法及び不純物の種類等によつて適宜調整す ることができ、 例えば、 膜厚が最も厚い部分では 5 0〜3 0 0 n m程度、 最も薄いとこ ろでは 0〜5 0 n m程度が適当である。 . 工程 ( b ) において、 先に形成された膜を通して、 得られた半導体基板に第 2導電型 不純物を導入して半導体基板表面に第 2導電型半導体層を形成する。
第 2導電型不純物の導入は、 先に半導体基板上に形成された不純物拡散の障壁となる 膜を通して行うため、 この膜の膜厚が厚いほど、 不純物は導入されにくくなり、 その結 果、 第 2導電型半導体層は薄く形成される。 つまり、 第 2導電型半導体層は、 半導体基 板表面の凸部から HQ部に向かって薄くなるような膜厚勾配を有して形成される。 ここで の不純物の導入は、 不純物拡散の障壁となる膜を通して行うことができる方法であれば 特に限定されるものではなく、 気相拡散 （熱拡散） 、 固相拡散、 イオン注入等の種々の 方法が挙げられる。 なかでも、 工程の簡便さから、 気相拡散を利用することが好ましい。 この場合の条件は、 当該分野で公知の条件を組み合わせて設定することができる。 上記障壁膜をエッチング除去した後、 プラズマ C VD法、 大気圧 C VD法、 回転塗布 法などを用いて受光面側の第 2導電型半導体層の表面に窒化シリコン、 酸化チタンなど の反射防止膜を形成してもよい。
次に、 半導体基板の裏面に形成された第 2導電型半導体層をエッチング除去する。 さ らに、 裏面にアルミペーストを印刷、 焼成して、 裏面電界層及ぴ裏面電極を形成するこ とが好ましい。
本発明においては、 さらに、 工程 （c ) において、 得られた半導体基板表面の凸部に おいて第 2導電型半導体層と撤する表面電極を形成することが好ましい。 表面電極の 形成方法は、 特に限定されるものではなく、 例えば、 蒸着、 C VD法、 E B法、 印刷' 焼成法等の種々の方法が挙げられる。 なかでも、 半導体基板の凸部頂点を通るように、 導電性ペーストを用いて表面電極を印刷 ·焼成することにより、 簡便かつ確実に、 塗布 膜の膜厚の薄い凸部頂点付近で反射防止膜を突き抜けて第 2導電型半導体層と表面電極 とを接触させることができるため、 印刷焼成法が好ましい。 この ¾ ^の条件は、 当該分 野で公知の材料及び条件等を組み合わせて適宜設定することができる。
溝状の凸部に垂直に表面電極を形成する場合や格子状の凹凸を有する半導体基板の凸 部を通るように表面電極を形成する場合、 上記表面電極を形成する前に、 上記反射防止 膜の表面に S G液等を回転塗付法などを用いて塗付 ·乾燥 ·焼成することで、 ώ部から 凹部に向かって連続的に厚くなるような塗付膜を形成することが望ましい （図 2 ) 。 こ の場合、 表面電極の焼成において、 塗付膜の膜厚の薄い凸部では塗付膜および反射防止 膜を突き抜けて第 2導電型半導体層と表面電極とが接触するが、 塗付膜の膜厚の厚い凹 部では表面電極が貫通できない。 その結果、 表面電極は凸部]！点付近で第 2導電型半導 体層と点状に接触する。 この接触領域を狭くできる結果、 少数キヤリァの再結合速度を 小さく抑制し、 光電変換素子の特性を向上することができる。
最後に、 表面電極に半田コートして光電変換素子が完成する。
なお、 本発明の光電変換素子の製造方法においては、 さらに、 裏面電界層の形成、 裏 面電極の形成、 反射防止膜の形成、 保護膜等の形成を当該分野で公知の方法によって行 うことができ、 これにより、 光電変換素子を完成させることができる。 なお、 裏面電界 層は、 裏面に到達した少数キャリアが裏面電極で再結合するのを防止して、 高効率化に 寄与するものであり、 これを実現するものであれば、 当該分野で通常使用される材料、 方法により形成することができる。
また、 本発明の光電変換素子において、 特に、 凸部で薄く凹部で厚い第 2導電型半導 体層を有する光電変換素子の場合には、 上述のように、 半導体基板は、 表面に凹凸を有 しているが、 なかでも、 後述のように、 表面電極との接触領域となる凹部の底部付近以 外の第 2導電型半導体層を薄くでき、 等価的に第 2導電型半導体層をより薄膜化できる こと力、ら、 凸部が縞状に等間隔で配置されたものがより好ましい。 凹 ώのピッチは、 特 に限定されるものではないが、 後述の表面電極の幅等を考慮して、 例えば、 l ~ 3 mm 程度である。 凹凸の高低差は、 特に限定されるものではないが、 例えば、 0 . 0 5〜0 . 1 mm程度が挙げられる。
この場合の第 2導電型半導体層は、 後述する表面電極との接触領域から離れるにした がって薄くなる構造を有している。 言い換えると、 半導体基板の凹部から凸部に向かつ て薄くなる膜厚を有することが好ましい。 さらに好ましい形態として、 溝が連続して形 成される半導体基板では、 第 2導電型半導体層の膜厚は、 溝と溝との間に位置する縞状 の凸部頂点において最も薄くなり、 その頂点から溝底部にかけて一様に厚くなる力、 あ るいは、 等間隔又は格子状の凸部を有する半導体基板では、 第 2導電型半導体層の膜厚 は、 凸部において最も薄くなり、 凸部から凹部に向かって厚くなることが好ましい。 本発明の第 2の光電変換素子の製造方法においては、 まず、 工程 （a， ) において、 表面に凹凸を有する第 1導電型半導体基板上に、 第 2導電型不純物を含んだ膜を、 凸部 力 ら凹部に向かって厚くなるように形成する。 当該膜を形成する方法は、 適当な膜形成 用の塗布液を、 回転塗布、 ディップ法、 スプレー法等により半導体基板上に塗布し、 乾 燥する方法が挙げられる。 なかでも、 凹凸を有する基板表面に対し、 塗布液を回転塗布 等の方法で塗布する場合には、 凹部に液が溜まり易いため、 容易に、 塗布膜を、 半導体 基板の凸部から凹部に向かって連続的又は段階的に厚くなるように形成することができ る。
塗布液としては、 例えば、 P S G液 （ S G液に五酸ィ匕ニリン等のリン源となるものを 混合した液） 等が挙げられる。 塗布膜の膜厚は、 塗布膜自体の材料、 不純物の種類等に よって適宜調整することができ、 例えば、 膜厚が最も厚い部分では 5 0 ~ 3 0 O n m程 度、 最も薄いところでは 0〜 5 0 n m程度が適当である。 工程 （b ' ) において、 カロ熱することにより先に形成された膜から半導体基板表面に 第 2導電型不純物を導入して半導体基板表面に第 2導電型半導体層を形成する。
第 2導電型不純物の導入は、 先に半導体基板上に形成された不純物を含む膜からの拡 散を用いて行うため、 この膜の膜厚が薄いほど、 不純物は導入されにくくなり、 その結 果、 第 2導電型半導体層は薄く形成される。 つまり、 第 2導電型半導体層は、 半導体基 板表面の凹部から凸部に向かって薄くなるような膜厚勾配を有して形成される。
次に、 上記膜をエッチング除去した後、 プラズマ CVD法などを用いて受光面側の第 2導電型半導体層の表面に反射防止膜を形成する。 さらに、 裏面にアルミペーストを印 刷、 焼成して、 裏面電界層及び裏面電極を形成する。
本発明においては、 さらに、 工程 （C ' ) において、 得られた半導体基板表面の凹部 において第 2導電型半導体層と線状で接触する表面電極を形成することが好ましい。 表 面電極の形成方法は、 特に限定されるものではなく、 例えば、 蒸着、 C VD法、 E B法、 印刷 '焼成法等の種々の方法が挙げられる。 なかでも、 半導体基板の凹部底部を通るよ うに、 導電性ペーストを用いて表面電極を印刷 ·焼成することにより、 簡便かつ確実に、 第 2導電型半導体層の膜厚の厚 、凹部底部で反射防止膜を突き抜けて表面電極と第2導 電型半導体層とを接触させることができるため、 印刷焼成法が好まし ヽ。 この の条 件は、 当該分野で公知の材料及び条件等を組み合わせて適宜設定することができる。 最後に、 表面電極に半田コートして光電変換素子が完成する。
以下、 本発明の光電変換素子及びその製造方法について、 図面に基づいて詳細 に説明する。
実施例 1
光電変換素子 1は P型半導体基板を用いたものであり、 図 1及ぴ図 2に示したように、 第 1導電型である P型半導体基板 4と、 ： P型半導体基板 4の表面に形成された第 2導電 型である N型半導体層 5と、 その上に形成された反射防止膜 6及び塗布膜 7と、 P型半 導体基板 4の裏面に形成された裏面電界層 3とを有し、 さらに、 受光面である P型半導 体基板 4の表面に、 一方向に延設された線状の複数の表面電極 8と、 P型半導体基板 4 の裏面に形成された裏面電極 2とを備えて構成される。
P型半導体基板の表面は格子状の凹凸を有しており、 N型半導体層の厚さは、 凸部頂 点で最も厚く、 凸部頂点から略 ¾Ιί状に凹部に向かって連続的に薄く形成されている。 一方、 塗布膜 7は、 P型半導体基板表面の凹部では厚く、 凸部では薄く形成されている。 表面電極 8は、 P型半導体基板の ώ部上の ¾ 部 9において、 N型半導体層 5と部分的 に接触している。
この光電変換素子 1は、 図 3のプロセスフローに従って形成することができる。 まず、 均一な大きさの凸部が格子状に等間隔 （ピッチ： 2mm) に配置された P型半 導体基板 （最も厚い部分の厚さが 300 m程度、 最も薄い部分の厚さが 200 μ m程 度） 上に、 SG液を回転塗布法により塗布し、 不純物の拡散に対して障壁となる塗布膜 を形成する。 これにより、 塗布膜は、 凸部頂点において、 最も薄く形成され、 ώ部頂点 力ゝら略放射状に凹部に向かって連続的に厚く形成される。 塗布膜の膜厚は、 最も厚い部 分で 250 nm程度、 最も薄い部分で 20 nm程度に形成される。
次に、 塗布膜が形成された状態で、 P型半導体基板に N型不純物を熱拡散して N型半 導体層を形成する。 N型半導体層の厚さは、 ώ部頂点で最も厚く形成され、 凸部頂点か ら略放射状に凹部に向かって連続的に薄く形成される。 ここでは、 リンを 850°Cで拡 散した。 この場合、 シリコン中、 塗布膜中のリンの拡散係数は、 それぞれ約 5 X 1 0— 15cm2Z秒、 約 3 X 10— 15cm2Z秒となるので、 1 0分の拡散で最も薄い部分で は約 0. 1 in、 最も厚い部分では約 0. 4 tmに形成される。
続いて、 エッチングにより塗布膜を除去した後、 プラズマ CVD法により N型半導体 層表面に膜厚 700 nm程度の略均一な膜厚の窒ィ匕シリコン膜を堆積して反射防止膜を 形成する。
さらに、 裏面エッチングを行って裏面側に形成された N型半導体層を除去した後、 裏 面にアルミペーストを印刷、 焼成して、 膜厚 5 m程度の裏面電界層及び膜厚 δ θ μτη 程度の裏面電極を形成する。
次に、 基板表面に SG液を、 回転塗布により塗布し、 塗布膜を形成する。 このとき、 塗布膜の膜厚は、 凸部頂点で最も薄く、 凸部から略放射状に凹部に向かって連続的に厚 くなる。 塗布膜の膜厚は、 最も厚い部分で 100 nm程度、 最も薄い部分で 5 nm程度 に形成される。
その後、 塗布膜上に銀ペーストを印刷、 焼成することにより、 直線状の表面電極を凸 部頂点を通るように複数形成する。 表面電極の幅は 100 ^ mで、 表面電極間のピッチ は 2 mmに形成される。 また、 表面電極は、 '塗布膜が最も薄い凸部頂点で、 反射防止膜 をファイアスルーして、 つまり、 電極の印刷焼成工程で、 反射防止膜、 塗布膜を貫通す るような現象が起こり、 N型半導体層と接触する。
最後に、 表面電極に半田コートして光電変換素子が完成する。
上記の光電変換素子の特性を評価した。 その結果を表 1に示す。 なお、 本発明 の光電変換素子に対する比較として、 図 9に示すような、 半導体基板の厚みが均一で、
N型半導体層の厚みが表面電極間で最も薄く （0 . 1 μ πι) 、 表面電極直下全体にわた つて最も厚い （0 . 4 μ πι) 以外は、 上記光電変換素子と実質的に同様の光電変換素子 を作製し、 その特性を評価した。
表 1
Figure imgf000013_0001
表 1から、 比較例よりも実施例 1の光電変換素子の方が、 短絡電流が高くなり、 光電 変換効率が向上していることが分かる。 つまり、 比較例の N型半導体層は、 直線状の表 面電極が形成された全ての領域直下において膜厚が厚く形成されるのに対し、 実施例 1 の N型半導体層は、 凸部頂点付近 （表面電極と第 2導電型半導体層との接触部分） にお いて膜厚が厚く形成される。 従って、 実施例 1の光電変換素子は、 比較例のものよりも、 等価的に （光電変換素子の全面における厚みを平均化すると） 第 2導電型半導体層の薄 型化がなされている。 これにより、 短波長感度をより改善できると共に、 光生成された キャリアの抵抗損失を小さくすることができる。 また、 接触部が点状であるため、 表面 電極と第 2導電型半導体層との接触面積が少なく、 接触によるキャリアの再結合を減ら すことができる。
なお、 N型半導体層の平均のシート抵抗は、 実施例では 1 2 0 ΩΖ口、 比較例では 9 0 ΩΖ口であった。
実施例 2
図 4に示したように、 ピッチが 2 mmの連続した溝が形成された半導体基板を用い、 溝に垂直に表面電極 7 8を形成した以外は、 実施例 1と同様の光電変換素子 7 1を、 同 様に製造した。 なお、 図 4中、 7 2〜 7 9は、 図 1の 2〜 9に対応する。 得られた光電変換素子の第 2導電型である N型半導体層 7 5は、 基板凸部頂点にお!/ヽ て最も厚く、 凸部頂点から溝底部に向かって連続して薄くなる。 最も薄いところでは 1 μ πι、 最も厚いところでは 0. 4 μ ιηとした。 また、 表面電極は溝と直交して形成さ れ、 凸部頂部で Ν型半導体層 7 5と点で接触している。
上記の光電変換素子の特性を評価した。 その結果を表 2に示す。 なお、 本発明の光電 変換素子に対する比較例として、 図 9に示すような、 半導体基板の厚みが略均一で、 表 面電極が Ν型半導体層の最も厚!/、部分と直線状に翻 している以外は、 上記光電変換素 子と実質的に同様の光電変換素子を作製し、 その特性を評価した。
表 2
Figure imgf000014_0001
表 2から、 比較例よりも実施例 2の光電変換素子の方力 短絡電流、 開放電圧が高く なり、 光電変換効率が向上していることが分かる。 つまり、 比較例では表面電極の接触 部分が線状であるのに対し、 実施例では接触部が点状であるため、 表面電極と第 2導電 型半導体層との ¾ 面積が少なく、 接触によるキヤリァの再結合を減らすことができる。 実施例 3
図 5に示したように、 表面電極 6 8形成の際に塗布膜を形成せず、 また、 表面電極 6 8を半導体基板の凸部頂点に沿つて溝と平行に形成されている以外は、 実施例 2と同様 の光電変換素子 6 1を、 同様に製造した。 なお、 図 5中、 6 2〜6 6及ぴ6 9は、 7 2 〜7 6及ぴ 7 9に対応する。
得られた光電変換素子 6 1の第 2導電型である N型半導体層 6 5は、 基板凸部頂点に おいて最も厚く、 凸部頂点から溝底部に向かって連続して薄くなる。 最も薄いところで は 0 . 1 m、 最も厚 ヽところでは 0. 4〃 mとした。 また、 表面電極 6 8は凸部頂点 に沿って直線状に形成され、 凸部頂部で N型半導体層 6 5と線状に接触しており、 基板 表面に凹凸を有する以外は図 9に示す従来例と同一である。 以上に述べたようにレーザーゃフォトリソグラフイエ程、 多重拡散などの高価な工程 を用いることなく、 厚みが表面電極間で最も薄く、 表面電極直下全体にわたって最も厚 い N型半導体層を有する光電変換素子が作製された。
実施例 4
光電変換素子 8 1は P型半導体基板を用いたものであり、 図 6に示したように、 第 1 導電型である P型半導体基板 8 4と、 P型半導体基板 8 4の表面に形成された第 2導電 型である N型半導体層 8 5と、 その上に形成された反射防止膜 8 6と、 P型半導体基板 8 4の裏面に形成された裏面電界層 8 3とを有し、 さらに、 受光面である P型半導体基 板 8 4の表面に、 一方向に延設された線状の複数の表面電極 8 8と、 P型半導体基板 8 4の裏面に形成された裏面電極 8 2とを備えて構成される。
P型半導体基板の表面は溝が連続した凹凸を有しており、 N型半導体層の厚さは、 凸 '部頂点で最も薄く、 凸部頂点から凹部に向かって連続的に厚く形成されている。 表面電 極 8 8は、 P型半導体基板の溝底部の接触部 8 9において、 N型半導体層 5と接触して いる。
この光電変換素子 1は、 図 7のプロセスフローに従って形成することができる。
まず、 略均一な大きさの凸部が連続した縞状に等間隔 （ピッチ： 2 mm) に配置され た P型半導体基板 （最も厚い部分の厚さが 2 5 0 m程度、 最も薄い部分の厚さが 2 0 0 μ m程度） 上に、 P S G液等の N型不純物を含んだ塗布液を回転塗布法により塗布し、 不純物源となる塗布膜を形成する。 これにより、 塗布膜は、 凸部頂点において最も薄く 形成され、 凸部頂点から略放射状に凹部に向かって連続的に厚く形成される。 塗布膜の 膜厚は、 最も厚い部分で 1 0 0 n m程度、 最も薄い部分で 5 n m程度に形成される。 次に、 塗布膜を乾燥し、 加熱することにより、 P型半導 f本基板に塗布膜から Ν型不純 物を熱拡散して Ν型半導体層を形成する。 Ν型半導体層の厚さは、 凸部頂点で最も薄く 形成され、 凸部頂点から凹部に向かって連続的に厚く形成される。 最も薄い部分では 0 . 1 μ πι、 最も厚い部分では 0 . 4 ju mに形成される。
続いて、 エッチングにより塗布膜を除去した後、 プラズマ C VD法により N型半導体 層表面に膜厚 7 0 0 n m程度の略均一な膜厚の窒ィ匕シリコン膜を堆積して反射防止膜を 形成する。 さらに、 裏面エッチングを行って裏面側に形成された N型半導体層を除去した後、 裏 面にアルミペーストを印刷、 焼成して、 膜厚 5 μ πι程度の裏面電界層及び Hff 5 0 z m 程度の裏面電極を形成する。
その後、 反射防止膜上に銀ペーストを印刷、 焼成することにより、 直線状の表面電極 を溝底部に沿うように複数形成する。 表面電極の幅は 1 0 0 mで、 表面電極間のピッ チは 2 mmに形成される。 表面電極は、 反射防止膜をファイアスルーして、 つまり、 電 極の印刷焼成工程で、 反射防止膜を貫通するような現象が起こり、 N型半導体層と接触 する。
最後に、 表面電極に半田コートして光電変換素子が完成する。
以上のようにレーザーゃフォトリソグラフイエ程、 多重拡散などの高価な工程を用い ることなく、 厚みが表面電極間で最も薄く、 表面電極直下全体にわたって最も厚い N型 半導体層を有する光電変換素子が作製された。
本発明の光電変換素子の製造方法によれば、 高価で煩雑なレーザーゃフォトリソグラ フィ及び多重拡散工程を用いることなく、 塗布膜の形成、 不純物の導入等の簡便な方法 により、 所望の膜厚勾配を有する第 2導電型半導体層を確実に製造することができるた め、 製造コストの低減を図ることができるとともに、 歩留まりを向上させることが可能 となる。

Claims

請求の範囲
1 . 表面に凹凸を有する第 1導電型半導体基板を用いた光電変換素子において、 少なく とも該第 1導電型半導体基板表面に形成された第 2導電型半導体層と、 該第 2導電型半 導体層と接続された表面電極と、 前記第 1導電型半導体基板裏面に形成された裏面電極 とを有し、
前記第 2導電型半導体層が、 表面電極との接触領域から離れるにしたがって薄くなる 構造を有してなることを特徴とする光電変換素子。
2 . 半導体基板が、 所定の間隔に並んだ凸部を有し、 第 2導電型半導体層が、 凸部から 部に向かって薄くなる構造を有する請求項 1に記載の光電変換素子。
3 . 凸部に表面電極を有する請求項 2に記載の光電変換素子。
4 . 半導体基板が、 所定の間隔に並んだ凸部を有し、 第 2導電型半導体層が、 凸部頂点 力 ら凹部に向かって厚くなる構造を有する請求項 1に記載の光電変換素子。
5 . 凹部に表面電極を有する請求項 4に記載の光電変換素子。
6 . ( a ) 表面に四凸を有する半導体基板上に、 不純物拡散の障壁となる膜を、 凸部か ら凹部に向かって厚くなるように形成する工程と、
( b ) 前記膜を通して第 2導電型不純物を導入して前記半導体基板表面に第 2導電型 半導体層を形成する工程とを含む光電変換素子の製造方法。
7 . さらに、 （c ) 半導体基板表面の凸部に接触する表面電極を形成する工程を含む請 求項 6に記載の光電変換素子の製造方法。
8 . ( a ) 表面に凹凸を有する半導体基板上に、 第 2導電型不純物を含んだ膜を、 凸部 力ら凹部に向かって厚くなるように形成する工程と、
( b ) 前記膜から第 2導電型不純物を導入して前記半導体基板表面に第 2導電型半導 体層を形成する工程とを含む光電変換素子の製造方法。
9 . さらに、 （C ) 半導体基板表面の凹部に接触する表面電極を形成する工程を含む請 求項 8に記載の光電変換素子の製造方法。
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