WO2013001864A1 - 光起電力装置 - Google Patents

光起電力装置 Download PDF

Info

Publication number
WO2013001864A1
WO2013001864A1 PCT/JP2012/057141 JP2012057141W WO2013001864A1 WO 2013001864 A1 WO2013001864 A1 WO 2013001864A1 JP 2012057141 W JP2012057141 W JP 2012057141W WO 2013001864 A1 WO2013001864 A1 WO 2013001864A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
type amorphous
amorphous layer
oxygen
semiconductor substrate
concentration
Prior art date
Application number
PCT/JP2012/057141
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
歩 矢野
章義 大鐘
Original Assignee
三洋電機株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 三洋電機株式会社 filed Critical 三洋電機株式会社
Priority to EP12804212.4A priority Critical patent/EP2728628B1/en
Priority to CN201280029397.6A priority patent/CN103608932B/zh
Publication of WO2013001864A1 publication Critical patent/WO2013001864A1/ja
Priority to US14/134,743 priority patent/US9331226B2/en

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/06—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers
    • H01L31/068—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers the potential barriers being only of the PN homojunction type, e.g. bulk silicon PN homojunction solar cells or thin film polycrystalline silicon PN homojunction solar cells
    • H01L31/0687—Multiple junction or tandem solar cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/0248—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
    • H01L31/036—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their crystalline structure or particular orientation of the crystalline planes
    • H01L31/0376—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their crystalline structure or particular orientation of the crystalline planes including amorphous semiconductors
    • H01L31/03762—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their crystalline structure or particular orientation of the crystalline planes including amorphous semiconductors including only elements of Group IV of the Periodic Table
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/06—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers
    • H01L31/072—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers the potential barriers being only of the PN heterojunction type
    • H01L31/0745—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers the potential barriers being only of the PN heterojunction type comprising a AIVBIV heterojunction, e.g. Si/Ge, SiGe/Si or Si/SiC solar cells
    • H01L31/0747—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers the potential barriers being only of the PN heterojunction type comprising a AIVBIV heterojunction, e.g. Si/Ge, SiGe/Si or Si/SiC solar cells comprising a heterojunction of crystalline and amorphous materials, e.g. heterojunction with intrinsic thin layer
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/544—Solar cells from Group III-V materials
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/548—Amorphous silicon PV cells

Definitions

  • the present invention relates to a photovoltaic device.
  • a photovoltaic device in which a substantially intrinsic amorphous silicon layer is formed between a crystalline silicon substrate and a doped amorphous silicon layer.
  • Patent Document 1 As a means for improving the output characteristics of a photovoltaic device having such a structure, a structure in which the oxygen concentration at the interface between the silicon substrate and the intrinsic amorphous silicon layer is increased is disclosed (see Patent Document 1). . In addition, a structure is disclosed in which a gradient is provided in the oxygen concentration in the intrinsic amorphous silicon layer to increase the oxygen concentration on the doped amorphous silicon layer side (see Patent Document 2).
  • the present invention includes an n-type crystalline semiconductor substrate, an intrinsic first amorphous semiconductor layer formed on the first surface of the semiconductor substrate, and a p formed on the first amorphous semiconductor layer.
  • Type second amorphous semiconductor layer an intrinsic third amorphous semiconductor layer formed on the second surface opposite to the first surface of the semiconductor substrate, and the third amorphous semiconductor layer
  • An n-type fourth amorphous semiconductor layer formed thereon, and in the first amorphous semiconductor layer and the third amorphous semiconductor layer, in the film thickness direction from the vicinity of the interface with the semiconductor substrate.
  • the oxygen concentration in the stepped portion of the first amorphous semiconductor layer is the oxygen concentration in the stepped portion of the third amorphous semiconductor layer.
  • the photoelectric conversion efficiency in the photovoltaic device can be increased.
  • the photovoltaic device 100 includes a semiconductor substrate 10, an i-type amorphous layer 12i, a p-type amorphous layer 12p, a transparent conductive layer 14, i.
  • a type amorphous layer 16i, an n type amorphous layer 16n, a transparent conductive layer 18, and collector electrodes 20 and 22 are included.
  • Table 1 shows examples of conditions for forming each amorphous layer in the photovoltaic device 100. Note that the various film forming conditions used in the present embodiment are examples, and should be appropriately changed and optimized depending on the apparatus to be used.
  • the semiconductor substrate 10 is made of a crystalline semiconductor material.
  • the semiconductor substrate 10 can be an n-type or p-type conductive crystalline semiconductor substrate.
  • the semiconductor substrate 10 absorbs incident light to generate electron and hole carrier pairs by photoelectric conversion.
  • an n-type silicon single crystal substrate is used as the semiconductor substrate 10 will be described.
  • the semiconductor substrate 10 is placed in a film formation tank after cleaning.
  • the semiconductor substrate 10 can be cleaned using a hydrofluoric acid aqueous solution (HF aqueous solution) or an RCA cleaning solution.
  • HF aqueous solution hydrofluoric acid aqueous solution
  • RCA cleaning solution a hydrofluoric acid aqueous solution
  • KOH aqueous solution aqueous potassium hydroxide solution
  • a texture structure having a pyramidal (111) surface can be formed by anisotropically etching the semiconductor substrate 10 having a (100) surface with a KOH aqueous solution.
  • a predetermined oxidation treatment may be performed before forming the i-type amorphous layer 12i to form an oxidation interface.
  • the predetermined oxidation treatment
  • an i-type amorphous layer 12 i that is an amorphous semiconductor layer is formed on the surface of the semiconductor substrate 10.
  • the i-type amorphous layer 12i is an amorphous intrinsic silicon semiconductor layer containing hydrogen.
  • the intrinsic semiconductor layer is a case where the concentration of the p-type or n-type dopant contained is 5 ⁇ 10 18 / cm 3 or less, or when the p-type and n-type dopants are included at the same time.
  • the i-type amorphous layer 12i be thin enough to suppress light absorption as much as possible, and thick enough to sufficiently passivate the surface of the semiconductor substrate 10.
  • the film thickness of the i-type amorphous layer 12i is 1 nm to 25 nm, preferably 5 nm to 10 nm.
  • the i-type amorphous layer 12i can be formed by plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD), Cat-CVD (Catalytic Chemical Vapor Deposition), sputtering, or the like.
  • PECVD plasma enhanced chemical vapor deposition
  • Cat-CVD Catalytic Chemical Vapor Deposition
  • sputtering or the like.
  • PECVD any method such as RF plasma CVD, high frequency VHF plasma CVD, or microwave plasma CVD may be used.
  • RF plasma CVD method is used will be described.
  • Table 1 a silicon-containing gas such as silane (SiH 4 ) is diluted with hydrogen and supplied, and RF high frequency power is applied to parallel plate electrodes or the like to form plasma, and the heated semiconductor substrate 10 It can form by supplying to the film-forming surface.
  • a gas containing oxygen (O 2 ) is introduced at the same time in the initial stage of the formation of the i-type amorphous layer 12i, so that the vicinity of the interface between the semiconductor substrate 10 and the i-type amorphous layer 12i.
  • oxygen examples include carbon dioxide (CO 2 ) gas and oxygen (O 2 ).
  • the substrate temperature during film formation can be 150 ° C. or higher and 250 ° C. or lower, and the RF power density can be 1 mW / cm 2 or higher and 10 mW / cm 2 or lower.
  • an oxygen concentration profile in which the concentration decreases stepwise from the vicinity of the interface between the semiconductor substrate 10 and the i-type amorphous layer 12i in the thickness direction of the i-type amorphous layer 12i is formed.
  • a high-concentration oxygen region containing a large amount of oxygen is formed only on the interface side with the semiconductor substrate 10 by changing the flow rate of the oxygen-containing gas stepwise.
  • the oxygen concentration in the high concentration oxygen region is about 2 ⁇ 10 20 / cm 3 to 1 ⁇ 10 21 / cm 3
  • the oxygen concentration in the region other than the high concentration oxygen region of the i-type amorphous layer 12 i is about 1 ⁇ 10 10.
  • the oxygen concentration has a step-like profile having at least one step along the film thickness direction. The oxygen concentration profile from the semiconductor substrate 10 and the characteristics of the photovoltaic device will be described later.
  • the concentration of each element in the semiconductor film can be measured by secondary ion mass spectrometry (SIMS) or the like.
  • SIMS secondary ion mass spectrometry
  • the concentration of each element in the film may be measured by a method that does not reduce the resolution in the film thickness direction due to the texture.
  • the p-type amorphous layer 12p is a layer made of an amorphous semiconductor film containing a p-type conductive dopant.
  • the p-type amorphous layer 12p is formed from amorphous silicon containing hydrogen.
  • the p-type amorphous layer 12p has a higher p-type dopant concentration in the film than the i-type amorphous layer 12i.
  • the p-type amorphous layer 12p preferably has a p-type dopant concentration of 1 ⁇ 10 20 / cm 3 or more.
  • the thickness of the p-type amorphous layer 12p is preferably thin so as to suppress light absorption as much as possible, while carriers generated in the semiconductor substrate 10 are effectively separated at the pn junction, and It is preferable to increase the thickness so that the generated carriers are collected up to the transparent conductive layer 14.
  • the thickness is preferably 1 nm or more and 10 nm or less.
  • the p-type amorphous layer 12p can also be formed by PECVD, Cat-CVD, sputtering, or the like.
  • PECVD an RF plasma CVD method can be applied.
  • a silicon-containing gas such as silane (SiH 4 ) and a p-type dopant-containing gas such as diborane (B 2 H 6 ) are diluted with hydrogen and supplied, and RF high frequency is supplied to parallel plate electrodes and the like. It can be formed by applying power to plasma and supplying it to the heated i-type amorphous layer 12 i of the semiconductor substrate 10.
  • diborane (B 2 H 6 ) was diluted with 1% hydrogen.
  • the substrate temperature during film formation can be 150 ° C. or higher and 250 ° C. or lower, and the RF power density can be 1 mW / cm 2 or higher and 10 mW / cm 2 or lower.
  • the i-type amorphous layer 16 i is formed on the back surface of the semiconductor substrate 10. That is, after the i-type amorphous layer 12 i and the p-type amorphous layer 12 p are formed, the front and back of the semiconductor substrate 10 are reversed and formed on the back surface of the semiconductor substrate 10.
  • the i-type amorphous layer 16i is an amorphous intrinsic silicon semiconductor layer containing hydrogen.
  • the film thickness of the i-type amorphous layer 16i is 1 nm or more and 25 nm or less, preferably 5 nm or more and 10 nm or less, similarly to the i-type amorphous layer 12i.
  • the i-type amorphous layer 16i can be formed by PECVD, Cat-CVD, sputtering, or the like.
  • PECVD an RF plasma CVD method can be applied.
  • a silicon-containing gas such as silane (SiH 4 ) is diluted with hydrogen and supplied, and RF high frequency power is applied to parallel plate electrodes or the like to form plasma, and the heated semiconductor substrate 10 It can form by supplying to the film-forming surface.
  • a gas containing oxygen (O 2 ) is simultaneously introduced at the initial stage of film formation, so that the semiconductor substrate 10 and the i-type amorphous layer 12i. It is preferable to introduce oxygen in the vicinity of the interface.
  • an oxygen concentration profile in which the concentration decreases stepwise from the vicinity of the interface between the semiconductor substrate 10 and the i-type amorphous layer 16i in the thickness direction of the i-type amorphous layer 16i is formed, a high-concentration oxygen region containing a large amount of oxygen is formed only on the interface side with the semiconductor substrate 10 by changing the flow rate of the oxygen-containing gas stepwise. To do.
  • the oxygen concentration in the high concentration oxygen region of the i-type amorphous layer 16i is lower than that in the high concentration oxygen region of the i-type amorphous layer 12i.
  • the oxygen concentration in the high concentration oxygen region of the i-type amorphous layer 16i is set to about 1 ⁇ 10 20 / cm 3 or more and 9 ⁇ 10 21 / cm 3 or less.
  • the oxygen concentration in the region other than the high concentration oxygen region of the i-type amorphous layer 16i is preferably less than about 1 ⁇ 10 20 / cm 3 .
  • the oxygen concentration has a step-like profile having at least one step along the film thickness direction. The oxygen concentration profile from the semiconductor substrate 10 and the characteristics of the photovoltaic device will be described later.
  • the n-type amorphous layer 16n is a layer made of an amorphous semiconductor film containing an n-type conductive dopant.
  • the n-type amorphous layer 16n is formed from amorphous silicon containing hydrogen.
  • the n-type amorphous layer 16n has a higher n-type dopant concentration in the film than the i-type amorphous layer 16i.
  • the n-type amorphous layer 16n preferably has an n-type dopant concentration of 1 ⁇ 10 20 / cm 3 or more.
  • the film thickness of the n-type amorphous layer 16n is preferably thin so that light absorption can be suppressed as much as possible.
  • the thickness of the generated carriers is preferably 1 nm or more and 10 nm or less.
  • the n-type amorphous layer 16n can also be formed by PECVD, Cat-CVD, sputtering, or the like.
  • PECVD an RF plasma CVD method can be applied.
  • a silicon-containing gas such as silane (SiH 4 ) and an n-type dopant-containing gas such as phosphine (PH 3 ) are diluted with hydrogen and supplied, and RF high-frequency power is supplied to parallel plate electrodes and the like. It can be formed by applying it into plasma and supplying it to the heated i-type amorphous layer 16 i of the semiconductor substrate 10.
  • phosphine (PH 3 ) was diluted with 2% hydrogen.
  • the substrate temperature during film formation can be 150 ° C. or higher and 250 ° C. or lower, and the RF power density can be 1 mW / cm 2 or higher and 10 mW / cm 2 or lower.
  • the surface side of the semiconductor substrate 10 is a light receiving surface (mainly a surface for introducing light from outside).
  • the semiconductor substrate 10 is inverted, and the back-side i-type amorphous layer 16i and the n-type Although the amorphous layer 16n is formed, the formation order thereof is also arbitrary.
  • the transparent conductive layers 14 and 18 are formed on the p-type amorphous layer 12p and the n-type amorphous layer 16n, respectively.
  • the transparent conductive layers 14 and 18 are made of, for example, a metal oxide such as indium oxide (In 2 O 3 ), zinc oxide (ZnO), tin oxide (SnO 2 ), or titanium oxide (TiO 2 ) having a polycrystalline structure. Consists of at least one of these metal oxides, tin (Sn), zinc (Zn), tungsten (W), antimony (Sb), titanium (Ti), cerium (Ce), gallium (Ga) Or the like.
  • a metal oxide such as indium oxide (In 2 O 3 ), zinc oxide (ZnO), tin oxide (SnO 2 ), or titanium oxide (TiO 2 ) having a polycrystalline structure. Consists of at least one of these metal oxides, tin (Sn), zinc (Zn), tungsten (W), antimony (Sb
  • the transparent conductive layers 14 and 18 can be formed by a thin film forming method such as vapor deposition, plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD), or sputtering. Although the film thickness of the transparent conductive layers 14 and 18 can be suitably adjusted with the refractive index of the transparent conductive layers 14 and 18, in this embodiment, they were 70 nm or more and 100 nm or less.
  • PECVD plasma enhanced chemical vapor deposition
  • the collecting electrodes 20 and 22 are formed on the transparent conductive layers 14 and 18, respectively.
  • the collector electrodes 20 and 22 preferably have a comb-like finger electrode structure.
  • the collector electrodes 20 and 22 can be formed by a screen printing method, a plating method, or the like.
  • the collector electrodes 20 and 22 are formed, for example, by applying a silver paste or the like to a thickness of about several tens of ⁇ m.
  • Examples and Comparative Examples 1 and 2 In accordance with the above formation method, i having an oxygen concentration profile in which the concentration decreases stepwise from the vicinity of the interface between the semiconductor substrate 10 and the i-type amorphous layer 12i in the film thickness direction under the conditions shown in Table 1. And an i-type amorphous layer 16i having an oxygen concentration profile in which the concentration decreases stepwise from the vicinity of the interface between the semiconductor substrate 10 and the i-type amorphous layer 16i in the film thickness direction.
  • a photovoltaic device having the above was taken as an example.
  • the oxygen-containing gas is more than when forming the i-type amorphous layer 16i on the n-type amorphous layer 16n side.
  • the amount of introduction was increased.
  • a photovoltaic device formed in the same manner as in the example was compared except that an oxygen-containing gas such as carbon dioxide gas was not introduced when forming the i-type amorphous layer 16i on the n-type amorphous layer 16n side.
  • Example 1 was adopted. Further, when the i-type amorphous layer 16i on the n-type amorphous layer 16n side is formed, the oxygen-containing gas is generated more than when the i-type amorphous layer 12i on the p-type amorphous layer 12p side is formed.
  • a photovoltaic device formed in the same manner as in the example except that the introduction amount was increased was used as Comparative Example 2.
  • FIG. 2 shows a concentration profile of oxygen atoms (hereinafter referred to as a p-side concentration profile) in the semiconductor substrate 10, the i-type amorphous layer 12i, and the p-type amorphous layer 12p in the embodiment, and the embodiment. 2 shows oxygen atom concentration profiles (hereinafter referred to as n-side concentration profiles) in the semiconductor substrate 10, i-type amorphous layer 16i, and n-type amorphous layer 16n in Comparative Examples 1 and 2.
  • FIG. 3 also shows the gradient of the oxygen concentration profile obtained by differentiating the oxygen concentration profile shown in FIG.
  • oxygen atoms of the order of 10 21 / cm 3 existed as the peak concentration at the interface between the i-type amorphous layers 12 i and 16 i and the semiconductor substrate 10. This is because the surface of the semiconductor substrate 10 is naturally oxidized in the transport period from the cleaning to the formation process of the i-type amorphous layers 12i and 16i and in the film forming apparatus. In addition, when a predetermined oxidation process is performed before the above-described film formation, this process is also caused.
  • the oxygen concentration of the i-type amorphous layers 12i and 16i shows a peak at the interface with the semiconductor substrate 10, and once decreases to the background level in the i-type amorphous layers 12i and 16i, and the p-type amorphous The profile was shown to rise again toward the surface layer 12p, the n-type amorphous layer 16n, and the surface.
  • the increase in the oxygen concentration in the p-type amorphous layer 12p and the n-type amorphous layer 16n is considered to be due to the influence of introducing a doping gas and the influence of the surface in the measurement.
  • the oxygen concentration in the high concentration oxygen region was about 1 ⁇ 10 20 / cm 3 or more and 1 ⁇ 10 21 / cm 3 or less.
  • the oxygen concentration in the region other than the high-concentration oxygen region was less than about 1 ⁇ 10 20 / cm 3 .
  • the oxygen concentration has a stepped profile with one or more steps along the film thickness direction.
  • the oxygen concentration profile in the vicinity of the interface of the semiconductor substrate 10 in the i-type amorphous layer 12i has one or more inflection points, and has regions with different slopes.
  • the gradient increases from a shallow position in the i-type amorphous layer 12 i as it approaches the semiconductor substrate 10 from the surface side, and shows a peak. After approaching 0, the gradient increased from a point several nm away from the interface between the semiconductor substrate 10 and the i-type amorphous layer 12i.
  • the oxygen concentration gradient profile has at least two peaks in the i-type amorphous layer 12i.
  • An oxygen concentration of about 1 ⁇ 10 20 / cm 3 has technical critical significance as follows. That is, since the density of silicon atoms in the i-type amorphous layers 12i and 16i is about 5 ⁇ 10 22 / cm 3 , when the oxygen concentration is about 1 ⁇ 10 20 / cm 3 , The atomic concentration ratio is 0.002. In the vicinity of this value, when the oxygen concentration is lower than 0.002, oxygen atoms behave as impurities in silicon, and when higher than 0.002, oxygen and silicon are alloyed to form oxygen and silicon. It is considered that it has properties as a compound.
  • the properties of the i-type amorphous layers 12i and 16i change at an oxygen concentration of about 1 ⁇ 10 20 / cm 3 as a boundary. Since oxygen atoms have a very low carrier activity in the semiconductor layer of this embodiment, the amorphous layers 12i and 16i containing oxygen at the concentration of this embodiment are substantially intrinsic.
  • Table 2 shows the output characteristics of the photovoltaic devices of Examples and Comparative Examples 1 and 2.
  • the measurement data are the open circuit voltage (Voc), the short circuit current (Isc), the fill factor (FF), and the output voltage (Pmax).
  • Table 2 shows values normalized by setting each value of Comparative Example 1 to 1.
  • Example and Comparative Example 2 As compared with the photovoltaic device of Comparative Example 1 in which intentional oxygen introduction was not performed to the n-side i-type amorphous layer 16i, the improvement of the open-circuit voltage can be confirmed in Example and Comparative Example 2. This is because the oxygen concentration in the vicinity of the interface with the semiconductor substrate 10 in the i-type amorphous layers 12i and 16i is higher in the example and the comparative example 2 than in the comparative example 1, and thus the semiconductor substrate 10 and the i-type amorphous layer. This is presumably because defects at the interfaces with 12i and 16i are effectively inactivated (terminated), and recombination of carriers having the defect as a recombination center is suppressed.
  • the fill factor FF is a characteristic that depends mainly on resistance and surface inactivation.
  • the fill factor FF is improved by deactivation by incorporating oxygen in the range from the interface between the semiconductor substrate 10 and the i-type amorphous layers 12i, 16i to 5 nm, and the resistance is increased by introducing oxygen. It is considered that the decrease in the fill factor FF caused by the values canceled out and became the same value as in Comparative Example 1.
  • Comparative Example 2 since an appropriate amount or more of oxygen was introduced into the n-side i-type amorphous layer 16i, the resistance of the i-type amorphous layer 16i increased, and defects due to oxygen were inactivated. The effect is saturated, and it is considered that the fill factor FF deteriorated.
  • the heterointerface between the semiconductor substrate 10 and the p-side i-type amorphous layer 12i is not affected.
  • the degree of inactivation at the heterointerface between the semiconductor substrate 10 and the n-side i-type amorphous layer 16i is higher than the degree of activation. Further, since the characteristics of the photovoltaic device are dominated by the film having the lower degree of inactivation at the heterointerface, the oxygen concentration of the i-type amorphous layer 12i on the p-side is changed to the i-type amorphous on the n-side.
  • the degree of inactivation of the heterointerface between the semiconductor substrate 10 and the i-type amorphous layer 12i and the heterointerface between the semiconductor substrate 10 and the i-type amorphous layer 16i are set to be approximately equal to the oxygen concentration of the porous layer 16i. It is suitable to make. On the other hand, if the oxygen concentration in the i-type amorphous layer 16i becomes too higher than the oxygen concentration in the i-type amorphous layer 12i, the heterointerface between the semiconductor substrate 10 and the n-side i-type amorphous layer 16i is inactive. The improvement in the degree of conversion hardly affects the characteristics of the photovoltaic device 100.
  • the oxygen concentration in the vicinity of the interface with the semiconductor substrate 10 of the p-side i-type amorphous layer 12i (high-concentration oxygen region) is within the optimum oxygen concentration range.
  • the oxygen concentration in the vicinity of the interface of the type amorphous layer 16i with the semiconductor substrate 10 (high concentration oxygen region) is preferably higher. In other words, the oxygen concentration at the position X between the two peaks in the gradient of the oxygen concentration profile in FIG. Is preferred.
  • the output power Pmax showed the maximum in the examples.
  • the output Pmax of the example was 1.004. This is because power generation is achieved by improving the open-circuit voltage Voc and the short-circuit current Isc by reducing defects near the interface with the semiconductor substrate 10 and effectively incorporating light into the semiconductor substrate 10, while suppressing the decrease in the fill factor FF. It is thought that efficiency has improved.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

　半導体基板１０と、半導体基板１０の表面上に形成されたｉ型非晶質層１２ｉと、ｉ型非晶質層１２ｉ上に形成されたｐ型非晶質層１２ｐと、半導体基板１０の裏面上に形成されたｉ型非晶質層１６ｉと、ｉ型非晶質層１６ｉ上に形成されたｎ型非晶質層１６ｎと、を備え、ｉ型非晶質層１２ｉ及びｉ型非晶質層１６ｉにおいて、半導体基板１０との界面近傍から膜厚方向に沿って階段状に濃度が減少する酸素濃度プロファイルを有し、ｉ型非晶質層１６ｉの階段状部分における酸素濃度はｉ型非晶質層１６ｉの階段状部分における酸素濃度より高くした光起電力装置を構成する。

Description

光起電力装置
　本発明は、光起電力装置に関する。
　結晶系シリコン基板及びドープされた非晶質シリコン層との間に実質的に真性である非晶質シリコン層を形成した光起電力装置が知られている。
　このような構造を有する光起電力装置の出力特性を向上させる手段として、シリコン基板と真性非晶質シリコン層との界面部分の酸素濃度を高くした構造が開示されている（特許文献１参照）。また、真性非晶質シリコン層中において酸素濃度に勾配を設け、ドープされた非晶質シリコン層側の酸素濃度を高くした構造が開示されている（特許文献２参照）。
　一方、真性非晶質シリコン層によるシリコン基板の表面の不活性化技術において、真性非晶質シリコン層全体に適切な量の酸素を含有させ、層内に微小な非晶質酸化シリコン領域を形成することにより、不活性化が促進されると報告されている（非特許文献１参照）。さらに、真性非晶質シリコン層全体に適切な量の酸素を含有させると、光起電力装置の出力特性が向上すると報告されている（非特許文献２参照）。
特許第４０７０４８３号公報 特開２００８－２３５４００号公報
J.Appl.Phys. 107,014504(2010) Appl.Phys.Lett. 91,133508(2007)
　ところで、非晶質シリコン層に過度な酸素が取り込まれると不純物として作用して欠陥を形成したり、高抵抗領域を形成したりするおそれがあり、含有される酸素濃度を最適化することが望まれる。しかしながら、真性非晶質シリコン層内における最適な酸素濃度プロファイル、特にシリコン基板と真性非晶質シリコン層との界面側における酸素濃度については十分に検討されていない。
　また、半導体基板と接合される半導体層の導電型（ｐ型，ｎ型）によって、酸素による欠陥の不活性化の度合いが異なるので、導電型に応じた適切な酸素濃度プロファイルを実現することが望まれる。
　本発明は、ｎ型の結晶系半導体基板と、前記半導体基板の第１表面上に形成された真性な第１非晶質半導体層と、前記第１非晶質半導体層上に形成されたｐ型の第２非晶質半導体層と、前記半導体基板の前記第１表面と反対側の第２表面上に形成された真性な第３非晶質半導体層と、前記第３非晶質半導体層上に形成されたｎ型の第４非晶質半導体層と、を備え、前記第１非晶質半導体層及び第３非晶質半導体層において、前記半導体基板との界面近傍から膜厚方向に沿って階段状に濃度が減少する酸素濃度プロファイルを有し、前記第１非晶質半導体層の前記階段状部分における酸素濃度は、前記第３非晶質半導体層の前記階段状部分における酸素濃度より高い、光起電力装置である。
　本発明によれば、光起電力装置における光電変換効率を高めることができる。
本発明に係る実施の形態における光起電力装置の断面図である。 本発明に係る実施の形態における光起電力装置の酸素濃度プロファイルを示す図である。 本発明に係る実施の形態における光起電力装置の酸素濃度の対数表示の勾配プロファイルを示す図である。
　本発明の実施の形態における光起電力装置１００は、図１の断面図に示すように、半導体基板１０、ｉ型非晶質層１２ｉ、ｐ型非晶質層１２ｐ、透明導電層１４、ｉ型非晶質層１６ｉ、ｎ型非晶質層１６ｎ、透明導電層１８及び集電極２０，２２を含んで構成される。
　以下、光起電力装置１００の製造方法を示しつつ、光起電力装置１００の構造を説明する。なお、表１に光起電力装置１００における各非晶質層の形成条件の例を示す。なお、本実施形態に用いた各種成膜条件は一例であり、使用する装置によって適宜変更し、最適化を行うべきものである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　半導体基板１０は、結晶系の半導体材料から構成される。半導体基板１０は、ｎ型又はｐ型の導電型の結晶性半導体基板とすることができる。半導体基板１０は、例えば、単結晶シリコン基板、多結晶シリコン基板、砒化ガリウム基板（ＧａＡｓ）、インジウム燐基板（ＩｎＰ）等を適用することができる。半導体基板１０は、入射された光を吸収することで、光電変換により電子及び正孔のキャリア対を発生させる。以下では、半導体基板１０としてｎ型のシリコン単結晶基板を用いた例を説明する。
　半導体基板１０は、洗浄後に成膜槽内に設置される。半導体基板１０の洗浄は、フッ化水素酸水溶液（ＨＦ水溶液）やＲＣＡ洗浄液を用いて行うことができる。また、水酸化カリウム水溶液（ＫＯＨ水溶液）等のアルカリ性エッチング液を用いて、半導体基板１０の表面や裏面にテクスチャ構造を形成することも好適である。この場合、（１００）面を有する半導体基板１０をＫＯＨ水溶液で異方性エッチングすることによって、ピラミッド型の（１１１）面を有するテクスチャ構造を形成することができる。また、ｉ型非晶質層１２ｉの成膜前に所定の酸化処理をして、酸化界面を形成してもよい。所定の酸化処理としては、大気や湿度制御された雰囲気中に所定時間放置するか、オゾン水処理、過酸化水素水処理、オゾナイザー処理などを適宜使用することが出来る。
　半導体基板１０の表面上に非晶質の半導体層であるｉ型非晶質層１２ｉが形成される。例えば、ｉ型非晶質層１２ｉは、水素を含むアモルファスの真性シリコン半導体層である。ここで、真性の半導体層とは、含有されるｐ型又はｎ型のドーパントの濃度が５×１０18／ｃｍ3以下である、または、ｐ型及びｎ型のドーパントが同時に含まれる場合にはｐ型又はｎ型のドーパント濃度の差が５×１０18／ｃｍ3以下である半導体層をいう。ｉ型非晶質層１２ｉは、光の吸収をできるだけ抑えられるように薄くし、一方で半導体基板１０の表面が十分にパッシベーションされる程度に厚くすることが好適である。ｉ型非晶質層１２ｉの膜厚は、１ｎｍ以上２５ｎｍ以下とし、好ましくは５ｎｍ以上１０ｎｍ以下とすることが好適である。
　ｉ型非晶質層１２ｉは、プラズマ化学気相成長法（ＰＥＣＶＤ）、Ｃａｔ－ＣＶＤ（Ｃａｔａｌｙｔｉｃ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、スパッタリング法等により形成することができる。ＰＥＣＶＤは、ＲＦプラズマＣＶＤ法、周波数の高いＶＨＦプラズマＣＶＤ法、さらにはマイクロ波プラズマＣＶＤ法などいずれの手法を用いても良い。本実施例では、ＲＦプラズマＣＶＤ法を用いる場合について説明する。例えば、表１に示すように、シラン（ＳｉＨ4）等のケイ素含有ガスを水素で希釈して供給し、平行平板電極等にＲＦ高周波電力を印加してプラズマ化して、加熱された半導体基板１０の成膜面に供給することによって形成することができる。このとき、本実施の形態では、ｉ型非晶質層１２ｉの成膜初期において酸素（Ｏ2）を含有するガスを同時に導入して、半導体基板１０とｉ型非結晶層１２ｉとの界面付近に酸素を導入する。酸素（Ｏ2）を含有するガスは、例えば、炭酸（ＣＯ2）ガスや酸素（Ｏ2）が挙げられる。成膜時の基板温度は１５０℃以上２５０℃以下、ＲＦ電力密度は１ｍＷ／ｃｍ2以上１０ｍＷ／ｃｍ2以下とすることができる。
　ここで、図２に示すように、ｉ型非晶質層１２ｉの膜厚方向へ向けて半導体基板１０とｉ型非晶質層１２ｉとの界面近傍から階段状に濃度が減少する酸素濃度プロファイルとする。例えば、ｉ型非晶質層１２ｉの成膜時において、酸素含有ガスの流量を段階的に変化させることにより、半導体基板１０との界面側にのみ酸素を多く含有させた高濃度酸素領域を形成する。高濃度酸素領域における酸素濃度は約２×１０20／ｃｍ3以上１×１０21／ｃｍ3以下とし、ｉ型非晶質層１２ｉの高濃度酸素領域以外の領域における酸素濃度は約１×１０20／ｃｍ3未満とすることが好適である。また、高濃度酸素領域において、膜厚方向に沿って酸素濃度が少なくとも１段階以上の階段状のプロファイルを有することが好適である。半導体基板１０からこの酸素濃度プロファイルと光起電力装置の特性については後述する。
　なお、半導体膜中の各元素の濃度は、二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）等で測定することができる。半導体基板１０にテクスチャ構造を設けた場合、テクスチャによる膜厚方向への分解能が低下しない方法で膜中の各元素の濃度を測定すればよい。
　ｐ型非晶質層１２ｐは、ｐ型の導電型のドーパントを含む非晶質半導体膜からなる層である。例えば、ｐ型非晶質層１２ｐは、水素を含有するアモルファスシリコンから形成される。ｐ型非晶質層１２ｐは、ｉ型非晶質層１２ｉよりも膜中のｐ型のドーパントの濃度が高くされる。例えば、ｐ型非晶質層１２ｐは、ｐ型のドーパントの濃度を１×１０20／ｃｍ3以上とすることが好適である。ｐ型非晶質層１２ｐの膜厚は、光の吸収をできるだけ抑えられるように薄くすることが好適である一方、半導体基板１０内で発生したキャリアがｐｎ接合部で効果的に分離され、かつ、発生したキャリアが透明導電層１４まで収集される程度に厚くすることが好適である。例えば、１ｎｍ以上１０ｎｍ以下とすることが好適である。
　ｐ型非晶質層１２ｐも、ＰＥＣＶＤ、Ｃａｔ－ＣＶＤ、スパッタリング法等により形成することができる。ＰＥＣＶＤは、ＲＦプラズマＣＶＤ法を適用することができる。例えば、表１に示すように、シラン（ＳｉＨ4）等のケイ素含有ガス及びジボラン（Ｂ2Ｈ6）等のｐ型ドーパント含有ガスを水素で希釈して供給し、平行平板電極等にＲＦ高周波電力を印加してプラズマ化して、加熱された半導体基板１０のｉ型非晶質層１２ｉ上に供給することによって形成することができる。なお、表１では、ジボラン（Ｂ2Ｈ6）は１％の水素希釈とした。成膜時の基板温度は１５０℃以上２５０℃以下、ＲＦ電力密度は１ｍＷ／ｃｍ2以上１０ｍＷ／ｃｍ2以下とすることができる。
　ｉ型非晶質層１６ｉは、半導体基板１０の裏面上に形成される。すなわち、ｉ型非晶質層１２ｉ及びｐ型非晶質層１２ｐを形成後、半導体基板１０の表裏を反転させ、半導体基板１０の裏面上に形成される。例えば、ｉ型非晶質層１６ｉは、水素を含むアモルファスの真性シリコン半導体層とされる。ｉ型非晶質層１６ｉの膜厚は、ｉ型非晶質層１２ｉと同様に、１ｎｍ以上２５ｎｍ以下であり、好ましくは５ｎｍ以上１０ｎｍ以下である。
　ｉ型非晶質層１６ｉは、ＰＥＣＶＤ、Ｃａｔ－ＣＶＤ、スパッタリング法等により形成することができる。ＰＥＣＶＤは、ＲＦプラズマＣＶＤ法を適用することできる。例えば、表１に示すように、シラン（ＳｉＨ4）等のケイ素含有ガスを水素で希釈して供給し、平行平板電極等にＲＦ高周波電力を印加してプラズマ化して、加熱された半導体基板１０の成膜面に供給することによって形成することができる。成膜時の基板温度は、ｉ型非晶質層１２ｉと同様に、１５０℃以上２５０℃以下、ＲＦ電力密度は１ｍＷ／ｃｍ2以上１０ｍＷ／ｃｍ2以下とすることができる。
　ｉ型非晶質層１６ｉにおいても、ｉ型非晶質層１２ｉと同様に、成膜初期において酸素（Ｏ2）を含有するガスを同時に導入して、半導体基板１０とｉ型非結晶層１２ｉとの界面付近に酸素を導入することが好適である。
　ここで、図２に示すように、ｉ型非晶質層１６ｉの膜厚方向へ向けて半導体基板１０とｉ型非晶質層１６ｉとの界面近傍から階段状に濃度が減少する酸素濃度プロファイルとする。例えば、ｉ型非晶質層１６ｉの成膜時において、酸素含有ガスの流量を段階的に変化させることにより、半導体基板１０との界面側にのみ酸素を多く含有させた高濃度酸素領域を形成する。
　ｉ型非晶質層１６ｉの高濃度酸素領域は、ｉ型非晶質層１２ｉの高濃度酸素領域より酸素濃度を低くする。具体的には、ｉ型非晶質層１６ｉの高濃度酸素領域における酸素濃度は約１×１０20／ｃｍ3以上９×１０21／ｃｍ3以下とする。また、ｉ型非晶質層１６ｉの高濃度酸素領域以外の領域における酸素濃度は約１×１０20／ｃｍ3未満とすることが好適である。また、高濃度酸素領域において、膜厚方向に沿って酸素濃度が少なくとも１段階以上の階段状のプロファイルを有することが好適である。半導体基板１０からこの酸素濃度プロファイルと光起電力装置の特性については後述する。
　ｎ型非晶質層１６ｎは、ｎ型の導電型のドーパントを含む非晶質半導体膜からなる層である。例えば、ｎ型非晶質層１６ｎは、水素を含有するアモルファスシリコンから形成される。ｎ型非晶質層１６ｎは、ｉ型非晶質層１６ｉよりも膜中のｎ型のドーパントの濃度が高くされる。例えば、ｎ型非晶質層１６ｎは、ｎ型のドーパントの濃度を１×１０20／ｃｍ3以上とすることが好適である。ｎ型非晶質層１６ｎの膜厚は、光の吸収をできるだけ抑えられるように薄くすることが好適である一方、半導体基板１０内で発生したキャリアをＢＳＦ（Ｂａｃｋ　Ｓｕｒｆａｃｅ　Ｆｉｅｌｄ）構造により効果的に分離しつつ、発生したキャリアを透明導電層１８で効率よく収集される程度に厚くすることが好適である。例えば、１ｎｍ以上１０ｎｍ以下とすることが好適である。
　ｎ型非晶質層１６ｎも、ＰＥＣＶＤ、Ｃａｔ－ＣＶＤ、スパッタリング法等により形成することができる。ＰＥＣＶＤは、ＲＦプラズマＣＶＤ法を適用することができる。例えば、表１に示すように、シラン（ＳｉＨ4）等のケイ素含有ガス及びホスフィン（ＰＨ3）等のｎ型ドーパント含有ガスを水素で希釈して供給し、平行平板電極等にＲＦ高周波電力を印加してプラズマ化して、加熱された半導体基板１０のｉ型非晶質層１６ｉ上に供給することによって形成することができる。なお、表１では、ホスフィン（ＰＨ3）は２％の水素希釈とした。成膜時の基板温度は１５０℃以上２５０℃以下、ＲＦ電力密度は１ｍＷ／ｃｍ2以上１０ｍＷ／ｃｍ2以下とすることができる。
　なお、半導体基板１０の表面側を受光面（主として外部から光を導入する面）とする。また、前述の実施形態では表面側のｉ型非晶質層１２ｉおよびｐ型非晶質層１２ｐを形成した後、半導体基板１０を反転させ、裏面側のｉ型非晶質層１６ｉおよびｎ型非晶質層１６ｎを形成するとしたが、これらの形成順序も任意である。
　透明導電層１４，１８は、それぞれｐ型非晶質層１２ｐ及びｎ型非晶質層１６ｎ上に形成される。透明導電層１４、１８は、例えば、多結晶構造を有する酸化インジウム（In2O3）、酸化亜鉛（ZnO）、酸化錫（SnO2）、または酸化チタン（TiO2）などの金属酸化物を少なくとも一つを含んで構成され、これらの金属酸化物に、錫（Sn）、亜鉛（Zn）、タングステン（W）、アンチモン（Sb）、チタン（Ti）、セリウム（Ce）、ガリウム（Ga）などのドーパントがドープされていても良い。透明導電層１４，１８は、蒸着法、プラズマ化学気相成長法（ＰＥＣＶＤ）、スパッタリング法等の薄膜形成方法により形成することができる。透明導電層１４，１８の膜厚は、透明導電層１４，１８の屈折率により適宜調整され得るが、本実施形態では７０ｎｍ以上１００ｎｍ以下とした。
　集電極２０，２２は、それぞれ透明導電層１４，１８上に形成される。集電極２０，２２は、櫛状のフィンガー電極構造とすることが好適である。集電極２０，２２は、スクリーン印刷法やメッキ法等により形成することができる。集電極２０，２２は、例えば、銀ペースト等を数１０μｍ程度の厚みに塗布することにより形成される。
＜実施例及び比較例１，２＞
　上記形成方法に沿って、表１に示した条件において、膜厚方向へ向けて半導体基板１０とｉ型非晶質層１２ｉとの界面近傍から階段状に濃度が減少する酸素濃度プロファイルを有するｉ型非晶質層１２ｉと、膜厚方向へ向けて半導体基板１０とｉ型非晶質層１６ｉとの界面近傍から階段状に濃度が減少する酸素濃度プロファイルを有するｉ型非晶質層１６ｉと、を有する光起電力装置を実施例とした。このとき、ｐ型非晶質層１２ｐ側のｉ型非晶質層１２ｉを形成する際に、ｎ型非晶質層１６ｎ側のｉ型非晶質層１６ｉを形成する際よりも酸素含有ガスの導入量を多くした。
　また、ｎ型非晶質層１６ｎ側のｉ型非晶質層１６ｉの形成時に炭酸ガス等の酸素含有ガスを導入しなかったこと以外は、実施例と同様に形成した光起電力装置を比較例１とした。また、ｎ型非晶質層１６ｎ側のｉ型非晶質層１６ｉを形成する際に、ｐ型非晶質層１２ｐ側のｉ型非晶質層１２ｉを形成する際よりも酸素含有ガスの導入量を多くしたこと以外は、実施例と同様に形成した光起電力装置を比較例２とした。
　図２は、実施例における半導体基板１０、ｉ型非晶質層１２ｉ及びｐ型非晶質層１２ｐの膜中の酸素原子の濃度プロファイル（以下、ｐ側濃度プロファイルと示す）、及び、実施例及び比較例１，２における半導体基板１０、ｉ型非晶質層１６ｉ及びｎ型非晶質層１６ｎの膜中の酸素原子の濃度プロファイル（以下、ｎ側濃度プロファイルと示す）を示す。図２中において、実施例のｐ側濃度プロファイルを実線で示し、実施例、比較例１，２に対するｎ側濃度プロファイルを破線、一点鎖線及び二点鎖線で示した。また、図３は、図２に示す酸素濃度プロファイルを膜厚方向について微分して得られた酸素濃度プロファイルの勾配を対数表示して示す。
　実施例、比較例１及び２のいずれにおいてもｉ型非晶質層１２ｉ，１６ｉと半導体基板１０との界面部にはピーク濃度として、１０21／ｃｍ3オーダーの酸素原子が存在した。これは、洗浄からｉ型非晶質層１２ｉ及び１６ｉの形成工程までの輸送期間や成膜装置内において半導体基板１０の表面が自然酸化されるからである。また、前述の成膜前に所定の酸化処理を施した場合は、この処理にも起因する。このため、ｉ型非晶質層１２ｉ及び１６ｉの酸素濃度は、半導体基板１０との界面においてピークを示し、ｉ型非晶質層１２ｉ及び１６ｉにおいてバックグラウンドレベルまで一度減少し、ｐ型非晶質層１２ｐ，ｎ型非晶質層１６ｎ及び表面に向けて再度上昇するというプロファイルを示した。ｐ型非晶質層１２ｐ及びｎ型非晶質層１６ｎにおいて酸素濃度が上昇するのは、ドーピングガスを導入することの影響及び測定における表面の影響であると考えられる。
　ここで、実施例におけるｐ側濃度プロファイルでは、半導体基板１０との界面付近に酸素を多く含有させた領域（高濃度酸素領域）が半導体基板１０との界面から５ｎｍ以内の範囲に観測された。高濃度酸素領域における酸素濃度は約１×１０20／ｃｍ3以上１×１０21／ｃｍ3以下であった。また、ｉ型非晶質層１２ｉにおいて、高濃度酸素領域以外の領域における酸素濃度は約１×１０20／ｃｍ3未満であった。
　さらに、高濃度酸素領域において、膜厚方向に沿って酸素濃度が１段階以上の階段状のプロファイルを有していた。換言すると、ｉ型非晶質層１２ｉ中の半導体基板１０の界面付近における酸素濃度プロファイルが１つ以上の変曲点をもち、傾き（スロープ）が異なる領域を有していた。より具体的には、半導体基板１０とｉ型非晶質層１２ｉとの界面であって１０21／ｃｍ3のオーダーの酸素濃度を有するＡ点、ｉ型非晶質層１２ｉ内であって半導体基板１０とｉ型非晶質層１２ｉとの界面から１ｎｍ程度までの約１×１０20／ｃｍ3以上１×１０21／ｃｍ3以下の酸素濃度を有するＢ点、ｉ型非晶質層１２ｉ内であって半導体基板１０とｉ型非晶質層１２ｉとの界面から１ｎｍ以上５ｎｍ以下程度までの約１×１０20／ｃｍ3以上１×１０21／ｃｍ3以下の酸素濃度を有するＣ点、及びｉ型非晶質層１２ｉ内であって半導体基板１０とｉ型非晶質層１２ｉとの界面から５ｎｍ程度離れた約１×１０20／ｃｍ3以下の酸素濃度を有するＤ点が変曲点として確認された。なお、このような酸素濃度プロファイルは、濃度軸を対数表示した場合により顕著に確認された。
　また、図３の酸素濃度プロファイルの対数の勾配では、表面側から半導体基板１０へ近づくにつれて、ｉ型非晶質層１２ｉ内の浅い位置から勾配が増加してピークを示し、再び勾配がなだからになって０に近づいた後、半導体基板１０とｉ型非晶質層１２ｉとの界面から数ｎｍ離れた点から勾配が増した。このように、酸素濃度の勾配のプロファイルにおいて、ｉ型非晶質層１２ｉ内にて少なくとも２つのピークを有するものとなった。
　このような、酸素濃度プロファイルは、実施例、比較例１，２におけるｐ側濃度プロファイル及び実施例、比較例２におけるｎ側濃度プロファイルにおいて同様に得られた。
　なお、約１×１０20／ｃｍ3の酸素濃度は、以下のように技術的な臨界的意義を有する。すなわち、ｉ型非晶質層１２ｉ，１６ｉにおけるシリコン原子の密度は約５×１０22／ｃｍ3程度であるので、酸素濃度が約１×１０20／ｃｍ3である場合にはシリコン原子に対する酸素原子の濃度比が０．００２になる。この値近傍を境として、０．００２よりも酸素濃度が低い場合には酸素原子はシリコン中で不純物として振る舞い、０．００２よりも高い場合には酸素とシリコンが合金化して酸素とシリコンとの化合物としての性質を有するようになると考えられる。したがって、酸素濃度が約１×１０20／ｃｍ3を境として、ｉ型非晶質層１２ｉ，１６ｉの性質が変化するものと考えられる。なお、酸素原子は本実施形態の半導体層中において非常にキャリア活性率が低いため、本実施形態の濃度の酸素を含む非晶質層１２i，１６ｉは、実質的に真性である。
　表２に、実施例及び比較例１，２の光起電力装置の出力特性を示す。測定データは、開放電圧（Ｖｏｃ）、短絡電流（Ｉｓｃ）、曲線因子（ＦＦ）及び出力電圧（Ｐｍａｘ）であり、表２では比較例１の各値を１として規格化した値を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　ｎ側のｉ型非晶質層１６ｉに意図的な酸素導入を行わなかった比較例１の光起電力装置に対して、実施例及び比較例２では開放電圧の改善が確認できる。これは、比較例１に対して実施例及び比較例２ではｉ型非晶質層１２ｉ，１６ｉにおける半導体基板１０との界面近傍における酸素濃度が高いため、半導体基板１０とｉ型非晶質層１２ｉ，１６ｉとの界面における欠陥が効果的に不活性化（終端）され、欠陥を再結合中心とするキャリアの再結合が抑制されるためと考えられる。
　また、短絡電流Ｉｓｃは、実施例、比較例１，２で大きな差は見られなかった。
　曲線因子ＦＦは、実施例と比較例１とにおいて顕著な差はみられなかった。しかしながら、比較例２では実施例及び比較例１に対して曲線因子ＦＦの低下がみられた。曲線因子ＦＦは、主に抵抗及び表面の不活性化に依存する特性である。実施例では、半導体基板１０とｉ型非晶質層１２ｉ，１６ｉとの界面から５ｎｍまでの範囲に酸素を含有させたことによる不活性化による曲線因子ＦＦの向上と、酸素導入による抵抗の増加による曲線因子ＦＦの低下とが打ち消し合って、比較例１と同等の値となったと考えられる。一方、比較例２では、ｎ側のｉ型非晶質層１６ｉに適量以上の酸素が導入されたため、ｉ型非晶質層１６ｉの高抵抗化が進むと共に、酸素による欠陥の不活性化の効果は飽和しており、曲線因子ＦＦが悪化したものと考えられる。
　ｐ側のｉ型非晶質層１２ｉ及びｎ側のｉ型非晶質層１６ｉの酸素濃度が同じであれば、半導体基板１０とｐ側のｉ型非晶質層１２ｉとのヘテロ界面の不活性化度より半導体基板１０とｎ側のｉ型非晶質層１６ｉとのヘテロ界面の不活性化度が高くなる。また、光起電力装置の特性は、ヘテロ界面の不活性化度が低い方の膜が支配的となるので、ｐ側のｉ型非晶質層１２ｉの酸素濃度をｎ側のｉ型非晶質層１６ｉの酸素濃度より高くして、半導体基板１０とｉ型非晶質層１２ｉとのヘテロ界面及び半導体基板１０とｉ型非晶質層１６ｉとのヘテロ界面の不活性化度を同等程度にすることが好適となる。一方、ｉ型非晶質層１６ｉの酸素濃度がｉ型非晶質層１２ｉの酸素濃度より高くなり過ぎると、半導体基板１０とｎ側のｉ型非晶質層１６ｉとのヘテロ界面の不活性化度の改善は光起電力装置１００の特性にほとんど影響を及ぼさなくなる。しかし、膜の抵抗は高くなるため、光起電力装置の特性が低下する。すなわち、実施例のように、最適の酸素濃度の範囲内において、ｐ側のｉ型非晶質層１２ｉの半導体基板１０との界面近傍（高濃度酸素領域）の酸素濃度は、ｎ側のｉ型非晶質層１６ｉの半導体基板１０との界面近傍（高濃度酸素領域）の酸素濃度より高くすることが好ましい。言い換えると、図３の酸素濃度プロファイルの勾配における２つのピーク間の位置Ｘにおける酸素濃度がｎ側のｉ型非晶質層１６ｉよりｐ側のｉ型非晶質層１２ｉで高くなるようにすることが好適である。
　これらの結果として、出力電力Ｐｍａｘは実施例において最大を示した。具体的には、比較例１を基準とすると、実施例の出力Ｐｍａｘは１．００４となった。これは、半導体基板１０との界面付近の欠陥低減、半導体基板１０への効果的な光の取り込みによって開放電圧Ｖｏｃと短絡電流Ｉｓｃを向上させ、一方で曲線因子ＦＦの低下を抑制することによって発電効率が向上したものと考えられる。
　１０　半導体基板、１２ｉ　ｉ型非晶質層、１２ｐ　ｐ型非晶質層、１４　透明導電層、１６ｉ　ｉ型非晶質層、１６ｎ　ｎ型非晶質層、１８　透明導電層、２０，２２　集電極、１００　光起電力装置。

Claims (7)

  1. 　光起電力装置であって、
    ｎ型の結晶系半導体基板と、
    　前記半導体基板の第１表面上に形成された真性な第１非晶質半導体層と、
    　前記第１非晶質半導体層上に形成されたｐ型の第２非晶質半導体層と、
    　前記半導体基板の前記第１表面と反対側の第２表面上に形成された真性な第３非晶質半導体層と、
    　前記第３非晶質半導体層上に形成されたｎ型の第４非晶質半導体層と、
    を備え、
    　前記第１非晶質半導体層及び第３非晶質半導体層において、前記半導体基板との界面近傍から膜厚方向に沿って階段状に濃度が減少する酸素濃度プロファイルを有し、
    　前記第１非晶質半導体層の前記階段状部分における酸素濃度は、前記第３非晶質半導体層の前記階段状部分における酸素濃度より高い。
  2. 　請求項１に記載の光起電力装置であって、
    　前記半導体基板と前記第１非晶質半導体層との界面近傍の５ｎｍ以内の高濃度酸素領域における酸素濃度は２×１０20／ｃｍ3以上１×１０21／ｃｍ3以下である。
  3. 　請求項１に記載の光起電力装置であって、
    　前記半導体基板と前記第３非晶質半導体層との界面近傍の５ｎｍ以内の高濃度酸素領域における酸素濃度は１×１０20／ｃｍ3以上９×１０20／ｃｍ3以下である。
  4. 　請求項２に記載の光起電力装置であって、
    　前記半導体基板と前記第３非晶質半導体層との界面近傍の５ｎｍ以内の高濃度酸素領域における酸素濃度は１×１０20／ｃｍ3以上９×１０20／ｃｍ3以下である。
  5. 　請求項２に記載の光起電力装置であって、
    　前記第１非晶質半導体層における前記高濃度酸素領域以外の領域における酸素濃度は１×１０20／ｃｍ3未満である。
  6. 　請求項３に記載の光起電力装置であって、
    　前記第３非晶質半導体層における前記高濃度酸素領域以外の領域における酸素濃度は１×１０20／ｃｍ3未満である。
  7. 　請求項４に記載の光起電力装置であって、
    　前記第３非晶質半導体層における前記高濃度酸素領域以外の領域における酸素濃度は１×１０20／ｃｍ3未満である。
PCT/JP2012/057141 2011-06-30 2012-03-21 光起電力装置 WO2013001864A1 (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP12804212.4A EP2728628B1 (en) 2011-06-30 2012-03-21 Photovoltaic device
CN201280029397.6A CN103608932B (zh) 2011-06-30 2012-03-21 光伏装置
US14/134,743 US9331226B2 (en) 2011-06-30 2013-12-19 Photovoltaic device

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011-145143 2011-06-30
JP2011145143A JP5919559B2 (ja) 2011-06-30 2011-06-30 光起電力装置

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
US14/134,743 Continuation US9331226B2 (en) 2011-06-30 2013-12-19 Photovoltaic device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2013001864A1 true WO2013001864A1 (ja) 2013-01-03

Family

ID=47423775

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2012/057141 WO2013001864A1 (ja) 2011-06-30 2012-03-21 光起電力装置

Country Status (5)

Country Link
US (1) US9331226B2 (ja)
EP (1) EP2728628B1 (ja)
JP (1) JP5919559B2 (ja)
CN (1) CN103608932B (ja)
WO (1) WO2013001864A1 (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2846363A3 (en) * 2013-09-04 2015-06-24 Sanyo Electric Co., Ltd Solar cell
CN105706253A (zh) * 2013-11-12 2016-06-22 原子能和能源替代品委员会 具有硅异质结的光伏电池

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104145344B (zh) * 2012-03-02 2016-08-24 松下知识产权经营株式会社 光伏器件
JP6414767B2 (ja) * 2015-03-17 2018-10-31 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 太陽電池セル
JP6513788B2 (ja) * 2015-03-24 2019-05-15 株式会社カネカ 結晶シリコン系太陽電池の製造方法および結晶シリコン系太陽電池モジュールの製造方法
JP2020061442A (ja) * 2018-10-09 2020-04-16 パナソニック株式会社 太陽電池セル
MX2022001458A (es) 2019-08-09 2022-06-08 Leading Edge Equipment Tech Inc Produccion de una cinta u oblea con regiones de baja concentracion de oxigeno.
CN112018208B (zh) * 2020-08-06 2022-10-04 隆基绿能科技股份有限公司 一种太阳能电池及制备方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002329878A (ja) * 2001-04-27 2002-11-15 Sharp Corp 薄膜太陽電池および薄膜太陽電池の作製方法
JP2003258287A (ja) * 2002-03-05 2003-09-12 Sanyo Electric Co Ltd 半導体装置及び光起電力装置並びにその製造方法
JP2008235400A (ja) * 2007-03-19 2008-10-02 Sanyo Electric Co Ltd 光起電力装置

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7026960B2 (en) 2001-11-27 2006-04-11 Samsung Electronics Co., Ltd. Method and apparatus for encoding and decoding key data
JP2004014812A (ja) 2002-06-07 2004-01-15 Canon Inc 光起電力素子
WO2009094578A2 (en) 2008-01-24 2009-07-30 Applied Materials, Inc. Improved hit solar cell structure

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002329878A (ja) * 2001-04-27 2002-11-15 Sharp Corp 薄膜太陽電池および薄膜太陽電池の作製方法
JP2003258287A (ja) * 2002-03-05 2003-09-12 Sanyo Electric Co Ltd 半導体装置及び光起電力装置並びにその製造方法
JP2008235400A (ja) * 2007-03-19 2008-10-02 Sanyo Electric Co Ltd 光起電力装置

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
H.FUJIWARA: "Application of hydrogenated amorphous silicon oxide layers to c-Si heterojunction solar cells", APPLIED PHYSICS LETTERS, vol. 91, no. 13, 26 September 2007 (2007-09-26), pages 133508, XP012099462 *
T.MUELLER: "Crystalline silicon surface passivation by high-frequency plasma-enhanced chemical-vapor-deposited nanocomposite silicon suboxides for solar cell applications", JOURNAL OF APPLIED PHYSICS, vol. 107, no. 1, 5 January 2010 (2010-01-05), pages 014504, XP012132551 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2846363A3 (en) * 2013-09-04 2015-06-24 Sanyo Electric Co., Ltd Solar cell
CN105706253A (zh) * 2013-11-12 2016-06-22 原子能和能源替代品委员会 具有硅异质结的光伏电池

Also Published As

Publication number Publication date
CN103608932B (zh) 2016-08-17
EP2728628B1 (en) 2018-05-30
US20140102528A1 (en) 2014-04-17
EP2728628A1 (en) 2014-05-07
US9331226B2 (en) 2016-05-03
JP2013012622A (ja) 2013-01-17
CN103608932A (zh) 2014-02-26
EP2728628A4 (en) 2015-04-15
JP5919559B2 (ja) 2016-05-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5824681B2 (ja) 光起電力装置
JP5919559B2 (ja) 光起電力装置
WO2012043124A1 (ja) 光電変換装置の製造方法
WO2012020682A1 (ja) 結晶シリコン系太陽電池
JP6350979B2 (ja) 太陽電池
US9705022B2 (en) Photovoltaic device
JP2011146528A (ja) 多結晶シリコン系太陽電池およびその製造方法
US8987738B2 (en) Photoelectric conversion device
JP5400322B2 (ja) シリコン系薄膜太陽電池およびその製造方法
CN106887483A (zh) 硅基异质接面太阳能电池及其制备方法
JP2014072416A (ja) 太陽電池およびその製造方法、太陽電池モジュール
JP6206687B2 (ja) 光起電力装置及びその製造方法
JP6021084B2 (ja) 光起電力装置及びその製造方法
JP6990764B2 (ja) 太陽電池およびその製造方法
JP2016219854A (ja) 光起電力装置及び光電変換装置の製造方法
JP5339294B2 (ja) 光電変換装置の製造方法
GB2520399A (en) Silicon heterojunction photovoltaic device with non-crystalline wide band gap emitter

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 12804212

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2012804212

Country of ref document: EP

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE